电动车 -新能源车用扁线电机技术基础.pdf

1、扁线电机发展历程

2007年，雪佛兰VOLT采用Hair-pin发卡扁线电机

2013年，NISSAN在电动车上采用了扁线电机

2015年，丰田第四代Prius使用了扁线电机2015年，蔚来汽车XPT

永磁同步电机是中国第一个采用扁线技术的汽车驱动电机产品2017

年，荣威ERX5搭载Hair-pin电机

2017年，比亚迪完成6层扁线电机设计，2018年实现产业化

2020年，上汽荣威ER6搭载了上汽自主研发的第二代扁线电机

2、扁线电机优劣势分析

扁线电机的优势：

（1）更高的效率：与圆线电机相比，扁线电机裸铜槽满率可提升

20%～30%，有效降低绕组电阻进而降低铜损耗（2）更高的功率

密度：相同体积下，扁线电机相较圆线电机可以塞进更多的定子绕

组，在相同损耗下发卡电机可以输出更高的功率和扭矩

（3）更强的散热能力：相对于圆线电机，扁线电机扁线形状更规

则，在定子槽内紧密贴合，与定子铁心齿部和轭部更好接触，降低

槽内热阻，热传导效率更高，进一步提升电机峰值和持续性能

（4）更好的NVH表现：相对于圆线电机，扁线绕组有更好的刚度，

另扁线绕组是通过铁心端部插线，不需要从槽口嵌线，可以选择更

小的槽口设计，具有更低的机械噪声和电磁噪声

具体案例：

博格华纳（原雷米电机）将普通散嵌绕组改成发卡电机后，发现具

有明显的性能优势：

增加了27%的转矩

增加了37%的功率

减少了22%的安装空间

减少了13%的重量

2500rpm～10000rpm范围内效率超过93%

扁线电机的不足：

（1）交流损耗问题更加明显，尤其在高速运行时

（2）绕组成型要求高，加工难度大，设备投资高

（3）专利保护

（4）系列化设计调整难度大

3、扁线电机绕组分类

（1）Hair-pin绕组：Hair-pin绕组是目前最常见的扁线绕组形式，

又称发卡绕组

（2）I-pin绕组：I-pin绕组不存在成型端绕组应力回弹问题，故槽

内导体间隙较小，槽满率高，如联电发布的数据，其Hair-pin绕组槽

满率为69%，I-pin绕组的槽满率可达74%，但I-pin绕组的双端焊接

结构导致其端部较长

（3）X-pin绕组：X-pin绕组是I-pin绕组的升级方案，通过优化端

部线型，缩短了端部长度，目前已应用于广汽埃安的驱动电机中

（4）连续波绕组：连续波绕组在嵌入定子铁心之前就已经成型，几

乎消除了焊点，但需要沿径向嵌入槽内，定子铁心需采用开口槽设

计，齿槽转矩较大，且绕组自动化成型装置较为复杂，LucidAir驱

动电机即采用这种绕组形式

4、绕组层数对性能的影响

以8极48槽电机为例，定子和转子槽型保持不变，电压为350VDC，

设定电机转速、扭矩要求相同，绕组层数分别为4层和8层，分析电

机的温升和效率。

同等输出性能的情况下，720VDC电压平台的电机效率和温升与

350VDC的表现基本一致

5、扁线电机的冷却设计

驱动电机的冷却方案包括：机壳冷却、端部冷却、转子油冷和槽内

直冷等技术。

（1）丰田Prius采用了端部油管喷油冷却方式，通过改变喷油速度

和喷嘴数量实现冷却优化

（2）本田i-MMD采用转子甩油方案，通过空心轴将油液注入高速

旋转转子，利用离心力将油液甩至绕组端部

（3）Tesla和Lucid均采用定子铁心开槽或开孔方案，通入ATF油对

绕组端部进行冷却

（4）英国谢菲尔德大学提出将扁线绕组导体中间挖空，形成绕组

直接液冷通道的冷却方案，但空心导体在成型过程中，容易造成弯

折位置堵塞

华南理工大学电力学院杨向宇教授《扁线电机高速化趋势及应用现状》

6、扁线电机的绕组绝缘

800V平台对铜线绝缘涂层的要求越来越高，部分趋向于绝缘涂层在

满足高PDIV的同时又具有耐电晕功能，部分厂家对耐电晕PI漆的开

发使耐电晕功能和高PDIV功能结合成为可能。

新能源汽车电机定子绕组绝缘工艺主要有常压连续沉浸、滴浸、真

空浸渍（含VPI）、电加热浸漆等。

▲电机定子绝缘处理工艺流程

本田i-MMD驱动电机所用的日本古河电工研制的耐电晕线采用了内

部漆包层和外部挤压层两层绝缘结构，挤压层材料为聚醚醚酮

（PEEK）树脂，耐温240℃，漆包层材料为耐温220℃的聚酰胺酰

亚胺（PAI），两层材料的组合实现更高的PDIV和更优的导热性能。

初始放电的准确测量有利于绕组匝间电压和绝缘性的评估和预测，

同时也可以指导不同耐高温和耐高压绝缘材料的研发和应用。