扁线电机行业的发展

为什么扁线电机1%的性能改进能引起行业的巨大变化？

最近，锂电池风新能源汽车领域最热的话题，竟然是只占整车成本10%的电机。与扁线电机有关的精达股份、方正电机等公司股价更是翻了近一倍，而原因就是扁线电机应用效率提升了1%。为什么这1%的性能提升能引起行业的巨大变化？

纵观历史，无论是体育还是商业战争，决斗的主人在接近极限时

每1%的改进往往可以带来远远超过1%的效果。

回顾 扁线 电机的发展历史, 自雪佛兰 Volt and 丰田的第四代Pruis 已开始应用 扁线 电机, 而中国在这方面的应用则姗姗来迟. 近期, Tesla, 上汽新能源, 极客，比亚迪和其他新能源车企则加速开始布局圆线电机升级换代为扁线 电机。

而产生这个换代的原因是：

扁线 电机相较于普通电机而言，其效率可以提升1%以上。

物理学告诉我们，机械功的本质是将能量从一种形式转换为另一种形式的过程。

对于电机来说，其目标是将电能转化为机械能。而由于能量守恒定律，这种转换效率的极限，是99.99......%，无限接近于但不是100%。

对电动机而言，其损耗主要来自于以下方面：

永磁磁铁同步电机的转换效率可以达到96%-97%，这已经远远高于热效率只有30-40%的内燃机。

如何在这个数字上更进一步？使用更合理的定子绕组，并在能量损失最大的铜耗上下功夫，这是业界的共识。

扁线绕组技术是满足这些需求的解决方案。

1) 高效率

单位面积更多铜. 与传统的圆线电机相比, 扁线 电机可以提高槽满率 20% to 30% 并有效降低绕组电阻以及铜耗。

与圆线绕组相比，扁线电机在同等条件下可以塞进更多面积的电线。电线越粗，电阻越低，由于发热而在电线中损失的能量就越少。

第二，端部尺寸更短。发针式电机与圆线式电机相比，其绕组端部尺寸更短，端部总高度缩短了5~10mm，有效降低了端部绕组的铜耗，进一步提高了电机的效率。

末端的铜管对电机功率没有贡献，只是作为连接，会产生额外的电损耗，所以越短越好。

与不使用扁线技术的电机相比，这些结构优化可以使电机平均效率提高1%以上。

然而，毕竟改进的幅度只有1%。对于实验室里的工程师来说，"1%"的改进有多大意义？在用户体验方面，能给用户带来什么？

首先，从电机特性图中我们可以看到，四槽扁线绕组电机，最有效的区域被明显放大了。

水平轴方向上的放大表明，最高效区间的速度范围变得更大。从城市拥堵的低速工作条件到高速巡航条件，都可以享受到最高效率。

其次，所谓的 "1%"是指在WLTC条件下两者的平均效率差异，扁线电机的效率高出1.12%。然而，在全部的平均条件下，这两个效率值之间的差异达到2%。在低速和高扭矩工作点，效率甚至可以提高10%。

(注：WLTC是即将实施的新的能源燃料消耗测试标准）。

当然，扁线技术带来的不仅仅是高效率。

2）更高的功率密度

Hair-pin电机的裸铜槽满率提高20%至30%，目前我国的高水平槽满率可以达到75%，未来还有更大的增长空间。在相同的体积下，扁丝电机可以装入更多的定子绕组，因此扁线电机可以在相同损耗下输出更高的功率和扭矩。

目前，中国采用扁线绕组的电机最高功率密度达到5kW/kg，而普通电机在3kw/kg就遇到瓶颈。中国《节能与新能源产业发展规划》要求电机达到4kw/kg以上，因此，扁线电机的应用已成为必然趋势。