扁线电机加速渗透，或将主导新能源汽车市场
电子发烧友网报道（文/李宁远）近几年来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术、电力电子技术以及大功率开关器件的发展，再加上高压、高速电机制造技术的提升，电机迎来了快速的发展。
汽车领域，随着新能源时代的到来，电机在其中发挥了决定性的作用。如何发挥出更好的电机性能成为新能源汽车的核心问题。过去内燃机时代发动机不同技术路线之间的激烈竞争也由此变成了圆线电机和扁线电机之间的竞争。
更紧凑更强劲，扁线电机引领新能源汽车电机发展趋势
电驱系统，是新能源汽车的核心系统之一，被誉为新能源汽车的心脏。它的作用是高效率地将动力电池组的能量转化为车轮的动能，或者将车轮上的动能反馈到动力电池组中，电驱系统中电机又是绝对的核心，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标。
随着新能源汽车产业的逐年发展，新能源汽车产销量也快速增长，市场对高性能、高效率的电机需求越来越大。同时工信部和发改委也提出规划，要在2025年实现乘用车功率度大于4kW/kg，政策和需求进一步推动了对电机更高功率密度的追求。在对电驱系统要求越来越高的背景下，电驱系统正在向扁线电机、油冷电机、多合一电驱动系统总成方向演变。
扁线电机，是相对于传统圆线电机来说的，扁线驱动电机整机结构与圆线电机没有大的区别，都包括了外壳、前后轴承、定子组件、转子组件等几大部分。但是扁线电机定子绕组所用的导线形态发生了变化，绕组从多根细的圆线转变成几根粗的矩形导线，这也就是扁线电机称呼的由来。
新能源汽车电机的小型化是未来发展的趋势，电机体积的减小可以节约空间，降低成本。由于绕组形式的改变，实现同样的功率，扁线电机相比于传统圆线电机体积更小，耗材更少。在相同的体积下，扁线电机可以填充的导线可以多20%—30%，槽满率更高，对功率密度提升也不小，电机槽数的优化对提高转矩也有帮助。当然，槽满率也不是说提高就能提高的，高槽满率也意味着成本和成品下线难度都会大幅增加。
其次，扁线的绕组设计使得导线和导线间的接触面积增大，内部间隙变小，散热和热传导更好，这也使得扁线电机能够承受更高的瞬时功率。众所周知，电机对散热和温度是非常敏感的，散热性变好，性能自然会提升，相比圆形电机这也是一个大提升。
此外，扁线电机能使电枢具备更好的刚度，能抑制电枢噪音，并进一步降低电机电磁噪音，可靠性也超过圆线电机。目前已经应用在新能源汽车上的扁线电机以Hairpin扁线电机为主，部分车型采用了集中绕组扁线电机。
虽然扁线电机在很多方面都展现出了比圆线电机更契合新能源汽车发展趋势的特性，但它也有弱势的地方。除了前面提到的高槽满率也意味着成本和下线难度会增加，还有高转速下受集肤效应影响，交流电阻变大，扁线电机的效率会降下来，目前绝大部分车型的大部分工况都在中低转速里，扁线电机的效率还是要高出圆线电机的。高转速下降低损耗提高效率这也是扁线电机在持续突破的技术方向。
扁线电机需求上升，加速新能源汽车突破更高性能
扁线电机作为提升电机转矩和功率密度以及效率的主要手段，随着近几年产业链上下技术的突破，可以说扁线电机的发展目前看是超出预期的。根据汽车之家数据，2022年新能源车扁线电机出货量已经达276.2万套，占比超过40%。
随着各主机厂紧锣密鼓地布局扁线电机业务，预计未来3—5年扁线电机渗透率还将进一步提升，有望在2025年左右渗透率超过80%。中航证券则预计2025年中国扁线电机需求量为978万个，对应市场空间为342亿元。
扁线电机其实很早就应用在汽车上了，雪佛兰和丰田是最早采用扁线电机的车厂。此后随着扁线电机的发展和普及，许多新能源汽车公司如上汽、比亚迪、特斯拉、蔚来等主流车企纷纷换装扁线电机。
特斯拉为Model 3和Model Y设计的扁线电机，采用的Hairpin扁线绕组技术，效率在95%以上，相关参数220kW/19000rpm/440Nm（3D6）。此前已经做到过10层绕组，不过目前四代又回到了8层绕组，看来现阶段还是8层绕组性价比更高，10层不论是良率还是成本无法保证利润，还需要迭代。
比亚迪扁线电机采用的1槽6线扁线绕组技术，电机效率最高可达97.5%，额定功率提高了32%，高效区间（效率大于90%）占比高达90.3%，质量功率密度达到5.8kW/kg。同时采用了油冷技术，电机功率密度44.3kW/L。
去年长安发布了全新的数智电驱混动系统，采用了10层Hairpin扁线油冷电机技术，是混动领域首个应用10层扁线技术的。电机效率达到97.8%，并且高效区间占比超过90%，电机峰值功率达到158kW，质量功率密度达到7kW/kg。
去年年末，小米超级电机面世，同样采用了扁线电机。其中超级电机V8s采用54槽6极设计，8 层Hairpin扁线绕组，槽满率为77%，铁损降低了25%。该扁线电机有635Nm峰值扭矩、98.11%的最高效率，电机质量功率密度可达10.14kW/kg。
扁线电机的上车，让我们看到了电机技术突破给新能源汽车带来的强大性能提升，虽然还面临着一些挑战，但是扁线电机在各主机厂紧锣密鼓地布局下，正渐渐成为新能源汽车市场的强势增长点。
扁线电机匹配高算力主控与SiC电控
扁线电机强大的性能自然不假，6层也好，8层也好，10层也好，都需要相匹配的系统才能充分发挥出电机的实力，这就包括高效率高算力的电机控制器、高可靠的热管理系统、高效的传动系统等等。
在长安的数智电驱上，电机控制器就采用了四核、单核300MHz算力的TC38X作为MCU主芯，算力相比类似的两个单核芯片提升50%，因此才能实现高精度动态扭矩响应控制。为了扁线电机实现更高的控制精度、更高的控制效率、更低的噪音，扁线电机控制对更快的指令响应时间和更优异的高频扰动抑制能力的需求是很明显的，因此主机厂需要更强算力的主控芯片来匹配更强性能的扁线电机电驱系统。
电机控制器核心功率控制模块里SiC器件为高效的车用电机驱动赋能也已经是确定的趋势，特斯拉、极氪、蔚来、小鹏、小米等品牌均开始陆续为车辆装配SiC电驱电控系统。SiC在新能源汽车上的应用将在保证汽车的强度和安全性能的前提下大大减轻汽车的重量，有效提升电动车的续航里程，并显著减少电控系统体积。SiC加扁线电机，将大幅提升新能源汽车电驱系统性能以及可靠性。
小结
虽然还有一些技术挑战存在，但扁线电机在大多数关键性能指标上都展现出了显著的优势，特别是在体积、散热能力和效率方面，其在新能源汽车中的应用会越来越多，为新能源汽车电驱系统带来显著的提升。
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