【绝对干货】第三代扁线电机即将出现...它将给新能源汽车带来什么改变？

【专家报告第三期】

曹红飞，江苏常州人，上海EVK电机技术有限公司联合创始人。2003年毕业于江苏大学，先后工作于航天林泉电机和上汽华域电动，先后担任林泉上海研发部电机部长、华域电动总工程师职务，浙江龙芯副总经理等职务。

先后参与了某型号国家十三五预研和承担了国家航天载人工程某型号电机项目，获得工信部颁发的“国防科学技术进步二等奖”、贵州省“国家十三五预研项目”先进个人等荣誉；在上汽华域电动工作期间主导了国内首个扁线技术电机量产项目。2018年被国际汽车(SAE)协会，中国汽车协会等部门授予“新能源汽车行业专家”荣誉，2021年主导国内第一个“车用直接油冷扁线电机”行业标准的编写。

扁线电机实是方线电机的一种，只是将导线的形状由圆形变成方形，圆和圆之间是线接触，方和方之间是面接触，因此有效的提高了空间利用率和功率密度，使功率密度改善，也不需要用槽口下线，从轴向插线带来了NVH的改善。但这样也带来一个缺点，因为扁线电机由多股线变成单股的粗线，手工制作不了，所以导致投资风险较大。同时，投资风险大又体现在两个方面，第一是设备价格高，第二是系列化难，设计更改往往需要增加1/3的总设备成本。

其实，扁线电机最早并不应用于汽车行业中，大功率的工业电机都采用扁线，其和汽车用扁线电机差别在于常规工业用的扁线电机不用漆包线，而用丝包线，和原先从槽口里进去，对于需求量不是很大的产品而言，性价比并不高。

电机技术进步就靠以下三个点来推动：

第一个推动是新的需求，靠新的需求，有新的需求才有研发的动力，包括控制器水平的变化，包括外围动力需求的变化等等，这是让电机创新和变革的源泉。

第二个推动是靠新材料，电机的材料主要是硅钢片、铜线、磁钢等等，还有绝缘材料，近一二十年来电机基础材料的性能，除了硅钢片变薄点，由圆线变成方的之外，其它变化不大。

因为前两者的难度较高，所以只有靠第三种方法——工艺突破，由原线变成方线最主要是工艺变化，工艺变化带来了大功率的功率密度的提高。

第二代扁线电机的主要特点

层数	6层以上，有效降低交流损耗
多支路+busbar-换相	保证电机支路均衡
绕组形式	波绕组或叠绕组
线圈元件形状	I PIN 或U-PIN，连续UPIN
出线方向	多为扭头端（生产工艺可以得到改善）

但即便如此，仍然存在着许多问题。而且根据国家新能源汽车十四五规划要求，电机的功率密度需要达到7kw/kg，同时效率达到98%，目前的二代扁线电机技术不可能满足要求。全新一代扁线电机一定是满足更高功率密度、更高低压等等要求。目前扁线电机还在进化中，来自EVK电机技术的曹总认为第三代扁线电机即将出现，这将会起到革命式的进步。

最新动力总成对扁线电机的需求有哪些？

动力总成要更低成本、更高功率密度，而且很明显要更高转速。在这种情况下，扁线电机需要进一步降低交流损耗，确实是个挑战。

更高效率，为了解决损耗，是不是层数越做越多？现在特斯拉做了10层，据说很困难，又可能要改为8层。从工艺和槽满率角度看不是说层数能无限制增加，不是这么回事。

扁线电机的槽电压是个大问题，不像圆线里面可以用绝缘纸，扁线电机因为功率密度高，垫绝缘纸对槽利用率影响很大。参考整车的热管理，这也是对油冷电机提的需求。因为特斯拉率先把电机的热量回收过来加热了电池，国内的其他车厂做电动车，不会不想用这样的功能，但这对电机实际上是有挑战的。

控制器加到电机上的是正谐波的电流，但电压不是电谐波，是很多斩波，这些斩波加到电机上之后，由于电机的电改在，就会导致输入的线之间产生明显的压架，这个压架就很容易烧电机。提高工作电压对扁线还有更特殊的，高工作电压可能使槽内第一根线和第二根线之间长期就有比较高的电压，原先可能是400伏，层间200伏，现在是800伏和层间400伏。经过实测，这之间如果漆包线漆膜破损了，那800伏是承受不住的。但对于漆包线来说，要想它一点孔没有，这显得非常困难，这对扁线电机的技术是个挑战。

针对高工作电压，易唯科(EVK)在线圈成型制造和焊接过程中都要不要漆膜不破损。特别是焊接，因为焊接完以后烧伤的漆膜就不是绝缘体，是半导体了，这对高压并不能够接受。

油冷对扁线电机而言，意味着如果油冷就是要有要求，因为有油泵，对里面的杂质要求是非常敏感的，但扁线电机为什么会产生多余的杂质呢？还是因为焊接。焊接如果解决不了，飞溅铜的渣子该到哪去收集，脱落的时间是无法控制的，这种情况下怎么做油冷。

油冷技术的背后是能量回收，特别是冬天，要尽快把热量收集，这不是要求电机效率最高，而是要求电机发热最大。怎么协同整车的热设计、热敏电阻怎么布置、怎么做发热管理策略，这需要电机企业和动力总成，甚至热管理企业共同协同来做这些事情，到目前为止国内没有看到很好的案例。

最后是要更高效率，下一代扁线电机是什么样的？要更高的转速这是肯定的，那怎么来降低交流损耗？要高速节效，只要把槽内里面的导线变细一点就好。刚才说没法把所有的导线变得都越来越薄，但理论上可以把局部的导线得越来越薄同样有效，但这个点其实有很多的专利，且电枢制造工艺十分麻烦。

第三代扁线电机技术可实现的途径

首先是原材料，有没有更好的材料助力第三代，冲片只能越来越薄，行业内有的人用的0.2，成本贵，但是好像供需密度并没有提高太多。其次就是漆包线，有人当时想用励兹线来做，做了半天没法解决工艺性问题，焊接实在无法实现，那怎么办？是不是有更好的符合线？实际上最近有人提出用单晶铜，更高纯度的铜，成本增加几倍，电导率只改善了10%，并不适合汽车行业的发展，虽然有好多，军工可以有，但是汽车行业用不起。关于绝缘材料这块未来会不会有更好的发展，这其中有无限可能，因为绝缘材料，不仅希望它绝缘，还希望它导热和高强度。

第三代扁线电机技术包括了一系列微创新设计和工艺技术：进一步提高空间利用率，相同的定子内外径下提高纯铜10~15%；进一步优化槽内导体的散热条件，降低槽内导体温度，进一步提高功率密度；绕组拓扑考虑可柔性化，降低扁线产线投资风险，改进绕组拓扑，降低槽压降，为降低槽绝缘厚度创造空间；进一步研究导线交流损耗特性，并获得降低交流损耗的有效措施。

通过这些技术，第三代扁线电机技术可以率先达到国家十四五规划的功率密度和效率要求，且对高压和高频工作要求具备更好的适应性。

通过上述措施EVK第三代扁线电机技术可以实现极致的体积（相对现有二代扁线技术的平均水平，缩短铁芯长度20%）；EVK第三代扁线电机技术同样可以实现极致的效率能力，相对目前市场上的二代扁线电机产品在体积略微缩小的同时，可实现CLTC工况效率约2%的提升。

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第二届CWIEME顾问专家委员会采访视频