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扁线电机有什么优点和缺点

电机作为新能源汽车核心三电系统之一,占到整车价值的10%左右。据预测,到年汽车产销大概是万辆,年大概是万辆,年大概万辆。规划新能源汽车到年占比20%,即万辆,到年时占比50%,即万辆,剩下的另一半是混合动力汽车,也就是说,传统燃油汽车按规划到年将不再生产和销售,到时在每一辆车上至少有一个驱动电机。由此可见,新能源汽车电机将迎来巨大的市场。

那么扁线电机又是什么?

扁线电机,顾名思义是相对圆线电机而言的,核心就是定子绕组是扁线的。这样做有什么优点呢?相对圆形电机,扁线电机有众多优点:

优势1:相同功率,体积更小,用材更少,成本更低,或者相同体积,槽满率提升,功率密度提升;优势2:温度性能更好。内部空隙变少,扁线与扁线之间的接触面积大,散热和热传导更好;优势3:扁线刚度好,由于是通过铁芯端部插线,可以选择更小的槽口设计,有效降低齿槽转矩脉动;优势4:端部短,节省铜材,提升效率。

当然,除了优点之外,扁线电机的缺点也不能忽视,具体有以下几点:

扁线电机的缺点:

设计难、工艺难、设备难、扁线难、有损耗。

在上半年举行的“中国下一代汽车高质量发展论坛-新能源汽车三电技术”论坛上,蔡蔚博士发表了“下一代电驱动系统全产业链的关键技术”的演讲,主要观点之一就是发卡扁线绕组仍然是引领高效汽车驱动电机的先进技术;扁线电机从年开始加速渗透,先在高档车型中渗透,慢慢扩展到中端和低端车型中,预计年渗透率达到32%,年达到50%,在年90%以上,市场前景非常广阔。

特斯拉今年开始交付搭载国产电机的Model3和ModelY,与此前交付的新车相比,新车型的电机功率及扭矩有所提升。主要原因是特斯拉国产电机采用了扁线技术。相比圆线电机,扁线电机满槽率和功率密度得到提升,效率更高,散热、HNV、轻量化等性能更优。国产电机版的Model3与ModelY车型仅更换后电机。Model3后电机最大功率从kW提升至kW,最大扭矩从Nm提升至Nm;ModelY后电机最大功率从kW提升至kW,最大扭矩从Nm提升至Nm。参数的提升体现了扁线电机的性能优势。使用扁线能提升电机效率进而提升整车续航里程,扁线电机是电驱发展趋势。比亚迪、上汽、蔚来等自主品牌,以及大众等合资品牌都已开始切换扁线电机。

特斯拉换装国产扁线电机,带动渗透率大幅提升,扁线电机的趋势已经确定。“从公司订单可预见,全球新能源龙头企业均开始大规模切换扁线电机,且呈现加速趋势,受客户需求拉动,扁线生产将进入高速扩产期,供货量将会快速增长”,作为中国特斯拉的供应商,精达股份方面如此表示。此前价格在20万以上相对高端的车型,是几乎%全用的扁线(电机),但下半年情况不一样了,我们发现包括五菱Mini等车型,现在开始也在做扁线(电机)应用的尝试,大概8、9月份,公司逐步配套了一部分经济电动的车型”。从去年和今年的新能源汽车销量中,可看出,扁线电机的渗透率确实在不断增大,车价已经下探,基本可至6万左右的车型。

因此,有人说年是扁线电机应用的元年,除了今年扁线电机在行业的渗透加快外,另一个重要的原因在于,作为全球新能源汽车龙头的特斯拉也开始

换装了扁线电机,虽说扁线电机已经不是特斯拉的首创了,但对于特斯拉这样有着整合全产业链能力的车企巨头来说,其推出扁线电机的举动势必会对整个行业有着不可忽略的推动力量。这也意味着,扁线电机也将迎来新一轮的研发热潮和市场爆发期。

而在年上海车展中,扁线电机也是大放异彩,众多高端车型均搭载扁线电机。比亚迪的DMI车型和e平台全系都是扁线电机,大众MEB、蔚来ET7、智己L7、极氪等明星车型采用的都是扁线电机。除了参展的车型外,许多电机生产商(天津松正、华域电动等)也纷纷展示了自己的扁线电机产品。

随着新能源汽车的越来越多,相对于传统的燃油汽车,电机的结构比内燃机的结构简单了许多,机加件也少了许多,传统内燃机属于精密加工件,其质量的控制往往使用传统的高精度三坐标测量机,那么电机的质量控制是否变得简单?其实不然,电机虽不如内燃机结构精密,但是其表面及装配件之间的关系也非常复杂,测量方式也已经由传统接触式测量向复合式光学测量转变,以扁线电机为例,其表面的尺寸直接影响着后面的装配;而作为扁线电机的核心部分:定子(可见下图);其质量控制至关重要,直接影响着与转子和壳体类的配合,尺寸不合适都会影响着整个电机的性能,因此需要对定子绕组焊接端、发卡端以及定子铁芯的内外径等尺寸进行质量控制。由于定子结构的特殊性,测量上存在以下几个难点:

发卡端与焊接端的内外径非连续面,定子铁芯为非整圆,特别是内径,圆周上会有多段凹槽;

发卡端与焊接端顶部非连续面,触发难以测量。

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