作為保時捷品牌首款純電動跑車，Taycan也具備了多方面的創(chuàng)新性技術，其所搭載的“扁線電機”（Hair-Pin發(fā)卡電機）不僅發(fā)揮了出色的驅動性能，更是一項將領銜下一代新能源汽車驅動系統(tǒng)的技術。在剛剛落幕的法蘭克福車展上，長城汽車及零部件供應商舍弗勒等都展示了各自扁線電機的技術實力。該技術的實力究竟幾何？為何業(yè)內普遍又將其視為開啟新電驅動時代的“鑰匙”呢？

1、相比起傳統(tǒng)電機所采用的圓形導線，扁線電機采用的是扁平導線。其優(yōu)勢在于電機體積更緊湊、更節(jié)約材料、功率更強勁。

2、扁線電機率先由國外車企發(fā)起應用，如豐田普銳斯、雪佛蘭沃藍達等。國內應用案例較少，車企尚未進行大規(guī)模采用。

3、技術層面，國內扁線電機在設計、制造、原材料等方面均面臨挑戰(zhàn)。產(chǎn)業(yè)尚未成熟，由此帶來前期應用成本高。市場成熟后，扁線電機將能降低整車成本并提升其性能。

? ● 何謂扁線電機？

? 與扁線電機相對應的就是“圓線電機”，扁線、圓線的區(qū)別就在于電機中定子繞組所用的導線的形態(tài)不同。傳統(tǒng)電機采用的圓形導線，而扁線電機則采用了扁平的矩形導線。

扁線電機之所以會成為未來趨勢，是由新能源汽車電驅系統(tǒng)發(fā)展決定的，小型化、集成化、高功率密度等特點都是新能源汽車電驅系統(tǒng)的演進方向。畢竟，體積大、重量大、動力弱的驅動系統(tǒng)在新能源汽車市場是不招待見的。 ? 顯而易見，采用扁線可以大幅提高槽滿率（指線圈放入槽內后占用槽內空間的比例），因為圓線之間存在著空隙，而扁線則更加緊密。通俗來講，槽滿率越高，就代表著線圈中導線越多，產(chǎn)生的磁場會更強，那么電機的功率就會更大。 ? 有數(shù)據(jù)顯示，在相同的空間內，扁線電機可以多填充20-30%的導線，從某種程度上可以理解成將電機功率提升了20-30%。反過來說，在達到相同的功率密度的前提下，扁線電機的體積也會更加緊湊。 ?

相比起傳統(tǒng)電機而言，扁線結構還有其他優(yōu)勢。它使得導線與導線間的接觸面積大幅提高，因此散熱能力會更強。又因為繞組體積更小，所以耗材就更少。 ? 電機，在電能轉化為機械能的過程中是起著樞紐作用的關鍵部件。反映在整車上，扁線電機能提供更優(yōu)越的加速性能，并且噪音更小，大幅提升了整車性能。總而言之，扁線電機順應了新能源汽車發(fā)展潮流。誰能率先開發(fā)并量產(chǎn)扁線電機，誰就能更好地搶占市場，抓住新能源汽車爆發(fā)的紅利。 ? ● 國外率先示范應用 國內仍處于初級階段 ? 在多年以前，只有少數(shù)國外汽車廠商所生產(chǎn)的新能源汽車產(chǎn)品采用了扁線電機技術。比如，2007年，雪佛蘭沃藍達就搭載了雷米（已被麥格納收購）提供的扁線電機；日產(chǎn)、豐田等車企也都應用過該技術（豐田第四代普銳斯的扁線電機來自日本電裝）。 ? 現(xiàn)今，國內車企及零部件供應商也紛紛染指這一技術。在今年法蘭克福車展上，長城汽車控股的零部件公司蜂巢易創(chuàng)就展示了自主開發(fā)生產(chǎn)的“扁線技術”電驅動集成系統(tǒng)。此外，包括上汽、比亞迪和北汽在內的主機廠，以及方正電機、漢拿電機等電機企業(yè)也都已經(jīng)展開了相應的研究。

國外扁線電機應用代表是雪佛蘭沃藍達和豐田普銳斯等，國內已有多家車企和電機廠商展開技術研發(fā)。

方正電機總經(jīng)理牛銘奎稱，“國內扁線電機總體處于起步階段。多家整車、零部件企業(yè)正在進行產(chǎn)品開發(fā)。目前，國內有3-5家電機廠在從事扁線電機技術的開發(fā)，另有約4家整車廠也在進行研發(fā)。” ? 另有報告顯示，根據(jù)國內主機廠和電機企業(yè)的研發(fā)進度來看，國內扁線電機最快將于2020年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，2025年市場滲透率有望達到67%。實際上，就當前而言，扁線電機國內市場應用相對“冷清”。 ? 牛銘奎表示，“國內扁線電機規(guī)模應用案例還較少，目前只有一款搭載該技術的車型投放市場。”他進一步闡釋道，基于扁線電機進行產(chǎn)品開發(fā)的公司和項目為數(shù)不少，并且更多公司都已開始緊鑼密鼓地進行調研，后續(xù)會研發(fā)更多基于扁線電機的項目。 ?

國內，扁線電機還處于追趕階段，市場尚不成熟。盡管是未來的發(fā)展趨勢，但車企暫末進行大規(guī)模布局。

一位不具名人士（該人士為國內某大型自主品牌車企研究院技術負責人）對汽車之家表示，“目前國內應用并不多。就像燃料電池一樣，雖然都知道技術好，但是各個主機廠都不會提前大規(guī)模量產(chǎn)。” ? 總體看來，扁線電機技術由國外車企率先發(fā)起應用，并且在新能源驅動電機市場取得了良好的示范效應，而國內目前還在追趕當中。 ?

● 設計/制造等環(huán)節(jié)挑戰(zhàn)大 但能降低整車成本

盡管從長期來看，扁線電機是未來驅動電機的發(fā)展方向。在具備諸多優(yōu)勢的同時，也同樣存在劣勢，比如設計難度、工藝制造難度、更易損耗等。換個角度來說，原材料、生產(chǎn)工藝、專業(yè)制造設備等痛點成為了扁線電機產(chǎn)業(yè)化的壁壘，這也是其尚未實現(xiàn)大規(guī)模應用的原因。

和圓線電機相比，扁線電機也有它的缺點。簡單概括為設計難、工藝難、設備難、扁線難、有損耗。

“扁線電機是一項從產(chǎn)品設計到制造工藝等環(huán)節(jié)都截然不同于傳統(tǒng)電機的技術。”牛銘奎稱，尤其是生產(chǎn)工藝，例如線圈成型、扭頭、焊接、浸漬等，都需要全新的開發(fā)。目前尚由歐美企業(yè)壟斷，這將成為國內對核心技術掌握的主要瓶頸。“誰能掌握設計、制造等全方位的核心技術，誰才能真正在扁線電機領域取得技術突破。”牛銘奎說。 ? 市場現(xiàn)狀也確實如此。目前，具備扁線電機量產(chǎn)能力的廠家多為國際玩家，如日本電裝、日立電機，以及德國舍弗勒等。國內，上汽集團旗下零部件公司華域汽車曾于2017年實現(xiàn)了扁線電機部分出貨。 ? 上述所提及的“3-5家電機廠”和“約4家主機廠”，在扁線電機技術開發(fā)、生產(chǎn)制造等方面的能力差異都很大。牛銘奎表示，“多數(shù)廠家主要依靠國外進口設備解決工藝問題。只有數(shù)量很少的佼佼者，實現(xiàn)了從產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)制造工藝的全方位能力積累和技術突破。” ? 除此之外，由圓形導線升級為扁平矩形截面導線所帶來的另一個問題是，處于產(chǎn)業(yè)鏈上游的導線制造技術也需要同步革新。

扁線由于工序復雜、精度要求高，通過人工制造基本不能實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)必須依賴專業(yè)的高端設備。

技術難題是一方面，由此所帶來的產(chǎn)品性價比又是一方面。上述不具名人士也提到，“扁線電機在設計、制造等方面的難度都比較大。”這也反映了在市場成熟前，缺少合作伙伴來共同承擔研發(fā)等各方面的成本，由此導致車企應用該技術成本較高。“利潤為王”恰好能解釋車企為何沒有提前進行大規(guī)模量產(chǎn)。 ? 鑒于扁線電機的技術優(yōu)勢，當其越過技術降本和規(guī)模降本的臨界點時，該技術還是具備市場競爭力的。牛銘奎認為，“相比起傳統(tǒng)的圓線電機，扁線電機能降低8%-12%的有效材料成本。如果再考慮給整車性能、電耗等方面帶來的優(yōu)勢，扁線電機能將成本降低大約15%。” ?

全文總結： 現(xiàn)如今，扁線電機對傳統(tǒng)電機的替代作用仍不明顯，短期內投產(chǎn)應用的風險是車企所不愿承擔的。任何一項技術從實驗室走向市場的道路都非常坎坷，技術不成熟導致市場應用難，市場培育不到位又反過來制約技術的快速突破。站在長遠角度來考慮，技術更迭是大勢所趨；于消費者而言，如果為更優(yōu)質的用戶體驗而付出更少的成本又何樂而不為呢？

編外話

? /為什么要電機扁線化/

扁線電機繞組導線橫截面積為四邊形，與傳統(tǒng)圓線電機差異明顯。圓線導體排列出的槽滿率一般約?40%?左右，而扁線導體排列則可以提升至?70%。扁線電機繞組槽滿率高，直接導致導體的截面積（S）變大，使得導體直流電阻（R）相應下降，進而降低不必要的銅耗，提升了銅線的利用效率。 ?

圖：電阻定律&電熱計算公式 數(shù)據(jù)來源：綠芯頻道 ?

其次，扁線電機的端部尺寸更短，可以進一步降低端部繞組銅耗，進一步提升電機效率。

圖：扁線電機的端部高度比圓線電機更短?

圖：扁線電機與圓線電機結構對比 數(shù)據(jù)來源：車云網(wǎng) ?

? /扁線電機的優(yōu)勢/ ? ?

優(yōu)勢一：電機的平均效率可以提升1%-2%

根據(jù)上汽綠芯頻道評估，在WLTC（World Light Vehicle Test Procedure）標準工況，扁線電機比傳統(tǒng)圓線電機的轉換效率高1.12%；在全域平均下，兩者效率值相差2%；在市區(qū)工況（低速大扭矩），兩者效率值相差10%。因此，扁線電機中低速效率高，更適合于中國城市路況。??

表：扁線電機與圓線電機的效率對比分析 數(shù)據(jù)來源：綠芯頻道 ? ?

按照典型的續(xù)航500km的A級轎車（搭載60kwh電池包和150kw電機）計算，假設電池成本以1元/wh，即每kwh的電池成本是1000元：

表：扁線繞組效率分析 數(shù)據(jù)來源：德邦研究所 ?

優(yōu)勢二：功率密度提高 20%以上，可達4.7kW/kg

由于扁線電機槽滿率的提高，相同體積下可以塞進更多的定子繞組，相同損耗下可以輸出更高的功率和扭矩。 ? 國家政策層面是倡導高電機功率密度。在“十三五”乘用車規(guī)劃中提出，新能源乘用車電機功率密度應滿足4.0kW/kg，高于當前圓線電機約3.5kW/kg的水平，而當前領先企業(yè)的扁線電機的功率密度約4.5kW/kg。因此，在圓線電機功率密度提升進入困境時，發(fā)展扁線電機是電機發(fā)展的確定方向。

優(yōu)勢三：散熱效果更好

由于扁線繞組的定子槽可以做到緊密貼合接觸，可以降低槽內熱阻，使得熱量在導體間的傳導效率更高，因此提升高溫動力性強，有著更寬松的溫升條件，整車可以實現(xiàn)更好的加速性能。

優(yōu)勢四：機械噪音和電磁噪音更小

扁線電機導線的應力比較大，剛性比較大，電樞具備更好的剛度，對電樞噪音具有抑制作用。 ? ?

圖：扁線電機與圓線電機性能對比 數(shù)據(jù)來源：霍從崇? ??

/扁線電機的劣勢/

劣勢一：“趨膚效應”、“鄰近效應”明顯，交流阻抗增大，高轉速時轉換效率降低

趨膚效應：當導體中有交流電流或者交變磁場時,導體內部的電流分布不均勻,電流分布會趨向于導體的皮膚部分,越靠近導體表面,電流密度越大。由此,導體通過電流的有效部分減少,導體的等效電阻增加,使得損耗也增加。 ?

圖：趨膚效應 數(shù)據(jù)來源：德邦研究所 ? 鄰近效應：互相靠近的導體,通有交變電流時,每一導體不僅處于自身電流產(chǎn)生的電磁場中,同時還處于其他導體中電流產(chǎn)生的電磁場中,這使得各個導體中電流分布會要臨近導體影響而不均勻的現(xiàn)象。 ?

圖：鄰近效應 數(shù)據(jù)來源：德邦研究所 ? ?

劣勢二：扁線電機生產(chǎn)線投資額是圓線的 2-5 倍

扁線電機對產(chǎn)品的一致性要求高，技術難度大，需要投入精度較高的自動化伺服設備、焊接設備、Hair-Pin線形成形設備和工裝模具等。

劣勢三：扁線的加工難度增大

1）矩形銅線生產(chǎn)加工工藝更加復雜； 2）扁線R角處的漆膜涂敷困難，難保證此處絕緣層的均勻性；絕緣涂層在烘干后會產(chǎn)生收縮，扁線是非均勻收縮，容易變形和皸裂，需要改良使得R角處的涂覆厚度更厚； 3）扁線彎折成發(fā)卡后，R角處應力集中，容易導致涂覆層破損； 4）對扁線的精度要求高，扁線截面積大、匝數(shù)少，單根導線不一致對整體性能的影響顯著增大，對扁線的一致性要求高。復雜的加工成本使得扁線成本更高，也使得扁線加工企業(yè)享受更高的技術溢價。

劣勢四：專利壁壘過多

扁線電機專利目前主要還是在歐美及日本企業(yè)里，國內企業(yè)掌握專利較少。

編輯：黃飛