扁线电机优势和劣势（扁线电机为什么如此热门？）马拉松电机

在相同功率下，相比于传统圆线电机，扁线电机的体积更小，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。

圆线变成扁线，从理论上来说，在空间不变的前提下，填充的铜可以增加20-30%。

这也意味着，某种程度上功率增加了20-30%。换言之，当功率相同时，电机的外径和体积减小，进而减少了电机材料的用量。

有学者研究表明，永磁电机损耗由绕组铜耗、铁耗、风磨杂散、磁钢涡流损耗组成。

其中绕组铜耗占比50%以上，铜耗大小又和绕组电阻成正比P=I^2*R，或者Q=I^2*R*t（其中P=导线发热功率；I=电流；R=绕组电阻；t为通电时间），减小绕组电阻能直接降低铜耗、提升电机效率和功率密度。

根据导线电阻R=p*I/S（其中p=绕组电阻；I=长度；S=横截面积）可以看出，电阻率、长度一定的情况下，只能提升绕组横截面积来降低电阻，即提升槽满率。

基于上述所言，扁线电机的内部更紧凑、空隙更少，扁线与扁线之间的接触面积也就更大，散热和热传导更好；同时绕组和铁心槽之间接触更好，热传导更好。

我们知道，电机对散热和温度非常敏感，散热性提升也带来了性能上的提升。

有实验通过温度场仿真，得出相同设计的扁线电机绕组温升比圆线电机低了10%。除了散热性能变好，包括与温度相关的其他一些性能都能得到改善。

NVH也是当前电驱动的热门话题之一。扁线电机能使电枢具备更好的刚度，对电枢噪音具有抑制作用。

此外，还可以取相对较小的槽口尺寸，有效降低齿槽力矩，进一步降低电机电磁噪音。

端部指的是铜线在槽外的部分，槽中的铜线对于电机做功有作用，而端部对于电机实际出力并没有贡献，只是起到一个将槽与槽之间的线连接的作用。

传统的圆线电机由于工艺问题，需要将端部留出较长的距离，这是为了防止在加工和其他工艺过程中损伤槽中的铜线，而扁线电机从根本上解决了这一问题。

圆线和扁线绕组截面对比

由于铜线都是硬线，所以在加工是可以不用将端部留出一段，端部更短则能节省铜材，同时也能提高效率。

扁线电机不可避免会遭遇“趋肤效应”——当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流会趋向于集中在导体表面“皮肤”部分。

这一效应带来的结果是导体的电阻增加，导体的损耗功率也随之增加。在扁线电机中的具体表现为当频率越高，扁线绕组的交流铜耗会越高。

同时该效应还和电磁设计有关，比如槽内磁密幅值、槽口高度等，也和扁铜线的尺寸有关。

这里的铜线难，指的是扁线电机对于铜线的要求相对于圆线电机更高。要求其具有一定的弹性，且弯折后会有一定程度的反弹。

这一要求，就使得设计难度直线上升，同时电线的绝缘层也会因为弯折和反弹变得更易损坏，产生缺口。

而扁线中的发卡电机对于铜线要求更高，传统扁线电机在绕组成型后可以进行包裹绝缘处理，但是发卡电机不行。

值得一提的是，日立金属还专门为普锐斯电机开发了铜线，来解决这方面的问题。

扁线由于工序复杂、精度要求高，通过人工制造基本不可能实现大规模量产，必须依赖专业的高端设备，这是大规模普及的前提，也是制约其国产化的一个重要原因。

从供应商来看，目前国内这方面的设备供应商尚未达到成熟完备的状态；而在国外，日本、意大利、德国是世界主要的扁线电机供应商国家，但其价格非常高昂。

发卡式扁线电机制备工艺较繁琐

扁线电机由于上述几点原因，其系列化设计非常难，其中柔性设计又是“难上加难”，非常考验电机设计师的功力。

从设计角度来看，如果要做100kW的电机，那么会要求设计师扩展系列方案，从80-120kW这个区间内都需要进行设计。一是为了满足潜在的需求，二是为了拉开与其他企业在设计上的差异。

而相比之下，圆线电机的设计要简单的多：其铁芯和槽数基本相同，不同之处在于长度和线圈匝数，系列化设计相对简便。