行业洞察 |探索华域电动全新Umini扁线绕组技术在驱动电机中的应用

本周，来自华域汽车电动系统有限公司首席专家的宋志环将就Umini扁线绕组技术在驱动电机中的应用分享他的最新研究成果。

 宋志环

 华域汽车电动系统有限公司

 首席专家

宋志环，博士，毕业于沈阳工业大学，电机与电器专业，现就职于华域汽车电动系统有限公司，担任首席专家。擅长永磁同步电机设计及电机NVH抑制技术。毕业后长期从事新能源驱动电机的研发和设计工作，主持开发的扁铜线驱动电机已在通用、VOLVO和上汽等国内外车企的多款新能源纯电和混动汽车中实现量产应用。

Umini扁线绕组技术在驱动电机中的应用

近些年新能源汽车行业发展迅速，除政策和环保因素外，技术的不断更新和迭代是推动新能源汽车行业快速发展的主要源动力，驱动电机作为新能源汽车的核心零部件，为整车提供动力来源，自然受到广泛的关注。

整车对驱动电机的需求可总结为如下四个方面，即高效率、高功率密度、低成本和低NVH。扁铜线绕组技术在槽满率、导热性、电枢刚性以及自动化生产方面均符合整车对驱动电机的以上四个需求，因此扁铜线绕组技术一经推出便受到新能源行业的一致认可，并成为驱动电机的主流技术发展方向。

01

扁铜线绕组的分类

根据扁铜线绕组的成型工艺不同，可将目前市场上驱动电机的扁铜线绕组分为三类，即I-pin绕组、Hair-pin绕组和W-pin绕组，如图1所示。

  I-pin绕组

 Hair-pin绕组

W-pin绕组

图1 扁铜线电机绕组分类

 相对于Hair-pin和W-pin两种绕组形式，I-pin绕组的成型方式最简单，但绕组的两个端部均需要焊接，对焊接工艺和制造节拍的要求高，与Hair-pin绕组相比焊接的节拍增加一倍。

W-pin绕组采用绕组连续绕制的形式，取消了端部绕组的焊接，但增加了绕组成型和嵌线的工艺难度。

 Hair-pin绕组为一端成型，另一端焊接的形式，集成了I-pin和W-pin绕组的优势，同时也降低了绕组成型和焊接的技术难度，因此，在新能源扁线电机中得到广泛的应用。

目前三种绕组形式仅为技术路径的选择不同，互有优劣势。

绕组是电机机电能量转换的核心部件，但只有铁芯中的绕组部分参与机电能量转换，端部绕组仅起到形成电流回路的作用，图2为Hair-pin绕组的电枢示意图。

而端部绕组过长还会给电机带来一系列不利因素，例如：（1）增加电机的铜耗，影响效率。（2）附加的铜耗也会引起电机发热严重，影响温升。（3）增加电机的包络尺寸，影响电机布置。（4）绕组用铜量增加，影响成本。

因此，降低绕组端部尺寸是电机设计人员的基本要求。尤其在新能源汽车领域，追求驱动电机的极致性能和极致成本更是如此。

图2 Hair-pin绕组电枢示意图

02

华域电动全新的Umini扁线电机技术

华域电动作为国内第一家扁铜线驱动电机的量产供应商，一直致力于扁线驱动电机产品性能和成本的极致追求。针对扁铜线绕组的端部高度，华域电动推出全新的Umini扁线电机技术，该技术在Hair-pin绕组的基础上通过优化绕组成型、焊接、插线和扭头等工艺实现绕组焊接端和花冠端高度的大幅度降低，图3为华域电动量产项目与采用Umini扁线技术的端部高度对比。以一台150kW扁铜线驱动电机为例，采用Umini扁线技术后，焊接端高度降低约25%，花冠端高度降低约20%，绕组的用铜量可减少约0.1kg。除包络尺寸降低和用铜量减少外，电机的相电阻降低约3%，最高效率提升0.03%，≥90%高效区间提升约0.5%。

 Hair-pin绕组焊接端

Umini绕组焊接端

图3 绕组焊接端对比

Hair-pin绕组花冠端 

Umini绕组花冠端

图4 绕组花冠端对比

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03

Umini扁线技术的优点

与X-pin绕组相比，Umini扁线技术可以做到焊接端略高于X-pin绕组，而花冠端低于X-pin绕组，总的包络尺寸可以比X-pin绕组降低约10%～15%。如图5所示。

图5 Umini绕组和X-pin绕组包络对比

Umini扁线技术的绕组连接形式也更加灵活，可实现每槽奇数和偶数根导体的布置，并且在同层可实现同心式绕组跨线，降低绕组跨接的复杂程度，实现Busbar高度和成本的降低。采用Umini扁线技术的绕组，其电气间隙和爬电距离也要大于X-pin绕组，更适合今后800V及以上的高压化需求。

与X-pin绕组相比，Umini扁线绕组的焊点更加饱满，焊点的熔深和熔合面积更大，拉拔力增大30%～40%，提升产品可靠性，尤其适合混合动力汽车等对振动工况要求严苛的应用场合。

目前Umini扁线技术的产品一次性合格率＞90%，已具备量产条件。

   小结：

华域电动研发的Umini扁线技术的绕组端部高度与量产产品相比可降低20～30%，与X-pin绕组相比可降低端部高度约10～15%，具有更小的产品包络尺寸；同时具有灵活的绕组连接形式，满足不同客户的方案需求；具有更大的电气间隙以及爬电距离，符合未来高压化的技术需求；具有更高的焊接质量和焊点拉拔力，提升产品运行可靠性；具有更好的产线和工装兼容性，在现有产线基础上做较小改动，即可实现产品量产。目前，华域电动研发的Umini扁线技术已完成前期的设计和验证工作，即将投入量产。

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