你知道Hair-pin、I-pin、S-winding、X-pin的區(qū)別嗎？

扁線電機(jī)主要有三條技術(shù)路線：Hair-pin、I-pin、S-winding。三種技術(shù)路線都有各自優(yōu)勢(shì)，目前Hair-pin為主流，I-pin以聯(lián)合電子、博世為代表，S-winding以博格華納為代表。S-winding對(duì)扁線的要求更高，加工費(fèi)也更高。長安汽車最新發(fā)布的藍(lán)鯨iDD混合動(dòng)力系統(tǒng)使用的就是S-winding電機(jī)。聯(lián)合電子于2022年推出的X-pin預(yù)計(jì)在2024年量產(chǎn)。

從驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子繞組技術(shù)的發(fā)展歷程看，可以將其劃分為第一代徑向嵌裝繞組技術(shù)與第二代軸向嵌裝繞組技術(shù)。

第一代繞組技術(shù)：徑向嵌裝繞組。徑向嵌裝繞組是指將銅導(dǎo)體繞制成型后，沿定子鐵芯齒部的極靴口將繞組從徑向方向裝配進(jìn)鐵芯槽內(nèi)。從1888年開始，工業(yè)電機(jī)上應(yīng)用的主流繞組技術(shù)均為徑向嵌裝繞組，初期繞組技術(shù)以分布式圓線徑向嵌裝繞組為主，1942年又逐漸衍生出集中式圓線徑向嵌裝繞組，隨后到1995年發(fā)展出集中式扁線繞組以及分布式波繞扁線繞組。

徑向嵌裝繞組難以適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)。徑向嵌裝式繞組技術(shù)由于其鐵芯槽口極靴形狀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受限，會(huì)直接影響到電機(jī)的峰值/持續(xù)特性以及NVH性能，此外在生產(chǎn)工藝上往往還需要手工介入調(diào)整，難以實(shí)現(xiàn)高節(jié)拍（60s以內(nèi)）的自動(dòng)化生產(chǎn)。

上圖（左）：圓線徑向嵌套（右）：徑向波繞繞組

第二代繞組技術(shù)：軸向嵌裝繞組。從1958年開始，隨著繞組技術(shù)的進(jìn)一步成熟，第二代軸向嵌裝繞組技術(shù)開始進(jìn)入市場應(yīng)用，初期的軸向嵌裝繞組也主要應(yīng)用在大中型工業(yè)電機(jī)中。軸向嵌裝繞組是指將半成型或者未經(jīng)預(yù)成型的扁銅線導(dǎo)體，沿定子鐵芯的端面槽口將繞組從軸向方向裝配進(jìn)鐵芯槽內(nèi)。

軸向嵌裝繞組的第一個(gè)技術(shù)分支：Hairpin繞組。Hairpin繞組憑借其優(yōu)異的功率，扭矩與效率性能迅速占領(lǐng)主流技術(shù)市場。Hairpin繞組可以大大減少繞組嵌裝所需的裝配預(yù)留空間和導(dǎo)體間隙，其槽滿率可以達(dá)到70％左右。

上圖（左）：發(fā)卡示意圖 （右）：Hairpin繞組

軸向嵌裝繞組的第二個(gè)技術(shù)分支：I-Pin繞組。I-Pin繞組無需預(yù)成型且為單槽裝配，可以進(jìn)一步降低繞組的裝配預(yù)留空間，其槽滿率可以達(dá)到74％左右（以聯(lián)合電子目前已批產(chǎn)的I-pin產(chǎn)品為例），具有更為優(yōu)異的功率，扭矩與效率性能。缺點(diǎn)是焊接工藝繁瑣，端部尺寸較大。

上圖（左）：I-pin示意圖 （右）：I-pin繞組 示意圖

軸向嵌裝繞組的第三個(gè)技術(shù)分支：S-winding繞組。S-winding繞組具有眾多優(yōu)勢(shì)：

成型后兩頭端部無需焊接，端部空間尺寸更小；

更加優(yōu)秀的NVH性能，減少了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)（即隨著電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩輸出周期性增加和減少）從而實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的運(yùn)行；

更出色的冷卻效果。

2018年博格華納憑借性S-winding型繞組導(dǎo)線成型技術(shù)榮膺《汽車新聞》雜志頒發(fā)的PACE大獎(jiǎng)。該方案尤其適用于安裝空間有限的P2混合動(dòng)力汽車，S-winding繞組比集成繞組定子短30%左右，而扭矩密度提高了50%以上。

上圖：S-winding扁線示意圖

上圖（左）：S-winding扁線電機(jī)定子示意圖 （右）：電裝公司的S-winding扁線電機(jī)局部圖

2021年6月長安汽車最新發(fā)布的藍(lán)鯨iDD混合動(dòng)力系統(tǒng)采用S-winding繞組。搭載該系統(tǒng)的SUV車型UNI-K PHEV的匱電油耗僅為5L/100km，其核心零部件藍(lán)鯨電驅(qū)變速器采用的就是S-winding繞組，電驅(qū)動(dòng)綜合效率90%；電機(jī)控制器最高效率超過98.5%，電機(jī)功率密度達(dá)到10kW/kg，液壓系統(tǒng)壓力高達(dá)60bar。官方宣稱，藍(lán)鯨iDD系統(tǒng)最高傳遞效率達(dá)到97%，系統(tǒng)綜合扭矩最大可達(dá)590牛·米，百公里加速最快6秒+，最高車速可達(dá)200km/h。

上圖：長安汽車iDD混合系統(tǒng)

不同技術(shù)路線對(duì)生產(chǎn)設(shè)備及工藝的影響極大，繞組生產(chǎn)步驟大致分為：插頭、線成型、扭頭、切平、焊接等。Hair-pin在各步驟的生產(chǎn)工藝難度適中，而S-winding在線成型加工步驟上難度極高，但在焊接、端部高度等方面存在優(yōu)勢(shì)。

上圖：技術(shù)路線對(duì)生產(chǎn)的影響

目前的技術(shù)路線仍然以hair-pin工藝技術(shù)路線為主，I-pin以聯(lián)合電子、博世為代表，S-winding以博格華納為代表。

上圖：電機(jī)企業(yè)技術(shù)路線

2022年10月底，聯(lián)合電子在博世技術(shù)平臺(tái)上介紹了其新一代電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案。新一代電驅(qū)動(dòng)方案采用共殼體設(shè)計(jì)方案，將電機(jī)殼體、控制器下殼體已經(jīng)部分減速器殼體實(shí)現(xiàn)集成。

從公開的示意圖來看，定子繞組采用原X-pin方案，根據(jù)聯(lián)合電子發(fā)布的數(shù)據(jù)槽滿率達(dá)到74%，端部尺寸相比I-pin縮短27mm，相比連續(xù)波繞縮短4mm。最高耐壓可達(dá)1200V，局部放電耐壓可達(dá)3300V。

電控方面，將搭載新一代功率模塊PM6。EMC濾波組件與電容實(shí)現(xiàn)集成，整體布置更加簡潔。新增水冷板散熱，提升功率模塊散熱。采用全新的安全狀態(tài)設(shè)計(jì)方案SEDSS。相比ASC方案，SDESS可保證在功率模塊失效時(shí)，電機(jī)仍可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。即使在車輛故障的情況，車輪仍可轉(zhuǎn)動(dòng)，降低拖車成本。

性能上來看，新一代電驅(qū)動(dòng)峰值功率200kw，輪端峰值扭矩4150nm，輪端峰值轉(zhuǎn)速1940rpm，CLTC工況效率達(dá)到92.8%。得益于集成化的設(shè)計(jì)思路，功率密度達(dá)到3.5kw/kg。在油冷技術(shù)的加持下，持續(xù)輸出功率達(dá)到130kw，占比峰值功率區(qū)間達(dá)到65%?？杉嫒?00V/800V電壓平臺(tái)。

目前該產(chǎn)品已完成設(shè)計(jì)方案鎖定，設(shè)定的性能要求也已達(dá)到。預(yù)計(jì)在2024年將實(shí)現(xiàn)批產(chǎn)。