电驱动系统作为新能源汽车的核心零部件之一，电驱系统的轻量化、高效化、小型化、低成本是未来的趋势；而电驱系统集成化、电机扁线化是实现轻量化和小型化的主要技术路线。近两年，新能源车企刮起了一股换装扁线电机的风潮，年随着各主流车企大规模换装扁线电机，特斯拉换装国产扁线。扁线电机的技术性能提升使得车企在提升性能、续航等方面取得很大进步，由最初的无人问津到现在的集万千宠爱于一身，未来随着新能源车的快速普及，扁线对于圆线的替代将加速进行，扁线电机的大力生产将成为广大新能源车企的主旋律。
1.什么是扁线电机
汽车的驱动电机是电气驱动系统的核心，类比燃油车中的发动机，其性能和效率直接影响电动汽车的性能。
从下图可以看出，一个典型永磁同步电机的主要零部件可以拆分为定子组件、转子组件、端盖和辅助标准件。在这些部件中，定子组件是决定电机性能的关键，由定子铁芯、铜线绕组、引出线、以及绝缘材料组成。铜线绕组是指在铜线外侧加绝缘涂层制成漆包线后，再首尾相连组成绕组，这一部分占到电机总成本的17%。
图：扁线电机组成
扁线电机各零部件
“扁线”和“圆线”的区分主要特制铜线绕组。我们所说的圆线电机使用的是多根细圆线作为绕组，而在新型扁线电机中，绕组引用的导线形态发生变化，从多根细的圆线变成了几根粗的矩形导线。在制造过程中，需要先把绕组做成类似发卡一样的形状，穿进定子槽内，再在另外一端把发卡的端部焊接起来。
圆线电机和扁线电机结构示意图
相比圆线电机，扁线电机通过改变定子截面和端部结构能在同样条件下塞进更多体积的导线，导线与导线的空隙明显要小很多，也更为均匀规整。而正是这一不同，直接导致了扁线电机相对圆线电机的优势。
2.扁线电机性能优势明显
当前新能源汽车对驱动电机的要求主要体现在功率密度高、调速范围宽、起动转矩大、高效区间广、散热要求强。在技术的突破下，扁线电机展现了自身在各个维度的碾压性优势，现有的圆线电机各性能已经无法满足新能源汽车驱动电机性能需求，因此这一方案是未来的高确定性趋势。图6、扁线电机和圆线电机性能比较示意图
圆线电机与发卡电机性能对比图
3.扁线电机定子种类
市场上扁线电机定子目前有四种技术路线。目前主流技术路线为Hair-pin路线，也称发卡电机。
传统I-pin路线。最大特点是制造工艺简单，I-pin绕组属于轴向嵌装绕组，直接将一字型扁线导体轴向嵌入铁芯槽后，对两头进行扭折焊接，制造工艺较为简单，但由于焊接部位额外占用径向尺寸，尾部长，铜耗大，温度增加的同时效率也会有所降低。
I-pin绕组
Hair-pin。Hair-pin绕组需要对扁铜线预成型成发卡状，是目前主流的扁线绕组形式。特点是只需要焊接一端，端部长度更短，铜耗小，温升降低、提升效率，同时电机的重量、体积也会更小。然而工艺复杂，对设备、铜线要求很高。整体的铜耗要低于I-pin绕组，电机效率也有一定的提升。
Hair-pin绕组
除了成型工艺难度外，扁线hairpin绕组的工艺困难还在于在绕组端部的绝缘处理上，以避免绕组和定子的直接接触。与此同时，为了保证结构紧凑，绕组和绕组之间的间隙要足够的小。
连续波绕组。波绕扁线是一种焊点少，设计灵活性高的绕组工艺。工艺步骤较Hair-pin大大简化，成型后两头端部也无需焊接。它最大的优势在于空间比Hair-pin更小，且更适合目前V油冷趋势。但其技术要求和相应的单线价值也会更高，目前仍处于起步阶段，自主研发仅限于插电混动车型。
连续波绕组
X-pin。主要在槽满率上有明显优势，但技术也有更大的难度，目前处于研发阶段。
在未来几年内，Hair-pin仍将保持主流扁线电机技术身位，预计比例约80%-90%；连续波绕组和X-pin的新技术将占10%-20%。表2、扁线四种技术路径比较
4.主流的Hair-pin扁线电机定子生产工艺
定子生产的工艺流程大致拆分为插绝缘纸-线成型-插线-扩口-扭头-焊接-滴漆涂敷，任一环节的不足都会导致产品的可靠性和一致性变差，成为产品可用性的一大掣肘。扁线电机定子生产各阶段的主要难点如下：
5.为什么扁线电机市场现在爆发了？
过去因为各项技术不成熟导致产品不良率高，所以扁线电机无法大量应用，但是这些年电机企业并没有停下研发的脚步。华域电动、艺达电驱动、方正电机等企业都在扁线技术上进行着持续性的投入，近年扁线绕组技术也由2层、4层升级为最新的8层扁线绕组技术。
因为随着电动车动力需求的增加，电机的转速越来越高，通过绕组的交流电的频率也越来越高。这里的交流电有着明显的“趋肤效应(skineffect)”，导致中间的面积被浪费，周围的电流很大，发热明显，效率降低。而采用了8层扁线绕组技术的电机，导线面积更大，所以电阻和能量损耗都得以降低，电机效率提高。
以上汽新能源ER6车型为例，这台电机的最高效率达到了97%，并且在大部分工况下都能达到90%以上的效率。它的最高转速达到了rpm，新车0-公里/时加速仅需7.8秒，极速达公里/时。
对比4层发卡绕组电机，8层扁线绕组电机效率≥90%的区间从83%提升到了88%，增加了整整5%。
此外，通过仿真软件测算的效率MAP数据显示，同一款ER6车型分别采用8层发卡电机和4层发卡电机时，搭载8层发卡电机的车型NEDC工况的平均电耗从13.8千瓦时/百公里下降到12.2千瓦时/百公里，降幅超过11.5%，切实提升车辆续航里程。
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，热、NV、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。
这已经不是简单地工作效率或者动力的提升，如今扁线电机的技术性能提升已经使得车企能在空间布局上有更多的选择，在提升性能或是续航上可以有更多可观的变化。
在电池技术短时间内难以有大的突破情况下，新能源车企便开始将目光转向技术得到升级的扁线电机，至此扁线电机崛起。以目前的替换速度，相信5年扁线电机的渗透率将达到90%。
6.电机扁线产业链
上游——主要原材料是电解铜和绝缘漆，占产品成本的90%左右。绝缘漆可进一步分为：聚酰胺酰亚胺漆膜、耐电晕漆膜、聚酰亚胺漆膜，均为大宗商品，价格受到宏观经济和供需的影响。
中游——在扁线线材方面，精达股份、长城科技、金杯电工、冠城大通等已经全部实现量产。台一铜业、金田铜业、佳腾电业、先登高科等企业也开始提供相关产品。其中精达股份是全球前三位的特种电磁线制造商，也是新能源汽车用扁线的龙头企业。
下游——在扁线电机整机方面，除了新能源整车企业自产外，国内具备扁线电机及零部件量产能力有华域电动、方正电机、大洋电机、松正电机、易唯科电机、艺达电驱动等。
在制造设备方面，由于扁线电机定子装配线有很多道复杂工序，对设备精度和工艺一致性要求高。扁线电机无法进行手工制造，定子装配自动化解决方案，国外的设备供应商如日本日特、意大利ATOP、法国REDEX、德国GROB等技术实力较强，国内金岷江、克来机电、豪森股份、巨一科技、合利士等也具备扁线电机装备制造能力。
7.新能源车企配套情况
代表公司为：特斯拉、比亚迪、蔚来等。
在电机形式方面，2年所有主机厂新出车型均搭载扁线电机，全年扁线电机在新能源汽车的渗透率预估达到35%。各大主机厂和Tier1供应商都已经开始积极布局，例如具有龙头效应的主机厂特斯拉在年起已经在全系车辆中（ModelS/X/3/Y）搭载扁线电机。
通用雪佛兰VOLT早在年就采用了扁线电机，但一直没有大规模普及，主要是因为其在原材料、工艺、设备上的难点较多，对产品的一致性要求较高。比亚迪早在年就开始扁线电机的研制，自己开发了扁铜线的生产工艺，解决了扁铜线在成形回弹、绝缘形变、强耐电晕、端部扭头、定子插入的精度和抗耐力等一系列问题，目前比亚迪的扁线电机效率达到了全球领先的97.5%。
图7图8
图7图8扁线电机当前发展趋势与各家配套设备采购情况
来源：素材来源清新资本/驱动视界及网络
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