新能源汽车行业的飞速发展，已经将高效率、高转速、轻量化和低噪声作为新能源汽车主驱电机研发和设计的主导方向。在这些方向中，电机的高效化尤其成为研究的热点。面对日益增长的市场需求和激烈的技术竞争，上海电驱动作为国内率先量产三合一电驱系统的供应商，也加快了产品迭代的步伐，并提升优化产品设计的能力。公司技术团队联合产业链，提出了多种具有前瞻性的电机高效化设计方案，以满足多样化的产品性能与技术需求。
扁线技术最初应用于大型电机领域，而近年来，随着新能源汽车电机技术的快速更新迭代，扁线电机在新能源汽车领域的应用得到了迅猛发展。由于扁线电机能够显著提高铜满率，优化铜耗，进而大幅提升电机效率。
2007年，雪佛兰VOLT采用了Hair-pin发卡扁线电机；2015年，第四代丰田Prius采用了扁线电机设计方案；2018年，上海电驱动成功实现了48V BSG 扁线电机的量产下线。这些事件标志着扁线电机的发展速度正在进一步加快，主驱电机的扁线时代已经到来。
与传统圆线电机相比，扁线电机拥有多项显著优势：
高铜满率：扁线电机的铜满率可以提高25%以上，在保持其他设计方案不变的情况下，可以有效降低直流电阻，进而降低铜耗，提升电机效率。
低端部高度：扁线电机技术实现了绕组端部的降低，这一创新设计是优化电机铜耗的重要途径之一。
高功率密度和高转矩密度：得益于铜满率的提高，在相同体积的条件下，电机实现了输出功率和输出转矩的双重提升。
良好的散热性能：由于扁线电机在槽内排布整齐有序、铜线与定子铁芯贴合紧密，进而有效降低了槽内热阻，增强了热传导效果，提升了电机峰值性能和持续性能。
扁线电机技术虽然有显著的优势，但也面临一些挑战，上海电驱动在这方面进行了积极的探索和创新：
扁线电机因其独特的结构特性，导致交流系数相较于原先的绕组更大，尤其在高转速下，交流铜耗更为显著。上海电驱动通过精心设计绕组的层数与尺寸，有效降低了交流铜耗。随着绕组层数的增加和尺寸的调整，交流铜耗得到了明显优化。然而，绕组层数的增加也意味着绝缘漆膜在槽中所占比例增加，尤其是在高压电机的设计中，定子槽中绝缘材料比例的升高会导致铜满率的下降。因此，上海电驱动在设计中寻求绕组层数与尺寸的最佳平衡，以实现电机的高效运行，而不是单纯地追求绕组层数的增加。上海电驱动率先采用54槽6极的极槽配合，在相同转速下对应更低的频率和更小的交流系数，这种方案逐渐发展成为行业主流。
扁线绕组在成型和焊接等制造环节均面临较高难度。上海电驱动凭借自主研发的N-pin焊接技术，成功解决了绕组端部高度、绕组焊接工艺和量产可行性等问题。
图1 N-pin 焊接扁线绕组
而在这一领域，X-pin技术同样展现出其独特的优势和特点。X-pin通过直接消除直线端长度和拐角高度，实现了定子端部高度的显著降低。不仅减少了漆包线的用量，还降低了定子壳体的材料消耗，为电机的轻量化和成本效益提供了显著优势。目前上海电驱动已开发完成多款X-pin产品，这些产品已经通过了耐久、振动等相关测试验证。目前已获得国内多家客户认可，并计划在2025年年初实现X-pin产品的量产供货。
定转子铁芯作为电机的重要组成部分，其优化对降低电机铁耗，提升电机效率至关重要。
目前0.25mm厚度硅钢片已经成为市场的主流选择，尤其是在中高端新能源主驱电机中得到广泛应用。目前0.2mm、0.15mm等厚度的硅钢片也逐渐被应用于新能源电机产品上。这些更薄的硅钢片将更有效地降低铁芯的铁损，特别是电机在中高转速区域，随着频率的增加，铁损在总损耗中的比例上升，使用薄硅钢片的电机效率提升效果尤为显著。在电机CLTC工况落点所在区域中，多以铁耗占比为主，因此优化铁耗可有效提升电机CLTC工况效率。电机WLTC工况落点区域在电机高转速区域较多，在高转速区域，薄硅钢片的优势更加明显，有助于提高电机WLTC工况效率。上海电驱动在采用0.2mm厚度硅钢片的产品即实现量产，同时0.15mm厚度的硅钢片产品也进入样机试制阶段。
图2 B-P曲线
① 铁芯粘接技术的突破：在电机制造中，转子铁芯通常采用扣点结合方式，而定子铁芯则多采用扣点结合方式或焊接结合方式。这些传统的方法可能会影响磁路的完整性，焊道的存在同样会形成回路，进而增加定子铁耗。上海电驱动通过采用铁芯粘接技术，有效地解决了这一问题。该技术涉及在硅钢片表面涂覆胶层，以粘接方式结合转子铁芯和定子铁芯，从而取消了扣点和焊道，显著降低了由工艺引发的铁耗。目前铁芯粘接技术主要有两种技术路线：模具内点胶和硅钢片自粘接，每种技术都有其独特的优势。铁芯粘接技术已成为降低铁耗，提升电机效率的有效技术手段。
② 退火技术的优化：退火技术涉及将定转子铁芯加热到临界温度以上30℃到50℃，并保温一段时间，然后缓慢冷却。这种处理可以改善材料的内部组织及加工工艺性、增加材料的塑性、消除加工应力、消除铁芯内应力、提高导磁性能，从而降低铁耗，提升电机效率。然而，由于定子铁芯与机壳的过盈配合，装配过程中退火被消除的应力可能会重新产生，这限制了退火技术在电机效率的提升效果往往并没有理论明显。因此上海电驱动在应用退火技术时，会结合电机铁芯和机壳配合的设计，以确保退火技术的效果得以最大化。
磁钢作为永磁电机转子励磁的关键部分，其性能直接影响电机的整体效率。而磁钢在电机磁场作用下会产生涡流损耗影响电机效率。
磁钢分块粘接技术：在电机磁场的交变下，磁钢内部会产生涡流，导致磁钢的涡流损耗。磁钢分块技术是通过将整块磁钢分割为多个小块，再通过粘胶将这些小块重新粘接为一个整体。这种分割能够阻断涡流的通路，在同一工况下减少磁钢的涡流损耗，降低磁钢的温度上升，进而提升电机的效率。良好的磁钢分块设计方案，可以使CLTC工况效率提高约0.1%。在电机高转速区域，由于电机频率较高，这种优化的效果更为显著，目前上海电驱动已将这项技术应用于量产产品。
图3 磁钢分块粘接示意图
油冷电机技术发展迅速，已经成为目前中高端电驱产品的主流发展趋势，这种技术以良好的冷却效果，显著提升了电机的持续性能。
在油冷电机技术中，油品的选择至关重要。油品粘度过低可能导致电机冷却效果不佳，而粘度过高会增加电机的搅油损耗，从而降低电机效率。选择合适的油品粘度对于提高电机效率、减少搅油损耗以及保证良好的冷却效果是至关重要的。
油路设计是油冷电机技术的关键点。高效的油路设计能够消除油液死区，具有良好的油液落点，兼顾较好的冷却效果与较低的搅油损耗。上海电驱动在油冷技术领域拥有多项发明专利（包括向心式油冷技术）。2022年上海电驱动量产的EP150油冷扁线三合一电驱系统，凭借卓越的电磁方案和油路冷却系统设计，使单电机效率超过97.5%，荣获“中国心”2023年度十佳新能源汽车动力系统奖。
图4 上海电驱动EP150 三合一电驱系统
上海电驱动自2008年成立以来，已经建立了一支拥有经验丰富、研发能力卓越的电机开发团队，该团队在国内电机设计领域处于领先地位。
通过对转子磁路的精心设计可以显著减少转子谐波，优秀的转子拓扑结构对降低定子铁耗具有明显的效果。此外，降低谐波对于优化电机NVH（噪声、振动和粗糙度）性能也具有积极作用。
上海电驱动在行业内率先采用54槽6极的极槽配合方案，取代了传统48槽8极的极槽配合方案。该方案在较低层数下，依然可以实现较小的交流系数。与48槽8极方案相比，54槽6极方案在铁芯外径相同但铁芯略短的情况下，能够实现更高的功率、更大的转矩和更优的工况效率。在相同的转速下，电机的频率更低，电机交流系数更小。因此，54槽6极方案更适合高速扁线电机，采用此设计方案能够得到更优的电机效率。
与传统的绕组方案相比，上海电驱动无环流绕组专利方案能够显著降低电机的铜耗，从而进一步提升电机效率。
随着技术的不断发展和更新迭代，电机的高效化技术也在不断取得突破。新技术的落地、新材料的应用以及新工艺的引入，都将推动电机高效化技术向更高层次发展。上海电驱动也将始终站在行业发展的前沿，提供更加高效、优质的电驱动系统，为中国新能源事业的发展贡献力量。