科普園地
眾所周知，新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的核心是——驅(qū)動電機。為了在有限的體積內(nèi)，提升車輛的動力性、經(jīng)濟性，驅(qū)動電機不斷的朝著高功率密度、高電機效率方向發(fā)展。
用工程師的語言來說，就是——傳統(tǒng)的圓形漆包線繞組，往往存在有效銅面積低，繞組銅耗較大等問題。為提高有效銅面積，需要槽內(nèi)銅線排列更為規(guī)整，提高槽滿率。因此，Hair-pin發(fā)卡繞組方式得以應用。
或者用更直白的話來說——通過改進繞組形狀和編排方式，相比原本略顯凌亂的漆包線繞組，Hair-pin發(fā)卡繞組能在同樣的體積里塞進更多的導線。這樣，電機的效率和功率密度就上升了。
雪佛蘭Volt與豐田第四代Pruis已經(jīng)開始應用Hair-pin電機，國內(nèi)這方面的研究雖起步較晚，但發(fā)展迅速。
MG EZS 搭載高功率電機：
扭矩密度比同類競品高約10%-15%
電機效率比同類競品高約0.5%-1%
最大扭矩350N·m
最大電機功率110kW
0-50km加速僅需3.1s
領先動力的秘訣，也要歸功于Hair-pin定子繞組設計。
什么是Hair-pin繞組？
和傳統(tǒng)繞組相比，結構上有何不同？
Hair-pin繞組“強”在哪里？為什么如此“高能”？
為使大家便于理解，我們先帶大家了解電機結構和工作原理。
一、電機結構
以絕大部分新能源汽車采用的永磁同步電機為例，下圖為結構圖：
定子組件，就是固定不動的部分。包括了定子鐵芯、銅線繞組、引出線和絕緣材料，一般與電機殼體固定。
轉子組件，就是電機中旋轉的部件。包含轉子鐵芯、永磁體、轉軸軸承等部件。和輸出轉軸相連，帶動齒輪驅(qū)動車輛行駛。
二、電機為什么會“轉”？
電機的作用是將電能轉變?yōu)闄C械能，基本原理是利用磁場間的相互作用。
定子組件的功能——由電生磁。
高中物理老師或許給你講過，麥克斯韋大神，和他留下的精美絕倫的方程組。
看到這路徑積分符號就一臉懵逼？沒關系，我們只要知道，這個方程式的第四條的第一部分告訴我們，導線通過電流，就會產(chǎn)生相對應的磁場。
那么給定子繞組中通入電流時，定子周圍就會產(chǎn)生磁場。而且，磁場方向與電流方向相關，可以根據(jù)“安培定則”，也就是右手螺旋定則判定。
腦海中是不是依稀浮現(xiàn)出你的高中物理老師已經(jīng)模糊的身影？
給定子繞組通入交流電時， 繞組周圍將會因電流方向變化，而產(chǎn)生變化的磁場。
（定子磁場隨電流變化圖）
轉子組件的功能——跟隨定子磁場而旋轉。
轉子中包含永磁體，其自身帶有穩(wěn)定的磁場。磁場間的相互作用：“同性相斥、異性相吸”
對于永磁同步電機而言，當定子磁場與轉子磁場磁性相反時，兩者之間相互吸引力會推動轉子旋轉。而且，如果定子磁場方向不斷改變，就可以控制轉子不斷受到磁場力的作用發(fā)生運動。
最終轉子磁場與定子磁場以相同的轉速與穩(wěn)定的夾角（相位差）進行旋轉。推動轉子組件和電機輸出軸產(chǎn)生持續(xù)的旋轉，完成機械能與電能之間的轉換。電機就轉起來了。
三、什么是Hair-pin繞組
Hair-pin繞組設計電機，是指在驅(qū)動電機定子繞組采用扁銅發(fā)卡線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的細圓線的一種技術。
Hair-pin因為定子繞組的線圈形狀像發(fā)卡，又俗稱發(fā)卡電機，或者扁線電機。
是不是長得比較像？
定子組件制造時，首先把繞組做成像發(fā)卡一樣的形狀，穿進預制的定子槽；
然后，在另一端將繞組扭曲，焊接在一起，形成完整繞組。
四、結構上有何不同？為何如此“高能”？
Hair-pin繞組與傳統(tǒng)圓導線繞組結構如圖所示：
1槽滿率更高
從圓線變?yōu)楸饩€，可以在相同的空間填充更多的銅材，槽滿率可以提升20%以上。從而提升電機的功率密度，提高性能。
2熱性能更好
扁導線與鐵芯以及導線之間的接觸面積更大，散熱性能更好；導線電阻與導線橫截面積反比，相同的空間下扁導線的面積更大，所以電機運行時導線上的直流銅耗更小。電機溫升可以降低，效率得到提升。
3運行噪音更低
Hair-pin繞組采用的扁導線較圓導線繞組剛度更高，可以有效降低電機運行時的電磁噪聲與機械噪聲。
Hair-pin繞組槽內(nèi)的銅線排列十分規(guī)整、槽滿率高，從而電機功率密度、電機效率以及散熱性能方面有明顯提高，擁有許多傳統(tǒng)繞組不可比擬的優(yōu)點。
你可能會想，這么好的技術，為什么沒有被大規(guī)模應用？主要是因為目前Hair-pin的工藝復雜，前期制造產(chǎn)線投入較大，并且技術有專利保護。
上汽作為新能源領導者，自2016年便自主研發(fā)成功了Hair-pin繞組電機，隨后在榮威ERX5、榮威Ei5、MG EZS量產(chǎn)應用。
搭載的110kW高功率電機的MG EZS ，0-50km加速僅需3.1s。領先動力科技，才能讓用戶駕駛感受帶來質(zhì)變。
來源：綠芯之友