一文看懂Hair-pin发卡电机
电动车千人会
2025-01-16 11:22
如何破局汽车48V设计挑战？ 测电源赢79份好礼！直播揭秘AI供电黑科技
众所周知，新能源汽车驱动系统的核心是——驱动电机。为了在有限的体积内，提升车辆的动力性、经济性，驱动电机不断的朝着高功率密度、高电机效率方向发展。
用工程师的语言来说，就是——传统的圆形漆包线绕组，往往存在有效铜面积低，绕组铜耗较大等问题。为提高有效铜面积，需要槽内铜线排列更为规整，提高槽满率。因此，Hair-pin发卡绕组方式得以应用。
或者用更直白的话来说——通过改进绕组形状和编排方式，相比原本略显凌乱的漆包线绕组，Hair-pin发卡绕组能在同样的体积里塞进更多的导线。这样，电机的效率和功率密度就上升了。
雪佛兰Volt与丰田第四代Pruis已经开始应用Hair-pin电机，国内这方面的研究虽起步较晚，但发展迅速。
MG EZS 搭载高功率电机：
扭矩密度比同类竞品高约10%-15%
电机效率比同类竞品高约0.5%-1%
最大扭矩350N·m
最大电机功率110kW
0-50km加速仅需3.1s
领先动力的秘诀，也要归功于Hair-pin定子绕组设计。
什么是Hair-pin绕组？
和传统绕组相比，结构上有何不同？
Hair-pin绕组“强”在哪里？为什么如此“高能”？
为使大家便于理解，我们先带大家了解电机结构和工作原理。
一、电机结构以绝大部分新能源汽车采用的永磁同步电机为例，下图为结构图：（典型永磁同步电机电机总成内部结构展示）
永磁同步电机的结构包括定子组件、转子组件以及端盖、机座和其他辅助结构件。
定子组件，就是固定不动的部分。包括了定子铁芯、铜线绕组、引出线和绝缘材料，一般与电机壳体固定。转子组件，就是电机中旋转的部件。包含转子铁芯、永磁体、转轴轴承等部件。和输出转轴相连，带动齿轮驱动车辆行驶。
二、电机为什么会“转”？ 电机的作用是将电能转变为机械能，基本原理是利用磁场间的相互作用。定子组件的功能——由电生磁。
高中物理老师或许给你讲过，麦克斯韦大神，和他留下的精美绝伦的方程组。看到这路径积分符号就一脸懵逼？没关系，我们只要知道，这个方程式的第四条的第一部分告诉我们，导线通过电流，就会产生相对应的磁场。那么给定子绕组中通入电流时，定子周围就会产生磁场。而且，磁场方向与电流方向相关，可以根据“安培定则”，也就是右手螺旋定则判定。脑海中是不是依稀浮现出你的高中物理老师已经模糊的身影？
给定子绕组通入交流电时， 绕组周围将会因电流方向变化，而产生变化的磁场。
（定子磁场随电流变化图）
转子组件的功能——跟随定子磁场而旋转。转子中包含永磁体，其自身带有稳定的磁场。磁场间的相互作用：“同性相斥、异性相吸” 对于永磁同步电机而言，当定子磁场与转子磁场磁性相反时，两者之间相互吸引力会推动转子旋转。而且，如果定子磁场方向不断改变，就可以控制转子不断受到磁场力的作用发生运动。最终转子磁场与定子磁场以相同的转速与稳定的夹角（相位差）进行旋转。推动转子组件和电机输出轴产生持续的旋转，完成机械能与电能之间的转换。电机就转起来了。三、什么是Hair-pin绕组 Hair-pin绕组设计电机，是指在驱动电机定子绕组采用扁铜发卡线代替传统的细圆线的一种技术。
Hair-pin因为定子绕组的线圈形状像发卡，又俗称发卡电机，或者扁线电机。
是不是长得比较像？
定子组件制造时，首先把绕组做成像发卡一样的形状，穿进预制的定子槽；
然后，在另一端将绕组扭曲，焊接在一起，形成完整绕组。
四、结构上有何不同？为何如此“高能”？ Hair-pin绕组与传统圆导线绕组结构如图所示：
Hair-pin绕组方式带来的优势，是显而易见的↓
1
槽满率更高
从圆线变为扁线，可以在相同的空间填充更多的铜材，槽满率可以提升20%以上。从而提升电机的功率密度，提高性能。
2
热性能更好
扁导线与铁芯以及导线之间的接触面积更大，散热性能更好；导线电阻与导线横截面积反比，相同的空间下扁导线的面积更大，所以电机运行时导线上的直流铜耗更小。电机温升可以降低，效率得到提升。
3
运行噪音更低
Hair-pin绕组采用的扁导线较圆导线绕组刚度更高，可以有效降低电机运行时的电磁噪声与机械噪声。
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