电机绕组铜损降低 15%，扁线立绕比圆线强在哪？---壹倍达电机小课堂

2025-10-28 11:31

数字背后，是两种导体形态在槽内每一寸空间的“寸土必争”。本文把实验室数据、供应链工艺和拆机实拍揉在一起，用“看得懂”的方式回答三个问题：

1.15%铜损到底从哪抠出来？

2.扁线立绕的结构为什么能抠得动？

3.拆机之后，肉眼能看到哪些证据？

一、铜损的“账本”：I²R之外还有被忽略的“边角料”

铜损公式P=I²R看似只有电流与电阻两个变量，但R=ρL/S里，ρ是材料，L是长度，S是有效截面积。圆线散嵌在工艺端有两大“惯性缺陷”：

槽满率低：相同槽型下，圆线切圆填充的理论极限是π/4≈78.5%，实际嵌线后普遍只有45%~50%，剩下一半空间被空气、绝缘纸、层间垫条占据。

端部冗余：圆线为了过槽口必须保留“喇叭口”弧度，端部伸长短则8mm，长则15mm，铜只是“路过”铁芯，却全程参与发热。

扁线立绕把导体做成矩形，长边贴槽壁，短边迎槽口，理论填充可冲到70%以上；端部用“U”形预折弯，去掉喇叭口，单端缩短5~7mm。一台45kW、4极、48槽电机，单匝长度缩短约3%，直流电阻下降12%；再加上填充提升带来的可布铜量增加，最终直流铜损下降15%，与台架数据吻合。

二、立绕工艺如何把“理论优势”锁进量产

扁线不是新鲜事物，上世纪大型汽轮发电机早就用扁线，但把扁线塞进乘用车、工业伺服这种“寸土寸金”的定子，需要解决三大难题：

成型精度：每根导体必须像乐高积木一样插得进去、拔得出来。Hair-pin先把扁铜线数控折成“发卡”，插入后再扭弯焊接，成型公差控制在±0.05mm；I-pin干脆取消预折，直接轴向插线，槽口宽度可以比Hair-pin再缩8%，槽满率冲到74%。

绝缘耐压：扁线四个棱角电场集中，传统漆包膜厚容易在折弯处开裂。现在主流方案是“漆包+PI烧结”双层绝缘，单层厚度0.08mm，边角倒圆R0.3，局部放电起始电压提升到2800V，远高于乘用车800V平台需求。

热胀冷缩：铜与钢的热膨胀系数差1.6×10⁻⁵/℃，100℃温升下，铁芯内径比铜线多膨胀30μm。立绕结构在槽口预留0.1mm“滑移层”，用环氧树脂浸渍后形成弹性缓冲，冷热循环2000次无绝缘层开裂。

三、拆机对比：肉眼可见的5个差异

把跑完耐久试验的两台定子先后放进烘箱，120℃恒温4小时软化浸渍树脂，再用液压拉线机把绕组整体抽出，现场能直观看到差异：

更关键的是“热像图”——红外扫描下，圆线端部出现两条明显“热桥”，温度比槽部高9℃；扁线端部与铁芯温差仅2℃，热量被更短的路径导进铁芯与机壳。这意味着在相同的冷却条件下，扁线电机可以提前10分钟达到热平衡，并允许控制器把持续功率标高7%~10%。

四、不止铜损：效率地图被“横向拉宽”

铜损下降15%，带来的连锁反应是效率高原被“摊大饼”。实测数据显示，同一台电控、同一套磁钢，仅把绕组从圆线换成扁线，95%以上效率区面积扩大近一倍。原因有三：

铜损降低后，低速大转矩区发热余量变大，控制器敢把电流环饱和点往上提5%；

扁线导体与铁芯接触面积大，热阻小，允许提高绕组电流密度而不触发过热降额；

端部漏抗减小，弱磁扩速区磁链损耗下降，高速效率抬升0.3~0.5%。

对于用户，这意味着同样电池容量下，CLTC续航可增2~3km；对于整机厂，则可以把电机长度缩短5mm，省下的轴向空间让给同轴减速器或增程器。

五、写在最后：技术迭代没有“玄学”，只有“寸铜必争”

把电机拆到最后一圈铜线，就会发现：所谓高端化、高效化，并不是某一个神秘的黑科技，而是把每一毫米导体都放在最合适的位置。扁线立绕带来的15%铜损下降，表面看是电阻变小，实质是材料、工艺、热管理、电磁设计的一次“系统级”共振——

材料端：矩形铜杆+双层高PDIV绝缘；

工艺端：数控折弯+激光焊+轴向插线；

热端：更短端部+更高填充+更低热阻；

电磁端：漏抗减小+效率高原外扩。

当行业还在争论“圆线够便宜”时，搭载扁线立绕的量产机型已经把“铜损降低15%”写进了规格书。拆机之后，肉眼看到的不是营销词汇，而是铜与铁之间被压缩到极限的空气缝，是端部被“切平”后多出来的5mm轴向空间，是热像图上消失的两条红色“热桥”。技术进步的脚印，往往就藏在这些不起眼的缝隙里。