一、背景
圖1.1
新能源汽車目前處于快速發展時期，產品質量快速提升，消費者對整車性能要求越來越高。由于扁線電機在高效率，高功率密度，優秀NVH，高集成性和低成本方面相比圓線電機有明顯的優勢，所以眾多高端車型均搭載扁線電機，如（圖1.1）各暢銷車型使用扁線電機情況如下，預計在2025年扁線電機的滲透率會更大。如（圖1.2）搭載在特斯拉Model Y的10層扁線電機在去年首次曝光，扁線技術又將迎來大家熱議的話題。
圖1.2
扁線雖然擁有許多傳統繞組不可比擬的優點，但同時扁線電機也有部分劣勢，及工藝難點。
1、設備投資大；
2、加工難度增大（插頭、線成型、扭頭、切平、焊接等）與圓線電機工藝上有很大差異，且對設備的精度和工藝一致性要求極高；
3、系列化難度大，由于扁線電機匝數相對固定，很難通過簡單增加疊厚，來滿足不同產品對于電機性能的需求；
4、專利壁壘。
此篇主要介紹各廠家的扁線電機專利中幾種特殊的繞組結構，針對上述扁線電機痛點，做了哪些創新。
在上一期文章《扁線電機繞組技術解析（一）》中主要講解了繞組的基本結構、原理及扁線電機基本的繞組方案。如果已經遺忘的小伙伴可以再復習下。
二、傳統扁線繞組結構
1、 整距波繞組
扁線繞組為保證端部整齊美觀，引出線相對集中，更有利于busbar布置.通常采用波繞組形式。由于工藝能力限制，目前國內扁線電機層數以4層、6層、8層為主。以8極48槽8層波繞扁線電機為例,層數由外徑向內徑編號為a-h，OX代表槽內電流流向，紅色和藍色代表不同的兩支路，實線和虛線代表hairpin繞組的皇冠端和焊接端：
圖2.1
如（圖2.1）按照繞線次序和并聯支路分類，繞組結構為A=2,每條支路共8個子繞線段，1根橋接線。
第一支路：
第一子繞線段；（7a-13b）、（19a-25b）、（31a-37b）、（43a-1b）
第二子繞線段；（7c-13d）、（19c-25d）、（31c-37d）、（43c-1d）
第三子繞線段；（7e-13f）、（19e-25f）、（31e-37f）、（43e-1f）
第四子繞線段；（7g-13h）、（19g-25h）、（31g-38h）、（43g-1h）
橋接線；（1h-8h）
第五子繞線段；（8h-2g）、（44h-38g）、（32h-26g）、（20h-14g）
第六子繞線段；（8f-2e）、（44f-38e）、（32f-26e）、（20f-14e）
第七子繞線段；（8d-2c）、（44d-38c）、（32d-26c）、（20d-14c）
第八子繞線段；（8b-2a）、（44b-38a）、（32b-26a）、（20b-14a）
第二支路：
第一子繞線段；（8a-14b）、（20a-26b）、（32a-38b）、（44a-2b）
第二子繞線段；（8c-14d）、（20c-26d）、（32c-38d）、（44c-2d）
第三子繞線段；（8e-14f）、（20e-26f）、（32e-38f）、（44e-2f）
第四子繞線段；（8g-14h）、（20g-26h）、（32g-38h）、（44g-2h）
橋接線；（2h-7h）
第五子繞線段；（7h-1g）、（43h-37g）、（31h-25g）、（19h-13g）
第六子繞線段；（7f-1e）、（43f-37e）、（31f-25e）、（19f-13e）
第七子繞線段；（7d-1c）、（43d-37c）、（31d-25c）、（19d-13c）
第八子繞線段；（7b-1a）、（43b-37a）、（31b-25a）、（19b-13a）
如（圖2.1）按照焊接端扭轉方向分類，分為兩類導體；
第一類導體；左支腿向左扭轉-右支腿向右扭轉，如（19a-25b）
第二類導體；左支腿向左扭轉-右支腿向左扭轉，如（8h-2g）
如（圖2.1）按照焊接端分離方向分類，分為三類導體；
第一類導體；左支腿向內分離-右支腿向外分離，如（19a-25b）
第二類導體；左支腿向內分離-右支腿向內分離，如（43a-1b）
第三類導體；左支腿向外分離-右支腿向外分離，如（7c-13d）
小結：
（1）繞組按照節距Y=6沿線制方向像波浪似地繞制a、b層后。在繞制完第一子繞線段（43a-1b）后，由于要繼續繞制后面的層號，且7a已經占用，1b無法和7a相連。故改變焊接端的分離方向，跨層（1b-7c）相連后繼續繞制。其余子繞線段同理。
（2）在繞制完第四子繞線段（43g-1h）后，已經無法再次跨層。但偶數槽號的U相還未開始繞制，故需要改變跨距，由從跨距6變為7.我們它通常把（1h-8h）這根繞組叫做橋接線或者異形pin。橋接后，繞制方向由順時針改變為逆時針，反向繼續繞制完剩余U1槽。
（3）在實際繞制最后g、h兩層的操作中，不一定要繞制完一圈直到（43g-1h）后開始向前橋接，也可在此之前橋接，如（圖2.2）橋接線變為（1h-44h），也可繞制完成。只有進出線相對位置發生變化14a出線變為2a出線。需要注意的是橋接位置選擇不當可能導致進出線端相距過遠，busbar布置困難，通常只采用上述兩種方式。如（圖2.1）按照繞線次序和并聯支路分類，繞組結構為A=2,每條支路共8個子繞線段，1根橋接線。
圖2.2
（4）在實際繞制中，皇冠端之間要保證相互平行，焊接端之間也要保證相互平行，如（7a-13b）、（7c-13d）、（8a-14b），避免不同層交叉焊接，會導致pin線間出現干涉。
（5）此繞組結構同樣適用于并聯支路數A=1、4。如（圖2.1）只需將（14a-8a）相連，則變為A=1；或將橋接線拆開，增加出線端1h和進線端8h，則變為A=4
（6）同樣，此繞組結構也可沿逆時針方向繞制如（7a-1b）；由于異形pin會占用徑向空間，也可將a-h層對調，由外側出線改為內側出線；也可以虛線實線對調，出線由皇冠端出線變為焊接端出線。
2、短距波繞組
為有效削弱五次和七次諧波，實際應用中通常采用短距繞法，如圖（2.3），線圈一側跨距Y1=7，另一側跨距Y2=5，合成節距Y=極距2τ=48/4=5+7=12。
圖2.3
如（圖2.3）按照繞線次序和并聯支路分類，繞組結構為A=2,每條支路共8個子繞線段，1根橋接線。
第一支路：
第一子繞線段；（7a-14b）、（19a-26b）、（31a-38b）、（43a-2b）
第二子繞線段；（7c-14d）、（19c-26d）、（31c-38d）、（43c-2d）
第三子繞線段；（7e-14f）、（19e-26f）、（31e-38f）、（43e-2f）
第四子繞線段；（7g-14h）、（19g-26h）、（31g-38h）、（43g-2h）
橋接線；（2h-8h）
第五子繞線段；（8h-1g）、（44h-37g）、（32h-25g）、（20h-13g）
第六子繞線段；（8f-1e）、（44f-37e）、（32f-25e）、（20f-13e）
第七子繞線段；（8d-1c）、（44d-37c）、（32d-25c）、（20d-13c）
第八子繞線段；（8b-1a）、（44b-37a）、（32b-25a）、（20b-13a）
第二支路：
第一子繞線段；（8a-15b）、（20a-27b）、（32a-39b）、（44a-3b）
第二子繞線段；（8c-15d）、（20c-27d）、（32c-39d）、（44c-3d）
第三子繞線段；（8e-15f）、（20e-27f）、（32e-39f）、（44e-3f）
第四子繞線段；（8g-15h）、（20g-27h）、（32g-39h）、（44g-3h）
橋接線；（3h-9h）
第五子繞線段；（9h-2g）、（45h-38g）、（33h-26g）、（21h-14g）
第六子繞線段；（9f-2e）、（45f-38e）、（33f-26e）、（21f-14e）
第七子繞線段；（9d-2c）、（45d-38c）、（33d-26c）、（21d-14c）
第八子繞線段；（9b-2a）、（45b-38a）、（33b-26a）、（21b-14a）
如（圖2.3）按照焊接端扭轉方向分類，分為兩類導體；
第一類導體；左支腿向左扭轉-右支腿向右扭轉，如（19a-26b）
第二類導體；左支腿向左扭轉-右支腿向左扭轉，如（8h-1g）
如（圖2.3）按照焊接端分離方向分類，分為三類導體；
第一類導體；左支腿向內分離-右支腿向外分離，如（19a-26b）
第二類導體；左支腿向內分離-右支腿向內分離，如（43a-2b）
第三類導體；左支腿向外分離-右支腿向外分離，如（7c-14d）
小結：
（1）短距繞組跨層方式與整距類似，同樣是在繞制完一圈后改變焊接端的分離方向，跨層線（3b-8c）相連后繼續繞制。
（2）短距繞組橋接方式與整距類似，在繞制完第四子繞線段（44g-3h）后，改變跨距由從跨距5變為6，繞制方向由順時針改變為逆時針，反向繼續繞制完剩余U1的槽。
（3）如（圖2.4），同樣短距繞組也可在（43g-2h）向前橋接，橋接線變為（2h-44h）。
圖2.4
（4）同理，皇冠端之間要保證相互平行，焊接端之間也要保證相互平行，避免不同層交叉焊接，會導致pin線間出現干涉。
（5）同理，也可將此繞組結構改為A=1、4；由順時針繞制改為逆時針方向繞制；由外側出線改為內側出線；由皇冠端出線改為焊接端出線。
（6）由于短距繞組，并非每一個槽不同層數之間都是相同相位，如7a和7b之間相位分別為U+和W-。則層與層之間存在較大的電勢差，對于高壓系統來說。對于絕緣要求更高。
三、松正-CN202010958051
此專利中介紹了一種長短距和長整距或短整距繞組混繞波繞方案。其特征在于：所述定子鐵芯徑向相鄰的第M層與第M+1層的導體的相焊接的兩個焊接端部之間的節距為短節距或長節距，其他相鄰兩層的導體的相焊接的兩個焊接端部之間的節距為整節距。以8極48槽6pin，A=2為例,如（圖3.1）
圖3.1
按照繞線次序和并聯支路分類，繞組結構為A=2,每條支路共6個子繞線段，1根橋接線。
第一支路
第一子繞線段；（13b-8a）、（2b-43a）、（37b-32a）、（26b-19c）
第二子繞線段；（14d-8c）、（3d-43c）、（38d-32c）、（27d-21e）
第三子繞線段；（15f-8e）、（2f-45e）、（39f-32e）
橋接線：（26f-33f）
第四子繞線段；（39e-44f）、（2e-9f）、（15e-20f）、（26e-32d）
第五子繞線段；（37c-45d）、（2c-8d）、（13c-21d）、（26c-31b）
第六子繞線段；（37a-44b）、（2a-7b）、（13a-20b）
第二支路
第一子繞線段；（14b-7a）、（1b-44a）、（38b-31a）、（25b-20c）
第二子繞線段；（15d-7c）、（2d-44c）、（39d-31c）、（26d-20e）
第三子繞線段；（14f-9e）、（3f-44e）、（38f-33e）
橋接線；（27f-32f）
第四子繞線段；（38e-45f）、（3e-8f）、（14e-21f）、（27e-33d）
第五子繞線段；（38c-44d）、（1c-9d）、（14c-20d）、（25c-32b）
第六子繞線段；（38a-43b）、（1a-8b）、（14a-19b）
按照焊接端扭轉方向不同分為兩類相同；
左支腿向左扭轉-右支腿向右扭轉，如（13b-8a）
焊接端分離方向相同；
左支腿向內分離-右支腿向外分離，如（13b-8a）
小結：
（1）如（圖3.2）長短距繞組是指：在a、b層之間或者e、f層之間，皇冠端采用兩種成型導體，如（圖3.5）長節距導體200A設于短節距導體200B外部，長節距導體200A的節距為7，短節距導體200B節距為5。
圖3.2 皇冠端連線
圖3.3 焊接端連線
（2）如（圖3.2）長整距繞組是指：在c、d層之間，皇冠端采用兩種成型導體，如（圖3.6）長節距導體250A設于整節距導體250B外部，長節距導體250A的節距為8，整節距導體250B節距為6。
圖3.4 皇冠端連線（變形）
（3）如（圖3.4）該繞組結構可將d、e、f相位由順時針偏移改為逆時針偏移，則c、d層長整距繞組變為整短距，如（圖3.7）整節距導體210A設于整節距導體210B外部，長節距導體210A的節距為8，整節距導體210B節距為6。
（4）如（圖3.4）該繞組結構可將26d與27d，32d與33d，32f與33f相位對調，橋接線可由同心結構連接變為整距結構連接。
（5）此繞組結構特點是扭轉工藝和分離工藝相對簡單，除了橋接線，其他槽繞組都是左支腿向左扭轉，右支腿向右扭轉，左支腿向內分離-右支腿向外分離。但此結構由于皇冠端跨距不同，導致導體種類增加，插線難度相對傳統繞組結構相對復雜。
（6）此繞組結構在磁路上并非按照45°機械角度對稱，但沿180°對稱。故無法使用A=1,最小并聯支路數為2。在A=2、4時該結構消除了不對稱產生的環路電流問題，降低轉矩波動，諧波少，降低噪音。
四、恒大-CN202111037524
此專利中介紹了一種長距和整距繞組混繞疊繞方案。其特征在于：所述繞組在同一條支路下，最內層和最外層所述線圈在同層中跨線，中間層在異層中跨線。以8極48槽8pin，A=2為例,如（圖4.1、圖4.2、圖4.3）
圖4.1
圖4.2 U1皇冠端連線
圖4.3 U2皇冠端連線
按照繞線次序和并聯支路分類，繞組結構為A=2,每條支路共8個子繞線段；
第一支路
第一子繞線段；（24a-31a）、（25b-31c）、（25d-32e）、（26f-32g）、（26h-32h）
第二子繞線段；（38g-32f）、（38e-31d）、（37c-31b）
第三子繞線段；（37a-42a）、（36b-42c）、（36d-43e）、（37f-43g）、（37h-43h）
第四子繞線段；（1g-43f）、（1e-43d）、（48c-42b）
第五子繞線段；（48a-7a）、（1b-7c）、（1d-8e）、（2f-8g）、（2h-8h）
第六子繞線段；（14g-8f）、（14e-7d）、（13c-7b）
第七子繞線段；（13a-18a）、（12b-18c）、（12d-19e）、（13f-19g）、（13h-19h）
第八子繞線段；（25g-19f）、（25e-18d）、（24c-18b）
第二支路
第一子繞線段；（25a-30a）、（24b-30c）、（24d-31e）、（25f-31g）、（25h-31h）
第二子繞線段；（37g-31f）、（37e-30d）、（36c-30b）
第三子繞線段；（36a-43a）、（37b-43c）、（37d-44e）、（38f-44g）、（38h-44h）
第四子繞線段；（2g-44f）、（2e-43d）、（1c-43b）
第五子繞線段；（1a-6a）、（48b-6c）、（48d-7e）、（1f-7g）、（1h-7h）
第六子繞線段；（13g-7f）、（13e-6d）、（12c-6b）
第七子繞線段；（12a-19a）、（13b-19c）、（13d-20e）、（14f-20g）、（14h-20h）
第八子繞線段；（26g-20f）、（26e-19d）、（25c-19b）
按跨距數量不同分為三類導體：
第一類導體；Y=6等距,如（25b-31c）
第二類導體；Y=5短距,如（37a-42a）
第三類導體；Y=7長距,如（25d-32e）
按照焊接端扭轉方向不同分為兩類導體；
第一類導體；左支腿向左扭轉-右支腿向左扭轉，如（37a-42a）
第二類導體；左支腿向右扭轉-右支腿向左扭轉，如（25b-31c）
第三類導體；左支腿向右扭轉-右支腿向右扭轉，如（26h-32h）
按照焊接端分離方向不同分為三類導體；
第一類導體；左支腿向內分離-右支腿向內分離，如（37a-42a）
第二類導體；左支腿向外分離-右支腿向內分離，如（25b-31c）
第三類導體；左支腿向外分離-右支腿向外分離，如（26h-32h）
小結：
（1）如（圖4.1、圖4.2、圖4.3）該疊繞結構在第a、h層所述線圈在同層中跨線，其余層線圈在異層中跨線，且同層跨線的線圈均為間隔排布，異層跨線的線圈之間連續排布。
（2）如（圖4.1、圖4.2、圖4.3）該疊繞結構在a層、h層線圈跨距為5、7間隔分布；在d、e層跨距為7；在b、c與f、g層跨距為6；實現長距、短距和整距混繞方案。從而能有效削弱諧波電動勢，改善磁勢波形，降低諧波引起的附加損耗，以及改善繞組在工作時產生的運動噪音。
（3）此繞組結構扭轉后導體形狀與傳統波繞組不同，且在第a、h層導體兩支腿都是沿同一方向扭轉（如圖4.4、圖4.5），在其余層導體兩支腿都是向內扭轉（如圖4.6），優勢在于可以使焊接端跨距都為6，且無橋接線。可以有效降低焊接端繞組高度。
\
（4）如（圖4.7、圖4.8）24槽、26槽U+可由單邊分布變為交錯分布，則繞組布線圖如（圖4.9、圖4.10、圖4.11所示），可使a、h層都變為整距，但會使U1、U2出線端和焊接端中間層的跨層數不同，可能會引起電阻不同，導致電流分布不均。
圖4.9
圖4.10
圖4.11
（5）此繞組結構特點是焊接端跨距都為6，且無橋接線。同樣由于皇冠端跨距不同，導致導體種類增加，插線難度相對傳統繞組結構相對復雜。
五、比亞迪-CN201810850677.2
此專利中介紹了一種跨層數>1的波繞方案。其特征在于：該繞組結構根據跨層數不同分為第一類導體段、第二類導體段。其中第一類導體段兩支腿分別位于最內層和最外層，第二類導體段兩支腿分別位于次內層和次外層。第一類導體段中間連接部外套于第二類導體段中間連接部，如（圖5.1）
圖5.1
按照繞線次序，共4個子繞線段
第一子繞線段；（1a-7d）、（1c-43b）、（37a-43d）、（37c-31b）、（25a-31d）、（25c-19b）、（13a-19d）、（13c-7b）
第二子繞線段；（2a-8d）、（2c-44b）、（38a-44d）、（38c-32b）、（26a-32d）、（26c-20b）（14a-20d）、（14c-8b）
橋接線；（8b-14b）
第三子繞線段；（14b-20c）、（26d-20a）、（26b-32c）、（38d-32a）、（38b-44c）、（2d-44a）、（2b-8c）、（14d-8a）
第四子繞線段；（13b-19c）、（25d-19a）、（25b-31c）、（37d-31a）、（37b-43c）、（1d-43a）、（1b-7c）、(13d-7a)
按照跨層數不同分為兩大類導體；
第一類導體；a(最外層)-d（最內層），如（1a-7d）
第二類導體；b(次外層)-c（次內層），如（1c-43b）
按照焊接端扭轉方向不同分為兩類導體；
第一類導體；左支腿向左扭轉-右支腿向右扭轉，如（1c-43b）
第二類導體；左支腿向右扭轉-右支腿向左扭轉，如（37a-43d）
按照焊接端分離方向不同分為三類導體；
第一類導體；左支腿向外分離-右支腿向內分離，如（1c-43b）
第二類導體；左支腿向內分離-右支腿向外分離，如（37a-43d）
小結：
（1）如（圖5.1）該繞組通過采用波繞式布線方式，并結合部分焊接端跨距的調整，同槽內電壓分布比較均勻，相鄰層間扁線電壓差較小，能有效減少電機絕緣擊穿風險。
（2）如（圖5.2，圖5.3）該繞組中性線（260）中設有3個凸起（262、263、264），其中（262）與U相（252A）焊接，（263）與W相（252W）焊接，（264）與V相（252B）焊接。
（3）如（圖5.2，圖5.4，圖5.5）該繞組橋接線（240）包含有U、V、W三相的橋接線（240A、240B、240W），其中橋接線可做成U 型結構如（圖5.4）采用凸起結構與焊接端（220）焊接，也可做出一字型如（圖5.5）
（4）傳統扁線電機皇冠端之間要保證相互平行，焊接端之間也要保證相互平行。但此繞組結構它通過鼻頭結構，實現了跨層數>1。如（圖5.6、圖5.7、圖5.8）.第一類導體（203）的中間連接部（213）外套與第二類導體（204）的中間連接部（213），且兩類導體（213）端面投影完全重合。
（5）該鼻頭結構可變形如下（圖5.9、圖5.10、圖5.11）.第二類導體（204）的中間連接部（213）改為平頭結構，可以減小線圈高度。
（6）該鼻頭結構可變形如下（圖5.12、圖5.13、圖5.14）.第一、第二類導體（204）的中間連接部（213）可均改為平頭結構，可以進一步減小線圈高度。
（7）可以發現此繞組結構適用于層數較少的電機，若層數過多反而導致高度更高。且此結構對pin線成型難度和一致性要求極高。
六、總結
不論是傳統繞組結構還是特殊的繞組結構，都各有千秋。電機廠家需要更好地結合自己廠內設備和工藝能力，才能找到最適合自己的答案。還有要說的，就是專利歸屬問題，據小編了解，大部分的扁線電機專利歸屬歐美和日本。由于繞組專利對繞組理論要求較高，雖然目前專利網上可以查到大量的關于扁線國內專利，但質量也參差不齊，而且很多已被其他企業申請過了，上文中提到的幾個專利，也是僅供大家學習參考，拓展思路。
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