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铝扁线电机发展到哪了?

铝线电机虽未应用在新能源车里,但是可以预见其应用落地已经不远了。当前“铝代铜”已成为电机行业降本增效的选择方向,凭借技术可行性与成本优势,正从细分场景向更广领域渗透,同时驱动设备端技术革新,催生百亿级市场生态。

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铝线电机对于辅驱电机的替代NE时代此前做过技术分析,也证明了其可行性。辅驱工况下通常无需持续满载运行,其功率、扭矩需求均低于主驱电机,且对CLTC工况效率的敏感度较低。发电机方面用铝线替换铜线,其额定点的效率下降也不多,同样非常适配铝线电机。包括博格华纳等企业也都在开发相关铝线电机产品。

此外,100kW以下的主驱电机也不是不可以考虑铝线电机,100kW以下的主驱系统,通常采用单电机前驱或后驱布局,是成本控制和技术成熟度最优的方案,支撑了新能源车普及的基本盘。这类车型基本都是城市通勤场景,其电机90%以上时间工作在50kW以下,峰值功率(100kW) 使用时间极短,低功率运行时,铝线电阻增加导致的损耗增量对整体效率影响有限,而成本优势却显著,且通过优化设计在功率需求上基本与铜线电机无异。

本期内容主要是盘一下当前都有哪些企业布局铝线电机!

01.

Tier1抢跑量产

2025年末联合电子推出了其短pin铝线电机,预计将首先应用于辅驱感应电机平台。目前联合电子正基于高压平台项目辅驱电机进行铝线电机开发,从电磁方案、机械设计、生产调试等方面均进行针对性优化调整,预计今年可进入批产货架供客户选择。

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博格华纳也推出了铝线电机,这款铝扁线电机可覆盖400-800V电压平台,峰值扭矩和峰值功率与铜扁线电机相当,且高速弱磁区效率优于铜扁线电机。在平台化设计方面,可实现铝线、铜线的共产线生产。当然成本是有很大的下降区间,相较于铜线节省了76%,焊点的拉拔力也是在300N左右。

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另外,中车电驱也推出了铝线电机,根据中车电驱的数据显示在同包络情况下,持续工况下,铝线定子温度约比铜线定子高10-17°C,其次峰值工况铝线温升速度约为铜线两倍。

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舜驱动力推出的铝扁线电机已通过产线验证,相比传统铜线方案,显著降低电机重量与材料成本,直击降本核心需求。依托绕组优化设计及合适的槽满率设计,有效提高散热性能。且同时攻克铝线焊接与绝缘难题,确保耐电晕寿命与长期可靠性,兼顾成本与产品可靠性。

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华川电装的铝扁线电机项目也顺利完成了装机下线,正式进入测试验证阶段,这款铝扁线电机是华川电装联合辰致集团创新总院共同为某客户开发的。此次项目汇聚各方技术力量协同攻坚,成功突破铝线电机关键技术。

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02.

铝波绕扁线电机

首先,铝线在材料上跟铜线就存在明显差别,正常铜线的屈服强度为80-100Mpa,而正常铝材的屈服强度仅为30-50Mpa,约为铜材的 1/2。所以铝线在校直、成型、扭头方面相比铜线都会更难,且在焊接方面也有一定的要求。铝表面极易形成致密的氧化铝绝缘层,且这层氧化膜的电阻很大,所以必须在焊接前彻底清除并防止其再次生成。

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其次,铝的热膨胀系数远高于铜,焊接后在温度变化下易因热应力导致焊点虚焊或疲劳断裂。近铜侧的焊缝中很容易形成CuAl2共晶,易产生晶间裂纹。而且铝线在链接铜制的引出线或端子时,铜铝直接接触在潮湿环境中会形成原电池反应,引发电化学腐蚀,会造成接触电阻升高、局部发热。连续波绕组就可以避免部分焊接工艺,目前也有不少企业在做铝波绕扁线。

势拓御能布局的铝波绕扁线,可充分发挥铝线的轻质、低成本优势,同时大幅降低传统扁线电机多焊点带来的可靠性风险。

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针对铝材质地偏软、成型尺寸精度控制难、漆包线绝缘层易损伤的痛点,势拓御能团队自主研发设计高精度制造方案,并在W-Pin成型、卷绕、嵌线、整形等关键工序实现多项工艺创新,达成亚毫米级制造精度控制能力,线性尺寸精度稳定控制在±0.1mm以内,保障了产品的一致性与可靠性。

基于波绕组的工艺特性,技术团队对电机结构进行深度优化与参数化设计,在保障了电机的性能前提下,实现端部高度与包络尺寸的双重收缩,使电机结构更紧凑、集成度更高。

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图2:势拓御能设计的铝线线排

实测数据显示:相较于常规扁线电机,铝扁线波绕组电机端部高度下降20%,绕组重量降低65%,定子总成综合成本直降50%。

铝扁线与波绕组的组合更实现“1+1>2” 的协同效应:

铝线可塑性优异,嵌线回弹量较铜线减少50%,可设计更小回弹余量,可进一步的提升槽满率;波绕组大幅减少端部焊接,有效规避了铝线焊接易出现的缩孔、氧化等质量隐患,显著提升产品良率与可靠性。

马威电动力发布的闭口槽连续绕组铝扁线定子,依托Mavel独家专利设计,该产品以铝线替代传统铜线,综合性能实现多重突破:

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降本增效:绕组材料成本降低30%-50%,绕组减重50%-60%,有效提升车辆续航;

嵌线便捷:铝线材质柔软,适配W-pin卷绕形式。相较H-pin结构,嵌线操作难度更低;

散热优异:搭载浸没式油冷设计,均衡控温,充分释放电机性能;

工艺革新:焊点减少90%,生产加工流程大幅简化;

性能出众:大幅削减高频工况涡流损耗,延长电机使用寿命。

03.

铜铝混合扁线电机

铜铝混合扁线绕组也是一个关键方向,这种铜铝混合绕组的优势是通过铝绕组在内层高频损耗较小的特性代替在高频下铜损较高的铜绕组。同时,定子绕组中的铜绕组可以抑制由于使用铝绕组而导致的效率降低,从而实现定子总成的低成本化及轻量化

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海纳川铜铝混合绕组技术依托数万小时工况实测数据,创新采用“异质+分区”的差异化绕组设计方案,采用靠近转子的内层使用铝线、外层使用铜线的分层结构布局。

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◎ 内层(近转子):采用高导电铝合金(电导率≥58%IACS),发挥铝轻量化优势,实现减重降本。

◎ 表层(外侧):采用无氧铜(电导率≥100%IACS),匹配集肤效应下电流集中于表层的特性,有效抑制高频损耗。

针对铝线规模化应用的三大核心痛点,海纳川完成定向技术攻坚,在成型技术方面自研高精度铝扁线成型模具与自适应张力控制系统,攻克铝线成型回弹大的行业难题,绕组线性尺寸精度可达±0.1mm的亚毫米级水平,槽满率提升至62%,接近铜线绕组的工艺水平。

在绝缘技术领域开发纳米陶瓷复合绝缘涂层,将绕组耐温等级提升至220℃,耐电压击穿强度≥45kV/mm,局部放电起始电压≥3.5kV,可完全满足800V高压电驱平台的绝缘性能要求。

在焊接技术上创新采用超声+激光复合焊接工艺,配合抗氧化镀层预处理工序,焊接接头强度≥95MPa,接近铜线≥100MPa的行业标准,接头电阻率波动控制在±3%以内,可实现无缩孔、无氧化缺陷的高质量焊接。

实测数据显示,对比传统铜线电驱系统,该铜铝混合绕组的绕组重量从28kg降至11.2kg,降幅达60%,材料成本随铜价约8万元/吨、铝价约2.4万元/吨的价差直降50%,系统最高效率达95.6%、工况效率达92.4%,性能表现与铜线电驱完全持平,尽管铝的导热率为237W/(m・K),低于铜的401W/(m・K),但凭借轻量化设计与结构优化,绕组工作温升反而降低8℃。

总结.

现阶段铝线绕组替换铜线的落地策略,需严格匹配电机工况频率、负载特性:针对低频运行、峰值工况占比低的辅驱电机、小功率主驱电机,全铝绕组、铜铝混合绕组方案均可有效控制损耗,叠加极致材料成本优势,产业化应用价值突出。整体来看,铝线电机技术日趋成熟,产业落地与规模化渗透潜力巨大,将成为新能源电驱行业降本提质的核心抓手。

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