电机技术升级！扁线电机+碳化硅控制器

【卡车之家 原创】经常关注新能源卡车的卡友一定发现，从2023年开始，很多市售新能源轻卡车型的底盘“变样”了。在我们传统印象里，大多数4米2轻卡采用的是传统底盘布局，简单理解就是在燃油车的底盘设计中改造出的系能源车型，其整体布局设计依旧有燃油车的“身影”。

而当下不少车型不仅取消了臃肿、厚重的传动轴，还把电机的尺寸进一步缩小，将其集成于驱动桥之上，让电动轻卡的底盘更简洁、驱动效率更高，并且更加轻盈，甚至在此基础上引用了行业前列的扁线电机以及SiC碳化硅控制器，今天我们就来重点看看它们二者和此前的产品有何升级之处？

博格华纳扁线电机

在行业内，扁线电机最早出现于小型乘用车之上，是2020年后才开始在国内流行的新装备，海外诸如雷米、电装、日立等供应商均有自主扁线电机的相关产品。最具代表性的车型就是丰田的第四代代普锐斯以及雪佛兰的二代VOLT，早在2011年左右，这两种车型就开始使用的是扁线电机驱动。

传统的圆线电机

目前在商用车领域，宁德时代、拜腾汽车、比亚迪等车企，已经在商用车扁线电机领域取得了重要突破，这也就意味着，近两年在轻微卡领域中，车企会大幅度提升这类产品的装车率和出镜率，而扁线电机相较于曾经的圆线电机在结构以及优势上也有一些重要变化。

古铜色线体布局和截面形状是区分圆线、扁线的重要手段

首先，一般车用驱动电机是由定子组件、转子组件、端盖和辅助标准件所组成，而其中定子组件中又包含铁线、铜线绕组以及绝缘材料等构成。而扁线电机和传统圆线电机最大的区别，就是将定子绕组中的圆铜线替换为横截面为矩形或长方形的扁铜线，这是两者间最为重要的变化。

线体犹如发卡一般

目前行业内的扁线电机根据车辆用途分为多个技术路径，比如集中绕组扁线电机、波绕组扁线电机与Hairpin（发卡）扁线电机等，而发卡扁线电机是目前国内的主流应用技术。各种技术路线各有优劣势，这里我们不具体展开，下面我们以Hair Pin的制造工艺为例看看两者间的设计差异。

相比圆线电机，Hair Pin发卡扁线电机并非简单的螺旋式绕组设计，而是需要先将铜线设计为类似“发卡”的结构，然后装进定子槽内，最后再在另外一段将端部焊接起来。过程中为了保障其稳定性，扁线电机永磁体、线圈、绝缘体上所使用的材料上更加苛刻。

除了制造成本之外，扁线电机不仅制造工艺相对圆线电机更加复杂，而且对于厂家的的加工工艺要求同样更高。所以目前来看，搭载扁线电机的轻卡不论是制造成本还是终端价格相较于传统车型肯定更高，而据某车企此前的消息透露，自家搭载扁线电机等高科技装备的4米2轻卡售价能够轻松突破30万元。

圆线、扁线槽满率对比

既然价格高于传统车型，那么扁线电机肯定有自身的实际优势。首先扁线电机由于绕组设计差异，相比圆线电机而言能够最大程度的提升槽满率。一般来说圆线电机的槽满率在40%左右，而扁线电机槽满率可高达70%及以上。同时扁线电机中填充的铜可以增加20-30%，产生更强的磁场强度，从某种程度上说等同于增加近20-30%的功率。

高槽满率下要想达到相同的电机功率，扁线电机所铜线填充量更少，定子铁芯和端部尺寸得以减小，使得电机尺寸也更小，节省材料的同时进一步提升电机功率密度。这就会带来前两个好处，那就是扁线电机相较于圆线电机不仅尺寸更加小巧，而且重量和体积也会更小，有效帮助整车实现轻量化，同时同尺寸下扁线电机的功率表现更高，有助于提升整车的动力表现。

其次商用车电机的能量损耗主要集中在电机铜耗、铁耗、风摩损耗以及杂散损耗，这里面电机铜耗占据全部能量损耗的70%左右，这也就意味着降低电机铜耗能够大幅减少电机的能量损耗，间接提升电机的功率密度。由于扁线绕组采用的矩形铜线相比圆铜线绕组中的圆细铜线有显著的截面积变化，能够有效降低绕组电阻从而降低铜耗。

最后由于扁线电机相比圆线电机的定子具有更小的槽口尺寸，所以能够有效降低齿槽力矩从而降低电磁噪音，同时矩形导线刚性更大，对电枢噪音也具有抑制作用，再配合转子磁极与结构优化，使其具有更好的NVH性能。如果简单理解，那就是搭载扁线电机的卡车在行驶中会更安静。

绿色部分为碳化硅电机控制器

除了扁线电机之外，还有一项装备也进入了我们商用车的视野，那就是SiC（碳化硅）电机控制器，在以往的传统轻卡车型之上我们常常使用的是Si（硅）元素控制器，两者的主要差异是功率控制模块中使用的半导体材料。卡友们首先需要知道电机控制器是新能源汽车中电池电能转换机械能的控制部分，其中功率控制模块是电机控制器中核心电能转换器件。

如果简单理解，那就是电机控制器是电机的指挥官，功率控制模块则是电机控制器的核心组件，而其中半导体材料是否优异，将决定整车电机控制器的响应速度、稳定性、灵敏程度、续航里程、充电速度等多个方面。正因如此，SiC碳化硅电机控制器正是在这种背景下应运而生。

碳化硅材料

从材料学方面来看，SiC（碳化硅）相比于传统的Si（硅）拥有几大优势，分别是带隙宽度、散热性能、开关速度以及高温性能。首先我们先看第一点，SiC的（碳化硅）带隙宽度约为3.26 eV，而Si（硅）的带隙宽度约为1.12 eV。较宽的带隙使得SiC半导体在高温、高压和高频应用中具有更好的性能。

其次，由于SiC（碳化硅）的较宽带隙，它在高温环境下具有更好的性能稳定性。SiC（碳化硅）半导体器件可以在高达600℃的环境中工作，而Si器件通常在150℃左右的环境中工作。（碳化硅）半导体器件具有较高的开关速度和较低的导通损耗，使得它们在高频应用中具有更好的性能。

SiC（碳化硅）半导体器件具有较高的击穿场强，使得它们在高压应用中具有优势。SiC（碳化硅）器件可承受的电压通常远高于Si（硅）器件。不过在成本方面，受制于材料、制程复杂性以及较低的产量，SiC（碳化硅）半导体技术的整体制造成本相对较高，不过未来随着技术的不断发展，成本终将会相对可控。

这里也就很好的解释了，为何现在不论是主流的乘用车企，如：特斯拉、极氪、蔚来、小鹏等品牌，还是高端新能源商用车，均开始陆续为车辆装配SiC（碳化硅）电机控制器。而在实际应用过程当中，SiC（碳化硅）电机控制器还有一下几大好处。

传统IGBT电机控制器芯片

相较于车辆传统的IGBT（绝缘栅双极晶体管），SiC（碳化硅）半导体器件具有较低的导通损耗和较高的开关速度，使得SiC（碳化硅）电机控制器在效率方面具有优势。高效率意味着电能损耗较低，从而提高了新能源汽车的续航里程。在某商用车企的实际实验中，搭载SiC（碳化硅）电机控制器的车型相较于曾经的车型实际续航里程提升5-10%左右，差异肉眼可见。

其二，SiC（碳化硅）半导体在高温环境下具有更好的性能稳定性，使得SiC（碳化硅）电机控制器在高温条件下仍能正常工作。在实际用车场景中，汽车可能会在高温环境下行驶，因此对电机控制器的温度稳定性要求较高。卡友们都知道，高温天气下使用新能源商用车最怕的就是电机热负荷过大，影响车辆的实际动力性能，而SiC（碳化硅）电机控制器则具有更强的高温适应性。

其三，SiC（碳化硅）半导体器件具有较高的开关速度，使得SiC（碳化硅）电机控制器在高频条件下具有较好的响应性能。在实际用车场景中，快速响应的电机控制器可以提供更好的驾驶体验，例如加速、减速和制动等方面。响应越快意味着车辆的从动性更佳，能够更好的判断驾驶者的实际意图，进而实现更优异的驾驶感受，据悉，采用SiC（碳化硅）电机控制器的车型其效率可达99%以上。

其四，由于SiC（碳化硅）电机控制器具有较高的效率和较好的散热性能，使得散热器和其他辅助设备可以减小体积，从而缩小整个电机控制器的尺寸。在实际用车场景中，较小的电机控制器可以为汽车提供更多的空间，降低车辆重量，有助于提高车辆的动力性能和能源利用效率。根据某轻卡厂家的资料显示，采用SiC（碳化硅）电机控制器的轻卡，其控制器体积可减少20%，重量能减轻35%左右，大幅提升车辆轻量化表现。

●  编后语

整体看来，不论是扁线电机还是SiC（碳化硅）电机控制器，在目前商用车行业中都算是最为顶尖的新能源装备，而它们入局之后将会进一步提升新能源车型的整体竞争力以及可靠性，如果再借助更为强大的电池技术，那么新能源车型将会是全方位的技术升级，不论是我们卡友的用车周期还是实际应用场景中实用性都会再次提升。

卡车之家日后也会持续关注这两项商用电动车新装备的发展趋势，并且实时为卡友带来一手资讯。各位卡友如何看待这两项装备呢？欢迎在评论区说出你的看法。（文/杨昊）