一、背景
图1.1
新能源汽车目前处于快速发展时期，产品质量快速提升，消费者对整车性能要求越来越高。由于扁线电机在高效率，高功率密度，优秀NVH，高集成性和低成本方面相比圆线电机有明显的优势，所以众多高端车型均搭载扁线电机，如（图1.1）各畅销车型使用扁线电机情况如下，预计在2025年扁线电机的渗透率会更大。如（图1.2）搭载在特斯拉Model Y的10层扁线电机在去年首次曝光，扁线技术又将迎来大家热议的话题。
图1.2
扁线虽然拥有许多传统绕组不可比拟的优点，但同时扁线电机也有部分劣势，及工艺难点。
1、设备投资大；
2、加工难度增大（插头、线成型、扭头、切平、焊接等）与圆线电机工艺上有很大差异，且对设备的精度和工艺一致性要求极高；
3、系列化难度大，由于扁线电机匝数相对固定，很难通过简单增加叠厚，来满足不同产品对于电机性能的需求；
4、专利壁垒。
此篇主要介绍各厂家的扁线电机专利中几种特殊的绕组结构，针对上述扁线电机痛点，做了哪些创新。
在上一期文章《扁线电机绕组技术解析（一）》中主要讲解了绕组的基本结构、原理及扁线电机基本的绕组方案。如果已经遗忘的小伙伴可以再复习下。
二、传统扁线绕组结构
1、 整距波绕组
扁线绕组为保证端部整齐美观，引出线相对集中，更有利于busbar布置.通常采用波绕组形式。由于工艺能力限制，目前国内扁线电机层数以4层、6层、8层为主。以8极48槽8层波绕扁线电机为例,层数由外径向内径编号为a-h，OX代表槽内电流流向，红色和蓝色代表不同的两支路，实线和虚线代表hairpin绕组的皇冠端和焊接端：
图2.1
如（图2.1）按照绕线次序和并联支路分类，绕组结构为A=2,每条支路共8个子绕线段，1根桥接线。
第一支路：
第一子绕线段；（7a-13b）、（19a-25b）、（31a-37b）、（43a-1b）
第二子绕线段；（7c-13d）、（19c-25d）、（31c-37d）、（43c-1d）
第三子绕线段；（7e-13f）、（19e-25f）、（31e-37f）、（43e-1f）
第四子绕线段；（7g-13h）、（19g-25h）、（31g-38h）、（43g-1h）
桥接线；（1h-8h）
第五子绕线段；（8h-2g）、（44h-38g）、（32h-26g）、（20h-14g）
第六子绕线段；（8f-2e）、（44f-38e）、（32f-26e）、（20f-14e）
第七子绕线段；（8d-2c）、（44d-38c）、（32d-26c）、（20d-14c）
第八子绕线段；（8b-2a）、（44b-38a）、（32b-26a）、（20b-14a）
第二支路：
第一子绕线段；（8a-14b）、（20a-26b）、（32a-38b）、（44a-2b）
第二子绕线段；（8c-14d）、（20c-26d）、（32c-38d）、（44c-2d）
第三子绕线段；（8e-14f）、（20e-26f）、（32e-38f）、（44e-2f）
第四子绕线段；（8g-14h）、（20g-26h）、（32g-38h）、（44g-2h）
桥接线；（2h-7h）
第五子绕线段；（7h-1g）、（43h-37g）、（31h-25g）、（19h-13g）
第六子绕线段；（7f-1e）、（43f-37e）、（31f-25e）、（19f-13e）
第七子绕线段；（7d-1c）、（43d-37c）、（31d-25c）、（19d-13c）
第八子绕线段；（7b-1a）、（43b-37a）、（31b-25a）、（19b-13a）
如（图2.1）按照焊接端扭转方向分类，分为两类导体；
第一类导体；左支腿向左扭转-右支腿向右扭转，如（19a-25b）
第二类导体；左支腿向左扭转-右支腿向左扭转，如（8h-2g）
如（图2.1）按照焊接端分离方向分类，分为三类导体；
第一类导体；左支腿向内分离-右支腿向外分离，如（19a-25b）
第二类导体；左支腿向内分离-右支腿向内分离，如（43a-1b）
第三类导体；左支腿向外分离-右支腿向外分离，如（7c-13d）
小结：
（1）绕组按照节距Y=6沿线制方向像波浪似地绕制a、b层后。在绕制完第一子绕线段（43a-1b）后，由于要继续绕制后面的层号，且7a已经占用，1b无法和7a相连。故改变焊接端的分离方向，跨层（1b-7c）相连后继续绕制。其余子绕线段同理。
（2）在绕制完第四子绕线段（43g-1h）后，已经无法再次跨层。但偶数槽号的U相还未开始绕制，故需要改变跨距，由从跨距6变为7.我们它通常把（1h-8h）这根绕组叫做桥接线或者异形pin。桥接后，绕制方向由顺时针改变为逆时针，反向继续绕制完剩余U1槽。
（3）在实际绕制最后g、h两层的操作中，不一定要绕制完一圈直到（43g-1h）后开始向前桥接，也可在此之前桥接，如（图2.2）桥接线变为（1h-44h），也可绕制完成。只有进出线相对位置发生变化14a出线变为2a出线。需要注意的是桥接位置选择不当可能导致进出线端相距过远，busbar布置困难，通常只采用上述两种方式。如（图2.1）按照绕线次序和并联支路分类，绕组结构为A=2,每条支路共8个子绕线段，1根桥接线。
图2.2
（4）在实际绕制中，皇冠端之间要保证相互平行，焊接端之间也要保证相互平行，如（7a-13b）、（7c-13d）、（8a-14b），避免不同层交叉焊接，会导致pin线间出现干涉。
（5）此绕组结构同样适用于并联支路数A=1、4。如（图2.1）只需将（14a-8a）相连，则变为A=1；或将桥接线拆开，增加出线端1h和进线端8h，则变为A=4
（6）同样，此绕组结构也可沿逆时针方向绕制如（7a-1b）；由于异形pin会占用径向空间，也可将a-h层对调，由外侧出线改为内侧出线；也可以虚线实线对调，出线由皇冠端出线变为焊接端出线。
2、短距波绕组
为有效削弱五次和七次谐波，实际应用中通常采用短距绕法，如图（2.3），线圈一侧跨距Y1=7，另一侧跨距Y2=5，合成节距Y=极距2τ=48/4=5+7=12。
图2.3
如（图2.3）按照绕线次序和并联支路分类，绕组结构为A=2,每条支路共8个子绕线段，1根桥接线。
第一支路：
第一子绕线段；（7a-14b）、（19a-26b）、（31a-38b）、（43a-2b）
第二子绕线段；（7c-14d）、（19c-26d）、（31c-38d）、（43c-2d）
第三子绕线段；（7e-14f）、（19e-26f）、（31e-38f）、（43e-2f）
第四子绕线段；（7g-14h）、（19g-26h）、（31g-38h）、（43g-2h）
桥接线；（2h-8h）
第五子绕线段；（8h-1g）、（44h-37g）、（32h-25g）、（20h-13g）
第六子绕线段；（8f-1e）、（44f-37e）、（32f-25e）、（20f-13e）
第七子绕线段；（8d-1c）、（44d-37c）、（32d-25c）、（20d-13c）
第八子绕线段；（8b-1a）、（44b-37a）、（32b-25a）、（20b-13a）
第二支路：
第一子绕线段；（8a-15b）、（20a-27b）、（32a-39b）、（44a-3b）
第二子绕线段；（8c-15d）、（20c-27d）、（32c-39d）、（44c-3d）
第三子绕线段；（8e-15f）、（20e-27f）、（32e-39f）、（44e-3f）
第四子绕线段；（8g-15h）、（20g-27h）、（32g-39h）、（44g-3h）
桥接线；（3h-9h）
第五子绕线段；（9h-2g）、（45h-38g）、（33h-26g）、（21h-14g）
第六子绕线段；（9f-2e）、（45f-38e）、（33f-26e）、（21f-14e）
第七子绕线段；（9d-2c）、（45d-38c）、（33d-26c）、（21d-14c）
第八子绕线段；（9b-2a）、（45b-38a）、（33b-26a）、（21b-14a）
如（图2.3）按照焊接端扭转方向分类，分为两类导体；
第一类导体；左支腿向左扭转-右支腿向右扭转，如（19a-26b）
第二类导体；左支腿向左扭转-右支腿向左扭转，如（8h-1g）
如（图2.3）按照焊接端分离方向分类，分为三类导体；
第一类导体；左支腿向内分离-右支腿向外分离，如（19a-26b）
第二类导体；左支腿向内分离-右支腿向内分离，如（43a-2b）
第三类导体；左支腿向外分离-右支腿向外分离，如（7c-14d）
小结：
（1）短距绕组跨层方式与整距类似，同样是在绕制完一圈后改变焊接端的分离方向，跨层线（3b-8c）相连后继续绕制。
（2）短距绕组桥接方式与整距类似，在绕制完第四子绕线段（44g-3h）后，改变跨距由从跨距5变为6，绕制方向由顺时针改变为逆时针，反向继续绕制完剩余U1的槽。
（3）如（图2.4），同样短距绕组也可在（43g-2h）向前桥接，桥接线变为（2h-44h）。
图2.4
（4）同理，皇冠端之间要保证相互平行，焊接端之间也要保证相互平行，避免不同层交叉焊接，会导致pin线间出现干涉。
（5）同理，也可将此绕组结构改为A=1、4；由顺时针绕制改为逆时针方向绕制；由外侧出线改为内侧出线；由皇冠端出线改为焊接端出线。
（6）由于短距绕组，并非每一个槽不同层数之间都是相同相位，如7a和7b之间相位分别为U+和W-。则层与层之间存在较大的电势差，对于高压系统来说。对于绝缘要求更高。
三、松正-CN202010958051
此专利中介绍了一种长短距和长整距或短整距绕组混绕波绕方案。其特征在于：所述定子铁芯径向相邻的第M层与第M+1层的导体的相焊接的两个焊接端部之间的节距为短节距或长节距，其他相邻两层的导体的相焊接的两个焊接端部之间的节距为整节距。以8极48槽6pin，A=2为例,如（图3.1）
图3.1
按照绕线次序和并联支路分类，绕组结构为A=2,每条支路共6个子绕线段，1根桥接线。
第一支路
第一子绕线段；（13b-8a）、（2b-43a）、（37b-32a）、（26b-19c）
第二子绕线段；（14d-8c）、（3d-43c）、（38d-32c）、（27d-21e）
第三子绕线段；（15f-8e）、（2f-45e）、（39f-32e）
桥接线：（26f-33f）
第四子绕线段；（39e-44f）、（2e-9f）、（15e-20f）、（26e-32d）
第五子绕线段；（37c-45d）、（2c-8d）、（13c-21d）、（26c-31b）
第六子绕线段；（37a-44b）、（2a-7b）、（13a-20b）
第二支路
第一子绕线段；（14b-7a）、（1b-44a）、（38b-31a）、（25b-20c）
第二子绕线段；（15d-7c）、（2d-44c）、（39d-31c）、（26d-20e）
第三子绕线段；（14f-9e）、（3f-44e）、（38f-33e）
桥接线；（27f-32f）
第四子绕线段；（38e-45f）、（3e-8f）、（14e-21f）、（27e-33d）
第五子绕线段；（38c-44d）、（1c-9d）、（14c-20d）、（25c-32b）
第六子绕线段；（38a-43b）、（1a-8b）、（14a-19b）
按照焊接端扭转方向不同分为两类相同；
左支腿向左扭转-右支腿向右扭转，如（13b-8a）
焊接端分离方向相同；
左支腿向内分离-右支腿向外分离，如（13b-8a）
小结：
（1）如（图3.2）长短距绕组是指：在a、b层之间或者e、f层之间，皇冠端采用两种成型导体，如（图3.5）长节距导体200A设于短节距导体200B外部，长节距导体200A的节距为7，短节距导体200B节距为5。
图3.2 皇冠端连线
图3.3 焊接端连线
（2）如（图3.2）长整距绕组是指：在c、d层之间，皇冠端采用两种成型导体，如（图3.6）长节距导体250A设于整节距导体250B外部，长节距导体250A的节距为8，整节距导体250B节距为6。
图3.4 皇冠端连线（变形）
（3）如（图3.4）该绕组结构可将d、e、f相位由顺时针偏移改为逆时针偏移，则c、d层长整距绕组变为整短距，如（图3.7）整节距导体210A设于整节距导体210B外部，长节距导体210A的节距为8，整节距导体210B节距为6。
（4）如（图3.4）该绕组结构可将26d与27d，32d与33d，32f与33f相位对调，桥接线可由同心结构连接变为整距结构连接。
（5）此绕组结构特点是扭转工艺和分离工艺相对简单，除了桥接线，其他槽绕组都是左支腿向左扭转，右支腿向右扭转，左支腿向内分离-右支腿向外分离。但此结构由于皇冠端跨距不同，导致导体种类增加，插线难度相对传统绕组结构相对复杂。
（6）此绕组结构在磁路上并非按照45°机械角度对称，但沿180°对称。故无法使用A=1,最小并联支路数为2。在A=2、4时该结构消除了不对称产生的环路电流问题，降低转矩波动，谐波少，降低噪音。
四、恒大-CN202111037524
此专利中介绍了一种长距和整距绕组混绕叠绕方案。其特征在于：所述绕组在同一条支路下，最内层和最外层所述线圈在同层中跨线，中间层在异层中跨线。以8极48槽8pin，A=2为例,如（图4.1、图4.2、图4.3）
图4.1
图4.2 U1皇冠端连线
图4.3 U2皇冠端连线
按照绕线次序和并联支路分类，绕组结构为A=2,每条支路共8个子绕线段；
第一支路
第一子绕线段；（24a-31a）、（25b-31c）、（25d-32e）、（26f-32g）、（26h-32h）
第二子绕线段；（38g-32f）、（38e-31d）、（37c-31b）
第三子绕线段；（37a-42a）、（36b-42c）、（36d-43e）、（37f-43g）、（37h-43h）
第四子绕线段；（1g-43f）、（1e-43d）、（48c-42b）
第五子绕线段；（48a-7a）、（1b-7c）、（1d-8e）、（2f-8g）、（2h-8h）
第六子绕线段；（14g-8f）、（14e-7d）、（13c-7b）
第七子绕线段；（13a-18a）、（12b-18c）、（12d-19e）、（13f-19g）、（13h-19h）
第八子绕线段；（25g-19f）、（25e-18d）、（24c-18b）
第二支路
第一子绕线段；（25a-30a）、（24b-30c）、（24d-31e）、（25f-31g）、（25h-31h）
第二子绕线段；（37g-31f）、（37e-30d）、（36c-30b）
第三子绕线段；（36a-43a）、（37b-43c）、（37d-44e）、（38f-44g）、（38h-44h）
第四子绕线段；（2g-44f）、（2e-43d）、（1c-43b）
第五子绕线段；（1a-6a）、（48b-6c）、（48d-7e）、（1f-7g）、（1h-7h）
第六子绕线段；（13g-7f）、（13e-6d）、（12c-6b）
第七子绕线段；（12a-19a）、（13b-19c）、（13d-20e）、（14f-20g）、（14h-20h）
第八子绕线段；（26g-20f）、（26e-19d）、（25c-19b）
按跨距数量不同分为三类导体：
第一类导体；Y=6等距,如（25b-31c）
第二类导体；Y=5短距,如（37a-42a）
第三类导体；Y=7长距,如（25d-32e）
按照焊接端扭转方向不同分为两类导体；
第一类导体；左支腿向左扭转-右支腿向左扭转，如（37a-42a）
第二类导体；左支腿向右扭转-右支腿向左扭转，如（25b-31c）
第三类导体；左支腿向右扭转-右支腿向右扭转，如（26h-32h）
按照焊接端分离方向不同分为三类导体；
第一类导体；左支腿向内分离-右支腿向内分离，如（37a-42a）
第二类导体；左支腿向外分离-右支腿向内分离，如（25b-31c）
第三类导体；左支腿向外分离-右支腿向外分离，如（26h-32h）
小结：
（1）如（图4.1、图4.2、图4.3）该叠绕结构在第a、h层所述线圈在同层中跨线，其余层线圈在异层中跨线，且同层跨线的线圈均为间隔排布，异层跨线的线圈之间连续排布。
（2）如（图4.1、图4.2、图4.3）该叠绕结构在a层、h层线圈跨距为5、7间隔分布；在d、e层跨距为7；在b、c与f、g层跨距为6；实现长距、短距和整距混绕方案。从而能有效削弱谐波电动势，改善磁势波形，降低谐波引起的附加损耗，以及改善绕组在工作时产生的运动噪音。
（3）此绕组结构扭转后导体形状与传统波绕组不同，且在第a、h层导体两支腿都是沿同一方向扭转（如图4.4、图4.5），在其余层导体两支腿都是向内扭转（如图4.6），优势在于可以使焊接端跨距都为6，且无桥接线。可以有效降低焊接端绕组高度。
\
（4）如（图4.7、图4.8）24槽、26槽U+可由单边分布变为交错分布，则绕组布线图如（图4.9、图4.10、图4.11所示），可使a、h层都变为整距，但会使U1、U2出线端和焊接端中间层的跨层数不同，可能会引起电阻不同，导致电流分布不均。
图4.9
图4.10
图4.11
（5）此绕组结构特点是焊接端跨距都为6，且无桥接线。同样由于皇冠端跨距不同，导致导体种类增加，插线难度相对传统绕组结构相对复杂。
五、比亚迪-CN201810850677.2
此专利中介绍了一种跨层数>1的波绕方案。其特征在于：该绕组结构根据跨层数不同分为第一类导体段、第二类导体段。其中第一类导体段两支腿分别位于最内层和最外层，第二类导体段两支腿分别位于次内层和次外层。第一类导体段中间连接部外套于第二类导体段中间连接部，如（图5.1）
图5.1
按照绕线次序，共4个子绕线段
第一子绕线段；（1a-7d）、（1c-43b）、（37a-43d）、（37c-31b）、（25a-31d）、（25c-19b）、（13a-19d）、（13c-7b）
第二子绕线段；（2a-8d）、（2c-44b）、（38a-44d）、（38c-32b）、（26a-32d）、（26c-20b）（14a-20d）、（14c-8b）
桥接线；（8b-14b）
第三子绕线段；（14b-20c）、（26d-20a）、（26b-32c）、（38d-32a）、（38b-44c）、（2d-44a）、（2b-8c）、（14d-8a）
第四子绕线段；（13b-19c）、（25d-19a）、（25b-31c）、（37d-31a）、（37b-43c）、（1d-43a）、（1b-7c）、(13d-7a)
按照跨层数不同分为两大类导体；
第一类导体；a(最外层)-d（最内层），如（1a-7d）
第二类导体；b(次外层)-c（次内层），如（1c-43b）
按照焊接端扭转方向不同分为两类导体；
第一类导体；左支腿向左扭转-右支腿向右扭转，如（1c-43b）
第二类导体；左支腿向右扭转-右支腿向左扭转，如（37a-43d）
按照焊接端分离方向不同分为三类导体；
第一类导体；左支腿向外分离-右支腿向内分离，如（1c-43b）
第二类导体；左支腿向内分离-右支腿向外分离，如（37a-43d）
小结：
（1）如（图5.1）该绕组通过采用波绕式布线方式，并结合部分焊接端跨距的调整，同槽内电压分布比较均匀，相邻层间扁线电压差较小，能有效减少电机绝缘击穿风险。
（2）如（图5.2，图5.3）该绕组中性线（260）中设有3个凸起（262、263、264），其中（262）与U相（252A）焊接，（263）与W相（252W）焊接，（264）与V相（252B）焊接。
（3）如（图5.2，图5.4，图5.5）该绕组桥接线（240）包含有U、V、W三相的桥接线（240A、240B、240W），其中桥接线可做成U 型结构如（图5.4）采用凸起结构与焊接端（220）焊接，也可做出一字型如（图5.5）
（4）传统扁线电机皇冠端之间要保证相互平行，焊接端之间也要保证相互平行。但此绕组结构它通过鼻头结构，实现了跨层数>1。如（图5.6、图5.7、图5.8）.第一类导体（203）的中间连接部（213）外套与第二类导体（204）的中间连接部（213），且两类导体（213）端面投影完全重合。
（5）该鼻头结构可变形如下（图5.9、图5.10、图5.11）.第二类导体（204）的中间连接部（213）改为平头结构，可以减小线圈高度。
（6）该鼻头结构可变形如下（图5.12、图5.13、图5.14）.第一、第二类导体（204）的中间连接部（213）可均改为平头结构，可以进一步减小线圈高度。
（7）可以发现此绕组结构适用于层数较少的电机，若层数过多反而导致高度更高。且此结构对pin线成型难度和一致性要求极高。
六、总结
不论是传统绕组结构还是特殊的绕组结构，都各有千秋。电机厂家需要更好地结合自己厂内设备和工艺能力，才能找到最适合自己的答案。还有要说的，就是专利归属问题，据小编了解，大部分的扁线电机专利归属欧美和日本。由于绕组专利对绕组理论要求较高，虽然目前专利网上可以查到大量的关于扁线国内专利，但质量也参差不齐，而且很多已被其他企业申请过了，上文中提到的几个专利，也是仅供大家学习参考，拓展思路。
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