是什么决定了电机的大小？

现如今，新能源整车设计中驱动电机布置空间有限，在满足整车空间布局的条件下，还要综合电机控制系统对电机转动响应时间的要求，这就需要合理选择电机长径比，再加上现在的轻量化、集成化趋势，电机合理高效的小型化就变得非常重要。

电机的大小是有一定尺寸要求的，类似于人的「高矮胖瘦」，电机的 轴向长度L 就类似于人的「身高」、 电机直径D 就类似于人的「三围」，这两者之比就是长径比，要确定电机的长径比，就要先确定电机的一系列关键参数。

众所周知，电机的 功率= 转速*转矩 。电机的体积和功率没有太直接的关系，电机想要小型化，就需要考虑在体积不变的情况下 提升输出功率 （输出功率 = 磁负荷 × 电负荷 × 转速） ，那就意味着在输出功率不变的情况下 体积可以变小 。

如何在体积不变的前提下提高整体输出功率，降低损耗，就是电机变小的 主要难点 。 影响电机输出功率的主要两个因素，一个是 转速 ，一个是 扭矩 ，两者的乘积高了，输出功率也就大了，另外还需考虑电机的 电负荷A （电机磁路的有效磁通量） 和 磁负荷B （线圈通电时的安匝数） 。

转速同比例提高不难，只要做好动平衡，用高转速的轴承，就基本可以解决，但是转速提高了，扭矩就会同比例下降，怎么保持高转速高扭矩就又是一个问题 （这里我们先不延展） 。所以， 电机的扭矩与电磁负荷是和电机体积有密切相关的。

只有电机内有很大的电流或者磁密很高才能用较小体积的电机产生较大的转矩，而电机内要通过大电流，就会产生电阻损耗和热量，这样就会导致成本与效益不成比例，所以只能提高磁密也就是磁感应强度，永磁电机的能量均以电磁能的形式通过定、转子间的气隙进行传递，所以 电机设计少不了与各种磁密打交道 ，气隙磁密、齿磁密、轭磁密、平均磁密、最大磁密这些。

要提高磁负荷B，就要有 好的导磁材料 。目前经济的导磁材料就是 电工钢叠片 ，由于饱和作用，电工钢片内的最大磁密仅能达到2T左右，由于齿槽的存在，所以气隙磁密也就不到2T，一般就在1T左右，为了实现较高的磁密，需要大电流的电磁线圈来励磁或者用高剩磁的永磁体励磁。

大电流的电磁线圈本身会发热，存在电流上限，高剩磁的永磁体都是采用稀有金属，非常贵， 所以磁负荷也存在上限。

此外，还有一种减小电机体积的方法，就是在功率不变的情况下，要想减小电机体积那么可以 减小电机扭矩 ，也就会增加电机转速，最后使用减速箱达到体积减小的目的。

当然，这是综合结构的优势， 并非通过电机自身的结构和材料来缩小。

今年3月，广汽埃安发布的 夸克电驱 ，里面的电机体积只有「巴掌大小」，直径180mm，长度109mm，但功率密度却高达12kw/kg，相比行业平均6kw/kg提升了100%，输出损耗也只有2%，号称是有超越V8发动机的动力。

这款电机有两点结构上创新，一个是定子采用了一个名为 “纳米晶-非晶”合金材料 及批量制备工艺，这个工艺相较起传统的铁基硅钢材料冶炼工艺，其冷却速度可高达100万℃/s，较铁基硅钢材料快1000倍；具有原子无序排列、无晶粒、无晶界的微观特性，其铁损系数远低于铁基硅钢等电工钢。

应用这种材料制作电机铁芯后，可以降低电机50%铁芯损耗，从而有效降低电机能量损耗，把电机工况效率提升至97.5%，电机最高效率做到98.5%。

所以再加上油冷散热的话，就可以进一步地提高整个电机的降温冷却能力，以此来保证电机的使用效率和安全性。

另一个结构上的创新就是 X-PIN扁线定子技术 。碳纤维高速转子技术也不算新鲜此前我们文章也有提及，对改变电机大小效果甚微，而扁线本来就对电机体积有优化，相同功率，体积更小，用材更少，因扁线有更高的槽满率，同功率电机铜线用量和对应定子较少，体积可下降约 30%。

此外，扁线电机因更为先进绕线方式带来更易裁剪的电机端部，与圆线电机相比 减少15-20%的端部尺寸 ，空间进一步降低，从而实现电机小型化和轻量化。

X-pin绕组更是在Hair-pin的基础上还能让电机再做的小一点，可将Hair-pin工艺的焊接端高由10mm降低到7mm，最终将焊接端高降低到1mm。

X-pin绕组也可改善I-pin绕组端部过高的技术痛点，相比I-pin绕组可缩短43%（这里每家技术不一样具体减小的尺寸笔者只选取了市面上已有技术的大概），也无需焊接前的切平工艺。

X-pin是斜弧面段线，Hair-pin是长方形线，而且X-pin的焊接端紧密平齐比Hair-pin低了近十多毫米，使得其功率密度更高， 相比I-pin和Hair-pin电机，可以在相同体积下输出更大的功率，所以电机绕组结构的不同也可以优化电机大小。