在电动汽车疾驰的马达中，在飞机嗡鸣的旋翼下，电机如同机械世界的“心脏”，驱动着现代交通的脉搏。然而，这颗“心脏”的功率密度始终受限于绕组设计与散热难题。 如今，3D打印技术正在重塑电机的未来——通过“量体裁衣”般的定制化绕组设计和“血管式”冷却系统，电机效率与寿命能够实现跨越式提升。 近日，甬江实验室先进电驱系统研究中心以《基于增材制造技术的电机异形绕组及其集成冷却构型的最新研究进展》（State-of-the-Art Shaped Profile Windings and Their Integrated Cooling Configurations Enabled by Additive Manufacturing Technology）为题，在交通电气化领域的国际顶级期刊IEEE Transactions on Transportation Electrification发表长篇综述论文，全面总结了电机异形绕组的增材制造技术、打印材料、后处理工艺和绝缘方法，和异形绕组在损耗抑制和增强散热方面的应用案例及实现效果，并展望异形绕组及其高效冷却技术的未来发展。
IEEE Transactions on Transportation Electrification（简称IEEE TTE）是电气电子工程师协会（IEEE）旗下专注于交通运输电气化领域的重要学术期刊，每年发稿量约420篇，综述类占比1.67%，每年仅7篇 。
电机相当于电动车的心脏，而心脏里的"血管"——电机绕组，现在成了技术升级的主战场。 传统电机的绕组就像超市里卖的固定形状的意大利面，只能按照固定方式排列。而3D打印技术就像给了工程师一把神奇的意面模具，能随意捏出千层饼式的立体绕组，让电流像跑车在八车道高速上飞驰，既减少了堵车损耗（交流损耗），又能把每个缝隙都塞得满满当当（提高槽利用率）。
用于打印绕组的金属增材制造(AM)技术。(a) SLM 和 DMLS [28]。(b) 3DMMP
更妙的是，这些"变形金刚绕组"还能自带黑科技散热系统，就像给手机装水冷散热器，工程师们能在绕组里直接雕刻出微型河道，让冷却液像山间溪流般穿行在铜线迷宫之间。或者嵌入热管，让热量像乘上“直通车”一样瞬间传导出去。这种散热方式比传统外壳散热更为高效。 在本篇综述论文中，科研团队系统总结了增材制造绕组设计的创新方法及其对电机性能的影响，对比分析了铜合金与铝合金的绕组材料优劣，为不同应用场景提供选型依据。此外，该团队还提出了混合设计和先进冷却技术的未来研究方向，为电机设计提供了理论和技术参考。
用于抑制高频交流损耗的变截面异形绕组。(a) 探索各种用于抑制交流损耗的绕组拓扑结构。(b) 一种用于提高效率的非对称发夹式绕组。(c) 用于双凸极发电机的优化空心导体。
论文的第一作者为甬江实验室先进电驱系统研究中心“新秀计划”博士后赵韩。自进站以来，他一直专注于高功率密度电机设计及其高效冷却技术领域的研究，目前已获得2项省部级以上科研项目资助，发表4篇学术论文，并申请2项国家发明专利。值得一提的是，该论文的第二作者李昊冉是该中心的一名暑期本科实习生，就读于宁波诺丁汉大学。在赵韩博士的指导下，李昊冉针对电机异形绕组及其高效冷却构型展开了深入研究，参与论文撰写，为论文的最终发表做出了重要贡献。
赵韩
“上述研究想法已经获得国家自然科学基金和浙江省博士后科研项目择优资助，我们后期将进行深入研究，希望将其打造为我们中心的特色研究方向。”先进电驱系统研究中心主任张何表示。
随着3D打印技术的不断成熟，电机绕组的“定制化革命”与“血管式散热”系统的深度融合，或将重新定义高功率密度电机的性能边界。未来，这一研究方向有望成为新能源汽车、智能机器人等高端装备领域的重要技术支撑，为实现“双碳”目标和产业升级贡献关键力量。先进电驱系统研究中心团队将继续深耕这一特色研究方向，推动从实验室成果到产业落地的跨越式发展，以创新引擎驱动全球高端装备技术革新浪潮。
论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11003169
科普一下
绕组
电机的绕组是电机中至关重要的组成部分。绕组由绝缘导线（如铜线或铝线）按特定规律绕制而成，形成一组或多组线圈。绕组如同电机的“血管”或“神经系统”，负责传导电流并产生磁场，从而实现电能与机械能的转换。
