扁線繞組
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-18
扁線繞組的實例教程
03
扁線連續波繞組
扁線連續波繞(Continuous hairpin / wave winding)的最大好處是成型后兩頭端部無需焊接，但由于該繞組型式制造工藝尚處于開發階段，尚未成為主流。
1．前言
永磁電機的主要功率損耗部件是鐵心，磁鋼和繞組。Hair-Pin電機在高速時有較大的繞組AC損耗，特別是發生在繞組端部的損耗。發生在端部繞組區域中的磁力線模式不同于鐵心中的繞組長度內的磁力線模式。
這些損耗可以通過直流和交流損耗來定義，直流繞組損耗很容易通過繞組的電路分析來計算，并且是算術計算。AC損耗分量是由于導體相互靠近產生的磁場的各種影響而引起的。這通常是通過創建原型和對線圈部件進行繁瑣的測量來估計的。這將使設計工作流程既昂貴又耗時。
然而，通過在JMAG中將線圈創建三維模型并進行3D的有限元分析，可以相對快速和經濟地分析AC損耗。
2．背景
（1）Bar-winding廣泛用于新能源汽車的電機設計中。
圖1 圓線繞組和扁線繞組對比
A. 優點：
1)用銅量少。
2)提高散熱性。
3)端部整齊免綁扎。
4)提高生產率。
B .缺點：存在較大渦流損耗。
（2）交流損耗的電磁場
引起交流損耗的原因主要是：漏磁通、集膚效應和臨近效應。
（3）漏磁通
漏磁通將引起線圈中的AC 損耗，它在旋轉過程分布性將變化，并且如果電流是PWM，它將具有很高的諧波分量。
（4）集膚效應
a）高速和PWM引起的高頻分量。
b）集膚效應增加了損耗。
圖2 集膚效應和頻率關系
上圖為交流電流應用于單根導線，從圖2可以看出較高的頻率如高速會導致集膚效應并增加損耗。
（5）鄰近效應
槽內的導體會產生鄰近效應。從圖3可以看出，距離越近鄰近效應越明顯，因此交流損耗也越大。
圖3 鄰近效應和距離
交流電流施加到兩根導線上。來自每根導線的磁通鏈接到另一根導線中導致了渦流。槽內的許多導體會增加AC損耗。
展開 發電設備</p><p>場景：風力發電機、小型柴油發電機組的定子繞組。</p><p>優勢：扁線繞組可減少繞組端部長度，降低發電機銅損，提升發電效率，如1.5MW以上風電發電機采用扁線技術后效率提升0.5%-1%。</p><p><strong style="background-color: rgb(253, 198, 32);">3、消費電子與家電</strong></p><p>1）. 高端家電電機</p><p>場景：滾筒洗衣機直驅電機、變頻空調壓縮機電機、吸塵器無刷電機等。</p><p>優勢：1）低噪音特性：適配家用場景，如扁線電機驅動的洗衣機噪音可降低5-10dB；2）高效節能：符合家電能效標準，如一級能效空調壓縮機采用扁線技術后能耗降低10%。</p><p>2）. 移動設備與工具</p><p>場景：電動工具（如電鉆、電鋸）、無人機驅動電機、平衡車電機等。</p><p>優勢：輕量化與高功率密度結合，提升設備續航和動力，如扁線電機驅動的無人機續航時間延長10%-15%。</p><p><strong style="background-color: rgb(253, 198, 32);">4、航空航天與特種領域</strong></p><p>1）. 航空航天電機</p><p>場景：飛機電傳操縱系統電機、衛星姿態控制電機、航天器推進系統電機。</p><p>優勢：高可靠性（扁線繞組結構更穩固，抗振動能力強）、輕量化（符合航空減重要求），如部分無人機和輕型飛機的驅動電機已采用扁線技術。</p><p>2）. 特種裝備</p><p>場景：艦艇推進電機、軌道交通牽引電機（如高鐵輔助供電系統電機）、軍工設備驅動電機。</p><p>優勢：耐高負荷、抗干擾能力強，滿足特種環境下的長期穩定運行需求。
展開 扁線電機已經是目前主流的電機繞組形式，與圓線相比，扁線有利于電機槽滿率的提升，一般圓線電機的槽滿率為50%左右，而扁線電機的槽滿率能達到70%以上。槽滿率的提升意味著在定子槽空間不變的條件下，可以填充更多的銅線，通過更大的電流，產生更強的磁場，進而提升功率密度。
先看一個扁線電機定子繞組裝配過程視頻。
扁線電機的繞組形式主要有I-pin、Hair-pin、X-pin、S-winding。下面是對四種扁線繞組的整理介紹。
01
—
I-pin
I-Pin繞組形如I，直接插線，然后雙邊焊接。無需預成型且為單槽裝配，可以進一步降低繞組的裝配預留空間，缺點是焊接工藝繁瑣，端部尺寸較大。
02
—
Hair-pin
Hair-pin繞組形似發卡，先成型再插線，然后單邊焊接。是目前應用最多的扁線繞組形式。
03
—
X-pin
X-pin繞組主要是在焊接端進行優化，如下圖所示。
展開 2 驅動電機定子繞組技術的發展
電機繞組的發展史，就是研究如何將更多的銅導體更方便地嵌入到定子鐵芯槽內的過程，從而實現更高的槽滿率（槽滿率是表征驅動電機繞組技術的關鍵指標，本文中定義為裸導體截面積除以鐵芯槽截面積）。從驅動電機定子繞組技術的發展歷程看，可以將其劃分為第一代徑向嵌裝繞組技術與第二代軸向嵌裝繞組技術。
第一代繞組技術：徑向嵌裝繞組
徑向嵌裝繞組是指將銅導體繞制成型后，沿定子鐵芯齒部的極靴口將繞組從徑向方向裝配進鐵芯槽內（如圖3，圖4所示為聯合電子開發的圓線/扁線徑向嵌裝繞組）。
從1888年開始，工業電機上應用的主流繞組技術均為徑向嵌裝繞組，初期繞組技術以分布式圓線徑向嵌裝繞組為主，1942年又逐漸衍生出集中式圓線徑向嵌裝繞組，隨后到1995年發展出集中式扁線繞組以及分布式波繞扁線繞組。
展開 
扁線繞組的最新內容
基地采用220扁線繞組技術和雙面冷卻碳化硅控制器，電機功率密度提升20%，系統效率達99.2%。首條生產線目前已完成調試并下線首臺樣件，其余產線將于三季度陸續投產，產品覆蓋驅動電機、電控系統及多合一總成。該項目是重慶新能源汽車產業鏈的重要補鏈工程，將助力西南地區形成“電驅-電池-整車”閉環生態。
15.
同時聚焦扁線繞組這一前沿技術，詳解其在新能源汽車、工業設備等領域的規模化應用，揭秘高功率密度、低損耗等核心優勢，助你全面掌握電機運維與升級關鍵知識。
早期以分布式圓線徑向嵌裝為主，1942年發展出集中式圓線徑向嵌裝，1995年進一步發展為集中式扁線繞組和分布式波繞扁線繞組。這種技術受限于鐵芯槽口極靴形狀，影響電機的峰值/持續特性及NVH性能，且生產工藝難以實現高節拍自動化生產。
第二代：軸向嵌裝繞組技術
從1958年開始，軸向嵌裝繞組技術進入市場應用。
其電機采用扁線繞組工藝，效率和功率密度顯著提升。
雙永磁電機
比亞迪漢：漢EV四驅版采用前后雙永磁同步電機，前置電機最大功率163kW，后置電機最大功率200kW。最高轉速15500轉/分，搭載刀片電池，NEDC續航里程550公里。其后置電機采用SIC電控，提升高溫工況下的可靠性。
在這方面，特斯拉的Model 3和Model Y搭載的永磁同步電機就使用了10層扁線繞組，雖然扁線繞組不一定越多越好，但在提升散熱的同時，特斯拉電耗低、極速高的優勢，也很難說沒有這10層扁線繞組的功勞。
結合高重合度齒輪、靜音電控蓋板、多層扁線繞組、斜極和輔助槽等硬件，使得電驅嘯叫噪聲降低了10dB(A)以上。
在隔聲系統加持下，理想L系列車型純電行駛時的電驅高頻噪聲、控制器噪聲、減速器噪聲均優于特斯拉Model 3。
先看一個扁線電機定子繞組裝配過程視頻。
扁線電機的繞組形式主要有I-pin、Hair-pin、X-pin、S-winding。下面是對四種扁線繞組的整理介紹。
而扁線中的發卡電機對于銅線要求更高，傳統扁線電機在繞組成型后可以進行包裹絕緣處理，但是發卡電機不行。
值得一提的是，日立金屬還專門為普銳斯電機開發了銅線，來解決這方面的問題。
從行業標桿豐田 Prius 的歷代技術可以看出，高速化和扁線繞組技術是未來驅動電機的技術發展趨勢。最新的 Prius2017 使用的就是扁線繞組，最高轉速達到了17000r/min，對應的電頻率達到了 1133Hz。
扁線電機的核心優勢在于可以通過提升滿槽率提升能量密度，傳統的繞組為多根細圓線，扁線繞組變成幾根粗的矩形導線。
▲圖3.目前想不明白的地方
實際上，我們看到宣傳重點是這個超集電驅系統具有八層扁線繞組、轉子雙V拓撲構型、超低阻導線、自適應控制算法、低阻力拓撲結構技術，電驅系統能夠達到95%系統最高效率。
