扁線電機與圓線電機的區(qū)別

扁線電機與圓線電機的區(qū)別在于銅線的成形方式，扁線有利于電機槽滿率的提升，一般圓線電機的槽滿率為40%左右，而扁線電機的槽滿率能達(dá)到60%以上。槽滿率的提升意味著在空間不變的前提下，可以填充更多的銅線，產(chǎn)生更強的磁場強度，提升功率密度。基于目前扁線的發(fā)展趨勢，旺材電機與電控特為粉絲開設(shè)扁線專欄以便大家交流。

隨著新能源汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，客戶對于電機的功率密度（功率/重量）要求越來越高，同等重量條件下如何獲得更大的功率？

其中一個非常重要的方法就是提高定子槽滿率。

什么是槽滿率？

即鐵芯槽內(nèi)的導(dǎo)體截面積與鐵芯槽口總面積的比值，電機槽滿率越高代表著“銅線在鐵芯槽內(nèi)填得越滿”。

槽滿率對比示意圖

由上圖可以看出，扁線電機由于槽滿率的大幅提升，已經(jīng)成為新能源驅(qū)動電機的絕對主流。從產(chǎn)品的角度，當(dāng)然是槽滿率越高越好，但另一方面槽滿率的不斷提高，對扁線電機的制造工藝、設(shè)備精度/復(fù)雜度都帶來了巨大挑戰(zhàn)。

那么槽滿率的提高，對于扁線定子的制造而言，難在哪兒？

首先，對銅線成型的精度和一致性要求高。銅線成型時，不可能完全與理論數(shù)模線型一致，輪廓度、直線度等均存在誤差和波動。所以相比于3D數(shù)模，槽內(nèi)一組銅線在插線時并沒有那么規(guī)整。這種不規(guī)整會明顯增加銅線入鐵芯槽時的摩擦阻力，需要更大的壓入力才能克服，而壓入力過大會導(dǎo)致插入不到位、銅線擠壓變形或損傷、絕緣紙滑動等一系列問題。槽滿率越高，鐵芯槽內(nèi)的設(shè)計預(yù)留間隙就越小，對這種不規(guī)整現(xiàn)象的容忍度也越低。

線成型的關(guān)鍵就在于控制Hairpin的成型精度，由于銅線在成型時會有一定回彈，3D模具形狀不能簡單按照線型數(shù)模繪制，需考慮以下幾個影響回彈量的因子：

線規(guī)格---銅線寬度和厚度

Hairpin形狀---跨距、弧度、角度等

基材彈性模量---銅材本身的機械特性

漆膜材質(zhì)---漆膜的厚度、材質(zhì)也對銅

線整體彈性模量有影響

躍科在模具設(shè)計時，會根據(jù)以上幾個因素，對銅線的成型過程進(jìn)行分析和仿真模擬，并結(jié)合大量應(yīng)用經(jīng)驗設(shè)計出最合理的模具輪廓，得到最精確的線型尺寸，線型整體輪廓度可達(dá)0.1~0.2mm。

?

另外， 在線成型過程中，還可以通過視覺手段，對成型后的銅線尺寸，進(jìn)行100%在線檢測，防止異常情況導(dǎo)致的錯誤線型流入下序。

?

其次，對設(shè)備所有對中、導(dǎo)向相關(guān)的機構(gòu)和零件精度要求高。在hairpin插入鐵芯時，需要讓所有槽（48、54、72…）同時與鐵芯槽口精確對中，銅線才能順暢進(jìn)入鐵芯槽口。槽滿率越高，對中的精度要求就越高。

在入線過程中，必須保證整體抱線機構(gòu)、入口導(dǎo)向機構(gòu)、定子鐵芯、鐵芯定位底座等一連串機構(gòu)的軸線和角度精確對中，一般軸線對中精度要控制在0.05mm以內(nèi)，角度對中精度要控制在0.02°以內(nèi)。

非?？简炞詣踊?yīng)商的機械設(shè)計能力、機加工能力、裝配調(diào)試能力，以及電氣控制能力。

再者，絕緣紙在入線時滑動的風(fēng)險增高。槽滿率高意味著入線時銅線與絕緣紙的摩擦力增加，絕緣紙容易被摩擦力帶動產(chǎn)生軸向滑動。需要盡可能將絕緣紙包絡(luò)尺寸做大，同時在插線、壓線過程中對絕緣紙底部做好承托。

增大絕緣紙的包絡(luò)尺寸，意味著插紙時，絕緣紙與鐵芯內(nèi)壁貼合更緊密，絕緣紙穿出鐵芯槽時摩擦力增大，將大幅增加絕緣紙插入時卷邊、變形的風(fēng)險。

尤其對于油冷電機，其絕緣紙一般不帶聚酰亞胺夾層，絕緣紙的強度更低，更容易在插紙過程中受力變形，自動插紙更加困難。

?

最后，滴漆填充更加困難。滴漆時漆液主要通過毛細(xì)現(xiàn)象逐漸滲入槽中，當(dāng)槽滿率增加后，鐵芯槽內(nèi)空隙尺寸變小，雖然理論上浸漬漆的毛細(xì)滲透效應(yīng)會有所增加，但是空隙的縮小很容易由于漆液亂流、微凝膠等原因?qū)е戮植孔枞?，槽?nèi)空氣不能有效排出，反而導(dǎo)致填充率的下降。

下圖為隨著槽內(nèi)間隙大小變化時，毛細(xì)滲透作用和排氣效果隨之變化的曲線示意圖。在這兩個因素的共同作用下，將槽內(nèi)間隙設(shè)置在曲線交叉點附近才能夠獲得最好的浸漆填充效果。

基于優(yōu)化設(shè)計的定子，采用傾斜滴漆方式，躍科目前可實現(xiàn)90-95%的滴漆填充率。

?

因此電機槽滿率的設(shè)計，應(yīng)從全價值流角度，綜合產(chǎn)品性能需求、工藝設(shè)備能力、產(chǎn)線穩(wěn)定性和良率，做出最合理的設(shè)置。那么電機設(shè)計時一般該如何設(shè)置槽滿率？

從制造的角度而言，直接關(guān)注的是“機械槽滿率”而非“純銅槽滿率”，即連同絕緣紙、漆膜一同考慮，一般從徑向和周向兩個方向進(jìn)行評估：

徑向間隙 = 鐵芯槽深 -（銅線厚度*每槽導(dǎo)體數(shù)+絕緣紙厚度*3）≈0.5~1.0mm

周向間隙 = 鐵芯槽寬 -（銅線寬度*1+絕緣紙厚度*2）≈0.1~0.2mm

最終值的確認(rèn)，需結(jié)合銅線層數(shù)、鐵芯疊高、槽數(shù)、銅線規(guī)格等因素綜合考量。

編輯：黃飛

?