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X-pin扁线电机的性能以及工艺特点

X-pin扁线电机的性能以及工艺特点
2023年09月28日 18:14

  什么是扁线电机?

  扁线电机,即扁平铜包线绕组的电机。是一种常见的电动机类型,它由定子和转子组成,通常采用扁平的铜线作为绕组导线。

  最初,它主要应用于工业领域的大功率电机和发电机组,因为这些场合对电机的功率和效率要求很高。

  后来,新能源汽车产业逐渐兴起,扁线电机也开始应用到车辆领域。车辆上很多应用功能采用扁线电机,比如汽车发电机、起动机、EPS(电动助力转向)电机、主驱动电机、P2(平行混合动力)系统电机等等。

  一、性能差异

  扁线电机是目前电机绕组的主流形式,与圆线相比,扁线有利于提高电机槽满率。

  圆线电机的槽满率约为50%,扁线电机的槽满率可以达到70%以上。

  槽满率的提升意味着在空间不变的前提下,可以填充更多的铜线,产生更强的磁场强度,提升功率密度。

  二、扁线电机种类:扁线电机的绕组形式主要包括I-pin, Hair-pin, X-pin和S-winding。

  I-Pin

  I-Pin绕组的形状像I形,直接插入,然后在两侧焊接。无需进行单槽组装,可进一步减少绕组组装的预留空间。缺点是焊接工艺繁琐,端部尺寸大。

  Hair-pin

  Hair-pin缠绕的形状像发夹。它首先成型,然后插入,然后在一侧焊接。它是使用最广泛的扁线绕组形式。

  X-pin

  X-pin绕组主要在焊接端进行优化。

  Hair-pin相比X-pin,端部高度降低,能进一步减少电机体积,有利于整车轴向空间的布局,功率密度提升,制造工艺相对波绕组简单,产线投入基于当前Hair-pin产线升级投资额较低,产品性能及投资明显超越波绕组,即将成为发卡电机新的趋势。

  S-winding

  S-winding的形状为S形,成型后,两端不需要焊接,并且端部空间尺寸更小,NVH性能更优异,减少转矩脉动,实现更平稳的操作和更好的性能冷却效果。

  Hair-pin相比X-pin,端部高度降低,能进一步减少电机体积,有利于整车轴向空间的布局,功率密度提升,制造工艺相对波绕组简单,产线投入基于当前Hair-pin产线升级投资额较低,产品性能及投资明显超越波绕组,即将成为发卡电机新的趋势。

  三、X-pin和Hair-pin工艺区别

  在生产工艺方面,X-pin和Hair-pin的主要区别在于线成型、扭头、焊接以及绝缘处理。

  如下:

  1.线成型

  线成型工艺与传统Hairpin成型差别不大,需重点关注成型精度,因为X-pin无切平工艺,成型后pin角一致性要求较高,因去漆长度仅需5mm左右,如机械去漆会导致断面无法完全贴合,焊接漏激光,所以只能采用激光去漆方式。

  劣势:X-pin相对Hairpin精度要求高,对于设备是送线精度要求高,实现难度大。

  优势:X-pin相对Hairpin节省铜损20mm以上,双面去漆即可。

  2.扭头

  X-pin相对Hairpin扭头最大的变化点是取消了直线段,无法实现入桶扭转方式,并且因为无切平工艺,端部不是平面,如何实现扭转且扭转后的切面保持一致性是扭转的关键。需要用全新的扭头工艺来保证扭头后的切面一致性,以及扭转回弹量的控制需要极高的设备精度以及算法补偿。

  3.焊接

  Hair-pin和X-pin的焊接方式有所不同。

  Hair-pin采用热熔焊,端部形成焊球,热影响区域较大,一般在8-10mm²左右,熔接面积为110%截面积作用,拉拔力一般800-1000N左右。

  X-pin采用低温焊,端部不再形成焊球,需向下穿透,热影响区域要求小,熔接面积为80%截面积作用,拉拔力一般600-800N左右。

  4.绝缘处理

  Hair-pin采用浸渍漆+涂敷工艺即可保证绝缘性能及强度。

  X-pin亦可采用浸渍漆+涂敷工艺,但X-pin的熔接面积及拉拔力相对于Hair-pin较低,所以绝缘处理方式建议采用强度更高的端部灌封工艺。这种工艺可以提高电机的绝缘性能和强度,同时也可以提高电机的可靠性。

  结语

  最后,X-pin电机相比Hair-pin电机具有更高的功率密度,生产工艺也相对简单,提高了电机的效率。同时,因为生产工艺的减少的,导致X-pin电机制造设备的难度增加,X-pin电机设备需要更高的精度控制和更严格的工艺要求。

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  (来源:News快报)

责任编辑:孙青扬

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