【IFWMC】一文解读扁线电机工艺要点

发布于 2021-10-13 15:43


来源:段王爷浅谈新能源三电生产系统

本 文 导 读 

本文主要介绍扁导线绕组电机(Hair-pin发卡电机)加工工艺。当前新能源汽车使用的电机主要为圆导线电机(细铜丝成股绕线成绕组)和扁导线电机(矩形的铜条插入定子铁心组成绕组)

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扁导线电机特点

  • 效率更高
  1. Hair-pin电机相比传统圆线电机,槽满率可提升20%~30%(单位横截面积内铜占得更多了),有效降低绕组电阻进而降低铜损耗;
  2. 导线越粗、电阻越小,在导线上因发热损失的能量就会越小;
  3. 扁导线电机端部长度比圆导线电机短5~10mm,有效降低端部绕组铜耗,进一步提升电机效率;
  • 功率密度更高
  1. 如上提到的扁导线电机的槽满率更高,因此相同体积情况下,扁导线电机有效定子绕组面积更大,这样在相同损耗下扁导线电机可以能输出更高的功率和扭矩;

  • 散热情况更好
  1. 扁导线电机扁线形状更规则,在定子槽内紧密贴合,与定子铁芯齿部和轭部更好接触,降低槽内热阻,热传导效率更高;
  • NVH表现更优秀
  1. 使用扁导线结构的电机,由于绕组有更好的刚度,整机也将具备更好的刚度;
  2. 扁导线绕组是通过铁芯端部插线,不需要从槽口嵌线,电磁设计上可以选择更小的槽口设计,有效降低齿槽转矩脉动;

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扁导线电机加工工艺



整体工艺流程如下:

2.1 插纸工序


工序内容:纸成型、裁纸、插纸
槽纸成型工艺:冷成型、热成型
纸的形状:O型、C型、B型、S型

目前驱动电机最流行的是O型,也有用双C型(见下图),B型和S型能提高产品的绝缘性能,但会降低纯铜槽满率,同时会提高制造难度,尤其是6层或8层线时,难度会大幅度增加,制造稳定性会更差。

B型设计目前还有专利。

 

2.2  PIN线圈成型


工序内容:较直、去漆皮、裁剪、成型
去漆皮工艺:机械去漆皮、激光去漆皮
 

PIN成型工艺:冲压成型、弹簧机技术成型

 

目前冲压成型是最流行的工艺,因此如何降低铜线在成型过程中对铜线的损伤就成了一个很重要的议题。

2.3  PIN预插入


将PIN预插到仿形工装内,跨层线的自动插入是一个难点,6层和8层线自动插入难度也会大幅提升。

2.4  PIN整体插入


将预插入到仿形工装的所有PIN整体抓紧插入到铁芯中,并压入到相应的设计尺寸。

2.5  扩口


扩口的目的:
1、拉开每圈焊点的距离,确保扭头的正常进行和同一槽里外焊点的爬电距离;
2、扩口后尺寸的一致性是保证后序扭头顺利进行的基础
 
2.6  扭头


关键点:
1、扭头后需要焊接的2根线齐平;
2、扭头后铜线不能损伤;
3、扭头后槽纸不能破损。

2.7   切平


采用何种形式进行切平是值得研究的问题,目前国内大部分设备切平后铜线端面都有明显的段差。
 
2.8  焊接

 

就焊接而言,焊接本身不是难点,难在快速装夹和检测上。

目前扁线电机最流行的2种焊接工艺:TIG焊接和激光焊接,当然也有公司在试验CMT冷焊或其他焊接方法。

无论采用何种焊接工艺,如何在这么小空间内判定这么多焊点的质量目前是一个难解的话题。

2.9  涂敷及浸漆


1、涂敷材料目前主要有2种:粉末和液态的,目前这2种材料都是被国外公司控制的。
材料的选择不同就决定了工艺顺序不同:
选择粉末材料,工艺顺序就是先涂敷再浸漆;
选择液态材料,工艺顺序就是先浸漆后涂敷;
具体的工艺要求,按照材料的要求进行。

2、浸漆工艺有很多种,有传统的浸漆、真空浸漆、真空压力浸漆、滴浸等,还有最新的EUV浸漆,这个跟漆材料的选型有很大关系,不同的漆工艺也有所不同,需要进行试验验证,目前可能用的比较多的还是滴浸。
 
2.10  铜鼻子焊接


铜鼻子焊接目前用的比较多的是电阻焊,可以加焊料(钎料等)焊接,也可不加焊料焊接。

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