Hair pin發(fā)卡電機(jī)又被稱(chēng)為扁銅線(xiàn)繞組電機(jī)，是將傳統(tǒng)電機(jī)的定子從一根根的銅線(xiàn)編成的一股線(xiàn)，變成了截面為矩形的銅條。看上去是好看了很多，到那時(shí)具體起到什么作用，讓這個(gè)技術(shù)在前兩年得到發(fā)幅度的關(guān)注呢？

相對(duì)于圓線(xiàn)電機(jī)中的圓線(xiàn)，扁線(xiàn)由于外形特性，相同截面積的扁線(xiàn)在排線(xiàn)時(shí)比圓線(xiàn)占的空間更小，因此，相同的繞線(xiàn)槽空間中可以繞入截面更大的扁線(xiàn)。但由于扁線(xiàn)的抗彎強(qiáng)度遠(yuǎn)高于多股相同截面積組成的額圓線(xiàn)，無(wú)法像圓線(xiàn)那樣方便地在鐵芯上繞制，特別是當(dāng)?shù)谝粚永@組繞制完成需將導(dǎo)線(xiàn)跨向第二層繞制時(shí)的跨線(xiàn)動(dòng)作，采用傳統(tǒng)的圓線(xiàn)繞組繞制時(shí)相對(duì)容易，可使用自動(dòng)化設(shè)備完成，而采用扁線(xiàn)繞組很難通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備完成，即便是手工繞制跨線(xiàn)，也很難將繞組排列規(guī)整，造成更大的鐵芯槽內(nèi)空間浪費(fèi)。

2014年，hairpin驅(qū)動(dòng)電機(jī)項(xiàng)目立項(xiàng)，上汽捷能和華域電動(dòng)負(fù)責(zé)聯(lián)合開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)研發(fā)量產(chǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)還是一片空白。在多輪努力后，上汽捷能和華域電動(dòng)找到了突破口，不僅掌握了hairpin繞組的關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)，還建立了耐電暈扁漆包線(xiàn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，解決了扁線(xiàn)制造、成型、插線(xiàn)、扭頭、焊接等技術(shù)難點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)通常是將扁線(xiàn)預(yù)先做成類(lèi)似u型發(fā)卡的形狀，然后將發(fā)卡線(xiàn)從鐵芯槽的一端插入，再將發(fā)卡式導(dǎo)體末端進(jìn)行彎折，最后將所有的相鄰端點(diǎn)進(jìn)行焊接，構(gòu)成一個(gè)個(gè)線(xiàn)圈。這種方法工藝及其復(fù)雜，并且由于存在大量的焊點(diǎn)，生產(chǎn)成本高，難度大，質(zhì)量難以把控；其他的已有技術(shù)，還包括將定子設(shè)計(jì)成分離式結(jié)構(gòu)，預(yù)先把扁線(xiàn)導(dǎo)體壓制成型，然后套入分離的定子內(nèi)，最后再組合成完整定子，這種方法工藝復(fù)雜，影響定子的整體尺寸精度，并且分離的定子對(duì)電機(jī)磁路影響很大，會(huì)增加電機(jī)損耗。

一、Hair pin分段發(fā)卡繞組制造工藝

2011年DOE項(xiàng)日結(jié)題，同時(shí)第一款搭載扁線(xiàn)電機(jī)的Chevrolet車(chē)型也完成發(fā)布。不同于普通的圓線(xiàn)電機(jī)，如（圖1.1）該電機(jī)采用向插線(xiàn)的發(fā)卡繞組技術(shù)，采用半口平行槽結(jié)構(gòu)。

這種發(fā)卡需要先插入，再用扭彎設(shè)備，將開(kāi)口的一端扭成類(lèi)似“腳”的結(jié)構(gòu)，將不同的娃腳焊接起來(lái)，最后用環(huán)氧樹(shù)脂包如（圖1.2），實(shí)現(xiàn)絕緣增強(qiáng)，該技術(shù)使直流電阻下降30~40%。

生產(chǎn)工藝流程：插絕緣紙—發(fā)卡成型—插線(xiàn)—端部分離（擴(kuò)口）—扭頭—焊接—滴漆/涂粉—電測(cè)

1、插絕緣紙：目前驅(qū)動(dòng)電機(jī)最流行的是O型，也有用雙C型，B型和S型能提高產(chǎn)品的絕緣性能，但會(huì)降低純銅槽滿(mǎn)率，同時(shí)會(huì)提高制造難度，尤其是6層或8層線(xiàn)時(shí)，難度會(huì)大幅度增加，制造穩(wěn)定性會(huì)更差。

2、發(fā)卡成型：進(jìn)行去漆皮工藝裁剪成型，通過(guò)劈拉、沖壓或者折彎的方式先成型為U型，我們稱(chēng)成型端為皇冠型，另一端為焊接型。目前沖壓成型是最流行的工藝，因此如何降低銅線(xiàn)在成型過(guò)程中對(duì)銅線(xiàn)的損傷就成了一個(gè)很重要的議題。

3、插線(xiàn)：將PIN預(yù)插到仿形工裝內(nèi)并抓緊插入到鐵芯中，壓入到相應(yīng)的設(shè)計(jì)尺寸。跨層線(xiàn)的自動(dòng)插入是一個(gè)難點(diǎn)，6層和8層線(xiàn)自動(dòng)插入難度也會(huì)大幅提升。

4、端部分離（擴(kuò)口）：拉開(kāi)每圈焊點(diǎn)的距離，確保扭頭的正常進(jìn)行和同一槽里外焊點(diǎn)的爬電距離；擴(kuò)口后尺寸的一致性是保證后序扭頭順利進(jìn)行的基礎(chǔ)。

5、扭頭：扭頭后需要焊接的2根線(xiàn)齊平；扭頭后銅線(xiàn)不能損傷和槽紙不能破損。采用何種形式進(jìn)行切平是值得研究的問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)大部分設(shè)備切平后銅線(xiàn)端面都有明顯的段差。

6、焊接：焊接本身不是難點(diǎn)，難在快速裝夾和檢測(cè)上。目前扁線(xiàn)電機(jī)最流行的2種焊接工藝：TIG焊接和激光焊接，當(dāng)然也有公司在試驗(yàn)CMT冷焊或其他焊接方法。無(wú)論采用何種焊接工藝，如何在這么小空間內(nèi)判定這么多焊點(diǎn)的質(zhì)量目前是一個(gè)難解的話(huà)題。

7、滴漆/涂粉：材料的選擇不同就決定了工藝順序不同：選擇粉末材料，工藝順序就是先涂敷再浸漆；選擇液態(tài)材料，工藝順序就是先浸漆后涂敷；具體的工藝要求，按照材料的要求進(jìn)行。涂敷材料目前主要有2種：粉末和液態(tài)的，這2種材料都是被國(guó)外公司控制的。同樣，浸漆工藝也有諸多種，譬如傳統(tǒng)的浸漆、真空浸漆、真空壓力浸漆、滴浸等，還有最新的EUV浸漆，這個(gè)跟漆材料的選型有很大關(guān)系，不同的漆工藝也有所不同，需要進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，目前可能用的比較多的還是滴浸。

二、Hair pin的優(yōu)勢(shì)

1、高效率和高功率密度：Hair pin電機(jī)相比傳統(tǒng)圓線(xiàn)電機(jī)，裸銅槽滿(mǎn)率可提升20%~30%，有效降低繞組電阻進(jìn)而降低銅損耗。在同樣條件下，塞進(jìn)更多面積的導(dǎo)線(xiàn)，導(dǎo)線(xiàn)越粗、電阻越小，在導(dǎo)線(xiàn)上因發(fā)熱損失的能量就會(huì)越小。在相同的損耗下Hair pin電機(jī)可以輸出更高的功率和扭矩。

2、更強(qiáng)的散熱能力：Hair pin電機(jī)形狀更規(guī)則，在定子槽內(nèi)緊密貼合，與定子鐵芯齒部和軛部更好接觸，降低槽內(nèi)熱阻，熱傳導(dǎo)效率更高，進(jìn)一步提升電機(jī)峰值和持續(xù)性能。

3、更好的NVH表現(xiàn)：由于繞組有更好的剛度，整機(jī)也將具備更好的剛度。同時(shí)Hair pin繞組是通過(guò)鐵芯端部插線(xiàn)，不需要從槽口嵌線(xiàn)，電磁設(shè)計(jì)上可以選擇更小的槽口設(shè)計(jì)，有效降低齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

4、更短的繞組端部：線(xiàn)圈端部結(jié)構(gòu)更緊湊。相比散嵌繞組，端部高度低很多。

5、體積更小化：電機(jī)直徑減小10%，軸向長(zhǎng)度（高度）減小15%。功率密度明顯提升。

三、Hair pin的劣勢(shì)

1、工藝復(fù)雜：工序多，每一步精度要求高，容錯(cuò)性小。為了減小每槽導(dǎo)體數(shù)，一般槽數(shù)比較多，雷米電機(jī)60槽，增加了繞組制造的難度。

2、趨膚效應(yīng)大：頻率越高，扁銅線(xiàn)繞組的交流銅耗會(huì)越高。還與電磁設(shè)計(jì)有關(guān)，比如槽內(nèi)磁密幅值、槽口高度等。還與扁銅線(xiàn)的尺寸有關(guān)，需要尋找最佳的寬厚比。

3、不易系列化：發(fā)卡電機(jī)匝數(shù)較少，調(diào)整上與電壓、轉(zhuǎn)速的匹配會(huì)比較困難，很難系列化。但是新能源汽車(chē)電機(jī)的型號(hào)不是很多，可能問(wèn)題不大。

4、銅線(xiàn)要求高：扁銅線(xiàn)折彎后絕緣層容易損壞產(chǎn)生缺口或破面，對(duì)銅線(xiàn)質(zhì)量提出了更高的要求，并且發(fā)卡電機(jī)不像傳統(tǒng)扁銅線(xiàn)電機(jī)在繞組成型后可以進(jìn)行包裹絕緣處理。

5、設(shè)備要求高：工序復(fù)雜、精度要求高、質(zhì)量要求高、產(chǎn)量大，已有部分主機(jī)廠(chǎng)和代工廠(chǎng)引進(jìn)了發(fā)卡電機(jī)繞組設(shè)備生產(chǎn)線(xiàn)，但因?yàn)楫a(chǎn)線(xiàn)成本較高，還未普及。

四、結(jié)語(yǔ)

近兩年Hair pin電機(jī)已成為行業(yè)內(nèi)堅(jiān)決追求的乘用車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展方向。國(guó)內(nèi)的頂尖電機(jī)供應(yīng)商，也開(kāi)始投資建造更為先進(jìn)的x-pin自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)。

從項(xiàng)目預(yù)研到一代一代的產(chǎn)品迭代，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律。預(yù)研時(shí)大膽創(chuàng)新，奠定一個(gè)基調(diào)，產(chǎn)品化時(shí)，每次迭代都小心謹(jǐn)慎。扁線(xiàn)繞組也是小步快跑，先給出一個(gè)有瑕疵的方案，然后逐步改善端部成型工藝，后又改善絕緣結(jié)構(gòu)，最后解決高速AC電阻問(wèn)題，每一小步跨得都小，通過(guò)一點(diǎn)一滴的提升，將產(chǎn)品的勢(shì)能逐步提高。這是一種反急功近利的心態(tài)，沒(méi)有急著想一步到位，而是做時(shí)間的朋友。

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