发夹式绕组技术解释：提高现代电动机的功率密度和效率

随着汽车、工业和商业领域电气化的加速发展，制造商面临着开发具有更高功率密度、更低损耗和更高效率的电机的压力，同时保持出色的耐用性和可制造性。传统的圆线绕组虽然可靠，但在增加槽填充、降低热阻和实现精确的自动化生产方面存在固有的局限性。

这就是发夹式缠绕技术成为变革性解决方案的地方。发夹式绕组越来越多地应用于电动汽车 (EV)、高端工业电机和先进的伺服系统中，通过完全不同的线圈结构提供卓越的电气、热和机械性能。

本文对该技术、其优点、挑战以及现代自动化设备如何实现高效、可扩展的生产进行了清晰的工程概述。

1. 发夹式缠绕到底是什么？

发夹式绕组采用矩形（扁）铜线代替传统的圆形漆包线。每根导体被弯曲成U形“发夹”，插入定子槽中，然后通过激光焊或TIG焊连接，形成连续的绕组路径。

与圆线随机缠绕不同，发夹线圈具有：

• 形状精确

• 统一定位

• 密密麻麻

• 针对自动化生产进行优化

这种结构差异显着提高了槽利用率和电气性能。

2. 为什么制造商正在放弃圆线

圆线电机几十年来一直很好地服务于各行各业，但在高要求的应用中其局限性变得越来越明显。这些包括：

传统圆线绕组的局限性

• 较低的槽填充率（通常为 40–55% ）

• 由于气隙，导热性有限

• 高频时交流铜损较高

• 生产中更多的体力劳动

• 质量和性能的更大变化

相比之下，发夹绕线技术的槽填充率为 70-90%，在相同的电机尺寸下可实现更高的扭矩和输出。

3. 发夹式绕线技术的主要优势

3.1.通过更好的槽利用率实现更高的功率密度

槽填充是影响电机输出的最重要因素之一。扁平铜导体每个插槽允许使用更多的铜。

绕线类型	典型槽填充率	结果
圆线散绕	40–55%	中等扭矩密度
集中圆线绕制	55–65%	有所改善但有限
发夹式绕线（扁铜）	70–90%	非常高的扭矩和功率密度

更高的铜填充量意味着：

• 更低的电阻

• 降低铜损

• 相同电机体积下更高扭矩

• 更高的连续功率能力

这对于电动汽车牵引电机和紧凑型工业电机来说是一个关键优势。

3.2.更好的散热和更低的工作温度

扁铜具有更大的表面积和更紧密的堆叠几何形状，从而能够：

• 更快的热传递

• 降低绕组热点温度

• 更长的绝缘和线圈寿命

改进的热管理与更高的效率和耐用性直接相关。

3.3.高频下的卓越性能（逆变器操作）

发夹式绕组支持：

• 更高频率的控制策略

• 通过优化导体几何形状减少交流损耗

这对于以下方面尤其重要：

• 电动汽车（开关频率 10–20 kHz）

• 工业驱动器

• 机器人和伺服电机

3.4.专为自动化和大规模生产而设计

Hairpin 技术与工业 4.0 制造完美契合。流程例如：

• 线切割

• 2D/3D 弯曲

• 线圈插入

• 扭转

• 端匝成形

• 激光焊接

• 上光和固化

......全部都可以高精度自动化。

对于 OEM 而言，这意味着：

• 降低劳动力成本

• 更高的质量一致性

• 缺陷更少

• 更好的生产可扩展性

中际Intelligent 专注于这些 自动化绕线和装配线，使大批量电机生产商能够顺利过渡到发夹技术。

4. 需要考虑的工程挑战

尽管有其优点，但发夹式缠绕的实施需要先进的工程和高精度设备。主要挑战包括：

4.1.端匝设计的复杂性增加

发夹线圈需要精确成型以避免：

• 机械应力

• 绝缘损坏

• 增加弯曲阻力

4.2.均匀绝缘保护

扁铜要求：

• 边缘绝缘更强

• 耐高温搪瓷

• 特殊槽衬和相绝缘

4.3.焊接质量至关重要

激光焊接必须确保：

• 全渗透

• 低孔隙率

• 一致的接头阻力

• 优异的重复性

4.4.局部放电 (PD) 的风险更大

更高电压的电动汽车系统和逆变器驱动需求：

• 耐电晕搪瓷

• 优化的导体间距

所有这些要求使得专业的绕线设备变得至关重要。

5. 发夹式绕组的应用

5.1.电动汽车牵引电机

发夹式缠绕已成为行业标准，因为它能够：

• 高扭矩密度

• 高速运转

• 优异的热性能

• 减少功率损耗

用于：

• 乘用电动汽车

• 商用电动卡车

• 电动公交车

5.2.高效工业电机

包括：

• IE4 和 IE5 效率级电机

• 高速主轴

• 泵和压缩机

• 暖通空调电机

5.3.伺服电机和机器人

要求：

• 高精度

• 扭矩稳定

• 紧凑的包装

发夹式缠绕支持这三种。

6. 比较表：发夹式绕组与圆线绕组

特征	发夹式缠绕	圆线绕线
槽位填充率	高 (70–90%)	中等 (40–60%)
功率密度	出色的	好的
热性能	优越的	缓和
高频效率	高的	中等的
自动化程度	非常高	中-低
制造成本	前期费用较高	降低前期费用
最适合	电动汽车、高性能电机	通用电机

7. 中际智能如何 支持发夹式绕线生产

发夹式缠绕需要极其精密的机械来处理微米级精度的切割、弯曲、插入、焊接和成型。

中际智能发夹式缠绕生产解决方案包括：

✔ 自动发夹线切割剥线机

保证长度一致和边缘干净。

✔ 2D/3D CNC 发夹式折弯机

精确的成型可最大限度地减少绝缘磨损和组装难度。

✔ 先进的定子插入和扭线机

确保精确的导线定位和统一的端匝几何形状。

✔ 激光焊接系统

提供对 EV 级线圈至关重要的稳定、可重复的焊接。

✔ 完整的发夹定子生产线

从原始铜线到完全组装的定子。

对于转向高性能电机生产的 OEM，中际Intelligent 提供：

• 工艺规划

• 设备集成

• 生产线定制

• 操作员培训

• 售后技术支持

8. 为什么发夹式绕组是电机技术的未来

向电气化和高效标准的转变正在加速。发夹式绕组不仅仅是一种趋势，它还是下一代电机的基础，因为它提供：

• 更高的功率密度

• 更好的热控制

• 降低铜损

• 更适合自动化批量生产

• 逆变器驱动的卓越性能

• 更长的使用寿命和更高的可靠性

对于注重效率、功率和耐用性的行业，发夹式缠绕提供了无与伦比的优势。

结论

发夹式绕组技术正在彻底改变电机工程。通过采用扁平铜导体和自动绕线工艺，制造商可以实现：

• 插槽利用率提高高达 40%

• 效率显着提高

• 更好的热性能

• 更强的长期耐用性

• 通过自动化提高一致性

无论是电动汽车、重型工业电机，还是高效商业系统，发夹技术都是满足当今性能要求的关键。

中际智能 专注于高性能电机制造的自动定子生产线、发夹式绕线设备、数控折弯机和激光焊接系统。

如果您要将生产升级为发夹式绕组或缩放电动汽车电机输出，我们可以支持您的工程、自动化和制造需求。

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