Hair-pin發卡電機

發卡電機也是扁銅線電機，扁銅線電機很多行業都有應用，比如：大功率非同步電機、礦山電機、直流電機、風力發電機、火力發電機、大功率的牽引機電機、8000磅以上的絞盤電機、機車電機等等，國內也做了很多年了，說起來也挺成熟的。

電機是新能源汽車驅動系統的關鍵，它的性能直接關係到新能源汽車整車動力性能。新能源汽車電機追求高功率、小體積、高轉矩、高轉速（高功率密度、高轉矩密度）。新能源車用電機經過多年的發展，並伴隨電機工藝及設備的成熟，電機繞組由之前的圓銅線設計逐漸向扁銅線繞組設計發展。

2007年，雪佛蘭VOLT採用的技術是Hair-Pin（發卡式扁線電機），供應商雷米（2015年已被零部件巨頭博格華納收購）。

2013年，尼桑在電動車上採用過扁線電機，供應商HITACHI。

2015年，豐田發行第四代普銳斯採用的是的扁線電機，供應商Denso（日本電裝）。

關於發卡電機，專利主要有雷米、豐田＆電裝兩個版本的。

基本思路是發卡線圈預先成型，如已知的形狀

發卡電機主要有以下幾個優點：

（1） 槽滿率高；

發卡電機有效銅的面積可以提高20%以上，傳統電機有效銅槽滿率只有45%左右，發卡電機能做到70%左右。

永磁電機損耗由繞組銅耗、鐵耗、風磨雜散、磁鋼渦流損耗，其中繞組銅耗佔比50%以上，銅耗大小又和繞組電阻成正比，減小繞組電阻能直接降低銅耗、提升電機效率和功率密度。

（2） 散熱性好；

繞組表面積大，散熱面積大；

繞組匝與匝之間接觸面積大，熱傳導更好；

繞組每匝之間空隙小，熱傳導更好；繞組和鐵心槽之間接觸良好，熱傳導更好；

通過溫度場模擬，相同設計的扁銅線電機繞組溫升比圓銅線電機低10%。

（3） 繞組端部短

線圈端部結構更緊湊。相比散嵌繞組，端部高度低很多。

（4） 體積小

根據電裝公司的宣傳資料，電機直徑減小10%，軸向長度（高度）減小15%。功率密度明顯提升。

發卡電機有以上優點，但是也有他的缺點。

（5） 工藝複雜：

發卡定子的製造工藝流程：插槽紙→製造發卡→穿發卡→端環定型→端環焊接→接星點→焊接處結緣處理。

工序多，每一步精度要求高，容錯性小。

為了減小每槽導體數，一般槽數比較多，雷米電機60槽，增加了繞組製造的難度。

（2）趨膚效應大：

頻率越高，扁銅線繞組的交流銅耗會越高。

還與電磁設計有關，比如槽內磁密幅值、槽口高度等。

還與扁銅線的尺寸有關，需要尋找最佳的寬厚比。

（6） 不易系列化：

發卡電機匝數較少，調整上與電壓、轉速的匹配會比較困難，很難系列化。但是新能源汽車電機的型號不是很多，可能問題不大。

（7） 銅線要求高：

扁銅線折彎後絕緣層容易損壞產生缺口或破面，對銅線質量提出了更高的要求，並且發卡電機不像傳統扁銅線電機在繞組成型後可以進行包裹絕緣處理。

（8） 設備要求高：

工序複雜、精度要求高、質量要求高、產量大，通過人工製造基本不可能實現了，需要專業高端的設備。這也是目前國內還沒有產業化的一大原因。通過網路查找，暫時還未發現國內有設備供應商能做發卡電機繞組設備。國外設備又極其昂貴。

已知的電裝壓縮機電機為發卡電機，電機基本信息如下：

與一款傳統繞線方式的壓縮機電機相比，如下：

根據以上信息可以計算出電機在相同電密下，發卡電機與我司電機轉矩密度比值為1.154倍。

根據ansoft模擬發卡電機（磁鐵牌號為N30）反電勢係數為18.83V/krmp,與實測比高9.85%。若改為N42磁鐵，電機反電勢提高至22V/krpm，提高16.86%。更改磁鐵後，發卡電機與我司電機轉矩密度比值為1.348倍。

目前國內一些公司也在發卡電機領域開始發力，傳說方正電機投資2個億，18年可能會出量產產品。2017年9月定增預案已經提出要做年產20萬台的高功率密度驅動電機，即公告里提出的扁線驅動電機。

從公開的資料來看，華域電動從2014年就開始研究hair-pin電機技術。

由於沒有接觸過該工藝，有些論壇里工藝工程師參觀過hair-pin電機生產過程，認為三年內國內都沒法實現。

而從扁線驅動電機產線供應商看，目前全球能做出優質產線的企業集中在日本、義大利、德國三個發達國家，供應商數量非常有限。國內目前暫時沒有實力與國外相匹敵的產線供應商。

通過定子分塊繞線技術可以提高槽滿率，如圓線分塊齒繞能達到62%，如換成扁導線還能提高，但是傳統工藝能帶來的槽滿率提高有限。

本文參考了網上查到的僅有的發卡電機資料，引用了大部分內容。也引用了公眾號玩轉電機里的文章，對以上人員表示感謝。