電機扁線繞組的制造工藝是怎樣的？

電機扁線繞組的制造工藝因其結構特性（矩形截面導線）與傳統圓線繞組存在顯著差異，需通過多道精密加工工序實現。以下是其核心制造工藝的詳細解析：

一、扁線制備與預處理

1、扁線原材料選擇

材質：高純度無氧銅（純度≥99.95%），表面鍍錫或涂覆絕緣漆（如聚酰亞胺），確保導電性能與絕緣強度。

截面規格：根據電機功率需求，扁線截面尺寸通常為 0.5mm×2mm 至 5mm×10mm，公差控制在 ±0.02mm 以內。

2、扁線預處理

退火處理：通過高溫退火（300-500℃）消除銅材冷拉加工后的內應力，提升柔韌性，避免成型時開裂。

絕緣層處理：部分工藝需對扁線端部絕緣層進行剝離（如激光剝漆或化學腐蝕），為后續焊接做準備。

二、扁線成型工藝（核心環節）

1、發卡式扁線成型（Hairpin Winding）

適用于新能源汽車驅動電機等大功率場景，通過 “發卡” 狀繞組降低端部銅損。

成型步驟：

直線段成型：扁線經數控折彎機加工為直線段，長度根據電機定子槽距精確計算（誤差≤0.1mm）。

拐角成型：采用多軸聯動設備將直線段兩端折彎為 U 型或 W 型，形成 “發卡” 結構，拐角半徑需匹配定子槽型（通常為 3-5mm）。

精度控制：發卡尺寸公差需控制在 ±0.05mm，以確保多根發卡嵌入定子槽時的緊密配合。

2、連續繞制成型（適用于中小功率電機）

工藝特點：通過專用繞線機將扁線直接繞入定子槽，無需預成型發卡。

關鍵設備：多軸數控繞線機，配備扁平導線張力控制系統，避免繞線時絕緣層破損。

三、定子槽嵌線工藝

1、發卡式嵌線（以新能源汽車電機為例）

步驟1：分組插入：將成型的發卡逐組嵌入定子槽，每組發卡需按相序（A/B/C 相）排列，避免短路。

步驟2：擴口與整形：通過液壓或機械裝置將發卡端部擴口，使相鄰發卡緊密接觸，形成完整繞組回路。

難點：定子槽滿率高（70%+），需確保扁線嵌入時無變形或絕緣破損，通常借助真空壓力浸漆（VPI）固定繞組。

2、連續繞制嵌線

繞線機直接將扁線繞入定子槽，槽內鋪設絕緣紙（如 Nomex），繞線后通過綁扎帶固定繞組端部。

四、繞組連接與焊接工藝

1、發卡式繞組焊接（關鍵工序）

焊接位置：發卡兩端出頭需焊接形成三相繞組回路，常見于定子端部。

焊接工藝：

激光焊接：精度高（焊點直徑≤0.3mm），熱影響區小，適用于薄扁線（厚度＜1mm），如特斯拉電機發卡焊接。

電阻焊（凸焊）：通過電極加壓與通電，使多根發卡端頭熔合，效率高，適用于厚扁線（厚度≥2mm）。

銀釬焊：高溫下使用銀焊料連接，強度高，但需控制焊接溫度（600-800℃）避免絕緣層損壞。

2、連續繞制繞組連接

扁線首尾端通過端子壓接或搭接焊接，需確保接觸電阻＜1mΩ，避免發熱損耗。

五、絕緣處理與固化

1、槽內絕緣強化

定子槽內鋪設多層絕緣材料（如聚酰亞胺薄膜 + Nomex 紙），槽口用絕緣楔固定，防止扁線磨損。

2、浸漆與固化

真空壓力浸漆（VPI）：將定子浸入環氧樹脂漆，通過真空抽氣與壓力灌注，填充繞組間隙，提升絕緣強度與散熱性。

固化工藝：120-180℃高溫烘烤 4-8 小時，使漆液完全固化，形成整體絕緣層。

六、質量檢測與工藝難點

1、關鍵檢測項目

尺寸精度：發卡成型后需通過三維掃描儀檢測拐角角度、直線段長度，公差≤0.1mm。

絕緣耐壓：繞組需通過 1000V 以上耐壓測試，漏電流＜1mA。

焊接強度：焊點拉拔力需達到扁線自身強度的 80% 以上，接觸電阻≤50μΩ。

2、工藝難點與解決方案

扁線成型開裂：通過優化退火溫度（如分段退火）和折彎模具圓角（R≥2mm）減少應力集中。

焊接虛接：采用激光焊接 + 在線電阻檢測，實時監控焊點質量。

高槽滿率嵌線：使用自動插線機配合定子槽預擴張技術，降低嵌線阻力。

七、工藝發展趨勢

1、自動化與智能化

發卡成型、焊接工序逐步采用工業機器人（如六軸機械臂），提升精度與效率（單臺電機繞組加工時間從傳統圓線的 2 小時縮短至 30 分鐘）。

2、新型材料應用

扁線絕緣層采用耐高頻脈沖漆（如聚酰胺酰亞胺），適應高速電機（轉速＞10 萬轉 / 分鐘）的耐電暈需求。

3、低成本工藝創新

開發“扁線 - 圓線混合繞組” 技術，在端部使用圓線降低焊接難度，適用于中小功率家電電機。