电机扁线绕组的制造工艺是怎样的？

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电机扁线绕组的制造工艺因其结构特性（矩形截面导线）与传统圆线绕组存在显著差异，需通过多道精密加工工序实现。以下是其核心制造工艺的详细解析：

一、扁线制备与预处理

1. 扁线原材料选择

   材质：高纯度无氧铜（纯度≥99.95%），表面镀锡或涂覆绝缘漆（如聚酰亚胺），确保导电性能与绝缘强度。

   截面规格：根据电机功率需求，扁线截面尺寸通常为 0.5mm×2mm 至 5mm×10mm，公差控制在 ±0.02mm 以内。

2. 扁线预处理

   退火处理：通过高温退火（300-500℃）消除铜材冷拉加工后的内应力，提升柔韧性，避免成型时开裂。

   绝缘层处理：部分工艺需对扁线端部绝缘层进行剥离（如激光剥漆或化学腐蚀），为后续焊接做准备。

二、扁线成型工艺（核心环节）

1. 发卡式扁线成型（Hairpin Winding）

   适用于新能源汽车驱动电机等大功率场景，通过 “发卡” 状绕组降低端部铜损。

   成型步骤：

   直线段成型：扁线经数控折弯机加工为直线段，长度根据电机定子槽距精确计算（误差≤0.1mm）。

   拐角成型：采用多轴联动设备将直线段两端折弯为 U 型或 W 型，形成 “发卡” 结构，拐角半径需匹配定子槽型（通常为 3-5mm）。

   精度控制：发卡尺寸公差需控制在 ±0.05mm，以确保多根发卡嵌入定子槽时的紧密配合。

2. 连续绕制成型（适用于中小功率电机）

   工艺特点：通过专用绕线机将扁线直接绕入定子槽，无需预成型发卡。

   关键设备：多轴数控绕线机，配备扁平导线张力控制系统，避免绕线时绝缘层破损。

三、定子槽嵌线工艺

1. 发卡式嵌线（以新能源汽车电机为例）

   步骤 1：分组插入：将成型的发卡逐组嵌入定子槽，每组发卡需按相序（A/B/C 相）排列，避免短路。

   步骤 2：扩口与整形：通过液压或机械装置将发卡端部扩口，使相邻发卡紧密接触，形成完整绕组回路。

   难点：定子槽满率高（70%+），需确保扁线嵌入时无变形或绝缘破损，通常借助真空压力浸漆（VPI）固定绕组。

2. 连续绕制嵌线

   绕线机直接将扁线绕入定子槽，槽内铺设绝缘纸（如 Nomex），绕线后通过绑扎带固定绕组端部。

四、绕组连接与焊接工艺

1. 发卡式绕组焊接（关键工序）

   焊接位置：发卡两端出头需焊接形成三相绕组回路，常见于定子端部。

   焊接工艺：

   激光焊接：精度高（焊点直径≤0.3mm），热影响区小，适用于薄扁线（厚度＜1mm），如特斯拉电机发卡焊接。

   电阻焊（凸焊）：通过电极加压与通电，使多根发卡端头熔合，效率高，适用于厚扁线（厚度≥2mm）。

   银钎焊：高温下使用银焊料连接，强度高，但需控制焊接温度（600-800℃）避免绝缘层损坏。

2. 连续绕制绕组连接

   扁线首尾端通过端子压接或搭接焊接，需确保接触电阻＜1mΩ，避免发热损耗。

五、绝缘处理与固化

1. 槽内绝缘强化

   定子槽内铺设多层绝缘材料（如聚酰亚胺薄膜 + Nomex 纸），槽口用绝缘楔固定，防止扁线磨损。

2. 浸漆与固化

   真空压力浸漆（VPI）：将定子浸入环氧树脂漆，通过真空抽气与压力灌注，填充绕组间隙，提升绝缘强度与散热性。

   固化工艺：120-180℃高温烘烤 4-8 小时，使漆液完全固化，形成整体绝缘层。

六、质量检测与工艺难点

1. 关键检测项目

   尺寸精度：发卡成型后需通过三维扫描仪检测拐角角度、直线段长度，公差≤0.1mm。

   绝缘耐压：绕组需通过 1000V 以上耐压测试，漏电流＜1mA。

   焊接强度：焊点拉拔力需达到扁线自身强度的 80% 以上，接触电阻≤50μΩ。

2. 工艺难点与解决方案

   扁线成型开裂：通过优化退火温度（如分段退火）和折弯模具圆角（R≥2mm）减少应力集中。

   焊接虚接：采用激光焊接 + 在线电阻检测，实时监控焊点质量。

   高槽满率嵌线：使用自动插线机配合定子槽预扩张技术，降低嵌线阻力。

七、工艺发展趋势

1. 自动化与智能化

   发卡成型、焊接工序逐步采用工业机器人（如六轴机械臂），提升精度与效率（单台电机绕组加工时间从传统圆线的 2 小时缩短至 30 分钟）。

2. 新型材料应用

   扁线绝缘层采用耐高频脉冲漆（如聚酰胺酰亚胺），适应高速电机（转速＞10 万转 / 分钟）的耐电晕需求。

3. 低成本工艺创新

   开发 “扁线 - 圆线混合绕组” 技术，在端部使用圆线降低焊接难度，适用于中小功率家电电机。

总结：扁线绕组工艺核心优势与挑战

扁线绕组工艺的突破推动了新能源汽车、工业电机等领域的高效化发展，未来随着设备国产化与工艺优化，其应用将向更多场景渗透（如两轮电动车、智能家居电机）。