图解波绕扁线定子（W-Pin）

一路上

前言

现在很多电机的能源转换效率为90%左右，也就是说其中损耗占到了10%左右；在电机的能量损耗里，其中铜耗即电流流过定子绕组所散发的热量，就占到了三分之二。

扁线连续波绕(Continuous hairpin / wave winding)最大好处是成型后两头端部无需焊接的电机定子结构，它的特点是采用扁平线圈绕制而成，使得电机的功率密度更高、效率更高、噪音更小。


扁线定子结构

通过采用扁线电机，圆线绕组变成扁线绕组，定子单位面积内的铜变多了，这样可使裸铜槽满率提升至20%~30%，就是塞的铜线变多了，能有效降低绕组电阻，绕组的电阻越小，电能效率就越高，进而降低铜损耗。

更多的绕组增加了铜线的表面积，而交流电通过导线时会有明显的趋肤效应，导线表面积大阻力会更小，这样一来效率上又有提高，所以通过优化设计槽口高度、扁线尺寸等会显著降低绕组交流铜耗。

扁线电机结构发展到现在，其绕组形式也发展了很多种，其中最常用的Hair-pin绕组因其成本优势，发展到现在也是最成熟的，市面上的扁线电机有90%都是Hair-pin扁线电机，I-pin、W-pin占到了10%，当然绕组形式远不止这些，其中还有不少新型绕组形式，U-pin、X-pin、W-pin等。

其中，W-pin也是未来的主要绕组形式之一。目前的发展掣肘在其工艺，也是上述所有绕组形式中最复杂的，但相对而言其效率也是最高的。

扁线连续波绕组(Continuoushairpin / wave winding)简称W-pin，W-pin绕组比其他几种绕组的定子短30%左右，而扭矩密度却提高了50%以上。另外，W-pin空间比Hair-pin更小，且更适合目前800V油冷趋势。

W-pin分为整体波绕和分段波绕，成型后两头端部无需焊接，绕组的端部又低，且W-pin的绕组设计非常适用于多槽多层的电机设计，但是其线圈的一体化成型难度非常大，需要定子槽形采用开口的设计，让绕组径向嵌入。

下面笔者按自己逻辑梳理一下W-pin工艺流程、W-pin的优缺点，以及对比Hair-pin的工艺优势，仅供参考。

W-pin工艺流程

W-pin工艺流程：插槽底纸、绕组线成型、排线、卷线、嵌线、插槽盖、三相线焊接、滴浸、测试。

线成型：（线卷上料、铜线输送、铜线矫直、铜线拉线、切断、一次整体成型）铜线卷经校直、送线、切断、模具冲压整体成型

排线：（去漆皮、转运、排线、工装压紧、检测）将成型好的线经去漆皮后，根据定子绕线方式依次排列至并线工装之上并压紧

卷线：（卷绕工装旋转、压紧、整形、转移）将绕组从并线工装卷绕在内撑工装上

嵌线：（下压、嵌入）通过机械手将绕组从卷绕工装内撑压入到定子铁芯中

插槽盖：（槽盖纸成型、导向机构插入槽口）纸经成型为C型槽盖后，插入对嵌线后的定子铁芯，对铜线进行包裹

另外还有一种是先把绕组绕在齿轴上，然后在外面套个铁心套筒，解决了绕组压入铁心后绕组定型线圈破损等问题，也解决了定子槽口的问题，齿槽转矩会小不少。但是有利必有弊，漏磁大了，又多了一道气隙，势必会多用磁材。

W-pin的工艺难点

1. 线成型过程中，因铜线受力不均匀，局部压力较大会发生拉伸，容易出现破损的问题。

2. 单根长度校直后长度接近10m，成型后整体长度又变短，成型及转运过程中易下坠弯曲。

3. 成型后线型尺寸不稳定，不能满足后续排线、嵌线等工序需要。

4.定子绕线方式对排线方式影响较大，交叉排列方式动作复杂，自动化实现难度较大。

5.如何避免铜线漆皮损伤，提高排线位置的准确性，和绕组压紧的贴合度。

6.靠近绝缘纸边缘处槽盖不容易进入，槽盖有突出铁芯内径和绝缘不良的风险。

W-pin对比Hair-pin的工艺优势

1.W-pin波绕的两端均无焊点，节省焊接所需的直线段，加上又省去了涂敷工序，在相同的线径与跨距下，比Hair-pin产品端部高度可显著下降。

2.无需扩口、端部焊接这些工序，针对10层的W-pin波绕产品，端部直径相比于Hair-pin要短约20mm左右，由于Hair-pin焊点之间需要预留至少2mm间隙以确保绝缘，故绕组尺寸较大。

3.无需切头、切线等工序，W-pin对铜线的利用率更高，Hair-pin的切头工序会产生一定的废铜。

4.无需焊接，W-pin的质量风险相对较小，Hair-pin的焊点数量多，其产品的质量控制难度高、良品率较低。

5.无需去漆皮、切断、焊接工序，W-pin清洁度可控性较高，更适合油冷电机，Hair-pin的清洁度相对控制难度就很大了。

W-pin的优缺点

缺点

1.W-pin绕组一旦出现绝缘或其他问题，一整根线进行返修的难度比Hair-pin绕组大很多，有时候涉及到多层编织结构，基本没有返修可能。

2.W-pin绕组需要反复从正反两个方向进行折弯、穿线，想要保持每个槽内顺利穿线，都需要确保线体折弯后的直线度和插入方向。

3.W-pin绕组内部线体由于存在回弹位置难以控制，端部的编织结构一致性困难。

优点

1.W-pin绕组端部不存Hair-pin线的焊点和汇流连接铜排，只有中性点、出线、并线等局部焊接，舍去了不少工序，大大的节省了工艺成本。

2.W-pin绕组端部不需要焊接，其长度比Hair-pin短的多。

3.W-pin绕组的NVH性能更加优秀，减少了转矩脉动即随着电机轴旋转而导致的转矩输出周期性增加和减少，从而实现更平稳的运行。

无稀土电驱就是采用的W-pin绕组编织技术，使得其驱动系统在长度方向减少了50毫米安装空间，让电驱系统更紧凑。

采用多层扁线也是W-pin绕组，其定子只有24个与逆变器连接的焊点，绕组也是先单独进行编制的，完成后被嵌入定子磁芯中，从而得到完整的定子，每个定子槽中有8根扁线。