????扁線繞組相比圓線繞組在電機槽中的填充效果更好，因此能夠提高電機的槽滿率。扁線繞組的設(shè)計具體體現(xiàn)在銅線的形狀上，相比圓線繞組，扁線繞組采用扁平的銅線，其截面形狀更接近矩形或橢圓形。這種形狀的銅線在繞組時可以更好地填充定子槽的空間，充分利用了槽位，提高了繞組的緊湊度和導(dǎo)線填充率。

扁線繞組的優(yōu)勢在于充分利用了電機結(jié)構(gòu)中的空間，提高了電機的效能。通常圓線電機的槽滿率約為50%左右，而采用扁線繞組后，槽滿率可達到70%以上。這意味著在相同定子槽空間的情況下，扁線繞組可以填充更多的銅線，從而允許承載更大的電流，產(chǎn)生更高的電樞磁勢，進而提升電機的扭矩密度。

因此，扁線繞組能夠使得電機在相同體積下?lián)碛懈叩墓β瘦敵觯瑫r也能提供更高效的性能。下圖分別為圓線和扁線在電機定子槽中的截面圖：

扁線

圖1?圓線與扁線截面圖

本文主要想介紹扁線繞組的四種類型，分別為I-pin、Hair-pin、X-pin、S-winding四種類型。下面對四種扁線繞組分別進行介紹：

（1）I-pin形式

I-pin繞組形如I，直接插線，然后雙邊焊接，也被稱為I型繞組或雙層腔式繞組。與傳統(tǒng)的圓線繞組不同，I-pin繞組采用了較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠更好地充分利用定子槽的空間，提高電機的效率和功率密度。

I-pin繞組的基本原理是通過在定子槽內(nèi)交替安裝兩個不同方向的繞組，從而將銅線緊密填充在定子槽中。具體來說，I-pin繞組由兩層繞組組成，上下兩層繞組的銅線分別沿著不同的方向排列，相互穿插在槽內(nèi)。這種穿插排列的方式不僅可以提高繞組的填充率，還可以降低電機的電磁噪聲和震動。

I-pin繞組

繞組插入定子

圖2?I-pin繞組及插入定子示意圖

與傳統(tǒng)的繞組相比，I-pin繞組還具有其他優(yōu)勢。首先，I-pin繞組無需預(yù)成型，且銅線長度更短，因此損耗更小。其次，由于I-pin繞組在定子槽內(nèi)交替排列兩個繞組，因此可以有效地減少熱點的產(chǎn)生，提高電機的散熱性能。此外，I-pin繞組還可以提高電機的繞組均勻性，降低電機的三相電流一致性。

但I-pin繞組的制造成本較高，焊接工藝繁瑣，需要精確的繞線技術(shù)和專業(yè)的繞線設(shè)備，端部尺寸相對其他扁線繞組來說較大。

圖3 I-pin繞組成型示意圖

（2）Hair-pin形式

Hair-pin繞組也被稱為H型繞組，形似發(fā)卡，先成型再插線，然后單邊焊接，是目前應(yīng)用最多的扁線繞組形式，相比I-pin，Hair-pin具有更少的焊點。Hair-pin繞組采用漆包扁線或者漆包方線，將其折彎成”H”字形，形狀類似于發(fā)夾（Hairpin）的樣子，因此得名。Hair-pin繞組通常用于高功率、高效率的電機和變頻器中。

圖4?發(fā)卡線圈示意圖

Hair-pin繞組主要有兩個優(yōu)勢。首先，由于采用了漆包扁線，Hair-pin繞組可以在相同的空間內(nèi)容納更多的導(dǎo)線，提高了繞組的填充率。進一步提高了電機的功率密度，使其在相同尺寸下能夠輸出更大的功率。其次，Hair-pin繞組的導(dǎo)線之間通過銅扁線連接，形成了更緊湊的結(jié)構(gòu)，有助于減小電阻、電感和電容的影響，提高電機的效率。

Hair-pin繞組的制造過程相對復(fù)雜，需要先將扁線折彎成”H”字形，然后通過焊接或壓接等方式固定連接。這要求繞線工藝和設(shè)備具備一定的專業(yè)性和精確性。此外，Hair-pin繞組還需要考慮扁線之間的接觸良好性，以確保電流傳導(dǎo)的可靠性。

圖5 H-pin繞組示意圖

Hair-pin繞組在高功率電機和變頻器中廣泛應(yīng)用，特別適用于需要高效率和緊湊結(jié)構(gòu)的場景。它可以提供更高的功率密度、更低的電阻和更好的散熱性能，從而提高了電機的整體性能。然而，Hair-pin繞組的制造成本較高，對繞線工藝和設(shè)備的要求也較高，因此在實際應(yīng)用中需權(quán)衡其優(yōu)勢和成本。

（3）X-pin形式

X-pin繞組與Hairpin繞組類似，將其折彎成X形交叉紋理，然后通過連接器或焊接固定，形成繞組。相比Hair-pin繞組，X-pin繞組不需要將線圈組合在一起，每個X-pin單元都是獨立的，可以在電機中單獨使用，因此擁有更短的端部。且由于X-pin繞組的交叉形狀，它可以在相同空間內(nèi)容納更多的導(dǎo)線，使電機的功率密度更高。

圖6 X-pin繞組示意圖

與Hairpin繞組不同，X-pin繞組的漆包扁線呈現(xiàn)出交叉的X形，這樣可以進一步提高繞組的填充率和緊湊性，使電機的功率密度和效率得到了極大的提升，雖然在插線端部尺寸沒有變化，但在焊接端部尺寸能夠降低5-10mm，進一步降低電機銅損損耗、提升電機效率。

但由于X-pin的焊接端很短，對焊接工藝的要求也更高，還有斷線、扭線等工藝也是其加工難點。

圖7?同款電機采用X-pin與Hair-pin不同繞組對比

（資料來源：博格華納）

（4）S-winding形式

S-winding繞組是將兩個相鄰的線圈依次排列，每個線圈的方向呈”S”形彎曲，然后再將這些線圈通過繞線機器穿過定子槽依次安裝在定子上，成型后兩頭端部無需焊接，焊點更少，端部空間尺寸更小。

圖8 S-winding線圈示意圖

S-winding繞組的優(yōu)點主要有以下幾個方面：首先，采用S-winding繞組的電機的電磁噪聲較小，具有更加優(yōu)秀的NVH性能，S-winding繞組能夠降低電磁噪音和振動，減少電機對周圍環(huán)境的干擾；其次，S-winding繞組的線圈的磁場分布更加均勻，減少了電機的高次諧波；同時S-winding繞組相互交叉形成密集的結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性好，也能形成通風(fēng)通道，有利于散熱。

然而，S-winding繞組也存在一些問題。首先，它需要更多的銅線，增加了電機的制造成本。其次，安裝這種繞組需要更復(fù)雜的工藝，需要更加精密和專業(yè)的繞線設(shè)備和技術(shù)，對工藝技術(shù)和操作要求高。

圖9?S-winding繞組示意圖

（資料來源：巨力自動化）

以上是對I-pin、Hair-pin、X-pin、S-winding四種扁線繞組的總結(jié)，下表對這四種繞組的端部尺寸、銅損、加工難度進行對比：

表1?四種繞組對比表