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W-pin绕组也叫连续波绕组，其主要特点是一个线圈和相邻同性磁极下的线圈相串联，用合成节距来表征波绕组的连续规律，这种方式可以有效地减少端部长度，从而减少电机的径向尺寸。其主要难点就在于线嵌入技术，根据嵌入方向不同，可以分为内径嵌入和外径嵌入。
内径嵌入是通过胀片与铜线之间的受力挤压，来把线均匀向外胀入到铁芯槽内，还不能伤到绝缘纸，该方式要求槽口宽度需大于槽底宽度。
外径嵌入也就是所谓的分体式，即将原本一体的定子的轭部和齿部做成分体式，即内定子和外定子两部分，这种分体式定子铁芯内部的齿部外侧为开口槽状，在绕线的时候，先把铜线从绕线块的开口那一头插进去，或者直接在绕线块上绕线，从而来改变传统外推绕线技术。
该方案可以将槽口设计成闭口槽，旨在通过优化线槽的设计来减少漏磁现象，进而提升电机的性能。 这样设计可使得连续波绕组成型不受限于铁芯尺寸限制，同时也能有效改善槽满率和端部线包高度。对嵌线的加工难度也会更低、操作更简单。其齿轭的连接方式可为但不仅限于焊接、螺栓连接、卡接、铆接、销接等。
此前，红旗研发总院与马威电动联合开发的连续波绕扁线电机就采用的闭口槽设计，其电机比功率成功突破10.7kW/kg，并初步通过试验验证，峰值功率达到了290kW，最高效率超97%。
本期「专利说」就跟大家聊聊连续波绕定子闭口槽的设计以及相应的工艺！
◎分体式定子齿轭材料可以不同吗？
◎闭口槽定子绝缘纸的插入方式
◎槽盖纸要如何放置
◎分体式定子总成合装工艺
01.
分体式定子结构齿轭的材料可以不同吗？
现有技术中，定子与转子通常采用相同的硅钢材料进行冲压，但由于定子与转子对材料的强度、导磁性能等要求不一样，这种制造方式限制了电机的输出能力和效率。此外，定子轭部与齿部为一体的结构，只能使用无取向硅钢材料。且定子齿部为开口槽或半闭口槽，存在齿槽效应，导致转矩脉动和噪音问题。
蔚然动力的这项定子专利（专利号：CN214799060U）就是用无取向硅钢片堆叠成轭块，再将轭块连接成环形，形成定子轭部；同时将取向硅钢片堆叠后也绕制成环形，形成定子齿部。最后将定子轭部与定子齿部进行连接，用定子轭部遮盖住定子槽。
其定子轭部是由多个轭块构成 ，每个轭块又由多个无取向硅钢片堆叠而成。这些轭块通过特定的卡合结构相互连接，形成一个环形结构。这种设计允许定子轭部采用无取向硅钢材料，以满足其对材料强度的要求。
定子的齿部由多个取向硅钢片堆叠后绕制成环形 。这些取向硅钢片在堆叠和绕制过程中，头尾相接，形成一个包含多个定子齿和定子槽的结构。定子齿部采用取向硅钢材料，以提高其导磁性能和降低铁磁损耗。
根据专利信息，在某些实施例中，轭块上设计有弧形槽，当定子轭部与定子齿部连接时，这些弧形槽与定子槽对应接合，形成曲线接合面。这种设计有助于提升电机的散热能力。
在另一种实施例中，定子齿上设计有压块，用于将绝缘纸和线圈限位于定子槽中，确保电机的稳定运行。
还有一种设计是将定子槽的底部设计为弧形，以减小硅钢片绕制过程中的应力集中，并减小定子齿部的漏磁，从而降低电机损耗，提高电机效率。
02.
闭口槽定子绝缘纸的插入方式
这种闭口槽的绝缘纸插入方式跟开口槽的方式也有很大区别，根据马威的（公开号：CN117277713A）专利可以看到这种闭口槽的绝缘纸插入方法。其是将定子放在一个可以转动的架子上。然后，像缝衣服一样，从一边开始，把这连续型绝缘纸沿着切线的方向，对准第一个定子槽，用成型模把它压进去。接着，转动这个架子，让第二个定子槽对准绝缘纸。
再用同样的工具，把绝缘纸压进第二个定子槽。就这样，一直转一直压，直到所有的定子槽都嵌入绝缘纸，在最后一个定子槽那里剪断。接下来，再把扁铜线嵌入这些定子槽。最后，把每个定子槽之间的绝缘纸边缘分开，不让它们连在一起。
这样做的好处是，每个定子槽之间的绝缘纸都是连在一起的，就像一个整体，更加稳定。这样，在把扁铜线嵌入进去的时候，即使扁铜线挤得绝缘纸有点变形，也不会轻易让绝缘纸乱跑，保证了扁铜线和定子之间有很好的绝缘，让电机的性能更好，具体步骤：
■1.将定子安装至定位工装上，使所述定子能跟随定位工装轴向旋转；
■2.将连续型绝缘纸沿切线方向朝定子进给，使绝缘纸与定子上的第一个定子槽对齐；
■3.启动成型模，成型模沿定子的径向将绝缘纸压入第一个定子槽；
■4.定位工装带动定子旋转预设角度，以使第二个定子槽与绝缘纸对齐；
■5.启动成型模，成型模沿定子的径向将绝缘纸压入第二个定子槽；
■6.重复上述步骤4和5步骤，直至绝缘纸压入第n个定子槽，将连续型绝缘纸从送纸机构处整体切断；
■7.将扁铜线依次嵌入各个定子槽内的绝缘纸中，然后进行封闭处理；
■8.将相邻两个定子槽之间的外露绝缘纸进行分离处理。
03.
闭口槽定子槽盖纸如何放置
常规的连续波绕扁线电机在制备过程中，在扁线卡入线槽后，为了保护这些铜线，需要在线槽的槽口处放一个槽盖纸。这样一来线槽就得做得更宽一些，才能放下这个槽盖纸。但是，线槽变宽了，槽与槽之间的部分就变小了，这会导致这里的磁密增加，就像车道变窄了，车就会挤在一起一样，磁场也会变得拥挤，容易发生泄露，这就是磁漏现象。
为了解决这个问题，马威的这项专利（公开号：CN219477688U）设计是把线槽分成了两部分：靠近定子铁芯中心的第一槽段和远离中心的第二槽段。而且，第二槽段的宽度是逐渐增大的，就像一个喇叭口一样。
这样设计的好处是： 槽口端变宽了，方便我们把槽盖纸放进去，而且不用让整个线槽都变宽，这样就不会影响到槽与槽之间的部分，避免了磁密增加和磁漏现象。
第二槽段的宽度逐渐增大，使得槽壁变得平滑，减少了尖锐部位，这样就不会在制造过程中产生毛刺，划伤铜线或绝缘材料了。这样的设计也有利于线槽的冲压成型，对模具的寿命影响也小。另外，第一槽段和第二槽段是连通的，可以在第一槽段里先放槽底绝缘纸，来保护铜线。
这里的第二槽段的槽壁是向外倾斜的，就像两个八字一样。要注意的是，这个倾斜的角度是有限制的，最大不能超过20度。这样既能保证槽盖纸能顺利放进去，又不会让线槽与线槽之间的部分变得太小，同时还能避免因为倾斜过大而导致电机的槽满率降低。
总的来说，这个设计既解决了槽盖纸放置的问题，又避免了磁漏现象和槽满率降低的问题，是一种很巧妙的设计。
04.
定子总成合装工艺
在定子总成制造时，采用分体式的定子就会涉及到内定子与外定子合装工艺（定子的轭部和齿部）,分体式合装工艺针对连续的波绕组嵌线而言加工难度更低、操作更简单。然而现有的很大一部分外定子也是采用多块的分体式结构，合装时容易松动而影响内定子与外定子合装后的定子质量，所需使用的定位工装数量也多，这就造成了生产成本的升高，生产效率降的低。
马威专利（公开号：CN116073605A）里面的这套定子合装工装主要是用来帮助把内定子和外定子组装在一起的，这个工装包括几个重要的部分：支架、压装动力机构、定位机构和内撑机构。
◎支架：作为整个工装的支撑结构，方便搬运和转换工作地点。
◎压装动力机构：提供向下的压力，用于将内定子压入外定子中。
◎定位机构：用于固定外定子的位置，确保其在组装过程中不会移动。
◎内撑机构：用于支撑和固定内定子，使其能够准确地与外定子对齐并组装。
内撑机构用于定位内定子，内撑机构能够在压装动力机构的下压作用下装入定位机构，以使内定子与外定子完成合装作业。内撑机构里面有一些小机关，比如螺纹柱、推杆和推块，它们一起工作，可以让内撑单元像花瓣一样张开或闭合，紧紧地抱住或松开内定子。为了确保内撑机构在推进的时候不会歪掉，这个工装还有一个限位块组件，它就像是一个向导，确保内撑机构能直直地前进。
这其中内撑机构还包括内撑座、内撑动力组件和内撑执行组件。
内撑座用于装载内定子，其外周设有开口，方便内撑执行组件的活动。内撑动力组件通过螺纹套、螺纹柱、推杆和推块等部件，驱动内撑执行组件向外伸展，与内定子的内周壁紧密抵接，从而固定内定子。当需要松开内定子时，内撑动力组件反向工作，使内撑执行组件回缩。
内撑执行组件包括至少两个内撑单元，这些单元沿水平圆周方向排布。推块上的驱动部（第一斜面）与内撑单元上的配合部（第二斜面）适配抵接，形成楔紧结构。
◎当推块下移时，第一斜面推动第二斜面，使内撑单元向外伸展。
◎当推块上移时，内撑单元在复位弹簧的作用下回缩。
为了保证内撑机构在压装过程中的刚度，工装还包括限位块组件，它与螺纹柱刚性活动套接，对内撑机构起到导向和限位作用。导向柱与定位机构上的定位孔插接，进一步保证内撑机构与定位机构的轴向对位准确。
定位机构包括定位块和定位座，定位座设有定位腔，用于容置外定子。压块装设于定位座上，能压装在外定子的外周，与外定子形成紧配合，限制其轴向及径向自由度。
在常温条件下，内定子插入外定子的难度很大。因此，可以先将外定子、定位座、压块等一起放入烘箱内加热到一定温度（如150℃），使外定子的内径适当扩大，从而降低压合难度和能耗，并提升安全性。总的来说，这个定子合装工装可以更快、更准地把内定子和外定子组装在一起，而且质量还很好。
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