無需分割內芯即可提高占空比

　　占空比并不僅僅取決于導線的排列方法，還取決于整個線圈的制造方式。此前，提高占空比的方法有分割內芯法。分割內芯是將定子內芯分為環狀圓周部分與線圈部分制造而成的內芯。這是家電使用的主流內芯，但EV一般不用。

　　圖4：日特工程試制的線圈

　　雖然不是分割內芯，但內芯與內芯之間的縫隙較小。

　　日本日特工程公司面向EV馬達開發出了雖不采用分割內芯卻可提高占空比的繞線機（圖4）。

　　如果不分割內芯的話，線圈就需要用線嘴式繞線機繞制。繞線機裝有供應導線的線嘴，其頂端的運行軌跡是圍繞著繞制線圈部分的周圍運動。而且可以利用凸輪等進行機械控制。

　　與實際卷繞方向不同，定子的環狀圓周部分位于下方，用來繞制線圈的內芯由此向上延伸，并在此水平卷繞線圈（圖5）。線嘴頂端會下降至正在卷繞的位置。如果希望整齊地進行卷繞的話，這是正確的方法。由于剛開始卷繞時留有多余的空間，因此，即使線嘴通過內芯與相鄰的內芯之間的“低谷”也不會出現問題，不過最后需要留下縫隙讓線嘴通過。這種縫隙會遺留在產品上，造成占空比下降。

　　采用分割內芯時，需要先卷繞線圈，最后再進行接合（圖6）。卷繞時各個線圈比較分散，因此不必擔心會觸碰到相鄰的線圈，也無需預留用來放入線嘴的空間。這樣必定會提高占空比。

　　廠商之所以不想在EV及HEV的驅動馬達中使用分割內芯，是因為最后需要將其接合在一起，這樣會導致磁阻產生。粘合時，由于要在內芯之間加入非磁性體粘合劑，因此會產生磁阻。如果有縫隙的話，即使縫隙很小也會產生磁阻。即使通過壓裝等方法使其完全貼緊，不產生縫隙，因金屬柵沒有連接在一起，同樣也會產生磁阻。無論如何都會導致特性降低。

　　圖5：無需分割內芯的線圈繞制方法

　　線圈與線圈之間需要留下能讓線嘴穿過的空間。

　　圖6：分割線圈的繞制方法

　　逐個繞制線圈，然后再將其接合在一起，因此無需為線嘴預留空間。

　　圖7：日特工程正在開發的繞線機的卷繞方法

　　線嘴不能進入線圈與線圈之間。

圖8：圖7線圈的俯視圖（從馬達中心向下看）

　　只有③到④、⑥到①之間，可將線嘴向上拉至空中并穿過。

　　日特工程公司為了避免使用分割內芯，選擇了線嘴型繞線機。首先，像通常一樣用線嘴卷繞導線。卷繞到線嘴能夠移動的極限范圍時，就會改變模式。變成線嘴不下降至線圈與線圈之間的低谷位置，而是從高出供應導線的模式（圖7）。

　　從上面觀察線圈（圖8）的話，③與④之間、⑥與①之間是存在問題的“低谷”，而其他位置即①到③、④到⑥是一頭為空的“山崖”。只會在通過“低谷”時將線嘴推至高處，其他時間都會將線嘴降至需要供應導線的高度。

　　將線嘴推至高處時，會導致導線的定位不準確。為了防止這一點，可在線嘴上升之前，在其通過②與⑤的位置之后，用固定工具將導線固定在內芯上，防止其上下移動。

　　將很多導線擰在一起繞制

　　要提高占空比，除了分割內芯之外，還有一種很早就為人所知的方法。那就是分布繞法線圈常用的“落入”繞法。

　　“集中繞線”方式是在一個內芯上纏繞一個線圈，而“分布繞線”方式是將多個內芯放在一起進行卷繞。集中繞線方式的銅損較少。而分布繞線方式的頓轉扭矩（Cogging Torque）較小。豐田“普銳斯”的混合動力系統配備的馬達及發電機分別采用了不同的繞線方式，馬達采用分布繞線式，發電機采用集中繞線式，由此可以推測，二者今后可能會共存。

　　小田原工程公司開發出了適用于汽車用馬達分布繞線的繞線機。特點是可一次卷繞很多導線。

　　其實，EV用馬達的線圈是將多條細線（比如16根）擰在一起卷繞后并聯而成。像EV一樣需要很大扭矩時，必須通過很大電流才能滿足需要。要將銅損及其造成的溫度上升降至一定水平的話，需要一定的截面積。也就是說要用粗線繞制。

　　不過，如果粗線的曲率半徑很小的話，就不能卷繞。另外，頻率提高時，導致電流集中在表面附近的“表皮效應”會增大，無論導線有多粗，其中心位置都不會發揮作用。

　　圖9：小田原工程的繞線機

　　先纏繞在繞軸（右），然后從上面推入線圈插入夾具的葉片之間。

　　圖10：上面是飛輪，掛在中間的是繞軸，下面是線圈插入夾具

　　繞軸不動，飛輪圍繞其周圍旋轉，因此導線會扭曲。

　　汽車用馬達目前仍采用家電等常用的將細線擰在一起的繞線方式。通過將所有導線并聯在一起，使其發揮與粗線相同的作用。采用落入繞法時，首先將導線臨時卷繞在名為繞軸的夾具上，然后將其放入線圈插入夾具的葉片之間（圖9）。滿一周后，最后將所有線圈一同插入內芯與內芯之間的溝槽中。由于不受線嘴的制約，因此可提高占空比。

　　將導線卷繞在繞軸上的部件稱為飛輪（Flyer）。圍繞著固定的繞軸來供應導線（圖10）。因高度與飛輪相同，因此從位置來說不可能供應導線，因此要在高處設置繞線管（Bobbin），穿過飛輪的旋轉軸從上面供應導線。因此，飛輪轉動時，導線會扭曲。

　　即使只有一根線也會扭曲，不過是圓形線的話問題不會凸現出來。但若是方形線的話，扭曲后就會出現問題。有16根導線時，會由“扭曲”問題加重為“交叉”問題。線圈平行而整齊地卷繞時，占空比較高。如果交叉后占用多余空間，占空比就會降低。

　　因此，小田原工程在繞軸上設置了名為“Stock Ring”的圓環。從繞線管中取出導線后，將其纏繞在該圓環上，然后按照一個線圈的長度進行切割。繞制完畢后可通過一邊解開導線一邊將其供應給飛輪的方法，來防止導線交叉。