تقنية دبوس الشعر

تقنية اللفّ على شكل دبوس الشعر هي تقنية لفّ تُستخدم في لفّ الجزء الثابت للمحركات والمولدات الكهربائية ، كما تُستخدم في تطبيقات الجرّ في المركبات الكهربائية . وعلى عكس تقنيات اللفّ التقليدية ، تعتمد هذه التقنية على قضبان نحاسية صلبة ومسطحة تُدخل في مجموعة الجزء الثابت. تتكون هذه القضبان النحاسية، المعروفة أيضًا باسم دبابيس الشعر، من سلك نحاسي مطلي بالمينا ومثني على شكل حرف U، وهو شكل مشابه لشكل دبابيس الشعر. ^{[ 1 ]}

بالإضافة إلى دبابيس الشعر ذات الشكل U، هناك نوعان آخران من لفائف القضبان، وهما تقنية I-pin ومفهوم لفائف دبابيس الشعر المستمرة.

دبابيس I هي عناصر من أسلاك نحاسية مستقيمة تُدخل في فتحات الجزء الثابت. على عكس دبابيس الشعر، لا تُثنى هذه الدبابيس قبل إدخالها في المجموعة. مع ذلك، يلزم التلامس على جانبي الجزء الثابت. في مفهوم لفائف دبابيس الشعر المستمرة، تُصنع ما يُسمى بحصائر اللف، ثم تُدخل في المجموعة من القطر الداخلي.

تُستخدم المحركات الثابتة ذات الشكل الدبوسي بشكل شائع في الآلات المتزامنة . ^{[ 2 ]}

يختلف هيكل الجزء الثابت ذي الشكل الدبوسي عن الأجزاء الثابتة التقليدية فقط في نوع نظام اللف - أما باقي مكونات الجزء الثابت فلا تتغير كثيرًا. ^{[ 1 ] [ 3 ]} تتكون مجموعة الصفائح من طبقات عديدة من الصفائح الفردية، كل منها معزولة بطبقة رقيقة. ^{[ 4 ]} الغلاف هو مكون فرعي آخر لا يتطلب عادةً تعديلات. يُستبدل السلك الرفيع المستدير في تقنية اللف التقليدية بقضبان نحاسية، تتناسب بشكل أفضل مع شكل الفتحة، وبالتالي توفر درجة ملء أعلى للفتحة مقارنةً باللف العادي. ^{[ 5 ]} لإنشاء مخطط اللف المطلوب، تُلف الأطراف الحرة للدبابيس الشعرية قبل اللحام. بالإضافة إلى عملية التشريب للجزء الثابت بأكمله، وهي ضرورية أيضًا للأجزاء الثابتة الملفوفة بالطريقة التقليدية، تُطبق طبقة من راتنج العزل على أطراف الدبابيس الشعرية. ^{[ 4 ]}

تعتمد سلسلة عمليات تصنيع الجزء الثابت ذي الشكل الدبوسي على أسلوب اللف غير المباشر. وبفضل المقطع العرضي الصلب، يمكن تشكيل هذه الدبابيس إلى شكلها الهندسي النهائي قبل عملية التجميع الفعلية. ^{[ 6 ]} وعلى عكس إنتاج الجزء الثابت التقليدي، الذي تسود فيه عمليات التجميع القائمة على اللف، تُستخدم عملية تشكيل. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

يمكن تقسيم عملية الإنتاج إلى 4 خطوات:

اللحام والربط البيني

بعد ذلك، يتم توصيل أطراف دبابيس الشعر كهربائيًا لتشكيل مخطط اللف. وباستخدام الليزر ، تُصهر أطراف دبابيس الشعر جزئيًا وتُلحم. ^{[ 13 ] [ 14 ]} تتميز عملية اللحام المثلى بتجانس هندسة اللحام وتقليل المدخلات الحرارية. تتطلب استراتيجيات اللحام القابلة للتكرار الحفاظ على استقرار الجزء الثابت.

قد يتسبب الارتفاع النسبي والإزاحة الجانبية لنهاية دبوس الشعر في حدوث عيوب في اللحام. ويمكن تجنب هذه العيوب من خلال عمليات تصحيحية تعتمد على دقة التفاوتات في العمليات السابقة. ^{[ 15 ] [ 16 ]} ويمكن إجراء قفزات الطور والتوصيل الكهربائي الرئيسي للملف بأكمله من خلال عناصر أو تجميعات توصيل متصلة بنهايات دبوس الشعر الملحومة. ^{[ 17 ]} ويمكن القيام بذلك أيضًا عن طريق اللحام بالليزر. ^{[ 18 ]} ومن أمثلة عناصر التوصيل: حلقات التلامس، والمحطات الطرفية، والجسور.

في أنظمة الجرّ تحديدًا، يُمثّل ضمان موثوقية العمليات تحديًا رئيسيًا، لا سيما عمليات الثني واللحام. يجب ألا تُلحق عملية الثني أي ضرر بالعازل وأن تتطابق تمامًا مع الشكل الهندسي المطلوب. قد تتسبب نهايات دبابيس الشعر الملحومة بشكل غير صحيح في خسائر كهربائية، وربما في تعطل الجزء الثابت. ^{[ 11 ]}

تتمثل المعايير المستهدفة الرئيسية في معامل ملء عالٍ داخل فتحات الجزء الثابت ورأس لف صغير. وبفضل المقطع العرضي المستطيل والمكبر للموصل، يمكن أن يصل معامل الملء إلى 73% (وهو أعلى بكثير من 45-50% في الأجزاء الثابتة الملفوفة بالطريقة التقليدية). ^{[ 23 ]} يؤدي رأس اللف الصغير إلى زيادة نسبة المادة الفعالة، وبالتالي النسبة التي تولد الطاقة. مع ذلك، قد يؤدي المقطع العرضي الأكبر للملف ذي الشكل الدبوسي إلى خسائر كهربائية إضافية، على سبيل المثال، بسبب تأثيرات إزاحة التيار مثل تأثير الجلد . ^{[ 24 ]}

بفضل عمليات التجميع المحددة، وسلوك عزم الدوران والسرعة الجيد ، ومعاملات التعبئة العالية، اكتسبت تقنية دبابيس الشعر جاذبيةً في تطبيقات السيارات . إضافةً إلى ذلك، فإن عملية إنتاج دبابيس الشعر مناسبة للأتمتة . ونتيجةً لذلك، يؤدي تقليل أوقات الدورة وزيادة الكميات إلى خفض تكاليف الإنتاج. ^{[ 11 ]}

تُستخدم تقنية "الدبابيس الشعرية" بشكل متزايد في تطبيقات السيارات. وكانت أول سيارة إنتاجية مزودة بهذه التقنية هي سيارة شيفروليه تاهو الهجينة من جنرال موتورز عام 2008 ، والتي احتوت على محركين مزودين بهذا التصميم للجزء الثابت في ناقل الحركة 2ML70 "ثنائي الوضع" من جنرال موتورز. ^{[ 25 ]}

تعتمد مجموعة فولكس فاجن على محركات ذات دبابيس شعرية في سياراتها الكهربائية، بما في ذلك ID.3 ^{[ 26 ]} و ID.4 ^{[ 27 ]} وأودي e-tron GT ^{[ 28 ]} وبورش تايكان ^{[ 29 ]} . وتُعد BMW iX3 أول سيارة من الشركة تستخدم محركات ذات دبابيس شعرية. في عام 2021، كشفت جنرال موتورز عن خط إنتاجها الجديد من المحركات، والذي يتضمن محرك ASM بقوة 64 كيلوواط للتطبيقات الهجينة ومحرك PSM بقوة 255 كيلوواط في سيارة هامر الكهربائية ^{[ 30 ]} . وفي عام 2023، أعلنت تسلا أن محركها من الجيل التالي سيستخدم محركات ذات دبابيس شعرية ^{[ 31 ] .}  

تقوم الحكومة والقطاع الخاص بتمويل مشاريع بحثية حول تقنية الدبابيس الشعرية. وتشمل هذه المشاريع ما يلي:

• Pro-E-Traktion (الإنتاج، BMW AG) ^{[ 32 ]}
• HaPiPro2 (إنتاج PEM من جامعة RWTH Aachen ) ^{[ 33 ]}
• AnStaHa (الإنتاج، معهد كارلسروه للتكنولوجيا ) ^{[ 34 ]}
• IPANEMA (Machine Learning, API Hard- and Software GmbH) ^{[ 35 ]}
• KIPrEMo (الذكاء الاصطناعي، FAPS التابع لجامعة إرلانغن نورنبيرغ) ^{[ 36 ]}
• KIKoSA (الذكاء الاصطناعي، FAPS لـ FAU Erlangen-Nürnberg) ^{[ 37 ]}

• كامبكر/شنيتر/فالي: Elektromobilität. المراجعة الثانية. طبعة، 2018، سبرينغر برلين هايدلبرغ، ISBN 978-3-662-53136-5
• جلاسيل، توبياس: Prozessketten zum Laserstrahlschweißen von Flachleiterbasierten Formspulenwicklungen for auto Traktionsantriebe. FAU Studien aus dem Maschinenbau Band 354. يوليو 2020، إرلانجن، مطبعة جامعة FAU، ISBN 978-3-96147-356-4
• VDMA/Raßmann: Produktionsprozess eines Hairpin-Stators. الطبعة الأولى، أكتوبر 2019، ISBN 978-3-947920-08-2

• VDMA: عملية إنتاج دوارات الشعر
• منصة Schaeffler eDrive: مزايا وعيوب الجزء الثابت ذو الشكل الدبوسي (مؤرشف بتاريخ 15 مايو 2021 في أرشيف الإنترنت)
• "تحقيق أقصى قدر من كفاءة الآلات الكهربائية باستخدام لفائف الشعر" (ملف PDF) . 2021.