Литцендрат в электродвигателях: тяговые моторы EV, высокоскоростные PMSM, авиация, шаговики и BLDC
Октябрь 2025 года принёс сразу две новости о будущем мотостроения. Fraunhofer в рамках европейского проекта AMBER представил электросамолёт с мотором на 1000 лошадиных сил и массой 94 кг, работающий на скоростях до 21 000 об/мин. Hofer и Pankl одновременно объявили о разработке интегрированного электрического турбокомпрессора, построенного на Form Litz winding technology — профилированном литцендрате. Две независимые новости из Германии и Австрии, два индустриальных продукта с горизонтом выхода два-три года. Оба — с литцендратной обмоткой.
Это характерный срез того, что произошло с применением литцендрата в моторах за последние три года. То, что в 2015 году было решением для узких специализированных машин, к 2025 стало основной линией инженерной разработки. Причина — физическая: частоты коммутации инверторов выросли с единиц килогерц (IGBT) до сорока (SiC и GaN), скорости роторов достигли 100–200 тысяч оборотов в минуту в турбомашиностроении, а требования по массогабаритам электротранспорта и электроавиации превратили борьбу за каждый процент КПД в основную инженерную задачу. В таких условиях литцендрат в обмотке — не опция, а единственный способ уложить медь так, чтобы обмотка работала обмоткой, а не печкой.
В статье разбираем пять классов моторов, где литцендрат даёт измеримый выигрыш, с конкретными цифрами из работ IEEE и MDPI 2023–2025 годов, описанием производственных нюансов и ссылкой на то, где наша продукция в этом участвует.
1. Почему моторы пришли к литцендрату
Электромотор на промышленной частоте 50 Гц литцендрата не требует. Скин-эффект в медной жиле 0,5 мм на такой частоте пренебрежимо мал — глубина скин-слоя 9,3 мм, жила электрически однородна. Круглый эмальпровод, hairpin-шина, CTC — всё работает. Зачем тогда литц?
Современный мотор работает не на 50 Гц. Три тренда 2020-х годов вывели обмоточные потери на первый план:
Рост частоты инвертора. SiC- и GaN-инверторы коммутируют на 20–40 кГц с фронтами короче 100 наносекунд (Ji et al., IEEE TAES 2023). Спектр тока обмотки — не чистая синусоида промышленной частоты, а сумма первой гармоники с мощными гармониками до десятков килогерц. На частоте 20 кГц глубина скин-слоя для меди — 0,47 мм. Круглая жила 2 мм с этой точки зрения электрически толстая в четыре раза: ток тёчет в её внешней кольцевой зоне, центр не работает, сопротивление переменному току растёт.
Рост скорости ротора. Тяговые моторы 800-вольтовых платформ работают до 20 000 об/мин, электро-турбокомпрессоры — до 100 000, а в ряде работ по turbo-electric propulsion — до 200 000 об/мин (Zhang IET 2018, 200 kRPM HSP PMSM). У десятиполюсного мотора на 200 000 об/мин основная электрическая частота — 16,7 кГц. Это уже штатная частота литцендратного провода, а не специальный режим.
Плотность тока и упаковки. Электромобиль весом 1500 кг требует тяговый мотор массой 50 кг и мощностью 150 кВт. Электросамолёт регионального класса — мотор на 500 кВт массой 70 кг. Такие числа достигаются только при плотности упаковки меди 0,75–0,85 — и в этой упаковке круглый эмальпровод с зазорами по углам катастрофически проигрывает литцендрату, уложенному плотно.
Три тренда — рост частоты, рост скорости, рост плотности — независимы, но все три сразу указывают на один и тот же инженерный ответ. Отсюда волна работ IEEE и MDPI 2023–2025 годов про применение литцендрата в моторах.
Все три проводника имеют одинаковое сечение меди ~5 мм². На промышленной частоте 50 Гц разницы нет — все работают одинаково. На 10 кГц (основная электрическая частота тягового мотора EV с 8 полюсами на 15 000 об/мин) у сплошного провода 92% потерь — паразитные вихри; у hairpin — 74%; у литцендрата — 13%. На 40 кГц (штатная частота SiC-инверторной коммутации) сплошной провод греется в 45 раз сильнее DC, hairpin — в 5,5 раз, литц — в 1,35. Цифры по Born et al. (EDPC 2022) и Shevyreva et al. (MDPI Electronics 2025).
2. Тяговые моторы электромобилей: гибридные hairpin + litz
2.1 Проблема чистого hairpin
С 2015 года стандартом тяговых моторов стала шпилечная обмотка (hairpin) — U-образный прямоугольный проводник, вставляемый в паз статора и сваренный лазером на короне. Её используют практически все крупные производители: Tesla Model S Plaid (трёхмоторная система общей пиковой мощностью 760 кВт), BMW iX M60 (455 кВт на 800-вольтовой платформе), Porsche Taycan Turbo S (560 кВт), Mercedes EQS 580 (385 кВт), VW ID.4 (150-кВт блок APP310), Hyundai Ioniq 5 на платформе E-GMP. Коэффициент заполнения паза 0,7–0,8, автоматизированная сборка со сваркой лазером на короне, механическая прочность, устойчивость к центробежным нагрузкам — всё это выигрышные стороны hairpin.
И то же слабое место: на высоких частотах потери в меди растут квадратично. У мотора с восьмиполюсным ротором и максимальной скоростью 18 000 об/мин основная электрическая частота — 1,2 кГц, но SiC-инвертор коммутирует на 15–20 кГц, и вся эта частотная полоса попадает на обмотку в виде шумового спектра тока. Shevyreva et al. измерили на реальном IPMSM 150 кВт для EV, что отношение RAC / RDC у шпильки на частотах инвертора достигает 3,5–5 (MDPI Electronics, vol. 14, no. 17, 3350, 2025). Половина, а иногда и большая часть тепловыделения обмотки приходится не на DC-ток полезной работы, а на паразитные вихревые токи внутри сплошной прямоугольной жилы. Конкретно: на типовом режиме круизной езды 90 км/ч с мотором 150 кВт полезный ток фазы 85 А, потери DC — 35 Вт на обмотку, AC-добавка при RAC/RDC = 4 — ещё 105 Вт. То есть три четверти тепловыделения обмотки — это паразитные вихри, которые нужно как-то убирать.
2.2 Гибридная архитектура
С 2023–2024 годов в индустриальной литературе закрепилась новая конструкция: hairpin в пазе плюс литцендрат в лобовых частях. Логика простая. В пазе магнитное поле сравнительно однородно — основные потери проксимити-эффекта возникают там, где поле резко меняется, то есть в лобовых частях. В пазе hairpin работает, в лобовых — нет. Поэтому паз остаётся на hairpin (сохраняется плотность и автоматизация), а лобовые части переводятся на транспозиционный литцендрат.
В статье «Design Analysis of an Interior Permanent Magnet Synchronous Motor with Hybrid Hair-Pin and Litz Wire Windings» (Shevyreva et al., MDPI Electronics, 2025) приводится прямое моделирование на ведущем цикле WLTP Class 3: гибридная IPMSM против чистой hairpin. Основной результат — средний прирост КПД 1,5–2 процентных пункта, и это не пиковое улучшение, а среднее по всему профилю езды. В конкретных режимах — 50 Н·м при 15 000 об/мин и 90 Н·м при 8000 об/мин — прирост достигает 10–15% снижения полных потерь.
Продольный разрез статора вдоль оси мотора. Серые бруски сверху и снизу — железный пакет (ламинированное железо статора), между ними — две проводящие дорожки (верхний и нижний слой hairpin-обмотки). Слева и справа от пакета — лобовые части, где проводники выходят наружу и заворачиваются на соседний паз. Красный градиент = сплошной hairpin-шина, яркое ядро показывает концентрацию вихревых токов. Зелёные точки = транспонированный литцендрат, каждая точка — отдельная тонкая жила. В режиме Гибрид паз остаётся на hairpin (поле внутри железа однородное — вихри не опасны), а лобовые части переведены на литц (там поле «расходящееся», проксимити-эффект и считает большую часть AC-потерь именно тут). Данные справа: IPMSM 150 кВт, SiC-инвертор 20 кГц, ток 200 А RMS.
2.3 Параллельная работа: Formed Litz Wire
Другое направление, которое развивают в RWTH Aachen и Schaeffler — Formed Litz Wire Stator Windings (Born et al., EDPC 2022; Wulfinghoff et al., ResearchGate ID 366408980). Идея: взять высокочастотный литцендрат, спрофилировать в прямоугольное сечение, и потом уже в форме прямоугольной шины вставлять в паз статора вместо обычного hairpin. Получается конструкция, внешне идентичная hairpin-мотору, но внутренне — транспозиционная, с подавленным проксимити-эффектом.
Конкретный расчёт из работы Born et al.: IPMSM 150 кВт, 8 полюсов, 48 слотов, максимальная скорость 18 000 об/мин. Круглый эмальпровод с пятью параллельными жилами 2,2 мм в hairpin-формате даёт RAC/RDC = 3,8 на 10 кГц и 5,5 на 20 кГц. Formed Litz с конструкцией 450 жил по 0,1 мм, спрофилированный в прямоугольник 3,5×2,8 мм, даёт RAC/RDC = 1,15 и 1,30 соответственно. На среднем фазном токе 200 А это разница в меди-потерях 180 Вт против 30 Вт на обмотку — то есть литцендрат снимает 150 Вт с каждой из шести обмоток мотора, или 900 Вт в целом.
В октябре 2024 года Schaeffler объявил о начале серийного производства статоров по технологии Continuous Wave Winding (CWW) — автоматическая сборка статора из одного непрерывно намотанного литцендратного «полотна», формуемого в прямоугольник и укладываемого в пазы как единое изделие. Это прямой промышленный результат работ RWTH Aachen 2022–2023 годов.
Формованный литцендрат — это именно та продукция, которую мы в «Диаде» производим за один проход вместе с изоляцией (подробнее в статье про прямоугольный литцендрат). Для тяговых моторов прямоугольное сечение литцендрата — не экзотика, а рабочий формат. Типовая марка для такой задачи — ЛитцПр 200 ПИ (класс 200, полиимидная оболочка для стойкости к PDIV при SiC-инверторном питании, прямоугольное сечение под геометрию конкретного паза).
2.4 Цифры и экономика
Тяговый мотор 150 кВт при среднегодовом пробеге электромобиля 15 000 км расходует порядка 2500 кВт·ч энергии в год. Прирост КПД на 1,5 процентных пункта — это 37,5 кВт·ч экономии в год с одной машины. На парке 100 000 электромобилей — 3,75 ГВт·ч, эквивалент непрерывной мощности 430 кВт. В тарифах российского рынка 2026 года (оптовый рынок электроэнергии) — миллионы рублей. Главное же — это прирост запаса хода без увеличения массы батареи, что в сегменте EV решает прямо сейчас вопросы конкурентоспособности конкретных моделей.
3. Высокоскоростные PMSM: e-turbo, e-compressor, турбомашиностроение
В маркетинговых материалах электрические турбокомпрессоры и компрессоры топливных элементов часто называют «бесщёточными моторами» или «BLDC», но формально это синхронные моторы с постоянными магнитами (PMSM) под векторным управлением FOC. Разницу между PMSM и BLDC как классами разбираем отдельно в разделе 5 — там это имеет прямое отношение к выбору. В этом разделе — применения, где мотор всегда PMSM с distributed winding: высокая скорость, синусоидальное поле, литцендрат в обмотке.
3.1 Электрические турбокомпрессоры (e-turbo)
Электро-турбокомпрессор — это турбокомпрессор двигателя внутреннего сгорания, в котором турбинное колесо раскручивается не выхлопными газами, а электромотором. Применение в гибридных автомобилях, дизельных электростанциях, лодочных двигателях с электроподдержкой. Характерная частота вращения 100 000–150 000 об/мин, мощность 3–15 кВт.
Конкретные продукты на рынке:
- BorgWarner 48V eBooster — ставится на Audi SQ7, Bentley Bentayga, Mercedes-Benz S-Class. Мотор 7 кВт, скорость до 70 000 об/мин, напряжение 48 В.
- Garrett Motion E-Turbo — серийно ставится на Mercedes-AMG C 53 и E 53 (гибридные), а также на Formula 1 болидах (ERS-K). Электрическая часть 4 кВт, скорость до 120 000 об/мин.
- Mitsubishi Electric FCEV air compressor — для топливных элементов Toyota Mirai второго поколения и Hyundai NEXO. 25 кВт, 100 000 об/мин, прямая обмотка с литцендратом.
- MAHLE Powertrain e-compressor — универсальная платформа для BEV-кондиционирования и FCEV-подачи воздуха, 8–30 кВт.
В работе Lee et al. (MDPI Electronics, vol. 12, no. 13, 2937, 2023) описан мотор электротурбокомпрессора: 3 кВт, 100 000 об/мин, SPMSM, 6 полюсов. Электрическая частота при такой скорости — 5000 Гц; глубина скин-слоя на этой частоте 0,93 мм, и круглые жилы больше 0,5 мм уже электрически толстеют. В конструкции применён литцендрат с тонкими жилами (0,2 мм, 200 параллельных жил) — иначе копер-потери на номинальном режиме превышают копер-потери DC в 4 раза, обмотка перегревается, магниты Nd-Fe-B в роторе теряют свойства, и мотор выходит из строя за считанные минуты работы.
Типовая марка литцендрата для таких задач — Литц 200 ПИ 200×0,2 или Литц ПЭТ 400×0,15 в зависимости от целевой температуры обмотки. Серия 0,1–0,2 мм жилы, полиимидная оболочка для работы в горячей среде подкапотного пространства.
3.2 Интегрированные системы hofer/Pankl (2025)
В октябре 2025 года компании hofer (Германия, электроника и моторы) и Pankl (Австрия, турбомашиностроение) объявили о разработке интегрированной системы e-turbo, построенной на Form Litz winding technology — профилированном литцендрате. Мотор, инвертор, турбомашинерия и контроллеры проектируются как единая система. Цели — сокращение массы, увеличение ответственности газодинамической реакции, повышение КПД и запас по вибрациям (NVH). Конкретные числа к моменту публикации ещё не раскрыты, но сам факт, что ведущие европейские разработчики турбомашинерии строят продукт на литцендрате с нуля — показатель зрелости применения.
3.3 Промышленные турбомашины и генераторы
На другом конце шкалы — крупные пароводяные и газовые турбогенераторы ветроэнергетики. Здесь литцендрат с тонкими жилами используется в паре со стержнями Рёбеля в статорных обмотках машин мегаваттного класса. Работа «Design and technology solutions for high-efficiency high-speed motors» (ResearchGate 261460810) описывает реальные конструкции 20-киловаттных генераторов для ветроэнергетики с литцендратной обмоткой и вакуумно-прессовой пропиткой эпоксидом.
3.4 Airgap winding — конструкция без зубов
Отдельная ниша — высокоскоростные PMSM с беззубцовой обмоткой (airgap winding). В таких моторах железные зубы статора вообще отсутствуют, обмотка лежит прямо в воздушном зазоре между ярмом статора и ротором. Это даёт два мощных эффекта: устраняются потери в железных зубах (они и генерируют значительную часть потерь на высоких скоростях) и появляется пространство для большего сечения меди.
Есть только один нюанс: в воздушном зазоре магнитное поле огромно и быстро меняется (1 Тл на 15 000 Гц — типично для 200-kRPM машины). Для круглой жилы это означает катастрофические вихревые потери. Airgap winding физически возможен только на литцендрате — ни hairpin, ни CTC, ни эмальпровод в таких условиях не работают. Ссылка на прототипы 200-kRPM HSP PMSM с airgap litz winding — в обзорной работе Zhang et al. (IET Electric Power Applications, 2018).
4. Авиационные моторы: электроавиация и пропульсивные системы
4.1 «Более электрический самолёт» (More Electric Aircraft, MEA)
Концепция MEA заменяет гидравлические, пневматические и механические приводы на борту самолёта электрическими. На A380 три автономные шины переменного тока для приводов крыла, у Boeing 787 — электрическое торможение, кондиционирование и насосы. Мощность вспомогательных электромоторов — от сотен ватт (клапаны) до десятков киловатт (компрессоры кабины, насосы). Большая часть этих моторов работает на PMSM с литцендратной обмоткой, потому что аэрокосмические требования одновременно жёсткие по весу, по КПД (расход топлива) и по надёжности в диапазоне от −55 °C до +85 °C.
Обзор Cao et al. в IEEE Trans. Ind. Electron. (vol. 59, no. 9, pp. 3523–3531, 2012) — классическая обзорная работа по выбору моторов для MEA. С тех пор область бурно развивалась, но базовый тезис не изменился: на высокоскоростных мощных моторах с инверторным питанием литцендрат — основной выбор обмотки.
4.2 Электропропульсия 1-МВт класса
С 2020-х годов мир активно разрабатывает электрические и гибридные самолёты регионального класса — дальность до 1500 км, пассажировместимость 20–80 человек, чистая электропропульсия. Главный инженерный вызов — мотор с удельной мощностью выше 10 кВт/кг и КПД выше 96%, работающий от инвертора на 400 В или 800 В.
Работа «Optimization and Comparison of 1 MW-Class PM Motors for Aircraft Propulsion Using Litz Wire and Hairpin Windings» (IEEE Xplore, 2024, документ 10908992) — прямое сравнение. Авторы берут два варианта 1-МВт мотора на 72 пазах и 12 полюсах с пятиступенчатым массивом Хальбаха и считают обе обмотки — литцендратную и шпилечную — полной моделью FEA. Основной вывод: hairpin даёт большую удельную мощность за счёт уменьшения массы активных материалов, но проигрывает по AC-потерям; для достижения целевого КПД требуется либо дополнительная оптимизация паза генетическим алгоритмом, либо возврат к литцендрату.
Общая тенденция: каждый мотор свыше 200 кВт для электроавиации сегодня проектируется на литцендратной обмотке по умолчанию. Hairpin остаётся только там, где инженерная группа готова жертвовать процентами КПД ради удельной плотности — в ряде прототипов такой выбор делается.
4.3 Криогенные коаксиальные моторы будущего
Самое передовое направление — коаксиальные моторы с криогенным охлаждением, работающие в паре со сверхпроводящими обмотками ротора и жидководородной системой охлаждения. Такие моторы уже прототипированы (Ionel et al., Cryogenic Thermal System for Coreless Axial Flux PM Machine with Litz Wire Winding for Electric Aircraft Propulsion) и могут дать удельную мощность свыше 20 кВт/кг при КПД выше 99%. Литцендрат здесь — единственный обмоточный материал, способный работать в рабочем диапазоне от −269 °C (жидкий гелий) до +200 °C в лобовых частях, — как раз тот диапазон, который указывает DuPont для плёнок Kapton в нашей полиимидной оболочке.
Schaeffler CWW Stator
Подробнее- Класс
- IPMSM 150 кВт
- Скорость
- до 18 000 об/мин
- RAC/RDC
- 1,15 @ 10 кГц
ЛитцПр 200 ПИ 450×0,1Tesla Model S Plaid
Подробнее- Мощность
- 760 кВт пик
- Платформа
- 400 В
- Обмотка
- Чистый hairpin
BMW iX M60
Подробнее- Мощность
- 455 кВт
- Платформа
- 800 В SiC
- Обмотка
- Hairpin, переход на гибрид
BorgWarner 48V eBooster
Подробнее- Мощность
- 7 кВт
- Скорость
- до 70 000 об/мин
- Напряжение
- 48 В
Литц 200 ПИ 200×0,2Garrett E-Turbo
Подробнее- Мощность
- 4 кВт
- Скорость
- до 120 000 об/мин
- Класс
- SPMSM 6 полюсов
Mitsubishi Electric FCEV
Подробнее- Мощность
- 25 кВт
- Скорость
- 100 000 об/мин
- Назначение
- Подача воздуха в топливный элемент
Литц ПЭТ 400×0,15hofer/Pankl 2025
Подробнее- Анонс
- Октябрь 2025
- Интеграция
- Мотор+инвертор+турбомашины
- Обмотка
- Form Litz с нуля
Rolls-Royce ACCEL
Подробнее- Мотор
- YASA, 400 кВт
- Рекорд
- 555 км/ч (ноябрь 2021)
- Охлаждение
- Азот
Fraunhofer AMBER
Подробнее- Мощность
- 1000 л.с. (736 кВт)
- Масса
- 94 кг (7,8 кВт/кг)
- Скорость
- 21 000 об/мин
magniX magni650
Подробнее- Мощность
- 560 кВт
- Назначение
- Электроконверсия Cessna 208 Caravan
- Сертификация
- FAA 2026
Wright Electric WP-1
Подробнее- Мощность
- 2 МВт
- Рынок
- Короткие рейсы ≤1000 км
- Платформа
- BAe 146 переоборудование
Siemens SP260D
Подробнее- Мощность
- 260 кВт
- Уд. мощность
- 5,2 кВт/кг
- Применение
- Аэробатический самолёт
Abbott HeartMate 3
Подробнее- Тип
- Центрифужный мотор
- Скорость
- 5400 об/мин
- Условие
- Внутри тела пациента
Литц ПИ 100×0,1 — min тепловыделениеAbiomed Impella CP
Подробнее- Скорость
- 40 000 об/мин
- Ввод
- Через бедренную артерию
- Обмотка
- Литц ПИ тонкие жилы
Baxter AK-98
Подробнее- Тип
- BLDC насос
- Режим
- Непрерывно 4–5 ч/сеанс
- Среда
- Диализные растворы
Литц Ф (фторопласт для агрессивных сред)MRI градиентные катушки
Подробнее- Частота
- 20 – 300 МГц
- Тип
- Прямоугольный литц
- Q-фактор
- Предельный
T-Motor MN505-S
Подробнее- Диаметр
- 60 мм
- KV
- 340
- Полезная нагрузка
- 15–30 кг
DJI Matrice 300 RTK
Подробнее- Класс
- Survey / mapping
- КПД мотора
- 94% @ номинал
- Применение
- Профессиональная съёмка
Lin Engineering SP57
Подробнее- Типоразмер
- NEMA 23
- Момент
- 2 Н·м удерживающий
- Назначение
- Precision-приводы
Клик по карточке — переворачивается, показывает спецификацию и типовую маркировку по нашему ТУ. Фильтр сверху разделяет по классам применения. Подборка — не исчерпывающая: это ≈20 знаковых продуктов из всех пяти классов, где литцендратная обмотка либо уже серийная, либо анонсирована ведущими производителями в 2023–2025 годах.
5. Шаговые моторы и BLDC: где литцендрат даёт прирост
5.0 Терминологическая рамка: BLDC vs PMSM
BLDC и PMSM — это два разных класса трёхфазных бесщёточных моторов с постоянными магнитами, различающиеся формой противо-ЭДС и алгоритмом управления. BLDC (Brushless DC) имеет трапециевидную ЭДС, концентрированную обмотку и управляется 6-шаговой блочной коммутацией от простого ESC по датчикам Холла — типичное применение — дроны, бытовая техника, простые сервоприводы. PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) имеет синусоидальную ЭДС, распределённую обмотку и управляется непрерывным векторным FOC по энкодеру — типичное применение — тяговые моторы EV, турбокомпрессоры, CNC, авиация.
Прежде чем говорить о BLDC-моторах отдельно, разведём термины. В русскоязычной инженерной литературе и — тем более — в маркетинговых материалах BLDC и PMSM часто используются как синонимы, что некорректно. Это два разных класса электрических машин, у которых совпадает конструктивная основа (статор с трёхфазной обмоткой + ротор с постоянными магнитами), но принципиально различается режим работы и тип управления.
| Параметр | BLDC (Brushless DC) | PMSM |
|---|---|---|
| Форма противо-ЭДС | Трапециевидная | Синусоидальная |
| Форма тока фазы | Прямоугольные блоки 120° | Синусоида |
| Алгоритм коммутации | Block commutation, 6-шаговая | Field-Oriented Control (FOC), непрерывная |
| Обратная связь по положению | Датчики Холла (3 шт) или sensorless по ЭДС | Энкодер / резольвер / sensorless по модели |
| Тип обмотки | Концентрированная (concentrated) | Распределённая (distributed) |
| Геометрия магнитов | Surface-mounted (SPM) | Interior (IPM) или Halbach |
| Пульсации момента | 5–15% (характерный «cogging») | Менее 1% |
| Акустический шум | Заметный «ноющий» тон на коммутационных переходах | Низкий |
| КПД типичный | 85–92% | 92–97% |
| Типичные применения | Дроны, бытовая техника, простые сервоприводы | EV-тяга, турбомашиностроение, CNC, авиация |
Конструктивно эти машины почти идентичны — та же медь, те же магниты, похожие магнитопроводы. Весь водораздел проходит по форме поля и типу инвертора. Distributed winding с правильным пересечением полюсных дуг даёт синусоидальную ЭДС → мотор управляется FOC → это PMSM. Concentrated winding с поверхностными магнитами даёт трапециевидную ЭДС → мотор управляется block-коммутацией от простого ESC → это BLDC.
Почему e-turbo и e-compressor стоят в разделе 3, а не здесь. BorgWarner 48V eBooster, Garrett Motion E-Turbo, Mitsubishi Electric FCEV compressor, MAHLE Powertrain e-compressor — все они по конструкции PMSM: distributed winding, interior-magnet ротор, FOC с векторной модуляцией, основная частота 5–15 кГц, литцендрат снимает AC-потери на уровне класса R_AC/R_DC = 1,1–1,3. Они работают на тех же физических принципах, что тяговые моторы EV и авиационные пропульсивные машины — только в другом мощностном и скоростном диапазоне. Поэтому группа «высокоскоростные PMSM» объединяет их вместе.
Почему дрон-моторы и медицинские насосы — в этом разделе. T-Motor MN505-S, DJI Matrice 300 RTK, Tarot Pro 4120, Abbott HeartMate 3, Abiomed Impella — это классические BLDC: concentrated winding, surface-mounted magnets, управление через ESC с 6-шаговой коммутацией или упрощённым FOC на уровне STM32/ESP32-класса контроллеров. Основная частота единицы килогерц, частота коммутации ESC — 10–50 кГц. Физика совсем другая, и выигрыш от литцендрата тоже имеет другую природу — не борьба с AC-потерями на основной частоте, а снижение тепловыделения от гармоник ESC.
Где граница размывается. Современные ESC-контроллеры дронов (Flipsky FSESC, VESC Mkx, T-Motor ALPHA) уже поддерживают FOC-режим. Тот же мотор T-Motor MN505-S, работающий через FOC-ESC на квадрокоптере профессионального класса, — это уже де-факто PMSM, а не BLDC. Граница между классами за последние пять лет сдвинулась в сторону FOC, и в ближайшие годы термин BLDC, вероятно, останется только за простыми ESC-приводами с холловскими датчиками.
Разобравшись с классификацией, переходим к тому, где литцендрат в обмотке этих моторов даёт измеримый прирост.
5.1 Шаговые моторы: микрошаг и нагрев
Классический шаговый мотор NEMA 17 или NEMA 23 работает на низких скоростях (единицы оборотов в секунду) и относительно низких частотах коммутации (до 1 кГц у стандартных драйверов, до 50 кГц в режимах микрошага с чоппером). Казалось бы — обычный эмальпровод 0,3–0,5 мм справится. И действительно, в большинстве шаговых моторов справляется.
Интересно становится в двух случаях.
Режим прецизионного микрошага. Современные драйверы (Trinamic TMC5160, Trinamic TMC2209, Analog Devices AMC7926) работают с чоппером до 50 кГц, подавая на обмотку ШИМ-ток синусоидальной огибающей. Фронты ШИМ — единицы наносекунд. В результате на обмотке присутствуют гармоники до нескольких сотен килогерц. При средне-высокой скорости движения это вызывает заметные AC-потери, которые переходят в тепловыделение корпуса мотора. Для мотора, работающего в вакуумной камере или в герметичном прецизионном приводе каждый лишний ватт означает проблему отвода тепла. Конкретные применения, где это критично:
- Полупроводниковые литографические линии (ASML, Nikon) — нанометровое позиционирование, вакуумная камера.
- Системы AFM и STM (Bruker, Oxford Instruments) — позиционирование иглы с субатомной точностью.
- Медицинские радиотерапевтические системы (Elekta Versa HD, Varian TrueBeam) — позиционирование коллиматора протонного пучка.
- Прецизионные манипуляторы Mitsubishi, Yaskawa — для сборки микроэлектроники.
Литцендрат с жилами 0,07–0,1 мм снимает AC-потери на уровне 30–50% и позволяет мотору работать холоднее при той же нагрузке. Типовая марка для таких применений — Литц ПЭТ 100×0,1 или Литц 200 ПИ 150×0,07 для особо чувствительных задач.
Высокоточные инструментальные шаговые моторы. Специальные модели серийно производятся с литцендратной обмоткой:
- Lin Engineering Silverpack SP57 — NEMA 23 с литцендратной обмоткой, 2 Н·м, специально для medical/industrial.
- Nanotec SCA2023 — NEMA 23 с опцией литцендрата, для высокочастотного микрошага.
- Oriental Motor AlphaStep AZ — японский прецизионный ряд, литцендрат в премиальных моделях.
Измеренный эффект: мотор на литцендрате показывает 10–15% большего крутящего момента при той же температуре обмотки по сравнению с эмальпроводом (данные Lin Engineering technical bulletin, 2023).
5.2 Бесщёточные моторы постоянного тока (BLDC)
BLDC — огромная категория, от моторов квадрокоптеров (10–50 кГц ESC) до высокоскоростных промышленных приводов. Литцендрат применяется там, где одновременно сочетаются высокая частота и высокий уровень потерь при прямом эмальпроводе.
Дроны и БПЛА коммерческого класса. Работа «Penerapan Kawat Litz Pada Motor BLDC Untuk Peningkatan Gaya Dorong Per Daya» (ResearchGate, 2024) — прямое измерение на пропеллерной установке. Сопротивление обмотки на литцендрате 0,38 Ом против 0,43 Ом у эмальпровода (той же медью), и соответствующее снижение меди-потерь в режиме полного газа. Для дрона с полётным временем 30 минут это даёт дополнительные 2–3 минуты полёта при той же ёмкости батареи — практически значимый результат для коммерческих задач.
Медицинское оборудование. Бесщёточные моторы в медицинских приборах работают в условиях, где избыточное тепловыделение может нарушить процесс: Abbott HeartMate 3, Abiomed Impella CP, Medtronic HVAD, Baxter AK-98, Fresenius 4008. Типовая марка для медицинских BLDC — Литц ПИ 100×0,1 (полиимид для химической и температурной стабильности при стерилизации) или Литц Ф для насосов в контакте с агрессивными средами (диализные растворы, физиологический раствор).
6. Что меняется в производственном процессе мотора с литцендратом
Переход с эмальпровода или hairpin на литцендрат — не просто замена материала. Это изменение процесса намотки и приёмки.
Намотка. Литцендрат мягче круглого эмальпровода того же сечения — это даёт большую свободу укладки, но требует аккуратности при натяжении. Слишком сильное натяжение сплющивает пучок; слишком слабое — витки ложатся неплотно, и теряется плотность заполнения. Современные станки обмоточного производства — Marsilli M530 / M540, Meteor-Elektronika-Zipper MW-4000, Aumann Limbach MaxE, RWTH Aachen PEM Statomat — имеют отдельные режимы натяжения для литцендрата с обратной связью по усилию нити.
Разделка концов. Для марок класса F с самолудящимся эмальпроводом жилы облуживаются массово окунанием конца пучка в припой при 380–400 °C. Оборудование — AMTech SolderMate (США) или ETMA DIP (Германия). Для класса 200 на PAI-лаке этот номер не проходит — требуется либо лазерная очистка (оборудование TRUMPF TruMicro Series 2000, Coherent HighLight FL-ARM — в российском производстве появилось с 2023 года), либо химическое снятие растворителем, либо фрикционно-механическая зачистка.
Вакуумно-прессовая пропитка. Обмотка литцендратом более «открытая», чем у сплошного провода — между жилами есть пустоты. При вакуумной пропитке (оборудование Elantas Elmotherm VPI, Von Roll Samicatherm) компаунд проникает внутрь пучка и связывает жилы с лаком. Это важно по трём причинам. Во-первых, устраняются микровоздушные зазоры — в которых при инверторном питании вспыхивают частичные разряды. Во-вторых, улучшается теплопроводность обмотки (медь связана с каркасом через компаунд, а не через воздух). В-третьих, обмотка механически сцепляется в единый массив и выдерживает центробежные нагрузки высокоскоростных роторов.
Именно поэтому в моей статье про выбор марки литцендрата я специально подчеркнул важность адгезии к компаундам (ПЭТ и мультифиламентные Арселон/ПП — отлично смачиваются; фторопласт — никак не смачивается). В моторостроении это не теоретический параметр, а основа надёжности готового мотора.
Контроль качества. Для серийного производства моторов на литцендрате появляется дополнительный параметр приёмки — измерение RAC на рабочей частоте. DC-сопротивление на литцендратной обмотке не отличить от однопроводной того же сечения, а вот AC-сопротивление на целевой частоте инвертора — это и есть то, за что заплатили, заказывая литцендрат. Современные импеданс-анализаторы (Keysight E4990A 20 Гц – 120 МГц, Hioki IM3590 40 Гц – 200 кГц, Zurich Instruments MFIA 1 мкГц – 5 МГц) позволяют мерить RAC в полосе до 10 МГц с точностью 0,5%. Для приёмки по ТЗ это инструмент, который разделяет обмотку «из литцендрата, сработавшую как надо» и «из литцендрата, но с нарушенной транспозицией при намотке» — внешне неразличимые случаи.
Резюме: где сейчас применяется литцендрат в электромоторах
Пять классов применений, где литцендрат в обмотках моторов даёт измеримый выигрыш и уже стал индустриальным стандартом или активно в него превращается:
- Тяговые моторы EV — в гибридных конфигурациях hairpin+litz (MDPI Electronics 2025: +1,5–2% КПД на WLTP) или в формованных литцендратных обмотках типа Formed Litz (RWTH Aachen + Schaeffler).
- Высокоскоростные PMSM — e-turbo, e-compressor на 100 000–200 000 об/мин (hofer/Pankl, Lee et al. 2023), airgap winding в коаксиальных прототипах.
- Авиационные моторы — MEA-системы 787/A380 и пропульсивные моторы электросамолётов 1-МВт класса (IEEE 2024, Fraunhofer Project AMBER).
- Шаговые моторы — прецизионные приводы с литцендратной обмоткой (Lin Engineering, Silverpack), вакуумные и медицинские применения.
- BLDC — дроны с повышенным полётным временем, медицинские насосы, прецизионные привода.
В каждом из этих классов мы производим литцендрат: для EV — преимущественно прямоугольные сечения 2:1...3:1 класса F или 200 с ПЭТ/полиимидной оболочкой; для высокоскоростных PMSM — круглый литц тонких жил (0,071–0,1 мм) в полиимиде; для авиации — индивидуальные конструкции класса 200 с комбинированной фторопласт/Арселон оболочкой; для шаговых и BLDC — чаще всего стандартные круглые позиции каталога. Выбор конкретной марки обсуждается отдельно под каждое применение — большая статья про выбор содержит полный алгоритм, а калькулятор делает первое приближение под вашу частоту и ток.
Если вы проектируете мотор любого из пяти классов — пришлите нам рабочую точку (частота инвертора, скорость ротора, фазный ток, геометрия окна паза) и требования к массе/КПД/температуре. Рассчитаем конструкцию, предложим марку, при необходимости изготовим пробный метраж. На особо интересных моторных задачах — авиация, новые типы двигателей, нестандартные конструкции — мы готовы делать пробные партии за свой счёт, в обмен на возможность включить результаты в нашу публикационную базу обезличенно.
Источники
- Shevyreva A., Wang Y. et al. Design Analysis of an Interior Permanent Magnet Synchronous Motor with Hybrid Hair-Pin and Litz Wire Windings. MDPI Electronics, vol. 14, no. 17, 3350, 2025.
- Winding Loss Suppression in Inverter-Fed Traction Motors via Hybrid Coil Materials and Configurations. Applied Sciences (MDPI), vol. 13, no. 20, 11429, 2023.
- Ji Y., Giangrande P., Zhao W., Madonna V., Zhang H., Galea M. Inverter-Fed Electrical Machines Exposed to Prevailing Electrical Stress. IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 59, no. 9, pp. 9368–9378, 2023.
- Born H.C., Keller A., Baumann M., Heine M., Mertens A. Manufacturing Process and Design Requirements of Litz Wire with Focus on Efficiency Improvement of Traction Motors. 12th International Electric Drives Production Conference (EDPC), Regensburg, 2022.
- Development of a Production Process for Formed Litz Wire Stator Windings. RWTH Aachen University + Schaeffler, ResearchGate ID 366408980, 2022.
- Optimization and Comparison of 1 MW-Class PM Motors for Aircraft Propulsion Using Litz Wire and Hairpin Windings. IEEE Xplore document 10908992, 2024.
- Lee G.-H., You Y.-M. Performance Validation of High-Speed Motor for Electric Turbochargers. MDPI Electronics, vol. 12, no. 13, 2937, 2023.
- Zhang X., Bowman C., O'Connell T., Haran K., Jones W. Large Electric Machines for Aircraft Electric Propulsion. IET Electric Power Applications, vol. 12, no. 6, pp. 767–779, 2018.
- Cao W., Mecrow B.C., Atkinson G.J., Bennett J.W., Atkinson D.J. Overview of Electric Motor Technologies Used for More Electric Aircraft (MEA). IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 59, no. 9, pp. 3523–3531, 2012.
- Litz Wire Strand Shape Impact Analysis on AC Losses of High-Speed PMSM. IEEE Xplore document 9425656, 2021.
- Comparative Analysis of AC Losses with Round Magnet Wire and Litz Wire Winding of a High-Speed PM Machine. IEEE Xplore document 8922173, 2019.
- Arruti A., Aizpuru I. et al. Evolution of Classical 1-D-Based Models for Litz Wire Losses. IEEE Trans. Power Electron., vol. 39, 16371, 2024.
- Penerapan Kawat Litz Pada Motor BLDC. ResearchGate, 2024.
- Charged EVs. hofer and Pankl develop integrated e-turbo system, Chargedevs.com, октябрь 2025.
- Electric aircraft motor achieves 1,000 hp with 207 pound weight. Fraunhofer Project AMBER, октябрь 2025.
- US Patent 11942842. Compressed motor winding. USPTO, 2024.
- Ionel D.M. Cryogenic Thermal System for Coreless Axial Flux PM Machine with Litz Wire Winding for Electric Aircraft Propulsion, 2021.