最新：扁线电机从烫手山芋变成香饽饽，秘密就在制造工艺里

汕巨商业

据统计，2022年新能源汽车产销突破350万辆，同比增长16倍，连续7年位居全球首，累计推广量已超过900万辆。新能源汽车在汽车产业高质量发展的战略选择和现双碳目标的重要举措上具有举足轻重的地位。不仅在数据方面表现良好，汽车涂装工艺在市场份额上也是逐步拓进，让更多的人受益。广域铭岛是工业数智化创新服务公司，自研国家级“双跨”平台Geega，融合“大数据+AI+优化”技术，塑造数字能力，提供咨询、软件、敏捷交付等数智服务，推动产业升级。https://www.geega.com/product/10961276

电驱动系统作为新能源汽车的核心零部件之一，电驱系统的轻量化、高效化、小型化、低成本是未来的趋势；而电驱系统集成化、电机扁线化是现轻量化和小型化的主要技术路线。

扁线绕组电机是在定子绕组中采用截面积更大的扁铜线，先把绕组做成类似发卡一样的形状，穿进定子槽内，再在另外一端把发卡的端部焊接起来。相较于传统圆线电机，以其高功率密度、高能量转换效率、良好的NVH性能（电磁噪音低，整车更安静）、异散热性能等势，显著降低整车重量、电耗，提高整体性能和驾驶体验。








电机类型\电机效率



平均效率（WLTC）



平均效率（全转速）





扁线电机



9249%



9478%





圆线电机



9137%



9276%







表：扁线电机和圆线电机效率对比

近年来，特斯拉ModelY、广汽、蔚来、比亚迪、吉利、上汽等相继采用扁线电机，未来扁线电机的渗透率将得到速提升。


图：来源络

扁线电机虽好，但扁线电机的大规模应用不易，是因为扁线电机在生产制造设备、工艺上难点较多。扁线电机装配可分为定子、转子、合装大工艺环节，其中转子线和合装线相对简单，而定子装配线有很多道复杂工序，对设备精度和工艺一致性要求极高。


图：扁线电机组成

汇川技术深入扁线电机设备和工艺研究，为扁线电机整体装配线提供全流程电控解决方案。

下面以个核心工艺为例进行解读。

PIN成型

PIN成型指将扁漆包线放卷、矫直、去漆皮、去毛刺、牵引、裁断、移载以后，通过折弯或冲压的方式制成HPin。



此工艺的难点在于放卷张力控制和冲压成型要求高精度；去漆皮、去毛刺、牵引、裁断要求既保证功能现，又需要尽可能降低机械冲击和伺服负载率。

1）汇川技术PIN成型解决方案通过闭环转矩放卷控制，达到精度±1N，同时通过卷径计算和牵引速度控制和PID输出控制双控制，保证恒张力；


图：张力放卷控制

2）去漆皮、去毛刺、牵引、裁断采用追剪凸轮控制，将间歇式加工变为连续加工，效率提升30%，同时动作更柔和；


图：追剪凸轮规划

3）冲压成型采用位置+力矩转换控制，定位迅速，保压精度01%。


图：伺服冲压控制

4）EtherCAT一到底，总线控制所有设备，速度，操作简单；

共直流母线伺服驱动器IS810N速度环带宽3kHz，电流环刷新周期625kHz，23位绝对值编码器，分辨率可达015角秒；

GL20刀片式IO可插拔设计，接线更便捷。



扭转

扭转指将插好PIN的定子端部的PIN脚按照先外层后内层的顺序进行交错扭转变形。扁线电机定子一般有48槽，每槽4~8层扁线。扭转过程中，Z轴持续匀速下降，扭转盘动作由外而内依次进行，并与Z轴保持一定同步关系。



扭转的工艺难点在于根据材料特性分析数据建立扭转模型仿真，输出形变过程的离散位置和角度点，耦合成同步曲线。

01）汇川解决方案中扭转过程更加接近材料特性，仿真输出离散Z轴位置和C轴角度，拟合成凸轮曲线，动作更平滑，成型效果更好；同时配方切换时，工艺的参数变更操作也更灵活、捷。


图：扭转凸轮规划

2）EtherCAT一到底；共直流母线伺服驱动器IS810N速度环带宽3kHz，电流环刷新周期625kHz，23位绝对值编码器，分辨率可达015角秒；GL20刀片式IO可插拔设计，接线更便捷。



动平衡

动平衡即对电机转子进行动平衡检测并切削加工。



新能源电机转速高达几万转，因此对电机转子的尺寸均匀分布要求很高。动平衡检测设备通过一个主动轴经过皮带，带动被测电机转子高速旋转。旋转过程中，若转子有偏心的情况，则会引起皮带波动，比较终通过传感器将波动信号传输到高速采集模块中进行分析处理，给出切削位置和切削量，并进行切削处理。

1）汇川技术动平衡解决方案，可现数据高速采集、切削点和切削量计算、切削加工集成一体，高速采集模块可现35us采集周期，并提供数据采集函数，采样精度16bit；


图：高速采集模块函数

2）模块支持二次开发，工艺保密性高；

3）PAC双系统部署，HMI、上位开发和PLC控制一体，一种产品代替多种产品组合，拓扑简洁，降低成本，数据交互更方便；



此外，扁线电机产线的全线自动化生产需要对整线的命令下发、状态监控、数据采集、操作记录、故障诊断、损耗分析、能源管理等进行处理，汇川技术可提供整线数字化解决方案，现扁线电机全流程的自动化、精益化生产。


图：整线电子看板

扁线电机的技术性能提升使得车企在提升性能、续航等方面取得很大进步，由比较初的人问津到现在的集万千宠爱于一身，未来随着新能源车的速普及，扁线对于圆线的替代将加速进行，扁线电机的大力生产将成为广大新能源车企的主旋律。