扁線電機從燙手山芋變成香餑餑，秘密就在制造工藝里
http://www.199rrr.com 2022-09-30 15:52 來源：匯川技術
據統計，2021年中國新能源汽車產銷突破350萬輛，同比增長1.6倍，連續7年位居全球第一，累計推廣量已超過900萬輛。新能源汽車在中國汽車產業高質量發展的戰略選擇和中國實現“雙碳”目標的重要舉措上具有舉足輕重的地位。
電驅動系統作為新能源汽車的核心零部件之一，電驅系統的輕量化、高效化、小型化、低成本是未來的趨勢；而電驅系統集成化、電機扁線化是實現輕量化和小型化的主要技術路線。
扁線繞組電機是在定子繞組中采用截面積更大的扁銅線，先把繞組做成類似發卡一樣的形狀，穿進定子槽內，再在另外一端把發卡的端部焊接起來。相較于傳統圓線電機，以其高功率密度、高能量轉換效率、良好的NVH性能（電磁噪音低，整車更安靜）、優異散熱性能等優勢，顯著降低整車重量、電耗，提高整體性能和駕駛體驗。
表： 扁線電機和圓線電機效率對比
近年來，特斯拉Model Y、廣汽、蔚來、比亞迪、吉利、上汽等相繼采用扁線電機，未來扁線電機的滲透率將得到快速提升。
圖：來源網絡
扁線電機雖好，但扁線電機的大規模應用不易，是因為扁線電機在生產制造設備、工藝上難點較多。扁線電機裝配可分為定子、轉子、合裝三大工藝環節， 其中轉子線和合裝線相對簡單， 而定子裝配線有很多道復雜工序，對設備精度和工藝一致性要求極高。
圖片：扁線電機組成
匯川技術深入扁線電機設備和工藝研究，為扁線電機整體裝配線提供全流程電控解決方案。
下面以三個核心工藝為例進行解讀。
PIN成型
PIN成型指將扁漆包線放卷、矯直、去漆皮、去毛刺、牽引、裁斷、移載以后，通過折彎或沖壓的方式制成H Pin。
此工藝的難點在于放卷張力控制和沖壓成型要求高精度；去漆皮、去毛刺、牽引、裁斷要求既保證功能實現，又需要盡可能降低機械沖擊和伺服負載率。
01匯川技術PIN成型解決方案通過閉環轉矩放卷控制，達到精度±1N，同時通過卷徑計算和牽引速度控制和PID輸出控制雙控制，保證恒張力；
圖：張力放卷控制
02去漆皮、去毛刺、牽引、裁斷采用追剪凸輪控制，將間歇式加工變為連續加工，效率提升30%，同時動作更柔和；
圖：追剪凸輪規劃
03沖壓成型采用位置+力矩轉換控制，定位迅速，保壓精度0.1%。
圖：伺服沖壓控制
04EtherCAT一網到底，總線控制所有設備，速度快，操作簡單；
共直流母線伺服驅動器IS810N速度環帶寬3kHz，電流環刷新周期625kHz，23位絕對值編碼器，分辨率可達0.15角秒；
GL20刀片式IO可插拔設計，接線更便捷。
扭轉
扭轉指將插好PIN的定子端部的PIN腳按照先外層后內層的順序進行交錯扭轉變形。扁線電機定子一般有48槽，每槽4~8層扁線。扭轉過程中，Z軸持續勻速下降，扭轉盤動作由外而內依次進行，并與Z軸保持一定同步關系。
扭轉的工藝難點在于根據材料特性分析數據建立扭轉模型仿真，輸出形變過程的離散位置和角度點，耦合成同步曲線。
01匯川解決方案中扭轉過程更加接近材料特性，仿真輸出離散Z軸位置和C軸角度，擬合成凸輪曲線，動作更平滑，成型效果更好；同時配方切換時，工藝的參數變更操作也更靈活、快捷。
圖片：扭轉凸輪規劃
02EtherCAT一網到底；共直流母線伺服驅動器IS810N速度環帶寬3kHz，電流環刷新周期625kHz，23位絕對值編碼器，分辨率可達0.15角秒；GL20刀片式IO可插拔設計，接線更便捷。
動平衡
動平衡即對電機轉子進行動平衡檢測并切削加工。
新能源電機轉速高達幾萬轉，因此對電機轉子的尺寸均勻分布要求很高。動平衡檢測設備通過一個主動軸經過皮帶，帶動被測電機轉子高速旋轉。旋轉過程中，若轉子有偏心的情況，則會引起皮帶波動，最終通過傳感器將波動信號傳輸到高速采集模塊中進行分析處理，給出切削位置和切削量，并進行切削處理。
01匯川技術動平衡解決方案，可實現數據高速采集、切削點和切削量計算、切削加工集成一體，高速采集模塊可實現35us采集周期，并提供數據采集函數，采樣精度16bit；
圖：高速采集模塊函數
02模塊支持二次開發，工藝保密性高；
03PAC雙系統部署，HMI、上位開發和PLC控制一體，一種產品代替多種產品組合，拓撲簡潔，降低成本，數據交互更方便；
此外，扁線電機產線的全線自動化生產需要對整線的命令下發、狀態監控、數據采集、操作記錄、故障診斷、損耗分析、能源管理等進行處理，匯川技術可提供整線數字化解決方案，實現扁線電機全流程的自動化、精益化生產。
圖：整線電子看板
扁線電機的技術性能提升使得車企在提升性能、續航等方面取得很大進步，由最初的無人問津到現在的集萬千寵愛于一身，未來隨著新能源車的快速普及，扁線對于圓線的替代將加速進行，扁線電機的大力生產將成為廣大新能源車企的主旋律。
編輯精選
