扁線電機(jī)變成香餑餑，匯川技術(shù)解讀智能制造工藝的秘密

第一電動大牛作者 NE時代 2022-10-12 11:19

據(jù)統(tǒng)計，2021年中國新能源汽車產(chǎn)銷突破350萬輛，同比增長1.6倍，連續(xù)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(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略選擇和中國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要舉措上具有舉足輕重的地位。

電驅(qū)動系統(tǒng)作為新能源汽車的核心零部件之一，電驅(qū)系統(tǒng)的輕量化、高效化、小型化、低成本是未來的趨勢；而電驅(qū)系統(tǒng)集成化、電機(jī)扁線化是實(shí)現(xiàn)輕量化和小型化的主要技術(shù)路線。

扁線繞組電機(jī)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(fā)卡一樣的形狀，穿進(jìn)定子槽內(nèi)，再在另外一端把發(fā)卡的端部焊接起來。相較于傳統(tǒng)圓線電機(jī)，以其高功率密度、高能量轉(zhuǎn)換效率、良好的NVH性能（電磁噪音低，整車更安靜）、優(yōu)異散熱性能等優(yōu)勢，顯著降低整車重量、電耗，提高整體性能和駕駛體驗(yàn)。

電機(jī)類型\電機(jī)效率	平均效率（WLTC）	平均效率（全轉(zhuǎn)速）
扁線電機(jī)	92.49%	94.78%
圓線電機(jī)	91.37%	92.76%

表：扁線電機(jī)和圓線電機(jī)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(jī)，未來扁線電機(jī)的滲透率將得到快速提升。

圖：來源網(wǎng)絡(luò)

扁線電機(jī)雖好，但扁線電機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用不易，是因?yàn)楸饩€電機(jī)在生產(chǎn)制造設(shè)備、工藝上難點(diǎn)較多。扁線電機(jī)裝配可分為定子、轉(zhuǎn)子、合裝三大工藝環(huán)節(jié)，其中轉(zhuǎn)子線和合裝線相對簡單，而定子裝配線有很多道復(fù)雜工序，對設(shè)備精度和工藝一致性要求極高。

圖：扁線電機(jī)組成

匯川技術(shù)深入扁線電機(jī)設(shè)備和工藝研究，為扁線電機(jī)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(jìn)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)，又需要盡可能降低機(jī)械沖擊和伺服負(fù)載率。

匯川技術(shù)PIN成型解決方案通過閉環(huán)轉(zhuǎn)矩放卷控制，達(dá)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

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?yōu)檫B續(xù)加工，效率提升30%，同時動作更柔和；

圖：追剪凸輪規(guī)劃

沖壓成型采用位置+力矩轉(zhuǎn)換控制，定位迅速，保壓精度0.1%。

圖：伺服沖壓控制

EtherCAT一網(wǎng)到底，總線控制所有設(shè)備，速度快，操作簡單；

共直流母線伺服驅(qū)動器IS810N速度環(huán)帶寬3kHz，電流環(huán)刷新周期625kHz，23位絕對值編碼器，分辨率可達(dá)0.15角秒；

GL20刀片式IO可插拔設(shè)計，接線更便捷。

扭轉(zhuǎn)

扭轉(zhuǎn)指將插好PIN的定子端部的PIN腳按照先外層后內(nèi)層的順序進(jìn)行交錯扭轉(zhuǎn)變形。扁線電機(jī)定子一般有48槽，每槽4~8層扁線。扭轉(zhuǎn)過程中，Z軸持續(xù)勻速下降，扭轉(zhuǎn)盤動作由外而內(nèi)依次進(jìn)行，并與Z軸保持一定同步關(guān)系。

扭轉(zhuǎn)的工藝難點(diǎn)在于根據(jù)材料特性分析數(shù)據(jù)建立扭轉(zhuǎn)模型仿真，輸出形變過程的離散位置和角度點(diǎn)，耦合成同步曲線。

匯川解決方案中扭轉(zhuǎn)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(shù)變更操作也更靈活、快捷。

圖：扭轉(zhuǎn)凸輪規(guī)劃

EtherCAT一網(wǎng)到底；共直流母線伺服驅(qū)動器IS810N速度環(huán)帶寬3kHz，電流環(huán)刷新周期625kHz，23位絕對值編碼器，分辨率可達(dá)0.15角秒； GL20刀片式IO可插拔設(shè)計，接線更便捷。

動平衡

動平衡即對電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡檢測并切削加工。

新能源電機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)幾萬轉(zhuǎn)，因此對電機(jī)轉(zhuǎn)子的尺寸均勻分布要求很高。動平衡檢測設(shè)備通過一個主動軸經(jīng)過皮帶，帶動被測電機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)過程中，若轉(zhuǎn)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?shù)礁咚俨杉K中進(jìn)行分析處理，給出切削位置和切削量，并進(jìn)行切削處理。

匯川技術(shù)動平衡解決方案，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速采集、切削點(diǎn)和切削量計算、切削加工集成一體，高速采集模塊可實(shí)現(xiàn)35us采集周期，并提供數(shù)據(jù)采集函數(shù)，采樣精度16bit；

圖：高速采集模塊函數(shù)

模塊支持二次開發(fā)，工藝保密性高；

PAC雙系統(tǒng)部署，HMI、上位開發(fā)和PLC控制一體，一種產(chǎn)品代替多種產(chǎn)品組合，拓?fù)浜啙?，降低成本，?shù)據(jù)交互更方便；

此外，扁線電機(jī)產(chǎn)線的全線自動化生產(chǎn)需要對整線的命令下發(fā)、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、操作記錄、故障診斷、損耗分析、能源管理等進(jìn)行處理，匯川技術(shù)可提供整線數(shù)字化解決方案，實(shí)現(xiàn)扁線電機(jī)全流程的自動化、精益化生產(chǎn)。