扁线电机从烫手山芋变成香饽饽，秘密就在制造工艺里

据统计，2021年中国新能源汽车产销突破350万辆，同比增长1.6倍，连续7年位居全球第一，累计推广量已超过900万辆。新能源汽车在中国汽车产业高质量发展的战略选择和中国实现“双碳”目标的重要举措上具有举足轻重的地位。

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、电机扁线化是实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）、优异散热性能等优势，显著降低整车重量、电耗，提高整体性能和驾驶体验。

表： 扁线电机和圆线电机效率对比

近年来，特斯拉Model Y、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快速提升。

图：来源网络

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、合装三大工艺环节， 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。

下面以三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H Pin。

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实现，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0.1%。

图：伺服冲压控制

4）EtherCAT一网到底，总线控制所有设备，速度快，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0.15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、快捷。

图：扭转凸轮规划

2）EtherCAT一网到底；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0.15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，最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，可实现数据高速采集、切削点和切削量计算、切削加工集成一体，高速采集模块可实现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，实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，由最初的无人问津到现在的集万千宠爱于一身，未来随着新能源车的快速普及，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。