基于汽車用100KW永磁電機生產(chǎn)的工藝研究

李云 劉勝春 張厚寶

1、前言

驅(qū)動電機是新能源汽車的三大核心部件之一，相比傳統(tǒng)工業(yè)電機，新能源汽車驅(qū)動電機有更高的技術(shù)要求。從綜合性能來看，永磁同步電機最具優(yōu)勢，更能代表新能源汽車驅(qū)動電機的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段，國家高度重視新能源汽車行業(yè)發(fā)展，規(guī)劃2020年生產(chǎn)新能源汽車200萬臺，2025年生產(chǎn)產(chǎn)量達(dá)到700萬臺，新能源汽車的發(fā)展為電機市場提供了充分的保障。

我國目前新能源汽車電機最廣泛使用的是永磁同步電機。永磁同步電機體積小、質(zhì)量輕，功率密度大，可靠性高，調(diào)速精度高，響應(yīng)速度快。由于永磁同步電機具有最高的功率密度，其工作效率最高可達(dá) 97%，能夠為車輛輸出最大的動力及加速度。永磁同步電機在反復(fù)啟停、加減速時仍能保持較高效率，對高速路網(wǎng)受限的工況是最佳選擇。

為積極響應(yīng)國家新能源政策，提升我司的品牌影響力，我司將新建年產(chǎn)4000臺（單班）客車用100KW永磁同步電機產(chǎn)能規(guī)模的生產(chǎn)車間（簡稱永磁電機車間）。在充分利用原有異步電機生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，選擇高效節(jié)能設(shè)備，優(yōu)化工藝方案，選擇先進(jìn)技術(shù)與理念，不僅能滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，同時也具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

2、永磁同步電機的結(jié)構(gòu)分析

永磁同步電機主要由機座、定子部分、轉(zhuǎn)子部分、前后端蓋等組成。其中定子部分有定子鐵芯與定子繞組等組成，其結(jié)構(gòu)與交流異步電機定子結(jié)構(gòu)大同小異；轉(zhuǎn)子部分由轉(zhuǎn)子鐵芯、永磁體、軸、磁鋼壓板、轉(zhuǎn)子鐵芯壓板等結(jié)構(gòu)組成。

3、客車用100KW用永磁同步電機生產(chǎn)工藝布置

3.1 生產(chǎn)綱領(lǐng)

永磁電機車間主要制作新能源客車用永磁同步電機，年產(chǎn)量初步定位為4000臺。具體負(fù)責(zé)永磁電機繞線、嵌線、定子線圈浸漆、定子熱套、轉(zhuǎn)子沖片疊壓、磁鋼裝配、轉(zhuǎn)子動平衡、定轉(zhuǎn)子合裝、旋變及編碼器安裝、端子接線、聯(lián)軸器法蘭安裝等工序。

生產(chǎn)節(jié)拍：生產(chǎn)線30min/臺。生產(chǎn)目標(biāo)：生產(chǎn)產(chǎn)品以100KW客車用永磁同步電機來考量，年產(chǎn)4000臺。生產(chǎn)制度：單班制，每班8h，全年250個工作日。

3.2 工藝流程

縱觀永磁電機整個工藝過程，有以下幾點為電機制造的關(guān)鍵工藝：

1）嵌線工序

此工序?qū)Σ僮鞴と说募夹g(shù)能力要求較高，純手工操作，屬于勞動密集型工序，亦為瓶頸工序。100KW永磁電機2人同時操作單臺嵌線需180min。按每天8小時有效工作時間計算，日產(chǎn)量為8*60/180=2.67臺。目前，電機車間嵌線工序采用12人分6組進(jìn)行安裝，每天平均可安裝16臺，滿足生產(chǎn)需求。

2）磁鋼裝配工序

由于磁鋼具有強磁性，磁鋼與與磁鋼槽裝配間隙僅0.02mm，在進(jìn)行磁鋼裝配時，極易與定子吸附住。所以，磁鋼裝配時需要注意以下幾點：

a.裝配前每兩塊磁鋼之間用厚度月15mm的非磁性板隔開，并在每塊磁鋼的兩個工作面上標(biāo)明“N”"S"極性。

b.保證工作環(huán)境干凈，且不允許有鐵屑、焊渣等廢物，護(hù)欄、工裝夾具、半周、隔板支撐、榔頭等均無磁或為非磁性。

c.設(shè)計專用插磁鋼用工裝，對磁鋼進(jìn)行導(dǎo)向，保證磁鋼輕松順利進(jìn)入磁鋼槽，請一定不要一次拿兩塊磁鋼進(jìn)行操作，一旦吸附在一起將很難分離，且吸附過程中極易傷人。

d.裝配完成后，沿轉(zhuǎn)子外圓檢查各槽磁鋼磁性，符合后進(jìn)行下一步裝配。

3）定轉(zhuǎn)子合裝工序

由于轉(zhuǎn)子內(nèi)部內(nèi)嵌有永磁體，使得轉(zhuǎn)子帶有很大的磁力，對定子鐵芯的吸附力很強，且轉(zhuǎn)子外圓與定子鐵芯內(nèi)圓間隙極小，定轉(zhuǎn)子進(jìn)行合裝時如果同心度不夠極易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與釘子的摩擦或碰撞，導(dǎo)致定轉(zhuǎn)子絕緣損傷、定轉(zhuǎn)子吸附甚至報廢。

所以，定轉(zhuǎn)子進(jìn)行合裝時必須使用定轉(zhuǎn)子合裝工裝，電機定子進(jìn)入壓裝區(qū)域后自動定位夾緊，將電機轉(zhuǎn)子放入支撐臺，雙手啟動設(shè)備，尾座氣缸啟動，尾座頂尖穿過定子中心孔，將轉(zhuǎn)子頂入到壓頭上定位，V型支撐臺下移，與轉(zhuǎn)子脫離后伺服電機帶動壓頭勻速的將轉(zhuǎn)子壓入到定子中，保證定轉(zhuǎn)子同心度。

3.3 工藝布局

根據(jù)工藝流程及廠房整體規(guī)劃，得到永磁電機車間工位布置如圖二所示。

該車間主要由轉(zhuǎn)子制作區(qū)、繞線區(qū)、嵌線區(qū)、浸漆烘干區(qū)、合裝區(qū)及包裝區(qū)六部分組成，整個生產(chǎn)線呈U型布置，有益于生產(chǎn)速度同步化，更好的平衡生產(chǎn)線產(chǎn)能。

轉(zhuǎn)子總成在轉(zhuǎn)子區(qū)完成制作，工序包括沖片疊壓、磁鋼安裝、轉(zhuǎn)子動平衡等工序。定子鐵芯總成在嵌線半自動輸送線上完成嵌線并進(jìn)行整理捆扎及耐壓測試。浸漆工序在獨立空間進(jìn)行操作，內(nèi)設(shè)浸漆相關(guān)設(shè)備及烘干設(shè)備，獨立空間操作能有效避免浸漆過程中的污染問題，保證裝配車間的清潔整齊。定轉(zhuǎn)子合裝在總裝半自動輸送線上完成，半自動輸送線上設(shè)置有轉(zhuǎn)定子合裝機保證定轉(zhuǎn)子合裝的精度，避免定轉(zhuǎn)子合裝過程中同軸度不夠的問題?？傃b輸送線旁還同時設(shè)置有相關(guān)出廠測試設(shè)備，保證整機下線即入庫。

4、結(jié)束語

在今后一段時間內(nèi)，新能源車的快速增長必將帶動新能源電機的強力發(fā)展。因此，需要根據(jù)新能源驅(qū)動電機產(chǎn)品的特點，不斷優(yōu)化生產(chǎn)制造工藝，合理安排生產(chǎn)線布局，提升自動化程度，降低生產(chǎn)制造成本，提高企業(yè)的資源利用率，以此推動我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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