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扁线电机如何打造质量管控的“护城河”?

一、扁线电机的应用及其优势

随着新能源汽车的快速发展,电驱系统成为了其中最为内卷的部分。新能源车企为了增强整车竞争力,对电驱系统提出了高功率密度、高效率、高压化、高NVH性能、低成本的要求。

▲图1 整车对电驱系统的要求

在提高效率 方面,随着铜满率的提升,在相同的输入电流的情况线下,直流铜损耗更低,可大幅提升电机的效率,尤其是在低速的情况下,可显著提升CLTC工况效率。

在提高功率密度方面,随着铜满率的提升,在保证电机温升的同时,可以输入更多电流,增加电负荷,降低电机的体积和重量,从而提升电机的转矩密度和功率密度。

在高压化方面,扁线电机更能适应高压化。由于扁线的规则排列,首匝和末匝不接触,从而降低了高压击穿的风险。同时在扁线上增加绝缘漆层的厚度要比圆线更为容易,因此适合更高电压的系统。

在舒适度方面,因为扁线电机采用截面积更大的Pin线作为绕组,其绕组刚度要高于圆线绕组,可以改善电机的NVH性能。

在低成本方面,扁线绕组可以实现自动化生产,节约大量人工成本,使生产费用降低。

二、扁线定子工艺流程及检测

扁线电机是相对于圆线电机的一种统称,扁线电机主要的形式有Ipin、Hairpin、Wpin、Xpin等。Hairpin虽然在性能、尺寸上不是最优的,但针对每个技术点Hairpin却是比较好的解决方案,下图就是一款Hairpin绕组的制造工艺:

▲图3 某款Hairpin扁线绕组的生产工艺

上述生产工艺过程中,红色框内产品工艺过程的质量控制至关重要。

首先,在扁线绕组制作过程中,对于Pin线的成型、Pin线端部的折弯精度、插线的一致性、装配精度等都有着较为严格的要求。为了提升加工精度,除了高标准的生产设备及原材料,还需要从工艺上加强对产品质量和加工精度的监控。

其次,生产过程中零部件的快速无损检测,是提升产品质量的有效手段。

三、先进的非接触式扁线测量技术

01 扁线定子单Pin质量控制

扁铜线加工需经过校直和去漆等工序。如果扁线表面存在缺陷,就会影响定子绕组的绝缘性能。尤其是在800V电压系统中,更要严加管控扁线绝缘质量。

扁线具有柔性结构和半透明的漆绝缘层,这给靠触觉测量的传统方法带来了很大的挑战。传统的探针或相机传感器无法完美满足测量需求。在此背景下,非接触式光学测量应运而生。

蔡司的DotScan系列,就是采用色阶共聚焦白光探头,来区分透明漆表层和其下方的金属层。并配备有三种探头的尺寸,适用于三种不同的测量范围:10mm 、3mm、1mm。探头可在一次CNC运行期间全自动更换,以适用于不同的表面或改换其他光学探头。关节轴每次可移动一定的角度,将探头调整到垂直于待测部件位置。

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