永磁同步電動機轉子總成裝配線技術探究

劉洪波

河南通宇新源動力有限公司技術中心 河南南陽 474550

在《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）》等政策指導下，新能源汽車產銷規模不斷擴大。作為核心零部件和關鍵上游產業，電動機產品實現了突破性增長。我國自主開發的永磁同步電動機已經實現了產業化配套，系列化產品的功率范圍滿足了350kW以下新能源汽車用電動機動力需求，系列化和市場應用程度走在世界前列。

新能源汽車驅動電動機要求具有電動、發電兩項功能，按類型可分為直流無刷電動機、交流異步電動機、永磁同步電動機與開關磁阻電動機等四類。新能源汽車驅動電動機主要由定子、轉子、電動機殼、連接器、旋轉變壓器和軸承等零部件裝配組成，是新能源汽車的動力來源，其性能決定了爬坡能力、加速能力及最高車速等汽車行駛的主要性能指標。

永磁同步電動機的優缺點

永磁同步電動機是一種新型電動機，永磁同步電動機具有結構簡單、體積小、高效節能、綠色環保、功率因數高及故障率低等優點[1]。

永磁同步電動機與直流電動機相比，它沒有直流電動機的換向器和電刷等缺點；與異步電動機相比，它由于不需要無功勵磁電流，因而效率高，功率因數高，力矩慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉子參數可測、控制性能好；與普通同步電動機相比，它省去了勵磁裝置，簡化了結構，提高了效率。

永磁同步電動機矢量控制系統能夠實現高精度、高動態性能和大范圍的調速或定位控制，因此永磁同步電動機非常符合新能源汽車動力系統的要求。與異步電動機相比，成本會相對高一些，且控制器復雜。

永磁同步電動機的整體結構示意如圖1所示。

圖1 永磁同步電動機的結構爆炸示意

永磁同步電動機的工藝流程及其原則

永磁同步電動機生產主要有以下工序：漆包線繞制、嵌線、端子焊接、定子線圈浸漆、定子熱套、轉子沖片疊壓、磁鋼裝配、壓裝轉子鐵芯段、轉子動平衡、定轉子合裝、旋變及編碼器安裝、三相接線和測試等。生產節拍可根據產品年度生產目標來考量，可對生產時間做彈性安排，以滿足設備最大利用率。

根據工藝流程及廠房整體規劃，產線主要有鐵芯上料（磁鋼上料）→機械手涂膠→機器人插磁鋼→電動機軸壓裝→裝止動墊圈→裝鎖緊螺母→壓裝止動墊圈→裝旋變轉子→鎖螺母→激光打碼等工序。采用自動化生產線可以實現產品的在線裝配、自動翻轉、轉運輸送、助力搬運及在線測試等工序。

生產線具有自動化程度高、結構合理、堅固耐用和易維護保養等特點。可以減少操作工人、降低工人工作強度，從而降低公司的運營成本和生產成本，提高生產效率和產品質量。

電動機生產線布局的參考原則如下：

（1）流暢 各生產環節的有機結合，環環相扣，采用步驟集中化放置和流水線布局原則。

（2）平衡 每個工位間資源分配合理，速率配置滿足平衡原則。

（3）經濟產量 適用小批量和大批量生產的情況，充分利用各工位區域，盡量減少地面空間原則。

（4）短距 盡量避免移動，流程不要交叉，能直線運行。

（5）固定循環 盡量避免例如搬運、傳送等輸送時間。

（6）防錯 在硬件及設計布局上預防錯誤，降低生產帶來的損失。

（7）柔韌性 對未來產品及發展變化具備充分的應變能力，采用彈性方案，可以增加或者減少工序。如果是小量多種類的產品，優先選擇考慮“U”形線布局、環形布局等。

以上是電動機生產線布局的一些基本原則，只有充分了解運行機制，通過設計和各環節的連接，才能讓電動機生產線更合理，運行更流暢。

轉子總成裝配機器的設計及其注意事項

永磁同步電動機的轉子總成結構如圖2所示。

圖2 永磁同步電動機的轉子總成結構爆炸示意

轉子總成組裝的工藝流程如圖3所示。

圖3 轉子總成組裝工藝流程

1.涂膠插磁鋼

涂膠插磁鋼工藝步驟如下：

1）利用鐵芯定位鍵槽，將鐵芯段放入導向工裝上，在鐵芯的每個磁鋼槽內均勻的涂抹一段磁鋼膠水，保證長度一致，涂抹量一致。

2）利用機器人的機械手自動抓取每段磁鋼，按照要求的N、S極性，分別插入，保證插入深度的一致性。

3）插完磁鋼的鐵芯段，利用機器人的機械手進行抓取，放置到下一工序的放置工位。

4）此步驟利用機械手抓取，節拍時間短，裝配精度高。

5）此工序按照雙工位雙設備來規劃，圓周運動，起到轉運距離少，旋轉位移一致等特點。

涂膠插磁鋼機器整體設計如圖4所示，圖5所示為涂膠插磁鋼機器鐵芯放置設計。

圖4 涂膠插磁鋼機器整體設計

圖5 涂膠插磁鋼機器鐵芯放置設計

2.轉子鐵芯疊壓鎖緊

轉子鐵芯疊壓鎖緊工藝步驟如下：

1）機械軸抓取軸放置入定位工裝上，裝入前隔磁板，依次壓入各段轉子鐵芯，再壓入后隔磁板。

2）通過吸附工裝吸附止動墊圈的端面位置，轉運到軸端位置，放入止動槽內。

3）機械手抓取鎖緊螺母放入螺紋上，通過擰緊槍進行擰緊。

4）全過程也分為多個工位，來保證每個工序可以同時工作，調高效率。

5）在壓裝過程中，設備利用壓力和位移傳感器對過程進行監控，進行制造數據的分析和管理。

轉子鐵芯疊壓鎖緊機器整體設計如圖6所示，圖7所示為轉子鐵芯疊壓鎖緊機器疊壓放置設計。裝配生產線的平面布局如圖8所示。

圖6 轉子鐵芯疊壓鎖緊機器整體設計

圖7 轉子鐵芯疊壓鎖緊機器疊壓放置設計

圖8 裝配生產線的平面布局

結語

從目前新能源汽車驅動電動機技術發展趨勢來看，隨著電力電子技術、大規模集成電路和計算機技術的快速發展，永磁同步驅動電動機將迎來一個更為快速發展的時期，朝著高功率密度、高轉矩密度、高可控性、高效率、高性能及高性價比等方向發展，以滿足新能源汽車不同應用場合的實際需求。采用新型的材料、先進的制造工藝、冷卻散熱技術已成為提升功率和轉矩密度以及效率的主要手段。此外，不斷提高材料利用率、驅動電動機的設計精度、工藝制造水平、產品質量和降低成本，成為新能源汽車用永磁驅動電動機主要的發展方向。

未來，通過提高材料利用率、驅動電動機的設計精度、裝備工藝制造水平以及降低成本，不斷優化生產制造工藝，合理安排生產線布局，提升自動化程度，降低生產制造成本，提高企業的資源利用率，以此推動永磁同步驅動電動機產業不斷升級，提升供應鏈與產品集成水平，新能源汽車永磁同步驅動電動機將會百尺竿頭、更進一步。