新能源汽车电机转子芯静电粉末喷涂自动化系统设计

段海峰，颜建*，韩伟，刘楚生

（华南理工大学广州学院，机械工程学院，广东 广州 501800）

对于电机转子芯的涂覆，端面和线槽的涂覆质量(包括涂覆厚度和均匀性)以及绝缘效果都是非常重要的指标，新能源汽车对此要求更高。经过论证，环氧粉末喷涂技术可以极大地提高新能源电机转子芯涂层的可靠性和使用寿命[1]。图1中绿色的部分便是凃层。

图1 涂覆后的新能源汽车电机转子芯Figure 1 Coated motor rotor cores of new energy vehicle

粉末静电涂覆是通过静电作用将粉末涂料涂覆在被涂物上，经一定温度和时间的烘烤后形成涂层[2]，可以实现电机转子芯的一次成型，并且达到绝缘一体化，较以往的绝缘槽纸工艺具有更好的边缘覆盖性，涂层表面光滑，粉末粘附力强，韧性好，机械性能和电气性能也有不小的提升，最高可以实现0.381 mm的膜厚，满足电机转子芯0.35 mm涂层厚度的要求[3]。国内外一些世界级企业全都在使用这项工艺，而国内一些小企业虽然也在尝试，但是绝大多数都是人工协作静电涂覆，还没有实现智能化自动涂覆，效率偏低。另外，粉末静电涂覆还具有对环境污染程度低，节约能源，更容易实现自动化生产等特点[4]。

本文旨在设计一套生产系统来实现直径10 ～ 25 mm的新能源汽车电机转子芯的自动静电涂覆。

1 静电粉末喷涂系统自动化设备的结构设计

涂覆工艺流程如图2所示，生产工艺及机械设计结构见图3。设备分为3个部分：上料及传送部分，涂覆及高温固化部分，以及下料部分。

图2 新能源汽车电机转子芯静电喷涂工艺流程Figure 2 Process flow of electrostatic spraying for new energy vehicle’s motor rotor core

图3 新能源汽车电机转子芯涂覆生产工艺及设计结构Figure 3 Production process and designed structure for coating new energy vehicle’s motor rotor core

1. 1 上料及传送部分

为了实现上料的无人化、自动化、高效化，选用了振动盘上料装置。将大量需要涂覆的电机转子芯放入振动盘，经过振动盘振动分拣以及相应的传送装置(带计数装置)，实现电机转子芯的自动分拣和计数，并将其传送到自动装夹装置的位置实现自动装夹，最后通过上料机器人将装夹好夹具的电机转子芯平放在涂覆生产线上[5]。需要强调的是，夹具的大小可以根据不同电机转子芯的尺寸进行设计和修改。

1. 2 涂覆及高温固化部分

涂覆生产线是整个设计的关键部分，它由上料区、静电涂覆机(正德智控JF-90G型)、涂覆区、高温固化区和下料区5个部分组成，并由传送丝杠作为动力传送。涂覆的工艺要求为：膜厚0.35 mm，涂覆温度160 °C，涂覆时间15 min，固化温度160 °C，固化时间15 min。整个系统中有4条涂覆生产线，可以交替循环使用，保证上料机器人不间断地工作，防止资源浪费，提高效率。

系统工作时，先由转子芯自动装夹装置将带有夹具的电机转子芯放入涂覆生产线1(见图4)的上料区，再由上料机器人带到传送丝杠上[6]。在传送丝杠工作时，依次放入更多的电机转子芯(本系统设置为一次放入30个转子芯)，在上料区上放30个转子芯耗时5 min，再用5 min将所有的电机转子芯送入涂覆区，涂覆机开始涂覆，15 min后涂覆完毕，传送丝杠继续将转子芯传送入高温固化区(过程历时5 min)，固化15 min后再次传送5 min至下料区等待下料。在涂覆生产线1运行15 min后，上料机器人会开始向涂覆生产线2送电机转子芯；15 min后，涂覆生产线3开始上料；再过15 min，涂覆生产线4开始上料；15 min后又轮到涂覆生产线1开始新一轮的上料。这样便实现了整个系统的交替循环工作。

图4 电机转子芯涂覆及高温固化生产线的机械设计及工艺Figure 4 Mechanical design and process of coating and high-temperature curing production line for motor rotor cores

1. 3 下料部分

经过高温固化后的电机转子芯的温度比较高，不便直接用手接触，所以采用2个下料机器人自动卸料，分别对应其中的2条涂覆生产线。

2 控制系统的设计

根据图3的工作原理，设计了如图5所示的触摸屏控制系统[7]，其左边一列4个为总控制开关，分别为开始、急停、自动模式和手动模式。开始和急停按钮控制整个系统的开始和急停。自动模式下，整个系统遵从设定的模式按顺序工作及由各条涂覆生产线自动控制工作；手动模式下，可以根据需要对参数进行设定[8]。触摸屏上的第二列为具体动作控制按钮，可以控制振动盘、自动夹具、丝杠传送、静电涂覆和高温固化5个环节。不同大小的电机转子芯的涂覆和高温固化的具体时间和温度会有所不同，所以在触摸屏的右上角设置了6个数字显示功能(包括涂覆温度、涂覆时间、固化温度、固化时间、传送速度和计数)，可以通过触摸屏右下角的数值设定按钮来调整。触摸屏的右下方还有 2个选项控制旋钮(可选涂覆生产线1、涂覆生产线2、涂覆生产线3、涂覆生产线4或全部生产线，以及上料机器人、下料机器人1或下料机器人2)，启动后可以实现单个部分的自动及手动控制[9]。

图5 触摸屏控制面板Figure 5 Touchscreen control panel

图6为触摸屏控制系统中的关键部分──单条生产线的PLC(可编程序控制器)控制梯形图程序，其中X32、X33、X34为单条生产线的3个光电开关(分别为上料感应开关、涂覆感应开关和下料感应开关)，Y5、Y7、Y10、Y11为4个动作开关(分别对应传送丝杠传送，静电涂覆机涂覆，高温加热器加热并保温，以及下料机器人1下料)[10]。触摸屏PLC控制逻辑端口设置见表1。

图6 单条生产线的PLC控制程序Figure 6 PLC control program of a single production line

表1 触摸屏PLC端口的设置Table 1 Setting of PLC ports for the touchscreen

续表1 触摸屏PLC端口的设置Table 1 (continued) Setting of PLC ports for the touchscreen

4 总结

随着科学技术的发展，在人工成本不断提高的情况下，越来越多的企业开始探讨生产设备的自动化控制。本文设计的一整套新能源电机转子芯静电粉末喷涂自动化控制系统，通过触摸屏方式操作，可以实现电机转子芯的分拣、装夹、上料、传送、涂覆及下料的全自动控制，可供相关企业参考。