永磁同步电动机转子总成装配线技术探究

刘洪波

河南通宇新源动力有限公司技术中心 河南南阳 474550

在《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》等政策指导下，新能源汽车产销规模不断扩大。作为核心零部件和关键上游产业，电动机产品实现了突破性增长。我国自主开发的永磁同步电动机已经实现了产业化配套，系列化产品的功率范围满足了350kW以下新能源汽车用电动机动力需求，系列化和市场应用程度走在世界前列。

新能源汽车驱动电动机要求具有电动、发电两项功能，按类型可分为直流无刷电动机、交流异步电动机、永磁同步电动机与开关磁阻电动机等四类。新能源汽车驱动电动机主要由定子、转子、电动机壳、连接器、旋转变压器和轴承等零部件装配组成，是新能源汽车的动力来源，其性能决定了爬坡能力、加速能力及最高车速等汽车行驶的主要性能指标。

永磁同步电动机的优缺点

永磁同步电动机是一种新型电动机，永磁同步电动机具有结构简单、体积小、高效节能、绿色环保、功率因数高及故障率低等优点[1]。

永磁同步电动机与直流电动机相比，它没有直流电动机的换向器和电刷等缺点；与异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好；与普通同步电动机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。

永磁同步电动机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能和大范围的调速或定位控制，因此永磁同步电动机非常符合新能源汽车动力系统的要求。与异步电动机相比，成本会相对高一些，且控制器复杂。

永磁同步电动机的整体结构示意如图1所示。

图1 永磁同步电动机的结构爆炸示意

永磁同步电动机的工艺流程及其原则

永磁同步电动机生产主要有以下工序：漆包线绕制、嵌线、端子焊接、定子线圈浸漆、定子热套、转子冲片叠压、磁钢装配、压装转子铁芯段、转子动平衡、定转子合装、旋变及编码器安装、三相接线和测试等。生产节拍可根据产品年度生产目标来考量，可对生产时间做弹性安排，以满足设备最大利用率。

根据工艺流程及厂房整体规划，产线主要有铁芯上料（磁钢上料）→机械手涂胶→机器人插磁钢→电动机轴压装→装止动垫圈→装锁紧螺母→压装止动垫圈→装旋变转子→锁螺母→激光打码等工序。采用自动化生产线可以实现产品的在线装配、自动翻转、转运输送、助力搬运及在线测试等工序。

生产线具有自动化程度高、结构合理、坚固耐用和易维护保养等特点。可以减少操作工人、降低工人工作强度，从而降低公司的运营成本和生产成本，提高生产效率和产品质量。

电动机生产线布局的参考原则如下：

（1）流畅 各生产环节的有机结合，环环相扣，采用步骤集中化放置和流水线布局原则。

（2）平衡 每个工位间资源分配合理，速率配置满足平衡原则。

（3）经济产量 适用小批量和大批量生产的情况，充分利用各工位区域，尽量减少地面空间原则。

（4）短距 尽量避免移动，流程不要交叉，能直线运行。

（5）固定循环 尽量避免例如搬运、传送等输送时间。

（6）防错 在硬件及设计布局上预防错误，降低生产带来的损失。

（7）柔韧性 对未来产品及发展变化具备充分的应变能力，采用弹性方案，可以增加或者减少工序。如果是小量多种类的产品，优先选择考虑“U”形线布局、环形布局等。

以上是电动机生产线布局的一些基本原则，只有充分了解运行机制，通过设计和各环节的连接，才能让电动机生产线更合理，运行更流畅。

转子总成装配机器的设计及其注意事项

永磁同步电动机的转子总成结构如图2所示。

图2 永磁同步电动机的转子总成结构爆炸示意

转子总成组装的工艺流程如图3所示。

图3 转子总成组装工艺流程

1.涂胶插磁钢

涂胶插磁钢工艺步骤如下：

1）利用铁芯定位键槽，将铁芯段放入导向工装上，在铁芯的每个磁钢槽内均匀的涂抹一段磁钢胶水，保证长度一致，涂抹量一致。

2）利用机器人的机械手自动抓取每段磁钢，按照要求的N、S极性，分别插入，保证插入深度的一致性。

3）插完磁钢的铁芯段，利用机器人的机械手进行抓取，放置到下一工序的放置工位。

4）此步骤利用机械手抓取，节拍时间短，装配精度高。

5）此工序按照双工位双设备来规划，圆周运动，起到转运距离少，旋转位移一致等特点。

涂胶插磁钢机器整体设计如图4所示，图5所示为涂胶插磁钢机器铁芯放置设计。

图4 涂胶插磁钢机器整体设计

图5 涂胶插磁钢机器铁芯放置设计

2.转子铁芯叠压锁紧

转子铁芯叠压锁紧工艺步骤如下：

1）机械轴抓取轴放置入定位工装上，装入前隔磁板，依次压入各段转子铁芯，再压入后隔磁板。

2）通过吸附工装吸附止动垫圈的端面位置，转运到轴端位置，放入止动槽内。

3）机械手抓取锁紧螺母放入螺纹上，通过拧紧枪进行拧紧。

4）全过程也分为多个工位，来保证每个工序可以同时工作，调高效率。

5）在压装过程中，设备利用压力和位移传感器对过程进行监控，进行制造数据的分析和管理。

转子铁芯叠压锁紧机器整体设计如图6所示，图7所示为转子铁芯叠压锁紧机器叠压放置设计。装配生产线的平面布局如图8所示。

图6 转子铁芯叠压锁紧机器整体设计

图7 转子铁芯叠压锁紧机器叠压放置设计

图8 装配生产线的平面布局

结语

从目前新能源汽车驱动电动机技术发展趋势来看，随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的快速发展，永磁同步驱动电动机将迎来一个更为快速发展的时期，朝着高功率密度、高转矩密度、高可控性、高效率、高性能及高性价比等方向发展，以满足新能源汽车不同应用场合的实际需求。采用新型的材料、先进的制造工艺、冷却散热技术已成为提升功率和转矩密度以及效率的主要手段。此外，不断提高材料利用率、驱动电动机的设计精度、工艺制造水平、产品质量和降低成本，成为新能源汽车用永磁驱动电动机主要的发展方向。

未来，通过提高材料利用率、驱动电动机的设计精度、装备工艺制造水平以及降低成本，不断优化生产制造工艺，合理安排生产线布局，提升自动化程度，降低生产制造成本，提高企业的资源利用率，以此推动永磁同步驱动电动机产业不断升级，提升供应链与产品集成水平，新能源汽车永磁同步驱动电动机将会百尺竿头、更进一步。