新能源汽车驱动电机绕组制造装备技术研发与推广

随着汽车产业的快速发展,各国都面临汽车与能源供应、环境与空气污染等社会承载能力之间矛盾的新课题。近年来,我国迅速增加的汽车保有量不仅对燃油供应带来巨大压力,而且汽车尾气排放也达到了令人难以承受的地步。“十一五”国家提出节能和新能源汽车战略,在“十二五”规划纲要中将新能源汽车产业确定为战略性新兴产业,并以前所未有的力度推进发展,调整汽车产业结构、大力发展新能源汽车是我国今后汽车产业发展的重要战略要点。目前,以油电驱动的混合动力汽车(HEV)和纯电动汽车(BEV)等为代表的新能源汽车陆续问世并投放市场。

1 新能源汽车特征与研发驱动电机制造装备的紧迫性

新能源汽车以节能环保为基本特征,其驱动电机由于功率及功率密度较大、定子铁心外形尺寸大、定子槽数多、电磁漆包线线径较粗、定子嵌线通道槽口小、定子槽满率较高、定子冲片较薄且槽形较深、定子叠厚较高、绕组分布形式为三相同心式,所以常规的小功率、分马力电机定子绕组制造装备无法适应新能源汽车驱动电机定子绕组生产制造要求。

汽车驱动电机是新能源汽车核心部件,是新能源汽车行驶的主要执行机构,而电机绕组又是电机的核心部件,在电机各构成部件中,其制造难度最大,价值最高,称为“电机心脏”。近年来,以德国为首的国外绕组制造技术领先企业正在研究基于工业机器人的汽车驱动电机绕组制造数控装备,并逐步向高度自动化、柔性化方向升级。我国汽车驱动电机定子绕组制造装备发展严重滞后,几年前,还尚属空白,所需设备完全依赖进口。由于受进口设备价格高、服务响应时间长、不适应国内电机制造业特点等因素制约,国内汽车驱动电机很难形成产业化生产,市场缺口很大,严重影响了我国新能源汽车发展推广的进度。研发具有我国自主知识产权的新能源汽车驱动电机绕组制造数控成套装备并进行产业化推广,是实现新能源汽车驱动电机大规模、自动化生产制造的关键,对带动新能源汽车发展具有深远的意义。

2 国内新能源汽车驱动电机制造能力存在的不足

随着电机驱动系统和控制技术的发展,各种智能控制技术、模糊控制技术、神经网络控制技术已开始应用于汽车电机控制中,使汽车电机驱动系统实现了结构简单、响应快、抗干扰强,极大地提高了驱动系统的技术性能。

但是,国内驱动电机制造技术及驱动电机的可靠性、耐久性还未得到充分验证,与汽车行业的严格要求还有相当长的距离。目前,我国新能源汽车处于示范推广阶段,驱动电机制造动力总成装置的集成度不高,机电一体化程度不够,综合水平和能力还低于国外,制造技术不能与国外相匹敌,国内有些专业厂家虽然具备了小批量生产的能力,但产品通过质量体系标准认证的还不多,试验检测设备不足也是造成我国电机产品质量与国外差距较大的原因之一。

3 新能源汽车驱动电机绕组制造技术研发成果

随着新能源汽车的发展,国家出台了一系列的鼓励政策,引导汽车驱动电机绕组研发制造取得了可喜进步,以山东中际电工装备股份有限公司(以下简称:中际装备)为代表的电机绕组制造专业厂家,积极围绕国内新能源汽车制造需求,成功开发出用于汽车驱动电机需求的专业制造装备,在关键技术研究方面取得了重大突破,形成了可靠性评价的测试方式,规范了产品技术标准。

目前,该公司所采用的汽车驱动电机绕组制造技术为:由定子槽绝缘插入、第一相绕嵌扩张、第二相绕嵌扩张、第三相绕嵌预整、线圈绑扎整形五个制造功能单元12台单元机组成。产品采用机械系统、交流伺服系统、变频调速系统、气动系统和液压系统,由可编程序控制器和运动控制器综合控制,自动化程度较高,可依次完成定子槽绝缘纸插入、线圈绕制、嵌线、整形、绑扎等工序。

其攻克的技术难点为:

1)解决了新能源汽车驱动电机功率及功率密度较大、线径较粗、槽口小、槽满率高,常规绕组制造装备根本无法适应新能源汽车驱动电机定子绕组制造技术等问题。

2)在槽楔绝缘制造部分和自动嵌线部分采用完全独立的功能单元,保证嵌线机功能的完整性,提高设备制造工效。

3)采用连体组合结构及嵌线动导指支撑装置,满足了高槽满率、大叠厚定子单根嵌线的需求,避免了定、动导指等模具件与定子相互摩擦及对漆包线的挤压损伤。

4)采用开合式定子槽绝缘保护装置,避免了因冲片较薄、槽形深导致定子出现的槽绝缘破裂、定子铁心齿部变形现象。

5)采用驱动电机的扩涨板扩张机构,满足了定子槽形深达33.5mm且叠厚较高的定子端部线圈和槽内槽楔的扩张整形要求。

以上技术获得国家发明专利3项,样机通过了山东省科技成果鉴定,并已列入国家重点新产品。目前,中际装备正在对汽车驱动电机绕组制造的核心技术“无交叉绕线技术”及“机器人、机械手连线应用技术”进行攻关研发,通过各单元设备自动连线,实现自动化生产,并可进行精密绕线,一次并绕20根线,而线圈无交叉,线圈嵌线后定子绕组槽满率提高2%~5%,解决因线圈交叉干扰嵌线、整形等问题,产品整体技术将达到国际领先水平。

4 新能源汽车驱动电机绕组制造装备市场发展前景

新能源汽车电机绕组制造技术较为复杂,常规的小功率、分马力电机定子绕组制造装备无法适应新能源汽车驱动电机定子绕组生产制造。目前,国际上新能源汽车处于规模化发展初级阶段,各国在汽车驱动电机定子绕组生产制造装备方面的研究时间不长,基本上是以单一功能、自动化程度不高的装备。我国由于电机制造装备的研制起步较晚,与国外发达国家相比差距更大,但发展速度很快,特别是以中际装备为代表的一些在行业中保持技术领先的专业型企业,在小功率、分马力电机定子绕组制造设备研制方面,依靠不断的技术创新,相继开发了具有定子槽绝缘插入、绕线、嵌线、整形、绑扎等功能单机装备到品质稳定、功能齐全的多工序机装备,再到可连线生产的成套数控装备,多项技术达到国际领先或国际先进水平,填补了国内空白,缩小了与国外的差距,推动了我国电机及制造装备行业的发展。

目前,虽然我国新能源汽车发展很快,但是汽车驱动电机定子绕组制造装备滞后严重影响了该产业的发展。据悉,过去国内汽车驱动电机定子绕组制造基本上是采用人工操作,劳动强度大、生产效率低,很难形成产业化,推出具有我国自主知识产权的汽车驱动电机定子绕组制造装备,对带动新能源汽车发展非常必要。国务院《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020 年)》中提出我国节能与新能源汽车产业的主要目标是:“到2015年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆;到2020年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆”。电动汽车作为主要代表的新能源汽车进入产业化阶段,巨大的市场价值逐渐展现在人们面前。汽车驱动电机市场大发展必将带动驱动电机定子绕组生产装备市场的大进步,未来市场对汽车驱动电机定子绕组制造装备的需求空间将是十分广阔的。有关资料证明,国内对汽车驱动电机定子绕组制造装备研发尚属起步阶段,许多有实力的大型电机制造商为适应形势需要,只能投入巨额资金购买国外的产品,耗费了大量外汇仍满足不了现实需要,市场缺口很大。据业内专家分析,“十二五”期间,国内市场需求预计将达150余台套,加上配套模具及其他工业用中小电机所需装备,共计将有近10 亿人民币的市场。该产品目前正处于成长期阶段,预计产品寿命周期为10年。因此,紧随国际发展趋势及国内电机行业的发展方向,加快汽车驱动电机绕组制造装备研发,促成高新技术成果转化,适应市场需要将是今后行业企业任重道远和十分艰巨的工作。

5 提升汽车驱动电机绕组制造装备研发水平

综论新能源汽车发展趋势,对电机绕组制造装备领域既是机遇,也是挑战,作为行业企业必须有清醒的认识,应着力抓好五个方面的提升。

一是提升研发水平。针对新能源汽车驱动电机绕组制造数控成套装备制造技术,进行深度研究和开发,突破相关技术瓶颈,研发具有自主知识产权的国际领先水平的汽车驱动电机绕组制造装备,尽快投放市场并进行规模化推广,促进新能源汽车驱动电机绕组制造数控成套装备的技术进步,为我国驱动电机制造产业结构调整及装备数字化提供必要的支持和保障。

二是提升国内综合配套能力。各级政府应继续对该行业研发给予政策性支持,鼓励企业加大科研投入力度,在国内综合建立起支持和引导研发、生产、检测、营销和服务等配套体系,发挥专业性科技服务平台作用,积极打造新能源汽车驱动电机绕组制造数控成套装备的研发、生产基地,培植新的经济增长点。

三是提升科技成果转化水平。电机绕组制造专业企业应面向现已形成的市场推广应用新产品,以高性价比、快速服务响应的优势,逐步代替进口装备,不断扩大市场份额。要重视和研究新产品宣传效应,通过各种媒体渠道提高国产装备的知名度,提升市场对国内新技术的认知度。

四是加强产学研合作。在吸纳国外先进技术基础上,充分发挥高等院校及专业科研院所的人才培养优势,加强与专业型企业的结合,提升新能源汽车电机绕组制造研发能力,注重企业产业化生产与管理实践相结合,加快建立由研发企业、大学、机构和应用单位组成的电机绕组制造装备领域的高水平研发制造联合体。

五是提升产品推广能力。在逐步摒传统市场产品推销模式的同时,要研究构建起新型研发、生产和销售合而为一的产品推广体系,通过对生产用户开展全方位服务,在研发制造、生产用户之间架起诚信与和谐及共赢的桥梁,促进我国新能源汽车驱动电机绕组制造装备研发与推广不断创造出新的辉煌。

本文转自:新能源汽车驱动电机绕组制造装备技术研发与推广

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