電驅(qū)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)多數(shù)取決于電機(jī)定子，定子產(chǎn)線也是最難搞的一環(huán)，且在新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展背景下，電驅(qū)動(dòng)總成制造領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)格局和供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)正在經(jīng)歷深刻變化。隨著市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的進(jìn)步，扁線電機(jī)的高槽滿率帶來的小型化、低成本的優(yōu)勢(shì)得到放大。此外，在應(yīng)對(duì)大規(guī)模交付需求時(shí)，疊加扁線電機(jī)的可自動(dòng)化制造的優(yōu)勢(shì)，扁線電機(jī)的滲透率開始迅速提升。

此前的 面向未來欄目我們?cè)鴮戇^一篇 「面向未來之定子篇」，本期面向未來跟大家聊聊市面上的定子繞組的生產(chǎn)工藝以及未來的演進(jìn)工藝！

目前的扁線電機(jī)繞組形式主要有這幾類：Hair- Pin繞組（U-Pin）、I-pin繞組、W- Pin繞組（連續(xù)波繞繞組）、以及基于Hair-Pin與I-Pin改進(jìn)而來的X- Pin繞組，和一些在原Hair-Pin的產(chǎn)線基礎(chǔ)上改進(jìn)的短 Pin繞組。

01.

Hair-Pin與I-Pin工藝的提升點(diǎn)在哪里

電機(jī)的定子需要大約12道工藝流程，且根據(jù)繞組形式的不同，定子的工藝也有著很大的變化。目前主要的扁線繞組形式是Hair-Pin和I-Pin，工藝也相對(duì)成熟，常規(guī)的Hair-Pin繞組工藝需要絕緣紙成型插入、繞組線成型、插線、擴(kuò)口、扭頭、切平、端部焊接、三相線焊接、電測(cè)試1、涂敷、滴浸、電測(cè)試2。

Hair-Pin繞組工藝流程

◎I-Pin的工藝較Hair-Pin少了預(yù)成型工藝，且還是單槽裝配相較Hair-Pin繞組形式節(jié)省了一部分裝配預(yù)留空間，所以I-Pin的槽滿率更高，但是需要兩端切頭、兩端 焊接，目前主要是博世在做。

I-Pin繞組工藝流程

Hair-Pin和I-Pin的發(fā)展方向主要在設(shè)備層面，隨著市場(chǎng)越來越大的交付規(guī)模需求，各企業(yè)在成本和生產(chǎn)效率方面又有了更進(jìn)一步的想法，集成更多的設(shè)備，提升生產(chǎn)節(jié)拍！

設(shè)備的集成通常適用于一些共用夾具的設(shè)備，通過減少中間環(huán)節(jié)來提高整體生產(chǎn)效率。常見的集成如擴(kuò)口和扭頭、切頭和焊接工藝集成，由于兩者共用一套工裝夾具，集成后節(jié)省運(yùn)輸環(huán)節(jié)，降低設(shè)備占地面積，并且生產(chǎn)效率并未受到影響。

另外，生產(chǎn)效率也是重要的提升點(diǎn)，以Hair-Pin為例，一個(gè)完整48槽，6層的扁線定子約需要 150 根扁線（I-Pin 則需要約300根扁線）。以節(jié)拍2s的成型設(shè)備來測(cè)算，如果滿足90s節(jié)拍的生產(chǎn)能力，便需要4臺(tái)成型設(shè)備。因此成型設(shè)備生產(chǎn)效率的提升，也一直都是重中之重。

02.

W-Pin工藝有內(nèi)有外

◎W-Pin 連續(xù)波繞組有些企業(yè)也叫連續(xù) Hair-Pin ，整體是編制成型兩端單獨(dú)無需焊接， 利用其導(dǎo)線的絕緣就可以滿足高壓平臺(tái)的爬電要求，W-Pin所需設(shè)備更少，設(shè)備投入也更低，加上又省去了涂敷工序，在相同的線徑與跨距下，與Hair-Pin產(chǎn)品的端部高度相比有明顯下降。

但是W-Pin在工藝開發(fā)上的難度更高， 連續(xù)的繞組成型技術(shù)、線嵌入技術(shù)，都是阻礙其大批量生產(chǎn)的難點(diǎn)。 尤其是嵌線的工藝，根據(jù)插入方向不同，可以分為內(nèi)徑插入和外徑插入。

◎內(nèi)徑插入是通過脹片與銅線之間的受力擠壓，來把線均勻向外脹入到鐵芯槽內(nèi)，還不能傷到絕緣紙，此外該方式還要求槽口寬度需大于槽底寬度，相比 Hair-Pin 技術(shù)槽滿率降低約10-15%，同時(shí)存在一定的漏磁風(fēng)險(xiǎn)。

◎另外一種為外徑插入工藝，是先把繞組繞在齒上，然后在外面套個(gè)鐵心套筒。通過焊接的方式將外圓鐵芯與內(nèi)圓鐵芯焊接。解決了繞組壓入鐵心后繞組定型，線圈破損等問題，也順手也解決了定子槽口，齒槽轉(zhuǎn)矩也會(huì)小不少。但是有利必有弊，這種工藝只能焊接表面鐵芯，因此鐵芯強(qiáng)度存在挑戰(zhàn)。

連續(xù)的線成型工藝也存在這一定的問題，要保證原廠生產(chǎn)的漆包線沒有漆皮損壞，且在連續(xù)成型的過程中也要保證不傷漆皮。目前一些量產(chǎn)打樣的產(chǎn)線多數(shù)是采用內(nèi)徑插入方案較多也比較容易實(shí)現(xiàn)，外徑方案工藝相對(duì)復(fù)雜一些，且還存在一些待解決的問題，目前主流的內(nèi)徑插入工藝流程如下：插槽底紙、連續(xù)組線成型、排線、卷線、嵌線、插槽蓋、三相線焊接、電測(cè)試1、滴浸、電測(cè)試2。

W-Pin繞組工藝流程

內(nèi)徑插入因?yàn)橐毒€所以鐵芯要設(shè)計(jì)成開口槽，其NVH性能較半閉口槽要差一些，工藝上是通過插槽蓋來彌補(bǔ)，但也不是長久之計(jì)。

03.

X-Pin與短Pin工藝主要在焊接

聯(lián)合電子提出的 X-Pin繞組技術(shù)，又給各企業(yè)帶來新的啟發(fā)，通過優(yōu)化焊接端部，降低了電機(jī)銅損，也提升了電機(jī)效率，據(jù) 聯(lián)合電子研究表明X-Pin繞組相比 I-Pin繞組可縮短43%，相比Hair- Pin繞組可縮短25%，相比W- Pin繞組，可縮短8%。 在保證高槽滿率的前提下，X-pin繞組不僅降低了電機(jī)整體長度尺寸，還節(jié)省了銅線用量，這非常有助于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的小型化。

◎X-Pin的工藝，因?yàn)椴恍枰Ａ糁本€段，所以相較于Hair-Pin與I-Pin不需要切頭工藝， 但是 X-Pin 卻對(duì)線成型的精度要求和一致性要求很高，因去漆長度僅需幾毫米左右，只能用激光去漆的方式。也是因?yàn)闆]有直線段的原因，所以扭線和焊接也成為了 X-Pin 量產(chǎn)的一大難點(diǎn)。

X-Pin繞組工藝流程

◎短Pin的工藝也是基于Hair-Pin與I-Pin工藝改進(jìn)而來，不同與X-Pin完全去掉直線段，短P in的工藝是保留了一部分直線段，通過提升焊接工藝來保障過流面積、拉拔力，以及焊接時(shí)繞組漆皮的熱影響。

發(fā)展短Pin也是因?yàn)閄-Pin的端部焊接有一定的難度，這也是影響其量產(chǎn)的一個(gè)重要因素，要滿足焊點(diǎn)的拉拔力＞300N，焊接的過流面積要＞80%，且還要不傷漆皮這些都是基本的參數(shù)控制，X-P in對(duì)焊點(diǎn)的效果也是有要求的， 焊點(diǎn)內(nèi)要無氣泡 ， 焊接的熱影響區(qū)域要小 ，適應(yīng)性也要兼顧，以及焊接是的高低差、錯(cuò)位、不平齊也都要保證其合格率。

圖片來源：豪森股份

◎市面上X-Pin主流的焊接技術(shù)，就是低溫焊接技術(shù)，焊接溫度低、浸潤性好，導(dǎo)電性好，焊接強(qiáng)度高，且焊接后不會(huì)燙傷漆膜。聯(lián)合電子的焊接技術(shù)用的是博世的控制系統(tǒng)和傳感器技術(shù)，結(jié)合自主研發(fā)的光斑特性化處理和機(jī)器視覺技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)焊接位置和焊接質(zhì)量。也有一些激光焊接企業(yè)采用高功率小芯徑的中心光束，配合相應(yīng)的環(huán)光功率進(jìn)行深熔焊。

這其中卡門哈斯的激光焊接比較有意思，其是前過紅光激光器再加上識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了既焊X-Pin，又焊Hair-Pin，且對(duì)比了兩種線型的焊接結(jié)果，在兼容配置焊接的節(jié)拍、面積、拉拔力、熱影響區(qū)都不比傳統(tǒng)的差，甚至節(jié)拍更快一些。

除了焊接難點(diǎn)，焊接的工裝夾持也是一扇技術(shù)高墻 ，Hair-Pin繞組焊接的時(shí)候是把前面的直線段抱夾，四面都可以夾住的，比較好操作；X-Pin的裝夾是沒有辦法去抱夾的，因?yàn)閮蓚?cè)是斜面，只能從徑向夾面，這樣操作空間就會(huì)非常小，對(duì)工裝設(shè)計(jì)要求非常高，目前針對(duì)X-Pin的夾持有徑向夾緊與周向支撐這兩項(xiàng)技術(shù)。

短Pin的焊接與工裝相比X-Pin容易一些，通過微調(diào)設(shè)計(jì)焊接端的直線段，保留了一部分必要的長度使其能夠借用Hair-Pin定子的扭頭、焊點(diǎn)夾緊、焊接等關(guān)鍵工序，所以焊接與焊接夾持方面對(duì)產(chǎn)線設(shè)備的精度要求基本與Hair-Pin一致，很適合量產(chǎn)。

04.

面向未來的電機(jī)產(chǎn)線

上述工藝都是基于定子設(shè)計(jì)來走的，未來定子的線型會(huì)越來越多、工藝也更復(fù)雜，但其實(shí)設(shè)備本身也有自己的發(fā)展方向，上面我們提到過的設(shè)備集成從單個(gè)工裝夾具到集成夾具，設(shè)備的節(jié)拍也由90s發(fā)展到60s在到目前的45s。

◎此外，定子產(chǎn)線還要滿足平臺(tái)化設(shè)計(jì)柔性化生產(chǎn)，可更改電機(jī)支路數(shù)，更換Busbar，滿足不同層數(shù)、不同鐵芯長、不同外徑、不同槽數(shù)等方案的同產(chǎn)線快速切換生產(chǎn)，在當(dāng)前新能源汽車行業(yè)產(chǎn)品快速選代的過程中，電機(jī)柔性化平臺(tái)化非常有利于減少投入和浪費(fèi)。

◎另外，未來OEE的高低也直接關(guān)系到設(shè)備商的生產(chǎn)效率、成本控制以及最終產(chǎn)品的質(zhì)量。較高的OEE值表明生產(chǎn)線運(yùn)作得更加高效，能夠更快地響應(yīng)市場(chǎng)需求，同時(shí)減少浪費(fèi)和成本。在NE時(shí)代2024xEV電驅(qū)動(dòng)論壇期間，巨力自動(dòng)化董事長章日平就展示過一組對(duì)比數(shù)據(jù)。與Grob相比，巨力自動(dòng)化在OEE和直通良率表現(xiàn)優(yōu)于對(duì)方，其中OEE為85%。這也表明其生產(chǎn)線在設(shè)備管理、維護(hù)以及生產(chǎn)流程優(yōu)化等方面做得很好。這對(duì)于客戶來說是一個(gè)非常重要的參考指標(biāo)。

◎當(dāng)然設(shè)備的出海也是未來的發(fā)展方向之一，如邦迪智能為德國某客戶設(shè)計(jì)制造的成型機(jī)設(shè)備，巨力自動(dòng)化則獲得了整線出海的訂單，前段時(shí)間巨力自動(dòng)化的兩條扁線定子設(shè)備產(chǎn)線獲得兩家歐洲客戶定點(diǎn)，分別于2024年底到2025年初陸續(xù)交付，其中一個(gè)產(chǎn)線項(xiàng)目設(shè)計(jì)產(chǎn)能為40萬套/年。

End.

總之，隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，對(duì)定子生產(chǎn)線提出了更高的要求，不僅要追求更高的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還需要具備靈活性和國際競(jìng)爭(zhēng)力。設(shè)備供應(yīng)商也要不斷提升技術(shù)水平和優(yōu)化生產(chǎn)流程，才能夠更好地服務(wù)于這一快速發(fā)展的行業(yè)。

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