作為新能源汽車三大核心部件之一的驅動電機，必須持續提高動力輸出，不斷降低生產成本，方能有效滿足購車者對所選愛車低價高配的需求。也只有這樣，新能源汽車銷量才會持續猛增。

如果單獨把整車中電驅系統拿出來分析，電機成本在電驅系統中占 27%，控制器占比 60%，減速機構占比 13%。由此可見，電機和控制器成本占比較大，這兩塊是降本的大頭，減速器雖然成本占比較小，但其配合的好的話，將事半功倍。

定子總成及制造

新能源汽車永磁同步電機的定子總成涉及線圈、鐵芯、齒極和機殼等組件，如圖1所示。

圖1? 新能源汽車永磁同步電機的定子總成示意

1-齒極 2-機殼? 3-線圈? 4-鐵芯

據統計，定子總成約占永磁電機成本的35%。再者，新能源汽車個性化定制需求愈來愈大，多數車型處于中小批量狀態，配裝的永磁電機呈現結構多變、性能寬泛、訂單急切及定子直徑不等（80-400mm）的小眾化現象。

由此，高成本的定子總成生產不可繼續沿用傳統制造方案，而是采用發卡技術、數字技術和信息技術等手段，提高定子產線的柔性度、集成度與高效率，進而減少空間占用、縮短交付周期及降低生產成本。?

定子總成的工藝路線

定子總成的通常工藝路線，如圖2所示。該路線未涉及機殼內孔的機械加工及定子鐵芯的沖壓疊鉚整形和焊接處理。

圖2? 定子總成的通常工藝路線

定子總成的制造

分析定子總成的通常工藝路線可知，永磁電機的定子需經組件制作及后續套入機殼內孔兩大階段，方可成為一套合格的完整總成器件；

所用裝備涉及工控性質的清理機、嵌線機、理線機、綁扎機等，也有激光技術的裁剪機、焊接機，還有伺服軸定位的插紙機、加熱機、整形機和套裝機，更有易燃易爆的浸漆、烘干設備，如圖3所示。

圖3? ? 定子總成制造所用裝備示意

作業設備多、投資數額大、工序流轉長、占地面積廣、產品切換慢、機殼薄壁減材加工，這些是定子總成制造路線的顯著特點。

在瞬息萬變的個性化市場時代，電機制造商應：

采用機器人裝卸料替代大量人工吊裝；

采用AGV小車或懸掛鏈輸送定子件；

采用數字化裝備提高換型柔度；

采用互聯網進行零件信息、產線狀態、在線實控、訂單分發等數據采集分析；

采用液/氣壓自定心快換多工位夾具（見圖4）進行減材件的快速夾松；

采用云平臺進行元器件供貨商的最優協同派單等方法，

以此實現定子制造的降本控制，短期內快速換型完成小批量電機的制造，表面粗糙度和圓度分別不超過Ra1.6μm與8μm。

圖4 電機殼減材用液/氣壓自定心

快換多工位夾具示意

1、2-電機殼? 3-夾松結構? 4-夾具底座? 5-定位支承

轉子總成及制造

近年，包括特斯拉Model 3在內，幾乎所有EV和HEV都裝用內置式永磁體同步磁阻電機（IPMSynRM）。

這類電機的轉子總成主要由轉子軸、轉子鐵芯、永磁體（又稱磁鋼）及其前后擋板等件構成，如圖5所示。

圖5? 永磁同步磁阻電機的轉子總成爆炸示意

1-發卡定子線圈 2-轉子鐵芯截面 3-軸承

4-永磁體前擋板? 5-止動墊圈 6-永磁體

7-永磁體后擋板? 8-轉子軸? 9-定子鐵芯

不同廠商的IPMSynRM在技術上各不相同，主要是永磁體的尺寸、位置、形狀和數量等方面的差異。

從原理、設計到制作的每一環節，任意一個小變化，特斯拉、BBA、豐田、本田等廠商均會進行多頻次的軟件仿真和硬件測試，形成獨有的核心知識產權。

菲索瑪特Felsomat公司采用模塊化的智能制造集成化方案，創新轉子設計，通過軟件獲取鐵芯的合成磁場圖，改善鐵芯角度和永磁形式，優化工藝路線，進行數字化切削、自動化裝配及數據化分析，使電機轉子經內置永磁和V形開槽對應產生永磁轉矩與磁阻轉矩，最終實現電機低速的最大轉矩角和高速工況的弱磁。

轉子總成的工藝路線

轉子總成的通常工藝路線，如圖6所示。轉子軸減材制造涉及外圓和臺階的車削與磨削，花鍵的滾切，鍵槽的銑削，內圓的車削與鏜削，螺栓孔的鉆、擴、攻及倒角等。

圖6 轉子總成的通常工藝路線

表磁測試涉及磁極數、極性、磁極峰值、角度、面積、寬度和半寬高等參數檢測。

轉子總成的制造

歷史數據表明，在永磁電機制造中，原材料成本和加工成本占電機成本的絕大部分。

其中，釹鐵硼等稀土材料的永磁體成本約占總成本的44.9%，鋼材和銅繞組結合的定子鐵芯成本占17.4%，鎂鋁合金材質機殼和鋼質轉子的成本分別占12.8%與7.5%。

一旦原材料價格上浮和用工成本增大，永磁電機成本勢必增加，新能源汽車售價必會隨之浮動。

因此，國內電機供應商可借鑒歐美、日韓企業電機降本的有效措施，使電機產品具有集成化、輕量化、個性化的耐用、低價、安全特點，從而使電驅動系的峰值功率密度和連續功率密度可在2020年4kW/kg與2.2kW/kg的基礎上連續倍增。

這些措施包括：

轉子軸和支承零件等采用耐磨非金屬材料替代，以降低系統總重和成本；

探索應用新型材料，如覆蓋巴克明斯特富勒烯分子的鈷薄膜，以解決稀土資源的匱乏及開采中的毒副作用和環境破壞問題；

通過優化電機結構，如極槽比、齒槽比、裂比等，提高材料利用率；

重置工藝路線，去庫存，優流程，省資源，除內耗，提效益；

引入金屬3D打印，取代流程長、設備多、固資大的生產線；

加大自動裝配和柔性切削覆蓋度，在磁鋼插裝、零件裝卸、表磁測試、塑膠固化等環節全部采取機器人操作，轉子軸、擋板、墊圈、端蓋和變速器底殼等件的加工在自動化產線上完成（見圖7），通過減少殘次廢品和提高班產量來降低單件成本等。

1-電機端蓋

2-變速器底殼

圖7? 柔性切削下電機端蓋和變速器底殼的快速裝夾示意

定轉子合裝測試及制造

相信很多數控裝備運維者都看過FANUC工廠伺服電機生產、裝配、測試、包裝一條龍的無人制造視頻。

通過生產設備網絡化搭建車間物聯網、生產數據可視化進行生產決策、生產文檔無紙化助力高效綠色制造、生產過程透明化實現中樞神經總控、生產現場無人化提高產量和質量，FANUC公司實現了月生產伺服電機18萬臺、銷售額占世界市場50%、日本國內市場70%的業績突破。

圖8? 定轉子合裝測試參考路線

建議國內電機供應商參考借鑒FANUC公司建廠、建線經驗，吸收其在效率發揮、業務拓展、人事優化、財務管理等方面的精髓，打造定轉子合裝測試（見圖8）無人車間，通過深度學習、網絡搭建、聚智創新、協同配售、精準營銷等手段，實現永磁電機基于操作智能、運營智能和商業智能三個層次的全流程化經銷，從而在闊步騰飛的新能源汽車市場上分得一杯羹。

其他增效降本方案

巨一動力多合一幫助破局

集成深度化，極簡再融合，是達成規模化整車對電驅系統的性能和成本要求，以及電子電氣架構對“域”集成需求的關鍵方式之一。

目前，比亞迪、長安、廣汽埃安等OEM官宣正在應用或即將量產多合一電驅總成，華為、巨一動力、威邁斯、智新科技等電驅供應商均展現了多合一開發或配套進程。

上下游企業皆認同，動力總成的深度集成化技術將經歷三大階段：

物理集成；

動力域深度集成；

多域高度集成。隨著集成化程度的提升，將持續地激發出降本增效的潛力。

其中，巨一動力通過多合一電驅產品平臺開發項目和實車測試，真正體現了降本增效效果。

物理集成階段的技術方案是基于六合一的主從分布架構，依據現有平臺的零部件共用策略，電機與電控、減速器共殼體，減少連接線纜和冷卻水管。MCU、DCDC、OBC、PDU等控制器可根據功用集成為逆變磚、電源磚、配電磚等平臺化子系統，共享線束、連接器、殼體，降低硬件成本，且通過平臺化設計適配不同級別的整車，降低開發成本，縮短開發周期。

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到多合一集成式架構的動力域深度集成階段，電機、電控和減速器采用共殼體、共油道冷卻、輸入軸及三軸承方案，結構緊湊，方便整車布置。各分立控制器等功能邏輯集成域控制器，進一步減小控制器體積、重量，更重要的是DSP算力利用率提高，減少算力設計總需求。

到多域高度集成階段，輪轂電機、輪邊電機將簡化減速器和底盤，減輕了電驅重量，提高續航里程。控制器方面，動力域、底盤域等跨域融合，形成中央控制器，隨著DSP算力和資源提升，中央控制器成唯一ECU，成本進一步降低。

目前巨一動力的多合一電驅總成已邁過第一階段，走向第二階段的終極方向。經高度集成，其多合一方案能夠大幅降低成本，使重量、體積縮減10%~20%，提升系統高效區面積，降低NVH噪音。

同時，比亞迪、長安、威邁斯等電驅上下游企業表示，共享硬軟件資源降本之外，多合一方案還能夠簡化開發周期，降低開發成本，提升駕乘體驗。

綜合主流OEM和電驅供應商的方案和思路，多合一的降本增效主要是通過兩大方面來實現：

多合一方案通過共享殼體、線束、連接器等硬件，融合電子電路和軟件算法，實現BOM降本。

多合一方案可以簡化OEM供應鏈的管理，縮短開發周期，實現高效管理降本。

編輯：黃飛

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