自动化在电动汽车驱动电动机生产线的应用

2022-05-27王金彬

汽车工艺师 2022年5期

王金彬

三菱电机自动化（中国）有限公司北京 10000

电动汽车的“心脏”就是电驱动系统，每辆新能源汽车都需要电驱动系统实现动力输出与控制。电驱动系统主要由驱动电动机、电动机控制器及变速器构成。驱动电动机主要由定子、转子和其他机械结构组成。驱动电动机有直流电动机、异步电动机、永磁同步电动机及开关磁阻电动机等多种。

无论哪种电动机，评价其优劣有三方面指标：

1）控制性，包括响应时间、控制精度、高效率区间、温升及可靠性等。

2）性能，包括功率密度、转速范围、容量密度、过载能力以及电动机质量、体积、功率因素等。

3）经济性，包括价格、耐久性、维护成本等。

各大电动机生产厂家都在产品设计和制造过程中围绕提高这三方面的指标做努力。下面分别从生产制造和自动化控制两方面浅谈三菱电动机生产特点。

生产制造

1.生产制造全自动

三菱电动机生产线全自动化，定子、转子、合装、输送及检测等生产流程如图1所示。

图1 三菱电动机机生产线流程

以扁线永磁同步电动机定子线为例，工序包括叠片、插纸、HairPin成型、插线、压线、扩口、线端扭头、线端切平、线端焊接、BUSBAR焊接及电测试等，工位之间由输送线连接。涉及的生产设备主要技术与工艺包括：绝缘纸插入、HairPin成型、扭头、漆包线切齐、连接线焊接、涂布、滴漆、磁钢装配、充磁、表磁检测、铁芯堆叠、压装及定子入套等。其中，铜线上料、部件抓取，一般采用RH-6CRH-7020-D型机器人和JE系列伺服。对于细微铜丝送料，采用输送型张力控制装置，如张力值 >0.5g，则绕线速度 <50m/s。发夹成型目前采用2个/s的高速成型机，并需要采用高性能的R32MTCPU运动控制器进行多轴同步控制。

2.应检尽检

1）生产准备时对所有的进货（原材料、外协零件）实行100%检测，确保所有的材料和零件符合质量标准。

2）各工序之间100%检测。例如绝缘纸插入后进行绝缘性能检测，而不是直接进行发夹插线。再如，线端切平、焊接是要分别进行视觉系统检测和通电检测，以确保没有虚焊和漏焊。

这样的工艺设置，在生产准备和生产周期上很麻烦，也占用大量的时间，但与产品质量相比，多付出的这些成本是值得的。另外，对于焊接、续线接合等工艺还需要微电弧、激光、热压焊、超声波及微型点胶等特殊工艺。对于转子/定转子合装、旋变调零、安规测试等也有相应的专机和专有技术。

自动化控制

自动化控制是高节拍（提高生产效率）、高稳定性、高性价比的保障。由于检测工序增加，质量监测、追踪系统强化，必须增加检测、监测设备，加长了生产流程。为了保持产能不变，需要加快生产节拍，提高生产效率。主要措施就是采用已经验证过的标准化方案，包括标准化设备硬件模组、标准化软件、网络等。

电驱动自动生产线的控制系统架构如图2所示。电气硬件配置包括通过CC-Link IE网络连接机器人、伺服控制系统、IO-Link网关和远程I/O等各种设备，收集生产设备中的数据信息。标准化设备硬件模组推荐配置见表1。标准化软件包包括标准化的系统库和应用库，具体内容见表2。

表1 标准化设备硬件模组推荐配置

表2 标准化软件包

图2 电驱动自动生产线的控制系统架构

生产线设备统一操作画面如图3所示。内容有主画面、手动操作画面、报警操作画面、PLC状态显示画面、I/O状态监控画面、网络诊断画面、伺服系统操作画面、变频器操作画面及生产计划排班画面等。以下以主画面和网络诊断画面举例说明。

图3 生产线设备统一操作画面

（1）主画面在画面顶部的状态栏中，包含了最多12个区域的状态、画面名称、站位/用户信息、日期时间、PLC状态、语言选择和操作员登录（密码管理），画面底部提供了预定义的画面导航。如图4所示。

图4 主画面

（2）网络诊断（CC-Link IE TSN Diagnostic）画面CC-Link IE TSN网络诊断包含两幅画面，如图5所示。第一幅可以显示CC-Link IE TSN网络主站模块以及各个从站的状态。在实际应用中，将代表各个从站的小方块放置在设备/产线布局图中以便更快找到该站点的具体位置。第二幅画面显示从站具体的诊断信息和故障记录，并将故障记录导出到U盘中，方便网络问题分析。这套软件不仅可以用于装配生产线，还可以用于机械加工等离散型制造行业的工业自动化系统。