作為新能源汽車三大核心部件之一的驅(qū)動電機，必須持續(xù)提高動力輸出，不斷降低生產(chǎn)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(xù)猛增。

如果單獨把整車中電驅(qū)系統(tǒng)拿出來分析，電機成本在電驅(qū)系統(tǒng)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(jù)統(tǒng)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(shù)車型處于中小批量狀態(tài)，配裝的永磁電機呈現(xiàn)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(xiàn)象。

由此，高成本的定子總成生產(chǎn)不可繼續(xù)沿用傳統(tǒng)制造方案，而是采用發(fā)卡技術、數(shù)字技術和信息技術等手段，提高定子產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)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(jīng)組件制作及后續(xù)套入機殼內(nèi)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(zhì)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(yè)設備多、投資數(shù)額大、工序流轉長、占地面積廣、產(chǎn)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(shù)字化裝備提高換型柔度；

采用互聯(lián)網(wǎng)進行零件信息、產(chǎn)線狀態(tài)、在線實控、訂單分發(fā)等數(shù)據(jù)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(yōu)協(xié)同派單等方法，

以此實現(xiàn)定子制造的降本控制，短期內(nèi)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(nèi)，幾乎所有EV和HEV都裝用內(nèi)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(fā)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(shù)量等方面的差異。

從原理、設計到制作的每一環(huán)節(jié)，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(chǎn)權。

菲索瑪特Felsomat公司采用模塊化的智能制造集成化方案，創(chuàng)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(yōu)化工藝路線，進行數(shù)字化切削、自動化裝配及數(shù)據(jù)化分析，使電機轉子經(jīng)內(nèi)置永磁和V形開槽對應產(chǎn)生永磁轉矩與磁阻轉矩，最終實現(xiàn)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(nèi)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(shù)、極性、磁極峰值、角度、面積、寬度和半寬高等參數(shù)檢測。

轉子總成的制造

歷史數(shù)據(jù)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(zhì)機殼和鋼質(zhì)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(nèi)電機供應商可借鑒歐美、日韓企業(yè)電機降本的有效措施，使電機產(chǎn)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(qū)動系的峰值功率密度和連續(xù)功率密度可在2020年4kW/kg與2.2kW/kg的基礎上連續(xù)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(tǒng)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(huán)境破壞問題；

通過優(yōu)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(yōu)流程，省資源，除內(nèi)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(chǎn)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(huán)節(jié)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(chǎn)線上完成（見圖7），通過減少殘次廢品和提高班產(chǎn)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(shù)控裝備運維者都看過FANUC工廠伺服電機生產(chǎn)、裝配、測試、包裝一條龍的無人制造視頻。

通過生產(chǎn)設備網(wǎng)絡化搭建車間物聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化進行生產(chǎn)決策、生產(chǎn)文檔無紙化助力高效綠色制造、生產(chǎn)過程透明化實現(xiàn)中樞神經(jīng)總控、生產(chǎn)現(xiàn)場無人化提高產(chǎn)量和質(zhì)量，F(xiàn)ANUC公司實現(xiàn)了月生產(chǎn)伺服電機18萬臺、銷售額占世界市場50%、日本國內(nèi)市場70%的業(yè)績突破。

圖8? 定轉子合裝測試參考路線

建議國內(nèi)電機供應商參考借鑒FANUC公司建廠、建線經(jīng)驗，吸收其在效率發(fā)揮、業(yè)務拓展、人事優(yōu)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(wǎng)絡搭建、聚智創(chuàng)新、協(xié)同配售、精準營銷等手段，實現(xiàn)永磁電機基于操作智能、運營智能和商業(yè)智能三個層次的全流程化經(jīng)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(guī)?；噷﹄婒?qū)系統(tǒng)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(chǎn)多合一電驅(qū)總成，華為、巨一動力、威邁斯、智新科技等電驅(qū)供應商均展現(xiàn)了多合一開發(fā)或配套進程。

上下游企業(yè)皆認同，動力總成的深度集成化技術將經(jīng)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(xù)地激發(fā)出降本增效的潛力。

其中，巨一動力通過多合一電驅(qū)產(chǎn)品平臺開發(fā)項目和實車測試，真正體現(xiàn)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(jù)現(xiàn)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(jù)功用集成為逆變磚、電源磚、配電磚等平臺化子系統(tǒng)，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(fā)成本，縮短開發(fā)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(qū)重量，提高續(xù)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(qū)總成已邁過第一階段，走向第二階段的終極方向。經(jīng)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(tǒng)高效區(qū)面積，降低NVH噪音。

同時，比亞迪、長安、威邁斯等電驅(qū)上下游企業(yè)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(fā)周期，降低開發(fā)成本，提升駕乘體驗。

綜合主流OEM和電驅(qū)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(xiàn)：

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(xiàn)BOM降本。

多合一方案可以簡化OEM供應鏈的管理，縮短開發(fā)周期，實現(xiàn)高效管理降本。

編輯：黃飛

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