從0到1：驅(qū)動電機產(chǎn)品設(shè)計流程

從20世紀50年代開始，中國工業(yè)化的進程就是以建立基于機械制造業(yè)的現(xiàn)代工業(yè)體系為龍頭的，它使當(dāng)時中國的經(jīng)濟獲得迅速的提升。如今，從傳統(tǒng)制造發(fā)展為創(chuàng)新型智造是中國制造的重要發(fā)展目標。
當(dāng)代中國制造企業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)有：從傳統(tǒng)的“三高（高物耗、高能耗與高污染）”和低技術(shù)產(chǎn)品為主導(dǎo)與低收益的工業(yè)化道路轉(zhuǎn)變成以“轉(zhuǎn)變創(chuàng)意與創(chuàng)新的理念、以創(chuàng)新管理開路、以專業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新為本”。從“傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式和產(chǎn)品或技術(shù)的引進”為焦點轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴邦櫩褪袌鲂枨篁?qū)動的設(shè)計理念與產(chǎn)品功能與性能的創(chuàng)新”為中心的新型工業(yè)化道路。

電機設(shè)計制造作為制造業(yè)中的一個重要模塊，無論是在農(nóng)業(yè)器械、交通運輸還是大型工業(yè)器械都舉足輕重。其設(shè)計過程中的任務(wù)明確，在產(chǎn)品開發(fā)時，第一時間就是研究透徹客戶的技術(shù)要求，DV/PV標準，特別是產(chǎn)品規(guī)格和一些性能參數(shù)指標以及相應(yīng)的運行條件來進行設(shè)計計算，簡單來說電機設(shè)計一般包含以下流程。

1.設(shè)計輸入

與客戶溝通，獲知客戶需求：包含電機工作電壓、輸出功率（轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩）、體積要求（安裝尺寸）、工作制、使用環(huán)境等要求。并綜合客戶潛在需求與國標要求確定設(shè)計要求。車用新能源驅(qū)動電機設(shè)計具有整車預(yù)留布置空間小，工作環(huán)境惡劣的特點。傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電機設(shè)計方法難以滿足電動汽車驅(qū)動電機的復(fù)雜要求，不能很好地顯示出電動汽車驅(qū)動電機的特點。因此，在車用驅(qū)動電機設(shè)計中應(yīng)該充分考慮過載倍數(shù)、弱磁擴速比、高效區(qū)等電動汽車驅(qū)動電機的特征設(shè)計參數(shù)，針對電動汽車的不同運行工況對電機設(shè)計所帶來的影響進行分析和優(yōu)化。

2.電磁設(shè)計

根據(jù)設(shè)計輸入要求，初步通過建立電機初步模型，初步滿足要求后，建立參數(shù)化模型，并根據(jù)以下設(shè)計原則進行模型參數(shù)化調(diào)整。如：電機尺寸在客戶要求范圍內(nèi)（如體積不合理，需與客戶溝通），槽滿率滿足要求，輸出性能不低于客戶要求，定子齒軛部的磁密滿足要求，熱負荷設(shè)計合理（電密，線負荷設(shè)計合理），反電勢滿足設(shè)計要求等。

磁密云圖

電機電磁振動噪聲仿真分析流程


3.結(jié)構(gòu)設(shè)計

電磁設(shè)計滿足設(shè)計要求后，開始確定電機的總體結(jié)構(gòu)型式。包括電機的防護型式、軸承型式和數(shù)目、軸伸型式和數(shù)目、安裝方式和冷卻系統(tǒng)等。確定某一零部件的結(jié)構(gòu)型式、形狀和具體尺寸，使用的材料。確定某些有機械聯(lián)接的零部件（例如，轉(zhuǎn)子鐵心和軸、機座和端蓋等）之間的聯(lián)接方式。核算零件的機械性能，包括強度、剛度等的計算。


扁線定子結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

4.設(shè)計輸出
最后輸出設(shè)計報告及電機定轉(zhuǎn)子尺寸，繞組展圖，電機材料等數(shù)據(jù)。
5.設(shè)計要點
  在以上環(huán)節(jié)設(shè)計需求有以下幾個方面：
  • 在電磁，電氣、熱和機械極限運行條件下進行設(shè)計，滿足變化的性能需求；
  • 電機通常在較寬的轉(zhuǎn)矩-速度范圍內(nèi)運行；
  • 面對日益激烈的競爭需要更短的開發(fā)周期；
  • 實現(xiàn)高度優(yōu)化的設(shè)計方案；
  • 電機效率高、轉(zhuǎn)速范圍寬、體積小、重量輕、功率密度大、噪聲低、成本低。
而要高效率低成本的完成任務(wù)除了對設(shè)計工程師自身的經(jīng)驗要求外，還需要設(shè)計工具具備：

  • 兼顧磁路法的理論深度和有限元法的高精度，提供專業(yè)的前、后處理功能；

  • 電磁和熱的耦合分析必須快速高效以滿足產(chǎn)品研發(fā)周期的需求；

  • 電機機械強度的分析需要在電磁設(shè)計階段同時進行，以減少設(shè)計迭代；

  • 集成控制算法，在全運行范圍內(nèi)實現(xiàn)電磁-熱-機械快速耦合計算。

    電機仿真軟件耦合場分析


藝達新能源高效扁線驅(qū)動電機設(shè)計

在產(chǎn)品設(shè)計端，藝達電驅(qū)動采用ANSYS進行電磁方案及結(jié)構(gòu)強度仿真設(shè)計，采用Motor-CAD進行電機冷卻系統(tǒng)分析、Star CCM+進行流體仿真設(shè)計、Creo進行電機結(jié)構(gòu)設(shè)計等，保障每個設(shè)計環(huán)節(jié)的優(yōu)化。

產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)

在研發(fā)管理端，采用PLM產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)，圍繞產(chǎn)品開發(fā)，通過提供強大的工作流管理功能，貫穿于汽車全生命周期的始終；通過以信息需求、分析以及數(shù)據(jù)共享管理為基礎(chǔ)，控制信息、數(shù)據(jù)的所有過程，保證在需要的時候都能獲得正確的信息，并提高信息反饋速度，從而達到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、減低成本的目的。

APQP流程圖

并嚴格執(zhí)行APQP產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃，通過計劃和確定項目、產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)、過程設(shè)計與開發(fā)、產(chǎn)品與過程驗證、反饋、審核和糾正措施環(huán)節(jié)。在保證產(chǎn)品滿足顧客要求的條件下，不斷改進，形成正向循環(huán)，為客戶提供更好的產(chǎn)品。

藝達新能源高效扁線驅(qū)動電機的設(shè)計研發(fā)及制造生產(chǎn)嚴格執(zhí)行標準、以創(chuàng)新為驅(qū)動力，依托中國科學(xué)院海西研究院，與其博士研發(fā)團隊進行產(chǎn)學(xué)研合作，形成完善的電機自主研發(fā)體系。藝達近三十年來致力于電機研發(fā)生產(chǎn)制造，始終堅持產(chǎn)品及制造裝備自主創(chuàng)新設(shè)計研發(fā)，積極助力中國早日成為創(chuàng)新型智能制造強國。