hairpin电机:从圆铜线到扁铜线的挑战

作者:吴琼(编辑:顾行成)
2019-07-15 13:10:18

 
 
2019年上海国际汽车展实地“考察”后,上汽捷能电驱系统部负责人很自豪,“车展上,很多企业推出了Hairpin驱动电机。我参加了几场讨论,同行们不约而同地认为上汽的Hairpin驱动电机做得好。我听了后,在一旁默默地为我们点赞。”
这离上汽集团成功量产hairpin驱动电机已经两年多了。2017年,当看到搭载首款hairpin电机的荣威ERX5上市时,电驱系统团队既兴奋又感慨,“我们是第一家研发、量产hairpin电机的中国汽车企业。”在这个新能源汽车核心领域,中国车企再次实现了零的突破。
 
小小发卡  大大挑战
如今,业内谈起上汽研发的hairpin电机,就会想到扁线结构。
驱动电机是新能源汽车核心部件之一。Hairpin电机,顾名思义,就是“发卡”电机;当驱动电机从传统的圆漆包线结构变成扁铜线结构时,定子绕组的形状也变了,变得像发卡。在制造定子时,先把绕组做成像发卡一样的形状,再穿进定子槽内,从另一端穿出,并将发卡的端部焊接起来。
2014年,hairpin驱动电机项目立项,上汽捷能和华域电动负责联合开展技术攻关,当时国内研发量产驱动电机还是一片空白。那一年,上汽集团已经在新能源汽车市场崭露头角,因为上汽捷能研发的EDU变速箱已经量产,搭载EDU的荣威e550插电混动轿车市场反响很好。上汽集团希望升级平台,进一步提升在新能源汽车市场的竞争力。作为新能源汽车核心部件,驱动电机被列为必须掌握的核心技术之一。
电驱系统团队碰到的第一个难题就是专利壁垒。海外已经有Hairpin电机技术,但核心专利掌握在雷米、电装等少数几家企业手中。“我们要合法合规地开发,因为我们的目标不仅是中国市场,而是要走向海外,所以我们的专利技术、知识产权就必须得到国际认可。”电驱系统负责人说,“我们还要做到低成本。从圆铜线变成扁铜线,绕线形式一变,成本就会相应提高。怎么在绕线口上找到成本最优的方案,其实蛮难的。”在多轮努力后,上汽捷能和华域电动找到了突破口,不仅掌握了hairpin绕组的关键设计技术,还建立了耐电晕扁漆包线的技术标准,解决了扁线制造、成型、插线、扭头、焊接等技术难点。电驱系统负责人说,“我们提前达到国家2020年电机功率密度目标要求。” 据了解,目前上汽捷能正在申请hairpin电机相关国际专利。
 
 
渴望迎接挑战
“这14年,我很幸运见证了上汽集团新能源汽车研发的历程,在上汽干新能源事业很开心。它既符合了我希望迎接挑战的渴望,又切实做到了一些看似不可能完成的事。” 电驱系统负责人说。
 “2006年,我看到上海汽车报的一则内部招聘启事后,向上汽集团投了简历,被录取了,成了燃料电池汽车事业部前20名员工。2009年,上汽捷能公司成立,我被调去负责项目管理,当时我们团队没几个人,随着拿下一个个项目,团队扩大到近120人了。”
在研发Hairpin驱动电机的那段日子里,团队想的最多的就是“怎么将电机的功能发挥到极致。”第一代电机是1万转的电机,上汽捷能希望挑战1.2万转。电驱系统负责人说,“这需要突破过去的设计边界。我们慢慢摸索出一个成熟的设计体系,完成突破。”建体系是大工程,需要多方配合。电驱系统负责人说,“需要实验和仿真相配合。我们人手很紧张,研发任务又很紧。为了保质保时完成任务,很多工程师放弃休息,星期六、星期天都满负荷工作,忙着看实验结果、修正仿真数据。”那段日子里,工程师们争分夺秒搞研发。电驱系统负责人说,“在物理位置上,我们和华域很远,我们在上海的最北面,华域电动在上海的最东面。每次现场开会讨论,路上都要花很多时间。有一段时间需要频繁调试、解决技术问题时,工程师直接住到了华域电动附近,连续两三天在现场解决问题,忙得连家也不回了。”
随着ERX5的量产,越来越多上汽车型搭载了hairpin电机,如Ei5,Marvel X,ZS11E等。截止2018年8月底,累计出货超过3万台。上汽hairpin驱动电机的应用示范效应,带动了国内主机厂、电机厂及上下游产业链在该技术上的投入以及相关产业链的发展。对于竞争,电驱系统团队并不担心,“他们比我们落后3至4年。明年,我们的下一代产品将上市,这是全新平台化设计的产物,可以满足混动、纯电动两个平台的需求。

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