从0到1:驱动电机产品设计流程

从20世纪50年代开始,中国工业化的进程就是以建立基于机械制造业的现代工业体系为龙头的,它使当时中国的经济获得迅速的提升。如今,从传统制造发展为创新型智造是中国制造的重要发展目标。
当代中国制造企业面临的主要挑战有:从传统的“三高(高物耗、高能耗与高污染)”和低技术产品为主导与低收益的工业化道路转变成以“转变创意与创新的理念、以创新管理开路、以专业技术和产品创新为本”。从“传统的学习方式和产品或技术的引进”为焦点转变为以“顾客市场需求驱动的设计理念与产品功能与性能的创新”为中心的新型工业化道路。

电机设计制造作为制造业中的一个重要模块,无论是在农业器械、交通运输还是大型工业器械都举足轻重。其设计过程中的任务明确,在产品开发时,第一时间就是研究透彻客户的技术要求,DV/PV标准,特别是产品规格和一些性能参数指标以及相应的运行条件来进行设计计算,简单来说电机设计一般包含以下流程。

1.设计输入

与客户沟通,获知客户需求:包含电机工作电压、输出功率(转速转矩)、体积要求(安装尺寸)、工作制、使用环境等要求。并综合客户潜在需求与国标要求确定设计要求。车用新能源驱动电机设计具有整车预留布置空间小,工作环境恶劣的特点。传统的稳态电机设计方法难以满足电动汽车驱动电机的复杂要求,不能很好地显示出电动汽车驱动电机的特点。因此,在车用驱动电机设计中应该充分考虑过载倍数、弱磁扩速比、高效区等电动汽车驱动电机的特征设计参数,针对电动汽车的不同运行工况对电机设计所带来的影响进行分析和优化。

2.电磁设计

根据设计输入要求,初步通过建立电机初步模型,初步满足要求后,建立参数化模型,并根据以下设计原则进行模型参数化调整。如:电机尺寸在客户要求范围内(如体积不合理,需与客户沟通),槽满率满足要求,输出性能不低于客户要求,定子齿轭部的磁密满足要求,热负荷设计合理(电密,线负荷设计合理),反电势满足设计要求等。

磁密云图

电机电磁振动噪声仿真分析流程


3.结构设计

电磁设计满足设计要求后,开始确定电机的总体结构型式。包括电机的防护型式、轴承型式和数目、轴伸型式和数目、安装方式和冷却系统等。确定某一零部件的结构型式、形状和具体尺寸,使用的材料。确定某些有机械联接的零部件(例如,转子铁心和轴、机座和端盖等)之间的联接方式。核算零件的机械性能,包括强度、刚度等的计算。


扁线定子结构设计图

4.设计输出
最后输出设计报告及电机定转子尺寸,绕组展图,电机材料等数据。
5.设计要点
  在以上环节设计需求有以下几个方面:
  • 在电磁,电气、热和机械极限运行条件下进行设计,满足变化的性能需求;
  • 电机通常在较宽的转矩-速度范围内运行;
  • 面对日益激烈的竞争需要更短的开发周期;
  • 实现高度优化的设计方案;
  • 电机效率高、转速范围宽、体积小、重量轻、功率密度大、噪声低、成本低。
而要高效率低成本的完成任务除了对设计工程师自身的经验要求外,还需要设计工具具备:
  • 兼顾磁路法的理论深度和有限元法的高精度,提供专业的前、后处理功能;

  • 电磁和热的耦合分析必须快速高效以满足产品研发周期的需求;

  • 电机机械强度的分析需要在电磁设计阶段同时进行,以减少设计迭代;

  • 集成控制算法,在全运行范围内实现电磁-热-机械快速耦合计算。

    电机仿真软件耦合场分析


BOB体育综合官方平台新能源高效扁线驱动电机设计

在产品设计端,BOB体育综合官方平台电驱动采用ANSYS进行电磁方案及结构强度仿真设计,采用Motor-CAD进行电机冷却系统分析、Star CCM+进行流体仿真设计、Creo进行电机结构设计等,保障每个设计环节的优化。

产品全生命周期管理系统

在研发管理端,采用PLM产品全生命周期管理系统,围绕产品开发,通过提供强大的工作流管理功能,贯穿于汽车全生命周期的始终;通过以信息需求、分析以及数据共享管理为基础,控制信息、数据的所有过程,保证在需要的时候都能获得正确的信息,并提高信息反馈速度,从而达到缩短产品开发周期、减低成本的目的。

APQP流程图

并严格执行APQP产品质量先期策划,通过计划和确定项目、产品设计和开发、过程设计与开发、产品与过程验证、反馈、审核和纠正措施环节。在保证产品满足顾客要求的条件下,不断改进,形成正向循环,为客户提供更好的产品。

BOB体育综合官方平台新能源高效扁线驱动电机的设计研发及制造生产严格执行标准、以创新为驱动力,依托中国科学院海西研究院,与其博士研发团队进行产学研合作,形成完善的电机自主研发体系。BOB体育综合官方平台近三十年来致力于电机研发生产制造,始终坚持产品及制造装备自主创新设计研发,积极助力中国早日成为创新型智能制造强国。