從0到1：驅動電機產品設計流程

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)的現代工業(yè)體系為龍頭的，它使當時中國的經濟獲得迅速的提升。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）”和低技術產品為主導與低收益的工業(yè)化道路轉變成以“轉變創(chuàng)意與創(chuàng)新的理念、以創(chuàng)新管理開路、以專業(yè)技術和產品創(chuàng)新為本”。從“傳統(tǒng)的學習方式和產品或技術的引進”為焦點轉變?yōu)橐浴邦櫩褪袌鲂枨篁寗拥脑O計理念與產品功能與性能的創(chuàng)新”為中心的新型工業(yè)化道路。

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

1.設計輸入

與客戶溝通，獲知客戶需求：包含電機工作電壓、輸出功率（轉速轉矩）、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計要求。車用新能源驅動電機設計具有整車預留布置空間小，工作環(huán)境惡劣的特點。傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電機設計方法難以滿足電動汽車驅動電機的復雜要求，不能很好地顯示出電動汽車驅動電機的特點。因此，在車用驅動電機設計中應該充分考慮過載倍數、弱磁擴速比、高效區(qū)等電動汽車驅動電機的特征設計參數，針對電動汽車的不同運行工況對電機設計所帶來的影響進行分析和優(yōu)化。

2.電磁設計

根據設計輸入要求，初步通過建立電機初步模型，初步滿足要求后，建立參數化模型，并根據以下設計原則進行模型參數化調整。如：電機尺寸在客戶要求范圍內（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，熱負荷設計合理（電密，線負荷設計合理），反電勢滿足設計要求等。

磁密云圖

電機電磁振動噪聲仿真分析流程

3.結構設計

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

扁線定子結構設計圖

4.設計輸出

最后輸出設計報告及電機定轉子尺寸，繞組展圖，電機材料等數據。

5.設計要點

在以上環(huán)節(jié)設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計，滿足變化的性能需求；

• 電機通常在較寬的轉矩-速度范圍內運行；

• 面對日益激烈的競爭需要更短的開發(fā)周期；

• 實現高度優(yōu)化的設計方案；

• 電機效率高、轉速范圍寬、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除了對設計工程師自身的經驗要求外，還需要設計工具具備：

• 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品研發(fā)周期的需求；

• 電機機械強度的分析需要在電磁設計階段同時進行，以減少設計迭代；

• 集成控制算法，在全運行范圍內實現電磁-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動電機設計

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

產品全生命周期管理系統(tǒng)

在研發(fā)管理端，采用PLM產品全生命周期管理系統(tǒng)，圍繞產品開發(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、分析以及數據共享管理為基礎，控制信息、數據的所有過程，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產品質量先期策劃，通過計劃和確定項目、產品設計和開發(fā)、過程設計與開發(fā)、產品與過程驗證、反饋、審核和糾正措施環(huán)節(jié)。在保證產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品。

藝達新能源高效扁線驅動電機的設計研發(fā)及制造生產嚴格執(zhí)行標準、以創(chuàng)新為驅動力，依托中國科學院海西研究院，與其博士研發(fā)團隊進行產學研合作，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)生產制造，始終堅持產品及制造裝備自主創(chuàng)新設計研發(fā)，積極助力中國早日成為創(chuàng)新型智能制造強國。