一、扁線電機的應用及其優勢
随着新能源汽車的快速發展，電驅系統成為了其中最為内卷的部分。新能源車企為了增強整車競争力，對電驅系統提出了高功率密度、高效率、高壓化、高NVH性能、低成本的要求。
▲圖1 整車對電驅系統的要求
在提高效率 方面，随着銅滿率的提升，在相同的輸入電流的情況線下，直流銅損耗更低，可大幅提升電機的效率，尤其是在低速的情況下，可顯著提升CLTC工況效率。
在提高功率密度方面，随着銅滿率的提升，在保證電機溫升的同時，可以輸入更多電流，增加電負荷，降低電機的體積和重量，進而提升電機的轉矩密度和功率密度。
在高壓化方面，扁線電機更能适應高壓化。由于扁線的規則排列，首匝和末匝不接觸，進而降低了高壓擊穿的風險。同時在扁線上增加絕緣漆層的厚度要比圓線更為容易，是以适合更高電壓的系統。
在舒适度方面，因為扁線電機采用截面積更大的Pin線作為繞組，其繞組剛度要高于圓線繞組，可以改善電機的NVH性能。
在低成本方面，扁線繞組可以實作自動化生産，節約大量人工成本，使生産費用降低。
▲圖2 扁線噪聲降低
二、扁線定子工藝流程及檢測
扁線電機是相對于圓線電機的一種統稱，扁線電機主要的形式有Ipin、Hairpin、Wpin、Xpin等。Hairpin雖然在性能、尺寸上不是最優的，但針對每個技術點Hairpin卻是比較好的解決方案，下圖就是一款Hairpin繞組的制造技術：
▲圖3 某款Hairpin扁線繞組的生産工藝
上述生産工藝過程中，紅色框内産品工藝過程的品質控制至關重要。
首先，在扁線繞組制作過程中，對于Pin線的成型、Pin線端部的折彎精度、插線的一緻性、裝配精度等都有着較為嚴格的要求。為了提升加工精度，除了高标準的生産裝置及原材料，還需要從工藝上加強對産品品質和加工精度的監控。
其次，生産過程中零部件的快速無損檢測，是提升産品品質的有效手段。
三、先進的非接觸式扁線測量技術
01 扁線定子單Pin品質控制
扁銅線加工需經過校直和去漆等工序。如果扁線表面存在缺陷，就會影響定子繞組的絕緣性能。尤其是在800V電壓系統中，更要嚴加管控扁線絕緣品質。
扁線具有柔性結構和半透明的漆絕緣層，這給靠觸覺測量的傳統方法帶來了很大的挑戰。傳統的探針或相機傳感器無法完美滿足測量需求。在此背景下，非接觸式光學測量應運而生。
蔡司的DotScan系列，就是采用色階共聚焦白光探頭，來區分透明漆表層和其下方的金屬層。并配備有三種探頭的尺寸，适用于三種不同的測量範圍：10mm 、3mm、1mm。探頭可在一次CNC運作期間全自動更換，以适用于不同的表面或改換其他光學探頭。關節軸每次可移動一定的角度，将探頭調整到垂直于待測部件位置。
02 扁線電機定子及總成全域檢測方案
為了保證電機在運作過程中，轉矩的變化不破壞定子和殼體的連接配接，現在主流的設計是定子和殼體采用過盈配合的方式。在此制造技術過程中，過盈配合對扁線繞組、定子和殼體表面尺寸提出了更高的精度要求。
為了 擷取更精确的全域資料，以獲得超出圖紙要求的産品完整資訊，并且可以實作數字化裝配，蔡司推出了能夠高效擷取資料的ATOS三維光學測量系統，這點對于從研發到品控具有更深層的意義。
并且在尺寸測量領域，全域資料在進行形位公差測量的同時，還可以針對被測工件與其CAD 3D模型進行曲面比較。使用後可以通過色差圖非常直覺地擷取産品表面誤差資訊。
▲圖9 扁銅線全域資料與CAD的曲面比較
在生産過程中，采用過盈配合工藝，全域資料可以用于過程中的失效分析。通過采集裝配失效工件的全域資料，使用軟體進行虛拟交叉裝配，并模拟應力。這也是目前電驅企業開發和品質控制數字化轉型的重點發展方向。
03 扁線定子端部焊球區的缺陷無損檢測和尺寸測量
在扁線電機定子的制造環節中，需要在定子端部把一根根的Pin線焊接起來。焊接都是基于高溫熔化的方式，如果工藝參數選擇不當，會損傷扁線焊點周圍的漆膜，進而導緻絕緣漆膜可靠性下降。是以在焊接完成後，需要通過嚴格的檢測來确認扁線焊接的品質。
扁線電機的焊點數量多，要實作穩定檢查存在一定的難度。以8層Hairpin定子為例，48個槽，平均每個槽4個焊點，那總共就有192個焊點。如果想要一次性完成檢測，裝置中負責檢測的相機視野範圍就要足夠大，對光源打光要求也極高。
機器視覺可以對焊接部分進行表面檢測，但在焊接缺陷檢測上卻力有未逮。在焊接過程中，未剝離幹淨的Pin線絕緣漆或不良的焊接，會導緻焊縫的孔隙，進而導緻電機性能損失，甚至是完全損壞。是以還需要一種無接觸式的非破壞性的數字化檢測手段，來實作對焊縫缺陷的檢測。
為了破解這個難題，蔡司開始将工業CT應用于扁線繞組焊接缺陷檢測。主要是針對扁線的焊球缺陷和絕緣塗覆層的厚度進行無損檢測，同時還有針對焊球之間的間距，焊球相對電機主基準系的位置度及焊球是否偏離中心點等。
這裡蔡司引入了“全域體素資料”的檢測理念，讓使用者可以首先獲得ROI的内構資料，然後同時用于缺陷和尺寸的品質控制。
蔡司工業CT産品METROTOM不僅可以實作對Pin線焊縫的内部孔隙的檢測和定位，還能在非破壞性的品質檢測過程中，将有缺陷的定子隔離出來。
由于蔡司CT的無損檢測和全域資料的技術加持，電機使用者就可以非常容易的對比不同工藝參數對電機品質的影響。對繞組的檢測結論也更為一目了然。通過這些檢測後的資料得到工藝參數調整的最優解，同時也可以對産線上的産品做無損的全域檢測。
四、總結
扁線電機以其高效率、高功率密度等特點，在新能源驅動電機中逐漸成為主流技術。
扁線電機的Pin線絕緣、形位公差檢測和焊點品質檢測在扁線電機生産工藝中占有非常重要的位置。需要更為先進的非接觸式和數字化手段來保證扁線電機的品質。
應用先進的檢測裝置，可有效協助企業進行扁線定子的全方位品質管控，進而促進電機開發和品質管控的數字化程序，建立起品質的“護城河”。