Инженеры пытаются найти экономически эффективные способы массового производства электродвигателей для электромобилей. Переход от двигателя внутреннего сгорания к батареям и электродвигателям, с точки зрения автомобилестроения, является монументальным. Но нельзя отрицать, что производители и поставщики решают эту проблему с головой. Столкнувшись с новыми нормативными актами, призванными помочь снизить глобальные выбросы углекислого газа, производители оригинального оборудования (OEM) не имели другого выбора, кроме как сместить акцент с дизельного топлива и бензина на аккумуляторы.
Почти каждый OEM-производитель в настоящее время публично заявил о своих планах по созданию электромобилей. Эта смена парадигмы вызвала интерес как у традиционных производителей двигателей, так и у горстки стартапов, разрабатывающих новые технологии. Будь то электромобиль, грузовик или трактор, тяговые двигатели жизненно необходимы для того, чтобы заставить колеса вращаться. Именно поэтому многие автопроизводители, такие как BMW, Ford, General Motors и Volkswagen, планируют собирать двигатели на собственном производстве.
Например, Ford тратит 150 миллионов долларов на реконструкцию своего 53-летнего завода Van Dyke Transmission Plant в Стерлинг Хайтс, штат Мичиган, для массового производства электронных двигателей. General Motors также использует вертикально интегрированный подход со своей модульной трансмиссией Ultium Drive, состоящей из трех взаимозаменяемых двигателей.
«Как и в случае с другими силовыми установками, которые являются сложными, капиталоемкими и содержат большое количество интеллектуальной собственности, нам всегда лучше производить их самим», — говорит Адам Квятковски, исполнительный главный инженер по глобальным электрическим силовым установкам GM. «Большинство компонентов Ultium Drive, включая отливки, шестерни и узлы, будут изготавливаться из деталей, поставляемых из других стран, на [наших] существующих глобальных силовых установках на общих гибких сборочных линиях», — объясняет Квиатковски. «[Это позволит нам] быстрее наращивать производство EV, достигать экономии за счет масштаба и корректировать [нашу] производственную структуру в соответствии с рыночным спросом». «Занимая место двигателя внутреннего сгорания в автомобилестроении, электронные двигатели являются фундаментальным строительным блоком электромобилей, наряду с батареей и силовой электроникой», — добавляет Хенрик Грин, директор по технологиям Volvo Cars, которая обязалась собирать электродвигатели на своем заводе силовых агрегатов в Скевде, Швеция. «Перенос разработки электродвигателей на собственные мощности позволит [нашим] инженерам еще больше оптимизировать всю электрическую трансмиссию», — объясняет Грин. «Такой подход [позволит нам] добиться дальнейшего прогресса в плане энергоэффективности и общей производительности».
Хотя существует множество различных типов конструкций электродвигателей, каждое устройство состоит из четырех основных компонентов: ротора, статора, корпуса в сборе и модуля управления батареей. И в целом деталей меньше, чем в двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Электронный двигатель обычно имеет всего около 20 движущихся частей против 200 или более в ДВС.
Автоматизированная сборка
По мере того как OEM-производители и поставщики наращивают объемы производства EV, все больше роботов будут использоваться для сборки более мелких деталей и узлов, а также всего двигателя. Одной из областей, которая является идеальным кандидатом для автоматизации, является сборка ротора, где жесткие допуски создают множество проблем. При сборке ротора и статора используются роботы для подбора, намотки и придания формы катушкам или обмоткам. Роботы также могут использоваться для выполнения соединений, запрессовки вала ротора, сварки и склеивания, а также для скрепления корпуса болтами. «Точное автоматизированное впрыскивание клея в корпуса магнитов необходимо для обеспечения фиксации магнитов даже при очень высоких скоростях вращения 15 000 об/мин и более», — говорит Патрик Мэтьюс, менеджер группы глобальных силовых агрегатов ABB Robotics. «Испытания и проверки также являются непрерывной деятельностью на протяжении всего производства электронных двигателей, роботы постоянно контролируют качество и правильность сборки в пределах очень жестких допусков».
Поставщики, такие как АББ, отмечают рост бизнеса в связи с недавним переходом автомобильной промышленности на электрификацию. В частности, они производят более автоматизированные системы для сборки электродвигателей.
По словам Мэтьюса, две темы на рынке электродвигателей — это постоянные изменения и постоянное совершенствование продукции. «Для всех, кто занимается электромобилями, вся гонка заключается в том, чтобы производить автомобили быстрее и с более высоким качеством», — говорит Мэтьюс. Для этого необходимо действительно увеличить масштаб разработок, и в этом мы видим как вызов, так и новые горизонты». На протяжении многих лет производители комплектующих легко справлялись с производством в небольших объемах, но проблема возникает, когда вам нужно производить тысячи компонентов в течение месяца».
Инженеры АББ разрабатывают роботизированные сборочные ячейки, которые могут помочь производителям достичь таких больших объемов. «Мы хотим помочь им достичь объемов от 500 до 1000 единиц, а затем увеличить масштабы производства», — объясняет Мэтьюс, добавляя, что поддержание высокого уровня качества является жизненно важным. «Электродвигатели больше не являются нишевым продуктом; они становятся массовыми, и они должны быть [собраны] правильно». АББ использовала свой богатый опыт в традиционных кузовных цехах и силовых агрегатах для разработки более гибкого подхода к электродвигателям для EV.
