以创新为引擎，让电机跑出非凡之路
罗先
“热乎的烤地瓜嘞，姑娘来一个不？”
“大妈，麻烦给我拿一个吧，要甜的，谢谢啊！”
“冻人不冻水”是北方二月的特点，在北风中裹紧羽绒服，伴着料峭春寒，啃着蜜甜的烤地瓜，我像往常一样踏入了嘈杂的设备厂房。这是我电机系统设计职业生涯中普通的一天，却又是不平凡的一天。那一天，在工厂的电机产线上，我获得了华为2023年度“金牌个人”奖。手机里直播着数字能源年度颁奖大会的盛况，我因蹲守产线攻关而未能参加，但看着身披绶带的领奖人迈着从容自信的步伐走上舞台，聚光灯和掌声仿佛也一同向我涌来。
热风机发出“轰隆隆”的嗡鸣，恍惚中，好像又回到了我还是青涩小白的时候……
最优解，藏在重复之中
2020年，我以优异成绩从德国亚琛工业大学研究生毕业，进入华为数字能源。正当我要大展身手的时候，却发现大学时所学的电气和电机理论知识看似全面，在实际工作中却显得相当抽象和不足，我对新能源电机设计也知之甚少。
我接到的第一个任务是做出一个电机的设计方案，涉及电磁设计、热分析、结构设计以及与其他系统的集成，这不仅仅是理论上的推演，还需要考虑实际生产中的各种因素，如材料特性、制造工艺以及实际运行中的负荷等。最初，我的设计方案常常忽视这些实际因素，导致了不少返工和调整。我有点儿沮丧，也对自己的能力也产生了怀疑。该怎么做？我好像站在岔路口的探索者，未来是有无限可能，但也挺茫然。
这时候，在电机设计领域拥有丰富经验的导师李博给了我极大的支持和帮助，他耐心详细地给我讲解从电磁理论到实际设计的每一步，还通过实际案例帮助我理解如何在设计中应用这些原理。李博特别强调了“电机仿真”在设计过程中的重要性：在复杂的控制系统和电机本体的联合设计中，我们依靠电磁场理论建立对应的有限元模型，并从中分析系统性能。在实操过程中，李博会让我先尝试按照“方法论”依葫芦画瓢完成建模，再告诉我为什么这样做，接下来让我自己试一次。失败时，我们也会“红蓝对抗”，寻找背后隐藏的线索。
讲解，实操，讨论，就这样来回循环两个月，我的能力也在突飞猛进。李博说：“不断复盘，这会让你变得越来越有好奇心。”就这样，我渐渐掌握了电机设计的基本技能，还学会了使用多个电机仿真软件，模拟、评估和优化不同设计方案的效果，并能够独立完成一些基础的设计任务。
发明一款“魔法”工具
2021年，新能源车行业正在经历由低压平台向高压平台的转型。高压平台可以有效提高充电功率、充电效率，降低电气元件重量，但此前的充电基础设施如充电桩等，几乎都是围绕着最高500伏电压的电动汽车建设的。如何让升压后的高压平台电动汽车利用现有的充电桩充电呢？这就需要在已经量产的车型上附加一个升压装置。团队决定，复用车内原有的动力总成作为装置主体。这一方案无疑会使我们的平台更具竞争力，但在减少一套硬件的同时，也将我们推到了巨大的挑战面前。
这是一个需要跨部门协作解决的复杂问题，我们要用大量的实测，比较两相充电和三相充电、同项驱动和交错并联驱动等不同控制方式的合理性，来评估充电效率、热管理、EMC（电磁相容性）、成本和对部件可靠性的影响。升压充电团队找到我，希望我能够分析升压充电过程中，经过电机绕组的电流对电机的损耗、温升等影响。
最初，我采取在电机模型中导入实测电流的方式进行分析，但很快，我意识到这一方法不仅耗时耗力，而且不可靠。一是因为实测无法确保能涵盖所有可能的极端工况，可能会得出错误的判断；二是获得电流输入和进行仿真两个阶段的工作是分离的，如果要通过再次实测来获取电流，测试工况、控制方式等条件也要随之改变，全过程周期长、迭代慢、效率低。
时间紧，任务重，我又能做些什么来加速开发流程？是否可以通过仿真技术来提高开发效率，解决测试迭代周期长的问题？毕竟，测试不是探索工作，而是为了验证预期。
我尝试在电机电磁仿真软件中搭建外部电路，开发一个控制和电机电磁耦合的仿真评估工具。它能够高效地分析不同软件控制方案对电机的影响和不同方案的优、劣势，大大缩短升压充电技术的开发周期。这原是一个常见的开发思路，但突破点在于，基于升压充电的基本原理，将控制电路和控制方式简化处理，解决仿真收敛速度慢的问题，既能等效体现实际过程，又能快速完成分析。
这一创新工具得到了团队的支持，我们迅速将其应用于实际项目中。仿真分析之下，一些原本很难观测到的工况变得一目了然，原来需要至少两周测试验证的工作，现在可以在两三天之内完成模型搭建、算例提交和计算结果分析。
我们将分析结果反馈给升压充电开发团队后，他们在多个方案中排除劣势明显的方案，将精力聚焦，减少大量的实际测试和补测，再结合充电效率、热管理、EMC和成本等其他方面的表现，锁定最终方案。和原定时间点相比，整个开发周期缩短3倍，不仅提高了开发效率，还降低了测试成本。
最终我们在智能电动两个高压平台项目中成功应用了这一方法，和行业内其他方案相比，我们的方案设计减去了一个电感器，在体积和成本上优势显著，并且与现有的动力总成方案可实现归一。同年，我们获得了多篇专利、数字能源创新大赛金点子奖和落地生花奖。这些荣誉不仅是对我们团队的认可，也进一步证明了技术创新不止是解决眼前问题的手段，更是推动行业发展的关键。
圆线，还是扁线？
2022年，电机团队迎来了一个重要任务——设计华为首个900V高压油冷扁线电机，量产后进入高压纯电动新能源汽车市场。在过去，新能源汽车驱动电机主要以圆线为主，随着汽车驱动系统向小型化、集成化、高功率密度演进，扁线电机功率密度高、温度特性好、绝缘特性好等优势越来越明显，越来越多的车企开始选用扁线电机。
然而，这时的扁线电机仍处于起步阶段，可选资源有限，新产线所需费用高昂。难上加难的是，为了保证平台版本在3~4年内都具有竞争力，新设计不仅需要满足耐压等级提升的要求，还需要在密度、效率和转速提升方面进行创新和优化。部门在成本、质量、交付上均提出了超高要求，团队压力非常大。
“这次任务重，要求高，大家加把劲啊。” 团队MDE（模块设计师）给我们鼓劲。
虽然扁线电机具备铜满率高、效率高、体积小、自动化程度高等显著优势，是行业发展的趋势，但同时，它的产线柔性较差、工艺难度大、产线投资高，平台化必须要做好，确保在设计之初就考虑到后续的产品演进。我们经历了多次方案迭代，反复推敲和验证每一个设计细节，尤其是定子尺寸、导线线型、绕组设计等对产线工装模具系列化影响最大的技术点，同时还要兼顾电机的成本、效率、强度和电磁力。这其中的难度堪比攀登珠穆朗玛峰，而我们团队的每一位成员，都是向着顶峰艰难攀登的“孤勇者”。
尽管如此，我们还是不能用关键的指标数据来证明，新的扁线电机设计方案一定优于原有的圆线电机。一边是稳妥却略显“过时”的圆线，一边是紧随创新浪潮但有风险的扁线，这无异于从舒适区跳到一片全新的天地。跳，还是不跳？我们犯了难。
一次线上会议，团队成员张工提出：“当前车用电机正朝着高速化、高效化、低噪声的方向发展，所以NVH（噪声、振动与声振粗糙度）指标是驱动系统的关键指标之一。”我们一致同意，决定从此处着手，反推圆线和扁线电机的开发可行性评估。
“传统圆线电机受到自动下线工艺影响，三相平衡的短距绕组难以实现，一般情况下噪声问题突出。而扁线电机可从通过特定阶次的低谐波设计来降低电驱系统噪声。”李工提议。
这一下便打开了我的思路，现主流扁线绕组设计多采用整距或常规短距，难以兼顾NVH与驱动性能。为何不创新设计一个短距绕组？
当我把想法同步给组员时，大家都很兴奋，和扁线“鏖战”了数周的疲惫感一扫而空，好似在攀登珠峰的路上忽见神山真颜，吸引着我们向山顶发起冲锋！
接下来，我用近一周的时间，通过Python代码调用仿真工具，形成一系列满足约束条件的仿真任务，在已设定的仿真序列基础之上，求解出一万多个初始扁线电机的设计方案，在所有求解结果中基于多目标找到一组多个尽可能接近帕累托前沿的最优解，并从中确定出能满足低成本、高密度、高效率的初期概念方案，在短距绕组的加成下，最终得出18阶和36阶NVH表现比圆线电机更优异的结论。
我们将扁线电机方案设计的经验固化为SOP（操作指导书），让方案迭代从麻烦的手动调节优化转变为有序的标准动作。经过两三个月的努力，方案敲定，团队成员终于围聚“光明顶”。2023年12月26日，搭载该电机的问界M9纯电版发布，有了业界首个效率92%的总成电机的加持，拥有优异的动力性能和静谧驾乘体验的M9得以挑战成为1000万元以内最好的SUV（运动型多用途汽车）。
后来，我们总结了项目开发的经验，固化了电磁设计规范，还修正了电磁仿真系数，这不仅保证了设计的准确性，也为未来项目提供了宝贵的参考。大家的技术能力更上一层，团队成员也紧紧地黏在一起。
第一个混合动力总成电机
2023年，我迎来了职业生涯的一个重要转折点——从个人贡献者转身为团队组长，负责华为智能电动第一个混合动力总成电机的开发交付和质量深耕，担任PL（项目组长），这一产品在未来量产后将应用于增程类型的新能源汽车，提供增程发电的功能。
这一项目涉及的技术创新和工艺要求都非常高，需要将5项以上的创新设计技术成功融入实际产品中。与此同时，我们也要构建全流程质量保障能力。从开发设计到量产发货，历经设计仿真、硬件制造、软件测试等多个环节，涉及材料、电磁、结构、冷却润滑等多门学科，铁芯冲压叠片、定子绕嵌线、线包整形、滴漆等数千道工序，任何环节的一个小问题都可能造成不可挽回的损失。我们必须把原材料、设计方案和工艺方案这些质量关牢牢守住。从设计到制造，我期待从一个胜利走向更大的胜利。
项目初期，我们顺利地完成了A样样机方案的功能和性能验证。方案敲定之后，时间来到11月，确保电机产线的开发和工艺验证按计划进行成了首要任务。我们必须按期交付OTS件（工装样件），和时间赛跑，协调供应商和分供方，推动工装模具的设计、制造、组装、调试和验证。
但调试阶段的困难远超我们的预期。新的定子绕线工艺对工装的尺寸要求极其严格，我们的生产线无法完全满足。质量是重中之重，是团队生存之本，调试中出现的每一个问题，都让我们感受到巨大的压力。连续三个月，我与供应商多次电话连线，出差至供应商现场交流，确保每一个细节都能按时完成，质量达标。
2024年2月，年末岁首，全国各地喜迎新春，工装模具的交付也如期而至。除夕夜前一周，我们仍奋战在生产线上，为保障样机高质量按时交付争分夺秒。为了提高交付效率，组织早会来确定分工职责变成了我的例行日常，绕嵌扩前工序的调试效果、监控人工工序引入的变差、终整等后工序环节打通……每一个小改动都需要经过反复测试，确保工艺能达到设计标准。
某天早会刚开完不久，一次定子绕线工装模具调试便紧张地开展起来。我和同事们穿梭在产线之间。供应商总工的指令声在车间回响，和往常一样，我们共同监控着各工序和厂工们的操作流程。时间悄然流逝，工装马上要走到关键位置，辅助定子加工，我赶紧爬上设备高处的支撑台面，只有在这里，我才能看到加工过程的全貌，不放过任何一丝可能出错的细节。
眼看UVW三相（三相电动势的相序）的绕线、嵌线、扩张工序就要到最后关头，我们突然接收到驻场专家丛工的反馈：“W相嵌线伤线，要立即解决。”一时之间，现场氛围有些焦灼，整个操作流程不得不停了下来。
按捺住内心翻腾的紧张，我迅速回到地面，从流水线间翻身出来，召集同事们商量对策，丛工和日本专家负责检查定子和工装的接触位置、工装的粗糙程度。排查了一番，我们发现原来是设备上的某个工装出现了问题，现场把它拆卸下来后，再对其进行打磨、组装、检测和反复调试，故障终于消失，我们成功解决了漆包线伤线等大部分技术难题，样机得以按时交付。夜色渐浓，大家悬着的心也放了下来。供应商总工由衷地称赞道：“知道你干研发很厉害，没想到你做‘产线女工’也有两把刷子！”
春节后，调试工作按部就班地完成，复制设备和自动化程序也在临时产线载入，产线进度提拉两个多月，我们顺利地进入初期生产阶段。2024年4月，我们已实现C样样机量产产线的开发，保障了项目零偏差交付。2024年12月19日，智界R7增程版宣布上市，搭载全新的智能增程系统结合高效驱动单元，综合续航里程可达1570公里，提升了用户对电动汽车续航和实用性的期待。
从产品设计验证到生产管理，从设备调试再到包装发货，不断完善质量管理，高效协调团队资源，这是一次端到端交付的磨练，而我，也交上了一份满意的答卷。团队合影（第二排右五为作者）
写在最后
今年上半年，我带着父母去试驾问界，当他们知道动力总成电机是我们开发的时候，平时不善言辞的他们也难以掩饰内心的骄傲，左摸摸右看看。回去之后，妈妈把我拉到一旁，悄悄透露：“别看你爸嘴上啥也不说，心里可是很为你骄傲的。”说罢，我俩相视一笑。此后的每一次奋斗时刻，这份幸福感与荣誉感都一直伴随我，父母洋溢的笑容也深深刻在我的心里。
我从一个初入职场的青涩小白启程，成长为智能电动动力总成电机系统设计和交付的核心团队成员，从最初的自我怀疑到主动思考、勇于尝试，再到打开边界、收获“非凡”成果，在电机设计的路上，我也勾勒出属于自己的成长轨迹。
未来，我期待在工作中继续带领团队迎接新的挑战，推动技术创新，也期待更多的新能源车上搭载上我们的电机技术，让更多的人感受到新能源车带来的超越以往、卓越不凡的动力体验！
