Bevakning av Electric Drive Production Conference

skrivet av Oskar Wallmark (KTH)

Konferensen Electric Drive Production Conference (EDPC’18), som jag deltog vid för första gången, gick i år av stapeln i Schweinfurt, ca 18 mil öster om Frankfurt. Staden Schweinfurt har ca 50 tusen invånare och ett flertal industrier har förlagt tillverkning i området. Tysk kullagerindustri är bland annat koncentrerad till området och SKFs stora logga på en kontorbyggnad är ett välkänt landmärke i stadskärnan. Staden bombades svårt vid flera bombräder av de allierade under andra världskriget vilket märks tydligt då byggnaderna i stadens center ser relativt nybyggda ut som i t.ex. Dresden.

19 utställare fanns representerade och cirka 60 papers presenterades varav knappt hälften var applikations-orienterade bidrag från industrin. Tysk organisation innebar som väntat att schemat följdes tidsmässigt, korta köer till förtäring samt att konferenshotellet höll god standard. Sverige var representerat genom en presentation och besökare från Aros, Iro, KTH, Rise-IVF och Scania återfanns i publiken: IEEE sponsrade konferensen vilket innebär att de bidrag (vars författare ges sitt godkännande) kommer att läggas upp på IEEE Xplore vilket ökar spridningen och bör resultera i att konferensen attraherar fler bidrag från akademin (utanför Tyskland) i framtiden.  Två industribesök (Bosch-Rexroth och Siemens AG) erbjöds även konferensens deltagare; något som mina flygtider tyvärr inte medgav.

Bidragen från akademin var huvudsakligen från tyska universitet och institut och höll överlag hög kvalitet men då konferensens format är så pass litet så innebär det att många specifika områden endast representeras av ett eller ett fåtal bidrag. Kvalitén på de industriella bidragen varierande från mycket bra till rena säljföredrag av typen ”we can offer anything”. Electromobility-temat dominerade totalt och jag följde nog inte något föredrag som inte kretsade kring fordonsapplikationer. Det kan säkerligen förklara varför t.ex. ABB (med produktion av mindre elmaskiner förlagd vid ett flertal ställen i Europa) inte var representerade (vad jag noterade åtminstone).

Det var tydligt att utvecklingen av lindningar av hairpin-typ sker i mycket snabb takt för närvarande. Två sessioner och ett flertal ytterligare presentationer kretsade kring ämnet. Nedan är listat några detaljer om denna typ av lindning som jag fann intressanta:

• Det är intressant att se hur tyska institutioner/institut inriktade mot produktion och electromobility tittar på produktion av bl.a. hairpin-lindningar. Några undantag finns visserligen redan (t.ex. i Lund), men när får vi se ett ökat samarbete mellan produktionsteknik och t.ex. elmaskindesign och kraftelektronik på svenska universitet?
• Även om många presentationer behandlade hairpin-lindningar så var tekniken inte väl representerade bland utställarna. Detta bör rimligtvis representera i vilken relativt tidig fas tekniken är, trots att den redan finns representerad i ett flertal fordon.
• Upp till 10-12 ledare per spår har framställts i dag (d.v.s. långt fler än 4-6).
• Sammanfogning av ledarna med hjälp av lasersvetsning kan realiseras på en mkt kort tid men fel i tidigare produktionssteg är en viktig, försvårande faktor.
• Christian Dubar (KTH) och Alexander Mann (RISE-IVF) presenterade en jämförelse av statorer med distribuerad lindning (insert winding) och hairpin-lindning vid massproduktion (1 miljon enheter/år). Hairpin-lindningen blir billigare (24.4 EUR/unit) jämfört med insert winding (33.4 EUR/unit). Materialkostnaderna dominerar vid dessa produktionsvolymer (mer än 80 % av totalkostnaden) och den billigaste statorn representerar inte nödvändigtvis den billigaste systemlösningen (speciellt med avseende på kraftelektronikens och magneternas kostnad). Det bör tilläggas att kalkylerna antog lönekostnader för operatörer i låglöneland.
• Enligt Andreas Eilenberger (Miba AB) så har de hairpin-lindingar som finns i produktion två eller tre spår per pol per fas och är inte härvstegsförkortade (”no chorging or pitching”). Chevrolet CT6 använder en hairpin-lindning kombinerad med en asynkronrotor. Andreas är även ”not aware of any winding scheme in hairpin where we won’t see full voltage between two adjacent conductors. This can be a problem above 400 V”. Andreas presenterade ett optimerat lindningsschema för vilken spänningen mellan två ledare i samma spår minskas till, som mest, en tredjedel. Detta minskar kravet på isolation mellan ledarna.
• Springback (återfjädring) av hairpin-lindningar kan beräknas med FEA. En kommentar från publiken var att materialets elasticitetsmodul måste kännas till med hög säkerhet för att återfjädringen skall kunna predikteras noggrant. Avfasning av de bockade lindningsdelarna kan vara ett sätt att hantera problem med springback vid isättning av ledarna i statorns spår.

Nedan är ett antal ytterligare observationer från konferensen: 

• Ett flertal presentationer och utställare presenterade olika system för lindningsimpregnering. BDtronic visade i sin monter att man levererat impregnering av trickle-typ i en produktionslina som levererar 400 000 statorer/år (förlagd till Asien och rimligtvis hemmahörande hos Toyota).
• 3D-printing med hjälp av laser-bed melting av permanentmagneter kan realisera NdFeB magneter med Brem=0.6 T och en koercivitet på 950 kA/m. Den relativa permeabiliteten blir högre än för konventionella magneter orsakat av den efterföljande värmebehandlingen. Uppnådda värden för remanens och koercivitet är för närvarande sämre för andra typer av additiv tillverkning. Pulvret som används vid printningen är fortfarande mycket dyrt men kan återanvändas vilket förenklar prototypframtagning/forskning.
• Italienska Marsilli (tillverkare av olika typer av lindningsutrustning) var huvudsponsor för konferensen vilket man varit ett flertal gånger. Man rapporterade bland annat att en utmaning vid leverans av deras utrustning är att beställaren fortfarande är i en utvecklingsfas av sin produkt. Marsillis ”lösning” för detta (i en mkt säljorienterad presentation) är en produktionslina som består av ett antal ”bus stops” vars interface mot transportbandet är standardiserade men gränssnittet mot respektive monteringsstation kan utformas på ett flertal sätt.
• Ett antal presentationer och åtminstone två utställare presenterade olika typer av asynkronrotorer i vilka kopparledare förts in genom rotorspåret och kortslutningsringen sammanfogats med kopparledarna, bland annat med induktionsvärme.
• En säljare från Brockhaus (leverantör av utrustning för karakterisering av elektroplåt och permanentmagneter) berättade att man sålt ett stort antal mätenheter till flera kinesiska aktörer som rimligtvis försöker arbeta upp kompetens för att kunna producera konkurrenskraftig elektroplåt. 

Sammantaget tycker jag att konferensen var givande. Presentationerna höll överlag god kvalitet och som akademiker inom ett tillämpat område är det intressant att se hur snabbt produktionstekniken inom elmaskinområdet går framåt tack vare fordonsindustrin. Min känsla är kanske att detta inte är en konferens som jag som akademiker utan totalt produktionsfokus behöver besöka årligen. Däremot gissar jag att mycket hinner ske inom en period av 3-4 år. För den hugade går nästa EDPC av stapeln den 3-4 december 2019 i Esslingen.