一文了解新能源汽車電驅(qū)動總成制造技術(shù)
隨著時(shí)光的流轉(zhuǎn),電驅(qū)動總成在技術(shù)的驅(qū)動下不斷地演進(jìn)和改進(jìn)。其發(fā)展的核心理念在于實(shí)現(xiàn)輕量化、高速化、低噪聲以及一體化的目標(biāo)。在追求輕量化的道路上,工程師們不斷探索新的材料和設(shè)計(jì)理念。碳纖維、鋁合金等輕量化材料逐漸被廣泛應(yīng)用,同時(shí),通過優(yōu)化設(shè)計(jì),如采用新型的空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì),使得電驅(qū)動總成的重量得以大幅減輕。這樣的輕量化設(shè)計(jì)不僅提高了能源利用率,也使得電動汽車的續(xù)航里程得到了顯著提升。
一體化壓鑄
三電系統(tǒng)通常占據(jù)新能源汽車質(zhì)量的30%~40%,因此,三電系統(tǒng)是新能源汽車輕量化的主要方向。相比傳統(tǒng)汽車,新能源汽車的三電系統(tǒng)將導(dǎo)致整車質(zhì)量增加,三電系統(tǒng)會額外增加200~300kg的質(zhì)量。新能源汽車動力總成系統(tǒng)比傳統(tǒng)燃油車重1.5~4.0倍。目前,三電系統(tǒng)的電子殼體、電動機(jī)殼體、電控殼體、電池構(gòu)件及電池箱都使用的是鋁壓鑄產(chǎn)品。
強(qiáng)力珩齒
電動車對電動機(jī)的要求極高,轉(zhuǎn)速范圍在15000~30000轉(zhuǎn)/分,噪聲限制NVH也極為嚴(yán)格。此外,動力齒輪需要達(dá)到4~5級的精度,波紋度和表面粗糙度也要非常高。為了滿足這些要求,必須采用強(qiáng)力珩齒工藝。這種工藝的特點(diǎn)是機(jī)床對于磨齒具有更小的退刀間隙,齒面加工為魚刺紋,不同于傳統(tǒng)磨齒的直線型紋路。此外,強(qiáng)力珩齒工藝具有更好的NVH特性,能夠有效降低噪聲,適合用于高速旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)軸。
行星齒輪
錐齒輪結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的差速器差異很大,采用行星齒輪可實(shí)現(xiàn)小型化。多個(gè)外部齒輪繞著中間齒輪旋轉(zhuǎn),行星齒輪承載能力強(qiáng)、體積小,多個(gè)行星齒輪相互配合作用,每個(gè)齒輪傳動之間的效率損失只有3%,幾乎無反沖。行星齒輪的結(jié)構(gòu)如下圖所示行。星齒輪的加工工藝流程為:鍛造、車削、強(qiáng)力刮削、熱處理、磨孔珩孔、平面磨、珩齒、清洗。
切削技術(shù)
電動機(jī)是新能源汽車的核心部件,其制造要求高精度、高效率和高可靠性,特別是切削精度直接影響汽車的質(zhì)量。許多刀具企業(yè)針對驅(qū)動電動機(jī)殼提供了整體解決方案,例如森泰英格的鏜刀,采用合金鋼整體輕量化設(shè)計(jì),刀體質(zhì)量控制在18kg以內(nèi),多臺階PCD導(dǎo)條式可調(diào)鏜鉸刀,多切削刃,內(nèi)冷設(shè)計(jì)。相較于單刃鏜刀,其效率提高了6倍以上。此外,森泰英格自主研發(fā)了可轉(zhuǎn)位強(qiáng)力車齒刀,采用高剛性精密定位接口技術(shù)和復(fù)合基多熵納米涂層技術(shù),使刀片耐磨性更好,壽命更長。電動機(jī)軸花鍵的加工方法多種多樣,過去主要采用車削、銑削、滾切和磨削等加工方法。滾軋刀通過數(shù)控機(jī)床進(jìn)給,其優(yōu)點(diǎn)在于刀具可以在任意位置切入工件,而不像傳統(tǒng)的搓齒工藝受齒條長度的限制。
隨著電驅(qū)動的一體化,電動機(jī)軸最受歡迎的加工方式還是冷擠壓成形工藝,因?yàn)槔鋽D壓的工件尺寸準(zhǔn)確、強(qiáng)度高。從生產(chǎn)廠家的角度來說,冷擠壓工藝節(jié)約材料,生產(chǎn)效率高,適用面廣。
總體來說
當(dāng)前,電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展態(tài)勢。美國傾向于采用交流感應(yīng)電流電動機(jī),其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、可靠且質(zhì)量輕,然而控制技術(shù)較為復(fù)雜。日本則采用永磁直流電動機(jī),具有效率高、質(zhì)量小的好處,但成本較高,且在高溫環(huán)境下退磁抗震性能較差。德國和英國正在大力開發(fā)開關(guān)磁阻電動機(jī),其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、可靠且成本低,但缺點(diǎn)是質(zhì)量較大,易產(chǎn)生噪聲。
未來電驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢有以下幾方面:一是將加入更多功率電子,形成多合一集成化,以三電域控制器實(shí)現(xiàn)智能化;二是熱管理系統(tǒng)的集成化;三是SiC、GaN三代半導(dǎo)體在功率器件中逐漸應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)電驅(qū)動系統(tǒng)高壓化。此外,隨著產(chǎn)品的高速、高性能、一體化及輕量化發(fā)展,對工藝產(chǎn)生了新的要求,對加工精度和刀具壽命也將帶來巨大的挑戰(zhàn)。
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