新能源汽車的快速發(fā)展對驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)械部件提出了新的要求，本文分析了新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)中電機(jī)與電機(jī)殼體、傳動與減速器、熱管理與散熱系統(tǒng)等關(guān)鍵機(jī)械部件的技術(shù)特點，針對當(dāng)前技術(shù)中存在的質(zhì)量大、效率低、散熱差等痛點，從材料優(yōu)化、輕量化、一體化、模塊化、集成化、智能化等維度提出了創(chuàng)新設(shè)計策略。

      通過采用高強(qiáng)度輕質(zhì)材料、拓?fù)鋬?yōu)化等方法實現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)的輕量化;利用多齒輪傳動、行星齒輪減速等實現(xiàn)傳動系統(tǒng)高效緊湊化;運用熱管、均溫板等新型散熱器件及主動熱管理，優(yōu)化熱系統(tǒng)設(shè)計。

      綜上，創(chuàng)新設(shè)計思路可為新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)械部件的輕量化、高效化、集成化發(fā)展提供參考。在全球能源短缺和環(huán)保壓力日益加劇的背景下，發(fā)展新能源汽車已成為汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必然選擇，驅(qū)動系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件，其性能直接影響整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

      隨著新能源汽車的高速發(fā)展，驅(qū)動系統(tǒng)不斷朝著高功率密度、高效率、高集成度、高可靠性的方向演進(jìn)，對其構(gòu)成核心的機(jī)械部件提出了更高要求，如電機(jī)、減速器、散熱器等機(jī)械部件如何適應(yīng)電驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)變革，攻克輕量化、高效率、高可靠等設(shè)計難題，已成為新能源汽車發(fā)展的瓶頸問題。


      電機(jī)與電機(jī)殼體技術(shù)：電機(jī)是新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的動力源，其設(shè)計性能直接決定了整車的動力輸出和能量轉(zhuǎn)換效率。

      目前新能源乘用車大多采用永磁同步電機(jī)，商用車則以交流異步電機(jī)為主。電機(jī)一般由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、殼體等部分組成，電機(jī)本體設(shè)計需要在輕量化、小型化與功率性能、可靠性之間尋求最佳平衡，電機(jī)殼體承擔(dān)支撐、散熱和密封等功能。

      一般采用高強(qiáng)度鋁合金精密鑄造成型，但在大功率、重載工況下，常規(guī)材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計已難以滿足高功率密度、高轉(zhuǎn)速、低振動的性能要求，電機(jī)體積和重量已成為制約新能源商用車?yán)m(xù)駛里程和成本的主要瓶頸。

      同時，高速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的損耗需要通過殼體及時散熱，對電機(jī)殼體的熱導(dǎo)率、表面散熱能力提出了更高要求。

      傳動與減速器系統(tǒng)技術(shù)：傳動與減速系統(tǒng)在新能源汽車中承擔(dān)動力傳遞、調(diào)速和扭矩放大等關(guān)鍵功能，其通過齒輪副、軸承、離合器等機(jī)械部件的速比組合和布局設(shè)計。

      將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速降低至車輪所需轉(zhuǎn)速，并放大輸出轉(zhuǎn)矩以滿足汽車動力性需求，常見的傳動減速方案有直接驅(qū)動、多級齒輪減速驅(qū)動、輪轂電機(jī)驅(qū)動等。

      多級齒輪減速因具有傳動比范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、工藝成熟等優(yōu)勢，在乘用車中得到廣泛應(yīng)用。但多級齒輪減速箱內(nèi)齒輪副嚙合間隙較大，在高速、重載工況下易產(chǎn)生齒輪敲擊噪聲;傳動鏈較長，中間級數(shù)多，功率損耗大;零部件數(shù)量多，裝配工藝復(fù)雜，成本相對較高。

      如何在保證傳動比范圍和扭矩放大的同時，實現(xiàn)減速器高效率、低噪聲、輕量化、 短鏈化，是新能源車用減速器設(shè)計亟待解決的關(guān)鍵問題。

      熱管理與散熱系統(tǒng)技術(shù)：隨著新能源汽車走向高功率、高效率，高速運轉(zhuǎn)帶來的發(fā)熱量急劇攀升，熱管理系統(tǒng)面臨空前挑戰(zhàn)。

      電機(jī)、控制器、電池等部件均需有效散熱，以免高溫導(dǎo)致性能衰減、壽命縮短。電機(jī)殼體外表面一般設(shè)置冷卻水道或冷卻翅片，通過強(qiáng)制對流帶走電機(jī)損耗，對于大功率電機(jī)，往往需要采用水冷或油冷方式，通過冷卻介質(zhì)與電機(jī)殼體換熱，再經(jīng)由冷卻器排出熱量。

      目前驅(qū)動系統(tǒng)熱管理大多采用分立式散熱方案，各部件均設(shè)置獨立水冷管路，裝置龐大，集成度差;不同部件工況需求差異大，缺少協(xié)同控制，能耗高;液冷系統(tǒng)功率密度不足，散熱能力難以支撐更高功率需求。

      隨著電驅(qū)動系統(tǒng)的高度集成化發(fā)展，迫切需要集成化、智能化的熱管理系統(tǒng)，在高效散熱的同時，實現(xiàn)緊湊化設(shè)計、靈活布置、主動調(diào)控。


      電機(jī)與電機(jī)殼體輕量化設(shè)計與材料優(yōu)化策略：電機(jī)輕量化設(shè)計的關(guān)鍵是在保證電磁性能的前提下，最大限度減小電機(jī)體積、降低材料用量。

      拓?fù)鋬?yōu)化是實現(xiàn)電機(jī)輕量化的有效手段，借助計算機(jī)仿真技術(shù)，對電機(jī)結(jié)構(gòu)開展多目標(biāo)優(yōu)化，在滿足強(qiáng)度、剛度約束的同時，優(yōu)化材料分布、簡化幾何結(jié)構(gòu)，可有效降低電機(jī)重量，如通過優(yōu)化定子槽型、減小槽口高度，在保證繞組容量的同時減少鐵芯用量;

      采用中空轉(zhuǎn)軸，降低轉(zhuǎn)動慣量。優(yōu)化端部軛部曲面造型，在滿足磁路要求的同時減小材料體積。

      在材料優(yōu)化方面，可采用高強(qiáng)度、高導(dǎo)磁率的硅鋼片，在降低鐵損的同時減小鐵芯厚度。定子繞組采用高導(dǎo)電率漆包線，在降低銅損的同時減小線圈尺寸。

      在電機(jī)殼體設(shè)計中，可采用比強(qiáng)度更高的鎂合金、碳纖維等輕質(zhì)材料替代傳統(tǒng)鑄鋁，在保證強(qiáng)度、剛度的同時顯著降低殼體重量。優(yōu)化殼體內(nèi)部的筋板結(jié)構(gòu)，采用蒙皮+框架式殼體，在降低重量的同時提高殼體的整體剛度，先進(jìn)制造工藝如3D打印，可實現(xiàn)殼體的異形設(shè)計與快速成型，進(jìn)一步降低重量。

      傳動與減速器系統(tǒng)高效一體化與模塊化策略：面向驅(qū)動系統(tǒng)小型輕量化趨勢，新能源車用減速器設(shè)計應(yīng)重點研究高效緊湊的傳動結(jié)構(gòu)與模塊化集成技術(shù)。

      精密齒輪傳動可顯著提高減速器傳動效率，采用高精度、小模數(shù)齒輪，可在降低體積的同時減小齒輪嚙合間隙、降低齒輪敲擊噪聲。

      應(yīng)用新型齒形曲線設(shè)計，如漸開線齒形、箱體齒輪，可減小齒面接觸應(yīng)力集中，提高齒輪副強(qiáng)度，實現(xiàn)小體積、大承載。

      在傳動方案設(shè)計上，應(yīng)優(yōu)先選用小級數(shù)、大速比的傳動結(jié)構(gòu)，減少中間級數(shù)，縮短傳動鏈，在實現(xiàn)大傳動比的同時顯著提升傳動效率。

      模塊化集成設(shè)計可實現(xiàn)減速器的緊湊化、標(biāo)準(zhǔn)化，將行星齒輪減速模塊與差速器集成設(shè)計，可顯著縮小軸距;將齒輪副與軸承支撐集成，實現(xiàn)一體化裝配，減少零件數(shù)，降低裝配難度，充分利用3D設(shè)計空間，優(yōu)化齒輪級布置，減小體積;運用參數(shù)化設(shè)計、通用化接口，實現(xiàn)減速器平臺化，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的推廣應(yīng)用， 降低生產(chǎn)成本。

      熱管理與散熱系統(tǒng)集成化與智能控制策略：新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的高度集成化，需要散熱系統(tǒng)與電機(jī)、電控等部件協(xié)同設(shè)計，實現(xiàn)熱源、熱沉、散熱回路的系統(tǒng)集成，形成高度集成的熱管理系統(tǒng)。

      基于熱管、均溫板等導(dǎo)熱元件，可實現(xiàn)不同熱源部件間的熱量高速均衡，提高系統(tǒng)散熱效率。采用主動式熱管理策略，通過溫度、流量雙閉環(huán)控制，智能調(diào)節(jié)冷卻液流向、流量，可滿足不同工況下的散熱需求，減少能耗。

      在電機(jī)水冷設(shè)計中，優(yōu)化水道幾何參數(shù);采用螺旋水道，強(qiáng)化殼體與冷卻液的對流傳熱;簡化密封結(jié)構(gòu)，采用插裝式進(jìn)出水接頭，提高裝配效率，降低泄漏風(fēng)險。

      在散熱器設(shè)計中，采用鋁制多通道扁平管，擴(kuò)大散熱面積;采用內(nèi)螺紋強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，減小流動阻力，改善散熱性能。在冷卻液方面，采用納米流體作為載冷劑，通過納米顆粒與液體的相互作用強(qiáng)化換熱，進(jìn)一步提升散熱效率。


      新能源汽車是全球汽車工業(yè)發(fā)展的大勢所趨，其驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)械部件的創(chuàng)新設(shè)計是實現(xiàn)整車輕量化、高效化、可靠性提升的關(guān)鍵。

      本文在系統(tǒng)分析驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵機(jī)械部件的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與存在問題的基礎(chǔ)上，從電機(jī)及殼體輕量化設(shè)計與材料優(yōu)化、傳動系統(tǒng)一體化與模塊化、散熱系統(tǒng)集成化與智能化等方面，探討了各關(guān)鍵部件的創(chuàng)新設(shè)計思路和具體策略，可為新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械創(chuàng)新提供有益參考。

      只有主動擁抱變革、與時俱進(jìn)，跨界融合、協(xié)同創(chuàng)新，才能走在新能源汽車設(shè)計創(chuàng)新的最前沿，站在“雙碳”目標(biāo)的新起點，機(jī)械創(chuàng)新必將助力新能源汽車產(chǎn)業(yè)加速前行，駛向更加美好的未來。

      參考文獻(xiàn)：略

      作者簡介：馬成立(1975—)，男，滿族，遼寧新民，本科，高級講師，研究方向：機(jī)械工程。