電驅動總成不斷發展,其新的制造技術主要圍繞輕量化、高速化、低噪聲及一體化。
一體化壓鑄
三電系統通常占新能源汽車質量的30%~40%,因此三電系統是新能源汽車輕量化的主要方向。與傳統汽車相比,新能源汽車三電系統將導致整車質量增加,三電系統會額外增加200~300kg的質量。新能源汽車動力總成系統比傳統燃油車重1.5~4.0倍。
目前三電系統的電子殼體、電動機殼體、電控殼體、電池構件及電池箱都在使用鋁壓鑄產品,雙電動機桶和電控殼體如下兩圖所示。
強力珩齒
由于電動車中電動機要求更高的轉速——15000~30000r/min,更嚴苛的噪聲限制NVH(噪聲、振動與聲振粗糙度),更高精度的動力齒輪要求——4~5級,更高的波紋度和表面粗糙度,更高的幾何公差來降低不穩定性,所以要采用強力珩齒工藝。強力珩齒工藝的特點是機床對于磨齒具有更小的退刀間隙,齒面加工為魚刺紋,區別于傳統磨齒的直線型紋路,此外具有更好的NVH特性,降低噪聲,適合高速旋轉的電動機軸。
行星齒輪
錐齒輪結構跟傳統的差速器差別很大,采用行星齒輪可實現小型化,多個外部齒輪繞著中間齒輪旋轉,行星齒輪承載能力大、體積小,多個行星齒輪相互配合作用,每個齒輪傳動之間的效率損失只有3%,幾乎無反沖。行星齒輪如下圖所示。行星齒輪加工工藝流程為:鍛造→車削→強力刮削→熱處理→磨孔珩孔→平面磨→珩齒→清洗。
切削技術
電動機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量。很多刀具企業針對驅動電動機殼可提供整體解決方案,例如森泰英格的鏜刀(見下圖)采用合金鋼整體輕量化設計,刀體質量控制在18kg以內,多臺階PCD導條式可調鏜鉸刀,多切削刃,內冷設計。相較于單刃鏜刀,可提高效率6倍以上。另外森泰英格自主研發的可轉位強力車齒刀(見下圖),采用高剛性精密定位接口技術和復合基多熵納米涂層技術,刀片耐磨性更好,壽命更長。
電動機軸花鍵的加工方法有很多,以往主要采用車削、銑削、滾切和磨削等加工方法。滾軋刀通過數控機床進給的優點是刀具可以在任意位置切入工件,而不像傳統的搓齒工藝工件成形圈數受齒條長度限制。下圖所示為恒鋒工具股份有限公司開發的滾軋刀。
隨著電驅動的一體化,電動機軸最受青睞的加工方式還是冷擠壓成形工藝,冷擠壓的工件尺寸準確、強度高。從生產廠家角度講,冷擠壓工藝節約材料,生產效率高,適用面廣。
總結
目前驅動電動機呈多樣化發展,美國傾向采用交流感應電流電動機,優點是結構簡單、可靠、質量輕,但控制技術較復雜。日本采用永磁直流電動機,優點是效率高、質量小,缺點是成本高,高溫退磁抗振性差。德國、英國大力開發開關磁阻電動機,優點是結構簡單、可靠且成本低,缺點是質量較大,易產生噪聲。
未來電驅動系統的發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,以三電域控制器實現智能化;二是熱管理系統的集成化;三是SiC、GaN三代半導體在功率器件中逐漸應用,實現電驅動系統高壓化。此外,產品高速、高性能、一體化及輕量化后,對工藝產生新的要求,對加工精度和刀具壽命也會帶來巨大的挑戰。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:【中國汽車智能制造百人會】一文了解新能源汽車電驅動總成制造技術
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