新能源车用动力总成发展趋势浅谈
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该种电机有如下特点： 电机转速高，可达20000r/min； 电机体积小，功率密度大，可达到2.8kW/kg;
图9
2、逆变器
逆变器可把直流电转变成交流电，它是新能源电机工作必须部件之一。从车辆使用情况分析， 对逆变器的要求主要有以下几个方面： 小型化 高效率 高功率密度
逆变器由逆变电路、逻辑控制电路、滤波电路三大部分组成，主要包括输入接口、电压启动 回路、MOS开关管、PWM控制器、直流变换回路、反馈回路、LC振荡及输出回路及负载等部分组成。 现在多采用集成化设计，未来会向更加集成化和小型化方向发展。
以日立产品为例，驱动控制器集成有 充电器（AC-DC转换器及升压功能）、DCDC转换器、逆变器及ECU（电子控制单元） 等功率电子部件。如图10。
图10
品许 在用 开电与 发压日 。和立
更前 高几 许代 用控 电制 图 流器 强， 度 ， 并具 有有 更更 新高 产的
11
GEN4
3、减速机
减速机是新能源车用动力总成中变速部件，在轮毂电机同步技术没有突破之前，减速机也依然是动 力总成中必不可少的部件之一。对减速机的要求主要有以下几个方面： 高转速 大扭矩 低噪声 低重量
图21
图22
图23
也有其它公司在研发新能源车用二档减速机，较为常用的是在定轴减速器前增加一组行星机构， 利用行星机构变速，如图24。虽然二档减速机与电机工作特性会更匹配，但同样成本会更高，目前市 场应用还不普遍。
图24
目
录
浙江万里扬股份有限公司简介 新能源车用动力总成发展趋势 总结
25/20
新能源车用动力总成发展方向，众多生产厂家都在进行有益探索，但新能源动力总成的发展有以 下几方面的制约：
新能源车用动力总成发展趋势浅谈
目
录
浙江万里扬股份有限公司简介 新能源车用动力总成发展趋势 总结
2/20
浙江万里扬股份有限公司是国内汽车变速器行业的第一家上市公司，产品覆盖商用车变速器、乘用 车变速器、电驱动总成和汽车内饰件等汽车零部件，已形成以浙江为中心，安徽、山东、辽宁、江西、 河北为基地的跨地区企业。公司拥有10余家全资或控股子公司，员工6000多名，总资产超100亿元，形 成年产乘用车变速器150万台、商用车变速器100万台，新能源传动系统10万台，汽车内饰件200万台套 的能力，产品的产销量、市场占有率位居行业前列。主要由商用车变速器、乘用车变速、新能源事业部 和汽车内包饰件事业部组成。
图16
3.3 低噪声 新能源车动力源为电机，和传统发动机驱动的乘用车相比，其主要噪声源由发动机变为减速机，所
以就提高了对减速机的噪声要求。这也是目前新能源车NVH问题的关键。 解决减速机的工作噪声，主要从以下几个方面操作：
1）、加强壳体刚度，减小壳体因受力而引起变形进而导致传动轴系齿轮啮合工况的变化，降低齿轮啮 合噪声。这一点在诸多厂家的减速器壳体设计中已有体现，如图17，图18，图19。
图12
2）、高线速度密封油封。 随着转速的提高，密封件相对运动线速度也越高。以轴径35mm的旋转轴为例，当电机转速达到 20000rpm之后，其密封唇口处最大线速度可达到36.6m/s，如此高的线速度，普通橡胶唇口密封已很难 满足使用要求。有厂家在探索使用钢骨架硬密封和迷宫式密封，如图13和图14，但受制于成本太高和 使用，迷宫式油封不具有竞争力。
3.2 高扭矩 提高输入扭矩也是目前新能源车用动力总成减速机的一个发展方向。在有限的空间和质量要求的
前提下，提高减速机输入扭矩的主要是采用细高齿设计或采用螺旋齿轮。所谓“细高齿”通常是指和 正常齿相比，采用较小模数、较小压力角和较大齿顶高系数，使齿形变瘦变高，其主要目的是增加轮 齿端面重合度，不但能提高齿轮弯曲疲劳强度和齿面接触强度，并且也可以降低齿轮啮合噪声。这一 点在宝马i3动力总成的减速机中有明显体现。如图16。
图17
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图18
图19
2）、对传动轴系齿轮进行修形，目前应用较多的是齿形鼓形修形、齿向螺旋线修形和齿面对角修形。 鼓形修形和螺旋线修形易于实现，多数厂家已在生产中广泛应用，但齿面对角修形则因对设备要求较高 而应用较少。齿面对角修形对齿轮接触应力影响较小，但在重载工况下，会大幅减小传动误差，进而减 小因传动误差而引起的噪声和振动。如下表，表中为某型减速机齿轮不同修形方案下齿面接触应力和传 动误差分析。
谢谢
3.1 高转速 高转速减速机是为匹配高转速电机而诞生。电机从原来的6000rpm～9000rpm，到现在
12000rpm ～20000rpm,减速机的转速也相应提高，对减速机中零件要求有了质的提高。转速提高之 后对减速机零部件的要求有以下几个方面变化：
1）、价格合适的高速轴承。 随着转速的提高，轴承价格也在直线上升，特别是当电机转速达到20000rpm之后，仅有SKF、NSK、 TIMKEN等少数几家轴承厂家垄断，可供选择的余地很小，这也是制约电机转速进一步提高的重要因 素之一。也有少数厂家在探索使用陶瓷球轴承。如图12。
传递误差分析（μm）
接触应力分析(MPa)
载荷25N·m
载荷125N·m
载荷300N·m 载荷25N·m
载荷125N·m 载荷300N·m
有对角 无对角 修形 修形
正转 0.41 0.36
有对角 修形
0.38
无对角 修形
0.42
有对角 修形
0.48
无对角 有对角 无对角 修形 修形 修形
0.96 662 604
新能源车辆对电池、电机、减速机和逆变器的要求也越来越高，如图1所示情况：
图1 新能源车模块发展要求
1、电机
新能源车用电机性能的主要要求有以下几方面：
a) 高扭矩、高功率密度
b) 低转矩波动
c) 低噪声 d) 高转速
图2
图3
e) 高效率、低温升
从目前各厂家的情况分析，新能源汽车电机主要有三种类型：
① 永磁同步电机（图2）--应用占比最大
② 交流感应电机（图3）--应用占比次之
③ 开关磁阻电机（图4）--应用占比最小
图4
1.1 高转矩、低转矩波动和高效率 因为电动汽车的工况较为复杂，为了提高整车的续航里程，需要电机在全转速范围内都要保持高效
率运行，其中电机的定转子硅钢片对其影响很大。在低速大扭矩时，希望较小的电流可产生较大的转矩， 这需要硅钢片有高磁感效应；在高速运行时，希望电机的铁损较低，这需要硅钢片有高频低损的特性， 同时高速高频运行时，又需要保持转子在高速离心力下在汽车的使用周期内不发生形变和疲劳损害，对 硅钢片又有高抗拉强度和高疲劳寿命的要求。为了降低电机转矩的波动，需要优化定转子的磁路结构， 以保证其有着良好的转矩波动特性。目前在应用的硅钢片中，具有高磁钢低铁损的有AV1900，AV1700和 AV1400,其中AV1900在高速驱动电机中应用最多。
1、高速轴承的工业化应用；电机主轴和减速机输入轴最高转速均受制于轴承，高速轴承工业化 应用是目前高速动力总成发展的瓶颈。
2、高速密封材料的突破；目前橡胶密封材料极限转速约为30m/s，更高线速度密封材料的突破， 也会限制高速动力总成的应用。
3、大电流控制系统成本降低；随着电机控制器最大电流强度的提高，控制器成本直线上升。 4、高速低噪声齿轮的设计；对于齿轮修形设计方面，国内减速机生产厂家还有很长路要走！
图6
图7
1.2 高功率密度 为提高电机的功率密度，则需减小电机的体积，提高电机的转速以提高电机功率。减小电机体积可
以合理选择电机绕组方式，改善电机绕组的磁势正弦，降低定子磁势谐波含量，缩短电机绕组端部高 度，提高电机效率，提高磁阻转矩，如图6；另外也可增加绕线的占积率，使用大截面的方形导线作为 线圈，以丰田电机为例，通过使用方形导线，电机的占积率达到了60%，相比传统电机使用圆形线圈 48%的占积率，已有大幅提高，如图7、图8。
图7
图8
如何提高电机功率，国内对于改变电机结构率设计等方面投入较少，又受限于国内电工钢片材质， 更多厂家采用提高电机转速来达到提高功率的目的。据了解，国内已厂家采用电励磁双凸极电机的结 构，最高转速可达到20000rpm，该种电机与开关磁阻电机类似，电机定、转子均为凸极槽结构，铁芯 为硅钢片叠压而成，定子装有集中电枢绕组和励磁绕组，转子上无绕组和磁钢，定、转子齿配合为 12/8极，通过定子齿和转子齿重合、错开时磁路磁阻不同，电枢绕组和励磁绕组的自感和互感不同的 原理，控制电机的转矩，如图9。
图20
3.4 小型化 减速机的小型化更多是以“减速机+电机”二合一小型化，或者以“减速机+电机+控制器”三合
一小型化来体现。为缩短传动链，降低成本，二合一或三合一的动力总成逐渐在向电驱动桥方向发展， 对应的有共轴式行星减速机、定轴两轴减速机和三轴减速机在电驱动桥上都有应用。如图20、图21和 图22。
图13
图14
目前，我公司预研性质开发一款转速达到20000rpm的减速机，如图15，该减速机设计方案有以下特点： 减速机采用水冷方式，后壳体冷却且和电机共用冷却水； 传动轴系采用细高齿设计； 输入轴采用特种高速轴承； 减速器内部采用强制润滑方式； 输入轴密封采用迷宫式密封；
图15
单独成立万里扬新能源事业部 (浙江吉孚汽车传动系统有限公司)，开发生产销新能源电驱动总 成。
主要产品有GF－E130、GF－E120系列减速器及EDS130、EDS117、ETM250等系列产品。
目
录
浙江万里扬股份有限公司简介 新能源车用动力总成发展趋势 总结
5/20
随着各国对环境保护要求的提高，对新能源车用动力总成的要求也越来越高。我国也在 近几年大力推行新能源车应用和普及。在全球电池行业没有完成技术突破之前，做为新能源 车动力储备单元，在储能一定的情况下，如何提高新能源车的续航里程是目前各新能源车所 面临的主要问题。
有对角 修形
1095
无对角 修形
984
有对角 修形
1497
无对角 修形
1468
反转 0.41 0.35
0.36 0.41
0.47 0.93 663
603
1093 971
1498 1454
3）、对传动轴系齿轮采用细高齿设计。细高齿设计最初 主要目的是降低齿轮啮合噪声，通过提高齿轮齿顶高系 数，可以使端面重合度超过2，当端面重合度超过2时， 其噪声级会急剧降低。如图20。
图9
2、逆变器
逆变器可把直流电转变成交流电，它是新能源电机工作必须部件之一。从车辆使用情况分析， 对逆变器的要求主要有以下几个方面： 小型化 高效率 高功率密度
逆变器由逆变电路、逻辑控制电路、滤波电路三大部分组成，主要包括输入接口、电压启动 回路、MOS开关管、PWM控制器、直流变换回路、反馈回路、LC振荡及输出回路及负载等部分组成。 现在多采用集成化设计，未来会向更加集成化和小型化方向发展。
以日立产品为例，驱动控制器集成有 充电器（AC-DC转换器及升压功能）、DCDC转换器、逆变器及ECU（电子控制单元） 等功率电子部件。如图10。
图10
品许 在用 开电与 发压日 。和立
更前 高几 许代 用控 电制 图 流器 强， 度 ， 并具 有有 更更 新高 产的
11
GEN4
3、减速机
减速机是新能源车用动力总成中变速部件，在轮毂电机同步技术没有突破之前，减速机也依然是动 力总成中必不可少的部件之一。对减速机的要求主要有以下几个方面： 高转速 大扭矩 低噪声 低重量
图21
图22
图23
也有其它公司在研发新能源车用二档减速机，较为常用的是在定轴减速器前增加一组行星机构， 利用行星机构变速，如图24。虽然二档减速机与电机工作特性会更匹配，但同样成本会更高，目前市 场应用还不普遍。
图24
目
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浙江万里扬股份有限公司简介 新能源车用动力总成发展趋势 总结
25/20
新能源车用动力总成发展方向，众多生产厂家都在进行有益探索，但新能源动力总成的发展有以 下几方面的制约：
新能源车用动力总成发展趋势浅谈
目
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浙江万里扬股份有限公司简介 新能源车用动力总成发展趋势 总结
2/20
浙江万里扬股份有限公司是国内汽车变速器行业的第一家上市公司，产品覆盖商用车变速器、乘用 车变速器、电驱动总成和汽车内饰件等汽车零部件，已形成以浙江为中心，安徽、山东、辽宁、江西、 河北为基地的跨地区企业。公司拥有10余家全资或控股子公司，员工6000多名，总资产超100亿元，形 成年产乘用车变速器150万台、商用车变速器100万台，新能源传动系统10万台，汽车内饰件200万台套 的能力，产品的产销量、市场占有率位居行业前列。主要由商用车变速器、乘用车变速、新能源事业部 和汽车内包饰件事业部组成。
图16
3.3 低噪声 新能源车动力源为电机，和传统发动机驱动的乘用车相比，其主要噪声源由发动机变为减速机，所
以就提高了对减速机的噪声要求。这也是目前新能源车NVH问题的关键。 解决减速机的工作噪声，主要从以下几个方面操作：
1）、加强壳体刚度，减小壳体因受力而引起变形进而导致传动轴系齿轮啮合工况的变化，降低齿轮啮 合噪声。这一点在诸多厂家的减速器壳体设计中已有体现，如图17，图18，图19。
图12
2）、高线速度密封油封。 随着转速的提高，密封件相对运动线速度也越高。以轴径35mm的旋转轴为例，当电机转速达到 20000rpm之后，其密封唇口处最大线速度可达到36.6m/s，如此高的线速度，普通橡胶唇口密封已很难 满足使用要求。有厂家在探索使用钢骨架硬密封和迷宫式密封，如图13和图14，但受制于成本太高和 使用，迷宫式油封不具有竞争力。
3.2 高扭矩 提高输入扭矩也是目前新能源车用动力总成减速机的一个发展方向。在有限的空间和质量要求的
前提下，提高减速机输入扭矩的主要是采用细高齿设计或采用螺旋齿轮。所谓“细高齿”通常是指和 正常齿相比，采用较小模数、较小压力角和较大齿顶高系数，使齿形变瘦变高，其主要目的是增加轮 齿端面重合度，不但能提高齿轮弯曲疲劳强度和齿面接触强度，并且也可以降低齿轮啮合噪声。这一 点在宝马i3动力总成的减速机中有明显体现。如图16。
图17
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图18
图19
2）、对传动轴系齿轮进行修形，目前应用较多的是齿形鼓形修形、齿向螺旋线修形和齿面对角修形。 鼓形修形和螺旋线修形易于实现，多数厂家已在生产中广泛应用，但齿面对角修形则因对设备要求较高 而应用较少。齿面对角修形对齿轮接触应力影响较小，但在重载工况下，会大幅减小传动误差，进而减 小因传动误差而引起的噪声和振动。如下表，表中为某型减速机齿轮不同修形方案下齿面接触应力和传 动误差分析。
谢谢
3.1 高转速 高转速减速机是为匹配高转速电机而诞生。电机从原来的6000rpm～9000rpm，到现在
12000rpm ～20000rpm,减速机的转速也相应提高，对减速机中零件要求有了质的提高。转速提高之 后对减速机零部件的要求有以下几个方面变化：
1）、价格合适的高速轴承。 随着转速的提高，轴承价格也在直线上升，特别是当电机转速达到20000rpm之后，仅有SKF、NSK、 TIMKEN等少数几家轴承厂家垄断，可供选择的余地很小，这也是制约电机转速进一步提高的重要因 素之一。也有少数厂家在探索使用陶瓷球轴承。如图12。
传递误差分析（μm）
接触应力分析(MPa)
载荷25N·m
载荷125N·m
载荷300N·m 载荷25N·m
载荷125N·m 载荷300N·m
有对角 无对角 修形 修形
正转 0.41 0.36
有对角 修形
0.38
无对角 修形
0.42
有对角 修形
0.48
无对角 有对角 无对角 修形 修形 修形
0.96 662 604
新能源车辆对电池、电机、减速机和逆变器的要求也越来越高，如图1所示情况：
图1 新能源车模块发展要求
1、电机
新能源车用电机性能的主要要求有以下几方面：
a) 高扭矩、高功率密度
b) 低转矩波动
c) 低噪声 d) 高转速
图2
图3
e) 高效率、低温升
从目前各厂家的情况分析，新能源汽车电机主要有三种类型：
① 永磁同步电机（图2）--应用占比最大
② 交流感应电机（图3）--应用占比次之
③ 开关磁阻电机（图4）--应用占比最小
图4
1.1 高转矩、低转矩波动和高效率 因为电动汽车的工况较为复杂，为了提高整车的续航里程，需要电机在全转速范围内都要保持高效
率运行，其中电机的定转子硅钢片对其影响很大。在低速大扭矩时，希望较小的电流可产生较大的转矩， 这需要硅钢片有高磁感效应；在高速运行时，希望电机的铁损较低，这需要硅钢片有高频低损的特性， 同时高速高频运行时，又需要保持转子在高速离心力下在汽车的使用周期内不发生形变和疲劳损害，对 硅钢片又有高抗拉强度和高疲劳寿命的要求。为了降低电机转矩的波动，需要优化定转子的磁路结构， 以保证其有着良好的转矩波动特性。目前在应用的硅钢片中，具有高磁钢低铁损的有AV1900，AV1700和 AV1400,其中AV1900在高速驱动电机中应用最多。
1、高速轴承的工业化应用；电机主轴和减速机输入轴最高转速均受制于轴承，高速轴承工业化 应用是目前高速动力总成发展的瓶颈。
2、高速密封材料的突破；目前橡胶密封材料极限转速约为30m/s，更高线速度密封材料的突破， 也会限制高速动力总成的应用。
3、大电流控制系统成本降低；随着电机控制器最大电流强度的提高，控制器成本直线上升。 4、高速低噪声齿轮的设计；对于齿轮修形设计方面，国内减速机生产厂家还有很长路要走！
图6
图7
1.2 高功率密度 为提高电机的功率密度，则需减小电机的体积，提高电机的转速以提高电机功率。减小电机体积可
以合理选择电机绕组方式，改善电机绕组的磁势正弦，降低定子磁势谐波含量，缩短电机绕组端部高 度，提高电机效率，提高磁阻转矩，如图6；另外也可增加绕线的占积率，使用大截面的方形导线作为 线圈，以丰田电机为例，通过使用方形导线，电机的占积率达到了60%，相比传统电机使用圆形线圈 48%的占积率，已有大幅提高，如图7、图8。
图7
图8
如何提高电机功率，国内对于改变电机结构率设计等方面投入较少，又受限于国内电工钢片材质， 更多厂家采用提高电机转速来达到提高功率的目的。据了解，国内已厂家采用电励磁双凸极电机的结 构，最高转速可达到20000rpm，该种电机与开关磁阻电机类似，电机定、转子均为凸极槽结构，铁芯 为硅钢片叠压而成，定子装有集中电枢绕组和励磁绕组，转子上无绕组和磁钢，定、转子齿配合为 12/8极，通过定子齿和转子齿重合、错开时磁路磁阻不同，电枢绕组和励磁绕组的自感和互感不同的 原理，控制电机的转矩，如图9。
图20
3.4 小型化 减速机的小型化更多是以“减速机+电机”二合一小型化，或者以“减速机+电机+控制器”三合
一小型化来体现。为缩短传动链，降低成本，二合一或三合一的动力总成逐渐在向电驱动桥方向发展， 对应的有共轴式行星减速机、定轴两轴减速机和三轴减速机在电驱动桥上都有应用。如图20、图21和 图22。
图13
图14
目前，我公司预研性质开发一款转速达到20000rpm的减速机，如图15，该减速机设计方案有以下特点： 减速机采用水冷方式，后壳体冷却且和电机共用冷却水； 传动轴系采用细高齿设计； 输入轴采用特种高速轴承； 减速器内部采用强制润滑方式； 输入轴密封采用迷宫式密封；
图15
单独成立万里扬新能源事业部 (浙江吉孚汽车传动系统有限公司)，开发生产销新能源电驱动总 成。
主要产品有GF－E130、GF－E120系列减速器及EDS130、EDS117、ETM250等系列产品。
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浙江万里扬股份有限公司简介 新能源车用动力总成发展趋势 总结
5/20
随着各国对环境保护要求的提高，对新能源车用动力总成的要求也越来越高。我国也在 近几年大力推行新能源车应用和普及。在全球电池行业没有完成技术突破之前，做为新能源 车动力储备单元，在储能一定的情况下，如何提高新能源车的续航里程是目前各新能源车所 面临的主要问题。
有对角 修形
1095
无对角 修形
984
有对角 修形
1497
无对角 修形
1468
反转 0.41 0.35
0.36 0.41
0.47 0.93 663
603
1093 971
1498 1454
3）、对传动轴系齿轮采用细高齿设计。细高齿设计最初 主要目的是降低齿轮啮合噪声，通过提高齿轮齿顶高系 数，可以使端面重合度超过2，当端面重合度超过2时， 其噪声级会急剧降低。如图20。