电动汽车高效驱动电机与传动系统集成技术研究进展与展望

一、引言

随着全球能源危机和环境污染问题的日益严峻，发展清洁能源和可持续交通成为必然趋势。电动汽车以其零排放或低排放、能源效率高等优势，成为汽车行业发展的重要方向。在电动汽车中，驱动电机与传动系统是核心部件，其性能直接影响电动汽车的动力性、经济性和可靠性。传统的驱动电机与传动系统通常是独立设计和制造，然后进行简单的组装，这种方式存在体积大、重量重、效率低等问题。因此，开展高效驱动电机与传动系统集成技术研究，对于提高电动汽车的整体性能、降低成本、提升市场竞争力具有重要意义。

二、驱动电机与传动系统发展现状及关键技术

（一）驱动电机发展现状及关键技术

目前，电动汽车常用的驱动电机主要包括直流电机、异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机等。直流电机结构简单、控制方便，但因电刷和换向器导致维护成本高、可靠性低，已逐渐被替代；异步电机结构坚固、成本低、可靠性高，早期应用较多，但功率密度和效率较低；永磁同步电机凭借高功率密度、高效率和转矩密度等优势，成为当前主流选择；开关磁阻电机虽结构简单、成本低且调速范围宽，但因转矩脉动和噪声问题应用受限。在关键技术方面，永磁材料技术直接影响电机的磁性能和功率密度，电机控制技术（如矢量控制、直接转矩控制）则决定动态性能和效率，此外散热技术和电磁兼容技术也对电机可靠性至关重要。

（二）传动系统发展现状及关键技术

电动汽车传动系统主要包括单级减速器、多级减速器和变速器等类型。单级减速器结构简单、成本低，适用于动力需求不高的车型；多级减速器可提供更大减速比以适应不同工况，但结构复杂；变速器虽能优化动力性和经济性，却因成本与可靠性问题应用较少。其关键技术涵盖高精度齿轮设计制造技术（提升效率、降低噪声）、变速器控制技术（确保平顺换挡），以及轻量化技术和润滑技术，这些均对传动系统的性能和寿命具有重要影响。

三、驱动电机与传动系统集成技术研究进展

（一）结构集成

结构集成是将驱动电机与传动系统在机械结构上进行一体化设计，减少零部件数量和连接环节，降低系统的体积和重量。常见的结构集成方式有同轴式集成、平行轴式集成等。同轴式集成将电机转子与传动系统的输入轴同轴布置，结构紧凑，但设计和制造难度较大。平行轴式集成将电机与传动系统平行布置，设计和制造相对简单，但体积较大。近年来，随着新材料、新工艺的应用，结构集成技术不断取得新的进展，如采用一体化壳体设计、集成式轴承等，进一步提高了系统的集成度。

（二）控制集成

控制集成是将驱动电机控制系统与传动系统控制系统进行集成，实现系统的协同控制。通过控制集成，可以根据车辆的行驶工况和驾驶员的操作意图，实时调整电机和传动系统的工作状态，提高系统的动力性和经济性。例如，在车辆起步和加速时，控制系统可以增大电机的输出转矩，同时调整传动系统的传动比，提供足够的动力；在车辆高速行驶时，控制系统可以降低电机的转速，提高传动系统的效率，降低能耗。控制集成还可以实现故障诊断和容错控制，提高系统的可靠性和安全性。

（三）热管理集成

驱动电机和传动系统在工作过程中都会产生大量的热量，如果热量不能及时散发，会影响系统的性能和寿命。热管理集成是将驱动电机和传动系统的散热系统进行一体化设计，实现热量的统一管理和散发。常见的热管理集成方式有液冷集成、风冷集成等。液冷集成通过循环冷却液将电机和传动系统产生的热量带走，散热效率高，但系统复杂，成本较高。风冷集成通过风扇强制空气流动来散热，结构简单，成本低，但散热效率相对较低。近年来，随着热管技术、相变材料等新型散热技术的应用，热管理集成技术得到了进一步发展。

四、集成技术面临的挑战

（一）电磁兼容问题

驱动电机在工作过程中会产生较强的电磁干扰，而传动系统中的电子控制单元等对电磁干扰比较敏感。集成后，电机与传动系统之间的距离减小，电磁干扰问题更加突出。电磁干扰可能会影响传动系统控制系统的正常工作，导致换挡失误、信号失真等问题，严重影响车辆的安全性和可靠性。因此，需要采取有效的电磁兼容设计措施，如屏蔽、滤波、接地等，降低电磁干扰的影响。

（二）系统可靠性问题

集成后的驱动电机与传动系统结构更加复杂，零部件之间的相互关联更加紧密，任何一个零部件的故障都可能导致整个系统的失效。此外，集成系统的工作环境更加恶劣，受到振动、冲击、温度变化等因素的影响较大，这也对系统的可靠性提出了更高的要求。因此，需要加强系统的可靠性设计和测试，采用冗余设计、故障诊断和容错控制等技术，提高系统的可靠性。

（三）成本控制问题

集成技术虽然可以提高系统的性能和效率，但也会增加系统的设计和制造成本。集成系统需要采用更加先进的材料、工艺和设计方法，这会导致零部件成本的增加。此外，集成系统的研发和生产需要更高的技术水平和设备投入，也会增加研发和生产成本。因此，需要在提高系统性能的同时，加强成本控制，通过优化设计、规模化生产等方式降低成本，提高集成技术的市场竞争力。

五、展望

（一）智能化发展

未来，电动汽车驱动电机与传动系统集成技术将向智能化方向发展。通过引入传感器、人工智能等技术，实现对系统状态的实时监测和智能控制。例如，利用传感器可以实时获取电机和传动系统的温度、转速、转矩等参数，通过人工智能算法对这些参数进行分析和处理，实现系统的自适应控制和优化运行。智能化还可以实现故障预测和健康管理，提前发现系统潜在的故障隐患，及时进行维护和修理，提高系统的可靠性和使用寿命。

（二）轻量化发展

轻量化是电动汽车发展的重要趋势之一，驱动电机与传动系统集成技术的轻量化发展可以进一步提高电动汽车的能量效率和续航里程。未来，将采用更多的新型轻质材料，如碳纤维复合材料、铝合金等，来制造集成系统的零部件。同时，通过优化结构设计、采用先进的制造工艺等方法，进一步减轻系统的重量。

（三）高功率密度化发展

随着电动汽车对动力性能要求的不断提高，驱动电机与传动系统集成技术需要向高功率密度化方向发展。高功率密度化可以通过提高电机的磁性能、优化电机的电磁设计、采用先进的冷却技术等方式实现。同时，传动系统也需要不断提高传动效率和承载能力，以满足高功率密度电机的要求。

结论

电动汽车高效驱动电机与传动系统集成技术是电动汽车发展的关键技术之一。目前，该技术在结构集成、控制集成和热管理集成等方面取得了一定的研究进展，但也面临着电磁兼容、系统可靠性和成本控制等挑战。未来，集成技术将向智能化、轻量化和高功率密度化方向发展。通过不断的研究和创新，集成技术将为电动汽车的发展提供更加强有力的支持，推动电动汽车产业的快速发展。

参考文献

[1] 孙许辉 . 电动汽车动力传动系统振动的主动控制研究 [D]. 山东大学 , 2024.

[2] 谭飞 , 张晓伟 . 电动汽车电机与电驱动系统的效率优化策略 [J].汽车维修技师 , 2024, (06): 85.

作者简介：李亮亮，男，1983 年 11 月，湖北仙桃，汉族，本科，副教授，主要从事汽车制造技术/ 职业教育教学。