來源和作者為【蓋世汽車】
高速和高電壓電機(jī)、深度系統(tǒng)集成、平臺(tái)化開發(fā)、系統(tǒng)及零部件NVH優(yōu)化、熱管理、新型電機(jī)及逆變器、智能電機(jī)控制、高速軸承和密封、油冷電機(jī)潤滑以及低成本電池方案......如今電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)呈現(xiàn)出全方位和系統(tǒng)級(jí)創(chuàng)新的局面。
作為一家在軸承科技與制造領(lǐng)域深耕多年的公司，斯凱孚正不斷突破高速電驅(qū)可靠旋轉(zhuǎn)所需的關(guān)鍵軸承技術(shù)。高速主要體現(xiàn)在開發(fā)高速電驅(qū)軸承，同時(shí)斯凱孚也在對(duì)軸電流產(chǎn)生及其對(duì)軸承的影響進(jìn)行原理分析。
先進(jìn)電驅(qū)技術(shù)成趨勢(shì)
當(dāng)前的新能源市場(chǎng)上有著可持續(xù)化、數(shù)字化、電驅(qū)化和區(qū)域化四大趨勢(shì)，其中圍繞著提升電機(jī)效率的主旋律，電驅(qū)技術(shù)又有著幾大技術(shù)方向：800V高壓系統(tǒng)、碳化硅半導(dǎo)體、提高電機(jī)轉(zhuǎn)速以及扁線繞組、直接油冷電機(jī)技術(shù)。
如今新能源汽車電驅(qū)化的技術(shù)趨勢(shì)正致力于解決用戶的續(xù)航焦慮和補(bǔ)能焦慮兩大問題。800V高壓平臺(tái)的應(yīng)用，可以大幅提高電池充電速度，從而解決用戶的補(bǔ)能焦慮。因?yàn)?00V的引入，原本硅基半導(dǎo)體已無法滿足電控能耗要求，因此，碳化硅SiC半導(dǎo)體在高壓下以及同樣開關(guān)頻率下的能耗相比IGBT大幅降低的特性被廣大廠商所青睞，也為進(jìn)一步提高電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率密度提供了條件。
圖片來源：斯凱孚
提高功率密度，不單單只有提高電機(jī)轉(zhuǎn)速一種方式，扁線繞組電機(jī)、直接油冷技術(shù)都已經(jīng)應(yīng)用于市面上的量產(chǎn)車型，成為提高功率密度的主流技術(shù)。
斯凱孚致力于為新能源車及其電驅(qū)系統(tǒng)提供整體的解決方案，幫助電驅(qū)系統(tǒng)運(yùn)行得更加穩(wěn)健、高效。
電驅(qū)技術(shù)發(fā)展迅猛 電機(jī)軸承迎挑戰(zhàn)
無論是電子元件還是機(jī)械部件的變化，技術(shù)的迭代往往需要一定過程。技術(shù)的迅速發(fā)展在帶來更高效率的同時(shí)，也會(huì)給現(xiàn)有的零部件帶來諸多挑戰(zhàn)。
首先，功率提高的背后是電驅(qū)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，這對(duì)軸承的潤滑及其本身性能提出非常高的要求，且高溫環(huán)境對(duì)軸承的耐熱性要求會(huì)更高。另外，現(xiàn)在的設(shè)計(jì)趨勢(shì)是電機(jī)軸和減速器輸入軸更多地從四軸承演變?yōu)槿S承的結(jié)構(gòu)，這就意味著電機(jī)驅(qū)動(dòng)端的軸承會(huì)承受更多來自齒輪的力，軸承的載荷大大增加。在現(xiàn)有電驅(qū)的設(shè)計(jì)模式下，高速、高承載成為新的挑戰(zhàn)。
圖片來源：斯凱孚官網(wǎng)
除此之外，低噪音振動(dòng)是用戶體驗(yàn)良好的關(guān)鍵。在整個(gè)電驅(qū)系統(tǒng)中，電機(jī)的NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）水平逐漸成為消費(fèi)者關(guān)注的一項(xiàng)重要指標(biāo)，然而電機(jī)的高轉(zhuǎn)速趨勢(shì)給NVH帶來了不小的挑戰(zhàn)。
可見，大到整車，小到軸承，電氣化趨勢(shì)推動(dòng)著汽車行業(yè)內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域的深度變革。如何逐一擊破各個(gè)挑戰(zhàn)，打造出一款高性能和適應(yīng)性兼具的軸承產(chǎn)品？斯凱孚的混合陶瓷軸承提供了最佳的解決方案。
關(guān)鍵軸承技術(shù)賦能電機(jī)提速增效
如前文所述，電驅(qū)系統(tǒng)的演進(jìn)要求軸承具有更多特殊性能，如有助于提高功率密度、減少摩擦、高承載能力等等。斯凱孚成熟的混合陶瓷球軸承方案采用鋼制內(nèi)外圈與陶瓷滾動(dòng)體，賦予了軸承獨(dú)特的性能，成為新能源電驅(qū)軸承的最佳解決方案。
圖片來源：斯凱孚
首先陶瓷球軸承相比于鋼球軸承，在摩擦學(xué)性能上具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。不管是耐磨性、高速下的摩擦損耗、運(yùn)行溫度、油脂壽命的延長，還是軸承的極限轉(zhuǎn)速的提高，以及在潤滑不良情況下保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)等方面，陶瓷球都有極佳的表現(xiàn)。這些恰恰都是新能源電驅(qū)軸承所需的關(guān)鍵技術(shù)性能。
陶瓷和鋼材質(zhì)滾動(dòng)體 圖片來源：斯凱孚
軸承由多個(gè)部件組成，每個(gè)部件都是影響轉(zhuǎn)速的重要因素。除了球滾動(dòng)體之外，另外一大關(guān)鍵就是保持架設(shè)計(jì)。保持架的主要作用是保持滾動(dòng)體之間的距離，防止?jié)L動(dòng)體之間的接觸，從而減少摩擦。在當(dāng)前的新能源市場(chǎng)上，為了進(jìn)一步提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，許多軸承廠商也在保持架上下了不少功夫。
一般目錄產(chǎn)品軸承多使用鋼制保持架，在高速領(lǐng)域則通常會(huì)引入尼龍保持架。斯凱孚最新推出的TN6高速保持架，速度系數(shù)高達(dá)180萬nDm，這一技術(shù)儲(chǔ)備已足以應(yīng)對(duì)如今的新能源電驅(qū)速度不斷提升的趨勢(shì)。此外，配合陶瓷球滾動(dòng)體，因其質(zhì)量更輕，在高速下保持架受到的應(yīng)力相對(duì)更小，也有益于減少因?yàn)殚_口保持架設(shè)計(jì)導(dǎo)致的滾動(dòng)體脫出風(fēng)險(xiǎn)。
突破預(yù)防電腐蝕技術(shù)瓶頸
在電機(jī)效率提高、高壓系統(tǒng)加速上車的同時(shí)，隨之產(chǎn)生的電腐蝕難題也一直困擾著電驅(qū)動(dòng)業(yè)內(nèi)。解決軸承電腐蝕問題，是斯凱孚混合陶瓷球軸承方案的又一大關(guān)鍵性能。
在電機(jī)轉(zhuǎn)速較低或者長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)軸承溫度較高時(shí)，軸承潤滑和絕緣性能不足或下降，加之800V電壓平臺(tái)的提升，便會(huì)擊穿軸承油膜，破壞其絕緣性，進(jìn)而在軸承中會(huì)形成軸承電流。
當(dāng)軸電流通過軸承時(shí)，產(chǎn)生的高溫可能會(huì)對(duì)軸承滾動(dòng)體、內(nèi)外圈造成損傷，比如滾道上會(huì)出現(xiàn)搓板圖案，并帶有深灰色外觀，這就是軸承電腐蝕的表現(xiàn)。電腐蝕帶來的典型結(jié)果包括軸承表面損壞、潤滑劑過早老化、產(chǎn)生異響，縮短軸承和潤滑劑的使用壽命，最終導(dǎo)致軸承失效。因此，在電機(jī)軸承中就需要加上絕緣設(shè)計(jì)來避免電腐蝕的危害。
圖片來源：斯凱孚
在絕緣技術(shù)上，業(yè)界有陶瓷涂層、高分子涂層、陶瓷滾動(dòng)體三種不同的技術(shù)路線。斯凱孚將三種路線進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，前兩種涂層技術(shù)在工藝、散熱性能等方面都或多或少地有所局限。
而使用混合陶瓷球軸承，能令多數(shù)難題迎刃而解。氮化硅是一種完美的電絕緣體，可以阻止電流在軸承內(nèi)外圈之間通過，特別是具有抵抗新能源電驅(qū)高頻軸電流的優(yōu)異性能，從而避免了由電腐蝕產(chǎn)生的軸承失效。除了絕緣性能之外，如前文所述，氮化硅材質(zhì)軸承的機(jī)械性能表現(xiàn)也十分突出。
混合陶瓷球軸承優(yōu)良的綜合性能，更加堅(jiān)定了斯凱孚將其投入量產(chǎn)的決心。
