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新能源汽车驱动电机对轴承提出的挑战!

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  01 新能源汽车驱动电机的类型及特点

  直流电机

  优点:技术成熟、控制方式容易、调速优良

  缺点:机械结构复杂、瞬时过载能力和电机转速提高受限、高频电磁干扰

  三相交流异步电机

  优点:结构简单、可靠性好,成本易控

  缺点:效率低、调速性差

  永磁同步电机

  优点:功率密度大、响应速度快

  缺点:高温和过载电流,发生退磁现象

  开关磁阻电机

  优点:结构简单、较宽转速、响应速度快

  缺点:噪声大、功率密度、效率偏低
 

  使用情况:

  永磁同步电机占80%

  包括:北汽、比亚迪、上汽、江淮等乘用车;厦门金龙等客车

  三相交流异步电机占18%

  包括:特斯拉ModelS等车型;宇通、中通等客车

  开关磁阻电机占2%

  东风混合动力客车等

  永磁同步电机功率密度高、调速范围大,适用于频繁启停工况;三相交流异步电机单位功率成本低、无退磁现象,适用于高速路网发达的工况。

  02 驱动电机的技术要求

  高转矩

  低速运行时具有高转矩,以满足快速启动、加速、爬坡等要求

  高转速

  高速运行时应具有高转速,调速范围宽的特性,以满足高速行驶、超车等要求

  高效节能

  电动汽车频繁启停,工作区域宽,因此,要求尽可能宽的高效工作区,以谋求电池一次充电后的行驶里程尽可能长

  抗振动

  电机耐振动,有一定过载能力,在不同工况下能稳定可靠地工作

  03 驱动电机对电机轴承提出的挑战

  一般工业用电机使用的电机轴承,国内轴承行业经过不断的发展,随着轴承设计理论水平的提高、轴承钢材料技术的进步,套圈加工设备、工艺水平的提高,钢球制造水平的上台阶,已经替代进口占据国内主要市场,但是汽车驱动电机的调速范围宽、启动转矩大、功率密度高、效率高的特性,使其对轴承的高速、高低温、耐久性、稳定性、可靠性提出了更高的要求,目前国内新能源汽车电机轴承还主要依靠进口。

  速度

  驱动电机转速高达20000r/min,轴承dm.n值达到80万以上,比普通工业电机速度高很多。

  温度

  -40~150℃轴承稳定运转,无啸叫;长期工作温度110~120℃;寒冷地区启动温度-30~-20℃,启动力矩小,噪声低。

  润滑

  要求润滑脂低温性能优异、耐高温、抗振动、节能高效、长寿命。

  振动、噪声

  为保证乘车的舒适性,电机的振动噪声水平要低,保证车内的安静。

  电蚀

  由于绕组的不平衡,造成转子间存在电位差,形成电流;逆变器高频电压造成的电流泄露都可能导致轴承产生电蚀,导致轴承的失效。

  寿命

  保证与整车质保同寿5-8年或10-16万公里。

  04 轴承企业做出的应对措施

  面对新的应用领域对轴承提出的新的挑战,自主研发到产业化需要做很多的努力:提高钢材纯度和热处理质量;采用精准磨超技术,提高加工精度,降低产品批次离散度;开展润滑研究,和润滑企业合作开发适应高温高速的润滑产品;选用合适的工程塑料保持架;利用仿真和试验技术,加快开发速度,保证轴承可靠性等等。国际知名轴承企业提出的应对措施可供我们参考借鉴。

  SKF

  开发了eDrive球轴承系列,通过优化设计滚道,设计采用新型结构聚合物保持架,采用宽温度范围的润滑脂,设计的混合陶瓷轴承,能够适应电机轴承的高速性能,有助于延长传动系统的使用寿命和扩大电池的续航能力。

  NSK

  采用耐热性优良的树脂材料,通过保持架强度解析对形状进行最优化设计,从而降低离心力,减少保持架与钢球之间的摩擦,降低发热量;

  采用高速润滑脂,选用最合适增稠剂,可在较广的温度范围内降低发热量;

  采用特殊处理,在钢球表面析出高硬度氮化物,提高耐烧结性能,从而提高高速运转性能;

  采用非接触式橡胶密封圈,抑制工作中润滑脂的泄露,保证轴承持续运转的可靠性;

  在外径面上设置O形圈,减小与座孔的间隙,提高耐蠕变性。
 

(来源:轴承杂志社)