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維安代理商小課堂:新能源汽車驅動電機技術及對電機軸承的分析

時間:2022-10-07       發(fā)布人:京柏微       點擊量:
1、新能源汽車驅動電機的類型及特點


直流電機:

優(yōu)點:技術成熟、控制方式容易、調速優(yōu)良

缺點:機械結構復雜、瞬時過載能力和電機轉速提高受限、高頻電磁干擾


三相交流異步電機

優(yōu)點:結構簡單、可靠性好,成本易控

缺點:效率低、調速性差

永磁同步電機

優(yōu)點:功率密度大、響應速度快 

缺點:高溫和過載電流,發(fā)生退磁現(xiàn)象

開關磁阻電機 

優(yōu)點:結構簡單、較寬轉速、響應速度快

缺點:噪聲大、功率密度、效率偏低


使用情況:

永磁同步電機占80%

包括:北汽、比亞迪、上汽、江淮等乘用車;廈門金龍等客車;


三相交流異步電機占18%

包括:特斯拉Model S等車型;宇通、中通等客車;


開關磁阻電機占2%

東風混合動力客車等;


永磁同步電機功率密度高、調速范圍大,適用于頻繁啟停工況;三相交流異步電機單位功率成本低、無退磁現(xiàn)象,適用于高速路網(wǎng)發(fā)達的工況。


2、驅動電機的技術要求


高轉矩:低速運行時具有高轉矩,以滿足快速啟動、加速、爬坡等要求;


高轉速:高速運行時應具有高轉速,調速范圍寬的特性,以滿足高速行駛、超車等要求;


高效節(jié)能:電動汽車頻繁啟停,工作區(qū)域寬,因此,要求盡可能寬的高效工作區(qū),以謀求電池一次充電后的行駛里程盡可能長;


抗振動:電機耐振動,有一定過載能力,在不同工況下能穩(wěn)定可靠地工作。


3、驅動電機對電機軸承提出的挑戰(zhàn)


一般工業(yè)用電機使用的電機軸承,國內軸承行業(yè)經過不斷的發(fā)展,隨著軸承設計理論水平的提高、軸承鋼材料技術的進步,套圈加工設備、工藝水平的提高,鋼球制造水平的上臺階,已經替代進口占據(jù)國內主要市場,但是汽車驅動電機的調速范圍寬、啟動轉矩大、功率密度高、效率高的特性,使其對軸承的高速、高低溫、耐久性、穩(wěn)定性、可靠性提出了更高的要求,目前國內新能源汽車電機軸承還主要依靠進口。


速度:驅動電機轉速高達20 000 r/min,軸承dm.n值達到80萬以上,比普通工業(yè)電機速度高很多。


溫度:-40~150 ℃軸承穩(wěn)定運轉,無嘯叫;長期工作溫度110~120 ℃;寒冷地區(qū)啟動溫度-30~-20℃,啟動力矩小,噪聲低。 


潤滑:要求潤滑脂低溫性能優(yōu)異、耐高溫、抗振動、節(jié)能高效、長壽命。


振動、噪聲:為保證乘車的舒適性,電機的振動噪聲水平要低,保證車內的安靜。


電蝕:由于繞組的不平衡,造成轉子間存在電位差,形成電流;逆變器高頻電壓造成的電流泄露都可能導致軸承產生電蝕,導致軸承的失效。


壽命:保證與整車質保同壽5-8年或10-16萬公里。


4、軸承企業(yè)做出的應對措施


面對新的應用領域對軸承提出的新的挑戰(zhàn),自主研發(fā)到產業(yè)化需要做很多的努力:提高鋼材純度和熱處理質量;采用精準磨超技術,提高加工精度,降低產品批次離散度;開展?jié)櫥芯?,和潤滑企業(yè)合作開發(fā)適應高溫高速的潤滑產品;選用合適的工程塑料保持架;利用仿真和試驗技術,加快開發(fā)速度,保證軸承可靠性等等。國際知名軸承企業(yè)提出的應對措施可供我們參考借鑒。


SKF

開發(fā)了eDrive球軸承系列,通過優(yōu)化設計滾道,設計采用新型結構聚合物保持架,采用寬溫度范圍的潤滑脂,設計的混合陶瓷軸承,能夠適應電機軸承的高速性能,有助于延長傳動系統(tǒng)的使用壽命和擴大電池的續(xù)航能力。 

NSK

采用耐熱性優(yōu)良的樹脂材料,通過保持架強度解析對形狀進行最優(yōu)化設計,從而降低離心力,減少保持架與鋼球之間的摩擦,降低發(fā)熱量;


采用高速潤滑脂,選用最合適增稠劑,可在較廣的溫度范圍內降低發(fā)熱量;


采用特殊處理,在鋼球表面析出高硬度氮化物,提高耐燒結性能,從而提高高速運轉性能;


采用非接觸式橡膠密封圈,抑制工作中潤滑脂的泄露,保證軸承持續(xù)運轉的可靠性;

在外徑面上設置O形圈,減小與座孔的間隙,提高耐蠕變性。


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