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800V驱动电机系统轴承电腐蚀关键技术研究报告

发布时间:2024-06-21 来源:中国汽车工程学会

2024年5月9日,由电动汽车产业技术创新战略联盟主办,人本股份有限公司承办的800V驱动电机系统轴承电腐蚀关键技术研讨会在安徽芜湖顺利召开。聚焦驱动电机系统轴承电腐蚀问题,围绕轴承电腐蚀机理、轴承防电腐蚀技术路线及发展趋势、轴承电流和轴承电压测试及评价方法等展开深入研讨。在结合演讲嘉宾报告、与会专家研判观点、文献研究、行业资源调研等基础上,形成《800V驱动电机系统轴承电腐蚀关键技术研究报告》。

 

报告速览

 

报告分为四章,研究架构如下。

报告研究架构

 

一 800V高压平台对驱动电机影响

电驱系统四高化(高压、高功、高频、高速)趋势明显,高压化高速化带来的电磁兼容、绝缘和可靠性等问题更成为行业研究热点。800V驱动电机及电驱动总成产品逐步产业化,800V高压平台带来驱动电机效率、功率密度等性能指标提升的同时,也给驱动电机轴承可靠性和绝缘可靠性带来挑战。

 

二 轴承电腐蚀问题及解决方案

800V电驱系统电腐蚀风险激增,包括:更高平台电压抬升了轴电压、更高开关频率意味着更多击穿次数、更高电机功率使感应能量激增、更苛刻工况使轴承油膜更易击穿,并且必须格外重视减速箱侧轴承的电腐蚀风险。减小或消除轴电压和轴电流引起的轴承电腐蚀问题, 策略包括源头治理和路径治理,源头治理从电机和逆变器设计出发,路径治理包括绝缘阻断和旁路接地。但目前还未有好的单一解决方案,可根据电腐蚀风险程度合理搭配多种措施。

 

三 轴电压和轴电流测试方法

当前行业内尚未形成轴电压、轴电流测试的统一标准,由无锡星驱和哈工大分别牵头了两项团体标准重点解决测试方法和评价方法标准化问题,分别为《电动车用驱动电机轴电试验方法》和《电动汽车驱动电机轴承电腐蚀试验及评价方法》,其中《电动车用驱动电机轴电试验方法》即将发布。

 

四 轴承防电腐蚀行业现状、产业链、发展趋势

直流滤波器对轴承共模电压抑制作用有限,部分厂家已经通过增加三相磁环来抑制轴电流,当前三相磁环主流材料为纳米晶合金。纳米晶合金的磁导率、Hc值接近晶态高坡莫合金及钴基非晶,且饱和磁感Bs与中镍坡莫合金相当,在高磁感下的高频损耗远低于铁基非晶和硅钢,并具有更好的耐蚀性和磁稳定性。与铁氧体相比,在低于50kHz时,在具有更低损耗的基础上具有高2至3倍的工作磁感,磁芯体积可小一倍以上。

主流轴承厂倾向于针对阻隔方案开发绝缘轴承,包括陶瓷球轴承、陶瓷绝缘层轴承、树脂绝缘层轴承等。陶瓷绝缘层轴承是采用等离子喷涂技术,在轴承外表面喷射熔化后的纯陶瓷粉,再经后续加工处理而成,其适应于中大型轴承,外径一般在160-180mm以上,生产效率低,成本高。

 

陶瓷球生产工艺大体分为球坯制备、球坯烧结、机械加工三大部分。通常球坯是由高纯度原材料粉体压制成型,再对压制体进行烧结,随后进行精密加工。制备高端陶瓷球一般需要同时实现三个关键技术指标:高精度、长疲劳寿命、好的表面质量。但目前上游高纯粉末制备技术被日本宇部兴产等国外企业长期掌控。

 

电气零部件供应商倾向于针对导通方案开发导电环(导电纤维)、导电碳刷、导电无纺布、导电橡胶(油封)等。碳刷是提供低阻抗接地路径的更实用和经济的方法,但是问题很明显:电机运转时,碳刷与轴有机械接触,容易磨损,需定期维护,更换并清理积碳。

柔性纤维电刷使用特殊设计的导电微纤维来重定向轴承电流,并提供从转轴到壳体的可靠的、非常低阻抗的放电路径,完全旁路电机轴承。优点包括:可靠耐久性高、高速性能好、放电能力强、环境适应性好。但在电机出现高频循环电流的情况下,单端接地电刷可能会恶化接地电刷对面另一端轴承位置处的轴承电流放电。

恩福导电无纺布接地产品迭代了三代,eCON电阻水平10-80Ω,可满足较高转速(-25m/s),其纯接地元件适用于干腔,与低摩擦油封结合可适用于湿腔;eCONevo改善了耐磨性,电阻水平<10Ω,可适用于更高转速(-35m/s)。

 

聚四氟乙烯(PTFE)优点包括:超强的抗化学性能;极端的工作温度(-50℃至200℃);能承受 40m/s线速度(强化后可达 100m/s);低摩擦,寿命长,可以在润滑不足或无润滑情况下运行。缺点是价格贵,其大约是同尺寸规格的橡胶油封价格的10倍左右。导电PTFE仅具有导电功能,适用于干腔;导电油封具有导电+密封功能,适用于湿腔。


 

以上为报告截选,如需完整版报告,欢迎联系。

中国汽车工程学会电动化研究中心 赵迁 13811892657(微信同号)

另外,电动化研究中心和联盟针对热点技术话题持续开展小而精的闭门研讨会,剖析痛点和短板,洞察发展趋势。通过专家研判和案头研究,形成研究报告。以下为2024年已经召开的三场研讨会,欢迎感兴趣的企业联系策划和承办。 

 

 

 

 

 

 

 

 

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