高转速时代，斯凯孚电驱系统轴承关键技术提速增效
发布日期：2022-08-29
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高速和高电压电机、深度系统集成、平台化开发、系统及零部件NVH优化、热管理、新型电机及逆变器、智能电机控制、高速轴承和密封、油冷电机润滑以及低成本电池方案......如今电驱动系统呈现出全方位和系统级创新的局面。作为一家在轴承科技与制造领域深耕多年的公司，斯凯孚正不断突破高速电驱可靠旋转所需的关键轴承技术。
高速主要体现在开发高速电驱轴承，同时斯凯孚也在对轴电流产生及其对轴承的影响进行原理分析。先进电驱技术成趋势当前的新能源市场上有着可持续化、数字化、电驱化和区域化四大趋势，其中围绕着提升电机效率的主旋律，电驱技术又有着几大技术方向：800V高压系统、碳化硅半导体、提高电机转速以及扁线绕组、直接油冷电机技术。
如今新能源汽车电驱化的技术趋势正致力于解决用户的续航焦虑和补能焦虑两大问题。800V高压平台的应用，可以大幅提高电池充电速度，从而解决用户的补能焦虑。因为800V的引入，原本硅基半导体已无法满足电控能耗要求，因此，碳化硅SiC半导体在高压下以及同样开关频率下的能耗相比IGBT大幅降低的特性被广大厂商所青睐。
也为进一步提高电机转速和功率密度提供了条件。图片：斯凯孚提高功率密度，不单单只有提高电机转速一种方式，扁线绕组电机、直接油冷技术都已经应用于市面上的量产车型，成为提高功率密度的主流技术。斯凯孚致力于为新能源车及其电驱系统提供整体的解决方案，帮助电驱系统运行得更加稳健、高效。电驱技术发展迅猛电机轴承迎挑战无论是电子元件还是机械部件的变化。
技术的迭代往往需要一定过程。技术的迅速发展在带来更高效率的同时，也会给现有的零部件带来诸多挑战。首先，功率提高的背后是电驱的高速运转，这对轴承的润滑及其本身性能提出非常高的要求，且高温环境对轴承的耐热性要求会更高。另外，现在的设计趋势是电机轴和减速器输入轴更多地从四轴承演变为三轴承的结构。
这就意味着电机驱动端的轴承会承受更多来自齿轮的力，轴承的载荷大大增加。在现有电驱的设计模式下，高速、高承载成为新的挑战。图片：斯凯孚官网除此之外，低噪音振动是用户体验良好的关键。在整个电驱系统中，电机的NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度）水平逐渐成为消费者关注的一项重要指标。
然而电机的高转速趋势给NVH带来了不小的挑战。可见，大到整车，小到轴承，电气化趋势推动着汽车行业内各个领域的深度变革。如何逐一击破各个挑战，打造出一款高性能和适应性兼具的轴承产品？斯凯孚的混合陶瓷轴承提供了最佳的解决方案。关键轴承技术赋能电机提速增效如前文所述，电驱系统的演进要求轴承具有更多特殊性能。
如有助于提高功率密度、减少摩擦、高承载能力等等。斯凯孚成熟的混合陶瓷球轴承方案采用钢制内外圈与陶瓷滚动体，赋予了轴承独特的性能，成为新能源电驱轴承的最佳解决方案。图片：斯凯孚首先陶瓷球轴承相比于钢球轴承，在摩擦学性能上具有无可比拟的优势。不管是耐磨性、高速下的摩擦损耗、运行温度、油脂寿命的延长。
还是轴承的极限转速的提高，以及在润滑不良情况下保持正常运转等方面，陶瓷球都有极佳的表现。这些恰恰都是新能源电驱轴承所需的关键技术性能。陶瓷和钢材质滚动体图片：斯凯孚轴承由多个部件组成，每个部件都是影响转速的重要因素。除了球滚动体之外，另外一大关键就是保持架设计。保持架的主要作用是保持滚动体之间的距离。
防止滚动体之间的接触，从而减少摩擦。在当前的新能源市场上，为了进一步提高电机转速，许多轴承厂商也在保持架上下了不少功夫。一般目录产品轴承多使用钢制保持架，在高速领域则通常会引入尼龙保持架。斯凯孚最新推出的TN6高速保持架，速度系数高达180万nDm，这一技术储备已足以应对如今的新能源电驱速度不断提升的趋势。
此外，配合陶瓷球滚动体，因其质量更轻，在高速下保持架受到的应力相对更小，也有益于减少因为开口保持架设计导致的滚动体脱出风险。突破预防电腐蚀技术瓶颈在电机效率提高、高压系统加速上车的同时，随之产生的电腐蚀难题也一直困扰着电驱动业内。解决轴承电腐蚀问题，是斯凯孚混合陶瓷球轴承方案的又一大关键性能。
在电机转速较低或者长运转轴承温度较高时，轴承润滑和绝缘性能不足或下降，加之800V电压平台的提升，便会击穿轴承油膜，破坏其绝缘性，进而在轴承中会形成轴承电流。当轴电流通过轴承时，产生的高温可能会对轴承滚动体、内外圈造成损伤，比如滚道上会出现搓板图案，并带有深灰色外观，这就是轴承电腐蚀的表现。
电腐蚀带来的典型结果包括轴承表面损坏、润滑剂过早老化、产生异响，缩短轴承和润滑剂的使用寿命，最终导致轴承失效。因此，在电机轴承中就需要加上绝缘设计来避免电腐蚀的危害。图片：斯凯孚在绝缘技术上，业界有陶瓷涂层、高分子涂层、陶瓷滚动体三种不同的技术路线。斯凯孚将三种路线进行对比后发现。
前两种涂层技术在工艺、散热性能等方面都或多或少地有所局限。而使用混合陶瓷球轴承，能令多数难题迎刃而解。氮化硅是一种完美的电绝缘体，可以阻止电流在轴承内外圈之间通过，特别是具有抵抗新能源电驱高频轴电流的优异性能，从而避免了由电腐蚀产生的轴承失效。除了绝缘性能之外，如前文所述，氮化硅材质轴承的机械性能表现也十分突出。
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