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新能源汽車如何防止電機(jī)軸承電腐蝕
2024-05-28
來源：北京匯智慧眾汽車技術(shù)研究院
（版權(quán)歸原作者或機(jī)構(gòu)所有）
新能源汽車驅(qū)動電機(jī)具有高功率、高電壓,、高轉(zhuǎn)速,、高頻率的特性,，伴隨而來的是軸承電腐蝕時有發(fā)生。軸電壓分四大類型,，對軸承的損傷也不完全相同,，這里就不一一展開了。如何限制軸承電腐蝕發(fā)生,，各企業(yè)仁者見仁智者見智,，不過大體分三類：扼流限制，絕緣阻斷和旁路疏導(dǎo),。
01 扼流限制
通過在變頻器的輸出端放置扼流磁環(huán)或者扼流線圈,，如果設(shè)計好的話，扼流環(huán)可以消耗掉變頻器開啟,、關(guān)停時的上沖及熄滅尖峰電壓,，同時也會降低導(dǎo)體高頻感抗帶來的諧波電壓，有效改善EMI的表現(xiàn),。但是需要注意的是它無法消除電機(jī)的共模電壓,，而汽車驅(qū)動電機(jī)恰恰是共模電壓擊穿導(dǎo)致的軸承電腐蝕嚴(yán)重。另外這種方式通常需要比較大的安裝空間,。
02 絕緣阻斷
通過對軸承或關(guān)聯(lián)零部件的絕緣措施，將軸電流的路徑切斷,。值得注意的是如果采用陶瓷球軸承,，基本可以解決該軸承的電腐蝕問題。但如果采用絕緣涂層,，在高頻情況下,，絕緣層的高頻阻抗是非常低的，未必能承受電壓沖擊,，這種擊穿情況在其他行業(yè)時有發(fā)生,。當(dāng)然即使保護(hù)了絕緣軸承本身，但軸和后面的負(fù)載端都是硬連接,，在軸上有電的情況下,，電會通過連接點輸出到負(fù)載端，并在負(fù)載端找到薄弱處釋放,。
03 旁路疏導(dǎo)
增加低電阻旁路,，使電荷通過這個增加的旁路泄導(dǎo)，這樣軸電壓降低,，通過軸承的電流會很小,，并減少電壓擊穿風(fēng)險，有效保護(hù)軸承,。市面上疏導(dǎo)方案主流有導(dǎo)電碳棒,、導(dǎo)電油封,、導(dǎo)電油脂和接地導(dǎo)電環(huán)四種類型。下面介紹一下四種疏導(dǎo)方案的優(yōu)劣勢,。
壓接導(dǎo)電（導(dǎo)電碳棒,，導(dǎo)電金屬片）
使用碳棒一端與軸接觸，另一端接地,，將電導(dǎo)入地下防止軸電壓的產(chǎn)生,。
優(yōu)勢：
成本低
缺點：
無論碳棒還是軸都是硬質(zhì)固體材料，由于接觸面不會完全光潔,，在高速相對運動時,，其接觸一定是彈跳接觸。在直流或低頻下,，由于壓簧的作用,，其彈開的時間非常短，不會影響導(dǎo)通,。但軸電壓是高頻電壓,，在碳棒彈開的瞬間，極有可能會有多個頻率軸電壓未被泄導(dǎo),，并在軸承處產(chǎn)生放電,，腐蝕軸承。
其次,，碳棒存在可靠性耐久問題,。碳棒是整體材料壓制，存在磨損的情況,。它在工業(yè)電機(jī)行業(yè)屬于消耗品,，隔4-6個月需要更換。另外在油冷環(huán)境下,，潤滑油滲透進(jìn)去,，會使碳棒變得松軟，碳粉更加容易被磨掉,，加劇縮短其使用壽命,。
另外由于上面說的碳棒和軸是彈跳接觸，碳棒被折斷也時有發(fā)生,。
緊配導(dǎo)電（導(dǎo)電PTFA,，導(dǎo)電橡膠，導(dǎo)電碳布）
在軸上設(shè)置導(dǎo)電緊配類油封材料,，機(jī)殼與轉(zhuǎn)子上的電荷通過導(dǎo)電油封傳導(dǎo)至機(jī)殼,，機(jī)殼設(shè)置接地的連接。
優(yōu)勢：無需額外安裝操作,。在安裝初期效果特別好,，特別是高速情況下由于軸轉(zhuǎn)動帶動導(dǎo)電油封變形,，使導(dǎo)電材料口收得更緊，導(dǎo)電性能更好,。
缺點：導(dǎo)電油封和軸承是緊配安裝壓入,，緊配要求抱緊力強(qiáng)，這樣會損失一部分功率,，導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱,。導(dǎo)電油封的外緣為塑料件和橡膠件，而由于汽車是運動件,，軸本身也有一定的跳動,，磨的時間長了以后緊配變松配，跟軸之間會產(chǎn)生間隙,，導(dǎo)電就變得時斷時續(xù),。油冷環(huán)境下，油進(jìn)入間隙以后會形成一個隔絕層,，電就導(dǎo)不出來,。所以導(dǎo)電油封在初始狀態(tài)測效果不錯，但是存在耐久性問題,。
導(dǎo)電油脂
與普通軸承尺寸完成相同,，只是在絕緣的油脂里加入一些導(dǎo)電顆粒，通過導(dǎo)電顆粒卸載軸電壓避免容性擊穿放電,。
優(yōu)勢：設(shè)計簡單,；優(yōu)化改動小，成本優(yōu),；測試軸電壓降低很多。
缺點：導(dǎo)電油脂其實就是潤滑油脂加一些導(dǎo)電材料,。潤滑油脂浸潤性非常好,，導(dǎo)電顆粒表面就會形成一層絕緣油膜，形成離散分布的非連續(xù)導(dǎo)體,，油脂導(dǎo)電就變成絕緣油脂電容擊穿和導(dǎo)電材料電阻導(dǎo)電相結(jié)合,，雖然電壓降下來了，但持續(xù)的擊穿放電,，軸承損壞的速度甚至超過非導(dǎo)電油脂,。另外擊穿放電產(chǎn)生的熱量會導(dǎo)致油脂快速硬化和氧化，影響導(dǎo)電效果,。
過盈導(dǎo)電（纖維導(dǎo)電環(huán)）
設(shè)計纖維過盈量,，使汽車全壽命周期內(nèi)，纖維都能與軸接觸,，電流通過纖維泄導(dǎo),。
優(yōu)點：全壽命周期免維護(hù),，軸跳動對導(dǎo)電環(huán)幾乎沒有影響。
但需要注意以下幾個方面：
靜態(tài)電阻的大小
非絕緣軸承在靜態(tài)時的電阻一般在1Ω左右,，安裝導(dǎo)電環(huán)以后軸對地電阻要低于1Ω,，才能在汽車起步和加減速的時候，對軸承起到保護(hù)作用,。
化學(xué)穩(wěn)定性
在油冷電機(jī)中,，導(dǎo)電環(huán)需要和ATF油直接接觸。ATF油含多種添加劑,，化學(xué)成分復(fù)雜,，這就要求和它接觸產(chǎn)品的化學(xué)穩(wěn)定性要高，能與ATF油化學(xué)相容,，否則會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而影響軸接地效果,，甚至導(dǎo)致整個電驅(qū)系統(tǒng)潤滑、冷卻,、絕緣失效,。所以在油冷條件下使用的軸接地產(chǎn)品的化學(xué)穩(wěn)定性是需要考量的重要指標(biāo)。因此,，軸接地產(chǎn)品方案中不建議使用穩(wěn)定性低的有機(jī)物,，例如膠粘劑等。
保證接觸良好
要保證導(dǎo)電環(huán)的纖維頂端和軸始終接觸,。油冷電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上有一層油膜,，這層油膜會在轉(zhuǎn)軸和導(dǎo)電環(huán)之間形成一個絕緣層。導(dǎo)電環(huán)的纖維要夠硬夠挺,，才能刺破這層油膜,。
方案：接地導(dǎo)電環(huán)，一邊與軸接觸,，另一端安裝在殼體上（接地）即可,，將電導(dǎo)入地下即可有效防止軸電壓的產(chǎn)生。
1,、特殊的材料,，兼具導(dǎo)電性和柔韌性，保證接觸電阻遠(yuǎn)小于1Ω,，同時在高速磨損的過程中不至于斷裂,；
2、特殊的結(jié)構(gòu),，既保證纖維在任何情況下不會脫落,，又保證不使用任何有機(jī)成分，沒有任何兼容性問題,；
3,、特殊的設(shè)計,，既保證在風(fēng)冷/水冷情況下的壽命，又保證在有油環(huán)境下的導(dǎo)電性,。
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