起重電機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠家無錫宏達(dá)2022年5月21日訊 近年來，電動(dòng)車的銷量節(jié)節(jié)高，伴隨而來的是電動(dòng)車的質(zhì)量問題，為了減少客戶抱怨，很多問題必須在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行規(guī)避。電機(jī)的軸承電腐蝕問題是最近各家主機(jī)廠重點(diǎn)關(guān)注的問題。
電動(dòng)車輛的突出特點(diǎn)之一是其使用壽命長(zhǎng)，因?yàn)榕c內(nèi)燃機(jī)相比，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置中的活動(dòng)部件數(shù)量較少。由于軸承電流和相關(guān)的電腐蝕會(huì)導(dǎo)致部件磨損并損壞電機(jī)軸承，電動(dòng)車輛的使用壽命可能將受到嚴(yán)重限制。因此，為了有效防止軸承破壞，這些破壞性的電流必須被引流接地。本文主要講述軸電流/軸電壓的相關(guān)問題，重點(diǎn)在于與各位探討在設(shè)計(jì)前期如何規(guī)避軸電流帶來的電腐蝕問題。
圖1—電動(dòng)汽車
在了解軸電流之前我們先了解一下軸電壓，正是因?yàn)樵谳S承內(nèi)外圈之間有了軸電壓，形成電勢(shì)差才產(chǎn)生了軸電流。
軸電壓——軸電壓是指電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)兩軸承端或電機(jī)轉(zhuǎn)軸與軸承間所產(chǎn)生的電壓。其本質(zhì)由于定子磁場(chǎng)的不平衡或轉(zhuǎn)軸本身帶磁，當(dāng)出現(xiàn)交變磁通時(shí)，在軸上感應(yīng)出的電壓。
軸電流——指由轉(zhuǎn)軸、軸承內(nèi)圈、油膜、軸承外圈、殼體構(gòu)成回路，當(dāng)油膜絕緣被破壞時(shí)，就在回路內(nèi)產(chǎn)生電流。
軸電壓/軸電流事件可以簡(jiǎn)單理解為電火花加工，軸承內(nèi)外滾道由于較大的放電電流，瞬間短路。
軸電流的產(chǎn)生機(jī)理主要是在軸承內(nèi)外圈之間由于不同情況產(chǎn)生的軸電壓，形成電勢(shì)差，最終形成了軸電流，本文主要介紹應(yīng)對(duì)軸電流的解決方案。
軸電壓不高，通常乘用車用電機(jī)為30V左右，有些會(huì)高些，但回路電阻很小，因此，產(chǎn)生的軸電流可能很大，有時(shí)達(dá)數(shù)百安培。當(dāng)軸承因安裝、油污、損壞或老化等原因失去絕緣性能時(shí)，電機(jī)軸電壓足以擊穿軸承油膜而產(chǎn)生放電。放電會(huì)使?jié)櫥挠唾|(zhì)逐漸劣化，軸承滾珠兩端出現(xiàn)電腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重者會(huì)使軸承燒壞，被迫停機(jī)造成事故。
滾動(dòng)軸承內(nèi)外圈滾道上類似搓板一樣的紋路。這是由于軸電流流經(jīng)滾道與滾動(dòng)體的接觸面時(shí)產(chǎn)生放電火花使局部金屬材料熔化，熔化物被高速旋轉(zhuǎn)的內(nèi)圈和滾動(dòng)體碾壓形成搓板紋；對(duì)滑動(dòng)軸承，會(huì)在軸瓦合金表面形成放電火花燒灼的痕跡。這些都會(huì)對(duì)軸承造成嚴(yán)重傷害。
當(dāng)軸電壓超過軸承潤(rùn)滑油的絕緣能力，即高于油層的擊穿電壓時(shí)，產(chǎn)生了火花電流。此時(shí)，油膜被擊穿，軸承內(nèi)外滾道瞬間短路。整個(gè)過程可簡(jiǎn)化為：軸電壓迅速放電，對(duì)軸承內(nèi)側(cè)“打電弧”，產(chǎn)生電腐蝕。由于滾珠與滾道內(nèi)表面為點(diǎn)接觸，放電電流密度很大，電流的瞬間高溫可能灼傷軸承，導(dǎo)致軸承座圈出現(xiàn)電腐蝕和槽溝，整車上的體現(xiàn)通常是伴隨著NVH問題，引起顧客的抱怨。
行業(yè)內(nèi)應(yīng)對(duì)軸承電腐蝕危害的解決方案
軸承電腐蝕問題的發(fā)生是因?yàn)檩S電流通過了軸承滾珠與滾道的點(diǎn)接觸區(qū)域，所以通常的解決思路有兩個(gè)：第一個(gè)思路是對(duì)軸承進(jìn)行絕緣處理，隔斷軸電流的導(dǎo)通。第二個(gè)思路是讓軸電流進(jìn)行旁路傳導(dǎo)，不讓電流通過軸承，這樣就可以解決電腐蝕問題。
導(dǎo)電環(huán)方案與碳刷方案類似，即一邊與軸接觸，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。應(yīng)用客戶較多，特斯拉，吉利，廣汽均有產(chǎn)品應(yīng)用。
導(dǎo)電環(huán)方案有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，具體分析如下：
優(yōu)點(diǎn)：安裝簡(jiǎn)單，改善效果明顯，可以有效解決軸承電腐蝕問題。
缺點(diǎn)：成本較高，需要?dú)んw以及軸均配合進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)在油冷電機(jī)中效果不穩(wěn)定，因?yàn)楦咚龠\(yùn)轉(zhuǎn)工況下，潤(rùn)滑油絕緣特性會(huì)起一定的絕緣作用，所以高速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下的電腐蝕問題會(huì)依然存在。
導(dǎo)電油脂軸承是相對(duì)來說最簡(jiǎn)單的方法，與普通軸承尺寸完成相同，只是內(nèi)部油脂在滿足耐高溫性能和低溫流動(dòng)性的基礎(chǔ)上，增加了油脂導(dǎo)電性，抗電腐蝕性，可以延長(zhǎng)軸承的使用壽命，同時(shí)相對(duì)于常規(guī)軸承，導(dǎo)電油脂軸承的導(dǎo)電性能更優(yōu)，軸承導(dǎo)電性能測(cè)量結(jié)果，此設(shè)計(jì)在國內(nèi)比較多，長(zhǎng)安，特斯拉均有產(chǎn)品應(yīng)用。
導(dǎo)電油脂軸承方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如下
優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，優(yōu)化改動(dòng)最小，成本最優(yōu)，對(duì)于軸電壓，可以有效減小軸電壓有效值，但是對(duì)于峰峰值的改善很有效。
缺點(diǎn)：導(dǎo)電油脂軸承改善方案的效果不太穩(wěn)定，冷態(tài)情況下，油脂油膜沒有有效形成之前，對(duì)于軸電壓改善效果不明顯，但是當(dāng)溫度升起來后，對(duì)于軸電壓的改善會(huì)有明顯的改善。
此方案的原理是對(duì)軸承進(jìn)行電氣絕緣，以防止軸向電流通過軸承，即采用“堵”的方法解決軸電流的產(chǎn)生。左圖為陶瓷球軸承示意圖，右邊為軸承外圈絕緣處理方案，都是采用的堵的思路。
軸承絕緣的處理方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如下：
優(yōu)點(diǎn)：成本相對(duì)要高，裝配簡(jiǎn)單，對(duì)軸電流的改善效果明顯。
缺點(diǎn)：可靠性耐久問題是個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)外圈絕緣處理零件不易生產(chǎn)，同時(shí)此方案對(duì)電機(jī)配合零件的傳動(dòng)系統(tǒng)可能存在一定的損傷，電壓可能通過配合的傳動(dòng)系統(tǒng)找到其他更大的回路，從而對(duì)配合件產(chǎn)生電腐蝕問題。不同方案可能存在不同的情況，需要注意的是，不管是采用陶瓷軸承抑或是在軸承內(nèi)外圈噴涂絕緣涂層，對(duì)電蝕而言，這兩種方法都存在較大的隱患， 由于內(nèi)部機(jī)理較為復(fù)雜，此處給出簡(jiǎn)單解釋：從能量分析的角度，此種方法并沒有削弱寄生電能，這些高頻寄生電能將會(huì)通過軸承外圈與其他結(jié)構(gòu)耦合形成流通路徑，進(jìn)而釋放能量。
軸電壓的預(yù)防不僅僅在于源頭阻斷，路徑阻斷以及末端采取措施，更重要的是以預(yù)測(cè)性維護(hù)的角度，定期驗(yàn)證應(yīng)對(duì)措施采取的有效性以及可靠耐久性，實(shí)現(xiàn)真正意義上的保障軸承、保障電機(jī)、保障安全。 |
