起重電機專業(yè)生產(chǎn)廠家無錫宏達2022年5月21日訊 近年來，電動車的銷量節(jié)節(jié)高，伴隨而來的是電動車的質(zhì)量問題，為了減少客戶抱怨，很多問題必須在設(shè)計階段就進行規(guī)避。電機的軸承電腐蝕問題是最近各家主機廠重點關(guān)注的問題。
電動車輛的突出特點之一是其使用壽命長，因為與內(nèi)燃機相比，電動驅(qū)動裝置中的活動部件數(shù)量較少。由于軸承電流和相關(guān)的電腐蝕會導致部件磨損并損壞電機軸承，電動車輛的使用壽命可能將受到嚴重限制。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，重點在于與各位探討在設(shè)計前期如何規(guī)避軸電流帶來的電腐蝕問題。
圖1—電動汽車
在了解軸電流之前我們先了解一下軸電壓，正是因為在軸承內(nèi)外圈之間有了軸電壓，形成電勢差才產(chǎn)生了軸電流。
軸電壓——軸電壓是指電機運行時，電機兩軸承端或電機轉(zhuǎn)軸與軸承間所產(chǎn)生的電壓。其本質(zhì)由于定子磁場的不平衡或轉(zhuǎn)軸本身帶磁，當出現(xiàn)交變磁通時，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，當油膜絕緣被破壞時，就在回路內(nèi)產(chǎn)生電流。
軸電壓/軸電流事件可以簡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，形成電勢差，最終形成了軸電流，本文主要介紹應(yīng)對軸電流的解決方案。
軸電壓不高，通常乘用車用電機為30V左右，有些會高些，但回路電阻很小，因此，產(chǎn)生的軸電流可能很大，有時達數(shù)百安培。當軸承因安裝、油污、損壞或老化等原因失去絕緣性能時，電機軸電壓足以擊穿軸承油膜而產(chǎn)生放電。放電會使?jié)櫥挠唾|(zhì)逐漸劣化，軸承滾珠兩端出現(xiàn)電腐蝕現(xiàn)象，嚴重者會使軸承燒壞，被迫停機造成事故。
滾動軸承內(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)滾道與滾動體的接觸面時產(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)圈和滾動體碾壓形成搓板紋；對滑動軸承，會在軸瓦合金表面形成放電火花燒灼的痕跡。這些都會對軸承造成嚴重傷害。
當軸電壓超過軸承潤滑油的絕緣能力，即高于油層的擊穿電壓時，產(chǎn)生了火花電流。此時，油膜被擊穿，軸承內(nèi)外滾道瞬間短路。整個過程可簡化為：軸電壓迅速放電，對軸承內(nèi)側(cè)“打電弧”，產(chǎn)生電腐蝕。由于滾珠與滾道內(nèi)表面為點接觸，放電電流密度很大，電流的瞬間高溫可能灼傷軸承，導致軸承座圈出現(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)生是因為軸電流通過了軸承滾珠與滾道的點接觸區(qū)域，所以通常的解決思路有兩個：第一個思路是對軸承進行絕緣處理，隔斷軸電流的導通。第二個思路是讓軸電流進行旁路傳導，不讓電流通過軸承，這樣就可以解決電腐蝕問題。
導電環(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。
導電環(huán)方案有優(yōu)點也有缺點，具體分析如下：
優(yōu)點：安裝簡單，改善效果明顯，可以有效解決軸承電腐蝕問題。
缺點：成本較高，需要殼體以及軸均配合進行調(diào)整。同時在油冷電機中效果不穩(wěn)定，因為高速運轉(zhuǎn)工況下，潤滑油絕緣特性會起一定的絕緣作用，所以高速運轉(zhuǎn)情況下的電腐蝕問題會依然存在。
導電油脂軸承是相對來說最簡單的方法，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性的基礎(chǔ)上，增加了油脂導電性，抗電腐蝕性，可以延長軸承的使用壽命，同時相對于常規(guī)軸承，導電油脂軸承的導電性能更優(yōu)，軸承導電性能測量結(jié)果，此設(shè)計在國內(nèi)比較多，長安，特斯拉均有產(chǎn)品應(yīng)用。
導電油脂軸承方案優(yōu)缺點對比如下
優(yōu)點：設(shè)計簡單，優(yōu)化改動最小，成本最優(yōu)，對于軸電壓，可以有效減小軸電壓有效值，但是對于峰峰值的改善很有效。
缺點：導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，對于軸電壓改善效果不明顯，但是當溫度升起來后，對于軸電壓的改善會有明顯的改善。
此方案的原理是對軸承進行電氣絕緣，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)缺點對比如下：
優(yōu)點：成本相對要高，裝配簡單，對軸電流的改善效果明顯。
缺點：可靠性耐久問題是個風險，同時外圈絕緣處理零件不易生產(chǎn)，同時此方案對電機配合零件的傳動系統(tǒng)可能存在一定的損傷，電壓可能通過配合的傳動系統(tǒng)找到其他更大的回路，從而對配合件產(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，對電蝕而言，這兩種方法都存在較大的隱患， 由于內(nèi)部機理較為復雜，此處給出簡單解釋：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通過軸承外圈與其他結(jié)構(gòu)耦合形成流通路徑，進而釋放能量。
軸電壓的預防不僅僅在于源頭阻斷，路徑阻斷以及末端采取措施，更重要的是以預測性維護的角度，定期驗證應(yīng)對措施采取的有效性以及可靠耐久性，實現(xiàn)真正意義上的保障軸承、保障電機、保障安全。 |
