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      1. 首頁
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      2. 軸承知識(shí)
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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(dòng)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(shí)有發(fā)生
      。軸電壓分四大類型
      ，對(duì)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(jì)好的話
        ，扼流環(huán)可以消耗掉變頻器開啟
        、關(guān)停時(shí)的上沖及熄滅尖峰電壓，同時(shí)也會(huì)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(dòng)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(duì)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(shí)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(huì)通過連接點(diǎn)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(gè)增加的旁路泄導(dǎo)
      ，這樣軸電壓降低，通過軸承的電流會(huì)很小
      ，并減少電壓擊穿風(fēng)險(xiǎn)
      ，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(shì)
      。
      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(shì)：
      成本低
      缺點(diǎn)：
      無論碳棒還是軸都是硬質(zhì)固體材料，由于接觸面不會(huì)完全光潔
        ，在高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)
        ，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(shí)間非常短，不會(huì)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(huì)有多個(gè)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(gè)月需要更換
        。另外在油冷環(huán)境下，潤滑油滲透進(jìn)去
        ，會(huì)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(shí)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(shì)：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(dòng)帶動(dòng)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(diǎn)：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(huì)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(yùn)動(dòng)件
      ，軸本身也有一定的跳動(dòng)，磨的時(shí)間長了以后緊配變松配
      ，跟軸之間會(huì)產(chǎn)生間隙
      ，導(dǎo)電就變得時(shí)斷時(shí)續(xù)。油冷環(huán)境下
      ，油進(jìn)入間隙以后會(huì)形成一個(gè)隔絕層
      ，電就導(dǎo)不出來。所以導(dǎo)電油封在初始狀態(tài)測(cè)效果不錯(cuò)
      ，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(shì)：設(shè)計(jì)簡單
        ；優(yōu)化改動(dòng)小，成本優(yōu)
        ；測(cè)試軸電壓降低很多
        。
      缺點(diǎn)：導(dǎo)電油脂其實(shí)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(huì)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(huì)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(jì)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(diǎn)：全壽命周期免維護(hù)
      ，軸跳動(dòng)對(duì)導(dǎo)電環(huán)幾乎沒有影響。
      但需要注意以下幾個(gè)方面：
      靜態(tài)電阻的大小
      非絕緣軸承在靜態(tài)時(shí)的電阻一般在1Ω左右
      ，安裝導(dǎo)電環(huán)以后軸對(duì)地電阻要低于1Ω
      ，才能在汽車起步和加減速的時(shí)候，對(duì)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(huì)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(gè)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(huì)在轉(zhuǎn)軸和導(dǎo)電環(huán)之間形成一個(gè)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(shí)在高速磨損的過程中不至于斷裂
      ；
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      、特殊的結(jié)構(gòu)，既保證纖維在任何情況下不會(huì)脫落
      ，又保證不使用任何有機(jī)成分
      ，沒有任何兼容性問題；
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      、特殊的設(shè)計(jì)
      ，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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