전기 자동차의 근본적인 문제를 해결하는 맞춤형 및 하이브리드 베어링

EV & HEV 파워 트레인에 사용되는 고속 전기 모터는 맞춤형 베어링을 사용해야합니다. SKF의 EV 및 HEV 역량 센터 관리자 인 Anthony Simonin 은 세라믹 볼 베어링이 모든 특정 조건을 가장 잘 처리 할 수 있다고 말합니다.

표면적으로는 전기 및 하이브리드 차량 (EV & HEV)과 기존의 자동차 (내연 엔진으로 구동되는 자동차) 사이에 차이가 거의없는 것으로 보이며 점점 더 대체 될 것입니다.

그러나 섀시 아래에서 걸프는 거대하며 가장 근본적인 변화는 드라이브 트레인입니다. 여기서 강력한 전기 모터는 동력을 제공하고 작동 방식과 자동차의 나머지 부분에 연결하는 방법을 위해이 새로운 환경에서 작동하도록 베어링과 같은 중요한 구성 요소를 다시 설계하거나 개조해야합니다.

예를 들어, 모터 자체는 기존의 산업 응용 분야보다 훨씬 빠른 속도로 작동해야합니다. 즉, 모터 내부의 베어링이 고장없이 대처할 수 있어야합니다. 일반적으로, 이것은 케이지를 재 설계하고 특수한 윤활 그리스를 사용하는 것과 같은 기존의 강철 볼 베어링을 적용하여 해결되었습니다.

일반적인 EV는 각각 별도의 휠에 연결된 경우 최대 4 개의 모터를 사용합니다. 이들은 최대 30,000rpm에서 작동하며 이는 전형적인 산업용 모터 속도의 약 3 배입니다. 이로 인해 내부 베어링에 엄청난 부담이 가해 지므로 교체하거나 개조해야합니다.

한 가지 방법은 기본 설계에 맞게 베어링과 폴리머 케이지를 재 설계하는 것입니다. 이를 통해 전체 베어링 구성이 이러한 응용 분야에서 볼 수있는 더 높은 속도, 가속 및 온도를 견딜 수 있습니다.

또한, 높은 속도는보다 효율적인 윤활을 필요로합니다. 여기에는 점도를 유지할 수있는 특수 그리스가 필요하므로 이러한 높은 속도와 온도에서 효과적인 윤활제가 계속 유지됩니다.

전기 모터는 인버터와 함께 고효율을 보장하지만 기존의 강철 베어링에 영향을 줄 수있는 기능이 있습니다. 인버터의 고주파 전압 스위칭으로 전류 누출이 발생합니다. 베어링을 통해 전류가 흐르게됩니다. 이로 인해 표면 핏팅 및 이후의 치명적인 고장과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

어떤 점에서 문제는 모터를 가장 효율적인 방식으로 가동함으로써 발생합니다. 모터 속도를 높이면 전류 나 토크를 증가시키지 않고도 전력과 효율이 향상됩니다. 그러나 속도를 높이면 전압 주파수도 증가하여 방전이 발생합니다.

현명한 답변은 자연적으로 절연되어 전류를 전도하지 않는 볼 베어링을 사용하는 것입니다.

세라믹 볼
세라믹 볼이 자연적으로 절연되어 있기 때문에 소위 하이브리드 베어링을 만들기 위해 세라믹 등가물에 대한 기존의 스틸 볼을 전환하는 것이이 문제를 해결하는 방법입니다. 그러나 주로 높은 비용으로 인해 소수의 EV 설계자 만 설계에 하이브리드 베어링을 통합합니다.

SKF는 이러한 응용 분야에서 베어링의 약 5 %만이 하이브리드 베어링이라고 추정합니다. 일반적으로 이러한 하이브리드 베어링은 이러한 응용 분야에서 초기 스틸 베어링 고장으로 인해 지정되었습니다. 처음부터 하이브리드 베어링을 지정하는 EV 디자이너는 극히 드물지만 이것이 바뀌기 시작하는 것을 볼 수 있습니다.

설계자가 처음부터 하이브리드 베어링으로 설계하지 않는 주된 이유는 추가 비용을 정당화 할 수 없기 때문입니다. 일반적으로 기존 베어링의 고장을 예측할 수 없으므로 고장이 날 때까지 운전하는 것이 좋습니다.

그러나 일부 대형 EV 제조업체는 정교한 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 이러한 애플리케이션에서 베어링이 경험하는 정확한 조건을 모델링합니다. 이 소프트웨어를 사용하여 전류 누설량과 베어링에 미치는 영향을보고 정량 할 수 있습니다. 재정적으로 이해가된다면 기존 스틸 베어링을 하이브리드 베어링으로 대체 할 것입니다. 약 5 년 전, 하이브리드 베어링은 처음부터 거의 설계되지 않았습니다. 이제는 점점 보편화되었으며 앞으로 더 늘어날 것으로 보입니다.

하이브리드 베어링은 종래의 베어링과 동일한 치수를 갖기 때문에 종래의 베어링을 하이브리드로 교체하는 것은 일반적으로 고통이 없다. 동시에 케이지와 그리스에 대한 필요한 설계 수정이 이미 이루어 졌을 것입니다.

세라믹 볼은 절연 특성 외에도 강철에 비해 밀도가 40 % 낮으므로 더 차가운 온도에서 작동 할 수 있습니다. 그들은 평균 수명의 10 배를 가질 수 있습니다. 윤활이 덜 필요합니다. 이러한 장점은 높은 비용을 설명하는 데 도움이됩니다.

SKF 하이브리드 베어링의 프리미엄 사용자 중 하나는 2014 년에 SKF 하이브리드 베어링을 처음으로 지정한 자동차 고객입니다.

하이브리드 베어링은 아킹의 영향에 저항 할뿐만 아니라 무게와 경도가 높아서 높은 효율을 보장합니다. 전반적으로, 높은 효율은 전기 자동차가 기존 자동차와 경쟁함에 따라 성공의 주요 기준 인 단일 충전으로 전기 자동차가 더 멀리 여행 할 수 있도록 도와줍니다.

미래로
하이브리드 베어링이 비싸다는 사실을 피할 수는 없습니다. SKF는 대체 솔루션을 찾고 있으며 세라믹 볼을 사용하지 않고 베어링의 전기적 손상 문제를 해결하는 방법을 개발하고 있습니다.

답은 전류에 대한 다른 경로를 만들어서 베어링 자체를 통과하여 손상시키지 않도록하는 것입니다. 현재이 기술은 아직 개발 중이므로 아직 공유 할 세부 정보가 없습니다.

이 새로운 기술을 개발해야하는 또 다른 이유가 있습니다. 큰 장점에도 불구하고 세라믹 볼은 전류 누출 문제를 완전히 해결하지 못합니다. 표면 손상의 영향을받지는 않지만 전류는 여전히 기어 박스로 전달되어 스플라인 연결을 끊는 등의 손상을 일으킬 수 있습니다. 올해 말에 출시 될 새로운 개발은 하이브리드 베어링을 사용하는 것보다 저렴하면서도이 문제를 해결할 것으로 기대합니다.

SKF는 특정 기술과 결혼하지 않았지만 설계 문제에 대한 특정 솔루션을 제공합니다. 현재 하이브리드 베어링은 EV의 전류 누설 문제를 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다. 머지 않아 우리는 똑같은 가격이지만 더 낮은 가격으로 새로운 기술을 약속 할 것입니다.

우리는 베어링과 같은 제품을 시장의 대부분의 전기 자동차 제조업체에 공급합니다. 따라서 이미 이러한 응용 프로그램에 대한 깊은 통찰력을 가지고 관련 문제를 해결하는 방법을 알고 있습니다.

더 나아가서 일부 EV 제조업체는 전류 누출 문제를 완전히 극복 할 수 있습니다. 일부 대형 제조업체의 경우 전체 시스템을 설계해야하는 경우 소스에서 문제를 '설계'할 수 있습니다.

모터를 설계 할 수 있지만 제어 장치 및 기어 박스와 같은 다른 구성 요소를 외부에서 공급하는 다른 제조업체의 경우 불가능할 수 있으며 하이브리드 베어링과 같은 솔루션을 계속 사용해야합니다.

전기 자동차는 운송을위한 앞선 길입니다. 그들은 여전히 시장의 상대적으로 작은 부분을 차지하지만 가능한 효율적이고 신뢰할 수있게 만듭니다. 베어링과 같은 부품의 설계를 통해 시장에서 더 큰 점유율을 차지할 수 있습니다.