Firma NSK opracowała nowy i ekonomiczny sposób zapobiegania erozji elektrycznej w układach napędowych pojazdów elektrycznych (EV). Korzystając z zalet unikatowej metody wytwarzania opatentowanej powłoki z tworzywa sztucznego do łożysk kulkowych poprzecznych, producenci pojazdów elektrycznych mogą uzyskać znaczne oszczędności w porównaniu z kosztownymi łożyskami hybrydowymi, w których elementy izolacyjne są wykonane z materiałów ceramicznych.
Tzw. prądy błądzące mogą przepływać przez silnik EV wieloma ścieżkami, np. w przypadku obecności falownika, który regularnie przełącza wiele faz. Dodatkowo specyficzne konstrukcje niektórych typów silników elektrycznych także mogą generować różnorodne przepływy prądu w łożyskach, w tym prądy doziemne wirnika, krążące prądy łożyskowe i prądy rozładowania łożyskowego EDM (elektroerozyjne).
W szczególności prądy EDM stanowią poważne zagrożenie dla łożysk, głównie z powodu wyładowań łukowych, które występują przy określonych napięciach. Powstawanie łuków elektrycznych prowadzi do niekontrolowanego rozładowania przy dość wysokich wartościach natężenia prądu, co zasadniczo zmienia strukturę stalowych pierścieni i kulek w łożysku. W tym przypadku dochodzi do powierzchniowego topnienia i ponownego krzepnięcia metalu, a w konsekwencji na bieżniach pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego łożyska zaczynają pojawiać się wżery o głębokości kilku mikronów. Pierwszą oznaką tego problemu jest najczęściej nadmierny szum. W przypadku pojazdów elektrycznych, które ewoluując stają się coraz cichsze, taki szum jest oczywiście wysoce niepożądany.
400V, 800V – elektryzujący problem
Popularne metody zapobiegania erozji elektrycznej zasadniczo obejmują wykorzystanie materiałów izolacyjnych lub przewodzących. Jeśli ładunki nie są zbyt wysokie, może wystarczyć zastosowanie smaru przewodzącego, uszczelki przewodzącej lub innego odpowiednio zaprojektowanego elementu uziemiającego. Jednak w przypadku określonej pozycji instalacji łożyska, takiej jak montaż po stronie napędu przed skrzynią biegów, wymagana jest izolacja w postaci ceramicznych lub plastikowych elementów łożyskowych. Przykładowo firma NSK może w tym zakresie zastosować powłokę ceramiczną na pierścieniach zewnętrznych/wewnętrznych lub wyprodukować całe elementy toczne i kulki z materiału ceramicznego. Chociaż te «hybrydowe» łożyska zapewniają optymalną ochronę przed erozją elektryczną, są one jednocześnie drogie.
Potrzeba znalezienia bardziej opłacalnego rozwiązania jest kluczowa, ponieważ konstrukcja wysokonapięciowa pojazdów elektrycznych wkrótce zmieni się z dominujących obecnie systemów 400V na 800V. Te ostatnie potencjalnie obejmą 50% rynku już w 2030 r., co znacząco zwiększy skalę problemu i będzie wymagało jeszcze lepszych środków ochrony łożysk.
W związku z tym firma NSK rekomenduje zastosowanie nakładki wykonanej z wysokowydajnego polimeru PPS (polisiarczku fenylenu) przy zastosowaniu technologii overmoldingu (obtryskiwania), która zapewnia znakomitą odporność na działanie wysokich temperatur i szerokiej gamy chemikaliów, a także oferuje stabilne parametry elektryczne i mechaniczne (nawet w temperaturze do 150°C). Ponadto materiał ten - w przeciwieństwie do wielu innych rodzajów polimerów - charakteryzuje się niskim poziomem absorpcji wody, zapewniając w ten sposób stabilność wymiarową.
Kompleksowe testy NSK wykazały poprawę wydajności łożysk z nakładkami formowanymi metodą obtryskiwania w porównaniu ze standardowymi łożyskami firmy. Na przykład przy napięciu 24V i częstotliwości 15 kHz standardowe łożyska wykazywały wyraźną erozję elektryczną pierścieni wewnętrznych i zewnętrznych. W przeciwieństwie do tego, nowe łożyska NSK z nakładkami formowanymi metodą overmoldingu nie przejawiały żadnych oznak tego zjawiska. Taki sam wynik zaobserwowano przy różnych prędkościach obrotowych.
Innowacja NSK
Produkcja nakładek metodą overmoldingu odbywa się dzięki innowacyjnemu procesowi formowania wtryskowego, który jest realizowany w jednym z europejskich zakładów NSK i ma na celu usprawnienie dostaw dla producentów pojazdów elektrycznych. Specjalne cechy tej technologii zapewniają jednorodną dystrybucję i orientację cząsteczek oraz włókien szklanych w celu optymalizacji właściwości mechanicznych nakładek. Warto zauważyć, że precyzja tego procesu eliminuje konieczność szlifowania, pozostawiając «strukturalne» wykończenie na powierzchni. W efekcie nie dochodzi do pełnego kontaktu obudowy z zewnętrzną średnicą łożyska, co tworzy szczeliny wypełnione powietrzem, które z kolei jest dobrym izolatorem i nie generuje żadnych kosztów. Ta innowacja techniczna zapewnia zróżnicowanie rynkowe dla rozwiązania NSK. Kolejną korzyścią jest strukturalne wykończenie, które rozwiązuje powszechny problem pełzania łożysk w obudowach, ponieważ zapewnia potencjalnie lepsze dopasowanie dzięki wielu punktom styku (w zależności od przypadku zastosowania).
Komentarze (0)