Prilagođeni i hibridni ležajevi rješavaju osnovne probleme u električnim vozilima

Velika brzina elektromotora koji se koriste u EV&HEV pogonskim agregatima zahtijeva upotrebu prilagođenih ležajeva. Keramički kuglični ležajevi najviše su sposobni da se nose sa svim specifičnim uslovima, kaže Anthony Simonin, direktor EV i HEV Competence Center u SKF-u.

Na površini se čini malo razlike između električnog i hibridnog vozila (EV & HEV) i konvencionalnog automobila, koje pokreće motor s unutrašnjim sagorijevanjem, koje će sve više zamjenjivati.

Međutim, ispod šasije, zaljev je ogroman, s tim da je najosnovniji pomak u pogonu. Ovdje snažni električni motori pružaju snagu i način na koji rade te kako se povezuju s ostatkom automobila zahtijeva da kritične komponente poput ležajeva budu redizajnirane ili prilagođene za rad u ovom novom okruženju.

Na primjer, motor mora raditi vrlo velikom brzinom, daleko brže nego što bi to bio slučaj u uobičajenoj industrijskoj primjeni, što znači da ležajevi unutar njega moraju biti u stanju pokrenuti se bez greške. Općenito, ovo je riješeno prilagođavanjem konvencionalnih čeličnih kugličnih ležajeva, poput redizajniranja kaveza i korištenjem posebne mazive masti.

Tipični EV koristi do četiri motora, ako je svaki povezan na zasebno kolo. Oni rade do 30.000 o / min, što je oko tri puta veće brzine od tipičnog industrijskog motora. To stvara veliko opterećenje na unutrašnjim ležajevima, pa ih je potrebno zamijeniti ili prilagoditi.

Jedan od načina je redizajn ležaja i polimernog kaveza, prilagođavanje temeljnog dizajna. To osigurava da cjelokupna konfiguracija ležaja može podnijeti veću brzinu, ubrzanje i temperaturu kakve možemo vidjeti u ovim aplikacijama.

Pored toga, veće brzine zahtijevaju efikasnije podmazivanje. Ovdje su potrebne posebne masti koje mogu zadržati svoju viskoznost i na taj način nastavljaju biti efikasna maziva pri ovim većim brzinama i temperaturama.

Dok električni motor, u kombinaciji s pretvaračem, osigurava visoku efikasnost, postoji jedna značajka koja može utjecati na uobičajene čelične ležajeve. Prekidač pretvarača visoke frekvencije, što zauzvrat uzrokuje curenje struje. Struja se može završiti kroz ležajeve. To može uzrokovati probleme kao što su površinsko isušivanje i kasniji katastrofalni neuspjeh.

U određenom smislu, problem nastaje pokretanjem motora na najefikasniji način: povećavanje brzine motora povećava snagu i efikasnost, bez potrebe za povećanjem struje ili zakretnog momenta. Međutim, povećavanjem brzine povećava se i naponska frekvencija, što dovodi do električnog pražnjenja.

Razuman odgovor je koristiti kuglični ležaj koji je prirodno izolirajući i neće provoditi struju.

Keramičke kuglice
Prebacivanje konvencionalnih čeličnih kuglica u njihov keramički ekvivalent, kako bi se napravio takozvani hibridni ležaj, prepoznat je način rješavanja ovog problema, jer su keramičke kuglice prirodno izolacijske. Međutim, zbog uglavnom njihovih viših troškova, samo mali broj EV dizajnera uključuje u svoje dizajne hibridne ležajeve.

Kod SKF-a procjenjujemo da je samo oko 5% ležajeva u tim aplikacijama hibridni. Ti hibridni ležajevi obično su specificirani samo zbog ranijeg kvara čeličnih ležajeva u tim primjenama. Vrlo malo EV dizajnera od početka određuje hibridne ležajeve, ali vidimo da se to počinje mijenjati.

Glavni razlog što dizajneri od početka neće dizajnirati hibridne ležajeve je taj što ne mogu opravdati dodatne troškove. Obično nisu u mogućnosti predvidjeti kvar klasičnih ležajeva, zato ih radite tako da pokreću dok ne ispadnu.

Međutim, neki od većih proizvođača proizvođača koriste sofisticirani simulacijski softver za modeliranje tačnih uvjeta koje imaju ovi ležajevi u tim aplikacijama. Pomoću ovog softvera mogu vidjeti i kvantificirati količinu istjecanja struje i njen vjerovatni učinak na ležajeve. Ako ima smisla, zamijenit će uobičajene čelične ležajeve hibridnim. Prije otprilike pet godina hibridni ležajevi rijetko su osmišljeni od samog početka. Sada je to postala uobičajenija i vjerovatno će se dodatno povećavati.

Zamjena uobičajenih ležajeva hibridima uglavnom je bezbolna, jer hibridni ležajevi imaju identične dimenzije s uobičajenim čeličnim ležajevima. Istovremeno, potrebne su izmjene dizajna kaveza i masti.

Pored izolativnih svojstava, keramičke kuglice imaju i druge prednosti: 40% su manje guste od njihovih čeličnih ekvivalenata, što znači da mogu raditi i na hladnijim temperaturama; mogu imati i do 10 puta više od očekivanog životnog vijeka; a zahtijevaju manje podmazivanja. Ove prednosti na neki način objašnjavaju njihovu veću cijenu.

Jedan vrhunski korisnik SKF-ovih hibridnih ležajeva je automobilski kupac, koji je prvi put specificirao SKF-ove hibridne ležajeve još 2014. godine.

Osim što je odolio efektima lučenja, hibridni ležajevi su osigurali veću efikasnost, zbog svoje lakše težine i veće tvrdoće. Sve u svemu, veća efikasnost pomaže EV-ovima da putuju dalje uz jedno punjenje, što je ključni kriterij uspeha, jer se EV-ovi takmiče sa konvencionalnim automobilima.

U budućnost
Ne može se izbjeći činjenica da su hibridni ležajevi skupi. Kod SKF-a tražimo alternativna rješenja i razvijamo način rješavanja problema električnog oštećenja na ležaju, ali bez upotrebe keramičkih kuglica.

Odgovor je stvoriti drugu putanju za struju, tako da ne prođe kroz sam ležaj i ne ošteti ga. Trenutno je ta tehnologija još uvijek u fazi razvoja, tako da još uvijek nemamo na raspolaganju nikakve konkretne detalje.

Postoji još jedan razlog za razvoj ove nove tehnologije: uprkos ogromnoj prednosti, keramičke kuglice ne rješavaju u potpunosti problem trenutnog curenja. Iako se opiru utjecajima površinskih oštećenja, struja i dalje može biti usmjerena na prijenosnik i tamo uzrokovati oštećenja, poput uništavanja spojnice. Očekujemo da će naš novi razvoj, koji bi trebao biti pokrenut do kraja ove godine, riješiti ovaj problem, a da istovremeno bude i jeftiniji od korištenja hibridnog ležaja.

SKF nije oženjen nijednom određenom tehnologijom, ali pruža specifična rješenja za probleme dizajna. Trenutno, naši hibridni ležajevi mogu pomoći u prevladavanju problema trenutnog curenja u EV-ima; uskoro ćemo imati novu tehnologiju koja obećava da će učiniti isto, ali po nižoj cijeni.

Proizvode kao što su ležajevi isporučujemo većini proizvođača EV-a na tržištu. Stoga već duboko uvidite u te aplikacije i znate kako riješiti njihove povezane probleme.

Gledajući dalje naprijed, neki proizvođači EV-a možda će biti u stanju potpuno riješiti problem trenutnog curenja. Ako su odgovorni za dizajn cijelog sustava, što je slučaj s većim proizvođačima, problem će moći „osmisliti“ na izvoru.

Za ostale proizvođače, koji mogu projektirati motor, ali izvana nabavljati druge komponente, kao što su upravljačka jedinica i mjenjač, to će biti nemoguće i morat će nastaviti koristiti rješenja poput hibridnih ležajeva.

Električna vozila su put koji je na putu za transport. Iako još uvijek čine relativno mali dio tržišta, čineći ih što efikasnijim i pouzdanijim. Kroz dizajn komponenti poput ležajeva pomoći će većem udjelu na tržištu.