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富聯(lián)注冊(cè)？2022年9月21-22日，由NE時(shí)代主辦，巨力自動(dòng)化總冠名，巨一動(dòng)力、中車時(shí)代電氣、華域電動(dòng)、上海電驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略合作，華為數(shù)字能源、智新科技生態(tài)合作的“2022（第二屆）全球xEV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)暨產(chǎn)業(yè)大會(huì)”在上海嘉定圓滿召開。
在22日的分論壇上，和騁新材料科技（上海）有限公司副總黃雙意分享的是800V高壓電機(jī)的軸電壓?jiǎn)栴}及軸承電腐蝕解決方案。800V高壓電機(jī)的軸電流問題一直是行業(yè)痛點(diǎn)和難點(diǎn)，和騁科技從電腐蝕原理、軸電壓測(cè)試方法、軸承電腐蝕解決方案等多方面進(jìn)行了詳細(xì)研究。
和騁科技成立于2013年，從成立初始就專注于軸承電腐蝕方面的研究。最開始代理國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品，直到2019年成功開發(fā)了自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品——護(hù)承核®高導(dǎo)電纖維接地環(huán)。并于2020年開始成功批量裝機(jī)于新能源汽車商用車。今年在乘用車領(lǐng)域批量裝機(jī)于多款明星車型。
軸電壓或軸電流不是一個(gè)新問題，當(dāng)變頻器用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)那天就有了，這個(gè)問題在工業(yè)、風(fēng)力發(fā)電、軌道交通等領(lǐng)域非常普遍。汽車電機(jī)前幾年為什么沒有出現(xiàn)軸承電腐蝕問題？因?yàn)檫^去的新能源汽車電壓平臺(tái)、轉(zhuǎn)速、電機(jī)功率都比較低。然而近幾年，汽車電驅(qū)系統(tǒng)的四高化發(fā)展（高壓、高功率、高頻、高轉(zhuǎn)速）雙向壓縮了軸承油膜的耐電腐蝕生存空間：更高的電壓平臺(tái)抬升了軸電壓，更大的功率使感應(yīng)能量更多，高開關(guān)頻率則使得油膜受攻擊頻率更高，另外為適應(yīng)高轉(zhuǎn)速而變低的潤(rùn)滑油/脂的粘度則使油膜厚度更薄，承受能力變得更差。所以這兩年突出性的爆發(fā)了軸承電腐蝕問題，如不采取合理的防護(hù)措施在800V電驅(qū)平臺(tái)更是會(huì)成為必然的問題，它會(huì)造成軸承滾珠和滾道有不平整的表面，造成電機(jī)軸承異響，現(xiàn)在幾乎每個(gè)車廠都面臨這個(gè)挑戰(zhàn)。
高的dv/dt，di/dt特性的共模電壓會(huì)借助電機(jī)中的雜散電容在電機(jī)軸上感應(yīng)出軸電壓。
軸電壓有幾種典型的放電波形。當(dāng)運(yùn)行工況比較好，電機(jī)轉(zhuǎn)速比較均勻，油膜達(dá)到一定的厚度能夠承擔(dān)軸承上的電壓，這個(gè)時(shí)候軸承受到了油膜的保護(hù)，沒有被擊穿，呈現(xiàn)出完整的共模電壓波形。但是由于汽車的工況比較復(fù)雜，所以這個(gè)情況不會(huì)太持續(xù)。即使電壓不足以把油膜擊穿，但油膜內(nèi)部仍然會(huì)發(fā)生局部放電，慢慢腐蝕油脂，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)有降解的過程。
最右邊的是容性擊穿放電的波形。油膜的厚度和強(qiáng)度不足以承受共模電壓在軸承上的分量，它就會(huì)被擊穿，擊穿的瞬間會(huì)產(chǎn)生大電流，不僅會(huì)對(duì)軸承帶來損害，還會(huì)對(duì)電子元器件產(chǎn)生干擾，所以電腐蝕問題和EMI問題是共生的。
無論阻性放電還是容性擊穿放電，對(duì)軸承都有比較大的傷害。阻性放電只是把瞬間容性擊穿放電變成了細(xì)水長(zhǎng)流式的電阻導(dǎo)通式放電，同樣有傷害，只是需要一定的時(shí)間和里程累積才能表現(xiàn)出負(fù)面效應(yīng)；如果是容性擊穿放電，攻擊力更強(qiáng)，其瞬間溫度很高，會(huì)造成表面金屬飛濺。
沒有答案。NEMA MG1 Part 31.4.4.3 曾經(jīng)定義20VP-P以上軸電壓有較高的擊穿放電風(fēng)險(xiǎn)，這是針對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)沒有相關(guān)描述。隨著電機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，轉(zhuǎn)速越來越高，相應(yīng)的軸承潤(rùn)滑油的粘度也較過去大幅度下降，運(yùn)行時(shí)油膜厚度大幅減薄，因此軸電壓承載能力越來越弱。部分高速電機(jī)甚至10VP-P以下的軸電壓，軸承仍有油膜擊穿放電的風(fēng)險(xiǎn)。汽車電機(jī)相較工業(yè)電機(jī)運(yùn)行工況更加復(fù)雜多變，油膜狀態(tài)更加不穩(wěn)定。
通常我們解決軸承電腐蝕問題的思路有三種。一個(gè)是限制，不讓它造成更大的影響；第二是做隔離，就像新冠一樣，做阻斷；第三，做疏導(dǎo)，把危害能量導(dǎo)到大地。當(dāng)然，也可以是幾種方式的組合。
限制，做扼流處理，通常來說是放共模磁環(huán)。通過電路模擬，將諧波能量屏蔽掉。這對(duì)改善系統(tǒng)EMI表現(xiàn)會(huì)有一定的幫助，但對(duì)降低因?yàn)楣材ｋ妷阂鸬妮S承電腐蝕沒有太大幫助。有客戶用了共模磁環(huán)，過濾了諧波部分引起的電壓，把軸電壓從25伏降到19伏左右。但19伏還是非常危險(xiǎn)的一個(gè)數(shù)值。另外這種方式通常需要比較大的安裝空間，對(duì)寸土寸金的汽車電機(jī)來說比較難以實(shí)現(xiàn)。
阻斷最簡(jiǎn)單的方式就是做絕緣。軸承是因?yàn)槭艿捷S承電流損害，換成絕緣軸承，這個(gè)部分就不會(huì)有電腐蝕了。但該方式只能解決自身的問題，不能解決系統(tǒng)的問題。感應(yīng)源頭還在，軸電壓還在。如果電機(jī)前端后端都用絕緣軸承，那電壓就會(huì)在齒輪箱釋放，這樣會(huì)造成齒面的腐蝕。這個(gè)在風(fēng)力發(fā)電、軌道交通行業(yè)非常普遍。汽車行業(yè)也有部分客戶反映在齒面上發(fā)現(xiàn)電腐蝕現(xiàn)象。
既然是危害能量，所以最好還是能泄導(dǎo)掉，堵不如疏。關(guān)于疏導(dǎo)方式的研究比較多，八仙過海各顯神通。
導(dǎo)電碳刷在工業(yè)領(lǐng)域用得非常廣，包括大型的水力發(fā)電機(jī)、火力發(fā)電機(jī)。它對(duì)導(dǎo)通低頻電流非常有效，但電刷是一個(gè)單一導(dǎo)體，有效導(dǎo)電面積不高，無法解決高頻電流趨膚效應(yīng)。。另外，碳刷是用碳粉跟金屬粉末壓制而成，在浸油環(huán)境下會(huì)疏松，更容易磨損。通常工業(yè)電機(jī)領(lǐng)域4-12個(gè)月要更換一次。另外碳刷在高震動(dòng)條件下比較容易脆斷。碳刷還需要借助彈簧壓在軸的端部，彈簧本身是易耗件，運(yùn)行的時(shí)候相當(dāng)于一直在受熱處理，彈性會(huì)逐步減低，碳刷只要產(chǎn)生彈跳就會(huì)產(chǎn)生放電，這個(gè)時(shí)候會(huì)加速軸承損害。
導(dǎo)電油封，通過摻雜一些導(dǎo)電粉末，或者在表面鍍銀來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。這種材質(zhì)耐磨性差，短期摩擦后變間隙配合，失去導(dǎo)電性，尤其是油冷環(huán)境，油滲進(jìn)去以后阻抗會(huì)變得大，導(dǎo)電效果會(huì)變差。這也是為什么很多客戶反映說，用了初始感覺很好，一段時(shí)間以后就不行了。
也有客戶或廠商在使用導(dǎo)電軸承，一般用法有兩種。一種是作為工作軸承，將電機(jī)前端或后端的軸承換成導(dǎo)電軸承。普通軸承只有在低轉(zhuǎn)速區(qū)間里有阻性放電，高轉(zhuǎn)速期間是間歇的容性擊穿放電。但導(dǎo)電軸承作為工作軸承以后全時(shí)段都在放電，工作幾萬公里以后容易出現(xiàn)電腐蝕問題，產(chǎn)生磨砂面。另外一種是作為非工作的犧牲軸承，不用承擔(dān)扭矩，是額外裝的與工作軸承并聯(lián)的導(dǎo)電路徑。犧牲軸承在犧牲的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生異響，其犧牲的時(shí)間是很難控制的，不能保證是不是在車輛全壽命周期后或是質(zhì)保期滿后發(fā)生問題，因此售后成本不可控。
和騁的解決方案——護(hù)承核®高導(dǎo)電纖維接地環(huán)/棒。纖維接地跟轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力非常小，保證充分與軸面接觸。另外纖維非常耐磨，壽命長(zhǎng)。和騁做過試驗(yàn)，纖維和轉(zhuǎn)軸之間摩擦28萬公里，纖維只磨了0.4mm，可以做到汽車全生命周期的有效使用。另外，即使在有油的環(huán)境條件下，護(hù)承核®也可以正常導(dǎo)電。
護(hù)承核®上每一束纖維有12000根，金屬外殼里邊裝配導(dǎo)電纖維，保證了它的高導(dǎo)電性。有些廠商用國(guó)外的純碳纖維的導(dǎo)電環(huán)。碳纖維阻抗比較高，纖維跟軸面接觸的電阻更大，所以如果用純碳纖維做導(dǎo)電路徑，尤其低轉(zhuǎn)速區(qū)間，滾珠滾道之間有接觸的可能，滾珠滾道都是金屬，接觸的時(shí)候電阻不高，如果并聯(lián)的保護(hù)電路的阻抗比它還高，也是起不到分流效果的。護(hù)承核®跟純碳纖維有明顯區(qū)別，我們是高導(dǎo)電金屬改性的碳纖維。高頻電流有比較大的趨膚效應(yīng)，高導(dǎo)電金屬分布在外層圓周，所以導(dǎo)電效果非常好。另外護(hù)承核®不含有任何有機(jī)物，是純無機(jī)物，所以耐受環(huán)境非常好，無論高低溫還是耐化學(xué)腐蝕等方面，都有非常好的效果。
護(hù)承核®產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式多樣。有壓裝的、螺栓安裝的、導(dǎo)電棒式的（伸到軸承里面，通過與軸承內(nèi)壁接觸，把電泄導(dǎo)掉）。尺寸也可以定制。如果軸承很大，比如風(fēng)力發(fā)電，可以做成分段式的。
目前，我們已經(jīng)形成了系列化產(chǎn)品矩陣，有風(fēng)冷/水冷和油冷兩個(gè)系列。差別主要在纖維的長(zhǎng)短以及和軸面的接觸過盈量。油冷用的纖維束會(huì)稍微短一些，風(fēng)冷或水冷用的纖維長(zhǎng)一些。水冷/風(fēng)冷的纖維和軸是干摩擦，摩擦系數(shù)高，會(huì)加大纖維磨損量；油冷條件下，因?yàn)橛途哂袧?rùn)滑性，所以磨損慢一點(diǎn)，但絕緣油膜隨著轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)，有一定的粘性和附著性，容易把纖維帶起來。較短的纖維設(shè)計(jì)就比較硬、挺，能有效刺破油膜，跟軸實(shí)現(xiàn)良好的接觸。
軸電壓降低效果主要是看放電的兩種形式：低轉(zhuǎn)速區(qū)間的阻性放電和容性的擊穿放電。阻性放電考慮的是并聯(lián)保護(hù)阻抗比軸承的阻抗要低。和騁測(cè)了不同轉(zhuǎn)速、不同頻率條件下軸承和并聯(lián)保護(hù)的阻抗對(duì)比。不裝導(dǎo)電環(huán)，在500轉(zhuǎn)或靜態(tài)的時(shí)候，軸承的阻抗范圍從十幾個(gè)歐姆到三十幾個(gè)歐姆；轉(zhuǎn)速高了以后有幾萬歐姆。安裝導(dǎo)電環(huán)以后只有幾歐姆，最高也只有四五歐姆。大家回去拿自己的汽車電機(jī)測(cè)是很難測(cè)到準(zhǔn)確的阻抗，因?yàn)闇y(cè)試電源或測(cè)試工具很容易被軸電壓干擾，測(cè)到的數(shù)據(jù)會(huì)失真。我們?yōu)榱吮苊廨S電壓干擾，用了非常小功率的工頻電機(jī)做測(cè)試，里面沒有軸電壓。
我們以實(shí)際應(yīng)用案例講一下我們產(chǎn)品的軸電壓降低效果。2020年，護(hù)承核®開始批量裝機(jī)在新能源商用車?yán)铩?00V/150kW的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，當(dāng)時(shí)軸承放電電壓是15.2V，裝了護(hù)承核®以后，軸電壓被降低到只有2V，這樣就有比較大的一個(gè)安全區(qū)間，就不會(huì)產(chǎn)生放電了。
還有一個(gè)新勢(shì)力的車型，2020年上市，在2021年年底出現(xiàn)了比較多的軸承電腐蝕問題，客戶投訴軸承、電機(jī)異響。起初考慮的方案是安裝導(dǎo)電油封，但不到一周就失效了。電機(jī)在初始設(shè)計(jì)的時(shí)候沒有考慮過這些問題，沒有安裝空間。經(jīng)過和騁技術(shù)團(tuán)隊(duì)的反復(fù)驗(yàn)證，將環(huán)狀改制成棒的形式，伸到轉(zhuǎn)軸空心腔體內(nèi)，與內(nèi)壁接觸把電導(dǎo)掉。軸電壓由20多伏降到5V以下。
另外一個(gè)新勢(shì)力品牌，初始測(cè)的軸電壓只有5-6V?；蛟S有人認(rèn)為5V是比較安全的。但是，如果是放電波形，電壓越低說明放電閾值越低，油膜非常薄，承受不住更高的電壓，實(shí)際是更危險(xiǎn)的。用了護(hù)承核®以后可以降到1V左右。
這里有個(gè)問題需要注意，軸兩端本身也是有電勢(shì)差的，有時(shí)候會(huì)超過軸承油膜能承受的程度。如果電機(jī)的一端裝了導(dǎo)電環(huán)，另外一端不做措施，那么轉(zhuǎn)軸兩端的電壓就會(huì)加到另外一端的油膜上，會(huì)加速循環(huán)電流的形成。對(duì)軸兩端有電壓，而且有超過單端軸電壓風(fēng)險(xiǎn)的工況，要考慮一端加絕緣軸承，一端加導(dǎo)電環(huán)，一堵一疏的方案。堵是堵上循環(huán)電流，疏是把危害能量泄掉?；蛘邇啥硕佳b導(dǎo)電環(huán)，讓電流經(jīng)兩端的導(dǎo)電環(huán)而不是軸承循環(huán)。代價(jià)是軸里會(huì)有一點(diǎn)循環(huán)電流，但量級(jí)比較小。
現(xiàn)在軸電壓?jiǎn)栴}很普遍，尤其800V不可避免，所以采取措施是非常必要的。和騁的護(hù)承核®經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室和實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，能有效地解決軸電壓和軸承電腐蝕的問題。
如果大家有這方面的需求或有問題想探討，歡迎聯(lián)系和騁做進(jìn)一步的溝通。謝謝大家！
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2022年9月21-22日，由NE時(shí)代主辦，巨力自動(dòng)化總冠名，巨一動(dòng)力、中車時(shí)代電氣、華域電動(dòng)、上海電驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略合作，華為數(shù)字能源、智新科技生態(tài)合作的“2022（第二屆）全球xEV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)暨產(chǎn)業(yè)大會(huì)”在上海嘉定圓滿召開。
在22日的分論壇上，和騁新材料科技（上海）有限公司副總黃雙意分享的是800V高壓電機(jī)的軸電壓?jiǎn)栴}及軸承電腐蝕解決方案。800V高壓電機(jī)的軸電流問題一直是行業(yè)痛點(diǎn)和難點(diǎn)，和騁科技從電腐蝕原理、軸電壓測(cè)試方法、軸承電腐蝕解決方案等多方面進(jìn)行了詳細(xì)研究。
和騁科技成立于2013年，從成立初始就專注于軸承電腐蝕方面的研究。最開始代理國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品，直到2019年成功開發(fā)了自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品——護(hù)承核®高導(dǎo)電纖維接地環(huán)。并于2020年開始成功批量裝機(jī)于新能源汽車商用車。今年在乘用車領(lǐng)域批量裝機(jī)于多款明星車型。
軸電壓或軸電流不是一個(gè)新問題，當(dāng)變頻器用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)那天就有了，這個(gè)問題在工業(yè)、風(fēng)力發(fā)電、軌道交通等領(lǐng)域非常普遍。汽車電機(jī)前幾年為什么沒有出現(xiàn)軸承電腐蝕問題？因?yàn)檫^去的新能源汽車電壓平臺(tái)、轉(zhuǎn)速、電機(jī)功率都比較低。然而近幾年，汽車電驅(qū)系統(tǒng)的四高化發(fā)展（高壓、高功率、高頻、高轉(zhuǎn)速）雙向壓縮了軸承油膜的耐電腐蝕生存空間：更高的電壓平臺(tái)抬升了軸電壓，更大的功率使感應(yīng)能量更多，高開關(guān)頻率則使得油膜受攻擊頻率更高，另外為適應(yīng)高轉(zhuǎn)速而變低的潤(rùn)滑油/脂的粘度則使油膜厚度更薄，承受能力變得更差。所以這兩年突出性的爆發(fā)了軸承電腐蝕問題，如不采取合理的防護(hù)措施在800V電驅(qū)平臺(tái)更是會(huì)成為必然的問題，它會(huì)造成軸承滾珠和滾道有不平整的表面，造成電機(jī)軸承異響，現(xiàn)在幾乎每個(gè)車廠都面臨這個(gè)挑戰(zhàn)。
高的dv/dt，di/dt特性的共模電壓會(huì)借助電機(jī)中的雜散電容在電機(jī)軸上感應(yīng)出軸電壓。
軸電壓有幾種典型的放電波形。當(dāng)運(yùn)行工況比較好，電機(jī)轉(zhuǎn)速比較均勻，油膜達(dá)到一定的厚度能夠承擔(dān)軸承上的電壓，這個(gè)時(shí)候軸承受到了油膜的保護(hù)，沒有被擊穿，呈現(xiàn)出完整的共模電壓波形。但是由于汽車的工況比較復(fù)雜，所以這個(gè)情況不會(huì)太持續(xù)。即使電壓不足以把油膜擊穿，但油膜內(nèi)部仍然會(huì)發(fā)生局部放電，慢慢腐蝕油脂，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)有降解的過程。
最右邊的是容性擊穿放電的波形。油膜的厚度和強(qiáng)度不足以承受共模電壓在軸承上的分量，它就會(huì)被擊穿，擊穿的瞬間會(huì)產(chǎn)生大電流，不僅會(huì)對(duì)軸承帶來損害，還會(huì)對(duì)電子元器件產(chǎn)生干擾，所以電腐蝕問題和EMI問題是共生的。
無論阻性放電還是容性擊穿放電，對(duì)軸承都有比較大的傷害。阻性放電只是把瞬間容性擊穿放電變成了細(xì)水長(zhǎng)流式的電阻導(dǎo)通式放電，同樣有傷害，只是需要一定的時(shí)間和里程累積才能表現(xiàn)出負(fù)面效應(yīng)；如果是容性擊穿放電，攻擊力更強(qiáng)，其瞬間溫度很高，會(huì)造成表面金屬飛濺。
沒有答案。NEMA MG1 Part 31.4.4.3 曾經(jīng)定義20VP-P以上軸電壓有較高的擊穿放電風(fēng)險(xiǎn)，這是針對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)沒有相關(guān)描述。隨著電機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，轉(zhuǎn)速越來越高，相應(yīng)的軸承潤(rùn)滑油的粘度也較過去大幅度下降，運(yùn)行時(shí)油膜厚度大幅減薄，因此軸電壓承載能力越來越弱。部分高速電機(jī)甚至10VP-P以下的軸電壓，軸承仍有油膜擊穿放電的風(fēng)險(xiǎn)。汽車電機(jī)相較工業(yè)電機(jī)運(yùn)行工況更加復(fù)雜多變，油膜狀態(tài)更加不穩(wěn)定。
通常我們解決軸承電腐蝕問題的思路有三種。一個(gè)是限制，不讓它造成更大的影響；第二是做隔離，就像新冠一樣，做阻斷；第三，做疏導(dǎo)，把危害能量導(dǎo)到大地。當(dāng)然，也可以是幾種方式的組合。
限制，做扼流處理，通常來說是放共模磁環(huán)。通過電路模擬，將諧波能量屏蔽掉。這對(duì)改善系統(tǒng)EMI表現(xiàn)會(huì)有一定的幫助，但對(duì)降低因?yàn)楣材ｋ妷阂鸬妮S承電腐蝕沒有太大幫助。有客戶用了共模磁環(huán)，過濾了諧波部分引起的電壓，把軸電壓從25伏降到19伏左右。但19伏還是非常危險(xiǎn)的一個(gè)數(shù)值。另外這種方式通常需要比較大的安裝空間，對(duì)寸土寸金的汽車電機(jī)來說比較難以實(shí)現(xiàn)。
阻斷最簡(jiǎn)單的方式就是做絕緣。軸承是因?yàn)槭艿捷S承電流損害，換成絕緣軸承，這個(gè)部分就不會(huì)有電腐蝕了。但該方式只能解決自身的問題，不能解決系統(tǒng)的問題。感應(yīng)源頭還在，軸電壓還在。如果電機(jī)前端后端都用絕緣軸承，那電壓就會(huì)在齒輪箱釋放，這樣會(huì)造成齒面的腐蝕。這個(gè)在風(fēng)力發(fā)電、軌道交通行業(yè)非常普遍。汽車行業(yè)也有部分客戶反映在齒面上發(fā)現(xiàn)電腐蝕現(xiàn)象。
既然是危害能量，所以最好還是能泄導(dǎo)掉，堵不如疏。關(guān)于疏導(dǎo)方式的研究比較多，八仙過海各顯神通。
導(dǎo)電碳刷在工業(yè)領(lǐng)域用得非常廣，包括大型的水力發(fā)電機(jī)、火力發(fā)電機(jī)。它對(duì)導(dǎo)通低頻電流非常有效，但電刷是一個(gè)單一導(dǎo)體，有效導(dǎo)電面積不高，無法解決高頻電流趨膚效應(yīng)。。另外，碳刷是用碳粉跟金屬粉末壓制而成，在浸油環(huán)境下會(huì)疏松，更容易磨損。通常工業(yè)電機(jī)領(lǐng)域4-12個(gè)月要更換一次。另外碳刷在高震動(dòng)條件下比較容易脆斷和騁科技黃雙意：800V高壓電機(jī)的軸電壓?jiǎn)栴}及軸承電腐蝕解決方案。碳刷還需要借助彈簧壓在軸的端部，彈簧本身是易耗件，運(yùn)行的時(shí)候相當(dāng)于一直在受熱處理，彈性會(huì)逐步減低，碳刷只要產(chǎn)生彈跳就會(huì)產(chǎn)生放電，這個(gè)時(shí)候會(huì)加速軸承損害。
導(dǎo)電油封，通過摻雜一些導(dǎo)電粉末，或者在表面鍍銀來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。這種材質(zhì)耐磨性差，短期摩擦后變間隙配合，失去導(dǎo)電性，尤其是油冷環(huán)境，油滲進(jìn)去以后阻抗會(huì)變得大，導(dǎo)電效果會(huì)變差。這也是為什么很多客戶反映說，用了初始感覺很好，一段時(shí)間以后就不行了。
也有客戶或廠商在使用導(dǎo)電軸承，一般用法有兩種。一種是作為工作軸承，將電機(jī)前端或后端的軸承換成導(dǎo)電軸承。普通軸承只有在低轉(zhuǎn)速區(qū)間里有阻性放電，高轉(zhuǎn)速期間是間歇的容性擊穿放電。但導(dǎo)電軸承作為工作軸承以后全時(shí)段都在放電，工作幾萬公里以后容易出現(xiàn)電腐蝕問題，產(chǎn)生磨砂面。另外一種是作為非工作的犧牲軸承，不用承擔(dān)扭矩，是額外裝的與工作軸承并聯(lián)的導(dǎo)電路徑。犧牲軸承在犧牲的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生異響，其犧牲的時(shí)間是很難控制的，不能保證是不是在車輛全壽命周期后或是質(zhì)保期滿后發(fā)生問題，因此售后成本不可控。
和騁的解決方案——護(hù)承核®高導(dǎo)電纖維接地環(huán)/棒。纖維接地跟轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力非常小，保證充分與軸面接觸。另外纖維非常耐磨，壽命長(zhǎng)。和騁做過試驗(yàn)，纖維和轉(zhuǎn)軸之間摩擦28萬公里，纖維只磨了0.4mm，可以做到汽車全生命周期的有效使用。另外，即使在有油的環(huán)境條件下，護(hù)承核®也可以正常導(dǎo)電。
護(hù)承核®上每一束纖維有12000根，金屬外殼里邊裝配導(dǎo)電纖維，保證了它的高導(dǎo)電性。有些廠商用國(guó)外的純碳纖維的導(dǎo)電環(huán)。碳纖維阻抗比較高，纖維跟軸面接觸的電阻更大，所以如果用純碳纖維做導(dǎo)電路徑，尤其低轉(zhuǎn)速區(qū)間，滾珠滾道之間有接觸的可能，滾珠滾道都是金屬，接觸的時(shí)候電阻不高，如果并聯(lián)的保護(hù)電路的阻抗比它還高，也是起不到分流效果的。護(hù)承核®跟純碳纖維有明顯區(qū)別，我們是高導(dǎo)電金屬改性的碳纖維。高頻電流有比較大的趨膚效應(yīng)，高導(dǎo)電金屬分布在外層圓周，所以導(dǎo)電效果非常好。另外護(hù)承核®不含有任何有機(jī)物，是純無機(jī)物，所以耐受環(huán)境非常好，無論高低溫還是耐化學(xué)腐蝕等方面，都有非常好的效果。
護(hù)承核®產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式多樣。有壓裝的、螺栓安裝的、導(dǎo)電棒式的（伸到軸承里面，通過與軸承內(nèi)壁接觸，把電泄導(dǎo)掉）。尺寸也可以定制。如果軸承很大，比如風(fēng)力發(fā)電，可以做成分段式的。
目前，我們已經(jīng)形成了系列化產(chǎn)品矩陣，有風(fēng)冷/水冷和油冷兩個(gè)系列。差別主要在纖維的長(zhǎng)短以及和軸面的接觸過盈量。油冷用的纖維束會(huì)稍微短一些，風(fēng)冷或水冷用的纖維長(zhǎng)一些。水冷/風(fēng)冷的纖維和軸是干摩擦，摩擦系數(shù)高，會(huì)加大纖維磨損量；油冷條件下，因?yàn)橛途哂袧?rùn)滑性，所以磨損慢一點(diǎn)，但絕緣油膜隨著轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)，有一定的粘性和附著性，容易把纖維帶起來。較短的纖維設(shè)計(jì)就比較硬、挺，能有效刺破油膜，跟軸實(shí)現(xiàn)良好的接觸。
軸電壓降低效果主要是看放電的兩種形式：低轉(zhuǎn)速區(qū)間的阻性放電和容性的擊穿放電。阻性放電考慮的是并聯(lián)保護(hù)阻抗比軸承的阻抗要低。和騁測(cè)了不同轉(zhuǎn)速、不同頻率條件下軸承和并聯(lián)保護(hù)的阻抗對(duì)比。不裝導(dǎo)電環(huán)，在500轉(zhuǎn)或靜態(tài)的時(shí)候，軸承的阻抗范圍從十幾個(gè)歐姆到三十幾個(gè)歐姆；轉(zhuǎn)速高了以后有幾萬歐姆。安裝導(dǎo)電環(huán)以后只有幾歐姆，最高也只有四五歐姆。大家回去拿自己的汽車電機(jī)測(cè)是很難測(cè)到準(zhǔn)確的阻抗，因?yàn)闇y(cè)試電源或測(cè)試工具很容易被軸電壓干擾，測(cè)到的數(shù)據(jù)會(huì)失真。我們?yōu)榱吮苊廨S電壓干擾，用了非常小功率的工頻電機(jī)做測(cè)試，里面沒有軸電壓。
我們以實(shí)際應(yīng)用案例講一下我們產(chǎn)品的軸電壓降低效果。2020年，護(hù)承核®開始批量裝機(jī)在新能源商用車?yán)铩?00V/150kW的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，當(dāng)時(shí)軸承放電電壓是15.2V，裝了護(hù)承核®以后，軸電壓被降低到只有2V，這樣就有比較大的一個(gè)安全區(qū)間，就不會(huì)產(chǎn)生放電了。
還有一個(gè)新勢(shì)力的車型，2020年上市，在2021年年底出現(xiàn)了比較多的軸承電腐蝕問題，客戶投訴軸承、電機(jī)異響。起初考慮的方案是安裝導(dǎo)電油封，但不到一周就失效了。電機(jī)在初始設(shè)計(jì)的時(shí)候沒有考慮過這些問題，沒有安裝空間。經(jīng)過和騁技術(shù)團(tuán)隊(duì)的反復(fù)驗(yàn)證，將環(huán)狀改制成棒的形式，伸到轉(zhuǎn)軸空心腔體內(nèi)，與內(nèi)壁接觸把電導(dǎo)掉。軸電壓由20多伏降到5V以下。
另外一個(gè)新勢(shì)力品牌，初始測(cè)的軸電壓只有5-6V?；蛟S有人認(rèn)為5V是比較安全的。但是，如果是放電波形，電壓越低說明放電閾值越低，油膜非常薄，承受不住更高的電壓，實(shí)際是更危險(xiǎn)的。用了護(hù)承核®以后可以降到1V左右。
這里有個(gè)問題需要注意，軸兩端本身也是有電勢(shì)差的，有時(shí)候會(huì)超過軸承油膜能承受的程度。如果電機(jī)的一端裝了導(dǎo)電環(huán)，另外一端不做措施，那么轉(zhuǎn)軸兩端的電壓就會(huì)加到另外一端的油膜上，會(huì)加速循環(huán)電流的形成。對(duì)軸兩端有電壓，而且有超過單端軸電壓風(fēng)險(xiǎn)的工況，要考慮一端加絕緣軸承，一端加導(dǎo)電環(huán)，一堵一疏的方案。堵是堵上循環(huán)電流，疏是把危害能量泄掉?；蛘邇啥硕佳b導(dǎo)電環(huán)，讓電流經(jīng)兩端的導(dǎo)電環(huán)而不是軸承循環(huán)。代價(jià)是軸里會(huì)有一點(diǎn)循環(huán)電流，但量級(jí)比較小。
現(xiàn)在軸電壓?jiǎn)栴}很普遍，尤其800V不可避免，所以采取措施是非常必要的。和騁的護(hù)承核®經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室和實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，能有效地解決軸電壓和軸承電腐蝕的問題。
如果大家有這方面的需求或有問題想探討，歡迎聯(lián)系和騁做進(jìn)一步的溝通。謝謝大家！
