2024-05-28
來源：北京匯智慧眾汽車技術(shù)研究院
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新能源汽車驅(qū)動電機具有高功率、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有發(fā)生。軸電壓分四大類型，對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)計好的話，扼流環(huán)可以消耗掉變頻器開啟、關(guān)停時的上沖及熄滅尖峰電壓，同時也會降低導(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的共模電壓，而汽車驅(qū)動電機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)時有發(fā)生。當(dāng)然即使保護了絕緣軸承本身，但軸和后面的負(fù)載端都是硬連接，在軸上有電的情況下，電會通過連接點輸出到負(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，使電荷通過這個增加的旁路泄導(dǎo)，這樣軸電壓降低，通過軸承的電流會很小，并減少電壓擊穿風(fēng)險，有效保護軸承。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。
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：
成本低
缺點：
無論碳棒還是軸都是硬質(zhì)固體材料，由于接觸面不會完全光潔，在高速相對運動時，其接觸一定是彈跳接觸。在直流或低頻下，由于壓簧的作用，其彈開的時間非常短，不會影響導(dǎo)通。但軸電壓是高頻電壓，在碳棒彈開的瞬間，極有可能會有多個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)電機行業(yè)屬于消耗品，隔4-6個月需要更換。另外在油冷環(huán)境下，潤滑油滲透進去，會使碳棒變得松軟，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，機殼與轉(zhuǎn)子上的電荷通過導(dǎo)電油封傳導(dǎo)至機殼，機殼設(shè)置接地的連接。
優(yōu)勢：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)動帶動導(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：導(dǎo)電油封和軸承是緊配安裝壓入，緊配要求抱緊力強，這樣會損失一部分功率，導(dǎo)致電機發(fā)熱。導(dǎo)電油封的外緣為塑料件和橡膠件，而由于汽車是運動件，軸本身也有一定的跳動，磨的時間長了以后緊配變松配，跟軸之間會產(chǎn)生間隙，導(dǎo)電就變得時斷時續(xù)。油冷環(huán)境下，油進入間隙以后會形成一個隔絕層，電就導(dǎo)不出來。所以導(dǎo)電油封在初始狀態(tài)測效果不錯，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：設(shè)計簡單；優(yōu)化改動小，成本優(yōu)；測試軸電壓降低很多。
缺點：導(dǎo)電油脂其實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：全壽命周期免維護，軸跳動對導(dǎo)電環(huán)幾乎沒有影響。
但需要注意以下幾個方面：
靜態(tài)電阻的大小
非絕緣軸承在靜態(tài)時的電阻一般在1Ω左右，安裝導(dǎo)電環(huán)以后軸對地電阻要低于1Ω，才能在汽車起步和加減速的時候，對軸承起到保護作用。
化學(xué)穩(wěn)定性
在油冷電機中，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，否則會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進而影響軸接地效果，甚至導(dǎo)致整個電驅(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。油冷電機的轉(zhuǎn)軸上有一層油膜，這層油膜會在轉(zhuǎn)軸和導(dǎo)電環(huán)之間形成一個絕緣層。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，同時在高速磨損的過程中不至于斷裂；
2、特殊的結(jié)構(gòu)，既保證纖維在任何情況下不會脫落，又保證不使用任何有機成分，沒有任何兼容性問題；
3、特殊的設(shè)計，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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