EV 구동계 베어링의 전기적 침식 방지

Jun 01, 2023

베어링 제조업체인 NSK는 현재 전기 자동차(EV) 구동계의 전기 침식을 방지하는 새롭고 비용 효율적인 방법을 개발하고 있습니다. 특허 받은 깊은 홈 볼 베어링용 플라스틱 오버몰딩을 생산하는 독특한 방법을 기반으로 EV 제조업체는 세라믹으로 만든 절연 부품을 특징으로 하는 고가의 '하이브리드' 베어링에 비해 상당한 비용 절감 효과를 얻을 것으로 알려졌습니다.

기생 전류는 여러 위상에 걸쳐 자주 전환하는 인버터의 존재와 같은 상황으로 인해 EV 모터를 통해 여러 경로를 취할 수 있습니다. 특정 유형의 전기 모터 아키텍처는 회전자 접지 베어링 전류, 순환 베어링 전류 및 EDM(방전 가공) 전류를 비롯한 다양한 베어링 전류 흐름을 유발할 수도 있습니다.

특히 EDM 전류는 특정 전압에서 발생하는 아크로 인해 베어링에 심각한 위험을 초래합니다. 이러한 아크(부하 충전)로 인해 상당히 높은 암페어 값에서 제어되지 않은 방전이 발생하여 본질적으로 강철 베어링 링과 볼의 형태가 변경됩니다. 여기서 재료는 금속 표면에서 녹았다가 다시 굳어져 내부 링과 외부 링 모두의 베어링 궤도에 수 미크론 깊이의 잔물결이 나타나기 시작합니다. 과도한 소음은 종종 이 문제의 첫 번째 지표입니다. 지속적인 개발로 인해 더욱 정숙해지고 있는 EV에 있어 소음은 매우 바람직하지 않습니다.

NSK는 먼저 부하, 회전 속도, 온도 및 윤활유 점도와 같은 작동 조건; 결과 윤활 상태(유체 역학, 혼합, 경계); 저항(재료 및 용량성)과 같은 전기적 특성도 있습니다.

전기 침식을 방지하는 데 도움이 되는 확립된 방법은 기본적으로 절연 또는 전도로 구성됩니다. 전하가 너무 높지 않은 경우 전도성 그리스나 적절한 크기의 접지 요소를 사용하는 것으로 충분할 수 있습니다. 그러나 기어박스 앞의 드라이브 엔드 베어링과 같은 특정 베어링 위치의 경우 세라믹 또는 플라스틱 베어링 구성 요소 형태의 절연이 필요합니다. 예를 들어, NSK는 세라믹을 외부 또는 내부 링의 코팅으로 사용하거나 전체 롤러 요소와 볼을 세라믹으로 제조할 수 있습니다. 이러한 '하이브리드' 베어링은 전기적 침식에 대한 최적의 대책을 제공하지만 가격도 비쌉니다.

EV의 고전압 아키텍처가 오늘날 지배적인 400V 시스템에서 800V로 곧 변경될 예정이기 때문에 보다 비용 효율적인 솔루션에 대한 요구 사항이 시급합니다. 후자는 2030년에 잠재적으로 시장의 50%를 점유하게 될 것이며, 이로 인해 문제가 두 배로 늘어나고 베어링에 대한 더 나은 보호 조치가 필요할 것입니다.

따라서 NSK는 열 및 다양한 화학물질에 대한 높은 저항성을 제공할 뿐만 아니라 온도에서도 안정적인 전기적, 기계적 성능을 제공하는 고성능 PPS(폴리페닐렌 설파이드) 폴리머로 만든 플라스틱 오버몰딩의 사용을 제안합니다. 최대 150°C). 또한 이 소재는 다른 많은 폴리머 유형과 달리 낮은 수준의 수분 흡수를 제공하여 치수 안정성을 보장합니다.

종합적인 NSK 테스트는 회사의 표준 베어링과 비교하여 오버몰드 베어링의 성능을 보여줍니다. 예를 들어, 24V 전압 및 15kHz 주파수에서 표준 베어링은 내부 링과 외부 링의 명확한 전기적 침식을 보여주었습니다. 대조적으로, 새로운 NSK 오버몰드 베어링은 이러한 현상의 증거를 보여주지 않았습니다. 다양한 회전 속도에서도 동일한 결과가 나타났습니다.

오버몰딩 생산은 EV 산업에 대한 공급을 최적화하기 위해 유럽 NSK 시설에 위치한 혁신적인 사출 성형 공정을 통해 이루어졌습니다. 특수 금형 기능은 분자와 유리 섬유의 균일한 분포와 방향을 보장하여 기계적 성능을 최적화합니다. 특히, 오버몰딩의 정밀도는 연삭이 필요하지 않으며 '구조화된' 마감을 그대로 유지한다는 것을 의미합니다. 결과적으로 하우징과 베어링 외경 사이에 100% 접촉이 이루어지지 않아 틈이 공기로 채워집니다. 공기는 좋은 절연체이며 비용도 들지 않습니다. 이러한 혁신은 NSK 솔루션에 대한 시장 차별화를 제공합니다. 추가적인 이점으로 구조화된 마감 처리는 하우징 내의 베어링 크리프 문제를 극복합니다. 이는 잠재적으로 여러 접촉점(사용 사례에 따라 다름)으로 인해 더 나은 적합성을 제공하기 때문입니다.