Rulmenții pentru autovehiculele electrice

Viteza mare a motoarelor electrice utilizate în sistemele de propulsie pentru vehiculele electrice și vehiculele hibride (EV și HEV) necesită utilizarea rulmenților personalizați. Rulmenții cu bile ceramice sunt cei mai capabili să facă față tuturor condițiilor specifice.

La suprafață, există o mică diferență între un vehicul hibrid și electric (EV și HEV) și o mașină convențională, care funcționează cu un motor cu combustie internă, care va fi înlocuită din ce în ce mai mult.
Totuși, sub șasiu, diferența este uriașă, cea mai importantă modificare fiind sistemul de transmisie. Aici, motoare electrice puternice furnizează puterea, iar modul în care acestea funcționează și modul în care se conectează cu restul autovehiculului necesită componente importante, cum ar fi rulmenți reproiectați sau adaptați să funcționeze în acest mediu nou.
De exemplu, motorul propriu-zis trebuie să funcționeze la viteză ridicată, mult mai rapid decât ar funcționa într-o aplicație industrială convențională, ceea ce înseamnă că rulmenții incluși în acesta trebuie să funcționeze fără defecțiuni. În general, această problemă a fost rezolvată prin adaptarea rulmenților cu bile din oțel convenționali, cum ar fi prin reproiectarea coliviei și utilizarea de vaselină specială de lubrifiere.

Un vehicul electric (VE) obișnuit utilizează patru motoare, dacă fiecare este conectat la o roată separată. Acestea funcționează la turații de până la 30.000 rpm, adică aproximativ de trei ori viteza unui motor industrial obișnuit. Aceasta pune o presiune enormă asupra rulmenților interni, astfel încât aceștia va trebui
să fie înlocuiți sau adaptați. O modalitate este reproiectarea rulmentului și coliviei din polimeri, adaptând designul fundamental. Aceasta asigură faptul că configurația generală a rulmentului poate rezista la viteză, accelerație și temperatură mai mare care pot fi observate în aceste aplicații.
În plus, vitezele mai mari necesită lubrifiere mai eficientă. Aici, sunt necesare vaseline speciale care pot menține vâscozitatea și continuă astfel să fie lubrifianți eficienți la aceste viteze și temperaturi mai mari.

În timp ce motorul electric, în combinație cu un invertor, asigură eficiență superioară, există o caracteristică care poate influența rulmenții din oțel convenționali. Comutarea de înaltă tensiune a invertorului, care, în schimb, cauzează scurgere de curent. Curentul poate să ajungă să fie transmis prin rulmenți.
Aceasta poate cauza probleme, cum ar fi corodarea suprafeței, și deteriorare ulterioară catastrofală.

Într-un fel, problema este cauzată de funcționarea motorului în cel mai eficient mod: viteza crescută a motorului mărește puterea și eficiența, fără să fie nevoie de creșterea curentului sau cuplului. Totuși, creșterea vitezei mărește și frecvența tensiunii, care duce la descărcare electrică.
Răspunsul logic este de a utiliza un rulment cu bile care este izolat natural și nu va conduce curentul.

Bilele ceramice

Înlocuirea rulmenților cu bile din oțel convenționali cu rulmenți ceramici, pentru a realiza un așa-zis rulment hibrid, este o modalitate recunoscută de rezolvare a acestei probleme, deoarece bilele ceramice sunt izolante în mod natural.

Totuși, în principal din cauza costului mai ridicat al acestora, numai un număr mic de designeri de VE includ rulmenți hibrizi în designurile lor.

La SKF, estimăm că numai aproximativ 5% dintre rulmenții din aceste aplicații sunt rulmenți hibrizi. În mod obișnuit, acești rulmenți hibrizi au fost specificați numai din cauza deteriorării mai rapide a rulmenților din oțel din aceste aplicații. Foarte puțini designeri de VE specifică rulmenți hibrizi de la început, dar observăm că acest aspect începe să se schimbe. Motivul principal pentru care designerii nu vor proiecta cu rulmenți hibrizi de la început este faptul că aceștia nu pot să justifice costul suplimentar. În general, aceștia nu pot să prezică deteriorarea rulmenților convenționali, astfel încât preferă să îi utilizeze până când se defectă.

Totuși, unii dintre producătorii de vehicule electrice (VE) mai mari utilizează un software sofisticat de simulare pentru a modela condițiile exacte în care funcționează rulmenții din aceste aplicații. Utilizând acest software, aceștia pot să observe și să cuantifice cantitatea scurgerii de curent și efectul probabil al acesteia asupra rulmenților. Dacă are sens financiar, aceștia vor înlocui rulmenții din oțel convenționali cu rulmenți hibrizi.
În urmă cu aproximativ cinci ani, rulmenții hibrizi erau rareori incluși în design de la început. Acum este o abordare mai obișnuită și va fi probabil mai frecventă în viitor.

Înlocuirea rulmenților convenționali cu rulmenți hibrizi nu crează probleme, în general, deoarece rulmenții hibrizi au dimensiuni identice cu cele ale rulmenților din oțel convenționali. În același timp, modificările necesare ale designului, cu privire la colivie și vaselină, sunt deja realizate.

Pe lângă proprietățile lor izolante, bilele ceramice oferă alte avantaje: aceștia sunt cu 40% mai puțin denși decât rulmenții din oțel, ceea ce înseamnă că pot funcționa la temperaturi mai mici. Aceștia pot avea o durată de funcționare de până la de 10 ori mai mare și necesită mai puțină lubrifiere Aceste avantaje explică într-un fel costul mai ridicat al acestora.

Un utilizator premium al rulmenților hibrizi de la SKF este un client din industria automobilelor, care a specificat rulmenți hibrizi de la SKF în anul 2014.
Pe lângă faptul că rezistă efectelor de arc, rulmenții hibrizi au asigurat eficiență mai mare datorită greutății mai mici și durității mai mari. Per ansamblu, eficiența mai mare ajută vehiculele electrice (VE) să se deplaseze mai mult cu o singură încărcare, un criteriu cheie al succesului deoarece vehiculele electrice concurează cu autovehiculele convenționale.

În viitor

Nu se poate evita faptul că rulmenții hibrizi sunt scumpi. La SKF, căutăm soluții alternative și dezvoltăm o modalitate de a rezolva problema deteriorării electrice a rulmentului, dar fără utilizarea bilelor ceramice.
Răspunsul este de a crea o altă cale pentru curent astfel încât acesta să nu treacă prin rulmentul propriu-zis și să îl deterioreze. Pentru moment, această tehnologie este încă în curs de dezvoltare, astfel încât încă nu avem niciun detaliu specific de comunicat.
Există un alt motiv pentru dezvoltarea acestei tehnologii noi: în ciuda avantajului lor imens, bilele ceramice nu rezolvă complet problema scurgerii de curent. În timp ce acestea rezistă efectelor de deteriorare a suprafeței, curentul poate să ajungă în continuare la cutia de viteze și să cauzeze deteriorare, cum ar fi distrugerea conexiunii de cuplare. Așteptăm noua noastră dezvoltare, care este programată să fie lansată până la finalul acestui an, pentru a rezolva această problemă fiind și mai ieftină decât utilizarea unui rulment hibrid.

SKF nu folosește numai o anumită tehnologie, ci oferă soluții specifice problemelor de design. Chiar acum, rulmenții noștri hibrizi pot ajuta la depășirea problemelor scurgerii de curent din vehiculele electrice (VE); în curând, vom avea o tehnologie nouă care promite același lucru, dar la un preț redus.

Pentru majoritatea producătorilor de vehicule electrice (VE) furnizăm produse, cum ar fi rulmenți. Astfel, avem deja experiență bogată în toate aceste aplicații și cunoștințe pentru a rezolva problemele asociate acestora.

Privind în viitor, unii producători de vehicule electrice (VE) pot fi capabili să depășească complet problema scurgerii de curent.
Dacă sunt responsabili pentru proiectarea întregului sistem, cum este cazul unor producători mai mari, aceștia vor putea să excludă problema direct la sursă.

Pentru alți producători, care pot proiecta motorul, dar comandă alte componente, cum ar fi unitatea de comandă și cutia de viteze, acest aspect este imposibil și vor trebui să continue să utilizeze soluții, cum ar fi rulmenții hibrizi.
Vehiculele electrice vor fi utilizate pentru transport. Deși acestea încă reprezintă o parte relativ mică a pieței, făcându-le să fie cât mai eficiente și fiabile posibil. Prin proiectarea componentelor, cum ar fi rulmenții, vor ocupa o parte mai mare a pieței.