如何破解新能源电机轴承电腐蚀？.docx

如何破解新能源电机轴承电腐蚀？目录1 .容性放电12 .内腐蚀13 .防护措施24 .限制轴承电腐蚀的三类措施24. 1.概述24.2.扼流限制24. 3.绝缘阻断34. 4.旁路疏导35.四种疏导方案优劣势对比35. 1. 压接导电（导电碳棒，导电金属片）35.2.紧配导电（导电PTFA,导电橡胶,导电碳布）35. 3.导电油脂45.4. 过盈导电（纤维导电环）46.静态电阻的大小46.1. 化学稳定性46.2. 保证接触良好5电腐蚀是发生在发电机槽部定子线棒防晕层表面和定子槽壁之间因失去电 接触而产生的容性放电，从而引起线棒表面的腐蚀和损伤。1 .容性放电这种容性放电的放电能量比纯电晕放电要大得多，严重时发展为火花放电O 火花放电温度可高达摄氏几百度至上千度。同样，放电使空气电离产生的臭氧 与空气中的氮，水分产生化学作用，对线棒表面和铁芯产生腐蚀。电腐蚀轻者, 使线棒防晕层及主绝缘表面变白并有不同程度的蚕食；严重者防晕层损坏，主 绝缘外露或出现麻点，引起线棒表面防晕层乃至主绝缘，垫条的烧损。这种引 起线棒防晕层，主绝缘，垫条等损伤的情况统称为“电腐蚀”。2 .内腐蚀根据电腐蚀产生的部位分外腐蚀和内腐蚀.外腐蚀指发生在防晕层和定子槽 壁之间的电腐蚀；内腐蚀是指发生在防晕层和主绝缘之间的电腐蚀.内腐蚀的原 因是由于线棒的表面防晕层与线棒主绝缘之间粘接接触不好，存在微小空气气 隙的缘故，如主绝缘表面不平整，半导体漆没有浸透或半导体漆本身的问题等. 随着发电机制造技术的发展，“内腐蚀”基本上已成为了一个历史名词。3 .防护措施防止电腐蚀的措施有：1）定子槽内在下线前喷低阻半导体漆；2）选择合适的低阻半导体垫条，打紧槽楔，保证线棒直线部分表面防晕层 的完好，使线棒表面防晕层与垫条或铁芯壁有良好的接触；3）改进线棒槽内固定方式；4）改进制造工艺水平，如3.1） 线棒的尺寸和平直度，铁芯的制造和叠片公差等；3.2） 良好的线棒制造工艺和整机制造水平是减少电腐蚀发生的有力保证。 我国在线棒防晕和防止电腐蚀方面有了长足的进步，如主绝缘和防晕层同 时热压成型，半导体适型毡工艺，线棒采用半导体槽衬槽内固定等。4 .限制轴承电腐蚀的三类措施4. 1.概述新能源汽车驱动电机具有高功率、高电压、高转速、高频率的特性，伴随 而来的是轴承电腐蚀时有发生。轴电压分四大类型，对轴承的损伤也不完全相 同，这里就不一一展开了。如何限制轴承电腐蚀发生，各企业仁者见仁智者见 智，不过大体分三类：扼流限制，绝缘阻断和旁路疏导。4. 2.扼流限制通过在变频器的输出端放置扼流磁环或者扼流线圈，如果设计好的话，扼 流环可以消耗掉变频器开启、关停时的上冲及熄灭尖峰电压，同时也会降低导 体高频感抗带来的谐波电压，有效改善EMl的表现。但是需要注意的是它无法 消除电机的共模电压，而汽车驱动电机恰恰是共模电压击穿导致的轴承电腐蚀 最严重。另外这种方式通常需要比较大的安装空间。4. 3.绝缘阻断通过对轴承或关联零部件的绝缘措施，将轴电流的路径切断。值得注意的 是如果采用陶瓷球轴承，基本可以解决该轴承的电腐蚀问题。但如果采用绝缘 涂层，在高频情况下，绝缘层的高频阻抗是非常低的，未必能承受电压冲击， 这种击穿情况在其他行业时有发生。当然即使保护了绝缘轴承本身，但轴和后 面的负载端都是硬连接，在轴上有电的情况下，电会通过连接点输出到负载端, 并在负载端找到最薄弱处释放。和骋科技遇到大量的案例是电机前后端都用绝 缘轴承，变速箱的轴承和花键被电腐蚀，损失更大！5. 4.旁路疏导增加低电阻旁路，使电荷通过这个增加的旁路泄导，这样轴电压降低，通 过轴承的电流会很小，并减少电压击穿风险，有效保护轴承。市面上疏导方案 主流有导电碳棒、导电油封、导电油脂和接地导电环四种类型。比较有意思的 是我们在产品开发时也都一一对比实验过。5.四种疏导方案优劣势对比5.1. 压接导电（导电碳棒，导电金属片）使用碳棒一端与轴接触，另一端接地，将电导入地下防止轴电压的产生。优势：成本低缺点：无论碳棒还是轴都是硬质固体材料，由于接触面不会完全光洁，在 高速相对运动时，其接触一定是弹跳接触。在直流或低频下，由于压簧的作用, 其弹开的时间非常短，不会影响导通。但轴电压是高频电压，在碳棒弹开的瞬 间，极有可能会有多个频率轴电压未被泄导，并在轴承处产生放电，腐蚀轴承。其次，碳棒存在可靠性耐久问题。碳棒是整体材料压制，存在磨损的情况。 它在工业电机行业属于消耗品，隔4-6个月需要更换。另外在油冷环境下，润 滑油渗透进去，会使碳棒变得松软，碳粉更加容易被磨掉，加剧缩短其使用寿 命。另外由于上面说的碳棒和轴是弹跳接触，碳棒被折断也时有发生。5. 2.紧配导电（导电PTFA,导电橡胶，导电碳布）在轴上设置导电紧配类油封材料，机壳与转子上的电荷通过导电油封传导 至机壳，机壳设置接地的连接。优势：无需额外安装操作。在安装初期效果特别好，特别是高速情况下由 于轴转动带动导电油封变形，使导电材料口收得更紧，导电性能更好。缺点：导电油封和轴承是紧配安装压入，紧配要求抱紧力强，这样会损失 一部分功率，导致电机发热。导电油封的外缘为塑料件和橡胶件，而由于汽车 是运动件，轴本身也有一定的跳动，磨的时间长了以后紧配变松配，跟轴之间 会产生间隙，导电就变得时断时续。油冷环境下，油进入间隙以后会形成一个 隔绝层，电就导不出来。所以导电油封在初始状态测效果不错，但是存在耐久 性问题。5. 3.导电油脂与普通轴承尺寸完成相同，只是在绝缘的油脂里加入一些导电颗粒，通过 导电颗粒卸载轴电压避免容性击穿放电。优势：设计简单；优化改动小，成本优；测试轴电压降低很多。缺点：导电油脂其实就是润滑油脂加一些导电材料。润滑油脂浸润性非常 好，导电颗粒表面就会形成一层绝缘油膜，形成离散分布的非连续导体，油脂 导电就变成绝缘油脂电容击穿和导电材料电阻导电相结合，虽然电压降下来了， 但持续的击穿放电，轴承损坏的速度甚至超过非导电油脂。另外击穿放电产生 的热量会导致油脂快速硬化和氧化，影响导电效果。6. 4.过盈导电（纤维导电环）设计纤维过盈量，使汽车全寿命周期内，纤维都能与轴接触，电流通过纤 维泄导。优点：全寿命周期免维护，轴跳动对导电环几乎没有影响。但在需要注意以下几个方面：6.静态电阻的大小非绝缘轴承在静态时的电阻一般在IQ左右，安装导电环以后轴对地电阻要 低于1Q,才能在汽车起步和加减速的时候，对轴承起到保护作用。6. L化学稳定性在油冷电机中，导电环需要和ATF油直接接触。ATF油含多种添加剂，化 学成分复杂，这就要求和它接触产品的化学稳定性要高，能与ATF油化学相容, 否则会发生化学反应进而影响轴接地效果，甚至导致整个电驱系统润滑、冷却、 绝缘失效。所以在油冷条件下使用的轴接地产品的化学稳定性是需要考量的重 要指标。因此，轴接地产品方案中不建议使用稳定性低的有机物，例如胶粘剂 等。6.2. 保证接触良好要保证导电环的纤维顶端和轴始终接触。油冷电机的转轴上有一层油膜， 这层油膜会在转轴和导电环之间形成一个绝缘层。导电环的纤维要够硬够挺， 才能刺破这层油膜。方案：接地导电环，一边与轴接触，另一端安装在壳体上（接地）即可，将电 导入地下即可有效防止轴电压的产生。1）特殊的材料，兼具导电性和柔韧性，保证接触电阻远小于1Q,同时在高 速磨损的过程中不至于断裂；2）特殊的结构，既保证纤维在任何情况下不会脱落，又保证不使用任何有 机成分，没有任何兼容性问题；3）特殊的设计，既保证在风冷/水冷情况下的寿命，又保证在有油环境下的 导电性。