カスタマイズされたハイブリッドベアリングは、電気自動車の基本的な問題を解決します
EV＆HEVパワートレインで使用される高速の電気モーターには、カスタマイズされたベアリングの使用が必要です。 SKFのEVおよびHEVコンピテンスセンターマネージャーであるAnthony Simonin氏は、セラミックボールベアリングはすべての特定の条件に最も対応できると述べています。
表面的には、電気自動車とハイブリッド車（EV＆HEV）と、内燃エンジンを動力とする従来の車との違いはほとんどないように思われます。
ただし、シャーシの下では湾が巨大であり、最も根本的な変化はドライブトレインにあります。 ここでは、強力な電動モーターが電力を供給し、その動作方法、および他の車との接続方法には、この新しい環境で動作するようにベアリングなどの重要なコンポーネントを再設計または適合させる必要があります。
たとえば、モーター自体は非常に高速で動作する必要があり、従来の産業用アプリケーションよりもはるかに高速である必要があります。つまり、モーター内のベアリングは失敗することなく対処できなければなりません。 一般に、これは、ケージの再設計や特殊な潤滑グリースの使用など、従来のスチール製ボールベアリングを採用することで解決されています。
典型的なEVは、それぞれが別々のホイールに接続されている場合、最大4つのモーターを使用します。 これらは、通常の産業用モーターの約3倍の速度である最大30,000rpmで動作します。 これにより、内部ベアリングに大きな負担がかかるため、これらを交換または調整する必要があります。
1つの方法は、ベアリングとポリマーケージを再設計し、基本設計を適合させることです。 これにより、これらのアプリケーションで見られる高速、加速、温度に耐えることができるようになります。
さらに、高速ではより効率的な潤滑が必要です。 ここでは、粘度を維持できる特殊なグリースが必要であるため、これらのより高い速度と温度でも効果的な潤滑剤であり続けます。
電気モーターはインバーターと組み合わせて高効率を保証しますが、従来のスチール製ベアリングに影響を与える可能性のある機能が1つあります。 インバーターの高周波電圧スイッチングにより、漏れ電流が発生します。 電流はベアリングを介して伝導される可能性があります。 これにより、表面の孔食などの問題や、その後の壊滅的な障害が発生する可能性があります。
ある意味では、問題はモーターを最も効率的な方法で実行することによって引き起こされます。モーター速度を上げると、電流やトルクを増やすことなく、電力と効率が向上します。 ただし、速度を上げると電圧周波数も高くなり、放電が発生します。
賢明な答えは、自然に絶縁され、電流を流さないボールベアリングを使用することです。
セラミックボール
セラミックボールは自然に絶縁性であるため、いわゆるハイブリッドベアリングを作るために、従来のスチールボールをセラミックの同等品に切り替えることは、この問題を解決する方法として認識されています。 ただし、主にコストが高いため、ハイブリッド軸受を設計に組み込むEVデザイナーはごく少数です。
SKFでは、これらのアプリケーションのベアリングの約5％のみがハイブリッドベアリングであると推定しています。 通常、これらのハイブリッドベアリングは、これらのアプリケーションでのスチールベアリングの早期故障のためにのみ指定されています。 最初からハイブリッドベアリングを指定しているEVデザイナーはほとんどいませんが、これは変わり始めていることがわかります。
設計者が最初からハイブリッドベアリングを設計しない主な理由は、追加コストを正当化できないことです。 通常、従来のベアリングの故障を予測することはできないため、故障するまで稼働させることをお勧めします。
ただし、一部の大手EVメーカーは、高度なシミュレーションソフトウェアを使用して、これらのアプリケーションでベアリングが経験する正確な条件をモデル化します。 このソフトウェアを使用して、漏れ電流の量とベアリングへの影響を確認し、定量化することができます。 経済的な意味があれば、従来のスチールベアリングをハイブリッドベアリングに置き換えます。 5年ほど前、ハイブリッドベアリングは最初からほとんど設計されていませんでした。 現在、それはより一般的になり、さらに増加する可能性があります。
ハイブリッドベアリングの寸法は従来のスチールベアリングと同じであるため、従来のベアリングをハイブリッドに交換するのは一般に簡単です。 同時に、ケージとグリースの必要な設計修正がすでに行われています。
絶縁性に加えて、セラミックボールには他の利点があります。スチールボールと比べて密度が40％低いため、より低い温度で動作できます。 平均寿命は最大10倍になります。 そして、彼らは少ない潤滑を必要とします。 これらの利点は、コストが高いことを説明するのに役立ちます。
SKFのハイブリッドベアリングのプレミアムユーザーの1人は、2014年に初めてSKFのハイブリッドベアリングを指定した自動車の顧客です。
アークの影響に抵抗するだけでなく、ハイブリッドベアリングは軽量で硬度が高いため、効率が向上しました。 全体として、より高い効率により、EVは1回の充電でさらに走行することができます。これは、EVが従来の自動車と競合する際の成功の重要な基準です。
未来へ
ハイブリッド軸受が高価であるという事実を逃れることはできません。 SKFでは、代替ソリューションを検討しており、セラミックボールを使用せずに、ベアリングの電気的損傷の問題を解決する方法を開発しています。
答えは、電流の別のパスを作成して、ベアリング自体を通過して損傷しないようにすることです。 現時点では、このテクノロジーはまだ開発中であるため、共有する具体的な詳細はまだありません。
この新しい技術を開発するもう1つの理由があります。その大きな利点にもかかわらず、セラミックボールは漏れ電流の問題を完全には解決しません。 表面の損傷の影響には抵抗しますが、電流は依然としてギアボックスに流れ込み、スプライン接続を破壊するなどしてギアボックスに損傷を与える可能性があります。 私たちは、この問題を解決すると同時に、ハイブリッドベアリングを使用するよりも安価である、今年末までに開始される予定の新しい開発を期待しています。
SKFは特定の技術とは関係ありませんが、設計上の問題に対する特定のソリューションを提供します。 現在、当社のハイブリッドベアリングは、EVの電流漏れの問題を克服するのに役立ちます。 まもなく、同じことを低価格で行うことを約束する新しいテクノロジーを手に入れることになります。
ベアリングなどの製品を市場のほとんどのEVメーカーに供給しています。 そのため、これらのアプリケーションについての深い洞察を既に得ており、関連する問題を解決する方法を知っています。
さらに将来を見据えて、一部のEVメーカーは、電流漏れの問題を完全に克服できる可能性があります。 システム全体の設計を担当している場合（一部の大手メーカーの場合）、ソースで問題を「設計」することができます。
モーターを設計する可能性のある他の製造業者にとって、コントロールユニットやギアボックスなどの他のコンポーネントを外部から調達する場合、これは不可能であり、ハイブリッドベアリングなどのソリューションを引き続き使用する必要があります。
電気自動車は輸送の先にあります。 それらはまだ市場の比較的小さな部分を占めており、可能な限り効率的で信頼できるものにしています。 ベアリングなどのコンポーネントの設計を通じて、市場で大きなシェアを獲得するのに役立ちます。