Sérsniðin og blendingur legur leysa grundvallaratriði í rafknúnum ökutækjum

Háhraði rafmótoranna sem notaðir eru í EV & HEV rafknúnum rafhlöðum krefst þess að nota sérsniðna legur. Keramikkúlulög eru hæfust til að takast á við öll sérstök skilyrði, segir Anthony Simonin, framkvæmdastjóri EV og HEV samkeppnisstöðva hjá SKF.

Á yfirborðinu virðist lítill munur á raf- og tvinnbifreið (EV & HEV) og hefðbundins bíls, knúinn af brunahreyfli, sem hann kemur í auknum mæli í staðinn.

Undir undirvagninum er Persaflóinn hins vegar gríðarstór og grundvallarbreytingin er í akstri. Hér veita öflugir rafmótorar kraftinn, og hvernig þeir vinna og hvernig þeir tengjast öðrum bílnum, krefst þess að mikilvægir íhlutir eins og legur séu endurhannaðir eða aðlagaðir til að vinna í þessu nýja umhverfi.

Til dæmis verður mótorinn sjálfur að keyra á mjög miklum hraða, miklu hraðar en í hefðbundinni iðnaðarnotkun, sem þýðir að legur innan hans verða að geta tekist án þess að mistakast. Almennt hefur þetta verið leyst með því að laga hefðbundna stálkúlulaga, svo sem með því að endurhanna búrið og nota sérstakt smurfitu.

Dæmigerð EV notar allt að fjóra mótora, ef hver og einn er tengdur við sérstakt hjól. Þetta keyrir á allt að 30.000 rpm, sem er um það bil þrefalt hraði dæmigerðs iðnaðar mótor. Þetta leggur gífurlega álag á innri legur, svo að það verður að skipta um þær eða laga þær.

Ein leiðin er að endurhanna leguna og fjölliða búrið, aðlaga grunnhönnunina. Þetta tryggir að heildarlagsstillingin þolir meiri hraða, hröðun og hitastig sem við sjáum í þessum forritum.

Að auki þarf hærri hraða smurningu. Hér þarf sérstaka smurfeiti sem getur haldið seigju sinni og svo áfram verið árangursrík smurefni á þessum hærri hraða og hitastigi.

Þó að rafmótorinn, ásamt inverter, tryggi mikla afköst, þá er það einn eiginleiki sem getur haft áhrif á hefðbundna stál legur. Hátíðnisspennurofi spennarans, sem aftur veldur straumleki. Straumurinn getur endað leiddur í gegnum legurnar. Þetta getur valdið vandamálum eins og yfirborðsupphæð og skelfilegri bilun í kjölfarið.

Að vissu leyti stafar vandamálið af því að keyra mótorinn á sinn skilvirkasta hátt: með því að auka mótorhraða eykur afl og afköst án þess að þurfa að auka straum eða tog. Með því að auka hraðann eykst þó einnig spennu tíðni, sem leiðir til rafmagns afhleðslu.

Skynsamlega svarið er að nota kúlulaga sem eru náttúrulega einangrandi og munu ekki leiða straum.

Keramikkúlur
Að skipta um hefðbundna stálkúlur í keramik ígildi þeirra, til að búa til svokallaðan blendingagerð, er viðurkennd leið til að leysa þetta vandamál, vegna þess að keramikkúlurnar eru náttúrulega einangrandi. Hins vegar, aðallega vegna hærri kostnaðar þeirra, er aðeins lítill fjöldi EV hönnuða með blendinga legur í hönnun sinni.

Við hjá SKF áætlum við að aðeins um 5% af legum í þessum forritum séu blendingur. Venjulega hafa þessar blendingur legur aðeins verið tilgreindar vegna fyrri bilunar í stál legum í þessum forritum. Mjög fáir hönnuðir EV tilgreina blendinga legur frá upphafi en við sjáum að þetta er farið að breytast.

Aðalástæðan fyrir því að hönnuðir munu ekki hanna í blendingum legur frá upphafi er að þeir geta ekki réttlætt aukakostnaðinn. Þeir geta almennt ekki sagt fyrir um bilun í hefðbundnum legum, svo kjósa að keyra þær þar til þær mistakast.

Sumir af stærri framleiðendum EV nota þó háþróaðan uppgerðarhugbúnað til að móta nákvæmar aðstæður sem legur hafa upplifað í þessum forritum. Með því að nota þennan hugbúnað geta þeir séð og magnað magn magns núverandi leka og líkleg áhrif hans á legurnar. Ef það gerir fjárhagslega skilning, munu þeir skipta út hefðbundnum stál legum fyrir blendinga. Fyrir um það bil fimm árum voru blendingur legar sjaldan hannaðir frá byrjun. Nú er það orðið algengara og líklegt að það aukist enn frekar.

Almennt er sársaukalaust að skipta um hefðbundna legu með blendingum þar sem blendingur leganna hefur sömu mál og hefðbundin stál legur. Á sama tíma hafa þegar verið gerðar nauðsynlegar hönnunarbreytingar á búrinu og fitu.

Til viðbótar við einangrunar eiginleika þeirra hafa keramikkúlur aðra kosti: þær eru 40% minna þéttar en stálígildir þeirra, sem þýðir að þær geta keyrt við kaldara hitastig; þeir geta haft allt að tífalt lífslíkur; og þeir þurfa minni smurningu. Þessir kostir fara á einhvern hátt í að skýra hærri kostnað þeirra.

Einn hágæða notandi SKF blendingalaga er bíll viðskiptavinur sem tilgreindi fyrst blendingalaga SKF aftur árið 2014.

Auk þess að standast áhrif boga, tryggðu blendingur legur meiri skilvirkni, vegna léttari þyngdar og meiri hörku. Þegar á heildina er litið hjálpar meiri skilvirkni EVs að fara lengra á einni hleðslu, lykilviðmið fyrir árangur þegar EVs keppa við hefðbundna bíla.

Inn í framtíðina
Það sleppur því að blendingur eru dýrir. Við hjá SKF erum að skoða aðrar lausnir og þróa leið til að leysa vandamálið vegna rafmagnsskaða á legunni, en án þess að nota keramikkúlur.

Svarið er að búa til aðra leið fyrir strauminn, svo að hann fari ekki í gegnum leguna sjálfa og skemmi hann. Sem stendur er þessi tækni enn í þróun, þannig að við höfum ekki enn neinar sérstakar upplýsingar um það.

Það er önnur ástæða fyrir því að þróa þessa nýju tækni: þrátt fyrir mikla yfirburði leysa keramikkúlur ekki fullkomlega vandann við núverandi leka. Þó að þeir standist áhrif á yfirborðsskemmdum, getur straumurinn samt unnið sig að gírkassanum og valdið skemmdum þar, svo sem með því að eyðileggja kaðaltenginguna. Við reiknum með að ný þróun okkar, sem er væntanleg í lok þessa árs, muni leysa þetta vandamál á meðan það er einnig ódýrara en að nota blendingagerð.

SKF er ekki kvæntur neinni sérstakri tækni en veitir sérstakar lausnir á hönnunarvandamálum. Núna geta blendingagerðir okkar hjálpað til við að vinna bug á vandamálum vegna núverandi leka í EVs; fljótlega verðum við með nýja tækni sem lofar að gera slíkt hið sama, en á lægra verði.

Við seljum vörur eins og legur til flestra EV framleiðenda á markaðnum. Svo þegar hafa djúpa innsýn í þessi forrit og vita hvernig á að leysa tengd vandamál þeirra.

Horfur lengra fram í tímann, einhver EV framleiðendur geta hugsanlega unnið bug á vandanum við núverandi leka. Ef þeir eru ábyrgir fyrir því að hanna allt kerfið, eins og hjá sumum stærri framleiðendum, munu þeir geta „hannað“ vandamálið við upptökin.

Fyrir aðra framleiðendur, sem kunna að hanna mótorinn, en fá aðra íhluti, svo sem stjórnbúnaðinn og gírkassann að utan, verður þetta ómögulegt og þeir þurfa að halda áfram að nota lausnir eins og blendinga legur.

Rafknúin ökutæki eru leiðin framundan til flutninga. Þó þeir séu enn tiltölulega lítill hluti markaðarins, sem gerir þá eins skilvirka og áreiðanlega og mögulegt er. Með hönnun á íhlutum eins og legum, mun hjálpa til við að taka stærri hlut af markaðnum.