A villamos energia jelenti az autók jövőjét

A csapágy-technológia korszerűsítése segítségére lesz a jövő elektromos hajtásláncainak

2017. július 25., kedd, 06:00

Címkék: autógyár autógyártás autóipar csapágy elektromobilitás elektromos autó hibrid csapágy SKF

A tisztán elektromos hajtású (EV) és a hibrid járművek gyorsan törnek előre. Míg a „hagyományos” autók továbbra is uralják a piacot, a szén-dioxid-kibocsátás és a szállópor csökkentésére irányuló erőfeszítések felgyorsítják ezeknek az „alternatív” járműveknek az előtérbe kerülését.

Ebben a piaci szegmensben, amely egykor alig jelentett többet egyfajta mellékvágánynál, mára erőteljes növekedés tapasztalható. A Frost & Sullivan ipari elemzéssel foglalkozó vállalat legutóbbi felmérése szerint az elektromos és hibrid járművek száma öt éven belül globálisan a 10%-át teszi majd ki az autóeladásoknak. Ez azt jelenti, hogy elkerülhetetlenné vált a hajtáslánc további villamosítása. Ez azonban nem egyszerű feladat. A hibrid autók hajtáslánca sokkal összetettebb, mint a hagyományos autóké – mivel váltani kell az elektromos és hagyományos motorok között, vagy mindkettőt egyszerre kell használni. Ezt számos különböző módon lehet elérni, és a módszerek száma egyre nő. A legegyszerűbb megoldás az, ha a villanymotort beépítik a már meglévő konfigurációba. Azonban a következő öt-tíz évben több mint 30 különböző EV vagy hibrid hajtásláncmodell kerül majd a piacra.

Energiaellátás elektromos autók töltéséhez

Ezeknek a modelleknek a tervezői arra törekszenek majd, hogy a lehető legkompaktabb kivitelt párosítsák a strapabírósággal, a könnyű szerelhetőséggel és – ami a legfontosabb – a nagyobb energiahatékonysággal. Az eredmény szempontjából kritikus pont lesz a kivitel – csakúgy, mint azok az alkatrészek, amelyeket a megoldásokhoz kiválasztanak. A csapágyakra gyakran nem fordítanak elég figyelmet, pedig a megfelelő csapágy kiválasztásával megoldhatóvá válik az e-hajtáslánccal kapcsolatban felmerülő néhány probléma.

Energia-visszatáplálás

A hibrid járművek hajtásláncában kritikus elem a szíjhajtású önindító generátor (BSG), amely a nyomaték és a motor teljesítményének növelése érdekében a fékezési energiát kinyeri, és visszatáplálja a motorba.


Az SKF nemrég segített egy Tier One beszállítónak a 48 V-os hajtáslánc részét képező BSG rendszer korszerűsítésében. A BSG legújabb verziójához az SKF kifejlesztett egy új kivitelű rotorpozicionáló csapágyat, amely a tisztán elektromos hajtású és a hibrid járművekben használt szinkron- és indukciós meghajtómotorokhoz egyaránt alkalmazható. Az elektromos hajtásláncokban való használatra tervezett kompakt és viszonylag kis tömegű rotorpozicionáló csapágyat szélsőséges körülmények közötti üzemelésre tervezték. A csapágyegységek nem érzékenyek az erős mágneses zavarokra, ellenállnak az alkalmazásban fellépő rezgésnek és akár a 150 °C állandó hőmérsékletnek is, valamint csökkentik a nyomatékingadozást és az elektromos zajt.

Összességében az egység által biztosított nagyobb pontosság lehetővé teszi a villanymotor halkabb és egyenletesebb működését, valamint a nagyobb hatékonyságot. További előnyt jelent, hogy könnyen beépíthető a BSG egységbe.

SKF hibrid csapágyak

Súrlódáscsökkentés

A kivitelben jelentkező jelentős eltérések ellenére a háttérben azonos kihívásokkal kell szembenézni. Ezek közül az egyik legfontosabb az autóipar legrégebbi ellensége – a súrlódás.

A súrlódás ellen küzdenek a járművek szinte minden alkatrészénél – a gumiabroncsoktól a dugattyúkig. Azonban az elektromos és hibrid járművek egyes tulajdonságai – leginkább a nagyobb energiasűrűség és a nagyobb sebesség – hangsúlyosabbá teszik a súrlódás hatásait. A megoldás az olyan alkatrészek megtervezése, amelyek csökkentik a súrlódást. A közelmúltban egy vevői együttműködés keretében az SKF segítséget nyújtott egy Tier One beszállító számára a 48 V-os szíjhajtású önindító (BAS) kompakt kivitelének biztosításában – megnövelt sebesség, terhelés és hőmérséklet mellett. Ezt egy kifejezetten az elektromos és hibrid hajtásláncokhoz tervezett, alacsony súrlódású eDrive golyóscsapágy – ebben az esetben mélyhornyú golyóscsapágy – beszerelésével érték el. Ezek a csapágyak szabadalmazott polimerkosárral, optimalizált csapágygyűrű-geometriával és különleges összetételű kenőanyaggal rendelkeznek – és akár 30%-kal csökkentik a súrlódást.

A megoldásra irányuló folyamat már korábban elkezdődött, amikor az SKF szimulációs szoftverrel modellezte és alkatrészszinten tesztelte a csapágy kivitelét. A beépítendő alkatrészek meghatározásánál általában a modellezés a legfontosabb kiindulási pont. Ebben az esetben például a vevő eredetileg hagyományos csapágyakat használt,  amelyek azonban nem tudták ellátni a feladatukat.

A tesztelés szintén kritikus része a folyamatnak. Az SKF már megépített egy sor nagy sebességű tesztberendezést, amelyek túlmutatnak a jelenlegi piaci igényeken – mivel valószínű, hogy ezek az igények a jövőben változni fognak.

Új problémák megoldása

Az új technológia gyakran egyszerre áldás és átok. Az általa biztosított minden egyes előny egyben hátrányt is jelent. Jó példa erre az elektromos frekvenciaváltó. Az előnyei mellett – ilyen például a nagyobb energiahatékonyság – a nagy sebességű kapcsolás növeli a jelfrekvenciát, ezáltal áramszivárgást okoz. Ez árthat az alkatrészeknek – például a csapágyaknak –, és csökkenti az élettartamukat.

A megoldást az alternatív alkatrészek – például a hibrid csapágyak – használata jelentheti. A hibrid csapágyak ötvözik az acél csapágygyűrűket a kiváló elektromos szigetelési képességgel rendelkező kerámia gördülőelemekkel, így megvédik a hajtáslánc alkatrészeit a kóbor elektromos áram okozta sérülésektől. Ez a technológia képes megbirkózni az elektromos hajtásláncokra jellemző nagy sebességgel és az elégtelen kenéssel is. Az elektromos és hibrid autók sokkal csendesebbek, mint a legtöbb hagyományos autó. Azonban ebből következik az a kicsit bosszantó tény, hogy a csendes futásnak köszönhetően hallhatóvá válnak azok a zajok és zörejek, amelyeket korábban a motorzaj elfedett.

Az autóipar számára kétségtelenül a tisztán elektromos hajtású és hibrid járművek jelentik az előrelépést, és minden nagyobb gyártó dolgozik a saját járműkínálatának kifejlesztésén. A fejlesztések kritikus pontja a kiviteloptimalizálás lesz, és úgy tűnik, hogy számos esetben egy egyszerű csapágy is erőteljes hatást gyakorolhat a teljesítményre.

Anthony Simonin, az SKF elektromos és hibrid járművek szakértői központjának igazgatója

www.skf.hu

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
Média Partnerek