新能源汽车驱动电机轴承技术国内外现状

摘要：介绍了新能源汽车驱动电机轴承的结构特点，阐述了新能源汽车轴承的国内外研究现状，并详细介绍了新能源汽车轴承的关键技术。

关键词：新能源汽车；电机；轴承；转速；温度

0 前言

近年来，温室效应日益严重，人民环保意识不断增强。汽车尾气是城市温室效应的主要原因，开发新能源汽车对应对汽车尾气污染意义重大。轴承是新能源汽车的重要部件，其性能直接决定了新能源汽车的舒适性和安全性。预计到2025 年，新能源汽车轴承市场将达到142 亿元，主要包括驱动电机轴承、轮毂轴承单元、变速箱轴承、转向系统轴承等。其中，驱动电机轴承是新能源汽车供应动力的重要部件，面对新能源汽车轴承苛刻的工作要求，对其性能要求也越来越高，开发高性能新能源驱动电机轴承成为各大汽车及轴承厂商的关注重点。

1 新能源汽车驱动电机轴承结构特点

新能源汽车对轴承的要求包括长寿命、耐蠕变、高转速、低摩擦、低振动等。具体表现为：

（1） 高速：驱动电机转速高达20 000 r/min，轴承Dmn 值（平均直径与内圈转速的乘积）达到80 万以上，比普通工业电机速度高很多。

（2） 高温：轴承需在-40～150 ℃稳定运转，无啸叫；长期工作温度为110～120 ℃；寒冷地区启动温度-30～-20 ℃，启动力矩小，噪声低。

（3） 润滑：要求润滑脂低温性能优异、耐高温、抗振动、节能高效、长寿命。

（4） 振动、噪声：为保证乘车的舒适性，电机的振动噪声水平要低，保证车内安静。

（5） 电蚀：由于绕组的不平衡，造成转子间存在电位差，形成电流；逆变器高频电压造成的电流泄漏都可能导致轴承产生电蚀，使轴承失效。

（6） 寿命：保证轴承与整车质保同寿（5～8 a 或10 万～16 万km）。

2 新能源汽车轴承的国内外研究现状

2. 1 国外研究现状

NTN 公司面向纯电（EV）和混动（HEV）车用三电系统（e-Axle）研发了耐电腐蚀的绝缘镀膜轴承。在轴承外圈的外径和端面镀了绝缘膜层，能耐100 V 以上电压，具有良好的绝缘特性。NTN 公司还开发了一种抗电蚀轴承，即用于电动车轴的带有绝缘涂层的轴承，通过在轴承表面涂敷绝缘涂层来抑制通过轴承的电流。该轴承绝缘性能达到100 V以上，支持使用高压电池。绝缘涂层具有低摩擦因数和优异的耐磨性，与不带绝缘涂层的标准产品相比，外圈外径和外壳内径的总磨损量减少88%。因此，即使外圈发生蠕变，该产品也能保持绝缘所需的涂层。

SKF 公司发布了革命性的用于电驱系统的高转速深沟球轴承HSBB1.8，最高Dmn 值可达180 万，以40 mm 轴径为例可满足最高30 000 r/min 电机转速。SKF 公司开发了eDrive 球轴承系列，通过优化设计滚道，采用新型结构聚合物保持架、宽温度范围的润滑脂，设计混合陶瓷轴承，以适应电机轴承的高速性能，有助于延长传动系统的使用寿命和扩大电池的续航能力。

NSK 公司开发了针对混合动力/电动汽车变速箱等驱动系统用的新一代防蠕变轴承，通过抑制该蠕变提高车辆的乘用舒适性［1］。该产品的特点为：① 通过优化轴承套圈刚性防止套圈变形，从而将壁厚的增加量控制在最小，并有效提高抵抗齿轮静止载荷的防蠕变能力。② 采用高温油环境下耐久性能更优异的O 形圈材质，并优化其压紧变形量，使轴承暴露在高温油环境时，由电机不平衡引起的旋转载荷所导致的蠕变降低80%。③ 无需机械固定而提高了防蠕变性，使组装变得更加容易，从而提高生产性和降低成本。

NSK 公司还开发了电动汽车变速箱用圆锥滚子轴承NSK LCube ⅡTM。该产品特点为：① 在润滑油稀薄的苛刻使用环境下，在圆锥滚子的滚动面及头部形成可储油的微小凹部，使接触面的油膜保持性更优，防止磨损等表面损伤，相比目前产品可实现8 倍及以上的耐久性和耐烧结性。② 在低速域的储油性能（油膜能更加容易形成的状态）有所优化，相比目前产品可降低10% 的摩擦。

舍弗勒TriFinity 是一款三列轮毂轴承，其尺寸小于标准双列球轴承，但能够提供更大的轴荷，同时使用寿命更长，刚度更高。此外，该轴承采用创新设计，可替代带预紧的圆锥滚子轮毂单元方案。相较圆锥滚子轴承，Trifinity 可显著降低摩擦力矩，提高刚度，在FTP75 测试路谱条件下，每辆车可降低0.7% 耗电量。此外，TriFinity 与舍弗勒的端面花键技术相组合，减小了轮毂单元尺寸。小型化不仅能减少轴承和密封摩擦，还能降低轴承质量，从而减少碳足迹。在尺寸相同的情况下，采用无游隙端面花键技术的轴承质量更轻，部件传递的扭矩可提高50%。此外，轴承的安装更加方便，应用于电动汽车还可以减少噪声［2-3］。带离心盘的高效球轴承是舍弗勒专为电动汽车开发的新产品，性能高、摩擦低且节能。该产品兼具开式轴承和密封轴承的设计优势，单个轴承能够减少0.3 N·m 摩擦力，减少约0.1 g/km 二氧化碳排放量。带离心盘的高效球轴承的使用寿命是开式轴承的10 倍，使用成本大幅降低。

2. 2 国内研究现状

人本集团开发专用于新能源汽车驱动电机的高速BS 系列轴承，采用新设计、新工艺、新材料，优化轴承内部结构，利用仿真、润滑技术，解决了高速高温下轴承发热和润滑难题，形成新能源汽车驱动电机轴承设计理论及方法，确保轴承具有精度高、离心力小、摩擦低等特点，能够满足新能源汽车低启动力矩、高速和急变速、耐用性和高可靠性等要求。

浙江五洲新春集团股份有限公司开发了驱动电机轴承6008-2RZG，通过套圈参数优化设计、保持架优化设计、采用非接触式密封结构和长寿命、低噪声、耐高低温型油脂，满足套圈高速高温长寿命，有利于轴承的高速稳定、低噪声等性能，保证轴承在高速高温运转中的寿命，以及在高速或急变速运转时的性能。

重庆长江轴承股份有限公司（以下简称“长江轴承”）在高温高速新能源汽车减速器轴承、高温高速新能源汽车驱动电机轴承、新能源汽车用轮毂轴承单元关键技术等方面取得新突破。其中，在新能源汽车用轮毂轴承单元方面，长江轴承成功解决了轴承轻量化设计刚度与强度同时满足的难题、轴承减重后动平衡难题、轻量化后产品变形带来的工艺难题，实现产品减重30%。

瓦轴集团为欧洲国际知名汽车制造企业纯电汽车和插电混动汽车配套的减速器系列轴承，通过采用特殊材料及特殊的热处理工艺，实现了轴承寿命提高，满足了新能源汽车配套需求，已批量供货。瓦轴集团新能源汽车轴承拥有高精度、高转速、高承载、长寿命、低摩擦和低噪声等性能。

3 新能源汽车轴承关键技术

3. 1 高速技术

轴承高速性能是新能源汽车驱动电机轴承开发难点，自主企业没有可直接借鉴的经验。产品要在设计和理论计算上达到高速性能指标，还要通过高速性能试验、模拟台架试验和路试，才能在高速条件下可靠耐用。因此，产品开发涉及领域广、跨度大、时间长，要考量产品性HtE2kJ9PdM+HVoDNJP8i8urwLFho8Pt48MX+Ao460vQ=价比，克服国际品牌冲击，才能实现产业化。轴承的设计需要优化以减少摩擦和磨损，同时保持高速运转时的稳定性，具体应对措施为：① 润滑脂优化，开发混动汽车和纯电汽车的驱动电动机用脂润滑高速轴承；② 保持架形状优化，混动汽车和纯电汽车用深沟球轴承使用钢制保持架和冠形树脂保持架；冠形树脂保持架比钢制保持架轻，高速旋转时的离心力相对较小，钢球与保持架兜孔之间的摩擦因数较小，可以减少球与保持架之间的发热量。③ 采用高刚度树脂材料，高速旋转时使用的树脂保持架材料必须具有高刚度，以限制由于离心力的影响而产生的变形。

于庆峰［4］系统分析了高速深沟球轴承中保持架的受力来源及对应状态下的应力及应变状态，发现保持架自身离心力是最大影响因素；有针对性地提出了高速保持架设计方案；采用Abaqus 及CABA3D 软件进行仿真验证，并通过了台架试验及客户装机测试。

3. 2 耐高温技术

由于电机和电力电子器件的热效应，新能源汽车轴承工作环境温度比传统汽车高。这要求轴承材料能够承受更高的工作温度，同时不降低其性能［5］。特殊合金材料、陶瓷材料，以及表面涂层技术为制造新能源汽车要求的轴承提供可能性。这些材料可以提供更好耐磨性、耐腐蚀性和温度稳定性。

3. 3 耐腐蚀技术

随着新能源汽车产业的发展，电动汽车驱动电机轴承腐蚀问题也逐渐引起关注。轴承是传动系统中的重要部件，一旦受腐蚀，会造成车辆不稳定，最终导致安全问题。具体应对措施为：① 优化轴承结构，如增强轴承密封性，采用抗腐蚀润滑剂。② 采用具有抗腐蚀性的高性能材料，如采用特种材料，利用特殊处理工艺，提高其抗腐蚀能力。③提高轴承润滑能力，如增强零件之间润滑能力，采用具有高抗腐蚀性的润滑剂。④ 对轴承进行定期的维护和检查。

4 结语

传统汽车轴承面临重新洗牌。未来电动汽车采用电驱动方式，将省去传统燃油汽车的发动机、变速箱、传动轴等，汽车轴承发电机轴承、水泵轴承、摇臂轴承、张紧轮轴承等行业部分产品面临洗牌，新能源汽车轴承给轴承企业带来新的商机和挑战。

参 考 文 献

［ 1 ］ 卫耀东.NSK 新能源汽车新技术[J]. 现代零部件，2011（10）：70-71.

［ 2 ］ 孙玉玲，何浩，颜静，等. 新能源汽车驱动电机轴承噪声分析及改进措施[J]. 轴承，2022（1）：57-61.

［ 3 ］ 马小梅，王润东，朱宇腾，等. 新能源汽车驱动电机轴承动态性能分析[J]. 哈尔滨轴承，2022，43（1）：3-11，21.

［ 4 ］ 于庆峰. 新能源汽车用高速深沟球轴承保持架设计与验证[J]. 机械传动， 2023， 47（4）：123-130.

［ 5 ］ 胡迪，米承继，刘祥环，等. 新能源汽车减速器锥轴承预紧量研究[J]. 机电工程，2022，39（8）：1071-1079.