当前位置:首页 > 粉体技术 > 粉体应用技术 > 正文
继风力发电机后,新能源汽车也看上了“氮化硅轴承”
2022年06月13日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:81
觉得文章不错?分享到:

轴承属于风电机组不可或缺的核心零部件,风电轴承的范围涉及从叶片、主轴和偏航所用的轴承,到齿轮箱和发电机中所用的高速轴承。一般而言,风电轴承主要包括变桨轴承(pitchbearings)、主轴轴承(mainshaftbearings)、偏航轴承(yawbearings)、增速器轴承(gearboxbearing)和发电机轴承等(generatoxbearing),示意图如下。由于风电机组的恶劣运行工况和长寿命、高可靠性的使用要求,使风电轴承具有极高的技术复杂度,是公认的国产化难度最大的部件之一。称为电腐蚀的损坏可能发生在发电机中使用的轴承上,由于旋转过程中轴承内部流动的电流,会产生火花,使接触区域的表面熔化为了避免这种情况,为了避免这种情况,采用了在滚珠(滚动体)中使用绝缘性能优异的陶瓷(氮化硅)的绝缘陶瓷轴承没有特殊说明的情况下本文指的是混合轴承


风力发电机的各种轴承

从较新的风机报价情况来看,陆上风电机组价格已经下降到1800-1900元/kW左右,平价海上风电机组价格也已经降到4000元/kW以下,风机组件价格下降让当前风电行业面临巨大的压力,需要通过改进风电机组的设计、提升性能和可靠性的同时降低维护成本,并节省每兆瓦时的成本。风电机组运营商必须确保其设备尽可能长时间地保持运转。由于经常在恶劣的条件(在海上,在气候寒冷或偏远的地区)下运行,风机的性能和可靠性受到挑战。同时还面临维修成本高,更换部件的交货时间长等问题。随着塔架高度、叶片长度和发电机尺寸和负荷不断增加,考虑到风塔的高度和位置,风机的维护成本很高。氮化硅球轴承优秀的绝缘能力及耐磨耐久性和承载能力,为满足这些要求带来了有效的解决方案,采用具有更高使用寿命的氮化硅球进一步降低了不定期维护的风险。行业上,风力发电设备通常需要 20 年或更长时间的设计使用寿命和免维护的可靠性。

日本KOYO(JTEKT)风力发电-氮化硅混合轴承

(PS:2022年4月KOYO,TOYODA,JTEKT,捷太格特集团旗下所有事业已统一为JTEKT


类似的,混合陶瓷轴承在新能源汽车的发动机上也得到了应用(绝缘的氮化硅可以在各类发电机轴承中起到减少电流腐蚀的作用)。新能源汽车对汽车轴承提出了更多新要求,首先电机轴承相比传统轴承转速高,需要密度更低、相对更耐磨的材料;同时由于电机的交变电流引起周围电磁场变化,需要更好的绝缘性减小轴承放电产生的电腐蚀;第三,要求轴承球表面更光滑,较少磨损。而这些特性都是陶瓷轴承的特长。从几乎没有陶瓷轴承在汽车上使用,到2020年新能源汽车中5%的轴承已经被陶瓷轴承取代,在新能源汽车领域,陶瓷轴承取代钢球轴承已经是一种趋势。特斯拉采用的电机中输出轴采用的是SKF设计的氮化硅混合陶瓷轴承;奥迪ATA250电机位于内部的2个转子轴承采用陶瓷材质制成。

 

氮化硅滚子混合轴承。

混合陶瓷轴承的全部优点在变频驱动装置上得到了充分体现,这种装置用于对泵、牵引电机等旋转设备进行优化控制。由于采用脉冲宽度调制技术,会产生有害的高频电流,当电流通过轴承时,可能会对轴承内外圈、滚动体造成损伤,并影响润滑剂的性能。轴承振动加剧只是危害最小的后果,更有甚者,电腐蚀可能会大大缩短轴承和润滑剂的使用寿命。使用混合陶瓷轴承,令这一问题迎刃而解。氮化硅是一种电绝缘体,可以阻止电流在轴承内外圈之间通过,甚至可以绝缘极高频率的电流,从而完全避免了由此产生的轴承失效。

预计(不知道是哪个组织)2025年,全球新能源汽车领域陶瓷球市场空间将接近40亿元,2030年将接近200亿元;预计2025年国内新能源汽车领域陶瓷球市场空间将接近13亿元,2030年将超过100亿元。

CoorsTek认为陶瓷轴承最适合电动汽车

陶瓷轴承球有哪些玩家?

高端陶瓷球一般需要同时实现三个关键技术指标,高精度(加工技术、G5以及更高)、长疲劳寿命(陶瓷技术)、好的表面质量(通常是几百倍下没有任何微观缺陷)。要解决这三个问题,需要有优质的原料、稳定先进的陶瓷制作工艺和陶瓷球加工技术。行业现状是上游高纯粉末制备技术被UBE(宇部兴产)等国外企业长期掌控,长疲劳寿命陶瓷球毛坯主要是COORSTEK和Toshiba主导,陶瓷球加工主要是ASK、椿中岛、等日系企业。COORSTEK、ASK等国外企业可达到G3精度(较G5等级更高)且有非常好的表面质量。目前,轴承产品高端市场依旧被瑞典SKF、德国Schaeffler、日本NSK、日本JTEKT、日本NTN、日本NMB、日本NACHI、美国TIMKEN这“四国八企”所垄断。

更多应用

当然,如上陶瓷轴承受人关注的领域可不止如上两个。氮化硅具有优秀绝缘能力,机械性能,较低的热膨胀,高刚度、耐磨性及低密度特性外(氮化硅的密度不到钢的一半,减少了轴承旋转时的离心力,从而提高了运行速度,也用于高速轴承)及非磁特性使它在许多领域都非常吃香。

1、带磁医疗诊断设备及半导体装备

氮化硅的非磁性特性也使作为磁场作用下应用的理想材料,在这些应用中使用钢球可能会干扰磁场或影响旋转扭矩。氮化硅球轴承是半导体制造设备和存在磁场的医疗诊断设备的理想选择。

2、高速轴承

氮化硅球轴承由于其高速和低润滑条件而被应用于半导体制造设备中。与使用钢球相比,在轴承中使用氮化硅球可使轴承寿命提高50%或更多。通过降低更换频率和维护成本,可以降低制造过程的总生命周期成本。

3、高端自行车

通过在自行车轮毂(底部支架)上使用氮化硅球,可以减少摩擦、减轻重量并延长轴承寿命。相关新闻资讯阅读:国内高端自行车改件也用上氮化硅轴承了


粉体圈编辑:Alpha

本文为粉体圈原创作品,未经许可,不得转载,也不得歪曲、篡改或复制本文内容,否则本公司将依法追究法律责任

相关内容:
 

粉体求购:

设备求购:

寻求帮助:

合作投稿:

粉体技术:

关注粉体圈

了解粉体资讯