Cambiar de la alimentación de ICE a eMotors y tanques de combustible a baterías no es el trabajo de un momento: la llegada de los vehículos eléctricos requiere un replanteamiento de todos los componentes de un automóvil.
Por ejemplo, con motores eléctricos capaces de girar a 30,000 rpm, se requieren rodamientos de alto rendimiento para mantenerse al día con las altas velocidades. Para adaptarse a los requisitos de los vehículos eléctricos, la tecnología de rodamientos está cambiando, y los proveedores buscan proporcionar a los OEM componentes más potentes y duraderos.
¿Cuáles son los principales desarrollos en rodamientos optimizados y cómo pueden aumentar el rendimiento del motor eléctrico?
Los fabricantes de equipos originales han requerido un salto significativo de calidad y rendimiento para poder ofrecer a sus clientes vehículos eléctricos confiables. Por lo tanto, los proveedores están rediseñando los cojinetes y la jaula de polímero para que toda la configuración pueda soportar la mayor velocidad, aceleración y temperatura que caracterizan el funcionamiento del motor eléctrico.
Además, las velocidades más altas exigen una lubricación más efectiva con aceites superiores que puedan mantener su viscosidad.
A este respecto, El Dr. Farrukh Qureshi, técnico de The Lubrizol Corp, afirma que “existirían varias configuraciones de transmisión dependiendo de la configuración y el diseño del vehículo.
“Si los motores están incrustados en la transmisión o el eje donde están sumergidos en aceite, la conductividad eléctrica y térmica del fluido será de importancia. Sin embargo, existe una falta de consenso entre los OEM sobre los objetivos de conductividad eléctrica o térmica «.
Agrega: “La protección contra la fricción y el desgaste de engranajes, cojinetes y sellos también será importante. Las velocidades de salida del motor pueden exceder las 25,000 rpm, lo que requeriría que los cojinetes, sellos y otros componentes asociados estén lubricados adecuadamente ”.
Rodamientos cerámicos híbridos
Los rodamientos de acero son actualmente el estándar de la industria para motores eléctricos. Sin embargo, aunque el eMotor y el inversor pueden ofrecer una gran eficiencia, una característica que puede afectar a los rodamientos de acero convencionales es la conmutación de voltaje de alta frecuencia del inversor que produce fugas de corriente, particularmente a altas velocidades del motor. Esta corriente a veces atraviesa los cojinetes reales causando picaduras en la superficie y, poco después, una falla catastrófica del componente.
De acuerdo a Anders Thormann de CeramicSpeed, “La corriente eléctrica que pasa sobre el rodamiento también creará micro soldaduras en el paso desde el elemento rodante hacia la pista, debilitará el acero y dañará la pista de rodadura, un fenómeno conocido como erosión por corriente. El problema se acelera en gran medida por el gran uso de convertidores de frecuencia que funcionan a frecuencias aún más altas y, por lo tanto, crean voltajes de modo común difíciles de aislar exactamente debido a la alta frecuencia de los mismos ”.
Aquí es donde entran los rodamientos híbridos o cerámicos, ya que no conducen electricidad.
Con la propiedad de ser aislante actual, los rodamientos híbridos son 40 por ciento menos densos en comparación con los de acero. Esto les permite operar a temperaturas más bajas, requieren menos lubricación y tienen hasta diez veces la vida útil de los rodamientos de acero.
Según un estudio del Instituto Danés de Tecnología (DTI), debido a la fricción reducida en un rodamiento híbrido de cerámica, la temperatura de funcionamiento podría estar entre 10 y 40 grados Kelvin más fría que el rodamiento estándar equivalente en el mismo motor. Esto permite una vida útil más larga de la grasa, el rodamiento y, en última instancia, el motor.
“Los cojinetes híbridos de cerámica no sufrirán ninguna corriente eléctrica ya que el material cerámico tiene una resistividad eléctrica más alta que la del aire, creando una distancia aislante eficiente del diámetro total de la bola. En comparación con el aislamiento de 0.1 mm en un rodamiento aislado por medio de recubrimiento, esto hace una gran diferencia. Así de simple: problema resuelto ”, dice Thormann.
Rodamientos de rodillos cónicos
Otra tecnología de rodamientos tomando la industria EV por tormenta es el diseño cónico. Ha sido desarrollado para mejorar la eficiencia y reducir el tamaño, ya que los rodamientos con este diseño son pequeños y ofrecen baja pérdida de energía. Además de esto, los rodamientos de rodillos cónicos pueden soportar cargas relativamente grandes para su tamaño, y se divierten dentro de los rodillos que se mantienen en su lugar mediante una costilla, haciendo contacto con el extremo del rodillo.
Sin embargo, los rodamientos de rodillos cónicos son vulnerables a daños por contacto deslizante si carecen de lubricación. Esto dificulta la simplificación significativa de los sistemas de lubricación y reduce la cantidad de aceite utilizado.
Para superar las condiciones de lubricación magra, NSK desarrolló una jaula especial que retiene y distribuye el aceite en ranuras finas a través de la acción capilar. «El aceite se mantiene en la jaula cerca del extremo del rodillo, y cuando la lubricación es baja, el aceite se filtra desde las ranuras finas hacia el área que más necesita lubricación».
Según la compañía, “después del arranque y la conducción inicial, que lubrica los componentes, los vehículos eléctricos a menudo apagan la bomba de aceite para conservar energía, lo que resulta en un suministro de lubricación reducido en general. También existen desafíos para arrancar el vehículo a temperaturas más bajas, como un aumento drástico de la viscosidad del aceite que conduce a la dificultad de suministrar aceite a los rodamientos «.
NSK dice que estos rodamientos logran una resistencia a la incautación siete veces mayor después de apagar la bomba de aceite en comparación con los rodamientos cónicos convencionales.
Además, “los cojinetes de la caja de engranajes lubricados por los sistemas de baño de aceite se pueden rediseñar para usar un sistema de rociado de aceite más eficiente. Comparado con [its] rodamientos cónicos convencionales, [its] El nuevo producto requiere un 95 por ciento menos de aceite lubricante para evitar las convulsiones. Esto permite utilizar una bomba más pequeña y elimina la pérdida de agitación ”.
Rodamientos de agujas
Según lo informado por Eureka Magazine UK, NSK ha desarrollado un rodamiento de agujas silencioso que la firma afirma reduce el ruido en un tercio del de los rodamientos comparables convencionales.
Para reducir el ruido, se utiliza un método de mecanizado de alta precisión para dar a los extremos de los rodillos de aguja un arco curvo. Esto también hace que los rodamientos sean capaces de soportar cargas pesadas. Como resultado, la solución es perfecta para componentes eléctricos montados en vehículos con interiores extremadamente silenciosos, como vehículos eléctricos e híbridos.
El cambio a vehículos eléctricos ciertamente ha impulsado un replanteamiento en toda la industria cuando se trata de componentes. Incluso el humilde rodamiento se ha visto obligado a prepararse para su nuevo papel como parte del tren motriz EV ya que, sin una operación confiable, los clientes votarán con los pies y, sin silencio, los EV pierden un USP importante. Por lo tanto, no es sorprendente que los proveedores compitan para innovar, por lo que vigilaremos el espacio para nuevos desarrollos cuando ocurran.
