近年来，随着新能源汽车市场高飞猛涨，电驱系统在快速上量的同时，技术上也不断突破，朝着集成化、平台化、高压化、高转速等方向演进。然而，技术发展在带来更高效率的同时，也会给现有的零部件带来诸多挑战。作为核心部件之一，轴承首当其冲面临新的考验和变革。
近日，斯凯孚中国区副总裁、东北亚轴承产品总监郭明春在盖世汽车举办的“第三届电驱动及关键技术大会”上，围绕电动化大趋势下，电驱系统发展对于轴承的挑战以及应对之策进行了详细阐述。
电驱系统发展迅猛，轴承技术遭遇新挑战
乘联会最新数据显示，2022年我国新能源乘用车累计批发量649.8万辆，同比增长96.3%。乘联会预计2023年新能源车销量850万辆，渗透率达36%。在此背景下，电驱动系统增势非常可观，这也给轴承等相关部件带来新的发展空间。不过，随着技术的不断迭代，新的挑战亦接踵而至。
在郭明春看来，电驱系统发展对轴承行业的挑战主要呈现在以下几个方面：
首先是高转速。现今，新能源汽车对电机转速提出越来越高的要求，目前比较常见的是20,000-25,000rpm，这对轴承来说是比较苛刻的挑战，这个挑战来自耐久性能和极高转速的限制也来自润滑。与此同时，我们看到扁线电机逐步成为技术趋势，这在功率密度提升的同时，也对轴承的润滑和发热都带来了新的考验。
其次是低噪音。低噪音振动是电动汽车用户体验良好的关键，然而电机的高转速趋势给整机的NVH带来了不小的挑战，而轴承是NVH控制的关键因素之一。
再者，电腐蚀问题也在电机发展的过程中如影随形。在传统400V电驱系统内，钢球轴承电腐蚀已经非常普遍；而在800V高压系统中，随着SiC基材逆变器被大规模使用，高压和高开关频率会进一步加剧电腐蚀的发生。
还有一点是电机轻量化带来的挑战。现在新的设计中，轴承的使用数量越来越少、设计越来越紧凑，这对轴承的耐久寿命提出了更高要求。
从上述可见，面对电动化趋势带来的机遇与挑战，轴承技术变革势在必行。如何突破挑战，打造适合电动化时代的轴承产品，成为相关企业面临的一个新课题。
新一代轴承技术，逐一击破各个挑战
面对汽车行业新的发展趋势，郭明春表示，斯凯孚在电动化方面较早便开启了布局，在产品方面不断寻求创新，目前在解决行业瓶颈方面已有较大突破。
高速球轴承——助推电机提速
据郭明春介绍，早在2018年，斯凯孚就发现了市场上不同寻常的变化：自家的新式节能轴承作为一款工业产品，因其领先于传统球轴承的高转速能力突然在新能源市场上大卖，许多厂商选择将其装到了新能源车辆电机上。彼时市面上的新能源汽车电机转速普遍为10,000rpm左右，而后转速要求越来越高，逐步迈向15,000rpm、20,000rpm甚至更高。
针对此，2021年11月，斯凯孚发布了革命性的高转速深沟球轴承HS1.8，该产品最高转速系数可达180万nDm，以40mm轴径为例可满足最高30,000rpm电机转速。发布后一个月，就收获了第一个客户定点。
“设计上，我们把HS1.8轴承做成了比较标准的配置产品，因此可以满足客户快速的供应需求。”郭明春指出。
HS1.8新一代高速球轴承（图片来源：斯凯孚）
新一代圆锥滚子轴承——追求极致低摩擦
郭明春介绍，在减速器内常常会选用可承受较大轴向载荷的圆锥滚子轴承，但圆锥滚子轴承的摩擦力矩通常较高，在齿轮箱内往往会消耗大部分的能量，是汽车轴承品类里的“能耗大户”。降低圆锥滚子轴承的摩擦力矩对提高三合一电驱系统的能效有显著贡献。
通过优化设计以及改进磨削工艺，在常规车速下，SKF新一代圆锥滚子轴承相比标准轴承能降低60%摩擦力矩能耗损失。在实现低能耗的同时，也能帮助提高轴承的使用寿命。
新一代圆锥滚子轴承（图片来源：斯凯孚）
另值得一提的是，目前斯凯孚获得定点或量产中的轴承产品大多都采用碳氮共渗热处理工艺，经过这种热处理工艺的轴承在应对特定工况时的寿命表现更为突出，能通过更好的耐久性能助力实现整体电驱系统的高可靠性。
导电环+混合陶瓷球轴承——助力解决“电腐蚀”困扰
电腐蚀往往会带来轴承表面损坏、润滑剂过早老化、产生异响等影响，并会缩短轴承和润滑剂的使用寿命，最终导致轴承失效。对此，斯凯孚认为，面对不论是系统环形电流还是EDM轴电流带来的电腐蚀风险，混合陶瓷球轴承加上导电环的配置能让多数难题迎刃而解。
电腐蚀现象 （图片来源：斯凯孚）
首先在导电环上，斯凯孚已开发多年，该产品既适用于干式环境油脂润滑的电机，也适用于油冷环境的电机，且可以一直保持在比较低的接触电阻，具有优异的导电性能。
再来说混合陶瓷球轴承，据郭明春介绍，该产品内外套圈仍然采用轴承钢，滚动体采用氮化硅材质。这个产品最大亮点是，氮化硅作为天然的电绝缘体，能有效避免电腐蚀导致的轴承失效。斯凯孚混合陶瓷球轴承的其它性能优势也非常明显，比如能降低摩擦力矩15-30%，速度性能提升至少10%，延长油脂寿命100%。
适用于新能源汽车的混合陶瓷高速球轴承技术（图片来源：斯凯孚）
值得一提的是，混合陶瓷球轴承原本是使用在高精尖的工业应用，需求量较少，成本相对较高。为了大幅降低其成本，斯凯孚在2017年收购了瑞典氮化硅粉末品牌Vesta Si，并在近年进行了扩产，以满足高速增长的新能源汽车需求。
据郭明春透露，斯凯孚的混合陶瓷球轴承产品销量将在未来两三年内实现指数级的上升。
提升本地能力，助力车企电动化加速
“现今，新能源汽车行业越来越‘卷’，特别是中国车企对供应链的快速响应能力提出了越来越高的要求。作为一家外企供应商，要满足此点必须加强本土能力建设。因此我们提出了‘植根中国、技术引领和可靠运转’的战略。”郭明春说到。
据介绍，斯凯孚在中国的发展至今已有110年。1912年，斯凯孚便开始在中国拓展业务。伴随中国整体经济及汽车产业的大幅迈进，1997年，斯凯孚（中国）有限公司正式成立，投资节奏逐步加快。到目前为止，斯凯孚在中国已经有十个生产基地，目前公司95%的汽车零部件产品已实现本地化生产。
近年来，面对汽车产业电动化、智能化等新的趋势，斯凯孚再度增强了本地布局：
首先，为了强化本地工程能力，斯凯孚在中国设立了全球研发中心。
其次，为了满足中国客户的产能交付需求，在采购方面，斯凯孚也较早在中国区实现了从原材料到零部件成品的供应链本土化布局。
此外，在生产基地方面，斯凯孚也进行了扩建。如2020年，位于浙江新昌的斯凯孚球轴承生产基地建立完成，并于2021年9月实现了第一颗中国本土混合陶瓷球轴承的下线。斯凯孚新昌生产基地延续了斯凯孚“智能”、“清洁”的中国战略，且具备陶瓷球体检验与测试能力，该生产基地也在2022年12月实现了第50万颗产品的下线。
总的来看，作为一家深度融入中国发展的外资企业，斯凯孚整条价值链已经和中国产业链深度绑定在一起，随着市场变化而快速转变。“面对电驱系统新的变化和要求，我们已经做好了准备，未来将会持续发力，最大化助力中国新能源汽车产业的高速发展。”郭明春总结说到。
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