전기 자동차용 절연 베어링 개발[179, NTN]

일본 베어링 회사 중, NTN이라는 회사는 일본 미에켄 쿠와나시에 위치한 연구 개발 및 생산 중심의 일본 3대 베어링 회사 로서, 일본 첨단 우주 개발용 베어링의 선두 주자라고 할 수 있는 회사이다.

나 또한 이곳에 약 10년간 일을 하면서, 연구 및 엔지니어의 기본적인 소양과 개발 접근 방법을 배우고 익힌 소중한 경험을 할 수 있는 회사 였다.

 

이곳에서 매년 연구 개발을 지속적으로 하고 있지만, 전기 자동차용 절연 베어링에 대한 보고가 있기에, 소개하고자 합니다.

 

[ KEY POINT ]

 

> 외륜 외경과 폭면으로의 절연 피막 가공으로 내전압 100V 이상의 우수한 절연 성능 실현

> 전기식을 억제하여 차량의 연비·전기 비용 절감을 하는 배터리 고전압화에 대응

 

전기 자동차(EV)나 하이브리드 차(HEV)에 사용되는 내전식 베어링 「절연 피막 부착 베어링」을 개발

베어링 내부로의 전류 통과를 저감하는 절연막 가공을 베어링의 외륜 외경과 폭면에 코팅함으로써,

내전압 100V 이상의 절연 성능에 의해 전식의 발생 억제하고, 배터리의 고전압화 등에 대응.

 

볼 베어링 외경과 폭면의 절연 피막 코팅

 

볼 베어링 조립 개소

 

[ 개발 배경 ]

최근에, 탈탄소화를 향한 세계적인 흐름이 진행되는 가운데, 자동차 시장에서는 EV나 HEV를 비롯한 환경 대응차의 개발·보급 가속.

이들 모터를 주동력원으로 하는 자동차에는 모터와 인버터, 감속기의 3개가 일체화된 e-Axle이 탑재

e-Axle은 배터리의 전기에 의해 가동.

 

베어링 내부로 전류가 통과했을 때 스파크가 발생해 금속조직이 용융되면 박리 등의 손상.

베어링에는 누설전류에 의한 전식 방지 대책이 필요.

 

[ 개발 품의 특징]

1. 내전식성 성능                                                                                                                                 

 

베어링 내부로의 전류 통과를 저감하는 절연막 가공을 베어링의 외륜 외경과 폭면에 코팅

내전압 100V 이상의 절연 성능,

모터용 베어링에 걸리는 전압은 배터리 전압의 10%이하로 상정

향후 증가가 전망되는 배터리 전압 800V에 대응 가능한 내전압 성능 예측

 

2. 방열 성능                                                                                                                                          

내전식성과 방열성을 양립하는 막 두께로  개발.

피막 가공을 하지 않은 표준품과 동등한 방열 성능

 

3.내 마모성 성능                                                                                                                                 

 

절연막은 마찰계수가 낮고 내마모성이 우수.

피막가공을 하지 않은 표준품과 비교하여 외륜 외경과 하우징 내경의 총마모량을 88% 저감.

이로 인해, 고정되어 있던 외륜이 원주 방향으로 회전하여 마모되는 크리프 현상이 발생했을 때도 절연에 필요한 피막을 유지.

 

[ 전식 시험 후, 외륜 궤도면 ]                                                                                                              

 

1. 표준품

    전식 특유의 빨래판 모양의 손상 모드 발생

 

2. 개발품

    전식 특유의 빨래판 손상 모드 발생하지 않음.

 

또한 개발한 절연 피막은 세계 최고 수준의 고속 회전 성능을 자랑하는 고속 볼 베어링에도 적용 가능.

전식에 대응하는 상품으로서 세라믹 볼 베어링을 제공.

향후, 비용 절감 측면에서 전식 대책 상품의 라인업으로 추가.

내전식의 요구에 대응해, EV·HEV의 새로운 고기능화에 기여.