王平的日志

NSK成功开发面向电动车的小型轻量化深沟球轴承

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角接触球轴承
日本精工株式会社（以下简称NSK）成功开发可搭载于电动车驱动系统的小型轻量化深沟球轴承。
为延长电动车的续航里程，市场对搭载于电驱动系统的深沟球轴承在小型轻量化、窄幅化、低摩擦化、高速化等性能提出了越来越高的要求。目前，NSK新开发了与其他现有技术相结合的“窄幅组合式树脂保持架”。不仅可以保证强度、寿命等维持高性能水平，还有助于电动车驱动系统的小型轻量化以及轴承的低摩擦化，同时改善电动车耗电量。预测从投入市场开始到2030年，这款产品将在全球市场达到40亿日元的销售额。
本开发品
１．开发背景
作为最具代表性的滚动轴承，从产业机械到汽车，深沟球轴承在众多应用领域得到了广泛搭载应用，其特点是低摩擦、高速旋转。其中在电动车领域，深沟球轴承主要搭载于eAxle等驱动系统的回转轴，发挥支撑回转轴并保证电机驱动力平稳传递给轮胎的作用。
左&中：电动车电驱动系统（eAxle）中深沟球轴承的搭载案例，右：深沟球轴承构造
随着电动汽车的普及，提高续航里程成为零部件开发过程中面临的关键课题，其中，对于驱动系统来说需要兼顾小型轻量化及高效化。因此搭载于电驱动系统的电机需要进行高速化设计*1，相应搭载在电驱动系统的深沟球轴承，也需要具有小型轻量化、窄幅化、低摩擦化、高速化的性能。
*1
电机的功率等于转速与力矩（电机回转的力矩）的乘积，即与电机转速及电机转子直径的平方的乘积成正比。因此，在保证输出功率不变的情况下，为减小电机转子的直径，进一步提升电机转速势在必行。
轴承窄幅化是指缩短轴承的宽度尺寸。随着今后2轴/同轴构造eAxle的市场份额逐渐扩大，预计窄幅轴承的需求也会逐渐提高。
电驱动系统eAxle大致分为3类（平行3轴式eAxle、2轴式eAxle、同轴式eAxle）。现阶段平行3轴式eAxle是市场主流，市场份额约占90%以上。但因2轴式及同轴式eAxle有利于车辆小型化的发展趋势，其市场占有率趋势或将逐渐增加，预计到2030年将超过20%*2。因2轴式及同轴式eAxle的输入轴和输出轴为同轴结构，相对于平行3轴式eAxle，其轴向距离会增加。因此，预计能缩短总成轴向长度的“窄幅化”轴承会有较高需求。
*2
面向D级车以上的eAxle，根据种类的份额推移预测。截至2025年3月的NSK调查结果。
主流eAxle构造
2．开发品的特征
相比现行品，保证的强度及寿命等维持高性能水平的同时，还能实现以下4个优势。
・小型轻量化：外径减小约10%，重量减少约51%
・窄幅化：宽度缩短38%
・低摩擦化：摩擦力矩降低25%
・高速化：实现高速旋转（DmN*3214万以上）（现行品：DmN180万）
*3
dmn：轴承的高速旋转性能指标。轴承的节圆径（dm）与回转速度（n）的乘积。
3.开发品的技术
1)概要
新开发的“窄幅组合式树脂保持架”（下图①）与其他既有技术（下图②～⑤）相结合。NSK通过采用技术①，达到了窄幅化和高速化的效果。通过NSK技术②③，解决了“小型轻量化导致冲击强度降低”的课题，通过NSK技术④⑤解决了“小型轻量化导致寿命降低“的课题，成功实现了小型轻量化和低摩擦化。
实现开发品的5项NSK技术
2)技术介绍
NSK技术①“窄幅组合式树脂保持架”，可实现轴承的窄幅化和高速化。
现行保持架采用单一方向组装的构造，容易变形，为了抑制变形需要增加保持架的宽度。对此，NSK新开发了高刚性保持架，采用从轴承两侧组装一对组合式的结构，不易变形的同时也可减小保持架的宽度，兼顾轴承的高速化。该保持架也应用于本开发品中。
保持架的外观和构造（左：现行保持架右：开发品保持架）
４．开发品的效果
搭载本产品，可助力电动车驱动系统缩短轴向长度，实现小型轻量化以及轴承的低摩擦化，从而改善电动车能耗*4。可搭载于平行3轴式eAxle、2轴式eAxle、同轴式eAxle、混合驱动系统等各种形式的驱动系统。
（例）同轴式eAxle的适用效果：
・在电机轴上应用本开发品时，轴向长度缩短16mm，重量减轻2.2kg，耗电量降低0.09%⇒通过降低耗电量
1）可以削减电池容量，减少动力电池采购成本960日元*5
2）提升续航里程*6370m
・在电机轴和输出轴上应用本开发品时，轴向长度缩短32mm，重量减轻4.4kg，耗电量降低0.14%
⇒通过降低耗电量
1）可以削减电池容量，减少动力电池采购成本1665日元*5
2）提升续航里程*6590m
*4耗电量：1km行驶所需的电量。相当于汽油车的“油耗”。
*5假定电池价格为13500[日元/kWh]。
*6续航里程：1次充电可行驶的距离。

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