CN103326502A - 一种防止轴电压损害轴承的多绝缘轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止轴电压损害轴承的多绝缘轴承，对金属制造的轴承外环的外表面、两端面，内环的内表面、两端面，保持架的两端面均增加绝缘层，能够有效地提高轴承抗拒外来的或自生的金属杂质导通轴电压、产生轴电流的能力，防止烧毁与内外环接触的滚动体接触点，从而提高该轴承及电机的安全性并延长寿命。

Description

一种防止轴电压损害轴承的多绝缘轴承

技术领域

本发明涉及一种防止金属杂质导通轴电压损害轴承的多绝缘轴承，属于机电设备安全保护领域，适用于交流电机、特别是地铁等轨道车辆使用的交流电机之轴承防止或减少轴电压损害的保护。

背景技术

在现代电机工程领域，越来越普遍地应用交流发电和交流驱动方式。例如经典的交流电机是用工业电网的正弦交流电供电工作的，双馈式交流发电机的转子励磁绕组是用PWM方式进行交流供电的，在变频调速交流电动机中的定子是用PWM方式供给交流电压的。无论是定子或转子产生的交变磁场，都在电机的轴系两端之间引发轴电压，该轴电压通过轴两端的轴承等部位与机匣形成回路，产生轴电流，由于该回路中电阻最大的部位是轴承的内环、滚子、外环、保持架的接触点，于是引起这些部位接触点过热甚至烧损。该损坏机制导致了地铁等领域的大量的驱动电机轴承发生烧损故障，严重危及行车安全。

鉴于工程技术人员对故障机理的认识所限，此前为了防止轴电压引起的轴电流损坏轴承，通常采用两种防范方法：

其一是，在电机轴的两端加装滑环，在电机的机匣上安装电刷，使轴电流经滑环-电刷-机匣短路，防止该电流流经轴承而使轴承得到保护。但在轨道交通车辆上使用的电动机上因为空间限制等原因，安装上述电刷滑环很难实施。

其二是，采用外环外表面或内环内表面涂敷有氧化铝等绝缘层的轴承，以期依此方法切断轴电压形成的轴电流，或尽量减小轴电流，避免轴承的内环、滚子、外环、保持架的接触点在流过轴电流时过热损坏。但是问题在于，大量使用绝缘轴承的电机，仍然大量发生轴承烧损故障，与采用非绝缘轴承时的损坏几率相当、甚至更严重。

究其原因，在于采用该措施者将轴承的技术状况理想化而并没有真正洞悉在此条件下轴电压仍然产生破坏作用的机理。

当前先进的绝缘轴承，有如文献报道的SKF的绝缘轴承：“SKF进口轴承绝缘轴承分为SKF电绝缘深沟球轴承、SKF电绝缘角接触球轴承、SKF电绝缘圆柱滚子轴承、SKF带有氧化物镀层的内环或外环绝缘轴承、SKF带有电绝缘陶瓷滚动体的混合轴承。”由于绝缘陶瓷滚动体轴承存在该滚子不能抗拒冲击力的风险，所以在轨道交通等领域仅能选择“带有氧化物镀层的内环或外环绝缘轴承”。当前的绝缘轴承中没有“内环和外环绝缘轴承”。

在使用了内环（与轴配合的）内表面绝缘或外环（与机匣或轴承座配合的）外表面绝缘措施之后，只有在理想的、轴承中不存在任何导电杂质的条件下，因能截断或极大程度减少轴电压所导致的轴电流，才能使轴承得到保护。但实际情况是，外来的或轴承故障产生的金属杂质是不可避免地存在的。由于这些金属杂质在运转中使得内环内表面绝缘的轴承与轴之间发生瞬间短路时，或使得外环外表面绝缘的轴承与机匣之间发生瞬间短路时，轴电压便因上述短路而产生很大的轴电流；因为轴电压为感性电压源，在杂质造成上述短路后因烧毁或因运动而再度断开时，便产生极高的、波形前沿陡峭的反电势，足以击穿绝缘耐压不充分高的绝缘层的电容使之短路，或者使尚未击穿的绝缘层电容对于极高的、波形前沿陡峭的反电势之容抗减小到极小而形同短路，于是，杂质短路时产生的很大的轴电流，因杂质断开而转向流经轴承的内环、滚动体、外环的接触点，使该接触电阻相对很大的接触点产生高温、融化，在油脂对它迅速冷却时，接触点金相转变为高温马氏体或奥氏体，而接触点周围的材料则退火软化，继而在发生过过热的接触点周围产生裂纹、剥离。这些剥离的金属则成为轴承中继续引发上述破坏过程的内在的自生杂质因素，如此周而复始地发生连锁反应，便使得上述破坏大量发生，轴承的故障迅速扩展，导致轴承径向间隙增大，使电机转子对定子碰磨、“扫膛”、垮塌、“放炮”甚至爆炸，轴承和电机产生高温、熔融、固死。

因为技术人员此前对因杂质所致的短路轴电压、产生轴电流、产生反电势而破坏轴承的机理不明晰，以致在此前的绝缘轴承中，仅用了内环绝缘或外环绝缘措施。此前的措施，仅仅对轴电压采取了一次设防，只要杂质瞬时造成该一次设防短路，轴电流便必然通过轴承的滚动体与内、外环的接触点，故障便立即发生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种防止轴电压损害轴承的多绝缘轴承，有效地避免轴承因外来的或自生的金属杂质导通轴电压、产生轴电流，烧毁与内外环接触的滚动体接触点，从而提高该轴承及电机的安全性并延长其使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种防止轴电压损害轴承的多绝缘轴承，包括外环、内环，设置在所述外环和内环之间的保持架，以及设置在所述保持架兜孔内的滚子，所述保持架采用金属材料或绝缘材料制造，所述外环外表面及两端面、内环内表面及两端面、金属材料制造的保持架两端面均涂有绝缘层。

作为优选方案，所述外环内侧和所述内环外侧均设有挡圈，所述挡圈表面涂有绝缘层。

保持架兜孔以外的表面均涂有绝缘层。

该防止金属杂质导通防止轴电压损害轴承的多绝缘轴承能够实现预期目标的机理分析如下。

如果设上述设计的三重设防（内环、外环、保持架）之一因杂质分别导致轴承内部与电机轴和机匣短路的几率为1，则上述设计的三重设防同时被杂质短路的几率最大不超过1/3，理由是因为新轴承存在外来杂质和轴承初期故障产生的内生杂质甚微，在某一瞬时几乎只可能以单杂质因素导致一种设防失效，使轴承内部与电机轴（或机匣）瞬时短路而接到其电压，而另外两重设防却仍然使轴承内部不能在同一瞬时短路接到机匣的（或电机轴的）电压，不能形成机匣-轴承外环-滚子-轴承内环-电机轴的低阻回路，存在于机匣与电机轴之间的轴电压便不能产生轴电流，也不能在杂质断开时引起反电势，轴承滚动体与内、外环的接触点便不会烧损，轴承的安全便得到保护。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明能够有效地避免轴承因外来的或自生的金属杂质导通轴电压、产生轴电流，避免烧毁与内外环接触的滚动体接触点，从而提高该轴承及电机的安全性并延长寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图；

图2为本发明实施例1剖视图；

其中：

1：外环；2：内环；3：保持架；4：挡圈；5：滚子；6：绝缘层。

具体实施方式

将球轴承改造为防止金属杂质导通轴电压损害轴承的多绝缘轴承，如附图1和附图2，其必要的措施是对以金属材料制造的外环1外表面、外环1两端面和内环2内表面、内环2两端面均增加绝缘层6，对以金属材料制造的保持架3两端面也增加绝缘层6，如附图2。仅同时设置上述的绝缘保护措施，是为了防止保持架与内环挡圈4或/和外环挡圈4在相对转动时发生摩擦而引起所增加的绝缘层6失落；如能提高工艺水平和质量，则可充分地对以金属制造的外环的滚动工作面以外的表面、内环的滚动工作面以外的表面均增加绝缘层，使轴承的内部滚动工作面相对电机轴和机匣均绝缘、悬浮；更加充分地，对以金属材料制造的保持架之保持架兜孔以外的表面也增加绝缘层；以实现更加全面地绝缘处理。如附图2。

具体地，对金属制造的外环、内环所欲增加绝缘层的表面均增加绝缘层6，是对相应表面涂敷绝缘材料，例如氧化铝；对保持架使用绝缘材料制造，或对金属制造的保持架所欲增加绝缘层的表面进行能使之绝缘的表面处理，例如阳极化。

具体地，将圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承改造为防止金属杂质导通轴电压损害轴承的多绝缘轴承，其必要的措施是对以金属材料制造的外环外表面、外环两端面和内环内表面、内环两端面增加绝缘层，对以金属材料制造的保持架两端面增加绝缘层。

具体地，对以金属制造的外环、内环所欲增加绝缘层的表面均增加绝缘层，是对相应表面涂敷绝缘材料；对保持架使用绝缘材料制造，或对金属制造的保持架所欲增加绝缘层的表面进行能使之绝缘的表面处理。

Claims (4)

1.一种防止轴电压损害轴承的多绝缘轴承，包括外环（1）、内环（2），设置在所述外环（1）和内环（2）之间的保持架（3），以及设置在所述保持架（3）兜孔内的滚子（5），所述保持架（3）采用金属材料或绝缘材料制造，其特征在于，所述外环（1）外表面及两端面、内环（2）内表面及两端面、金属材料制造的保持架（3）两端面均涂有绝缘层（6）。

2.根据权利要求1所述的防止轴电压损害轴承的多绝缘轴承，其特征在于，所述外环（1）内侧和所述内环（2）外侧均设有挡圈（4），所述挡圈（4）表面涂有绝缘层（6）。

3.根据权利要求1所述的防止轴电压损害轴承的多绝缘轴承，其特征在于，所述保持架（3）兜孔以外的表面均涂有绝缘层（6）。

4.根据权利要求1至3之一所述的防止轴电压损害轴承的多绝缘轴承，其特征在于，所述绝缘层（6）采用的绝缘材料为氧化铝。

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