CN112713691A - 一种应用于防爆电机的绝缘端盖 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及防爆电机领域，具体为一种应用于防爆电机的绝缘端盖。解决了目前防爆电机用绝缘轴承的绝缘层容易损伤、而涂胶无纬带绝缘性能无法满足防爆电机要求的技术问题。一种应用于防爆电机的绝缘端盖，绝缘端盖中心孔加工轴承室，轴承室内通过过盈配合安装有轴承座；所述轴承座整个外圈外表面均匀涂覆绝缘层；轴承座内外侧分别安装有内、外轴承盖；用螺栓拉紧内、外轴承盖将轴承外圈轴向固定。本发明成本低廉，性价比远远高于普通端盖加绝缘轴承组合的方案；制作方便，周期短，采用热喷涂的方式涂覆绝缘层，材料和工艺在国内均有成功的生产经验；绝缘端盖整体进行耐压试验检验（DC3000V、1min），保证绝缘的可靠性。

Description

一种应用于防爆电机的绝缘端盖
技术领域
本发明涉及防爆电机领域，具体为一种应用于防爆电机的绝缘端盖。
背景技术
随着单机容量的逐渐增大和变频供电设备的推广使用，轴电流成为电机轴承损伤的一个严重问题。电机的主轴在磁场中旋转，磁路不对称、静电效应、轴的永久磁化等因素，特别是PWM变频器供电的电机，由于变频器脉冲式的供电方式，输出的共模电压不为零，共模电压作用于绕组，与杂散耦合电容形成共模电流通路，经过两端轴承油膜-端盖形成通路的轴电流就是其中一部分。轴电压的波形具有复杂的谐波脉冲分量，在正常情况下轴电压较低时，轴承油膜就能起到良好的绝缘、润滑作用。但是由于某些原因当轴电压提高的一定的数值，就会击穿油膜放电，不但会破坏油膜的稳定性，使润滑脂逐渐劣化，同时，由于轴电流从轴承的金属接触点通过，由于接触点很小，电流密度很大，这就有可能形成了一个的电火花加工电流，在瞬间产生局部高温，使击穿点局部熔化，在滚道内表面出现很多小凹坑，轴承运行条件逐渐变差，最终，轴承会因机械磨损加具而失效。如图2、3所示。
与本发明相关的现有技术一的技术方案：安装绝缘轴承。绝缘轴承分为内圈涂层绝缘轴承、外圈涂层绝缘轴承和使用陶瓷材料滚动体的绝缘轴承。前两种绝缘轴承的涂层是以等离子喷涂的方式将陶瓷材料涂覆在轴承的内、外圈表面，这种陶瓷材料在潮湿的环境中依然能够保持良好的绝缘性能；陶瓷材料滚动体绝缘轴承是直接将陶瓷材料的制作成滚动体，这种轴承体电阻非常大，可以有效的隔断轴电流。如附图4。
现有技术一的缺点：需要直接采购绝缘轴承，这种绝缘轴承国内基本不生产，几乎全部依赖进口。其弊端：价格昂贵，是国产一般轴承价格的20倍左右，是进口普通轴承的3～5倍；市场资源少，供货周期长，遇到紧急情况需要更换或者大批量生产时，轴承采购往往成为制造周期瓶颈点；在维修拆装过程中容易将轴承绝缘层拉坏，使其失去绝缘作用，在很大程度上限制了轴承单元的维修养护。
与本发明相关的现有技术二的技术方案：此方案采用专用的设备或者工装，将涂胶无纬带绕至成一定的形状，然后经加热、保温、固化、冷却、机加工后与端盖连接，作为绝缘垫板隔断轴电流的通路，结构简单实用，在制作时需要保证无纬带绕包时的致密程度、热烘排胶工艺和机械加工的尺寸和公差。结构如图5所示。
现有技术二的缺点：此方案结构简单，只需要对现有端盖稍加改动即可，在一定范围内已经取代绝缘轴承，有一定的应用基础，例如风力发电和重载卡车等；缺点是只能用于非防爆电机，结构不能满足防爆电机的防爆要求；缺乏轴向固定，只能适用于卧式安装，如果要应用于立式电机，会造成定转子移位；绝缘材料和金属同轴加工，不易控制加工铁屑嵌入绝缘层的潜在风险；加工过程中使用冷却液，渗透到缝隙之中，造成装配完成后绝缘电阻低；绝缘套管在装配时因孔的加工精度、位置度和螺栓的紧固力矩等因素，极易使套管破裂而形成轴电流绕过绝缘层形成的其他通路。
发明内容
本发明为解决目前防爆电机用绝缘轴承的绝缘层容易损伤、而涂胶无纬带绝缘性能无法满足防爆电机要求的技术问题，提供一种应用于防爆电机的绝缘端盖。
本发明是采用以下技术方案实现的：一种应用于防爆电机的绝缘端盖，绝缘端盖中心孔加工轴承室，轴承室内通过过盈配合安装有轴承座；所述轴承座整个外圈外表面均匀涂覆绝缘层；轴承座内外侧分别安装有内、外轴承盖；用螺栓拉紧内、外轴承盖将轴承外圈轴向固定。
轴承座内嵌于端盖的轴承室内，内外两端装有轴承盖将其封闭，完全达到国家防爆电气的标准的要求。
电机解体时不必考虑绝缘部分的拆卸，无论是更换轴承还是维修养护均不必考虑对轴承绝缘层损伤的风险。
绝缘涂层采用不吸水材料，保证了安装完成后绝缘电阻不会降低，增加的绝缘涂层因介电强度高，相当于在轴承-油膜-端盖的轴电流通路中增加了一个很大的电容Ct，根据串联电路的分压原理，在轴电压一定的情况下，大部分电压被分配在绝缘涂层电容Ct，在油膜上分配的轴电压值很小，只有几伏特，这个电压等级一般不会击穿油膜形成击穿电流，从而有效的避免了轴承电腐蚀。涂层采用与金属材料物理性能相近的绝缘材料，因为是涂覆层，厚度一般不超过1mm。但是必须具有较高的介电强度，不能溶于有机溶剂、耐油、耐高温（200°以上）。
进一步的，制作时，端盖加工出轴承座安装内孔和定位台（轴承室），并加热至200℃～250℃后将轴承座装入端盖中冷却，端盖内孔和轴承座采用H7/r6过盈配合，热套装配为一体，再将端盖止口和轴承室加工成最终尺寸。
带有绝缘涂层的轴承座与端盖通过过盈配合装配为一体，将轴承和端盖隔开，再将端盖止口和轴承室加工成最终尺寸，可以保证整个绝缘端盖的形位公差满足轴承装配的要求，同时避免了切削加工的铁屑刺入绝缘层。
本发明具有如下有益效果：
1、成本低廉，性价比远远高于普通端盖加绝缘轴承组合的方案；
2、制作方便，周期短，采用热喷涂的方式涂覆绝缘层，材料和工艺在国内均有成功的生产经验；
3、绝缘端盖整体进行耐压试验检验（DC3000V、1min），保证绝缘的可靠性。
附图说明
图1 本发明所述带有绝缘涂层轴承座的绝缘端盖结构示意图。
图1中标记：1-端盖，2-安装螺栓，3-环形绝缘板，4-内轴承盖，5-内封环，6-隔爆接合面，7-绝缘层，8-轴承座，9-外轴承盖，10-外封环。
图2电机杂散电容示意图。
图3电机共模电流通路示意图。
图2、3中标记：Cwf-定子绕组与定子铁心的耦合电容，Crf-定子铁心与转子的耦合电容， Cwr-定子绕组与转子的耦合电容，Cb-轴承油膜的等效电容。
图4现有技术一采用绝缘轴承的轴承单元示意图。
图4中标记：11-轴承外钢圈绝缘。
图5现有技术二绝缘端盖的轴承单元结构示意图。
图5中标记：12-轴承套，13-绝缘垫板，14-挡板，15-螺栓，16-垫圈，17-绝缘垫圈，18-绝缘套管。
具体实施方式
具体实施时，本发明有如下实施方式：
1、绝缘涂层使用特氟龙材料，中文名称聚四氟乙烯，俗称塑料王，具有抗酸抗碱、耐高温（250℃）、耐磨损、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于任何有机溶剂，体积电阻率1017-1018Ω·cm，介电强度17KV/mm，体积电阻率高，介质损耗小，击穿电压高。采用热喷涂的方式涂覆绝缘层，厚度不超过1mm。
2、轴承座底材使用一般的碳素结构钢，高温脱脂，去除油脂和灰尘，喷砂使表面粗糙度达到2.0～3.5μm，然后实施喷涂、烧结、冷却再喷涂步骤使其达到所需要的厚度0.6～0.8mm。
3、端盖使用ZG310-570材质或者灰铸铁材质一体铸造成形，加工出轴承座安装内孔和定位台，并加热至200℃～250℃后将轴承座装入端盖中冷却，端盖内孔和轴承座采用H7/r6过盈配合，过盈量太小容易造成配合不紧，对中不好，过盈量太大则在端盖冷却后将绝缘涂层挤压过薄弱，造成电容值偏小，不利于阻隔轴电流。
4、将带有绝缘轴承座的端盖整体加工，保证电机装配完成后转轴的对中性，加工过程中用硅橡胶封闭绝缘涂层安装面（比如封闭轴承座朝内一侧的周圈与绝缘层接触的部位），可防止冷却液浸入安装缝隙而造成将来绝缘电阻偏低的风险；加工完成后将硅橡胶清理掉。
5、轴承宽度略大于轴承座的宽度（约0.5mm），轴承座外端面周圈边缘也涂覆有绝缘层，所述外轴承盖顶在轴承座的该涂覆层上，内轴承盖与轴承室（或轴承座）之间放置一个环形绝缘垫，绝缘垫使用厚度1mm以上环氧酚醛层压布板，这样就在轴承和端盖之间形成一个完整的绝缘层。
6、用螺栓拉紧内、外轴承盖将轴承外圈轴向固定，使其不得窜动，保证了电机在运转收到轴向力时，轴承不会移位，无论是卧式安装电机还是立式安装电机均可采用此结构的绝缘端盖。
7、在外轴承盖加工和转轴之间加工时，根据电机大小和电压等级，选用不同的间隙尺寸就可形成满足国家防爆标准的隔爆接合面，将此轴承单元应用于防爆电机。

Claims (10)

1.一种应用于防爆电机的绝缘端盖，绝缘端盖中心孔加工轴承室，其特征在于，轴承室内通过过盈配合安装有轴承座；所述轴承座整个外圈外表面均匀涂覆绝缘层；轴承座内外侧分别安装有内、外轴承盖；用螺栓拉紧内、外轴承盖将轴承外圈轴向固定。
2.如权利要求1所述的一种应用于防爆电机的绝缘端盖，其特征在于，轴承座外端面周圈边缘也涂覆有绝缘层，所述外轴承盖顶在轴承座的该绝缘层上。
3.如权利要求2所述的一种应用于防爆电机的绝缘端盖，其特征在于，内轴承盖与轴承室之间放置一个环形绝缘垫。
4.如权利要求3所述的一种应用于防爆电机的绝缘端盖，其特征在于，绝缘垫使用厚度1mm以上环氧酚醛层压布板。
5.如权利要求1~4任一项所述的一种应用于防爆电机的绝缘端盖，其特征在于，制作时，端盖加工出轴承座安装内孔和定位台，并加热至200℃～250℃后将轴承座装入端盖中冷却，端盖内孔和轴承座采用H7/r6过盈配合，热套装配为一体，再将端盖止口和轴承室加工成最终尺寸。
6.如权利要求5所述的一种应用于防爆电机的绝缘端盖，其特征在于，将带有绝缘轴承座的端盖整体加工时，用硅橡胶封闭绝缘涂层安装面，整体加工完成后清理硅橡胶。
7.如权利要求5所述的一种应用于防爆电机的绝缘端盖，其特征在于，采用热喷涂的方式涂覆绝缘层，厚度不超过1mm。
8.如权利要求7所述的一种应用于防爆电机的绝缘端盖，其特征在于，绝缘层使用特氟龙材料。
9.如权利要求5所述的一种应用于防爆电机的绝缘端盖，其特征在于，端盖使用ZG310-570材质或者灰铸铁材质一体铸造成形。
10.如权利要求5所述的一种应用于防爆电机的绝缘端盖，其特征在于，轴承座底材使用一般的碳素结构钢，高温脱脂，去除油脂和灰尘，喷砂使表面粗糙度达到2.0～3.5μm，然后实施喷涂、烧结、冷却再喷涂步骤使其达到所需要的厚度0.6～0.8mm。
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