一種防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承的製作方法
2023-04-27 01:23:06
一種防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承，對金屬製造的軸承外環的外表面、兩端面，內環的內表面、兩端面，保持架的兩端面均增加絕緣層，能夠有效地提高軸承抗拒外來的或自生的金屬雜質導通軸電壓、產生軸電流的能力，防止燒毀與內外環接觸的滾動體接觸點，從而提高該軸承及電機的安全性並延長壽命。
【專利說明】一種防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種防止金屬雜質導通軸電壓損害軸承的多絕緣軸承，屬於機電設備安全保護領域，適用於交流電機、特別是地鐵等軌道車輛使用的交流電機之軸承防止或減少軸電壓損害的保護。
【背景技術】
[0002]在現代電機工程領域，越來越普遍地應用交流發電和交流驅動方式。例如經典的交流電機是用工業電網的正弦交流電供電工作的，雙饋式交流發電機的轉子勵磁繞組是用PWM方式進行交流供電的，在變頻調速交流電動機中的定子是用PWM方式供給交流電壓的。無論是定子或轉子產生的交變磁場，都在電機的軸系兩端之間引發軸電壓，該軸電壓通過軸兩端的軸承等部位與機匣形成迴路，產生軸電流，由於該迴路中電阻最大的部位是軸承的內環、滾子、外環、保持架的接觸點，於是引起這些部位接觸點過熱甚至燒損。該損壞機制導致了地鐵等領域的大量的驅動電機軸承發生燒損故障，嚴重危及行車安全。
[0003]鑑於工程技術人員對故障機理的認識所限，此前為了防止軸電壓引起的軸電流損壞軸承，通常採用兩種防範方法:
[0004]其一是，在電機軸的兩端加裝滑環，在電機的機匣上安裝電刷，使軸電流經滑環-電刷-機匣短路，防止該電流流經軸承而使軸承得到保護。但在軌道交通車輛上使用的電動機上因為空間限制等原因，安裝上述電刷滑環很難實施。
[0005]其二是，採用外環外表面或內環內表面塗敷有氧化鋁等絕緣層的軸承，以期依此方法切斷軸電壓形成的軸電流，或儘量減小軸電流，避免軸承的內環、滾子、外環、保持架的接觸點在流過軸電流時過熱損壞。但是問題在於，大量使用絕緣軸承的電機，仍然大量發生軸承燒損故障，與採用非絕緣軸承時的損壞機率相當、甚至更嚴重。
[0006]究其原因，在於採用該措施者將軸承的技術狀況理想化而並沒有真正洞悉在此條件下軸電壓仍然產生破壞作用的機理。
[0007]當前先進的絕緣軸承，有如文獻報導的SKF的絕緣軸承:「SKF進口軸承絕緣軸承分為SKF電絕緣深溝球軸承、SKF電絕緣角接觸球軸承、SKF電絕緣圓柱滾子軸承、SKF帶有氧化物鍍層的內環或外環絕緣軸承、SKF帶有電絕緣陶瓷滾動體的混合軸承。」由於絕緣陶瓷滾動體軸承存在該滾子不能抗拒衝擊力的風險，所以在軌道交通等領域僅能選擇「帶有氧化物鍍層的內環或外環絕緣軸承」。當前的絕緣軸承中沒有「內環和外環絕緣軸承」。
[0008]在使用了內環(與軸配合的)內表面絕緣或外環(與機匣或軸承座配合的)外表面絕緣措施之後，只有在理想的、軸承中不存在任何導電雜質的條件下，因能截斷或極大程度減少軸電壓所導致的軸電流，才能使軸承得到保護。但實際情況是，外來的或軸承故障產生的金屬雜質是不可避免地存在的。由於這些金屬雜質在運轉中使得內環內表面絕緣的軸承與軸之間發生瞬間短路時，或使得外環外表面絕緣的軸承與機匣之間發生瞬間短路時，軸電壓便因上述短路而產生很大的軸電流；因為軸電壓為感性電壓源，在雜質造成上述短路後因燒毀或因運動而再度斷開時，便產生極高的、波形前沿陡峭的反電勢，足以擊穿絕緣耐壓不充分高的絕緣層的電容使之短路，或者使尚未擊穿的絕緣層電容對於極高的、波形前沿陡峭的反電勢之容抗減小到極小而形同短路，於是，雜質短路時產生的很大的軸電流，因雜質斷開而轉向流經軸承的內環、滾動體、外環的接觸點，使該接觸電阻相對很大的接觸點產生高溫、融化，在油脂對它迅速冷卻時，接觸點金相轉變為高溫馬氏體或奧氏體，而接觸點周圍的材料則退火軟化，繼而在發生過過熱的接觸點周圍產生裂紋、剝離。這些剝離的金屬則成為軸承中繼續引發上述破壞過程的內在的自生雜質因素，如此周而復始地發生連鎖反應，便使得上述破壞大量發生，軸承的故障迅速擴展，導致軸承徑向間隙增大，使電機轉子對定子碰磨、「掃膛」、垮塌、「放炮」甚至爆炸，軸承和電機產生高溫、熔融、固死。
[0009]因為技術人員此前對因雜質所致的短路軸電壓、產生軸電流、產生反電勢而破壞軸承的機理不明晰，以致在此前的絕緣軸承中，僅用了內環絕緣或外環絕緣措施。此前的措施，僅僅對軸電壓採取了一次設防，只要雜質瞬時造成該一次設防短路，軸電流便必然通過軸承的滾動體與內、外環的接觸點，故障便立即發生。
實用新型內容
[0010]本實用新型所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承，有效地避免軸承因外來的或自生的金屬雜質導通軸電壓、產生軸電流，燒毀與內外環接觸的滾動體接觸點，從而提高該軸承及電機的安全性並延長其使用壽命O
[0011]為解決上述技術問題，本實用新型所採用的技術方案是:一種防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承，包括外環、內環，設置在所述外環和內環之間的保持架，以及設置在所述保持架兜孔內的滾子，所述保持架採用金屬材料或絕緣材料製造，所述外環外表面及兩端面、內環內表面及兩端面、金屬材料製造的保持架兩端面均塗有絕緣層。
[0012]作為優選方案，所述外環內側和所述內環外側均設有擋圈，所述擋圈表面塗有絕緣層。
[0013]保持架兜孔以外的表面均塗有絕緣層。
[0014]該防止金屬雜質導通防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承能夠實現預期目標的機理分析如下。
[0015]如果設上述設計的三重設防(內環、外環、保持架)之一因雜質分別導致軸承內部與電機軸和機匣短路的機率為1，則上述設計的三重設防同時被雜質短路的機率最大不超過1/3，理由是因為新軸承存在外來雜質和軸承初期故障產生的內生雜質甚微，在某一瞬時幾乎只可能以單雜質因素導致一種設防失效，使軸承內部與電機軸(或機匣)瞬時短路而接到其電壓，而另外兩重設防卻仍然使軸承內部不能在同一瞬時短路接到機匣的(或電機軸的)電壓，不能形成機匣-軸承外環-滾子-軸承內環-電機軸的低阻迴路，存在於機匣與電機軸之間的軸電壓便不能產生軸電流，也不能在雜質斷開時引起反電勢，軸承滾動體與內、外環的接觸點便不會燒損，軸承的安全便得到保護。
[0016]與現有技術相比，本實用新型所具有的有益效果為:本實用新型能夠有效地避免軸承因外來的或自生的金屬雜質導通軸電壓、產生軸電流，避免燒毀與內外環接觸的滾動體接觸點，從而提高該軸承及電機的安全性並延長壽命。【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型實施例1結構示意圖；
[0018]圖2為本實用新型實施例1剖視圖；
[0019]其中:
[0020]1:外環；2:內環；3:保持架；4:擋圈；5:滾子；6:絕緣層。
【具體實施方式】
[0021]將球軸承改造為防止金屬雜質導通軸電壓損害軸承的多絕緣軸承，如附圖1和附圖2，其必要的措施是對以金屬材料製造的外環I外表面、外環I兩端面和內環2內表面、內環2兩端面均增加絕緣層6，對以金屬材料製造的保持架3兩端面也增加絕緣層6，如附圖
2。僅同時設置上述的絕緣保護措施，是為了防止保持架與內環擋圈4或/和外環擋圈4在相對轉動時發生摩擦而引起所增加的絕緣層6失落；如能提高工藝水平和質量，則可充分地對以金屬製造的外環的滾動工作面以外的表面、內環的滾動工作面以外的表面均增加絕緣層，使軸承的內部滾動工作面相對電機軸和機匣均絕緣、懸浮；更加充分地，對以金屬材料製造的保持架之保持架兜孔以外的表面也增加絕緣層；以實現更加全面地絕緣處理。如附圖2。
[0022]具體地，對金屬製造的外環、內環所欲增加絕緣層的表面均增加絕緣層6，是對相應表面塗敷絕緣材料，例如氧化鋁；對保持架使用絕緣材料製造，或對金屬製造的保持架所欲增加絕緣層的表面進行能使之絕緣的表面處理，例如陽極化。
[0023]具體地，將圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承改造為防止金屬雜質導通軸電壓損害軸承的多絕緣軸承，其必要的措施是對以金屬材料製造的外環外表面、外環兩端面和內環內表面、內環兩端面增加絕緣層，對以金屬材料製造的保持架兩端面增加絕緣層。
[0024]具體地，對以金屬製造的外環、內環所欲增加絕緣層的表面均增加絕緣層，是對相應表面塗敷絕緣材料；對保持架使用絕緣材料製造，或對金屬製造的保持架所欲增加絕緣層的表面進行能使之絕緣的表面處理。
【權利要求】
1.一種防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承，包括外環(I)、內環(2)，設置在所述外環(I)和內環(2)之間的保持架(3)，以及設置在所述保持架(3)兜孔內的滾子(5)，所述保持架(3)採用金屬材料或絕緣材料製造，其特徵在於，所述外環(I)外表面及兩端面、內環(2)內表面及兩端面、金屬材料製造的保持架(3 )兩端面均塗有絕緣層(6 )。
2.根據權利要求1所述的防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承，其特徵在於，所述外環Cl)內側和所述內環(2)外側均設有擋圈(4)，所述擋圈(4)表面塗有絕緣層(6)。
3.根據權利要求1所述的防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承，其特徵在於，所述保持架(3)兜孔以外的表面均塗有絕緣層(6)。
4.根據權利要求1至3之一所述的防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承，其特徵在於，所述絕緣層(6)採用的絕緣材料為氧化鋁。
【文檔編號】H02K5/16GK203406717SQ201320411761
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月11日 優先權日:2013年7月11日
【發明者】唐德堯, 黃貴發 申請人:唐德堯