[發明專利]用于軸承狀態監測的設備和方法

有效

• 申請號: 201010262686.3
• 申請日: 2010-08-17
• 公開（公告）號: CN101995433A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: A·M·F·埃爾-雷菲;R·D·金;C·M·施勒
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G01N27/90
• 分類號: G01N27/90
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;譚祐祥

技術領域

本發明大體涉及軸承電流，且更具體地，涉及監測軸承的狀態的系統和方法。

背景技術

旋轉機械，諸如電動機，典型地包括支承軸的軸承，且這樣的旋轉機械典型地易于經受由于軸承電流而引起的不正常的軸承磨損。典型地，旋轉機械可能易于經受可導致軸承電流的各種已知的軸電壓源，諸如電磁感應、來自內部源的靜電耦合以及來自外部源的靜電耦合。作為實例，該電流可自身表現為沿著電動機軸的中心穿過的軸向通量或者表現為鏈接電動機軸的交流通量。不論機械是DC的還是AC的，且不論該機械是大馬力電動機還是小馬力電動機，軸承電流都可產生。

作為實例，軸向軸通量由圍繞該軸的不平衡的安培圈、由破裂的轉子桿、由殘余磁化或者由偏心空隙而產生。作為實例，交流通量可由于定子或轉子芯體的不對稱的磁屬性而產生，或者由于在電動機中導致不對稱的通量路徑的非均質鋼而產生。這些電流可通過導致放電穿過軸承滾珠和座圈、導致金屬從其中傳遞出且進入潤滑劑而導致旋轉機械中的軸承的過早故障。金屬的該損失在表面中導致凹坑、凹陷以及不連續，這又會導致增大的軸承電流。增大的軸承電流效果傾向于增大摩擦加熱，在操作期間升高軸承的溫度，且最終導致軸承故障。

增大的軸承電流效果可通過經由改進材料屬性、構件容差、磁構件的不對稱性等等來解決前述缺點而被減輕到一定程度。然而，許多在當前的應用中使用的電力驅動器是變速驅動器(VSD)，其涉及使用包括快速切換脈寬調制(PWM)半導體裝置-諸如IGBT和MOSFET的功率變換器。在操作的高頻(直至若干MHz轉換或者更高)時，電容耦合的電流可流過可通常被認為是電絕緣體的路徑。例如，作為實例，電流可流過磁線絕緣、定子槽襯、電動機空隙、軸承潤滑油以及定子槽頂棒。這樣，增大的頻率的操作會惡化軸承內的電流流動的問題，從而導致早期壽命故障。因此，雖然作出努力來改進電動機設計以及減少早期壽命故障的傾向性，但盡管如此軸承還是會經歷由于高頻操作而更加惡劣的穿過其中的電流。

可間接地監測軸承中的損壞進程，以便在災難性的故障之前主動地采取矯正措施來修復或者更換該軸承。然而，這樣的方法典型地涉及使用刷或者昂貴的外部裝備，且這樣的外部裝備僅僅可實現軸承狀態的間接指示，作為一個實例，諸如噪聲。

因此，合乎需要的是提供克服了前述缺點的、監測軸承的狀態的設備和方法。

發明內容

根據本發明的一方面，一種電動機軸承狀態監測系統包括一種組件，該組件包括軸，聯接到軸上的第一軸承座圈，多個軸承滾珠，以及經由該多個軸承滾珠聯接到第一軸承座圈上的第二軸承座圈。該組件的一部分具有編碼在其上的磁場。該監測系統包括鄰近經磁化的組件定位并且構造成以便測量磁場的磁場傳感器，以及構造成以便經由磁場傳感器檢測由于電流傳送通過軸承滾珠而產生的磁場中的變化的處理單元。

根據本發明的另一方面，一種方法包括：提供軸承組件的構件，該構件包括第一軸承座圈、第二軸承座圈以及軸承軸中的至少一個；對構件其中之一的至少一部分進行磁編碼(即以磁的方式進行編碼)；將軸承組件的構件組裝在一起；以及構造控制器，以便在軸承組件的操作期間針對由于鄰近經磁編碼的部分的軸承電流而產生的磁化中的干擾來監測磁場，以及基于被監測的磁場預測軸承組件的故障。

根據本發明的另一方面，(提供了)一種設備，其包括軸、聯接到軸上的第一軸承座圈、聯接到軸上的第二軸承座圈以及定位在第一軸承座圈與第二軸承座圈之間的多個軸承滾珠。軸、第一軸承座圈的一部分以及第二軸承座圈的一部分其中之一被磁編碼為基本具有單個磁極化方向。

根據以下的詳細描述和附圖，各種其它特征和優點將變得顯而易見。

附圖說明

附圖示出了目前構思的用于執行本發明的實施例。

在附圖中：

圖1示出了結合了本發明的實施例的用于獲得軸承壽命數據的流程圖。

圖2示出了結合了本發明的實施例的用于獲得軸承狀態數據的流程圖。

圖3示出了根據本發明的一個實施例的用于滾子軸承的經磁編碼的環。

圖4是根據本發明的一個實施例的具有外部的經磁編碼的環的滾子軸承的圖示。

圖5是根據本發明的一個實施例的具有內部的經磁編碼的環的滾子軸承的圖示。

圖6示出了根據本發明的一個實施例的用于推力軸承的經磁編碼的環。

圖7是根據本發明的一個實施例的具有經編碼的環的推力軸承的圖示。

圖8示出了根據本發明的一個實施例的經磁編碼的軸。

圖9示出了根據本發明的一個實施例的經磁編碼的軸。

部件列表：