[實用新型]一種防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承

有效

• 申請號: 201320411761.7
• 申請日: 2013-07-11
• 公開（公告）號: CN203406717U
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 唐德堯;黃貴發
• 申請（專利權）人: 唐德堯
• 主分類號: H02K5/16
• 分類號: H02K5/16;H02K5/173
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

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，屬于機電設備安全保護領域，適用于交流電機、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

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回路，產生軸電流，由于該回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，于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。

鑒于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，通常采用兩種防范方法：

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。

其二是，采用外環外表面或內環內表面涂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，或盡量減小軸電流，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。但是問題在于，大量使用絕緣軸承的電機，仍然大量發生軸承燒損故障，與采用非絕緣軸承時的損壞幾率相當、甚至更嚴重。

究其原因，在于采用該措施者將軸承的技術狀況理想化而并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。

當前先進的絕緣軸承，有如文獻報道的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。”由于絕緣陶瓷滾動體軸承存在該滾子不能抗拒沖擊力的風險，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”。

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）外表面絕緣措施之后，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。由于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后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于極高的、波形前沿陡峭的反電勢之容抗減小到極小而形同短路，于是，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。

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，僅僅對軸電壓采取了一次設防，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

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并延長其使用壽命。