專利名稱：用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)械的軸承不受有害的電流流過損傷的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)械的軸承不受電流流過損傷的裝置。
在諸如電機(jī)這樣的可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸承上的電動(dòng)機(jī)械中存在這樣的危險(xiǎn)，即電流流過軸承并從而與其相聯(lián)系的電火花侵蝕導(dǎo)致軸承損傷。流經(jīng)軸承的電流可如此產(chǎn)生加在電機(jī)連接端子上的電壓通過雜散電容，例如從電機(jī)的定子繞組耦合到其轉(zhuǎn)子上。與此電壓相聯(lián)系的電流最終使得在軸承上存在一個(gè)電壓，它可能大于軸承中潤(rùn)滑膜的耐壓能力并從而導(dǎo)致電火花侵蝕。尤其應(yīng)指出的是以下情況對(duì)于變頻工作的電機(jī)，因?yàn)槟抢镌谶B接端子上出現(xiàn)相對(duì)于電機(jī)外殼和轉(zhuǎn)子特別高的脈沖電壓分布，從而在軸承上也存在相對(duì)高的電壓。
通常通過電絕緣阻止電流流過來保護(hù)軸承不受不希望有的電流流過損傷。然而這種方法由于應(yīng)用的特殊條件而需要很高的費(fèi)用。而且軸承的直流電絕緣并不總是有足夠的保護(hù)效果。例如在高頻干擾電流下存在通過電容性線路耦合到軸承中的危險(xiǎn)。
與此相關(guān)，IEEE雜志1996年第1961至1967頁的專業(yè)文章“基于共模電壓補(bǔ)償電路降低高頻泄漏電流”中公開了借助一個(gè)補(bǔ)償電路補(bǔ)償高頻干擾電流的方法。其中接線是這樣設(shè)計(jì)的，使得補(bǔ)償在供電回路中進(jìn)行，即還在連接負(fù)載之前就已進(jìn)行。這具有以下缺點(diǎn)補(bǔ)償電路被放入供電回路中，從而其元件必須采用能承受相當(dāng)高功率的元件。此外，每個(gè)使用在供電回路中的電抗元件-例如電感、電容或?yàn)V波器-提高了諧振頻率值，在此頻率的激勵(lì)下會(huì)出現(xiàn)幾乎無法預(yù)料的過壓。因?yàn)樵谧冾l應(yīng)用中所有這些諧振頻率都會(huì)被激發(fā)，因而存在著出現(xiàn)這種過壓的高風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明的目的在于，保護(hù)電動(dòng)機(jī)械的軸承不受電流流過損傷。
上述任務(wù)由權(quán)利要求1所述特征組合完成。
本發(fā)明應(yīng)用于具有一個(gè)定子和一個(gè)借助至少一個(gè)軸承可相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)地安裝的轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)械。本發(fā)明裝置的特征在于，設(shè)置了一個(gè)產(chǎn)生用于補(bǔ)償在電動(dòng)機(jī)械運(yùn)行中出現(xiàn)的流過軸承的干擾電流的補(bǔ)償電流的補(bǔ)償電路，以及一個(gè)用于直接或間接將補(bǔ)償電流耦合到軸承中去的耦合元件。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)保證了在電流流過情況下對(duì)軸承的可靠保護(hù)，并從而保證了軸承不受與電流流過相聯(lián)系的可能的損傷。其中保護(hù)措施具體施加在應(yīng)受保護(hù)的位置上，即在軸承上。這樣用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明裝置的費(fèi)用保持相對(duì)低廉，因?yàn)榇搜b置在功率上無需被設(shè)計(jì)用來保證電動(dòng)機(jī)械的運(yùn)行，而僅需被設(shè)計(jì)用來補(bǔ)償流過軸承的電流。因此本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)還在于，本發(fā)明裝置可與電動(dòng)機(jī)械的功率等級(jí)無關(guān)地獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，并且可以追加安裝到一個(gè)已有的設(shè)備中，因?yàn)樗簧婕半妱?dòng)機(jī)械的控制。
補(bǔ)償電路可以具有一個(gè)提供星點(diǎn)電壓的人造星點(diǎn)，在此星點(diǎn)上具有使電動(dòng)機(jī)械運(yùn)行的相電壓。人造星點(diǎn)通常由三個(gè)相同的阻抗構(gòu)成。因此方法可以相對(duì)簡(jiǎn)單地提供一個(gè)用于補(bǔ)償?shù)膮⒖夹盘?hào)。
此外補(bǔ)償電路具有一個(gè)極性轉(zhuǎn)換-變壓器，在其初級(jí)繞組上全部或部分地饋送星點(diǎn)電壓，而在其次級(jí)繞組產(chǎn)生一個(gè)與星點(diǎn)電壓反相的電壓。補(bǔ)償電路可專門具有一個(gè)幅度適配級(jí)，它連接在人造星點(diǎn)和極性轉(zhuǎn)換-變壓器之間，并且向極性轉(zhuǎn)換-變壓器輸入星點(diǎn)電壓中可調(diào)節(jié)的分量。極性轉(zhuǎn)換-變壓器可具有多個(gè)繞組抽頭。此外極性轉(zhuǎn)換-變壓器可在次級(jí)側(cè)連接到頻率響應(yīng)適配級(jí)的輸入端，該適配級(jí)用于均衡對(duì)干擾電流的補(bǔ)償電流的頻率響應(yīng)。在已說明的部件中涉及的是標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，它們具有不同的實(shí)施方式，從而對(duì)于相應(yīng)的應(yīng)用情況可無問題地優(yōu)化設(shè)計(jì)本發(fā)明的裝置。
頻率響應(yīng)適配級(jí)的輸出端與耦合元件相連接。這里耦合元件特別地如此設(shè)置實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電流至轉(zhuǎn)子軸的耦合輸入，且轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子軸可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸承中。耦合元件最好設(shè)計(jì)為電容器。以這種方法補(bǔ)償電流可以無接觸地耦合到轉(zhuǎn)子軸中，并從而輸入到軸承中，使得在輸入補(bǔ)償電流時(shí)在耦合元件中不產(chǎn)生磨損問題。
下面借助附圖所示實(shí)施例說明本發(fā)明。
單一附圖示出本發(fā)明補(bǔ)償電路的一個(gè)實(shí)施例，此補(bǔ)償電路連接于控制電機(jī)的電路。電機(jī)的控制借助于一個(gè)變頻器1進(jìn)行，其輸出端提供三個(gè)相電壓U，V和W，它們以星形電路形式輸入到第一定子繞組2，第二定子繞組3和第三定子繞組4，即三個(gè)定子繞組2，3和4中的每個(gè)繞組分別以其一個(gè)端點(diǎn)連接于變頻器1的一個(gè)輸出端，在這些輸出端上有電壓U，V和W中的一個(gè)。三個(gè)定子繞組2，3和4相應(yīng)的另外的端點(diǎn)相互連接在一起。除了定子繞組2，3和4之外電機(jī)還具有一個(gè)帶有轉(zhuǎn)子軸6的轉(zhuǎn)子5，轉(zhuǎn)子軸借助于一個(gè)滾動(dòng)軸承7可相對(duì)定子繞組2，3和4可旋轉(zhuǎn)地安裝。滾動(dòng)軸承7具有內(nèi)環(huán)8，外環(huán)9和置于內(nèi)環(huán)8與外環(huán)9之間的滾珠10。內(nèi)環(huán)8與轉(zhuǎn)子軸6一起旋轉(zhuǎn)并導(dǎo)電地連接。外環(huán)9可被嵌入例如一個(gè)圖中僅以符號(hào)示出的外殼11上的一個(gè)孔中，從而與外殼11無旋轉(zhuǎn)和導(dǎo)電地連接。轉(zhuǎn)子軸6通常借助至少另一個(gè)滾動(dòng)軸承7安裝，它在

圖1中沒有被示出。
上述電機(jī)的線路或結(jié)構(gòu)的結(jié)果是存在一系列雜散電容。通過這些雜散電容，盡管直流絕緣也會(huì)耦合電壓。在圖1中與本發(fā)明相關(guān)的那些雜散電容分別用電容器的電路符號(hào)示出。在第一定子繞組2與轉(zhuǎn)子5之間存在第一雜散電容12，在第二定子繞組3與轉(zhuǎn)子5之間存在第二雜散電容13，以及在第三定子繞組4與轉(zhuǎn)子5之間存在第三雜散電容14。此外，通過滾動(dòng)軸承7構(gòu)成第四雜散電容15，它最終在外環(huán)9與轉(zhuǎn)子軸6之間起作用。最后在轉(zhuǎn)子5與外殼11之間還存在第五雜散電容16。雜散電容12，13，14，15和16作用的結(jié)果是，由于在三個(gè)定子繞組2，3和4連接到一起的區(qū)域中施加的星點(diǎn)電壓，一個(gè)不希望的容性干擾電流在三個(gè)定子繞組2，3和4與轉(zhuǎn)子5之間流動(dòng)，并從而也在這些定子繞組與轉(zhuǎn)子軸6之間流動(dòng)。相應(yīng)地在轉(zhuǎn)子5或轉(zhuǎn)子軸6與接地的外殼11之間產(chǎn)生一個(gè)電流。這個(gè)干擾電流使得在轉(zhuǎn)子5與外殼11之間，從而也在滾動(dòng)軸承7上或在多個(gè)滾動(dòng)軸承7上存在一個(gè)電壓UL，若沒有進(jìn)一步的措施，此電壓通常大于滾動(dòng)軸承7中潤(rùn)滑膜的抗擊穿強(qiáng)度，此耐壓典型約為0.5伏。電壓UL典型具有定子繞組上相對(duì)于外殼11所加電壓值的3％至7％。滾動(dòng)軸承7上所加電壓UL因而可以引起電火花侵蝕，它可能導(dǎo)致滾動(dòng)軸承7的損傷。
上述損傷通過下面說明的電路補(bǔ)償而避免，在電路補(bǔ)償?shù)膸椭?，將一個(gè)與干擾電流大小相等但相位相反的電流電容性地耦合到轉(zhuǎn)子軸6上。為了產(chǎn)生補(bǔ)償電流，其中存在一個(gè)人造星點(diǎn)17，在此星點(diǎn)中從變頻器1至定子繞組2，3和4的導(dǎo)線分別通過一個(gè)電容器接到一起。在人造星點(diǎn)17的輸出端24產(chǎn)生一個(gè)與由于雜散電容12，13和14產(chǎn)生的電機(jī)內(nèi)部的電壓相等的電壓。電壓UL由雜散電容12、13和14與雜散電容15、16之間的容性電壓分配得到。在星點(diǎn)17上連接一個(gè)幅度適配器18，此適配器還與外殼11相連接。幅度適配器18具有一個(gè)可變抽頭，用此抽頭可以取出從人造星點(diǎn)17給出的電壓中所要的一部分。幅度適配器18的可變抽頭與一個(gè)極性轉(zhuǎn)換變壓器20的初級(jí)繞組19相連接，此繞組還與外殼11相連接。極性轉(zhuǎn)換變壓器20的次級(jí)繞組21一方面連接到外殼11，而另一方面連接到頻率響應(yīng)適配器22的輸入端。極性轉(zhuǎn)換變壓器20的初級(jí)繞線19和次級(jí)繞組21的繞線方向相反，使得在次級(jí)繞組21上給出一個(gè)與在初級(jí)繞組19上所加電壓反相的電壓。頻率響應(yīng)適配器22輸出端與一個(gè)耦合電容器23相連接，電容器的一個(gè)電極連接到轉(zhuǎn)子軸6上。此外，頻率響應(yīng)適本器22還與外殼11連接。
替代作為一個(gè)獨(dú)立部件設(shè)置的幅度適配器18，其功能也可集成在極性轉(zhuǎn)換變壓器20中。為此極性轉(zhuǎn)換變壓器20的初級(jí)繞組19與星點(diǎn)17和外殼11連接，并且在次級(jí)繞組上有多個(gè)抽頭，使得被送到頻率響應(yīng)適配器22的電壓幅度可通過選擇合適的抽頭而變化。
在補(bǔ)償耦合輸入到轉(zhuǎn)子5上的干擾電流時(shí)按步驟如下進(jìn)行借助于幅度適配器18在人造星點(diǎn)17上所施加的電壓的一個(gè)適當(dāng)?shù)姆至勘火佀偷綐O性轉(zhuǎn)換變壓器20中，并且用這種方法產(chǎn)生一個(gè)極性相反的電壓。因此只有在人造星點(diǎn)17上給出的電壓的一部分被用于以后的進(jìn)一步處理，并且這里所用的元件相應(yīng)地也僅需滿足此部分電壓的要求。頻率響應(yīng)適配器22使由此電壓產(chǎn)生的電流的頻率響應(yīng)與干擾電流的頻率響應(yīng)相匹配，以可以進(jìn)行精確的補(bǔ)償。這樣產(chǎn)生的補(bǔ)償電流通過耦合電容器23饋到轉(zhuǎn)子軸6，并且在理想情況下在數(shù)值上等于耦合饋送到轉(zhuǎn)子5中的干擾電流總和，使得符號(hào)相反的結(jié)果總體上導(dǎo)致更小的或最多一個(gè)小的凈電流饋入轉(zhuǎn)子5。因此最多一個(gè)小的電壓UL被加在滾動(dòng)軸承7或多個(gè)滾動(dòng)軸承7上，此電壓不足以引起滾動(dòng)軸承7的損傷。向轉(zhuǎn)子軸6饋送補(bǔ)償電流可通過適當(dāng)設(shè)計(jì)的電容器23來實(shí)現(xiàn)，該電容器被設(shè)計(jì)為套在轉(zhuǎn)子軸6上的元件形式的無磨損空氣絕緣電容器。此外可以同樣方式在其它位置將補(bǔ)償電流耦合輸入到轉(zhuǎn)子5中或耦合輸入到滾動(dòng)軸承7的內(nèi)環(huán)8中。
1變頻器2第一定子繞組3第二定子繞組4第三定子繞組5轉(zhuǎn)子6轉(zhuǎn)子軸7滾動(dòng)軸承8內(nèi)環(huán)9外環(huán)10滾珠11外殼12第一雜散電容13第二雜散電容14第三雜散電容15第四雜散電容16第五雜散電容17人造星點(diǎn)18幅度適配器19初級(jí)繞組
20極性轉(zhuǎn)換變壓器21次級(jí)繞組22頻率響應(yīng)適配器23耦合電容器24人造星點(diǎn)的輸出端
權(quán)利要求
1.用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)械的軸承(7)不受有害的電流流過損傷的裝置，其中電動(dòng)機(jī)械具有一個(gè)定子(11)和一個(gè)轉(zhuǎn)子(5)，轉(zhuǎn)子借助于至少一個(gè)軸承(7)相對(duì)于定子(11)可旋轉(zhuǎn)地安裝，其特征在于，設(shè)置了一個(gè)產(chǎn)生用于補(bǔ)償在電動(dòng)機(jī)械運(yùn)行中出現(xiàn)的流過軸承(7)的干擾電流的補(bǔ)償電流的補(bǔ)償電路以及一個(gè)用于直接或間接地將補(bǔ)償電流耦合到軸承(7)中的耦合元件(23)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，補(bǔ)償電路具有一個(gè)用于提供星點(diǎn)電壓的人造星點(diǎn)(17)，其上施加有用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)械的相電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，人造星點(diǎn)(17)由三個(gè)相同的阻抗構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，補(bǔ)償電路具有一個(gè)極性轉(zhuǎn)換變壓器(20)，其初級(jí)側(cè)被饋入全部或部分的星點(diǎn)電壓，并且其次級(jí)側(cè)產(chǎn)生一個(gè)與星點(diǎn)電壓反相的電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，補(bǔ)償電路具有一個(gè)幅度適配器(18)，它連接在人造星點(diǎn)(17)與極性轉(zhuǎn)換變壓器(20)之間，并將星點(diǎn)電壓的可調(diào)節(jié)的一部分施加到極性轉(zhuǎn)換變壓器(20)上。
6.如權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于，極性轉(zhuǎn)換變壓器(20)的次級(jí)側(cè)具有多個(gè)繞組抽頭。
7.如權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，極性轉(zhuǎn)換變壓器(20)的次級(jí)側(cè)與頻率響應(yīng)適配級(jí)(22)的輸入端連接，此適配級(jí)用于將補(bǔ)償電流的頻率響應(yīng)與干擾電流進(jìn)行均衡。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，頻率響應(yīng)適配級(jí)(22)的輸出端與耦合元件(23)相連接。
9.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，耦合元件(23)如此設(shè)置它將補(bǔ)償電流耦合到轉(zhuǎn)子軸(6)中，轉(zhuǎn)子(5)通過此轉(zhuǎn)子軸可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸承(7)中。
10.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，耦合元件(23)被設(shè)計(jì)成電容器。
全文摘要
用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)械的軸承(7)不受有害的電流流過損傷的裝置，其中電動(dòng)機(jī)械具有一個(gè)定子(11)和一個(gè)轉(zhuǎn)子(5)，轉(zhuǎn)子借助于至少一個(gè)軸承(7)相對(duì)于定子(11)可旋轉(zhuǎn)地安裝，包括一個(gè)產(chǎn)生用于補(bǔ)償在電動(dòng)機(jī)械運(yùn)行中出現(xiàn)的流過軸承(7)的干擾電流的補(bǔ)償電流的補(bǔ)償電路以及一個(gè)用于直接或間接地將補(bǔ)償電流耦合到軸承(7)中的耦合元件(23)。
文檔編號(hào)H02K11/00GK1531158SQ20041000362
公開日2004年9月22日 申請(qǐng)日期2004年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月7日
發(fā)明者格爾文·普萊辛格, 弗蘭克·布什貝克, 馬丁·格羅什, 布什貝克, 格爾文 普萊辛格, 格羅什 申請(qǐng)人:Skf股份公司