一種防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承的制作方法
【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，對金屬制造的軸承外環(huán)的外表面、兩端面，內(nèi)環(huán)的內(nèi)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(zhì)導(dǎo)通軸電壓、產(chǎn)生軸電流的能力，防止燒毀與內(nèi)外環(huán)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種防止金屬雜質(zhì)導(dǎo)通軸電壓損害軸承的多絕緣軸承，屬于機電設(shè)備安全保護領(lǐng)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(shù)】
[0002]在現(xiàn)代電機工程領(lǐng)域，越來越普遍地應(yīng)用交流發(fā)電和交流驅(qū)動方式。例如經(jīng)典的交流電機是用工業(yè)電網(wǎng)的正弦交流電供電工作的，雙饋式交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組是用PWM方式進行交流供電的，在變頻調(diào)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(zhuǎn)子產(chǎn)生的交變磁場，都在電機的軸系兩端之間引發(fā)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(chǎn)生軸電流，由于該回路中電阻最大的部位是軸承的內(nèi)環(huán)、滾子、外環(huán)、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(dǎo)致了地鐵等領(lǐng)域的大量的驅(qū)動電機軸承發(fā)生燒損故障，嚴重危及行車安全。
[0003]鑒于工程技術(shù)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:
[0004]其一是，在電機軸的兩端加裝滑環(huán)，在電機的機匣上安裝電刷，使軸電流經(jīng)滑環(huán)-電刷-機匣短路，防止該電流流經(jīng)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(huán)很難實施。
[0005]其二是，采用外環(huán)外表面或內(nèi)環(huán)內(nèi)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(nèi)環(huán)、滾子、外環(huán)、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(fā)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。
[0006]究其原因，在于采用該措施者將軸承的技術(shù)狀況理想化而并沒有真正洞悉在此條件下軸電壓仍然產(chǎn)生破壞作用的機理。
[0007]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(nèi)環(huán)或外環(huán)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(lǐng)域僅能選擇“帶有氧化物鍍層的內(nèi)環(huán)或外環(huán)絕緣軸承”。當前的絕緣軸承中沒有“內(nèi)環(huán)和外環(huán)絕緣軸承”。
[0008]在使用了內(nèi)環(huán)(與軸配合的)內(nèi)表面絕緣或外環(huán)(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(dǎo)電雜質(zhì)的條件下，因能截斷或極大程度減少軸電壓所導(dǎo)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(chǎn)生的金屬雜質(zhì)是不可避免地存在的。由于這些金屬雜質(zhì)在運轉(zhuǎn)中使得內(nèi)環(huán)內(nèi)表面絕緣的軸承與軸之間發(fā)生瞬間短路時，或使得外環(huán)外表面絕緣的軸承與機匣之間發(fā)生瞬間短路時，軸電壓便因上述短路而產(chǎn)生很大的軸電流；因為軸電壓為感性電壓源，在雜質(zhì)造成上述短路后因燒毀或因運動而再度斷開時，便產(chǎn)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(zhì)短路時產(chǎn)生的很大的軸電流，因雜質(zhì)斷開而轉(zhuǎn)向流經(jīng)軸承的內(nèi)環(huán)、滾動體、外環(huán)的接觸點，使該接觸電阻相對很大的接觸點產(chǎn)生高溫、融化，在油脂對它迅速冷卻時，接觸點金相轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷伛R氏體或奧氏體，而接觸點周圍的材料則退火軟化，繼而在發(fā)生過過熱的接觸點周圍產(chǎn)生裂紋、剝離。這些剝離的金屬則成為軸承中繼續(xù)引發(fā)上述破壞過程的內(nèi)在的自生雜質(zhì)因素，如此周而復(fù)始地發(fā)生連鎖反應(yīng)，便使得上述破壞大量發(fā)生，軸承的故障迅速擴展，導(dǎo)致軸承徑向間隙增大，使電機轉(zhuǎn)子對定子碰磨、“掃膛”、垮塌、“放炮”甚至爆炸，軸承和電機產(chǎn)生高溫、熔融、固死。
[0009]因為技術(shù)人員此前對因雜質(zhì)所致的短路軸電壓、產(chǎn)生軸電流、產(chǎn)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(nèi)環(huán)絕緣或外環(huán)絕緣措施。此前的措施，僅僅對軸電壓采取了一次設(shè)防，只要雜質(zhì)瞬時造成該一次設(shè)防短路，軸電流便必然通過軸承的滾動體與內(nèi)、外環(huán)的接觸點，故障便立即發(fā)生。
實用新型內(nèi)容
[0010]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)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(zhì)導(dǎo)通軸電壓、產(chǎn)生軸電流，燒毀與內(nèi)外環(huán)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O
[0011]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承，包括外環(huán)、內(nèi)環(huán)，設(shè)置在所述外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間的保持架，以及設(shè)置在所述保持架兜孔內(nèi)的滾子，所述保持架采用金屬材料或絕緣材料制造，所述外環(huán)外表面及兩端面、內(nèi)環(huán)內(nèi)表面及兩端面、金屬材料制造的保持架兩端面均涂有絕緣層。
[0012]作為優(yōu)選方案，所述外環(huán)內(nèi)側(cè)和所述內(nèi)環(huán)外側(cè)均設(shè)有擋圈，所述擋圈表面涂有絕緣層。
[0013]保持架兜孔以外的表面均涂有絕緣層。
[0014]該防止金屬雜質(zhì)導(dǎo)通防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標的機理分析如下。
[0015]如果設(shè)上述設(shè)計的三重設(shè)防(內(nèi)環(huán)、外環(huán)、保持架)之一因雜質(zhì)分別導(dǎo)致軸承內(nèi)部與電機軸和機匣短路的幾率為1，則上述設(shè)計的三重設(shè)防同時被雜質(zhì)短路的幾率最大不超過1/3，理由是因為新軸承存在外來雜質(zhì)和軸承初期故障產(chǎn)生的內(nèi)生雜質(zhì)甚微，在某一瞬時幾乎只可能以單雜質(zhì)因素導(dǎo)致一種設(shè)防失效，使軸承內(nèi)部與電機軸(或機匣)瞬時短路而接到其電壓，而另外兩重設(shè)防卻仍然使軸承內(nèi)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(huán)-滾子-軸承內(nèi)環(huán)-電機軸的低阻回路，存在于機匣與電機軸之間的軸電壓便不能產(chǎn)生軸電流，也不能在雜質(zhì)斷開時引起反電勢，軸承滾動體與內(nèi)、外環(huán)的接觸點便不會燒損，軸承的安全便得到保護。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)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(zhì)導(dǎo)通軸電壓、產(chǎn)生軸電流，避免燒毀與內(nèi)外環(huán)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壽命?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型實施例1結(jié)構(gòu)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(huán)；2:內(nèi)環(huán)；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(zhì)導(dǎo)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制造的外環(huán)I外表面、外環(huán)I兩端面和內(nèi)環(huán)2內(nèi)表面、內(nèi)環(huán)2兩端面均增加絕緣層6，對以金屬材料制造的保持架3兩端面也增加絕緣層6，如附圖
2。僅同時設(shè)置上述的絕緣保護措施，是為了防止保持架與內(nèi)環(huán)擋圈4或/和外環(huán)擋圈4在相對轉(zhuǎn)動時發(fā)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(zhì)量，則可充分地對以金屬制造的外環(huán)的滾動工作面以外的表面、內(nèi)環(huán)的滾動工作面以外的表面均增加絕緣層，使軸承的內(nèi)部滾動工作面相對電機軸和機匣均絕緣、懸??；更加充分地，對以金屬材料制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(xiàn)更加全面地絕緣處理。如附圖2。
[0022]具體地，對金屬制造的外環(huán)、內(nèi)環(huán)所欲增加絕緣層的表面均增加絕緣層6，是對相應(yīng)表面涂敷絕緣材料，例如氧化鋁；對保持架使用絕緣材料制造，或?qū)饘僦圃斓谋３旨芩黾咏^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(zhì)導(dǎo)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制造的外環(huán)外表面、外環(huán)兩端面和內(nèi)環(huán)內(nèi)表面、內(nèi)環(huán)兩端面增加絕緣層，對以金屬材料制造的保持架兩端面增加絕緣層。
[0024]具體地，對以金屬制造的外環(huán)、內(nèi)環(huán)所欲增加絕緣層的表面均增加絕緣層，是對相應(yīng)表面涂敷絕緣材料；對保持架使用絕緣材料制造，或?qū)饘僦圃斓谋３旨芩黾咏^緣層的表面進行能使之絕緣的表面處理。
【權(quán)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(huán)(I)、內(nèi)環(huán)(2)，設(shè)置在所述外環(huán)(I)和內(nèi)環(huán)(2)之間的保持架(3)，以及設(shè)置在所述保持架(3)兜孔內(nèi)的滾子(5)，所述保持架(3)采用金屬材料或絕緣材料制造，其特征在于，所述外環(huán)(I)外表面及兩端面、內(nèi)環(huán)(2)內(nèi)表面及兩端面、金屬材料制造的保持架(3 )兩端面均涂有絕緣層(6 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承，其特征在于，所述外環(huán)Cl)內(nèi)側(cè)和所述內(nèi)環(huán)(2)外側(cè)均設(shè)有擋圈(4)，所述擋圈(4)表面涂有絕緣層(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止軸電壓損害軸承的多絕緣軸承，其特征在于，所述保持架(3)兜孔以外的表面均涂有絕緣層(6)。
4.根據(jù)權(quán)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，其特征在于，所述絕緣層(6)采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(yōu)先權(quán)日:2013年7月11日
【發(fā)明者】唐德堯, 黃貴發(fā) 申請人:唐德堯