[发明专利]电流绝缘的轴承部件及轴承

说明书

本发明涉及电流绝缘的轴承部件及轴承。

滚动元件轴承被用于很多工业应用中，比如用于不同的机器中、用于轨道车辆的轮组和牵引电动机中、用于在驱动机组中使用的DC和电动机中及用于发电机中，发电机比如通过风力驱动的那些。

这样的滚动轴承可以被暴露到电流中。在最坏的情况下的场景中，这可损坏滚道和滚动元件，这又造成发动机或发电机过早故障且没有警告。除了用于维修引起的额外的费用，这还意味着由机器停产和导致的生产损失所造成的额外的成本。

经济得多的解决方案是在相关产品中提供电流绝缘轴承的使用。这减少维护和维修成本且增加机器的有效性。对于消费者来说，这些都是重要的问题。

在一些情况下，根据应用，中断轴承壳体和相关的轴之间的电路且在装置的壳体和轴之间的一个或多个轴承位置处安装电流绝缘轴承就足够了。

与标准轴承相比，通常被陶瓷涂覆的电流绝缘轴承提供了显著更高的耐电流性。

一般而言，消除通过电动机感应的轴承电压的起因是非常困难的，即，更一般而言，消除采用不期望路径的电流是非常困难的，这样的电流涉及与相关的电设备的能量供应。然而，如果能够防止或至少显著地减少电流的流动，则避免对轴承的损害是可能的。目前，可以得到多种类型的电流绝缘的滚动轴承。需要绝缘的部件的类型取决于涉及的电压的类型和特定的应用或安装。

沿电动机或发电机的转子的轴延伸的感应电压产生环电流，该环电流经由支撑轴的轴承和在它们之间延伸的壳体而封闭。这样的轴电压通常是发动机内的磁通量的不对称分布的结果。这在仅具有几对电极的发动机中尤其明显。在这样情况下，通过使两个轴承中的一个绝缘，中断电流的流动就足够了。还出现轴和壳体之间存在电势差的情况。在这种情况下，电流以相同方向流过支撑轴的轴承中的每一个。这样的电势差的最可能的起因是转换器共模电压。这种类型的情况可能需要两个轴承的绝缘。

待使用的电绝缘的类型取决于相关电压的时间响应。对于DC电压和低频AC电压，轴承的欧姆电阻是电流绝缘的决定性性能。关于通常在转换器中遇到的较高频的AC电压，在选择轴承的电流绝缘性能时，轴承的容抗是要考虑的重要参数。从根本上来说，电流绝缘的轴承的作用就像并联连接的电阻器和电容器。为了确保良好的绝缘，电阻应尽可能地高且电容应尽可能地低。

无论轴承是被暴露到直流电中还是被暴露到交流电中，对轴承表面所造成的改变总是相同的，至少高达兆赫兹范围的频率。在两种情况下，电流在滚动元件上的滚道处均匀地形成暗淡的灰色标记。这些标记不是非常特定的且还可以由其它因素(例如通过含研磨剂的润滑油的膜)造成。还可以发现，沿着轴承的滚道的表面发展的一种类型的搓板图案以旋转方向延伸。这种类型的损坏(称为“开槽(fluting)”)表明电流已经通过轴承。如果在扫描电子显微镜下检查作为电流流动的结果的在轴承中发现的损坏，那么可以表明，损坏以由局部熔化所造成的密致填充的月牙洼(crater)和覆盖滚道的具有微米大小的直径的熔接珠子(welding bead)为特征。这样的损坏可以决定性地视作电流通过轴承的证据。月牙洼和熔接珠子是经常在滚道中且在滚动元件表面上被发现的微观峰之间的放电的结果。当火花渗透在瓶颈处完全展开的润滑膜时，其使相邻表面瞬间熔化。在混合摩擦范围(金属与金属的接触)中，有效表面被临时融为一体，然后，通过轴承的旋转，立即再次分裂开。在两种情况下，材料还与表面分开，在表面处材料立即固化以形成熔接珠子。这些珠子中的一些与润滑剂混合，剩下的珠子沉积在表面上。由于滚动元件连续在它们上方经过，可以使月牙洼和熔接珠子平整且光滑。如果存在持续的电流流动，在时间进程中，通常薄的表面层反复不断地重复熔化和固化过程。