[实用新型]一种减少绝缘轴承烧损的交流电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及机电设备安全保护领域，特别是一种减少绝缘轴承烧损的交流电机，适用于交流电机、特别是地铁等轨道车辆用交流电机轴承的安全保护和技术改造。

背景技术

现代电机工程领域越来越普遍地应用交流发电和交流驱动方式。例如经典的交流电机是以工业电网的正弦交流电工作的，双馈式交流发电机的转子励磁绕组是以PWM方式供电的，在变频调速交流电动机中的定子是以PWM方式供给交流电压的。无论是定子或转子产生的交变磁场，都在电机的轴系两端之间引发轴电压，该轴电压通过轴两端的轴承等部位与机匣形成回路，产生轴电流，由于该回路中电阻最大的部位可能是轴承的内环、滚子、外环、保持架的接触点，于是引起这些部位接触点过热甚至烧损。该损坏机制导致了地铁等领域的大量的驱动电机轴承发生烧损故障，严重危及行车安全。

为了防止轴电压引起的轴电流损坏轴承，通常采用两种防范方法：

其一是，在电机轴的两端加装滑环，在电机的机匣上安装电刷，使轴电流经滑环-电刷-机匣短路，防止该电流流经轴承而使轴承得到保护。但在轨道交通车辆上使用的电动机上安装上述电刷滑环很难实施。

其二是，采用外环外表面或内环内表面喷涂有氧化铝等绝缘层的轴承，以期切断轴电压形成轴电流，或尽量减小轴电流，希望以这种方式避免轴承的内环、滚子、外环、保持架的接触点过热损坏。但是问题在于，大量使用绝缘轴承的电机，仍然大量发生轴承烧损故障，与采用非绝缘轴承时的损坏几率相当、甚至更严重。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种减少绝缘轴承烧损的交流电机，避免支承电机轴系的绝缘轴承被轴电压烧毁，降低交流电机轴承故障率，保证轨道交通等领域电机及装备的安全。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种减少绝缘轴承烧损的交流电机，包括轴承座、轴承和转子，所述轴承安装在所述轴承座上，所述轴承和转子套接在电机轴上，所述轴承座与所述轴承、所述轴承座与所述转子之间均设有绝缘保护结构。

作为优选方案，所述绝缘保护结构为绝缘层，所述轴承座面向所述轴承的表面和所述轴承端盖内侧面向所述轴承的表面喷涂有绝缘层。

作为优选方案，所述绝缘保护结构为绝缘衬套，所述轴承座面向所述轴承的表面、所述轴承端盖内侧与所述轴承之间的腔内均设有绝缘衬套。

绝缘材料可以是氧化铝、高强度绝缘漆、高强度塑胶、高强度树脂中的一种。

此外，还可以使用如下方法避免绝缘轴承烧损：将电机轴由普通的低电阻率钢材制造改进为使用高电阻率的钢材制造，例如选用无磁钢系高合金单相奥氏体锰钢，具体型号如20mn23Alv、45mn17Al3、30mn20Al3、40mn18cr3、40mn18cr4v、50mn18cr4v等。无磁钢组织稳定，力学性能优良，磁导率低而电阻率高，在磁场中的涡流损耗极小。允许低导磁的根据，在于安装在轴上的转子已经使用高电阻率的硅钢片构成高电阻、高导磁的磁路，不需用电机轴作为磁路，更希望轴不导电以防止涡流损失；电机轴选用高电阻率材料的理由还在于，使电机轴两端之间的电阻尽量增大，以便在不能有效抑制轴电压，和在轴电压回路短路时，尽量降低轴电流。导电材料通常指电阻率为(1.5～10)×10-10欧*厘米的即(0.00015～0.0010)μΩcm的金属。在《异步电动机设计手册》中列出了20号钢电阻率在0.0001746～0.0003026μΩcm之间，45号钢电阻率在0.0002178～0.0003548μΩcm之间，硅钢的电阻率为40～50μΩcm。因此提高电机轴材料的电阻率具有大幅度提高轴电阻的能力。这种方法适用于在制造过程中实施。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型对于减少支承电机轴系的绝缘轴承被轴电压烧毁具有显著的效果，具有降低交流电机轴承故障率、保证轨道交通等领域电机及装备安全的作用。

附图说明

图1为单相电机轴电压引起绝缘轴承损坏的机理分析图；

图2为轴承绝缘回路短路、杂质回路开路时的烧损功率测定结果图；

图3为轴承绝缘回路开路、杂质回路开路时的烧损功率测定电路图；

图4为轴承绝缘回路短路、杂质回路开路时的烧损功率测定结果图；

图5为轴承绝缘回路开路、杂质回路单次短路时的烧损功率测定电路图；

图6为轴承绝缘回路开路、杂质回路单次短路时的烧损功率测定结果图；