无轴承电机

无轴承电机（通用11篇）

篇1：无轴承电机

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无轴承电机起源及发展

在费拉里斯和特斯拉发明多相交流系统后，19世纪80年代中期，多沃罗沃尔斯基发明了三相异步电机，异步电机无需电刷和换向器，但长期高速运行，轴承维护保养仍是难题。

二次世界大战后，直流磁轴承技术的发展，使得电机和传动系统无接触运行成为可能，但这种传动系统造价很高，因为铁磁性物体不可能在一个恒定磁场中稳定悬浮。主动磁轴承的发明，解决了这个难题，但用主动磁轴承支承刚性转子要在5个自由度上施加控制力，磁轴承体积大、结构复杂和造价高。

20世纪后半期，为了满足核能开发和利用，需要用超高速离心分离方法生产浓缩铀，磁轴承能满足高速电机支撑要求，于是在欧洲开始了研究各种磁轴承计划。1975年，赫尔曼申请了无轴承电机专利，专利中提出了电机绕组极对数和磁轴承绕组极对数的关系为±1。用赫尔曼提出的方案，在那个年代是不可能制造出无轴承电机的。

随着磁性材料磁性能进一步提高，为永磁同步电机奠定了有力竞争地位。同时，随着双极晶体管的应用，以及和柏林格尔提出的无损开关电路结合，能够制造出满足无轴承电机要求的新一代高性能功率放大器。大约在1985年，具有快速和负载能力的功率开关器件和数字信号处理器的出现，使得已经提出20多年的.交流电机矢量控制技术才得以实际应用，这样解决了无轴承电机数字控制的难题。瑞士苏黎世联邦工学院的比克尔在这些科技进步的基础上，于20世纪80年代后期才首次制造出无轴承电机。

几乎与比克尔同时，1990年日本A.Chiba首次实现磁阻电机的无轴承技术。

1993年，苏黎世联邦工学院的R.Schoeb首次实现交流电机的无轴承技术。

无轴承电机取得实际应用，关键性突破是苏黎世联邦工学院的巴莱塔研制出无轴承永磁同步薄片电机，电机结构简单，大大降低了控制系统费用，在很多领域具有很大应用价值。

，苏黎世联邦工学院的S.Sliber研制出无轴承单相电机，再一次在无轴承电机研究历史上前进了一步，降低了控制系统的费用，使得无轴承电机实际应用不仅仅是可想的，而且是经济的。无轴承电机像机械轴承支承的电机一样简单，电气控制系统并不复杂，在很多领域采用无轴承电机也很经济。我们认为在不久的将来，这种技术在中国将取得广泛的应用。

篇2：无轴承电机

1.半导体工业

在蚀刻、制板、清洗或抛光等加工过程中需用腐蚀性化学液体，产品质量很大程度上取决于化学液体质量，液体输送泵是关键的一个环节。像酸液、有机溶剂等腐蚀的化学液体，泵必须无污染可靠传输，并且泵要具有抗腐蚀和耐一定温度的要求。传统气动和薄片泵寿命短，大多数耐温最高只有100℃左右，运动阀和薄片仍然会产生少量的微粒，液体传输也存在着不均匀的脉动，影响了工艺处理质量。采用无轴承电机密封泵能解决传统传输中存在的缺陷，大大满足精密半导体器件生产工艺要求。目前，功率为300W的无轴承电机密封泵已经在半导体工业得到应用。

2.化工领域放射性环境或高温辐射环境等恶劣条件下，用无轴承电机密封泵进行废料处理，能解决机械轴承磨损和维修的难题。在化学工业，对有效密封传输和生产系统的需求进一步提高，传统的转轴密封的密封泵，机械轴承需要润滑，据报道80%的故障是由于密封失效引起的，20%是轴承、连接及其它故障。为了安全生产，免遭环境污染，使用无轴承电机密封泵是最佳选择。目前，苏黎世联邦工学院和Sulzer泵公司合作完成了功率为30kW的无轴承密封泵样机的研制和测试工作，进入了试运行阶段。

3.生命科学领域

篇3：无轴承异步电机无速度传感器控制

目前,生产中广泛使用的异步电机因机械轴承磨损和有害气体、液体腐蚀存在电机气隙不均匀、绕组发热、温升增加等问题,导致系统性能、工作效率和精度降低,使用寿命缩短[1,2,3]。利用磁轴承结构与电机定子结构的相似性,无轴承电机在电机的定子槽中共同绕制转矩绕组和悬浮绕组,并利用悬浮绕组所产生的磁场来改变气隙中合成磁场的分布,从而产生径向悬浮力来实现电机转轴的稳定悬浮,突破了传统电机仅产生电磁转矩的旧框架[4]。其中,无轴承异步电机( Bearingless Induction Motor,BIM) 因具有异步电机和磁轴承的优点,能在高速、真空、洁净、腐蚀等特殊环境下实现无轴承支承运行,推动了无轴承时代的新发展。BIM在高速离心泵、高速高精数控机床、飞轮储能、半导体产业等领域具有广泛应用前景[5,6,7]。

传统的BIM控制中,转子的速度都是通过采用机械式传感器来检测,不仅在安装、连接、可靠性方面带来问题,而且机械式传感器本身易受到应用环境的限制[8,9,10]。因此研究无速度传感器的BIM运行控制具有重要的现实意义。文献[11]提出的卡尔曼滤波法对转子转速进行在线无传感器自辨识,可实现性强且取得较好的控制效果,但却没有严格的稳定性理论作为支持,多靠经验、实验来确定。文献[12]将高频谐波信号注入法引入到无速度传感器中,提高了转速系统的低速辨识性能,但受电机负载影响较大。文献[13]采用了一种基于电压电流的MRAS方法对转速参量进行获取,获得了一定的辨识效果,但因存在纯积分环节使得计算量增大。从检索到的文献来看,这些方法虽能辨识出转速参量,但忽略了转子电阻变化的影响,然而转子电阻由于温升和饱和效应,变化较快,有时可以达到50% ,且不易计算,因此需将转子电阻的变化考虑其中[14]。

为了实时跟踪电机负载变化对转速的影响,增加系统的鲁棒性,本文提出了一种可以同时在线估计转子电阻和转速的BIM无速度传感器矢量控制方法。在MATLAB / Simulink环境中对BIM进行速度辨识仿真研究,结果表明本文所提控制方法能准确辨识出转子电阻和转速,实现电机在高速以及负载扰动下稳定悬浮运行,验证了本文所提控制策略的有效性。

1 转速和转子电阻的解析式

由BIM在两相静止坐标系下的磁链方程可得:

式中,ψr 1 α、ψr 1 β分别为转矩绕组转子磁链在 α、β 轴上的分量Wb; Lr 1、Lm 1分别为转矩绕组的转子自感、互感H; Rr 1为转矩绕组的转子电阻!; ωr为转子转速rad /s; is 1 α、is 1 β分别为转矩绕组定子电流在 α、β轴上的分量A。

根据BIM方程,可得电压型转子磁链模型表达式为:

式中:; us 1 α、us 1 β分别为转矩绕组定子电压在 α、β 轴上的分量V; Ls 1为转矩绕组定子自感H; Rs 1为转矩绕组的定子电阻!。

对式( 2) 进行求导得:

由式( 1) 和式( 3) 可知:

将式( 4) 中两个等式进行相减并移项可得:

其中:

假设:

再根据BIM在两相静止坐标系下的磁链方程可得:

将式( 6) 中两个式子相加并移项得:

其中:

将式( 5) 和式( 7) 作为一个二元一次方程组,ωr和Rr作为两个未知数。将式( 7) 代入式( 5) 中,可得:

其中:

同理,将式( 5) 代入式( 7) 中,可得:

式( 8) 和式( 9) 分别为转速和转子电阻的解析式。其中 ψr 1 α与 ψr 1 β通过电压型转子磁链模型表达式估计获得,us 1 α、us 1 β、is 1 α和is 1 β可直接检测获得。

2 无轴承异步电机转速和转子电阻的估计

为了贴近实际,仿真中在BIM模型前面加入了CRPWM逆变器模型。因此在稳态时转子磁链的响应会叠加一些高频干扰信号,转子磁链的导数也不会一直为零,而是在一些孤立的时间点为零。于是,可以设置一个误差容限b( b > 0) ,大于b的值仍为原值,而小于或等于b的值为常数。当b足够小,或干扰信号的频率足够高时,则近似认为转速和转子磁链在小于b的时间区间内保持不变。

假设:

假设采样周期为T,当取得合适的T值时,可以使得fω( k) ≈ωr( k + 1) ,fR( k) ≈Rr 1( k + 1) 。BIM转速和转子电阻的算法流程如图1 所示。

3 无轴承异步电机无速度传感器控制系统设计

在BIM的控制系统中,旋转模型控制通过采用基于转子磁场矢量的定向控制策略产生电磁转矩; 径向悬浮力控制则由位移传感器检测出转子的径向位移,算出参考的径向悬浮力,再经过力/电流变换得到悬浮力绕组的电流信号来实现径向位移的精确控制。

BIM在d - q旋转坐标下的悬浮模型方程为:

其中:; Fx、Fy分别为径向悬浮力的d、q轴分量N; ψ1 d、ψ1 q分别表示为转矩绕组气隙磁链在d、q轴的分量Wb; is 2 d、is 2 q分别表示悬浮绕组定子电流在d、q轴分量A; W1,W2分别表示转矩绕组和悬浮力绕组每相串联有效匝数l,r分别表示电机定子铁心长度和定子内径m; Lm 2表示悬浮力绕组的互感H; m0表示真空磁导率H/m。

当采用了转子磁场定向后,ψr 1 d= ψr 1,ψr 1 q= 0。由此可得转子磁链和角频率:

利用气隙磁链和转子磁链的关系,得到气隙磁链在d - q轴幅值为:

当获得气隙磁链的值后,由式( 12) 便能确定径向悬浮力绕组电流的所需值,即:

其中,

由式( 15) 可知,通过改变径向悬浮力绕组中电流的大小,便可以改变悬浮力,从而实现电机转矩和径向悬浮力之间的解耦。

图2 为系统框图,包括了径向悬浮力控制、转矩控制和转速估计模型在内的BIM无速度传感器矢量控制系统。其中转矩绕组采用转子磁场定向控制策略,转矩绕组的气隙磁链由式( 14) 观测获得,转子径向位移采用负反馈控制。

4 无轴承异步电机无速度传感器控制系统仿真研究

在MATLAB /Simulink中构建系统仿真模型,仿真参数选取如下: 铁芯长度l = 105mm,转子质量m = 2. 85kg,转子外径r = 97. 8mm,转动惯量J =0. 00769kg· m2。在转矩绕组中: 转子电阻Rr 1=11. 48Ω,定子电阻Rs 1= 2. 0Ω,额定电流I1=2. 86A,转子漏感Lr 1 l= 9. 22m H,定子漏感Ls 1 l=4. 45m H,定、转子互感Lm 1= 158. 56m H,极对数p1=1,额定功率Q1= 1000W。在悬浮绕组中: 转子电阻Rr 2= 0. 075Ω,定子电阻Rs 2= 1. 03Ω,额定电流I2=2. 86A,转子漏感Lr 2 l= 0. 00542H,定子漏感Ls 2 l=0. 00267H,定、转子互感Lm 2= 9. 32m H,极对数p2=2,额定功率Q2= 500W。

得到如图3 的仿真结果。

图3 是给定转速为4000r/min时BIM空载和加入负载的仿真结果图。由图3( a) 可知,电机的估计转速能够很好地跟踪实际转速,能够在较短的时间内达到给定转速,当t = 0. 4s时,突加10N·m的负载转矩,对电机的转速基本无影响,系统具有良好的转速特性。图3( b) 为转矩输出特性,启动转矩大,转矩脉动幅度小,输出特性良好。图3( c) 和图3( d) 分别为电机转子在x、y方向上的位移变化曲线,稳定时振动幅值在平衡位置基本保持不变,确保BIM的稳定悬浮。因此,本文所提的无速度传感器系统具有良好的动、静态性能。

图4 是对转子电阻辨识及转子电阻变化后转速响应的仿真结果图。在图4( a) 中,当t = 0. 2s时,假设转子电阻由于温升升到原来的1. 25 倍,且在t = 0. 5s时恢复到原值。图中,辨识的转子电阻能够准确跟踪出突变后的转子电阻值,响应延时小且幅值稳定,具有良好的实时跟踪性能。图4( b) 是转速跟踪曲线图,当转子电阻在t =0. 6s升为原来的1. 5 倍时,实际转速随之发生变化,但估计转速仍能准确跟踪实际转速的变化,为后续控制系统提供了更为精确的参数,同时也说明减小转子电阻对转速影响的重要性。

5 结束语

为了消除传统机械式速度传感器给BIM带来的不利影响,促进BIM向低成本和实用化方向发展,并针对BIM参数变化导致转速辨识不准的问题,本文提出了一种可以同时在线估计转子电阻跟转速的方法。理论和仿真分析可得出以下结论:

1利用本文所提的方法,能够分别对转速和转子电阻进行独立辨识,转速和转子电阻的跟踪效果良好。

篇4：无轴承无刷直流电机的运行控制

【关键词】电机；无轴承；无刷直流

1.无轴承无刷直流电机概况

在了解无轴承无刷直流电机的运行控制策略前需要先对其基本组成、结构和工作原理有一个整体的认知。

1.1基本组成

无轴承无刷直流电机是基于磁轴承电机和无刷直流电机的结合体，悬浮力绕组直接安装在定子磁轭中，悬浮力绕组和转矩绕组一起共用一个定子，从而达到转速快、无磨损和无需励磁、高效可靠的目的。其组成部分包括控制器、转子角位置传感器、径向位移传感器和电机本体等，其中控制器又包括了逆变器及其控制和驱动电路，它所起的作用是根据转子角位置及径向位移信号经数字处理器运算后驱动电机运行；转子角位置传感器的功能是测量转子的位置信号，并将信号经滤波放大后传给控制器，基于此实现电机的电子换向和电流常数的选择；径向位移传感器的主要作用是测量转子的径向位移，并经滤波放大后传回给控制器经处理后将转子拉回轴心。

1.2本体结构

无轴承无刷直流电机的本体构成包括了定子磁轭、定子齿、转矩绕组、悬浮力绕组、永磁体、转子铁芯和转轴。定子磁轭呈圆筒形状，在内部套有转轴，在转轴外部套有转子铁芯，在转子铁芯的表面上均匀的分布着永磁体，定子磁轭、转轴和转子铁芯三者在同一个轴子上，另有12个定子齿均匀固定在定子磁轭的内圆周面上，悬浮力绕组和转矩绕组则缠绕在定子齿上；转矩绕组由三相转矩绕组组成，采用短矩集中绕组，每相转矩绕组由四个线圈组成；悬浮力绕组由三相悬浮力绕组组成，采用短矩集中绕组，每相悬浮力绕组由两个线圈组成。

1.3工作原理

无轴承无刷直流电机处于工作状态的时候，转子是呈逆时针方向旋转的，三相转矩绕组通电的顺序是由转子角位置决定的，在转矩绕组通电的时候，同齿的悬浮力绕组是不通电的，承受转子的的力量主要来自于另外两个悬浮力绕组通电时产生的可控制悬浮力，由于集中绕组的互感很小，可以通过在电机绕组布置上实现转矩与悬浮力之间的解耦，有效降低控制系统复杂程度和节约控制的成本。

2.无轴承无刷直流电机特征

无轴承无刷直流电机兼具了无轴承电机和无刷直流电机两者优越的特征，在实际工程应用有着独特的价值，以下主要介绍了其几点特征。

2.1效率高

一方面，这种电机的无刷直流设计主要是采用永磁体做为转子，永磁体的特性使得它所产生的磁场是恒定的，不会发生忽大忽小的变化，基于这个特点它本身就具有很高的运行效率；另一方面，采用悬浮绕组结构提供悬浮力可以避免采用轴承时产生的机械摩擦力，可以腾出更多的轴向空间，大幅度减少能力的损耗，这些结构特点都大大地提高了电机运行的效率，并且为电动机更高的临界转速提供了可能性。

2.2控制操作便捷

电机在一个电磁周期内会有6个关键位置信号，检测到这些关键位置信号之后，就可以通过控制无轴承无刷直流电机转矩绕组从而实现对电机的控制。最近几年来，市场有研发出了更加专业的控制芯片，通过对这些芯片的应用可以大幅降低控制成本，操作也越来越方便简单。

2.3机械噪声小、使用寿命长、养护方便

无轴承无刷直流电机的结构设计中没有安装机械电刷，在使用的过程不会因为机械在转向的时候产生噪音、火花，也避免了由于换向摩擦给电机带来的磨损；无轴承的设计结构也可以避免摩擦、磨损，不需要定期更换碳刷、不需要经常润滑，维修养护起来比较简单方便，同时也延长了使用的寿命。

3.无轴承无刷直流电机的运行控制技术策略

无轴承无刷直流电机的控制方法概括起来讲是分别对转矩绕组和悬浮绕组进行控制，然后总过解耦的技术手段将两者组合起来。对转矩绕组和悬浮绕组的控制可以采用不同的控制方法，在实际应用中，还是以PID控制方法比较常见，具体控制策略如下。

3.1直接转矩控制策略

直接转矩控制方法，它是指直接在定子坐标系下对电机的链条、转矩进行观测，并将观测值记录下来跟设定值进行比较，得到一个差值后，这个差值会通过滞环比较器对电机发出控制信号，最后再根据当前的磁链状态确定对电压空间矢量的选择，从而来达到直接控制电机转矩的目的。这种技术控制策略已经有很长的应用历史，发展到现在其技术是相对比较成熟的了。但是转矩控制策略既它的优点也有它的缺点。

（1）优点。它不需用到旋转坐标系，可以省去对矢量旋转变换进行计算的复杂环节，且电机参数不会对其产生太大的影响；对转矩进行直接的控制，控制模型的建立不会太复杂，而且可以动态响应速度比较快；对电机本体、逆变器和开关的模式进行了全面的优化，处理信号相对比较便捷。

（2）缺点。首先，无轴承无刷直流电机的磁场是呈非正弦分布特征的，因此也带来了一些问题。该种电机的反电势呈梯形波分布，一般比较匹配的电流波形为矩形，定子和转子的磁势也是呈非正弦分布特征，电枢的反应磁场和永磁体磁场的旋转方式是不一样的，前者呈跳跃式旋转，后者呈连续旋转，因此相对来说最终合成的磁场要比正弦分布磁场复杂的多。其次，关断相带来的问题。无轴承无刷直流电机是二二导通的，无论什么时刻都会有一个关断相的存在。在关断相反电势处于梯形波的斜坡阶段，它的电压是浮动的，是一个变量，所以正是这个变量的存在，才使得在计算电压空间的时候增加了难度。就算是保持逆变器的开关状态始终处于开关状态，电压空间矢量的幅度、位置也会随时间发生变化，这也是导致对转矩进行直接控制的关键原因。

3.2电机悬浮绕组控制策略

通过采用电机悬浮绕组的方法可以实现对无轴承无刷直流电机进行独立控制，悬浮绕组由永磁体组成，可以提供支撑力。在转子悬浮控制系统中，转子径向位置的横向轴和纵向轴是处于相互垂直状态的，用气隙传感器探测转子径向位置和参考值，得出的差别用积分微分控制器来调节产生悬浮力参考值，根据悬浮力与转子电流之间的关系和坐标的变化可以得到电流参考值，通过2/3坐标变化得到悬浮绕组的电流参考值，通过电流调节器控制悬浮力的电流，最终实现对电机运行的控制。

3.3数字系统控制策略

无轴承无刷直流电机数字系统控制策略，其組成包括了硬件系统和软件系统，通过对硬件和软件的应用来共同完成对电机控制的所有工作，包括测量电机运行过程的各项信号，对这些信号进行滤波处理、整流信号产生和处理的顺序，并采用核心算法完成对信号的驱动。这里的硬件主要有电机本体、位移和速度传感器、逆变器控制电路板、DSP数字控制电路板及接口电路。软件系统主要是应用转子磁场定向控制策略，包括速度计角度计算子程序、转速环调节子程序、坐标变换子程序、A/D转换子程序、位置环调节子程序及PWM子程序。在该控制系统中，电机转速和电流的监测是实现闭环控制的决定性条件，把这两者的数值精确地采集到DSP控制器中就能实现系统整体性能的提高。

4.结束语

无轴承无刷直流电机在我国发展的时间比较晚，虽然这种电机在生产活动中已经得到了广泛的应用，但是关于控制技术策略方面的研究还不够深入，特别是对关键技术难点的研究。本文在分析了电机系统构成和工作原理的基础上，提出了电机运行控制的策略：转矩控制策略和悬浮绕组控制策略，希望对无轴承无刷直流电机的运行控制应用能起到指导作用。 [科]

【参考文献】

[1]张琛.直流无刷电动机原理及应用[J].微电机，2012（37）：25.

[2]贾磊.无轴承无刷直流电机原理与控制技术[J].机电产品开发与创新，2011（21）：87.

篇5：风力发电机用SKF轴承介绍

1 代号方法

风力发电机偏航、变桨SKF轴承代号方法采用了JB/T 10471D中转盘SKF轴承的代号方法，但是在风力发电机偏航、变桨SKF轴承中出现了双排四点接触球式转盘SKF轴承，而此结构SKF轴承的代号在JB/T 10471D2004中没有规定，因此，在本标准中增加了双排四点接触球转盘SKF轴承的代号。由于单排四点接触球转盘SKF轴承的结构型式代号用01表示，而结构型式代号02表示的是双排异径球转盘SKF轴承结构，因此规定03表示双排四点接触球转盘SKF轴承结构。

2 技术要求

2.1 材料

本标准规定偏航、变桨SKF轴承套圈的材料选用42CrMo，热处理采用整体调质处理，调质后硬度为229HBD269HB，滚道部分采用表面淬火，淬火硬度为55HRC-62HRC。由于风力发电机偏航、变桨SKF轴承的受力情况复杂，而且SKF轴承承受的冲击和振动比较大，因此，要求SKF轴承既能承受冲击，又能承受较大载荷。风力发电机主机寿命要求，SKF轴承安装的成本较大，因此要求偏航、变桨SKF轴承寿命也要达到20年。这样SKF 轴承套圈基体硬度为229HB-269HB，能够承受冲击而不发生塑性变形，同时滚道部分表面淬火硬度达到55HRC-62HRC，可增加接触疲劳寿命，从而保证SKF轴承长寿命的使用要求，

2.2低温冲击功

本标准对偏航、变桨转盘SKF轴承套圈低温冲击功要求：D20℃Akv不小于27J，冷态下的Akv值可与用户协商确定。风力发电机可能工作在极寒冷的地区，环境温度低至D40吧左右，SKF轴承的工作温度在D20~C左右，SKF轴承在低温条件下必须能够承受大的冲击载荷，因此，要求SKF轴承套圈的材料在调质处理后必须做低温冲击功试验，取SKF轴承套圈上的一部分做成样件或者是与套圈同等性能和相同热处理条件下的样件，在D20~C环境下做冲击功试验。

2.3 SKF轴承齿圈

由于风力发电机SKF轴承的传动精度不高，而且齿圈直径比较大，齿轮模数比较大，因此，一般要求齿轮的精度等级按 GB/T10095.2---中的9级或者10级。但是由于工作状态下小齿轮和SKF轴承齿圈之间有冲击，因此，SKF轴承齿圈的齿面要淬火，小齿轮齿面硬度一般在60HRC，考虑到等寿命设计，大齿轮的齿面淬火硬度规定为不低于45HRC。

2.4 游隙

偏航、变桨SKF轴承在游隙方面有特殊的要求。相对于偏航SKF轴承，变桨SKF轴承的冲击载荷比较大，风吹到叶片上震动也大，所以要求变桨SKF轴承的游隙应为零游隙或者稍微的负游隙值，这样在震动的情况下可减小SKF轴承的微动磨损。偏航SKF轴承要求为小游隙值，即0-501~m。另外，由于风力发电机偏航和变桨SKF轴承的转动都由驱动电机驱动，SKF轴承在负游隙或小游隙状态下应保证驱动电机能驱动，因此，SKF轴承在装配后需要空载测量启动摩擦力矩，具体力矩数值根据主机驱动系统的不同也不尽相同。

2.5 防腐处理

篇6：无轴承电机

冷轧主电机止推轴承润滑分析及故障实例

通过对冷轧主电机滑动轴承润滑系统的分析,指出了止推轴承动压润滑系统中的最小流量需求值计算方法,以及与相应径向轴承流量分配的`计算公式,并通过两个故障实例说明了止推轴承动压润滑系统中总流量和流量分配的重要性.

作 者：周为民  作者单位：宝钢股份公司本部冷轧厂,上海,00 刊 名：科技创新导报 英文刊名：SCIENCE AND TECHNOLOGY INNOVATION HERALD 年，卷(期)： “”(26) 分类号：V51 关键词：滑动轴承   止推轴承   动压  

篇7：产业用无刷直流电机

*电压种类多:直流供电,交流高低电压均不受限制.

*低频转矩大:低速可以达到理论转矩输出,激活转矩可以达到两倍或更高.

*高精度运转:不超过1rpm.(不受电压变动或负载变动影响).

*高效率:所有调速装置中效率最高,比传统直流电机高出5~30%.

*调速范围:简易型/通用型(1:10),高精度型(1:100),伺服型.

*过载容量高:负载转矩变动在200%以内输出转速不变.

*体积弹性大:实际比异步电机尺寸小,可以做成各种形状.

*可设计成外转子电机(定子旋转).

*转速弹性大:可以几10转到106转.

*制动特性良好,可以选用四象限运转.

*可设计成全密闭型,IP-54,IP-65,防爆型等均可.

*允许高频度快速激活,电机不发烫.

*通用型产品安装尺寸与一般异步电机相同,易于技术改造.

5二种电机在不同控制方式下的比较二种电机在不同控制方式下的效率比较如图5所示

篇8：无轴承电机研究和应用前景

1 无轴承电机的发展历史

在费拉里斯和特斯拉发明多相交流系统后, 19世纪80年代中期, 多沃罗沃尔斯基发明了三相异步电机, 异步电机无需电刷和换向器, 但长期高速运行, 轴承维护保养仍是难题。

二次世界大战后, 直流磁轴承技术的发展, 使得电机和传动系统无接触运行成为可能, 但这种传动系统造价很高, 因为铁磁性物体不可能在一个恒定磁场中稳定悬浮。主动磁轴承的发明, 解决了这个难题, 但用主动磁轴承支承刚性转子要在5个自由度上施加控制力, 磁轴承体积大、结构复杂和造价高。

20世纪后半期, 为了满足核能开发和利用, 需要用超高速离心分离方法生产浓缩铀, 磁轴承能满足高速电机支撑要求, 于是在欧洲开始了研究各种磁轴承计划。1975年, 赫尔曼申请了无轴承电机专利, 专利中提出了电机绕组极对数和磁轴承绕组极对数的关系为±1。用赫尔曼提出的方案, 在那个年代是不可能制造出无轴承电机的。

随着磁性材料磁性能进一步提高, 为永磁同步电机奠定了有力竞争地位。同时, 随着双极晶体管的应用, 以及和柏林格尔提出的无损开关电路结合, 能够制造出满足无轴承电机要求的新一代高性能功率放大器。

1993年, 苏黎世联邦工学院的R.Schoeb首次实现交流电机的无轴承技术。

无轴承电机取得实际应用, 关键性突破是1998年苏黎世联邦工学院的巴莱塔研制出无轴承永磁同步薄片电机, 电机结构简单, 大大降低了控制系统费用, 在很多领域具有很大应用价值。

2000年, 苏黎世联邦工学院的S.Sliber研制出无轴承单相电机, 再一次在无轴承电机研究历史上前进了一步, 降低了控制系统的费用, 使得无轴承电机实际应用不仅仅是可想的, 而且是经济的。无轴承电机像机械轴承支承的电机一样简单, 电气控制系统并不复杂, 在很多领域采用无轴承电机也很经济。我们认为在不久的将来, 这种技术在中国将取得广泛的应用。

2 无轴承电机特点及应用

无轴承电机是根据磁轴承与电机产生电磁力原理的相似性, 把磁轴承中产生径向力的绕组安装在电机定子上, 通过解耦控制实现对电机转矩和径向悬浮力的独立控制。无轴承电机具有磁悬浮磁轴承所有优点, 需要免维修、长寿命运行, 无菌、无污染以及有毒有害液体或气体的传输是无轴承电机典型应用场合。目前得到了如下应用。

2.1 半导体工业

在蚀刻、制板、清洗或抛光等加工过程中需用腐蚀性化学液体, 产品质量很大程度上取决于化学液体质量, 液体输送泵是关键的一个环节。像酸液、有机溶剂等腐蚀的化学液体, 泵必须无污染可靠传输, 并且泵要具有抗腐蚀和耐一定温度的要求。传统气动和薄片泵寿命短, 大多数耐温最高只有100℃左右, 运动阀和薄片仍然会产生少量的微粒, 液体传输也存在着不均匀的脉动, 影响了工艺处理质量。采用无轴承电机密封泵能解决传统传输中存在的缺陷, 大大满足精密半导体器件生产工艺要求。

2.2 生命科学领域

电机还更广泛的被应用在了医学方面, 在医学上, 心脏是人和脊椎动物器官之一, 是循环系统中的动力源处, 如果心脏发生了病变则很难康复, 在现代医学中, 专家用人工制造的心脏代替心脏病患者的不健全心脏, 为心脏病患者带来了生命的希望。最新的人工心脏就是利用无轴承电机驱动血泵加上能够植入体内的心脏的左心室辅助装置从而组成的人工心脏, 这种人工心脏已经广泛的在治疗心脏病患者的治疗中。

3 无轴承电机的研究和应用前景

我国开展磁悬浮列车和磁轴承研究多年, 自20世纪90年代后期, 江苏大学、沈阳工业大学和南京航空航天大学等先后得到了国家自然科学基金资助, 开展了无轴承电机研究工作, 在理论和实验方面取得了一些成绩。江苏大学电气信息工程学院朱秋与瑞士苏黎世联邦工学院J.Hugel教授等共同开展了功率为4k W的无轴承永磁同步电机研究和应用工作, 攻克了传感器检测、功率损耗等关键技术难题, 成功研制出世界上第一台功率为4k W的无轴承永磁薄片电机, 预计2004年将在化工工业、半导体工业等得到应用。

在美国、日本等国家, 无轴承电机在生命科学、制药行业、化工行业、半导体工业、食品工业等领域得到了应用。随着我国经济进一步发展, 在很多特殊的电气传动领域必将改变传统的传动和传输方式, 对提高产品质量、降低成本、减少污染将会起到重要作用。因此, 在我国无轴承电机具有很大潜在应用市场, 积极开展无轴承电机的研究和应用具有现实和深远意义。

结束语

篇9：无轴承电机

关键词：涡流损耗分析;永磁型;无轴承电机;优化方案

无轴承架构的电机，伴随着径向力。这样的径向力，管控着悬浮特性的绕组、传统情形下的体系绕组。把这些绕组添加至预设的定子槽，极对数带有差异的多重转矩，会产生某时段中的电磁支撑。比对其他范畴的电机，永磁型特性的无轴电机，缩减了固有体积;同等功率之下，轴向方位的长度被限缩。异步特性的悬浮磁场，会添加体系架构之中的涡流损耗。为此，转子配件的损耗涡流，密切关涉永磁体的多样性能。本文明辨了涡流损耗，摸索了适宜特性的化解办法。

一、概要的转矩机理

永磁架构的电机，包含悬浮特性的绕组磁场、转矩特性的这种磁场、永磁特性的同等磁场，是三层级以内的磁场叠加。转矩的本源机理，等同永磁电机，包含绕组架构之中的彼此作用。表面贴特有的无轴承电机，潜藏着的等效空隙偏大;比对转子衔接着的永磁磁场，绕组磁场凸显了偏小的振幅。为此，绕组磁场关涉的径向力，可被忽略掉。

体系架构中的径向力，密切关联着永磁磁场、带有悬浮特性的绕组等。两组磁场叠合，增强了某方位的原有磁场。相反方位上，这种磁场偏弱。依循麦克斯韦特有的本源原理，转子带有明晰的径向力，它会朝向特有的磁场方向。静止态势下，正y方位的磁场，带有同等极性;叠加得来的结果，是增添了磁场。然而，负y这一方位的磁场，却有所缩减。在这时，转子关涉的指向，包含径向范畴中的合力。

二、建构最优模型

稳定态势的径向力，应当予以管控。这样的管控方式，是调和定子绕组、体系范畴的相位及电流。为便利调控，拟定好的绕组次序，应当考量初始时段的零电流;转子特有的径向力，应指向特有的正x。例如：同心架构下的绕组定子，就拟定了2这样的极对数;定子槽固有的数值，设定成36个。应被运算出来的数值，包含如下数据：添加了三相特性的等同电流以后，转矩特有的绕组电流;初始时段的电流相位，只要考量这一范畴的磁场谐波，即可计算得来极对数、悬浮态势的绕组磁场。

拟定了参数以后，永磁架构之下的无轴承电机，是可被调整的。设定好的双重变量，都关涉悬浮绕组经由的电流。为此，只要更替了各时段的悬浮电流、预设的初始相位，即可管控径向力，实现稳定态势下的悬浮状态。

三、高速率的运动倾向

无轴承衔接的电机，运转速率偏快时，永磁特性的磁场、悬浮架构中的绕组磁场、转矩配有的磁场，维持着高速情形之下的转动状态。稳定特性的转子悬浮，应能确认某一转速。永磁特性的这种电机，带有可控特性的径向作用。若要产生稳定态势下的这种作用，转子特有的机械角、绕组特有的这种角度，都应满足预设的速度数值。与此同时，配套架构中的定子电角，也要拟定最优速率。定子范畴的绕组磁场，关联着三相特性的对称电流。依循设定好的极对数、机械角及特有的电角速度，可以辨识相对态势下的转角速度。

永磁框架内的电机，涡流损耗关联着多次谐波，它并不关涉铁耗及铜损耗。然而，永磁架构的无轴承电机，异步运行着的绕组磁场，也会带有同等损耗。多层级的谐波幅值，比对悬浮磁场，还是偏小的。为此，悬浮绕组这样的磁场，是转子涡流特有的侧重来源。转子散发着的热能偏多，永磁材料固有的温度偏低、电导率也偏低，很易凸显发热退磁。极对数设定得偏高时，拟定的同等转速之下，磁场及电流关涉的基频很高;各层级内的谐波，也凸显偏大数值下的涡流损失。

四、计算真实损耗

选取某规格下的样机，当成测算根据。样机固有的参数，包含如下特性：定子固有的外径，拟定为118毫米;内径设定成68毫米。定子槽固有的数目25及34。转矩绕组预设的匝数设定成34;转子铁心固有的外侧直径，设定成58毫米。永磁体预设了2毫米特有的厚度，护套预设了1毫米这样的厚度;铁心预设了78毫米的初始长度。额定情形之下的转速，是每分钟11900转。

根据设定好的样机参数，建构有限元配有的解析模型。永磁架构中的电机模型，建构了网格剖分。采纳外部范畴中的耦合电路，采纳瞬态解析，辨析了损耗掉的总体涡流。外侧安设的电路，添加了电流源特有的模型。拟定好的运算时间，设定成0.4秒钟;体系架构内的时间步长，设定成0.002秒。转子区段之中的涡流，关系着求解得来的参数。

五、多层级的损耗

（一）空载态势下的损耗

为限缩气隙磁场潜藏着的谐波，采纳永磁体关涉的磁化形式，把外部架构之中的电流，拟定成零的幅值。这种情形下，解析涡流损耗，也即定子槽表征出来的效应损耗。空载状态之下的密度布设，凸显明晰的规律倾向。

（二）带有负荷的损耗

负载情形之下，无轴承架构内的电机，定子绕组会带有稳定态势下的、可控特性的径向作用。依循径向力，添加外在特性的电流。给出来的两套绕组，拟定了等同频次。外部经由的电流，设定了最佳数值。计算得来的电流频率，密切关涉旋转速率、体系之中的极对数。多样情形下，都应拟定精准特性的电流频率、对应着的角频率。设定瞬态求解，在电流促动之下，转子附带着的径向力，应朝向正x这一方向。涡流特有的损耗密度，凸显明晰的布设倾向。

最大范畴的涡流损耗，会超出53W。极对数增添时，功率驱动特有的电路要求，也会随同提升。电流谐波及计算得来的电动势谐波，都关涉偏大数值下的涡流损耗。空载情形下，比对悬浮特有的这种绕组，定子槽附带着的涡流损耗，仍是偏小的，可以予以忽视。极对数经由优化，限缩了这种损耗。未来时段的调研中，还应接续调研可用的削减方式。

（三）应注重的事项

转矩特有的径向力，应能设定得很精准。拟定好的优化方案，包含径向力这一范畴的最优数值。永磁电机独有的优势，是功率密度拟定得很大，且不用配有励磁控制，适宜高速态势下的运转。电机关涉的转矩磁场，很难彻底规避掉涡流损耗。潜藏着的损耗，包含齿槽谐波、反电动势特性的谐波、绕组架构之中的电流谐波。嵌入定子槽附带着的悬浮绕组，与原初的磁场，凸显异步运行的倾向。应被注重的是，转子涡流耗费掉的损耗，远会超出永磁特性的电机。

结束语

永磁体配有的无轴承电机，应符合预设的极对数、磁场旋转情形之下的机械角度、旋转之中的电角速度。永磁型这样的电机，转子涡流关涉的损耗，包含异步态势下的运行耗费。齿槽谐波特有的涡流损耗，还是偏小的，可被忽略掉。定子范畴中的绕组极对数，凸显偏大情形下的涡流损耗。为规避惯常的热退磁，经过比对解析，采纳了优选得来的新颖结构。

参考文献：

[1]张涛.基于涡流损耗分析的永磁型无轴承电机优化[J].电机与控制学报，2012（10）.

[2]乔晓利.永磁型电主轴多频率振动的主动控制[J].中国机械工程，2014（02）.

[3]仇志坚.交替极永磁无轴承电机的直接悬浮力控制[J].电工技术学报，2011（09）.

[4]管晓文.永磁型无轴承电机悬浮力前馈控制系统研究[J].电气传动，2009（03）.

篇10：无轴承电机

无轴承同步磁阻电机是一种高技术新型特种电机[1], 该电机能同时实现旋转和悬浮运行, 同时具有许多优点:噪声低、功耗低、转速高等, 具有广泛的应用前景。

无轴承同步磁阻电机实现稳定悬浮控制的难点和关键是对转子位移的检测, 目前大都采用电涡流位移传感器来检测转子位移[2]。但位移传感器会导致电机体积增大、可靠性降低[3], 同时位移传感器增大系统的成本, 制约无轴承同步磁阻电机的推广应用。

1 转子位移观测原理

在两相静止α, β坐标系下, 无轴承同步磁阻电机转矩绕组磁链与转矩绕组、悬浮绕组中电流关系[4]为:

式中Ψα, Ψβ分别转矩绕组α, β轴磁链;iα1, iβ1分别为转矩绕组两相电流;ix, iy分别为悬浮绕组两相电流;Lα, Lβ分别为转矩绕组两相电感;α, β分别为两相静止坐标下的转子位移分量;Kα, Kβ分别为电机两相悬浮力/电流常数, 大小为[5]

式中:电机凸极转子极弧角度为30°;δ为气隙长度;N2, N4分别为悬浮绕组和转矩绕组每相串联有效匝数;μ0为真空磁导率;l为铁心长度;r为转子外径。

求解式 (1, 2) , 可得电机转子径向位移的表达式为

式 (3) 构建了转子位移观测器的数学模型, 可以通过检测电机转矩绕组、悬浮绕组中电流、电压信号, 进一步估算转矩绕组磁链, 从而实现转子径向位移的观测, 无需机械式位移传感器。

2 转矩绕组磁链观测

由上述式 (3) 可知, 电机转矩绕组磁链Ψα, Ψβ观测结果直接影响无位移传感器控制系统的性能, 文章采用电压模型估计方法。在两相静止坐标下, 无轴承同步磁阻电机转矩绕组磁链观测值Ψα, Ψβ的估计模型为

式中eα, eβ为电机转矩绕组定子反电动势, uα1, uβ1为转矩绕组等效电压, R1为转矩绕组电阻。

为降低上述式 (4) 中纯积分环节带来的直流偏置问题和积分初始化偏差问题, 采用输入信号截止频率为ωc的低通滤波器1/ (s+ωc) 取代式 (4) 中纯积分环节, 则改进后的转矩绕组磁链观测值Ψα1, Ψβ1为

式中s为拉普拉斯算子, ωc为电机同步角频率。将上述改进后的转矩绕组磁链观测值Ψα1, Ψβ1带入式 (3) 中, 则可估算被控电机转子位移, 最终可以省略掉复杂昂贵的机械位移传感器。

基于上述式 (4, 5) , 可得转矩绕组磁链观测器的结构如图1。

3 电机悬浮控制系统

无轴承同步磁阻电机控制系统包含悬浮子系统和转矩子系统, 悬浮子系统的前提是建立悬浮力与电机两套绕组电流之间的关系。在两相静止α, β坐标下, 悬浮绕组电流iα2, iβ2与悬浮力Fα, Fβ的关系为[6]

式 (6) 即为悬浮力/电流调制的数学模型, 式中id, iq分别为转矩绕组d, q轴电流, θ为转子空间电角度。当悬浮力/电流调制模型的输入为径向悬浮力的参考值Fα*, Fβ*时, 依据式 (6) 可得悬浮绕组的电流指令值i*α2, i*β2。

图2给出了包含悬浮子系统、转矩子系统、位移和磁链观测器的无位移传感器控制系统结构, 图中转子位移指令值和观测值的偏差经PID后产生悬浮力指令值, 再经悬浮力/电流调制器输出参考电流i*α2, i*β2, 将此参考电流进行坐标变换得到三相参考电流, 将其作为电流滞环PWM电压源逆变器的输入。该PWM逆变器输出实际需要的三相电流向被控电机供电, 从而实现转子的稳定悬浮运行。图2中电机转矩子系统采用矢量控制[7], 当固定励磁电流id*时, 转矩大小同转矩电流iq*成正比。

4 仿真

在MATLAB环境下进行了控制系统仿真研究, 电机仿真参数为:悬浮绕组极对数p2=1, 悬浮绕组自感Lx=Ly=0.25 H, 悬浮绕组每相电阻Rs2=0.95Ω;转矩绕组极对数p1=2, Lα=0.12 H、Lβ=0.06H, 每相电阻Rs1=0.7Ω;转子质量m=1.5kg, 转动惯量J=0.002 5kg·m2, 气隙长度δ=0.35mm。

图3为电机转矩响应曲线, 电机带空载起动, 在1.0s时转矩突变为0.5N·m, 由图可见转矩子系统具有快速、良好的响应特性。

图4为电机转速曲线, 电机空载起动, 初始转速设定为4 000r/min, 在1.0s时转矩变化对转速基本无影响, 可见系统具有良好的转速响应特性。

图5为电机在上述转矩和转速设定条件下, 转子α轴方向转子位移观测结果。α轴初始位移设定为α=-0.25mm, 转子位移的调节时间和超调量较小, 很快收敛于中心位置, 可见去除位移传感器后的系统能稳定悬浮。

图6为电机在上述转矩和转速设定条件下, 转子β轴方向转子位移观测结果。β轴初始位移同样设定为β=-0.25mm, 相比转子α轴, 转子β轴位移有一定的波动, 但基本能趋于中心位置。

5 结束语

仿真结果表明该方法无需位移传感器便可有效观测转子位移, 可实现负载扰动条件下无轴承同步磁阻电机的稳定悬浮和调速运行。本方法能较好实现对转子实际位移的跟踪估计, 并且控制系统结构简单, 易于实现。对电机的无位移传感器控制系统进行了仿真研究, 结果表明采用本方法的控制系统具有良好的动态和静态性能。

摘要：为降低无轴承同步磁阻电机系统总成本, 缩小电机体积和长度, 拓宽无轴承同步磁阻电机的应用领域, 有必要省略位移传感器。文章提出无轴承同步磁阻电机电压模型法转子位移估计策略, 对电机转矩绕组磁链进行观测, 设计转子位移观测器, 建立电机的无位移传感器控制系统。最后借用仿真软件验证系统的优良性能。

关键词：无轴承同步磁阻电机,无位移传感器控制,位移观测

参考文献

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[2]张兴华.感应电机的无速度传感器逆解耦控制[J].电工技术学报, 2005, 20 (9) :55-60.

[3]孙海军, 郭庆鼎, 李俊.无轴承电机的无速度传感器控制[J].沈阳工业大学学报, 2008, 30 (6) :613-617.

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[5]年珩, 贺益康.感应型无轴承磁悬浮力精确模型及其反馈控制[J].中国电机工程学报, 2003, 23 (11) :139-144.

[6]张汉年, 孙刚, 刘合祥.无轴承同步磁阻电机高频信号注入法无位移传感器控制[J].微电机, 2012, 45 (1) :67-70.

篇11：高压电机滚动轴承失效分析与改进

关键词：滚动轴承；失效分析；轴电流

高压电机滚动轴承在使用过程中不可避免的因自身质量和外部条件的作用等原因导致其性能下降或故障发生、甚至失效。轴承一旦发生故障或失效，就会引起停机或事故，就需要在短期内查出轴承失效的原因，提出对策。为此结合水厂高压电机滚动轴承几起失效实例，对高压电机滚动轴承失效的原因及处理措施进行分析，对提高设备的抢修速度和质量，减少设备检修维护费用有一定作用。

1 高压电机滚动轴承失效事例

东莞某水厂配水泵房有4台配水泵机组，其中两台为定速机组其所配电机型号为YSK800-8，另外两台为调速机组其所配电机型号为YPT800-8，额定功率都为2000kW，额定电压为10kV，电机前端为圆柱滚子轴承NU248+深沟球轴承6048，电机后端为圆柱滚子轴承NU248。机组2008年底开始投入使用，但在投入使用后不久，逐渐发生了电机滚动轴承失效事例。

2010年10月26日4#调速电机非联轴器端轴承有异声，停机检查，维修人员拆解发现：轴承内圈点蚀，圆柱滚子有磨损。判断为润滑不良，进行轴承更换处理。

2011年6月2日6#定速电机联轴器端轴承，振动速度超标达到28—30mm/s，停机检修，发现圆柱滚子轴承内圈和滚柱严重磨损，深沟球轴承滚子磨损、保持架卡阻失效。排除了机组对中、地脚螺栓松动以及润滑油不足等原因，怀疑轴承安装不到位，但没有足够依据支持这个判断，因为没有轴承安装时的记录，最终对轴承进行了更换处理。

2012年1月2日晚，4#调速电机联轴器端轴承冒烟，紧急停机，拆卸检查发现：圆柱滚子轴承内圈与电机轴烧结融合。组织了维修技术人员对电机轴承的烧毁进行了分析，但对最终引起轴承失效的真正原因没有定论。

短期内电机多次出现前后端轴承故障，按照一般情况轴承寿命不会这么短，对于这种不正常的轴承失效现象需要深入研究和分析。

2 轴承失效原因查找与分析

引起滚动轴承失效的因素很多，例如轴承材质、制造缺陷，选型、安装不当，润滑不良，振动引起轴承磨损等，在分析轴承失效原因的过程中，往往会碰到很多错综复杂的现象，从这些现象中获取的信息可能存在相互冲突或者主次不清，分析起来不易判断，这需要经过反复验证，以获得足够的证据或反证，因此需对失效轴承的信息进行收集，然后再分析失效原因。

2.1 对失效轴承的实物和背景资料进行收集

失效轴承的有关实物和资料是进行轴承失效分析的重要依据，资料收集越多，越有利于查找轴承失效的原因，因而收集的资料应尽可能全面，这些资料主要包括：

①失效轴承的实体、残片，形貌特征图片，这些是进行失效轴承表征分析的最直接资料；

②失效时是否有温度的急剧增加或冒烟，是否有噪声及振动，地脚螺栓是否松动，轴对中情况如何；

③轴承的润滑情况，包括润滑剂的牌号、成分、颜色、粘度、杂质含量、补充或更换情况等，并收集其沉淀物；

④安装记录，在安装轴承前，轴承与轴和轴承座的配合检查记录，轴对中检查记录；

⑤拆卸记录，轴承与轴和轴承座的配合，轴承轴向紧固零件的松紧程度；

⑥轴承的密封情况，是否可能有水和其他杂质污染源进入；

⑦轴承的运转记录，轴承的旋转音、振动、温度，以及其变化趋势，运转使用过程中有无不正常操作，是否检查过轴对中，记录如何；

⑧同批或同类轴承的失效情况。

根据这些要求对失效轴承进行了资料收集，根据收集的信息，这些失效轴承出现过以下特征：异常声音、振动超标、轴承内圈凹坑，圆柱滚子有磨损、圆柱滚子轴承内圈与电机轴烧结融合。

在收集的过程中，也发现了部分资料缺失，主要是安装记录、润滑情况、拆卸记录等，这给轴承的失效分析带来了一定影响。考虑到轴承失效的根源还没找到，轴承失效的情况还会发生，为了完善资料的收集，要求检修维护人员在轴承安装、运行、拆卸前、拆卸中、拆卸后必须根据这些要求记录有关信息。

2.2 对失效轴承进行分析

根据收集到的轴承失效特征可以初步判断轴承可能存在以下一些失效形式：

①点蚀，由于润滑不良，在滚动接触应力的循环作用下，形成应力集中，使滚动接触面产生微观裂纹，并逐漸发展成呈分散或群集状的细小凹坑；

②磨损，由于细微颗粒物进入轴承或润滑不良，在滑动摩擦的作用下，滚动接触面或引导面处金属表面材料被磨掉，呈磨合状的浅沟槽，表面光亮；

③烧附，由于预紧力过大、轴承游隙过小，润滑不良，轴承高速运转，使滚动体受热膨胀后接触表面摩擦产生急剧温升，出现金属熔融现象，造成相互接触的表面上粘附有被迁移的熔融性材料；

④电蚀，由于电流通过轴承时，击穿油膜，产生高温，出现金属熔融现象，使金属表面局部熔融形成不规则凹坑或沟蚀，凹坑呈斑点、密集斑点、小凹坑状，沟蚀呈洗衣板状。

虽然通过这些分析已把轴承的失效形式收窄到了一定范围内，但因为失效形式和失效过程如此复杂，这些失效轴承样品的形貌，或是由于失效程度严重，已经把部分的失效形貌掩盖或改变了，露出来的只是轴承最终咬死、烧坏、破碎的轴承零件的残骸，或是由于失效程度较轻，表现不出失效的形式和过程，导致了很容易混淆轴承损坏的根本原因，因而还没有最终定论，为了找出原因，加强轴承各个阶段的信息收集，于2012年5月底，监测发现6#机的电机轴承噪音和振动逐步在扩大，因而对地脚螺栓、轴对中情况、轴承的润滑情况进行了排查，没有发现存在问题。为了使失效特征更明显，这台机暂时不停下来检查，采用了一个衡量标准，在轴承振动超过6mm/s后，再进行轴承拆解检查，但在这个过程中进行了严格频密的状态监测，一旦发现振动、温度、噪音迅速升高，就必须停机，避免严重事故发生。2012年7月2日轴承振动超过6mm/s，对6#电机进行了停机检查，发现电机尾端定子线圈有电晕放电痕迹以及电机前后端轴承内圈有明显搓衣板式电蚀划痕，如图1。可以判断为轴电流引起电蚀。

3 轴电流产生的原因和形貌特征

当转轴两端之间或轴与轴承之间存在电压时，这种电压称为轴电压，当轴电压较低时，由于转轴与轴承间有润滑油膜的存在，起到绝缘的作用，不会产生轴电流。但当轴电压增加到一定数值时，尤其在电动机启动时，轴承内的润滑油膜还未稳定形成，轴电压将击穿油膜，一旦转轴及机座、壳体之间绝缘层失效，形成通路，就会产生轴电流。一般电机轴压产生的原因有以下几种：

①当电机运行时，由于定子与转子空气间隙不均匀等，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，有交变磁通切割转轴，在轴的两端感应出轴电压；

②逆变供电产生轴电压；

③静电感应产生轴电压；

④外部电源的介入产生轴电压。

当轴电流产生后，电流在轴承上通过，由于滚柱或滚珠在轴承圈的跑道上滚动和辗压跑道时，在辗压接触地方，接触电阻很小，并将润滑脂挤向两侧，当滚动体将要离开原位置时，产生小间隙，滚道与滚子之间的接触面被阻断，就会产生电弧，并在局部产生高温，两边都会留下蚀点，最终将滚道表面烧成像搓板样的线条状凹槽痕迹，当滚动体继续转动时，因辗压使凹槽压平、压光，滚道表面会变得光亮，噪音和振动也就随之出现，如6#电机轴承内外圈跑道上有像搓板样的条形烧伤痕迹，这是轴电流对滚动轴承破坏的共同特征。如果高强度电流发生大幅度变化，会引起更为严重的损伤，并导致在滚道与滚子或滚珠之间、轴与轴承内圈之间发生金属熔接，如4#调速电机联轴器端轴承金属熔接。

4 改进措施

为消除轴电流的产生，采用了在非联轴器端的轴承座和轴承支架处加绝缘垫圈，并对轴承的固定螺栓进行绝缘，以隔断轴电流的通路。从2012年9月，对6#电机采用这种方法处理后，轴承使用至今运行正常，其余各电机也采用这种处理方法，轴承运行正常，再也没有出现过故障。为了防范未然，要求检修运行人员定期检查轴承座的绝缘强度，在电机每次检修前后也要检查轴承座的绝缘强度，保证绝缘不得低于0.5MΩ。