直流無刷電機軸承電腐蝕抑制技術的要點與應用

摘? 要：直流無刷電機軸承經常會出現電腐蝕問題，嚴重影響電機運行的效率和質量性能，還會在運行的過程中出現噪聲和其他故障問題。對直流無刷電機軸承電腐蝕的原因進行分析，根據電腐蝕的形成原因研究電腐蝕問題的解決措施，合理運用電腐蝕抑制技術，通過優(yōu)化設計電機結構，控制軸電壓，避免軸承出現電腐蝕現象。

關鍵詞：直流無刷電機;軸承;電腐蝕抑制技術

前言：

要想分析直流無刷電機軸承的電腐蝕問題，需要了解軸電壓和軸電流，對于軸電壓來說，軸承包含內圈和外圈，在直流無刷電機運行的過程中，內外圈會形成電位差，也就是說，軸電壓主要產生于軸承運動旋轉過程，只要電機和軸承正常運轉，軸電壓就會一直存在。對于軸電流來說，在電機機殼的連接下，軸承兩側形成回路，由此產生軸電流。要想減少軸承的電腐蝕情況，必須要對軸電壓和軸電流進行控制，采取科學的軸承電腐蝕抑制技術。

1直流無刷電機軸承電腐蝕的原因

對于空調無刷電機來說，一般會使用PWM變頻電源，電源三相輸出電壓的矢量以及不為零的零序分量會對電機產生影響，在電源的影響下形成軸電壓。對變頻器PWM脈寬進行調制時，會改變調速驅動系統的狀態(tài)，系統中將會存在較多的高頻諧波，對軸承和電纜等構件產生較大影響，在諧波分量的影響下發(fā)生電磁感應。直流無刷電機運行時的電壓還會發(fā)生耦合作用，產生共模回路，共模電壓會以較高的頻率進行振蕩，振蕩期間，共模電壓會和轉子發(fā)生容性耦合作用，在此基礎上形成脈沖電壓和零序電流，零序回路中包含軸承。除此之外，發(fā)生單極效應，或者積累大量靜電荷時，都會形成軸電壓。一般來說，電機軸電壓并不高，在潤滑處理后，還會形成一層潤滑油膜，能夠表現出絕緣的效果，基本不會出現軸電流，但是，如果數值過大，超出規(guī)定值，就會擊穿軸承中的油膜，在放電之后轉變?yōu)殡娏鳌７烹姷倪^程中，局部溫度快速升高，溫度過高時，軸承內外圈和滾珠會受到影響，出現不同程度的凹槽，即電腐蝕，導致各個構件的摩擦較為嚴重，電機運行時會出現噪聲。受到電腐蝕之后，軸承和滾珠會出現較多凹槽條紋，可以根據凹槽條紋進行分析判斷。

2直流無刷電機軸承電腐蝕抑制技術的應用要點

2.1保持磁路的平衡性

設計電機時，選擇品牌鐵心硅鋼片，厚度均勻盡量減小沖片毛刺，使其保持鐵心疊壓鐵長均勻的狀態(tài)，以免出現磁路不平衡等問題。

設計時還要考慮轉子偏心問題，在不同的磁極條件下，應使電機的氣隙要相互一致，不可忽大忽小。

2.2安裝接地碳刷

制作電機時，可以安裝接地碳刷。將碳刷安裝到刷盒內，刷盒與機殼或端蓋連接，碳刷與轉軸外徑貼合。利用碳刷進行連接時，轉軸和機殼直接短路連接在短路狀態(tài)下，軸承上的感應電動勢和內外圈的電位差也會變小，碳刷存在著接觸損耗，隨著電刷磨損，阻值會變大，以此來減弱放電性，使電動勢即軸電壓失效甚至為零。

2.3使用可導電的軸承油

在直流無刷電機進行設計、安裝和養(yǎng)護時，可以使用具有導電性能的軸承潤滑油，這種潤滑油能夠把內圈和外圈連接到一起，兩者相連接后，軸承內外圈相連后會出現短路的情況，避免軸承中積累大量的軸電壓，通過短路的方式防止軸電壓的發(fā)生。一般情況下，使用導電潤滑油之后，電壓會變得相對較低，基本不會在軸承上出現高壓擊穿等情況，而且能量也會逐漸釋放，平穩(wěn)減少，有效抑制了電機軸承上的電腐蝕問題。

2.4優(yōu)化電機結構，采取絕緣措施，設計絕緣端蓋改善控制電路

優(yōu)化電機端蓋結構，設計絕緣端蓋，將端蓋和軸承室用絕緣材料隔離，使得端蓋與軸承外圈相互隔離，雖然會在運行的過程中出現電壓，但是并不會在軸承中形成電流。

2.5 選用絕緣軸承，改善控制電路

選用絕緣軸承，增加軸承自身的絕緣性能，避免軸承和端蓋之間出現較高的電壓。如：陶瓷軸承。陶瓷軸承有多種形式，如外圈噴涂的陶瓷軸承、內圈噴涂的陶瓷軸承、滾珠陶瓷的陶瓷軸承。但用陶瓷材料制作軸承，需要較高的成本費用，一般只在高端的設備中使用，普通的直流無刷電機中很少會使用陶瓷軸承。

同時對直流無刷電機的控制電路進行優(yōu)化設計時，需要對逆變器進行調整，盡量降低輸出電壓的dv或dt，操作時，可以對逆變器輸出端進行調整，在該部位進行串聯，形成小電感，對輸出端電路進行調整時，可以連接RC電路，利用該電路吸收一部分高頻率的諧波，避免諧波對軸承造成影響。

26軸電壓的測量和效果驗證

要想了解軸承電腐蝕抑制技術的應用效果，需要進行測量和驗證。各個廠家根據不同需求提出了不同的要求測量軸電壓時，需要準備專門的測量設備，主要有示波器、差分探頭、轉速測定儀，還要提前準備馬達固定臺和供電的電源以及兩條測量導線，導線的截面積大約0.5mm;同時還需要借助接地電刷對直流無刷電機軸承的軸電壓進行測量時，安裝接地碳刷和刷盒，刷盒與端蓋連接，電刷與轉軸接觸，先將第一條導線與端蓋相連，將第二條導線與碳刷刷辮連接，同時將兩條導線的另一端與差分探頭相連，同時還要將示波器與差分探頭這兩個裝置連到一起。做好準備工作后，啟動直流無刷電機，先讓電機運行5min，待運轉平穩(wěn)之后再進行測量，對示波器進行調節(jié)，以此來顯示電機軸電壓的波形，但是波形不可以出現三角尖波，如果出現了三角尖波，就代表電機軸承開始放電，但是軸電壓并未到達最高值。觀察波形時，如果顯示出帶雙肩的方波，這種波形是最佳波形，方波最高值表示的是軸電壓。對電腐蝕抑制效果進行驗證時，可以根據軸電壓進行驗證，也可以采用為期3個月的長期運行的驗證方法，在3個月的時間內，每隔一段時間就測量一次電機的噪聲，3個月之后，分析軸承的電腐蝕情況。

結論：直流無刷電機具有較強的節(jié)能性，使用這種類型的電機，能夠滿足環(huán)保的要求，但是，當直流無刷電機的軸承部位出現電腐蝕問題時，就會增加各個構件的摩擦力，在運行的時候產生較大的噪音，為人們帶來不好的體驗，所以，設計制造直流無刷電機時，一定要注意軸承部位的電腐蝕問題，利用電腐蝕抑制技術消除軸電壓。

參考文獻：

[1]劉保水，徐穎.索道直流電動機軸承電腐蝕原因分析及處理[J].起重運輸機械，2021（24）：69-70.

[2]閆光臨，支永健，陳湘，等.地鐵車輛牽引電機軸承電腐蝕原理及抑制技術研究[J].機車電傳動，2019（04）：102-106.

作者簡介：

秦轉麗（1979—），女，漢族，陜西合陽人，本科學歷，高級工程師，研究方向：電機設計、電機新技術。