專利名稱：用于保護電動機械的軸承不受有害的電流流過損傷的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于保護電動機械的軸承不受電流流過損傷的裝置。
在諸如電機這樣的可旋轉地安裝在軸承上的電動機械中存在這樣的危險，即電流流過軸承并從而與其相聯(lián)系的電火花侵蝕導致軸承損傷。流經軸承的電流可如此產生加在電機連接端子上的電壓通過雜散電容，例如從電機的定子繞組耦合到其轉子上。與此電壓相聯(lián)系的電流最終使得在軸承上存在一個電壓，它可能大于軸承中潤滑膜的耐壓能力并從而導致電火花侵蝕。尤其應指出的是以下情況對于變頻工作的電機，因為那里在連接端子上出現相對于電機外殼和轉子特別高的脈沖電壓分布，從而在軸承上也存在相對高的電壓。
通常通過電絕緣阻止電流流過來保護軸承不受不希望有的電流流過損傷。然而這種方法由于應用的特殊條件而需要很高的費用。而且軸承的直流電絕緣并不總是有足夠的保護效果。例如在高頻干擾電流下存在通過電容性線路耦合到軸承中的危險。
與此相關，IEEE雜志1996年第1961至1967頁的專業(yè)文章“基于共模電壓補償電路降低高頻泄漏電流”中公開了借助一個補償電路補償高頻干擾電流的方法。其中接線是這樣設計的，使得補償在供電回路中進行，即還在連接負載之前就已進行。這具有以下缺點補償電路被放入供電回路中，從而其元件必須采用能承受相當高功率的元件。此外，每個使用在供電回路中的電抗元件-例如電感、電容或濾波器-提高了諧振頻率值，在此頻率的激勵下會出現幾乎無法預料的過壓。因為在變頻應用中所有這些諧振頻率都會被激發(fā)，因而存在著出現這種過壓的高風險。
本發(fā)明的目的在于，保護電動機械的軸承不受電流流過損傷。
上述任務由權利要求1所述特征組合完成。
本發(fā)明應用于具有一個定子和一個借助至少一個軸承可相對于定子旋轉地安裝的轉子的電動機械。本發(fā)明裝置的特征在于，設置了一個產生用于補償在電動機械運行中出現的流過軸承的干擾電流的補償電流的補償電路，以及一個用于直接或間接將補償電流耦合到軸承中去的耦合元件。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點保證了在電流流過情況下對軸承的可靠保護，并從而保證了軸承不受與電流流過相聯(lián)系的可能的損傷。其中保護措施具體施加在應受保護的位置上，即在軸承上。這樣用于實現本發(fā)明裝置的費用保持相對低廉，因為此裝置在功率上無需被設計用來保證電動機械的運行，而僅需被設計用來補償流過軸承的電流。因此本發(fā)明的另一個優(yōu)點還在于，本發(fā)明裝置可與電動機械的功率等級無關地獨立實現，并且可以追加安裝到一個已有的設備中，因為它不涉及電動機械的控制。
補償電路可以具有一個提供星點電壓的人造星點，在此星點上具有使電動機械運行的相電壓。人造星點通常由三個相同的阻抗構成。因此方法可以相對簡單地提供一個用于補償的參考信號。
此外補償電路具有一個極性轉換-變壓器，在其初級繞組上全部或部分地饋送星點電壓，而在其次級繞組產生一個與星點電壓反相的電壓。補償電路可專門具有一個幅度適配級，它連接在人造星點和極性轉換-變壓器之間，并且向極性轉換-變壓器輸入星點電壓中可調節(jié)的分量。極性轉換-變壓器可具有多個繞組抽頭。此外極性轉換-變壓器可在次級側連接到頻率響應適配級的輸入端，該適配級用于均衡對干擾電流的補償電流的頻率響應。在已說明的部件中涉及的是標準構件，它們具有不同的實施方式，從而對于相應的應用情況可無問題地優(yōu)化設計本發(fā)明的裝置。
頻率響應適配級的輸出端與耦合元件相連接。這里耦合元件特別地如此設置實現補償電流至轉子軸的耦合輸入，且轉子通過轉子軸可旋轉地安裝在軸承中。耦合元件最好設計為電容器。以這種方法補償電流可以無接觸地耦合到轉子軸中，并從而輸入到軸承中，使得在輸入補償電流時在耦合元件中不產生磨損問題。
下面借助附圖所示實施例說明本發(fā)明。
單一附圖示出本發(fā)明補償電路的一個實施例，此補償電路連接于控制電機的電路。電機的控制借助于一個變頻器1進行，其輸出端提供三個相電壓U，V和W，它們以星形電路形式輸入到第一定子繞組2，第二定子繞組3和第三定子繞組4，即三個定子繞組2，3和4中的每個繞組分別以其一個端點連接于變頻器1的一個輸出端，在這些輸出端上有電壓U，V和W中的一個。三個定子繞組2，3和4相應的另外的端點相互連接在一起。除了定子繞組2，3和4之外電機還具有一個帶有轉子軸6的轉子5，轉子軸借助于一個滾動軸承7可相對定子繞組2，3和4可旋轉地安裝。滾動軸承7具有內環(huán)8，外環(huán)9和置于內環(huán)8與外環(huán)9之間的滾珠10。內環(huán)8與轉子軸6一起旋轉并導電地連接。外環(huán)9可被嵌入例如一個圖中僅以符號示出的外殼11上的一個孔中，從而與外殼11無旋轉和導電地連接。轉子軸6通常借助至少另一個滾動軸承7安裝，它在

圖1中沒有被示出。
上述電機的線路或結構的結果是存在一系列雜散電容。通過這些雜散電容，盡管直流絕緣也會耦合電壓。在圖1中與本發(fā)明相關的那些雜散電容分別用電容器的電路符號示出。在第一定子繞組2與轉子5之間存在第一雜散電容12，在第二定子繞組3與轉子5之間存在第二雜散電容13，以及在第三定子繞組4與轉子5之間存在第三雜散電容14。此外，通過滾動軸承7構成第四雜散電容15，它最終在外環(huán)9與轉子軸6之間起作用。最后在轉子5與外殼11之間還存在第五雜散電容16。雜散電容12，13，14，15和16作用的結果是，由于在三個定子繞組2，3和4連接到一起的區(qū)域中施加的星點電壓，一個不希望的容性干擾電流在三個定子繞組2，3和4與轉子5之間流動，并從而也在這些定子繞組與轉子軸6之間流動。相應地在轉子5或轉子軸6與接地的外殼11之間產生一個電流。這個干擾電流使得在轉子5與外殼11之間，從而也在滾動軸承7上或在多個滾動軸承7上存在一個電壓UL，若沒有進一步的措施，此電壓通常大于滾動軸承7中潤滑膜的抗擊穿強度，此耐壓典型約為0.5伏。電壓UL典型具有定子繞組上相對于外殼11所加電壓值的3％至7％。滾動軸承7上所加電壓UL因而可以引起電火花侵蝕，它可能導致滾動軸承7的損傷。
上述損傷通過下面說明的電路補償而避免，在電路補償的幫助下，將一個與干擾電流大小相等但相位相反的電流電容性地耦合到轉子軸6上。為了產生補償電流，其中存在一個人造星點17，在此星點中從變頻器1至定子繞組2，3和4的導線分別通過一個電容器接到一起。在人造星點17的輸出端24產生一個與由于雜散電容12，13和14產生的電機內部的電壓相等的電壓。電壓UL由雜散電容12、13和14與雜散電容15、16之間的容性電壓分配得到。在星點17上連接一個幅度適配器18，此適配器還與外殼11相連接。幅度適配器18具有一個可變抽頭，用此抽頭可以取出從人造星點17給出的電壓中所要的一部分。幅度適配器18的可變抽頭與一個極性轉換變壓器20的初級繞組19相連接，此繞組還與外殼11相連接。極性轉換變壓器20的次級繞組21一方面連接到外殼11，而另一方面連接到頻率響應適配器22的輸入端。極性轉換變壓器20的初級繞線19和次級繞組21的繞線方向相反，使得在次級繞組21上給出一個與在初級繞組19上所加電壓反相的電壓。頻率響應適配器22輸出端與一個耦合電容器23相連接，電容器的一個電極連接到轉子軸6上。此外，頻率響應適本器22還與外殼11連接。
替代作為一個獨立部件設置的幅度適配器18，其功能也可集成在極性轉換變壓器20中。為此極性轉換變壓器20的初級繞組19與星點17和外殼11連接，并且在次級繞組上有多個抽頭，使得被送到頻率響應適配器22的電壓幅度可通過選擇合適的抽頭而變化。
在補償耦合輸入到轉子5上的干擾電流時按步驟如下進行借助于幅度適配器18在人造星點17上所施加的電壓的一個適當的分量被饋送到極性轉換變壓器20中，并且用這種方法產生一個極性相反的電壓。因此只有在人造星點17上給出的電壓的一部分被用于以后的進一步處理，并且這里所用的元件相應地也僅需滿足此部分電壓的要求。頻率響應適配器22使由此電壓產生的電流的頻率響應與干擾電流的頻率響應相匹配，以可以進行精確的補償。這樣產生的補償電流通過耦合電容器23饋到轉子軸6，并且在理想情況下在數值上等于耦合饋送到轉子5中的干擾電流總和，使得符號相反的結果總體上導致更小的或最多一個小的凈電流饋入轉子5。因此最多一個小的電壓UL被加在滾動軸承7或多個滾動軸承7上，此電壓不足以引起滾動軸承7的損傷。向轉子軸6饋送補償電流可通過適當設計的電容器23來實現，該電容器被設計為套在轉子軸6上的元件形式的無磨損空氣絕緣電容器。此外可以同樣方式在其它位置將補償電流耦合輸入到轉子5中或耦合輸入到滾動軸承7的內環(huán)8中。
1變頻器2第一定子繞組3第二定子繞組4第三定子繞組5轉子6轉子軸7滾動軸承8內環(huán)9外環(huán)10滾珠11外殼12第一雜散電容13第二雜散電容14第三雜散電容15第四雜散電容16第五雜散電容17人造星點18幅度適配器19初級繞組
20極性轉換變壓器21次級繞組22頻率響應適配器23耦合電容器24人造星點的輸出端
權利要求
1.用于保護電動機械的軸承(7)不受有害的電流流過損傷的裝置，其中電動機械具有一個定子(11)和一個轉子(5)，轉子借助于至少一個軸承(7)相對于定子(11)可旋轉地安裝，其特征在于，設置了一個產生用于補償在電動機械運行中出現的流過軸承(7)的干擾電流的補償電流的補償電路以及一個用于直接或間接地將補償電流耦合到軸承(7)中的耦合元件(23)。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，補償電路具有一個用于提供星點電壓的人造星點(17)，其上施加有用于驅動電動機械的相電壓。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，人造星點(17)由三個相同的阻抗構成。
4.如權利要求2或3所述的裝置，其特征在于，補償電路具有一個極性轉換變壓器(20)，其初級側被饋入全部或部分的星點電壓，并且其次級側產生一個與星點電壓反相的電壓。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，補償電路具有一個幅度適配器(18)，它連接在人造星點(17)與極性轉換變壓器(20)之間，并將星點電壓的可調節(jié)的一部分施加到極性轉換變壓器(20)上。
6.如權利要求4或5所述的裝置，其特征在于，極性轉換變壓器(20)的次級側具有多個繞組抽頭。
7.如權利要求4至6中任一項所述的裝置，其特征在于，極性轉換變壓器(20)的次級側與頻率響應適配級(22)的輸入端連接，此適配級用于將補償電流的頻率響應與干擾電流進行均衡。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，頻率響應適配級(22)的輸出端與耦合元件(23)相連接。
9.如以上權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，耦合元件(23)如此設置它將補償電流耦合到轉子軸(6)中，轉子(5)通過此轉子軸可旋轉地安裝在軸承(7)中。
10.如以上權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，耦合元件(23)被設計成電容器。
全文摘要
用于保護電動機械的軸承(7)不受有害的電流流過損傷的裝置，其中電動機械具有一個定子(11)和一個轉子(5)，轉子借助于至少一個軸承(7)相對于定子(11)可旋轉地安裝，包括一個產生用于補償在電動機械運行中出現的流過軸承(7)的干擾電流的補償電流的補償電路以及一個用于直接或間接地將補償電流耦合到軸承(7)中的耦合元件(23)。
文檔編號H02K11/00GK1531158SQ20041000362
公開日2004年9月22日 申請日期2004年2月4日 優(yōu)先權日2003年2月7日
發(fā)明者格爾文·普萊辛格, 弗蘭克·布什貝克, 馬丁·格羅什, 布什貝克, 格爾文 普萊辛格, 格羅什 申請人:Skf股份公司