電機(jī)軸承電腐蝕如何預(yù)防,？
2024-11-13由于軸電壓的存在,，軸承外圈和內(nèi)圈是存在電勢差，這就導(dǎo)致軸電流存在,。由于軸電流是造成軸承電腐蝕的關(guān)鍵因素,，因此如何控制軸電流就是預(yù)防軸承電腐蝕的關(guān)鍵,，下面介紹一些預(yù)防軸承電腐蝕的方法，大致歸為“消除電勢差”,，“軸承絕緣”,，“減小共模電流”。
01 消除電勢差
消除電勢差主要目的是讓軸的電勢與端蓋的電勢一樣,，這樣軸承內(nèi)外圈的電勢一樣,，理論上也就不存在軸電流(實(shí)際上還是會有，因?yàn)檩S與端蓋不可能做到0阻抗)，下面列舉幾個以該方式預(yù)防軸承電腐蝕的案例,。
下圖為特斯拉預(yù)防軸承電腐蝕專利,，目的就是消除軸與端蓋的電勢差，目前大多數(shù)方案都是按照這個變形而來,，主體是由一個導(dǎo)電滑環(huán)（阻抗較低）,，導(dǎo)電彈片組成。其中滑環(huán)外圈隨著軸轉(zhuǎn)動,，內(nèi)圈不動,，通過導(dǎo)電彈片使得軸的電勢與端蓋相同，減小軸電流（由于導(dǎo)電滑環(huán)還是有阻抗的,，因此電勢不是完全相同）,。
圖1 特斯拉方案
由這種方案延伸而來的有長安的方案和華為的方案，如下圖為長安預(yù)防軸承電腐蝕方案,，裝置與原理與特斯拉相似,，不同是特斯拉安裝在軸內(nèi)，長安安裝在軸外側(cè),，其中7為導(dǎo)電軸承（外圈不動,，內(nèi)圈動），8為類似特斯拉的導(dǎo)電片,。
圖2 長安方案
華為的方案如下,，與特斯拉相似，都是軸內(nèi)部集成導(dǎo)電滑環(huán),，不同點(diǎn)就是將導(dǎo)電片換成有導(dǎo)電柱與導(dǎo)電片的的組合,，這種方案較特斯拉相比接觸面積變大了，阻抗相比特斯拉較小,，應(yīng)該效果更好（可惜沒看到實(shí)物）,。
圖3 華為方案
當(dāng)然最近看到了一個有意思的方案，這個方案用導(dǎo)電油封代替滑環(huán)+導(dǎo)電片的組合,。如下圖,，4為導(dǎo)電油封，4.2是導(dǎo)電部分,，4.2.2是油封與軸接觸的部位,，4.2.1是油封與端蓋接觸的部位。這個方案原理與之前相似,，但是因?yàn)檩S與油封相對運(yùn)動,，導(dǎo)致阻抗比前幾種高，能減少的軸電流還是有限,，且耐久性還有待考驗(yàn),。
圖4 導(dǎo)電油封方案
那有個問題,，如果直接把主軸軸承換成導(dǎo)電軸承，不也可以實(shí)現(xiàn)將軸與端蓋"導(dǎo)通",，實(shí)現(xiàn)消除電勢差,。理想是豐滿的，實(shí)際中即使導(dǎo)電軸承是存在較大阻抗的,，導(dǎo)電軸承的方案軸電壓是有下降,，但是下降幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及上述方案，因此在800V平臺只上導(dǎo)電軸承恐怕是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,。有的設(shè)計(jì)方案考慮只用電刷,，如下圖，導(dǎo)電環(huán)放置在端蓋處,，電刷與軸接觸末端接觸,。
圖5 電刷方案
該方法也是旨在導(dǎo)通軸與端蓋，與上面只有導(dǎo)電軸承對比,，其效果還是很明顯有較大的提升,，但是該方案穩(wěn)定性還有待考驗(yàn)，作者測了做過幾輪PTCE的樣機(jī),，軸電壓還是有著明顯的上升（20個cycle后,，軸電壓大概從5V左右升到10V）。
圖6 電刷與導(dǎo)電軸承軸電壓對比
以上方法原理總結(jié)下來就是：軸與端蓋導(dǎo)通,，且導(dǎo)通的阻抗要竟可能低,，上述方案效果華為，特斯拉,，長安,，電刷的方案都比較不錯，其中華為方案是我覺得最好的,，但是成本來講華為成本就比特斯拉和長安高出不少，這也應(yīng)該是華為沒上這個方案原因之一吧,。
02 軸承絕緣
除了消除電勢差,，在電機(jī)中使軸承“絕緣”，可以中斷或減少軸承電流,。下圖所示為不同的軸承絕緣,，從左到右依次為陶瓷球軸承、端蓋軸承座絕緣,。
圖7 軸承絕緣方案
如果考慮用陶瓷球軸承,，那么就不存在電腐蝕了，但是這個成本比普通球軸承要貴上6~10倍左右（批產(chǎn)價格,，樣件更貴）,，一臺電機(jī)配2個,，這種成本提升是巨大的。如果考慮軸承座絕緣,，要考慮以下幾點(diǎn)：
絕緣軸承座與端蓋本身的安裝配合：一般絕緣軸承座是陶瓷材料,，屬于脆性材料，這就導(dǎo)致與端蓋配合上需要考慮好過盈尺寸,，過小則無法承受大扭矩,，過大則軸承座在安裝過程中容易裂開。
絕緣軸承座與軸承的導(dǎo)熱問題：由于材料不同,，軸承與絕緣座的熱膨脹系數(shù)不一樣(一般鋼材比陶瓷熱膨脹系數(shù)高),，在電機(jī)運(yùn)行時軸承與軸承座的過盈量會發(fā)生變化，如果超過臨界則會導(dǎo)致失效,。
因此計(jì)算好過盈量是軸承座絕緣的重要一環(huán),。減小共模電流以上兩種是針對電機(jī)的改進(jìn)，如果降低軸電壓也可以考慮降低逆變器的共模電壓,。這種電壓可以用共模濾波器來降低,，磁環(huán)是一種典型的共模濾波器，如果在逆變器三相輸出端加上共模濾波器,，則三相輸出的母排中流動的共模電流會在磁環(huán)中產(chǎn)生一個磁場,，該磁場可阻止共模電流的變化。設(shè)計(jì)參數(shù)就是電感和電容值,。
圖8 共模濾波器
目前該方案目前成本比較高（目前逆變器直流輸入端會有濾波器,，成本大概100-200左右），并且比較占空間,。不過是個很不錯方案,，而且對比測試也很好做。
可以看到作者在大篇幅的描述消除電勢差的方案,，因?yàn)樽髡哒J(rèn)為該方案的效果+成本是最優(yōu)的選擇,，當(dāng)然方案可能不止這些，但是思路總是一樣的,。
內(nèi)容來源自【RIO電驅(qū)動】公眾號
（版權(quán)歸原作者或機(jī)構(gòu)所有）