直流无刷电机轴承电腐蚀抑制技术的要点与应用

摘  要：直流无刷电机轴承经常会出现电腐蚀问题，严重影响电机运行的效率和质量性能，还会在运行的过程中出现噪声和其他故障问题。对直流无刷电机轴承电腐蚀的原因进行分析，根据电腐蚀的形成原因研究电腐蚀问题的解决措施，合理运用电腐蚀抑制技术，通过优化设计电机结构，控制轴电压，避免轴承出现电腐蚀现象。

关键词：直流无刷电机;轴承;电腐蚀抑制技术

前言：

要想分析直流无刷电机轴承的电腐蚀问题，需要了解轴电压和轴电流，对于轴电压来说，轴承包含内圈和外圈，在直流无刷电机运行的过程中，内外圈会形成电位差，也就是说，轴电压主要产生于轴承运动旋转过程，只要电机和轴承正常运转，轴电压就会一直存在。对于轴电流来说，在电机机壳的连接下，轴承两侧形成回路，由此产生轴电流。要想减少轴承的电腐蚀情况，必须要对轴电压和轴电流进行控制，采取科学的轴承电腐蚀抑制技术。

1直流无刷电机轴承电腐蚀的原因

对于空调无刷电机来说，一般会使用PWM变频电源，电源三相输出电压的矢量以及不为零的零序分量会对电机产生影响，在电源的影响下形成轴电压。对变频器PWM脉宽进行调制时，会改变调速驱动系统的状态，系统中将会存在较多的高频谐波，对轴承和电缆等构件产生较大影响，在谐波分量的影响下发生电磁感应。直流无刷电机运行时的电压还会发生耦合作用，产生共模回路，共模电压会以较高的频率进行振荡，振荡期间，共模电压会和转子发生容性耦合作用，在此基础上形成脉冲电压和零序电流，零序回路中包含轴承。除此之外，发生单极效应，或者积累大量静电荷时，都会形成轴电压。一般来说，电机轴电压并不高，在润滑处理后，还会形成一层润滑油膜，能够表现出绝缘的效果，基本不会出现轴电流，但是，如果数值过大，超出规定值，就会击穿轴承中的油膜，在放电之后转变为电流。放电的过程中，局部温度快速升高，温度过高时，轴承内外圈和滚珠会受到影响，出现不同程度的凹槽，即电腐蚀，导致各个构件的摩擦较为严重，电机运行时会出现噪声。受到电腐蚀之后，轴承和滚珠会出现较多凹槽条纹，可以根据凹槽条纹进行分析判断。

2直流无刷电机轴承电腐蚀抑制技术的应用要点

2.1保持磁路的平衡性

设计电机时，选择品牌铁心硅钢片，厚度均匀尽量减小冲片毛刺，使其保持铁心叠压铁长均匀的状态，以免出现磁路不平衡等问题。

设计时还要考虑转子偏心问题，在不同的磁极条件下，应使电机的气隙要相互一致，不可忽大忽小。

2.2安装接地碳刷

制作电机时，可以安装接地碳刷。将碳刷安装到刷盒内，刷盒与机壳或端盖连接，碳刷与转轴外径贴合。利用碳刷进行连接时，转轴和机壳直接短路连接在短路状态下，轴承上的感应电动势和内外圈的电位差也会变小，碳刷存在着接触损耗，随着电刷磨损，阻值会变大，以此来减弱放电性，使电动势即轴电压失效甚至为零。

2.3使用可导电的轴承油

在直流无刷电机进行设计、安装和养护时，可以使用具有导电性能的轴承润滑油，这种润滑油能够把内圈和外圈连接到一起，两者相连接后，轴承内外圈相连后会出现短路的情况，避免轴承中积累大量的轴电压，通过短路的方式防止轴电压的发生。一般情况下，使用导电润滑油之后，电压会变得相对较低，基本不会在轴承上出现高压击穿等情况，而且能量也会逐渐释放，平稳减少，有效抑制了电机轴承上的电腐蚀问题。

2.4优化电机结构，采取绝缘措施，设计绝缘端盖改善控制电路

优化电机端盖结构，设计绝缘端盖，将端盖和轴承室用绝缘材料隔离，使得端盖与轴承外圈相互隔离，虽然会在运行的过程中出现电压，但是并不会在轴承中形成电流。

2.5 选用绝缘轴承，改善控制电路

选用绝缘轴承，增加轴承自身的绝缘性能，避免轴承和端盖之间出现较高的电压。如：陶瓷轴承。陶瓷轴承有多种形式，如外圈喷涂的陶瓷轴承、内圈喷涂的陶瓷轴承、滚珠陶瓷的陶瓷轴承。但用陶瓷材料制作轴承，需要较高的成本费用，一般只在高端的设备中使用，普通的直流无刷电机中很少会使用陶瓷轴承。

同时对直流无刷电机的控制电路进行优化设计时，需要对逆变器进行调整，尽量降低输出电压的dv或dt，操作时，可以对逆变器输出端进行调整，在该部位进行串联，形成小电感，对输出端电路进行调整时，可以连接RC电路，利用该电路吸收一部分高频率的谐波，避免谐波对轴承造成影响。

26轴电压的测量和效果验证

要想了解轴承电腐蚀抑制技术的应用效果，需要进行测量和验证。各个厂家根据不同需求提出了不同的要求测量轴电压时，需要准备专门的测量设备，主要有示波器、差分探头、转速测定仪，还要提前准备马达固定台和供电的电源以及两条测量导线，导线的截面积大约0.5mm;同时还需要借助接地电刷对直流无刷电机轴承的轴电压进行测量时，安装接地碳刷和刷盒，刷盒与端盖连接，电刷与转轴接触，先将第一条导线与端盖相连，将第二条导线与碳刷刷辫连接，同时将两条导线的另一端与差分探头相连，同时還要将示波器与差分探头这两个装置连到一起。做好准备工作后，启动直流无刷电机，先让电机运行5min，待运转平稳之后再进行测量，对示波器进行调节，以此来显示电机轴电压的波形，但是波形不可以出现三角尖波，如果出现了三角尖波，就代表电机轴承开始放电，但是轴电压并未到达最高值。观察波形时，如果显示出带双肩的方波，这种波形是最佳波形，方波最高值表示的是轴电压。对电腐蚀抑制效果进行验证时，可以根据轴电压进行验证，也可以采用为期3个月的长期运行的验证方法，在3个月的时间内，每隔一段时间就测量一次电机的噪声，3个月之后，分析轴承的电腐蚀情况。

结论：直流无刷电机具有较强的节能性，使用这种类型的电机，能够满足环保的要求，但是，当直流无刷电机的轴承部位出现电腐蚀问题时，就会增加各个构件的摩擦力，在运行的时候产生较大的噪音，为人们带来不好的体验，所以，设计制造直流无刷电机时，一定要注意轴承部位的电腐蚀问题，利用电腐蚀抑制技术消除轴电压。

参考文献：

[1]刘保水，徐颖.索道直流电动机轴承电腐蚀原因分析及处理[J].起重运输机械，2021（24）：69-70.

[2]闫光临，支永健，陈湘，等.地铁车辆牵引电机轴承电腐蚀原理及抑制技术研究[J].机车电传动，2019（04）：102-106.

作者简介：

秦转丽（1979—），女，汉族，陕西合阳人，本科学历，高级工程师，研究方向：电机设计、电机新技术。