專利名稱：用于測試泄漏電流對電動機滾動軸承壽命的影響的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及泄漏電流對滾動軸承壽命的影響的測試，這些滾動軸承打算用于電動機，特別是用于由逆變器供電的電動機。
背景技術：
同步或異步電動機的滾動軸承經(jīng)受退化，該退化由通過它們的泄漏電流導致。這些泄漏電流可能由電動機的磁路或由逆變器供電的電動機的電源的磁路的結構的不對稱導致。當電流由不對稱的磁路產生時，流過滾動軸承的電流具有數(shù)千赫茲的低頻率。當電動機由逆變器供電時，泄漏電流具有高得多的頻率，這些頻率可能達到100千赫茲，或甚至數(shù)兆赫茲。一般地，這兩種類型的電流在電動機中同時存在，并且必須保護滾動軸承免于由這些電流導致的退化。為此，可以使用電絕緣滾動軸承，這些電絕緣滾動軸承完全消除低頻電流的流動。但這些絕緣體具有電容性特性，使得高頻電流繼續(xù)流過滾動軸承，因此繼續(xù)損壞滾動軸承，并由此降低電動機的壽命。目前，沒有建立允許事前評估經(jīng)受這樣的泄漏電流的滾動軸承的壽命的規(guī)則或標準。而且期望的是，能夠研究這些電流對滾動軸承壽命的影響，特別是依據(jù)滾動軸承經(jīng)受的負載和依據(jù)其工作溫度。為了完成這樣的研究，在原則上可以使用期望確定其壽命的電動機，并且使它們在測試臺上長時間轉動或者使它們經(jīng)受顯著的力。但這種處置方式具有要求非常笨重的設備和要求非常長的測試時間的缺點。實際上存在有用于電動機的測試臺，這些測試臺用于研究電動機的滾動軸承的耐久性。但這樣的測試臺僅考慮機械應力。而且，它們使得不能夠確定泄漏電流對這些滾動軸承的持續(xù)時間的影響。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是通過提出一種裝置來找到對這些缺點的補救辦法，該裝置用于研究泄漏電流對電動機滾動軸承壽命的影響，特別是當這些滾動軸承經(jīng)受負載時，并因而用于進行耐久性測試，該耐久性測試與對電動機的足尺測試相比，可以具有減小的持續(xù)時間。本發(fā)明也適于研究滾動軸承的壽命，這些滾動軸承用于設備輪軸、傳動軸或軸箱， 它們也受到寄生電流的交擾。為此目的，本發(fā)明的目的是一種用于測試泄漏電流對電動機滾動軸承壽命的影響的設備，該設備包括-至少一個支架，該至少一個支架用于接納待被測試的滾動軸承；-軸，該軸用于與旋轉驅動電動機合作驅動待被測試的滾動軸承以使?jié)L動軸承旋轉；-用于產生電流脈沖的裝置，這些電流脈沖通過穿過滾動軸承而在支架與驅動軸之間循環(huán)。優(yōu)選地，用于產生脈沖的裝置適于調節(jié)脈沖的持續(xù)時間，使得脈沖與范圍可能高達10MHz，優(yōu)選IOOkHz的頻率相對應，強度的上升時間小于5 μ S，以便能夠將電脈沖的重復頻率調節(jié)在0與500kHz之間，優(yōu)選50kHz，并且能夠將電脈沖的峰值幅度調節(jié)在0與30A之間，優(yōu)選5A。優(yōu)選地，該設備包括用于測量振動的至少一個裝置、和用于測量溫度的一個裝置， 位于用于接納滾動軸承的支架上。優(yōu)選地，用于產生脈沖的裝置適于產生可調節(jié)在0與100V之間，優(yōu)選30V的電壓脈沖，并且被連接到電路上，借助于該電路，在支架與軸之間可以產生電壓，該軸用于驅動軸承，并且包括用于調節(jié)阻抗的裝置。優(yōu)選地，該設備包括用于將徑向力施加在驅動滾動軸承的軸上的裝置、和/或用于將軸向力施加在驅動滾動軸承的軸上的裝置。優(yōu)選地，它包括用于接納電動機滾動軸承的兩個支架，并且用于產生電流脈沖的裝置適于通過使電脈沖通過滾動軸承并進入用于驅動滾動軸承以使?jié)L動軸承旋轉的軸中而在支架之間循環(huán)。優(yōu)選地，將支架連接到脈沖發(fā)生器上的電路包括至少一個線性部分，該線性部分與用于驅動滾動軸承的軸平行地延伸，并且適于用于使電路的電感最小化。優(yōu)選地，該設備包括用于記錄電脈沖、支架的振動、支架的溫度、徑向和/或軸向力、強度、電壓、脈沖的持續(xù)時間和頻率的裝置、和用于控制脈沖發(fā)生器、驅動電動機的至少一個裝置及可選地包括用于施加徑向和/或軸向力的裝置。本發(fā)明也涉及一種用于測試泄漏電流對電動機滾動軸承壽命的影響的方法，根據(jù)該方法，將至少一個滾動軸承安裝在根據(jù)本發(fā)明的設備上；啟動驅動電動機；通過調節(jié)電壓脈沖的幅度產生電流脈沖，使得在支架與用于驅動滾動軸承的軸之間的電壓大于滾動軸承的擊穿電壓；并且通過調節(jié)支架的電源電路和驅動軸的電源電路的阻抗，在驅動軸上選擇性地產生徑向力和/或軸向力；及記錄支架的振動和溫度；并且確定振動強度和/或溫度超過預先設置的閾值的結束時間。根據(jù)本發(fā)明的設備和方法因而使得滾動軸承能夠在有機械和電氣負載的情況下經(jīng)受測試。調節(jié)電氣負載的特性的可能性使得能夠調節(jié)穿過電動機的電脈沖的強度和頻率。這種可能性具有如下優(yōu)點使得相對于電動機的實際工作時間能夠減小為能夠測試滾動軸承壽命所要求的時間。


現(xiàn)在將參照附圖，更具體地但按非限制方式描述本發(fā)明，在附圖中圖1是用于經(jīng)受機械力和經(jīng)受電氣負載的電動機的滾動軸承的耐久性的測試臺的總圖；圖2是用于將電脈沖供給到支架的電路的部分放大圖，該支架支撐待在圖1的測試臺上測試的滾動軸承；圖3是電壓和電流脈沖的示意圖，這些電壓和電流脈沖用于電氣加載在圖1的測試臺上測試的滾動軸承。
具體實施例方式在圖1中由1整體標記的設備或測試臺包括第一支架2，用于接納待被測試的第一滾動軸承3 ；和第二支架4，用于接納待被測試的第二滾動軸承5。設備包括用于驅動滾動軸承以使其旋轉的軸6，該軸6適于與待被測試的滾動軸承3和5的內環(huán)合作。這個軸由電動機9按可變速度經(jīng)離合裝置7被驅動成旋轉，該離合裝置7包括保證電絕緣的機械連接裝置8。電動機由本身對于本領域技術人員已知的電源和速度驅動裝置10動力供應和驅動。支架2和4兩者都經(jīng)電絕緣體25和沈被安裝在機架M上。它們被連接到由用于驅動電脈沖發(fā)生器的裝置12驅動的電脈沖發(fā)生器11上。本身已知的電脈沖發(fā)生器適于能夠提供電流脈沖，這些電流脈沖具有衰減的正弦形狀或者包括一系列三角形脈沖。電流脈沖的頻率是可調節(jié)的，并且可以達到10MHz。當電源產生三角形類型的脈沖時，電流的上升時間小于5ms。脈沖峰值的幅度在0與30A之間是可調節(jié)的，并且這些脈沖的頻率在0與 500kHz之間是可調節(jié)的。脈沖發(fā)生器適于使在兩個滾動軸承之間施加的電壓在0與100V 之間是可調節(jié)的。更明確地說，這個電壓被確定成使得在滾動軸承與驅動軸之間的電壓大于滾動軸承的擊穿電壓。如圖2中看到的那樣，支架2和4兩者都通過連接裝置被連接到脈沖發(fā)生器上，該連接裝置一方面包括連接到電發(fā)生器上的同軸電纜30和與軸6相平行的供電桿(current supply bar) 31，該供電桿布置得非?？拷鼉蓚€支架2和4，并被劃分成兩段32和33。經(jīng)同軸電纜30的電源近似地到達連接條31的中部。它被直接連接到連接條31的第一段33上并且經(jīng)變阻器35連接到第二段32上，該變阻器35由風扇36冷卻并且通過導體34連接到電路上。在這個供電桿上插入電流鉗(current clamp) 370導電條與軸平行并且非?？拷S的這種布置具有將電路的電感減小到最小值的優(yōu)點，電流脈沖穿過該電路。因為變阻器的存在，允許在一個支架與驅動軸之間產生電壓的電路包括用于調節(jié)阻抗的裝置，借助于該裝置，能夠調節(jié)由產生的電壓導致的電流強度。除電脈沖電源之外，測試臺包括第一裝置，該第一裝置用于將軸向力施加在用于驅動滾動軸承的軸上。這個裝置包括端部支架17，該端部支架17 —方面經(jīng)電絕緣連接裝置19連接到致動器18上。適于將軸向力施加在用于驅動滾動軸承的軸上的致動器18包括動力供應和驅動裝置20。這個動力供應和驅動裝置例如是本身對于本領域技術人員已知的液壓單元。測試臺也包括第二裝置，該第二裝置用于將徑向力施加在用于驅動滾動軸承的軸上。該裝置包括支架23，該支架23由軸6穿過，并且大致布置在用于接納待被測試的滾動軸承的兩個支架2和4之間距離的一半處。該支架23可以借助于致動器12經(jīng)受徑向力， 該致動器12經(jīng)電絕緣裝置27靠置在機架M上。徑向致動器12也由動力供應和驅動裝置 22供給動力，該動力供應和驅動裝置22例如是液壓單元。為了跟蹤測試的滾動軸承的工作狀態(tài)，支架2和4分別各自包括用于測量加速度的裝置13和15，借助于這些裝置13和15，可以測量滾動軸承的振動的強度。該滾動軸承的振動強度的測量給出了檢測滾動軸承的磨損水平、并因此檢測滾動軸承被認為是出故障的瞬時的可能性。支架2和4也分別包括用于測量溫度的裝置14和16，這些裝置14和16 使得能夠確定滾動軸承的工作溫度狀態(tài)。除軸承的溫度和振動強度之外，測試臺包括用于測量旋轉速度、脈沖的電特性、由滾動軸承已經(jīng)接收的脈沖數(shù)、由用于將軸向力和徑向力施加在滾動軸承上的裝置施加的力的裝置。經(jīng)本身對于本領域技術人員已知的記錄裝置記錄全部這些測量值。這些裝置例如是微型計算機39。如在圖3中看到的那樣，由脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖的特征為電壓脈沖40，這些電壓脈沖40具有整體矩形形狀，具有持續(xù)時間At。兩個連續(xù)的脈沖由時間間隔ΔΤ分隔。 持續(xù)時間At定義脈沖的頻率，該脈沖的頻率是l/At。時間間隔ΔΤ定義脈沖的重復頻率，該頻率是1/ Δ T。如較早指出的那樣，脈沖的頻率1/ Δ t可以在0與幾十MHz之間調節(jié)， 而脈沖的重復頻率給出1/Δ T，并且在0與500kHz之間是可調節(jié)的。在圖中，也表明電流脈沖的形狀強度相對于時間，這由軸承經(jīng)受的電壓脈沖導致。這些電流脈沖41包括與軸承經(jīng)受電壓的階段相對應的上升階段42，以及隨后的下降階段43。將設備經(jīng)受的電壓脈沖的最大強度Ui選擇成，始終大于滾動軸承的擊穿電壓Uclaq，使得滾動軸承始終被放電穿過。 可以通過作用于電位計35來調節(jié)放電的強度。為了借助于該測試臺測試電動機的滾動軸承的壽命，電動機的上游滾動軸承和下游滾動軸承通過使它們牢固地固定到驅動軸上而安裝在測試臺上。這些滾動軸承經(jīng)受軸向力和徑向力，該軸向力和徑向力與電動機工作的軸向和徑向力相對應，或者更一般地與期望測試滾動軸承的壽命的力相對應。其次，按與期望測試電動機工作的速度相對應的速度驅動用于驅動滾動軸承使其旋轉的軸6，并且借助于脈沖發(fā)生器，產生與電動機的泄漏電流的代表性脈沖相對應的脈沖。在借助于加速度儀和熱電偶記錄溫度和加速度的同時操作測試臺。對于加速度的強度和可選擇地對于溫度設置閾值。借助于這些閾值，能夠確定滾動軸承的損壞的標準。然后操作測試臺，并且確定到達對于振動或對于溫度設置的閾值的結束時間。因而，能夠測試滾動軸承的壽命，并且更一般地研究不同工作參數(shù)(速度、軸向負載、徑向負載、泄漏電流的強度和頻率)對于該壽命的影響。要注意，本發(fā)明也適于研究設備輪軸、傳動軸或軸箱的滾動軸承的壽命，這些輪軸、傳動軸或軸箱也讓寄生電流通過。
權利要求
1.一種用于測試泄漏電流對用于電動機的滾動軸承壽命的影響的設備，其特征在于， 所述設備包括-至少一個支架0、4)，所述支架用于接納待被測試的滾動軸承(3、5)；-軸(6)，所述軸用于與旋轉驅動電動機(9)合作驅動待被測試的滾動軸承以使?jié)L動軸承旋轉；-用于產生電流脈沖的裝置(11)，這些電流脈沖通過穿過滾動軸承而在支架與驅動軸之間循環(huán)。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，用于產生脈沖的裝置(11)適于調節(jié)脈沖的持續(xù)時間，以便與范圍可能高達10MHz，優(yōu)選地高達IOOkHz的頻率相對應，強度的上升時間小于5 μ s,以便能夠將電脈沖的重復頻率調節(jié)在0與500kHz之間，優(yōu)選50kHz，并且能夠將電脈沖的峰值幅度調節(jié)在0與30A之間，優(yōu)選5A。
3.根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的設備，其特征在于，所述設備包括用于測量振動的至少一個裝置(13、15)、和用于測量溫度的一個裝置(14、16)，位于用于接納滾動軸承的支架(2、4)上。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的設備，其特征在于，用于產生脈沖的裝置(11) 適于產生可調節(jié)在0與100V之間，優(yōu)選30V的電壓脈沖；并且它被連接到電路上，借助于所述電路，可以在支架與軸之間產生電壓，該軸用于驅動滾動軸承并且包括用于調節(jié)阻抗的裝置(35)。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的設備，其特征在于，所述設備包括用于將徑向力施加在用于驅動滾動軸承的軸上的裝置(1 、和/或用于將軸向力施加在用于驅動滾動軸承的軸上的裝置(18)。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的設備，其特征在于，所述設備包括用于接納電動機滾動軸承的兩個支架0、4)；并且在于用于產生電流脈沖的裝置(11)適于通過使電脈沖通過滾動軸承并進入用于驅動滾動軸承以使?jié)L動軸承旋轉的軸中而在支架之間循環(huán)。
7.根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于，將支架連接到脈沖發(fā)生器上的電路包括至少一個線性部分(33)，所述線性部分(33)與用于驅動滾動軸承的軸平行地延伸，并且適于使電路的電感最小化。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的設備，其特征在于，所述設備包括用于記錄電脈沖、支架的振動、支架的溫度、徑向和/或軸向力、強度、電壓、脈沖的持續(xù)時間和頻率的裝置、和用于控制脈沖發(fā)生器、驅動電動機的至少一個裝置及可選地包括用于施加徑向和/ 或軸向力的裝置。
9.一種用于測試泄漏電流對電動機滾動軸承壽命的影響的方法，其特征在于，將至少一個滾動軸承安裝在根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的設備上；啟動驅動電動機；通過調節(jié)電壓脈沖的幅度產生電流脈沖，使得在支架與用于驅動滾動軸承的軸之間的電壓大于滾動軸承的擊穿電壓；并且通過調節(jié)支架的電源和驅動軸的電源的阻抗，在驅動軸上選擇性地產生徑向力和/或軸向力；記錄支架的振動和溫度；并且確定振動強度和/或溫度超過預先設置的閾值的結束時間。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測試泄漏電流對電動機滾動軸承壽命的影響的設備，該設備包括至少一個支架(2、4)，用于接納待被測試的滾動軸承(3、5)；軸(6)，用于與旋轉驅動電動機(9)合作驅動待被測試的滾動軸承以使?jié)L動軸承旋轉；用于產生電流脈沖的裝置(11)，這些電流脈沖在通過滾動軸承的同時在支架與驅動軸之間循環(huán)。
文檔編號G01M13/04GK102374933SQ20111018895
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權日2010年7月7日
發(fā)明者B·鮑勒姆, C·萊特姆 申請人:阿爾斯通運輸股份有限公司