专利名称：用于测试泄漏电流对电动机滚动轴承寿命的影响的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及泄漏电流对滚动轴承寿命的影响的测试，这些滚动轴承打算用于电动机，特别是用于由逆变器供电的电动机。
背景技术：
同步或异步电动机的滚动轴承经受退化，该退化由通过它们的泄漏电流导致。这些泄漏电流可能由电动机的磁路或由逆变器供电的电动机的电源的磁路的结构的不对称导致。当电流由不对称的磁路产生时，流过滚动轴承的电流具有数千赫兹的低频率。当电动机由逆变器供电时，泄漏电流具有高得多的频率，这些频率可能达到100千赫兹，或甚至数兆赫兹。一般地，这两种类型的电流在电动机中同时存在，并且必须保护滚动轴承免于由这些电流导致的退化。为此，可以使用电绝缘滚动轴承，这些电绝缘滚动轴承完全消除低频电流的流动。但这些绝缘体具有电容性特性，使得高频电流继续流过滚动轴承，因此继续损坏滚动轴承，并由此降低电动机的寿命。目前，没有建立允许事前评估经受这样的泄漏电流的滚动轴承的寿命的规则或标准。而且期望的是，能够研究这些电流对滚动轴承寿命的影响，特别是依据滚动轴承经受的负载和依据其工作温度。为了完成这样的研究，在原则上可以使用期望确定其寿命的电动机，并且使它们在测试台上长时间转动或者使它们经受显著的力。但这种处置方式具有要求非常笨重的设备和要求非常长的测试时间的缺点。实际上存在有用于电动机的测试台，这些测试台用于研究电动机的滚动轴承的耐久性。但这样的测试台仅考虑机械应力。而且，它们使得不能够确定泄漏电流对这些滚动轴承的持续时间的影响。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种装置来找到对这些缺点的补救办法，该装置用于研究泄漏电流对电动机滚动轴承寿命的影响，特别是当这些滚动轴承经受负载时，并因而用于进行耐久性测试，该耐久性测试与对电动机的足尺测试相比，可以具有减小的持续时间。本发明也适于研究滚动轴承的寿命，这些滚动轴承用于设备轮轴、传动轴或轴箱， 它们也受到寄生电流的交扰。为此目的，本发明的目的是一种用于测试泄漏电流对电动机滚动轴承寿命的影响的设备，该设备包括-至少一个支架，该至少一个支架用于接纳待被测试的滚动轴承；-轴，该轴用于与旋转驱动电动机合作驱动待被测试的滚动轴承以使滚动轴承旋转；-用于产生电流脉冲的装置，这些电流脉冲通过穿过滚动轴承而在支架与驱动轴之间循环。优选地，用于产生脉冲的装置适于调节脉冲的持续时间，使得脉冲与范围可能高达10MHz，优选IOOkHz的频率相对应，强度的上升时间小于5 μ S，以便能够将电脉冲的重复频率调节在0与500kHz之间，优选50kHz，并且能够将电脉冲的峰值幅度调节在0与30A之间，优选5A。优选地，该设备包括用于测量振动的至少一个装置、和用于测量温度的一个装置， 位于用于接纳滚动轴承的支架上。优选地，用于产生脉冲的装置适于产生可调节在0与100V之间，优选30V的电压脉冲，并且被连接到电路上，借助于该电路，在支架与轴之间可以产生电压，该轴用于驱动轴承，并且包括用于调节阻抗的装置。优选地，该设备包括用于将径向力施加在驱动滚动轴承的轴上的装置、和/或用于将轴向力施加在驱动滚动轴承的轴上的装置。优选地，它包括用于接纳电动机滚动轴承的两个支架，并且用于产生电流脉冲的装置适于通过使电脉冲通过滚动轴承并进入用于驱动滚动轴承以使滚动轴承旋转的轴中而在支架之间循环。优选地，将支架连接到脉冲发生器上的电路包括至少一个线性部分，该线性部分与用于驱动滚动轴承的轴平行地延伸，并且适于用于使电路的电感最小化。优选地，该设备包括用于记录电脉冲、支架的振动、支架的温度、径向和/或轴向力、强度、电压、脉冲的持续时间和频率的装置、和用于控制脉冲发生器、驱动电动机的至少一个装置及可选地包括用于施加径向和/或轴向力的装置。本发明也涉及一种用于测试泄漏电流对电动机滚动轴承寿命的影响的方法，根据该方法，将至少一个滚动轴承安装在根据本发明的设备上；启动驱动电动机；通过调节电压脉冲的幅度产生电流脉冲，使得在支架与用于驱动滚动轴承的轴之间的电压大于滚动轴承的击穿电压；并且通过调节支架的电源电路和驱动轴的电源电路的阻抗，在驱动轴上选择性地产生径向力和/或轴向力；及记录支架的振动和温度；并且确定振动强度和/或温度超过预先设置的阈值的结束时间。根据本发明的设备和方法因而使得滚动轴承能够在有机械和电气负载的情况下经受测试。调节电气负载的特性的可能性使得能够调节穿过电动机的电脉冲的强度和频率。这种可能性具有如下优点使得相对于电动机的实际工作时间能够减小为能够测试滚动轴承寿命所要求的时间。
现在将参照附图，更具体地但按非限制方式描述本发明，在附图中图1是用于经受机械力和经受电气负载的电动机的滚动轴承的耐久性的测试台的总图；图2是用于将电脉冲供给到支架的电路的部分放大图，该支架支撑待在图1的测试台上测试的滚动轴承；图3是电压和电流脉冲的示意图，这些电压和电流脉冲用于电气加载在图1的测试台上测试的滚动轴承。
具体实施例方式在图1中由1整体标记的设备或测试台包括第一支架2，用于接纳待被测试的第一滚动轴承3 ；和第二支架4，用于接纳待被测试的第二滚动轴承5。设备包括用于驱动滚动轴承以使其旋转的轴6，该轴6适于与待被测试的滚动轴承3和5的内环合作。这个轴由电动机9按可变速度经离合装置7被驱动成旋转，该离合装置7包括保证电绝缘的机械连接装置8。电动机由本身对于本领域技术人员已知的电源和速度驱动装置10动力供应和驱动。支架2和4两者都经电绝缘体25和沈被安装在机架M上。它们被连接到由用于驱动电脉冲发生器的装置12驱动的电脉冲发生器11上。本身已知的电脉冲发生器适于能够提供电流脉冲，这些电流脉冲具有衰减的正弦形状或者包括一系列三角形脉冲。电流脉冲的频率是可调节的，并且可以达到10MHz。当电源产生三角形类型的脉冲时，电流的上升时间小于5ms。脉冲峰值的幅度在0与30A之间是可调节的，并且这些脉冲的频率在0与 500kHz之间是可调节的。脉冲发生器适于使在两个滚动轴承之间施加的电压在0与100V 之间是可调节的。更明确地说，这个电压被确定成使得在滚动轴承与驱动轴之间的电压大于滚动轴承的击穿电压。如图2中看到的那样，支架2和4两者都通过连接装置被连接到脉冲发生器上，该连接装置一方面包括连接到电发生器上的同轴电缆30和与轴6相平行的供电杆(current supply bar) 31，该供电杆布置得非常靠近两个支架2和4，并被划分成两段32和33。经同轴电缆30的电源近似地到达连接条31的中部。它被直接连接到连接条31的第一段33上并且经变阻器35连接到第二段32上，该变阻器35由风扇36冷却并且通过导体34连接到电路上。在这个供电杆上插入电流钳(current clamp) 370导电条与轴平行并且非常靠近轴的这种布置具有将电路的电感减小到最小值的优点，电流脉冲穿过该电路。因为变阻器的存在，允许在一个支架与驱动轴之间产生电压的电路包括用于调节阻抗的装置，借助于该装置，能够调节由产生的电压导致的电流强度。除电脉冲电源之外，测试台包括第一装置，该第一装置用于将轴向力施加在用于驱动滚动轴承的轴上。这个装置包括端部支架17，该端部支架17 —方面经电绝缘连接装置19连接到致动器18上。适于将轴向力施加在用于驱动滚动轴承的轴上的致动器18包括动力供应和驱动装置20。这个动力供应和驱动装置例如是本身对于本领域技术人员已知的液压单元。测试台也包括第二装置，该第二装置用于将径向力施加在用于驱动滚动轴承的轴上。该装置包括支架23，该支架23由轴6穿过，并且大致布置在用于接纳待被测试的滚动轴承的两个支架2和4之间距离的一半处。该支架23可以借助于致动器12经受径向力， 该致动器12经电绝缘装置27靠置在机架M上。径向致动器12也由动力供应和驱动装置 22供给动力，该动力供应和驱动装置22例如是液压单元。为了跟踪测试的滚动轴承的工作状态，支架2和4分别各自包括用于测量加速度的装置13和15，借助于这些装置13和15，可以测量滚动轴承的振动的强度。该滚动轴承的振动强度的测量给出了检测滚动轴承的磨损水平、并因此检测滚动轴承被认为是出故障的瞬时的可能性。支架2和4也分别包括用于测量温度的装置14和16，这些装置14和16 使得能够确定滚动轴承的工作温度状态。除轴承的温度和振动强度之外，测试台包括用于测量旋转速度、脉冲的电特性、由滚动轴承已经接收的脉冲数、由用于将轴向力和径向力施加在滚动轴承上的装置施加的力的装置。经本身对于本领域技术人员已知的记录装置记录全部这些测量值。这些装置例如是微型计算机39。如在图3中看到的那样，由脉冲发生器发出的脉冲的特征为电压脉冲40，这些电压脉冲40具有整体矩形形状，具有持续时间At。两个连续的脉冲由时间间隔ΔΤ分隔。 持续时间At定义脉冲的频率，该脉冲的频率是l/At。时间间隔ΔΤ定义脉冲的重复频率，该频率是1/ Δ T。如较早指出的那样，脉冲的频率1/ Δ t可以在0与几十MHz之间调节， 而脉冲的重复频率给出1/Δ T，并且在0与500kHz之间是可调节的。在图中，也表明电流脉冲的形状强度相对于时间，这由轴承经受的电压脉冲导致。这些电流脉冲41包括与轴承经受电压的阶段相对应的上升阶段42，以及随后的下降阶段43。将设备经受的电压脉冲的最大强度Ui选择成，始终大于滚动轴承的击穿电压Uclaq，使得滚动轴承始终被放电穿过。 可以通过作用于电位计35来调节放电的强度。为了借助于该测试台测试电动机的滚动轴承的寿命，电动机的上游滚动轴承和下游滚动轴承通过使它们牢固地固定到驱动轴上而安装在测试台上。这些滚动轴承经受轴向力和径向力，该轴向力和径向力与电动机工作的轴向和径向力相对应，或者更一般地与期望测试滚动轴承的寿命的力相对应。其次，按与期望测试电动机工作的速度相对应的速度驱动用于驱动滚动轴承使其旋转的轴6，并且借助于脉冲发生器，产生与电动机的泄漏电流的代表性脉冲相对应的脉冲。在借助于加速度仪和热电偶记录温度和加速度的同时操作测试台。对于加速度的强度和可选择地对于温度设置阈值。借助于这些阈值，能够确定滚动轴承的损坏的标准。然后操作测试台，并且确定到达对于振动或对于温度设置的阈值的结束时间。因而，能够测试滚动轴承的寿命，并且更一般地研究不同工作参数(速度、轴向负载、径向负载、泄漏电流的强度和频率)对于该寿命的影响。要注意，本发明也适于研究设备轮轴、传动轴或轴箱的滚动轴承的寿命，这些轮轴、传动轴或轴箱也让寄生电流通过。
权利要求
1.一种用于测试泄漏电流对用于电动机的滚动轴承寿命的影响的设备，其特征在于， 所述设备包括-至少一个支架0、4)，所述支架用于接纳待被测试的滚动轴承(3、5)；-轴(6)，所述轴用于与旋转驱动电动机(9)合作驱动待被测试的滚动轴承以使滚动轴承旋转；-用于产生电流脉冲的装置(11)，这些电流脉冲通过穿过滚动轴承而在支架与驱动轴之间循环。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，用于产生脉冲的装置(11)适于调节脉冲的持续时间，以便与范围可能高达10MHz，优选地高达IOOkHz的频率相对应，强度的上升时间小于5 μ s,以便能够将电脉冲的重复频率调节在0与500kHz之间，优选50kHz，并且能够将电脉冲的峰值幅度调节在0与30A之间，优选5A。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于测量振动的至少一个装置(13、15)、和用于测量温度的一个装置(14、16)，位于用于接纳滚动轴承的支架(2、4)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，用于产生脉冲的装置(11) 适于产生可调节在0与100V之间，优选30V的电压脉冲；并且它被连接到电路上，借助于所述电路，可以在支架与轴之间产生电压，该轴用于驱动滚动轴承并且包括用于调节阻抗的装置(35)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于将径向力施加在用于驱动滚动轴承的轴上的装置(1 、和/或用于将轴向力施加在用于驱动滚动轴承的轴上的装置(18)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于接纳电动机滚动轴承的两个支架0、4)；并且在于用于产生电流脉冲的装置(11)适于通过使电脉冲通过滚动轴承并进入用于驱动滚动轴承以使滚动轴承旋转的轴中而在支架之间循环。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，将支架连接到脉冲发生器上的电路包括至少一个线性部分(33)，所述线性部分(33)与用于驱动滚动轴承的轴平行地延伸，并且适于使电路的电感最小化。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于记录电脉冲、支架的振动、支架的温度、径向和/或轴向力、强度、电压、脉冲的持续时间和频率的装置、和用于控制脉冲发生器、驱动电动机的至少一个装置及可选地包括用于施加径向和/ 或轴向力的装置。
9.一种用于测试泄漏电流对电动机滚动轴承寿命的影响的方法，其特征在于，将至少一个滚动轴承安装在根据权利要求1至8中任一项所述的设备上；启动驱动电动机；通过调节电压脉冲的幅度产生电流脉冲，使得在支架与用于驱动滚动轴承的轴之间的电压大于滚动轴承的击穿电压；并且通过调节支架的电源和驱动轴的电源的阻抗，在驱动轴上选择性地产生径向力和/或轴向力；记录支架的振动和温度；并且确定振动强度和/或温度超过预先设置的阈值的结束时间。
全文摘要
本发明涉及用于测试泄漏电流对电动机滚动轴承寿命的影响的设备，该设备包括至少一个支架(2、4)，用于接纳待被测试的滚动轴承(3、5)；轴(6)，用于与旋转驱动电动机(9)合作驱动待被测试的滚动轴承以使滚动轴承旋转；用于产生电流脉冲的装置(11)，这些电流脉冲在通过滚动轴承的同时在支架与驱动轴之间循环。
文档编号G01M13/04GK102374933SQ20111018895
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月7日 优先权日2010年7月7日
发明者B·鲍勒姆, C·莱特姆 申请人:阿尔斯通运输股份有限公司