范 軍
(湖北漢丹機(jī)電有限公司，湖北襄樊441 000)
摘要：大功率無刷直流電機(jī)(BLDCM)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到電機(jī)裝配性能的好壞，合理的端蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以避免裝配時(shí)永磁體將轉(zhuǎn)子上鐵心，鐵心，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)了人機(jī)的工序更簡(jiǎn)單閘述了前后軸承單獨(dú)卸裝的結(jié)構(gòu)、甩水環(huán)的I：作原理、儲(chǔ)油室的設(shè)計(jì)和注油孔的位置，以及電機(jī)軸電流的預(yù)防方法，提供．些設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常應(yīng)用的數(shù)據(jù)，改善電機(jī)軸承潤(rùn)滑效果，降低電機(jī)軸承更換難度，從而提高電機(jī)軸樂使用壽命。
關(guān)鍵詞：無刷直流電機(jī)；端蓋；軸承；甩水環(huán)；軸電流
中圖分類號(hào)：TM 302 11M 35l 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673 6540(2011)01-001-03
0 引 言
隨著電力電子器件、永磁材料、微機(jī)、新型控制理論和電機(jī)理論的發(fā)展，無刷直流電機(jī)(Bmshless DC Motor，BLDCM)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯，近年來在各利，驅(qū)動(dòng)、伺服和控制領(lǐng)域得到了迅速推廣。大功率BLDCM在國(guó)外已經(jīng)成功應(yīng)用lf列系統(tǒng)效率、可靠性要求較高的場(chǎng)合，在國(guó)內(nèi)，近年來也引起了廣泛興趣。大功率永磁BLDCM具有效率高、調(diào)速性能好、可靠性高、轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，但是大功率BLDCM轉(zhuǎn)子磁鋼磁性能很強(qiáng)，造成轉(zhuǎn)子人機(jī)座、軸承卸裝、注油儲(chǔ)油等工序生產(chǎn)難度很大，而且火功率電機(jī)的軸電流對(duì)軸承傷害大，對(duì)軸承的保護(hù)需要消除軸電流。該結(jié)構(gòu)獨(dú)特的設(shè)計(jì)之處是端蓋具有轉(zhuǎn)子人機(jī)座的導(dǎo)向孔，在軸承裝卸時(shí)轉(zhuǎn)子不會(huì)吸L定子鐵心；軸承座儲(chǔ)油系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)計(jì)注油孔和出汕孔，并采用兩道骨架油封密封；軸伸端有甩水環(huán)，后軸采用背靠背結(jié)構(gòu)角接觸軸承，便于臥式試驗(yàn)，在后軸端設(shè)計(jì)炭刷消除軸電流。下面重點(diǎn)介紹端蓋、軸承座、后軸等結(jié)構(gòu)和原理，以及設(shè)汁時(shí)需要注意的一些問題．
1 端蓋的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖1是BLDCM的裝配圖。從圖1可以看出兩個(gè)端蓋分別安裝在電機(jī)機(jī)座的兩端，并用螺母固定，與普通端蓋不同之處如下：前后端蓋都有很長(zhǎng)一段轉(zhuǎn)軸導(dǎo)向孔，轉(zhuǎn)軸入定子工序采用立式安裝方式，將定子同定在工作臺(tái)上，轉(zhuǎn)子軸伸端裝有長(zhǎng)的導(dǎo)向套，當(dāng)導(dǎo)向套進(jìn)入端蓋導(dǎo)向孔時(shí)，轉(zhuǎn)子就能豎直裝配，然后裝上后端蓋，后端蓋電有限位孔，取下導(dǎo)向套，定、轉(zhuǎn)子就不會(huì)吸在一起。
設(shè)汁時(shí)應(yīng)注意：(1)端蓋導(dǎo)向孔與導(dǎo)向套之間尺寸應(yīng)小于定、轉(zhuǎn)子間氣隙尺寸；(2)轉(zhuǎn)軸限位與轉(zhuǎn)軸導(dǎo)向套一致；(3)導(dǎo)向套長(zhǎng)度要能夠保證轉(zhuǎn)子鐵心全部人機(jī)座。
例如：定轉(zhuǎn)了二氣隙3 5 mm，端蓋孔206 mm，
2 軸承座的設(shè)計(jì)
以往常規(guī)設(shè)計(jì)軸承室在端蓋里，一旦軸承需要更換時(shí)，必須將轉(zhuǎn)子全部拉出，換好后再入定子鐵心，操作復(fù)雜，容易造成軸承損傷。該結(jié)構(gòu)軸承座獨(dú)立裝配，在戶外、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)施工效果明顯，不需要拉出轉(zhuǎn)子．即可更換軸承，大大提高了設(shè)備維護(hù)的質(zhì)量和效率。
大功率BLDCM在運(yùn)行一段時(shí)間后，要達(dá)到不需要拆卸即可重新加入潤(rùn)滑脂，并將舊脂排出的要求。根據(jù)《電機(jī)軸承使用手冊(cè)》的要求，首次運(yùn)行前，要用煤油、汽油清洗軸承，清洗液排空后再注入新油；靠油室潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承，在運(yùn)轉(zhuǎn)8 000 -10 000 h后，需重新清理注油。
圖2為軸承座結(jié)構(gòu)。加入潤(rùn)滑脂時(shí)，用油槍從圖2中的注油管打入，能夠?qū)?rùn)滑脂充滿整個(gè)軸承，隨著潤(rùn)滑脂的加入，廢潤(rùn)滑脂就會(huì)從另一個(gè)出油孔排出，從而實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑脂的更替，滿足電機(jī)軸承潤(rùn)滑需要。從圖1可看出，前軸承座裝有兩層骨架油封結(jié)構(gòu)，第一層是軸承蓋內(nèi)的骨架油封，防止外界水、蒸汽等液體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部；第二層是軸承座前的骨架油封，防止軸承室內(nèi)潤(rùn)滑脂溢出。
后軸承座采用軸承擋圈結(jié)構(gòu)，電機(jī)為立式安裝，后軸采用背一背角接觸軸承，便于臥式試驗(yàn)需要。擋圈用來同定軸承外圈，擋圈上開有進(jìn)油孔，油脂通過油嘴進(jìn)入軸承室，軸承前端采用鎖緊螺母固定=圖2中霍爾電路板固定在后軸承座上，當(dāng)電路板出現(xiàn)故障時(shí)，可打開后罩，直接調(diào)試、更換電路板，對(duì)電機(jī)整體的結(jié)構(gòu)改動(dòng)不大，可提高維護(hù)效率。
3 防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T4942．1旋轉(zhuǎn)電機(jī)外殼防護(hù)分級(jí)(IP)，對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)外殼的防護(hù)等級(jí)作r具體規(guī)定，小型電氣產(chǎn)品常選用較高的防護(hù)等級(jí)，一般不低于IP53，常用的有IP54、IP55、IP65：因此，電機(jī)產(chǎn)品合理設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)尤為重要：戶外型旋轉(zhuǎn)電機(jī)多采用甩水環(huán)曲路結(jié)構(gòu)，靜止接觸面多采用止口結(jié)構(gòu)、密封填料函、O型圈等方式。
該設(shè)計(jì)采用多種密封手段：
(1)甩水環(huán)結(jié)構(gòu)。軸伸端采用甩水環(huán)結(jié)構(gòu)，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力將液體甩出，防止液體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部。圖1中，甩水環(huán)邊角凹口向外，更容易甩出液體。一般設(shè)計(jì)甩水環(huán)厚3～5 mm，與軸過盈配合，采用熱套的方式。
(2)O型圈和止口密封結(jié)構(gòu)。電機(jī)平面靜密封采用O型圈，止口較深，設(shè)計(jì)為lO～15 mm，配合O型圈使用，能夠起到很好的密封效果。
(3)填料函密封結(jié)構(gòu)。電纜出線盒采用填料函的結(jié)構(gòu)，出線盒與機(jī)座問有橡膠墊．并用壓板固定，涂環(huán)氧固化；外部電纜使用IP65的防水接頭一采用上述方法，整機(jī)能達(dá)到有效防止灰塵進(jìn)入，承受任何方向噴水無有害影響的IP55等級(jí)要求。
4 消除軸電壓和軸電流的設(shè)計(jì)
軸電壓是電動(dòng)機(jī)兩軸承端或電機(jī)轉(zhuǎn)軸與軸承間所產(chǎn)生的電壓，其產(chǎn)生原因一般有以下幾種：
(1)磁不平衡。電動(dòng)機(jī)由于扇形沖片、硅鋼片等疊裝囚素，再加上鐵心槽、通風(fēng)孔等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，并且在轉(zhuǎn)軸的周圍有交變磁通切割轉(zhuǎn)軸，在軸的兩端感應(yīng)出軸電壓。
(2)逆變供電產(chǎn)生軸電壓。電動(dòng)機(jī)采用逆變供電運(yùn)行時(shí)，由于電源電壓含有較高次的諧波分量，在電壓脈沖分量的作用下，定子繞組線圈端部、接線部分、轉(zhuǎn)軸之問產(chǎn)生電磁感應(yīng)，使轉(zhuǎn)軸的電位發(fā)生變化產(chǎn)生軸電壓。
(3)靜電感應(yīng)產(chǎn)生軸電壓。在電機(jī)運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)周圍有較多的高壓設(shè)備，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，在轉(zhuǎn)軸的兩端感應(yīng)出軸電壓。
在電機(jī)運(yùn)行過程中，如果在兩軸承端或電機(jī)轉(zhuǎn)軸與軸承問有軸電流的存在，那么電機(jī)軸承的使用壽命將會(huì)大大縮短，同時(shí)由于軸承損壞及更換帶來的經(jīng)濟(jì)損失很大：在電機(jī)起動(dòng)時(shí)，軸承內(nèi)的潤(rùn)滑油膜還未穩(wěn)定形成，軸電壓將擊穿油膜而放電，構(gòu)成回路，軸電流將從軸承和轉(zhuǎn)軸的金屬接觸點(diǎn)通過，瞬間產(chǎn)生高溫，使軸承局部燒熔，由于轉(zhuǎn)軸硬度及機(jī)械強(qiáng)度比軸承合金的高，通常表現(xiàn)出來的癥狀是軸承內(nèi)表面被壓出條狀電弧傷痕。
為了避免軸電壓和軸電流對(duì)軸承的嚴(yán)重影響，目前有兩種結(jié)構(gòu)沒計(jì)：
(1)在軸端安裝接地炭刷，以降低軸電位，使接地炭刷町靠接地，并且與轉(zhuǎn)軸可靠接觸，保證轉(zhuǎn)軸電位為零電位，以此消除軸電流。
(2)在軸承座和軸承支架處加絕緣隔板，以切斷軸電流的回路；
如采用絕緣軸承座的方式，給生產(chǎn)、加工、裝配帶來一定難度，大功率永磁BLDcM的軸承座強(qiáng)度也很難保證。因此采用第一種方式，從圖3可以看到軸端加炭刷，與轉(zhuǎn)子接觸并接地，很好地消除軸電流的影響。通過以上處理，電動(dòng)機(jī)的軸電流微乎其微，已不會(huì)對(duì)電機(jī)構(gòu)成實(shí)質(zhì)上的危害�，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，經(jīng)上述方式處理后實(shí)際使用壽命可由原來的幾十個(gè)小時(shí)提高到上萬小時(shí)，效果比較明顯，尤其對(duì)高壓電機(jī)軸電流的防范效果好，對(duì)安全生產(chǎn)具有積極作用。
5 結(jié) 語
大功率永磁BLDCM轉(zhuǎn)子磁力很大，裝配難度較高，根據(jù)實(shí)際工況對(duì)電機(jī)軸承選型，密封性能更是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本文介紹各主要零部件的設(shè)計(jì)原理和思路，導(dǎo)向定位的裝配方式在長(zhǎng)期使用中效果顯著，甩水環(huán)的使用、止口的配合尺寸、O型圈的開槽尺寸直接影響到電機(jī)的防護(hù)等級(jí)和使用壽命，軸電流的處理方法也直接影響電機(jī)軸承的使用，文巾的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，具有一定的推廣價(jià)值。
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