一种磁流体绝缘电机轴组件的制作方法

本申请涉及电机轴电流防护技术，具体涉及一种利用径向磁场保持绝缘磁流体、并按轴电压状态调节接地泄放阻抗的磁流体绝缘电机轴组件。

背景技术：

1、变频驱动电机中，功率器件的快速开关会形成共模电压。共模电压经定子、转子、轴承及机壳之间的寄生电容耦合到电机轴；当轴承油膜击穿或轴与机壳之间出现低阻通路时，瞬态轴电流可在轴承滚道形成点蚀和沟槽。随着点蚀扩大，轴承振动和温升进一步增加。

2、已有防护方式包括绝缘轴承、轴表面陶瓷层以及直接接地电刷。固态绝缘层在压装、热循环和径向跳动作用下可能产生裂纹或局部脱层；固定阻值的接地电刷虽然能够泄放电荷，但其接触磨损会随运行时间变化，并且持续低阻接地会增加不必要的环流。磁流体密封可随轴面微量位移保持密封，但常见结构以导磁壳体作为磁轭并直接连接机壳，未解决磁流体绝缘区的检测基准及异常轴电压的分级泄放问题。

3、因此，需要在有限轴向空间内同时处理三个相互关联的条件：绝缘介质应在旋转和热位移时保持圆周连续，磁路部件不应形成绕过该介质的导电支路，接地泄放能力还应随绝缘区两侧的电位差变化。仅增加绝缘厚度或仅设置接地电极，均难以同时满足上述条件。

技术实现思路

1、本申请提供一种磁流体绝缘电机轴组件。该组件包括电机壳、电机轴、轴承、磁流体密封装置、泄放电极、电压传感器和控制器。电机壳具有轴槽，电机轴可转动地穿过轴槽，轴承位于轴槽内并套设于电机轴。

2、磁流体密封装置设置在轴槽内，包括外环体、永磁体、极靴和磁流体。永磁体沿电机轴周向间隔设置，相邻永磁体之间设置极靴；极靴外端固定于外环体内壁，极靴工作端比永磁体更靠近电机轴。外环体采用导磁材料，分别接触永磁体背离电机轴的一侧和极靴外端，以使永磁体、极靴、外环体和电机轴构成低磁阻磁路。极靴工作端与电机轴表面之间形成环形间隙，径向约束磁场将电阻率大于ω·cm的磁流体保持在该环形间隙内，使磁流体沿电机轴圆周连续分布。

3、外环体与电机壳电绝缘。该设置使外环体既承担磁通回路的一部分，又构成磁流体绝缘区机壳侧的局部检测电极，避免外环体本身把环形间隙短接。外环体经偏置支路连接接地端，偏置支路的阻抗高于电阻调节子电路高阻档的阻抗，用于限定低频和静态条件下差分采样前端的共模范围而不承担轴电荷泄放。高频条件下不假定外环体保持接地电位，而是另行测量其对地瞬时电压。磁流体密封装置位于轴承远离轴槽空腔的一侧，泄放电极位于磁流体密封装置远离轴承的一侧。泄放电极与电机壳电绝缘固定，并通过弹性触点与电机轴外表面保持滑动接触。

4、泄放电极经设有电阻调节子电路的泄放电路连接接地端。电压传感器包括共用采样时钟的第一差分通道和第二差分通道：第一差分通道测量电机轴相对于外环体的带符号瞬时电压，第二差分通道测量外环体相对于接地端的带符号瞬时电压。控制器把同一采样时刻的与相加，得到重构轴—地电压。当的幅值连续高于第二阈值时，电阻调节子电路进入低阻档并保持预定时间；预定时间届满且的幅值连续低于第一阈值时，电阻调节子电路进入高阻档，第一阈值小于第二阈值。控制器还可计算的变化速率，当其绝对值超过速率阈值时，将电阻调至可调范围内的最小值。第一差分通道的另行用于记录磁流体绝缘区两侧的局部电位差，不把高频下可能随轴电位变化的外环体误当作固定地参考。

5、极靴工作端与电机轴表面的间距可为0.1mm～0.3mm。永磁体可沿电机轴径向充磁，其背离电机轴的一端为n极，靠近电机轴的一端为s极。极靴沿径向延伸，其横截面积从靠近电机轴的一端向远离电机轴的一端逐渐增大，以兼顾工作端磁通集中和外端安装强度。轴槽内壁可设置周向延伸的安装环槽，外环体的一部分嵌入安装环槽。磁流体可包括合成油绝缘基础液、表面活性剂和平均粒径小于15nm的磁性颗粒。

6、与固定固态绝缘层相比，磁流体可在径向跳动或热膨胀造成间隙局部变化时重新分布；与单独设置接地电刷相比，本申请以电绝缘外环体作为磁流体绝缘区一侧的局部检测电极，同时采集轴—环电压和环—地电压。两通道同步相加所得用于泄放触发，用于保留绝缘区局部状态信息。该分工不依赖外环体在脉冲频段保持固定电位，高阻偏置只限定共模范围。泄放电阻在满足第二阈值或变化率条件时降低，并以第一阈值控制退出。

1.一种磁流体绝缘电机轴组件，其特征在于，包括电机壳、电机轴、轴承、磁流体密封装置、泄放电极、电压传感器和控制器；

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述极靴工作端与电机轴表面的间距为0.1mm～0.3mm。

3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，永磁体沿电机轴径向充磁，背离电机轴的一端为n极，靠近电机轴的一端为s极。

4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，极靴沿电机轴径向延伸，极靴的横截面积从靠近电机轴的一端向远离电机轴的一端逐渐增大。

5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，轴槽的内壁设有沿电机轴周向延伸的安装环槽，外环体的一部分嵌入安装环槽。

6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，磁流体包括绝缘基础液、表面活性剂和平均粒径小于15nm的磁性颗粒，绝缘基础液为合成油。

7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，泄放电极的接触端设有弹性触点，弹性触点弹性抵接电机轴的外表面，并在电机轴转动时保持滑动接触。

8.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，第一差分通道连接电机轴的一端以开尔文分支方式连接于泄放电极与电机轴接触的接触端，偏置支路包括串联的高值电阻和限流保护元件；

9.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，控制器根据重构轴—地电压取得电压变化速率，并在电压变化速率的绝对值超过预设速率阈值时，将电阻调节子电路的电阻调节至其可调范围内的最小值；