专利名称：用于轴承状态监测的设备和方法
技术领域：
本发明大体涉及轴承电流，且更具体地，涉及监测轴承的状态的系统和方法。
背景技术：
旋转机械，诸如电动机，典型地包括支承轴的轴承，且这样的旋转机械典型地易于 经受由于轴承电流而引起的不正常的轴承磨损。典型地，旋转机械可能易于经受可导致轴 承电流的各种已知的轴电压源，诸如电磁感应、来自内部源的静电耦合以及来自外部源的 静电耦合。作为实例，该电流可自身表现为沿着电动机轴的中心穿过的轴向通量或者表现 为链接电动机轴的交流通量。不论机械是DC的还是AC的，且不论该机械是大马力电动机 还是小马力电动机，轴承电流都可产生。作为实例，轴向轴通量由围绕该轴的不平衡的安培圈、由破裂的转子杆、由残余磁 化或者由偏心空隙而产生。作为实例，交流通量可由于定子或转子芯体的不对称的磁属性 而产生，或者由于在电动机中导致不对称的通量路径的非均质钢而产生。这些电流可通过 导致放电穿过轴承滚珠和座圈、导致金属从其中传递出且进入润滑剂而导致旋转机械中的 轴承的过早故障。金属的该损失在表面中导致凹坑、凹陷以及不连续，这又会导致增大的轴 承电流。增大的轴承电流效果倾向于增大摩擦加热，在操作期间升高轴承的温度，且最终导 致轴承故障。增大的轴承电流效果可通过经由改进材料属性、构件容差、磁构件的不对称性等 等来解决前述缺点而被减轻到一定程度。然而，许多在当前的应用中使用的电力驱动器是 变速驱动器(VSD)，其涉及使用包括快速切换脉宽调制(PWM)半导体装置-诸如IGBT和 MOSFET的功率变换器。在操作的高频(直至若干MHz转换或者更高)时，电容耦合的电流 可流过可通常被认为是电绝缘体的路径。例如，作为实例，电流可流过磁线绝缘、定子槽衬、 电动机空隙、轴承润滑油以及定子槽顶棒。这样，增大的频率的操作会恶化轴承内的电流流 动的问题，从而导致早期寿命故障。因此，虽然作出努力来改进电动机设计以及减少早期 寿命故障的倾向性，但尽管如此轴承还是会经历由于高频操作而更加恶劣的穿过其中的电 流。可间接地监测轴承中的损坏进程，以便在灾难性的故障之前主动地采取矫正措施 来修复或者更换该轴承。然而，这样的方法典型地涉及使用刷或者昂贵的外部装备，且这样 的外部装备仅仅可实现轴承状态的间接指示，作为一个实例，诸如噪声。因此，合乎需要的是提供克服了前述缺点的、监测轴承的状态的设备和方法。
发明内容
根据本发明的一方面，一种电动机轴承状态监测系统包括一种组件，该组件包括 轴，联接到轴上的第一轴承座圈，多个轴承滚珠，以及经由该多个轴承滚珠联接到第一轴承 座圈上的第二轴承座圈。该组件的一部分具有编码在其上的磁场。该监测系统包括邻近经 磁化的组件定位并且构造成以便测量磁场的磁场传感器，以及构造成以便经由磁场传感器检测由于电流传送通过轴承滚珠而产生的磁场中的变化的处理单元。根据本发明的另一方面，一种方法包括提供轴承组件的构件，该构件包括第一轴 承座圈、第二轴承座圈以及轴承轴中的至少一个；对构件其中之一的至少一部分进行磁编 码(即以磁的方式进行编码)；将轴承组件的构件组装在一起；以及构造控制器，以便在轴 承组件的操作期间针对由于邻近经磁编码的部分的轴承电流而产生的磁化中的干扰来监 测磁�。约盎诒患嗖獾拇懦≡げ庵岢凶榧墓收�。根据本发明的另一方面，(提供了)一种设备，其包括轴、联接到轴上的第一轴承 座圈、联接到轴上的第二轴承座圈以及定位在第一轴承座圈与第二轴承座圈之间的多个轴 承滚珠。轴、第一轴承座圈的一部分以及第二轴承座圈的一部分其中之一被磁编码为基本 具有单个磁极化方向。根据以下的详细描述和附图，各种其它特征和优点将变得显而易见。
附图示出了目前构思的用于执行本发明的实施例。在附图中图1示出了结合了本发明的实施例的用于获得轴承寿命数据的流程图。图2示出了结合了本发明的实施例的用于获得轴承状态数据的流程图。图3示出了根据本发明的一个实施例的用于滚子轴承的经磁编码的环。图4是根据本发明的一个实施例的具有外部的经磁编码的环的滚子轴承的图示。图5是根据本发明的一个实施例的具有内部的经磁编码的环的滚子轴承的图示。图6示出了根据本发明的一个实施例的用于推力轴承的经磁编码的环。图7是根据本发明的一个实施例的具有经编码的环的推力轴承的图示。图8示出了根据本发明的一个实施例的经磁编码的轴。图9示出了根据本发明的一个实施例的经磁编码的轴。部件列表
权利要求
一种电动机轴承状态监测系统，包括经磁化的组件(200，240，350)，包括轴(400，440)；联接到所述轴(400，440)上的第一轴承座圈(202，242，354)；多个轴承滚珠(206，246)；经由所述多个轴承滚珠(206，246)联接到所述第一轴承座圈(202，242，354)上的第二轴承座圈(204，244，358)；其中，所述经磁化的组件(200，240，350)的一部分具有编码在其上的磁�。欢ㄎ怀闪诮鼍呕淖榧�(200，240，350)且构造成以便测量所述磁场的磁场传感器(214，254，360)；以及构造成经由所述磁场传感器(214，254，360)来检测由于电流传送通过所述轴承滚珠(206，246)而发生的磁场中的变化的处理单元(215，249，361)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁场永久地编码。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁场传感器(214，254，360)相对于具 有大体平行的磁化的磁通量场线的表面(208，251)垂直地定位。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁场传感器(214)定位成相对于具有 大体平行的磁化的磁通量场线的表面(217，251)相切。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一轴承座圈(202，242)包括内轴 承座圈，其中，所述第二轴承座圈包括外轴承座圈(204，244)，并且其中，所述多个轴承滚珠 (206，246)沿径向定位在所述内轴承座圈与所述外轴承座圈之间。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述组件另外包括附连到所述外轴承座 圈(204，244)和所述内轴承座圈(202，242)中的一个上的经磁编码的环(208，248)，其中， 所述经磁编码的环(208，248)包括具有永久地编码在其上的磁场的组件的部分。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一轴承座圈包括第一推力轴承座 圈(354)，且所述第二轴承座圈(358)包括第二推力轴承座圈，其中，所述轴承滚珠沿轴向 定位在所述第一推力轴承座圈(354)与所述第二推力轴承座圈(358)之间。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统包括附连到所述第一推力轴承 座圈(354)和所述第二推力轴承座圈(358)中的一个上的经磁编码的环(300)，其中，所述 经磁编码的环(300)包括具有永久地编码在其上的磁场的组件的部分。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁化基本仅仅在一个方向上极化。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁场基本垂直于穿过所述多个轴承 滚珠的电流密度矢量。
全文摘要
本发明涉及一种用于轴承状态监测的设备和方法。一种电动机轴承状态监测系统包括经磁化的组件(200，240，350)，该组件包括轴(400，440)、联接到轴(400，440)上的第一轴承座圈(202，242，354)、多个轴承滚珠(206，246)以及经由该多个轴承滚珠(206，246)联接到第一轴承座圈(202，242，354)上的第二轴承座圈(204，244，358)。经磁化的组件(200，240，350)的一部分具有编码在其上的磁场。该监测系统包括定位成邻近经磁化的组件(200，240，350)且构造成以便测量磁场的磁场传感器(214，254，360)，以及构造成以便经由磁场传感器(214，254，360)检测由于电流传送通过轴承滚珠(206，246)而引起的磁场中的变化的处理单元(215，249，361)。
文档编号G01N27/90GK101995433SQ20101026268
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者A·M·F·埃尔-雷菲, C·M·施勒, R·D·金 申请人:通用电气公司
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