绝缘轴承可以有效解决电机轴承电蚀现象

修正或者解决电动机和变速驱动导致轴承产生电蚀的方法有很多种，比如修正电缆的屏蔽、提高电动机底座的接地性、使用单相过滤器、在定子与转子之间安装电磁屏蔽、使转子接地或使用不导电的联轴器。然而，较简单的方法之一是使轴承绝缘，阻止电流通过。这可通过在轴箱中安装绝缘屏蔽或使轴承自身绝缘来实现，使轴承作为绝缘体是简单有效的方法(图1)。  

可通过2种方式使轴承作为绝缘体或阻止高频电流通过。一种方法是在外圈外径面或内圈内径面增加陶瓷涂层(图2)；第2种方法是使用陶瓷材料加工的滚动体。依据轴承的尺寸，前种方法可能比第2种更经济。  

陶瓷涂层一般为氧化铝，厚度为100微米左右。在直流电动机中，该涂层是具有50MΩ或更大阻值的纯绝缘体。陶瓷轴承与无涂层的标准轴承具有相同尺寸和公差(图3)。

交流电动机中的高频电流通过PWM变频器产生，陶瓷涂层或滚动体不作为纯粹的绝缘体或电阻器。在这种情况下须将所有的轴承零件、氧化铝涂层及轴承座考虑在内后构造等效电路图。在电阻器与电容器之间氧化铝涂层须被模拟成并联，这意味着须要考虑阻抗。考虑阻抗相当复杂，主要包括电阻R、电容C和频率f。为了增加轴承阻抗，涂层的电容应保持尽可能小。电容取决于表面涂层面积、涂层厚度以及涂层材料。阻抗与频率和电容与频率的影响如图4所示，可表达为 

式中：Z为阻抗；ω为角频率；ε为绝缘涂层的介电常数；ε0为真空中的介电常数；A为涂层面积；S为陶瓷涂层的厚度。  

通过减少涂层接触面积或增加涂层厚度可减少电容。虽然通常在外圈上喷涂层，但也可在内圈上喷涂层来替代，这取决于轴承尺寸。使用陶瓷滚动体也会减少轴承电容。

陶瓷滚动体轴承通常又称为混合陶瓷轴承(图5)，混合轴承中的陶瓷滚动体一般由氮化硅加工。对于直流电流，没有密封圈或密封罩的开放混合轴承是电阻约为几百兆欧的纯绝缘体。混合轴承是切断直流电流通过滚动体与滚道接触路线的非常有效的工具。PWM产生的高频电流使混合轴承的陶瓷滚动体可作为内圈与外圈之间的电介质。混合轴承的电容非常低(约为μμF)。氮化硅滚动体具有相对较大的直径、较小的滚道接触尺寸和低的相对介电常数εr，使其即使在达到1 MHz的频率下阻抗高于1 kΩ因此，混合轴承是预防轴承电损伤的一种非常有效的工具，尤其是对高频电流的损伤预防效果较好。

采用氮化硅滚动体的电机轴承推荐使用具有聚脲稠化剂和酯基油的脂作为润滑剂。研究发现，具有这些化学成分的脂在高速旋转及高工作温度的电动机中具有良好寿命。混合轴承中的润滑脂寿命可比标准轴承长4倍。轴承套圈上喷涂陶瓷层或采用陶瓷滚动体的电容通常比在轴承座中使用绝缘套管要低。这2个特性集成到轴承后，轴承更易安装。

案例1

北美一家主要的水泥生产商在炉渣烘干线的主离心风机中所用为具有1 200 hp的直流电动机，其可在750~1 800 r / min之间变频调速，由于轴承问题，每5周就需要更换或重新组装电动机。所用轴承为6230M/C3深沟球轴承。电蚀是轴承失效的根本原因。2012年8月，2套用陶瓷滚动体的6230M/C3深沟球轴承替代用钢制滚动体的正常轴承。电动机在2014年夏天因其他原因需要修理时，拆解发现轴承没有电蚀损伤迹象，轴承寿命从5周延长到2年以上。避免意外关闭和重新安装的成本，估计节约47 100美元/年。

案例2

在288 kW交流电动机驱动的立式辊磨机上，东南亚的水泥厂经历了长期的早期轴承失效。失效曾经每隔3~6个月就会发生，导致平均6 h的偶然停机时间和重大的生产力损失。轴承制造商通过分析断定失效的根本原因是杂散电流穿过电机轴承。解决方法是：外圈上喷涂陶瓷层的轴承安装在非驱动端，并在驱动端安装内圈上喷涂陶瓷层的轴承。轴承自2015年起运转超过3年且没有发现任何故障，节约超过68 000美元。

尽管陶瓷轴承的前期成本比标准滚动轴承粗略估计要高几倍甚至以上，但总成本显著降低且生产时的正常运行时间相应延长。