JP2003070204A - 回転電機の軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 万一軸受が接地してしまった場合でも、軸受
およびシャフトを損傷させない回転電機の軸受装置を提
供することにある。 【解決手段】 回転電機の軸受の軸絶縁部１４に加え、
回転電機のシャフト１２にブラシ２５を設け、また、ブ
ラシ２５と回転電機の軸受１３とを電気的に接続する接
続装置２６を設け、この接続装置２６でシャフト１２と
軸受１３とを同電位とする。これにより、軸受１３が何
らかの理由で接地した場合は、軸電圧による電流をシャ
フト１２からブラシ２５および軸受１３を通ってアース
部材に流れるようにする。従って、軸電圧によるアーク
がシャフト１２および軸受間に発生する恐れがなく、軸
受を保護することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機の回転子
のシャフトを支持する回転電機の軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転電機の回転子のシャフトには軸受装
置が設けられ、軸受装置の軸受とシャフトの間には潤滑
油が供給されてシャフトが円滑に回転するようにしてい
る。また、回転電機は製作上から磁気回路の不均衡を完
全には除去できないため、回転電機の運転中は回転子の
軸方向に軸電圧を生じることから、軸受と大地との間は
軸絶縁部で絶縁するようにしている。

【０００３】図６は、回転電機における軸絶縁部の役割
の説明図である。回転電機の回転子１１のシャフト１２
は、軸受１３により支持されている。軸受１３には軸絶
縁１４が備えられ、軸受１３を大地電位から浮かせてい
る。これは、回転子１１の磁気回路の不均衡から回転電
機の運転中は軸電圧Ｖが常時発生しており、軸受１３が
回転電機本体のアース部材１５などにより接地された場
合には、大地を経路とする閉回路１６が形成され軸電流
Ｉが流れるのを防止するためである。

【０００４】回転子シャフト１２と軸受１３の間には潤
滑油が供給されており、この潤滑油により電気的に絶縁
されているが、この絶縁が破壊されると、軸電圧Ｖによ
り永続的に軸電流Ｉが大地を経路とした閉回路に流れる
ことになる。この場合、シャフト１２と軸受１３との間
の電流はアークとなり、シャフト１２と軸受１３は共に
損傷する恐れがある。このため、軸受１３に軸絶縁部１
４を持たせ、この電流経路を形成させない工夫がされて
いる。

【０００５】図７は、この軸受装置の詳細図である。軸
受１３に対し内側ベアリング座１７と外側軸受ベアリン
グ座１８とがあり、各々軸絶縁部１４を有しており、外
側ベアリング座１８の電位を測定することにより、軸絶
縁部１４の健全性を確認できるようになっている。軸受
１３は潤滑油１９を介してシャフト１２を支持してお
り、軸受１３の近傍には潤滑油の飛散を防止するための
油切り部２０が設けられている。

【０００６】そして、軸受１３と内側ベアリング座１７
および外側軸受ベアリング座１８はベアリングブラケッ
ト２１で保持され、このベアリングブラケット２１はア
ース部材１５で接地されている。また、回転電機が大型
である場合やシステム上重要な位置を占める場合には、
軸振動の監視や軸受温度の監視を行うための軸振動計や
温度検出装置等の監視計測機器２２がベアリングブラケ
ット２１で保持して取り付けらることが多い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
監視計測機器２２がベアリングブラケット２１で保持し
て取り付けらると、軸電圧Ｖに対して軸絶縁部１４を設
けていても、軸受１３が接地してしまう恐れがある。

【０００８】これは、監視計測機器２２が絶縁処理なし
にベアリングブラケット２１に取り付けられることが多
いからである。監視計測機器２２が絶縁処理なしにベア
リングブラケット２１に取り付けられた場合には、監視
計測機器２２が油切り部２０に接触してしまうと、軸受
１３は、油切り部２０→監視計測機器２２→回転電動機
のアース部材１５の経路２３で接地されていることにな
る。このため、潤滑油１９の油膜が破壊されれば、シャ
フト１２および軸受１３は、経路２３が形成されること
により流れる軸電流Ｉで損傷する恐れが生じる。このよ
うに、従来においては軸絶縁部１４を設けた場合であっ
ても、軸受１３が接地してシャフト１２や軸受１３がア
ークにより損傷する可能性がある。

【０００９】本発明の目的は、万一軸受が接地してしま
った場合でも、軸受およびシャフトを損傷させない回転
電機の軸受装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる
回転電機の軸受装置は、回転電機の回転子シャフトを支
持する軸受を軸絶縁部により絶縁し、回転電機の回転子
に発生する軸電圧が軸受を通って接地されることを防止
した回転電機の軸受装置において、前記回転電機の回転
子シャフトに設けられたブラシと、前記ブラシと前記回
転電機の軸受とを電気的に接続し前記回転子シャフトと
前記軸受とを同電位とする接続装置とを備えたことを特
徴とする。

【００１１】請求項１の発明に係わる回転電機の軸受装
置においては、回転電機の軸受の軸絶縁部に加え、回転
電機のシャフトにブラシを設け、また、ブラシと回転電
機の軸受とを電気的に接続する接続装置を設け、この接
続装置でシャフトと軸受とを同電位とする。これによ
り、軸受が何らかの理由で接地した場合は、軸電圧によ
る電流をシャフトからブラシおよび軸受を通ってアース
部材に流れるようにする。従って、軸電圧によるアーク
がシャフトおよび軸受間に発生する恐れがなく、軸受を
保護することができる。

【００１２】請求項２の発明に係わる回転電機の軸受装
置は、請求項１の発明において、前記ブラシと前記軸受
とを接続する接続装置に電流を検出する検流計を設けた
ことを特徴とする。

【００１３】請求項２の発明に係わる回転電機の軸受装
置においては、軸受が接地した場合には、その接地電流
を検流計で検出し確認することができる。従って、シャ
フトと軸受との間での軸電圧によるアークの発生を早期
に知ることができる。

【００１４】請求項３の発明に係わる回転電機の軸受装
置は、請求項１の発明において、前記ブラシと前記軸受
とを接続する接続装置に過電流保護装置を設けたことを
特徴とする。

【００１５】請求項３の発明に係わる回転電機の軸受装
置においては、過電流保護装置はシャフトのブラシと軸
受とを接続する接続装置に過電流が流れたときは警報を
発するか、または、回転電機を停止させる。これによ
り、回転電機の保護を積極的に行なうことができる。

【００１６】請求項４の発明に係わる回転電機の軸受装
置は、請求項１の発明において、前記ブラシと前記軸受
とを接続する接続装置に開閉器を設けると共に、前記軸
受と大地との間の電圧が所定値以下となったときに前記
開閉器を閉じる電圧監視装置を設けたことを特徴とす
る。

【００１７】請求項４の発明に係わる回転電機の軸受装
置においては、電圧監視装置は、軸受と大地間との電圧
が所定値以下となった場合には、開閉器を閉として回転
子シャフトと軸受を同電位とする。これにより、軸受の
地絡事故が発生した場合に、シャフトと軸受との間でア
ークが発生することを防止する。

【００１８】請求項５の発明に係わる回転電機の軸受装
置は、請求項１の発明において、前記ブラシと前記軸受
とを接続する接続装置に開閉器を設けると共に、前記軸
受と前記回転子シャフトとの間の電圧が所定幅以上に変
動したときに前記開閉器を閉じる電圧監視装置を設けた
ことを特徴とする。

【００１９】請求項５の発明に係わる回転電機の軸受装
置においては、軸受が接地し回転子と軸受との間にアー
クが発生した場合には、軸受と回転子シャフトとの間の
電圧が所定幅以上に変動する。この場合に電圧監視装置
は開閉器を閉じてシャフトと軸受とを同電位とする。こ
れにより、軸受の地絡事故が発生した場合に、シャフト
と軸受との間でアークが継続して発生することを防止す
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる回転電
機の軸受装置の構成図である。なお、図１において、図
７と同一部分には同一符号を付し、その部分の構成の説
明は省略する。

【００２１】軸受１３を保持するベアリング座２４に軸
絶縁部１４が設けられており、軸受１３は潤滑油１９を
介してシャフト１２を支持している。軸受１３とベアリ
ング座２４はベアリングブラケット２１で保持され、こ
のベアリングブラケット２１はアース部材１５で接地さ
れている。

【００２２】また、軸振動の監視や軸受温度の監視を行
うための軸振動計や温度検出装置等の監視計測機器２２
が上部はベアリングブラケット２１で保持され下部は油
切り部２０に支持されて取り付けられている。

【００２３】また、シャフト１２にはブラシ２５が配置
され、このブラシ２５とベアリング座２４とを導体の接
続装置２６で接続して、シャフト１２と軸受１３とが同
電位となるように構成されている。

【００２４】シャフト１２と軸受１３とは同電位であ
り、潤滑油１９の油膜にかかる電圧はほぼ０Ｖである。
この状態において、例えば、ベアリング座２４が監視計
測機器２２により接地された場合には、シャフト１２と
軸受１３は同電位であるので、軸電流Ｉは、シャフト１
２→ブラシ２５→接続装置２６→ベアリング座２４（→
監視計測機器２２）→ベアリングブラケット２１→アー
ス１５部材の経路で流れる。従って、シャフト１２およ
び軸受１３との間の潤滑油１９の油膜を破壊したり、軸
受面をアークより損傷されることはない。また、シャフ
ト１２に異常電圧が生じた場合でも、シャフト１２と軸
受１３とが同電位となるため、やはり軸受面の損傷の危
険性を低減できる。

【００２５】このように第１の実施の形態によれば、シ
ャフト１２と軸受１３とは同電位であるので、軸受１３
が接地した場合でも軸受面の損傷を防止することができ
る。

【００２６】次に、本発明の第２の実施の形態を説明す
る。図２は本発明の第２の実施の形態に係わる回転電機
の軸受装置の構成図であり、図１と同一部分には同一符
号を付し、その部分の構成の説明は省略する。この第２
の実施の形態は、図１に示す第１の実施の形態に対し、
ブラシ２５と軸受１３とを接続する接続装置２６に電流
を検出する検流計２７を設けたものである。すなわち、
シャフト１２と軸受１３とを同電位とすると共に、接続
装置２６に内部抵抗の小さな検流計２７を配置し、軸電
流Ｉの検知を可能としたものである。

【００２７】接続装置２６でシャフト１２と軸受１３と
は接続されているので、シャフト１２と軸受１３とは同
電位であり、軸受１３とシャフト１２との間の潤滑油１
９の油膜にかかる電圧はほぼ０Ｖである。また、軸受１
３が接地していないときは、検流計２７の検出値は０で
ある。

【００２８】この状態において、監視計測機器２２など
により軸受１３が接地した場合には、シャフト１２と軸
受１３とは同電位であるので、軸電流Ｉは、シャフト１
２→ブラシ２５→検流計２７→接続装置２６→ベアリン
グ座２４（→軸受１３の外側）→監視計測機器２２→ベ
アリングブラケット２１→アース部材２５の経路で流れ
る。つまり、軸受１３とシャフト１２との間の潤滑油１
９には流れないので、潤滑油１９の油膜を破壊したり、
軸受面をアークより損傷することはない。また、シャフ
ト１２に異常電圧が生じた場合でも、軸受１３が同電位
に動くため、やはり軸受面の損傷の危険性を低減でき
る。

【００２９】さらに、このときに流れる軸電流Ｉは、検
流計２７により検知されるため、軸受１３が接地してい
ることを知ることができる。

【００３０】このように第２の実施の形態によれば、シ
ャフト１２と軸受１３とは同電位となり、軸受１３が接
地した場合でも、軸受面の損傷を防止することができる
と共に、軸受１３の接地を検流計２７により外部から検
知することができる。このため、回転電機の損傷の拡大
防止のために適切な処置を早期に講ずることが可能とな
る。

【００３１】次に、本発明の第３の実施の形態を説明す
る。図３は本発明の第３の実施の形態に係わる回転電機
の軸受装置の構成図であり、図１と同一部分には同一符
号を付し、その部分の構成の説明は省略する。この第３
の実施の形態は、図１に示す第１の実施の形態に対し、
ブラシ２５と軸受１３とを接続する接続装置２６に過電
流保護装置２８を設けたものである。

【００３２】すなわち、シャフト１２と軸受１３とを同
電位とすると共に、接続装置２６に過電流検出により動
作する過電流保護装置２８を配置し、軸受１３の接地事
故発生時の速やかな回転電機保護を可能としたものであ
る。

【００３３】接続装置２６でシャフト１２と軸受１３と
は接続されているので、シャフト１２と軸受１３とは同
電位であり、シャフト１２と軸受１３との潤滑油１９の
油膜にかかる電圧はほぼ０Ｖである。また、軸受１３が
接地していないときは、過電流保護装置２８にはほとん
ど電流が流れないので保護装置２８は動作しない。

【００３４】この状態において、監視計測機器２２など
により軸受１３が接地した場合には、軸電流Ｉは、シャ
フト１２→ブラシ２５→過電流保護装置２８→接続装置
２６→ベアリング座２４（→軸受１３の外側）→監視計
測機器２２→ベアリングブラケット２１→アース部材２
５の経路で流れる。つまり、軸受１３とシャフト１２と
の間の潤滑油１９には流れないので、潤滑油１９の油膜
を破壊したり、軸受面をアークにより損傷することはな
い。また、シャフト１２に異常電圧が生じた場合でも、
軸受１３が同電位に動くため、やはり軸受面の損傷の危
険性を低減できる。

【００３５】さらに、接地事故時に流れる軸電流Ｉによ
り、過電流保護装置２８が動作することにより、警報あ
るいは回転電機の自動停止により、回転電機の保護を速
やかに行なうことができる。

【００３６】このように第３の実施の形態によれば、シ
ャフト１２と軸受１３とは同電位となり、軸受１３が接
地した場合でも、軸受面の損傷を防止することができる
と共に、回転電機の保護を速やかに行なうことができ
る。

【００３７】次に、本発明の第４の実施の形態を説明す
る。図４は本発明の第４の実施の形態に係わる回転電機
の軸受装置の構成図であり、図１と同一部分には同一符
号を付し、その部分の構成の説明は省略する。この第４
の実施の形態は、図１に示す第１の実施の形態に対し、
ブラシ２５と軸受１３とを接続する接続装置２６に開閉
器２９を設けると共に、軸受１３と大地との間の電圧が
所定値以下となったときに開閉器２９を閉じる電圧監視
装置３０を設けたものである。

【００３８】図４において、軸受１３を保持するベアリ
ング座２４には軸絶縁部１４が備えられており、シャフ
ト１２にはブラシ２５が配置されている。ブラシ２５と
ベアリング座２４との間は接続装置２６で接続され、こ
の接続装置２６に開閉器２９を配置している。また、ベ
アリング座２４および接続装置２６を介して軸受１３と
大地間の電圧を監視する電圧監視装置３０を配置し、こ
の電圧監視装置３０が異常電圧（ほぼ０Ｖ）を検知した
場合に、電圧監視装置３０は開閉器２９を閉とする。こ
れにより、軸受１３が接地された場合にシャフト１２と
軸受１３とを同電位とし、シャフト１２と軸受１３との
潤滑油１９の油膜にアークが発生することを防止する。

【００３９】軸受１３が監視計測機器２２を介して接地
されていない状態においては、シャフト１２に発生する
軸電圧Ｖによる閉回路は形成されない。従って、シャフ
ト１２と軸受１３との潤滑油１９の油膜にアークが発生
することはない。

【００４０】この状態において、監視計測機器２２など
により軸受１３が接地した場合には、軸電圧Ｖは、０Ｖ
近くまで低下することから、電圧監視装置３０が異常を
検出し動作する。これにより、電圧監視装置３０は接続
装置２６上の開閉器２９を閉とし、シャフト１２と軸受
１３をを同電位とする。従って、軸電流Ｉは、シャフト
１２→ブラシ２５→開閉器２９→接続装置２６→ベアリ
ング座２４（→軸受１３の外側）→監視計測機器２２→
アース部材１５の経路で流れ、シャフト１２と軸受１３
との潤滑油１９の油膜にアークが発生することはない。
つまり、潤滑油１９の油膜を破壊したり、軸受面をアー
クより損傷することはない。

【００４１】このように第４の実施の形態によれば、通
常時には、軸受１３は大地に対して絶縁されているが、
軸受１３が接地した場合には、軸受面の損傷を防止する
ことができると共に、軸受１３の接地を外部より検知す
ることができる。このため、回転電機の損傷の拡大防止
のための適切な処置を講ずることが可能となる。

【００４２】次に、本発明の第５の実施の形態を説明す
る。図５は本発明の第５の実施の形態に係わる回転電機
の軸受装置の構成図であり、図１と同一部分には同一符
号を付し、その部分の構成の説明は省略する。この第５
の実施の形態は、図１に示す第１の実施の形態に対し、
ブラシ２５と軸受１３とを接続する接続装置２６に開閉
器３１を設けると共に、軸受１３とシャフト１２との間
の電圧が所定幅以上に変動したときに開閉器３１を閉じ
る電圧監視装置３２を設けたものである。

【００４３】図５において、軸受１３を保持するベアリ
ング座２４には軸絶縁部１４が備えられており、シャフ
ト１２にはブラシ２５が配置されている。ブラシ２５と
ベアリング座２４との間は接続装置２６で接続され、こ
の接続装置２６に開閉器３１を配置している。また、ベ
アリング座２４および接続装置２６を介して軸受１３と
シャフト１２との間の電圧を監視する電圧監視装置３２
が配置され、この電圧監視装置３２が異常電圧を検知し
たときに開閉器３１を閉とする。これにより、軸受１３
が接地された場合にシャフト１２と軸受１３とを同電位
とし、シャフト１２と軸受１３との潤滑油１９の油膜に
アークが発生することを防止する。

【００４４】軸受１３が監視計測機器２２を介して接地
されていない状態においては、シャフト１２に発生する
軸電圧Ｖによる閉回路は形成されない。従って、シャフ
ト１２と軸受１３との潤滑油１９の油膜にアークが発生
することはない。

【００４５】この状態において、監視計測機器２２など
により軸受１３が接地した場合には、シャフト１２と軸
受１３とに間にある潤滑油１９の油膜が健全である場合
には、潤滑油１９の油膜にて軸電圧をすべて受け持つこ
とができる。一方、運転の状態によっては潤滑油１９の
油膜を通じてアークが発生する可能性がある。このアー
クが発生すると、シャフト１２と軸受１３との間の電圧
は不安定になる。この電圧の異常事象を、ブラシ２５と
接続装置２６の間に設けた電圧監視装置３２で検出す
る。

【００４６】電圧監視装置３２は、シャフト１２と軸受
１３との間の電圧が所定幅以上に変動したことを検出し
たときは接続装置２６上の開閉器３１を閉とする。この
結果、シャフト１２と軸受１３とは同電位となり、軸電
流Ｉは、シャフト１２→ブラシ２５→開閉器３１→接続
装置２６→ベアリング座２４（→軸受１３の外側）→監
視計測機器２２→アース部材１５の経路で流れ、シャフ
ト１２と軸受１３との潤滑油１９の油膜にアークが発生
することはない。つまり、潤滑油１９の油膜を破壊した
り、軸受面をアークより損傷することはない。

【００４７】このように第５の実施の形態によれば、通
常時には、軸受１３は大地に対して絶縁されているが、
軸受１３が接地しシャフト１２と軸受１３との間にアー
クが発生した場合に、軸受面の損傷を防止することがで
きる。また、シャフト１２と軸受１３との間にアークが
発生する場合のみ、軸受１３を大地に接地するので永続
的な軸電流は防止できる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シャフトと軸受との電圧を同電位にするので、軸受の何
らかの接地が生じた場合でも、軸受面の損傷を防止する
ことが可能となる。また、検流計を設けた場合には軸受
の接地を検知することができ、過電流保護装置を設けた
場合には、軸受の接地に対し速やかな保護動作を行うこ
とができる。

【００４９】また、電圧監視装置および開閉器を設けた
ので、軸受の接地事象発生後に限定してシャフトと軸受
とを同電位にし、軸受の接地に対して保護動作を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる回転電機の
軸受装置の構成図。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる回転電機の
軸受装置の構成図。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係わる回転電機の
軸受装置の構成図。

【図４】本発明の第４の実施の形態に係わる回転電機の
軸受装置の構成図。

【図５】本発明の第５の実施の形態に係わる回転電機の
軸受装置の構成図。

【図６】回転電機の軸電圧発生の説明図。

【図７】従来の回転電機の軸受装置の構成図。

【符号の説明】

１１…回転子、１２…シャフト、１３…軸受、１４…軸
絶縁部、１５…アース部材、１６…閉回路、１７…内側
ベアリング座、１８…外側ベアリング座、１９…潤滑
油、２０…油切り部、２１…ベアリングブラケット、２
２…監視計測機器、２３…経路、２４…ベアリング座、
２５…ブラシ、２６…接続装置、２７…検流計、２８…
過電流保護装置、２９、３１…開閉器、３０、３２…電
圧監視装置。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転電機の回転子シャフトを支持する軸
   受を軸絶縁部により絶縁し、回転電機の回転子に発生す
   る軸電圧が軸受を通って接地されることを防止した回転
   電機の軸受装置において、前記回転電機の回転子シャフ
   トに設けられたブラシと、前記ブラシと前記回転電機の
   軸受とを電気的に接続し前記回転子シャフトと前記軸受
   とを同電位とする接続装置とを備えたことを特徴とする
   回転電機の軸受装置。
2. 【請求項２】 前記ブラシと前記軸受とを接続する接続
   装置に電流を検出する検流計を設けたことを特徴とする
   請求項１に記載の回転電機の軸受装置。
3. 【請求項３】 前記ブラシと前記軸受とを接続する接続
   装置に過電流保護装置を設けたことを特徴とする請求項
   １に記載の回転電機の軸受装置。
4. 【請求項４】 前記ブラシと前記軸受とを接続する接続
   装置に開閉器を設けると共に、前記軸受と大地との間の
   電圧が所定値以下となったときに前記開閉器を閉じる電
   圧監視装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載の
   回転電機の軸受装置。
5. 【請求項５】 前記ブラシと前記軸受とを接続する接続
   装置に開閉器を設けると共に、前記軸受と前記回転子シ
   ャフトとの間の電圧が所定幅以上に変動したときに前記
   開閉器を閉じる電圧監視装置を設けたことを特徴とする
   請求項１に記載の回転電機の軸受装置。