JP2003235184A - 回転電機 - Google Patents

回転電機

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JP2003235184A
JP2003235184A JP2002025722A JP2002025722A JP2003235184A JP 2003235184 A JP2003235184 A JP 2003235184A JP 2002025722 A JP2002025722 A JP 2002025722A JP 2002025722 A JP2002025722 A JP 2002025722A JP 2003235184 A JP2003235184 A JP 2003235184A
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rotor
iron core
core
electric machine
shaft
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JP2002025722A
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English (en)
Inventor
Yuichi Kizaki
雄一 木崎
Kazuaki Nagaki
一昭 永木
Hiroyuki Koide
寛之 小出
Takao Fujii
崇男 藤井
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータ装置により駆動される交流電動機
等の軸受通電時に流れる軸電流を容易に減少することが
できる回転電機を提供する。 【解決手段】回転電機において、ヨーク鉄心2の背面側
に当該鉄心2を固定するために設ける溝部2Aの数を
n、極対数をpとしたときに、分数n/pを約分した後
の既約分数の分子を偶数としてある。また、ステータコ
イル5とスロット部4のロータ6側への開口部との間に
導電体もしくは強誘電体からなるスリーブ9を設けてあ
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、軸受として転がり
軸受などを用いた回転電機に係り、特にインバータ駆動
される同期電動機あるいは誘導電動機として好適な交流
電動機等の回転電機に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば、省エネルギーを目的とす
る用途に使われ、インバータ駆動される同期電動機とし
て好適な交流電動機等の回転電機は図3、図4のように
なっている。
【0003】図3は従来の表面磁石型ロータが使用され
る同期電動機の一例を示す側断面図、図4は図3に示す
表面磁石型ロータが使用される同期電動機の正断面図で
ある。なお、図4において、ハウジングは図示を省略し
ている。図3において、電動機のステータ11は、ハウ
ジング35の内周に取付けられると共に、ハウジング3
5の両側の開口部には負荷側ブラケット31および反負
荷側ブラケット32を嵌合して固定している、また、こ
れら負荷側ブラケット31、反負荷側ブラケット32に
は転がり軸受33、34を介して回転自在に回転軸18
が支承されており、回転軸18のステータ11との対向
側にロータ16が取り付けられる構造となっている。上
記のステータ11は、図4に示すようにヨーク鉄心12
と、ヨーク鉄心12の内周に等間隔で配列した歯部鉄心
13と、隣り合う歯部鉄心13の間に形成されたスロッ
ト部14に装入したステータコイル15と、ヨーク鉄心
12の背面側に等間隔で配列した該鉄心を固定するため
の、例えば略コの字状に切り欠いた溝部12Aとで構成
されている。なお、ヨーク鉄心12および歯部鉄心13
は電磁鋼鈑を積層してなるもので、当該積層鋼鈑を固定
する際は、積層鋼板の合わせ目となる溝部12Aの中に
棒状のものを嵌合したり、あるいは溶接などを施してい
る。それから、ロータ16はステータの歯部13の内周
側に空隙を介して対向するように配置されており、回転
軸18の外周に嵌合されると共に、当該ロータの表面に
リング状の永久磁石11が取り付けられている(例え
ば、特開平9−93845号公報)。
【0004】さらに、上記の表面磁石型ロータのほか
に、インバータ駆動される同期電動機として、ロータの
鉄心の内部に永久磁石を埋め込んだ内磁型ロータが提案
されている。図5は、従来の内磁型ロータが使用される
同期電動機のモータ部の平面図である、なお。ステータ
は図4の表面磁石型ロータと同じ構成のため、同一符号
を付してある。内磁型ロータの構成が図4に示すものと
異なる点は、ロータ26の表面に矩形状の永久磁石27
が取り付けられている点である(例えば、特開平11−
206051号公報)。
【0005】電動機は、磁気回路の不平衡により軸端間
に軸電圧を発生する。この電圧は、回転軸18、負荷側
の転がり軸受33、反負荷側の転がり軸受34という電
気回路を形成している。両側の軸受が短絡状態になった
場合、大きな軸電流が流れるが、発生電圧が低く、両側
軸受が同時に短絡状態になった場合のみ電流が流れるた
め、商用運転の電動機では、分割コアを用いる場合や大
きなコア背面に通風口を用いた場合などにしか問題にな
ることは無かった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電圧型PW
Mインバータ装置の中性点電圧の変動によって、インバ
ータ装置により駆動される電動機の回転軸とアース間
に、高周波誘導に基づいて発生する電圧(軸電位)が発
生する。この軸電位によって軸受油膜の絶縁破壊が生じ
ることによって、軸電圧回路上の軸受が導通状態にな
り、両側軸受に電食と呼ばれる腐食が発生するという問
題があった。
【0007】すなわち、上記の図3を用いて具体的に説
明すると、電動機はインバータ装置による中性点電圧の
変動に伴って、回転軸18を支持している転がり軸受3
3、34の内輪と外輪との間に存在する電位差が大きく
なり、転がり軸受33、34内に電流(軸電流)が流れ
易くなる。一方、このような電動機に生じる軸電圧は、
一般にモータの極対数をp、ヨーク鉄心12の溝部12
Aの数をnとした場合、分数n/pの既約分数の分子が
奇数の時、回転軸8と鎖交する磁束が非対称となり、増
大する傾向にある。また、その際の周波数はこの既約分
数の分子の数値を電源周波数にかけたものであると言わ
れている。例えば、図4および図5の従来技術に示した
電動機が、ヨーク鉄心12の溝部12Aの数nが9個の
場合を考えると、n/pの既約分数の分子の数は奇数で
あるから、回転軸8と鎖交する磁束が非対称となり、軸
電圧が増大する。この軸電圧は、回転軸18、転がり軸
受33、ブラケット31、ハウジング35、ブラケット
32、転がり軸受34の回路で電流を流そうとする。通
常は、転がり軸受33および34の油膜で絶縁されてい
るため、電流は流れないが、前述の通りインバータで駆
動することによって転がり軸受33、34に電流が流れ
やすくなるため、大きな短絡電流が流れる。その結果、
電動機は転がり軸受33、34の耐久性を悪化させるの
で、電食の発生を防止する対策が必要であった。
【0008】また、誘導電動機においては、軸電位を下
げ、電食の発生を防止する対策が従来からいくつか講じ
られてきた。具体的には、電動機ステータとロータ間の
ギャップを特に広くする手段、電動機ステータのロータ
との対向する側に導体板もしくは箔の他、アルミ箔、ま
たはプラスチックのフィルムに銅、アルミ等を蒸着した
もののような薄い非磁性体の金属板を設ける手段などで
ある(例えば、米国特許第5979087号)。
【0009】しかしながら、インバータ装置により駆動
される電動機が誘導電動機あるいは同期電動機であって
も、上記のような軸電圧を下げる対策を講じた場合、軸
電位を10ボルト程度でしか抑えることはできず、転が
り軸受部33、34の通電を完全に防止することはでき
なかった。そのため、軸端間に電流が流れ、負荷側、反
負荷側の転がり軸受33、34が電食を起こすことにな
る。
【0010】また、軸電位を低減する方法として、導電
グリースの採用や、アースブラシがある。これらの方策
はいずれも、軸電圧の回路が短絡されて完成する形とな
るため、軸端間に電流が流れ軸受が電食することにな
る。
【0011】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、インバータ装置により駆動される交流電動
機等の軸受通電時に流れる軸電流を容易に減少すること
ができる回転電機を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1の発明は、ハウジングおよびその両側開口
部に取付けられるブラケットからなる固定部と、前記ハ
ウジングの内周に取付けられたリング状のヨーク鉄心
と、前記ヨーク鉄心の内周側に等間隔で配列した歯部鉄
心と、隣り合う前記歯部鉄心の間に形成されたスロット
部に装入したステータコイルとより構成されるステータ
と、前記ブラケットに軸受を介し回転自在に支承された
回転軸と、前記回転軸に取付けられ、前記歯部鉄心の内
周側に空隙を介して対向させたロータと、を有する回転
電機において、前記ヨーク鉄心の背面側に当該鉄心を固
定するために設ける溝部の数をn、極対数をpとしたと
きに、分数n/pの既約分数の分子を偶数としたもので
ある。
【0013】また、請求項2の発明は、請求項1記載の
回転電機において、前記ステータコイルと前記スロット
部のロータ側への開口部との間に導電体もしくは強誘電
体からなるスリーブを設けたものである。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図1は本発明の実施例における表面磁石
型ロータを用いた同期電動機を示すものであって、
(a)はその正断面図、(b)は(a)のA部の拡大図
である。図において、1はステータ、2はヨーク鉄心、
2Aは溝部、3は歯部鉄心、4はスロット部、5はステ
ータコイル、6はロータ、7は永久磁石、8は回転軸、
9はスリーブである。なお、本実施例に係るモータ部を
備えた電動機の側断面図としては図示していないが、従
来装置である図3に示したものと同様のものであり、符
号31〜35の構成要素は電動機の共通な構成要素であ
ることからその説明を省略する。
【0015】本発明の特徴は以下のとおりである。すな
わち、ヨーク鉄心2の背面側に当該鉄心2を固定するた
めに設ける溝部2Aの数をn、極対数をpとしたとき
に、分数n/pを約分した後の既約分数の分子を偶数と
した点である。また、ステータコイル5とスロット部4
のロータ6側への開口部との間に導電体もしくは強誘電
体からなるスリーブ9を設けた点である。
【0016】次に、本実施例に係る軸電位を、等価回路
を用いて説明する。図2(a)は電動機に発生する軸電
位の説明図で、電動機各部位のインピーダンスと等価回
路を示すものである。なお、当該電動機は、図3におい
ては負荷側ブラケット31、反負荷側ブラケット32ま
たはハウジング35からなる外枠(外箱)の何れかがア
ースされ、接地点に接続されるようになっているものと
する。そこで、Vcは中性点電圧、Vbは軸電位を示す。
また、ステータコイル5、ヨーク鉄心2および歯部鉄心
3間の静電容量をC1、ステータコイル5とロータ6の
間の静電容量をC3、そして軸受33、34における内
輪と外輪間の静電容量をCb、ロータ6、ヨーク鉄心2
および歯部鉄心3間の静電容量をC2Gとすると、軸電位
bに関するモータの等価回路は図2に示すようにな
る。ここで、軸電位Vbは次式で表される。 Vb=C3・Vc/(C2G+Cb+C3
【0017】また、本実施例に係わる軸電圧を、等価回
路を用いて説明すると次にようになる。図2(b)は電
動機に発生する軸電圧の説明図である。負荷側の転がり
軸受33の抵抗をr1、反負荷側の転がり軸受34の静
電容量をr2、軸電圧をVsとすると、軸電圧Vsに関
するモータの等価回路は図3に示すようになる。ここ
で、軸電流Isは次式で表される。 Is=Vs/(r1+r2) 通常は軸受部の油膜によってr1、r2はほぼ無限大に
なるのだが、軸電位によって軸受が通電状態になると、
r1、r2は数オーム程度まで下がり、大きな軸電流が
流れることになる。
【0018】本実施例では、電動機において、ステータ
コイル5とスロット部4のロータ6側への開口部との間
に導電体もしくは強誘電体からなるスリーブ9を設けて
遮蔽すると、スロット部4からロータ6への静電容量が
遮断され、軸電位が下がる。
【0019】また、電動機において、ヨーク鉄心2の背
面側に当該鉄心を固定するために設ける溝部2Aの数を
n、極対数をpとしたときに、分数n/pの既約分数の
分子を偶数とすると、回転軸8と鎖交する磁束が対称と
なり、軸電圧を生じ難くする。
【0020】これにより、軸受通電時の軸電流Isを限
りなく零に近い値にすることができる。さらに、ステー
タコイル5とロータ6はシールドされ、各部位の静電容
量のうちステータコイル5とロータ6との間の静電容量
3は零に近い値になるため、電動機の軸電位Vbを大幅
に減少させることができる。
【0021】したがって、本発明の実施例は、回転電機
において、ヨーク鉄心2の背面側に当該鉄心2を固定す
るために設ける溝部2Aの数をn、極対数をpとしたと
きに、分数n/pを約分した後の既約分数の分子を偶数
とする構成にすると共に、ステータコイル5とスロット
部4のロータ6側への開口部との間に導電体もしくは強
誘電体からなるスリーブ9を設けるようにしたので、イ
ンバータ装置により駆動される交流電動機等の軸受通電
時に流れる軸電流を容易に下げ、スロット部4からロー
タ6への静電容量を遮断することができ、電食の発生を
防止することができる。
【0022】なお、本実施例の特徴であるステータ1に
設けたスリーブ9およびステータ1に設けた溝部2Aの
数nと極対数pとの関係を、表面磁石型ロータが使用さ
れる同期電動機について説明したが、内磁型ロータが使
用される同期電動機、あるいはそのほか誘導電動機等の
回転電機に適用しても構わない。
【0023】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、回転電
機において、回転電機において、ヨーク鉄心2の背面側
に当該鉄心2を固定するために設ける溝部2Aの数を
n、極対数をpとしたときに、分数n/pを約分した後
の既約分数の分子を偶数とする構成にすると共に、ステ
ータコイル5とスロット部4のロータ6側への開口部と
の間に導電体もしくは強誘電体からなるスリーブ9を設
けるようにしたので、インバータ装置により駆動される
交流電動機等の軸受通電時に流れる軸電流を容易に下
げ、スロット部4からロータ6への静電容量を遮断する
ことができ、電食の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における表面磁石型ロータを用
いた同期電動機を示すものであって、(a)はその正断
面図、(b)は(a)のA部の拡大図である。
【図2】電動機の軸電位と軸電圧の関係を説明したもの
であって、(a)は電動機に発生する軸電位の説明図
で、電動機各部位のインピーダンスと等価回路を示し、
(b)は電動機に発生する軸電圧の説明図である。
【図3】従来の表面磁石型ロータが使用される同期電動
機の一例を示す側断面図である。
【図4】図3に示す表面磁石型ロータが使用される同期
電動機の正断面図である。
【図5】従来の内磁型ロータが使用される同期電動機の
正断面図である、
【符号の説明】
1 ステータ 2 ヨーク鉄心 2A 溝部 3 歯部鉄心 4 スロット部 5 ステータコイル 6 ロータ 7 永久磁石 8 回転軸 9 スリーブ 31 負荷側ブラケット 32 反負荷側ブラケット 33、34 軸受(転がり軸受) 35 ハウジング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02K 21/14 H02K 21/14 M (72)発明者 小出 寛之 福岡県行橋市西宮市二丁目13番1号 安川 シーメンス オートメーション・ドライブ 株式会社内 (72)発明者 藤井 崇男 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石2番1号 株式会社安川テクノサポート内 Fターム(参考) 5H002 AA09 AB01 AC08 AE06 5H013 FF01 5H604 BB01 BB09 BB10 BB14 CC01 CC05 CC15 QC01 5H621 GA01 GA12

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ハウジングおよびその両側開口部に取付
    けられるブラケットからなる固定部と、 前記ハウジングの内周に取付けられたリング状のヨーク
    鉄心と、前記ヨーク鉄心の内周側に等間隔で配列した歯
    部鉄心と、隣り合う前記歯部鉄心の間に形成されたスロ
    ット部に装入したステータコイルとより構成されるステ
    ータと、 前記ブラケットに軸受を介し回転自在に支承された回転
    軸と、 前記回転軸に取付けられ、前記歯部鉄心の内周側に空隙
    を介して対向させたロータと、を有する回転電機におい
    て、 前記ヨーク鉄心の背面側に当該鉄心を固定するために設
    ける溝部の数をn、極対数をpとしたときに、分数n/
    pの既約分数の分子を偶数としたものであることを特徴
    とする回転電機。
  2. 【請求項2】 前記ステータコイルと前記スロット部の
    ロータ側への開口部との間に導電体もしくは強誘電体か
    らなるスリーブを設けたことを特徴とする請求項1記載
    の回転電機。
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