JP3068821B1 - Bearing current reduction device for rotating machine - Google Patents

Bearing current reduction device for rotating machine

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JP3068821B1
JP3068821B1 JP11075198A JP7519899A JP3068821B1 JP 3068821 B1 JP3068821 B1 JP 3068821B1 JP 11075198 A JP11075198 A JP 11075198A JP 7519899 A JP7519899 A JP 7519899A JP 3068821 B1 JP3068821 B1 JP 3068821B1
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康之 奥村
隆則 横山
正佳 東城
貴裕 朝井
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Abstract

【要約】 【課題】 回転機に発生するベアリング電流を低減させ
て軸受部の摩耗、回転軸の損傷、破壊を防止し、かつ長
時間使用しても保守する必要がないベアリング電流低減
装置を提供する。 【解決手段】 回転機の金属筐体とフレームを導線で接
続し、回転機の回転子軸に連結した回転軸に取付けた回
転する金属板と、フレームに取り付けた金属板との間で
静電容量を形成するように非接触で接近した位置に配置
させて、回転機の固定子と回転子との間のエアーギャッ
プ容量を十分大きく設定すれば、インバータより回転機
に供給される急峻な電圧変化に対する軸電圧挙動を非振
動でダンピングすることができ、さらに、軸電圧の収束
値となる直流成分も減少するので、放電直前の軸電圧を
抑圧して軸電圧の放電現象として発生するベアリング直
流を低減することができる。
The present invention provides a bearing current reducing device that reduces bearing current generated in a rotating machine to prevent wear of a bearing portion, damage and destruction of a rotating shaft, and that does not require maintenance even when used for a long time. I do. SOLUTION: A metal case of a rotating machine and a frame are connected by a conducting wire, and electrostatic force is generated between a rotating metal plate attached to a rotating shaft connected to a rotor shaft of the rotating machine and a metal plate attached to the frame. If the air gap capacity between the stator and the rotor of the rotating machine is set large enough by placing them in a non-contact close position so as to form a capacity, the steep voltage supplied to the rotating machine from the inverter The shaft voltage behavior with respect to changes can be damped without vibration, and the DC component that becomes the convergence value of the shaft voltage also decreases, so the shaft voltage immediately before the discharge is suppressed and the bearing DC that occurs as a shaft voltage discharge phenomenon Can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、回転機の軸受部に
流れるベアリング電流を低減する誘導機のベアリング電
流低減装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bearing current reducing device for an induction machine for reducing a bearing current flowing through a bearing of a rotating machine.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、誘導機を始めとする回転機を回転
数制御する方法としてインバータ等の電力変換機によっ
て駆動するのが一般的となってきた。インバータ駆動の
方式として電圧形PWMインバータが最も良く知られて
いる。この種のインバータ駆動方式では、変調正弦波信
号の振幅に比例したパルス幅の一定キャリア周期を持つ
矩形波状の電圧パルス列を誘導機に印加して、誘導機の
固定子巻き線に流れる電流を変調正弦波信号の周波数に
等しい正弦波が流れるようにして誘導機を駆動する。
2. Description of the Related Art In recent years, it has become common to drive a rotating machine such as an induction machine by a power converter such as an inverter as a method of controlling the number of revolutions. A voltage-type PWM inverter is best known as an inverter driving method. In this type of inverter drive system, a rectangular wave-shaped voltage pulse train having a constant carrier cycle with a pulse width proportional to the amplitude of the modulated sine wave signal is applied to the induction machine, and the current flowing through the stator winding of the induction machine is modulated. The induction machine is driven such that a sine wave equal to the frequency of the sine wave signal flows.

【0003】さて、最近の高速電力用半導体素子の発展
に伴って、電圧形PWMインバータのキャリア周波数の
高周波化が進み、インバータのスイッチング時に生じる
急峻な電圧変化に起因して発生する誘導機のベアリング
電流による軸受部の不具合が指摘されている。このベア
リング電流には、例えば、「PWMインバータによって
発生する誘導電動機のベアリング電流」(ショータン・
チェン、アイイーイーイー・トランザンクション・オン
・エナジーコンバージョン、11号1巻ナンバー1、1
996年3月)(Analysis of Induc
tion Motor Bearing Curren
ts Caused by PWM Inverter
s、IEEE Transactions on En
ergyConversion.Vol.11,No.
1,March 1996)に紹介されているように、
振幅が最も大きく頻繁に発生する放電モードのベアリン
グ電流がある。この種のベアリング電流は、インバータ
から誘導機の巻き線に供給される立ち上がりの急峻なコ
モンモード電圧が、誘導機の巻き線と固定子間の結合容
量、巻き線と回転子間の結合容量および固定子と回転子
間のエアーギャップ容量によって構成される閉じた回路
系に印加されたときに発生する応答電圧として、固定子
と回転子間の静電容量に蓄積された静電圧の放電現象と
して発生するものである。固定子と回転子間の静電容量
に蓄積された軸電圧が、軸受部の油膜を絶縁破壊させて
軸受部を導通状態にさせ、軸受部を介して静電容量に蓄
積された軸電圧を放電させるとき流れる放電電流が放電
モードのベアリング電流である。
[0003] With the recent development of semiconductor devices for high-speed power, the carrier frequency of a voltage-type PWM inverter has been increased, and the bearing of an induction machine generated due to a steep voltage change generated at the time of switching of the inverter. It has been pointed out that a failure of the bearing portion due to electric current has occurred. This bearing current includes, for example, “the bearing current of an induction motor generated by a PWM inverter”
Chen, IEE Transaction on Energy Conversion, Vol. 11, No. 1, Volume 1, 1
(March 996) (Analysis of Induc)
Tion Motor Bearing Curren
ts Caused by PWM Inverter
s, IEEE Transactions on En
ergyConversion. Vol. 11, No.
1, March 1996),
There is a discharge mode bearing current with the largest amplitude and frequently occurring. In this type of bearing current, the steep rising common mode voltage supplied from the inverter to the winding of the induction machine causes the coupling capacity between the winding of the induction machine and the stator, the coupling capacity between the winding and the rotor, and As a response voltage generated when applied to a closed circuit constituted by the air gap capacity between the stator and the rotor, as a discharge phenomenon of static voltage accumulated in the electrostatic capacity between the stator and the rotor What happens. The shaft voltage accumulated in the capacitance between the stator and the rotor causes the oil film of the bearing to break down to make the bearing conductive, and the shaft voltage accumulated in the capacitance via the bearing is reduced. The discharge current flowing when discharging is the bearing current in the discharge mode.

【0004】図7は従来のPWMインバータに駆動され
た誘導機の原理的回路図を示し、図8は従来のPWMイ
ンバータに駆動された誘導機の各部の波形を説明する説
明図である。図7、図8を併用して、PWMインバータ
が誘導機巻き線系にコモンモード電圧を供給するコモン
モード電圧の発生メカニズムを説明する。
FIG. 7 is a circuit diagram showing the principle of an induction machine driven by a conventional PWM inverter, and FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining waveforms at various parts of the induction machine driven by a conventional PWM inverter. The generation mechanism of the common mode voltage that supplies the common mode voltage to the induction motor winding system by the PWM inverter will be described with reference to FIGS. 7 and 8.

【0005】図7において、インバータ101はスイッ
チング素子102〜107および直流電源108から成
り、インバータ101のR相、S相およびT相出力端子
109〜111は誘導機112の固定子巻き線113
のR相、S相およびT相タップ114〜116にそれぞ
れ結線されている。誘導機112のフレームグランド端
子117は、インバータ101のフレームグランド端子
118に接続され、さらに、フレームグランド端子11
8は大地にアース接続されている。
[0005] In FIG. 7, an inverter 101 comprises switching elements 102 to 107 and a DC power supply 108, and R, S and T phase output terminals 109 to 111 of the inverter 101 are connected to a stator winding 113 of an induction machine 112.
, S-phase, and T-phase taps 114 to 116 respectively. The frame ground terminal 117 of the induction machine 112 is connected to the frame ground terminal 118 of the inverter 101.
8 is grounded to the ground.

【0006】図8の(a),(b),(c)はキャリア
波信号Vcと各相のインバータ指令値UR、US、UTとの
比較により、インバータ101におけるON−OFF制
御信号の形成を説明するものである。図8において、横
軸を時間軸にとり、図8の(a),(b),(c)の太
線で図示された正弦波がインバータ101のRS、T各
相のインバータ指令値(UR,US,UT)を示す。同図
上に三角波状の細線で示された波形がキャリア波信号V
Cである。キャリア波信号VCがインバータ指令値UR
S、UTよりも低いときは、該当するスイッチング素子
102〜104側が導通し、スイッチング素子105〜
107側が非導通となる。逆に、キャリア波信号VC
インバータ指令値UR、US、UTよりも高いときは、該
当するスイッチング素子102〜104側が非導通とな
り、スイッチング素子105〜107側が導通となる。
[0006] in FIG. 8 (a), (b) , (c) the carrier wave signal V c and each phase of the inverter command value U R, U S, by comparison with U T, ON-OFF control in the inverter 101 This is for explaining the formation of a signal. 8, the horizontal axis is the time axis, and the sine waves shown by the thick lines in FIGS. 8A, 8B, and 8C are the inverter command values (U R , U S , U T ). The waveform shown by the triangular thin line in FIG.
C. Carrier wave signal V C is an inverter command value U R,
When it is lower than U S and U T , the corresponding switching elements 102 to 104 are turned on, and the switching elements 105 to 105 are turned on.
The 107 side becomes non-conductive. Conversely, the carrier wave signal V C is an inverter command value U R, U S, is higher than U T, the corresponding switching elements 102 to 104 side becomes non-conductive, the switching element 105 to 107 side becomes conductive.

【0007】図8の(d),(e),(f)は図7に図
示されるスイッチング素子のアーム対(102,10
5),(103,106),(104,107)の中間
点と大地との間に形成される電圧VR,VS,VTを示
す。説明の簡略化のため図8の(a),(b)でR相に
おける関係について説明する。キャリア波電圧VCがイ
ンバータ指令値URより高いときは、スイッチング素子
105が導通しアーム対(102,105)と大地間の
電圧VRは零となる。尚、Edは直流電流108の両端の
電圧値である。次に、キャリア波電圧VCがインバータ
指令値URより低いときは、スイッチング素子102が
導通しアーム対(102,105)と大地間の電圧VR
は+Edとなる。
FIGS. 8 (d), (e) and (f) show the pair of arms (102, 10) of the switching element shown in FIG.
5) Voltages V R , V S , and V T formed between the midpoint of (103, 106) and (104, 107) and the ground. The relationship in the R phase will be described with reference to FIGS. When the carrier wave voltage V C is higher than the inverter command value U R , the switching element 105 becomes conductive, and the voltage V R between the arm pair (102, 105) and the ground becomes zero. Here, Ed is a voltage value at both ends of the DC current 108. Next, when the carrier wave voltage V C is lower than the inverter command value U R , the switching element 102 conducts, and the voltage V R between the arm pair (102, 105) and the ground.
It becomes + E d.

【0008】図8の(G)は巻き線113に印可される
コモンモード電圧の関係を示す。
FIG. 8G shows the relationship between the common mode voltages applied to the winding 113.

【0009】巻き線113の中性点119の大地を基準
とする電位、すなわち、中性点電位VNOは、通常、上述
の電圧VR,VS,VTの平均電圧(数1)となる。
The potential with respect to the ground at the neutral point 119 of the winding 113, that is, the neutral point potential V NO is usually equal to the average voltage (Equation 1) of the above-mentioned voltages V R , V S and V T. Become.

【0010】[0010]

【数1】 (Equation 1)

【0011】ゆえに、中性点電位VNOには、上述の電圧
R,VS,VT三相分を重ね合わせたコモンモードの電
圧が発生している。すなわち、中性点電位VNOにはPW
Mスイッチングパターン3相分を重ね合せた波形が発生
することになる。
Therefore, at the neutral point potential V NO , a common mode voltage is generated in which the above-mentioned three phases of the voltages V R , V S and V T are superimposed. That is, the neutral point potential V NO has PW
A waveform in which three phases of the M switching pattern are superimposed is generated.

【0012】図9は、従来のインバータ駆動された誘導
機のコモンモード等価回路図である。図に示すように、
誘導機112には、巻き線113と固定子120との間
に結合容量121が存在し、また、巻き線113と回転
子122との間にも結合容量123が存在している。さ
らに、固定子120と回転子122との間にはエアーギ
ャップ容量124が存在している。ここでは、誘導機が
適当な回転数で回転して軸受装置125が流体潤滑モー
ドとなっている場合について考える。この場合、軸受装
置125は非導通状態となるが、巻き線113、結合容
量121、結合容量123、および、エアーギャップ容
量124によって図示するような閉じた回路系126が
構成される。インバータ101から巻き線113と固定
子120との間にコモンモード電圧ei(t)が印加さ
れると、閉じた回路系126を介してエアーギャップ容
量124の両端に軸電圧Vrs(t)が発生する。すなわ
ち、インバータ101が供給するコモンモード電圧ei
(t)に対する閉じた回路系126の応答電圧として軸
電圧Vrs(t)が発生する。
FIG. 9 is a common mode equivalent circuit diagram of a conventional inverter-driven induction machine. As shown in the figure,
In the induction machine 112, a coupling capacitance 121 exists between the winding 113 and the stator 120, and a coupling capacitance 123 also exists between the winding 113 and the rotor 122. Further, an air gap capacity 124 exists between the stator 120 and the rotor 122. Here, a case is considered where the induction machine rotates at an appropriate rotation speed and the bearing device 125 is in the fluid lubrication mode. In this case, although the bearing device 125 is in a non-conductive state, the winding 113, the coupling capacitance 121, the coupling capacitance 123, and the air gap capacitance 124 form a closed circuit system 126 as illustrated. When the common mode voltage e i (t) is applied between the winding 113 and the stator 120 from the inverter 101, the shaft voltage V rs (t) is applied to both ends of the air gap capacitance 124 via the closed circuit system 126. Occurs. That is, the common mode voltage e i supplied by the inverter 101
An axis voltage V rs (t) is generated as a response voltage of the closed circuit system 126 to (t).

【0013】図10は、従来のインバータ駆動された誘
導機の簡略化コモンモード等価回路図である。図に示す
ように、巻き線113は、抵抗127とインダクタンス
128の直列回路に置き換えられている。巻き線113
と固定子120との間の結合容量121は結合容量12
9、130に、巻き線113と回転子122との間の総
合容量123は結合容量131、132に簡略化されて
いる。固定子120と回転子122との間のエアーギャ
ップ容量124は、前述した巻き線113の抵抗127
とインダクタンス128と結合容量129〜132とで
閉じた回路系126を構成するように接続されている。
コモンモード電圧ei(t)が結合容量129の両端に
印可されると、閉じた回路系126を経てエアーギャッ
プ容量124の両端に軸電圧Vrs(t)が発生する。す
なわち、インバータが供給するコモンモード電圧に対す
る閉じた回路系126の応答電圧として軸電圧が発生す
る。同図で図示するように、抵抗133、インダクタン
ス134、およびスイッチ135は、軸受装置125の
等価回路を示すものである。誘導機112が停止または
低速で回転しているとき、軸受装置125は境界潤滑状
態となりスイッチ135は常に導通状態となり、エアー
ギャップ容量124には軸電圧は発生しない。誘導機1
12が適当な回転数で回転しているとき、軸受装置12
5は流体潤滑となりスイッチ135は普段は非導通状態
となるが、ときどき導通状態となる。ゆえに、軸受装置
125が流体潤滑となる場合では、軸受装置125が非
導通状態のとき、前述した理由からエアーギャップ容量
124に軸電圧が蓄積されるが、ときどき、軸受装置1
25が導通状態となると、エアーギャップ容量124に
蓄積された軸電圧は、抵抗133,インダクタンス13
4およびスイッチング135を経て放電する。このと
き、抵抗133,インダクタンス134、およびエアー
ギャップ容量124より成る直列共振回路が構成される
が、エアーギャップ容量124に充電された軸電圧がこ
の直列共振回路を経て流れる放電電流が放電モードのベ
アリング電流となる。
FIG. 10 is a simplified common mode equivalent circuit diagram of a conventional inverter-driven induction machine. As shown, the winding 113 is replaced by a series circuit of a resistor 127 and an inductance 128. Winding 113
The coupling capacitance 121 between the stator and the stator 120 is the coupling capacitance 12
9 and 130, the total capacitance 123 between the winding 113 and the rotor 122 is simplified to coupling capacitances 131 and 132. The air gap capacity 124 between the stator 120 and the rotor 122 is determined by the resistance 127 of the winding 113 described above.
, An inductance 128 and coupling capacitances 129 to 132 to form a closed circuit system 126.
When the common mode voltage e i (t) is applied to both ends of the coupling capacitance 129, the shaft voltage V rs (t) is generated across the air gap capacitance 124 via the closed circuit system 126. That is, the shaft voltage is generated as a response voltage of the closed circuit system 126 to the common mode voltage supplied by the inverter. As shown in the figure, a resistor 133, an inductance 134, and a switch 135 indicate an equivalent circuit of the bearing device 125. When the induction machine 112 is stopped or rotating at a low speed, the bearing device 125 is in a boundary lubrication state, the switch 135 is always in a conductive state, and no shaft voltage is generated in the air gap capacity 124. Induction machine 1
12 is rotating at a suitable speed, the bearing device 12
5 is fluid lubrication and the switch 135 is normally in a non-conductive state, but is sometimes in a conductive state. Therefore, when the bearing device 125 is in fluid lubrication, when the bearing device 125 is in a non-conductive state, the shaft voltage is accumulated in the air gap capacity 124 for the above-described reason.
When the connection 25 is in the conductive state, the shaft voltage accumulated in the air gap capacitance 124 becomes the resistance 133 and the inductance 13
4 and switching 135. At this time, a series resonance circuit composed of the resistor 133, the inductance 134, and the air gap capacitance 124 is formed. A shaft current charged in the air gap capacitance 124 flows through the series resonance circuit to generate a discharge current. It becomes a current.

【0014】図11は、コンピュータシュミレーション
を使って計算させた軸電圧の波形と、実際に測定した軸
電圧の波形を比較したタイムチャートである。
FIG. 11 is a time chart comparing a shaft voltage waveform calculated using computer simulation with a shaft voltage waveform actually measured.

【0015】図11の(b)は、図10に示す簡略化コ
モンモード等価回路に適当な回路常数を設定し、図11
の(a)で示す振幅Ed/3の階段状波形をコモンモー
ド電圧とした場合において、コンピュータシュミレーシ
ョンを使って、エアーギャップ容量124の両端に応答
電圧として発生する軸電圧を計算させた波形を示す。
FIG. 11B shows an example in which an appropriate circuit constant is set in the simplified common mode equivalent circuit shown in FIG.
In the case where the step-like waveform having the amplitude E d / 3 shown in FIG. 7A is used as a common mode voltage, a waveform obtained by calculating a shaft voltage generated as a response voltage at both ends of the air gap capacitance 124 using a computer simulation. Show.

【0016】図11の(c)は、軸受装置125が常に
非導通状態となる場合において、実際に測定した軸電圧
の波形を示す。図を見て明らかなように、コンピュータ
シュミレーションにより計算した軸電圧(b)は、実際
に測定した軸電圧(c)とほとんど同等であり、簡易化
コモンモード等価回路に基づきコンピュータシュミレー
ションを使って計算した軸電圧波形が、実際の誘導機で
測定される軸電圧波形を良く再現していることがわか
る。
FIG. 11C shows a waveform of the shaft voltage actually measured when the bearing device 125 is always in a non-conductive state. As is clear from the figure, the shaft voltage (b) calculated by the computer simulation is almost the same as the shaft voltage (c) actually measured, and is calculated using the computer simulation based on the simplified common mode equivalent circuit. It can be seen that the obtained shaft voltage waveform well reproduces the shaft voltage waveform measured by the actual induction machine.

【0017】図10の簡易型コモンモード等価回路にお
いて、コモンモード電圧ei(t)に対する、軸電圧V
rs(t)の応答を現す閉じた回路系126の伝達関数を
G(S)とすると、伝達関数G(S)は定義から以下の
(数2)で示す式となる。
In the simplified common mode equivalent circuit shown in FIG. 10, the shaft voltage V with respect to the common mode voltage e i (t) is
Assuming that the transfer function of the closed circuit system 126 representing the response of rs (t) is G (S), the transfer function G (S) is defined by the following equation (2) by definition.

【0018】[0018]

【数2】 (Equation 2)

【0019】ただし、Vrs(S),Ei(S)は、それ
ぞれ、Vrs(t),ei(t)のラプラス変換式であ
る。
Here, V rs (S) and E i (S) are Laplace transform equations of V rs (t) and e i (t), respectively.

【0020】図10の簡易型コモンモード等価回路にお
いて、R1は抵抗127の抵抗、L1はインダクタンス1
28のインダクタンス、C10は結合容量129の静電容
量、C11は結合容量130の静電容量、C20は結合容量
131の静電容量、C21は結合容量132の静電容量、
3はエアーギャップ容量124の静電容量とおいて回
路方程式をたてた後、伝達関数G(S)について解く
と、伝達関数G(S)は以下の(数3)で示す式とな
る。
In the simplified common mode equivalent circuit of FIG. 10, R 1 is the resistance of the resistor 127, and L 1 is the inductance of 1
28 of the inductance, the capacitance to C 10 is coupling capacitor 129, C 11 is the capacitance of the coupling capacitor 130, C 20 is the capacitance of the coupling capacitor 131, the capacitance of C 21 is coupling capacitor 132,
When the transfer function G (S) is solved after forming a circuit equation with C 3 being the capacitance of the air gap capacity 124, the transfer function G (S) is represented by the following equation (3).

【0021】[0021]

【数3】 (Equation 3)

【0022】ここでζは減衰係数,ωnは角周波数,α
は係数,Aは係数で、それぞれ(数4),(数5),
(数6),(数7)で示す式のことである。
Where ζ is an attenuation coefficient, ω n is an angular frequency, α
Is a coefficient and A is a coefficient, which are (Equation 4), (Equation 5),
Equations shown in (Equation 6) and (Equation 7).

【0023】[0023]

【数4】 (Equation 4)

【0024】[0024]

【数5】 (Equation 5)

【0025】[0025]

【数6】 (Equation 6)

【0026】[0026]

【数7】 (Equation 7)

【0027】インバータより振幅Ed/3の階段状波形
が誘導機に印加された場合、すなわち、コモンモード電
圧Ei(S)を(数8)としたとき
When a step-like waveform having an amplitude of E d / 3 is applied to the induction machine from the inverter, that is, when the common mode voltage E i (S) is represented by (Equation 8)

【0028】[0028]

【数8】 (Equation 8)

【0029】応答電圧として発生する軸電圧Vrs(S)
は(数3)および(数8)より(数9)となる。
The shaft voltage V rs (S) generated as a response voltage
Becomes (Equation 9) from (Equation 3) and (Equation 8).

【0030】[0030]

【数9】 (Equation 9)

【0031】(数9)の第1項は直流成分で、第2項は
2次遅れ要素だから、減衰係数ζの値が(数10)とな
るとき
The first term of (Equation 9) is a DC component, and the second term is a second-order lag element.

【0032】[0032]

【数10】 (Equation 10)

【0033】軸電圧Vrs(S)は振動しつつ直流成分V
rs0に収束する。
The shaft voltage V rs (S) vibrates while the DC component V
converge to rs0 .

【0034】減衰係数ζの値が(数11)となるときWhen the value of the attenuation coefficient ζ becomes (Equation 11)

【0035】[0035]

【数11】 [Equation 11]

【0036】軸電圧Vrs(S)は非振動となり直流成分
rs0に収束する。
The shaft voltage V rs (S) does not vibrate and converges on the DC component V rs0 .

【0037】ここで、直流成分Vrs0は(数12)に示
す式のことである。
Here, the DC component V rs0 is an equation shown in (Equation 12).

【0038】[0038]

【数12】 (Equation 12)

【0039】ここで、(数12)に(数5)、(数
6)、(数7)を代入すると(数13)となる。
Here, (Equation 13) is obtained by substituting (Equation 5), (Equation 6), and (Equation 7) for (Equation 12).

【0040】[0040]

【数13】 (Equation 13)

【0041】図12は、従来のインバータ駆動された誘
導機において、減衰係数ζの値の選び方によって変化す
る軸電圧の波形を説明した説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the waveform of the shaft voltage which changes in the conventional inverter-driven induction machine depending on how the value of the attenuation coefficient 減 衰 is selected.

【0042】図12の(a)で示すような振幅Ed/3
の階段状波形がコモンモード電圧ci(t)として印加
された場合、閉じた回路系126の応答電圧として発生
する軸電圧Vrs(t)は、2次遅れ要素のインデシャル
応答としての挙動を示す。すなわち、減衰係数ζが(数
11)で示す範囲内にある場合、2次遅れ要素は過制動
または臨界制動となるから、図12の(b)で図示する
ように、軸電圧Vrs(t)は非振動となり直流成分V
rs0に収束する。次に、減衰係数ζが(数10)で示す
範囲内にある場合、2次遅れ要素は不足制動となるか
ら、図12の(c)で図示するように、軸電圧V
rs(t)は振動しつつ直流成分Vrs0に収束する。この
場合、減衰係数ζが1と比較して小さくなればなるほど
振動の程度も激しくなる。通常の誘導機では、減衰係数
ζは(数10)の範囲内となり、軸電圧は振動しつつ直
流成分Vrs0に収束する。
The amplitude E d / 3 as shown in FIG.
Is applied as the common mode voltage c i (t), the shaft voltage V rs (t) generated as the response voltage of the closed circuit system 126 behaves as the initial response of the secondary delay element. Show. That is, when the damping coefficient 内 is within the range shown by (Equation 11), the second-order lag element is over-braking or critical braking, and therefore, as shown in FIG. 12B, the shaft voltage V rs (t ) Is non-vibrating and the DC component V
converge to rs0 . Next, when the damping coefficient 内 is within the range shown by (Equation 10), the second-order lag element is under-damped, so that the shaft voltage V as shown in FIG.
rs (t) converges on the DC component V rs0 while oscillating. In this case, as the damping coefficient ζ becomes smaller than 1, the degree of vibration increases. In a normal induction machine, the damping coefficient 内 falls within the range of ( Equation 10), and the shaft voltage converges on the DC component Vrs0 while oscillating.

【0043】図13は、従来のインバータ駆動された誘
導機について、最も大きなベアリング電流が発生する瞬
間におけるコモンモード電圧、軸電圧およびベアリング
電流を説明した説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating the common mode voltage, the shaft voltage and the bearing current at the moment when the largest bearing current is generated in the conventional inverter-driven induction machine.

【0044】図13の(a)で示すような振幅Ed/3
の階段状波形がコモンモード電圧ei(t)として誘導
機に印加された場合、図12の(c)で説明したのと同
様に、軸電圧Vrs(t)は図13の(b)で図示するよ
うに、大きく振動しつつ直流成分Vrs0(測定結果から
rs0=5V)に収束する。軸電圧Vrs(t)が最大ピ
ーク電圧Vrsmax(測定結果からVrsmax 42V)とな
る付近で軸受装置125が導通すると、エアーギャップ
容量124に充電された軸電圧は図10の軸受装置12
5の抵抗133、インダクタンス134、およびスイッ
チ135を経て放電する。このとき抵抗133、インダ
クタンス134およびエアーギャップ容量124より成
る直列共振回路が構成され、エアーギャップ容量に充電
された軸電圧がこの直列共振回路を経て放電するとき流
れる電流がベアリング電流となる。ベアリング電流ib
(t)は、図13の(c)で図示したような減衰振動波
となるが、ベアリング電流の最大ピーク電流Ibmax(測
定結果からIbmax=520mA)は放電直前のエアーギ
ャップ容量124に充電された軸電圧に比例する。すな
わち、放電直前にエアーギャップ容量124に充電され
る軸電圧が大きいほど大きなベアリング電流が得られ
る。ゆえに、軸電圧Vrs(t)が最大ピーク電圧V
rsmaxとなる付近で軸受装置125が導通すると、放電
直前でエアーギャップ容量に蓄積される軸電圧も最大と
なるので、このとき最も大きなベアリング電流が発生す
る。
The amplitude E d / 3 as shown in FIG.
Is applied to the induction machine as the common mode voltage e i (t), the shaft voltage V rs (t) becomes the same as that described with reference to FIG. 12C. As shown in the figure, the waveform converges to the DC component V rs0 (V rs0 = 5 V from the measurement result) while vibrating greatly. When the bearing device 125 conducts near the point where the shaft voltage V rs (t) becomes the maximum peak voltage V rsmax (V rsmax 42 V from the measurement result), the shaft voltage charged in the air gap capacity 124 is changed to the bearing device 12 shown in FIG.
5 through a resistor 133, an inductance 134, and a switch 135. At this time, a series resonance circuit including the resistor 133, the inductance 134, and the air gap capacitance 124 is formed, and a current flowing when the shaft voltage charged in the air gap capacitance is discharged through the series resonance circuit is a bearing current. Bearing current i b
(T) is a damped oscillatory wave as shown in FIG. 13 (c), but the maximum peak current I bmax (I bmax = 520 mA from the measurement result) of the bearing current is charged to the air gap capacity 124 immediately before the discharge. Proportional to the applied shaft voltage. In other words, a larger bearing current is obtained as the axial voltage charged to the air gap capacity 124 immediately before the discharge increases. Therefore, the shaft voltage V rs (t) becomes the maximum peak voltage V
When the bearing device 125 conducts in the vicinity of rsmax , the shaft voltage accumulated in the air gap capacity becomes maximum immediately before the discharge, so that the largest bearing current is generated at this time.

【0045】以上で述べたように、PWMインバータに
駆動された通常の誘導機では、軸電圧が大きく振動し、
軸電圧が最大ピーク電圧Vrsmaxとなる付近で軸受装置
が導通すると軸電圧の放電現象として発生するベアリン
グ電流は最も大きな振幅となり、軸受の摩耗、回転軸の
損傷、潤滑油の風化を招き、場合によっては軸受を損傷
または破壊することがある。従って、このような障害が
発生しないように、回転機にベアリング電流低減装置が
用いられている。通常、このベアリング電流低減装置と
しては、軸受部を絶縁する方法と回転軸を接地する方法
があるが、軸受部を絶縁する方法は、構造が複雑にな
り、組み立て工程に細心の注意を要し、工数が多くかか
り、かつ回転機によっては機械的構造上軸受部の絶縁が
できないものもあるので、通常は軸受部を絶縁するより
は簡単で、実施し易い回転軸を接地する方法が用いられ
ている。
As described above, in a normal induction machine driven by a PWM inverter, the shaft voltage greatly oscillates,
If the bearing device conducts around the point where the shaft voltage reaches the maximum peak voltage V rsmax , the bearing current generated as a shaft voltage discharge phenomenon will have the largest amplitude, causing bearing wear, damage to the rotating shaft, and weathering of lubricating oil. Some may damage or destroy the bearing. Therefore, a bearing current reducing device is used in a rotating machine so that such an obstacle does not occur. Normally, this bearing current reduction device includes a method of insulating the bearing and a method of grounding the rotating shaft.However, the method of insulating the bearing requires a complicated structure and requires utmost care in the assembly process. However, it takes a lot of man-hours, and some rotating machines cannot mechanically insulate the bearing part because of the mechanical structure. ing.

【0046】従来、この種のベアリング電流を低減する
ベアリング電流低減装置は、特開昭58−78770号
公報、特開昭54−8801号公報、実開昭63−12
4057号公報、および実開昭58−78769号公報
に記載されたものが知られている。
Conventionally, a bearing current reducing device of this type for reducing bearing current is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 58-78770, 54-8801, and 63-12.
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4057 and 58-78769 are known.

【0047】以下、その従来のベアリング電流低減装置
について図14を参照しながら説明する。図に示すよう
に、従来の回転軸を接地する方式の軸電流低減装置13
6はアースブラシホルダ137、アースブラシホルダ支
え138およびアースブラシ組立体139から構成され
ている。アースブラシホルダ支え138は、導電材料の
板材を略L字状に曲げて作られ、その略L字状の垂直返
の端部は、ベアリングブラケット140とベアリングブ
ラケット140に接合されたシールド玉軸受141より
成る軸受装置125のベアリングブラケット140の部
分にボルト142を介して取り付けられ、略L字状の水
平辺には後述するアースブラシホルダ137が取付けら
れている。ベアリングブラケット140は誘導機112
の金属筐体143にボルト144を介して取付られてい
る。アースブラシホルダ137はホルダシャンク145
およびキャップ146より成り、ホルダシャンク145
はアースブラシホルダ支え138の水平返にねじまたは
半田付け等で固定され、その内側には後述するアースブ
ラシ組立体139の取付け穴147が設けられている。
アースブラシ組み立体139はアースブラシ148、ば
ね149、ピグテール150およびピグテール支え15
1より成っている。従って、アースブラシホルダ137
のホルダシャンク145の取付け穴147にアースブラ
シ組立体139を挿入し、ホルダシャンク145にキャ
ップ146を取付ければ、アースブラシ148は、ばね
149を介して回転子軸152に押し付けられて接触
し、回転子軸152は、常にアースブラシ148、ピグ
テール150、ピグテール支え151、キャップ14
6、ホルダシャンク145、アースブラシホルダ支え1
38、ベアリングブラケット140および金属筐体14
3を介して接地される。
Hereinafter, the conventional bearing current reducing device will be described with reference to FIG. As shown in the figure, a conventional shaft current reducing device 13 of a type in which a rotating shaft is grounded.
Reference numeral 6 denotes an earth brush holder 137, an earth brush holder support 138, and an earth brush assembly 139. The ground brush holder support 138 is formed by bending a plate of a conductive material into a substantially L-shape, and the substantially L-shaped vertically turned end has a bearing bracket 140 and a shield ball bearing 141 joined to the bearing bracket 140. The bearing device 125 is mounted on a bearing bracket 140 via a bolt 142, and an earth brush holder 137 described later is mounted on a substantially L-shaped horizontal side. The bearing bracket 140 is used for the induction machine 112.
Is attached to the metal casing 143 of the No. 1 via a bolt 144. Earth brush holder 137 is holder shank 145
And a cap 146, and a holder shank 145.
The ground brush holder 138 is fixed to the horizontal return of the ground brush holder support 138 by a screw or soldering, and a mounting hole 147 for a ground brush assembly 139 described later is provided inside the ground brush holder support 138.
The ground brush assembly solid 139 includes the ground brush 148, the spring 149, the pigtail 150, and the pigtail support 15.
Consists of one. Therefore, the ground brush holder 137
When the ground brush assembly 139 is inserted into the mounting hole 147 of the holder shank 145, and the cap 146 is mounted on the holder shank 145, the ground brush 148 is pressed against the rotor shaft 152 via the spring 149 to contact the rotor shaft 152. The rotor shaft 152 is always provided with the ground brush 148, the pigtail 150, the pigtail support 151, and the cap 14.
6, holder shank 145, ground brush holder support 1
38, bearing bracket 140 and metal housing 14
3 is grounded.

【0048】[0048]

【発明が解決しようとする課題】以上で述べたように、
従来のPWMインバータに駆動された誘導機では、イン
バータ101より誘導機112の巻き線113にR相、
S相およびT相のPWMスイッチングパターン三相分を
重ね合わせたコモンモード電圧が供給される。さらに、
巻き線113と固定子120との間の結合容量121、
巻き線113と回転子122との間の結合容量123、
および、固定子120と回転子122との間のエアーギ
ャップ容量によって閉じた回路系126が構成され、閉
じた回路系126の結合容量129に印加されるコモン
モード電圧に対する応答電圧として、エアーギャップ容
量124の両端に軸電圧が発生する。一般的な誘導機で
は、閉じた回路系126のコモンモード電圧に対する軸
電圧の応答を現す伝達関数G(S)は2次遅れ要素を含
み、減衰係数ζが1に比較してかなり小さい値となるた
め、インバータ101から立ち上がりの急峻な階段状波
形が印加されたとき、2次遅れ要素は不足制動となるた
め軸電圧は激しく振動し、軸電圧の最大ピーク電圧V
rsmaxが大きくなる。軸電圧が最大ピーク電圧Vrsmax
なる付近で軸受装置が導通すると、軸電圧の放電現象と
して発生するベアリング電流も大きくなり、軸受の摩
耗、回転軸の損傷、潤滑油の風化を招き、場合によって
は軸受装置を損傷または破壊するという問題があった。
As described above, as described above,
In a conventional induction machine driven by a PWM inverter, the inverter 101 turns the winding 113 of the induction machine 112 into the R phase,
A common mode voltage is supplied in which three S-phase and T-phase PWM switching patterns are superposed. further,
A coupling capacitance 121 between the winding 113 and the stator 120;
A coupling capacitance 123 between the winding 113 and the rotor 122;
A closed circuit system 126 is formed by the air gap capacitance between the stator 120 and the rotor 122, and the air gap capacitance is a response voltage to the common mode voltage applied to the coupling capacitance 129 of the closed circuit system 126. A shaft voltage is generated at both ends of the shaft 124. In a general induction machine, the transfer function G (S) representing the response of the shaft voltage to the common mode voltage of the closed circuit system 126 includes a second-order lag element, and the damping coefficient ζ is considerably smaller than one. Therefore, when a stair-like waveform having a steep rise is applied from the inverter 101, the second-order lag element performs insufficient braking, so that the shaft voltage vibrates violently, and the maximum peak voltage V of the shaft voltage
rsmax increases. When the bearing device conducts around the point where the shaft voltage reaches the maximum peak voltage V rsmax , the bearing current generated as a discharge phenomenon of the shaft voltage also increases, leading to wear of the bearing, damage to the rotating shaft, weathering of the lubricating oil, and in some cases, Has a problem that the bearing device is damaged or destroyed.

【0049】また、このような問題を解決するための従
来のベアリング電流低減装置では、アースブラシ148
は、ばね149より回転子軸152に押し付けられてい
るので、回転子軸152の表面を摩耗、損傷させないよ
うに、カーボンを主成分とした非常に軟質の導電材料で
作られているため摩耗が早く、早いものは2〜3箇月
で、長くても6〜7箇月でアースブラシを交換しなけれ
ばならないという欠点があった。
In the conventional bearing current reducing device for solving such a problem, the ground brush 148 is used.
Is made of a very soft conductive material containing carbon as a main component so as not to wear or damage the surface of the rotor shaft 152 because the spring is pressed against the rotor shaft 152 by a spring 149. There was a disadvantage that the earth brush had to be replaced every two to three months early, and at most six to seven months at the earliest.

【0050】以上述べたように、従来のPWMインバー
タにより駆動された誘導機では、軸電圧が激しく振動す
るので、軸電圧の放電電流として発生するベアリング電
流も大きくなってしまうという課題があり、ベアリング
電流を低減または消滅させて軸受部の摩耗、回転軸の損
傷、潤滑油の風化、軸受装置の損傷または破壊を防止す
ることが要求されている。
As described above, in the induction machine driven by the conventional PWM inverter, since the shaft voltage vibrates violently, there is a problem that the bearing current generated as the discharge current of the shaft voltage becomes large. It is required to reduce or eliminate the current to prevent wear of the bearing portion, damage to the rotating shaft, weathering of lubricating oil, and damage or destruction of the bearing device.

【0051】また、従来のベアリング電流低減装置で
は、ブラシの摩耗による保守を数箇月毎に行う必要があ
るという課題があり、長時間使用しても保守する必要な
くベアリング電流を低減できる低減方法が要求されてい
る。
Further, the conventional bearing current reducing device has a problem that maintenance due to wear of the brush needs to be performed every few months, and a reduction method capable of reducing the bearing current without requiring maintenance even when used for a long time. Has been requested.

【0052】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、ベアリング電流を低減させて軸受部の摩
耗、回転軸の損傷、潤滑油の風化、軸受装置の損傷また
は破壊を防止することができ、かつ、長時間使用しても
保守する必要なくベアリング電流を低減することができ
るベアリング電流低減装置を提供することを目的として
いる。
The present invention solves such a conventional problem and reduces bearing current to prevent wear of a bearing portion, damage to a rotating shaft, weathering of lubricating oil, and damage or destruction of a bearing device. It is an object of the present invention to provide a bearing current reducing device that can reduce bearing current without requiring maintenance even after long-term use.

【0053】[0053]

【課題を解決するための手段】本発明のベアリング電流
低減装置は上記目的を達成するために、回転機のベアリ
ング電流を低減するものにおいて、回転機の金属筐体に
導線を介して接続されるフレームと、回転機の回転子軸
に連結され軸受装置を介してフレームを取り付けられる
回転軸と、回転軸に対して垂直方向に回転軸に取り付け
られ回転軸断面と同じ大きさの円板部分を切り取った1
枚以上の回転円環と、内輪部を回転軸に取付けた1個以
上の軸受装置と、回転軸に対して垂直方向に前記軸受装
置の外輪部に取り付けられ前記軸受装置の外輪部と同じ
大きさの円板部分を切り取った前記軸受と同数の固定円
環とを備え、前記固定円環は隣接する固定円環間に導線
を介して接続し、固定円環の1つは導線を介してフレー
ムに固定し、前記回転円環と前記固定円環は、静電容量
を生ずるように非接触となる位置に交互に配置したこと
を特徴とする回転機のベアリング電流低減装置としたも
のである。
In order to achieve the above object, a bearing current reducing device according to the present invention reduces bearing current of a rotating machine, and is connected to a metal housing of the rotating machine via a conducting wire. A frame, a rotating shaft connected to the rotor shaft of the rotating machine and attached to the frame via a bearing device, and a disk portion mounted on the rotating shaft in a direction perpendicular to the rotating shaft and having the same size as the rotating shaft cross section. Cut out 1
At least one rotating ring, at least one bearing device having an inner ring portion attached to the rotating shaft, and the same size as the outer ring portion of the bearing device attached to the outer ring portion of the bearing device in a direction perpendicular to the rotating shaft. A fixed ring having the same number as that of the bearings obtained by cutting the circular disk portion, and the fixed ring is connected between adjacent fixed rings via a conductive wire, and one of the fixed rings is connected via a conductive wire. A bearing current reducing device for a rotating machine, wherein the bearing is fixed to a frame, and the rotating ring and the fixed ring are alternately arranged at positions where they are not in contact with each other so as to generate capacitance. .

【0054】本発明によれば、ベアリング電流を低減さ
せて軸受部の摩耗、回転軸の損傷、潤滑油の風化、軸受
装置の損傷または破壊を防止することができ、また、長
時間使用しても保守する必要なくベアリング電流を低減
することができるベアリング電流低減装置が得られる。
According to the present invention, the bearing current can be reduced to prevent wear of the bearing portion, damage to the rotating shaft, weathering of the lubricating oil, and damage or destruction of the bearing device. Thus, a bearing current reduction device capable of reducing the bearing current without requiring maintenance can be obtained.

【0055】また他の手段は、回転機のベアリング電流
を低減するものにおいて、回転機の金属筐体に導線を介
して接続されるフレームと、回転機の回転子軸に連結さ
れ軸受装置を介してフレームに取り付けられる回転軸
と、回転軸に対して垂直方向に回転軸に取り付けられ回
転軸断面と同じ大きさの円板部分を切り取った回転支持
円環と、回転軸に対して同心円状に前記回転支持円環に
取り付けた半径の異なる1個以上の回転円筒と、回転軸
に対して垂直方向にフレームに取り付けられ回転軸の半
径よりも大きな半径を持つ円板部分を切り取った固定支
持円環と、回転軸に対して同心円状に前記固定支持円環
に取り付けた半径の異なる1個以上の固定円筒を備え、
前記固定円筒と前記回転円筒間は、静電容量を生ずるよ
うに非接触となる位置に交互に配置したことを特徴とす
る回転機のベアリング電流低減装置としたものである。
Another means for reducing bearing current of a rotating machine is a frame connected to a metal casing of the rotating machine via a conductive wire, and a frame connected to a rotor shaft of the rotating machine via a bearing device. A rotating shaft attached to the frame, a rotating support ring attached to the rotating shaft in a direction perpendicular to the rotating shaft and a disk part cut out of the same size as the rotating shaft cross section, and a concentric circle with the rotating shaft One or more rotating cylinders having different radii attached to the rotating support ring, and a fixed support circle cut out from a disk part attached to the frame in a direction perpendicular to the rotation axis and having a radius larger than the radius of the rotation axis. A ring and one or more fixed cylinders having different radii attached to the fixed support ring concentrically with respect to the rotation axis;
A bearing current reduction device for a rotating machine, wherein the fixed cylinder and the rotating cylinder are alternately arranged at non-contact positions so as to generate capacitance.

【0056】本発明によれば、ベアリング電流を低減さ
せて軸受部の摩耗、回転軸の損傷、潤滑油の風化、軸受
装置の損傷または破壊を防止することができ、また、長
時間使用しても保守する必要なくベアリング電流を低減
することができるベアリング電流低減装置が得られる。
According to the present invention, bearing current can be reduced to prevent bearing wear, damage to the rotating shaft, weathering of lubricating oil, and damage or destruction of the bearing device. Thus, a bearing current reduction device capable of reducing the bearing current without requiring maintenance can be obtained.

【0057】[0057]

【発明の実施の形態】本発明は、フレームを回転機の金
属筐体と導線で接続した回転機の軸電流低減装置におい
て、回転軸に取り付けた回転円環を軸受装置を介して回
転子軸に取り付け導線を介してフレームに固定接続した
固定円環と非接触で接近した位置に配置させることによ
って回転円環と固定円環との間で静電容量を形成させる
か、または、回転軸に取り付けた回転円筒をフレームに
取り付けた固定円筒と非接触で接近した位置に配置させ
ることによって回転円筒と固定円筒との間で静電容量を
形成させて回転機の固定子と回転子の間のエアーギャッ
プ容量を補強するようにしたものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention relates to a shaft current reducing device for a rotating machine in which a frame is connected to a metal housing of the rotating machine by a conductor, and a rotating ring attached to the rotating shaft is connected to a rotor shaft via a bearing device. A static ring is fixedly connected to the frame via a mounting wire, and is arranged in a position close to the fixed ring in a non-contact manner, so that a capacitance is formed between the rotating ring and the fixed ring, or By disposing the attached rotating cylinder at a position close to the fixed cylinder attached to the frame in a non-contact manner, a capacitance is formed between the rotating cylinder and the fixed cylinder, and the This is to reinforce the air gap capacity.

【0058】回転機の巻き線と固定子との間の結合容
量、巻き線と回転子との間の結合容量および固定子と回
転子との間のエアーギャップ容量によって構成される閉
じた回路系のコモンモード電圧に対する軸電圧の応答
は、2次遅れ要素を有する伝達関数として表現される
が、伝達関数の減衰係数ζを1に比較して十分大きな値
にとなるように、固定子と回転子との間のエアーギャッ
プ容量を十分大きな値に設定すれば、閉じた回路系の伝
達関数の2次遅れ要素を過制動で動作させることがで
き、軸電圧を振動させずに単調に増加させつつ直流成分
に収束させることが可能となる。さらに、固定子と回転
子との間のエアーギャップ容量を十分大きな値とするこ
とにより、軸電圧の収束値となる直流成分も減少するの
で、放電直前の軸電圧を小さく抑えることになり、軸電
圧の放電現象として発生するベアリング電流を低減する
ことができるという作用を有する。
A closed circuit system constituted by the coupling capacity between the winding and the stator of the rotating machine, the coupling capacity between the winding and the rotor, and the air gap capacity between the stator and the rotor. The response of the shaft voltage to the common mode voltage is expressed as a transfer function having a second-order lag element, and the stator and the rotation are adjusted so that the attenuation coefficient 伝 達 of the transfer function becomes a sufficiently large value as compared with 1. If the air gap capacity between the actuator and the actuator is set to a sufficiently large value, the second-order lag element of the transfer function of the closed circuit can be operated by overbraking, and the shaft voltage can be monotonously increased without oscillating. It is possible to converge on the DC component while the convergence is achieved. Furthermore, by setting the air gap capacity between the stator and the rotor to a sufficiently large value, the DC component that is the convergence value of the shaft voltage is also reduced, so that the shaft voltage immediately before discharge is suppressed, and the shaft voltage is reduced. This has the effect that the bearing current generated as a voltage discharge phenomenon can be reduced.

【0059】また、回転円環と固定円環、または、回転
円筒と固定円筒とを非接触で配置するようにしたもので
あり、従来のベアリング電流低減装置のように軟質の導
電材料で作られたアースブラシが回転軸に押し付けられ
て摩耗するような個所がないため、長時間使用しても保
守する必要がないという作用を有する。
Further, the rotating ring and the fixed ring, or the rotating cylinder and the fixed cylinder are arranged in a non-contact manner, and are made of a soft conductive material like a conventional bearing current reduction device. Since there is no place where the ground brush is pressed against the rotating shaft and worn, there is no need for maintenance even after long use.

【0060】[0060]

【実施例】軸電圧が非振動になる例を例1として以下説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An example in which the shaft voltage becomes non-oscillating will be described below as Example 1.

【0061】図1に示すように、フレーム1は誘導機1
12の金属筐体143に導線2を介して接続されてい
る。回転軸3は誘導機112の回転子軸152に連結さ
れている。半径r2の回転軸の断面と同じ大きさの円板
部分を切り取った外周半径r1の回転円環4(5)は、
回転軸3に対して垂直方向に回転軸3に取付けられてい
る。回転軸3の半径r2よりも大きさ内周半径r3の円板
部分を切り取った外周半径r4の固定円環6(7)は、
回転軸3に対して垂直方向に回転円環4(5)から距離
dの間隔を隔てて内周半径r4のフレーム1の内壁に取
付けられている。回転円環4,5、固定円環6,7は、
それぞれ、隣接する固定円環、回転円環との間で静電容
量を形成するように非接触で間隔dを隔てて交互に配置
されている。回転軸3に取り付けられた軸受装置8は、
ベアリングブラケット9とこれに接合されたシールド玉
軸受10より成り、ベアリングブラケット9はボルト1
1を介してフレーム1に取り付けられている。
As shown in FIG. 1, the frame 1 is an induction machine 1
Twelve metal housings 143 are connected via the conducting wire 2. The rotating shaft 3 is connected to a rotor shaft 152 of the induction machine 112. A rotating ring 4 (5) having an outer radius r 1 obtained by cutting out a disk portion having the same size as the cross section of the rotating shaft having a radius r 2 is:
It is attached to the rotating shaft 3 in a direction perpendicular to the rotating shaft 3. A fixed ring 6 (7) having an outer radius r 4 obtained by cutting a disk portion having an inner radius r 3 larger than the radius r 2 of the rotating shaft 3 is:
It is attached to the inner wall of the rotating ring 4 (5) at an interval of distance d of inner radius r 4 frame 1 in a direction perpendicular to the rotation axis 3. The rotating rings 4, 5 and the fixed rings 6, 7
Each is alternately arranged in a non-contact manner at an interval d so as to form a capacitance between the adjacent fixed ring and rotating ring. The bearing device 8 attached to the rotating shaft 3 includes:
It comprises a bearing bracket 9 and a shielded ball bearing 10 joined thereto.
1 is attached to the frame 1.

【0062】回転円環4(5)と固定円環6(7)の重
なり合う部分の面積S1(m2)は(数14)で示す面積
となる。
The area S 1 (m 2 ) of the overlapping portion of the rotating ring 4 (5) and the fixed ring 6 (7) is the area shown by (Equation 14).

【0063】[0063]

【数14】 [Equation 14]

【0064】回転円環4と固定円環6との間の静電容量
をC1とおくと、C1は(数15)に示す値となる。
[0064] The electrostatic capacitance between the rotating ring 4 and the stationary ring 6 putting the C 1, C 1 are the values (number 15).

【0065】[0065]

【数15】 (Equation 15)

【0066】ここで、ε0は真空中の誘電率である。Here, ε 0 is a dielectric constant in a vacuum.

【0067】同様に、固定円環6と回転円環5との間の
静電容量、および、回転円環5と固定円環7との間の静
電容量はC1に等しくなり、全ての回転円環と固定円環
との間で形成される合成静電容量Czは(数16)で示
す静電容量となる。
Similarly, the capacitance between the fixed ring 6 and the rotating ring 5 and the capacitance between the rotating ring 5 and the fixed ring 7 become equal to C 1 . The combined capacitance C z formed between the rotating ring and the fixed ring is a capacitance represented by (Equation 16).

【0068】[0068]

【数16】 (Equation 16)

【0069】以上の(数14)、(数15)、(数1
6)から全ての回転円環と固定円環との間で形成される
合成静電容量Czは(数17)で示す静電容量となる。
The above (Equation 14), (Equation 15), (Equation 1)
Combined capacitance C z formed between the all rotary ring and the stationary ring 6) is the capacitance represented by equation (17).

【0070】[0070]

【数17】 [Equation 17]

【0071】誘電機112の回転子と固定子間のエアー
ギャップ容量C3′は、全ての回転円環と固定円環間で
形成される合成静電容量Czと、誘導機112の固定子
120と回転子122間のみで形成されるエアーギャッ
プ容量C3とを合成した静電容量となる。ゆえに、エア
ーギャップ容量C3′は(数18)で示す静電容量とな
る。
The air gap capacitance C 3 ′ between the rotor and the stator of the dielectric machine 112 is determined by the combined capacitance C z formed between all the rotating and stationary rings, and the stator C of the induction machine 112. The capacitance is a combination of the air gap capacitance C 3 formed only between the rotor 120 and the rotor 122. Therefore, the air gap capacitance C 3 ′ becomes the capacitance represented by (Equation 18).

【0072】[0072]

【数18】 (Equation 18)

【0073】軸電圧が非振動となるための条件は、従来
例で述べた(数4)のC3とC3′に置き換えて(数1
1)から(数19)となる。
The condition for the shaft voltage to be non-oscillating is replaced by C 3 and C 3 ′ of (Equation 4) described in the conventional example (Equation 1).
(1) is changed to (Equation 19).

【0074】[0074]

【数19】 [Equation 19]

【0075】(数19)をC3′について解くと(数2
0)となる。
Solving (Equation 19) for C 3 ′ gives (Equation 2)
0).

【0076】[0076]

【数20】 (Equation 20)

【0077】回転円環の外周半径r1、固定円環の内周
半径r3、回転円環と固定円環の間隔d、または、回転
円環と固定円環の段数を適当に選んで、全ての回転円環
と固定円環との間で形成される合成静電容量Czを十分
大きな静電容量に設定して、エアーギャップ容量C3
が(数20)を満足できるようにすれば、減数係数ζは
1以上となり、閉じた回路系126の伝達関数の2次遅
れ要素は過制動となり、軸電圧は振動せずに単調に増加
しつつ直流成分Vrs0に収束する。
The outer radius r 1 of the rotating ring, the inner radius r 3 of the fixed ring, the distance d between the rotating ring and the fixed ring, or the number of stages between the rotating ring and the fixed ring are appropriately selected. By setting the combined capacitance C z formed between all the rotating rings and the fixed ring to a sufficiently large capacitance, the air gap capacitance C 3
Satisfies (Equation 20), the reduction coefficient と な り becomes 1 or more, the second-order lag element of the transfer function of the closed circuit system 126 becomes overbrake, and the shaft voltage monotonously increases without oscillating. While converging to the DC component Vrs0 .

【0078】さらに、エアーギャップ容量C3′を十分
大きな値に設定すると、(数13)で明らかなように、
軸電圧の収束値である直流成分Vrs0が小さく抑えられ
るので、放電直前の軸電圧は常に小さく抑圧され、軸電
圧の放電現象として発生するベアリング電流も小さく抑
えることができる。
Further, when the air gap capacity C 3 ′ is set to a sufficiently large value, as is apparent from (Equation 13),
Since the DC component V rs0 that is the convergence value of the shaft voltage is suppressed to a small value, the shaft voltage immediately before the discharge is always suppressed to a small value, and the bearing current generated as a discharge phenomenon of the shaft voltage can also be suppressed to a small value.

【0079】図2はベアリング電流低減装置を備えたイ
ンバータ駆動の誘導機におけるコモンモード電圧、軸電
圧およびベアリング電流を図示したタイムチャートであ
る。図2では、全ての回転円環と固定円環との間で形成
される合成静電容量をC2−480pFに設定した場合
について説明している。
FIG. 2 is a time chart illustrating a common mode voltage, a shaft voltage and a bearing current in an inverter-driven induction machine equipped with a bearing current reduction device. FIG. 2 illustrates a case where the combined capacitance formed between all the rotating torus and the fixed torus is set to C 2 -480 pF.

【0080】図2の(a)で示すような階段状波形がコ
モンモード電圧として誘導機に印加されると、軸電圧が
非振動となる条件である(数20)を満足する十分大き
なエアーギャップ容量C3′が設定されているので、軸
電圧は、図2の(b)で示すような非振動で直流成分V
rs0に収束するような波形が得られる。エアーギャップ
容量C3′が十分大きいと、従来例で述べた(数13)
で明らかなように、軸電圧の収束値である直流成分V
rs0は小さく抑えられる。軸電圧が、このような低レベ
ルの直流成分Vrs0(測定結果からVrs0=5V)で落ち
着いている時、軸受がたまたま導通すると、図2の
(c)に示すようなベアリング電流が流れるが、放電直
前の軸電圧が小さいので振幅の小さなベアリング電流
(測定結果からベアリング電流の最大波高値はIbmax
60mA)しか流れない。
When a step-like waveform as shown in FIG. 2A is applied to the induction machine as a common mode voltage, a sufficiently large air gap that satisfies the condition (Equation 20) that the shaft voltage does not vibrate is obtained. Since the capacitance C 3 ′ is set, the shaft voltage becomes a non-vibrating DC component V as shown in FIG.
A waveform that converges on rs0 is obtained. It has been described in the conventional example that the air gap capacity C 3 ′ is sufficiently large (Equation 13).
As is apparent from the above, the DC component V, which is the convergence value of the shaft voltage,
rs0 can be kept small. When the shaft voltage is settled at such a low level DC component V rs0 (V rs0 = 5 V from the measurement result), if the bearing happens to be conductive, a bearing current as shown in FIG. Since the shaft voltage immediately before the discharge is small, the bearing current having a small amplitude (the maximum peak value of the bearing current is I bmax =
60 mA).

【0081】図3は、ベアリング電流低減装置を備えた
インバータ駆動の誘導機における合成静電容量Czとベ
アリング電流の最大波高値Ibmaxとの関係を図示したグ
ラフである。図3のグラフは、ベアリング電流低減装置
を備えた誘導機において、全ての回転円環と固定円環と
の間で形成される合成静電容量を適当なCzに設定した
とき、軸受に流れるベアリング電流を観測し、ベアリン
グ電流の最大波高値Ibmaxを測定して、これらの関係を
図示したものである。図3から明らかなように、ベアリ
ング電流低減装置が無い場合、すなわち回転円環と固定
円環の間で形成される静電容量Czを零としたとき、最
大波高値が520mA程度のベアリング電流が発生する
が、回転円環と固定円環との間で形成される合成静電容
量をCz=480pFに設定したベアリング電流低減装
置を備えた誘導機において、ベアリング電流の最大波高
値はその約十分の一程度に抑圧されており(Ibmax=6
0mA)効果的にベアリング電流が低減されていること
がわかる。
[0081] Figure 3 is a graph illustrating the relationship between the maximum crest value I bmax of combined capacitance C z and bearing currents in the induction motor of inverter drive with a bearing current reduction apparatus. The graph of FIG. 3, in the induction machine with bearing current reduction apparatus, when setting the composite electrostatic capacity formed between all the rotary ring and the stationary ring in a suitable C z, flows to the bearing The relationship is illustrated by observing the bearing current and measuring the maximum peak value I bmax of the bearing current. As apparent from FIG. 3, when the bearing current reducing device is not, ie when the capacitance C z formed between the fixed ring and the rotary ring zero, the maximum wave height value of approximately 520mA bearing current Although but occurs in a rotating ring and induction machine synthetic electrostatic capacitance formed with a bearing current reducing machine set to C z = 480pF between the fixed ring, the maximum wave height value of the bearing current its It is suppressed to about one tenth (I bmax = 6
0 mA) It can be seen that the bearing current is effectively reduced.

【0082】次に軸電圧が非振動になる他例を例2とし
て以下説明する。
Next, another example in which the shaft voltage becomes non-oscillating will be described below as Example 2.

【0083】図4に示すように、フレーム1は誘導機1
12の金属筐体143に導線2を介して接続されてい
る。回転軸3は誘導機112の回転子軸152に連結さ
れている。半径r2の回転軸の断面と同じ大きさの円板
部分を切り取った外周半径r1の回転円環4(5)は、
回転軸3に対して垂直方向に回転軸3に取付けられてい
る。回転軸3の半径r2よりも大きな内径r3の円柱部分
を取り去った外周半径r4の固定中空円柱12(13)
は、回転軸3に対して同心円状に回転円板4(5)から
距離dの間隔を隔てて内周半径がr4のフレーム1の内
壁に取付けられている。回転円環4,5、固定中空円柱
12,13は、それぞれ、隣接する固定中空円柱、回転
円環との間で静電容量を生ずるように非接触となるよう
に間隔dを隔てて交互に配置されている。回転軸3に取
り付けられた軸受装置8は、ベアリングブラケット9と
これに接合されたシールド玉軸受10より成り、ベアリ
ングブラケット9はボルト11を介してフレーム143
に取り付けられている。
As shown in FIG. 4, the frame 1 is an induction machine 1
Twelve metal housings 143 are connected via the conducting wire 2. The rotating shaft 3 is connected to a rotor shaft 152 of the induction machine 112. A rotating ring 4 (5) having an outer radius r 1 obtained by cutting out a disk portion having the same size as the cross section of the rotating shaft having a radius r 2 is:
It is attached to the rotating shaft 3 in a direction perpendicular to the rotating shaft 3. Fixed hollow cylinder 12 of the outer radius r 4 than the radius r 2 of the rotary shaft 3 removed the cylindrical portion of larger inner diameter r 3 (13)
Is inner radius is attached to the inner wall of the frame 1 of r 4 at intervals of a distance d concentrically from the rotating disk 4 (5) relative to the axis of rotation 3. The rotating toroids 4 and 5 and the fixed hollow cylinders 12 and 13 are alternately separated by a distance d so as to be in non-contact with each other so as to generate capacitance between adjacent fixed hollow cylinders and rotating toroids. Are located. The bearing device 8 attached to the rotating shaft 3 includes a bearing bracket 9 and a shielded ball bearing 10 joined to the bearing bracket 9, and the bearing bracket 9 is connected to the frame 143 via a bolt 11.
Attached to.

【0084】回転円環4(5)と固定中空円柱12(1
3)の重なり合う部分の面積S2(m2)は(数21)で
示す面積となる。
The rotating ring 4 (5) and the fixed hollow cylinder 12 (1
The area S 2 (m 2 ) of the overlapping portion in 3) is the area shown by (Equation 21).

【0085】[0085]

【数21】 (Equation 21)

【0086】回転円環1と固定中空円柱5との間の静電
容量をC2とおくと、C2は(数22)に示す値となる。
[0086] The electrostatic capacitance between the rotating ring 1 and the stationary hollow cylinder 5 when put the C 2, C 2 are the values (number 22).

【0087】[0087]

【数22】 (Equation 22)

【0088】ここで、ε0は真空中の誘導率である。Here, ε 0 is the induction rate in vacuum.

【0089】同様に、固定中空円柱12と回転円環5と
の間の静電容量、回転円環5と固定中空円柱13との間
の静電容量はC2に等しくなるので、全ての回転円環と
固定中空円柱との間で形成される合成静電容量Cz
(数23)で示す静電容量となる。
Similarly, the capacitance between the fixed hollow cylinder 12 and the rotating ring 5 and the capacitance between the rotating ring 5 and the fixed hollow cylinder 13 are equal to C 2. combined capacitance C z formed between the circular ring and the fixed hollow cylinder is the capacitance represented by equation (23).

【0090】[0090]

【数23】 (Equation 23)

【0091】以上の(数21)、(数22)、(数2
3)から全ての回転円環と固定中空円柱との間で形成さ
れる合成静電容量Czは(数24)で示す静電容量とな
る。
The above (Equation 21), (Equation 22), (Equation 2)
Combined capacitance C z formed between the all rotary ring and the stationary hollow cylinder 3) is the capacitance represented by equation (24).

【0092】[0092]

【数24】 (Equation 24)

【0093】例1と同様の理由により、回転円環の外周
半径r1,固定中空円柱の内周半径r3,回転円環と固定
中空円柱との間隔d、または、回転円環と固定中空円柱
の段数を適当に設定して、全ての回転円環と固定中空円
柱との間で形成される合成静電容量Czを十分大きな静
電容量に設定して、固定子と回転子との間のエアーギャ
ップ容量C3′を(数20)を満足する範囲に設定すれ
ば、ベアリング電流を低減することができる。以降、ベ
アリング電流を低減できる説明は例1と同様の説明とな
るので省略する。
For the same reason as in Example 1, the outer radius r 1 of the rotating ring, the inner radius r 3 of the fixed hollow column, the distance d between the rotating ring and the fixed hollow column, or the rotating ring and the fixed hollow column. the number of stages of columnar set appropriately, the combined capacitance C z formed between the all rotary ring and the stationary hollow cylinder is set to a sufficiently large capacitance, the stator and the rotor By setting the air gap capacity C 3 ′ in a range satisfying (Equation 20), the bearing current can be reduced. Hereinafter, the description that can reduce the bearing current is the same as that of the first example, and thus will be omitted.

【0094】(実施例1) 図5に示すように、フレーム1は誘導機112の金属筐
体143に導線2を介して接続されている。回転軸3は
誘導機112の回転子軸152に連結されている。外周
半径r2の回転軸の断面と同じ大きさの円板部分を切り
取った外周半径r1の回転円環4(5)は、回転軸3に
対して垂直方向に回転軸3に取付けられている。軸受装
置14(15)の内輪部16(17)は、回転軸3に取
付けられ、軸受装置14(15)の外輪部18(19)
の外周面に内接する半径r3の円板部分を切り取った外
周半径r5の固定円環20(21)は、回転軸3に対し
て垂直方向に回転円環4(5)と距離dの間隔を隔てた
位置に軸受装置14(15)の外周半径がr3の外輪部
18(19)の外周面に取付けられている。回転円環
4,5、固定円環20,21は、それぞれ、隣接する固
定円環、回転円環との間で静電容量を生ずるように非接
触となるよう間隔dを隔てて交互に配置されている。固
定円環20と固定円環21は導線22を介して接続さ
れ、固定円環21は導線23を介してフレーム1の内壁
に固定接続されている。
Embodiment 1 As shown in FIG. 5, the frame 1 is connected to a metal casing 143 of the induction machine 112 via a conductor 2. The rotating shaft 3 is connected to a rotor shaft 152 of the induction machine 112. A rotating ring 4 (5) having an outer radius r 1 obtained by cutting a disk portion having the same size as the cross section of the rotating shaft having the outer radius r 2 is attached to the rotating shaft 3 in a direction perpendicular to the rotating shaft 3. I have. The inner ring portion 16 (17) of the bearing device 14 (15) is attached to the rotating shaft 3, and the outer ring portion 18 (19) of the bearing device 14 (15).
A fixed ring 20 (21) having an outer radius r 5 obtained by cutting a disk portion having a radius r 3 inscribed in the outer peripheral surface of the rotary ring 4 (5) in a direction perpendicular to the rotary shaft 3 and a distance d outer peripheral radius of the bearing device 14 (15) is attached to the outer peripheral surface of the outer ring portion 18 of r 3 (19) at a position spaced. The rotating rings 4 and 5 and the fixed rings 20 and 21 are alternately arranged at intervals d so as to be in non-contact with each other so as to generate capacitance between the adjacent fixed rings and the rotating rings. Have been. The fixed ring 20 and the fixed ring 21 are connected via a conductor 22, and the fixed ring 21 is fixedly connected to the inner wall of the frame 1 via a conductor 23.

【0095】回転軸3に取り付けられた軸受装置8は、
ベアリングブラケット9とこれに接合されたシールド玉
軸受10より成り、ベアリングブラケット9はボルト1
1を介してフレーム1に取り付けられている。
The bearing device 8 attached to the rotating shaft 3 is
It comprises a bearing bracket 9 and a shielded ball bearing 10 joined thereto.
1 is attached to the frame 1.

【0096】回転円環4(5)と固定円環20(21)
の重なり合う部分の面積S3(m2)は(数25)に示す
面積となる。
The rotating ring 4 (5) and the fixed ring 20 (21)
The area S 3 (m 2 ) of the overlapping portion is the area shown in (Equation 25).

【0097】[0097]

【数25】 (Equation 25)

【0098】回転円環4と固定円環20との間の静電容
量をC3とおくと、C3は(数26)に示す値となる。
[0098] The electrostatic capacitance between the rotating ring 4 and the stationary ring 20 putting the C 3, C 3 is a value shown in equation (26).

【0099】[0099]

【数26】 (Equation 26)

【0100】ここで、ε0は真空中の誘電率である。Here, ε 0 is a dielectric constant in a vacuum.

【0101】同様に、固定円環20と回転円環5との間
の静電容量、回転円環5と固定円環21との間の静電容
量はC3に等しくなるので、全ての回転円環と固定円環
との間で形成される合成静電容量Czは(数27)で示
す静電容量となる。
Similarly, since the capacitance between the fixed ring 20 and the rotating ring 5 and the capacitance between the rotating ring 5 and the fixed ring 21 are equal to C 3 , all the rotations are equal. The combined capacitance C z formed between the ring and the fixed ring is the capacitance shown by (Equation 27).

【0102】[0102]

【数27】 [Equation 27]

【0103】以上の(数25)、(数26)、(数2
7)から全ての回転円環と固定円環との間で形成される
合成静電容量Czは(数28)で示す静電容量となる。
The above (Equation 25), (Equation 26), (Equation 2)
Combined capacitance C z formed between the all rotary ring and the stationary ring 7) is the capacitance represented by equation (28).

【0104】[0104]

【数28】 [Equation 28]

【0105】実施例1において、例1と同様の理由によ
り、回転円環の外周半径r1,固定円環の内周半径r3
回転円環と固定円環との間隔d、または、回転円環と固
定中空円柱の段数を適当に設定して、全ての回転円環と
固定中空円柱との間で形成される合成静電容量Czを十
分大きな静電容量に設定して、誘導機112の固定子と
回転子との間のエアーギャップ容量C3′を(数20)
を満足する範囲に設定すれば、ベアリング電流を低減す
ることができる。以降、ベアリング電流を低減できる説
明は例1と同様の説明となるので省略する。
In the first embodiment, for the same reason as in the first embodiment, the outer radius r 1 of the rotating ring, the inner radius r 3 of the fixed ring,
The distance d between the rotating ring and the fixed ring, or the number of stages of the rotating ring and the fixed hollow cylinder is set appropriately, and the combined capacitance formed between all the rotating rings and the fixed hollow cylinder. By setting C z to a sufficiently large capacitance, the air gap capacity C 3 ′ between the stator and the rotor of the induction machine 112 is set to (Equation 20).
Is set to satisfy the range, the bearing current can be reduced. Hereinafter, the description that can reduce the bearing current is the same as that of the first example, and thus will be omitted.

【0106】(実施例2) 図6に示すように、フレーム1は誘導機112の金属筐
体143に導線2を介して接続されている。回転軸3は
誘導機112の回転子軸152に連結されている。半径
2の回転軸3の断面と同じ大きさの円板部分を切り取
った外周半径r6の回転支持円環24は、回転軸3に対
して垂直方向に回転軸3に取付けられ、外周半径を
6,内周半径をr7とする回転円筒25、および、外周
半径をr8、内周半径をr9とする回転円筒26は、回転
軸3に対して同心円状に回転支持円環24に取付けられ
ている。同様に、回転軸3の外周半径r2よりも大きな
半径r10の円板部分を切り取った外周半径r4の固定支
持円環27は、回転軸3に対して垂直方向に内周半径r
4のフレーム1の内壁に取付けられ、外周半径をr11
内周半径をr12とする固定円筒28、および、外周半径
をr13、内周半径をr10とする回転円筒29は、回転軸
3に対して円心円状に固定支持円環27に取付けられて
いる。回転円環25,26、固定円筒28,29は、そ
れぞれ、隣接する固定円環、回転円筒との間で静電容量
を形成するように非接触となる位置に交互に配置されて
いる。回転軸3の軸受装置8は、ベアリングブラケット
9とこれに接合されたシールド玉軸受10より成り、ベ
アリングブラケット9はボルト11を介してフレーム1
に取り付けられている。
Embodiment 2 As shown in FIG. 6, the frame 1 is connected to the metal casing 143 of the induction machine 112 via the conducting wire 2. The rotating shaft 3 is connected to a rotor shaft 152 of the induction machine 112. A rotation support ring 24 having an outer radius r 6 obtained by cutting out a disk portion having the same size as the cross section of the rotation shaft 3 having a radius r 2 is attached to the rotation shaft 3 in a direction perpendicular to the rotation shaft 3. the r 6, the rotating cylinder 25 to the inner radius and r 7 and,, r 8 an outer radius, the rotating cylinder 26 to the inner radius and r 9 is rotating support ring concentrically with respect to the rotation axis 3 24. Similarly, a fixed support ring 27 having an outer radius r 4 obtained by cutting a disk portion having a radius r 10 larger than the outer radius r 2 of the rotating shaft 3 has an inner radius r perpendicular to the rotating shaft 3.
4 is attached to the inner wall of the frame 1 and the outer radius is r 11 ,
A fixed cylinder 28 having an inner radius of r 12 and a rotating cylinder 29 having an outer radius of r 13 and an inner radius of r 10 are formed on the fixed support ring 27 so as to be concentric with the rotating shaft 3. Installed. The rotating toroids 25 and 26 and the fixed cylinders 28 and 29 are alternately arranged at non-contact positions so as to form a capacitance between the adjacent fixed torus and rotating cylinder. The bearing device 8 of the rotating shaft 3 comprises a bearing bracket 9 and a shielded ball bearing 10 joined thereto, and the bearing bracket 9 is connected to the frame 1 via bolts 11.
Attached to.

【0107】回転円筒25(26)と固定円筒28(2
9)の軸方向に重なり合う部分の長さをLとすると、回
転円筒25と固定円筒28との間で形成される静電容量
41は(数29)となる。
The rotating cylinder 25 (26) and the fixed cylinder 28 (2
Assuming that the length of the portion overlapping in the axial direction of 9) is L, the capacitance C 41 formed between the rotating cylinder 25 and the fixed cylinder 28 becomes (Equation 29).

【0108】[0108]

【数29】 (Equation 29)

【0109】固定円筒28と回転円筒26との間で形成
される静電容量C42は(数30)となる。
The capacitance C 42 formed between the fixed cylinder 28 and the rotating cylinder 26 is (Equation 30).

【0110】[0110]

【数30】 [Equation 30]

【0111】回転円筒26と固定円筒29との間で形成
される静電容量C43は(数31)となる。
The capacitance C 43 formed between the rotating cylinder 26 and the fixed cylinder 29 becomes (Equation 31).

【0112】[0112]

【数31】 (Equation 31)

【0113】全ての回転円筒と固定円筒との間で形成さ
れる合成静電容量Czは(数32)で示す静電容量とな
る。
The combined capacitance C z formed between all the rotating cylinders and the fixed cylinder is the capacitance shown by (Expression 32).

【0114】[0114]

【数32】 (Equation 32)

【0115】全ての回転円筒と固定円筒との間で形成さ
れる合成静電容量Czは(数29),(数30),(数
31),(数32)より(数33)で示す静電容量とな
る。
The combined capacitance C z formed between all the rotating cylinders and the fixed cylinders is given by (Equation 33) from (Equation 29), (Equation 30), (Equation 31), and (Equation 32). It becomes capacitance.

【0116】[0116]

【数33】 [Equation 33]

【0117】実施例2において、例1と同様の理由によ
り、回転円筒と固定円筒の内周半径r7,r9,r12、外
周半径r8,r11,r13、回転円筒25,26と固定円
筒28,29の軸方向に重なり合う部分の長さL、また
は、回転円筒と固定円筒の段数を適当に選んで、全ての
回転円筒と固定円筒との間で形成される合成静電容量C
zを十分大きな静電容量に設定して、誘導機112の固
定子と回転子との間のエアーギャップ容量C3′を(数
20)を満足する範囲に設定すれば、ベアリング電流を
低減することができる。以降、ベアリング電流を低減で
きる説明は、例1と同様の説明となるので省略する。
In the second embodiment, for the same reason as in the first embodiment, the inner and outer radii of the rotating cylinder and the fixed cylinder are r 7 , r 9 , r 12 , the outer radii r 8 , r 11 , r 13 , and the rotating cylinders 25 and 26. And the length L of the portion overlapping in the axial direction of the fixed cylinders 28 and 29 or the number of stages of the rotating cylinder and the fixed cylinder is appropriately selected, and the combined capacitance formed between all the rotating cylinders and the fixed cylinder is selected. C
If z is set to a sufficiently large capacitance and the air gap capacity C 3 ′ between the stator and the rotor of the induction machine 112 is set in a range satisfying (Equation 20), the bearing current is reduced. be able to. Hereinafter, the description that can reduce the bearing current will be omitted because it is the same as that of Example 1.

【0118】[0118]

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によれば、回転機の金属筐体とベアリング電流低減装
置を導線で接続し、実施例1の回転軸に取り付けられた
回転円環と軸受装置を介して回転軸に取付けられフレー
ムに固定接続された固定円環、または、実施例2の回転
軸に取り付けた回転円筒とフレームに取り付けた固定円
筒を非接触で接近させて静電容量を形成し、回転機の固
定子と回転子との間のエアーギャップ容量を補強するこ
とによって、インバータより誘導機に印加される立ち上
がりの急峻なコモンモード電圧の応答電圧として発生す
る軸電圧を非振動で動作させ、この時同時に、軸電圧の
収束値となる直流成分も小さくなるので、放電直前の軸
電圧を著しく小さく抑えることができ、軸電圧の放電現
象として発生するベアリング電流を低減することがで
き、軸受部の摩耗、回転軸の損傷、潤滑油の風化、軸受
装置の損傷または破壊を防止することができるという効
果のあるベアリング電流低減装置を提供できる。
As is apparent from the above embodiment, according to the present invention, the metal casing of the rotating machine and the bearing current reducing device are connected by a conducting wire, and the rotating circle attached to the rotating shaft of the first embodiment. The fixed ring attached to the rotating shaft and fixedly connected to the frame via the ring and the bearing device, or the rotating cylinder attached to the rotating shaft and the fixed cylinder attached to the frame of the second embodiment are brought into close contact with each other in a non-contact manner and statically moved. The shaft voltage generated as a response voltage of the steep rising common mode voltage applied to the induction machine from the inverter by forming electric capacity and reinforcing the air gap capacity between the stator and the rotor of the rotating machine Is operated without vibration, and at the same time, the DC component which is the convergence value of the shaft voltage is also reduced, so that the shaft voltage immediately before the discharge can be suppressed extremely small, which occurs as a discharge phenomenon of the shaft voltage. Can be reduced bearings current, the wear of the bearing unit, damage to the rotary shaft, weathering of the lubricating oil can provide a bearing current reduction apparatus having the effect that it is possible to prevent damage or destruction of the bearing device.

【0119】また、本発明によれば、実施例1の回転円
環と固定円環、または、実施例2の回転円筒と固定円筒
を非接触で接近させる事によってベアリング電流を低減
しているので、従来のベアリング電流低減装置のように
軟質の導電材料を回転軸に押し付けているため、数ヶ月
でブラシ交換を必要とするような保守の必要なベアリン
グ電流を低減することができるという効果のあるベアリ
ング電流低減装置が得られる。
According to the present invention, the bearing current is reduced by bringing the rotating ring and the fixed ring of the first embodiment or the rotating cylinder and the fixed cylinder of the second embodiment close to each other in a non-contact manner. Since a soft conductive material is pressed against the rotating shaft as in the conventional bearing current reduction device, there is an effect that the bearing current requiring maintenance which requires brush replacement in a few months can be reduced. A bearing current reduction device is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】軸電圧が非振動になる例1のベアリング電流低
減装置の側面図
FIG. 1 is a side view of a bearing current reduction device of Example 1 in which a shaft voltage becomes non-oscillating.

【図2】同ベアリング電流低減装置を備えたインバータ
駆動の誘導機におけるコモンモード電圧、軸電圧および
ベアリング電流を図示したタイムチャート
FIG. 2 is a time chart illustrating a common mode voltage, a shaft voltage, and a bearing current in an inverter-driven induction machine equipped with the bearing current reduction device.

【図3】同ベアリング電流低減装置を備えたインバータ
駆動の誘導機における合成静電容量Czとベアリング電
流の最大波高値Ibmaxとの関係を図示したグラフ
FIG. 3 is a graph illustrating a relationship between a combined capacitance C z and a maximum peak value I bmax of a bearing current in an inverter-driven induction machine including the bearing current reduction device.

【図4】軸電圧が非振動になる例2のベアリング電流低
減装置の側面図
FIG. 4 is a side view of the bearing current reduction device of Example 2 in which the shaft voltage becomes non-oscillating.

【図5】本発明の実施例1のベアリング電流低減装置の
側面図
FIG. 5 is a side view of the bearing current reducing device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例2のベアリング電流低減装置の
側面図
FIG. 6 is a side view of the bearing current reducing device according to the second embodiment of the present invention.

【図7】従来のPWMインバータに駆動された誘導機の
原理的回路
FIG. 7 is a diagram showing a basic circuit of a conventional induction machine driven by a PWM inverter;

【図8】従来のPWMインバータに駆動された誘導機の
各部の波形を説明する説明図
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining waveforms of various parts of an induction machine driven by a conventional PWM inverter.

【図9】従来のインバータ駆動された誘導機のコモンモ
ード等価回路図
FIG. 9 is a common mode equivalent circuit diagram of a conventional inverter-driven induction machine.

【図10】従来のインバータ駆動された誘導機の簡略化
コモンモード等価回路図
FIG. 10 is a simplified common mode equivalent circuit diagram of a conventional inverter-driven induction machine.

【図11】従来のインバータ駆動された誘導機におい
て、コンピュータシミュレーションを使って計算させた
軸電圧の波形と、実際に測定した軸電圧の波形を比較し
たタイムチャート
FIG. 11 is a time chart comparing a shaft voltage waveform calculated using computer simulation with a shaft voltage waveform actually measured in a conventional inverter-driven induction machine.

【図12】従来のインバータ駆動された誘導機におい
て、減衰係数ζの値の選び方によって変化する軸電圧の
波形を説明した説明図
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating a waveform of an axial voltage that changes in a conventional inverter-driven induction machine according to a method of selecting a value of a damping coefficient ζ.

【図13】従来のインバータ駆動された誘導機につい
て、最も大きなベアリング電流が発生する瞬間における
コモンモード電圧、軸電圧およびベアリング電流を説明
した説明図
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a common mode voltage, a shaft voltage, and a bearing current at the moment when the largest bearing current occurs in a conventional inverter-driven induction machine.

【図14】従来のベアリング電流低減装置の側面図FIG. 14 is a side view of a conventional bearing current reduction device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 フレーム 2 導線 3 回転軸 4 回転円環 5 回転円環 6 固定円環 7 固定円環 8 軸受装置 12 固定中空円柱 13 固定中空円柱 14 軸受装置 15 軸受装置 16 内輪部 17 内輪部 18 外輪部 19 外輪部 20 固定円環 21 固定円環 22 導線 23 導線 24 回転支持円環 25 固定円筒 26 固定円筒 27 固定支持円環 28 回転円筒 29 回転円筒 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Frame 2 Conductor 3 Rotating shaft 4 Rotating ring 5 Rotating ring 6 Fixed ring 7 Fixed ring 8 Bearing device 12 Fixed hollow column 13 Fixed hollow column 14 Bearing device 15 Bearing device 16 Inner ring part 17 Inner ring part 18 Outer ring part 19 Outer ring unit 20 Fixed ring 21 Fixed ring 22 Conductor 23 Conductor 24 Rotation support ring 25 Fixed cylinder 26 Fixed cylinder 27 Fixed support ring 28 Rotation cylinder 29 Rotation cylinder

フロントページの続き (72)発明者 朝井 貴裕 大阪府大阪市城東区今福西6丁目2番61 号 松下精工株式会社内 (56)参考文献 実開 昭58−183070(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 11/00 H02K 5/16 Continuation of the front page (72) Inventor Takahiro Asai 6-2-61 Imafukunishi, Joto-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Matsushita Seiko Co., Ltd. (56) Reference Real-life 1983-183070 (JP, U) (58) Survey Field (Int.Cl. 7 , DB name) H02K 11/00 H02K 5/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 回転機のベアリング電流を低減するもの
において、回転機の金属筐体に導線を介して接続される
フレームと、回転機の回転子軸に連結され軸受装置を介
してフレームに取り付けられる回転軸と、回転軸に対し
て垂直方向に回転軸に取り付けられ回転軸断面と同じ大
きさの円板部分を切り取った1枚以上の回転円環と、内
輪部を回転軸に取付けた1個以上の軸受装置と、回転軸
に対して垂直方向に前記軸受装置の外輪部に取り付けら
れ前記軸受装置の外輪部と同じ大きさの円板部分を切り
取った前記軸受と同数の固定円環とを備え、前記固定円
環は隣接する固定円環間に導線を介して接続し、固定円
環の1つは導線を介してフレームに固定し、前記回転円
環と前記固定円環は、静電容量を生ずるように非接触と
なる位置に交互に配置したことを特徴とする回転機のベ
アリング電流低減装置。
An apparatus for reducing a bearing current of a rotating machine, comprising: a frame connected to a metal housing of the rotating machine via a conductive wire; and a frame connected to a rotor shaft of the rotating machine and mounted on the frame via a bearing device. A rotating shaft, one or more rotating rings attached to the rotating shaft in a direction perpendicular to the rotating shaft, and having a disk portion having the same size as the rotating shaft cross section, and an inner ring portion attached to the rotating shaft. And at least the same number of bearing rings as the bearings, which are cut out of a disk portion having the same size as the outer ring portion of the bearing device attached to the outer ring portion of the bearing device in a direction perpendicular to the rotation axis, and Wherein the fixed ring is connected between adjacent fixed rings via a conductive wire, one of the fixed rings is fixed to the frame via a conductive wire, and the rotating ring and the fixed ring are static. Alternately placed at non-contact locations to generate capacitance A bearing current reduction device for a rotating machine characterized by being placed.
【請求項2】 回転機のベアリング電流を低減するもの
において、回転機の金属筐体に導線を介して接続される
フレームと、回転機の回転子軸に連結され軸受装置を介
してフレームに取り付けられる回転軸と、回転軸に対し
て垂直方向に回転軸に取り付けられ回転軸断面と同じ大
きさの円板部分を切り取った回転支持円環と、回転軸に
対して同心円状に前記回転支持円環に取り付けた半径の
異なる1個以上の回転円筒と、回転軸に対して垂直方向
にフレームに取り付けられ回転軸の半径よりも大きな半
径を持つ円板部分を切り取った固定支持円環と、回転軸
に対して同心円状に前記固定支持円環に取り付けた半径
の異なる1個以上の固定円筒を備え、前記固定円筒と前
記回転円筒間は、静電容量を生ずるように非接触となる
位置に交互に配置したことを特徴とする回転機のベアリ
ング電流低減装置。
2. A method for reducing a bearing current of a rotating machine, comprising: a frame connected to a metal casing of the rotating machine via a conductive wire; and a frame connected to a rotor shaft of the rotating machine and mounted on the frame via a bearing device. A rotating shaft, a rotating supporting ring attached to the rotating shaft in a direction perpendicular to the rotating shaft, and a disk portion having the same size as the rotating shaft section cut out, and the rotating supporting circle concentric with the rotating shaft. One or more rotating cylinders having different radii attached to the ring, a fixed support ring which is attached to the frame in a direction perpendicular to the rotation axis and has a disk portion having a radius larger than the radius of the rotation axis cut out, One or more fixed cylinders having different radii attached to the fixed support ring concentrically with respect to an axis are provided, and the fixed cylinder and the rotating cylinder are in a non-contact position to generate capacitance. Alternately A bearing current reducing device for a rotary machine.
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