JP4069779B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ駆動される軸受け装置を用いた回転電機に発生する電食防止装置を搭載した回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、誘導機を始めとする回転電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器によって駆動するのが一般的となってきた。インバータの駆動方式として電圧形ＰＷＭインバータが最も良く知られている。
【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、回転電機の回転軸に高周波誘導に基づいて発生する軸電圧が増大する傾向になっている。この軸電圧の増大に伴って、回転軸を指示しているベアリングの内輪部と外輪部の間の電位差が大きくなり、ベアリング内に発生するベアリング電流を増大させていた。このベアリング電流は、内輪部、外輪部の軌道面ならびに転導体表面に電食と呼ばれる腐食を発生させて、ベアリング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。
【０００４】
従来、この種のベアリング電流を防止する機能を有する回転電機は、特開２０００−１９７２９８号広報に記載されたものが知られている。
【０００５】
以下、その回転電機について図１１〜図１４を参照しながら説明する。
【０００６】
図１１は従来の回転電機の概略構成を示す図である。これは、絶縁スリーブの開口部側表面に導電膜を設けることによって、コイルとロータ間を静電遮蔽してコイルとロータ間の静結合容量を小さくするようにしたもので、軸電圧の大きさが、コイルとロータ間の静電結合容量によって決まる事に着目し、その静電結合容量を小さくすることで軸電圧を下げるようにしたものである。
【０００７】
図において、従来の回転電機１００は例えば誘導電動機であって、ステータ１０１は内側にコイル１０２を配置し、ハウジング１０３の内周面に固定されている。ロータ１０４は例えばかご型巻線を備えた誘導電動機のロータであって回転軸１０５、軸受装置１０６ａ、１０６ｂを有している。ロータ１０４は回転軸１０５に取り付けられた軸受装置１０６ａ、１０６ｂを介してハウジング１０３の両端にボルト１０７で固定された２枚のエンドブラケット１０８ａ、１０８ｂに固定されている。インバータ１０９のＲ相、Ｓ相およびＴ相出力端子１１０〜１１２は回転電機１００のコイル１０２のＲ相、Ｓ相およびＴ相タップ１１３〜１１５にそれぞれ結線されている。回転電機１００のフレームグランド端子１１６はインバータ１０９のフレームグランド端子１１７にアース線１１８を介して接続され、さらに、フレームグランド端子１１７は大地にアースされている。
【０００８】
図１２は従来の回転電機の構成を示す断面図である。図１３は、図１２において図示するＡの方向から見た従来の回転電機の構成を示す図である。図１２、図１３において、従来の回転電機１００のロータ１０４は回転軸１０５を有し、回転軸１０５に取り付けられたここでは図示されない軸受装置１０６ａ〜１０６ｂを介してハウジング１０３に固定された２枚のエンドブラケット１０８ａ〜１０８ｂに固定されている。ステータ１０１は、積層板１１９ａ〜１１９ｋを、積層板の間に絶縁樹脂を介して絶縁して、軸方向に積層して成型したものである。ステータ１０１はスロット１２０と歯１２１を有し、ハウジング１０３の内周面に固定されている。スロット１２０内に巻いたコイル１０２とスロット１２０のロータ１０４側への開口部１２２との間には絶縁体を加工して得られる絶縁スリーブ１２３ａ〜１２３ｃを設け、絶縁スリーブ１２３ａ〜１２３ｃのステータ１０１に接する側を導電膜１２４ａ〜１２４ｃとしており、この導電膜１２４ａ〜１２４ｃはステータ１０１に接触することにより、コイル１０２とロータ１０４は静電遮蔽され、コイル１０２とロータ１０４間の静電結合容量１２５は著しく小さくなる。そして、コイル１０２はスロット１０９内に、ステータ１０１に接近した位置に配置されるので、コイル１０２の巻き取り方向に沿って、コイル１０２とステータ１０１の間にも静電結合容量１２６が分布している。さらに、ステータ１０１とロータ１０４の間の空隙間隔は狭く配置されるので、ステータ１０１とロータ１０４の間にもエアーギャップ容量１２７が存在する。
【０００９】
図１４は、電食対策されていない一般的な回転電機において軸電圧が発生しベアリング電流が発生するメカニズムと、従来の回転電機において導電膜付きの絶縁スリーブを設けることにより軸電圧が低減され電食を防止できることを説明するコモンモード等価回路である。図において、回転電機が比較的高速で回転する場合、軸受装置１０６ａ〜１０６ｂは流体潤滑状態となるため電気的に非道通となり、その等価回路１２８は等価直列抵抗１２９、等価静電容量１３０、および、開放したスイッチ１３１を直列に配置した図示する回路構成となる。
【００１０】
電食対策がされていない一般的な回転電機では、従来の回転電機１００のような導電膜１２４ａ〜１２４ｃ付きの絶縁スリーブ１２３ａ〜１２３ｃは設けられておらず、コイル１０２は開口部１２１付近の空隙を介して、ロータ１０４と接近した位置に配置されるので、コイル１０４の巻き取り方向に沿って、コイル１０２とロータ１０４の間に数十ｐＦ程度の静電結合容量１２５が分布している。さらに、コイル１０２とステータ１０１の間に静電結合容量１２６、および、ステータ１０１とロータ１０４の間にエーアーギャップ容量１２７当が存在するので、コイル１０２の各相と大地との間に印加された共通モードの電圧、すなわち、コモンモード電圧１３２をエアーギャップ容量１２７に発生する軸電圧として伝達する図示するような閉じた回路１３３が形成され、インバータ１０９からコイル１０２の各相と大地間にコモンモード電圧１３２が印加されると、コモンモード電圧１３２に対する閉じた回路１３３の応答電圧として、エアーギャップ容量１２７に軸電圧が発生し、エアーギャップ容量１２７にチャージされた軸電圧の放電電流として軸受装置を介してベアリング電流が流れ、軸受け部に電食を発生させていた。
【００１１】
従来の回転電機１００では、導電膜１２４ａ〜１２４ｂ付きの絶縁スリーブ１３ａ〜１２３ｃをコイル１０２とスロット１２０のロータ１０４側への開口部１２２との間に設けると、前述したように、コイル１０２とロータ１０４の間の静電結合容量１２５が著しく小さくなるので、インバータ１０９からコイル１０２の各相と大地との間に印加されたコモンモード電圧１３２をエアーギャップ容量１２７に発生する軸電圧として伝達する前述したような閉じた回路１３３は形成されず、コモンモード電圧１３２に対する応答電圧として、エアーギャップ容量１２７に発生する軸電圧は著しく減少するかまたは消滅し、エアーギャップ容量１２７にチャージされた軸電圧の放電電流として発生していたベアリング電流も低減または消滅し、軸受部の電食を防止することができた。
【００１２】
ところで、図１３に図示すように、従来の従来の回転電機１００では、導電膜１２４ａおよび１２４ｂが歯１２１と接触する全面積において積層板１１９ａおよび１１９ｂと導通するので、導電膜１２４ａおよび１２４ｂを介して積層板１１９ｃおよび１１９ｄを通過する電流通路が、歯１２１の一部分と鎖交する電流ループ１３４ａを形成する。同様に、図１３に図示するように、導電膜１２４ａおよび１２４ｂを介して積層板１１９ｅおよび１１９ｆを通過する電流通路が歯１２１の一部分と鎖交する電流ループ１３４ｂ、および、導電膜１２４ａおよび１２４ｂを介して積層板１１９ｇおよび１１９ｈを通過する電流通路が歯１２１の一部分と鎖交する電流ループ１３４ｃを形成する。
【００１３】
歯１２１において、例えば、図１３に図示する紙面の表面から裏面へのＢの方向に変化するような回転磁界は、歯１２１の一部と鎖交する電流ループ１３４ａ〜１３４ｃに渦電流を誘導させる。歯１２１は珪素鋼鈑のような強磁性体でできているので、強磁性体と鎖交する電流ループ１３４ａには大きな渦電流が発生し、この渦電流による損失のため回転電機のエネルギー変換効率を著しく低下させていた。
【００１４】
同様に、従来の回転電機１００では、複数の導電膜と積層板は、図１３に図示するようなロータ１０４および回転軸１０５と鎖交する電流ループ１３５を形成する。ロータ１０４および回転軸１０５において、図１２に図示する例えばＡの方向に変化するような回転磁界は、ロータ１０４および回転軸１０５と鎖交する電流ループ１３５に渦電流を誘導させるが、ロータ１０４または回転軸１０５は珪素鋼鈑または鉄のような強磁性体でできているので、強磁性体と鎖交する電流ループ１３５には大きな渦電流が発生し、この渦電流による損失のため回転電機のエネルギー変換効率を著しく低下させていた。
【００１５】
図１５は従来の他の回転電機の構成を示し、図において、１０１〜１０５、１１９〜１２１、１２４〜１２６は図１２の１０１〜１０５、１１９〜１２１、１２４〜１２６と同様のものであり、その説明を省略する。従来の他の回転電機１３６は例えば誘導電動機であって、銅のような非磁性導体できた静電遮蔽板１３７ａ〜１３７ｂを絶縁体１３８ａ〜１３８ｂで包み込んだ絶縁ウエッジ１３９ａ〜１３９ｂを、スロット１１９に巻いたコイル１０２とスロット１１９のロータ１０４側への開口部の間に押入し、この静電遮蔽板１３７ａ〜１３７ｂの長手方向片側をリング部１４０に櫛状に接続し、リング部１４０はハウジング１０３に接続したような構成となっている。従来の回転電機１００で述べたのと同様の理由により、コイル１０２とロータ間を静電遮蔽板１３７ａ〜１３７ｂで静電遮蔽したことにより、コイル１０２とロータ１０４の間の静電結合容量１２４が著しく小さくなり、ベアリング電流が低減または消滅し、軸受部の電食を防止することができる。ところで、従来の回転電機１３６のリング部１４０は、回転軸１０５と鎖交する電流ループ１４１等を形成し、ステータ１０１に発生する回転磁界により電流ループ１４０に渦電流を誘導する。回転軸１０５は、鉄のような強磁性体でできているので、強磁性体と鎖交する電流ループ１４０には大きな渦電流が発生し、渦電流による損失のため回転電機のエネルギー変換効率を劣化させていた。
【００１６】
【特許文献１】
特開２０００−１９７２９８号公報（第４頁、第３図、第５図、第６図）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の回転電機では、絶縁スリーブのステータ側に形成された導電膜が歯と接触する全面積において積層板と導通するので、ステータの歯を挟む隣り合った２つの導電膜と積層板は歯の一部分と鎖交する電流ループを形成する。歯において変化する回転磁界は、歯の一部と鎖交する電流ループに渦電流を誘導させるが、歯は珪素鋼鈑のような強磁性体でできているので、強磁性体と鎖交する電流ループには大きな渦電流が発生し、この渦電流による損失のため回転電機のエネルギー変換効率を著しく低下させていた。同様に、従来の回転電機では、複数の導電膜と積層板は、ロータおよび回転軸と鎖交する電流ループを形成し、ロータおよび回転軸において変化する回転磁界は、ロータおよび回転軸と鎖交する電流ループに渦電流を誘導させるが、ロータまたは回転軸は珪素鋼鈑または鉄のような強磁性体でできているので、強磁性体と鎖交する電流ループには大きな渦電流が発生し、この渦電流による損失のため回転電機のエネルギー変換効率を著しく低下させていた。同様に、従来の他の回転電機では、リング部は、回転軸と鎖交する電流ループを形成し、ステータに発生する回転磁界により電流ループに渦電流を誘導させるが、回転軸は鉄のような強磁性体でできているので、強磁性体と鎖交する電流ループには大きな渦電流が発生し、渦電流による損失のため回転電機のエネルギー変換効率を著しく劣化させていた。
【００１８】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、安価で簡単な部品の追加で大きな渦電流を発生させないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、ベアリング電流を低減または消滅して電食を防止することができる回転電機を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転電機は上記目的を達成するために、互いに絶縁して積層した複数の積層板より形成され、スロットと歯を有しそのスロット内にコイルを配置するステータと、そのステータを内周面に固定したハウジングと、回転軸を有するロータと、軸受装置を有しその軸受装置を介して前記回転軸を保持し、前記ハウジングの両端部に固定された２枚のエンドブラケットを備えたインバータ駆動される回転電機において、短冊状に加工した非磁性導体板の表面全体を絶縁体で包み込んだ絶縁スリーブを、前記コイルと前記スロットの間に前記スロットの開口部を塞ぐように配置、固定し、前記非磁性導体板の一点のみを一枚の前記積層板に導通させて、前記非磁性導体板および前記歯によって、強磁性体でできた前記歯と鎖交する電流ループが形成されないようにしてエネルギー変換効率を劣化させることなく、前記コイルと前記ロータ間を静電遮蔽して電食を防止することができる請求項１記載の回転電機としたものである。
【００２０】
本発明によれば、安価で簡単な部品の追加で大きな渦電流を発生させないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、ベアリング電流を低減または消滅して電食を防止することができる回転電機が得られる。
【００２１】
また他の手段は、互いに絶縁して積層した複数の積層板より形成され、スロットと歯を有しそのスロット内にコイルを配置するステータと、そのステータを内周面に固定したハウジングと、回転軸を有するロータと、軸受装置を有しその軸受装置を介して前記回転軸を保持し、前記ハウジングの両端部に固定された２枚のエンドブラケットを備えたインバータ駆動される回転電機において、短冊状に加工した非磁性導体板の表面全体を絶縁体で包み込んだ絶縁スリーブを、前記コイルと前記スロットの間に前記スロットの開口部を塞ぐように配置、固定し、前記非磁性導体板が他の前記非磁性導体板に導通しないように前記非磁性導体板を隣り合う複数の前記積層板に導通させて、前記非磁性導体板および前記歯によって、強磁性体でできた前記歯と鎖交する電流ループが形成されないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、前記コイルと前記ロータ間を静電遮蔽して電食を防止することができる請求項１記載の回転電機としたものである。
【００２２】
本発明によれば、安価で簡単な部品の追加で大きな渦電流を発生させないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、ベアリング電流を低減または消滅して電食を防止することができる回転電機が得られる。
【００２３】
また他の手段は、前記非磁性導体板に導通させた隣り合う複数の前記積層板と、他の前記非磁性導体板に導通させた他の隣り合う複数の前記積層板との間に、少なくとも１枚以上の前記非磁性導体板に接続されない前記積層板を配置して、前記非磁性導体板および前記歯によって強磁性体でできた前記歯と鎖交する電流ループが形成されないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、前記コイルと前記ロータ間を静電遮蔽して電食を防止することができる請求項２記載の回転電機としたものである。
【００２４】
本発明によれば、安価で簡単な部品の追加で大きな渦電流を発生させないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、ベアリング電流を低減または消滅して電食を防止することができる回転電機が得られる。
【００２５】
また他の手段は、前記絶縁体は比誘電率が５以下の低誘電率材料を使用することによって、前記コイルと前記ステータ間の静電結合容量を小さくして、前記インバータと前記回転電機のフレームグランド端子間を結ぶアース線に流れる漏れ電流が増大しないようにすることができる請求項１、２または３記載の回転電機としたものである。
【００２６】
本発明によれば、安価で簡単な部品の追加で大きな渦電流を発生させないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、ベアリング電流を低減または消滅して電食を防止することができる回転電機が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、非磁性導体板の一点のみを一枚の前記積層板に導通させて、強磁性体でできた歯と鎖交する電流ループが非磁性導体板および前記歯によって形成されないようにしたものであり、歯に発生する回転磁界に誘導されて非磁性導体板および積層板に大きな渦電流が発生しないという作用を有する。
【００２８】
また、非磁性導体板が他の非磁性導体板に導通しないように非磁性導体板を隣り合う複数の積層板に導通させて、強磁性体でできた前記歯と鎖交する電流ループが非磁性導体板および前記歯によって形成されないようにしたものであり、歯に発生する回転磁界に誘導されて非磁性導体板および積層板に大きな渦電流が発生しないという作用を有する。
【００２９】
また、非磁性導体板に導通させた隣り合う複数の積層板と、他の非磁性導体板に導通させた他の隣り合う複数の積層板との間に、少なくとも１枚以上の前記非磁性導体板に接続されない積層板を配置して、非磁性導体板が他の非磁性導体板に導通しないようにして、強磁性体でできた前記歯と鎖交する電流ループが非磁性導体板および前記歯によって形成されないようにしたものであり、歯に発生する回転磁界に誘導されて非磁性導体板および積層板に大きな渦電流が発生しないという作用を有する。
【００３０】
また、絶縁体は比誘電率が５以下の低誘電率材料を使用しているので、絶縁体をはさんで静電遮蔽板に接近して配置されるコイルと静電遮蔽板との間の静電結合容量、すなわち、コイルとステータとの間の静電結合容量が小さくなるように配慮されており、インバータと回転電機のフレームグランド端子間を結ぶアース線に流れる漏れ電流が増大しないという作用を有する。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
【実施例】
（実施例１）
図１は本発明の第１実施例の回転電機の絶縁スリーブの構成を示し、図において、絶縁スリーブ１は銅のような短冊状に加工した非磁性導体板２の表面全体を絶縁体３で包み込んだものである。絶縁体３は、絶縁スリーブ１の非磁性導体板２と絶縁スリーブ１に接近して配置される導体との静電結合容量が小さくなるように、ポリイミドのように比誘電率が小さい絶縁材料を用いている。非磁性導体板２の長手方向片側の一点４には非磁性導体板２をアース接続するためのリード線５が溶接されている。
【００３２】
図２は本発明の第１実施例の回転電機の構成を示し、図において、１０１〜１０５、１１９ａ〜１１９ｋ、１２０〜１２２、１２５〜１２７は、それぞれ、図５の１０１〜１０５、１１９ａ〜１１９ｋ、１２０〜１２２、１２５〜１２７と同様のものであり、その説明を省略する。本発明の第１実施例の回転電機６は例えば誘導電動機であって、絶縁スリーブ１はスロット１２０の開口部１２２を塞ぐように配置、固定されている。非磁性導体板２はリード線５を介して歯１２１に一点でアース接続され、コイル１０２とロータ１０４の間を静電遮蔽している。従来の回転電機１００と同様の理由により、コイル１０２とロータ１０４の間は静電遮蔽されるので、コイル１０２とロータ１０４の間の静電結合容量１２５が著しく小さくなり、エアーギャップ容量１２６に発生する軸電圧は著しく減少し、エアーギャップ容量１２６にチャージされた軸電圧の放電電流として発生していたベアリング電流も低減または消滅し、軸受部の電食を防止することができる。
【００３３】
図３は図２において図示するＡの方向から見たステータ周辺の構造を示す図である。図において、１０１、１１９ａ〜１１９ｋ、１２０〜１２１は、それぞれ、図１３の１０１、１１９ａ〜１１９ｋ、１２０〜１２１と同様のものであり、その説明を省略する。図において、絶縁スリーブ１はスロット１２０の開口部１２２を塞ぐように配置、固定されている。絶縁スリーブ１の非磁性導体板２の表面全体は絶縁体３で被服されており、非磁性導体板２はリード線５を介する一点４において歯１２０に接続されているので、非磁性導体板２および積層板１１９ａ〜１１９ｂを通過する電流通路は、強磁性体でできた歯１２１の一部分と鎖交する電流ループを形成しない。珪素鋼鈑のような強磁性体でできた歯１２１の一部と鎖交する電流ループが無いので、図３に図示する紙面の表面から裏面へのＢの方向に変化するような回転磁界が、積層板１１９ａ〜１１９ｄに誘導する渦電流は著しく小さくなるか、または、発生しなくなり、渦電流損失のため回転電機のエネルギー変換効率を劣化させないようにすることができる。
【００３４】
図４は本発明の第２実施例の回転電機の絶縁スリーブの構成を示し、図において、７ａ〜９ａ、７ｂ〜９ｂ、７ｃ〜９ｃはそれぞれ図１の１〜４と同様のものであり、その説明を省略する。非磁性導体板８ａ〜８ｃの短手方向片側１０ａ〜１０ｃには、絶縁体９ａ〜９ｃの表面から露出した非磁性導体でできた突出部１１ａ〜１１ｃが取り付けられており、絶縁スリーブ７ａ〜７ｃに接触する導体が突出部１１ａ〜１１ｃを介して非磁性導体８ａ〜８ｃに導通するような構造をしている。
【００３５】
図５は本発明の第２実施例の回転電機の構成を示し、図において、１０１〜１０５、１１９〜１２２、１２５〜１２７は、それぞれ、図５の１０１〜１０５、１１９〜１２２、１２５〜１２７と同様のものであり、その説明を省略する。本発明の第２実施例の回転電機１２は例えば誘導電動機であって、絶縁スリーブ７ａ〜７ｃはスロット１２０の開口部１２２を塞ぐように配置、固定されている。非磁性導体板８ａ〜８ｃは前述した突出部１１ａ〜１１ｃを介して絶縁スリーブの短手方向片側にある歯１２１にアース接続され、コイル１０２とロータ１０４の間を静電遮蔽している。従来の回転電機１００と同様の理由により、コイル１０２とロータ１０４の間は静電遮蔽されるので、コイル１０２とロータ１０４の間の静電結合容量１２５が著しく小さくなり、エアーギャップ容量１２６に発生する軸電圧は著しく減少し、エアーギャップ容量１２６にチャージされた軸電圧の放電電流として発生していたベアリング電流も低減または消滅し、軸受部の電食を防止することができる。
【００３６】
図６は図５において図示するＡの方向から見たステータ周辺の構造を示す図である。図において、１０１、１１９ａ〜１１９ｋ、１２０〜１２２は、それぞれ、図１３の１０１、１１９ａ〜１１９ｋ、１２０〜１２２と同様のものであり、その説明を省略する。絶縁スリーブ７ａ〜７ｃはスロット１２０の開口部１２２を塞ぐように配置、固定されている。絶縁スリーブ７ａの非磁性導体板８ａの表面全体は絶縁体９ａで被服されており、非磁性導体板８ａは突出部１１ａを介して隣り合う３枚の積層板１１９ａ〜１１９ｃに接続されている。同様に、非磁性導体板８ｂは、非磁性導体板８ａおよび８ｃと導通しないように、突出部１１ｂを介して、隣り合う３枚の積層板１１９ｄ〜１１９ｆに接続されている。同様に、非磁性導体板８ｃは、非磁性導体板８ｂと導通しないように、突出部１１ｃを介して、隣り合う３枚の積層板１１９ｇ〜１１９ｉに接続されている。第２実施例の回転電機１２では、非磁性導体板８ａが他の非磁性導体板８ｂに導通しないように積層板に接続されているので、非磁性導体板８ａ〜８ｂおよび積層板１１９ａ〜１１９ｂを通過する電流通路は、強磁性体でできた歯１２０の一部分と鎖交する電流ループを形成しない。珪素鋼鈑のような強磁性体でできた歯１２１の一部と鎖交する電流ループが無いので、図６に図示する紙面の表面から裏面へのＢの方向に変化するような回転磁界が、積層板１１９ａ〜１１９ｋに誘導する渦電流は著しく小さくなるか、または、発生しなくなり、渦電流損失のため回転電機のエネルギー変換効率を劣化させないようにすることができる。
【００３７】
図７は本発明の第３実施例の回転電機の絶縁スリーブの構成を示し、図において、１３ａ〜１７ａ、１３ｂ〜１７ｂ、１３ｃ〜１７ｃはそれぞれ図４の７ａ〜１１ａ、７ｂ〜１１ｂ、７ｃ〜１１ｃと同様のものであり、その説明を省略する。
【００３８】
図８は本発明の第３実施例の回転電機の構成を示し、図において、１０１〜１０５、１２０〜１２２、１２５〜１２７、１３ａ〜１３ｃ、１４ａ〜１４ｃ、１７ａ〜１７ｃは、それぞれ、図５の１０１〜１０５、１２０〜１２２、１２５〜１２７、７ａ〜７ｃ、８ａ〜８ｃ、１１ａ〜１１ｃと同様のものであり、その説明を省略する。本発明の第３実施例の回転電機１８は例えば誘導電動機である。
【００３９】
図９は図５において図示するＡの方向から見たステータ周辺の構造を示す図である。図において１３ａ〜１３ｃ、１４ａ〜１４ｃ、１５ａ〜１５ｃ、１７ａ〜１７ｃ、１１９ａ〜１１９ｋは、それぞれ、図１１の７ａ〜７ｃ、８ａ〜８ｃ、９ａ〜９ｃ、１１ａ〜１１ｃ、図３の１１９ａ〜１１９ｋと同様のものであり、その説明を省略する。絶縁スリーブ１３ａの非磁性導体板１４ａの表面全体は絶縁体１５ａで被服されており、非磁性導体板１４ａは突出部１７ａを介して隣り合う３枚の積層板１１９ａ〜１１９ｃに接続されている。次に、非磁性導体板１４ｂは、非磁性導体板１４ａおよび１４ｃと導通しないように、一枚の積層板１１９ｄを隔てて、突出部１７ｂを介して、隣り合う３枚の積層板１１９ｅ〜１１９ｇに接続されている。同様に、非磁性導体板１４ｃは、非磁性導体１４ｂと導通しないように、一枚の積層板１１９ｈを隔てて、突出部１７ｃを介して、隣り合う３枚の積層板１１９ｉ〜１１９ｋに接続されている。第３実施例の回転電機１８では、非磁性導体板１４ａが他の非磁性導体板１４ｂに導通しないように積層板に接続されているので、非磁性導体板１４ａ〜１４ｂおよび１１９ａ〜１１９ｂを通過する電流通路は、強磁性体でできた歯１２０の一部分と鎖交する電流ループを形成しない。珪素鋼鈑のような強磁性体でできた歯１２１の一部と鎖交する電流ループが無いので、図９に図示する紙面の表面から裏面へのＢの方向に変化するような回転磁界が、積層板１１９ａ〜１１９ｋに誘導する渦電流は著しく小さくなるか、または、発生しなくなり、渦電流損失のため回転電機のエネルギー変換効率を劣化させないようにすることができる。
【００４０】
図１０は、本発明の第１実施例の回転電機６、第２実施例の回転電機１２、第３実施例の回転電機１８、および、従来の回転電機１００のエネルギー変換効率を比較した効率特性を示し、負荷トルクＴを変動させつつ回転数ｎを変化させたときの回転数ｎと効率ηの関係を示している。図を見て明らかなように、本発明の第１実施例、第２実施例、および、第３実施例による効率は、従来例のものに比べて改善されている事がわかる。
【００４１】
ところで、絶縁体４は、ポリイミドのように比誘電率が５以下の低比誘電率材料を用いているので、絶縁体４をはさんで静電遮蔽板２に接近して配置されるコイル１０２と静電遮蔽板２との間の静電結合容量、すなわち、コイル１０２とステータ１０１との間の静電結合容量１２５が小さくなるように配慮されており、インバータからコイル１０２に印加されるコモンモード電圧に対する応答電流としてインバータと回転電機を接続するアース線に発生する漏れ電流を増大させないようにすることができ、アース線より放射される不要な電磁波を増大させないようにすることができる。
【００４２】
なお、実施例では、静電遮蔽板２に銅でできた非磁性導体を用いたが、銅にかえてアルミニウム、白金、金、導電性ポリマー等のような非磁性導体を用いてもよく、その作用効果に差異を生じない。
【００４３】
なお、絶縁体４は、ポリイミドを用いているが、ポリイミドにかえてポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ四フッ化エチレン等のように比誘電率が５以下の低比誘電率の絶縁材料を用いてもよく、その作用効果に差異を生じない。
【００４４】
なお、回転電機１００を誘導電動機としたが、誘導電動機にかえて直流機、同期機、ステッピングモータ、リラクタンスモータのような回転電機でもよく、その作用効果に差異を生じない。
【００４５】
【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、非磁性導体を加工して得られる静電遮蔽板の表面全体を絶縁体で包み込んだ絶縁静電遮蔽材を、前記コイルと前記スロットの間に前記スロットの開口部を塞ぐように配置、固定し、前記静電遮蔽板の短手方向片側の一点のみを前記ステータに接続することによって、前記コイルと前記ロータ間を静電遮蔽するようにしたので、安価で簡単な部品の追加でベアリング電流を低減または消滅して電食が発生しない回転電機を提供できる。
【００４６】
また、非磁性導体を加工して得られる静電遮蔽板の表面全体を絶縁体で包み込んだ絶縁静電遮蔽材を、前記コイルと前記スロットの間に前記スロットの開口部を塞ぐように配置、固定し、前記静電遮蔽板の短手方向片側の一点のみを一枚の積層板に接続するか、または、前記非磁性導体板が他の前記非磁性導体板に導通しないように前記非磁性導体板を隣り合う複数の前記積層板に導通させて、前記静電遮蔽板と前記歯を通過する電流通路が前記歯または前記ロータと鎖交するループを形成しないようにしたので、安価で簡単な部品の追加でステータに発生する渦電流を増大させないようにして、エネルギー変換効率が劣化することがない回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の回転電機の絶縁スリーブの構成図
【図２】本発明の第１実施例の回転電機の構成図
【図３】図２において図示するＡの方向から見たステータ周辺の構造図
【図４】本発明の第２実施例の回転電機の絶縁スリーブの構成図
【図５】本発明の第２実施例の回転電機の構成図
【図６】図５において図示するＡの方向から見たステータ周辺の構造図
【図７】本発明の第３実施例の回転電機の絶縁スリーブの構成図
【図８】本発明の第３実施例の回転電機の構成図
【図９】図５において図示するＡの方向から見たステータ周辺の構造図
【図１０】本発明の第１実施例の回転電機６、第２実施例の回転電機１２、第３実施例の回転電機１８、および、従来の回転電機１００のエネルギー変換効率を比較した効率特性グラフ
【図１１】従来の回転電機の概略構成図
【図１２】従来の回転電機の構成を示す断面図
【図１３】図１２において図示するＡの方向から見た従来の回転電機の構成図
【図１４】電食対策されていない一般的な回転電機において軸電圧が発生しベアリング電流が発生するメカニズムと、従来の回転電機において導電膜付きの絶縁スリーブを設けることにより軸電圧が低減され電食を防止できることを説明するコモンモード等価回路図
【図１５】従来の他の回転電機の構成図
【符号の説明】
１ 絶縁スリーブ
２ 非磁性導体板
３ 絶縁体
４ 一点
５ リード線
６ 回転電機
７ａ 絶縁スリーブ
７ｂ 絶縁スリーブ
７ｃ 絶縁スリーブ
８ａ 非磁性導体板
８ｂ 非磁性導体板
８ｃ 非磁性導体板
９ａ 絶縁体
９ｂ 絶縁体
９ｃ 絶縁体
１０ａ 非磁性導体板の短手方向片側
１０ｂ 非磁性導体板の短手方向片側
１０ｃ 非磁性導体板の短手方向片側
１１ａ 突出部
１１ｂ 突出部
１１ｃ 突出部
１２ 回転電機
１３ａ 絶縁スリーブ
１３ｂ 絶縁スリーブ
１３ｃ 絶縁スリーブ
１４ａ 静電遮蔽板
１４ｂ 静電遮蔽板
１４ｃ 静電遮蔽板
１５ａ 絶縁体
１５ｂ 絶縁体
１５ｃ 絶縁体
１６ａ 非磁性導体板の短手方向片側
１６ｂ 非磁性導体板の短手方向片側
１６ｃ 非磁性導体板の短手方向片側
１７ａ 突出部
１７ｂ 突出部
１７ｃ 突出部
１８ 回転電機
１０１ ステータ
１０２ コイル
１０３ ハウジング
１０４ ロータ
１０５ 回転軸
１０６ａ 軸受装置
１０６ｂ 軸受装置
１０８ａ エンドブラケット
１０８ｂ エンドブラケット
１０９ インバータ装置
１１９ａ 積層板
１１９ｂ 積層板
１１９ｃ 積層板
１１９ｄ 積層板
１１９ｅ 積層板
１１９ｆ 積層板
１１９ｇ 積層板
１１９ｈ 積層板
１１９ｉ 積層板
１１９ｊ 積層板
１１９ｋ 積層板
１２０ スロット
１２１ 歯
１２２ 開口部
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ駆動される軸受け装置を用いた回転電機に発生する電食防止装置を搭載した回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、誘導機を始めとする回転電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器によって駆動するのが一般的となってきた。インバータの駆動方式として電圧形ＰＷＭインバータが最も良く知られている。
【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、回転電機の回転軸に高周波誘導に基づいて発生する軸電圧が増大する傾向になっている。この軸電圧の増大に伴って、回転軸を指示しているベアリングの内輪部と外輪部の間の電位差が大きくなり、ベアリング内に発生するベアリング電流を増大させていた。このベアリング電流は、内輪部、外輪部の軌道面ならびに転導体表面に電食と呼ばれる腐食を発生させて、ベアリング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。
【０００４】
従来、この種のベアリング電流を防止する機能を有する回転電機は、特開２０００−１９７２９８号広報に記載されたものが知られている。
【０００５】
以下、その回転電機について図１１〜図１４を参照しながら説明する。
【０００６】
図１１は従来の回転電機の概略構成を示す図である。これは、絶縁スリーブの開口部側表面に導電膜を設けることによって、コイルとロータ間を静電遮蔽してコイルとロータ間の静結合容量を小さくするようにしたもので、軸電圧の大きさが、コイルとロータ間の静電結合容量によって決まる事に着目し、その静電結合容量を小さくすることで軸電圧を下げるようにしたものである。
【０００７】
図において、従来の回転電機１００は例えば誘導電動機であって、ステータ１０１は内側にコイル１０２を配置し、ハウジング１０３の内周面に固定されている。ロータ１０４は例えばかご型巻線を備えた誘導電動機のロータであって回転軸１０５、軸受装置１０６ａ、１０６ｂを有している。ロータ１０４は回転軸１０５に取り付けられた軸受装置１０６ａ、１０６ｂを介してハウジング１０３の両端にボルト１０７で固定された２枚のエンドブラケット１０８ａ、１０８ｂに固定されている。インバータ１０９のＲ相、Ｓ相およびＴ相出力端子１１０〜１１２は回転電機１００のコイル１０２のＲ相、Ｓ相およびＴ相タップ１１３〜１１５にそれぞれ結線されている。回転電機１００のフレームグランド端子１１６はインバータ１０９のフレームグランド端子１１７にアース線１１８を介して接続され、さらに、フレームグランド端子１１７は大地にアースされている。
【０００８】
図１２は従来の回転電機の構成を示す断面図である。図１３は、図１２において図示するＡの方向から見た従来の回転電機の構成を示す図である。図１２、図１３において、従来の回転電機１００のロータ１０４は回転軸１０５を有し、回転軸１０５に取り付けられたここでは図示されない軸受装置１０６ａ〜１０６ｂを介してハウジング１０３に固定された２枚のエンドブラケット１０８ａ〜１０８ｂに固定されている。ステータ１０１は、積層板１１９ａ〜１１９ｋを、積層板の間に絶縁樹脂を介して絶縁して、軸方向に積層して成型したものである。ステータ１０１はスロット１２０と歯１２１を有し、ハウジング１０３の内周面に固定されている。スロット１２０内に巻いたコイル１０２とスロット１２０のロータ１０４側への開口部１２２との間には絶縁体を加工して得られる絶縁スリーブ１２３ａ〜１２３ｃを設け、絶縁スリーブ１２３ａ〜１２３ｃのステータ１０１に接する側を導電膜１２４ａ〜１２４ｃとしており、この導電膜１２４ａ〜１２４ｃはステータ１０１に接触することにより、コイル１０２とロータ１０４は静電遮蔽され、コイル１０２とロータ１０４間の静電結合容量１２５は著しく小さくなる。そして、コイル１０２はスロット１０９内に、ステータ１０１に接近した位置に配置されるので、コイル１０２の巻き取り方向に沿って、コイル１０２とステータ１０１の間にも静電結合容量１２６が分布している。さらに、ステータ１０１とロータ１０４の間の空隙間隔は狭く配置されるので、ステータ１０１とロータ１０４の間にもエアーギャップ容量１２７が存在する。
【０００９】
図１４は、電食対策されていない一般的な回転電機において軸電圧が発生しベアリング電流が発生するメカニズムと、従来の回転電機において導電膜付きの絶縁スリーブを設けることにより軸電圧が低減され電食を防止できることを説明するコモンモード等価回路である。図において、回転電機が比較的高速で回転する場合、軸受装置１０６ａ〜１０６ｂは流体潤滑状態となるため電気的に非道通となり、その等価回路１２８は等価直列抵抗１２９、等価静電容量１３０、および、開放したスイッチ１３１を直列に配置した図示する回路構成となる。
【００１０】
電食対策がされていない一般的な回転電機では、従来の回転電機１００のような導電膜１２４ａ〜１２４ｃ付きの絶縁スリーブ１２３ａ〜１２３ｃは設けられておらず、コイル１０２は開口部１２１付近の空隙を介して、ロータ１０４と接近した位置に配置されるので、コイル１０４の巻き取り方向に沿って、コイル１０２とロータ１０４の間に数十ｐＦ程度の静電結合容量１２５が分布している。さらに、コイル１０２とステータ１０１の間に静電結合容量１２６、および、ステータ１０１とロータ１０４の間にエーアーギャップ容量１２７当が存在するので、コイル１０２の各相と大地との間に印加された共通モードの電圧、すなわち、コモンモード電圧１３２をエアーギャップ容量１２７に発生する軸電圧として伝達する図示するような閉じた回路１３３が形成され、インバータ１０９からコイル１０２の各相と大地間にコモンモード電圧１３２が印加されると、コモンモード電圧１３２に対する閉じた回路１３３の応答電圧として、エアーギャップ容量１２７に軸電圧が発生し、エアーギャップ容量１２７にチャージされた軸電圧の放電電流として軸受装置を介してベアリング電流が流れ、軸受け部に電食を発生させていた。
【００１１】
従来の回転電機１００では、導電膜１２４ａ〜１２４ｂ付きの絶縁スリーブ１３ａ〜１２３ｃをコイル１０２とスロット１２０のロータ１０４側への開口部１２２との間に設けると、前述したように、コイル１０２とロータ１０４の間の静電結合容量１２５が著しく小さくなるので、インバータ１０９からコイル１０２の各相と大地との間に印加されたコモンモード電圧１３２をエアーギャップ容量１２７に発生する軸電圧として伝達する前述したような閉じた回路１３３は形成されず、コモンモード電圧１３２に対する応答電圧として、エアーギャップ容量１２７に発生する軸電圧は著しく減少するかまたは消滅し、エアーギャップ容量１２７にチャージされた軸電圧の放電電流として発生していたベアリング電流も低減または消滅し、軸受部の電食を防止することができた。
【００１２】
ところで、図１３に図示すように、従来の従来の回転電機１００では、導電膜１２４ａおよび１２４ｂが歯１２１と接触する全面積において積層板１１９ａおよび１１９ｂと導通するので、導電膜１２４ａおよび１２４ｂを介して積層板１１９ｃおよび１１９ｄを通過する電流通路が、歯１２１の一部分と鎖交する電流ループ１３４ａを形成する。同様に、図１３に図示するように、導電膜１２４ａおよび１２４ｂを介して積層板１１９ｅおよび１１９ｆを通過する電流通路が歯１２１の一部分と鎖交する電流ループ１３４ｂ、および、導電膜１２４ａおよび１２４ｂを介して積層板１１９ｇおよび１１９ｈを通過する電流通路が歯１２１の一部分と鎖交する電流ループ１３４ｃを形成する。
【００１３】
歯１２１において、例えば、図１３に図示する紙面の表面から裏面へのＢの方向に変化するような回転磁界は、歯１２１の一部と鎖交する電流ループ１３４ａ〜１３４ｃに渦電流を誘導させる。歯１２１は珪素鋼鈑のような強磁性体でできているので、強磁性体と鎖交する電流ループ１３４ａには大きな渦電流が発生し、この渦電流による損失のため回転電機のエネルギー変換効率を著しく低下させていた。
【００１４】
同様に、従来の回転電機１００では、複数の導電膜と積層板は、図１３に図示するようなロータ１０４および回転軸１０５と鎖交する電流ループ１３５を形成する。ロータ１０４および回転軸１０５において、図１２に図示する例えばＡの方向に変化するような回転磁界は、ロータ１０４および回転軸１０５と鎖交する電流ループ１３５に渦電流を誘導させるが、ロータ１０４または回転軸１０５は珪素鋼鈑または鉄のような強磁性体でできているので、強磁性体と鎖交する電流ループ１３５には大きな渦電流が発生し、この渦電流による損失のため回転電機のエネルギー変換効率を著しく低下させていた。
【００１５】
図１５は従来の他の回転電機の構成を示し、図において、１０１〜１０５、１１９〜１２１、１２４〜１２６は図１２の１０１〜１０５、１１９〜１２１、１２４〜１２６と同様のものであり、その説明を省略する。従来の他の回転電機１３６は例えば誘導電動機であって、銅のような非磁性導体できた静電遮蔽板１３７ａ〜１３７ｂを絶縁体１３８ａ〜１３８ｂで包み込んだ絶縁ウエッジ１３９ａ〜１３９ｂを、スロット１１９に巻いたコイル１０２とスロット１１９のロータ１０４側への開口部の間に押入し、この静電遮蔽板１３７ａ〜１３７ｂの長手方向片側をリング部１４０に櫛状に接続し、リング部１４０はハウジング１０３に接続したような構成となっている。従来の回転電機１００で述べたのと同様の理由により、コイル１０２とロータ間を静電遮蔽板１３７ａ〜１３７ｂで静電遮蔽したことにより、コイル１０２とロータ１０４の間の静電結合容量１２４が著しく小さくなり、ベアリング電流が低減または消滅し、軸受部の電食を防止することができる。ところで、従来の回転電機１３６のリング部１４０は、回転軸１０５と鎖交する電流ループ１４１等を形成し、ステータ１０１に発生する回転磁界により電流ループ１４０に渦電流を誘導する。回転軸１０５は、鉄のような強磁性体でできているので、強磁性体と鎖交する電流ループ１４０には大きな渦電流が発生し、渦電流による損失のため回転電機のエネルギー変換効率を劣化させていた。
【００１６】
【特許文献１】
特開２０００−１９７２９８号公報（第４頁、第３図、第５図、第６図）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の回転電機では、絶縁スリーブのステータ側に形成された導電膜が歯と接触する全面積において積層板と導通するので、ステータの歯を挟む隣り合った２つの導電膜と積層板は歯の一部分と鎖交する電流ループを形成する。歯において変化する回転磁界は、歯の一部と鎖交する電流ループに渦電流を誘導させるが、歯は珪素鋼鈑のような強磁性体でできているので、強磁性体と鎖交する電流ループには大きな渦電流が発生し、この渦電流による損失のため回転電機のエネルギー変換効率を著しく低下させていた。同様に、従来の回転電機では、複数の導電膜と積層板は、ロータおよび回転軸と鎖交する電流ループを形成し、ロータおよび回転軸において変化する回転磁界は、ロータおよび回転軸と鎖交する電流ループに渦電流を誘導させるが、ロータまたは回転軸は珪素鋼鈑または鉄のような強磁性体でできているので、強磁性体と鎖交する電流ループには大きな渦電流が発生し、この渦電流による損失のため回転電機のエネルギー変換効率を著しく低下させていた。同様に、従来の他の回転電機では、リング部は、回転軸と鎖交する電流ループを形成し、ステータに発生する回転磁界により電流ループに渦電流を誘導させるが、回転軸は鉄のような強磁性体でできているので、強磁性体と鎖交する電流ループには大きな渦電流が発生し、渦電流による損失のため回転電機のエネルギー変換効率を著しく劣化させていた。
【００１８】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、安価で簡単な部品の追加で大きな渦電流を発生させないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、ベアリング電流を低減または消滅して電食を防止することができる回転電機を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転電機は上記目的を達成するために、互いに絶縁して積層した複数の積層板より形成され、スロットと歯を有しそのスロット内にコイルを配置するステータと、そのステータを内周面に固定したハウジングと、回転軸を有するロータと、軸受装置を有しその軸受装置を介して前記回転軸を保持し、前記ハウジングの両端部に固定された２枚のエンドブラケットを備えたインバータ駆動される回転電機において、短冊状に加工した非磁性導体板の表面全体を絶縁体で包み込んだ絶縁スリーブを、前記コイルと前記スロットの間に前記スロットの開口部を塞ぐように配置、固定し、前記非磁性導体板の一点のみを一枚の前記積層板に導通させて、前記非磁性導体板および前記歯によって、強磁性体でできた前記歯と鎖交する電流ループが形成されないようにしてエネルギー変換効率を劣化させることなく、前記コイルと前記ロータ間を静電遮蔽して電食を防止することができる請求項１記載の回転電機としたものである。
【００２０】
本発明によれば、安価で簡単な部品の追加で大きな渦電流を発生させないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、ベアリング電流を低減または消滅して電食を防止することができる回転電機が得られる。
【００２１】
また他の手段は、互いに絶縁して積層した複数の積層板より形成され、スロットと歯を有しそのスロット内にコイルを配置するステータと、そのステータを内周面に固定したハウジングと、回転軸を有するロータと、軸受装置を有しその軸受装置を介して前記回転軸を保持し、前記ハウジングの両端部に固定された２枚のエンドブラケットを備えたインバータ駆動される回転電機において、短冊状に加工した非磁性導体板の表面全体を絶縁体で包み込んだ絶縁スリーブを、前記コイルと前記スロットの間に前記スロットの開口部を塞ぐように配置、固定し、前記非磁性導体板が他の前記非磁性導体板に導通しないように前記非磁性導体板を隣り合う複数の前記積層板に導通させて、前記非磁性導体板および前記歯によって、強磁性体でできた前記歯と鎖交する電流ループが形成されないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、前記コイルと前記ロータ間を静電遮蔽して電食を防止することができる請求項１記載の回転電機としたものである。
【００２２】
本発明によれば、安価で簡単な部品の追加で大きな渦電流を発生させないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、ベアリング電流を低減または消滅して電食を防止することができる回転電機が得られる。
【００２３】
また他の手段は、前記非磁性導体板に導通させた隣り合う複数の前記積層板と、他の前記非磁性導体板に導通させた他の隣り合う複数の前記積層板との間に、少なくとも１枚以上の前記非磁性導体板に接続されない前記積層板を配置して、前記非磁性導体板および前記歯によって強磁性体でできた前記歯と鎖交する電流ループが形成されないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、前記コイルと前記ロータ間を静電遮蔽して電食を防止することができる請求項２記載の回転電機としたものである。
【００２４】
本発明によれば、安価で簡単な部品の追加で大きな渦電流を発生させないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、ベアリング電流を低減または消滅して電食を防止することができる回転電機が得られる。
【００２５】
また他の手段は、前記絶縁体は比誘電率が５以下の低誘電率材料を使用することによって、前記コイルと前記ステータ間の静電結合容量を小さくして、前記インバータと前記回転電機のフレームグランド端子間を結ぶアース線に流れる漏れ電流が増大しないようにすることができる請求項１、２または３記載の回転電機としたものである。
【００２６】
本発明によれば、安価で簡単な部品の追加で大きな渦電流を発生させないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、ベアリング電流を低減または消滅して電食を防止することができる回転電機が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、非磁性導体板の一点のみを一枚の前記積層板に導通させて、強磁性体でできた歯と鎖交する電流ループが非磁性導体板および前記歯によって形成されないようにしたものであり、歯に発生する回転磁界に誘導されて非磁性導体板および積層板に大きな渦電流が発生しないという作用を有する。
【００２８】
また、非磁性導体板が他の非磁性導体板に導通しないように非磁性導体板を隣り合う複数の積層板に導通させて、強磁性体でできた前記歯と鎖交する電流ループが非磁性導体板および前記歯によって形成されないようにしたものであり、歯に発生する回転磁界に誘導されて非磁性導体板および積層板に大きな渦電流が発生しないという作用を有する。
【００２９】
また、非磁性導体板に導通させた隣り合う複数の積層板と、他の非磁性導体板に導通させた他の隣り合う複数の積層板との間に、少なくとも１枚以上の前記非磁性導体板に接続されない積層板を配置して、非磁性導体板が他の非磁性導体板に導通しないようにして、強磁性体でできた前記歯と鎖交する電流ループが非磁性導体板および前記歯によって形成されないようにしたものであり、歯に発生する回転磁界に誘導されて非磁性導体板および積層板に大きな渦電流が発生しないという作用を有する。
【００３０】
また、絶縁体は比誘電率が５以下の低誘電率材料を使用しているので、絶縁体をはさんで静電遮蔽板に接近して配置されるコイルと静電遮蔽板との間の静電結合容量、すなわち、コイルとステータとの間の静電結合容量が小さくなるように配慮されており、インバータと回転電機のフレームグランド端子間を結ぶアース線に流れる漏れ電流が増大しないという作用を有する。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
【実施例】
（実施例１）
図１は本発明の第１実施例の回転電機の絶縁スリーブの構成を示し、図において、絶縁スリーブ１は銅のような短冊状に加工した非磁性導体板２の表面全体を絶縁体３で包み込んだものである。絶縁体３は、絶縁スリーブ１の非磁性導体板２と絶縁スリーブ１に接近して配置される導体との静電結合容量が小さくなるように、ポリイミドのように比誘電率が小さい絶縁材料を用いている。非磁性導体板２の長手方向片側の一点４には非磁性導体板２をアース接続するためのリード線５が溶接されている。
【００３２】
図２は本発明の第１実施例の回転電機の構成を示し、図において、１０１〜１０５、１１９ａ〜１１９ｋ、１２０〜１２２、１２５〜１２７は、それぞれ、図５の１０１〜１０５、１１９ａ〜１１９ｋ、１２０〜１２２、１２５〜１２７と同様のものであり、その説明を省略する。本発明の第１実施例の回転電機６は例えば誘導電動機であって、絶縁スリーブ１はスロット１２０の開口部１２２を塞ぐように配置、固定されている。非磁性導体板２はリード線５を介して歯１２１に一点でアース接続され、コイル１０２とロータ１０４の間を静電遮蔽している。従来の回転電機１００と同様の理由により、コイル１０２とロータ１０４の間は静電遮蔽されるので、コイル１０２とロータ１０４の間の静電結合容量１２５が著しく小さくなり、エアーギャップ容量１２６に発生する軸電圧は著しく減少し、エアーギャップ容量１２６にチャージされた軸電圧の放電電流として発生していたベアリング電流も低減または消滅し、軸受部の電食を防止することができる。
【００３３】
図３は図２において図示するＡの方向から見たステータ周辺の構造を示す図である。図において、１０１、１１９ａ〜１１９ｋ、１２０〜１２１は、それぞれ、図１３の１０１、１１９ａ〜１１９ｋ、１２０〜１２１と同様のものであり、その説明を省略する。図において、絶縁スリーブ１はスロット１２０の開口部１２２を塞ぐように配置、固定されている。絶縁スリーブ１の非磁性導体板２の表面全体は絶縁体３で被服されており、非磁性導体板２はリード線５を介する一点４において歯１２０に接続されているので、非磁性導体板２および積層板１１９ａ〜１１９ｂを通過する電流通路は、強磁性体でできた歯１２１の一部分と鎖交する電流ループを形成しない。珪素鋼鈑のような強磁性体でできた歯１２１の一部と鎖交する電流ループが無いので、図３に図示する紙面の表面から裏面へのＢの方向に変化するような回転磁界が、積層板１１９ａ〜１１９ｄに誘導する渦電流は著しく小さくなるか、または、発生しなくなり、渦電流損失のため回転電機のエネルギー変換効率を劣化させないようにすることができる。
【００３４】
図４は本発明の第２実施例の回転電機の絶縁スリーブの構成を示し、図において、７ａ〜９ａ、７ｂ〜９ｂ、７ｃ〜９ｃはそれぞれ図１の１〜４と同様のものであり、その説明を省略する。非磁性導体板８ａ〜８ｃの短手方向片側１０ａ〜１０ｃには、絶縁体９ａ〜９ｃの表面から露出した非磁性導体でできた突出部１１ａ〜１１ｃが取り付けられており、絶縁スリーブ７ａ〜７ｃに接触する導体が突出部１１ａ〜１１ｃを介して非磁性導体８ａ〜８ｃに導通するような構造をしている。
【００３５】
図５は本発明の第２実施例の回転電機の構成を示し、図において、１０１〜１０５、１１９〜１２２、１２５〜１２７は、それぞれ、図５の１０１〜１０５、１１９〜１２２、１２５〜１２７と同様のものであり、その説明を省略する。本発明の第２実施例の回転電機１２は例えば誘導電動機であって、絶縁スリーブ７ａ〜７ｃはスロット１２０の開口部１２２を塞ぐように配置、固定されている。非磁性導体板８ａ〜８ｃは前述した突出部１１ａ〜１１ｃを介して絶縁スリーブの短手方向片側にある歯１２１にアース接続され、コイル１０２とロータ１０４の間を静電遮蔽している。従来の回転電機１００と同様の理由により、コイル１０２とロータ１０４の間は静電遮蔽されるので、コイル１０２とロータ１０４の間の静電結合容量１２５が著しく小さくなり、エアーギャップ容量１２６に発生する軸電圧は著しく減少し、エアーギャップ容量１２６にチャージされた軸電圧の放電電流として発生していたベアリング電流も低減または消滅し、軸受部の電食を防止することができる。
【００３６】
図６は図５において図示するＡの方向から見たステータ周辺の構造を示す図である。図において、１０１、１１９ａ〜１１９ｋ、１２０〜１２２は、それぞれ、図１３の１０１、１１９ａ〜１１９ｋ、１２０〜１２２と同様のものであり、その説明を省略する。絶縁スリーブ７ａ〜７ｃはスロット１２０の開口部１２２を塞ぐように配置、固定されている。絶縁スリーブ７ａの非磁性導体板８ａの表面全体は絶縁体９ａで被服されており、非磁性導体板８ａは突出部１１ａを介して隣り合う３枚の積層板１１９ａ〜１１９ｃに接続されている。同様に、非磁性導体板８ｂは、非磁性導体板８ａおよび８ｃと導通しないように、突出部１１ｂを介して、隣り合う３枚の積層板１１９ｄ〜１１９ｆに接続されている。同様に、非磁性導体板８ｃは、非磁性導体板８ｂと導通しないように、突出部１１ｃを介して、隣り合う３枚の積層板１１９ｇ〜１１９ｉに接続されている。第２実施例の回転電機１２では、非磁性導体板８ａが他の非磁性導体板８ｂに導通しないように積層板に接続されているので、非磁性導体板８ａ〜８ｂおよび積層板１１９ａ〜１１９ｂを通過する電流通路は、強磁性体でできた歯１２０の一部分と鎖交する電流ループを形成しない。珪素鋼鈑のような強磁性体でできた歯１２１の一部と鎖交する電流ループが無いので、図６に図示する紙面の表面から裏面へのＢの方向に変化するような回転磁界が、積層板１１９ａ〜１１９ｋに誘導する渦電流は著しく小さくなるか、または、発生しなくなり、渦電流損失のため回転電機のエネルギー変換効率を劣化させないようにすることができる。
【００３７】
図７は本発明の第３実施例の回転電機の絶縁スリーブの構成を示し、図において、１３ａ〜１７ａ、１３ｂ〜１７ｂ、１３ｃ〜１７ｃはそれぞれ図４の７ａ〜１１ａ、７ｂ〜１１ｂ、７ｃ〜１１ｃと同様のものであり、その説明を省略する。
【００３８】
図８は本発明の第３実施例の回転電機の構成を示し、図において、１０１〜１０５、１２０〜１２２、１２５〜１２７、１３ａ〜１３ｃ、１４ａ〜１４ｃ、１７ａ〜１７ｃは、それぞれ、図５の１０１〜１０５、１２０〜１２２、１２５〜１２７、７ａ〜７ｃ、８ａ〜８ｃ、１１ａ〜１１ｃと同様のものであり、その説明を省略する。本発明の第３実施例の回転電機１８は例えば誘導電動機である。
【００３９】
図９は図５において図示するＡの方向から見たステータ周辺の構造を示す図である。図において１３ａ〜１３ｃ、１４ａ〜１４ｃ、１５ａ〜１５ｃ、１７ａ〜１７ｃ、１１９ａ〜１１９ｋは、それぞれ、図１１の７ａ〜７ｃ、８ａ〜８ｃ、９ａ〜９ｃ、１１ａ〜１１ｃ、図３の１１９ａ〜１１９ｋと同様のものであり、その説明を省略する。絶縁スリーブ１３ａの非磁性導体板１４ａの表面全体は絶縁体１５ａで被服されており、非磁性導体板１４ａは突出部１７ａを介して隣り合う３枚の積層板１１９ａ〜１１９ｃに接続されている。次に、非磁性導体板１４ｂは、非磁性導体板１４ａおよび１４ｃと導通しないように、一枚の積層板１１９ｄを隔てて、突出部１７ｂを介して、隣り合う３枚の積層板１１９ｅ〜１１９ｇに接続されている。同様に、非磁性導体板１４ｃは、非磁性導体１４ｂと導通しないように、一枚の積層板１１９ｈを隔てて、突出部１７ｃを介して、隣り合う３枚の積層板１１９ｉ〜１１９ｋに接続されている。第３実施例の回転電機１８では、非磁性導体板１４ａが他の非磁性導体板１４ｂに導通しないように積層板に接続されているので、非磁性導体板１４ａ〜１４ｂおよび１１９ａ〜１１９ｂを通過する電流通路は、強磁性体でできた歯１２０の一部分と鎖交する電流ループを形成しない。珪素鋼鈑のような強磁性体でできた歯１２１の一部と鎖交する電流ループが無いので、図９に図示する紙面の表面から裏面へのＢの方向に変化するような回転磁界が、積層板１１９ａ〜１１９ｋに誘導する渦電流は著しく小さくなるか、または、発生しなくなり、渦電流損失のため回転電機のエネルギー変換効率を劣化させないようにすることができる。
【００４０】
図１０は、本発明の第１実施例の回転電機６、第２実施例の回転電機１２、第３実施例の回転電機１８、および、従来の回転電機１００のエネルギー変換効率を比較した効率特性を示し、負荷トルクＴを変動させつつ回転数ｎを変化させたときの回転数ｎと効率ηの関係を示している。図を見て明らかなように、本発明の第１実施例、第２実施例、および、第３実施例による効率は、従来例のものに比べて改善されている事がわかる。
【００４１】
ところで、絶縁体４は、ポリイミドのように比誘電率が５以下の低比誘電率材料を用いているので、絶縁体４をはさんで静電遮蔽板２に接近して配置されるコイル１０２と静電遮蔽板２との間の静電結合容量、すなわち、コイル１０２とステータ１０１との間の静電結合容量１２５が小さくなるように配慮されており、インバータからコイル１０２に印加されるコモンモード電圧に対する応答電流としてインバータと回転電機を接続するアース線に発生する漏れ電流を増大させないようにすることができ、アース線より放射される不要な電磁波を増大させないようにすることができる。
【００４２】
なお、実施例では、静電遮蔽板２に銅でできた非磁性導体を用いたが、銅にかえてアルミニウム、白金、金、導電性ポリマー等のような非磁性導体を用いてもよく、その作用効果に差異を生じない。
【００４３】
なお、絶縁体４は、ポリイミドを用いているが、ポリイミドにかえてポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ四フッ化エチレン等のように比誘電率が５以下の低比誘電率の絶縁材料を用いてもよく、その作用効果に差異を生じない。
【００４４】
なお、回転電機１００を誘導電動機としたが、誘導電動機にかえて直流機、同期機、ステッピングモータ、リラクタンスモータのような回転電機でもよく、その作用効果に差異を生じない。
【００４５】
【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、非磁性導体を加工して得られる静電遮蔽板の表面全体を絶縁体で包み込んだ絶縁静電遮蔽材を、前記コイルと前記スロットの間に前記スロットの開口部を塞ぐように配置、固定し、前記静電遮蔽板の短手方向片側の一点のみを前記ステータに接続することによって、前記コイルと前記ロータ間を静電遮蔽するようにしたので、安価で簡単な部品の追加でベアリング電流を低減または消滅して電食が発生しない回転電機を提供できる。
【００４６】
また、非磁性導体を加工して得られる静電遮蔽板の表面全体を絶縁体で包み込んだ絶縁静電遮蔽材を、前記コイルと前記スロットの間に前記スロットの開口部を塞ぐように配置、固定し、前記静電遮蔽板の短手方向片側の一点のみを一枚の積層板に接続するか、または、前記非磁性導体板が他の前記非磁性導体板に導通しないように前記非磁性導体板を隣り合う複数の前記積層板に導通させて、前記静電遮蔽板と前記歯を通過する電流通路が前記歯または前記ロータと鎖交するループを形成しないようにしたので、安価で簡単な部品の追加でステータに発生する渦電流を増大させないようにして、エネルギー変換効率が劣化することがない回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の回転電機の絶縁スリーブの構成図
【図２】本発明の第１実施例の回転電機の構成図
【図３】図２において図示するＡの方向から見たステータ周辺の構造図
【図４】本発明の第２実施例の回転電機の絶縁スリーブの構成図
【図５】本発明の第２実施例の回転電機の構成図
【図６】図５において図示するＡの方向から見たステータ周辺の構造図
【図７】本発明の第３実施例の回転電機の絶縁スリーブの構成図
【図８】本発明の第３実施例の回転電機の構成図
【図９】図５において図示するＡの方向から見たステータ周辺の構造図
【図１０】本発明の第１実施例の回転電機６、第２実施例の回転電機１２、第３実施例の回転電機１８、および、従来の回転電機１００のエネルギー変換効率を比較した効率特性グラフ
【図１１】従来の回転電機の概略構成図
【図１２】従来の回転電機の構成を示す断面図
【図１３】図１２において図示するＡの方向から見た従来の回転電機の構成図
【図１４】電食対策されていない一般的な回転電機において軸電圧が発生しベアリング電流が発生するメカニズムと、従来の回転電機において導電膜付きの絶縁スリーブを設けることにより軸電圧が低減され電食を防止できることを説明するコモンモード等価回路図
【図１５】従来の他の回転電機の構成図
【符号の説明】
１ 絶縁スリーブ
２ 非磁性導体板
３ 絶縁体
４ 一点
５ リード線
６ 回転電機
７ａ 絶縁スリーブ
７ｂ 絶縁スリーブ
７ｃ 絶縁スリーブ
８ａ 非磁性導体板
８ｂ 非磁性導体板
８ｃ 非磁性導体板
９ａ 絶縁体
９ｂ 絶縁体
９ｃ 絶縁体
１０ａ 非磁性導体板の短手方向片側
１０ｂ 非磁性導体板の短手方向片側
１０ｃ 非磁性導体板の短手方向片側
１１ａ 突出部
１１ｂ 突出部
１１ｃ 突出部
１２ 回転電機
１３ａ 絶縁スリーブ
１３ｂ 絶縁スリーブ
１３ｃ 絶縁スリーブ
１４ａ 静電遮蔽板
１４ｂ 静電遮蔽板
１４ｃ 静電遮蔽板
１５ａ 絶縁体
１５ｂ 絶縁体
１５ｃ 絶縁体
１６ａ 非磁性導体板の短手方向片側
１６ｂ 非磁性導体板の短手方向片側
１６ｃ 非磁性導体板の短手方向片側
１７ａ 突出部
１７ｂ 突出部
１７ｃ 突出部
１８ 回転電機
１０１ ステータ
１０２ コイル
１０３ ハウジング
１０４ ロータ
１０５ 回転軸
１０６ａ 軸受装置
１０６ｂ 軸受装置
１０８ａ エンドブラケット
１０８ｂ エンドブラケット
１０９ インバータ装置
１１９ａ 積層板
１１９ｂ 積層板
１１９ｃ 積層板
１１９ｄ 積層板
１１９ｅ 積層板
１１９ｆ 積層板
１１９ｇ 積層板
１１９ｈ 積層板
１１９ｉ 積層板
１１９ｊ 積層板
１１９ｋ 積層板
１２０ スロット
１２１ 歯
１２２ 開口部
Claims (4)
- 互いに絶縁して積層した複数の積層板より形成され、スロットと歯を有しそのスロット内にコイルを配置するステータと、そのステータを内周面に固定したハウジングと、回転軸を有するロータと、軸受装置を有しその軸受装置を介して前記回転軸を保持し、前記ハウジングの両端部に固定された２枚のエンドブラケットを備えたインバータ駆動される回転電機において、短冊状に加工した非磁性導体板の表面全体を絶縁体で包み込んだ絶縁スリーブを、前記コイルと前記スロットの間に前記スロットの開口部を塞ぐように配置、固定し、前記非磁性導体板の一点のみを一枚の前記積層板に導通させて、前記非磁性導体板および前記歯によって、強磁性体でできた前記歯と鎖交する電流ループが形成されないようにしてエネルギー変換効率を劣化させることなく、前記コイルと前記ロータ間を静電遮蔽して電食を防止することができる回転電機。
- 互いに絶縁して積層した複数の積層板より形成され、スロットと歯を有しそのスロット内にコイルを配置するステータと、そのステータを内周面に固定したハウジングと、回転軸を有するロータと、軸受装置を有しその軸受装置を介して前記回転軸を保持し、前記ハウジングの両端部に固定された２枚のエンドブラケットを備えたインバータ駆動される回転電機において、短冊状に加工した非磁性導体板の表面全体を絶縁体で包み込んだ絶縁スリーブを、前記コイルと前記スロットの間に前記スロットの開口部を塞ぐように配置、固定し、前記非磁性導体板が他の前記非磁性導体板に導通しないように前記非磁性導体板を隣り合う複数の前記積層板に導通させて、前記非磁性導体板および前記歯によって、強磁性体でできた前記歯と鎖交する電流ループが形成されないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、前記コイルと前記ロータ間を静電遮蔽して電食を防止することができる請求項１記載の回転電機。
- 前記非磁性導体板に導通させた隣り合う複数の前記積層板と、他の前記非磁性導体板に導通させた他の隣り合う複数の前記積層板との間に、少なくとも１枚以上の前記非磁性導体板に接続されない前記積層板を配置して、前記非磁性導体板および前記歯によって強磁性体でできた前記歯と鎖交する電流ループが形成されないようにして、エネルギー変換効率を劣化させることなく、前記コイルと前記ロータ間を静電遮蔽して電食を防止することができる請求項２記載の回転電機。
- 前記絶縁体は比誘電率が５以下の低誘電率材料を使用することによって、前記コイルと前記ステータ間の静電結合容量を小さくして、前記インバータと前記回転電機のフレームグランド端子間を結ぶアース線に流れる漏れ電流が増大しないようにすることができる請求項１、２または３記載の回転電機。
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