JP7074901B2 - How to use a railroad vehicle - Google Patents

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Description

本発明は、電気自動車の使用方法または鉄道車両の使用方法に関する。 The present invention relates to a method of using an electric vehicle or a method of using a railroad vehicle.

インバータは、直流電力を交流電圧に変換する装置或いは装置の一部のことをインバータと呼ぶ。バッテリー電源の交流変換装置、直流電気鉄道のインバータ装置などである。一方、日本においては相数・電圧・周波数の異なる交流を得るために、商用電源の単相交流、三交流を、一旦整流器で直流に変換してから、再度交流にするための、整流器(コンバータ)とインバータを組合せ、同一パッケージに収容した電力変換装置全体をインバータと呼ぶことも多い。エレベータ、ポンプ、ファン、鉄道車両、電気自動車、エアコンディショナー、冷蔵庫や工場など使用される機器類、サーバー、パソコンなどのバックアップ電源装置、自動車用12V電源で家庭用100V機器を使う車載用インバータ、太陽光発電におけるパワーコンディショナーなど家電から大型機器まで様々な電器装置の出力の制御を可能としている。
従来、インバータに近接するベアリング(軸受)部材、特にベアリングボールには軸受鋼(SUJ2等)の金属が用いられていた。
An inverter is a device or a part of a device that converts DC power into an AC voltage is called an inverter. Battery-powered AC converters, DC electric railway inverters, etc. On the other hand, in Japan, in order to obtain alternating current with different numbers of phases, voltage, and frequency, a rectifier (converter) for converting single-phase alternating current and three alternating current of a commercial power supply to direct current with a rectifier and then converting it to alternating current again. ) And an inverter are combined, and the entire power conversion device housed in the same package is often called an inverter. Elevators, pumps, fans, railroad vehicles, electric vehicles, air conditioners, equipment used in refrigerators and factories, backup power supplies such as servers and personal computers, in-vehicle inverters that use 100V household equipment with 12V power supply for automobiles, the sun It is possible to control the output of various electric appliances such as power conditioners in optical power generation from home appliances to large equipment.
Conventionally, a metal of bearing steel (SUJ2 or the like) has been used for a bearing member close to an inverter, particularly for a bearing ball.

一方、インバータは、高周波電流を用いてインバータ制御回路を制御していることからEDM電流(金属表面を放電現象により破壊してしまう電流)や高周波循環電流が発生し易かった。特に、軸受鋼等の金属では電食という現象が発生し軸受寿命が低くなり信頼性のある回転駆動を提供できずにいた。
このような不具合を解決するために近年はモータのシャフトをアースしたり、モータの外周に電磁ノイズを遮蔽する金属を着けたりすることが試みられるようになっていた。例えば、特開2006-328273号公報(特許文献1)では、軸受内に導電性グリースを充填してアース効果を得ている。しかしながら、導電性グリースは経時変化や液漏れなどの問題を有していた。
On the other hand, since the inverter controls the inverter control circuit using a high-frequency current, an EDM current (current that destroys the metal surface due to a discharge phenomenon) and a high-frequency circulating current are likely to occur. In particular, in metals such as bearing steel, a phenomenon called electrolytic corrosion occurs and the bearing life is shortened, making it impossible to provide a reliable rotary drive.
In recent years, in order to solve such a problem, attempts have been made to ground the shaft of the motor or to attach a metal that shields electromagnetic noise to the outer circumference of the motor. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-328273 (Patent Document 1), the bearing is filled with conductive grease to obtain a grounding effect. However, the conductive grease has problems such as aging and liquid leakage.

特開2006-328273号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-328273

しかしながら、どちらも軸受またはモータに何らかの付属品を取り付ける必要があった。付属品の取付は作業工程を増やすため、製造工程を繁雑にしていた。
本発明は上記したような問題を解決するためになされたものであって、50Hz以上で駆動するインバータにおいて、EMD電流や高周波循環電流の発生により電食現象の発生を抑制したインバータ近傍に使用する軸受を提供するものである。また、電食現象の発生を抑制してあるので、インバータおよびそれを用いた電器機器の信頼性をも向上させることができる。
However, both required some accessories to be attached to the bearings or motors. Since the installation of accessories increases the work process, the manufacturing process is complicated.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is used in the vicinity of an inverter driven at 50 Hz or higher, in which the occurrence of electrolytic corrosion phenomenon is suppressed by the generation of EMD current and high-frequency circulating current. It provides a bearing. Further, since the occurrence of the electrolytic corrosion phenomenon is suppressed, the reliability of the inverter and the electric equipment using the inverter can be improved.

本発明の一態様は、インバータモータを具備する鉄道車両の使用方法であって、鉄道車両は、パルス幅変調駆動のインバータ制御回路を有し、インバータモータの駆動周波数を50Hz以上2000Hz以下に制御する制御回路と、制御回路から1m以内に設置された転がり軸受と、を具備し、転がり軸受は、SUJ2材からなる内輪と、SUJ2材からなる外輪と、電気抵抗値が1010Ω・cm以上である絶縁性のベアリングボールを含む、複数のベアリングボールと、を備え、絶縁性のベアリングボールは、金属部材と、金属部材の表面に設けられた溶射膜と、を有し、絶縁性のベアリングボールの個数をP(個)、転がり軸受の使用環境での最高回転数をM(rpm)、インバータモータの駆動周波数をF(Hz)としたとき、P×M≧60Fを満たし、且つPが6以上の整数であることにより、電食の発生を抑制する。上記転がり軸受を具備する電器機器は、工場等で使用される機器、サーバー、パソコン、エレベータ、ポンプ、ファン、家電、電気自動車、鉄道車両のいずれか1種であることが好ましい。 One aspect of the present invention is a method of using a railroad vehicle provided with an inverter motor, wherein the railroad vehicle has an inverter control circuit for driving a pulse width modulation, and the drive frequency of the inverter motor is 50 Hz or more and 2000 Hz or less. The rolling bearing includes an inner ring made of SUJ2 material, an outer ring made of SUJ2 material, and an electric resistance value of 10 10 Ω. A plurality of bearing balls , including an insulating bearing ball of cm or more, are provided, and the insulating bearing ball has a metal member and a spray film provided on the surface of the metal member, and is insulated. When the number of bearing balls is P (pieces), the maximum rotation speed of the rolling bearing in the usage environment is M (rpm), and the drive frequency of the inverter motor is F (Hz), P × M ≧ 60F is satisfied. Moreover, since P is an integer of 6 or more, the occurrence of electrolytic corrosion is suppressed. The electrical equipment provided with the rolling bearings is preferably any one of equipment used in factories, servers, personal computers, elevators, pumps, fans, home appliances, electric vehicles, and railroad vehicles.

本発明によれば、インバータ近傍で使用する軸受において、複数個の転動体の中に電気抵抗値10Ω・cm以上のものを用いているので、EMD電流や高周波循環電流の発生を抑制できる。そのため、50Hz以上の駆動周波数を有する電流によりインバータ制御回路を駆動させても、アース効果を得るための部材を取り付ける必要がない。その結果、軸受およびモータの組立工程を簡素化することができ、その上で、モータの信頼性をも向上させることができる。 According to the present invention, in the bearing used in the vicinity of the inverter, since the bearing having an electric resistance value of 107 Ω · cm or more is used among a plurality of rolling elements, it is possible to suppress the generation of EMD current and high frequency circulating current. .. Therefore, even if the inverter control circuit is driven by a current having a drive frequency of 50 Hz or higher, it is not necessary to attach a member for obtaining the grounding effect. As a result, the assembly process of the bearing and the motor can be simplified, and the reliability of the motor can be improved.

本発明の軸受の一例を示す図。The figure which shows an example of the bearing of this invention.

本発明のインバータ近傍で使用する転がり軸受は、50Hz以上の周波数で稼働するインバータにおいて、転がり軸受は複数の転動体を有し、少なくとも1つ以上の転動体は絶縁性セラミックスまたは絶縁コーティングにより電気抵抗値が10Ω・cm以上としたものであることを特徴とするものである。
インバータは、直流を交流に変換するインバータ制御回路を有している。交流はプラスとマイナスが周期的に変化するものであり、この周期的変化が周波数となる。インバータは、周波数の変化に応じて回転速度を制御する方式である。複数のギアを組合せて回転数を制御する方式と比べて、ギアチェンジのような複雑な構成部品を要しないので軽量化できる。
The rolling bearing used in the vicinity of the inverter of the present invention is an inverter operating at a frequency of 50 Hz or higher. The rolling bearing has a plurality of rolling elements, and at least one rolling element has electrical resistance due to insulating ceramics or an insulating coating. It is characterized in that the value is 107 Ω · cm or more.
The inverter has an inverter control circuit that converts direct current into alternating current. In alternating current, plus and minus change periodically, and this periodic change becomes the frequency. The inverter is a method of controlling the rotation speed according to the change of frequency. Compared to the method of controlling the number of revolutions by combining multiple gears, the weight can be reduced because complicated components such as gear changes are not required.

インバータの周波数が大きくなればなるほどプラスマイナスの変化速度が速くなる。このプラスマイナスの変化時にインバータ制御回路周辺には電磁誘導が生じる。この電磁誘導は、金属部品などの導電体を伝って軸受内部に伝わっていく。伝わった電磁誘導は、EMD電流または/および高周波循環電流となる。EMD電流または/および高周波循環電流が発生すると軸受に使われている回転軸および転動体(ベアリングボール)にも伝わっていく。このとき、回転軸および転動体が軸受鋼(SUJ2)などの導電部材であると、EMD電流または/および高周波循環電流により電食現象が発生する。電食現象により、回転軸または転動体が腐食され、均一な回転運動を維持できなくなる。特に、稼働周波数50Hz以上のインバータ近傍で使用する軸受けには電食現象が生じ易かった。
それに対し、本発明ではインバータ近傍で使用する軸受に用いられる複数個の転動体のうち、少なくとも1つ以上の転動体は絶縁性セラミックスまたは絶縁コーティングにより電気抵抗値が10Ω・cm以上としたものを用いている。
また、電気抵抗値が10Ω・cm以上の転動体の数は多ければ多いほど良く、すべての転動体が電気抵抗値が10Ω・cm以上であることが好ましい。また、電気抵抗値は1010Ω・cm以上であることが好ましい。また、電気抵抗値の測定は2端子法による電気抵抗測定器により測定するものとする。
The higher the frequency of the inverter, the faster the speed of change of plus and minus. At the time of this plus or minus change, electromagnetic induction occurs around the inverter control circuit. This electromagnetic induction is transmitted to the inside of the bearing through a conductor such as a metal part. The transmitted electromagnetic induction becomes an EMD current and / and a high frequency circulating current. When an EMD current and / or a high-frequency circulating current is generated, it is also transmitted to the rotating shaft and rolling element (bearing ball) used in the bearing. At this time, if the rotating shaft and the rolling element are conductive members such as bearing steel (SUJ2), an electrolytic corrosion phenomenon occurs due to the EMD current and / or the high frequency circulating current. Due to the electrolytic corrosion phenomenon, the rotating shaft or rolling element is corroded, and it becomes impossible to maintain a uniform rotational motion. In particular, bearings used in the vicinity of an inverter with an operating frequency of 50 Hz or higher are prone to electrolytic corrosion.
On the other hand, in the present invention, among a plurality of rolling elements used for bearings used in the vicinity of the inverter, at least one rolling element has an electric resistance value of 107 Ω · cm or more by insulating ceramics or an insulating coating. I am using something.
Further, the larger the number of rolling elements having an electric resistance value of 107 Ω · cm or more, the better, and it is preferable that all rolling elements have an electric resistance value of 107 Ω · cm or more. Further, the electric resistance value is preferably 10 10 Ω · cm or more. Further, the electric resistance value shall be measured by an electric resistance measuring instrument by the two-terminal method.

電気抵抗値10Ω・cm以上の絶縁性の転動体を用いることにより、EMD電流または/および高周波循環電流が回転軸および転動体に伝わることを防ぐことができる。
このような絶縁性を有する転動体としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素、フッ素樹脂、エンジニアリング樹脂から選ばれる少なくとも1種以上を主成分とするものが挙げられる。
酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素の少なくとも1種を主成分とするセラミックスは、必要に応じ、焼結助剤を添加し、焼結したセラミックス焼結体が挙げられる。また、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素のセラミックス焼結体は、いずれも電気抵抗値10Ω・cm以上の絶縁体(絶縁性セラミックス焼結体)である。この絶縁性を低下させないように焼結助剤を選定するものとする。セラミックス焼結体の中で、酸化イットリウムを焼結助剤として使った窒化ケイ素焼結体は摺動特性が優れているので好ましい。
By using an insulating rolling element having an electric resistance value of 107 Ω · cm or more, it is possible to prevent the EMD current and / or the high-frequency circulating current from being transmitted to the rotating shaft and the rolling element.
Examples of the rolling elements having such insulating properties include those containing at least one selected from aluminum oxide, zirconium oxide, silicon nitride, silicon oxide, fluororesin, and engineering resin as a main component.
Examples of the ceramics containing at least one of aluminum oxide, zirconium oxide, silicon nitride, and silicon oxide as a main component include ceramics sintered bodies obtained by adding a sintering aid and sintering them, if necessary. The ceramic sintered bodies of aluminum oxide, zirconium oxide, silicon nitride, and silicon oxide are all insulators (insulating ceramic sintered bodies) having an electric resistance value of 107 Ω · cm or more. The sintering aid shall be selected so as not to reduce this insulating property. Among the ceramic sintered bodies, a silicon nitride sintered body using yttrium oxide as a sintering aid is preferable because it has excellent sliding characteristics.

また、電気抵抗値10Ω・cm以上の転動体としては、金属部材の表面に、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化クロム、フッ素樹脂、エンジニアリング樹脂から選ばれる少なくとも1種以上の溶射膜を施したものも挙げられる。
金属部材では前述の通り電食現象が生じてしまうが、絶縁性の溶射膜を設けることにより、絶縁性セラミックス焼結体と同等の絶縁性を維持することができる。溶射膜の膜厚は2~300μmの範囲が好ましい。溶射膜の膜厚が2μm未満では膜?れが生じる可能性があり、300μmを超えるとそれ以上の効果が得られない。また、これら溶射膜は軸受鋼(SUJ2)となじみが良いので優れた接合強度が得られる。
Further, as a rolling element having an electric resistance value of 107 Ω · cm or more, at least one type of thermal spray film selected from zirconium oxide, silicon nitride, silicon oxide, chromium oxide, fluororesin, and engineering resin is applied to the surface of the metal member. There is also one that has been given.
As described above, the electrolytic corrosion phenomenon occurs in the metal member, but by providing the insulating sprayed film, it is possible to maintain the same insulating property as the insulating ceramic sintered body. The film thickness of the sprayed film is preferably in the range of 2 to 300 μm. If the film thickness of the sprayed film is less than 2 μm, film peeling may occur, and if it exceeds 300 μm, no further effect can be obtained. Further, since these sprayed films have a good affinity with the bearing steel (SUJ2), excellent bonding strength can be obtained.

なお、絶縁性セラミックス焼結体と絶縁性溶射膜とを比較すると、溶射膜は成膜工程が必要であるため製造工程が煩雑である。また、膜厚の均一制御が必要である。従って、絶縁性セラミックス焼結体からなる転動体の方が好ましい。
図1に軸受の一例を示した。図中、1は軸受、2は転動体(ベアリングボール)、3は内輪、4は外輪である。内輪が回転軸に固定され軸受として機能する。また、外輪、内輪、回転軸は軸受鋼(SUJ2)により形成されている。
通常、軸受には転動体が8~20個使われている。前述のような絶縁性を有する転動体を少なくとも1個以上使えば、50Hz以上で稼働するインバータ近傍に使用される軸受において電食を抑制することができる。
また、複数個の転動体のうち、何個を絶縁性にすべきかについては、電気抵抗値が10Ω・cm以上の転動体の個数をP(個)、軸受の回転数をM(rpm)、インバータの駆動周波数をF(Hz)としたとき、P×M≧60F、を満たすことが好ましい。なお、軸受の回転数M(rpm)とは使用環境での最高回転数である。
Comparing the insulating ceramic sintered body and the insulating sprayed film, the sprayed film requires a film forming process, so that the manufacturing process is complicated. In addition, uniform control of the film thickness is required. Therefore, a rolling element made of an insulating ceramic sintered body is preferable.
FIG. 1 shows an example of a bearing. In the figure, 1 is a bearing, 2 is a rolling element (bearing ball), 3 is an inner ring, and 4 is an outer ring. The inner ring is fixed to the rotating shaft and functions as a bearing. The outer ring, inner ring, and rotating shaft are made of bearing steel (SUJ2).
Normally, 8 to 20 rolling elements are used for bearings. If at least one rolling element having the above-mentioned insulating property is used, electrolytic corrosion can be suppressed in the bearing used in the vicinity of the inverter operating at 50 Hz or higher.
Regarding how many rolling elements should be insulated, the number of rolling elements with an electrical resistance value of 107 Ω · cm or more is P (pieces), and the rotation speed of the bearing is M (rpm). ), When the drive frequency of the inverter is F (Hz), it is preferable to satisfy P × M ≧ 60F. The rotation speed M (rpm) of the bearing is the maximum rotation speed in the usage environment.

本発明においては、すべての転動体を電気抵抗値が10Ω・cm以上の絶縁性を具備するものを使うことが好ましい。しかしながら、絶縁性の転動体は軸受鋼(SUJ2)でできたものと比べて高価である。そのため、複数個の転動体のうち、一部を軸受鋼製転動体に置き換えるとコストダウンに効果的である。このとき、P×M≧60Fを満たす関係であれば電食を効果的に抑制することができる。
例えば、軸受の回転数Mが5000rpm、インバータの駆動周波数Fが200Hzのとき、P×5000≧60×200、P≧2.4、よって3個以上を電気抵抗値10Ω・cm以上のものにすれば電食を効果的に防ぐことができる。
In the present invention, it is preferable to use all rolling elements having an insulating property having an electric resistance value of 107 Ω · cm or more. However, the insulating rolling elements are more expensive than those made of bearing steel (SUJ2). Therefore, it is effective to reduce the cost by replacing a part of the plurality of rolling elements with a rolling element made of bearing steel. At this time, if the relationship satisfies P × M ≧ 60F, electrolytic corrosion can be effectively suppressed.
For example, when the rotation speed M of the bearing is 5000 rpm and the drive frequency F of the inverter is 200 Hz, P × 5000 ≧ 60 × 200, P ≧ 2.4, so that three or more bearings have an electrical resistance value of 107 Ω · cm or more. If it is set to, the electrolytic corrosion can be effectively prevented.

軸受に搭載される転動体(ベアリングボール)の数は任意ではあるが、通常8~20個の範囲内である。例えば、駆動周波数3000Hz、回転数5000rpmのとき、P×M≧60F→P×5000≧60×3000→P≧36となり、P値が転動体の個数以上になるときは、すべての転動体が電気抵抗値10Ω・cm以上の絶縁性転動体を使うものとする。 The number of rolling elements (bearing balls) mounted on the bearing is arbitrary, but is usually in the range of 8 to 20. For example, when the drive frequency is 3000 Hz and the rotation speed is 5000 rpm, P × M ≧ 60F → P × 5000 ≧ 60 × 3000 → P ≧ 36, and when the P value is equal to or more than the number of rolling elements, all the rolling elements are electric. An insulating rolling element with a resistance value of 107 Ω · cm or more shall be used.

また、電食が起きると内輪または回転軸といった転動体と接する箇所、または転動体自身が削れてしまう。その結果、安定した回転運動が提供できなくなる。また、安定した回転運動か否かの判定には回転時の音を測定する方法が効果的である。例えば、一定の回転速度における摺動音が電食されると摺動音が大きくなる。
また、インバータの駆動周波数が4000Hz以下であることが好ましい。絶縁性を有する転動体を使うことにより電食を効果的に防ぐことが可能となるが、あまり周波数が高くなり過ぎると転動体の絶縁性だけでは電食抑制効果が不十分になるおそれがある。そのため、絶縁性転動体を使うときは、駆動周波数50~4000Hzのインバータ近傍で使用する軸受に好適である。より好ましくは50~1000Hzである。
In addition, when electrolytic corrosion occurs, the part in contact with the rolling element such as the inner ring or the rotating shaft, or the rolling element itself is scraped. As a result, stable rotational motion cannot be provided. In addition, a method of measuring the sound during rotation is effective for determining whether or not the motion is stable. For example, when the sliding sound at a constant rotation speed is electrolytically eroded, the sliding sound becomes louder.
Further, it is preferable that the drive frequency of the inverter is 4000 Hz or less. It is possible to effectively prevent electrolytic corrosion by using a rolling element with insulating properties, but if the frequency becomes too high, the electrolytic corrosion suppressing effect may be insufficient with the insulating properties of the rolling elements alone. .. Therefore, when an insulating rolling element is used, it is suitable for a bearing used in the vicinity of an inverter having a drive frequency of 50 to 4000 Hz. More preferably, it is 50 to 1000 Hz.

インバータは、このような軸受と制御回路を組合せて構成される。制御回路には、AC/DCコンバータ、インバータ制御回路、スイッチング素子としてのサイリスタやIGBT素子などが挙げられる。インバータ制御回路は、PWM(パルス幅変調)駆動が一般的に用いられている。本発明のインバータ用軸受は電食の発生を抑制しているので、インバータ制御回路と軸受を、例えば1m以内の近傍に設置しても電食による影響を受け難い。従って、制御回路と軸受の配置による制約を受けない。そのため、エアコンディショナーや洗濯機などの家電から、電気自動車や鉄道車両など、様々な電器機器のインバータ近傍で適用できる。言い換えれば、電食による影響を受けない信頼性の高い電器機器を提供することができる。なお、1m以内の近傍とは、インバータモータの軸受およびインバータモータの近くに配置される軸受の両方を含むものとする。 The inverter is configured by combining such a bearing and a control circuit. Examples of the control circuit include an AC / DC converter, an inverter control circuit, a thyristor as a switching element, an IGBT element, and the like. PWM (Pulse Width Modulation) drive is generally used for the inverter control circuit. Since the inverter bearing of the present invention suppresses the generation of electrolytic corrosion, even if the inverter control circuit and the bearing are installed in the vicinity of, for example, within 1 m, they are not easily affected by electrolytic corrosion. Therefore, it is not restricted by the arrangement of the control circuit and the bearing. Therefore, it can be applied from home appliances such as air conditioners and washing machines to the vicinity of inverters of various electric appliances such as electric vehicles and railway vehicles. In other words, it is possible to provide highly reliable electrical equipment that is not affected by electrolytic corrosion. In addition, the neighborhood within 1 m includes both the bearing of the inverter motor and the bearing arranged near the inverter motor.

以下、本発明の実施の形態について、実施例を参照して説明する。
(実施例1~4、比較例1)
内輪(内径5cm)、外輪(外径8cm)に直径1cmの転動体(ベアリングボール)を8個組込んだインバータ用軸受を製造した。内輪および外輪は軸受鋼(SUJ2)で構成した。
転動体は、SUJ2製球体(電気抵抗値10Ω・cm)と、窒化ケイ素焼結体製球体(電気抵抗値1012Ω・cm以上)をそれぞれ用意し、表1に示す割合で用いた。
このようなインバータ用軸受をインバータモータに組込み電器機器用インバータモータを製造した。各インバータモータの電食試験を行った。軸受をインバータモータに組込んだ(インバータと軸受は1m以内に配置)。
インバータモータの電食の測定は、周波数100Hz、外輪側にて回転速度7000rpmで連続400時間稼動させた際に、マイクロフォン(ピックアップセンサー)で音の強さを測定し、そのセンサ出力が30dBを上回る場合を振動「有」とし、25dBを上回り30dB以下を振動「ややあり」、25dB未満の場合を振動「無」とした。なお、モータ稼働1時間後の摺動音はいずれも25dB未満であった。測定の結果を表1に示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to examples.
(Examples 1 to 4, Comparative Example 1)
A bearing for an inverter was manufactured by incorporating eight rolling elements (bearing balls) having a diameter of 1 cm into an inner ring (inner diameter 5 cm) and an outer ring (outer diameter 8 cm). The inner ring and outer ring were made of bearing steel (SUJ2).
As rolling elements, SUJ2 spheres (electrical resistance value 10 4 Ω · cm) and silicon nitride sintered spheres (electrical resistance value 10 12 Ω · cm or more) were prepared and used at the ratios shown in Table 1. ..
Inverter motors for electric appliances were manufactured by incorporating such bearings for inverters into inverter motors. An electrolytic corrosion test of each inverter motor was performed. The bearing was installed in the inverter motor (inverter and bearing are arranged within 1m).
The electrolytic corrosion of the inverter motor is measured by measuring the sound intensity with a microphone (pickup sensor) when the inverter motor is operated continuously for 400 hours at a frequency of 100 Hz and a rotation speed of 7000 rpm on the outer ring side, and the sensor output exceeds 30 dB. The case was defined as "presence", the vibration exceeding 25 dB and 30 dB or less was "slightly present", and the vibration less than 25 dB was "absent". The sliding noise after 1 hour of motor operation was less than 25 dB. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 0007074901000001
Figure 0007074901000001

表1から分かる通り、本実施例の転がり軸受を用いた場合には、いずれの場合にも振動が低く抑えられ、電食も発生しなかったことが確認された。これは実施例に係る軸受は、P×M≧60Fとして、P×7000≧60×100からP≧0.9となる。よって、絶縁性転動体を1個以上使ったものはいずれも電食が防止された。 As can be seen from Table 1, when the rolling bearing of this embodiment was used, it was confirmed that the vibration was suppressed to a low level and no electrolytic corrosion occurred in any case. This is because the bearing according to the embodiment has P × M ≧ 60F, and P × 7000 ≧ 60 × 100 to P ≧ 0.9. Therefore, electrolytic corrosion was prevented in all of those using one or more insulating rolling elements.

(実施例5~8、比較例2)
内輪(内径8cm)、外輪(外径10cm)に直径1cmの転動体(ベアリングボール)を12個組込んだインバータモータ用軸受を製造した。内輪および外輪は軸受鋼(SUJ2)で構成した。
転動体は、SUJ2製球体(電気抵抗値10Ω・cm)と、窒化ケイ素焼結体製球体(電気抵抗値1012Ω・cm以上)をそれぞれ用意し、表2に示す割合で用いた。
次にインバータモータの駆動周波数を800Hz、回転速度を8000rpmに変えた以外は実施例1と同様のインバータモータを製造した。同様に振動の増加の有無で電食の有無を確認した。なお、軸受をインバータモータに組込んだ(インバータと軸受は1m以内に配置)。その結果を表2に示す。
(Examples 5 to 8, Comparative Example 2)
A bearing for an inverter motor was manufactured by incorporating 12 rolling elements (bearing balls) having a diameter of 1 cm into an inner ring (inner diameter 8 cm) and an outer ring (outer diameter 10 cm). The inner ring and outer ring were made of bearing steel (SUJ2).
As rolling elements, SUJ2 spheres (electrical resistance value 10 4 Ω · cm) and silicon nitride sintered spheres (electrical resistance value 10 12 Ω · cm or more) were prepared and used at the ratios shown in Table 2. ..
Next, the same inverter motor as in Example 1 was manufactured except that the drive frequency of the inverter motor was changed to 800 Hz and the rotation speed was changed to 8000 rpm. Similarly, the presence or absence of electrolytic corrosion was confirmed by the presence or absence of increased vibration. The bearing was installed in the inverter motor (inverter and bearing are arranged within 1m). The results are shown in Table 2.

Figure 0007074901000002
Figure 0007074901000002

表から分かる通り、P×M≧60Fとして、P×8000≧60×800、P≧6、となる。この条件を満たす実施例6~8には電食は確認されなかったが、満たさない実施例5ではやや有となった。 As can be seen from the table, P × M ≧ 60F, P × 8000 ≧ 60 × 800, and P ≧ 6. No electrolytic corrosion was confirmed in Examples 6 to 8 satisfying this condition, but it was slightly present in Example 5 which did not satisfy this condition.

(実施例9~12)
実施例1において絶縁性転動体として、SUJ2に酸化アルミニウム溶射膜(膜厚3μm)を設けた電気抵抗値1010Ω・cm以上のものを用い、同様の測定を行った。なお、インバータモータと軸受は1m以内に配置した。その結果を表3に示す。
(Examples 9 to 12)
In Example 1, as the insulating rolling element, a SUJ2 provided with an aluminum oxide sprayed film (thickness 3 μm) having an electric resistance value of 10 10 Ω · cm or more was used, and the same measurement was performed. The inverter motor and bearings were arranged within 1 m. The results are shown in Table 3.

Figure 0007074901000003
Figure 0007074901000003

絶縁性転動体として電気抵抗値1010Ω・cmのものであっても有効に活用できた。 Even if the insulating rolling element had an electrical resistance of 10 10 Ω · cm, it could be effectively used.

(実施例13~15)
窒化珪素焼結体(電気抵抗値1012Ω・cm以上)を実施例13、エンジニアリング樹脂(電気抵抗値1013Ω・cm)を実施例14、酸化クロム溶射膜(膜厚100μm)を施したSUJ2球(電気抵抗値10Ω・cm以上)を実施例15として表4に示す条件でインバータ用軸受を構成し、実施例1と同様の方法で電食の有無を測定した。転動体の直径は1cmに統一し、軸受は転動体の全個数が16個のものを用いた。なお、インバータモータと軸受は1m以内に配置した。その結果を表4に示す。
(Examples 13 to 15)
Example 13 was a silicon nitride sintered body (electrical resistance value 10 12 Ω · cm or more), Example 14 was an engineering resin (electrical resistance value 10 13 Ω · cm), and a chromium oxide spray film (thickness 100 μm) was applied. A SUJ2 ball (electrical resistance value of 108 Ω · cm or more) was used as Example 15 to configure an inverter bearing under the conditions shown in Table 4, and the presence or absence of electrolytic corrosion was measured by the same method as in Example 1. The diameter of the rolling elements was unified to 1 cm, and the bearings used had a total number of rolling elements of 16. The inverter motor and bearings were arranged within 1 m. The results are shown in Table 4.

Figure 0007074901000004
Figure 0007074901000004

P×M≧60Fから実施例13はP≧36、実施例14はP≧20、実施例15はP≧40となる。いずれもP値が転動体の全個数より大きいためすべてが絶縁性転動体でなければならなかった。 From P × M ≧ 60F, P ≧ 36 in Example 13, P ≧ 20 in Example 14, and P ≧ 40 in Example 15. In each case, the P value was larger than the total number of rolling elements, so all of them had to be insulating rolling elements.

1…軸受
2…転動体(ベアリングボール)
3…内輪
4…外輪
1 ... Bearing 2 ... Rolling element (bearing ball)
3 ... Inner ring 4 ... Outer ring

Claims (5)

インバータモータを具備する鉄道車両の使用方法であって、
前記鉄道車両は、
パルス幅変調駆動のインバータ制御回路を有し、前記インバータモータの駆動周波数を50Hz以上2000Hz以下に制御する制御回路と、
前記制御回路から1m以内の位置に設置された転がり軸受と、を具備し、
前記転がり軸受は、
SUJ2材からなる内輪と、
SUJ2材からなる外輪と、
電気抵抗値が1010Ω・cm以上である絶縁性のベアリングボールを含む、複数のベアリングボールと、を備え、
前記絶縁性のベアリングボールは、
金属部材と、
前記金属部材の表面に設けられた溶射膜と、を有し、
前記絶縁性のベアリングボールの個数をP(個)、前記転がり軸受の使用環境での最高回転数をM(rpm)、前記インバータモータの駆動周波数をF(Hz)としたとき、P×M≧60Fを満たし、且つ前記Pが6以上の整数であることにより、電食の発生を抑制する、鉄道車両の使用方法。
How to use a railroad vehicle equipped with an inverter motor
The railroad vehicle
A control circuit that has an inverter control circuit for pulse width modulation drive and controls the drive frequency of the inverter motor to 50 Hz or more and 2000 Hz or less.
It is equipped with a rolling bearing installed at a position within 1 m from the control circuit.
The rolling bearing is
Inner ring made of SUJ2 material and
An outer ring made of SUJ2 material and
A plurality of bearing balls, including an insulating bearing ball having an electrical resistance value of 10 10 Ω · cm or more, are provided.
The insulating bearing ball is
With metal parts
It has a thermal spraying film provided on the surface of the metal member, and has.
When the number of insulating bearing balls is P (pieces), the maximum rotation speed of the rolling bearing in the usage environment is M (rpm), and the drive frequency of the inverter motor is F (Hz), P × M ≧ A method of using a railroad vehicle that suppresses the generation of electrolytic corrosion by satisfying 60F and having P be an integer of 6 or more.
前記電食は、前記内輪、前記外輪、前記ベアリングボール、および前記内輪が固定される回転軸からなる群より選ばれる少なくとも一つの部材の腐食である、請求項1に記載の使用方法。 The method of use according to claim 1, wherein the electrolytic corrosion is corrosion of at least one member selected from the group consisting of the inner ring, the outer ring, the bearing ball, and the rotating shaft to which the inner ring is fixed. 前記制御回路は、前記インバータモータの駆動周波数を50Hz以上1000Hz以下に制御する、請求項1または請求項2に記載の使用方法。 The method of use according to claim 1 or 2, wherein the control circuit controls the drive frequency of the inverter motor to 50 Hz or more and 1000 Hz or less. 前記溶射膜の厚さは、2μm以上300μm以下である、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の使用方法。 The method of use according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermal spray film has a thickness of 2 μm or more and 300 μm or less. 前記絶縁性のベアリングボールの前記電気抵抗値は、1012Ω・cm以上であり、
前記金属部材は、SUJ2材からなる、請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の使用方法。
The electric resistance value of the insulating bearing ball is 10 12 Ω · cm or more, and the electric resistance value is 10 12 Ω · cm or more.
The method of use according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal member is made of SUJ2 material .
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