JPH1028350A

JPH1028350A - 交流電動機

Info

Publication number: JPH1028350A
Application number: JP18064896A
Authority: JP
Inventors: Masanori Oishi; 昌典大石; Masayuki Suzuki; 正幸鈴木; Shinichi Senda; 信一千田; Yoshinobu Kawachi; 芳信河内; Minoru Eda; 実江田; Takeshi Komata; 剛小俣; Yoshio Saito; 義夫斉藤; Toshiaki Kimoto; 利明木本
Original assignee: SHIYUUWA SANGYO KK; Hitachi Ltd
Current assignee: SHIYUUWA SANGYO KK; Hitachi Ltd
Priority date: 1996-07-10
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】インバータ装置で駆動したときでも、充分に
軸受での電食発生を抑えることができ、転がり軸受の耐
用期間短縮の虞れのない交流電動機を提供すること。【解決手段】グリースで潤滑された転がり軸受４、５
により回転子８の回転軸９を軸支した交流電動機におい
て、転がり軸受４、５に封止した、潤滑用のグリースと
して、その絶縁破壊電圧が２５℃で１Ｖ以下のものを用
いたもの。【効果】簡単な手段の適用で、軸受４、５に電食が発
生するのが容易に防止でき、軸受の耐用年限の短縮によ
るコストアップが充分に低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軸受として転がり軸受
を用いた交流電動機に係り、特にインバータ駆動される
誘導電動機として好適な交流電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボールベアリングやローラーベアリング
などの転がり軸受(ころがり軸受)は、グリースを封入し
ておくだけで特別に潤滑手段を要することなく長時間使
用が可能なので、保守が簡単で信頼性に富み、しかも長
寿命であるため、従来から、交流電動機の軸受として用
いられており、特に汎用の誘導電動機の軸受として広く
用いられている。

【０００３】ところで、近年、半導体素子の性能向上に
伴ってインバータ装置の汎用化が目覚ましく、誘導電動
機の駆動にも広くインバータ装置が用いられるようにな
ってきた。そして、このインバータ装置駆動によれば、
誘導電動機にソフトスタート特性と可変速運転特性を容
易に与えることが可能になり、電動機を用いた各種装置
の性能向上に多いに寄与することができるようになって
きている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、回転
子軸に誘起される電圧に伴う転がり軸受での電食発生に
ついて配慮がされておらず、転がり軸受の耐用期間が充
分に見込めなくなってしまうという問題があった。

【０００５】すなわち、交流電動機の電機子巻線と回転
子の間には静電容量が存在し、この結果、電源からの電
圧が、電機子巻線から回転子に誘起され、軸電圧として
現われるが、この結果、この軸電圧により軸受を介して
電流が流れ、軸受に電食が発生してしまうようになる。

【０００６】そして、この電食が発生すると、転がり軸
受の転動面、つまりボールやローラーの表面とインナー
レース(内側のリング部材)の外周面、アウターレース
(外側のリング部材)の内周面に荒れを生じ、寿命が短縮
されてしまうのである。

【０００７】ここで、電動機の駆動にインバータ装置を
用いた場合、その出力には、一般に高調波を多く含むの
で、大きな軸電圧が発生するようになり、この結果、著
しい寿命短縮が生じてしまうので、特に問題になる。

【０００８】本発明の目的は、インバータ装置で駆動し
たときでも、充分に軸受での電食発生を抑えることがで
き、転がり軸受の耐用期間短縮の虞れのない交流電動機
を提供ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、グリースで
潤滑された転がり軸受により回転子軸を軸支し、固定子
の内側に回転子を回転自在に保持した交流電動機におい
て、転がり軸受の回転部と固定部の間に現われる軸電圧
を１Ｖ以下に抑える手段を設けることにより達成され、
より具体的には、転がり軸受を潤滑するグリースとし
て、その絶縁破壊電圧が２５℃で１Ｖ以下のものを用い
ることにより達成される。

【００１０】転がり軸受の回転部と固定部の間に現われ
る軸電圧を１Ｖ以下に抑えることにより、放電エネルギ
ーの大きさが電食を起す値以下にされるので、電食を防
止することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による交流電動機に
ついて、図示の実施形態を用いて詳細に説明する。図１
は、本発明を誘導電動機に適用した場合の一実施形態例
で、この図において、Ｍは誘導電動機全体を表わしてい
る。１はハウジングで、枠体、或いはフレームなどと呼
ばれ、鉄、アルミニウムなどの材料により、鋳造や板材
の加工により、ほぼ円筒形状に作られ、電動機の外被を
構成している。

【００１２】２、３はエンドブラケットで、軸受ブラケ
ットとも呼ばれ、同じく鉄、アルミニウムなどの材料を
用い、鋳造や板材の加工により、ほぼ円板形状に作ら
れ、ボールベアリングからなる軸受４、５を保持し、ハ
ウジング１の両端に各々インロー嵌合などにより取付け
られている。

【００１３】６は固定子鉄心で、この固定子鉄心６に
は、そのスロットに巻回した固定子巻線７が設けてあ
る。８は回転子で、回転軸９を有し、この回転軸９がエ
ンドブラケット２、３の軸受４、５により回転自在に保
持されることにより、固定子鉄心６内の所定の位置で、
この固定子鉄心６に対向した位置で、自由に回転できる
ように構成されている。

【００１４】そして、図示してないが、軸受４、５には
グリースが封入してあり、これにより、必要とする潤滑
性が与えられると共に、防錆作用も得られるようになっ
ている。なお、その他の部分については、本発明の説明
には特に必要が無いので省略する。

【００１５】この電動機Ｍは、その固定子巻線７に、図
示してないインバータ装置などの交流電源から三相交流
電力が供給されることにより、固定子と回転子の間の空
隙に回転磁界が発生し、これにより回転子８にトルクが
発生して回転し、回転軸９から動力を取り出すことがで
きるが、このとき、固定子巻線７と回転子８の間に存在
する静電容量により、回転軸９に或る値の電位が発生す
る。

【００１６】このとき、上記したように、軸受４、５に
はグリースが封入されており、その転動面にはグリース
油膜が形成されているので、そのアウターレースとイン
ナーレースとは電気的に絶縁された状態にされ、この結
果、回転軸９に軸電圧が発生し、このままでは軸受４、
５に、従来技術と同様、電食が発生する虞れを生じてし
まう。

【００１７】しかしながら、この実施形態例による誘導
電動機Ｍでは、回転軸９に発生する軸電圧Ｖ_Bの値が１
Ｖ以下に抑えられるように、軸受４、５に封入してある
グリースの材質が選ばれており、この結果、軸受４、５
での電食発生を充分に抑えることができるようになって
いる。

【００１８】そこで、以下、この点について説明する。
まず、回転軸９に発生する電圧を軸電圧Ｖ_Bとし、これ
について図２により説明すると、図２(a)は電動機Ｍの
模式図で、これを基にし、軸電圧Ｖ_Bに関して、静電容
量による等価回路を考えると、図２(b)に示すようにな
る。

【００１９】ここで、Ｖ_Zは電源の中性点電圧、Ｃ_Sは固
定子巻線７と固定子鉄心６間に現われる静電容量、Ｃ_E
は固定子巻線７と回転子８間に現われる静電容量、Ｃ_G
は固定子鉄心６と回転子８の鉄心間に現われる静電容
量、そしてＣ_Bは軸受４、５の油膜により回転軸９とエ
ンドブラケット２、３の間に現われる静電容量である。

【００２０】そして、この等価回路から、電源電圧Ｖ_Z
が印加されたとき、軸受４、５のアウターレースとイン
ナーレースの間に現われる電圧、つまり軸電圧Ｖ_Bは、
次の(1)式で表わすことができる。

【００２１】Ｖ_B＝Ｖ_Z×［Ｃ_E／(Ｃ_E＋Ｃ_G＋Ｃ_B)］…… ……(1) しかしながら、この数式１による軸電圧Ｖ_Bの算出は、
あくまでも計算上のものに過ぎないので、実際には、図
３に示すように、交流電動機から実際に軸電圧Ｖ_Bを取
り出し、測定する方法を用いた。

【００２２】この図３は、交流電動機から実際に軸電圧
Ｖ_Bを取り出すのに使用した方法を模式的に示したもの
で、誘導電動機Ｍの回転軸９の両端に銀カーボンなどの
ブラシを接触させ、これにより軸電圧Ｖ_Bを測定線Ｌに
取り出して測定するようにしたものである。

【００２３】また、この図３では、軸電流Ｉ_Bも測定で
きるようになっており、このため、フェノール樹脂など
の絶縁用ブッシングを用いて軸受４、５をエンドブラケ
ット２、３から電気的に浮かせ、軸受４のアウターレー
スに接触させた予圧バネなどにより軸電流Ｉ_Bが取り出
せるようにしてある。

【００２４】こうして、誘導電動機Ｍについて軸電圧Ｖ
_Bを測定した結果が図４である。実際には、軸受４、５
のグリースの油膜による絶縁が破れると、測定線Ｌに現
われる電圧は０Ｖになるので、事実上、この軸電圧Ｖ_B
は、軸受４、５でのグリース油膜の絶縁破壊電圧と同義
となる。

【００２５】そして、この図４から明らかなように、絶
縁破壊電圧、つまり軸電圧Ｖ_Bは、使用するグリースの
材質、特に粘度によって定まることが判る。軸受内での
グリースの絶縁破壊電圧は、主として油膜の厚さによっ
て決まり、油膜が厚くなるにつれ油膜による絶縁耐力が
増し、軸受内でのグリース油膜の厚さは、グリースの粘
度によって決まり、粘度が高くなるにつれ油膜が厚く形
成されるからである。

【００２６】次に、この図４での結果に基づいて、各種
の銘柄のグリースを用いて、夫々誘導電動機Ｍを運転
し、軸受４、５の電食発生について調査してみた。この
ときの電食発生は軸受での異常音の発生で判定し、異常
音が発生し始めたら電食を起したものとした。なお、そ
の他の運転条件は、図示の通りで、電動機の回転速度は
１２００ｒｐｍで、軸受の温度(グリースの温度)は２５
℃と４０℃である。

【００２７】そこで、この結果から、図４のグリースの
中から、商品名がマルテンプで、形式がＳＲＬとして市
場に提供されているものを試料Ａとし、同じく商品名マ
ルテンプの形式ＬＴ−２と呼ばれているものを試料Ｂと
して夫々選択し、これらを用いて再び電動機を回転さ
せ、異常音の発生による電食の判定を行なった結果が図
５に示す通りである。

【００２８】この図５から明らかなように、試料Ａで
は、温度が３０℃のとき異常音が発生し電食を起してい
るが、試料Ｂでは、何れの条件でも異常音は発生せず、
従って電食が発生しなかったと考えることができた。

【００２９】そこで、図４を見てみると、試料Ａの絶縁
破壊電圧は、温度２５℃のときでは３.７Ｖ、温度４０
℃でも１.５Ｖと、何れの場合でも絶縁破壊電圧が１Ｖ
を越えているの対して、試料Ｂでは、温度が２５℃のと
きでも０.４Ｖで、温度が４０℃では０.３Ｖと、何れも
１Ｖ以下になっていることが判る。

【００３０】そこで、上記実施形態例では、軸受４、５
に、試料Ｂのグリースを封入したものであり、この結
果、上記したように、回転軸９に発生する軸電圧Ｖ_Bの
値が１Ｖ以下に抑えられており、従って、この実施形態
例によれば、軸受４、５での電食発生の虞れが無く、こ
れらの軸受４、５の定格通りの寿命を確実に得ることが
できる。

【００３１】ここで、軸受４、５での絶縁破壊電圧(＝
軸電圧Ｖ_B)を１Ｖ以下にすると、電食の発生が抑えられ
る理由については、以下の通りであると推察される。す
なわち、この軸受での電食は、軸電圧Ｖ_Bによる放電エ
ネルギーにより発生するものと考えられ、且つ、その放
電エネルギーの大きさに対して閾値を有し、放電エネル
ギーが或る限度を越えたときだけに限られものと考えら
れる。従って、軸電圧Ｖ_Bが１Ｖ以下のときの放電エネ
ルギーでは、電食を発生するに至らないからであると考
えることができるのである。

【００３２】次に、図６は、通常のグリースでの、油膜
の厚さに対する物理的条件の影響について示したもので
あり、この図から明らかなように、グリースによる油膜
の厚さは、主として温度による影響が大きく現われ、温
度が上昇するにつれて、油膜の厚みは減少して行くこと
が判り、このことからすれば、グリースの選択に際して
は、その温度の下限を限定してやる必要があり、使用温
度の下限でも充分に薄い油膜の形成が得られるものを選
定するのが望ましい。

【００３３】次に、本発明の他の実施形態例について説
明する。上記した(1)式から明らかなように、軸電圧Ｖ_B
の値は、固定子巻線７と回転子８間に現われる静電容量
Ｃ_Eの大きさにより大きな影響を受け、静電容量Ｃ_Eを小
さくすることにより、軸電圧Ｖ_Bも小さくすることがで
きることが判る。

【００３４】一方、図１から明らかなように、固定子巻
線７のコイルエンド部７Ａは、回転子８のエンドリング
部８Ｅと、内部ファン用の羽根部８Ｆに近い位置にあ
り、従って、この部分に形成される静電容量が静電容量
Ｃ_Eの値の増加に大きく寄与している。

【００３５】そこで、本発明の他の実施形態例では、図
７に示すように、回転子８のエンドリング部８Ｅと、内
部ファン用の羽根部８Ｆの外周部を、回転子８の外周面
よりも内側に位置するように形成したものである。従っ
て、この図７の実施形態によれば、静電容量Ｃ_Eの値を
小さくし、これにより回転軸９に発生する軸電圧Ｖ_Bの
値を１Ｖ以下に抑えることができるので、軸受４、５で
の電食発生の虞れが無く、これらの軸受４、５の定格通
りの寿命を確実に得ることができる。

【００３６】ところで、図３では、銀カーボンなどのブ
ラシを用い、これを誘導電動機Ｍの回転軸９の端面に接
触させ、回転軸９の軸電圧Ｖ_Bを測定線Ｌに取り出して
測定するようにした方法について説明したが、このよう
に、軸電圧Ｖ_Bを測定線Ｌに取り出した上で、この測定
線Ｌをアース、すなわち、ハウジング１やブラケット
２、３に接続してやれば、軸受４、５に印加される軸電
圧Ｖ_Bは、ほぼ０Ｖになる。

【００３７】従って、このように、ブラシなど、回転軸
に接触させた導電体を用い、回転軸を電気的にアースす
るようにしても良く、このようにしても、回転軸９に発
生する軸電圧Ｖ_Bの値を１Ｖ以下に抑えることができる
ので、軸受４、５での電食発生を無くし、定格通りの寿
命が確実に得られるようにすることができる。

【００３８】ところで、本発明による交流電動機は、特
にインバータ装置で駆動される誘導電動機に適用した場
合に効果的である。すなわち、インバータ装置として
は、パルス幅変調方式が一般的であるが、この場合、そ
れから発生される交流出力には、図８に示すような、階
段状の中性点電圧Ｖ_Zが特に多く含まれ、この結果、軸
電圧Ｖ_Bの発生頻度が多くなっているからである。

【００３９】なお、以上の実施形態例では、本発明を誘
導電動機に適用した場合を挙げて説明したが、本発明
は、軸受として転がり軸受を使用している電動機なら誘
導電動機に限らず、同期電動機など、どのような交流電
動機にも適用可能なことはいうまでもない。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、潤滑に使用するグリー
スの材質を選択するなど、転がり軸受の回転部と固定部
の間に現われる軸電圧を１Ｖ以下に抑えるという簡単な
手段の適用で、交流電動機の軸受の電食を容易に防止で
き、耐用年限の短縮によるコストアップを充分に低減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による交流電動機の一実施形態例を示す
一部断面図である。

【図２】交流電動機で発生する軸電圧の説明図である。

【図３】本発明において使用した軸電圧測定方法を示す
説明図である。

【図４】グリースの銘柄と絶縁破壊電圧の関係を示す特
性図である。

【図５】グリースの銘柄別の電食発生結果を示す説明図
である。

【図６】グリースによる油膜の厚さに対する物理量の影
響を示す説明図である。

【図７】本発明による交流電動機の他の一実施形態例を
示す一部断面図である。

【図８】インバータ装置の出力電圧を説明する波形図で
ある。

【符号の説明】

Ｍ誘導電動機１ハウジング２、３エンドブラケット４、５軸受(ボールベアリング) ６固定子鉄心７固定子巻線８回転子９回転軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者千田信一千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号習和産業株式会社内 (72)発明者河内芳信千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者江田実千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者小俣剛千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者斉藤義夫千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者木本利明千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】グリースで潤滑された転がり軸受により
回転子軸を軸支し、固定子の内側に回転子を回転自在に
保持した交流電動機において、前記転がり軸受の回転部と固定部の間に現われる軸電圧
を１Ｖ以下に抑える手段が設けられていることを特徴と
する交流電動機。
【請求項２】請求項１の発明において、前記軸電圧を１Ｖ以下に抑える手段が、絶縁破壊電圧が
２５℃で１Ｖ以下のグリースで構成されていることを特
徴とする交流電動機。