KR19990072606A

KR19990072606A - 전동기설비

Info

Publication number: KR19990072606A
Application number: KR1019990004916A
Authority: KR
Inventors: 미야자끼마사노리; 오노히로따까; 야마모또마사루
Original assignee: 니시무로 타이죠; 가부시끼가이샤 도시바; 구와하라아키라; 도시바 엔지니어링 가부시끼가이샤
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1999-02-11
Publication date: 1999-09-27
Also published as: JPH11234965A; CN1126227C; CA2260633A1; JP3480802B2; CA2260633C; CN1226102A; TW423197B; US6075299A; KR100426553B1

Abstract

전동기 설비는, 가변 주파수 전원에 의해 구동되는 전동기와, 베어링으로 각각 지지된 전동기축 및 피구동 기계축에 의해 전동기와 기계적으로 결합되어 구동되는 피구동 기계로 구성되고, 전동기의 고정 부분과 피구동 기계의 프레임사이의 적어도 일부 사이에 전류가 흐를 수 있도록, 전동기의 고정 부분과 피구동 기계의 프레임 사이가 저임피던스의 도체로 전기적으로 접속된다.

Description

전동기 설비{MOTOR DRIVE SYSTEM}

본 발명은, 가변 주파수 전원(variable frequency power supply)에 의해 구동되는 전동기와, 전동기와 기계적으로 결합되어 구동되는 기계로 구성되는 전동기 설비에 관한 것으로, 특히 상기 전동기의 축 및 상기 피구동 기계의 축 베어링부의 전기 부식 발생(electric corrosion)을 간단한 방법으로 효과적으로 억제할 수 있도록 한 전동기 설비에 관한 것이다.

종래, 이 종류의 전동기 설비는, 전동기의 구동축(drive shaft)과, 피구동 기계(driven machine)의 회전축이 직결된 상태에서 설치된다. 전동기의 구동에는, 인버터를 사용한 회전 제어가 용이한 가변 주파수 전원이 이용되는 경우가 많고, 가변 주파 전원으로부터 공급된 전압은, 전동기 고정자 코일(stator coil)에 급전되어, 전동기가 구동된다.

또한, 감속기나 부하 기계등의 피구동 기계는, 상호 연결된 전동기축 및 피구동 기계축에 의해 전동기에 기계적으로 결합되어 있다. 전동기축 및 피구동 기계축은, 각각의 프레임에 의해, 베어링을 통해 지지되고 있다.

그런데, 전동기의 전동기의 전원에 사용되는 가변 주파 전원은, 직류로부터 PWM(pulse width modulation) 인버터 등을 사용하여 0∼60㎐의 교류 구동 전압을 얻고 있다. 이 DC-AC 변환시, 인버터 회로의 스위칭에 의해 발생하는 급경사인 전압 변화에 기인하여, 50k ∼ 100㎑의 고주파 전압이 전기의 교류 구동 전압에 중첩된다. 이러한 고주파 전압의 중첩된 교류 구동 전압이, 가변 주파수 전원으로부터 전동기의 고정자 코일에 인가되면, 가변 주파수 전원으로부터 공급되는 전압의 변화율 dv/dt에 비례한 전류가, 전동기 고정자 코일과 전동기사이에 존재하는 부유 용량(stray capacitance)을 경유하여, 전동기 프레임으로 흘러나간다.

가변 주파수 전원으로부터 급전되는 구동 전압에 중첩된 펄스형의 전압 또는 서지형의 전압은, 전동기 고정자 코일과 전동기 프레임 사이에 분포하여 존재하는 부유 용량을 경유하여, 전류로서 전동기 프레임에 흘러나간다. 그리고, 이 흘러 나간 전류는, 전동기 프레임에 접속되어 있는 전동기 접지선을 경유하여, 접지극(접지 간선에의 접속 전극)으로 유입하고, 최종적으로 가변 주파수 전원과 접지극 사이에 분포하는 가변 주파수 전원·접지극간 부유 용량을 경유하여, 가변 주파수 전원으로 귀환한다.

이 경우, 고정자 코일·프레임간 부유 용량을 흐르는 전류는, 전동기 고정자 코일의 인덕턴스 및 가변 주파수 전원과 전동기 고정자·코일 사이의 인덕턴스와, 고정자 코일·프레임간 부유 용량과의 공진 전류가 되고, 일반적으로 수십 ㎑ ∼ 수 ㎒의 고주파 전류가 된다. 이 고주파 전류에 대해, 전동기 프레임·접지극간 임피던스는, 그 표피 효과(skin effect)에 의해 높아져 버린다.

한편, 피구동 기계 프레임은, 일반적으로 건물의 철골등에 의해 구성된 베이스 상에 접지되어 있고, 접지극 사이의 임피던스, 특히 고주파에 대한 임피던스는 작아지고 있다. 따라서, 전동기 고정자 코일로부터 고정자 코일·프레임간 부유 용량을 경유하여 유출한 전류는, 전동기축 베어링을 통해 전동기축으로 흐르고, 전동기축으로 접속된 피구동 기계축을 경유하여, 피구동 기계 프레임, 또한 접지극으로 전류가 흐르게 된다. 그리고, 이 전류는 전동기축 베어링, 피구동 기계축 베어링을 흐르기 때문에, 베어링부의 전기 부식 발생의 원인이 된다.

그래서, 이 베어링에 흐르는 전류를, 전동기 프레임과 전동기축 사이를 어스브러시로 단락하여 전동기축 베어링에 흐르는 전류를 분류시킴으로써, 전기 부식 발생을 방지하는 방법이, 종래부터 채용되고 있다.

그러나, 이러한 방법으로는 전동기축 베어링에 흐르는 전류는 감소하지만, 피구동 기계축 베어링에 흐르는 전류는 오히려 증가해 버린다. 이 때문에, 피구동 기계축과 피구동 기계축 프레임 사이에도, 어스브러시를 부착할 필요가 있다. 또한, 어스브러시는 마모하므로, 정기적인 교환이 필요해진다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 전동기축 및 피구동 기계축의 베어링부의 전기 부식 발생을 간단한 방법으로 효과적으로 억제하는 것이 가능한 전동기 설비를 제공하는 것에 있다.

상기된 목적을 달성하기 위해 본 발명의 전동기 설비는,

가변 주파수 전원에 의해 구동되는 전동기, 상기 전동기는 그 프레임에 의해 제1 베어링을 통해 지지되고, 상기 전동기의 회전을 전하는 전동기 회전축을 구비하면,

상기 전동기에 의해 구동되는 기계 장치, 상기 기계 장치는 그 프레임에 의해 제2 베어링을 통해 지지되고, 상기 전동기축과 기계적으로 결합되어 상기 기계 장치에 회전을 전하는 기계 구동축을 구비하면,

상기 전동기의 고정 부분과 상기 기계 장치의 상기 프레임사이의 적어도 일부사이를 전기적으로 접속하는 도체를 구비한다.

상기 전동기의 상기 프레임 및 상기 기계 장치의 상기 프레임은, 모두 접지되는 것이 바람직하다.

상기 도체는, 상기 전동기의 프레임과 상기 기계 장치의 프레임에 접속되어 있는 것이 바람직하다.

상기 도체는, 편조 도선(編組線) 및 저임피던스 케이블 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 도체는, 상기 전동기의 고정자와 상기 기계 장치의 상기 프레임에 접속되어 있어도 좋고, 상기 도체는 평편도선(平編導線)인 것이 바람직하다.

상기 도체는, 상기 전동기 설비는 상기 전동기와 상기 기계 장치의 상기 프레임이 재치되고, 상기 전동기와 상기 기계 장치를 전기적으로 접속하는 금속제의 고정 베이스라도 좋다.

본 발명의 전동기 설비는, 가변 주파수 전원에 의해 구동되는 전동기와, 베어링으로 각각 지지된 전동기축 및 피구동 기계축에 의해, 전동기와 기계적으로 결합되어 구동되는 피구동 기계로 구성되는 전동기 설비로서, 전동기의 고정 부분과 피구동 기계의 프레임 사이의 적어도 일부 사이에 전류가 흐를 수 있도록, 전동기의 고정 부분과 피구동 기계의 프레임 사이를 저임피던스의 도체로 전기적으로 접속하고 있다.

이 경우, 상기 전동기의 고정 부분과 피구동 기계의 프레임 사이의 적어도 일부 사이에 접지 전류가 흐를 수 있도록, 전동기와 피구동 기계 중 적어도 일부를, 동일한 금속제의 고정 베이스 상에 재치하도록 해도 좋다.

본 발명의 전동기 설비에서는, 전동기의 고정 부분과 피구동 기계의 프레임사이를 저임피던스의 도체로 전기적으로 접속함으로써, 가변 주파수 전원의 스위칭등에 의해 발생하는 급경사인 수직상승하는 전압에 의해, 전동기 고정 코일로부터 전동기 프레임, 또는 전동기축 베어링, 피구동 기계축 베어링을 경유하여 흐르는 전류가 효율좋게 바이패스된다. 이에 따라, 베어링부에 흐르는 전류를 효과적으로 감소시키는 것이 가능해지기 때문에, 베어링부의 전기 부식 발생을 억제할 수가 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전동기 설비의 개념적인 단면도.

도 2는, 제1 실시예의 도체의 구체적 접속법을 나타내는 개념적인 측면도.

도 3은, 도 2에 사용되는 도체(19)의 일부 절결 사시도.

도 4는, 제1 실시예의 전동기 설비를 전기적으로 설명하기 위한 등가 회로도.

도 5는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전동기 설비의 개념적인 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 가변 주파수 전원

2 : 전동기

3 : 전동기 고정자 코일

4 : 고정자 코일·프레임간 부유 용량

5 : 전동기 프레임

6 : 전동기축 베어링

7 : 전동기축

8 : 피구동 기계축

10 : 피구동 기계축 베어링

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

(제1 실시예)

도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전동기 설비의 구성을 나타내는 개념적인 단면도이다. 도 1에서, 가변 주파수 전원(1)으로부터 공급된 전압은, 전동기(2)의 고정자 코일(3)로 급전되어 전동기(2)가 구동된다.

또한, 전동기(2)와 감속기나 부하 기계등의 피구동 기계(1)는, 상호 연결된 전동기축(7) 및 피구동 기계축(8)에 의해 기계적으로 결합되어 있다.

또한, 전동기축(7) 및 피구동 기계축(8)은, 각각 전동기축 베어링(6) 및 피구동 기계축 베어링(10)에 의해 지지되어 있다.

이러한 구성의 전동기 설비에서는, 가변 주파수 전원(1)으로부터, PWM 인버터등의 스위칭에 의해 발생하는 급경사인 수직 상승하는 전압이, 전동기 고정자 코일(3)에 인가되면, 가변 주파수 전원(1)으로부터 공급되는 전압의 변화율 dv/dt에 비례한 전류가, 전동기 고정자 코일(3)과 전동기 프레임(5) 사이에 존재하는 고정자 코일·프레임간 부유 용량(4)을 경유하여, 전동기 프레임(5)에 흐른다.

그래서, 본 실시예의 전동기 설비는, 도 1에 도시된 바와 같이 전동기(2)의 고정 부분(stationary portion)(이 실시예에서는, 전동기(2)의 고정자와 동일 전위로 되어 있는 전동기 프레임(motor frame : 5)으로 함)과 피구동 기계의 프레임(12)측 사이의 적어도 일부 사이가, 저임피던스의 도체(19)로 전기적으로 접속된 구성으로 한다. 이에 따라, 전동기 프레임(5)과, 일반적으로는 전동기측으로부터 접지 저항이 낮은 피구동 기계 프레임(12)측 사이에, 전류(접지 전류)가 흐르도록 한다.

이 경우, 특히 전동기 프레임(5)과 피구동 기계 프레임(12)측 사이를 전기적으로 접속하는 도체(19)로서는, 예를 들면 금속 부재, 아직은 고주파 저항이 낮은 전선(케이블)을 이용하는 것이 바람직하다. 도 2는, 전동기 프레임(5)의 접지 단자와 그 구동 기계 프레임(12)의 접지 단자사이에, 편조 도선(braided wire)에 의한 도체(19)로 접속한 예를 나타낸다. 도 2의 Ⅲ부의 도체(19)의 확대도를 도 3에 도시한다. 평편도선(20)은, 압착 단자(21)를 통해 전동기 프레임의 접지 단자(도면에 도시하지 않음)에 접속된다. 평편도선은, 다수의 도선이 편성되어 생기므로, 고주파 전류는 그 다수의 도선의 표면을 흐른다. 따라서 그 표피 저항을 효과적으로 삭감할 수가 있다.

이어서, 이상과 같이 구성한 본 실시예의 전동기 설비의 작용에 대해 설명한다. 도 1에서, 상술된 바와 같이 전동기 프레임(5)과 피구동 기계 프레임(12) 사이가, 도체(19)로 전기적으로 접속되어 있다. 이 도체(19)는, 가변 주파수 전원(1)의 스위칭등에 의해 발생하는 급경사인 수직 상승하는 전압에 의해, 전동기 고정자 코일(3)로부터, 전동기 프레임(5)으로 흘러나간 전류를, 피구동 기계의 프레임, 그 위에 접지극(13)으로 유출시킬 수 있다. 즉, 전동기 프레임(5)으로부터 전동기축 베어링(6), 전동기축(7), 피구동 기계축(8), 피구동 기계축 베어링(10)을 경유하여 피구동 기계의 프레임(12)에 흐르는 전류는, 도체(19)에 의해 효율좋게 바이패스되어, 베어링부에 흐르는 전류를 효과적으로 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 베어링부의 전기 부식 발생을 억제시킬 수 있다.

이하, 이러한 점에 대해 도 4의 전기적 등가 회로도를 이용하여 보다 구체적으로 진술한다. 가변 주파수 전원(1)으로부터 공급된 전압에 의해, 고정자 코일·프레임간 부유 용량(4)에 유출된 전류의 일부는, 전동기축 베어링 등가 저항(16)과 피구동 기계축 베어링 저항(17)을 경유하여, 접지극(13)으로 유입된다.

또한, 본 실시예의 전동기 설비에서의 도체(19)는, 전동기 베어링 저항(16)과 피구동 기계축 베어링 저항(17)으로 이루어지는 회로에, 전기적으로는 병렬로 접속되게 된다. 따라서, 이 도체(19)의 임피던스(Z_BYP)(20)의 크기를, 전동기 베어링 저항(16)(R_BRGM)과 피구동 기계축 베어링 저항(17)(R_BRGL)으로 이루어지는 회로의 직렬 저항치보다도 충분히 작은 값으로 취함에 따라, 전동기축 베어링(6)으로부터 전동기축(7), 피구동 기계축(8), 피구동 기계축 베어링(10)을 경유하여 흐르는 전류가, 도체(19)에 흐르기 때문에, 베어링부에 흐르는 전류를 감하여, 전기 부식 발생을 억제시킬 수가 있다.

상술된 바와 같이, 제1 실시예의 전동기 설비에서는, 전동기 프레임(5)과 피구동 기계 프레임(12) 사이를, 금속 부재 또는 전선(케이블)과 같은 고주파에 대해 저임피던스의 도체(19)로 접속하므로, 종래 베어링부에 흐르는 전류를 효율좋게 바이패스시킬 수 있다. 이 때문에, 전동기축(7) 및 피구동 기계축(8) 베어링부의 전기 부식 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 전동기축(7) 및 피구동 기계축(8)의 베어링부의 전기 부식 발생을 억제하는데 있어서, 종래와 같이 전동기 프레임(5)과 전동기축(7) 사이, 및 피구동 기계축(8)과 피구동 기계축 프레임(12) 사이에, 어스브러시를 부착할 필요가 없어지고, 또한 그 정기적인 유지 보수를 행할 필요도 없어진다.

(제2 실시예)

제1 실시예에서는, 전동기의 고정 부분(전동기 프레임(5))과 피구동 기계(11)의 프레임(12) 사이를, 저인덕턴스의 도체로서 금속 부재 또는 전선(케이블)으로 접속하는 경우에 대해 설명했지만, 제2 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 전동기(2)와 피구동 기계(11) 중 적어도 일부를, 동일 금속제의 고정 베이스(22) 상에 재치한다. 이 경우, 전동기 프레임(5)과 베이스(22) 사이의 임피던스, 및 피구동 기계(11)와, 베이스(22) 사이의 임피던스를, 베어링(6), 전동기축(7), 피구동 기계축(8), 베어링(10)을 통하는 전류로의 임피던스에 대해 충분히 저하시킬 필요가 있다.

상기된 바와 같이 구성함으로써, 제2 실시예의 전동기 설비에서도, 제1 실시예의 경우와 같은 작용 효과를 얻는 것이 가능하다.

(제3 실시예)

본 발명은, 상기 제1 실시예와 제2 실시예를 조합하여 실시해도 좋다. 즉, 전동기 프레임(5)과 피구동 기계 프레임(12) 사이를 금속 부재 또는 전선(케이블)으로 접속함과 동시에, 전동기(2)와 피구동 기계(11) 중 적어도 일부를, 동일 금속제의 고정 베이스상에 재치하도록 한 구성으로 해도 좋다. 도시는 생략되었지만, 도 5의 구성에 도 1의 도체(19)를 부가하면 된다.

제3 실시예의 전동기 설비에서는, 상기 제1 실시예의 경우와 같은 작용 효과를 한층더 효과적으로 얻는 것이 가능하다.

또, 상기된 제1 ∼ 제3 실시예에서는 전동기(2)의 고정 부분으로서, 전동기(2)의 고정자와 동일 전위로 되어 있는 전동기 프레임(5)을 도체(19)의 부착 부분으로 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 전동기(2)의 고정 부분으로서, 전동기(2)의 고정자 자체에 도체(19)를 접속하도록 해도 좋다. 적층된 규소 강판으로 이루어지는 고정자로, 이들을 조여주는 조임 볼트등을 구비하는 경우에는, 이 볼트에 도체(19)의 단부를 부착할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전동기의 고정 부분과 피구동 기계의 프레임 사이의 적어도 일부 사이에 전류가 흐를 수 있도록, 전동기의 고정 부분과 피구동 기계의 프레임 사이를 저임피던스의 도체로 전기적으로 접속하도록 하고 있으므로, 전동기축 및 피구동 기계축의 베어링부의 전기 부식 발생을 간단한 방법으로 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.

Claims

가변 주파수 전원에 의해 구동되는 전동기 - 상기 전동기는 그 프레임에 의해 제1 베어링을 통해 지지되고, 상기 전동기의 회전을 전하는 전동기 회전축을 구비함 -,

상기 전동기에 의해 구동되는 기계 장치 - 상기 기계 장치는 그 프레임에 의해 제2 베어링을 통해 지지되고, 상기 전동기축과 기계적으로 결합되어 상기 기계 장치에 회전을 전하는 기계 구동축을 구비함 -, 및

상기 전동기의 고정 부분과 상기 기계 장치의 상기 프레임 간의 적어도 일부사이를 전기적으로 접속하는 도체

를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기 설비.
제1항에 있어서,

상기 전동기의 상기 프레임 및 상기 기계 장치의 상기 프레임은, 모두 접지되는 것을 특징으로 하는 전동기 설비.
제1항에 있어서,

상기 도체는, 상기 전동기의 프레임과 상기 기계 장치의 프레임에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기 설비.
제3항에 있어서,

상기 도체는, 편조 도선(braided wire) 및 저인덕턴스 케이블 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전동기 설비.
제1항에 있어서,

상기 도체는, 상기 전동기의 고정자와 상기 기계 장치의 상기 프레임에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기 설비.
제5항에 있어서,

상기 도체는, 편조도선 및 저인덕턴스 케이블인 것을 특징으로 하는 전동기 설비.
제1항에 있어서,

상기 도체는, 상기 전동기와 상기 기계 장치의 상기 프레임이 위에 적재되고, 상기 전동기와 상기 기계 장치를 전기적으로 접속하는 금속으로 된 고정 베이스인 것을 특징으로 하는 전동기 설비.