JP3608430B2

JP3608430B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP3608430B2
Application number: JP12121599A
Authority: JP
Inventors: 好秀金原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: JP2000316251A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転電機に係り、特に回転電機の軸受における電触を軽減または防止する構成の回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８〜図１０は、従来例として実開平２−３３５６９号公報に記載の回転電機の構造断面図である。従来の回転電機について、以下説明する。
【０００３】
図８において、２１は薄鋼板材などの金属材が多数枚積層されてなる固定子鉄心のスロット部に、コイルを巻回してなる固定子、２２は固定子２１とわずかな空隙を介して対向する回転子、２３は回転子２２を外径部に嵌合固定する回転軸、２４は回転軸２３に嵌合された主軸受、２５は主軸受２４を支持し、回転軸２３を回転自在に支承するハウジング部２５ａを有する外枠である。
【０００４】
従来の回転電機は上記のように構成され、固定子２１のコイルに通電すると、固定子２１と回転子２２との間に、電磁誘導作用による回転力が発生し、回転軸２３が主軸受２４、２４を介して回転する。この結果、回転電機は外部に対して回転力を供給することができる。
【０００５】
従来の回転電機は以上のように構成されているので、例えばこの回転電機をインバータ等で駆動する場合、インバータによって生じるリップル電圧が回転電機の回転軸２３と主軸受２４との間に静電誘導による軸電圧を発生させ、このため、この軸電圧が各種制御機器に悪影響を及ぼしたり、主軸受２４内部で局部的に放電し軸受損傷を引き起こすなどの問題点があった。
【０００６】
図９および図１０は、回転部分に発生する軸電圧が補助軸受を介して大地に接地することにより、軸電圧を軽減するようにしたものである。
図９において、２１は薄鋼板材などのスロット部に、コイルを巻回してなる固定子、２２は固定子２１とわずかな空隙を介して対向する回転子、２６は回転子２２を外径部に嵌合固定する回転軸で、反負荷側軸端部には回転軸２６方向に凹部２６ａが設けられている。２４は回転軸２６に嵌合され、回転軸２６を支承するメーンの軸受としての主軸受、２５は主軸受２４、２４を支持し、回転軸２６を回転自在に支承するハウジング部２５ａを有する外枠である。２７は回転軸２６の反負荷側軸端部に設けられた凹部２６ａの内側に嵌め込まれた補助軸受で、導電性グリースが封入されている。２８は補助軸受２７の内径部との嵌合用凸部２８ａを有し、鉄系などの導電性材からなる取付板で、嵌合用凸部２８ａにて補助軸受２７を嵌合し、外枠２５に取り付けられている。
【０００７】
上記のように構成された回転電機においては、回転軸２６と外枠２５は、導電性グリースを封入した補助軸受２７を介して電気的に結合された状態となり接地の作用をする。この結果、インバータ運転時等においても、回転軸２６と主軸受２４、外枠２５の間にはほとんど電位差が発生しなくなり、よって軸電圧を著しく軽減することができる。
【０００８】
図１０は補助軸受を回転軸の軸径部に嵌合した場合の構成を示したもので、図において、２９は回転軸で、回転軸２９の反負荷側軸端部には、補助軸受２７が嵌合する小径部２９ａを有している。そして上記図９で説明したごとく、導電性グリースが封入された補助軸受２７が、回転軸２９の反負荷側軸端部に嵌合している。３０は鉄系等の導電性材からなる取付板で、補助軸受２７の外径部を嵌合している。さらに取付板３０は外枠２５にねじ止め固定されている。
【０００９】
上記構成としたことにより、回転軸２９と外枠２５は導電性グリースを封入した補助軸受２７を介して、図９同様電気的に結合された状態となり外枠２５より大地に接地されて軸電圧を軽減する。
【００１０】
なお、上記従来例では補助軸受２７を用いて接地を図ったが、補助軸受２７を用いないで回転軸２６を支承するメーンの軸受としての主軸受２４に導電性グリースを封入し、補助軸受２７の代用とすることも考えられるが、主軸受２４には回転トルクの伝達など負荷荷重がかかり、そのため主軸受２４の軸受潤滑、発熱の低減等を考慮して、主軸受２４に求められる負荷荷重容量の観点から問題があり、現段階では主軸受２４に導電性グリースが封入されたものを用いることは、実用に供されていない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
また、主軸受とは別に、軸電圧を軽減する目的で設けた補助軸受が消耗すると、この補助軸受はフレームに嵌合固定されているので、振動が発生したり、異音が発生して、回転電機が不良となる問題点があった。
【００１２】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、インバータ運転などにおける軸電圧の発生を軽減することができる回転電機を得ることを目的とするとともに、主軸受とは別に設けた補助軸受の寿命を長くし、また補助軸受が電触により消耗しても主軸受の機能に影響しない構造とすることを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機は、コイルが巻回されてなる固定子と、この固定子とわずかな空隙を介して対向する回転子と、この回転子を外径部に嵌合固定する回転軸と、この回転軸に嵌合された主軸受と、この主軸受を支持し、前記回転軸を回転自在に支承するハウジング部を有する外枠と、この回転軸に連結され軸電圧を軽減する補助軸受と、を有する回転電機において、導電性であって弾性作用のある材料から製作され、前記外枠に取り付けられる支持器により、前記補助軸受の外輪を弾性支持したものである。
【００１４】
また、複数の補助軸受を近接して設け、これらの補助軸受け間にスラスト荷重をかける構造としたものである。
【００１７】
また、補助軸受に封入するグリースを粘性の低いグリースとしたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、この発明の実施の形態について上述の従来例と同一の構成部分は、上述の従来例に付した符号と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１９】
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態である回転電機の構造断面を示す図である。図において、２１、２２、２４は従来装置と同様であり、その説明を省略する。
１ａは回転子２２を外径部に嵌合固定する回転軸、２は回転軸１ａを支承するメーンの軸受としての主軸受２４とは別に設けた補助軸受、３は補助軸受２と主軸受２４との間に挿入するスリーブ、４は補助軸受２の外輪を支持固定する支持器で導電性であって、弾性（バネ）作用のある材料で製作する。また、５は主軸受２４を支持し、回転軸１ａを回転自在に支承するハウジング部５ａを有する外枠である。
【００２０】
図２は、この発明の一実施の形態に係る回転電機の構造断面を示す図である。図において、２、４、５、５ａ、２１、２２、２４は上述の図１と同様であり、その説明を省略する。６は回転子２２を外径部に嵌合固定する回転軸である。
図１は、補助軸受２と主軸受２４を同じ径の回転軸１に挿入する場合で、補助軸受２と主軸受２４との間にスリーブ３を挿入した例を示したが、図２は主軸受２４の内輪径と補助軸受２の内輪径とが異なるものを使用し、回転軸６の径をそれぞれの軸受に合わせることにより位置を固定するようにしたものである。
【００２１】
図３は、この発明の一実施の形態に係る回転電機の構造断面を示す図である。図において、２、４、５、５ａ、２１、２２、２４は上述の図１と同様であり、その説明を省略する。７は回転子２２を外径部に嵌合固定する回転軸、８は補助軸受２を回転軸７に固定するネジ等である。
図１および図２は補助軸受２を回転電機の内部に取り付けた例を示したが、図３は補助軸受２を回転電機の外部に取り付けたものである。
【００２２】
実施の形態２．
図４は、この発明の一実施の形態に係る回転電機において補助軸受の外輪を弾性支持する支持器を示す図である。図において、１０ａは回転電機の外枠にネジなどで取り付けられる支持器、１１はリン青銅、バネ綱、ステンレス、鉄等弾性の高い金属により構成された円筒、１２は円筒１１の要所に入れたスリットである。
支持器１０ａの円筒部分に補助軸受２が嵌合される。従って、補助軸受２は、外部負荷からの軸にかかる荷重はかかることがなく、弾性体の支持器１０ａにより外輪を支持されるだけで回転するので、補助軸受２には外部の荷重はかからない。
【００２３】
図５は、この発明の一実施の形態に係る回転電機において補助軸受の外輪を弾性支持する支持器を示す図である。図において、１０ｂは回転電機の外枠にネジなどで取り付けられる支持器、１３は円筒、１４は円筒１３と補助軸受２との間の間隙に挿入され、補助軸受２の外輪を固定するバネである。
支持器１０ｂの円筒部分にバネ１４を介して補助軸受２が嵌合される。従って、補助軸受２は、外部負荷からの軸にかかる荷重はかかることがなく、バネ１４により外輪を支持されるだけで回転するので、図４と同様に、補助軸受２には外部の荷重はかからない。
【００２４】
実施の形態３．
図６は、この発明の一実施の形態に係る回転電機において補助軸受に封入される導電性グリースの特性を示す図である。ここでは、代表的な導電性グリースとして、協同油脂株式会社製のマルテンプＥＬＫの一般性状表を示した。
導電性グリースはカーボンや、アルミニウム、モリブデン等の微粉末または、化合物を混入することにより導電性を持たせたもので、通常のグリースと同様に使用する。
【００２５】
回転軸は、インバータ等によって駆動されたときの中性点電圧の急変によって、巻線と回転子との間の静電容量により軸電圧が上昇しようとするが、その電荷は補助軸受に封入された導電性グリースにより外枠に流れ、主軸受には流れない。従って、主軸受は電触を受けることはなく、寿命が短くなることはない。
【００２６】
この導電性グリースは、体積抵抗率は１．４×１０^４Ω・ｃｍと比較的高いが、軸受のベアリング球と外輪、内輪間のグリースの膜厚は０．１μｍ程度の非常に薄い厚さになるので、回転軸と外枠との抵抗値は低い。従って回転軸は、外枠とほぼ同電位に保たれ、主軸受に電圧は加わらない。また、補助軸受には荷重がかからないことから、補助軸受自体の寿命は長い。
一方、補助軸受に流れる電流により、それが電触を受けた場合、補助軸受は弾性（バネ）支持されているので、多少の劣化であってもモータ特性には影響を与えない特徴があり、また、ひどい劣化により、異音を発生したとしても、加重が小さいので音のレベルは小さく、さらに弾性（バネ）支持であるので直接外枠へは伝導しない特徴がある。
従って、インバータ等で駆動した場合でも、長寿命で電触のない回転電機が得られる。
【００２７】
また、補助軸受に封入するグリースＡは、主軸受に封入するグリースＢに比べて粘性の低いグリースを使用すると、補助軸受のグリースの膜厚が、主軸受のそれより薄くなるので、絶縁破壊する電圧が低くなる。従って、回転軸の電圧が上昇しても補助軸受に電流が流れ、主軸受には流れない。これは、電圧が少しでも低ければ、そちらに電流が流れるというもので、薄いグリース膜厚の補助軸受のほうに電流が流れ、主として補助軸受が電触を受ける。しかし、この補助軸受には荷重がかかっておらず、さらに弾性（バネ）支持されているので、かなり劣化しても回転電機の特性には影響を与えない。
従って、インバータ等で駆動した場合でも、長寿命で主軸受けに電触のない回転電機が得られる。
【００２８】
実施の形態４．
図７はこの発明の一実施の形態に係る回転電機の構造断面を示す図である。図において、２、３、４、５、５ａ、２１、２２、２４は上述の図１と同様であり、その説明を省略する。
１ｂは回転子２２を外径部に嵌合固定する回転軸、１５は近接して設けられた複数の補助軸受２，２間に挿入するスリーブ、１６は近接して設けられた複数の補助軸受２，２の外輪間にスラスト荷重をかける波バネ、皿バネ等のバネである。
この実施の形態においては、補助軸受２を複数近接して設けたもので、近接して設けられた複数の補助軸受２，２間にスリーブ１５を挿入し、また補助軸受２と主軸受２４との間にはスリーブ３を挿入して内輪の位置を固定する。
【００２９】
以上のような構成により、複数の補助軸受２，２をスラスト荷重をバネ１６により加えた状態で支持器４で弾性（バネ）支持できる。従って、導電性グリースや、低粘度のグリースを封入した場合、ベアリング球と外輪内輪との間のグリース膜厚を薄く安定に維持できるので、主軸受２４での電触を防止する効果がよりすぐれたものとなる。
【００３０】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００３１】
この発明に係る回転電機は、コイルが巻回されてなる固定子と、この固定子とわずかな空隙を介して対向する回転子と、この回転子を外径部に嵌合固定する回転軸と、この回転軸に嵌合された主軸受と、この主軸受を支持し、前記回転軸を回転自在に支承するハウジング部を有する外枠と、この回転軸に連結され軸電圧を軽減する補助軸受と、を有する回転電機において、導電性であって弾性作用のある材料から製作され、前記外枠に取り付けられる支持器により、前記補助軸受の外輪を弾性支持したので、補助軸受は荷重がかからない構造となり長寿命であり、また補助軸受が電触を受けたとしても、多少の劣化ではモータへの影響がなく、さらに劣化して異音が発生しても、弾性（バネ）支持により直接音が伝導しないという効果があり、インバータ等で駆動しても寿命の長い、信頼性の高い回転電機が得られる。
【００３２】
また、複数の補助軸受を近接して設け、これらの補助軸受間にスラスト荷重をかける構造としたので、ベアリング球と外輪内輪との間のグリース膜厚を薄く安定に維持できる。
【００３５】
また、補助軸受に封入するグリースを粘性の低いグリースとすることにより、補助軸受のグリースの膜厚が主軸受のグリースの膜厚より薄くなり、絶縁破壊する電圧が低くなるので、回転軸の電圧が上昇しても補助軸受に電流が流れ、主軸受には流れないようにすることができ、主軸受の電触を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態である回転電機の構造断面図である。
【図２】この発明の一実施の形態に係る回転電機の構造断面図である。
【図３】この発明の一実施の形態に係る回転電機の構造断面図である。
【図４】この発明の一実施の形態に係る回転電機において補助軸受の外輪を弾性支持する支持器を示す図である。
【図５】この発明の一実施の形態に係る回転電機において補助軸受の外輪を弾性支持する支持器を示す図である。
【図６】この発明の一実施の形態に係る回転電機において補助軸受に封入される導電性グリースの特性を示す図である。
【図７】この発明の一実施の形態に係る回転電機の構造断面を示す図である。
【図８】従来例として実開平２−３３５６９号公報に記載の回転電機の構造断面図である。
【図９】従来例として実開平２−３３５６９号公報に記載の回転電機の構造断面図である。
【図１０】従来例として実開平２−３３５６９号公報に記載の回転電機の構造断面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ回転軸、２補助軸受、３スリーブ、４支持器、５外枠、５ａハウジング部、６回転軸、７回転軸、８ネジ等、１０ａ，１０ｂ持器、１１円筒、１２スリット、１３円筒、１４バネ、１５スリーブ、１６バネ、２１固定子、２２回転子、２３回転軸、２４主軸受、２５外枠、２５ａハウジング部、２６回転軸、２６ａ凹部、２７補助軸受、２８取付板、２８ａ嵌合用凸部、２９回転軸、２９ａ小径部、３０取付板。

Claims

コイルが巻回されてなる固定子と、この固定子とわずかな空隙を介して対向する回転子と、この回転子を外径部に嵌合固定する回転軸と、この回転軸に嵌合された主軸受と、この主軸受を支持し、前記回転軸を回転自在に支承するハウジング部を有する外枠と、この回転軸に連結され軸電圧を軽減する補助軸受と、を有する回転電機において、
導電性であって弾性作用のある材料から製作され、前記外枠に取り付けられる支持器により、前記補助軸受の外輪を弾性支持したことを特徴とする回転電機。
複数の補助軸受を近接して設け、これらの補助軸受間にスラスト荷重をかける構造としたことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記補助軸受に封入するグリースを前記主軸受に封入するグリースよりも粘性の低いグリースとしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。