(57)【要約】【課題】本発明は、電動機の軸受を電流通過の前に保護することを課題としている。【解決手段】障害を与える電流通過の前に電動機の軸受（７）を保護する保護装置において、電動機は固定子（１１）と、少なくとも１つの軸受（７）により固定子（１１）に関して回転可能に支持されるロータ（５）とを有し、電動機の作動の際に生じる軸受（７）を通る障害電流の補償に対して補償電流を発生する補償回路が設けられ、軸受（７）内に補償電流の直接的または間接的な入接続のための接続要素（２３）を設けたので、電動機の軸受が電流通過の前に保護できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
障害を与える電流通過の前に電動機の軸受（７）を保護する保護装置において、電動機は固定子（１１）と、少なくとも１つの軸受（７）により固定子（１１）に関して回転可能に支持されるロータ（５）とを有し、電動機の作動の際に生じる軸受（７）を通る障害電流の補償に対して補償電流を発生する補償回路が設けられ、軸受（７）内に補償電流の直接的または間接的な入接続のための接続要素（２３）が設けられることを特徴とする保護装置。
【請求項２】
前記補償回路は、電動機の動作のために設けられる位相電圧を印加するスターポイント電圧の供給のため、統合スターポイント（１７）を有することを特徴とする請求項１に記載の保護装置。
【請求項３】
前記統合スターポイント（１７）は同一インピーダンスにより構成されることを特徴とする請求項２に記載の保護装置。
【請求項４】
前記補償回路は逆極性変圧器（２０）を有し、その一次側ではスターポイント電圧の全部または一部分が供給され、二次側ではスターポイント電圧に対して逆位相電圧が発生されることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の保護装置。
【請求項５】
前記補償回路は、統合スターポイント（１７）と逆極性変圧器（２０）との間で接続される増幅適合段（１８）を有し、逆極性変圧器（２０）には、スターポイント電圧の調整可能な小部分が印加することを特徴とする請求項４に記載の保護装置。
【請求項６】
前記逆極性変圧器（２０）は、二次側で多数のコイルタップを有することを特徴とする請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の保護装置。
【請求項７】
前記逆極性変圧器（２０）は、二次側で周波数特性適合段（２２）の入力と連結され、周波数特性適合段は障害電流での補償電流の周波数特性の適合に役立つことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の保護装置。
【請求項８】
前記周波数特性適合段（２２）の出力は、接続要素（２３）と連結されることを特徴とする請求項７に記載の保護装置。
【請求項９】
前記接続要素（２３）は、補償電流の入接続がロータ（５）を軸受（７）内で回転可能に支持するロータ軸（６）内で行われるように配置されることを特徴とする前記請求項の内の１項に記載の保護装置。
【請求項１０】
前記接続要素（２３）はコンデンサとして構成されることを特徴とする前記請求項の内の１項に記載の保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、障害を与える電流通過の前に電動機の軸受を保護する保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機、例えば、軸受により回転可能に支持される電動モータでは、軸受を通る電流の流れに至り、それに付随する火花浸食が軸受損傷に至る危険が存在する。軸受を通る電流の流れは、電動モータの接続端子に印加される電圧が漂遊容量を経て、例えば、始動コイルから電動モータのロータ内に入接続することにより生じる。それに付随する電流の流れは、最終的に、軸受では、軸受内の潤滑膜の電気絶縁値より大きくなり、それで、火花浸食を呼び起こすことができる電圧を生じるような作用をする。特に、周波数変換器で作動される電動モータでは、状況は重大である。というのは、そこでは、特に高いパルス形状の電圧変化がモータハウジングおよびロータに対する接続端子に生じ、そのことで、比較的高い電圧が軸受に生じるからである。
【０００３】
たいてい、軸受は望ましくない電流通過に対して、電流通過の回避のために電気絶縁体が設けられることにより保護される。もちろん、これは、使用における特別な構造上の条件に応じて高い費用となる。さらに、軸受の直流に適する電気絶縁体は、もはや十分な保護を呈さない。例えば、高周波数障害電流では、軸受内の入接続は容量性通路で起こる危険がある。
【０００４】
これに関連して、１９９６年発行の雑誌ＩＥＥＥの第１９６１頁から第１９６７頁の科学論文「共通モード電圧補償回路に基づく高周波数漏洩電流減少」から、高周波数障害電流を補償回路により補償することは、既に周知である。その際に配線は、すでに補償が出力電流路内で行われ、すなわち、なお接続される負荷の前に行われるように設計される。このことは、補償回路が出力電流回路内に含まれ、比較的高い出力のための構成要素を設計しなければならないという欠点がある。さらに、例えば、励起の際に決して予測可能な過剰電圧を生じることのないインダクタンス、容量またはフィルター、共振周波数の数のような出力電流回路内に、各々接合される無効構成要素が増加する。周波数変圧器の使用の場合、全てのこれらの共振周波数は著しく励起されることから由来するので、この種の過剰電圧を生じる高い危険がある。
【非特許文献１】１９９６年発行の雑誌ＩＥＥＥの第１９６１頁から第１９６７頁の科学論文「共通モード電圧補償回路に基づく高周波数漏洩電流減少」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電動機の軸受を電流通過の前に保護することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する為に、本発明の保護装置は、障害を与える電流通過の前に電動機の軸受（７）を保護する保護装置において、電動機は固定子（１１）と、少なくとも１つの軸受（７）により固定子（１１）に関して回転可能に支持されるロータ（５）とを有し、電動機の作動の際に生じる軸受（７）を通る障害電流の補償に対して補償電流を発生する補償回路が設けられ、軸受（７）内に補償電流の直接的または間接的な入接続のための接続要素（２３）が設けられることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明において、前記補償回路は、電動機の動作のために設けられる位相電圧を印加するスターポイント電圧の供給のため、統合スターポイント（１７）を有することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明において、前記統合スターポイント（１７）は同一インピーダンスにより構成されることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明において、前記補償回路は逆極性変圧器（２０）を有し、その一次側ではスターポイント電圧の全部または一部分が供給され、二次側ではスターポイント電圧に対して逆位相電圧が発生されることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明において、前記補償回路は、統合スターポイント（１７）と逆極性変圧器（２０）との間で接続される増幅適合段（１８）を有し、逆極性変圧器（２０）には、スターポイント電圧の調整可能な小部分が印加することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明において、前記逆極性変圧器（２０）は、二次側で多数のコイルタップを有することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明において、前記逆極性変圧器（２０）は、二次側で周波数特性適合段（２２）の入力と連結され、周波数特性適合段は障害電流での補償電流の周波数特性の適合に役立つことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に記載の発明において、前記周波数特性適合段（２２）の出力は、接続要素（２３）と連結されることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項９に記載の発明において、前記接続要素（２３）は、補償電流の入接続がロータ（５）を軸受（７）内で回転可能に支持するロータ軸（６）内で行われるように配置されることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項１０に記載の発明において、前記接続要素（２３）はコンデンサとして構成されることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、固定子を有し、少なくとも１つの軸受により固定子に関して回転可能に支持されるロータを有する電動機において使用される。本発明による保護装置は、補償回路が、電動機の作動に際して生じる軸受を通る障害電流の補償のため、補償電流を発生する補償回路と、軸受内で補償電流を直接的または間接的に入接続するための接続要素とが設けられていることにより特徴付けられる。
【発明の効果】
【００１７】
それにより、本発明は、電流通過の前で、それに付随する軸受の電位障害前に、軸受の信頼性のある保護が補償される長所を有する。その際、この保護処置は、保護すべき個所、すなわち、軸受に具体的に当てる。それにより、本発明による保護装置の実現費用は比較的少なく維持できる。というのは、この保護装置は性能に適し、電動機の作動のために構成されるのではなくて、軸受を通る障害電流の補償のためだけに設計されるにちがいないからである。その結果、本発明の別の長所は、本発明による保護装置が電動機の性能クラスに無関係で広く実現でき、また、電動機の制御には影響を与えないので、既存の設備内に追加して組み込むこともできることにある。
【００１８】
補償回路は、スターポイント電圧を提供する統合スターポイントを有し、スターポイントには、電動機の作動ために設けられる位相電圧が印加される。統合スターポイントは、たいてい、３つの同一インピーダンスで形成される。このようにして、比較的簡単な手段で補償のための基準信号を提供できる。
【００１９】
さらに、補償回路は、一次側でスターポイント電圧の全部または一部が供給され、二次側でスターポイント電圧に対して逆位相の電圧を発生する逆極性変圧器を有する。補償回路は、特に、統合スターポイントと逆極性変圧器との間で接続される増幅適合段を有することができ、逆極性変圧器には、スターポイント電圧の調整可能な小部分が印加する。逆極性変圧器は多数のコイルタップを有する。さらに、逆極性変圧器は二次側が、障害電流での補償電流の周波数特性の適応に役立つ周波数特性適合段と連結できる。前記の構成要素では、それぞれ、異なる実施例で得られる標準構成要素が重要であり、それぞれの使用の場合にとって本発明による保護装置の最適な構成が問題なく可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
周波数特性適合段の出力は接続要素と連結される。その際、接続要素は、特に、ロータを軸受内で回転可能に支持するロータ軸内で、補償電流の入接続が行われるように配置される。接続要素は、特に、コンデンサとして構成される。このようにして、補償電流は、軸に接触せず、それで、軸受内に入接続することができ、補償電流の入接続の際、接続要素内での摩耗問題が生じない。
【実施例】
【００２１】
本発明を図示の実施例に基づいて次に説明する。
【００２２】
単一図面は、電動モータを制御するため、回路内に組み込まれる本発明による補償回路の実施例を示す。電動モータの制御は、出力側に３相電圧Ｕ、Ｖ、Ｗを供給する周波数変換器１により行われ、３相電圧はＹ結線の方式で第１始動コイル２、第２始動コイル３および第３始動コイル４に印加され、すなわち、３つの始動コイル２、３、４の各々は、電圧Ｕ、Ｖ、Ｗの１つを印加する周波数変換器１の出力の１つの端部と連結される。３つの始動コイル２、３、４のそれぞれの他端は相互に連結される。始動コイル２、３、４と並んで電動モータは、ロータ軸６を備えるロータ５を有し、ロータ軸は転動軸受７により始動コイル２、３、４に関して回転可能に支持される。転動軸受７は内リング８と、外リング９と、内リング８と外リング９との間に配置される転動体１０を有する。内リング８はロータ軸６と回転固定され、通電連結される。外リング９は、例えば、象徴的だけで図示するハウジング１１の穴内に押し込むことができ、それで、ハウジング１１と回転固定され、通電連結される。ロータ軸６は、たいてい、より良い見通しのために図１ではもちろん図示されない少なくとも１つの別の転動ローラ７により支持される。
【００２３】
電動モータについてすでに説明した配線または構成においては、直列の漂遊容量が存在することになる。直流に適する絶縁にもかかわらず、それぞれの配線を介して電圧に入接続ができる。図１で、この発明にとって重要である限りにおいて、漂遊容量は、それぞれ、コンデンサのための切換シンボルにより示される。個々には、第１始動コイル２とロータ５との間に第１漂遊容量１２があり、第２始動コイル３とロータ５との間に第２漂遊容量１３があり、第３始動コイル４とロータ５との間に第３漂遊容量１４がある。さらに、転動軸受７により、第４漂遊容量１５が構成され、この漂遊容量は、最終的に、外リング９とロータ軸６との間で有効である。最後に、なお、第５漂遊容量１６がロータ５とハウジング１１との間にある。漂遊容量１２、１３、１４、１５、１６は、３つの始動コイル２、３、４の相互結線の範囲で印加するスターポイント電圧のため、３つの始動コイル２、３、４とロータ５、それで、ロータ軸６との間で望ましくない容量性電流が流れることになる。それに応じて、ロータ５またはロータ軸６と接地ハウジング１１との間で電流の流れが生じる。この障害電流は、ロータ５とハウジング１１との間、それで、転動軸受７または複数の転動軸受７にも電圧ＵＬを生じる作用をし、この電圧は別の処置を講じないと、転動軸受７内での潤滑膜の電気絶縁値より度々大きくなり、典型的には約０．５ボルトとなる。典型的には、電圧ＵＬはハウジング１１に対する始動コイルに印加する電圧の３％から７％の値を有する。それで、転動軸受７に印加する電圧ＵＬは、転動軸受７の損傷に至る火花浸食を呼び起こすことになる。
【００２４】
これは、次に説明する回路要素により回避され、この回路要素によると、障害電流に対して同等であるが逆位相の電流が、ロータ軸６内に容量的に入接続される。補償電流の発生のため、とりわけ、統合スターポイント１７が設けられ、スターポイント内では、周波数変換器１からの供給ラインは、各コンデンサを経て始動コイル２、３、４に集結される。統合スターポイント１７の出力２４では、漂遊容量１２、１３、１４に基づいてモータの内部に発生するのと同じ電圧が生じる。電圧ＵＬは、一方では漂遊容量１２、１３、１４と、他方では漂遊容量１５、１６との間の容量性電圧分割から生じる。スターポイント１７では、さらに、ハウジング１１と連結される増幅適合段１８に接続される。増幅適合段１８は可変タップを有し、可変タップにより統合スターポイント１７から出力される電圧の所望の一部分を低下できる。増幅適合段１８の可変タップは、さらにハウジング１１に接続される逆極性変圧器２０の一次コイル１９と連結される。逆極性変圧器２０の二次コイル２１は、一方では同様にハウジング１１と接続され、他方では、周波数特性適合段２２の入力と接続される。逆極性変圧器２０の一次コイル１９と二次コイル２１との巻線方向は、反対方向へ走り、二次コイル２１では、一次コイル１９に印加される電圧に対して逆である電圧が印加される。周波数特性適合段２２は出力側で、電極がロータ軸６と接続される接続コンデンサ２３と連結される。
【００２５】
周波数特性変圧器２２は、さらに、ハウジング１１と連結される。増幅適合段１８の代わりに、機能も逆極性変圧器２０内に一体化される単一構成要素として設けることができる。このため、逆極性変圧器２０の一次コイル１９はスターポイント１７およびハウジング１１に連結され、二次コイルに多数のタップが設けられ、周波数特性適合段２２に送られる電圧の増幅は、適切なタップの選択により変更できる。
【００２６】
ロータ５内に入接続する障害電流の補償では、個々に次のようにして行われる。増幅適合段１８により、統合スターポイント１７に印加される電圧の適切な一部分が逆特性変圧器２０に供給され、このようにして、逆極性電圧が発生する。それで、次の処理のために、統合スターポイント１７で出力される電圧の一部分だけが使用され、それに応じて、その際に使用される構成要素は、また、電圧のこの一部分のためにだけ設置すべきである。周波数特性適合段２２は、できる限り正確な補償を可能とするために、この電圧から生じる電流の周波数の特性を障害電流の特性に適合する。このようにして発生される補償電流は、接続コンデンサ２３を経てロータ軸６内に供給され、理想的な場合、ロータ５内で全体として供給される障害電流の合計と量的に一致し、逆符号の順で、全体としてロータ５内で正味電流がないか、場合により、わずかな正味電流となる。それで、転動軸受７または複数の転動軸受７には、場合により、転動軸受の損傷を引き起こすには十分ではないが、わずかな電圧ＵＬが印加する。ロータ軸６内の補償電流の入接続は、摩耗部分のないロータ軸６上での取付要素の形式で、空気絶縁コンデンサとしてのコンデンサ２３の適切な構成により行うことができる。それに代わり、同じようにして、補償電流をロータ５内、または、転動軸受７の内リング８内の他の個所に入接続できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明による補償回路の実施例を示す。
【符号の説明】
【００２８】
１    周波数変換器
２    第１始動コイル
３    第２始動コイル
４    第３始動コイル
５    ロータ
６    ロータ軸
７    転動軸受
８    内リング
９    外リング
１０  転動体
１１  ハウジング
１２  第１漂遊容量
１３  第２漂遊容量
１４  第３漂遊容量
１５  第４漂遊容量
１６  第５漂遊容量
１７  統合スターポイント
１８  増幅適合段
１９  一次コイル
２０  逆極性変圧器
２１  二次コイル
２２  周波数特性段
２３  接続コンデンサ
２４  統合スターポイントの出力
【図１】
2004242496.tif 000003