(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に形成された固定子鉄心を有する固定子を内側に保持したフレームと、
前記固定子鉄心の内周と一定の間隙を成す円柱状の回転子鉄心及びこの回転子鉄心の軸中心部に一体的に設けられた回転軸を有し、この回転軸の軸部が前記フレームの端面に設けられた軸受により回転可能に支承された回転子と、
前記軸受の、前記回転軸を支承する部分に潤滑油を供給する油圧装置と、
前記固定子から前記フレーム及び前記軸受を介して前記回転軸に流れるアース電流を計測するアース電流センサとを備え、
前記油圧装置は、前記アース電流センサにより計測されたアース電流値を入力し、このアース電流値が予定の大きさを超えると前記軸受へ供給する潤滑油の圧力を増加させ、アース電流を抑制する調整機能を有する
ことを特徴とする回転電機システム。
【請求項２】
前記油圧装置は、前記軸受へ供給する潤滑油の圧力を、その圧力上昇に伴う回転振動の増加が予定値以上とならない範囲で調整することを特徴とする請求項１に記載の回転電機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転軸の軸受部分におけるアース電流対策を施した回転電機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の回転軸を支承する軸受にはすべり軸受が広く用いられている。このすべり軸受は、軸受メタルの内周と回転軸の外周との間に潤滑油を供給して油膜を形成し、この油膜により回転軸を回転自在に支承するものである。このような軸受については、軸受に供給する潤滑油の圧力を変化させることで軸受の特性を変化させ、回転軸に生じた振動を低下させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、ＰＷＭインバータで駆動する電動機などの回転電機では、中性点電位変動によりアース電流が発生する。すなわち、ＰＷＭインバータのスイッチングに伴い、電気的中性点の電位変動が生じることにより、電動機においては、固定子コイルと対アース間にアース電流が発生し、回転軸に軸電流として流れる。
【０００４】
通常、陸上に設置された回転電機は地中に接地するためアースがとりやすいが、船舶などで用いられる回転電機は、船体を介して海中に接地されるためアースがとり難く、軸電流が増大する傾向にある。軸電流が大きくなると、回転軸に連結された設備などへの影響が生じるので対策が必要となる。
【０００５】
この軸電流に対しては、これと逆位相の電流を回転軸に流して、軸電流を防止する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このほか、軸アースブラシを設けたり、軸受における軸絶縁を施すこと等により、軸電流に対処していた。
【０００６】
このような軸電流の流れるルートは多岐に渡り、すべり軸受を用いた回転電機の場合では、固定子→フレーム→軸受ブラケット→軸受油膜→回転軸の経路で、軸受油膜を経由して回転軸に流れるルートが存在する。このルートで流れるアース電流が大きくなると、アース電流による軸受磨耗が進展し、軸受寿命の低下等に繋がる可能性がある。
【０００７】
将来的なインバータのスイッチング周波数の上昇等を考慮すると、接地環境等により製品の計画段階で企図したアース電流による絶縁処理を超える対策が実運用上は発生するケースも想定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１２０６８７号公報
【特許文献２】特開昭６０−９６１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、軸受け部分に大きなアース電流が流れると、軸受の寿命に影響するのでその対策が望まれている。
【００１０】
ここで、軸受油膜も高周波回路においては、一種の静電容量とみなすことが可能であり、軸電流を測定することにより、軸受の油膜形成状態を相対的に把握することができる。
【００１１】
本発明は、軸電流が変化する環境下で使用される回転電機の軸受において、自動的に油膜を調整することにより軸受に流れるアース電流を低減して、軸受の信頼性を向上させた回転電機システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る回転電機システムは、円筒状に形成された固定子鉄心を有する固定子を内側に保持したフレームと、前記固定子鉄心の内周と一定の間隙を成す円柱状の回転子鉄心及びこの回転子鉄心の軸中心部に一体的に設けられた回転軸を有し、この回転軸の軸部が前記フレームの端面に設けられた軸受により回転可能に支承された回転子と、前記軸受の、前記回転軸を支承する部分に潤滑油を供給する油圧装置と、前記固定子から前記フレーム及び前記軸受を介して前記回転軸に流れるアース電流を計測するアース電流センサとを備え、前記油圧装置は、前記アース電流センサにより計測されたアース電流値を入力し、このアース電流値が予定の大きさを超えると前記軸受へ供給する潤滑油の圧力を増加させ、アース電流を抑制する調整機能を有することを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、回転電機の軸受け部分を通して流れる電流の測定結果から軸受の油膜形成状態を判断し、軸受への供給油圧を調整して最適な油膜状態を保ち、この部分に流れるアース電流を低減することで軸受の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転電機システムの全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態の対象となる回転電機の内部構成を示す１／４断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に用いる軸受の構成を示す１／４断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
この実施の形態に係る回転電機システムは、アース電流を監視し、その値が大きい場合や時間的に増大している場合は、アース電流の抑制が必要と判断し、軸受油膜の厚さを高めるように軸受注油圧を上昇させ、油膜形成を最適な状態に調整してアース電流を抑制するものである。
【００１７】
先ず、図１によりこの実施の形態に係る回転電機システムの全体構成を説明する。図１において、１１は回転電機であり、例えば、ＰＷＭインバータ駆動の電動機などである。この回転電機１１内には、後述するように回転子が設けられ、その回転軸１２は、回転電機１１のフレーム１１ａの両端面に設けられた軸受１３により回転自在に支承されている。
【００１８】
この軸受１３としてはすべり軸受が用いられており、油圧装置１４から潤滑油が供給される。すなわち、油圧装置１４は、潤滑油を圧送可能な送油ポンプ１５及び電動弁１６を有し、この電動弁１６を介して軸受１３へ配管接続されている。電動弁１６は、弁の開度を調整可能であり、弁開度を調整することにより、軸受１３の入口圧力、すなわち、軸受１３へ供給する潤滑油の油圧を任意の値に調整することができる。
【００１９】
また、この軸受１３には振動センサ１８及びアース電流センサ１９が設けられている。振動センサ１８は、軸受１３に取り付ける構造とし、軸受１３の振動を監視するものである。アース電流センサ１９は、回転電機１１のフレーム１１ａと軸受１３との間に装備し、インバータ駆動により、フレーム１１ａ及び軸受１３を経由して回転軸に流れるアース電流を計測するものである。
【００２０】
本実施の形態では、油圧装置１４は、アース電流センサ１９が検出する電流を入力して監視する。そして、アース電流が大きい場合、油膜形成状態不足若しくはアース環境の悪化と判断し、電動弁１６の開度を調整し、軸受１３の入口圧力を増加させる。このことで、結果的に軸受油膜を厚くし、アース電流を抑制する作用を促す。
【００２１】
回転電機１１は、その上部断面図である図２で示すように、外被となるフレーム１１ａの内側に固定子２２及び回転子２３を設けている。固定子２２は、円筒状に形成された固定子鉄心２４及び固定子巻線２５を有し、フレーム１１ａの内側に一体的に保持されている。回転子２３は、円柱状の回転子鉄心２７及び図１で示した回転軸１２を有する。
【００２２】
回転子鉄心２７には、図示しないがロータバーなどが設けられており、円柱状の鉄心外周は、固定子鉄心２４の内周と一定の間隙を成すように設置される。また、回転軸１２は、回転子鉄心２７の軸中心部に一体的に設けられ、その軸部は、前述のようにフレーム１１ａの端面に設けられた軸受１３により回転可能に支承されている。なお、図２では軸受１３を図示右側にのみ示しているが、図１で示したように、当然図示左側の軸部も軸受１３（図示省略）により回転可能に支承されている。
【００２３】
軸受１３には、前述のようにすべり軸受が用いられている。このすべり軸受１３は、図３で示すように軸受メタル３１を有し、その内周は、回転軸１２の外周と微小間隔を介して対向する。回転軸１２の軸受メタル３１と対向する外周部には、長さ方向に間隔を保って環状のシール材３３，３３が一体的に取り付けられている。これらシール材３３，３３は、軸受メタル３１の内周に形成された環状の溝内に摺動可能に嵌め込まれている。
【００２４】
このシール材３３，３３間には油膜３４が形成され、この油膜３４により回転軸１２を回転自在に支承する。すなわち、図１で示した油圧装置１４から供給される潤滑油は、上述したシール材３３，３３間に油膜３４を形成する。
【００２５】
上記構成において、回転電機（ここではＰＷＭインバータ駆動の電動機とする）１１は、その固定子２２にＰＷＭインバータを介して電源電圧が供給されることにより、このインバータの出力周波数に対応した回転速度で運転され、回転軸１２に連結された図示しない機器などを駆動する。このとき、回転軸１２を支承する軸受１３には油圧装置１４から、その送油ポンプ１５により電動弁１６を介して潤滑油が供給され、図３で示した軸受メタル３１の内周と回転軸１２の外周との間に油膜３４を形成し、回転軸１２を回転自在に支承する。
【００２６】
この運転状態において、前述のように、ＰＷＭインバータのスイッチングに伴い、電気的中性点の電位変動が生じ、固定子巻線２５と対アース間にアース電流が発生し、回転軸１２に軸電流として流れる。すなわち、固定子巻線２５は、図示しないインバータ回路と接続されており、スイッチングの影響によるインバータ中性点電位変動により、固定子巻線２５と対アース間にアース電流が発生し、回転軸１２に軸電流として流れる。
【００２７】
この軸電流の流れるルートは多岐に渡るが、主として図２で示す２つのルートＡ，Ｂがある。このうちルートＡは、固定子鉄心２４→フレーム１１ａ→軸受１３（軸受油膜３４）→回転軸１２の経路で、軸受油膜３４を経由して回転軸１２に流れるルートである。
【００２８】
図１で示したアース電流センサ１９は、インバータ駆動によりフレーム１１ａを経由して軸受１３に流れるアース電流、すなわち、上述したルートＡを流れるアース電流を計測する。油圧装置１４は、アース電流センサ１９により計測されたアース電流値を入力し、このアース電流値が予定の大きさを超えると軸受１３へ供給する潤滑油の圧力を増加させ、アース電流を抑制する。すなわち、アース電流センサ１９が検出する電流を監視し、アース電流が大きい場合は、油膜３４の形成状態不足、若しくはアース環境の悪化と判断し、電動弁１６の開度を調整して、軸受１３の入口圧力を増加させる。このことで、結果的に軸受油膜３４を厚くする。油膜３４が厚くなることは、この部分の静電容量が増加すると共に抵抗値も増加することになり、アース電流が抑制される。
【００２９】
なお、軸受油膜３４の厚さを高めることにより、回転振動が増えるなどの可能性もあるため、軸受振動監視を併用し、アース電流抑制と軸受振動の観点から最適な油膜へと自動調整する。すなわち、油圧装置１４は、振動センサ１８による同時監視も行い、油膜３４の厚さ増加に伴う軸受振動を計測し、軸受振動とアース電流抑制が最適な弁開度に調整する。
【００３０】
上記実施の形態では、回転電機としてＰＷＭインバータ駆動の電動機を例示したが、本発明はこれに限定されず、何らかの要因でアース電流が生じる回転電機全般に適用できる。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
１１…回転電機
１１ａ…フレーム
１２…回転軸
１３…軸受
１４…油圧装置
１８…振動センサ
１９…アース電流センサ
２２…固定子
２３…回転子
２４…固定子鉄心
２５…固定子巻線
２７…回転子鉄心
３１…軸受メタル
３４…油膜
【図１】
0006271452.tif 000002
【図２】
0006271452.tif 000003
【図３】
0006271452.tif 000004