(57)【要約】【課題】  インバータ装置により駆動される交流電動機等において、軸電流防止装置の接触子にまつわる接触状態の設定、定期的な清掃や点検、交換作業を行うことなく、軸電圧の発生を抑えて電食の発生を防止することができる回転電機を提供する。【解決手段】  スロット２２の開口部２５に導電層３１を設けたもので、スロット２２の開口部２５に対向するウェッジ２９の表面に、粘着剤または樹脂により金属箔３１aや導電性樹脂フィルム３１ｃを接着した構成、または導電性や半導電性の樹脂塗料３１ｄや弾性体３１ｅを塗布、充填した構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラケットに軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、
薄板鋼板を積層して形成された回転子鉄心と、
前記回転軸に前記回転子鉄心を装着された回転子と、
内周面を前記回転子鉄心と径方向の空隙を介して対向させるとともに、複数のティースとスロットを有する薄板鋼板を積層して形成された固定子鉄心と、
絶縁材料のスロットライナ及びウェッジにより形成され、前記スロット内に装着されたスロット絶縁と、
電線を、前記スロット内に通し、軸方向の両端部が前記固定子鉄心の両端部から突出するようにして前記ティースに複数回巻回して形成された固定子コイルと、
前記固定子鉄心のスロットの開口部から前記スロット絶縁と前記固定子コイルを装着された固定子と、
前記回転子と固定子を含む外周に取り付けられたフレームと、
前記フレームの両側の開口部に取り付けられたブラケットとを備え、
前記スロットの開口部と対向するウェッジの表面に導電層を設けたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記導電層は、粘着剤または樹脂により金属箔が接着されたものであることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記導電層は、粘着剤または樹脂により導電性または半導電性の樹脂フィルムが接着されたものであることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項４】
前記導電層は、導電性または半導電性の樹脂塗料が塗布されたものであることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項５】
前記導電層は、導電性または半導電性の弾性体が充填されたものであることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受として、転がり軸受などを用いた回転電機に係り、特にインバータ制御装置により駆動される同期電動機あるいは誘導電動機として好適な交流電動機等の回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の地球環境保護の高まりの中、化石燃料などエネルギー資源の効率的、かつ長期的運用の観点から、従来製品に対して、より効率的な電気機器の開発、普及が広く行われている。回転電機においても、従来の直流や交流電源を用いた制御からインバータ電源を用いた精密制御へと移行してきている。
しかし、インバータ制御装置により駆動される回転電機では、キャリア周波数がかなり高いために中性点電圧が変動し、回転電機の回転子に発生する電位差（軸電圧）が、高周波誘導により発生し、さらに大きくなる傾向がある。この軸電圧は、回転電機の回転子の回転軸とフレームとの間、つまり、回転軸を支持する軸受の内輪と、軸受潤滑油膜をはさんで外周に配置されている外輪との間に印加される。この軸受潤滑油膜は、回転軸の回転により厚みが薄くなり、その軸電圧で絶縁破壊する厚み以下になった時、軸受潤滑油膜が絶縁破壊してスパークを生じ、軸受の内輪、外輪、転動体の転動面が局所的に溶融して小さな穴を生じ、変質する。これは電食と呼ばれており、この現象が長期間継続すると、噴火口状のピットが無数に生じたり、洗濯板状の規則正しい縞模様(リッジマーク)が見られたりする。この電食が発生すると、軸受の内輪、外輪、転動体から金属粉が発生して軸受潤滑油膜に混入し、潤滑性能を低下させて回転音が大きくなったり、大きな振動を発生したりして、最終的には軸受が焼き付いて破壊する。
そこで、従来の回転電機では、図８に示すように、軸受の損傷を防止できる軸電流防止装置が反負荷側ブラケットに取り付けられている（特許文献１参照）。
図８において、（ａ）は従来の回転電機を示す側断面図、（ｂ）は軸電流防止装置を示す斜視図である。図において、１は回転電機、２は固定子、３はフレーム、４は負荷側ブラケット、５は反負荷側ブラケット、６は負荷側軸受、７は反負荷側軸受、８はスペーサ、９はプレロードスプリング、１０は回転子、１１は回転軸、１２は軸電流防止装置としての導通手段、１３は接触子、１４はバネ特性を有する金属製材料で構成される保持具、１５は導通手段取り付け用穴である。
保持具１４は、円盤形状の上部部材と、中空円盤形状の下部部材と、上部の円盤形状の外径と下部の中空円盤形状の内径とをつなぐ円錐形状の中間部材とから構成される縁付き円錐台形状であり、上部部材の円盤形状の中央部に接触子１３を嵌合する穴をあけ、下部部材の中空円盤形状に導通手段取り付け用穴１５を複数あけたものである。保持具１４に接触子１３を嵌合して構成される導通手段１２は、接触子１３を回転軸１１の端面中央部に接触するように、取り付け用穴１５を使用して保持具１４を回転電機の固定構造部である反負荷側ブラケット５にネジ止め（図示せず）することにより、フレーム３と回転軸１１とを導通させる。
このように、従来の回転電機は、回転軸１１とフレーム３を導通させて、回転軸１１を支える軸受６，７に電流が流れないようにして、電食を防止するのである。
なお、磁石内蔵型同期電動機の例を図９（ａ），（ｂ）に示す。図において、固定子鉄心２１のティース２１a間に設けられたスロット２２の中にスロット絶縁２３が形成され、スロット２２の開口部２５から固定子コイル２４が挿入される。固定子鉄心２１と空気ギャップ２６を挟んで対向する位置に回転子鉄心２７が配置される。なお、図９（ａ）においては固定子コイル２４の図示は省略している。
【特許文献１】特開２０００−１０２２１９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の回転電機は、軸電流防止装置が反負荷側ブラケットに取り付けられ、回転軸とフレームを導通させているが、回転軸が高速回転すると、軸電流防止装置の接触子と回転軸の端面の接触位置が変動するため、接触位置が変化し、特に端面の表面が荒い場合には、接触子が回転軸の端面から浮きあがることが考えられ、接触子の接触圧力の正確な設計と微調整が必要である。また、長期的にみた時、接触子の先端の磨耗、及び保持具のバネ特性の低下により、回転軸の端面との接触抵抗が大きくなることが考えられ、定期的な清掃や点検、交換作業が必要である。このように、接触子を、常に確実に接触させておくことが難しいという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、軸電流防止装置の接触子にまつわる接触状態の設定、定期的な清掃や点検、交換作業を行うことなく、軸電圧の発生を抑えて電食の発生を防止することができる回転電機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、スロットの開口部と対向するウェッジの表面に、導電層が設けられているものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記導電層として、粘着剤または樹脂により金属箔が接着されたものである。具体的には、スロットの開口部と対向するウェッジの表面に粘着剤が塗布された金属箔を貼り付けるか、樹脂をはけ等で塗布後に金属箔を貼りつけることにより製作したウェッジをスロットに挿入する。または、ウェッジをスロットに挿入後、ウェッジの表面に粘着剤が塗布された金属箔を貼り付けるか、樹脂を塗布後に金属箔を貼りつけたものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記導電層として、粘着剤または樹脂により導電性または半導電性の樹脂フィルムが接着されたものである。具体的には、スロットの開口部と対向するウェッジの表面に、粘着剤が塗布された導電性または半導電性の樹脂フィルムを貼り付けるか、樹脂を塗布後に樹脂フィルムを貼りつけることにより製作したウェッジをスロットに挿入する。または、ウェッジをスロットに挿入後、ウェッジの表面に粘着剤が塗布された樹脂フィルムを貼り付けるか、樹脂をはけ等で塗布後に導電性または半導電性の樹脂フィルムを貼りつけたものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記導電層として、導電性または半導電性の樹脂塗料が塗布されたものである。具体的には、スロットの開口部と対向するウェッジの表面に、はけやスプレーガンにより導電性または半導電性の樹脂塗料が塗布されたウェッジをスロットに挿入する。または、ウェッジをスロットに挿入後、ウェッジの表面に導電性または半導電性の樹脂塗料を塗布したものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記導電層として、導電性または半導電性の弾性体が充填されたものである。具体的には、スロットの開口部と対向するウェッジの表面に、チューブやガンからの押し出しや、へらにより導電性または半導電性の弾性体が充填されたウェッジをスロットに挿入する。または、ウェッジをスロットに挿入後、ウェッジの表面に導電性または半導電性の弾性体を充填したものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、前記スロットの開口部と対向するウェッジの表面に導電層が設けられているので、回転子と固定子の間の静電容量を小さくすることができ、回転子に発生する軸電圧を低く抑えることができる。また、導電層は薄いため、ウェッジの挿入時、固定子コイルを下方へ押し下げながら強い力で押し込む必要が無く、途中でウェッジが折れることもなく、容易に作業をすることができる。
請求項２に記載の発明によると、前記導電層として、粘着剤または樹脂により金属箔が接着された構造としたもので、ウェッジの挿入作業の容易さに加えて、低価格で製作できる。また、導電性、接着性における長期信頼性に問題のない導電層を形成することができる。
請求項３に記載の発明によると、前記導電層として、粘着剤または樹脂により導電性または半導電性の樹脂フィルムが接着された構造としたもので、ウェッジの挿入作業の容易さに加えて、導電性、接着性における長期信頼性に問題のない導電層を形成することができる。
請求項４に記載の発明によると、前記導電層として、導電性または半導電性の樹脂塗料が塗布された構造としたもので、ウェッジの挿入作業の容易さに加えて、簡単に導電層を形成することができる。特に、現地での処置が可能である。
請求項５に記載の発明によると、前記導電層として、導電性または半導電性の弾性体が充填された構造としたもので、ウェッジの挿入作業の容易さに加えて、簡単に導電層を形成することができる。特に、現地での処置が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の第１実施例による磁石内蔵型同期電動機を示す図で、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ部の拡大図である。
図において、固定子鉄心２１のティース２１a間に設けられたスロット２２の中にスロット絶縁２３が形成され、スロット２２の開口部２５から固定子コイル２４が挿入される。
また、スロット２２の端部からウェッジ２９が挿入される。前記ウェッジ２９には、スロット２２の開口部２５と対向する表面に導電層３１が設けられる。そして、固定子鉄心２１と空気ギャップ２６を挟んで対向する位置に回転子鉄心２７が配置される。
なお、図１（ａ）においては、固定子コイル２４の図示は省略している。
本発明が特許文献１と異なる部分は、反負荷側ブラケットに軸電流防止装置を取り付けるのではなく、スロット２２の開口部２５に導電層３１を備えているところである。
この導電層３１を備えたことにより軸電圧が低減する理由を説明する。
図２は回転電機の各部位のインピーダンスの等価回路である。なお、回転電機は、負荷側ブラケット４、反負荷側ブラケット５、またはフレーム３のいずれかが接地されているものとする。ここで、回転子１０に発生する軸電圧をＶｂ、中性点電圧をＶＣ、固定子コイル２４と固定子鉄心２１間の静電容量をＣ１、固定子コイル２４と回転子鉄心２７間の静電容量をＣ３、負荷側軸受６、反負荷側軸受７における内輪と外輪間の静電容量をＣｂ、回転子鉄心２７と固定子鉄心２１間の静電容量をＣ２Ｇとすると、軸電圧Ｖｂは次式で表される。
Ｖｂ＝Ｃ３・ＶＣ／（Ｃ２Ｇ＋Ｃｂ＋Ｃ３）
この式から、軸電圧Ｖｂを小さくするためには、固定子コイル２４と回転子鉄心２７間の静電容量Ｃ３を小さくすればよく、その一方法として、スロット２２の開口部２５に導電層３１を設けると良い。
なお、実施例として、磁石内蔵型の同期電動機について説明しているが、表面磁石型の回転電機に適用しても構わない。
【実施例２】
【０００８】
図３は第２実施例における導電層を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正断面図である。
図において、スロット２２の開口部２５に対向するウェッジ２９の表面に、粘着剤または樹脂により金属箔３１ａが接着される。
製作手順としては、スロット２２の開口部２５と対向するウェッジ２９の表面に粘着剤が塗布された金属箔３１ａを貼り付けるか、樹脂をはけ等で塗布後に金属箔３１ａを貼り付けることにより製作したウェッジ２９をスロット２２に挿入する。または、ウェッジ２９をスロット２２に挿入後、ウェッジ２９の表面に粘着剤が塗布された金属箔３１ａを貼り付けるか、樹脂を塗布後に金属箔３１ａを貼りつける。
粘着剤には耐熱性に優れたポリウレタン樹脂等の接着剤、樹脂には耐熱性に優れたエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の常温硬化型または加熱硬化型、金属箔３１ａには銅、アルミ、ステンレス等の導電性材料が考えられる。粘着剤が塗布された金属箔としては、日東電工(株)の導電性粘着テープがある。なお、金属箔３１ａは、導電性でも半導電性でも良い。
次に、現状、及び本実施例による実機を製作して、軸受に印加される軸電圧を測定し、軸電圧の低減効果を調査した。現状の実機としては、φ０．９ｍｍのエナメル丸線を複数回巻回した固定子コイル２４を、外径φ２１５ｍｍ、軸方向の長さ１８５ｍｍ、開口部２５の幅２．５ｍｍ、スロット数３６の固定子鉄心２１に挿入して製作した、定格電圧４００Ｖ、出力１５ＫＷ、６極の磁石内蔵型同期電動機である。本実施例による実機は、現状の実機において、スロット２２の開口部２５と対向するウェッジ２９の表面に、常温硬化型エポキシ樹脂をはけで薄く塗布後、金属箔３１ａを貼り付けたウェッジ２９を、固定子鉄心２１の端部から軸方向に挿入したものである。ここで、金属箔３１ａは、厚さ１２μｍのアルミ箔を用いている。
各々について、インバータ運転を行い、軸電圧を回路計にて測定した。結果を表１に示す。軸電圧は、母線電圧に比例して変化するため、６００Ｖに換算して比較をする。まず、現状の実機では２０．４Ｖであるのに対し、本実施例による実機では７．７Ｖと小さくなっており、軸電圧の低減率では３８％と、約３分の１に低減している。
【０００９】
【表１】
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【実施例３】
【００１０】
図４は第３実施例における導電層を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正断面図である。
図において、スロット２２の開口部２５に対向するウェッジ２９の表面に、粘着剤または樹脂により導電性樹脂フィルム３１ｃが接着される。
製作手順としては、スロット２２の開口部２５と対向するウェッジ２９の表面に粘着剤が塗布された導電性樹脂フィルム３１ｃを貼り付けるか、樹脂をはけ等で塗布後に導電性樹脂フィルム３１ｃを貼り付けることにより製作したウェッジ２９をスロット２２に挿入する。または、ウェッジ２９をスロット２２に挿入後、ウェッジ２９の表面に粘着剤が塗布された導電性樹脂フィルム３１ｃを貼り付けるか、樹脂を塗布後に導電性樹脂フィルム３１ｃを貼りつける。樹脂は、耐熱性に優れたエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の常温硬化型または加熱硬化型、金属箔３１ａには銅、アルミ、ステンレス等の導電性材料が考えられる。
導電性樹脂フィルム３１ｃとしては、三菱樹脂(株)の耐食性導電プラスチックフィルムがある。これは、熱可塑性樹脂をベースに導電成分を混入、分散させた導電性プラスチックフィルムで、体積抵抗値は０．３Ω・ｃｍである。なお、樹脂フィルムは、導電性でも半導電性でも良い。
【実施例４】
【００１１】
図５は第４実施例における導電層を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正断面図である。
図において、スロット２２の開口部２５に対向するウェッジ２９の表面に、導電性樹脂塗料３１ｄが塗布される。
製作手順としては、スロット２２の開口部２５と対向するウェッジ２９の表面に、はけやスプレーガンにより導電性樹脂塗料３１ｄが塗布されたウェッジ２９をスロット２２に挿入する。または、ウェッジ２９をスロット２２に挿入後、ウェッジ２９の表面に導電性樹脂塗料３１ｄを塗布する。
導電性樹脂塗料３１ｄとしては、藤倉化成(株)のドータイトＤ−７５３がある。これは、導電性フィラーとして銀粉、バインダーとしてエポキシ樹脂とポリアミド樹脂が使われている、二液型、熱硬化型の導電性接着剤で、導電性は５×１０−４Ω・ｃｍ以下（ＤＳＴＭ−１０１による）である。この他に、イソラ社（スイス）の導電性塗布ワニス８００３がある。これは、グラファイトを混入したアルキド樹脂で、表面抵抗値で１５０〜６５０Ω（ＧＩ  12.04による）である。
【実施例５】
【００１２】
図６は、本発明の第５実施例におけるスロットの断面図、図７は同実施例における導電層を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正断面図である。
図において、スロット２２の開口部２５に対向するウェッジ２９の表面に、導電性の弾性体３１ｅが充填される。
製作手順としては、スロット２２の開口部２５と対向するウェッジ２９の表面に、チューブやガンからの押し出しやへらにより導電性の弾性体３１ｅが充填されたウェッジ２９をスロット２２に挿入する。または、ウェッジ２９をスロット２２に挿入後、ウェッジ２９の表面に導電性の弾性体３１ｅを充填する。
導電性の弾性体３１ｅとしては、例えば信越化学工業(株)の導電性ＲＴＶゴムＫＥ−３４９１がある。これは、一液型、脱アセトンタイプの室温硬化型シリコーンゴムで、体積抵抗率は２Ω・ｍ（ＪＩＳ  Ｋ６２４９による）である。
なお、弾性体は、導電性でも半導電性でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施例による磁石内蔵型同期電動機を示す図で、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ部の拡大図である。
【図２】回転電機の各部位のインピーダンスの等価回路である。
【図３】本発明の第２実施例による導電層を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正断面図である。
【図４】本発明の第３実施例による導電層を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正断面図である。
【図５】本発明の第４実施例による導電層を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正断面図である。
【図６】本発明の第５実施例によるスロットの正断面図である。
【図７】本発明の第５実施例による導電層を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正断面図である。
【図８】従来技術における回転電機を示す図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は軸電流防止装置を示す図である。
【図９】従来技術における磁石内蔵型同期電動機を示す図で、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ部の拡大図である。
【符号の説明】
【００１４】
１  回転電機
２  固定子
３  フレーム
４  負荷側ブラケット
５  反負荷側ブラケット
６  負荷側軸受
７  反負荷側軸受
８  スペーサ
９  プレロードスプリング
１０  回転子
１１  回転軸
１２  軸電流防止装置としての導通手段
１３  接触子
１４  バネ特性を有する金属製材料で構成される保持具
１５  導通手段取り付け用穴
２１  固定子鉄心
２１ａ  ティース
２２  スロット
２３  スロットライナ
２４  固定子コイル
２５  スロットの開口部
２６  空気ギャップ
２７  回転子鉄心
２８  永久磁石
２９  ウェッジ
３１  導電層
３１ａ  金属箔
３１ｂ  接着層
３１ｃ  導電性樹脂フィルム
３１ｄ  導電性樹脂塗料
３１ｅ  導電性の弾性体
Ｖｂ  回転子１０に発生する軸電圧
ＶＣ  中性点電圧
Ｃ１  固定子コイル２４と固定子鉄心２１間の静電容量
Ｃ３  固定子コイル２４と回転子鉄心２７間の静電容量
Ｃｂ  負荷側軸受６、反負荷側軸受７における内輪と外輪間の静電容量
Ｃ２Ｇ  回転子鉄心２７と固定子鉄心２１間の静電容量
Ｌ１  導電層の軸方向の長さ
Ｌ２  ウェッジの軸方向の長さ
Ｌ３  ウェッジの厚さ
Ｌ４  接着剤層の厚さ
Ｌ５  金属箔の厚さ
Ｌ６  導電性樹脂フィルムの厚さ
Ｌ７  導電性樹脂塗料の厚さ
Ｌ８  導電性の弾性体の厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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