(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、開口部２５と同じ断面形状で、固定子鉄心２１と同じ長さをもち、金属粉を混合して圧縮成形された積層板３１ａ、または樹脂板を、開口部２５に打ち込む構成とする。【選択図】        図１
2005261163.tif 000002
【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、
電気絶縁シートにより形成され、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、断面形状が前記スロットの開口部と同じで、
樹脂の中に金属粉を混合し、ガラスクロスに塗布した後、圧縮成形と硬化を行った積層板が挿入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、断面形状が前記スロットの開口部と同じで、
樹脂の中に金属粉を混合し、型に流し込んで硬化を行った樹脂板が挿入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、断面形状が前記スロットの開口部と同じで、
少なくとも１個の積層板、または樹脂板が挿入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７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７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８（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８（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、断面形状が前記スロットの開口部と同じで、樹脂の中に金属粉を混合し、ガラスクロスに塗布した後、圧縮成形と硬化を行い、側面の機械加工を行った積層板を挿入したものである。
また、請求項３に記載の発明は、断面形状が前記スロットの開口部と同じで、樹脂の中に金属粉を混合し、型に流し込んで硬化を行い、側面の機械加工を行った樹脂板を挿入したものである。
また、請求項４に記載の発明は、断面形状が前記スロットの開口部と同じで、１個、または複数個の積層板、または樹脂板を挿入したものである。
【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。
請求項２に記載の発明によると、断面形状が前記スロットの開口部と同じで、樹脂の中に金属粉を混合し、ガラスクロスに塗布した後、圧縮成形と硬化を行い、側面の機械加工を行った積層板を挿入したものである。通常使われていない開口部の空間を有効利用することができ、必要に応じて、固定子コイルを挿入する空間体積（占積率）を低下させることなく、積層板の厚さを厚くすることができる。また、積層板としたことで、曲げや圧縮応力等の機械的負荷に対して強く、挿入時に折れにくいものとすることができる。
請求項３に記載の発明によると、断面形状が前記スロットの開口部と同じで、樹脂の中に金属粉を混合し、型に流し込んで硬化を行い、側面の機械加工を行った樹脂板を挿入したものである。通常使われていない開口部の空間を有効利用することができ、必要に応じて、固定子コイルを挿入する空間体積（占積率）を低下させることなく、樹脂板の厚さを厚くすることができる。また、導電層として製作方法が簡易となり、コストを低く抑えることができる。
請求項４に記載の発明によると、断面形状が前記スロットの開口部と同じで、１個、または複数個の積層板、または樹脂板を挿入したものである。固定子鉄心の軸方向の長さが長い場合、積層板または樹脂板が１個では、挿入時、スロット内の機械的抵抗により打ち込みの途中で折れてしまうことがある。そこで、打ち込み時に折れない長さに短く裁断されたものを、固定子鉄心のスロットの両端から1個ずつ打ち込んで、中央部で付き合わせるようにしたり、一端または両端から３個以上を打ち込むことにより、積層板または樹脂板が折れることを防止することができる。
【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。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。そして、スロット２２の開口部２５に導電層３１が形成される。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、図１１において、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、本発明の第２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）は第１の積層板３１ａの斜視図である。この第２実施例は、図３（ｂ）に示す断面形状で、樹脂中に金属粉を混合し、ガラスクロスに塗布した後、加熱圧縮による成形と硬化を行い、側面の機械加工を行った第１の積層板３１ａが挿入されたものである。第１の積層板３１ａの高さＬ１は、スロット絶縁２３の上辺から固定子鉄心２１の上辺までの範囲であり、空気ギャップ２６には飛び出さない。長さＬ２は、固定子鉄心２１と同じ長さである。ここで、例えば、樹脂は、耐熱性のあるエポキシ樹脂、金属粉は約１００μｍの平均粒径をもつ電解鉄粉（東邦亜鉛製マイロンＰ−１００）、ガラスクロスはエポキシシラン処理をした厚さ０．２ｍｍの平織りタイプのもの（旭ファイバーガラス製ＡＴＧ２５３３０）が使われる。
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に第１の積層板３１ａ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。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２０．３５Ｖであるのに対し、本実施例による実機では７．０６Ｖと小さくなっており、軸電圧の低減率では３５％と、約３分の１に低減することができている。
また、積層板の断面形状としては、図４（ｂ）に示す第２の積層板３１ｂや図５（ｂ）に示す第３の積層板３１ｃのものでも良い。ここで、第２の積層板３１ｂの高さＬ３、第３の積層板３１ｃの高さＬ４は図３（ｂ）に示す第１の積層板３１ａと同様、スロット絶縁２３の上辺から固定子鉄心２１の上辺までの範囲である。
【０００９】
【表１】
2005261163.tif 000003
【実施例３】
【００１０】
第３実施例は、導電層として、樹脂中に金属粉を混合し、型に流し込んで硬化を行い、側面の機械加工を行った樹脂板が挿入されたものである。前記樹脂板は、スロット２２の開口部２５と同じ断面形状で、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）等が考えられる。また、長さは、固定子鉄心２１と同じで、高さはスロット絶縁２３の上辺から固定子鉄心２１の上辺までの範囲である。この樹脂に耐クラック性が不十分な場合、前記特性を向上させるためにシリカ（Ｓi０2）やアルミナ（Ａｌ2０3）が充填される。
【実施例４】
【００１１】
図６は、第４実施例による第１の積層板３１ａの斜視図である。導電層として、断面形状が前記スロットの開口部と同じで、２個の積層板を、固定子鉄心２１のスロット２２の両端から１個ずつ打ち込んで、中央部で付き合わせるものである。ここでは、断面形状として、第２実施例に示す第１の積層板３１ａ（図３（ｂ））について図示している。積層板の１個あたりの最大長さは、実際に打ち込み作業を行った時に折れない長さで、これ以下になるように積層板の数を決定する。１個で、全長の打ち込みが可能な場合は１個で良いし、３個以上必要と判断された場合は、固定子鉄心２１のスロット２２の一端または両端から打ち込むことになる。
また、積層板は、樹脂板でもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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実施例による磁石内蔵型同期電動機を示す図で、（ａ）は正断面図、（ｂ）は第１の積層板３１ａの斜視図である。
【図４】本発明の第２実施例による、断面形状が異なる導電層を用いた磁石内蔵型同期電動機を示す図で、（ａ）は正断面図、（ｂ）は第２の積層板３１ｂの斜視図である。
【図５】本発明の第３実施例による、断面形状が異なる導電層を用いた磁石内蔵型同期電動機を示す図で、（ａ）は正断面図、（ｂ）は第３の積層板３１ｃの斜視図である。
【図６】本発明の第４実施例による、第１の積層板３１ａの斜視図である。
【図７】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８】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】
【００１３】
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  スロット絶縁
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
３１  導電層
３１ａ  第１の積層板
３１ａａ  第１の積層板の一方側の片
３１ａｂ  第１の積層板の他方側の片
３１ｂ  第２の積層板
３１ｃ  第３の積層板
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  第１の積層板３１ａの高さ
Ｌ２  第１の積層板３１ａの軸方向の長さ
Ｌ３  第２の積層板３１ｂの高さ
Ｌ４  第３の積層板３１ｃの高さ
【図１】
2005261163.tif 000004
【図２】
2005261163.tif 000005
【図３】
2005261163.tif 000006
【図４】
2005261163.tif 000007
【図５】
2005261163.tif 000008
【図６】
2005261163.tif 000009
【図７】
2005261163.tif 000010
【図８】
2005261163.tif 000011