新製品
イージス　SGR

（特許出願中）

イージス SGR            
導電性マイクロファイバ
ーブラシの
サイズチャート

SGR (Shaft Grounding Ring)

アプリケーションノート:

目的:  イージス SGR™の使用効果を最大化する。

1. はじめに

モータの可変周波数制御(インバータ制御)の適用では、PWMインバータが発生するコモンモード電圧がシャフト電圧を誘発し、シャフト電圧がベアリング内の油膜の絶縁破壊電圧に達すると高周波のベアリング電流が流れる。
近年、ベアリングの早期損傷問題に対する経済的な解決法として、導電性マイクロファイバー シャフト・グラウンディング・リングの適用が注　　　　　　　目されている。

2. インバータが誘発するベアリング電流

モータの制御にPWMインバータが使用される時、インバータ出力がコモンモード回路内で高周波電圧を発生させる。
この発生したコモンモード電圧は、ライン運転では影響の無い機器の内部の電気容量に作用する高周波成分を含んでいる。
その結果、インバータが誘発したベアリング電流は次のような現象を引き起こす可能性がある。

1. ベアリング電流の放電
2. 高周波循環ベアリング電流
3. ロータ接地電流によるベアリング電流 (もしモータフレームが確実に接地 されているならば、このベアリング電流は発生しない)

上記 (a)は、高周波コモンモード電圧によってベアリングにかかる電圧の影響と関係がある。(b), (c)は高dv/dt値を伴ったコモンモード電圧の相互作用とステータ巻線とモータフレーム間の電気容量に起因する高周波  コモンモード電流によって発生する。

詳細は文献[2-3]参照。

3. 小型モータ- 150kw/200 HP (シャフト径50mm未満)以下のモータにおける SGRによるシャフト電流の軽減

シャフト径50mm未満のモータには、有害なシャフト電流を接地するためSGRを１個 使用する。 

図1

小型のモータでは、上記(a)のベアリング電流がモータベアリング内の放電の主原因となる。放電加工のような働きをするベアリング電流の放電は、高周波コモンモード電圧によって誘発されたシャフト電圧の影響を受ける。

4. 大型モータ- 150kw/200 HP (シャフト径50mm以上)以上のモータにおける SGRによるシャフト電流の軽減

シャフト径50mm以上の大型モータの場合、小型モータと比較してベアリング電流の現象はより複雑である。大型モータの場合、ベアリング電流だけでなく循環電流も発生する。以下に大型モータのアプリケーションにおいてSGRの効果を最大化する適用を述べる。

以下の三つのケースは、ベアリングの早期損傷を防止するための最適なSGRの適用例である。

1. ケース1:  ボールベアリング２個を使用した一般的なアプリケーション
2. ケース2:  SGRをモータの反負荷側に取付られない場合、もしくは 負荷側にローラーあるいはスリーブベアリングが取付られている場合
3. ケース3:  重要なアプリケーション

ケース1: ボールベアリング２個を使用した一般的なアプリケーショ　　ン

ボールベアリングが２個とも絶縁されていない場合、 ベアリング電流はベアリングを経由して循環し、ベアリングは電気的損傷の危険にさらされる。　そのため以下の手順が 推奨される。

1. モータフレームは確実に接地されている必要があり、またその接地はインバータの接地とコモンとする。
2. SGRをモータの負荷側と反負荷側に取付ける。取付のイメージは図２参照。 SGRを２個取付けることによって、シャフト電流はベアリングに流れる代 わりにSGRを流れる。 
3. SGRはシャフト電流がベアリングに流れるのを迂回させるため、 絶縁スリーブの代わりとしても使用出来る。このことは、絶縁スリーブの絶縁度が応力 や汚れにより低下するという潜在的な問題の解決策となる。
4. SGRが取付くシャフトの表面は、酸化膜等を取り除き出来るだけ  スムースにする。

図 2

5. 修理現場でのベアリングの取付け: もし SGRとベアリングの並列回路によってベアリング全体の電気的抵抗が増加するならば、SGRの効果は増大する。
   ベアリングの抵抗を増加させるために、ベアリング外径面と受座にテフロンでコーティングすることが推奨される。もし可能であれば、少なくとも２層のコーティングが推奨される。この場合、薄いテフロンコーティングを傷つけないように、ベアリング外径面と受座表面から凹凸を取り除き、表面をスムースにしておく必要がある。

ケース 2:  SGRをモータの反負荷側に取付られない場合、もしくは負荷側にローラーあるいはスリーブベアリングが取付られている場合

エンコーダやファンその他の機器によって、反負荷側にSGRを取付けることが困難な場合がある。この場合、以下の手順が推奨される。

1. 反負荷側を、絶縁スリーブやハイブリッドベアリングあるいはセラミックベ アリングで絶縁する。しかしながら、ハイブリッドベアリングとセラミック ベアリングは高価格・長納期の可能性がある。このため、反負荷側のモータ ブラケットを加工する必要はあるが、絶縁スリーブが選択肢となり得る。 
2. もしベアリングを絶縁することが実用的でないならば、モータ内部のベアリングカバーにSGRを取付けることを検討する。  
3. 負荷側にSGRを１個取付ける。

図3

ケース 2の取付け方法は、各産業で用いられている慣用的な方法であり、モータメーカーでよく行われる方法である。循環電流は、反負荷側の絶縁されたベアリングでブロックされ、電食の原因となる放電を引き起こす電流はSGRを経由して接地される。

ケース3:  重要なアプリケーション

モータ両側のベアリングを絶縁しても、連結機器やそのベアリングに流れ込む電流を防止することは出来ない。参考文献[1]によると、高周波電流の特性として、ベアリングを絶縁していてもその絶縁層を通過して依然として循環電流がベアリングに流れることがあると述べられている。従って、ベアリングの電食を完全に防止するために、たとえ両側のベアリングが絶縁されていてもSGRを２個取付けることが必要となる。

　　　　　　　　　　　　　　　　図４

1. モータの負荷側・反負荷側にSGRを取付ける。

SGRを２個取付け、また両側のベアリングを絶縁することで、ベアリングの電食は完全に防止出来る。このアプリケーションは、ベアリングの電食問題に対する最善の解決法である。

参考文献

1. A. Muetze, A. Binder, “Calculation of Circulating Bearing Currents in Machines of Inverter-Based Drive Systems,”IAS2004, pp. 720 – 726, 2004

2. S. Chen, T.A. Lipo, D. Novotny, “Circulating Type Motor Bearing Current in Inverter Drives,” IEEE-Industry Application Society Annual Meeting, vol. 1, pp. 162-166, 1996

3. P.J. Link, “Minimizing Electrical Bearing Currents in ASD Systems,” IEEE Industry Applications Magazine July/August 1999, pp. 55-66.