はじめに：ベアリングのサイレントキラー
電動モーターで、原因不明のベアリングの故障が繰り返し発生した経験はありませんか？適切な潤滑、アライメント、負荷条件にもかかわらず、ベアリングが早期に摩耗してしまうことは？
原因は機械的なものではなく、目に見えない電気的な脅威、つまりシャフト電流かもしれません。
この見過ごされがちな現象は、壊滅的なベアリングの損傷を引き起こし、計画外のダウンタイム、高額な修理費用、モーター寿命の短縮につながる可能性があります。シャフト電流がどのように発生し、どのように阻止するかを理解することは、信頼性の高いモーターの運転を維持するために不可欠です。
シャフト電流とは？
シャフト電流とは、モーターシャフトとそのベアリングを流れる不要な電流のことです。これは、シャフト電圧として知られる電圧差が回転シャフト上に発生したときに起こります。
この電圧がアースへの経路を見つけると（通常はベアリングを介して）、電流がそれらを流れ、進行性で、多くの場合、不可逆的な損傷を引き起こします。
シャフト電圧はどのように発生するのか？
いくつかの要因がモーターのシャフトに電圧を誘起する可能性があります。最も一般的な原因は次のとおりです。
モーターの磁気回路の不完全さ（エアギャップの不均一性や、固定子/回転子ラミネーションの不整合など）は、不均衡な磁場を作り出します。この不均衡は、小さな発電機のように機能し、シャフトに電圧を誘起します（磁気誘導と呼ばれるプロセス）。
最新のVFDは、高速スイッチングIGBTを使用しており、高周波のコモンモード電圧を生成します。これらの電圧は、特に長いケーブル配線や非シールドの設置において、モーターシャフトに容量的に結合します。
これは、今日の産業用モーターにおけるシャフト電流の主な原因です。
場合によっては、ベルトドライブ、冷却ファン、または気流からの摩擦により、静電荷がローターに蓄積されます。それほど一般的ではありませんが、それでもベアリングを介して放電するのに十分な電圧を生成する可能性があります。
シャフト電流がベアリングを破壊する方法
ベアリングは機械部品であり、電気導体ではありません。電流がそれらを通過すると、たとえ低アンペア数であっても、電気放電加工（EDM）によって深刻な損傷を引き起こします。
損傷プロセス：
マイクロアーキング：電流が転動体（ボール/ローラー）とレースウェイの間をジャンプします。
局所的な溶融：各放電は、極度の熱（数千℃）を発生させ、微視的なクレーターを鋼鉄表面に溶融させます。
ピッティングとフルーティング：時間の経過とともに、これらのピットは、レースウェイ全体にわたって、波板のような畝に整列します。これはフルーティングとして知られるパターンです。
進行性の故障：フルーティングは、振動、騒音、温度を増加させます。最終的に、ベアリングは壊滅的に故障します。
視覚的な手がかり：故障したベアリングの内部に波状または霜状のパターンが見られる場合、シャフト電流が原因である可能性が高いです。
シャフト電流による損傷を防止する方法
予防策は、1つの目標に焦点を当てています。つまり、電流がベアリングに到達する前に、それを迂回または遮断することです。
1. シャフト接地リングの設置
費用対効果が高く、信頼性の高いソリューションです。
導電性マイクロファイバーまたはブラシを使用してシャフトと接触します。
ベアリングを完全にバイパスし、低インピーダンスのアースへの経路を提供します。
VFD駆動モーターに最適です。
2. 絶縁ベアリングの使用
外輪または内輪にセラミックコーティング（プラズマ溶射アルミナなど）が施されています。
電気回路を遮断し、ベアリングを通る電流の流れを防止します。
モーターの非駆動端（NDE）でよく使用されます。
3. 接地ブラシ
シャフトに接触するシンプルなカーボンまたは銅ブラシ。
接地リングよりも耐久性は低いですが、低速または軽負荷の用途には効果的です。
4. 適切なモーターとドライブの設置
シールドモーターケーブルと適切な接地方法を使用してください。
VFDとモーター間のケーブル長を最小限に抑えてください。
コモンモード電圧を低減するために、正弦波フィルタまたはdv/dtフィルタを検討してください。
結論：投資を保護する
シャフト電流は、特に最新のVFD制御システムにおいて、静かですが深刻な脅威です。故障が発生するまで症状に気づかないかもしれませんが、解決策は予防可能で費用対効果も高いです。
故障したベアリングのフルーティングなど、兆候を認識し、接地リングや絶縁ベアリングなどの保護対策を講じることで、次のことが可能になります。
ベアリングとモーターの寿命を延ばす
メンテナンスコストを削減する
予期しないダウンタイムを回避する
目に見えない電流に運用を損なわせないでください。モーターを保護してください。生産性を保護してください。
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