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シャフト接地リングの主な目的は何ですか？
現代の産業では、ほとんどのモーターがインバータ（VFD）によって駆動されています。VFDは高速スイッチングを通じて電圧と周波数を制御します。しかし、これには副作用があります。VFDが出力するPWM波形には高周波成分が含まれており、モーター内部に非対称な電界を発生させます。この誘導により、モーターシャフトとアース間に電圧が発生します。これをシャフト電圧と呼びます。
シャフト電圧は時間とともに蓄積され、その値が増加していきます。この電圧が軸受の油膜の絶縁破壊電圧を超えると、油膜が瞬時に破壊されます。油膜が破壊されると、高電圧は逃げ道を求めて瞬間的なパルス電流を発生させます。これをシャフト電流と呼びます。
この高周波で高エネルギーのシャフト電流が軸受を通る際に、ボールとレース間の接触点で瞬時に微小な火花放電を発生させます。これらの放電が頻繁に発生すると、電気腐食に類似した影響を引き起こし、以下のような一般的な問題が生じます。
凹坑と溝：軸受のレース面およびボール表面に、「段差道路」のような凹坑や溝が形成されます。
グリスの劣化：高温の電気火花により、グリスが早期に老化・劣化し、潤滑性能を失うことがあります。
異音および振動：軸受表面の損傷により、運転中に異常な音や振動が発生する可能性があります。
軸受の破損：これにより設計寿命を迎える前に早期に軸受が破損し、モーターの停止につながることがあります。
シャフトアースリングはどのようにして軸受の腐食を防ぐのでしょうか？まず、シャフトアースリングの保護原理は「低インピーダンスの優先経路」を提供することにあることを理解する必要があります。例えば、Volsunのシャフトアースリングや導電性ブラシは、主に導電性ファイバーと金属本体で構成されており、軽量かつ低抵抗で物理的に安定した電流伝導を実現します。Volsunは片持ち梁構造を採用しており、柔軟なファイバーブラシの先端がシャフト表面にしっかりと接触しています。この導電性ファイバーバンドルと配線によって形成される経路は、軸受油膜の絶縁抵抗よりもはるかに低い抵抗値を持っています。シャフト電圧が蓄積し始めたとき、シャフトアースリングの経路は非常に低いインピーダンスを持つため、シャフト電流の大部分を優先的にこの経路を通じて放散します。
簡単に言えば、これにより、シャフト電流が軸受油膜を破壊する前に、アースへ逃げるためのより容易で低インピーダンスの経路が提供されます。これにより、シャフト電圧が軸受油膜を貫通するのに十分なレベルまで蓄積することを防ぎ、シャフト電流が軸受を通る経路を効果的に放散させ、最終的に軸受の電気腐食から保護します。
要約すると、シャフトアースリングは低インピーダンスで優先的な放電経路を提供し、有害なシャフト電圧および電流をアースへ導きます。これにより、軸受油膜への侵入が防止され、火花による軸受のレースウェイやボールの腐食が防がれ、モーター軸受における電気腐食が効果的に解消され、モーターや軸受の寿命が大幅に延長されます。
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