JPH02188154A - 直流機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直流機に係り、特に回転速度に対する無火花帯
移動現象を外部補償装置を設けなくとも補償することの
できる直流機の構造、及び装置に関する。

〔従来の技術〕

直流機には、古くから回転速度の増加に対して無火花帯
位置が減励磁側へ移動する無火花帯移動現象がある。こ
の対策として、（１）回転速度に対して補極分路電流を
調整する方法、（２）別電源を用いて補極磁束を調整す
る方法等が用いられている。しかし、これらの対策は直
流機本体以外に装置を付加する方式であるため、高価に
なると共に直流機システムの信頼性の低下及びメインテ
ナンスの増加が問題となる。そこで、直流機本体のみで
対策するものとして特開昭６２−７１４６３号公報があ
り、第８図、第９図に示す直流機が提案されている。

第８図には直流機の要部展開図が示されているが、同図
に示されているように継鉄１の内側には主磁極２と補極
３が設けられている。主磁極２は界磁鉄心４と磁極片部
４Ａ及び界磁巻線５とで形成され、固定子内部で回転す
る電機子６の電機子巻線７に主磁束を与える役目をなし
、補極３は補極鉄心８と補極巻線９とから形成され、電
機子巻線７を流れる電流が反転する整流現象時に整流起
電力を発生させるための補極磁束を与える役目をなして
いる。また、主磁極２と補極３との間には補極鉄心８の
電機子６側近傍の側面と磁極片部４Ａの側面とを短絡す
る磁気ブリッジ１０（ＩＯＡ。

１０Ｂ）が設けられている。なお、矢印Ｐの方向は電機
子６の回転方向を示している。

このような構成でその基底回転速度時及び高速回転速度
時の動作が第９図に示されている。同図（イ）は基底回
転速度時、（ロ）は最高回転速度時が示されており、φ
ＨＰ　（φＭＰＩ、φＭＰ２）は主磁束、φ０１　（φ
ＩＰ１〜φｘｐａ）は補極磁束である。同図（イ）の基
底回転速度時では強め界磁であるため主磁束φＭＰＩが
大となり、界磁鉄心４と継鉄１との磁束密度が高くなる
ので磁気的に飽和した状態となり、磁気ブリッジＩＯＢ
を通して洩れる補極磁束はφＩＰＩのみとなり、残りの
φＩＰ！、φｔｐａは電機子６側へ入射して整流起電力
を発生するための補極磁束φ！＾１どなる。

同図（ロ）の高速時では弱め界磁であるから主磁束φＭ
Ｐ２が小となり界磁鉄心４と継鉄１との磁束密度が低く
、磁気的に飽和していない状態となるので磁気ブリッジ
１０Ｂを介して補極磁束φＩＰが界磁鉄心４へ漏れ易く
なり、補極磁束φｔｐｔｔａが界磁鉄心４への漏洩磁束
となり、φＩｐａ（φ！＾２）が電機子６へ入射する・ このように、電機子６へ入射する補極磁束量が最高回転
速度時には基底回転速度時より小さくなるので、無火花
帯の移動現象が防止できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は強め界磁と弱め界磁における磁気回路の
磁気飽和の差異を利用して磁気ブリッジにより最高回転
速度時の補極磁束量を基底回転速度時の補極磁束量より
小”さくする方法であるため、両運転時の補極磁束量の
差が小さく、補償できる無火花帯の移動量に限界があっ
た。

本発明の目的は無火花帯の移動量が大きくても補償でき
る直流機及び、その固定子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は界磁鉄心と補極鉄心との間に磁気ブリッジを
設けると共に、電機子電流が定格電流時において、低速
運転時の基底回転速度（界磁制御形直流加減速度電動機
で、最も界磁の強い状態での定格回転速度を基底回転速
度と称する）の時に。

界磁起磁力Ａ　Ｔ　ｉ　を補極起磁力Ａ　Ｔ　ｔより大
きくし、高速運転時の最高回転速度（界磁制御形直流加
減速度電動機で、最も界磁の弱い状態での定格回転速度
を最高回転速度と称する）の時に界磁起磁力Ａ　Ｔ　ｔ
　を補極起磁力Ａ　Ｔ　ｔ　より小さくすることにより
、達成される。

〔作用〕

基底回転速度の時には界磁起磁力Ａ　Ｔ　ｚを補極起磁
力Ａ　Ｔ　ｔ　より大きくしているので、主磁極を通る
界磁磁束の一部が磁気ブリッジを介して同極性の補極へ
導かれ、補極磁束量が増加する。これに対し、最高回転
速度の時には界磁起磁力Ａ　Ｔ　ｚを補極起磁力ＡＴＩ
　より小さくしているので、補極を通る補極磁束の一部
が磁気ブリッジを介して同極性の主磁極へ導かれ、補極
磁束量が減少する。

それによって、基底回転速度時と最高回転速度時との補
極磁束量の差を大きくできるので、無火花帯の移動量、
が大きくても直流機単体のみで無火花帯の移動現象を補
償できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第７図に基づいて説明
する。

第１図、第２図は本発明の一実施例である直流機の要部
断面図を示し、第１図は補極磁束φ！Ｐと界磁磁束φＰ
の磁束流れ図、第２図は各巻線による発生磁束及び界磁
起磁力と補極起磁力の大小関係を表した図である。なお
、従来と同じ部品には同じ符号を符したので説明を省略
する。

第２図において、同図−（イ）は固定子側の各巻線によ
る発生磁束を示した図である０図において、界磁巻線５
のみ励磁した場合は主磁極２を通る主磁束φＨＰの他に
、主磁極２と磁気ブリッジ１０を通る漏れ磁束φＬＰが
発生し、φＨＰとφＬＰの和が界磁鉄心４を通る界磁磁
束φＰとなる、補極巻線９のみを励磁した場合は（便宜
上、Ｓ極の界磁巻線５も励ｍ）補極鉄心８と磁気ブリッ
ジＩＯＢを通る漏れ磁束φｔｐｔ　、補極鉄心８と磁気
ブリッジ１０Ａを通り電機子６に到る漏れ磁束φＩＰ８
　、そして補極鉄心８を通り電機子６に到る磁束φＩＰ
２が発生し、φＩＰｌ＊　φ！Ｐ２．φＩＰ８の和が補
極磁束φＩＰとなる。ここで、磁気ブリッジＩＯＡを通
る磁束に着目すると、漏れ磁束φＬＰとφｔｐａの方向
が相反するので、界磁起磁力ＡＴ１と補極起磁力Ａ　Ｔ
　ｉの大小関係で磁気ブリッジＩＯＡを通る漏れ磁束が
φＬＰもしくはφＩＰａとなる。また、磁気ブリッジＩ
ＯＢを通る磁束に着目すると、漏れ磁束φＬＰとφｔｐ
ｔの方向が同じであるので、磁気ブリッジＩＯＢは磁気
的に飽和し易くなる。そこで、強め界磁（基底回転速度
時）の時には磁気ブリッジＩＯＡを通る漏れ磁束φＬＰ
を補極磁束量として利用し、弱め界磁（最高回転速度時
）の時には磁気ブリッジＩＯＡを通る補極磁束φＩＰ３
を主磁束φＨＰとして利用すれば、補極鉄心８の先端部
から電機子６に到る補極磁束量を、強め界磁と弱め界磁
とで大幅に変化できることになる。同図（ロ）は本発明
の界磁起磁力と補極起磁力との大小関係を示す１強め界
磁の時には界磁起磁力Ａ　Ｔ　ｉ　を負荷電流（電機子
電流であり、電機子電流が定格電流の時を負荷電流１０
０％として表した）が１００％の時の補極起磁力ＡＴ１
より大きく６１弱め界磁の時には界磁起磁力Ａ　Ｔ　ｘ
を負荷電流１００％の時の補極起磁力ＡＴＩ　より小さ
く設定する。

第１図において、同図（イ）は強め界磁の基底回転速度
時における補極磁束φＩ’Ｐと界磁磁束φＰの磁束流れ
図、同図（ロ）は弱め界磁の最高回転速度時における補
極磁束φＩＰと界磁磁束φＰの磁束流れ図である。同図
（イ）において、強め界磁であるので補極磁束φＩＰＩ
が磁気ブリッジＩＯＢを介して界磁鉄心４へ漏れると共
に、磁気ブリッジＩＯＢが磁気的に飽和する。そして、
界磁磁束φＰの内で漏れ磁束φＬＰが磁気ブリッジＩＯ
Ａを介して補極鉄心８に導かれるが、磁気ブリッジ１０
Ｂが磁気的に飽和しているので電機子６側に入射する。

この結果、φＩＰ２とφＬＰの和φ！＾ｌが整流起電力
を発生させるための補極磁束量φ！＾となる。

同図（ロ）において、弱め界磁であるので補極磁束φＩ
ＰＩが磁気ブリッジ１０Ｂを介して界磁鉄心４へ漏れる
と共に、漏れ磁束φＬＰは発生しないかわりに補極磁束
φ！Ｐの内のφｘｐ８が磁束ブリッジＩＯＡを介して主
極鉄心４へ漏れて主磁束となる。この結果、補極磁束φ
夏Ｐ２のみが電機子６側へ入射して整流起電力を発生さ
せるための補極磁束量φ！＾（＝φ！＾２）となる・ したがって、強め界磁の基底回転速度の時には界磁磁束
の一部を補極磁束として利用するので補極磁束量が増加
するのに対し、弱め界磁の最高回転速度の時には補極磁
束の一部を主磁束として利用するので補極磁束量が減少
する。この結果、基底回転速度での補極磁束量に対し、
最高回転速度での補極磁束量を大幅に低減できるので、
無火花帯の移動量（基底回転速度と最高回転速度との無
火花帯中心間の離れ度合いを無火花帯の移動量と称して
いる）が大きくしても補償できる。

第３図は本発明の直流機の負荷電流に対する補極飽和特
性と無火花帯を示す。同図（イ）は本発明の直流機の補
極飽和特性を示し、各負荷電流において強め界磁での補
極磁束量に対し弱め界磁での補極磁束量を大幅に低減で
き、かつ両界磁とも負荷電流に対して補極磁束量が直線
的に変化する。

この結果、同図（ロ）に示すように、負荷電流を横軸に
とって表した無火花帯は、強め界磁９弱め界磁とも負荷
電流の横軸上で完全に重なっている。

したがって、本発明の直流機は全回転速度の範囲で無火
花帯が重なるので、無火花帯の移動現象を補償してブラ
シからの火花発生を防止できる。

圧延機駆動用の直流機の場合は過負荷領域（負荷電流の
１７５％）まで常時運転される。そこで、圧延機駆動用
直流機の場合、負荷電流の１７５％まで負荷電流に対す
る補極磁束量の直線性が要求される。

第４図は圧延機駆動用直流機を対象にした場合の本発明
の一実施例を示す直流機の要部展開図及び界磁起磁力と
補極起磁力の大・小関係を示す。同図（イ）において、
第１図と異なるのは磁気ブリッジ１０と界磁鉄心４の磁
極片部４Ａとの間にギャップＬｔを設けたことである。

同図（ロ）において、負荷電流に対して直線的に増加す
る補極超磁力に対し１強め界磁での界磁起磁力を負荷電
流の１５０％での補極起磁力より大きくし、弱め界磁で
の界磁起磁力については第２図に示した場合と同じであ
る。

第５図は第４図に示した条件下の直流機において、負荷
電流に対する補極飽和特性と無火花帯を示す、同図（イ
）は本発明の直流機の補極飽和特性を示し、負荷電流の
２００％まで強め界磁での補極磁束量に対し弱め界磁で
の補極磁束量を大幅に低減でき、かつ両界磁とも負荷電
流に対して補極磁束量が直線的に変化する。この結果、
同図（ロ）に示すように、負荷電流を、横軸にとって表
した無火花帯は１強め界磁９弱め界磁とも負荷電流の横
軸上で負荷電流の１７５％以上まで完全に重なっている
。したがって１本発明の直流機は全回転速度の範囲で、
かつ負荷電流の１７５％まで無火花帯が重なるので、圧
延機駆動用直流機の無火花帯の移動現象を補償してブラ
シからの火花発生を防止できる。

磁気ブリッジと界磁鉄心の磁極片部との間のギャップ長
については最適値がある。

第６図はギャップ長Ｌｇに対する無火花帯の重なり幅を
示す。同図（イ）において、界磁起磁力Ａ　Ｔ　ｔ　と
負荷電流の１５０％の補極起磁力Ａ’ｒｔとを一致させ
て設定した場合のギャップ長Ｌｇに対する無火花帯の重
なり幅（無火花帯の重なり幅が１００％と言うことは高
速回転速度時の無火花帯が完全に基底回転速度時の無火
花帯中に納っていることを示し１重なり幅が０％と言う
ことはその逆である）を示す、同図より、ギヤツブ長Ｌ
８＝１５〜２５園で無火花帯の重なり幅が１００％とな
る。同図（ロ）において、界磁起磁力ＡＴｊと負荷電流
の１７０％の補極起磁力Ａ　Ｔ　ｓ　とを−致させて設
定した場合は、ギャップ長Ｌｇ”２０〜３０ｍで無火花
帯の重なり幅が１００％となる。

したがって、圧延機駆動用直流機においては、強め界磁
の界磁起磁力Ａ　Ｔ　ｘ　を負荷電流の１５０％以上の
補極起磁力ＡＴ１より大きくすると共に、磁気ブリッジ
と界磁鉄心の磁極片部との間のギャップ長Ｌｇを１５〜
３０醜に設定することにより、基底回転速度と最高回転
速度の無火花帯が完全に重なるので、無火花帯の移動現
象を補償してブラシからの火花発生を防止できる。

第７図は本発明の磁気ブリッジの取付方法を示したもの
である１図において、補極巻線９はコイル支え１３にて
補極鉄心８に固定し、磁気ブリッジ１０は磁気ブリッジ
ｌＯに非磁性体の取付治具１１を溶接し、その取付治具
１１を非磁性体のボルト１２で補極鉄心８に固定する。

したがって、磁気ブリッジ１０は補極鉄心８の先端側よ
り離れた補極鉄心８の側面に固定されることになる。ま
た、取付治具１１と磁気ブリッジ１０を溶接しているの
で、電機子６の軸方向に全て取付治具１１と磁気ブリッ
ジ１ｏとを溶接すると、磁気ブリッジ１０の曲がり、あ
るいは溶接作業性から、磁気ブリッジ１０を電機子６の
軸方向に分割しても良い。

また、電機子の回転方向が一方向の場合には磁気ブリッ
ジＩＯＡのみを設ければ良い。

以上、磁気ブリッジを設けて無火花帯移動現象を補償す
る方法について述べたが、基本的には補極磁気回路に局
部的な磁気飽和がある場合には、本実施例で述べた効果
は得られない。局部的な磁気飽和が発生するのは電機子
反作用による偏磁作用が主原因であり、この対策として
は主極に補償巻線を設ければ良い。

【発明の効果〕

本発明によれば、基底回転速度から最高回転速度の範囲
で、かつ負荷電流の１７５％まで負荷電流の横軸上に無
火花帯が存在するので、直流機単体のみで無火花帯移動
現象を補償してブラシからの火花発生を防止できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す直流機の要部展開図、
第２図は本発明の各巻線による発生磁束及び界磁起磁力
と補極起磁力の大小関係を表した図、第３図は本発明の
直流機の負荷電流に対する補極飽和特性と無火花帯、第
４図は本発明の直流機の要部展開図及び界磁起磁力と補
極起磁力の大小関係を表した図、第５図は本発明の直流
機の負荷電流に対する補極飽和特性と無火花帯、第６図
はギャップ長Ｌｔに対する無火花帯の重なり幅、第７図
は本発明の磁気ブリッジの取付方法、第８図は従来の直
流機の要部展開図、第９図は従来の直流機の低速運転時
と高速運転時の動作説明図である。 １・・・継鉄、２・・・主磁極、３・・・補極、４・・
・界磁鉄心、５・・・界磁巻線、６・・・電機子、７・
・・電機子巻線、８第 第３図 （イ） 第 図 ｂｕ　　　　　Ａυリ　　　１５り 負荷電流（％） 第４図 ’−，，−一ノ （ロ） （イ） 第 図 第 図 第 図 −Ｖ−τツノ′ＲＬ、　１ｍ１１７ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電機子及び整流子を有する回転子と、継鉄と、この
   継鉄の内側に取付けられた界磁鉄心と界磁巻線からなる
   複数の主磁極と、 前記継鉄の内側で前記主磁極の間に取り付けられた補極
   鉄心と補極巻線からなる複数の補極と、前記整流子と摺
   接するブラシを有する固定子を備えたものにおいて、 前記回転子の基底回転速度時に前記主磁極の界磁鉄心を
   通る磁束の一部を整流補償用の補極磁束として利用し、
   最高回転速度時には前記補極の補極鉄心を通る補極磁束
   の一部を整流補償用の主磁束として利用するようにした
   ことを特徴とする直流機。 ２、電機子及び整流子を有する回転子と、継鉄と、この
   継鉄の内側に取付けられた界磁鉄心と界磁巻線からなる
   複数の主磁極と、 前記継鉄の内側で前記主磁極の間に取り付けられた補極
   鉄心と補極巻線からなる複数の補極と、前記整流子と摺
   接するブラシを有する固定子を備えたものにおいて、 電機子電流が定額電流のとき、界磁巻線の起磁力ＡＴ＿
   ｌと、補極巻線の起磁力ＡＴ＿ｉとの大小関係を、基底
   回転速度時にはＡＴ＿ｌ＞ＡＴ＿ｉとなる如く界磁磁束
   の一部を主磁極と同極の補極へ導き、最高回転速度時に
   はＡＴ＿ｌ＜ＡＴ＿ｉとなる如く補極磁束の一部を同極
   の主磁極へ導くようにしたことを特徴とする直流機。 ３、特許請求の範囲第２項において、基底回転速度時に
   主磁極を通る界磁磁束の一部を同極の補極へ導き、最高
   回転速度時に補極を通る補極磁束の一部を同極の主磁極
   へ導く手段として磁性体からなる磁気ブリッジを、前記
   主磁極と前記補極の間でかつ電機子側近傍にあつて、前
   記補極鉄心の側面部に非磁性の取付金具を用いて固定支
   持させたことを特徴とする直流機。 ４、特許請求の範囲第３項において、磁性体からなる磁
   気ブリッジが主磁極との間にギャップを設けて構成され
   ていることを特徴とする直流機。 ５、特許請求の範囲第４項において、磁性体からなる磁
   気ブリッジが主磁極との間にギャップ長を１５ｍｍ〜３
   ０ｍｍに設定したことを特徴とする直流機。 ６、特許請求の範囲第３項〜第５項において、磁性体か
   らなる磁気ブリッジを電機子の軸方向に分割して設けた
   ことを特徴とする直流機。 ７、特許請求の範囲第１項〜第２項において、主磁極が
   補償巻線を設けていることを特徴とする直流機。 ８、電機子巻線と整流子を備えた回転子と、継鉄と、こ
   の継鉄の内側に取付けられた界磁鉄心と界磁巻線からな
   る複数の主磁極と、前記継鉄の内側で前記主磁極の間に
   取り付けられた補極鉄心と補極巻線からなる複数の補極
   と、前記整流子と摺接するブラシを備え、かつ前記整流
   子とブラシの摺接する面で直流電動機の運転中に火花を
   生じないように無火花補償を行つた直流電動機装置にお
   いて、当該直流電動機装置が無火花補償を行うための直
   流電動機以外の外部補償装置を備えていないことを特徴
   とする直流電動機装置。