JPH0477543B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、整流子付回転電機に係り、特に整流
状態を検出可能にしたものに関する。

〔発明の背景〕

一般に整流子とブラシを有する直流機や交流整
流子機は、整流性能の良否がその寿命を左右し、
特に、整流悪化が著しい場合は閃絡現象が発生
し、整流子回りが損傷して運転不能となる。この
ため整流状態の検出を精度良く行うことは重要で
あり、古くから種々の方法が提案されているが、
それぞれ一長一短がある。

例えば、ブラシの近くにアンテナを設置して火
花による電磁波を検知する方法があるが、これは
整流補償量の過多による過整流時の火花が、不足
による不足整流時の火花かの区別ができないこと
と、外部からのノイズが入り易いことなどの欠点
がある。

また、ブラシからの火花を光学的に検出する方
法もあるが、これも過整流時の火花か、不足整流
時の火花かの区別がつかないこと、また全ブラシ
の火花を検出することが困難であることなどの欠
点がある。

さらに、電機子端子間電圧を検出する方法や、
主ブラシの隣りに検出ブラシを設けてブラシ接触
電圧降下を検出する方法もあるが、これらはブラ
シ自体の座乗性が悪化すると検出電圧にノイズが
入り、信頼性が損われる欠点があり、また主回路
から直接に検出するため検出部から信号を取出す
際の絶縁処理が困難であるという欠点がある。

また、交流整流子機では、電源が交流であるた
め、変圧器起電力とリアクタンス電圧によつて発
生する火花を見分けるために界磁巻線の端子間電
圧をブラウン管オシログラフで観測する方法があ
る（日立評論第38巻第９号第75〜85頁）。その概
要を第１図に示す。交流整流子機１な、電機子
２、ブラシ３ａ，３ｂ、整流補償用の補極巻線４
（あるいは補償巻線）、界磁巻線５が直列接続され
た構成であり、交流電源６から電力を供給され
る。電機子２には負荷７が接続され、界磁巻線５
の両端にはその端子間電圧波形を観測するブラウ
ン管オシログラフ８が接続されている。

今、電源６から交流電圧が印加されると、電機
子２、補極巻線４及び界磁巻線５に交流電流が流
れて主磁束が交番するので、界磁巻線５の端子間
には交流電圧が発生し、オシログラフ８には例え
ば第２図のような波形が得られる。通常、電機子
２を構成する巻線のうちブラシ３ａ又は３ｂで短
絡された巻線つまり整流コイルには、主磁束の交
番による変圧器起電力と整流現象に伴うリアクタ
ンス電圧が発生して短絡電流が流れ、ブラシ３
ａ，３ｂと整流子片（図示せず）間のスイツチン
グ時にその短絡電流がしや断される結果、火花が
発生する。この際、界磁巻線５の両端の電圧波形
にはスパイク状の誘起電圧が重畳されるので、こ
の電圧波形を観測して整流状態の判断を行うわけ
である。第２図において、ａ部のスパイク状誘起
電圧はリアクタンス電圧不足補償による電圧であ
り、ｂ部のそれは変圧器起電力によるものであ
る。なお、リアクタンス電圧過補償の場合はａ部
におけるスパイク状誘起電圧が逆方向に表われ
る。しかしこの方法は、電圧波形の観測はできて
も、火花による誘起電圧が界磁巻線端子電圧に比
較して非常に小さく、整流状態の定量的な把握が
困難であること、火花による誘起電圧を信号とし
て取出すには主回路との絶縁処理が困難であるこ
となどの欠点がある。

また、第１図の方法を、電源を脈動直流電源や
純直流電源とする直巻電動機に適用することも考
えられる。そうすれば界磁巻線端子電圧に重畳さ
れるスパイク状誘起電圧の方向から過整流による
火花か、不足整流による火花かを判定できる可能
性があるからである。しかしこの方法も上記と同
様の欠点を有することは明らかであり、また特に
弱め開示運転を行う直巻電動機では、界磁巻線端
子が分路抵抗で短絡される構成となるため、火花
による誘起電圧が極端に減少し、火花による誘起
電圧を検出しにくいという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、電機子回路及び界磁回路とは電気的に分離
された回路により、火花の大きさだけでなく過整
流か不足整流かを、精度よく検出することのでき
る整流子付回転電機を提供するにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は、継鉄の内
周に主極及び補極を有する固定子と、電機子巻線
及び整流子を有する回転子と、前記整流子に摺接
するブラシを備えた整流子付回転電機において、
少なくとも隣り合う２つの主極に巻数が同一のサ
ーチコイルをそれぞれ巻装し、且つ隣接するサー
チコイルをその極性を異ならせて接続したことを
特徴とする。

まず本発明の原理を説明する。

第３図は直流機の部分断面図である。この図に
おいて、９は継鉄、１０は主極鉄心、１１は界磁
巻線、１２は補極鉄心、１３は補極巻線で、これ
らは固定氏を構成する。また１４はスロツト付の
電機子鉄心、１５は電機子巻線、１６は整流子
で、これらは回転子を構成する。１７は整流子１
６に摺接するブラシである。電機子巻線１５は整
流子１６に接続されており、ブラシ１７から電力
が供給されるようになつている。

整流とは、ブラシ１７で短絡された電機子巻線
即ち整流コイル１５ａが、隣り合う主極鉄心１０
の中間を通過する間に、整流コイル１５ａ中の電
流方向が反転する現象である。即ち、整流コイル
の電流は、第４図に示すように、整流期間T_C内
において＋Iaから−Ia（又はその逆）に反転する
わけである。この時、整流コイルのインダクタン
スＬにより、整流コイルには、 e_r−Ｌd_i／d_t ………(1) なるリアクタンス電圧が発生する。一方、補極
巻線１３に電機子電流を流し、その起磁力により
補極磁束を発生させると、整流コイル内には整流
起電力（e_c＝VBl）が誘起される。この整流起電
力e_cにより前記リアクタンス電圧e_rを打消すと良
好な整流が得られる。

良好な整流では、整流コイル内の電流が第４図
においてａのように直線的に変化する。整流が悪
化するのは整流コイル内の電流がｂ又はｃのよう
に変化する場合である。ｂはリアクタンス電圧e_r
と整流起電力e_cの関係がe_r≪e_cの場合、ｃはe_r≫
e_cの場合である。

ところで、整流曲線が第４図ｂ，ｃの状況では
整流コイル内を流れる短絡電流による起磁力によ
り、第５図に示すように、主極巻線１１による主
磁束φ_nを増減させる磁束Δφcが生じる。即ち、
直線整流（第４図ａ）では、第５図ロのように、
整流期間の中央で整流コイル１５ａの短絡整流が
零となるのに対し、過整流（同ｂ）では、第５図
ハのように、整流コイル１５ａ内の電流の方向が
早く反転してしまうので、整流期間の中央で整流
コイル１５ａには図示方向の電流が流れ、主磁束
Ф_nと反対方向の磁束Δφcが生じる。また不足整
流（同ｃ）では、第５図ニのように、整流コイル
１５ａ内の電流の方向の反転が遅いので、整流期
間の中央で整流コイル１５ａには図示方向の電流
が流れ、主磁束Φ_nと同方向の磁束Δφcが生じる。

このように、過整流時、不足整流時には、上記
のような現象が各整流子片毎に繰返されるから、
これによる磁束Δφcの変化分を検出すれば、整流
状態を間接的に検出できることになる。

〔発明の実施例〕

第６図イは本発明の一実施例を示す。第６図イ
において、第３図と同一部分には同一符号を付し
てある。この実施例は、各主極鉄心１０に、整流
コイル１５ａの短絡電流によつて生じる磁束Δφc
の変化を検出するサーチコイル１８を巻装したも
のである。これらのサーチコイル１８は、第６図
ロに示すように、隣り合う主極相互間で起磁力の
方向が反対になるように接続されている。

第７図はサーチコイル１８の巻装位置を示して
おり、イは主極鉄心１０の先端に設けた場合、ロ
は主極鉄心１０の根元に設けた場合である。磁束
Δφcの変化の大きさが十分であれば、サーチコイ
ルは主極表面に部分的に設けてもよい。

第８図は、第６図に示したサーチコイルの端子
に発生する電圧波形の一例を示す。即ち、同一ス
ロツト中で、各上、下層導体のコイル辺数が３
で、各整流子片から火花が発生しているような整
流状態では、整流子周期T_Sの間隔で火花が発生
し、サーチコイルに誘起される電圧の方向は、磁
束Δφcの変化を抑制しようとする方向であり、各
極のサーチコイルの巻数をｎとするサーチコイル
の出力電圧e_sは e_s＝−ｎ・Δφc／dt ………(2) で表すことができる。

第８図イのサーチコイルの出力電圧が不足整流
の状態で発生したものとすると、過整流の状態で
はサーチコイルの出力電圧は同図ロのようにな
る。したがつて、サーチコイルの出力電圧の極性
により過整流か、不足整流かがわかり、その大き
さにより火花の強さがわかる。

第９図は、第６図に示したサーチコイル１８の
出力電圧e_sを処理する回路の一例を示す。サーチ
コイル１８のパルス状の出力電圧e_sは、まず増幅
器１９で増幅され、ピーク値ホールド回路２０に
入力される。ピーク値ホールド回路２０は入力電
圧の正・負に対応した一対の回路から成り、入力
電圧が正の場合はそのピーク値をつないで例えば
第１０図イのような直流電圧e_pを、負の場合は同
図イのような直流電圧−e_pを出力するようになつ
ている。この出力は電圧補正回路２１に入力され
る。電圧補正回路２１は入力電圧を火花号数に比
例した電圧に補正する。例えば入力電圧と火花号
数の関係が、過整流の場合は第１１図破線ｂ、不
足整流の場合は同破線ｃであるとすると、電圧補
正回路２１ではそれらをそれぞれ実線ｂ、実線ｃ
となるように補正して出力する。電圧補正回路２
１の出力は、その使用目的に応じて例えば、整流
状態監視装置２２に入力して画面で整流状態を監
視するようにしたり、あるいは比較回路２３に入
力してその値がある設定値を超えたときは警報回
路２４を動作させるようにすることができる。

第１２図は本発明の他の実施例を示す。この実
施例は、サーチコイル１８を隣り合う２つの主極
に巻装した場合であり、２つのサーチコイルの巻
数は同一で、巻方向は反対である。主極下空隙の
パーミアンスの変化が隣り合う主極で180゜の位相
差がある場合、このような構成にすると、主極下
空隙のパーミアンスの変化を２つのサーチコイル
で打消すことができる。このためサーチコイル１
８の両端子には整流コイルの短絡電流によつて生
じる磁束Δφcの変化による誘起電圧のみを得るこ
とができる。したがつてサーチコイル１８の出力
を処理する回路は第９図の場合と同じでよい。こ
の実施例から明らかなように、主極下空隙のパー
ミアンスの影響を除去する最少単位は、隣り合う
主極に巻装された２つのサーチコイルである。

上記の実施例では直流機の場合について説明し
たが、本発明は交流整流子機などにも同様に適用
することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、整流コイ
ルに流れる電流によつて生じる磁束の変化を主極
に巻装したサーチコイルによつて直接検出するこ
とにより、火花の大きさ並びに過整流か不足整流
かを容易に且つ精度よく検出することができる。

しかも、サーチコイルは少なくとも隣り合う２
つの主極に同一巻数で巻装し、且つ隣り合うもの
の極性を異ならせて接続したので、主極下空〓の
パーミアンスの変化を２つのサーチコイルで打消
すことができ、その結果、フイルタなどを用いる
ことなく、整流コイルに流れる電流によつて生じ
る磁束による信号のみを得ることができる。ま
た、サーチコイルは電機子回路及び界磁回路とは
電気的に分離されているから、検出信号の処理が
容易であり、信頼性も向上するという利点があ
る。サーチコイルによつて得られた信号は、整流
状態の監視、整流異常発生時における警報発生、
保護装置の駆動、整流磁束を補極等で制御するた
めの帰還信号などに利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交流整流子機における火花の判
定方法を示す回路図、第２図は同回路における界
磁巻線端子電圧の一例を示すグラフ、第３図は本
発明の原理を説明するための直流機の部分断面
図、第４図は整流曲線を示すグラフ、第５図イは
直流機の部分展開図、同ロ，ハ，ニはそれぞれ直
線整流状態、過整流状態、不足整流状態を示すグ
ラフ、第６図イは本発明の一実施例に係る直流機
を示す展開図、同ロはそのサーチコイルの接続状
態を示す展開図、第７図イ，ロはそれぞれサーチ
コイルの巻装位置を示す展開図、第８図イ，ロは
それぞれサーチコイルの誘起電圧の波形図、第９
図は第６図におけるサーチコイルの誘起電圧処理
回路のブロツク図、第１０図イ，ロはそれぞれ同
回路におけるピーク値ホールド回路の出力波形
図、第１１図は同回路における電圧補正回路の入
力と出力の関係を示すグラフ、第１２図は本発明
の他の実施例を示すブロツク図である。 ９……継鉄、１０……主極鉄心、１１……界磁
巻線、１２……補極鉄心、１３……補極巻線、１
４……電機子鉄心、１５……電機子巻線、１６…
…整流子、１７，１７ａ，１７ｂ……ブラシ、１
８……サーチコイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 継鉄の内周に主極及び補極を有する固定子
   と、電機子巻線及び整流子を有する回転子と、前
   記整流子に摺接するブラシとを備えたものにおい
   て、少なくとも隣り合う２つの主極に巻数が同一
   のサーチコイルをそれぞれ巻装し、且つ隣接する
   サーチコイルをその極性を異ならせて接続したこ
   と特徴とする整流子付回転電機。