JPS59175366A - 直流機の整流補償装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は直流機の整流補償装置に係り、特に補極磁束を
調整するものに関する。

〔発明の背景〕

直流機の整流性能は機械の性能及び寿命を左右するとい
っても過言ではなく、従来から多くの研究がなされてい
る。この整流性能の良否は、実機につき無火花帯を測定
することによシ判定している。一方、直流機には回転数
によシ無火花帯が移動する現象があシ、この無火花帯の
移動量が太きいと無火花整流で運転することが不可能に
なる。

この対策として、従来、第１図〜第３図に示す整流補償
方式が提案さもている。

第１図は従来の直流機の要部展開図である。同図におい
て、１は環状をな丁継鉄、２．３はその内周側に形成さ
ｔた主極及び補極、４，５は主極２を構成する主極鉄心
及び主極巻線、６，７．８は補極３を構成する補極鉄心
、補極巻線及び補助巻線、９は回転する電機子、１０は
その電機子巻線である。主極２は電機子巻線１０に主磁
束金与え、補極３は電機子巻線１０内を流れる電流が反
転する時に整流起電力を発生させるための補極磁束を与
えるものである。また、補極鉄心６の先端部に設けらｔ
′Ｌｆｃ補助巻線８は、補極巻線７とは差動的に巻装さ
れており、第２図に示すように、無火花帯が回転数の増
加に従って過積流側に移動する（補極磁束が過剰になる
）ので、その起磁力を調整して負荷軸を無火花帯中心の
Ｏ−Ｐ線上に移動させる働きをする。

第３図は補助巻線の電流量を回転数と電機子電流に応じ
て制御し、無火花帯移動現象を補償する装置のブロック
回路図であシ、第１図に対応する部分には第１図と同一
符号を付しである。その他の符号は次のとおルである。

１１はブラシ、１２は整流子、１３は電流検出器、１４
は回転数検出器、１５は掛算器、１６はゲート信号発生
器、１７は外部直流電源、１８はサイリスタ、ＧＴＯサ
イリスタ、パワートランジスタ等の半導体スイッチング
素子で構成さｎる電流制御回路である。

即ち、この装置は、補極巻線７Ｋｔ機子電流ＩＭを流す
一方、外部直流電源１７から補助巻線８に供給する電流
ｔｐｋ次のようにして制御している〇つまシ、電流検出
器１３と回転数検出器１４・の出力を掛算器１５に入力
し、その結果をゲート信号発生器１６に入力し、これに
よって得たゲート信号により電流制御回路のスイッチン
グ周波数及び通流率等を制御し、補助巻線８に流れる電
流を制御するのである。これにより、補助巻線８の電流
１、が回転数及び電機子電流に応じて変化するので、補
極起磁力が変化し、負荷軸は第２図に示したように、無
火花帯中心のＯ−Ｐ線上に移動する。この結果、直流機
は無火花整流で運転できることになる。

しかしながら、上記の如き従来の装置では、無火花帯の
移動量が大きい場合は、補助巻線８で制御できる起磁力
音大きくする必要があり、それには補助巻線の電流もし
くは巻数を大きくすればよいが、電流を増加させれば電
流制御回路１８に容量の大きなスイッチング素子を使用
する必要があり、また巻数を増加させむば耐圧の高いス
イッチング素子を使用する必要があシ、いずれ圧しても
コスト高になる欠点がある。また、補極付近の磁束分布
は整流開始側と終了側とで必ずしも対称的ではなく、そ
れにもかかわらず従来は補極起磁力をブラシ出口側つま
り整流終了側に着目して決定しているため、ブラシ出口
側は無火花とがっても、ブラシ入口側で火花の発生がみ
られることがあシ、これを力〈丁ことは従来の装置では
困難であった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を々＜シ、比
較的安価Ｋｍ成でき、しかもブラシの出口側及び入口側
における火花発生を防止できる直流機の整流補償装置を
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、主極鉄心及び主極
巻線からなる主極、補極鉄心及び補極巻線からなる補極
並びにブラシを有する固定子と、電機子及び整流子を有
する回転子とを備え、前記電機子への電力の授受を前記
ブラシ及び整流子を介して行うものにおいて、前記補極
鉄心に、補極磁束の大きさ調整する第１の巻線と、補極
磁束の分布形状を調整する第２の巻線とを設け、これら
第１及び第２の巻線の起磁力を制御する制御手段をさら
に設けたことを特徴とする。

また、ブラシの皮膜生成状態の変化等による無火花帯位
置の移動に対しては、整流状態を検出して、その検出値
に応じて前記第１及び第２の巻線のうち少なくとも一方
の巻線の起磁力を調整するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第４図〜第７図を参照して詳細
に説明する。

第４図は本発明における直流機の構成例を示す展開図で
ある。同図において第１図と対応する部分には第１図と
同一符号を付しであるＯこの実施例が第１図に示す従来
例と異る点は、補極鉄心′６に補極巻線７による磁束φ
、を減じる方向の磁束φ１１．φ、２を発生する第１の
巻線１９Ａ及び第２の巻線１９Ｂを設けたことである。

即ち、第１の巻線１９Ａは、補極鉄心６の根本に補極巻
線７とは差動的に巻装され、これによる磁束φｐｔ　Ｋ
より補極巻線７による磁束φ、を減じ、補極鉄心６全体
を通る磁束量を調整できるようにしである。また、第２
の巻線１９Ｂは、補極鉄心６の先端部をスロット２０に
よシ整流開始側と終了側に２分割してその片側に補極巻
線７とは差動的に巻装され、これによる磁束φ、２によ
り補極巻線７による磁束φ、を減じると共に、補極鉄心
６０片側を通る磁束量を調整して補極下の磁束分布形状
を調整できるようにしである。電機子９の回転方向は矢
印にの方向であるので、第２の巻線１９Ｂは補極鉄心６
先端部の整流開始側に設けられていることになる。

第５図は補極下の磁束分布形状を示したもので、補極下
の磁束分布φ。は主磁束φＭが補極下まで漏ｎるために
、主磁束φＭと補極磁束φ、の合成となシ、補極中心の
Ｐ点に対して対称とならない。

この結果、整流区間における整流開始側Ａでは整流磁束
が過剰となシ、逆に整流終了側Ｂでは整流磁束が不足と
なる。従って、補極磁束を通常のように整流終了側ＢＫ
着目して決定すると、整流開始側Ａでは過整流となり、
ブラシ入口側で火花が発生し、整流上好ましくない。上
述した第２の巻線１９Ｂはこれを防止するものであシ、
補極巻線７による磁束φ、全減少すると共に、整流開始
側Ａの磁束を減じて、ブラシの入口側から発生する整流
火花を防止する機能を有する。

第６図は、上述した第１及び第２の巻線の起磁力を調整
丁゛不、本発明の一実施例に係る直流機の整流補償装置
を示すプ臼ツク回路図である。同図において第４図と対
応する部分には第４図と同一符号を付しである。また、
電流検出器１３、回転数検出器１４、掛算器１５及び外
部直流電源１７カどの構成は第３図の場合と同じである
。

この実施例では、補極に、補極巻線７とは差動的に巻装
さハた第１の巻線１９Ａ及び第２の巻線１９Ｂｔ有する
ので、その各々を個別に制御すべく、２つの電流制御回
路１８Ａ、１８Ｂを設け、これに対応して２つのゲート
信号発生器１６Ａ。

１６Ｂ’に設けている。なお、２１は掛算器１５の出力
を関数的に増幅する電圧増幅器、２２はブラシ１１の出
口側近傍に設けた検出ブラシ、２３は直流機の主回路と
制御回路とを絶縁する絶縁アンプ、２４は電圧増幅器で
ある。

かかる構成において、補極に設は六第２の巻線１９Ｂの
電流ｌ、２は、従来同様、電流検出器１３と回転数検出
器１４による検出値を掛算器１５で掛算し、その出力を
電圧増幅器２１で増幅した信号によ多ゲート信号発生器
１６Ｂ１電流制御回路１８Ｂｔ−制御して、調整するよ
うになっている。

主磁束の補極下への漏れは運転状態、即ち電機子電流と
回転数の大きさで判断できるため、本実施例では第２の
巻線１９Ｂの起磁力全電機子電流と回転数に応じて制御
するようにしたものである。

また、補極に設けた第１の巻線１９Ａの電流１．１は、
検出ブラシ２２によるブラシ出口側の検出電圧Ｖｂを絶
縁アンプ２３を介して電圧増幅器２４に入力し、そこで
指令値Ｓ（例えば火花発生限界電圧の±３Ｖ）と比較し
、その差を関数的に電圧増幅して得々出力をゲート信号
発生器１６Ａに入力し、こむＫよって得たゲート信号に
より電流制御回路１８Ａを制御して、調整するようにな
っている。これによシ第１の巻線１９Ａの起磁力はブラ
シ出口側に設けた検出ブラシ２２の検出電圧が火花発生
限界電圧の±３Ｖ以内になるように制御されるので、ブ
ラシ１１の出口側での整流大側での整流火花については
、前述のように、電機子電流と回転数に応じて第２の巻
線１９Ｂの起磁力を、整流開始側の整流磁束が過剰とな
らないように調整しているので、これも防止できる。

このように本実施例によれば、ブラシの出口側及び入口
側での火花発生を抑制でき、常に無火花整流で運転する
ことが可能となる。また本実施例によｔば、補極巻線と
差動的に巻装された２つの巻線を設け、夫々の巻線の起
磁力を個別に調整できるようにしたので、夫々の巻線の
起磁力は従来の単一の補助巻線の起磁力より格段に小さ
くて済むことになり、無火花帯の移動量を同じと考えれ
ば、電流制御回路のスイッチング素子の容量、耐圧ケ従
来より下げることができるから、スイッチング素子の個
数は２倍になっても容量、耐圧の点から安価なスイッチ
ング素子を用いることができ、従って整流補償装置のコ
ストを低減することができる。

なお、上記実施例では、第１の巻線の起磁力をブラシ出
口側の整流状態に応じて制御し、第２の巻線の起磁力を
電機子電流及び回転数に応じて制御したが、第２の巻線
の起磁力は主極巻線の起磁力つまり主極巻線に流ねる電
流の大きさに応じて制御するようにしてもよい。

ところで、整流火花は、ブラシ材によっても異るが、通
常、ブラシ電圧が火花発生限界電圧である±３Ｖを越え
た時に発生する。そこで第７図に示すように、ブラシ１
１の出口側及び入口側近傍にそれぞれ検出ブラシ２２Ａ
、２２Ｂを設けて、ブラシ１１と整流子１２間の電圧Ｖ
ｂｚ　、　Ｖｂｚ　ｆ検出し、この検出電圧Ｖｂ１．■
ｂ２が火花発生限界電圧の±３ｖｔ越えているか否かを
判定すれば、直流機の整流状態を検知できる。従って、
第４図のように補極に設けた第１及び第２の巻線１９Ａ
。

１９Ｂの起磁力を、上記の如くブラシ１１の出口側及び
入口側近傍に設けた検出ブラシ２２Ａ。

２２Ｂ　Ｋよる検出電圧Ｖｂ工、ｖｂ２に応じて制御す
れば、ブラシの出口側及び入口側での火花の発生を防止
することができる。具体的には、例えば第１の巻１１９
Ａの起磁力ｔブラシ出口側近傍圧設けた検出ブラシ２２
ＡＫよる検出電圧が±３ｖ以内になるよう罠制御し、第
２の巻線１９Ｂの起磁力をブラシ入口側近傍に設けた検
出ブラシ２２Ｂによる検出電圧が辻３Ｖ以内になるよう
に制御すればよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、補極鉄心に、補極
磁束の大きさを調整する第１の巻線と、補極磁束の分布
形状を調整する第２の巻線とを巻装し、こｎらの起磁力
全制御するようＫしたので、ブラシの出口側及び入口側
における火花の発生を効果的に防止１゛ることかで”！
！、ｔた無火花帯の移動量が大きくても補極磁束制御用
の巻線が２分割さ１ているため電流制御用スイッチング
素子の容量、耐圧が従来よシ小さくて済み、安価な整流
補償装置を構成できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流機の要部展開図、第２図は回転数に
対する無火花帯の移動現象を示すグラフ、第３図は従来
の整流補償装置のブロック回路図、第４図は本発明にお
ける直流機の一例を示す要部展開図、第５図は補極付近
の磁束分布を示すグラ状態を示す展開図である。 １・・・・・・継鉄、２・・・・・・主極、３・・・・
・・補極、４・・・・・・主極鉄心、５・・・・・・主
極巻線、６・・・・・・補極鉄心、７・・・・・・補極
巻線、９・・・・・・電機子、１１・・・・・・ブラシ
、１２・・・・・・整流子、１３・・・・・・電流検出
器、１４・・・・・・回転数検出器、１５・・・・・・
掛算器、１６Ａ、１６Ｂ・・・・・・ゲート信号発生回
路、１７・・・・・・直流電源、１８Ａ、１８Ｂ・・・
・・・電流制御回路、１９Ａ・・・・・・第１の巻線、
１９Ｂ・・・・・・第２の巻線、２０・・・・・・スロ
ット、２２，２２Ａ、２２Ｂ・・・・・・検出ブラシ。 ＃　ｌ　因 ＄３　図 茅４　図 ＄５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、環状全なした継鉄の内周側に、主極鉄心及び主極巻
   線からなる主極、補極鉄心及び補極巻線からなる補極並
   びにブラシを有する固定子と、電機子及び整流子を有す
   る回転子とを備え、前記電機子への電力の授受を前記ブ
   ラシ及び整流子を介して行うものにおいて、前記補極鉄
   心に、補極磁束の大きさを調整する第１の巻線と、補極
   磁束の分布形状を調整する第２の巻線とを設け、これら
   第１及び第２の巻線の起磁力を制御する制御手段をさら
   に設けたことを特徴とする直流機の整流補償装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記第１の巻線は
   前記補極鉄心の根本側に、前記第２の巻線は補極鉄心の
   先端側に配置さｎていることを特徴とする直流機の整流
   補償装置。 ３、％許請求の範囲第１項又は第２項において、前記補
   極鉄心の先端部はスロットによシ整流開始側と終了側に
   ２分割されておシ、前記第２の巻線はその整流開始側に
   巻装されていることを特徴とする直流機の整流補償装置
   。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項において
   、前記制御手段は、前記第１及び第２の巻線のうち少な
   くとも一方の巻線の起磁力管、前記整流子とブラシ間の
   整流状態に応°じて制御するものであることを特徴とす
   る直流機の整流補償装置。 ５、特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項において
   、前記制御手段は、前記第１の巻線の起磁力を前記整流
   子とブラシ間の整流状態に応じて制御し、前記第２の巻
   線の起磁力を電機子電流及び回転数に応じて制御するも
   のであることを特徴とする直流機の整流補償装置。 ６、特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項において
   、前記制御手段は、前記第１の巻線の起磁力を前記整流
   子とブラシ間の整流状態に応じて制御し、前記第２の巻
   線の起磁力を前記主極巻線の起磁力の大きさに応じて制
   御するものであることを特徴とする直流機の整流補償装
   置。 ７、％許請求の範囲第１項又は第２項において、前記制
   御手段は、前記第１及び第２の巻線の起磁力を、前記ブ
   ラシの出口側近傍及び入口側近傍に設けた検出ブラシに
   よる検出電圧に応じて制御するものであることを特徴と
   する直流機の整流補償装置。 ８、特許請求の範囲第７項において、前記制御手段は、
   前記第１の巻線の起磁力を前記ブラシの出口側近傍に設
   けた検出ブラシによる検出電圧に応じて制御し、前記第
   ２の巻線の起磁力を前記ブラシの入口側近傍に設けた検
   出ブラシによる検出電圧に応じて制御するものであるこ
   とを特徴とする直流機の整流補償装置○