JPH06141513A - 回転電動機のブラシ監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ブラシ摩耗限界を正確に検知する回転電機の
ブラシ摩耗監視装置の提供を目的とする。 【構成】 電機子電流又は該電流と相関のある物理的検
出量及び電機子回転数又は該電機子回転数と相関のある
物理的検出量に基づいて各要因によるブラシ摩耗量を求
める電流対応摩耗量演算手段１及び回転数対応摩耗量演
算手段２を設け、これら各演算手段３で演算された各摩
耗量を累積加算した累積摩耗量により摩耗限界を判断し
警告を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブラシ付回転電動機の
ブラシ摩耗限界を警告するようにした回転電動機のブラ
シ監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ブラシ付回転電動機においては、ブラシ
の整流性能を維持するために定期的な点検が必要であ
る。点検作業は、整流子面等の清掃の他、ブラシの摩耗
の状態を確認する。しかし、このブラシの摩耗状態の確
認は、他の作業がハウジングを外すだけで済むのに対
し、ブラシ保持具からブラシを取出して視認するという
極めて煩雑な作業となる。

【０００３】このため最近では、定期点検作業簡略化の
ため、ブラシの摩耗状態を監視する手段を講じ、この監
視手段がブラシの摩耗限界を警告したとき、ブラシを確
認し交換するようにしている。ブラシの摩耗限界を監視
する手法として、例えば図６（Ａ）に示すように、ブラ
シａの一側面であって先端面から摩耗限界の距離に例え
ば凹溝ｂを形成する一方、メイク接点形の固定接片ｃ
と、接点面と反対の面に形成された突起ｄ₁ が上記凹溝
ｂの側面に当接するようになされた可動接片ｄとからな
るスイッチ機構を設けた構成が知られている。

【０００４】このようなスイッチ機構によれば、ブラシ
ａが摩耗限界に達したか否かは、図６（Ｂ）に示すよう
に、摩耗に応じて移動するブラシａの凹溝ｂに突起ｄ₁
が嵌合落下することによる両接片ｃ，ｄのメイク状態か
らブレイク状態への変化を、例えば該両接片ｃ，ｄと結
合されたロジック回路の信号によって判断する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の監視手段は、高電圧の発電機又は高電圧で駆動され
る電動機の場合、両接片ｃ，ｄと低電圧で駆動されるロ
ジック回路とが結合された状態にあるので、ブラシの高
電圧によってスイッチ機構からロジック回路に漏電を生
じさせるおそれがある。

【０００６】ところで、ブラシの摩耗原因には、機械的
摩耗，通電摩耗及び火花摩耗の三種類がある。機械的摩
耗は無通電摩耗といい、主に整流子面との摩擦力による
せん断と、振動，チャタリングによる疲労とによって減
じられる分である。通電摩耗は、ブラシの通電電流によ
り整流子面の温度が高くなると、ブラシが酸化劣化して
回転のすり接触により摩耗する分である。火花摩耗は、
アーク放電により酸化燃焼によって摩耗する分である。
これら各摩耗原因のうち、火花摩耗は整流皮膜の管理に
よって減少させることができ、機械的摩耗は通電摩耗よ
り極めて少ない。

【０００７】従って、ブラシの摩耗原因は通電摩耗が主
と考えてよく、このため、ブラシの摩耗時期を予測する
手段として、通電時間、すなわち、実稼働時間を管理者
によって積算することが考えられるが、不正確さは避け
られない。本発明は、上記実情に鑑み、摩耗限界の判断
要素を正確な物理量として累積し、高精度に摩耗限界を
判断し警告等することができる回転電動機のブラシ監視
装置を提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、図５に示すよ
うに、電機子電流検出値又は該電機子電流と相関のある
物理的検出値に対するブラシ摩耗量を電流対摩耗量の特
性に基づき又は演算により求める電流対応摩耗量演算手
段１と、電機子回転数検出値又は該電機子回転数と相関
のある物理的検出量に対するブラシ摩耗量を回転数対摩
耗量の特性に基づき又は演算により求める回転数対応摩
耗量演算手段２と、これら各演算手段１，２で演算され
た各摩耗量を累積加算する累積加算手段３と、この累積
加算手段３からの累積摩耗量が予定の限界量を超過した
とき警告を行う摩耗限界判定手段４とを具備している。

【０００９】ここで、電機子電流に相関した物理的検出
量とはトルクをいい、回転数に相関した物理的検出量と
は回転速度をいう。

【００１０】

【作用】ブラシの摩耗量は、通電摩耗が主であり、当該
摩耗量は、例えば電機子からブラシに通電された電流又
は回転数をパラメータとして監視することができる。本
発明では、電流対応摩耗量演算手段１により電機子に流
れる電流又は該電流に相関した物理的検出量に対する摩
耗量を求めている。しかも、回転数又は該回転数に相関
した検出量に対する摩耗量をも回転数対応摩耗量演算手
段２で求め、各摩耗量を累積加算した累積摩耗量より、
摩耗限界を判断している。従って、一つのブラシ摩耗要
因によって摩耗量を累算するのでなく、二つの要因によ
る通電摩耗量の総和を求め、より正確な摩耗限界の判断
を実現している。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係る回転電動機のブラシ監視
装置を実施例により図１〜図４に基づいて詳細に説明す
る。図１において、１１は電機子を示し、該電機子１１
には、一端にバッテリ１２からの電圧が印加され、他端
はＭＯＳトランジスタによる電力半導体素子１３のドレ
インに接続されている。

【００１２】電力半導体素子１３のソースと接地点との
間には、電流検出器１４が接続されており、該電流検出
器１４の検出出力端子１４ａはＡ／Ｄ変換器１５を介し
てマイクロコンピュータ１６の入力ポートに接続されて
いる。このような電流検出器１４は例えば一つの抵抗で
実現できる。また、電機子１１には、電圧検出器１７が
並列に接続されており、該電圧検出器１７の検出出力端
子１７ａはＡ／Ｄ変換器１８を介してマイクロコンピュ
ータ１６の入力ポートに接続されている。このような電
圧検出器１７は、例えばブリッジ回路にて実現すること
ができる。

【００１３】一方、マイクロコンピュータ１６は、上記
各Ａ／Ｄ変換器１５，１８からの検出電流値もしくは検
出電圧値を読込み、読込んだ検出電圧値及び検出電流値
により回転数を演算するとともに、ＲＯＭに書込まれた
電流対摩耗量の特性データ及び回転数対摩耗量の特性デ
ータに基づいて図５に示す本発明の電機子電流対応摩耗
量演算手段１及び回転数対応摩耗量演算手段２の処理を
行うようになっている。ここに、上記読込み機能は、例
えば１ｓｅｃ毎の単位時間周期で行っている。

【００１４】ＲＯＭに書き込まれた電流対摩耗量及び回
転数対摩耗量の各特性データは、グラフ化して示せば図
３及び図４のように表される。各横軸はそれそれ電流値
及び回転数を表し、縦軸はブラシ摩耗量を表している。
すなわち、ブラシ摩耗量は電流値が大きい領域及び回転
数が高い領域で急激に増加するカーブを描く。また、マ
イクロコンピュータ１６は、上記各特性データから読出
した単位時間当たりの電流対応の摩耗量及び回転数対応
の摩耗量を、不揮発性ＲＡＭもしくは、バッテリバック
アップ形ＲＡＭによって累積加算する累積加算手段３を
有している。

【００１５】また、マイクロコンピュータ１６は、上記
累積加算手段３によって算出した摩耗量が予定の限界量
を超過したとき警告を行う警告信号発生手段４を有して
いる。警告信号発生手段４により発生した警告信号は、
例えば警告ランプ２２を駆動するようになっている。ま
た、マイクロコンピュータ１６は、ディジタル信号形式
で定周波の鋸歯状波信号を出力ポート１６ａより導出し
ており、該出力ポート１６ａはＤ／Ａ変換器１９を介し
て変調器２０に接続されている。変調器２０は、アナロ
グ波形にされた鋸歯状波信号に対しスレショールドレベ
ルを可変することにより例えばＰＷＭ変調を行い、パル
ス幅が負荷変動に応じて調整されるパルス信号を発生し
ている。このパルス信号は、ドライバ２１を介して上記
電力半導体素子１３のゲートに入力されるようになって
いる。

【００１６】また、マイクロコンピュータ１６には、上
記電流対応の摩耗量及び回転数対応の摩耗量の累積結果
をクリヤするリセットボタン２３が接続されている。こ
のような構成により、本発明による正確な摩耗限界の警
告が可能となる。図２（Ａ）は本発明により摩耗量の累
算加算と警告を行うフローチャートを示している。各Ａ
／Ｄ変換器１５，１８を介してマイクロコンピュータ１
１へ入力される検出電流値及び検出電圧値は、本ルーチ
ンが実行される周期で読込まれ、単位時間当たりの摩耗
量を演算するパラメータとなる。

【００１７】まず、ステップＳ₁ ，Ｓ₂ では、電流検出
器１４及び電圧検出器１７で検出された検出電流値ｉ_M
及び検出電圧値Ｖを読込み、電動機における速度と電圧
（いわゆる逆起電力）及び電機子電流の関係式より、単
位時当たりの回転数を演算している。ここで扱う関係式
は次のように表される。

【００１８】

【数式１】Ｎ＝ｋ₁ Ｖ−ｋ₂ ｉ_M Ｎは回転数、ｋ₁ ，ｋ₂ は電機子導体数，極数，磁束，
回路数等で定まる定数である。ステップＳ₃ は、本発明
の電流対応摩耗量演算手段１及び回転数対応摩耗量演算
手段２に該当する処理であり、ステップＳ₂ で求めた回
転数ＮでＲＯＭに書き込まれた回転数対摩耗量を示す特
性データの対応する摩耗量Ｂ₁ を読出すとともに、ステ
ップＳ₁ で読込んだ電流値ｉ_M で同ＲＯＭに書き込まれ
た電流対摩耗量を示す特性データの対応する摩耗量Ｂ₂
を読出している。

【００１９】さて、ステップＳ₄ は本発明の累積加算手
段３に該当する処理であり、ステップＳ₃ で求めた各回
転数対応摩耗量Ｂ₁ 及び電流対応摩耗量Ｂ₂ を加算し、
過去の両摩耗量を加算した累積摩耗量に合計している。
これにより、現在の累積摩耗量Ｂが得られる。そして、
ステップＳ₅ で累積摩耗量Ｂが摩耗限界量Ｂ₃ を超えた
か否かを判断し、超えた場合（Ｂ≧Ｂ₃ が真）に、ステ
ップＳ₆ で警告ランプ２２を点灯する。

【００２０】従って、ユーザは、上記警告ランプ２２の
点灯により、ブラシが摩耗限界に達したことを知り、交
換作業を行えばよい。本実施例では、ＲＯＭに実験によ
りシュミレーションした回転数対摩耗量特性及び電流対
摩耗量特性を予め書き込み、いわゆるマップによって対
応する摩耗量を求めているが、このような特性の関数を
ＲＯＭに書き込み、ディジタルシグナルプロセッサによ
るディジタル演算によって摩耗量を演算してもよい。

【００２１】また、上記実施例では、ブラシを交換した
時に、リセットスイッチ２３をセットすることで、累積
摩耗量Ｂを零に設定し、新規のブラシに対して新たに摩
耗限界の監視を行うことができる。このような累積摩耗
量のクリヤルーチンを図２（Ｂ）に示す。なお、他の実
施例として、電流検出器１４及び電圧検出器１７を設け
ない場合は、トルク等の電流に相関した物理的検出量に
より摩耗量Ｂ₁ を演算することができる。この場合、ト
ルクセンサは出力軸又はこれに結合した部材に取付け
る。また、速度等の回転数に相関した物理的検出量によ
り摩耗量Ｂ₂ を演算することができる。これは例えば回
転速度センサを出力軸等に取付ければよい。これら電
圧，電流に代わる物理時検出量により摩耗量を算出する
実施例としては、例えば動力舵取装置のステアリングモ
ータに好適である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ブ
ラシの摩耗要因となる電機子電流及び回転数をパラメー
タとした各摩耗量を算出し、各摩耗量を累積加算した累
積摩耗量を監視しているので、より正確に摩耗限界を判
断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による回転電動機のブラシ
摩耗監視装置を示す構成図。

【図２】 上記実施例の動作を示すフローチャート。

【図３】 上記実施例に用いるマイクロコンピュータの
ＲＯＭに書き込まれる電流対摩耗量の特性図。

【図４】 同じく上記実施例に用いるマイクロコンピュ
ータのＲＯＭに書き込まれる回転数対摩耗量の特性図。

【図５】 本発明に係る回転電動機のブラシ摩耗監視装
置の基本構成図。

【図６】 従来の監視装置を示し、（Ａ）は作動前の状
態を、（Ｂ）は作動状態を示す。

【符号の説明】

１…電機子電流対応摩耗量演算手段、２…回転数対応摩
耗量演算手段、３…累積加算手段、４…摩耗限界警告手
段、１１…電機子、１４…電流検出器、１６…マイクロ
コンピュータ、１７…電圧検出器、２２…警告ランプ、
２３…リセットスイッチ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１１月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】従来の監視装置を示し、作動前の状態と作動状
態とを比較して示す斜視図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電機子電流検出値又は該電機子電流と相
   関のある物理的検出値に対するブラシ摩耗量を電流対摩
   耗量の特性に基づき又は演算により求める電流対応摩耗
   量演算手段と、 電機子回転数検出値又は該電機子回転数と相関のある物
   理的検出量に対するブラシ摩耗量を回転数対摩耗量の特
   性に基づき又は演算により求める回転数対応摩耗量演算
   手段と、 これら各演算手段で演算された各摩耗量を累積加算する
   累積加算手段と、 この累積加算手段によって算出した累積摩耗量が予定の
   限界量を超過したとき警告を行う摩耗限界判定手段と、 を具備したことを特徴とする回転電動機のブラシ監視装
   置。