JP2006071533A - 直流電動機の整流子診断方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 直流電動機を構成する整流子の整流子面の良否を直流電動機稼働中に診断することのできる方法及び装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、整流子２と整流子２に摺接して電流を供給するブラシ３とを具備する直流電動機の整流子診断装置１であって、ブラシ３の整流子２との摺接面３１に対向する表面３２の変位量を測定する変位量測定装置１１と、整流子２の回転位相を検出する回転位相検出装置１２と、回転位相検出装置１２で検出した所定の回転位相毎に変位量測定装置１１で測定した変位量を取り込み、当該取り込んだ変位量の大小に基づいて整流子面の良否を診断する信号処理装置１３と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直流電動機を構成する整流子の診断方法及び装置に関し、特に整流子のブラシとの摺接面（整流子面）の良否を直流電動機稼働中に診断することのできる方法及び装置に関する。

従来より、鉄鋼製造ラインを初めとする各種製造設備等の駆動動力源として直流電動機が多く用いられている。直流電動機は、周知のように、電磁石又は永久磁石からなる界磁手段、巻回されたコイルを具備し前記界磁手段によって形成される磁界の作用によって回転運動を行う電機子、後述する整流子に摺接して電流を供給するブラシ、前記電機子と共に回転し前記ブラシから供給される電流を前記電機子のコイルに一定方向に供給する整流子などを備えている。

ここで、前記整流子は、複数の整流子片が環状に配設されて構成されている。より具体的には、図３に示すように、整流子２の外形が真円Ｃに沿うように（より詳細には、整流子２を構成する各整流子片２１のブラシ３との摺接面（整流子面）２１Ｓの外形が、整流子２の回転軸方向から見た場合に、回転中心Ｃ０を中心とした真円Ｃに沿うように）各整流子片２１Ｓの形状及び配列が設計されている。

整流子面の外形が真円から外れると、整流子面の荒損を招いたりブラシの寿命を縮める他、整流不良によるフラッシュオーバーの原因にもなる。従って、直流電動機を製造する際に整流子面の外形が真円に沿うように整流子を配設する必要があるのは無論のこと、直流電動機を使用してからも定期的な管理が必要である。

ここで、整流子面の外形が真円に沿っているか否かを管理（診断）する方法として、直流電動機を停止（整流子の回転を停止）させた状態で、整流子面を目視観察する方法が実施されている。より具体的に説明すれば、整流子面がブラシに摺接しながら回転することにより、ブラシのカーボンが整流子面に付着することになるが、整流子面の外形が真円から外れた場合には、カーボンの付着状態が一様とならないため、これを目視観察することによって整流子面の外形が真円に沿っているか否かを管理（診断）している。しかしながら、斯かる方法は、官能検査の一種であって定量性・客観性に欠けるという問題がある他、直流電動機が停止（整流子が停止）したタイミングでなければ、診断できないという問題もある。

そこで、直流電動機の稼働中（整流子の回転中）に整流子面の外形を測定する方法として、レーザ距離計等の非接触式の測定装置を用いて、回転中の整流子面の外形を測定することも考えられるが、各整流子片間にレーザ距離計の測定が不能となる凹部が存在するため、当該凹部を不感帯として設定するなどの複雑な信号処理が必要となり実用的ではないという問題がある。

なお、特許文献１には、直流電動機を製造する際に整流子の外形の真円度を所定の範囲内で形成することが開示されているが、直流電動機の使用を開始してからの真円度診断方法を開示するものではなく、具体的な真円度の測定方法についても何ら開示も示唆もされていない。

また、特許文献２には、直流電動機を構成する電機子の良否を診断する装置について開示されているが、整流子の良否を診断する方法については何ら開示も示唆もされていない。
特開２００３−２３０２５５号公報 特開平５−２０３６７１号公報

本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、直流電動機を構成する整流子の整流子面（ブラシとの摺接面）の良否（整流子面の外形が真円に沿っているか否か）を直流電動機稼働中に診断することのできる方法及び装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明の発明者らは鋭意検討した結果、整流子面の外形が真円から外れている場合には、整流子の回転に伴ってこれに摺接するブラシが揺動することに着目し、当該ブラシの変位量を定量的に測定することにより整流子面の外形の良否を診断できることに想到した。本発明は、斯かる本発明の発明者らの知見に基づき完成されたものである。すなわち、本発明は整流子と当該整流子に摺接して電流を供給するブラシとを具備する直流電動機の整流子診断方法であって、前記整流子が回転している状態において、前記ブラシの前記整流子との摺接面に略直交する方向の変位量を測定し、当該変位量の大小に基づいて整流子面の良否を診断することを特徴とする直流電動機の整流子診断方法を提供するものである。

斯かる発明によれば、整流子が回転している状態において、ブラシの整流子との摺接面に略直交する方向の変位量を測定する構成であるため、間接的に整流子面の外形（整流子の回転中心と整流子面との距離）を測定することになる。従って、前記変位量の大小は、整流子面の外形がどの程度真円から外れているかを示す指標となるため、当該変位量の大小に基づいて整流子面の良否を診断することが可能である。

また、前記課題を解決するべく、本発明は、整流子と当該整流子に摺接して電流を供給するブラシとを具備する直流電動機の整流子診断装置であって、前記ブラシの前記整流子との摺接面に対向する表面の変位量を測定する変位量測定装置と、前記整流子の回転位相を検出する回転位相検出装置と、前記回転位相検出装置で検出した所定の回転位相毎に前記変位量測定装置で測定した変位量を取り込み、当該取り込んだ変位量の大小に基づいて整流子面の良否を診断する信号処理装置と、を備えることを特徴とする直流電動機の整流子診断装置としても提供される。

前記変位量測定装置としては、ブラシの整流子との摺接面に対向する表面の変位量を測定可能な限りにおいて、接触式或いは非接触式を問わず種々の装置を適用可能であるが、好ましくはレーザ距離計に代表される非接触式の変位量測定装置とされる。また、回転位相検出装置としては、例えば、パルスジェネレータ（ＰＬＧ）を用いることが可能である。

本発明に係る直流電動機の整流子診断方法及び装置によれば、整流子が回転している状態において、ブラシの整流子との摺接面に略直交する方向の変位量を測定する構成であるため、間接的に整流子面の外形（整流子の回転中心と整流子面との距離）を測定することになる。従って、前記変位量の大小は、整流子面の外形がどの程度真円から外れているかを示す指標となるため、当該変位量の大小に基づいて整流子面の良否を診断することが可能である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明に係る直流電動機の整流子診断方法の一実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る直流電動機の整流子診断方法を実施するための診断装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る診断装置１は、ブラシ（カーボンブラシ）３の整流子２との摺接面３１に対向する表面３２の変位量を測定する変位量測定装置１１と、整流子２の回転位相を検出する回転位相検出装置１２と、回転位相検出装置１２で検出した所定の回転位相毎に変位量測定装置１１で測定した変位量を取り込み、当該取り込んだ変位量の大小に基づいて整流子面の良否を診断する信号処理装置１３とを備えている。

本実施形態に係る変位量測定装置１１は、レーザ距離計とされており、レーザ光Ｌをブラシ３の表面３２に向けて略鉛直下方に投光し、その反射光を検出することにより、レーザ出射面からレーザ照射面までの距離（すなわちブラシ３の表面３２までの距離）を測定するように構成されている。なお、本実施形態では、測定分解能１μｍ（測定レンジ１００ｍｍ）のレーザ距離計１１を用いており、問題となり得る整流子面の真円からのずれ量が０．１〜０．５ｍｍ程度であることからして、十分な測定分解能を有するものである。ブラシ３は、バネ等によって下方に付勢力を付与された状態で、ブラシ取付治具３３に設けられた開口部に上下動自在に嵌合されている。従って、整流子面の外形が真円から外れている場合には、整流子２の回転に伴ってこれに摺接するブラシ３が、ブラシ取付治具３３に対して揺動（本実施形態では上下動）するため、レーザ距離計１１によってブラシ３の表面３２までの距離を測定し、その変動量（変位量）を評価することにより、整流子面の真円からのずれを間接的に測定することが可能である。

本実施形態に係る回転位相検出装置１２は、電機子４及び整流子２の回転軸Ａに取り付けられたパルスジェネレータ（ＰＬＧ）とされており、整流子２の回転量に応じた数のパルスを出力するように構成されている。

本実施形態に係る信号処理装置１３は、レーザ距離計１１及びＰＬＧ１２との入出力インタフェースを備えると共に、レーザ距離計１１の出力（距離測定値）を取り込むタイミングを制御したり整流子面の良否を診断するためのプログラムがインストールされた汎用のパーソナルコンピュータから構成されている。

図２は、信号処理装置における整流子面の良否の診断ロジックを説明するための説明図である。図２に示すように、信号処理装置１３には、レーザ距離計１１の出力（距離測定値）が、ＰＬＧ１２の出力に基づいて所定のサンプリングレートＳ毎に取り込まれる。ここで、サンプリングレートＳは、整流子面の外形全周をＮ分割し、各分割点毎（すなわち、３６０°／Ｎの位相毎）にレーザ距離計１１の出力を取り込むとすれば、下記の式（１）で計算される値となる。
Ｓ［sec］＝６０／Ｒ×１／Ｎ ・・・（１）
ただし、Ｒ［rpm］は整流子の回転速度を意味する。
なお、整流子２を構成する整流子片の個数は通常１００〜２００個であるため、Ｎの値も整流子片の個数に合わせた１００〜２００程度に設定するのが好ましい。

信号処理装置１３は、Ｎ個にサンプリングして取り込まれた距離測定値の変動量（変位量）の大小に基づいて整流子面の良否を診断する。より具体的に説明すれば、本実施形態では、距離測定値の上限しきい値Ｌ１及び下限しきい値Ｌ２が予め設定されて信号処理装置１３に記憶されており、信号処理装置１３は、上記のようにして取り込んだ距離測定値の最大値及び最小値がそれぞれしきい値Ｌ１及びＬ２を超えるか否かを判断し、少なくとも最大値及び最小値のいずれか一方がしきい値を超えていれば（最大値がしきい値Ｌ１よりも大きくなる、及び／又は、最小値がしきい値Ｌ２よりも小さくなる）、整流子面が不良（整流子面の外形が真円に沿っていない）と診断する。

以上に説明したように、本実施形態に係る診断装置１は、整流子２が回転している状態において、ブラシ３の整流子との摺接面３１に略直交する方向の変位量を測定する構成であり、当該変位量の大小は、整流子面の外形がどの程度真円から外れているかを示す指標となるため、当該変位量の大小に基づいて整流子面の良否を診断することが可能である。

なお、本実施形態に係る診断装置１は、ブラシ３が整流子２の鉛直上方に摺接する構成の直流電動機に適用するため、レーザ距離計１１から出射されたレーザ光Ｌをブラシ３の表面３２に向けて略鉛直下方に投光する態様としている。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、例えば、ブラシ３が整流子２の水平方向（図１の紙面に垂直な方向）に摺接する構成の直流電動機に適用する場合には、レーザ距離計１１から出射されたレーザ光をブラシ３の表面３２に向けて略水平方向に投光すれば良い。つまり、ブラシ３の整流子２との摺接面３１に略直交する方向の変位量を測定し得るように、ブラシ３の取付位置に応じてレーザ距離計１１のレーザ光出射方向を決定すれば良い。

また、本実施形態では、汎用のパーソナルコンピュータから構成される信号処理装置１３が、入出力インタフェースを介してレーザ距離計１１及びＰＬＧ１２に直接接続される構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、直流電動機の傍に耐電磁ノイズ特性に優れたデータロガーを配設し、当該データロガーにＰＬＧ１２及びレーザ距離計１１の出力をいったん記録した後、当該データロガーに記録されたデータを直流電動機からの電磁ノイズが問題とならない程度に離間して配設されたパーソナルコンピュータから構成される信号処理装置１３で読み込んで、前述したのと同様の処理を施す態様を採用することも可能である。

さらに、本実施形態では、距離測定値の最大値及び最小値がそれぞれ上限しきい値Ｌ１及び下限しきい値Ｌ２を超えるか否かによって整流子面の良否を診断する構成について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、距離測定値の最大値と最小値の差が予め定めた基準値を超えるか否かによって整流子面の良否を診断するように構成することも可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る直流電動機の整流子診断装置の概略構成を示す図である。 図２は、図１に示す信号処理装置における整流子面の良否の診断ロジックを説明するための説明図である。 図３は、正常な整流子の配設状態を説明するための説明図である。

符号の説明

１・・・診断装置
１１・・・レーザ距離計（変位量測定装置）
１２・・・ＰＬＧ（回転位相検出装置）
１３・・・信号処理装置
２・・・整流子
３・・・ブラシ
４・・・電機子

Claims (3)

1. 整流子と当該整流子に摺接して電流を供給するブラシとを具備する直流電動機の整流子診断方法であって、
   前記整流子が回転している状態において、前記ブラシの前記整流子との摺接面に略直交する方向の変位量を測定し、当該変位量の大小に基づいて整流子面の良否を診断することを特徴とする直流電動機の整流子診断方法。
2. 整流子と当該整流子に摺接して電流を供給するブラシとを具備する直流電動機の整流子診断装置であって、
   前記ブラシの前記整流子との摺接面に対向する表面の変位量を測定する変位量測定装置と、
   前記整流子の回転位相を検出する回転位相検出装置と、
   前記回転位相検出装置で検出した所定の回転位相毎に前記変位量測定装置で測定した変位量を取り込み、当該取り込んだ変位量の大小に基づいて整流子面の良否を診断する信号処理装置と、
   を備えることを特徴とする直流電動機の整流子診断装置。
3. 前記変位量測定装置は、レーザ距離計であることを特徴とする請求項２に記載の直流電動機の整流子診断装置。

Images