JP2019054575A

JP2019054575A - 電機摺動部品の火花検知装置、電機摺動部品の火花検知方法、電機摺動部品の火花防止方法、電機摺動部品の摺動異常検知装置、および電機摺動部品の摺動異常検知方法

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Publication number: JP2019054575A
Application number: JP2017175578A
Authority: JP
Inventors: 柳田　憲史; Norifumi Yanagida; 憲史柳田
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2019-04-04
Also published as: AU2018222964A1; US20190079118A1; CA3015819A1; EP3457150A1

Abstract

【課題】摺動通電機構を有する電機において、摺動通電部に発生する火花を早期に精度良く検知し、電機の計画外停止の回避と安定稼働が可能な電機摺動部品の火花検知装置、火花検知方法を提供する。【解決手段】電機摺動部品の火花検知装置であって、静止体と、前記静止体と摺動接触しながら通電する摺動体と、特定帯域の電圧信号を選択的に通過させる周波数フィルタと、前記周波数フィルタを介して前記静止体と電気的に接続される電圧計と、前記静止体と前記摺動体の摺動界面の火花発生の有無を判定する摺動状態検出装置と、を備え、前記電圧計により検知した電圧信号が所定の閾値を超えた場合、火花発生と判定することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、摺動通電機構を有する電機の構造に係り、特に、摺動通電部の火花検知に適用して有効な技術に関する。

異なる二つの電気部品が互いに接触し、その電気部品間で通電しながら摺動する、いわゆる摺動通電機構は、鉄道のトロリ線とパンタグラフ、回転電機のブラシとスリップリング（コレクタリング）などに代表されるように、多岐の分野において様々な製品に広く用いられている。このような摺動通電機構では摺動により電気部品が次第に摩耗していくため、点検や交換といった保守作業が欠かせない。

しかしながら、電気部品の摩耗状態は電気機器の運転条件や周囲の環境条件によって変化し、個々の部品に流れる電流が異なり部品毎の摩耗速度が異なるため、点検漏れが摺動通電機構の機能停止、ひいては電気機器の計画外停止などの重大事故の発生につながる恐れがある。そこで、摺動通電機構を有する電気部品の摺動状態監視および異常検知技術が過去提案されている。

本技術分野の従来技術として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１には、ブラシ温度・電流・電圧や回転子トルクを計測し、回転体とブラシの接触不良が生じた際にブラシの押圧力を高めて接触状態を良好に維持する構成が記載されている。

特開２０１６−８６４８９号公報

発電機や電動機などの回転電機に使用されるブラシとスリップリングは、互いに接触摺動通電している。しかし、例えばタービン発電機の場合、運転途中に偏心や軸振動の発生、もしくは湿度や塵埃などの周囲環境が変化すると摺動界面において火花が発生し、ひいてはブラシ及びスリップリングの交換が必要になる等の計画外機器停止といった重大事故につながる恐れがある。このような事故を未然に防止するには、火花発生を早期に精度良く検知することが望まれる。

上記特許文献１では、金属製回転体（スリップリング）とブラシ間の接触不良を検知する手段として、スリップリングの軸のトルクを検知するトルクセンサ、ブラシまたはスリップリングに流れる電流を検知する電流センサ、ブラシの温度を測定する温度センサなどが開示されているが、いずれもスリップリングとブラシ間の接触不良を間接的に検知するものであり、上記のような摺動界面に発生する火花の検知に用いた場合、回転電機の稼働に伴うノイズや火花発生に伴うノイズによる誤検知などが懸念され、正確に検知するのは困難である。

そこで、本発明の目的は、摺動通電機構を有する電機において、摺動通電部に発生する火花を早期に精度良く検知し、さらには摺動異常を検知して通報し、電機の計画外停止の回避と安定稼働が可能な電機摺動部品の火花検知装置、火花検知方法、摺動異常検知装置、および摺動異常検知方法を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、摺動通電機構を有する電機において、摺動通電部での火花の発生を防止し、電機の計画外停止の回避と安定稼働が可能な電機摺動部品の火花防止方法、および摺動異常検知方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、電機摺動部品の火花検知装置であって、静止体と、前記静止体と摺動接触しながら通電する摺動体と、特定帯域の電圧信号を選択的に通過させる周波数フィルタと、前記周波数フィルタを介して前記静止体と電気的に接続される電圧計と、前記静止体と前記摺動体の摺動界面の火花発生の有無を判定する摺動状態検出装置と、を備え、前記電圧計により検知した電圧信号が所定の閾値を超えた場合、火花発生と判定することを特徴とする。

また、本発明は、静止体と摺動体を摺動接触させながら通電する摺動通電機構を構成する電機摺動部品の火花検知方法であって、周波数フィルタを介して前記静止体の特定帯域の電圧信号を選択的に検知し、当該検知した電圧信号が所定の閾値を超えた場合、火花発生と判定することを特徴とする。

また、本発明は、上記の電機摺動部品の火花検知方法を用いる電機摺動部品の火花防止方法であって、火花発生と判定した場合、前記静止体の前記摺動体に対する押圧力を調整することで火花の発生を防止することを特徴とする。

また、本発明は、上記の電機摺動部品の火花検知装置を備える電機摺動部品の摺動異常検知装置であって、前記摺動状態検出装置は、所定時間内における火花発生の有無および火花発生回数に基づき、前記電機摺動部品の摺動状態を判定する機能を有することを特徴とする。

また、本発明は、上記の電機摺動部品の火花検知方法を用いる電機摺動部品の摺動異常検知方法であって、所定時間内における火花発生の有無および火花発生回数に基づき、前記電機摺動部品の摺動状態を判定することを特徴とする。

本発明によれば、摺動通電機構を有する電機において、摺動通電部に発生する火花を早期に精度良く検知し、電機の計画外停止の回避と安定稼働が可能な電機摺動部品の火花検知装置、火花検知方法を実現できる。

また、摺動通電機構を有する電機において、摺動通電部での火花の発生を防止し、電機の計画外停止の回避と安定稼働が可能な電機摺動部品の火花防止方法を実現できる。

また、所定時間内における火花発生の有無および火花発生回数に基づき、電機摺動部品の摺動状態を判定することで、極めて早期での摺動異常検知と異常防止・対策を図ることができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る火花検知装置を示す図である。（実施例１）本発明の一実施形態に係る火花検知装置を示す図である。（実施例２）本発明の一実施形態に係る火花検知装置を示す図である。（実施例３）本発明の一実施形態に係る火花検知装置を示す図である。（実施例４）本発明の一実施形態に係る火花検知装置を示す図である。（実施例５）本発明の一実施形態に係る火花検知装置を示す図である。（実施例６）本発明の一実施形態に係る火花検知装置を示す図である。（実施例７）本発明の一実施形態に係る火花検知装置を示す図である。（実施例８）代表的な回転電機の概略構成を示す図である。図９におけるＡ−Ａ’部断面図である。本発明の一実施形態に係る摺動異常検知装置を示す図である。（実施例９）

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

先ず、図９および図１０を参照して、本発明の対象となる摺動通電機構を有する電機について説明する。図９は代表的な回転電機の概略構成を示す図であり、ここでは発電機や電動機などの回転電機を想定している。図１０は図９におけるＡ−Ａ’部の断面を示している。

なお、本発明の適用範囲は回転電機に限定されず、例えば冒頭で述べた鉄道のトロリ線とパンタグラフのような直線的に摺動する摺動通電機構を有する電機も含まれる。そこで、本明細書中では、スリップリングおよびブラシをそれぞれ摺動体、静止体とも呼ぶこととする。また、いわゆる回転電機の固定子および回転子はこれらの構成と区別するために、それぞれ回転電機固定子、回転電機回転子と呼ぶ。

本発明の対象となる回転電機は、図９に示すように、本体フレーム２０の中に、回転電機回転子２１と、この回転電機回転子２１と所定の間隙を有して対向配置された回転電機固定子２２を備えている。回転電機回転子２１は回転電機回転子巻線３１を備えており、回転電機固定子２２は回転電機固定子巻線３０を備えている。回転電機回転子巻線３１は後述するスリップリング２４と電気的に接続されている。その回転電機回転子２１は、本体フレーム２０から突出する回転軸２９を備えており、この回転軸２９は本体フレーム２０に対して軸受２３により回転可能に支持されている。回転軸２９の一端にはスリップリング２４が取り付けられている。なお、スリップリング２４には、ブラシ２５が全面接触するように螺旋溝（図示せず）が配置されている場合もある。

スリップリング２４にはブラシ２５の保持部材としてブラシホルダ２６が取りつけられている。なお、図１０ではスリップリング２４に４組のブラシ２５とブラシホルダ２６が設けられている例を示している。ブラシホルダ２６は筒状で両端が開放された構造となっており、ブラシ２５のブラシホルダ２６への装着や取り外しが容易な構造となっている。ブラシ２５とブラシホルダ２６の間には隙間が設けられており、ブラシ２５はブラシホルダ２６に対して摺動可能に保持されている。また、ブラシ２５は押圧機構２８によりスリップリング２４に所定の押圧力で押し付けられている。

ブラシ２５およびスリップリング２４は筐体３２内に収納されており、筐体３２には内部の冷却を促しブラシ２５の温度上昇を抑制するために冷却ファン２７が設けられている。図１０の押圧機構２８はブラシ２５が摩耗しても押圧力が変化しない様、定荷重の巻きバネを使用した例を示しており、ブラシホルダ２６の側面で固定されている。なお、押圧機構２８には図１０のような巻きバネ以外にコイルバネ等を使用する場合もある。また、押圧機構２８によるブラシ２５の押圧力を高めるために補助バネを付加的に設ける場合もある。

次に、図１を参照して、実施例１の電機摺動部品の火花検知装置および火花検知方法、火花防止方法について説明する。本実施例では、摺動通電機構の異なる電気部品の組み合わせとして、スリップリング（摺動体）１とブラシ（静止体）２を用いている。なお、異なる電気部品の組み合わせとしては、他分野として鉄道のトロリ線とパンタグラフや、開閉器の固定子と可動子としても本発明を適用することができる。

図１に示すように、本実施例の回転電機の摺動通電機構では、スリップリング（摺動体）１の表面に電流通電用のブラシ（静止体）２が４個接触し、ブラシ２とスリップリング１が通電しながら回転摺動している。ブラシ２はブラシホルダ５で保持されている。なお、ブラシホルダ５には取っ手３が設けられており、取っ手３を使ってブラシホルダ５を着脱することにより４個のブラシ２を同時に交換可能な構造となっている。ブラシ２の一端（スリップリング１との摺動面の反対側の端部）には通電用のリード線４が接続されている。

ここで、各ブラシ２のリード線４に周波数フィルタ６と電圧計７を電気的に接続する。ブラシ２の一端（スリップリング１との摺動面の反対側の端部）に周波数フィルタ６を介して電圧計７を設ける。スリップリング１とブラシ２の摺動界面で発生するアーク放電（火花放電）電圧はパルス状であり、パルス幅は0.1ms〜数ms程度、パルス高さ（電圧波高）は10V〜20V程度である。周波数フィルタ６は、特定帯域の電圧信号を選択的に通過させる、いわゆるバンドパスフィルタである。

周波数フィルタ６の通過帯域は、図１に示すように、例えばf₁=1kHzからf₂=10kHzとする。周波数フィルタ６をフィルタリングされずに通過した電圧を電圧計７で計測し、摺動状態検出装置８に送信する。摺動状態検出装置８では、各ブラシ２の電圧時刻歴波形を読み込む。摺動状態検出装置８は、入力される信号に基づいてスリップリング１とブラシ２の摺動界面の火花発生の有無を判定する機能や、火花発生と判定した場合に、火花検知を外部へ通報する報知機能を備えている。

そして、電圧信号Vが、例えば閾値V_s=5Vを超えた（V＞V_s）ブラシについては、火花検知通報を発する。作業者は火花検知通報を受けて、当該ブラシ２を含むブラシホルダ５を取っ手３を使ってスリップリング１から取り外し、元来ブラシホルダ５に備えられている本バネ９を高剛性のものに交換もしくは補助バネ１０を追加する等して、ブラシバネ圧、すなわちスリップリング１に対するブラシ２の押圧力を調整する。その後、ブラシホルダ５ごとスリップリング１に再度取り付ける。

上述したように、本実施例の電機摺動部品の火花検知装置は、異なる二つの電気部品が互いを通電しながら摺動する回転電機において、火花すなわちアーク放電を検出するため、特定帯域のみを通過する周波数フィルタ６（バンドパスフィルタ）と電圧計７を各ブラシ２に備え、かつ電圧値が設定閾値（V_s）を超えた場合に火花発生を検知する摺動状態検出装置８を備える。

なお、ブラシ電圧に重畳する外部因子（ノイズ）としては、回転電機の回転周期（例えば回転速度が3,000rpmならば20ms）で振動する電圧揺動や絶縁物の部分放電に起因する電磁波（数100MHz〜数GHz程度）が存在する。

そこで本実施例では、上記の重畳因子（重畳する外部因子）を除きアーク放電帯域のみの電圧（電圧信号）を通過させる、例えば1kHz〜10kHzのバンドパスフィルタ（周波数フィルタ６）を介して電圧計７でブラシ電圧Vを計測する。そして、ブラシ電圧Vが例えば閾値V_s=5Vを超えた場合に、摺動状態検出装置８が特定のブラシ２で火花を検知した通報を発する。この時、火花が発生したブラシ２を保持するブラシホルダ５に備えたブラシ押付用バネ（本バネ９）を剛性の高いバネに交換するか、補助的なバネ（補助バネ１０）を付加することによりスリップリング１へのブラシ押圧を高め、火花が発生しない状態に戻す。

本発明によれば、火花発生を早期に精度良く検知することが可能となり、スリップリングやコレクタリング、ブラシといった摺動通電部品の劣化防止に向けた迅速な対処、ひいては回転電機の運転寿命向上（安定稼働）と計画外停止の未然防止を実現できる。

図２を参照して、実施例２の電機摺動部品の火花検知装置および火花検知方法、火花防止方法について説明する。本実施例の火花検知装置は、図２に示すように、実施例１の構成に加えてブラシ２毎に光電子増倍管１１を備える点において、実施例１の火花検知装置とは異なる。火花（アーク放電）の発光を検知する光電子増倍管１１をブラシホルダ５の摺動界面近傍にブラシ２毎に備え、周波数フィルタ６を介した電圧計７による火花（アーク放電）の電圧Vの検知に併せて発光信号Pも計測し、摺動状態検出装置８に送信する。

そして、摺動状態検出装置８において、V＞V_sかつP＞P_s（P_s：所定の閾値）となったブラシ２については、火花検知通報を発する。その後のブラシホルダ５の脱着とブラシバネ圧調整（スリップリング１に対するブラシ２の押圧力の調整）は、実施例１で述べた方法と同様である。

上述したように、本実施例の電機摺動部品の火花検知装置は、実施例１の構成に加え、ブラシ２毎に光電子増倍管１１をブラシホルダ５の摺動界面近傍に備え、電圧Vの検知に併せて発光信号Pも検知する。そして、摺動状態検出装置８にて発光信号閾値P_sを設定しておき、V＞V_sかつP＞P_sの場合に火花検知通報を発する。

本実施例によれば、電圧信号Vと発光信号Pの両者で火花（アーク放電）を検知することで火花発生の検出精度がさらに向上する。

なお、本実施例は、電圧信号Vと発光信号Pの両方が必ずしも同期して発生する場合に限定されず、電圧信号Vが発生した時刻の前後の所定の期間内に発光信号Pが発生するような場合も発明の範囲に含まれる。電圧信号Vと発光信号Pは、それらの性質上、進行速度や検知速度が異なる場合があるためである。これ以降の実施例についても同様である。

図３を参照して、実施例３の電機摺動部品の火花検知装置および火花検知方法、火花防止方法について説明する。本実施例の火花検知装置は、図３に示すように、実施例１の構成に加えてブラシ２毎に電磁波アンテナ１２を備える点において、実施例１の火花検知装置とは異なる。本実施例では、実施例２で述べた光電子増倍管１１に替えて、ループアンテナやダイポールアンテナなどの電磁波アンテナ１２を用いる。火花（アーク放電）の発生に伴い放出される電磁波を検知する電磁波アンテナ１２をブラシホルダ５の摺動界面近傍にブラシ２毎に備え、周波数フィルタ６を介した電圧計７による火花（アーク放電）の電圧Vの検知に併せて電磁波信号Eも計測し、摺動状態検出装置８に送信する。

そして、摺動状態検出装置８において、V＞V_sかつE＞E_s（E_s：所定の閾値）となったブラシ２については、火花検知通報を発する。その後のブラシホルダ５の脱着とブラシバネ圧調整（スリップリング１に対するブラシ２の押圧力の調整）は、実施例１で述べた方法と同様である。

上述したように、本実施例の電機摺動部品の火花検知装置は、実施例１の構成に加え、ブラシ２毎に電磁波アンテナ１２をブラシホルダ５の摺動界面近傍に備え、電圧Vの検知に併せて電磁波信号Eも検知する。そして、摺動状態検出装置８にて電磁波信号閾値E_sを設定しておき、V＞V_sかつE＞E_sの場合に火花検知通報を発する。

本実施例によれば、電圧信号Vと電磁波信号Eの両者で火花（アーク放電）を検知することで火花発生の検出精度がさらに向上する。また、検出手段を光電子増倍管から電磁波アンテナに代替することで検出構成が実施例２に比べて安価となる。

図４を参照して、実施例４の電機摺動部品の火花検知装置および火花検知方法、火花防止方法について説明する。本実施例の火花検知装置は、図４に示すように、実施例２の構成に加えてブラシ２毎に電流計１３を備える点において、実施例２の火花検知装置とは異なる。サージ電流のような火花（アーク放電）の発生に伴う電流の変化（電流値の増減）を検知する電流計１３をブラシ２の一端と周波数フィルタ６の間のリード線４に接続して、周波数フィルタ６を介した電圧計７による火花（アーク放電）の電圧Vの検知、光電子増倍管１１による発光信号Pの検知に併せて電流信号Iも計測し、摺動状態検出装置８に送信する。

そして、摺動状態検出装置８において、V＞V_sかつP＞P_sかつ「I＞I_s1またはI＜I_s2」（I_s1：所定の上限の閾値，I_s2：所定の下限の閾値）となったブラシ２については、火花検知通報を発する。その後のブラシホルダ５の脱着とブラシバネ圧調整（スリップリング１に対するブラシ２の押圧力の調整）は、実施例１で述べた方法と同様である。

上述したように、本実施例の電機摺動部品の火花検知装置は、実施例２の構成に加え、電流計１３をブラシ２毎に備え、併せて電流信号Iも検知する。そして、摺動状態検出装置８にて電流信号閾値を上限I_s1と下限I_s2に設定しておき、V＞V_sかつP＞P_sに加え、「I＞I_s1またはI＜I_s2」の場合に火花検知通報を発する。

ここで、電流信号閾値に上限（I_s1）と下限（I_s2）を設定する理由を説明する。特定のブラシ２に過大な電流が流れている場合（I＞I_s1の場合）、ブラシ２の温度（摺動界面温度）が上昇し、火花発生のリスクが高くなる。一方、特定のブラシ２に過小な電流が流れている場合（I＜I_s2の場合）、スリップリング１に対するブラシ２の振動（チャタリング）の発生や、スリップリング１とブラシ２間の真実接触点（通電点）が確保されていないことによる接触不安定により、火花発生のリスクが高くなるためである。

本実施例によれば、電圧信号Vと発光信号Pに加え、電流信号Iを検知することで火花発生の検出精度がさらに向上する。

図５を参照して、実施例５の電機摺動部品の火花検知装置および火花検知方法、火花防止方法について説明する。本実施例の火花検知装置は、図５に示すように、実施例２の構成に加えてブラシ２毎に温度計１４を備える点において、実施例２の火花検知装置とは異なる。本実施例では、実施例４で述べた電流計１３に替えて、熱電対などの温度計１４を用いる。火花（アーク放電）の発生に伴う摺動界面近傍の温度変化を検知する温度計１４をブラシホルダ５の摺動界面近傍にブラシ２毎に備え、周波数フィルタ６を介した電圧計７による火花（アーク放電）の電圧Vの検知、光電子増倍管１１による発光信号Pの検知に併せて温度信号Tも計測し、摺動状態検出装置８に送信する。

そして、摺動状態検出装置８において、V＞V_sかつP＞P_sかつ「T＞T_s1またはT＜T_s2」となったブラシ２については、火花検知通報を発する。その後のブラシホルダ５の脱着とブラシバネ圧調整（スリップリング１に対するブラシ２の押圧力の調整）は、実施例１で述べた方法と同様である。

上述したように、本実施例の電機摺動部品の火花検知装置は、実施例２の構成に加え、熱電対などの温度計１４をブラシ２毎に備え、併せて温度信号Tも検知する。そして、摺動状態検出装置８にて温度信号閾値を上限T_s1と下限T_s2に設定しておき、V＞V_sかつP＞P_sに加え、「T＞T_s1またはT＜T_s2」の場合に火花検知通報を発する。

ここで、温度信号閾値に上限（T_s1）と下限（T_s2）を設定する理由を説明する。特定のブラシ２の温度が高温の場合（T＞T_s1の場合）、実施例４にて述べたのと同様に、そのブラシ２に過大な電流が流れており、火花発生のリスクが高くなる。一方、特定のブラシ２が低温の場合（T＜T_s2の場合）も同様に、スリップリング１とブラシ２間の真実接触点（通電点）が確保されず電流が流れにくくなり、接触不安定で火花発生のリスクが高くなるためである。

本実施例によれば、電圧信号Vと発光信号Pに加え、温度信号Tを検知することで火花発生の検出精度がさらに向上する。

図６を参照して、実施例６の電機摺動部品の火花検知装置および火花検知方法、火花防止方法について説明する。実施例２の構成では、ブラシ２毎に光電子増倍管１１（図２では４つの光電子増倍管１１）が設けられているのに対し、本実施例の火花検知装置は、図６に示すように、１つの光電子増倍管１１がスライダ１５を介してブラシホルダ５の摺動界面近傍に設けられている点において、実施例２の火花検知装置とは異なる。光電子増倍管１１がブラシホルダ５上においてスライダ等の往復移動機構１５を介して取り付けられており、１つの光電子増倍管１１がブラシホルダ５の側面上を移動しながら複数のブラシ２の設置範囲に跨って往復移動しながら発光信号Pを計測し、摺動状態検出装置８に送信する。

そして、摺動状態検出装置８において、V＞V_sかつP＞P_sとなったブラシ２については、火花検知通報を発する。その後のブラシホルダ５の脱着とブラシバネ圧調整（スリップリング１に対するブラシ２の押圧力の調整）は、実施例１で述べた方法と同様である。

上述したように、本実施例の電機摺動部品の火花検知装置は、実施例２のブラシ２毎に光電子増倍管１１を備える構成に替えて、光電子増倍管１１をブラシホルダ５上において往復移動させるスライダ等の往復移動機構１５を備え、１つの光電子増倍管１１が移動しながら複数のブラシ２に対し発光信号Pを検知する。

本実施例によれば、複数のブラシ２を１つの光電子増倍管１１でまかなうことにより、実施例２の構成に比べて検出構成が安価となる。

なお、スライダ等の往復移動機構１５を介した火花の検知は、火花の検知手段として光電子増倍管１１を用いる場合以外にも、例えば実施例３（図３）で説明した電磁波アンテナ１２を用いる場合などにも適用が可能である。

図７を参照して、実施例７の電機摺動部品の火花検知装置および火花検知方法、火花防止方法について説明する。実施例１の構成では、ブラシ２毎に周波数フィルタ６および電圧計７が接続されているのに対し、本実施例の火花検知装置は、図７に示すように、１組の周波数フィルタ６と電圧計７がスイッチ（リレー）１６を介して複数のブラシ２（ここでは４つのブラシ２）に接続されている点において、実施例１の火花検知装置とは異なる。複数のブラシ２に対し周波数フィルタ６と電圧計７を１つずつとし、ブラシ２のリード線４との間にスイッチ（リレー）１６を備え、周波数フィルタ６とリード線４を順次接続を切り替えて電圧信号Vを計測し、摺動状態検出装置８に送信する。

そして、摺動状態検出装置８において、V＞V_sとなったブラシ２については、火花検知通報を発する。その後のブラシホルダ５の脱着とブラシバネ圧調整（スリップリング１に対するブラシ２の押圧力の調整）は、実施例１で述べた方法と同様である。

上述したように、本実施例の電機摺動部品の火花検知装置は、実施例１のブラシ２毎にそれぞれ周波数フィルタ６および電圧計７を備える構成に替えて、複数のブラシ２に対し周波数フィルタ６と電圧計７を１つずつとし、ブラシ２のリード線４との間にスイッチ（リレー）１６を備え、周波数フィルタ６とリード線４を順次接続を切り替える構成とする。

本実施例によれば、複数のブラシ２を１つの周波数フィルタ６および電圧計７でまかなうことにより、実施例１の構成に比べて検出構成が安価となる。

図８を参照して、実施例８の電機摺動部品の火花検知装置および火花検知方法、火花防止方法について説明する。実施例２の構成では、ブラシ２毎に周波数フィルタ６および電圧計７が接続されているのに対し、本実施例の火花検知装置は、図８に示すように、１組の周波数フィルタ６と電圧計７がスイッチ（リレー）１６を介して複数のブラシ２（ここでは４つのブラシ２）に接続されている点において、実施例２の火花検知装置とは異なる。複数のブラシ２に対し周波数フィルタ６と電圧計７を１つずつとし、ブラシ２のリード線４との間にスイッチ（リレー）１６を備え、周波数フィルタ６とリード線４を順次接続を切り替えて電圧信号Vを計測し、摺動状態検出装置８に送信する。

上述したように、本実施例の電機摺動部品の火花検知装置は、実施例２のブラシ２毎にそれぞれ周波数フィルタ６および電圧計７を備える構成に替えて、複数のブラシ２に対し周波数フィルタ６と電圧計７を１つずつとし、ブラシ２のリード線４との間にスイッチ（リレー）１６を備え、周波数フィルタ６とリード線４を順次接続を切り替える構成とする。

本実施例によれば、複数のブラシ２を１つの周波数フィルタ６および電圧計７でまかなうことにより、実施例２の構成に比べて検出構成が安価となる。

図１１を参照して、実施例９の電機摺動部品の摺動異常検知装置とその検知方法について説明する。本実施例の構成では摺動状態検出装置８に、所定時間T₀内に電圧信号がV＞V_sとなった回数、すなわち閾値V_sを超過した回数をカウントし、その回数に応じて「通報不要」・「注意(要監視)を通報」・「異常(要対策)を通報」のいずれかを選定（判定）する機能を備えている。

ここで、所定時間T₀は、例えばスリップリング１の回転周期を20ms(3000rpm)として、その５回転に相当する100msと設定する。上記の通報選定（通報判定）については、例えば次の３通りに定義する。

１つ目は所定時間T₀で閾値V_sの超過回数NがN≦1(100msで1回以下)の場合で、その火花は摺動界面とは無関係の偶発的なもので異常は無いと判断し、通報は発しない。２つ目は1＜N≦5の場合で、スリップリング１の回転中に振動などに起因するブラシ２との接触不良で定期的に火花が発生し摺動異常の可能性が有ると判断し、注意通報(要監視)を発する。３つ目は5＜Nの場合で、スリップリング１の振動や摺動界面の荒れなどに起因した明らかな火花発生に伴う摺動異常が発生していると判断し、異常通報(要対策)を通報する。要対策の場合は、実施例１にて述べたように、本バネ９を高剛性のものに交換もしくは補助バネ１０を追加する等して、ブラシバネ圧、すなわちスリップリング１に対するブラシ２の押圧力を調整するといった対策を施す。

なお、本実施例（図１１）では、所定時間T₀内の電圧信号のみを検知対象として図示しているが、電圧信号のみならず前述の各実施例のように、発光信号、電磁波信号をT₀内で同時に検知してもよい。それにより摺動異常検知の精度が向上する。

本実施例によれば、極めて早期での摺動異常検知と異常防止・対策を実現でき、回転電機の運転寿命向上（安定稼働）と計画外停止の未然防止に加え、部品交換・修理時期を事前に把握することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…スリップリング（摺動体）、２…ブラシ（静止体）、３…取っ手、４…リード線、５…ブラシホルダ、６…周波数フィルタ、７…電圧計、８…摺動状態検出装置、９…本バネ、１０…補助バネ、１１…光電子増倍管、１２…電磁波アンテナ、１３…電流計、１４…温度計、１５…スライダ（往復移動機構）、１６…スイッチ（リレー）、２０…本体フレーム、２１…回転電機回転子、２２…回転電機固定子、２３…軸受、２４…スリップリング、２５…ブラシ、２６…ブラシホルダ、２７…冷却ファン、２８…押圧機構、２９…回転軸、３０…回転電機固定子巻線、３１…回転電機回転子巻線、３２…筐体。

Claims

電機摺動部品の火花検知装置であって、
静止体と、
前記静止体と摺動接触しながら通電する摺動体と、
特定帯域の電圧信号を選択的に通過させる周波数フィルタと、
前記周波数フィルタを介して前記静止体と電気的に接続される電圧計と、
前記静止体と前記摺動体の摺動界面の火花発生の有無を判定する摺動状態検出装置と、を備え、
前記電圧計により検知した電圧信号が所定の閾値を超えた場合、火花発生と判定することを特徴とする電機摺動部品の火花検知装置。
請求項１に記載の電機摺動部品の火花検知装置であって、
前記静止体と前記摺動体の摺動界面近傍に、火花の発光を検知する発光検知装置を備え、
前記発光検知装置により検知した発光信号が所定の閾値を超え、なおかつ、前記電圧計により検知した電圧信号が所定の閾値を超えた場合、火花発生と判定することを特徴とする電機摺動部品の火花検知装置。
請求項１に記載の電機摺動部品の火花検知装置であって、
前記静止体と前記摺動体の摺動界面近傍に、火花から放出される電磁波を検知する電磁波検知装置を備え、
前記電磁波検知装置により検知した電磁波信号が所定の閾値を超え、なおかつ、前記電圧計により検知した電圧信号が所定の閾値を超えた場合、火花発生と判定することを特徴とする電機摺動部品の火花検知装置。
請求項２に記載の電機摺動部品の火花検知装置であって、
前記静止体と前記周波数フィルタの間に電流計を備え、
前記電流計により検知した電流信号が所定の閾値範囲を超え、なおかつ、前記発光検知装置により検知した発光信号が所定の閾値を超え、なおかつ、前記電圧計により検知した電圧信号が所定の閾値を超えた場合、火花発生と判定することを特徴とする電機摺動部品の火花検知装置。
請求項２に記載の電機摺動部品の火花検知装置であって、
前記静止体と前記摺動体の摺動界面近傍に温度計を備え、
前記温度計により検知した温度信号が所定の閾値範囲を超え、なおかつ、前記発光検知装置により検知した発光信号が所定の閾値を超え、なおかつ、前記電圧計により検知した電圧信号が所定の閾値を超えた場合、火花発生と判定することを特徴とする電機摺動部品の火花検知装置。
請求項２に記載の電機摺動部品の火花検知装置であって、
前記静止体は複数設置され、
前記発光検知装置は、前記複数の静止体の設置範囲に跨り移動可能な往復移動装置に設けられ、
前記複数の静止体の設置範囲を往復移動しながら火花の発光を検知することを特徴とする電機摺動部品の火花検知装置。
請求項３に記載の電機摺動部品の火花検知装置であって、
前記静止体は複数設置され、
前記電磁波検知装置は、前記複数の静止体の設置範囲に跨り移動可能な往復移動装置に設けられ、
前記複数の静止体の設置範囲を往復移動しながら火花から放出される電磁波を検知することを特徴とする電機摺動部品の火花検知装置。
請求項１または２に記載の電機摺動部品の火花検知装置であって、
前記静止体は複数設置され、
前記複数の静止体と前記周波数フィルタの間に、前記複数の静止体の各々と前記周波数フィルタとの電気的接続を切り替えるスイッチを備え、
前記複数の静止体の各々と前記周波数フィルタとの電気的接続が順次切り替わることを特徴とする電機摺動部品の火花検知装置。
請求項１から８のいずれか１項に記載の電機摺動部品の火花検知装置であって、
前記摺動状態検出装置は、火花発生と判定した場合、火花検知を外部へ通報する報知機能を有することを特徴とする電機摺動部品の火花検知装置。
静止体と摺動体を摺動接触させながら通電する摺動通電機構を構成する電機摺動部品の火花検知方法であって、
周波数フィルタを介して前記静止体の特定帯域の電圧信号を選択的に検知し、
当該検知した電圧信号が所定の閾値を超えた場合、火花発生と判定することを特徴とする電機摺動部品の火花検知方法。
請求項１０に記載の電機摺動部品の火花検知方法であって、
前記静止体と前記摺動体の摺動界面近傍の発光を検知し、
当該検知した発光の発光信号が所定の閾値を超え、なおかつ、前記検知した電圧信号が所定の閾値を超えた場合、火花発生と判定することを特徴とする電機摺動部品の火花検知方法。
請求項１０に記載の電機摺動部品の火花検知方法であって、
前記静止体と前記摺動体の摺動界面近傍の電磁波を検知し、
当該検知した電磁波の電磁波信号が所定の閾値を超え、なおかつ、前記検知した電圧信号が所定の閾値を超えた場合、火花発生と判定することを特徴とする電機摺動部品の火花検知方法。
請求項１１に記載の電機摺動部品の火花検知方法であって、
前記静止体に流れる電流を検知し、
当該検知した電流の電流信号が所定の閾値範囲を超え、なおかつ、前記検知した発光信号が所定の閾値を超え、なおかつ、前記検知した電圧信号が所定の閾値を超えた場合、火花発生と判定することを特徴とする電機摺動部品の火花検知方法。
請求項１１に記載の電機摺動部品の火花検知方法であって、
前記静止体と前記摺動体の摺動界面近傍の温度を検知し、
当該検知した温度の温度信号が所定の閾値範囲を超え、なおかつ、前記検知した発光信号が所定の閾値を超え、なおかつ、前記検知した電圧信号が所定の閾値を超えた場合、火花発生と判定することを特徴とする電機摺動部品の火花検知方法。
請求項１１に記載の電機摺動部品の火花検知方法であって、
前記静止体は複数設置され、
発光検知手段が前記複数の静止体の設置範囲に跨り移動可能に設けられ、
前記発光検知手段を前記複数の静止体の設置範囲を往復移動させながら発光を検知することを特徴とする電機摺動部品の火花検知方法。
請求項１２に記載の電機摺動部品の火花検知方法であって、
前記静止体は複数設置され、
電磁波検知手段が前記複数の静止体の設置範囲に跨り移動可能に設けられ、
前記電磁波検知手段を前記複数の静止体の設置範囲を往復移動させながら電磁波を検知することを特徴とする電機摺動部品の火花検知方法。
請求項１０または１１に記載の電機摺動部品の火花検知方法であって、
前記静止体は複数設置され、
前記複数の静止体の各々と前記周波数フィルタとの電気的接続を順次切り替えることを特徴とする電機摺動部品の火花検知方法。
請求項１０から１７のいずれか１項に記載の電機摺動部品の火花検知方法であって、
火花発生と判定した場合、火花検知を外部へ通報することを特徴とする電機摺動部品の火花検知方法。
請求項１０から１８のいずれか１項に記載の電機摺動部品の火花検知方法を用いる電機摺動部品の火花防止方法であって、
火花発生と判定した場合、前記静止体の前記摺動体に対する押圧力を調整することで火花の発生を防止することを特徴とする電機摺動部品の火花防止方法。
請求項１９に記載の電機摺動部品の火花防止方法であって、
前記静止体はバネにより前記摺動体に押圧されており、
火花発生と判定した場合、前記バネを剛性の高いバネに交換することで火花の発生を防止することを特徴とする電機摺動部品の火花防止方法。
請求項１９に記載の電機摺動部品の火花防止方法であって、
火花発生と判定した場合、補助バネを付加することで前記静止体の前記摺動体に対する押圧力を高めて火花の発生を防止することを特徴とする電機摺動部品の火花防止方法。
請求項１から９のいずれか１項に記載の電機摺動部品の火花検知装置を備える電機摺動部品の摺動異常検知装置であって、
前記摺動状態検出装置は、所定時間内における火花発生の有無および火花発生回数に基づき、前記電機摺動部品の摺動状態を判定する機能を有することを特徴とする電機摺動部品の摺動異常検知装置。
請求項１０から１８のいずれか１項に記載の電機摺動部品の火花検知方法を用いる電機摺動部品の摺動異常検知方法であって、
所定時間内における火花発生の有無および火花発生回数に基づき、前記電機摺動部品の摺動状態を判定することを特徴とする電機摺動部品の摺動異常検知方法。