JPH0349551A - 直流機の固定子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直流機に係り、特に、圧延機などに使用される
大形直流電動機の整流特性を改善するための固定子の構
造に関する。

〔従来の技術〕

直流機には古くから回転速度の増加に対して無火花帯位
置が減磁側へ移動する無火花帯の移動現象があり、この
対策として、回転速度に対して補極分路電流を調整する
方式や、別電源を用いて補極磁束を調整する方式等が用
いられている。しかし、これらの方式は直流機本体以外
に整流補償技置を付加する必要があるため、高価となる
。そこで、直流磯本体の内部構造をわずかに改造するだ
けで対策し得るものとして特開昭６２　−　７１４６３
号公報に示すものが提案されている。

この方式を第５図及び第６図に基づいて説明する。

第５図は直．Ａ機の要部展開図である。継鉄上の内周に
は界磁極２と補極３とが設けられている。

界磁極２は界磁鉄心４と磁極片４Ａおよび界磁巻ｖＡ５
とで形成され、固定子内部で回転する電曲子６の電機子
巻線７に主磁束を与える役目をし、補極３は補極鉄心８
と補極巻線９とから形或され、電機子巻線７を流れる電
流が反転する整流現亀峙に整流起電力を発生させるため
の補園磁束を与える役目をしている。また、界磁極２と
ｒ１ｌｉ極３との間には補極鉄心８の電機子６側の近傍
の０１ｑ面と磁極片４Ａの側面とを短絡する短絡鉄心ｔ
ｏ（１．ＯＡ，？０Ｂ）が設けられている。このような
構戊の直流機における低速運転時、および、高速運転時
の動作を第６図（イ），（口）に示す。これらの図にお
いて、φＨＰ（φＨＰ■，φＭＰ２）は主磁束、φ＋ｐ
（φＩＰＩ〜φＩＰ３）は補極磁束，φＩ＾（φＩＡＩ
　，φ■＾２）は整流補償用補極磁束である。同図（イ
）の低速運転時では強め界磁であるため、主磁束φＭＰ
Ｉ　が大となり、界磁鉄心４と継鉄１との磁束密度が高
く，磁気的に飽和した状態となるので、短絡鉄心↓ＯＢ
を通して漏れる漏洩補極磁束はφＩＰＩのみとなり，残
りのφ！Ｐ２，φＩＰ３は電機子側６へ入射して整流起
電力を発生するための整流補償用補極磁束φ■＾１とな
る。また、同図（口）の高速運転時では弱め界磁である
から主磁束φＭｐｚが小となり、界磁鉄心４と継鉄工と
の磁束密度が低く、磁気的に飽和していない状態となる
ので、短絡鉄心１０Ｂを介して補極磁束φＩＰが界磁鉄
心４へ漏れ易くなり、補極磁束φＩＰＩ　，φＩＰ２が
界磁鉄心４への漏洩補極磁束となり、補極磁束φＩＰ３
が電機子６へ入射して整流補償用補極磁束φＩ＾２とな
る。このように、電機子６へ入射する整流袖償用補極磁
束旦が高速運転時に低速運転時より小さくなるので、焦
火花帯の移動現象を防止することができる。

従来装置において、短絡鉄心に発生する磁２叫引力を第
４図（イ），（口）で説明する。

第４図（イ）は短絡鉄心１ｏを補極鉄心８の中心線に対
して直交するように設け、かつ、短絡鉄心１０と磁極片
４Ａとの間にギャップを設け、短絡鉄心↓Ｏの端面と磁
極片４Ａの側面とを平行に形成したものである。このよ
うな構成において、短絡鉄心１０Ｂを介して漏洩補極磁
束が流通すると短絡鉄心１０Ｂと磁極片４Ａとの間に磁
気吸引力Ｆ”ｏが作用する。この磁気吸引力Ｆｏはギャ
ップの磁束密度Ｂｑの自乗に比例し、かつ、磁束密度Ｂ
Ｏが相当大きくなるので、磁気吸引力Ｆｏが非常に大き
くなる（磁気吸引力は約５００ｋｇにもなる）。

第４図（口）は磁気吸引力Ｆｏの方向を示し、磁気吸引
力ＦｏはＦ１とＦ２に分解できる。この磁気吸引力Ｆｌ
は短絡鉄心１０Ｂの取付部Ａに対して引張力となり、磁
気吸引力Ｆ２は短絡鉄心１０Ｂの取付部Ａに対して曲げ
力として作用する。ここで、正逆回転，カ行，回生制動
運転を行う，いわゆる、四象限運転される直流機に短絡
鉄心を適用した場合には、負荷電流の急変，あるいは、
界磁電流の変化が頻繁に起るので、短絡鉄心の取付け部
Ａには繰り返しの引張、及び、曲げ応力が加わり、短絡
鉄心自体の機械的強度が問題となる。

短絡鉄心自体の機械的強度を十分確保するためには、単
に短絡鉄心の厚みを増せば良いが，短絡鉄心の厚みを増
すと漏洩補極磁束も増加し，無火花帯移動現象の補償量
を最適に設定できｒＢい問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は短絡鉄心１０の具体的構戊については考
慮されておらず、かつ、界磁鉄心４の磁極片４Ａの側面
と短絡鉄心１０との間にギャップを設けた場合、漏洩補
極磁束が短絡鉄心１０を通過すると、短絡鉄心４と磁極
片４Ａとの間で磁気吸引力が働き、この磁気吸引力がギ
ャップ部の磁東密度の自乗に比例することから、短絡鉄
心１０を講く設定したい場合には短絡鉄心１０の機械的
強度が問題になることを見い出した。

本発明の目的は磁気吸引力に十分耐え得る短絡鉄心構造
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため，本発明は短絡鉄心の漏洩補極
磁束の流通断面積を、補極鉄心側と界磁鉄心・の磁極片
側とで変え、かつ、補極鉄心側の流通断面積を磁極片側
の流通断面積より大きくしたことを特徴とする。また、
短銘鉄心を補極鉄心の中心線と非直交で、かつ、界磁鉄
心の磁極ノ′１−の側面に対して直交するように設けた
ことを特徴とする。さらに、短絡鉄心を補極鉄心の軸方
向に対して少なくとも二分割したことを特徴とする。

〔作用〕

短絡鉄心の補極鉄心側の断面積を界磁鉄心の磁極片側の
断面積より大きくしているので、短絡鉄心の補極鉄心側
に繰り返し曲げ及び引張応力がかかつても機械的強度を
十分に保つことができ、かつ、必要な短絡鉄心の流通断
面積を界磁鉄心の磁極片側で規定できる。また、短絡鉄
心を補極鉄心の中心線と非直交で、かつ、界磁鉄心の磁
極片の側面に対して直交するように設けた場合は、短絡
鉄心には引張応力のみが加わるようになるので、短絡鉄
心の機械的強度を十分確保できる。さらに、短絡鉄心を
補極鉄心の軸方向に対して、少なくとも二分割して設け
た場合は、必要な漏洩補極磁束量に対する流通断面積を
確保すると共に、短絡鉄心の淳み（電機子の径方向の厚
み）を大きく設定できるので、短絡鉄，乙・の機械的強
度を十分確保することができる。

〔実施例〕

第１図ないし第３図は本発明の一実旅例に係る直流機の
要部展開図である。ここで、各符号は従来と同じである
ので説明を省略する。

第１図（イ）は短絡鉄心１０の漏洩補極磁束の流通断面
積を、界磁鉄心４の磁極片４Ａ側から補極鉄心８側に向
かって徐々に大きくしたものである。

このような短絡鉄心の構造では、漏洩補極磁束を短絡鉄
心１０の先端側で規定できるので、無火花帯移動現象の
補償量を最適に設定できる。また，補極鉄心８側の短絡
鉄心１０の流通断面積を大きくしているので、短絡鉄心
１０の取付部Ａに作用する引張、及び、曲げ応力に対し
、機械的強度を十分確保することができる。

第１図（口）は短絡鉄心１０の漏洩補極磁束の流通断面
積を、界磁鉄心４の磁極片４Ａ側より補極鉄心８側を段
階的に大きくしたものである。このような短絡鉄心の構
造において、漏洩補極磁束を短絡鉄心１ｏの先端側で規
定できるので、無火花帯移動現象の補償量を最適に設定
できる。また、補極鉄心８側の短絡鉄心１０の流通断面
積を大きく、かつ、短終鉄心１０の流通断面積が小さい
部分の周方向長さを短くしているので、短絡鉄心１０の
断面積を段階的に変化させた部分Ｂ及び短絡鉄心１０の
取付部Ａに作用する引張、及び、曲げ応力に対し、機械
的強度を十分確保できる効果がある。

また、第２図は短絡鉄心１０を補極鉄心８の中心線と非
直交で、かつ、界磁鉄心４の磁極片４Ａの側面に対し直
交するように設けたものである。

このような短絡鉄心１０の構成において、短絡鉄心１０
と磁極片４Ａの側面とが直交しているので、この短絡鉄
心１０と磁極片４Ａ間に磁気吸引力が作用した場合、短
絡鉄心１０の取付部Ａには引張力のみが作用することに
なる。この結果、短絡鉄心１０の取付部Ａは、引張応力
のみに十分耐え得る構或にすれば良いことから、機械的
強度を十分に確保することができる。

さらに、第３図（イ）は短絡鉄心１０に非磁性の支持部
材１１を溶接等によって固着し、この支持部材１１を取
付ボルト１２によって補極鉄心８の側面に固定すること
により、短絡鉄心↓０を補極鉄心８の側面に設けるよう
にしたものである。第３図（ロ）は電機子６側から補極
鉄心８の下部を見た場合を示し，補極鉄心８への短絡鉄
心１０（一例として、短絡鉄心１０を補極鉄心８、ある
いは、電機子６の軸方向に対して二分割した場合を示し
た）の取付状況を示す。このような短絡鉄心１０の構戒
において、短絡鉄心１０の必要な流通断面積は短絡鉄心
１０を補極鉄心８の軸方向に対して分割すると共に補極
鉄心８の軸方向長さ悲に対して短絡鉄心１０の軸方向長
さ（Ｑ１＋（１２）を調整して決定し，機械的強度上か
ら必要な短絡鉄心１０の厚みＣを決定することにより、
無火花帯移動現象の補償量を最適に設定できると共に短
絡鉄心１０の機械的強度を十分に確保できる効果がある
。また、短絡鉄心１０を二分割したことにより、短終鉄
心１０の単体重量が減少するので、補極３回りの組立性
が向上すると共に，短絡鉄心１０に非磁性の支持部材１
１を溶接する場合、短絡鉄心１０の軸長方向の寸法が長
いと溶接により短絡鉄心ｌＯ自体が湾曲して機械的寸法
精度が出ないのに対し、短絡鉄心１０の軸方向寸法が短
いと溶接時の湾曲が小さくなって機械的寸法精度が向上
することから，生産性が向上する効果もある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、短絡鉄心の補極鉄心側の流通断面積を
界磁鉄心の磁極片側の流通断面積より大きくしているの
で、短絡鉄心の機械的強度を十分に確保することができ
、無火花帯移動現象の補償量を最適に設定できる効果が
ある。また、短銘鉄心を補極鉄心の軸方向に対して分割
することにより、短絡鉄心の機械的強度を十分確保し、
無火花帯移動現象の補償量を最適に設定することができ
、補極回りの生産性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例に係る短絡鉄心
を設けた直流機の要部の正面図、第４図は短絡鉄心に作
用する磁気吸引力の説明図、第５図は従来の直流機の要
部の展開図、第６図は第５図に示した直流機の低速運転
時と高速運転時の動作説明図である。 ■・・・継鉄、２・・・界磁極、３・・・補極、４・・
・界磁鉄心、５・・・界磁巻線、６・・・電機子、７・
・・電機子巻線、８・・・補極鉄心、９・・・補極巻線
、１０・・・短絡鉄心、第 １ 図 第２図 ８ 第３図 第４図 第５図 ＼一−〜／ ／Ｏ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転する電機子と、前記電機子に対向して配置され
   た固定子とを備え、前記固定子は、継鉄の内周側に取付
   けられ、かつ、界磁鉄心及び界磁巻線からなる複数の界
   磁極と、前記界磁極間の前記継鉄の内周側に取付けられ
   かつ補極鉄心及び補極巻線からなる複数の補極から構成
   され、前記界磁鉄心と前記補極鉄心の間で、前記界磁巻
   線及び前記補極巻線より前記電機子側に片寄つた位置に
   おいて、ほぼ周方向に延在し、かつ、漏洩補極磁束を流
   通させる磁気的な短絡鉄心を設ける直流機において、 前記短絡鉄心の漏洩補極磁束の流通断面積を周方向に対
   して異ならせたことを特徴とする直流機の固定子。 ２、請求項１において、前記短絡鉄心の前記補極鉄心側
   の流通断面積を前記界磁鉄心側の流通断面積より大きく
   したことを特徴とする直流機の固定子。 ３、回転する電機子と、前記電機子に対向して配置され
   た固定子とを備え、前記固定子は、継鉄の内周側に取付
   けられ、かつ、界磁鉄心及び界磁巻線からなる複数の界
   磁極と、これらの前記界磁極間の前記継鉄の内周側に取
   付けられかつ補極鉄心及び補極巻線からなる複数の補極
   から構成され、前記界磁鉄心と前記補極鉄心の間で、前
   記界磁巻線及び前記補極巻線より前記電機子側に片寄つ
   た位置においてほぼ周方向に延在し、かつ漏洩補極磁束
   を流通させる磁気的な短絡鉄心を設ける直流機において
   、 前記短絡鉄心を前記補極鉄心の中心線と非直交で、かつ
   、前記界磁鉄心の磁極片の側面に対して直交するように
   設けたことを特徴とする直流機の固定子。 ４、回転する電機子と、この電機子に対向配置された固
   定子とを備え、前記固定子は、継鉄の内周側に取付けら
   れ、かつ、界磁鉄心及び界磁巻線からなる複数の界磁極
   と、これらの前記界磁極間の前記継鉄の内周側に取付け
   られかつ補極鉄心及び補極巻線からなる複数の補極から
   構成され、前記界磁鉄心と前記補極鉄心の間で、前記界
   磁巻線及び前記補極巻線より前記電機子側に片寄つた位
   置で、ほぼ、周方向に延在し、かつ漏洩補極磁束を流通
   させる磁気的な短絡鉄心を設ける直流機において、 前記短絡鉄心を前記電機子の軸方向に少なくとも二分割
   したことを特徴とする直流機の固定子。