JPH0393448A - 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構造
に関する． 〔従来の技術〕 直流機には古くから回転数の増加に対して無火花帯位置
が減励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，回転数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
整流補償装置を付加する必要があるため高価となる．そ
こで、直流機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
示すものが本発明者等によって提案されている．この方
式を第５図から第７図について説明する．第５図は直流
機の要部展開図である．継鉄１の内周には主極２と補極
３とが設けられている．主極２は主極鉄心４と磁極片４
Ａ、および、界磁巻線５とで形成され、固定子内部で回
転する電機子６の電機子巻線７に主磁束を与する役目を
し、補極３は補極鉄心８と補極巻線９とから形成され，
電機子巻線７を流れる電流が反転する整流現象時に整流
起電力を発生させるための補極磁束を与える役目をして
いる．また、主極２と補極３との間には補極鉄心８の電
機子６側近傍の側面と磁極片４Ａの側面とを磁気的に短
絡する短絡鉄心（以下、磁気ブリッジと呼称）１０　（
ＩＯＡ，ＩＯＢ）が設けられている．このような構或の
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、
φＭＰ　（φＭＰ１ｔ　φＭｐｚ）は主磁束、φＩｐ　
（φＩＰＩＮφ！Ｐ３）は補極磁束，φＸ＾（φ！八ｈ
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φＭＰＩが大
となり、主極鉄心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，磁気ブリッジＩＯＢを通
して漏れる漏洩補極磁束はφＩＰＩのみとなり、残りの
φ伸ｚ，φＩＰ８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φＩＡ１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φｓｐａが小となり、主極鉄心４と継鉄ｌ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，
磁気ブリッジ１０Ｂを介して補極磁束φ神が主極鉄心４
へ漏れ易くなり、補極磁束φＩＰ１＊　φＩＰ２が主極
鉄心への漏洩補極磁束となり、補極磁束φＩＰ３が電機
子６に入射して整流補償用補極磁束φＩＡｚとなる．こ
のように電機子６へ入射する整流補償用補極磁束量が高
速運転時に低速運転時より小さくなるので、無火花帯の
移動現象を防止することができるとしている．しかし、
その後の検討では磁気回路の飽和の有無のみでは漏洩磁
束を大きく変化できないことが明らかとなり、界磁巻線
起磁力、及び、補極巻線起磁によっても左右されること
から、基底回転速度時は界磁起磁力Ａ　Ｔ　ｔ　と補極
起磁力Ａ　Ｔ　ｔ　ｐの関係がＡ　Ｔ　ｔ　＞　Ａ　Ｔ
　ｔ　ｐ　とし、最高回転速度時にはＡ　Ｔ　ｘ　＜　
Ａ　Ｔ　ｔ　ｐ　となるように設定すべきであることが
明らかとなってきた．すなわち、主極と補極の極性が同
極側において基底回転速度時は補極起磁力に対して界磁
起磁力が大きいので、主磁束の一部が磁極片から磁気ブ
リッジを介して補極鉄心に入射し、その入射磁束は補極
ギャップを介して電機子に入射する．逆に、最高回転速
度時は弱め界磁制御を行うので、界磁起磁力が小さくな
って補極起磁力の方が大きくなり、補極磁束の一部が磁
気ブリッジを介して主極鉄心に入射する．この結果，補
極ギャップ磁束は基底回転速度時に対して最高回転速度
時の方を小さくすることができることになる．しかし、
第７図（イ）に示すように漏洩磁束が増加すると補極鉄
心が飽和し、過負荷電流率が約１７０％以上では負荷電
流の増加によって補極ギャップ磁束密度が急激に増加し
てくる．この結果、第７図（口）に示すうに最高回転速
度時の無火花帯が過整流側に曲げられ，Ａ点以上の負荷
電流率でブラシ火花が発生する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では磁気ブリッジの位置を補極鉄心先端近
傍に設けているため，磁気ブリッジを介して補極から主
極、あるいは、主極から補極への漏洩磁束が主極，及び
、補極鉄心の全磁路長を通過する点については配慮がさ
れておらず、過負荷運転では磁気回路が飽和し，補極ギ
ャップ磁束の直線性を維持できない問題があった． 本発明の主たる目的は補極から至極あるいは主極から補
極への漏洩磁束が主極，及び、補極鉄心の全磁路長を通
過することなく一部を通過させることにより、過負荷に
おける補極及び主極の極部飽和領域の磁路長を短縮して
、過負荷運転時の補極ギャップ磁束の直線性を保つ直流
機の固定子を提供することにある． 本発明の他の目的は磁気ブリッジを補極鉄心先端から離
れて取付けるために磁気ブリッジによる磁束分布への影
響を無くすことにある．〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するため，本発明では補極は補極巻線を
径方向で二分割し、分割した空間に補極鉄心に取付ける
磁性材からなる磁気ブリッジを設けて、漏洩磁束が補極
，及び土極鉄心の全磁路長を通過しないで補極鉄心磁路
長の一部、磁気ブリッジ，及び、磁気ブリッジと主極鉄
心間のギャップを介し、主極鉄心の一部を継鉄等を磁気
回路を通過するようにしたものである． 〔作用〕 磁気ブリッジを補極鉄心の先端から離して補極鉄心の径
方向の中央近傍に設けるような構成にする．ブ方，主極
側は磁極片が磁気ブリッジのギャップを介して対応して
いる場合は補極、もしくは，主極漏洩磁束が継鉄側の補
極鉄心から磁気ブリッジとギャップを介し磁極片、それ
から主極鉄心と継鉄を通過する．しかし，磁気ブリッジ
のギヤッブに対応した位置が界磁巻線部に対応する場合
は界磁巻線も径方向に二分割して空間部を設け，この空
間部を磁気ブリッジのギャップにすることができる．ま
た，この空間部に磁性材からなる凸部を設けてもよい．
いずれの場合も，７補極、及び、主極漏洩磁束は補極鉄
心の全磁路長の一部を通過することになるので過負荷電
流も、補極鉄心の飽和度合いを小さくすることができる
ので，過負荷電流における補極磁束の直線性を維持する
ことができ，補極鉄心先端から磁気ブリッジが離れてい
るので磁気ブリッジを設けても磁束分布形状が変化せず
．１１流性能への悪影響をなくすことができる． 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図から第４図により説明
する．第１図は圧延機用主機等である大形直流機の展開
断面図を示す．構成は継鉄の内周に主極２と補極３を設
け，主極２は主極鉄心４と界磁巻ｍ５で構成し，空隙側
の磁極片４Ａには補償巻線４Ｂを配置するスロットを設
けて補償巻線４Ｂを挿入している．補極２は補極鉄心８
と補極巻線９とで構威し，電機子６は構威する電機子鉄
心スロット６Ａに配置している電機子巻線７，及び、ウ
エッジ７Ａで構成し，電機子巻線７は整流子（図示せず
）に接続されている．界磁巻線は回転速度を制御するた
めに，界磁制御回路（図示せず）に接続される．一方、
電機子巻線７と補極巻線９、及び、補償巻線４Ｂは整流
子，ブラシ（図示せず）を介して電機子電圧制御回路（
図示せず）に接続されて電圧制御によって回転速度を制
御して、任意の回転速度を得る構成にしている。

ここで、第１図（イ）の本発明の一実施例は補極の構威
に特徴がある．すなわち、補極鉄心８に磁性材からなる
磁気ブリッジＩＯＡ．ＩＯＢを補極鉄心の径方向の中央
近傍に取付ける構成とする．このため，補極巻線９を９
Ａ，９Ｂに二分割し，その分割した補極巻線９Ａ，９Ｂ
の間に磁性材からなる磁気ブリッジＩＯＡ，ＩＯＢを設
ける．一方，主極２側は磁気ブリッジＩＯＡ，ＩＯＢと
のギャップを介して磁極片４Ａの側面が対応する．また
，第１図（口）は磁気ブリッジＩＯＡ，１０Ｂを，補極
鉄心８の継鉄１側に近づけた場合で、主極２側は主極鉄
心４が対応すべき位置となるので，界磁巻線も５Ａ，５
Ｂに分割し、その分割した界磁巻線５Ａ，５Ｂの空間を
磁気ブリヅシ１０Ａ，ＩＯＨのギャップとするように構
威した場合の本発明の一実施例である． まず，第１図（イ）の構或において，基底回転速度時と
．最高回転速度時の磁束の流れを第２図を用いて説明す
る．−第２図（イ）は基底回転速度時の磁束の流れ、（
口）は最高回転速度時の磁束の流れを示す．第２図（イ
），（口）において、主極と補極の極性が具なる側の補
極漏れ磁束Φ伸２は界磁巻線の起磁力と補極巻線の超磁
力の大きさに対応して流れるが、補極巻線を９Ａ，９Ｂ
に分割しているので，補極巻線９Ｂの起磁力分だけは小
さくなる．一方，主極と補極が同極側でみると、界磁巻
線５の起磁力Ａ　Ｔ　ｘと補極巻線９Ａの起磁力ＡＴＩ
Ｆ’　との関係がＡＴｍ　＞ＡＴｔｐ’となるので、主
磁束の一部であるΦ？Ｈが主極４のａＳ片４Ａから磁気
ブリッジ１０Ａを介して補極鉄心８に入り、電機子側へ
と通過する流れとなる。しかし、（口）の最高回転速度
時は界磁巻線５と補極巻線９Ａの起磁力関係がＡ　Ｔ　
ｘ　’　＜　Ａ　Ｔ　Ｉｐ　’　　となるので補極磁束
の一部であるΦＩＰＩ１が補極鉄心８から磁気ブリッジ
ＩＯＡを介して主極鉄心４の磁極片４Ａに漏れる流れと
なる。このため、補極ギャップにおける補極磁束ΦＩ＾
は（イ）の場合のΦＩＡＩと（口）の場合のΦ！＾２の
関係がΦＩＡＩ＞ΦＩ＾２とすることができる．この場
合も補極巻線を二分割して、その分割した巻線間に磁気
ブリッジを設けているのでＡ　Ｔ　ｘ　とＡ　Ｔ　ｓ　
ｐ　’の関係が最良の点に選ぶことができる。また、補
極鉄心８の全磁路長を磁気ブリッジを介して流れる漏洩
磁束が通るわけではなく、補極巻線９Ａに対応した磁路
長のみを通り，かつ，漏洩磁束の値を左右する補極巻線
起磁力も分割した補極巻線９Ａの起磁力ＡＴＩＰ′のみ
となるので漏洩磁束量の減少と同時に漏洩磁束の通過す
る磁路長が短縮されているので、補極鉄心８を飽和しに
くくすることができる。

第ｔ図は第１図（口）の補極及び主極構造に対する基底
及び最高回転速度時の磁束の流れを示す。

本実施例では補極巻線と主極巻線とを二分割して、その
分割した巻線間に磁性材からなる磁気ブリッジＩＯＡ，
ＩＯＢを補極鉄心８に取付けた場合を示す。ここで、磁
気ブリッジＩＯＡ，ＩＯＢと主極鉄心の間にはギャップ
を設けている．この場合も（イ）の基底回転速度時と（
口）の最高回転速度時における界磁巻線５Ａと補極巻線
９Ａの起磁力Ａ　Ｔ　ｘ＾，ＡＴｔｐ＾の関係は（イ）
の場合にＡ　Ｔ　ｔ＾）　Ａ　Ｔ　ｓ　ｐ＾（口）の場
合にＡ　Ｔ　ｘ＾’　＜　Ａ　Ｔ　ｒｐ＾になるように
設定する．この結果、第２図に示したと同様に、基底回
転速度時は第３図（イ）に示すように磁気ブリッジＩＯ
Ａを通る漏洩磁束ΦＭ２が主極鉄心４が主極鉄心４の側
面からギャップを介して磁気ブリッジＩＯＡに入射し、
その後，補極鉄心８の空隙側と補極ギャップを介して電
機子６に入射する．しかし、最高回転速度時は補極磁束
の一部である漏洩磁束ΦＩＰ３が磁気ブリッジＩＯＡと
ギャップを介して主極鉄心４へ流れるので補極ギャップ
磁束が減少する。すなわち、本実施例においても、基底
回転速度と最高回転速度における補極ギャップ磁束ΦＩ
ＡＩとΦＩＡ２との関係をΦＩ＾１〉Φ！＾２にするこ
とができる．さらに、本実施例では補極巻線９Ａ，９Ｂ
と同様に磁界巻線も５Ａ，５Ｂと分割しているので主極
鉄心４内を通る漏洩磁束の磁路長が短かくてすむ．この
結果，漏洩磁束の通過する主極鉄心４と補極鉄心８の磁
路長を短くできるので飽和がしにくくなり、第４図（イ
）に示す負荷電流ｒｔ，に対する補極ギャップ磁束Φｌ
＾の関係は基底回転速度，最高回転速度時とも２００（
％）以上の負荷電流でも直線性を維持することができ、
（口）に示す無火花帯も負荷電流の増加に対して曲がる
こともなく、過負荷までの無火花運転を達成することが
できる．なお、本実施例は磁気ブリッジをすべて補極鉄
心に取付けた場合について示したが、逆に主極鉄心側に
取付けてもよく、あるいは、補極と主極の両方にギャッ
プを設けて取付けることが可能であることはいうまでも
ない． なお、磁気ブリッジの位置を補極鉄心先端から離したこ
とにより、補極ギャップ磁束分布が磁気ブリッジの影響
を受けなくなり、磁気ブリッジを設けたことによる整流
性能への影響を除去することができる．また、実施例と
して補償巻線付の直流機を示したが、補償巻線を設けな
い直流機でも同様の効果が得られることはいうまでもな
い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、補極あるいは補極と主極の巻線を径方
向で分割し、分割した各々の巻線間に磁性材からなる磁
気ブリッジを設けて，磁気ブリッジを通過する主極から
補極あるいは補極から主極へ漏れる漏洩磁束の磁路長を
短縮することにより、漏洩磁束による磁気飽和の影響を
低減でき、過負荷領域でも補極ギャップ磁束の直線性を
維持し、良好な整流状態を得ることができる．また，磁
気ブリッジを補極鉄心先端から離せる結果、磁気ブリッ
ジを設けたことによる補極ギャップ磁束分布への悪影響
も除去できるので、整流性能の良好な直流機を得ること
ができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の補極に磁気ブリッジを設け
た直流機の要部展開図、第２図は第２図に示した実施例
の基底、及び、最高回転速度時の磁束の流れ説明図、第
３図は第２図に示した実施例の基底、及び、最高回転速
度時の磁束の流れ説明図、第４図は本発明の効果を示す
負荷電流に対する補極ギャップ磁束の結果と無火花帯の
結果説明図、第５図は従来の磁気ブリッジ付直流機の要
部展開図、第６図は第５図に示した直流機の基底及び最
高回転速度時の磁束の流れ説明図、第７図は第５図に示
した直流機の問題点を示す動作説明図である。 １・・・継鉄、２・・・主極、３・・・補極，４・・・
主極鉄心、４Ａ・・・磁極片、５・・・界磁巻線、６・
・・電機子、５Ａ，５Ｂ・・・分割界磁巻線、８・・・
補極鉄心，９・・・補極巻線、９Ａ，９Ｂ・・・分割補
極巻線、ＩＯＡ，ＩＯＢ尾（図 ｑ （ｙ−ノ 負荷電戚ＩＬ（Ｚ） （口） 塔Ｓ図 １０Ａ１０８ ＼一一−２７ ０ （口）

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、環状の継鉄の内周側
   に取付けられ、かつ、主極鉄心及び界磁巻線からなる複
   数の主極の相互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、前記主極鉄心と前記補極鉄心の間で、前記補極巻
   線を径方向に二つの補極巻線部分に分割し、前記補極巻
   線の間に、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磁気ブリッジを設け、漏洩補極磁束
   が少なくとも補極、もしくは、前記主極鉄心のそれぞれ
   の全磁路長の一部を通過させるようにしたことを特徴と
   する直流機の固定子。 ２、請求項１において、 前記補極鉄心に設けた磁気ブリッジに対応して、ギャッ
   プを介して前記主極鉄心の側面もしくは磁極片の側面に
   対応するようにしたことを特徴とする直流機の固定子。 ３、請求項２において、 前記補極鉄心に設けた磁気ブリッジに対応して、前記主
   極鉄心側の界磁巻線も二分割し、その分割空間部を磁気
   ブリッジのギャップとしたことを特徴とする直流機の固
   定子。