JPH04340350A

JPH04340350A - 回転子諸量検出装置

Info

Publication number: JPH04340350A
Application number: JP3112774A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Giyuuchiyou; 牛▲ちょう▼　義次
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-05-17
Filing date: 1991-05-17
Publication date: 1992-11-26

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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明はブラシレス回転電機の回
転体の所定部位の電圧，電流，接地，温度等の諸量を信
号に変換して、静止側へ非接触で伝送する回転子諸量検
出装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】タービン発電機、水車発電機などの回転
電機における回転体内の物理的諸量（電圧，電流，接地
，温度等）を検出する装置としては、従来は回転電機の
被検出回転体に集電環（スリップリング）を取付け、こ
の集電環の外周面に接する電刷子（ブラシ）を固定側（
静止側）に設けたものがある。この回転体の物理量は集
電環−電刷子より固定側に引出される。この接触形検出
装置は回転電機運転中は集電環は電刷子に摺動しながら
回転するので、火花，電磁ノイズが発生したり、電刷子
，集電環の摩耗による取換えまたは修理という保守が必
要であるという問題があった。そのため近年では保守が
不要で信頼性も高い非接触形の検出装置が採用されるよ
うになった。従来、この種の装置として図９に示すもの
があった。図において、（１）は回転軸、（２）は回転
体内の検出手段（図示しない）で検出された諸量を変換
伝送する電子装置、（３）は電子装置（２）を収納保持
する継シャフトで、回転軸（１）に結合されている。（４）は電子装置（２）に組込まれた電源発電機の電機
子コア、（５）はこの電機子コア（４）に巻回された電
機子コイル、（６）は電子装置（２）に組込まれた発信
アンテナ、（７）は電機子コア（４）に対向して静止側
に配設された界磁極、（８）は発信アンテナ（６）に対
向して静止側に配設された受信アンテナ、（９）は静止
部に設けられた界磁極（７）および受信アンテナ（８）
を保持固定する支持部材である。

【０００４】次に動作について説明する。回転軸（１）
の所定部位の諸量は検出手段により検出され、電子装置
（２）へ伝送され、ここで電気信号に変換し発信アンテ
ナ（６）から静止側の受信アンテナ（８）に向け空中伝
送され、静止側に別個に設けられた計器（図示しない）
等を駆動して諸量を表示する。

【０００５】一方、これらの電子装置（２）等を動作す
るための作動電力は、電源発電機の電機子コイル（５）
から供給される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の計測は以上のよ
うに回転体の諸量を電波で伝送しているので、外部から
の電波障害の影響を受けやすく、ノイズの発生を伴い、
正確な諸量検出が出来ないという欠点があった。

【０００７】本発明は外部からの電波障害を受けなくす
るか、又は少なくし、精度の高い回転子諸量検出装置を
提供することを目的とする。

【０００８】［発明の構成］

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、第１の手段としては、回転体の電気信号を
光信号に変換して空中伝送し、静止側にて光信号を電気
信号に変換し、回転子諸量を検出する。さらに、第２の
手段としては、上記第１の手段の運転中の電子部品の発
熱に対し、冷却フィンを設け、冷却を強化し、温度ドリ
フトを防止する。また第３の手段としては、光の代りに
ＦＭ電波を使用し、回転子の軸端に継シャフトを設け、
継シャフト内部に２重絶縁筒を組込み、両絶縁筒の間に
送信回路を組込む。

【００１０】

【作用】第１の手段によれば光信号を用いたことにより
、電波障害を受けない。第２の手段を加えれば温度ドリ
フトを防止する。第３の手段によれば継シャフトがシー
ルドの作用をするので、内部信号への電波障害を防止す
る。従って、本発明によれば精度の高い回転子諸量検出
装置が得られる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の各実施例について図面を参照
して説明する。

【００１２】（実施例１）図１ないし図６は第１の実施
例を示す。これらの図において、（１０）は回転電機の
電機子巻線、（１１）は回転電機の界磁巻線である。（
１２）は回転子（１３）に直結された回転電機子形交流
励磁機の電機子巻線で、（１４）は励磁機の界磁巻線で
ある。電機子線巻（１２）は回転整流装置の整流素子（
１５）にＵ，Ｖ，Ｗの三相全波結線されている。回転電
機の界磁巻線（１１）に対し直列に分流器（１６）が接
続され、並列に分圧器（１７）が接続され、それぞれ回
転子（１３）の軸端に取付けられた送信回路（１８）に
接続されている。回転電機の界磁巻線（１１）の負極側
と送信回路（１８）とは接地抵抗（１９）と接地抵抗リ
ード（１９ａ）とを介して接続されている。送信回路（
１８）には送信回路電源用回転電機子形永久磁石発電機
の電機子巻線（２０）が定電圧回路（２１）を介して接
続されている。永久磁石（２２）を電機子巻線（２０）
に対向して取り付けられている。定電圧回路（２１）の
一端はアース端子（２３）にて回転子（１３）に接地さ
れている。

【００１３】図２で明らかなように送信回路（１８）に
て信号処理された電気信号は回転子（１３）の軸端の中
心に取付けられたＥ／Ｏ（電気−光）変換器（２４）に
接続されている。Ｅ／Ｏ変換器（２４）に接続された光
素子（２５）に対向して、静止側にはＯ／Ｅ（光−電気
）変換器（２６）に接続された受光素子（２７）が取付
けられている。Ｏ／Ｅ変換器（２６）は受信回路（２８
）に接続｛（２８ａ）は電源装置である｝され、受信回
路（２８）の出力は監視盤（２９）に接続されている。監視盤（２９）には界磁電流計（３０）、界磁温度計（
３１）、界磁地絡警報灯（３２）が取付けられている。

【００１４】図２は送信回路廻りの組立図である。

【００１５】回転子（１３）の端部に送信回路（１８）
を包み込む保持筒（３３）がボルト（３３ａ）で結合さ
れている。保持筒（３３）に送信回路電源用回転電機子
形永久磁石発電機の電機子（３４）が取付けられており
、その内側にＯ／Ｅ変換器のロッド（３５）に取付けら
れた永久磁石（２２）が挿入されている。受光素子（２
７）はＯ／Ｅ変換器ロッド（３５）の先端に取付けられ
ている。Ｏ／Ｅ変換器のロッド（３５）は支持台（３６
）にてベース（図示せず）に固定されている。送信回路
（１８）と電源用永久磁石発電機電機子巻線（１２）の
出力は端子台（３７）で接続されている。定電圧回路（
２１）、接地抵抗（１９）は送信回路（１８）に内蔵さ
れている。アース端子（２３）は端子台（３７）を介し
、永久磁石発電機電機子（３４）の取付ボルト（３８）
で接地されている。

【００１６】Ｏ／Ｅ変換器（２６）から受信回路（２８
）（図１参照）までは同軸ケーブル（３９）で接続され
ている。

【００１７】図３は図２のＡ矢視側面図で送信回路（１
８）（図示せず）が絶縁筒（６０）に納められている。

【００１８】絶縁筒（６０）には直方形の溝（６０ａ）
が加工されており、その中に送信回路基板（６１ａ），
（６１ｂ）と電子部品と回路が組立てられ、一体となっ
て挿入されており、溝のすき間にはエポキシ樹脂（６０
ｂ）を充填し、電子部部品回路をモールド固定している
。絶縁筒（６０）の外周端面に端子台（３７）が取付け
られ、全体は前記の保持筒（３３）に保持されている。

【００１９】送信回路端面の軸中心には光素子（２５）
が取付けられ、軸心よりずれた所に冷却フィン（６２）
が取付けられている。尚、Ｕ１　，Ｖ１　，Ｗ１　，Ｎ
，Ｘ１　，Ｙ１　，Ｚ１　，Ｅ，Ｃｏｍ，Ｉ，Ｖ，Ｕ２
　，Ｖ２　，Ｗ２　，Ｕ３　，Ｖ３　，Ｗ３　等は被測
定端子を示す。

【００２０】図４は冷却フィン（６２）部のＢ−Ｂ線に
沿う矢視断面図で冷却フィン（６２）の裏面には永久磁
石発電機電機子巻線（１２）の出力を定電圧にする定電
圧回路（２１）を構成する電圧調整ＩＣ（６３）が取付
けられている。電圧調整ＩＣ（６３）は送信回路の中で
唯一の発生損失が比較的大きい電子部品である。

【００２１】冷却フィン（６２）は中心部より離れてい
るため、永久磁石発電機の電機子（３４）と永久磁石（
２２）のギャップを通った冷却空気が冷却フィン（６２
）や端子台（３７）の回転によるフアンアクションによ
り、Ｃ矢印の方向に循環され（図２参照）、冷却フィン
（６２）は強制冷却されている。

【００２２】図５は送信部回路図である。

【００２３】分流器（１６）、分圧器（１７）、接地検
出リード（１９ａ）（図１参照）からの入力信号はロー
パスフィルタ（４０）、増幅器（４１）、マルチプレク
サ（４２）、シリアル回路（４３）、Ａ／Ｄ変換器（４
４）をへて、Ｅ／Ｏ変換器（２４）に接続される。接地
抵抗（１９）には電源である永久磁石発電機の電機子巻
線（２０）の定電圧回路（２１）が接続されている。

【００２４】図６は受信部回路図である。

【００２５】Ｏ／Ｅ変換器（２６）からシフトレジスタ
ー回路（４５）、ラッチ（４６）、Ｄ／Ａ変換器（４７
）、増幅器（４８）、絶縁増幅器（４９）を介して電圧
，電流信号が出力される。また、接地検出は、ラッチ（
４６）からＤ／Ａ変換器（４７）、増幅器（４８）、比
較回路（５０）を介しリレー（５１）に接続されて信号
が出力されている。

【００２６】次に上記実施例１の作用を説明する。整流
素子（１５）から成る回転整流装置を出た直流出力回路
に組込まれた分流器（１６）と分圧器（１７）により直
流電流，電圧及び界磁接地抵抗の３つのアナログ量をロ
ーパスフィルタ（４０）を通した後、マルチプレクサ（
４２）で切換え、デジタル信号化し、シリアル回路（４
３）にて光素子（２５）にて静止側に送信する。静止側
の受信では、受光素子（フォトダイオード）（２７）に
て受光し受信回路でシリアルデジタル信号をシフトレジ
スター回路（４５）で逐次記憶し、ラッチしたデジタル
パラレル信号をアナログ量に変換し、電流，電圧値と接
地リレー接点出力を表示する。また電流，電圧の出力に
よりあらかじめ求めていた界磁巻線抵抗により、巻線の
平均温度を表示する。

【００２７】接地抵抗用のリレーは直流の（−）側銅帯
に一点を接続してある場合、地絡が生ずるとその回路に
定電圧回路（２１）により印加された電圧により電流が
流れ比較回路（５０）により基準値以上の接地電流が流
れ、接地信号を出力する。

【００２８】以上述べたように本実施例１によれば、ブ
ラシレス回転電機の回転体の諸量（電流，電圧，接地，
温度等）を非接触で、軸端の軸芯より光を使って静止側
に送信することができ、電波障害等の外乱を受けること
なく且つ、回転側にありメインテナンスの難しい送信回
路において発生損失の大きい電子部品（電圧調整ＩＣ）
は冷却フィン付きとし、冷却フィンはモールド表面に突
出させ、回転により強制冷却することにより、検出，入
力信号を温度ドリフトを全く含まず、信号処理が安定し
た動作特性を有し、精度の高い回転子諸量検出装置が提
供できる。

【００２９】（実施例２）図７，図８は第２の実施例を
示す。図７において符号（１０）ないし（１７）までは
図１と同様である。即ち（１０）は回転電機の電機子巻
線、（１１）は回転電機の界磁巻線である。（１２）は
回転子（１３）に直結された回転電機子形交流励磁機の
電機子巻線で、（１４）は励磁機の界磁巻線である。電
機子巻線（１２）は回転整流装置の整流素子（１５）に
Ｕ，Ｖ，Ｗの三相全波で結線されている。

【００３０】回転体の諸量（電流，電圧，地絡等）を検
出するため、界磁巻線（１１）に直列に分流器（１６）
、並列に分圧器（１７）が接続され、それぞれ回転子（
１３）の回転軸（１）端に取付けられた継シャフト（３
）に組み込まれた送信回路（６８）内のそれぞれの変換
器（６９）に接続される。地絡検出変換器（６９ａ）か
らは抵抗（７０）を介し継シャフト（３）に接地されて
いる。

【００３１】それぞれの変換器（６９）出力はスキャニ
ング回路（７１）とＶ／Ｆ変換器（７２）及びトランス
ミッタ（７３）を介し発信アンテナ（７４）に接続され
ている。発信アンテナ（７４）と同芯に回転誘導電源コ
イル（７５）が後述する静止コイル（７７）より軸方向
に比較的長く巻かれ、レギュレータ（７６）を介し、送
信回路（６８）に接続されている。静止側には発信アン
テナ（７４）、及び回転誘導電源コイル（７５）に対向
させ、受信アンテナと誘導電源励磁コイルを兼ねる静止
コイル（７７）を同芯に配置し、これからマッチングト
ランス（７８）、分離器（７９）、及び信号処理装置（
８０）を介し、表示装置（８１）に接続されている。

【００３２】図８は継シャフト部の断面である。継シャ
フト（３）は回転軸（１）の端に直結されている。

【００３３】継シャフト（３）の外周には回転誘導電源
コイル（７５）が巻きつけられ、その軸方向両側に発信
アンテナ（７４）がリング状に配置されている。

【００３４】それらの外周全体はガラスロービング（８
２）が巻きつけられている。

【００３５】発信アンテナ（７４）、回転誘導電源コイ
ル（７５）に、対向させ外周に受信アンテナと誘導電源
励磁コイルを兼ねる静止コイル（７７）が同心に配置さ
れている。

【００３６】継シャフト（３）の内側には内側絶縁筒（
８３ａ）と外側絶縁筒（８３ｂ）からなる２重の絶縁筒
（８３）が納められ、内側絶縁筒（８３ａ）と外側絶縁
筒（８３ｂ）の間には変換器（６９）、抵抗（７０）、
スキャニング回路（７１）、Ｖ／Ｆ変換器（７２）及び
トランスミッタ（７３）等からなる送信回路（６８）が
納められ、廻りはモールド樹脂（６８ａ）にてモールド
し、遠心力に対し固定されている。

【００３７】送信回路（６８）と分流器（１６）、分圧
器（１７）との検出リードはリード線（８４）を内側絶
縁筒（８３ａ）の中を通して２重絶縁筒（８３）の端板
（８３ｃ）に取付けられた端子（８５）に接続されてい
る。

【００３８】発信アンテナ（７４）、回転誘導電源コイ
ル（７５）との接続も端子により行うこともできるが、
本実施例では継シャフト（３）を貫通させたリード線（
８４）により接続されている。

【００３９】次に上記実施例２の作用を説明する。

【００４０】回転整流器の整流素子（１５）を出た直流
出力回路に組み込まれた分流器（１６）、分圧器（１７
）により直流電流，電圧及び界磁地絡抵抗の３つのアナ
ログ量を変換器（６９）により所定の電圧信号に変換し
た後、Ｖ／Ｆ変換器（７２）で周波数変調し、トランス
ミッタ（７３）でＦＭ電波にし、発信アンテナ（７４）
により静止コイル（７７）の受信アンテナ（兼用）に送
信する。

【００４１】静止コイル（７７）の受信信号はマッチン
グトランス（７８）と分離器（７９）で誘導電源（兼用
）電波と分離し、信号処理装置（８０）で周波数を電圧
信号（アナログ量）に変換し、表示装置（８１）で電流
，電圧値及びその値により界磁巻線の温度を表示や記録
する。また界磁地絡についてもあるレベル以下の地絡電
流でアラームを表示したりする。

【００４２】また信号処理装置（８０）には発振器を有
し、分離器（７９）、マッチングトランス（７８）を介
して静止コイル（７７）から誘導電波を回転誘導電源コ
イル（７５）に発信する。その電波を回転誘導電源コイ
ル（７５）で受け、レギュレータ（７６）を介し送信回
路（６８）の電源とする。これはまた地絡検出用の定電
圧電源ともなる。

【００４３】以上述べたように本実施例２によれば、ブ
ラシレス回転電機の回転子の諸量（電流，電圧，接地）
を軸端に取付けた継シャフト（３）の外周部に発信アン
テナ（７４）と誘導電源コイル（７５）を軸方向に比較
的長く巻回し、その外周部をガラスロービング（８２）
で固定し、遠心力に対して強固な構造とすることができ
、その外周部に受信アンテナと誘導電源発信コイルを兼
ねた静止コイル（７７）を配置した構成により、従来の
信号や電源の授受を継シャフト（３）内部で行なわず、
従って、相互間にＦＭ電波の障害が少なく、且つ、電源
用発電機の無いコンパクトな構成で組立容易な検出装置
とすることができる。

【００４４】また回転誘導電源コイル（７５）を軸方向
に比較的長く巻き、且つ、その両側に受信アンテナ（７
４）を配置したことにより回転軸（１）が軸方向に伸び
ても受信感度は一定で精度の高い回転子の諸量検出装置
が提供できる。

【００４５】さらに継シャフト（３）内部に２重絶縁筒
を設け、その間に送信回路を組み込みモールドすること
により送信回路が中心に近く、遠心力に対し機械的に有
利な構成とした。分流器等からの計測リードは内側絶縁
筒より配線でき組立性も優れている。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
よれば、光信号を用いたことにより電波障害を受けない
。更に、請求項２によれば温度ドリフトを防止する。また、請求項３によれば継シャフトがシールドの作用を
するので内部信号への電波障害を防止する。従って、本
発明によれば精度の高い回転子諸量検出装置が得られる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す回路図。

【図２】図１の要部縦断立面図。

【図３】図２の矢視側面図。

【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図。

【図５】図１の送信部回路図。

【図６】図１の受信部回路図。

【図７】第２の実施例の回路図。

【図８】図７の要部縦断立面図。

【図９】従来例を示す要部縦断立面図。

【符号の説明】

２４…Ｅ／Ｏ（電気／光）変換器２５…光素子２６…Ｏ／Ｅ（光／電気）変換器２７…受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　本体回転電機の軸に直結された交流励
磁機の電機子と回転整流装置とを有するブラシレス回転
電機の電圧，電流，接地等の回転子諸量を検出し、静止
側に非接触で伝送する回転子諸量検出装置において、回
転子内の検出信号を光信号に交換する光素子と、静止側
にて受信する受光素子とを備えたことを特徴とする回転
子諸量検出装置。
【請求項２】　　回転子内の送信回路電子部品と電子回
路を樹脂にて絶縁筒内にモールドにより一体化し、発熱
のある電子部品には冷却フィンを設けて、その冷却フィ
ンを通風経路内に突出させたことを特徴とする請求項１
記載の回転子諸量検出装置。
【請求項３】　　本体回転電機の軸に直結された交流励
磁機の電機子と回転整流装置とを有するブラシレス回転
電機の電圧，電流，接地等の回転子諸量を検出し、静止
側に非接触で伝送する回転子諸量検出装置において、回
転軸の端部に継シャフトを設け、継シャフトの外側に設
けた回転誘導電源コイルと、回転子内の検出信号をＦＭ
電波信号に変換する発信アンテナと、この発信アンテナ
の信号を受信すると共に誘導電源励磁コイルを兼ねる静
止コイルとを前記発信アンテナの外側にて同心に備え、
継シャフト内部に２重絶縁筒を組込み、外側絶縁筒と内
側絶縁筒の間に送信回路を組込んで樹脂でモールドした
ことを特徴とする回転子諸量検出装置。