JPH0654499A - 整流式電気機器におけるスパーク抑制のための方法および装置 - Google Patents

整流式電気機器におけるスパーク抑制のための方法および装置

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JPH0654499A
JPH0654499A JP1495593A JP1495593A JPH0654499A JP H0654499 A JPH0654499 A JP H0654499A JP 1495593 A JP1495593 A JP 1495593A JP 1495593 A JP1495593 A JP 1495593A JP H0654499 A JPH0654499 A JP H0654499A
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rectifier
winding
bypass circuit
electric motor
armature
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JP1495593A
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R Mcclendon Martin
アール. マックレンドン マーティン
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気モータ等の整流式電気機器における電機
子の反作用および/またはスパーク発生を抑制する。 【構成】 2個のツェナーダイオードがバックツーバッ
ク状にかつ平行に整流用巻線の各々に接続されてバイパ
スが構成されている。該2個のツェナーダイオードは、
負荷電圧が所定値を超えた時に、磁極の逆転に呼応して
交互に作用する。1個以上の抵抗器を当該バイパス回路
に加えてLR回路の放電時定数を変化させるようにして
もよい。また、電圧調整用の手段を当該ツェナーダイオ
ードから金属酸化物バリスタまたはガス放電管に変更す
ることも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は整流式電気機器における
スパーク抑制方法と、これに関連する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】誘導起磁力(mmf)によって駆動され
るモータ、ジェネレータおよび他の整流式電気機器にお
いては、電機子の反作用における周知の現象によって有
効トルクの減少および当該装置のブラシおよび/または
整流子に対する潜在的損傷が発生する。すなわち、整流
子においては、誘導起磁力によって生ずる交叉磁化が電
機子周辺に沿う磁極端に磁束の不均一化をもたらし、一
磁極端における磁束密度が減少する一方で、これに対向
する磁極端における磁束密度が増加するようになる。こ
の場合、飽和によって、当該減少の度合がしばしば増加
の度合を超えることがあり、正味の磁束が減少する。こ
のとき、当該整流子周辺の電位分布は磁束の波形と同一
形状であり、不規則となる。また、当該整流子の各部位
間の電圧の差の増加はスパークまたは「フラッシュオー
バー」を促進する。
【0003】特に、段階的に負荷が変化する機器はこの
ようなスパークの影響を受けやすい。そのため、このよ
うなフラッシュオーバーの発生を押さえるために、共通
に、付加的な磁極、若しくは、巻線が当該整流子内に付
設され、かつ、上記電機子の誘導起磁力を均一化すべく
当該電機子に直列に接続される。この場合に得られる利
点は、当該2個の巻線のインダクタンスが電機子単体の
それよりも小さいために、電機子電流の瞬間的変化がさ
ほど苛酷なものにならなくなることである。しかしなが
ら、このように磁極を付加することは、装置が全体的に
大きくなり、さらに、複雑化するために、出力電力が減
少するという不都合がある。
【0004】このような状況において、当該整流式電気
機器におけるスパークの発生を抑制するための種々の発
明が出願されてきており、例えば、抵抗経路(Kane
ko他の米国特許第3487248号公報)、整流器部
位間に設けた急冷コンデンサ(Schaubの米国特許
第3594598号公報)、整流器部位を被覆しかつそ
れらの間隙を充填するためのスパーク急冷用導電性グリ
ース(Mabuchiの米国特許第4319153号公
報)、磁束領域に配されて磁束変化を抑制する渦電流を
生ずる導電シート(Taylorの米国特許第3409
788号公報)、ブラシ素子に直列に接続された抵抗器
(Uemura他の米国特許第3456143号公報)
および整流器近傍に配した絶縁ワッシャおよび導電性リ
ングの組合せ(Ikawa他の米国特許第473460
7号公報)等が含まれる。
【0005】また、Yamamoto他の米国特許第4
437027号公報はサージ吸収ユニットを備えた成型
水中モータを開示している。当該サージ吸収ユニットは
3個の抵抗素子から成り、それらの内の2個は電圧依存
型であり、リミット過渡電流スパイクに直列接続してい
る。当該Yamamoto他の装置においては、モータ
全体が単一サージ保護器によって保護されており、それ
ゆえ、電圧供給と固定子との間のサージのみが述べられ
ている。このような構成は電圧供給における一定でない
過渡状況におけるサージ保護を行うものであるが、規則
的な動作区間において使用されると実質的な電力損失が
生じることになり、モータ内において整流動作が発生す
るたびに当該過渡現象を調整する必要があった。また、
Jonassenの米国特許第3890543号公報は
低電圧サージ保護器を教示しており、ガス管状防止装置
が、一対のツェナーダイオード間の電圧不均衡によって
作動されると、シャント機能を供する構成になってい
る。しかしながら、当該サージ保護器も装置における電
圧あるいは他のエネルギ−の不規則な過渡現象を制限す
るべく機能するものであり、整流動作時毎にモータ内に
存する過渡状態を制限するために使用されるものではな
く、また、それに効果を呈するものでもない。さらに、
Yamamoto他およびJonassenの特許は電
気機器への2個以上のサージ抑制器または吸収器の使用
を示唆しておらず、それゆえ、個々の整流器部位内に局
在する過渡現象については言及していない。
【0006】このような種々の理由によって、これら電
気機器におけるスパークを抑制するための特許により提
供される方法は用途が限られ、それゆえ、モータおよび
これに類する機器は依然としてスパークの発生という問
題を抱えている。したがって、効果的にスパークを抑制
できる方法が現在も必要とされており、本発明による装
置および方法は当該要望に応えるべく成されたものであ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は整流式電気機器における電機子の反作用を低減
し、かつ、当該反作用により生ずるスパークを抑制する
ための装置および方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべ
く、本発明の装置および方法においては、2個のツェナ
ーダイオードがバックツーバックに接続されており、整
流用巻線に各々平行に配列されてバイパスを構成してい
る。これら2個のツェナーダイオードは、負荷電圧V
が所定の値を超えると、極性の反転に応じて交互に動作
する。また、当該バイパス回路には、LR回路の放電時
定数を変化させかつより高い電位での動作を可能にする
ために、1個以上の抵抗器が含まれていてもよい。ま
た、電圧調整は、当該ツェナーダイオードを金属酸化物
バリスタまたはガス放電管に置き換えることによっても
行うことができる。すなわち、本発明の主眼は各整流用
巻線に対して電圧応答性のバイパスを備えることによ
り、当該巻線により誘導された磁場の残部の崩壊速度を
制御することである。さらに、当該崩壊速度を制御する
ことによって、磁極端間の磁束における不均一化を低減
することができ、これによって、整流器部位間の電位差
を減少することができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を添付図面に
基づいて詳細に説明する。なお、当該図面における同一
参照番号は同一部分を示すものである。
【0010】さらに、電機子上の磁極数およびコイルの
位置並びにこれら相互間の配置等は、方形波、段階状方
形波、三角状(鋸歯状)波形および台形波を含む、異な
る誘導起磁力による磁場の波形と電位分布形状とを生ず
ることは周知のことである。また、本実施例では、図1
(a)、図1(b)、図1(c)および図1(d)に示
されるように、単離したコイル配列構成にある3組の誘
導器2、4および6を備える電機子が示されているが、
本発明はこれに限らずいかなる数の誘導器を含む電機子
にも同等に適用可能である。なお、図1(a)の従来技
術構成に対応する誘導起磁力による磁場および電位分布
の全体プロフィルを図2に示す。この場合の誘導リアク
タンスは周知の関係式V=L(△I/△T)で示され
る。
【0011】分析のため、単一誘導器2について動作段
階を時間TからTに分解した。
【0012】また、図3(a)、図3(b)、図3
(c)および図3(d)はそれぞれ図1(a)に示す電
機子の動作を模式的に示している。図3(a)に示すよ
うに、時間Tの間に、ソース電流が減少し、磁場が極
性を変えて崩壊し始める。この動作により、負荷電圧V
と、コイルを流れる支援電流(I)とが生じる。次
いで、時間Tの間に、図3(b)に示すように、ソー
ス電流が反対方向に増加する。この場合、磁場中に残る
エネルギー残部が支援電流(I)を維持し、当該支援
電流によってソース電流の立上り時間が遅延される。さ
らに、時間Tの間に、図3(c)に示すように、当該
ソース電流が増加する。この際、磁場は極性を変え、コ
イル2を流れる支援電流(I)を生ずる。その後、時
間Tの間に、図3(d)に示すように、ソース電流が
反対方向に増加し、コイル2中に残るエネルギー残部
が、当該ソース電流の立上り時間を遅らせる支援電流I
を維持しようとする。
【0013】本発明によれば、バイパス回路10が当該
コイル2に平行に接続されて以下に述べるような効果を
呈する。すなわち、図1(b)に示す第1実施例におい
ては、当該バイパス回路10は、バックツーバック形状
に接続された2個のツェナーダイオード12および14
から構成されている。また、図1(c)に示す第2実施
例においては、当該ツェナーダイオードは金属酸化物バ
リスタ22に置換されている。さらに、図1(d)に示
す第3実施例においては、ガス放電管34が利用されて
いる。これら図示の構成はいずれも以下に述べるような
望ましい二方向電圧調整を実行することができる。
【0014】図4は本実施例の一変更態様を示してお
り、用途に応じて上記LR放電時定数を変化するため
に、抵抗器18若しくは他の抵抗素子が上記図1
(b)、図1(c)および図1(d)に示した実施例の
いずれかに付加された構成になっている。
【0015】図7は、整流子部位間のフラッシュオーバ
ー抑制機能を改善するために本発明が使用される従来の
整流式電気モータの整流子の配置を示している。さら
に、回転子軸7および固定子9が同図に示されている。
【0016】このような改善されたフラッシュオーバー
抑制機能は、図1(b)に示す実施例に対応する、以下
に図5(a)−(d)に基づいて述べる、バイパス回路
10の作用によって生ずる。さらに、対応する電位分布
を図6に示す。同図において、時間Tの間に、ソース
電流が減少し、磁場が極性を変えて崩壊し始め、V
生じる。次いで、Vがツェナー電圧Vz12に到達す
ると、ツェナーダイオード12は停動し、図5(a)に
示すように電流Iが流れる。
【0017】時間Tの間には、当該Iは通常、ソー
ス電流の立上り時間を遅延するための支援電流を生ず
る。しかしながら、バイパスが設けられているため、こ
のような遅延が緩和される。すなわち、磁場の残部が、
図5(b)に示すように、流れ込むソース電流を支援す
るのである。
【0018】次いで、時間Tの間に、当該ソース電流
は減少し、磁場が極性を変えて崩壊し始める。その結
果、Vは上昇し、ツェナーダイオード14が停動して
電流Iが流れ始める。
【0019】さらに、時間Tの間には、通常ブロッキ
ング性を有するIが再びバイパスを流れ、もはや流れ
込むソース電流に対して抵抗することができなくなる。
その後、磁場の残部が図5(d)に示すように当該流れ
込むソース電流に対して支援の電位差を与える。
【0020】なお、本発明により得られる付加的な利点
として、当該バイパス回路が、通常高い値のVがツェ
ナーの停動電圧を超えることを防止していることが挙げ
られる。それゆえ、上記電機子の反作用による減速およ
びスパークの抑制が達成される。
【0021】なお、電圧調整装置の故障の際に損傷を防
止するために各バイパス回路にはヒューズが備えられて
いることが望ましい。
【0022】本発明のバイパス回路は簡単に固定でき、
当該取り付けにより生ずる重要な問題にも対処すること
ができる。すなわち、当該バイパス回路は電機子の各コ
イルに接続できるため、重量の均衡化が容易であり、回
転子の不規則回転の発生が回避できる。なお、上記ツェ
ナーダイオードの取り付け態様は、別体の部品として、
若しくは、一体形成回路としてのいずれでもよい。さら
に、金属酸化物バリスタおよびガス放電管等を含むツェ
ナーダイオードの電圧調整機能を有する別体部品若しく
は一体形成回路のいかなる組み合わせをも使用すること
ができる。
【0023】本発明の精神および範囲を逸脱することな
く上記および上図に記載しない付加的実施例が存在し得
ることは明白である。すなわち、上記および上図におけ
る記載は本発明の例示を目的とするものであり、本発明
の範囲は当該特許請求の範囲によって規定されるもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、電機子における3個の巻線の組み合わ
せ構造を概略的に示すための図であって、図1(a)
は、従来技術による電機子における3個の巻線の組合せ
構造を概略的に示すための図であり、図1(b)は、本
発明による電機子における3個の巻線の組合せ構造を概
略的に示すための図であって、一対のツェナーダイオー
ドが各巻線に平行に備えられている状態を示し、図1
(c)は、本発明に基づき、金属酸化物バリスタを各巻
線に平行に備えた上記3個の巻線の概略的図であり、図
1(d)は、本発明に基づき、ガス放電管を各巻線に平
行に備えた上記3個の巻線の概略的図である。
【図2】図1(e)に示す巻線の組合せ構造における電
位分布の経時変化プロットである。
【図3】図3(a)−(d)は、従来技術による巻線を
流れる電流の模式図である。
【図4】本発明の実施例の一変更態様を示す概略図であ
る。
【図5】図5(a)−(d)は、本発明による巻線/バ
イパス構成を流れる電流の経時変化を示すための模式図
である。
【図6】図5(a)−(d)の電流に対応する電位分布
のプロットである。
【図7】従来技術による整流式電気モータの概略図であ
る。
【符号の説明】
2、4、6 誘導器 10 バイパス回路 12、14 ツェナーダイオード 22 金属酸化物バリスタ 34 ガス放電管

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気モータにおける電機子の反作用およ
    び/またはスパークを抑制し、当該電気モータが複数の
    整流器部位を有する整流器を備え、かつ、各整流器部位
    が起磁力を発生するための少なくとも1個の巻線を備え
    ている装置において、 前記各整流器部位の巻線に平行に接続された少なくとも
    1個の二方向性電圧調整装置から成ることを特徴とする
    装置。
  2. 【請求項2】 さらに、前記少なくとも1個の二方向性
    電圧調整装置に直列に接続された少なくとも1個の抵抗
    器から成り、当該少なくとも1個の抵抗器の値が所望の
    LR時定数にしたがって選定されることを特徴とする請
    求項1に記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記電圧調整装置がバックツーバックに
    接続された2個のツェナーダイオードであることを特徴
    とする請求項1に記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記電圧調整装置が金属酸化物バリスタ
    であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記電圧調整装置がガス放電管であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の装置。
  6. 【請求項6】 電気モータが複数の整流器部位を有する
    整流器を備え、かつ、各整流器部位が少なくとも1個の
    巻線を備えている、当該電気モータの電機子の反作用お
    よび/またはスパークを抑制する方法において、 前記各整流器部位の少なくとも1個の巻線にバイパス回
    路素子を平行に接続して、当該バイパス回路が、負荷電
    圧が所定値を超えた際に負荷電流を流すことによって巻
    線に供給されるソース電流に対向して、当該負荷電流を
    当該巻線にバイパス操作することを特徴とする方法。
  7. 【請求項7】 前記バイパス回路素子が二方向性である
    ことを特徴とする請求項6に記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記バイパス回路素子がバックツーバッ
    クに接続された2個のツェナーダイオードから成ること
    を特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記バイパス回路素子が金属酸化物バリ
    スタから成ることを特徴とする請求項7に記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記バイパス回路素子がガス放電管か
    ら成ることを特徴とする請求項7に記載の方法。
  11. 【請求項11】 さらに、所望のLR時定数を与える少
    なくとも1個の抵抗器を選定することと、 当該少なくとも1個の抵抗器を前記バイパス回路素子に
    直列に接続することとから成ることを特徴とする請求項
    6に記載の方法。
  12. 【請求項12】 電気モータが複数の整流器部位を有す
    る整流器を備え、各整流器部位が少なくとも1個の巻線
    を備えており、かつ、回転子を駆動する起磁力が発生さ
    れる、当該電気モータの電機子の反作用を抑制する方法
    において、 前記巻線に2個のツェナーダイオードをバックツーバッ
    ク状にかつ平行に接続することから成ることを特徴とす
    る方法。
  13. 【請求項13】 電気モータが複数の整流器部位を有す
    る整流器を備え、各整流器部位が少なくとも1個の巻線
    を備えており、かつ、回転子を駆動する起磁力が発生さ
    れる、当該電気モータの電機子の反作用を抑制する方法
    において、 前記巻線に金属酸化物バリスタを平行に接続することか
    ら成ることを特徴とする方法。
  14. 【請求項14】 電気モータが複数の整流器部位を有す
    る整流器を備え、各整流器部位が少なくとも1個の巻線
    を備えており、かつ、回転子を駆動する起磁力が発生さ
    れる、当該電気モータの電機子の反作用を抑制する方法
    において、 前記巻線にガス放電管を平行に接続することから成るこ
    とを特徴とする方法。
JP1495593A 1992-01-31 1993-02-01 整流式電気機器におけるスパーク抑制のための方法および装置 Pending JPH0654499A (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US82849892A 1992-01-31 1992-01-31
US93612392A 1992-08-27 1992-08-27
US828,498 1992-08-27
US936,123 1992-08-27

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JPH0654499A true JPH0654499A (ja) 1994-02-25

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009013049A1 (de) * 2007-07-25 2009-01-29 Robert Bosch Gmbh Elektrische maschine mit einem kommutator, sowie verfahren zum betreiben der elektrischen maschine
JP2012147653A (ja) * 2011-01-10 2012-08-02 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd スイッチトリラクタンスモータ

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