JPH0854226A - 超音波式電動機ブラシ長さ計測装置 - Google Patents

超音波式電動機ブラシ長さ計測装置

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JPH0854226A
JPH0854226A JP6193205A JP19320594A JPH0854226A JP H0854226 A JPH0854226 A JP H0854226A JP 6193205 A JP6193205 A JP 6193205A JP 19320594 A JP19320594 A JP 19320594A JP H0854226 A JPH0854226 A JP H0854226A
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JP
Japan
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brush
ultrasonic
ultrasonic sensor
motor
sensor
Prior art date
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Application number
JP6193205A
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English (en)
Inventor
Hirakazu Yamaguchi
平和 山口
Satoshi Mitachiya
智 見立屋
Shoichi Saito
庄一 斉藤
Hirotsugu Tanaka
洋次 田中
Ryuichi Honda
隆一 本多
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
East Japan Railway Co
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
East Japan Railway Co
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Publication date
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Publication of JPH0854226A publication Critical patent/JPH0854226A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/14Means for supporting or protecting brushes or brush holders
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/25Devices for sensing temperature, or actuated thereby

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直流電動機のブラシ摩耗点検作業を遠隔自動
で行い、保守検査の省力化とブラシの摩耗管理の定量化
を図ることを目的としている。 【構成】 電動機内のブラシ1上部の空間部に1つのケ
ース16に2個の超音波センサ7を組み込んだ超音波セ
ンサをスピンドルキャッチャー17とフランジ部18が
回転可能な保持機構部に取付け、上記超音波センサの側
に温度センサを取付け、電動機の外側には信号処理部を
備えている。 【効果】 電動機内のブラシ点検作業を大幅に簡略化で
き、さらには統計管理データからブラシの交換時期や点
検周期を算出でき、保全作業の大幅な改善ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は鉄道会社の電車区や検
車区、及び鉄鋼ライン等の一般工場の直流電動機のブラ
シの摩耗保守点検作業の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の直流電動機のブラシ摩耗保
守点検作業を示す図である。図において1は直流電動機
のブラシ、2は直流電動機の整流子、3は直流電動機の
ケース、4は直流電動機のカバー、5は点検作業者、6
はスケール、hはブラシ長さである。
【0003】従来の直流電動機のブラシ点検作業は、電
車の場合には電車区や検車区において、停車車両の床下
に点検者5が潜り込み、電動機カバー4を取り外した後
に直流電動機のブラシ1をそのままの状態でスケール6
を用いてブラシ長さhを目視で測定するか、ブラシ1を
直流電動機のケース3の外に取り出してスケール6を用
いてブラシ長さhを目視で測定していた。上記ブラシ1
は整流子2に直接接触しており、整流子2の回転により
ブラシ1は経時的に摩耗するため、定期的にブラシ1の
摩耗量を点検測定し、不良品と次の点検時期までに不良
品となる可能性のあるブラシを交換していた。
【0004】上記のような従来の直流電動機のブラシ1
の点検作業性は、作業環境や作業効率が悪く、点検に要
する費用も多く発生し、測定したブラシ長さhの統計的
な管理が十分にできないという課題があり、この課題を
解決するための改善策として図5に示す超音波式ブラシ
長さ計測装置がある。図5は例えば特開平4−3123
39号公報に示された電動機ブラシの変位計測装置であ
り、図において1はブラシ、2は整流子、3は主電動機
のケース、7は超音波センサ、8は超音波センサ7を固
定する保持機構部、9は超音波センサ7を駆動させる送
信部、10は超音波センサ7からの信号を受信・増幅す
る受信部、11はブラシ1の長さを計測・表示・記憶す
る計測記憶表示部、12はセンサケーブル、13は超音
波センサ7とブラシ1間を伝搬する超音波信号、L1は
超音波センサ7とブラシ1間の空間距離、L2は超音波
センサ7と整流子2間の空間距離、hはブラシ長さであ
る。
【0005】上記のような超音波式ブラシ長さ計測装置
ではブラシ1上部空間に保持機構部8を介して超音波セ
ンサ7が取り付けられているため、予め求められた超音
波センサ7と整流子2間の距離L2の値から計測された
超音波センサ7とブラシ1間の距離L1の値を差し引く
ことにより電動機の外部から自動的にブラシ長さhを算
出して表示できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の超
音波式ブラシ長さ計測装置は超音波センサの保持機構部
を取り付けるために電動機内部を改造する必要が生じた
り、保持機構部が固定式なために超音波センサの位置を
可変できないのでブラシの交換作業性が悪くなったり、
温度センサを備えていないために電動機内部の温度変化
により空気中を伝搬する超音波の音速が変化して距離計
測の精度が悪くなるという課題があった。
【0007】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたものであり、直流電動機のブラシ点検作業を遠
隔自動で行い、計測摩耗データは車両や電動機ごとに記
憶保存し、計算機を用いた統計管理を行うことにより、
ブラシの摩耗予測、交換時期の予測を行い、保守検査の
最適化を図ることを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明における超音波
式電動機用ブラシ長さ計測装置においては、整流子の回
転軸と平行で、かつ2連のブラシ頭部が直接露出してい
る2箇所の面上に2個の超音波センサをそれぞれ配置
し、その2個の超音波センサを1つのケースに収納する
とともに上記ケースを既存のスピンドルキャッチャーに
設けたフランジに取り付けるようにしたものである。
【0009】また、この発明は超音波センサの保持機構
部であるスピンドルキャッチャー本体と超音波センサ固
定用フランジ部とが回転軸を介して結合された保持機構
部としたものである。
【0010】この発明は超音波センサの保持機構部との
接触面にセンサ中心とブラシ中心との位置決めをするた
めの取付け基準面を設けたものである。
【0011】この発明は電動機内部の温度を計測するた
めの温度センサを電動機内部に取り付けたものである。
【0012】
【作用】この発明は電動機内部のブラシ上部の空間部に
スピンドルキャッチャーの一部を改造した保持機構部を
介して超音波センサを取り付けているため、電動機本体
内部の改造は不要であるとともに、電動機カバーを取り
外さないで遠隔操作により各ブラシの長さを瞬時に計測
することができ、さらに、ブラシの交換時期の予測等を
含めた統計管理ができる。また、整流子の回転軸と平行
な方向に2個の超音波センサが1つのケースに収納され
ているため、一つの保持機構部で2箇所のブラシ長さの
計測ができる。
【0013】また、この発明は保持機構部のスピンドル
キャッチャー本体に対してセンサ固定用フランジ部が回
転軸を介して結合されているため、作業内容に応じて超
音波センサの位置を可変できる。
【0014】この発明は超音波センサの保持機構部との
接触面に超音波センサの中心とブラシの中心を位置決め
するための取付け基準面を設けているため、超音波セン
サの取付け作業が簡単にできる。
【0015】この発明は電動機内部に温度センサを備え
ているため、電動機内部の温度を計測して、空気中の音
速を正確に算出できる。
【0016】
【実施例】
実施例1.図1はこの発明の一実施例を示す図である。
図において1はブラシ、2は整流子、7は超音波セン
サ、9は送信部、10は受信部、12はセンサケーブ
ル、14は温度計測部、15は信号処理部、16は超音
波センサ7のケース、17はインシュレーターを電動機
本体に固定するための既存のスピンドルキャッチャー、
18は超音波センサ7を固定するフランジ、19はブラ
シホルダーを電動機本体3から電気的に絶縁して固定す
るための既存のインシュレーター、20は温度センサ、
21はブラシ1を押さえるブラシ押さえバネ、22はブ
ラシ1を収納するブラシホルダー、23は整流子の回転
軸、hはブラシ長さである。
【0017】上記のように構成された超音波式電動機ブ
ラシ長さ計測装置においては超音波センサ7がインシュ
レーター19の固定部材であるスピンドルキャッチャー
17の片端に超音波センサ7固定用のフランジ18を設
けた保持機構部により電動機内部に固定されており、送
信部9から上記超音波センサ7にセンサケーブル12を
介して電気信号を送ることにより超音波センサ7から超
音波が発生し、ブラシ1の頭部で反射した超音波は再び
超音波センサ7に受信されて受信部10に電気信号とし
て送られて増幅され、信号処理部15において超音波の
伝搬時間を計測して距離を演算する。この時に予め超音
波センサ7と整流子2との距離を求めておけば上記超音
波センサ7とブラシ1頭部間の距離を差し引くことでブ
ラシ1の長さhを算出できるものである。
【0018】また、電車用の電動機では整流子2の回転
軸23と平行にブラシ1が2個並んで取り付けられてい
るため、超音波センサ7も2個のブラシ1の長さをそれ
ぞれ独立して計測できるようにブラシ押さえバネ21を
避けて、ブラシ1の頭部が直接露出している面上に超音
波センサ7の中心が固定されるように2個の超音波セン
サ7を1個のケース16に収納して1箇所の保持機構部
のフランジ18に取り付けている。
【0019】また、空気中を伝搬する超音波の速度は空
気の温度に大きく依存し、特に電動機を回転状態から停
止状態にした直後は外気温度と電動機の内部温度に大き
な差を生じるため、電動機内部で超音波伝搬時間を計測
する時の電動機内部の温度を計測する温度センサ20を
備えている。温度センサ20としては軽量・小型の熱電
対やサーミスタを用いており、温度計測部14を介して
電動機内部の温度が信号処理部15に送られて、音速を
算出できるようになっている。すなわち、計測距離は超
音波の伝搬時間と音速の積で表され、空気中の音速は”
数1”で表されるように温度に依存するため、正確な距
離計測を行うために温度変化による音速を補正できるよ
うに構成されている。
【0020】
【数1】
【0021】実施例2.図2は超音波センサの保持機構
部の他の実施例を示す図である。図において7は超音波
センサ、17はスピンドルキャッチャー、19はインシ
ュレーター、22はブラシホルダー、24は超音波セン
サ7を固定する回転可能なフランジ、25はスピンドル
キャッチャー17に対してフランジ24が回転するため
の回転軸である。
【0022】上記のように構成された超音波式電動機ブ
ラシ長さ計測装置においては超音波センサ7の保持機構
部であるスピンドルキャッチャー17とフランジ24と
が回転軸25を介して結合されており、ブラシ1の長さ
hを計測する場合にはブラシ1の上部空間部に超音波セ
ンサが配置される位置にフランジ24が固定され、ブラ
シ1の交換やブラシホルダー22の清掃を行う場合には
ブラシ1の上部空間から作業者の手が十分に入るよう
に、図中一点鎖線で示すようにフランジ24を回転軸2
5を中心に回転させて超音波センサ7がブラシ1の上部
以外の位置に移動できるようになっている。
【0023】実施例3.図3は超音波センサの外観を示
す図である。図において7は超音波センサ、17はスピ
ンドルキャッチャー、18はフランジ、26は取付け基
準面である。
【0024】上記のように構成された超音波式電動機ブ
ラシ長さ計測装置においては超音波センサ7をブラシ1
の上部空間に固定する時に超音波センサ7の中心とブラ
シ1との中心位置が容易に合わせられるように保持機構
部のフランジ18に接触する超音波センサ7の側面に取
付け基準面26を設けている。
【0025】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているため、以下に記載されるような効果を有する。
【0026】スピンドルキャッチャーにフランジを設け
たセンサ保持機構部としているため、既設の電動機内部
に新たに超音波センサを組み込む時に、電動機本体の改
造が不要となり、工場のない電車区等でも超音波センサ
の取付け作業ができるメリットがある。また整流子の回
転軸と平行な方向に2個の超音波センサを1個のケース
に収納して、1箇所の取付スペースと1個の保持機構部
で超音波センサを2個のブラシ上部に配置しているた
め、超音波センサの取り付け・取り外し作業時間の削減
と電動機の改造部の削減と超音波センサの周囲のスペー
スを広く確保できる。
【0027】また、この発明はセンサの保持機構部にお
いてスピンドルキャッチャー部に対してフランジ部が回
転可能な構造としているため、ブラシの交換作業やブラ
シホルダーの清掃作業時に超音波センサの位置を可変さ
せて作業スペースを広く確保できるため、作業性を大幅
に改善できる。
【0028】この発明は保持機構部のフランジに接触す
る超音波センサの側面に取付け基準面が設けられている
ため、ブラシの中心と超音波センサの中心の位置合わせ
を作業者が精密に調整する労力が不要となる。
【0029】電動機内部に温度センサを備えているた
め、電動機内部の温度が変化してもブラシ長さを計測す
る時の温度を常に計測でき、ブラシ長さの計測精度を高
めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例1を示す図である。
【図2】 この発明の実施例2を示す図である。
【図3】 この発明の実施例3を示す図である。
【図4】 従来の電動機のブラシ点検作業を示す図であ
る。
【図5】 従来の超音波式ブラシ長さ計測装置を示す図
である。
【符号の説明】
7 超音波センサ、9 送信部、10 受信部、14
温度計測部、15 信号処理部、16 ケース、17
スピンドルキャッチャー、18 フランジ、20 温度
センサ、24 回転可能なフランジ、25 フランジ回
転軸、26 取付け基準面。
フロントページの続き (72)発明者 田中 洋次 鎌倉市上町屋325番地 三菱電機株式会社 鎌倉製作所内 (72)発明者 本多 隆一 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電動機内の回転する電機子の整流子
    と接触するブラシの上部空間に配置され、超音波信号を
    上記ブラシへ送信し、かつ上記ブラシからの反射信号を
    受信する超音波センサと、上記超音波センサの保持機構
    部と、上記超音波センサに電気信号を供給する送信部
    と、上記超音波センサからの出力される電気信号を受信
    して増幅する受信部と、上記送信信号から受信信号まで
    の時間を計測してブラシ長さを算出する信号処理部とを
    有する超音波式電動機ブラシ長さ計測装置において、電
    動機の整流子の回転軸と平行で、かつ2連のブラシ頭部
    が直接露出している2箇所の面上に2個の超音波センサ
    をそれぞれ配置し、上記2個の超音波センサを収納する
    1つのケースと、上記電動機内部のインシュレーター固
    定用のスピンドルキャッチャーの片端に設けられ、上記
    ケースを固定するためのフランジとを具備したことを特
    徴とする超音波式電動機ブラシ長さ計測装置。
  2. 【請求項2】 超音波センサの保持機構部においてスピ
    ンドルキャッチャー本体とセンサ固定用のフランジ部が
    それぞれ独立した部品から成り、上記スピンドルキャッ
    チャー本体に対してセンサ固定用フランジが一定方向に
    回転可能な回転軸を有する超音波センサ保持機構部を備
    えたことを特徴とする請求項1記載の超音波式電動機ブ
    ラシ長さ計測装置。
  3. 【請求項3】 超音波センサの超音波センサ保持機構部
    との接触面に、上記超音波センサ保持機構部に対する超
    音波センサの位置決め用の取付け基準面を有する超音波
    センサを備えたことを特徴とする請求項1記載の超音波
    式電動機ブラシ長さ計測装置。
  4. 【請求項4】 電動機内部の温度を計測するための温度
    センサを電動機内部に設けたことを特徴とする請求項1
    記載の超音波式電動機ブラシ長さ計測装置。
JP6193205A 1994-08-17 1994-08-17 超音波式電動機ブラシ長さ計測装置 Pending JPH0854226A (ja)

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