2024年8月18日実施 機械 A問題 問1

直流機では，界磁巻線に直流の界磁電流を流して主磁束を作り，電機子（回転子）巻線に電流を流してトルクを発生させる。ブラシと整流子を用いる直流機では，電機子（(ア)）が回転子となる。

電機子電流が流れると電機子磁束が生じ，主磁束に影響を与える（電機子反作用）。この影響で「電気的中性軸」（磁束密度がゼロになる位置）が幾何学的中性軸（磁極間の中間）からずれる。固定子から見た電気的((イ))中性軸の位置が変化する。

ブラシを幾何学的中性軸に固定したままにすると，電気的中性軸のずれにより，ブラシと整流子片との間に電圧差が生じ，火花((ウ))が生じて整流子片を損傷するおそれがある。

ブラシと整流子を用いる直流機では，界磁巻線を固定子に置いて直流電流で主磁束を作り，回転子側（電機子）のコイルを整流子・ブラシで外部と接続する。界磁を回転子にすると整流子・ブラシで直流励磁電流を供給する構造が不要になり，整流子機の特徴と合わない。

電機子反作用によって変化するのは「電気的中性軸」（磁束密度ゼロの位置）であって，「幾何学的中性軸」（2つの磁極の幾何学的な中間位置）は変化しない。ブラシを移動しなければならないのは，電気的中性軸がずれるからである。

電気的中性軸がずれた状態でブラシを固定したままにすると，ブラシと整流子片の間に電圧差が生じ，放電による火花が発生する。応力（機械的な力の集中）は，整流子の損傷原因として電磁的な現象とは無関係である。

補償巻線は主磁極の磁極面に溝を設けて巻線を埋め込む大規模な構造で，製造コストが高く大形機向けである。小形機では構造が簡単な補極（インターポール）が一般的に採用される。