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７ 高圧補助回路の機械・器具（田中隆三の電気機関車読本　�V）

　すなわち線電圧が下って一時電動機の回転が滅ずると、発電機の発生電圧も下ろうとするが、これとともに、励磁機から電動機界磁を励磁している電流も減るから電動機界磁も弱められる。
　直巻界磁が弱くなると、前に述べたように、回転数は増加する。
　この調整はくりかえして行われ、一定の電圧が得られるようになる。
　本機の構造は、電動機側に大きいファンを、発電機と励磁機との中間に小さいファンをとりつけた半密閉の自己通風形で軸受は高速度で回転するから、両鏡蓋及び中間にに球軸受を使っている。

　すなわち、起動時には逆起電力が不足するから、電流の過度上昇をきたすが、抵抗が入っていると、ちようど線電圧を抵抗で除した値1500÷30＝50Aに電流を制限することぶができる。
　本機の性能は、回転数は1800間毎分、容量は電動機が3ｋＷ、発電機が2ｋＷ、励磁機が0.23ｋＷとなっていて、架線電圧1350Ｖで発電電圧100Ｖ、負荷電流を20Ａとしたとき、線電圧が900Ｖに落ちても、発電電圧は60Ｖ以上となるように設計される。
　しかし、架線電圧900Ｖ以下となると、各性能はいちじるしく低下する傾向をもっているから、注意を要する。
　電動発電機は、容量とそのものの信頼度から見ると1台で充分であるが、降雪地方を運転する機関車や、運転区間の延長とともに、予備発電機の必要度は生じてくる。
　また、付属装置たとえばカノピスイッチや抵抗器の故障のために、運転不能となることは得策ではないから、これらの信頼度とにらみ合せて決定すべきであろう。

7.2 電動送風機 top

　電気機関車では、主電動機はできるだけ小さい容量で大きい出力を出させるために、また主抵抗器は小さい容量で大きい負荷に耐えるために、送風機をもうけて、電動機で駆動する。
　これを電動送風機（ブロワモ−タ）という（注2）。

電機子軸の一端には自己通風用のファンを有し、電動機の回転は歯車装置によって1段減速し、圧縮機のクランク軸に伝えられる。 　圧縮機は電動機と背中合せに結合し、電動機の電機子軸の1端に取付けられた小歯車とかみ合う大歯車の軸心は圧縮機の2個の空気シリンダ内を運転するピストンに直結したクランク軸となっている。 　第43図はこの様子を示したものである。 　よって、電動機の回転によってクランク軸が回転力を受けると、クランク軸の両側にこれと直角の方向に取付けられた空気シリンダのピストン棒を交互に運動させて、クランク軸の回転運動をビストンの往復運動に代えて、吸込行程と圧縮行程とをくりかえして圧縮空気を作るしくみとなっている。 　このようにして圧縮される空気の量は普通毎分250立方m（電動機の回転数120O回毎分）前後である。 　電動空気圧縮賭が負荷が間歇的に加わるために起動回数が多くなり、したがって、整流作用を悪くすることや、回転数が低いために、普通軸受を使用すること、クランクケースやギヤケースに油を多く使用するととなどが他の高圧補助電動機にくらべて使用上の支障が多いようである。 　また、本機も他の回転機と同様、7オームの直列抵抗を用いて起動時の過電流を防止している。

第43図　空気圧縮機の機構 1 シリソダ、2 ピストン、3 タランク軸、4 大歯車、 5 小歯車、6 電動機、7 吸込弁、8 吐出弁

8　高圧付属装置回路の器具 top

　電気機関車の高圧付属装置回路の器具には、高圧回路に用いる付属品である避雷器、電圧計・電流計・積算電力計をはじめとし、高圧補助機械に使う直列抵抗器（前節）高圧カノピスイッチ・高圧ヒューズ・暖房器・列車暖房回路用過電流継電気・同接触器・同連結器等があげられる。
　つぎにこれらのうち主なものについて説明しよう。

8.1　避雷器 top

　わが国のように雷現象の多い国では、重要な建物をはじめ交通機関にはことごとく落雷の被害を最小限度に止める防護装置が必要である。
　車両中特に電気車に避雷器をもうける理由は、架線などの高い建造物が多いことによる。

落雷現象及び他の接地事故による電車線電圧が急激に上昇する場合、電気車にそのまま侵入すると絶縁を破って大切な機器を焼くおそれがあるので、この高電圧を主要な機器の（＋）側で大地に導いて、機器の保護をする役目をもっている。 　電気車の避雷器には、初期は間隙式が主として使われたが、中期において専らアルミニューム避雷器を採用した。 　しかし、このものは戦時中、電解液溶剤の入荷がなかったので一時ドライバルブ式に代替した時代があったが、常用電圧でも短絡事故を起してついに本格的使用にいたらず、今日のレジストバルブ式がこれに代って登場し、現在に及んでいる。　この避雷器は従来使用されている磁気吹消形間隙式避雷器に改良を加え、レジストバルプという一種の弁作用をする抵抗体を用いたもので、受電所・起電線・電気車その他一般直流回路用として使用する。 　構造簡単であって振動に耐え、作用は確実であると共に保守に手数を要しない点に特徴を有す。 　第44図は東芝式レジストバルブの外箱を取外した内部構造の外形を示す。 　主要部は直列間隙・磁気吹消コイル・レジストバルプ円板要素から成っていて、これを一つの磁気台の上に取付けたもので、これを更に用途に応じて長方形の木箱に納めてある。 　直列間隙は角形主間隙及び針端補助間隙から成り、主間隙は電弧の消滅を容易にするために角形に作り、補助間隙は針端放電現象(注3)を利用して主間隙放電の遅れを緩和したもので、これらの間隙はそれぞれ使用電圧に応じて適当に調整するようになっている。 （注3）針端放電現象――高電圧による放電現象の一種で、放電々圧は両極の形状と間隙とに至大な関係をもち、球状間隙は大きいが針端間隙は小さい。

第44図　ＲＶ−Ｄ形直流避雷器 1 磁器盤、2 主間隙、3 補助間隙、 4 吹消コイル、5 間隙支枠、6 火花流、 7 レジストバルブ円板、8 口出線

その値は1500Ｖ用避雷器で常用電圧に対し2.4Ａ、常用電圧の2割増の1800Ｖでも14Ａ程度であるから、このため回路をみだすことはない。 　レジストバルブを有効に使用するためには、直列間隙の大きさを使用電圧に応じて適当に調整されなければならない。 　しかし、この大きさは使用電圧ばかりでなく、種々の状態でちがうものである。 　次の表は避雷器の定格電圧に対する間隙の標準寸法を示したものである。 　主間隙を調整するには先ずア−クシュ−トを取外してつぎの順序で行う (第46図参照)。

第46図　避雷器内部

　ア　主間隙は電極Ｅをしめっけている2個のナットＡを緩め、電極Ｅを前後して寸法を調整し終ったならば、元の通りＡナットを充分にしめつける。
　イ　補助針端間隙はＢナットを緩め、針端電極のネジを回して調整し終ったならば、元通りＢナットを充分にしめておく。
　これらをしめつける場合には。間隙寸法を狂わせないようにすること及び締付後間隙寸法と塵埃等の付着しないことを確認することが肝要である。

8.2　電流計 top

　主回路の最も接地に近い部分に挿入されたものは第6図(12)に示した通り、電流計(くわしくいえば電流計分流器）である。
　電流の値は回路のうちいずれの部分にあっても同じものであるが、これを（＋）側につないでおけばそれだけ高電圧を受けることとなり、器具そのものの絶縁を高度に保たねばならない不便があるので、そのため（−）側にもうけたものであることは周知の通りである。
　電気機関車の重要部分といえば、パンタグラフや主電動機があげられて、とかく付属器具類はうとんぜられ勝ちであるが、電気機関車の運転には、電車のように自動加速が行われないで、すべて機関士の勘で操縦するのであるから、この電流計はつぎに述べる電圧計とともに日常運転に必須のものの一つとして数えられる。
　電気機関車主回路用の電流計には、電動機回路用として普通800Ａ、また全回路用として2000Ａの2種がある。
　電動機回路用は電動機の各回路につないで永久接続回路の一つにもうけられるから、代表回路の電流値が表われるに過ぎないが、全回路用は接地マトメの直前にもうけられるから正真正銘の全電流値を示す。

（注4）可動コイル型電流計において、可動コイルに振れる電流 i と振れθとの間には正しく言えばつぎの関係がある。
　ｉ＝Ｃ／n・l・a・Ｈ・θ　
　ただしn：コイルの巻数、l：コイルの長さ、a：コイルの幅、Ｈ：磁界の強さ、Ｃ＝巻バネによって定まる定数。

　すなわち、回転角は電流に比例する。よってこの関係から可動コイルに一つの指針をつけて、その振れを可動コイルを流れる電流の値によって目盛れば、その振れから逆に可動コイルを流れる電流を測ることができる。
　これが電流計の原理である。また、みし可動コイルを流れる電流を電圧に比例する電流が流れるようにすれば、同様にその振れを電圧の値で目盛って電圧計を作ることができる。よって電圧計は電流計とその原理において全く同一のものである。

8.3　電圧計 top

　電気機関車の高圧用電圧計は、蒸気機関車の缶圧力計にも似た使命をもっていて、運転上必要な変電所からの起電電圧を測るために必要な計器である。
いうまでもなくパンタグラフを上げるとともに自動的に指示するから、停電などの突発的事故や、起電上の故障で線電圧が著しく下って運転上支障があるかどうかとの判断はこれによってつけられる。
　電気機関車に用いる電圧計は高圧用（線電圧指示）として2000Ｖのものがあるほか、低圧用として40Ｖ、150Ｖなどがあるが、いずれも、その原理と構造とは前節の電流計と同様である。

8.5　速度計top  

　電気機関車の速度計には機械式のものと、電気式のものとの2種類あって、機械式のものは時計式のものが専ら用いられ、電気式のものは交流発電機を用いたものが主として採用されている。
　機械式のものは、車軸の回転を相当の距離にわたる伝動装置を必要とすること、指示装置は構造複雑であって故障が多いこと、指針が階段的に動き車輪径の大きさに応じた調節ができないことに欠点を有するが、自動的に制御されること、周期的に回転を積算するから指示が正確であること、電気的・空気的に無関係で耐振性があることに長所がある。
　また電気式は発電機・指示器ともに耐振性がない上温度変化による指示の誤差が多いこと、指針の誤差は知らない間に起り且つ低目に指示すること、発電機の故障が多いことに欠点があるが、一方発電機と電圧計を任意の場所に選べること、車輪の磨耗による調整が容易であることなどに長所があり、それぞれ一長一短がある。
　しかし、電気式はまだ試験期を脱しきれないようで故障も多いので、現在なお機械式が主として採用されているので、以下これについて述べよう。

　機械式速度計の代表的のものはＧＳ14形である。
　この方式では、回転数は普通車輪の振動の最も少い第1位および第6位の動軸からとられ、車軸の回転を第1歯車(13：26)で上下・水平の回転に変え、これを先ず第2の傘歯車(20：20)で水平・上下の回転に変える。
　つぎに第3傘歯車(16：35)で速度計の元軸に伝える。よって車軸の回転4.375に対し、元軸の回転は1と減速されるようになっている。
　速度計元軸の回転が指針に一定の指示をする原理は第51図に示すとおりで、先ず元軸の運動は歯車を経て巻上歯車軸に伝えられ、車軸の回転速度に応じて巻上装置を直接巻きあげる。
　しかるに、元軸の回転は別にバネ箱にもうけられた歯車によって間歯車によって時計歯車箱に伝えるので、時計装置の作用によって3.6秒聞に1回転の速さで滑り子軸を回す。
　滑り子軸は3個に分割され、各々自由に上下に勣くようになっているので、滑り子とかみ合っている巻上歯車は車輪の回転数に応じ、車輪の進行した距離に比例した寸法だけを巻上げる（1.2秒間）。
　巻上げられた3個の滑り子は接触がはずれる瞬間摩擦車によって支えられるから、この軸についている針軸は滑り子の高さに応じた速度を示すことになる。

8.7　高圧ヒューズ top

　ヒューズはいわゆる可溶片で、高圧回路に用いたものをとくに高圧ヒューズという。
　ヒューズは電気回路に接地・短絡事故を生じた場合に、電流を速かに遮断して、この回路にある他の機器類を保護するためにもうける。
　電気機関車用高圧ヒューズは、すべて蔓巻形に巻いたものをファイバ製の筒で包装した包装ヒュ−ズを用いる。

（注6）車両用ヒューズの定格はつぎの試験に合格した値をいう。
　ア　定格電流を通して切れないこと　
　イ　定格電流の1.2倍で5分間切れないこと
　ウ　定格電流の2倍で2分間以内に切れること　
　エ　定格電源の10倍で安全確実に切れること、

8.8　機関車暖房器 top

　電気機関車には、運転室に乗務員の採暖用として電気暖房器をもうけるほか、降雪地方に使用する機関車には扉・砂マキ管・逆軸器などに凍結防止用として特種の暖房器をもうける。
　電気機関車暖房器は抵抗発熱方式（注7）による間接式を用い、披熱物には電流を通さないで、別に発熱用抵抗体をそなえ、これに電流を通すとて発熱する熱を伝導・対流または輻射によって被熱物に伝える方法を採用する。
　発熱体は披熱物に熱を与える必要上相当の高温度に上る。よって　
　ア　熔融点及び酸化点の高いこと　
　イ　固有抵抗の大きいこと　
　ウ　温度係数の小さいこと　
　エ　延展性に富み加工容易なこと
などが条件として必要である。
　現在用いられている発熱用合金には2種類あって、一つは1150度までの使用に適したニッケル75〜80％、クロ−ム15〜20％を含んだ第1種電熱線で、他の一つは900度以下の使用に治するニッケル60〜70％、クローム10〜20‰、残余は鉄より成る第2種電熱線である。
　通例ニクロム線と呼ばれているが、クロメル・タンガロイそのほか各種の商品名がある。
　固有抵抗は20度で1cm当り約100〜120マイクロオーム（注8）で銅の50〜60倍に当り、膨張係数はO〜1000度の間で約2×10の−5乗に相当し銅の約1/20に過ぎない。
　採暖用暖房器の構造は2本の耐熱性磁器製巻枠にニクロム線の熱線を巻きつけた発熱部と、これを支える支え棒、両端の支え板などから成る（第55図）。

（注7）電熱器の発熱方式には抵抗の大きい導体に電流を通じてその導体を熱する抵抗発熱の方式と、適当な電極の問に電弧を飛ばして熱を肢生する電弧発熱の方式があり、両者とも直接式と間接式とがある。
（注8）1マイクロ・オームは10の−5乗オームすなわち0.00001オームである。

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