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田中隆三の電気機関車百話――�W　電気装置

<第51話>　高速度電動機は何のために top

　電気車用電動機を高速化する利益は、一般的には、
　　�@電動機を小形軽量にできること　
　　�A自己通風量の増大によって定格出力を増大できること
　　�B定格速度を引上げられること　
　　�C騒音・振動の減少により故障をへらし保守費を縁戚すること。
などに帰することができる。
　電車ではそのほか、電動機のバネ吊り掛け方式を採用することによる分離駆動で独立した歯車装置や、動力伝達のための可撓継手――例えばカルダン軸駆動やＷＮ式駆動を用いることによって振動騒音防止にさらに一段と効果を発揮していることがあげられる。
　吊り掛け方式を未だに採用している電気機関車では、思い切った高速変化は困難であるが、一昨年試作して現在もなお試験中のＥＨ10−15形の高速度電動機についてみると、ＭＴ43形にくらべて回転数は1時間定格全界磁で800回転/分を1,000回転/分に、60％弱め界磁で990回転/分を1,250回転/分にと約25％早め、連続定格全界磁で900回転/分を1,060回転/分に、弱め界磁1,170回転/分を1,370回転/分にと約18％早め、重量は3.500kgから約2,500kgと約30％も減っている。
　これは、もちろん試作であるためにかなり安全度を見込んだものてあるから、本格的にはさらに大幅の高速化が期待できるわけである。
　しかし、このように誰の目から見ても当然実現すべきものを、何故今まで手をつけなかったというと、一口に言えば軸受部に強大な遠心力によって障害を起さない整流子の構造の研究と、低い整流子片間電圧を確保して整流作用を悪くしない閃格防止に対する絶縁物の信頼すべきものがなかったことである。
　現在ではＢ種絶縁として知られたマイカ・アスベストなどと共に高温に耐える合成樹脂の発見で薄くて熱放散の良い絶緑物が続々登場し、整流子構造も特殊な締付方法が考究されているので、電動機の高速化はますます急ピッチで進むことになろう。
　(注)現在わが国で実用化した電気車用電動機の定格回転数は4,000回転/分が最高であるが、いずれも私鉄用電車である。

<第52話>　断路器・断流器・遮断器などの相違は top

　始めて電気機関車を学ぶ者にとって、その区別に戸惑うのは断路器・断流器・遮断器の三つであろう。
　断路器は人力で操作し、断流器・遮断器は電気的に作用するものであるという、基本観念を頭に入れて3者の相違を述べよう。
○断路器
　回路を“切入”するナイフスイッチを総称するが、電気機関車では元断路器とパンタグラフ断路器の二つを指して称し、補助回路その他にあっても断路器とは言わない。
　手動で切入するのであるから、無電圧のときに取扱うのが原則であって、普通主回路の点検特に絶縁測定の際などに切入すること周知の通りで、また無動力回送には切っておくのが建前である。
○断流器
　常時は主回路の電流を（＋）側において切入れするが原則であるが、特に主電動機回路に過負荷または接地短絡のために故障電流が流れた場合に、過負荷継電器の動作に併行して作用し、回路を切る役目をするもの。
　従って、他の接触器とちがうところは、主回路のもっとも（＋）に寄った側に設けられること、遮断容量がとくに大きいこと、過負荷継電器との連動作用をもっていることなどである。
○遮断器
　主回路に接地または短絡のために故障電流が流れた場合に、安全にして早く回路を遮断するもので、断流器との相違は、断流器が主回路の電流の切入れに常用するのが主目的であるのに対し、遮断器は故障電流を電源から迅速かつ安全に切離す保安装置である点てある。
　しかし、遮断器は普通の性能では断流器との間に特色が発揮できないので、今日では「高速度」と「自動」との二つの特色をもった「高速度遮断器」として重用されている。

<第53話>　高速度遮断器の特性は何か top

　従来の遮断前に、故障電流を切るのに要する時間は100分の5〜6秒程度であったから、故障電流が最高値に達したのちに遮断作用が行われるものであったために遮断時の電流値は高く、従って付帯事故（特に主電動機の閃火短路）を起すことが多かった。
　東海道線初期の電化においてこの種事故は多発して電化の進度を阻んだことは周知の事実である。
　そこで、故障電流が発生してから最高値に達するまでの過程中に、遮断する役目を持たせたものが高速度遮断器である。
　高速度遮断器の特性は
　（1）故障電流発生後アークを切り初めるまでの時間が早いこと（普通100分の1秒以内）
　（2）故障電流の最高値をできるだけ小さく抑えること（普通遮断器の約2分の1以下）
であって、現在取付けられている高速度遮断器は芝浦式・日立式共にこの性能を有する。
　現在の高速度遮断器の調整電流は2,500Ａ（4個電動機）3,000Ａ（6個電動機）3,500Ａ（8個電動機）に調整してあるが、これらはいずれも故障電流そのものではなく故障電流ははるかに高いものである。
　例えば2,500Ａ目盛では約3,500Ａが流れた場合に遮断するようになっている。
　(注)高速度遮断器の発達は幹線電化にきわめて重要な役目を果したことは前述の通りであるが、戦時形ＥＦ13をはじめ、戦後のＥＦ58・15形の新車には製作技術の未熟と製作費節減のため、止むを得ず特殊断流器をもってこれに代用したが、故障時の付帯事故続発でついに色々支障もあったが、高速度遮断器の再設備となった次第である。

<第54話>　単位スイッチの遮断能力とは top

　単位スイッチなどの遮断能力の良否はどうして判断するか、また、これにはどのように対処するかを概述してみよう。
　ごく概念的に言えば、遮断能力の良いことは、遮断したときのアークが　
　　�@澄み切った音を立てて　�A短い時間に　�B青白い色を呈して
切れるときである。
　いうまでもなく、にぶい音を立てるときは吹消力が不足してアークの切れ味が悪い代表的な状態を示すもので、火花電圧が高いばかりでなくア―クが安定しないとみてよい。
　遮断時間か長いことは電流が過大であるか、開放間隙が適当でないときで再発現象もしくは最短距離を経過しない懸念があるし、純銅を融解したときの純粋のアーク色を呈しないときは、不純物例えばガス体とかゴミがアークに溶けている場合などと判断して大体間違いないからである。
　しかし、遮断能力の良否を判断するには、こういう概念的の見方から一歩進んで考えてみる必要がある。
　それには　�@遮断時間　　�A火花電圧がどのように変化するかということてあろう。
　遮断時間は、遮断電流の過小なときは長く、電流増大と共に良好となる。
　これは火花吹消コイルの効果と考えてよい。しからば電流は多ければ多いほどよいかというと限度がある。
　例えば、1,500Ｖ、誘導負荷20mＨ（ミリヘンリー）の回路で100Ａを遮断したとき、0.09秒のものが、700Ａで0.045秒となるが、2,000Aでは0.09秒と再び悪化することが実験の結果発表されている。
　火花電圧では、遮断の初期と終期とでは異なり、初期は高く終期は下るものであり、平滑に遮断が行われるときは下ると共に一定となるが、ガスがあったり不鈍物があると電流は一たん増加し、火花電圧は急変して安定しないものである。
　例えば前記の例で遮断の初期は約2,000Ｖ（500Ｖ増加）となるが、間もなく1,500Ｖ程度で安定するが如きである。
　遮断時間を左右するものは、この他シリンダピストンの動作時間、接触子の開放間隙の大小が影響するものである。
　普通主回路が完全に開いた位置をとるまでの所長時間は約0.04秒であり、開放間隙は広いほど短いことは言うまでもない。

<第55話>　単位スイッチの段切作用とは top

　単位スイッチ2個で電流を切る場合に2通りの方法がある。
　その一つは2個を直列にして切る方法であり、他の一つは並列にして切る方法である。
　ちょっと考えると並列にして切った方が安全であるように思えるが、実際は直列にした方が合理性があるわけである。
　何故かというと、並列にした場合は電流は2分でぎるが、電圧は変らない。
　従って火花電圧を低下するのに役立たないが、直列にした場合は理論上各スイッチに火花電圧を分けることができるからである。
　この作用を単位スイッチの段切作用という。
　もちろん1個で切るよりも2個を直列にして切った方が遮断性能は優れていることは申すまでもない。
　国産標準形電気機関車がＬ形単位スイッチを殆ど例外なく直列に2個つないでいるのはこのためである。
　前例のＳＲ1単位スイッチの場合、線電圧1500Ｖ、誘導負荷20mＨの回路において、1個と2個の場合の遮断試験の結果を比べてみると次のようである。
（1）遮断能力
　二つの電磁弁の動作を完全に一致させること、すなわち切動作を同期させることは難しいが、その差はごく僅かで0.0035秒ぐらいである。
　電流の完全な遮断に要する時間の遅速は火花電圧の値に微妙な影響を与えるものであるが、遮断電流5,000Aぐらいまでは完全な遮断をした。
（2）火花電圧
　動作を早く始めた方に火花電圧の過半を分担させるので、その火花電圧は約2,000Ｖ以上となるが、他方が動作し始めると遮断能力は分担されていく分軽減される。
　しかし、火花電圧は不安定となって火花の再発現象が起る心配がある。
　切動作を同期（殆ど）させることができることの心配はなくなる。

<第56話>　主電動機の定格性能について top

　主電動機の定格には連続定格と1時間定格の二つに分けて呼んでいることご承知の通り。いうまでもなく、連続定格とは各部の温度上昇が許容温度を超えることなく連続して使用しうる性能をいい、1時間定格とは各部の温度上昇が許容温度を超えるここなく1時間連続して使用しうる性能をいう。
　なお、定格性能とは出力のほか、端子電圧・電流・回転数（風量とも）を併記するのが常となっている。
　国鉄現在の仕様書では巻線類に対しては抵抗法で1時間定格の場合120°Ｃ、連続定格電流の場合150°Ｃ、がそれぞれ温度上昇の許容限度とされている。

いま、ＥＦ15・58形に採用しているＭＴ42形と、ＥＨ10形に採用しているＭＴ43形とＥＨ10−15に取付けた試作電動機の定格性能を右に示す。 　これによると、42形と43形では連続・1時間定格とも同一であり、42・43形と試作電動機とでは1時間定格は全く同じであるが、連続定格では出力・電流共に25％増え（回転数が16％増）ている。 　これは第52話でも述べたように、高速度電動機として必要な条件を満すために絶縁材料を特Ｂ種としたからである。

　しかしここにもう一つ注目すべきは、1時間定格と連続定格との差が、試作電動機では約20％（470 ：398）の開きでしかないのに42 ・ 43形では約50％（470：320）も開きがあることでさる。
最近のように電気機関車は長距離運転の特長を発揮させるようになってくると、この両者の開きはできるだけ少ない。
　つまり連続定格を1時間定格にできるだけ接近させたものにすることが必要となる。
　短時間にいくら過負荷が利いても連続的に使用が不可能では使いものにならないからだ。
　ここに1時間定格で今後の運転計画を立てることは危険であることを認識せねばならぬ.

<第57話>　主電動機の弱め界磁とは top

　主電動機の弱め界磁とは、主界磁の巻数（厳格にいうとアンペアターン）を減らして回転数をあげ、同時に同一電流値に換算した回転力を増すことである。
　言い換えると、弱め界磁は高速度における出力の低下を緩和し速度の増大をはかる。
　つまり出力の増加と同じことである。この他最近では、弱め界磁は電気車の起動（このときは起動牽引力の少ないことを利用、ショックや空転を防ぐもの）に、あるいは電気ブレーキのときの弱め界磁遮断（同上）など弱め界磁の利用が広まってきたが、日本の電気機関車では未だ前段の利用だけである。
　弱め界磁の割合（％）は在来の最高は40％（使用界磁60％）であったが、最近は50〜60％のものが中には補償線輪を用いて70％まで用いるものが電車に現われた。
　弱め界磁の方法は主界磁の巻線の中途からあらかじめタップを出して主界磁の一部を切り放すか、あるいは界磁回路に抵抗を並列に入れて分路する方法がある。
　前者をタップフィールドまたはショートフィールドと称し、後者をシャントフィールドと呼んでいる。
　現在電気機関車に採用される弱め界磁方法は主として前者によるが、高速度電動機などには抵抗とインダクタンスによって分路する誘導分路による方法がある。
　これは強大な弱めを行うには制御段数が3〜4段になるため、界磁コイルの寸法が増大しなくてすむ利点があるからである。
　弱め界磁は前記のように、出力を増大した別の機関車を使用するのと同じ結果になるから、できるだけこれを有効に使うことが有利である。
　遅延回復だけにこれを使う頑向があるのは誤っている。また計画者も、これを温存するような運転時間の査定は避けるべきであろう。

<第58話>　電気機関車主電動機のブラシ top

　昔は一般に車両用電動機のブラシはもっぱらナショナル（アメリカのＮＣＣ258 ）にきまっていたもので、国産品は使いものにならなかった。
　戦中から国産ブラシは技術的にも、生産的にも非常な進歩を遂げ、現在では国産品で何ら遜色のない立派なものができるようになり、オール国産品となっている。
　主電動機用ブラシは例外なく炭素ブラシであるが、これに必要な条件は�@良い整流作用　�A高い機械的強度との二つに要約される。
　主電動機用ブラシの特性は一般ブラシに比べてきわめて厳格な規格によっていることもちろんであるが、その重要度の高いものから述べると
　ア　固有抵抗が大きいこと
　　国鉄規格は0.（〕01〜0.005ﾛｰcmであり、国産品は一般に下限に近いがＮＣＣは上限に近いのが特長。これによって大体整流の良否を判定する。
　イ　抵抗力が高いこと
　　抵抗力は直接ブラシの機械的強度に関係するもので、国鉄規格は200kg/平方センチ以上
　ウ　硬度はある程度以上あるが高過ぎないこと
　　硬度は均一であってシヨアで30以七となっているが、もろくて欠け易いことは禁物。
　エ　比重は重いこと
　　比重には見掛比重と真比重とあるが、前者1.55以上、後者2.1以上というのが国鉄の規格。
　オ　弾性は大きいこと
　　弾性は大きいほど整流子なとがらくるショックを吸収するからよいわけで、国鉄規格では弾性係数（弾性の逆数）は800以下となっている、
　カ　摩擦係数は少ないこと
　　摩擦係数は大きいと摺面が荒れて整流が悪くなるので、規格では0.3以下ときめられる。

キ　耐衝撃性は強いこと 　衝撃試験機,によって10％まで欠損する時間が長いほどよい。規格では60時間。 　その他灰分の少ないこと、孔有率が少ないことなどがある。 　国産炭素ブラシの代表的なものを右に示すと、ブラシの摩総量は走行1万キロ当りで2.0〜2.5mm位が理想で長さ66mmの標準ブラシが使用限度（33mm）まで減るのに10〜15万キロ運転できるから、丙修繕間で1回ぐらい取換えればよいわけである。

<第59話>　電気機関車主電動機の試験 top

　組立終った主電動機はそのまま使用することはなく、以下述べる7種類の試験に合格しなければならないことになっている。
　1　極性試験
　　各口出線の（＋）（−）をそれぞれ指定通りにつないで低電圧を除々に加えて所定方向に回転するかどうかを試験する。内部配線のツナギ違いやＮＳ極の取付誤りで反対方向に回るような馬鹿らしいことが稀にあるという。
　2　温度上昇試験
　　負荷をかけて一定時間運転した場合各部の温度が何度に上るかを知る目的で行われる。
　この試験では巻線類の温度上昇（120度）がもっとも重視される。
　3　速度特性試験
　定格電流を1時間通したあと、正しく定格電圧を加えて定格回転数（全界磁）の1.6倍に相当する値から1時間定格電流の2倍までの間の適当の電流値で正逆回転数を測定して限界値を越してないかを調べる。
　4　整流試験
　速度特性試験と同時に行い、火花程度の測定を“図面指定”によって第2号以下であるかを調べる（1時間定格電流で）。現在は観測者の直感に依存している。
　5　高速度試験
　1時間定格速度の2倍に相当する速度で1分間運転して、バインド線の強度、軸受の状態、通風状態、回転部分の平衡状態、機械全体の振動などに異状ないことを調べる。
　6　絶縁抵抗試験（略）
　7　絶縁耐圧試験
　ＡＣ4,500Vを1分間かけて各部に異状ないことを調べる。

<第60話>　主電動機の絶縁不良とその防止 top

「電気は人間と同じようにもっとも障害の少ない道を通り、何とか楽（らく）をしようといつも近路を探している。その逃道を塞いでおく物質がすなわち絶縁体である」と。
　この逃道の塞ぎ方が悪いことによる被害は、主電動機においてもっとも大きいことはいうまでもない。
　第56話でも述べたように、最近の絶縁物は主電動機に関する限り非常な発達を見でいるが、在来品をまだまだ多数に擁している現在では、何とかこの”逃道の塞ぎ方”に万全の努力をつくさねばならない。
　まず絶縁不良となる原因を探して見ると、�@絶縁破壊（パンク）によるもの　�A漏洩電流（リーク）によるものとの二つに分けられる。
　パンクは完全に被覆されたコイル類に起るものであり、リークは裸の部分すなわち整流子やブラシに起るものである。
　完全に被覆されたものからどうして絶縁が破れるか。機械的強度か弱いから起ることが多い。
　電機子コイルのゆるみや、振動や衝撃からくるもの、また検査や清掃による手荒な取扱いも決して無視できない。
　裸火で被覆を焦がすなどはよくあることである。
　整流子とブラシとはお互いに接触して電流を通しながら滑り合っている。
　このような場所でどうして電気を逃がさないかが問題である。そこでは電気はも早や閉じこめられないで何か近ぐにあるものが接触すればそれを伝って逃げ出そうとしている。
　線路のホコリは車輪やブレーキシューの粉末を多く含むので、カーボンと同じ位の導体となる。
　最初はごく僅かでもすぐにも増大する。またスパークは絶縁面を焦がして炭化され、電気はその表面を流れるようになる。湿気はもう一つ悪い。
　ホコリと水分はリ−クの最大の敵と思わねばならぬ。

<第61話>　主電動機故障にはどんな種類が top

　主電動機の故障は戦後一時全故障の約50％以上を占めたものであるが、その後新車の増備にともなう旧形電動機の更新や保守技術の向上などで年々漸増して、
　　30年度においては、Ａ（大）…9件、Ｂ（中）…22件、Ｃ（小）…75件の計105件
であって、総故障件数のＡ…64件、Ｂ…91件、Ｃ…972件に対し14％、24％、8％（平均9.4％）という数字を示している。（国鉄本社調査）
　参考のために100万キロ当りの故障はＡ故障（責任事故）で29年度1.56件に対し、30年度は1,44件と8％向上している。
　この全故障の1割弱という主電動機故障の内訳を見ると、Ｃ故障（車庫内発見）における故障件別順位は
　ブラシ支え関係…20　電機子関係…19　支え軸…4　コロ軸…17　平軸…16　口出線関係…14　ピニオン…4　界磁…6　軸折れ…11　計　75件
の通りで、この傾向はＡ・Ｂ故障ともほぼ同様である。
この故障の王座を占めるブラシ支え関係は数からいっても、ブラシの性質からいっても件数として最多数を示すことは容易に想像できるが、電機子関係のこれに近い数字を示していることが何としても致命的である。そこでこの19件の内訳を見ると
　ライザ半田弛み、コイル層短絡・地気、閃火短絡、絶縁不良、バインド線弛み・断線
などがあがっている（内訳省略）ことは、いかに第60話が主電動機故障に深い関係をもっているかが判ると共に、これからの絶縁向上にともなう保守技術の進歩が故障漸減に大きく期待されるわけである。
　つぎに軸受の故障がサスペンション、電軸共に相変らず多いのは、コロ軸の工作上の欠陥は別としても大いに反省の余地がある。
　またピニオン欠損や軸折れは例外と見るとき、口出線や界磁の故障が激減したのは今昔の感なきを得ない。
　なお、主電動機故障を機関車用途別に見ると、断然貨物用に多く、1両当り平均ＥＦ58形で0.49件に対し、ＥＦ 15形0.65件と約30％15形の方が多い（国鉄本社調査）.このうち、もちろんコロ軸関係は変らず、電機子関係の故障差が主として現われている。

<第62話>　主電動機故障の処置はどうする top

　主電動機の故障はいうまでもなく致命的であるがその代りに、1個電動機の故障でも運転休止というハメにならないように不良電動機の“開放運転”が可能という便利さもある。
　故障の処置さえうまく行けば、高速度遮断器や電動発電機の如く1個しかないもの、数はあっても“もの”によってはたちまちお手あげとなる単位スイッチほどの危険性もないといえる。
　そこで、故障の処置について二、三の重点を述べよう。
　�@　故障内容の判断
　故障種別は前話で述べた通りであるが、それぞれの故障がどんな現象となって現われるかは自ら体験するか経験者の話を聞くより方法がないが、多くの場合軸折れか歯車欠損など顕著な故障は初めてでも判断がつくし、枠内の故障は発煙・発臭の程度や絶縁物など、飛散状態で判るものである。
　この故障内容を確っかりとつかむことがもっとも大切である。
　これによってその後の処置方法がきまるからだ。
　�A　故障電動機順位の判断
　稀に又入れが利いて運転継続ができる場合もあるが、電動機故障には開放がともなう。
　故障電動機を開放する段となると、取扱いの過誤から発生する全モーターフラシオーバなどの特例を除いて、著しい現象が現われない場合の故障電動機の判定は慎重を期さねばならぬ。
　電車の例であるが、故障電動機の番号をまちがって開故したなどというちょっと考えられないような事故例が最近もある。
　�B　開放後の運転
　2個モーターを開放した場合の速度制御は制限を受けるうえ、牽引力が減少して列車遅延を来すことは当然で、これはあくまで応急的処置であること、従って運転の難易、負荷量の軽重によって継続の適否を判断すべきである。
　ここでちょっと面白いことは、直列運転では却って全モーターが揃っているときより、速度は高くなることである。
　説明するまでもなく負荷電流はふえるが、1個モーター当りの端子電圧が増加するからである。

<第63話>　主電動機の速度比とは top
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　速度比はすなわちスピードレショ（speed ratio）であって、主電動機に許容される最高速度と定格速度との比をいう。
　高速度電動機の性能を評価する一つの要素で、この値は高いほど高速度性能は優秀であるというのである。
　スピードレショの在来電動機の値はおおむね2〜2.5である。
　すなわち、最高許容速度は定格速度の2〜2.5倍まで出しうる。
　しかしこの値は最近では2〜5の範囲の能力を必要とするに至っている。
　さらに最近“スビードレショパワー”なる語が用いられ姶めたことを三菱電機松田博士は「高速度電動機と駆動装置」で述べておられる。
　スビードレショに定格容量（ＨＰ）を乗じたもので、起動加速度はこのスピードレショパワーに比例するものとし、この値の大きいことを力説している。

<第64話>　主電動機の過電圧耐量はどのくらいか top

　直巻電動機においては力行時は高速度になると回転力が小さくなって出力の調整をうまくやるのが特長であるが、発電ブレーキの時は高速度と大ブレーキ電流との相乗積で出力の過重と誘起電圧の過大を招き整流が悪くなるという。（松田新市著「高速度電動機と駆動装置」14ページ参照）
　これを防ぐためには整流子片間の電圧を低く保つようにせねばならぬ。
　この低整流子片間電圧をうるには整流子片数をできる限り多くとるようにする必要がある。
　国鉄電気機関車の整流子片数はＭＴ17,28形で195枚,片間電圧は13.8Ｖ、ＭＴ42形で171枚、17,55Ｖである。
　すなわち、在来の電動機は12〜18Ｖであるのに対し、最近の電動機は整直子片間電圧は7〜8Ｖとなるよう設計されていて、在来の電動機の過電圧耐量は定格電圧の110〜120％しか許容されなかったのに対し、200〜300％を許容するようになったといわれる。

<第65話>　電動機用語について top
　　　　　　　　｜
　いままでに出ない電動機用語のうち、特殊なもの2、3を拾って見ると次の通りである。

　○　電流密度（current dens1ty）
　電機子コイル・界磁コイルの温度上昇は電動機定格を左右する一つの要素として重視されるが、この温度上昇は何によって定まるかというと、いうまでもなくコイルの単位断面積を通ずる電流値、すなわち電流密度に直接関係する。
　電機子コイルの電流密度は定格電流の場合普通4〜7アンペア／平方ミリであって、界磁コイルは2〜4アンペア／平方ミリである。
　電機子コイルの方が高いのは狭い溝内に厳重な絶縁を施して納められるためにやむをえない結果と思われるが、電機子コイルの故障が多いのはやはりこれに原因するものが多い。
　ついでながら、ブラシの電流密度はどうかというと、一般に6〜12アンペア／平方ミリ、おおむね10アンペア／平方ミリ程度でかなり高い値を示している。
　これは元より通風の影響もあって冷却効果も大きいからコイルほどの懸念はない。

　○　空隙（air gap）
　電動機の空隙には　�@電機子と主極問　�A電機子と補極間の2つあるが、いうまでもなく軸受の摩耗限度とニラミ合せて最少限度を保つように設計される。
　有効磁束を多くするためである。在来の電動機においては、主極と補極とでは、殆ど主極の方が狭く4〜7mm、補極の方は同一寸法かまたは1〜2mm、あるいはそれより広くなっている。

　○　極数と極性
　主電動機の極数は4極と6極との2種類あって、極数は多い方が回転力が増加するのでのぞましいのであるが、狭い枠内への取付に制約されて無理があるので両者の間に長短はつけ難いようである。
　国鉄電気機関車では外国製品には6極のものかなりの数を占めていたが、現在はＥＤ42形を除いて4極を標準としている。
　極性は最上位の主極をＮとして回転方向へ補極ｎとなり
　　Ｎ→ｎ→Ｓ→ｓ→Ｎ→ｎ→Ｓ→ｓ　（大文字は主極、小文字は補極）
と順次同極が2つずつ並ぶことになる。
　この極性の配列はちょっと錯覚を起してＮ→ｓ→Ｓ→ｎ…と考えられ勝ちであるが、主権は主極同志、補極は補極同志で磁路が構成されることに注意されたい。

　○抵抗値
　直巻電動機の各コイルは断面が大きいのが特長で、従ってその抵抗値は極めて小さいことは周知の通りである。
　しかし、これらの値を記憶することは困難であるが、大体の数字を覚えておくことはまた大切である。

<第66話>電気機関車用補助回転機とはどんなものか top

　「補助」というのは「主」に対するもの、すなわち主回路の機器の作用を完了させるために補助として用いられるものであるこというまでもない。
　補助機械は普通補助回転機を指すので、ここでも補助回転機として述べる。
　補助回転機の種類及び個数は一般には次の通り標準化されている。
　ア　電動発電機…………1台
　イ　電動送風機…………2台
　ウ　電動空気圧縮機……2台
　ただし、例外として戦前製作の標準機関車は電動発電機2台、アプト式ＥＤ42形には主抵抗器用の電動送風機1台が別に設けられ、また電動発電機に送風機を直結したものでは同機は2台となる。
　補助回転橋として共通的にいえることは、線電圧1,500Vを電動機側に受けて駆動されること（このためにいずれも直列抵抗を入れている（第70話参照）。
　そのために回転数は早いこと（空気圧縮機でも1,000〜1,500回毎分）、そのために圧縮機以外は軸受にコロ軸を採用し、補機室に一まとめとして設けられ保守と点検に便じていること、しかも常時回転しているので（空気圧縮機は間歇的であるが起動回転が多い）振動と騒音の原因をつくることなどがあげられる。
　特に振動・騒音源をつくることは運転取扱上からいっても、保守上からいっても影響するところが少くない。
　また、各回転機ともその起動には運転室にある高圧カノピスイッチの切入によって行うのであるが、高圧を手動で切入れするために、カノピスイッチの設計には充分な安全装置があっても、取扱方の疎漏による故障事故が跡を絶たないのは注意すべきである。

<第67話>　電動発電機の重要性について top

　電動発電機は戦後1台を標準とされて、補助回転機の偶数制はここからこわれた形であるが、1台となるにはこんな経過があるようだ。
　すなわち、過去10年間に電動発電機本体の故障は皆無に近かったこと、たまにあっても抵抗管かこれに付帯した故障だけであったことから、お召列車用機関車を除く他の機関車を1台とすることにされたのである。
　しかし、電動発電機の故障はそのまま運転休止に通ずるという重要性から、これを1台とする代りに抵抗管の予備を設けて切換装置を置いたのが現在の姿である。
　電動発電機の重要性についてはいうまでもなく、制御電源を供給していることにあるが、1台となってからその代りがないという意味で一層増したといえる。
　これをさらに布衍（ふえん）してみると次の通りである。
　1　制御回路の電源となるために、あくまで定電圧特性を必要とすること。
　　制御回路には高速度遮断器をはじめ単位スイッチ・逆転器・パンタグラフ・各種継電器・砂撒スイッチなど50指に余る機器の動作源となる電磁弁を確実に作用させなければならぬが、それには線電圧の多少の変動があっても作用に遅速があってはならない。
　現在の標準形電動発電機では、架線電圧900Vで発電機電圧90V以上が保証されているから安心できるようであるが、実際は800 V以下は急激に発生電圧が下るので油断がならない。
　2　電流容量が充分であること
　　近時一般に電車でも電気機関車でも低圧電源を使う機器が増えているが、中にもＳＧ装置・前照灯・空転警報装置・パンタグラフ・空気ブレーキ装置などで、その使用量は在来の2ｋＷ（定格20A）では不足を来したので、ついに3ｋＷ（定格30A）を標準化するに至ったわけで、これさえも甚だしく余裕のあるものとはいえない点に注意を要する。
　3　連続使用による耐量
　　従来2台である場合は、連続使用とはいうものの往路と復路で切換え使用、事実上間歇的な使用という手もあったが、1台では運転中の多少の故障は無理に使用せざるをえない場合も生じて、余計寿命を短かくすることは避けられない。
　連続使用による耐量は、電気的には整流作用、機械的には軸受状態で決ると思うが、両者は定期検査の水準向上と日常使用状態の絶え間ない申告に待つ以外にはない。

<第68話>　電動送風機の使命は何か top

　電車にはない電動送風機は、電気機関車に何故設けられるか、といった疑問は電気機関車関係の従事員には殊更に起きないだろう。
　しかし、電動送風機がどん.な使命を果し、どんな効果を表わしているかを知らない人は案外多いのではあるまいか。
　まず、主電動機仕様書の温度試験の1時間定格・連続定格の項目中に
　「押込通風毎分50立方メートルにおいて各部の温度上昇は云々」
とあるように、電気機関車の電動機定格はすべて50立方メートル通風のもとできめられる。
　しからば、この通風効果はどのくらいあるか、実験の結果によると次のようにいえる。
　ア　低電流（200A以下）では通風と無通風との温度差は殆どない。
　イ　定格電流付近では、通風と無通風とでは約30％以上の温度差が表われる。
　ウ　高電流となるにしたがい、その温度差の表われ方はさらに甚だしくなる。
　　以上によると、停車中運転通告など聴取のために一時的に送風機を切ることは、電動機保守上左程の被害はないということになり、また降雪中粉雪の侵入を防ぐため送風機の回転を落して通風風圧を下げることは、負荷電流の高い位置では好ましい結果を生まないであるうということが判る。
　しかし、後者の場合は雪の被害を最小に止める手段として講じたものであるからやむを得ないとして、必要以上に送風機のスイッチは切らないで、常時冷やしておいた方が無難であるということになる。
　いずれにしても、電動送風機ほど直接運転に響いてこないばかりでなく、高い騒音を立てて煩さがられる機械はないために、日常運転業務を執る乗務員にとってはとかく軽視され勝ちであるので、ここに頂門の一計としておこう。

<第69話>　電動空気圧縮機の弱点とは top

　電動空気圧縮機は電動送風機とちがい、空気ブレーキという重要な部門の大宗を握っているものとして、一般に関心度は強いが、さてこのもののウィークポイントとなると大切でありながらウッカリしているようだ。
　電動空気圧縮機は申すまでもなく、電動機と空気圧縮機とを歯車で結合したものである。
　従って、電動発電機のように発電機を回したり、電動送風機のように羽根車を回したりするのとは相違して、クランク軸の回転をピストンの往復運動に変えるので、大きい起動回転力を要するばかりでなく、圧力加減器と同調して間断なく切入を反ぶくする、いわゆる短時間定格（30分）の電動機である。
　このような構造を使用状態から、設計上にも種々変った方法が採られる。
　例えば
　　1　主磁極は4極あるが、界磁巻線は2極だけ巻いてあること。
　　2　口出線はＡ（＋）、Ｆ（−）の2本で、電磯子から入って界磁から出るすこぶる簡単な配線であること。
　　3　軸受は平滑軸受で、給油はオイルリングによることなどで、電気的にも機械的にも簡単である。
　　すなわち補極はなく、主極2個を1個の界磁コイルをもって励磁する構造となっていること、軸受は平ベアリングでコロ軸を使っていないことなどから、起動回転が多いことなどと重り合って、大きい起動電流をしばしば流す結果となり、整流不良となり易いことが最大の弱点とされる。
　これに対しては、常に圧縮機の圧縮能率との関連（すなわち圧縮能率が余り高過ぎると過熱を起す）においてよい整流作用の保持に留意することが肝要である。

<第70話>電気機関車の補助抵抗器には top

　電気機関車には主回路用として格子形主抵抗器を用いるとは周ねく知られているが、補助回路または制御回路用として各種の抵抗器が用いられる。
　補助機械の電機子回路に用いられるものに直列抵抗器、同界磁回路・制御回路機器（高速度遮断器保ちコイル・低圧継電器・ノッチ継電器・充電継電器など）に用いられる抵抗管と称するものがこれである。
　直列低抗器というのは、直接線電圧の1,500 Vの加わる前話の電動発電機・電動送風機・電動空気圧縮機などの回路に直列に挿入するもので、これらの機械は回転数が非常に早いので、起動と同時にこの回転数を与えると整流子の閃絡現象を超すのを防ぐためである。
　この3つの直列抵抗値はそれぞれ30、30、70オームとなっている。
　この直列抵抗値は従来はニクロム線を用いたが口出線部の断線多く、格子形が成績がよい。
　抵抗管は磁器製の巻枠にニクロム線を巻きつけホーローを塗布したもので、形状・寸法を統一して抵抗値を各種（13種）にしたところが特長であるが、過熱と振動による口出線の断線を起すのが最大の欠点とされる。
　第67話で述べた電動発電機の故障事故の大半はこの抵抗管の断線であるといっても過言ではないほどだ。
　界磁抵抗器の予備を必要とする所以である。
　補助回転機はいずれも直巻（または腹巻）電動機で抵抗値が非常に小さいので、線電圧を一気にかけると著大な逆起電力で閃絡を起す。
　そこで、例えば30Ωの抵抗値を直列に入れると、l,500Ｖ÷30＝50Ａと起動電流を制限することができるわけである。
　補助回転機の記号の語源は次の通り、
　　ＭＨ……Ｍは Motor、Hは補助の頭字
　　ＤＭ……Ｄは Dynamo、MはMotorの頭字
　　ＦＫ……Ｆは Fan、Kは機械の頭字
　　ＡＫ……Ａは Accumulator、Kは機械の頭字

<第71話>　電気機関車用カノピスイッチについて top

　電気機関車に限らず、すべて電気車の高圧補助回路や同付属装置の機器を切入するには、単なる刃形スイッチを使わないで、吹消装置をもった早切作用を行う特殊の手動スイッチを使用する。
　これを「高圧カノビスイッチ」と称している。
　カノピ（canopy）とは天蓋付の意味、すなわちカノビスイッチとは危険防止のため天蓋を設けたスイッチをいう。
　電気機関車でカノピスイッスを採用している機器は一般には　
　　�@電動発電機、�A電動送風機、�B電動空気圧縮機、�C暖房器
　の4種類の7個で、1個しかないものは第1運転室へ、2個あるものは両運転室に分けて設けられていること周知の通り。
　高圧カノビスイッチはいずれも乗務員がこれを操作するのに便利な位置に取付けられるととは当然であるが、たとえ吹消・早切の安全装置はあっても、高圧（暖房器以外は直列抵抗で電圧を落してあるが）であることと、その取扱いが手動であることおよびもっとも頻ぱんに取扱われるということなどから、操作上の注意を怠ると思わぬ事故を起すことに注意せねばならない。
　取扱上注意を要する諸点をあげると次の通りである。
　�@　ハンドルは正しく握って正位置に移し切るまで手を離さないこと
　�A　接触指の正位置に転換した音を確かめること
　�G　異状を認めたときは直ちに切位置に戻す用意あること
　�C　ハンドルの絶縁部（ツバ）より奥に手を触れないこと
　�D　一たん入位置に投じたあとも絶えず注意を怠らぬこと
　以上いずれも当然のことであるが、元断路器とか高速度遮断器などの高圧機器にはかなり神経を使う者も、高圧カノビには案外無関心であることは、故障発生の実績からみても74話の暖房器の取扱と共に心すべきであろう。

<第72話>　電気機関車用ヒューズについて top

　ヒューズが電気回路の保安装置として不可欠のものであることはいうまでもないが、車両用ヒューズは一般の電気回路用とくらべて特に“振動”という条件が加わるために別の規程によっていることに注意すべきである。
　すなわち、要点を述べると車両用ヒューズは裸ヒューズは一切使わないで筒形包装ヒューズを使うこと、（従って中身は外から検べられない）定格電流では切れないで、定格電流の10倍で安全確実に切れるという規格によるのである。
　電気機関車用ヒューズには低圧用（FS1、2、3、4）と高圧用（FS5、6）とがあって、それぞれ定格電流によって使い分けている。
　低任用は形が小さいほかヒューズ紐が単なる直線状をなしているだけであるが、高圧用はヒューズ紐はスパイラルになっていて、筒内に不燃物の石灰粒を一ぱいつめこんだものである点が相違している。
　定格電流は筒に標記されているから判るが、断線しているかいないかはベルで当って見ないと判らない欠点がある。
　（もっとも高圧用は動作したものは爆発のために粒子の容積が減るので振って見るとガラガラ音がするので判る。）
　高圧ヒューズの取扱について注意すべきは、前話のカノピスイッチを切ってから行うことと、端金に手を触れないで筒の中間部を握って取外・取付を行う習慣をつけておくことである（筒の長さは20cmあって充分）。
　ここに付言したいのは、ヒューズの回路における位置である。
　元来その回路全体の保安装置として設けられる以上、理論上もっとも電源に近い位置に挿入されるのが正しいわけであるが、それでは高圧ヒューズの取扱に際してはいつでも危険にさらされるという矛盾がある。
　そこで、現在の標準形機関車はすべて抵抗器→カノピスイッチ→ヒューズの順になっている。
　従って、抵抗器・カノピスイッチに対してはヒューズは作用しないことを忘れないでほしい。

<第73話>　電気機関車用継電器の目的と種類 top

　もともと電車では、運転操作の簡易化と機器配管が床下にあることや遠隔制御の関係で継電器の種類は多かったが、最近においては機器の自動操作化か進むにつれてますますその傾向は著しく、継電器の数はおびただしいものになっている。
　電気機関車は本質上電車にくらべると少ないが、それでもなお数種の継電器をもっている。
　継電器設置の目的には、保安装置として用いるものと、操作の簡易化、遠方監視を行わせるものなどがあるが、電気機関車では主として保安装置として用いられるものが多い。
　すなわち、
　主回路用……過負荷継電器または過電流継電器
　制御回路用……補助継電器・低圧継電器・ノッチ継電器
　補助回路……空転警報継電器・空気圧縮機用継電器
　以上のほか、第三軌条と電車線を共用する機関車（ＥＤ42形）では無圧縮電器（主回路）、
　回生ブレーキ装置を有する機関車（ＥＦ11・16形）では過電圧継電器・極性継電器・保安継電器（全回路）・連動継電器・操作継電器（制御回路）などがあるが詳細は省く。
　電気機関車の保安装置として設けられる継電器は、主として高速度遮断器との連動作用を行うことが特長である。
　従って不明確な原因で高速度遮断器を跳ばした場合、「又入れ」操作は余程慎重に行い、過電流であるか、高速度遮断器そのものであるかを見きわめてから「又入れ」を行うべきである。
　このことはやがて、主回路の故障発見に直接つながる要因をつきとめるために必要な手段となるからである。
　また、僅かな加速電流のピークにも過電流継電器が跳ぶことがあるが、この場合どの継電器が弱いかという判定もおろそかにできない問題である。

<第74話>　電気機関車用暖房器について top

　電気機関車の暖房器には　�@運転室用�A扉用�B砂撒管用�C切換弁などがあるが、�A�B�Cは75話の防雪設備に入るのでその項に譲り、�@の運転室用について述べよう。
　運転室の暖房は、酷寒期における乗務員の仕業完遂にこれほど切実な問題はないのであるが、これと同時に乗務の経験のない管理者側にとってこれほど“訴えるものが少ない”問題もない。
　これには三つの問題がある。
　（1）現在の電気機関車運転区間の気温の差がはなはだしいこと
　（2）暖房器の標準化が困難であること
　（3) 電気暖房器の保守・取扱が厄介であること
　以上のうち、運転区間の気温の差がはなはだしいことは、従来の電化区間が東海道線を除いては主として急勾配区間の輸送力増強にあったためやむを得ないとしても、この傾向は電化の延長が全国的に延びるにつれてもっと激しくなることは避けられない。
　従って、機関車本体の設計をはじめ、暖房器の設計の標準化はますます困難となり、特定区間使用車に特定設備が必要となる。
　現在では、暖候地方の機関車には各運転室に750Ｗ×2計1.5ｋＷ、寒候地方の機関車には以上のほか500Ｗ×3または750Ｗ×2を増備、すなわち、総容量3.0kWを設けるのを標準としているが、これが果して妥当であるかどうかは今後の問題であろう。
　しかし、運転室内の保温は隙間風の防止にあるともいわれ、また春のようにポカポカ暖いのは仮眠防止上必ずしも適当でないという説もある。
　(3)の保守・取扱は10年1日の如きニクロム線の熱線による電熱器と、電車線電圧を直接加圧して暖を採るの適否と、これを利用する乗務員の取扱方などにあるが、この乗務員取扱方に運転用機器以下の注意力しか払わないものありとせば、問題はあるいはこの方がもっとも重要かも知れない。
　さらに、百尺竿頭一歩を進めて阪急電車で利用しているように冬期のみ主抵抗器室内の熱気を適当に調節して運転室内を暖める方法など、上記3問の解決に役立つのではなかろうか。

<第75話>　電気機関車の防雪・防凍設備について top

　わが国の電気機関車は暖候地帯から発詳しているほか、降雪地帯にはごく一部分しか使用されなかったために、現在の防雪・防凍設備は根本的に検討施設されたのではなく、あとから“付け足した”ものである。
　従って、将来運転区域が延びるに伴いその内容は多少変貌してくるかも知れない。
　防雪と防凍をはっきり区別することは困難であるが、いまその主なものを列挙してみると次の通りである。
　順序は必ずしも重要度を表わすものではないことをお断りしておく。
　　�@　機械室ヨロイ戸にメクラ蓋取付
　　　送風機の風取入口に当る機械室のヨロイ戸は粉雪の侵入にとなるので、これに内部からメクラ蓋を取付ける。
　　�A　出入口扉下に暖房器取付
　　　出入口扉（貫通路方向にあるもの）は乗務員の出入はもちろん、作業上固渋することは許されないので凍結防止のための床下にスペースヒータを取付ける。
　　�B　砂撒管・切換弁などに特殊暖房器取付
　　　砂撒管は積雪を吸いこんでそのまま凍結するので、砂撒管自体に特殊の筒形ヒータを取付ける。切換弁も同様であるが、この方は移設によって解決がついている。
　　�C　雪掻き器取付（スノウプラウ）
　　　雪掻き器の効果はレール面上約300mまでといわれ、（それ以上はラッセル車の出動を要する）積雪初期のものは殆どこの機関車固有の雪掻き器で除雪することができるので、他の防雪・防凍設備に先んじて取付けられるのが適例である。
　　�D　笛にオオイ取付
　　　笛弁に雪がつまるとたちまち吹鳴不能の障害を起すので、直接外気にさらされないようオオイを取付ける。
　　�E　主電動橋口出線接続部に防雪オオイ取付
　　　主電動機口出線が車体との接続部のクリートの部分は侵入した雪のために絶縁不良を起し易いので、床下外部に出た口出線はズック袋でおおう。
　　�F　運転室暖房器の増設（前話参照）
　　�G　その他
　　　軸箱内に雪水の侵入を防ぐため軸箱蓋をボルト締めするとか、給油部はすべて氷点の低い寒候用油脂を使用するとか、高圧室に粉雪の侵入を防ぐためカンバスをかけるなどの方法がとられる。

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