JPH0145277Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、ブラシレス自励形同期発電機、特に
主発電巻線に並列に接続される第２のコンデンサ
を主発電巻線に誘起された起電圧に対応して接続
状態または遮断状態に変化させ、主発電巻線に発
生する誘起起電圧の立上がり特性を改善すると共
に、負荷変動に伴なつて変動する電圧変動率、当
該発電機を例えばエンジンなどの如く負荷変動に
伴なつて回転数変動の大きい原動機によつて駆動
した場合における原動機・発電機の総合電圧変動
率を小に保ち得るようにしたブラシレス自励形同
期発電機に関するものである。

従来から、第１図ないし第２図を参照して後述
する如きブラシレス自励形同期発電機が知られて
いる。該発電機は界磁巻線の端子間に整流器を接
続する構成であつて、ブラシレス構造となるため
に広く利用されている。しかし、該発電機がエン
ジンの如く負荷の増大に伴なつて回転数が比較的
大きく低下する原動機によつて駆動される場合に
おいて、該発電機の端子電圧を負荷電流の増大に
拘らず略一定となるように即ち電圧変動率を小に
保つようにしようとすると、補助発電巻線に接続
するコンデンサの容量を比較的小さくする必要が
生じる。該容量を小さくすると主発電巻線の単位
巻数当りの定格負荷時の誘起電圧が必然的に低下
することとなり、定格端子電圧を得ようとすると
主発電巻線の巻数を増大させる必要が生じ、発電
機全体の形状が大となる。また発電機の電圧が確
立するに足る回転数が大となる。即ち比較的高い
回転数となつたとき初めて誘起起電圧が確立する
ことになる。

この点を解決する手段として主発電巻線に対し
並列にコンデンサを接続し、上記補助巻線に接続
されるコンデンサの容量を比較的大に選び上記電
圧変動率を小に保ち得るようにすることが提案さ
れている。しかしながら当該主発電巻線に対し並
列にコンデンサを接続する発電機においては無負
荷電圧が強制的に下げられ、当該発電機の誘起起
電圧の確立回転数は主発電巻線に並列にコンデン
サを接続しないときと比較して高い回転数の方に
移行し、場合によつては発電機の定格回転数例え
ば２極のとき発電周波数50Hzならば当該発電機の
定格回転数は3000rpm、また発電周波数60Hzなら
ば当該発電機の定格回転数は3600rpmより高くな
り、定格周波数より高くなるまで電圧が立上らず
実用上好ましからざる事態となる。

本考案は、上記の点を解決することを目的とし
ており、主発電巻線に誘起される起電力の電圧が
確立するに至るまでは主発電巻線に対しコンデン
サが接続されていない状態にし、上記主発電巻線
に誘起される起電力の電圧が確立した後は上記コ
ンデンサが主発電巻線に対し並列に接続される状
態となし、電圧確立回転数が低回転数となると共
に電圧変動率の小さなブラシレス自励形同期発電
機を提供することを目的としている。以下図面を
参照しつつ説明する。

第１図は従来公知のブラシレス自励形同期発電
機を説明する説明図、第２図は当該発電機のベク
トル図、第３図は当該発電機の負荷特性曲線図、
第４図は負荷特性曲線を改善したブラシレス自励
形同期発電機の概念的な回路図、第５図Ａおよび
Ｂは第４図における発電機の無負荷時のベクトル
図および抵抗負荷時のベクトル図、第６図は本考
案に係るブラシレス自励形同期発電機の一実施例
構成を示している。

第１図において、１は回転子、２は界磁巻線、
３は整流器、４は主発電巻線、５は補助発電巻
線、６は補助発電巻線に接続されたコンデンサ、
７は負荷、８はスイツチを表わしている。

該発電機は、従来公知の如く、回転子１の回転
によつて今補助発電巻線５に電圧E₀cが誘起され
たとすると、コンデンサ６を介して補助発電巻線
５の端子電圧Ecに対して90゜位相の進んだ交流電
流Icが流れる。該交流電流Icによつて補助発電巻
線５を介して界磁巻線２に対して電圧が誘起され
る。このとき回転子１が回転していることから、
周知の如く界磁巻線２には周波数2の電圧が誘起
され、整流器３によつて整流された電流が界磁巻
線２中を流れて、いわゆる界磁磁束をつくる。該
界磁磁束によつて、主発電巻線４に周波数の電
圧E₀aが誘起され、負荷７に給電される。

今負荷７を抵抗負荷とすると、第２図にベクト
ル図を示す如く、電圧Ecに対して90゜位相角の進
んだ電流Icが流れ、電圧Eocに対して90°位相角の
進んだ電圧E₀aが主発電巻線４に誘起される。

このようなブラシレス自励形同期発電機は、例
えば電気学会誌（J.I.E.E.J.7／′71）vol.91，No.
７，PP141ないし150.に解析されている。この種
の発電機は、発電機の回転数を一定としたときの
負荷特性として第３図に示す如き特性をもつてい
る。即ち、コンデンサ６の容量Ｃが大きい場合に
不足複巻特性を示し、容量Ｃが小さい場合に過複
巻特性を示す。このことから、発電機の回転数が
一定の場合に容量Ｃを適正に選ぶことによつて電
圧変動率の小さい平複巻特性を得ることが可能と
なる。

しかし、例えば可搬式のエンジン発電装置にこ
の種の発電機を用いる場合、エンジンの特性が負
荷の増大によつて回転数が低下するものであるた
めに、発電機負荷電流Iaの増大によつて回転数が
低下して発電機端子電圧Eaが低下することとな
る。即ち、発電機自体としては第３図図示の平複
巻の特性を得ておいても、エンジン発電機として
用いる場合には不足複巻の特性となつてしまう。
このためには、発電機自体として予め過複巻特性
を与えておくこととなるが、この場合コンデンサ
６の容量Ｃとして比較的小さい値をとらざるを得
なくなる。このようにエンジン発電機として電圧
変動率の小さいものを得ようとすると、定格負荷
電流時においても第３図図示の如く発電機端子電
圧が小さい値となり、該電圧を定格値まで高めよ
うとすると、主発電巻線４の巻数を大とする必要
が生じて発電機全体の形状が大となる。逆に形状
を抑えようとすると、線径の小さい巻線を用いる
こととなり、主発電巻線のインピーダンスが増大
して、第３図図示の特性が山形のものとなる。更
にコンデンサ６の容量が小さいと本願明細書冒頭
に述べた如く、発電機の電圧確立が悪くなる。

そこでこれらの点を改善する手段として第４図
に示すような負荷特性曲線を改善したブラシレス
自励形同期発電機が提案されている。

図中、符号１ないし８は第１図に対応し、９は
発電機、１０はエンジン、１１は本考案において
もうけられるコンデンサであつて主発電巻線４の
端子間に接続されているものを表わしている。

本考案の場合、エンジン１０の回転数が負荷の
増大に応じて比較的大きく低下するにも拘らず、
補助発電巻線５に接続されるコンデンサ６の容量
Ｃを比較的大に選んで、図示コンデンサ１１が存
在しない場合にエンジン発電機として平複巻特性
あるいは過複巻特性となるであろう値に選んでお
く。そして、図示の如く主発電巻線４の端子間
に、容量C′をもつ本考案にいう第２のコンデンサ
１１を接続する。

このようにすることによつて、発電機の無負荷
時端子電圧が低下し、補助発電巻線５に接続され
る第１のコンデンサ６の容量Ｃを大に選んでいる
にも拘らず、エンジン発電機の特性としては実質
上平複巻特性をもつようになる。

以下、この理由を説明する。第５図Ａは発電機
９の無負荷時のベクトル図を示し、第５図Ｂは発
電機９の抵抗負荷時のベクトル図を示す。

第５図Ａにおいては、主発電巻線４の端子電圧
Eaに対して90゜位相角の進んだ電流Iacが流れる。
そして該電流Iacは第１のコンデンサ６を流れる
電流Icに対して略90゜位相角の進んだものとなつ
ている。また、第５図Ｂにおいては、上記電流
Iacが存在するが、負荷電流Iarが存在するために
主発電巻線４を流れる電流Iaは上記電流Icに対し
て略同位相となつている。

今第５図図示のベクトルEcを基準に考えると、
補助発電巻線５を流れる電流Icはベクトル的に
jIcで与えられかつ無負荷時に主発電巻線４を流
れる電流Iacはベクトル的に−Iacで与えられる。
また負荷時に主発電巻線４を流れる電流Iaはベク
トル的にjIaで与えられる。

補助発電巻線５と界磁巻線２との間の相互イン
ダクタンスは、回転子１が回転していることか
ら、Mcosωtで与えられる。また主発電巻線４と
界磁巻線２との間の相互インダクタンスは同様に
上記Mcosωtよりも90゜進んだ位置で最大となるこ
とからjM′cosωtで与えられる。

この結果、無負荷時に界磁巻線２に誘起される
電圧Eは概念的に E＝jω（Mcosωt）・（jIc）sinωt＋jω（jM′cos
ωt）・（−Iac）sinωt ＝−ωM・Ic／２sin2ωt＋ωM′・Iac／２sin2ωt となり、第２のコンデンサ１１が存在することに
よつて、界磁巻線２に誘起される電圧の絶対値が
減少する。換言すると主発電巻線４に生じる誘起
電圧E₀aは無負荷時に第２のコンデンサ１１が存
在することによつて減少する。

これに対して、負荷時に界磁巻線２に誘起され
る電圧E′は概念的に E′＝jω（Mcosωt）・（jIc）sinωt＋jω（jM′c
osωt）・（jIa）sinωt ＝−ωM・Ic／２sin2ωt−ｊωM′・Ia／２sin2ωt となり、その絶対値は √（ωM・Ic／２）²＋（ωM′・Ia／２）² となつて、第２のコンデンサ１１の存在による影
響は実質上無視されることとなる。

上記説明は概念的なものであつて、実際には無
負荷時に電流Ic自体も多少減少しかつ主発電巻線
４のインピーダンスによる電圧成分などが複雑に
からみあつているものである。考案者の実験によ
れば、定格負荷電流が流れている状態のもとで、
第１図図示構成においてコンデンサ６の容量Ｃを
小に選んだものにくらべて、高い端子電圧Eaが
得られている。

しかしながら当該主発電巻線４に対し並列に第
２のコンデンサ１１を接続する発電機においては
無負荷電圧が下げられ、当該発電機の誘起起電圧
の確立回転数は高い回転数の方に移行し、発電機
の定格回転数に達しても誘起起電圧が確立しない
状態が発生することは先に述べたとおりである。

発電機の定格回転数までに主発電巻線４に誘起
起電圧を発生させるには第２のコンデンサ１１が
無い方が好ましく、負荷７が掛つたときエンジン
１０の回転数の低下に伴なう電圧降下を補償する
ため、上記第２のコンデンサ１１が挿入されるこ
とが総合電圧変動率を小さくする意味で望まし
い。

第６図は本考案に係るブラシレス自励形同期発
電機の一実施例構成を示しており、図中１ないし
８は第１図のものに対応し、１１は第４図のもの
に対応する。そして１２は双方向性サイリスタ、
１３は抵抗を表わしている。

第２のコンデンサ１１と直列に接続された双方
向性サイリスタ１２は主発電巻線４の一部分より
取り出したタツプに接続された抵抗を介してトリ
ガが掛けられ点弧する。当該双方向性サイリスタ
１２は主発電巻線４に誘起起電圧が発生していな
いかまたは発生していても当該誘起起電圧が低い
間オフ状態にあり、従がつて第２のコンデンサ１
１が主発電巻線４に挿入されていない第１図の回
路を形成し、低い回転数で主発電巻線４に誘起起
電圧を発生させる。即ち発電機の立上り特性の改
善がなされる。

一方主発電巻線４に起電圧が発生すると、抵抗
１３を介して双方向性サイリスタ１２を点弧さ
せ、主発電巻線４に並列に第２のコンデンサ１１
が挿入された第４図の回路を形成し、その特性の
無負荷電圧を下げる作用、及び前記説明の実質上
平複巻特性をもつような作用が発揮される。

双方向性サイリスタ１２は半波毎にゲート回路
でトリガされ点弧されているが、ゲート回路を持
たずブレークオーバ電圧超過によりトリガされ点
弧する２端子双方向性サイリスタでも、また単方
向性のサイリスタを組合わせ双方向性のスイツチ
ングを可能とした回路でも、更にリレー回路によ
るコンデンサ１１の挿入の有無を制御するように
したスイツチング回路であれば、上記双方向性サ
イリスタ１２に代えることができ、第６図におい
てスイツチンク回路の１例として双方向性サイリ
スタ１２を用いて説明したものである。

以上説明した如く、本考案によれば、無負荷時
における電圧立上がり特性が改善され、負荷増に
対応して回転数の低下がみられるエンジンによつ
て駆動する場合にも、補助発電巻線に接続される
コンデンサの容量を大に選んだ上で総合電圧変動
率の小さい発電装置を得ることが可能となり、し
かも主発電巻線の巻回数増大も不用となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来公知のブラシレス自励形同期発電
機を説明する説明図、第２図は当該発電機のベク
トル図、第３図は当該発電機の負荷特性曲線図、
第４図は負荷特性曲線を改善したブラシレス自励
形同期発電機の概念的な回路図、第５図Ａおよび
Ｂは第４図における発電機の無負荷時のベクトル
図および抵抗負荷時のベクトル図、第６図は本考
案に係るブラシレス自励形同期発電機の一実施例
構成を示している。 図中、１は回転子、２は界磁巻線、３は整流
器、４は主発電巻線、５は補助発電巻線、６は第
１のコンデンサ、７は負荷、８はスイツチ、９は
発電機、１０はエンジン、１１は第２のコンデン
サ、１２は双方向性サイリスタ、１３は抵抗を表
わしている。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転子と、該回転子に巻回された界磁巻線と、
   該界磁巻線の端子間にもうけた整流子と、主発電
   巻線と、該主発電巻線に並列に接続された第２の
   コンデンサと、該主発電巻線に対して予め定めた
   電気角分隔たつた位置にもうけられる補助発電巻
   線と、該補助発電巻線に並列に接続した第１のコ
   ンデンサとを有するブラシレス自励形同期発電機
   において、上記第２のコンデンサに直列スイツチ
   ング回路を接続すると共に該第２のコンデンサと
   スイツチング回路との直列回路を上記主発電巻線
   に対し並列に接続し、当該主発電巻線に誘起起電
   圧が確立しない間は上記スイツチング回路が遮断
   状態にあり、当該主発電巻線に誘起起電圧が確立
   するようになつたとき上記スイツチング回路を導
   通状態にならしめる構成としたことを特徴とする
   ブラシレス自励形同期発電機。