JPH061971B2 - ブラシレス発電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ブラシレス発電機、特に電機子反作用の磁束
を利用する単相同期型のブラシレス発電機において、発
電機の回転数が変動することにより出力電圧が低下する
のを補償するようにしたブラシレス発電機に関するもの
である。

（従来の技術） 単相同期型のブラシレス発電機、特に電機子反作用の磁
束を利用する、いわゆる野中式といわれるブラシレス発
電機は、第９図に示された様な構成が採られている。す
なわち、第９図において、ロータ１に巻回された界磁巻
線２の両端に整流用のダイオード３が設けられ、ステー
タ４にはメイン巻線５とエキサイタ巻線６とが電機角で
９０°をなす位置にそれぞれ巻回されている。エキサイ
タ巻線６の両端には進相用のコンデンサ７が接続され
る。なお８は負荷を表している。

エキサタ巻線６に接続されたコンデンサ７によりエキサ
イタ巻線６に進相電流が流れ、該進相電流が作る磁束と
鎖交する界磁巻線２に誘起電圧が発生し、界磁巻線２に
界磁電流が流れ自己励磁を行う。またメイン巻線５に負
荷電流が流れることにより生じる電機子反作用の起磁力
は、交番磁界を発生させ、回転磁界がつくられる。該回
転磁界と鎖交する界磁巻線２には同期速度の２倍の周波
数を有する交流電圧が発生する。この交流電圧をダイオ
ード３で整流することにより、界磁巻線２に界磁電流が
流れ、負荷により低下しようとする出力電圧の低下を補
償するように動作し、負荷の変動に対してほぼ一定の電
圧が保持されるようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） 第９図に示された従来のブラシレス発電機は、構造が簡
単でかつ負荷電流の増大にも拘らず負荷電圧が一定に保
たれるという優れた特性を備えているが、発電機の回転
数の変動に対しては無負荷時は勿論、負荷時においても
出力電圧が変動する。この出力電圧の変動に対し、エキ
サイタ巻線６に流れる電流Ｉ_ｃを制御することにより電
圧変動に対処することができるが、エキサイタ巻線６の
Ｌとコンデンサ７のＣとのＬＣ回路の断続制御を実現す
るのは余り得策ではない。

従来のブラシレス発電機に構造が簡単で、かつ簡易な回
路構成を付加することにより回転変動に対処できるブラ
シレス発電機の実現が望まれる。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、エキサイタ巻
線をブリッジ状に結線すると共に、該ブリッジの中性点
から各エキサイタ巻線に励磁電流を供給することによ
り、回転数の変動によって変動する出力電圧を定電圧化
され得るブラシレス発電機を提供することを目的として
いる。

（問題点を解決するための手段） そしてそのため本発明のブラシレス発電機は、界磁巻線
の両端にダイオードを備え、誘起された電圧を整流して
自己励磁するロータと、ロータの磁界と鎖交して起電力
を発生させる電機子集中巻線型のメイン巻線及び進相用
コンデンサが接続されたエキサイタ巻線と、これらのメ
イン巻線及びエキサイタ巻線が巻装されるステータとを
備えた単相同期型のブラシレス発電機において、上記ス
テータはその内部に凸形に形成された１対の磁極部を備
えると共に各磁極部の中央部に分割されたエキサイタ巻
線が巻装されるスロットを設け、上記分割されたエキサ
イタ巻線をブリッジ状に結線すると共に、結線されたブ
リッジの中性点から各エキサイタ巻線へ励磁用の直流電
流を供給する直流電源を備え、上記ロータは４極の凸極
に形成すると共に２極界磁となる結線となし、発電機の
出力電圧の降下に対応して上記直流電流を増大するよう
に制御したことを特徴としている。以下図面を参照しつ
つ説明する。

（実施例） 第１図は本発明に係るブラシレス発電機の一実施例構
成、第２図は本発明に係るブラシレス発電機の磁束の流
れ方を説明している磁束説明図、第３図は本発明に係る
ブラシレス発電機のロータの一実施例構成、第４図は各
巻線接続説明図、第５図はエキサイタ巻線の具体的結線
の一実施例説明図、第６図は本発明に係るブラシレス発
電機の回路構成図、第７図は本発明に係るブラシレス発
電機の負荷特性曲線、第８図はエキサイタ巻線に印加す
る制御回路の一実施例構成を示している。

第１図、第２図において、符号１１はステータであり、
同一形状のステータ・コアー１２が積層されたものであ
る。ステータ・コアー１２は、同図図示の如く角型コア
ーの内部に対向して凸形の磁極１２ａ，１２ｂと１２
ｃ，１２ｄとが形成され、磁極１２ａと１２ｂ及び磁極
１２ｃと１２ｄの各中央部には巻線が挿入されるスロッ
ト１３ａ，１３ｂが設けられている。該スロット１３ａ
を用いて第１図、第２図図示の如く磁極１２ａにはエキ
サイタ巻線Ｗ_a1が巻回され、磁極１２ｂにはエキサイタ
巻線Ｗ_a2が巻回されている。同様にして、スロット１３
ｂを用い磁極１２ｃにはエキサイタ巻線Ｗ_a3が巻回さ
れ、磁極１２ｄにはエキサイタ巻線Ｗ_a4が巻回されてい
る。そしてエキサイタ巻線Ｗ_a1，Ｗ_a2の外周にメイン巻
線Ｗ_b1が巻回され、エキサイタ巻線Ｗ_a3，Ｗ_a4の外周に
メイン巻線Ｗ_b2が巻回されている。ステータ１１の中央
位置に界磁巻線１５が巻回されたロータ１４が回転自在
に設けられている。該ロータ１４は第３図（Ａ），
（Ｂ）図示の如く４極形状で２極界磁を形成するように
巻線されている。当該巻線構成により、メイン巻線Ｗ_b1
に対して第３図図示のＮ極，Ｎ極が対向しかつメイン巻
線Ｗ_b2に対してＳ極，Ｓ極が対向した際に界磁磁束が最
大量交差し、他方エキサイタ巻線Ｗ_a1，Ｗ_a2に対して第
３図図示のＳ極，Ｎ極（又はＮ極，Ｓ極）が対向しかつ
エキサイタ巻線Ｗ_a3，Ｗ_a4に対してＮ極，Ｓ極（又はＳ
極，Ｎ極）が対向した際に界磁磁束が最大量交差するこ
ととなり、メイン巻線に誘起される電圧とエキサイタ巻
線に誘起される電圧との位相差が９０°となる。なお第
３図（Ａ）は各極毎に界磁巻線１５の両端がダイオード
１６で接続された構成であり、第３図（Ｂ）は界磁巻線
１５が２極にまたがって巻回され、その両端にダイオー
ドが接続された構成である。

上記エキサイタ巻線Ｗ_a1ないしＷ_a4及びメイン巻線
Ｗ_b1，Ｗ_b2のステータ１１への巻装は、予め角型ボビン
に集中して巻線を行い、エキサイタ巻線Ｗ_a1，Ｗ_a2を磁
極１２ａ，１２ｂに挿入した後、メイン巻線Ｗ_b1をエキ
サイタ巻線Ｗ_a1，Ｗ_a2の外周に挿入して組み付ける。他
のメイン巻線Ｗ_b2についても全く同様にして組み付け
る。

今、エキサイタ巻線Ｗ_a1ないしＷ_a4、メイン巻線Ｗ_b1，
Ｗ_b2を第２図図示の方向に電流が流れるように結線し、
かつ第４図図示の如く結線すると、直列に接続されたＷ
_b1とＷ_b2とのメイン巻線Ｗ_bと、ブリッジ状に接続され
たＷ_a1ないしＷ_a4のエキサイタ巻線Ｗ_aとにそれぞれ誘
起される電圧の位相差は９０°となる。従ってブリッジ
状に接続されたエキサイタ巻線Ｗ_aの両端に進相用のコ
ンデンサ１７を接続することにより、いわゆる野中式と
いわれるブラシレス発電機を構成することができる。

野中式のブラシレス発電機を構成したとき、電機子作用
による磁束は、負荷１８の大きさに応じて第２図図示の
実線の如く流れるが、各エキサイタ巻線Ｗ_a1ないしＷ_a4
の巻回数をＷ_a1＝Ｗ_a4，Ｗ_a2＝Ｗ_a3に選んでおけば、そ
の電圧においてもＷ_a1＝Ｗ_a4，Ｗ_a2＝Ｗ_a3の関係が保た
れ、第４図のｘ，ｙ間の電位差は零となる。すなわち
ｘ，ｙは中性点となる。

このｘ，ｙから第５図，第６図図示の如く直流電圧を加
え、エキサイタ巻線Ｗ_a1ないしＷ_a4に直流電流を流すこ
とにより、磁極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄには静
磁界が発生する。この静磁界中を第３図（Ａ），（Ｂ）
図示のロータ１４が回転するため、該ロータ１４に巻回
されている界磁巻線１５が上記静磁界の磁束を切る形と
なり、該静磁界に基づく電圧が誘起される。そして各ダ
イオード１６で整流され界磁電流となって自己励磁を行
う。この静磁界に基づくロータ１４の界磁電流は、ｘ，
ｙから印加される直流電源１９による電流の大きさに比
例することは明らかである。したがって、本発明の構成
においては、エキサイタ巻線によってつくられる磁束に
よって界磁巻線１５に電圧が誘起される所のいわゆる野
中式の場合と同じ作用と共に、上記静磁界によって界磁
巻線１５に電圧が誘起される作用とが併存することとな
る。

第８図はエキサイタ巻線に印加する制御回路の一実施例
構成を示しており、第６図の直流電源１９及び可変抵抗
２０に相当する制御回路である。

第８図において、２１は電源巻線、２２は検出巻線、２
３，２４は整流器、２５，２６はトランジスタ、２７は
定電圧ダイオード、２８はダイオード、２９ないし３２
は抵抗を表している。

電源巻線２１は上記メイン巻線Ｗ_b1，Ｗ_b2の直列接続又
は各メイン巻線Ｗ_b1，Ｗ_b2を用い、検出巻線２２はメイ
ン巻線_b1またはＷ_b2の一部から抽出する。

ブラシレス発電機が無負荷の定格回転であるときにはト
ランジスタ２５が適宜の動作状態に調整されている。ブ
ラシレス発電機に、例えば負荷が掛り、回転数が減少し
た場合、検出巻線２２に発生する検出電圧も降下する。
従って整流器２４で全波整流された検出電圧の波高値が
低くなり、定電圧ダイオード２７がオンとなっている時
間が短くなる。これによりトランジスタ２６がオンとな
る時間が短くなり、トランジスタ２５に流れる電流が増
大する。すなわち電源巻線２１と整流器２３とで構成さ
れた直流電源からトランジスタ２６を介して、ブリッジ
状のエキサイタ巻線Ｗ_a1ないしＷ_a4へ供給する直流電流
が増加する。また逆にブラシレス発電機の回転数が減少
すると、ブリッジ状のエキサイタ巻線Ｗ_a1ないしＷ_a4へ
供給する直流電流が減少する。従って上記説明の如く界
磁巻線１５に流れる界磁電流が制御される形となり、ブ
ラシレス発電機の回転変動に対し出力電圧は一定に保た
れる。

なお、負荷変動に対しては、いわゆる野中式のブラシレ
ス発電機として、第２図図示の破線で示された電機子反
作用に基づく磁束が発生し、該磁束が界磁巻線１５によ
って発生する磁束を増加させる増磁作用をなすので、出
力が一定に保たれるように動作していることは言うまで
もない。従って負荷変動によってブラシレス発電機の回
転数が変動する場合は、負荷変動及び回転変動の両者に
対して本発明のブラシレス発電機はその出力電圧変動を
補償する働きを備えており、第７図図示の如き負荷特性
を有する。

（発明の効果） 以上説明した如く、本発明によれば、簡単な構造で、か
つ簡易な回路構成を付加することにより、回転変動に基
づく電圧変動を一定にするブラシレス発電機を実現する
ことができる。また同時に負荷変動と回転変動に基づく
電圧変動に対してもその出力電圧を一定に保つことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るブラシレス発電機の一実施例構
成、第２図は本発明に係るブラシレス発電機の磁束の流
れ方を説明している磁束説明図、第３図は本発明に係る
ブラシレス発電機のロータの一実施例構成、第４図は各
巻線接続説明図、第５図はエキサイタ巻線の具体的結線
の一実施例説明図、第６図は本発明に係るブラシレス発
電機の回路構成例、第７図は本発明に係るブラシレス発
電機の負荷特性曲線、第８図はエキサイタ巻線に印加す
る制御回路の一実施例構成、第９図は従来のブラシレス
発電機の構成例を示している。 図中、１はロータ、２は界磁巻線、３はダイオード、４
はステータ、５はメイン巻線、６はエキサイタ巻線、７
はコンデンサ、８は負荷、１１はステータ、１２はステ
ータ・コアー、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは磁
極、１３ａ，１３ｂはスロット、１４はロータ、１５は
界磁巻線、１６はダイオード、１７はコンデンサ、１８
は負荷、１９は直流電源、２０は可変抵抗、２１は電源
巻線、２２は検出巻線、２３，２４は整流器、２５，２
６はトランジスタ、２７は定電圧ダイオード、２８はダ
イオード、２９ないし３２は抵抗、Ｗ_a1，Ｗ_a2，Ｗ_a3，
Ｗ_a4はエキサイタ巻線、Ｗ_b1，Ｗ_b2はメイン巻線を表し
ている。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】界磁巻線の両端にダイオードを備え、誘起
   された電圧を整流して自己励磁するロータと、 ロータの磁界と鎖交して起電力を発生させる電機子集中
   巻線型のメイン巻線及び進相用コンデンサが接続された
   エキサイタ巻線と、 これらのメイン巻線及びエキサイタ巻線が巻装されるス
   テータとを備えた 単相同期型のブラシレス発電機において、 上記ステータはその内部に凸形に形成された１対の磁極
   部を備えると共に各磁極部の中央部に分割されたエキサ
   イタ巻線が巻装されるスロットを設け、 上記分割されたエキサイタ巻線をブリッジ状に結線する
   と共に、 結線されたブリッジの中性点から各エキサイタ巻線へ励
   磁用の直流電流を供給する直流電源を備え、 上記ロータは４極の凸極に形成すると共に２極界磁とな
   る結線となし、 発電機の出力電圧の降下に対応して上記直流電流を増大
   するように制御した ことを特徴とするブラシレス発電機。