JPH0724930Y2 - ブラシレス単相交流発電機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、ブラシレス単相交流発電機の改良に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、ブラシレス交流発電機としては、いわゆるコンデ
ンサ励磁方式と呼ばれるものが普及している。

第７図にこの種のブラシレス交流発電機の構成を示す。
この第７図において、回転子鉄心ａに回転子励磁巻線ｂ
が巻装され、この回転子界磁巻線ｂの両端には整流器ｃ
が接続されている。

一方、固定子鉄心ｄには電機子巻線ｅと固定子励磁巻線
ｆとが電気的に90°位相をずらして巻装され、固定子励
磁巻線ｆの両端にはコンデンサｇが接続されている。ｈ
は前記電機子巻線ｅの両端に接続した負荷を示すもので
ある。

次に、その発電作用を説明する。回転子鉄心ａが回転す
ると、その残流磁気によって固定子励磁巻線ｆに進相電
流が流れ、この進相電流が作る磁束と鎖交する回転子界
磁巻線ｂに同期速度の２倍の周波数を有する交流電圧を
誘起し、この交流電圧を整流器ｃで半波整流することに
より、回転子界磁巻線ｂに界磁電流I_Fが流れ自己励磁を
行なう。また、電機子巻線ｅ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、前記回転子界磁巻
線ｂに流れる界磁電流I_Fによる磁束を増強するように働
き、負荷による出力電圧の低下を補償するように作動す
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかし、この種のブラシレス交流発電機では、電機子巻
線ｅに誘起される電圧波形にパルス状の大きな落ち込み
が発生するという不都合があった。

すなわち、第８図の（Ａ）はこの種のブラシレス交流発
電機の電機子巻線ｅに誘起される無負荷時の出力電圧波
形で、（Ｂ）は回転子界磁巻線ｂに流れる界磁電流I_Fの
波形を示したものであるが、回転子界磁巻線ｂに誘起さ
れた電圧を整流器ｃによって半波整流するために、界磁
電流I_Fは第８図の（Ｂ）に示すような波形となり、その
落ち込み（Ｃ点）に伴って第８図の（Ａ）に示すような
出力電圧波形の落ち込み（Ｄ点）を生ずるものである。

また、界磁電流I_Fは回転子界磁巻線ｂに誘起された電圧
のみに依存しており、負荷時あるいは誘導負荷起動時に
は十分な界磁電流を供給できず、大きな電圧降下や誘導
負荷の起動不良を招くといった問題点もあった。

さらに、最近ではエンジン駆動による発電機においては
騒音および燃費を考慮し、無負荷時には低速回転とする
スローダウン装置付きのものが普及しているが、このス
ローダウン時において、従来のこの種のブラシレス交流
発電方式では、界磁電流I_Fの供給が一層不十分となり、
出力電圧の確立が困難となる等の課題があった。従っ
て、従来のこの種のブラシレス交流発電機では、IKVA前
後の比較的に特性の重要度の低い、小容量機に応用され
るに限られているのが実状である。

また、界磁極極面の所定の位置にスロットを設け、この
スロットに電圧補償巻線を巻装した構成のものが特開昭
61−161942号公報に示されているが、この電圧補償巻線
は無負荷時において全く機能せず、電圧確立のために常
時外部から界磁電流を供給する必要があり、そのために
スリップリングおよびブラシを必要とする構造のもので
あるから、ブラシレス交流発電機と成し得ない。

その他、ブラシレス交流発電機として固定子鉄心の主電
機子巻線用スロットを設けない部分に誘導子突極を設
け、回転子の界磁極極頭に励磁巻線を設ける構造のもの
が特開昭61−46149号公報に示されているが、負荷時の
電圧補償能力が小さい上に、無負荷時から鉄心を高い磁
気飽和状態におく必要があるため、鉄損の増大を招くな
ど機能面や効率面で問題がある。また、誘導子突極を設
けたために生ずる固定子鉄心内の磁路の不連続性が出力
電圧波形に悪影響を及ぼすといった問題もあった。

この考案は、前記の問題点に鑑みてなされたものであ
り、出力電圧波形の落ち込みのない良好な正弦波形の出
力電圧を供給し、さらに、負荷時あるいは誘導負荷の起
動時に十分な界磁電流を供給するブラシレス単相交流発
電機を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記のような課題を解決するための手段を第１図〜第３
図を参照して説明すると、固定子鉄心１の内周面に形成
されたスロットに電機子巻線２と固定子励磁巻線３とを
電気的に90°位相をずらして巻装し、この固定子励磁巻
線３の両端にコンデンサ４を接続し、回転子鉄心５の極
弧面5aにスロット６を形成し、このスロット６に前記電
機子巻線２および固定子励磁巻線３と磁気的結合を成す
よう回転子励磁巻線７を巻装し、この回転子励磁巻線７
に誘起された交流電圧を整流器８で整流して得られた界
磁電流が供給され、かつ、前記電機子巻線２の極数と同
数の磁極に巻装された回転子界磁巻線９を備えたブラシ
レス単相交流発電機としたものである。

〔作用〕

この考案は、前記のような手段によりなり、その作用を
第１図〜第３図を参照して説明すると、４個のダイオー
ドをブリッヂ接続して形成した整流器８の出力端に接続
した回転子界磁巻線９に誘起した電圧を、前記整流器８
を形成するダイオードD₁，D₂並びにD₃，D₄により半波整
流して得られた界磁電流を前記回転子界磁巻線９に供給
する。これに加え、前記整流器８の交流入力端に接続し
た前記回転子励磁巻線７に誘起する電圧を、前記整流器
８を形成するダイオードD₁，D₂，D₃，D₄により全波整流
して得られた界磁電流を前記回転子界磁巻線９に供給す
るものである。

〔実施例〕

第１図はこの考案の実施例の電気回路図であり、固定子
は、固定子鉄心１の内周面に形成されたスロット（図示
しない）に電機子巻線２および固定子励磁巻線３とが電
気的にほぼ90°位相をずらして巻装され、この固定子励
磁巻線３の両端にはコンデンサ４が接続されて構成され
ている。

一方、回転子は、第２図に示すように、回転子鉄心５の
極弧面5aにスロット６を形成し、このスロット６に前記
電機子巻線２および固定子励磁巻線３と磁気的結合を成
すように回転子励磁巻線７を第３図に示すように巻装
し、この回転子励磁巻線７の両端は、回転子鉄心５と一
体的に組込まれた４個のダイオードD₁，D₂，D₃，D₄をブ
リッヂ接続して形成した整流器８の交流入力端に接続さ
れ、この整流器８の直流出力端は、回転子鉄心５に巻装
された回転子界磁巻線９の両端に接続されている。な
お、10は前記電機子巻線２の両端に接続した負荷であ
る。

以上のような構成において、回転子鉄心５を回転させる
と、その残留磁気によって固定子励磁巻線３に電圧が誘
起し、この固定子励磁巻線３の両端に接続したコンデン
サ４の作用によって進相電流が流れ、この進相電流が作
る磁束と鎖交する回転子界磁巻線b9および回転子励磁巻
線７に誘起電圧が発生する。この回転子界磁巻線９に誘
起した交流電圧は、整流器８を形成するダイオードD₁，
D₂並びにD₃，D₄によって半波整流され界磁電流I_Fを流
す。また、回転子励磁巻線７に誘起した交流電圧は、整
流器８を形成するダイオードD₁，D₂，D₃，D₄によって全
波整流され、この回転子励磁巻線７からも界磁電流I_Fが
回転子界磁巻線９に供給され自己励磁を行なう。

第４図の（Ａ）は実験によって得られたこの考案による
無負荷時の出力電圧波形を、（Ｂ）は同じく回転子界磁
巻線９に流れる界磁電流I_Fの波形を示したものである。

この図より分かるように、前記第８図に示す従来例に比
べ、界磁電流I_Fが零になることも解消されている。これ
は回転子励磁巻線７から回転子界磁巻線９に供給される
界磁電流が、前記従来例における第８図の（Ｂ）に示す
ような界磁電流波形の落ち込みを埋めるべく作用するた
めである。これにより出力電圧波形の落ち込みも解消さ
れ、良好な出力電圧波形の交流出力電圧を得ることが可
能となる。

第５図は、負荷電流の変化に伴う出力電圧および界磁電
流の変化をこの考案と前記従来例について、実験により
比較したグラフである。このグラフより分かるように負
荷電流の増加に伴う界磁電流の増加は前記従来例に比べ
この考案では回転子励磁巻線７を有する分大きくなり、
出力電圧に関しても電圧の低下は小さく電圧変動も改善
されている。

第６図は誘導負荷として誘導電動機を用い、その起動性
能をこの考案と前記従来例について実験により比較した
ものである。図中（Ａ）および（Ｃ）は界磁電流波形、
（Ｂ）および（Ｄ）は出力電圧波形であり、（Ａ）およ
び（Ｂ）は従来例、（Ｃ）および（Ｄ）はこの考案によ
るものである。Ａ点は誘導負荷の起動の瞬間、Ｂ点は、
定格回転に達した点であり、Ｔは起動から定格回転に達
するまでの時間である。この図より分かるように前記従
来例に比べこの考案によるものは、起動直後の界磁電流
が急激に増加するため、起動から定格回転に達するまで
の時間Ｔが短く、起動時の電圧降下もはるかに小さいこ
とがわかる（第６図中Ｖ参照）。

なお、回転子励磁巻線７は、この実施例では回転子鉄心
５の突極の中心に異極間で巻装したが、固定子鉄心１に
巻装した電機子巻線２および固定子励磁巻線３に流れる
電流の作る磁束と鎖交すればよいのであるから、回転子
励磁巻線７の巻装位置およびスロット数はこの実施例に
限ったものではない。

〔考案の効果〕

この考案は以上の説明の構成によって、下記の効果を奏
する。

界磁電流波形の零点を解消し、電機子巻線に歪の小
さい良好な正弦波形の電圧を得ることが可能になった。

負荷時あるいは誘導負荷時においても十分な界磁電
流を供給することが可能なため、大きな電圧降下や起動
不良を解消できた。

単相交流発電機としては比較的大容量の5KVA前後の
ものまで使用が可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はこの考案の実施例を示すものであり、
第１図はその電気回路図、第２図はその回転子鉄心の構
造図、第３図はその回転子鉄心の巻線態様図、第４図は
その無負荷時の出力電圧波形（Ａ）および界磁電流波形
（Ｂ）を示した図、第５図は従来例およびこの考案の実
施例の負荷電流の変化に伴う出力電圧および界磁電流の
変化を示したグラフ、第６図は従来例（Ａ），（Ｂ）と
この考案の実施例（Ｃ），（Ｄ）の誘導負荷起動時の界
磁電流波形（Ａ），（Ｃ）および出力電圧波形（Ｂ），
（Ｄ）を示した図、第７図は従来のブラシレス単相交流
発電機の構成図、第８図は従来例の無負荷時の出力電圧
波形（Ａ）および界磁電流波形（Ｂ）を示した図であ
る。 １…固定子鉄心、２…電機子巻線、３…固定子励磁巻
線、４…コンデンサ、５…回転子鉄心、６…スロット、
７…回転子励磁巻線、８…整流器、９…回転子界磁巻
線、10…負荷。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】固定子鉄心の内周面に形成されたスロット
   に電機子巻線と固定子励磁巻線とを電気的に90°位相を
   ずらして巻装し、この固定子励磁巻線の両端にコンデン
   サを接続し、回転子鉄心の極弧面にスロットを形成し、
   このスロットに前記電機子巻線および固定子励磁巻線と
   磁気的結合を成すよう回転子励磁巻線を巻装し、この回
   転子励磁巻線に誘起された交流電圧を整流器で整流して
   得られた界磁電流が供給され、かつ、前記電機子巻線の
   極数と同数の磁極に巻装された回転子界磁巻線を備えた
   ことを特徴とするブラシレス単相交流発電機。