JPH08168221A - ブラシレス三相同期発電機 - Google Patents
ブラシレス三相同期発電機Info
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- JPH08168221A JPH08168221A JP6331908A JP33190894A JPH08168221A JP H08168221 A JPH08168221 A JP H08168221A JP 6331908 A JP6331908 A JP 6331908A JP 33190894 A JP33190894 A JP 33190894A JP H08168221 A JPH08168221 A JP H08168221A
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- phase
- windings
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/16—Synchronous generators
- H02K19/26—Synchronous generators characterised by the arrangement of exciting windings
- H02K19/28—Synchronous generators characterised by the arrangement of exciting windings for self-excitation
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 回転子励磁巻線を不要として、簡単堅牢な回
転子を形成可能にし、電機子反作用磁界の全ての空間高
調波成分を利用した自励式同期発電機を構成すると共
に、発電機出力として三相出力の外に、そのままで単相
出力を可能にしたブラシレス自励三相同期発電機を得
る。 【構成】 固定子2に、第1の単相巻線Wuが巻装さ
れ、該第1の単相巻線Wuに対して電気角で90゜に直
交する位置に、第2の単相巻線Wvと第3の単相巻線W
wとが同一巻き数に巻装されて、前記第1の単相巻線の
一方の端子と前記第2の単相巻線Wvの巻終端と前記第
3の単相巻線Wwの巻始端とを接続してT結線としてあ
る。また、前記主発電巻線の巻装された固定子2には固
定子励磁巻線Weが巻装され、該固定子励磁巻線Weは
制御整流装置5を介して三相主発電巻線Wu,Wv,W
wの中間タップu,v,wに接続されている。
転子を形成可能にし、電機子反作用磁界の全ての空間高
調波成分を利用した自励式同期発電機を構成すると共
に、発電機出力として三相出力の外に、そのままで単相
出力を可能にしたブラシレス自励三相同期発電機を得
る。 【構成】 固定子2に、第1の単相巻線Wuが巻装さ
れ、該第1の単相巻線Wuに対して電気角で90゜に直
交する位置に、第2の単相巻線Wvと第3の単相巻線W
wとが同一巻き数に巻装されて、前記第1の単相巻線の
一方の端子と前記第2の単相巻線Wvの巻終端と前記第
3の単相巻線Wwの巻始端とを接続してT結線としてあ
る。また、前記主発電巻線の巻装された固定子2には固
定子励磁巻線Weが巻装され、該固定子励磁巻線Weは
制御整流装置5を介して三相主発電巻線Wu,Wv,W
wの中間タップu,v,wに接続されている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、負荷の変動に対して平
複巻特性の電圧を出力し、且つ無負荷時及び負荷時の出
力電圧をそれぞれ任意に調整し得る発電機に関し、特に
三相出力と単相出力とが容易に得られ、発電機構造が簡
単にして堅牢であり電磁振動や騒音が小さいブラシレス
三相同期発電機に関する。
複巻特性の電圧を出力し、且つ無負荷時及び負荷時の出
力電圧をそれぞれ任意に調整し得る発電機に関し、特に
三相出力と単相出力とが容易に得られ、発電機構造が簡
単にして堅牢であり電磁振動や騒音が小さいブラシレス
三相同期発電機に関する。
【0002】
【従来の技術】発電機が本体内に直巻励磁機能を有し、
平複巻特性の電圧を出力するブラシレス自励同期発電機
としては特開平3−245755号公報により開示され
た発電機が知られており、これらのブラシレス自励同期
発電機を図8に示す。
平複巻特性の電圧を出力するブラシレス自励同期発電機
としては特開平3−245755号公報により開示され
た発電機が知られており、これらのブラシレス自励同期
発電機を図8に示す。
【0003】特開平3−245755号公報のブラシレ
ス自励同期発電機は、固定子鉄心20に集中全節巻乃至
集中全節巻に準ずる巻線態様の2極(実施例)の主発電
巻線U,V,Wと該主発電巻線の極数の5倍(実施例)
の極数を有する10極(実施例)の固定子界磁巻線21
とが巻装され、回転子鉄心22には前記主発電巻線の極
数と等しい極数を有する2極(実施例)の回転子界磁巻
線23と前記固定子界磁巻線の極数と等しい極数を有
し、且つ前記主発電巻線の電流が作る電機子反作用磁界
の第5次空間高調波成分(10極磁界)とも磁気的結合
を成す10極(実施例)の回転子励磁巻線24とが巻装
されて、前記主発電巻線U,V,Wと前記固定子界磁巻
線21とは、主発電巻線U,V,Wの各相の中間タップ
u,v,wに接続された制御整流装置VR(三相全波整
流器25および可変抵抗器Rf)を介して接続され、前
記回転子励磁巻線24と前記回転子界磁巻線23とはダ
イオ−ドブリッジ回路26を介して接続されている。
ス自励同期発電機は、固定子鉄心20に集中全節巻乃至
集中全節巻に準ずる巻線態様の2極(実施例)の主発電
巻線U,V,Wと該主発電巻線の極数の5倍(実施例)
の極数を有する10極(実施例)の固定子界磁巻線21
とが巻装され、回転子鉄心22には前記主発電巻線の極
数と等しい極数を有する2極(実施例)の回転子界磁巻
線23と前記固定子界磁巻線の極数と等しい極数を有
し、且つ前記主発電巻線の電流が作る電機子反作用磁界
の第5次空間高調波成分(10極磁界)とも磁気的結合
を成す10極(実施例)の回転子励磁巻線24とが巻装
されて、前記主発電巻線U,V,Wと前記固定子界磁巻
線21とは、主発電巻線U,V,Wの各相の中間タップ
u,v,wに接続された制御整流装置VR(三相全波整
流器25および可変抵抗器Rf)を介して接続され、前
記回転子励磁巻線24と前記回転子界磁巻線23とはダ
イオ−ドブリッジ回路26を介して接続されている。
【0004】この構成のブラシレス自励同期発電機の作
用を以下に説明する。回転子を回転させると回転子鉄心
22の残留磁気によって主発電巻線U,V,Wに起電力
が誘導される。この誘導起電力は三相全波整流器25に
よって整流されて固定子界磁巻線21に直流電流Ifs
が流れると共に主発電巻線に交流電流が流れて、回転子
励磁巻線24には直流電流Ifs が作る静止磁界に基づ
く起電力と、主発電巻線の交流電流が作る電機子反作用
磁界の第5次空間高調波成分に基づく起電力とが重畳し
て誘導し、該重畳起電力がダイオ−ドブリッジ回路26
によって整流されて回転子界磁巻線23に直流電流If
が流れ、主磁界が増磁して主発電巻線の起電力が増加す
る。そしてこの動作を繰り返して出力電圧が自己確立す
る。なお、このとき回転子鉄心22の残留磁気が不足の
場合にはバッテリ−Bによって初期励磁を行う。
用を以下に説明する。回転子を回転させると回転子鉄心
22の残留磁気によって主発電巻線U,V,Wに起電力
が誘導される。この誘導起電力は三相全波整流器25に
よって整流されて固定子界磁巻線21に直流電流Ifs
が流れると共に主発電巻線に交流電流が流れて、回転子
励磁巻線24には直流電流Ifs が作る静止磁界に基づ
く起電力と、主発電巻線の交流電流が作る電機子反作用
磁界の第5次空間高調波成分に基づく起電力とが重畳し
て誘導し、該重畳起電力がダイオ−ドブリッジ回路26
によって整流されて回転子界磁巻線23に直流電流If
が流れ、主磁界が増磁して主発電巻線の起電力が増加す
る。そしてこの動作を繰り返して出力電圧が自己確立す
る。なお、このとき回転子鉄心22の残留磁気が不足の
場合にはバッテリ−Bによって初期励磁を行う。
【0005】更に、このブラシレス自励同期発電機は三
相の抵抗および誘導性(遅れ力率)負荷においてそれぞ
れ負荷が増減すると、負荷電流の増減に比例して電機子
反作用磁界の第5次空間高調波成分が増減し、結果的に
回転子界磁巻線23の直流電流Ifが増減して出力電圧
の変動が抑制され、負荷の増減に対して平複巻特性の出
力電圧が得られる。また、発電機に三相不平衡負荷ある
いは単相負荷を接続した場合は、電機子反作用磁界の第
5次空間高調波成分による直巻励磁効果は三相平衡負荷
時に比べて減少するが、三相不平衡負荷時あるいは単相
負荷時には電機子反作用磁界の逆相分の空間基本波成分
によって回転子界磁巻線23に起電力が誘導し、該起電
力はダイオ−ドブリッジ回路26によって半波整流され
て前記直巻励磁効果の減少に基づく回転子界磁巻線23
の直流電流Ifの減少分を補償するので、三相不平衡負
荷あるいは単相負荷時の出力電圧も三相平衡負荷時と同
様に平複巻特性となる。更に前記ブラシレス自励同期発
電機は、無負荷時および負荷時のそれぞれの出力電圧の
任意調整が、固定子界磁巻線21に接続された直流の可
変抵抗器Rfによって簡単に行える。
相の抵抗および誘導性(遅れ力率)負荷においてそれぞ
れ負荷が増減すると、負荷電流の増減に比例して電機子
反作用磁界の第5次空間高調波成分が増減し、結果的に
回転子界磁巻線23の直流電流Ifが増減して出力電圧
の変動が抑制され、負荷の増減に対して平複巻特性の出
力電圧が得られる。また、発電機に三相不平衡負荷ある
いは単相負荷を接続した場合は、電機子反作用磁界の第
5次空間高調波成分による直巻励磁効果は三相平衡負荷
時に比べて減少するが、三相不平衡負荷時あるいは単相
負荷時には電機子反作用磁界の逆相分の空間基本波成分
によって回転子界磁巻線23に起電力が誘導し、該起電
力はダイオ−ドブリッジ回路26によって半波整流され
て前記直巻励磁効果の減少に基づく回転子界磁巻線23
の直流電流Ifの減少分を補償するので、三相不平衡負
荷あるいは単相負荷時の出力電圧も三相平衡負荷時と同
様に平複巻特性となる。更に前記ブラシレス自励同期発
電機は、無負荷時および負荷時のそれぞれの出力電圧の
任意調整が、固定子界磁巻線21に接続された直流の可
変抵抗器Rfによって簡単に行える。
【0006】ところで、これら三相同期発電機から単相
出力を得るための方法としては、三相巻線の内、任意の
一相の巻線の中途にタップを設け、三相の中性点とタッ
プとの間に単相出力を得る方法がある。また、別の方法
として、三相発電機の三相出力端子の内、任意の二端子
間に単巻線変圧器を設けることによって単相三線式出力
を得る方法がある。
出力を得るための方法としては、三相巻線の内、任意の
一相の巻線の中途にタップを設け、三相の中性点とタッ
プとの間に単相出力を得る方法がある。また、別の方法
として、三相発電機の三相出力端子の内、任意の二端子
間に単巻線変圧器を設けることによって単相三線式出力
を得る方法がある。
【0007】このように三相発電機から、通常の三相出
力の外に単相二線式または単相三線式による出力が得ら
れるということは、一台の発電機で多様な負荷対応が可
能ということになる。しかし反面、単相二線式形式とす
るためには、単相の出力端子のために主巻線の一相の中
途にタップを必要とし、単相三線式に比して発電機固定
子の巻線ロスが多くなったり、あるいは、単相三線式と
する場合は、発電機とは別の単巻線変圧器を設けること
によるコストアップとなり、また単相負荷を接続すると
第三高調波電流が流れて出力電圧の波形が歪むなどによ
り、三相同期発電機の用途の拡大と使用効率の向上を実
現させることができない状態であった。
力の外に単相二線式または単相三線式による出力が得ら
れるということは、一台の発電機で多様な負荷対応が可
能ということになる。しかし反面、単相二線式形式とす
るためには、単相の出力端子のために主巻線の一相の中
途にタップを必要とし、単相三線式に比して発電機固定
子の巻線ロスが多くなったり、あるいは、単相三線式と
する場合は、発電機とは別の単巻線変圧器を設けること
によるコストアップとなり、また単相負荷を接続すると
第三高調波電流が流れて出力電圧の波形が歪むなどによ
り、三相同期発電機の用途の拡大と使用効率の向上を実
現させることができない状態であった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】まず、従来技術の特開
平3−245755号公報に開示されたブラシレス自励
同期発電機には次のような問題がある。
平3−245755号公報に開示されたブラシレス自励
同期発電機には次のような問題がある。
【0009】特開平3−245755号公報に開示され
たブラシレス自励同期発電機は、回転子鉄心に回転子界
磁巻線と回転子励磁巻線の2種類の巻線を巻装しなけれ
ばならないという問題がある。これは、回転子鉄心に巻
装する巻線が多種になるということであり、回転子構造
が複雑になることは明らかである。更に、これは機械的
強度が低下することになり、また絶縁劣化等による短絡
焼損事故の発生率が高くなる。したがって、発電機の堅
牢性および信頼性の向上のためには回転子鉄心に巻装す
る巻線は単種であることが望ましい。
たブラシレス自励同期発電機は、回転子鉄心に回転子界
磁巻線と回転子励磁巻線の2種類の巻線を巻装しなけれ
ばならないという問題がある。これは、回転子鉄心に巻
装する巻線が多種になるということであり、回転子構造
が複雑になることは明らかである。更に、これは機械的
強度が低下することになり、また絶縁劣化等による短絡
焼損事故の発生率が高くなる。したがって、発電機の堅
牢性および信頼性の向上のためには回転子鉄心に巻装す
る巻線は単種であることが望ましい。
【0010】また、このブラシレス自励同期発電機は、
主発電巻線が作る電機子反作用磁界の空間高調波成分の
うち、特定の次数の高調波成分を利用して界磁の直巻励
磁効果をもたらす方式のため、特定の次数の空間高調波
成分と磁気的結合を成す回転子励磁巻線、また該回転子
励磁巻線と磁気的結合を成す固定子界磁巻線を、それぞ
れの極数が特定次数の高調波成分の極数と同一になるよ
うにそれぞれ巻装する必要がある。例えば三相2極発電
機において、電機子反作用磁界の第5次空間高調波成分
を直巻励磁作用として利用する場合には、固定子界磁巻
線及び回転子励磁巻線をそれぞれ10極に、また三相4
極発電機においてはそれらを20極にそれぞれ巻装する
必要がある。そのため発電機はこれらの巻線を巻装する
ために設ける固定子及び回転子コアのスロット数が、界
磁の直巻励磁作用に利用する空間高調波成分の特定次数
に伴ってそれぞれ特定される。
主発電巻線が作る電機子反作用磁界の空間高調波成分の
うち、特定の次数の高調波成分を利用して界磁の直巻励
磁効果をもたらす方式のため、特定の次数の空間高調波
成分と磁気的結合を成す回転子励磁巻線、また該回転子
励磁巻線と磁気的結合を成す固定子界磁巻線を、それぞ
れの極数が特定次数の高調波成分の極数と同一になるよ
うにそれぞれ巻装する必要がある。例えば三相2極発電
機において、電機子反作用磁界の第5次空間高調波成分
を直巻励磁作用として利用する場合には、固定子界磁巻
線及び回転子励磁巻線をそれぞれ10極に、また三相4
極発電機においてはそれらを20極にそれぞれ巻装する
必要がある。そのため発電機はこれらの巻線を巻装する
ために設ける固定子及び回転子コアのスロット数が、界
磁の直巻励磁作用に利用する空間高調波成分の特定次数
に伴ってそれぞれ特定される。
【0011】このように、固定子及び回転子コアに設け
るスロットの個数を特定の数に限定しなければならない
場合は、発電機に次のような問題を生じる。すなわち回
転機は固定子コアのスロット数と回転子コアのスロット
数との組合せ如何によって大きな電磁振動や騒音を発生
する場合がある。従って回転機では一般に電磁振動、騒
音が軽減されるスロット数の組合せが選定されている。
しかし、前記ブラシレス自励同期発電機は、固定子コア
と回転子コアのそれぞれのスロット数が、任意に選択し
た高調波成分の次数によって特定の数に限定されるた
め、電磁振動や騒音を軽減するためのスロット数の組合
せを自由に選択することができないことから、空間高調
波成分の特定次数に伴って特定されるスロット数の組合
せによっては大きな電磁振動や騒音を発生する恐れがあ
る。
るスロットの個数を特定の数に限定しなければならない
場合は、発電機に次のような問題を生じる。すなわち回
転機は固定子コアのスロット数と回転子コアのスロット
数との組合せ如何によって大きな電磁振動や騒音を発生
する場合がある。従って回転機では一般に電磁振動、騒
音が軽減されるスロット数の組合せが選定されている。
しかし、前記ブラシレス自励同期発電機は、固定子コア
と回転子コアのそれぞれのスロット数が、任意に選択し
た高調波成分の次数によって特定の数に限定されるた
め、電磁振動や騒音を軽減するためのスロット数の組合
せを自由に選択することができないことから、空間高調
波成分の特定次数に伴って特定されるスロット数の組合
せによっては大きな電磁振動や騒音を発生する恐れがあ
る。
【0012】更に、特開平3−245755号公報に開
示されたブラシレス自励同期発電機において、従来から
利用されてきた電機子反作用磁界の奇数次の空間高調波
成分は、高い次数になればなるほど高い周波数の電圧を
誘導するようになるが、逆に高い周波数になればなるほ
ど漏れリアクタンスが増して、その回路に電流が流れ難
くなることが知られている。このことから、利用する奇
数次の空間高調波成分はできるだけ低次数の空間高調波
成分であることが望ましい。しかしながら、これまでの
ブラシレス自励同期発電機は奇数次空間高調波成分の中
でも第5次以上の空間高調波成分が利用され、それより
低次の第3次の空間高調波成分は利用されることがなか
った。これは第3次の空間高調波成分がその三相回路内
で相殺されて現れず利用することができなかったからで
ある。このことからできるだけ空間高調波成分による漏
れリアクタンスを少なくし、回路の電流を流れやすくし
て電機子反作用磁界の奇数次の空間高調波成分の有効利
用をするために、第3次空間高調波成分を利用できるよ
うにしたいが、これまでの従来技術の三相発電機回路に
おいて第3次空間高調波成分を利用した例はない。
示されたブラシレス自励同期発電機において、従来から
利用されてきた電機子反作用磁界の奇数次の空間高調波
成分は、高い次数になればなるほど高い周波数の電圧を
誘導するようになるが、逆に高い周波数になればなるほ
ど漏れリアクタンスが増して、その回路に電流が流れ難
くなることが知られている。このことから、利用する奇
数次の空間高調波成分はできるだけ低次数の空間高調波
成分であることが望ましい。しかしながら、これまでの
ブラシレス自励同期発電機は奇数次空間高調波成分の中
でも第5次以上の空間高調波成分が利用され、それより
低次の第3次の空間高調波成分は利用されることがなか
った。これは第3次の空間高調波成分がその三相回路内
で相殺されて現れず利用することができなかったからで
ある。このことからできるだけ空間高調波成分による漏
れリアクタンスを少なくし、回路の電流を流れやすくし
て電機子反作用磁界の奇数次の空間高調波成分の有効利
用をするために、第3次空間高調波成分を利用できるよ
うにしたいが、これまでの従来技術の三相発電機回路に
おいて第3次空間高調波成分を利用した例はない。
【0013】さらに、これまでの汎用の発電機は大きく
分けて単相発電機と三相発電機とが存在し、用途に応じ
て使い分けられている。当然のこととして単相発電機に
は単相負荷のみ接続可能で三相負荷は接続できない。ま
た、三相発電機では三相負荷(三相不平衡負荷)の外
に、従来技術の項で説明した一相の巻線の途中にタップ
を設ける方法や、三相出力端子の二端子間に単巻線変圧
器を設ける方法などによって、単相の100Vや200
V等の出力を得るようにして、単相負荷を接続すること
も可能である。
分けて単相発電機と三相発電機とが存在し、用途に応じ
て使い分けられている。当然のこととして単相発電機に
は単相負荷のみ接続可能で三相負荷は接続できない。ま
た、三相発電機では三相負荷(三相不平衡負荷)の外
に、従来技術の項で説明した一相の巻線の途中にタップ
を設ける方法や、三相出力端子の二端子間に単巻線変圧
器を設ける方法などによって、単相の100Vや200
V等の出力を得るようにして、単相負荷を接続すること
も可能である。
【0014】しかしながら、例えば一相の巻線の途中に
タップを設ける方法においては、単相100V出力を得
るために余分な出力端子の引き出しを必要とするだけで
なく、一つの相の巻線にのみ、単相負荷による電流が流
れることから、巻線ロスが多くなる。また、三相出力端
子の二端子間に単巻線変圧器を設ける方法においては、
巻線ロスは前記タップを設ける方法より少ないが、三相
発電機の外に単巻線変圧器を設けることから、発電機の
構成全体が大きくなるだけでなく、変圧器の分だけ価格
の上昇を見ることになり、このような単なる組み合わせ
による構成では、決して利用者に対して貢献できたとは
言い切れないものである。
タップを設ける方法においては、単相100V出力を得
るために余分な出力端子の引き出しを必要とするだけで
なく、一つの相の巻線にのみ、単相負荷による電流が流
れることから、巻線ロスが多くなる。また、三相出力端
子の二端子間に単巻線変圧器を設ける方法においては、
巻線ロスは前記タップを設ける方法より少ないが、三相
発電機の外に単巻線変圧器を設けることから、発電機の
構成全体が大きくなるだけでなく、変圧器の分だけ価格
の上昇を見ることになり、このような単なる組み合わせ
による構成では、決して利用者に対して貢献できたとは
言い切れないものである。
【0015】以上のことから、本発明では、回転子が回
転子励磁巻線を不要とし、更に、電機子反作用磁界の空
間高調波成分の次数に関係なく回転子のスロット数を決
定することが可能なブラシレス自励三相同期発電機の提
供を技術的課題とする。
転子励磁巻線を不要とし、更に、電機子反作用磁界の空
間高調波成分の次数に関係なく回転子のスロット数を決
定することが可能なブラシレス自励三相同期発電機の提
供を技術的課題とする。
【0016】さらに、この構成のままで、三相出力と、
単相三線式出力による単相100Vや単相200V等の
単相出力が、他の機器を全く接続しないで、容易に得ら
れる三相同期発電機の提供を技術的課題とする。
単相三線式出力による単相100Vや単相200V等の
単相出力が、他の機器を全く接続しないで、容易に得ら
れる三相同期発電機の提供を技術的課題とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明によると、固定子
コアに第1の単相巻線を巻装し該単相巻線と電気角で直
交する前記固定子コア位置に第2と第3の2つの単相巻
線を巻装すると共に該第2と第3の単相巻線のそれぞれ
の一方の端子を直列に接続し該直列接続点と前記第1の
単相巻線の一方の端子を接続してT結線した三相主発電
巻線を有し且つ該三相主発電巻線の極数の奇数倍の極数
の励磁巻線を巻装した固定子と、回転子コアに前記三相
主発電巻線の極数と同極数の界磁巻線を複数個巻装する
と共に該複数個の界磁巻線は前記励磁巻線が作る静止磁
界と前記主発電巻線が作る電機子反作用磁界の奇数次の
空間高調波成分との双方と磁気的結合を成す位置に配列
して巻装した回転子と、前記主発電巻線の誘導起電力を
全波整流して前記励磁巻線に直流を流すよう前記主発電
巻線と前記励磁巻線との間に設けた制御整流装置及び、
前記複数個の界磁巻線の各々の誘導起電力を半波整流し
て界磁巻線に直流を流すよう前記複数個の界磁巻線の各
々に直列に設けた半導体整流素子とから構成したブラシ
レス三相同期発電機の提供によって前記課題を解決する
ための手段とした。ところで、前記制御整流装置をより
具体的にすると、三相全波整流器と可変抵抗器とから構
成したり、制御可能な半導体整流素子で構成する。
コアに第1の単相巻線を巻装し該単相巻線と電気角で直
交する前記固定子コア位置に第2と第3の2つの単相巻
線を巻装すると共に該第2と第3の単相巻線のそれぞれ
の一方の端子を直列に接続し該直列接続点と前記第1の
単相巻線の一方の端子を接続してT結線した三相主発電
巻線を有し且つ該三相主発電巻線の極数の奇数倍の極数
の励磁巻線を巻装した固定子と、回転子コアに前記三相
主発電巻線の極数と同極数の界磁巻線を複数個巻装する
と共に該複数個の界磁巻線は前記励磁巻線が作る静止磁
界と前記主発電巻線が作る電機子反作用磁界の奇数次の
空間高調波成分との双方と磁気的結合を成す位置に配列
して巻装した回転子と、前記主発電巻線の誘導起電力を
全波整流して前記励磁巻線に直流を流すよう前記主発電
巻線と前記励磁巻線との間に設けた制御整流装置及び、
前記複数個の界磁巻線の各々の誘導起電力を半波整流し
て界磁巻線に直流を流すよう前記複数個の界磁巻線の各
々に直列に設けた半導体整流素子とから構成したブラシ
レス三相同期発電機の提供によって前記課題を解決する
ための手段とした。ところで、前記制御整流装置をより
具体的にすると、三相全波整流器と可変抵抗器とから構
成したり、制御可能な半導体整流素子で構成する。
【0018】また本発明の別の手段によると、固定子コ
アに第1の単相巻線を巻装し該単相巻線と電気角で直交
する前記固定子コア位置に第2と第3の2つの単相巻線
を巻装すると共に該第2と第3の単相巻線のそれぞれの
一方の端子を直列に接続し該直列接続点と前記第1の単
相巻線の一方の端子を接続してT結線した三相主発電巻
線を有する固定子と、該固定子の三相主発電巻線の出力
端に負荷と並列に接続したリアクトルと、回転子コアに
前記三相主発電巻線の極数と同極数の界磁巻線を複数個
巻装すると共に該複数個の界磁巻線は前記主発電巻線が
作る電機子反作用磁界の奇数次の空間高調波成分と磁気
的結合を成す位置に配列して巻装した回転子及び、前記
複数個の界磁巻線の各々の誘導起電力を半波整流して界
磁巻線に直流を流すよう前記複数個の界磁巻線の各々に
直列に設けた半導体整流素子とから構成したブラシレス
三相同期発電機を提供することにより前記課題を解決す
るための手段とした。ところで、前記リアクトルをより
具体的にすると、リアクトル励磁電流を調整可能な可変
リアクトルで構成する。
アに第1の単相巻線を巻装し該単相巻線と電気角で直交
する前記固定子コア位置に第2と第3の2つの単相巻線
を巻装すると共に該第2と第3の単相巻線のそれぞれの
一方の端子を直列に接続し該直列接続点と前記第1の単
相巻線の一方の端子を接続してT結線した三相主発電巻
線を有する固定子と、該固定子の三相主発電巻線の出力
端に負荷と並列に接続したリアクトルと、回転子コアに
前記三相主発電巻線の極数と同極数の界磁巻線を複数個
巻装すると共に該複数個の界磁巻線は前記主発電巻線が
作る電機子反作用磁界の奇数次の空間高調波成分と磁気
的結合を成す位置に配列して巻装した回転子及び、前記
複数個の界磁巻線の各々の誘導起電力を半波整流して界
磁巻線に直流を流すよう前記複数個の界磁巻線の各々に
直列に設けた半導体整流素子とから構成したブラシレス
三相同期発電機を提供することにより前記課題を解決す
るための手段とした。ところで、前記リアクトルをより
具体的にすると、リアクトル励磁電流を調整可能な可変
リアクトルで構成する。
【0019】また、回転子の界磁巻線をより具体的にす
ると、複数個の界磁巻線は該複数個の界磁巻線個々を前
記主発電巻線の磁極間隔と等しい磁極間隔となる電気角
で180゜のピッチにして、前記回転子コアに設けた任
意数のスロットに順次配列して巻装した。さらに、主発
電巻線においては、第1の単相巻線の巻数を前記第2と
第3の単相巻線の巻数の31/2 倍にした。
ると、複数個の界磁巻線は該複数個の界磁巻線個々を前
記主発電巻線の磁極間隔と等しい磁極間隔となる電気角
で180゜のピッチにして、前記回転子コアに設けた任
意数のスロットに順次配列して巻装した。さらに、主発
電巻線においては、第1の単相巻線の巻数を前記第2と
第3の単相巻線の巻数の31/2 倍にした。
【0020】
【作用】まず、固定子コアに第1の単相巻線を巻装し該
単相巻線と電気角で直交する前記固定子コア位置に第2
と第3の2つの単相巻線を巻装すると共に該第2と第3
の単相巻線のそれぞれの一方の端子を直列に接続し該直
列接続点と前記第1の単相巻線の一方の端子を接続して
T結線した三相主発電巻線を有し且つ該三相主発電巻線
の極数の奇数倍の極数の励磁巻線を巻装した固定子と、
回転子コアに前記三相主発電巻線の極数と同極数の界磁
巻線を複数個巻装すると共に該複数個の界磁巻線は前記
励磁巻線が作る静止磁界と前記主発電巻線が作る電機子
反作用磁界の奇数次の空間高調波成分との双方と磁気的
結合を成す位置に配列して巻装した回転子と、前記主発
電巻線の誘導起電力を全波整流して前記励磁巻線に直流
を流すよう前記主発電巻線と前記励磁巻線との間に設け
た制御整流装置及び、前記複数個の界磁巻線の各々の誘
導起電力を半波整流して界磁巻線に直流を流すよう前記
複数個の界磁巻線の各々に直列に設けた半導体整流素子
とからブラシレス三相同期発電機を構成しており、この
構成における作用を以下に説明する。
単相巻線と電気角で直交する前記固定子コア位置に第2
と第3の2つの単相巻線を巻装すると共に該第2と第3
の単相巻線のそれぞれの一方の端子を直列に接続し該直
列接続点と前記第1の単相巻線の一方の端子を接続して
T結線した三相主発電巻線を有し且つ該三相主発電巻線
の極数の奇数倍の極数の励磁巻線を巻装した固定子と、
回転子コアに前記三相主発電巻線の極数と同極数の界磁
巻線を複数個巻装すると共に該複数個の界磁巻線は前記
励磁巻線が作る静止磁界と前記主発電巻線が作る電機子
反作用磁界の奇数次の空間高調波成分との双方と磁気的
結合を成す位置に配列して巻装した回転子と、前記主発
電巻線の誘導起電力を全波整流して前記励磁巻線に直流
を流すよう前記主発電巻線と前記励磁巻線との間に設け
た制御整流装置及び、前記複数個の界磁巻線の各々の誘
導起電力を半波整流して界磁巻線に直流を流すよう前記
複数個の界磁巻線の各々に直列に設けた半導体整流素子
とからブラシレス三相同期発電機を構成しており、この
構成における作用を以下に説明する。
【0021】以上の構成の発電機において、回転子を回
転させると回転子コアの残留磁気によって主発電巻線に
僅かの誘導起電力が生じる。この時の誘導起電力は次の
ような二つの作用を経て回転子の界磁巻線の主磁界に影
響を与える。
転させると回転子コアの残留磁気によって主発電巻線に
僅かの誘導起電力が生じる。この時の誘導起電力は次の
ような二つの作用を経て回転子の界磁巻線の主磁界に影
響を与える。
【0022】一つは、三相主発電巻線が固定子コアに第
1の単相巻線を巻装し該単相巻線と電気角で直交する前
記固定子コア位置に第2と第3の2つの単相巻線を巻装
すると共に該第2と第3の単相巻線のそれぞれの一方の
端子を直列に接続し該直列接続点と前記第1の単相巻線
の一方の端子を接続してT結線にして構成してあるの
で、各単相巻線のそれぞれに流れる電流によってつくら
れる磁束は方形波となっており、これをフ−リエ展開す
ると基本波の外に第3次空間高調波、第5次空間高調波
等の奇数次空間高調波成分を含むものとなっている。そ
こで、回転子の複数個の界磁巻線は、前記主発電巻線が
作る電機子反作用磁界の奇数次の空間高調波成分と磁気
的結合を成す位置に配列して巻装してあるので、奇数次
空間高調波成分と回転子の複数個の界磁巻線とは磁気的
結合をなし回転子の界磁巻線には誘導起電力を生じるこ
とになる。
1の単相巻線を巻装し該単相巻線と電気角で直交する前
記固定子コア位置に第2と第3の2つの単相巻線を巻装
すると共に該第2と第3の単相巻線のそれぞれの一方の
端子を直列に接続し該直列接続点と前記第1の単相巻線
の一方の端子を接続してT結線にして構成してあるの
で、各単相巻線のそれぞれに流れる電流によってつくら
れる磁束は方形波となっており、これをフ−リエ展開す
ると基本波の外に第3次空間高調波、第5次空間高調波
等の奇数次空間高調波成分を含むものとなっている。そ
こで、回転子の複数個の界磁巻線は、前記主発電巻線が
作る電機子反作用磁界の奇数次の空間高調波成分と磁気
的結合を成す位置に配列して巻装してあるので、奇数次
空間高調波成分と回転子の複数個の界磁巻線とは磁気的
結合をなし回転子の界磁巻線には誘導起電力を生じるこ
とになる。
【0023】もう一つの作用は、前記主発電巻線の誘導
起電力が主発電巻線と固定子励磁巻線との間に接続した
制御整流装置(三相全波整流器と可変抵抗器)によって
整流され、固定子励磁巻線に直流電流が流れて静止磁界
(これが分巻励磁効果をもたらす)を生じることにあ
る。そこで、回転子の複数個の界磁巻線は前記励磁巻線
が作る静止磁界と磁気的結合を成す位置に配列して巻装
してあるので、この励磁巻線により発生する静止磁界と
回転子の複数個の界磁巻線とは磁気的結合をなし回転子
の界磁巻線には誘導起電力を生じることになる そして、前記奇数次の空間高調波成分と静止磁界との重
畳磁界は、前記静止磁界及び前記奇数次の高調波成分の
全てと磁気的結合を成す回転子の複数個の界磁巻線の各
々に起電力を誘導する。この複数個の界磁巻線の各々の
起電力は界磁巻線の各々に直列に設けた半導体整流素子
によって各々が半波整流されて回転子コアの主磁束を増
磁する。さらにこの主磁束の増磁は主発電巻線の前記誘
導起電力を増加させることになり、この動作の繰り返し
によって主発電巻線の無負荷電圧が自己確立する。ここ
で、前記制御整流装置を調整すると、固定子励磁巻線に
流れる直流電流が制御されて発電機の無負荷電圧が任意
に可変設定できる。なお、回転子コアに前記残留磁気が
無いときには、固定子励磁巻線にバッテリ−を瞬時投入
して初期励磁を得る。
起電力が主発電巻線と固定子励磁巻線との間に接続した
制御整流装置(三相全波整流器と可変抵抗器)によって
整流され、固定子励磁巻線に直流電流が流れて静止磁界
(これが分巻励磁効果をもたらす)を生じることにあ
る。そこで、回転子の複数個の界磁巻線は前記励磁巻線
が作る静止磁界と磁気的結合を成す位置に配列して巻装
してあるので、この励磁巻線により発生する静止磁界と
回転子の複数個の界磁巻線とは磁気的結合をなし回転子
の界磁巻線には誘導起電力を生じることになる そして、前記奇数次の空間高調波成分と静止磁界との重
畳磁界は、前記静止磁界及び前記奇数次の高調波成分の
全てと磁気的結合を成す回転子の複数個の界磁巻線の各
々に起電力を誘導する。この複数個の界磁巻線の各々の
起電力は界磁巻線の各々に直列に設けた半導体整流素子
によって各々が半波整流されて回転子コアの主磁束を増
磁する。さらにこの主磁束の増磁は主発電巻線の前記誘
導起電力を増加させることになり、この動作の繰り返し
によって主発電巻線の無負荷電圧が自己確立する。ここ
で、前記制御整流装置を調整すると、固定子励磁巻線に
流れる直流電流が制御されて発電機の無負荷電圧が任意
に可変設定できる。なお、回転子コアに前記残留磁気が
無いときには、固定子励磁巻線にバッテリ−を瞬時投入
して初期励磁を得る。
【0024】さて、この発電機に三相の抵抗負荷、ある
いは誘導性負荷を接続すると、三相負荷の増加に対して
発電機の出力電圧の降下が次のように補償される。すな
わち、三相負荷の接続によって主発電巻線から負荷電流
が流出するため、負荷電流によって主発電巻線が作る電
機子反作用磁界が増大する。したがって、電機子反作用
磁界の奇数次の空間高調波成分も負荷電流の大きさに比
例して増大することになり、奇数次の空間高調波の増大
が前記複数個の界磁巻線の各々の誘導起電力の増加、つ
まり各々の半波整流電流の増加をもたらし、回転子コア
の主磁束が増磁して主発電巻線の誘導起電力が増加す
る。その結果、負荷電流による主発電巻線の電圧降下が
誘導起電力の増加によって補われることになる。
いは誘導性負荷を接続すると、三相負荷の増加に対して
発電機の出力電圧の降下が次のように補償される。すな
わち、三相負荷の接続によって主発電巻線から負荷電流
が流出するため、負荷電流によって主発電巻線が作る電
機子反作用磁界が増大する。したがって、電機子反作用
磁界の奇数次の空間高調波成分も負荷電流の大きさに比
例して増大することになり、奇数次の空間高調波の増大
が前記複数個の界磁巻線の各々の誘導起電力の増加、つ
まり各々の半波整流電流の増加をもたらし、回転子コア
の主磁束が増磁して主発電巻線の誘導起電力が増加す
る。その結果、負荷電流による主発電巻線の電圧降下が
誘導起電力の増加によって補われることになる。
【0025】なお、前記ブラシレス自励三相同期発電機
は、前述したように主発電巻線の電流に基づく電機子反
作用磁界の空間高調波成分に比例して界磁の主磁束が増
減する原理のため、主発電巻線に負荷を接続し、負荷電
流が流れている状態での電圧自己確立も可能である。更
に、この発電機は負荷が三相不平衡負荷、あるいは単相
負荷の場合でも、主発電巻線の三相不平衡電流によって
新たに生じた電機子反作用磁界の逆相分の空間基本波成
分が複数個の界磁巻線の各々に起電力を誘導して界磁の
直巻励磁効果をもたらすため、三相不平衡電流に原因す
る電機子反作用磁界の空間高調波成分の減少に基づく界
磁の直巻励磁効果の減少分が補償されることになり、発
電機の負荷電流の変動に伴う出力電圧の変動が抑制され
る。
は、前述したように主発電巻線の電流に基づく電機子反
作用磁界の空間高調波成分に比例して界磁の主磁束が増
減する原理のため、主発電巻線に負荷を接続し、負荷電
流が流れている状態での電圧自己確立も可能である。更
に、この発電機は負荷が三相不平衡負荷、あるいは単相
負荷の場合でも、主発電巻線の三相不平衡電流によって
新たに生じた電機子反作用磁界の逆相分の空間基本波成
分が複数個の界磁巻線の各々に起電力を誘導して界磁の
直巻励磁効果をもたらすため、三相不平衡電流に原因す
る電機子反作用磁界の空間高調波成分の減少に基づく界
磁の直巻励磁効果の減少分が補償されることになり、発
電機の負荷電流の変動に伴う出力電圧の変動が抑制され
る。
【0026】ところで、主発電巻線は第1、第2及び第
3の単相巻線をT型に構成しているので、各単相巻線の
3つの端子からは三相出力がなされると共に、第2と第
3との端子間からは単相三線式の電圧を出力することが
可能である。このことは、三相出力の主発電巻線の構成
のままで、単相の200Vと同時に単相100V出力を
得ることが可能ということであり、従来のように別の装
置を付加したり、発電巻線にタップなど別の出力端子を
設ける必要がなく、非常に簡便な方法でしかも安価に単
相出力端子を設けることができるなど、汎用性の高い三
相同期発電機とすることができ、三相と単相と両方の発
電機を必要とする業界に大きく貢献できるものとなる。
3の単相巻線をT型に構成しているので、各単相巻線の
3つの端子からは三相出力がなされると共に、第2と第
3との端子間からは単相三線式の電圧を出力することが
可能である。このことは、三相出力の主発電巻線の構成
のままで、単相の200Vと同時に単相100V出力を
得ることが可能ということであり、従来のように別の装
置を付加したり、発電巻線にタップなど別の出力端子を
設ける必要がなく、非常に簡便な方法でしかも安価に単
相出力端子を設けることができるなど、汎用性の高い三
相同期発電機とすることができ、三相と単相と両方の発
電機を必要とする業界に大きく貢献できるものとなる。
【0027】次に、固定子コアに第1の単相巻線を巻装
し該単相巻線と電気角で直交する前記固定子コア位置に
第2と第3の2つの単相巻線を巻装すると共に該第2と
第3の単相巻線のそれぞれの一方の端子を直列に接続し
該直列接続点と前記第1の単相巻線の一方の端子を接続
してT結線した三相主発電巻線を有する固定子と、該固
定子の三相主発電巻線の出力端に負荷と並列に接続した
リアクトルと、回転子コアに前記三相主発電巻線の極数
と同極数の界磁巻線を複数個巻装すると共に該複数個の
界磁巻線は前記主発電巻線が作る電機子反作用磁界の奇
数次の空間高調波成分と磁気的結合を成す位置に配列し
て巻装した回転子及び、前記複数個の界磁巻線の各々の
誘導起電力を半波整流して界磁巻線に直流を流すよう前
記複数個の界磁巻線の各々に直列に設けた半導体整流素
子とから構成したブラシレス三相同期発電機の作用を以
下に説明する。
し該単相巻線と電気角で直交する前記固定子コア位置に
第2と第3の2つの単相巻線を巻装すると共に該第2と
第3の単相巻線のそれぞれの一方の端子を直列に接続し
該直列接続点と前記第1の単相巻線の一方の端子を接続
してT結線した三相主発電巻線を有する固定子と、該固
定子の三相主発電巻線の出力端に負荷と並列に接続した
リアクトルと、回転子コアに前記三相主発電巻線の極数
と同極数の界磁巻線を複数個巻装すると共に該複数個の
界磁巻線は前記主発電巻線が作る電機子反作用磁界の奇
数次の空間高調波成分と磁気的結合を成す位置に配列し
て巻装した回転子及び、前記複数個の界磁巻線の各々の
誘導起電力を半波整流して界磁巻線に直流を流すよう前
記複数個の界磁巻線の各々に直列に設けた半導体整流素
子とから構成したブラシレス三相同期発電機の作用を以
下に説明する。
【0028】以上の構成の発電機において、前述したT
型主発電巻線による作用は同様であるのでここでは省略
して、励磁巻線と制御整流装置に変えてリアクトルを接
続した作用を中心に説明する。
型主発電巻線による作用は同様であるのでここでは省略
して、励磁巻線と制御整流装置に変えてリアクトルを接
続した作用を中心に説明する。
【0029】この構成において、回転子を回転させる
と、回転子コアの残留磁気によって主発電巻線に僅かの
誘導起電力が生じる。該誘導起電力によって電機子巻線
と該電機子巻線の出力端に負荷と並列に接続したリアク
トルとに電流が流れる。この電流により電機子反作用磁
界が生じ、電機子反作用磁界の奇数次の空間高調波成分
の全てと磁気的結合を成す、回転子の複数個の界磁巻線
の各々に起電力を誘導する。この複数個の界磁巻線の各
々の起電力は、界磁巻線の各々に直列に設けた半導体整
流素子によって、各々が半波整流されて回転子コアの主
磁束を増磁する。さらにこの主磁束の増磁は主発電巻線
の前記誘導起電力を増加させることになり、この動作の
繰り返しによって主発電巻線の無負荷電圧が自己確立す
る。なおこのときリアクトルを可変リアクトルにしてリ
アクトルに流れる電流を調整すれば、無負荷電圧を任意
に設定し得る。
と、回転子コアの残留磁気によって主発電巻線に僅かの
誘導起電力が生じる。該誘導起電力によって電機子巻線
と該電機子巻線の出力端に負荷と並列に接続したリアク
トルとに電流が流れる。この電流により電機子反作用磁
界が生じ、電機子反作用磁界の奇数次の空間高調波成分
の全てと磁気的結合を成す、回転子の複数個の界磁巻線
の各々に起電力を誘導する。この複数個の界磁巻線の各
々の起電力は、界磁巻線の各々に直列に設けた半導体整
流素子によって、各々が半波整流されて回転子コアの主
磁束を増磁する。さらにこの主磁束の増磁は主発電巻線
の前記誘導起電力を増加させることになり、この動作の
繰り返しによって主発電巻線の無負荷電圧が自己確立す
る。なおこのときリアクトルを可変リアクトルにしてリ
アクトルに流れる電流を調整すれば、無負荷電圧を任意
に設定し得る。
【0030】さて、この発電機に三相の抵抗負荷、誘導
性負荷あるいは容量性負荷を接続すると、三相負荷の力
率の変化に対して発電機の出力電圧が次のように補償さ
れる。
性負荷あるいは容量性負荷を接続すると、三相負荷の力
率の変化に対して発電機の出力電圧が次のように補償さ
れる。
【0031】すなわち、三相負荷の接続によって主発電
巻線に負荷電流も流れるため、主発電巻線には負荷電流
とリアクトルに流れる電流とのベクトル和の電流が流れ
る。従って主発電巻線を流れる電流は、負荷電流の大き
さが一定であってもリアクトルの効用により、負荷の力
率が遅れ力率になるほど増大し、負荷の力率が進み力率
になるほど減少する。つまりこの発電機は、負荷力率が
遅れ力率になるほど主発電巻線の電流が増加して電機子
反作用磁界の空間高調波成分も増大し、界磁の直巻励磁
効果が増大して出力電圧の低下が抑制され、また負荷力
率が進み力率になるほど主発電巻線の電流が減少して電
機子反作用磁界の空間高調波成分も減少し、界磁の直巻
励磁効果が減少して進相電流による自己励磁現象に基づ
く出力電圧の上昇が抑制される。従って、主発電巻線の
出力端に負荷と並列にリアクトルを接続した発電機は、
負荷力率の変化に適切に対応できる自動電圧調整機能を
発電機自体が有していることになる。なお、この発電機
は、三相不平衡負荷あるいは単相負荷の場合にも電機子
反作用磁界の逆相分の空間基本波成分が界磁の直巻励磁
作用に加わる以外は、前記三相負荷時の動作と同様の動
作を行う。
巻線に負荷電流も流れるため、主発電巻線には負荷電流
とリアクトルに流れる電流とのベクトル和の電流が流れ
る。従って主発電巻線を流れる電流は、負荷電流の大き
さが一定であってもリアクトルの効用により、負荷の力
率が遅れ力率になるほど増大し、負荷の力率が進み力率
になるほど減少する。つまりこの発電機は、負荷力率が
遅れ力率になるほど主発電巻線の電流が増加して電機子
反作用磁界の空間高調波成分も増大し、界磁の直巻励磁
効果が増大して出力電圧の低下が抑制され、また負荷力
率が進み力率になるほど主発電巻線の電流が減少して電
機子反作用磁界の空間高調波成分も減少し、界磁の直巻
励磁効果が減少して進相電流による自己励磁現象に基づ
く出力電圧の上昇が抑制される。従って、主発電巻線の
出力端に負荷と並列にリアクトルを接続した発電機は、
負荷力率の変化に適切に対応できる自動電圧調整機能を
発電機自体が有していることになる。なお、この発電機
は、三相不平衡負荷あるいは単相負荷の場合にも電機子
反作用磁界の逆相分の空間基本波成分が界磁の直巻励磁
作用に加わる以外は、前記三相負荷時の動作と同様の動
作を行う。
【0032】以上のことから本発明では、従来技術にお
いて必要であったブラシレス自励同期発電機の回転子励
磁巻線を不要として、界磁巻線と半導体整流素子とから
なる簡単な構造のブラシレス自励三相同期発電機の回転
子の提供を可能とした。また、従来技術において問題で
あった固定子コアのスロット数と回転子コアのスロット
数との組合せが極数に限定されないので、固定子と回転
子のスロット数の組み合わせに原因した電磁振動や騒音
の発生を抑制することができる。
いて必要であったブラシレス自励同期発電機の回転子励
磁巻線を不要として、界磁巻線と半導体整流素子とから
なる簡単な構造のブラシレス自励三相同期発電機の回転
子の提供を可能とした。また、従来技術において問題で
あった固定子コアのスロット数と回転子コアのスロット
数との組合せが極数に限定されないので、固定子と回転
子のスロット数の組み合わせに原因した電磁振動や騒音
の発生を抑制することができる。
【0033】また、発電機の三相主発電巻線を、3つの
単相巻線をT型に接続して構成したので、これまで三相
同期発電機では相殺されていた第3次空間高調波成分が
電機子反作用磁界に含まれており、電機子反作用磁界の
最大項である第3次空間高調波成分を有効に活用して回
転子の界磁巻線に大きな誘導起電力を発生させることが
できるだけでなく、3つの単相巻線をT型に接続して構
成したことにより、別の装置を付加することなくそのま
まの状態で三相出力だけでなく、その単相巻線の特定の
端子からは単相三線式の出力を取り出すことも可能とな
ったので、三相同期発電機の用途を拡大し、広範囲での
使用が可能となった。更に、前記回転子の回転子励磁巻
線を不要とするため、回転子回路のR,Lの時定数が小
さくなり、電圧制御の応答が速くなるという効果を有す
るブラシレス自励三相同期発電機が提供できた。
単相巻線をT型に接続して構成したので、これまで三相
同期発電機では相殺されていた第3次空間高調波成分が
電機子反作用磁界に含まれており、電機子反作用磁界の
最大項である第3次空間高調波成分を有効に活用して回
転子の界磁巻線に大きな誘導起電力を発生させることが
できるだけでなく、3つの単相巻線をT型に接続して構
成したことにより、別の装置を付加することなくそのま
まの状態で三相出力だけでなく、その単相巻線の特定の
端子からは単相三線式の出力を取り出すことも可能とな
ったので、三相同期発電機の用途を拡大し、広範囲での
使用が可能となった。更に、前記回転子の回転子励磁巻
線を不要とするため、回転子回路のR,Lの時定数が小
さくなり、電圧制御の応答が速くなるという効果を有す
るブラシレス自励三相同期発電機が提供できた。
【0034】
【実施例】本発明による好適な第1の実施例を図1から
図5によって説明する。まず図1に第1の実施例のブラ
シレス自励三相同期発電機1の回路図と、図2に三相主
発電巻線の各巻線に流れる電流の瞬時値を示し、図3に
第1の実施例による固定子巻線の電気的相対位置を示
し、図4に第1の実施例による、固定子側磁束分布を固
定子コア表面に展開した図を示す。更に図5には、空間
高調波成分と界磁巻線とが磁気的結合を成す位置を示し
た。
図5によって説明する。まず図1に第1の実施例のブラ
シレス自励三相同期発電機1の回路図と、図2に三相主
発電巻線の各巻線に流れる電流の瞬時値を示し、図3に
第1の実施例による固定子巻線の電気的相対位置を示
し、図4に第1の実施例による、固定子側磁束分布を固
定子コア表面に展開した図を示す。更に図5には、空間
高調波成分と界磁巻線とが磁気的結合を成す位置を示し
た。
【0035】まず、図1及び図3により固定子2の回路
構成について説明すると、固定子コア3に設けられたス
ロット(図示せず)に、第1の単相巻線Wuが巻装さ
れ、該第1の単相巻線Wuに対して電気角で90゜に直
交する位置に、第2の単相巻線Wvと第3の単相巻線W
wとが同一巻数に巻装され、前記第1の単相巻線Wuの
巻数は前記第2(第3)の単相巻線Wv,Wwの巻数の
31/2 倍となっている。また、前記第1の単相巻線Wu
の一方の端子A’と前記第2の単相巻線Wvの巻終端
B’と及び前記第3の単相巻線Wwの巻始端C’とを接
続して接続点0としT結線としてある。
構成について説明すると、固定子コア3に設けられたス
ロット(図示せず)に、第1の単相巻線Wuが巻装さ
れ、該第1の単相巻線Wuに対して電気角で90゜に直
交する位置に、第2の単相巻線Wvと第3の単相巻線W
wとが同一巻数に巻装され、前記第1の単相巻線Wuの
巻数は前記第2(第3)の単相巻線Wv,Wwの巻数の
31/2 倍となっている。また、前記第1の単相巻線Wu
の一方の端子A’と前記第2の単相巻線Wvの巻終端
B’と及び前記第3の単相巻線Wwの巻始端C’とを接
続して接続点0としT結線としてある。
【0036】このT結線において、前記第1の単相巻線
Wuの他方の端子Aと前記第2の単相巻線Wvの巻始端
Bおよび前記第3の単相巻線Wwの巻終端Cとから三相
出力端子U,V,Wが構成されている。さらに前記第2
の単相巻線Wvの巻始端Bと前記第3の単相巻線Wwの
巻終端C及び接続点0とにより単相出力端子B,0,C
を構成し、例えば単相三線式100V/200Vの出力
端子としてある。
Wuの他方の端子Aと前記第2の単相巻線Wvの巻始端
Bおよび前記第3の単相巻線Wwの巻終端Cとから三相
出力端子U,V,Wが構成されている。さらに前記第2
の単相巻線Wvの巻始端Bと前記第3の単相巻線Wwの
巻終端C及び接続点0とにより単相出力端子B,0,C
を構成し、例えば単相三線式100V/200Vの出力
端子としてある。
【0037】なお、前記固定子励磁巻線Weは制御整流
装置5を介して三相主発電巻線Wu,Wv,Wwの中間
タップu,v,wに接続されている。制御整流装置5は
ダイオ−ドによる三相全波整流器RD と可変抵抗器Rr
とから構成している。また、この制御整流装置5は発電
機1外部に設けられる。また、三相全波整流器RD を、
制御可能なサイリスタまたは直流チョッパ等の半導体整
流素子で構成した場合には前記可変抵抗器Rrは不要と
なる。
装置5を介して三相主発電巻線Wu,Wv,Wwの中間
タップu,v,wに接続されている。制御整流装置5は
ダイオ−ドによる三相全波整流器RD と可変抵抗器Rr
とから構成している。また、この制御整流装置5は発電
機1外部に設けられる。また、三相全波整流器RD を、
制御可能なサイリスタまたは直流チョッパ等の半導体整
流素子で構成した場合には前記可変抵抗器Rrは不要と
なる。
【0038】次に図1及び図4により回転子6の回路構
成について説明すると、回転子コア7には複数個の界磁
巻線Wfが巻装され、該界磁巻線Wfは、前記三相主発
電巻線の電流I1 ,I2 ,I3 に基づく電機子反作用磁
界の奇数次の空間高調波成分および前記固定子励磁巻線
Weの電流Ieに基づく静止磁界の空間基本波成分の双
方と磁気的結合を成すスロット位置に配列されており、
前記界磁巻線Wfはダイオ−ドDを介して短絡されてい
る。より詳しくは、回転子6の複数個の界磁巻線W
fは、該界磁巻線個々を前記主発電巻線Wu,Wv,W
wの磁極間隔と等しい磁極間隔となる電気角で180゜
のピッチにして、極数は主発電巻線のそれと等しくし
て、固定子励磁巻線Weが作る静止磁界と磁気的結合を
成すように前記回転子コア7に設けた任意数のスロット
に順次配列して巻装してある。
成について説明すると、回転子コア7には複数個の界磁
巻線Wfが巻装され、該界磁巻線Wfは、前記三相主発
電巻線の電流I1 ,I2 ,I3 に基づく電機子反作用磁
界の奇数次の空間高調波成分および前記固定子励磁巻線
Weの電流Ieに基づく静止磁界の空間基本波成分の双
方と磁気的結合を成すスロット位置に配列されており、
前記界磁巻線Wfはダイオ−ドDを介して短絡されてい
る。より詳しくは、回転子6の複数個の界磁巻線W
fは、該界磁巻線個々を前記主発電巻線Wu,Wv,W
wの磁極間隔と等しい磁極間隔となる電気角で180゜
のピッチにして、極数は主発電巻線のそれと等しくし
て、固定子励磁巻線Weが作る静止磁界と磁気的結合を
成すように前記回転子コア7に設けた任意数のスロット
に順次配列して巻装してある。
【0039】以上の構成において、界磁巻線Wfを巻装
した回転子6を回転させると、回転子コア7の残留磁気
が作用して主発電巻線Wu,Wv,Wwに若干の起電力
が誘導する。この時の誘導起電力は次のような二つの作
用を経て回転子6の界磁巻線Wfに影響を与える。
した回転子6を回転させると、回転子コア7の残留磁気
が作用して主発電巻線Wu,Wv,Wwに若干の起電力
が誘導する。この時の誘導起電力は次のような二つの作
用を経て回転子6の界磁巻線Wfに影響を与える。
【0040】その一つは、三相主発電巻線が単相巻線W
u,Wv,WwでT結線としてあるので、図2に示すよ
うにI1 が最大の瞬時QにおいてはI2 =I3 になるの
で、各単相巻線のそれぞれに流れる電流によって作られ
る磁束ΦA ,ΦB ,ΦC のうち、第2と第3の単相巻線
WV ,WW は直列に接続してあるので、ΦB とΦC は大
きさが等しく互いに逆方向の磁束となり打ち消されて、
第2の単相巻線WV および第3の単相巻線WW と直交す
る第1の単相巻線WU による磁束ΦA だけが存在する。
この第1の単相巻線WU の磁束ΦA による空間磁束分布
を固定子コア4の表面にわたって図示すると、主発電巻
線を集中巻とした場合には図4のようになる。また主発
電巻線を分布巻としても本発明は実施可能であるが、こ
の場合の空間磁束分布は階段状の波形となる。
u,Wv,WwでT結線としてあるので、図2に示すよ
うにI1 が最大の瞬時QにおいてはI2 =I3 になるの
で、各単相巻線のそれぞれに流れる電流によって作られ
る磁束ΦA ,ΦB ,ΦC のうち、第2と第3の単相巻線
WV ,WW は直列に接続してあるので、ΦB とΦC は大
きさが等しく互いに逆方向の磁束となり打ち消されて、
第2の単相巻線WV および第3の単相巻線WW と直交す
る第1の単相巻線WU による磁束ΦA だけが存在する。
この第1の単相巻線WU の磁束ΦA による空間磁束分布
を固定子コア4の表面にわたって図示すると、主発電巻
線を集中巻とした場合には図4のようになる。また主発
電巻線を分布巻としても本発明は実施可能であるが、こ
の場合の空間磁束分布は階段状の波形となる。
【0041】さて、前記図4に示す方形波をフ−リエ展
開すると、
開すると、
【0042】
【数1】 となり、第1項の基本波以外に第3次空間高調波、第5
次空間高調波等の奇数次空間高調波成分が含まれてい
る。そこで、図5に示すように、空間高調波成分と磁気
的結合を成す位置、つまり電気角で180゜のピッチを
有する回転子の界磁巻線P,P’に誘起される奇数次空
間高調波電圧は次式のようになる。
次空間高調波等の奇数次空間高調波成分が含まれてい
る。そこで、図5に示すように、空間高調波成分と磁気
的結合を成す位置、つまり電気角で180゜のピッチを
有する回転子の界磁巻線P,P’に誘起される奇数次空
間高調波電圧は次式のようになる。
【0043】
【数2】 従って、P,P’を回転子6の界磁巻線Wfとして巻装
すると、P,P’の誘起電圧が図5のように加わること
になって、この界磁巻線Wfを整流器Dで短絡すると界
磁巻線Wfに整流電流が流れてその直流分によって回転
子に磁極が形成され、回転子6の主磁界を増磁し、主発
電巻線Wu,Wv,Wwの起電力を増大させることにな
る。以上はI1 が最大の瞬時で説明したが、その他の瞬
時においても容易に類推できる。
すると、P,P’の誘起電圧が図5のように加わること
になって、この界磁巻線Wfを整流器Dで短絡すると界
磁巻線Wfに整流電流が流れてその直流分によって回転
子に磁極が形成され、回転子6の主磁界を増磁し、主発
電巻線Wu,Wv,Wwの起電力を増大させることにな
る。以上はI1 が最大の瞬時で説明したが、その他の瞬
時においても容易に類推できる。
【0044】もう一つは、回転子コア7の残留磁気が作
用して主発電巻線Wu,Wv,Wwに誘導する若干の起
電力によって、固定子励磁巻線Weには主発電巻線
Wu,Wv,Wwの中間タップu,v,wと固定子励磁
巻線We間に接続した制御整流装置5の三相全波整流器
RD によって、前記主発電巻線Wu,Wv,Wwの誘導
起電力を全波整流して得られた直流電流Ieが流れ、固
定子励磁巻線Weは静止磁界を作る。そして、これらの
磁界は磁気的に結合する回転子6の界磁巻線Wfの各々
に重畳起電力を誘導する。ここに誘導される起電力は、
各々に直列に設けたダイオ−ドDによって各々が半波整
流されて回転子6の主磁界を増磁し、主発電巻線Wu,
Wv,Wwの起電力を増大させることになる。
用して主発電巻線Wu,Wv,Wwに誘導する若干の起
電力によって、固定子励磁巻線Weには主発電巻線
Wu,Wv,Wwの中間タップu,v,wと固定子励磁
巻線We間に接続した制御整流装置5の三相全波整流器
RD によって、前記主発電巻線Wu,Wv,Wwの誘導
起電力を全波整流して得られた直流電流Ieが流れ、固
定子励磁巻線Weは静止磁界を作る。そして、これらの
磁界は磁気的に結合する回転子6の界磁巻線Wfの各々
に重畳起電力を誘導する。ここに誘導される起電力は、
各々に直列に設けたダイオ−ドDによって各々が半波整
流されて回転子6の主磁界を増磁し、主発電巻線Wu,
Wv,Wwの起電力を増大させることになる。
【0045】以上2つの動作の繰り返しにより、主発電
巻線Wu,Wv,Wwの発電電圧が確立する。なお、こ
のとき前記三相全波整流器RD を調整すると、固定子励
磁巻線Weに流れる電流Ieが制御されて、結果的に発
電機1の無負荷電圧を任意に可変設定できる。
巻線Wu,Wv,Wwの発電電圧が確立する。なお、こ
のとき前記三相全波整流器RD を調整すると、固定子励
磁巻線Weに流れる電流Ieが制御されて、結果的に発
電機1の無負荷電圧を任意に可変設定できる。
【0046】ところで、回転子6に残留磁気が無いとき
には、固定子励磁巻線Weにバッテリ−を瞬時投入し
て、回転子6の界磁巻線Wfに起電力を誘導させ、この
起電力の半波整流電流によって回転子6に主磁界を発生
させる。
には、固定子励磁巻線Weにバッテリ−を瞬時投入し
て、回転子6の界磁巻線Wfに起電力を誘導させ、この
起電力の半波整流電流によって回転子6に主磁界を発生
させる。
【0047】次に、この発電機1に三相抵抗負荷あるい
は誘導性負荷を接続すると以下のように作用する。つま
り、三相抵抗負荷あるいは誘導性負荷の接続により主発
電巻線Wu,Wv,Wwから負荷電流I1 ,I2 ,I3
が流出することになり、この負荷電流I1 ,I2 ,I3
によって主発電巻線Wu,Wv,Wwが作る電機子反作
用磁界が増大する。したがって電機子反作用磁界の空間
高調波成分も増大し、この空間高調波成分と磁気的結合
を成す位置にそれぞれ個別に巻装されている界磁巻線W
fの各々の起電力が増加して界磁巻線に流れる界磁電流
Ifが増し、主発電巻線の誘導起電力が増加してインピ
−ダンス電圧降下の増加に対する出力電圧の変動を補償
する。つまり、本発明による発電機は、負荷の増減にと
もなう負荷電流I1 ,I2 ,I3 の増減が回転子の界磁
電流Ifの増減をもたらすことになり、結果的に主発電
巻線Wu,Wv,Wwの誘導起電力が増減して主発電巻
線のインピ−ダンス電圧降下の増減を補償し、負荷の増
減に対して複巻特性の発電機出力が得られる。
は誘導性負荷を接続すると以下のように作用する。つま
り、三相抵抗負荷あるいは誘導性負荷の接続により主発
電巻線Wu,Wv,Wwから負荷電流I1 ,I2 ,I3
が流出することになり、この負荷電流I1 ,I2 ,I3
によって主発電巻線Wu,Wv,Wwが作る電機子反作
用磁界が増大する。したがって電機子反作用磁界の空間
高調波成分も増大し、この空間高調波成分と磁気的結合
を成す位置にそれぞれ個別に巻装されている界磁巻線W
fの各々の起電力が増加して界磁巻線に流れる界磁電流
Ifが増し、主発電巻線の誘導起電力が増加してインピ
−ダンス電圧降下の増加に対する出力電圧の変動を補償
する。つまり、本発明による発電機は、負荷の増減にと
もなう負荷電流I1 ,I2 ,I3 の増減が回転子の界磁
電流Ifの増減をもたらすことになり、結果的に主発電
巻線Wu,Wv,Wwの誘導起電力が増減して主発電巻
線のインピ−ダンス電圧降下の増減を補償し、負荷の増
減に対して複巻特性の発電機出力が得られる。
【0048】更に、この発電機は負荷が三相不平衡負荷
あるいは単相負荷の場合でも、主発電巻線の三相不平衡
電流によって新たに生じた電機子反作用磁界の逆相分の
空間基本波成分が複数個の界磁巻線の各々に起電力を誘
導して界磁の直巻励磁効果をもたらすため、三相不平衡
電流に原因する電機子反作用磁界の空間高調波成分の減
少に基づく界磁の直巻励磁効果の減少分が補償されるこ
とになり、発電機の出力電圧は負荷の変化に対して補償
される。なお、三相主発電巻線に三相不平衡電流が流れ
た場合には、新たに電機子反作用磁界の逆相分の空間基
本波成分による誘導起電力が界磁巻線に加わる。
あるいは単相負荷の場合でも、主発電巻線の三相不平衡
電流によって新たに生じた電機子反作用磁界の逆相分の
空間基本波成分が複数個の界磁巻線の各々に起電力を誘
導して界磁の直巻励磁効果をもたらすため、三相不平衡
電流に原因する電機子反作用磁界の空間高調波成分の減
少に基づく界磁の直巻励磁効果の減少分が補償されるこ
とになり、発電機の出力電圧は負荷の変化に対して補償
される。なお、三相主発電巻線に三相不平衡電流が流れ
た場合には、新たに電機子反作用磁界の逆相分の空間基
本波成分による誘導起電力が界磁巻線に加わる。
【0049】ところで、AVR(自動電圧調整装置)を
固定子励磁巻線Weに併用して、励磁が不足する場合に
AVRでまかなうようにすることもあり、この他、固定
子の直流励磁に関する公知技術は利用可能で、本実施例
に限定されることはない。
固定子励磁巻線Weに併用して、励磁が不足する場合に
AVRでまかなうようにすることもあり、この他、固定
子の直流励磁に関する公知技術は利用可能で、本実施例
に限定されることはない。
【0050】さて、本発明では、主発電巻線Wu,
Wv,WwはT結線としてあり且つ主発電巻線Wu,W
v,Wwの第1の単相巻線の巻数を前記第2と第3の単
相巻線の巻数の31/2 倍にしてある。これを図6におい
て説明する。つまり、A,B,C間の端子電圧をVとす
ると、A−O間の電圧は31/2 /2V、B−O間及びC
−O間の電圧は1/2Vとなる。31/2 /2Vと1/2
Vの比は31/2 であるから、B−O間とC−O間の巻線
の巻数をNとするとA−O間の巻線の巻数は31/2Nと
なり、結局A−O間の巻線の巻数をB−O間あるいはC
−O間の巻線の巻数1の31/2 倍とすれば、A,B,C
端子には3相平衡電圧Vが得られることになる。また、
B−O間とC−O間の端子電圧はV/2でB−C間の端
子電圧はVであるから、B,O,C端子は単相3線式の
出力端子にもなる。
Wv,WwはT結線としてあり且つ主発電巻線Wu,W
v,Wwの第1の単相巻線の巻数を前記第2と第3の単
相巻線の巻数の31/2 倍にしてある。これを図6におい
て説明する。つまり、A,B,C間の端子電圧をVとす
ると、A−O間の電圧は31/2 /2V、B−O間及びC
−O間の電圧は1/2Vとなる。31/2 /2Vと1/2
Vの比は31/2 であるから、B−O間とC−O間の巻線
の巻数をNとするとA−O間の巻線の巻数は31/2Nと
なり、結局A−O間の巻線の巻数をB−O間あるいはC
−O間の巻線の巻数1の31/2 倍とすれば、A,B,C
端子には3相平衡電圧Vが得られることになる。また、
B−O間とC−O間の端子電圧はV/2でB−C間の端
子電圧はVであるから、B,O,C端子は単相3線式の
出力端子にもなる。
【0051】本発明による好適な第2の実施例を図7に
よって説明する。図7に第2の実施例のブラシレス自励
三相同期発電機9の回路図を示す。なお、第2の実施例
による回転子は第1の実施例による回転子6と同様とな
るので図4を代用して省略する。まず、固定子10の回
路構成について説明すると、固定子に設けられたスロッ
トに、第1の単相巻線Wuが巻装され、該第1の単相巻
線Wuに対して電気角で90゜に直交する位置に、第2
の単相巻線Wvと第3の単相巻線Wwとが同一巻数に巻
装され、前記第1の単相巻線Wuの巻数は前記第2(第
3)の単相巻線Wv,Wwの巻数の31/2 倍となってい
る。また、前記第1の単相巻線Wuの一方の端子A’と
前記第2の単相巻線Wvの巻終端B’と及び前記第3の
単相巻線Wwの巻始端C’とを接続して接続点0としT
結線としてある。また、この三相主発電巻線の出力端
U,V,Wに負荷と並列に可変リアクトル13を接続し
てある。ところで本実施例の回転子の回路構成は、前述
した第1の実施例の回転子6と同様の構成であり、ここ
での回転子の詳細な説明は省略する。
よって説明する。図7に第2の実施例のブラシレス自励
三相同期発電機9の回路図を示す。なお、第2の実施例
による回転子は第1の実施例による回転子6と同様とな
るので図4を代用して省略する。まず、固定子10の回
路構成について説明すると、固定子に設けられたスロッ
トに、第1の単相巻線Wuが巻装され、該第1の単相巻
線Wuに対して電気角で90゜に直交する位置に、第2
の単相巻線Wvと第3の単相巻線Wwとが同一巻数に巻
装され、前記第1の単相巻線Wuの巻数は前記第2(第
3)の単相巻線Wv,Wwの巻数の31/2 倍となってい
る。また、前記第1の単相巻線Wuの一方の端子A’と
前記第2の単相巻線Wvの巻終端B’と及び前記第3の
単相巻線Wwの巻始端C’とを接続して接続点0としT
結線としてある。また、この三相主発電巻線の出力端
U,V,Wに負荷と並列に可変リアクトル13を接続し
てある。ところで本実施例の回転子の回路構成は、前述
した第1の実施例の回転子6と同様の構成であり、ここ
での回転子の詳細な説明は省略する。
【0052】以上の構成において、界磁巻線Wfを巻装
した回転子6を回転させると、回転子コア7の残留磁気
が作用して主発電巻線Wu,Wv,Wwに若干の起電力
が誘導し、この時の誘導起電力は次のような二つの作用
を経て回転子6の界磁巻線Wfに影響を与える。
した回転子6を回転させると、回転子コア7の残留磁気
が作用して主発電巻線Wu,Wv,Wwに若干の起電力
が誘導し、この時の誘導起電力は次のような二つの作用
を経て回転子6の界磁巻線Wfに影響を与える。
【0053】その一つは、三相主発電巻線を単相巻線W
u,Wv,WwでT結線としてあるので、Ix1 が最大
の瞬時値においてはIx2 =Ix3 になり、各単相巻線
のそれぞれに流れる電流によって作られる磁束ΦA ,Φ
B ,ΦC のうち、第2と第3の単相巻線Wv,Wwは直
列に接続してあるので、大きさが等しい互いに逆ベクト
ルの磁束ΦB ,ΦC となり打ち消されて、第2の単相巻
線Wvおよび第3の単相巻線Wwと直交する第1の単相
巻線Wuによる磁束ΦA だけが存在する。以下、前記T
結線によるところの一つの作用については、前記第1の
実施例と同様となるので省略する。
u,Wv,WwでT結線としてあるので、Ix1 が最大
の瞬時値においてはIx2 =Ix3 になり、各単相巻線
のそれぞれに流れる電流によって作られる磁束ΦA ,Φ
B ,ΦC のうち、第2と第3の単相巻線Wv,Wwは直
列に接続してあるので、大きさが等しい互いに逆ベクト
ルの磁束ΦB ,ΦC となり打ち消されて、第2の単相巻
線Wvおよび第3の単相巻線Wwと直交する第1の単相
巻線Wuによる磁束ΦA だけが存在する。以下、前記T
結線によるところの一つの作用については、前記第1の
実施例と同様となるので省略する。
【0054】もう一つは、主発電巻線と可変リアクトル
13にリアクトル電流IL1,IL2,IL3が流れる。この
電流が主発電巻線Wu,Wv,Wwに流れると電機子反
作用磁界が生じる。そして、この磁界の奇数次の空間高
調波成分と磁気的に結合する回転子6の界磁巻線Wfの
各々に起電力が誘導する。ここに誘導される起電力は、
各々に直列に設けたダイオ−ドDによって各々が半波整
流されて回転子6の主磁界を増磁し、主発電巻線Wu,
Wv,Wwの起電力を増大させることになる。この動作
の繰り返しにより、主発電巻線Wu,Wv,Wwの発電
電圧が確立する。なお、このとき前記可変リアクトル1
3を制御すると、該可変リアクトル13に流れるリアク
トル電流IL1,IL2,IL3が制御されて、結果的に発電
機1の無負荷電圧を任意に可変設定できる。
13にリアクトル電流IL1,IL2,IL3が流れる。この
電流が主発電巻線Wu,Wv,Wwに流れると電機子反
作用磁界が生じる。そして、この磁界の奇数次の空間高
調波成分と磁気的に結合する回転子6の界磁巻線Wfの
各々に起電力が誘導する。ここに誘導される起電力は、
各々に直列に設けたダイオ−ドDによって各々が半波整
流されて回転子6の主磁界を増磁し、主発電巻線Wu,
Wv,Wwの起電力を増大させることになる。この動作
の繰り返しにより、主発電巻線Wu,Wv,Wwの発電
電圧が確立する。なお、このとき前記可変リアクトル1
3を制御すると、該可変リアクトル13に流れるリアク
トル電流IL1,IL2,IL3が制御されて、結果的に発電
機1の無負荷電圧を任意に可変設定できる。
【0055】ところで、回転子6に残留磁気が無いとき
には、主発電巻線にバッテリ−を瞬時投入して回転子界
磁巻線に起電力を誘導させ、この起電力の半波整流電流
によって回転子に若干の主磁界を発生させる。
には、主発電巻線にバッテリ−を瞬時投入して回転子界
磁巻線に起電力を誘導させ、この起電力の半波整流電流
によって回転子に若干の主磁界を発生させる。
【0056】次に、この発電機9に三相の誘導性負荷あ
るいは容量性負荷を接続すると以下のように作用する。
つまり、三相負荷の接続により主発電巻線Wu,Wv,
Wwには負荷電流I1 ,I2 ,I3 とリアクトル電流I
L1,IL2,IL3とのベクトル和の電流Ix1 ,Ix2 ,
Ix3 が流れる。従って、主発電巻線Wu,Wv,Ww
を流れる電流の大きさは、負荷電流I1 ,I2 ,I3 の
大きさが一定であってもリアクトルの効用によって負荷
の力率が遅れ力率になるほど増大し、負荷の力率が進み
力率になるほど減少する。このベクトル和の電流の増減
によって主発電巻線Wu,Wv,Wwが作る電機子反作
用磁界が増減する。したがって電機子反作用磁界の空間
高調波成分も増減し、この空間高調波成分と磁気的結合
を成す位置にそれぞれ個別に巻装されている界磁巻線W
fの各々の起電力が増減して界磁巻線の半波整流電流I
fが増減し、結果的に主発電巻線の誘導起電力が増減す
る。したがって、この第2の実施例の発電機は負荷力率
が遅れ力率になるほど界磁の直巻励磁効果が増大して出
力電圧の低下が抑制され、また負荷力率が進み力率にな
るほど界磁の直巻励磁効果が減少して進相電流による自
己励磁現象に基づく出力電圧の上昇が抑制される。つま
り、この発電機は負荷力率の変化に適切に対応できる自
動電圧調整機能を発電機自体が有している。
るいは容量性負荷を接続すると以下のように作用する。
つまり、三相負荷の接続により主発電巻線Wu,Wv,
Wwには負荷電流I1 ,I2 ,I3 とリアクトル電流I
L1,IL2,IL3とのベクトル和の電流Ix1 ,Ix2 ,
Ix3 が流れる。従って、主発電巻線Wu,Wv,Ww
を流れる電流の大きさは、負荷電流I1 ,I2 ,I3 の
大きさが一定であってもリアクトルの効用によって負荷
の力率が遅れ力率になるほど増大し、負荷の力率が進み
力率になるほど減少する。このベクトル和の電流の増減
によって主発電巻線Wu,Wv,Wwが作る電機子反作
用磁界が増減する。したがって電機子反作用磁界の空間
高調波成分も増減し、この空間高調波成分と磁気的結合
を成す位置にそれぞれ個別に巻装されている界磁巻線W
fの各々の起電力が増減して界磁巻線の半波整流電流I
fが増減し、結果的に主発電巻線の誘導起電力が増減す
る。したがって、この第2の実施例の発電機は負荷力率
が遅れ力率になるほど界磁の直巻励磁効果が増大して出
力電圧の低下が抑制され、また負荷力率が進み力率にな
るほど界磁の直巻励磁効果が減少して進相電流による自
己励磁現象に基づく出力電圧の上昇が抑制される。つま
り、この発電機は負荷力率の変化に適切に対応できる自
動電圧調整機能を発電機自体が有している。
【0057】ところで、本発明の第1と第2の実施例の
回転子は、固定子主巻線の極数と同極数の界磁巻線を回
転子コアに複数個巻装するとき、その複数個の界磁巻線
が奇数次の空間調波成分と磁気的結合を成すように回転
子コアに配設すればよい。
回転子は、固定子主巻線の極数と同極数の界磁巻線を回
転子コアに複数個巻装するとき、その複数個の界磁巻線
が奇数次の空間調波成分と磁気的結合を成すように回転
子コアに配設すればよい。
【0058】更に、この発電機は負荷が三相不平衡負
荷、あるいは単相負荷の場合でも、主発電巻線の三相不
平衡電流によって新たに生じた電機子反作用磁界の逆相
分の空間基本波成分が複数個の界磁巻線の各々に起電力
を誘導して界磁の直巻励磁効果をもたらすため、三相不
平衡電流に原因する電機子反作用磁界の空間高調波成分
の減少に基づく界磁の直巻励磁効果の減少分が補償され
ることになり、発電機の出力電圧は負荷の変動に対して
補償され、補償の不足分は励磁電流Ieの制御で補充す
ることによって出力電圧を一定に保持することができ
る。ただし本発明では高調波成分の最大項の第3次空間
高調波を有効に活用できるよう構成したので、前記励磁
電流Ieの制御量は僅かである。
荷、あるいは単相負荷の場合でも、主発電巻線の三相不
平衡電流によって新たに生じた電機子反作用磁界の逆相
分の空間基本波成分が複数個の界磁巻線の各々に起電力
を誘導して界磁の直巻励磁効果をもたらすため、三相不
平衡電流に原因する電機子反作用磁界の空間高調波成分
の減少に基づく界磁の直巻励磁効果の減少分が補償され
ることになり、発電機の出力電圧は負荷の変動に対して
補償され、補償の不足分は励磁電流Ieの制御で補充す
ることによって出力電圧を一定に保持することができ
る。ただし本発明では高調波成分の最大項の第3次空間
高調波を有効に活用できるよう構成したので、前記励磁
電流Ieの制御量は僅かである。
【0059】
【発明の効果】以上のことから本発明では、従来技術に
おいて必要であったブラシレス自励同期発電機の回転子
励磁巻線を不要としたので、まず、回転子界磁巻線と半
導体整流素子とからなる簡単且つ堅牢な回転子構成を可
能とした。次に回転子のスロット数の制約が無くなり、
固定子コアと回転子コアとのスロット数の組合せに原因
した電磁振動や騒音の発生が抑制された。そして、付随
効果として、回転子励磁巻線を取り除いたことにより回
転子回路の時定数が小さくなり、電圧制御の応答を速く
することができた。
おいて必要であったブラシレス自励同期発電機の回転子
励磁巻線を不要としたので、まず、回転子界磁巻線と半
導体整流素子とからなる簡単且つ堅牢な回転子構成を可
能とした。次に回転子のスロット数の制約が無くなり、
固定子コアと回転子コアとのスロット数の組合せに原因
した電磁振動や騒音の発生が抑制された。そして、付随
効果として、回転子励磁巻線を取り除いたことにより回
転子回路の時定数が小さくなり、電圧制御の応答を速く
することができた。
【0060】また、電機子反作用磁界及び静止磁界のす
べての奇数次の空間調波成分と磁気的結合を成しうる回
転子構造としたので、三相平衡負荷時、三相不平衡負荷
時及び単相負荷時のいずれの場合においても直巻励磁効
果を一層高めることができ、よって発電機の出力電圧は
負荷の変化に対してより安定的に補償されるようになっ
た。
べての奇数次の空間調波成分と磁気的結合を成しうる回
転子構造としたので、三相平衡負荷時、三相不平衡負荷
時及び単相負荷時のいずれの場合においても直巻励磁効
果を一層高めることができ、よって発電機の出力電圧は
負荷の変化に対してより安定的に補償されるようになっ
た。
【0061】さらに、固定子巻線の巻装をT結線にした
簡便な手段によって、発電機出力が三相出力と単相三線
式出力の両方が可能となったので、その利用範囲を広げ
ることができた。
簡便な手段によって、発電機出力が三相出力と単相三線
式出力の両方が可能となったので、その利用範囲を広げ
ることができた。
【0062】以上のように、本発明によって多大な効果
を奏することのできるブラシレス自励三相同期発電機を
提供することができた。
を奏することのできるブラシレス自励三相同期発電機を
提供することができた。
【図1】本発明によるブラシレス三相自励同期発電機の
回路図。
回路図。
【図2】主発電巻線の各相に流れる電流の瞬時値を示し
た図。
た図。
【図3】本発明によるブラシレス三相自励同期発電機の
固定子巻線を示す図。
固定子巻線を示す図。
【図4】本発明によるブラシレス三相自励同期発電機
の、固定子側磁束分布を固定子コア表面に亘って展開し
た図。
の、固定子側磁束分布を固定子コア表面に亘って展開し
た図。
【図5】本発明によるブラシレス三相自励同期発電機の
空間高調波の基本波成分と奇数次の高調波成分を示す
図。
空間高調波の基本波成分と奇数次の高調波成分を示す
図。
【図6】本発明によるブラシレス三相自励同期発電機の
主発電巻線の巻線態様と出力端子を示す図。
主発電巻線の巻線態様と出力端子を示す図。
【図7】本発明による第2の実施例のブラシレス三相自
励同期発電機の回路図。
励同期発電機の回路図。
【図8】従来のブラシレス自励同期発電機。
1 ブラシレス自励三相同期発電機 2 固定子 3 固定子コア 4 固定子スロット 5 制御整流装置 6 回転子 7 回転子コア 8 回転子スロット 9 ブラシレス自励三相同期発電機 10 固定子 13 可変リアクトル 20 固定子鉄心 21 固定子界磁巻線 22 回転子鉄心 23 回転子界磁巻線 24 回転子励磁巻線 25 三相全波整流器 26 ダイオ−ドブリッジ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保坂 幸男 広島県東広島市西条西本町2番30号 株式 会社佐竹製作所内
Claims (7)
- 【請求項1】 固定子コアに第1の単相巻線を巻装し該
単相巻線と電気角で直交する前記固定子コア位置に第2
と第3の2つの単相巻線を巻装すると共に該第2と第3
の単相巻線のそれぞれの一方の端子を直列に接続し該直
列接続点と前記第1の単相巻線の一方の端子を接続して
T結線した三相主発電巻線を有し且つ該三相主発電巻線
の極数の奇数倍の極数の励磁巻線を巻装した固定子と、
回転子コアに前記三相主発電巻線の極数と同極数の界磁
巻線を複数個巻装すると共に該複数個の界磁巻線は前記
励磁巻線が作る静止磁界と前記主発電巻線が作る電機子
反作用磁界の奇数次の空間高調波成分との双方と磁気的
結合を成す位置に配列して巻装した回転子と、前記主発
電巻線の誘導起電力を全波整流して前記励磁巻線に直流
を流すよう前記主発電巻線と前記励磁巻線との間に設け
た制御整流装置及び、前記複数個の界磁巻線の各々の誘
導起電力を半波整流して界磁巻線に直流を流すよう前記
複数個の界磁巻線の各々に直列に設けた半導体整流素子
とから構成したことを特徴とするブラシレス三相同期発
電機。 - 【請求項2】 制御整流装置は三相全波整流器と可変抵
抗器とからなることを特徴とする請求項1記載のブラシ
レス三相同期発電機。 - 【請求項3】 制御整流装置は制御可能な半導体整流素
子で構成した三相全波整流器からなることを特徴とする
請求項1記載のブラシレス三相同期発電機。 - 【請求項4】 固定子コアに第1の単相巻線を巻装し該
単相巻線と電気角で直交する前記固定子コア位置に第2
と第3の2つの単相巻線を巻装すると共に該第2と第3
の単相巻線のそれぞれの一方の端子を直列に接続し該直
列接続点と前記第1の単相巻線の一方の端子を接続して
T結線した三相主発電巻線を有する固定子と、該固定子
の三相主発電巻線の出力端に負荷と並列に接続したリア
クトルと、回転子コアに前記三相主発電巻線の極数と同
極数の界磁巻線を複数個巻装すると共に該複数個の界磁
巻線は前記主発電巻線が作る電機子反作用磁界の奇数次
の空間高調波成分と磁気的結合を成す位置に配列して巻
装した回転子及び、前記複数個の界磁巻線の各々の誘導
起電力を半波整流して界磁巻線に直流を流すよう前記複
数個の界磁巻線の各々に直列に設けた半導体整流素子と
から構成したことを特徴とするブラシレス三相同期発電
機。 - 【請求項5】 リアクトルはリアクトル励磁電流を調整
可能な可変リアクトルであることを特徴とする請求項4
記載のブラシレス三相同期発電機。 - 【請求項6】 回転子の複数個の界磁巻線は、該複数個
の界磁巻線個々を前記主発電巻線の磁極間隔と等しい磁
極間隔となる電気角で180゜のピッチにして、前記回
転子コアに設けた任意数のスロットに順次配列して巻装
したことを特徴とする請求項1または4記載のブラシレ
ス三相同期発電機。 - 【請求項7】 主発電巻線の第1の単相巻線の巻数を前
記第2と第3の単相巻線の巻数の31/2 倍にしたことを
特徴とする請求項1または4記載のブラシレス三相同期
発電機。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33190894A JP3489106B2 (ja) | 1994-12-08 | 1994-12-08 | ブラシレス三相同期発電機 |
| DE69501717T DE69501717T2 (de) | 1994-12-08 | 1995-12-07 | Dreiphasiger, bürstenloser, selbsterregender Synchrongenerator ohne Rotorerregerwicklung |
| EP95308889A EP0716496B1 (en) | 1994-12-08 | 1995-12-07 | Three-phase brushless self-excited synchronous generator with no rotor excitation windings |
| US08/569,478 US5694027A (en) | 1994-12-08 | 1995-12-08 | Three-phase brushless self-excited synchronous generator with no rotor excitation windings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33190894A JP3489106B2 (ja) | 1994-12-08 | 1994-12-08 | ブラシレス三相同期発電機 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08168221A true JPH08168221A (ja) | 1996-06-25 |
| JP3489106B2 JP3489106B2 (ja) | 2004-01-19 |
Family
ID=18248985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33190894A Expired - Fee Related JP3489106B2 (ja) | 1994-12-08 | 1994-12-08 | ブラシレス三相同期発電機 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5694027A (ja) |
| EP (1) | EP0716496B1 (ja) |
| JP (1) | JP3489106B2 (ja) |
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| JP2003134766A (ja) * | 2001-10-26 | 2003-05-09 | Denso Corp | ブラシレス回転電機 |
| US6597077B2 (en) | 2001-11-29 | 2003-07-22 | Ted T. Lin | Stator coil T-connection for two-phase step motors |
| US20050084578A1 (en) * | 2003-10-16 | 2005-04-21 | Onwulata Charles I. | Food products containing texturized milk proteins |
| US6969930B2 (en) * | 2004-04-29 | 2005-11-29 | Lin Ted T | Half-stepping motor with bifilar winding ratio for smooth motion |
| WO2008061312A1 (en) * | 2006-11-22 | 2008-05-29 | Synectic Engineering Pty Limited | A portable welding apparatus and alternator |
| JP2009112169A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-05-21 | Honda Motor Co Ltd | 発電機の出力制御装置 |
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| US20140174056A1 (en) | 2008-06-02 | 2014-06-26 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine with low stage count low pressure turbine |
| US20100327824A1 (en) * | 2009-06-30 | 2010-12-30 | Richard Dellacona | Power supply using shared flux in a multi-load parallel magnetic circuit |
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| US9239012B2 (en) | 2011-06-08 | 2016-01-19 | United Technologies Corporation | Flexible support structure for a geared architecture gas turbine engine |
| US9631558B2 (en) | 2012-01-03 | 2017-04-25 | United Technologies Corporation | Geared architecture for high speed and small volume fan drive turbine |
| US10287914B2 (en) | 2012-01-31 | 2019-05-14 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine with high speed low pressure turbine section and bearing support features |
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| US20150308351A1 (en) | 2012-05-31 | 2015-10-29 | United Technologies Corporation | Fundamental gear system architecture |
| US8756908B2 (en) | 2012-05-31 | 2014-06-24 | United Technologies Corporation | Fundamental gear system architecture |
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| US8963349B2 (en) | 2012-07-02 | 2015-02-24 | Kohler, Co. | Generator management system that selectively cuts off fuel to a generator to add a load to a bus |
| US9197098B2 (en) | 2012-07-02 | 2015-11-24 | Kohler Co. | Standby power system that predicts a need to supply power to a load to minimize start time of a generator |
| US9698625B2 (en) | 2012-07-02 | 2017-07-04 | Kohler Co. | Power generation system with anticipatory operation |
| US9431942B2 (en) | 2012-07-02 | 2016-08-30 | Kohler Co. | Generator management system that selectively activates generators based on an operating parameter |
| US9778632B2 (en) | 2012-07-02 | 2017-10-03 | Kohler Co. | Generator management system and method that selectively activate at least one of a plurality of generators in a power generation system |
| US9368972B2 (en) | 2012-07-27 | 2016-06-14 | Kohler Co. | Generator management system that determines a time to activate and deactivate generators based on the load level |
| US9548612B2 (en) | 2012-09-28 | 2017-01-17 | Kohler Co. | Paralleling module for a generator system |
| US9871378B2 (en) | 2012-09-28 | 2018-01-16 | Kohler Co. | Paralleling module for a generator system |
| CN103683775B (zh) * | 2013-12-03 | 2017-09-29 | 南昌大学 | 一种三次谐波励磁同步电机 |
| CN103887908B (zh) * | 2014-04-22 | 2016-08-31 | 哈尔滨工业大学 | 一种无刷谐波励磁同步电机 |
| US11671038B2 (en) | 2019-08-09 | 2023-06-06 | Hamilton Sundstrand Corporation | Control of a wound field synchronous generator for transient load response |
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| US4223263A (en) * | 1978-09-01 | 1980-09-16 | The Bendix Corporation | Combination exciter/permanent magnet generator for brushless generator system |
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| US4723106A (en) * | 1986-08-29 | 1988-02-02 | General Electric Company | Brushless generator exciter using hybrid rectifier |
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| US5345125A (en) * | 1992-08-14 | 1994-09-06 | Eemco/Datron, Inc. | Miniature, modular, plug-in rotating switch |
-
1994
- 1994-12-08 JP JP33190894A patent/JP3489106B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-12-07 DE DE69501717T patent/DE69501717T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-12-07 EP EP95308889A patent/EP0716496B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-12-08 US US08/569,478 patent/US5694027A/en not_active Expired - Fee Related
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| DE69501717T2 (de) | 1998-09-17 |
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