JPH089608A - ブラシレス自励式発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 運転開始時に於ける電圧確立を迅速かつ確実
に行ない得るブラシレス自励式発電機の提供。 【構成】 回転子２０に設けた励磁機コイル２４に対向
する励磁機用界磁コイル３４に第一の永久磁石３６を付
設し、更に電機子コイル３１に対向する回転界磁極を構
成する界磁コイル２２に第二の永久磁石２５を付設す
る。電機子コイル３１の出力の一部を整流器３３で整流
し、コントローラ３５を介して励磁機用界磁コイル３４
に供給する。コントローラ３５は電機子コイル３１の出
力電圧を基準値に合致させるべく適切な電流を励磁起用
界磁コイル３４に供給する。励磁機コイル２４の出力は
整流器２３を通じて整流して界磁コイル２２に供給され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外部電源等による励磁
を行なわず、自己の発生する電力の一部を整流して励磁
機用界磁コイルに供給し、励磁機コイルに発生する電力
を整流して発電機本体の界磁コイルに供給するブラシレ
ス自励式発電機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、商用電源として運用される発電機
は、三相同期発電機であり、連係される電源と同期を保
ちつつ運転される。したがって外部電源による励磁を行
なうことも容易であり、運転開始時から十分に整った条
件下で始動し、励磁も完全な状態になっていることが多
い。

【０００３】しかし小形の発電機で、他電源が周囲に存
在しない状況下で、単独で運転される発電機も多数存在
する。例えば、車載用、船舶用、非常用、防災用又は病
院用等の発電機にあっては、単独運転となるものが多
い。これらの用途にあっては、低コストでかつ高い信頼
性を要求されることが多く、使用される設備も可能な限
り簡潔で、保守も容易なものが要求される。このような
要求に合わせて、例えば、ブラシレスの自励式発電機も
多く採用される傾向にある。この種の発電機にあって
は、コスト、構造及び保守等の全ての点で不利となる二
次電池を含む励磁装置等は装備していないものが多い。

【０００４】このように、汎用小形の自励式交流発電機
にあっては、始動に適する格別の励磁機構を持たないも
のが多いことから、電圧確立までに若干の時間を必要と
する等安定しない面がある。特に、運転が稀にしか行な
われない非常用設備などにあっては、頻繁な保守・整備
も行き届かず、電圧確率そのものにもかなりの不安が残
る。当然、電圧確立までの間、負荷に電力を供給するこ
とはできない。

【０００５】自励式発電機に於ける電圧確立は、発電機
鉄心の残留磁気を利用して、最初の電圧を発生せしめ、
その後この発生電圧を電源として、無負荷飽和曲線と界
磁抵抗線とによって決定される規定電圧まで次第に上昇
してゆくことによって行なわれる。この場合、発電機鉄
心の残留磁気が小さいと、電圧確立までに若干の時間を
要することになり、極端な場合には電圧確立に失敗する
こともある。

【０００６】このように、自励式発電機の電圧確立まで
の時間、即ち、始動後、負荷を接続することができるま
での時間は、発電機鉄心の残留磁気の大きさによって左
右されるといっても過言ではない。しかし鉄心材料の改
良も進み、残留磁気はむしろ小さくなる傾向さえある。
にもかかわらず、特に、防災用、病院用又は消防車用等
の用途における小形発電機にあっては、分秒を争って負
荷に電力を供給しなければならない要請もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な従来技術の欠点を排し、運転開始時に於ける電圧確立
を迅速かつ確実に行ない得るブラシレス自励式発電機を
提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の構成の要旨とす
るところは、励磁機に於いて、回転子に設けた励磁機コ
イルに対向する固定子部分に第一の永久磁石を配置し、
発電機本体に於いて、電機子コイルに対向する回転界磁
極部分に第二の永久磁石を配置したブラシレス自励式発
電機であり、これによって前記課題を解決することがで
きる。

【０００９】更に、本発明では、励磁機用界磁コイルに
供給する起電力を誘起する導体を電機子コイルに併設す
ることもできる。

【００１０】

【作用】したがって本発明によれば、励磁機に於いて、
回転子に設けた励磁機コイルに対して、固定子側に配置
した第一の永久磁石の磁力線が発電機始動時にも作用す
ることとなる。それ故、最初に鉄心の残留磁気を利用し
て電圧確立を行なう従来の自励式発電機に於ける場合よ
りも迅速かつ確実な電圧確立が期待でき、より短時間で
速やかに負荷に対する電力供給が可能となる。

【００１１】更に本発明によれば、発電機本体に於い
て、電機子コイルに対応する回転界磁極部分に第二の永
久磁石が配置されており、この永久磁石による磁力線
は、励磁機部分からの電流が存在しないか、あるいは極
めて微弱な電流しかなくても、電機子コイルに対して起
電力を発生せしめるように作用する。電機子コイルに誘
起した起電力は整流器で整流され、コントローラを介し
て励磁機用界磁コイルにフィードバックされるから、励
磁機コイルにおける起電力は、先の第一の永久磁石によ
る起電力に重畳され、より迅速かつ確実な電圧確立が達
成される。

【００１２】なお、電機子コイルの一部を、励磁機用界
磁コイルにフィードバックするための導体として独立せ
しめれば、より迅速な電圧確立が促進される。これは、
電圧確立後に電機子コイルからフィードバックが生ずる
以前にあっても、電機子コイルに対向する部位に配置さ
れた第二の永久磁石による起電力を励磁機用界磁コイル
側に効率よくフィードバックせしめることができるため
である。

【００１３】

【実施例】以下、実施例を示す添付図を参照しつつ本発
明を開示する。先ず第一の実施例を説明する。図１は、
本発明のブラシレス自励式の発電機１０の基本構成を示
す説明図である。発電機１０は、発電機本体とこれに付
設した励磁機とからなり、大別して発電機本体の界磁コ
イル２２を主体とする回転子２０と発電機本体の電機子
コイル３１を主体とする固定子３０とから構成される。
なお、本図では、説明の便宜上主として電気的構成を示
し、鉄心類を省略している。回転子２０には、回転軸２
１があり、図示されていない内燃機関、水車又はタービ
ン等の各種原動機の動力軸と連結される。

【００１４】このように構成された発電機の回転子２０
には、前記したように、発電機本体の界磁コイル２２が
必要な界磁磁束を発生するように配置され、加えて励磁
電流を発生する励磁機コイル２４も付設されている。前
記界磁コイル２２には、前記励磁機コイル２４を、後者
に誘起する起電力によって生じる電流を整流器２３を介
して前者に供給すべく、接続してあり、これによりブラ
シレスとしているものである。

【００１５】前記固定子３０には、前記したように、発
電機本体の電機子コイル３１が配置され、回転子２０側
の前記界磁コイル２２の発生する磁束の変化に応じて起
電力が発生し、出力端子３２ａに接続される外部負荷に
対して電力を供給する。

【００１６】また回転子２０の前記励磁機コイル２４に
対して、発生する磁束を作用せしめるように対向する固
定子３０上の部位には、図示していない鉄心と相まって
励磁用磁極を形成する励磁機用界磁コイル３４が設けら
れている。しかしてこの励磁機用界磁コイル３４と前記
励磁機コイル２４とにより励磁機を構成するものであ
る。

【００１７】前記励磁機用界磁コイル３４には、発電機
本体の電機子コイル３１の出力端子３２ｂから得られる
交流出力が整流器３３で整流され、こうして得られた直
流電流がコントローラ３５を介して供給されるように、
接続されている。なお前記出力端子３２ａと上記出力端
子３２ｂとは、電機子コイル３１の出力に並列に接続し
ている。

【００１８】前記コントローラ３５は、種々のタイプの
それを採用することが可能であるが、ここでは、前記励
磁用磁極を形成する励磁機用界磁コイル３４に供給する
整流器３３の直流出力を、例えば、１５００Hzで断続す
ることとし、そのオン時間の割合を、前記電機子コイル
３１の出力電圧を基準電圧と比較して、低ければ、必要
なだけ大きくなるように、高ければ、必要なだけ小さく
なるように、変化させるように構成したものである。こ
うして励磁機用界磁コイル３４に供給する平均電流を適
切に変化させ、これに対応して変化する励磁機コイル２
４の出力電流により、前記発電機本体の界磁コイル２２
が適切な磁束を発生し、電機子コイル３１から所定の基
準値にほぼ合致する出力電圧を得ることができるように
するものである。

【００１９】また前記励磁機コイル２４に対して作用磁
束を発生せしめる励磁機用界磁コイル３４に第一の永久
磁石３６を付設する。この第一の永久磁石３６は、発電
機１０に対して外部の原動機から動力が加えられて回転
を開始したが、未だ電圧が確立していない状態に於いて
も、当然、励磁機コイル２４に対して磁束を作用せしめ
る。励磁機コイル２４は、この第一の永久磁石３６の磁
束と鎖交して励磁用電流を発生し、これを整流器２３を
通じて整流して前記界磁コイル２２に供給する。したが
って従来の残留磁気のみによる場合とは比較にならない
短い時間内に、かつ確実に電圧の確立が行なわれる。

【００２０】また前記電機子コイル３１に対して作用す
る回転界磁極を構成する界磁コイル２２に第二の永久磁
石２５を付設する。この第二の永久磁石２５は、回転子
２０が回転する際に固定子３０側の電機子コイル３１に
対して鎖交する磁束を発生している。したがって、発電
機の運転の開始時に於いて、界磁コイル２２に未だ充分
な電流が供給されていない段階であっても、回転子２０
の回転に伴って電機子コイル３１に起電力を発生させる
ことができる。

【００２１】このように電機子コイル３１に誘起された
起電力による電流は、前記整流器３３によって整流さ
れ、前記コントローラ３５を介して励磁機用界磁コイル
３４に供給される。この電流によって形成される磁束
は、前記第一の永久磁石３６による磁束と重畳して励磁
機コイル２４に作用する。

【００２２】以上の説明から明らかなように、励磁機用
界磁コイル３４に付設される第一の永久磁石３６及び界
磁コイル２２に付設される第二の永久磁石２５の形状、
寸法、配置態様等は適宜選択できる。しかし、いずれに
しても、電圧確立の段階に於いて、各々励磁機用界磁コ
イル３４又は界磁コイル２２によって発生せしめられる
磁束に重畳して互いに助長する方向に磁束を発生するよ
うに設定する必要があるのは云うまでもない。

【００２３】図２は、本発明の第二の実施例を示す説明
図である。この実施例では、電機子コイル３１に並列に
励磁機界磁用導体１３１を配置したものである。この励
磁機界磁用導体１３１の出力は、出力端子３２ｂに接続
し、これに接続した整流器３３を通じて整流し、その直
流出力を前記コントローラ３５を介して前記励磁機用界
磁コイル３４に接続する。他の点は、前記第一の実施例
と全く同様である。

【００２４】このような構成によれば、発電機１０の起
動時に於いて、例え、電機子コイル３１の出力の接続し
ている出力端子３２ａに負荷が接続されていたとしても
電圧の確立は可能になるし、運転中に急激に負荷が増大
した場合にも、そのことに伴う電機子コイル３１の出力
電圧の低下等の影響を殆ど受けないで安定した運転を継
続することができる。

【００２５】即ち、電機子コイル３１の出力をそのまま
フィードバックする場合には、大容量の白熱電灯の点灯
等により負荷が一時的に急激に増大したりすると、電機
子コイル３１の出力電圧は急激に低下し、これによって
駆動される励磁機用界磁コイル３４の発生する磁束も低
下し、励磁機コイル２４で発生する起電力も低下する。
したがってその出力電流で駆動される界磁コイル２２の
発生する磁束も低下する。それ故、電機子コイル３１に
発生する電圧は更に低下するという悪循環に陥り易い問
題点がある。しかし、前記のように、負荷変動の影響を
受けない励磁機界磁用導体１３１を構成し、その出力を
前記励磁機用界磁コイル３４に供給することとした場合
には、以上のような問題がなくなるものである。しかし
て必要があれば、負荷が接続されたままでも、負荷の電
流に左右されることなく電圧の確立が行なわれ得る。

【００２６】なお、この励磁機界磁用導体１３１とし
て、別個の導体溝を設けることもできるが、通常の電機
子コイル３１用の巻線溝を利用し、かつ電機子コイル３
１を形成する複導体の内の１導体をあてることもでき
る。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、第一の永久磁石及び第
二の永久磁石の影響によって発電機始動時の電圧確立が
迅速かつ確実に行なわれる。残留磁気の存在を期待して
電圧確立を行なっていた従来の発電機に対して、高い信
頼性を得ることができる。したがって、緊急用、防災用
又は医療現場用等のように迅速かつ確実な立ち上げが必
要となる用途に対しても安心して採用することができ
る。

【００２８】更に先の二組の永久磁石と相まって、電機
子コイルに並列に導体を設け、その導体に誘起される起
電力を利用して励磁機用界磁を形成することとした場合
には、より一層確実かつ迅速な電圧確立が行なわれる。
このような構成にあっては、負荷の変動の影響を受け難
く、例え、電機子コイルに負荷が接続されていても電圧
確立が行なわれ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施例の基本構成を示す説明図。

【図２】第二の実施例の構成を示す部分説明図。

【符号の説明】

１０ 発電機 ２０ 回転子 ２１ 回転軸 ２２ 界磁コイル ２３ 整流器 ２４ 励磁機コイル ２５ 第二の永久磁石 ３０ 固定子 ３１ 電機子コイル ３２ａ 出力端子 ３２ｂ 出力端子 ３３ 整流器 ３４ 励磁機用界磁コイル ３５ コントローラ ３６ 第一の永久磁石 １３１ 励磁機界磁用導体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励磁機に於いて、回転子に設けられた励
   磁機コイルに対向する固定子部分に第一の永久磁石を配
   置し、発電機本体に於いて、電機子コイルに対向する回
   転界磁極部分に第二の永久磁石を配置したブラシレス自
   励式発電機。
2. 【請求項２】 励磁機用界磁コイルに供給する起電力を
   誘起する導体を前記電機子コイルに併設した請求項１の
   ブラシレス自励式発電機。