JPS60237841A - 交流二同期速度発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、負荷の状態により同期速度を適時選択して、
ディーゼルエンジン等の燃費を低減し、これにより効率
の良い運転ができ、特に船舶用として好適な交流同期発
電機に関する。

「従来の技術Ｊ 一般に、タンカー等の船舶は、電力負荷のパターンが、
荷役時に高負荷になり、又航海中及び停泊中では荷役時
の３０％〜７０備減少する低負荷の状態になる。一方、
必要とする電力負荷をエンジンの燃費が少ない状態で効
率良く確保するためには、最適な回転数で発電機を運転
することである。交流同期発電機は、回転数をＮ、周波
数をｆ、極数をＰとすると、ｆ　＝ＮＰ／１２０なる式
で示される関係がある。従って、少ない燃費で効率の良
い運転をずべく、負荷の状態に応して発電機の回転数Ｎ
を変更するとしても、周波数ｆを一定に保つには、極数
Ｐを変更しなければならない。ところが、極数Ｐを変更
することは容易なことではない。従来は、高負荷時と低
負荷時とにおいて、発電機の回転数Ｎを変更して効率の
良い運転をすべく、これらの負荷及び回転数Ｎに見合う
容量や極数Ｐを備えた２機種の発電機を直結して、ディ
−セルエンシ゛／（により駆動し、亘萄の状態に応して
何れかの発電機を選択し、これにより負荷の状態に対応
した発電機出力を取り出すか、又は前記負荷及び回転数
Ｎに対応させて容量及び極数Ｐの光なる各々２絹の電機
子と界磁とを同軸上に並設し、負荷の状態に応じ、２組
の電機子及び界磁を適時使い分けて発電機出力を取り出
す方式であった。しかし、前者の方式はもとより、後者
の方式においても、本質的には、２台の発電機を直結し
たものと何等変わりなく、軸方向に横長になって、可成
りのスペースを占有するばかりか、機械的構造も複雑化
する。

「発明が解決しようとする課題−１ そこで、本発明は、−に記事情に鑑みなされたもので、
１台の発電機により負荷の変動に応して二つの同期速度
を適時選択して運転でき、かつ据え付はスペースの削減
化はもとより、燃費の節減化及び騒音の低減化をも図る
ことができ、特に高負荷運転時間が短かく、低負荷運転
時間が長いといった船舶用に使用するのに好適な交流二
同期速度発電機を提供することを目的とする。

「発明が解決しようとする手段、１ 本発明は、上記目的を達成すべく、自励式ブラシレス交
流同期発電機において、異なる同期速度で運転自在に界
磁の極数を変更する磁極切換装置と、界磁の極数が変更
されるのに対応して切換えられる２組の電機子コイルと
を有し、前記界磁コイルが２群の二ｌイルより成り、２
群のコイルのうらの一群の極性を磁極切換装置により逆
にして極数を変更自在に、各コイル群が協働してそれぞ
れの磁極を形成させ、かつ前記電機子、ｍｌイルにはそ
の２組の電機子出力を切換え自在に中間タップ付きの負
荷補償用変流器を備えた静止励磁装置を介して励磁機に
接続してなる交流二同期速度発電機を特徴とするもので
ある。

［一実施例」 以下、本発明に係る交流二同期速度発電機の一実施例を
、図面に基づき説明する。第１図において、１は回転軸
である。該回転軸ｌは、主回転子鉄心６に主回転子コイ
ル、即ち主界磁コイル２が巻装されている。主界磁コイ
ル２は、後述ずろ如く２群の界磁二ｌイル２ａ、２ｂと
乃・ら成り、そのうぢの一群２ｂの極性が二つの同期速
度に対応して変更できるようになっている。この極性の
変更は、電磁クラッチＭＲの動作に連動して開閉するマ
イクロスイッチ群１４により制御されるようになってい
る。電８ケクラノチＭＲとマイクし１スイッチ群１４と
は、回転軸１の一端側に装着されている。マイクロスイ
ッチ群１４ば、軸部挿通孔１５内に挿通された配線によ
り界磁コイル２と接続される。更６ｍ、回転軸ｌの一醋
１側には、励磁機用回転子鉄心１１と回転整流器１Ｇと
を有し、励磁機用回転子鉄心１！には、励磁機用電機子
コイル１２かを装されている。−力、主回転子鉄心６に
対応する主固定７−鉄心５には、１：、固定子］」イル
、即ち主電機子コイル３が巻装される。主固定子鉄心５
は、フレート７の内面に固設されている。主電機子コイ
ル３は、後述する如く、二つの同期速度に対応して２組
の主電機子コイル３ａ、３ｂから成り、各主電機子コイ
ル３ａ、３ｂが静止励磁装置８内の電信接触器により′
Ｊｆ！ｉ■）選択されろようになっている。−「電機子
コ・イル３３　’ｒ−’；、低負荷時におりイＪ主界θ
クニＩイル２の極数Ｇこ、又主回転子コイル３ｂは、高
負荷時における上界θヶコイル２の極数にそれそ力、対
応させて同一のスＩＴＩ　’：／　ｌ〜内に巻装される
ものである。静止励磁装置８は、フレーム７の上面に据
え付けられ“ζいイ１゜又、前記励磁機用回転子鉄心１
１に対応する励磁機用固定子鉄心１０には、励θヶ機用
コイル９が巻装されている。

励磁機用固定子鉄心１０には、発電機の両、ＭｊＨ部に
被着されるカバー４のうちの一方のカバーの内面に固設
されている。

前記主界磁コイル２は、第２図乃至第４図に示す如く形
成されている。即ち、第２図乃至第４図に示す実施例で
ば、スロット数が７２１こ設定してあり、コイル辺間隔
が１０スロノＦにしたものであり、又出力周波数を６０
Ｈｚとし、回転数Ｎを低負荷時には９００ｒｐｍに高負
荷時には１２０Ｑｒｐｍにしたものである。各スロワＩ
・に巻装されたコイルは、第３図及び第４［ｆｆ１４こ
示ず如く２群の１−界碩−ｌイル２ａ　（Ｘｔ、Ｙり、
２ｂ（Ｘ２．Ｙ２）が形成される如く配線されている。

主界磁コイル２３〕は引出しす（１１了−ＸｌからＹ・
Ｃ１二至る方向に向って、ます３スロツト分の巻線Ｓ〕
と６スロツト分を飛んで次の６スロノトの巻線ＳＳと、
３スｌ」ノド分を飛んで次の９スロットの巻線Ｓ７と、
次の９スロツトの巻線Ｓ８と、３スｌコ。

ト分を飛んで次の６スロノトの巻線５Ｌｌｌと、６スロ
、ト分を飛んて次の３スロツトの巻線ＳＬ２とからなっ
ていて、電流の流れる極性は、第２図で（＋）Ｃ）の記
号により、又第３図及び第４図では矢印で示した１ｆｆ
ｌっである。従って、主界磁コイル２ａは低ｆ１．何時
及び間食荷時において電流の流れる向きが変わらないも
のである。一方、−Ｌ界磁コイル２ｂは、残りの巻線Ｓ
９，５ｌｌＳｔ、Ｓ２．Ｓ４．Ｓ６により形成され、低
負荷時とＩＲ１負荷時とては電流の向きが逆になるもの
である。

次に、第５図に基づき回路構成を説明すれば、発電機部
１７と、静止励磁装置８と、配電盤１８とからなってい
る。発電機部１７　ｔ、−！：　、前述の如く、１″に
主界磁−＋−イル２と主電機子コイル３とから成る主発
電機１７ａと、Ｈ，ｑｌ）　＠代用界ω（コイルつと励
磁機用電機子コイル１２とから成る励ｆＩｌｆＪ機１７
ｂとを有している。発電機部１’Ｎよ図示しないテイー
ゼルエンジンにより回転駆動されることは勿論てあイ）
。静止１ｙｉＪ＋　＠装置８は、主発電機１７ａから負
荷に供給される出力電流により励磁機用界磁コイル９に
流れろ電流を補償する負荷補償用変流器ＣＴと、主発電
機１７ａから負荷補償用変流器Ｃ′「を介して励θり桟
用界磁コイル９に供与される電流を整流する整流器ＲＦ
２と、同期速度を切換えたことに伴い主発電機１７ａの
主界磁コイル２の極数及び主電機了コイル３のコイル切
換えを行うための電磁接触器とを有している。配電盤１
８は、主発電機１７ａの出力電圧の安定化を図るための
自動電圧調整器ＡＶＲと、同期速度を切換えるための切
換スイッチＣ８とを有している。

「作用」 しかして、航海中や停泊中等での低負荷時には、配電盤
１８の９Ｊ換スイツチＣＳを第５図に実線で示す如く、
回転数９ＱＯｒｐｍにずべく１頃例さゼる。ごの時、発
電機部１７を駆動さゼるディーゼルエンジン回転数も９
００ｒｐｍに切換えられることは勿論である。切換スイ
ッチＣ３の切換えで、補助リレーＲｙかバッテリーによ
り通電されて付勢動作をし、常開接点ｒｙ　ｌ、ｒｙ　
２が閉成し、又昂′閉接点ｒｙ−ｇ、ｒｙ−４が開離す
る。

従って、主発電機１７ａから負（ＲＪ袖１賞用変流器Ｃ
Ｔ及び自動電圧調整器ＡＶＲを介して励磁機用界θｔコ
イル９に供すされる電流が低負荷に見合うように調整さ
れる。又電磁クラッチＭＲも動作をして、マイクロスイ
ア千群１４か第５図に実線で示す如く切換ねり、これに
より主界磁：１イル２のうち、一方の主界磁コイル２ｂ
を低負荷時用の極性になり、各主界磁コイル２ａ、２ｂ
により形成される極数が（Ｉ（負荷時の回転数に見合う
ように設定される。つまり、回転数Ｎを９００ｒｐｍと
し、得るべき電源周波数ｆを６０１（ｙ、とすれば、「
−ＮＰ／１２０の関係式から極数Ｐが８とめられる。従
って、ｉｉＩ記関係式から低負荷貼には、主界磁コイル
２の極数Ｐが８と設定され５乙。この結果、第３図に示
す↑界磁コイル２ｂの引出し２端子×２か（」＝）に、
引出し端子Ｙ２が＜−Ｘこなるように電流が供すされ、
該主界磁コ・イル２ｂｌＪ、一方の主界磁コイル２ａと
共に、各巻線８１〜Ｓ１２が協１６　シて、第２図（Ａ
）及び第３図に示す如き磁極Ｐ１〜Ｐ８が形成される。

更に、電磁接触器ＭＣＦも動作するので、その常開接点
ｊｌ’ｌ　ＣＲ−１〜・ｍ　Ｃ，３−＝が閉成し、これ
により↑、電機子コイル３のうち低負荷用、即ち主界磁
二１イル２の８極に対応させて巻装された主電機子コイ
ル３ａか負荷補償用変流器ＣＴ及び気中遮断器Ａ　ＣＢ
を介して出力端子１？、Ｓ、　’Ｔ’に接続される。こ
の結果、主電機子コイル３ａから自動電圧調整器△Ｖ　
Ｒを介して励磁機用界＠コイル９に電流が供Ｉかされ、
更に励磁機用電機子コイル１２の出力か、回転整流器１
６を介して主界磁コイル２に供り、される。

主電機子コイル３ａの出力が低負ｆＮｉ用とＣ２て６′
存立され、出力端子Ｒ，Ｓ、Ｔ’から′ｆＪ荷にイハ給
されると、負荷補償用変流器ＣＴの一次巻線から整流器
ＲＦ２及び電流調整用の抵抗Ｒ２を介して励磁機用界磁
コイル２５に負荷電流に対応した電流が供与される。こ
の時、電磁接触器ＭＣ，ｌの常閉接点ｍｃ、・−１ＩＶ
上、開離するので、他の電磁接触器ＭＣＩ、ＭＣ７が不
用意に伺勢動作をする吉いったことはない。

次に、荷役時等において、高負荷を必要上する場合は、
切換−人・インチＣ８を第５図の配電盤に示すように破
線で示ず側に伸側する。例えば光電機部１７の回転数を
１２００ｒｐｍに設定すべく切換スイッチＣ３を切換え
る。この時、ティーセルエンジンの回転数は切換スイッ
チＣ３の切換えに連動して１２００ｒｐｍに設定される
ことは勿論である。切換スイッチＯ８のｔ、ｌＪ換えて
、電磁接触器ＭＣｔ、ＭＣ７か付勢動作をする。電磁接
触器ＭＣ２の　常開接点ｍ　Ｃ２−１〜ｍ　Ｃ２，、−
３が閉成して、２組の高負荷用の１８ＭＭ子コイル３ｂ
が並列に接続される。電磁接触器ＭＣＩの常開接触器ｍ
Ｃ−１−ｍＣ−３も開成するので、主電機子コイル３ｂ
７′ｌ＜ｆｉ荷？ｌＩｉ償用変流器Ｃ１’の一次（ｕｌ
＋中間タップに接続される。一方、補助リレー［ｙは付
勢されないのて、その常閉接点ｒｙ−・１が閉成され、
これによりＬ電機子１イル３ｈから負荷電（τ（用度流
器Ｃ丁及び自動電圧調整器ΔＶＲを介して励磁機用界磁
コイル９に供与さｎ、る電流か、高１″４荷に見合う−
Ｌ”）　調整される。一方、電磁クラッチＭＲも動作し
ないので、マイクロスイノ−Ｊ−Ｊｆｆ　１４は、第５
図に波線で示す側Ｇこ切換えられ、このため、主界磁フ
ィル２ｂの極性が低ｆ＋、荷時とは逆向きに変更されろ
。これに伴い、主光ｖｔ：′Ｉイル２ａ１２ｂにより形
成される極数が高負荷時の回転故に対応して設定される
。つまり、回転数Ｎを１２０Ｑｒｐｍとし、得るべき出
力の周波数［を６０１−Ｉ　ｙ、とずれば、ｆ　＝ＮＰ
／Ｉ　２０なろ関係式から主界磁コイル２ａ、２ｂの極
数Ｐが６とまり、これにより高負荷時の主界磁コイル２
ａ。

２ｂの極数Ｐが６となるように変更ずろ。従って第４図
に示す主界磁コイル２ｂの引出し端子ｘ２が（−）に、
引出し端子Ｙ２が（’）　！、こなる。トうに供給され
、該Ｔ１．界附コイル２ｂ＆！、　力の１界磁コイル２
ａと共に、各巻線３１〜Ｓ１．・が協働して、第２図（
［３’）及び第３図に示すり１１きｖＩ極Ｐ１′〜Ｐ６
′か形成されろ。更Ｑこ、前記１組機子コイル３１）か
ら自動電圧調整器ＡＶＲを介して高負荷時に見合う電流
が励磁機用界磁コイル９に供、５さｎ、更に１ｊｉｊｏ
ケ機１７ｂから主界磁コ・イル２に電流が供り、されて
、主電機子コイル３ｂから生ずる出力が高負荷用として
確立され、この出力が負荷補償用変流器ＣＴ及び気中遮
断器Ａ　ＣＢを介して出力？１ｆｉｔ子Ｒ，Ｓ、Ｔから
負荷に供給される。

負荷電流が流れろと、負荷補償用変流器ＣＴの二次巻線
から励磁機用界磁コイル９に、負荷電流に対応する電流
が供与される。電磁接触器Ｍ　Ｃ＋　。

ＭＣ２の常開接点ｍｃｌ−４、＋７Ｉ　Ｃ２−−１は、
それぞれ開離されるので、電磁接触器ＭＣ３が不用意に
動作をするといったことはない。

以後、切換スイッチＣＳを切換える度毎に上記動作が繰
り返される。

尚、第５図において、ＰＢは初期励磁用の押釦スイッチ
、ＲＦ３ば逆流防止器、Ｘ　１．、は励磁機１７ｂを介
して主界磁コイル２に供すされる電流の力率補償用のり
アクドル、Ｒ＋〜Ｒ３は抵抗、ＶＴ？は電圧調整器であ
る。

「発明の効果」 以−ヒの如く、本発明に係る交流−二、同期速度発電機
によれば、２群の界磁コイルのうち−・群のコイルを同
期速度を変更するのに伴い極性を変えるのめで、二連の
同期速度に対応する極数を得ることができる。しがも２
群の界磁コイルは、従来と同様にしてスロットに巻装し
、各スロノ１−に巻装したコイル辺を、同期速度の゛変
更に応して極性を変えるのめで、所望する極数の磁極を
（Ｍることができる。しかも、負荷電流成分に基づいて
励磁機に電流を供与する際に、中間タップ例きの負荷補
償用交流器を用いて、低負荷時と低負荷時とを切換える
ようにしたので、発電機自体はもとより静止励磁装置及
び励磁機にあってもそれぞれ１台で済み従って、一台の
発電機で二連の同期運転が必要に応じて行うことができ
、従来の如く二連の同期速度にりｔ　ＬＥ、ずろ２機種
の発電はを直結して使用する形式に比して　小型に形成
できるために据え（＝ｊけスペースが大幅に縮小てき、
更に低負荷時と高負倚時とで同期速度を変更できるので
、発電機を駆動するディーゼルエンジン等の燃費を節約
でき、かつ消費電力に対応させて発電するので発電効率
が良好であり、このため、極めて経済的であるばかりか
、低負荷時には回転数を低下させて、騒音の発生も低減
できて、環境性即ち居住性も向上でき、特に高負荷運転
時間が短かく、低負荷運転時間が長い船舶用の発電機と
して極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る交流二同期速度発電殿の一実施例
を示し、第１図は該発電機の内部構造を示す半断面図、
第２図は上界（４１コイルにおりろ磁極の構成と磁極の
分布を示す図、第３図は主界磁コイルのｆづ極が８極の
場合の磁極構成図、第４図は主界磁コイルの磁極が６極
の場合の磁極構成図、第５図は電機回路図である。 １１８１回転軸 ２．２ａ、２ｂ、、、］−界磁コイル ３１９．主電機子二ｌイル ４８．、カバー ５６１．主固定子鉄心（主電機子鉄心）６８６．主回転
子鉄心（主界磁鉄心） ７９０．フレーム　８１．静止励磁装置９１１．励磁機
用界磁コイル １０、　、　、励磁機用回転子鉄心（励磁機用界磁鉄心
）１１、　、　、励磁機用回転子鉄心（励磁機用回転子
鉄心）１２、　、　、励磁機用電機子コイル １４、、、　マイク１フスイノチ群 １５、　、　、軸部貫通孔　１６．、、回転整流器１７
、、、発電機部　１７ａ、、、主発電機１７、、、励磁
機　１８．　、　、配電器ＡＣＢ、、、、気中遮断器　
ＡＶＲ，、、自動電圧調整器ＣＴ、、、負荷補償用変流
器 ＣＳ、、、切換スイッチ　ＭＣＩ〜ＭＣ３，、、電磁接
触器肝１８．電磁クラッチ　ＰＢ、、、初期励磁用の押
釦Ｒ１〜Ｒ・８１．抵抗　ＲＦ２．、、整流器Ｒｙ、、
、補助リレー　ＶＲ，、、電圧調整器×１６１．リアク
トル Ｐ　Ｉ−Ｐｌ′ｌ、Ｐ　＋　’　−Ｐ　６’　、、、　
ｖｌ、極Ｓ　１〜５Ｈ２，，３巻線 特許出願人　大西電機工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 自励式ブラシレス交流同期発電機において、異なる同期
   速度で運転自在に界磁の極数を変更する磁極切換装置と
   、界磁の極数が変更されるのに対応して切換えられる２
   組の電機子コイルとを有し、前記界磁コイルが２群のコ
   イルより成り、２群のコイルのうちの一群の極性を磁極
   切換装置により逆にして極数を変更自在に、各コイル群
   が協働してそれぞれの磁極を形成さゼ、かつ前記電機子
   コイルにはその２組の電機子出力を切換え自在に中間タ
   ップ付きの負荷補償用交流器を備えた静止励佑装置を介
   して励＠機に接続してなることを特徴とする交流二同期
   速度発電機。