JPS6139894A - 回転電気機械の構造 - 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】 本発明は回転電気機械の構造に関するもので、特に同期
機構造に関する。こゝに同期機構造とは単に同期発電機
や同期電動機の構造のみならず、その本体を同期機と同
じ構造とするサイリストモーターにも及ぶ。

最近ブラシレス同期機構造で而も励磁機を省略する構想
が出現した。例えば本発明者自身の発明になる特許第８
０１９９１号や特許第８０１９９２号においてはそのよ
うな目的のために電機子巻線と変成器を接続して電機子
巻線と変成器の二次巻線を含めた閉回路を造り、一方電
機子巻線の接続点を外部接続電線に接続する端子とし、
上記変成器の一次巻線と外部接続電線を電気接続するこ
とにより上記電機子巻線中に負荷電流と共に励磁用の電
流を流すことにする。これによつて同期機構造の本体を
励磁機兼用として使うことになり、ブラシレスで而も励
磁機を省略しうるが、これにも次のような問題がある。

すなわち、先づ同期機の容量が大きい場合、固定子と回
転子の間の空隙長が大きくなり、その時に励磁電力が交
流源より供給される交流励磁であると、必要励磁電力を
大きくし、装置全体の効率低下を来たし、且つ励磁用変
成器の容量を大きくせざるを得ないようになる。また２
極機を造る時、励磁機構は４極となり、２極−４極の結
合で生ずる騒音と振動を大きくする結果となる。

そこで本発明者は昭和５７年特許願第１０７７７３号を
発明し、その解決方式を提出した。その内容は概略、本
出願の第１図により説明される。

すなわち、電機子巻線１、２、３と変成器４の二次巻線
１１、１２、１３を電気接続して、この電機子巻線１、
２、３と変成器二次巻線１１、１２、１３を含めた閉回
路を造り、一方電機子巻線１、２、３の接続点ａｐ、ｂ
ｐ、ｃｐを外部接続電線１８に接続する端子とし、他方
上記変成器４の一次巻線６、７、８の各相の一端を上記
電機子巻線１、２、３の各相端子ａｐ、ｂｐ、ｃｐと電
気接続するに際し、上記変成器二次巻線１１、１２、１
３と上記電機子巻線１、２、３の間の接続中に整流器１
４、１５、１６を接続するのである。

たゞ、昭和５７年特許願第１０７７７３号では整流器１
４、１５、１６の直流側端子ａｑ−ａ′ｑ、ｂｑ−ｂ′
ｑ、ｃｑ−ｃ′ｑに対し電機子巻線の端子ａｑ−ａｑ′
、ｂｑ−ｂ′ｑ、ｃｑ−ｃ′ｑの接続方向をどのように
すべきかを述べておらず、整流器１４、１５、１６から
電機子巻線１、２、３に供給する直流励磁電流によつて
造られる磁界を合成して強い合成磁界を造り得ず、むし
ろ変成器各相の二次電流を整流した電流によつて造られ
る磁界が互いにつぶし合うことにもなり、目標の回転電
気機械を造ることが出来ない。

昭和５７年特許願第２１７６２５号ではそのような整流
器１４、１５、１６と電機子巻線端子ａｑ−ａ′ｑ、ｂ
ｑ−ｂ′ｑ、ｃｑ−ｃ′ｑとの接続を、その相順接続の
結果、整流器から電機子巻線に供給する直流励磁電流に
よつて各相に造られる磁界を合成して合成磁界が造られ
るようにしている。昭和５９年特許願第５２６７９号も
その線に沿つた発明である。

然しながら、これら昭和５７年特許願第２１７６２５号
や昭和５９年特許願第５２６７９号においても、なお負
荷時において電機子巻線中を流れる励磁電流分が大きく
、その結果、電機子巻線の断面寸法を大きくせざるを得
なくなるし、変成器容量を大きくせざるを得なくなる。

更に効率の点でも良好でなくなる。

本発明はこのような公知の発明昭和５７年特許願第２１
７６２５号や既出願の発明昭和５９年特許願第５２６７
９号における欠点を除き、この種ブラシなし励磁機なし
の同期機構造の回転電気機械の負荷時における励磁電流
を減じ、装置全体を小形にし、且つ効率を向上せしめる
ことを目的とする。

このような目的を達成せしめるため、本発明では、その
具体的な電気接続図例の第１図に示すように、電機子巻
線１、２、３の中間端子ａｑ−ａ′ｑ、ｂｑ−ｂ′ｑ、
ｃｑ−ｃ′ｑと変成器４の二次巻線１１、１２、１３の
端子の間を整流器１４、１５、１６を経て電気接続し、
一方上記の中間端子ａｑ−ａ′ｑ、ｂｑ−ｂ′ｑ、ｃｑ
−ｃ′ｑとは別のｃｐ、ｂｐ、ｃｐなる電機子巻線外側
端子を外部接続電線１８と接続するように配列し、他方
上記変成器４の一次巻線６、７、８の各相の一端と上記
電機子巻線外側端子の各相ａｐ、ｂｐ、ｃｐとの間をコ
ンデンサー５を経て電気接続し、上記変成器４に負荷電
流を流す所謂電流巻線を設けず、上記整流器１４、１５
、１６のいくつかは制御素子付きの整流器１９とし、こ
の回転電気機械の作動に関連する制御系の中の被制御量
の値を検出して、その値と設定値との間の誤差により上
記整流器１９の制御素子２０を制御して、それにより上
記変成器４の二次巻線１１、１２、１３中を流れる電流
の増減の需要に応じて上記変成器４の一次巻線６、７、
８の回路すなわちコンデンサー５の回路電流を増減せし
めて自動制御せしめるのである。

上記に示された、この回転電気機械の作動に関連する制
御系の中の被制御量の値と云うのは例えば、この回転電
気機械が交流同期発電機である場合、制御系とは一定電
圧の電力供給を制御する系であり、その中の被制御量と
は電圧である。電圧の値を一定に制御すべく制御するの
である。またもし回転電気機械がサイリストモーターで
ある場合、制御系とはある設定された回転速度で運転す
る系であり、その中の被制御量とは回転速度である。も
し交流同期発電機であり、その電圧すなわち外部接続電
線１８と電気接続する電機子巻線１、２、３の外側端子
ａｐ、ｂｐ、ｃｐにおける電圧を一定に保つためには、
その端子ａｐ、ｂｐ、ｃｐの電圧を検出すべく、その点
と電気接続された制御装置９から制御素子付き整流器１
９などの制御素子２０へ電気接続するのである。第１図
において重要なことは変成器４が三巻線変成器ではなく
、一次巻線６、７、８は所謂電圧巻線だけから成り、電
流巻線がないことである。制御装置９において電機子巻
線１、２、３の外側端ａｐ、ｂｐ、ｃｐ間の電圧を検出
し、設定電圧値と比較して検出電圧値が低い時には制御
装置９の制御により変成器二次巻線１１、１２、１３の
回路電流を増すように整流器１４、１５、１６の中の制
御素子２０に作動させる。すなわち、制御素子付き整流
器１９の遅れ制御角αの遅れを少なくする方向へ制御す
る。その制御にともない変成器４の一次電圧巻線つまり
コンデンサー５の回路の電流を増すように制御される。

電機子巻線１、２、３の外側端子ａｐ、ｂｐ、ｃｐ間の
電圧を検出し、設定電圧値と比較して検出電圧値が高い
時には上記と逆のことになる。

第１図は三相同期発電機の接続を示したものであり、回
転子巻線の接続の例である第４図と組合せて考えられる
べきもので、第１図は固定子巻線と、それに接続する変
成器及び整流器などを示したものである。第１図では電
機子巻線１、２、３が中性点Ｏを中心に二重星形に接続
される。電機子巻線１、２、３の各相端子ａｐ、ｂｐ、
ｃｐより外部接続電線１８を通して負荷１０へ電気接続
されるが、変成器４の電流巻線がないから、電機子巻線
１、２、３と負荷１０の間に電流巻線を通すものではな
い。第４図では回転子に励磁巻線２１、整流器２２、昇
磁巻線２３があり、それらの間の接続が示されている。

界磁巻線２３を構成する三相巻線の中の二相の巻線２４
と２５が界磁巻線として作用し、他の一相巻線２６が制
動巻線として作用するように接続される。

第２図は固定子電機子巻線の一相分の一例を示したもの
で、第１図のａｐよりＯ点に到る巻線に対応する。端子
ａｐより隣接する電機子巻線の一相当りの接続を二重並
列接続とし、その一方の端子ａｐより他の端子Ｏに到る
間の巻線並列接続の二つの回路の中の一方によつて造ら
れるコイル接続ＡとＢにより固定子の内面の別々の個所
に二つの磁極を造るようにし、上記二つの回路の中の他
方によつて造られるコイル接続ＣとＤにより互いに固定
子内面に二つの磁極を造らしめ、且つ上記ＡとＤによつ
て互いに同じ磁極を造るよう、ＡとＤのコイルを隣接せ
しめ、且つＢとＣによつても互いに同じ磁極を造るよう
ＢとＣのコイルを隣接せしめ且つ上記コイルＡとＢの間
を接続する点にａｑなる接続端子、又上記コイルＣとＤ
の間を接続する点にａ′ｑなる接続端子を造り、これら
の端子ａｑ−ａ′ｑに第１図の整流器１４の直流側端子
ａｑ−ａ′ｑが接続するように配列される。第２図で点
線矢印はある瞬間の負荷電流の方向を示し、実線矢印は
変成器４の二次巻線１１より整流器１４を経て電機子巻
線に流される電流の方向を示す。これによつて第２図の
場合、負荷電流により４極磁極が造られ、励磁電流によ
り２極磁極が造られることが判る。同様にして第３図の
場合、負荷電流により２極磁極が造られ、磁極電流によ
り４極磁極が造られることが判る。

本発明では回転子における励磁巻線と界磁巻線を別々に
した第４図の例を示したが、本発明の回転子の巻線は第
４図の例に限らず、種々の例が考えられる。その中には
界磁巻線と励磁巻線を兼用した昭和５８年特許願第１５
７４５５号の方式が一つの秀れた方式と考えられる。

第１図の固定子電機子巻線中を流れる負荷電流が点線矢
印で示され、端子ａｑ−ａ′ｑから入る励磁電流が実線
矢印で示されるが、これら点線矢印と実線矢印の電流で
造られる磁極数は互いに１対２の関係にあり、これらの
磁極数と回転子巻線中を流れる電流の関係を次のように
する。すなわち、電機子巻線中の実線矢印で示される電
流で造られる磁極数と同じ磁極数を造るように回転子巻
線に電圧を発生し、そのような導体中の起電力と整流器
２２の作用により界磁巻線２３中を流れる電流で造られ
る磁極数は第１図における電機子巻線１、２、３中を流
れる点線矢印の電流で造られる磁極数と等しい。

第４図のような回転子の巻線接続では励磁巻線２１の磁
極数は第１図の電機子巻線１、２、３中を流れる実線矢
印の電流で造られる磁極数と等しく、第４図の界磁巻線
２３の磁極数は第１図の電機子巻線１、２、３中を流れ
る点線矢印の電流で造られる磁極数と等しい。

以上のように固定子電機子巻線と回転子巻線との間の作
用はそれぞれ流れる電流或いは発生する起電力の関する
磁極数の等しいもの同志が作用し合うと云うことが基本
的な考えになつている。

第５図は本発明の単相機への適用例を示した電気接続図
例である。単相同期発電機の固定子巻線接続は本出願の
発明者による前出願の昭和５７年特許願第４９７１２号
や昭和５７年特許願第１０７７７３号にもとづく。すな
わち、通常の三相二重星形接続の固定子電機子巻線中の
二相を直列に接続したような電機子巻線接続、つまり、
ある一つの端子ｂｐより隣接コイル群中一つおきに存在
するコイル群中一つおきに存在するコイル群をそれぞれ
直列接続した二つの回路２７と２８を並列接続し、その
末端の二端子ａｑ、ａ′ｑを設け、また別の一つの端子
ａｐより隣接コイル群中、一つおきに存在するコイル群
をそれぞれ直列接続した二つの回路２９、３０を並列接
続し、その末端の二端子を上記のａｑ、ａ′ｑとした電
機子巻線接続とし、上記のｂｐ、ａｐを両端子として外
部接続電線１８と接続し、ａｐ、ｂｐの間に変成器４の
一次巻線６がコンデンサー５を経て電気接続される。変
成器４の二次巻線１１は上記電機子巻線の二端子ａｑ、
ａ′ｑとの間に整流器３１を経て電気接続される。制御
装置９は第１図のそれと同じ作用をする。回転子におけ
る励磁巻線２１、界磁巻線２３及び整流器２２は第４図
におけるそれらと同様の作動をする。

以上説明した本発明の作用効果をまとめると、次のよう
になる。

始めに述べたように、ブラシなし励磁機なし同期機構造
において、負荷時必要な励磁電流が少なくてすむ。例え
ば同期機が同期発電機として使われる場合を考える。も
し、負荷電流が多く流れる時、そのまゝでは電機子反作
用により発電機の端子電圧が降下する。その降下した電
圧を検出して制御装置９の作用により整流器１４、１５
、１６の中の制御素子２０に働らかせて、その遅れ制御
角αがより小さくなるように制御し、変成器４の二次巻
線１１、１２、１３の電流が増すように作用する。それ
に対応して変成器４の一次巻線６、７、８の電流が増す
ように作用する。その場合、変成器４の一次巻線６、７
、８を流れる電流はコンデンサー５を流れるのであるか
ら、その電流は同期発電機の無負荷誘導起電力に対し、
殆んど９０°進んだ電流である。すなわちそのような電
流は磁化作用をする。結局、このような変成器４を流れ
る励磁電流はされ自身同期発電機の界磁巻線電流を増し
て同期発電機の電圧を上昇せしめると共に、その流れる
進み電流の電機子反作用により同期発電機の電圧を上昇
せしめる効果を持つため、その二つの作用により負荷時
の励磁電流の上昇を多く必要としない結果となる。

このようにして励磁電流を少なくしうる結果、電機子巻
線電流を減少し、回転電気機械本体の寸法を小さくなし
うると共に、変成器４の容量を小形にしうる。特に電流
巻線を省き、単に一次巻線と二次巻線の所謂二巻線変成
器とすることは構造的に簡略化されて好ましい、更に励
磁電流を負荷時減少せしめうることは効率を高めうる結
果ともなるし、振動、騒音を減少せしめる結果にもなり
うる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体的な電気接続図例。第２図及び第
３図は本発明の電気接続中の電機子巻線に使われる巻線
接続例である。第４図は本発明中に使われる回転子の巻
線接続例。第５図は本発明の単相方式に使われる具体的
な電気接続図例である。なお図中主要な部分を示す符号
は下記の通りである。 １、２、３：電機子巻線、　４：変成器、　５：コンデ
ンサー、　６、７、８：変成器一次巻線、　９：制御装
置、　１０：負荷、　１１、１２、１３：変成器二次巻
線、　１４、１５、１６：整流器、　１８：外部接続電
線、　１９：制御素子付き整流器、　２０：制御素子、
　２１：励磁巻線、　２２：整流器、　２３：界磁巻線
、　２４、２５、２６：界磁巻線２３の各相巻線、　２
７、２８、２９、３０：電機子巻線、　３１：整流器、
　ａｐ、ｂｐ、ｃｐ：電機子巻線の外側接続端子、ａｑ
、ａ′ｑ、ｂｑ、ｂ′ｑ、ｃｑ、ｃ′ｑ：電機子巻線の
中間端子、　Ｏ：電機子巻線の中性点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電機子巻線の中間端子と変成器の二次巻線端の間を整流
   器を経て電気接続し、一方上記の中間端子とは別の電機
   子巻線外側端子を外部接続電線と接続するように配列し
   、他方上記変成器の一次巻線の各相の一端と上記電機子
   巻線外側端子の各相との間をコンデンサーを経て電気接
   続し、上記変成器に負荷電流を流す所謂電流巻線を設け
   ず、上記整流器のいくつかは制御素子付きの整流器とし
   、この回転電気機械の作動に関連する制御系の中の被制
   御量の値を検出して、その値と設定値との間の誤差によ
   り上記整流器の制御素子を制御して、それにより上記変
   成器二次巻線電流の増減の需要に応じて上記変成器の一
   次巻線コンデンサー回路の電流を増減せしめて自動制御
   せしめる回転電気機械の構造