JP2001523939A - 二重モード発電を用いた高性能交流発電機 - Google Patents

二重モード発電を用いた高性能交流発電機

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JP2001523939A
JP2001523939A JP2000521583A JP2000521583A JP2001523939A JP 2001523939 A JP2001523939 A JP 2001523939A JP 2000521583 A JP2000521583 A JP 2000521583A JP 2000521583 A JP2000521583 A JP 2000521583A JP 2001523939 A JP2001523939 A JP 2001523939A
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winding
generator
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windings
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JP2000521583A
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クリューガー，ウィリアム・アール
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アウトボード マリーン コーポレイション
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/34—Generators with two or more outputs
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

(57)【要約】 二重モード発電を用いた高性能交流発電機であって、交流発電機（１０）は、１つの代わりに、２つの巻線（１２，２０）を用いて設計されている。第１の巻線は、最適な低速出力を供給するのに適した巻数及びワイヤ・サイズで巻回されており、第２の巻線（２０）は、交流発電機の高速時に最適出力を供給するのに適した巻数及びワイヤ・サイズで巻回されている。次いで、２つの出力を電気的に加算し、二重出力が生成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、一般に交流発電機に関し、特に、高速で高出力を供給する能力を有
し、低速性能を著しく向上させた、二重モード発電を用いた高性能交流発電機に
関するものである。
【０００２】
【従来例】
交流発電機の設計には、出力対速度に関するトレードオフが付き纏うことは、
よく知られていることである。低速で高出力を供給するように交流発電機を巻回
すると、高速出力が低下する。逆に、高速で高出力を得るように交流発電機を巻
回すると、低速出力が低下する。 この問題に対する１つの解決策は、交流発電機を物理的に大型化し、最悪の状
況においても適切な出力を有するようにすることである。しかしながら、これは
費用効率が悪く、限られた空間しか使用できない場合、大型化は不可能な場合も
ある。
【０００３】 この問題は、米国特許第４，４５６，８７０号において扱われおり、該特許に
おいては、誘導巻線を、低運転速度では互いに直列、他の速度では互いに並列な
星形接続とした２つの半巻線に分割する。勿論、これには、速度を検出する制御
回路、及び適切な時点に直列接続を並列接続に変更する回路が必要となる。 米国特許第５，３９７，９７５号は、永久磁石部分及び巻線磁界部分が結合さ
れて動作する回転子によって回転磁界が発生する、高効率のハイブリッド交流発
電機を開示している。このように、交流発電機は、１組の巻線を有するが、回転
子巻線も有し、低エンジン速度では順方向励起電流を供給することにより出力を
増大し、高速では逆方向の励起電流を供給して、交流発電機からの出力を減少さ
せる。 単純な構造で、高速において高い出力を供給する能力を有し、低速性能を著し
く向上させた交流発電機を提供することができれば有利であろう。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、１つの星形接続巻線に代わって、２つの星形接続巻線を用いる交流
発電機に関する。第１の巻線は、最適な低速出力を供給するのに適した巻数及び
ワイヤ・サイズで巻回されている。第２の星型巻線は、高速において最適な出力
を与えるのに適した巻数及びワイヤ・サイズで巻回されている。次に、２つの出
力を電子的に加算し、二重出力を生成する。２組の星形巻線の各相は、共通スロ
ットに巻回されている。したがって、第１の星型巻線の各相は、対応する第２の
星型巻線の相と磁極及びスロットを共有する。第１及び第２の星型巻線は、磁極
を共有するが、巻数が異なり、ワイヤ・サイズも異ならせてもよい。２組の星形
巻線は、その各々が磁気的にそれらの各磁極に結合されているが、電気的には互
いに分離されている。第１及び第２の巻線の出力は、これら出力が整流される後
までは、結合されない。電流は整流器を逆流することができないので、これらは
、低速及び高速の電流発生巻線の整流及び電気的分離を行なうという２つの役割
を果たす。
【０００５】 したがって、本発明の目的は、二重モード発電を用いた高性能交流発電機を提
供することである。 また、本発明の目的は、低交流速度では第１の三相誘導巻線から最適な出力電
流を供給し、高交流発電速度では、第２の三相誘導巻線から最適な出力電流を供
給する交流発電機を提供することである。 本発明の更に別の目的は、三相誘導巻線の各々の出力を整流し、低交流発電機
速度では第１ＤＣ出力を供給し、高交流発電機速度では第２の異なるＤＣ出力を
供給することにある。
【０００６】 このように、本発明は、交流発電装置に関し、低交流発電速度において最適な
出力電流を供給するための第１の巻数及び第１のワイヤ・サイズを有する第１の
三相誘導巻線と、第１の三相誘導巻線と共通に巻回され、高交流発電速度におい
て最適な出力電流を供給するための第２の巻数及び第２のワイヤ・サイズを有す
る第２の三相誘導巻線と、第１及び第２の三相誘導巻線の出力のそれぞれに結合
され、低交流発電速度において第１のＤＣ出力を供給し、高交流発電速度におい
て異なる第２のＤＣ出力を供給する第１及び第２の整流回路とを備える。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のこれら及びその他の特徴は、以下の好適な実施形態の詳細な説明と関
連付けて更に詳細に開示される。また、同様の参照番号は、同様のエレメントを
表わすこととする。
【０００８】 図１は、二重モード発電を用いた、新規の高性能交流発電機１０の回路図を示
す。図１に示したように、交流発電機１０は、相巻線１４、相巻線１６、及び相
巻線１８をスター接続した第１の三相巻線１２を備えている。第２の三相巻線２
０は、相巻線２２、相巻線２４、及び相巻線２６からなる星形巻線を含む。尚、
三相巻線１２の相巻線１４及び三相巻線２０の相巻線２２を相互接続している点
線は、これらの巻線が共通スロットに形成され、共通の極を共有することを示し
ている。同様に、点線３０は、三相巻線１２の巻線１８と三相巻線２０の巻線２
６との共通スロット、即ち極の共有を表わす。また、点線３２は、三相巻線１２
の相巻線１６と三相巻線２０の相巻線２４との共通の極、即ちスロットの共有を
示す。
【０００９】 尚、三相巻線１２は、最適な低速出力を供給するのに適した巻数及びワイヤ・
サイズで巻回されていることは理解されよう。かかる低速出力は、負荷及び電流
要求量と共に変動するので、ここでは特定の巻数及びワイヤ・サイズを示さない
が、当業者であれば、所望の出力を供給するのに適した巻数及びワイヤ・サイズ
でかかる巻線を設計することは、明らかであろう。 同様に、三相巻線２０は、高速で最適な出力を供給するのに適した巻数及びワ
イヤ・サイズで巻回されている。この場合も、当業者であれば、所定の負荷に対
して所望の出力を生成するためには、特定のワイヤ・サイズでどれ位の巻数が必
要となるかについては熟知していることは明らかである。
【００１０】 したがって、三相巻線１２及び三相巻線２０は、そのそれぞれの極に磁気的に
結合されているが、電気的には互いに分離されていることがわかる。三相巻線１
２の相巻線の各々からの出力は、ブリッジ整流器３４に結合されている。相巻線
１４からの出力は、整流器即ちダイオード３６及び３８の接続点に結合されてお
り、相巻線１８からの出力は、整流器即ちダイオード４０及び４２の接続部に結
合されており、更に、相巻線１６の出力は、整流器即ちダイオード４４及び４６
の接続部に結合されている。整流器３６、４０及び４４の出力は、ライン４８を
介して、負荷５０に結合される。
【００１１】 三相巻線２０からの出力は、ブリッジ整流器５２に結合されている。相巻線２
２の出力は、整流器即ちダイオード５４及び５６の接続部に結合されており、相
巻線２６の出力は、整流器即ちダイオード５８及び６０の接続部に結合されてお
り、相巻線２４からの出力はダイオード６２及び６４の接続部に結合されている
。ダイオード５４、５８及び６２の出力は、ライン６６に結合され、ライン６６
は負荷５０に接続されている。したがって、三相巻線１２及び三相巻線２０から
の整流出力は、これらが整流される後まで結合されない。電流は整流器３４及び
５２を逆流することができないので、これら整流器は、低速及び高速巻線１２及
び２０の整流及び電気的分離を行なうという２つの役割を果たす。整流器によっ
て分離がなされない場合、巻線１２及び２０は互いに反抗し合って、非常に非効
率的となってしまう。
【００１２】 図２は、複数のスロット７０が内部に形成されている電機子６８の斜視断面図
である。三相巻線１２及び２０の対応する相巻線１４及び２２が、共通スロット
内に巻回されており、一方、相巻線１６及び２４は共通スロット内に巻回されて
おり、相巻線１８及び２６は共通スロットに巻回されていることが分かる。 以上のように、最適な低速出力を提供するのに適した巻数及びワイヤ・サイズ
の第１の巻線を巻回し、最適量を交流発電機の高速時に供給するのに適した巻数
及びワイヤ・サイズの第２の巻線を巻回することにより、二重モード発電を有す
る新規の高性能交流発電機を開示した。こうして、２つの出力を電子的に加算し
、二重出力を生成する。点線で示すように、２組の巻線は、共通スロット内で巻
回されており、即ち、共通の極を共有する。これらは、第１の巻線の各相が、第
２の巻線の対応する相と、極即ちスロットを共有することを示す。この場合も、
第１及び第２の巻線は、極即ちスロットを共有するものの、必要性に応じて、巻
数や場合によってはワイヤ・サイズが異なる。第１及び第２の巻線は、それらの
各極に磁気的に結合されているが、電気的には互いに分離されている。尚、当業
者であれば、スター巻線はデルタ巻線と置換可能であることは理解されよう。
【００１３】 特許請求の範囲における全てのミーンズ・プラス・ファンクション又はステッ
プ・プラス・ファンクションの要素に対応する構造、材料、作用、及び均等物は
、特定して特許請求した他の請求要素と組み合わせて、当該機能を実行するため
のあらゆる構造、材料又は作用を含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る高性能交流発電機の回路図である。
【図２】 各巻線の共通相巻線が同じスタータ・スロットをどのように共有するのかを示
す断面斜視図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 5H590 AA30 CC31 CD01 EA07 FA05 5H603 BB02 BB07 BB12 CA05 CC03 CC17 CD06 CE01

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 交流発電装置において、 低交流発電速度において最適な出力電流を供給するための第１の巻数及び第１
    のワイヤ・サイズを有する第１の三相誘導巻線と、 前記第１の三相誘導巻線と共通に巻回され、高交流発電速度において最適な出
    力電流を供給するための第２の異なる巻数及び第２のワイヤ・サイズを有する第
    ２の三相誘導巻線と、 前記第１及び第２三相誘導巻線の出力のそれぞれに結合され、低交流発電速度
    において第１のＤＣ出力を供給し、高交流発電速度において異なる第２のＤＣ出
    力を供給する第１及び第２の整流回路と を備えることを特徴とする交流発電装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の交流発電装置において、該装置は更に、前記第１
    及び第２の三相誘導巻線の各々の共通誘導巻線を共有するために、前記交流発電
    機上に共通磁極を含むことを特徴とする交流発電装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の交流発電装置において、該装置は更に、前記第１
    及び第２の三相誘導巻線の共通誘導巻線を受容するために、前記交流発電機上に
    共通巻線スロット構成を含むことを特徴とする交流発電装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の交流発電装置において、前記第１及び第２の整流
    回路が、前記第１及び第２の三相誘導巻線を電気的に絶縁することを特徴とする
    交流発電装置。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の交流発電装置において、該装置は更に、前記第１
    及び第２の整流回路の出力を受けるように結合され、高交流発電速度及び低交流
    発電速度において、単一の最適出力電流を供給する共通出力接続部を備えること
    を特徴とする交流発電装置。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の交流発電装置において、前記第１及び第２の三相
    巻線の各々が、星形巻線であることを特徴とする交流発電装置。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の交流発電装置において、前記第１及び第２の三相
    巻線の各々が、デルタ型巻線であることを特徴とする交流発電装置。
JP2000521583A 1997-11-14 1998-08-25 二重モード発電を用いた高性能交流発電機 Pending JP2001523939A (ja)

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US97058597A 1997-11-14 1997-11-14
US08/970,585 1997-11-14
PCT/US1998/017581 WO1999026332A1 (en) 1997-11-14 1998-08-25 High performance alternator using duplex mode generation

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