JP2002186294A - 電気機械、特に三相交流発電機 - Google Patents

電気機械、特に三相交流発電機

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JP2002186294A
JP2002186294A JP2001345197A JP2001345197A JP2002186294A JP 2002186294 A JP2002186294 A JP 2002186294A JP 2001345197 A JP2001345197 A JP 2001345197A JP 2001345197 A JP2001345197 A JP 2001345197A JP 2002186294 A JP2002186294 A JP 2002186294A
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temperature
transformer
electric machine
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winding
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JP2001345197A
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English (en)
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Klaus Beulich
ボイリッヒ クラウス
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/36Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気機械、特にその回転トランスにおいて、
特別なセンサ系を用いることなく、許容外の過度な温度
上昇を避けるための温度抑制制限が実現できるように改
善を行うこと。 【解決手段】 駆動回路内に入力側電流制限回路を設
け、該電流制限回路を用いてトランスコアの軟磁性フェ
ライト材料内で生じるキュリー作用との相互作用によっ
て統合的な温度抑制制御が得られるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気機械、特に三
相交流発電機であって、 固定された固定子と、 界磁巻線を備えた回転可能な回転子と、 一次巻線及び二次巻線を備えた回転トランスと、 回転トランスの一次巻線に交流電圧を印加する駆動回路
とが含まれており、 前記一次巻線及び二次巻線は、それぞれ軟磁性フェライ
ト材料からなるコア上に配設され、ギャップを介して相
互に磁気的に結合されており、前記回転トランスは、励
磁電力を界磁巻線に伝送している、電気機械に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の電気機械は、その基本的な構造
において、多くの文献から公知である。例えばドイツ連
邦共和国特許出願 DE 199 35 074 A1 明細書が参照され
る。そこに示されている三相交流発電機は、固定された
固定子と、界磁巻線を備えた回転可能な回転子と、一次
巻線及び二次巻線を備えた回転トランスとを有してい
る。前記一次巻線及び二次巻線は、それぞれ軟磁性フェ
ライト材料からなるコア上に配設され、ギャップを介し
て相互に磁気的に結合されている。回転トランスは、励
磁電力を界磁巻線に伝送している。この場合駆動回路を
用いて回転トランスの一次巻線に交流電圧が印加され、
これは伝送され回転トランスの二次側において整流回
路、例えば全波整流器またはブリッジ整流器によって整
流される。
【0003】このように構成され駆動される回転トラン
スにおける通常の問題は、回転トランスのオーバーヒー
トを避けるために所定の最大温度を守らなければならな
いことである。この目的に対して従来技法から公知なの
は、回転トランスの中に温度センサを組込み、それを用
いてトランス内部の温度を検出することである。温度が
許容外の限界値方向に上昇し始めた場合には、トランス
出力を低減方向に制御する。
【0004】このようなアクティブ制御は、確かにその
目的を達成することはできるが、しかしながらそのため
の専用の構成素子、例えば温度センサや、相応の信号処
理回路、トランス出力を例えばデューティ比の調整など
によって変更するための駆動制御回路などが必要とされ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】それ故に本発明の課題
は、冒頭に述べたような形式の電気機械、特にその回転
トランスにおいて、特別なセンサ系を用いることなく、
許容外の温度上昇を避けるための温度制限が実現できる
ように改善を行うことである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によ
り、駆動回路内に入力側電流制限回路が設けられてお
り、該電流制限回路を用いてトランスコアの軟磁性フェ
ライト材料内で生じるキュリー作用との相互作用によっ
て統合的な温度抑制制御が得られる構成によって解決さ
れる。
【0007】
【発明の実施の形態】これによれば、入力側に電流制限
回路が設けられ、この回路がさらに以下でも詳細に述べ
るような方式で、トランスコアの軟磁性フェライト材料
内で生じるキュリー作用との相互作用によって統合的な
温度抑制制御(Temperatur-Abregelung)を可能にして
いる。この場合本発明は、次のような作用を有効利用し
ている。すなわち軟磁性フェライト材料がキュリー温度
の領域においてその磁気特性を失うことである。それに
応じて透磁率もキュリー温度においては値1まで低下す
る。それによりフェライト材料は、空気のような状態に
なり、もはやエネルギをトランスの一次巻線から二次巻
線へ伝送できなくなる。
【0008】要約的に本発明の主要な利点を述べれば、
フェライトコア材料の過度な温度上昇の克服と温度セン
サの必要性なしで確実な温度抑制制御を達成できること
である。
【0009】本発明のさらに別の有利な実施例は従属請
求項に記載されている。
【0010】
【実施例】次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳
細に説明する。図1による発電機は、ほぼポット状のケ
ーシング10を有しており、その底部にはナベ11が形
成されている。このナベ11は、球軸受け12を収容
し、この軸受け内には、軸13の内方端部が支承されて
いる。その軸13のさらなる別の球軸受け14内には、
さらなる球軸受け14が支承されており、この球軸受け
14は、ケーシング駆動側を摩耗する、軸受けシールド
17近傍の軸受けシールド17が配設されている。この
軸受けシールド上には外側方向に向けて、図には詳細に
は示されていないブリッジ整流器の冷却体8と制御器1
9がそれ自体公知の方法で配設されている。
【0011】全体の配置構成は、支承部カバー20によ
って密閉される。ケーシング10内には、三相交流巻線
を備えた固定子21が配設されている。
【0012】ケーシング10のほぼ中央でその内方に
は、軸13にそれ自体公知のいわゆるクローポールロー
タシステム(Klauenpollaufersystem)23が配設され
ている。このシステムは、磁極ディスク半部として形成
されたクロー(Klauen)24内部を回転する軸13に固
定された第1の極板25とクロー26内部を回転するさ
らなる磁極ディスク半部としての第2の極板27を備え
ている。一方の極板のクロー24の各先端は、他方の極
板のクロー26間を延在している。これらのクロー2
4,26は軸13の長手軸線に対して実質的に平行に延
在している。クローポールロータシステム23のクロー
間には、界磁巻線28が、軸13に固定されている極鉄
心32に設けられている。発電機の励磁システムのエネ
ルギ供給のために、全体を符号29で表わされているト
ランスが設けられている。このトランスは、外側にある
環状の一次巻線30を軟磁性フェライトコア36上に、
そしてそれに対して同心的に内側に存在する同じく環状
の二次巻線31を軟磁性フェライトコア35上に有して
いる。この二次巻線は、一次巻線と同じ平面内にあり、
それは軸13の長手軸線に対して垂直に延在している。
内側に存在するコア35は、軸スリーブ37に固定され
ており、これは軸13に対して磁気的に無効に固定され
ている。外側に存在するコア36とその一次巻線30
は、軸受けシールド17内部の非磁性ホルダ39内にね
じ込まれている。
【0013】図2には、回転トランス29がその一次巻
線30と二次巻線31と共にブロック回路図で示されて
いる。この一次巻線30は、駆動回路40を備えてお
り、二次巻線31は、その整流回路41を備えている。
この場合駆動回路40は、入力側42を有しており、こ
の入力側には反転整流器43が後置接続されている。こ
の反転整流器は、起動制御可能な半導体スイッチ44か
らなっており、これらはHブリッジとして相互接続され
ている。それらの中央タップ45にはトランス29の一
次巻線30が接続している。入力側42と反転整流器4
3の間には、通常構造形式の電流制限回路46が組込ま
れており、その機能に関しては以下で詳細に説明する。
それを介して入力側42にはフィルタコンデンサ47が
接続されている。
【0014】二次巻線31には2つの整流ダイオード4
9,50を備えた全波整流回路48が後置接続されてい
る。前記2つの整流ダイオードは、界磁巻線28の一方
の端子に接続されている。もう一方の端子は、二次巻線
31の中央タップに接続されている。
【0015】入力側42に直流電圧Ubatが印加され
ると、反転整流器43を介して回転トランス29の一次
巻線30は交流電流を供給され、これは二次巻線31に
おいて再び交流電圧を誘起する。この交流電圧は、全波
整流器48を介して整流され、相応の電流を界磁巻線2
8に供給する。
【0016】前記トランス29を用いた電力伝送の際に
は、その軟磁性フェライトコア35,36が加熱され
る。それ故に安全性の理由から適切な温度制限手段を設
ける必要があり、これは本発明によれば、軟磁性フェラ
イトコア35,36の温度特性と共に一次回路内の電流
制限回路46によって実現されている。
【0017】基本的には、図3にも示されているように
軟磁性フェライト材料は、キュリー温度TCの領域にお
いてその磁気的特性を失う性質を有している。
【0018】それにより初期透磁率は例えば240℃の
領域において値1まで低下する。そのためこのフェライ
ト材料は、空気のような存在となる。従ってトランス2
9を介してもはや電力は何も伝送されなくなる。
【0019】稼働中はトランスは連続的に加熱する。こ
れによりキュリー温度への接近に基づいて一次側では電
流が増加する。ここにおいてこの電流が電流制限回路4
6の限界値に達すると、これが応答し、出力電圧を降下
させ始める。このことは図4の下方側に示されている。
図4の上方側の温度ダイヤグラムでは例えば215℃の
所に“折曲温度”TKが存在している。この温度はフェ
ライト材料内で引続き上昇し続け、その際には電流制限
の反作用によって出力電圧とそれに伴う励磁電流が低下
する。この温度上昇は、立上がり過渡状態の終了時点
(図4の右側終端)に達するまでは起こり続ける。出力
電圧と励磁電流の値は、電流制限に依存している。
【0020】この状態においてシステムが再び“折曲温
度”TK以下に冷却されるまで、入力電圧Ubatが遮
断されると、再びトランス電力の完全な伝送が引続き可
能となる。この過程は任意に頻繁に繰返すことが可能で
あり、図5にも示されているように完全に可逆的であ
る。そこでは符号tAによって遮断周期が表わされてお
り、その後で再び温度特性経過と出力電圧特性経過が立
上がり過程と共に示されている(図5の右側端部)。
【0021】前述の手段からまとめると、電流制限回路
46とフェライト材料の物理的特性との組合せによっ
て、温度抑制制御の機能が統合的に実現可能となる。こ
れはさらなる手段なしで限界温度TGまでの立上がり過
渡状態を生じさせる。具体的には、駆動制御回路40の
応答温度を表わす“折曲温度”TKがトランスの最大作
動温度を表わし、それよりも上では伝送可能な電力とそ
れに伴う効率が低下する。この場合この応答温度は、コ
ア35,36の軟磁性フェライト材料のキュリー温度T
Cと、キュリー温度TC近傍のフェライトコア35,3
6の損失電力と、設定された限界電流Imaxに依存し
ている。
【図面の簡単な説明】
【図1】クローポール形発電機(Claw pole generato
r)の断面図である。
【図2】駆動制御回路と界磁巻線を備えたトランスのブ
ロック回路図である。
【図3】透磁率の特性曲線を温度Tに依存して示した図
である。
【図4】トランスの温度と出力電圧の特性曲線を時間に
依存して示した図である。
【図5】図4に類似して2つの温度−出力電圧周期を示
した特性曲線図である。
【符号の説明】
21 固定子 28 界磁巻線 29 回転トランス 30 一次巻線 31 二次巻線 35,36 コア 40 駆動制御回路 46 電流制限回路
フロントページの続き Fターム(参考) 5H590 AA30 AB02 CC18 CD01 FA06 FC14 GA05 5H619 AA13 BB02 BB17 PP02 PP04 PP12 PP31 PP32

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気機械、特に三相交流発電機であっ
    て、 固定された固定子(21)と、 界磁巻線(28)を備えた回転可能な回転子と、 一次巻線(30)及び二次巻線(31)を備えた回転ト
    ランス(29)と、 回転トランス(29)の一次巻線(30)に交流電圧を
    印加する駆動回路(40)とが含まれており、 前記一次巻線及び二次巻線は、それぞれ軟磁性フェライ
    ト材料からなるコア(35,36)上に配設され、ギャ
    ップ(38)を介して相互に磁気的に結合されており、
    前記回転トランス(29)は、励磁電力を界磁巻線(2
    8)に伝送している形式のものにおいて、 前記駆動回路(40)内に入力側電流制限回路(46)
    が設けられており、該電流制限回路を用いて前記トラン
    スのコア(35,36)の軟磁性フェライト材料内で生
    じるキュリー作用との相互作用によって統合的な温度抑
    制制御が得られるように構成されていることを特徴とす
    る電気機械。
  2. 【請求項2】 前記電流制限回路(46)の応答温度
    (TK)から、電流制限に起因するトランス(29)の
    出力電圧(UA)と励磁電流の降下が生じる、請求項1
    記載の電気機械。
  3. 【請求項3】 電流制限に起因する出力電圧(UA)の
    降下が、限界温度(TG)までのトランス温度の立上が
    り過渡特性に結び付けられる、請求項2記載の電気機
    械。
  4. 【請求項4】 前記応答温度(TK)は、前記トランス
    (29)の最大作動温度を表わすものである、請求項3
    記載の電気機械。
  5. 【請求項5】 前記応答温度(TK)は、フェライトコ
    ア(35,36)の軟磁性材料のキュリー温度(T
    C)、キュリー温度(TC)近傍のフェライトコア(3
    5,36)の損失電力、設定された限界電流(Ima
    x)に依存している、請求項3記載の電気機械。
JP2001345197A 2000-11-09 2001-11-09 電気機械、特に三相交流発電機 Pending JP2002186294A (ja)

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DE10055467.9 2000-11-09
DE10055467A DE10055467A1 (de) 2000-11-09 2000-11-09 Elektrische Maschine, insbesondere Drehstromgenerator

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