JP2003230298A - 交流発電機 - Google Patents
交流発電機Info
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- JP2003230298A JP2003230298A JP2002022572A JP2002022572A JP2003230298A JP 2003230298 A JP2003230298 A JP 2003230298A JP 2002022572 A JP2002022572 A JP 2002022572A JP 2002022572 A JP2002022572 A JP 2002022572A JP 2003230298 A JP2003230298 A JP 2003230298A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 保守点検が不要で、優れた発電機効率を示
し、かつ安定した出力電圧を得ることのできる交流発電
機を提供すること。 【解決手段】 交流発電機において、その回転子３の界
磁を、回転子鉄心９の表面に永久磁石４を設けてなる固
定界磁部分と、界磁制御ロータ５および界磁制御コイル
６を備えて界磁を可変化するための巻線形界磁である可
変界磁部分と、から構成する。界磁制御ヨーク７に埋め
込まれた界磁制御コイル６は、該可変界磁部分の磁束を
制御するための磁束制御手段とする。該界磁制御コイル
６は、クローポールを用いてもよい。該可変界磁部分と
該固定界磁部分は、その極数が同一とする。回転子軸１
０には、該回転子軸の回転を検知するための回転センサ
ー８を設けてもよい。
し、かつ安定した出力電圧を得ることのできる交流発電
機を提供すること。 【解決手段】 交流発電機において、その回転子３の界
磁を、回転子鉄心９の表面に永久磁石４を設けてなる固
定界磁部分と、界磁制御ロータ５および界磁制御コイル
６を備えて界磁を可変化するための巻線形界磁である可
変界磁部分と、から構成する。界磁制御ヨーク７に埋め
込まれた界磁制御コイル６は、該可変界磁部分の磁束を
制御するための磁束制御手段とする。該界磁制御コイル
６は、クローポールを用いてもよい。該可変界磁部分と
該固定界磁部分は、その極数が同一とする。回転子軸１
０には、該回転子軸の回転を検知するための回転センサ
ー８を設けてもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は交流発電機に関し、
特に、回転子界磁に永久磁石を用いた発電機であって
も、界磁を可変化することができ、風力発電や水力発電
にも用いることのできる交流発電機に関する。
特に、回転子界磁に永久磁石を用いた発電機であって
も、界磁を可変化することができ、風力発電や水力発電
にも用いることのできる交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の交流発電機においては、すべての
回転子界磁磁束の発生を、永久磁石、またはブラシ付巻
線形界磁のいずれかにより行うものが一般的であった。
回転子界磁磁束の発生を、永久磁石、またはブラシ付巻
線形界磁のいずれかにより行うものが一般的であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、すべての界磁
磁束を永久磁石により発生させる型の場合は、発電機入
力動力や、出力動力の変動によって出力電圧の変動が大
きく不安定であり、また電力変換回路容量が大きくなる
など、経済的ではなかった。一方、すべての界磁磁束を
ブラシ付巻線形界磁により発生させる型の場合は、ブラ
シの保守点検に費用を要し、発電機自体のコストも高く
なり、さらには、界磁電力による発電機効率の低下の原
因ともなり、これも問題があった。
磁束を永久磁石により発生させる型の場合は、発電機入
力動力や、出力動力の変動によって出力電圧の変動が大
きく不安定であり、また電力変換回路容量が大きくなる
など、経済的ではなかった。一方、すべての界磁磁束を
ブラシ付巻線形界磁により発生させる型の場合は、ブラ
シの保守点検に費用を要し、発電機自体のコストも高く
なり、さらには、界磁電力による発電機効率の低下の原
因ともなり、これも問題があった。
【０００４】本発明の課題は、上記従来技術の欠点を除
き、保守点検が不要で、優れた発電機効率を示し、かつ
安定した出力電圧を得ることのできる交流発電機を提供
することである。
き、保守点検が不要で、優れた発電機効率を示し、かつ
安定した出力電圧を得ることのできる交流発電機を提供
することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本願発明者が鋭意検討し
た結果、交流発電機の回転子の界磁に永久磁石を用い、
かつブラシレス巻線形界磁と組み合わせ、該巻線形界磁
の磁束を制御して、回転子全体の総磁束を制御すること
により上記課題を解決できることを見出し、本発明に至
った。すなわち、上記課題を解決するための手段として
本願で特許請求される発明は、以下のとおりである。
た結果、交流発電機の回転子の界磁に永久磁石を用い、
かつブラシレス巻線形界磁と組み合わせ、該巻線形界磁
の磁束を制御して、回転子全体の総磁束を制御すること
により上記課題を解決できることを見出し、本発明に至
った。すなわち、上記課題を解決するための手段として
本願で特許請求される発明は、以下のとおりである。
【０００６】（１）回転子界磁に永久磁石を用いた交流
発電機において、該回転子界磁の一部を界磁を可変化す
るための巻線形界磁とし、該交流発電機における入力動
力の変動を検知して信号を発生するための変動検知手段
と、該信号に基づいて該巻線形界磁の磁束の大きさおよ
び向きを制御するための磁束制御手段と、を備えること
を特徴とする、交流発電機。
発電機において、該回転子界磁の一部を界磁を可変化す
るための巻線形界磁とし、該交流発電機における入力動
力の変動を検知して信号を発生するための変動検知手段
と、該信号に基づいて該巻線形界磁の磁束の大きさおよ
び向きを制御するための磁束制御手段と、を備えること
を特徴とする、交流発電機。
【０００７】（２）前記変動検知手段が、交流発電機に
おける負荷電流を検知して信号を発生するものであるこ
とを特徴とする、（１）の交流発電機。
おける負荷電流を検知して信号を発生するものであるこ
とを特徴とする、（１）の交流発電機。
【０００８】（３）前記変動検知手段が、前記交流発電
機の回転子軸の回転を検知して信号を発生するものであ
ることを特徴とする、（１）の交流発電機。
機の回転子軸の回転を検知して信号を発生するものであ
ることを特徴とする、（１）の交流発電機。
【０００９】（４）前記変動検知手段がレゾルバである
ことを特徴とする、（３）の交流発電機。
ことを特徴とする、（３）の交流発電機。
【００１０】（５）前記巻線形界磁がクローポールを用
いたものであることを特徴とする、（１）ないし（４）
のいずれかの交流発電機。
いたものであることを特徴とする、（１）ないし（４）
のいずれかの交流発電機。
【００１１】（６）風車または水車を駆動源とすること
を特徴とする、（１）ないし（５）のいずれかの交流発
電機。
を特徴とする、（１）ないし（５）のいずれかの交流発
電機。
【００１２】（７）（１）ないし（６）のいずれかの交
流発電機において、前記変動検知手段により交流発電機
の入力動力または負荷電流の変動を検知して信号を発生
させ、該信号に基づいて、前記磁束制御手段により前記
巻線形界磁の磁束を制御することにより、発電機出力電
圧を一定に保つことができることを特徴とする、発電機
出力電圧制御方法。
流発電機において、前記変動検知手段により交流発電機
の入力動力または負荷電流の変動を検知して信号を発生
させ、該信号に基づいて、前記磁束制御手段により前記
巻線形界磁の磁束を制御することにより、発電機出力電
圧を一定に保つことができることを特徴とする、発電機
出力電圧制御方法。
【００１３】すなわち本発明は、交流発電機において回
転子界磁の一部には永久磁石を用い、一部には巻線形界
磁を設け、回転子界磁を永久磁石および巻線により構成
することを特徴とするものである。これにより界磁を可
変化し、磁束を制御することができる。巻線形界磁とし
てクローポールを用いることによりブラシレス化するこ
とができ、摺動によるブラシ摩耗という問題がなくな
り、保守点検の不要な交流発電機とすることができる。
転子界磁の一部には永久磁石を用い、一部には巻線形界
磁を設け、回転子界磁を永久磁石および巻線により構成
することを特徴とするものである。これにより界磁を可
変化し、磁束を制御することができる。巻線形界磁とし
てクローポールを用いることによりブラシレス化するこ
とができ、摺動によるブラシ摩耗という問題がなくな
り、保守点検の不要な交流発電機とすることができる。
【００１４】界磁の一部を構成する巻線形界磁におい
て、発生する磁束を制御するための磁束制御手段として
は、交流発電機に取り付けたレゾルバ等の回転センサー
等により、回転子の回転を検知して信号を発生する方
法、または、出力電圧や出力電流等を検知する検知装置
を設けてこれらを検知して信号を発生する方法をとるこ
とができる。このように入力動力または出力電力等の変
動を検知する変動検知手段により変動を検知して信号を
発生し、これに基づいて巻線形界磁の磁束を制御するこ
とによって、発電機出力電圧を一定に保ち、安定した出
力を得ることができる。本発明の交流発電機は、風水力
発電システム用として用いることも、大いに有効であ
る。
て、発生する磁束を制御するための磁束制御手段として
は、交流発電機に取り付けたレゾルバ等の回転センサー
等により、回転子の回転を検知して信号を発生する方
法、または、出力電圧や出力電流等を検知する検知装置
を設けてこれらを検知して信号を発生する方法をとるこ
とができる。このように入力動力または出力電力等の変
動を検知する変動検知手段により変動を検知して信号を
発生し、これに基づいて巻線形界磁の磁束を制御するこ
とによって、発電機出力電圧を一定に保ち、安定した出
力を得ることができる。本発明の交流発電機は、風水力
発電システム用として用いることも、大いに有効であ
る。
【００１５】前記磁束制御手段は、巻線形界磁の界磁電
流の方向と大きさを変えることにより巻線形界磁におい
て発生する磁束を変化させることによるものである。こ
れにより、巻線形界磁の磁束を永久磁石により作られる
磁束と重畳させたり、相殺させたり、またそれらの量を
変化させることができ、発電機としての界磁磁束を変化
させることができる。その結果として、発電機の発生電
圧を変化させることができる。
流の方向と大きさを変えることにより巻線形界磁におい
て発生する磁束を変化させることによるものである。こ
れにより、巻線形界磁の磁束を永久磁石により作られる
磁束と重畳させたり、相殺させたり、またそれらの量を
変化させることができ、発電機としての界磁磁束を変化
させることができる。その結果として、発電機の発生電
圧を変化させることができる。
【００１６】（１）式は、発電機出力電圧を示す一般的
な式である。
な式である。
【００１７】
【数１】
【００１８】したがって、発電機回転数Ｎを回転センサ
ーにより検知したり、負荷電流Ｉを検知したり、あるい
は出力電圧Ｅを直接検知して信号を発生し、その信号に
よって界磁磁束Φを変化させることにより発電機出力電
圧Ｅを制御することができる。目的によっては、発電機
回転数Ｎや、負荷電流Ｉが変化しても出力電圧Ｅを一定
に保つことができるため、発電機の出力側につながれる
周波数変換装置など電力変換回路の無駄をなくすことが
できる。
ーにより検知したり、負荷電流Ｉを検知したり、あるい
は出力電圧Ｅを直接検知して信号を発生し、その信号に
よって界磁磁束Φを変化させることにより発電機出力電
圧Ｅを制御することができる。目的によっては、発電機
回転数Ｎや、負荷電流Ｉが変化しても出力電圧Ｅを一定
に保つことができるため、発電機の出力側につながれる
周波数変換装置など電力変換回路の無駄をなくすことが
できる。
【００１９】上記回転センサーとして、耐熱性、耐振動
性など耐環境性に優れたレゾルバを用いることによっ
て、より信頼度の高い発電機とすることができ、より信
頼度の高い発電システムを構築することができる。特
に、発電機入力動力の変動が大きい風力発電や水力発電
に有効である。
性など耐環境性に優れたレゾルバを用いることによっ
て、より信頼度の高い発電機とすることができ、より信
頼度の高い発電システムを構築することができる。特
に、発電機入力動力の変動が大きい風力発電や水力発電
に有効である。
【００２０】
【構成】以下、本発明を図面により詳細に説明する。図
１は、本発明の交流発電機の断面図である。本交流発電
機において、その回転子３の界磁は、回転子鉄心９の表
面部に永久磁石４を設けてなる固定界磁部分と、界磁制
御ロータ５および界磁制御コイル６を備えて界磁を可変
化するための巻線形界磁である可変界磁部分と、から構
成される。界磁制御コイル６は、界磁制御ヨーク７に埋
め込まれており、該可変界磁部分の磁束を制御するため
の磁束制御手段を構成する。該界磁制御コイル６は、ク
ローポールによるものとすることができる。該可変界磁
部分と該固定界磁部分は、その極数が同一とされる。回
転子軸１０には、変動検知手段を構成する、該回転子軸
の回転を検知するための回転センサー８を設けることが
できる。該回転センサー８としては、レゾルバを用いる
ことができる。
１は、本発明の交流発電機の断面図である。本交流発電
機において、その回転子３の界磁は、回転子鉄心９の表
面部に永久磁石４を設けてなる固定界磁部分と、界磁制
御ロータ５および界磁制御コイル６を備えて界磁を可変
化するための巻線形界磁である可変界磁部分と、から構
成される。界磁制御コイル６は、界磁制御ヨーク７に埋
め込まれており、該可変界磁部分の磁束を制御するため
の磁束制御手段を構成する。該界磁制御コイル６は、ク
ローポールによるものとすることができる。該可変界磁
部分と該固定界磁部分は、その極数が同一とされる。回
転子軸１０には、変動検知手段を構成する、該回転子軸
の回転を検知するための回転センサー８を設けることが
できる。該回転センサー８としては、レゾルバを用いる
ことができる。
【００２１】
【作用】図において、該界磁制御コイル６に電流が流さ
れることにより、（Ａ）界磁制御ロータ５、（Ｂ）固定
子コイル２、（Ｃ）界磁制御ロータ５、（Ｄ）界磁制御
ヨーク７、（Ｅ）回転子軸１０、（Ａ）界磁制御ロータ
５、を結ぶ界磁制御磁気回路Ｃを有する可変磁束が形成
される。固定子１に設けられた固定子コイル２に鎖交す
る磁束は、前記永久磁石４により形成される固定磁束
と、該界磁制御コイル６により形成される可変磁束の和
となる。したがって、該界磁制御コイル６に流す電流を
制御することにより、該固定子コイル２に鎖交する総磁
束が制御される。
れることにより、（Ａ）界磁制御ロータ５、（Ｂ）固定
子コイル２、（Ｃ）界磁制御ロータ５、（Ｄ）界磁制御
ヨーク７、（Ｅ）回転子軸１０、（Ａ）界磁制御ロータ
５、を結ぶ界磁制御磁気回路Ｃを有する可変磁束が形成
される。固定子１に設けられた固定子コイル２に鎖交す
る磁束は、前記永久磁石４により形成される固定磁束
と、該界磁制御コイル６により形成される可変磁束の和
となる。したがって、該界磁制御コイル６に流す電流を
制御することにより、該固定子コイル２に鎖交する総磁
束が制御される。
【００２２】発電機の誘起電圧は、固定子コイルに鎖交
する総磁束と発電機の回転数に比例するので、前記回転
子軸１０の回転の回転数を前記回転センサー８により検
知し、回転数が低く、誘起電圧を上げたい時には、前記
可変磁束を前記固定磁束に重畳する極性に増加させ、逆
に回転数が高く、誘起電圧を下げたい時には、該可変磁
束を減少させたり、さらには該可変磁束を該固定磁束を
相殺させる極性にすることによって、一定の誘起電圧を
得る等、誘起電圧を制御することができる。係る発電機
出力電圧の制御は、変動検知手段として、該回転子軸１
０の回転を検知する回転センサー８を用いる方法の他、
発電機出力電圧そのものや、負荷電流を検知して行うこ
ともできる。
する総磁束と発電機の回転数に比例するので、前記回転
子軸１０の回転の回転数を前記回転センサー８により検
知し、回転数が低く、誘起電圧を上げたい時には、前記
可変磁束を前記固定磁束に重畳する極性に増加させ、逆
に回転数が高く、誘起電圧を下げたい時には、該可変磁
束を減少させたり、さらには該可変磁束を該固定磁束を
相殺させる極性にすることによって、一定の誘起電圧を
得る等、誘起電圧を制御することができる。係る発電機
出力電圧の制御は、変動検知手段として、該回転子軸１
０の回転を検知する回転センサー８を用いる方法の他、
発電機出力電圧そのものや、負荷電流を検知して行うこ
ともできる。
【００２３】
【発明の効果】本発明の交流発電機によれば、上述のよ
うに構成されているため、保守点検が不要で、優れた発
電機効率を示し、かつ安定した出力電圧を得ることがで
きる。
うに構成されているため、保守点検が不要で、優れた発
電機効率を示し、かつ安定した出力電圧を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の交流発電機の断面図である。
１…固定子、２…固定子コイル、３…回転子、４…永久
磁石、５…界磁制御ロータ、６…界磁制御コイル、７…
界磁制御ヨーク、８…回転センサー、９…回転子鉄心、
１０…回転子軸、Ｃ…界磁制御磁気回路
磁石、５…界磁制御ロータ、６…界磁制御コイル、７…
界磁制御ヨーク、８…回転センサー、９…回転子鉄心、
１０…回転子軸、Ｃ…界磁制御磁気回路
Claims (7)
- 【請求項１】 回転子界磁に永久磁石を用いた交流発電
機において、該回転子界磁の一部を界磁を可変化するた
めの巻線形界磁とし、該交流発電機における入力動力の
変動を検知して信号を発生するための変動検知手段と、
該信号に基づいて該巻線形界磁の磁束の大きさおよび向
きを制御するための磁束制御手段と、を備えることを特
徴とする、交流発電機。 - 【請求項２】 前記変動検知手段が、交流発電機におけ
る負荷電流を検知して信号を発生するものであることを
特徴とする、請求項１に記載の交流発電機。 - 【請求項３】 前記変動検知手段が、前記交流発電機の
回転子軸の回転を検知して信号を発生するものであるこ
とを特徴とする、請求項１に記載の交流発電機。 - 【請求項４】 前記変動検知手段がレゾルバであること
を特徴とする、請求項３に記載の交流発電機。 - 【請求項５】 前記巻線形界磁がクローポールを用いた
ものであることを特徴とする、請求項１ないし４のいず
れかに記載の交流発電機。 - 【請求項６】 風車または水車を駆動源とすることを特
徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の交流発
電機。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の交
流発電機において、前記変動検知手段により交流発電機
の入力動力または負荷電流の変動を検知して信号を発生
させ、該信号に基づいて、前記磁束制御手段により前記
巻線形界磁の磁束を制御することにより、発電機出力電
圧を一定に保つことができることを特徴とする、発電機
出力電圧制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002022572A JP2003230298A (ja) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | 交流発電機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002022572A JP2003230298A (ja) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | 交流発電機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003230298A true JP2003230298A (ja) | 2003-08-15 |
Family
ID=27745533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002022572A Pending JP2003230298A (ja) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | 交流発電機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003230298A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009038851A (ja) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Nishishiba Electric Co Ltd | 高速電動機駆動装置 |
-
2002
- 2002-01-30 JP JP2002022572A patent/JP2003230298A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009038851A (ja) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Nishishiba Electric Co Ltd | 高速電動機駆動装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040930 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050701 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050914 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051109 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060925 |