JP2003299395A - 発電装置 - Google Patents
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- JP2003299395A JP2003299395A JP2002099492A JP2002099492A JP2003299395A JP 2003299395 A JP2003299395 A JP 2003299395A JP 2002099492 A JP2002099492 A JP 2002099492A JP 2002099492 A JP2002099492 A JP 2002099492A JP 2003299395 A JP2003299395 A JP 2003299395A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】接続された原動機の運転状況に拘わらず所定の
出力電圧及び出力周波数で発電可能な発電装置であっ
て，高い信頼性を有すると共に小型軽量な発電装置を提
供すること。 【解決手段】複数相巻線を有するロータＥとステータＦ
とを具備する発電機Ａと，上記ロータＥの巻線に交流電
圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを供給し，該交流電圧の位相に応じ
た回転速度Ｎｅで回転する交流界磁Φを発生させる界磁
手段Ｃと，上記ロータＥに発生した上記交流界磁Φによ
り上記ステータＦに誘起される誘起電力Ｖａ，Ｖｂ，Ｖ
ｃにおける出力電圧及び出力周波数が所定の値となるよ
うに，上記交流界磁Φをベクトル制御する制御部Ｄとを
具備してなることを特徴とする発電装置Ｚ１として構成
する。
出力電圧及び出力周波数で発電可能な発電装置であっ
て，高い信頼性を有すると共に小型軽量な発電装置を提
供すること。 【解決手段】複数相巻線を有するロータＥとステータＦ
とを具備する発電機Ａと，上記ロータＥの巻線に交流電
圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを供給し，該交流電圧の位相に応じ
た回転速度Ｎｅで回転する交流界磁Φを発生させる界磁
手段Ｃと，上記ロータＥに発生した上記交流界磁Φによ
り上記ステータＦに誘起される誘起電力Ｖａ，Ｖｂ，Ｖ
ｃにおける出力電圧及び出力周波数が所定の値となるよ
うに，上記交流界磁Φをベクトル制御する制御部Ｄとを
具備してなることを特徴とする発電装置Ｚ１として構成
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，接続された原動機
によって駆動され発電する発電装置に係り，特に該原動
機の運転状況に拘わらず所定の出力電圧及び出力周波数
で発電可能なものに関する。
によって駆動され発電する発電装置に係り，特に該原動
機の運転状況に拘わらず所定の出力電圧及び出力周波数
で発電可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】航空機には，計器，通信機器，照明装置
その他多くの電気設備に対して電力を供給する発電装置
として，エンジンの回転出力によって駆動される発電機
によって発電する発電装置が搭載されることが一般的で
ある。しかしながら，航空機のエンジン回転数は，その
飛行情況（例えば離陸時と着陸時など）によって大きく
変動する。そのため，エンジンと発電機を直結した構成
の発電装置では，エンジン回転数の変動に伴って該発電
装置で発電される電力の周波数が動揺し，当該発電装置
に要求される電力の仕様（ＭＩＬ−ＳＴＤ−７０４Ａ
（米軍規格）において１１５Ｖ／４００Ｈｚの交流電力
と規定されている）を遵守することができない。そこ
で，航空機用の発電装置としては，エンジンの回転数に
拘わらず発電機を定速で回転駆動する定速駆動装置（Ｃ
ｏｎｓｔａｎｔ Ｓｐｅｅｄ Ｄｒｉｖｅ：ＣＳＤ）を
エンジンと発電機との間に備えたものが開発されてい
る。これにより，エンジン回転数が変動した場合にも，
発電機を一定の速度で駆動することが可能となり，上記
規格で規定された所定の出力周波数の電力を供給するこ
とができる。上記低速駆動装置の代表例としては，差動
歯車−油圧ＣＳＤが挙げられる。ここで，図５を用い
て，上記差動歯車−油圧ＣＳＤを設けた発電装置につい
て説明する。図５に示す発電装置Ｚ２はエンジンＸに接
続され，油圧ポンプ１，制御弁２，差動歯車３，制御部
４とを備える差動歯車−油圧ＣＳＤ：Ｙと，発電機Ｂと
を具備して概略構成される，ここで，上記油圧ポンプ１
は，エンジンＸによって駆動され，その回転力によって
油圧（油量）Ｑｓを上記制御弁２に対して供給する。上
記制御弁２は，上記制御部４からの制御指令Ｖｃに基づ
いて，上記油圧ポンプ１から供給される油圧（油量）Ｑ
ｓを制御し，所定の油圧（油量）Ｑｃとして上記差動歯
車３に対して供給する。上記差動歯車３は，上記制御弁
２より供給される所定の油圧（油量）Ｑｃに応じてエン
ジンＸから上記発電機Ｂに伝達される回転数の伝達率を
調整し，上記発電機Ｂを回転速度Ｎｏで回転させる。上
記制御部４は，発電機Ｙの回転速度ｆｉが入力され，該
回転速度ｆｉが発電機Ｙの発電すべき所定の周波数にな
るように上記制御弁２に対する制御信号Ｖｃを演算する
と共に，発電機Ｙの出力Ｐｏが入力され，該出力Ｐｏが
所定の出力になるように上記発電機Ｙの界磁電流Ｉｆを
演算している。このような構成によって，上記発電装置
Ｚ２では，エンジンＸの回転速度Ｎｉが変動した場合に
は，その回転速度の変動に応じて上記制御弁２から供給
される油圧（油量）Ｑｃを好適に制御することによっ
て，該発電機Ｙの回転速度Ｎｏを一定に制御することが
可能となり，該発電装置Ｚ２の出力電力における出力周
波数を所定の値に制御することができる。また，上記発
電機Ｙの出力電圧が変動した場合には，界磁電流Ｉｆを
調整することによって，該発電装置Ｚ２が発電すべき所
定の出力とすることが可能である。
その他多くの電気設備に対して電力を供給する発電装置
として，エンジンの回転出力によって駆動される発電機
によって発電する発電装置が搭載されることが一般的で
ある。しかしながら，航空機のエンジン回転数は，その
飛行情況（例えば離陸時と着陸時など）によって大きく
変動する。そのため，エンジンと発電機を直結した構成
の発電装置では，エンジン回転数の変動に伴って該発電
装置で発電される電力の周波数が動揺し，当該発電装置
に要求される電力の仕様（ＭＩＬ−ＳＴＤ−７０４Ａ
（米軍規格）において１１５Ｖ／４００Ｈｚの交流電力
と規定されている）を遵守することができない。そこ
で，航空機用の発電装置としては，エンジンの回転数に
拘わらず発電機を定速で回転駆動する定速駆動装置（Ｃ
ｏｎｓｔａｎｔ Ｓｐｅｅｄ Ｄｒｉｖｅ：ＣＳＤ）を
エンジンと発電機との間に備えたものが開発されてい
る。これにより，エンジン回転数が変動した場合にも，
発電機を一定の速度で駆動することが可能となり，上記
規格で規定された所定の出力周波数の電力を供給するこ
とができる。上記低速駆動装置の代表例としては，差動
歯車−油圧ＣＳＤが挙げられる。ここで，図５を用い
て，上記差動歯車−油圧ＣＳＤを設けた発電装置につい
て説明する。図５に示す発電装置Ｚ２はエンジンＸに接
続され，油圧ポンプ１，制御弁２，差動歯車３，制御部
４とを備える差動歯車−油圧ＣＳＤ：Ｙと，発電機Ｂと
を具備して概略構成される，ここで，上記油圧ポンプ１
は，エンジンＸによって駆動され，その回転力によって
油圧（油量）Ｑｓを上記制御弁２に対して供給する。上
記制御弁２は，上記制御部４からの制御指令Ｖｃに基づ
いて，上記油圧ポンプ１から供給される油圧（油量）Ｑ
ｓを制御し，所定の油圧（油量）Ｑｃとして上記差動歯
車３に対して供給する。上記差動歯車３は，上記制御弁
２より供給される所定の油圧（油量）Ｑｃに応じてエン
ジンＸから上記発電機Ｂに伝達される回転数の伝達率を
調整し，上記発電機Ｂを回転速度Ｎｏで回転させる。上
記制御部４は，発電機Ｙの回転速度ｆｉが入力され，該
回転速度ｆｉが発電機Ｙの発電すべき所定の周波数にな
るように上記制御弁２に対する制御信号Ｖｃを演算する
と共に，発電機Ｙの出力Ｐｏが入力され，該出力Ｐｏが
所定の出力になるように上記発電機Ｙの界磁電流Ｉｆを
演算している。このような構成によって，上記発電装置
Ｚ２では，エンジンＸの回転速度Ｎｉが変動した場合に
は，その回転速度の変動に応じて上記制御弁２から供給
される油圧（油量）Ｑｃを好適に制御することによっ
て，該発電機Ｙの回転速度Ｎｏを一定に制御することが
可能となり，該発電装置Ｚ２の出力電力における出力周
波数を所定の値に制御することができる。また，上記発
電機Ｙの出力電圧が変動した場合には，界磁電流Ｉｆを
調整することによって，該発電装置Ｚ２が発電すべき所
定の出力とすることが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記発
電装置Ｚ２は，上記油圧ポンプ１において，ピストン方
式を採用しているため，シリンダ内を往復摺動するピス
トンの磨耗，或いは油膜切れによるピストンの焼き付き
を起こし易い。特に航空機に搭載される場合のように，
高温に曝される環境で使用される場合には，その傾向が
更に強まる。そのため，上記各部の頻繁なメンテナンス
が不可欠となり，作業時間或いはメンテナンスコストの
増大を避けることができない。また，当該発電装置Ｚ２
は，その構造が複雑であることに加え，新たに油圧機械
機構が必要となるため，航空機に搭載される発電装置に
とって重要な要素である小型軽量化，更には低コスト化
を妨げている。そこで，本発明は上記課題に鑑みてなさ
れたものであり，その目的とするところは，接続された
原動機の運転状況に拘わらず所定の出力電圧及び出力周
波数で発電可能な発電装置であって，高い信頼性を有す
ると共に小型軽量な発電装置を提供することにある。
電装置Ｚ２は，上記油圧ポンプ１において，ピストン方
式を採用しているため，シリンダ内を往復摺動するピス
トンの磨耗，或いは油膜切れによるピストンの焼き付き
を起こし易い。特に航空機に搭載される場合のように，
高温に曝される環境で使用される場合には，その傾向が
更に強まる。そのため，上記各部の頻繁なメンテナンス
が不可欠となり，作業時間或いはメンテナンスコストの
増大を避けることができない。また，当該発電装置Ｚ２
は，その構造が複雑であることに加え，新たに油圧機械
機構が必要となるため，航空機に搭載される発電装置に
とって重要な要素である小型軽量化，更には低コスト化
を妨げている。そこで，本発明は上記課題に鑑みてなさ
れたものであり，その目的とするところは，接続された
原動機の運転状況に拘わらず所定の出力電圧及び出力周
波数で発電可能な発電装置であって，高い信頼性を有す
ると共に小型軽量な発電装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は，可変速運転される原動機によって駆動さ
れ，所定の出力電圧及び出力周波数の電力を発電する発
電装置において，複数相巻線を有するロータとステータ
を具備し，上記ロータが上記原動機の回転に応じて回転
される発電機と，上記ロータの巻線に交流電圧を供給
し，該交流電圧の位相に応じた回転速度で回転する交流
界磁を発生させる界磁手段と，上記ロータの巻線に発生
した上記交流界磁により上記ステータの巻線に誘起され
る誘起電力における出力電圧及び出力周波数が所定の値
となるように，上記交流界磁をベクトル制御する制御手
段とを具備してなることを特徴とする発電装置として構
成される。ここで，上記制御手段としては，上記電動機
の回転数に応じて上記界磁手段より供給される上記交流
電圧の位相を制御する位相制御部と，上記発電機の出力
電圧に応じて上記界磁手段より供給される上記交流電圧
の振幅を制御する振幅制御部とを具備してなるものが考
えられる。また，上記界磁手段は，回転トランス，或い
はスリップリング及びブラシを介して上記ロータの各巻
線に上記交流電圧を供給する形態が考えられる。このよ
うに構成することによって，従来の発電装置においては
不可欠であった油圧機械機構を設けることなく，所定の
出力電圧及び出力周波数の電力を発電することが可能と
なり，高い信頼性を有すると共に小型軽量な発電装置と
することができる。更には，上記ロータの各巻線に発生
する交流界磁の界磁ベクトルを制御するという簡略な構
成によって実現されるものであるため，日常的なメンテ
ンナンスが不要であることに加え，製造コスト面にも優
れる。
に本発明は，可変速運転される原動機によって駆動さ
れ，所定の出力電圧及び出力周波数の電力を発電する発
電装置において，複数相巻線を有するロータとステータ
を具備し，上記ロータが上記原動機の回転に応じて回転
される発電機と，上記ロータの巻線に交流電圧を供給
し，該交流電圧の位相に応じた回転速度で回転する交流
界磁を発生させる界磁手段と，上記ロータの巻線に発生
した上記交流界磁により上記ステータの巻線に誘起され
る誘起電力における出力電圧及び出力周波数が所定の値
となるように，上記交流界磁をベクトル制御する制御手
段とを具備してなることを特徴とする発電装置として構
成される。ここで，上記制御手段としては，上記電動機
の回転数に応じて上記界磁手段より供給される上記交流
電圧の位相を制御する位相制御部と，上記発電機の出力
電圧に応じて上記界磁手段より供給される上記交流電圧
の振幅を制御する振幅制御部とを具備してなるものが考
えられる。また，上記界磁手段は，回転トランス，或い
はスリップリング及びブラシを介して上記ロータの各巻
線に上記交流電圧を供給する形態が考えられる。このよ
うに構成することによって，従来の発電装置においては
不可欠であった油圧機械機構を設けることなく，所定の
出力電圧及び出力周波数の電力を発電することが可能と
なり，高い信頼性を有すると共に小型軽量な発電装置と
することができる。更には，上記ロータの各巻線に発生
する交流界磁の界磁ベクトルを制御するという簡略な構
成によって実現されるものであるため，日常的なメンテ
ンナンスが不要であることに加え，製造コスト面にも優
れる。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下添付図面を参照しながら，本
発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の
理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本
発明を具現化した一例であって，本発明の技術的範囲を
限定する性格のものではない。ここに，図１は本発明の
実施形態に係る発電機の概略構成を示す構成図，図２は
発電機のロータとステータの巻線モデルを示す図，図３
はロータの巻線に供給される交流電圧を制御する制御手
段の一例を示すブロック図，図４はロータの巻線に供給
される交流電圧を制御する制御手段のその他の例を示す
ブロック図，図５は従来公知の発電装置の概略構成を示
すブロック図である。
発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の
理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本
発明を具現化した一例であって，本発明の技術的範囲を
限定する性格のものではない。ここに，図１は本発明の
実施形態に係る発電機の概略構成を示す構成図，図２は
発電機のロータとステータの巻線モデルを示す図，図３
はロータの巻線に供給される交流電圧を制御する制御手
段の一例を示すブロック図，図４はロータの巻線に供給
される交流電圧を制御する制御手段のその他の例を示す
ブロック図，図５は従来公知の発電装置の概略構成を示
すブロック図である。
【０００６】本発明の実施の形態に係る発電装置Ｚ１
は，図１に示す如く具体化される。該発電装置Ｚ１は，
３相巻線（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）を有し，不図示のエンジ
ンによって所定の回転速度Ｎｉで回転されるロータＥ
と，３相巻線（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）を有するステータＦ
とを備えた発電機Ａと，制御部Ｄからの制御指令に応じ
た所定の出力電圧及び位相の３相交流電圧（Ｖｕ，Ｖ
ｖ，Ｖｗ）を供給する交流電源Ｃ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３：
界磁手段の一例に該当）と，該交流電源Ｃからの上記３
相交流電圧を上記ロータＥの各巻線に供給する回転トラ
ンスＲＴ（ＲＴ１，ＲＴ２，ＲＴ３）とを具備して構成
される。ここで，当該発電装置Ｚ１が航空機に搭載され
る場合には，上記交流電源Ｃは，上記発電機Ａと同軸に
エンジンに接続され，該エンジンによって回転駆動され
ることによって３相交流電力を発電する永久磁石形同期
発電機を用いることが一般的であるが，ここでは簡単の
ために３相交流電圧を供給する交流電源として表すもの
とする。このような構成により，上記ロータＥには，上
記交流電源Ｃから上記回転トランスＲＴを介して供給さ
れる３相交流電圧（Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ）によって，該３
相交流電圧の位相に応じた回転速度Ｎｅで回転する交流
界磁Φが発生する。その結果，上記ステータＦには，上
記ロータＥ（エンジン）の回転速度Ｎｉと上記交流界磁
Φの回転速度Ｎｅの和に等しい周波数の誘起電圧（Ｖ
ａ，Ｖｂ，Ｖｃ）が誘起され，該ステータＥに接続され
る３相負荷Ｇに対して３相交流電流（ｉａ，ｉｂ，ｉ
ｃ）が供給される。つまり，当該発電装置Ｚ１において
は，上記ロータＥ（エンジン）の回転速度Ｎｉが変動し
た際にも，その変動分を補償するように上記交流界磁Φ
の回転速度Ｎｅを調整し，上記回転速度の和（Ｎｉ＋Ｎ
ｅ）が一定となるように制御することによって，上記ス
テータＦに誘起される誘起電力の周波数を一定に制御す
ることが可能となる。即ち，本実施形態は，上述した特
性を利用したものであり，上記ロータＥ（エンジン）の
回転速度Ｎｉの変動に応じて，上記ロータＥに発生する
上記交流界磁Φをベクトル制御し，該交流界磁Φの回転
速度Ｎｅを好適に制御することによって，当該発電装置
Ｚ１の出力電力における出力周波数を所定の値に制御す
ることを特徴とする。
は，図１に示す如く具体化される。該発電装置Ｚ１は，
３相巻線（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）を有し，不図示のエンジ
ンによって所定の回転速度Ｎｉで回転されるロータＥ
と，３相巻線（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）を有するステータＦ
とを備えた発電機Ａと，制御部Ｄからの制御指令に応じ
た所定の出力電圧及び位相の３相交流電圧（Ｖｕ，Ｖ
ｖ，Ｖｗ）を供給する交流電源Ｃ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３：
界磁手段の一例に該当）と，該交流電源Ｃからの上記３
相交流電圧を上記ロータＥの各巻線に供給する回転トラ
ンスＲＴ（ＲＴ１，ＲＴ２，ＲＴ３）とを具備して構成
される。ここで，当該発電装置Ｚ１が航空機に搭載され
る場合には，上記交流電源Ｃは，上記発電機Ａと同軸に
エンジンに接続され，該エンジンによって回転駆動され
ることによって３相交流電力を発電する永久磁石形同期
発電機を用いることが一般的であるが，ここでは簡単の
ために３相交流電圧を供給する交流電源として表すもの
とする。このような構成により，上記ロータＥには，上
記交流電源Ｃから上記回転トランスＲＴを介して供給さ
れる３相交流電圧（Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ）によって，該３
相交流電圧の位相に応じた回転速度Ｎｅで回転する交流
界磁Φが発生する。その結果，上記ステータＦには，上
記ロータＥ（エンジン）の回転速度Ｎｉと上記交流界磁
Φの回転速度Ｎｅの和に等しい周波数の誘起電圧（Ｖ
ａ，Ｖｂ，Ｖｃ）が誘起され，該ステータＥに接続され
る３相負荷Ｇに対して３相交流電流（ｉａ，ｉｂ，ｉ
ｃ）が供給される。つまり，当該発電装置Ｚ１において
は，上記ロータＥ（エンジン）の回転速度Ｎｉが変動し
た際にも，その変動分を補償するように上記交流界磁Φ
の回転速度Ｎｅを調整し，上記回転速度の和（Ｎｉ＋Ｎ
ｅ）が一定となるように制御することによって，上記ス
テータＦに誘起される誘起電力の周波数を一定に制御す
ることが可能となる。即ち，本実施形態は，上述した特
性を利用したものであり，上記ロータＥ（エンジン）の
回転速度Ｎｉの変動に応じて，上記ロータＥに発生する
上記交流界磁Φをベクトル制御し，該交流界磁Φの回転
速度Ｎｅを好適に制御することによって，当該発電装置
Ｚ１の出力電力における出力周波数を所定の値に制御す
ることを特徴とする。
【０００７】ここでは，上記ロータＥに発生する上記交
流界磁Φのベクトル制御に係る詳細な説明を行う前に，
上述説明した構成の発電機Ａの発電特性を，図２に示す
ロータ及びステータの巻線モデル図を使って解析し，当
該発電機Ａの正当性について証明する。その解析手法と
しては，回転巻線系を静止巻線系に等価変換する手法で
あって，回転機解析の分野で広く用いられるｄ−ｑ軸変
換を利用する。ここで，図２（ａ）はロータ側の巻線モ
デルであって，各相（ｒ，ｓ，ｔ）における電流及び電
圧をｉｒ，ｉｓ，ｉｔ，Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔとする。ま
た，図２（ｂ）はステータ側の巻線モデルを示すもので
あって，各相（ａ，ｂ，ｃ）における電流及び電圧をｉ
ａ，ｉｂ，ｉｃ，Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃする。また，上記ロ
ータと上記ステータとの角度をθｒとする。この場合，
上記発電機Ａに関する状態方程式は下式１〜３で表すこ
とができる。
流界磁Φのベクトル制御に係る詳細な説明を行う前に，
上述説明した構成の発電機Ａの発電特性を，図２に示す
ロータ及びステータの巻線モデル図を使って解析し，当
該発電機Ａの正当性について証明する。その解析手法と
しては，回転巻線系を静止巻線系に等価変換する手法で
あって，回転機解析の分野で広く用いられるｄ−ｑ軸変
換を利用する。ここで，図２（ａ）はロータ側の巻線モ
デルであって，各相（ｒ，ｓ，ｔ）における電流及び電
圧をｉｒ，ｉｓ，ｉｔ，Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔとする。ま
た，図２（ｂ）はステータ側の巻線モデルを示すもので
あって，各相（ａ，ｂ，ｃ）における電流及び電圧をｉ
ａ，ｉｂ，ｉｃ，Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃする。また，上記ロ
ータと上記ステータとの角度をθｒとする。この場合，
上記発電機Ａに関する状態方程式は下式１〜３で表すこ
とができる。
【数１】
【数２】
【数３】
但し，ｒr，ｒaは当該発電機Ａにおける上記ロータＥ及
び上記ステータＦの巻線抵抗であり，Ｌr，Ｌaは当該発
電機Ａにおける上記ロータＥ及びステータＦの自己イン
ダクタンスであり，Ｍは当該発電機Ａにおける相互イン
ダクタンスである。また，Ｐは微分演算子であり，ωr
は上記ロータＥの回転角速度である。
び上記ステータＦの巻線抵抗であり，Ｌr，Ｌaは当該発
電機Ａにおける上記ロータＥ及びステータＦの自己イン
ダクタンスであり，Ｍは当該発電機Ａにおける相互イン
ダクタンスである。また，Ｐは微分演算子であり，ωr
は上記ロータＥの回転角速度である。
【０００８】次に，上式１，３を下式４，５に従って，
上記交流界磁Φの方向に平行なｄ軸，及び該ｄ軸に直交
するｑ軸へ座標変換する。
上記交流界磁Φの方向に平行なｄ軸，及び該ｄ軸に直交
するｑ軸へ座標変換する。
【数４】
【数５】
但し，θsはｄ軸と上記ロータｒ相との角度であり，θ
はｄ軸と上記ステータａ相との角度である。上式４，５
を用いることにより上式１は下式６のように軸変換さ
れ，ｄ軸成分電圧Ｖdr及びｑ軸成分電圧Ｖqrに変換され
る。同様に，上式３は，下式７のようにｄ軸成分電圧Ｖ
da及びｑ軸成分電圧Ｖqaに変換される。
はｄ軸と上記ステータａ相との角度である。上式４，５
を用いることにより上式１は下式６のように軸変換さ
れ，ｄ軸成分電圧Ｖdr及びｑ軸成分電圧Ｖqrに変換され
る。同様に，上式３は，下式７のようにｄ軸成分電圧Ｖ
da及びｑ軸成分電圧Ｖqaに変換される。
【数６】
【数７】
【０００９】上記６及び上式７を一つに纏めると下式８
のように表せる。
のように表せる。
【数８】
ここで，当該発電機Ａによって発電される電力Ｐoは，
上式８で表された電圧の右辺の行列成分うちω及びωs
を含んでいる成分（誘起電力項）と，ｄ−ｑ軸変換した
上記ロータＥ及び上記ステータＦの電流との積によって
算出されるので，当該発電機Ａの電力Ｐoは下式９のよ
うに表せる。
上式８で表された電圧の右辺の行列成分うちω及びωs
を含んでいる成分（誘起電力項）と，ｄ−ｑ軸変換した
上記ロータＥ及び上記ステータＦの電流との積によって
算出されるので，当該発電機Ａの電力Ｐoは下式９のよ
うに表せる。
【数９】
【００１０】更に，ｄ軸が当該発電機Ａの界磁電流ベク
トル上にとられているとすると，上式９における上記ロ
ータＥの電流のｄ軸方向成分ｉdrは界磁電流ｉf，ｑ軸
方向成分ｉqrは０となるため，当該発電機Ａの出力Ｐo
は下式１０で表すことができる。
トル上にとられているとすると，上式９における上記ロ
ータＥの電流のｄ軸方向成分ｉdrは界磁電流ｉf，ｑ軸
方向成分ｉqrは０となるため，当該発電機Ａの出力Ｐo
は下式１０で表すことができる。
【数１０】
従って，当該発電機Ａの出力Ｐoは，界磁電流ｉf及び上
記ロータＥの回転角速度ωrに比例するが，上記交流界
磁Φの回転速度ωsとは独立であることが上式１０より
理解できる。このような発電特性は一般的な交流発電機
と同様の特性であるため，当該発電機Ａの交流発電機と
しての正当性が証明され，実現性を有するものと見なす
ことができる。
記ロータＥの回転角速度ωrに比例するが，上記交流界
磁Φの回転速度ωsとは独立であることが上式１０より
理解できる。このような発電特性は一般的な交流発電機
と同様の特性であるため，当該発電機Ａの交流発電機と
しての正当性が証明され，実現性を有するものと見なす
ことができる。
【００１１】次に，図３を用いて，当該発電機Ｚ１にお
いて発電される電力の出力電圧及び出力周波数を所定の
値とするために上記ロータＥに発生する上記交流界磁Φ
をベクトル制御する手法について説明する。本実施形態
では，上記ロータＥに発生する上記交流界磁Φをベクト
ル制御するために上記交流電源Ｃ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）
から供給される３相交流電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）の位
相及び出力電圧を制御することを特徴とする。そのた
め，上記交流電源Ｃ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）から供給され
る３相交流電圧を制御する制御部Ｄは，エンジンの回転
数Ｎｉに応じて上記３相交流電圧の位相を制御する位相
制御部Ｄ１と，上記ステータＦに誘起される誘起電力
（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）に応じて上記３相交流電圧の振幅
を制御する振幅制御部Ｄ２とで構成される。 （位相制御部Ｄ１）上記位相制御部Ｄ１は，回転速度検
出部７と，回転位相演算部８とを具備して構成される。
上記回転速度検出部７は，例えば，エンジンの回転軸に
設けられる電磁式速度検出器を含み，エンジンの回転周
波数ｆｉを検出するものである。上記回転速度検出部７
によって検出された回転周波数ｆｉは，当該発電機Ｚ１
が発電すべき規範周波数設定ｆｒｅｆ（航空機の場合に
は４００Ｈｚ）と比較演算され，誤差周波数ｆｓとして
上記回転位相演算部８に入力される。上記回転位相演算
部８では，入力された上記誤差周波数ｆｓを積分するこ
とによって，上記規範周波数設定ｆｒｅｆに対するエン
ジンの回転周波数ｆｉの変動分（ｆｓ）を補正するよう
な回転速度Ｎｅで回転する交流界磁Φを発生させ得る交
流電圧の位相θｓが演算される。ここで，上記誤差周波
数ｆｓの積分演算では，その積分値（θｓ）が２πにな
る度に積分値を０とし，再び積分演算を実行するもので
ある。このようにすれば，算出される位相θｓは，０か
ら２πの範囲で周期的に変化するものであって，その周
期は１／ｆｓとなる。また，上記交流電源Ｃは３相交流
電源であるので，上記回転位相演算部８で演算された位
相θｓに基づいて１２０°づつ遅れた位相を算出し，そ
れぞれの位相として用いれば良い。 （振幅制御部Ｄ２）一方，上記振幅制御部Ｄ２は，電圧
検出部５と，電圧制御部６とを具備して構成される。上
記電圧検出部５は，上記ステータＦに誘起される誘起電
力（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）を検出すると共に，半波整流或
いは全波整流等を用いて整流することにより検出電圧Ｖ
ｆを取得する。上記電圧検出部５によって取得された上
記検出電力Ｖｆは，当該発電機Ｚ１が発電すべき規範出
力設定Ｖｒｅｆ（航空機の場合には１１５Ｖ）と比較演
算され，誤差電圧Ｖｅとして上記電圧制御部６に入力さ
れる。上記電圧制御部６は，例えば比例積分要素を備え
たものであって，入力された上記誤差電圧Ｖｅが０とな
るような上記交流界磁Φを発生させ得る交流電圧の振幅
Ｖｃが演算される。以上のような手順に従って上記位相
制御部Ｄ１及び上記振幅制御部Ｄ２において演算された
位相θｓ，振幅Vｃに基づいて上記交流電源Ｃ（Ｃ１，
Ｃ２，Ｃ３）より供給される交流電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖ
ｗ）の位相及び振幅を調整すれば，上記ロータＥの回転
速度Ｎｉが変動した，或いは当該発電装置Ｚ１の出力電
圧が変動した際にも，その変動分を補償するような上記
交流界磁Φを上記ロータＥに発生させることが可能とな
り，当該発電装置Ｚ１の出力電力における出力電圧及び
出力周波数は所定の値に制御することが可能となる。即
ち，本実施形態における発電装置Ｚ１は，従来の発電装
置に較べて，油圧機械系統を省略したことによって高い
信頼性を有すると共に小型軽量化が可能であると共に，
日常的なメンテンナンスが不要であるためメンテナンス
コストの低減にも著しい寄与を果たし得る。
いて発電される電力の出力電圧及び出力周波数を所定の
値とするために上記ロータＥに発生する上記交流界磁Φ
をベクトル制御する手法について説明する。本実施形態
では，上記ロータＥに発生する上記交流界磁Φをベクト
ル制御するために上記交流電源Ｃ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）
から供給される３相交流電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）の位
相及び出力電圧を制御することを特徴とする。そのた
め，上記交流電源Ｃ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）から供給され
る３相交流電圧を制御する制御部Ｄは，エンジンの回転
数Ｎｉに応じて上記３相交流電圧の位相を制御する位相
制御部Ｄ１と，上記ステータＦに誘起される誘起電力
（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）に応じて上記３相交流電圧の振幅
を制御する振幅制御部Ｄ２とで構成される。 （位相制御部Ｄ１）上記位相制御部Ｄ１は，回転速度検
出部７と，回転位相演算部８とを具備して構成される。
上記回転速度検出部７は，例えば，エンジンの回転軸に
設けられる電磁式速度検出器を含み，エンジンの回転周
波数ｆｉを検出するものである。上記回転速度検出部７
によって検出された回転周波数ｆｉは，当該発電機Ｚ１
が発電すべき規範周波数設定ｆｒｅｆ（航空機の場合に
は４００Ｈｚ）と比較演算され，誤差周波数ｆｓとして
上記回転位相演算部８に入力される。上記回転位相演算
部８では，入力された上記誤差周波数ｆｓを積分するこ
とによって，上記規範周波数設定ｆｒｅｆに対するエン
ジンの回転周波数ｆｉの変動分（ｆｓ）を補正するよう
な回転速度Ｎｅで回転する交流界磁Φを発生させ得る交
流電圧の位相θｓが演算される。ここで，上記誤差周波
数ｆｓの積分演算では，その積分値（θｓ）が２πにな
る度に積分値を０とし，再び積分演算を実行するもので
ある。このようにすれば，算出される位相θｓは，０か
ら２πの範囲で周期的に変化するものであって，その周
期は１／ｆｓとなる。また，上記交流電源Ｃは３相交流
電源であるので，上記回転位相演算部８で演算された位
相θｓに基づいて１２０°づつ遅れた位相を算出し，そ
れぞれの位相として用いれば良い。 （振幅制御部Ｄ２）一方，上記振幅制御部Ｄ２は，電圧
検出部５と，電圧制御部６とを具備して構成される。上
記電圧検出部５は，上記ステータＦに誘起される誘起電
力（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）を検出すると共に，半波整流或
いは全波整流等を用いて整流することにより検出電圧Ｖ
ｆを取得する。上記電圧検出部５によって取得された上
記検出電力Ｖｆは，当該発電機Ｚ１が発電すべき規範出
力設定Ｖｒｅｆ（航空機の場合には１１５Ｖ）と比較演
算され，誤差電圧Ｖｅとして上記電圧制御部６に入力さ
れる。上記電圧制御部６は，例えば比例積分要素を備え
たものであって，入力された上記誤差電圧Ｖｅが０とな
るような上記交流界磁Φを発生させ得る交流電圧の振幅
Ｖｃが演算される。以上のような手順に従って上記位相
制御部Ｄ１及び上記振幅制御部Ｄ２において演算された
位相θｓ，振幅Vｃに基づいて上記交流電源Ｃ（Ｃ１，
Ｃ２，Ｃ３）より供給される交流電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖ
ｗ）の位相及び振幅を調整すれば，上記ロータＥの回転
速度Ｎｉが変動した，或いは当該発電装置Ｚ１の出力電
圧が変動した際にも，その変動分を補償するような上記
交流界磁Φを上記ロータＥに発生させることが可能とな
り，当該発電装置Ｚ１の出力電力における出力電圧及び
出力周波数は所定の値に制御することが可能となる。即
ち，本実施形態における発電装置Ｚ１は，従来の発電装
置に較べて，油圧機械系統を省略したことによって高い
信頼性を有すると共に小型軽量化が可能であると共に，
日常的なメンテンナンスが不要であるためメンテナンス
コストの低減にも著しい寄与を果たし得る。
【００１２】
【実施例】上記実施形態Ｚ１では，上記交流電源Ｃの３
相交流電圧の位相並びに振幅を制御することによって上
記交流界磁Φをベクトル制御する形態について説明した
が，上記交流電源Ｃの３相交流電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉ
ｗ）を制御することによって上記交流界磁Φをベクトル
制御する形態も考え得る。その実施例を，図４に示す。
同図に示す如く，本実施例は，エンジンの回転数Ｎｉに
応じて上記３相交流電流の位相を制御する位相制御部Ｄ
３で算出された位相θｓと，上記ステータＦに誘起され
る誘起電力（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）に応じて上記３相交流
電流の振幅を制御する振幅制御部Ｄ４で算出された振幅
Ｉｃとに基づいて上記交流電源Ｃ’（Ｃ４，Ｃ５，Ｃ
６）における交流電流（Ｉｕ*，Ｉｖ*，Ｉｗ*）を調整
することは上記実施形態と同様である。しかしながら本
実施例では，上記交流電源Ｃ’が電流制御部１０及び電
流検出部１１をさらに具備し，該電流検出部１１によっ
て検出される上記交流電源Ｃ’の３相交流電流（Ｉｕ，
Ｉｖ，Ｉｗ）を，上記交流電流（Ｉｕ*，Ｉｖ*，Ｉ
ｗ*）となるように，３相交流電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖ
ｗ）を制御している点で上記実施形態と異なる。即ち，
このような構成においては，当該発電機Ａのロータ界磁
電流を電流制御することが可能となり，上記実施形態に
較べて高応答性化を図ることができる。
相交流電圧の位相並びに振幅を制御することによって上
記交流界磁Φをベクトル制御する形態について説明した
が，上記交流電源Ｃの３相交流電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉ
ｗ）を制御することによって上記交流界磁Φをベクトル
制御する形態も考え得る。その実施例を，図４に示す。
同図に示す如く，本実施例は，エンジンの回転数Ｎｉに
応じて上記３相交流電流の位相を制御する位相制御部Ｄ
３で算出された位相θｓと，上記ステータＦに誘起され
る誘起電力（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）に応じて上記３相交流
電流の振幅を制御する振幅制御部Ｄ４で算出された振幅
Ｉｃとに基づいて上記交流電源Ｃ’（Ｃ４，Ｃ５，Ｃ
６）における交流電流（Ｉｕ*，Ｉｖ*，Ｉｗ*）を調整
することは上記実施形態と同様である。しかしながら本
実施例では，上記交流電源Ｃ’が電流制御部１０及び電
流検出部１１をさらに具備し，該電流検出部１１によっ
て検出される上記交流電源Ｃ’の３相交流電流（Ｉｕ，
Ｉｖ，Ｉｗ）を，上記交流電流（Ｉｕ*，Ｉｖ*，Ｉ
ｗ*）となるように，３相交流電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖ
ｗ）を制御している点で上記実施形態と異なる。即ち，
このような構成においては，当該発電機Ａのロータ界磁
電流を電流制御することが可能となり，上記実施形態に
較べて高応答性化を図ることができる。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように，本発明は，可変速
運転される原動機によって駆動され，所定の出力電圧及
び出力周波数の電力を発電する発電装置において，複数
相巻線を有するロータとステータを具備し，上記ロータ
が上記原動機の回転に応じて回転される発電機と，上記
ロータの巻線に交流電圧を供給し，該交流電圧の位相に
応じた回転速度で回転する交流界磁を発生させる界磁手
段と，上記ロータの巻線に発生した上記交流界磁により
上記ステータの巻線に誘起される誘起電力における出力
電圧及び出力周波数が所定の値となるように，上記交流
界磁をベクトル制御する制御手段とを具備してなること
を特徴とする発電装置として構成される。ここで，上記
制御手段としては，上記電動機の回転数に応じて上記界
磁手段より供給される上記交流電圧の位相を制御する位
相制御部と，上記発電機の出力電圧に応じて上記界磁手
段より供給される上記交流電圧の振幅を制御する振幅制
御部とを具備してなるものが考えられる。また，上記界
磁手段は，回転トランス，或いはスリップリング及びブ
ラシを介して上記ロータの各巻線に上記交流電圧を供給
する形態が考えられる。このように構成することによっ
て，従来の発電装置においては不可欠であった油圧機械
機構を設けることなく，所定の出力電圧及び出力周波数
の電力を発電することが可能となり，高い信頼性を有す
ると共に小型軽量な発電装置とすることができる。更に
は，上記ロータの各巻線に発生する交流界磁の界磁ベク
トルを制御するという簡略な構成によって実現されるも
のであるため，日常的なメンテンナンスが不要であるこ
とに加え，製造コスト面にも優れる。
運転される原動機によって駆動され，所定の出力電圧及
び出力周波数の電力を発電する発電装置において，複数
相巻線を有するロータとステータを具備し，上記ロータ
が上記原動機の回転に応じて回転される発電機と，上記
ロータの巻線に交流電圧を供給し，該交流電圧の位相に
応じた回転速度で回転する交流界磁を発生させる界磁手
段と，上記ロータの巻線に発生した上記交流界磁により
上記ステータの巻線に誘起される誘起電力における出力
電圧及び出力周波数が所定の値となるように，上記交流
界磁をベクトル制御する制御手段とを具備してなること
を特徴とする発電装置として構成される。ここで，上記
制御手段としては，上記電動機の回転数に応じて上記界
磁手段より供給される上記交流電圧の位相を制御する位
相制御部と，上記発電機の出力電圧に応じて上記界磁手
段より供給される上記交流電圧の振幅を制御する振幅制
御部とを具備してなるものが考えられる。また，上記界
磁手段は，回転トランス，或いはスリップリング及びブ
ラシを介して上記ロータの各巻線に上記交流電圧を供給
する形態が考えられる。このように構成することによっ
て，従来の発電装置においては不可欠であった油圧機械
機構を設けることなく，所定の出力電圧及び出力周波数
の電力を発電することが可能となり，高い信頼性を有す
ると共に小型軽量な発電装置とすることができる。更に
は，上記ロータの各巻線に発生する交流界磁の界磁ベク
トルを制御するという簡略な構成によって実現されるも
のであるため，日常的なメンテンナンスが不要であるこ
とに加え，製造コスト面にも優れる。
【図１】 本発明の実施形態に係る発電機の概略構成を
示す構成図。
示す構成図。
【図２】 発電機のロータとステータの巻線モデルを示
す図
す図
【図３】 ロータの巻線に供給される交流電圧を制御す
る制御手段の一例を示すブロック図
る制御手段の一例を示すブロック図
【図４】 ロータの巻線に供給される交流電圧を制御す
る制御手段のその他の例を示すブロック図。
る制御手段のその他の例を示すブロック図。
【図５】 従来公知の発電装置の概略構成を示すブロッ
ク図。
ク図。
Ａ…発電機
Ｂ…発電機
Ｃ…交流電源
Ｄ…制御部
Ｅ…ロータ
Ｆ…ステータ
Ｇ…負荷
Ｘ…エンジン
Ｙ…作動歯車−油圧ＣＳＤ
Ｚ…発電装置
ＲＴ…回転トランス
１…油圧ポンプ
２…制御弁
３…差動歯車
４…制御部
５…電圧検出部
６…電圧制御部
７…回転速度検出部
８…回転位相演算部
９…電流制御部
１０…電流制御部
１１…電流検出部
Claims (4)
- 【請求項１】 可変速運転される原動機によって駆動さ
れ，所定の出力電圧及び出力周波数の電力を発電する発
電装置において，複数相巻線を有するロータとステータ
を具備し，上記ロータが上記原動機の回転に応じて回転
される発電機と，上記ロータの巻線に交流電圧を供給
し，該交流電圧の位相に応じた回転速度で回転する交流
界磁を発生させる界磁手段と，上記ロータの巻線に発生
した上記交流界磁により上記ステータの巻線に誘起され
る誘起電力における出力電圧及び出力周波数が所定の値
となるように，上記交流界磁をベクトル制御する制御手
段と，を具備してなることを特徴とする発電装置。 - 【請求項２】 上記制御手段が，上記電動機の回転数に
応じて上記界磁手段より供給される上記交流電圧の位相
を制御する位相制御部と，上記発電機の出力電圧に応じ
て上記界磁手段より供給される上記交流電圧の振幅を制
御する振幅制御部とを具備してなる請求項１に記載の発
電装置。 - 【請求項３】 上記界磁手段が，回転トランスを介して
上記ロータの各巻線に上記交流電圧を供給してなる請求
項１或いは２のいずれかに記載の発電装置。 - 【請求項４】 上記界磁手段が，スリップリング及びブ
ラシを介して上記ロータの各巻線に上記交流電圧を供給
してなる請求項１或いは２のいずれかに記載の発電装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002099492A JP2003299395A (ja) | 2002-04-02 | 2002-04-02 | 発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002099492A JP2003299395A (ja) | 2002-04-02 | 2002-04-02 | 発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003299395A true JP2003299395A (ja) | 2003-10-17 |
Family
ID=29388160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002099492A Pending JP2003299395A (ja) | 2002-04-02 | 2002-04-02 | 発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003299395A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008125177A (ja) * | 2006-11-09 | 2008-05-29 | Toyo Densan Kk | 発電装置 |
| JP2019118254A (ja) * | 2017-11-21 | 2019-07-18 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | 独立速度可変周波数交流発電機 |
| CN110391772A (zh) * | 2018-04-23 | 2019-10-29 | 波音公司 | 外部调制的独立调速变频发电机 |
-
2002
- 2002-04-02 JP JP2002099492A patent/JP2003299395A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008125177A (ja) * | 2006-11-09 | 2008-05-29 | Toyo Densan Kk | 発電装置 |
| JP2019118254A (ja) * | 2017-11-21 | 2019-07-18 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | 独立速度可変周波数交流発電機 |
| JP7403217B2 (ja) | 2017-11-21 | 2023-12-22 | ザ・ボーイング・カンパニー | 独立速度可変周波数交流発電機 |
| CN110391772A (zh) * | 2018-04-23 | 2019-10-29 | 波音公司 | 外部调制的独立调速变频发电机 |
| JP2019216586A (ja) * | 2018-04-23 | 2019-12-19 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅＢｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | 外部変調された独立型速度可変周波数発電機 |
| JP7382730B2 (ja) | 2018-04-23 | 2023-11-17 | ザ・ボーイング・カンパニー | 外部変調された独立型速度可変周波数発電機 |
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