JP2004509600A - 種々の出力電圧を形成する交流発電機を備えた装置および交流発電機により種々の出力電圧を形成する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は交流発電機（１０）により種々の出力電圧を形成する装置に関している。ここで交流発電機（１０）はロータ（１２）と複数のステータ巻線（１６）を備えたステータ（１４）とを有しており、このステータ巻線（１６）は周知の手法で出力電圧を形成するために構成される。ここで種々の出力電圧を形成するためにステータ巻線（１６）の端子のコンフィグレーションがコンフィグレーション回路（１８）により可変である。本発明はさらに、有利な手法で本発明の装置を用いる方法に関する。

Description

【０００１】
本発明は、交流発電機がロータと複数のステータ巻線を備えたステータとを有しており、ステータ巻線は出力電圧を形成するために所定の手法で構成される、種々の出力電圧を形成する交流発電機を備えた装置に関する。本発明はまた、交流発電機がロータと複数のステータ巻線を備えたステータとを有しており、ステータ巻線は出力電圧を形成するために所定の手法で構成される、交流発電機により種々の出力電圧を形成する方法に関する。
【０００２】
従来の技術
冒頭に言及した形式の種々の出力電圧を形成する方法では、例えば回転電流発電機が設けられており、この発電機の出力相はトランスへ供給される。トランスの出力電圧をトランス巻線の種々の位置で取り出すことにより、例えばこのトランスから２つの異なる出力電圧を取り出すことができる。その後トランスの出力電圧は整流部へ供給され、最終的には異なるレベルの２つの直流電圧が得られる。種々の出力電圧を形成する他のシステムでは、交流発電機の出力電圧は最初に整流され、その後ＤＣ／ＤＣコンバータを使用して別の電圧へ変換される。従来技術のシステムでは例えば２つの異なる直流電圧が供給されるように構成されている。ただし例えば、比較的高い電力要求の点から考えると、このシステムの可変性はいまだ充分なものではない。
【０００３】
本発明の利点
本発明は冒頭に言及した形式の装置において、種々の出力電圧を形成するためにステータ巻線の端子のコンフィグレーションがコンフィグレーション回路により可変となっていることを特徴としている。このようにすれば要求に応じて出力直流電圧および出力電力の値についてコンフィグレーション回路を介した適合化を行うことができる。このため複数の安定した出力電圧レベルを使用することができる。
【０００４】
有利には、コンフィグレーション回路は切り換え可能な整流器段と組み合わせることができる。整流器段を切り換えることにより選択的に種々の出力電圧レベルを形成することができる。
【０００５】
特に有利には、コンフィグレーション回路および切り換え可能な整流器段を制御するための制御部が設けられる。このような制御部により中央ステーションからステータ巻線の端子のコンフィグレーションと所望の出力電圧レベルとを可変に調整することができる。
【０００６】
有利にはステータには３つの相が設けられている。したがって本発明は有利には回転電流発電機に関連して使用可能である。
【０００７】
特に有利には、ステータの３つの相のコンフィグレーションは可変であり、選択的に星形回路または三角形回路が形成される。星形回路では３相の始端は１つのポイントに共通に接続されいる。三角形回路では３つの相が順次に接続され、閉じた電流回路が形成される。適用分野に応じて１つまたは複数の他の回路を使用することも有利であり、切換手段が可変であるとさらに有利である。
【０００８】
有利にはステータの１つの相はそれぞれ２つずつのステータ巻線を有する。これによりシステムの可変性は出力電力に関してさらに高まる。
【０００９】
特に有利には１つの相のステータ巻線の端子のコンフィグレーションは可変であり、選択的に直列回路または並列回路が形成される。これにより要求に応じて相のステータ巻線の電圧が加算され最終的に高い出力直流電圧が使用できるようになるか、または並列回路が実現されて電位として小さな電圧であっても比較的大きな電流を流せるようになる。こうしたコンセプトを発展させていくと、同様に１つの相当たり２つ以上のステータ巻線を設けることができ、さらに可変性が高められる。
【００１０】
有利にはロータはコイル型である。ロータコイルの電流により磁界強度、ひいては装置の出力特性を制御することができる。
【００１１】
また有利にはロータは永久磁石である。これはシステムの複雑性を最小にするために有利である。
【００１２】
有利にはコンフィグレーション回路は双方向の切り換えユニットを有する。これによりステータ巻線内で交番変化する相が接続され、有利には、種々のコンフィグレーションが形成される。
【００１３】
有利には、双方向の切り換えユニットが並列の２つのサイリスタにより実現される。サイリスタの切り換え特性が確実に利用され、これによりコンフィグレーション回路の可変の切換機能が処理される。
【００１４】
また有利には双方向の切り換えユニットは２つのＭＯＳＦＥＴから成る並列回路により実現される。ＭＯＳＦＥＴはサイリスタに比べて、順方向での僅かな電圧降下に基づく僅かなエネルギ損失で動作できるという利点を有する。
【００１５】
有利には、切り換え可能な整流器段はサイリスタおよびダイオードを有する。サイリスタは例えば所定の極性で正の半波の整流に使用され、ダイオードは負の半波の整流に使用される。
【００１６】
有利には制御部により交流発電機の相の特性が監視される。これによりステータ巻線の端子の種々のコンフィグレーション間の最適な切り換え時間が定められる。特にシステムの無駄時間を最小化することができる。なぜなら例えば星形のコンフィグレーションから三角形のコンフィグレーションへの変更には１回の周期全体が必要となり、この期間中はステータ回路を通る電流は流れないからである。
【００１７】
同様に有利には、制御部により出力電圧が監視される。これにより直流電圧出力についての種々の要求に応えることができる。専用の端子部分での電圧が予め定められた所定の値を下回って降下する場合、コンフィグレーション回路を変更することにより所望の電圧を再び得ることができる。このようにすれば各出力側で必要な電流および電圧がどんな場合にも得られることが保証される。
【００１８】
特に有利には、コンフィグレーション回路および／または切り換え可能な整流器段は集積回路として実現されている。これにより特にコンパクトな装置が得られる。
【００１９】
本発明はさらに冒頭に言及した形式の方法において、種々の出力電圧を形成するために、ステータ巻線の端子のコンフィグレーションをコンフィグレーション回路により可変とすることを特徴としている。このようにすれば要求に応じて出力直流電圧および出力電力の値の観点から見てコンフィグレーション回路を介した適合化を行うことができる。このため複数の安定した出力電圧レベルを使用することができる。
【００２０】
特に有利には、コンフィグレーション回路および切り換え可能な整流器段を制御するための制御部が設けられる。整流器段を切り換えることにより選択的に種々の出力電圧レベルを形成することができる。このような制御部により中央ステーションからステータ巻線の端子のコンフィグレーションと所望の出力電圧レベルとを可変に調整することができる。
【００２１】
有利にはステータには３つの相が設けられている。したがって本発明は有利には回転電流発電機に関連して使用可能である。
【００２２】
特に有利には、ステータの３つの相のコンフィグレーションは可変であり、選択的に星形回路または三角形回路が形成される。星形回路では３相の始端は１つのポイントに共通に接続されている。三角形回路では３つの相は相互に閉じた電流回路を形成するように接続される。適用分野に応じて１つまたは複数の他の回路を使用することも有利であり、切換手段が可変であるとさらに有利である。
【００２３】
また特に有利には、ステータの相ごとに２つのステータ巻線が設けられる場合にステータ巻線のコンフィグレーションを可変とし、選択的に直列回路または並列回路を形成する。これにより要求に応じて相のステータ巻線の電圧が加算され比較的高い出力直流電圧が使用できるようになるか、または並列回路が実現され電位として小さな電圧であっても比較的大きな電流を流せるようになる。こうしたコンセプトを発展させていくと、同様に１つの相当たり２つ以上のステータ巻線を設けることができ、さらに可変性が高められる。
【００２４】
有利には、交流発電機の相の特性を制御部により監視する。これによりステータ巻線の端子の種々のコンフィグレーション間の最適な切り換え時間が定められる。特にシステムの無駄時間を最小化することができる。なぜなら例えば星形のコンフィグレーションから三角形のコンフィグレーションへの変更には１回の周期全体が必要となり、この期間にはステータ回路を通る電流は流れないからである。
【００２５】
同様に有利には、制御部により出力電圧を監視する。これにより直流電圧出力についての種々の要求に応えることができる。専用の端子部分での電圧が予め定められた所定の値を下回って降下する場合、コンフィグレーション回路を変更することにより所望の電圧を再び得ることができる。このようにすれば各出力側で必要な電流および電圧がどんな場合にも得られることが保証される。
【００２６】
本発明は、ステータ巻線の端子を可変に切り換えることにより、種々の出力電圧が得られるという驚くべき知識を基礎としている。この可変性は出力電圧の値にも供給される電力にも当てはまり、特に、動作中に変化する要求に応答することができるようになる。
【００２７】
図面
本発明を添付図を参照しながら有利な実施例に則して説明する。
【００２８】
図１には本発明を分かり易くするためのブロック回路図が示されている。図２には本発明を分かり易くするための回路図が示されている。図３には種々のコンフィグレーション手段を説明するダイアグラムが示されている。
【００２９】
有利な実施例の説明
図１には本発明を説明するためのブロック回路図が示されている。回転電流発電機１０はロータ１２およびステータ１４を有している。ロータ１２は磁界を形成する。ステータ１４は１つの相について２つの巻線１６を有しており、これによりロータ１２の回転が引き起こされる。ステータ巻線１６はコンフィグレーション回路１８に接続されている。コンフィグレーション回路は例えば三角形のコンフィグレーションと星形のコンフィグレーションとの間での切り換えを行えるように構成されている。さらにステータ巻線の直列回路と並列回路との間での切り換えを選択することもできる。コンフィグレーション回路の出力側は整流器段２０へ接続されている。この整流器段２０は２つの異なる出力直流電圧＋Ｖ、＋＋Ｖを供給できるように構成されている。さらに電子制御ユニットとして実現された制御部２２が設けられている。この制御部２２は入力信号として交流発電機１０の相の出力とこの装置によって形成される出力電圧の値とを受け取る。制御部２２はコンフィグレーション回路１８および整流器段２０の双方を制御する。
【００３０】
図１の装置は次のように動作する。回転電流発電機１０により回転電流の３つの相が形成される。これはロータ１２の回転により行われる。このロータは磁界を形成し、各ステータ巻線１４のステータ巻線１６が励磁される。ステータ１４の各相には２つずつのステータ巻線１６が設けられており、これにより全部で６つの出力電圧が交流発電機１０からコンフィグレーション回路１８へ送られる。コンフィグレーション回路１８はこれらの相を接続して星形コンフィグレーションまたは三角形コンフィグレーションとし、これらのコンフィグレーション間の切り換えを行う。さらにコンフィグレーション回路としては１つの相のステータ巻線を直列回路Ｓにする構成と並列回路Ｐにする構成とのあいだで切り換えが行われる。コンフィグレーション回路１８のこうした切り換え特性は制御部２２により制御される。コンフィグレーション回路１８の出力電圧は整流器段２０へ供給される。整流器段２０によりこの電圧が整流され、最終的には出力電圧＋Ｖ、＋＋Ｖとして出力される。出力電圧＋Ｖ、＋＋Ｖは同様に制御部２２に対する入力電圧として使用され、これにより制御部２２は出力電圧＋Ｖ、＋＋Ｖの変化に多様に応答することができる。同様に制御部２２は回転電流発電機１０の相の出力を入力情報として受け取り、コンフィグレーション回路の種々のコンフィグレーション間の最適な切り換え時間を定める。これは例えば星形のコンフィグレーションから三角形のコンフィグレーションへの変更、または三角形のコンフィグレーションから星形のコンフィグレーションへの変更がロータ１２の完全な１回転に相応する電気的な１周期の時間を要求し、当該の期間中はステータ回路に電流は流れないという背景からきている。
【００３１】
図２には回路図が示されており、これに則してコンフィグレーション回路１８および整流器段２０の特徴を詳細に説明する。ステータ巻線１６の３つの組が示されており、これをＵ_１，Ｕ_２またはＶ_１，Ｖ_２またはＷ_１，Ｗ_１とする。さらにスイッチＳ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_１５を備えたコンフィグレーション回路１８が示されている。このコンフィグレーション回路１８の出力はサイリスタＴ_１，Ｔ_２，．．．，Ｔ_６およびダイオードＤ_１，Ｄ_２，Ｄ_３を備えた整流器段２０へ接続されている。回路全体は図１に示されている制御部２２から出力された複数の信号により制御される。これらの信号はスイッチＳ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_１５およびＴ_１，Ｔ_２，．．．，Ｔ_６へ入力される。種々の信号は次の回路機能部によって実現される。
【００３２】
Δ：三角形回路
ｉｎｖΔ：星形回路
Ｓ：直列回路
ｉｎｖＳ：並列回路
Ｈ：高いほうの出力電圧＋＋Ｖの出力
Ｌ：低いほうの出力電圧＋Ｖの出力
例えば三角形回路を実現する場合、信号ΔによりスイッチＳ_５、Ｓ_１０、Ｓ_１５が閉成され、スイッチＳ_４、Ｓ_９、Ｓ_１４が開放される。これにより３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗが直列に接続され、三角形回路が実現される。信号ｉｎｖΔがセットされる他のケースでは、スイッチＳ_４、Ｓ_９、Ｓ_１４が閉成され、スイッチＳ_５、Ｓ_１０、Ｓ_１５が開放される。これにより３つの相の始端が共通のポイントに接続され、これにより星形回路が実現される。１つの相のステータ巻線が直列接続される場合、制御部２２から信号Ｓが出力される。これによりスイッチＳ_２、Ｓ_７、Ｓ_１２が閉成され、スイッチＳ_１、Ｓ_３、Ｓ_６、Ｓ_８、Ｓ_９、Ｓ_１３が開放される。このようにしてステータ巻線Ｕ_１とステータ巻線Ｕ_２とが直列に接続され、ステータ巻線Ｖ_１とステータ巻線Ｖ_２とが直列に接続され、ステータ巻線Ｗ_１とステータ巻線Ｗ_２とが直列に接続される。これに対して１つの相の各ステータ巻線を並列回路として実現する場合には、制御部２２から信号ｉｎｖＳが出力される。これによりスイッチＳ_１、Ｓ_３、Ｓ_６、Ｓ_８、Ｓ_１１、Ｓ_１３が閉成され、スイッチＳ_２、Ｓ_７、Ｓ_１２が開放される。このようにしてステータ巻線Ｕ_１とステータ巻線Ｕ_２とが並列に接続され、ステータ巻線Ｖ_１とステータ巻線Ｖ_２とが並列に接続され、ステータ巻線Ｗ_１とステータ巻線Ｗ_２とが並列に接続される。
【００３３】
上述のコンフィグレーションに依存してコンフィグレーション回路１８により種々の電圧が供給される。これらの電圧は整流器段２０へ供給される。整流器段２０は同様に電子制御部２２によって制御され、信号Ｈの出力により高いほうの電圧＋＋Ｖを出力し、信号Ｌの出力により低いほうの電圧＋Ｖを出力する。サイリスタＴ_１はステータ巻線Ｕ_１およびステータ巻線Ｕ_２の直列回路に基づいて得られた高いほうの電圧の正の半波の整流を担当し、サイリスタＴ_２はステータ巻線Ｕ_１およびステータ巻線Ｕ_２の並列回路に基づいて得られた低いほうの電圧の正の半波の整流を担当する。同様にサイリスタＴ_３は巻線Ｖ_１、Ｖ_２の直列回路に基づいて得られた高いほうの電圧の正の半波の整流を担当し、サイリスタＴ_４は巻線Ｖ_１、Ｖ_２の並列回路に基づいて得られた低いほうの電圧の正の半波の整流を担当する。サイリスタＴ_５は巻線Ｗ_１、Ｗ_２の直列回路に基づいて得られた高いほうの電圧の正の半波の整流を担当し、サイリスタＴ_６は巻線Ｗ_１、Ｗ_２の並列回路に基づいて得られた低いほうの電圧の正の半波の整流を担当する。ダイオードＤ_１はステータの相Ｕの負の半波の整流に用いられ、ダイオードＤ_２は相Ｖの負の半波の整流に用いられ、ダイオードＤ_３は相Ｗの負の半波の整流に用いられる。
【００３４】
図３には２つの異なる電流特性ｉを種々のコンフィグレーションに対するロータ周期ｎに依存して示したダイアグラムが示されている。ここでは三角形回路で１つの相のステータ巻線を並列回路にする構成と、星形回路で１つの相のステータ巻線を直列回路する構成とが示されている。
【００３５】
上述の本発明の実施例は説明のための例示にすぎず、本発明を限定するものではない。本発明の周辺構成および本発明に等価の構成も併せて、本発明の範囲内で種々の変更および修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の装置のブロック回路図である。
【図２】
本発明の装置の回路図である。
【図３】
種々のコンフィグレーション手段を示すダイアグラムである。

Claims (23)

1. 交流発電機（１０）がロータ（１２）と複数のステータ巻線（１６）を備えたステータ（１４）とを有しており、
   ステータ巻線（１６）は出力電圧を形成するために所定の手法で構成される、
   種々の出力電圧を形成する交流発電機を備えた装置において、
   種々の出力電圧を形成するために、ステータ巻線（１６）の端子のコンフィグレーションがコンフィグレーション回路（１８）により可変である、
   ことを特徴とする種々の出力電圧を形成する交流発電機を備えた装置。
2. コンフィグレーション回路（１８）は切り換え可能な整流器段（２０）と組み合わされている、請求項１記載の装置。
3. コンフィグレーション回路（１８）および切り換え可能な整流器段（２０）を制御するための制御部（２２）が設けられている、請求項１または２記載の装置。
4. ステータ（１４）には３つの相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. ステータ（１４）の３つの相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のコンフィグレーションは可変であり、選択的に星形回路または三角形回路が形成される、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. ステータ（１４）の各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は２つずつのステータ巻線（１６）を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. １つの相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のステータ巻線（１６）の端子のコンフィグレーションが可変であり、選択的に直列回路または並列回路が形成される、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. ロータ（１２）はコイル型である、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. ロータ（１２）は永久磁石である、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. コンフィグレーション回路（１８）は双方向の切り換えユニット（Ｓ_ｎ）を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 双方向の切り換えユニット（Ｓ_ｎ）は並列の２つのサイリスタにより実現されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
12. 双方向の切り換えユニット（Ｓ_ｎ）は２つのＭＯＳＦＥＴから成る直列回路により実現されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
13. 切り換え可能な整流器段（２０）はサイリスタ（Ｔ_ｎ）およびダイオード（Ｄ_ｎ）を有する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置。
14. 制御部（２２）により交流発電機（１０）の相の特性が監視される、請求項１から１３までのいずれか１項記載の装置。
15. 制御部（２２）により出力電圧が監視される、請求項１から１４までのいずれか１項記載の装置。
16. コンフィグレーション回路（１８）および／または切り換え可能な整流器段（２０）は集積回路として実現されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の装置。
17. 交流発電機（１０）がロータ（１２）と複数のステータ巻線（１６）を備えたステータ（１４）とを有しており、
    ステータ巻線（１６）は出力電圧を形成するために所定の手法で構成される、
    交流発電機により種々の出力電圧を形成する方法において、
    種々の出力電圧を形成するために、ステータ巻線（１６）の端子のコンフィグレーションをコンフィグレーション回路（１８）により可変とする、
    ことを特徴とする交流発電機により種々の出力電圧を形成する方法。
18. コンフィグレーション回路（１８）および該コンフィグレーション回路に組み合わされている切り換え可能な整流器段（２０）を制御部（２２）により制御する、請求項１７記載の方法。
19. ステータ（１４）を３つの相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）で形成する、請求項１７または１８記載の方法。
20. ステータ（１４）の３つの相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のコンフィグレーションを可変とし、選択的に星形回路または三角形回路を形成する、請求項１７から１９までのいずれか１項記載の方法。
21. ステータ（１４）の相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）ごとにステータ巻線（１６）が２つ設けられている場合に１つの相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のステータ巻線（１６）のコンフィグレーションを可変とし、選択的に直列回路または並列回路を形成する、請求項１７から２０までのいずれか１項記載の方法。
22. 交流発電機（１０）の相の特性を制御部（２２）により監視する、請求項１７から２１までのいずれか１項記載の方法。
23. 出力電圧を制御部（２２）により監視する、請求項１から２２までのいずれか１項記載の方法。