JP2006014432A - ３相交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単に間違いなく接続切換ができる3相交流発電機を提供することを目的とする。
【解決手段】 ３相の電機子巻線それぞれの両端に口出し線を有する３相交流発電機であって、電機子巻線それぞれの口出し線を用いた電機子巻線の接続替えにより３相または単相の出力電圧を生じる３相交流発電機。４個または６個の切換端子を有し、その各々には前記口出し線が分類されて接続され、かつ４個または６個の切換端子が順番に等間隔で一列または複数列に配置された電圧切換板と、この電圧切換板における切換端子に接続される接続板とをそなえ、接続板によって切換端子の接続関係を変えることにより３相交流出力および単相出力の切換を誤りなく行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、３相交流発電機に係り、とくに３相交流出力と単相交流出力とを切換出力するものに関する。

可搬形発電機として汎用されているエンジン発電機は、従来、３〜５ｋＷ程度までの小容量機の場合は単相発電機で、それ以上の大容量機は３相発電機と容量別に出力相数が分れていた。

しかるに、近年の傾向として、単相負荷の容量が増大し、６〜４０ｋＷ程度あるいはそれ以上の単相発電機を要求されるようになっている。通常、この範囲の容量の標準仕様発電機は、３相電力を供給することを主目的としており、小容量の補助単相出力は装備しているものの、主出力として単相電力を出力することはできない。

そこで、特許文献１の図５に示すように、各相に２組ずつある電機子巻線の接続を変更して３相出力および単相出力を切換出力するもの（図では、その１相分だけが示されている。）がある。切換には、多段の接点を持つ切換スイッチ(カムスイッチ)を使用する。このスイッチは、市販の三段切換式カムスイッチであり、２２個の接点を持っている。

図６は、同文献１の図５を描き直したもので、３相中の１相分の接続状態を示しており、３相すべてについての接続を示すと図７に示す通りとなる。そして、図７に示された接点のうち補助電源に使用している接点および制御用に使用している接点を除くと、図８に示すように２２接点中の１３接点が電圧切換のために必要であることが分る。

このカムスイッチは、３段切換で、(a)各相２組の電機子巻線を直列接続した場合の３相400V出力、(b)各相２組の電機子巻線を並列接続した場合の３相200V出力、(c)V結線(ジグザグ結線)の単相3線出力と3種類の切換を行うものである。これを、市場で最も必要とされている(b)および(c)の2種類だけに限定すると、図９に示すように最終的に10個の接点が必要であることが分る。

ここで、例えば４０ｋＷの単相3線100V/200V出力とすると、定格電流は200Aとなる。しかし、カムスイッチで２００Ａ定格の１０個の接点を有するとなると、大型でスペースが嵩みコスト高となり、使い難い。

そして、例えば特許文献２の図３、図４に示すように、中継板を設けて４本の配線の接続変更で電圧切換を行うことも考えられる。
特開2001-57764号公報 特開2003-333814号公報

特許文献２に示したような作業を行うと配線間違いが起き易く、希望の電圧が得られないとか、ときには発電機の焼損に到る場合もある。しかもユーザには不具合の原因が接続間違いと直ちに分らないことが多く、無用の混乱および損害を与えることになる。

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、簡単に間違いなく接続変更ができる3相交流発電機を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明では、
３相の電機子巻線を有する３相交流発電機であって、前記電機子巻線それぞれの口出し線をＵ相はＵ，Ｘ、Ｖ相はＶ，Ｙ、Ｗ相はＷ，Ｚとし、前記口出し線を用いた前記電機子巻線の接続替えにより３相または単相の出力電圧を生じる３相交流発電機において、４個の切換端子を有し、前記口出し線Ｘ，Ｙが接続される第１の切換端子、前記口出し線Ｚが接続される第２の切換端子、前記口出し線Ｖが接続される第３の切換端子、および第４の切換端子を有し、これら４つの切換端子が順番に等間隔で一列に配置された電圧切換板と、前記電圧切換板における前記切換端子間に接続される２つの接続板とをそなえ、前記接続板の一方によって前記第１および第２の切換端子間を、また前記接続板の他方によって前記第３および第４の切換端子間を短絡することにより３相交流出力を生じ、前記２つの接続板により前記第２および第３の切換端子間を短絡することにより単相３線出力を生じることを特徴とする３相交流発電機、および
３相の電機子巻線それぞれの両端に口出し線を有する３相交流発電機であって、前記電機子巻線それぞれの口出し線をＵ相はＵ，Ｘ，Ｖ相はＶ，Ｙ，Ｗ相はＷ，Ｚとし、前記口出し線を用いた前記電機子巻線の接続替えにより３相または単相の出力電圧を生じる３相交流発電機において、６個の切換端子を有し、前記口出し線Ｘ，Ｙが接続される第１の切換端子、前記口出し線Ｚが接続される第２の切換端子、前記口出し線Ｖが接続される第３の切換端子、Ｖ相中継用の第４の切換端子、前記第３の切換端子に接続された第５の切換端子および前記第２の切換端子に接続された第６の切換端子を有し、前記第１ないし第６の切換端子が３行２列または２行３列の関係に整列配置された電圧切換板と、前記電圧切換板における２行２列の関係に整列配置された４つの切換端子間に接続される２つの短絡板を絶縁体で連結してなる接続板とをそなえ、前記接続板を前記第１、第２、第４および第５の切換端子に接続することにより３相交流出力を生じ、また前記第２、第３、第５および第６の切換端子に接続することにより単相３線出力を生じることを特徴とする３相交流発電機、
を提供するものである。

本発明は上述のように、４つの整列配置された切換端子を有する電圧切換板に対して２つの接続板を各別に外側に配することにより３相出力、両者を中央に重ねて配することにより単相出力という切換を行うため、電圧切換板上の接続板の状態で視覚的に出力状態を明確に把握することができ、接続間違いを防止することができる。

また、６つの整列配置された切換端子を有する電圧切換板に対して、２枚の短絡板を絶縁ハンドルで連結してなる接続板の接続位置を切り換えることにより３相出力と単相出力との切換を行うため、正規の位置以外では接続板を取り付けできず、接続間違いを防止することができる。

以下、図１ないし図５を参照して本発明の実施例を説明する。

図１(a)ないし(d)は、本発明の一実施例における電圧切換板、切換端子、接続板の状態および発電機の電機子巻線を示すもので、図１(a)は３相出力時、図１(b)は単相出力時、図１(c)は切換端子の側面図、図１(d)は図１(a),(b)に示された切換端子に接続される巻線の口出し線を示している。

発電機の電機子巻線は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相がそれぞれ１巻線で構成されているものと、図１(d)に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相がそれぞれ２巻線ずつで構成されているものとがあるが、ここでは２巻線ずつで構成されている実施例を示す。Ｕ相の２巻線は口出し線Ｕ１，Ｘ１およびＵ２，Ｘ２を有し、Ｖ相の２巻線は口出し線Ｖ１，Ｙ１およびＶ２，Ｙ２を有し、Ｗ相の２巻線は口出し線Ｗ１，Ｚ１およびＷ２，Ｚ２を有する。

これら各巻線の口出し線が、電圧切換板１０の切換端子１１〜１４のうち１１〜１３に接続される。切換端子１１には、Ｕ相巻線の口出し線Ｘ１，Ｘ２およびＶ相巻線の口出し線Ｙ１，Ｙ２が接続され、切換端子１２には、Ｗ相巻線の口出し線Ｚ１，Ｚ２が接続され、切換端子１３には、Ｖ相巻線の口出し線Ｖ１，Ｖ２が接続されている。

そして、電圧切換板１０の切換端子１１〜１４に対して接続板２１，２２を接続することにより、出力状態を切り換える。すなわち、図１(a)に示すように、切換端子１１，１２に接続板２１を接続し、切換端子１３，１４に接続板２２を接続して外側の切換端子が接続された状態とすると、３相出力状態となる。また、図１(b)に示すように、切換端子１２，１３に接続板２１，２２を重ねて接続し内側の切換端子が接続された状態とすると、単相出力になる。

これら２態様以外の接続、つまり誤接続がなされることは、防止される。すなわち、接続板２１，２２を用いるのであるから、(i)４端子中の２端子間２箇所に接続板２１，２２を接続するか、(ii)２端子間１箇所に両接続板２１，２２を接続することになる。
(i)２端子間２箇所に接続板２１，２２を誤接続する態様としては、切換端子１１−１２間および１２-１３間を接続する場合と、切換端子１２-１３間および１３-１４間を接続する場合とがある。

例えば、切換端子１１-１２間および１２-１３間を接続すると、切換端子１２では２枚の接続板２１，２２が重なっているが、他の切換端子１１，１３では１枚の接続板だけとなる。

この結果、接続板の配置が非対称になることで誤接続が視覚的に分る上に、接続板の一方が上側に配された切換端子では、接続板が端子から浮いた状態になり、作業員は直ちに誤接続に気付く。

(ii)２端子間１箇所に両接続板２１，２２を誤接続する態様としては、切換端子１１−１２間または切換端子１３−１４間に接続板２１，２２を重ねて配する場合である。

この結果、接続板の配置が非対称になることで誤接続であることが視覚的に分る。

図２(a)，(b)は、図１(a)の接続状態における電機子巻線の結線状態、およびその結線状態を示すために電圧検出手段としてのリレーを設ける構成例を示している。図２(a)に示すように、口出し線Ｕ１，Ｕ２はブレーカＣＢを介して出力端子Ｕに接続され、口出し線Ｖ１，Ｖ２は接続板２２およびブレーカＣＢを介して出力端子Ｖに接続され、口出し線Ｗ１，Ｗ２はブレーカＣＢを介して出力端子Ｗに接続されている。

そして、接続板２１によって切換端子１１と１２とを接続すると、口出し線Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２が相互接続されて中性点を形成し、また、接続板２２によって切換端子１３と１４とを接続すると、３相出力のための結線状態となる。ここで、切換端子１２，１３間にリレーコイルＲを接続すると、このリレーコイルＲに電圧が加わる結線でもある。

図２(b)は、口出し線が接続された切換端子１１〜１４の対外接続関係を示したものである。切換端子１１はスター結線の中性点であり、出力端子「０」に接続され、切換端子１２，１３間にリレーコイルＲが接続され、切換端子１４は図２(a)に示したようにブレーカＣＢを介して出力端子「Ｖ」に接続される。これにより、発電機の出力時は、リレーコイルＲが付勢され、３相出力状態であることを示す。

図３(a)は、図１(b)の接続状態における電機子巻線の結線状態、およびその結線状態を示すためにリレーを設ける構成例を示している。図２(a)に示すように、口出し線Ｕ１，Ｕ２はブレーカＣＢを介して出力端子Ｕに接続され、口出し線Ｖ１，Ｖ２およびＺ１，Ｚ２は接続板２１，２２により相互接続され、口出し線Ｗ１，Ｗ２はブレーカＣＢを介して出力端子Ｗに接続されている。この場合、単相出力であるから出力端子Ｖは空き端子となる。

このとき、切換端子１２，１３間に接続されたリレーコイルＲは、接続板２１，２２により短絡されており、付勢されない結線状態である。リレーコイルＲが付勢されないときは単相出力状態である。

上記実施例におけるリレーコイルＲは、ランプに置き換えて点灯で３相出力、消灯で単相出力としてもよいし、発電機制御回路の電圧判定回路に接続するようにしてもよい。

図４(a),(b)は、本発明の他の実施例における切換端子の構成および短絡板を用いたその接続切換を示したものである。

この実施例では、切換端子数を６とし、これら端子を縦２×横３の整列配置とし、横方向の２つの短絡板Ｓ１，Ｓ２を絶縁ハンドルＨで連結した接続板２０の位置を横方向にスライドさせて替えることにより、３相出力(図４(a))と単相出力（図４(b)）との接続切換を行うようにしている。切換端子の配列は、例えば縦方向を横方向よりも少し長くしておけば、接続板２０の向きが変わると接続できなくなり、誤接続を防止できる。

このために、切換端子は、上段を(1)Ｕ相巻線の口出し線Ｘ１，Ｘ２およびＶ相巻線の口出し線Ｙ１，Ｙ２を接続したもの、(2)Ｗ相の口出し線Ｚ１，Ｚ２を接続したもの、(3)Ｖ相の口出し線ＶＩ，Ｖ２を接続したもの、とし、下段を(1’)Ｖ相出力端子Ｖに接続するもの、(2’)Ｖ相の口出し線ＶＩ，Ｖ２を接続したもの、(3’)Ｗ相の口出し線Ｚ１，Ｚ２を接続したもの、とする。

図５(a),(b)は、図４の実施例に用いる接続板２０の構成を示した平面図および側面図である。この図５に示すように、それぞれ切換端子板１０における切換端子の配置に合わせて２つの端子への差込穴を有する短絡板Ｓ１，Ｓ２の中央部を絶縁ハンドルＨで連結してなり、平面形状がＨ字状に形成されている。

この接続板２０の絶縁ハンドルＨを持ち、切換端子板１０における６個の端子中の左側４端子に接続すれば３相出力状態にでき、右側４端子に接続すれば単相出力状態にできる。

図１は本発明の第１の実施例を示したもので、図１(a)は３相出力時における切換端子板の切換端子に対する接続板の接続状態を示す説明図、図１(b)は単相出力時における同様の説明図、図１(c)は切換端子の側面図、図１(d)は発電機巻線の端子構成の説明図。 図２(a)は３相出力時の巻線接続図、図２(b)は３相出力時の切換端子板周りの説明図。 図３(a)は単相出力時の巻線接続図、図３(b)は単相出力時の切換端子板周りの説明図。 図４は本発明の第２の実施例を示したもので、図４(a)は３相出力時における切換端子板の切換端子に対する接続板の接続状態を示す説明図、図４(b)は単相出力時における同様の説明図。 図５(a)は図４の実施例に用いる接続板の平面図、図５(b)は同じく側面図。 従来のカムスイッチによる出力切換装置における単相分の接続説明図。 図６に示した接続説明を３相全体に広げた接続説明図。 図７の接続状態から補助電源に使用している接点および制御用に使用している接点を除いた状態を示す接続説明図。 図８の接続状態をさらに電機子巻線を並列接続した場合の３相２００Ｖ出力および単相３線出力の２種類に絞った場合の接続説明図。

符号の説明

１０ 切換端子板、１１〜１４ 切換端子、２０，２１，２２ 接続板、
Ｈ 絶縁ハンドル、Ｒ リレーコイル、Ｓ 短絡板、
Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ 口出し線。

Claims (4)

1. ３相の電機子巻線それぞれの両端に口出し線を有する３相交流発電機であって、前記電機子巻線それぞれの口出し線をＵ相はＵ，Ｘ、Ｖ相はＶ，Ｙ、Ｗ相はＷ，Ｚとし、前記口出し線を用いた前記電機子巻線の接続替えにより３相または単相の出力電圧を生じる３相交流発電機において、
   ４個の切換端子を有し、前記口出し線Ｘ，Ｙが接続される第１の切換端子、前記口出し線Ｚが接続される第２の切換端子、前記口出し線Ｖが接続される第３の切換端子、および第４の切換端子を有し、これら４つの切換端子が順番に等間隔で一列に配置された電圧切換板と、
   前記電圧切換板における前記切換端子間に接続される２つの接続板とをそなえ、
   前記接続板の一方によって前記第１および第２の切換端子間を、また前記接続板の他方によって前記第３および第４の切換端子間を短絡することにより３相交流出力を生じ、前記２つの接続板により前記第２および第３の切換端子間を短絡することにより単相３線出力を生じることを特徴とする３相交流発電機。
2. 請求項１記載の３相交流発電機において、
   前記第２および第３の切換端子間に、電圧検出手段を接続したことを特徴とする３相交流発電機。
3. ３相の電機子巻線それぞれの両端に口出し線を有する３相交流発電機であって、前記電機子巻線それぞれの口出し線をＵ相はＵ，Ｘ，Ｖ相はＶ，Ｙ，Ｗ相はＷ，Ｚとし、前記口出し線を用いた前記電機子巻線の接続替えにより３相または単相の出力電圧を生じる３相交流発電機において、
   ６個の切換端子を有し、前記口出し線Ｘ，Ｙが接続される第１の切換端子、前記口出し線Ｚが接続される第２の切換端子、前記口出し線Ｖが接続される第３の切換端子、Ｖ相中継用の第４の切換端子、前記第３の切換端子に接続された第５の切換端子および前記第２の切換端子に接続された第６の切換端子を有し、前記第１ないし第６の切換端子が３行２列または２行３列の関係に整列配置された電圧切換板と、
   前記電圧切換板における２行２列の関係に整列配置された４つの切換端子間に接続される２つの短絡板を絶縁体で連結してなる接続板とをそなえ、
   前記接続板を前記第１、第２、第４および第５の切換端子に接続することにより３相交流出力を生じ、また前記第２、第３、第５および第６の切換端子に接続することにより単相３線出力を生じることを特徴とする３相交流発電機。
4. 請求項３記載の３相交流発電機において、
   前記第２および第５または第３および第６の端子間に、電圧検出手段を接続したことを特徴とする３相交流発電機。

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