JP2006288018A - Power generator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve reliability by eliminating a slip ring and a brush. <P>SOLUTION: Power is taken out of a secondary winding without the slip ring and the brush by installing: a rectifier 31 that rectifies AC outputs from the secondary windings 27, 28 and 29; a switching element 33; and a rotary transformer 39 having a primary coil 36 and a secondary coil 38. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、交流電源に接続されて、電気パワーを機械パワーに変換して用いる動力発生装置に関するものである。   The present invention relates to a power generation device that is connected to an AC power source and converts electric power into mechanical power.

従来、この種の動力発生装置は、2次巻線を短絡するスリップリングおよびブラシを用いて2次巻線からの接続を外部に引き出し、抵抗器を接続して、電力を一部取り出すことにより、起動時(始動時)の1次巻線の電流を抑えたり、速度の制御を行う(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, this type of power generation apparatus uses a slip ring and a brush that short-circuit the secondary winding to pull out the connection from the secondary winding to the outside, connect a resistor, and extract a part of the power. The current of the primary winding at the start (starting) is suppressed or the speed is controlled (see, for example, Patent Document 1).

図5は、特許文献1に記載された従来の巻線形誘導電動機の回路図を示すものである。図5に示すように、主コンタクタ1によって3相の交流電源(図示せず)に接続される巻線形誘導電動機2は、2次巻線を短絡するため、スリップリング(図示せず)とブラシより短絡コンタクタ3が接続され、また始動時の1次電流を抑えるための抵抗器5が接続されている。   FIG. 5 shows a circuit diagram of a conventional wire wound induction motor described in Patent Document 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 5, the winding induction motor 2 connected to a three-phase AC power source (not shown) by the main contactor 1 short-circuits the secondary winding, so that a slip ring (not shown) and a brush Further, a short-circuit contactor 3 is connected, and a resistor 5 for suppressing a primary current at the start is connected.

ブラシ引上装置4は、制御回路7によりスリップリングからのブラシの引上/引下を行うものであり、停止信号が入った場合には、タイマー6によって停止時間を計時し、制御回路7は、その計時時間が設定時間になった時点で、フラッシュオーバーを防いだブラシの引下げを行い、次回の始動に備えるものとなっている。   The brush pulling device 4 pulls up / down the brush from the slip ring by the control circuit 7. When a stop signal is input, the timer 6 measures the stop time, and the control circuit 7 When the measured time reaches the set time, the brush that prevents flashover is pulled down to prepare for the next start.

また抵抗器5は、抵抗値を調節可能とした場合、可変速の電動機としても使用することが可能なものである。
特開2000−354387号公報
The resistor 5 can also be used as a variable speed electric motor when the resistance value is adjustable.
JP 2000-354387 A

しかしながら、スリップリングとブラシにより回転子側にある2次巻線からの接続の引き出しを行い、これに短絡回路、および抵抗器への接続を行う構成となっていたことから、信頼性の面での課題を有していた。   However, since the connection from the secondary winding on the rotor side is pulled out by the slip ring and the brush, and the connection to the short circuit and the resistor is made to this, in terms of reliability Had the problem of.

前記課題を解決するために、本発明の動力発生装置は、交流電源に接続された1次巻線を有し、回転磁界を発生する第1の物体と、前記回転磁界を受ける2次巻線を有し、前記第1の物体と相対的に回転自在に設けた第2の物体と、前記2次巻線からの交流出力を整流する整流器と、前記整流器の出力を高周波電力に変換するスイッチング素子と、1次コイルと2次コイルを有し前記高周波電力を伝達するロータリトランスを有し、前記整流器と前記スイッチング素子と前記1次コイルは前記第2の物体に設け、前記2次コイルを第1の物体に設けたものである。   In order to solve the above-described problem, a power generation apparatus according to the present invention includes a primary winding connected to an AC power source, a first object that generates a rotating magnetic field, and a secondary winding that receives the rotating magnetic field. A second object provided rotatably relative to the first object, a rectifier for rectifying the AC output from the secondary winding, and switching for converting the output of the rectifier to high-frequency power An element, a primary coil, a secondary coil, and a rotary transformer that transmits the high-frequency power. The rectifier, the switching element, and the primary coil are provided in the second object, and the secondary coil is provided. It is provided on the first object.

これにより、2次巻線からの負荷電力の伝達が、スリップリングやブラシによる機械的摺動部のない構成で行うことができることから、信頼性の高い動力発生装置が実現できるものとなる。   Thereby, since transmission of the load electric power from the secondary winding can be performed with a configuration without a mechanical sliding portion by a slip ring or a brush, a highly reliable power generation device can be realized.

本発明の動力発生装置は、スリップリングやブラシによる機械的摺動部のない構成とすることから、高い信頼性を実現することができるものとなる。   Since the power generation device of the present invention has a structure without a mechanical sliding portion by a slip ring or a brush, high reliability can be realized.

第1の発明は、交流電源に接続された1次巻線を有し、回転磁界を発生する第1の物体と、前記回転磁界を受ける2次巻線を有し、前記第1の物体と相対的に回転自在に設けた第2の物体と、前記2次巻線からの交流出力を整流する整流器と、前記整流器の出力を高周波電力に変換するスイッチング素子と、1次コイルと2次コイルを有し前記高周波電力を伝達するロータリトランスを有し、前記整流器と前記スイッチング素子と前記1次コイルは前記第2の物体に設け、前記2次コイルを第1の物体に設けた構成とすることにより、スリップリングやブラシの摺動部分なしで、2次巻線からの電力の取り出しが可能となり、信頼性の向上を図ることができるものとなる。   A first invention has a primary winding connected to an AC power source, and has a first object that generates a rotating magnetic field, a secondary winding that receives the rotating magnetic field, and the first object A second object provided relatively rotatably; a rectifier that rectifies the AC output from the secondary winding; a switching element that converts the output of the rectifier into high-frequency power; a primary coil and a secondary coil; A rotary transformer for transmitting the high-frequency power, wherein the rectifier, the switching element, and the primary coil are provided on the second object, and the secondary coil is provided on the first object. As a result, it is possible to take out the electric power from the secondary winding without the slip ring or the sliding part of the brush, and the reliability can be improved.

第2の発明は、第1の発明の1次巻線を3相とした構成とすることにより、簡単な構成で回転磁界を構成できる上に、スリップリングやブラシの摺動部分なしで、2次巻線からの電力の取り出しが可能となり、信頼性の向上を図ることができるものとなる。   In the second invention, the primary winding of the first invention has a three-phase configuration, so that a rotating magnetic field can be configured with a simple configuration, and there is no slip ring or brush sliding portion. Power can be taken out from the next winding, and reliability can be improved.

第3の発明は、第1の発明の1次巻線は2相とし、単相である交流電源に進相コンデンサと共に接続した構成とすることにより、一般家庭などでも広く使用されている単相電源での応用が可能であることから、使用できる範囲が極めて広くなり、スリップリングやブラシの摺動部分なしで、2次巻線からの電力の取り出しが可能となり、信頼性の向上を図ることができるものとなる。   According to a third aspect of the present invention, the primary winding of the first aspect of the present invention has a two-phase structure and is connected to a single-phase AC power source together with a phase advance capacitor, so that the single-phase is widely used in general homes and the like. Because it can be applied with a power supply, the usable range is extremely wide, and it is possible to extract power from the secondary winding without the slip ring or brush sliding part, thereby improving reliability. Will be able to.

第4の発明は、第1〜第3のいずれか1つの発明のスイッチング素子は、ファン効果を持つ放熱器に取り付けた構成とすることにより、スイッチング素子の高周波スイッチング動作でも冷却効果を最大限に活かせることから、ロータリトランスなども小型のもので構成することが可能となり、小型・低コストとすることができるものとなる。   According to a fourth aspect of the present invention, the switching element according to any one of the first to third aspects is configured to be attached to a radiator having a fan effect, so that the cooling effect is maximized even in a high-frequency switching operation of the switching element. Since it can be utilized, a rotary transformer or the like can be configured with a small size, and the size and cost can be reduced.

第5の発明は、第1〜第4のいずれか1つの発明の整流器は、ファン効果を持つ放熱器に取り付けた構成とすることにより、2次巻線の電流が大きい条件であっても整流器の冷却効果を最大限に生かせることから、小型・低コストとすることができるものとなる。   According to a fifth aspect of the present invention, the rectifier according to any one of the first to fourth aspects is mounted on a radiator having a fan effect, so that the rectifier can be used even when the current of the secondary winding is large. Since the maximum cooling effect can be utilized, the size and cost can be reduced.

第6の発明は、第1〜第5のいずれか1つの発明の構成に加え、第1の物体と第2の物体の相対速度を検知する速度検知手段と、速度設定手段を有し、前記速度検知手段の検知出力と前記速度設定手段の設定値の誤差が小さくなるように2次コイルからの出力パワーを加減する構成とすることにより、可変速運転での2次巻線の損失を抑えて、速度調節が可能であってかつ発熱の少ない動力発生装置を実現することができるものである。   A sixth invention includes, in addition to the configuration of any one of the first to fifth inventions, a speed detection unit that detects a relative speed between the first object and the second object, and a speed setting unit, By controlling the output power from the secondary coil so that the error between the detection output of the speed detection means and the set value of the speed setting means is reduced, the loss of the secondary winding in variable speed operation is suppressed. Thus, a power generator capable of adjusting the speed and generating little heat can be realized.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における動力発生装置の回路図を示している。図1において、一般に低圧電力とも呼ばれる、200Vの50Hzまたは60Hzの3相の交流電源20から、電動機21が接続されている。電動機21は、3相の交流電源20の各端子に接続された3相の1次巻線22、23、24を有し、固定子(ステータ)となって回転磁界を発生する第1の物体25を有している。回転子(ロータ)である第2の物体26は、第1の物体25に対して相対的に回転自在に設けられたもので、第1の物体25からの回転磁界を受ける3相の2次巻線27、28、29を有している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a circuit diagram of a power generation device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, an electric motor 21 is connected from a three-phase AC power source 20 of 200 V, 50 Hz or 60 Hz, which is generally called low-voltage power. The electric motor 21 has three-phase primary windings 22, 23, and 24 connected to respective terminals of the three-phase AC power supply 20, and serves as a stator (stator) that generates a rotating magnetic field. 25. The second object 26 that is a rotor (rotor) is provided so as to be relatively rotatable with respect to the first object 25, and is a three-phase secondary that receives a rotating magnetic field from the first object 25. Windings 27, 28 and 29 are provided.

なお、2次巻線の構成に関しては、本実施の形態である3相に限定されるものではなく、自由な構成が可能であり、巻数と使用するエナメル線等の断面積なども、後段の回路との関係で適度な電圧が得られるように、自由に設計できる余地がある。   Note that the configuration of the secondary winding is not limited to the three-phase that is the present embodiment, and a free configuration is possible. The number of turns and the cross-sectional area of the enameled wire to be used, etc. There is room for free design so that an appropriate voltage can be obtained in relation to the circuit.

本実施の形態においては、第2の物体26には、さらに電子回路30が設けられている。電子回路30は、2次巻線27、28、29からの交流出力を整流するため6本のダイオードを3相全波接続とした整流器31、整流器31からの直流出力をリプル電圧分の少ない波形に平滑するコンデンサ32、コンデンサ32の直流電圧を受けて、これを100kHzの高周波電力に変換するためのIGBT(絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ)で構成したスイッチング素子33、およびダイオード34、またスイッチング素子33を100kHzで45%のオン時間比率(デューティ比)にてオンオフ駆動するためゲート端子に接続された駆動回路35を備えたものとなっている。   In the present embodiment, the second object 26 is further provided with an electronic circuit 30. The electronic circuit 30 rectifies the AC output from the secondary windings 27, 28, and 29. The rectifier 31 has six diodes in a three-phase full-wave connection, and the DC output from the rectifier 31 has a waveform with a small ripple voltage. A switching element 33 composed of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a diode 34, and a switching element 33 for receiving a DC voltage of the capacitor 32 and the capacitor 32 for smoothing and converting this to a high frequency power of 100 kHz. A drive circuit 35 connected to the gate terminal is provided for on / off driving at 100 kHz with an on-time ratio (duty ratio) of 45%.

本実施の形態においては駆動回路35は、コンデンサ32の直流電圧を電源として用いて動作するものとしている。第2の物体26は、さらに1次コイル36、リセットコイル37を有しており、1次コイル36が、コンデンサ32とスイッチング素子33の間に、またリセットコイル37がコンデンサ32とダイオード34の間に接続されている。   In the present embodiment, the drive circuit 35 operates using the DC voltage of the capacitor 32 as a power source. The second object 26 further includes a primary coil 36 and a reset coil 37. The primary coil 36 is between the capacitor 32 and the switching element 33, and the reset coil 37 is between the capacitor 32 and the diode 34. It is connected to the.

第1の物体25には、1次コイル36およびリセットコイル37と磁気結合した2次コイル38を有していて、電子回路30からの高周波電力を伝達するロータリトランス39を構成している。2次コイル38には、リカバリが高速であるダイオード40、41と、チョークコイル42、コンデンサ43が接続されて、直流に整流平滑され、負荷となる抵抗44に接続されているものとなっている。   The first object 25 has a secondary coil 38 magnetically coupled to the primary coil 36 and the reset coil 37, and constitutes a rotary transformer 39 that transmits high-frequency power from the electronic circuit 30. The secondary coil 38 is connected to diodes 40 and 41 with high speed recovery, a choke coil 42 and a capacitor 43, rectified and smoothed to direct current, and connected to a resistor 44 serving as a load. .

図2は、本発明の実施の形態1における動力発生装置の第1の物体25、第2の物体26の断面図を示している。図2において、鉄製のケーシング50は、内部の発熱部の冷却を行うための図2の上面側、および側面下寄りに通風口51、52を設けている。1次巻線22は、ステータコアなどと言われる構成の珪素鋼板の積層で実現した鉄心53に巻かれており、図示されていないが、3相の他の相の1次巻線23、24も同様に、鉄心53に巻いたものとなっていて、スター結線された3つの端子は、通風口52から外に引き出されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the first object 25 and the second object 26 of the power generation device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 2, the iron casing 50 is provided with vent holes 51 and 52 on the upper surface side and the lower side surface of FIG. 2 for cooling the internal heat generating portion. The primary winding 22 is wound around an iron core 53 realized by stacking silicon steel plates having a structure called a stator core and the like. Similarly, three terminals that are wound around the iron core 53 and are star-connected are drawn out from the vent hole 52.

回転子となる第2の物体26は、ケーシング50に取り付けられたボールベアリング54、55を取り付けて回転自在としており、軸56、軸56に焼きバメされた回転子側の鉄心57、鉄心57に巻かれた2次巻線27が図示されているが、本実施の形態においては、2次巻線を3相としていることから、他の相の2次巻線28、29も同様に鉄心57に巻いて設けたものとなっている。   The second object 26 serving as the rotor is rotatable by attaching ball bearings 54 and 55 attached to the casing 50, and is attached to the iron core 57 and the iron core 57 on the rotor side that are shrinked on the shaft 56. Although the wound secondary winding 27 is shown in the figure, since the secondary winding has three phases in the present embodiment, the secondary windings 28 and 29 of other phases are similarly iron cores 57. It has been provided by wrapping around.

スター結線とした2次巻線27、28、29の3つの端子は、電子回路30に接続されており、特に整流器31と、スイッチング素子33はアルミニウム製の放熱器58に取り付けられているが、特に本実施の形態においては、放熱器58は回転によって軸方向に風を送る効果を上げるように、外周部分がファン形状となっており、ファン効果を持つものとなっている。   The three terminals of the secondary windings 27, 28, and 29 that are star-connected are connected to the electronic circuit 30, and in particular, the rectifier 31 and the switching element 33 are attached to an aluminum radiator 58. In particular, in the present embodiment, the radiator 58 has a fan shape at the outer peripheral portion so as to increase the effect of sending wind in the axial direction by rotation, and has a fan effect.

電子回路30から接続された1次コイル36とリセットコイル37は、断面が(外側に開いた)カタカナのコの字の形状としたフェライト製のコア59に巻かれており、軸56とともに回転するものとなっている。静止した2次コイル38についても、やはり断面がカタカナのコの字(ただし内側に開いた形状)のフェライト製のコア60に収められたものとなっていることから、軸56を中心に第2の物体26が回転しても、1次コイル36と2次コイル38はトランスとして動作するよう磁気結合がしっかりと保たれた状態で運転できるものとなっている。   The primary coil 36 and the reset coil 37 connected from the electronic circuit 30 are wound around a ferrite core 59 having a cross-sectional shape (opened outward) in a katakana U shape, and rotate together with the shaft 56. It has become a thing. The stationary secondary coil 38 is also housed in a ferrite core 60 having a U-shaped cross section (however, opened inward), so that the second coil 38 is centered on the shaft 56. Even if the object 26 rotates, the primary coil 36 and the secondary coil 38 can be operated with the magnetic coupling firmly maintained so as to operate as a transformer.

図3は、電子回路30のスイッチング素子33などの動作波形を示しているものであり、(ア)はスイッチング素子33のゲート電圧Vg、(イ)はスイッチング素子33のコレクタ電流Ic、(ウ)はコンデンサ43から抵抗44に供給される電圧V2の波形をそれぞれ示しているものとなっている。   3A and 3B show operation waveforms of the switching element 33 and the like of the electronic circuit 30. FIG. 3A shows the gate voltage Vg of the switching element 33, FIG. 3B shows the collector current Ic of the switching element 33, and FIG. Shows the waveform of the voltage V2 supplied from the capacitor 43 to the resistor 44, respectively.

本実施の形態においては、ロータリトランス39の極性をいわゆるフォワード方式のコンバータとしており、スイッチング素子33がオンしている期間に、2次コイル38に発生する電圧がダイオード40から、チョークコイル42を通じてコンデンサ43と抵抗44に供給され、スイッチング素子33のオフ期間中には、ダイオード40が逆阻止状態となり、ダイオード41を通る経路で、チョークコイル42と、コンデンサ43および抵抗44に循環する動作が行われるものとなっている。   In the present embodiment, the polarity of the rotary transformer 39 is a so-called forward converter, and the voltage generated in the secondary coil 38 from the diode 40 to the capacitor through the choke coil 42 while the switching element 33 is on. 43 and the resistor 44. During the OFF period of the switching element 33, the diode 40 is in the reverse blocking state, and the operation of circulating to the choke coil 42, the capacitor 43, and the resistor 44 is performed along the path passing through the diode 41. It has become a thing.

オン期間Tonについては、1次コイル36にはスイッチング素子33を通じてコンデンサ32の直流電圧V1に等しい電圧が印加され、1次コイル36のインダクタンスに応じて、ダイオード40を通じて負荷電流分が流れると同時に、直線的に電流が増加していくものとなる。   For the on period Ton, a voltage equal to the DC voltage V1 of the capacitor 32 is applied to the primary coil 36 through the switching element 33, and a load current flows through the diode 40 according to the inductance of the primary coil 36. The current increases linearly.

オフ期間Toffには、スイッチング素子33のコレクタ電流Icとしては零となり、2次コイル38の電流もなくなるが、オン期間におけるチョークコイル42に蓄えられたエネルギーによって、コンデンサ43と抵抗44には電流が供給され続けるものとなり、1次コイル36に蓄えられた磁気エネルギーの内の2次コイル38から取り出せない分については、リセットコイル37とダイオード34を通じてコンデンサ32に回生されるものとなり、フェライトコア59、60間の隙間をある程度確保した磁気結合がある程度低い設計となっても、スイッチング素子33のコレクタ電圧が過剰になることを防ぐものとなっている。   During the off period Toff, the collector current Ic of the switching element 33 becomes zero, and the current of the secondary coil 38 also disappears. However, due to the energy stored in the choke coil 42 during the on period, a current is passed through the capacitor 43 and the resistor 44. The portion of the magnetic energy stored in the primary coil 36 that cannot be extracted from the secondary coil 38 is regenerated to the capacitor 32 through the reset coil 37 and the diode 34, and the ferrite core 59, Even if the magnetic coupling that secures the gap between 60 to some extent is low, the collector voltage of the switching element 33 is prevented from becoming excessive.

以上のような構成により、本実施の形態の動力発生装置は、一定の周波数の交流電源20に接続され、同期速度が一定の条件において、回転子である第2の物体26の速度が同期速度よりも低い状態で駆動した場合、その差の速度、すなわちスベリ速度に比例した周波数の交流電圧が、2次巻線27、28、29に発生し、これが整流器31によって直流に整流されて、さらにスイッチング素子33の高周波スイッチング動作によって、スリップリングやブラシのない信頼性面で極めて有利な構成でありながら、ロータリトランス39を通じて、再び固定子である第1の物体25に取り戻すことができるものとなる。   With the configuration as described above, the power generation device of the present embodiment is connected to the AC power supply 20 with a constant frequency, and the speed of the second object 26 that is a rotor is the synchronization speed under the condition that the synchronization speed is constant. When driving in a lower state, an alternating voltage having a frequency proportional to the speed of the difference, that is, a frequency proportional to the sliding speed is generated in the secondary windings 27, 28, and 29, and this is rectified to direct current by the rectifier 31. By the high frequency switching operation of the switching element 33, it is possible to return to the first object 25, which is a stator, again through the rotary transformer 39 while having a very advantageous configuration in terms of reliability without slip rings or brushes. .

この時、スベリ角速度(rad/s)と負荷トルク(Nm)の積で計算されるスベリパワー[W]の内の相当分を2次コイル38を通じて引き出し、外部の抵抗44に消費させることができることから、第2の物体26内で処理される電力は少なくて済むものとなり、第2の物体26での発熱は低いものとすることができる。   At this time, a considerable portion of the sliding power [W] calculated by the product of the sliding angular velocity (rad / s) and the load torque (Nm) can be drawn through the secondary coil 38 and consumed by the external resistor 44. Therefore, less power is processed in the second object 26, and heat generation in the second object 26 can be reduced.

特に本実施の形態においては、100kHzでスイッチング素子33をオンオフし、高周波でロータリトランス39を働かせる構成としていることから、ロータリトランス39、コンデンサ32なども小型のもので構成することが可能となり、小型・低コストとすることができるものとなる。   In particular, in the present embodiment, since the switching element 33 is turned on and off at 100 kHz and the rotary transformer 39 is operated at a high frequency, the rotary transformer 39, the capacitor 32, and the like can also be configured in a small size. -The cost can be reduced.

なお、抵抗44においては、電力が消費されて発熱するものとなるが、適宜冷却するか、もしくは直流電源での動作が可能である他の負荷やヒータなどがある機器への応用であれば、それらへの電源供給も可能であり、エネルギーを合理的に活用することもできるものとなる。   In the resistor 44, power is consumed and heat is generated. However, if the resistor 44 is appropriately cooled or applied to a device having another load or heater that can be operated with a DC power source, Power can be supplied to them, and energy can be used rationally.

また本実施の形態では、スイッチング素子33を、ファン効果を持つ放熱器58に取り付けた構成としており、熱伝導が良く、その上に自ら高速で回転して空気との熱伝達も優れていて高い放熱効果が得られるのに加え、外周部分がプロペラ(ファン)としてひねりを加えた構成としていることから、図2に破線の矢印で示したような気流を発生し、常に冷たい風を、放熱器58に引き込み、スイッチング素子33を100kHzの高周波スイッチング動作させた場合でも十分な冷却効果が得られ、さらに第1の物体25、第2の物体26の各発熱部品も、冷却風の下流であるが冷却されることになるので、最大限の冷却効果を活かせることができるものとなっている。   In the present embodiment, the switching element 33 is attached to a radiator 58 having a fan effect, which has good heat conduction, and rotates on itself at a high speed for excellent heat transfer with air. In addition to obtaining a heat dissipation effect, the outer peripheral part has a twisted structure as a propeller (fan), generating an air current as shown by the dashed arrows in FIG. 58, a sufficient cooling effect can be obtained even when the switching element 33 is operated at a high frequency of 100 kHz, and the heat generating components of the first object 25 and the second object 26 are also downstream of the cooling air. Since it is cooled, the maximum cooling effect can be utilized.

本実施の形態においては、整流器31に関しても、同様に放熱器58への取り付けがなされていることから、2次巻線の電流が大きい条件であっても、整流器58の冷却効果についてはスイッチング素子33と同様に、優れたものが得られる。   In the present embodiment, the rectifier 31 is also attached to the radiator 58 in the same manner. Therefore, even if the current of the secondary winding is large, the cooling effect of the rectifier 58 is a switching element. Similar to 33, an excellent product is obtained.

(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2における動力発生装置の回路図を示している。図4においては、単相で100V50/60Hzの交流電源70から電源が供給されるものであり、1次巻線71、72は電気角90度の位置に設けられた2相とし、1次巻線72には直列に進相コンデンサ73が接続されて交流電源70に接続されて第1の物体74が構成されている。
(Embodiment 2)
FIG. 4 shows a circuit diagram of the power generation device according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 4, power is supplied from a single-phase 100 V 50/60 Hz AC power source 70, and the primary windings 71 and 72 are two phases provided at a position of an electrical angle of 90 degrees. A phase advance capacitor 73 is connected in series to the line 72 and is connected to an AC power source 70 to form a first object 74.

実施の形態2においても、第2の物体26については、2次巻線27、28、29、および電子回路30は、実施の形態1と同等のものを用いているが、第1の物体74に設けた2次コイル75は、極性が実施の形態1とは逆の極性とした、一般にフライバックと言われるコンバータの構成としている。ダイオード76と、コンデンサ77は、2次コイル75の出力を整流して直流電圧を得るものとなっている。   Also in the second embodiment, as for the second object 26, the secondary windings 27, 28, 29, and the electronic circuit 30 are the same as those in the first embodiment, but the first object 74 is used. The secondary coil 75 provided in is configured as a converter generally referred to as a flyback in which the polarity is opposite to that of the first embodiment. The diode 76 and the capacitor 77 rectify the output of the secondary coil 75 to obtain a DC voltage.

一方、速度検知手段80は、第2の物体26の回転速度、すなわち第1の物体74と第2の物体26の相対速度を磁気的に検出するものである。   On the other hand, the speed detector 80 magnetically detects the rotational speed of the second object 26, that is, the relative speed between the first object 74 and the second object 26.

速度設定手段81は第2の物体26の回転速度を設定するものであり、増幅器82によって、速度検知手段80の検知出力と速度設定手段81の設定値を入力し、IGBTによって構成したスイッチング素子83のオン時間の比率(デューティ比)を決定するものとなっている。例えば、速度設定手段81の設定値に対して、実際の第2の物体26の回転速度が低い場合には、スイッチング素子83のオン時間の比率が増大するという制御がなされるものとなっている。   The speed setting means 81 is for setting the rotational speed of the second object 26. The detection output of the speed detection means 80 and the set value of the speed setting means 81 are input by the amplifier 82, and the switching element 83 configured by IGBT. The on-time ratio (duty ratio) is determined. For example, when the actual rotational speed of the second object 26 is lower than the set value of the speed setting means 81, control is performed such that the ratio of the ON time of the switching element 83 increases. .

スイッチング素子83のコレクタ端子には、抵抗器84とチョークコイル85が直列に接続され、さらにダイオード86が接続された構成となっており、スイッチング素子83のオンオフ動作によって、コンデンサ77の直流電圧を抵抗器84において消費する動作において、等価的にコンデンサ77に接続される抵抗値がスイッチング素子83のオン時間の比率に対応して変化するという動作が行われるものとなっており、オン時間の比率が大きい場合には、コンデンサ77に接続される等価的な抵抗負荷の抵抗値が低下して、電圧が低下するものとなっている。   A resistor 84 and a choke coil 85 are connected in series to the collector terminal of the switching element 83, and a diode 86 is further connected, and the DC voltage of the capacitor 77 is resisted by on / off operation of the switching element 83. In the operation consumed by the capacitor 84, an operation is performed in which the resistance value equivalently connected to the capacitor 77 changes corresponding to the on-time ratio of the switching element 83, and the on-time ratio is If it is larger, the resistance value of the equivalent resistive load connected to the capacitor 77 is lowered, and the voltage is lowered.

ここで、本実施の形態においては、コンデンサ77に接続される等価的な抵抗負荷の抵抗値の低下による変化としては、2次コイル75から取り出される電力が低下する方向に推移するものとなっている。   Here, in the present embodiment, as a change due to a decrease in the resistance value of an equivalent resistance load connected to the capacitor 77, the power taken out from the secondary coil 75 changes in a decreasing direction. Yes.

よって、1次巻線71、72から第2の物体26に供給された電力から、2次コイル75を通じて引き出される電力を差し引いた電力は、増加するものとなり、第2の物体26は加速されるものとなり、すなわち誤差が小さくなるように2次コイル75からの出力パワーを加減するものとなっているものである。その他の構成については、実施の形態1と同等である。   Therefore, the power obtained by subtracting the power drawn through the secondary coil 75 from the power supplied to the second object 26 from the primary windings 71 and 72 increases, and the second object 26 is accelerated. That is, the output power from the secondary coil 75 is adjusted so as to reduce the error. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

本実施の形態においては、電子回路30内でのスイッチング素子33のオン時間比率を一定としておいた上で、スイッチング素子83のオン時間比率を変化することで、速度の制御を掛けているものとなっているが、例えば発光素子からの光を第2の物体26の電子回路30内に設けた受光素子で受け、その光を変化させることにより、スイッチング素子33のオン時間の比率を変化させるというような構成などによって、誤差が小さくなるように2次コイル75からの出力パワーを加減する構成を実現しても良い。   In the present embodiment, the speed is controlled by changing the on-time ratio of the switching element 83 while keeping the on-time ratio of the switching element 33 in the electronic circuit 30 constant. For example, the light from the light emitting element is received by the light receiving element provided in the electronic circuit 30 of the second object 26, and the light is changed to change the on-time ratio of the switching element 33. With such a configuration, a configuration in which the output power from the secondary coil 75 is adjusted so as to reduce the error may be realized.

以上のように、各実施の形態においては、第2の物体26内の電子回路30については、1石式のコンバータでの構成としているが、特にこのような1石構成に限定しているものではなく、例えば2石のプッシュプルや、4石のブリッジ接続などであっても良く、使用するスイッチング素子の種類としても、IGBT以外のバイポーラトランジスタやMOSFETを使用したものであってもかまわない。   As described above, in each embodiment, the electronic circuit 30 in the second object 26 is configured with a one-stone converter, but is particularly limited to such a one-stone configuration. Instead, for example, two stone push-pull or four stone bridge connection may be used, and the type of switching element used may be a bipolar transistor or MOSFET other than IGBT.

また、2次コイルから出力される電力についても直流電力として抵抗に消費されるもの以外でも、例えば交流電源が3相である場合には、6石のサイリスタおよびチョークコイルを使用した他励式インバータにより、交流電源に逆変換してエネルギー効率を高めたものなどにしてもかまわない。   In addition to the power output from the secondary coil other than that consumed by the resistor as DC power, for example, when the AC power supply is three-phase, a separately-excited inverter using six stone thyristors and choke coils However, it may be converted to an AC power source to improve energy efficiency.

以上のように、誘導電動機から動力を供給する幅広い範囲の機器での、可変速駆動も含む応用に使用することができるものとなる。   As described above, it can be used for applications including a variable speed drive in a wide range of devices that supply power from an induction motor.

本発明の実施の形態1における動力発生装置の回路図1 is a circuit diagram of a power generation device according to Embodiment 1 of the present invention. 同動力発生装置の断面図Cross section of the power generator 同動力発生装置の動作波形図Operation waveform diagram of the power generator 本発明の実施の形態2における動力発生装置の回路図Circuit diagram of power generation device according to Embodiment 2 of the present invention 従来の巻線形誘導電動機の回路図Circuit diagram of a conventional wound induction motor

符号の説明Explanation of symbols

20、70 交流電源
22、23、24、71、72 1次巻線
25 第1の物体
26 第2の物体
27、28、29 2次巻線
31 整流器
33 スイッチング素子
36 1次コイル
38、75 2次コイル
39 ロータリトランス
58 放熱器
73 進相コンデンサ
80 速度検知手段
81 速度設定手段
20, 70 AC power source 22, 23, 24, 71, 72 Primary winding 25 First object 26 Second object 27, 28, 29 Secondary winding 31 Rectifier 33 Switching element 36 Primary coil 38, 75 2 Next coil 39 Rotary transformer 58 Radiator 73 Phase advance capacitor 80 Speed detection means 81 Speed setting means

Claims (6)

交流電源に接続された1次巻線を有し、回転磁界を発生する第1の物体と、前記回転磁界を受ける2次巻線を有し、前記第1の物体と相対的に回転自在に設けた第2の物体と、前記2次巻線からの交流出力を整流する整流器と、前記整流器の出力を高周波電力に変換するスイッチング素子と、1次コイルと2次コイルを有し前記高周波電力を伝達するロータリトランスを有し、前記整流器と前記スイッチング素子と前記1次コイルは前記第2の物体に設け、前記2次コイルを第1の物体に設けた動力発生装置。 A primary winding connected to an AC power source, a first object that generates a rotating magnetic field, and a secondary winding that receives the rotating magnetic field, and is rotatable relative to the first object. A second object provided; a rectifier that rectifies the AC output from the secondary winding; a switching element that converts the output of the rectifier into high-frequency power; a primary coil and a secondary coil; The rectifier, the switching element, and the primary coil are provided in the second object, and the secondary coil is provided in the first object. 1次巻線は、3相とした請求項1記載の動力発生装置。 The power generator according to claim 1, wherein the primary winding has three phases. 1次巻線は2相とし、単相である交流電源に進相コンデンサと共に接続した請求項1記載の動力発生装置。 The power generator according to claim 1, wherein the primary winding has two phases, and is connected to a single-phase AC power source together with a phase advance capacitor. スイッチング素子は、ファン効果を持つ放熱器に取り付けた請求項1から3のいずれか1項に記載の動力発生装置。 The power generation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the switching element is attached to a radiator having a fan effect. 整流器は、ファン効果を持つ放熱器に取り付けた請求項1から4のいずれか1項に記載の動力発生装置。 The power generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the rectifier is attached to a radiator having a fan effect. 第1の物体と第2の物体の相対速度を検知する速度検知手段と、速度設定手段を有し、前記速度検知手段の検知出力と前記速度設定手段の設定値の誤差が小さくなるように2次コイルからの出力パワーを加減する請求項1から5のいずれか1項に記載の動力発生装置。 A speed detecting means for detecting a relative speed between the first object and the second object; and a speed setting means, and 2 for reducing an error between a detection output of the speed detecting means and a set value of the speed setting means. The power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the output power from the secondary coil is adjusted.
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