JP2006345592A - 極低速で回転する高出力発電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 U相,V相及びW相の三相巻線14を構成する互いに独立した第1巻線18と第2巻線19は,1又は2スロット11分ずらして櫛部10に巻き上げられている。三相巻線14の各相の出力ライン36,37,38,42間にはコンデンサ30がそれぞれ配置され,第1巻線18の出力ライン36,38にはスイッチ26,27,及び第2巻線19の出力ライン37,42にはスイッチ24,43がそれぞれ設けられている。
【選択図】図1
Description
前記巻線はU相,V相及びW相の三相であるそれぞれ独立した第1巻線と第2巻線から構成され,前記第1巻線と前記第2巻線とは前記櫛部間の1又は2スロット分ずらして前記櫛部に巻き上げられ,
前記第1巻線と前記第2巻線との全巻端部及び中間部からの前記U相,V相及びW相の出力を三相全波整流回路に接続すると共に各相間にコンデンサをそれぞれ挿入した回路を,並列又は直列にそれぞれ接続するスイッチング動作を出力に合わせて切換え制御することを特徴とする高出力発電機に関する。
一般的に,永久磁石をロータとする永久磁石式発電機では,特に回転数の小さい領域では発電電圧が小さく,発電電力も小さいものである。
発電機の起電力E0は,次式で示される。
E0=4.44・Φ・f・Ws ・・・・・・・(1)
E=E0 −I・〔R2 +(2π・f・L)2 〕1 / 2 ・・・・・・・(2)
但し,E0 :起電電圧,Φ:磁力,f:周波数(回転数),Ws:巻線の巻き数,
E:作動電圧,I:電流,L:巻線インダクタンス
起電力E0は,巻線の巻き数,磁力及び周波数が大きくならないと,大きくならず,特に,低回転速度(低回転数)では起電力が大きくならないので,出力も大きくならない。巻線の巻き数を大きくすると,上記(2)に示すように,巻線のインダクタンスが大きくなり,発電電流が大きくならない。
(1)ロータ3が極低速の場合には,スイッチ24,スイッチ26及びスイッチ39がオンし,スイッチ27,スイッチ40,スイッチ41,スイッチ43及びスイッチ46〜48がオフし,第1巻線18及び第2巻線19が付勢し,整流器23と整流器29が直列に結線される。従って,この高出力発電機は,ロータ3が極低速の場合には,整流器23と整流器29が直列に結線されて第1巻線18と第2巻線19とが直列に結線され,しかも各相間に配設されたコンデンサ30の機能,即ち,コンデンサ30に電流を溜め,溜められた電流は次の電流流れに加算され,その分の電圧がアップされ,発電電力がアップされ,予め決められた所定の一定電圧が発電されて負荷12に出力する。
(2)ロータ3が低中速の場合には,スイッチ24,スイッチ26,スイッチ40,及びスイッチ41がオンし,スイッチ27,スイッチ39,スイッチ43,及びスイッチ46〜48がオフし,第1巻線18及び第2巻線19が付勢し,整流器23と整流器29が並列に結線される。従って,この高出力発電機は,ロータ3が低中速の場合には,整流器23と整流器29が並列に結線されて第1巻線18と第2巻線19とが並列に結線され,しかも各相間に配設されたコンデンサ30の機能,即ち,コンデンサ30に電流を溜め,溜められた電流は次の電流流れに加算され,その分の電圧がアップされ,発電電力がアップされ,予め決められた所定の一定電圧が発電されて負荷12に出力する。
(3)ロータ3が高速の場合には,スイッチ24,スイッチ26,スイッチ39,及びスイッチ47がオフし,スイッチ27,スイッチ40,スイッチ41,スイッチ43,スイッチ46及びスイッチ48がオンし,第1巻線18の中間部28(第1中間部)と第2巻線19の中間部35(第1中間部)から出力され,整流器24と整流器45が並列に結線される。従って,この高出力発電機は,ロータ3が高速の場合には,整流器44と整流器45が並列に結線され,第1巻線18と第2巻線19との全出力ライン36,37は働かず,出力は第1巻線18の中間部28と第2巻線19の中間部35からの中間出力ライン38,42を通じて並列に結線された整流器44と整流器45で整流され,しかも各相間に配設されたコンデンサ30の機能,即ち,コンデンサ30に電流を溜め,溜められた電流は次の電流流れに加算され,その分の電圧がアップされ,発電電力がアップされ,予め決められた所定の一定電圧が発電されて負荷12に出力する。
2 回転軸
3 ロータ
4 ステータ
5 永久磁石部材
10 櫛部
11 スロット
12 負荷
14 巻線(総称)
17,17U,17V,17W 全出力端
18,18U,18V,18W 第1巻線
19,19U,19V,19W 第2巻線
20 永久磁石片
23 整流器(第1整流器)
24,24U,24V,24W スイッチ(第2スイッチ)
26,26U,26V,26W スイッチ(第1スイッチ)
27,27U,27V,27W スイッチ(第3スイッチ)
28,28U,28V,28W 中間部(第1中間部)
29 整流器(第2整流器)
30 コンデンサ
35,35U,35V,35W 中間部(第2中間部)
36,36U,36V,36W 出力ライン(第1巻線)
37,37U,37V,37W 出力ライン(第2巻線)
38,38U,38V,38W 中間出力ライン(第1中間出力ライン)
39 スイッチ(第5スイッチ)
40 スイッチ(第6スイッチ)
41 スイッチ(第7スイッチ)
42,42U,42V,42W 中間出力ライン(第2中間出力ライン)
43,43U,43V,43W スイッチ(第4スイッチ)
44 整流器(第3整流器)
45 整流器(第4整流器)
46 スイッチ(第10スイッチ)
47 スイッチ(第8スイッチ)
48 スイッチ(第9スイッチ)
Claims (9)
- ハウジングに回転可能に支持された回転軸,前記回転軸に固定され且つ周方向に隔置した永久磁石片を持つ永久磁石部材を備えたロータ,及び前記ハウジングに固定され且つ周方向に隔置して立設された櫛部間に巻き込まれた巻線を備えたステータを有する永久磁石式発電機において,
前記巻線はU相,V相及びW相の三相であるそれぞれ独立した第1巻線と第2巻線から構成され,前記第1巻線と前記第2巻線とは前記櫛部間の1又は2スロット分ずらして前記櫛部に巻き上げられ,
前記第1巻線と前記第2巻線との全巻端部及び中間部からの前記U相,V相及びW相の出力を三相全波整流回路に接続すると共に各相間にコンデンサをそれぞれ挿入した回路を,並列又は直列にそれぞれ接続するスイッチング動作を出力に合わせて切換え制御することを特徴とする高出力発電機。 - 前記第1巻線の前記三相のそれぞれの第1出力ラインには第1スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第1出力ライン間には第1コンデンサがそれぞれ配置され,前記第2巻線の前記三相のそれぞれの第2出力ラインには第2スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第2出力ライン間には第2コンデンサがそれぞれ配置され,前記第1巻線の中間部に設けられた前記三相のそれぞれの第1中間出力ラインには第3スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第1中間出力ライン間には第3コンデンサがそれぞれ配置され,前記第2巻線の中間部に設けられた前記三相のそれぞれの第2中間出力ラインには第4スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第2中間出力ライン間には第4コンデンサがそれぞれ配置され,前記第1と第2出力ライン及び前記第1と第2中間出力ラインは,前記三相全波整流回路における整流器を介して負荷にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項1に記載の高出力発電機。
- 前記整流器は,前記第1出力ラインが第6スイッチを介して接続された第1整流器,前記第2出力ラインが第7スイッチを介して接続された第2整流器,前記第1中間出力ラインが第9スイッチを介して接続された第3整流器,前記第2中間出力ラインが第10スイッチを介して接続された第4整流器,前記第1整流器と前記第2整流器とを第5スイッチを介して接続され,前記第3整流器と前記第4整流器とを第8スイッチを介して接続されていることを特徴とする請求項2に記載の高出力発電機。
- 前記第1と前記第2整流器の出力端子及び前記第3と前記第4整流器の出力端子は,第1整流器と第2整流器との出力及び第3整流器と第4整流器との出力が直列又は並列になるように前記第5〜第10スイッチを介して前記負荷に接続されていることを特徴とする請求項3に記載の高出力発電機。
- 前記第1〜第10スイッチは,前記ロータの回転速度に応答してオン・オフ制御され,予め決められた所定の一定電圧が発電されることを特徴とする請求項4に記載の高出力発電機。
- 前記ロータの極低速に応答して前記第1出力ラインと前記第2出力ラインとを直列に接続し,前記ロータの低中速に応答して前記第1出力ラインと前記第2出力ラインとを並列に接続し,前記ロータの高速に応答して前記第1巻線の前記第1中間出力ラインと前記第2巻線の前記第2中間出力ラインとを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項5に記載の高出力発電機。
- 前記ロータの極低速に応答して前記第1,第2及び第5スイッチがオンして前記第3,第4,第6及び第7スイッチがオフし,前記第1巻線と前記第2巻線を付勢して前記第1整流器と前記第2整流器とを直列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項6に記載の高出力発電機。
- 前記ロータの低中速に応答して前記第1,第2,第6及び第7スイッチがオンして前記第3,第4及び第5スイッチがオフし,前記第1巻線と前記第2巻線を付勢して前記第1整流器と前記第2整流器とを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項6に記載の高出力発電機。
- 前記ロータの高速に応答して前記第1,第2,第5及び第8スイッチをオフして前記第3,第4,第6,第7,第9及び第10スイッチがオンし,前記第2巻線の前記第1と第2中間出力ラインを付勢して前記第1整流器と前記第2整流器及び前記第3整流器と前記第4整流器とを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項6に記載の高出力発電機。
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