JP2799350B2 - 発電機の界磁制御回路 - Google Patents

発電機の界磁制御回路

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JP2799350B2 JP1059535A JP5953589A JP2799350B2 JP 2799350 B2 JP2799350 B2 JP 2799350B2 JP 1059535 A JP1059535 A JP 1059535A JP 5953589 A JP5953589 A JP 5953589A JP 2799350 B2 JP2799350 B2 JP 2799350B2
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【発明の詳細な説明】 a.産業上の利用分野 本発明は、発電機の界磁制御回路に関し、特に、界磁
コイルに供給する双方向界磁制御電流をPWM制御回路と
パワー増幅回路によって供給することにより、オフセッ
ト電流を不要とし、回路構成を簡素化すると共に、消費
電流の削減及び制御範囲の拡大を得るための新規な改良
に関する。
b.従来の技術 従来、用いられていたこの種の発電機の界磁制御回路
としては、1987年発行の神鋼電機技報114号の第112頁か
ら117頁に示されるように、一般にリニアアンプを用い
た界磁制御回路が用いられており、オフセット電流を常
時供給すると共に、界磁制御電流の供給によって出力電
圧の一定化を計っていた。又は、界磁電流を双方向に流
すため、(+),(−)両方の電源を用いて制御し、出
力電圧の一定化を計っていた。
c.発明が解決しようとする課題 従来の界磁制御回路は、以上のように構成されていた
ため、次のような課題が存在していた。
(1) リニアアンプの場合、片方向のみしか電流を流
すことができないため、第5図に示されるように、オフ
セット電流値を設定して常にオフセット電流を与えて一
定出力Pを保つようにしなければならず、消費電流の増
加および発熱の増加となっていた。又、両電源を用いた
場合、回路が複雑となっていた。
(2) また、制御可能範囲が極めて狭く、例えば、第
5図において出力がy以下になると制御できなくなって
いた。
(3) さらに、回路構成が複雑であるため、コストア
ップとなっていた。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされ
たもので、特に、界磁コイルと供給する双方向の界磁制
御電流をPWM制御回路とパワー増幅回路によって供給す
ることにより、オフセット電流を不要とし、又、単一電
源化を計り、回路構成を簡素化すると共に、消費電流の
削減及び制御範囲の拡大を得るようにした発電機の界磁
制御回路を提供することを目的とする。
d.課題を解決するための手段 本発明による発電機の界磁制御回路は、ケーシングに
回転自在に設けられた永久磁石ロータと、前記永久磁石
ロータと共に回転するように設けられたランドルロータ
と、前記永久磁石ロータ及びランドルロータに対応して
設けられた電機子コイルと、前記ランドルロータに対応
して設けられたランドル界磁コイルとを備え、前記永久
磁石ロータによる永久磁石発電出力に対して前記ランド
ルロータによるランドル発電出力を付加することにより
発電機出力を得るようにした発電機において、前記ラン
ドル界磁コイルに双方向電流を選択的に供給するための
複数のパワートランジスタからなるパワー増幅回路と、
前記パワー増幅回路の前記各パワートランジスタに接続
され前記発電機出力からの電圧帰還及び前記ランドル界
磁コイルからの電流帰還を入力するPWM制御回路とを備
えた構成である。
e.作 用 本発明による発電機の界磁制御回路においては、永久
磁石ロータによる永久磁石発電出力に対して、ランドル
ロータによるランドル発電出力を付加するようにした発
電機において、ランドル発電出力に対する発電制御を行
うためのランドル界磁コイルに対する界磁制御電流は、
PWM制御回路およびパワー増幅回路によって制御されて
いるため、このパワー増幅回路の各パワー素子のオン・
オフを制御することにより、ランドル界磁コイルに対す
る界磁制御電流の向きを双方向に任意に制御することが
できる。
また、前記PWM制御回路からの出力電流の大きさを可
変とすることにより、界磁制御電流の大きさを自動的に
変えることができる。
従って、発電機出力における出力電圧をPWM制御回路
にて常時検出し、所定値である場合には、ランドル界磁
コイルに対する界磁制御電流は零とすることができ、発
電機出力が所定値以下の場合には、永久磁石ロータが作
る磁束に対して加算される向きに磁束ができるように、
パワー増幅回路の各パワー素子がオンとなって界磁制御
電流がランドル界磁コイルに供給されて、発電機出力の
出力電圧が所定値となるように制御される。
また、発電機出力の出力電圧が所定値以上の場合に
は、永久磁石ロータが作る磁束に対して減算される向き
に磁束ができるように、パワー増幅回路の各パワー素子
がオンとなって界磁制御電流がランドル界磁コイルに供
給されて、発電機出力の出力電圧が所定値となるように
制御され、その界磁制御電流の大きさは、PWM制御回路
にて自在に制御することができる。
f.実施例 以下、図面と共に本発明による発電機の界磁制御回路
の好適な実施例について詳細に説明する。
第1図から第4図は、本発明による発電機の界磁制御
回路を示すためのもので、第1図は回路構成図、第2図
は発電制御特性図、第3図は発電機構造を示す断面図、
第4図は発電出力特性図である。
まず、第3図に示す永久磁石型とランドル型の複合発
電機の構造について説明する。
図において符号1で示されるものは、一点鎖線で示す
ケーシング1Aに回転自在に設けられた回転軸であり、こ
の回転軸1の一端側には、ランドルロータ2が軸方向に
沿って形成されていると共に、他端側には永久磁石ロー
タ2Aが設けられている。
前記ランドルロータ2は、すでに周知の構成であり、
平面図としては図示していないが、S極片2aとN極片2b
とが互いに櫛歯状に対向して交互に配設され、各S極片
とN極片とは結合バンド(図示せず)によって結合され
ている。
前記ケーシング1Aの内壁には、永久磁石用ステータ3
及びランドル用ステータ4が空隙等からなる非磁性体5
を介して互いに干渉ループを作ることのないように分離
して設けられており、これらの各ステータ3及び4には
出力コイルとしての電機子巻線6が、各ステータ3及び
4に共用となるように一体構成として設けられている。
前記ケーシング1Aに固定され前記ランドルロータ2に
対応して設けられた突出保持部7の外周には、制御用コ
イル8a及びシリーズコイル8bとからなるランドル界磁コ
イル8が巻回して設けられている。
前記永久磁石ロータ2A及び永久磁石用ステータ3によ
って永久磁石型発電部10を構成し、この永久磁石型発電
部10には、矢印で示す磁束Φが流れるように構成され
ている。
前記ランドルロータ2及びランドル用ステータ4によ
ってランドル型発電部11を構成し、このランドル型発電
部11には、矢印で示す磁束Φが流れるように構成され
ている。
第1図で示すように、前記永久磁石型発電部10からは
永久磁石発電出力Bを出力し、前記ランドル型発電部11
からはランドル発電出力Cを出力すると共に、前記各発
電部10及び11によって永久磁石−ランドル型発電機20を
構成し、この永久磁石−ランドル型発電機20は発電機出
力Aを出力するようにこ構成されている。
さらに、第1図で示す構成において、前記永久磁石−
ランドル型発電機20に設けられたランドル界磁コイル8
には、四個のパワートランジスタからなるパワー素子Q1
〜Q4を備えたパワー増幅回路21の出力線21a及び21bが接
続されている。
前記パワー増幅回路21には、周知構成のPWM(パルス
幅変調)制御回路22が接続されており、このPWM制御回
路22の第1出力部22a、第2出力部22b、第3出力部22c
及び第4出力部22dは、前記各パワー素子Q1〜Q4に接続
されている。
前記永久磁石−ランドル型発電機20の永久磁石発電出
力Bの出力電圧によって前記パワー増幅回路21及びPWM
制御回路22の電源が得られていると共に、この永久磁石
発電出力Bの一部は電圧帰還Aaとして前記PWM制御回路2
2の検出部(図示せず)に取り込まれてそのレベルが検
出されている。
前記ランドル界磁コイル8に流れる電流は、電流帰還
8bとして前記PWM制御回路22に取り込まれ、この電流帰
還8aの量を可変にすることによって、このPWM制御回路2
2における前記発電機出力Aの出力電圧に対する電圧制
御制限値を広く又は狭くすることができるように構成さ
れている。
本発明による発電機の界磁制御回路は、前述したよう
に構成されており、以下に、その動作について説明す
る。
まず、第3図の永久磁石−ランドル型発電機20の発電
動作について述べる。
回転軸1が回転し、永久磁石ロータ2Aが回転し始める
と、電機子巻線6には永久磁石ロータ2Aによる発電が開
始され、第4図に示す永久磁石型発電部10の出力特性に
沿って回転速度の上昇に伴うAC出力電圧30すなわち永久
磁石発電出力Bが発生する。
このAC出力電圧30は、整流回路(図示せず)で全波整
流され、PWM制御回路22及びパワー増幅回路21のAC電源
(+40V2A)として用いられる。このAC電源の入力によ
り、PWM制御回路22及びパワー増幅回路21が作動を開始
し、電圧帰還Aaを取り込むことによって発電されている
発電機出力Aの出力値を検出すると共に、所定レベルの
電流帰還8bによってPWM制御回路22の電圧制御制限値y
(第2図にて示す)に基づく電流制御が可能な状態とな
る。
前述の状態で、第4図のように、永久磁石発電出力B
が要求された安定出力レベルP以下(回転数N2以下)の
場合、各パワー素子Q1〜Q4がオンとなってランドル界磁
コイル8に対し、永久磁石ロータ2Aが作る磁束Φに加
算される向きに磁束Φができるような方向(矢印X)
に電流が流れるようにPWM制御回路22によって制御さ
れ、第4図の制御領域Mで示されるように安定出力レベ
ルとすることができる。
さらに、永久磁石発電出力Bが要求された安定出力レ
ベルP以上(回転数N2以上)の場合、別の各パワー素子
Q2とQ3がオンとなってランドル界磁コイル8に、永久磁
石ロータ2Aが作る磁束Φに対して減算される向きに磁
束Φができるような方向(矢印Y)に電流が流れるよ
うにPWM制御回路22によって制御され、第4図の制御領
域Nで示されるように安定出力レベルとすることができ
る。
また、永久磁石発電出力Bが要求された安定出力レベ
ルP(回転数N2の時)の場合、第2図にて示すように、
ランドル界磁コイル8に印加する電流は0〔A〕であ
り、第2図に示される前記電圧制御制限値yは、電流帰
還8bの量を可変とすることによって広くも狭くも自在に
可能である。
g.発明の効果 本発明による発電機の界磁制御回路は、以上のように
構成されているため、次のような効果を得ることができ
る。
すなわち、ランドル界磁コイルに対する界磁制御電流
の供給を、PWM制御回路と四個のパワー素子を有するパ
ワー増幅回路との組合せによって行っているため、各パ
ワー素子の選択的作動によって極めて簡単にランドル界
磁コイルに対する界磁制御電流の向きを変えることがで
き、発電機出力レベルを常に所定値に保つことができ
る。
また、永久磁石発電出力が所定レベルである時は、従
来のようにオフセット電流を付加しなくても、印加電流
0〔A〕で所定レベルを保持することができ、消費電流
及び無駄な発熱を抑えることができる。
また、ランドル界磁コイルからの電流帰還の量を可変
とすることにより、PWM制御回路の電圧制御制限値を可
変とすることができ、任意の電圧制御を行うことができ
る。
さらに、単一電源で双方向電流をランドル界磁コイル
に与えることができるため、回路装置が小形にできると
共に、大巾な簡素化及びコストダウンを達成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図から第4図は、本発明による発電機の界磁制御回
路を示すためのもので、第1図は回路構成図、第2図は
発電制御特性図、第3図は発電機構造を示す断面図、第
4図は発電出力特性図、第5図は従来構成の発電制御特
性図である。 1はケーシング、2はランドルロータ、2Aは永久磁石ロ
ータ、Aは発電機出力、Bは永久磁石発電出力、Cはラ
ンドル発電出力、6は電機子コイル、8はランドル界磁
コイル、20は発電機、21はパワー増幅回路、22はPWM制
御回路である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−200377(JP,A) 特開 平2−147000(JP,A) 特開 平2−146948(JP,A) 特開 平2−146947(JP,A) 実公 昭43−14041(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02P 9/00 - 9/48 H02K 19/00 - 19/38 H02K 21/00 - 21/48

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ケーシング(1)に回転自在に設けられた
    永久磁石ロータ(2A)と、前記永久磁石ロータ(2A)と
    共に回転するように設けられたランドルロータ(2)
    と、前記永久磁石ロータ(2A)及びランドルロータ
    (2)に対応して設けられた電機子コイル(6)と、前
    記ランドルロータ(2)に対応して設けられたランドル
    界磁コイル(8)とを備え、前記永久磁石ロータ(2A)
    による永久磁石発電出力(B)に対して前記ランドルロ
    ータ(2)によるランドル発電出力(C)を付加するこ
    とにより発電機出力(A)を得るようにした発電機(2
    0)において、前記ランドル界磁コイル(8)に双方向
    電流を選択的に供給するための複数のパワートランジス
    タ(Q1〜Q4)からなるパワー増幅回路(21)と、前記パ
    ワー増幅回路(21)の前記各パワートランジスタ(Q1〜
    Q4)に接続され前記発電機出力(A)からの電圧帰還
    (Aa)及び前記ランドル界磁コイル(8)からの電流帰
    還(8b)を入力するPWM制御回路(22)とを備え、前記
    発電機出力(A)の出力電圧を前記PWM制御回路にて常
    時検出して前記発電機出力電圧が所定値となるように前
    記ランドル界磁コイルへの界磁制御電流を前記PWM制御
    回路にて制御し、前記出力電圧が前記所定値の場合には
    前記界磁制御電流を零とすると共に、前記電流帰還の量
    の可変により前記PWM制御回路における前記出力電圧に
    対する電圧制御制限値を制御する構成としたことを特徴
    とする発電機の界磁制御回路。
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