JP3165968B2 - ブラシレス同期機 - Google Patents
ブラシレス同期機Info
- Publication number
- JP3165968B2 JP3165968B2 JP21816891A JP21816891A JP3165968B2 JP 3165968 B2 JP3165968 B2 JP 3165968B2 JP 21816891 A JP21816891 A JP 21816891A JP 21816891 A JP21816891 A JP 21816891A JP 3165968 B2 JP3165968 B2 JP 3165968B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- winding
- armature
- rotor
- magnetic field
- stator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Synchronous Machinery (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はブラシレス同期機、特に
ブラシレス同期発電機およびブラシレス同期電動機に関
する。
ブラシレス同期発電機およびブラシレス同期電動機に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来の同期機においてはそのブラシレス
化を図る技術として、同期機本体の回転軸に励磁機を設
ける構造のものが主流であったが、近年においては小型
化，軽量化や構造の簡素化等を目的としてこの励磁機を
省略する方式のものが出現している。
化を図る技術として、同期機本体の回転軸に励磁機を設
ける構造のものが主流であったが、近年においては小型
化，軽量化や構造の簡素化等を目的としてこの励磁機を
省略する方式のものが出現している。
【０００３】例えば第一の方式として、固定子鉄心に主
電機子巻線とこの電機子巻線とは極数を異にする固定子
励磁巻線を巻装し、回転子鉄心には主電機子巻線と同一
の極数を有する回転子界磁巻線と、固定子励磁巻線と磁
気的結合をなす回転子励磁巻線を巻装することにより、
固定子励磁巻線による磁界によって誘導した回転子励磁
巻線の電圧を、回転子鉄心に備えた整流器で直流に変換
して回転子界磁巻線に供与する方式がある。
電機子巻線とこの電機子巻線とは極数を異にする固定子
励磁巻線を巻装し、回転子鉄心には主電機子巻線と同一
の極数を有する回転子界磁巻線と、固定子励磁巻線と磁
気的結合をなす回転子励磁巻線を巻装することにより、
固定子励磁巻線による磁界によって誘導した回転子励磁
巻線の電圧を、回転子鉄心に備えた整流器で直流に変換
して回転子界磁巻線に供与する方式がある。
【０００４】この種の方式が同期発電機に利用されたも
のとして、特開昭６２−２３３４８号公報，特開昭６３
−２２０７４６号公報，英国特許第９４１４８２号公
報，英国特許第１０３８４７２号公報に記載されたもの
が知られている。
のとして、特開昭６２−２３３４８号公報，特開昭６３
−２２０７４６号公報，英国特許第９４１４８２号公
報，英国特許第１０３８４７２号公報に記載されたもの
が知られている。
【０００５】また、第二の方式として、第一の方式にお
ける固定子励磁巻線の作用を主電機子巻線に兼ねさせる
ことにより固定子励磁巻線を省略した構成が特開昭５５
−２３２７号公報に開示されている。
ける固定子励磁巻線の作用を主電機子巻線に兼ねさせる
ことにより固定子励磁巻線を省略した構成が特開昭５５
−２３２７号公報に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のブラシレス同期機においては以下のような問題があ
る。
来のブラシレス同期機においては以下のような問題があ
る。
【０００７】第一の方式に属するものにおいては固定子
鉄心に主電機子巻線と固定子励磁巻線という２種類の巻
線を巻装しなければならず、このように巻装巻線の種類
が多いことは巻線の配置を複雑化させ、製造コストを上
昇させることになる。
鉄心に主電機子巻線と固定子励磁巻線という２種類の巻
線を巻装しなければならず、このように巻装巻線の種類
が多いことは巻線の配置を複雑化させ、製造コストを上
昇させることになる。
【０００８】第二の方式に属するものにおいては巻装巻
線の種類は減じ得ても、一方で電機子巻線が中間点を有
する二重星形接続という特異なものとなり、このため、
上記特開昭５５−２３２７号公報に示されるように、電
機子巻線の巻線ピッチの設定に特別の設計的配慮を必要
とすることなどの問題がある。
線の種類は減じ得ても、一方で電機子巻線が中間点を有
する二重星形接続という特異なものとなり、このため、
上記特開昭５５−２３２７号公報に示されるように、電
機子巻線の巻線ピッチの設定に特別の設計的配慮を必要
とすることなどの問題がある。
【０００９】本発明は上記問題点に鑑みて創案されたも
のであり、固定子鉄心の巻装巻線を、製造上きわめて能
率的な巻線態様とした電機子巻線のみとし、製造コスト
の低廉なブラシレス同期機の提供を目的としている。
のであり、固定子鉄心の巻装巻線を、製造上きわめて能
率的な巻線態様とした電機子巻線のみとし、製造コスト
の低廉なブラシレス同期機の提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、固定子鉄心に集中全節巻または集中全節
巻に準ずる巻線態様の電機子巻線を三相スター結線をな
して巻装し、この電機子巻線からの引出し端に三相スタ
ー結線をなすインピーダンス素子を接続し、このインピ
ーダンス素子の中性点と上記電機子巻線の中性点との間
に固定子励磁電源を接続してこれらの固定子励磁電源と
上記電機子巻線と上記インピーダンス素子とによる閉回
路を形成する。
成するために、固定子鉄心に集中全節巻または集中全節
巻に準ずる巻線態様の電機子巻線を三相スター結線をな
して巻装し、この電機子巻線からの引出し端に三相スタ
ー結線をなすインピーダンス素子を接続し、このインピ
ーダンス素子の中性点と上記電機子巻線の中性点との間
に固定子励磁電源を接続してこれらの固定子励磁電源と
上記電機子巻線と上記インピーダンス素子とによる閉回
路を形成する。
【００１１】回転子鉄心には上記電機子巻線の極数の３
倍および５倍の極数と磁気的結合をなす回転子励磁巻線
と、この回転子励磁巻線の起電力が直流に変換された後
に供与され、かつ上記電機子巻線と同一極数の回転子界
磁巻線を巻装するとともに、回転子鉄心には上記回転子
励磁巻線の起電力を直流に変換するための整流器を備え
る構成とするものである。
倍および５倍の極数と磁気的結合をなす回転子励磁巻線
と、この回転子励磁巻線の起電力が直流に変換された後
に供与され、かつ上記電機子巻線と同一極数の回転子界
磁巻線を巻装するとともに、回転子鉄心には上記回転子
励磁巻線の起電力を直流に変換するための整流器を備え
る構成とするものである。
【００１２】
【作 用】以下、本発明を同期発電機に適用した場合の
作用を説明する。
作用を説明する。
【００１３】先ず、無負荷時において上記固定子励磁電
源から、わずかな直流の固定子励磁電流を電機子巻線の
各相に供与すると、固定子励磁電流は上記インピーダン
ス素子の中性点に合流して再び固定子励磁電源に戻る。
この時、三相の電機子巻線を流れる固定子励磁電流によ
って生じる磁界（以下、これを固定子励磁磁界と称す
る）は、電機子巻線の集中全節巻または集中全節巻に準
ずる巻線態様から電機子巻線の極数の３倍の極数を形成
する。ここで回転子を回転させると、上記電機子巻線の
極数の３倍の極数との磁気的結合によって回転子励磁巻
線に起電力が誘導する。この起電力は整流器を介して回
転子界磁巻線に直流の回転子界磁電流を供与し、主磁界
を発生させる。回転子界磁巻線には電機子巻線が磁気的
に結合させてあることから電機子巻線に出力電圧が誘導
する。
源から、わずかな直流の固定子励磁電流を電機子巻線の
各相に供与すると、固定子励磁電流は上記インピーダン
ス素子の中性点に合流して再び固定子励磁電源に戻る。
この時、三相の電機子巻線を流れる固定子励磁電流によ
って生じる磁界（以下、これを固定子励磁磁界と称す
る）は、電機子巻線の集中全節巻または集中全節巻に準
ずる巻線態様から電機子巻線の極数の３倍の極数を形成
する。ここで回転子を回転させると、上記電機子巻線の
極数の３倍の極数との磁気的結合によって回転子励磁巻
線に起電力が誘導する。この起電力は整流器を介して回
転子界磁巻線に直流の回転子界磁電流を供与し、主磁界
を発生させる。回転子界磁巻線には電機子巻線が磁気的
に結合させてあることから電機子巻線に出力電圧が誘導
する。
【００１４】この出力電圧によって三相スター結線をな
すインピーダンス素子に三相交流電流（以下、これをイ
ンピーダンス電流と称する）が流れる。電機子巻線を流
れるインピーダンス電流によって生ずる電機子反作用磁
界は電機子巻線の集中全節巻または集中全節巻に準ずる
巻線態様から第５空間高調波磁界、すなわち電機子巻線
の極数の５倍の極数を含むものとなる。この第５空間高
調波磁界は回転子の回転方向に対し逆方向に回転する磁
界となって磁気的に結合する回転子励磁巻線に起電力を
誘導する。
すインピーダンス素子に三相交流電流（以下、これをイ
ンピーダンス電流と称する）が流れる。電機子巻線を流
れるインピーダンス電流によって生ずる電機子反作用磁
界は電機子巻線の集中全節巻または集中全節巻に準ずる
巻線態様から第５空間高調波磁界、すなわち電機子巻線
の極数の５倍の極数を含むものとなる。この第５空間高
調波磁界は回転子の回転方向に対し逆方向に回転する磁
界となって磁気的に結合する回転子励磁巻線に起電力を
誘導する。
【００１５】結局、回転子励磁巻線に誘導する起電力お
よび回転子界磁電流は固定子励磁電流による固定子励磁
磁界によるものに、インピーダンス電流による電機子反
作用磁界中の第５空間高調波磁界によるものが加えられ
て増大し、主磁界が増強、延いては電機子巻線に誘導し
た出力電圧が上昇する。出力電圧が上昇すると、インピ
ーダンス電流、第５空間高調波磁界、回転子励磁巻線の
起電力、主磁界等が増大増強し、これを繰返して自励的
に出力電圧が確立する。この時、固定子励磁電流を可変
とすれば、無負荷時の出力電圧を任意に調整できる。
よび回転子界磁電流は固定子励磁電流による固定子励磁
磁界によるものに、インピーダンス電流による電機子反
作用磁界中の第５空間高調波磁界によるものが加えられ
て増大し、主磁界が増強、延いては電機子巻線に誘導し
た出力電圧が上昇する。出力電圧が上昇すると、インピ
ーダンス電流、第５空間高調波磁界、回転子励磁巻線の
起電力、主磁界等が増大増強し、これを繰返して自励的
に出力電圧が確立する。この時、固定子励磁電流を可変
とすれば、無負荷時の出力電圧を任意に調整できる。
【００１６】次に、三相負荷時にはインピーダンス電流
と負荷電流との合成電流が電機子電流として電機子巻線
を流れる。この電機子電流によって生ずる電機子反作用
磁界も電機子巻線の集中全節巻または集中全節巻に準ず
る巻線態様から第５空間高調波磁界を含み、無負荷時と
同様の作用で回転子励磁巻線に起電力を誘導する。した
がって、回転子励磁巻線の起電力は無負荷時における起
電力に負荷電流による第５空間高調波磁界による起電力
が加えられて増大し、回転子界磁電流が増加する。負荷
時における第５空間高調波磁界の強さは負荷電流の大き
さに比例するから、負荷電流の増減にともなって回転子
界磁電流も増減し、出力電圧の変動を抑制する。すなわ
ち、同期発電機に不可欠の出力電圧補償作用が自動的に
行われ、出力電圧は一定に保たれる。
と負荷電流との合成電流が電機子電流として電機子巻線
を流れる。この電機子電流によって生ずる電機子反作用
磁界も電機子巻線の集中全節巻または集中全節巻に準ず
る巻線態様から第５空間高調波磁界を含み、無負荷時と
同様の作用で回転子励磁巻線に起電力を誘導する。した
がって、回転子励磁巻線の起電力は無負荷時における起
電力に負荷電流による第５空間高調波磁界による起電力
が加えられて増大し、回転子界磁電流が増加する。負荷
時における第５空間高調波磁界の強さは負荷電流の大き
さに比例するから、負荷電流の増減にともなって回転子
界磁電流も増減し、出力電圧の変動を抑制する。すなわ
ち、同期発電機に不可欠の出力電圧補償作用が自動的に
行われ、出力電圧は一定に保たれる。
【００１７】単相負荷の場合も単相交流負荷電流による
交番電機子反作用磁界中に含まれる第５空間高調波磁界
を利用するので、三相負荷の場合と同じである。
交番電機子反作用磁界中に含まれる第５空間高調波磁界
を利用するので、三相負荷の場合と同じである。
【００１８】本発明は電機子巻線に外部より電力を供与
する場合には同期電動機として動作させ得る。
する場合には同期電動機として動作させ得る。
【００１９】なお、固定子励磁電源が交流の場合でも上
記作用は同じである。また、固定子励磁電流は、固定子
励磁電源，電機子巻線，インピーダンス素子からなる閉
回路を還流するのみで負荷に影響を及ぼさない。固定子
励磁磁界，第５空間高調波磁界および主磁界の極数はそ
れぞれ異なるため互いに及ぼし合う影響は極めて小さ
く、所望の出力が得られる。
記作用は同じである。また、固定子励磁電流は、固定子
励磁電源，電機子巻線，インピーダンス素子からなる閉
回路を還流するのみで負荷に影響を及ぼさない。固定子
励磁磁界，第５空間高調波磁界および主磁界の極数はそ
れぞれ異なるため互いに及ぼし合う影響は極めて小さ
く、所望の出力が得られる。
【００２０】
【実施例】本発明を同期発電機に適用した場合の一実施
例を図面に基づき説明する。
例を図面に基づき説明する。
【００２１】図１において、Ｕ，Ｖ，Ｗは三相電機子巻
線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相である。電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは
図２に示すように固定子鉄心１の内周部に形成した固定
子スロット２内に集中全節巻の巻線態様にて、２極三相
に巻装し、図１に示すようにスター結線して各相の引出
し端を出力端子１０〜１２を介して負荷に接続するよう
になっている。さらに電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの引出し端
に三相スター結線をなすインピーダンス素子８を接続す
る。電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの中性点Ｎとインピーダンス
素子８の中性点ｎとの間に直流の固定子励磁電源７を接
続し、この固定子励磁電源７と電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗと
インピーダンス素子８とによる閉回路を形成する。
線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相である。電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは
図２に示すように固定子鉄心１の内周部に形成した固定
子スロット２内に集中全節巻の巻線態様にて、２極三相
に巻装し、図１に示すようにスター結線して各相の引出
し端を出力端子１０〜１２を介して負荷に接続するよう
になっている。さらに電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの引出し端
に三相スター結線をなすインピーダンス素子８を接続す
る。電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの中性点Ｎとインピーダンス
素子８の中性点ｎとの間に直流の固定子励磁電源７を接
続し、この固定子励磁電源７と電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗと
インピーダンス素子８とによる閉回路を形成する。
【００２２】一方、回転子Ｒにおいては図２に示すよう
に、回転子鉄心３に回転子スロット４を形成し、この回
転子スロット４内に回転子界磁巻線５および回転子励磁
巻線６ａ，６ｂ，６ｃを巻装する。回転子界磁巻線５は
電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗと同数の極数（２極）を形成する
ように巻装する。回転子励磁巻線６ａは電機子巻線Ｕ，
Ｖ，Ｗの極数の３倍（６極）および５倍（１０極）の極
数のそれぞれと磁気的結合をなす巻線ピッチで巻装して
整流器９ａの交流入力側に接続する。また、回転子励磁
巻線６ｂ，６ｃについても同様にした後、整流器９ａ．
９ｂ，９ｃの直流出力側を互いに並列に接続し、直流出
力端に回転子界磁巻線５を接続する。整流器９ａ，９
ｂ，９ｃはそれぞれ回転子鉄心３に付設させてあり、回
転子鉄心３とともに回転する回転整流器形式になってい
る。
に、回転子鉄心３に回転子スロット４を形成し、この回
転子スロット４内に回転子界磁巻線５および回転子励磁
巻線６ａ，６ｂ，６ｃを巻装する。回転子界磁巻線５は
電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗと同数の極数（２極）を形成する
ように巻装する。回転子励磁巻線６ａは電機子巻線Ｕ，
Ｖ，Ｗの極数の３倍（６極）および５倍（１０極）の極
数のそれぞれと磁気的結合をなす巻線ピッチで巻装して
整流器９ａの交流入力側に接続する。また、回転子励磁
巻線６ｂ，６ｃについても同様にした後、整流器９ａ．
９ｂ，９ｃの直流出力側を互いに並列に接続し、直流出
力端に回転子界磁巻線５を接続する。整流器９ａ，９
ｂ，９ｃはそれぞれ回転子鉄心３に付設させてあり、回
転子鉄心３とともに回転する回転整流器形式になってい
る。
【００２３】次に、上記構成のブラシレス同期発電機の
動作を説明する。先ず、無負荷時において、固定子励磁
電源７から、わずかな直流の固定子励磁電流ｉｏｕ，ｉ
ｏｖ，ｉｏｗを電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供与する。この
固定子励磁電流ｉｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗはインピーダン
ス素子８の中性点ｎに合流し固定子励磁電源７に戻る。
この時、三相電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを流れる固定子励磁
電流ｉｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗによって生ずる固定子励磁
磁界Ｈｏは、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが集中全節巻にして
あることから、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの極数の３倍、す
なわち、６極を形成する。これを以下に解析する。
動作を説明する。先ず、無負荷時において、固定子励磁
電源７から、わずかな直流の固定子励磁電流ｉｏｕ，ｉ
ｏｖ，ｉｏｗを電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供与する。この
固定子励磁電流ｉｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗはインピーダン
ス素子８の中性点ｎに合流し固定子励磁電源７に戻る。
この時、三相電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを流れる固定子励磁
電流ｉｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗによって生ずる固定子励磁
磁界Ｈｏは、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが集中全節巻にして
あることから、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの極数の３倍、す
なわち、６極を形成する。これを以下に解析する。
【００２４】図４は電機子巻線各相の配列および固定子
励磁電流ｉｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗの方向を示している。
また、この図４に示す電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗをθ方向に
展開し、Ｕ相についてフーリエ級数で表した方形波磁界
分布を示せば図３のようになる。この図３においては固
定子Ｓと回転子Ｒ間のギャップを省略してある。
励磁電流ｉｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗの方向を示している。
また、この図４に示す電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗをθ方向に
展開し、Ｕ相についてフーリエ級数で表した方形波磁界
分布を示せば図３のようになる。この図３においては固
定子Ｓと回転子Ｒ間のギャップを省略してある。
【００２５】上記のように、集中全節巻の電機子巻線Ｕ
による磁界分布は、電機子巻線Ｕの巻数をｎ（Ｔ），電
機子巻線Ｕに流れる固定子励磁電流をｉｏｕ（Ａ），比
例定数をｋとすると、振幅をｋｉｏｕｎ（ＡＴ／ｍ）と
する方形波になる。ただし、磁路の磁気飽和は無視す
る。
による磁界分布は、電機子巻線Ｕの巻数をｎ（Ｔ），電
機子巻線Ｕに流れる固定子励磁電流をｉｏｕ（Ａ），比
例定数をｋとすると、振幅をｋｉｏｕｎ（ＡＴ／ｍ）と
する方形波になる。ただし、磁路の磁気飽和は無視す
る。
【００２６】方形波の中心点０を基点とし、この０点か
ら電気角でθ（ｒａｄ）の距離における任意の点Ｐにお
ける磁界の強さＨｏｕをフーリエ級数で表すと、 となる。固定子励磁電流ｉｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗは今の
場合、直流であるから、ｉｏｕ≡Ｉｏ（Ａ）〈平均値〉
とし式に代入すると、 となる。さらに、固定子Ｓに２π／３（ｒａｄ）ずつず
らした位置に巻装した集中全節巻の電機子巻線Ｖ，Ｗ
（巻数はＵ相と同じ）に、 （Ｖ相） ｉｏｖ≡Ｉｏ（Ａ） （Ｗ相） ｉｏｗ≡Ｉｏ（Ａ） が流れたとき、各相の磁界の強さをそれぞれＨｏｖ，Ｈ
ｏｗとすると、 となる。固定子励磁磁界Ｈｏは，，式の和である
から次式が得られる。 Ｈｏ＝Ｈｏｕ＋Ｈｏｖ＋Ｈｏｗ 式より固定子励磁磁界Ｈｏは第一項の−Ｈｏｍ ｃｏ
ｓ３θ、すなわち６極を形成することがわかる。図５は
以上の解析を図で表したものである。
ら電気角でθ（ｒａｄ）の距離における任意の点Ｐにお
ける磁界の強さＨｏｕをフーリエ級数で表すと、 となる。固定子励磁電流ｉｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗは今の
場合、直流であるから、ｉｏｕ≡Ｉｏ（Ａ）〈平均値〉
とし式に代入すると、 となる。さらに、固定子Ｓに２π／３（ｒａｄ）ずつず
らした位置に巻装した集中全節巻の電機子巻線Ｖ，Ｗ
（巻数はＵ相と同じ）に、 （Ｖ相） ｉｏｖ≡Ｉｏ（Ａ） （Ｗ相） ｉｏｗ≡Ｉｏ（Ａ） が流れたとき、各相の磁界の強さをそれぞれＨｏｖ，Ｈ
ｏｗとすると、 となる。固定子励磁磁界Ｈｏは，，式の和である
から次式が得られる。 Ｈｏ＝Ｈｏｕ＋Ｈｏｖ＋Ｈｏｗ 式より固定子励磁磁界Ｈｏは第一項の−Ｈｏｍ ｃｏ
ｓ３θ、すなわち６極を形成することがわかる。図５は
以上の解析を図で表したものである。
【００２７】ここで回転子Ｒを回転させると、固定子励
磁磁界Ｈｏの上記６極と磁気的結合をなす回転子励磁巻
線６ａ，６ｂ，６ｃのそれぞれに起電力ｅｒ３が誘導す
る。この起電力ｅｒ３は整流器９ａ，９ｂ，９ｃを介し
て、回転子界磁巻線５に回転子界磁電流をｉｆを供与
し、２極の主磁界を発生させる。回転子界磁巻線５には
電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが磁気的に結合させてあるから電
機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗにわずかな出力電圧が誘導する。こ
の出力電圧により電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗとインピーダン
ス素子８とからなる回路に三相交流のインピーダンス電
流ｉｚｕ，ｉｚｖ，ｉｚｗが無負荷時における電機子電
流ｉａｕ，ｉａｖ，ｉａｗとして流れて、電機子反作用
磁界が生ずる。この電機子反作用磁界は電機子巻線Ｕ，
Ｖ，Ｗが集中全節巻であることから第５空間高調波磁界
すなわち１０極成分を含むものとなる。これを以下に解
析する。
磁磁界Ｈｏの上記６極と磁気的結合をなす回転子励磁巻
線６ａ，６ｂ，６ｃのそれぞれに起電力ｅｒ３が誘導す
る。この起電力ｅｒ３は整流器９ａ，９ｂ，９ｃを介し
て、回転子界磁巻線５に回転子界磁電流をｉｆを供与
し、２極の主磁界を発生させる。回転子界磁巻線５には
電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが磁気的に結合させてあるから電
機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗにわずかな出力電圧が誘導する。こ
の出力電圧により電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗとインピーダン
ス素子８とからなる回路に三相交流のインピーダンス電
流ｉｚｕ，ｉｚｖ，ｉｚｗが無負荷時における電機子電
流ｉａｕ，ｉａｖ，ｉａｗとして流れて、電機子反作用
磁界が生ずる。この電機子反作用磁界は電機子巻線Ｕ，
Ｖ，Ｗが集中全節巻であることから第５空間高調波磁界
すなわち１０極成分を含むものとなる。これを以下に解
析する。
【００２８】電機子巻線Ｕを流れる電機子電流ｉａｕ
（Ａ）によって生ずる磁界をＨａｕとすると、式は次
のように書き換えられる。
（Ａ）によって生ずる磁界をＨａｕとすると、式は次
のように書き換えられる。
【他６／】
【他１１／】
【他７／】さらに、固定子Ｓに２π／３（ｒａｄ）ずつ
ずらした位置に巻装された集中全節巻の電機子巻線Ｖ，
Ｗに次式で示される電機子電流、
ずらした位置に巻装された集中全節巻の電機子巻線Ｖ，
Ｗに次式で示される電機子電流、
【他８／】が流れたとき、各相の磁界をそれぞれＨａ
ｖ，Ｈａｗとすると、
ｖ，Ｈａｗとすると、
【他９／】となる。集中全節巻の三相電機子巻線による
磁界Ｈａは，，式の和であるから、次式が得られ
る。
磁界Ｈａは，，式の和であるから、次式が得られ
る。
【他１０／】▲１０▼式より電機子電流ｉａｕ，ｉａ
ｖ，ｉａｗによる電機子反作用磁界Ｈａは、第１項の基
本波磁界３／２Ｈａｍｓｉｎ（ωｔ−θ）と、第２項の
第５空間高調波磁界，第３項の第７空間高調波磁界等の
奇数次空間高調波磁界から成り立っており、位相角の符
号から、第５空間高調波磁界は基本波磁界とは逆の方向
に、第７空間高調波磁界は基本波磁界と同じ方向に回転
することもわかる。
ｖ，ｉａｗによる電機子反作用磁界Ｈａは、第１項の基
本波磁界３／２Ｈａｍｓｉｎ（ωｔ−θ）と、第２項の
第５空間高調波磁界，第３項の第７空間高調波磁界等の
奇数次空間高調波磁界から成り立っており、位相角の符
号から、第５空間高調波磁界は基本波磁界とは逆の方向
に、第７空間高調波磁界は基本波磁界と同じ方向に回転
することもわかる。
【００２９】本発明は以上の解析結果から導出される第
５空間高調波磁界を利用するものである。すなわち、電
機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの極数の５倍の極数（１０極）と磁
気的結合をなすように巻装した回転子励磁巻線６ａ，６
ｂ，６ｃのそれぞれに電機子反作用磁界中の第５空間高
調波磁界（１０極）によって起電力ｅｒ５が誘導する。
この起電力ｅｒ５は整流器９ａ，９ｂ，９ｃを介して回
転子界磁巻線５に印加される。
５空間高調波磁界を利用するものである。すなわち、電
機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの極数の５倍の極数（１０極）と磁
気的結合をなすように巻装した回転子励磁巻線６ａ，６
ｂ，６ｃのそれぞれに電機子反作用磁界中の第５空間高
調波磁界（１０極）によって起電力ｅｒ５が誘導する。
この起電力ｅｒ５は整流器９ａ，９ｂ，９ｃを介して回
転子界磁巻線５に印加される。
【００３０】結局、回転子界磁電流ｉｆは、起電力ｅｒ
３によるものに起電力ｅｒ５によるものが加えられて増
大し、主磁界が増強、延いては電機子巻線に誘起した出
力電圧が上昇する。出力電圧が上昇すると、インピーダ
ンス電流ｉｚｕ，ｉｚｖ，ｉｚｗ、第５空間高調波磁
界、起電力ｅｒ５、主磁界等が増大増強し、これを繰り
返して自励的に出力電圧が確立される。このとき、固定
子励磁電流ｉｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗを可変とすれば無負
荷時の出力電圧を任意に調整できる。
３によるものに起電力ｅｒ５によるものが加えられて増
大し、主磁界が増強、延いては電機子巻線に誘起した出
力電圧が上昇する。出力電圧が上昇すると、インピーダ
ンス電流ｉｚｕ，ｉｚｖ，ｉｚｗ、第５空間高調波磁
界、起電力ｅｒ５、主磁界等が増大増強し、これを繰り
返して自励的に出力電圧が確立される。このとき、固定
子励磁電流ｉｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗを可変とすれば無負
荷時の出力電圧を任意に調整できる。
【００３１】次に、三相負荷時には、インピーダンス電
流ｉｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗと負荷電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ
との合成電流が電機子電流ｉａｕ，ｉａｖ，ｉａｗとし
て電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを流れる。三相負荷時における
電機子電流ｉａｕ，ｉａｖ，ｉａｗによる第５空間高調
波磁界の発生およびその作用については上記無負荷の場
合と同様であるが、回転子励磁巻線６ａ，６ｂ，６ｃの
起電力ｅｒ５は負荷電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗによる第５空
間高調波磁界の作用がインピーダンス電流ｉｚｕ，ｉｚ
ｖ，ｉｚｗによる第５空間高調波磁界の作用に加わって
上昇し、回転子界磁電流ｉｆが無負荷時よりも増大す
る。負荷時における第５空間高調波磁界の強さは負荷電
流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの大きさに比例するから、負荷電流
の増減に伴って回転子界磁電流ｉｆも増減し、出力電圧
の変動を抑制する。すなわち、固定子励磁電流ｉｏｕ，
ｉｏｖ，ｉｏｗを一定に保ったままでも、同期発電機に
不可欠の出力電圧補償作用が自動的に行われ、出力電圧
は一定に保たれる。この時、固定子励磁電流がｉｏｕ，
ｉｏｖ，ｉｏｗを可変とすれば無負荷時と同様に負荷時
においても出力電圧を任意に調整することができる。
流ｉｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗと負荷電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ
との合成電流が電機子電流ｉａｕ，ｉａｖ，ｉａｗとし
て電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを流れる。三相負荷時における
電機子電流ｉａｕ，ｉａｖ，ｉａｗによる第５空間高調
波磁界の発生およびその作用については上記無負荷の場
合と同様であるが、回転子励磁巻線６ａ，６ｂ，６ｃの
起電力ｅｒ５は負荷電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗによる第５空
間高調波磁界の作用がインピーダンス電流ｉｚｕ，ｉｚ
ｖ，ｉｚｗによる第５空間高調波磁界の作用に加わって
上昇し、回転子界磁電流ｉｆが無負荷時よりも増大す
る。負荷時における第５空間高調波磁界の強さは負荷電
流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの大きさに比例するから、負荷電流
の増減に伴って回転子界磁電流ｉｆも増減し、出力電圧
の変動を抑制する。すなわち、固定子励磁電流ｉｏｕ，
ｉｏｖ，ｉｏｗを一定に保ったままでも、同期発電機に
不可欠の出力電圧補償作用が自動的に行われ、出力電圧
は一定に保たれる。この時、固定子励磁電流がｉｏｕ，
ｉｏｖ，ｉｏｗを可変とすれば無負荷時と同様に負荷時
においても出力電圧を任意に調整することができる。
【００３２】単相負荷の場合も出力端子１０〜１２から
選択された２つの端子に単相負荷を接続する出力形態に
おいて、単相交流負荷電流による交番電機子反作用磁界
中の第５空間高調波磁界を利用するので上記三相の場合
と同じになる。
選択された２つの端子に単相負荷を接続する出力形態に
おいて、単相交流負荷電流による交番電機子反作用磁界
中の第５空間高調波磁界を利用するので上記三相の場合
と同じになる。
【００３３】固定子励磁電流ｉｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗ
は、固定子励磁電源７、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ、インピ
ーダンス素子８等からなる閉回路を還流するのみで負荷
に影響を及ぼさない。
は、固定子励磁電源７、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ、インピ
ーダンス素子８等からなる閉回路を還流するのみで負荷
に影響を及ぼさない。
【００３４】また、本発明における回転子励磁巻線の巻
線態様は上記実施例に限るものではない。図６は電機子
巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが２極の場合に適用する回転子励磁巻線
のさまざまな実施例を展開図として示したものであり、
図１，図２に示した実施例は図６（ｄ）を採用したもの
である。図６（ａ），（ｂ），（ｃ）（ｄ）はそれぞれ
８極，８極，１０極，６極巻線を、巻線ピッチをそのま
まにして適宜分割し、整流器に接続したもので、いずれ
も固定子励磁磁界（６極）および第５空間高調波磁界
（１０極）という極数の異なる２種類の磁界と磁気的結
合をなして回転子界磁電流ｉｆを供与し得る代表的な実
施例である。その他、１０極巻線と、６極巻線という巻
線ピッチの異なる２種類の回転子励磁巻線を巻装し、そ
れぞれを整流器に接続するという方法も可能であり、所
望する特性および製造コスト等を勘案して選択すればよ
い。
線態様は上記実施例に限るものではない。図６は電機子
巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが２極の場合に適用する回転子励磁巻線
のさまざまな実施例を展開図として示したものであり、
図１，図２に示した実施例は図６（ｄ）を採用したもの
である。図６（ａ），（ｂ），（ｃ）（ｄ）はそれぞれ
８極，８極，１０極，６極巻線を、巻線ピッチをそのま
まにして適宜分割し、整流器に接続したもので、いずれ
も固定子励磁磁界（６極）および第５空間高調波磁界
（１０極）という極数の異なる２種類の磁界と磁気的結
合をなして回転子界磁電流ｉｆを供与し得る代表的な実
施例である。その他、１０極巻線と、６極巻線という巻
線ピッチの異なる２種類の回転子励磁巻線を巻装し、そ
れぞれを整流器に接続するという方法も可能であり、所
望する特性および製造コスト等を勘案して選択すればよ
い。
【００３５】さらに図１，図２に示した実施例におい
て、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは集中全節巻がなされている
ものとして説明してきたが、本発明における電機子巻線
の巻線態様はこれに限るものではない。すなわち、集中
全節巻に準じた巻線態様も実際的見地からとり得る。こ
こに言う集中全節巻に準じた巻線態様とは電機子電流に
よる電機子反作用磁界中に第５空間高調波磁界を含ませ
ると同時に、固定子励磁磁界Ｈｏに電機子巻線の極数の
３倍の極数を形成させる意図で、電機子巻線の巻線係数
を適宜選択したあらゆる巻線態様を指す。たとえば、図
７は本発明における電機子巻線の巻線態様についての他
の実施例の一つを示したものであり、ここでは隣合う２
つの固定子スロットに分布させた分布全節巻としたもの
である。電機子反作用磁界中の第５空間高調波磁界およ
び固定子励磁磁界Ｈｏは、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを広く
分布させるほど弱くなるが、図７に示す実施例において
は両磁界の強さを実用に供し得る範囲に選択した場合に
おいては分布巻も可能であることを示している。
て、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは集中全節巻がなされている
ものとして説明してきたが、本発明における電機子巻線
の巻線態様はこれに限るものではない。すなわち、集中
全節巻に準じた巻線態様も実際的見地からとり得る。こ
こに言う集中全節巻に準じた巻線態様とは電機子電流に
よる電機子反作用磁界中に第５空間高調波磁界を含ませ
ると同時に、固定子励磁磁界Ｈｏに電機子巻線の極数の
３倍の極数を形成させる意図で、電機子巻線の巻線係数
を適宜選択したあらゆる巻線態様を指す。たとえば、図
７は本発明における電機子巻線の巻線態様についての他
の実施例の一つを示したものであり、ここでは隣合う２
つの固定子スロットに分布させた分布全節巻としたもの
である。電機子反作用磁界中の第５空間高調波磁界およ
び固定子励磁磁界Ｈｏは、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを広く
分布させるほど弱くなるが、図７に示す実施例において
は両磁界の強さを実用に供し得る範囲に選択した場合に
おいては分布巻も可能であることを示している。
【００３６】本発明はまた、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに外
部より三相電力を供与する場合には同期電動機として動
作させることができる。
部より三相電力を供与する場合には同期電動機として動
作させることができる。
【００３７】なお、固定子励磁電源を交流とした場合に
は、固定子励磁磁界Ｈｏが交番磁界となるが、上記作用
は同じである。
は、固定子励磁磁界Ｈｏが交番磁界となるが、上記作用
は同じである。
【００３８】固定子励磁磁界Ｈｏ，第５空間高調波磁界
および主磁界等の極数はそれぞれ異なるため、互いに及
ぼす影響は極めて小さく、所望の出力が得られる。
および主磁界等の極数はそれぞれ異なるため、互いに及
ぼす影響は極めて小さく、所望の出力が得られる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明のように、本発明によれば、固
定子鉄心の巻装巻線を電機子巻線のみとしたブラシレス
同期機の実現が可能となる。しかも、電機子巻線は集中
全節巻または集中全節巻に準ずるという製造上極めて能
率的な巻線態様を有するものであるから製造コストの低
廉化を図り得る。この効果は、特に電機子巻線が必然的
に複雑化する多極機（４極以上）において著しいものと
なる。
定子鉄心の巻装巻線を電機子巻線のみとしたブラシレス
同期機の実現が可能となる。しかも、電機子巻線は集中
全節巻または集中全節巻に準ずるという製造上極めて能
率的な巻線態様を有するものであるから製造コストの低
廉化を図り得る。この効果は、特に電機子巻線が必然的
に複雑化する多極機（４極以上）において著しいものと
なる。
【図１】本発明の一実施例を示す電気回路図である。
【図２】本発明の一実施例を示す図であり、鉄心部分の
断面図を示す図である。
断面図を示す図である。
【図３】図４に示す電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗをθ方向に展
開しＵ相についてフーリエ級数で表した方形波磁界分布
を示す図である。
開しＵ相についてフーリエ級数で表した方形波磁界分布
を示す図である。
【図４】電機子巻線各相の配列および固定子励磁電流ｉ
ｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗの方向を示す図である。
ｏｕ，ｉｏｖ，ｉｏｗの方向を示す図である。
【図５】集中全節巻の電機子巻線による磁界分布を示す
図である。
図である。
【図６】電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが２極の場合に適用する
回転子励磁巻線のさまざまな実施例を展開図として示し
た図である。
回転子励磁巻線のさまざまな実施例を展開図として示し
た図である。
【図７】本発明における他の実施例を示す図である。
Ｕ・・Ｕ相 Ｖ・・Ｖ相 Ｗ・・Ｗ相 １・・鉄心 ２・・固定子スロット ３・・回転子鉄心 ４・・回転子スロット ５・・回転子界磁巻線 ６ａ・回転子励磁巻線 ６ｂ・回転子励磁巻線 ６Ｃ・回転子励磁巻線 ７・・固定子励磁電源 ８・・インピーダンス素子 ９ａ・整流器 ９ｂ・整流器 ９Ｃ・整流器 １０・出力端 １１・出力端 １２・出力端
Claims (1)
- 【請求項１】 固定子鉄心に集中全節巻または集中全節
巻に準ずる巻線態様の電機子巻線を三相スター結線をな
して巻装し、該電機子巻線からの引出し端に三相スター
結線をなすインピーダンス素子を接続し、該インピーダ
ンス素子の中性点と上記電機子巻線の中性点との間に固
定子励磁電源を接続して該固定子励磁電源と上記電機子
巻線と上記インピーダンス素子とによる閉回路を形成
し、回転子鉄心には上記電機子巻線の極数の３倍および
５倍の極数のそれぞれと磁気的結合をなす回転子励磁巻
線と該回転子励磁巻線の起電力が直流に変換された後に
供与されかつ上記電機子巻線と同一極数の回転子界磁巻
線とを巻装するとともに、回転子鉄心には上記回転子励
磁巻線の起電力を直流に変換するための整流器を備えて
なることを特徴とするブラシレス同期機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21816891A JP3165968B2 (ja) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | ブラシレス同期機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21816891A JP3165968B2 (ja) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | ブラシレス同期機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04347566A JPH04347566A (ja) | 1992-12-02 |
| JP3165968B2 true JP3165968B2 (ja) | 2001-05-14 |
Family
ID=16715695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21816891A Expired - Fee Related JP3165968B2 (ja) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | ブラシレス同期機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3165968B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100513039C (zh) * | 2001-04-03 | 2009-07-15 | 密执安州立大学董事会 | 合金法激光焊接方法及焊接接头 |
| EP2207255A4 (en) * | 2007-10-29 | 2012-06-27 | Toyota Motor Co Ltd | ELECTRICAL ROTATION MACHINE AND DRIVE CONTROL |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ZA201201135B (en) * | 2012-02-16 | 2014-02-26 | Genrh8 Ltd | Synchronous electric machine |
| WO2014083687A1 (ja) * | 2012-11-30 | 2014-06-05 | 株式会社日立製作所 | 回転電機システム及び風力発電システム |
| DE102013102900A1 (de) * | 2013-03-21 | 2014-09-25 | Feaam Gmbh | Synchronmaschine |
| CN106537758A (zh) * | 2014-07-24 | 2017-03-22 | Ntn株式会社 | 发电机 |
| US10770999B2 (en) * | 2018-04-17 | 2020-09-08 | The Regents Of The University Of Michigan | Brushless, self-excited synchronous field-winding machine |
| KR102224902B1 (ko) * | 2019-02-15 | 2021-03-05 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 전동기 |
| KR20200099773A (ko) * | 2019-02-15 | 2020-08-25 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 전동기 |
| WO2023117242A1 (de) * | 2021-12-20 | 2023-06-29 | Robert Bosch Gmbh | Induktives übertragersystem zur übertragung von elektrischer energie in eine erregerwicklung eines rotors |
-
1991
- 1991-05-22 JP JP21816891A patent/JP3165968B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100513039C (zh) * | 2001-04-03 | 2009-07-15 | 密执安州立大学董事会 | 合金法激光焊接方法及焊接接头 |
| EP2207255A4 (en) * | 2007-10-29 | 2012-06-27 | Toyota Motor Co Ltd | ELECTRICAL ROTATION MACHINE AND DRIVE CONTROL |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04347566A (ja) | 1992-12-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xu et al. | Transient model of a doubly excited reluctance motor | |
| Magnussen et al. | Winding factors and Joule losses of permanent magnet machines with concentrated windings | |
| US7388310B2 (en) | Synchronous electrical machine comprising a stator and at least one rotor, and associated control device | |
| US10651711B2 (en) | Magnetless rotary electric machine | |
| JP3165968B2 (ja) | ブラシレス同期機 | |
| Bukhari et al. | Simplified brushless wound field synchronous machine topology based on a three-phase rectifier | |
| JPH01278247A (ja) | 同期電動機 | |
| JP2939914B2 (ja) | ブラシレス自励同期発電機 | |
| JP2887686B2 (ja) | ブラシレス自励同期発電機 | |
| JPH077900A (ja) | ブラシレス三相同期発電機 | |
| Humza et al. | Brushless Wound Rotor Vernier Motor Using Single-Phase Additional Winding on Stator for Variable Speed Applications | |
| JP3539148B2 (ja) | 円筒型同期発電機 | |
| JPS6223348A (ja) | ブラシレス発電機 | |
| JPS5961457A (ja) | ブラシなし三相同期発電機 | |
| JPH0424782Y2 (ja) | ||
| JP2000134889A (ja) | エンジン溶接機 | |
| JP3352717B2 (ja) | 電動機 | |
| JPH0817560B2 (ja) | ブラシレス発電機 | |
| KR20230075074A (ko) | 권선형 동기기 구동을 위한 브러시리스 단일 인버터 구동 시스템 | |
| JP2753721B2 (ja) | ブラシレス自励同期発電機 | |
| JPH06253513A (ja) | 同期電動機 | |
| JPH0626063Y2 (ja) | ブラシレス４極三相発電機 | |
| Subbiah et al. | Certain design aspects of single-winding three-phase inductor alternators | |
| JPS59110356A (ja) | 回転電気機械の構造 | |
| JPS63117644A (ja) | ブラシレス発電機 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010116 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |