JP5991702B2 - AC generator - Google Patents
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Description
本発明は交流発電機に関し,より詳細には,三相と単相の同時出力が可能な交流発電機の改良に関する。 The present invention relates to an alternator, and more particularly to an improvement of an alternator capable of simultaneous output of three phases and a single phase.
工事現場や各種イベント会場などの特に屋外において,電力により稼働する各種の作業機,照明器具,映像・音響機器,その他の機器(本明細書において単に「負荷」という。)を使用する場合,このような負荷に対する電力の供給源としてエンジン等の原動機を備えた発電機が使用されている。 When using various working machines, lighting equipment, video / audio equipment, and other equipment (simply referred to as “load” in this specification) that are operated by electric power, especially outdoors such as construction sites and various event venues. A generator including a prime mover such as an engine is used as a power supply source for such a load.
そして,このような発電機にあっては,使用する負荷の入力形式の違いを考慮して,三相出力と,単相出力のいずれも行うことができるものが提案されている。 And in such a generator, the thing which can perform both a three-phase output and a single phase output in consideration of the difference in the input form of the load to be used is proposed.
このように,三相出力と単相出力のいずれも行うことができるように構成された交流発電機として,図12に示すように,三相巻線u,v,wのうちの1相の巻線vの中性点Oから100/115の位置に中間タップTを設けると共に,このV相巻線と逆位相に,前記中間タップTに誘起される電圧と等しい電圧を誘起する補助巻線nを追加し,中間タップT,中性点O,及び補助巻線に接続した端子Nで単相3線出力が得られるように構成した交流発電機が提案されている(特許文献1参照)。
As shown in FIG. 12, as an AC generator configured to be able to perform both three-phase output and single-phase output, one of the three-phase windings u, v, and w is The intermediate tap T is provided at a
また,上記特許文献1に記載の交流発電機では補助巻線nを含めた総巻線量が多く,電機子コイルが大型化する点に鑑み,本願の出願人は,補助巻線量の減少を可能とした交流発電機として,図13(A)に示すように,三相巻線u,v,wと補助巻線nを備えた構成,及び,三相巻線u,v,wのうちのいずれか1相〔図13(A)の例ではV相〕に中間タップTを設けた点については特許文献1に記載の発明と構成を共通するが,前記補助巻線nを,この補助巻線nによって誘起される誘起電圧のベクトル和が,前記基準巻線vの誘起電圧(115V)に対し1/2(57.5V)で,且つ,前記基準巻線vの誘起電圧に対し180°の位相差を生じるよう前記補助巻線nを構成し,前記三相巻線u,v,wの各出力端子U,V,Wを,三相出力部とし,前記三相巻線u,v,wのうち前記基準巻線vを除く他の2巻線u,wの各出力端子U,Wと前記補助巻線nの出力端子Nを,単相3線出力部と成すと共に,前記基準巻線vに設けた前記中間タップTと前記中性点Oとを,単相2線出力部とした交流発電機を出願している(特願2014−77886号,以下,「先行特許出願」という)。
Further, in the AC generator described in
上記先行特許出願に記載の交流発電機では,一例として図12に示した特許文献1に記載の発明の結線と,図13(A)に示した先行特許出願に記載の結線との比較において,補助巻線量を42.5%も減量することができるものでありながら,三相,単相3線,及び,単相2線の同時出力が可能となっており,一例として,図13(B)のベクトル図に示すように,u,v,wの各相の誘起電圧を115Vとし,このうちの基準巻線vの誘起電圧に対し,ベクトル和が1/2の57.5Vである補助巻線nを設けた場合,U,V,W端子から三相200Vの出力が,U,N,W端子から単相3線200Vの出力が,T,O端子から単相2線100Vの出力が得られるようになっている。
In the AC generator described in the above prior patent application, as an example, in comparison between the connection of the invention described in
ここで,前掲の先行特許出願では,T,O端子を単相2線100Vの出力部とする構成を採用しているが,単相2線100Vの出力は,上記位置に限らず,図13(B)のベクトル図よりU−N端子間,あるいはW−N端子間においても得ることができるはずであり,U−N端子間,あるいはW−N端子間において単相2線100Vの出力を得ることができれば,基準巻線vに中間タップTやこれに接続された出力端子を設けることが不要となり,ステータの構成をより簡略化することが可能となる。 Here, in the above-mentioned prior patent application, the configuration in which the T and O terminals are used as the output portion of the single-phase two-wire 100V is adopted, but the output of the single-phase two-wire 100V is not limited to the above position, and FIG. From the vector diagram of (B), it should be able to be obtained between the UN terminals or between the WN terminals, and the output of the single-phase two-wire 100V can be obtained between the UN terminals or the WN terminals. If it can be obtained, it is not necessary to provide the intermediate winding T and the output terminal connected to the reference winding v, and the configuration of the stator can be further simplified.
しかし,上記先行特許出願に記載の発明に対応する実機として本願の出願人が開発中の交流発電機(後掲の「比較例」)の各端子間電圧の出力波形を測定したところ,図9に示すように,U,W端子を介して出力される単相200Vの電圧波形(図9中の実線グラフを参照)については殆ど歪みのない正弦波であることが確認できたものの,U,N端子を介して出力される単相100Vの電圧波形(図9中の破線グラフを参照),及びW,N端子を介して出力される単相100Vの電圧波形(図9中の点線グラフを参照)については,いずれ共に左右非対称の形状となっており,正弦波形に対し歪んだ波形となっていることが確認された。
However, when the output waveform of each inter-terminal voltage of the AC generator under development by the applicant of the present application (hereinafter referred to as “Comparative Example”) as an actual machine corresponding to the invention described in the above-mentioned prior patent application was measured, FIG. As shown in FIG. 9, the single-
そのため,このような歪んだ波形の電圧を,交流発電機に接続された負荷に対し電源電圧として出力すると,接続された負荷の種類によっては正常な動作が阻害され,場合によっては負荷が損傷する危険性もあり,そのままでは,U−N端子間,又はW−N端子間の出力を,単相2線出力として使用することができない。 Therefore, if such a distorted waveform voltage is output as a power supply voltage to a load connected to an AC generator, normal operation may be hindered depending on the type of connected load, and the load may be damaged in some cases. There is also a danger, and as it is, the output between the U-N terminals or the W-N terminals cannot be used as a single-phase two-wire output.
そこで,本発明は,上記開発中の交流発電機の更なる改良を図るために成されたものであり,図13(A)に示したように,基準巻線vに対し誘起電圧のベクトル和が1/2で,180°の位相差を有する補助巻線nを設けた交流発電機において,基準巻線v以外のいずれかの相(u又はw)の巻線に設けられた出力端子(U又はW)と,補助巻線nに設けられた出力端子Nとの間(U,N間,又はW,N間)で得られる電圧波形についても,正弦波に近い波形で出力できるようにすることで,U,N端子,及び/又はW,N端子を,単相2線出力部として使用することができる交流発電機を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention was made to further improve the above-described AC generator under development. As shown in FIG. 13A, the vector sum of the induced voltages with respect to the reference winding v is obtained. In an AC generator provided with an auxiliary winding n having a phase difference of 180 [deg.] With a phase difference of 180 [deg.], An output terminal provided on a winding of any phase (u or w) other than the reference winding v ( U or W) and an output terminal N provided between the auxiliary windings n (between U and N, or between W and N), so that a waveform close to a sine wave can be output. Thus, an object of the present invention is to provide an AC generator that can use the U, N terminal and / or the W, N terminal as a single-phase two-wire output unit.
以下に,課題を解決するための手段を,発明を実施するための形態で使用する符号と共に記載する。この符号は,特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態の記載との対応を明らかにするためのものであり,言うまでもなく,本願発明の技術的範囲の解釈に制限的に用いられるものではない。 Hereinafter, means for solving the problem will be described together with reference numerals used in the embodiment for carrying out the invention. This code is used to clarify the correspondence between the description of the scope of claims and the description of the mode for carrying out the invention. Needless to say, it is used in a limited manner for the interpretation of the technical scope of the present invention. It is not a thing.
上記目的を達成するために,本発明の交流発電機は,
ステータコア12のスロット14に,三相巻線u,v,wの各エレメントコイル21〜23に設けた一対の挿入部(21a,21b;22a,22b;23a,23b)を所定の第1間隔P1となるよう挿入して,前記三相巻線u,v,wを,中性点Oを中心に120°の位相差のY結線となるよう前記ステータコア12に取り付けることで形成されたステータ10を備え,前記三相巻線u,v,wの各出力端子U,V,W間より所定電圧(一例として200V)の三相出力を取り出し可能に構成された交流発電機において,
前記中性点Oに接続された補助巻線nを更に設け,
前記ステータコア12のスロット14に,前記補助巻線nの各エレメントコイル31〜33に設けた一対の挿入部(31a,31b;32a,32b;33a,33b)を所定の第2間隔P2で挿入して,前記補助巻線nを,該補助巻線nによって誘起される誘起電圧のベクトル和が,前記三相巻線u,v,wのうちのいずれか1相(実施例においてV相)の巻線である基準巻線vの誘起電圧(115V)に対し1/2で,且つ,前記基準巻線vの誘起電圧に対し180°の位相差を生じるように,前記ステータ10に取り付けると共に,
前記第1間隔P1に対し,前記第2間隔P2を狭く形成して,前記三相巻線u,v,wのうち前記基準巻線vを除く他の2巻線u,wのいずれか一方の出力端子(U又はW)と前記補助巻線nの出力端子Nを,前記所定電圧に対し約1/2の電圧を正弦波形に近付けた出力波形で出力する単相2線出力部としたことを特徴とする(請求項1,図2,及び図11〜図13)。
In order to achieve the above object, the alternator of the present invention comprises:
A pair of insertion portions (21a, 21b; 22a, 22b; 23a, 23b) provided in the
An auxiliary winding n connected to the neutral point O is further provided;
A pair of insertion portions (31a, 31b; 32a, 32b; 33a, 33b) provided in the
One of the other two windings u, w excluding the reference winding v among the three-phase windings u, v, w by forming the second spacing P2 narrower than the first spacing P1. The output terminal (U or W) and the output terminal N of the auxiliary winding n are a single-phase two-wire output unit that outputs a voltage that is approximately ½ the sine waveform with respect to the predetermined voltage. (
上記構成の交流発電機において,前記三相巻線u,v,w及び補助巻線nは,共に分布巻きとすることが好ましい(請求項2,図5及び図6)。
In the AC generator configured as described above, it is preferable that the three-phase windings u, v, w and the auxiliary winding n are both distributed windings (
以上で説明した本発明の構成により,本発明の交流発電機では以下の効果を得ることができた。 With the configuration of the present invention described above, the following effects can be obtained in the AC generator of the present invention.
三相巻線u,v,wの各エレメントコイル21〜23に設けた一対の挿入部(21a,21b/22a,22b/23a,23b)の配置間隔である第1間隔P1に対し,補助巻線nの各エレメントコイル31〜33に設けた一対の挿入部(31a,31b/32a,32b/33a,33b)の配置間隔である第2間隔P2を狭く形成したことにより,図13(A)に示した回路構成におけるU−N出力端子間電圧,及びW−N出力端子間電圧の出力波形を正弦波形に近付けることができ,その結果,U−N出力端子,及び/又はW−N出力端子を,単相2線出力部として使用することが可能で,各相の巻線に中間タップや中間出力端子を設けることなく,単相2線出力の取り出しを行うことができた。
Auxiliary winding for the first interval P1, which is the arrangement interval of the pair of insertion portions (21a, 21b / 22a, 22b / 23a, 23b) provided in the
また,前記第1間隔P1に対し,第2間隔P2を狭くした構成では,第1間隔P1と第2間隔P2を同一の間隔に形成した場合に比較して,補助巻線nのコイルエレメント31〜33の周長が短くなることで,使用する銅線の全長を短くすることができ,発電機全体の軽量化,小型化が可能であると共に,使用材料の減少に伴う低コスト化を実現することができた。
Further, in the configuration in which the second interval P2 is narrower than the first interval P1, the
更に,第2間隔P2を第1間隔P1に対し狭く形成したことで,分布巻とした場合であっても,隣接するセットコイルの補助巻線n同士が重なることを防止,あるいは重なり部分を少なくすることができ,その結果,コイルエンドの膨らみを抑制でき,発電機全体の小型化を図ることができると共に,重なり部分が減ることで,重なり合う部分を相互に絶縁するための絶縁紙の取付作業に要する労力が軽減されると共に,ステータコア12の1つのスロット14に挿入しなければならないエレメントコイルの数が減ることで,スロット14に対する挿入作業時の労力についても軽減することができた。
Furthermore, by forming the second interval P2 narrower than the first interval P1, even if distributed winding is used, the auxiliary windings n of adjacent set coils are prevented from overlapping with each other, or the overlapping portion is reduced. As a result, it is possible to suppress the swelling of the coil end, to reduce the size of the entire generator, and to reduce the overlapping portion, so that the insulating paper is attached to insulate the overlapping portions from each other. The labor required for inserting the
〔交流発電機の基本構造〕
前述したように,本発明は,図13(A)を参照して説明した本願出願人の先行出願である前掲の先行特許出願に記載の交流発電機の改良に関するものであり,本発明の交流発電機が備えるステータの基本構造は,図13(A)に示したステータと同様,中性点Oに三相巻線であるU相巻線u,V相巻線v,W相巻線wのそれぞれの一端を接続すると共に,電気角120°の位相差でY結線した構成を備えている。
[Basic structure of AC generator]
As described above, the present invention relates to the improvement of the AC generator described in the above-mentioned prior patent application, which is the prior application of the applicant of the present application described with reference to FIG. The basic structure of the stator included in the generator is the same as that of the stator shown in FIG. 13A. A neutral phase O includes a U-phase winding u, a V-phase winding v, and a W-phase winding w that are three-phase windings. Are connected at one end and Y-connected with a phase difference of 120 ° in electrical angle.
従って,この構成により,U相巻線uの他端に接続された出力端子U,V相巻線vの他端に接続された出力端子V,W相巻線wの他端に接続された出力端子W,及び中性点Oを介して,所定の定格電圧,本実施例では200Vの三相出力が得られるように構成されている。 Therefore, with this configuration, the output terminal U connected to the other end of the U-phase winding u, the output terminal V connected to the other end of the V-phase winding v, and the other end of the W-phase winding w are connected. Via the output terminal W and the neutral point O, a three-phase output of a predetermined rated voltage, 200 V in this embodiment, is obtained.
また,本発明の交流発電機のステータには,前述した三相巻線u,v,wの他に,三相巻線u,v,wのいずれか1相(本実施例ではV相)の巻線vを基準巻線とし,この基準巻線vの誘起電圧に対し,ベクトル和において1/2で且つ180°の位相差を有する誘起電圧を発生する補助巻線nの一端を中性点Oに接続すると共に,この補助巻線nの他端に出力端子Nを接続している点においても前述した先行特許出願として紹介した交流発電機のステータと共通の構造を有している。 In addition to the above-described three-phase windings u, v, and w, the stator of the AC generator of the present invention includes any one of the three-phase windings u, v, and w (in this embodiment, V-phase). Is used as a reference winding, and one end of the auxiliary winding n that generates an induced voltage having a phase difference of ½ and 180 ° in the vector sum with respect to the induced voltage of the reference winding v is neutral. In addition to being connected to the point O, the output terminal N is connected to the other end of the auxiliary winding n, and the same structure as that of the stator of the AC generator introduced as the aforementioned prior patent application is provided.
図13(A)の構成では,三相巻線u,v,w中,V相巻線vを前述の基準巻線としているが,その他の相(U相,W相)の巻線u,wのいずれか一方をこの基準巻線としても良い。 In the configuration of FIG. 13A, among the three-phase windings u, v, w, the V-phase winding v is the reference winding described above, but the windings u, U of the other phases (U-phase, W-phase) Either one of w may be used as the reference winding.
また,図13(A)の例では,基準巻線vの巻数に対し1/2の巻数を有する単一の補助巻線nの一端を,基準巻線vに対して電気角で180°の位相差となるように中性点Oに接続することにより前述の補助巻線nを形成しているが,補助巻線nは,図13(A)に示すように単一の巻線によって構成する場合のみならず,複数の巻線を組み合わせて構成したものであっても良く,補助巻線n全体の誘起電圧のベクトル和が,基準巻線vの励起電圧に対し1/2で,かつ180°の位相差となる構成であれば各種構成を採用可能である。 Further, in the example of FIG. 13A, one end of a single auxiliary winding n having 1/2 the number of turns of the reference winding v is set at an electrical angle of 180 ° with respect to the reference winding v. The auxiliary winding n described above is formed by connecting to the neutral point O so as to have a phase difference. The auxiliary winding n is configured by a single winding as shown in FIG. In addition to the above, it may be configured by combining a plurality of windings, and the vector sum of the induced voltage of the entire auxiliary winding n is 1/2 with respect to the excitation voltage of the reference winding v, and Various configurations can be adopted as long as the configuration has a phase difference of 180 °.
上記構成より,各相の線間電圧(出力端子U−V,V−W,W−U間の電圧)は図示の構成においてそれぞれ200Vであり,従って,各相の電圧は約115V(200V/√3)となる。 From the above configuration, the line voltage of each phase (voltage between the output terminals U-V, V-W, W-U) is 200 V in the illustrated configuration, and therefore the voltage of each phase is about 115 V (200 V / 200 V / V). √3)
また,補助巻線nに接続された出力端子Nと中性点O間の電圧(出力端子N,O間の電圧)はV相電圧(115V)に対して1/2の57.5Vで,従って出力端子U−N,W−N間の電圧は約100V(57.5V×√3)である。 The voltage between the output terminal N connected to the auxiliary winding n and the neutral point O (voltage between the output terminals N and O) is 57.5 V which is 1/2 of the V-phase voltage (115 V). Therefore, the voltage between the output terminals U-N and W-N is about 100 V (57.5 V × √3).
なお,図13(A)を参照して説明した先行特許出願に記載の交流発電機では,単相2線100Vの出力を,基準巻線vに設けた中間タップTと中性点O間で得るものとしていたことから,基準巻線vに中間タップTを設ける構成となっているが,本願の交流発電機では,後述するようにU−N端子間,又はW−N端子間で単相2線100Vの出力が得られることから,基準巻線vに中間タップTを設ける必要はないが,本発明の交流発電機においても,前記中間タップTを設けても良い。 In the AC generator described in the prior patent application described with reference to FIG. 13 (A), the output of the single-phase two-wire 100V is sent between the intermediate tap T provided in the reference winding v and the neutral point O. Since the intermediate winding T is provided in the reference winding v, the AC generator of the present application has a single phase between the U-N terminals or the W-N terminals as will be described later. Since an output of two wires 100V is obtained, it is not necessary to provide the intermediate tap T in the reference winding v. However, the intermediate tap T may be provided also in the AC generator of the present invention.
以上のように構成された交流発電機のステータ10は,図2,図4及び図6に示すように,ステータコア12に対し,前述した三相巻線u,v,wと,補助巻線nを所定のパターンで取り付けることで形成される。
As shown in FIGS. 2, 4 and 6, the
前述のステータコア12は,中央にロータ40が挿入される開口が形成された円筒状に形成されており,その内周に巻線を挿入するための溝であるスロット14と,このスロット14間に形成されたティース15を備えており,ステータコア12の前記スロット14に三相巻線u,v,wと補助巻線nが挿入され,取り付けられる。
The above-described
ステータコア12に取り付ける巻線は,図11に示すように三相巻線u,v,w及び補助巻線nのいずれ共に,所定の巻数で巻かれたエレメントコイル(21〜23,31〜33)を備えており,図11(A)の例では,3つのエレメントコイル21〜23を3段直列に接続して三相巻線のセットコイル20(20a)を構成し,また,図11(B)の例では,3つのエレメントコイル31〜33を3段直列に接続して補助巻線のセットコイル30(30a)を構成している。
As shown in FIG. 11, the windings attached to the
セットコイル20,30を構成する各エレメントコイル(21〜23,31〜33)には,それぞれ,ステータコア12のスロット14内に挿入される直線状の部分である挿入部(21a〜23a,21b〜23b,31a〜33a,31b〜33b)が一対ずつ設けられていると共に,ステータコア12に対する取り付け時,ステータコア12の両端より突出するコイルエンド(21c〜23c,21d〜23d,31c〜33c,31d〜33d)が設けられている。
The element coils (21 to 23, 31 to 33) constituting the set coils 20 and 30 have insertion portions (21a to 23a, 21b to 21a to 23a, 21b to 21) that are linear portions inserted into the
各巻線の各エレメントコイル21〜23,31〜33にそれぞれ設けられている一対の挿入部(21aと21b;22aと22b;23aと23b;31aと31b;32aと32b;33aと33b)が,所定の間隔(三相巻線にあっては第1間隔P1,補助巻線にあっては第2間隔P2)となるよう,ステータコア12のスロット14に前述の挿入部(21a〜23a,21b〜23b,31a〜33a,31b〜33b)を挿入することにより,各エレメントコイル21〜23,31〜33で所定数のティース15を巻回している。
A pair of insertion portions (21a and 21b; 22a and 22b; 23a and 23b; 31a and 31b; 32a and 32b; 33a and 33b) provided in each
〔比較例の発電機の構成〕
「発明が解決しようとする課題」欄で図9を参照して説明したように,U−N端子間電圧,およびW−N端子間電圧の出力波形が,左右非対称で正弦波形に対し歪んだ形状として観測された,比較例の交流発電機のステータの構成を図5及び図6に示す。
[Configuration of Generator of Comparative Example]
As described with reference to FIG. 9 in the “Problems to be Solved by the Invention” column, the output waveforms of the voltage between the U and N terminals and the voltage between the W and N terminals are asymmetrical with respect to the sine waveform. The configuration of the stator of the comparative alternator observed as the shape is shown in FIGS.
図5及び図6に示すように,比較例の交流発電機のステータは,スロット数42のステータコア12に,三相巻線u,v,wと補助巻線nを取り付けて形成したステータであり,図5の例において三相巻線u,v,wは,それぞれエレメントコイルを3段直列に接続したセットコイル20(20a)と、エレメントコイルを4段直列に接続したセットコイル20(20b)とを備え,3段のセットコイル20aに対して4段のセットコイル20bが逆巻になるよう接続して1つの巻線要素2を構成し,2つの巻線要素2によって1相の巻線を構成している。
As shown in FIGS. 5 and 6, the stator of the AC generator of the comparative example is a stator formed by attaching three-phase windings u, v, w and auxiliary winding n to the
図示の例においてステータ12のスロット数は42スロットで,この42スロットに4セットのセットコイルを収納することから,1相中で隣接するセットコイルの中心間間隔は10.5スロットピッチ(42スロット÷4セットコイル=10.5)である。
In the illustrated example, the number of slots of the
各エレメントコイルに設けられた一方の挿入部と他方の挿入部との間隔P1はいずれも9スロットピッチであり,1つのセットコイル20a,20bを構成するエレメントコイルは1段毎に1スロットずつずらして配置する分布巻にて取り付けている。1相の中で隣接するセットコイル20a,20bの中心間間隔は前述のように10.5スロットであるから,3段のセットコイル20aと4段のセットコイル20bとは2つのエレメントコイルの挿入部が同一のスロットに収納される。
The interval P1 between one insertion portion and the other insertion portion provided in each element coil is 9 slot pitch, and the element coils constituting one
前記三相巻線u,v,wは,前述したように各相が2つの巻線要素2を備え,1相の中でそれぞれの巻線要素2は180°(42スロット÷2巻線要素=21スロット)離れた位置に配置されている。
As described above, each of the three-phase windings u, v, w includes two winding
前記三相巻線u,v,wは,各相が120°の位相差となるように14スロット(42スロット÷3相=14スロット)ずらして配置している。 The three-phase windings u, v, and w are arranged so as to be shifted by 14 slots (42 slots ÷ 3 phases = 14 slots) so that each phase has a phase difference of 120 °.
隣接する相との間隔は7スロット(42スロット÷2巻線要素÷3相=7スロット)である。 The interval between adjacent phases is 7 slots (42 slots ÷ 2 winding elements ÷ 3 phases = 7 slots).
図5の例において補助巻線nは,エレメントコイルを3段直列に接続したセットコイル30aと,エレメントコイルを2段直列に接続したセットコイル30bとを備え,3段のセットコイル30aに対して2段のセットコイル30bが逆巻になるよう接続して1つの巻線要素3を構成し,2つの巻線要素3で補助巻線nを構成している。
In the example of FIG. 5, the auxiliary winding n includes a
補助巻線nを構成する各エレメントコイルに設けられた一方の挿入部と他方の挿入部との間隔P2はいずれも9スロットピッチであり,1つのセットコイル30a,30bを構成するエレメントコイルは1段毎に1スロットずつずらして配置する分布巻にて取り付けている。補助巻線nの中で隣接するセットコイル30a,30bの中心間間隔は10.5スロットであるから3段のセットコイル30aと2段のセットコイル30bとは1つのエレメントコイルの挿入部が同一のスロットに収納される。
The interval P2 between one insertion portion and the other insertion portion provided in each element coil constituting the auxiliary winding n is 9 slot pitch, and the element coil constituting one
補助巻線nは,2つの巻線要素3によって構成され,それぞれの巻線要素3は180°離れた位置に配置され,巻線要素同士を並列に接続している。
The auxiliary winding n is composed of two winding
補助巻線nは基準巻線vに対して180°の位相差となるように中性点に接続されるが,補助巻線nのセットコイル30a,30bの中心と基準巻線vのセットコイル20a,20bの中心とは一致している。 The auxiliary winding n is connected to a neutral point so as to have a phase difference of 180 ° with respect to the reference winding v, but the center of the set coils 30a and 30b of the auxiliary winding n and the set coil of the reference winding v The centers of 20a and 20b coincide with each other.
前記三相巻線u,v,wの各相の2つの巻線要素2を,並列に接続すると低圧(200V)の出力電圧となり,直列に接続すると高圧(400V)の出力電圧となる。
When the two winding
〔比較例の考察〕
ここで,図13(A),(B)より,U−N端子間電圧の出力波形は,U相巻線の誘起電圧(O−U端子間電圧)の波形と,補助巻線nの誘起電圧(O−N端子間電圧)の波形との合成によって得られるものであることから,比較例の交流発電機においてU−N端子間電圧の出力波形に歪みが生じた原因を検討すべく,比較例の交流発電機におけるU−N端子間電圧,O−U端子間電圧,及びO−N端子間電圧をそれぞれ測定した。この測定結果を図10に示す。
[Consideration of Comparative Example]
Here, from FIGS. 13A and 13B, the output waveform of the voltage between the U and N terminals is the waveform of the induced voltage of the U phase winding (voltage between the OU terminals) and the induction of the auxiliary winding n. In order to examine the cause of distortion in the output waveform of the voltage between the U and N terminals in the AC generator of the comparative example, it is obtained by combining with the waveform of the voltage (voltage between the O and N terminals). The voltage between the U-N terminals, the voltage between the OU terminals, and the voltage between the OU terminals in the AC generator of the comparative example were measured. The measurement results are shown in FIG.
図10に示した測定結果より,U−N端子間電圧の波形(図中,実線で示した波形)が正弦波形に対し歪んだ波形となるのは,U相巻線の誘起電圧(O−U端子間電圧)の波形(図中,破線で示した波形)に対し,補助巻線の誘起電圧(O−N端子間電圧)の波形(図中,点線で示した波形)のピークが遅れて表れることで,両者の合成により得られた波形であるU−N端子間電圧の波形(図中,実線の波形)の降下に遅れが生じ,降下の傾斜が中間位置で紙面右側に膨らんだ形状となることが原因であると推察することができる。 From the measurement results shown in FIG. 10, the waveform of the voltage between the U and N terminals (the waveform shown by the solid line in the figure) is distorted with respect to the sine waveform. The peak of the waveform of the auxiliary winding induced voltage (voltage between ON and N terminals) (the waveform shown by the dotted line in the figure) is delayed from the waveform of the voltage between the U terminals (the waveform shown by the broken line in the figure) As a result, there is a delay in the drop in the voltage waveform between the U and N terminals (the solid waveform in the figure) obtained by combining the two, and the slope of the drop swells to the right side of the page at the middle position. It can be inferred that the cause is the shape.
〔本願発明で採用した構造〕
比較例の交流発電機に対する上記考察結果を前提として,本発明の交流発電機では,以下の予想の下,ステータの構造を見直した。
[Structure adopted in the present invention]
On the premise of the above consideration result for the comparative example of the alternator, the structure of the stator was reviewed in the alternator of the present invention under the following expectation.
上記図10に示した比較例の交流発電機の出力波形より,比較例の交流発電機において正弦波として出力されている補助巻線nの誘起電圧(O−N端子間電圧)の波形(図10中,点線で示した波形)を歪めて,出力のピーク(波形の頂部)を平坦化し,全体として矩形波に近付けた形状とすることにより,U−N端子間電圧の波形を正弦波形に近付けるよう修正できるのではないかと予想を立てた。 From the output waveform of the AC generator of the comparative example shown in FIG. 10 above, the waveform of the induced voltage (voltage between ON and N terminals) of the auxiliary winding n output as a sine wave in the AC generator of the comparative example (see FIG. 10) 10, the waveform of the voltage between the U and N terminals is changed to a sine waveform by distorting the output peak (waveform peak) and flattening the output peak (the top of the waveform) to a shape close to a rectangular wave as a whole. I anticipated that it could be modified to get closer.
そして,図5,6に示した比較例の交流発電機のステータにおける三相巻線u,v,wの構成についてはそのままに,補助巻線nの各エレメントコイルに設けた一対の挿入部の配置間隔である第2間隔P2のみを,比較例における9スロットピッチ(巻き数3)に対し,4スロットピッチ(巻き数6)に減少させた交流発電機(実施例1:図1及び図2参照)を作製し,U−N端子間電圧,O−U端子間電圧,O−N端子間電圧を測定して,それぞれの変化の様子を測定した。その結果を,図7に示す。 The configuration of the three-phase windings u, v, and w in the stator of the AC generator of the comparative example shown in FIGS. 5 and 6 is not changed, and a pair of insertion portions provided in each element coil of the auxiliary winding n is not changed. Only the second interval P2, which is the arrangement interval, is reduced to 4 slot pitch (6 windings) with respect to 9 slot pitch (3 windings) in the comparative example (Example 1: FIGS. 1 and 2). The voltage between the U and N terminals, the voltage between the OU terminals, and the voltage between the OU terminals were measured, and the state of each change was measured. The result is shown in FIG.
図7に示したように,第2間隔P2を4スロットピッチに減少させた実施例1の交流発電機では,比較例の交流発電機ではきれいな正弦波(図10の点線の波形を参照)として観察された補助巻線nの誘起電圧(O−N端子間電圧)の波形に歪みが生じ,波形のピーク部分(頂部)が潰れて矩形波に近い形状に変形していることが確認された(図7の点線の波形を参照)。 As shown in FIG. 7, in the alternating current generator of Example 1 in which the second interval P2 is reduced to a 4-slot pitch, the comparative alternating current generator has a clean sine wave (see the dotted waveform in FIG. 10). It was confirmed that the observed waveform of the induced voltage (voltage between the ON and N terminals) of the auxiliary winding n was distorted, and the peak portion (top) of the waveform was crushed and deformed into a shape close to a rectangular wave. (See the dotted waveform in FIG. 7).
その一方で,比較例の交流発電機では歪んでいたU−N端子間の出力電圧波形については正弦波形に極めて近い形状にまで歪みが改善されていることが確認された(図7の実線の波形を参照)。 On the other hand, it was confirmed that the distortion of the output voltage waveform between the U and N terminals, which was distorted in the AC generator of the comparative example, was improved to a shape very close to a sine waveform (the solid line in FIG. 7). See waveform).
更に,第2間隔P2を,図3及び図4に示すように6スロットピッチ(巻き数5)に変更した交流発電機(実施例2)を作製してU−N端子間電圧を測定したところ,図8に示すように,実施例1の交流発電機のU−N端子間電圧との比較では歪みの改善効果は低下していたものの,比較例の交流発電機との比較では,波形の歪みが大幅に改善され,正弦波形に近付いていることが確認された。 Further, an AC generator (Example 2) in which the second interval P2 was changed to a 6-slot pitch (5 windings) as shown in FIGS. 3 and 4 and the voltage between the U and N terminals was measured. As shown in FIG. 8, although the effect of improving the distortion was reduced in comparison with the voltage between the U and N terminals of the AC generator of Example 1, in comparison with the AC generator of the comparative example, It was confirmed that the distortion was greatly improved and approached a sine waveform.
なお,以上ではU−N端子間電圧の出力波形の観察結果について説明したが,W−N端子間電圧の出力波形についても前述した第2間隔P2を第1間隔P1に対し狭く形成することで,同様に波形の改善が得られることが確認された。 In the above, the observation result of the output waveform of the voltage between the U and N terminals has been described, but the output interval of the voltage between the W and N terminals is also formed by making the above-described second interval P2 narrower than the first interval P1. Similarly, it was confirmed that waveform improvement was obtained.
〔実施例に基づく効果の考察〕
以上の結果から,三相巻線u,v,wの各エレメントコイルに設けた一対の挿入部の配置間隔(第1間隔P1)に対し,補助巻線nの各エレメントコイルに設けた一対の挿入部の配置間隔(第2間隔P2)を狭くすると,U−N端子間電圧及びW−N端子間電圧の出力波形の歪みがいずれも改善されて正弦波形に近付くことが確認された。
[Consideration of effects based on examples]
From the above results, a pair of elements provided in each element coil of the auxiliary winding n with respect to the arrangement interval (first interval P1) of the pair of insertion parts provided in each element coil of the three-phase windings u, v, w. It has been confirmed that when the arrangement interval (second interval P2) of the insertion portion is narrowed, the distortion of the output waveform of the voltage between the U-N terminals and the voltage between the W-N terminals is improved and approaches the sine waveform.
また,この第2間隔P2は,これを6スロットピッチとした実施例2に対し,4スロットピッチとした実施例1においてより優れた波形の改善が見られたことから,第2間隔P2はこれを狭くする程,U−N端子間電圧,及びW−N端子間電圧の出力波形を正弦波形に近付けることができることが確認された。
In addition, the second interval P2 is more improved in the waveform of the first embodiment in which the second interval P2 is 4 slot pitch than in the
一方,第2間隔P2を6スロットピッチとした実施例2では,これを4スロットピッチとした実施例1に比較して,波形の歪みの改善効果は低下したものの,比較例との比較において大幅な改善効果が得られていると共に,実施例2の構成では,実施例1の構成に比較して補助巻線nの各エレメントコイルの巻数を少なくすることができるため,1つのスロットに挿入する巻線量を減少させることができる点で有利である。 On the other hand, in the second embodiment in which the second interval P2 is 6 slot pitch, the effect of improving the waveform distortion is lower than that in the first embodiment in which the second interval P2 is 4 slot pitch. In the configuration of the second embodiment, the number of turns of each element coil of the auxiliary winding n can be reduced as compared with the configuration of the first embodiment, so that it is inserted into one slot. This is advantageous in that the amount of winding can be reduced.
なお,実施例1,2の構成では,いずれもU−N端子間電圧,W−N端子間電圧の出力波形の改善が得られるだけでなく,補助巻線nの各エレメントコイルの周長が短くなることで,銅線の使用量を減らすことができ,使用材料の減少に伴う交流発電機の軽量化と製造コストの低減という効果についても得ることができた。 In the configurations of the first and second embodiments, not only can the output waveforms of the voltage between the U and N terminals and the voltage between the W and N terminals be improved, but the circumference of each element coil of the auxiliary winding n can be increased. By shortening the length, we were able to reduce the amount of copper wire used, and we were able to obtain the effect of reducing the weight of the AC generator and reducing the manufacturing cost associated with the decrease in the materials used.
また,比較例の構成では,図5及び図6に示したように,7番スロット,17番スロット,28番スロット,38番スロットで隣接するセットコイルの補助巻線nのエレメントコイルが重なって挿入されている結果,1スロットあたり最大で4つのエレメントコイルが挿入された4層構成となるのに対し,実施例1,実施例2の交流発電機では,図2及び図4に示したように,1スロットあたりに挿入されるエレメントコイルは最大でも3つで,ステータ10を3層構成に減少させることができたことで,集中してエレメントコイルが挿入されているスロット部分でコイルエンドが膨らむことを防止でき,交流発電機の小型化が図れるだけでなく,1スロットあたりに挿入されるエレメントコイル数が減少することで,絶縁紙の取り付け作業やスロットに対する挿入部の取り付け作業が軽減される結果,作業性の向上が得られるという効果についても得られるものとなった。
Further, in the configuration of the comparative example, as shown in FIGS. 5 and 6, the element coils of the auxiliary winding n of the adjacent set coils overlap with each other in the seventh slot, the 17th slot, the 28th slot, and the 38th slot. As a result of the insertion, a four-layer configuration with a maximum of four element coils inserted per slot is obtained, whereas in the AC generators of Examples 1 and 2, as shown in FIG. 2 and FIG. Furthermore, the maximum number of element coils inserted per slot is three, and the
2 巻線要素(三相巻線の)
3 巻線要素(補助巻線の)
10 ステータ
12 ステータコア
14 スロット
15 ティース
20,20a,20b セットコイル(三相巻線の)
21〜23 エレメントコイル(三相巻線の)
21a〜23a,21b〜23b 挿入部
21c〜23c,21d〜23d コイルエンド
30,30a,30b セットコイル(補助巻線の)
31〜33 エレメントコイル(補助巻線の)
31a〜33a,31b〜33b 挿入部
31c〜33c,31d〜33d コイルエンド
40 ロータ
u U相巻線
v V相巻線(基準巻線)
w W相巻線
n 補助巻線
U 出力端子(U相)
V 出力端子(V相)
W 出力端子(W相)
N,T2 出力端子(補助巻線の)
O 中性点
T 中間タップ
P1 第1間隔[挿入部の配置間隔(三相巻線の)]
P2 第2間隔[挿入部の配置間隔(補助巻線の)]
2 Winding elements (three-phase winding)
3 Winding elements (auxiliary winding)
10
21-23 Element coil (three-phase winding)
21a-23a, 21b-
31-33 Element coil (auxiliary winding)
31a to 33a, 31b to
w W phase winding n Auxiliary winding U Output terminal (U phase)
V output terminal (phase V)
W Output terminal (W phase)
N, T2 output terminal (for auxiliary winding)
O Neutral point T Intermediate tap P1 First interval [Insertion interval (three-phase winding)]
P2 second interval [interval of insertion section (auxiliary winding)]
Claims (2)
前記中性点に接続された補助巻線を更に設け,
前記ステータコアのスロットに,前記補助巻線の各エレメントコイルに設けた一対の挿入部を所定の第2間隔で挿入して,前記補助巻線を,該補助巻線によって誘起される誘起電圧のベクトル和が,前記三相巻線のうちのいずれか1相の巻線である基準巻線の誘起電圧に対し1/2で,且つ,前記基準巻線の誘起電圧に対し180°の位相差を生じるように,前記ステータに取り付けると共に,
前記第1間隔に対し,前記第2間隔を狭く形成して,前記三相巻線のうち前記基準巻線を除く他の2巻線のいずれか一方の出力端子と前記補助巻線の出力端子を,前記所定電圧に対し約1/2の電圧を正弦波形に近付けた出力波形で出力する単相2線出力部としたことを特徴とする交流発電機。 A pair of insertion portions provided in each element coil of the three-phase winding is inserted into the stator core slot at a predetermined first interval, and the three-phase winding is inserted at a position of 120 ° centered on the neutral point. In an alternator comprising a stator formed by attaching to the stator core so as to be a Y connection of a phase difference, and configured to be able to take out a three-phase output of a predetermined voltage from between each output terminal of the three-phase winding,
An auxiliary winding connected to the neutral point is further provided,
A pair of insertion portions provided in each element coil of the auxiliary winding is inserted into the slot of the stator core at a predetermined second interval, and the auxiliary winding is induced by a vector of induced voltage induced by the auxiliary winding. The sum is 1/2 of the induced voltage of the reference winding, which is one of the three-phase windings, and a phase difference of 180 ° with respect to the induced voltage of the reference winding. Attached to the stator to produce,
The second interval is narrower than the first interval, and the output terminal of one of the other two windings excluding the reference winding and the output terminal of the auxiliary winding among the three-phase windings Is a single-phase two-wire output unit that outputs a voltage about ½ of the predetermined voltage in an output waveform close to a sine waveform .
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