JP6732834B2 - 発電機 - Google Patents

Description

本発明は、工事現場等で使用される可搬式の発電機で、三相電力と単相３線電力の両方が同時に使用可能な三相同期発電機に関するものである。

工事現場等で使用される大型のモータやポンプは三相２００Ｖで動作し、小型の電動工具や照明等は単相の２００Ｖあるいは１００Ｖで動作する。そこで、工事現場で使用される近年の可搬式発電機は、１台で三相２００Ｖと単相２００Ｖ、１００Ｖの両方を供給できるようにすることが要求されていて、そのような要求に応えるべく、いくつかの提案がなされている。

ここで、図３は、特許文献１に記載の発電機における三相電機子巻線の結線を示す結線図及びベクトル図である。また、図４及び図５は、特許文献２に記載の発電機における三相電機子巻線の結線を示す結線図である。また、図６及び図７は、特許文献３に記載の発電機における三相電機子巻線の結線を示す結線図である。また、図８は、特許文献４に記載の発電機における三相電機子巻線の結線を示す結線図である。

例えば、特許文献１に記載された発電機では、図３に示すように、三相の各相巻線をそれぞれ二つの巻線で構成し、さらに、そのうちの１相、例えばＶ相だけ片側の巻線を二つの巻線２Ｂ、２Ｃで構成している。そして、三相電力を得る場合は、図３（イ）に示すように、各相の巻線を並列に接続し、それらを三相星形に接続して端子Ｕ、Ｖ、Ｗから三相出力を得る。また、三相電力と単相３線電力の両方を同時に使用する場合は、図３（ロ）に示すように、Ｖ相の巻線２Ｂ、２Ｃの接続を切り替える。その結果、端子Ｕ、Ｖ、Ｗから三相出力が得られると同時に、端子Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２間に単相３線出力が得られる。すなわち、図３（ハ）にベクトル図を示すように、端子Ｔ０、Ｔ１間と端子Ｔ０、Ｔ２間に、互いに逆位相で１００Ｖ、端子Ｔ１、Ｔ２間に２００Ｖの単相電圧が出力される。

この発電機によれば、１ 台の発電機で、三相電力と単相３ 線電力の両方が同時に使用可能になる。

また、特許文献２には、図４に示すように、三相巻線１、２、３の内の１相の巻線、例えばＵ相巻線１の、中性点Ｏから１００／１１５の位置に中間タップＴ１を設けるとともに、中性点Ｏに、中間タップＴ１を設けたＵ相巻線１と逆位相に、中間タップＴ１に誘起される電圧と等しい大きさの電圧を誘起する追加巻線４を接続することにより、端子Ｕ、Ｖ、Ｗに三相電圧、端子Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２に単相３線電圧が同時に出力されるようにした発電機が示されている。

さらに、特許文献２には、図５に示すように、各相巻線を埋め込んだスロットに、Ｕ相巻線１の、中性点Ｏから中間タップＴ１までの巻数の２分の１の巻数のＵ相追加巻線５、Ｖ相追加巻線６、Ｗ相追加巻線７を埋め込み、それらの追加巻線を、中性点Ｏから直列に接続し、Ｕ相追加巻線５は、Ｕ相巻線１と逆位相に、Ｖ相追加巻線６、Ｗ相追加巻線７は、それぞれ、Ｖ相巻線２、Ｗ相巻線３と同位相に接続するようにした実施例も示されている。

また、特許文献３には、図６に示すように、三相巻線１、２、３の内の二つの巻線、例えばＵ相巻線１、Ｖ相巻線２の所定の位置にタップ部を設け、それらのタップ部に、Ｗ相巻線３と同位相の追加巻線８、９の一方の端子を接続し、他方の端子を単相出力端子とするようにした発電機が示されている。

さらに、特許文献３には、図７に示すように、三相巻線１、２、３の内の二つの巻線、例えばＵ相巻線１、Ｖ相巻線２の所定の位置にタップ部を設け、それらのタップ部に、互いに他方の巻線と同位相の追加巻線１０、１１の一方の端子を接続し、それらの他方の端子を単相出力端子とするようにした実施例も示されている。

また、特許文献４には、図８に示すように、Ｙ結線された電機子コイルの三相巻線ｕ、ｖ、ｗのいずれか１相の巻線（図示の例においてＵ相巻線ｕ）である基準巻線ｕの誘起電圧に対し、ベクトル和において１／２で、かつ１８０°の位相差を有する誘起電圧を発生させる補助巻線ｎを中性点Ｏに接続すると共に、この補助巻線ｎに出力端子Ｎを接続する。また、中性点Ｏから約１００Ｖの電圧が誘起される基準巻線ｕ上の位置に中間タップｔを設けると共に、中間タップｔに出力端子Ｔを接続するようにした発電機が示されている。

これらの従来の発電機のようにすれば、１台で三相２００Ｖと単相２００Ｖ１００Ｖの両方を、同時に供給できるようになる。

特開２００２−３３５６９６号公報 特開２００６−２０４００５号公報 特開２００４−０７２９８５号公報 特開２０１５−２０１９１８号公報

ここで、特許文献１に示される発電機では、図３（ロ）に示すように接続しておけば、接続を切り替えることなく三相電力と単相３線電力の両方を同時に使用することができるが、三相と単相３線とで中性点を共用できないという問題点があった。すなわち、三相の中性点Ｏと単相３線式出力の中性線端子Ｔ０の間には、巻線２Ｂ、２Ｃが接続されるため、両者は必然的に分離される。特に単相３線式の場合、中性線は接地される場合が多いが、図３（ロ）の端子Ｔ０を接地すると、三相の中性点Ｏは接地できなくなるのである。それを誤って両者を接地すると、巻線２Ｂ、２Ｃが短絡状態になって発電機巻線の焼損に到る危険性がある。

また、上記特許文献２に示される従来の発電機の内、図４に示すような発電機には、単相３線の出力を担う巻線が全てＵ相のスロットに集中するため、各相のスロットをバランスよく使うことができない上、三相と単相を同時に使用する際に、電機子巻線から発生する発熱も、Ｕ相のみに集中するため、巻線の温度上昇により全体の出力が制限されてしまう。

その点、特許文献３に示される、図５に示すような発電機は、追加巻線５、６、７が各相にバランスよく配置されるが、３個の追加巻線を必要とするため、コスト高になる。

一方、特許文献３に示される、図６に示すような発電機も、追加巻線はすべてＴ相の巻線であり、単相３線式を出力する時の電機子電流がすべてＴ相に集中してしまい、スロット断面積の有効利用と電機子電流による発熱の問題から、発電機全体をバランスよく利用することはできない。また、追加巻線が二つになることもコスト上昇の要因となる。

また、特許文献３に示される、図７に示すような発電機は、追加巻線のＴ相への集中は避けられるものの、追加巻線が二つになるというコスト上昇要因は解決されない。

特に、特許文献２なしい４に示される、発電機は、単相３線出力のための補助巻線を追加する必要があり、コイルの途中に補助巻線の分岐点もしくは中間タップを設けており、製造するうえで絶縁施工の要注意箇所となる問題がある。

さらに、特許文献１、４に示される、従来の発電機は、三相4線出力の中性点と単相３線出力の中性点とが同電位にならない問題がある。

さらに、特許文献１に示される、従来の発電機は、三相単相同時使用時には三相出力が全出力にならない(１/２ になる) 問題がある。

本発明は、そのような問題点に鑑み、補助巻線及び中間タップを設けない簡単な構成で、接続を切り替えることなく三相電力と単相３線電力の両方を同時に使用することができる上、三相と単相３線とで中性点を共用（同電位に）できる発電機を提供することを目的とするものである。

本発明の一態様に係る実施形態に従った発電機は、
第１の相の第１巻線と、前記第１の相から電気角で１２０°遅れた第２の相の第２巻線と、前記第２の相から電気角で１２０°遅れた第３の相の第３巻線とからなる三相電機子巻線を星型接続するとともに、三相電力と単相３線電力を同時に使用できる三相同期発電機であって、
前記第１の相の前記第１巻線は、
一端を前記三相電機子巻線の中性点とし、前記第１の相の電圧を誘起する第１巻線用中心巻線と、
一端が前記第１巻線用中心巻線の他端に接続され、前記第２の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第１巻線用中間巻線と、
一端が前記第１巻線用中間巻線の他端に接続され、他端が第１の端子に接続され、前記第３の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第１巻線用端巻線と、を有し、
前記第１巻線用端巻線の他端が接続された前記第１の端子を三相第１相出力部とするとともに、前記第１巻線用中間巻線の他端と前記第１巻線用端巻線の一端との第１の接続点を単相第１相出力部とし、
前記第２の相の前記第２巻線は、
一端を前記三相電機子巻線の前記中性点とし、前記第１巻線用中心巻線の一端に接続され、前記第２の相の電圧を誘起する第２巻線用中心巻線と、
一端が前記第２巻線用中心巻線の他端に接続され、前記第１の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第２巻線用中間巻線と、
一端が前記第２巻線用中間巻線の他端に接続され、他端が第２の端子に接続され、前記第３の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第２巻線用端巻線と、を有し、
前記第２巻線用端巻線の他端が接続された前記第２の端子を三相第２相出力部とするとともに、前記第２巻線用中間巻線の他端と前記第２巻線用端巻線の一端との第２の接続点を単相第２相出力部とし、
前記第３の相の前記第３巻線は、
一端を前記三相電機子巻線の前記中性点とし、前記第１巻線用中心巻線の一端と前記第２巻線用中心巻線の一端とに接続され、前記第３の相の電圧を誘起する第３巻線用中心巻線と、
一端が前記第３巻線用中心巻線の他端に接続され、前記第１の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第３巻線用中間巻線と、
一端が前記第３巻線用中間巻線の他端に接続され、他端が第３の端子に接続され、前記第２の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第３巻線用端巻線と、を有し、
前記第３巻線用端巻線の他端が接続された前記第３の端子を三相第３相出力部とし、
前記第１の端子、前記第２の端子、前記第３の端子、及び前記中性点から得る三相４線式出力と、前記第１の接続点、前記中性点、及び、第２の接続点から得る単相３線式出力とを同時に使用可能とした
ことを特徴とする。

前記発電機において、
前記第１巻線、前記第２巻線、及び、前記第３巻線を構成する、前記第１巻線用中心巻線、前記第１巻線用中間巻線、前記第１巻線用端巻線、前記第２巻線用中心巻線、前記第２巻線用中間巻線、前記第２巻線用端巻線、前記第３巻線用中心巻線、前記第３巻線用中間巻線、及び、第３巻線用端巻線は、コイルピッチや巻回数などのコイル仕様が同じで、誘起電圧の大きさが同じであることを特徴とする。

前記発電機において、
前記第１巻線、前記第２巻線、及び、前記第３巻線は、それぞれが三相分の巻線を組合せ接続して構成されていることを特徴とする。

前記発電機において、
前記第１巻線、前記第２巻線、及び、前記第３巻線を構成する、前記第１巻線用中心巻線、前記第１巻線用中間巻線、前記第１巻線用端巻線、前記第２巻線用中心巻線、前記第２巻線用中間巻線、前記第２巻線用端巻線、前記第３巻線用中心巻線、前記第３巻線用中間巻線、及び、第３巻線用端巻線には、巻線コイルの途中に分岐点及び中間タップが設けられていないことを特徴とする。

前記発電機において、
前記三相４線式出力の中性点と前記単相３線式出力の中性点とが同電位になることを特徴とする。

前記発電機において、
前記単相３線式出力のみに用いられる補助巻線が設けられていないことを特徴とする。

前記発電機において、
単相３線式出力に用いられる前記第１の接続点及び前記第２の接続点に、前記発電機が出力する電圧を一定に保持するための自動電圧調整器の電圧検出ラインが接続されることを特徴とする。

本発明の一態様に係る発電機は、第１の相の第１巻線と、第１の相から電気角で１２０°遅れた第２の相の第２巻線と、第２の相から電気角で１２０°遅れた第３の相の第３巻線とからなる三相電機子巻線を星型接続するとともに、三相電力と単相３線電力を同時に使用できる三相同期発電機である。

そして、第１の相の第１巻線は、一端を三相電機子巻線の中性点とし、第１の相の電圧を誘起する第１巻線用中心巻線と、一端が第１巻線用中心巻線の他端に接続され、第２の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第１巻線用中間巻線と、一端が第１巻線用中間巻線の他端に接続され、他端が第１の端子に接続され、第３の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第１巻線用端巻線と、を有し、第１巻線用端巻線の他端が接続された第１の端子を三相第１相出力部とするとともに、第１巻線用中間巻線の他端と第１巻線用端巻線の一端との第１の接続点を単相第１相出力部としている。

さらに、第２の相の第２巻線は、一端を三相電機子巻線の中性点とし、第１巻線用中心巻線の一端に接続され、第２の相の電圧を誘起する第２巻線用中心巻線と、一端が第２巻線用中心巻線の他端に接続され、第１の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第２巻線用中間巻線と、一端が第２巻線用中間巻線の他端に接続され、他端が第２の端子に接続され、第３の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第２巻線用端巻線と、を有し、第２巻線用端巻線の他端が接続された第２の端子を三相第２相出力部とするとともに、第２巻線用中間巻線の他端と第２巻線用端巻線の一端との第２の接続点を単相第２相出力部としている。

さらに、第３の相の第３巻線は、一端を三相電機子巻線の中性点とし、第１巻線用中心巻線の一端と第２巻線用中心巻線の一端とに接続され、第３の相の電圧を誘起する第３巻線用中心巻線と、一端が第３巻線用中心巻線の他端に接続され、第１の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第３巻線用中間巻線と、一端が第３巻線用中間巻線の他端に接続され、他端が第３の端子に接続され、第２の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第３巻線用端巻線と、を有し、第３巻線用端巻線ＷＭｃの他端が接続された第３の端子を三相第３相出力部としている。

そして、第１の端子、第２の端子、第３の端子、及び中性点から得る三相４線式出力と、第１の接続点、中性点、及び、第２の接続点から得る単相３線式出力とを同時に使用可能としている。

すなわち、本発明に係る発電機によれば、補助巻線及びそれぞれの巻線コイル中に中間タップを設けない簡単な構成で、接続を切り替えることなく三相電力と単相３線電力の両方を同時に使用することができる上、三相と単相３線とで中性点を共用（同電位に）できる発電機を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る発電機における三相電機子巻線１００の結線を示す結線図である。 図２は、図１に示す結線がされた三相電機子巻線１００のベクトル図である。 図３は、特許文献１に記載の発電機における三相電機子巻線の結線を示す結線図及びベクトル図である。 図４は、特許文献２に記載の発電機における三相電機子巻線の結線を示す結線図である。 図５は、特許文献２に記載の発電機における三相電機子巻線の結線を示す結線図である。 図６は、特許文献３に記載の発電機における三相電機子巻線の結線を示す結線図である。 図７は、特許文献３に記載の発電機における三相電機子巻線の結線を示す結線図である。 図８は、特許文献４に記載の発電機における三相電機子巻線の結線を示す結線図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面に基づいて説明する。

第１の実施形態

図１は、第１の実施形態に係る発電機における三相電機子巻線１００の結線を示す結線図である。また、図２は、図１に示す結線がされた三相電機子巻線１００のベクトル図である。

図１及び図２において、第１の相（Ｕ相）と同位相の巻線をｕ、第２の相（Ｖ相）と同位相の巻線をｖ、第３の相（Ｗ相）と同位相の巻線をｗと表記している。さらに、図１及び図２において、Ｕ相と電気角で１８０°、すなわち逆位相のＵ相の巻線を−ｕと表記し、同様にＶ相、及びＷ相のそれぞれの逆位相の巻線を−ｙ、及び−ｗと表記している。

第１の実施形態に係る三相同期発電機は、例えば、図１に示すように、第１の相(Ｕ相)の第１巻線ＵＭと、前記第１の相から電気角で１２０°遅れた第２の相(Ｖ相)の第２巻線ＶＭと、前記第２の相から電気角で１２０°遅れた第３の相(Ｗ相)の第３巻線ＷＭとからなる三相電機子巻線１００を星型接続して構成されている。

この第１の実施形態に係る三相同期発電機は、後述のように、三相電力と単相３線電力を同時に使用できるようになっている。

ここで、第１の相（Ｕ相）の前記第１巻線ＵＭは、例えば、図１に示すように、第１巻線用中心巻線ＵＭａと、第１巻線用中間巻線ＵＭｂと、第１巻線用端巻線ＵＭｃと、を有する。

そして、第１巻線用中心巻線ＵＭａは、一端を三相電機子巻線１００の中性点Ｏとしている。

この第１巻線用中心巻線ＵＭａは、発電時に、第１の相（Ｕ相）の電圧を誘起するようになっている。

また、第１巻線用中間巻線ＵＭｂは、一端が第１巻線用中心巻線ＵＭａの他端に接続され、他端を、第１の接続点Ｕ１としている。

この第１巻線用中間巻線ＵＭｂは、発電時に、第２の相（Ｖ相）の電圧と逆位相の電圧を誘起するようになっている。

また、第１巻線用端巻線ＵＭｃは、一端が第１巻線用中間巻線ＵＭｂの他端（第１の接続点Ｕ１）に接続され、他端を第１の端子Ｕとしている。

この第１巻線用端巻線ＵＭｃは、発電時に、第３の相（Ｗ相）の電圧と逆位相の電圧を誘起するようになっている。

ここで、当該発電機において、第１巻線用端巻線ＵＭｃの他端（終端）に接続された第１の端子Ｕを三相第１相（Ｕ相）出力部としている。

さらに、当該発電機において、第１巻線用中間巻線ＵＭｂの他端と第１巻線用端巻線ＵＭｃの一端との第１の接続点Ｕ１を単相第１相（Ｕ相）出力部としている。

次に、第２の相（Ｖ相）の第２巻線ＶＭは、例えば、図１に示すように、第２巻線用中心巻線ＶＭａと、第２巻線用中間巻線ＶＭｂと、第２巻線用端巻線ＶＭｃと、を有する。

そして、第２巻線用中心巻線ＶＭａは、一端を三相電機子巻線１００の中性点Ｏとしている。

この第２巻線用中心巻線ＶＭａは、発電時に、第２の相（Ｖ相）の電圧を誘起するようになっている。

また、第２巻線用中間巻線ＶＭｂは、一端が第２巻線用中心巻線ＶＭａの他端（第２の接続点Ｖ１）に接続され、他端を第２の接続点Ｖ１としている。

この第２巻線用中間巻線ＶＭｂは、発電時に、第１の相（Ｕ相）の電圧と逆位相の電圧を誘起するようになっている。

また、第２巻線用端巻線ＶＭｃは、一端が第２巻線用中間巻線ＶＭｂの他端（第２の接続点Ｖ１）に接続され、他端を第２の端子Ｖとしている。

この第２巻線用端巻線ＶＭｃは、発電時に、第３の相（Ｗ相）の電圧と逆位相の電圧を誘起するようになっている。

ここで、当該発電機において、第２巻線用端巻線ＶＭｃの他端（終端）が接続された前記第２の端子Ｖを三相第２相（Ｖ相）出力部としている。

さらに、当該発電機において、第２巻線用中間巻線ＶＭｂの他端と前記第２巻線用端巻線ＶＭｃの一端との第２の接続点Ｖ１を単相第２相（Ｖ相）出力部としている。

最後に、第３の相（Ｗ相）の前記第３巻線ＷＭは、例えば、図１に示すように、第３巻線用中心巻線ＷＭａと、第３巻線用中間巻線ＷＭｂと、第３巻線用端巻線ＷＭｃと、を有する。

そして、第３巻線用中心巻線ＷＭａは、一端を三相電機子巻線１００の中性点Ｏとしている。

この第３巻線用中心巻線ＷＭａは、発電時に、第３の相（Ｗ相）の電圧を誘起するようになっている。

また、第３巻線用中間巻線ＷＭｂは、一端が第３巻線用中心巻線ＷＭａの他端に接続されている。

この第３巻線用中間巻線ＷＭｂは、発電時に、前記第１の相の電圧と逆位相の電圧を誘起するようになっている。

また、第３巻線用端巻線ＷＭｃは、一端が第３巻線用中間巻線ＷＭｂの他端に接続され、他端が第３の端子Ｗに接続されている。

この第３巻線用端巻線ＷＭｃは、第２の相（Ｖ相）の電圧と逆位相の電圧を誘起するようになっている。

そして、当該発電機において、第３巻線用端巻線ＷＭｃの他端（終端）が接続された第３の端子Ｗを三相第３相（Ｗ相）出力部としている。

このように、本実施例１に係る当該発電機において、第１の端子Ｕ、第２の端子Ｖ、第３の端子Ｗ、及び中性点Ｏから得る三相４線式出力と、第１の接続点Ｕ１、中性点Ｏ、及び、第２の接続点Ｖ１から得る単相３線式出力とを同時に使用可能としている。

そのように接続した状態で、各巻線に誘起される電圧の関係をベクトル図で表すと図２に示すようになる。

例えば、Ｖ相の逆向きのＮボルト分とＷ相の逆向きのＮボルト分の合成は、Ｕ相のＮボルト分になり、
Ｖ相の逆向きのＮボルト分とＷ相の逆向きのＮボルト分とＵ相のＮボルト分の合成は、Ｕ相の２Ｎボルト分になり、この２Ｎボルト分は星型結線した三相電源の相電圧に等しく、
また、Ｕ相のＮボルト分とＶ相の逆向きのＮボルト分の合成は、Ｕ相より３０°進んだ√３Ｎボルトになる。

ここで、星形結線された三相電源の相電圧は、線間電圧／√３であるから、線間電圧を日本国内の標準的な２００Ｖとした場合の相電圧は２００Ｖ／√３≒１１５Ｖとなり、前記２Ｎボルト分に相当するので、２Ｎボルト、Ｎボルト、√３Ｎボルトは、それぞれ、
・２Ｎボルト＝２００Ｖ／√３≒１１５Ｖ、
・Ｎボルト＝２００Ｖ／√３／２≒１１５Ｖ／２≒５７．７Ｖ、
・√３Ｎボルト＝√３×２００Ｖ／√３／２＝１００Ｖ、
となる。

そこで、第１巻線用中心巻線ＵＭａ、第１巻線用中間巻線ＵＭｂ、第１巻線用端巻線ＵＭｃ、第２巻線用中心巻線ＶＭａ、第２巻線用中間巻線ＶＭｂ、前記第２巻線用端巻線ＶＭｃ、第３巻線用中心巻線ＷＭａ、第３巻線用中間巻線ＷＭｂ、及び、第３巻線用端巻線ＷＭｃのコイルピッチや巻回数などのコイル仕様を同じにし、それぞれの誘起電圧を相電圧の１／２＝２００Ｖ／√３／２≒５７．７Ｖになるように設定すれば、
Ｕ相の５７．７ＶとＶ相の逆向きの５７．７ＶとＷ相の逆向きの５７．７Ｖの合成は、Ｕ相の相電圧である１１５Ｖになり、Ｕ相の５７．７ＶとＶ相の逆向きの５７．７Ｖの合成は、Ｕ相より３０°進んだ１００Ｖになり、
Ｖ相の５７．７ＶとＵ相の逆向きの５７．７ＶとＷ相の逆向きの５７．７Ｖの合成は、Ｖ相の相電圧である１１５Ｖになり、Ｖ相の５７．７ＶとＵ相の逆向きの５７．７Ｖの合成は、Ｖ相より３０°遅れた１００Ｖになり、
Ｗ相の５７．７ＶとＵ相の逆向きの５７．７ＶとＶ相の逆向きの５７．７Ｖの合成は、Ｗ相の相電圧である１１５Ｖになるから、
第１ないし第３の端子Ｕ、Ｖ、Ｗ間で三相２００Ｖが出力されるとともに、
第１の接続点Ｕ１−中性点Ｏ（中性点端子）−第２の接続点Ｖ１間は、単相３線式の電源を構成することになって、第１の接続点Ｕ１−中性点Ｏ（中性点端子）間、及び中性点Ｏ（中性点端子）−第２の接続点Ｖ１間でそれぞれ単相１００Ｖが出力され、第１の接続点Ｕ１−第２の接続点Ｖ１間で単相２００Ｖが出力される。

このように本実施例１に係る当該発電機において、例えば、第１巻線ＵＭ、第２巻線ＶＭ、及び、第３巻線ＷＭは、それぞれが三相分の巻線を組合せ接続して構成されている。

そして、当該発電機の発電時においては、第１巻線用中心巻線ＵＭａ、第１巻線用中間巻線ＵＭｂ、第１巻線用端巻線ＵＭｃ、第２巻線用中心巻線ＶＭａ、第２巻線用中間巻線ＶＭｂ、前記第２巻線用端巻線ＶＭｃ、第３巻線用中心巻線ＷＭａ、第３巻線用中間巻線ＷＭｂ、及び、第３巻線用端巻線ＷＭｃは、それらの誘起電圧の大きさが同じ２００Ｖ／√３／２≒５７．７Ｖになるように設定されている。

また、当該発電機において、第１巻線ＵＭ、前記第２巻線ＶＭ、及び、前記第３巻線ＷＭを構成する第１巻線用中心巻線ＵＭａ、第１巻線用中間巻線ＵＭｂ、第１巻線用端巻線ＵＭｃ、第２巻線用中心巻線ＶＭａ、第２巻線用中間巻線ＶＭｂ、前記第２巻線用端巻線ＶＭｃ、第３巻線用中心巻線ＷＭａ、第３巻線用中間巻線ＷＭｂ、及び、第３巻線用端巻線ＷＭｃは、巻線コイルの途中に分岐点及び中間タップが設けられていない。

すなわち、当該発電機において、巻線コイルの途中に分岐点もしくは中間タップを設けないので、製造上のウィークポイントが減少するものと考えられる。

また、当該発電機において、単相３線式出力のみに用いられる補助巻線が設けられていない。

さらに、単相３線式出力に用いられる第１の接続点Ｕ１及び第２の接続点Ｖ１に、当該発電機が出力する電圧を一定に保持するための自動電圧調整器の電圧検出ラインが接続されるようになっている。

このように、単相３線式出力のみに使う補助巻線の追加が無いため、単相３線使用時に使用する(電流が流れる)すべての巻線に自動電圧調整器ＡＶＲの電圧検出ラインが入るので、ＡＶＲの補償動作が効果的に効き、出力電圧の変動を小さくすることができる。

特に、単相３線式出力のみに使う補助巻線の追加が無く、各相のコイルボリュームが均一になり、すべてのスロットの占積率が均等になる。

また、当該発電機において、三相４線式出力の中性点と前記単相３線式出力の中性点とが同電位になる（同じ中性点Ｏになる）ように設定されている。

そして、単相３線出力が１２０°位相の巻線からなる所謂千鳥接続となり、波形改善が図れる。

なお、Ｗ相を構成する巻線ＷＭの途中、第３巻線用中間巻線ＷＭｂの他端と第３巻線用端巻線ＷＭｃの一端との接続点より単相出力を取ることも可能であり、中性点Ｏとの間で単相２線式１００Ｖが使用できるので、合計単相出力をさらに増やすことも可能である。

また、通常の三相同期発電機の巻線方法に比べてコイルボリュームが１.５倍になるため、コイルを収めるためにスロット断面積を大きくするので電機子外径も大きくするようにし、あるいは、スロット内の導体数を通常と同等にして鉄心積厚(発電機長さ)を延ばすようにしてもよい。この場合、必然的に発電機の体格を大きくせざる得ないことがデメリット(特にコスト的に)となるが、所謂「鉄機械」になったことで、副次的に負荷の投入／開放時における瞬時電圧変動が小さくなるといった効果も得られる。

以上のように、本発明の一態様に係る発電機は、第１の相(Ｕ相)の第１巻線ＵＭと、第１の相から電気角で１２０°遅れた第２の相(Ｖ相)の第２巻線ＶＭと、第２の相から電気角で１２０°遅れた第３の相(Ｗ相)の第３巻線ＷＭとからなる三相電機子巻線１００を星型接続するとともに、三相電力と単相３線電力を同時に使用できる三相同期発電機である。

そして、第１の相（Ｕ相）の第１巻線ＵＭは、一端を三相電機子巻線１００の中性点Ｏとし、第１の相の電圧を誘起する第１巻線用中心巻線ＵＭａと、一端が第１巻線用中心巻線ＵＭａの他端に接続され、第２の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第１巻線用中間巻線ＵＭｂと、一端が第１巻線用中間巻線ＵＭｂの他端に接続され、他端が第１の端子Ｕに接続され、第３の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第１巻線用端巻線ＵＭｃと、を有し、第１巻線用端巻線ＵＭｃの他端（終端）が接続された第１の端子Ｕを三相第１相（Ｕ相）出力部とするとともに、第１巻線用中間巻線ＵＭｂの他端と第１巻線用端巻線ＵＭｃの一端との第１の接続点Ｕ１を単相第１相（Ｕ相）出力部としている。

さらに、第２の相（Ｖ相）の第２巻線ＶＭは、一端を三相電機子巻線１００の中性点Ｏとし、第１巻線用中心巻線ＵＭａの一端に接続され、第２の相の電圧を誘起する第２巻線用中心巻線ＶＭａと、一端が第２巻線用中心巻線ＶＭａの他端に接続され、第１の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第２巻線用中間巻線ＶＭｂと、一端が第２巻線用中間巻線ＶＭｂの他端に接続され、他端が第２の端子Ｖに接続され、第３の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第２巻線用端巻線ＶＭｃと、を有し、第２巻線用端巻線ＶＭｃの他端（終端）が接続された第２の端子Ｖを三相第２相（Ｖ相）出力部とするとともに、第２巻線用中間巻線ＶＭｂの他端と第２巻線用端巻線ＶＭｃの一端との第２の接続点Ｖ１を単相第２相（Ｖ相）出力部としている。

さらに、第３の相（Ｗ相）の第３巻線ＷＭは、一端を三相電機子巻線１００の中性点Ｏとし、第１巻線用中心巻線ＵＭａの一端と第２巻線用中心巻線ＶＭａの一端とに接続され、第３の相の電圧を誘起する第３巻線用中心巻線ＷＭａと、一端が第３巻線用中心巻線ＷＭａの他端に接続され、第１の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第３巻線用中間巻線ＷＭｂと、一端が第３巻線用中間巻線ＷＭｂの他端に接続され、他端が第３の端子Ｗに接続され、第２の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第３巻線用端巻線ＷＭｃと、を有し、第３巻線用端巻線ＷＭｃの他端（終端）が接続された第３の端子Ｗを三相第３相（Ｗ相）出力部としている。

そして、第１の端子Ｕ、第２の端子Ｖ、第３の端子Ｗ、及び中性点Ｏから得る三相４線式出力と、第１の接続点Ｕ１、中性点Ｏ、及び、第２の接続点Ｖ１から得る単相３線式出力とを同時に使用可能としている。

すなわち、本発明に係る発電機によれば、補助巻線及び中間タップを設けない簡単な構成で、接続を切り替えることなく三相電力と単相３線電力の両方を同時に使用することができる上、三相４線式と単相３線式とで中性点を共用（同電位に）できる発電機を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００ 三相電機子巻線
ＵＭ 第１巻線
ＵＭａ 第１巻線用中心巻線
ＵＭｂ 第１巻線用中間巻線
ＵＭｃ 第１巻線用端巻線
ＶＭ 第２巻線
ＶＭａ 第２巻線用中心巻線
ＶＭｂ 第２巻線用中間巻線
ＶＭｃ 第２巻線用端巻線
ＷＭ 第３巻線
ＷＭａ 第３巻線用中心巻線
ＷＭｂ 第３巻線用中間巻線
ＷＭｃ 第３巻線用端巻線
Ｕ 第１の端子
Ｖ 第２の端子
Ｗ 第３の端子
Ｏ 中性点（中性点端子）
Ｕ１ 第１の接続点
Ｖ１ 第２の接続点

Claims (7)

1. 第１の相の第１巻線と、前記第１の相から電気角で１２０°遅れた第２の相の第２巻線と、前記第２の相から電気角で１２０°遅れた第３の相の第３巻線とからなる三相電機子巻線を星型接続するとともに、三相電力と単相３線電力を同時に使用できる三相同期発電機であって、
   前記第１の相の前記第１巻線は、
   一端を前記三相電機子巻線の中性点とし、前記第１の相の電圧を誘起する第１巻線用中心巻線と、
   一端が前記第１巻線用中心巻線の他端に接続され、前記第２の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第１巻線用中間巻線と、
   一端が前記第１巻線用中間巻線の他端に接続され、他端が第１の端子に接続され、前記第３の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第１巻線用端巻線と、を有し、
   前記第１巻線用端巻線の他端が接続された前記第１の端子を三相第１相出力部とするとともに、前記第１巻線用中間巻線の他端と前記第１巻線用端巻線の一端との第１の接続点を単相第１相出力部とし、
   前記第２の相の前記第２巻線は、
   一端を前記三相電機子巻線の前記中性点とし、前記第１巻線用中心巻線の一端に接続され、前記第２の相の電圧を誘起する第２巻線用中心巻線と、
   一端が前記第２巻線用中心巻線の他端に接続され、前記第１の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第２巻線用中間巻線と、
   一端が前記第２巻線用中間巻線の他端に接続され、他端が第２の端子に接続され、前記第３の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第２巻線用端巻線と、を有し、
   前記第２巻線用端巻線の他端が接続された前記第２の端子Ｖを三相第２相出力部とするとともに、前記第２巻線用中間巻線の他端と前記第２巻線用端巻線の一端との第２の接続点を単相第２相出力部とし、
   前記第３の相の前記第３巻線は、
   一端を前記三相電機子巻線の前記中性点とし、前記第１巻線用中心巻線の一端と前記第２巻線用中心巻線の一端とに接続され、前記第３の相の電圧を誘起する第３巻線用中心巻線と、
   一端が前記第３巻線用中心巻線の他端に接続され、前記第１の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第３巻線用中間巻線と、
   一端が前記第３巻線用中間巻線の他端に接続され、他端が第３の端子に接続され、前記第２の相の電圧と逆位相の電圧を誘起する第３巻線用端巻線と、を有し、
   前記第３巻線用端巻線の他端が接続された前記第３の端子を三相第３相出力部とし、
   前記第１の端子、前記第２の端子、前記第３の端子、及び前記中性点から得る三相４線式出力と、前記第１の接続点、前記中性点、及び、第２の接続点から得る単相３線式出力とを同時に使用可能とした
   ことを特徴とする発電機。
2. 前記第１巻線、前記第２巻線、及び、前記第３巻線を構成する、前記第１巻線用中心巻線、前記第１巻線用中間巻線、前記第１巻線用端巻線、前記第２巻線用中心巻線、前記第２巻線用中間巻線、前記第２巻線用端巻線、前記第３巻線用中心巻線、前記第３巻線用中間巻線、及び、第３巻線用端巻線は、コイル仕様が同じで誘起電圧の大きさが同じであることを特徴とする請求項１に記載の発電機。
3. 前記第１巻線、前記第２巻線、及び、前記第３巻線は、それぞれが三相分の巻線を組合せ接続して構成されていることを特徴とする請求項２に記載の発電機。
4. 前記第１巻線、前記第２巻線、及び、前記第３巻線を構成する、前記第１巻線用中心巻線、前記第１巻線用中間巻線、前記第１巻線用端巻線、前記第２巻線用中心巻線、前記第２巻線用中間巻線、前記第２巻線用端巻線、前記第３巻線用中心巻線、前記第３巻線用中間巻線、及び、第３巻線用端巻線は、巻線コイルの途中に分岐点及び中間タップが設けられていないことを特徴とする請求項２に記載の発電機。
5. 前記三相４線式出力の中性点と前記単相３線式出力の中性点とが同電位になることを特徴とする請求項４に記載の発電機。
6. 前記単相３線式出力のみに用いられる補助巻線が設けられていないことを特徴とする請求項４に記載の発電機。
7. 単相３線式出力に用いられる前記第１の接続点及び前記第２の接続点に、前記発電機が出力する電圧を一定に保持するための自動電圧調整器の電圧検出ラインが接続されることを特徴とする請求項４に記載の発電機。

Images