JPH02146948A

JPH02146948A - 発電機

Info

Publication number: JPH02146948A
Application number: JP63295993A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Sugiura; 杉浦　恒雄
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 1988-11-25
Filing date: 1988-11-25
Publication date: 1990-06-06
Anticipated expiration: 2012-01-08
Also published as: US5144178A; JP2569360B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】ａ、産業上の利用分野本発明′は、発Ｔｉ磯に関し、特に、出力電圧が人力速
度や負荷変動に対して迅速な自動調整が容易であり、且
つ、小型１１１ｊ量で高速性に７Ｎみ、を空宇宙機器、
無人ａ書体及び無人海中競走体に好適な構成を得るため
の新規な改良に関する。

ｂ、従来の技術従来、面述の用途に使用される発電機としでは種々ある
が、その中で代表的な構成について述べると、１９８７
年発行の神鋼？［技報１１４号（Ｖｏ　ｌ　。

３２、Ｎｏ−３）の第１１２頁からｆｆ５１１７頁に■
示されている構成を挙げることができる。

すなわち、第４図から第８図に示される構成は従来の発
電機を示すものである。

まず、ｆ：ｔＳ４図に示す第１従米例のブラシレスＡＣ
発電機士整流回路方式の場合、永久磁石ロータ１、ＥＸ
回転′Ｋｉ磯子２、回転整流器３、主発電機電機子４、
永久磁石電機子５、ＥＸ界磁６、主発電機回転界磁７及
び整流器８からなる発電部９と、この発電部９に接続さ
れた電圧調整器１０とから構成され、永久磁石ロータ１
が［１７１転すると、永久磁石電機子５に三相交流が発
生する。

この三相交流を電圧調整器１０内の整流回路１１にて直
流に変換し、ＥＸ界磁６の直流励磁を行う。この直流励
磁の大小に比例して、ＥＸ回転電機子２に三相交流電力
が発生し、この電力を回転子に内蔵した整流器）３にて
直流変換し、主発′：ｆｌ磯回転界磁７を励磁する。こ
の直流励磁に比例した三相交流電力が主発電機電機子−
４に発生し、これを整流して直流出力を得る。

茎、第５図で示す第２従来例の永久磁石十サイリスタ位
相制御整流方式の場合、永久磁石ロータ１、電機子５及
びサイリスタ１２とからなる発電機９と、位相角制御１
３、電圧検出回路１４及びコイルタ部１５とからなる電
圧側９器１０とから構成され、発電機９からの交流出力
をサイリスタ１２にて烈弧角の位相制御を行って整流【
２、これにコイルタ？Ｖ５１５を通して電圧制御された
直流出力を得る。

又、第６図からｌ１Ｓ８図で示すＰｔ５３従来例のラン
ドル型ＡＣ発電機十整流回路方式の場合、ランドルｏ−
タＩＡ、′＃磁巻＃ａ１６、電機予巻＃Ｘ５及び整流器
８とからなる発電機９と電圧調整器１（）とから構成さ
れている。

前述ランドル型八〇９．電機は、１５７図及び第８図に
示すように構成されており、ケーシング２０に軸受２１
を介して回転軸２２が回転自在に設けられ、この回転軸
２２にランドルロータＩＡが取付けられている。

１宙記ケーシング２０には、電機子巻線５のステータ２
３及び固定界磁鉄芯２４に設けられた固定界磁８ｍ１６
が設けられ、このランドルａ−タＩＡはロータＡ、ロー
タＢ及び接合りング２６とから構成されている。

従って、固定界磁巻＃１１６にて作られた磁束は、ギャ
ップ−ロータＡ　　（Ｎ極側）＋ギャップ−ステータ２
３→ギヤツプ→ロータＢ　　（Ｓｆｆｉ側）→固定界磁
鉄心２４→ギャップを流れる。

このステータ２３の主成子側よりみたランドルロータＩ
Ａの表面には、通常の同期発電機と同様に回転界磁極が
できていることとなる。

又、この電圧制御は固定界磁８＃ｉｉ流を制御すること
により容易にできる。

Ｃ１発明が解決しようとする課題従来の発電機は以上のように構成されていたため、次の
ような課題を有していた。

まず、第１従米例の場合、ブラシを有していないが、全
体溝成が極めて複雑であり、製作がｆｙ易ではなかった
。

又、！ｍ２第２従来場合、発電機としては単純な４’！
成であるが、速度変動に伴う位相制御された出力波形は
悪く、コイルタ部を介しても出力電圧の特性は良好では
なく、急檄な負荷変動に対する出力補償が困難であった
。

又、第３従来例のＭＩｔｔ＆の場合、はぼ特性を満たす
ものとして現用されているが、最大の欠点は、初期外部
型ｒＡ′４Ｐにより界磁電流を得る必要があり、自立起
動が不可能であった。

又、マグネットが回転するものに比べて界磁電流損失が
有り、重量が重くなっていた。

さらに、速度や負荷変動に対し固定界磁巻線を大［１］
に制御する必要があり、界磁コントｏ−ラも大形化して
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、出力電圧が入力速度や負荷変動に対して
迅速な自動：Ａ整が容易であり、１っ、小型１１！量で
高速性に富み、航空宇宙成型、無人飛書体及び無人海中
航走体に好適な発電機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は、ケーシングに回転自在に設けら
れた中空回転体に形成された永久磁石ロータと、前記永
久磁石ロータに隣接し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ａ
−夕及びランドルロータに対応しで設けられた電機子コ
イルと、前記ケーシングの一端に設けられ前記中空回転
体の一端を回転自在に支持するための第１紬受と、前記
ケーシングの他端に設けられランドル界磁コイルが巻回
して設けられた突出保持部と、前記突出保持部に設けら
れ前記中空回転体の中空部を支持するための第２袖受と
を備え、前記中空回転体は前記第１軸受及び前記中空部
内に設けられた第２軸受によって回転自在に保持した構
成である。

ｅ、　　作　　用本発明による発電機においては、永久磁石ロータとラン
ドルロータにより発生した発電出力を合成することによ
り、効率のより永久磁石型発電部と制御性の良いランド
ル型発電部の出力を合成することができ、低速側ではラ
ンドル型発電部の出力を水、久磁石型発電部の出力に加
算して安定出力レベルとし、又、高速側ではランドル型
発電部の出力を下げて安定出力レベルを維持するように
していると共に、急激な負荷時には、シリーズ界磁コイ
ル１４よっＣ直ちにランドル型発電部を制御している。

又、ランドル型発電部のランドルロータに対するｖＩＪ
磁は、永久磁石型発電部から得られた出力を制御用コイ
ルとシリーズコイルからなるランドル界磁コイルに印加
することにより得られる。

さらに、永久磁石ロータとランドルロータを有する中空
回転体が、中空回転体の一端を保持する第１軸受とこの
中空回転体内の中空部を保持する第２紬受とによって、
回転自在に設けられているため、中空回転体の回転保持
強度が高く、高速に耐えられる発電機を得ることができ
ると共に、軸受が中空部内に位置しているため、軸方向
の長さを短くｒることができる。

ｒ、実施例以下、図面と共に本発明による発電機の好適な実施例に
ついて詳細に説明する。

尚、従来例と同−又は同等部分には同一符号を１；［シ
て説明する。

ｆ５１図から第３図は本発明による発電機を示すための
もので、第１図は全体構成を示す断面図、ｍ２図は発電
システムを示す制御系統図、第３図は出力特性図である
。

まず、第１図において符号２０で示されるケーシングに
は、第１紬受２１を介して中空回転体２２の一端２２ｂ
が回転自在に設けられ、この中空回転体２２上には、そ
の軸方向において希土類マグネントからなる永久磁石ロ
ータ１及び前述の第８図で示した構成と同様の千１１成
からなるランドルロータ１Ａが互いに直列状に配設され
ている。

前記ケーシング２０の内壁には、永久磁石用ステータ２
３及びランドル用人テータ２３Ａが空隙等からなる非磁
性体３０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２３
及び２３Ａには出力コイルとしての電機子巻線５が、各
ステータ２：（及び２３Ａに共用となるように一１４ｃ
構成として設けられている。

前記ケーシング２０の側’！１１２０　ｕに設けられ軸
力向に突出して配設され磁性材からなる突出保持部３１
の先端には第２紬受３２が設けられ、この第２軸受３２
によって前記回転軸２２の中空部２２ａのほぼ中央位置
が回転自在に支持されており、回転体２２の回転支持強
度を向−トさせる構成となっている。

前記突出保持部３１の外周には、１５２図で示す制御用
コイル１６ｍ及びシリーズコイルＩｆｌｂ　とからなる
ランドル界磁コイル１Ｇが巻回して設けられている。

１２図は発電システムとしての制御系を示しており、電
機子巻線５から得られた三相交流電圧は、へ〇出力４２
として直接取り出されると共に、整流回路４３を介して
ＤＣ出力４４を取り出している。

前記ＡＣ出力４２及びＤＣ出力４４の一部は、検出回路
４５、比較器４６及び波形変調増幅回路４７とからなる
界磁コントローラ４８を介して固定側としての制御用界
磁コイル１６ａにＯ（給されていると共に、前記ＤＣ出
力４４の一部は負荷側としてのシリーズ界磁コイル１６
１１に供給されている。

本発明による発電機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、中空回転体２２が回転し永久磁石ロータ１が回転
し始めると、電機予巻＃ｉ１５には永久磁石ロータ１に
よる発電を１ｍ始し、ｔｊＳ３図の永久磁石型発電部４
０の出力特性に沿って回転速度の」：昇に伴う＾Ｃ出力
４２が発生する。

このへ〇出力４２は整流回路４３で全波整流され、界磁
コントローラ４８用の電源（＋４０Ｖ２Ａ）となる。

この＾Ｃ出力４２の入力に上り、界磁コントローラ４８
が作動を開始し、検出回路４５で発電されている電圧を
検出すると共に、要求された安定出力レベル以下の場合
（回転速度Ｎ２以下）、ランドルロータＩＡの制御用界
磁コイル１６ａによって永久磁石ロータ１が作る磁束Φ
１と加算される向きに磁束Φ２ができることにより、第
３図の制御頭載Ａ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、回転体２２の回転速度が増加し、永久磁石型発
電部４０の出力が安定出力レベルを超える場合には、前
述の磁束ΦＩ　と滅汀される向きに磁束Φ２ができるよ
うに制御用界磁コイル１６ｕが制御され、制御頭載Ｂで
示されるように安定出力レベルとすることができる。

又、負荷変動が発生した場合には、負荷側と直列に接続
されたシリーズ界磁コイル１６ｂに対して同時に大きい
電流が流れるため、界磁コントａ−ラ４８を通ることな
く且つ何らのタイムラグを伴うことなく、直接にランド
ル型発電部４１で補償を行うことができる。

従って、速度変動及び負荷変動に対し、自起動型に構成
されたランドル型発電部４１の制御用界磁コイル１６ａ
とシリーズ界磁コイル１６ｂの両方の制御作用によって
、回転速度及び負荷変動に対して速やかに安定出力レベ
ルを保つことができるように構成されている。

尚、本実施例においては、永久磁石型発電部４０とラン
ドル型発電部４１とを軸方向に直列に配設した場合につ
いて述べたが、この実施例に限ることなく、例えば、径
方向に配設した場合、又、ランドル型発電部４１におけ
るランドルロータＩＡとランドル用ステータ２３Ａを径
方向に配設することなく軸方向に互いに対向してアキシ
ャルギャップ形すなわちディスク形とした場合も同様の
作用効果を得ることができる。

ｇ、　発明の効果本発明による発電機は、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、発電効率のよい永久磁石ロータによる永久磁
石型発電部と制御性のよいランドルロータによるランド
ル型発電部とを１個の発電機の中に同時間献できるよう
に構成し、出力コイルである主成子巻線を共有化してい
るため、回転速度の変動に応じてランドル型発電部を制
御することにより迅速に安定出力レベルを得ることがで
きる。

又、負荷の大きい変動に対しては、負荷側に直結された
シリーズ界磁コイルによって、何らのタイムラグをイ゛
ｒうことなくランドル型発電部の制御を行うことができ
、界磁コントローラに大きい電流負担を与えることなく
迅速に安定出力レベルを得ることができる。

従って、永久磁石型発電部又はランドル型発電部のみで
は到底得ることができない回転速度及び負荷変動に対す
る迅速な安定出力レベルの制御を容易且つ確実に得るこ
とができ、航空宇宙機器、無人飛書体、無人海中航走体
及び車輌等に最適な発電機を提供することができる。

又、永久磁石ロータとランドルロータを有する中空回転
体が、中空回転体の一端を保持する第１紬受とこの中空
回転体内の中空部を保持する第２軸受とによって、回転
自在に設けられているため、中空回転体の回転保持強度
が高く、高速に耐えられる発電機を得ることができると
共に、軸受が中空部内に位置しているため、軸方向の長
さを短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明による発電機を示すためのも
ので、第１図は全体構成を示す断面図、ｍ２図は発電シ
ステムを示す制御系統図、第３図は出力特性図、第４図
から第８図は従来の発？ｆｔｆｉを示すもので、第４図
から第６図は発電システムとしての制御系統図、第７図
は断面図、ｆｊＳ８図は１７図の要部の部分拡大平面図
である。１は永久磁石ロータ、ＩＡはランドルロータ、５は電機
子コイル、１６はランドル界磁コイル、１６ａは制御用
界磁コイル、１６１１はシリーズ界磁コイル、２０はケ
ーシング、２１は第１軸受、２２は中空回転体、２２ａ
は中空部、２３は永久磁石用人テーク、２３Ａはランド
ル用ステータ、３０は非磁性体である。第３図［出力安定領域−一第６図Ｒ第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ケーシング（２０）に回転自在に設けられた中空
回転体（２２）に形成された永久磁石ロータ（１）と、
前記永久磁石ロータ（１）に隣接し前記永久磁石ロータ
（１）と共に回転するように設けられたランドルロータ
（１Ａ）と、前記永久磁石ロータ（１）及びランドルロ
ータ（１Ａ）に対応して設けられた電機子コイル（５）
と、前記ケーシング（２０）の一端に設けられ前記中空
回転体（２２）の一端（２２ｂ）を回転自在に支持する
ための第１軸受（２１）と、前記ケーシング（２０）の
他端に設けられランドル界磁コイル（１６）が巻回して
設けられた突出保持部（３１）と、前記突出保持部（３
１）に設けられ前記中空回転体（２２）の中空部（２２
ａ）を支持するための第２軸受（３２）とを備え、前記
中空回転体（２２）は前記第１軸受（２１）及び前記中
空部（２２ａ）内に設けられた第２軸受（３２）によっ
て回転自在に保持されていることを特徴とする発電機。
（２）前記電機子コイル（５）は、前記永久磁石ロータ
（１）とランドルロータ（１Ａ）に共用であることを特
徴とする請求項１記載の発電機。
（３）前記ランドル界磁コイル（１６）は、制御用界磁
コイル（１６ａ）とシリーズ界磁コイル（１６ｂ）とか
らなることを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載
の発電機。
（４）前記電機子コイル（５）のステータコアは、非磁
性体（３０）によって永久磁石用ステータ（２３）及び
ランドル用ステータ（２３Ａ）とに二分されていること
を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の発電機。