JPH02179251A

JPH02179251A - ブラシレス自励同期発電機

Info

Publication number: JPH02179251A
Application number: JP32934588A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Fujikawa; 隆幸藤川; Tadashi Maruoka; 忠司丸岡
Original assignee: SHINDAIWA KOGYO KK
Current assignee: SHINDAIWA KOGYO KK
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1990-07-12
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JP2753721B2

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】〔産業上の利用分野］この発明はブラシレス自動同期発電機、特に無負荷時の
電圧確立および負荷時の出力電圧補償機能を有するブラ
シレス自動同期発電機の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のブラシレス自動同期発電機としては、（１１この
発明と同じ発明者の発明による特願昭６３−８８２３１
号で開示しているものが提案されている。第４図と第５
図は前記従来例（１）を示しており、第４図はその電気
回路図、また、第５図はその機械的要部の構成図である
。これらの図において、固定子Ｓ′側の電気子鉄心Ｃに
商用周波数起電力の出力用の三相の主Ｓ線ＵＡ、ＶＡ、
ＷＡと、この主巻線に逆相接続した分巻界磁巻［Ｕａ、
Ｖａ＋Ｗａと、前記主巻線と負荷間に直列に接続された
同じく主巻線に逆相接続された直巻界磁巻ｌＵｂ。

ｖｂ、ｗｂとを備え、この分巻界磁＠ＨＵａ、　Ｖ　ａ
、　Ｗａと直巻界ｉｆｆ＠４１ｕｂ、ｖｂ、ｗｂ　トニ
、にル逆回転１ｆｆ界によって、回転子Ｒ′側の回転子
鉄心ｄに巻装された回転子励磁巻＆Ｉａに誘起した起電
力を、整流器Ｃで整流して回転子界磁巻線すへの励磁電
源とすることにより、前記分巻界ｍ巻￥ＩＡＵａ、　Ｖ
ａ、　Ｗａによって無負荷時の電圧確立を、前記直巻界
磁巻線υｂ、　ｖ　ｂ、　ｗｂによって負荷時の出力電
圧補償を可能としたものである。

その他、前記以外の従来例としては、（２）特開昭６１−２９３１４１号に開示されているも
のは、固定子鉄心に形成された直巻巻線用スロットに直
巻＠線を巻装し、この直＠巻線と電機子巻線とを直列接
続して負荷に接続し、前記直＠Ｓ線を巻装している小磁
極との磁気的結合によって発生する回転子側の補償巻線
の起電力を整流器を介して界磁巻線に供給するように接
続しているものである。

（３）　　特開昭６１−４６１４９号に開示されている
ものは、同期発電機のステータに誘導子突極を形成する
とともに、ロータには励磁出力巻線を巻装することによ
り、同期発電機と一体的に誘導子形発電機として構成さ
れた励磁機を組込んでいるものである。

（４）特開昭５９−６１４５７号に開示されているもの
は、回転子鉄心に主巻線の極数と同数の突極を形成し、
各突極には界ｉｆｆ巻線を巻装し、各界磁巻線にはダイ
オードを接続して半波整流回路を構成し、隣り合う究極
が互いに異なる界磁極に磁化されるようになっているも
のである。

（５）特開昭６１−１２８７５３号に開示されているも
のは、エキサイタ界磁巻線はメイン界磁巻線によって発
生する磁極の整数倍の磁極を発生させるとともに、エキ
サイタ発電巻線は前記エキサイタ界磁巻線によって発生
する磁極と同数の極数を有するようになっているもので
ある。

さらに、（６）　　特公昭３２−１０１２２号に開示されている
ものは、同期発電機に高周波発電機を内蔵しているもの
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記従来例では以下のような問題がある
。すなわち、従来例（１）では、電機子鉄心に主巻線１分巻界磁巻線
および直巻界磁巻線といった３種類の巻線を設けなけれ
ばならないために電機子スロットが大きくなり発電機が
大型化して、コストアップにつながるという問題がある
。

従来例（２）では電機子鉄心の内周面に設ける小磁極の
ために、本来ならば等間隔に、しかも、同形状のものが
形成されるべき電機子スロットが、小磁極を設ける部分
において特異形状のものとなり、磁路を形成している電
機子歯の形状、磁路断面積等の不連続性を生じさせると
ともに、主巻線の巻線分布形態をも変則化させてしまい
、出力電圧波形を著しく歪ませてしまう結果となる。ま
た、生産面においても、前記形状の不連続性は巻線自動
挿入装置をはじめとする生産治具を？Ｊ［磁化させるか
ら、生産効率の向上にとって障害となるという問題があ
る。

従来例（３）では、前記従来例（２）と同じ問題を有す
るとともに、出力電圧補償能力も小さく、また、三相発
電機としては利用できないという問題がある。

従来例（４）および（５）では、共に無負荷時の電圧確
立および負荷時の出力電圧補償を行うために、外部に直
流電源あるいは電圧調整回路などの外部付加装置を必要
とするので、発電機全体の構成を複雑にするとともに、
コストアップにつながるという問題がある。

さらに、従来例（６）では構造が複雑であり、また出力
が小さくブラシレス発電機の励磁装置としては実用的で
ないという問題がある。

この発明は、前記従来技術の問題点を解消し、大損りな
外部付加装置を必要とせず、無負荷時の電圧確立および
負荷時の出力電圧補償機能を有するブラシレス自動同期
発電機を提供することを目的とする。

〔ａ！題を解決するための手段〕

この発明は、前記目的を達成すべく創案されたもので、
固定子側の電機子鉄心と回転子側の回転子鉄心とを備え
、固定子側の１機子鉄心の内周面に開口部を有する複数
の電機子スロットを形成し、この電機子スロットに、商
用周波数起電力の出力用の三相の主巻線と、この主巻線
と極数を異にし、かつ、偶数極を有する三相の補償巻線
とを巻装し、この補償巻線は、開放足形結線を形成して
、前記主巻線の相順に対して逆相となるよう前記主巻線
と三相負荷間に直列に接続し、前記回転子鉄心には前記
補償巻線と磁気的結合を成すよう回転子ｌＩＪ磁巻線を
巻装し、前記回転子鉄心の極弧上の所定の位置に、前記
電機子スロットの開口部とほぼ同じ幅を有して対向する
誘導子歯を形成し、この誘導子歯に誘導子巻線を巻装し
、この誘導子巻線および前記回転子励磁＠線のそれぞれ
の起電力を直流に変換して前記回転子鉄心と一体的に回
転する整流器と、この整流器から励磁電流が供給される
前記主巻線の極数と同数の磁極を有する回転子界磁巻線
とを備えることを特徴とするブラシレス自動同期発電機
である。

〔作用〕

この発明は前記のような構成によりなり、その作用を第
１図〜第３図を参照して説明すると、回転子鉄心７を回
転させると、誘導子歯１２を磁路としていた残留主磁束
の一部は、この誘導子歯１２が電機子スロット２の開口
部１７と電機子歯１６とに交互に対向を繰り返して脈動
し、誘導子巻線１４に起電力を発生する。この起電力は
、整流器１５によって直流に変換されて回転子界磁巻線
ｌＯに励磁電流として供給されるから、この回転子界磁
を線１０によって生成される主磁束は増強されて、前記
誘導予巻１１１４の起電力も増大する。

これに続いて、励磁電流と主磁束の増加を操り返し、無
負荷時の電圧が確立されるものである。

次に三相負荷時においては、負荷電流が主巻線Ｕ、Ｖ、
Ｗから補償５ｗＡｕ、ｖ、ｗ　　を通じて流れることに
より、主巻線と極数を異にして偶数極を有し、回転子の
回転方向に対し逆方向に回転する逆回転磁界が発生し、
回転子励磁巻線９に起電力を発生する。この起電力は整
流器ｔｉによって直流に交換された励磁電流として、前
記誘導子巻線１４による励磁電流に重畳されて前記回転
子巻線ＩＯに供給される。前記逆回転磁界の強さは負荷
電流の大きさに比例するから、前記回転子励磁巻線９か
ら整流器１１を介して供給される励磁電流もこれに比例
する結果、負荷電流の増減に伴って主磁束も増減し、出
力電圧の変動を抑制する。

すなわち、出力電圧補償作用を行うものである。

なお、補償巻線ｕ、　　ｖ、　ｗの極数は主巻線Ｕ、　
Ｖ。

Ｗの極数とは異なっているため、補償＠線ｕ、ｖ。

Ｗによって形成される磁極は、主磁束に影響を与えるこ
とな（所望する出力が得られる。

また、単相負荷時においても補償ｊ：！５線を流れる単
相交流電流による交番磁界を利用することで三相負荷の
場合と同じようになる。

〔実施例〕

以下、この発明に係るブラシレス自助同期発電機の実施
例を図面に基づき説明すると、第１図はこの発明の一実
施例を示す電気回路の構成図、第２図は同じその発電機
の機械的要部の構成図、第３図は同じその動作説明図で
ある。

第１図においてＵ、　Ｖ、　Ｗは、それぞれＵ相。

■相、Ｗ相として電機子鉄心１の内周部に形成された電
機子スロット２内に巻装される商用周波数起電力の出力
用の２極三相の主ｓ線を示しく第２図には図示せず）、
口、　　ｖ、　　ｗは４極三相の開放星形結線に構成さ
れ、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相として電機子スロット２
内に巻装された補償巻線（第２図ではｌ相のみ示す）で
あり、それぞれの一端は出力端子３．４．５を通じて負
荷（図示せず）に接続され、Ｕ相の他端は主巻線Ｕに、
■相の他端は主＠線Ｗに、Ｗ相の他端は主巻線Ｖに接続
されている。すなわち、主巻線の相順に対し逆相となる
よう接続され、また、各相＠綿の中性点からの出力端子
６は３つの出力端子３．４．５の中から選択された１つ
の出力端子との間で単相出力を取り出すために設けられ
て、固定子Ｓが構成されている。

一方、回転子Ｒにおいては、回転子鉄心７の極弧上に形
成されたスロット８に、前記補償巻線Ｕ。

ｖ、　ｗと磁気的結合を成す回転子励磁巻線９を巻装し
、さらにこの回転子励磁巻ｗＡ９の起電力を直流に変換
して回転子界磁巻線１０に励磁電流を供給するように４
個のダイオードで接続されたブリッヂ回路からなる整流
器１１　（第２図では図示せず）が回転子Ｒに一体的に
構成されている。言うまでもなく前記回転子界磁巻線１
０は主巻線と同数の磁極を形成するものである。

次に同じく回転子鉄心７の極弧上の所定の位置に、電機
子スロット２の開口部１７とほぼ同じ幅を有する誘導子
歯１２を設けるとともに、それに伴って形成されたスロ
ット１３に誘導子巻線１４を巻装する。さらに、この誘
導子巻線１４の起電力を直流に変換して回転子界磁５ｖ
Ａ１０に励磁電流を供給するように４個のダイオードで
接続されたブリッヂ回路からなる整流器１５（第２図で
は図示せず）が回転子Ｒに一体的に構成されている。

以上の構成におけるこの発明の実施例のブラシレス自励
同期発電機の動作を説明すると、第３図は誘導子歯１２
の動作説明図であり、この図（ａ）は誘導子歯１２が電
機子スロット２の開口部１７と対向した時点を示してお
り、誘導子歯１２は開口部１７とほぼ同じ幅を有してい
るので、誘導子歯１２から電機子鉄心１へ向う磁路は、
電機子スロット２による大きな空隙で占められ、従って
磁気抵抗が大きく、磁束は誘導子歯１２内を通過するこ
とができない。

次に、第３図（ｂ）は回転子Ｒが矢印方向に１７２スロ
ツトピツチだけ回転して誘導子歯１２が電機子歯１６と
対向した時点を示しており、前記誘導子歯１２から電機
子鉄心ｌへ向う磁路は電機子歯１６によって形成された
上に空隙ｇは小さく、従って、磁気抵抗は小さくなり誘
導子巻線１４と鎖交する磁束Φ、が前記誘導子歯１２を
通過するようになり、さらに、回転子Ｒが矢印の方向に
１／２スロツトピツチだけ回転すると、前記第３図（１
１）の状態に戻り、磁束Φ、は再び消滅する。

発電機の駆動初期において磁束Φ、は残留主磁束の一部
として微弱なものであるが、以上のような繰り返し動作
が電機子鉄心１の全内周面について行われる結果、誘導
予巻、％１ｌ１４には磁束Φ、の脈動によって起電力が
発生し、この起電力は４個のダイオードで接続されたブ
リッヂ回路からなる整流器１５を介して回転子界磁Ｓ線
１０に励磁電流を供給して、主磁束Φ。および磁束φ１
は増強され、この磁束Φ、の増強に伴って誘導子巻線１
４の起電力および主磁束Φ。も漸次増強され、自励によ
る所定の出力電圧が確立することになる。

次に三相負荷時においては、三相負荷電流が補償巻線ｕ
、ｖ、ｗを通じて流れ、前述したように、補償巻線ｕ、
ｖ、ｗは４極三相に構成されて主巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの相順
に対し逆相となるよう接続されているから、三相負荷電
流によって回転子Ｒの回転方向に対して逆方向に回転す
る４極道回転磁界が発生する。この４極道回転磁界によ
って回転子励磁４１９に起電力が発生し、この起電力は
４個のダイオードで接続されたブリッヂ回路からなる整
流器１１で直流に変換されて、前述した誘導予巻＆’ｊ
ｌ１４による励磁電流に加算して、新たな励磁電流を回
転子界磁巻線１０に供給する結果、主磁束φ、が増強さ
れる。

従って、三相負荷時に負荷電流の増減に応じて主磁束φ
。も増減するから、出力電圧の変動を小さく抑える電圧
補償機能を有することになる。

次に、単相負荷時における動作について説明すると、単
相負荷は第１図における出力端子６と出力端子３．　４
．　５の中から選択された１つの端子とに接続するもの
とする。

まず、無負荷時においては、前述したように、誘導子巻
線１４による励磁電流によって出力電圧が確立されてお
り、次に単相負荷を出力端子３と出力端子６とに接続す
ると、単相交流電流が補償巻線Ｕを流れることにより、
４極単相の交番磁界が発生する。この交番磁界は単相交
流電流の増減に応じて、その強さも増減し、回転子励磁
巻線９に発生する起電力、ひいては主磁束φ。を増減さ
せるから、三相負荷時と同様に電圧補償機能を発揮する
ことができるものである。

この発明において、補償巻線の主巻線への接続を主巻線
の相順に対し逆相としたが、他に正相とする接続法も可
能である。つまり、第１図において主巻線から補償巻線
への３本の接続線のいずれか２本を逆にすれば、正相接
続となる。しかし、回転子Ｒと補償巻線による回転磁界
との相対速度が大きい程、回転子励磁巻線９の起電力は
大きくなることから、逆相接続として、回転子励磁巻線
９の励磁電流供給能力の向上を図ったものである。

以上の実施例では主巻線が２極の場合について説明した
が、この発明はそれに限られることなく、４極以上の極
数を有する発電機についても適用可能であり、補償巻線
の極数についても、４極に限ることなく、主巻線と異な
った偶数極を有すればよいから、主Ｓ線の極数に応じて
２極、４極、６極、８極・・・等と遣損できるものであ
り、また、回転子励磁巻線９の巻線態様および誘導子歯
１２の極低上における形成位置および数についても所望
する特性に応じた選択が可能であり、この実施例に限定
されることはない。

〔発明の効果〕

この発明の構成によれば、外部負荷装置を必要とせずに
無負荷時の電圧確立および負荷時の出力電圧補償機能を
有しており、また、この発明の実施例で示したように電
機子鉄心はその内周部に同一形状の電機子スロットが等
間隔に形成された発電機としては最も一般的な形状を有
して生産効率および出力電圧波形に悪影響をおよぼす要
素を無くしており、さらに電機子スロットに巻装する巻
線も主巻線と補償巻線の２種類に減らすことができ、発
電体の小型化が可能となった。

一方、回転子については、回転子鉄心の極低上に設けた
スロットおよび誘導子歯の存在によって主磁束φ。が歪
み、出力電圧波形に悪影響をおよぼすように考えられる
が、この発明では電機子鉄心の全内周面にわたって誘導
子巻線に起電力を発生するよう構成したので、起電力の
周波数および発電効率も高めることができた結果、ｍ４
子歯およびスロットの機械的寸法を小型化でき、出力電
圧波形におよぼす影響を無視しえるほど極小化すること
が可能になった。

以上、この発明により小型で生産効率に優れ、かつ、出
力電圧波形の良好なブラシレス自助同期発電機を提供す
ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明に係るブラシレス自動同期発
電機の実施例を示し、第１図はその電気回路図、第２図はその機械的要部の構成図、第３図はその動作説明図、また、第４図と第５図は従来例（１１に係るブラシレス
自動同期発電機を示し、第４図はその電気回路図、第５図はその機械的要部の構成図である。Ｓ・・・固定子、　　　　　Ｒ・・・回転子、ｌ・・・
電機子鉄心、　　　２・・・電機子スロ７）、３．４，
５．６・・・出力端子、７・・・回転子鉄心、　　　８．１３・・・スロット、
９・・・回転子励磁巻線、　　１０・・・回転子界磁巻
線、１２・・・誘導子歯、　　　１４・・・誘導子巻線
、１１．１５・・・整流器、１７・・・開口部、Ｕ、Ｖ、Ｗ・・・主巻綿、Ｒ・・・回転子、１６・・・電機子歯、ｕ、ｖ、Ｗ・・・補償巻線。Ｓ・・・固定子。第１図手Ｕε手市正書第５図

Claims

【特許請求の範囲】

固定子側の電機子鉄心と回転子側の回転子鉄心とを備え
、固定子側の電機子鉄心の内周面に開口部を有する複数
の電機子スロットを形成し、この電機子スロットに、商
用周波数起電力の出力用の三相の主巻線と、この主巻線
と極数を異にし、かつ、偶数極を有する三相の補償巻線
とを巻装し、この補償巻線は、開放星形結線を形成して
、前記主巻線の相順に対して逆相となるよう前記主巻線
と三相負荷間に直列に接続し、前記回転子鉄心には前記
補償巻線と磁気的結合を成すよう回転子励磁巻線を巻装
し、前記回転子鉄心の極弧上の所定の位置に、前記電機
子スロットの開口部とほぼ同じ幅を有して対向する誘導
子歯を形成し、この誘導子歯に誘導子巻線を巻装し、こ
の誘導子巻線および前記回転子励磁巻線のそれぞれの起
電力を直流に変換して前記回転子鉄心と一体的に回転す
る整流器と、この整流器から励磁電流が供給される前記
主巻線の極数と同数の磁極を有する回転子界磁巻線とを
備えることを特徴とするブラシレス自励同期発電機。