JPH0312078Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は同期発電機の一種である誘導子型発電
機の駆動回路に係り、とくに漏洩磁束をなくして
電機子コイルと鎖交する有効磁束を増加させるよ
うにした誘導子型発電機の駆動回路に関する。

同期発電機の一種として誘導子型発電機が知ら
れている。この発電機は固定子に界磁コイルと電
機子コイルとを設けておき、回転子側に誘導子磁
極を設けるようにしたものである。従つて界磁コ
イルを励磁すると回転子の回転に伴なつて誘導子
磁極によつて磁束密度が一定の周期で変化するこ
とになり、しかもこの磁束は固定子側の電機子コ
イルと鎖交するために、上記電機子コイルに出力
電圧を誘起することになり、これを発電出力とし
て取出して利用することができる。そしてこのよ
うな誘導子型発電機は、回転子側にコイルを設け
る必要がなく、このためにブラシやスリツプリン
グを必要とせず、簡単な構造によつて高周波電力
を得ることができるようになる。

さらにこのような誘導子型発電機において、誘
導子磁極の1/2のピツチでポールコアを固定子側
に設けるとともに、これらのポールコアにそれぞ
れ界磁コイルを巻装し、しかもこれらのポールコ
アの磁束の向きが２つおきに反転するように界磁
コイルに電流を流し、さらに互に異なる向きに磁
化される隣接する一対のポールコアに共通の電機
子コイルを巻装するようにすると、誘導子磁極が
ポールコアのピツチに相当する角度だけ回転する
度に電機子コイルと鎖交する磁束の向きが完全に
反転するようになる。従つてこのような誘導子型
発電機は磁束の強さが周期的に増減するものに比
べれば遥かに高い発電出力を得ることが可能にな
る。

しかしこのような構成によれば、ポールコアが
誘導子磁極の1/2のピツチで設けられているため
に、誘導子磁極と対向する一対のポールコアの間
に、誘導子磁極とは対向しないポールコアが生ず
ることになり、しかもこのポールコアに巻装され
に界磁コイルには励磁電流が流れているために、
このポールコアによつて漏洩磁束が発生する。こ
の漏洩磁束は電機子コイルと鎖交することがな
く、このために発電を行なうこともない。従つて
このような構成に係る発電機によれば、上記漏洩
磁束を生ずるポールコアに巻装された界磁電流は
無駄に消費されることになり、発電機の効率を損
うことにもなる。

このように誘導子磁極と対向しないポールコア
に巻装された界磁コイルによる漏洩磁束の発生を
防止するとともに、逆方向に磁束を発生させ、有
効磁束として作用させるようにした誘導子型発電
機が提案されている。この発電機は、例えば第１
図に示すように界磁コイル５０を４つのトランジ
スタ５１〜５４の間に接続するとともに、トラン
ジスタ５１，５２のコレクタをバツテリ５５と接
続し、トランジスタ５３，５４のエミツタを接地
するものである。

このような界磁コイル５０の駆動回路におい
て、トランジスタ５１，５４を導通させると、界
磁コイル５０には矢印５６で示す方向に電流が流
れる。これに対してトランジスタ５２，５３を導
通させると、矢印５７で示す方向にコイル５０に
電流が流れることになる。従つてポールコアが誘
導子磁極と対向する場合には、矢印５６の方向に
電流を流し、これに対してポールコアが一対の誘
導子磁極の中間の位置にきた場合には、矢印５７
で示す方向に電流を流すことになる。このような
動作によつて、誘導子磁極と対向しないポールコ
アに巻装された界磁コイル５０によつて有効磁束
を発生させることができ、発電の効率を高くする
ことが可能になる。

ところがこのように界磁コイル５０に流れる電
流の方向を頻繁に切換えるようにすると、切換え
の瞬間にコイル５０を流れる電流のエネルギが電
圧のエネルギに変換され、サージ電圧が発生する
ことになる。このようなサージ電圧によるトラン
ジスタ５１〜５４の破壊を防止するために、トラ
ンジスタ５１〜５４のコレクタとエミツタとの間
にはそれぞれダイオード５８が接続されており、
これらのダイオード５８を通してサージ電圧を吸
収するようにしていた。しかしこのような回路に
よれば、トランジスタ５１〜５４のスイツチング
の後においても、ダイオード５８を通して循環電
流が流れるために、コイル５０の電流の方向の変
換の応答性が悪くなるという欠点を有していた。

第２図は別のサージ電圧を吸収するための回路
を示すものであつて、この回路においては４つの
トランジスタ５１〜５４の間に接続された界磁コ
イル５０に対して並列に、ダイオード５９と抵抗
６０とから成る２つの直列回路を、互にその向き
を逆にして接続するようにしていた。このような
回路によれば、ダイオード５９と直列に接続され
た抵抗６０の抵抗値を高くすることによつて、応
答性を向上させることが可能になるが、抵抗６０
の抵抗値を高くするに従つてサージ電圧が高くな
るという欠点を生ずることになる。

本考案はこのような問題点に鑑みてなされたも
のであつて、界磁コイルに流れる電流の向きを変
換する際における応答性を高め、これによつて誘
導子磁極と対向しない固定子側の磁極に巻装され
た界磁コイルによる漏洩磁束を効果的に防止する
とともに、これを有効磁束に変換し、小型軽量で
あつてしかも高出力の発電が行なわれるようにし
た誘導子型発電機の駆動回路を提供することを目
的とするものである。

以下本考案を図示の一実施例につき説明する。
この実施例は本考案に係る誘導子型発電機を、自
動車を制動するための制動力を得るリターダに適
用したものである。第３図はこの誘導子型発電機
から成るリターダを備えた自動車のエンジン１を
示しており、このエンジン１の背面側にはフライ
ホイールハウジング２が設けられている。このハ
ウジング２内には第４図に示すようにフライホイ
ール３が配されている。フライホイール３はエン
ジン１の出力軸を構成するクランクシヤフト４の
端部に固着されている。さらに上記フライホイー
ルハウジング２の背面側にはトランスミツシヨン
５が取付けられており、このトランスミツシヨン
５によつてエンジン１の回転を変速するようにな
つており、この変速された回転をプロペラシヤフ
ト６によつて駆動輪に伝達するようになつてい
る。

上記フライホイールハウジング２の中に配され
ているフライホイール３の外周部には誘導子７が
取付けられており、この誘導子７には半径方向外
方に突出する突起状の磁極８が一定の間隔で設け
られている。従つてこの誘導子磁極８を備えたフ
ライホイール３が誘導子型発電機の回転子を構成
することになる。これに対してフライホイールハ
ウジング２の上部および下部にはそれぞれ円周方
向に延びるケース９が設けられており、これらの
ケース９内には界磁コイルと電機子コイルとを備
えた固定子が収納されている。そして界磁コイル
はバツテリ１０とコントローラ１１を介して接続
されており、バツテリ１０からコントローラ１１
を介して上記界磁コイルに励磁電流を流すように
なつている。これに対してケース９内の電機子コ
イルは第３図に示す冷却箱１２内の抵抗と接続さ
れており、この抵抗によつて電力を消費して熱に
変換するようになつている。そしてこの熱を冷却
するために冷却箱１２には送水パイプ１３が接続
されている。

つぎに上記フライホイール３から成る回転子と
ケース９内の固定子とによつて形成され、リター
ダを構成する誘導子型発電機の構造について第５
図および第６図につき説明する。ケース９内には
円周方向に所定のピツチでポールコア１４が配置
されており、このコア１４の下端部は上記誘導子
磁極８に微小なエアギヤツプを介して対向してい
る。そしてポールコア１４は固定子ヨーク１５に
固着されるようになつている。なおポールコア１
４と固定子ヨーク１５との連結は、ケース９の上
部開口を覆う蓋板１６に取付けられた連結ボルト
１７によつて行なわれている。これに対して上記
誘導子磁極８は固定ボルト１８によつてフライホ
イール３の外周部に形成された取付け部１９に取
付けられている。なお誘導子磁極８とともにクラ
ツチカバー２０がボルト１８によつて共締めされ
ている。また取付け部１９に対して上記誘導子磁
極８とは反対側には、リングギヤ２１が取付けら
れるようになつている。またクラツチカバー２０
によつて閉塞されたフライホイール３の内側には
クラツチが設けられている。

さらに上記ケース９内のポールコア１４には界
磁コイル２２，２３と電機子コイル２４とが巻装
されている。電機子コイル２４は互に隣接する一
対のポールコア１４に跨つて共通に巻装されてお
り、これに対して界磁コイル２２，２３はそれぞ
れのポールコア１４に別々に巻装されている。そ
して第１群のコイル２２と第２群のコイル２３と
がポールコア１４に２つおきに巻装されるように
なつている。なおこれらのコイル２２，２３の巻
き方向あるいは接続は第１群のコイル２２と第２
群のコイル２３とで互に逆になつており、これに
応じてポールコア１４の磁化の方向も反転される
ようになつている（第９図参照）。そして上記電
機子コイル２４は同一の群のコイル２２または２
３が巻装された一対の隣接するポールコア１４に
跨つて巻装されるようになつている。

つぎに上記界磁コイル２２，２３の駆動回路に
ついて第８図および第９図につき説明する。第１
群のコイル２２および第２群のコイル２３は互に
直列に２つずつ交互に接続されている。そしてこ
れらのコイル２２，２３は第９図に示すようにそ
の巻き方向が逆になつており、上記ポールコア１
４の磁化の方向がこれらのコイル２２，２３の巻
き方向に応じて逆になつている。

そしてこれらのコイル２２，２３の直列回路の
両端は、第８図に示す４つのトランジスタ２５，
２６，２７，２８の間に接続されている。すなわ
ちコイル２２，２３の直列回路の一端はトランジ
スタ２５のエミツタとトランジスタ２７のコレク
タとに接続されており、またコイル２２，２３の
直列回路の他端はトランジスタ２６のエミツタと
トランジスタ２８のコレクタとに接続されてい
る。そしてコイル２２，２３の直列回路に対して
並列に対称ツエナダイオード（VRD）２９が接
続されており、このダイオード２９によつてサー
ジ電圧を吸収するようになつている。またトラン
ジスタ２５，２６のコレクタはバツテリ１０に接
続され、またトランジスタ２７，２８のエミツタ
は接地されている。

上記一対のトランジスタ２５，２８のベースは
制御用トランジスタ３０のコレクタと接続されて
おり、同様にトランジスタ２６，２７のベースは
制御用トランジスタ３１のコレクタと接続されて
いる。これらのトランジスタ３０，３１のエミツ
タはバツテリ１０に接続されるとともに、それら
のベースはそれぞれトランジスタ３２，３３のコ
レクタと抵抗を介して接続されている。そしてト
ランジスタ３２のベースは増幅器３４の出力端子
と接続されており、これに対してトランジスタ３
３のベースは位相反転器３５を介して増幅器３４
と接続されている。なお増幅器３４と位相反転器
３５とはともに演算増幅器から構成されており、
抵抗３６とツエナダイオード３７とから成る定電
圧回路によつて駆動されるようになつている。そ
して増幅器３４へは、上記フライホイール３の回
転位置を検出する回転位置検出センサ３８の検出
出力が入力されている。

つぎに以上のような構成に係る誘導子型発電機
から成るリターダの動作について説明する。この
リターダを備えたエンジン１を搭載した車両が長
い板を下る場合には、例えば運転席に設けられて
いるリターダスイツチを閉成するとともに、アク
セルペダルから足を離してブレーキペダルを踏込
む。するとこのブレーキペダルの踏込みによつて
ブレーキスイツチが閉成され、このスイツチの出
力は第４図に示すコントローラ１１に供給される
ことになる。従つてバツテリ１０からコントロー
ラ１１を介して誘導子型発電機の界磁コイル２
２，２３に電流が流れてこれらのコイル２２，２
３が励磁される。

これらの界磁コイル２２，２３に流れる電流の
方向は回転位置検出センサ３８の検出に基づいて
第８図に示す回路によつて行なわれる。センサ３
８はフライホイール３の回転位置を検出するよう
になつており、正弦波状の出力を増幅器３４に供
給する。増幅器３４はセンサ３８の出力を増幅す
るとともに、波形整形して方形波に変換し、トラ
ンジスタ３２のベースに供給するばかりでなく、
位相反転器３５を介してトランジスタ３３のベー
スに供給するようになつている。

いま増幅器３４の出力が高レベルにあるとする
と、トランジスタ３２およびトランジスタ３０が
導通する。従つてトランジスタ３０のコレクタ電
流がトランジスタ２５，２８のベースに供給さ
れ、これらの一対のトランジスタ２５，２８が導
通される。従つてバツテリ１０からの電流は、ト
ランジスタ２５、コイル２２，２３、およびトラ
ンジスタ２８を通つて接地側に流れる。従つてこ
のときには界磁コイル２２，２３には矢印３９で
示す方向の電流が流れる。

これに対して増幅器３４の出力が低レベルにな
ると、トランジスタ３２，３０が非導通に切換え
られるとともに、この増幅器３４の出力が位相反
転器３５を介してトランジスタ３３のベースに加
えられるために、トランジスタ３３，３１が導通
する。そしてトランジスタ３１のコレクタ電流が
トランジスタ２６，２７のベースに供給されるた
めに、これらのトランジスタ２６，２７が導通さ
れる。従つてバツテリ１０から、トランジスタ２
６、コイル２２，２３、およびトランジスタ２７
を介して接地側へ電流が流れることになる。すな
わちこのときに界磁コイル２２，２３に流れる電
流は矢印４０で示す方向となる。

第６図はフライホイール３がある回転位置にあ
り、第１群のコイル２２が巻装されたポールコア
１４の下端はＮ極に磁化され、第２群のコイル２
３が巻装されたポールコア１４の下端はＳ極に磁
化されることになる。そしてこのときには誘導子
磁極８と対向する１つおきのポールコア１４を通
過するように、第６図において実線で示すような
磁気回路４１が形成され、この磁気回路４１を矢
印で示す方向に磁束が通過することになる。つぎ
にフライホイール３がポールコア１４のピツチに
相当する角度だけ回転した場合には、第７図に示
すようになり、しかもこのときにはセンサ３８の
検出に基づいて界磁コイル２２，２３に流れる電
流の方向が逆転する。従つてこのときには第７図
において実線で示すような磁気回路４２が形成さ
れ、この磁化回路４２内をを矢印で示す方向に磁
束が通過するようになる。

そして第６図に示す磁気回路４１を通過する磁
束と第７図に示す磁気回路４２を通る磁束とはそ
の方向が逆転することになり、しかもこの逆転す
る磁束が図に示すように電機子コイル２４と鎖交
する。従つて電機子コイル２４に起電力が誘起さ
れる。このことはフライホイール３が仕事を行な
うことになり、運動エネルギが電気エネルギに変
換されることを意味する。従つてこの発電によつ
てリターダがトルクを吸収して制動力を生じ、エ
ンジン１あるいは車両に対して制動力を与えるこ
とになる。この発電出力は第４図に示す冷却箱１
２内の抵抗によつて消費されるようになつてお
り、この中を還流する冷却水によつて抵抗は放熱
されるようになつている。

さらにこのリターダを構成する誘導子型発電機
は、第８図に示す回路によつて界磁コイル２２，
２３を流れる電流の方向が、ポールコア１４のピ
ツチに相当する角度だけフライホイール３が回転
するごとに反転されるようになつており、誘導子
磁極８と対向しないポールコア１４に巻装された
界磁コイルには上記電機子コイル２４と鎖交し、
しかも有効磁束として作用する漏洩磁束が生ずる
ようになつている。すなわち例えば第６図に示す
状態においては、鎖線で示すように、電機子コイ
ル２４と鎖交しない漏洩磁束４３の発生を防止す
るとともに、同図において点線で示すような電機
子コイル２４と鎖交する有効磁束４５を、誘導子
磁極８と対向しないポールコア１４に巻装された
界磁コイル２２，２３によつて形成するようにし
ている。同様に第７図に示す回転位置において
は、同図において鎖線で示すような電機子コイル
２４と鎖交しない磁束４４の発生を防止するとと
もに、同図において点線で示すような電機子コイ
ル２４と鎖交する磁束４６が発生するようにして
いる。

このことをさらに詳細に説明すると、この誘導
子型発電機が第８図に示す切換え回路を備えてい
ない場合には、電機子コイル２４と鎖交する磁束
がフライホイール３の回転に伴なつて方向が反転
するためには、第６図および第７図に示す状態に
おいて誘導子磁極８と対向しないポールコア１４
に巻装されている界磁コイル２２，２３によつ
て、これらのポールコア１４は図示の磁極とは反
対の向きに磁化されなければならず、これによつ
て第６図および第７図において鎖線で示すような
漏洩磁束４３，４４を発生することになる。これ
らの磁束４３，４４はともに電機子コイル２４と
鎖交せず、このためにこれらの磁束４３，４４が
発電に寄与することはなく、また制動力を発生さ
せるものでもない。

これに反して本実施例に係る誘導子型発電機か
ら成るリターダにおいては、第８図に示す切換え
回路によつて界磁コイル２２，２３に流れる電流
の方向を反転させるようにしているために、第６
図および第７図において点線で示す漏洩磁束４
５，４６を生ずることになる。これらの漏洩磁束
４５，４６は電機子コイル２４と鎖交して発電を
行なうものであるから、これによつて発電機の出
力が向上することになる。従つてこの誘導子型発
電機は小型軽量で、しかも高出力の発電を行なう
ことができるようになる。またこの発電機を応用
したリターダは高い制動トルクを発生することが
できるようになる。

さらに本実施例に係る切換え回路によれば、第
８図に示すようにコイル２２，２３に対して並列
に対称ツエナダイオード２９が接続されている。
一般にインダクタンスを負荷とする回路において
は、その切換え時にインダクタンスに異常電圧を
誘起する。この電圧は電源電圧の数十倍にも達す
ることがあり、切換え用のトランジスタを破壊
し、故障の直接原因となる。そこで本実施例にお
いては、界磁コイル２２，２３に対して並列に対
称ツエナダイオード２９を接続し、このツエナダ
イオード２９によつて効果的にサージ電圧を吸収
するようにしている。従つて本実施例に係る回路
によれば、コイル２２，２３の電流の方向の切換
えの応答性が著しく改善されることになる。さら
に対称ツエナダイオード２９は一般に対称特性を
有し、非直線性が良好なために、定常値の損失電
力を少なくして小型化することができる。また対
称ツエナダイオード２９のツエナ電圧によつてサ
ージ電圧を制限することができる。

つぎに上記実施例に変形例を第１０図につき説
明する。上記の実施例においては第９図に示すよ
うに、同一のポールコア１４に巻装される界磁コ
イル２２，２３はそれぞれ１つの巻き線から構成
されていたが、この変形例においては第１０図に
示すように、同一のポールコア１４に巻装される
コイル２２，２３がそれぞれ複数の、例えば３つ
のコイルから構成されており、しかもこれらの複
数のコイルは互に並列に接続されるようになつて
いる。そして複数のコイル２２，２３の並列回路
が互に直列に接続されるようになつている。なお
この回路は第８図に示す４つのトランジスタ２５
〜２８の間に接続されるようになつている。

このような変形例によれば、同一のポールコア
１４に巻装される界磁コイル２２，２３がそれぞ
れ複数に分割されることになり、しかもこれらが
互に並列に接続されるために、界磁コイル２２，
２３の有する時定数が小さくなる。従つて上記対
称ツエナダイオード２９の作用と相まつてこれら
のコイル２２，２３の電流の方向を切換える際
に、その遅れを防止することにより、有効磁束と
して作用する漏洩磁束４５，４６を確実に発生さ
せることができるようになる。従つてこの変形例
はとくに発電機の回転数が高い場合に有効であ
る。

つぎに上記実施例の別の変形例を第１１図につ
き説明する。第８図に示す上記の実施例において
は、界磁コイル２２，２３に並列に対称ツエナダ
イオード２９を用い、このツエナダイオード２９
によつてサージ電圧を吸収して応答性を改善させ
るようにしていたが、この変形例においては対称
ツエナダイオード２９に代えて、第１１図に示す
ように一対のツエナダイオード４７を用いるよう
にしている。これらのツエナダイオード４７はそ
れらのカソードが互に接続されるとともに、一対
のツエダイオード４７のアノードがコイル２２，
２３の直列回路の両端に接続されるようになつて
いる。このような構成によつても、一対のツエナ
ダイオード４７の直列回路が、上記対称ツエナダ
イオードとほぼ同様の作用を行なうために、これ
によつてもコイル２２，２３の電流の方向の切換
えの際におけるサージ電圧を吸収し、応答性を改
善することができる。従つてこのような変形列に
よつても、上記実施例とほぼ同様の作用効果を奏
することが可能である。

以上本考案を図示の一実施例およびその変形例
につき述べたが、本考案はこれらの実施例や変形
例によつて限定されることなく、本考案の技術的
思想に基づいて各種の変更が可能である。例えば
上記実施例はリターダに応用した誘導子型発電機
に関するものであるが、本考案は高周波発電機等
の他の目的に供される誘導子型発電機にも適用可
能である。

以上に述べたように本考案は、対称ツエナダイ
オードまたは一対のツエナダイオードの直列回路
を誘導子型発電機の界磁コイルと並列に接続し、
これによつてサージ電圧を吸収するようにしたも
のである。従つて界磁コイルに流れる電流の方向
を変換する際におけるサージ電圧を効果的に吸収
することができ、応答性を改善することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の誘導子型発電機の界磁コイルの
駆動回路図、第２図は従来の同様の目的のための
別の駆動回路図、第３図は本考案の一実施例に係
る誘導子型発電機から成るリターダを備えたエン
ジンの側面図、第４図はこのエンジンに設けられ
ているリターダの斜視図、第５図はこのリターダ
を構成する誘導子型発電機の要部拡大縦断面図、
第６図は同展開正面図、第７図はフライホイール
が回転した状態における第６図と同様の正面図、
第８図はこの発電機の界磁コイルの駆動のための
回路図、第９図は界磁コイルの接続を示す回路
図、第１０図は変形例に係る発電機の界磁コイル
の接続を示す回路図、第１１図は別の変形例に係
る界磁コイルの要部の駆動回路図である。 なお図面に用いた符号において、３……フライ
ホイール、７……誘導子、８……誘導子磁極、１
４……ポールコア、１５……固定子ヨーク、２
２，２３……界磁コイル、２４……電機子コイ
ル、２５〜２８……トランジスタ、２９……対称
ツエナダイオード（VRD）、３０〜３３……トラ
ンジスタ、３４……増幅器、３５……位相反転
器、３８……回転位置検出センサ、４５，４６…
…漏洩磁束（点線）、４７……ツエナダイオード
である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転子側に設けた突起状の誘導子磁極８にエア
   ギヤツプを介して対向する磁極１４を前記誘導子
   磁極８の1/2のピツチで固定子側に設け、前記磁
   極１４の磁束の向きが２つおきに反転するよう各
   磁極１４にそれぞれ界磁コイル２２，２３を巻装
   し、互いに異なる向きに磁化される隣接する一対
   の磁極１４に電機子コイル２４を共通に巻装する
   とともに、前記磁極１４が前記誘導子磁極８と対
   向しないときに前記界磁コイル２２，２３の電流
   の方向を反転させる切換え回路を設けることによ
   り、界磁コイル２２，２３の電流の方向の反転に
   ともなつて前記電機子コイル２４と鎖交して有効
   磁束として作用する漏洩磁束４５，４６を生じさ
   せるようにした誘導子型発電機の駆動回路におい
   て、対称ツエナダイオード２９または一対のツエ
   ナダイオード４７の直列回路を前記界磁コイル２
   ２，２３と並列に接続し、これによつてサージ電
   圧を吸収するようにしたことを特徴とする誘導子
   型発電機の駆動回路。