JPH04285454A - ブラシレス自励同期発電機 - Google Patents
ブラシレス自励同期発電機Info
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- JPH04285454A JPH04285454A JP15081091A JP15081091A JPH04285454A JP H04285454 A JPH04285454 A JP H04285454A JP 15081091 A JP15081091 A JP 15081091A JP 15081091 A JP15081091 A JP 15081091A JP H04285454 A JPH04285454 A JP H04285454A
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- armature
- rotor
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- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 161
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 47
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
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- Synchronous Machinery (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、構造が簡単で信頼性が
高く、負荷の力率に応じて適切な出力電圧補償機能を発
揮するブラシレス自励同期発電機に関する。
高く、負荷の力率に応じて適切な出力電圧補償機能を発
揮するブラシレス自励同期発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のブレシレス自励同期発電機として
は、本発明者自身の発明による特願平２−４１２２５号
に示されたものがあり、固定子鉄心に集中全節巻または
集中全節巻に準ずる巻線態様で巻装された主発電巻線と
、この主発電巻線の極数の奇数倍の磁極を有する固定子
界磁巻線とが巻装され、回転子鉄心には固定子界磁巻線
と磁気的結合をなす回転子励磁巻線と、この回転子励磁
巻線の起電力が直流に変換された後に供与され、かつ上
記主発電巻線と同一極数の回転子界磁巻線とが巻装され
ると共に、回転子鉄心には上記回転子励磁巻線の起電力
を直流に変換するための整流器を備えることを特徴とし
、固定子界磁巻線への励磁電流の調整と、負荷電流によ
る電機子反作用磁界中の奇数次空間高調波磁界の利用と
によって任意な出力電圧調整及び優れた出力電圧補償機
能を具備せしめ、また主磁界を正弦波形分布になし得て
良好な出力電圧波形の供給を可能にしたものであった。
は、本発明者自身の発明による特願平２−４１２２５号
に示されたものがあり、固定子鉄心に集中全節巻または
集中全節巻に準ずる巻線態様で巻装された主発電巻線と
、この主発電巻線の極数の奇数倍の磁極を有する固定子
界磁巻線とが巻装され、回転子鉄心には固定子界磁巻線
と磁気的結合をなす回転子励磁巻線と、この回転子励磁
巻線の起電力が直流に変換された後に供与され、かつ上
記主発電巻線と同一極数の回転子界磁巻線とが巻装され
ると共に、回転子鉄心には上記回転子励磁巻線の起電力
を直流に変換するための整流器を備えることを特徴とし
、固定子界磁巻線への励磁電流の調整と、負荷電流によ
る電機子反作用磁界中の奇数次空間高調波磁界の利用と
によって任意な出力電圧調整及び優れた出力電圧補償機
能を具備せしめ、また主磁界を正弦波形分布になし得て
良好な出力電圧波形の供給を可能にしたものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のブ
ラシレス自励同期発電機には、さらに次のような課題が
残された。■ 固定子鉄心に主発電巻線と固定子界磁
巻線といった２種類の巻線を巻装しなければならない。 巻装巻線の種類が多いことは、それだけ絶縁劣化等によ
る巻線間の短絡焼損事故の発生率が高くなることであり
、信頼性向上のためには巻線の種類を減らしたい。
ラシレス自励同期発電機には、さらに次のような課題が
残された。■ 固定子鉄心に主発電巻線と固定子界磁
巻線といった２種類の巻線を巻装しなければならない。 巻装巻線の種類が多いことは、それだけ絶縁劣化等によ
る巻線間の短絡焼損事故の発生率が高くなることであり
、信頼性向上のためには巻線の種類を減らしたい。
【０００４】■ 負荷時の出力電圧降下は、負荷の力
率により異なり、例えば力率１より遅れ力率の負荷の場
合の方が出力電圧降下が大きいことは周知の事実である
。 従って、遅れ力率負荷の場合においては、出力電圧を上
昇させる方向のより大きな出力電圧補償機能が要求され
るが、上記従来のブラシレス自励同期発電機の出力電圧
補償機能は、負荷電流の大きさによってほぼ決まり、負
荷力率によっては顕著な変化を示さない。言い換えると
遅れ力率負荷の場合の出力電圧補償機能に設定された上
記従来の発電機に、力率１の負荷を接続した場合、不必
要に大きな電圧補償が行われ、出力電圧が高くなり過ぎ
るといった不合理な特性を有しているということである
。この不合理性を解消し、負荷の力率に応じた適切な出
力電圧補償機能を自動的に発揮し得る発電機としたい。
率により異なり、例えば力率１より遅れ力率の負荷の場
合の方が出力電圧降下が大きいことは周知の事実である
。 従って、遅れ力率負荷の場合においては、出力電圧を上
昇させる方向のより大きな出力電圧補償機能が要求され
るが、上記従来のブラシレス自励同期発電機の出力電圧
補償機能は、負荷電流の大きさによってほぼ決まり、負
荷力率によっては顕著な変化を示さない。言い換えると
遅れ力率負荷の場合の出力電圧補償機能に設定された上
記従来の発電機に、力率１の負荷を接続した場合、不必
要に大きな電圧補償が行われ、出力電圧が高くなり過ぎ
るといった不合理な特性を有しているということである
。この不合理性を解消し、負荷の力率に応じた適切な出
力電圧補償機能を自動的に発揮し得る発電機としたい。
【０００５】■ 負荷には、力率改善を目的としてコ
ンデンサを内蔵するものが多種存在するが、不注意な取
扱いによってコンデンサのみが発電機の出力端子に接続
されてしまう場合が多々ある。この場合、コンデンサへ
の進相電流による発電機の自己励磁現象によって過大電
圧が発生し、発電機の絶縁や電子部品をはじめコンデン
サそのものまで破壊してしまう事態さえ発生する。上記
従来のブラシレス自励同期発電機においても、このよう
な問題を有しており、進相電流による過大電圧の発生を
防止し得る機能を発電機自体に持たせたい。
ンデンサを内蔵するものが多種存在するが、不注意な取
扱いによってコンデンサのみが発電機の出力端子に接続
されてしまう場合が多々ある。この場合、コンデンサへ
の進相電流による発電機の自己励磁現象によって過大電
圧が発生し、発電機の絶縁や電子部品をはじめコンデン
サそのものまで破壊してしまう事態さえ発生する。上記
従来のブラシレス自励同期発電機においても、このよう
な問題を有しており、進相電流による過大電圧の発生を
防止し得る機能を発電機自体に持たせたい。
【０００６】そこで本発明は、上記課題を達成し、巻装
巻線の種類を減じて構造を簡単にし信頼性を高め、負荷
の力率に応じた適切な出力電圧補償機能を発揮し、かつ
進相電流による過大電圧の発生を防止し得るブラシレス
自励同期発電機を提供することを目的とする。
巻線の種類を減じて構造を簡単にし信頼性を高め、負荷
の力率に応じた適切な出力電圧補償機能を発揮し、かつ
進相電流による過大電圧の発生を防止し得るブラシレス
自励同期発電機を提供することを目的とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする手段並びに作用】本発明は、
上記目的を達成すべくなされたもので、固定子鉄心に集
中全節巻または集中全節巻に準ずる巻線態様をなす電機
子巻線を巻装し、この電機子巻線からの引出し端にリア
クトルを接続して電機子巻線とリアクトルとによる閉回
路を形成し、回転子鉄心には上記電機子巻線の極数の奇
数倍の磁極と磁気的結合をなす回転子励磁巻線と、この
回転子励磁巻線の起電力が直流に変換された後に供与さ
れ、かつ上記電機子巻線と同一極数の回転子界磁巻線と
を巻装すると共に、回転子鉄心には上記回転子励磁巻線
の起電力を直流に変換するための整流器を備えている。
上記目的を達成すべくなされたもので、固定子鉄心に集
中全節巻または集中全節巻に準ずる巻線態様をなす電機
子巻線を巻装し、この電機子巻線からの引出し端にリア
クトルを接続して電機子巻線とリアクトルとによる閉回
路を形成し、回転子鉄心には上記電機子巻線の極数の奇
数倍の磁極と磁気的結合をなす回転子励磁巻線と、この
回転子励磁巻線の起電力が直流に変換された後に供与さ
れ、かつ上記電機子巻線と同一極数の回転子界磁巻線と
を巻装すると共に、回転子鉄心には上記回転子励磁巻線
の起電力を直流に変換するための整流器を備えている。
【０００８】そして回転子を回転させれば、回転子鉄心
の残留磁界によって電機子巻線に起電力が生じ、電機子
巻線とリアクトルにリアクトル励磁電流が流れる。この
電機子巻線のリアクトル励磁電流によって生ずる電機子
反作用磁界は、電機子巻線の集中全節巻または集中全節
巻に準ずる巻線態様から第５空間高調波磁界を含むもの
となり、この第５空間高調波磁界が、回転子の回転方向
に対し逆方向に回転する磁界となって、磁気的に結合す
る回転子励磁巻線に起電力を発生させる。
の残留磁界によって電機子巻線に起電力が生じ、電機子
巻線とリアクトルにリアクトル励磁電流が流れる。この
電機子巻線のリアクトル励磁電流によって生ずる電機子
反作用磁界は、電機子巻線の集中全節巻または集中全節
巻に準ずる巻線態様から第５空間高調波磁界を含むもの
となり、この第５空間高調波磁界が、回転子の回転方向
に対し逆方向に回転する磁界となって、磁気的に結合す
る回転子励磁巻線に起電力を発生させる。
【０００９】回転子励磁巻線の起電力は整流器を介して
回転子界磁巻線に供与されて主磁界を増強させる。回転
子界磁巻線には電機子巻線が磁気的に結合させてあるこ
とから電機子巻線の起電力が増大し、これを繰り返して
出力電圧が確立される。この時、リアクトルを可変リア
クトルとしリアクトル励磁電流を調整すれば、無負荷電
圧を任意に設定し得る。
回転子界磁巻線に供与されて主磁界を増強させる。回転
子界磁巻線には電機子巻線が磁気的に結合させてあるこ
とから電機子巻線の起電力が増大し、これを繰り返して
出力電圧が確立される。この時、リアクトルを可変リア
クトルとしリアクトル励磁電流を調整すれば、無負荷電
圧を任意に設定し得る。
【００１０】次いで、三相負荷時においては、負荷電流
と上記リアクトル励磁電流とのベクトル和の電機子電流
が電機子巻線を流れる。この電機子電流によって生ずる
電機子反作用磁界は、電機子巻線の集中全節巻または集
中全節巻に準ずる巻線態様から第５空間高調波磁界を含
むものとなり、この第５空間高調波磁界が回転子の回転
方向に対し逆方向に回転する磁界となって磁気的に結合
する回転子励磁巻線に起電力を発生させ、回転子界磁巻
線に回転子励磁電流を供給する。
と上記リアクトル励磁電流とのベクトル和の電機子電流
が電機子巻線を流れる。この電機子電流によって生ずる
電機子反作用磁界は、電機子巻線の集中全節巻または集
中全節巻に準ずる巻線態様から第５空間高調波磁界を含
むものとなり、この第５空間高調波磁界が回転子の回転
方向に対し逆方向に回転する磁界となって磁気的に結合
する回転子励磁巻線に起電力を発生させ、回転子界磁巻
線に回転子励磁電流を供給する。
【００１１】第５空間高調波磁界の強さは電機子電流の
大きさに比例し、この電機子電流の大きさは、負荷電流
及びリアクトル励磁電流の大きさを一定とした場合、負
荷の力率によって変化する。即ち電機子電流の成分であ
るリアクトル励磁電流がアリクトルを流れる遅相電流で
あることから、負荷電流がこの遅相電流と同相に近づく
ほど、すなわち負荷力率が遅れ力率になるほど電機子電
流は大きくなり力率１、進み力率となるにつれ電機子電
流は、次第に小さくなるという様相を呈する。従って、
負荷力率が遅れ力率に移行するほど、第５空間高調波磁
界の強さ、延いては回転子励磁電流の供給は増大するこ
とになり、本発明による発電機は、負荷力率に応じた適
切な出力電圧補償機能を発揮し得ることになる。
大きさに比例し、この電機子電流の大きさは、負荷電流
及びリアクトル励磁電流の大きさを一定とした場合、負
荷の力率によって変化する。即ち電機子電流の成分であ
るリアクトル励磁電流がアリクトルを流れる遅相電流で
あることから、負荷電流がこの遅相電流と同相に近づく
ほど、すなわち負荷力率が遅れ力率になるほど電機子電
流は大きくなり力率１、進み力率となるにつれ電機子電
流は、次第に小さくなるという様相を呈する。従って、
負荷力率が遅れ力率に移行するほど、第５空間高調波磁
界の強さ、延いては回転子励磁電流の供給は増大するこ
とになり、本発明による発電機は、負荷力率に応じた適
切な出力電圧補償機能を発揮し得ることになる。
【００１２】また、上述した進み力率負荷による電機子
電流の低下は、進相電流による自己励磁現象を効果的に
抑制し、過大電圧の発生を防止する。単相負荷の場合も
単相交流電流による交番電機子反作用磁界中に含まれる
第５空間高調波磁界を利用するので上記三相の場合と同
じである。また、第５空間高調波磁界の極数は、電機子
巻線の極数及び回転子界磁巻線の極数とは異なるため、
第５空間高調波磁界と回転子界磁巻線による磁界とは互
いに影響を及ぼし合うことなく所望の出力が得られる。
電流の低下は、進相電流による自己励磁現象を効果的に
抑制し、過大電圧の発生を防止する。単相負荷の場合も
単相交流電流による交番電機子反作用磁界中に含まれる
第５空間高調波磁界を利用するので上記三相の場合と同
じである。また、第５空間高調波磁界の極数は、電機子
巻線の極数及び回転子界磁巻線の極数とは異なるため、
第５空間高調波磁界と回転子界磁巻線による磁界とは互
いに影響を及ぼし合うことなく所望の出力が得られる。
【００１３】
【実施例】以下に本発明に係わるブラシレス自励同期発
電機の一実施例を図面に基づき説明する。図１において
Ｕ，Ｖ，ＷはＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相の電機子巻
線である。電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは、図２に示す如く、
固定子鉄心１の内周部に形成した固定子スロット２内に
集中全節巻の巻線態様にて２極三相に巻装させてある。 電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは、図１に示す如くスター結線さ
れて各相の引出し端が出力端子７〜９を介して負荷に接
続されるようになっている。また電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ
の中性点Ｎは別に引き出されて出力端子１０に接続され
ており、この出力端子１０と上記出力端子７〜９のうち
の任意に選択された１つの出力端子との間で単相出力を
取り出し得るようになっている。リアクトル１１は電機
子巻線の各相の引出し端に接続され、電機子巻線Ｕ，Ｖ
，Ｗとリアクトル１１とによる閉回路を形成している。
電機の一実施例を図面に基づき説明する。図１において
Ｕ，Ｖ，ＷはＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相の電機子巻
線である。電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは、図２に示す如く、
固定子鉄心１の内周部に形成した固定子スロット２内に
集中全節巻の巻線態様にて２極三相に巻装させてある。 電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは、図１に示す如くスター結線さ
れて各相の引出し端が出力端子７〜９を介して負荷に接
続されるようになっている。また電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ
の中性点Ｎは別に引き出されて出力端子１０に接続され
ており、この出力端子１０と上記出力端子７〜９のうち
の任意に選択された１つの出力端子との間で単相出力を
取り出し得るようになっている。リアクトル１１は電機
子巻線の各相の引出し端に接続され、電機子巻線Ｕ，Ｖ
，Ｗとリアクトル１１とによる閉回路を形成している。
【００１４】一方、回転子Ｒは図２に示す如く、回転子
鉄心３に回転子スロット４が形成されてあって、この回
転子スロット４内に回転子界磁巻線５と回転子励磁巻線
６とを巻装させてある。この回転子界磁巻線５は、上記
電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗと同数の磁極を形成するように巻
装する。また、回転子励磁巻線６は電機子巻線Ｕ，Ｖ，
Ｗの極数の５倍（奇数倍）の磁極と磁気的に結合し得る
よう巻装する。回転子励磁巻線６には、４個のダイオー
ドからなるダイオードブリッジ回路１２を介して回転子
界磁巻線５を接続する。ダイオードブリッジ回路１２は
回転子鉄心３に付設させてあって、回転子鉄心３と共に
回転する回転整流器形式になっている。
鉄心３に回転子スロット４が形成されてあって、この回
転子スロット４内に回転子界磁巻線５と回転子励磁巻線
６とを巻装させてある。この回転子界磁巻線５は、上記
電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗと同数の磁極を形成するように巻
装する。また、回転子励磁巻線６は電機子巻線Ｕ，Ｖ，
Ｗの極数の５倍（奇数倍）の磁極と磁気的に結合し得る
よう巻装する。回転子励磁巻線６には、４個のダイオー
ドからなるダイオードブリッジ回路１２を介して回転子
界磁巻線５を接続する。ダイオードブリッジ回路１２は
回転子鉄心３に付設させてあって、回転子鉄心３と共に
回転する回転整流器形式になっている。
【００１５】次に上記構成のブラシレス自励同期発電機
の動作について説明すると、まず無負荷時において回転
子Ｒを回転駆動させれば、回転子鉄心３の残留磁界によ
り電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに僅かな起電力が誘起する。こ
の起電力により電機子巻線ＵＶ，Ｗとリアクトル１１と
からなる閉回路にリアクトル励磁電流ｉｅ１，ｉｅ２，
ｉｅ３が、それぞれ無負荷時における三相の電機子電流
ｉ１，ｉ２，ｉ３として流れて電機子反作用磁界が生ず
るが、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが集中全節巻にしてあるこ
とから、その電機子反作用磁界は第５空間高調波磁界、
即ち１０極の磁界成分を含むものとなる。更にこれを以
下に解析する。
の動作について説明すると、まず無負荷時において回転
子Ｒを回転駆動させれば、回転子鉄心３の残留磁界によ
り電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに僅かな起電力が誘起する。こ
の起電力により電機子巻線ＵＶ，Ｗとリアクトル１１と
からなる閉回路にリアクトル励磁電流ｉｅ１，ｉｅ２，
ｉｅ３が、それぞれ無負荷時における三相の電機子電流
ｉ１，ｉ２，ｉ３として流れて電機子反作用磁界が生ず
るが、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが集中全節巻にしてあるこ
とから、その電機子反作用磁界は第５空間高調波磁界、
即ち１０極の磁界成分を含むものとなる。更にこれを以
下に解析する。
【００１６】電機子巻線のＵ相についてフーリエ級数で
表わした矩形波磁界分布図を示せば、図３の如き通りで
ある。図３においては、固定子Ｓと回転子Ｒ間のギャッ
プを省略してある。上記の如く集中全節巻の電機子巻線
Ｕによる磁界分布は、電機子巻線Ｕの巻数をｎ（Ｔ）、
電機子巻線Ｕに流れる電機子電流をｉ１（Ａ）、比例定
数をｋとすると振幅をｋｉ１ｎ（ＡＴ／ｍ）とする矩形
波になる。但し、磁路の磁気飽和は無視する。
表わした矩形波磁界分布図を示せば、図３の如き通りで
ある。図３においては、固定子Ｓと回転子Ｒ間のギャッ
プを省略してある。上記の如く集中全節巻の電機子巻線
Ｕによる磁界分布は、電機子巻線Ｕの巻数をｎ（Ｔ）、
電機子巻線Ｕに流れる電機子電流をｉ１（Ａ）、比例定
数をｋとすると振幅をｋｉ１ｎ（ＡＴ／ｍ）とする矩形
波になる。但し、磁路の磁気飽和は無視する。
【００１７】矩形波の中心点０を基点とし、この０点か
ら電気角でθ（ｒａｄ）の距離における任意の点Ｐにお
ける磁界の強さＨ１をフーリエ級数で表すと、となり、
磁界分布Ｈ１は、第１項の基本波磁界Ｈｍｓｉｎ（ωｔ
−φ）ｃｏｓθと第２項の第３空間高調波磁界、第３項
の第５空間高調波磁界などの奇数次空間高調波磁界から
成り立っていることが分かる。
ら電気角でθ（ｒａｄ）の距離における任意の点Ｐにお
ける磁界の強さＨ１をフーリエ級数で表すと、となり、
磁界分布Ｈ１は、第１項の基本波磁界Ｈｍｓｉｎ（ωｔ
−φ）ｃｏｓθと第２項の第３空間高調波磁界、第３項
の第５空間高調波磁界などの奇数次空間高調波磁界から
成り立っていることが分かる。
【００１８】次に固定子Ｓに２π／３（ｒａｄ）ずつず
らした位置に巻装された集中全節巻の電機子巻線Ｕ，Ｖ
，Ｗに次式で示される三相電機子電流が流れた時、各相
の電機子巻線による磁界の強さをそれぞれＨｕ，Ｈｖ，
Ｈｗとすると となる。
らした位置に巻装された集中全節巻の電機子巻線Ｕ，Ｖ
，Ｗに次式で示される三相電機子電流が流れた時、各相
の電機子巻線による磁界の強さをそれぞれＨｕ，Ｈｖ，
Ｈｗとすると となる。
【００１９】従って、集中全節巻された三相の電機子巻
線による磁界分布Ｈ３は、■式におけるＨｕ，Ｈｖ，Ｈ
ｗの合成であるから次式が得られる。 ■式より磁界分布Ｈ３、即ち三相電機子電流ｉ１，ｉ２
，ｉ３による電機子反作用磁界は、第１項の基本波磁界
３／２Ｈｍｓｉｎ（ωｔ−φ−θ）と、第２項の第５空
間高調波磁界、第３項の第７空間高調波磁界等の奇数次
空間高調波磁界から成り立っており、位相角の符号から
第５空間高調波磁界は基本波磁界とは逆の方向に、第７
空間高調波磁界は基本波磁界と同じ方向に回転すること
も分かる。
線による磁界分布Ｈ３は、■式におけるＨｕ，Ｈｖ，Ｈ
ｗの合成であるから次式が得られる。 ■式より磁界分布Ｈ３、即ち三相電機子電流ｉ１，ｉ２
，ｉ３による電機子反作用磁界は、第１項の基本波磁界
３／２Ｈｍｓｉｎ（ωｔ−φ−θ）と、第２項の第５空
間高調波磁界、第３項の第７空間高調波磁界等の奇数次
空間高調波磁界から成り立っており、位相角の符号から
第５空間高調波磁界は基本波磁界とは逆の方向に、第７
空間高調波磁界は基本波磁界と同じ方向に回転すること
も分かる。
【００２０】本発明は、以上の解析結果より導出される
奇数次空間高調波磁界を積極的に利用するものであり、
図１、図２による実施例は、第５空間高調波磁界を利用
すべく構成されている。即ち、第５空間高調波磁界には
回転子励磁巻線６を磁気的に結合させてあることから電
機子電流ｉ１，ｉ２，ｉ３によって発生する１０極の磁
界を回転子励磁巻線６が切ることによって、この回転子
励磁巻線６に起電力Ｅｒが発生する。この起電力Ｅｒは
、ダイオードブリッジ回路１２で直流に変換されて回転
子界磁巻線５に回転子励磁電流Ｉｆｒとして供与されて
、回転子界磁巻線５によるＳＮ２極の主磁界が発生する
。従って、回転子励磁電流Ｉｆｒにより回転子鉄心３の
主磁界が増強し、延いては電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの起電
力が増大し、この繰り返しにより漸次増大して、遂には
出力電圧が確立されるものである。この時、リアクトル
を可変リアクトルとしリアクトル励磁電流ｉｅ１，ｉｅ
２，ｉｅ３即ち無負荷時における電機子電流ｉ１，ｉ２
，ｉ３を調整すれば、上記起電力Ｅｒ，延いては回転子
励磁電流Ｉｆｒを調整することとなって、無負荷電圧、
つまり電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの出力電圧を任意に調整し
得るものである。
奇数次空間高調波磁界を積極的に利用するものであり、
図１、図２による実施例は、第５空間高調波磁界を利用
すべく構成されている。即ち、第５空間高調波磁界には
回転子励磁巻線６を磁気的に結合させてあることから電
機子電流ｉ１，ｉ２，ｉ３によって発生する１０極の磁
界を回転子励磁巻線６が切ることによって、この回転子
励磁巻線６に起電力Ｅｒが発生する。この起電力Ｅｒは
、ダイオードブリッジ回路１２で直流に変換されて回転
子界磁巻線５に回転子励磁電流Ｉｆｒとして供与されて
、回転子界磁巻線５によるＳＮ２極の主磁界が発生する
。従って、回転子励磁電流Ｉｆｒにより回転子鉄心３の
主磁界が増強し、延いては電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの起電
力が増大し、この繰り返しにより漸次増大して、遂には
出力電圧が確立されるものである。この時、リアクトル
を可変リアクトルとしリアクトル励磁電流ｉｅ１，ｉｅ
２，ｉｅ３即ち無負荷時における電機子電流ｉ１，ｉ２
，ｉ３を調整すれば、上記起電力Ｅｒ，延いては回転子
励磁電流Ｉｆｒを調整することとなって、無負荷電圧、
つまり電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの出力電圧を任意に調整し
得るものである。
【００２１】次に三相負荷時における動作について説明
する。電機子電流ｉ１，ｉ２，ｉ３は、無負荷時におい
てはリアクトル励磁電流ｉｅ１，ｉｅ２，ｉｅ３そのも
のであったが、三相負荷時においては、上記リアクトル
励磁電流に三相負荷電流ｉａ１，ｉａ２，ｉａ３がベク
トル的に合成されたものとなる。このことは電機子電流
ｉ１，ｉ２，ｉ３の大きさ、延いては第５空間高調波磁
界の強さが、負荷電流ｉａ１，ｉａ２，ｉａ３の大きさ
のみでなく、リアクトル励磁電流ｉｅ１，ｉｅ２，ｉｅ
３と負荷電流ｉａ１，ｉａ２，ｉａ３との位相差、また
、その位相差を決定する負荷の力率に依存することを意
味する。
する。電機子電流ｉ１，ｉ２，ｉ３は、無負荷時におい
てはリアクトル励磁電流ｉｅ１，ｉｅ２，ｉｅ３そのも
のであったが、三相負荷時においては、上記リアクトル
励磁電流に三相負荷電流ｉａ１，ｉａ２，ｉａ３がベク
トル的に合成されたものとなる。このことは電機子電流
ｉ１，ｉ２，ｉ３の大きさ、延いては第５空間高調波磁
界の強さが、負荷電流ｉａ１，ｉａ２，ｉａ３の大きさ
のみでなく、リアクトル励磁電流ｉｅ１，ｉｅ２，ｉｅ
３と負荷電流ｉａ１，ｉａ２，ｉａ３との位相差、また
、その位相差を決定する負荷の力率に依存することを意
味する。
【００２２】今、簡単のため、電機子巻線のＵ相のみに
ついて上記のことを考察する。電機子巻線の漏れリアク
タンスと抵抗とを無視し、Ｕ相の内部起電力ｅ１を基準
とした電機子電流、リアクトル励磁電流、負荷電流の関
係を、それぞれ実効値に π／２（ｒａｄ）遅れる。即ちφ＝−π／２（ｒａｄ）
であるとする。また、αは、負荷の力率角を表わしてい
る。各電流の大きさを で表わされる。
ついて上記のことを考察する。電機子巻線の漏れリアク
タンスと抵抗とを無視し、Ｕ相の内部起電力ｅ１を基準
とした電機子電流、リアクトル励磁電流、負荷電流の関
係を、それぞれ実効値に π／２（ｒａｄ）遅れる。即ちφ＝−π／２（ｒａｄ）
であるとする。また、αは、負荷の力率角を表わしてい
る。各電流の大きさを で表わされる。
【００２３】■式においてＩｅ１，Ｉａ１，φの値を一
定とすると、電機子電流Ｉ１は負荷が遅れ力率角α＝−
π／２（ｒａｄ）の時最大となり、逆に進み力率角α＝
π／２（ｒａｄ）の時最小となることが分かる。言い換
えると、遅相電流であるリアクトル励磁電流Ｉｅ１と同
相に近づく負荷電流Ｉａ１において、即ち遅れ力率負荷
において電機子電流Ｉ１は大きく、力率１、進み力率と
負荷の力率が進み方向に変化するに従って電機子電流Ｉ
１は次第に小さくなる。従って、第５空間高調波磁界の
強さ、延いては回転子励磁電流Ｉｆｒの供給は、負荷の
力率が遅れ方向に変化するにつれて増大し、逆に進み方
向に変化するにつれて減少するという特性を有すること
になるから負荷力率に応じた合理的かつ適切な出力電圧
補償機能を発揮することが可能になるわけである。この
時、リアクトルを可変リアクトルとしリアクトル励磁電
流ｉｅ１，ｉｅ２，ｉｅ３を調整して、電機子電流ｉ１
，ｉ２，ｉ３の大きさを変化させれば、回転子励磁電流
Ｉｆｒを調整することとなって出力電圧を任意に調整し
得る。更に進み力率負荷に対する上記特性は、進相電流
による自己励磁現象を効果的に抑制し、過大電圧の発生
を防止する。
定とすると、電機子電流Ｉ１は負荷が遅れ力率角α＝−
π／２（ｒａｄ）の時最大となり、逆に進み力率角α＝
π／２（ｒａｄ）の時最小となることが分かる。言い換
えると、遅相電流であるリアクトル励磁電流Ｉｅ１と同
相に近づく負荷電流Ｉａ１において、即ち遅れ力率負荷
において電機子電流Ｉ１は大きく、力率１、進み力率と
負荷の力率が進み方向に変化するに従って電機子電流Ｉ
１は次第に小さくなる。従って、第５空間高調波磁界の
強さ、延いては回転子励磁電流Ｉｆｒの供給は、負荷の
力率が遅れ方向に変化するにつれて増大し、逆に進み方
向に変化するにつれて減少するという特性を有すること
になるから負荷力率に応じた合理的かつ適切な出力電圧
補償機能を発揮することが可能になるわけである。この
時、リアクトルを可変リアクトルとしリアクトル励磁電
流ｉｅ１，ｉｅ２，ｉｅ３を調整して、電機子電流ｉ１
，ｉ２，ｉ３の大きさを変化させれば、回転子励磁電流
Ｉｆｒを調整することとなって出力電圧を任意に調整し
得る。更に進み力率負荷に対する上記特性は、進相電流
による自己励磁現象を効果的に抑制し、過大電圧の発生
を防止する。
【００２４】図５は、本発明によるブラシレス自励同期
発電機に力率の異なる平衡三相負荷を接続した場合の負
荷特性の実験結果であり、上記考察に裏付けされた特性
を示している。特に進相電流の大きな純コンデンサ負荷
の場合には、速やかに発電機能を停止し、発電機及び負
荷を自己励磁現象による過大電圧の発生から保護する。
発電機に力率の異なる平衡三相負荷を接続した場合の負
荷特性の実験結果であり、上記考察に裏付けされた特性
を示している。特に進相電流の大きな純コンデンサ負荷
の場合には、速やかに発電機能を停止し、発電機及び負
荷を自己励磁現象による過大電圧の発生から保護する。
【００２５】次に単相負荷時における動作を図１におけ
る出力端子７と１０とに単相負荷を接続したものとして
説明する。まず無負荷時においては、前述したように出
力電圧は確立されており、次に単相負荷電流が電機子巻
線Ｕを流れることにより交番電機子反作用磁界が発生す
る。この交番電機子反作用磁界分布を前述の■式が示し
ているものである。従って、■式第３項の第５空間高調
波磁界が１０極の交番磁界として、回転子励磁巻線６に
作用する結果、リアクトル励磁電流ｉｅ１，ｉｅ２，ｉ
ｅ３による第５空間高調波磁界の作用と相まって三相負
荷時と同様の出力電圧補償作用が行なわれ所望の出力が
得られる。尚、以上の動作は出力端子７、８、９中から
選択された２つの端子に単相負荷を接続する出力形態に
おいても同様に行なわれる。更に単相負荷電流による交
番電機子反作用磁界中には、第３空間高調波磁界が含ま
れることを■式第２項が示している。即ち電機子巻線を
２極一相のみとし、その引出し端に単相のリアクトルを
接続し回転子励磁巻線６を第３空間高調波磁界に感応す
る巻線態様とした場合には、本発明による単相出力専用
のブラシレス自励同期発電機が実現できる。
る出力端子７と１０とに単相負荷を接続したものとして
説明する。まず無負荷時においては、前述したように出
力電圧は確立されており、次に単相負荷電流が電機子巻
線Ｕを流れることにより交番電機子反作用磁界が発生す
る。この交番電機子反作用磁界分布を前述の■式が示し
ているものである。従って、■式第３項の第５空間高調
波磁界が１０極の交番磁界として、回転子励磁巻線６に
作用する結果、リアクトル励磁電流ｉｅ１，ｉｅ２，ｉ
ｅ３による第５空間高調波磁界の作用と相まって三相負
荷時と同様の出力電圧補償作用が行なわれ所望の出力が
得られる。尚、以上の動作は出力端子７、８、９中から
選択された２つの端子に単相負荷を接続する出力形態に
おいても同様に行なわれる。更に単相負荷電流による交
番電機子反作用磁界中には、第３空間高調波磁界が含ま
れることを■式第２項が示している。即ち電機子巻線を
２極一相のみとし、その引出し端に単相のリアクトルを
接続し回転子励磁巻線６を第３空間高調波磁界に感応す
る巻線態様とした場合には、本発明による単相出力専用
のブラシレス自励同期発電機が実現できる。
【００２６】以上、図１、図２で示した実施例において
、三相の電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは、完全なる集中全節巻
がなされているものとして説明してきたが、本発明にお
ける電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの巻線態様は、これに限るも
のではない。即ち電機子電流による電機子反作用磁界中
に奇数次空間高調波磁界を形成するためには、理論的に
集中全節巻が理想であるが、集中全節巻に準じた巻線態
様も実際的見地からとり得ることが可能である。ここに
言う集中全節巻に準じた巻線態様とは、電機子電流によ
る電機子反作用磁界中に、積極的に奇数次空間高調波磁
界を形成させる意図で、電機子巻線の巻線係数を適宜選
択した、あらゆる巻線態様を含むものとする。
、三相の電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは、完全なる集中全節巻
がなされているものとして説明してきたが、本発明にお
ける電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの巻線態様は、これに限るも
のではない。即ち電機子電流による電機子反作用磁界中
に奇数次空間高調波磁界を形成するためには、理論的に
集中全節巻が理想であるが、集中全節巻に準じた巻線態
様も実際的見地からとり得ることが可能である。ここに
言う集中全節巻に準じた巻線態様とは、電機子電流によ
る電機子反作用磁界中に、積極的に奇数次空間高調波磁
界を形成させる意図で、電機子巻線の巻線係数を適宜選
択した、あらゆる巻線態様を含むものとする。
【００２７】例えば図６は、本発明における電機子巻線
Ｕ，Ｖ，Ｗの巻線態様について、他の実施例の１つを示
したものであり、ここでは、隣合う２つの固定子スロッ
トに分布させた分布全節巻としたものである。言うまで
もなく、電機子反作用磁界中の奇数次空間高調波磁界は
、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗそれぞれを広く分布させるほど
弱くなるが、図６の実施例は、奇数次空間高調波磁界の
強さを実用に供し得る範囲に選択した場合において、分
布全節巻も可能であることを示している。本発明の実施
例として電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが２極の場合について説
明してきたが、４極以上の極数を有する発電機において
も適用可能であることは言うまでもない。
Ｕ，Ｖ，Ｗの巻線態様について、他の実施例の１つを示
したものであり、ここでは、隣合う２つの固定子スロッ
トに分布させた分布全節巻としたものである。言うまで
もなく、電機子反作用磁界中の奇数次空間高調波磁界は
、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗそれぞれを広く分布させるほど
弱くなるが、図６の実施例は、奇数次空間高調波磁界の
強さを実用に供し得る範囲に選択した場合において、分
布全節巻も可能であることを示している。本発明の実施
例として電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが２極の場合について説
明してきたが、４極以上の極数を有する発電機において
も適用可能であることは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】以上の如く、本発明によるブラシレス自
励同期発電機によれば、固定子鉄心に集中全節巻または
それに準ずる巻線態様をなす電機子巻線を巻装し、該電
機子巻線の引出し端にリアクトルを接続して、該電機子
巻線とリアクトルとによる閉回路を形成し、回転子鉄心
には上記電機子巻線の極数の奇数倍の磁極と磁気的結合
をなす回転子励磁巻線と、電機子巻線と同一極数の回転
子界磁巻線とを巻装すると共に、上記回転子励磁巻線の
起電力を直流に変換するための整流器を備えたので、固
定子鉄心への巻装巻線を電機子巻線のみの一種類となし
得て従来に比し構造を簡単にし、信頼性を高め得る。
励同期発電機によれば、固定子鉄心に集中全節巻または
それに準ずる巻線態様をなす電機子巻線を巻装し、該電
機子巻線の引出し端にリアクトルを接続して、該電機子
巻線とリアクトルとによる閉回路を形成し、回転子鉄心
には上記電機子巻線の極数の奇数倍の磁極と磁気的結合
をなす回転子励磁巻線と、電機子巻線と同一極数の回転
子界磁巻線とを巻装すると共に、上記回転子励磁巻線の
起電力を直流に変換するための整流器を備えたので、固
定子鉄心への巻装巻線を電機子巻線のみの一種類となし
得て従来に比し構造を簡単にし、信頼性を高め得る。
【００２９】また負荷の力率に応じた合理的かつ適切な
出力電圧補償機能を発揮させることが可能となり、かつ
進相電流による自己励磁現象を抑制して、過大電圧の発
生を防止し得る。
出力電圧補償機能を発揮させることが可能となり、かつ
進相電流による自己励磁現象を抑制して、過大電圧の発
生を防止し得る。
【図１】本発明に係るブラシレス自励同期発電機の一実
施例を示す回路図である。
施例を示す回路図である。
【図２】図１の固定子及び回転子の要部断面及び各種巻
線の巻線の態様を示す図である。
線の巻線の態様を示す図である。
【図３】図１の電機子巻線のＵ相についてフーリエ級数
で表わした矩形波磁界分布図である。
で表わした矩形波磁界分布図である。
【図４】Ｕ相の起電力を基準とした電機子電流、リアク
トル励磁電流、負荷電流の関係を表わすベクトル図であ
る。
トル励磁電流、負荷電流の関係を表わすベクトル図であ
る。
【図５】図１において、力率の異なる三相負荷を接続し
た場合の負荷特性を示す図である。
た場合の負荷特性を示す図である。
【図６】本発明における三相電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの巻
線態様について他の実施例を示す図である。 Ｓ 固定子 Ｒ 回転子 Ｕ，Ｖ，Ｗ 電機子巻線 １ 固定子鉄心 ３ 回転子鉄心 ５ 回転子界磁巻線 ６ 回転子励磁巻線 １１ リアクトル １２ 整流器
線態様について他の実施例を示す図である。 Ｓ 固定子 Ｒ 回転子 Ｕ，Ｖ，Ｗ 電機子巻線 １ 固定子鉄心 ３ 回転子鉄心 ５ 回転子界磁巻線 ６ 回転子励磁巻線 １１ リアクトル １２ 整流器
Claims (1)
- 【請求項１】 固定子鉄心に集中全節巻または集中全
節巻に準ずる巻線態様をなす電機子巻線を巻装し、該電
機子巻線からの引出し端にリアクトルを接続して、該電
機子巻線とリアクトルとによる閉回路を形成し、回転子
鉄心には上記電機子巻線の極数の奇数倍の磁極と磁気的
結合をなす回転子励磁巻線と、該回転子励磁巻線の起電
力が直流に変換された後に供与され、かつ上記電機子巻
線と同一極数の回転子界磁巻線とを巻装すると共に、回
転子鉄心には上記回転子励磁巻線の起電力を直流に変換
するための整流器を備えてなることを特徴とするブラシ
レス自励同期発電機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15081091A JP2939914B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | ブラシレス自励同期発電機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15081091A JP2939914B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | ブラシレス自励同期発電機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04285454A true JPH04285454A (ja) | 1992-10-09 |
| JP2939914B2 JP2939914B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=15504919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15081091A Expired - Fee Related JP2939914B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | ブラシレス自励同期発電機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2939914B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0696834A2 (en) | 1994-08-11 | 1996-02-14 | Satake Corporation | Three-phase brushless self-excited synchronous generator with no rotor exciting windings |
| WO2009057467A1 (ja) | 2007-10-29 | 2009-05-07 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | 回転電機及びその駆動制御装置 |
| US10063127B2 (en) | 2015-01-29 | 2018-08-28 | Masayuki Nashiki | Multiple-phase AC electric motor whose rotor is equipped with field winding and diode |
| EP3716446A1 (en) * | 2019-03-25 | 2020-09-30 | Hamilton Sundstrand Corporation | Electric machines having cores with distributed poles |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101080494B1 (ko) | 2007-11-23 | 2011-11-04 | 주식회사 만도 | 브러시형 직류 모터 및 이를 구비한 전동식 조향장치 |
| DE102013102900A1 (de) * | 2013-03-21 | 2014-09-25 | Feaam Gmbh | Synchronmaschine |
| WO2017025142A1 (en) * | 2015-08-13 | 2017-02-16 | Abb Schweiz Ag | A synchronous machine and a method for operating the machine |
-
1991
- 1991-03-11 JP JP15081091A patent/JP2939914B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0696834A2 (en) | 1994-08-11 | 1996-02-14 | Satake Corporation | Three-phase brushless self-excited synchronous generator with no rotor exciting windings |
| EP0696834A3 (en) * | 1994-08-11 | 1996-05-01 | Satake Eng Co Ltd | Three-phase, brushless, self-exciting synchronous generator without rotor excitation winding |
| US5598091A (en) * | 1994-08-11 | 1997-01-28 | Satake Corporation | Three-phase brushless self-excited synchronous generator with no rotor exciting windings |
| WO2009057467A1 (ja) | 2007-10-29 | 2009-05-07 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | 回転電機及びその駆動制御装置 |
| JP2009112091A (ja) * | 2007-10-29 | 2009-05-21 | Toyota Central R&D Labs Inc | 回転電機及びその駆動制御装置 |
| US20100259136A1 (en) * | 2007-10-29 | 2010-10-14 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Rotary electric machine and driving controller for rotary electric machine |
| US8847455B2 (en) | 2007-10-29 | 2014-09-30 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Rotary electric machine and driving controller for rotary electric machine |
| US10063127B2 (en) | 2015-01-29 | 2018-08-28 | Masayuki Nashiki | Multiple-phase AC electric motor whose rotor is equipped with field winding and diode |
| EP3716446A1 (en) * | 2019-03-25 | 2020-09-30 | Hamilton Sundstrand Corporation | Electric machines having cores with distributed poles |
| US20200313472A1 (en) * | 2019-03-25 | 2020-10-01 | Hamilton Sundstrand Corporation | Electric machines having cores with distributed poles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2939914B2 (ja) | 1999-08-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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