JPH0458267B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は同期発電機の一種である誘導子型発電
機に係り、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
れた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。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたも
のであつて、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
果的に防止することによつて、小型軽量であつ
て、しかも高出力の誘導子型発電機を提供するこ
とを目的とするものである。

本発明は、固定子側に界磁コイルと電機子コイ
ルとを設けるとともに、回転子側に誘導子磁極を
設けるようにした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界磁コ
イルを巻装し、これらのポールコアが２つおきに
極性が逆になるように界磁コイルによつて励磁
し、互いに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なし、しかも界磁コ
イルを電流の方向を切換える切換え回路を介して
電源と接続し、界磁コイルが巻装されている固定
子の磁極が誘導子磁極と対向しないときに切換え
回路によつてこの界磁コイルの電流の方向を反転
させ、これによつて電機子コイルと鎖交し、しか
も有効磁束として作用する漏洩磁束を生ずるよう
にしたものである。

以下本発明を図示の一実施例につき説明する。
この実施例は本発明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生ずるリターダに
適用したものである。第１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２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によつて駆動論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２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３
図および第４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７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６図および第７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７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６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。なおこれらのトランジスタ２５〜２８のコレ
クタ、エミツタ間にはそれぞれ保護用ダイオード
２９が接続されている。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
い坂を下る場合には、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２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６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４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４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５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５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内を矢印で示す方向に磁束
が通過するようになる。

そして第４図に示す磁気回路４１を通過する磁
束と第５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２図に示す冷却箱１２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６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４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５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６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４図および第５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、誘導子磁極
８と対向しないポールコア１４は第４図および第
５図においてカツコ内に示す極性になる。従つて
第４図および第５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６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４
図および第５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。

なお界磁コイル２２，２３に流れる界磁電流を
切換えると、サージ電圧が発生する。サージ電圧
は第６図に示す切換え回路のフリーホイールダイ
オード２９を通して別の界磁コイル２２，２３に
流れて消費されることになる。

つぎに上記実施例の変形例を第８図につき説明
する。上記の実施例においては第７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８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６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つてこれらのコイ
ル２２，２３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。

以上本発明を図示の一実施例およびその変形例
につき述べたが、本発明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、本発明の技術的
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、本発明は高周波発電機等
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発明は、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界磁コイルを巻
装し、これらのポールコアが２つおきに極性が逆
になるように界磁コイルによつて励磁し、互いに
隣接する一対のポールコアに共通の電機子コイル
を巻装するようになし、界磁コイルを電流の方向
を切換える切換え回路を介して電源と接続し、上
記界磁コイルが巻装されている固定子の磁極が回
転子の誘導子磁極と対向しないときに上記切換え
回路によつてこの界磁コイルの電流の方向を反転
させ、これによつて電機子コイルと鎖交し、しか
も有効磁束として作用する漏洩磁束を生ずるよう
にしたものである。従つて本発明によれば誘導子
磁極と対向しない固定子磁極に巻装された界磁コ
イルによつて無駄な漏洩磁束の発生を防止するこ
とができるばかりでなく、この界磁コイルによつ
て有効磁束として働く漏洩磁束を生ずることによ
り、小型軽量であつて、しかも高出力の誘導子型
発電機を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明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２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３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４図は同展開
正面図、第５図はフライホイールが回転した状態
における第４図と同様の正面図、第６図はこの発
電機の界磁コイルの駆動のための回路図、第７図
は界磁コイルの接続を示す回路図、第８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
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、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、４５，４
６……漏洩磁束（点線）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固定子側に界磁コイルと電機子コイルとを設
   けるとともに、回転子側に誘導子磁極を設けるよ
   うにした誘導子型発電機において、 前記誘導子磁極の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
   アに界磁コイルを巻装し、これらのポールコアが
   ２つおきに極性が逆になるように前記界磁コイル
   によつて励磁し、互いに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なし、 しかも前記界磁コイルを電流の方向を切換える
   切換え回路を介して電源と接続し、前記界磁コイ
   ルが巻装されている固定子の磁極が前記誘導子磁
   極と対向しないときに前記切換え回路によつてこ
   の界磁コイルの電流の方向を反転させ、これによ
   つて前記電機子コイルと鎖交し、しかも有効磁束
   として作用する漏洩磁束を生ずるようにしたこと
   を特徴とする誘導子型発電機。