JPH053224B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、溶接電源と交流電源を１台で同時
に供給し得る交流発電機を備えたエンジン駆動ア
ーク溶接機に関する。

〔従来の技術〕

商用交流電源が利用し難い地下、トンネルなど
の暗闇の中で溶接作業を行なう場合、溶接電源の
ほか照明用、モーター駆動用等の交流電源が必要
となる。かかる溶接電源と交流電源を得る方法と
して、溶接用発電機と交流電源用発電機を１台の
エンジンで駆動する方法があるが、発電機を別々
に設けると溶接機全体が重くなり大型化する。

そこで、一般には１つの交流発電機に溶接巻線
と交流巻線を巻回したものが使用される。かかる
発電機の一例を第８図に示す。図示のように、こ
の発電機は電機子となる固定子１に溶接巻線２と
交流巻線３とをそれぞれ２極巻きとし、回転子４
は２極の究極を有する界磁鉄心に２極の界磁巻線
５を巻回したものから成る。

界磁巻線５に界磁電流を流すと回転子４の界磁
鉄心が磁化されて主磁束が発生し、回転子４を回
転すると溶接巻線２及び交流巻線３にそれぞれ起
電力が発生する。

こうして得られた溶接巻線による起電力は、第
９図に示す溶接負荷（抵抗負荷に供給されるが、
アーク溶接機では溶接作業時のアークを安定した
状態に保つため出力特性に電流が増加したときは
電源電圧が減少するようにした電圧の垂下特性が
要求され、発電機の巻線インピーダンスによる電
圧降下のみでは電圧降下が不十分であるためリア
クトルが出力回路中に直列に接続される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記構成の交流発電機を駆動して負
荷に電流が流れると溶接巻線と交流巻線のそれぞ
れにより磁束が生起される。この磁束が回転子の
主磁束に対して影響を及ぼすいわゆる電機子反作
用が生じる。

この電機子反作用は電機子巻線に生起される誘
起電圧と電流との位相差により異なり、同相の場
合は主磁束に対して同一方向と逆方向の反作用起
磁力がありその大きさが等しいため影響を与えな
い。これに対して90゜位相遅れの場合は主磁束に
対して逆方向の反作用起磁力が発生し減磁作用を
与える。

上記構成の交流発電機では、実際には前述した
溶接負荷への回路中にリアクトルが誘導負荷とし
て挿入されているため遅れ力率の電流が流れ、そ
の遅れ力率は一般に同相の場合と90゜位相遅れの
場合の中間位いの遅れとなる。このため、90゜位
相遅れの場合程ではないが溶接作業時に溶接巻線
の電機子反作用のため減磁界を受け、溶接作業と
交流電源を同時に使用すると交流巻線の誘起電圧
はやはり低下する。

上記誘起電圧の低下は、例えば溶接電圧が通常
無負荷時で80V、全負荷時で30Vというように無
負荷時と全負荷時とで電圧変動が非常に大きく、
これに伴つて交流電源の電圧も大きく変動し、溶
接電圧の影響を受ける。

従つて、溶接時にも十分な電力の交流電圧を確
保しようとすると、それぞれ交流発電機の容量を
大きくしなければならず、やはり装置が重くかつ
大型化すると共に、高価になるという問題があ
る。

この発明は、上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、１台のエンジン駆動発電機により同時に
溶接電源と交流電源が得られ、しかも交流電圧が
溶接電圧に影響されない小型、軽量かつ安価なエ
ンジン駆動アーク溶接機を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決する手段としてこの発明は、
エンジン駆動される回転界磁突極型単相交流発電
機を用いたエンジン駆動アーク溶接機において、
発電機の固定子には溶接巻線と交流巻線を、回転
子には界磁巻線をそれぞれ巻回し、回転子は十字
型の鉄心で１つの対向する切欠部に界磁コイルを
巻装すると共に、突極の中心角を各々等しくして
６極の磁場を発生させ溶接巻線の極数を回転子に
形成される極数と同数とすると共に、その隣り合
う各極の巻線が互いに逆極性となるように半分又
は全部を直列接続し、かつ各極の巻線に発生する
磁場がバランスするように巻回数を設定し、交流
巻線の極数は回転子に形成される極数の113とし
たエンジン駆動アーク溶接機の構成としたのであ
る。

〔作用〕

上記のように構成したこの発明のエンジン駆動
アーク溶接機の回転界磁型交流発電機の基本構成
についてまず説明する。

固定子に溶接巻線と交流巻線を併せて巻回した
交流発電機では、両巻線が同極数でかつ主磁束の
界磁巻線極数が電機子巻線の極数と等しい場合、
前記従来例のところで説明したように、電機子巻
線の一方（溶接巻線）による電機子反作用が主磁
束に与える影響のためもう一方の巻線による起電
力が影響を受ける。これは、電機子巻線極数と界
磁極数が等しいため生起される誘起電圧もそれぞ
れの電機子巻線で同じ周波数となるからである。

従つて、主磁束への電機子反作用による影響を
少なくするには界磁巻線極数と少ななくとも溶接
巻線極数を異なるものとすればよい。

溶接巻線極数を異なるものとする場合、一般的
に同期発電機の誘起起電力には奇数次の高調波を
含み偶数次の高調波を含んでいないため、第３高
調波、即ち基本波ｆに対して３倍の周波数3fに着
目すると、交流巻線の起電力の周波数がｆ、溶接
巻線の起電力の周波数が3fとなるようにすれば電
機子反作用の影響が少なくなるはずである。そこ
で上記のような固定子と回転子の構成としたので
ある。

なお、誘起起電力に奇数次の高周波のみが含ま
れるとしたのは、交流電圧のような半周期ごとに
値が等しく符号が反転する対称波では、電圧波形
をフーリエ級数に展開したときにその対称性から
偶数次の項が抹消されるからである。

以上のような基本構成とした交流発電機の回転
子の界磁巻線に電流を供給すると主磁束が発生
し、この回転子を所定の速度で回転させると主磁
束が固定子の溶接巻線及び交流巻線と磁束交叉す
ることによつてそれぞれの巻線に起電力が発生す
る。

回転子に形成される突極は、界磁巻線の２倍の
極数でかつ対向する２つの極同士が極対をなすよ
うに設けられるから、界磁巻線極数が２極であれ
ば４極となるが、界磁巻線の主磁束は界磁巻線の
コイル内を一方から他方へ向いて発生するから、
界磁巻線を境とする２つずつの極は一方が共にＮ
極、他方が共にＳ極となる。

こうして主磁界を一方の２つのＮ極と、他方の
２つのＳ極にそれぞれ分極した界磁によつて交流
巻線に生起される起電力は、各突極と突極の間に
形成される切欠き部のための部分では起電力が減
少するが、２つのＮ極と２つのＳ極による交流巻
線の起電力は全体として基本周波数ｆの交流電圧
として生起される。

一方、溶接巻線に対しては界磁巻線が２極であ
れば溶接巻線は６極となり、各極毎の溶接巻線は
隣合う各極が互いに逆極性となるように巻回され
るから、溶接巻線の１つに対して４つの突極の磁
極が作用して生ずる磁束の１回転中の変化が角度
π／３ずつずれてかつ極性が反転したものが交互
に発生する。従つて、１回転中に極性が反転する
変化が３回生じることとなり磁束変化の周波数は
3fとなり、磁束変化に比例して生じる起電力も3f
の周波数で生じることとなる。

以上のようにして溶接巻線に生じた起電力によ
り電流を流すと、その電流によつて電機子反作用
が生起され主磁束に影響を与える。しかし、その
影響は最小限に抑制されたものとなり、交流電源
の実際の使用上差支えない範囲内である。

これは、前述したように溶接巻線の起電力の周
波数は3fであるから、交流巻線の周波数ｆの起電
力を生じる主磁束の１回転当りの変化に対して電
機子反作用として減磁作用を与える時間的割合が
大きく減少するからである。なお、回転子の突極
の中心角と切欠きの中心角は、溶接巻線の電圧が
電機子反作用の影響を互いに及ぼさない範囲とな
るように決められるが、その場合それぞれの巻線
出力の大きさ及び発電機の全体大きさなどの要素
を考慮して決められる。

〔実施例〕

以下この発明の実施例について図面を参照して
説明する。

第１図は実施例のエンジン駆動アーク溶接機に
用いられる回転界磁突極型交流発電機の概略構成
を示す。図示のように、電機子鉄心等から成る固
定子１１には交流巻線１２が２極巻きされ、溶接
巻線１３は６極巻きされている。交流巻線１２は
図示の例では隣接する溶接巻線１３と１３のほぼ
中心に位置しているが、これに限定されるもので
はなく溶接巻線１３に対して相対的にどの位置に
設けてもよい。

交流巻線を溶接巻線に対して相対的にどの位置
に設けてもよい理由は、後述するよに交流電圧が
ｆの周波数であるのに対して溶接巻線の発生電圧
が3fの周波数となり、溶接巻線からの磁束による
影響が少ないからである。これについては後で詳
しく説明する。

図中の○×○†い竜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジン駆動される回転界磁突極型単相交流
   発電機を用いたエンジン駆動アーク溶接機におい
   て、発電機の固定子には溶接巻線と交流巻線を、
   回転子には界磁巻線をそれぞれ巻回し、回転子は
   十字型の鉄心で１つの対向する切欠部に界磁コイ
   ルを巻装すると共に、突極の中心角を各々等しく
   して６極の磁場を発生させ溶接巻線の極数を回転
   子に形成される極数と同数とすると共に、その隣
   り合う各極の巻線が互いに逆極性となるように半
   分又は全部を直列接続し、かつ各極の巻線に発生
   する磁場がバランスするように巻回数を設定し、
   交流巻線の極数は回転子に形成される極数の１／
   ３としたことを特徴とするエンジン駆動アーク溶
   接機。