JPH0723025Y2 - 交流出力併合溶接発電機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、交流出力併合溶接発電機、特に固定子のスロ
ットへ不均等な導体数の単相交流出力巻線を挿入し、凸
極界磁回転型発電機の回転子に界磁巻線を巻線しない対
の補極を設け、溶接時における単相交流電圧の電圧変動
を少なくすると共にその出力波形の歪みを改善する交流
出力併合溶接発電機に関するものである。

（従来の技術） 溶接出力と交流出力との同時使用が可能なエンジン駆動
発電機が出現するに至っている。エンジン出力が溶接出
力のためだけには十分にあるが、溶接出力と交流出力分
との両者を出力するには足りない場合の交流出力併合溶
接発電機においては、溶接出力特性の安定性及び交流出
力の電圧変動を少なくするため、またその他の理由によ
り磁気回路の鉄心を飽和した点に設定するのが、一般的
である。

従来の溶接時における交流出力の電圧変動を少なくする
ものとして、第12図、第13図に示された構造の発電機が
提案されている。

第12図において、固定子51に２極巻きの交流出力巻線52
と６極巻きの溶接用巻線53とが巻回されている。また回
転子54の外周部には主界磁巻線55を巻回する１対の切欠
き56及び制御界磁巻線57を巻回する２対の切欠き58が設
けられている。隣接する切欠き56と切欠き56との間に突
極型主磁極が形成され、且つ隣接する切欠き58と58との
間に突極型制御極60が形成される構造の回転子54であ
る。

また第13図において、固定子61には第12図のものと同様
に２極巻きの交流出力巻線62と、６極巻きの溶接用巻線
63とが巻回されている。回転子65はその断面が略十字状
に形成されて分割され、該回転子65の一方の対向する切
欠き66a,66aにのみ界磁巻線67が巻回され、他方の対向
する切欠き66b,66bには巻回されていない構造である。

（考案が解決しようとする問題点） 第12図、第13図に示された発電機について溶接用巻線5
3,63を６相半波整流接続した溶接出力の外部負荷特性
は、第６図図示の破線の如くなり、従来の交流出力併合
溶接発電機は所要の垂下特性が得られず、まや短絡電流
が大きいので６相半整流方式に適応しない欠点があっ
た。なおこの場合、３相全波の形で使用される。即ち、
３相全波整流方式の場合には２つの相の巻線が直列にな
りかつ電圧が２倍とはならず、かつ整流器が直列となる
ことから救われるが、６相半波整流方式の場合には短絡
電流が大となる。

本考案は上記の欠点を解決することを目的としており、
６極を基本にした回転子であって、その中心部に設けら
れている１対の補極に界磁巻線を巻回しない構造で、溶
接用巻線に溶接電流が流れたとき溶接用巻線の電機子反
作用に基づき上記補極の極性が無負荷の時の極性と比べ
て反転することにより単相交流出力電圧の低下を補償
し、同時に溶接出力の垂下を大きくして過大な短絡電波
が流れないように配慮して６相半波整流方式が可能で、
かつ単相交流出力波形の歪みの少ない交流出力併合溶接
発電機を提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） そしてそのため本考案の交流出力併合溶接発電機は１周
分の全スロットに分散して電気角で60度ずつずれた６極
構成の６極巻きに巻回されている溶接用巻線と、１周分
の全スロットに２つの巻線群をつくるよう２極巻きに巻
回されている単相交流出力巻線とを有する固定子と、 凸極型界磁回転子と を備えたエンジン駆動の交流出力併合溶接発電機におい
て、 固定子側にあっては、単相交流出力巻線が巻回されてい
るスロットのうちで、当該単相交流出力巻線に流れる電
流がある時点で一方向に向かう導体群が挿入されている
第１のスロット群と、当該単相交流出力巻線に流れる電
流が上記ある時点で他方向に向かう導体群が挿入されて
いる第２のスロット群とにおいて、各スロット群内で中
央部分位置を占めるスロットには挿入する当該単相交流
出力巻線の導体数を多く集中させると共に、当該中央部
分位置のスロットから離れるにつれ挿入されるべき導体
数を少なくした形態の巻線構造とされ、 凸極型界磁回転子側にあっては、十字形状にもうけられ
て夫々が界磁巻線によって励磁されて、Ｎ極、Ｎ極、Ｓ
極、Ｓ極となる４つの磁極をもつと共に、当該Ｎ極とな
る磁極とＮ極となる磁極との間、およびＳ極となる磁極
とＳ極となる磁極との間に、夫々界磁巻線が巻回されな
い補極がもうけられてなり、 該補極は上記溶接用巻線からの出力が無負荷時において
両隣の磁極に巻回された界磁巻線により両隣の磁極の極
性と相異なる極性の磁極となって、上記４つの磁極と組
になって、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極となる
構造とされ、 かつ溶接用巻線に溶接電流が流れたとき、溶接用巻線か
らの電機子反作用により上記補極の極性が反転し、上記
４つの磁極と組になって、Ｎ極、Ｎ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｓ
極、Ｓ極となる構造とされる ことを特徴としている。以下図面を参照しつつ説明す
る。

（実施例） 第１図、第２図は本考案の回転子及び磁極の極性説明
図、第３図は溶接用巻線の電機子反作用の起磁力による
磁束分布説明図、第４図は６相半波整流型溶接出力を備
えた交流出力併合溶接発電機の回路構成例、第５図は３
相全波整流型に構成されている場合の溶接用巻線の接続
図、第６図は本考案に係わる交流出力併合溶接発電機の
溶接出力外部特性曲線、第７図は本考案に係わる交流出
力併合溶接発電機の交流出力外部特性曲線、第８図
（Ａ），（Ｂ）、第９図（Ａ），（Ｂ）は単相交流出力
波形の一例（溶接巻線は３相の場合）、第10図は第８図
（Ａ），（Ｂ）に示される波形のときの各電機子巻線の
一実施例、第11図は第９図（Ａ），（Ｂ）に示される波
形のときの各電機子巻線の一実施例を示している。また
第14図および第15図は夫々第10図および第11図に対応す
る所の６相半波整流を行う場合の電機子巻線の一実施例
を示す。

第１図、第２図において、回転子１には溝２ないし７が
設けられ、回転子１の中心部にはシャフト８が取り付け
られている。溝４と５及び溝６と７によって補極９及び
10が形成されている。溝４と２との間に界磁巻線が巻回
され、同図図示の方向に流れる磁界電流により磁極11は
Ｎ極が発生する。以下同様に、溝２と６との間に巻回さ
れた界磁巻線により磁極12はＳ極となり、溝７と３との
間に巻回された界磁巻線により磁極13はＳ極となり、溝
３と５との間に巻回された界磁巻線により磁極14はＮ極
となる。

補極9,10にはいずれも界磁巻線が巻回されていないが、
発電機の負荷状態によって次の様に磁化されている。す
なわち第１図は溶接出力が無負荷時の極性を示してお
り、Ｎ極の磁極11、図示されていない固定子と該磁極11
との間隙、固定子、該固定子と補極９との間隙及び補極
９で構成される磁気回路により、またＮ極の磁極14、図
示されていない固定子と該磁極14との間隙、固定子、該
固定子と補極９との間隙及び補極９で構成される磁気回
路により、該補極９はＳ極に磁化される。同様の理由に
よって、該補極９と対をなす補極10はＮ極に磁化され
る。従って、第１図に示される回転子１は交互に異極を
有する６極の回転子となっている。

一方、第２図は溶接出力が負荷時の極性を示しており、
発電機に溶接電流が流れることにより電機子反作用が生
じる。該電機子反作用に基づく起磁力により、後の第３
図で説明する理由により、補極９はＮ極に磁化され、ま
た補極10はＳ極に磁化される。すなわち大きな溶接電流
が電機子に流れることにより、電機子反作用による起磁
力で補極9,10の極性が夫々反転させられる。これにより
第２図の回転子１は３つの連続するＮ極と３つの連続す
るＳ極との実質上２極の凸極型回転子となり、即ち連続
する３つのＮ極間の２つの凹所や、連続する３つのＳ極
間の２つの凹所での極は凹所に対応するものであること
から無視されて実質上２極の凸極型回転子となり、見掛
け上２極回転子となる。従って単相交流出力巻線は、該
２極回転子によって励磁される形となり、溶接電流が流
れることにより降下する傾向にあった単相交流電圧は、
その降下分が補償されるようになる。一方、６相半波整
流型となるようもうけられている溶接用巻線の側に対し
ては、当該６相の巻線に見合うように６極の構成となっ
ていた回転子１が上記電機子反作用のために２極の構成
となってゆくことから、６相の１つ１つの巻線20ないし
25内に回転子１の１回転を１周期とする電圧が誘起され
る形となる。このため当該各巻線と交差する磁束の時間
変化が小さくなって、１つ１つの巻線内に誘起される電
圧は、回転子が６相の構成になっていた場合にくらべて
低下する。即ち第６図図示実線の特性のように、溶接用
の電流が増加するにつれて出力電圧が低下する。（点線
の場合にくらべて）。勿論無負荷時には回転子が６相構
成に見えるので、無負荷電圧が大となって点孤を生じや
すくしている。

また単相交流出力巻線の側に対しては、回転子が６極の
構成を保っている場合には、回転子の１回転に対応し
て、後述する第９図（Ａ）に典型的に現れているように
第３高調波成分が含まれた波形となっているが、回転子
が２極の構成になるにつれて上記第３高調波成分が消失
してゆく形となる。このために、溶接用の電流の増大に
よって単相交流出力の電圧が非所望に低下することが防
がれる。したがって、第７図図示の如き所望される定電
圧特性に近い特性が得られる。

なお、第７図図示の定電流特性は単相交流出力に対して
定電流特性を与えるように制御した場合に得られるもの
である。

第３図は溶接用巻線（３相全波整流の場合）の電機子反
作用の起磁力による磁束分布説明図であり、Ｕ相電流が
ピーク時で溶接出力が短絡付近における電機子反作用に
よる起磁力と回転子の各極の位置とが描かれている。回
転子１の磁極が第３図図示の位置にあるとき、電機子反
作用による起磁力がピークとなる。そして第３図からも
明らかな様に、第１図、第２図に示された補極9,10は固
定子に設けられた溝＃34,＃16の近傍に位置している。
その位置にあるときに、ピークにあるＵ相電流から最大
の電機子反作用を受ける。従って補極９のＳ極は反作用
起磁力によって反対方向に磁化作用を受ける。なお磁極
が第３図に示される状態とは異なる位置、例えば補極９
が溝＃27の近傍に位置している状態の下では、第３図図
示からみて補極９がＳ極となる作用を受けるように見え
るが、当該溝＃27の近傍に位置する状態のときにはＵ相
電流が小になっており、電機子反作用の影響が殆どな
く、上記Ｓ極となる作用を受けることは少ない。

同様に補極10のＮ極も第３図図示の状態の下で反作用起
磁力によって反対方向に磁化作用を受ける。すなわち上
記説明の如く、見掛け上磁極14,9,11は共にＮ極、磁極1
2,10,13は共にＳ極の２極回転子に変換する。

この説明はＵ相の電流がピーク時について説明したが、
他の相、V,W相の場合も全く同様であり、各補極9,10の
極性が反転させられ、回転子１は、見掛け上N,Sの２極
回転子となる。

第４図は６相半波整流型溶接出力を備えた交流出力併合
溶接発電機の回路構成例を示しており、同図において、
20ないし25は溶接用巻線、26は整流ダイオード、27はリ
アクタ、28は溶接出力端子、29は単相交流出力巻線、30
はブレーカ、31は単相交流出力端子、32は自励出力巻
線、33は整流ダイオード、34は半固定抵抗、35は可変抵
抗、36は界磁巻線、37はスリップリングを表している。

界磁巻線36に界磁電流が流れることにより、溶接用巻線
20ないし25にそれぞれ起電力が発生し、整流ダイオード
26でそれぞれ整流され６相半波の直流電圧が溶接出力端
子28に発生する。該溶接出力端子28から溶接出力を取り
出すと、第６図の実線で示された溶接出力外部特性曲線
が得られる。第６図において点Ａは本考案に係わる交流
出力併合溶接発電機の短絡電流を示し、発電機全体とし
ての力率は遅れ0.5以下である。一方破線は従来の溶接
発電機６相半波整流時における外部特性曲線を示してお
り、短絡電流が大きく、６相半波整流型で溶接すること
は困難であることを表している。

また本考案に係わる交流出力併合溶接発電機で溶接出力
端子28から溶接負荷を接続しているときの交流出力外部
特性曲線が第７図に示されている。第７図から明らかな
様に電圧変動率が極めて小さい。これは上述した如く、
溶接負荷による補強の極性が反転化し、２極回転子とな
って単相交流出力巻線29に対しては増磁作用をもたらす
ことに起因する。

なお第４図において、可変抵抗35は溶接出力電流の調整
を行うものであり、半固定抵抗34は最大溶接出力を定め
るためのものである。

第５図は、第４図の２点鎖線部分の６相半波整流型の溶
接出力に換え、３相全波整流型の溶接出力を得る溶接用
巻線の接続図を示している。同図において38はスター結
線された３相の溶接用巻線、39は３相全波整流ダイオー
ドである。

第５図に示された３相全波整流型の場合に各相の溶接用
巻線に溶接電流が流れることにより、第３図を参照して
説明した如く回転子１に設けられた補極9,10の極性が反
転させられ、溶接時における単相交流電圧の電圧変動率
が小さくなるが、６相半波整流型の場合でも第３図図示
の場合と同様に補極9,10の極性が反転させられることに
変わりはない。

尚、補極9,10の幅及び該補極9,10と固定子との空隙を適
当に選定することにより、単相交流出力に溶接時の影響
を及ぼさないようにすることもできる。

ところで、このように溶接時における単相交流電圧の電
圧降下が抑制される固定子側の電機子巻線は、第10図に
示された如き巻線の巻き方で巻かれている（溶接用巻線
は３相全波の場合で示されている）。すなわち、第10図
において、各巻線の数字は該当するスロットに挿入され
る導体数を表している。即ち、第10図で言えば、単相交
流出力巻線29に関して、スロット＃１とスロット＃18と
にまたがるように導体を12回巻回し、その末尾から次い
でスロット＃２とスロット＃17とにまたがるように導体
を８回巻回し、以後同様に巻回してゆくようにする。単
相交流出力巻線29では巻線が挿入されるべきスロット、
すなわちスロット番号13ないし24及びスロット番号31な
いし36と１ないし６の２個スロット群において、各スロ
ット群の中央部分のスロットには他のスロットよりも多
くの導体数が挿入される。つまりスロット番号13ないし
24のスロット群においてはスロット番号18,19に12本の
導体数が挿入され、スロット番号31ないし36とスロット
番号１ないし６で構成されるスロット群においてはスロ
ット番号1,36に12本の導体数が挿入される。そしてこれ
らの最も多い導体数が挿入されたスロットから離れるに
つれ、各スロットに挿入される導体数は少なくなるよう
な巻線構造が採られる。この巻線構造を採るのは単相交
流出力波形を良くするためであり、単相交流出力波形が
良くなるのは次の理由による。すなわち、第１図ないし
第３図で既に説明した如く、回転子１には同極となる磁
極11と14及び磁極12と13との中心部に界磁巻線のない補
極9,10がある。このため、溶接負荷が無負荷時には、回
転子を６極構成に見せている補極9,10のために第３高調
波成分によりピーク値が低下する傾向が現れる。即ち、
補極9,10の存在のために、２極構成であることが望まれ
る単相交流出力の側に対しては歪みが生じた磁極となっ
ている。この歪みを有する磁界を補正すべく第10図図示
の単相交流出力巻線29の如く電圧波形が最大となるべき
部分のスロット位置、すなわち電気角で90°及び270°
の位置に該当するスロット番号18と19及びスロット番号
１と36とに単相交流出力巻線29の導体数を他のスロット
に挿入される導体数より多く挿入することによって上記
界磁の歪みが補われ、単相交流出力波形が改善される。

回転子が上述の如く２極構成に近づくにつれて、導体数
で補ったことによって逆にピーク値が大となる傾向とな
るが、極端でない限り、差し支えない。その一実施例が
第10図図示の巻線のときの第８図（Ａ），（Ｂ）に示さ
れた単相交流出力波形である。第８図（Ａ）は単相交流
負荷が無負荷であり、このときの歪み率は18.2％、第８
図（Ｂ）は単相交流負荷が定格負荷であり、このときの
歪み率は15.0％である。

第11図は単相交流巻線がほぼ均一に巻回された巻線図で
あって、この第11図で巻線された電機子のときの単相交
流出力波形が第９図（Ａ），（Ｂ）に示されている（溶
接用巻線は３相全波の場合で示されている）。

第９図（Ａ）は単相交流負荷が無負荷であり、このとき
の歪み率は30.8％、第９図（Ｂ）は単相交流負荷が定格
負荷であり、このときの歪みの率は27.8％である。

第８図（Ａ），（Ｂ）と第９図（Ａ），（Ｂ）とから明
らかな様に、単相交流出力巻線29が巻回されるべきスロ
ット群のうち、そのスロット群の中央部分のスロットに
導体数を最も多く挿入し、中央部分のスロットから離れ
るにつれ、挿入されるべき導体数を少なくする巻線構造
とすることによって、単相交流出力波形が約半分に改善
されることが判る。

第14図は、６相半波整流型の構成に対応する溶接用巻線
を巻回した場合の巻線の構成を示している。第14図と第
10図とは、第14図において、第10図図示の溶接用巻線Ｕ
相、溶接用巻線Ｖ相、溶接用巻線Ｗ相の各３個の巻線の
夫々において、（ｉ）中性位置からタップを出して共通
の中性点Ｏに接続し、（ii）かつ両端に端子ＵとＵ′、
ＶとＶ′、ＷとＷ′とをもうけた形となっている点が異
なるだけである。

第15図も６相半波整流型の構成に対応する溶接用巻線を
巻回した場合の巻線の構成を示している。第15図と第11
図とは、第15図において、第11図図示の溶接用巻線Ｕ
相、溶接用巻線Ｖ相、溶接用巻線Ｗ相の各３個の巻線の
夫々において、（ｉ）中性位置からタップを出して共通
の中性点Ｏに接続し、（ii）かつ両端に端子ＵとＵ′、
ＶとＶ′、ＷとＷ′とを設もうけた形となっている点が
異なるだけである。

（考案の効果） 以上説明した如く、本考案によれば、回転子に界磁巻線
が巻回されない補極を対で設け、溶接時に該補極の極性
を反転させ２極回転子へ変換させる構造及び単相交流電
圧が最大となる部分のスロット位置に単相交流出力巻線
の導体数を多く挿入し、該スロット位置から離れるにつ
れ導体数を少なくしてゆく巻線構造としたので、溶接時
における単相交流電圧の電圧変動率を小さくすることが
できると共にその出力波形の歪みを改善することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本考案に係わる回転子及び磁極の極性
説明図、第３図は溶接用巻線の電機子反作用の起磁力に
よる磁束分布説明図、第４図は６相半波整流型溶接出力
を備えた交流出力併合溶接発電機の回路構成例、第５図
は３相全波整流型に構成されている場合の溶接用巻線の
接続図、第６図は本考案に係わる交流出力併合溶接発電
機の溶接出力外部特性曲線、第７図は本考案に係わる交
流出力併合溶接発電機の交流出力外部特性曲線、第８図
（Ａ），（Ｂ）、第９図（Ａ），（Ｂ）は単相交流出力
波形図、第10図は第８図（Ａ），（Ｂ）に示される波形
のときの各電機子巻線の一実施例、第11図は第９図
（Ａ），（Ｂ）に示される波形のときの各電機子巻線の
一実施例、第12図、第13図は従来の交流出力併合溶接発
電機の説明図を示している。また第14図および第15図は
夫々第10図および第11図に対応する所の６相半波整流を
行う場合の電機子巻線の一実施例を示す。 図中、１は回転子、２ないし７は溝、9,10は補極、11な
いし14は磁極、20ないし25は溶接用巻線、26は整流ダイ
オード、27はリアクタ、29は単相交流出力巻線、32は自
励出力巻線、33は整流ダイオード、36は界磁巻線、38は
溶接用巻線、39は整流ダイオードを表している。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】１周分の全スロットに分散して電気角で60
   度ずつずれた６極構成の６極巻きに巻回されている溶接
   用巻線と、１周分の全スロットに２つの巻線群をつくる
   よう２極巻きに巻回されている単相交流出力巻線とを有
   する固定子と、 凸極型界磁回転子と を備えたエンジン駆動の交流出力併合溶接発電機におい
   て、 固定子側にあっては、単相交流出力巻線が巻回されてい
   るスロットのうちで、当該単相交流出力巻線に流れる電
   流がある時点で一方向に向かう導体群が挿入されている
   第１のスロット群と、当該単相交流出力巻線に流れる電
   流が上記ある時点で他方向に向かう導体群が挿入されて
   いる第２のスロット群とにおいて、各スロット群内で中
   央部分位置を占めるスロットには挿入する当該単相交流
   出力巻線の導体数を多く集中させると共に、当該中央部
   分位置のスロットから離れるにつれ挿入されるべき導体
   数を少なくした形態の巻線構造とされ、 凸極型界磁回転子側にあっては、十字形状にもうけられ
   て夫々が界磁巻線によって励磁されて、Ｎ極、Ｎ極、Ｓ
   極、Ｓ極となる４つの磁極をもつと共に、当該Ｎ極とな
   る磁極とＮ極となる磁極との間、およびＳ極となる磁極
   とＳ極となる磁極との間に、夫々界磁巻線が巻回されな
   い補極がもうけられてなり、 該補極は上記溶接用巻線からの出力が無負荷時において
   両隣の磁極に巻回された界磁巻線により両隣の磁極の極
   性と相異なる極性の磁極となって、上記４つの磁極と組
   になって、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極となる
   構造とされ、 かつ溶接用巻線に溶接電流が流れたとき、溶接用巻線か
   らの電機子反作用により上記補極の極性が反転し、上記
   ４つの磁極と組になって、Ｎ極、Ｎ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｓ
   極、Ｓ極となる構造とされる ことを特徴とする交流出力併合溶接発電機。