JPH0923623A - 定電圧発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部電源を必要とすることなく始動し、定常
状態では一定直流電圧を出力する定電圧発電装置を提供
すること。 【構成】 回転子１の隣接する磁極の組の一部を界磁マ
グネット４で形成し、外部電源から界磁電流を流さなく
とも発電を開始できるようにする。その他の磁極の組は
界磁巻線６によって形成し、その界磁電流を制御するこ
とによって発電電圧が制御されるようにする。界磁電流
は、固定子励磁巻線１１が生ずる磁界を切ることにより
励磁巻線２に誘起される電圧を、整流回路３で整流して
供給する。固定子励磁巻線１１へ流す励磁電流を、固定
子巻線７からの発電電圧が一定となるように自動電圧制
御回路１２によって制御する。自動電圧制御回路１２
は、発電電圧を電源として動作させられるので、バッテ
リ等の外部電源は不要である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外部電源を必要とする
ことなく始動し、定常状態では一定直流電圧を出力する
定電圧発電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】交流発電機の代表的な型としては、永久
磁石界磁型と巻線界磁型とがある。図５は、永久磁石界
磁型交流発電機の回転子を示す図である。図５におい
て、４は界磁マグネット、５は回転子本体部、１５は回
転子軸である。回転子本体部５の周囲に、磁極の極性が
周方向にＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓと交互になるように、界磁マグ
ネット４が配設される。回転子軸１５と共に回転子本体
部５が回転すれば、界磁マグネット４も回転して回転磁
界が生ぜしめられ、図示しない固定子巻線に起電力が誘
起される。

【０００３】図６は、巻線界磁型交流発電機の回転子を
示す図である。符号は図５のものに対応し、５Ｔは歯
部、６は界磁巻線である。回転子本体部５の周囲には、
それと一体の歯部５Ｔが形成され、これに界磁巻線６が
巻回される。そして、各界磁巻線６に流す電流の向きを
交互に異ならせて、歯部５Ｔの先端部に生ぜしめられる
磁極が、Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓと交互になるようにする。その
状態で回転子軸１５と共に回転させられると、回転磁界
が生ぜしめられ、図示しない固定子巻線に起電力が誘起
される。

【０００４】永久磁石界磁型交流発電機には、界磁に電
流を流す必要はないから外部電源は不要であるが、回転
数増加と共に出力電圧も増加してゆき、出力電圧を制御
することは出来ないという欠点がある。また、巻線界磁
型交流発電機には、界磁電流を制御することにより出力
電圧を制御することは出来るが、界磁電流による熱損失
が大きいという欠点があるほか、界磁巻線がコストを高
くするという欠点がある。

【０００５】そこで、界磁巻線の数を半分にしてコスト
を低減すると共に、界磁電流による熱損失を低減するた
めに、界磁巻線による磁極と界磁マグネットとを交互に
配置した交互配置型とでもいうべき交流発電機が提案さ
れている（実開平２− 97866号公報）。図７は、そのよ
うな交互配置型交流発電機の回転子を示す図である。符
号は図５，図６のものに対応している。界磁巻線６が巻
回された歯部５Ｔと、界磁マグネット４とが、交互に配
置されている。界磁巻線６を歯部５Ｔに配設する製造コ
ストは、界磁マグネット４を設けるのに比べて高いか
ら、界磁巻線６の数が半分にされることにより、製造コ
ストは低減される。

【０００６】歯部５Ｔに生ぜしめられる磁極の極性が、
図示の極性となるような向きに界磁巻線６に電流が流さ
れた場合には、その磁極の磁界は、隣接する界磁マグネ
ット４の磁界に加算されるように働く。一方、図示の極
性とは逆の極性となるような向きに界磁巻線６に電流が
流された場合には、その磁極の磁界は、隣接する界磁マ
グネット４の磁界を減ずるように働く。

【０００７】図８は、図７の回転子を用いた場合の交流
出力波形を示す図である。曲線イは、歯部５Ｔに生ずる
磁極の極性を、界磁マグネット４の磁界に加算されるよ
うな極性とした場合の波形である。曲線ロは、歯部５Ｔ
に生ずる磁極の極性を、界磁マグネット４の磁界を減ず
るような極性とした場合の波形である。これらの波形か
らも分かるように、界磁巻線６の電流の向きを切り替え
ることにより、出力電圧を２種類に切り替えることが出
来る。

【０００８】図９は、交互配置型交流発電機を利用した
発電装置を示す図である。図９において、１は回転子、
４は界磁マグネット、５Ｔは歯部、６は界磁巻線、７は
固定子巻線、８は整流回路、９，１０は出力端子、１３
はバッテリ、１４は切替回路である。界磁巻線６には、
バッテリ１３より切替回路１４を経て電流が流される。
そして、切替回路１４が、実線または点線の接続に切り
替えられることにより、歯部５Ｔに生ずる磁極の極性
は、界磁マグネット４の極性と同じ方向になったり逆方
向になったりする。そのような磁極が回転されることに
より、固定子巻線７に交流電圧が誘起され、整流回路８
で整流され、出力端子９，１０より取り出される。バッ
テリ１３から流す界磁電流を制御する回路を設ければ、
歯部５Ｔに生ずる磁界を制御できるから、出力電圧を或
る範囲において制御することが出来る。従って、一定に
も出来る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た交互配置型交流発電機を利用した発電装置でも、一定
電圧を出力させることは出来るものの、外部電源（バッ
テリ）を必要とするという問題点があった。本発明は、
このような問題点を解決することを課題とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の定電圧発電装置では、固定子巻線と、該固
定子巻線からの交流出力電圧を整流して直流電圧を出力
する整流回路と、固定子励磁巻線と、前記整流回路の直
流出力電圧を動作電源とし、該直流出力電圧が設定電圧
に等しくなるよう前記固定子励磁巻線への励磁電流を制
御する自動電圧制御回路と、隣接する一対の磁極の組の
内、一部の組を界磁巻線で形成し、残りの組を界磁マグ
ネットで形成すると共に、前記固定子励磁巻線の磁界に
より電圧を誘起する励磁巻線を設け、該励磁巻線に誘起
された電圧を整流して前記界磁巻線に流す構成とした回
転子とを具えることとした。

【００１１】

【作 用】回転子の隣接する磁極の組の一部を界磁マ
グネットで形成し、外部電源から界磁電流を流さなくと
も発電を開始できるようにする。また、その他の磁極の
組は界磁巻線によって形成し、その界磁電流を自動電圧
制御回路によって制御することにより、発電電圧を一定
とする。自動電圧制御回路は、発電電圧を電源として動
作させ、バッテリ等の外部電源を不要とする。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明の定電圧発電装置を示す図で
ある。符号は図９のものに対応し、２は励磁巻線、３は
整流回路、１１は固定子励磁巻線、１２は自動電圧制御
回路である。固定子巻線７の出力は整流回路８で整流さ
れ、出力端子９，１０に取り出されると共に、自動電圧
制御回路１２にも送られる。自動電圧制御回路１２は、
整流回路８からの直流出力電圧が設定値となるように、
固定子励磁巻線１１への電流を制御する。

【００１３】固定子励磁巻線１１により生成された磁界
を、回転する励磁巻線２に切らすことにより、励磁巻線
２に電圧を誘起させ、それを整流回路３で整流して界磁
巻線６に流す。本発明における回転子１でも、界磁巻線
６による磁極と界磁マグネット４とを組み合わせてはい
るが、その構造は、次に説明するように、図７の交互配
置型とは異なる。

【００１４】図２は、本発明で使用する回転子の構造を
示す図である。符号は図７のものに対応している。本発
明の回転子では、隣接する磁極の組の内、一部の組を界
磁巻線６で形成し、残りの組を界磁マグネット４で形成
する。図２では、２組が界磁巻線６で形成され、残りの
２組が界磁マグネット４で形成されている。図１の整流
回路３からの電流は、この２組の界磁巻線６に流され、
その電流の大きさは、自動電圧制御回路１２によって制
御される。従って、界磁マグネット４で形成されている
磁極の磁界の強さは不変であるが、界磁巻線６で形成さ
れている磁極の磁界の強さは、界磁電流によって変化さ
れる。そのため、固定子巻線７に誘起される電圧波形
は、図４に示すようになる。

【００１５】図４は、図２の回転子を用いた場合の交流
出力波形を示す図である。ｔ₁ 〜ｔ₉ は、時間を表して
いる。実線の曲線イは、界磁マグネット４の磁極による
波形、点線の曲線ロは、磁極の強さが界磁マグネット４
の磁極と同程度にされた界磁巻線６の磁極による波形、
点線の曲線ハは、磁極の強さが界磁マグネット４の磁極
より弱くされた界磁巻線６の磁極による波形である。界
磁電流を制御することは、点線の波形の波高値を制御す
ることに相当する。

【００１６】図３は、本発明の定電圧発電装置の出力電
圧特性を示す図である。横軸は回転子の回転数、縦軸は
整流回路８からの直流出力電圧を表している。曲線イ
は、界磁マグネット４だけで発電した場合（つまり、界
磁巻線６への界磁電流を０とした場合）の特性を表し、
曲線ロは、界磁電流をその時点で許容される最大値とし
た場合の特性を表している。従って、界磁電流を変える
ことにより、曲線イと曲線ロとの間の電圧を得ることが
出来る。

【００１７】曲線イとロとに跨がるところの実線で描い
た曲線ハ（Ｏ→Ａ→Ｃ→Ｂ→Ｆ）は、設定した電圧Ｖ_T
を出力するように自動電圧制御回路１２を動作させた場
合の特性を表している。界磁電流を最大にして発電機の
回転数を増大させてゆくと、直流出力電圧は曲線ロに沿
って上昇してゆく。当初は設定電圧Ｖ_T を出力すること
は出来ないが、点Ａまで上昇すると、漸くＶ_T を出力す
る。その時の回転数をＮ_A とすると、Ｎ_A 以上になると
Ｖ_T 以上の電圧が出てしまう。そのことを検知して、自
動電圧制御回路１２は、固定子励磁巻線１１への励磁電
流を減少させて、界磁電流を小さくする。すると、図４
の点線の波形が少し低下させられ、出力電圧はＶ_T に保
たれる。

【００１８】回転数がＮ_C である場合の曲線イ，ハ，ロ
上の点を、それぞれＤ，Ｃ，Ｅとすると、点Ｄまでの電
圧Ｖ_D は、界磁マグネット４の磁極による発電電圧分で
あり、点Ｄから点Ｃまでの電圧（Ｖ_T −Ｖ_D ）は、界磁
巻線６の磁極による発電電圧分である。もし界磁電流が
最大とされていたなら、界磁巻線６の磁極による発電電
圧分は、点Ｄから点Ｅまでの電圧（Ｖ_E −Ｖ_D ）になっ
ていた筈である。

【００１９】電圧Ｖ_T の直線が曲線イと交叉する点をＢ
とし、その時の回転数をＮ_B とすると、回転数がＮ_B よ
り大の領域においては、たとえ界磁電流を０にしたとし
ても、出力電圧はＶ_T より大となってしまう。従って、
発電機の回転数をＮ_A 〜Ｎ_Bの範囲に保っておけば、自
動電圧制御回路１２の制御動作により、発電機から一定
電圧Ｖ_T を出力させることが出来る。なお、以上の説明
と図３から理解されるように、Ｖ_T の値を設定変更する
と、保つべき回転数の範囲も、それに応じて多少変わ
る。

【００２０】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の定電圧発電装
置によれば、次のような効果を奏する。 回転子の隣接する磁極の組の一部は界磁マグネット
で形成するので、外部電源から界磁電流を流さなくとも
発電を開始することが出来る。 その他の磁極の組は界磁巻線によって形成され、界
磁巻線への電流は自動電圧制御回路によって制御される
ので、その制御により発電電圧を一定とすることが出来
る。 自動電圧制御回路は、発電電圧を電源として動作さ
せられるので、バッテリ等の外部電源は必要なく、効率
をアップさせることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の定電圧発電装置を示す図

【図２】 本発明で使用する回転子の構造を示す図

【図３】 本発明の定電圧発電装置の出力電圧特性を示
す図

【図４】 図２の回転子を用いた場合の交流出力波形を
示す図

【図５】 永久磁石界磁型交流発電機の回転子を示す図

【図６】 巻線界磁型交流発電機の回転子を示す図

【図７】 交互配置型交流発電機の回転子を示す図

【図８】 図７の回転子を用いた場合の交流出力波形を
示す図

【図９】 交互配置型交流発電機を利用した発電装置を
示す図

【符号の説明】

１…回転子、２…励磁巻線、３…整流回路、４…界磁マ
グネット、５…回転子本体部、５Ｔ…歯部、６…界磁巻
線、７…固定子巻線、８…整流回路、９，１０…出力端
子、１１…固定子励磁巻線、１２…自動電圧制御回路、
１３…バッテリ、１４…切替回路、１５…回転子軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子巻線と、該固定子巻線からの交流
   出力電圧を整流して直流電圧を出力する整流回路と、固
   定子励磁巻線と、前記整流回路の直流出力電圧を動作電
   源とし、該直流出力電圧が設定電圧に等しくなるよう前
   記固定子励磁巻線への励磁電流を制御する自動電圧制御
   回路と、隣接する一対の磁極の組の内、一部の組を界磁
   巻線で形成し、残りの組を界磁マグネットで形成すると
   共に、前記固定子励磁巻線の磁界により電圧を誘起する
   励磁巻線を設け、該励磁巻線に誘起された電圧を整流し
   て前記界磁巻線に流す構成とした回転子と、を具えたこ
   とを特徴とする定電圧発電装置。