JPH09322502A - ブラシレス自励発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷電流の瞬時的大変動に拘らず、常に安定
した出力電圧を保持できるようにする。 【解決手段】 回転変圧器の一次コイル６ａは固定子３
に、二次コイル６ｂは回転子２に配し、二次コイル６ｂ
は整流部６ｃを介して回転子２の第１の回転界磁巻線５
ａに接続する。一次コイル６ａは電流制御部６ｄを介し
て固定子３の電機子巻線４に接続する。電流制御部６ｄ
は電機子巻線４の出力電圧を目標値に保持すべくその出
力電流を制御して一次コイル６ａに供給する。回転変圧
器型変流器の一次コイル７ａは固定子３に、二次コイル
７ｂは回転子２に配し、二次コイル７ｂは整流部７ｃを
介して第２の回転界磁巻線５ｂに接続する。一次コイル
７ａは電機子巻線４と負荷との間に挿入する。回転子２
は原動機で回転駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼル機関や
ガソリン機関等の各種小形原動機によって駆動されるブ
ラシレス自励発電機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関やガソリン機関等によっ
て代表される内燃機関を原動機とする大小さまざまな発
電機が利用されている。近年は、故障を減じ保守を容易
にするためにブラシレス自励発電機が多く用いられてい
る。このようなブラシレス自励発電機は、回転界磁形で
あって、その回転界磁巻線に界磁電流を供給する励磁機
を備えている。この励磁機は、固定子の一部に配する励
磁機用の界磁巻線と、これに対応して回転子の一部に配
する誘導巻線とで構成されるものであり、また回転子に
於ては、該誘導巻線と前記発電機の回転界磁巻線との間
に、誘導巻線に誘起した交流起電力を整流する整流回路
が設けられている。

【０００３】固定子には、云うまでもなく、前記発電機
の回転界磁巻線に対応する部位に電機子巻線が設けられ
ている。また前記励磁機用の界磁巻線には、整流回路及
び制御装置を介して前記発電機の電機子巻線の出力電流
の一部がフィードバックされるようになっている。この
制御装置では、発電機の電機子巻線の出力電圧を目標と
する電圧に一致させるべく、前記フィードバックする電
流を制御するものである。

【０００４】このようなブラシレス自励発電機では、負
荷変動にともない、電機子巻線の出力電圧が変動し、励
磁機の界磁巻線にフィードバックされ得る電流も変動す
ることとなる。もっとも前記負荷変動が、当該のブラシ
レス自励発電機の発電容量の範囲内のものであれば、電
機子巻線に於ける出力電圧の変動は、前記制御装置の作
用により、問題にならない程度の小さなものに抑えら
れ、励磁機の界磁巻線にフィードバックされ得る電流の
変動も殆ど無視できる範囲内に収まることとなる。

【０００５】しかし、発電機の出力に接続されている負
荷の種別及び容量等により、負荷の開閉にともなう突入
電流が瞬時的に発電容量を遥かに越えることがあり、こ
のような場合には、電機子巻線の出力電圧の低下は甚だ
しいものとなり、制御装置による制御の限界を越えるも
のとならざるを得ない。例えば、１００Ａの定格出力の
発電機に６０Ａの白熱電灯が接続される場合、この白熱
電灯に電源を投入する際には５〜７倍の電流、即ち、３
００〜４２０Ａの電流が瞬時的に流れることとなり、発
電機の発電容量を遥かに越えることとなる。それ故、電
機子巻線は所定の出力電圧を維持できず、瞬時的に極端
な低下を来すことは避けられないこととなる。

【０００６】勿論、多少の電圧変動があっても、負荷
が、前記白熱電灯、または電熱負荷のようなものである
場合は、その電圧変動が瞬時的なものであれば、ある程
度許容できるものである。しかし、近年の負荷には、マ
イコンを始めとする半導体素子を組み合わせて構成され
た精密な電子的制御部を内蔵しているものが多く、それ
らの場合には、電源の電圧の変動が許容限界を越える
と、正常な動作を確保し難くなる。

【０００７】また、各種放電灯その他の負荷もその特性
上一定電圧以上で動作するように設計されており、でき
るだけ電圧が安定していることが望ましい。例えば、メ
タルハライドランプや高圧水銀灯では、定格電圧の８５
％程度を下回る瞬時電圧降下が生じると消灯してしまう
こととなる。これらの放電灯類は点灯中は管内圧力が上
昇しており、一旦消灯すると管温度の低下にともない管
内圧力が点灯以前まで降下する間、再点灯できない。し
たがって上記のような限度を越える瞬時の電圧降下もこ
のような負荷では許容し難いものとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
於ける以上のような諸問題を解決し、瞬時的な負荷変
動、特に負荷の瞬時的な増大が生じた際にも出力電圧の
低下を最小限にとどめ、常に安定した電圧を供給するこ
とができるブラシレス自励発電機を提供することを課題
とする。更には、それらの課題を、前記励磁機よりもコ
ンパクトな構成をもった手段により解決できるブラシレ
ス自励発電機を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、固定子に配し
た電機子巻線と、該電機子巻線に対応する回転子に固設
した回転界磁巻線と、該回転界磁巻線に接続する第１及
び第２の電流供給部とで構成し、上記第１の電流供給部
を、一次コイルを固定子に、二次コイルを回転子に各々
配してなる回転変圧器と、二次コイルの出力電流を整流
して前記回転界磁巻線に供給する整流部と、一次コイル
に、前記電機子巻線の出力電圧を目標値に制御すべくそ
の出力電流を制御して供給する電流制御部とで構成し、
前記第２の電流供給部を、一次コイルを固定子に、二次
コイルを回転子に各々配し、かつ一次コイルを前記電機
子巻線の出力と負荷間に挿入してなる回転変圧器型変流
器と、二次コイルの出力電流を整流して前記回転界磁巻
線に供給する整流部とで構成したブラシレス自励発電機
である。

【００１０】したがって本発明のブラシレス自励発電機
によれば、前記回転界磁巻線に、それ自体が有する電流
制御部で制御された前記第１の電流供給部の出力電流及
び負荷電流に比例して変動する前記第２の電流供給部の
出力電流が供給され、該回転界磁巻線ではその電流に対
応する磁束を発生することとなる。なお前記第１の電流
供給部に於ける電流制御部は、前記のように、前記電機
子巻線の出力電圧を目標値に制御すべく、前記回転変圧
器の一次コイルに供給する電流を制御するものである。

【００１１】このように制御され又は変動する前記第１
及び第２の電流供給部の出力電流で前記回転界磁巻線に
於いて適切に発生されることとなる磁束により、電機子
巻線の出力電圧を前記目標値に保持し得るようにするも
のである。

【００１２】より具体的に説明すると、接続された負
荷、例えば、白熱電灯の点灯等に伴う瞬時大電流が流れ
ると、前記電機子巻線の出力電圧が低下し、対応してフ
ィードバックされ得る最大電流値が低下し、前記第１の
電流供給部の電流制御部では、該電機子巻線の出力電圧
を目標値に保持しようとして相応する電流を供給しよう
とするが、所定電圧以下まで出力電圧が低下してしまう
と、結局、前記低下した最大電流値のレベルまでの電流
しか出力し得なくなり、この低下した電流が回転変圧器
を通じて整流部に伝達され、整流して回転界磁巻線に供
給されることとなる。

【００１３】他方、前記第２の電流供給部に於ては、電
機子巻線の出力と負荷間に、その回転変圧器型変流器の
一次コイルを挿入してあるので、前記負荷、即ち、白熱
電灯の点灯等に伴って流れる瞬時大電流は、該回転変圧
器型変流器の一次コイルにも流れ、二次コイルに流れる
電流もこれに比例して瞬時に増加することとなる。この
瞬時に増加する電流は整流部で整流され、前記回転界磁
巻線に供給され、前記第１の電流供給部の瞬時的電流不
足を補償し、こうして補われた電流によって生じた回転
界磁磁束によって、電機子巻線には負荷急増による瞬時
電圧降下を補償する起電力が発生し、前記目標値の出力
電圧に近い出力電圧が維持されることとなる。

【００１４】本発明のブラシレス自励発電機によれば、
このように負荷急増に伴う出力電圧変動が補償され、安
定電圧による良質の電力供給が可能となる。したがっ
て、並列接続されている負荷に対する悪影響、例えば、
放電灯の消灯や電子機器の誤動作等が防止されることと
なる。

【００１５】しかも本発明のブラシレス自励発電機で
は、前記第１及び第２の電流供給部の主要構成要素を、
回転変圧器又は回転変圧器型変流器で構成したので、前
記従来の励磁機に比べて小型に構成できる利点もある。

【００１６】ところで、以上の本発明の構成に於いて、
前記第１の電流供給部と第２の電流供給部の各出力を直
列接続して前記回転界磁巻線に接続することができ、こ
のように構成した場合は、一対の磁極毎の一本の回転界
磁巻線に、制御された出力電流を供給する構成とするこ
とができる。

【００１７】また前記回転界磁巻線を第１及び第２の回
転界磁巻線で構成し、前記第１の電流供給部に於ける整
流部を前記第１の回転界磁巻線に接続し、前記第２の電
流供給部に於ける整流部を前記第２の回転界磁巻線に接
続する構成とすることができ、このように構成した場合
は、構成が簡明なものとなる。

【００１８】更にまた前記回転子の回転界磁巻線の間に
永久磁石を配する構成とすることができ、このように構
成した場合は、この発電機の運転開始時に於ける電圧確
立を迅速かつ確実に行ない得るものとすることができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を、実施
例に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、
本発明のブラシレス自励発電機１の基本構成例を示す概
念図である。

【００２０】図１に於いて、発電機１は、閉じた内側の
破線内の回転子２と、閉じた内側の破線と外側の破線と
の間の固定子３とで構成する。発電機本体を構成する電
機子巻線４とこれに対応する第１の回転界磁巻線５ａ及
び第２の回転界磁巻線５ｂとは、前者を前記固定子３
に、後者を前記回転子２に構成する。

【００２１】第１の電流供給部６を構成する回転変圧器
の一次コイル６ａは固定子３に、二次コイル６ｂは回転
子２に構成し、該二次コイル６ｂは回転子２に配した整
流部６ｃを介して前記第１の回転界磁巻線５ａに接続す
る。前記一次コイル６ａは電流制御部６ｄを介して前記
電機子巻線４の出力に接続する。前記電流制御部６ｄ
は、前記電機子巻線４の出力電圧を目標値、即ち、この
実施例の場合は、後述する第２の電流供給部７の作用と
協同して、１００Ｖに保持すべくその出力電流を制御し
て前記一次コイル６ａに供給する作用を果たすものであ
る。

【００２２】第２の電流供給部７を構成する回転変圧器
型変流器の一次コイル７ａは固定子３に、二次コイル７
ｂは回転子２に構成し、該二次コイル７ｂは回転子２に
配した整流部７ｃを介して前記第２の回転界磁巻線５ｂ
に接続する。前記一次コイル７ａは、電機子巻線４と一
方の出力端子Ｔ１との間に挿入する。即ち、出力端子Ｔ
１、Ｔ２に負荷が接続された場合に、前記一次コイル７
ａが電機子巻線４と負荷との間に挿入された状態になる
ようにしたものである。

【００２３】更に、前記電機子巻線４に対応して、第１
及び第２の回転界磁巻線５ａ、５ｂの配してある回転子
２に永久磁石８、８を配置固設する。また前記回転子２
は、図示していない原動機を接続し得るようにし、これ
によって回転力が与えられるようにする。

【００２４】したがって図示しない原動機によって回転
子２が回転させられると、回転子界磁部分の鉄心の残留
磁気及び回転子２に配された永久磁石８、８の作る磁束
によって、これらに対応して配されている前記電機子巻
線４に若干の起電力が誘起され、その出力が、前記第１
の電流供給部６に於て、前記電流制御部６ｄを介して回
転変圧器の一次コイル６ａに供給され、これが二次コイ
ル６ｂに伝達され、この二次コイル６ｂの出力電流が整
流部６ｃで整流されて励磁電流として前記第１の回転界
磁巻線５ａに供給されることとなる。

【００２５】この発電機１の運転開始時には、前記残留
磁気及び前記永久磁石８、８による磁束だけが前記電機
子巻線４に作用するに過ぎないので、電機子巻線４に誘
起される起電力は、当然、目標値である１００Ｖに到達
し得ず、前記電流制御部６ｄでは、その時点で可能な最
大電流を前記一次コイル６ａに供給し得るに過ぎないの
は云うまでもない。しかしこうして回転変圧器の一次コ
イル６ａに電流が流れると、これが二次コイル６ｂに伝
達し、整流部６ｃを介して前記第１の回転界磁巻線５ａ
に供給され、これによって磁束が発生し、前記残留磁気
及び前記永久磁石８、８による磁束に加わることとな
り、合成磁束は増大することとなる。

【００２６】前記のようにして前記電機子巻線４から第
１の電流供給部６の電流制御部６ｄに電流が流れると、
その電流が、前記第２の電流供給部７の回転変圧器型変
流器の一次コイル７ａにも流れ、これに比例する電流が
その二次コイル７ｂに生じ、この電流が整流部７ｃで整
流されて励磁電流として前記第２の回転界磁巻線５ｂに
供給される。こうして第２の回転界磁巻線５ｂにも磁束
が生じ、これが、前記残留磁気、前記永久磁石８、８及
び第１の回転界磁巻線５ａによる磁束に加わり、それら
の合成磁束は一層増大することとなり、電機子巻線４に
は一層大きな起電力が誘起されることとなる。そして以
上のサイクルが瞬時の内に繰り返され、電機子巻線４の
出力が徐々にかつ瞬時に増加して正常値に達し、定常運
転に至る。

【００２７】定常運転時には、前記第１の電流供給部６
では、前記電流制御部６ｄで、電機子巻線４の出力電圧
を測定し、その出力電圧を目標値である１００Ｖに保持
すべく、前記回転変圧器の一次コイル６ａに供給する電
流を制御する。なお電流制御部６ｄは、電機子巻線４の
出力交流電流の供給を受け、該電機子巻線４の出力電圧
を目標値である電圧と比較し、それより低ければ、上げ
るように、高ければ下げるように、前記一次コイル６ａ
に供給する電流を制御し、該電機子巻線４の出力を目標
値である電圧に一致させるべく制御する構成のものであ
る。前記のようにして、二次コイル６ｂに伝達された電
流は整流部６ｃで整流されて第１の回転界磁巻線５ａに
供給され、ここでは相応する磁束が発生する。他方、前
記第２の電流供給部７では、その回転変圧器型変流器の
一次コイル７ａに、発電機１の負荷に流れる電流が流
れ、二次コイル７ｂにこれに比例する電流が流れ、これ
が整流部７ｃで整流されて前記第２の回転界磁巻線５ｂ
に供給され、ここで相応する磁束が発生する。

【００２８】そして第１及び第２の回転界磁巻線５ａ、
５ｂ及び永久磁石８、８の個々の発生する磁束の合成磁
束により、前記電機子巻線４では目標値である１００Ｖ
又はこれに近接する電圧を発生し得ることとなる。

【００２９】このような定常運転状態で、小さな負荷の
投入等が行なわれた場合には、前記したように、前記第
１の電流供給部６では、その電流制御部６ｄで、それに
ともなう電機子巻線４の出力電圧の僅かな電圧低下が検
出され、前記回転変圧器の一次コイル６ａへの供給電流
がこれを補うべく増加され、かつ前記第２の電流供給部
７では、これにともない、回転変圧器型変流器の一次コ
イル７ａに増加した負荷電流が流れ、二次コイル７ｂ
で、これに比例する出力電流の増加が得られる。そし
て、前者、即ち、第１の電流供給部６では、二次コイル
６ｂの相応する増加を伴った出力電流がその整流部６ｃ
を介して第１の回転界磁巻線５ａに、後者、即ち、第２
の電流供給部７では、二次コイル７ｂの相応する増加を
伴った出力電流が整流部７ｃを介して第２の回転界磁巻
線５ｂに、それぞれ供給されることとなる。それ故、電
機子巻線４の出力電圧はほぼ目標値である１００Ｖを保
持することができる。

【００３０】しかし以上のような定常状態での運転中
に、接続されている負荷のうち、例えば、大容量の白熱
電灯の点灯等が行なわれると、瞬時に定常状態の５〜７
倍もの大きな始動電流が流れ、巻線内の電圧降下の増加
等により前記電機子巻線４の出力電圧が急激に低下す
る。これにともなって前記第１の電流供給部６にフィー
ドバックされ得る最大電流値が低下し、その電流制御部
６ｄではその最大電流値を限度とする電流しか出力し得
なくなり、その回転変圧器及び整流部６ｃを介してその
電流を受けた前記第１の回転界磁巻線５ａの発生する磁
束は減少せざるを得ないこととなる。

【００３１】他方、以上のような急増する負荷電流が、
前記第２の電流供給部７の回転変圧器型変流器の一次コ
イル７ａに流れ、これに比例して急増する電流が二次コ
イル７ｂより出力され、これが整流部７ｃを通じて前記
第２の回転界磁巻線５ｂに供給され、その発生する磁束
が急増することとなる。この磁束を、前記第１の回転界
磁巻線５ａの磁束の急減を補い、かつ必要なだけこれを
越えるように選定しておくことにより、負荷急増に伴う
出力電圧の低下を確実に防止することができることとな
るものである。

【００３２】しかして、第１の回転界磁巻線５ａ及び第
２の回転界磁巻線５ｂによる合成磁束は、前記電機子巻
線４の出力電圧を前記目標値である１００Ｖに保持する
ために必要なレベルになる。そして、これによって生じ
た回転界磁磁束により電機子巻線４には負荷急増による
瞬時電圧降下を補償する起電力が発生し、前記目標値の
電圧を殆ど下回らない出力電圧が維持されることとな
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明のブラシレス自励発電機によれ
ば、回転界磁巻線に、それ自体が有する電流制御部で制
御された第１の電流供給部の出力電流及び負荷電流に比
例して変動する第２の電流供給部の出力電流が供給さ
れ、この出力電流により回転界磁巻線で磁束が発生さ
れ、このように制御される磁束により電機子巻線の出力
電圧を前記目標値に保持し得るようにするものであり、
特に、負荷電流の急激な増大による出力電圧の低下を、
前記第２の電流供給部に於ける回転変圧器型変流器で、
負荷電流の増大に比例する電流を出力し、これを前記回
転界磁巻線に供給し、その発生する磁束の低下を補償
し、かつ必要な磁束の増大を図ることにより、防止し、
どのような場合にも、目標の電圧値を維持することがで
きることとしたものである。

【００３４】しかして本発明のブラシレス自励発電機に
よれば、このように負荷急増に伴う出力電圧変動が補償
され、安定電圧による良質の電力供給が可能となる。そ
れ故、並列接続されている負荷に対する悪影響、例え
ば、放電灯の消灯や電子機器の誤動作等が防止されるこ
ととなる。

【００３５】しかも本発明のブラシレス自励発電機で
は、前記第１及び第２の電流供給部の主要構成要素を、
前者は、回転変圧器で、後者は回転変圧器型変流器で構
成したので、前記従来の励磁機を用いる場合に比べて発
電機自体を小型に構成できる利点もある。

【００３６】ところで、以上の本発明の構成に於いて、
前記第１の電流供給部と第２の電流供給部の各出力を直
列接続して前記回転界磁巻線に接続することとした場合
には、一対の磁極毎の一本の回転界磁巻線に、制御され
た出力電流を供給する簡単な構成とすることができる。

【００３７】また前記回転界磁巻線を第１及び第２の回
転界磁巻線で構成し、前記第１の電流供給部に於ける整
流部を前記第１の回転界磁巻線に接続し、前記第２の電
流供給部に於ける整流部を前記第２の回転界磁巻線に接
続した構成とした場合は、簡明なものとなる。

【００３８】更にまた前記回転子の回転界磁巻線の間に
永久磁石を配する構成とした場合は、この発電機の運転
開始時に於ける電圧確立を迅速かつ確実に行ない得るも
のすることができる。

【００３９】なお本発明に於ける第１の電流供給部は、
同期電動機の回転子を電磁石で構成した場合には、これ
への電流の供給手段として採用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブラシレス自励発電機の基
本構成例を示す概念図。

【符号の説明】

１ ブラシレス自励発電機 ２ 回転子 ３ 固定子 ４ 電機子巻線 ５ａ 第１の回転界磁巻線 ５ｂ 第２の回転界磁巻線 ６ 第１の電流供給部 ６ａ 一次コイル ６ｂ 二次コイル ６ｃ 整流部 ６ｄ 電流制御部 ７ 第２の電流供給部 ７ａ 一次コイル ７ｂ 二次コイル ７ｃ 整流部 ８ 永久磁石 Ｔ１、Ｔ２ 出力端子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子に配した電機子巻線と、該電機子
   巻線に対応する回転子に固設した回転界磁巻線と、該回
   転界磁巻線に接続する第１及び第２の電流供給部とで構
   成し、 上記第１の電流供給部を、一次コイルを固定子に、二次
   コイルを回転子に各々配してなる回転変圧器と、二次コ
   イルの出力電流を整流して前記回転界磁巻線に供給する
   整流部と、一次コイルに、前記電機子巻線の出力電圧を
   目標値に制御すべくその出力電流を制御して供給する電
   流制御部とで構成し、 前記第２の電流供給部を、一次コイルを固定子に、二次
   コイルを回転子に各々配し、かつ一次コイルを前記電機
   子巻線の出力と負荷間に挿入してなる回転変圧器型変流
   器と、二次コイルの出力電流を整流して前記回転界磁巻
   線に供給する整流部とで構成したブラシレス自励発電
   機。
2. 【請求項２】 前記第１の電流供給部と第２の電流供給
   部の各出力を直列接続して前記回転界磁巻線に接続した
   請求項１のブラシレス自励発電機。
3. 【請求項３】 前記回転界磁巻線を第１及び第２の回転
   界磁巻線で構成し、 前記第１の電流供給部に於ける整流部を前記第１の回転
   界磁巻線に接続し、前記第２の電流供給部に於ける整流
   部を前記第２の回転界磁巻線に接続した請求項１のブラ
   シレス自励発電機。
4. 【請求項４】 前記回転子の回転界磁巻線の間に永久磁
   石を配した請求項１、２又は３のブラシレス自励発電
   機。