JPH1023714A - 同期機の回転子位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転子軸のバランスに悪影響を与えない同期
機用の回転子位置検出装置を提供すること。 【解決手段】 ２極同期機の回転子軸に円板を設けて、
固定側のセンサにより回転子の位置を検出する同期機の
回転子位置検出装置において、機械的バランスを考慮し
た円板（１Ａ，１Ｂ）を取付けるか、軸（２０）そのも
のを利用して回転子位置検出を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は同期機の回転子位置
検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガスタービンと組合せて同期発電
機を設けている発電所において、ガスタービンの起動に
際して、発電機を同期電動機としサイリスタ起動装置を
用いて電動機起動する方式がとられている。その場合、
サイリスタの転流制御のために同期機の回転子位置を検
出する必要が生ずる。

【０００３】この必要を満たすために用いられている回
転子位置検出装置として、回転子軸に回転子極数に対応
する切欠部を設けた磁性材からなる位置検出円板を設
け、固定側に設けた磁気センサによって回転子の位置を
磁気的に検出する方式が知られている。この検出方式
は、従来から揚水発電所等で広く実用されているもので
あって、位置検出円板には同期機の極数に応じた極数の
半分の数の切欠部を設け、切欠きの有る箇所と無い箇所
の透磁率の違いを固定側のセンサで捕らえるものであ
る。

【０００４】ガスタービンと組み合わされた発電機の場
合は、水力発電所向けのような低速回転多極機ではなく
高速回転となり、一般に２極機が選定されるため、水力
発電所向けの方式をそのまま適用した場合の回転子位置
検出用の位置検出円板の形状は、切欠部が１８０°区間
一つの、いわゆるハット型となる。

【０００５】図８において、２極同期機の回転子軸に磁
性材からなるハット型の位置検出円板１を設け、固定側
に位置検出円板１の周面に対向するように位置センサ２
Ｕ、２Ｖおよび２Ｗを設けている。同期機は通常、三相
であるため、位置センサは各相に１個、合計３個を互い
に周方向に１２０°ずつずらして配置している。ここで
は、位置センサ２Ｕ〜２Ｗは固定側から見た位置検出円
板１の透磁率の違いに基づいて回転子位置を読取るもの
である。位置検出円板１は２極機ということに対応して
全周の１／２すなわち１８０°領域は大径部１１（切欠
きなし）とし、他の１８０°領域は小径部１２（切欠き
あり）としている。大径部１１は固定側に設けられる位
置センサとの間のギャップが小さく、したがって低磁気
抵抗部を構成し、小径部１２は位置センサとの間のギャ
ップが大きく、したがって高磁気抵抗部を構成する。

【０００６】各センサ２Ｕ、２Ｖおよび２Ｗは、図９に
示すように、大径部１１に対向するか小径部１２に対向
するかに従って、すなわち切欠きの有無の変化する位置
で出力の有無（“１”または“０”）の切換を行い、結
果的に互いに１２０°位相差を有する１８０°幅の三相
矩形波信号からなる位置検出信号を出力する。電機子巻
線に接続されたサイリスタ起動装置が、位置検出信号に
従って電機子に対する回転子の相対位置を検出し、同期
機の電機子巻線に流す電機子電流の相間の転流のために
用いられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ガスタービン
と組合される同期発電機は一般に高速回転の横型の回転
機であるため、バランスの悪いハット型の位置検出円板
を軸に取付けると、起動完了後の高速回転時に軸として
のバランスが崩れ、異常振動を起こす恐れがあるという
問題があった。

【０００８】したがって、異常振動を回避するために位
置検出円板を軽く製作することが必要であり、しかも透
磁率の変化を読取るという原理上、位置検出円板は磁性
体であることが要求される。ところが一般に磁性体は比
重が大きく、軽量化を図るためには直径を小さくするこ
とによって対処するしかないのが実情である。しかしな
がら、たとえ直径を小さくして振動の低減を図ったとし
ても、バランスを崩すことに変わりはなく、根本的な解
決策にはならない。

【０００９】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、その目的とするところは、原理的に軸のバランスに
悪影響を与えない同期機の回転子位置検出装置を提供す
ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、回転界磁型同期機の回転子軸に固定された
位置検出部材と、固定側に位置検出部材に対向して各相
毎に配置され位置検出部材と協働して回転子位置を検出
する位置センサとを備えた同期機の回転子位置検出装置
において、位置検出部材を機械的にバランスのとれたも
のとして構成したことを特徴とするものである。

【００１１】位置検出部材を同一構造の２枚のハット型
位置検出円板から構成し、ハット型位置検出円板は１８
０°区間を小径の高磁気抵抗部として構成し、残りの１
８０°区間を大径の低磁気抵抗部として構成し、２枚の
ハット型位置検出円板を回転子軸に小径の高磁気抵抗部
と大径の低磁気抵抗部とが端面方向から見て重なるよう
に取付けることができる。

【００１２】位置検出部材を、端面方向から見て軸芯を
中心として点対称の機械的にバランスのとれた６枚の歯
を有する第１の検出円板と、第１の検出円板の歯または
凹部に対応する１箇所の欠落部を有する第２の検出円板
とから構成することができる。

【００１３】位置検出部材を、１８０°区間が小径の高
磁気抵抗部として構成され、残りの１８０°区間が大径
の低磁気抵抗部として構成されたハット型に構成し、大
径の低磁気抵抗部に小径の高磁気抵抗部との機械的バラ
ンスをとるための穴をあけたものとすることができる。

【００１４】位置検出部材を、１８０°区間が小径の高
磁気抵抗部として構成され、残りの１８０°区間が大径
の低磁気抵抗部として構成されたハット型の磁性材と、
この磁性材とほぼ同一比重を有し磁性材の小径部を埋め
込んで機械的バランスをとる非磁性材とから構成するこ
とができる。

【００１５】さらに本発明の回転子位置検出装置は、回
転界磁型同期機の回転子軸に固定され、磁極位置に対応
する第１の角度区間の第１の半径位置に固定側からの投
射光を透過させる第１のスリットを形成し、第１の角度
区間以外の第２の角度区間の第１の半径とは異なる第２
の半径位置に第１のスリットと機械的バランスをとるた
めの第２のスリットを形成した位置検出円板と、固定側
に配設され位置検出円板に対し第１の半径位置に投射光
を投射する光源と、第１の半径位置で、かつ第２の角度
区間で位置検出円板からの反射光を受けるように各相毎
に配置される光センサとを備えたものとすることができ
る。

【００１６】さらにまた本発明の回転子位置検出装置
は、回転界磁型同期機の回転子側に磁極位置を検知する
ための識別マークを付し、固定側に識別マークを光学的
に読取る読取手段を設けることによって構成することも
できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図を参照
してさらに詳細に説明する。 （第１の実施の形態・請求項１，２対応）図１は本発明
の第１の実施の形態によるハット型検出円板１Ａおよび
１Ｂを示すものである。ハット型検出円板１Ａ，１Ｂの
個々の構造および原理は図８に示したものと同一であ
り、１８０°領域の大径部１１と、残り１８０°領域の
小径部１２とからなっている。ただし、２枚の検出円板
１Ａ，１Ｂは大径部１１と小径部１２が端面方向から見
て重なり合うように、すなわち本来同一構造の検出円板
の相対位置を周方向に相互に１８０°ずらして配設され
ている。２枚の検出円板１Ａ，１Ｂをこのように配置す
ることによって機械的なバランスをとることができ、従
来技術の項で述べた機械的なアンバランスによる問題点
を解消させることができる。

【００１８】固定側に配置する位置センサは、一方の検
出円板１Ａに対してのみ図８と同様にして設け、他方の
検出円板１Ｂに対しては設けないようにしてもよい。す
なわち、検出円板１Ｂはダミーとしてもよい。しかし、
検出円板１Ｂに対しても検出円板１Ａに対するのと同様
に設け、その電気的出力信号を必要に応じて相互に直列
または並列にして用いることができる。 （第２の実施の形態・請求項１，３対応）図２に示す第
２の実施の形態においては、３０°区間の１箇所の欠落
部１３を有する検出円板３と、３０°幅の６枚の歯１４
とその相互間に形成される３０°幅の欠落部１５とを有
する検出円板４とを設ける。検出円板３は基準位置を決
定する位置センサ２ａにより基準位置信号２ａを出力す
るために用いられ、検出円板４は検出円板３で決定され
る回転子位置を基準として位置センサ２ａにより３０°
毎に“１”および“０”を繰返す矩形波信号２ｂを出力
するために用いられる。矩形波信号２ｂを図９を参照し
て各相に分配することにより、三相同期電動機の電機子
電流の相間転流のために用いることができる。 （第３の実施の形態・請求項１，３対応）図４に示す第
３の実施の形態においては、外形的にハット型ではある
が、適宜個数のバランス用の穴７をあけた検出円板６を
示すものである。穴７は、バランス上、できるだけ検出
円板６の小径部１２の欠落部に対応させて設ければよ
い。固定側はすでに述べた実施の形態と同一でよい。 （第４の実施の形態・請求項１，４対応）図５に示す第
４の実施の形態においては、基本的に磁性材によりハッ
ト型に構成されてはいるが、その小径部１２すなわち欠
落部に前記の磁性材とほぼ同一比重の非磁性材、例えば
ステンレスからなる埋込み材９を埋込んだ検出円板８を
示すものである。これによっても、所望の磁気特性を発
揮しながら、機械的にはバランスのとれた円板とするこ
とができる。 （第５の実施の形態・請求項１，６対応）位置検出円板
を１枚の検出円板１０で構成することもできる。

【００１９】図６は、これまで述べた透磁率の違いを読
取る方式に限定せず、光を用いて検出する方式を示すも
のである。例えば２極型同期機の場合、周方向に沿って
外周側の１８０°領域に位置検出用スリット１６を形成
し、また内周側の上記とは異なる１８０°領域にバラン
ス用スリット１７を形成した位置検出円板１０を用い
る。この場合、機械的バランスをとるために、外側のス
リット１６を相対的に細く形成し、内側のスリット１７
を相対的に太く形成しておく。この位置検出円板１０を
同期機の軸端に取付け、同心円上に１２０°の相対位相
差を持たせて配置された光源を兼ね備えた光センサ１８
ｕ，１８ｖ，１８ｗにより各相毎に所望の位置検出信号
を得ることができる。その場合、光センサは光が透過す
るか反射するかに従って位置信号を検知することができ
る。 （第６の実施の形態・請求項１，７対応）図７も図６と
同様に、回転子位置を、検出円板による透磁率の違いを
読取る方式に限定せず、識別センサで検出する方式を示
すもので、例えば、回転子軸１９の円周方向に沿って１
８０°領域に文字あるいは色等の識別マークを付した識
別マークシート２０を取付け、これを固定側から１２０
°間隔で識別マークの内容に従って配置された文字読取
りセンサまたは色識別センサからなる識別マークリーダ
２１ｕ，２１ｖ，２１ｗで読取る。この実施の形態によ
っても、所望の位置検出出力を機械的バランスを崩すこ
となく得ることができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、回転子位置検出のため
に、軸にバランスのとれた位置検出円板を取付け、ある
いは軸そのものを利用して位置検出を行うので、回転子
の振動等の影響が極力抑えられ、しかも確実に位置検出
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による回転子位置検
出装置の位置検出円板の平面配置図。

【図２】本発明の第２の実施の形態による回転子位置検
出装置の位置検出円板の平面配置図。

【図３】図２の回転子位置検出装置の出力信号図。

【図４】本発明の第３の実施の形態による回転子位置検
出装置の位置検出円板の平面図。

【図５】本発明の第４の実施の形態による回転子位置検
出装置の位置検出円板の平面図。

【図６】本発明の第５の実施の形態による回転子位置検
出装置の位置検出円板を示す図であって、（ａ）は平面
図、（ｂ）は縦断面図。

【図７】本発明の第６の実施の形態による回転子位置検
出装置の位置検出円板の平面図。

【図８】同期機の周知の回転子位置検出装置の検出原理
を説明するための原理図。

【図９】図８の回転子位置検出装置の出力信号図。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ ハット型検出円板 ２ｕ〜２ｗ 位置センサ ３，４ 検出円板 ６ 検出円板 ７ 穴 ８ 検出円板 ９ 埋込み材 １０ 位置検出円板 １１ 大径部 １２ 小径部 １３ 欠落部 １４ 歯 １５ 欠落部 １６，１７ スリット １８ｕ，１８ｖ，１８ｗ 光センサ １９ 回転子軸 ２０ 識別マークシート ２１ｕ，２１ｖ，２１ｗ 識別マークリーダ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転界磁型同期機の回転子軸に固定された
   位置検出部材と、固定側に前記位置検出部材に対向して
   各相毎に配置され前記位置検出部材と協働して回転子位
   置を検出する位置センサとを備えた同期機の回転子位置
   検出装置において、 前記位置検出部材を機械的にバランスのとれたものとし
   て構成したことを特徴とする同期機の回転子位置検出装
   置。
2. 【請求項２】前記位置検出部材を同一構造の２枚のハッ
   ト型位置検出円板から構成し、前記ハット型位置検出円
   板は１８０°区間を小径の高磁気抵抗部として構成し、
   残りの１８０°区間を大径の低磁気抵抗部として構成
   し、前記２枚のハット型位置検出円板を回転子軸に小径
   の前記高磁気抵抗部と大径の前記低磁気抵抗部とが端面
   方向から見て重なるように取付けたことを特徴とする請
   求項１記載の回転子位置検出装置。
3. 【請求項３】前記位置検出部材を、端面方向から見て軸
   芯を中心として点対称の機械的にバランスのとれた６枚
   の歯を有する第１の検出円板と、前記第１の検出円板の
   歯または凹部に対応する１箇所の欠落部を有する第２の
   検出円板とから構成したことを特徴とする請求項１記載
   の回転子位置検出装置。
4. 【請求項４】前記位置検出部材を、１８０°区間が小径
   の高磁気抵抗部として構成され、残りの１８０°区間が
   大径の低磁気抵抗部として構成されたハット型に構成
   し、前記大径の低磁気抵抗部に前記小径の高磁気抵抗部
   との機械的バランスをとるための穴をあけたことを特徴
   とする請求項１記載の回転子位置検出装置。
5. 【請求項５】前記位置検出部材を、１８０°区間が小径
   の高磁気抵抗部として構成され、残りの１８０°区間が
   大径の低磁気抵抗部として構成されたハット型の磁性材
   と、この磁性材とほぼ同一比重を有し前記磁性材の小径
   部を埋め込んで機械的バランスをとる非磁性材とから構
   成したことを特徴とする請求項１記載の回転子位置検出
   装置。
6. 【請求項６】回転界磁型同期機の回転子軸に固定され、
   磁極位置に対応する第１の角度区間の第１の半径位置に
   固定側からの投射光を透過させる第１のスリットを形成
   し、前記第１の角度区間以外の第２の角度区間の前記第
   １の半径とは異なる第２の半径位置に前記第１のスリッ
   トと機械的バランスをとるための第２のスリットを形成
   した位置検出円板と、固定側に配設され前記位置検出円
   板に対し前記第１の半径位置に投射光を投射する光源
   と、前記第１の半径位置で、かつ前記第２の角度区間で
   前記位置検出円板からの反射光を受けるように各相毎に
   配置される光センサとを備えたことを特徴とする同期機
   の回転子位置検出装置。
7. 【請求項７】回転界磁型同期機の回転子側に磁極位置を
   検知するための識別マークを付し、固定側に前記識別マ
   ークを光学的に読取る読取手段を設けたことを特徴とす
   る同期機の回転子位置検出装置。