JPS6217469B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔利用分野〕 本発明は全体としてブラシ無し発電装置に関す
るものであり、更に詳しくいえば永久磁石発電機
に励磁機を組合わせ、永久磁石発電機と励磁機を
互いに独立に動作させて、機械の寸法を大きくす
ることなしに出力電圧自己立上り特性を発揮させ
るブラシ無し発電装置に関するものである。

〔発明の背景〕

たとえば、ターボ・ジエツト・エンジンなどに
用いられる発電装置は出力電圧自己立上り特性を
必要とする。それらの発電装置としては従来のブ
ラシ付のものでもブラシ無しのものでも使用でき
る。ブラシ付直流機では、整流子作用により整流
機能が得られるから、直流電圧を得るために出力
整流器を使用することはない。その結果、電圧安
定装置に用いられているパワートランジスタを順
バイアスし、したがつて求められている自己立上
りを達成するのに十分な残留電圧が常に存在す
る。その理由は出力整流器の接合における電圧降
下がないからである。

ブラシ無し直流機は、前記した接合における電
圧降下分よりも高い残留電圧を得るために、たと
えば適切に焼きなましされたバナジウム・パーメ
ンジユール成層板を使用できる。その理由は、バ
ナジウム・パーメンジユールはけい素鋼板の保磁
力よりも高い保磁力と、けい素鋼板の残留磁束密
度よりも高い残留磁束密度を有するからである。

別個の永久磁石発電機（PMG）として別体的
に成層鉄心と巻線を設けて自己立上りのための高
電圧を発生させることにより、自己立上り特性を
持たせることも一般に行われている。この種の技
術の欠点は、発電機の長さが大幅に長くなり、し
たがつて重量が非常に増大することと、駆動パツ
ドにかかるオーバーハング・モーメントが増加す
ることである。これに関連して、永久磁石発電機
は回転磁石型または回転巻線型のいずれでも構成
できることに注意すべきである。

〔発明の概要〕

ここで説明する装置は永久磁石発電機を用い、
全体の重量と長さとを大幅に増すことなしに、出
力電圧自己立上りを確実に行うために十分な残留
電圧を与えるものである。また、前記したバナジ
ウム・パーメンジユールなどのような高価な成層
磁性材料に頼ることなしに残留電圧が得られる。

本発明は、励磁機界磁および励磁機電機子を含
む励磁機と、回転界磁と、主固定子とを有するブ
ラシ無し発電装置を提供するものである。この発
電装置の出力は直流電流を励磁機界磁へ与えるこ
とによつて得られる。回転子が回転すると励磁機
の電機子に磁束が誘起され、この磁束は励磁機の
電機子に交流電圧を誘起させる。ブラシ無しの特
徴は回転子中のダイオードによつて与えられる。
それらのダイオードは電機子に誘起された交流電
圧を直流に変え、その直流は回転界磁巻線に与え
られる。そうすると回転界磁巻線は磁束を生じ、
その磁束は主固定子に交流電圧を誘起する。この
主固定子に誘起された交流電圧を整流するための
ダイオード回路装置を用いることにより直流発電
機が構成される。自己立上りとするためには、発
電装置は励磁巻線へ電流を流し始めさせるために
十分な残留直流電圧を発生せねばならず、そのた
めには励磁巻線を駆動する電圧安定器に用いられ
ているパワートランジスタと、主固定子に誘起さ
れた交流を整流するダイオードとに固有の接合部
における電圧降下分以上の残留電圧を必要とす
る。

本発明の発電装置は、永久磁石発電機の固定子
巻線すなわち始動巻線が励磁巻線上に相互作用を
しないようにして配置されるように、永久磁石発
電機を励磁機の電機子に組合わせるものである。
したがつて、電気機械の重量や全長を増すことな
しに、出力電圧自己立上りを行わせるために十分
な残留電圧を得るように、互いに大きな影響を及
ぼし合うことなしに共通の鉄心に２つの巻線が施
される。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する
に先立ち第１図を参照して従来の発電装置を説明
する。図示のブラシ無し発電装置はハウジング２
を含み、このハウジングには軸すなわち回転子４
の一端が適当な軸受６によりジヤーナル連結され
る。

主固定子１４と励磁巻線８が、圧入などのよう
な適当な手段により、ハウジング２の中に固定さ
れる。回転巻線１２が、圧入などによつて、軸４
に固定される。励磁機電機子１０が支持部材１５
を介して軸４に固定される。この支持部材１５は
電機子１０と複数の整流ダイオード１６とを支持
する。

永久磁石発電機（PMG）の固定子１７が、圧
入などにより、ハウジング２の中に適当に固定さ
れ、かつPMGの永久磁石１８に磁気結合され
る。永久磁石１８はカツプ部材２０などを介して
軸４に固定される。

この発電装置の出力は、適当な電源２１からの
直流電圧を電圧安定器２３を介して励磁巻線８へ
与えることによつて得られる。これに関連して、
電圧安定器２３はシリコン・パワートランジスタ
を用いる通常のものを用いることができることに
注意すべきである。

軸４が外部動力により回転させられると、励磁
機の電機子１０に磁束が誘導される。この磁束に
より電機子１０に交流電圧が誘起される。この交
流電圧はダイオード１６により整流されて直流と
なり、その直流は回転巻線１２へ与えられる。そ
うすると回転巻線１２は磁束を発生し、この磁束
は主固定子１４に交流電圧を誘起する。この交流
電圧はそのまま利用され、あるいはダイオード整
流器などにより整流されて装置をブラシ無し直流
機とする。

以上第１図を参照して行つた説明は本発明の諸
目的を説明するために必要な、従来のブラシ無し
発電装置とその励磁機についてのものであり、こ
れに類似するその他の構造のブラシ無し発電装置
も同様に本発明に用いることができることに注意
されたい。

十分な立上りを行わせるために、発電装置は励
磁巻線８へ電流を流し始めるのに十分な残留直流
電圧を発生せねばならない。そのためには、励磁
巻線を駆動する電圧安定器に用いられているパワ
ートランジスタと、主固定子に誘起された交流を
整流するダイオードとに固有の接合電圧降下分以
上の電圧を必要とする。

次に本発明の実施例を第２図〜第４図を参照し
て詳細に説明する。

本発明の装置は永久磁石発電機に励磁機の電機
子１０を組合わせて、励磁巻線の上に置かれる相
互信用をしないPMG巻線を得るための手段を提
供するものである。とくに、一方の巻線が他方の
巻線に大きな影響を及ぼすことなしに、２つの
別々の巻線が共通鉄心に巻かれる。

第２図を参照して、軸４とともに回転する励磁
機電機子支持部材１５は、（第２図には示されて
いない）励磁機電機子成層鉄心２２と回転整流器
（ダイオード）１６とを支持する。第４図にはダ
イオード１６は３個示されている。非磁性円板２
４を成層鉄心２２の後ろ、前または間に配置でき
る。第２図〜第４図に示す実施例では、非磁性円
板２４（これはステンレス鋼、インコネル、アル
ミニウムなどにより作ることができる）は成層鉄
心２２の（駆動端から離れて）後ろに配置されて
いることが示されている。

第３図に最もよく示されているように、複数の
永久磁石２６を受けるために円板２４には半径方
向に穴があけられる。永久磁石は圧縮・焼結され
たサマリウム・コバルトから作られた棒磁石を用
いることができる。永久磁石の材料と形状は上記
のものとは異なるものを用いることもできる。サ
マリウム・コバルト磁石を選択した理由は、その
単位質量当りのエネルギー積が他の良く知られて
いる磁石材料のいずれよりも高いことである。

永久磁石２６は発生される磁束の短絡を防ぐた
めに電機子成層鉄心２２から離して、円板２４の
穴の中に長手方向に入れられる。成層鉄心２２と
永久磁石２６とが離されている様子は第３図に最
もよく示されており、両者の間の間隙は参照番号
２８で示されている。

永久磁石の磁極数が励磁機の界磁郎極数の半分
であるように永久磁石は構成配置される。界磁磁
極の総数は４で割ることができなければならな
い。界磁磁極の配置を第４図に示す。成層鉄心の
磁極カバー３０が、同じ方向に整列させられてい
る各永久磁石群の外径をカバーして一様な磁界を
生じさせるとともに、高周波リツプルが励磁巻線
に誘起されることを防ぐ。励磁機電機子巻線の磁
気的短絡を防ぐために、磁極カバー３０には、成
層鉄心２２と同様に、適当なノツチが設けられ
る。

円板２４の外周はインコネル、ステンレス鋼な
どの非磁性体製の保持バンド３２により囲まれ
て、磁極カバー３０と永久磁石２６および励磁機
電機子巻線を構造的に保持するとともに、回転に
より生ずる遠心力に抗する張力を与える。鉄また
は鋼製のリング３４が円板２４の半径方向内側に
置かれて永久磁石の磁気回路を完結する。成層鉄
心２２と、永久磁石磁極カバー３０と、永久磁石
２６と、円板２４と、間隙２８と、リング３４と
の間の構造上の関係は第３図に最もよく示されて
いる。

励磁機の界磁（固定子）は従来の発電装置とし
て構成されている。励磁機の界磁巻線は複数の界
磁磁極４０の各磁極に隣り合う磁極における巻線
の向きが逆になるようにして巻かれて第４図に示
すように12極の界磁３６を構成する。始動用の永
久磁石発電機（PMG）の巻線３８も励磁機の界
磁磁極４０の対に、隣り合う磁極対においては巻
線の向きが逆となるようにして、巻かれて６極の
始動用固定子を構成する。これは、永久磁石２６
と磁極カバー３０とにより構成された回転子に対
し６極の電機子に対応する。

出力電圧立上りの前に、軸４が回転すると、励
磁機の電機子に付設の永久磁石磁極がPMG始動
巻線中に交流磁束を誘導する。そのために磁極対
の巻線数に依存する大きさの交流電圧が誘起され
る。この交流電圧は外部整流器（図示せず）によ
り整流されて、自己立上りに必要な直流となる。
この場合には永久磁石の１つの磁極が２個の励磁
機磁極を同時にカバーしており、生ずる電流は逆
向きで互いに打ち消し合うから、12極の励磁機巻
線に電圧は誘起されない。

この発電装置が正常に動作していると、励磁巻
線がそれに組合わされている電圧安定器によつて
励磁され、希望の出力電圧を発生するのに必要な
磁束を発生する。励磁電流により発生された磁界
はPMGにより発生された磁界よりもはるかに強
力であるが、始動巻線が各磁極でなくて磁極対毎
に前記したようにして巻かれているから、電流の
打ち消し合いによつて始動巻線には電圧は誘起さ
れない。そうすると、この強力な励磁機の磁束は
最終的には励磁機の電機子に付設の永久磁石を減
磁させることになると考えられようが、サマリウ
ム・コバルト磁石の高い保持力のためにそのよう
な減磁現象は起らない。

〔効果〕

本発明について行つた以上の説明から、永久磁
石発電機（PMG）を従来の発電装置の励磁機電
機子に組合わせて、励磁機の界磁巻線上に巻かれ
た相互作用しない永久磁石発電機巻線を構成する
ための手段が得られたことがわかるであろう。す
なわち、一方の巻線が他方の巻線に大きな影響を
及ぼすことなしに、２つの別々の巻線が共通の鉄
心に巻かれる。以上説明した発電装置により、機
械の全体の寸法を大きくすることなしに、発電装
置の出力電圧を自己立上りさせるために十分な電
圧が、全ての速度条件、全ての負荷条件および全
ての温度条件の下で得られる。本発明の発電装置
の構造はその出力に関係しないから、本発明は任
意のブラシ無し交流または直流発電装置に等しく
応用できることに注意されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は別に永久磁石発電機を含むブラシ無し
発電機の励磁機の部品を全体として示す断面図、
第２図は本発明の励磁装置に含まれる部品の構造
的な関係を示す概略断面図、第３図は第２図に示
す励磁装置に含まれるある部品の構造的な関係を
示す拡大断面図、第４図は第２図の端部図であ
る。 ８……励磁巻線、１０……励磁機の電機子、２
２……成層鉄心、２４……非磁性円板、２６……
永久磁石、３０……磁極カバー、３４……磁性リ
ング、３６……励磁機界磁巻線、３８……固定子
巻線、４０……励磁機の界磁磁極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジングと、このハウジングにジヤーナル
   連結される回転部材と、ハウジングの内部に固定
   される主固定子および励磁機界磁と、回転部材と
   ともに回転するように回転部材に固定され、主固
   定子に関連させられる回転界磁と、回転部材とと
   もに回転するように回転部材に固定され、励磁機
   界磁に関連させられる励磁機電機子と、回転部材
   が回転した時に励磁機電機子に電圧が発生される
   ように励磁機界磁を励磁するための要素と、自己
   立上り特性を発揮するために設けられた永久磁石
   発電機とを備え、前記励磁機界磁は複数の磁極
   と、それらの磁極に巻かれた巻線とを有し、前記
   励磁機電機子は成層鉄心を含み、回転界磁は励磁
   機電機子に生じた電圧に応じて主固定子に電圧を
   発生する、自己立上り特性を有するブラシ無し発
   電装置において、前記永久磁石発電機２４，２
   ６，２８は、励磁機磁極４０対に隣り合う巻線が
   異なる向きに巻かれる固定子巻線３８と、励磁機
   電機子１０の成層鉄心２２に関連する非磁性円板
   ２４とこの非磁性円板により保持される複数の永
   久磁石２６とから作られる回転子２４，２６とを
   備え、励磁機界磁巻線３６は引き続く励磁機磁極
   ４０に隣り合う巻線が異なる向きに巻かれ、前記
   固定子巻線３８は励磁機界磁巻線３６と相互作用
   しない始動巻線を構成し、前記回転子２４，２６
   は励磁機界磁と相互作用して磁気回路を構成する
   ことを特徴とする自己立上り特性を備えた電力発
   電装置。 ２ 特許請求の範囲の第１項に記載の発電装置に
   おいて、複数の永久磁石２６が非磁性円板２４に
   半径方向に配置され、この非磁性円板２４は励磁
   機電機子１０の成層鉄心２２の後ろに、すなわ
   ち、駆動端から離れた所に配置され、非磁性円板
   ２４に半径方向に配置されている前記永久磁石２
   ６は前記成層鉄心２２とは隔てられた関係にあ
   り、それにより磁気回路の短絡を防ぐことを特徴
   とする発電装置。 ３ 特許請求の範囲の第２項に記載の発電装置に
   おいて、永久磁石の磁極の数が励磁機の磁極４０
   の数の半分であり、励磁機の磁極４０の数を４で
   割ることができるように、永久磁石２６が配置さ
   れることを特徴とする発電装置。 ４ 特許請求の範囲の第３項に記載の発電装置に
   おいて、永久磁石２６は群にまとめられて１つお
   きに異なる向きに整列させられ、同じ向きに整列
   されている各永久磁石群の上に配置されて一様な
   磁界を形成するとともに、励磁機界磁中に高周波
   リツプルが誘起されることを防ぐ複数の磁極カバ
   ー３０が設けられることを特徴とする発電装置。 ５ 特許請求の範囲の第４項に記載の発電装置に
   おいて、磁気回路を完結するために非磁性円板２
   ４に組合わされる磁気リング３４が設けられるこ
   とを特徴とする発電装置。