JPS6231353A - ２出力式誘導子形ブラシレス発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は２種の異周波電力を同時に発生し冑る２出力式
誘導子形ブラシレス発電曙に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

野外の建設工事現場などにおいては、使用される電気機
器の種類に応じて、しばしば同時に異周波電力が必要と
される。たとえば、照明やグラインダー、水中ポンプ等
の電源としては商用周波電力が必要とされ、コンクリー
ト破砕機や溶接機等の電源としてはより高い周波数の電
力が要求される。このような異周波電力を別個の専用発
電様、たとえばエンジン発電機によって得ることはもち
ろん可能である。しかし、この専用発電線方式には全体
として大形で型組も重く、一般にそれぞれの利用率も低
いので、可搬性を要求される野外用としては適当でない
。

そこでこのような不都合を回避するために２種の異周波
電力を発生し得る発電様が提案されている。特開昭５８
−５３３７３号公報および特開昭６０−９３５４号公報
に記載されている発電機がそれである。

特開昭５８−５３３７３号公報の発電機においては、界
磁極を主磁極と制御極とに分け、制御極上の制御界磁巻
線を主磁極上の主界磁巻線に対して和動に結線するか差
動に結線するかに従って、２極発電機として商用周波電
力（たとえば５０Ｈｚ）を発生ずるか６極発電機として
３倍周波（たとえば１５０１１ｚ）ｉ力を発生すること
ができるように構成されている。この発電機は、主界磁
巻線に対でる制御界磁巻線の極性を切換えることにより
、いずれか一種の周波数の電力を選択的に出力するもの
であり、画周波電力を同時に取出寸ことはできない。

特開昭６０−９３５４号公報の発電機は公知の単鉄心誘
導子形発電機の固定子側に配置されている界磁巻線を回
転子側の誘導子部に巻装し、固定子側に巻装されて低周
波電機子巻線と高周波電機子巻線とから２種の六層波（
たとえば５０Ｈｚと３５０１Ｉｚの）出力電圧を取出し
得るようにしたものである。しかし、この発電機の低周
波電圧は同公報の第５図に示されているように比較的大
きな高周波リップルを含んだ歪波形を呈しており、交流
発電機として好ましいものではない。

ざらに上述の両売電機は回転子側の界磁巻線に固定子側
から界磁電流を供給するためにスリップリングおよびブ
ラシからなる集電部を設けなければならないという共通
の欠点を持っている。いうまでｂなく、この種の集電部
は摩耗や故障を生ずるので、しばしば保守・点検の作業
を必要とするが、それは特に現場作業用機器においては
好ましくないことであり、ブラシレス化が強く要望され
るところである。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事情を考慮してなされたちので、２種の
異周波電力を同時に取出し得る、小形でブラシレスの発
電機を提供することを目的とするものである。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために本発明は、固定子側に構成さ
れた電機子鉄心と、回転子側に構成された凸極界磁鉄心
とを備え、前記電機子鉄心には基本波出力を取出すため
の第１の電機子巻線と特定の高調波出力を取出寸ための
第２の電橢子巻線とが巻装されると共に鉄心内周の一部
に誘導子歯が形成され、前記凸極界磁鉄心には、主磁束
発生用界磁巻線が巻装されると共に、磁極頭面に特定の
高調波を強調するための軸方向に走る凹部と前記誘導子
歯に対応するスロットが形成され、このスロットには励
ｔａ巻線が巻装され、前記励磁巻線から整流器を介して
前記界磁巻線に界１１電流を供給するようにしたことを
特徴とする２出力式誘導子形ブラシレス発電磯を提供す
るものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すものである。

この実施例は基本周波電圧発生のための極数が２極であ
る場合のものであって、回転界磁形に構成され、固定子
側に電機子鉄心１を、また回転子側に凸極界磁鉄心２を
備えている。電機子鉄心１には基本周波電力発生用の第
１の電機子巻線３と、第３高調波電力発生用の第２の電
機子巻線４ａ。

４ｂ、４Ｇ（１相分のみ表示）とが巻装されている。第
１の電機子巻線３は巻線ピッチをフルピッチとし、第２
の電機子巻線４ａ、４ｂ、４ｃは巻線ピッチを約１／３
ピツチにし、第３高調波に対する巻線係数をフルピッチ
とすれば、この実施例で意図する第３高調波電力のみを
効率的に取出すことができる。界磁鉄心２は軸９上に構
成されており、界磁巻線５を巻装している。また界磁鉄
心２の各磁極頭には周方向中央部に軸方向に走る磁極面
側に開口する凹部８ａ、　８ｂが形成されている。この
凹部８ａ、８ｂは後述するように第３高調波を積極的に
利用するために、より多くの第３高調波を生じさせるた
めの手段として設けられているものである。さらに電機
子１の内周遊び部分を利用して小ピツチの誘導子歯７を
形成すると共に、これに対応する対向スロットを界磁鉄
心２の磁極頭部に形成し、同スロットに励磁巻線６を巻
装している。凹部８ａ、８ｂには、励磁巻線６の交流出
力を整流して界磁巻線５に直流界磁電流を供給するため
の整流器１５が非磁性体製、たとえば黄銅製の取付板１
７を介して配設されている。

取付板１７には、第２図に示寸ように整流器１５のほか
に、必要に応じて設けられるサージアブソーバ１８など
も取付けて電気部品ユニット１６として構成しておく。

この電気部品ユニット１６を凹部８ａ、８ｂに配置する
場合、電気部品ユニット１６に軸方向の力が加わること
はほとんどなく、主として、回転に伴う遠心力を考慮し
て配設すればよく、図示のごとく整流器１５を内周側に
し、取付板１７を界磁鉄心２に形成した圧入部に圧入す
る程度で実用上十分である。このように、ユニット１６
を凹部８ａ、ａｂに配置することにより電機の軸方向寸
法を大ぎくしたりすることなく構成できる。

第３図は、第１図の発電機における各種巻線等の結線構
成を示すものである。固定子側においては、電機子鉄心
１に巻装された第１の電機子巻線３が第１の出力端子Ｕ
、■に接続され、第２の電機子巻線４（第１図における
電芸子巻線４ａ。

４ｂ、４Ｇの総称）が整流器１０および平滑リアクトル
１１を介して第２の出力端子Ｐ、Ｎに接続されている。

回転子側においては、界磁鉄心２に巻装された励磁巻線
６が整流器１５の交流入力端子に接続され、界磁巻線５
が同整流器１５の直流出力端子に接続されている。第２
図に示したサージアブソーバ１８は、電機子巻線３，４
に接続される０荷の鴻所時などに界１ａ巻線５に過渡的
に誘起する過電圧から整流器１５を保護するために、界
磁巻線５に並列に接続される。なお、発電機始動に際し
て自励による初期電圧確立のための十分な残留磁束が得
られないときのために、出力端子Ｕ、Ｖ間に、直流電源
１２、押しボタンスイッチ１３、および限流抵抗１４か
らなる初期励磁回路を接続しておけば、十分な残留磁束
が無いときでも電圧を確立させることができる。

以上のように構成された発電機を定格速度で駆動すると
界磁鉄心２の磁極が電機子鉄心１の誘導子ｍ７の部分を
通過するとき、界磁鉄心２の残留磁束に基づいて生ずる
励磁巻線６の鎖交磁束に変化を生じ、その磁束変化によ
り励磁巻線６にわずかな電圧が誘導される。この誘導電
圧は整流器１５により直流に変換され、界磁巻線５に界
磁電流を供給させる。この界磁電流により界磁鉄心２の
界磁磁束が少し強められ、これが原因となって励磁巻線
６の誘起電圧が増大し、以下、周知の自動立上がり過程
を経て電機子巻線３．４の誘起電圧も漸増し、所定の電
圧が確立する。始動時に十分な残留磁束が得られない場
合は押しボタンスイッチ１３を暫時間じることにより電
機子巻線３を直流励磁し、固定子側から初期磁束を供給
してやればよい。

この発電機は、第４図に主磁束φ。とじて示すにうにへ
点で示す無負荷時に磁気回路が十分飽和するように設計
され、そのため励磁巻線６に鎖交する磁束φ５の変化分
（１なわち電圧発生に寄与する有効分）φ６は第５図に
φ１で示すように相対的に小さい値となっている。負荷
を増やして行くと、第６図に示すように電機子反作用磁
束φ８が主磁束φ。と差動に発生し、そのため励磁巻線
６の鎖交磁束φ５が第５図に変化０幅φ２で示ずように
磁気飽和の影響が軽減されるため極大ｒｆｉ　（飽和値
）が少ししか減少しないのに極小値が相対的に大きく低
下し、その結果φ２〉φ１となる。これにより励磁巻線
６の誘起電圧は第４図のＢ点の磁束変化分の値φ２に相
当する電圧値に上昇し、界磁巻線５に流す界磁電流を増
大さけ、電機子巻線３．４の端子電圧を負荷にかかわり
なく一定に保つように作用する。

すでに述べたように第２の電機子巻線４は第３高調波電
力を積極的に取出すための巻線である。

界磁鉄心２に設けた凹部８ａ、８ｂは第３高調波成分を
積極的に大きくするための手段として設りられている。

凹部８ａ、８ｂを設けていない通當の発電機の場合の空
隙磁束の第３高調波成分を第７図に実線で示す基本波７
０に対して破線７３のようであるとすると、本発明に従
って凹部８ａ。

８ｂを設けることにより実線７２で示すように第３高調
波酸分が増大する。一方、電機子巻線４８〜４Ｃの巻線
ピッチを約１／３とし、第３高調波に対する巻線係数を
フルピッチとすることにより第３高調波電力を効果的に
取出すことができる訳である。なお、その場合、第３高
調波の影響により主磁束φ。が破線７１で示すように多
少歪むことになるが、電機子巻線３の誘起電圧波形はそ
の巻線係数の選び方により相当程度まで改善することが
できる。

次に、発電機をエンジンで駆動するとして、その負荷特
性について言及する。エンジンの出力Ｐに対する速度Ｎ
の特性は第８図に破線曲線８１で示すＪ：うに若干の垂
下特性傾向をもちながらもほぼ定速特性であるが、強い
て言えば軽負荷時づ゛なわら低出力域で比較的大ぎく変
化する。そこで、無負荷時に最大出力（たとえば定格出
力の１．２倍）時の励磁電流を流すようにすれば、発電
機が無負荷時でもエンジンは軽負荷を負っている状態と
なって無負荷回転速度がＮ。からΔＮだけ低下してＮａ
になり、実質的な速度特性を実線曲線８２で示すように
し、速度変動幅をＮ１からＮ２（Ｎ２　＜Ｎ１）へとよ
り小さな値に抑え、結果的に総合電圧変動率を小さくす
ることができる。

電機子巻線３から導出された出力端子Ｕ、■には商用周
波負荷、たとえばランプやグラインダー、ポンプなどを
接続し、電機子巻線４から導出された出力端子Ｐ、Ｎに
は溶接ケーブルを接続して、両者を同時に用いることが
できる。なお、電機子巻線４の高周波出力はこれを整流
せずに直接、たとえばコンクリート破砕機を駆動するた
めの電源として用いることもできる。画周波電力は合み
１出力が所定値以内であればよく、その分担比が制限さ
れることはない。

上述の実施例では２極機の場合について説明したが、本
発明はそれに限られることはなく、４極以上の極数を有
するものにも適用可能である。さらに高調波電圧も第３
高調波に限られることはなく、第２の電機子巻線の巻線
ピッチを１１５゜１／７・・・などとすることにより第
５．第７・・・高調波電力を取出すようにすることもで
きる。また、第１の電機子巻線を単相以外に構成し得る
ことはもちろんである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、固定電機子側に基本
波出力を取出すための第１の電機子巻線と高調波出力を
取出すための第２の電機子巻線と誘導子歯とを設け、回
転界磁極類には界磁巻線のほかに高調波強調用の凹部を
設けると共に前記誘導子歯と協働して励磁出力を得るた
めの励磁巻線を設け、この励磁巻線から回転子に組込ん
だ整流器を介して集電機構なしに界磁巻線に界磁電流を
供給することにより、異周波電ノｊを同時に、かつ小さ
な電圧変動率のｂとで取出すことの可能な小形の２出力
式誘導子形ブラシレス発電機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す横断面図、第２図は第
１図における電気部品ユニツ１〜の平面図、第３図は第
１図の発電機の開巻線の結線図、第４図は同発電機の界
磁巻線および励磁巻線の磁気特性図、第５図は励磁巻線
に作用する磁束の説明図、第６図は励磁巻線に対する電
機子反作用磁束の説明図、第７図は本発明の一実施例に
おける基本波と高調波の関係を示す説明図、第８図はエ
ンジン駆動の場合の出力対速度特性図である。 １・・・電機子鉄心、２・・・凸極界磁鉄心、３・・・
第１の電機子巻線、４　：４ａ、４ｂ、４ｃ・・・第２
の電機子巻線、５・・・界磁巻線、６・・・励磁巻線、
７・・・誘導子歯、８ａ、８ｂ・・・凹部、１５・・・
整流器。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第１図 第６図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 固定子側に構成された電機子鉄心と、回転子側に構成さ
   れた凸極界磁鉄心とを備え、 前記電機子鉄心には基本波出力を取出すための第１の電
   機子巻線と特定の高調波出力を取出すための第２の電機
   子巻線とが巻装されると共に鉄心内周の一部に誘導子歯
   が形成され、 前記凸極界磁鉄心には、主磁束発生用界磁巻線が巻装さ
   れると共に、磁極頭面に前記特定の高調波を強調するた
   めの軸方向に走る凹部と前記誘導子歯に対応するスロッ
   トが形成され、このスロットには励磁巻線が巻装され、 前記励磁巻線から整流器を介して前記界磁巻線に界磁電
   流を供給するようにしたことを特徴とする２出力式誘導
   子形ブラシレス発電機。