JPS6277818A - ブラシレス交流発電機 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、交流励磁機の電機子出力を回転整流装置によ
り整流して交流発電機の界磁巻線に加えて励磁するブラ
シレス交流発電機°の界磁回路の地絡故障、界磁電圧、
界磁電流、界磁巻線平均温度等の諸量を非接触で検出す
るブラシレス交流発電機の非接触検出装置の改良に関す
るものである。

〔発明の技術的背景〕

一般にブラシを介して主機界磁巻線を直流励磁する交流
発電機の界磁回路の諸量を検出することは、ブラシを介
して固定子−側にて行なうことが容易である。ブラシレ
ス交流発電機の界磁回路の諸量を完全に非接触で検出す
るということは困難であり、結局補助ブラシを設けたり
、製造メーカ工場試運転時に一時的に試験用ブラシや計
測用スリップリングを用いて諸量検出を行なわざるを得
ない。このためにこの種の交流発電機の諸量を非接触に
て検出できる装置の開発が強く望まれており、このよう
なことから本出願人は交流発電機の非接触検出装置を先
に出願（特願昭５６−２２７６７号）した。

以下これについて第３図を参照して説明する。

図において三相交流発電機（同期発電機）は固定子１と
回転子２を備え、この回転子２は交流励磁機界磁巻線３
を直流励磁することにより、三相交流を誘起する交流励
磁機電機予巻ｍ４の出力を回転整流袋Ｅ５を介して直流
に交換し、交流発電機界磁巻線（以下界磁巻線と称す）
６に直流励磁電流を供給するブラシレス励磁方式をとっ
ている。

この界磁回路とは別に回転子２には、交流励磁機電機子
補助巻線７の出力を電源制御回路８に接続し、この電源
制御回路８の一出力である界磁回路地絡検出用直流出力
の負側を図示Ｅ点で回転子本体に接続し正極側は検出励
磁巻線９ａを介して前記界磁直流回路の負側に接続して
いる。又電源制御回路８の他の出力は界磁電流電圧検出
用の電圧−周波数変換装置ＩＯに接続して電源を供給し
ている。

前記電圧−周波数変換装置１０は前記界磁直流回路に設
けられた分流抵抗１１に生じる電圧が入力されこれを周
波数に変換した後、電流検出励磁巻線１２ａ及び電圧検
出励磁巻線１３ａに出力している。

前記電源制御回路８に電源を供給する交流励磁機電機子
補助巻線７は、交流励磁機電機子巻線４と同一スロット
内に少なくとも１相分の巻線を巻装したもので交流励磁
巻線３を直流励磁し回転子本体２が回転することにより
ブラシレスで電力供給することができる。又、電源制御
回路８は固定側に設けられた励磁巻線１４ａ及び信号巻
線１４ｂには、パルス信号が入力され、且つこの信号に
より界磁回路地絡検出用回路の開閉を行っている。前記
励磁巻線１４ａは直流電源装置１５より必要に応じて励
磁電流が供給される。前記検出励磁巻線９ａと磁気的結
合が可能なように固定子側には、地絡検出巻線９ｂが設
けられ電磁石を構成した検出励磁巻線９ａより速度起電
力を誘起せしめる構成となっている。

地絡検出巻線９ｂは増幅信号整形回路１Ｂを介して集中
制御・表示装置１７に接続されている。前記電流検出励
磁巻線１２ａ　、電圧検出励磁巻線１３ａは回転変圧器
の１次巻線、すなわち回転子巻線をそれぞれ構成し、両
巻線とそれぞれ磁気的結合が可能な様に固定子側には電
流検出巻線１２１）と電圧検出巻線１３ｂが設けられ、
前記電圧−周波数変換装置ｌＯによる比較的高い周波数
のパルス並み信号を固定子側に誘導する構造となってい
る。前記電流検出巻線１２ｂおよび電圧検出巻線１３ｂ
の出力が、パルス増幅器１８を介して電圧・電流パルス
信号処理回路１９に入力され、ここで電圧および電流に
比例したパルス信号により電圧値、電流値、抵抗値、す
なわち平均温度上昇値を得、これを前記集中制御・表示
装置１７に与えて表示するように構成されている。

以上述べた従来例によればブラシレス交流発電機の界磁
回路の地絡故障を非接触にて検出できるとともに、界磁
回路に地絡故障検出のための高い電圧印加を要せず、さ
らに必要な時のみ地絡故障検出を行え、さらに界磁電圧
・電流及び界磁巻線温度を常時検出・測定監視できる。

〔背景技術の問題点〕

ところが、検出回路例えば電源制御回路８の素子が短絡
することがあり、これにより交流励磁機電機子補助巻線
７が焼損し、交流励磁機に影響をお回路の事故には何隻
影響を受けることなく、交流励磁機を運転が可能で、し
かも既設のブラシレス励磁回転電機にも適用でき、諸量
の検出が非接触で検出でき、検出精度が高く、信頼性の
高い交流機の電気量非接触検出装置を提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

本発明は前記目的を達成するために、固定子と回転子か
らなる交流発電機およびこの交流発電機に連結した交流
励磁機と回転整流装置を備えるブラシレス交流発電機に
おいて、前記交流発電機の回転子軸端部に設けられた高
性能希土類永久磁石を用いたアウターロータ方式の発電
機と、このアウターロータ方式の発電機の電機子出力を
電源とし前記交流発電機の界磁回路の地絡故障検出信号
。

界磁電圧、界磁電流等の諸量をアナログ−デジタル変換
するデジタル信号処理回路と、このデジタル信号処理回
路の出力を光信号に変換する電気−光信号変換器と、こ
の電気−光信号変換器の出力を前記同期機回転子軸中心
部の端部に導く光ファイバと、この光ファイバからの光
信号を電気信号に変換する光−電気信号変換器と、この
光−電気信号変換器の出力を入力し、前記地絡故障検出
信号、界磁電圧、界磁電流等の諸量を再生し、表示する
装置とからなるものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例について第１図及び′ＴＳ２図を
参照して説明する。第１図においてブラシレス交流発電
機（同期発電機）は主として固定子１と回転子２からな
り、この回転子２には例えば三相交流励磁機を直結し、
この交流励磁機は固定側に交流励磁機界磁巻線３を備え
、回転側に交流励磁機電機子巻線４を備えている。この
ため、前記電機子巻線４に誘起される交流出力は回転整
流装置５により直流に変換され、これが交流発電機界磁
巻線６に供給されるように成っている。

前記交流発電機界磁巻線６、回転整流装置５、交流励磁
機電機子巻線３からなる主界磁回路とは別に回転子２に
は、第２図に示す様に、その軸端部内に高性能希土類永
久磁石発電機２０が設けられている。この永久磁石発電
機２０は前記回転子２の端゛部内に嵌合された電機子２
１が永久磁石発電機２０の回転子を構成し、それと磁気
的結合が可能な様に内径側に永久磁石界磁を有する固定
子２２が、回転子２の外側より支承される構造をとなっ
ている。

またその中心部には固定側に信号を導くための光フアイ
バケーブル２８ａが配置され、回転側に設けられた光フ
アイバケーブル２３ｂと光学的結合が可能なようになっ
ている。

前記永久磁石発電機２０の固定子２２の永久磁石界磁と
しては高性能希土類永久磁石例えばサマリウムコバルト
永久磁石を複数個備え、これは界磁ヨーク２２Ｙにて円
周上に等間隔に配置固定されている。また前記電機子２
１は少なくともｌ相分の巻線（図では３相巻線が一組、
単相巻線が一組となっている）を有している。前記電機
子２１の出力の一組は整流回路２９に接続されて直流に
交換された後、直流正側出力を図示Ｅ点で回転子本体に
接続し、直流負側は地絡検出器２４を介して前記界磁回
路の負側に接続されている。前記地絡検出器２４は地絡
電流（数７１１．Ａ）が流れることによりデジタル信号
処理回路２５に地絡電流に比例したアナログ信号を出力
する。またこのデジタル信号処理回路２５には界磁電流
検出の為に設けられた分流抵抗２６の電圧出力を電圧拳
インピーダンス、等の前段処理回路２７ａを介して接続
されている。同様に界磁電圧検出用に前記主界磁回路の
電圧Ｖｆを前段処理回路２７Ｖを介して接続している。

前記デジタル信号処理回路２５は前記電機子２１より電
源が供給され、入力された諸量に比例したアナログ信号
を分別、アナログ／デジタル変換し、電気−光信号変換
器２８を介し光フアイバケーブル２３ｂを経由して、こ
れと光学的結合が可能な様に配置された受信側光フアイ
バケーブル２３ｂに光信号を非接触で伝送し、この信号
を光−電気信号変換器３０を介して電気信号とし演算・
表示装置３１に与えて、もとの地絡電流、界磁電流、電
圧値に再生し、かつ界磁電流。

電圧値より抵抗法を用いて界磁巻線平均温度を算出し、
総合的に表示・処理、または他の制御装置とインターフ
ェイスが可能な構成となっている。

次に以上述べた本発明の実施例の作用について説明する
。まず主界磁回路の地絡故障の検出について説明する。

いま、第１図において主界磁回路の正側における図示Ａ
点にて回転子本体に地絡状態を生じたとする。この場合
永久磁石発電機２０の電機子２１に誘起された交流電圧
は整流回路２９によって直流変換され、地絡検出用電圧
Ｖｄを確保する。この地絡検出用型−圧Ｖｄは界磁電圧
ｖｒに直列に加わり、Ａ点？−Ｅ点−整流回路２９−地
絡検出器２４−発電機界磁巻線Ｂの回路に地絡電流が流
れ、地絡検出器２４が直流励磁され、ホールＣＴ作用に
よってデジタル信号処理回路２５に送る信号が作られる
。そしてデジタル信号処理回路２５内にて他の信号との
時系列的順番を持ち、アナログーデジタル変換され夫々
の処理を経て電気−光信号変換器２８にて光デジタル信
号化され光フアイバケーブル２３ｂを経由して回転子２
の軸端中心部に端面を出す。これに対向するように永久
磁石発電機２０の固定子２２の永久磁石界磁の界磁ヨー
ク２２ｙの中心部に設けられた受信側光フアイバケーブ
ル２１ａに光伝達され光−電気信号変換器３０を介して
電気デジ゛　タル信号とされ演算・表示装置３１にて各
種換算・演算され地絡電流値を表示する。この時に界磁
電圧Ｖｆ　　（検出測定値）、界磁抵抗Ｒｆ’　　（検
出演算値）、検出回路抵抗値（計算値）、地絡検出用電
圧Ｖａ　　（計算値）が判っているために、おおよその
地絡故障ポイントが推定可能である。

次に第１図の主界磁回路の負側におけるＢ点で地絡した
場合について説明する。Ｂ点で地絡した場合は、Ａ点地
絡と異なって回転整流装置５に界磁電圧ｖｒが加わらな
いので、地絡検出用電圧ＶｄのみがＢ点→Ｅ点→整流回
路２９−地絡検出器２４を結ぶ回路に地絡電流を流し地
絡検出器２４に作用させＡ点における地絡故障と同様、
非接触で地絡故障を検出できる。このようにして、地絡
故障検出を検出盲点無く、完全に非接触で検出でき且つ
、高信頼性の装置が実現可能である。

次に界磁電流と電圧検出について作用を説明する。主界
磁回路内に直列に分流抵抗２Ｂを設けその端子間電圧を
電圧中インピーダンス調整等の前段処理回路２７ａに接
続している。電圧検出も同様に界磁電圧信号を前段処理
回路２７ｖに接続している。

この前段処理回路２７ａ　、　２７ｖは入力される諸電
気童を主回路と検出回路との絶縁・インピーダンス調整
、デジタル信号処理回路２５の入力部との電圧レベル調
整を行なう回路であり、どの様な諸量でもこの回路にて
処理することにより非接触検出を可能とするものである
例えば局所的温度を検出するのに用いる熱電対等の信号
も可能となるわけである。前段処理回路２７ａ　、　２
７ｖを出た信号は地絡故障検出と同様に順次アナログ／
デジタル変換され固定側にデジタル信号にて伝達されて
行くのである。また演算・表示装置３１にて界磁電圧・
電流値をもとに抵抗法により界磁巻線平均温度を得るよ
うになっており常時界磁電流・電圧の検出・測定が可能
である。表示装置としてはデジタルディスプレイ装置や
プリンター、各種記録装置等色々と考えられる。

以上述べた本発明の実施例によれば次のような効果が得
られる。

■永久磁石界磁を固定子側に用いアウタロータ方式とし
ているので、インナーロータ方式に比べてすぐれている
。すなわち、永久磁石を回転軸に取付る際にその取付が
きわめて容易で、遠心力の影響（飛散防止）を考える必
要がなく、構造が簡単である。回転側の遠心力の作用す
る方向が中心方向にあるので、巻線側のくさびの強度が
小さくてすみ、コイルエンドの補強も容易で巻線の絶縁
も簡単である。

■またアウターロータ方式であるので、インナーロータ
方式に比べてスロット面積を大きくでき、これによりコ
イルの本数を多くとることができ、従って電気装荷（ア
ンペアターン）を大きくできる。一方磁気装荷（回転電
機のギャップにおける磁束密度をいう）に関しては高性
能な希土類永久磁石を用いているので、磁気装荷を大き
くできる。

このようなことから全体として小形化が図れる。

■永久磁石発電機２０の回転子（電機子）２１は、通常
の巻線を有する回転子のような温度上昇はない。この理
由は電機子側に鉄損、銅損、漂遊負荷損が生じないから
である。

■ブラシレス界磁回路の地絡故障を非接触にて検出でき
るとともに、主界磁回路に地絡故障検出のための高い電
圧印加を必要とせず、その電圧を供給する電源は高性能
永久磁石界磁を用いた発電機の為に小形で任意の電圧を
選定でき、減磁耐量が大きいため発電機自身の分解組立
てが簡便で構造も簡単となる。　　　− ■高信頼性、高精度に界磁電圧、界磁電流及び界磁巻線
平均温度を常時検出、測定監視できブラシレス同期機の
大容量化、高信頼性化、保守運転制御軽便化が可能とな
る。

■光ファイバ２３ａ　、　２３ｂを軸中心部を配設した
ので必ず光学的結合が得られ、信号伝達手段とじて簡単
な構造が可能となる。

尚、本発明は前記し、かつ図面に示した実施例のみに限
定されるものではなく、その要旨を変更しないで範囲で
種々変形して実施できることは勿論であり、特に第１図
のデジタル信号処理回路２５とその前段処理回路２７ａ
　、　２７ｖの検出点数、検出速度は適当なる回路、素
子を選定し光伝送方式を多重化やパラレル信号化すれば
任意に選択出来、検出する諸量も例にて示したもののみ
でなく、軸トルク、応力、加速度、温度、回転整流機の
ヒユーズ溶断信号等広範囲におよぶものである。

〔発明の効果〕　　− 以上述べた本発明によれば、検出回路の事故には何ら影
響を受けることなく、交流励磁機の運転が可能で、しか
も既設のブラシレス励磁回転電機にも適用でき、電気諸
量を非接触で検出でき、検出精度が高く、信頼性の高い
交流機の電気量非接触検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による交流機の電気量非接触検出装置の
一実施例を示すブロック図、第２図は第１図の永久磁石
発電機部の断面図、第３図は従来の交流機の電気量非接
触検出装置の一例を示すブロック図である。 １・・・交流発電機の固定子、２・・・交流発電機の回
転子、３・・・交流励磁機界磁巻線、４・・・交流励磁
機電機子巻線、５・・・回転整流装置、６・・・交流発
電機界磁巻線、２０・・・高性能永久磁石発電機、２１
・・・高性能永久磁石発電機の電機子、２２・・・高性
能永久磁石発電機の固定子、２３ａ　、　２３ｂ・・・
光フアイバケーブル、２４・・・地絡検出器、２５・・
・デジタル信号処理回路、２ト・・分流抵抗、２７ａ　
、　２７ｖ・・・前段処理回路、２８・・・電気−光信
号変換器、２９・・・整流回路、３０・・・光−電気信
号変換器、３１・・・演算・表示装置。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定子と回転子からなる交流発電機およびこの交流発電
   機に連結した交流励磁機と回転整流装置を備えるブラシ
   レス交流発電機において、前記交流発電機の回転子軸端
   部に設けられた高性能希土類永久磁石を用いたアウター
   ロータ方式の発電機と、このアウターロータ方式の発電
   機の電機子出力を電源とし前記交流発電機の界磁回路の
   地絡故障検出信号、界磁電圧、界磁電流等の諸量をアナ
   ログ−デジタル変換するデジタル信号処理回路と、この
   デジタル信号処理回路の出力を光信号に変換する電気−
   光信号変換器と、この電気−光信号変換器の出力を前記
   同期機回転子軸中心部の端部に導く光ファイバと、この
   光ファイバからの光信号を電気信号に変換する光−電気
   信号変換器と、この光−電気信号変換器の出力を入力し
   、前記地絡故障検出信号、界磁電圧、界磁電流等の諸量
   を再生し、表示する装置とからなるブラシレス交流発電
   機の非接触検出装置。