JPS631354A - 同期発電機 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、互いに所定の角度だけ相対的にずらされた少
なくとも２つの信号巻線を備えた信号コイルと、励振巻
線を備え信号コイルと同軸上にある励振コイルと、少な
くとも１つのコイルに固定された透磁性材料からなるコ
アを含んだステータ、および回転軸に対して非対称であ
るような透磁性材料からできたロータを含む同期発電機
に関するものである。

従来技術 一米国特許第２７０４３５３号で明らかにされたこの型
の同期発電機は、ステータが環状のコアの回りに巻かれ
た三相系を形成する３つのタップを持つようなトロイダ
ル巻の外部巻線から構成されている。励振コイルは空心
のコイルで、真円筒形の巻線を有し、前記信号巻線の中
心に設けられている。このようなコイルの配置の内部に
軟鉄製の傾いた円板が、磁気コンパスの軸に対して回転
するように支持されている。軟鉄円板がない場合には、
理論的に、信号コイルの巻線と磁力線が互いに直交して
いるため交流を供給された励振コイルからは信号コイル
に電圧は誘起されない。しかし、傾斜した円板の位置に
関連して、相互誘導係数は場所によって０以外の値を取
り、従って三相系の出力には３つの交流電圧が起こり、
この場合は同期の指示器として提供される。

ロータの各回転角は西独公開特許出願式３４３２３９５
号に示されているように、出力電圧からもまた計算され
るが、これは励振コイルを持ったロータを有する同期発
電器に関するものである。

発明が解決しようとする問題点 上記のように励振用巻線を備えたロータを有する他の解
決策と比べると、この公知の同期発電器はロータが簡単
で軽量で慣性も小さいという利点を含んでいるが、トロ
イダル巻線を持った円環コアを用いるので、製造コスト
力（＋１６くなる。更に、２つのコイルの間の局部的な
結合は弱いので、・十分大きな出力信号を得るためには
比較的大きな励振電力を必要とする。

本発明の目的は、一方で簡単で安価に製作でき、他方で
高い分解能と再現性を達成するために必要な精密さを持
つ同期発電機を提供することにある。

問題点を解決するための手段 すなわち本発明は、互いに所定の角度だけずらされた少
なくとも２つの信号巻線を備えｈ信号コイルと、信号コ
イルと同軸上にある励振巻線を持つ励振コイルと、透磁
性材料からなり少なくとも一つのコイルに固定されたコ
アを含むステータ、および透磁性材料から成り回転軸に
対し非対称であるようなロータ（２）を有する同期発電
機により本目的を達成する。

一方では構造が簡単で安価に製作でき、他方では高い分
解能と再現性を実現するための精度が得られる同期発電
機を提供するため、信号コイル（５）は傾斜して巻いた
巻線を有する円筒形のコイルであり、励振コイル（４）
は直線的な巻線を有する円筒形のコイルで、透磁性材料
からなる略円筒形の外殻（７）はコイル（４，５）に固
定され、ロータ（２）は、透磁性材料からなる少なくと
も一対の正対する透磁性部品（１４，１５）を有する。

この発電機は発明に従えば信号コイルは傾斜して巻かれ
た円筒形のコイル、励振′コイルは直線的に巻かれた円
筒形のコイルで、透磁性の材料からできた丈夫な円筒形
の外殻はコイルに固定され、ロータは透磁性材料からで
きた正対する一対の透磁性部品から成っている。

この発明に従って同期発電機を設計する際には、傾斜し
た巻線を持つ市販のコイルを利用することが可能である
。この種のコイルは既に直流機に使用されていて公知で
あり、例えばドイツ公開特許出願第２２６１２３６号と
かドイツ公開特許出願箱２９’３１７２４号に示されて
いる。この種のコイルは巻線機により完全に自動的に精
度も高く安価に作ることが可能である。コイルを持たな
いロータを用いているので、ロータ巻線へ電流を供給す
ることに関する問題が起こることはなく、また円筒形励
振コイルも自動的に巻線できる。透磁性材料からなる外
殻は、磁力線をよく集中させるため、必要な励振電力が
低くてすむ。

本発明の主題の今一つの有効な実施例は、ロータの透磁
性部品が、円筒の表面に沿って曲げられた少なくとも２
つの薄板金属の葉状片を有し、それにより安い製作費で
磁界の効果的な変形ができることを特徴とする。

もしこの葉状片の各々が軸方向にずらされた薄板金属の
２つのリングの一方から他のリングの方に伸びているな
らば、機械的に安定が良いばかりでなく、磁束の導き方
を特に良くする効果がある。

この点では、ローブが薄板金属リングと一体であるとい
うこともまた有利な点である。

実用上では外殻がコイルの外周を取り巻いていること及
びローター内の透磁性部品がコイルの内部で回転すると
いうのは有益であると言える。

あらゆる効率を減少するような好ましくない浮遊的な磁
界は外殻がその２つの端部での極リングがロータの薄板
金属を同心円状に取り巻いているようになっていれば、
極めて小さく維持できよう。

導電性の外殻を用いることからは、例えば同期発電機に
接続されたステップモータによって起こされる軸方向の
交流磁界を大いに減衰させるといった付加的な利点が得
られる。

傾斜して巻かれた巻線に誘起する信号がＯとなることは
、もし信号コイルが２ｎ個（できればｎ＝３）の独立し
た巻線からなり、個々の巻線がそれぞれ向かい合った一
対の巻線として信号巻線を構成するように直列に接続さ
れれば、もつとよく補償されるようになる。

実施例 以下図に示された実施例に従って詳細に説明する。

第１図において、発明にかかる同期発電機は主要部分と
してステータｌとロータ２を含み、ロータは軸３、例え
ば図示しないステップモータの軸に接続され、この軸に
関する回転角が指示されるべきものである。

ステータｌは２個の同心円筒状のコイルを含み、外側の
励振コイル４は直線的に巻いた巻線を有し内側の信号コ
イル５は傾斜した巻線を有する。この実施例において６
個の傾斜した巻線５ａ、ｂ。

ｃ、ｄ、ｅ、ｆは各々６０＠ずつずれており、その様子
は第５図に示されている。第４図は個々の巻線５ａから
ｆの内の１つを、−回巻きを６として示している。個々
の巻線のそれぞれは、信号コイル５の断面で見るように
、約６０°の範囲に広がっているが、実際には巻線は傾
斜して巻いであるので、５ａから５ｆまでの巻線は各々
コイルの軸方向上方からの平面図で見ると約３６０°に
広がっていることを心に留めておくことが必要である。

　今の場合信号コイル５が励振コイル４の内部に配置さ
れているが、両方のコイルは交換して励振コイル４が内
部に来るように置く方々（良い。

コイル４．５は外側の表面を円筒形の外殻７で囲まれて
いる。外殻の両端には極リング８が備えられている。図
に示すようにコイル４．５は両方とも極リング８の間で
外殻７の内面に配置され、信号コイル５の内面が極リン
グ８の内面と−致し、ステータ１の円筒形内面と連続を
保っている。外殻７はフェライト、ダイナモシートある
いはそれに相当したらのから成っている。

ロータ２は強磁性でない物質、例えばプラスチックから
成るキャリア９を包含し、これが軸３上に取り付けられ
る。図３に説明されるような型の２個の板状ストリップ
が、例えば接着剤などでキャリア９に固定され、前記板
状ストリップは軸方向にずれた２つの薄板金属リング１
０，１１を有し、ここからリング１０１　１１とつなが
り円筒表面に沿って屈曲する２個の葉状片１２．１３が
相互に１８０°ずれてそれぞれ他方のリングの方に伸び
ている。リング１０．ＩＩはそれぞれ対応する葉状片１
２．１３と一緒になり磁界を伝えるための部品Ｉ４．１
５を構成するので、透磁性材料、例えば軟鉄薄板で構成
する。ロータ２は空隙１６を形成しステータＩの内部で
回転する。　　。

運転中に励振コイル４は低周波の交流電源と接続され、
はぼ軸方向の交番磁束を発生する。透磁性部品の無いと
ころでは同じ振動で同じ位相の交流電圧が各々の傾斜し
て巻かれた巻線に誘起され、２つの巻線を位相が反対に
なるように直列に結線すれば出力端子における電圧はＯ
となる。（例えば図５の５ａと５ｄ） 透磁性部品１４、Ｉ５により交番磁束は正対する２点で
半径方向に曲げられ（第１図、第２図を見よ）、向かい
合った独立の巻線に反対位相の電圧を誘起するため（た
とえば５ａと５ｄ）、この巻線が反対位相に接続されて
いれば出力端子でその大きさは２倍となる。第５図では
巻線５ａ１５ｄの端子電圧はＵａとする。同様に、図に
は示していないがＵｂを巻線５　ｂ　１５　ｅ　％　Ｕ
　ｃを巻線５ｃ１５　ｆの出力電圧とする。

ｕｏ・・・誘起電圧の最大値 α・・・ロータの回転角 ψ・・・ロータとステータ間の位相差 ω・・・励振電圧の角周波数 に・・・各巻線の巻数 ｎ・・・集積の数 角度αは３つの信号電圧Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃの２つから計
算することができることは明らかである。

しかし、３つの信号電圧がすべて得られれば、０に近い
値でわる等のことが避けられるので望ましい。

角度αはアナログでもデジタル形でも既知の回路で計算
され、この発明に於いては何等さしされりの問題はない
。

どんな場合でも２個あるいは２対の信号巻線を設ければ
十分であり、この例ではお互いに他から９０°ずれると
考えられる。

例えば軸３に取り付けられたステップモータ等により発
生する軸方向の交流磁界を抑制するために、透磁性の外
殻７は同時に又導電性のある材料で作られる。ロータ２
とコイル５の内面との間の空隙１６は小さいことが必要
だから、信号コイル５の内面に堅い保護！ＩＪ（図には
示していない）を設けて、透磁性部品１４．１５がコイ
ル５上で擦れること゛による損傷を防止することが出来
るようにする。傾斜して巻いたコイルは高い精度で作る
ことができるから、信号電圧位置依存性は実際には正弦
波関数となり、従って位置角αは特別な補正をしないで
も簡単なアルゴリズムによって計算できる。その上、傾
斜した巻線を有する円筒コイルは完全に自動的に低価格
で高い直線性と再現性を以て作ることが可能である。

励振用コイル４と信号コイル５との位置は相互に交換可
能であることは既に述べた。さらに、コイルの内面に透
磁性材料からなる殻を置き、ロータの透磁性部品を、コ
イルを外側から取り巻くように配置させることも可能で
ある。

透磁性部品は又、例えば円筒母線に沿って棒状に延びる
等の異なる形をとることも可能で、また−対の透磁性部
品の代わりに一つだけの透磁性部品を用いることも考え
付くがこれは効率を低下させることになろう。

発明の効果 以上述べたように本発明は、ステータが傾斜して巻かれ
た信号コイルと直線的に巻かれた励振コイルを持ち、信
号コイルには傾斜した巻線を持つ市販のコイルを用いら
れるため、安価で高精度に製作することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかる同期発電機の軸にそっての
断面図、第２図は第１図のＵ−ｔｔ線に沿った断面図、
第３図はロータの透磁性部品の概略図、第４図は信号巻
線のひと巻きを表す信号コイルの概略図、第５図は信号
コイルの個別の巻き線の内部結線を示している。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに所定の角、度だけ相対的にずらされた少な
   くとも２つの信号巻線を備えた信号コイルと、信号コイ
   ルと同心円上にある励振巻線を持つ励振コイルと、少な
   くとも一つのコイルに固定された透磁性材料からなるコ
   アを有するステータ、および回転軸に対して非対称な透
   磁性材料からなるロータを有する同期発電機において、
   信号コイル（５）は傾斜して巻かれた円筒形コイル、励
   振コイル（４）は直線的に巻かれた円筒形コイルであり
   、透磁性材料の略円筒形外殻（７）がコイル（４、５）
   に固定され、ロータ（２）が少なくとも一対の透磁性材
   料からなる透磁性部品（１４、１５）を有することを特
   徴とする同期発電機。
2. （２）ロータ（２）についた透磁性部品（１４、１５）
   が円筒表面にそって曲げた薄板金属でできた少なくとも
   ２枚の葉状片（１２、１３）を含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の同期発電機。
3. （３）葉状片（１２、１３）のそれぞれが回転軸方向に
   ずれた２個の薄板金属リング（１０）１１）の一方から
   他方のリングの方向に取り付けられていることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の同期発電機。
4. （４）葉状片（１２、１３）が薄板金属リング（１０、
   １１）と一体となっていることを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載の同期発電機。
5. （５）外殻（７）がコイル（４、５）の外面を取り囲み
   、ロータ（２）の透磁性部品（１４、１５）はコイルの
   内部で回転することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   から第４項までのいずれか１項記載の同期発電機。
6. （６）外殻（７）の両端部に極リング（８）がロータ（
   ２）の薄板金属リング（１０、１１）を同心円状に取り
   囲むように構成されることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項から第５項までのいずれか１項記載の同期発電機
   。
7. （７）外殻（７）が電気的に導体であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項
   記載の同期発電機。
8. （８）信号コイルが２ｎ個（できればｎ＝３）の独立し
   た巻線から成り、個々の巻線がそれぞれ向かい合った一
   対の巻線（５ａ、５ｄ）として信号巻線を構成するよう
   に直列に接続されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項から第７項までのいずれか１項記載の同期発電機。