WO2016013477A1

WO2016013477A1 - 発電機

Info

Publication number: WO2016013477A1
Application number: PCT/JP2015/070375
Authority: WO
Inventors: 水谷　政敏; 浩行野田; 夏比古森; 龍介柄澤; 知美後藤; 祐紀志村
Original assignee: Ntn株式会社; 水谷　政敏; 浩行野田; 夏比古森; 龍介柄澤; 知美後藤; 祐紀志村
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2016-01-28
Also published as: EP3174194A4; US20170133916A1; EP3174194A1; CN106537758A

Abstract

　出力巻線（７）が巻かれた出力鉄心（６）と、主界磁巻線（９）および副界磁巻線（１０）が巻かれた界磁鉄心（８）とを備え、前記出力鉄心（６）および前記界磁鉄心（８）のいずれか一方がステータ（４）となり、他方がロータ（５）となり、前記主界磁巻線（９）に第１整流素子（１１）が接続され、前記副界磁巻線（１０）に第２整流素子（１２）が接続され、前記ステータ（４）とロータ（５）との相対回転により発電電力を得る自励式の発電機（Ｇ）において、発電の初期励磁に必要な程度に、前記出力鉄心（６）および界磁鉄心（８）のいずれか一方または両方に磁力を付与する初期励磁手段（２，３１）を設ける。

Description

発電機

関連出願

　本出願は、２０１４年７月２４日出願の特願２０１４－１５０４４２，特願２０１４－１５０６８４，および２０１４年８月１１日出願の特願２０１４－１６３４３８の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

　この発明は、例えば、小型風力発電機や、流水を利用する発電機として用いられる永久磁石レスの発電機に関する。

　回転により発電を行う発電機として、誘導発電機や同期発電機がある。誘導発電機はロータの巻線に励磁を必要としないが、系統連係させかつ高い回転速度で回転させる必要があって小型の発電機には適さない。そのため、小型風力発電機等では、同期発電機が用いられることが多い。
　しかし、通常の同期発電機は、界磁の生成に永久磁石を用いるため、永久磁石の成分となるレアメタルが高価で発電機全体が高額になる。さらに、同期発電機では、始動時にコギングが発生し、コギングトルクによって始動トルクが大きくなる。このため、小型風力発電機等の僅かな自然力で発電させる発電機には適さない。永久磁石の代わりに電磁石を用いる他励式の同期発電機もあるが、電磁石への外部からの給電の構成が必要で、外部電源により構成が複雑となる。

　これらの課題を解消し、永久磁石および外部からの給電が不必要な自励式の同期発電機が提案されている（特許文献１）。この発電機は、鉄心の残留磁気を利用して、自己励磁により界磁巻線に流れる電流を増加させて行くことで、発電に必要な磁束を、高価な永久磁石や励磁用の外部電源を必要とせずに作り出している。

　この他に、上記課題を解消する発電機として、リラクタンス（磁気抵抗）を利用し、ステータ鉄心に出力巻線および界磁巻線を巻き付け、ロータにはコイルを用いないリラクタンス発電機において、ステータ突極間を磁気的に短絡させるフェライト磁石を設けたものが提案されている（特許文献２）。

特開２００６－１４９１４８号公報特開２０１１－２５９６３３号公報

　特許文献１の自励式の発電機は、上記のように優れた利点があるが、発電を停止したり、発電機を分解したりすると、発電機鉄心の残留磁気が弱くなる。発電機鉄心の残留磁気が弱いと、初期励磁に必要な磁力が不足し、発電を開始しないか、または発電を開始する回転速度がある程度高いことが必要となる。そのため、風力発電や、流水を利用する発電のように、停止する期間が生じたり低速で発電させることが必要な発電方式では、前記自励式の発電機では、発電開始の確実性が不十分となる。

　特許文献２の発電機は、回転停止後の回転再開時における発電開始の確実性も得られるが、リラクタンス発電機は実用の実績が少なく、実用化において、今一つ不明な懸念がある。

　この発明の目的は、通常の発電電力を得るための磁束をつくる永久磁石、および外部からの他励のための給電が不必要で、かつ回転停止後にも回転の再開により確実に発電を開始できる発電機を提供することである。

　この発明の発電機は、出力巻線が巻かれた出力鉄心と、主界磁巻線および副界磁巻線が巻かれた界磁鉄心とを備え、前記出力鉄心および前記界磁鉄心のいずれか一方がステータとなり、他方がロータとなり、前記主界磁巻線に第１整流素子が接続され、前記副界磁巻線に第２整流素子が接続され、前記ステータとロータとの相対回転により発電電力を得る自励式の発電機であって、
　発電の初期励磁に必要な程度に、前記出力鉄心および界磁鉄心のいずれか一方または両方に磁力を付与する初期励磁手段が設けられている。

　この構成によると、副界磁巻線を用いて励磁を行う自励式であるため、発電用の永久磁石や、外部からの他励のための給電を行う外部電源を必要とせずに発電が行える。発電用の永久磁石を用いないため、コギングトルクが発生せず、小さなトルクでロータを回転させることができる。自励式であるが、初期励磁手段を設けるため、回転の停止後や分解保守の後であっても、また低速回転であっても、確実に発電を開始することができる。
　初期励磁手段は設けるが、自励式の発電機では、回転するに従って磁束が増大するため、初期励磁に必要な磁力は極小さな磁力で済む。このため、初期励磁手段が後述のような着磁手段であれ、また永久磁石であれ、軽微なもので済む。

　この発明の一実施形態において、前記出力鉄心および界磁鉄心のいずれか一方または両方の鉄心を着磁する着磁手段あっても良い。上記の「着磁」とは、磁化処理の終了後に残留磁気が生じるように磁化することを言う。
　上記のように自励式の発電機は、回転するに従って磁束が増大するため、初期励磁に必要な磁力は極小さな磁力で済む。そのため、前記着磁手段は、発電の初期励磁に必要な磁力を発生することが可能な程度に着磁を行えるものであれば足り、他励式の発電機における外部電源に比べて飛躍的に小型のもので済む。

　前記着磁手段は、前記出力巻線、前記主界磁巻線および前記副界磁巻線のいずれかに着磁用電流を通電する構成であっても良い。巻線にある程度以上の大きさの電流を通電することで、鉄心の着磁が行える。着磁手段が巻線に着磁用電流を通電する構成であると、着磁手段が簡単な構成で済む。
　前記着磁用電流は直流電流であっても、パルス状の電流であっても良い。直流電流であると、着磁手段がより簡単な構成で済む。パルス状の電流であると、着磁に必要なだけの強い電流を一時的に与えたり、また着磁用電流の大きさを調整することが簡単に行える。

　前記巻線に着磁用電流を通電する構成の着磁手段は、２次電池またはコンデンサからなる着磁用電源と、前記着磁用電流を通電する前記出力巻線と前記着磁用電源との間、または前記主界磁巻線および前記副界磁巻線と前記着磁用電源との間に介在させたスイッチング素子とでなる構成であっても良い。この構成であると、前記着磁手段が簡単な構成で済む。

　この発明の一実施形態において、前記初期励磁手段が、前記界磁鉄心に設けられて発電の初期励磁に必要な磁力を発生する永久磁石からなる初期励磁用磁石であっても良い。
　初期励磁手段が永久磁石からなる初期励磁用磁石であると、着磁手段のような回路が不用であり、回路構成が簡単となる。永久磁石からなる初期励磁用磁石は設けるが、自励式の発電機では、前述のように回転するに従って磁束が増大するため、初期励磁に必要な磁力は極小さな磁力で済む。前記初期励磁用磁石は、このような初期励磁に必要な磁力を発生する永久磁石であるため、通常の、つまり常時の発電電力を得るための永久磁石に比べて極弱い磁力を発生する磁石で済む。そのため、高価なレアメタルは不用で、フェライト磁石等の安価な材料で済み、また小さな磁石で済み、コギングトルクも実用上で問題とならない程度となる。
　また、リラクタンス発電機と異なり、自励式の発電機の改良であるため、実用化も行い易い。

　この発明の一実施形態において、前記初期励磁用磁石は、前記界磁鉄心の磁極における前記出力鉄心と対向する面に埋め込んでも良く、また前記界磁鉄心における隣合う磁極部の間に埋め込んでも良い。これらのように初期励磁用磁石を出力鉄心との対向面、または磁極部間に埋め込むことで、初期励磁用磁石が発生する磁力が、回転始動時の初期励磁に効果的に利用される。

　前記界磁鉄心に前記初期励磁用磁石を設ける場合に、この初期励磁用磁石の発生する磁束の向きは、前記主界磁巻線に流れる励磁電流がつくる磁束の向きと同じであることが好ましい。
　このように磁束の向きを揃えることで、初期励磁用磁石が発生する磁力が、回転始動時の初期励磁に効果的に利用される。

　この発明の一実施形態において、当該発電機が、前記ロータが風車によって回転駆動される風力発電用発電機として構成されていてもよい。
　このように、軽いトルクであっても回転を開始でき、低速回転であっても発電が行えて、変動の大きい自然力を利用する風力発電において、効率的に発電することができる。

　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

この発明の第１の実施形態にかかる発電機の発電機本体の破断正面図と着磁手段の回路図とを組み合わせた説明図である。同発電機の電機本体を直線状に展開して示す説明図である。同発電機の発電機本体の等価回路図である。この発明の他の実施形態にかかる発電機の等価回路図である。この発明のさらに他の実施形態にかかる発電機の発電機本体の破断正面図と外部負荷の回路図とを組み合わせた説明図である。同他の実施形態における界磁鉄心の斜視図である。同界磁鉄心の変形例の斜視図である。この発明のさらに他の実施形態にかかる発電機の発電機本体の破断正面図と一部の回路とを示す説明図である。同発電機の破断側面図である。同発電機を搭載した風力発電装置の破断側面図である。図８，図９の発電機についての磁場解析によるコイル電圧、鎖交磁束の立ち上がり波形を示すグラフである。同発電機の磁場解析による磁束の状態の説明図である。同磁場解析による磁束の他の状態の説明図である。

　この発明の第１の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。図１は、本実施形態に係る発電機Ｇの発電機本体１の破断正面図、並びに着磁手段２および外部負荷３の電気回路図を組み合わせた説明図である。図２は、同図の発電機本体１を直線状に描いた模式図である。この実施形態は、初期励磁手段を着磁手段２とした例である。

　図１おいて、発電機Ｇは、発電機本体１が、環状のステータ４と、このステータ４の内側にステータ４の中心周りで回転自在に設置されたロータ５とで構成される。ステータ４は出力鉄心６と出力巻線７とからなる。この実施形態は２極発電機に適用した例であり、出力鉄心６は、円環状のヨーク部６ａの円周方向２箇所に、内側へ突出する歯状の磁極部６ｂが形成されている。各磁極部６ｂに前記出力巻線７が巻かれている。各磁極部６ｂの出力巻線７は、図２に示すように、出力鉄心６の隣り合う磁極部６ｂの内径側を向く磁極面に互いに異なる磁極が現れるように直列に接続されている。出力巻線７の両端が端子７ａ，７ｂとなり、これら端子７ａ，７ｂに図１のように外部負荷３を接続し、発電機Ｇから電流を外部に取り出す。

　ロータ５は、界磁鉄心８と、この界磁鉄心８に巻かれた主界磁巻線９および副界磁巻線１０とからなる。界磁鉄心８は、中心孔を有する鉄心本体８ａの外周に、外径側へ突出する複数の歯状の磁極部８ｂが円周方向に並んで設けられている。この磁極部８ｂは、出力鉄心６の一つの磁極部６ｂに対してそれぞれ３つずつ設けられている。主界磁巻線９は、隣合う２つの磁極部８ｂ，８ｂに渡って巻かれている。これら２つの磁極部８ｂ，８ｂに渡って巻かれた各主界磁巻線９は、２つ一組となった隣合う磁極組同士の磁極面に異なる磁極が現れるように互いに直列に接続されている。副界磁巻線１０は、主界磁巻線９と一つの磁極部８ｂの分だけ位相をずらせて、主界磁巻線９と同様に、隣合う２つの磁極部８ｂ，８ｂに渡って巻かれている。これら２つの磁極部８ｂ，８ｂに渡って巻かれた各副界磁巻線１０は、２つ一組となった隣合う磁極組同士の磁極面に異なる磁極が現れるように互いに直列に接続されている。図２に示すように、主界磁巻線９の直列接続体の両端には端子９ａ，９ｂが形成されており、副界磁巻線１０の直列接続体の両端には端子１０ａ，１０ｂが形成されている。

　図３に示すように、主界磁巻線９には並列に第１整流素子１１が接続され、主界磁巻線９には第１整流素子１１が流すことができる向きの電流が流れる。副界磁巻線１０は主界磁巻線９と直列に接続され、かつ副界磁巻線１０と直列に第２整流素子１２が接続され、副界磁巻線１０には主界磁巻線９と同じ方向の電流のみが流れる。図中の矢印は電流の流れる方向を示す。

　この発電機Ｇは、このような副界磁巻線１０を有する構成の自励型の発電機において、図１に示すように、初期励磁手段となる着磁手段２を設けている。出力巻線７に、スイッチング素子１３を介して着磁用電源１４が外部負荷３と並列に接続されている。前記着磁用電源１４とスイッチング素子１３とで前記着磁手段２が構成される。スイッチング素子１３としては、例えば、半導体スイッチッング素子または有接点のスイッチが用いられる。着磁用電源１４は２次電池またはコンデンサ等の蓄電手段である。外部負荷３が２次電池の場合は、それを着磁用電源として用いても良い。

　着磁をするには、所定の大きさの電流を極短時間流せば良い。着磁の程度は、発電の開始のための初期励磁に必要な残留磁気が得られる程度で良く、電圧とスイッチング素子１３のオン時間による電流の大きさとで定められる。スイッチング素子１３の開閉操作は、開閉制御手段１５によって行われる。開閉制御手段１５は、例えば、ロータ５の回転を検出する回転検出手段１６の検出信号を監視し、ロータ５が静止状態から回転を開始したことが検出されると、スイッチング素子１３を着磁に必要な設定時間だけオンさせる。なお、ロータ５の回転の停止時間が短い場合は残留磁気が十分に残っているため、開閉制御手段１５は、設定時間以上のロータ５の停止の後に回転を開始した場合のみスイッチング素子１３をオンさせるなど、設定条件に従ってスイッチング素子１３をオンさせるように制御しても良い。

　図１の実施形態では出力巻線７に着磁用電源１４を接続したが、図４に示すように、主界磁巻線９および副界磁巻線１０にスイッチング素子１３を介して着磁用電源１４を接続しても良い。この例の場合も、着磁用電源１４は２次電池またはコンデンサである。着磁をするには、所定の大きさの電流を極短時間流せば良い。スイッチング素子１３は、図１の実施形態と同様に開閉制御手段１５で開閉制御される。

　第１の実施形態の動作を説明する。ロータ５が回転し発電を行っている場合の動作を説明する。図３に示すように、主界磁巻線９には並列に第１整流素子１１が接続されているため、主界磁巻線９には第１整流素子１１が流すことができる向きの電流が流れる。そのため、主界磁巻線９に流すことができる電流によって決まる向きの磁束が発生する。また、電磁誘導により、電流がつくる磁束と同方向の磁束の減少を妨げる向きに電流が流れるが、磁束が増えるのを阻止する向きには電流は流れない。そのため、磁束の減少は妨げられるが、磁束の増加は妨げられない。副界磁巻線１０には直列に第２整流素子１２が接続され、主界磁巻線９と同じ方向の電流のみが流れる。

　出力鉄心６または界磁鉄心８の残留磁気により、主界磁巻線９に電流が流れる。この電流により主界磁巻線９がつくる磁束により副界磁巻線１０に鎖交する磁束が変化して、副界磁巻線１０に電圧が発生する。この電圧で副界磁巻線１０が主界磁巻線９を介して電流を供給し、主界磁巻線９に流れる電流を増加させる。副界磁巻線１０に電圧が誘起されずに電流を供給していない場合、主界磁巻線９には整流子１１を通して還流電流が流れ、主界磁巻線９の磁束を維持する。主界磁巻線９に電流が供給され、主界磁巻線９がつくる磁束が大きくなるので、副界磁巻線１０に鎖交する磁束も大きくなり、さらに大きい電流が主界磁巻線９に供給される。このように、主界磁巻線９の電流が次第に増加し、発電に必要な界磁磁束がつくられる。出力鉄心６と界磁鉄心８の相対運動により、出力巻線７の鎖交磁束が変化して電圧が発生する。

　上記のように、ロータ５が回転を行っている間に発電を行うが、ロータ５がある程度長い時間を停止していると、出力鉄心６および界磁鉄心８のいずれにも残留磁気がなく、または残留磁気が不十分であって、発電を開始できない。そこで、この実施形態では、ロータ５の停止後の回転の開始時に、着磁手段２のスイッチング素子１３をオンにして着磁用電源１４から出力巻線７に着磁電流を流し、出力鉄心６を着磁する。磁束は前記のように回転を続けると次第に大きくなるため、着磁の程度は、発電の開始のための初期励磁に必要な残留磁気が得られる程度で良い。そのため、着磁をするには、所定の大きさの電流を極短時間流せば良い。この着磁により、ロータ５の長時間の停止後にも、回転の再開により発電が確実に開始される。

　図４の実施形態の場合は、ロータ５の停止後の回転の開始時に、着磁手段２のスイッチング素子１３をオンにして着磁用電源１４から主界磁巻線９に着磁電流を流し、界磁鉄心８を着磁する。このように界磁鉄心８を着磁した場合も、ロータ５の長時間の停止後にも、発電が開始される。

　前記第１の実施形態および図４の構成の発電機Ｇによると、次の利点が得られる。副界磁巻線１０を用いて励磁を行う自励式であるため、永久磁石や、外部からの他励のための給電を行う外部電源を必要とせずに発電が行える。永久磁石を用いないため、コギングトルクが発生せず、小さなトルクでロータ５を回転させることができる。自励式であるが、発電の初期励磁に必要な磁力を発生することが可能な程度に、発電機Ｇのいずれかの鉄心を着磁する着磁手段２を設けたため、回転の停止後や分解保守の後であっても、また低速回転であっても、確実に発電を開始することができる。前記着磁手段２は必要となるが、この着磁手段２は発電の初期励磁に必要な磁力を発生することが可能な程度に着磁を行えるものであれば足りるため、他励式の発電機における外部電源に比べて飛躍的に小型のもので済む。

　図５および図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１ないし図３に示す第１の実施形態において、初期励磁手段につき着磁手段２に代えて初期励磁用磁石３１を設けた例である。初期励磁用磁石３１は、図５に示すように、界磁鉄心８に埋め込まれている。初期励磁用磁石３１は、発電の初期励磁に必要な磁力を発生させる永久磁石であり、初期励磁に必要な磁力を確実に発生できるように余裕を考慮した範囲で、出来るだけ小さなものが用いられる。また、初期励磁用磁石３１には、例えば、希土類磁石に比べて安価なフェライト磁石が用いることができる。この初期励磁用磁石３１は、発生する磁束の向きが、前記主界磁巻線９に流れる励磁電流がつくる磁束の向きと同じとなる向きとされる。初期励磁用磁石３１の個数は、この例では出力鉄心６の磁極部６ｂの個数と同じであり、２個とされているが、一つであっても良い。また、出力鉄心６の磁極部６ｂを４極や８極，１６極とする場合に、２個であっても、磁極数に応じた個数としても良い。

　初期励磁用磁石３１は、図６の例のように、界磁鉄心８の突出した磁極部８ｂの軸方向厚さの全体に渡って設けている。換言すれば、初期励磁用磁石３１を、界磁鉄心８の磁極部８ｂを円周方向に並ぶ２つの分割磁極部８ｂａ，８ｂａに分割してその２つの分割磁極部８ｂａ，８ｂａ間に介在させている。

　初期励磁用磁石３１は、この他に、図７に示すように、界磁鉄心８の磁極部８ｂにおける前記出力鉄心６と対向する面８ｂｂに埋め込んだものであっても良い。同図の例では、初期励磁用磁石３１を、磁極部８ｂの前記対向面８ｂｂの中央に埋め込んでいる。

　この実施形態に係る発電機Ｇの動作を説明する。連続回転しているときの発電機Ｇの動作は第１の実施形態の場合と同様であるため、説明を省略する。この実施形態の場合、上記と同様に、ロータ５が回転を行っている間に発電を行うが、ロータ５がある程度長い時間停止していると、出力鉄心６および界磁鉄心８のいずれにも残留磁気がなく、または残留磁気が不十分であって、発電を開始できない。そこで、この実施形態では、初期励磁用磁石３１を設けており、この初期励磁用磁石３１の発生する磁束により、ロータ５の長時間の停止後にも、回転の再開により発電が確実に開始される。

　この構成の発電機Ｇによると、次の利点が得られる。副界磁巻線１０を用いて励磁を行う自励式であるため、発電用の永久磁石や、外部からの他励のための給電を行う外部電源を必要とせずに発電が行える。発電用の永久磁石を用いないため、コギングトルクが発生せず、小さなトルクでロータ５を回転させることができる。自励式であるが、初期励磁用磁石３１を前記界磁鉄心８に設けたため、回転の停止後や分解保守の後であっても、また低速回転であっても、確実に発電を開始することができる。

　初期励磁用磁石３１は設けるが、自励式の発電機では、前述のように回転するに従って磁束が増大するため、初期励磁に必要な磁力は極小さな磁力で済む。初期励磁用磁石３１は、この程度の小さな初期励磁に必要な磁力を発生する永久磁石であるため、通常の発電電力を得る永久磁石に比べて極弱い磁力を発生する磁石で済む。そのため、高価なレアメタルは不用で、フェライト磁石等の安価な材料で済み、また小さな磁石で済み、コギングトルクも実用上で問題とならない程度となる。また、リラクタンス発電機と異なり、自励式の発電機の改良であるため、実用化も行い易い。

　なお、上記実施形態では、ステータ４側を出力鉄心６、ロータ５側を界磁鉄心８としたが、これとは逆にステータ４側を界磁鉄心８とし、ロータ５側を出力鉄心６としても良い。また上記実施形態では２極発電機としたが、４極、８極、１６極など、多極の発電機としても良い。

　また、上記各実施形態では、初期励磁手段として着磁手段２または初期励磁用磁石３１を設けたが、初期励磁手段として、着磁まではしないが、発電の初期励磁に必要な程度に、前記出力鉄心６および界磁鉄心８のいずれか一方または両方に磁力が発生するように、いずれかの巻線７，８，９に回転初期の定められた時間のみ電流を付与する手段（図示せず）を設けても良い。

　図８は、ステータ４側を界磁鉄心８とし、ロータ５側を出力鉄心６とし、４極発電機とした例を示す。原理は第１の実施形態と同様であるため、対応部分に同一符号を付してその説明を省略する。また、初期励磁手段については図示を省略している。初期励磁手段は、前記着磁手段２であっても、また前記初期励磁用磁石３１であっても良い。初期励磁用磁石３１を用いる場合、この実施形態ではステータ４側に設ける。

　図９に示すように、ロータ５は、シャフト２１に取付けられ、シャフト２１と共にフレーム２２に対して軸受２３により回転自在に支持されている。ステータ４はフレーム２２に固定されている。ロータ５の出力巻線は、スリップリング２４とブラシ２５とを介して固定側に取り出されている。

　図１０は、図１もしくは図４の実施形態に係る発電機Ｇ、または図５～図８のいずれかの実施形態に係る発電機Ｇを風力発電用発電機として搭載した風力発電装置Ｗの破断側面図である。この風力発電装置Ｗは、支持台４１上にナセル４２が水平旋回自在に設けられている。ナセル４２のケーシング４３内において、軸受４４により主軸４５が回転自在に支持されている。主軸４５のケーシング４３外に突出した一端に、旋回翼であるブレード（風車）４６が取付けてある。主軸４５の他端は増速機４７に接続され、増速機４７の出力軸４８が、風力発電用発電機である発電機Ｇのロータ軸に結合されている。このようにして、発電機Ｇのロータがブレード４６によって回転駆動される。

　このように、発電機Ｇを風力発電用発電機として用いることにより、軽いトルクであっても回転を開始でき、低速回転であっても発電が行えて、変動の大きい自然力を利用する風力発電において、効率的に発電することができる。

　なお、上記各実施形態に係る発電機Ｇは、風力発電用のほかにも、流水を用いる発電や、他の自然力を用いる発電など、種々のエネルギー源の発電に利用することができる。

　図１１～図１３に、図８，図９の構成の発電機について試作および磁場解析を行った結果を示す。
　図１１は、磁場解析によるコイル電圧、鎖交磁束の立ち上がり波形を示す。同図から、メインコイルの鎖交磁束が徐々に増加していく状態が分かる。なお、同図における「メインコイル」は、実施形態で言う「主界磁巻線９」に相当し、「サブコイル」は実施形態で言う「副界磁巻線１０」に相当する。また、「ロータコイル」は「出力巻線７」に相当する。図１２，図１３から、ロータ５の回転による各部の磁束密度の変化が分かる。

１…発電機本体
２…着磁手段（初期励磁手段）
３…外部負荷
４…ステータ
５…ロータ
６…出力鉄心
６ａ…ヨーク部
６ｂ…磁極部
７…出力巻線
８…界磁鉄心
８ａ…鉄心本体
８ｂ…磁極部
９…主界磁巻線
１０…副界磁巻線
１１…第１整流素子
１２…第２整流素子
１３…スイッチング素子
１４…着磁用電源
１５…開閉制御手段
１６…回転検出手段
３１…初期励磁用磁石（初期励磁手段）
Ｇ…発電機
Ｗ…風力発電装置

Claims

　出力巻線が巻かれた出力鉄心と、
　主界磁巻線および副界磁巻線が巻かれた界磁鉄心と、
を備え、
　前記出力鉄心および前記界磁鉄心のいずれか一方がステータとなり、他方がロータとなり、前記主界磁巻線に第１整流素子が接続され、前記副界磁巻線に第２整流素子が接続され、前記ステータとロータとの相対回転により発電電力を得る自励式の発電機であって、
　発電の初期励磁に必要な程度に、前記出力鉄心および界磁鉄心のいずれか一方または両方に磁力を付与する初期励磁手段を設けた発電機。
　請求項１に記載の発電機において、前記初期励磁手段が、発電の初期励磁に必要な磁力を発生することが可能な程度に、前記出力鉄心および界磁鉄心のいずれか一方または両方を着磁する着磁手段である発電機。
　請求項２に記載の発電機において、前記着磁手段は、前記出力巻線、前記主界磁巻線および前記副界磁巻線のいずれかに着磁用電流を通電する構成である発電機。
　請求項３に記載の発電機において、前記着磁用電流は直流電流である発電機。
　請求項３に記載の発電機において、前記着磁用電流はパルス状の電流である発電機。
　請求項３から５のいずれか一項に記載の発電機において、前記着磁手段は、
　２次電池またはコンデンサからなる着磁用電源と、
　前記着磁用電流を通電する前記出力巻線と前記着磁用電源との間、または前記主界磁巻線および前記副界磁巻線と前記着磁用電源との間に介在させたスイッチング素子と、
でなる発電機。
　請求項１に記載の発電機において、前記初期励磁手段が、前記界磁鉄心に設けられて発電の初期励磁に必要な磁力を発生する永久磁石からなる初期励磁用磁石である発電機。
　請求項７に記載の発電機において、前記界磁鉄心の磁極における、前記出力鉄心と対向する面に前記初期励磁用磁石を埋め込んだ発電機。
　請求項７に記載の発電機において、前記界磁鉄心における隣合う磁極部の間に前記初期励磁用磁石を埋め込んだ発電機。
　請求項７から９のいずれか一項に記載の発電機において、前記界磁鉄心に設けた前記初期励磁用磁石の発生する磁束の向きは、前記主界磁巻線に流れる励磁電流がつくる磁束の向きと同じである発電機。
　請求項１から１０のいずれか一項に記載の発電機において、前記ロータが風車によって回転駆動される風力発電用発電機として構成されている発電機。