(57)【要約】【課題】  界磁巻線の焼損を確実に防止しながら発電機の出力を最大限に利用することができる同期発電機の制御装置を提供する。【解決手段】  同期発電機の界磁巻線の温度を直接測定する温度測定手段２３と、該温度測定手段で測定した温度と前記界磁巻線の焼損温度に基づいてあらかじめ設定した許容温度とを比較し、測定した温度が前記許容温度を超えないように自動電圧調整器から界磁巻線に供給する電流を制御する電流制御手段２２とを備えている。温度測定手段２３は、界磁巻線に取り付けられた温度センサ２４と、温度センサのデータを送信アンテナ２５を介して無線送信するデータ送信器２６と、送信アンテナから発信されたデータを受信アンテナ２７を介して受信するデータ受信器２８とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期発電機から出力される電圧及び周波数を測定して前記同期発電機に設けられている界磁巻線の界磁電流を調整することにより、出力電圧をあらかじめ設定された設定電圧に保持する自動電圧調整器を備えた同期発電機の制御装置において、前記界磁巻線の温度を直接測定する温度測定手段と、該温度測定手段で測定した温度と前記界磁巻線の焼損温度に基づいてあらかじめ設定した許容温度とを比較し、測定した温度が前記許容温度を超えないように自動電圧調整器から界磁巻線に供給する電流を制御する電流制御手段とを備えていることを特徴とする同期発電機の制御装置。
【請求項２】
前記温度測定手段は、前記界磁巻線の温度を直接測定する温度センサと、該温度センサで測定したデータを伝達する測定温度データ伝達手段とを備え、該測定温度データ伝達手段は、前記温度センサで測定したデータを送信アンテナを介して無線送信するデータ送信器と、前記送信アンテナから発信されたデータを受信アンテナを介して受信するデータ受信器とを備えており、前記送信アンテナは同期発電機の励磁機電機子巻線に設けられ、前記受信アンテナは励磁機電機子巻線の外周に位置する励磁機界磁巻線に設けられていることを特徴とする請求項１記載の同期発電機の制御装置。
【請求項３】
前記温度測定手段は、前記界磁巻線の温度を直接測定する温度センサと、該温度センサで測定したデータを伝達する測定温度データ伝達手段とを備え、該測定温度データ伝達手段は、前記温度センサで測定したデータを光伝達により発信するデータ送信器と、該データ送信器から発信されたデータを受信するデータ受信器とを備えており、前記データ送信機は同期発電機の励磁機電機子巻線に設けられ、前記データ受信器は励磁機電機子巻線の外周に位置する励磁機界磁巻線に設けられていることを特徴とする請求項１記載の同期発電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期発電機の制御装置に関し、詳しくは、出力される電圧を所定の電圧に自動的に調整するための自動電圧調整器を備えた同期発電機であって、特に、負荷が限定されずに周波数や電圧は一定で出力電流が変化する可搬式発電機に使用される同期発電機に適した制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等で同期発電機を駆動する可搬式のエンジン発電機では、一般的に、出力周波数があらかじめ設定された設定周波数以上の周波数域では出力電圧をあらかじめ設定された設定電圧に保持する自動電圧調整器を備えており、出力周波数に応じて界磁電流を制御することにより、界磁巻線の焼損を防止している。界磁電流の制御方法としては、通常は周波数を基準にして行っているが、発電機の周囲温度に従って調節したり（例えば、特許文献１参照。）、励磁機界磁巻線の電圧と電流とから算出した温度に基づいて調節したりしている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１−１８５１９８号公報
【特許文献２】特許第３５４０７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、いずれの方法にしても、界磁巻線の温度を直接測定するものではないため、負荷の変動を考慮すると、界磁巻線の焼損を確実に防止するために相当量の余裕をとらざるを得ず、発電機の出力を最大限有効に利用しているとはいえない。特に、電圧と電流とから温度を算出するものでは、発電機の冷却風の温度を夏季の高温時を基準に設定しなければならないため、冬季の低温時には温度上昇が少ないにもかかわらず、発電機の出力を必要以上に抑制していることになる。
【０００４】
そこで本発明は、界磁巻線の焼損を確実に防止しながら発電機の出力を最大限に利用することができる同期発電機の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の同期発電機の制御装置は、同期発電機から出力される電圧及び周波数を測定して前記同期発電機に設けられている界磁巻線の界磁電流を調整することにより、出力電圧をあらかじめ設定された設定電圧に保持する自動電圧調整器を備えた同期発電機の制御装置において、前記界磁巻線の温度を直接測定する温度測定手段と、該温度測定手段で測定した温度と前記界磁巻線の焼損温度に基づいてあらかじめ設定した許容温度とを比較し、測定した温度が前記許容温度を超えないように自動電圧調整器から界磁巻線に供給する電流を制御する電流制御手段とを備えていることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の同期発電機の制御装置における前記温度測定手段は、第１の構成として、前記界磁巻線の温度を直接測定する温度センサと、該温度センサで測定したデータを伝達する測定温度データ伝達手段とを備え、該測定温度データ伝達手段は、前記温度センサで測定したデータを送信アンテナを介して無線送信するデータ送信器と、前記送信アンテナから発信されたデータを受信アンテナを介して受信するデータ受信器とを備えており、前記送信アンテナは同期発電機の励磁機電機子巻線に設けられ、前記受信アンテナは励磁機電機子巻線の外周に位置する励磁機界磁巻線に設けられていることを特徴としている。
【０００７】
さらに、本発明の同期発電機の制御装置における前記温度測定手段は、第２に構成として、前記界磁巻線の温度を直接測定する温度センサと、該温度センサで測定したデータを伝達する測定温度データ伝達手段とを備え、該測定温度データ伝達手段は、前記温度センサで測定したデータを光伝達により発信するデータ送信器と、該データ送信器から発信されたデータを受信するデータ受信器とを備えており、前記データ送信機は同期発電機の励磁機電機子巻線に設けられ、前記データ受信器は励磁機電機子巻線の外周に位置する励磁機界磁巻線に設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の同期発電機の制御装置によれば、界磁巻線の温度を直接測定して電流量を制御するので、負荷や周囲温度等が変化しても、界磁巻線の焼損を確実に防止しながら、発電機の出力を最大限に発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明の同期発電機の制御装置の一形態例を示すブロック図、図２は電流制御手段の一形態例を示すブロック図、図３は同期発電機の断面斜視図、図４は同期発電機の回転電機子の正面図、図５は同期発電機の温度測定手段の配置例を示す説明図、図６は同期発電機の一例を示す概略ブロック図である。
【００１０】
ディーゼルエンジン（Ｅ）１１等で同期発電機（Ｇ）１２を駆動するエンジン発電機１３は、モーター等の負荷に供給する電圧を、負荷の変動や周波数の変動にかかわらずに一定に保つための自動電圧調整器（ＡＶＲ）１４を備えている。同期発電機１２からの出力は、変圧器１５で所定の低電圧に変換されて自動電圧調整器１４内に取り込まれ、整流回路（ＡＣ／ＤＣ）１６で発電電圧に応じた直流電圧からなる信号に変換されるとともに、周波数／電圧変換器（Ｆ／Ｖ）１７で周波数に応じた直流電圧からなる信号に変換される。前記電圧に応じた信号と周波数に応じた信号とは、設定電圧及び設定周波数とそれぞれ比較された後、測定した電圧及び周波数に対応した最適制御をＰＩＤ回路１８にて算出し、ＰＷＭ回路１９により出力トランジスタ２０を作動させ、励磁機界磁巻線４２及び励磁機電機子巻線３８を介して界磁巻線（発電機界磁巻線）２１に所定の界磁電流を発生させる。
【００１１】
さらに、本発明では、測定した界磁巻線２１の温度に応じて前記界磁電流を制御する電流制御手段２２が設けられている。この電流制御手段２２は、前記界磁巻線２１の温度を温度測定手段２３で直接測定した温度と、あらかじめ実験等によって求めた界磁巻線２１の焼損温度に基づいてあらかじめ設定した許容温度とを比較し、測定した温度が前記許容温度を超えないように自動電圧調整器１４から界磁巻線２１に供給する電流を制御する。
【００１２】
温度測定手段２３は、前記界磁巻線２１に取り付けられて界磁巻線２１の温度を直接測定する温度センサ２４と、該温度センサ２４で測定したデータを伝達する測定温度データ伝達手段とを備えている。この測定温度データ伝達手段は、前記温度センサ２４で測定したデータを送信アンテナ２５を介して無線送信するデータ送信器２６と、前記送信アンテナ２５から発信されたデータを受信アンテナ２７を介して受信するデータ受信器２８とを備えており、温度センサ２４、送信アンテナ２５及びデータ送信器２６が同期発電機１２の回転部分（回転電機子部３４）に設けられ、受信アンテナ２７及びデータ受信器２８は同期発電機１２の非回転部分（フレーム３１等）に設けられている。
【００１３】
同期発電機１２は、図３に示すように、円筒形のフレーム３１の両端開口に取り付けられたエンドブラケット３２に、ベアリング３３を介して回転電機子部３４のシャフト３５を回転可能に設けるとともに、フレーム３１の内周に固定電機子部３６を設けている。回転電機子部３４には、図４にも示すように、シャフト３５の中央部に前記界磁巻線２１及び制動巻線３７が、シャフト３５の一端部には励磁機電機子巻線３８及びダイオード３９が、他端部のエンドブラケット側には冷却ファン４０が、それぞれ設けられている。また、固定電機子部３６には、界磁巻線２１の外周部分に電機子巻線４１が、励磁機電機子巻線３８の外周部分に励磁機界磁巻線４２が、それぞれ設けられている。
【００１４】
このような同期発電機１２において、前記温度センサ２４は、界磁巻線２１の側面部分に設けられており、データ送信器２６は、励磁機電機子巻線３８の側面に設けられ、さらに、送信アンテナ２５は、データ送信器２６から励磁機電機子巻線３８の外周に沿うようにして円弧状に設けられている。また、温度センサ２４とデータ送信器２６とを接続するセンサリード線４３は、界磁巻線２１部分から励磁機電機子巻線３８部分までシャフト３５の外周面に沿って設けられている。
【００１５】
一方の受信アンテナ２７は、送信アンテナ２５の外側を囲むようにして励磁機界磁巻線４２に、一部が開いた円形状に設けられており、データ受信器２８は、リード線４４を介してフレーム３１の適宜な位置、例えばフレーム３１やエンドブラケット３２の外側に設けられている。また、データ受信器２８は、図示しないリード線を介して前記電流制御手段２２に接続されている。
【００１６】
図２に示すように、前記電流制御手段２２には、あらかじめ設定した前記許容温度を記憶する記憶部５１と、該記憶部５１に記憶した許容温度Ｔｓと、前記温度測定手段２３で測定した界磁巻線温度Ｔｍとを比較する比較部５２と、該比較部５２での比較結果に基づいて自動電圧調整器１４から界磁巻線２１に供給する電流を制御する制御部５３と設けられている。すなわち、比較部５２で許容温度Ｔｓと界磁巻線温度Ｔｍとを比較した結果、界磁巻線温度Ｔｍが許容温度Ｔｓを超えた場合は（Ｔｓ＜Ｔｍ：Ｙｅｓ）、出力トランジスタ２０のゲートＯＮ時間を減らして自動電圧調整器１４から界磁巻線２１に供給する電流量を減少させ、界磁巻線温度Ｔｍが許容温度Ｔｓ以下の場合は（Ｔｓ＜Ｔｍ：Ｎｏ）、自動電圧調整器１４から界磁巻線２１に供給する電流量をそのままに維持する。
【００１７】
このような電流制御手段２２による電流量の制御は、同期発電機１２の出力周波数に関係なく行われ、また、発電機周囲温度にも関係なく行われる。従来は、出力周波数が低いとき、即ち冷却ファン４０の回転数が低くて冷却風量が少なくなるときには、界磁巻線の焼損を確実に防止するために必要以上に界磁巻線の電流量を低くし、また、冷却ファン４０により取り込む外気温度の設定も、夏季の高温時を基準に、例えば４０℃に設定しており、冬季の低温時では界磁巻線の冷却効果に余裕があるにもかかわらず、外気温度４０℃における冷却能力を基準にして界磁巻線の電流量を必要以上に抑えた状態となっている。
【００１８】
これに対し、前記電流制御手段２２では、直接測定した界磁巻線温度と、あらかじめ設定した許容温度とを比較するので、冷却ファン４０の回転数が低くて冷却風量が少なくなっても、外気温度が低いときには界磁巻線２１を十分に冷却できるので、界磁巻線２１の電流量を必要以上に抑制する必要がなく、同期発電機１２の発電能力を最大限に利用することができる。
【００１９】
一方、外気温度が異常に高い場所での使用や、負荷の異常な増大、使用者の異常操作等によって界磁巻線２１の温度が異常に上昇したときには、出力された電圧及び周波数に基づいた自動電圧調整器１４本来の制御状態に関係なく、電流制御手段２２の作用によって界磁巻線２１に供給する電流量が自動的に抑制されるので、界磁巻線２１の焼損を確実に防止することができる。さらに、電圧や周波数、電流等の多くの検出値を用いて演算するのに比べて制御性にも優れている。
【００２０】
なお、前記測定温度データ伝達手段には、同期発電機１２の構造等に応じて適宜最適なものを使用することが可能であり、前述の電波を用いた無線方式のデータ伝達手段としては、例えば、特許第１５８８８４０号公報に記載されているような方式を採用することができ、さらに、特許第１７２１９３８号公報等に記載されている光テレメータのような光伝達システムを採用することができる。このような光テレメータを採用する場合は、例えば、前述の送信アンテナ２５と同様の位置にデータ送信器の発光素子を設け、受信アンテナ２７と同様の位置にデータ受信器の受光素子を設ければよい。
【００２１】
さらに、前記界磁巻線２１への温度センサ２４の取り付けや、励磁機電機子巻線３８へのデータ送信器２６取り付けは、任意の手段で行うことができ、例えば、耐熱性を有する接着剤等を利用したり、ネジやワイヤー等を利用したりすることができる。また、電流制御手段２２は、自動電圧調整器１４に一体に組み込むことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の同期発電機の制御装置の一形態例を示すブロック図である。
【図２】電流制御手段の一形態例を示すブロック図である。
【図３】同期発電機の断面斜視図である。
【図４】同期発電機の回転電機子の正面図である。
【図５】同期発電機の温度測定手段の配置例を示す説明図である。
【図６】同期発電機の一例を示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１１…ディーゼルエンジン、１２…同期発電機、１３…エンジン発電機、１４…自動電圧調整器、１５…変圧器、１６…整流回路、１７…周波数／電圧変換器、１８…ＰＩＤ回路、１９…ＰＷＭ回路、２０…出力トランジスタ、２１…界磁巻線、２２…電流制御手段、２３…温度測定手段、２４…温度センサ、２５…送信アンテナ、２６…データ送信器、２７…受信アンテナ、２８…データ受信器、３１…フレーム、３２…エンドブラケット、３３…ベアリング、３４…回転電機子部、３５…シャフト、３６…固定電機子部、３７…制動巻線、３８…励磁機電機子巻線、３９…ダイオード、４０…冷却ファン、４１…電機子巻線、４２…励磁機界磁巻線、４３…センサリード線、４４…リード線、５１…記憶部、５２…比較部、５３…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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