(57)【要約】【課題】構造を複雑化させることなく、初期励磁のための外部電源や永久磁石発電機を不要とすることができる交流発電機を提供する。【解決手段】交流発電機１は、主発電機２と励磁機３とを備える。主電機子巻線６ａ，６ｂ，６ｃの出力の一部により、励磁機用界磁巻線８を励磁し、励磁機用電機子巻線１０ａ，１０ｂ，１０ｃの出力により、整流器１３を介して主界磁巻線４を励磁する。励磁機用界磁巻線８を巻装する鉄心１６に、主発電機２の電圧確立に必要な磁束を供給する永久磁石１７を設ける。【選択図】図１
2011072111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主発電機と励磁機とを備え、前記主発電機が有する主電機子巻線の出力の一部により、前記励磁機が有する励磁機用界磁巻線を励磁し、前記励磁機が有する励磁機用電機子巻線の出力により、整流器を介して前記主発電機が有する主界磁巻線を励磁する交流発電機において、
前記励磁機用界磁巻線を巻装する鉄心に、前記主発電機の電圧確立に必要な磁束を供給する永久磁石を設けたことを特徴とする交流発電機。
【請求項２】
前記主発電機は、前記主界磁巻線を設けた回転子と、前記主電機子巻線を設けた固定子とを備え、
前記励磁機は、前記励磁機用電機子巻線を設けた回転子と、前記励磁機用界磁巻線を設けた固定子とを備え、
前記主発電機の回転子と前記励磁機の回転子とが、駆動源により回転駆動される同一の回転軸に配置されていることを特徴とする請求項１記載の交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主発電機と励磁機とを備える交流発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の交流発電機として、主発電機の主電機子巻線の出力の一部により、励磁機の励磁機用界磁巻線を励磁し、励磁機の励磁機用電機子巻線の出力により、整流器を介して主発電機の主界磁巻線を励磁するものが知られている。このように構成された交流発電機においては、励磁機用界磁巻線に流れる電流によって主発電機の出力を制御することができる。しかし、原動機等の駆動源による始動の初期段階で励磁機用界磁巻線の励磁を行わなければならず、外部電源を用意して初期励磁用の電力を供給する必要がある。
【０００３】
一方、初期励磁用の外部電源を不要として単独での運転を可能とするため、主発電機と共通の駆動源により発電を行う永久磁石発電機を交流発電機に設けて励磁機用界磁巻線の初期励磁電源とするものが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００４】
このものでは、駆動源による始動時に、永久磁石発電機の出力から電圧調整器（ＡＶＲ）に電源供給され励磁機用界磁巻線に電流が供給される。これにより、励磁機用界磁巻線が励磁され、励磁機用電機子巻線に交流電圧が誘起する。そして、励磁機用電機子巻線からの電圧が整流器を介して主界磁巻線に印加されて主界磁巻線が励磁される。これを受けた主電機子巻線では電圧が誘起し、主発電機の電圧が確立する。その後、主電機子巻線で生成された電力の一部を励磁機用界磁巻線に供給することにより主界磁巻線の励磁が行われ、主発電機からの出力が維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平５−２９２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来のように、励磁機の励磁機用界磁巻線を初期励磁するために永久磁石発電機を交流発電機に設けると、交流発電機の構成部品が増加して構造が複雑となる。このため、交流発電機が大型化するだけでなく、保守も困難となる。
【０００７】
上記の点に鑑み、本発明は、構造を複雑化させることなく、初期励磁のための外部電源や永久磁石発電機を不要とすることができる交流発電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、主発電機と励磁機とを備え、前記主発電機が有する主電機子巻線の出力の一部により、前記励磁機が有する励磁機用界磁巻線を励磁し、前記励磁機が有する励磁機用電機子巻線の出力により、整流器を介して前記主発電機が有する主界磁巻線を励磁する交流発電機において、前記励磁機用界磁巻線を巻装する鉄心に、前記主発電機の電圧確立に必要な磁束を供給する永久磁石を設けたことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、前記励磁機用界磁巻線を巻装する鉄心に設けた永久磁石の磁束により、始動時に励磁機用界磁巻線を励磁することなく励磁機用電機子巻線に交流電圧を誘起させることができる。従って、初期励磁のための外部電源や永久磁石発電機を不要とすることができる。しかも、励磁機用界磁巻線を巻装する鉄心に永久磁石を設けるだけであるので、構造が極めて簡単であり、交流発電機の大型化を防止することができ、保守も容易である。
【００１０】
更に、前記永久磁石の磁束により励磁機用界磁巻線の励磁電流が低減できるので、主発電機の出力損失を抑えて発電効率を向上させることができる。しかも、前記永久磁石により安定した磁束が励磁機用電機子巻線に供給できるので、外部電源や他の発電機により励磁機用界磁巻線の励磁を行った場合に比べて、励磁機用電機子巻線から安定した交流電圧を誘起させることができ、安定した発電を行うことができる。
【００１１】
また、本発明において、前記主発電機は、前記主界磁巻線を設けた回転子と、前記主電機子巻線を設けた固定子とを備え、前記励磁機は、前記励磁機用電機子巻線を設けた回転子と、前記励磁機用界磁巻線を設けた固定子とを備え、前記主発電機の回転子と前記励磁機の回転子とが、駆動源により回転駆動される同一の回転軸に配置されていることが好ましい。これにより、ブラシなし交流発電機を構成することが可能となり、コンパクトとしてしかも保守を極めて容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の構成を模式的に示す説明図。
【図２】励磁機の固定子の一部を示す説明的断面図。
【図３】励磁機用界磁巻線と鉄心の説明的分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１において、本実施形態の交流発電機１は、主発電機２と励磁機３とを備えている。
【００１４】
主発電機２は、主界磁巻線４を回転子鉄心に巻装して構成した回転子５と、３相の主電機子巻線６ａ，６ｂ，６ｃを固定子鉄心に巻装して構成した固定子７とを備えている。
【００１５】
励磁機３は、励磁機用界磁巻線８を固定子鉄心に巻装して構成した固定子９と、３相の励磁機用電機子巻線１０ａ，１０ｂ，１０ｃを回転子鉄心に巻装して構成した回転子１１とを備えている。更に、後述するように、励磁機用界磁巻線８を巻装する固定子鉄心１６（図２及び図３参照）には永久磁石１７が埋設されている。
【００１６】
また、図示しないが、励磁機３の回転子１１と主発電機２の回転子５とは、何れも同一回転軸上に配置されており、この回転軸が原動機等の外部の駆動源により回転駆動されるようになっている。
【００１７】
励磁機用界磁巻線８は、電圧調整器（ＡＶＲ）１２の出力端子に接続されている。励磁機用電機子巻線１０ａ，１０ｂ，１０ｃは３相結線されて、それぞれの出力端子が、周知のダイオードブリッジ３相全波整流器１３の交流入力端子に接続されている。整流器１３は、励磁機３の回転子１１及び主発電機２の回転子５と共に前記回転軸に支持されており、界磁電流を主界磁巻線４に供給する。
【００１８】
主電機子巻線６ａ，６ｂ，６ｃは３相結線されて、それぞれの出力側は電圧調整器１２の入力端子に接続されていると共に、負荷が接続される出力端子１４ａ，１４ｂ，１４ｃが引き出されている。
【００１９】
このように、本実施形態の交流発電機１は、主発電機２の回転子５、励磁機３の回転子１１、及び整流器１３が単一の回転軸に設けられていることにより、ブラシとスリップリングによる電気的接続を不要とした所謂ブラシなし交流発電機を構成している。
【００２０】
電圧調整器１２は、その内部構成について図示省略したが、例えば、操作摘みの位置に応じて通電角が調整されるサイリスタ等の制御整流素子を用いた制御整流回路を備え、この制御整流回路により主電機子巻線６ａ，６ｂ，６ｃの交流出力を整流して、操作摘みの位置に対応した界磁電流を出力する。
【００２１】
励磁機３の固定子９は、図２に一部を示すように、円筒状の固定子フレーム１５の内周面に固設された固定子鉄心１６を備えている。固定子鉄心１６は、固定子フレーム１５の周方向に所定間隔を存して複数（例えば、４個〜１２個の偶数個）配設されている。これらの固定子鉄心１６には、夫々、励磁機用界磁巻線８が巻装されている。また、各固定子鉄心１６には、前述したように永久磁石１７が埋設されている。永久磁石１７は、主発電機２の電圧確立に必要な磁束（磁場）を励磁機用電機子巻線１０ａ，１０ｂ，１０ｃに供給する。なお、図２においては、励磁機３の回転子１１を仮想線で示している。
【００２２】
永久磁石１７は、図３に示すように、角棒状に形成されており、その長手方向に沿って固定子鉄心１６に形成された孔部１８に挿入することにより固定子鉄心１６と一体的に設けられる。永久磁石１７は、厚み方向の両面で極性が異なるように形成されており、図３においては、上面側がＮ極、下面側がＳ極となっている。永久磁石１７の各極は、励磁機用界磁巻線８が励磁された際の回転子１１に対向する極に合致するように固定子鉄心１６内部に挿着される。そして、励磁機３の固定子９においては、図２に示すように、隣り合う永久磁石１７同士でＮ極とＳ極とが互いに逆向きになるように配設される。
【００２３】
次に、以上の構成による交流発電機１の作動を図１を参照して説明する。図示しない駆動源により、主発電機２の回転子５と励磁機３の回転子１１とが取り付けられた回転軸の回転を始動すると、励磁機３の固定子鉄心１６に設けられている永久磁石１７からの磁束により励磁機用電機子巻線１０ａ，１０ｂ，１０ｃに交流電圧が誘起する。このように、上記構成によれば、励磁機用界磁巻線８を初期励磁することなく、励磁機用電機子巻線１０ａ，１０ｂ，１０ｃから交流電圧を得ることができるので、励磁機用界磁巻線８を初期励磁するための電源が不要である。
【００２４】
励磁機用電機子巻線１０ａ，１０ｂ，１０ｃから得られた交流電圧は、整流器１３により直流電流に変換されて主界磁巻線に供給される。これにより主界磁巻線４が励磁され、主電機子巻線６ａ，６ｂ，６ｃに交流電圧が誘起して、主発電機２における電圧が確立する。
【００２５】
主電機子巻線６ａ，６ｂ，６ｃから得られた交流電圧は出力端子１４ａ，１４ｂ，１４ｃに接続された図外の負荷に供給されるが、その一部は電圧調整器１２に入力される。そして、電圧調整器１２は、励磁機用界磁巻線８に界磁電流を供給する。
【００２６】
電圧調整器１２は、励磁機用界磁巻線８に供給する界磁電流を調整して主界磁巻線４に供給する界磁電流を変化させることにより主発電機２の出力を種々変化させることができる。
【００２７】
また、励磁機用界磁巻線８から生じる磁束には固定子鉄心１６に設けられた永久磁石１７からの磁束が加わることにより、励磁機用界磁巻線８に供給する界磁電流が低くても、励磁機用電機子巻線１０ａ，１０ｂ，１０ｃからは十分な交流電圧を得ることができる。従って、励磁機用界磁巻線８を励磁するために消費される主発電機２の出力を低減することができ、発電効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１…交流発電機、２…主発電機、３…励磁機、４…主界磁巻線、５…主発電機の回転子、６ａ，６ｂ，６ｃ…主電機子巻線、７…主発電機の固定子、８…励磁機用界磁巻線、９…励磁機の固定子、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…励磁機用電機子巻線、１１…励磁機の回転子、１３…整流器、１６…固定子鉄心（鉄心）、１７…永久磁石。
【図１】
2011072111.tif 000003
【図２】
2011072111.tif 000004
【図３】
2011072111.tif 000005