(57)【要約】【課題】交流励磁機の出力部導体における交流損を低減する技術を提供する。【解決手段】第１の出力部導体５０Ａは、多相であるｎ相交流電流を出力する交流発電機の出力部導体であって、第１相から第ｎ相の相毎に各相の交流電流を出力するｎ個の相導体を備えており、各相導体は、複数であるｐ個に分割して構成される。ｎ＝３およびｐ＝２の場合、出力部導体５０Ａは、３個の相導体５２、５３および５４を備え、各相導体５２、５３および５４は、それぞれ、２個の分割相導体５２ｐ１，５２ｐ２、５３ｐ１，５３ｐ２および５４ｐ１，５４ｐ２を有する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相であるｎ相交流電流を出力する交流発電機の出力部導体であって、
前記出力部導体は、第１相から第ｎ相の相毎に各相の交流電流を出力するｎ個の相導体を備えており、
前記相導体の各々は、前記相導体を複数個に分割して構成されることを特徴とする交流発電機の出力部導体。
【請求項２】
前記相導体の各々は、前記相導体を、回転軸の周方向へ複数個に分割して構成される分割相導体を有する請求項１項記載の交流発電機の出力部導体。
【請求項３】
前記分割相導体は、少なくとも一部を他相の相導体を分割して構成される分割相導体と入れ替え、前記回転軸の周方向に対して隣接する分割相導体の相が異なる相となる箇所を設けた請求項２記載の交流発電機の出力部導体。
【請求項４】
前記分割相導体の各々は、他相の相導体を分割して構成される分割相導体と入れ替え、前記回転軸の周方向に対して隣接する分割相導体の相が異なる相となるように配置される請求項３記載の交流発電機の出力部導体。
【請求項５】
前記相導体の各々は、前記相導体を、回転軸の軸方向へ複数個に分割して構成される分割相導体を有する請求項１から４の何れか１項に記載の交流発電機の出力部導体。
【請求項６】
前記分割相導体は、少なくとも一部を他相の相導体を分割して構成される分割相導体と入れ替え、前記回転軸の軸方向に対して隣接する分割相導体の相が異なる相となる箇所を設けた請求項５記載の交流発電機の出力部導体。
【請求項７】
前記分割相導体の各々は、他相の相導体を分割して構成される分割相導体と入れ替え、前記回転軸の軸方向に対して隣接する分割相導体の相が異なる相となるように配置される請求項６記載の交流発電機の出力部導体。
【請求項８】
前記相導体の各々を、それぞれ、複数個に分割して構成される分割相導体は、第１相から第ｎ相の少なくとも何れかの相で、通電方向が互いに逆方向となる第１の分割相導体および第２の分割相導体からなる請求項１から７の何れか１項に記載の交流発電機の出力部導体。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載される交流発電機の出力部導体を備え、多相交流電流を出力する交流励磁機と、
前記交流励磁機から出力される前記多相交流電流を直流に変換する回転整流器と、
前記交流励磁機と前記回転整流器とを搭載する回転軸と、
前記回転軸上に配置されて前記出力部導体と電気的に接続されるとともに、前記交流励磁機から前記回転整流器に前記多相交流電流を供給する交流接続導体とを具備することを特徴とするブラシレス同期発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流発電機の出力部導体および当該出力部導体を具備するブラシレス同期発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期発電機は近年の電力需要の伸びとともに単機容量が大容量化している。同期発電機の単機容量が大容量化していることに伴い、発電機本体が要求する界磁電流も大きくなっており、数千アンペアとなる場合もある。発電機本体に界磁電流を供給する励磁装置は、大きな界磁電流を供給する必要性から、大容量化および大型化の傾向にある。このような背景から交流励磁機と回転整流器とで構成されるブラシレス励磁方式の発電機（以下、「ブラシレス発電機」とする。）が注目されている。
【０００３】
例えば、極数が２極のブラシレス発電機（２極機）の場合、従前のブラシを有する発電機（以下、単に「従前の発電機」とする。）と比べると励磁容量を１／１００から１／３００程度にすることができる。従って、ブラシレス発電機は、従前のブラシを有する発電機と比べて発電機容量を大きくしやすいという利点を有する。
【０００４】
また、ブラシレス発電機は、従前の発電機で使用されるブラシを使用していないことから、ブラシ磨耗に因る清掃やブラシ交換といった作業が不要になるなど、保守性の観点からも大きな利点を有している。
【０００５】
ブラシレス発電機では、例えば、三相交流の場合、三相出力する励磁用の交流発電機（以下、「交流励磁機」とする。）と、交流励磁機の出力（交流）を直流に変換する整流素子で構成された回転整流器とが同じ回転軸上に搭載されている。また、ブラシレス発電機では、発電機本体容量に伴った界磁電流を供給する必要があることから、回転整流器と三相出力する交流励磁機とを電気的に接続する交流接続導体も同じ回転軸上に配置され接続される必要がある。
【０００６】
ブラシレス発電機の発電機容量を大きくしやすいなどの利点を活かして、大容量が必要な発電機にはブラシレス発電機が適用されるケースが増加傾向にある。大容量のブラシレス発電機では交流励磁機から出力される電流も大きくなるため、交流励磁機から出力される電流の誘導作用によって発生する渦電流に起因する発熱量も多くなる。従って、交流接続導体および当該交流接続導体と近接する発電機構造物への熱的な影響は、発電機が大容量化するほど無視できないものとなる。
【０００７】
上述した事情を考慮して、回転軸上に配設される交流励磁機と回転整流器とを電気的に接続する交流接続導体を改良し、交流接続導体および当該交流接続導体と近接する発電機構造物への熱的な影響の低減を図ったブラシレス発電機が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−８９２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のブラシレス同期発電機では、交流励磁機の出力部を構成する交流導体（以下、「出力部導体」とする。）は、各相が単一の導体（単一導体）で構成されている。上記構成の出力部導体を備える交流励磁機の出力部に大電流を流すと、交流励磁機に備えられる出力部導体の交流損が大きくなり、損失が大きくなるという課題がある。
【００１０】
また、出力部導体を流れる電流の誘導作用により、出力部導体および出力部導体と近接する構造物のうち、鉄などの磁性材料で構成される構造物が誘導加熱される。この誘導加熱によって、当該構造物に熱的損傷が生じ、場合によっては絶縁物の損傷事故などを招来し得る。
【００１１】
出力部導体を流れる電流の誘導作用の影響をより小さく抑える一つの方策として、出力部導体が発生させる磁界の影響を受ける近接構造物と出力部導体との距離を長くすることが考えられる。この方策を採用する場合、距離を長くすることが遠心力の増大につながるため、この遠心力の面から構造が複雑化する。構造の複雑化は、組立作業の難しさを増大させるだけではなく発電機の信頼性低下を招来するため、好ましいとはいえない。
【００１２】
他方、近接構造物の加熱を防止すべく、高い遠心力に耐える非磁性材料を使用することや本体発電機の界磁巻線数を増加させ低電圧大電流から高電圧低電流にする方策も考えられるが、この方策を採用する場合、コスト上昇は避けられず好ましいとはいえない。
【００１３】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、交流励磁機（励磁用の交流発電機）の出力部導体における交流損を低減する交流発電機の出力部導体およびブラシレス同期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】
【００１４】
本発明の実施形態に係る交流発電機の出力部導体は、上述した課題を解決するため、多相であるｎ相交流電流を出力する交流発電機の出力部導体であって、前記出力部導体は、第１相から第ｎ相の相毎に各相の交流電流を出力するｎ個の相導体を備えており、前記相導体の各々は、前記相導体を複数個に分割して構成されることを特徴とする。
【００１５】
本発明の実施形態に係るブラシレス同期発電機は、上述した課題を解決するため、前記交流発電機の出力部導体を備え、多相交流電流を出力する交流励磁機と、前記交流励磁機から出力される前記多相交流電流を直流に変換する回転整流器と、前記交流励磁機と前記回転整流器とを搭載する回転軸と、前記回転軸上に配置されて前記出力部導体と電気的に接続されるとともに、前記交流励磁機から前記回転整流器に前記多相交流電流を供給する交流接続導体とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本実施形態によれば、交流励磁機の出力部導体における交流損をより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係るブラシレス同期発電機の構成の一部を示す部分断面図。
【図２】本実施形態に係るブラシレス同期発電機の回路構成を示す回路図。
【図３】第１の実施形態に係る交流発電機の出力部導体の構成例（第１の構成例）を示す概略図。
【図４】第２の実施形態に係る交流発電機の出力部導体の構成例（第２の構成例）を示す概略図。
【図５】第３の実施形態に係る交流発電機の出力部導体の構成例（第３の構成例）を示す概略図。
【図６】第３の実施形態に係る交流発電機の出力部導体の他の構成例（第４の構成例）を示す概略図。
【図７】第４の実施形態に係る交流発電機の出力部導体の構成例（第５の構成例）を示す概略図。
【図８】第４の実施形態に係る交流発電機の出力部導体の他の構成例（第６の構成例）を示す概略図。
【図９】本実施形態に係る交流発電機の出力部導体の変形例（第７の構成例）を示す概略図。
【図１０】本実施形態に係る交流発電機の出力部導体の変形例（第８の構成例）を示す概略図。
【図１１】本実施形態に係る交流発電機の出力部導体の変形例（第９の構成例）を示す概略図。
【図１２】本実施形態に係る交流発電機の出力部導体の変形例（第１０の構成例）を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る交流発電機の出力部導体および当該出力部導体を具備するブラシレス同期発電機（以下、単に「実施形態に係るブラシレス同期発電機」とする。）について、図面を参照して説明する。
【００１９】
なお、以下の説明中に使用される上、下、左、右、水平および鉛直などの方向は、図示の状態または通常の使用状態を基準とした方向である。
【００２０】
図１は、本実施形態に係るブラシレス同期発電機の一例であるブラシレス同期発電機１０の構成の一部を示す部分断面図である。
【００２１】
なお、図１に示されるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、ｘｙｚ三次元直交座標系における各座標軸である。ｘ軸方向およびｚ軸方向は水平方向であり、ｙ軸方向は鉛直方向である。また、ｚ軸方向は回転軸に平行な方向である。
【００２２】
ブラシレス同期発電機１０は、ｎ（ｎは複数）相のブラシレス同期発電機であって、例えば、回転軸１上に搭載される交流励磁機２および回転整流器３と、回転軸１上に配置され、交流励磁機２から出力される多相交流電流を回転整流器３に供給する複数本の接続導体４とを具備する。
【００２３】
交流励磁機２は、励磁用の交流発電機である。交流励磁機２は、固定子側に位置する界磁部２１と、界磁部２１と分離され、回転子側に位置する電機子部２２とを備える。また、電機子部２２の出力部は、本実施形態に係る交流発電機の出力部導体の一例である出力部導体５０（５０Ａ〜５０Ｊ）によって構成されている。
【００２４】
回転整流器３は、例えば、６個の整流素子などの相数に応じた複数個の整流素子を有する整流部３１を備える。
【００２５】
ブラシレス同期発電機１０では、回転軸１上に搭載される交流励磁機２の出力部導体５０と回転整流器３の整流部３１とが接続導体４によって電気的に接続されている。
【００２６】
図２は、多相の一例である３相（ｎ＝３の場合）のブラシレス同期発電機１０の回路構成を示す回路図である。
【００２７】
ブラシレス同期発電機１０は、回路的には、交流励磁機２と回転整流器３とが接続導体４によって接続されて構成される。
【００２８】
交流励磁機２は、例えば、界磁巻線２１１を有する界磁部２１と、Ｕ相巻線２２ｕ、Ｖ相巻線２２ｖおよびＷ相巻線２２ｗを有する電機子部２２とを備えている。
【００２９】
ここで、電機子部２２の出力部とは、図２に例示する電機子部２２において、Ｕ相巻線２２ｕ、Ｖ相巻線２２ｖおよびＷ相巻線２２ｗの回転整流器３側の端部であり、Ｕ相出力端Ｔｕ０、Ｖ相出力端Ｔｖ０およびＷ相出力端Ｔｗ０を含む部分である。当該部分を構成する導体が出力部導体５０である。
【００３０】
回転整流器３は、例えば、６個の整流素子３１ａ〜３１ｆを有する整流部３１を備え、整流部３１と発電機本体５を駆動させるための磁界を生成する界磁巻線３２とが電気的に接続されている。また、整流部３１には、交流励磁機２から出力される多相の交流電流が通電する接続導体４が接続される接点（以下、「整流器接点」とする。）が設けられている。
【００３１】
図２に例示されるブラシレス同期発電機１０では、整流部３１に、Ｕ相出力端Ｔｕ０から出力されるＵ相の交流電流が通電する接続導体４が接続されるＵ相整流器接点Ｔｕ１と、Ｖ相出力端Ｔｖ０から出力されるＶ相の交流電流が通電する接続導体４が接続されるＶ相整流器接点Ｔｖ１と、Ｗ相出力端Ｔｗ０から出力されるＷ相の交流電流が通電する接続導体４が接続されるＷ相整流器接点Ｔｗ１とが、それぞれ、設けられている。
【００３２】
ブラシレス同期発電機１０では、交流励磁機２によって発生する交流電流が接続導体４を介して回転整流器３に供給され、回転整流器３の整流部３１で整流されて変換された直流電流が界磁巻線３２へ送られる。この界磁巻線３２を流れる界磁電流によって生じる磁界によって発電機本体５は交流電力を発生する。
【００３３】
続いて、各実施形態に係る出力部導体およびブラシレス同期発電機について、ブラシレス同期発電機１０が具備する出力部導体５０（５０Ａ〜５０Ｊ）を例示して説明する。
【００３４】
［第１の実施形態］
図３は、第１の実施形態に係る交流発電機の出力部導体の構成例である第１の出力部導体５０Ａを示す概略図である。
【００３５】
第１の出力部導体５０Ａは、例えば、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）などの多相の交流電流を相毎に出力する相導体５２，５３，５４を備える。相導体５２，５３，５４は、例えば銅などの導電率の良好な導体であり、回転軸１（図１）の周方向へ、例えば２個など複数個に分割されて構成される。また、第１の出力部導体５０Ａは、中性点（図２）を提供する中性点導体５５を備える。
【００３６】
図３に例示される第１の出力部導体５０Ａでは、Ｕ相の相導体（以下、「Ｕ相導体」とする。）５２は、回転軸１の周方向へ２個に分割して構成される２個の分割相導体（以下、「分割Ｕ相導体」とする。）５２ｐ１および５２ｐ２を有している。なお、後述の分割Ｕ相導体の説明については、第１の分割Ｕ相導体５２ｐ１と第２の分割Ｕ相導体５２ｐ２とを明確に区別する必要がない場合には、符号の末尾の１および２を省略し、単に分割Ｕ相導体５２ｐとして包括的に説明する。
【００３７】
Ｕ相導体５２と同様に、相導体５３および５４（以下、それぞれ、「Ｖ相導体」および「Ｗ相導体」とする。）についても、それぞれ、回転軸１の周方向へ２個に分割して構成される２個の分割相導体（以下、それぞれ、「分割Ｖ相導体」および「分割Ｗ相導体」とする。）５３ｐ１，５３ｐ２および５４ｐ１，５４ｐ２を有している。なお、後述の分割Ｖ相導体および分割Ｗ相導体の説明についても、分割Ｕ相導体の説明と同様に、分割相導体を明確に区別する必要がない場合には、符号の末尾の１および２を省略し、分割Ｖ相導体５３ｐおよび分割Ｗ相導体５４ｐとして包括的に説明する。
【００３８】
相導体５２，５３，５４および中性点導体５５は、それぞれ、絶縁体５７を介して配設されている。絶縁体５７は、例えば、ポリイミドテープとガラステープとを組み合わせた厚さ１ｍｍ程度の絶縁体で構成されており、相導体５２，５３，５４を通電する電流などを考慮して材料や厚さが適宜選択される。
【００３９】
押え板５９は、例えば、鉄単体または鉄合金からなる材料で形成されており、相導体５２，５３，５４および中性点導体５５を、絶縁体５７を介して回転軸１（図１）側に押さえて接続導体４（図１）と接触させている。
【００４０】
上述したように構成される第１の出力部導体５０Ａおよび第１の出力部導体５０Ａを具備するブラシレス同期発電機１０では、各相導体５２，５３，５４を分割した構成とすることで、電流の比較的低い周波数成分が大きい場合等においては、導体分割により表皮効果による実効的断面積の減少を抑制することができる。これは従来、表皮効果により導体表面に流れていた導体断面積に加え、導体分割により新たに発生した分割断面にも交流電流が流れるため、合計の導体断面積が増加したことで、導体の交流抵抗が小さくなり、交流損失低減が可能となるためである。
【００４１】
従って、第１の出力部導体５０Ａおよび第１の出力部導体５０Ａを具備するブラシレス同期発電機１０では、押え板５９などの出力部導体５０の周辺構造物と出力部導体５０との距離を従来から変えることなく、各相導体５２，５３，５４の交流損を低減することができる。
【００４２】
故に、第１の出力部導体５０Ａを具備するブラシレス同期発電機１０によれば、ブラシレス同期発電機１０において生じる交流損を低減することができる。
【００４３】
なお、図３に示される第１の出力部導体５０Ａは、多相の一例として、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の場合を説明しているが、３相に限定されない。例えば、６相や２４相など、３相以外の多相の場合においても、３相の場合と同様に、相導体の各々を分割して第１の出力部導体５０Ａを構成することができる。
【００４４】
また、図３に示される第１の出力部導体５０Ａは、相導体を回転軸１（図１）の周方向へ複数個に分割する一例として、２個に分割される相導体５２，５３，５４を例示して説明しているが、相導体の分割数は２個に限定されるものではなく３個以上でもよい。
【００４５】
さらに、第１の出力部導体５０Ａなどの出力部導体５０における、相導体５２，５３，５４および中性点導体５５の配置は一例に過ぎず、図３などに図示される配置に限定されない。例えば、中性点導体５５を、Ｕ相導体５２とＶ相導体５３との間に配置するなど、相導体５２，５３，５４および中性点導体５５の間で適宜入れ替えて配置して第１の出力部導体５０Ａを構成することができる。
【００４６】
［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態に係る交流発電機の出力部導体の構成例である第２の出力部導体５０Ｂを示す概略図である。
【００４７】
第２の出力部導体５０Ｂは、第１の出力部導体５０Ａに対して、相導体５２，５３，５４とは分割する方向が異なる相導体６２，６３，６４を備える点で相違するが、その他の点については実質的に相違しない。そこで、本実施形態の説明では、第１の出力部導体５０Ａと実質的に相違しない構成要素に同じ符号を図３に付して重複する説明を省略する。
【００４８】
第２の出力部導体５０Ｂは、例えば、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）などの多相の交流電流を相毎に出力する相導体６２，６３，６４を備える。相導体６２，６３，６４は、回転軸１（図１）の軸方向へ、例えば２個など複数個に分割して構成される。また、第２の出力部導体５０Ｂは、中性点（図２）を提供する中性点導体５５を備える。
【００４９】
図４に例示される第２の出力部導体５０Ｂでは、Ｕ相導体６２は、回転軸１の軸方向へ２個に分割して構成される２個の分割相導体（分割Ｕ相導体）６２ｐ１および６２ｐ２を有している。また、Ｕ相導体６２と同様に、Ｖ相導体６３およびＷ相導体６４についても、それぞれ、回転軸１の軸方向へ２個に分割して構成される２個の分割相導体（以下、それぞれ、「分割Ｖ相導体」および「分割Ｗ相導体」とする。）６３ｐ１，６３ｐ２および６４ｐ１，６４ｐ２を有している。
【００５０】
なお、上述した分割Ｕ相導体５２ｐなどと同様に、２個の分割Ｕ相導体６２ｐ１および６２ｐ２、２個の分割Ｖ相導体６３ｐ１および６３ｐ２、および２個の分割Ｗ相導体６４ｐ１および６４ｐ２について、両者を明確に区別する必要がない場合、符号の末尾の１および２を省略し、単に分割Ｕ相導体６２ｐなどとして包括的に説明する。
【００５１】
上述したように構成される第２の出力部導体５０Ｂおよび第２の出力部導体５０Ｂを具備するブラシレス同期発電機１０では、第１の出力部導体５０Ａおよび第１の出力部導体５０Ａを具備するブラシレス同期発電機１０と同様に、各相導体６２，６３，６４を分割した構成とすることで、電流の比較的低い周波数成分が支配的な場合等においては、導体分割により表皮効果による実効的断面積の減少を抑制することができるため、交流損失低減が可能となる。
【００５２】
なお、図４に示される第２の出力部導体５０Ｂは、相導体が回転軸１の軸方向へ複数個に分割される一例として２個に分割される相導体６２，６３，６４を例示して説明しているが、相導体の分割数は２個に限定されるものではなく３個以上でもよい。
【００５３】
［第３の実施形態］
図５は、第３の実施形態に係る交流発電機の出力部導体の構成例である第３の出力部導体５０Ｃを示す概略図である。
【００５４】
第３の出力部導体５０Ｃは、第１の出力部導体５０Ａに対して、各相導体５２，５３，５４を構成する分割相導体５２ｐ，５３ｐ，５４ｐの少なくとも一部が、入れ替えられている点、すなわち、分割方向である回転軸１（図１）の周方向に対して隣接する分割相導体の相が異なる相となる箇所が設けられている点で相違するが、その他の点については実質的に相違しない。そこで、後述する第３の出力部導体５０Ｃの説明では、第１の出力部導体５０Ａと実質的に相違しない構成要素に同じ符号を図５に付して重複する説明を省略する。
【００５５】
第３の出力部導体５０Ｃは、例えば、ｚ軸正方向に向かって、第２の分割Ｗ相導体５４ｐ２、第２の分割Ｖ相導体５３ｐ２、第２の分割Ｕ相導体５２ｐ２、第１の分割Ｗ相導体５４ｐ１、第１の分割Ｖ相導体５３ｐ１および第１の分割Ｕ相導体５２ｐ１の順に、分割相導体５２ｐ１，５２ｐ２，５３ｐ１，５３ｐ２，５４ｐ１，５４ｐ２が配置されており、隣接する分割相導体５２ｐ１，５２ｐ２，５３ｐ１，５３ｐ２，５４ｐ１，５４ｐ２の何れもが異なる相となるように配置されている。
【００５６】
図５に例示される第３の出力部導体５０Ｃを参照して、より具体的に説明すれば、第１の分割Ｖ相導体５３ｐ１と隣接する分割相導体は、それぞれ、第１の分割Ｕ相導体５２ｐ１および第１の分割Ｗ相導体５４ｐ１で、Ｖ相とＵ相およびＶ相とＷ相となり、互いに異なる相となっている。第１の分割Ｖ相導体５３ｐ１以外の残りの５個の分割相導体についても、第１の分割Ｖ相導体５３ｐ１と同様に、隣接する分割相導体の相が自己の相と異なるように配置されている。
【００５７】
なお、図５に示される第３の出力部導体５０Ｃは、分割相導体５２ｐ１，５２ｐ２，５３ｐ１，５３ｐ２，５４ｐ１，５４ｐ２を備える第１の出力部導体５０Ａに対して、分割相導体５２ｐ１，５２ｐ２，５３ｐ１，５３ｐ２，５４ｐ１，５４ｐ２の各々が、隣接する分割相導体５２ｐ１，５２ｐ２，５３ｐ１，５３ｐ２，５４ｐ１，５４ｐ２の相と異なる相となるように配置されている例であるが、必ずしも隣接する分割相導体５２ｐ１，５２ｐ２，５３ｐ１，５３ｐ２，５４ｐ１，５４ｐ２の各々が互いに異なる相となる必要はなく、一部が同じ相となる箇所があってもよい。
【００５８】
例えば、図１に示される第１の出力部導体５０Ａの分割相導体５２ｐ２と分割相導体５３ｐ１とを入れ替えて、隣接する分割相導体の相が自己の相と異なる箇所（第１の分割Ｕ相導体５２ｐ１、第１の分割Ｖ相導体５３ｐ１、第２の分割Ｕ相導体５２ｐ２および第２の分割Ｖ相導体５３ｐ２）の他に、隣接する分割相導体の相が自己の相と同じ箇所（第１の分割Ｗ相導体５４ｐ１と第２の分割Ｗ相導体５４ｐ２）が存在する第３の出力部導体５０Ｃを構成してもよい。
【００５９】
上述したように構成される第３の出力部導体５０Ｃおよび第３の出力部導体５０Ｃを具備するブラシレス同期発電機１０では、第１の出力部導体５０Ａなどの分割相導体５２ｐ１，５２ｐ２，５３ｐ１，５３ｐ２，５４ｐ１，５４ｐ２を有する相導体５２，５３，５４を備える出力部導体５０と同様に、押え板５９などの出力部導体５０の周辺構造物と出力部導体５０との距離を従来から変えることなく、ブラシレス同期発電機１０において生じる交流損を低減することができる。また、発電機の構造を複雑化させることなく、第３の出力部導体５０Ｃが発生させる磁界の影響を受ける構造物への熱的損傷をより小さく抑えることができる。
【００６０】
さらに、第３の出力部導体５０Ｃおよび第３の出力部導体５０Ｃを具備するブラシレス同期発電機１０では、相導体の分割方向に隣接する分割相導体間で相の異なる電流が流れる箇所が形成されるので、相導体の分割方向に隣接する分割相導体間で相の異なる電流が流れる箇所が形成されない場合と比べて漏れ磁束をより減少させることができる。つまり、ブラシレス同期発電機１０において生じる交流損をさらに低減することができ、第３の出力部導体５０Ｃが発生させる磁界の影響を受ける構造物への熱的損傷をさらに小さく抑えることができる。
【００６１】
例えば、図５に例示される第３の出力部導体５０Ｃの場合、相導体５２，５３，５４がそれぞれ分割されておらず相の入れ替えも行わない従来の出力部導体と比べて交流損を約半減（５０％減少）させることができる。
【００６２】
なお、図５に示される第３の出力部導体５０Ｃは、第１の出力部導体５０Ａに対して、分割相導体５２ｐ１，５２ｐ２，５３ｐ１，５３ｐ２，５４ｐ１，５４ｐ２を入れ替えて配置している例であるが、分割相導体の入れ替えを適用可能な出力部導体５０は、第１の出力部導体５０Ａに限定されるものではなく、分割相導体を備える出力部導体５０であれば、第１の出力部導体５０Ａと同様に分割相導体の入れ替えを適用できる。
【００６３】
図６は、第３の実施形態に係る交流発電機の出力部導体の他の構成例である第４の出力部導体５０Ｄを示す概略図である。
【００６４】
例えば、分割相導体６２ｐ１，６２ｐ２，６３ｐ１，６３ｐ２，６４ｐ１，６４ｐ２を備える第２の出力部導体５０Ｂに対して、第２の出力部導体５０Ｂにおける分割相導体６２ｐ１，６２ｐ２，６３ｐ１，６３ｐ２，６４ｐ１，６４ｐ２の少なくとも一部を入れ替えて配置して、図６に例示される第４の出力部導体５０Ｄなどの出力部導体５０を構成することができる。
【００６５】
［第４の実施形態］
図７は、第４の実施形態に係る交流発電機の出力部導体の構成例である第５の出力部導体５０Ｅを示す概略図である。
【００６６】
第５の出力部導体５０Ｅは、例えば、第１の出力部導体５０Ａに対して、相導体５２，５３，５４とは分割相導体の構成が異なる相導体７２，７３，７４を備える点で相違するが、その他の点については実質的に相違しない。そこで、後述する第５の出力部導体５０Ｅの説明では、第１の出力部導体５０Ａと実質的に相違しない構成要素に同じ符号を図７に付して重複する説明を省略する。
【００６７】
第５の出力部導体５０Ｅは、例えば、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）などの多相の交流電流を相毎に出力する相導体７２，７３，７４を備える。相導体７２，７３，７４は、回転軸１（図１）の周方向へ、例えば２個など複数個に分割して構成される。また、第５の出力部導体５０Ｅは、中性点（図２）を提供する中性点導体５５を備える。
【００６８】
図７に例示される第５の出力部導体５０Ｅでは、Ｕ相導体７２は、回転軸１の周方向へ２個に分割して構成される２個の分割Ｕ相導体５２ｐおよび５２ｎを有している。また、Ｕ相導体７２と同様に、Ｖ相導体７３およびＷ相導体７４についても、それぞれ、回転軸１の周方向へ２個に分割して構成される２個の分割Ｖ相導体５３ｐ，５３ｎおよび２個の分割Ｗ相導体５４ｐ，５４ｎを有している。
【００６９】
ここで、分割Ｕ相導体５２ｎ、分割Ｖ相導体５３ｎおよび分割Ｗ相導体５４ｎとは、それぞれ、分割Ｕ相導体５２ｐ、分割Ｖ相導体５３ｐおよび分割Ｗ相導体５４ｐに対して、通電する電流の方向が逆方向となる関係にある分割相導体である。
【００７０】
出力部導体５０では、相導体が少なくとも２個に分割されているため、分割相導体単位で電機子部２２（図１，２）が鎖交する磁束を設定することが可能となる。そこで、第５の出力部導体５０Ｅでは、電機子部２２が鎖交する磁束が、少なくとも互いに逆方向となる２種類となるように、第２の分割Ｕ相導体５２ｐ２、第２の分割Ｖ相導体５３ｐ２および第２の分割Ｗ相導体５４ｐ２を出力部として有する電機子部２２が鎖交する磁束の発生源となる界磁巻線２１１と接続される電源（第２の電源）の正極と負極とを、第１の分割Ｕ相導体５２ｐ１、第１の分割Ｖ相導体５３ｐ１および第１の分割Ｗ相導体５４ｐ１を出力部として有する電機子部２２が鎖交する磁束の発生源となる界磁巻線２１１（図２）と接続される電源（第１の電源）に対して入れ替えている（以下、「正極と負極との入れ替え」とする。）。
【００７１】
換言すれば、図３に例示される第１の出力部導体５０Ａにおいて、第２の分割Ｕ相導体５２ｐ２、第２の分割Ｖ相導体５３ｐ２および第２の分割Ｗ相導体５４ｐ２の正極と負極とを入れ替え、正極と負極とを入れ替えていない第１の分割Ｕ相導体５２ｐ１、第１の分割Ｖ相導体５３ｐ１および第１の分割Ｗ相導体５４ｐ１を、それぞれ、分割Ｕ相導体５２ｐ、分割Ｖ相導体５３ｐおよび分割Ｗ相導体５４ｐとし、正極と負極とを入れ替えた第２の分割Ｕ相導体５２ｐ２、第２の分割Ｖ相導体５３ｐ２および第２の分割Ｗ相導体５４ｐ２を、それぞれ、分割Ｕ相導体５２ｎ、分割Ｖ相導体５３ｎおよび分割Ｗ相導体５４ｎとしたものが、図７に例示される第５の出力部導体５０Ｅである。
【００７２】
上述したように構成される第５の出力部導体５０Ｅおよび第５の出力部導体５０Ｅを具備するブラシレス同期発電機１０では、正極と負極とを入れ替えていない分割Ｕ相導体５２ｐ、分割Ｖ相導体５３ｐおよび分割Ｗ相導体５４ｐと、正極と負極とを入れ替えた分割Ｕ相導体５２ｎ、分割Ｖ相導体５３ｎおよび分割Ｗ相導体５４ｎとを有する相導体７２，７３，７４が、第１の出力部導体５０Ａなどの分割相導体５２ｐ１，５２ｐ２，５３ｐ１，５３ｐ２，５４ｐ１，５４ｐ２を有する相導体５２，５３，５４を備える出力部導体５０と同様に、各発生させる起磁力の相互作用を生じさせることができるので、ブラシレス同期発電機１０において生じる交流損を低減することができる。
【００７３】
また、第５の出力部導体５０Ｅおよび第５の出力部導体５０Ｅを具備するブラシレス同期発電機１０では、押え板５９などの出力部導体５０の周辺構造物と出力部導体５０との距離を大きくすることなく漏れ磁束を減少させることができるので、発電機の構造を複雑化させることなく、第５の出力部導体５０Ｅが発生させる磁界の影響を受ける構造物への熱的損傷をより小さく抑えることができる。
【００７４】
さらに、第５の出力部導体５０Ｅおよび第５の出力部導体５０Ｅを具備するブラシレス同期発電機１０では、同相間でも、分割Ｕ相導体５２ｐと分割Ｕ相導体５２ｎ、分割Ｖ相導体５３ｐと分割Ｖ相導体５３ｎ、および分割Ｗ相導体５４ｐと分割Ｗ相導体５４ｎとでは、通電方向が異なるので、通電方向が同じとなる場合と比べて漏れ磁束をより減少させることができる。つまり、ブラシレス同期発電機１０において生じる交流損をさらに低減することができ、第５の出力部導体５０Ｅが発生させる磁界の影響を受ける構造物への熱的損傷をさらに小さく抑えることができる。
【００７５】
なお、図７に示される第５の出力部導体５０Ｅは、分割相導体５２ｐ１，５２ｐ２，５３ｐ１，５３ｐ２，５４ｐ１，５４ｐ２を備える第１の出力部導体５０Ａに対して、第２の分割Ｕ相導体５２ｐ２、第２の分割Ｖ相導体５３ｐ２および第２の分割Ｗ相導体５４ｐ２の全てで正極と負極とを入れ替えている例であるが、必ずしもＵ相、Ｖ相およびＷ相の全てで正極と負極とを入れ替える必要はなく、正極と負極とが入れ替えられている相が少なくとも一つあればよい。
【００７６】
例えば、図１に示される第１の出力部導体５０Ａの分割Ｕ相導体５２ｐ２を正極と負極とが入れ替える一方、残りは入れ替えずに、Ｕ相導体７２と、Ｖ相導体５３と、Ｗ相導体５４とを備える第５の出力部導体５０Ｅを構成してもよい。
【００７７】
また、図７に示される第５の出力部導体５０Ｅは、第１の出力部導体５０Ａに対して、分割相導体５２ｐ１，５２ｐ２，５３ｐ１，５３ｐ２，５４ｐ１，５４ｐ２のうち、分割相導体５２ｐ２，５３ｐ２，５４ｐ２の正極と負極とを入れ替えて配置している例であるが、正極と負極との入れ替えを適用可能な出力部導体５０は、第１の出力部導体５０Ａに限定されるものではなく、分割相導体を備える出力部導体５０であれば、第１の出力部導体５０Ａと同様に正極と負極との入れ替えを適用できる。
【００７８】
図８は、第４の実施形態に係る交流発電機の出力部導体の他の構成例である第６の出力部導体５０Ｆを示す概略図である。
【００７９】
例えば、分割相導体６２ｐ１，６２ｐ２，６３ｐ１，６３ｐ２，６４ｐ１，６４ｐ２を備える第２の出力部導体５０Ｂに対しても、正極と負極との入れ替えを適用でき、第２の出力部導体５０Ｂにおける分割相導体６２ｐ１，６２ｐ２，６３ｐ１，６３ｐ２，６４ｐ１，６４ｐ２のうち、分割相導体６２ｐ２，６３ｐ２，６４ｐ２の正極と負極とを入れ替えて配置して、図８に例示される第６の出力部導体５０Ｆなどの出力部導体５０を構成することができる。
【００８０】
以上、出力部導体５０および出力部導体５０を具備するブラシレス同期発電機１０によれば、出力部導体５０が発生させる起磁力の相互作用（磁束の弱め合い）により、押え板５９などの周辺構造物と出力部導体５０との距離を変える（大きくする）ことなく漏れ磁束を減少させることができるので、ブラシレス同期発電機１０において発生する交流損を低減することができる。
【００８１】
また、出力部導体５０および出力部導体５０を具備するブラシレス同期発電機１０によれば、押え板５９などの周辺構造物と出力部導体５０との距離を大きくすることなく漏れ磁束を減少させることができるので、周辺構造物への磁界の影響を低減できる。従って、発電機の構造を複雑化させることなく、出力部導体５０が発生させる磁界の影響を受ける構造物への熱的損傷をより小さく抑えることができる。
【００８２】
さらに、第３の出力部導体５０Ｃなどの分割相導体の少なくとも一部を入れ替えている出力部導体５０および当該出力部導体５０を具備するブラシレス同期発電機１０によれば、相導体の分割方向に隣接する分割相導体間で相の異なる電流が流れる箇所ができるので、漏れ磁束をより減少させることができる。
【００８３】
従って、第３の出力部導体５０Ｃなどの分割相導体の少なくとも一部を入れ替えている出力部導体５０を具備するブラシレス同期発電機１０では、分割相導体の少なくとも一部を入れ替えていない出力部導体を具備するブラシレス同期発電機と比べて、ブラシレス同期発電機１０の損失をさらに低減することができる。また、出力部導体５０が発生させる磁界の影響を受ける構造物への熱的損傷をさらに小さく抑えることができる。
【００８４】
なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも、例えば、後述する図９〜１２に示される出力部導体５０Ｇ〜５０Ｊなどのように、様々な形態で実施することが可能である。
【００８５】
図９〜１２は、本実施形態に係る交流発電機の出力部導体の変形例である第７〜１０の出力部導体５０Ｇ〜５０Ｊを示す概略図である。
【００８６】
図９に例示される第７の出力部導体５０Ｇは、図４に例示される第２の出力部導体５０Ｂにおける相導体６２，６３，６４を、第１の出力部導体５０Ａにおける相導体５２，５３，５４（図３）と同様に回転軸１の周方向へ２個に分割して、４個の分割相導体９２ｐ１〜９２ｐ４，９３ｐ１〜９３ｐ４，９４ｐ１〜９４ｐ４をそれぞれ有する相導体９２，９３，９４を備える出力部導体５０である。
【００８７】
図１０に例示される第８の出力部導体５０Ｈは、図９に例示される第７の出力部導体５０Ｇに対して、分割Ｕ相導体９２ｐ２，９２ｐ３、分割Ｖ相導体９３ｐ２，９３ｐ３および分割Ｗ相導体９４ｐ２，９４ｐ３を互いに入れ替え、さらに、分割Ｕ相導体９２ｐ２，９２ｐ３、分割Ｖ相導体９３ｐ２，９３ｐ３および分割Ｗ相導体９４ｐ２，９４ｐ３の正極と負極とを入れ替えた出力部導体５０である。
【００８８】
より具体的には、図９に例示される第７の出力部導体５０Ｇに対して、分割Ｕ相導体９２ｐ２，９２ｐ３の位置に分割Ｖ相導体９３ｐ２，９３ｐ３を、分割Ｖ相導体９３ｐ２，９３ｐ３の位置に分割Ｗ相導体９４ｐ２，９４ｐ３を、分割Ｗ相導体９４ｐ２，９４ｐ３の位置に分割Ｕ相導体９２ｐ２，９２ｐ３を配置し、さらに、分割Ｕ相導体９２ｐ２，９２ｐ３、分割Ｖ相導体９３ｐ２，９３ｐ３および分割Ｗ相導体９４ｐ２，９４ｐ３の正極と負極とを入れ替えて、それぞれ、分割Ｕ相導体９２ｎ１，９２ｎ２、分割Ｖ相導体９３ｎ１，９３ｎ２および分割Ｗ相導体９４ｎ１，９４ｎ２とし、正極と負極とを入れ替えていない分割Ｕ相導体９２ｐ１，９２ｐ４、分割Ｖ相導体９４ｐ１，９３ｐ４および分割Ｗ相導体９４ｐ１，９４ｐ４を、それぞれ、新たな分割Ｕ相導体９２ｐ１，９２ｐ２、分割Ｖ相導体９４ｐ１，９３ｐ２および分割Ｗ相導体９４ｐ１，９４ｐ２とした出力部導体５０が、図１０に例示される第８の出力部導体５０Ｈである。
【００８９】
図１１に例示される第９の出力部導体５０Ｉは、図５に例示される第３の出力部導体５０Ｃに対して、第２の分割Ｕ相導体５２ｐ２を正極と負極とを入れ替えて分割Ｕ相導体５２ｎとし、さらに、分割Ｕ相導体５２ｎと第１の分割Ｖ相導体５３ｐ１とを入れ替えた出力部導体５０である。
【００９０】
図１２に例示される第１０の出力部導体５０Ｊは、図６に例示される第４の出力部導体５０Ｄに対して、第２の分割Ｖ相導体６３ｐ２を正極と負極とを入れ替えて分割Ｖ相導体６３ｎとし、さらに、分割Ｖ相導体６３ｎと第２の分割Ｕ相導体６２ｐ２とを入れ替えた出力部導体５０である。
【００９１】
出力部導体５０は、例えば、第１および第２の出力部導体５０Ａおよび５０Ｂのように、相導体が回転軸１の周方向および軸方向の何れか一方向に分割される場合に限らず、第７の出力部導体５０Ｇのように、相導体が回転軸１の周方向および軸方向の各方向に対してそれぞれ２個以上に分割されていてもよい。
【００９２】
また、出力部導体５０は、例えば、第８の出力部導体５０Ｈのように、相導体が回転軸１の周方向および軸方向の各方向に対してそれぞれ２個以上に分割されている場合にも、一部または全部の相に対して、相の入れ替えおよび正極と負極との入れ替えの少なくとも一方を行うことができる。
【００９３】
さらに、出力部導体５０は、例えば、第９および第１０の出力部導体５０Ｉおよび５０Ｊのように、相の入れ替えおよび正極と負極との入れ替えの両方を行ってもよい。また、相の入れ替えおよび正極と負極との入れ替えを行う相は、必ずしも全相でなくてもよく、図１１および図１２に例示されるように、一部の相でもよい。
【００９４】
本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９５】
１…回転軸、２…交流励磁機、３…回転整流器、４…接続導体、５…発電機本体、１０…ブラシレス同期発電機、２１…界磁部、２１１…界磁巻線、２２…電機子部、２２ｕ…Ｕ相巻線、２２ｖ…Ｖ相巻線、２２ｗ…Ｗ相巻線、３１…整流部、３１ａ〜３１ｆ…整流素子、３２…界磁巻線、５０（５０Ａ〜５０Ｊ）…出力部導体（第１〜第１０の出力部導体）、５２，６２，７２，８２，９２…Ｕ相導体、５２ｐ（５２ｐ１，５２ｐ２），５２ｎ），６２ｐ（６２ｐ１，６２ｐ２），６２ｎ，９２ｐ（９２ｐ１〜９２ｐ４），９２ｎ（９２ｎ１，９２ｎ２）…分割Ｕ相導体、５３，６３，７３，８３，９３…Ｖ相導体、５３ｐ（５３ｐ１，５３ｐ２），５３ｎ，６３ｐ（６３ｐ１，６３ｐ２），６３ｎ，９３ｐ（９３ｐ１〜９３ｐ４），９３ｎ（９３ｎ１，９３ｎ２）…分割Ｖ相導体、５４，６４，７４，８４，９４…Ｗ相導体、５４ｐ（５４ｐ１，５４ｐ２），５４ｎ，６４ｐ（６４ｐ１，６４ｐ２），６４ｎ，９４ｐ（９４ｐ１〜９４ｐ４），９４ｎ（９４ｎ１，９４ｎ２）…分割Ｗ相導体、５５…中性点導体、５７…絶縁体、５９…押え板、Ｔｕ０…Ｕ相出力端、Ｔｖ０…Ｖ相出力端、Ｔｗ０…Ｗ相出力端、Ｔｕ１…Ｕ相整流器接点、Ｔｖ１…Ｖ相整流器接点、Ｔｗ１…Ｗ相整流器接点。
【図１】
2019146320.tif 000003
【図２】
2019146320.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2019146320.tif 000011
【図１０】
2019146320.tif 000012
【図１１】
2019146320.tif 000013
【図１２】
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