(57)【要約】  回転電気機械と、ブラシレス回転電気機械の回転子を磁化する方法である。この方法は、固定磁界を形成することと、交流電流を作るために磁化機械の回転子を固定磁界内で回転することと、前記交流電流を回転子内にある制御可能ブリッジで整流することと、制御命令を前記回転子に無線で受信することと、前記制御命令に基づいて前記電流の大きさを制御可能ブリッジで制御することと、前記制御電流を回転電気機械の磁化巻線に供給することと、を含む。
2014533923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレス励磁を持つ回転電気機械であって、
主電気機械と、
励磁機械であって、その回転子（２１）が前記主電気機械の回転子と共に回転して前記主電気機械に磁化出力を生成する励磁機械と、
界磁磁化電流（ＩＲ）を前記主電気機械の回転子巻線（２８）に供給するための、前記励磁機械に電気的に接続する回転整流ブリッジ（２２）と
を含み、その特徴は、
前記回転整流ブリッジ（２２）は前記界磁磁化電流（ＩＲ）を制御するための制御可能半導体素子（Ｔ１からＴ６）を含む制御整流ブリッジであり、
前記回転電気機械は前記回転整流ブリッジに接続する回転子制御ユニット（２４）を更に含み、
前記回転子制御ユニットは制御半導体素子を制御し、
前記回転子制御ユニットは制御命令を無線で受信する、
ことである、回転電気機械。
【請求項２】
前記励磁機械は磁化出力を前記主電気機械に作るための、固定磁界内で回転する回転巻線を含むことを特徴とする、請求項１記載の回転電気機械。
【請求項３】
前記固定磁界は永久磁石で作ることを特徴とする、請求項２記載の回転電気機械。
【請求項４】
前記固定磁界はＤＣ電流で磁化するコイルで作ることを特徴とする、請求項２記載の回転電気機械。
【請求項５】
前記回転電気機械は前記主電気機械の回転子巻線の磁化を低下させる制御可能回路を更に含むことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電気機械。
【請求項６】
前記制御可能回路は前記主電気機械の回転子巻線に並列に接続する直列接続のダイオードおよび抵抗器と、前記直列接続に並列に接続する制御可能半導体素子（Ｔ７）とを含み、前記回転子制御ユニットは前記制御可能半導体素子を制御することを特徴とする、請求項５記載の回転電気機械。
【請求項７】
前記回転子制御ユニットは無線通信を送りまた受けることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の回転電気機械。
【請求項８】
前記回転子制御ユニットは回転子回路の１つ以上の量を測定し、前記量は界磁磁化巻線の電圧と、界磁磁化電流と、種々の温度とを含むことを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回転電気機械。
【請求項９】
前記回転子制御ユニットは１つ以上の測定量を自動電圧調整器に無線で送信することを特徴とする、請求項８記載の回転電気機械。
【請求項１０】
ブラシレス回転電気機械の回転子を磁化する方法であって、
固定磁界を形成することと、
交流電流を作るために磁化機械の回転子を固定磁界内で回転することと、
前記交流電流を前記回転子内にある制御可能ブリッジで整流することと、
制御命令を前記回転子に無線で受信することと、
前記制御命令に基づいて前記電流の大きさを前記制御可能ブリッジで制御することと、
前記制御電流を前記回転電気機械の磁化巻線に供給することと、
を含む、ブラシレス回転電気機械の回転子を磁化する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電気機械に関するもので、特に回転電気機械の励磁に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機や発電機などの回転電気機械の働きは機械の固定子と回転子との間の磁気的相互作用に基づく。一般に、固定子および回転子の極の磁化は永久磁片を用いて、または電流が流れる巻線を用いて行うことが可能である。一般に、同期機の場合は、固定子は巻線を含み、回転子の極は永久磁石または電流が流れる巻線により磁化される。同期機を発電機として用いる場合は、回転子を機械力により回転させ、回転磁界が固定子巻線に電圧を誘起する。同期機を電動機として用いる場合は、交流電流が固定子内に回転磁界を作り、磁化された回転子は磁界の動きに追従して回転磁界と共に回転する。
【０００３】
回転子内の電気的磁化すなわち界磁コイルを用いると、回転子の極に供給される電流を制御することにより磁化を制御することができるという利点がある。この電流を界磁磁化電流、励磁電流、または回転子電流と呼ぶ。この電流の目的は回転する回転子に必要な磁界を作ることである。
従来、界磁磁化はブラシレス磁化かまたはブラシ付き磁化を用いて行われている。ブラシ付き磁化では、回転する回転子に固定子側から電流を流すブラシを用いて、回転する回転子に固定電源から電流を供給する。
【０００４】
図１はブラシレス磁化に用いる基本的構造を示す。ブラシレス磁化では、主機の界磁巻線３への磁化電流ＩＲを作るのに磁化機すなわち励磁機を用いる。磁化機の回転子巻線１は主機の回転子と共に回転し、一方、励磁機の固定子巻線２は励磁電流Ｉｍにより付勢する。回転する巻線に発生する電流をダイオードブリッジで整流し、整流電流（すなわち、回転子電流）ＩＲを更に界磁巻線３に供給する。このようにして、励磁電流Ｉｍを制御することにより回転子電流ＩＲを間接的に制御する。
【０００５】
図１はまた、点線で囲まれた箱５で回転部を示し、また磁化電流を制御するのに用いる装置６を示す。この装置を一般にＡＶＲ（自動電圧調整器）と呼ぶ。ＡＶＲは複数の入力（図示せず）を受け、この入力信号に従って機械の磁化を制御する。図１は更に、主機の固定子巻線７を示す。この機械が発電機の場合は、この巻線は３相のＵ，Ｖ，Ｗ電圧を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のブラシレス励磁の欠点の１つは、磁化電流を制御するために機械の構造が非常に複雑なことである。ＡＶＲは数十アンペアの範囲の電流を生成することが可能な電力段を含む。この電力段は或る量の損失を生じるし、またＡＶＲシステム全体が大型である。更に、ＡＶＲシステムには、例えば、変圧器やパイロット励磁機などの別個の電源が必要なので、このシステムが必要とする複雑さや空間が大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は上記の欠点を軽減するための方法と、この方法を実現するための機械とを提供することである。本発明の目的は、独立請求項の記述により特徴づけられる方法および機械により達成することができる。本発明の好ましい実施の形態は従属請求項に開示する。
本発明は、機械の回転子内の制御ブリッジを用いて回転子電流を直接制御するという考えに基づく。制御ブリッジは回転する回転子内にある制御ユニットで制御し、ＡＶＲなどの固定ユニットから制御情報を無線で受ける。
【０００８】
本発明の方法および装置の利点は、別個の励磁電流が必要ないことと、ＡＶＲユニット内の電力段がなくなることである。これによりＡＶＲユニットの大きさと出力定格が大幅に減少する。
制御励磁電流を用いないので、励磁機は励磁機の固定子内の永久磁石を用いて磁化することが可能である。永久磁石の大きさと量は正確に決めることができる。
ある実施の形態では、回転子制御ユニットとＡＶＲユニットとの間のデータの送信は双方向である。すなわち、回転子制御ユニットも固定のＡＶＲユニットに無線で通信することができる。従来、測定情報を回転する回転子から直接受信することは不可能であったが、これにより可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
以下に、添付の図面を参照して、好ましい実施の形態により本発明を詳細に説明する。
【図１】電気機械の回転子を磁化するための周知のシステムを示す。
【図２】本発明のある実施の形態に係る磁化システムの基本的構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図２はある実施の形態に係る磁化システムの主回路構造を示す。回転する電気機械はブラシレス磁化を備える。すなわち、この機械は固定電流源から回転子電流を供給するためのスリップリングを有しない。本開示では、主機の磁化は、主電気機械の回転子と共に回転する励磁機械すなわち励磁機の回転子巻線２１により生成する。回転子と回転部とを図２の点線で囲んだ箱３１で示す。
【００１１】
励磁機械すなわち励磁機の回転子巻線からの電流を整流して、ＤＣ電流（すなわち、界磁磁化電流）を回転子巻線（すなわち、主機の界磁巻線）に供給する。この実施の形態では、整流はサイリスタＴ１からＴ６で構成する制御整流ブリッジ２２を用いて行う。この実施の形態では、補助機の回転子２１は三相なので、整流ブリッジは三対の整流素子を有する。
【００１２】
本機の回転子は更に、ブリッジのスイッチ素子を制御する回転子制御ユニット２４を含む。回転子制御ユニットは励磁機の各相に接続し、これからこのユニットは動作電圧を受ける。または、制御ユニットは補助コイルにより付勢する。機械が運転を開始するとき、回転子制御ユニットは無電力である。機械の回転子が回転し始めると励磁機は電圧を発生するので、この電圧を回転子制御ユニットの運転電圧として用いる。
【００１３】
回転子制御ユニットは回転子内に設置されているので、ＡＶＲから回転子制御ユニットへの制御命令は無線を用いて送信する。回転子の諸量（例えば、回転子の電圧ＵＲおよび電流ＩＲ）の実際の値も無線でＡＶＲに送り返す。回転子制御ユニットは電流測定手段２５（例えば、シャント測定またはホール要素などでよい）により回転子電流を測定する。
電流ＩＲはサイリスタＴ１からＴ６により調整する。これらのサイリスタの制御は、ＡＶＲユニット２６が送る信号に従って回転子制御ユニットが行う。
【００１４】
ＡＶＲユニット２６およびその機能は周知の構造と同様であるが、異なる点は、本発明で用いるＡＶＲユニットは実際の励磁電流を作るための電力段を持たないことである。図２はＡＶＲユニットに接続する送信装置２７を示す。この送信機２７からの信号は回転子制御ユニット２４が受信する。回転子制御ユニットは信号を受信するための適当な手段を含む。無線送信は任意の周知の無線送信方法および装置を用いて行ってよい。適用可能な送信タイプの例として、ブルートウース無線技術や、赤外線技術や、ＲＦ技術などがある。情報の送信は完全に構造に特有の装置を用いて行うことが可能である（例えば、励磁機の極に巻いたコイルを用いルことが可能である）。
【００１５】
本開示において、励磁の応答および精度は従来のブラシレス励磁より優れている。その理由は回転子電流の制御を直接行うためであり、励磁電流Ｉｍで制御するのではないからである。励磁の応答は大幅に向上し、生成電力は以前よりはるかに正確に安定する。この機能はいわゆる電力安定システム（ＰＳＳ）にも用いることが可能である。
【００１６】
励磁機の固定子２３は、好ましくは永久磁石を用いて磁化する。必要な永久磁石の量は計算してもよいし、テスト磁界で実験的に決めてもよい。更に、固定子の設計は永久磁石でコンパクトにすることができる。磁化巻線に供給する必要な回転子電流は周知なので、磁化機はこの電流を供給するように設計してよい。永久磁石の量は、必要な短絡回路電流が得られるように設定することが可能である。
【００１７】
永久磁石を用いるのが好ましい理由は、大型で特殊な変圧器が必要でないからである。ＡＶＲユニットに電力を供給する従来のブラシレス励磁では、変流器またはパイロット励磁機により完成された変圧器が必要である。
【００１８】
別の方法は、電気的に磁化した固定子を用いて励磁機を磁化することである。回転子回路内の回転子電流は制御されるので、励磁機の固定子コイルに供給する電流は一定にすることができる。電流が一定なので、磁化回路の設計は周知のシステムのように制御された励磁電流を用いる場合に比べて更に簡単になる。
【００１９】
ある実施の形態では、回転子制御ユニット２４と固定ＡＶＲユニット２６とは無線で双方向に接続する。これは、両ユニット共に情報を送りまた受けることを意味する。上に述べたように、回転子制御ユニットは、例えば、界磁磁化電流すなわち回転子電流ＩＲの測定値をＡＶＲに送る。このフィードバックを行うと、例えば、正確な時間依存最大限度（ａｃｃｕｒａｔｅ  ｔｉｍｅ  ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ  ｍａｘ  ｌｉｍｉｔｓ）を回転子電流に設定するなど、従来のＡＶＲシステムに比べてＡＶＲ内の制御能力を更に高めることができる。更に、ＩＲの値をＡＶＲから直接読むことができる。例えば、テスト磁界で測定スリップリングは必要ない。
【００２０】
情報の双方向送信は他に多くの用途がある。従来のシステムでは、回転子回路内の電流および電圧の実際の値は分からなかった。情報の送信により、回転子電流および電圧の測定値を回転子から固定ＡＶＲユニットに送信することができる。周知のシステムでは、発電機のテストのためだけに、回転子内にスリップリングを設けて大型の発電機のタイプテストを行った。このように、双方向のデータ送信は機械を実際に使用する前にも有用である。
【００２１】
固定ユニット２６に送信する測定値は、例えば、巻線からまたはブリッジからの種々の温度測定値や、測定手段２５が測定する回転子電流や、磁化巻線の電圧（これは簡単な分圧器を用いて測定することができる）を含むことができる。他の送信信号としては、例えば、接地故障信号や、サイリスタやその他の半導体素子の故障を示す信号などがある。
【００２２】
機械の安全のために、ＡＶＲユニットは回転子制御ユニットと繰り返し交信して、ユニット間の通信路が正常な状態にあることを確認してよい。これを行うには、ポーリングを繰り返し送って回転子制御ユニットから応答を受けるか、または参照値を回転子制御ユニットに送る（参照値は一定であるが）。回転子制御ユニットは、所定の時間間隔でＡＶＲから送信を受けない場合に機械を停止させる、という機能を有してよい。更に、回転子制御ユニットは受けた命令を管理する、というような保護を行ってよい。命令が或る基準を満たさない場合は、回転子制御ユニットは制御ブリッジを停止させる。
【００２３】
ある実施の形態では、回転子回路は更に、主電気機械の回転子巻線の磁化を低下させるための制御可能回路を含む。図２は、磁化巻線に並列に接続する直列接続のダイオードＤ１および抵抗器Ｒ１と、この直列接続に並列に接続する制御半導体素子Ｔ７とを示す。制御素子（サイリスタＴ７など）は回転子制御ユニットが制御する。磁化巻線２８の磁化を急速に低下させるときは、回転子制御ユニット２４はサイリスタＴ７を遮断状態に設定する。巻線からの回転子電流が強制的に抵抗器Ｒ１およびダイオードＤ１の直列接続を通ると、巻線の磁界は急速に低下する。
【００２４】
図２は主電気機械の固定子巻線も示す。電気機械が発電機のときは巻線に電圧が誘起され、この電圧は相Ｕ，Ｖ，Ｗを有する３相電圧を形成する。ＡＶＲ２６の電流測定手段２９を固定子巻線に関して設ける。図２は、抵抗分圧器を用いて各相の電圧を測定する電圧センサ３０も示す。機械を望ましい方法で更に制御するために、ＡＶＲ２６は電流および電圧情報を用いる。
【００２５】
ブラシレス励磁機械は、中圧および高圧のグリッドに供給する３相電圧を生成する高出力用の発電機として一般に用いられる。しかしここで述べた機械の出力定格はいかなる特定の出力にも限定されない。
【００２６】
当業者に明らかなように、ここに開示した電気機械は回転子回路内に異なるタイプの半導体素子を用いてよい。図２は素子をサイリスタとして示すが、そのタイプは任意の特定のタイプに限定されない。同様に、回転する回転子の制御ユニットと固定のＡＶＲとの間の情報の無線送信は上に述べた例に限定されない。送信は、このシステムで用いるのに適した任意の無線方式およびプロトコルを用いて行ってよい。
【００２７】
当業者に明らかなように、技術の進歩に従って、本発明の考え方を種々の方法で実現してよい。本発明およびその実施の形態は上に述べた例に限定されるものではなく、請求項の範囲内で変更してよい。
【図１】
2014533923.tif 000003
【図２】
2014533923.tif 000004
【国際調査報告】
2014533923.tif 000005
2014533923.tif 000006