(57)【要約】【課題】三相出力用の同期発電機に簡単な追加改造を行うだけで三相、単相の同時使用を可能とした同期発電機を提供する。【解決手段】三相の電機子巻線（ａ，ｂ，ｃ）の一つの相の電機子巻線（ｃ）の両端に変圧器（Ｔ）の一次巻線（ｄ）の両端を接続するとともに、該変圧器（Ｔ）の二次巻線（ｅ）の一端を前記中性点（Ｏ）に接続し、前記三相の電機子巻線（ａ，ｂ，ｃ）の出力端（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を三相四線式電源とし、同時に前記変圧器（Ｔ）の二次巻線（ｅ）の他端（Ｎ）と前記三相の電機子巻線（ａ，ｂ，ｃ）の残りの二つの電機子巻線（ａ，ｂ）の出力端（Ｕ，Ｖ）とを単相三線式電源とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相の電機子巻線（ａ，ｂ，ｃ）を１２０度の位相差で中性点（Ｏ）にＹ結線した三相四線式交流同期発電機において、前記三相の電機子巻線（ａ，ｂ，ｃ）の一つの相の電機子巻線（ｃ）の両端に変圧器（Ｔ）の一次巻線（ｄ）の両端を接続するとともに、該変圧器（Ｔ）の二次巻線（ｅ）の一端を前記中性点（Ｏ）に接続し、前記三相の電機子巻線（ａ，ｂ，ｃ）の出力端（Ｕ，Ｖ，Ｗ）と中性点（Ｏ）とを三相四線式電源とし、同時に前記変圧器（Ｔ）の二次巻線（ｅ）の他端（Ｎ）と前記三相の電機子巻線（ａ，ｂ，ｃ）の残りの二つの電機子巻線（ａ，ｂ）の出力端（Ｕ，Ｖ）とを単相三線式電源としたことを特徴とする同期発電機。
【請求項２】
前記変圧器は発電機本体とは別体に形成され、前記変圧器（Ｔ）の一次巻線（ｄ）の両端は前記三相の電機子巻線（ａ，ｂ，ｃ）の一つの相の電機子巻線（ｃ）の両端に、前記変圧器（Ｔ）の二次巻線（ｅ）の一端は前記中性点（Ｏ）に着脱可能に接続されることを特徴とする請求項１記載の同期発電機。
【請求項３】
前記変圧器（Ｔ）の一次電圧と二次電圧との比率が、１：０．５以下に設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の同期発電機。
【請求項４】
前記変圧器は一次電圧と二次電圧との比率が変更可能となっていることを特徴とする請求項３記載の同期発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期発電機に関し、詳しくは、三相四線式交流同期発電機から三相四線式と単相三線式とを同時に出力可能とした同期発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
低圧の同期発電機には、様々な負荷に電気を供給するため、三相三線式、三相四線式、単相二線式及び単相三線式の４種類があるが、実用的には、三相四線式と単相三線式とが出力できれば、ほとんどの負荷に電気を供給することが可能である。また、一般に、通常の数１０ｋＷクラスの発電機は、同期発電機をエンジンで駆動する可搬型エンジン発電装置が圧倒的に多い。
【０００３】
このような可搬型エンジン発電装置は、工事用やイベント用の仮設電源として様々な場所に移動して使用され、不特定の負荷に電気を供給している。例えば、ポンプやモータ等の電源には三相２００Ｖが使用され、電動工具や事務機等の電源には単相１００Ｖが使用されるため、一般的には、発電機から三相２００Ｖで出力し、負荷側に設けた変圧器で単相１００Ｖに変成することが多く行われているが、この場合は、可搬型エンジン発電装置とは別に変圧器を用意しなければならない。
【０００４】
このようなことから、電機子巻線を分割したり（例えば、特許文献１参照。）、本来の電機子巻線に別の電機子巻線を組み合わせたり（例えば、特許文献２参照。）することによって三相四線式と単相三線式とを同時に出力可能な構造を有する同期発電機が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３３５６９６号公報
【特許文献２】特開２００４−７２９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記両特許文献に記載されたものでは、発電機の製作時に発電機内に単相出力用の電機子巻線をあらかじめ組み込んでおく必要があり、発電機の寸法が大きくなってしまう問題がある。さらに、三相、単相の同時使用は一般的ではないことから、使用する可能性の低い単相出力用の電機子巻線を組み込んでおくことは経済的ではない。また、三相、単相をスイッチで切り替える方式も提案されているが、この場合はスイッチが必要になるだけでなく、三相、単相の同時使用は不可能である。さらに、可搬型発電装置は、不特定多数の使用者によって操作されるため、単純な構造で、操作が簡単なことが望まれている。
【０００６】
そこで本発明は、三相出力用の同期発電機に簡単な追加改造を行うだけで三相、単相の同時使用を可能とした同期発電機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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の同期発電機は、三相の電機子巻線（ａ，ｂ，ｃ）を１２０度の位相差で中性点（Ｏ）にＹ結線した三相四線式交流同期発電機において、前記三相の電機子巻線（ａ，ｂ，ｃ）の一つの相の電機子巻線（ｃ）の両端に変圧器（Ｔ）の一次巻線（ｄ）の両端を接続するとともに、該変圧器（Ｔ）の二次巻線（ｅ）の一端を前記中性点（Ｏ）に接続し、前記三相の電機子巻線（ａ，ｂ，ｃ）の出力端（Ｕ，Ｖ，Ｗ）と中性点（Ｏ）とを三相四線式電源とし、同時に前記変圧器（Ｔ）の二次巻線（ｅ）の他端（Ｎ）と前記三相の電機子巻線（ａ，ｂ，ｃ）の残りの二つの電機子巻線（ａ，ｂ）の出力端（Ｕ，Ｖ）とを単相三線式電源としたことを特徴としている。
【０００８】
さらに、本発明の同期発電機は、前記変圧器は発電機本体とは別体に形成され、前記変圧器（Ｔ）の一次巻線（ｄ）の両端は前記三相の電機子巻線（ａ，ｂ，ｃ）の一つの相の電機子巻線（ｃ）の両端に、前記変圧器（Ｔ）の二次巻線（ｅ）の一端は前記中性点（Ｏ）に着脱可能に接続されることを特徴としている。また、前記変圧器（Ｔ）の一次電圧と二次電圧との比率が、１：０．５以下に設定され、さらに、前記変圧器は一次電圧と二次電圧との比率が変更可能となっていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の同期発電機によれば、変圧器の一次巻線及び一次巻線を発電機の中性点及び一つの出力点にそれぞれ接続するだけで三相、単相の同時使用が可能となる。したがって、発電機の製作時に発電機内に単相出力用の電機子巻線をあらかじめ組み込んでおく必要がないので発電機自体が大型化することはない。また、変圧器接続用の端子だけをあらかじめ設けておくことにより、必要に応じて変圧器を着脱することができ、使用場所に応じた対応が可能となる。さらに、一次電圧と二次電圧との比率は１：０．５が基本となるが、この比率を、例えば１：０．２５に設定することにより、変圧器を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の同期発電機の一形態例を示す電機子巻線部分の結線図、図２は同期発電機を駆動したときの電圧ベクトル図、図３は変圧器の巻線の状態を示す結線図、図４は同期発電機全体の回路図、図５は可搬型エンジン発電装置への適用例を示す説明図、図６は変圧器の一次電圧と二次電圧との比率を１：０．２５に設定したときの電圧ベクトル図、図７は変圧器の電圧比率を変えたときの位相と単相出力の理論的な推移を示す図である。
【００１１】
この同期発電機は、同一巻数の三相の電機子巻線ａ，ｂ，ｃを１２０度の位相差で中性点ＯにＹ結線した三相四線式交流同期発電機であって、前記三相の電機子巻線ａ，ｂ，ｃの内の一つの相の電機子巻線ｃの両端に、変圧器Ｔを構成する一次巻線ｄの両端を接続するとともに、該変圧器Ｔを構成する二次巻線ｅの一端を前記中性点Ｏに接続している。  このように結線した同期発電機をエンジン等で駆動することにより、図２に示すように、前記三相の電機子巻線ａ，ｂ，ｃの出力端Ｕ，Ｖ，Ｗに向かって電圧ベクトルＵｖ，Ｖｖ，Ｗｖが発生し、出力端Ｕ，Ｖ，Ｗ及び中性点Ｏが三相四線式の電力を出力する電源となる。同時に、変圧器Ｔを構成する一次巻線ｄには一次電圧Ｅ１が印加され、前記変圧器Ｔの二次巻線ｅには二次電圧Ｅ２が発生することで、二次巻線ｅの他端（出力端）Ｎと前記三相の電機子巻線ａ，ｂ，ｃの残りの二つの電機子巻線ａ，ｂの出力端Ｕ，Ｖとの間に電圧ベクトルＵｖ，Ｖｖ，Ｅ２が発生し、単相三線式の電力を出力する電源となる。例えば、図１に示すように、出力端Ｕ，Ｖ間が２００Ｖの場合、二次巻線ｅの出力端Ｎが単相三線式の中性点となって出力端Ｕ，Ｎ間及び出力端Ｎ，Ｖ間は、理論的にはそれぞれ１００Ｖの電圧となる。
【００１２】
変圧器Ｔは、図３に示すように、直列に配置した一次巻線ｄと二次巻線ｅとの間に中性点Ｏを接続し、一次巻線ｄの先端に電機子巻線ｃの出力端Ｗを接続した回路で形成できるので、同期発電機への変圧器Ｔの組み込みは、図４に示すように、同期発電機本体１１の中性点Ｏから引き出した配線１２を一次巻線ｄと二次巻線ｅとの間に接続し、同期発電機の一つの出力Ｗを一次巻線ｄの先端に接続するとともに、二次巻線ｅの先端からの配線１３に対して同期発電機からの他の二つの出力Ｕ，Ｖに接続した配線１４，１５を組み合わせるだけで三相、単相の同時使用が可能となる。また、単相出力Ｕ，Ｎ，Ｖの回路には、三相出力Ｕ，Ｖ，Ｗに設けられている過電流保護用のＭＣＣＢ（配線用遮断器）−Ｔと同様にＭＣＣＢ−Ｓが設けられている。
【００１３】
このように、変圧器Ｔは、同期発電機本体１１から引き出した配線に接続するだけで単相出力用として機能することから、通常の三相四線式交流同期発電機を使用した三相出力の一般的な可搬型エンジン発電装置においても、変圧器Ｔを追加改造することによって三相、単相の同時使用が可能となる。
【００１４】
例えば、図５に示すように、エンジン２１、ラジエータ２１ａ、同期発電機２２、燃料タンク２３，ＡＶＲを含む制御装置２４等をケーシング２５内に収納した可搬型エンジン発電装置２６では、比較的余裕のある中央部の上部空間に、支持台２７に載置した状態で変圧器Ｔを設置し、必要な配線を接続するだけで三相、単相を同時使用可能な可搬型エンジン発電装置とすることができる。このとき追加が必要な配線は、同期発電機２２から引き出されている三相四線式の出力配線から分岐した配線と、配線用遮断器及び出力端子を備えた単相三線式の出力配線だけであり、発電機本体内部や制御装置の改造はまったく行う必要はなく、出力切替用のスイッチも必要としないので、極めて簡単に追加改造を行うことができる。また、変圧器Ｔを取り外して三相出力専用として再使用することも容易に行える。
【００１５】
さらに、図６に示すように、変圧器Ｔを収納した変圧器盤３１を可搬型エンジン発電装置３２のボンネット外表面に設置したり、図７に示すように、可搬型エンジン発電装置３２から離れた建物３３の壁面等に変圧器Ｔを収納した変圧器盤３１を設置することも可能である。これらの場合においても、同期発電機から引き出されている三相四線式の出力配線から分岐した配線と、配線用遮断器及び出力端子を備えた単相三線式の出力配線を追加するだけでよく、内部空間に変圧器Ｔを収納する空間が得られない可搬型エンジン発電装置や、三相、単相同時使用の機能を有していない可搬型エンジン発電装置を使用現場で改造する場合に有効である。
【００１６】
また、変圧器Ｔにおける一次電圧Ｅ１と二次電圧Ｅ２との比率ｍは、ｍ＝１：０．５が基本であり、例えば、図１に示すように、三相出力が２００Ｖに場合には、ｍ＝１：０．５として１００Ｖのベクトル線を完全に一致させ、理論的に単相出力を１００Ｖにすることが基本であるが、図８に示すように、ｍ＝１：０．２５に設定して二次電圧Ｅ２を低くすると、１００Ｖのベクトル線が完全に一致せず、単相出力が１０４Ｖになるが、実用上はまったく問題はなく、二次電圧Ｅ２を低くすることによって変圧器Ｔの二次巻線ｅの巻数を減らすことができ、変圧器Ｔの小型化及びコストダウンを図ることができる。前記比率ｍを変えたときの位相と単相出力の理論的な推移を図９に示す。このように、単相出力を供給する負荷の状態に応じて比率ｍを変更することにより、適切な大きさの変圧器を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の同期発電機の一形態例を示す電機子巻線部分の結線図である。
【図２】同期発電機を駆動したときの電圧ベクトル図である。
【図３】変圧器の巻線の状態を示す結線図である。
【図４】同期発電機全体の回路図である。
【図５】可搬型エンジン発電装置に適用した第１形態例を示す説明図である。
【図６】可搬型エンジン発電装置に適用した第２形態例を示す説明図である。
【図７】可搬型エンジン発電装置に適用した第３形態例を示す説明図である。
【図８】変圧器の一次電圧と二次電圧との比率を１：０．２５に設定したときの電圧ベクトル図である。
【図９】変圧器の電圧比率を変えたときの位相と単相出力の理論的な推移を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１１…同期発電機本体、２１…エンジン、２２…同期発電機、２３…燃料タンク、２４…制御装置、２５…ケーシング、２６…可搬型エンジン発電装置、２７…支持台、３１…変圧器盤、３２…可搬型エンジン発電装置、３３…建物、ａ，ｂ，ｃ…電機子巻線、ｄ…一次巻線、ｅ…二次巻線、Ｅ１，Ｅ２，Ｕｖ，Ｖｖ，Ｗｖ…電圧ベクトル、Ｏ…中性点、Ｔ…変圧器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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