(57)【要約】【課題】ブラシレス励磁機を有する発電機及びブラシレス励磁機を有する発電機を使用した発電設備は、軸方向長が長くなり、設置場所が制限される。【解決手段】巻線１４が施された固定子部２と巻線１３が施され固定子部２にエアギャップ７を介して対向し、回転軸４により回転可能に支持された回転子部１１とを備える発電機主機５と、巻線２５が施された固定子部２２と巻線２４が施され当該固定子部２２にエアギャップ７を介して対向し、発電機主機５の回転軸により回転可能に支持された回転子部２１とを有する励磁機６とを備え、発電機主機５の回転子部１１に施された巻線３２と励磁機６の回転子部２１に施された巻線２４が電子部品２３を介して電気的に接続され、励磁機６の固定子部２６と回転子部２１とは、回転軸方向にエアギャップを介して対向しているものとする。【効果】発電機及び発電設備がコンパクトとなる。【選択図】  図１
2004159436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線が施された固定子部と巻線が施され当該固定子部にエアギャップを介して対向し、回転軸により回転可能に支持された回転子部とを有する発電機主機と、
巻線が施された固定子部と巻線が施され当該固定子部にエアギャップを介して対向し、前記発電機主機の回転軸により回転可能に支持された回転子部とを有する励磁機とを備え、
前記発電機主機の回転子部に施された巻線と前記励磁機の回転子部に施された巻線が電子部品を介して電気的に接続され、
前記励磁機の固定子部と回転子部とが回転軸方向にエアギャップを介して対向していることを特徴とする発電機。
【請求項２】
巻線が施された固定子部と巻線が施され当該固定子部にエアギャップを介して回転軸方向に対向し、回転軸により回転可能に支持された回転子部とを有する発電機主機と、
巻線が施された固定子部と巻線が施され当該固定子部にエアギャップを介して回転軸方向に対向し、前記発電機主機の回転軸により回転可能に支持された回転子部とを有する励磁機とを備え、
前記発電機主機の回転子部に施された巻線と前記励磁機の回転子部に施された巻線とが電子部品を介して電気的に接続され、
前記発電機主機の回転子部と前記励磁機の回転子部は回転軸方向においてほぼ同一位置に配置されることを特徴とする発電機。
【請求項３】
巻線が施された固定子部と巻線が施され当該固定子部にエアギャップを介して回転軸方向に対向し、回転軸により回転可能に支持された回転子部とを備える発電機主機と、
巻線が施された固定子部と巻線が施され当該固定子部にエアギャップを介して回転軸方向に対向し、前記発電機主機の回転軸により回転可能に支持された回転子部とを有する励磁機とを備え、
前記発電機主機の回転子部に施された巻線と前記励磁機の回転子部に施された巻線が電子部品を介して電気的に接続され、
前記発電機主機の回転子部と前記励磁機の回転子部が同一の部材からなることを特徴とする発電機。
【請求項４】
請求項２において、前記発電機主機の固定子部が前記励磁機の固定子部よりも外径側に配置され、
前記発電機主機の回転子部が前記励磁機の回転子部よりも外径側に配置されていることを特徴とする発電機。
【請求項５】
請求項２において、前記発電機主機の固定子部が前記励磁機の固定子部よりも内径側に配置され、
前記発電機主機の回転子部が前記励磁機の回転子部よりも内径側に配置されていることを特徴とする発電機。
【請求項６】
請求項２において、前記励磁機の回転子部は回転軸方向に複数配置されていることを特徴とする発電機。
【請求項７】
請求項４において、前記発電機主機の回転子部の軸方向両側に前記発電機主機の固定子部が配置され、前記発電機主機の一方の固定子部がもう一方の固定子部に、前記発電機主機の回転部の外径側から接続されていることを特徴とする発電機。
【請求項８】
請求項１に記載の発電機を備え、前記回転軸が原動機に接続され、前記原動機が発生した機械的出力が前記回転軸に入力されることを特徴とする発電設備。
【請求項９】
請求項２に記載の発電機を備え、前記回転軸が原動機に接続され、前記原動機が発生した機械的出力が前記回転軸に入力されることを特徴とする発電設備。
【請求項１０】
請求項３に記載の発電機を備え、前記回転軸が原動機に接続され、前記原動機が発生した機械的出力が前記回転軸に入力されることを特徴とする発電設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機とこれを用いた発電設備に係り、特に一組の固定子と回転子に発電機主機と発電機を励磁するブラシレス励磁機を構成する発電機とこれを用いた発電設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のブラシレス励磁機を有する発電機は、ヤンマー社コジェネレーションシステム総合カタログ（２００１年１１月発行）に記載されているように、電機子巻線の施された固定子と界磁巻線の施された回転子とからなり固定子と回転子の間の半径方向にエアギャップを設けた発電機主機と、発電機主機を励磁するために、界磁巻線の施された固定子と電機子巻線の施された回転子と回転側に設置したダイオードからなり固定子と回転子の間に半径方向にエアギャップを設けたブレシレス励磁機を、回転軸方向に直列に配置して構成していた。
【０００３】
従来のブラシレス励磁機を有する発電機を用いた発電設備は、ガスエンジン或いはディーゼルエンジンなどの原動機と、原動機の回転ムラを抑制するために設置されたフライホイールと、上記ブラシレス励磁機を有する発電機とからなり、原動機とフライホイールとブラシレス励磁機を有する発電機とを、同一回転軸上に直列に配置して構成していた。
【０００４】
【非特許文献１】
「コジェネレーションシステム総合カタログ」，ヤンマー社出版，２００１年１１月、ｐ．３７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のブラシレス励磁機を有する発電機では、前述のように発電機主機とブラシレス励磁機を回転軸方向に直列に配置させるため、軸長が長くなり、所定の軸方向設置スペースを確保しなければならない問題があった。
【０００６】
本発明の第１の目的は、ブラシレス励磁機を有する発電機の構成を変更して、軸方向長の短いブラシレス励磁機を有する発電機を提供することにある。
【０００７】
また、上記の従来技術のブラシレス励磁機を有する発電機を用いた発電設備では、原動機の回転ムラを抑制する必要があったが、発電機の回転子の外径側に固定子を設置する必要があるとともに回転軸と設備設置面との寸法的制約があることから回転子の外径には上限があり、発電機単体での十分なフライホイール効果が期待できないため、フライホイールを別途設置する必要があった。したがって、フライホイールを設置するために、所定の軸方向設置スペースを確保しなければならない問題があった。
【０００８】
本発明の第２の目的は、ブラシレス励磁機を有する発電機の構成を変更してフライホイール効果をブラシレス励磁機を有する発電機自身に持たせることでフライホイールを省略し、原動機とブラシレス励磁機を有する発電機からなる軸方向長の短い発電設備を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの特徴は、発電機及び発電設備を、巻線が施された固定子部と巻線が施され固定子部にエアギャップを介して対向し、回転軸により回転可能に支持された回転子部とを備える発電機主機と、巻線が施された固定子部と巻線が施され固定子部にエアギャップを介して対向し、前記発電機主機の回転軸により回転可能に支持された回転子部とを備える励磁機とを備え、発電機主機の回転子部に施された巻線と前記励磁機の回転子部に施された巻線が電子部品を介して電気的に接続され、励磁機の固定子と回転子とは、回転軸方向にエアギャップを介して対向しているものとすることにある。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、発電機及び発電設備を、巻線が施された固定子部と巻線が施され当該固定子部にエアギャップを介して回転軸方向に対向し、回転軸により回転可能に支持された回転子部とを備える発電機主機と、巻線が施された固定子部と巻線が施され当該固定子部にエアギャップを介して回転軸方向に対向し、前記発電機主機の回転軸により回転可能に支持された回転子部とを備える励磁機とを備え、発電機主機の回転子部に施された巻線と励磁機の回転子部に施された巻線が電子部品を介して電気的に接続され、発電機主機の回転子部と前記励磁機の回転子部は回転軸方向においてほぼ同一位置に配置されるものとする。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、発電機及び発電設備を、巻線が施された固定子部と巻線が施され当該固定子部にエアギャップを介して回転軸方向に対向し、回転軸により回転可能に支持された回転子部とを備える発電機主機と、巻線が施された固定子部と巻線が施され当該固定子部にエアギャップを介して回転軸方向に対向し、前記発電機主機の回転軸により回転可能に支持された回転子部とを備える励磁機とを備え、発電機主機の回転子部に施された巻線と励磁機の回転子部に施された巻線が電子部品を介して電気的に接続され、発電機主機の回転子部と励磁機の回転子部が同一の部材からなるものとする。
【００１２】
なお、本発明のその他の特徴は、本願特許請求の範囲に記載の通りである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図６に本発明の作用・効果を説明するための比較例の発電機の構成を、図７に比較例の発電設備の構成を示す。
【００１４】
図６において、電機子巻線１４の施された磁性体からなる固定子１２と界磁巻線１３の施され磁性体からなる回転子とからなり固定子１２と回転子１１との間に半径方向にエアギャップを設けた発電機主機５と、発電機主機５を励磁するために、界磁巻線２５の施された固定子２２と電機子巻線２４の施された回転子２１と回転子側に設置したダイオード２３からなり固定子６と回転子２１との間に半径方向にエアギャップを設けたブラシレス励磁機６を、回転軸方向に直列に配置して構成している。
【００１５】
また、図７において、発電設備は、ガスエンジン或いはディーゼルエンジンなどの原動機５１と、原動機５１の回転ムラを抑制するために設置されたフライホイール６１と、ブラシレス励磁機６を有する発電機とからなり、原動機５１とフライホイール６１とブラシレス励磁機６を有する発電機とを、同一回転軸上に直列に配置して構成している。
【００１６】
以下に、本発明に関るブラシレス励磁機を有する発電機の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は第１の実施の形態であるブラシレス励磁機を有する発電機の構成を示す。ブラシレス励磁機を有する発電機は、固定子２と回転子３を回転軸４に対して垂直に配置して互いにエアギャップ７を介して軸方向に対向させ、固定子２の外径側に発電機主機５の電機子巻線１４を施された固定子の機能１２と固定子２の内径側（半径方向において内側）にブラシレス励磁機６の界磁巻線２５を施された固定子の機能２２を、回転子３の外径側（半径方向において外側）に発電機主機の界磁巻線１３を施された回転子の機能１１と回転子の内径側にブラシレス励磁機の電機子巻線２４を施された回転子の機能２１を持たせて構成する。したがって、発電機主機５の回転子の機能部とブラシレス励磁機６の回転子の機能部は同一の回転子部材からなる。発電機主機側の磁気回路は、閉ループ３１のように発電機主機の回転子の機能１１部からエアギャップ７を通して発電機主機５の固定子の機能１２部、環状の固定子ヨーク１５へと磁束が循環するように構成され、ブラシレス励磁機の磁気回路は、閉ループ３２のようにブラシレス励磁機の回転子の機能２１部からエアギャップ７を通じ、ブラシレス励磁機の固定子の機能２２部、固定子ヨーク２６と磁束が循環するように構成される。発電機主機の固定子の機能１２とブラシレス励磁機の回転子の機能２１は、交流磁束が流れるので鋼板を積層して形成するとよい。発電機主機の回転子の機能１１とブラシレス励磁機の固定子の機能２２は、直流磁束が流れるので鋼板を積層して形成しても、塊状鉄心を切削して所定の形状にしてもよい。また、回転子３にはダイオード２３等の電子部品を設置し、ブラシレス励磁機の電機子巻線２４に接続して、ダイオードブリッジを構成する。したがって、発電機主機の機能５とブラシレス励磁機の機能６が軸方向位置がほぼ同一の面内に構成される。
【００１７】
次に、図１に示したブラシレス励磁機を有する発電機における電気的動作を説明する。ブラシレス励磁機の機能６部では、ブラシレス励磁機の界磁巻線２５に直流を通電し、ブラシレス励磁機としての磁気回路を構成する閉ループ３２を励磁し、ブラシレス励磁機の電機子巻線２４に電圧を誘起させる。電機子巻線２４は例えば三相のように多相交流の巻線とし、その交流出力を回転側に設置されたダイオード２３で整流し、直流に変換する。この直流出力は、同じ回転子３側にある発電機主機の界磁巻線１３に接続され、発電機主機としての磁気回路を構成する閉ループ３１を励磁し、発電機主機の電機子巻線１４に電圧を誘起させ、電機子巻線１４の出力は負荷（図示せず）に接続して、負荷に電力を供給する。
【００１８】
すなわち、発電機主機としての閉ループ３１では、界磁巻線１３が施された回転子の機能１１部と、電機子巻線１４が施された固定子の機能１２部では、磁束が回転軸と平行方向に流れ、ブラシレス励磁機としての閉ループ３２では、電機子巻線２４が施された回転子の機能２１部と、界磁巻線２５が施された固定子の機能２２部では、磁束が回転軸と平行方向に流れることになる。本実施例によれば、回転子３自体が大きなモーメントを有しフライホイール機能を持つため、フライホイールを省略、あるいは簡略化することができ、比較例よりも軸方向長を短くすることができる。言い換えれば、フライホイールがなくても回転速度を安定させることができ、発電機を安定して運転することができる。また、部品点数が減るために、製造コストが低減され、保守性も向上する。
【００１９】
次いで、本発明に関るブラシレス励磁機を有する発電機を用いた発電設備の実施の形態を図面に基づいて説明する。図２は第２の実施の形態であるブラシレス励磁機を有する発電機の構成を示す。図１の構成では、発電機主機５を外径側に、ブラシレス励磁機６を内径側に配置していたものを、本実施例では発電機主機５を内径側に、ブラシレス励磁機６を外径側に配置して構成するものである。ブラシレス励磁機６を有する発電機は、固定子２と回転子３を回転軸４に対して垂直に配置して互いに軸方向にエアギャップ７を介して対向させ、固定子２の内径側に発電機主機５の電機子巻線１４を施された固定子の機能１２と固定子２の外径側にブラシレス励磁機６の界磁巻線２５を施された固定子の機能２２を、回転子３の内径側に発電機主機の界磁巻線１３を施された回転子の機能１１と回転子３の外径側にブラシレス励磁機の電機子巻線２４を施された回転子の機能２１を持たせて構成する。すなわち、発電機主機側の磁気回路は、閉ループ３１のように発電機主機の回転子の機能１１部からエアギャップ７を通して発電機主機の固定子の機能１２部、固定子ヨーク１５へと磁束が循環するように構成され、ブラシレス励磁機の磁気回路は、閉ループ３２のようにブラシレス励磁機の回転子の機能２１部からエアギャップ７を通じ、ブラシレス励磁機の固定子の機能２２部、固定子ヨーク２６と磁束が循環するように構成される。また、回転子３にはダイオード２３を設置し、ブラシレス励磁機の電機子巻線２４に接続して、ダイオードブリッジを構成する。
【００２０】
図３は第３の実施の形態であるブラシレス励磁機を有する発電機の構成を示す。図１の構成では、回転子３の軸方向両側に固定子２を配置させているが、本実施例では回転子３を軸方向に複数個設け、複数の回転子３間に、ヨークのない固定子の機能１６と、該固定子の機能１６に電機子巻線１７を施して、発電機主機の磁気回路を形成し、ヨークのない固定子の機能２７と、該固定子の機能２７に界磁巻線２８を施して、ブラシレス励磁機の磁気回路を形成する。
【００２１】
図４は第４の実施の形態であるブラシレス励磁機を有する発電機の構成を示す。図１の構成では、発電機主機の固定子ヨーク１５を環状とし、軸方向端部に設置して磁束を流すようにしているが、本実施例では、一方の固定子の機能１２の端部から、固定子ヨーク１５を回転子の外径側に通して、もう一方の端部の固定子の機能に接続するようにする。固定子ヨーク１５は交流磁束が流れるため、鋼板を積層して形成するのがよい。
【００２２】
図５は第５の実施の形態であるブラシレス励磁機を有する発電機を用いた発電設備の構成を示す。ブラシレス励磁機を有する発電機１は、固定子２と回転子３を回転軸４に対して垂直に配置して互いに対向させ、固定子２の外径側に発電機主機の固定子の機能１２と固定子２の内径側にブラシレス励磁機の固定子の機能２２を、回転子３の外径側に発電機主機の回転子の機能１１と回転子の内径側にブラシレス励磁機の回転子の機能２１を持たせて構成する。この回転軸４をガスエンジン或いはディーゼルエンジンなどの往復運動を回転運動に変換して機械的出力を取り出すことができる原動機５１を、軸方向に直列に接続する。
【００２３】
上記の実施例では、ブラシレス励磁機能６部と発電機主機機能５部が、軸方向においてほぼ同一位置に配置され、共通の固定子２及び回転子３を備える構成を説明したが、ブラシレス励磁機能６部と発電機主機機能５部が軸方向において異なる位置に配置され、それぞれ別々の固定子，回転子を備え、ブラシレス励磁機能６部を固定子と回転子がエアギャップを介して軸方向に対向する構成としても、励磁機能６部のモーメントが大きくなるので、励磁機能６部にフライホイール効果を持たせることにより、フライホイールを省略することができ、比較例よりも軸方向長を短くすることができる。ただし、発電機主機機能５部とブラシレス励磁機能６部の固定子及び回転子を共通とした方がよりコンパクトであり、部品点数が少なく保守性が高い、という点で優れた構成である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明した本発明に関るブラシレス励磁機を有する発電機によれば、軸方向長の短い発電機が得られる。
【００２５】
すなわち、軸方向に同一位置に発電機主機の固定子１２の機能とブラシレス励磁機の固定子２２の機能を持たせた固定子２と、また、他の軸方向同一位置に発電機主機の回転子１１の機能とブラシレス励磁機の回転子２１の機能を持たせた回転子３とからブラシレス励磁機を有する発電機を構成するため、軸方向長をコンパクト化することができる。
【００２６】
また、本発明に関るブラシレス励磁機を有する発電機を用いた発電設備によれば、軸方向長の短い発電設備が得られる。
【００２７】
すなわち、軸方向に同一位置に発電機主機の固定子１２の機能とブラシレス励磁機の固定子２２の機能を持たせた固定子２と、また、他の軸方向同一位置に発電機主機の回転子１１の機能とブラシレス励磁機の回転子２１の機能を持たせた回転子３とからブラシレス励磁機を有する発電機を構成するため、回転子３の外径を大きくすることができ、回転子３自身にフライホイール効果を持たせることができるため、フライホイールを設置させる必要がなくなり、原動機とブラシレス励磁機を有する発電機のみで発電設備を構成できるため、軸方向長をコンパクト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるブラシレス励磁機を有する発電機の構成を示す図。
【図２】本発明の第２の実施の形態であるブラシレス励磁機を有する発電機の構成を示す図。
【図３】本発明の第３の実施の形態であるブラシレス励磁機を有する発電機の構成を示す図。
【図４】本発明の第４の実施の形態であるブラシレス励磁機を有する発電機の構成を示す図。
【図５】本発明の第５の実施の形態であるブラシレス励磁機を有する発電機を用いた発電設備の構成を示す図。
【図６】従来技術であるブラシレス励磁機を有する発電機の構成を示す図。
【図７】従来技術であるブラシレス励磁機を有する発電機を用いた発電設備の構成を示す図。
【符号の説明】
１…ブラシレス励磁機を有する発電機、２…固定子、３…回転子、４…回転軸、５…発電機主機、６…ブラシレス励磁機、７…エアギャップ、１１…発電機主機の回転子の機能、１２…発電機主機の固定子の機能、１３…発電機主機の界磁巻線、１４…発電機主機の電機子巻線、１５…発電機主機の固定子ヨーク、２１…ブラシレス励磁機の回転子の機能、２２…ブラシレス励磁機の固定子の機能、２３…ダイオード、２４…ブラシレス励磁機の電機子巻線、２５…ブラシレス励磁機の界磁巻線、２６…発電機主機の固定子ヨーク、３１…発電機主機の磁気回路を示す閉ループ、３２…ブラシレス励磁機の磁気回路を示す閉ループ、４１…エアギャップ磁束の方向、５１…原動機、６１…フライホイール。
【図１】
2004159436.tif 000003
【図２】
2004159436.tif 000004
【図３】
2004159436.tif 000005
【図４】
2004159436.tif 000006
【図５】
2004159436.tif 000007
【図６】
2004159436.tif 000008
【図７】
2004159436.tif 000009