(57)【要約】【課題】三相４線電力および単相３線電力を同時に出力でき、かつ、三相４線電力および単相３線電力の各電圧波形の歪みを低減できる、発電機を提供する。【解決手段】Ｕ相コイル２、Ｖ相コイル３およびＷ相コイル４は、Ｙ結線されている。Ｕ相コイル２は、直列に接続された２個のＵ相分割コイル２１，２２を含み、Ｕ相分割コイル２１で発生する電圧に対してＵ相分割コイル２２で発生する電圧が６０°の位相差を有するように構成されている。Ｖ相コイル３およびＷ相コイル４も同様の構成である。追加コイル５は、直列に接続された２個の追加分割コイル５１，５２を含み、追加分割コイル５１で発生する電圧に対して追加分割コイル５２で発生する電圧が６０°の位相差を有し、Ｕ相分割コイル２１，２２に発生する電圧のベクトル和に対して追加分割コイル５１，５２に発生する電圧のベクトル和が１／２の大きさで１８０°の位相差を有するように構成されている。【選択図】図１
2017225308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された偶数個の第１相分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第１出力端子に接続され、半数の前記第１相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の前記第１相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有するように構成された第１相コイルと、
直列に接続された偶数個の第２相分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第２出力端子に接続され、半数の前記第２相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の前記第２相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有し、かつ、前記第１相分割コイルに発生する電圧のベクトル和に対して前記第２相分割コイルに発生する電圧のベクトル和が同じ大きさで１２０°の位相差を有するように構成された第２相コイルと、
直列に接続された偶数個の第３相分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第３出力端子に接続され、半数の前記第３相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の前記第３相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有し、かつ、前記第１相分割コイルに発生する電圧のベクトル和および前記第２相分割コイルに発生する電圧のベクトル和のそれぞれに対して前記第３相分割コイルに発生する電圧のベクトル和が同じ大きさで１２０°の位相差を有するように構成された第３相コイルと、
直列に接続された偶数個の追加分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第４出力端子に接続され、半数の前記追加分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の前記追加分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有し、かつ、前記第１相分割コイルに発生する電圧のベクトル和に対して前記追加分割コイルに発生する電圧のベクトル和が１／２の大きさで１８０°の位相差を有するように構成された追加コイルとを含む、発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相電力および単相電力の両方を同時に出力可能な発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、工事現場やイベント会場などの屋外では、エンジンを備えた可搬型の発電機が広く使用されている。屋外で使用される大型のモータやポンプは、三相電力で動作し、照明器具や電動工具は、単相電力で動作する。そのため、可搬型の発電機には、三相電力（たとえば、三相２００Ｖ）と単相電力（たとえば、単相２００Ｖ）との両方を出力可能なものがある。
【０００３】
三相電力および単相電力の両方を出力可能な発電機では、たとえば、図５に示されるように、Ｕ相コイル１０１、Ｖ相コイル１０２およびＷ相コイル１０３の各一端が中性点Ｏに接続されて、Ｕ相コイル１０１、Ｖ相コイル１０２およびＷ相コイル１０３が電気角１２０°の位相差でＹ結線（スター結線）されている。Ｕ相コイル１０１、Ｖ相コイル１０２およびＷ相コイル１０３の他端は、それぞれ出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続されている。また、中性点Ｏには、Ｕ相コイル１０１、Ｖ相コイル１０２およびＷ相コイル１０３のうちの１つ、たとえば、Ｕ相コイル１０１で発生する電圧に対して１／２の大きさで１８０°の位相差を有する電圧を発生する追加コイル１０４の一端が接続されている。追加コイル１０４の他端は、出力端子Ｎに接続されている。
【０００４】
これにより、中性点Ｏおよび出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗから三相４線電力を出力することができる。また、それと同時に、出力端子Ｖ，Ｗ，Ｎから単相３線電力を出力することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２５９２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、かかる構成では、Ｕ相コイル１０１、Ｖ相コイル１０２、Ｗ相コイル１０３および追加コイル１０４のそれぞれに第３高調波が発生した場合、三相４線電力および単相３線電力の各電圧波形、とくに単相３線電力の電圧波形に第３高調波による歪みが生じる。
【０００７】
本発明の目的は、三相４線電力および単相３線電力を同時に出力でき、かつ、第３高調波による歪みの少ない電圧波形の三相４線電力および単相３線電力を得ることができる、発電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明に係る発電機は、直列に接続された偶数個の第１相分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第１出力端子に接続され、半数の第１相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の第１相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有するように構成された第１相コイルと、直列に接続された偶数個の第２相分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第２出力端子に接続され、半数の第２相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の第２相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有し、かつ、第１相分割コイルに発生する電圧のベクトル和に対して第２相分割コイルに発生する電圧のベクトル和が同じ大きさで１２０°の位相差を有するように構成された第２相コイルと、直列に接続された偶数個の第３相分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第３出力端子に接続され、半数の第３相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の第３相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有し、かつ、第１相分割コイルに発生する電圧のベクトル和および第２相分割コイルに発生する電圧のベクトル和のそれぞれに対して第３相分割コイルに発生する電圧のベクトル和が同じ大きさで１２０°の位相差を有するように構成された第３相コイルと、直列に接続された偶数個の追加分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第４出力端子に接続され、半数の追加分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の追加分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有し、かつ、第１相分割コイルに発生する電圧のベクトル和に対して追加分割コイルに発生する電圧のベクトル和が１／２の大きさで１８０°の位相差を有するように構成された追加コイルとを含む。
【０００９】
この構成によれば、第１相コイル、第２相コイルおよび第３相コイルは、それらの一端が中性点に接続されることによりＹ結線されている。第１相コイル、第２相コイルおよび第３相コイルの他端は、それぞれ第１出力端子、第２出力端子および第３出力端子に接続されている。
【００１０】
第１相コイルは、偶数個の第１相分割コイルが直列に接続され、そのうちの半数の第１相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の第１相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有するように構成されている。これにより、半数の第１相分割コイルに発生する第３高調波と残りの半数の第１相分割コイルに発生する第３高調波とが互いに打ち消される。
【００１１】
第２相コイルは、偶数個の第２相分割コイルが直列に接続され、そのうちの半数の第２相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の第２相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有するように構成されている。これにより、半数の第２相分割コイルに発生する第３高調波と残りの半数の第２相分割コイルに発生する第３高調波とが互いに打ち消される。
【００１２】
第３相コイルは、偶数個の第３相分割コイルが直列に接続され、そのうちの半数の第３相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の第３相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有するように構成されている。これにより、半数の第３相分割コイルに発生する第３高調波と残りの半数の第３相分割コイルに発生する第３高調波とが互いに打ち消される。
【００１３】
そして、第１相分割コイルに発生する電圧のベクトル和、第２相分割コイルに発生する電圧のベクトル和および第３相分割コイルに発生する電圧のベクトル和は、同じ大きさで１２０°の位相差を有している。
【００１４】
よって、中性点、第１出力端子、第２出力端子および第３出力端子を使用して、第３高調波による歪みの少ない正弦波に近い電圧波形の三相４線電力を得ることができる。
【００１５】
また、中性点には、追加コイルの一端が接続されている。追加コイルの他端は、第４出力端子に接続されている。追加コイルは、偶数個の追加分割コイルが直列に接続され、そのうちの半数の追加分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の追加分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有するように構成されている。これにより、半数の追加分割コイルに発生する第３高調波と残りの半数の追加分割コイルに発生する第３高調波とが互いに打ち消される。そして、追加コイルは、第１相分割コイルに発生する電圧のベクトル和に対して追加分割コイルに発生する電圧のベクトル和が１／２の大きさで１８０°の位相差を有している。
【００１６】
よって、第２出力端子、第３出力端子および第４出力端子を使用して、第３高調波による歪みの少ない正弦波に近い電圧波形の単相３線電力を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、三相４線電力および単相３線電力を同時に出力でき、かつ、第３高調波による歪みの少ない電圧波形の三相４線電力および単相３線電力を得ることができる、発電機を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電機の電機子コイルの結線図である。
【図２】電機子コイルの電圧ベクトル図である。
【図３】Ａ基本波、Ｂ基本波、Ａ基本波に対する第３高調波およびＢ基本波に対する第３高調波の波形図である。
【図４】変形例に係る電機子コイルの電圧ベクトル図である。
【図５】従来の発電機の電機子コイルの結線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る発電機１の電機子コイル２，３，４，５の結線図である。また、図２は、電機子コイル２，３，４，５の電圧ベクトル図である。
【００２１】
発電機１は、電機子コイルとして、Ｕ相コイル（Ｒ相コイル）２、Ｖ相コイル（Ｓ相コイル）３、Ｗ相コイル（Ｔ相コイル）４および追加コイル５を備えている。Ｕ相コイル２、Ｖ相コイル３およびＷ相コイル４は、それらの一端が中性点Ｏに接続されることによりＹ結線（スター結線）されている。Ｕ相コイル２、Ｖ相コイル３およびＷ相コイル４の他端は、それぞれ第１出力端子Ｕ、第２出力端子Ｖおよび第３出力端子Ｗに接続されている。追加コイル５の一端は、中性点Ｏに接続され、その他端は、第４出力端子Ｎに接続されている。
【００２２】
Ｕ相コイル２は、直列に接続された２個のＵ相分割コイル２１，２２を含み、図３に示されるように、一方のＵ相分割コイル２１で発生する電圧（Ａ基本波）に対して他方のＵ相分割コイル２２で発生する電圧（Ｂ基本波）が６０°の位相差を有するように構成されている。これにより、一方のＵ相分割コイル２１に発生する第３高調波（Ａ基本波に対する第３高調波）と他方のＵ相分割コイル２１に発生する第３高調波（Ｂ基本波に対する第３高調波）とが互いに打ち消される。
【００２３】
Ｖ相コイル３は、直列に接続された２個のＶ相分割コイル３１，３２を含み、図３に示されるように、一方のＶ相分割コイル３１で発生する電圧（Ａ基本波）に対して他方のＶ相分割コイル３１で発生する電圧（Ｂ基本波）が６０°の位相差を有するように構成されている。これにより、一方のＶ相分割コイル３１に発生する第３高調波（Ａ基本波に対する第３高調波）と他方のＶ相分割コイル３２に発生する第３高調波とが互いに打ち消される。
【００２４】
Ｗ相コイル４は、直列に接続された２個のＷ相分割コイル４１，４２を含み、図３に示されるように、一方のＷ相分割コイル４１で発生する電圧（Ａ基本波）に対して他方のＷ相分割コイル４１で発生する電圧（Ｂ基本波）が６０°の位相差を有するように構成されている。これにより、一方のＷ相分割コイル４１に発生する第３高調波（Ａ基本波に対する第３高調波）と他方のＷ相分割コイル４２に発生する第３高調波（Ｂ基本波に対する第３高調波）とが互いに打ち消される。
【００２５】
また、Ｕ相分割コイル２１，２２、Ｖ相分割コイル３１，３２およびＷ相分割コイル４１，４２は、同一の構成（同じ巻数）のコイルからなる。そして、Ｕ相コイル２、Ｖ相コイル３およびＷ相コイル４は、Ｕ相分割コイル２１，２２に発生する電圧のベクトル和、Ｖ相分割コイル３１，３２に発生する電圧のベクトル和およびＷ相分割コイル４１，４２に発生する電圧のベクトル和が１２０°の位相差を有するようにＹ結線されている。
【００２６】
これにより、発電機１では、中性点Ｏ、第１出力端子Ｕ、第２出力端子Ｖおよび第３出力端子Ｗを使用して、第３高調波による歪みの少ない電圧波形の三相４線電力、つまり正弦波に近い電圧波形の三相４線電力を得ることができる。
【００２７】
追加コイル５は、直列に接続された２個の追加分割コイル５１，５２を含み、図３に示されるように、一方の追加分割コイル５１で発生する電圧（Ａ基本波）に対して他方の追加分割コイル５２で発生する電圧（Ｂ基本波）が６０°の位相差を有するように構成されている。これにより、一方の追加分割コイル５１に発生する第３高調波（Ａ基本波に対する第３高調波）と他方の追加分割コイル５２に発生する第３高調波（Ｂ基本波に対する第３高調波）とが互いに打ち消される。そして、追加分割コイル５１，５２の巻数は、Ｕ相分割コイル２１，２２、Ｖ相分割コイル３１，３２およびＷ相分割コイル４１，４２の巻数の１／２であり、追加コイル５は、Ｕ相分割コイル２１，２２に発生する電圧のベクトル和に対して追加分割コイル５１，５２に発生する電圧のベクトル和が１／２の大きさで１８０°の位相差を有している。
【００２８】
よって、第２出力端子Ｖ、第３出力端子Ｗおよび第４出力端子Ｎを使用して、第３高調波による歪みの少ない電圧波形の単相３線電力、つまり正弦波に近い電圧波形の単相３線電力を得ることができる。
【００２９】
たとえば、図２に示されるように、２００Ｖの三相４線電力が出力される場合、各相の線間電圧（第１出力端子Ｕと第２出力端子Ｖとの間の電圧、第２出力端子Ｖと第３出力端子Ｗとの間の電圧および第３出力端子Ｗと第１出力端子Ｕとの間の電圧）は、それぞれ２００Ｖであり、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相の電圧は、約１１５．４７Ｖ（２００Ｖ／√３）となる。
【００３０】
また、中性点Ｏと第４出力端子Ｎとの間の電圧は、Ｕ相電圧（１１５．４７Ｖ）に対して１／２の大きさの５７．７３５Ｖとなる。したがって、第２出力端子Ｖと第４出力端子Ｎとの間の電圧および第３出力端子Ｗと第４出力端子ＮとのＷ間の電圧は、それぞれ約１００Ｖ（５７．７３５Ｖ×√３）となる。
【００３１】
よって、発電機１は、たとえば、三相２００Ｖの三相４線電力と単相２００Ｖの単相３線電力とを同時に出力することができる。
【００３２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【００３３】
たとえば、図４に電圧ベクトル図で示されるように、Ｕ相コイル２は、直列に接続された４個のＵ相分割コイル２１，２２を備える構成であってもよい。この場合、Ｕ相コイル２は、半数である２個のＵ相分割コイル２１で発生する電圧に対して残りの２個のＵ相分割コイル２２で発生する電圧が６０°の位相差を有するように構成される。同様に、Ｖ相コイル３は、直列に接続された４個のＶ相分割コイル３１，３２を備える構成であってもよいし、Ｗ相コイル４は、直列に接続された４個のＷ相分割コイル４１，４２を備える構成であってもよい。
【００３４】
また、Ｕ相分割コイル２１，２２、Ｖ相分割コイル３１，３２およびＷ相分割コイル４１，４２の個数は、２個または４個に限らず、６個以上の偶数個であってもよい。
【００３５】
さらに、追加コイル５は、直列に接続された４個以上の偶数個の追加分割コイル５１，５２を備える構成であってもよい。この場合、追加コイル５は、半数の追加分割コイル５１で発生する電圧に対して残りの半数の追加分割コイル５２で発生する電圧が６０°の位相差を有するように構成される。
【００３６】
また、追加コイル５は、Ｕ相分割コイル２１，２２に発生する電圧のベクトル和に対して追加分割コイル５１，５２に発生する電圧のベクトル和が１／２の大きさで１８０°の位相差を有するように構成されているとしたが、Ｖ相分割コイル３１，３２に発生する電圧のベクトル和に対して追加分割コイル５１，５２に発生する電圧のベクトル和が１／２の大きさで１８０°の位相差を有するように構成されてもよいし、Ｗ相分割コイル４１，４２に発生する電圧のベクトル和に対して追加分割コイル５１，５２に発生する電圧のベクトル和が１／２の大きさで１８０°の位相差を有するように構成されてもよい。
【００３７】
発電機１では、中性点Ｏ、第１出力端子Ｕ、第２出力端子Ｖおよび第３出力端子Ｗを使用して、三相４線電力を得ることができるとしたが、第１出力端子Ｕ、第２出力端子Ｖおよび第３出力端子Ｗを使用して、三相４線電力を得ることもできる。また、第２出力端子Ｖ、第３出力端子Ｗおよび第４出力端子Ｎを使用して、単相３線電力を得ることができるとしたが、第２出力端子Ｖおよび第４出力端子Ｎを使用して、単相２線電力を得ることもでき、第３出力端子Ｗおよび第４出力端子Ｎを使用して、単相２線電力を得ることもできる。
【００３８】
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  発電機
２  Ｕ相コイル（第１相コイル）
３  Ｖ相コイル（第２相コイル）
４  Ｗ相コイル（第３相コイル）
５  追加コイル
２１，２２  Ｕ相分割コイル
３１，３２  Ｖ相分割コイル
４１，４２  Ｗ相分割コイル
５１，５２  追加分割コイル
Ｎ  第４出力端子
Ｏ  中性点
Ｕ  第１出力端子
Ｖ  第２出力端子
Ｗ  第３出力端子
【図１】
2017225308.tif 000003
【図２】
2017225308.tif 000004
【図３】
2017225308.tif 000005
【図４】
2017225308.tif 000006
【図５】
2017225308.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月26日(2017.7.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された偶数個の第１相分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第１出力端子に接続され、半数の前記第１相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の前記第１相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有するように構成された第１相コイルと、
直列に接続された偶数個の第２相分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第２出力端子に接続され、半数の前記第２相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の前記第２相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有し、かつ、前記第１相分割コイルに発生する電圧のベクトル和に対して前記第２相分割コイルに発生する電圧のベクトル和が同じ大きさで１２０°の位相差を有するように構成された第２相コイルと、
直列に接続された偶数個の第３相分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第３出力端子に接続され、半数の前記第３相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の前記第３相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有し、かつ、前記第１相分割コイルに発生する電圧のベクトル和および前記第２相分割コイルに発生する電圧のベクトル和のそれぞれに対して前記第３相分割コイルに発生する電圧のベクトル和が同じ大きさで１２０°の位相差を有するように構成された第３相コイルと、
直列に接続された偶数個の追加分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第４出力端子に接続され、半数の前記追加分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の前記追加分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有し、かつ、前記第１相分割コイルに発生する電圧のベクトル和に対して前記追加分割コイルに発生する電圧のベクトル和が１／２の大きさで１８０°の位相差を有するように構成された１つの追加コイルとを含み、
前記中性点、前記第１出力端子、前記第２出力端子および前記第３出力端子を使用して三相４線電力が得られ、前記第２出力端子、前記第３出力端子および前記第４出力端子を使用して単相３線電力が得られる、発電機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明に係る発電機は、直列に接続された偶数個の第１相分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第１出力端子に接続され、半数の第１相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の第１相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有するように構成された第１相コイルと、直列に接続された偶数個の第２相分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第２出力端子に接続され、半数の第２相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の第２相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有し、かつ、第１相分割コイルに発生する電圧のベクトル和に対して第２相分割コイルに発生する電圧のベクトル和が同じ大きさで１２０°の位相差を有するように構成された第２相コイルと、直列に接続された偶数個の第３相分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第３出力端子に接続され、半数の第３相分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の第３相分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有し、かつ、第１相分割コイルに発生する電圧のベクトル和および第２相分割コイルに発生する電圧のベクトル和のそれぞれに対して第３相分割コイルに発生する電圧のベクトル和が同じ大きさで１２０°の位相差を有するように構成された第３相コイルと、直列に接続された偶数個の追加分割コイルを備え、一端が中性点に接続され、他端が第４出力端子に接続され、半数の追加分割コイルで発生する電圧に対して残りの半数の追加分割コイルで発生する電圧が６０°の位相差を有し、かつ、第１相分割コイルに発生する電圧のベクトル和に対して追加分割コイルに発生する電圧のベクトル和が１／２の大きさで１８０°の位相差を有するように構成された１つの追加コイルとを含み、中性点、第１出力端子、第２出力端子および第３出力端子を使用して三相４線電力が得られ、第２出力端子、第３出力端子および第４出力端子を使用して単相３線電力が得られる。