(57)【要約】【課題】単相電源と三相電源とが電気的に独立し、単相交流出力と三相交流出力とが互いにおよぼす影響が少なく、かつ同時使用が可能な交流発電機を提供することを目的とする。【解決手段】単相交流出力と、三相交流出力とを同時供給可能な交流発電機１００であって、単相用巻線Ａ、単相用巻線Ｂおよび電機子鉄心１０からなる単相電機子巻線Ｍと、三相用巻線１、三相用巻線２、三相用巻線３および電機子鉄心１０からなる三相電機子巻線Ｔとを具備し、単相用巻線Ａと、単相用巻線Ｂとは、同一の巻数および同一の分布角度に構成され、かつ電機子鉄心１０の全周に分布するよう巻装され、三相用巻線１と、三相用巻線２と、三相用巻線３とは、巻線数および分布角度が同一に構成され、かつ電気的な位相差が１２０度となるよう電機子鉄心１０に巻装される。【選択図】図１
2009291000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相交流出力と、三相交流出力とを同時供給可能な交流発電機であって、
複数の単相用巻線および電機子鉄心からなる単相電機子巻線と、
第一の三相用巻線、第二の三相用巻線、第三の三相用巻線および前記電機子鉄心からなる三相電機子巻線と、を具備し、
複数の前記単相用巻線は、同一の巻数および同一の分布角度に構成され、かつ前記電機子鉄心の全周に分布するよう巻装され、
前記第一の三相用巻線と、前記第二の三相用巻線と、前記第三の三相用巻線とは、巻線数および分布角度が同一に構成され、かつ電気的な位相差が１２０度となるよう前記電機子鉄心に巻装されることを特徴とする交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流発電機に関する。詳しくは１台の交流発電機から二つの独立した出力を取り出すことができる交流発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、三相交流発電機において、三相電源を構成する三つの三相用巻線のうち一つの三相用巻線を分割可能に構成し、前記三相用巻線を分割して出力を切り換えることで、単相用電源とし、単相出力と三相出力とを供給する交流発電機は知られている。
【０００３】
しかし、前述の交流発電機は、三相電源の一部を分割して単相電源として使用するため、単相出力と三相出力とを同時に供給できないという問題があった。
【０００４】
そこで、三相電源を構成する三つの三相用巻線のうち二つの三相用巻線に、中性点から巻数の等しい位置にタップを設置し、前記タップに単相用巻線を接続したものがある。前記タップ部に接続した前記単相用巻線は、タップ設置していない三相用巻線と同相の電圧が出力されるように設定される。こうすることで、三相電源からの三相交流出力と単相電源からの単相交流出力とを同時に供給可能とするものである。例えば、特許文献１に記載の如くである。
【０００５】
しかし、前述した特許文献１の技術においても三相電源の一部を単相電源として使用するため、単相交流出力に負荷変動が発生した場合、三相電源に影響をあたえ、安定した三相交流出力が供給できないという問題があった。また、三相電源と単相電源とは巻線を共有しているため電気的に独立していない。よって、外部負荷が短絡を起こした場合に一方の電源に過電流等の不具合が発生する可能性が考えられる。
【特許文献１】特開２００４−０７２９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の如き課題を鑑みてなされたものであり、単相電源と三相電源とが電気的に独立し、単相交流出力と三相交流出力とが互いにおよぼす影響が少なく、かつ同時使用が可能な交流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】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、単相交流出力と、三相交流出力とを同時供給可能な交流発電機であって、複数の単相用巻線および電機子鉄心からなる単相電機子巻線と、第一の三相用巻線、第二の三相用巻線、第三の三相用巻線および前記電機子鉄心からなる三相電機子巻線と、を具備し、複数の前記単相用巻線は、同一の巻数および同一の分布角度に構成され、かつ前記電機子鉄心の全周に分布するよう巻装され、前記第一の三相用巻線と、前記第二の三相用巻線と、前記第三の三相用巻線とは、巻線数および分布角度が同一に構成され、かつ電気的な位相差が１２０度となるよう前記電機子鉄心に巻装されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
請求項１の如く構成したので、単相電源と三相電源とが電気的に独立し、単相交流出力と三相交流出力とが互いにおよぼす影響が少なく、かつ同時使用が可能な交流発電機を提供することすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、図１、図２および図３を用いて本発明に係る交流発電機の実施形態である交流発電機１００について説明する。
【００１２】
交流発電機１００は、単相出力と三相出力とを供給可能するものである。交流発電機１００は、電機子鉄心１０と、単相電機子巻線Ｍと、三相電機子巻線Ｔと、図示しない回転子とを具備する。なお、単相電機子巻線Ｍと三相電機子巻線Ｔは、電機子鉄心１０に巻装されるが、構成を明確に示すために、図２および図３においては単相電機子巻線Ｍと三相電機子巻線Ｔとを別個に図示する。
【００１３】
図１に示すように、電機子鉄心１０は、略中空円筒状に形成され、各巻線のコアとなるものである。電機子鉄心１０の内径は、全周にわたり巻線を巻装するための複数のスロット１１・１１・・・が等間隔で形成されている。
【００１４】
＜単相電機子巻線Ｍの構成＞
図２に示すように、単相電機子巻線Ｍは、単相交流出力を供給するものである。単相電機子巻線Ｍは、電機子鉄心１０のスロット１１・１１・・・に、所定間隔ごとに単相用巻線Ａと単相用巻線Ｂとが巻装されている。
【００１５】
単相用巻線Ａおよび単相用巻線Ｂは、コイル線輪からなり、同一の巻数および同一の分布角度（本実施形態では分布角度１８０度）に構成され電機子鉄心１０のスロット１１・１１・・・に巻装される。この際、単相用巻線Ａは二等分され、巻装位置を１８０度ずらして巻装される。つまり、二等分された単相用巻線Ａ同士が相対する位置に巻装される。同様に単相用巻線Ｂも二等分され、巻装位置を１８０度ずらして巻装される。電機子鉄心１０に巻装された単相用巻線Ａと単相用巻線Ｂとは直列に接続される。
また、単相用巻線Ａと、単相用巻線Ｂとは、電気的角度の位相差を９０度として巻装される。つまり、二等分された単相用巻線Ａと、二等分された単相用巻線Ｂとが、分布角度９０度で、交互に隣接して電機子鉄心１０の全周に巻装されている。（図２（ａ）参照）
ここで、単相用巻線の個数、分布角度および電気的角度の位相差は、本実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
この構成において、単相電機子巻線Ｍは、単相用巻線Ａから電圧ベクトルＶａを発生し、単相用巻線Ｂから電圧ベクトルＶｂを発生する。単相用巻線Ａと、単相用巻線Ｂとは、同一の巻数および同一の分布角度に構成され電機子鉄心１０に巻装されるので、電圧ベクトルＶａと、電圧ベクトルＶｂと、の大きさは等しい。また、単相用巻線Ａと、単相用巻線Ｂとは、電気的角度の位相差が９０度になるよう電機子鉄心１０に巻装されるので、電圧ベクトルＶａと、電圧ベクトルＶｂと、の合成電圧ベクトルＶａｂの大きさは√２Ｖａ＝√２Ｖｂとなる（図２（ｂ）参照）
【００１７】
図３に示すように、三相電機子巻線Ｔは、三相交流出力を供給するものである。三相電機子巻線Ｔは、電機子鉄心１０のスロット１１・１１・・・に、三相用巻線１と、三相用巻線２と、三相用巻線３とが順に巻装されている。なお、電機子鉄心１０のスロット１１・１１・・・の内周側（開放側）に単相用巻線Ａ・Ｂが配置され、スロット１１・１１・・・の外周側（底部側）に三相用巻線１・２・３が配置されているが、逆に配置することも可能である。
【００１８】
三相用巻線１と、三相用巻線２と、三相用巻線３とは、コイル線輪からなり、同一の巻数および同一の分布角度（本実施形態では分布角度１２０度）に構成され、電機子鉄心１０のスロット１１・１１・・・に巻装される。この際、三相用巻線１は二等分され、巻装位置を１８０度ずらして巻装される。つまり、二等分された三相用巻線１同士が相対する位置に巻装される。同様に三相用巻線２および三相用巻線３も二等分され、巻装位置を１８０度ずらして巻装される。
三相用巻線１と、三相用巻線２と、三相用巻線３とは、一端を中性点１２にＹ結線される。
また、三相用巻線１と、三相用巻線２と、三相用巻線３とは、電気的角度の位相差を１２０度として巻装される。よって、二等分された三相用巻線１、三相用巻線２および三相用巻線３が、分布角６０度で、三相用巻線１、三相用巻線２、三相用巻線３の順に電機子鉄心１０に巻装されている。（図３（ａ）参照）
【００１９】
この構成において、三相電機子巻線Ｔは、三相用巻線１から電圧ベクトルＶ１を発生し、三相用巻線２から電圧ベクトルＶ２を発生し、三相用巻線３から電圧ベクトルＶ３を発生する。三相用巻線１、三相用巻線２および三相用巻線３は、同一の巻数および同一の分布角度に構成され電機子鉄心１０に巻装されるので、電圧ベクトルＶ１と、電圧ベクトルＶ２と、電圧ベクトルＶ３との大きさは等しい。また、三相用巻線１と、三相用巻線２と、三相用巻線３とは、電気的角度の位相差が１２０度になるよう電機子鉄心１０に巻装されるので、電圧ベクトルＶ１と電圧ベクトルＶ２との端子電圧ベクトルＶ１２、電圧ベクトルＶ２と電圧ベクトルＶ３との端子電圧ベクトルＶ２３および電圧ベクトルＶ３と電圧ベクトルＶ１と端子電圧ベクトルＶ１３の大きさは、√３Ｖ１＝√３Ｖ２＝√３Ｖ３となる。（図３（ｂ）参照）
ここで、三相用巻線の分布角度は、本実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
＜単相電機子巻線Ｍと三相電機子巻線Ｔの関係＞
単相電機子巻線Ｍと、三相電機子巻線Ｔとは、同一の電機子鉄心１０のスロット１１・１１・・・に重なり合うように巻装され、単相電機子巻線Ｍと、三相電機子巻線Ｔとの相対的な位置関係に制限はない。また、単相電機子巻線Ｍと、三相電機子巻線Ｔとは、別個の巻線で構成されているため電気的に独立（絶縁）されている。
【００２１】
交流発電機１００は、回転子を回転させることにより回転磁界が発生し、単相電機子巻線Ｍと、三相電機子巻線Ｔとから、同時に単相交流と三相交流とが出力可能となる。このとき、単相用巻線Ａおよび単相用巻線Ｂと、三相用巻線１、三相用巻線２および三相用巻線３と、に接続された負荷によって磁界が発生する。この際、単相用巻線Ａと、単相用巻線Ｂとに発生した磁界は、隣接する三相用巻線に影響をおよぼし、三相用巻線１と、三相用巻線２と、三相用巻線３とに発生した磁界は、隣接する単相用巻線に影響をおよぼす。
【００２２】
ここで、単相用巻線Ａと、単相用巻線Ｂとは、同一の巻数および同一の分布角度に構成され電機子鉄心１０に巻装されるので、単相電機子巻線Ｍに接続された負荷によって、単相用巻線Ａと、単相用巻線Ｂとに発生する磁界は等しい。また、単相用巻線Ａと、単相用巻線Ｂとは直列に接続され、かつ電機子鉄心１０の全周に分布するように巻装されるので、単相用巻線Ａと、単相用巻線Ｂとに発生している磁界は、三相用巻線１と、三相用巻線２と、三相用巻線３とに等しく影響をおよぼす。
【００２３】
一方、三相用巻線１と、三相用巻線２と、三相用巻線３とは、同一の巻数および同一の分布角度に構成され電機子鉄心１０に巻装されるため、三相電機子巻線Ｔに接続された負荷によって、三相用巻線１、三相用巻線２および三相用巻線３に発生する磁界は等しい。すなわち、三相用巻線１と、三相用巻線２と、三相用巻線３とに発生している磁界は、単相用巻線Ａと、単相用巻線Ｂとに等しく影響をおよぼす。
【００２４】
よって、三相用巻線１と、三相用巻線２と、三相用巻線３とに発生する磁界は、単相用巻線Ａと、単相用巻線Ｂとに等しく影響をおよぼすことから、単相用巻線Ａと、単相用巻線Ｂと、には等しく電圧変動が発生する。よって単相電機子巻線Ｍからの出力電圧は、自動電圧調整器（ＡＶＲ）等で容易に調整を行うことができる。
また、単相用巻線Ａと、単相用巻線Ｂとに発生する磁界は、三相用巻線１と、三相用巻線２と、三相用巻線３とに等しく影響をおよぼすことから、三相用巻線１と、三相用巻線２と、三相用巻線３と、には等しく電圧変動が発生する。よって三相電機子巻線Ｔからの出力電圧は、自動電圧調整器（ＡＶＲ）等で容易に調整を行うことができる。つまり、単相交流出力と三相交流出力とが互いにおよぼす影響が少なく、安定した出力が供給可能になる。
【００２５】
以上の如く、単相交流出力と、三相交流出力とを同時供給可能な交流発電機１００であって、単相用巻線Ａ、単相用巻線Ｂおよび電機子鉄心１０からなる単相電機子巻線Ｍと、三相用巻線１、三相用巻線２、三相用巻線３および電機子鉄心１０からなる三相電機子巻線Ｔとを具備し、単相用巻線Ａと、単相用巻線Ｂとは、同一の巻数および同一の分布角度に構成され、かつ電機子鉄心１０の全周に分布するよう巻装され、三相用巻線１と、三相用巻線２と、三相用巻線３とは、巻線数および分布角度が同一に構成され、かつ電気的な位相差が１２０度となるよう電機子鉄心１０に巻装されることを特徴とするものである。
このように構成することで、単相電機子巻線Ｍと三相電機子巻線Ｔとが電気的に独立し、単相交流出力と三相交流出力とが互いにおよぼす影響が少なく、かつ同時使用が可能な交流発電機１００を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る交流発電機の概略図。
【図２】（ａ）本発明の実施形態に係る交流発電機の単相電機子巻線の概略図。（ｂ）本発明の実施形態に係る交流発電機の単相電機子巻線の電圧ベクトル図。
【図３】（ａ）本発明の実施形態に係る交流発電機の三相電機子巻線の概略図。（ｂ）本発明の実施形態に係る交流発電機の三相電機子巻線の電圧ベクトル図。
【符号の説明】
【００２７】
１  三相用巻線
２  三相用巻線
３  三相用巻線
１０  電機子鉄心
１００  交流発電機
Ａ  単相用巻線
Ｂ  単相用巻線
Ｍ  単相電機子巻線
Ｔ  三相電機子巻線
【図１】
2009291000.tif 000003
【図２】
2009291000.tif 000004
【図３】
2009291000.tif 000005