(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石と交流巻線を有する永久磁石交流発電機において、
内部磁束を制御する交流巻線としての補助巻線と、
前記永久磁石の磁極位置を検出する磁極位置検出器と、
前記永久磁石交流発電機の端子電圧および出力電流を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、設定値との電圧偏差、電圧と電流間の負荷力率角および前記永久磁石交流発電機の内部インピーダンス降下を求め、さらに内部誘起電圧の偏差を求め、それに基づいて前記補助巻線での所要起磁力を演算し、演算結果を出力する制御部と、
前記制御部の出力および前記磁極位置検出器の磁極位置出力により前記補助巻線による起磁力の大きさ指令および前記補助巻線による起磁力の位相指令を送出する位相制御部と、
前記位相制御部からの起磁力の大きさ指令および位相指令に基づいて前記補助巻線に交流励磁電流を供給する交流励磁用インバータとを有することを特徴とする永久磁石交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石交流発電機の無効電力制御のための磁束制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の永久磁石交流発電機の磁束制御技術について説明する。従来の永久磁石交流発電機の端子電圧の調整は、永久磁石による一定励磁のために交流発電機のみでは無効電力の制御ができないので、無効電力を交流発電機内部磁束で制御するために交流巻線に受動形のリアクトル、コンデンサなどから成る磁束制御装置を接続して交流発電機出力の無効電力制御をしている。
図２は、従来の永久磁石交流発電機の磁束制御装置の構成を示すブロック図である。同図において、２０は、永久磁石回転子２１、主巻線２２および補助巻線２３を有する永久磁石交流発電機で、主巻線２２は図示してない負荷に接続されている。２４は磁束制御装置で、自動電圧調整装置２５および無効電力制御装置２６などから成る。
【０００３】
自動電圧調整装置２５は、永久磁石交流発電機２０の出力端子電圧を電圧検出部３２で検出し、その検出値を電圧制御部３３にて電圧設定部３１の設定値と比較して両者の偏差を求め、位相制御部３４に出力する。位相制御部３４は電圧偏差に応じた位相でサイリスタ制御装置３５の点弧角を制御する。
無効電力制御装置２６は、永久磁石交流発電機２０の補助巻線２３に接続されたサイリスタ制御装置３５、一端がサイリスタ制御装置３５に接続され他端が三相電源に接続されたリアクトル３６（三相の内の一相のみを図示）から成る。
補助巻線２３は、磁束制御装置２４によって電圧設定値と検出端子電圧との偏差に応じて交流励磁を制御されるので、永久磁石交流発電機２０の端子電圧の調整が行える。
【０００４】
【発明が解決するための課題】
上記従来技術では、負荷力率、負荷率によりリアクトルおよびコンデンサが必要であり、そのために装置が大きくなり、高価なものとなっていた。また、リアクトル、コンデンサの発生熱による温度上昇に伴う問題および電磁音の問題があった。
そこで、リアクトル、コンデンサをなくし、さらに無効電力の制御範囲を広くとれるようにするものが要求される。
本発明は、上記課題を解決するために、リアクトル、コンデンサの代わりに補助巻線にインバータを接続し、磁極位置を検出して補助巻線で適切な交流励磁をすることにより永久磁石交流発電機内部の磁束を制御することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来技術の上記欠点に鑑み、永久磁石と交流巻線からなる永久磁石交流発電機において、内部磁束を制御する交流巻線としての補助巻線と、前記永久磁石の磁極位置を検出する磁極位置検出器と、前記永久磁石交流発電機の端子電圧および出力電流を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、設定値との電圧偏差、電圧と電流間の負荷力率角および前記永久磁石交流発電機の内部インピーダンス降下を求め、さらに内部誘起電圧の偏差を求め、それに基づいて前記補助巻線での所要起磁力を演算し、演算結果を出力する制御部と、前記制御部の出力および前記磁極位置検出器の磁極位置出力により前記補助巻線による起磁力の大きさ指令および前記補助巻線による起磁力の位相指令を送出する位相制御部と、前記位相制御部からの起磁力の大きさ指令および位相指令に基づいて前記補助巻線に交流励磁電流を供給する交流励磁用インバータとを有する。
永久磁石交流発電機は、本来永久磁石による一定励磁のため、内部磁束による誘起電圧が一定であり、そのままでは発電機の負荷である有効電力および無効電力の変化により発電機端子電圧が変化することとなる。発電機端子電圧を一定に制御するためには、内部磁束を負荷電力の変化に応じて制御し内部誘起電圧を調整する必要がある。内部磁束の過不足分の制御のために、交流励磁用インバータから補助巻線への励磁電流により無効電力の授受を行って発電機の無効電力制御をし端子電圧の制御をするものである。
【０００６】
この構成により、無効電力の制御が広範囲に、かつ連続的に行えるので、永久磁石交流発電機の設計に自由度が広がる。また、大きくスペースを必要とし、また高価なリアクトル、コンデンサが不要となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施例の構成を示すブロック図である。同図において、１は、固定子巻線である主巻線２と補助巻線３の２巻線および永久磁石回転子４を有する永久磁石交流発電機であり、主巻線２と補助巻線３は三相交流巻線である。この交流発電機１は、有効電力および無効電力を供給する負荷に接続されたり、あるいは商用電源系統として使用される。８は永久磁石回転子４の磁極位置を検出するための磁極位置検出器である。磁極位置検出器８の電源としては、永久磁石交流発電機１に連結したタコゼネレータ、あるいは別途に用意したＤＣ電源に接続のパルスゼネレータを用いる。５は磁束制御装置で、自動電圧調整装置６および無効電力制御装置７などから成る。
【０００８】
自動電圧調整装置６は、永久磁石交流発電機１の出力端電圧、電流を検出する電圧検出部１１、電流検出部１２と、電圧設定部１０と、前記検出部及び設定部からの出力を受ける制御部１３と、制御部１３の出力に基づいて無効電力制御装置７を制御する位相制御部１４を有する。無効電力制御装置７は、一端が永久磁石交流発電機１の補助巻線３に接続され、他端が永久磁石交流発電機２０の出力端に接続された交流励磁用インバータ１５を有する。
次に、このような構成による磁束制御の動作について説明する。
永久磁石回転子４を外部からの力で回転させると、主巻線２に電圧が誘起する。この誘起する電圧は、負荷の要求する電力と永久磁石回転子４の起磁力で決まり、負荷の要求する電圧になるとは限らない。そこで、負荷の要求する電圧を誘起するために、本実施例では、永久磁石回転子４の起磁力の過不足分を補助巻線３を交流励磁することにより加勢する。
【０００９】
自動電圧調整装置６において、永久磁石交流発電機１の端子電圧、出力電流を電圧検出部１１、電流検出部１２によって検出し、制御部１３では検出結果から電圧設定部１０の設定値との電圧偏差、電圧，電流間の負荷力率角および発電機内部インピーダンス降下を求め、さらに内部誘起電圧の偏差を求め、それに基づいて補助巻線３での所要起磁力を演算し、演算結果により位相制御部１４に出力する。位相制御部１４では、制御部１３の出力および磁極位置検出器８からの磁極位置出力により補助巻線３による起磁力の大きさ指令（電流指令）、補助巻線３による起磁力の位相指令を交流励磁用インバータ１５に送出する。
無効電力制御装置７では、交流励磁用インバータ１５が、位相制御部１４からの補助巻線３による所要起磁力の大きさ指令（電流指令）、補助巻線３による起磁力の位相指令に基づいて制御を実行し、補助巻線３の励磁を行なう。交流励磁用インバータ７は、永久磁石交流発電機１の周波数と同じ周波数で、磁束の過不足分を補助巻線で交流励磁する分の電流を供給し、その位相は磁石回転子のベクトルと同じ位相とする。
【００１０】
補助巻線３の起磁力の強さは交流励磁用インバータ７の発生電流で決まり、補助巻線３の回転磁界の位相は交流励磁用インバータ７の位相で決まる。
このように、磁極位置検出器８で永久磁石回転子４の磁極位置を検出し、磁極位置検出信号に基づいて補助巻線３の回転磁界の位相を交流励磁用インバータ７の位相で制御し、また制御部１３からの出力で交流励磁用インバータ７の電流を制御することで、補助巻線３の交流励磁用インバータ７による適切な励磁により負荷の要求する電力、電圧を供給することができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、無効電力用のリアクトルとコンデンサをなくし、無効電力、および電圧の制御が広範囲にかつ連続して行え、永久磁石交流発電機の設計に自由度が広げられるという効果がある。リアクトルとコンデンサをなくしたため、装置を小型にでき、装置のコストを下げることができる。また、リアクトル、コンデンサの発熱による温度上昇に伴う問題もなくすことができる。スリップリングを用いずに補助巻線を励磁できるために、高速機には有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図
【図２】従来例の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１    永久磁石交流発電機
２    主巻線
３    補助巻線
４    永久磁石回転子
５    磁束制御装置
６    自動電圧調整装置
７    無効電力制御装置
８    磁極位置検出器
１０  電圧設定部
１１  電圧検出部
１２  電流検出部
１３  制御部
１４  位相制御部
１５  交流励磁用インバータ
２０  永久磁石交流発電機
２１  永久磁石回転子
２２  主巻線
２３  補助巻線
２４  磁束制御装置
２５  自動電圧調整装置
２６  無効電力制御装置
３１  電圧設定部
３２  電圧検出部
３３  電圧制御部
３４  位相制御部
３５  サイリスタ制御装置
３６  リアクトル
【図１】
0003823358.tif 000002
【図２】
0003823358.tif 000003