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Abstract
Description
本発明は、交流電力を発生する発電機に関し、特に回転子の巻線に外部から電流を供給するための特別な供給機構を必要としない発電機に関する。 The present invention relates to a generator that generates AC power, and more particularly to a generator that does not require a special supply mechanism for supplying current from the outside to a winding of a rotor.
従来、回転子が生成する回転磁界によって、固定子に配設される巻線に誘導起電力を生じさせ、出力電圧を得る発電機が知られている。このような発電機においては、回転子に設けられた巻線に対し外部から直流電流を供給することにより励磁するか、回転子に永久磁石を使用することで、回転磁界を生成している(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a generator that generates an induced electromotive force in a winding disposed in a stator by a rotating magnetic field generated by a rotor to obtain an output voltage is known. In such a generator, a rotating magnetic field is generated by exciting a winding provided in the rotor by supplying a direct current from the outside or by using a permanent magnet for the rotor ( For example, see Patent Document 1).
特許文献1の発電機は、自励式発電機として知られるもので、固定子側に出力巻線とは別に設けられている巻線から、スリップリングとスリップリングに接触するブラシとを有する給電機構を介して、回転子の巻線に励磁電流が供給されるようになっている。
The generator of
特許文献1の自励式発電機においては、固定子側の巻線から回転子側の巻線に給電するための、電気的接触機構(スリップリングとブラシ)を含む給電機構が必要であり、回転子の励磁のための電気回路機構が複雑となる。また、発電機の寿命も、電気的接触機構によって制限を受ける。
In the self-excited generator of
一方、回転子に永久磁石を使用する発電機は、一般に回転始動が重くなるため、少ない始動トルクが望まれる発電機(例えば風力発電用の発電機)としては不向きであると考えられている。 On the other hand, a generator using a permanent magnet for the rotor is generally considered to be unsuitable as a generator (for example, a generator for wind power generation) where a small starting torque is desired because the rotation start becomes heavy.
ところで、従来の発電機のうち誘導発電機は、回転子の巻線に励磁を必要としないが、系統連係させ、かつ、同期回転を上回る速度で回転子を回転させなければ発電しないという特性を持つ。
また、従来の発電機においては、発電機の回転子が回転駆動されていると、出力端子に負荷が接続されているか否かにかかわらず、出力電圧が常時出力端子に出力される。従って、発電機の回転駆動中に、使用者が開放出力端子を通して感電することがないようその取り扱いに十分な注意が払われなければならない。
さらに、従来の発電機においては、過大な重負荷が与えられると、回転子を支持する回転軸が極度の重トルク状態となる。このため、駆動系から伝達される回転駆動力によって回転軸が捻じ切られる、固定子及び回転子の巻線が過大な電流によって焼損するといった重大な故障に至るおそれがある。
By the way, among the conventional generators, the induction generator does not require excitation in the rotor windings, but it does not generate power unless it is linked to the system and the rotor is rotated at a speed exceeding the synchronous rotation. Have.
Moreover, in the conventional generator, when the rotor of the generator is driven to rotate, an output voltage is always output to the output terminal regardless of whether or not a load is connected to the output terminal. Therefore, sufficient care must be taken in handling the generator so that the user does not get an electric shock through the open output terminal during the rotation of the generator.
Furthermore, in the conventional generator, when an excessively heavy load is applied, the rotating shaft that supports the rotor is in an extremely heavy torque state. For this reason, there is a risk of serious failure such as the rotating shaft being twisted by the rotational driving force transmitted from the drive system, and the stator and rotor windings being burned out by excessive current.
また、従来の発電機においては、定速運転時に、負荷を軽負荷から重負荷に急に変化させた際の出力電圧を一定に維持するためには、駆動系から発電機の回転子を支持する回転軸に伝達される回転トルクを上昇させることにより発電電力を増加させることが必要である。発電電力は、回転子の励磁作用をより強力にすることにより、増加させることができる。しかしながら、この対策のために、例えば特許文献1に記載されているように、回転子の巻線に流れる電流を増やすための別の給電機構を固定子側に設けなければならない。
In addition, in conventional generators, the generator rotor is supported from the drive system in order to maintain a constant output voltage when the load is suddenly changed from a light load to a heavy load during constant speed operation. It is necessary to increase the generated power by increasing the rotational torque transmitted to the rotating shaft. The generated power can be increased by making the excitation action of the rotor more powerful. However, for this measure, as described in
回転子に永久磁石を使用する発電機においては、接続される負荷の状態に応じて回転子が発生する磁束の強度を変化させることができない。従って、定速運転時に負荷を軽負荷から重負荷に変化させると、発電機の出力電圧は不可避的に低下し、この電圧低下は発電機の回転トルクを上昇させることによっても対処することができない。 In a generator using a permanent magnet for the rotor, the strength of the magnetic flux generated by the rotor cannot be changed according to the state of the connected load. Therefore, if the load is changed from a light load to a heavy load during constant speed operation, the output voltage of the generator inevitably decreases, and this voltage decrease cannot be dealt with by increasing the rotational torque of the generator. .
上記のとおり、従来の自励式発電機においては、固定子側から回転子の巻線に励磁電流を供給するための、固定子と回転子との間の電気的接触機構を含む給電機構が必須であった。また、無負荷時(出力端子解放時)、重負荷時の発電機の安全性に関し相当な配慮を必要としていた。また、負荷急変時に出力電圧を一定に維持するためには、回転子の巻線に流れる電流を増やすための特別の給電機構を固定子側に設ける必要があった。さらに、回転子に永久磁石を使用する発電機においては、回転始動が重いという問題があった。 As described above, in the conventional self-excited generator, a power supply mechanism including an electrical contact mechanism between the stator and the rotor is essential for supplying an excitation current from the stator side to the rotor winding. Met. In addition, considerable consideration was required regarding the safety of the generator when there is no load (when the output terminal is released) and when the load is heavy. Further, in order to keep the output voltage constant when the load suddenly changes, it is necessary to provide a special power supply mechanism on the stator side for increasing the current flowing through the rotor windings. Furthermore, the generator using a permanent magnet for the rotor has a problem that the rotation start is heavy.
そこで、本発明は、回転子の巻線に外部から電流を供給するための給電機構を必要としない発電機を提供することを目的とする。
本発明は、系統連係させない単独運転において、外部から電流を供給する励磁を必要とせず、かつ、回転速度にかかわらず発電する発電機を提供することを目的とする。
また、本発明は、無負荷時、重負荷時の安全性が大幅に改善された発電機を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、負荷の急変に速やかに追随する、あるいは負荷の急変の影響を受けにくい、安定した出力電圧を得ることのできる発電機を提供することを目的とする。
また、本発明は、回転始動の容易な発電機を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a generator that does not require a power feeding mechanism for supplying current to the windings of the rotor from the outside.
An object of the present invention is to provide a generator that does not require excitation for supplying a current from the outside and independently generates electric power regardless of the rotation speed in a single operation without system linkage.
It is another object of the present invention to provide a generator in which safety at the time of no load and heavy load is greatly improved.
Furthermore, an object of the present invention is to provide a generator that can quickly follow a sudden change in load, or can obtain a stable output voltage that is not easily affected by the sudden change in load.
Another object of the present invention is to provide a generator that can be easily started.
請求項1記載の発明は、出力巻線を有する固定子と、励磁巻線を有する回転子と、前記回転子に配設され、かつ前記励磁巻線と並列に接続される整流手段と、前記回転子が生成する回転磁界によって前記出力巻線に誘導される起電力を出力する出力端とを備え、前記回転子は、励磁用電流路として、前記励磁巻線と前記整流手段とを並列に接続した一方向性の電流路を含むことを特徴とする。
The invention according to
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発電機において、前記回転子は、前記励磁用電流路として、第1の巻線と第1の整流手段とを並列に接続した一方向性の第1の電流路と、第2の巻線と第2の整流手段とを直列接続した一方向性の第2の電流路とを含み、前記第2の電流路は、前記第1の電流路内の前記第1の巻線に対し、前記第1の電流路の電流と同一方向の電流を供給することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the generator according to the first aspect, the rotor is a one-way device in which a first winding and a first rectifier are connected in parallel as the current path for excitation. A first current path, and a unidirectional second current path in which a second winding and a second rectifying means are connected in series, wherein the second current path is the first current path. A current in the same direction as the current in the first current path is supplied to the first winding.
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発電機において、前記第2の巻線は、前記第1の巻線に対し、所定の電気角遅相した位置に配設されることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the generator according to the second aspect, the second winding is disposed at a position delayed by a predetermined electrical angle with respect to the first winding. And
請求項4記載の発明は、請求項3記載の発電機において、前記第2の巻線は、前記第1の巻線に対し電気角にして略120度遅相した位置に配設されることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the generator according to the third aspect, the second winding is disposed at a position delayed by about 120 degrees in electrical angle with respect to the first winding. It is characterized by.
請求項5記載の発明は、請求項2記載の発電機において、前記回転子は、励磁用電流路として、更に第3の巻線と第3の整流手段とを直列接続した一方向性の第3の電流路を含み、前記第3の電流路は、前記第1の電流路内の前記第1の巻線に対し、前記第1の電流路の電流と同一方向の電流を供給することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the generator according to the second aspect, the rotor further includes a third winding and a third rectifying means connected in series as an exciting current path. 3 current paths, wherein the third current path supplies a current in the same direction as the current of the first current path to the first winding in the first current path. Features.
請求項6記載の発明は、請求項5記載の発電機において、前記第2の巻線及び第3の巻線は、前記第1の巻線に対し、異なる所定の電気角遅相した位置にそれぞれ配設されることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the generator according to the fifth aspect, the second winding and the third winding are located at different predetermined electrical angle delayed positions with respect to the first winding. It is characterized by being arranged respectively.
請求項7記載の発明は、請求項6記載の発電機において、前記第2の巻線は、前記第1の巻線に対し電気角にして略120度遅相した位置に、前記第3の巻線は、前記第1の巻線に対し電気角にして略60度遅相した位置に、それぞれ配設されることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the generator according to the sixth aspect, the second winding is located at a position delayed by about 120 degrees in electrical angle with respect to the first winding. The windings are respectively disposed at positions that are delayed by about 60 degrees in electrical angle with respect to the first winding.
請求項8記載の発明は、請求項1記載の発電機において、前記回転子は、励磁電流路として、第1の巻線と第1の整流手段とを並列に接続した一方向性の第1の電流路と、巻線と整流手段とを直列接続した一方向性の電流路でそれぞれ構成される第2〜第nの電流路とを含み、前記第2〜第nの電流路の各々は、前記第1の電流路内の前記第1の巻線に対し、前記第1の電流路の電流と同一方向の電流を供給することを特徴とする。ここで、nはn≧4の整数である。 According to an eighth aspect of the present invention, in the generator according to the first aspect, the rotor is a unidirectional first in which a first winding and a first rectifier are connected in parallel as an exciting current path. Current paths, and second to n-th current paths each composed of a unidirectional current path in which a winding and a rectifying means are connected in series, each of the second to n-th current paths being The current in the same direction as the current in the first current path is supplied to the first winding in the first current path. Here, n is an integer of n ≧ 4.
請求項9記載の発明は、請求項8記載の発電機において、前記第2〜第nの電流路に含まれる巻線は、前記第1の巻線に対し、異なる所定の電気角遅相した位置にそれぞれ配設されることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the generator according to the eighth aspect, the windings included in the second to n-th current paths are delayed by a predetermined predetermined electrical angle with respect to the first winding. It is characterized by being arranged at each position.
請求項10記載の発明は、請求項9記載の発電機において、前記第2〜第nの電流路に含まれる第iの巻線(i=2,・・・n)は、前記第1の巻線に対し、電気角にして略((180/n)×(i−1))度遅相した位置にそれぞれ配設されることを特徴とする。 In a tenth aspect of the present invention, in the generator according to the ninth aspect, the i-th winding (i = 2,..., N) included in the second to n-th current paths is the first It is characterized in that each of the windings is disposed at a position that is approximately ((180 / n) × (i−1)) degrees behind the electrical angle.
請求項11記載の発明は、請求項1,2,5又は8のいずれかに記載の発電機において、前記出力端と並列に、誘導成分、容量成分、又は誘導成分及び容量成分を直列若しくは並列に接続した合成成分を接続したことを特徴とする。
The invention according to
本発明の発電機によれば、出力巻線を有する固定子と、励磁巻線を有する回転子と、回転子に配設され、かつ励磁巻線と並列に接続される整流手段と、回転子が生成する回転磁界によって出力巻線に誘導される起電力を出力する出力端とを備え、回転子は、励磁用電流路として、励磁巻線と整流手段とを並列に接続した一方向性の電流路を含む構成としたので、励磁巻線には整流手段の一方側の端子から励磁巻線に向かう一方向の電流のみが流れる。従って、回転子の励磁巻線は、整流手段の逆方向に相当する誘導起電力を生じさせるような磁束の変化に対してそれを妨げる作用をしないため、固定子の一方の極から回転子に向かう磁束は固定子を容易に通過し、回転子が磁化される。また、回転子の励磁巻線においては、整流手段の一方側の端子を正、他方側の端子を負とする誘導起電力を生じさせるような磁束の変化に対しては、その誘導起電力が整流手段の順方向に相当するため、整流手段の一方側の端子から励磁巻線に向かう方向に電流が流れ、回転子には固定子の一方の極から回転子に向かう方向の磁束が発生する。この結果、回転子には、一方をS極、他方をN極とする一方向の磁束のみが発生する。 According to the generator of the present invention, a stator having an output winding, a rotor having an excitation winding, a rectifier disposed on the rotor and connected in parallel to the excitation winding, and the rotor And an output terminal that outputs an electromotive force induced in the output winding by the rotating magnetic field generated by the rotor, and the rotor is a one-way connection in which the excitation winding and the rectifier are connected in parallel as an excitation current path. Since the current path is included, only the current in one direction flows from the terminal on one side of the rectifier to the excitation winding. Therefore, since the exciting winding of the rotor does not act to prevent the change of magnetic flux that generates an induced electromotive force corresponding to the reverse direction of the rectifying means, the rotor from one pole of the stator to the rotor. The incoming magnetic flux easily passes through the stator and the rotor is magnetized. In addition, in the excitation winding of the rotor, the induced electromotive force is not affected by a change in magnetic flux that causes an induced electromotive force in which the terminal on one side of the rectifier is positive and the terminal on the other side is negative. Since it corresponds to the forward direction of the rectifying means, a current flows in a direction from the terminal on one side of the rectifying means toward the excitation winding, and a magnetic flux in a direction from one pole of the stator toward the rotor is generated in the rotor. . As a result, only one direction of magnetic flux is generated in the rotor, with one being the S pole and the other being the N pole.
このようにして回転子は、回転子の励磁巻線に電流を供給しなくても、一方向の磁束を発生する。従って、回転子が回転することによる磁束の変化に起因して、固定子、回転子にはそれぞれ起磁力が生じる。この起磁力により固定子の巻線及び回転子の励磁巻線に電流が流れ、固定子及び回転子に磁束が発生することにより、固定子と回転子との間に吸引力もしくは反発力が生じる。 In this way, the rotor generates a unidirectional magnetic flux without supplying a current to the excitation winding of the rotor. Therefore, magnetomotive force is generated in each of the stator and the rotor due to the change in magnetic flux caused by the rotation of the rotor. This magnetomotive force causes a current to flow through the stator winding and the rotor excitation winding, and a magnetic flux is generated in the stator and the rotor, so that an attractive force or a repulsive force is generated between the stator and the rotor. .
回転子が回転により移動し、固定子と回転子と間の吸引力に反して回転子が固定子の一方の極から離れようとすると、当該固定子及び回転子に起磁力が生じる。また、固定子と回転子と間の反発力に反して回転子が固定子の他方の極に接近すると、当該固定子及び回転子に起磁力が生じる。固定子の一対の極の中間的領域では、回転子が固定子の一方の極から離れる一方、他方の極に近づく。この中間的領域では、回転子の励磁巻線を過ぎる磁束の変化率(固定子の磁束によって回転子の励磁巻線が受ける磁束の変化率)が、極付近に比べて相対的に大きいため、励磁巻線に大きな起電力が生じて整流手段の一方側の端子から励磁巻線に向かう方向に電流が流れる。回転子の励磁巻線にこの電流が流れることにより生じる磁束は、固定子に作用し、固定子の出力巻線の磁束の変化(減少)を妨げる方向の起磁力を発生させ、固定子の出力巻線に発電として作用する電流を流す。また、回転子が固定子の他方の極に接近する(このとき回転子の磁束と固定子の磁束とは反発する関係にある)ことによる、固定子及び回転子の磁束の変化(減少)を妨げる方向の起磁力が発生する。この起磁力により、なおも発電として作用する方向の電流が固定子の出力巻線及び回転子の励磁巻線に流れる。固定子と回転子が離隔する場合、固定子と回転子とが吸引するが、離隔することによる固定子及び回転子の磁束の変化(減少)を妨げる方向の起磁力が生じ、この起磁力により固定子の出力巻線及び回転子の励磁巻線に電流が流れ、この電流が磁束の減少を妨げる方向の磁束を発生するが、この電流の流れる方向は発電電流となる。 When the rotor moves by rotation and the rotor tries to move away from one pole of the stator against the attractive force between the stator and the rotor, magnetomotive force is generated in the stator and the rotor. When the rotor approaches the other pole of the stator against the repulsive force between the stator and the rotor, a magnetomotive force is generated in the stator and the rotor. In the middle region between the pair of stator poles, the rotor moves away from one pole of the stator while approaching the other pole. In this intermediate region, the rate of change of magnetic flux passing through the rotor excitation winding (rate of change of magnetic flux received by the rotor excitation winding by the stator flux) is relatively large compared to the vicinity of the pole, A large electromotive force is generated in the excitation winding, and a current flows in the direction from the terminal on one side of the rectifier to the excitation winding. The magnetic flux generated by this current flowing through the rotor's excitation winding acts on the stator, generating a magnetomotive force in a direction that prevents the change (decrease) in the magnetic flux of the output winding of the stator, and outputs the stator. A current that acts as power generation is passed through the winding. Moreover, the change (decrease) in the magnetic fluxes of the stator and the rotor due to the rotor approaching the other pole of the stator (the magnetic flux of the rotor and the magnetic flux of the stator are in a repulsive relationship). A magnetomotive force is generated in the direction of obstruction. Due to this magnetomotive force, a current in the direction still acting as power generation flows in the output winding of the stator and the excitation winding of the rotor. When the stator and the rotor are separated, the stator and the rotor are attracted, but a magnetomotive force is generated in a direction that prevents the change (decrease) in the magnetic flux of the stator and the rotor due to the separation. A current flows through the output winding of the stator and the excitation winding of the rotor, and this current generates a magnetic flux in a direction that prevents the magnetic flux from decreasing. The direction in which this current flows is a generated current.
また、本発明の発電機において、回転子は、励磁用電流路として、第1の巻線と第1の整流手段とを並列に接続した一方向性の第1の電流路と、第2の巻線と第2の整流手段とを直列接続した一方向性の第2の電流路とを含み、第2の電流路は、第1の電流路内の第1の巻線に対し、第1の電流路の電流と同一方向の電流を供給する構成とした場合、第2の巻線を流れる電流も回転子の第1の巻線(励磁巻線)に供給されるので、励磁が強化され、発電出力を向上させることができる。 In the generator of the present invention, the rotor includes, as an exciting current path, a unidirectional first current path in which the first winding and the first rectifying means are connected in parallel; A unidirectional second current path in which the winding and the second rectifying means are connected in series, and the second current path is first with respect to the first winding in the first current path. When a current in the same direction as the current in the current path is supplied, the current flowing through the second winding is also supplied to the first winding (excitation winding) of the rotor, so that excitation is enhanced. The power generation output can be improved.
第2の巻線を、第1の巻線に対し所定の電気角遅相した位置に配設すると、回転子の回転移動に伴い固定子の一対の極の中間的領域を第2の巻線が移動するときに、第2の巻線を過ぎる磁束の変化(固定子の磁束によって第2の巻線が受ける磁束の変化)により、第2の巻線に起電力が生じて第2の巻線から第1の巻線に電流が供給されるので、発電性能を向上するうえで有利である。特に、第2の巻線が、第1の巻線に対し電気角にして略120度遅相した位置に配設される構成とした場合、移動する回転子の励磁巻線が固定子の一対の極の近傍に位置するときでも、第1の巻線に電流が供給されるので、励磁がより強化され、発電出力をより向上させることができる。 When the second winding is disposed at a position that is delayed by a predetermined electrical angle with respect to the first winding, an intermediate region between the pair of poles of the stator is moved to the second winding as the rotor rotates. When the coil moves, an electromotive force is generated in the second winding due to a change in magnetic flux passing through the second winding (change in magnetic flux received by the second winding due to the magnetic flux of the stator). Since the current is supplied from the wire to the first winding, it is advantageous in improving the power generation performance. In particular, when the second winding is arranged at a position that is approximately 120 degrees behind the first winding in electrical angle, the exciting winding of the moving rotor is a pair of stators. Even when it is located in the vicinity of the pole, current is supplied to the first winding, so that excitation is further strengthened and power generation output can be further improved.
さらに、本発明の発電機において、回転子は、励磁用電流路として、更に第3の巻線と第3の整流手段とを直列接続した一方向性の第3の電流路を含み、第3の電流路は、第1の電流路内の第1の巻線に対し、第1の電流路の電流と同一方向の電流を供給する構成とした場合、第2の巻線を流れる電流に加えて第3の巻線を流れる電流も回転子の第1の巻線(励磁巻線)に供給されるので、励磁がより強化され、発電出力をさらに向上させることができる。 Furthermore, in the generator according to the present invention, the rotor further includes, as an exciting current path, a unidirectional third current path in which a third winding and a third rectifying means are connected in series. When the current path is configured to supply a current in the same direction as the current in the first current path to the first winding in the first current path, in addition to the current flowing in the second winding, Since the current flowing through the third winding is also supplied to the first winding (excitation winding) of the rotor, excitation is further strengthened and the power generation output can be further improved.
第2の巻線及び第3の巻線を、第1の巻線に対し異なる所定の電気角遅相した位置にそれぞれ配設すると、回転子の回転移動に伴い、第2の巻線と第3の巻線のそれぞれが固定子の一対の極の中間的領域を移動するときに、第2の巻線または第3の巻線を過ぎる磁束の変化(固定子の磁束によって第2の巻線、第3の巻線が受ける磁束の変化)によって、第2の巻線、第3の巻線にそれぞれ起電力が生じて、これらの巻線から第1の巻線に電流が供給されるので、発電性能を向上するうえでさらに有利である。特に、第2の巻線が、第1の巻線に対し電気角にして略120度遅相した位置に、第3の巻線が、第1の巻線に対し電気角にして略60度遅相した位置に、それぞれ配設される構成とした場合、移動する回転子の励磁巻線が固定子の一対の極の中間的領域に位置しないとき、さらには極の近傍に位置するときでも、これらの巻線から第1の巻線に電流が供給されるので、励磁がよりいっそう強化され、発電出力をよりいっそう向上させることができる。 When the second winding and the third winding are respectively arranged at different predetermined electrical angle delayed positions with respect to the first winding, the second winding and the third winding are moved along with the rotational movement of the rotor. As each of the three windings moves in the intermediate region of the pair of poles of the stator, the change in magnetic flux past the second winding or the third winding (the second winding by the stator flux). (Changes in magnetic flux received by the third winding), electromotive forces are generated in the second winding and the third winding, respectively, and current is supplied from these windings to the first winding. This is further advantageous in improving the power generation performance. In particular, the second winding is at an electrical angle of about 120 degrees with respect to the first winding, and the third winding is at about 60 degrees with respect to the first winding. When each of the exciting windings of the moving rotor is not located in the intermediate region between the pair of poles of the stator, and even in the vicinity of the poles, when the configuration is arranged at each of the delayed phases, Since the current is supplied from these windings to the first winding, the excitation is further enhanced and the power generation output can be further improved.
本発明の発電機において、回転子は、励磁電流路として、第1の巻線と第1の整流手段とを並列に接続した一方向性の第1の電流路と、巻線と整流手段とを直列接続した一方向性の電流路でそれぞれ構成される第2〜第nの電流路とを含み、第2〜第nの電流路の各々は、第1の電流路内の第1の巻線に対し、第1の電流路の電流と同一方向の電流を供給する構成としてもよい(ここで、nはn≧4の整数である)。この場合、第2〜第nの電流路に含まれる各巻線を流れる電流も回転子の第1の巻線(励磁巻線)に供給されるので、励磁がより強化され、発電出力をさらに向上させることができる。 In the generator of the present invention, the rotor includes, as an exciting current path, a unidirectional first current path in which the first winding and the first rectifying means are connected in parallel, the winding and the rectifying means, Are connected to each other in series, and each of the second to n-th current paths includes a first winding in the first current path. A configuration may be adopted in which a current in the same direction as the current in the first current path is supplied to the line (where n is an integer of n ≧ 4). In this case, since the current flowing through each of the windings included in the second to nth current paths is also supplied to the first winding (excitation winding) of the rotor, the excitation is further strengthened and the power generation output is further improved. Can be made.
ここで、第2〜第nの電流路に含まれる巻線を、第1の巻線に対し、異なる所定の電気角遅相した位置にそれぞれ配設すると、回転子の回転移動に伴い、第2〜第nの巻線のそれぞれが固定子の一対の極の中間的領域を移動するときに、各巻線を過ぎる磁束の変化(固定子の磁束によって各巻線が受ける磁束の変化)によって各巻線に起電力が生じて各巻線から第1の巻線に電流が供給されるので、発電性能を向上するうえでさらに有利である。特に、前記第2〜第nの電流路に含まれる第iの巻線(i=2,・・・n)は、前記第1の巻線に対し、電気角にして略((180/n)×(i−1))度遅相した位置にそれぞれ配設される構成とした場合、移動する回転子の励磁巻線が固定子の一対の極の中間的領域に位置しないとき、さらには極の近傍に位置するときでも、これらの多数の巻線から第1の巻線(励磁巻線)に電流が供給されるので、励磁がよりいっそう強化され、発電出力をよりいっそう向上させることができる。 Here, if the windings included in the second to n-th current paths are respectively arranged at different predetermined electrical angle delayed positions with respect to the first winding, the rotation of the rotor causes the first When each of the 2nd to nth windings moves in an intermediate region between the pair of poles of the stator, each winding is caused by a change in magnetic flux passing through each winding (change in magnetic flux received by each winding by the stator magnetic flux). Since an electromotive force is generated in each of the windings and a current is supplied from each winding to the first winding, it is further advantageous in improving the power generation performance. In particular, the i-th winding (i = 2,..., N) included in the second to n-th current paths is approximately ((180 / n) in electrical angle with respect to the first winding. ) × (i-1)) When arranged at positions that are delayed in phase, when the exciting winding of the moving rotor is not located in the intermediate region between the pair of poles of the stator, Even when located in the vicinity of the pole, current is supplied from these multiple windings to the first winding (excitation winding), so that excitation is further enhanced and the power generation output can be further improved. it can.
本発明の発電機において、その出力端と並列に、誘導成分、容量成分、又は誘導成分及び容量成分を直列若しくは並列に接続した合成成分を接続した構成とした場合、負荷の変動に応じて、発電機の出力電流の位相に適度な遅れまたは進みを生じさせることができる。これにより、発電機において負荷が急増もしくは急減しても出力電圧(負荷電圧)が変動しにくい特性を得ることができる。 In the generator of the present invention, in a configuration in which an inductive component, a capacitive component, or a composite component in which an inductive component and a capacitive component are connected in series or in parallel is connected in parallel with the output end, according to a change in load, A moderate delay or advance can be produced in the phase of the output current of the generator. As a result, it is possible to obtain characteristics in which the output voltage (load voltage) is unlikely to fluctuate even when the load suddenly increases or decreases in the generator.
本発明の上記した利点及び他の利点は、添付図面及び以下に説明する本発明を適用した発電機の実施の形態の説明を通じて、詳しく開示されるものである。 The above-described advantages and other advantages of the present invention will be disclosed in detail through the accompanying drawings and the description of the embodiments of the generator to which the present invention is applied.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明を適用した第1の実施の形態における発電機1の概略構成を示す模式図である。図1に示すように発電機1は、固定子10と回転子11とを備える。
固定子10は、出力巻線L11と鉄心12とから構成されており、出力巻線L11が鉄心12の周囲に所定方向に巻装されることにより、電気角0°、電気角180°に相当する位置に固定された、1対の極を形成している。
回転子11は、鉄心13と励磁巻線L21とダイオードD1とを有している。回転子11は、回転子11の鉄心13の極が固定子10の鉄心12の極に対向するような配置関係において、固定子10に対し回転自在に支持されている。励磁巻線L21は、鉄心13に巻線導体を巻装することにより構成されており、励磁巻線L21の両端にはダイオードD1が並列に接続されて励磁用電気回路を構成している。
なお、図1は、固定子10について、便宜上、一対の極が同一方向(下方)を向くように図示しているが、実際の発電機においては、一対の極が、電気角にして180°に相当する所定の物理角(例えば2極であれば180°)を形成して円筒状の発電機内部に配設されるものである。また、回転子11について、一対の極を構成している鉄心13の一方の極のみを簡略的に示し、他方の極は図示を省略している。さらに、本実施の形態において回転子11の鉄心13は、後述するように櫛歯状に構成され、所定の物理角の間隔をおいて、回転子の回転軸の周囲に放射状に配設されるものである。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
The
The
Note that FIG. 1 illustrates the
図2は、発電機1の回転子11に配設される励磁用電気回路21の概略構成を示す回路図である。図2に示す電気回路21において、励磁巻線L21の一端(巻き始め)には、ダイオードD1のカソード側端子が接続され、励磁巻線L21の他端(巻終わり)には、ダイオードD1のアノード側端子が接続されている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the exciting
以上のように構成される電気回路21においては、励磁巻線L21には、励磁巻線L21の巻き終わりからダイオードD1を通して、励磁巻線L21の巻き始めの方向に(ダイオードD1の順方向に)電流が流れるが、それとは逆向きに電流は流れない(励磁巻線L21の内部では、巻き始めから巻終わりの方向にのみ電流が流れる)。つまり、回転子11の電気回路21は、ダイオードD1のカソード側端子から励磁巻線L21に向かう一方向の電流路を備えている。従って、電気回路21が配設されている回転子11の鉄心に沿って、一方の磁極面(上側)をS極、他方の磁極面(下側)をN極とする一方向の磁束が発生するが、励磁巻線L21を流れる電流方向は常に一方向のみであるため、逆向きの磁束が発生して極が反転するようなことはない。
In the
図3は、本発明を適用した第1の実施の形態における発電機1において、固定子10側の出力巻線L11の巻装状態を拡大して示す模式図である。固定子10は、上記のとおり鉄心12により電気角にして180°異なる位置に配設される一対の極を形成している。一対の極は、図3に示すように、一本の巻線導体を用いて、一方で鉄心12の周囲に右巻き(時計方向)に巻装し、他方で鉄心12の周囲に左巻き(反時計方向)に巻装することにより構成することができる。なお、図3において、固定子10として一対の極のみを示しているが、通常の発電機と同様に多極(例えば4極、6極)の固定子を備える発電機の構成としてもよい。
FIG. 3 is an enlarged schematic view showing the winding state of the output winding L11 on the
図4は、本発明を適用した第1の実施の形態における発電機1において、回転子11側の鉄心13に対する励磁巻線L21の巻装状態を拡大して示す模式図である。回転子11は、櫛歯状の鉄心13を有しており、鉄心13間にはスロット14が形成されている。巻線導体が、スロット14内に収納するようにして複数本の櫛歯状の鉄心13の周囲に巻装されることにより、励磁巻線L21が形成されている。具体的には、励磁巻線L21を構成している1本の巻線導体は、一方の磁極を巻き始め15側として、鉄心13の周囲に右巻き(時計方向)に巻装され、当該一方の磁極から電気角にして180°遅相する位置に配置される他方の極を巻終わり16側として、鉄心13の周囲に左巻き(反時計方向)に巻装されている。従って、励磁巻線L21に巻き始め15から巻終わり16の方向に電流が流れると、回転子11が励磁され、励磁巻線L21の巻き始め側の磁極面をS極、巻終わり側の磁極面をN極とする方向の磁束が発生する。
FIG. 4 is an enlarged schematic view showing a winding state of the excitation winding L21 around the
以上のように構成される発電機1の動作について、その概略を以下に説明する。
発電機1において、回転子11の励磁巻線L21には、これと並列にダイオードD1が接続されているため、ダイオードD1のカソード側端子から励磁巻線L21に向かう電流(順方向電流)は流れるが、ダイオードD1のアノード側端子から励磁巻線L21に向かう電流は流れない。つまり、励磁巻線L21にはダイオードD1のカソード側端子から励磁巻線L21に向かう一方向の電流のみが流れる。従って、回転子11の励磁巻線L21は、ダイオードD1のカソード側端子を正、アノード側端子を負とする誘導起電力を生じさせるような磁束の変化に対しては、励磁巻線L21の両端がいわば開放状態にあり、そのような磁束の変化を妨げる作用をしないため、固定子10の一方の極から回転子11に向かう磁束は、励磁巻線L21が巻装された鉄心13を容易に通過し、回転子11が磁化される。また、回転子11の励磁巻線L21においては、ダイオードD1のカソード側端子を負、アノード側端子を正とする誘導起電力を生じさせるような磁束の変化に対しては、その誘導起電力がダイオードD1の順方向に相当するため、ダイオードD1のカソード側端子から励磁巻線L21に向かう方向に電流が流れ、回転子11には上記と同一の方向(図1に示す出力巻線L11、励磁巻線L21の巻装例においては、固定子10の一方の極から回転子11に向かう方向)の磁束が発生する。この結果、回転子11には、一方の磁極面(上側)をS極、他方の磁極面(下側)をN極とする一方向の磁束のみが発生する。
An outline of the operation of the
In the
このようにして回転子11は、回転子11の励磁巻線L21に電流を供給しなくても、一方向の磁束を発生する。従って、回転子11が回転することによる磁束の変化に起因して、固定子10、回転子11にはそれぞれ起磁力が生じる。この起磁力により固定子10の出力巻線L11及び回転子11の励磁巻線L21に電流が流れ、固定子10及び回転子11に磁束が発生することにより、固定子10と回転子11との間に吸引力もしくは反発力が生じる。
In this way, the
回転子11が回転により移動し、固定子10と回転子11と間の吸引力に反して回転子11が固定子10の一方の極から離れようとすると、当該固定子10及び回転子11に起磁力が生じる。また、固定子10と回転子11と間の反発力に反して回転子11が固定子10の他方の極に接近すると、固定子10及び回転子11に起磁力が生じる。回転子11の励磁巻線L21が固定子10の一対の極の中間的領域を移動するとき、回転子11の励磁巻線L21を過ぎる磁束の変化率(固定子10の磁束によって回転子11の励磁巻線L21が受ける磁束の変化率)は、前記一対の極付近に比べて相対的に大きい。従って、この中間的領域を回転子11の励磁巻線L21が移動する場合、回転子11にはこの磁束の変化を妨げる方向の起磁力が生じ、この起磁力によって生じる起電力によって、電気回路21をダイオードD1のカソード側端子から励磁巻線L21に向かう方向に電流が流れる。回転子11の励磁巻線L21にこの電流が流れることにより生じる磁束は、固定子10に作用し、固定子10の出力巻線L11の磁束の変化(減少)を妨げる方向の起磁力を発生させ、固定子10の出力巻線L11に発電として作用する電流を流す。また、回転子11が固定子10の他方の極に接近することによる、固定子及び回転子の磁束の変化(減少)を妨げる方向の起磁力が発生する。この起磁力により、なおも発電として作用する方向の電流が固定子10の出力巻線L11及び回転子11の励磁巻線L21に流れる。固定子10と回転子11が離隔する場合、固定子10と回転子11が吸引するが、離隔することによる固定子10及び回転子11の磁束の変化(減少)を妨げる方向の起磁力が生じ、この起磁力により固定子10の出力巻線L11及び回転子11の励磁巻線L21に電流が流れ、この電流が磁束の減少を妨げる方向の磁束を発生するが、この電流の流れる方向は発電電流となる。このようにして出力巻線L11を流れる発電電流が、出力端子19,20に接続された負荷Lに出力電流として流れる。
When the
[第2の実施の形態]
図5は、本発明を適用した第2の実施の形態における発電機2の概略構成を示す模式図である。
図5に示す発電機2は、図1に示す発電機1において回転子11に配設される励磁用電気回路として図6に示す電気回路22を適用したものである。従って、図1の発電機1と同様に構成される回路要素等については、同符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the
The
図6は、発電機2の回転子11に配設される励磁用電気回路22の概略構成を示す回路図である。図6に示す電気回路22は、図2に示す電気回路21に、ダイオードD3と巻線L23との直列回路を並列に接続したものである。従って、図2の電気回路21と同様に構成される回路素子等については、同符号を付して説明を省略する。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the excitation
電気回路22において、図2に示す電気回路21におけるダイオードD1のカソード側端子にさらにダイオードD3のカソード側端子が接続され、ダイオードD3のアノード側端子には巻線L23の一端(巻き始め)が接続され、巻線L23の他端(巻終わり)は、ダイオードD1のアノード側端子に接続されている。ここで、巻線L23は、励磁巻線L21に対し、電気角して120°遅相した位置に配設されている。なお、励磁巻線L21、巻線L23の配置関係は、例えば、後述する第3の実施の形態の説明中で引用する図9に示すものとすることができる。
In the
以上のように構成される電気回路22においては、励磁巻線L21には、励磁巻線L21の巻終わりからダイオードD1を通して巻き始めの方向に(ダイオードD1の順方向に)電流が流れるが、逆方向には流れない(励磁巻線L21の内部では、巻き始めから巻終わりの方向にのみ電流が流れる)。また、ダイオードD3及び巻線L23の直列回路には、巻線L23の巻き始めからダイオードD3を通して巻終わりの方向に(ダイオードD3の順方向に)電流が流れるが、それとは逆向きに電流は流れない(巻線L23の内部では、巻終わりから巻き始めの方向にのみ電流が流れる)。つまり、回転子11の電気回路22は、ダイオードD1のカソード側端子から励磁巻線L21に向かう一方向の電流路と、巻線L23からダイオードD3を通して励磁巻線L21に向かう一方向の電流路とを備えている。
従って、巻線L23を流れる電流は、ダイオードD1を通して励磁巻線L21を流れる一方向の電流と同一の方向の電流として、励磁巻線L21に供給される。
In the
Therefore, the current flowing through the winding L23 is supplied to the excitation winding L21 as a current in the same direction as the current flowing in one direction through the excitation winding L21 through the diode D1.
以上のように構成される発電機2の動作について、その概略を以下に説明する。
発電機2において、回転子11の励磁巻線L21には、これと並列にダイオードD1が接続されているため、ダイオードD1のアノード側端子から励磁巻線L21に向かう電流は流れない。このため、回転子11の励磁巻線L21は、ダイオードD1のカソード側端子を正、アノード側端子を負とする誘導起電力を生じさせるような磁束の変化に対しては、励磁巻線L21の両端がいわば開放状態にあり、そのような磁束の変化を妨げる作用をしないため、固定子10の一方の極から回転子11の極に向かう磁束は、励磁巻線L21が巻装された鉄心13を容易に通過し、回転子11が磁化される。また、回転子11の励磁巻線L21には、ダイオードD1のカソード側端子から励磁巻線L21に向かう方向に電流が流れ、かつ、巻線L23を流れる電流が、上記のダイオードD1のカソード側端子から励磁巻線L21に向かう電流と同一方向に供給される。これらの一方向の電流により回転子11の極が励磁されるので、回転子11には上記と同一の方向(図5に示す出力巻線L11、励磁巻線L21の巻装例においては、固定子10の一方の極から回転子11に向かう方向)の磁束が発生する。この結果、回転子11の極には、一方の磁極面(上側)をS極、他方の磁極面(下側)をN極とする一方向の磁束のみが発生する。
An outline of the operation of the
In the
以上のことから、発電機2においても、図1に示す発電機1と同様に、回転子11は、回転子11の励磁巻線L21に電流を供給しなくても、一方向の磁束を発生するものである。
From the above, also in the
発電機2においては、巻線L23を流れる電流も回転子11の励磁巻線L21に供給されるため、発電機2は発電機1に比べ発電性能上有利である。すなわち、巻線L23は、励磁巻線L21に対し、所定の電気角(ここでは電気角120°)遅相した位置に配設されているため、固定子10の一対の極の中間的領域を巻線L23が移動するときに、巻線L23を過ぎる磁束の変化率(固定子10の磁束によって巻線L23が受ける磁束の変化率)が大きいために、巻線L23に起電力が生じて巻線L23から励磁巻線L21に電流が供給される。従って、移動する回転子11の励磁巻線L21が固定子10の一対の極の中間領域に位置しないとき、さらには極の近傍に位置するときでも、励磁巻線L21に電流が供給されるので、励磁が強化される。この結果、発電出力を向上させることができる。
上記を除き、発電機2の動作の概略は、図1に示す発電機1の動作と同様であるので、説明を省略する。
In the
Except for the above, the outline of the operation of the
[第3の実施の形態]
図7は、本発明を適用した第3の実施の形態における発電機3の概略構成を示す模式図である。
図7に示す発電機3は、図1に示す発電機1において回転子11に配設される励磁用電気回路として図8に示す電気回路23を適用したものである。従って、図1の発電機1と同様に構成される回路要素等については、同符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the generator 3 in the third embodiment to which the present invention is applied.
The generator 3 shown in FIG. 7 is obtained by applying the
図8は、発電機3の回転子11に配設される励磁用電気回路23の概略構成を示す回路図である。図8に示す電気回路23は、図6に示す電気回路22に、さらにダイオードD2と巻線L22との直列回路を設けたものである。従って、図6の電気回路22と同様に構成される回路素子等については、同符号を付して説明を省略する。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the excitation
電気回路23において、図6に示す電気回路22におけるダイオードD1のカソード側端子とダイオードD3のカソード側端子との接続点に、ダイオードD2のカソード側端子がさらに接続され、ダイオードD2のアノード側端子には巻線L22の一端(巻終わり)が接続され、巻線L22の他端(巻き始め)は、ダイオードD1のアノード側端子と巻線L23の他端(巻終わり)との間に接続されている。ここで、巻線L22は、励磁巻線L21に対し、電気角にして60°遅相した位置に配設されている。
In the
以上のように構成される電気回路23において、ダイオードD2と巻線L22との直列回路には、巻線L22の巻終わりからダイオードD2を通して巻線L22の巻き始めの方向に(ダイオードD2の順方向に)電流が流れるが、それとは逆向きに電流は流れない(巻線L22の内部では、巻き始めから巻終わりの方向にのみ電流が流れる)。つまり、回転子11の電気回路23は、ダイオードD1のカソード側端子から励磁巻線L21に向かう一方向の電流路と、巻線L23からダイオードD3を通して励磁巻線L21に向かう一方向の電流路と、巻線L22からダイオードD2を通して励磁巻線に向かう一方向の電流路とを備えている。
従って、電気回路23では、巻線L23を流れる電流と、巻線L22を流れる電流とが、ダイオードD1を通して励磁巻線L21を流れる一方向の電流と同一の方向の電流として、それぞれ励磁巻線L21に供給される。
In the
Therefore, in the
図9は、発電機3において、励磁巻線L21、巻線L22、巻線L23の配置関係を、固定子10の鉄心12及び回転子11の鉄心13と共に概略的に示した模式図である。なお、図9において、固定子10の鉄心12で構成される一対の極と、回転子11の櫛歯状の鉄心13とを、説明の便宜上いずれも水平方向に配列して示しているが、実際の発電機においては、固定子10の一対の極は、電気角にして180°異なる位置に対応するように所定の物理角(例えば2極であれば180°)を形成して円筒状の発電機の内部に配設され、また回転子11の櫛歯状の鉄心13は、所定の物理角の間隔をおいて、回転子の回転軸の周囲に放射状に配設されるものである。
FIG. 9 is a schematic diagram schematically showing the arrangement relationship of the excitation winding L21, the winding L22, and the winding L23 together with the
励磁巻線L21、巻線L22、巻線L23は、回転子11の櫛歯状の鉄心13の周囲に、電気角にして60°毎ずらして巻装されている。すなわち、巻線L22は、励磁巻線L21に対し電気角にして60°遅相した位置に配設させ、巻線L23は、励磁巻線L21に対し電気角にして120°(巻線L22に対し電気角にして60°)遅相した位置に配設される。
励磁巻線L21、巻線L22、巻線L23各々の鉄心13に対する巻装状態は、図4に示すものと同様である。すなわち、各巻線を構成している1本の巻線導体は、一方の極を巻き始め側として、鉄心13の周囲に右巻き(時計方向)に巻装され、当該一方の極から電気角にして180°遅相する位置に配置される他方の極を巻終わり側として、鉄心13の周囲に左巻き(反時計方向)に巻装されている。なお、固定子10に関し、鉄心12に対する出力巻線L11の巻装状態は、図3に示すものと同様であるので、ここでは説明を省略する。
The excitation winding L21, winding L22, and winding L23 are wound around the comb-shaped
The winding state of the exciting winding L21, winding L22, and winding L23 around the
以上のように構成される発電機3の動作について、その概略を以下に説明する。
発電機3において、回転子11の励磁巻線L21には、これと並列にダイオードD1が接続されているため、ダイオードD1のアノード側端子から励磁巻線L21に向かう電流は流れない。このため、回転子11の励磁巻線L21は、ダイオードD1のカソード側端子を正、アノード側端子を負とする誘導起電力を生じさせるような磁束の変化に対しては、励磁巻線L21の両端がいわば開放状態にあり、そのような磁束の変化を妨げる作用をしないため、固定子10の一方の極から回転子11に向かう磁束は、励磁巻線L21が巻装された鉄心13を容易に通過し、回転子11が磁化される。また、回転子11の励磁巻線L21には、ダイオードD1のカソード側端子から励磁巻線L21に向かう方向に電流が流れ、かつ、巻線L23を流れる電流及び巻線L22を流れる電流が、上記のダイオードD1のカソード側端子から励磁巻線L21に向かう電流と同一方向に供給される。これらの一方向の電流により回転子11が励磁されるので、回転子11には上記と同一の方向(図7に示す出力巻線L11、励磁巻線L21の巻装例においては、固定子10の一方の極から回転子11に向かう方向)の磁束が発生する。この結果、回転子11には、一方の磁極面(上側)をS極、他方の磁極面(下側)をN極とする一方向の磁束が発生する。
An outline of the operation of the generator 3 configured as described above will be described below.
In the generator 3, the diode D1 is connected in parallel to the excitation winding L21 of the
以上のことから、発電機3においても、図1に示す発電機1と同様に、回転子11は、回転子11の励磁巻線L21に電流を供給しなくても、一方向の磁束を発生するものである。
From the above, in the generator 3 as well as the
発電機3においては、巻線L23を流れる電流に加えて巻線L22を流れる電流も回転子11の励磁巻線L21に供給されるため、発電機2は発電機1に比べ発電性能上さらに有利である。すなわち、2つの異なる所定の電気角だけ遅相した位置に配設される巻線L23,L22は、それぞれが固定子10の一対の極の中間的領域を移動するときに、巻線L23,L22を過ぎる磁束の変化率(固定子10の磁束によって巻線L23,L22が受ける磁束の変化率)が大きいために、巻線L23,L22にそれぞれ起電力が生じて巻線L23,L22から励磁巻線L21に電流が供給される。従って、移動する回転子11の励磁巻線L21が固定子10の一対の極の中間的領域に位置しないとき、さらには極の近傍に位置するときでも、これらの巻線から励磁巻線L21に電流が供給されるので、励磁がよりいっそう強化される。この結果、発電出力をよりいっそう向上させることができる。
上記を除き、発電機3の動作の概略は、図1に示す発電機1の動作と同様であるので、説明を省略する。
In the generator 3, in addition to the current flowing through the winding L <b> 23, the current flowing through the winding L <b> 22 is also supplied to the excitation winding L <b> 21 of the
Except for the above, the outline of the operation of the generator 3 is the same as the operation of the
[第4の実施の形態]
回転子11に配設される励磁用電気回路として、図2、図6及び図8に示す電気回路を使用した発電機1,2,3を説明したが、巻線及びダイオードの直列回路の数をさらに増やした別の電気回路の構成とすることももちろん可能である。すなわち、図2に示す励磁巻線L21とダイオードD1とを並列接続した電気回路におけるダイオードD1と並列に、3つ以上の巻線及びダイオードの直列回路を接続した構成としてもよい。
[Fourth Embodiment]
Although the
図10は、回転子に配設される別の励磁用電気回路24の概略構成を示す回路図である。図10に示す電気回路24は、図2に示す電気回路21に、ダイオードD2と巻線L22との直列回路、ダイオードD3と巻線L23との直列回路、ダイオードD4と巻線L24との直列回路、ダイオードD5と巻線L25との直列回路、ダイオードD6と巻線L26との直列回路、ダイオードD7と巻線L27との直列回路、及びダイオードD8と巻線L28との直列回路とを並列に接続したものである。従って、図2の電気回路21と同様に構成される回路素子等については、同符号を付して説明を省略する。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a schematic configuration of another exciting
電気回路24において、ダイオードD2のアノード側端子には巻線L22の一端(巻終わり)が接続されている。同様にして、ダイオードD3,D4,D5のアノード側端子にも巻線L23,L24,L25の一端(巻終わり)がそれぞれ接続されている。ダイオードD6のアノード側端子には、巻線L26の一端(巻き始め)が接続され、同様に、ダイオードD7,D8のアノード側端子にも巻線L27,L28の一端(巻き始め)がそれぞれ接続されている。このように構成されるダイオードと巻線との直列回路は、ダイオードのカソード側端子がダイオードD1のカソード側端子に接続され、巻線の他端(巻き始め又は巻終わり)がダイオードD1のアノード側端子に接続されている。ここで、巻線L22は、励磁巻線L21に対し電気角にして22.5°遅相した位置に配設され、巻線L23は巻線L22に対し電気角にして22.5°遅相した位置に配設され、以下同様に巻線L24、L25、L26、L27、L28は、隣り合う巻線L23、L24、L25、L26、L27に対しそれぞれ22.5°遅相した位置に配設される。
In the
以上のように構成される電気回路24において、ダイオードD2及び巻線L22の直列回路には、巻線L22の巻終わりからダイオードD2を通して巻線L22の巻き始めの方向に(ダイオードD2の順方向に)電流が流れるが、それとは逆向きに電流は流れない(巻線L22の内部では、巻き始めから巻終わりの方向にのみ電流が流れる)。この電流の向きは、ダイオードD3と巻線L23との直列回路、ダイオードD4と巻線L24との直列回路、ダイオードD5と巻線L25との直列回路についても同様である。
また、ダイオードD6と巻線L26との直列回路には、巻線L26の巻き始めからダイオードD6を通して巻線L26の巻終わりの方向に(ダイオードD6の順方向に)電流が流れるが、それとは逆向きに電流は流れない(巻線L26の内部では、巻終わりから巻き始めの方向にのみ電流が流れる)。この電流の向きは、ダイオードD7と巻線L27との直列回路、ダイオードD8と巻線L28との直列回路についても同様である。
つまり、回転子11の電気回路24は、ダイオードD1のカソード側端子から励磁巻線L21に向かう一方向の電流路と、巻線L22からダイオードD2を通して励磁巻線L21に向かう一方向の電流路と、以下同様にして、巻線L28からダイオードD8を通して励磁巻線L21に向かう一方向の電流路の、計8つの電流路を備えている。
従って、電気回路24では、巻線L22〜L28を流れる電流が、ダイオードD1を通して励磁巻線L21を流れる一方向の電流と同一の方向の電流として、それぞれ励磁巻線L21に供給される。
In the
In the series circuit of the diode D6 and the winding L26, a current flows from the start of winding of the winding L26 to the end of winding of the winding L26 through the diode D6 (forward direction of the diode D6). No current flows in the direction (in the winding L26, current flows only in the direction from the end of winding to the start of winding). The direction of this current is the same for the series circuit of the diode D7 and the winding L27 and the series circuit of the diode D8 and the winding L28.
That is, the
Accordingly, in the
回転子11に配設される励磁用電気回路として電気回路24を使用した場合においても、回転子11は、ダイオードD1のカソード側端子から励磁巻線L21に向かう電流と、当該電流と同一方向に供給される巻線L22〜L28をそれぞれ流れる電流とによって励磁される。この結果、回転子11には、一方をS極、他方をN極とする一方向の磁束のみが発生する。
Even when the
以上のことから、回転子11に配設される励磁用電気回路をさらに一般化して、第1のダイオード(ダイオードD1)のカソード側端子から第1の巻線(励磁巻線L21)に向かう一方向性の第1の電流路と、第2の巻線(巻線L22)から第2のダイオード(ダイオードD2)を通して第1の巻線(励磁巻線L21)に向かう一方向性の第2の電流路と、以下同様にして、第nの巻線から第nのダイオードを通して第1の巻線(励磁巻線L21)に向かう一方向性の第nの電流路を備えた構成とすることができることは明らかである。だだし、ここでnはn≧4の整数である。
From the above, the excitation electric circuit disposed in the
実験により、発電機の回転子11に配設される励磁用電気回路の巻線の数を増やすほど、より滑らかな出力電流(交流波形)が得られることが確認された。
Experiments have confirmed that a smoother output current (AC waveform) can be obtained as the number of windings of the exciting electric circuit disposed on the
なお、上記の一般化された励磁用電気回路において、第2〜第nの電流路に含まれる第iの巻線(i=2,・・・n)は、第1の巻線に対し、電気角にして略((180/n)×(i−1))度遅相した位置にそれぞれ配設されると、発電性能を向上するうえで極めて有利である。 In the above generalized electrical circuit for excitation, the i-th windings (i = 2,... N) included in the second to n-th current paths are It is very advantageous to improve the power generation performance if they are respectively arranged at positions that are approximately ((180 / n) × (i-1)) degrees behind the electrical angle.
以上の第1〜第4の実施の形態に基づいて本発明を適用した発電機の構成及び動作の概要を説明したが、以下に詳しく説明する本発明を適用した発電機の発電原理によって、本発明の作用はよりいっそう明確に理解されるであろう。 Although the outline of the configuration and operation of the generator to which the present invention is applied has been described based on the first to fourth embodiments, the present invention will be described in accordance with the power generation principle of the generator to which the present invention will be described in detail below. The operation of the invention will be understood more clearly.
[系統連係させた発電機の発電原理]
本発明を適用した発電機の発電原理について、図5に示す発電機2を系統連係させた場合を例として、図11から図15を参照し詳細に説明する。ここで系統連係とは、発電機を電力会社の電力系統に接続した運用方法であって、発電機は商用電力と電気的に接続され、通常は発電機が発電した電力を負荷に供給し自家消費するが、もし負荷に供給する電力が不足する場合には、電力系統から電力の供給を受け、また発電機から電力系統に電力を供給することもできるという運用形態である。
[Power generation principle of generator linked to grid]
The power generation principle of the power generator to which the present invention is applied will be described in detail with reference to FIG. 11 to FIG. 15 by taking as an example the case where the
図11は、固定子10の一方の極の電気角を基準(電気角0°)として、回転子11の励磁巻線L21が電気角−30°付近にあるときの、発電機2の状態を示した模式図である。
発電機2は、その出力端子19,20に商用電力25が接続されており、系統連係されている。従って、発電機2の出力端子19,20間には、商用電力25から所定の周波数及び位相の系統電圧が与えられており、発電機2の発電状態に応じて、適宜商用電力25から所定の系統電流が、固定子10側の出力巻線L11に供給されるように構成されている。なお、発電機2が系統連係されているときには、商用電力25に同期した出力電圧を発生するように回転軸の回転速度が調整されている。
FIG. 11 shows the state of the
The
回転子11の励磁巻線L21が電気角−30°付近にあるとき、図示の例にように系統電流isが図示する方向に出力巻線L11を流れると、この電流によって固定子10の一対の極には、一点鎖線で表す矢印の方向に磁束が発生する。この磁束は、回転子11の回転による移動に従い(すなわち系統電圧の時間による変化に従い)減少する過程にあるが、固定子10の一方の極から回転子11に向かってN極を発生している。
回転子11に配設される巻線L23は、励磁巻線L21に対し電気角にして120°遅相した位置に配設されている。このため、励磁巻線L21が電気角−30°付近にあるとき、巻線L23は電気角−150°の位置にある。巻線L23を過ぎる磁束の変化によって巻線L23に誘導起電力が生じ、この誘導起電力によって巻線L23からダイオードD3を通して励磁巻線L21に電流i3が供給される。この励磁巻線L21を流れる電流i3よって、回転子11の鉄心13(図示のとおり、その周囲に励磁巻線L21が巻装されている鉄心部分をいい、以下において「回転子11の極」ともいう。)には、破線で表す方向の磁束が発生し、固定子10の一方の極に対向する回転子11の極(図11において上面)にS極が発生する。これは、発電機の回転子に配設される巻線の励磁に相当する。
一方、固定子10の鉄心12にも、回転子11に発生する磁束の影響により、その磁束と同一方向の磁束が発生する。固定子10と回転子11に発生するこれらの磁束の変化する方向に対し、その変化を妨げる方向(図11において白抜き矢印で表す方向)に起磁力が生じるので、ここでの回転子の励磁は、固定子10と回転子11との間の吸引力となる。従って、回転子11の励磁巻線L21が電気角−30°付近にあるときは、回転子11の回転による移動にともない、この吸引力に従うように回転子11が固定子10に接近するので、発電機2は「電動機」として機能しており、この状態は、回転子11の励磁巻線L21が電気角0°に至るまで継続する。
When the exciting winding L21 of the
The winding L23 disposed on the
On the other hand, a magnetic flux in the same direction as the magnetic flux is also generated in the
図12は、固定子10の一方の極の電気角を基準(電気角0°)として、回転子11の励磁巻線L21が電気角0°超付近にあるときの、発電機2の状態を示した模式図である。
回転子11の励磁巻線L21が電気角0°超付近にあるとき、系統電圧はほぼゼロの状態にあるが位相(電圧の極性)は既に逆転している。この状態において巻線L23から励磁巻線L21への電流i3の供給は依然として継続しており、従って回転子11における磁束(図12において破線で示す矢印の方向の磁束)の発生(すなわち励磁巻線L21の励磁)も継続し、かつ、当該磁束は固定子10を通過している。
回転子11の回転による移動にともない、回転子11の極が固定子10の一方の極から離れようとするため、固定子10には、回転子11の磁束による自己を通過する磁束の減少を妨げようとして、その磁束と同じ向き(図13において白抜き矢印で表す方向)の起磁力が発生する。この起磁力によって、固定子10の出力巻線L11に起電力が生じ、電流igが流れる。電流igの向きは、系統電圧の位相が逆転したため電力系統に逆流する方向となっており、従ってこの電流igは発電電流である。
FIG. 12 shows the state of the
When the excitation winding L21 of the
As the
以上のようにして、回転子11の励磁巻線L21が電気角0°超付近にあるときは、回転子11の回転よる移動によって回転子11の極が固定子10の一方の極から離れようとすることによって、固定子10に起磁力が生じる。この起磁力によって固定子10の出力巻線L11に起電力が発生し、系統に向かって電流が流れるという作用によって、発電機2が発電する。
As described above, when the excitation winding L21 of the
回転子11の励磁巻線L21が電気角0°超付近にあるときの、固定子10に発生する起磁力の向きと、回転子11に発生する起磁力の向きは図示のとおりである。すなわち、両起磁力が固定子10と回転子11と間の吸引力として作用するが、回転子11の回転による移動にともない、この吸引力に反して回転子11の極が固定子10の一方の極から離れようとする。この吸引力に反して回転子11が離れようとする運動エネルギーが、固定子10及び回転子11に発生する起磁力と、固定子10の出力巻線L11と回転子11の励磁巻線L21の相互誘導作用による起電力という電磁エネルギーに変換されるので、固定子10の出力巻線L11に系統とは逆相の電流が流れ、発電機2が電動機ではなく「発電機」として機能しているということができる。
The direction of the magnetomotive force generated in the
図13は、固定子10の一方の極の電気角を基準(電気角0°)として、回転子11の励磁巻線L21が電気角30°付近にあるときの、発電機2の状態を示した模式図である。
回転子11の励磁巻線L21が電気角30°付近にあるとき、回転子11の回転による移動にともない、回転子11の極が固定子10の一方の極からさらに離れようとするため、固定子10を通過する磁束が更に減少するように変化する。この磁束の変化を妨げようとして、図12に示す状態と同じ向きの起磁力が継続して発生し、この起磁力によって固定子10の出力巻線L11に発生する起電力により、電力系統に向かって電流が流れ、発電機2が発電を継続する。特に回転子11の励磁巻線L21が、電気角30°付近のとき、巻線L23は、電気角にして30°−120°=−90°であり、固定子10の磁束によって巻線L23が受ける磁束の変化率は最大となり、大きな電流を励磁巻線L21に供給することがきる。また、励磁巻線L21と巻線L23の電気角は逆相であり、励磁巻線L21と巻線L23内部を流れる電流も逆相であるから、励磁巻線L21の内部を流れる電流と同相の励磁電流を供給することができる。このため、固定子10の一方の極と回転子11との間に作用する吸引力が強力となる。
つまり、起磁力に着目すると、回転子11の励磁巻線L21が電気角にして30°付近にあるときは、固定子10の一方の極と回転子11の極との間に作用する吸引力に反して、回転子11の極がさらに移動する。この吸引力に反して回転子11の極がさらに離れようとする運動エネルギーが、固定子10及び回転子11に発生する起磁力と、固定子10の出力巻線L11と回転子11の励磁巻線L21の相互誘導作用による起電力という電磁エネルギーに変換されるので、固定子10の出力巻線L11に系統とは逆相の電流が流れ、ここでも発電機2がまさに「発電機」として機能しているということができる。
巻線L23から巻線L21に供給される電流i3は、回転子11の励磁巻線L21が電気角30°付近で減少し始め、消滅過程に移る。実験によれば、電流i3は、電気角45°付近まで継続して流れ、消滅した。しかしながら、電気角30°付近にある励磁巻線L21が、回転子11の回転による移動にともない固定子10から離れるため、回転子11の磁束の減少を妨げる方向に起磁力が生じる。この起磁力によって励磁巻線L21に起電力が生じ、ダイオードD1を通して電流i1が、電気角30°付近から流れ始める。この電流i1が励磁巻線L21を流れることによって回転子11が励磁されるので、回転子11に生じる磁束は、上記電流i3の減少にかかわらず、消滅することなく維持される。
FIG. 13 shows the state of the
When the excitation winding L21 of the
In other words, focusing on the magnetomotive force, when the excitation winding L21 of the
The current i3 supplied from the winding L23 to the winding L21 starts to decrease when the excitation winding L21 of the
図14は、固定子10の一方の極の電気角を基準(電気角0°)として、回転子11の励磁巻線L21が電気角90°超付近にあるときの、発電機2の状態を示した模式図である。
回転子11の励磁巻線L21が電気角90°超付近にあるとき、励磁巻線L21は固定子10の一対の極のほぼ中間に位置する。既に述べたとおり、この位置において固定子10の一対の極が発生する磁束によって励磁巻線L21が受ける磁束の変化率は最大となり、励磁巻線L21に大きな誘導起電力が生じ、この誘導起電力によってダイオードD1を通して励磁巻線L21に流れる電流i1は、ほぼピークとなる。この励磁巻線L21を流れる電流i1によって、回転子11には、破線で表す方向の磁束が発生する。この磁束が、回転子11の回転による移動にともない接近する固定子10の他方の極(電気角180°)を通過することによって、固定子10に図示する方向(図14において白抜きの矢印で表す方向)に起磁力が生じる。この起磁力によって、出力巻線L11に電流igが流れ、発電機2が発電する。
つまり、起磁力に着目すると、励磁巻線L21が電気角90°超付近にあるときは、固定子10の他方の極(電気角180°)と回転子11の極との間に作用する反発力に反して、回転子11が移動する。この反発力に反して回転子11の極が接近しようとする運動エネルギーが、固定子10及び回転子11に発生する起磁力と、固定子10の出力巻線L11と回転子11の励磁巻線L21の相互誘導作用による起電力という電磁エネルギーに変換されるので、固定子10の出力巻線L11に系統とは逆相の電流が流れ、発電機2がまさに「発電機」として機能しているということができる。
なお、実験によれば、ダイオードD1を通して励磁巻線L21に流れる電流i1は、電気角65°付近でピークを迎え、その後減少に転じ、110°付近で消失した。
FIG. 14 shows the state of the
When the excitation winding L21 of the
That is, paying attention to the magnetomotive force, when the exciting winding L21 is in the vicinity of an electrical angle exceeding 90 °, the repulsion acting between the other pole of the stator 10 (electrical angle 180 °) and the pole of the
According to the experiment, the current i1 flowing to the exciting winding L21 through the diode D1 reached a peak near the electrical angle of 65 °, then turned to decrease, and disappeared around 110 °.
図15は、固定子10の一方の極の電気角を基準(電気角0°)として、回転子11の励磁巻線L21が電気角150°付近にあるときの、発電機2の状態を示した模式図である。
回転子11の励磁巻線L21が電気角150°付近にあるとき、系統電流isが図示する方向に出力巻線L11を流れ、この電流によって固定子10の一対の極には、一点鎖線で表す矢印の方向に磁束が発生する。このとき、固定子10の他方の極(電気角180°)に発生する磁束の向きは、図11に示す電気角にして−30°付近にあるときの固定子10の一方の極(電気角0°)に発生する磁束の向きと同方向である。従って、固定子10の他方の極(電気角180°)から回転子11に向かってN極を発生している。
一方、回転子11の励磁巻線L21が電気角150°付近にあるとき、巻線L23を過ぎる磁束の変化によって巻線L23に誘導起電力が生じ、この誘導起電力によって巻線L23からダイオードD3を通して励磁巻線L21に電流i3が供給される。この励磁巻線L21を流れる電流i3によって、回転子11の鉄心13には、破線で表す方向の磁束が発生し、固定子10の他方の極(電気角180°)に対向する回転子11の極(図15において上面)にS極が発生する。
固定子10の鉄心12にも、回転子11に発生する磁束の影響により、その磁束と同一方向(図15において破線で表す方向)の磁束が発生する。固定子10と回転子11に発生するこれらの磁束の変化する方向に対し、その変化を妨げる方向(図11において白抜き矢印で表す方向)に起磁力が生じるので、ここでの回転子の励磁は、固定子10の他方の極と回転子11の極との間の吸引力となる。従って、回転子11の励磁巻線L21が電気角150°付近にあるときは、電気角−30°付近にあるとき(図11)と同様の原理により、発電機2は電動機として機能しており、この状態は、電気角180°に至るまで継続する。
FIG. 15 shows the state of the
When the excitation winding L21 of the
On the other hand, when the exciting winding L21 of the
Also in the
以降、回転子11の励磁巻線L21が電気角180°超から360°未満にあるときも、それが電気角0°超から180°未満にあるときと同様の原理により発電し、図12から図15における系統電圧の向きが反転していることを考慮すれば、発電電流igと系統電流isの流れる向きが反転することは自明であるので、ここでの詳しい説明を省略する。
Thereafter, even when the excitation winding L21 of the
[単独運転発電機の発電原理]
次に、本発明を適用した発電機の発電原理について、図5に示す発電機2を単独運転させた場合を例として、図16から図20を参照し詳細に説明する。ここで単独運転とは、発電機に負荷のみを接続し、系統連係させない運用形態である。
[Power generation principle of an independently operated generator]
Next, the power generation principle of the power generator to which the present invention is applied will be described in detail with reference to FIG. 16 to FIG. 20 by taking as an example the case where the
図16は、固定子10の一方の極の電気角を基準(電気角0°)として、回転子11の励磁巻線L21が電気角0°付近にあるときの、発電機2の状態を示した模式図である。
発電機2は、その出力端子19,20に負荷Lが接続されている。また、発電機2の出力端子19,20には、励磁インパルス印加用の直流電源31が、スイッチ32を介して接続されている。
直流電源31は、出力端子19側を正、出力端子20側を負とする向きに接続されている。従って、スイッチ32のオン/オフを瞬時に行うことによって、直流電源31は出力端子19側を正とする直流インパルスを出力端子間に与える。
FIG. 16 shows the state of the
The
The
直流電源31が発生する直流インパルスが固定子10の出力巻線L11に印加されると、固定子10の一方の極(電気角0°)の巻線導体から他方の極(電気角180°)の巻線導体に至る経路に電流が流れ、この電流によって固定子10の一対の極には、一点鎖線で表す矢印の方向に磁束が発生する。この磁束は、固定子10の一方の極から回転子11に向かってN極を発生する。
When a DC impulse generated by the
回転子11には、励磁用電気回路として図6に示す電気回路が配設されているため、直流インパルスを起因として固定子10で発生した磁束は、何らの障害なく回転子11の鉄心13を通過することができる。固定子10で発生した磁束により、固定子10にはこの磁束と反対方向(図16において白抜き矢印で表す方向)に起磁力が生じ、また回転子11にも、固定子に発生した起磁力と同一方向の起磁力が生じる。回転子11では、この起磁力によって回転子11に配設される励磁巻線L21に誘導起電力が発生するが、この誘導起電力の向きは、ダイオードD1及びダイオードD3の逆方向に相当する。従って、励磁巻線L21からダイオードD1に至る経路、励磁巻線L21から巻線L23を通してダイオードD3に至る経路のいずれにも電流が流れないため、回転子11の鉄心13を通過する磁束の増加が全く妨げられない。
以上のようにして、固定子10で発生した磁束が回転子11の鉄心13を通過する結果、回転子11では、固定子10の一方の極に対向する回転子11の極(図16において上面)にS極が発生する。すなわち、回転子11の鉄心13が磁化される。
The
As described above, as a result of the magnetic flux generated in the
上記の直流インパルスの印加は、好ましくは回転子11が回転により移動している状態で行われる。回転子11の静止状態から起動させようとしたとき、回転子11の励磁巻線L21が電気角0°付近にあるとは限らないため、直流インパルスを起因として固定子10で発生した磁束が回転子11をうまく通過しない可能性があるのに対し、回転子11が回転移動していれば、固定子10で発生した磁束が回転子11を通過する確率がより高くなるからである。ただし、回転子11が回転しているかどうかは問題ではなく、要するに初期条件として、固定子10、回転子11が一方向に磁化されることが重要であり、それが残留磁気の存在によって行われるものであってもよい。
The application of the DC impulse is preferably performed in a state where the
図17は、固定子10の一方の極の電気角を基準(電気角0°)として、回転子11の励磁巻線L21が電気角0°超付近にあるときの、発電機2の状態を示した模式図である。
回転子11の回転による移動にともない、回転子11の極が固定子10の一方の極から離れようとするため、固定子10の鉄心12及び回転子11の鉄心13を通過する磁束(直流インパルスにより磁化されたものによる磁束)が減少しようとする。この磁束の減少を妨げようとして、固定子10の鉄心12と回転子11の鉄心13ではその磁束と同じ向き(図17において白抜き矢印で表す方向)の起磁力が発生する。この起磁力によって、固定子10の出力巻線L11に起電力が生じ、負荷を通して電流igが流れる。なお電流igの向きは、電気角0°付近(図16)で直流インパルスが印加された際の電流の方向と同じ方向であり、発電が開始される。
FIG. 17 shows the state of the
As the
一方、回転子11の鉄心13では、固定子10におけるものと同じ向き(図17において白抜き矢印で表す方向)の起磁力が発生するため、回転子11の励磁巻線L21には、この起磁力の方向によって生じる向きの誘導起電力が生じる。この誘導起電力の向きは、ダイオードD1及びダイオードD3の順方向に相当する。従って、励磁巻線L21からダイオードD1に至る経路に電流i1が流れ、励磁巻線L21から巻線L23を通してダイオードD3に至る経路に電流i3が流れる。
On the other hand, in the
また、励磁巻線L21を流れる電流i1,i3は、回転子11の鉄心13を通過する磁束の減少を妨げる(破線で表す方向の磁束を発生させる)よう作用し、また、固定子10でも、出力巻線L11を流れる電流igが、固定子10の鉄心12を通過する磁束の減少を妨げる(破線で表す方向の磁束を発生させる)よう作用し、固定子10と回転子11との間の吸引がさらに発生する。換言すると、起磁力は、固定子10と回転子11との間の吸引力を更に強めるよう作用し、吸引関係を維持する。
以上のようにしていわば増幅された起磁力によって固定子10の出力巻線L11に起電力が発生し、発電機2が発電する。
Further, the currents i1 and i3 flowing through the excitation winding L21 act to prevent a decrease in magnetic flux passing through the
In other words, an electromotive force is generated in the output winding L11 of the
換言すれば、回転子11の励磁巻線L21が電気角0°超付近にあるときは、発電機2において、固定子10の一方の極と回転子11の極と間の吸引力に反して回転子11の極が離れようとする運動エネルギーが、固定子10及び回転子11に発生する起磁力と、固定子10の出力巻線L11と回転子11の励磁巻線L21の相互誘導作用による起電力という電磁エネルギーに変換されることで、発電機2が発電する。
In other words, when the excitation winding L21 of the
図18は、固定子10の一方の極の電気角を基準(電気角0°)として、回転子11の励磁巻線L21が電気角90°超付近にあるときの、発電機2の状態を示した模式図である。
回転子11の励磁巻線L21が電気角90°超付近にあるとき、励磁巻線L21は固定子10の一対の極のほぼ中間に位置する。励磁巻線L21を過ぎる磁束の変化率(固定子10の磁束によって励磁巻線L21が受ける磁束の変化率)が最大となり、励磁巻線L21に最大の誘導起電力が生じ、この誘導起電力によってダイオードD1を通して励磁巻線L21に電流i1が流れる。この励磁巻線L21を流れる電流i1によって、回転子11には、破線で表す方向の磁束が発生する。この磁束が、回転子11の回転による移動にともない接近する固定子10の他方の極(電気角180°)を通過することによって、固定子10には図示する方向(図18において白抜きの矢印で表す方向)の起磁力が生じる。
FIG. 18 shows the state of the
When the excitation winding L21 of the
一方、回転子11では、固定子10の他方の極(電気角180°)の鉄心12を元々通過していた磁束(図18において一点鎖線で表す矢印の方向の磁束)の影響により、その磁束の影響を打ち消そうとする方向(図18において白抜き矢印で表す方向)の起磁力が生じる。固定子10でも、出力巻線L11を流れる電流igが、回転子11の接近により、回転子11の磁束の影響による固定子10の磁束の減少(破線で表す方向の磁束の発生により、元々あった磁束が減ろうとする)を妨げるよう作用するので、固定子10には、この磁束の減少方向とは逆の方向(白抜き矢印で表す方向)の起磁力が発生するため、この起磁力の方向によって発生する起電力によって固定子10の出力巻線L11に電流が流れるが、この電流の方向は発電電流igと同一方向であり、回転子11の励磁巻線L21は電気角90°超付近であるため、発電出力電力は最大となる。また、電流i1及び電流igが流れることにより、さらに反発作用が増大する。また、起磁力も最大となる。
以上のようにしていわば増幅された起磁力によって固定子10の出力巻線L11に起電力が発生し、発電機2が発電する。
On the other hand, in the
In other words, an electromotive force is generated in the output winding L11 of the
換言すれば、回転子11の励磁巻線L21が電気角90°超付近にあるときは、固定子10と回転子11との間の吸引反発関係が吸引から反発に転換して回転子11の極が固定子10の他方の極に接近しようとする運動エネルギーが、固定子10及び回転子11に発生する起磁力と、固定子10の出力巻線L11と回転子11の励磁巻線L21の相互誘導作用による起電力という電磁エネルギーに変換されることで、発電機2が発電する。この発電状態は、電気角180°に至るまで継続する。
In other words, when the excitation winding L21 of the
図19は、固定子10の一方の極の電気角を基準(電気角0°)として、回転子11の励磁巻線L21が電気角180°丁度にあるときの、発電機2の状態を示した模式図である。
回転子11の励磁巻線L21が電気角180°丁度にあるとき、回転子11の励磁巻線L21には、巻線L23からダイオードD3を通じて電流i3が流れる。特に巻線L23は電気角−120°に位置するため、励磁巻線L21とは逆相の起電力が生じるが、巻線L23の巻き始めがダイオードD3を通して励磁巻線L21の巻き始めに接続されているため、励磁巻線L21に流れる電流と同相の電流を供給でき、この電流i3により回転子11の極に磁束が発生する。このため、回転子11の極に発生する磁束は、消耗することなく維持される。この磁束はそのまま固定子10の他方の極(電気角180°)鉄心12を通過するが、電気角180°丁度では、この通過する磁束に変化が生じないため、固定子10に起磁力は生じない。従って固定子10の出力巻線L11に起電力が生じないため、出力電圧はゼロ、負荷Lを流れる発電電流もゼロである。
FIG. 19 shows the state of the
When the excitation winding L21 of the
図20は、固定子10の一方の極の電気角を基準(電気角0°)として、回転子11の励磁巻線L21が電気角180°超付近にあるときの、発電機2の状態を示した模式図である。
回転子11の回転による移動にともない、回転子11の極が固定子10の他方の極(電気角180°)から離れようとするため、固定子10の鉄心12及び回転子11の鉄心13を元々通過している磁束(図20において一点鎖線で表す方向の磁束)が減少しようとする。この磁束の減少を妨げようとして、固定子10の鉄心12と回転子11の鉄心13ではその磁束と同じ向き(図20において白抜き矢印で表す方向)の起磁力が発生する。この起磁力によって、固定子10の出力巻線L11に起電力が生じ、負荷を通して電流igが流れる。なお、固定子10の一方の極(電気角0°)と他方の極(電気角180°)とでは鉄心12に対する巻線導体の巻装方向が逆であるため、ここでの電流igの向きは、電気角0°付近から180°直前までの電流の方向とは逆向きとなる。
FIG. 20 shows the state of the
As the
一方、回転子11の鉄心13では、固定子10の鉄心12におけるものと同じ向き(図20において白抜き矢印で表す方向)の起磁力が発生し、回転子11の励磁巻線L21には、起磁力の方向によって生じる向きの誘導起電力が生じる。この誘導起電力の向きは、ダイオードD1の順方向に相当する。従って、励磁巻線L21の巻終わりからダイオードD1のアノードに至る経路に電流i1が流れる。また、巻線L23は電気角−120°超に位置するため、励磁巻線L21とは逆相の起電力が発生するが、巻線L23の巻き始めがダイオードD3を通して励磁巻線L21の巻き始めに接続されているため、励磁巻線L21に流れる電流と同相の電流を供給することができる。
On the other hand, in the
また、励磁巻線L21を流れる電流i1,i3は、回転子11の鉄心13を通過する磁束の減少を妨げる(破線で表す方向の磁束を発生させる)よう作用する。固定子10でも、出力巻線L11を流れる電流igが、固定子10の鉄心12を通過する磁束の減少を妨げる(破線で表す方向の磁束を発生させる)よう作用する。上記の起磁力は、固定子10と回転子11との間の吸引力を更に強めるよう作用する。
以上のようにしていわば増幅された起磁力によって固定子10の出力巻線L11に起電力が発生し、発電機2が発電する。
Further, the currents i1 and i3 flowing through the excitation winding L21 act to prevent a decrease in magnetic flux passing through the
In other words, an electromotive force is generated in the output winding L11 of the
換言すれば、回転子11の励磁巻線L21が電気角180°超付近にあるときは、発電機2において、固定子10と回転子11と間の吸引力に反して回転子11が離れようとする運動エネルギーが、固定子10及び回転子11に発生する起磁力と、固定子10の出力巻線L11と回転子11の励磁巻線L21の相互誘導作用による起電力という電磁エネルギーに変換されることで、発電機2が発電する。
In other words, when the excitation winding L21 of the
以降、回転子11の励磁巻線L21が電気角180°超から360°未満にあるときも、それが電気角0°超から180°未満にあるときと同様の原理により発電し、単に発電電流igの流れる向きが反転するにすぎないことは自明であるので、ここでの詳しい説明を省略する。
Thereafter, even when the exciting winding L21 of the
図21は、図7に示す発電機3を商用電力に接続し系統連係させたときの、固定子10の出力巻線L11を流れる電流と、回転子11に配設される巻線L23を流れる電流とを測定した結果を示す電圧・電流波形である。ここで、接続した商用電力は周波数50Hzとした。
FIG. 21 shows the current flowing through the output winding L11 of the
回転子11の励磁巻線L21が電気角−30°付近にあるとき巻線L23を電流が流れ始め、電気角30°付近において電流値はピークを示した。これは、巻線L23が、励磁巻線L21に対し電気角にして120°遅相した位置に配設されているため、励磁巻線L21が電気角−30°付近にあるとき、巻線L23は、固定子10の一対の極の中間的領域(電気角−150°付近)にあり、巻線L23を過ぎる磁束の変化(固定子10の磁束によって回転子11の巻線L23が受ける磁束の変化)によって巻線L23に誘導起電力が生じ、この誘導起電力によって巻線L23からダイオードD3を通して電流が流れ、この電流が励磁巻線L21に供給されるためである。
その後、電気角が進むに従い巻線L23を流れる電流は、励磁巻線L21が電気角30°付近まで増加し、電気角30°付近で最大となる(励磁巻線L21が電気角30°付近では、巻線L23は電気角30°−120°=−90°付近にあるため)。励磁巻線L21が電気角30°付近を超えてさらに進むと、巻線L23の電流は急激に減少し、45°付近において消失した。なお、同様の現象が、回転子11の励磁巻線L21が電気角150°付近から225°付近においても観測された。
When the exciting winding L21 of the
Thereafter, as the electrical angle advances, the current flowing through the winding L23 increases to the vicinity of the electrical angle of 30 ° in the excitation winding L21 and becomes the maximum near the electrical angle of 30 ° (when the excitation winding L21 is near the electrical angle of 30 °). Winding L23 is near an electrical angle of 30 ° -120 ° = −90 °). When the excitation winding L21 further advanced beyond the vicinity of the electrical angle of 30 °, the current of the winding L23 decreased rapidly and disappeared at around 45 °. The same phenomenon was observed when the excitation winding L21 of the
図22は、図7に示す発電機3を商用電力に接続し系統連係させたときの、固定子10の出力巻線L11を流れる電流と、回転子11に配設されるダイオードD1を流れる電流とを測定した結果を示す電圧・電流波形である。
FIG. 22 shows the current flowing through the output winding L11 of the
回転子11の励磁巻線L21が電気角0°付近から30°付近まで、電気角110°付近から180°までの間、ダイオードD1に電流が流れないことがわかる。
It can be seen that no current flows through the diode D1 when the excitation winding L21 of the
電気角30°付近において、ダイオードD1を電流が急激に流れ始め、この電流は電気角約110°付近まで継続した。なお、同様の電流は、回転子11の励磁巻線L21が電気角210°付近から約290°付近においても観測された。この電流は、励磁巻線L21自体に誘起される起電力により流れる。
In the vicinity of an electrical angle of 30 °, a current began to flow rapidly through the diode D1, and this current continued to an electrical angle of about 110 °. A similar current was observed when the excitation winding L21 of the
図23は、図7に示す発電機3を商用電力に接続し系統連係させたときの、固定子10の出力巻線L11を流れる電流と、回転子11に配設される巻線L22を流れる電流とを測定した結果を示す電圧・電流波形である。
FIG. 23 shows the current flowing through the output winding L11 of the
回転子11の励磁巻線L21が電気角60°付近において、巻線L22に電流が流れ始め、この電流は電気角140°付近まで継続した。この電流も励磁巻線L21に給電される。この場合、巻線L22の位置する電気角は、励磁巻線L21の位置する電気角と同相であるから、巻線L23とは異なり、巻線L22の電流はダイオードD2を通して、励磁巻線L21と巻線L22と同相になるよう励磁巻線L21に給電される。
When the exciting winding L21 of the
図24は、図7に示す発電機3を商用電力に接続し系統連係させたときの、固定子10の出力巻線L11を流れる電流と、回転子11に配設される励磁巻線L21を流れる電流とを測定した結果を示す電圧・電流波形である。
FIG. 24 shows the current flowing through the output winding L11 of the
図7及び図8に示す電気回路23の構成から明らかなとおり、ダイオードD1を流れる電流と、巻線L22を流れる電流と、巻線L23を流れる電流の和が、励磁巻線L21を流れるものであるが、図24に示すとおり、励磁巻線L21には正弦波形の半周期波形に近似した波形の電流が流れることがわかる。つまり、発電機3によれば、ダイオードD1を通して励磁巻線L21に電流が流れない電気角の領域において、電気角−30°付近から45°付近では巻線L23が励磁巻線L21に電流を供給し(図21)、電気角60°付近から140°付近では巻線L22が励磁巻線L21に電流を供給する(図23)ので、回転子11の励磁巻線L21が効率よく励磁されるものである。そして、固定子10の出力巻線L11には、励磁巻線L21を流れる電流波形にほぼ一致する波形の出力電流が得られる。
As apparent from the configuration of the
なお、電気角−30°付近から0°丁度、及び電気角140°付近から180°丁度では、出力電流と商用電流とは同相(極性が同じ)であるため、発電機3は「電動機」として機能しているが、電気角0°超から140°付近では、出力電流と商用電流とは逆相(極性が逆)であるため、発電機3はまさに「発電機」として機能していることがわかる。 In addition, since the output current and the commercial current are in phase (same polarity) at an electrical angle of about -30 ° to 0 ° and an electrical angle of about 140 ° to 180 °, the generator 3 is referred to as “motor”. Although it is functioning, since the output current and the commercial current are in reverse phase (with opposite polarities) in the electrical angle range of over 0 ° to 140 °, the generator 3 must function as a “generator”. I understand.
以上の発電原理からもわかるように、本発明を適用した発電機によれば、以下に特記する構造上、動作上、及び運用上の特徴がある。
(1)回転子の巻線に励磁電流を供給しなくとも、回転子11が励磁される。従って、従来の自励式発電機のような固定子と回転子との間の電気的接触機構を含む特別な給電機構を必要とせず、シンプルな構成とすることができる。
(2)誘導発電機は回転子の巻線に励磁を必要としないが、系統連係させ、かつ、同期回転を上回る速度で回転子を回転させなければ発電しないのに対し、本発明を適用した発電機によれば、同期回転で発電する。また、単独運転の場合、励磁巻線に外部から電流を供給する必要がない。励磁を必要とせず、かつ、同期回転という概念が存在しないため、回転速度にかかわらず発電する。
(3)単独運転の場合、負荷が接続されていないと固定子の出力巻線に電流が流れないため、固定子と回転子と間の吸引力もしくは反発力が発生せず、出力電圧がゼロとなって発電しない。従って、従来の発電機のように開放出力端子を通して使用者が感電する危険性が無く、より安全である。
(4)過度の重負荷になると、発電出力電圧がゼロ(0V)となる。つまり発電を停止する。このため、回転子の回転軸が捻じ切られたり、回転子の巻線、固定子の巻線が過大電流により発熱し、焼損したりすることがない。
(5)回転子の回転速度及び回転軸のトルクに対応した磁束が回転子に発生し、また回転子の磁束は発電機の発電出力に応じて変化するため、回転始動時では固定子と回転子と間の吸引力もしくは反発力が弱い。従って、回転子に永久磁石を使用する発電機に比べ、回転始動が容易であり、少ない始動トルクが望まれる発電機に好適である。
As can be seen from the above power generation principle, the generator to which the present invention is applied has the following structural, operational and operational characteristics.
(1) The
(2) Induction generators do not require excitation in the rotor windings, but they do not generate electricity unless they are linked to the system and do not rotate the rotor at a speed that exceeds synchronous rotation. According to the generator, power is generated by synchronous rotation. Further, in the case of single operation, it is not necessary to supply current to the excitation winding from the outside. Since no excitation is required and there is no concept of synchronous rotation, power is generated regardless of the rotation speed.
(3) In isolated operation, if no load is connected, current does not flow through the stator output winding, so no attractive or repulsive force is generated between the stator and the rotor, and the output voltage is zero. Will not generate electricity. Therefore, there is no risk of electric shock to the user through the open output terminal as in the conventional generator, and it is safer.
(4) When the load is excessively heavy, the generated output voltage becomes zero (0 V). That is, power generation is stopped. For this reason, the rotating shaft of the rotor is not twisted, and the winding of the rotor and the winding of the stator are not heated due to an excessive current and burned out.
(5) Magnetic flux corresponding to the rotational speed of the rotor and the torque of the rotating shaft is generated in the rotor, and the magnetic flux of the rotor changes according to the power generation output of the generator. The suction or repulsion between the child is weak. Therefore, compared with a generator using a permanent magnet for the rotor, it is easy to start rotation and is suitable for a generator that requires a small starting torque.
[第5〜第8の実施の形態]
図25〜図28は、本発明を適用した第5〜第8の実施の形態における発電機100,110,120,130の概略構成を示す回路図である。
[Fifth to eighth embodiments]
25 to 28 are circuit diagrams showing schematic configurations of the
図25に示す発電機100は、発電機G(図1、図5、図7に示す第1の実施の形態ないし第3の実施の形態における発電機1,2,3、さらには図10に示す励磁用電気回路24を備える第4の実施の形態における発電機のいずれでもよい。以下同様である。)の出力端子19,20間に誘導成分としてコイルL31を並列に接続したもの、図26に示す発電機110は、発電機Gの出力端子19,20間に容量成分としてコンデンサC31を並列に接続したもの、図27に示す発電機120は、発電機Gの出力端子19,20間に、誘導成分としてのコイルL32と容量成分としてのコンデンサC32との並列回路を、並列に接続したもの、図28に示す発電機130は、発電機Gの出力端子19,20間に、誘導成分としてのコイルL33と容量成分としてのコンデンサC33との直列回路を、並列に接続したものである。また、図示のとおり、発電機Gの出力端子19,20には負荷Lが接続されている。
The
以上のように構成される発電機100,110,120,130においては、発電機Gの出力端子19,20間に接続される誘導成分、容量成分、または誘導成分と容量成分との並列回路もしくは誘導成分と容量成分との直列回路が、負荷Lの変動に応じて、発電機Gの出力電流(負荷電流)の位相に適度な遅れまたは進みを生じさせる。これにより、発電機100,110,120,130においては、負荷Lが急増もしくは急減しても出力電圧(負荷電圧)が変動しにくい特性を得ることができる。
In the
図29は、図25に示す発電機100の構成において、出力端子19,20に所定の負荷Lを接続し、負荷電圧(CH1)、発電機Gの出力電圧(CH5)、発電機Gの出力電流(CH7)を測定したときの回路図を示す。ここで、発電機Gとして図5に示す発電機2を使用し、当該発電機を定速回転させた。また、コイルL31には可変インダクタンスのコイルを使用した。
FIG. 29 shows a configuration of the
図30は、図29に示す測定回路において100Wの負荷Lを接続したときの負荷電圧と、発電機Gの出力電圧と、発電機Gの出力電流、並びに励磁巻線L21を流れる電流の測定値を示す電圧・電流波形である。また、図31は、200Wの負荷Lを接続したときの、同様の測定値を示す。
さらに、図32は、図29に示す測定回路からコイルL31の接続を外したものにおいて、100Wの負荷Lを接続したときの同様の測定値、図33は、同じくコイルL31の接続を外したものにおいて、200Wの負荷Lを接続したときの同様の測定値を示す。
FIG. 30 shows measured values of the load voltage when the load L of 100 W is connected in the measurement circuit shown in FIG. 29, the output voltage of the generator G, the output current of the generator G, and the current flowing through the excitation winding L21. This is a voltage / current waveform showing. FIG. 31 shows the same measured value when a load L of 200 W is connected.
Further, FIG. 32 shows the same measured value when the load L of 100 W is connected in the case where the coil L31 is disconnected from the measurement circuit shown in FIG. 29, and FIG. 33 shows the same when the coil L31 is disconnected. 5 shows the same measured value when a load L of 200 W is connected.
図30及び図31を参照すると、負荷Lが100Wのときは、発電機Gの出力電圧に対し、発電機Gの出力電流は位相が遅れているが、負荷Lが200Wになると、発電機Gの出力電流の位相遅れが少なくなり、出力電圧の位相に接近していることがわかる。また、このような負荷Lの変動に対して、負荷電圧はほとんど変化していないことがわかる。 30 and 31, when the load L is 100 W, the output current of the generator G is delayed in phase with respect to the output voltage of the generator G, but when the load L becomes 200 W, the generator G It can be seen that the phase lag of the output current is less and the phase of the output voltage is approaching. Further, it can be seen that the load voltage hardly changes with respect to such a variation of the load L.
一方、図32及び図33を参照すると、コイルL31の誘導成分が無いときには、負荷Lの変動と関係なく、発電機電流の位相と発電機電圧の位相とがほぼ一致している(つまり力率が1)。しかしながら、図30及び図31のときとは対照的に、負荷Lが増えると負荷電圧が低下している。 On the other hand, referring to FIG. 32 and FIG. 33, when there is no inductive component of the coil L31, the phase of the generator current and the phase of the generator voltage substantially coincide with each other regardless of the fluctuation of the load L (that is, the power factor). 1). However, in contrast to FIGS. 30 and 31, the load voltage decreases as the load L increases.
つまり、図25に示す発電機100の構成によれば、軽負荷のときは、出力電流の位相に遅れが生じるため、無効電流が発生した状態にあるが、負荷が増加するに従い、出力電流の位相遅れが少なくなり、有効電流が増えることによって出力電力が増加する。このため、負荷が変動しても、負荷電圧がほぼ一定に維持される。
That is, according to the configuration of the
図34は、図25に示す発電機100の構成において、出力端子19,20間に負荷Lが接続されていないとき(無負荷時)、及び異なる負荷Lを接続したときにそれぞれ測定された、出力電圧、出力電流、及び力率の値を示す表である。
負荷Lが接続されていないときは、発電機100の出力電圧は実際上ゼロ、出力電流はゼロであった。負荷Lが接続されると電圧及び電流が出力されるが、負荷Lによって87Wが消費されるときと311Wが消費されるときとを比較すると、出力電流が大幅に増えているが、出力電圧はほぼ一定であることがわかる。また、負荷の増加によって力率が増加していることがわかる。つまり、発電機100は、負荷が重くなるほど力率が増加(改善)する特性を有することがわかる。
FIG. 34 is measured when the load L is not connected between the
When the load L was not connected, the output voltage of the
図35は、6極の発電機を構成した場合の、入力動力、出力電力、出力電圧、及び発電機の効率(出力電力/入力動力)を、出力電力をY軸にとり描いた線図である。なお、発電機は定速回転(1000rpm)にて単独運転させた。また、発電機の等速回転で通常行われるように、負荷が重くなるにつれて発電機の軸トルクを増大させ、発電機の回転軸の回転速度を一定に保つようにした。
図35によれば、出力電力(負荷により消費される電力)が3倍を超えて変化しても、発電機の出力電圧、効率がともにほぼ一定に保たれていることがわかる。
FIG. 35 is a diagram in which the input power, output power, output voltage, and generator efficiency (output power / input power) are plotted on the Y axis when a 6-pole generator is configured. . The generator was operated alone at a constant speed (1000 rpm). Further, as is usually done with constant speed rotation of the generator, the shaft torque of the generator is increased as the load becomes heavier, and the rotation speed of the rotating shaft of the generator is kept constant.
According to FIG. 35, it can be seen that even when the output power (power consumed by the load) changes more than three times, both the output voltage and the efficiency of the generator are maintained almost constant.
図36〜図39は、図29に示す測定回路(図25に示す発電機100の構成を備えるもの)において、出力電圧と出力電流の測定値を示す電圧・電流波形である。ここで、図36は、負荷Lを接続しない(無負荷)状態から300Wに急増させたときの電圧・電流波形、図37は、負荷Lを100Wから300Wに急増させたときの電圧・電流波形、図38は、負荷Lを500Wから接続しない(無負荷)状態に急減させたときの電圧・電流波形、図39は、負荷Lを500Wから100Wに急減させたときの電圧・電流波形を示す。
36 to 39 are voltage / current waveforms showing measured values of output voltage and output current in the measurement circuit shown in FIG. 29 (having the configuration of the
図36を参照すると、負荷を接続すると約0.5秒で出力電圧が確認され、約0.6秒には定常の電圧が得られることがわかる。また、負荷を接続しない状態では、電圧が出力されていないことがわかる。また、図38によれば、負荷を外すと出力電圧が低下し、約0.4秒で消失することがわかる。
さらに、図37及び図39によれば、負荷を急増ないし急減させると、出力電流は直ちに増大ないし減少するが、出力電圧は負荷の急変にかかわらずほぼ一定に保たれることがわかる。
Referring to FIG. 36, it can be seen that when the load is connected, the output voltage is confirmed in about 0.5 seconds, and a steady voltage is obtained in about 0.6 seconds. In addition, it can be seen that no voltage is output when no load is connected. Also, according to FIG. 38, it can be seen that when the load is removed, the output voltage decreases and disappears in about 0.4 seconds.
Further, according to FIGS. 37 and 39, when the load is suddenly increased or decreased, the output current immediately increases or decreases, but the output voltage is kept almost constant regardless of the sudden change of the load.
以上のように、本発明を適用した第5〜第8の実施の形態における発電機によれば、発電機の定速回転時に負荷が急変しても、出力電圧(負荷電圧)、発電効率がほぼ一定に保たれることがわかる。また、負荷を接続しないときには出力電圧がゼロであり、負荷を接続すると速やかに発電を開始し、負荷を接続した状態から負荷を外すと発電を停止することがわかる。 As described above, according to the generators in the fifth to eighth embodiments to which the present invention is applied, even if the load suddenly changes during constant speed rotation of the generator, the output voltage (load voltage) and the power generation efficiency are It can be seen that it remains almost constant. Further, it can be seen that when the load is not connected, the output voltage is zero. When the load is connected, power generation is started immediately, and when the load is removed from the connected state, the power generation is stopped.
なお、上記第1〜第3の実施の形態において、固定子10及び回転子11に使用する鉄心の構造、巻線L11、L21〜L23の鉄心12,13への巻装方法は、これらに限定するものではなく、適宜変更することが可能である。
また、固定子10、回転子11の極数も特に限定されるものではなく、任意である。
さらに、上記第5〜第8の実施の形態において、誘導成分、容量成分はそれぞれ可変のものであってもよい。
In addition, in the said 1st-3rd embodiment, the structure of the iron core used for the
Further, the number of poles of the
Furthermore, in the fifth to eighth embodiments, the inductive component and the capacitive component may be variable.
本発明の発電機は、回転子の巻線に外部から電流を供給するための電気的接触機構を含む特別な給電機構を必要とせず構成がシンプルである、系統連係させたときに同期回転で発電し、単独運転の場合に無励磁で回転速度にかかわらず発電する、単独運転の場合に負荷(系統連係の場合に電力系統)が接続されていないと出力電圧がゼロとなって発電しない、過度の重負荷になると出力電圧がゼロとなり発電を停止する、回転始動が容易である、発電機の定速回転時に負荷が急変しても出力電圧及び発電効率がほぼ一定に保たれる、といった多くの利点を有することから、車両用、一般家庭用等の小型発電機、工場、ビルディング等で使用される業務用の発電機、風力、水力、火力等の各種発電所で使用される大型発電機等、広範な用途に適用することができる。 The generator of the present invention does not require a special power supply mechanism including an electrical contact mechanism for supplying current to the rotor windings from the outside, and has a simple configuration. Generates power and generates power regardless of the rotational speed in the case of single operation. In the case of single operation, if the load (power system in the case of grid connection) is not connected, the output voltage will be zero and power will not be generated. When the load becomes excessively heavy, the output voltage becomes zero and power generation stops, rotation start is easy, output voltage and power generation efficiency are kept almost constant even when the load changes suddenly during constant speed rotation of the generator, etc. Because it has many advantages, it can be used in small generators for vehicles, general households, commercial generators used in factories, buildings, etc., and large power generators used in various power plants such as wind power, hydropower, and thermal power. Suitable for a wide range of applications It can be.
1,2,3,100,110,120,130 発電機
10 固定子
11 回転子
12,13 鉄心
19,20 出力端子
21,22,23,24 励磁用電気回路
L11 出力巻線
L21 励磁巻線
L22〜L28 巻線
D1〜D8 ダイオード
L31,L32,L33 コイル
C31,C32,C33 コンデンサ
1, 2, 3, 100, 110, 120, 130
Claims (11)
励磁巻線を有する回転子と、
前記回転子に配設され、かつ前記励磁巻線と並列に接続される整流手段と、
前記回転子が生成する回転磁界によって前記出力巻線に誘導される起電力を出力する出力端と、
を備え、
前記回転子は、励磁用電流路として、前記励磁巻線と前記整流手段とを並列に接続した一方向性の電流路を含むこと、
を特徴とする発電機。 A stator having an output winding;
A rotor having an excitation winding;
Rectifying means disposed on the rotor and connected in parallel with the excitation winding;
An output terminal for outputting an electromotive force induced in the output winding by a rotating magnetic field generated by the rotor;
With
The rotor includes, as an excitation current path, a unidirectional current path in which the excitation winding and the rectifier are connected in parallel.
A generator characterized by.
前記第2の電流路は、前記第1の電流路内の前記第1の巻線に対し、前記第1の電流路の電流と同一方向の電流を供給すること、
を特徴とする、請求項1記載の発電機。 The rotor includes, as the exciting current path, a unidirectional first current path in which a first winding and a first rectifier are connected in parallel, a second winding, and a second rectification. A unidirectional second current path connected in series with the means,
The second current path supplies a current in the same direction as the current of the first current path to the first winding in the first current path;
The generator according to claim 1.
前記第3の電流路は、前記第1の電流路内の前記第1の巻線に対し、前記第1の電流路の電流と同一方向の電流を供給すること、
を特徴とする請求項2記載の発電機。 The rotor includes a unidirectional third current path in which a third winding and a third rectifier are connected in series as an excitation current path,
The third current path supplies a current in the same direction as the current of the first current path to the first winding in the first current path;
The generator according to claim 2.
前記第2〜第nの電流路の各々は、前記第1の電流路内の前記第1の巻線に対し、前記第1の電流路の電流と同一方向の電流を供給すること、
を特徴とする、請求項1記載の発電機。
ここで、nはn≧4の整数である。 The rotor has, as an exciting current path, a unidirectional first current path in which a first winding and a first rectifying means are connected in parallel, and a unidirectional direction in which a winding and a rectifying means are connected in series. Second to n-th current paths each composed of a sex current path,
Each of the second to n-th current paths supplies a current in the same direction as the current of the first current path to the first winding in the first current path;
The generator according to claim 1.
Here, n is an integer of n ≧ 4.
9. An inductive component, a capacitive component, or a composite component in which an inductive component and a capacitive component are connected in series or in parallel is connected in parallel with the output terminal. Generator.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016067130A (en) * | 2014-09-25 | 2016-04-28 | Ntn株式会社 | Generator |
JP2016067128A (en) * | 2014-09-25 | 2016-04-28 | Ntn株式会社 | Generator |
JP2022053571A (en) * | 2020-09-25 | 2022-04-06 | 隆義 追立 | Generator greatly improving power generation efficiency |
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