JPS6146148A

JPS6146148A - 回転電気機械の構造

Info

Publication number: JPS6146148A
Application number: JP59167208A
Authority: JP
Inventors: Fukuo Shibata; 柴田　福夫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-08-09
Filing date: 1984-08-09
Publication date: 1986-03-06
Also published as: JPH0519385B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は回転電気機械の構造に関するもので、その中で
も特に単相回転電気機械の構造に関する発明である。単
相回転電気機械の中、代表として単相同期発電機を例に
出し、本発明を説明する。

単相同期発電機を自励式ブラシなし構造とするために昭
和５７年特許願第４９７１２号や昭和５７年特許願第２
１７６２５号において本出願発明の明細書添附図面第１
図を用いて説明すると次のようになる。すなわち第１図
において、巻線接続２、３、７、８より成る固定子電機
子巻線の外側端子１と９の間に巻線接続２と７及び３と
８がそれぞれ直列に、又２−７と３−８が互いに並列に
接続され、巻線接続２と７の間及び３と８の間の中間端
子４と５とする時、変成器の一次巻線及び二次巻線をそ
れぞれ上記端子１−９と４−５に接続して単相自励ブラ
シなし同期発電機を造るのである。

このようにすると、単相同期発電機本体の構造を簡単に
して自励式ブラシなし構造を得るのであるが、同時に次
のような欠点もあることが判る。

すなわち、電機子巻線中に負荷電流と励磁電流を同時に
流すのであるから、その温度上昇防止のため、電機子巻
線の寸法を大きくしなければないない。中間端子４と５
から流入させる励磁電流の電源は電機子巻線であるから
、無負荷時においても外側端子１と９から励磁電流を変
成器に供給しなければならない。元来、単相同期発電機
の電機子巻線は溝の中の導線配列は全体の溝空間の２／
３だけ使われて、あとの１／３の部分は空けられており
、使われていない。このような使われていない部分を使
うことにより、上記の負荷への電力供給用電機子巻線２
、３、７、８の中を通過する電流を減ずることが出来れ
ば、上記電機子巻線２、３、７、８の断面寸法を小さく
しうるし、それにより回転機構造を小形化しうるし、効
率をも高くしうると考えられる。

本発明は従来の発明である上記の昭和５７年特許願第４
９７１２号や第２１７６２５号における上記の欠点をお
ぎない、この種自励式ブラシなし単相回転電気機械にお
ける溝中の導体配列を充分に利用することにより、上記
電機子巻線２、３、７、８中を通過する電流を減じ、以
て単相回転電気機械の構造を小形化し、効率を向上せし
めることを目的とする。

上に述べたような目的を達成せしめるため、本明ではそ
の具体的な電気接続図例の第１図に示すように、固定子
電機子巻線１０の構成を外部接続電線１８と接続する端
子１から並列に接続巻線２と３を接続するように配列し
た巻線構造において上記固定子内に上記電機子巻線１０
とは別の独立した巻線６を設け、固定子電機子巻線を不
平衡二相巻線より成るものとして、巻線６を上記接続巻
線２及び３とは別の相を造る一相の巻線とし、上記接続
巻線２と３における端子１と反対側の端子４と５に対し
、上記巻線６より電力を興え、それにより巻線２と３に
負荷電流以外に別の励磁電流を循環流通させるのである
。こゝに循環流通とは電流が固定子電機子巻線１０の中
を流れ、外部接続電線１８の方へは出て行かないことを
云う。固定子電機子巻線１０は接続巻線２、３、７、８
より成り、２と７で直列接続、３と８も直列接続するが
、同時に２−７と３−８は互いに並列接続する。この固
定子電機子巻線１０の外側端子１と９は外部接続端子１
８を経て負荷１２に接続されるが、その中間端子４と５
は巻線６との間でコンデンサー１１を経て電気接続され
る。このコンデンサー１１はこのように巻線６に対し電
機子巻線２、３、７、８と直列に接続されているが、第
４図のように巻線６に対し電機子巻線２、３、７、８と
並列に接続されても良い。回転子部１７の巻線は１３、
１４のように円筒形や凸極形の鉄と鎖交し、且つ半波整
流器１５や１６をその回路中に含みながら短絡される。

その一例は既に出願した発明昭和５８年特許願第１５７
４５５号に述べられている。固定子電機子巻線を２、３
、７、８から成る１０の部分と、これとは別の巻線６と
から成るものとし、巻線１０と巻線６とはそれぞれが別
の一相を造り、全体で不平衡二相を形成するものとなる
。これを具体的な巻線接続例で示すと、第５図や第６図
のようになる。第５図は単層巻線の例を示し、（ａ）に
そのコイル配列が示される、端子ＵとＶの間で接続され
るコイル片の接続順を（ｂ）に示す。１〜３６の数字で
示されたものは溝又はコイル片の番号である。ＩとＩＩ
はその中間端子である。このような第５図（ｂ）に示さ
れた固定子電機子巻線の一相分に対し、第５図（ａ）の
ＡＢなる端子間に接続された巻線は他の一相分を示す。

これによつて不平衡二相巻線が構成される。第６図は二
層巻線の例を示し、（ａ）は溝中に上下に入れられたコ
イル片が画かれている。実線部は上口片、点線部は下口
片を示し、矢印はある瞬間における電流の方向が示され
る。白矢印（矢印の中が黒くぬられていない矢印）は互
いに方向反対の電流が同じ溝中で流れることを示してい
る。このようなコイル片の接続は（ｂ）により判りやす
い接続として、端子ＵＶ間で接続されることが示される
。Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２に示すように、この場合には
中間端子が４個示される。Ｎは短絡中性接続を示す。こ
のように固定子電機子巻線の中の一相が（ａ）及び（ｂ
）で示されるのに対し、この（ａ）図の中で空いている
溝中の導体を（ｃ）図に示すように配列し、これを端子
ＡとＢの間で接続すると、（ａ）と（ｂ）とで互いに独
立の一相巻線となり、合せて不平衡二相巻線が構成され
ることになる。（ｃ）図の中のコイル片に示さ矢印は（
ａ）図の矢印に対応したもので、ある瞬間の電流方向を
示したものである。

第２図においては巻線６から中間端子４、５へ励磁用電
力を興える回路中に整流器１９が接続される。整流器１
９は全波整流回路になつているが、第２図の場合、整流
器１９の中、半分が制御素子付き整流器２０より成り、
これを制御して巻線６から電機子巻線２、３、７、８へ
供給する励磁電流を制御しうる。

第３図では変成器２１が設けられ、その一次電圧巻線２
４は巻線６からコンデンサー１１を通して励磁電流が供
給され、一次電流巻線２２は電機子巻線１０の外側端子
の９から負荷１２に到る間に接続され、二次巻線２３は
電機子巻線１０の中間端子４、５に電気接続される。

第１図乃至第４図において電機子巻線１０の中を流れる
二種類の電流を第４図で矢印によつて示す。電機子巻線
１０の中を端子１から端子９の方へ負荷電流として流す
電流の方向を実線矢印で示し、中間端子５から中間端子
４へ向けて励磁電流として流す電流の方向を点線矢印で
示す。この二種類の電流によつて造られる磁極数は互に
２対１の関係にあることは公知である。例えば実線矢印
の電流で造られる磁極数は、これを２極とする時、点線
矢印の電流で造られる磁極数は４極となる、その模様を
第５図及び第６図で示すと、次のようである。すなわち
第５図（ｂ）に示すコイル片の接続配列において端子Ｕ
から端子Ｖへ向けて流れる方向の電流は第５図（ａ）の
矢印で示されるように２極の磁極を造る。これに対し中
間端子ＩからＩＩへ向けて流れる電流の方向は第５図（
ａ）の矢印方向とは若干異なり、４極の磁極を造る。第
６図においても同様であつて、第６図（ｂ）に示す外側
端子ＵからＶへ流れる電流の方向は（ａ）に示す矢印の
方向であり、これによつて造られる磁極の極数は２極で
ある。これに対し（ｂ）図の中間端子Ｕ１よりＵ２へ流
れる電流及び中間端子Ｖ１よりＶ２へ流れる電流の方向
は第６図（ａ）に示される矢印の方向と若干異なり、こ
れによつて造られる磁極の極数は４極となる。

第７図は回転子巻線１３と１４が溝中におさめられたコ
イル片１６個が示される。コイル片１とコイル片５とで
コイルピツチ４の一つのコイルを造り、他のコイル片も
同様、コイルピツチ４で一つのコイルを造る。これによ
り回転子のある位置では第７図における実線矢印のよう
な、この例では４極巻線としての電圧を発生する。整流
器１５が回転子巻線１３の回路に挿入されているが、そ
の電圧の方向と整流器１５の電流通過方向とは同一で一
致する。一方回転子の他のある関係位置では第７図の点
線矢印のような電圧を発生する。整流器１６が回転子巻
線１４の回路に挿入されているが、その電圧の方向と整
流器１６の電流通過方向とが同一であるために、点線矢
印はその時通過する電流の方向と一致する。このように
して第７図に実線矢印及び点線矢印で示される電流は巻
線回路の抵抗にくらべてインダクタンスが非常に大きい
ため、その回路に発生する交流電圧の正の半波より負の
半波に到る殆んど２πラジアンなる全期間にわたり直流
電流が流れる結果となる。そこで回転子巻線中を流れる
電流は第７図の実線及び点線の矢印のようになり、それ
により造られる磁界は２極となる。この２極磁界を固定
子に対して回転させて第６図（ａ）に矢印で示す電圧を
発生させる。この矢印の電圧で電機子巻線中に流す電流
は２極の回転磁界を造るのである。このようにして回転
電気機械は２極機として作動することになる。

本発明の作動を考えると、次のようになる。固定子の励
磁巻線６から固定子電機子巻線１０へ供給した励磁電流
により第５図や第６図の例では４極磁界が造られる。第
１図、第３図、第４図ではそれが４極交番磁界となり、
第２図では４極固定磁界となる。４極固定磁界の場合、
これを受けて回転子巻線１３と１４には前述の第７図に
おけるような電圧を生じ、電流が流れる。４極交番磁界
の場合、正相分回転磁界と逆相分回転磁界に分解できる
。これを受けて４極の巻線にそれぞれ電機子巻線１０に
発生する周波数ｆと同一周波数及び３倍の周波数３ｆの
交流電圧を誘起する。これらは無負荷時に必要な界磁電
流を回転子巻線１３と１４に流す。負荷時には負荷電流
が電機子巻線１０の中を流れ、それによる交番磁界を生
じ、その逆相分回転磁界が回転子巻線１３と１４を切り
、周波数２ｆの起電力を回転子巻線１３と１４に発生し
、その電圧によりやはり第７図の矢印の方向の電流を流
す。

以上の本発明の作用効果をまとめると、次のようになる
。

（１）ブラシレス自励の単相同期発電機で代表されるブ
ラシレス単相回転電気機械の固定子溝全体を充分に利用
して、電機子巻線中を通過する電流を減じ、その構造を
小形化しつゝ効率を向上せしめうる。

（２）第２図の制御素子付き整流器を自動的に制御し、
これを外側端子１−９間の電圧検出値により作動せしめ
ると、負荷の大きさや力率の変動に関係なく、微細に電
圧調整しうるし、簡単な袋置で制御しうることは特長で
ある。

（３）第３図のように変成器を補助的に使うときには変
成器の一次及び二次巻線数をタツプやその他の方法で適
当に調整することは容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体的な電気接続図例。第２図と第３
図はそれぞれ本発明の装置中、固定子部分に関連した所
を示した具体的な部分電気接続図例である。第４図も本
発明の部分的な電気接続図例を示す。第５図は本発明に
用いられる固定子巻線の配列例を示し、第６図も本発明
に用いられる他の固定子巻線の配列例を示す。第７図は
回転子の巻線配列例を示す。また図面に用いられた主要
部の符号は下記のようである。

Claims

【特許請求の範囲】

固定子電機子巻線の構成を外部接続電線と接続する端子
１から並列に接続巻線２と３を接続するように配列した
巻線構造において、上記固定子内に上記電機子巻線とは
別の独立した巻線６を設け、固定子電機子巻線を不平衡
二相巻線より成るものとして、巻線６上記接続巻線２及
び３とは別の相を造る一相の巻線とし、上記接続巻線２
と３における端子１と反対側の端子４と５に対し上記巻
線６より電力を興え、それにより巻線２と３に負荷電流
以外に別の励磁電流を循環流通させるようにした単相回
転電気機械