JP2023021483A - ブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器、および、発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】寿命の短い平滑用のコンデンサの交換を容易にすることが可能なブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器、および、発電装置を提供する。【解決手段】ブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器は、ブラシレス同期発電機8の回転子の回転によって発電を行う永久磁石式発電機1の交流出力が入力され直流電圧を出力するダイオードブリッジ整流器2と、ダイオードブリッジ整流器2の直流出力を入り切りするスイッチング素子4と、スイッチング素子4に並列に接続される第1ダイオード6と、スイッチング素子4に直列に接続される第2ダイオード5と、ダイオードブリッジ整流器2からの出力電圧を平滑化する第1コンデンサ7aと、第1コンデンサ7aとダイオードブリッジ整流器2の出力部21とを接続するケーブル13と、当該出力部21に接続され、スイッチング素子4の近傍に配置される第2コンデンサ7bと、を具備する。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、ブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器、および、発電装置に関する。
同期機の交流出力電圧を調整するために、自動電圧調整器を配置することが知られている。
関連する技術として特許文献1には、同期機の励磁装置が開示されている。特許文献1に記載の同期機の励磁装置は、同期機の励磁電源を供給する励磁機と、前記同期機の交流出力電圧を調整する自動電圧調整器と、前記自動電圧調整器が出力する指令に応じて前記励磁機を励磁する電力を供給する蓄電装置とを具備する。
また、特許文献2には、電源装置が開示されている。特許文献2に記載の電源装置は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する交直変換部と、コイルからなり前記交直変換部からの直流電力が供給される直流負荷とを備える。
ブラシレス同期発電機は、発電所等の設備として、10年から30年以上使用されることが多く、その間に、ブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器についても、メンテナンスが行われる。当該メンテナンスは、自動電圧調整器の全体を交換すること、あるいは、メーカーに持ち帰られた自動電圧調整器をオーバーホールすることを含む。このため、メンテナンスに要する時間およびコストが大きい。
そこで、本発明の目的は、寿命の短い平滑用のコンデンサの交換を容易にすることが可能なブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器、および、発電装置を提供することである。また、本発明の任意付加的な目的は、限られたスペースに効率よく自動電圧調整器を配置するため、自動電圧調整器の本体部分と、交換部品である平滑用のコンデンサが配置される部分との分割配置構造を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の実施形態におけるブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器は、ブラシレス同期発電機の回転子の回転によって発電を行う永久磁石式発電機の交流出力が入力され直流電圧を出力するダイオードブリッジ整流器と、前記ダイオードブリッジ整流器の直流出力を入り切りするスイッチング素子と、前記スイッチング素子に並列に接続される第1ダイオードと、前記スイッチング素子に直列に接続される第2ダイオードと、前記ダイオードブリッジ整流器からの出力電圧を平滑化する平滑用の第1コンデンサと、平滑用の前記第1コンデンサと前記ダイオードブリッジ整流器の出力部との間に配置され、平滑用の前記第1コンデンサと前記ダイオードブリッジ整流器の前記出力部とを電気的に接続するケーブルと、前記ダイオードブリッジ整流器の前記出力部に接続され、平滑用の前記第1コンデンサと比較して前記スイッチング素子の近傍に配置されるスイッチングサージ吸収用の第2コンデンサと、を具備することを特徴とする。
また、本発明の実施形態における発電装置は、上記ブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器に加え、前記ブラシレス同期発電機を具備し、前記ブラシレス同期発電機は、回転シャフトと、前記回転シャフトに配置される主機界磁巻線と、前記主機界磁巻線に対向配置される主機電機子巻線と、を有する発電機本体と、前記回転シャフトに配置される励磁機電機子巻線と、前記励磁機電機子巻線に対向配置される界磁巻線と、を有する励磁機と、前記回転シャフトに配置される永久磁石と、前記永久磁石に対向配置される電機子巻線と、を有する前記永久磁石式発電機と、を備え、前記ダイオードブリッジ整流器には、前記永久磁石式発電機の前記電機子巻線から交流電流が供給され、前記励磁機の前記界磁巻線には、前記自動電圧調整器から直流電流が供給されることを特徴とする。
本発明により、寿命の短い平滑用のコンデンサの交換を容易にすることが可能なブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器、および、発電装置を提供することができる。
以下、実施形態におけるブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11、および、発電装置100に関して、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同じ機能を有する部材、部位については、同一の符号が付され、同一の符号が付されている部材、部位について、繰り返しの説明は省略される。
(用語の定義)
本明細書において、「同期発電機」とは、界磁の作る磁界が電機子巻線を横切る回転速度に同期して電力を発電する交流発電機を意味する。また、「ブラシレス」とは、発電機本体の界磁巻線への給電が、回転子と固定子との間を連続的に電気的に接続するブラシを介さないで行われることを意味する。
本明細書において、「同期発電機」とは、界磁の作る磁界が電機子巻線を横切る回転速度に同期して電力を発電する交流発電機を意味する。また、「ブラシレス」とは、発電機本体の界磁巻線への給電が、回転子と固定子との間を連続的に電気的に接続するブラシを介さないで行われることを意味する。
本明細書において、ダイオードブリッジ整流器2から直流電圧が出力される部分のことを、「出力部21」と呼ぶ。また、出力部21のうち、電流の流れ方向にみてダイオードブリッジ整流器2の上流側の部分のことを「電流入力部21a」と呼び、出力部21のうち、電流の流れ方向にみてダイオードブリッジ整流器2の下流側の部分のことを「電流出力部21b」と呼ぶ。
本明細書において、「ケーブル13」とは、電流を通す導線と、当該導線を絶縁被覆する絶縁被覆層とを有する電気的要素を意味する。
(第1の実施形態)
図1乃至図6を参照して、第1の実施形態におけるブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11、および、発電装置100について説明する。図1は、第1の実施の形態における自動電圧調整器11、および、発電装置100を模式的に示す主回路部構成図である。図2は、三相全波整流後の電圧波形を模式的に示す電圧波形図である。図3は、平滑用の第1コンデンサ7aによる平滑後の電圧波形を模式的に示す電圧波形図である。図4は、第1の実施の形態の第1変形例における自動電圧調整器11、および、発電装置100を模式的に示す主回路部構成図である。図4(a)には、本体ユニット31に、サブユニット41が接続された様子が示され、図4(b)には、本体ユニット31とサブユニット41との間の接続が解除された様子が示されている。図5は、ブラシレス同期発電機8の一例を説明するための図である。図6は、比較例における自動電圧調整器11’、および、発電装置100’を模式的に示す主回路部構成図である。
図1乃至図6を参照して、第1の実施形態におけるブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11、および、発電装置100について説明する。図1は、第1の実施の形態における自動電圧調整器11、および、発電装置100を模式的に示す主回路部構成図である。図2は、三相全波整流後の電圧波形を模式的に示す電圧波形図である。図3は、平滑用の第1コンデンサ7aによる平滑後の電圧波形を模式的に示す電圧波形図である。図4は、第1の実施の形態の第1変形例における自動電圧調整器11、および、発電装置100を模式的に示す主回路部構成図である。図4(a)には、本体ユニット31に、サブユニット41が接続された様子が示され、図4(b)には、本体ユニット31とサブユニット41との間の接続が解除された様子が示されている。図5は、ブラシレス同期発電機8の一例を説明するための図である。図6は、比較例における自動電圧調整器11’、および、発電装置100’を模式的に示す主回路部構成図である。
(構成・作用)
図1に例示されるように、第1の実施形態におけるブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11は、ダイオードブリッジ整流器2と、スイッチング素子4と、第1ダイオード6と、第2ダイオード5と、平滑用の第1コンデンサ7aと、ケーブル13と、スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bと、を備える。また、第1の実施形態における発電装置100は、上述のブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11に加えて、ブラシレス同期発電機8を備え、当該ブラシレス同期発電機8は、永久磁石式発電機(PMG)1と、励磁機9と、発電機本体10と、を備える。
図1に例示されるように、第1の実施形態におけるブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11は、ダイオードブリッジ整流器2と、スイッチング素子4と、第1ダイオード6と、第2ダイオード5と、平滑用の第1コンデンサ7aと、ケーブル13と、スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bと、を備える。また、第1の実施形態における発電装置100は、上述のブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11に加えて、ブラシレス同期発電機8を備え、当該ブラシレス同期発電機8は、永久磁石式発電機(PMG)1と、励磁機9と、発電機本体10と、を備える。
自動電圧調整器11には、永久磁石式発電機(PMG)1の交流出力が電源として入力される。また、自動電圧調整器11は、スイッチング素子4の入り切りによって、励磁機9の界磁巻線3に流れる界磁電流を調整する。界磁巻線3を流れる界磁電流が調整されることにより、発電機本体10の界磁巻線に流れる界磁電流が調整され、ブラシレス同期発電機8(換言すれば、発電機本体10)の出力電圧が調整される。
図1に記載の例において、ダイオードブリッジ整流器2には、ブラシレス同期発電機8の回転子の回転によって発電を行う永久磁石式発電機1の交流出力が入力され、ダイオードブリッジ整流器2は、当該交流出力を整流して直流電圧を出力する。
より具体的には、ダイオードブリッジ整流器2には、永久磁石式発電機1の交流出力が入力され、電流入力部21aとしての第1導線L1から電流が入力される。また、ダイオードブリッジ整流器2は、電流出力部21bとしての第2導線L2に電流を出力する。ダイオードブリッジ整流器2は、複数のダイオードが配置される並列回路を有し、第1導線L1からの電流が当該並列回路に分かれたあと第2導線L2で再結合するように構成される。図1に記載の例では、ダイオードブリッジ整流器2は、6個のダイオードを有している。
スイッチング素子4は、ダイオードブリッジ整流器2の直流出力を入り切りする。スイッチング素子4は、ダイオードブリッジ整流器2の直流出力を入り切りすることにより、ブラシレス同期発電機8の励磁機9の界磁巻線3に流れる直流電流の大きさを調整する。
第1ダイオード6は、スイッチング素子4に並列に接続される。第1ダイオード6は、スイッチング素子4がONからOFFに切り換えられるときの逆起電力によって生じる電流を還流させる。第1ダイオード6は、フリーホイールダイオードと呼ばれることもある。
第2ダイオード5は、スイッチング素子4に直列に接続される。第2ダイオード5は、スイッチング素子4が切りの状態の時(換言すれば、スイッチング素子4がOFFの状態の時)にも、励磁機9の界磁巻線3に電流を継続して流す還流ダイオードとして機能する。換言すれば、スイッチング素子4が切りの状態の時、界磁巻線3からの電流は、第2ダイオード5を通って、界磁巻線3に戻る。図1に記載の例において、第2ダイオード5は、励磁機9の界磁巻線3と並列に接続されている。
図1に記載の例において、ダイオードブリッジ整流器2は、永久磁石式発電機1から出力される三相電圧を三相全波整流して直流電圧に変換する。しかし、三相全波整流しただけでは、図2に示されるように電圧波形に凹凸があり、ダイオードブリッジ整流器2の出力は、安定した直流電圧とならない。更に、永久磁石式発電機1から出力される電圧波形は正弦波ではなく歪がある。以上のことから、ダイオードブリッジ整流器2の出力をそのまま励磁電源として使用することは、品質の観点から好ましくない。
ダイオードブリッジ整流器2からの出力を、コンデンサ7を用いて平滑化するだけであれば、図6に例示される比較例における自動電圧調整器11’で十分である。図6に記載の例では、コンデンサ7は、ダイオードブリッジ整流器2からの出力電圧を平滑化することができ、かつ、スイッチング素子4のスイッチング動作に伴うスイッチングサージも吸収することができる。
しかし、図6に記載の例では、スイッチングサージを吸収するためにコンデンサ7をスイッチング素子4の近傍に配置せざるを得ず、スイッチング素子4の近傍に配置されたコンデンサ7を交換する際の作業負担と作業コストが大きい。特に、コンデンサ7として、容量およびコストの観点から、容量単価の低い電解コンデンサが使用される場合、電解コンデンサが他の電子部品と比較して短寿命であることに起因して、ブラシレス同期発電機8の寿命まで、何度もコンデンサ7を交換する必要がある。例えば、電解コンデンサは電解液を内部に封入するためにゴムが使用されており、この封入ゴムの劣化が電解コンデンサの寿命を短くする。
そこで、第1の実施形態では、図6におけるコンデンサ7が有する2つの機能を、平滑用の第1コンデンサ7aと、スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bとに分けて分担させる。より具体的には、図1に例示されるように、第1の実施形態におけるブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11は、平滑用の第1コンデンサ7aと、平滑用の第1コンデンサ7aとダイオードブリッジ整流器2の出力部21とを電気的に接続するケーブル13と、スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bと、を備える。
平滑用の第1コンデンサ7aは、ダイオードブリッジ整流器2からの出力電圧を平滑化する(図3を参照。)。当該平滑化により、励磁機9の界磁巻線3に供給される直流電流の質が向上する。
ケーブル13は、平滑用の第1コンデンサ7aとダイオードブリッジ整流器2の出力部21との間に配置され、平滑用の第1コンデンサ7aとダイオードブリッジ整流器2の出力部21とを電気的に接続する。図1に記載の例では、ケーブル13の第1端部が、ダイオードブリッジ整流器2の電流入力部21a(より具体的には、第1導線L1)に接続され、ケーブル13の第2端部が、ダイオードブリッジ整流器2の電流出力部21b(より具体的には、第2導線L2)に接続されている。
なお、第1の実施形態において、平滑用の第1コンデンサ7aとダイオードブリッジ整流器2の出力部21とを接続する電流路の全体がケーブル13によって構成されている必要はない。換言すれば、平滑用の第1コンデンサ7aとダイオードブリッジ整流器2の出力部21とを接続する電流路の一部がケーブル13によって構成され、当該電流路の他の一部がケーブル13以外の電気的要素によって構成されていても構わない。
図1に記載の例では、平滑用の第1コンデンサ7aは、ケーブル13を介してダイオードブリッジ整流器2の出力部21に接続されている。よって、平滑用の第1コンデンサ7aを、ダイオードブリッジ整流器2の出力部21およびスイッチング素子4から十分に離れた位置に配置することができる。
励磁電源であるダイオードブリッジ整流器2の出力電圧波形を十分に平滑させるためには、平滑用の第1コンデンサ7aのサイズは大きく、あるいは、平滑用の第1コンデンサ7aの個数は多い。換言すれば、第1の実施形態におけるブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11は、平滑用の第1コンデンサ7aを有し、平滑用の第1コンデンサ7aによって占有されるスペースは相対的に大きい。第1の実施形態では、平滑用の第1コンデンサ7aが、ケーブル13を介して、ダイオードブリッジ整流器2およびスイッチング素子4から離れた位置に引き出されているため、ブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11のうち、平滑用の第1コンデンサ7aを除く自動電圧調整器の本体部分30(より具体的には、後述の本体ユニット31)のサイズをコンパクトにすることができる。また、当該自動電圧調整器11の本体部分30と、平滑用の第1コンデンサ7aとが、フレキシブルなケーブル13によって接続されているため、自動電圧調整器11の本体部分30を配置する位置と、平滑用の第1コンデンサ7aを配置する位置との間の位置関係の自由度が大きい。よって、限られた制御盤内のスペース(あるいは、限られた制御ボックスまたは制御室内のスペース)に、柔軟かつ効率的に、自動電圧調整器11の本体部分30と、平滑用の第1コンデンサ7aとを分割して配置することができる。また、ケーブル13の長さを長くすれば、自動電圧調整器11の本体部分30が配置される制御盤、制御ボックス、あるいは、制御室とは異なるスペースに、平滑用の第1コンデンサ7aを遠隔配置することもできる。
図1に記載の例では、スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bは、ダイオードブリッジ整流器2の出力部21に接続されている(より具体的には、第1導線L1および第2導線L2に接続されている。)。また、スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bは、平滑用の第1コンデンサ7aと比較して、スイッチング素子4の近傍に配置されている。スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bが、スイッチング素子4の近傍に配置されることにより、第2コンデンサ7bは、スイッチング素子4のON/OFFの切り換えに起因するスイッチングサージを効果的に吸収する。図1に記載の例では、スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bは、直列に互いに接続されたスイッチング素子4および第2ダイオード5に、並列に接続されている。また、図1に記載の例では、スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bは、平滑用の第1コンデンサ7aに、並列に接続されている。
(効果)
第1の実施形態におけるブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11、および、発電装置100では、平滑用の第1コンデンサ7aをダイオードブリッジ整流器2の出力部21に接続するケーブル13を備える。当該ケーブル13が介在することにより、平滑用の第1コンデンサ7aをダイオードブリッジ整流器2およびスイッチング素子4から十分に離れた位置に配置することができる。その結果、第1コンデンサ7aの交換に対する作業負担と作業コストとを低減することができる。また、第1コンデンサ7aを適時に交換することにより、発電装置100を、長期間、安定的に使用することができる。また、大きなスペースを占有する平滑用の第1コンデンサ7aがケーブル13によって引き出された位置に配置されることとなるため、平滑用の第1コンデンサ7aを除く自動電圧調整器11の本体部分30のサイズをコンパクトにすることができる。さらに、ケーブル13を介在させることにより、自動電圧調整器11の本体部分30を配置する位置と、平滑用の第1コンデンサ7aを配置する位置との間の位置関係の自由度が大きくなるため、限られたスペースに、柔軟かつ効率的に、自動電圧調整器の本体部分30と、平滑用の第1コンデンサ7aとを分割して配置することができる。
第1の実施形態におけるブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11、および、発電装置100では、平滑用の第1コンデンサ7aをダイオードブリッジ整流器2の出力部21に接続するケーブル13を備える。当該ケーブル13が介在することにより、平滑用の第1コンデンサ7aをダイオードブリッジ整流器2およびスイッチング素子4から十分に離れた位置に配置することができる。その結果、第1コンデンサ7aの交換に対する作業負担と作業コストとを低減することができる。また、第1コンデンサ7aを適時に交換することにより、発電装置100を、長期間、安定的に使用することができる。また、大きなスペースを占有する平滑用の第1コンデンサ7aがケーブル13によって引き出された位置に配置されることとなるため、平滑用の第1コンデンサ7aを除く自動電圧調整器11の本体部分30のサイズをコンパクトにすることができる。さらに、ケーブル13を介在させることにより、自動電圧調整器11の本体部分30を配置する位置と、平滑用の第1コンデンサ7aを配置する位置との間の位置関係の自由度が大きくなるため、限られたスペースに、柔軟かつ効率的に、自動電圧調整器の本体部分30と、平滑用の第1コンデンサ7aとを分割して配置することができる。
第1の実施形態では、第1コンデンサ7aがスイッチング素子4から離れた位置に配置されることより、第1コンデンサ7aとスイッチング素子4との間の配線経路長が増加し、配線インダクタンスが増加し、その結果、第1コンデンサ7aは、スイッチング素子4のON/OFFの切り換えに起因するスイッチングサージを十分に吸収することができない。しかし、第1の実施形態では、スイッチング素子4の近傍にスイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bが別途設けられているため、スイッチング素子4のON/OFFの切り換えに起因するスイッチングサージを、当該スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bによって効果的に吸収することができる。
続いて、図1、図4、および、図5を参照して、第1の実施形態において採用可能な任意付加的な構成について説明する。
(平滑用の第1コンデンサ7aの種類)
ダイオードブリッジ整流器2の出力電圧波形を十分に平滑させるため、容量の大きな平滑用の第1コンデンサ7aが必要となる。平滑用の第1コンデンサ7aとして電解コンデンサが用いられる場合、大きな容量を安価に確保することができる。また、第1の実施形態では、平滑用の第1コンデンサ7aが、ケーブル13によってダイオードブリッジ整流器2から引き出された位置にあるため、平滑用の第1コンデンサ7aとして機能する電解コンデンサの交換が容易である。
ダイオードブリッジ整流器2の出力電圧波形を十分に平滑させるため、容量の大きな平滑用の第1コンデンサ7aが必要となる。平滑用の第1コンデンサ7aとして電解コンデンサが用いられる場合、大きな容量を安価に確保することができる。また、第1の実施形態では、平滑用の第1コンデンサ7aが、ケーブル13によってダイオードブリッジ整流器2から引き出された位置にあるため、平滑用の第1コンデンサ7aとして機能する電解コンデンサの交換が容易である。
(スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bの種類)
スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bに必要な容量は、平滑用の第1コンデンサ7aに必要な容量よりも小さい。スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bとして、例えば、フィルムコンデンサ(プラスチックフィルムを誘電体として利用したコンデンサ)が用いられる。スイッチング素子4の近傍に配置されるスイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bとしてフィルムコンデンサが用いられる場合、フィルムコンデンサの長寿命特性により、スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bの交換作業が不要となる。
スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bに必要な容量は、平滑用の第1コンデンサ7aに必要な容量よりも小さい。スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bとして、例えば、フィルムコンデンサ(プラスチックフィルムを誘電体として利用したコンデンサ)が用いられる。スイッチング素子4の近傍に配置されるスイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bとしてフィルムコンデンサが用いられる場合、フィルムコンデンサの長寿命特性により、スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bの交換作業が不要となる。
ケーブル13を介してダイオードブリッジ整流器2の出力部21に接続される平滑用の第1コンデンサ7aとして電解コンデンサを用い、スイッチング素子4の近傍に配置されるスイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bとしてフィルムコンデンサを用いる場合、通常のメンテナンスに際して、ダイオードブリッジ整流器2から離れた位置にある平滑用の第1コンデンサ7aのみを交換すれば足りる。よって、メンテナンスの作業負担と作業コストとを低減することができる。
(コネクタ12)
図1に記載の例では、自動電圧調整器11は、コネクタ12を備える。また、ケーブル13は、コネクタ12を介して、平滑用の第1コンデンサ7aとダイオードブリッジ整流器2の出力部21とを電気的に接続する。この場合、コネクタ12による接続を解除することにより、平滑用の第1コンデンサ7aを、自動電圧調整器11から電気的かつ物理的に分離することができる。よって、平滑用の第1コンデンサ7aの交換作業を安全かつ容易に実施することができる。
図1に記載の例では、自動電圧調整器11は、コネクタ12を備える。また、ケーブル13は、コネクタ12を介して、平滑用の第1コンデンサ7aとダイオードブリッジ整流器2の出力部21とを電気的に接続する。この場合、コネクタ12による接続を解除することにより、平滑用の第1コンデンサ7aを、自動電圧調整器11から電気的かつ物理的に分離することができる。よって、平滑用の第1コンデンサ7aの交換作業を安全かつ容易に実施することができる。
図4には、第1の実施形態の第1変形例におけるブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11、および、発電装置100が模式的に示されている。
図4に記載の例では、ブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11は、本体ユニット31と、サブユニット41とを備える。サブユニット41は、本体ユニット31にケーブル13を介して接続される。
本体ユニット31には、ダイオードブリッジ整流器2と、スイッチング素子4と、第1ダイオード6と、第2ダイオード5と、スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bとが配置される。また、サブユニット41には、平滑用の第1コンデンサ7aが配置される。
サブユニット41に、平滑用の第1コンデンサ7aが配置される場合、サブユニット41を交換するだけで、第1コンデンサ7aの交換を行うことができる。また、サブユニット41に、スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7b等は含まれていないため、サブユニット41の交換によって、交換が不要な部品まで交換されてしまうことがない。なお、図4には、サブユニット41に2個の平滑用の第1コンデンサ7aが配置された様子が示されているが、サブユニット41に配置される平滑用の第1コンデンサ7aの数が2個に限定されないことは言うまでもない。
また、図4に記載の例では、本体ユニット31とサブユニット41とがフレキシブルなケーブル13を介して接続されている。このため、本体ユニット31と、サブユニット41とを、限られたスペースに、柔軟かつ効率的に配置することができる。
図4に記載の例では、ケーブル13の少なくとも一部を構成する第1ケーブル13aの端部にコネクタ12の第1部分12aが配置され、本体ユニット31にコネクタ12の第2部分12bが配置されている。第1部分12aと第2部分12bとが接続されることにより、平滑用の第1コンデンサ7aが、ダイオードブリッジ整流器2の出力部21に電気的に接続される(図4(a)を参照。)。また、第1部分12aが第2部分12bから分離されることにより、本体ユニット31からサブユニット41が電気的かつ物理的に分離される(図4(b)を参照。)。よって、平滑用の第1コンデンサ7aを交換するに際して、本体ユニット31をメーカーに持ち帰る必要はない。また、他の平滑用の第1コンデンサ7aを備えた他のサブユニット41をスペアとして用意しておけば、本体ユニット31からサブユニット41が電気的かつ物理的に分離された後、本体ユニット31に、当該他の平滑用の第1コンデンサ7aを備えた当該他のサブユニット41を速やかに接続することができる。よって、平滑用の第1コンデンサ7aの交換に要する作業時間が大幅に短縮される。
図4に記載の例では、本体ユニット31内にケーブル13の一部を構成する第2ケーブル13bが配置され、ダイオードブリッジ整流器2の出力部21とコネクタ12の第2部分12bとの間の電流路が当該第2ケーブル13bによって構成されている。なお、ダイオードブリッジ整流器2の出力部21とコネクタ12の第2部分12bとの間の電流路の少なくとも一部は、第2ケーブル13b以外の電気的要素によって構成されていてもよい。
本体ユニット31は、ダイオードブリッジ整流器2、スイッチング素子4、第1ダイオード6、第2ダイオード5、および、スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ7bを囲む第1筐体310を有していてもよい。また、サブユニット41は、平滑用の第1コンデンサ7aを囲む第2筐体410を有していてもよい。
(ブラシレス同期発電機8)
図5に記載の例において、ブラシレス同期発電機8は、回転子(より具体的には、回転シャフト14)と、発電機本体10と、励磁機9と、永久磁石式発電機1とを備える。
図5に記載の例において、ブラシレス同期発電機8は、回転子(より具体的には、回転シャフト14)と、発電機本体10と、励磁機9と、永久磁石式発電機1とを備える。
図5に記載の例において、回転シャフト14は、原動機50の出力軸に機械的に連結されている。よって、ブラシレス同期発電機8は、原動機50の出力軸の回転エネルギを利用して発電を行うことができる。
発電機本体10は、回転シャフト14に配置される主機界磁巻線10aと、主機界磁巻線10aに対向配置される主機電機子巻線10bとを有する。主機電機子巻線10bは、固定子側に配置される。ブラシレス同期発電機8の発電機出力は、主機電機子巻線10bを介して、ブラシレス同期発電機8の外部に取り出される。
励磁機9は、回転シャフト14に配置される励磁機電機子巻線9aと、励磁機電機子巻線9aに対向配置される界磁巻線3とを有する。界磁巻線3は、固定子側に配置される。界磁巻線3には、ブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11から直流電流が供給される。また、界磁巻線3を流れる直流電流によって生成される磁界と、回転シャフト14の回転に伴って移動する励磁機電機子巻線9aとの間の電磁気的作用によって、励磁機電機子巻線9aに交流電流が生成される。生成された交流電流は、励磁機電機子巻線9aと主機界磁巻線10aとの間に配置される回転整流器によって直流電流に変換され、変換された直流電流が、主機界磁巻線10aに供給される。
永久磁石式発電機1は、回転シャフト14に配置される永久磁石1a(より具体的には、回転シャフト14の軸端部分に配置される永久磁石1a)と、永久磁石1aに対向配置される電機子巻線1bとを有する。電機子巻線1bは、固定子側に配置される。回転シャフト14の回転に伴って電機子巻線1bに交流電流が流れ、当該交流電流が、電機子巻線1bからブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器11のダイオードブリッジ整流器2に供給される。
本発明は上記実施形態または変形例に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、実施形態又は変形例は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、実施形態又は変形例における任意付加的な構成は、適宜省略可能である。
1…永久磁石式発電機、1a…永久磁石、1b…電機子巻線、2…ダイオードブリッジ整流器、3…界磁巻線、4…スイッチング素子、5…第2ダイオード、6…第1ダイオード、7…コンデンサ、7a…平滑用の第1コンデンサ、7b…スイッチングサージ吸収用の第2コンデンサ、8…ブラシレス同期発電機、9…励磁機、9a…励磁機電機子巻線、10…発電機本体、10a…主機界磁巻線、10b…主機電機子巻線、11…自動電圧調整器、11’…自動電圧調整器、12…コネクタ、12a…コネクタの第1部分、12b…コネクタの第2部分、13…ケーブル、13a…第1ケーブル、13b…第2ケーブル、14…回転シャフト、21…出力部、21a…電流入力部、21b…電流出力部、30…本体部分、31…本体ユニット、41…サブユニット、50…原動機、100…発電装置、100’…発電装置、310…第1筐体、410…第2筐体、L1…第1導線、L2…第2導線
Claims (5)
- ブラシレス同期発電機の回転子の回転によって発電を行う永久磁石式発電機の交流出力が入力され直流電圧を出力するダイオードブリッジ整流器と、
前記ダイオードブリッジ整流器の直流出力を入り切りするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に並列に接続される第1ダイオードと、
前記スイッチング素子に直列に接続される第2ダイオードと、
前記ダイオードブリッジ整流器からの出力電圧を平滑化する平滑用の第1コンデンサと、
平滑用の前記第1コンデンサと前記ダイオードブリッジ整流器の出力部との間に配置され、平滑用の前記第1コンデンサと前記ダイオードブリッジ整流器の前記出力部とを電気的に接続するケーブルと、
前記ダイオードブリッジ整流器の前記出力部に接続され、平滑用の前記第1コンデンサと比較して前記スイッチング素子の近傍に配置されるスイッチングサージ吸収用の第2コンデンサと
を具備する
ブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器。 - 前記ケーブルを介して前記ダイオードブリッジ整流器の前記出力部に接続される平滑用の前記第1コンデンサは、電解コンデンサであり、
平滑用の前記第1コンデンサと比較して前記スイッチング素子の近傍に配置されるスイッチングサージ吸収用の前記第2コンデンサは、フィルムコンデンサである
請求項1に記載のブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器。 - コネクタを更に具備し、
前記ケーブルは、前記コネクタを介して、平滑用の前記第1コンデンサと前記ダイオードブリッジ整流器の前記出力部とを電気的に接続する
請求項1または2に記載のブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器。 - 本体ユニットと、
前記本体ユニットに前記ケーブルを介して連結されるサブユニットと
を具備し、
前記本体ユニットには、前記ダイオードブリッジ整流器と、前記スイッチング素子と、前記第1ダイオードと、前記第2ダイオードと、スイッチングサージ吸収用の前記第2コンデンサとが配置され、
前記サブユニットには、平滑用の前記第1コンデンサが配置される
請求項1乃至3のいずれか一項に記載のブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載のブラシレス同期発電機用の自動電圧調整器と、
前記ブラシレス同期発電機と
を具備し、
前記ブラシレス同期発電機は、
回転シャフトと、
前記回転シャフトに配置される主機界磁巻線と、前記主機界磁巻線に対向配置される主機電機子巻線と、を有する発電機本体と、
前記回転シャフトに配置される励磁機電機子巻線と、前記励磁機電機子巻線に対向配置される界磁巻線と、を有する励磁機と、
前記回転シャフトに配置される永久磁石と、前記永久磁石に対向配置される電機子巻線と、を有する前記永久磁石式発電機と
を備え、
前記ダイオードブリッジ整流器には、前記永久磁石式発電機の前記電機子巻線から交流電流が供給され、
前記励磁機の前記界磁巻線には、前記自動電圧調整器から直流電流が供給される
発電装置。
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