JP3480295B2 - 磁石式交流発電機を用いた電源装置 - Google Patents
磁石式交流発電機を用いた電源装置Info
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Description
の出力で負荷に直流電力を供給する電源装置に関するも
のである。
いる電源装置として、内燃機関により駆動される磁石式
交流発電機の出力を整流回路を通して直流に変換するよ
うにしたものが多く採用されている。
に磁石発電機ともいう。)は、磁石界磁を有する回転子
と、電機子コイルを有する固定子とからなっていて、回
転子が内燃機関などの原動機に取り付けられ、回転子の
回転に伴って生じる磁束の変化により、電機子コイルに
交流電圧が誘起させられる。
きないため、従来は想定される最大の負荷を駆動し得る
ように設計されていた。従って、磁石発電機の出力を整
流して直流負荷に電力を供給するようにした電源装置で
は、軽負荷時に負荷に過大な電力が供給されることがな
いようにするために、磁石発電機の出力を短絡する出力
短絡用スイッチを設けて、負荷の端子電圧が設定値を超
えたとき、または負荷電流が設定値を超えたときに該出
力短絡用スイッチを導通させて磁石発電機の出力を短絡
することにより出力調整を行っていた。
とにより出力調整を行う方法をとると、出力調整時に出
力短絡用スイッチを通して大きな短絡電流が流れるた
め、該出力短絡用スイッチとして電流容量が大きい高価
なものを用いる必要があり好ましくなかった。
絡電流が流れるため、該スイッチで大きな損失が発生し
て発熱が多くなり、スイッチ素子を冷却するために大形
のヒートシンクが必要になって装置が大形化するという
問題があった。
ているように、磁石発電機の回転子側の磁極と固定子側
の磁極とを通して磁束を流す界磁調整用励磁コイルを固
定子側に設けるとともに、回転子の磁石界磁の構成を、
界磁調整用励磁コイルから磁束が与えられたときに増磁
するような構成として、大きな負荷を駆動する際に該界
磁調整用励磁コイルを励磁することにより、磁石発電機
の出力を増加させるようにした電源装置が提案された。
整用励磁コイルを設けて出力調整を行うようにした従来
の電源装置の構成を示したもので、この電源装置に用い
る磁石発電機1の回転子は、カップ状に形成された回転
子ヨークと、該回転子ヨークの周方向に並べられた状態
で該回転子ヨークの周壁部の内周に固定されて径方向に
同極性で着磁された複数の円弧状の永久磁石と、該複数
の永久磁石相互間に配置されて回転子ヨークの周壁部の
内周に固定された円弧状の強磁性体ブロックとを備えて
おり、各永久磁石及び強磁性体ブロックの内周面が回転
子側磁極を構成している。
磁極に対向する固定子側磁極を有する電機子鉄心と、該
電機子鉄心に巻装された3相の電機子コイル1u〜1w
と、励磁された際に回転子側磁極及び固定子側磁極を通
して界磁調整用磁束を流す界磁調整用励磁コイル5とを
備えている。
接続されたダイオードDu 〜Dw とダイオードDx 〜D
z とからなるダイオードブリッジ全波整流回路2を通し
てバッテリ3に印加され、バッテリ3の両端の電圧がス
イッチ6を通して界磁調整用励磁コイル5に印加されて
いる。
りスイッチ6を通して励磁電流が与えられたときに強磁
性体ブロックを通して磁束を流して回転子の磁石界磁を
増磁するようにその巻回方向が設定されている。
リ3に接続される負荷が軽いときには、スイッチ6を開
いて界磁調整用励磁コイル5を非励磁とすることにより
回転子の磁石界磁を弱めて発電機の出力が過大にならな
いようにする。またヘッドランプを点灯する夜間のよう
に、バッテリ3に接続される負荷が重いときには、スイ
ッチ6を閉じて界磁調整用励磁コイル5を励磁すること
により、磁石界磁を増磁して磁石発電機の出力を増加さ
せる。
置では、スイッチ6が閉じられたときに界磁調整用励磁
コイル5に供給される励磁電流がバッテリ3の端子電圧
により決まるため、負荷の種々の大きさに応じて磁石発
電機の出力を細かく調整することができないという問題
があった。
に、負荷電流または負荷電圧を検出する検出回路と、該
検出回路から得られる検出信号に応じて界磁調整用励磁
コイルに流れる励磁電流の大きさを調整する励磁電流調
整回路とを備えた制御回路を設けて、負荷の状態に応じ
て界磁調整用励磁コイルの励磁電流の大きさを制御する
ことが考えられるが、励磁電流の大きさを制御する制御
回路を設けると装置の構成が複雑になるのを避けられな
い。
た電源装置において、装置の構成を複雑にすることな
く、磁石発電機の出力を負荷の状態に応じて適確に制御
することができるようにすることにある。
電機の出力を整流して負荷に直流電力を供給する電源装
置に適用される。
部とを有するほぼカップ状の形状に形成されて底壁部の
中央に回転軸取付け用のボス部が設けられた回転子ヨー
クと該回転子ヨークの周方向に並べられた状態で該回転
子ヨークの周壁部の内周に固定されて径方向に同極性で
着磁された複数の円弧状の永久磁石と該複数の永久磁石
相互間に配置されて回転子ヨークの周壁部の内周に固定
された円弧状の強磁性体ブロックとを備えて各永久磁石
及び強磁性体ブロックの内周面が回転子側磁極を構成し
ている回転子と、回転子側磁極に対向する固定子側磁極
を有する電機子鉄心と該電機子鉄心に巻装された電機子
コイルと励磁された際に回転子側磁極及び固定子側磁極
を通して界磁調整用磁束を流す界磁調整用励磁コイルと
を有する固定子とを備えた磁石式交流発電機と、該磁石
式交流発電機の出力を整流して負荷に供給する整流回路
とを備えている。
を、整流回路から負荷を通して流れる直流負荷電流の通
路の途中に挿入して、該直流負荷電流により界磁調整用
励磁コイルを励磁する。また、界磁調整用励磁コイルが
励磁されて界磁調整用磁束が発生したときに強磁性体ブ
ロックを通して流れる磁束が増加または減少するよう
に、界磁調整用励磁コイルの巻方向を設定しておく。
荷電流で励磁して、磁石発電機の回転子に設けた強磁性
体ブロックを通して流れる磁束を負荷電流に応じて増加
または減少させるようにすると、負荷電流に応じて磁石
発電機の磁石界磁を増磁または減磁することができるた
め、負荷電流の増減に伴って磁石発電機の出力を増加ま
たは減少させることができる。従って、界磁調整用励磁
コイルが非励磁の状態にあるときの磁石発電機の出力
と、界磁調整用励磁コイルの巻数とを適当に設定するこ
とにより、特別な制御回路を設けることなく負荷の大小
に応じて磁石発電機の出力を増減させて、磁石発電機の
出力を負荷に見合った大きさに調整することができる。
また、磁石発電機を短絡して出力調整を行う必要がない
ため、損失を少なくして発電効率を高めることができ
る。
の変化に伴って磁石発電機の出力を連続的に変化させる
ことができるため、負荷の大小に応じて発電機の出力を
きめ細かく調整することができる。
磁することにより、磁石界磁を負荷電流に応じて増磁す
る構成をとると、直流電動機を電源装置の負荷として駆
動する場合や、整流回路の直流出力端子間に負荷が過電
流保護装置を介して接続される場合に、以下に示す利点
を得ることができる。
ると回転速度が低下するが、上記の電源装置により直流
電動機を駆動すると、電動機の負荷が重くなったとき
に、該電動機の電機子電流の増大に伴って界磁調整用励
磁コイルの励磁電流が増大するため、磁石発電機の磁石
界磁が増磁されて該発電機の出力が増加する。これによ
り電動機に加えられる電力が増加するため、電動機の出
力トルクが増大し、その回転速度の低下が抑制される。
従って、上記の電源装置により直流電動機を駆動する
と、電動機の負荷の如何に係わりなく、ほぼ一定の回転
速度で電動機を運転することができる。
や遮断器(ブレーカ)などの過電流保護装置を介して負
荷が接続される場合に、上記のように負荷電流により界
磁調整用励磁コイルを励磁して磁石界磁を増磁する構成
をとると、負荷電流が過大になって過電流保護装置が遮
断した場合に、磁石界磁が弱められて(増磁されなくな
って)磁石発電機の出力が低下するため、整流回路の直
流出力端子間に高い電圧が現れるのを防ぐことができ
る。従って、例えば、整流回路の直流出力端子間に電圧
計などの高抵抗を有する機器が接続されている場合に、
該機器が過電圧により破壊するのを防ぐことができる。
を励磁して磁石界磁を増磁するようにした場合、強磁性
体ブロックを流れる磁束は無限に増加することはなく、
あるところで飽和する。また磁石発電機の出力は電機子
反作用の影響を受けてその増大が抑制される。従って、
上記のように、負荷電流の大きさに応じて磁石界磁を増
磁する構成をとっても、磁石発電機の出力が無限に増加
することはなく、発電機の出力は適当な大きさまで増加
したところで飽和する。
用励磁コイルを励磁することにより、磁石界磁を負荷電
流に応じて減磁する構成をとると、負荷電流が増加した
ときに磁石界磁の減磁量が増大して磁石発電機の出力が
抑えられ、負荷電流が減少したときに磁石界磁の減磁量
が減少して(磁石界磁が増磁して)磁石発電機の出力が
増加するため、負荷変動に対して負荷電流を一定に保つ
効果を得ることができる。
流が増加すると、その電機子反作用の増大により界磁電
流が減少し、逆に負荷電流が減少すると、電機子反作用
の減少により界磁電流が減少するため、負荷電流の如何
に係わりなく界磁力を一定に保って発電機を安定に運転
するためには、負荷電流に応じて界磁電流を制御するた
めの制御回路を必要とするが、本発明に係わる電源装置
を用いて界磁コイルに電流を供給するようにすれば、特
別な制御回路を用いることなく、界磁電流を一定に保つ
ことができる。
整用励磁コイルを励磁して磁石界磁を負荷電流に応じて
減磁する構成をとると、通電により発熱を生じる抵抗負
荷(白熱電球や電気ヒータなど)を駆動する場合に、温
度が低く抵抗値が小さい状態にある負荷に大きな突入電
流が流れるのを防ぐことができるため、大きな突入電流
により負荷が焼損するのを防ぐことができる。
を負荷電流で励磁して磁石界磁を減磁するようにした場
合、磁石発電機の起動時にいきなり磁石界磁が大きく減
磁されることはなく、磁石界磁の減磁量は、負荷電流の
増大に伴って一定の割合で徐々に増加していくため、上
記のように負荷電流で界磁調整用励磁コイルを励磁して
磁石界磁を減磁する構成をとっても、磁石発電機の出力
の立ち上りが妨げられることはなく、磁石発電機の運転
はなんら支障なく行われる。
じて、界磁調整用励磁コイルを流れる負荷電流の向きを
切り換える構成をとることにより、負荷電流または負荷
の端子電圧に応じて磁石発電機の出力を最適に制御する
ようにすることもできる。
ば、整流回路から負荷を通して流れる負荷電流の通電回
路と界磁調整用励磁コイルとの間を接続するように設け
られて、負荷電流を界磁調整用励磁コイルの一端側から
他端側に流すように負荷電流の通電回路と界磁調整用励
磁コイルとを直列に接続する第1の状態と、負荷電流を
界磁調整用励磁コイルの他端側から一端側に流すように
上記通電回路と界磁調整用励磁コイルとを直列に接続す
る第2の状態とに切り換わる制御可能な切換スイッチ回
路と、負荷を流れる負荷電流または該負荷の端子電圧に
応じて切換スイッチ回路の状態を切り換えるスイッチ制
御回路とを設ければよい。
スイッチ回路が第1の状態にあるときに強磁性体ブロッ
クを通して流れる磁束を増加させる方向の界磁調整用磁
束を発生し、切換スイッチ回路が第2の状態にあるとき
に強磁性体ブロックを通して流れる磁束を減少させる方
向の界磁調整用磁束を発生するようにその巻方向を設定
する。またスイッチ制御回路は、負荷電流または負荷の
端子電圧が設定値以下のときに切換スイッチ回路を第1
の状態にし、負荷電流または負荷の端子電圧が設定値を
超えたときに切換スイッチ回路を第2の状態にするよう
に、切換スイッチ回路を制御する。
制御回路とを設けると、定常時には負荷電流の増大に応
じて磁石界磁を増磁して負荷に充分な電力を供給し、負
荷電流が過大になったとき、または負荷の端子電圧が過
大になったときに磁石界磁を減磁して磁石発電機の出力
を抑制することにより負荷を保護することができる。例
えば直流電動機を駆動する場合に上記の構成をとると、
定常時には負荷電流により磁石界磁を増磁する側に切換
スイッチ回路を切り換えて電動機の出力トルクの変動に
対応できるようにし、電動機に過大な負荷トルクがかか
ったときに、電動機の損傷を防ぐために磁石界磁を減磁
する側に切換スイッチ回路を切り換えて電動機に加わる
機械的衝撃を和らげるようにすることができる。
構成例を示したもので、同図において1は磁石式交流発
電機、2はダイオードブリッジ全波整流回路からなる整
流回路、3はバッテリであり、これらは図12に示した
従来の電源装置と同様に構成されている。図示してない
が、バッテリ3にはランプや、内燃機関用点火装置など
の負荷が接続されている。
磁コイル5が設けられ、該励磁コイル5が励磁された際
に回転子側の磁極と固定子側の磁極とを通して界磁調整
用磁束が流れるようになっている。
ル5の一端及び他端がそれぞれバッテリ3の負極端子及
び整流回路2の負極側出力端子に接続されて、界磁調整
用励磁コイル5が負荷電流そのものにより励磁されるよ
うに、負荷電流の通電回路の途中に挿入されている。
荷電流により励磁されたときに回転子側の磁極と固定子
側の磁極とを通して流れる磁束により回転子の磁石界磁
が増磁されるように、界磁調整用励磁コイル5の巻方向
が設定されている。
は、例えば図2及び図3に示すように構成される。図2
及び図3に示した磁石発電機は、回転子側を2n極(図
示の例ではn=6)、固定子側を3n極に構成して、隣
り合う2個の回転子側磁極に周方向に連続して並ぶ3つ
の固定子側磁極を対向せることにより、3相交流出力を
得るもので、図2及び図3において10は回転子、11
は固定子である。
bとを有するほぼカップ状の形状に形成されて底壁部1
2bの中央に回転軸取付け用のボス部12c1が設けられ
た鉄製の回転子ヨーク12と、回転子ヨーク12の周方
向に等角度間隔で並べられた状態で該回転子ヨークの周
壁部の内周に固定されて径方向に同極性で着磁されたn
個(図示の例ではn=6)の円弧状の永久磁石M1 ,M
2 ,…,M6 と、該複数の永久磁石相互間に配置されて
回転子ヨーク12の周壁部の内周に固定されたn個の円
弧状の強磁性体ブロックm1 ,m2 ,…,m6 とからな
っている。この回転子においては、永久磁石M1 〜M6
と強磁性体ブロックm1 〜m6 とが12極の磁石界磁を
構成しており、永久磁石M1 〜M6 の内周面及び強磁性
体ブロックm1 〜m6 の内周面が回転子側磁極を構成し
ている。
及び底壁部12bからなるヨーク本体と、該ヨーク本体
の底壁部に取り付けられボス部材12cとからなってい
る。ヨーク本体は、鉄板をカップ状に絞り加工したもの
からなっていて、底壁部12bの中央部に孔12b1が形
成されている。ボス部材12cは、円筒状のボス部12
c1と、該ボス部の軸線方向の一端側に設けられたフラン
ジ部12c2とからなっていて、ボス部12c1が回転子ヨ
ーク12の底壁部12bの中央に設けられた孔12b1を
通して周壁部12aの内側に挿入されて該周壁部と同心
的に配置され、フランジ部12c2が回転子ヨークの底壁
部12bにリベット止めされている。ボス部12c1の内
側にはテーパが付けられた軸嵌合孔が形成され、該軸嵌
合孔に図示しない内燃機関の回転軸の先端に設けられた
テーパ部を嵌合させることにより、回転子ヨーク12を
機関の回転軸に取り付けるようになっている。図示の例
では、回転子ヨーク12が、その開口部を機関のケース
と反対側に向けた状態で機関の回転軸に取り付けられる
ように、ボス部12c1の内側の軸嵌合孔のテーパの向き
が設定されている。
て回転子ヨーク12の周壁部12aの内周に等角度間隔
で配置されて接着により周壁部12aに固定されてい
る。図示の例では、各永久磁石の外周面及び内周面にそ
れぞれN極及びS極が現れるように各永久磁石が回転子
ヨーク12の径方向に同極性で着磁されている。
形成された鉄片からなっていて、永久磁石M1 〜M6 と
同様に接着などにより回転子ヨーク12の周壁部12a
に固定され、各強磁性体ブロックの内周面に隣接の永久
磁石の内周側の磁極(図示の例ではS極)と反対極性の
磁極(N極)が現れるようになっている。
子鉄心に巻装された電機子コイル1u〜1wと、電機子
鉄心15に対して固定された界磁調整用励磁コイル5と
からなっている。
部15aの外周部から3n個(図示の例では18個)の
歯部T1 ,T2 ,…,T18を放射状に突出させた構造を
有する星形環状鉄心で、この例では、連続して並ぶ3つ
の歯部を1組の歯部群として、合計6組の歯部群(T1
〜T3 ),(T4 〜T6 ),…,(T16〜T18)が構成
され、各歯部群を構成する3つの歯部にそれぞれU相な
いしW相の単位電機子コイル1u´〜1w´が集中巻き
されている。そして、発電機の使用目的に応じて各相の
単位電機子コイルが直列、並列または直並列に接続され
て各相の電機子コイルが構成され、3相の単位電機子コ
イルが星形結線または三角結線(図示の例では星形結
線)されて、3相の電機子コイルから出力端子が導出さ
れる。
部側を覆う図示しないカバーの内側に取り付けられて、
回転子10の内側に該回転子と同心的に配置され、電機
子鉄心15の各歯部の先端に形成された固定子側磁極部
が回転子10側の磁極に所定のギャップを介して対向さ
せられる。
外周をギャップを介して取り囲むように形成された環状
のボビン17に巻回されている。励磁コイル5が巻回さ
れたボビン17は、電機子鉄心15の継鉄部15aの軸
線方向の一端側に形成された環状の凹部15cに嵌合さ
れた状態で電機子鉄心に対して固定されて、ボス部12
c1の外周を同心的に取り囲むように配置される。
て、回転子10が回転すると、固定子11の電機子コイ
ル1u〜1wをそれぞれ構成する単位電機子コイルに鎖
交する磁束が交番するため、電機子コイル1u〜1wに
3相の交流電圧が誘起する。
圧は整流回路2により整流されてバッテリ3に供給さ
れ、これによりバッテリ3が充電される。バッテリ3の
充電電流により界磁調整用励磁コイル5が励磁されて回
転子の磁石界磁が増磁されるため、バッテリの充電電流
が増加したときには、磁石発電機の出力が上昇し、充電
電流が減少したときには磁石発電機の出力が低下する。
バッテリの充電が完了して充電電流が零になると、界磁
調整用励磁コイルが非励磁の状態になるため、磁石発電
機の出力はその時の回転数における最低値まで低下す
る。
転子側を2n極(n=1,2,…)、固定子側を3n極
に構成して、固定子側の各突極部に単位電機子コイルを
集中巻きしているが、本発明は必ずしもこのような構成
に限られるものではない。
る他の磁石発電機の構成例を示したもので、図4及び図
5において10は回転子、11は固定子である。この例
では、回転子10が4つの永久磁石M1 〜M4 と4つの
強磁性体ブロックm1 〜m4とにより8極に構成されて
いる。また電機子鉄心15として外周部に24個の歯部
(固定子側磁極)T1 ,T2 ,…,T24とスロットSL
1 ,SL2 ,…,SL24とを有する環状鉄心が用いられ
ている。U,V,W相の3相の電機子コイルを構成する
単位電機子コイルはそれぞれ3つの歯部に跨って巻回さ
れた第1の単位コイル1u1´,1v1´,1w1´と、該第
1の単位コイルが跨る3つの歯部に隣接する他の3つの
歯部に跨るように巻回された第2の単位コイル1u2´,
1v2´,1w2´とを直列に接続したものからなってい
る。ここで第1の単位コイルと第2の単位コイルとはそ
れぞれの巻方向を異ならせて巻回されており、隣接相の
単位電機子コイルもそれぞれの巻方向を異ならせて巻回
されている。
点鎖線は、それぞれ電機子鉄心15に設けられた歯部の
中心位置を示しており、これらの一点鎖線のうち、回転
子10の外周よりも外側に突出するように長く表示され
た8個の一点鎖線はそれぞれ回転子の磁極の中心を示し
ている。
にとって、図4及び図5の磁石発電機の巻線構成を示し
たもので、この例では、3つの歯部T1 〜T3 に跨るよ
うにスロットSL1 とSL4 とを通して第1の単位コイ
ル1u1´が巻回され、3つの歯部T1 〜T3 の片側(回
転子の回転方向に対して遅れ側)に隣接する3つの歯部
T4 〜T6 に跨るようにスロットSL4 とSL7 とを通
して第2の単位コイル1u2´が、その巻方向を第1の単
位コイル1u1´と異ならせて巻回されている。第1の単
位コイル1u1´と第2の単位コイル1u2´とは渡り線を
介して直列に接続され、これら第1及び第2の単位コイ
ル1u1´及び1u2´によりU相の単位電機子コイル1u
´が構成されている。
子コイルは、歯部T2 〜T4 に跨るようにスロットSL
2 とSL5 とを通してU相の第1の単位コイル1u1´と
逆方向に巻回された第1の単位コイル1v1´と、歯部T
5 〜T7 に跨るようにスロットSL5 とSL8 とを通し
て第1の単位コイル1v1´と逆方向に巻回された第2の
単位コイル1v2´とを直列に接続することにより構成さ
れる。
〜T5 に跨るようにスロットSL3とSL6 とを通して
V相の第1の単位コイル1v1´と逆方向に巻回された第
1の単位コイル1w1´と、歯部T6 〜T8 に跨るように
スロットSL6 とSL9 とを通して第1の単位コイル1
w1´と逆方向に巻回された第2の単位コイル1w2´とを
直列に接続することにより構成される。
て、界磁調整用励磁コイル5は、図2及び図3に示した
磁石発電機と同様に、環状のボビン17に巻回されて、
電機子鉄心15に設けられた凹部15c内に嵌合保持さ
れている。
して該バッテリに充電電流を供給する場合を例にとった
が、バッテリ以外の直流負荷に電力を供給する場合にも
本発明を適用できるのはもちろんである。
0を駆動する場合にも本発明を適用することができる。
直流電動機20はその負荷が重くなると回転速度が低下
するが、該電動機を本発明に係わる電源装置により駆動
するようにすると、電動機20の負荷が重くなったとき
に、該電動機20の電機子電流の増大に伴って界磁調整
用励磁コイル5の励磁電流が増大するため、磁石発電機
1の磁石界磁が増磁されて該発電機の出力が増加する。
これにより電動機に加えられる電力が増加するため、電
動機20の出力トルクが増大し、その回転速度の低下が
抑制される。従って、電動機20をその負荷の如何に係
わりなく、ほぼ一定の回転速度で運転することができ
る。
磁して磁石界磁を増磁する構成をとると、図8に示すよ
うに、整流回路2の直流出力端子間にヒューズやブレー
カ等の過電流保護手段(図示の例ではヒューズ)21を
介して負荷22が接続され、整流回路2の直流出力端子
間に電圧計23が接続される場合に、該電圧計を過電圧
から保護する効果を得ることができる。すなわち、図8
のように構成すると、負荷電流が過大になって過電流保
護装置21が遮断した場合に、磁石発電機1の磁石界磁
が弱められて(増磁されなくなって)磁石発電機の出力
が低下するため、整流回路2の直流出力端子間に高い電
圧が現れるのを防ぐことができる。従って、整流回路2
の直流出力端子間に接続された電圧計23が過電圧によ
り破壊するのを防ぐことができる。図8において、電圧
計23に代えて高抵抗を有する他の機器が接続される場
合にも同様の効果を得ることができる。
負荷電流により励磁されて界磁調整用磁束が発生したと
きに、強磁性体ブロックを通して流れる磁束が増加する
ように界磁調整用励磁コイルの巻方向を設定したが、駆
動する負荷によっては、界磁調整用励磁コイルが励磁さ
れて界磁調整用磁束が発生したときに強磁性体ブロック
を通して流れる磁束が減少するように(磁石界磁を減磁
するように)界磁調整用励磁コイル5の巻方向を設定す
るようにしてもよい。
に界磁調整用励磁コイル5の巻方向を設定することによ
り、有利な効果が得られる例を図9及び図10に示し
た。
力端子間に他励式直流発電機24の界磁コイル24aを
接続している。直流発電機24の電機子24bの出力端
子間には負荷25が接続されている。
して負荷電流が増加すると、その電機子反作用の増大に
より界磁コイル24aを流れる界磁電流が減少し、負荷
電流が減少すると、電機子反作用の減少により界磁電流
が増加する。従って、負荷電流の如何に係わりなく界磁
力を一定に保って発電機を安定に運転するためには、負
荷電流に応じて界磁電流を制御することが必要になる
が、本発明に係わる電源装置を用いれば、特別な制御回
路を設けることなく、界磁電流をほぼ一定に保つことが
できる。
ル5を励磁することにより、磁石界磁を負荷電流に応じ
て減磁する構成をとった本発明の電源装置から他励式の
直流発電機24の界磁コイル24aに励磁電流を供給す
るようにすると、直流発電機24の負荷の増大に伴う電
機子電流の増加により電機子反作用が大きくなって界磁
電流が減少したときに、磁石発電機1の磁石界磁の減磁
量が少なくなって磁石発電機の出力が増加するため、他
励式直流発電機の励磁電流が増加する。また直流発電機
24の負荷の減少により電機子反作用が小さくなって界
磁電流が増加したときには、磁石発電機1の磁石界磁の
減磁量が多くなって磁石発電機の出力が低下するため、
直流発電機24の励磁電流が減少する。このようにし
て、励磁式直流発電機24の出力の変動に対してその界
磁コイルに流れる電流が自動的に一定に保たれるため、
該直流発電機の界磁力を一定に保って安定した運転を行
わせることができる。
出力端子間に白熱電球26が接続されている。白熱電球
26を負荷とする場合、点灯前の状態では、フィラメン
トの抵抗値が低いため、点灯直後に大きな突入電流が流
れ、点灯後その温度上昇により抵抗値が増大するにつれ
て負荷電流が減少して一定値に落ち着く。電球の寿命を
長くするためには、その点灯直後に流れる突入電流を抑
制することが望ましい。負荷電流で界磁調整用励磁コイ
ルを励磁して磁石界磁を減磁する構成をとった本発明の
電源装置により電球を点灯させるようにすると、電球の
点灯直後に大きな突入電流が流れようとしたときに、磁
石界磁が減磁されて磁石発電機の出力が抑制されるた
め、大きな突入電流が流れるのを防止することができ
る。また電球26の点灯後その抵抗値の増加に伴って電
流が減少しようとすると、磁石界磁の減磁量が少なくな
って磁石発電機1の出力が増加するため、電球を流れる
電流の減少が抑えられる。従って、電球26の点灯直後
から定常状態に落ち着くまで電球を流れる電流をほぼ一
定の範囲に保つことができ、過大な突入電流が流れるの
を防いで電球の寿命を延ばすことができる。電球に限ら
ず、電気ヒータなどの発熱を伴う負荷を駆動する場合に
も同様の効果を得ることができる本発明においてはま
た、負荷側の状態に応じて、界磁調整用励磁コイル5を
流れる負荷電流の向きを切り換える構成をとることによ
り、負荷電流または負荷の端子電圧に応じて磁石発電機
の出力を最適に制御するようにすることもできる。図1
1は、このような制御を行わせる場合に用いる回路の構
成例を示したもので、同図において30は切換スイッチ
回路、31はスイッチ制御回路である。切換スイッチ回
路30は、整流回路2から負荷を通して流れる負荷電流
の通電回路と界磁調整用励磁コイル5との間を接続する
ように設けられて、負荷電流を界磁調整用励磁コイル5
の一端5a側から他端5b側に流すように負荷電流の通
電回路と界磁調整用励磁コイル5とを直列に接続する第
1の状態と、負荷電流を界磁調整用励磁コイル5の他端
5b側から一端5a側に流すように負荷電流の通電回路
と界磁調整用励磁コイル5とを直列に接続する第2の状
態とに切り換わるスイッチ回路で、図示の切換スイッチ
回路30は、ソースが共通接続された第1及び第2のM
OSFET F1 及びF2 と、ドレインが共通接続され
るとともにソースが第1及び第2のMOSFET F1
及びF2 のドレインに接続された第3及び第4のMOS
FET F3 及びF4 とからなるMOSFETのブリッ
ジ回路からなっている。図示の例では、第1及び第2の
MOSFET F1 及びF2 のソースの共通接続点が整
流回路2の負極側の直流出力端子に接続されている。ま
た整流回路2の正極側の直流出力端子に直流電動機20
の一方の電源端子が接続され、切換スイッチ回路30の
第3及び第4のMOSFET F3 及びF4 のドレイン
の共通接続点に電流検出用の小抵抗r1 を介して電動機
20の他方の電源端子が接続されている。図示の例で
は、MOSFETのブリッジ回路の対角にあるMOSF
ET F1 及びF4 が導通している状態が第1の状態で
あり、対角にある他のMOSFET F2 及びF3 が導
通している状態が第2の状態である。
の電圧から負荷電流を検出して、該負荷電流が設定値以
下のときに切換スイッチ回路30を第1の状態(FET
F1 及びF4 が導通しFET F3 及びF4 が遮断し
ている状態)にし、負荷電流が設定値を超えたときに切
換スイッチ回路30を第2の状態(FET F2 及びF
3 が導通しFET F1 及びF4 が遮断している状態)
にするように、切換スイッチ回路30を制御する。
イッチ制御回路31とを設けて、負荷の両端の電圧また
は負荷電流に応じて、負荷電流の向きを切り換えるよう
に構成すると、定常時には負荷電流の増大に応じて磁石
界磁を増磁して負荷に充分な電力を供給し、負荷電流が
過大になったとき、または負荷の端子電圧が過大になっ
たときに磁石界磁を減磁して磁石発電機の出力を抑制す
ることにより負荷を保護することができる。図示のよう
に直流電動機20を駆動する場合には、定常時に負荷電
流により磁石界磁を増磁する側に切換スイッチ回路30
を切り換えて電動機20の出力トルクの変動に対応でき
るようにし、電動機20に過大な負荷トルクがかかった
ときに、電動機の損傷を防ぐために磁石界磁を減磁する
側に切換スイッチ回路30を切り換えてして電動機に加
わる機械的衝撃を和らげるようにすることができる。
整用励磁コイルを負荷電流の通路に挿入して、該励磁コ
イルを負荷電流そのものにより励磁することにより磁石
界磁を増磁または減磁するようにしたので、負荷電流の
増減に伴って磁石発電機の出力を増加または減少させる
ことができる。従って、界磁調整用励磁コイルが非励磁
の状態にあるときの磁石発電機の出力と、界磁調整用励
磁コイルの巻数とを適当に設定することにより、特別な
制御回路を設けることなく負荷の大小に応じて磁石発電
機の出力を増減させて、磁石発電機の出力を負荷に見合
った大きさに調整することができる。
て出力調整を行う必要がないため、損失を少なくして発
電効率を高めることができる。
伴って磁石発電機の出力を連続的に変化させることがで
きるため、負荷の大小に応じて発電機の出力をきめ細か
く調整することができる。
ともに示した回路図である。
示した構成図である。
例を示した構成図である。
説明するための説明図である。
異なる負荷を接続した状態を示した回路図である。
異なる更に他の負荷を接続した状態を示した回路図であ
る。
荷とともに示した回路図である。
状態を示した回路図である。
た回路図である。
る。
Claims (7)
- 【請求項1】 周壁部と底壁部とを有するほぼカップ状
の形状に形成されて底壁部の中央に回転軸取付け用のボ
ス部が設けられた回転子ヨークと該回転子ヨークの周方
向に並べられた状態で該回転子ヨークの周壁部の内周に
固定されて径方向に同極性で着磁された複数の円弧状の
永久磁石と該複数の永久磁石相互間に配置されて前記回
転子ヨークの周壁部の内周に固定された円弧状の強磁性
体ブロックとを備えて各永久磁石及び強磁性体ブロック
の内周面が回転子側磁極を構成している回転子と、前記
回転子側磁極に対向する固定子側磁極を有する電機子鉄
心と該電機子鉄心に巻装された電機子コイルと励磁され
た際に前記回転子側磁極及び固定子側磁極を通して界磁
調整用磁束を流す界磁調整用励磁コイルとを有する固定
子とを備えた磁石式交流発電機と、 前記磁石式交流発電機の出力を整流して負荷に供給する
整流回路とを具備し、 前記界磁調整用励磁コイルは、前記整流回路から前記負
荷を通して流れる直流負荷電流により励磁されるように
負荷電流の通路の途中に挿入され、 前記界磁調整用励磁コイルが励磁されて界磁調整用磁束
が発生したときに前記強磁性体ブロックを通して流れる
磁束が増加するように前記界磁調整用励磁コイルの巻方
向が設定されていることを特徴とする磁石式交流発電機
を用いた電源装置。 - 【請求項2】 前記負荷は、直流電動機である請求項1
に記載の磁石式交流発電機を用いた電源装置。 - 【請求項3】 前記負荷は、前記整流回路の直流出力端
子間にヒューズまたは遮断器からなる過電流保護装置を
介して接続される請求項1に記載の磁石式交流発電機を
用いた電源装置。 - 【請求項4】 周壁部と底壁部とを有するほぼカップ状
の形状に形成されて底壁部の中央に回転軸取付け用のボ
ス部が設けられた回転子ヨークと該回転子ヨークの周方
向に並べられた状態で該回転子ヨークの周壁部の内周に
固定されて径方向に同極性で着磁された複数の円弧状の
永久磁石と該複数の永久磁石相互間に配置されて前記回
転子ヨークの周壁部の内周に固定された円弧状の強磁性
体ブロックとを備えて各永久磁石及び強磁性体ブロック
の内周面が回転子側磁極を構成している回転子と、前記
回転子側磁極に対向する固定子側磁極を有する電機子鉄
心と該電機子鉄心に巻装された電機子コイルと励磁され
た際に前記回転子側磁極及び固定子側磁極を通して界磁
調整用磁束を流す界磁調整用励磁コイルとを有する固定
子とを備えた磁石式交流発電機と、 前記磁石式交流発電機の出力を整流して負荷に供給する
整流回路とを具備し、 前記界磁調整用励磁コイルは、前記整流回路から前記負
荷を通して流れる直流負荷電流により励磁されるように
負荷電流の通路の途中に挿入され、 前記界磁調整用励磁コイルが励磁されて界磁調整用磁束
が発生したときに前記強磁性体ブロックを通して流れる
磁束が減少するように前記界磁調整用励磁コイルの巻方
向が設定されていることを特徴とする磁石式交流発電機
を用いた電源装置。 - 【請求項5】 前記負荷は、他励式の直流発電機の界磁
コイルである請求項4に記載の磁石式交流発電機を用い
た電源装置。 - 【請求項6】 前記負荷は、負荷電流の通電により発熱
を生じる抵抗負荷である請求項4に記載の磁石式交流発
電機を用いた電源装置。 - 【請求項7】 周壁部と底壁部とを有するほぼカップ状
の形状に形成されて底壁部の中央に回転軸取付け用のボ
ス部が設けられた回転子ヨークと該回転子ヨークの周方
向に並べられた状態で該回転子ヨークの周壁部の内周に
固定されて径方向に同極性で着磁された複数の円弧状の
永久磁石と該複数の永久磁石相互間に配置されて前記回
転子ヨークの周壁部の内周に固定された円弧状の強磁性
体ブロックとを備えて各永久磁石及び強磁性体ブロック
の内周面が回転子側磁極を構成している回転子と、前記
回転子側磁極に対向する固定子側磁極を有する電機子鉄
心と該電機子鉄心に巻装された電機子コイルと励磁され
た際に前記回転子側磁極及び固定子側磁極を通して界磁
調整用磁束を流す界磁調整用励磁コイルとを有する固定
子とを備えた磁石式交流発電機と、 前記磁石式交流発電機の出力を整流して負荷に供給する
整流回路と、 前記整流回路から前記負荷を通して流れる負荷電流の通
電回路と前記界磁調整用励磁コイルとの間を接続するよ
うに設けられて、前記負荷電流を前記界磁調整用励磁コ
イルの一端側から他端側に流すように前記通電回路と界
磁調整用励磁コイルとを直列接続する第1の状態と前記
負荷電流を前記界磁調整用励磁コイルの他端側から一端
側に流すように前記通電回路と界磁調整用励磁コイルと
を直列接続する第2の状態とに切り換わる制御可能な切
換スイッチ回路と、 前記負荷を流れる負荷電流または該負荷の端子電圧に応
じて前記切換スイッチ回路の状態を切り換えるスイッチ
制御回路とを具備し、 前記界磁調整用励磁コイルは、前記切換スイッチ回路が
前記第1の状態にあるときに前記強磁性体ブロックを通
して流れる磁束を増加させる方向の界磁調整用磁束を発
生し、前記切換スイッチ回路が前記第2の状態にあると
きに前記強磁性体ブロックを通して流れる磁束を減少さ
せる方向の界磁調整用磁束を発生するようにその巻方向
が設定され、 前記スイッチ制御回路は、前記負荷電流または負荷の端
子電圧が設定値以下のときに前記切換スイッチ回路を第
1の状態にし、前記負荷電流または負荷の端子電圧が設
定値を超えたときに前記切換スイッチ回路を第2の状態
にするように前記切換スイッチ回路を制御することを特
徴とする磁石式交流発電機を用いた電源装置。
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---|---|---|---|
JP03142298A JP3480295B2 (ja) | 1998-02-13 | 1998-02-13 | 磁石式交流発電機を用いた電源装置 |
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US09/482,593 US6160384A (en) | 1998-01-20 | 2000-01-13 | Magneto-equipped power device |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03142298A JP3480295B2 (ja) | 1998-02-13 | 1998-02-13 | 磁石式交流発電機を用いた電源装置 |
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JPH11234992A JPH11234992A (ja) | 1999-08-27 |
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ID=12330823
Family Applications (1)
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JP03142298A Expired - Fee Related JP3480295B2 (ja) | 1998-01-20 | 1998-02-13 | 磁石式交流発電機を用いた電源装置 |
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1998
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