JP4767435B2

JP4767435B2 - 発電機

Info

Publication number: JP4767435B2
Application number: JP2001140179A
Authority: JP
Inventors: 忠後藤; 学鷲津; 克明田中
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2021-05-10
Also published as: JP2002335696A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、星形結線した三相交流発電機に関し、特に三相電力のみの使用と三相電力及び単相３線電力の同時使用とを可能にした発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工事現場などで使用される可搬式の発電機などには、稼働させる機器や装置などによる異なる負荷に対応すべく、例えば２００Ｖと４００Ｖとの２段階に発電電圧を切替え可能としたものがある。図１３は、発電機に使用される電機子コイルの結線図を示したものである。この発電機は、三相電力の電圧を切り替えられるようにしたものであり、具体的には、図示するようにＵ相、Ｖ相、Ｗ相とも二つずつの電機子コイル１０１〜１０６によって構成し、不図示の切替端子板で図１３（ａ）と図１３（ｂ）とに切り替えられるようにしたものである。そのため、各相で電機子コイル１０１〜１０６が、図１３（ａ）に示すように直列接続すれば高電圧（例えば４００Ｖ）の三相電力が得られ、端子の接続を切り替えて図１３（ｂ）に示すように並列接続すれば低電圧（例えば２００Ｖ）の三相電力が得られる。
【０００３】
一方、こうした三相電力の切り替えの他、三相電力と単相３線電力とを切り替えるようにしたものがある。図１４は、そうした発電機に使用される電機子コイルの結線図を示したものである。これはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子コイル２０１〜２０４のうちＶ相だけ２分割して構成し、不図示の切替端子板で図１４（ａ）と図１４（ｂ）とに切り替えられるようにしたものである。そのため、図１４（ａ）に示すように電機子コイル２０２，２０３を直列接続すれば三相電力（例えば２００Ｖ）が得られ、端子の接続を切り替えて図１４（ｂ）に示すようにＶ相の電機子コイル２０３を中性点に対して逆向きに接続すれば、単相３線電力（例えば１００Ｖ）が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の発電機において切り替えて得られる出力は、電圧が例えば前述したように三相２００Ｖ、三相４００Ｖ、それに単相１００Ｖなどの単一の電圧のみであった。これに対して工事現場などでは、発電機が、例えば電動工具や現場事務所における電気機器の電源として単相２００Ｖや単相１００Ｖで使用され、水中ポンプや溶接機等の電源としては三相２００Ｖで使用されることが多い。工事現場ではこうた負荷に対する電源種類が複数あるため、従来は電源仕様の異なる負荷には個別に電源を用意するか、トランス等を使用して電源をつくる必要があった。
【０００５】
具体的には、三相２００Ｖと単相１００Ｖの負荷を同時に使用するには、三相２００Ｖ出力の発電機の他に、図１４（ｂ）に示すように電機子コイル２０１〜２０４を結線した単相１００Ｖの別の発電機を用意するか、図１４（ａ）に示すように電機子コイル２０１〜２０４を結線した発電機の出力をトランス等によって単相１００Ｖに変換する必要があった。そのため、三相電力と単相３線電力を必要とする場合には別の発電機やトランス等が必要であり、従来の工事現場では運用コストが高くなってしまっていた。
更に、図１４（ｂ）に示すように切り替えて単相３線電力を得ようとした場合、電機子コイル２０２が使用されずにいたため、その分だけ発電機本来の発電能力を活かせないで無駄が生じていた。
【０００６】
そこで、本発明は、係る課題を解決すべく、三相電力のみの使用に加えて三相電力及び単相３線電力の同時使用とを切り替えて使用可能にした発電機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の発電機は、中性点に三相の電機子コイルが星形結線され、三相電力の出力と単相３線電力の出力との結線状態の切り替えが可能な切替手段を有し、前記三相の電機子コイルは、第１相及び第２相が各相に巻数の等しい二つの電機子コイルを備え、第３相が前記第１相及び第２相における電機子コイルと巻数の等しい同巻電機子コイルを一つと巻数半分の半巻電機子コイルを二つ備えたものであり、前記切替手段は、三相電力のみの出力の場合には、各相の電機子コイルを中性点と出力端子との間に直列接続にするか、或いは巻数を等しくして並列接続させ、三相電力及び単相３線電力の出力の場合には、前記第１相及び第２相の電機子コイルを中性点と出力端子との間に並列接続させ、前記第３相における半巻電機子コイルを並列にし且つ同巻電機子コイルとは位相を１８０度ずらせて、該半巻電機子コイルと同巻電機子コイルとをそれぞれ中性点と出力端子との間に接続させるように切り替えるものであることを特徴とする。
【０００９】
よって、本発明によれば、二相分には巻数の等しい電機子コイルを二つずつ備え、残る一相分にはこれらと同じ電機子コイルを一つと、巻数半分にした電機子コイルとを二つ備えるようにしたので、切り替え手段によって先ず、各相の電機子コイルを中性点と出力端子との間に直列接続にするかあるいは巻数を等しくして並列接続させるようにすれば、高電圧と低電圧との三相電力を切り替えて出力することができる。そして次に、二相の電機子コイルを中性点と出力端子との間に並列接続し、残りの一相における巻数半分の電機子コイルを巻数の等しい電機子コイルとは逆向きかつ並列にそれぞれ中性点と出力端子との間に接続させるようにすれば、三相電力と単相３線電力とが同時に出力することができる。
【００１０】
また、本発明の発電機は、前記切替手段が、前記三相電力のみの使用と前記三相電力及び単相３線電力の同時使用との切り替えを、端子への接続変更を行うことで達成する切替端子板であることを特徴とする。
また、本発明の発電機は、前記切替手段が、前記切替端子板に加えて、前記第３相における半巻電機子コイルの接続を、当該第３相における同巻電機子コイルに対して同位相で直列接続させる場合と位相を１８０度ずらせて並列接続させる場合との切り替えを行うナイフスイッチを有するものであることを特徴とする。
よって本発明によれば、従来と同じく切替端子板によって切り替えることができるため、従来の切替操作と何ら変わることなく使いやすい。また、ナイフスイッチを用いれば、三相電力と単相３線電力との同時使用に容易に切り替えることができて使い勝手が良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る発電機の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態の発電機は、三相電力のみの使用と、三相電力及び単相３線電力の同時使用を可能にしたものであり、図１は三相電力（２００Ｖ）のみの使用時における電機子コイルの結線図であり、図２は三相電力（２００Ｖ）及び単相３線電力（２００／１００Ｖ）同時使用時における結線図である。具体的には、図１に示す三相電力のみの使用時は、中性点Ｏ１にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子コイル１〜７が星形結線され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とも巻数を等しくした一対の電機子コイルが中性点Ｏ１と接点Ｕ，Ｖ，Ｗとの間に並列に接続されている。そして特にＶ相は、一方が巻数を半分にして２分割した電機子コイル５，６が直列に接続されている。
【００１２】
ここで、図３は図１及び図２に示す相電圧のベクトル図である。そのうち図３（ａ）は、この三相電力の電圧ベクトル図であり、図３（ｂ）は、単相３線電力の電圧ベクトル図である。図１のように電機子コイル１〜７を星形結線した発電機では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に図３（ａ）に示すような大きさが等しく互いに１２０゜ずつ位相が異なる相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗが発生する。そして、各相の出力端子間には、相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗによって大きさが等しく１２０゜ずつ位相が異なる対称三相交流電圧の線間電圧が得られる。線間電圧は、相電圧の√３倍であり、１１５Ｖの相電圧に対して２００Ｖの線間電圧が発生し、２００Ｖの三相電力が得られる。
【００１３】
次に、図２に示す三相電力及び単相３線電力の同時使用時には、Ｖ相の電機子コイル５，６の接続が切り替えられる。こうして切り替えられた発電機は、Ｖ相の電機子コイル２とＵ相及びＷ相における各一つの電機子コイル１，３とが星形結線される。そしてまた一方で、切り替えられた巻数半分の電機子コイル５，６は図１の場合とは逆方向に並列接続され、Ｕ相及びＷ相では他の一つの電機子コイル４，７がＶ結線されている。従って、この場合には、星形結線された各相の電機子コイル１，２，３による電圧ベクトルが図３（ａ）に示すようになり、Ｖ相の電機子コイル５，６及びＵ相、Ｗ相の電機子コイル４，７による電圧ベクトルが図３（ｂ）に示すようになる。
【００１４】
図３（ａ）に示す電圧ベクトルは、各相１つずつの電機子コイル１，２，３によって発生した、大きさが等しく互いに１２０゜ずつ位相が異なる相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗである。そのため、切り替え後でも各電機子コイル１，２，３の出力端子間には、図１に示す三相電力のみの使用時と同様に対称三相交流電圧の線間電圧が得られる。そして、その線間電圧は、相電圧の√３倍であり、１１５Ｖの相電圧に対して２００Ｖの線間電圧が発生し、２００Ｖの三相電力が得られる。ただしこの場合、Ｖ相の電機子コイルが一つに減るため電力は１／２に減少することになる。
【００１５】
一方、図３（ｂ）に示す電圧ベクトルは、Ｕ相、Ｗ相の電機子コイル４，７による相電圧Ｅｕ，Ｅｗと、Ｏ相の電機子コイル５，６による相電圧Ｅｏである。ここで相電圧Ｅｏは、電機子コイル５，６の巻数が半分で逆方向に接続されているため、電圧１／２で位相が反転している。従って、電機子コイル４，７の出力端子間の出力をとれば２００Ｖの単相３線電力が得られ、電機子コイル５，６と電機子コイル４，７との各出力端子間の出力をとれば１００Ｖの単相３線電力が得られる。
【００１６】
よって、電機子コイル１〜７からなる本実施形態の発電機では、図１及び図２に示すように接続を切り替えれば、図１に示すようにして三相電力のみを得ることができ、また図２に示すように切り替えれば、三相電力とともに２００Ｖ又は１００Ｖの単相３線電力を同時に得ることができる。そのため、別に発電機を用意したりトランスなどを用いる必要がなくなり、１台の発電機で三相電力と単相３線電力に対応する負荷の電源として同時に使用することができるようになるので、運用コストがかからなくなった。更に、三相電力と単相３線電力とを同時使用にしたので、機能しない電機子コイルがなくなって発電機のもつ能力を十分に引き出せるようになった。
【００１７】
続いて、こうした電機子コイル１〜７を備えた発電機について、切替手段を含めた構成を以下に説明する。図４は、図１及び図２に示す状態に電機子コイルの接続を切り替える切替手段を含めた、発電機の第１実施形態を示す回路図である。ここでは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子コイル１，２，３，４，７が、図示するように中性点Ｏ１と各接点Ｕ，Ｖ，Ｗとの間に接続され、各接点Ｏ１，Ｕ，Ｖ，Ｗから三相電力を取り出す三相端子板２１へと接続され、接点Ｕ，Ｗでは更に単相３線電力を取り出す単相端子板２２にも接続されている。一方、Ｖ相の電機子コイル５，６は、切替端子板２３を介して中性点Ｏ１や接点Ｏ，Ｖから三相端子板２１及び単相端子板２２へと接続されている。切替端子板２３は、図１及び図２の切り替えを短絡板２５，２６，２７によって行うものであり、実線で示す接続状態で図１に示すように電機子コイル５，６が接続され、一点鎖線で示す状態で図２に示すように接続される。
【００１８】
そこで、先ず図１に示す三相電力のみの使用時には、切替端子板２３の短絡板２５，２６，２７を図４の実線で示すように連結させる。このときＶ相の電機子コイル５，６は、その接点Ｖ２，Ｙ１が短絡板２５を介して接続され、そして電機子コイル５の接点Ｖ１が短絡板２６を介して接点Ｖに、また電機子コイル６の接点Ｙ２が短絡板２７を介して中性点Ｏ１に接続される。従って、電機子コイル５，６は、中性点Ｏ１と接点Ｖとの間に直列かつ電機子コイル２と並列に接続される。一方、Ｕ相の電機子コイル１，４とＷ相の電機子コイル３，７とは、中性点Ｏ１と接点Ｕ，Ｗとの間にそれぞれ並列接続されている。従ってこの場合、電機子コイル１〜７は図１に示す接続状態となり、各Ｕ，Ｖ，Ｗ接点に接続された三相端子板２１の出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔからは三相電力を得ることができる。
【００１９】
次に、図２に示すように三相電力と単相３線電力との同時使用を行う場合には、切替端子板２３の短絡板２５，２６，２７が図４の一点鎖線で示すように切り替えられる。このときＶ相の電機子コイル５は、その接点Ｖ１が切替端子板２３の端子Ｖ１−Ｖ１から短絡板２７を介して中性点Ｏ１に接続され、電機子コイル６は、その接点Ｖ２が切替端子板２３の端子Ｖ２−Ｖ２及び短絡板２６を経て、同様に端子Ｖ１−Ｖ１から短絡板２７を介して中性点Ｏ１に接続される。一方、電機子コイル５は、その接点Ｙ１が短絡板２５から端子Ｙ２−Ｙ２を介して接点Ｏに連結され、また電機子コイル６は、その接点Ｙ２が直接接点Ｏに連結されている。このように電機子コイル５，６は、前述した切り替え前とは逆向きに接続される。そして、他の電機子コイル１，２，３，４，７については、その接続状態に変わりはない。
【００２０】
従ってこの場合、電機子コイル１〜７は図２に示す接続状態となり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子コイル１，２，３に発生した相電圧によって、Ｕ，Ｖ，Ｗ接点に接続された三相端子板２１の出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔから三相電力を得ることができる。そしてまた、Ｕ相、Ｗ相の電機子コイル４，７は、そのＵ，Ｗ接点から単相端子板２２の出力端子Ｕ，Ｗに接続され、Ｏ相（図２参照）の電機子コイル５，６は接点Ｏから出力端子Ｎに接続される。そのため、出力端子Ｕ，Ｗ間の出力をとれば２００Ｖの単相３線電力を得ることができ、出力端子Ｕ，Ｎ／Ｕ，Ｗ間の出力をとれば１００Ｖの単相３線電力を得ることができる。
【００２１】
よって、本実施形態の発電機によれば、切替端子板２３の短絡板２５，２６，２７の切り替えによって、三相電力のみの出力に加え、三相端子板２１及び単相端子板２２から同時に三相電力と単相３線電力を得ることができる。そのため、切り替えの度に負荷の着脱を行う必要もない。また、この場合、切替端子板２１の短絡板２５，２６，２７のみで切り替えができるため、切り替え操作も容易である。ここで、切替端子板２３に代えてナイフスイッチ等の切替スイッチを使用すれば操作は更に容易になる。
【００２２】
次に図５は、図１及び図２に示す状態に電機子コイルの接続を切り替える切替手段を含めた、発電機の第２実施形態を示す回路図である。本実施形態は、図４で示したものと切替端子板が異なるだけなので、同様の構成については同符号を付して説明は省略する。本形態でも図１及び図２の切り替えを切替端子板３０によって行い、短絡板３１，３２，３３が実線で示す接続状態の場合に電機子コイル１〜７が図１に示すように接続でき、一点鎖線で示す接続状態の場合に図２に示すように接続できるようにしたものである。
【００２３】
そこで、先ず図１に示すように三相電力のみの使用時に、短絡板３１，３２，３３を図５の実線で示すように連結する。このときＶ相の電機子コイル５，６は、その接点Ｖ２，Ｙ１が短絡板３１を介して直列に接続され、そして電機子コイル５の接点Ｖ１が短絡板３２を介して接点Ｖに、そして電機子コイル６の接点Ｙ２が短絡板３３を介して中性点Ｏ１に接続される。従って、電機子コイル５，６は、中性点Ｏ１と接点Ｖとの間で直列かつ電機子コイル２と並列に接続される。一方、Ｕ相の電機子コイル１，４とＷ相の電機子コイル３，７とは、中性点Ｏ１と接点Ｕ，Ｗとの間にそれぞれ並列接続されている。従ってこの場合、電機子コイル１〜７は図１に示す接続状態となり、各Ｕ，Ｖ，Ｗ接点に接続された三相端子板２１の出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔからは三相電力を得ることができる。
【００２４】
次に、図２に示すように三相電力と単相３線電力の同時使用を行う場合には、切替端子板３０の短絡板３１，３２，３３を図５の一点鎖線で示すように切り替える。このときＶ相の電機子コイル５は、その接点Ｖ１が短絡板３３を介して中性点Ｏ１に接続され、電機子コイル６は、その接点Ｖ２が短絡板３２，３３を介して中性点Ｏ１に接続される。一方、電機子コイル５は、その接点Ｙ１が短絡板３１から端子Ｙ１−Ｙ２を介して接点Ｏに連結され、また電機子コイル６は、その接点Ｙ２が直接接点Ｏに連結されている。このように電機子コイル５，６は、前述した切り替え前とは逆向きに接続される。そして、他の電機子コイル１，２，３，４，７については、その接続状態に変わりはない。
【００２５】
従ってこの場合、電機子コイル１〜７は図２に示す接続状態となり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子コイル１，２，３に発生した相電圧によって、Ｕ，Ｖ，Ｗ接点に接続された三相端子板２１の出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔから三相電力を得ることができる。そしてまた、Ｕ相、Ｗ相の電機子コイル４，７は、そのＵ，Ｗ接点から単相端子板２２の出力端子Ｕ，Ｗに接続され、Ｏ相（図２参照）の電機子コイル５，６は接点Ｏから出力端子Ｎに接続される。そのため、出力端子Ｕ，Ｗ間の出力をとれば２００Ｖの単相電力を得ることができ、出力端子Ｕ，Ｎ／Ｎ，Ｗ間の出力をとれば１００Ｖの単相電力を得ることができる。
【００２６】
よって、本実施形態の発電機によれば、切替端子板３０の短絡板３１，３２，３３の切り替えによって、三相電力のみの出力に加え、三相端子板２１及び単相端子板２２から同時に三相電力と単相３線電力を得ることができる。そのため、切り替えの度に負荷の着脱を行う必要もない。また、この場合、切替端子板３０の短絡板３１，３２，３３のみで切り替えができるため、切り替え操作も容易である。
【００２７】
ところで、前記実施形態の発電機では、三相電力を２００Ｖ専用とすれば、２００Ｖの三相電力と２００Ｖ又は１００Ｖの単相３線電力の同時使用とが可能となる。しかし、工事現場などでは、図１３の従来例のところでも述べたように、低電圧（２００Ｖ）に加えて高電圧（４００Ｖ）の出力切り替えが可能な発電機の要求がある。そこで本実施形態では、更に高電圧の三相電力のみの使用も可能とした発電機について説明する。図６は、高電圧の三相電力のみの使用時における電機子コイルの結線図であり、図１及び図２に示す電機子コイル１〜７の接続を切り替えたものである。高電圧の三相電力のみの使用時には、図６に示すように各相毎に各電機子コイル１〜７を直列接続する。このとき星形結線されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相には、図３（ａ）に示す場合と同様に大きさが等しく互いに１２０゜ずつ位相が異なる相電圧が発生し、各相の出力端子間には、相電圧によって大きさが等しく１２０゜ずつ位相が異なる対称三相交流電圧の線間電圧が得られる。線間電圧は、相電圧の√３倍であり、２３０Ｖの相電圧に対して４００Ｖの線間電圧が発生し、４００Ｖの三相電力が得られる。
【００２８】
続いて、こうした高電圧の三相電力のみの使用を加え、低電圧の三相電力のみの使用と、三相電力及び単相３線電力の同時使用の３パターンについて切り替えを可能にした発電機について説明する。図７〜図９は、図１、図２及び図６に示す状態に電機子コイルの接続を切り替える切替手段を含めた、発電機の第３実施形態を示す回路図である。ここでは、切り替えに切替端子板４１に加えて３Ｐナイフスイッチ４２を使用している。そこで先ず、図１に示す低電圧（２００Ｖ）の三相電力のみの使用時には、図７に示すように切替端子板４１及び３Ｐナイフスイッチによって図示するように接続する。
【００２９】
このとき、Ｕ相の電機子コイル１，４とＷ相の電機子コイル３，７とは、中性点Ｏ１と三相端子板２１の出力端子Ｒ，Ｔとの間に並列接続される。すなわち、電機子コイル１，３は、その接点Ｘ，Ｚが切替端子板４１のジョイントバー４５を介して各端子Ｘ，Ｚから端子Ｏを経て中性点Ｏ１に接続され、電機子コイル４，７は直接中性点Ｏ１に接続されている。また、電機子コイル１，３は、その接点Ｕ，Ｗが直接出力端子Ｒ，Ｔに接続され、電機子コイル４，７は、その接点Ｕ１，Ｗ１が切替端子板４１を介して各端子Ｕ，Ｗに接続される。
【００３０】
一方、Ｖ相では、電機子コイル５，６の接点Ｙ１，Ｖ２が３Ｐナイフスイッチ４２のスイッチ４７を介して直列接続されている。従ってＶ相では、この電機子コイル２と電機子コイル５，６とが、中性点Ｏ１と三相端子板２１の出力端子Ｓとの間に並列接続される。すなわち、電機子コイル２は、その接点Ｙが切替端子板４１のジョイントバー４５を介して端子Ｙから端子Ｏを経て中性点Ｏ１に接続され、電機子コイル６は、その接点Ｙ２がスイッチ４６を介して接続される。また、電機子コイル２は、その接点Ｖが直接出力端子Ｓに接続され、電機子コイル５は、その接点Ｖ１がスイッチ４８を介して切替端子板４１の端子Ｖを介して接続される。従ってこの場合、図１に示すようにＵ相、Ｖ相、Ｗ相に並列接続された各電機子コイル１〜７に発生する相電圧によって、三相端子板２１の出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔから２００Ｖ三相電力を得ることができる。
【００３１】
次に、図２に示すように三相電力（２００Ｖ）と単相３線電力（２００／１００Ｖ）の同時使用を行う場合には、図８に示すように切替端子板４１及び３Ｐナイフスイッチによって図示するように接続する。この場合、切替端子板４１の接続に変化はなく、電機子コイル１，２，３，４，７について接続状態に変わりはない。一方、３Ｐナイフスイッチ４２が切り替えられるため、電機子コイル５，６の接続が逆方向で並列になる。具体的には、出力端子Ｓ側に接続されていた電機子コイル５，６の接点Ｖ１，Ｖ２は、スイッチ４８，４７を介して中性点Ｏ１に接続され、また電機子コイル５の接点Ｙ１は直接単相端子板２２の出力端子Ｎに接続されて、電機子コイル６の接点Ｙ２がスイッチ４６を介して接続される。
【００３２】
従って、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子コイル１，２，３に発生した相電圧によって、Ｕ，Ｖ，Ｗ接点に接続された三相端子板２１の出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔから２００Ｖの三相電力を得ることができる。一方、Ｕ相、Ｗ相の電機子コイル４，７はＵ，Ｗ接点から単相端子板２２の出力端子Ｕ，Ｗに接続され、またＯ相（図２参照）の電機子コイル５，６は接点Ｏから単相端子板２２の出力端子Ｎに接続されている。そのため、出力端子Ｕ，Ｗ間の出力をとれば２００Ｖの単相３線電力を得ることができ、出力端子Ｕ，Ｎ／Ｎ，Ｗ間の出力をとれば１００Ｖの単相３線電力を得ることができる。こうして３Ｐナイフスイッチ４２を切り替えるだけで、三相端子板２１及び単相端子板２２から同時に三相電力及び単相３線電力を得ることができるようになる。
【００３３】
更に本実施形態では、切替端子板４１のジョイントプレート４５を外して図９に示すように接続することで、高電圧（４００Ｖ）の三相電力のみの使用とすることができる。Ｕ相の電機子コイル１，４とＷ相の電機子コイル３，７とは、それぞれ切替端子板４１の端子Ｕ，Ｗを介して、中性点Ｏ１と三相端子板２１の出力端子Ｒ，Ｔとの間で直列接続される。そして、Ｖ相の電機子コイル２，５，６は、スイッチ４６，４７，４８及び切替端子板４１の端子Ｖを介して、中性点Ｏ１と三相端子板２１の出力端子Ｓとの間で直列接続される。従って、図６に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電機子コイル１〜７が直列接続され、各相の相電圧によって三相端子板２１の出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔから４００Ｖの三相電力を得ることができる。
【００３４】
よって、本実施形態の発電機によれば、高電圧及び低電圧とに切り替えた三相電力のみの使用に加え、更に三相端子板２１及び単相端子板２２から同時に三相電力と単相３線電力を得ることができ、１台で各種の負荷に対応させることができるためより運用コストを抑えることができる。また、切替端子板４１と３Ｐナイフスイッチ４２とによって切り替えを行うため、作業者による切替操作も極めて簡単で、特に低電圧の三相電力のみの使用から使用頻度の多い三相電力と単相３線電力との同時使用には、３Ｐナイフスイッチ４２によって容易に切り替えることができるため使い勝手が良い。更に、三相端子板２１と単相端子板２２を設けているため、切り替えの度に負荷の着脱を行う必要もない。
【００３５】
次に、前記第３実施形態と同様に３パターンの切り替えを可能にした発電機の第４実施形態について説明する。図１０〜図１２は、図１、図２及び図６に示す電機子コイルの接続を切り替える切替手段を含めた、発電機の第３実施形態を示す回路図である。本実施形態は、切り替えに切替端子板５１のみを使用したものである。そこで先ず、図１に示す低電圧（２００Ｖ）の三相電力のみの使用時には、図１０に示すように切替端子板５１によって図示するように接続する。
【００３６】
このときＵ相の電機子コイル１，４とＷ相の電機子コイル３，７とは、中性点Ｏ１と出力端子Ｒ，Ｔとの間に並列に接続される。すなわち、電機子コイル１，３は、その接点Ｘ，Ｚが切替端子板５１のジョイントバー５２を介して各端子Ｘ，Ｚから端子Ｏを経て中性点Ｏ１に接続され、電機子コイル４，７は直接中性点Ｏ１に接続されている。また、電機子コイル１，３は、その接点Ｕ，Ｗが直接三相端子板２１の出力端子Ｒ，Ｔに接続され、電機子コイル４，７は、その接点Ｕ１，Ｗ１が切替端子板５１の各端子Ｕ，Ｗを介して接続されている。
【００３７】
一方、Ｖ相では、電機子コイル５，６の接点Ｙ１，Ｖ２が切替端子板５１の端子Ｐを介して直列接続されている。従ってＶ相では、電機子コイル２と電機子コイル５，６とが、中性点Ｏ１と出力端子Ｓとの間に並列接続される。すなわち、電機子コイル２は、その接点Ｙが切替端子板５１のジョイントバー５２を介して端子Ｙから端子Ｏを経て中性点Ｏ１に接続され、電機子コイル６は、その接点Ｙ２が切替端子板５１の端子Ｏを介して中性点Ｏ１に接続される。また、電機子コイル２は、その接点Ｖが直接三相端子板２１の出力端子Ｓに接続され、電機子コイル５は、その接点Ｖ１が切替端子板５１の端子Ｖを介して出力端子Ｓに接続される。従ってこの場合、図１に示すようにＵ相、Ｖ相、Ｗ相に並列接続された各電機子コイル１〜７に発生する相電圧によって、三相端子板２１の出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔから２００Ｖの三相電力を得ることができる。
【００３８】
次に、図２に示すように三相電力（２００Ｖ）と単相３線電力（２００／１００Ｖ）の同時使用を行う場合には、図１１に示すように切替端子板５１によって図示するように接続する。この場合、電機子コイル１，２，３，４，７について接続状態は変わりはない。一方、電機子コイル５，６は、逆方向に並列接続され、中性点Ｏ１と単相端子板２２の出力端子Ｎとの間で結線される。具体的には、出力端子Ｓ側に接続されていた電機子コイル５，６の接点Ｖ１，Ｖ２は、共に切替端子板５１の端子Ｏを介して中性点Ｏ１に接続され、また電機子コイル５の接点Ｙ１は直接、そして電機子コイル６の接点Ｙ２は切替端子板５１の端子Ｐを介して、単相端子板２２の出力端子Ｎに接続される。
【００３９】
従って、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子コイル１，２，３に発生した相電圧によって、Ｕ，Ｖ，Ｗ接点に接続された三相端子板２１の出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔから２００Ｖの三相電力を得ることができる。一方、Ｕ相、Ｗ相の電機子コイル４，７はＵ，Ｗ接点から単相端子板２２の出力端子Ｕ，Ｗに接続され、またＯ相（図２参照）の電機子コイル５，６は接点Ｏから単相端子板２２の出力端子Ｎに接続されている。そのため、出力端子Ｕ，Ｗ間の出力をとれば２００Ｖの単相３線電力を得ることができ、出力端子Ｕ，Ｎ／Ｎ，Ｗ間の出力をとれば１００Ｖの単相３線電力を得ることができる。
【００４０】
更に、高電圧（４００Ｖ）の三相電力のみの使用とする場合には、切替端子板５１のジョイントバー５２を外して図１２に示すように接続する。この場合、Ｕ相の電機子コイル１，４とＷ相の電機子コイル３，７とは、それぞれ切替端子板５１の端子Ｘ，Ｚを介して中性点Ｏ１と三相端子板２１の出力端子Ｒ，Ｔとの間に直列接続される。そして、Ｖ相の電機子コイル２，５，６は、中性点Ｏ１から順に切替端子板５１の端子Ｏ，Ｖ，Ｙを介して出力端子Ｓに直列接続される。従って、図６に示すようにＵ相、Ｖ相、Ｗ相に直列接続された各電機子コイル１〜７に発生する相電圧によって、三相端子板２１の出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔから４００Ｖの三相電力を得ることができる。
【００４１】
よって、本実施形態の発電機によれば、高電圧及び低電圧とに切り替えた三相電力のみの使用に加え、更に三相端子板２１及び単相端子板２２から同時に三相電力と単相電力を得ることができ、１台で各種の負荷に対応させることができるためより運用コストを抑えることができる。また、切替端子板５１のみで切り替えを行うため、その構成及び作業者による切替操作も簡単である。更に、三相端子板２１と単相端子板２２を設けているため、切り替えの度に負荷の着脱を行う必要もない。
【００４２】
以上、本発明の発電機について実施形態を示して説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は、中性点に三相の電機子コイルが星形結線され、三相電力の出力と、切り替えによって単相３線電力の出力とを可能にしたものであって、三相のうち二相は、各相に巻数の等しい二つの電機子コイルを備え、残りの一相は、前記二相におけるものと巻数の等しい電機子コイルを一つと巻数半分の電機子コイルを二つ備え、三相電力のみの使用と三相電力及び単相３線電力の同時使用とを切り替えるようにした切替手段を有する構成としたので、三相電力のみの使用に加えて三相電力及び単相３線電力の同時使用とを切り替えて使用可能にした発電機を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】三相電力のみの使用時における電機子コイルの結線図である。
【図２】三相電力及び単相３線電力同時使用時における結線図である。
【図３】相電圧のベクトル図であり、特に図（ａ）は三相電力の電圧ベクトル図で、図（ｂ）は、単相３線電力の電圧ベクトル図である。
【図４】発電機の第１実施形態を示す回路図である。
【図５】発電機の第２実施形態を示す回路図である。
【図６】高電圧の三相電力のみの使用時における電機子コイルの結線図である。
【図７】図１の状態に電機子コイルを切り替えた発電機の第３実施形態を示す回路図である。
【図８】図２の状態に電機子コイルを切り替えた発電機の第３実施形態を示す回路図である。
【図９】図６の状態に電機子コイルを切り替えた発電機の第３実施形態を示す回路図である。
【図１０】図１の状態に電機子コイルを切り替えた発電機の第４実施形態を示す回路図である。
【図１１】図２の状態に電機子コイルを切り替えた発電機の第４実施形態を示す回路図である。
【図１２】図６の状態に電機子コイルを切り替えた発電機の第４実施形態を示す回路図である。
【図１３】従来の三相電力の切り替えが可能な発電機に使用される電機子コイルの結線図を示したものである。
【図１４】従来の三相電力と単相３線電力の切り替えが可能な発電機に使用される電機子コイルの結線図を示したものである。
【符号の説明】
１〜７電機子コイル
２１三相端子板
２２単相端子板
２３切替端子板
Ｏ１中性点

Claims

中性点に三相の電機子コイルが星形結線され、三相電力の出力と単相３線電力の出力との結線状態の切り替えが可能な切替手段を有し、
前記三相の電機子コイルは、第１相及び第２相が各相に巻数の等しい二つの電機子コイルを備え、第３相が前記第１相及び第２相における電機子コイルと巻数の等しい同巻電機子コイルを一つと巻数半分の半巻電機子コイルを二つ備えたものであり、
前記切替手段は、
三相電力のみの出力の場合には、各相の電機子コイルを中性点と出力端子との間に直列接続にするか、或いは巻数を等しくして並列接続させ、
三相電力及び単相３線電力の出力の場合には、前記第１相及び第２相の電機子コイルを中性点と出力端子との間に並列接続させ、前記第３相における半巻電機子コイルを並列にし且つ同巻電機子コイルとは位相を１８０度ずらせて、該半巻電機子コイルと同巻電機子コイルとをそれぞれ中性点と出力端子との間に接続させるように切り替えるものであることを特徴とする発電機。
請求項１に記載の発電機において、
前記切替手段は、前記三相電力のみの使用と前記三相電力及び単相３線電力の同時使用との切り替えを、端子への接続変更を行うことで達成する切替端子板であることを特徴とする発電機。
請求項２に記載の発電機において、
前記切替手段は、前記切替端子板に加えて、前記第３相における半巻電機子コイルの接続を、当該第３相における同巻電機子コイルに対して同位相で直列接続させる場合と位相を１８０度ずらせて並列接続させる場合との切り替えを行うナイフスイッチを有するものであることを特徴とする発電機。