JPS60197142A - 回転電気機械の構造 - Google Patents

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間するもので、その中、
特に同期機構造に関する。ここに同期機構造とは端に同
期発電機や同期電動機の構造のみはらず、その本体を同
期機と同じ構造とする所謂サイスリトモーターにも及ぶ
。

最近ブラシレス同期機構造で而も励磁機を省略する構想
が出現した。例えば本発明者自身の発明にはる特許第８
０１９９１号や特許第８０１９９２号においてはそのよ
うな目的のために電機子巻線と変成器を接続して電機子
巻線と変成器の二次巻線を含めた閉回路を造り、一方電
機子巻線の中間点を外部接続電線に接続する端子とし、
上記変成器の一次巻線と外部接続線を電気接続すること
により上記電機子巻線中に負荷電流と共に励磁用の電流
を流すことにする。これによって同期機構造の本体を励
磁機を省略しうるが、これにも次にような問題がある。

すなわち、先づ同期機の容量が大きい場合、固定子と回
転子の間の空隙長が大きくなり、その時に励磁電力が交
流源より供給される交流励磁であると、その交流源力率
を悪くすると共にその交流回路に大きい損失をもたらす
ことになる。また２極機を造る時、励磁機構は４極とな
り、２−４極の結合で騒音と振動が生じる。従って２極
機は公知の特許第８０１９９１号や特許第８０１９９２
号で造ることが困難であった。

そこで本発明者は既に昭和５７年特許願第１０７７７３
号を発明し、その解決方式を提出した。その内容は概略
、本出願の第１図によって説明されうる。すなわち、第
１図において示されるように電機子巻線１、２、３と変
成器４の二次巻線１３、１４、１５を電気接続して、こ
の電機子巻線１、２、３と変成器二次巻線を含めた閉回
路を造り、一方電機子巻線１、２、３のある中間点ａｐ
、ｂｐ、ｃｐを外部接続電線１９に接続する端子とし、
他方上記変成器４の一次巻線６、７、８の各相の一端を
上記電機子巻線１、２、３の中間点の各相端子ａｐ、ｂ
ｐ、ｃｐと電気接続するに際し、上記変成器二次巻線１
３、１４、１５と上記電機子巻線１、２、３の間の接続
中に整流器１６、１７、１８と接続するのである。

然し、この場合、昭和５７年特許願第１０７７７３号に
は整流器１６、１７、１８の直流側端子ａｇ−ａ′ｇ、
ｂｇ−ｂ′ｇ、ｃｇ−ｃ′ｇの電機子巻線端子ａｇ−ａ
′ｇ、ｂｇ−ｂ′ｇ、ｃｇ−ｃ′ｇに対する接続方向に
ついて述べていない。これでは通常、整流器１６、１７
、１８から電機子巻線１、２、３に供給する直流励磁電
流によって造られる磁界を合成して強い合成磁界が造ら
れず、むしろ変成器各相の二次電流を整流した電流によ
って造られる磁界が互いにつぶし合う結果となり、目標
の回転電気機械を造ることが出来なくなる。

本発明はこのような回路において変成器各相の負荷側に
接続される整流器から電機子巻線に供給する直流励磁電
流によって造られる磁界を合成して造られる合成磁界を
強力なものとし、それによって造られる回転電気機械を
効率良いものとすることを目的とする。

このような目的を達成せしめるため、本発明では具体的
な本発明の電気接続図例である第１図に示されるように
、電機子巻線１、２、３と変成器４の二次巻線１３、１
４、１５を電気接続して、この電機子巻線１、２、３と
変成器二次巻線１３、１４、１５を含めた閉回路を造り
、一方電機子巻線１、２、３のある中間点２９、３０、
３１を外部接続電線１９に接続する端子ａｇ、ｂｇ、ｃ
ｇとし、他方上記変成器４の一次巻線６、７、８の各相
の一端を上記電機子巻線１、２、３の中間点の各相端子
ａｐ、ｂｐ、ｃｐと電気接続し、上記変成器４の二次巻
線１３、１４、１５と上記電機子巻線２、３の間の接続
中に整流器１６、１７、１８を接続して上記変成器４の
二次巻線１３、１４、１５より電機子巻線３へ直流電流
を供給するように配列し、更に上記整流器１６、１７、
１８から電機子巻線１、２、３に供給（電機子巻線１、
２、３の中の端子ａｇ−ａ′ｇ、ｂｇ−ｂ′ｇ、ｃｇ−
ｃ′ｇと同一符号の整流器端子の間を接続して供給する
）する直流励磁電流によって各相に造られる磁界を合成
して合成磁界が造られるようにした配列において、上記
整流器１６、１７、１８の直流側端子から電機子巻線１
、２、３への接続に対し、それと並列にコンデンサー２
０、２１、２２、２３、２４、２５を電気接続するので
ある。

第１図は三相同期発電機の接続を示したものであり、電
機子巻線１、２、３は中性点０を中心に二重星形に接続
される。この固定した電機子巻線の各相端子ａｐ、ｂｐ
、ｃｐより変成器４の一次電圧巻線６、７、８へはリア
クタンス素子（リアクトルやコンデンサー）５を経て電
気接続する。又電機子巻線１、２、３の各相端子ａｐ、
ｂｐ、ｃｐより負荷９へは変成器４の電流巻線１０、１
１、１２を経て電気接続される。このように第１図の例
では変成器４は電圧巻線６、７、８と電流巻線１０、１
１、１２を一次巻線として持つ電圧電流変成器である。

第１図では固定子巻線のみが示され、回転子巻線は示さ
れていない。第４図には回転子巻線の例が示される。第
４図の例では回転子に励磁巻線３２、整流器３３、界磁
巻線３４があり、それたの間の接続が示されている。界
磁巻線３４を構成する三相巻線の中の二相の巻線３６と
３５が界磁巻線として作用し、他の一相巻線３７が制動
巻線として作用するように接続される。

第２図は固定子電機子巻線の一相分の一例を示したもの
で、第１図のａｐよりＯ点に到る巻線に対 応する。端
子ａｐより隣接電機子巻線の一相当りの接続を二重並列
接続とし、その一方の端子ａｐより他の端子Ｏに到る間
の巻線並列接続の二つの回路の中の一方によって作られ
るコイル接続ＡとＢにより固定子の内面の別々の個所に
二つの磁極を造るようにし、上記二つの回路の中の他方
によって造られるコイル接続ＣとＤにより互いに固定子
内面に二つの磁極を造らしめ、且つ上記ＡとＤによって
互いに同じ磁極を造るよう、ＡとＤのコイルを隣接せし
め、且つＢとＣによっても互いに同じ磁極を造るようＢ
とＣのコイルを隣接せしめ且つ上記コイルＡとＢの間を
接続する点にａｇなる接続端子、又上記コイルＣとＤの
間を接続する点にａ′ｇなる接続端子を造り、これらの
端子ａｇ−ａ′ｇに第１図の整流器１６の直流側端子ａ
ｇ−ａ′ｇが接続するように並列される。第２図で点線
矢印はある瞬間の負荷電流の方向を示し、実線矢印は変
成器４の二次巻線１３より整流器１６を変て電機子巻線
に流される電流の方向を示す。これによって第２図の場
合、負荷電流により４極磁極が造られ、励磁電流により
２極磁極が造られることが判る。同様にして第３図の場
合、負荷電流により２極磁極が造られ、磁極電流により
４極磁極が造られることが判る。

今このような電機子巻線の接続において、変成器の二次
に接続される整流器１６、１７、１８の直流側端子の正
負方向を電機子巻線に対し、どのように接続すべきかが
一つの問題となる。

第５図は第３図に示された一相当りの電機子巻線の配列
を三相全体にわたり配列し、それに対し整流器１６、１
７、１８の直流側端子を接続した図を示す。図において
ａｇ−Ｏのａ相接続に対し、ｂｐ−Ｏのｂ相、ｃｐ−Ｏ
のｃ相がその順に配列される。そのような相順に対し、
整流器１６、１７、１８の接続の正負方向は図で１６を
正の方向とすれば、１７、１８はその逆方向に接続され
ていることが判る。その場合、固定子巻線に流れる励磁
電流によって造られる磁界の大きさとその方向は本発明
者の既出特許出願昭和５７年第２１７６２５号では第６
図のように変化することが判る、これは変成器の二次電
流が第７図のように変化すると考えて、それぞれの三相
電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃによって造られる磁界φａ、φｂ
、φｃのベクトル合計が第６図でφｔにより示される。

上記特許出願昭和５７年第２１７６２５号では整流器１
６、１７、１８の直流側回路にコンデンサーなどが並列
接続されていないため、電機子巻線１、２、３の端子ａ
ｇ−ａ′ｇ、ｂｇ−ｂ′ｇ、ｃｇ−ｃ′ｇへ供給される
電流は例えばａ相の場合、第８図のｉａのように正弦波
直流曲線となり、変化するので、第６図のようになる。

第６図でφ′ｂ、φ′ｃはｂ相、ｃ相の電流が第５図の
ような整流器１７、１８の直流側接続とは逆の方向つま
り正方向接続の時に生じるそれぞれの磁界の大きさと方
向を示す。第７図、第８図におけるｗｔは時間の変化を
角速度で示したものである。

以上説明した特許出願昭和５７年第２１７６２５号にお
いて造られる磁界の三相ベクトル合計、第６図に示した
ものの中、一番大きい総合値がｗｔ＝Ｏの場合である。

これに対し本発明においては整流器１６、１７、１８の
直流側回路においてコンデンサー２０〜２５があり、場
合によっては直列リアクトル２６、２７、２８もあり、
電機子巻線１、２、３の端子ａｇ−ａ′ｇ、ｂｇ−ｂ′
ｇ、ｃｇ−ｃ′ｇに供給される電流が第８図のＩａ（こ
れはａ相についての値であり、他のｂ相、ｃ相について
もＩｂ、Ｉｃと云うＩａと同一の値であることが判る）
となり、造られる磁界のベクトル合計が第９図のように
なる。これを第６図の（ａ）ｗｔ＝Ｏの場合と比較すれ
ば、φｂ及びφｃが第６図（ａ）のφｔの３３％増しと
なる。更に第６図ではφｔの値が変化して、ｗｔ＝Ｏの
時を最大に、ｗｔ＝３０°、６０°、９０°・・・の時
にはｗｔ＝Ｏの時よりφｔの値が小さくなるのに対し、
第９図の場合には変化しない。

このように考えると、本発明の場合には昭和５７年特許
出願第２１７６２５号の場合とくらべて明らかに大きい
固定磁界を興えることができる。

本発明では回転子における励磁巻線と界磁巻線を別々に
した第４図の例を示したが、本発明の回転子の巻線は第
４図の例に限らず、種々の例が考えられる。その中には
界磁巻線と励磁巻線を兼用した昭和５８年特許出願第１
５７４５５号の方式が一つの秀れた方式と考えられる。

すなわち、第１１図に示されるように、回転子巻線を少
なくとも四つの部分に分け、その四巻線回路にそれぞれ
整流器３７、３８、３９、４０を挿入接続して回路を完
結することにより、それぞれの巻線回路に一方向の直流
が流れるように配列するのである。

第１１図では導体が１〜２０の溝に挿入されており、そ
の回転子中の配列は第１０図のようになっているのであ
る。

第１図の固定子電機子巻線中を流れる負荷電流が点線矢
印で示され、端子ａｇ−ａ′ｇから入る励磁電流が実線
矢印で示されるが、これら点線矢印と実線矢印の電線で
造られる磁極数は互いに１対２の関係にあり、これらの
磁極数と回転子巻線中を流れる電流の関係を次にように
する。すなわち、電機子巻線中の実線矢印で示される電
流で造られる磁極数と同じ磁極数を造るように回転子巻
線に電圧を発生し、そのような導体中の起電力と整流器
３７〜４０の作用により導体中を流れる電流が第１１図
の点線矢印方向で示される。この点線矢印電流により造
られる磁極数は第１図における電機子巻線１、２、３中
を流れる点線矢印の電流で造られる磁極数と等しい。

第４図のような回転子の巻線接続では励磁巻線３２の磁
極数は第１図の電機子巻線１、２、３中を流れる実線矢
印の電流で造られる磁極数と等しく、第４図の界磁巻線
３４の磁極数は第１図の電機子巻線１、２、３中を流れ
る点線矢印の電流で造られる磁極数と等しい。

以上のように固定子電機子巻線と回転子巻線との間の作
用はそれぞれ流れる電流或は発生する起電力の関する磁
極数の等しいもの同志が作用し合うことが基本的な考え
になっている。

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）第９図を第６図と比較して判るように、同一の励
磁電力を変成器に興えながら、励磁用の大きい総合磁界
を回転電気機械の固定子に造りうるので、装置効率の高
い回転電気機械を造りうることになる。すなわち、小さ
い装置で大きい容量の回転電気機械をうる。

（２）それにともない装置の運転効率も高めうる。

【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を示したもので
、回転電気機械の中、回転子部分の接続は示されていな
い。第２図及び第３図は本発明の電機子巻線の一相分に
用いられる巻線接続図例である。第４図は本発明の回転
子に設けられる巻線間の電気接続図例である。第５図は
本発明の電機子巻線の三相分全部の巻線間の接続図例を
示したものである。第６図は既出願発明による励磁用総
合磁束の変化を示したもの、第７図は変成器の二次出力
端子から出る三相電流の変化を示した図、第８図は整流
器の直流側より電機子巻線に励磁用電流として供給され
る例の図である。第９図は本発明の場合の励磁用総合磁
束例を示した図である。第１０図は本発明の固定子巻線
接続に対応して用いうる回転子の巻線溝配列例であり、
第１１図は本発明の回転子として用いうる第１０図の構
造を持つ回転子巻線の接続図例を示したものである。 又これら図面に用いられる主用部分の符号は次のようで
ある。 １、２、３：電機子巻線、４：変成器、５：リアクタン
ス素子（リアクトル又はコンデンサー）、６、７、８：
変成器一次電圧巻線、９：負荷、１０、１１、１２：変
成器一次電流巻線、１３、１４、１５：変成器二次巻線
、１６、１７、１８：電流器、１９：外部接続電線、２
０、２１、２２、２３、２４、２５、：コンデンサー、
２６、２７、２８：直列リアクトル、２９、３０、３１
：電機子巻線の巻線接続中間点、３２：回転子の励磁用
巻線、３３：回転子に装備される整流器、３４：界磁用
巻線、３５、３６：界磁用巻線中、界磁の磁束を造るた
めの巻線、３７：界磁用巻線中、制動用巻線、ａｐ、ｂ
ｐ、ｃｐ：電機子巻線の中性点、ａｇ−ａ′ｇ、ｂｇ−
ｂ′ｇ、ｃｇ−ｃ′ｇ：電機子巻線の励磁用電流を供給
する端子。 特許出願人　柴　田　福　■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電機子巻線と変成器の二次巻線を電気接続してこの電機
   子巻線と変成器二次巻線を含めた閉回路を造り、一方電
   機子巻線のある中間点を外部接続電線に接続する端子と
   し、他方上記変成器の一次巻線の各相の一端を上記電機
   子巻線の中間点の各相端子と電気接続し、上記変成器二
   次巻線と上記電機子巻線の間の接続中に整流器を接続し
   て上記変成器二次巻線より電機子巻線へ直流電流を供給
   するように配列し、更に上記整流器の直流側端子と上記
   電機子巻線の接続を、その相順接続の結果整流器から電
   機子巻線に供給する直流励磁電流によって各相に造られ
   る磁界を合成して合成磁界が造られるようにした配列に
   おいて、上記整流器の直流側端子から電機子巻線への接
   続に対し、それと並列にコンデンサーを電気接続した回
   転電気機械の構造