JPS6181157A - 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関するもので、その中、
特に同期機構造に関する。こゝに同期機構造とは単に同
期発電機や同期電動機の構造のみならず、その本体を同
期機と同じ構造とする所謂サイリストモーターにも及ぶ
。然し、説明を容易ならしめるため、以下、同期発電機
の説明に限定する。これらは同期機構造の全領域に適用
するものとする。

最近ブラシレス同期機構造で励磁機を省略する構想が出
現した。特許第８０１９９１号や特許第８０１９９２号
はその例であるが、容量を大きくするにつれて交流を励
磁電流とするこれら既知の方式では交流励磁容量を大き
くせざるを得なくなり、この欠点を除くため、本発明者
は昭和５８年特許出願公開第２２４５４９号を発明した
。それによると、電機子巻線と変成器の二次巻線を電気
接続し、変成器の一次巻線の各相の一端を電機子巻線の
各相端子と接続し、上記変成器の二次巻線と上記電機子
巻線の間に整流器を接続している。

然し、このような接続で問題なのは装置全体として複雜
となる欠点がある。それは上記変成器が一次側巻線とし
て電圧巻線と電流巻線を有し、それに二次巻線を持つ結
果、変成器は三巻線変成器となり、更に加えて電圧巻線
には直列にリアクトルなどかなり大きいリアクチブ素子
を説けざるを得ないからである。

昭和５９年９月１３日出願の発明「回転電気機械の構造
」は本出願人自身の発明によるものであり、その目的は
ブラシと励磁機をなくし、電機子巻線中に負荷電流以外
に励磁電流も流す方式において装置全体の構造を簡略化
し、安価且つ効率向上を実現することにある。このよう
な目的を達成せしめるため、昭和５９年９月１３日出願
の上記発明ではその一次巻線が電機子巻線の外部接続端
子と外部接続電線に接続された変流器の二次巻線の端子
と、上記電機子巻線の外部接続端子に接続されたリアク
チブ素子の端子の両者が整流器に対して並列になるよう
に接続され、この整流器を経て上記電機子巻線の各相中
間端子間へ電気接続するように配列し、これによつて変
流器の二次巻線からと、リアクチブ素子経由で上記外部
接続端子から並列的に整流器を経て上記電機子巻線に励
磁電流を流すように配列するのである。然しながらこの
ようにした場合、例えば三相の同期機を考えると、各相
に二つの端子があり、三相に対して三組の整流器を必要
とし、且つ同期機全体に対して六個の端子を設けなけれ
ばならない。これでは全装置として複雜となる。特に整
流器に制御素子付き整流器を使用する場合、その制御素
子も含めて複雜となる。

本発明はこのような従来既に考えられた装置の缺点を改
善し、ブラシと励磁機をなくし、電機子巻線中に二種類
の電流を流す回転電気機械の装置全体を極力簡略化し、
且つ安価にし、而も装置の効率を高めることを目的とす
る。

上記の目的を達成せしめるため、本発明ではその具体的
な電気接続図例である等１図に示すように、第一の一組
の三相巻線１−２−３で一つの星形接続を、また第二の
一組の三相巻線４−５−６で他の一つの星形接続を造る
べき配列の固定子電機子巻線において、第一及び第二の
星形接続巻線を形成すべきそれぞれの三相中の一相の巻
線３と６と上記二組のそれぞれの星形の中性点７と８と
の間の接続を互いに逆接続するように配列し、一方変流
器９の一次巻線１０が電機子巻線１−２−６、４−５−
３の外部接続端子１１、１２、１３と外部接続電線１４
に接続され、他方上記電機子巻線１−２−６、３−４−
５の外部接続端子１１、１２、１３に接続されたリアク
チブ素子１５の端子１６を上記変流器９の二次巻線１８
の端子１７に接続し、上記電機子巻線１−２−６、４−
５−３の外部接続端子１１−１２−１３と外部接続電線
４から整流器１９の交流側端子２０に到る間に整流器１
９に対して上記変流器９の二次巻線１８とリアクチブ素
子１５の両者が並列になるように接続され、且つこの整
流器１９の直流側端子２１を上記二つの中性点７、８に
接続することにより、変流器二次巻線１８からとリアク
チブ素子１５経由で上記外部接続端子１１、１２、１３
から並列的に整流器１９に電流を供給し、更にそれを通
して上記電機子巻線１−２−６、３−４−５に励磁電流
を流すように配列するのである。

上に述べた等一の三相巻線１−２−３で一つの星形接続
を、また第二の三相巻線４−５−６で他の一つの星形接
続を造るべき、或いは形成すべき配列とあるのは次のよ
うなことを云う。すなわち二重星形接続を形成するそれ
ぞれの単一星形接続はそれぞれ三相の巻線から成つてお
り、その三相の巻線配列が互いに電気位相的に対称的な
位置に配列された巻線のことを云う。例を示すと、第２
図は（ａ）と（ｂ）との巻線配列で第１図の巻線１−２
−３−４−５−６が完結される。矢印の所に示された１
〜３６の文字は溝番号を示しており、コイル庁の実線で
示したものは上口、点線で示したものは下口にあるコイ
ル庁を示す。図中、１、２、３、４、５、６とあるのは
電機子巻線で第１図の同符号の巻線に対応したものであ
る。１１なる外部接続端子から巻線１を経て第２図（ｂ
）では中性点７に到る回路と、巻線４を経て中性点８に
到る回路が示されている。第２図（ｂ）では１２なる外
部接続端子から巻線２を経て中性点７に到る回路と、巻
線５を経て中性点８に到る回路も示されている。この第
２図（ｂ）では１１なる外部接続端子から出る巻線１の
配列は溝番号で示すと、１−２−３−１０−１１−１２
、１９−２０−２１−２８−２９−３０である。外部接
続端子の１２から出る巻線２の配列は溝番号で示すと１
３−１４−１５−２２−２３−２４、３１−３２−３３
−４−５−６である。対称的に考えると第２図（ａ）で
示された外部接続端子１３から出る巻線３の配列は図に
示すように溝番号で云うと２５−２６−２７−３４−３
５−３６、７−８−９−１６−１７−１８となる。この
ように考えると、上記巻線１と２と３が対称的な位置に
配列され、これによつて通常は対称三相星形接続を形成
し、中性点７を共有すべきであるが、本発明では前記の
ように巻線１、２、３の中の一相の巻線３は中性点７に
接続されず、他の中性点８に接続されるのである。同様
の関係が巻線４−５−６の間でも成り立ち、その中の一
相の巻線６が巻線４−５−６の中性点となるべき８とは
接続されずに、他の巻線１と２の中性点７に接続される
のである。

このようにすると、第１図で電機子巻線中を流れる電流
は二種類となる。すなわち第１図の中、一相分の電機子
巻線１と４に沿つて書かれた実線矢印で示される負荷電
流と、点線矢印で示される励磁電流である。第３図（ａ
）（ｂ）は電機子巻線の一相分の一例を示したもので、
第１図の巻線１及び４に対応し、外部接続端子１１と中
性点７及び８の間の接続とその電流の流れ、そしてそれ
による極数の変換の状況が示される。第１図の矢印で示
されたある瞬間の電流の方向と第３図の矢印方向を一致
せしめる。第３図（ａ）ではその矢印の方向は第１図に
おける負荷電流の方向であり、この例では８極の磁界を
造つている。第３図の（ｂ）ではその矢印の方向が第１
図における点線矢印つまり励磁電流の方向であり、この
例では４極の磁界を造る。このようにして、第１図のよ
うに実線矢印の負荷電流と点線矢印の励磁電流と云う二
種類の電流により造られる磁極は第３図の例から判るよ
うにその極数比が１対２となる。このようなことがらは
既に公知のことがらである。

第１図ではリアクチブ素子の一例としてリアクトル１５
が示されるが、第４図のコンデンサーの２２とすること
も可能である。第１図の場合、発電機の発生した電力の
一部を、電圧に比例した成分はリアクトル１５を介して
、電流に比例する成分は変流器９によつてとり出し、こ
れを整流器１９を用いて整流し、電機子巻線に励磁電流
として供給するのである。第１図のような場合変流器９
によつて複巻特性が與えられるので、負荷の変動による
端子電圧の変動をある程度補償することができる、しか
し負荷の電流の力率によつて電機子反作用が異なるので
、力率および電流の変化にかかわらず発電機の端子電圧
を常に一定に保つには自動電圧調整器２３を用いて励磁
電流を調整する必要がある。自動電圧調整器２３は交流
母線２４の電圧を検出して、リアクトル１５と直列接続
される可飽和リアクトル２５の直流励磁巻線２６の電流
を自動的に制御し、可飽和リアクトル２５のリアクトル
値を制御する。それにより交流母線２４より、リアクト
ル１５を経て整流器１９を通して電機子巻線に與える励
磁電流を制御して、交流母線２４の電圧を自動制御する
のである。

第１図は固定子の部分を示し、回転子の部分は述べてい
ない。回転子の部分については後述するものとする。第
１図に代えて第４図とすることは可能である。第１図で
は電機子巻線の外部接続端子１１、１２、１３と接続さ
れるリアクトル１５が示されるのに対し、第４図ではリ
アクチブ素子としてコンデンサー２２が接続される。こ
の場合第１図において、リアクトル１５と変流器９の二
次巻線１８との接続に対して、第４図のコンデンサー２
２と変流器９の二次巻線１８との電気接続が１８０度の
相異でなされねばならぬ、図ではそれを示すために第１
図と第４図における変流器９の二次巻線１８の接続を互
いに１８０度異なるように配列している。第１図でも第
４図でも整流器１９を制御素子付き整流器として、その
制御素子を制御しうるように配列されているが、ダイオ
ード整流器であつても良い。交流母線２４の電圧を検出
して、その検出値により制御装置２３で整流器１９の制
御素子を制御して整流器１９の電流値を制御するのであ
る。

第１図の固定子電機子巻線の中を流れる負荷電流が実線
矢印で示され、中性点７−８から入る励磁電流が点線矢
印で示されるが、この実線と点線の矢印の電流で造られ
る磁極数は互いに１対２或いは２対１の関係にあり、こ
れら磁極数と回転子巻線中を流れる電流の関係を次のよ
うにする。第５図は回転子巻線と回転子上の整流器２７
が示される。電機子巻線中の点線矢印で示される励磁電
流で造られる磁極の極数が第３図（ｂ）の例では４極で
あるが、この磁極数と同じ４極に巻かれた励磁巻線２８
に電圧が発生する。第５図で三相星形に巻かれた巻線中
、二相分を端子３０で共通に接続した界磁巻線２９では
他の一相分とこの二相分とを直列にして直流を供給する
ように整流器２７の直流側端子との間で接続する。この
ように、励磁巻線２８に発生した起電力により整流器２
７を経て界磁巻線２９に直流界磁電流を流す。それによ
つて８極界磁が回転子に造られるが、これは第１図の電
機子巻線中を実線矢印で示す起電力を発生し、電流を流
すが、それは第３図の例では８極磁界を造り、８極間で
対応することになるのである。こ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又
は発生する起電力の関する磁極数の等しいもの相互間に
作用し合うことが基本的に考えられ、磁極数が互いに異
なるもの相互間では作用し合わないと云う考えにもとづ
く。

第６図と第７図には回転子巻線の他の例が示される。詳
細は昭和５８年特許願第１５７４５５号に示されるが、
第６図は回転子構造図例である。

回転子に２０個の溝におさめられたような導体があり、
第７図がその導体の展開を示す、巻線回路が、この場合
、四回路３１、３２、３３、３４に分けられ、その四回
路のすべてに図のように整流器３５、３６、３７、３８
がそれぞれ接続されている。この場合には、第１図に流
される点線矢印の励磁電流により第３図に示すように４
極磁極が造られると、それに対応して回転子巻線には４
極としての起電力を発生するが、整流器３５〜３８の作
用により常に第７図の矢印の方向の電流が流れる。これ
は巻線の抵抗がそのインダクタンスの値にくらべて非常
に小さいから、巻線３１〜３４には常にこのような矢印
で示す電流が流れ、全体として結局８極の界磁極を造る
ことになる。このようにして回転子は８極界磁となり、
これが回転して第１図の電機子巻線には実線矢印の方向
に８極機として起電力を発生し、電流を負荷に流す。

第８図は第７図と同様、回転子巻線を励磁巻線としても
界磁巻線としても使う兼用方式を示したものであるが、
第７図は単層巻きであるのに対し第８図は二層巻きの例
である。巻線の配列は昭和５８年特許願第１３０６０４
号に述べられているが、巻線３９は三相の二重星形接続
のように配列される。然し、巻線４０、４１と巻線４３
と４４は中性点４７と４８を中心に配列されるが、他の
一相を構成する巻線４２と巻線４５は互いに逆の中性点
４７と４８に接続される。巻線４５は巻線４０と４１と
で一つの星形接続を造り、巻線４２は巻線４３と４４と
で他の一つの星形接続を造るような巻線配列であるが、
その中の一相分の巻線４２と４５の中性点接続を上記の
ように逆に接続するのである。第８図ではこのように接
続された三相巻線の外部接続端子４９、５０、５１を整
流器４６の交流側端子に接続し、整流器４６の直流側端
子を中性点４７、４８に接続する。今もし第１図の電機
子巻線に点線矢印の方向に励磁電流が流され、それが４
極の磁極を造るとすれば、それに対応して回転子では第
８図の点線矢印で示す方向に起電力を発生し、それが４
極巻線として働らく。それにより整流器４６を通して回
転子巻線３９には実線矢印で示すような電流を流す。そ
れによつて８極界磁が造られ、それが回転して、電機子
巻線には第１図の実線矢印で示すような起電力を発生し
、電流を流すことになるが、それは８極機として作用す
ることになるのである。

以上述べてきた本発明の作用効果についてまとめると、
次のようになる。

（１）従来公知の例の特許出願公開昭５８−２２４５４
９号とくらべると、その優劣がわかる。

この公知例では変成器として電圧巻線と電流巻線をその
一次巻線とし、二次巻線と合わせて三巻線の変成器を接
続中に持たなければならない。これに対して本発明では
簡単な変流器だけで良い。更に公知の上記特許出願公開
昭５８−２２４５４９号では三巻線変成器の電圧巻線に
直列にリアクトルを挿入しているが、これに対応して本
発明では第１図や第４図のリアクトル１５やコンデンナ
ー２２が接続される。このように本発明の装置は上記公
知の方式とくらべて明らかに簡略化される。

次に本発明の装置を本発明者自身が先に出願した発明昭
和５９年９月１３日提出の「回転電気機械の構造」と比
較する。この昭和５９年９月１３日提出した発明による
と、整流器を経て電機子巻線の各相中間端子間へ電気接
続するように配列されているため、その端子へ接続され
る整流器の数は全波整流形式にするためには１２個の整
流器素子を必要とする。これに反し本発明の場合には第
１図や第４図で判るように、整流器１９の直流側は中性
点７−８に接続するだけでよいので、整流器素子の数は
６個だけでよいことになる。このようにして整流器素子
の数は本発明では昭和５９年９月１３日提出した同種発
明に比し半減することになる。それに応じて、これを受
ける電機子巻線の端子の数も１／３となり、整流器を制
御素子付きにした場合の制御装置も簡略化することにな
る。

以上のように本発明では前記公知の特許出願公開昭５８
−２２４５４９号とくらべても、又既出願の発明に対し
ても装置全体を簡略化し、安価となしうる。

（２）上述のように公知の特許出願公開昭５８−２２４
５４９号とくらべて三巻線変成器が変流器９に簡略化さ
れ、更に昭和５９年９月１３日本発明者自身により出願
された発明とくらべて電機子巻線へ直流励磁電流を供給
するための整流器が半減するため、本発明はこれらとく
らべて全体装置の効率が向上する。

（３）特に第４図のコンデンサー接続の場合にはその電
機子反作用により必要な無負荷誘導起電力を小さくしう
るし、結局その励磁電力を節約しうるので、電機子巻線
の断面寸法を節約しうる。

且つ効率も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体的電気接続図例であり、その中、
特に固定子電機子巻線に関連した電気接続図を示す。第
２図は本発明に用いうる固定子電機子巻線例で、その巻
線接続を説明するために用いられる図面、第３図は本発
明に用いうる電機子巻線接続で電流の通過方向により極
数を変えうることを示した図面である。第４図も本発明
の具体的電気接続図例である。第５図は本発明に用いう
る回転子における巻線とそれに接続される回転整流器の
接続関係を示した図面である。第６図は本発明に用いう
る回転子巻線の配置を示した切断面図の例、第７図は第
６図に示された回転子巻線の展開図であり、整流器との
接続を示す。第８図は本発明に用いうる回転子巻線の接
続図の他の例を示したものである。 次に図の主要な部分をあうわす符号には次のようなもの
がある。 １，２，３，４，５，６：電機子巻線、　７，８：中性
点、　９：変流器、　１０：変流器一次巻線、　１１，
１２，１３：電機子巻線の外部接続端子、　１４：外部
接続電線、　１５：リアクチブ素子としてのリアクタン
ス、　１６：リアクタンスの端子、　１７：変流器二次
巻線端子、１８：変流器二次巻線、　１９：整流器、　
２０：整流器の交流側端子、　２１：整流器の直流側端
子、　２２：コンデンサー、　２３：自動電圧調整器、
　２４：交通母線、　２５：可飽和リアクトル、　２６
：可飽和リアクトル２５の直流制御巻線、　２７：回転
整流器、　２８：回転子上の励磁巻線、　２９：回転子
上の界磁巻線、　３０：界磁巻線端子、　３１，３２，
３３，３４：回転子巻線回路、　３５，３６，３７，３
８：巻線と接続される回転子整流器、　３９：回転子巻
線、　４０，４１，４２，４３，４４，４５：回転子巻
線、　４６：回転子巻線と接続される回転子整流器、　
４７、４８：中性点、　４９，５０，５１：回転子巻線
３９の外部接続端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第一の一組の三相巻線で一つの星形接続を、また第二の
   一組の三相巻線で他の一つの星形接続となるべき配列の
   固定子電機子巻線において、第一及び第二の三相星形接
   続巻線を形成すべきそれぞれの三相中の一相の巻線と上
   記二組のそれぞれの星形の中性点との間の接続を互いに
   逆接続するように配列し、一方変流器の一次巻線が電機
   子巻線の外部接続端子と外部接続電線に接続され、他方
   上記電機子巻線の外部接続端子に接続されたリアクチブ
   素子の端子を上記変流器の二次巻線端子に接続し、上記
   電機子巻線外部接続端子と外部接続電線から整流器の交
   流側端子に到る間に整流器に対して上記変流器二次巻線
   とリアクチブ素子の両者が並列になるよう接続され、且
   つこの整流器の直流側端子を上記二つの中性点に接続す
   ることにより、変流器二次巻線からとリアクチブ素子経
   由で上記外部接続端子から並列的に整流器に電流を供給
   し、更にそれを通して上記電機子巻線に励磁電流を流す
   ように配列した回転電気機械の構造。