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公開番号2024090872
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-04
出願番号2022207051
出願日2022-12-23
発明の名称回転電機
出願人西芝電機株式会社
代理人個人
主分類H02K 19/26 20060101AFI20240627BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】回転電機において、電気的な損失を低減するとともに、低コストで小型化できるようにする。
【解決手段】固定子1と、回転子2と、固定子1よりも反原動機側に設けられ、環状の励磁機固定子鉄心としての固定子鉄心15aと当該固定子鉄心15aの内径側に配置された永久磁石15bとから構成される励磁機固定子15と、固定子鉄心15aの内側に設けられ、回転軸3に固定された励磁機回転子鉄心としての回転子鉄心6aと当該回転子鉄心6aに設けられた励磁機回転子巻線としての回転子巻線6bとから構成される励磁機回転子6とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
回転数が変動し、発電の出力を出力調整装置で制御する回転電機であり、
環状の固定子鉄心と当該固定子鉄心に設けられた固定子巻線とから構成される固定子と、
前記固定子鉄心の内側に設けられ、原動機側の軸受け及び反原動機側の軸受けにより支持される回転軸に固定された回転子鉄心と当該回転子鉄心に設けられた回転子巻線とから構成される磁極を有する回転子と、
前記固定子よりも反原動機側に設けられ、環状の励磁機固定子鉄心と当該励磁機固定子鉄心の内径側に配置された永久磁石とから構成される励磁機固定子と、
前記励磁機固定子鉄心の内側に設けられ、前記回転軸に固定された励磁機回転子鉄心と当該励磁機回転子鉄心に設けられた励磁機回転子巻線とから構成される励磁機回転子と
を備える
ことを特徴とする回転電機。
続きを表示（約 470 文字）【請求項２】
前記励磁機固定子は、前記固定子と前記反原動機側の軸受けとの間に設けられ、
前記固定子と、前記回転子と、前記回転軸と、前記励磁機固定子と、前記励磁機回転子とを覆うフレームをさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記固定子と、前記回転子と、前記回転軸における原動機側の一端部分及び反原動機側の他端部分を除く部分とを覆うフレームをさらに備え、
前記励磁機固定子と前記励磁機回転子は、前記フレームの外側に突出している、前記回転軸における反原動機側の他端部分に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記励磁機固定子は、
前記フレームにおける反原動機側の他端の外側に設けられた前記反原動機側の軸受けに取り付けられ、
前記励磁機回転子は、
前記フレームの外側に突出している前記回転軸における前記反原動機側の他端部分に固定されている
ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機などの回転電機に係り、特に回転数可変型の回転電機に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、インバータで制御が必要な回転数可変型の回転電機としてブラシレス回転電機がある。この種の回転電機としては、回転子に電磁石を用いた電磁石型の同期発電機と、永久磁石を用いた永久磁石型の同期発電機とがある。ここで図３に、回転子に電磁石を用いた電磁石型の同期発電機であるブラシレス回転電機３００の構造を示す。
【０００３】
このブラシレス回転電機３００は、主に固定子１と、回転子２と、回転軸３と、軸受け４と、励磁機固定子５と、励磁機回転子６と、副励磁用ＰＭＧ固定子７と、副励磁用ＰＭＧ回転子８と、発電機フレーム９から構成される。尚、ＰＭＧは、Permanent Magnet Generator（永久磁石発電機）の略である。
【０００４】
固定子１は、環状の電磁鋼板を軸方向（図中左右方向）に積層した固定子鉄心１ａと、固定子鉄心１ａ内径側のスロットに収められた固定子巻線１ｂとから構成される。回転子２は、環状の固定子１の内側に設けられた突極型磁極であり、電磁鋼板を軸方向に積層した回転子鉄心２ａと、当該回転子鉄心２ａに巻回された回転子巻線２ｂとから構成される。この回転子２は、当該回転子２の中心軸を通る回転軸３に固定されている。回転軸３は、回転子２よりも軸方向（図中左右方向）に長く、一端側（図中左側であり原動機側）と他端側（図中右側であり反原動機側）がそれぞれ軸受け４によって回転可能に支持されていて、一端が原動機と直結されている。
【０００５】
励磁機固定子５は、固定子１と回転軸３の他端側を支持する軸受け４との間に設けられている。この励磁機固定子５は、環状の電磁鋼板を軸方向に積層した固定子鉄心５ａと、固定子鉄心５ａ内径側のスロットに収められた固定子巻線５ｂから構成される。励磁機回転子６は、環状の励磁機固定子５の内側に設けられ、電磁鋼板を軸方向に積層した回転子鉄心６ａと、当該回転子鉄心６ａ外径側のスロットに収められた回転子巻線６ｂとから構成される。この励磁機回転子６も、当該励磁機回転子６の中心軸を通る回転軸３に固定されている。
【０００６】
副励磁用ＰＭＧ固定子７は、回転軸３の他端側に設けられている。この副励磁用ＰＭＧ固定子７は、環状の電磁鋼板を軸方向に積層した固定子鉄心７ａと、固定子鉄心７ａ内径側のスロットに収められた固定子巻線７ｂとから構成される。副励磁用ＰＭＧ回転子８は、環状の副励磁用ＰＭＧ固定子７の内側に設けられ、円柱状の鉄心８ａと、当該鉄心８ａ外径側に設けられた永久磁石８ｂとから構成される。この副励磁用ＰＭＧ回転子８は、回転軸３の他端（図中右端）に固定されている。つまり回転軸３は、回転子２、励磁機回転子６、副励磁用ＰＭＧ回転子８とともに回転するようになっている。
【０００７】
発電機フレーム９は、固定子１と、回転子２と、回転軸３の一部分（一端部分と他端部分を除く部分）と、励磁機固定子５と、励磁機回転子６とを覆うように設けられている。この発電機フレーム９の一端と他端の外側に、それぞれ軸受け４が設けられていて、回転軸３は一端部分と他端部分が、それぞれ発電機フレーム９の外側に突出するように設けられている。そして、この回転軸３の他端側、つまり発電機フレーム９の他端の外側に、副励磁用ＰＭＧ固定子７と副励磁用ＰＭＧ回転子８が設けられている。
【０００８】
このような構成のブラシレス回転電機（つまり従来のブラシレス回転電機）３００は、原動機により回転軸３を回転させることで発電するようになっている。一定の回転数を与えることができる原動機としては、エンジン、タービン、水車等があるが、ここでは、回転数が変動するものや、自然エネルギーを利用した不安定なもの、船舶用の軸発電機等、回転速度を変動させて使用する原動機を対象とする。
【０００９】
つづけて、ブラシレス回転電機３００が、回転力を電力に変換する過程について簡単に説明する。初めに原動機を用いて回転軸３を回転させる。このとき、回転軸３に固定された回転子２、励磁機回転子６、及び副励磁用ＰＭＧ回転子８も同様に回転する。ここで、副励磁用ＰＭＧ回転子８に永久磁石８ｂが設けられている為、副励磁用ＰＭＧ回転子８が回転すると回転磁界が形成される。この回転磁界が、副励磁用ＰＭＧの固定子巻線７ｂと鎖交することで電磁誘導が起こる。これにより副励磁用ＰＭＧの固定子巻線７ｂに電圧が発生して交流電流が流れる。この交流電流は、外部の発電機制御盤に設けられた自動電圧調整器（以下、ＡＶＲ：Auto Voltage Regulato）１０により直流電流に変換され、励磁機の固定子巻線５ｂに供給される。
【００１０】
尚、図示していないが副励磁用のＰＭＧを有していないブラシレス回転電機もあり、この場合、励磁用の電源をブラシレス回転電機の出力側から供給し、ＡＶＲ１０を介して励磁機の固定子巻線５ｂに供給するようになっている。
（【００１１】以降は省略されています）

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