JP2938378B2 - Modulation control type AC machine and device using the same - Google Patents
Modulation control type AC machine and device using the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、変調制御型の交流
機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a modulation control type AC machine.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の交流機は交流電動機と交流発電機
から成り、その構造は種類によって相異する。一般に交
流電動機は各種の産業設備に於ける駆動制御に、交流発
電機は原動機を使用して電力の発生に利用される。しか
し交流機の構造、特性、及び用途には違いがあり、使用
目的によってその種類が選択される。2. Description of the Related Art A conventional AC machine comprises an AC motor and an AC generator, and their structures are different depending on the type. Generally, an AC motor is used for drive control in various industrial facilities, and an AC generator is used for generating electric power using a motor. However, there are differences in the structure, characteristics, and applications of the AC machine, and the type is selected depending on the purpose of use.
【0003】しかしながら、既存の交流機には種々の問
題点が存在する。例えば同期電動機では広範囲の速度制
御に問題があり、また誘導電動機では回転子の負荷によ
る回転速度の変動に問題がある。本発明による変調制御
型交流機は従来の交流機との間に密接な関係がある。本
発明の原理と作用は、その関係を利用して合理的に説明
できる。しかしその関係と相異点を明らかにするため
に、以下に従来の交流機における構造、原理、及び問題
点を説明する。[0003] However, existing AC machines have various problems. For example, a synchronous motor has a problem in speed control over a wide range, and an induction motor has a problem in rotation speed fluctuation due to a load on a rotor. The modulation control type AC machine according to the present invention has a close relationship with a conventional AC machine. The principle and operation of the present invention can be rationally explained using the relationship. However, in order to clarify the relationship and the difference, the structure, principle, and problems of the conventional AC machine will be described below.
【0004】従来の交流電動機は、交流発電機と同じ構
造を有し、同期電動機、誘導電動機、及びセルシン電動
機により代表される。その基本原理は、交流電源により
発生される磁束が回転力と回転速度の制御に利用される
ということである。この点におては共通である。A conventional AC motor has the same structure as an AC generator, and is represented by a synchronous motor, an induction motor, and a selcin motor. The basic principle is that the magnetic flux generated by the AC power supply is used for controlling the rotational force and the rotational speed. This point is common.
【0005】同期電動機は、回転磁界を使用し、電源周
波数に比例する同期速度により回転する直流主磁束によ
り回転磁界が構成される。直流主磁束と界磁巻線の直流
界磁電流との間の直流電磁力が回転子を同期速度で回転
させる同期回転力を発生させる。しかし回転子には直流
主磁束に対する遅れ角が存在する。同期電動機では交流
電源と直流電源をそれぞれ別々に設ける必要があり、こ
れが構造的な欠点になる。回転速度は電源周波数を変え
ることにより制御され、同期回転力は直流界磁電流を変
えることにより制御される。[0005] A synchronous motor uses a rotating magnetic field, and a rotating magnetic field is formed by a DC main magnetic flux that rotates at a synchronous speed proportional to the power supply frequency. The DC electromagnetic force between the DC main magnetic flux and the DC field current of the field winding generates a synchronous rotational force that rotates the rotor at a synchronous speed. However, the rotor has a delay angle with respect to the DC main magnetic flux. In a synchronous motor, an AC power supply and a DC power supply must be separately provided, which is a structural disadvantage. The rotation speed is controlled by changing the power supply frequency, and the synchronous rotation force is controlled by changing the DC field current.
【0006】回転速度を増加させるために電源周波数を
増加させると、磁化電流、直流主磁束、及び同期回転力
が減少する。従って電源電圧を増加してその欠点を除く
必要がある。また回転速度を減少させるために電源周波
数を減少させる、反対に、磁化電流が増加して磁気飽和
の危険がある。そのため、電源電圧を減少させる必要が
ある。電源電圧の変化に対応できるようにすると同期電
動機はサイズが大きくなり、重量も増加し、効率が減少
する。When the power supply frequency is increased to increase the rotation speed, the magnetizing current, the DC main magnetic flux, and the synchronous rotation force decrease. Therefore, it is necessary to increase the power supply voltage to eliminate the disadvantage. In addition, the power supply frequency is reduced to reduce the rotation speed. On the contrary, there is a danger of magnetic saturation due to an increase in the magnetizing current. Therefore, it is necessary to reduce the power supply voltage. Being able to adapt to changes in power supply voltage will increase the size, weight, and efficiency of the synchronous motor.
【0007】同期電動機では、各相において固定子巻線
の巻回数と負荷電流との積に比例する交番起磁力が発生
される。しかしながら、これを相殺する2次回路がな
い。従ってリアクタンスが発生して負荷電流を妨害する
電機子反作用がもんだいとなる。各相の交番起磁力を合
成すれば直流起磁力が得られ、その直流起磁力により直
流主磁束に歪が発生し減磁作用の原因になる。また回転
子の負荷回転力が同期回転力より増加すれば、同期の脱
調現象により回転を停止し、同期回転力を失うという問
題がある。脱調防止のため直流界磁電流を増加させれば
直流励磁による偏極作用が磁気飽和の原因になる。従っ
て、交流電源は励磁電流を増加し、力率の低下と温度上
昇という問題を引き起こす。In the synchronous motor, an alternating magnetomotive force is generated in each phase in proportion to the product of the number of turns of the stator winding and the load current. However, there is no secondary circuit to offset this. Therefore, the armature reaction which generates reactance and disturbs the load current becomes worse. If the alternating magnetomotive force of each phase is combined, a DC magnetomotive force is obtained, and the DC magnetomotive force causes a distortion in the DC main magnetic flux, which causes a demagnetization effect. Further, when the load torque of the rotor is larger than the synchronous torque, there is a problem that the synchronous motor loses its synchronous torque by stopping the rotation due to the synchronization step-out phenomenon. If the DC field current is increased to prevent step-out, the polarization action due to DC excitation causes magnetic saturation. Therefore, the AC power supply increases the exciting current, causing a problem of a decrease in power factor and a rise in temperature.
【0008】同期発電機では、発生電圧とその位相が、
発電力が供給されるべき交流電流と平衡する必要があ
る。従って同期速度を維持するため、原動機に高精度の
速度制御装置が採用される。発生電力は回転子の進み角
に基づいて発生される。交流電源と同期発電機との間に
差電圧が必要である。同期発電機の負荷電流と磁化電流
が交流電源に供給される。こうして発電作用が達成され
る。差電圧の方向が反対になれば、同期電動機として作
用する。発生電力を変えると、負荷電流と電機子反作用
のため発生電圧とその位相が変化する。並列運転される
同期発電機の間には循環電流が発生し、同期化力のため
発生電力に乱調を発生し易い。In the synchronous generator, the generated voltage and its phase are
The generated power must be balanced with the alternating current to be supplied. Therefore, in order to maintain the synchronous speed, a high-precision speed control device is adopted for the prime mover. The generated power is generated based on the lead angle of the rotor. A differential voltage is required between the AC power supply and the synchronous generator. The load current and the magnetizing current of the synchronous generator are supplied to an AC power supply. Thus, the power generation action is achieved. If the direction of the difference voltage is reversed, it acts as a synchronous motor. When the generated power is changed, the generated voltage and its phase change due to the load current and the armature reaction. A circulating current is generated between the synchronous generators operated in parallel, and the generated power is likely to be disturbed due to the synchronizing power.
【0009】誘導電動機では、1次巻線が同期電動機の
固定子巻線に相当するので、固定子には同期電動機と同
じように回転磁界が発生される。1次巻線と2次巻線は
変圧器の電磁結合に似ており、2次巻線には負荷が接続
される。負荷電流は交流電源から供給されるため、同期
電動機に比べて構造が簡単になる。各相の1次巻線と2
次巻線では負荷電流が比例するから、その巻回数に比例
する交番起磁力は等しく互に相殺される。従って電機子
反作用がなく、負荷電流を妨害するリアクタンスが除か
れている。In the induction motor, the primary winding corresponds to the stator winding of the synchronous motor, so that a rotating magnetic field is generated on the stator in the same manner as the synchronous motor. The primary winding and the secondary winding are similar to the electromagnetic coupling of a transformer, and a load is connected to the secondary winding. Since the load current is supplied from the AC power supply, the structure is simpler than that of the synchronous motor. Primary winding of each phase and 2
Since the load current is proportional to the secondary winding, the alternating magnetomotive forces proportional to the number of turns are equally and mutually offset. Therefore, there is no armature reaction and the reactance which disturbs the load current is eliminated.
【0010】1次巻線の各相に励磁電流がながれ、その
磁化電流である無効電流の成分を合成すれば、等価直流
磁化電流が得られ、直流主磁束が発生する。磁化電流と
同じ位相関係を持つ各相の無効2次電流を合成すれば、
同様にして等価直流電流が得られるので、同期電動機の
直流界磁電流に相当する。従って誘導電動機は同期電動
機と同じ原理で発生する同期回転力により回転子が回転
させられるということが理解できる。また回転のために
無効2次電流が必要になることを表わしている。各相の
有効2次電流はその相の1次巻線が発生する磁束に対し
てπ/2の位相差を持つので、その積に比例する交流電
磁力の平均値が零になる。従って有効2次電流は同期回
転力には関係がない。When an exciting current flows through each phase of the primary winding and a component of the reactive current, which is the magnetizing current, is synthesized, an equivalent DC magnetizing current is obtained, and a DC main magnetic flux is generated. By combining the reactive secondary current of each phase having the same phase relationship as the magnetizing current,
Similarly, since an equivalent DC current is obtained, it corresponds to the DC field current of the synchronous motor. Therefore, it can be understood that the rotor of the induction motor is rotated by the synchronous torque generated by the same principle as the synchronous motor. It also indicates that an inactive secondary current is required for rotation. Since the effective secondary current of each phase has a phase difference of π / 2 with respect to the magnetic flux generated by the primary winding of that phase, the average value of the AC electromagnetic force proportional to the product becomes zero. Therefore, the effective secondary current has no relation to the synchronous torque.
【0011】誘導電動機は回転子の滑りにより回転速度
を変え、2次電圧とその周波数を減少させる滑り周波数
を持っている。2次電圧の減少により等価直流電流は減
少し、滑りにより回転速度が同期速度よりも減少する。
実際には回転子の滑り周波数による直流磁界の回転に、
回転子自身の回転が加算されるため、固定子の直流主磁
束と同期して同じ方向に回転する。これが誘導電動機の
回転原理を表わし、同期電動機と同じ原理を備える。し
かし誘導電動機の同期回転力は回転子に対する同期を意
味しない。また2次巻線の有効負荷電流は機械的出力に
比例する。等価直流電流と回転子の間には回転速度に差
がある。回転子に滑り周波数に比例して回転する回転磁
界が必要であるため、2次巻線に多相巻線を使用する。
回転子の回転磁界が滑り周波数に比例して回転する。The induction motor has a secondary voltage and a slip frequency for reducing the frequency thereof by changing the rotation speed by the slip of the rotor. The equivalent DC current decreases due to the decrease in the secondary voltage, and the rotational speed decreases below the synchronous speed due to slippage.
In fact, the rotation of the DC magnetic field due to the slip frequency of the rotor,
Since the rotation of the rotor itself is added, the rotor rotates in the same direction in synchronization with the DC main magnetic flux of the stator. This represents the principle of rotation of the induction motor and has the same principle as that of the synchronous motor. However, the synchronous torque of the induction motor does not mean synchronization with the rotor. The effective load current of the secondary winding is proportional to the mechanical output. There is a difference in rotational speed between the equivalent DC current and the rotor. Since a rotating magnetic field that rotates in proportion to the slip frequency is required for the rotor, a multi-phase winding is used for the secondary winding.
The rotating magnetic field of the rotor rotates in proportion to the slip frequency.
【0012】誘導電動機に発生する同期回転力は常に回
転子の機械的負荷回転力と平衡する。負荷回転力を増加
させれば、滑りが増加して2次電圧と無効2次電流を増
加させ、同期回転力が増加するため、脱調の心配はな
い。しかし滑りの増加により回転速度が減少するという
欠点がある。The synchronous torque generated in the induction motor always balances the mechanical load torque of the rotor. If the load torque is increased, the slip increases, the secondary voltage and the reactive secondary current increase, and the synchronous torque increases, so there is no fear of step-out. However, there is a disadvantage that the rotation speed decreases due to an increase in slippage.
【0013】誘導電動機の回転子を原動機により強制的
に回転させれば滑りが反対方向になるので、回転子には
進み角が発生して誘導発電機として働く。これは、同期
発電機の進み角に相当して、同じ発電作用を示す。誘導
発電機の回転磁界は交流電源により発生されるので、交
流電源を切り離すことができない。発生電力は2次巻線
の負荷を変えて制御し、原動機の回転力は進み角を変化
して発電力を変動する作用がある。If the rotor of the induction motor is forcibly rotated by the prime mover, the slip is in the opposite direction, so that the rotor has an advancing angle and functions as an induction generator. This corresponds to the lead angle of the synchronous generator and shows the same power generation action. Since the rotating magnetic field of the induction generator is generated by the AC power supply, the AC power supply cannot be disconnected. The generated power is controlled by changing the load on the secondary winding, and the rotational force of the prime mover has an effect of changing the lead angle to vary the generated power.
【0014】セルシン電動機は、互いに並列に接続され
る同じ構造の発信器と受信器から成る。それぞれの回転
子巻線は共通単相交流電源に接続され、磁化電流が交番
主磁束を発生する。一般に固定子巻線は2相または3相
巻線から成り、並列回路を構成している。The Selsin motor consists of a transmitter and a receiver of the same structure connected in parallel to each other. Each rotor winding is connected to a common single-phase AC power supply, and the magnetizing current generates an alternating main magnetic flux. Generally, the stator winding is formed of a two-phase or three-phase winding, and forms a parallel circuit.
【0015】発信器と受信器の2相固定子巻線a、bと
単相回転子巻線cは巻回数が等しく、単相交流電源は正
弦波形の所定周波数の所定電圧eを持つとする。発信器
と受信器は巻線cが電圧eにより同じ正弦波形の交番主
磁束φを発生する。巻線aとbの誘起電圧にそれぞれ差
電圧がない場合には回転子は回転しない。従って2個の
等価単相変圧器に相当し、その2次巻線は巻線a、bに
相当する。それぞれの誘起電圧をea1、eb1とすると、
等価単相変圧器では電圧ea1とeb1が互いに一致し、そ
の方向に変化はない。The two-phase stator windings a and b and the single-phase rotor winding c of the transmitter and the receiver have the same number of turns, and the single-phase AC power supply has a predetermined voltage e having a predetermined frequency of a sine waveform. . The transmitter and the receiver generate the alternating main magnetic flux φ having the same sine waveform in the winding c by the voltage e. When there is no difference voltage between the induced voltages of the windings a and b, the rotor does not rotate. Therefore, they correspond to two equivalent single-phase transformers, and their secondary windings correspond to windings a and b. Assuming that the respective induced voltages are e a1 and e b1 ,
In the equivalent single-phase transformer, the voltages e a1 and e b1 coincide with each other, and there is no change in the direction.
【0016】発信器には固有の特性があり、外力により
回転子を連続的に一定速度で回転させると、交番主磁束
φが回転するので巻線a、bと鎖交する角度が差動的に
変化して、その誘起電圧ea、ebは振幅変調される。従
って電圧ea、ebの波高値すなわち包絡線は回転速度に
比例して変化する。電源周波数と比べて回転速度が十分
に小さい場合には、その波高値は正弦波形の対称鼓形波
形により表わされる。The transmitter has an inherent characteristic. When the rotor is continuously rotated at a constant speed by an external force, the alternating main magnetic flux φ rotates, so that the angle interlinking the windings a and b is differential. changes in, the induced voltage e a, e b is amplitude modulated. Thus the voltage e a, wave height i.e. the envelope of e b varies proportionally to the rotational speed. When the rotation speed is sufficiently low compared to the power supply frequency, the peak value is represented by a symmetrical drum-shaped sine waveform.
【0017】図1はea、ebに対するeの波形であり、
その最大波高値は互いに一致する。回転子の回転により
電圧ea1、eb1が振幅変調されてea、ebになる。従っ
て電源電圧eは単相搬送波電圧になる。電圧eaとebは
その波高値の包絡線に位相差があり、2相振幅変調され
ていることを表わしている。2相変調波電圧をea2、e
b2とすれば、電圧ea1、eb1を電圧ea2、eb2が振幅変
調して、電圧ea、ebはその合成波形に相当している。
単相搬送波電源の磁化電流により交番主磁束φが発生す
る。交番主磁束は振幅が一定であって、搬送周波数で交
番する。電圧ea、ebの2相変調波電圧ea2、eb2は交
番主磁束φを変調周波数に従って交互に巻線a、bに分
配する。しかし磁化電流と交番主磁束には変化がなく、
電源の無効供給電力は発信器を素通りして受信機に供給
され、発信器と受信機は同期的に回転する。更に回転子
の半回転毎に、交番主磁束φは巻線a、bと鎖交する方
向を反転する。したがって電圧ea、ebは誘起電圧の方
向が半波ごとに反転する。その方向反転に伴い搬送波電
圧ea1、eb1の方向と位相が反転を繰返す。図1は電圧
ea、ebの振幅変化並にea2、eb2の位相反転を示して
いる。FIG. 1 shows the waveform of e with respect to e a and e b ,
The maximum peak values coincide with each other. The voltages e a1 and e b1 are amplitude-modulated by the rotation of the rotor to e a and e b . Therefore, the power supply voltage e becomes a single-phase carrier voltage. The voltage e a and e b there is a phase difference envelope of its peak value, represents that it is the two-phase amplitude modulation. The two-phase modulated wave voltage is e a2 , e
if b2, and the voltage e a1, e b1 voltage e a2, e b2 amplitude modulated, voltage ea, eb is equivalent to the composite waveform.
An alternating main magnetic flux φ is generated by the magnetizing current of the single-phase carrier power supply. The alternating main magnetic flux has a constant amplitude and alternates at the carrier frequency. The two-phase modulated wave voltages e a2 and e b2 of the voltages e a and e b distribute the alternating main magnetic flux φ to the windings a and b alternately according to the modulation frequency. However, the magnetizing current and the alternating main magnetic flux did not change,
The reactive power of the power supply is supplied to the receiver without passing through the transmitter, and the transmitter and the receiver rotate synchronously. Further, every half rotation of the rotor, the alternating main magnetic flux φ reverses the direction interlinking the windings a and b. Thus the voltage e a, e b is the direction of the induced voltage is inverted every half-wave. With the reversal of the direction, the directions and phases of the carrier wave voltages e a1 and e b1 are repeatedly reversed. Figure 1 shows a phase inversion of the voltage e a, the amplitude change mediocre e b e a2, e b2.
【0018】発信器は上記の条件をすべて備える一種の
機械的変調器になる。本発明による変調制御型の交流機
では変調器が必要であるが、これを機械的変調器に採用
できる。The oscillator is a kind of mechanical modulator that satisfies all the above conditions. Although the modulation is required in the modulation control type AC machine according to the present invention, the modulator can be employed as a mechanical modulator.
【0019】セルシン電動機は受信器に対して発信器を
回転させれば、回転子間の不平衡角度によって不平衡電
圧を発生し、各相の電圧ea、ebは互いに相殺されない
ため、不平衡電圧は波高値が鼓形波形に従って変化す
る。従って2組の並列回路にはそれぞれ漏洩リアクタン
スに反比例する無効循環電流が流れる。これをベクトル
的に合成して得られる合成無効循環電流と交番主磁束は
交流電磁力により不平衡角度差を除く同期回転力を発生
する。これがセルシン電動機の動作原理になる。不平衡
電圧は、発信器と受信器における回転子の角度差により
変化し、電圧ea、ebに比べて小さいため、同期回転力
は小さく変動する性質がある。回転速度は、変調周波数
に比例するが、電源周波数には関係がない。2組の並列
回路において合成有効循環電流と電圧eaならびにebと
の積は、その電力を表し、発信器と受信器に作用する
が、互いに反対方向になるため相殺される。従って共通
単相電源はその電力と有効電流を供給する作用がない。
実際にはセルシン電動機は電力と有効電流が供給されな
いので、機械的出力を発生しない。[0019] selsyn motor is rotated the transmitter relative to the receiver, since the unbalanced voltage generated by the imbalance angle between the rotor, each phase voltage e a, e b are not offset from each other, not The peak value of the equilibrium voltage changes according to the hourglass waveform. Therefore, a reactive circulating current that is inversely proportional to the leakage reactance flows through the two sets of parallel circuits. The resultant reactive circulating current and the alternating main magnetic flux obtained by vectorwise combining these generate a synchronous rotational force excluding the unbalanced angle difference by the AC electromagnetic force. This is the operating principle of the Selsin motor. Unbalanced voltage is changed by the angle difference of the rotor in the transmitter and receiver, smaller than the voltage e a, the e b, the synchronous rotation force is a property of small variations. The rotation speed is proportional to the modulation frequency, but has no relation to the power supply frequency. The product of the composite effective circulating current and the voltage e a and e b in two sets of parallel circuits, represents the power acts on the transmitter and receiver are offset to become opposite directions. Therefore, the common single-phase power supply has no function of supplying the power and the effective current.
In practice, selcin motors do not provide mechanical power because they are not supplied with power and active current.
【0020】一般に交番主磁束は互いに反対方向に回転
する同じ回転速度と同じ大きさの正相回転磁界と逆相回
転磁界を合成して与えられる。これが従来の常識であ
る。2相誘導電動機の2相1次巻線は、その1相が単相
交流電源により励磁されれば、交番主磁束を発生する単
相誘導電動機に相当する。しかし起動回転力がなく回転
子は回転しない。一時的に外力により回転子を回転させ
れば、自発回転力により連続的に回転子が回転し、外力
は必要がなくなる。その理由は、回転によって正相リア
クタンスと逆相リアクタンスに差を発生し、正相回転力
と逆相回転力の差によって連続的に回転するためであ
る。受信器の構造はこれに似ているため、自発回転力が
セルシン電動機の作用を妨害するという問題がある。同
期回転力より自発回転力が増加すれば、受信器は自発回
転力のため不安定になる。セルシン電動機は回転速度に
制限があり、回転速度を増加できない。In general, the alternating main magnetic flux is provided by combining a positive-phase rotating magnetic field and a negative-phase rotating magnetic field having the same rotation speed and the same magnitude rotating in opposite directions. This is conventional common sense. The two-phase primary winding of a two-phase induction motor corresponds to a single-phase induction motor that generates an alternating main magnetic flux when one phase is excited by a single-phase AC power supply. However, there is no starting torque and the rotor does not rotate. If the rotor is temporarily rotated by the external force, the rotor continuously rotates by the spontaneous rotational force, and the external force is not required. The reason is that the rotation causes a difference between the positive-phase reactance and the negative-phase reactance, and the motor rotates continuously due to the difference between the normal-phase torque and the negative-phase torque. Since the structure of the receiver is similar to this, there is a problem that the spontaneous rotational force interferes with the operation of the Selsin motor. If the spontaneous torque is greater than the synchronous torque, the receiver becomes unstable due to the spontaneous torque. The rotation speed of the selcin motor is limited, and the rotation speed cannot be increased.
【0021】受信器の単相回転子巻線は2相同期電動機
の直流界磁巻線に相当し、同じ構造になる。しかし同期
電動機では電源周波数を変化させれば、回転速度、磁化
電流、直流主磁束、及び同期回転力が変化する。受信器
には直流磁束がなく、発信器により回転速度が制御し、
交流電源により発生される交番主磁束と回転速度の間に
は関係がない。従ってセルシン電動機は個有の特性を備
え、機械的出力を増加できないため、同期電動機とは特
性及び動作原理が基本的に相異する。The single-phase rotor winding of the receiver corresponds to the DC field winding of a two-phase synchronous motor and has the same structure. However, in a synchronous motor, when the power supply frequency is changed, the rotation speed, the magnetizing current, the DC main magnetic flux, and the synchronous rotation force change. There is no DC magnetic flux in the receiver, the rotation speed is controlled by the transmitter,
There is no relationship between the alternating main flux generated by the AC power supply and the rotational speed. Therefore, since the Selsin motor has its own characteristics and cannot increase the mechanical output, the characteristics and the operation principle are basically different from those of the synchronous motor.
【0022】[0022]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、既存交流機
の上記欠点を改善する新しい交流機を提供し、これを産
業設備の制御及び発電作用に利用することを目的とす
る。新しい交流機は交流電源との間に変調器を採用する
ので変調制御型の交流機であり、その動作原理は以下に
説明する。しかし動作原理は容量に無関係であって利用
分野が広く、産業設備の生産性及び発電効率を向上させ
ることができる。従って産業設備においてはソフトウエ
ア技術として利用することができる。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a new AC machine which improves the above-mentioned drawbacks of an existing AC machine, and to use the same for control of industrial equipment and power generation. The new AC machine is a modulation control type AC machine because a modulator is employed between the AC machine and an AC power supply, and its operation principle will be described below. However, the operating principle is irrelevant to the capacity and is widely used, so that the productivity and power generation efficiency of industrial equipment can be improved. Therefore, it can be used as software technology in industrial equipment.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】本発明の変調制御型の交
流機は、交流電源から供給される搬送波電圧としての交
流電圧から多相振幅変調電圧を発生するための変調器
と、及び固定子巻線と電気的負荷に接続された回転子巻
線を有する変調交流機であって、前記固定子巻線は前記
変調器からの前記多相振幅変調電圧に応答して交番主磁
束を発生し、前記回転子巻線は前記交番主磁束に応答し
て回転させられる変調交流機とを具備する。SUMMARY OF THE INVENTION A modulation control type AC machine according to the present invention comprises a modulator for generating a polyphase amplitude modulation voltage from an AC voltage as a carrier voltage supplied from an AC power supply, and a stator. A modulated alternator having a winding and a rotor winding connected to an electrical load, wherein the stator winding generates an alternating main magnetic flux in response to the polyphase amplitude modulation voltage from the modulator. , Wherein the rotor winding comprises a modulated alternator rotated in response to the alternating main magnetic flux.
【0024】前記変調器は、前記交流機の前記回転子巻
線の同期回転速度が変更されるように前記振幅変調電圧
の周波数を変更するための手段を具備する。The modulator includes means for changing a frequency of the amplitude modulation voltage so that a synchronous rotation speed of the rotor winding of the AC machine is changed.
【0025】前記変調交流機は、前記電気的負荷を制御
することにより前記回転子巻線に発生される同期回転力
を制御するための手段を具備する。[0025] The modulation alternator includes means for controlling a synchronous torque generated in the rotor winding by controlling the electric load.
【0026】前記変調器は、前記変調交流機と同じ構造
を有する。The modulator has the same structure as the modulation AC machine.
【0027】 前記変調器は、前記変調交流機固定子巻
線に接続された固定子巻線と前記搬送波電圧を受信する
ために前記交流電源に接続された回転子巻線を具備する
機械的変調器を具備し、前記機械的変調器は、外力によ
り前記変調器回転子巻線を回転させることにより前記変
調器固定子巻線に前記搬送波電圧から前記振幅変調電圧
を発生し、前記振幅変調電圧は、前記変調器回転子巻線
の回転数に比例する変調周波数を持ち、回転する一定振
幅の交番主磁束を発生する。The modulator comprises a mechanical winding comprising a stator winding connected to the modulated AC machine stator winding and a rotor winding connected to the AC power supply to receive the carrier voltage. A mechanical modulator for generating the amplitude modulation voltage from the carrier voltage on the modulator stator winding by rotating the modulator rotor winding by an external force; Has a modulation frequency proportional to the number of rotations of the modulator rotor winding and generates a rotating constant amplitude alternating main magnetic flux.
【0028】前記変調器は、変調波電圧を発生し、前記
変調波電圧に従って前記交流電源から供給される前記搬
送波電圧に振幅変調を行い前記振幅変調電圧を発生する
ための手段を具備する。The modulator includes means for generating a modulated wave voltage, performing amplitude modulation on the carrier wave voltage supplied from the AC power supply according to the modulated wave voltage, and generating the amplitude modulated voltage.
【0029】前記変調回転子巻線は単相であり、前記変
調器固定子巻線は2相であり、単相機械的変調器とな
る。前記変調交流機固定子巻線は2相であり、前記変調
交流機回転子巻線は単相であり、単相変調交流機とな
る。同期回転力は、前記変調交流機回転子巻線が前記変
調器回転子巻線の回転と同期して回転させられるよう
に、前記電気的負荷を通して前記変調交流機回転子巻線
に流れる負荷電流と、前記変調交流機固定子巻線により
発生される前記交番主磁束とにより発生される。The modulation rotor winding is single-phase, and the modulator stator winding is two-phase, forming a single-phase mechanical modulator. The modulated AC machine stator winding is two-phase, and the modulated AC machine rotor winding is single-phase, resulting in a single-phase modulated AC machine. The synchronous torque is the load current flowing through the modulated alternator rotor winding through the electrical load such that the modulated alternator rotor winding is rotated in synchronization with the rotation of the modulator rotor winding. And the alternating main magnetic flux generated by the modulation AC machine stator winding.
【0030】3組の前記単相機械的変調器は単相回転子
巻線を3相交流電源の各相に接続して、3組の回転子を
直結して3相機械的変調器になる。3組の前記単相変調
交流機は単相固定子に負荷を接続し3組の負荷が3相負
荷になり、3組の回転子を直結して3相変調交流機にな
る。The three sets of single-phase mechanical modulators connect a single-phase rotor winding to each phase of a three-phase AC power supply and directly connect the three sets of rotors to form a three-phase mechanical modulator. . The three sets of single-phase modulated AC machines have loads connected to a single-phase stator, the three sets of loads become three-phase loads, and the three sets of rotors are directly connected to form a three-phase modulated AC machine.
【0031】前記3相機械的変調器は前記3相変調交流
機を励磁して3組の単相交番主磁束を発生して3組の負
荷に発生する3相負荷電流との間に発生する3組の同期
回転力が直結回転子の合成同期回転力になる。The three-phase mechanical modulator excites the three-phase modulated AC machine to generate three sets of single-phase alternating main magnetic fluxes, which are generated between a three-phase load current generated in three sets of loads. The three sets of synchronous rotational forces become the composite synchronous rotational force of the direct-coupled rotor.
【0032】前記3相機械的変調器は3組の単相回転子
巻線を1個の回転子に収容し、1対の回転子と固定子を
2π/3の角度により3等分する各部分に等間隔で順次
収容して一体的構造の3相機械的変調器になる。前記3
相変調交流機は3組の2相固定子巻線を1個の固定子に
収容し、1対の固定子と回転子を2π/3の角度により
3等分する各部分に等間隔で順次に収容して一体的構造
の3相変調交流機になる。The three-phase mechanical modulator accommodates three sets of single-phase rotor windings in one rotor and divides a pair of rotors and stators into three equal parts at an angle of 2π / 3. The three-phase mechanical modulator is integrally housed at equal intervals to form an integrated three-phase mechanical modulator. 3 above
A phase modulation AC machine accommodates three sets of two-phase stator windings in one stator, and sequentially divides a pair of stator and rotor into three equal parts at an angle of 2π / 3 at equal intervals. And a three-phase modulation AC machine having an integral structure.
【0033】本発明の変調制御型の交流機は、固定子巻
線と、回転子巻線を有し、交流電源から供給される搬送
波電圧としての交流電圧から多相振幅変調電圧を発生す
るための変調器と、固定子巻線と、回転子巻線を具備
し、単相回転子巻線に電気的負荷を接続する構造を具備
する変調交流機であって、前記固定子巻線が前記変調器
からの前記多相振幅変調電圧に応答して交番回転磁界の
交番主磁束を発生して回転させ、前記回転子巻線は前記
交番主磁束に応答して同期的に回転させられる変調交流
機とを具備し、前記変調交流機回転子に機械的に負荷又
は原動機を結合する。The modulation control type AC machine of the present invention has a stator winding and a rotor winding, and generates a multiphase amplitude modulation voltage from an AC voltage as a carrier voltage supplied from an AC power supply. A modulator, a stator winding, and a rotor winding, a modulation AC machine having a structure for connecting an electric load to the single-phase rotor winding, wherein the stator winding is the A modulating alternating current that generates and rotates an alternating main magnetic flux of an alternating rotating magnetic field in response to the polyphase amplitude modulation voltage from a modulator, and that the rotor winding is synchronously rotated in response to the alternating main magnetic flux. A mechanically coupled load or prime mover to the modulated alternator rotor.
【0034】前記変調器回転子は、前記変調交流機に発
生された同期回転力により回転させられる。The modulator rotator is rotated by a synchronous torque generated by the modulation AC machine.
【0035】前記機械的変調器と前記変調交流機の回転
子間に若干の一定角度差を設けて直結すれば変調電動機
に発生する同期回転力は機械的変調器の回転子を回転さ
せる外力になる。機械的負荷又は原動機は回転速度を制
御する。sらに、変調交流機の電気的負荷を変化させれ
ば、同期回転力が変化し、同期回転力は回転速度を変化
させる。従って、電気的負荷により同期回転力と回転速
度を同時に制御する作用を具備する。When the mechanical modulator and the rotor of the modulating AC machine are directly connected with a certain fixed angle difference therebetween, the synchronous torque generated in the modulated motor becomes an external force for rotating the rotor of the mechanical modulator. Become. A mechanical load or prime mover controls the rotational speed. If the electric load of the modulation alternator is changed, the synchronous torque changes, and the synchronous torque changes the rotation speed. Therefore, the present invention has an operation of simultaneously controlling the synchronous rotation force and the rotation speed by the electric load.
【0036】[0036]
【発明の作用】以下に本発明による変調制御型の交流機
の作用について説明する。The operation of the modulation control type AC machine according to the present invention will be described below.
【0037】本発明による単相変調制御型の交流機の前
記単相機械的変調器と単相変調交流機の構造は、既に述
べたセルシン電動機の発信器と受信器と似ている。しか
し、受信器の回転子巻線は、単相交流電源ではなく電気
的負荷に接続されている。これにより、単相電源に接続
された機械的変調器と電気的負荷に接続された変調電動
機から本発明の単相変調制御型の交流機が構成される。
機械的変調器は単相電源からの電力を一方的に変調電動
機の負荷に供給し、その作用はセルシン電動機とは全く
異なる。The structure of the single-phase mechanical modulator and the single-phase modulated AC machine of the single-phase modulation control type AC machine according to the present invention is similar to the transmitter and receiver of the Selsin motor described above. However, the rotor winding of the receiver is connected to an electrical load rather than a single-phase AC power supply. As a result, the mechanical modulator connected to the single-phase power supply and the modulation motor connected to the electric load constitute the single-phase modulation control type AC machine of the present invention.
A mechanical modulator unilaterally supplies power from a single-phase power supply to the load of a modulation motor, and its operation is completely different from a selcin motor.
【0038】機械的変調器では、交流電源により単相交
番主磁束が発生され、その結果2相固定子巻線に2相誘
起電圧が発生して変調交流機を励磁する。変調交流機で
は、2相誘起電圧による磁化電流が合成されて同様な単
相交番主磁束が発生され、単相回転子巻線に誘起電圧が
発生し、負荷に負荷電流が流れる。機械的変調器と交流
機の回転子間に角度差がない場合には、セルシン電動機
と同じ状態になって回転力を発生しないため、交流機は
回転しない。In the mechanical modulator, a single-phase alternating main magnetic flux is generated by an AC power supply, and as a result, a two-phase induced voltage is generated in a two-phase stator winding to excite the modulated AC machine. In a modulated AC machine, a magnetizing current is synthesized by a two-phase induced voltage to generate a similar single-phase alternating main magnetic flux, an induced voltage is generated in a single-phase rotor winding, and a load current flows to a load. If there is no angle difference between the mechanical modulator and the rotor of the AC machine, the AC machine does not rotate because it is in the same state as the Selsin motor and does not generate a rotational force.
【0039】より詳細には、交流機では、2相固定子巻
線は合成磁化電流により励磁され、単相回転子巻線は同
じ位相関係を有する無効負荷電流により励磁されて、固
定子と回転子は1対の交流電磁石のように作用する。こ
のとき、固定子の電磁石は交番主磁束の方向に、回転子
の電磁石は単相回転子巻線の巻線軸の方向に、同じ位相
の交流電磁力を発生する。1対の交流電磁力の方向に角
度差があれば、両電磁石間の吸引力は回転子を固定子の
方向に一致させる平衡作用を示す。例えば、その回転子
を外力によりいずれかの方向に偏位させれば復元力が作
用する。復元力はその平衡を維持する同期回転力である
ことは、実験によって実証されている。More specifically, in an AC machine, a two-phase stator winding is excited by a combined magnetizing current, and a single-phase rotor winding is excited by a reactive load current having the same phase relationship, so that the stator and the rotor are rotated. The child acts like a pair of AC electromagnets. At this time, the electromagnet of the stator generates an alternating electromagnetic force having the same phase in the direction of the alternating main magnetic flux, and the electromagnet of the rotor generates the same phase in the direction of the winding axis of the single-phase rotor winding. If there is an angle difference between the directions of the pair of AC electromagnetic forces, the attractive force between the two electromagnets indicates an equilibrium action to make the rotor match the direction of the stator. For example, if the rotor is deflected in any direction by an external force, a restoring force acts. Experiments have demonstrated that the restoring force is a synchronous rotational force that maintains its balance.
【0040】2相固定子巻線に供給される無効負荷電流
の成分が合成磁化電流により発生される交番主磁束を変
化させることはない。その構造は、従来の単相誘導電圧
調整器あるいは回転型の交流電磁石と同じなので、同じ
平衡作用を備えている。その自発回転力が1対の交流電
磁力の平衡作用を実証している。The component of the reactive load current supplied to the two-phase stator winding does not change the alternating main magnetic flux generated by the combined magnetizing current. Since its structure is the same as that of a conventional single-phase induction voltage regulator or a rotating AC electromagnet, it has the same balancing action. The spontaneous rotational force has demonstrated the equilibrium action of a pair of AC electromagnetic forces.
【0041】機械的変調器の回転子を外力によって連続
的に回転させれば、平衡作用により交流機の回転子は同
期的に回転させられて、滑りがない新しい交流電動機に
なる。これが変調制御型の交流機の特性を表わし、負荷
を変えることにより同期回転力を任意に増加できる。従
って、既に述べたセルシン電動機の特性についてのすべ
ての欠点が除かれている。If the rotor of the mechanical modulator is continuously rotated by an external force, the rotor of the AC machine is synchronously rotated by the balance action, and a new AC motor without slippage is obtained. This indicates the characteristics of the modulation control type AC machine, and the synchronous torque can be arbitrarily increased by changing the load. Thus, all the disadvantages of the characteristics of the selcin motor already mentioned are eliminated.
【0042】負荷電流は交流電源から供給される。これ
は、既に述べた誘導電動機の2次電流に相当するため、
電機子反作用が除かれる。従って負荷電流を妨害するリ
アクタンスとそれによる電圧降下が生じないため効率が
向上する。変調交流機の2相固定子巻線は互いにπ/2
の空間的角度差があるが、それらの間には互いに電磁結
合は存在しない。2相固定子巻線は2相同期電動機の2
相励磁巻線に相当し、単相回転子巻線はその直流界磁巻
線に相当するが、励磁電圧は全く相違している。The load current is supplied from an AC power supply. Since this corresponds to the secondary current of the induction motor described above,
Armature reaction is eliminated. Therefore, there is no reactance that obstructs the load current and no voltage drop due to the reactance, so that the efficiency is improved. The two-phase stator windings of the modulation alternator are π / 2
, But there is no electromagnetic coupling between them. The two-phase stator winding is the two-phase synchronous motor
The single-phase rotor winding corresponds to the DC field winding, but the excitation voltage is completely different.
【0043】変調制御型の交流電動機は、セルシン電動
機、誘導電動機、及び同期電動機の構造を部分的に組合
せて構成されている。The modulation control type AC motor is configured by partially combining the structures of a selcin motor, an induction motor, and a synchronous motor.
【0044】機械的変調器の単相回転子巻線を回転させ
て振幅変調する新しい交流電動機をこれ以降単相変調電
動機と呼ぶこととし、2相同期電動機との違いを明かに
する。また2相励磁電圧により交番主磁束が回転させら
れて発生する磁界を交番回転磁界と呼び、同期電動機で
直流主磁束が回転させられて発生する回転磁界との違い
を明らかにする。回転磁界の直流主磁束は交番回転磁界
の交番主磁束に置き替えられる相対的な関係にある。A new AC motor that performs amplitude modulation by rotating a single-phase rotor winding of a mechanical modulator is hereinafter referred to as a single-phase modulated motor, and the difference from a two-phase synchronous motor will be clarified. The magnetic field generated by rotating the alternating main magnetic flux by the two-phase excitation voltage is called an alternating rotating magnetic field, and the difference from the rotating magnetic field generated by rotating the DC main magnetic flux by the synchronous motor is clarified. The DC main magnetic flux of the rotating magnetic field has a relative relationship of being replaced with the alternating main magnetic flux of the alternating rotating magnetic field.
【0045】一定振幅の交番主磁束は電源周波数で交番
しながら、変調波周波数に比例して回転する。しかし、
互に周波数が分離されていて、電源周波数(搬送波周波
数)と変調波周波数の制御に干渉作用はない。一方、回
転磁界は電源周波数の変化により、同時に回転速度と直
流主磁束が変化するため、直流主磁束の回転により発生
される同期回転力と回転速度との間に干渉作用がある。
これが、同期回転力と回転速度の制御における基本的欠
点になる。The alternating main magnetic flux having a constant amplitude rotates in proportion to the modulation wave frequency while alternating at the power supply frequency. But,
Since the frequencies are separated from each other, there is no interference in controlling the power supply frequency (carrier frequency) and the modulation wave frequency. On the other hand, in the rotating magnetic field, the rotation speed and the DC main magnetic flux change at the same time due to the change in the power supply frequency.
This is a fundamental drawback in controlling the synchronous torque and the rotational speed.
【0046】変調電動機の回転子を原動機により同じ方
向に同じ速度で強制的に回転させれば発電作用がある。
このように、変調電動機は同期発電機と同じ特性を備え
ている。これを以降単相変調発電機と呼ぶこととし、同
期発電機との違いを明かにする。If the rotor of the modulation motor is forcibly rotated in the same direction and at the same speed by the prime mover, there is a power generating action.
Thus, the modulation motor has the same characteristics as the synchronous generator. This is hereinafter referred to as a single-phase modulation generator, and the difference from the synchronous generator will be clarified.
【0047】変調電動機と変調発電機は変調制御型の交
流機であり、従来の交流機とは構造と動作原理が相異す
る。その相異は機械的変調器により発生される交番回転
磁界によるもので、単相交流電源の電源周波数に従って
交番する一定振幅の単相交番主磁束が発生されるという
点にある。同時に電源周波数を変えることなく、機械的
変調器の変調波周波数を変えて交番主磁束と無効負荷電
流により発生される同期回転力と変調波周波数に比例す
る回転速度とが互に干渉なく制御可能であるという点に
ある。これが本発明の根本原理である。The modulation motor and the modulation generator are modulation control type AC machines, and have different structures and operating principles from conventional AC machines. The difference is due to the alternating rotating magnetic field generated by the mechanical modulator, and the point is that a single-phase alternating main magnetic flux having a constant amplitude that alternates according to the power supply frequency of the single-phase AC power supply is generated. By changing the modulation wave frequency of the mechanical modulator without changing the power supply frequency at the same time, the synchronous rotation force generated by the alternating main magnetic flux and the reactive load current and the rotation speed proportional to the modulation wave frequency can be controlled without mutual interference It is that it is. This is the fundamental principle of the present invention.
【0048】[0048]
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、本発
明による変調制御型の交流機について詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A modulation control type AC machine according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【0049】図2は発明の一実施例による単相変調制御
型の電動機の構造を示す。例えば、2相同期電動機で
は、π/2の角度差をもって設けられた2相励磁巻線
が、π/2の位相差を有する2相交流電圧により励磁さ
れる。各相の磁化力をそれぞれHmsinθ0、Hms
in(θ0−π/2)で表せば、θ0は電源周波数に比例
し、Hmは振幅に比例する一定瞬時値であって変化しな
い。その合成磁化力は、平均値が [(Hmsinθ0)2+{Hmsin(θ0−π/
2)}2]1/2=Hm となる。Hmは変化しないため、一定瞬時値には直流主
磁束が発生される。しかし、2相交流電圧はそれぞれ励
磁巻線を交互に励磁するため、直流主磁束の方向が変え
られて回転磁界になる。FIG. 2 shows the structure of a single-phase modulation control type motor according to one embodiment of the present invention. For example, in a two-phase synchronous motor, a two-phase excitation winding provided with an angle difference of π / 2 is excited by a two-phase AC voltage having a phase difference of π / 2. Hmsin θ 0 , Hms
If expressed as in (θ 0 −π / 2), θ 0 is proportional to the power supply frequency, and Hm is a constant instantaneous value proportional to the amplitude and does not change. Its synthesis magnetizing force, the average value of [(Hmsinθ 0) 2 + { Hmsin (θ 0 -π /
2)} 2 ] 1/2 = Hm. Since Hm does not change, a DC main magnetic flux is generated at a constant instantaneous value. However, the two-phase AC voltage alternately excites the exciting windings, so that the direction of the DC main magnetic flux is changed to become a rotating magnetic field.
【0050】一方、本発明による単相変調電動機では、
その直流主磁束が、交流電源が発生する一定振幅の単相
交番主磁束に置き換えられる。交番主磁束の周波数は電
源周波数とは関係なく、機械的変調器の回転子巻線の回
転により制御され、その結果交番回転磁界がえられる。On the other hand, in the single-phase modulation motor according to the present invention,
The DC main magnetic flux is replaced with a constant-amplitude single-phase alternating main magnetic flux generated by an AC power supply. The frequency of the alternating main flux is controlled by the rotation of the rotor winding of the mechanical modulator, independent of the power supply frequency, resulting in an alternating rotating magnetic field.
【0051】2相同期電動機の構造と同様の構造を備え
る変調電動機の単相回転子巻線と負荷はそれぞれ同期電
動機の直流界磁巻線とその直流電源に相当している。そ
の相対的関係を利用して変調交流機の単相回転子巻線を
交流界磁巻線と呼ぶこととし、構造上の相違を明かにす
る。The single-phase rotor winding and the load of the modulation motor having the same structure as that of the two-phase synchronous motor correspond to the DC field winding of the synchronous motor and its DC power supply, respectively. Utilizing the relative relationship, the single-phase rotor winding of the modulation AC machine will be referred to as an AC field winding, and the structural difference will be clarified.
【0052】固定子巻線1、2は固定子鉄心3の同じス
ロットに、界磁巻線4は回転子鉄心5のスロットに収容
される。固定子との間に狭い一定空隙を有する円筒状回
転子は、回転軸6に固定され、軸受7、8に支えられ自
由に回転可能である。交番主磁束により発生される渦電
流を減少させるため、固定子鉄心3と回転子鉄心5は積
層型磁性薄板または圧粉成形磁性材料で作製される。2
極型変調電動機では2個の同じ分布巻線が空隙の対称位
置に配置され、互に並列に若しくは直列に接続される。
従ってその構造は2極型2相誘導電動機の2相2次巻線
を1個の界磁巻線4に置き換えた構造に相当している。
このように本発明の変調電動機は、同期電動機と誘導電
動機の構造を併用して成り立つ全く新しい交流電動機で
ある。The stator windings 1 and 2 are accommodated in the same slot of the stator core 3, and the field winding 4 is accommodated in the slot of the rotor core 5. The cylindrical rotor having a narrow constant gap between the stator and the stator is fixed to the rotating shaft 6 and supported by bearings 7 and 8 to be freely rotatable. In order to reduce the eddy current generated by the alternating main magnetic flux, the stator core 3 and the rotor core 5 are made of a laminated magnetic thin plate or a compacted magnetic material. 2
In a pole-type modulation motor, two identical distributed windings are arranged at symmetrical positions in the air gap and connected to one another in parallel or in series.
Therefore, the structure corresponds to a structure in which the two-phase secondary winding of the two-pole type two-phase induction motor is replaced with one field winding 4.
As described above, the modulation motor according to the present invention is a completely new AC motor that can be realized by using both the structure of the synchronous motor and the structure of the induction motor.
【0053】図3は固定子巻線1、2の一例を示す巻線
ダイヤグラムであり、図4は界磁巻線4の一例を示す巻
線ダイヤグラムである。図5は電気回路としての各巻線
の配置を示し、界磁巻線4の負荷は互に反対向きに接続
された2個のサイリスタ9、10から構成されている。FIG. 3 is a winding diagram showing an example of the stator windings 1 and 2, and FIG. 4 is a winding diagram showing an example of the field winding 4. FIG. 5 shows the arrangement of each winding as an electric circuit. The load of the field winding 4 is composed of two thyristors 9 and 10 connected in opposite directions.
【0054】2極型3相誘導電動機の3相2次巻線を1
個の界磁巻線に置き換えれば、3相セルシン電動機の受
信器に相当し、3相固定子巻線を使用する単相変調電動
機になる。従って、この場合、機械的変調器は3相セル
シン電動機の発信器に相当する。The three-phase secondary winding of the two-pole three-phase induction motor is
If the field windings are replaced, a single-phase modulation motor using a three-phase stator winding corresponds to a receiver of a three-phase Celsin motor. Therefore, in this case, the mechanical modulator corresponds to the transmitter of the three-phase Celsin motor.
【0055】一方、3相変調電動機では、図2の構造か
ら成る3組の単相変調電動機の回転子が直結され、それ
ぞれの単相電源として3相電源の各相間の電圧が使用さ
れる。あるいは、1対の鉄心が空隙円周方向に3等分さ
れ、3組の各巻線をそれぞれ等間隔で順番に収容しても
よい。これにより、一体構造の3相変調電動機が得られ
る。この場合、各巻線間の間隔は1/3に減少するが、
2π/3の電気角に変化はなく、3組の交番主磁束は一
定角度差を維持して回転することになる。3相変調電動
機では、3相負荷電流によって3組の界磁巻線により発
生される合成同期回転力は3倍に増加する。滑りがない
ため、回転子に回転磁界は必要でないが、各相の無効負
荷電流が発生する3組の交番主磁束との間には3組の同
期回転力が発生する。それらを合成すれば合成同期回転
力が得られる。On the other hand, in the three-phase modulation motor, the rotors of three sets of single-phase modulation motors having the structure shown in FIG. 2 are directly connected, and the voltage between the phases of the three-phase power supply is used as each single-phase power supply. Alternatively, a pair of iron cores may be equally divided into three in the circumferential direction of the gap, and three sets of windings may be sequentially housed at equal intervals. Thereby, a three-phase modulation motor having an integral structure is obtained. In this case, the spacing between each winding is reduced to 1/3,
There is no change in the electrical angle of 2π / 3, and the three sets of alternating main magnetic fluxes rotate while maintaining a constant angular difference. In the three-phase modulation motor, the combined synchronous torque generated by the three sets of field windings due to the three-phase load current increases threefold. Since there is no slip, a rotating magnetic field is not required for the rotor, but three sets of synchronous rotating forces are generated between the three sets of alternating main magnetic fluxes in which the reactive load current of each phase is generated. If they are combined, a combined synchronous rotational force can be obtained.
【0056】3相負荷電流は3相交流電源により供給さ
れ、滑りがない場合の3相誘導電動機並に3相変圧器の
電磁結合を備えている。従って合成同期回転力は、停止
している3相誘導電動機の起動回転力に相当するが、そ
の大きさは3相変調電動機とは遅れ角の差に相違があ
る。過大な起動電流を制限する誘導電動機の負荷が変調
電動機の3相負荷に相当し、その3相負荷を変えること
により合成同期回転力が制御される。合成同期回転力と
回転速度との積は出力になり、3相交流電源の3相電力
により供給される。単相変調電動機は2相誘導電動機と
の間に同じ関係がある。The three-phase load current is supplied by a three-phase AC power supply, and has an electromagnetic coupling of a three-phase transformer as well as a three-phase induction motor when there is no slip. Therefore, although the combined synchronous torque corresponds to the starting torque of the stopped three-phase induction motor, the magnitude thereof differs from that of the three-phase modulated motor in the difference in the delay angle. The load of the induction motor that limits the excessive starting current corresponds to the three-phase load of the modulation motor, and the combined synchronous torque is controlled by changing the three-phase load. The product of the combined synchronous rotational force and the rotational speed becomes an output, and is supplied by three-phase power of a three-phase AC power supply. Single-phase modulated motors have the same relationship with two-phase induction motors.
【0057】一般に誘導電動機は多量生産され、最も広
く普及している。従って技術的経験と設計資料が豊富で
あって、それらは本発明の変調電動機の設計に流用でき
る。本発明の変調電動機と誘導電動機との間には関係が
あるため、その関係が変調電動機の動作原理の合理性を
表わし、その間接的な技術的根拠になっている。In general, induction motors are mass-produced and most widely used. Therefore, there is a wealth of technical experience and design material that can be used in the design of the modulated motor of the present invention. Since there is a relationship between the modulation motor of the present invention and the induction motor, the relationship indicates the rationality of the operating principle of the modulation motor and is an indirect technical basis thereof.
【0058】界磁巻線の巻回数を減らして、回転子表面
に接着または印刷し、若しくは1回巻に相当する金属環
を採用することにより回転子と固定子との間の空隙を減
少させることができ、結果として漏洩磁束と励磁電流の
減少に効果がある。The gap between the rotor and the stator is reduced by reducing the number of turns of the field winding and bonding or printing the surface of the rotor, or employing a metal ring corresponding to one turn. As a result, it is effective in reducing the leakage magnetic flux and the exciting current.
【0059】固定子と回転子を1個所で切断して平板状
に変形すれば、リニアモータになる。また、固定子と回
転子を固定して界磁巻線だけを回転させれば、所謂コア
レス電動機が得られる。If the stator and the rotor are cut at one place and deformed into a flat plate, a linear motor is obtained. Also, if the stator and the rotor are fixed and only the field winding is rotated, a so-called coreless motor can be obtained.
【0060】変圧器、電子回路、及び半導体素子の制御
作用と増幅作用により、図1の波形を発生させれば、静
止型の変調器になる。これを変調増幅器と呼ぶこととす
る。変調増幅器は、半導体素子により交流電源の電圧を
振幅変調ならびに増幅を行い、変圧器の2相2次巻線
に、機械的変調器により発生されるのと同じ誘起電圧を
発生する。例えばブラシレス電動機のサーボ増幅器がこ
れに相当する概念である。変調増幅器は、図1に必要な
すべての条件を備え、機械的変調器と同じ作用を持つ。When the waveforms shown in FIG. 1 are generated by the control action and the amplification action of the transformer, the electronic circuit, and the semiconductor element, the modulator becomes a static modulator. This is called a modulation amplifier. The modulation amplifier amplitude-modulates and amplifies the voltage of the AC power supply by using a semiconductor device, and generates the same induced voltage in the two-phase secondary winding of the transformer as that generated by the mechanical modulator. For example, a servo amplifier of a brushless motor is a concept corresponding to this. The modulation amplifier has all the requirements of FIG. 1 and has the same effect as a mechanical modulator.
【0061】発明の動作原理 次に発明の動作原理を説明する。変調電動機の特性は同
期回転力と回転速度により決るが、発明の動作原理と作
用に密接な関係がある。尚、回転角θ(=ωt)は周波
数と比例関係にあるので、以下の説明では説明と式を簡
略化するためθにより周波数も表す。単相電源の周波数
をθ0、変調周波数をθとすれば、図1の電圧は以下の
3つの式(1)に示す関係がある。 ea=esinθ=21/2Esinθ0sinθ eb=ecosθ=21/2Esinθ0cosθ e=21/2Esinθ0 ...(1) ここで、Eは単相電源の実効値電圧であり、原則として
一定である。Next, the principle of operation of the present invention will be described. Although the characteristics of the modulated motor are determined by the synchronous rotation force and the rotation speed, there is a close relationship between the operation principle and operation of the present invention. Since the rotation angle θ (= ωt) is proportional to the frequency, the frequency is represented by θ in the following description to simplify the description and the expression. Assuming that the frequency of the single-phase power supply is θ 0 and the modulation frequency is θ, the voltage in FIG. 1 has the relationship shown in the following three equations (1). e a = esin θ = 21/2 Esin θ 0 sin θ e b = ecos θ = 21/2 Esin θ 0 cos θ e = 2 1/2 Esin θ 0 . . . (1) Here, E is the effective value voltage of the single-phase power supply, and is constant in principle.
【0062】図5の固定子巻線1、2では電圧ea、eb
により交番磁束φa、φbが発生される。このとき、巻線
1と2は、π/2の空間的角度差をもって設けられてい
るため、互に干渉作用を持たない。また磁束φaとφbを
ベクトル的に合成すれば、交番主磁束φが得られる。In the stator windings 1 and 2 in FIG. 5, the voltages e a and e b
As a result, alternating magnetic fluxes φ a and φ b are generated. At this time, since the windings 1 and 2 are provided with a spatial angle difference of π / 2, they have no mutual interference action. Further, if the vector synthesized flux phi a and phi b, alternate main magnetic flux phi is obtained.
【0063】励磁電圧ea、ebの合成電圧は {(esinθ)2+(ecosθ)2}1/2=e になり、その大きさは図1に述べる励磁電圧ea、ebの
位相反転には関係がない。従ってそれぞれ大きさを表す
φa、φb、φとea、eb、eの方向は、図6の同じベク
トル図上に表わされる。しかし図6は空間ベクトルの方
向を表わし、実際にはeaとebがeと同相または反対位
相になり、θによって変化する。[0063] excitation voltage e a, the combined voltage of e b becomes {(esinθ) 2 + (ecosθ ) 2} 1/2 = e, the magnitude of the exciting voltage e a described in FIG. 1, the e b phase It has nothing to do with inversion. Therefore, the directions of φ a , φ b , φ and e a , e b , e representing the magnitudes are represented on the same vector diagram in FIG. However, FIG. 6 shows the direction of the space vector, and in fact, e a and e b are in phase or opposite phase with e, and change with θ.
【0064】一般に(−1)1/2=jで与えられ、 cosθ=(1/2)(εjθ+ε-jθ) sinθ=(1/2){εj(θ-π/2)+ε-j(θ
-π/2)} の関係がある。φは巻線1と2の角度差π/2により (1/2)[(εjθ+ε-jθ)+εj(π/2){εj(θ-π/2)+ε-j(θ-π/2) }]φ =φεjθ (2 ) により表わされる。ここで、(2)式のεjθは図6に
おいて矢印の方向にθで回転する単位ベクトルである。
また、φはθ0で交番する一定振幅の交番主磁束であ
る。従って(2)式が交番回転磁界の特性を表わす式に
なる。(2)式にはθ0で回転する回転磁界は含まれな
いことが理解できる。In general, given by (−1) 1/2 = j, cos θ = (1/2) (ε j θ + ε −j θ) sin θ = (1/2) {ε j ( θ − π / 2) + ε -j ( θ
- a relationship of π / 2)}. φ is given by the angle difference π / 2 between the windings 1 and 2 as (1/2) [(ε j θ + ε −j θ) + ε j ( π / 2) {ε j ( θ − π / 2) + ε −j ( θ - π / 2)}] is represented by φ = φε j θ (2) . Here, ε j θ in equation (2) is a unit vector that rotates by θ in the direction of the arrow in FIG.
Φ is an alternating main magnetic flux of a constant amplitude alternating at θ 0 . Therefore, equation (2) is an equation representing the characteristics of the alternating rotating magnetic field. It can be understood that equation (2) does not include a rotating magnetic field rotating at θ 0 .
【0065】一般に、同期電動機では電源電圧の各相間
に位相差があるために、直流主磁束が回転する。本発明
の変調電動機では電源電圧に関係がなく、変調波電圧の
各相間の位相差により交番主磁束が回転する。従って原
理的に同じ回転メカニズムから成るが、回転速度に差が
ある。Generally, in a synchronous motor, a DC main magnetic flux rotates because there is a phase difference between phases of a power supply voltage. In the modulated motor of the present invention, the alternating main magnetic flux is rotated by the phase difference between the phases of the modulated wave voltage regardless of the power supply voltage. Therefore, the rotation mechanisms are basically the same, but have different rotation speeds.
【0066】本発明の変調電動機では、搬送波周波数に
より交番する交番主磁束により発生される同期回転力と
回転速度の積になる電力が単相電源により供給される。
また、励磁巻線と単相回転子巻線に流れる互いに比例す
る負荷電流はそれぞれ交番起磁力を発生する。しかし、
それらは互いに相殺されるので、電機子反作用は除かれ
る。従って、同期電動機の欠点である偏極作用と磁気飽
和がなく、同期回転力を任意に増加できる。変調波電圧
はその電力を固定子巻線の各相に交互に分配する。これ
を繰返しながら回転速度を制御する。しかし、変調波電
圧には交番主磁束を変化させる作用と電力を発生する作
用はない。従って単相搬送波電圧を供給する単相電源が
すべての電力を供給する。In the modulation motor according to the present invention, a single-phase power supply supplies electric power which is the product of the synchronous rotational force generated by the alternating main magnetic flux alternating with the carrier frequency and the rotational speed.
In addition, load currents flowing through the excitation winding and the single-phase rotor winding that are proportional to each other generate an alternating magnetomotive force. But,
Since they cancel each other, armature reactions are eliminated. Accordingly, there is no polarization action and magnetic saturation which are disadvantages of the synchronous motor, and the synchronous rotational force can be arbitrarily increased. The modulated voltage alternately distributes its power to each phase of the stator winding. The rotation speed is controlled while repeating this. However, the modulated wave voltage has no function of changing the alternating main magnetic flux and no function of generating electric power. Thus, a single-phase power supply that supplies a single-phase carrier voltage supplies all power.
【0067】本発明による交流機では、搬送波周波数と
変調波周波数が互に分離され、それらの間に干渉作用が
なく、それらを独立に制御する点に特徴がある。交流電
源により発生される交番主磁束は一定振幅を維持して回
転する。同期回転力と出力は界磁巻線の負荷を制御する
ことにより制御される。従って、交番主磁束が変化する
という欠点がない。これが本発明の交流機の基本原理で
あり、変調電動機(交流機)に個有の特性である。界磁
巻線4と交番主磁束φとの間の角度差をβで表わせば、
界磁巻線4に発生される誘起電圧はcosβに比例す
る。界磁巻線4は負荷の電流力率角をα、界磁巻線4の
負荷電流をi2,i2が最大になる値、即ち実効値をI2
で表わせば、i2は次の式(3)により与えられる。 i2=(2)1/2I2sin(θ0−α)cosβ (3) ここで、βは、回転子の負荷回転力により回転軸が回転
させられるとき、その回転を妨害する抑制作用によって
回転子に発生する遅れ角である。磁気回路の断面積をA
最大磁束密度をBで表わせば、積ABはeの最大値
(2)1/2Eに比例する。The AC machine according to the present invention is characterized in that the carrier wave frequency and the modulation wave frequency are separated from each other, there is no interference between them, and they are controlled independently. The alternating main magnetic flux generated by the AC power supply rotates while maintaining a constant amplitude. Synchronous torque and output are controlled by controlling the load on the field winding. Therefore, there is no disadvantage that the alternating main magnetic flux changes. This is the basic principle of the AC machine of the present invention, and is a characteristic unique to a modulation motor (AC machine). If the angle difference between the field winding 4 and the alternating main magnetic flux φ is represented by β,
The induced voltage generated in the field winding 4 is proportional to cosβ. The field winding 4 has a load current power factor angle of α, the load current of the field winding 4 is i 2 , and the value at which i 2 is maximum, that is, the effective value is I 2
In this case, i 2 is given by the following equation (3). i 2 = (2) 1/2 I 2 sin (θ 0 −α) cos β (3) where β is a suppressing action that hinders rotation of the rotating shaft when the rotating shaft is rotated by the load torque of the rotor. This is the delay angle generated in the rotor due to The cross-sectional area of the magnetic circuit is A
If the maximum magnetic flux density is represented by B, the product AB is proportional to the maximum value (2) 1/2 E of e.
【0068】図7は長さがSの界磁巻線4の導体部と交
番主磁束φとの関係を表わしている。また巻線4の巻回
数をN2とすれば、磁束と鎖交する導体部の数は2N2本
である。従って、フレミングの左手法則により巻線4に
発生する交流電磁力f0は交番主磁束φと垂直になり、
1対のf0sinβ=fは回転子の回転軸Oに対する回
転力になる。1対のf0cosβは回転軸Oに対して反
対向きになり互に相殺される。FIG. 7 shows the relationship between the conductor of the field winding 4 having the length S and the alternating main magnetic flux φ. Assuming that the number of turns of the winding 4 is N 2 , the number of conductor portions that link with the magnetic flux is 2N 2 . Therefore, the AC electromagnetic force f 0 generated in the winding 4 by Fleming's left rule is perpendicular to the alternating main magnetic flux φ,
A pair of f 0 sin β = f is a rotational force of the rotor with respect to the rotation axis O. The pair of f 0 cos β are opposite to each other with respect to the rotation axis O and are offset by each other.
【0069】フレミングの左手の法則は、特別の場合で
あって、(2N2)本の長さSの導体部の各々を流れる
電流i2と交番主磁束φとの間には、互いにπ/2の空
間的角度差がある。従って、電磁力f0は(2N2)Si
2φに比例する。しかし、図7に示される関係には遅れ
角βがあるため、実際には導体部4と鎖交する磁束は減
少して、φcosβになる。また、電磁力f0は(2
N2)Si2φcosβで表される。鉄心の空隙半径をR
で表せば、Sはほぼ(2R)に等しい値になる。図7の
電磁力f(=f0sinβ)は回転力になる成分であっ
て、 f≒(2N2)(2R)i2φcosβsinβ =2N2Ri2φsin(2β) になる。磁束密度の瞬時値は、(1)式のsinθ0に
対してπ/2の位相差があるため、Bcosθ0にな
る。従って、(3)式を用いて回転力τの瞬時値2Rf
が求められる。 τ≒k1(4R2N2)ABcosθ0{(2)1/2I2sin(θ0−α) xcosβ}sin(2β) =2k2I2Bcosθ0sin(θ0−α)sin(2β)cosβ =k2I2B{sin(2θ0−α)−sinα}sin(2β)cosβ (4) 従って、 T=−k2B(I2sinα)sin(2β)cosβ (5)The Fleming's left-hand rule is a special case, in which the current i 2 flowing through each of the (2N 2 ) conductors of length S and the alternating main magnetic flux φ are π / There are two spatial angular differences. Therefore, the electromagnetic force f 0 is (2N 2 ) Si
2 It is proportional to φ. However, since there is a delay angle β in the relationship shown in FIG. 7, the magnetic flux linking with the conductor portion 4 actually decreases to φcosβ. Also, the electromagnetic force f 0 is (2
N 2 ) Si 2 φcos β. The radius of the gap of the iron core is R
S has a value substantially equal to (2R). Electromagnetic force f in FIG. 7 (= f 0 sinβ) is a component that becomes a rotating force, becomes f ≒ (2N 2) (2R ) i 2 φcosβsinβ = 2N 2 Ri 2 φsin (2β). Instantaneous value of the magnetic flux density, because of the phase difference of [pi / 2 with respect to sin [theta 0 of equation (1) becomes Bcosθ 0. Therefore, using the equation (3), the instantaneous value 2Rf of the rotational force τ is obtained.
Is required. τ ≒ k 1 (4R 2 N 2) ABcosθ 0 {(2) 1/2 I 2 sin (θ 0 -α) xcosβ} sin (2β) = 2k 2 I 2 Bcosθ 0 sin (θ 0 -α) sin ( 2β) cosβ = k 2 I 2 B {sin (2θ 0 −α) −sin α} sin (2β) cosβ (4) Therefore, T = −k 2 B (I 2 sinα) sin (2β) cosβ (5)
【0070】Tは、一定方向の平均回転力を表し、振動
回転力と合成されて(4)式のτになる。振動回転力は
2θ0のとき振動周波数が増加するが、回転子には慣性
があるため、その振動はほとんど除かれる。また、
(4)式のR、N2、S、Aは構造により決まり、k1と
k2は比例定数である。搬送周波数が一定であればBは
一定になるため、Tは無効負荷電流I2sinαとsi
n(2β)に比例する。しかし(5)式にθは含まれな
いため、Tは回転速度には関係がない。T represents the average rotational force in a certain direction, and is combined with the vibratory rotational force to become τ in equation (4). Vibration rotational force is increased vibration frequency when the 2 [Theta] 0, since the rotor has inertial, its vibrations are almost eliminated. Also,
In the equation (4), R, N 2 , S and A are determined by the structure, and k 1 and k 2 are proportional constants. If the carrier frequency is constant, B is constant, so that T is the reactive load current I 2 sinα and si
n (2β). However, since θ is not included in equation (5), T has no relation to the rotation speed.
【0071】同期回転力の特性は(5)式で与えられ、
β=0においては同期回転力がなく、βが増加すれば同
期回転力を増加する。しかし(3)式から明らかなよう
に、βの増加すると巻線4に発生される誘起電圧が減少
して、同期回転力が減少する。しかし、回転力の減少の
割合は相対的に小さい。同期電動機と同じ原理よって発
生されるβとその変化は十分小さいためである。従って
変調電動機の同期回転力はほぼ同期電動機の回転力特性
を備える。The characteristic of the synchronous torque is given by equation (5).
When β = 0, there is no synchronous torque, and as β increases, the synchronous torque increases. However, as is apparent from the equation (3), when β increases, the induced voltage generated in the winding 4 decreases, and the synchronous torque decreases. However, the rate of decrease in rotational force is relatively small. This is because β generated by the same principle as the synchronous motor and its change are sufficiently small. Therefore, the synchronous torque of the modulation motor substantially has the torque characteristic of the synchronous motor.
【0072】本発明の変調電動機と同期的に原動機によ
りその回転子を強制的に回転させれば、変調発電機とし
て作用し、同期発電機と同じ特性を備えている。原動機
は変調電動機の回転速度を変えることはなく、回転を妨
害する回転子の抑制作用によって進み角が発生する。例
えば変調発電機の同期回転力が急速に減少すれば、回転
子の回転慣性エネルギが原動機になり、一時的な発電制
動作用がある。交流電源に供給される発生電力は有効電
流に比例する。有効電流は界磁巻線の無効負荷電流と同
じ作用によって、界磁巻線に有効負荷電流を発生する。
界磁巻線には有効負荷電流と無効負荷電流が共存し、そ
れらが合成されて界磁巻線の実際の負荷電流になる。従
って交流電源の電流は界磁巻線の負荷電流に比例する。
交流電源の励磁電流を除けば、電源力率は界磁巻線の負
荷により決定され、負荷電流の力率に一致する。When the rotor is forcibly rotated by the prime mover synchronously with the modulation motor of the present invention, it acts as a modulation generator and has the same characteristics as the synchronous generator. The prime mover does not change the rotation speed of the modulation motor, and a lead angle is generated by the action of suppressing the rotor that hinders rotation. For example, if the synchronous torque of the modulated generator rapidly decreases, the rotational inertia energy of the rotor becomes the prime mover, and there is a temporary dynamic braking action. The generated power supplied to the AC power supply is proportional to the active current. The active current generates an effective load current in the field winding by the same action as the reactive load current of the field winding.
An effective load current and a reactive load current coexist in the field winding, and they are combined to become the actual load current of the field winding. Therefore, the current of the AC power supply is proportional to the load current of the field winding.
Excluding the excitation current of the AC power supply, the power supply power factor is determined by the load on the field winding and matches the power factor of the load current.
【0073】固定子巻線1、2の磁化電流と負荷電流は
機械的変調器あるいは変調用増幅器によって振幅変調さ
れているが、交番主磁束は一定振幅を持つため、巻線の
誘起電圧と負荷電流は一定振幅を持つ。従って、一定振
幅の交番主磁束φが巻線4に発生する誘起電圧と負荷電
流は振幅変調されてはいない。機械的変調器と変調電動
機の構造は等価単相変圧器と置き替えて考えることがで
きるが、滑りがないため、負荷電流は単相電源からの電
流に比例し、電源周波数と同じ周波数をもつ。交番回転
磁界は回転子を回転するために、同期回転力が等価単相
変圧器の電力を機械的出力に変換する作用を備えてい
る。The magnetizing current and the load current of the stator windings 1 and 2 are amplitude-modulated by a mechanical modulator or a modulation amplifier. However, since the alternating main magnetic flux has a constant amplitude, the induced voltage of the winding and the load are changed. The current has a constant amplitude. Therefore, the induced voltage and the load current at which the alternating main magnetic flux φ having a constant amplitude is generated in the winding 4 are not amplitude-modulated. The structure of the mechanical modulator and the modulation motor can be replaced with an equivalent single-phase transformer, but because there is no slip, the load current is proportional to the current from the single-phase power supply and has the same frequency as the power supply frequency . The alternating rotating magnetic field has a function of converting the power of the equivalent single-phase transformer into a mechanical output by the synchronous rotating force in order to rotate the rotor.
【0074】界磁巻線4の負荷電流は巻線1と2のベク
トル的合成負荷電流に比例し、互に相殺される。従っ
て、変調電動機又は変調発電機には電機子反作用がな
い。同期電動機あるいは同期発電機には電機子反作用が
あり、リアクタンスを発生し、それによる電圧降下が効
率減少の原因になる。しかし本発明による変調電動機と
変調発電機には電機子反作用がないため、負荷電流を妨
害するリアクタンスを発生しない。従って負荷の制御に
より同期回転力を増加させることができ、機械的出力と
発生電力を容易に増加できる。The load current of the field winding 4 is proportional to the vector-wise combined load current of the windings 1 and 2 and cancels each other. Thus, there is no armature reaction in the modulated motor or generator. A synchronous motor or a synchronous generator has an armature reaction, which generates a reactance, and a voltage drop caused by the reactance causes a decrease in efficiency. However, since the modulated motor and the modulated generator according to the present invention have no armature reaction, there is no reactance that interferes with the load current. Therefore, the synchronous torque can be increased by controlling the load, and the mechanical output and the generated power can be easily increased.
【0075】3相変調電動機では(4)式の振動回転力
に3相電源による2π/3の位相差があるため、3組の
振動回転力は互に相殺して除かれる。In the three-phase modulated motor, since the vibration torque of the formula (4) has a phase difference of 2π / 3 by the three-phase power supply, the three sets of vibration torque are canceled out each other.
【0076】電源電圧は一定であるめ、交番主磁束φは
巻線1、2の巻回数と電源周波数との積に反比例する。
これは、変圧器の場合と同じ関係である。回転速度は変
調波周波数に比例し、電源周波数に関係がない。従っ
て、本発明の変調電動機では、電源電圧と交番主磁束φ
を変えることなく電源周波数を増加すれば、各巻線の巻
回数を減少させる必要がある。結果として、変調電動機
を小形とすることができ、また重量も減少する。しか
し、この場合、原理的に回転速度は変らず、同じ負荷電
流による同期回転力と機械的出力に変化はない。これ
は、本発明の変調電動機に個有の特性である。重量が減
るので、慣性を減少させることができ、速度制御の際に
速応性が向上する。この場合、従来の同期電動機あるい
は誘導電動機では回転速度が増加するため、その速応制
御に有害である。減速機を使用してその回転速度の増加
を除くことは可能であるが、減速比を増加させる必要が
あるため、減速機が複雑になり、重量が増加するという
欠点がある。Since the power supply voltage is constant, the alternating main magnetic flux φ is inversely proportional to the product of the number of turns of the windings 1 and 2 and the power supply frequency.
This is the same relationship as for the transformer. The rotation speed is proportional to the modulation wave frequency and is independent of the power supply frequency. Therefore, in the modulation motor of the present invention, the power supply voltage and the alternating main magnetic flux φ
If the power supply frequency is increased without changing the number of turns, it is necessary to reduce the number of turns of each winding. As a result, the modulation motor can be made smaller and the weight is reduced. However, in this case, the rotation speed does not change in principle, and the synchronous rotation force and the mechanical output by the same load current do not change. This is a characteristic unique to the modulation motor of the present invention. Since the weight is reduced, inertia can be reduced, and responsiveness in speed control is improved. In this case, since the rotation speed of the conventional synchronous motor or induction motor increases, it is harmful to speed control. Although it is possible to use a speed reducer to eliminate the increase in the rotation speed, it is necessary to increase the speed reduction ratio, so that the speed reducer is complicated and the weight is increased.
【0077】既に機械的変調器は変調電動機と同じ構造
を持つことを述べているが、その交番主磁束は、外力が
機械的に回転子を連続的に回転させることにより交番回
転磁界になる。その交番主磁束と固定子巻線aを、図7
の交番主磁束φと巻線4に置き換えれば、巻線aの無効
電流は巻線4の無効負荷電流に相当する。固定子巻線b
に於ても同じ関係がある。図7において角度βは交番主
磁束φと巻線4との角度差を表し、変調電動機では回転
子と共に巻線4が交番主磁束φと同期的に回転する。巻
線4の回転によってはβは殆ど変化しない。しかし、機
械的変調器では回転子の回転に比例して交番主磁束φと
巻線a、bとの角度差が変化する。このとき、回転子の
回転角がβに相当する。また巻線aとbを流れる無効電
流は(5)式によって2組の回転力を発生し、sin
(2β)cosβに比例して変化する2組の余弦波形で
表わされる。しかし巻線aとbの間にはβ=π/2の角
度差があり、2β=πである。従って2組の余弦波形は
πの位相差によって反対位相になり、互に相殺される。
その最大値が互いに一致すれば、機械的変調器における
巻線aとbに発生される平均回転力は合成されて零にな
る。これは、機械的変調器には回転子の外力に対し反力
になる反抗回転力が存在しないことを表わす。機械的変
調器と置き換えることができる変調用増幅器には回転子
がないため、反力による反抗回転力に相当するものは存
在しない。Although the mechanical modulator has already been described as having the same structure as the modulation motor, the alternating main magnetic flux becomes an alternating rotating magnetic field when an external force mechanically rotates the rotor continuously. The alternating main magnetic flux and the stator winding a are shown in FIG.
, The reactive current of the winding a corresponds to the reactive load current of the winding 4. Stator winding b
Has the same relationship. In FIG. 7, the angle β represents the angle difference between the alternating main magnetic flux φ and the winding 4. In the modulation motor, the winding 4 rotates synchronously with the alternating main magnetic flux φ together with the rotor. Β hardly changes depending on the rotation of the winding 4. However, in a mechanical modulator, the angle difference between the alternating main magnetic flux φ and the windings a and b changes in proportion to the rotation of the rotor. At this time, the rotation angle of the rotor corresponds to β. The reactive current flowing through the windings a and b generates two sets of rotational force according to the equation (5),
(2β) is represented by two sets of cosine waveforms that change in proportion to cos β. However, there is an angle difference of β = π / 2 between the windings a and b, and 2β = π. Accordingly, the two sets of cosine waveforms have opposite phases due to a phase difference of π, and cancel each other.
If the maximum values coincide with each other, the average rotational forces generated in the windings a and b in the mechanical modulator are combined and become zero. This means that the mechanical modulator has no counter-rotating force that becomes a counter force to the external force of the rotor. Since there is no rotor in a modulation amplifier that can be replaced with a mechanical modulator, there is no equivalent to a counter-rotating force due to a reaction force.
【0078】図2において分布巻線1、2と4だけを対
象にすれば、その配置構造は篭型円筒に近い形状にな
る。また巻線1、2の巻線軸は互に垂直である。更に巻
線1、2の方向は回転子の回転軸に対して垂直になる。
励磁電圧ea、ebにより巻線1、2が励磁されて交番磁
束が発生し、その合成磁束が一定振幅の交番主磁束φに
なることは既に述べている。これを図6で表わせば、交
番主磁束φは回転軸Oを中心にして、その他端が円周上
を回転することに相当する。In FIG. 2, if only the distributed windings 1, 2 and 4 are targeted, the arrangement structure becomes a shape close to a cage type cylinder. The winding axes of the windings 1 and 2 are perpendicular to each other. Furthermore, the direction of the windings 1, 2 is perpendicular to the rotation axis of the rotor.
Excitation voltage e a, e b winding 2 is excited by the alternating magnetic flux generated, it has already been mentioned that the combined magnetic flux becomes an alternating main magnetic flux φ of constant amplitude. If this is shown in FIG. 6, the alternating main magnetic flux φ corresponds to the rotation of the other end on the circumference around the rotation axis O.
【0079】3相固定子巻線を有する単相変調電動機で
は、その全空隙円周を3等分して、3組の巻線1、2と
4をそれぞれこれに収容すれば、その間隔は図2に比べ
て1/3に減少する。3組の交番主磁束φは2π/3の
空間的角度を1/3に減少するが、電気角2π/3に変
化はない。また3組の交番主磁束φは2π/3の電気角
を維持するので、互に干渉作用がない。図6でθ=0に
相当する位置にある1組の交番主磁束φが回転子と共に
1/3回転すれば、次の組の交番主磁束φはθ=0に相
当する同じ位置にくる。更に、上記回転を3回繰返すよ
うに交番主磁束φと回転子が回転を続ければ、図2の回
転子が3回転することに相当している。従ってこの単相
変調電動機は等価的に図2の回転子に比べて、回転速度
は1/3に減少することを表わしている。しかし同期回
転力が3倍に増加するため機械的出力に変化はない。In a single-phase modulation motor having three-phase stator windings, if the entire gap circumference is divided into three equal parts and the three sets of windings 1, 2 and 4 are respectively accommodated therein, the spacing between them becomes equal. It is reduced to 1/3 as compared with FIG. The three sets of alternating main magnetic flux φ reduce the spatial angle of 2π / 3 to 1/3, but the electrical angle 2π / 3 does not change. Also, since the three sets of alternating main magnetic fluxes φ maintain an electrical angle of 2π / 3, there is no interference between them. If one set of alternating main magnetic flux φ at a position corresponding to θ = 0 in FIG. 6 rotates 1 / with the rotor, the next set of alternating main magnetic flux φ will be at the same position corresponding to θ = 0. Further, if the alternating main magnetic flux φ and the rotor continue to rotate so as to repeat the rotation three times, this corresponds to the rotor of FIG. 2 rotating three times. Accordingly, this single-phase modulation motor equivalently shows that the rotation speed is reduced to one third as compared with the rotor of FIG. However, there is no change in the mechanical output because the synchronous torque increases three times.
【0080】2相または3相誘導電動機は2磁巻線を短
絡すれば篭型誘導電動機になる。しかし滑りが減少して
回転数が増加するため、短絡巻線の誘起電圧が減少する
ので、異常な過大電流を発生することはない。しかし、
その回転速度を制御することは困難であり、回転数を減
少させることも困難である。本発明の変調電動機では、
界磁巻線を短絡すれば、漏洩リアクタンスが負荷として
作用するため、負荷を加減できない。しかし無効短絡電
流は、同期回転力を発生し、(5)式のI2sinαに
相当している。同期回転力は常に回転子の負荷回転力に
平衡する性質があるため、負荷回転力が同期回転力と無
効負荷電流を決定し、異常な過大電流が発生するという
問題はない。また、同期回転力と回転速度の積に比例す
る有効負荷電流は交流電源から供給される。回転速度を
決定するのは機械的変調器または変調用増幅器である。
従ってその回転速度特性は篭型誘導電動機とは異なる。
界磁巻線に負荷が接続されていないため、構造が簡単に
なり、比較的小容量のサーボ電動機に採用することがで
きる。例えば従来のブラツシレス電動機は変調電動機
に、サーボ増幅器は機械的変調器若しくは変調用増幅器
に相当する相対的な関係がある。短絡巻線を備える変調
電動機では機械的変調器または変調用増幅器により回転
速度を変化させても同期回転力が変化しないため、ブラ
ツシレス電動機の欠点を除くことができる。A two-phase or three-phase induction motor becomes a cage-type induction motor by short-circuiting two magnetic windings. However, since slippage is reduced and the number of rotations is increased, the induced voltage of the short-circuit winding is reduced, so that an abnormal excessive current does not occur. But,
It is difficult to control the rotation speed, and it is also difficult to reduce the rotation speed. In the modulation motor of the present invention,
If the field winding is short-circuited, the leakage reactance acts as a load, so that the load cannot be adjusted. However, the reactive short-circuit current generates a synchronous rotational force, and corresponds to I 2 sinα in the equation (5). Since the synchronous torque always has a property of being balanced with the load torque of the rotor, the load torque determines the synchronous torque and the reactive load current, and there is no problem that abnormal excessive current is generated. An effective load current proportional to the product of the synchronous rotation force and the rotation speed is supplied from an AC power supply. It is a mechanical modulator or a modulation amplifier that determines the rotation speed.
Therefore, its rotation speed characteristic is different from that of the cage induction motor.
Since no load is connected to the field winding, the structure is simplified, and it can be used for a servo motor having a relatively small capacity. For example, a conventional brushless motor has a relative relationship corresponding to a modulation motor, and a servo amplifier has a relative relationship corresponding to a mechanical modulator or a modulation amplifier. In a modulation motor having a short-circuit winding, even if the rotation speed is changed by a mechanical modulator or a modulation amplifier, the synchronous rotation force does not change, so that the disadvantage of the brushless motor can be eliminated.
【0081】以下に従来の電動機、発電機と本発明によ
る変調制御型の電動機、発電機との関係を説明する。The relationship between the conventional motor and generator and the modulation control type motor and generator according to the present invention will be described below.
【0082】誘導電動機との関係 2相または3相誘導電動機では2次巻線のうちの1相に
単相負荷を接続すれば、単相変調電動機と同じ構造にな
るが回転しない。回転磁界により2次巻線に発生される
誘起電圧による単相負荷電流と回転する直流主磁束との
積は、電源周波数に従って方向が交互に反転する振動回
転力になる。しかし回転子には慣性があるため振動は殆
ど除かれる。単相負荷電流に直流電流の成分はなく、直
流主磁束との間に連続的な回転力を発生しない。誘導電
動機を等価的に変圧器と考えれば、単相2次巻線の誘起
電圧は回転する直流主磁束により発生される。等価変圧
器には遅れ角に相当するものは存在しない。2次巻線の
各相のすべてに負荷を接続して回転させれば、回転に必
要な遅れ角が生じ、連続的に回転する。しかし回転力は
滑りのために減少し、回転速度も減少する。Relationship with Induction Motor In a two-phase or three-phase induction motor, if a single-phase load is connected to one of the secondary windings, the structure becomes the same as that of the single-phase modulation motor, but it does not rotate. The product of the single-phase load current due to the induced voltage generated in the secondary winding by the rotating magnetic field and the rotating DC main magnetic flux is an oscillating rotational force whose direction is alternately reversed according to the power supply frequency. However, due to the inertia of the rotor, the vibration is almost eliminated. The single-phase load current has no direct current component, and does not generate a continuous torque between the single-phase load current and the main DC magnetic flux. If the induction motor is equivalently considered as a transformer, the induced voltage of the single-phase secondary winding is generated by the rotating DC main magnetic flux. There is no equivalent transformer equivalent to the delay angle. If a load is connected to all phases of the secondary winding and the secondary winding is rotated, a delay angle required for the rotation occurs, and the secondary winding rotates continuously. However, the rotational force decreases due to slippage, and the rotational speed also decreases.
【0083】同じ出力の3相誘導電動機を3相変調電動
機と共通3相電源により並列に駆動する。それぞれ励磁
巻線の各相における励磁電流が互に一致すれば、3相誘
導電動機と3相変調電動機は同じ交番磁束を発生するた
め、励磁巻線が同じ巻回数を備えていれば同じ構造とな
る。また3相負荷は互に同じ配置関係の3相サイリスタ
から成る。本発明の変調電動機では機械的変調器または
変調用増幅器により回転速度が制御される。同じ出力と
同じ回転速度を維持する3相誘導電動機とは回転力が等
しい。従って、回転速度を減少させれば回転力が増加
し、両者の駆動特性と効率に差はない。A three-phase induction motor having the same output is driven in parallel by a three-phase modulation motor and a common three-phase power supply. If the exciting currents in the respective phases of the exciting windings match each other, the three-phase induction motor and the three-phase modulation motor generate the same alternating magnetic flux. Therefore, if the exciting windings have the same number of turns, they have the same structure. Become. Further, the three-phase load is composed of three-phase thyristors having the same arrangement relationship with each other. In the modulation motor of the present invention, the rotation speed is controlled by a mechanical modulator or a modulation amplifier. A three-phase induction motor that maintains the same output and the same rotational speed has the same rotational force. Therefore, if the rotational speed is reduced, the rotational force increases, and there is no difference between the drive characteristics and the efficiency of the two.
【0084】3相誘導電動機において、3相電源を各相
において同期的に開閉する場合、連続的に開閉される開
閉速度が増加すると、励磁電圧と直流主磁束は断続波形
によって表わされる。直流主磁束が断続される平均値に
より回転力を発生する誘導電動機は、その作用に基本的
な変化はなく連続的に回転する。In the three-phase induction motor, when the three-phase power supply is synchronously opened and closed in each phase, if the switching speed at which the three-phase power supply is continuously opened and closed increases, the excitation voltage and the DC main magnetic flux are represented by intermittent waveforms. An induction motor that generates a rotational force based on an average value of intermittent DC main magnetic flux rotates continuously without any fundamental change in its operation.
【0085】図8(a)は各相の励磁電圧を示し、図8
(b)と(c)は、図8(a)に含まれる電源周波数の
3相電圧と開閉周波数の搬送波電圧に相当する成分を示
している。搬送波電圧の成分は波高値が3相電源電圧の
正弦波の瞬時値により決定される。しかし3相電源の各
相が半波毎に位相を反転して、これに伴い搬送波電圧の
成分は交互に位相を反転する。3相電圧の成分は電源電
圧より小さく、これが回転磁界を発生させるため、誘導
電動機では回転力と回転速度が減少する。FIG. 8A shows the excitation voltage of each phase.
8 (b) and 8 (c) show components corresponding to the three-phase voltage of the power supply frequency and the carrier voltage of the switching frequency included in FIG. 8 (a). The component of the carrier wave voltage is determined by the instantaneous value of the sine wave of the three-phase power supply voltage with the peak value. However, each phase of the three-phase power supply inverts the phase every half-wave, and accordingly, the component of the carrier voltage alternately inverts the phase. The component of the three-phase voltage is smaller than the power supply voltage, and this generates a rotating magnetic field. Therefore, in the induction motor, the rotating force and the rotating speed decrease.
【0086】図8(c)に示される各相の電圧は、電源
電圧を開閉する位相の瞬時値に従って変化する。3相電
圧の成分は各相が合成されて一定振幅の直流主磁束を発
生する。同様に各相の搬送波電圧の成分は合成されて、
一定振幅の単相搬送電圧になる。その単相搬送波電圧が
3相電圧の各相の成分により振幅変調されて各相の電圧
波形(c)が得られる。従って3相電圧の成分は振幅変
調に必要な3相変調波電圧になる。図8(c)に示され
る電圧は、各相が合成されて交番回転磁界を発生し、図
1におけるeaに相当している。しかし電源周波数と変
調周波数は等しく、交番主磁束は回転磁界の直流主磁束
と同期的に回転する。The voltage of each phase shown in FIG. 8 (c) changes according to the instantaneous value of the phase for opening and closing the power supply voltage. The components of the three-phase voltages are combined to generate a DC main magnetic flux having a constant amplitude. Similarly, the components of the carrier voltage of each phase are synthesized,
It becomes a single-phase carrier voltage of constant amplitude. The single-phase carrier voltage is amplitude-modulated by the components of each phase of the three-phase voltage to obtain a voltage waveform (c) of each phase. Therefore, the three-phase voltage component becomes a three-phase modulated wave voltage necessary for amplitude modulation. The voltage shown in FIG. 8C is obtained by synthesizing the phases to generate an alternating rotating magnetic field, and corresponds to e a in FIG. However, the power supply frequency and the modulation frequency are equal, and the alternating main magnetic flux rotates synchronously with the DC main magnetic flux of the rotating magnetic field.
【0087】3相誘導電動機の3相2次巻線は各相の方
向に2π/3の角度差を持つ。一定振幅の単相搬送波電
圧は滑りには関係がなく、2次巻線の各相に搬送波周波
数と同じ周波数を持つ誘起電圧を発生する。しかしその
大きさには差があり、位相は単相搬送波電圧と同相また
は反対位相になる。各相の誘起電圧を合成すれば互に相
殺されて零になる。従って3相負荷電流を合成すれば互
に相殺されて交番回転磁界による同期回転力は発生しな
い。3相誘導電動機には回転磁界と交番回転磁界が同時
に発生するが、交番回転磁界は利用されないことを表わ
している。また電源の開閉操作は図1に必要なすべて条
件を満足しているため、機械的変調器に相当している。
3相2次巻線の各相を直列に接続すれば、等価単相巻線
になり、単相負荷を接続する。その構造は既に述べる3
相固定子巻線の単相変調電動機になる。従って、その回
転子は3相電源の回転磁界と同じ速度で回転するため、
回転磁界の直流主磁束は2次巻線に誘起電圧を発生する
作用がない。これは、誘導電動機は回転磁界を利用しな
いことを表わす。単相変調電動機として利用されるため
滑りを発生しない。更に単相負荷として1個のサイリス
タを使用すれば、その整流電流の直流成分は同期電動機
の直流界磁電流に、交流成分は変調電動機の交流界磁電
流に相当する。従って誘導電動機は同期電動機と単相変
調電動機に共用されるが、それぞれの回転磁界と交番回
転磁界に回転速度の差はない。回転子に発生される2組
の同期回転力は同じ方向に合成されて回転子の合成同期
回転力になる。The three-phase secondary winding of the three-phase induction motor has an angle difference of 2π / 3 in the direction of each phase. A single-phase carrier voltage of constant amplitude is independent of slippage and produces an induced voltage at each phase of the secondary winding having the same frequency as the carrier frequency. However, there is a difference in the magnitude, and the phase is in phase or opposite phase with the single-phase carrier voltage. If the induced voltages of the phases are combined, they cancel each other and become zero. Therefore, if the three-phase load currents are combined, they cancel each other out and no synchronous rotating force is generated by the alternating rotating magnetic field. This indicates that the rotating magnetic field and the alternating rotating magnetic field are simultaneously generated in the three-phase induction motor, but the alternating rotating magnetic field is not used. The opening and closing operation of the power supply satisfies all the conditions necessary for FIG. 1 and thus corresponds to a mechanical modulator.
If each phase of the three-phase secondary winding is connected in series, it becomes an equivalent single-phase winding, and a single-phase load is connected. The structure is already described 3
It becomes a single-phase modulation motor with a phase stator winding. Therefore, the rotor rotates at the same speed as the rotating magnetic field of the three-phase power supply,
The DC main magnetic flux of the rotating magnetic field has no function of generating an induced voltage in the secondary winding. This indicates that the induction motor does not use a rotating magnetic field. No slippage occurs because it is used as a single-phase modulation motor. Furthermore, if one thyristor is used as a single-phase load, the DC component of the rectified current corresponds to the DC field current of the synchronous motor, and the AC component corresponds to the AC field current of the modulation motor. Therefore, although the induction motor is shared by the synchronous motor and the single-phase modulation motor, there is no difference in rotational speed between the rotating magnetic field and the alternating rotating magnetic field. The two sets of synchronous torques generated in the rotor are combined in the same direction to become a combined synchronous torque of the rotor.
【0088】上記の仮定を設ければ、誘導電動機、同期
電動機と変調電動機との間には動作原理に密接な関係が
あることが理解されよう。その関係は変調電動機の原理
が合理的に成り立つことを間接的に実証している。実際
の変調電動機は機械的変調器または変調用増幅器を使用
して回転速度を広範囲に制御できる。従って、回転磁界
には関係なく、交番回転磁界だけを利用して、交番主磁
束と同期回転力を増加させることができる。Given the above assumptions, it will be appreciated that the operating principle is closely related to induction motors, synchronous motors and modulation motors. The relationship indirectly demonstrates that the principle of a modulated motor is reasonably valid. Actual modulation motors can use a mechanical modulator or a modulation amplifier to control the rotational speed over a wide range. Therefore, irrespective of the rotating magnetic field, the alternating main magnetic flux and the synchronous rotating force can be increased using only the alternating rotating magnetic field.
【0089】セルシン電動機との関係 セルシン電動機は同じ構造から成る発信器と受信器がそ
れぞれ機械的変調器と変調電動機に相当して、互に密接
な関係がある。しかし変調電動機の電気的負荷が受信器
の単相交流電源に相当するため、その構造に差がある。
セルシン電動機では発信器と受信器は共通単相電源によ
り励磁されて同じ交番主磁束を発生する。それぞれの固
定子巻線に発生する誘起電圧に比べて、その差電圧は小
さく、回転速度によって変化する。また同期回転力も小
さく、回転速度により変化するという欠点がある。更に
自発回転力が発生して同期回転力を妨害するため回転速
度が不安定になるという欠点もあり、その理由について
は既に述べている。従って回転速度を増加することがで
きない。セルシン電動機では機械的出力を増加できない
ため、機械的偏位角の伝送が目的になり、同期回転力を
増加することができる交流電動機としての用途はない。Relationship with Selsin Motor The Selsin motor has a close relationship with each other, with the transmitter and receiver having the same structure corresponding to a mechanical modulator and a modulation motor, respectively. However, there is a difference in the structure because the electric load of the modulation motor corresponds to the single-phase AC power supply of the receiver.
In a Selsin motor, a transmitter and a receiver are excited by a common single-phase power supply to generate the same alternating main magnetic flux. The difference voltage is smaller than the induced voltage generated in each stator winding, and varies with the rotation speed. In addition, there is a disadvantage that the synchronous rotational force is small and varies with the rotational speed. Further, there is a disadvantage that the rotational speed becomes unstable because a spontaneous rotational force is generated and interferes with the synchronous rotational force, and the reason has already been described. Therefore, the rotation speed cannot be increased. Since the mechanical output cannot be increased with the Selsin motor, the purpose is to transmit the mechanical deviation angle, and there is no application as an AC motor capable of increasing the synchronous rotation force.
【0090】一方、本発明による変調電動機は界磁巻線
の負荷を変えることにより同期回転力を増加することが
できる交流電動機として新しい用途がある。その回転速
度は機械的変調器または変調用増幅器により制御され
る。従って同期回転力と回転速度を広範囲に制御するこ
とができる専用電動機となる。同期電動機と誘導電動機
の欠点を除く新しい原理が特長であって、変調電動機は
個有の原理と特性を備えている。On the other hand, the modulation motor according to the present invention has a new use as an AC motor capable of increasing the synchronous rotation force by changing the load on the field winding. The rotation speed is controlled by a mechanical modulator or a modulation amplifier. Therefore, it is a dedicated motor that can control the synchronous rotation force and the rotation speed in a wide range. It features a new principle that eliminates the disadvantages of synchronous motors and induction motors, and modulation motors have their own principles and characteristics.
【0091】界磁巻線の負荷を短絡すればパワーセルシ
ンになり、セルシン電動機の欠点が除かれる。機械的変
調器または変調用増幅器の制御に必要なエネルギーは同
期回転力と関係がないことを既に述べている。その制御
のための必要な入力エネルギーが小さいので、無段変速
機あるいはパワーサーボ電動機としての新しい用途があ
る。回転子の機械的出力に比例して同期回転力が増加す
るが、停止時には平衡作用のため同期回転力と過大な短
絡電流は発生しない。電機子反作用がほとんど無く、負
荷を妨害するリアクタンスが減少するので、効率が向上
し、同期回転力を増加させることができる。2個の同じ
誘導電動機は、2次巻線が並列になるように接続すれば
同期的に回転する。パワーセルシンとして作用する。し
かし2個の誘導電動機では回転子の間に回転力の干渉作
用があり、回転速度の制御は困難である。励磁電圧によ
り回転速度を減少させると、回転力が減少するという欠
点がある。変調電動機のパワーセルシンにはそのような
欠点がなく、セルシン電動機の同期回転力を著しく増加
させることができるという改善効果がある。If the load on the field winding is short-circuited, it becomes a power selcin, and the disadvantage of the selcin motor is eliminated. It has already been mentioned that the energy required to control a mechanical modulator or a modulation amplifier is independent of the synchronous torque. Since the input energy required for the control is small, it has a new use as a continuously variable transmission or a power servomotor. Although the synchronous torque increases in proportion to the mechanical output of the rotor, the synchronous torque and excessive short-circuit current do not occur at the time of stop because of the balance action. Since there is almost no armature reaction and the reactance obstructing the load is reduced, the efficiency is improved and the synchronous torque can be increased. Two identical induction motors rotate synchronously if the secondary windings are connected in parallel. Acts as a power cell synth. However, with two induction motors, there is a rotational force interference between the rotors, and it is difficult to control the rotational speed. When the rotational speed is reduced by the excitation voltage, there is a disadvantage that the rotational force is reduced. The power servo motor of the modulation motor does not have such a disadvantage, and has an improvement effect that the synchronous rotation force of the servo motor can be significantly increased.
【0092】変調電動機の駆動特性 図9は、機械的変調器11の回転子が外力により一定速
度で回転させられ、変調電動機12がこれに同期して機
械的負荷13を回転させる場合を示し、このとき変調制
御型の電動機は定回転速度特性を示す。例えば、電車、
自動車、工作機械等が機械的負荷13を表し、その構造
は用途によって異なる。電気回路は機械的変調器11の
巻線a、bと変調電動機12の巻線1、2が互いに並列
に接続されている。外力はセルシン電動機と同じ関係に
なるため、外力を加える手動操作又は電動機は省略して
図面には示さない。FIG. 9 shows a case where the rotor of the mechanical modulator 11 is rotated at a constant speed by an external force, and the modulated motor 12 rotates the mechanical load 13 in synchronization with the rotation. At this time, the modulation control type electric motor shows a constant rotation speed characteristic. For example, train,
An automobile, a machine tool, or the like represents the mechanical load 13, and the structure differs depending on the application. In the electric circuit, the windings a and b of the mechanical modulator 11 and the windings 1 and 2 of the modulation motor 12 are connected in parallel with each other. Since the external force has the same relationship as that of the Selsin motor, the manual operation for applying the external force or the motor is omitted and not shown in the drawings.
【0093】回転子14の励磁巻線cは、機械的変調器
11の2相巻線a、bに発生される誘起電圧が変調電動
機12の2相巻線1、2を励磁する。従って、回転子1
5の単相巻線4には一定単相電圧が発生し、単相巻線4
に接続されるサイリスタ9、10に代表される回路が負
荷になる。サイリスタのゲート電圧は位相制御回路17
により負荷電流を変化させるように制御される。負荷電
流は回転速度を変化させる作用がないため、定回転速度
特性は維持される。ここで、巻線cと4は回転するた
め、交流電源16とサイリスタ(負荷)9、10に電力
を供給するスリップリングが必要になるが、省略して図
面には示さない。In the excitation winding c of the rotor 14, an induced voltage generated in the two-phase windings a and b of the mechanical modulator 11 excites the two-phase windings 1 and 2 of the modulation motor 12. Therefore, rotor 1
5, a single-phase winding 4 generates a constant single-phase voltage.
A circuit typified by the thyristors 9 and 10 connected to the load becomes a load. The gate voltage of the thyristor is controlled by the phase control circuit 17.
Is controlled to change the load current. Since the load current has no effect of changing the rotation speed, the constant rotation speed characteristic is maintained. Here, since the windings c and 4 rotate, a slip ring for supplying power to the AC power supply 16 and the thyristors (loads) 9 and 10 is required, but is not shown in the drawing.
【0094】図9を変形し、機械的変調器11の外力を
除いて回転子14と15の回転軸を直結する。図10
は、その構造を略図によって示している。ここで、位相
制御回路17がサイリスタ9、10による負荷電流を一
定に維持すれば、定回転力特性が達成される。一定負荷
電流は変調電動機12に一定同期回転力を発生させて機
械的変調器11の外力となるが、回転子14と15の回
転速度の変化には関係がない。同期回転力は、機械的負
荷13における負荷回転力と常に平衡する作用があり、
一定の負荷回転力を維持する。また、負荷回転力と回転
速度との積が機械的負荷13の出力になる。従って、機
械的負荷を変えれば、負荷回転力と同期回転力を変化さ
せることなく回転速度が変化し、その変化を妨害する作
用は全くない。従って、図10に示される変調制御型の
電動機は、回転速度が変化するが回転力が変わらない定
回転力特性を備える。FIG. 9 is modified so that the rotating shafts of the rotors 14 and 15 are directly connected except for the external force of the mechanical modulator 11. FIG.
Shows the structure schematically. Here, if the phase control circuit 17 keeps the load current by the thyristors 9 and 10 constant, a constant rotational force characteristic is achieved. The constant load current generates a constant synchronous rotation force in the modulation motor 12 and becomes an external force of the mechanical modulator 11, but has no relation to a change in the rotation speed of the rotors 14 and 15. The synchronous torque has an effect of always balancing with the load torque of the mechanical load 13.
Maintain a constant load torque. In addition, the product of the load rotation force and the rotation speed becomes the output of the mechanical load 13. Therefore, if the mechanical load is changed, the rotation speed changes without changing the load rotation force and the synchronous rotation force, and there is no action to obstruct the change. Therefore, the modulation control type electric motor shown in FIG. 10 has a constant rotation force characteristic in which the rotation speed changes but the rotation force does not change.
【0095】図9に示される変調制御型の電動機では、
負荷電流を変えることにより同期回転力が制御される。
図10に示される変調制御型の電動機では、サイリスタ
9と10により負荷電流を変えて同期回転力と同時に回
転速度が制御される。このように、変調電動機は互いに
異なる定回転速度特性と定回転力特性との2種類の特性
の上に成り立っている。また、機械的変調器11が交流
電源16からの電力を一方的に変調電動機12に供給す
るため、機械的変調器11と変調電動機12は同じ電力
容量が必要になる。In the modulation control type motor shown in FIG.
The synchronous torque is controlled by changing the load current.
In the modulation control type electric motor shown in FIG. 10, the thyristors 9 and 10 change the load current to control the synchronous rotational force and the rotational speed at the same time. As described above, the modulation motor is based on two types of characteristics: the constant rotational speed characteristic and the constant rotational force characteristic, which are different from each other. Further, since the mechanical modulator 11 unilaterally supplies the power from the AC power supply 16 to the modulation motor 12, the mechanical modulator 11 and the modulation motor 12 need to have the same power capacity.
【0096】図9と図10に示される変調制御型の電動
機間には駆動特性における差があり、主な特徴について
のべる。 (1)サイリスタ9と10は、供給電力に比例する有効
負荷電流が制御されるとき、同期回転力に比例する無効
負荷電流を変えるという固有の作用がある。その合成電
流が実際の負荷電流になり、その制御の結果、交流電源
16の電流力率が変化する。しかしその特性は、誘導電
動機において、2次巻線に接続されたサイリスタにより
供給電力と回転力が変えられて出力が制御される場合と
同じであり、従来広く採用される実例がその特性を実証
している。 (2)図9に示される変調制御型の電動機では、機械的
負荷13の負荷回転力の変化が回転子15の遅れ角を変
化させ、変調電動機12の出力を変化させる。しかし、
図10に示される変調制御型の電動機では、回転子14
と15の角度差が出力を発生するための遅れ角になるの
で、若干の遅れ角を予め設ける必要がある。また、遅れ
角を十分小さくする理由は、電機子反作用をほとんど除
くためである。 (3)図9に示される変調制御型の電動機では、機械的
負荷13の負荷回転力を著しく増加させれば、同期回転
力との平衡を失い脱調の欠点がある。しかし図10に示
される変調制御型の電動機では、定回転力特性の一定同
期回転力を維持するため脱調の欠点はない。 (4)図10に示される変調制御型の電動機は、定回転
力特性を備える直流直巻電動機と同じ駆動特性となる。There is a difference in drive characteristics between the modulation control type motors shown in FIGS. 9 and 10, and the main features will be described. (1) The thyristors 9 and 10 have an inherent action of changing the reactive load current proportional to the synchronous torque when the effective load current proportional to the supplied power is controlled. The combined current becomes the actual load current, and as a result of the control, the current power factor of the AC power supply 16 changes. However, the characteristics are the same as in the case of an induction motor in which the output is controlled by changing the supply power and rotational force by a thyristor connected to the secondary winding. doing. (2) In the modulation control type motor shown in FIG. 9, the change in the load torque of the mechanical load 13 changes the delay angle of the rotor 15 and changes the output of the modulation motor 12. But,
In the modulation control type electric motor shown in FIG.
The difference between the angles 15 and 15 becomes the delay angle for generating the output, so that it is necessary to provide a slight delay angle in advance. The reason why the delay angle is made sufficiently small is to substantially eliminate the armature reaction. (3) In the modulation control type motor shown in FIG. 9, if the load torque of the mechanical load 13 is significantly increased, the motor loses balance with the synchronous torque and has a disadvantage of step-out. However, the modulation control type electric motor shown in FIG. 10 does not have a step-out defect because it maintains a constant synchronous rotational force having a constant rotational force characteristic. (4) The modulation control type motor shown in FIG. 10 has the same drive characteristics as a DC series motor having a constant rotational force characteristic.
【0097】定回転力特性の変調電動機は交流電車、自
動車、荷役機械、起重機、工作機等の定回転力駆動方式
に用途がある。定回転力特性を有する直流直巻電動機の
刷子、整流子がないため、苛酷な作業の信頼度を向上さ
せることができる。Modulated motors having constant torque characteristics have applications in constant torque driving systems such as AC trains, automobiles, cargo handling machines, hoists, and machine tools. Since there is no brush or commutator of the DC series motor having a constant rotation force characteristic, the reliability of severe work can be improved.
【0098】変形変調電動機 図9において、機械的変調器11と変調電動機12は同
じ構造から成り、互いに同期的に回転するので、電気回
路を変形して機械的変調器11と変調電動機12とを一
体として共用すれば、機械的変調器11を省略すること
ができ、構造が簡単になる。一体的な構造をもつ変調電
動機を、ここで単相変形変調電動機と呼ぶこととする。
以下に、図9に示される変調制御型の電動機との相違を
明らかにする。Modulated Modulation Motor In FIG. 9, the mechanical modulator 11 and the modulation motor 12 have the same structure and rotate synchronously with each other. Therefore, the electric circuit is modified to connect the mechanical modulator 11 and the modulation motor 12 with each other. If they are commonly used as a single unit, the mechanical modulator 11 can be omitted, and the structure can be simplified. A modulation motor having an integral structure is referred to herein as a single-phase deformation modulation motor.
Hereinafter, the difference from the modulation control type motor shown in FIG. 9 will be clarified.
【0099】図9の回転子巻線4は直接交流電源16に
接続されて励磁巻線として働き、2相巻線1、2は界磁
巻線として働く。2相巻線の各相にそれぞれ負荷として
サイリスタ9、10が接続され、2組の負荷を構成す
る。共用を特長とする変形変調電動機では、交番主磁束
に対して回転子に一定の遅れ角を発生できないという問
題がある。従って(5)式はβ=0になり、同期回転力
がなく回転子は回転しない。サイリスタを制御すること
によって巻線1と2をそれぞれ流れる無効負荷電流の成
分に若干の差を設けてその比を一定に維持すれば、合成
無効負荷電流のベクトルはある角度だけ方向が変化す
る。従ってその角度が一定遅れ角となる方向に自発回転
力が発生されて回転子が連続的に回転する。しかし電機
子反作用を除くために遅れ角は十分小さいことが必要に
なる。The rotor winding 4 shown in FIG. 9 is directly connected to the AC power supply 16 to function as an exciting winding, and the two-phase windings 1 and 2 function as field windings. Thyristors 9 and 10 are connected as loads to each phase of the two-phase winding, respectively, and constitute two sets of loads. The deformation modulation motor characterized by the common use has a problem that a constant delay angle cannot be generated in the rotor with respect to the alternating main magnetic flux. Therefore, in equation (5), β = 0, and there is no synchronous torque, and the rotor does not rotate. If the thyristor is controlled to keep the ratio of the components of the reactive load current flowing through the windings 1 and 2 slightly different from each other and keep the ratio constant, the vector of the combined reactive load current changes by a certain angle. Therefore, a spontaneous rotational force is generated in a direction in which the angle becomes a constant delay angle, and the rotor continuously rotates. However, in order to eliminate the armature reaction, the delay angle needs to be sufficiently small.
【0100】図9に示される変調制御型の電動機では回
転子14と15の角度差が遅れ角として利用されるが、
変形変調電動機ではその代りに合成無効負荷電流の方向
変化が交番主磁束に対する遅れ角として利用される。
(5)式は同じ関係を示している。例えば、単相誘導電
圧調整器の回転子に2次巻線の無効負荷電流が発生する
回転力は自発回転力に相当している。従って自発回転力
の発生原理は、これによって実証されることになる。し
かし誘導電圧調整器では2次巻線が1個であるため、回
転子の回転により2次巻線の誘起電圧と無効負荷電流が
減少する。回転子が連続的に回転しないという点に変形
変調電動機との特性上の相異がある。In the modulation control type motor shown in FIG. 9, the angle difference between the rotors 14 and 15 is used as a delay angle.
In the modified modulation motor, a change in the direction of the combined reactive load current is used as a delay angle with respect to the alternating main magnetic flux instead.
Equation (5) shows the same relationship. For example, the rotational force at which the reactive load current of the secondary winding is generated in the rotor of the single-phase induction voltage regulator corresponds to the spontaneous rotational force. Therefore, the principle of generation of the spontaneous rotation force is verified by this. However, since the induction voltage regulator has only one secondary winding, the rotation of the rotor reduces the induced voltage of the secondary winding and the reactive load current. There is a difference in characteristics from the deformation modulation motor in that the rotor does not rotate continuously.
【0101】単相変形変調電動機は図9に示される変調
制御型の電動機と同じ定回転力特性を備えるが、その同
期回転力を変えるためには、サイリスタが巻線1、2の
無効負荷電流の比を変えることなく、合成無効負荷電流
の大きさを変える必要がある。3相変形変調電動機では
3相交流電源の各相が交流電源16として3組の単相変
形変調電動機の回転子の励磁巻線に接続され、合成同期
回転力が発生される。3組の単相回転子巻線と3組の2
相固定子巻線とを使用する場合には、それらを1対の回
転子と固定子の鉄心に収容して、等間隔に順次配置され
て一体的構造の3相変形変調電動機が得られる。単相ま
たは3相変形変調電動機では励磁巻線を固定子側に、2
相界磁巻線を回転子側に入れ替えて設けてもその特性に
差はない。このように、変形変調電動機は、構造が異な
る2種類の電動機が考えられる。The single-phase modified modulation motor has the same constant rotational force characteristics as the modulation control type motor shown in FIG. 9, but in order to change its synchronous rotational force, the thyristor uses the reactive load current of the windings 1 and 2. , It is necessary to change the magnitude of the combined reactive load current without changing the ratio. In the three-phase modified modulation motor, each phase of the three-phase AC power supply is connected as an AC power supply 16 to the excitation windings of the rotors of three sets of single-phase modified modulation motors, and a combined synchronous rotational force is generated. Three sets of single-phase rotor windings and three sets of 2
When the phase stator windings are used, they are housed in a pair of rotors and stator iron cores, and are sequentially arranged at equal intervals to obtain an integrated three-phase deformation modulation motor. In a single-phase or three-phase modified modulation motor, the excitation winding is
Even if the phase field winding is replaced on the rotor side, there is no difference in the characteristics. Thus, two types of motors having different structures can be considered as the deformation modulation motor.
【0102】単相または3相変形変調電動機の回転子が
原動機により強制的に回転させられれば発電作用を示
し、単相または3相変形変調発電機として機能する。When the rotor of the single-phase or three-phase modified modulation motor is forcibly rotated by the prime mover, it exhibits a power generating action and functions as a single-phase or three-phase modified modulation generator.
【0103】変調発電機並に変形変調発電機図9に示す
定回転速度特性を有する変調電動機では、同期回転力と
回転子の負荷回転力とが互に反対向きで常に平衡する。
従って同期回転力を急速に減少させれば、回転子とその
機械的負荷13の回転慣性エネルギは原動機として作用
する。一時的に進み角を発生して発電制動作用を示し、
制動発電力は交流電源に回収される。この場合、回転方
向に変化はないが、原動機の回転力が同期回転力より大
きいため、遅れ角が進み角に変わる。Modulated Generator and Modulated Modulator In a modulated motor having a constant rotational speed characteristic shown in FIG. 9, the synchronous rotational force and the load rotational force of the rotor are always balanced in opposite directions.
Therefore, if the synchronous rotational force is rapidly reduced, the rotational inertia energy of the rotor and its mechanical load 13 acts as a prime mover. A lead angle is temporarily generated to show the dynamic braking action,
The braking power is recovered by the AC power supply. In this case, there is no change in the rotation direction, but since the rotational force of the prime mover is larger than the synchronous rotational force, the lag angle changes to an advance angle.
【0104】図9に示される変調制御型の電動機の機械
的負荷13を原動機に置き換えて、原動機が同じ回転方
向に強制的に回転子を回転させれば変調発電機になる。
原動機が進み角を発生するためである。発生電力は自動
的に交流電源に供給され、制動発電力と同じように作用
する。同期発電機では直流界磁電流により発生される交
流電圧と交流電源電圧との差電圧によって供給される電
力が変動する。しかし交流電源により励磁される本発明
の変調発電機ではそのような差電圧は存在せず、誘導発
電機と同じ関係にある。原動機の回転力が変動すれば進
み角が変化して供給電力が変動する欠点がある。従って
発生電力の安定を維持するためには、原動機に自動定速
度制御装置を採用する必要がある。If the mechanical load 13 of the modulation control type motor shown in FIG. 9 is replaced with a prime mover, and the prime mover forcibly rotates the rotor in the same direction of rotation, the motor becomes a modulated generator.
This is because the prime mover generates a lead angle. The generated power is automatically supplied to the AC power supply and acts in the same manner as the braking power. In the synchronous generator, the power supplied by the difference voltage between the AC voltage generated by the DC field current and the AC power supply voltage fluctuates. However, such a differential voltage does not exist in the modulation generator of the present invention that is excited by an AC power supply, and has the same relationship as that of the induction generator. If the rotational force of the prime mover fluctuates, there is a disadvantage that the lead angle changes and the supplied power fluctuates. Therefore, in order to maintain the stability of the generated power, it is necessary to employ an automatic constant speed control device for the prime mover.
【0105】図10に示す定回転力特性を有する変調電
動機または変形変調電動機では機械的負荷13が直結さ
れた原動機になり、回転子が反対方向に回転されれば、
遅れ角はそのまま進み角になり、変調発電機として働
く。また、回転子間の角度関係を反対にして予め進み角
を生じるようにして原動機を同じ方向に回転させても、
同じ作用により変調発電機として働く。この場合、回転
速度は原動機が決定するという個有の特性を備えてい
る。原動機が一定回転速度を維持すれば、定回転速度特
性になる。しかし予め進み角が存在するため、同期回転
力によって進み角が変わる既述の定回転速度特性の変調
発電機とは相異する。界磁巻線に接続されたサイリスタ
により負荷電流を広範囲に変えることにより発生電力は
広範囲に制御されることができる。In the case of the modulated motor or the modified modulated motor having the constant rotational force characteristic shown in FIG. 10, when the mechanical load 13 is directly connected to the motor and the rotor is rotated in the opposite direction,
The lag angle becomes the lead angle as it is, and acts as a modulation generator. Also, even if the prime mover is rotated in the same direction so that the advance angle is generated in advance by reversing the angular relationship between the rotors,
The same action acts as a modulation generator. In this case, the rotation speed has a unique characteristic that is determined by the prime mover. If the prime mover maintains a constant rotation speed, it will have a constant rotation speed characteristic. However, since the advance angle exists in advance, it is different from the above-described modulation generator having the constant rotation speed characteristic in which the advance angle changes due to the synchronous rotation force. The generated power can be controlled over a wide range by changing the load current over a wide range using a thyristor connected to the field winding.
【0106】一般に原動機は速度変動率が大きいため、
原動機により回転させられる定回転力特性の変調発電機
または変形変調発電機は変調波周波数と回転速度が変動
する。しかし、定回転力特性を有する変調発電機と変形
変調発電機では予め設定された進み角が一定に維持され
るため、原動機に回転力がある限り、変動する発生電力
もすべて直接交流電源に供給される。回転速度は変動す
るが、原動機に自動定速度制御装置は必要なく、電機子
反作用がなく、リアクタンスとリアクタンスによる電圧
降下は発生しないため、同期発電機の欠点である乱調を
防止することができ、発電効率が向上する。例えば潮
力、風力、太陽熱、発電所並に工場の排熱、排圧を利用
する従来の無公害発電所では原動機の著しい速度変動が
問題となる。無公害エネルギの総量は極めて豊富である
が、エネルギ密度の著しい変動のため同期発電機では発
電効率を向上させることはできない。そのエネルギ密度
が低いときは原動機が同期速度を維持できないため利用
できない。定回転力特性を有する単相または3相変調発
電機または変形変調発電機はその欠点を除くことがで
き、無公害発電所の開拓が容易になる。変動する無公害
エネルギをすべて電力に変換して総発電量が増加するた
め発電効率が向上する。しかも、同期発電機に必要な原
動機の自動定速度制御装置を省略でき、構造が簡単にな
るという経済的効果もある。In general, since a motor has a large speed fluctuation rate,
A modulation generator or a modified modulation generator having a constant rotational force characteristic rotated by a prime mover fluctuates in modulation wave frequency and rotation speed. However, since the preset advance angle is kept constant between the modulation generator and the modified modulation generator having constant rotational force characteristics, any generated power that fluctuates is also supplied directly to the AC power supply as long as the prime mover has rotational force. Is done. Although the rotation speed fluctuates, the prime mover does not need an automatic constant speed control device, there is no armature reaction, and there is no voltage drop due to reactance and reactance. Power generation efficiency is improved. For example, in a conventional non-polluting power plant that uses tidal power, wind power, solar heat, and exhaust heat and exhaust pressure of a power plant as well as a power plant, a remarkable speed fluctuation of a prime mover becomes a problem. Although the total amount of pollution-free energy is extremely abundant, the power generation efficiency cannot be improved with the synchronous generator due to the remarkable fluctuation of the energy density. When the energy density is low, it cannot be used because the prime mover cannot maintain the synchronous speed. A single-phase or three-phase modulation generator or a modified modulation generator having a constant torque characteristic can eliminate the disadvantages, and the development of a pollution-free power plant is facilitated. All the fluctuating non-polluting energy is converted into electric power to increase the total power generation amount, thereby improving power generation efficiency. In addition, there is an economical effect that the automatic constant speed control device of the prime mover required for the synchronous generator can be omitted, and the structure is simplified.
【0107】変調電動機と誘導電動機は原理的に殆ど同
じ効率となることを既に述べている。従って変調発電機
は誘導発電機、同期発電機と効率における差は少ないこ
とを表わしている。変調発電機と変形変調発電機の容量
は動作原理に関係がなく、電機子反作用がないため効率
が向上する。従って水力または火力発電所に採用すれ
ば、同期発電機の欠点を除くことができる。また、発生
電力の制御に必要な、界磁巻線に接続されたサイリスタ
は通電時の損失が少ないので、その実効容量を減少す
る。従来の水力または火力発電所では原動機に自動定速
度制御装置を採用するが、これを省略できるので同期発
電機に比べて構造が簡単になる。電源周波数が異なる電
力系統に発生電力を供給する場合にも、原動機の回転速
度を変更する必要がない。一般に揚水発電所では同期発
電機を逆回転させて同期電動機としても使用している。
このとき、水車が揚水ポンプになる。しかし回転速度を
変えることにより揚水量を制御することができないとい
う欠点がある。定回転力特性を有する変調発電機または
変形変調発電機は変調電動機または変形変調電動機と兼
用し、界磁巻線に接続されたサイリスタにより同期回転
力が制御される。同期回転力により回転速度を変えて揚
水量を広範囲に制御することができる。また、界磁巻線
の有効負荷電流と無効負荷電流を分離して制御すれば、
所謂ベクトル制御型の誘導発電機と誘導電動機と同じ作
用がある。このように、定回転力特性を有する変調発電
機または変形変調発電機は、同期発電機の特性とは異な
る個有の特性を有する。これにより発電所の構造が簡単
になり、発電効率を向上するために利用することができ
る。It has already been mentioned that modulation motors and induction motors have essentially the same efficiency in principle. Therefore, the difference in the efficiency between the modulation generator and the induction generator or the synchronous generator is small. The capacity of the modulation generator and the modified modulation generator has no relation to the operation principle, and the efficiency is improved because there is no armature reaction. Thus, the disadvantages of synchronous generators can be eliminated when employed in hydro or thermal power plants. In addition, the thyristor connected to the field winding, which is necessary for controlling the generated power, has a small loss at the time of energization, so that its effective capacity is reduced. In a conventional hydroelectric or thermal power plant, an automatic constant speed control device is used for the prime mover, but this can be omitted, so that the structure is simpler than that of a synchronous generator. Even when the generated power is supplied to power systems having different power supply frequencies, there is no need to change the rotation speed of the prime mover. Generally, in a pumped storage power plant, a synchronous generator is rotated in the reverse direction and used as a synchronous motor.
At this time, the water wheel becomes a water pump. However, there is a disadvantage that the amount of pumped water cannot be controlled by changing the rotation speed. The modulation generator or the modified modulation generator having the constant rotation force characteristic is also used as the modulation motor or the deformation modulation motor, and the synchronous rotation force is controlled by the thyristor connected to the field winding. The pumping amount can be controlled over a wide range by changing the rotation speed by the synchronous rotation force. If the effective load current and reactive load current of the field winding are controlled separately,
The so-called vector control type induction generator and the induction motor have the same operation. As described above, the modulation generator or the modified modulation generator having the constant torque characteristic has a unique characteristic different from the characteristic of the synchronous generator. This simplifies the structure of the power plant and can be used to improve power generation efficiency.
【0108】[0108]
【実施例】従来の交流機は動作原理に根本的欠陥がある
ため、しばしばこれを採用する産業設備の性能向上を阻
害する原因になる。変調制御型の交流機はそのような欠
点を除くことができる。しかしその構造の説明だけで
は、発明の効果を十分明かにすることが困難である。そ
こで以下に代表的実施例を挙げて、更に既存技術との関
係、相異点及び発明の効果を具体的に述べる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A conventional AC machine has a fundamental defect in its operation principle, and often hinders an improvement in the performance of industrial equipment employing the AC machine. Modulation-controlled AC machines can eliminate such disadvantages. However, it is difficult to sufficiently clarify the effects of the present invention simply by describing the structure. Therefore, the relationship with the existing technology, the differences, and the effects of the invention will be specifically described below with reference to typical embodiments.
【0109】(a)産業用ロボット 従来の産業用ロボットは交流サーボ電動機としてしばし
ばサーボ増幅器とブラツシレス電動機が採用されてい
る。ブラツシレス電動機は同期電動機から成り、その直
流界磁に永久磁石を使用する実例が多い。サーボ増幅器
では周波数を変えて回転速度を増加させると、同期電動
機の磁化電流、直流主磁束、同期回転力及び出力が減少
する。反対に回転速度を減少させれば、磁気飽和の危険
がある。機械的変調器または変調増幅器はサーボ増幅器
に相当している。変調電動機は一定交番主磁束を維持
し、変調周波数を変えることにより回転速度を制御する
ことができる。従って、ブラシレス電動機の欠点を除く
ことができる。(A) Industrial Robot Conventional industrial robots often employ servo amplifiers and brushless motors as AC servo motors. Brushless motors consist of synchronous motors, and in many cases use permanent magnets for their DC field. In the servo amplifier, when the rotation speed is increased by changing the frequency, the magnetizing current, the DC main magnetic flux, the synchronous rotation force, and the output of the synchronous motor decrease. Conversely, if the rotation speed is reduced, there is a risk of magnetic saturation. A mechanical modulator or modulation amplifier corresponds to a servo amplifier. The modulation motor maintains a constant alternating main magnetic flux and can control the rotation speed by changing the modulation frequency. Therefore, the disadvantages of the brushless motor can be eliminated.
【0110】図9に示す定回転速度特性を有する変調電
動機では同期回転力が界磁巻線に接続されたサイリスタ
により制御され、同期電動機の欠点である電機子反作用
とリアクタンスが除かれ駆動特性が改善されている。交
番主磁束の大きさを変えることなく、電源周波数を増加
させれば、各巻線の巻回数を減少させる必要がある。従
って、重量、慣性、及び大きさを同時に減少させること
ができ、速度制御の際の速応制を向上させることができ
る。また機械的変調器並に変調用増幅器の大きさも小形
になり重量を減少させることができる。In the modulation motor having the constant rotation speed characteristic shown in FIG. 9, the synchronous rotation force is controlled by the thyristor connected to the field winding, and the driving characteristics are eliminated by eliminating the armature reaction and the reactance which are disadvantages of the synchronous motor. Has been improved. If the power supply frequency is increased without changing the magnitude of the alternating main magnetic flux, it is necessary to reduce the number of turns of each winding. Therefore, weight, inertia, and size can be reduced at the same time, and the speed control during speed control can be improved. Also, the size of the modulation amplifier as well as the mechanical modulator can be reduced, and the weight can be reduced.
【0111】図10に示す定回転力特性を有する変調電
動機と変形変調電動機は脱調の問題がなく、界磁巻線の
負荷を変えることにより同期回転力を容易に増加させる
ことができる。回転速度は同期回転力と回転子の機械的
負荷13により変化し、直流サーボの直流直巻電動機に
おける駆動特性に相当する。しかし刷子と整流子がない
ため、信頼性を向上させることができる。The modulation motor and the modified modulation motor having the constant rotation force characteristic shown in FIG. 10 have no problem of step-out, and the synchronous rotation force can be easily increased by changing the load of the field winding. The rotation speed varies depending on the synchronous rotation force and the mechanical load 13 of the rotor, and corresponds to the drive characteristics of a DC servomotor of a DC servo. However, since there is no brush and commutator, reliability can be improved.
【0112】従来の遠隔制御を目的にする所謂極限作業
用ロボットは、移動電動機と感覚機関が追加されるため
自重が増加し速応制御上の問題がある。従って電源周波
数を増加させた変調電動機又は変形変調電動機を使用す
ることにより、回転速度と出力を変えることなく自重を
減少させ、その欠点を除くことができる。A conventional so-called extreme operation robot for remote control has a problem in quick response control due to an increase in its own weight due to the addition of a mobile motor and a sensory engine. Therefore, by using a modulation motor or a modified modulation motor with an increased power supply frequency, its own weight can be reduced without changing the rotation speed and the output, and its disadvantage can be eliminated.
【0113】従来のサーボ電動機では同期電動機又は誘
導電動機が採用されるため、サーボ電動機の性能向上に
一定の限界がある。本発明による変調電動機または変形
変調電動機はその限界を越えて、更なる小形化を可能と
し、慣性の減少によりサーボ電動機の性能向上に役立
つ。例えば人工衛星は自重の減少と信頼度の向上が必要
であるが、この新しい発想から成るサーボ電動機を採用
すれば改善効果がある。Since the conventional servo motor employs a synchronous motor or an induction motor, there is a certain limit in improving the performance of the servo motor. The modulation motor or the modified modulation motor according to the present invention, beyond its limit, enables further miniaturization and helps to improve the performance of the servo motor by reducing the inertia. For example, an artificial satellite needs to reduce its own weight and improve its reliability. Adopting a servo motor based on this new concept has an improvement effect.
【0114】(b)交流電車 一般に電車は広範囲の速度と牽引力の制御が必要になる
ため、直流直巻電動機が直流電車に採用されている。し
かし過酷な制御に刷子と整流子が信頼性上の問題にな
る。交流電車では誘導電動機の駆動特性が問題となる。
図10に示す定回転力特性の単相また3相変調電動機あ
るいは変形変調電動機を採用すれば、直流直巻電動機の
特性に似ているので、刷子と整流子と電機子反作用がな
い一種のパワーサーボとして使用することができる。(B) AC train Generally, a train needs to control a wide range of speed and tractive force, so a DC series motor is used for a DC train. However, brushes and commutators pose reliability problems for severe control. In an AC train, the driving characteristics of the induction motor are problematic.
If a single-phase or three-phase modulation motor or a modified modulation motor having a constant rotational force characteristic shown in FIG. Can be used as a servo.
【0115】同期回転力は回転速度と関係がないため、
停車まで変らない同期回転力を利用して制動発電力はす
べて交流電源に回収でき、電力の使用効率が向上する。
更に電源周波数を増加することにより電動機を小型にし
て車高を低くすれば、地下鉄のトンネル工事を簡単にす
ることができる。変調波周波数とその周期の数は電車の
速度と走行距離に比例する。従ってプログラム制御によ
る電車の速度制御と接近する停車位置の決定に利用でき
る。例えば新幹線電車は従来の直流電動機を本発明によ
る変調電動機により置き替えることによって構造と電気
回路が簡単になり、電車の自重を減少させることができ
る。変形変調電動機を採用すれば、機械的変調器または
変調用増幅器がなく更に自重を減少させることができ
る。ただしその場合、電車の速度はサイリスタにより2
相界磁巻線の各相の無効負荷電流の比が一定になるよう
に制御され、また、その合成無効電流の大きさを変えて
制御される。Since the synchronous torque has no relation to the rotational speed,
All the braking power can be recovered to the AC power source by using the synchronous rotation force that does not change until the vehicle stops, and the power usage efficiency improves.
Further, by increasing the power source frequency and making the motor smaller and lowering the vehicle height, tunnel construction of a subway can be simplified. The frequency of the modulated wave and the number of periods thereof are proportional to the speed and the traveling distance of the train. Therefore, it can be used for controlling the speed of the train by the program control and determining the approaching stop position. For example, in a Shinkansen train, the structure and electric circuit are simplified by replacing the conventional DC motor with the modulation motor according to the present invention, and the weight of the train can be reduced. If a modified modulation motor is employed, the weight can be further reduced without a mechanical modulator or a modulation amplifier. However, in that case, the speed of the train is 2
The ratio is controlled so that the ratio of the reactive load current of each phase of the phase field winding is constant, and is controlled by changing the magnitude of the combined reactive current.
【0116】図11は交流電車の制御系統の一例を示す
ブロックダイアグラムである。しかし、その各部分は、
図10の各部分に相当しているため、互いに同じ番号を
使用する。この場合、13が交流電車になる。図10と
図11において、位相制御回路17がサイリスタ9と1
0により負荷電流を制御すれば、変調電動機12は同期
回転力を変える。回転子15は、回転子14に直結さ
れ、同期回転力が機械的変調器11の外力になるため、
機械的変調器11で変調周波数を変えることにより交流
電車13の速度が制御される。同期回転力は機械的負荷
13の回転力と平衡するため、負荷回転力が交流電車の
速度を決定する。図11はその制御系統図である。従っ
て定回転力特性において同期回転力を変化させれば機械
的負荷13の速度が変化し、その積が交流電車の出力に
相当する。図11において、変調電動機12から機械的
変調器11の方向への制御を示す矢印を除けば、図9の
定回転速度特性を表すブロックダイアグラムになる。FIG. 11 is a block diagram showing an example of a control system of an AC train. But each part is
Since they correspond to the respective parts in FIG. 10, the same numbers are used. In this case, 13 is an AC train. 10 and 11, the phase control circuit 17 is provided with thyristors 9 and 1.
If the load current is controlled by 0, the modulation motor 12 changes the synchronous torque. Since the rotor 15 is directly connected to the rotor 14 and the synchronous rotational force becomes an external force of the mechanical modulator 11,
The speed of the AC train 13 is controlled by changing the modulation frequency by the mechanical modulator 11. Since the synchronous torque balances the torque of the mechanical load 13, the load torque determines the speed of the AC train. FIG. 11 is a control system diagram. Therefore, if the synchronous rotation force is changed in the constant rotation force characteristic, the speed of the mechanical load 13 changes, and the product thereof corresponds to the output of the AC train. In FIG. 11, except for an arrow indicating control from the modulation motor 12 to the mechanical modulator 11, a block diagram showing the constant rotation speed characteristic of FIG. 9 is obtained.
【0117】電車の交流駆動原理をエレベータ、荷役機
械、起重機等に利用すれば、回転方向の反転により遅れ
角が進み角になる。従って荷重は原動機になり、発生電
力は交流電源に回収され、電力損失が発生しない。その
出力と発生電力と共に、速度はサイリスタにより制御さ
れる。圧延機、抄紙機、大型工作機等に採用されるベク
トル制御型誘導電動機は一種のパワーサーボであって、
サイリスタにより制御される。しかしその制御用電子計
算機は電子回路と構造が複雑になる欠点がある。変調電
動機または変形変調電動機では界磁巻線の有効負荷電流
と無効負荷電流を分離して制御すれば、ベクトル制御に
相当し、同じ作用があり、構造を簡単にすることができ
る。電機子反作用並に脱調の欠点がないため、駆動特性
を改善し効率が向上する。しかし精密な一定回転速度を
維持する必要がある場合には定回転速度特性の一定変調
周波数を維持し、若しくは定回転力特性の一定回転速度
を維持するためサイリスタに自動定速度制御装置が必要
になる。一般に交流電車の駆動特性を必要とする多くの
産業設備があり、その用途は少くない。電気自動車、揚
水ポンプ、コンベア等はその一例である。If the principle of AC driving of a train is used in an elevator, a cargo handling machine, a hoist, or the like, the lag angle becomes a leading angle due to the reversal of the rotation direction. Therefore, the load becomes the prime mover, and the generated power is recovered by the AC power supply, and no power loss occurs. The speed, together with its output and generated power, is controlled by a thyristor. Vector control induction motors used in rolling mills, paper machines, large machine tools, etc. are a type of power servo,
Controlled by thyristor. However, the control computer has a drawback that the electronic circuit and the structure are complicated. In the case of the modulation motor or the modified modulation motor, if the effective load current and the reactive load current of the field winding are controlled separately, it corresponds to vector control, has the same function, and can simplify the structure. Since there is no disadvantage of step-out as well as armature reaction, drive characteristics are improved and efficiency is improved. However, when it is necessary to maintain a precise constant rotation speed, an automatic constant speed control device is required for the thyristor to maintain a constant modulation frequency of the constant rotation speed characteristic or a constant rotation speed of the constant rotation force characteristic. Become. Generally, there are many industrial facilities that require the drive characteristics of an AC train, and their uses are few. Electric vehicles, water pumps, conveyors, and the like are examples.
【0118】(c)リニアモータ型交流電車 交流電車は速度の増加を制限する車輪の滑りと、架空線
の故障防止に必要な不断の保守作業が問題になる。変形
変調電動機をリニアモータに変形すれば、その欠点をす
べて除くことができる。(C) Linear motor type AC train In an AC train, problems such as wheel slippage which limits an increase in speed and constant maintenance work required to prevent failure of the overhead line become a problem. If the deformation modulation motor is transformed into a linear motor, all the disadvantages can be eliminated.
【0119】変形変調電動機と同じ構造を有する機械的
変調器の鉄心を1個所において切断して平面状に展開す
る。同じ構造から成る多数の回転子を互に接して軌道上
に配置し、狭い一定空隙を介し固定子を電車の下面に固
定して配置すれば、単相機械的変調器は単相リニアモー
タになる。図12はその配置を表わし、遅れ角は十分小
さいので省略して図面に示さない。回転子の励磁巻線c
はすべて並列に接続されさらに単相交流電源に接続され
ている。固定子と共に切断されるb巻線はb/2で表わ
されている。更に固定子の2相界磁巻線a、bの負荷は
省略され、2組のサイリスタ9、10は図面に表わさな
い。また巻線a、bを流れる無効負荷電流を合成すれ
ば、図7における巻線4の無効負荷電流に相当し、
(5)式の角度差βを維持する。An iron core of a mechanical modulator having the same structure as that of the deformed modulation motor is cut at one place and developed in a plane. If a number of rotors of the same structure are placed on the track in contact with each other and the stator is fixed to the lower surface of the train via a narrow constant gap, the single-phase mechanical modulator becomes a single-phase linear motor. Become. FIG. 12 shows the arrangement, and the delay angle is not shown in the drawings because it is sufficiently small. Excitation winding c of rotor
Are all connected in parallel and further connected to a single-phase AC power supply. The b winding cut with the stator is denoted by b / 2. Further, the loads on the two-phase field windings a and b of the stator are omitted, and the two sets of thyristors 9 and 10 are not shown in the drawing. When the reactive load currents flowing through the windings a and b are combined, the reactive load current corresponds to the reactive load current of the winding 4 in FIG.
The angle difference β in the equation (5) is maintained.
【0120】鉄心は中心部を支点にして平らに変形され
るため、巻線a、b、cはそれぞれ2極構造から成る同
じ1対の各巻線とその磁束が、角度を互いに反対方向に
変化して、空隙の平面と垂直ですべて平行方向になる。
交番主磁束φは巻線cにより発生され、その閉磁路によ
り1対の巻線aとbにそれぞれ発生される誘起電圧との
相対的関係には変化がない。図7において反対方向に作
用する一対のf0は互いに反対方向に角度をπ/2変え
るので、実際には互いに同じ方向になる。従って合成さ
れて2f0になり、空隙に対し平行方向に作用する2f0
が電車の推力になる。Since the iron core is deformed flat with the center as a fulcrum, the windings a, b, and c each have the same pair of windings each having a two-pole structure and the magnetic fluxes thereof change their angles in opposite directions. As a result, they are all perpendicular to the plane of the gap.
The alternating main magnetic flux φ is generated by the winding c, and there is no change in the relative relationship between the induced voltages generated in the pair of windings a and b by the closed magnetic path. In FIG. 7, a pair of f 0 acting in the opposite direction changes the angle by π / 2 in the opposite direction, so that they are actually in the same direction. Therefore, they are combined into 2f 0 , and 2f 0 acting in the direction parallel to the gap
Is the thrust of the train.
【0121】更に巻線cと巻線a、bの鉄心間には交番
主磁束φが交流電磁石と同じ作用により空隙に対し垂直
方向の吸引力を発生する。吸引力は電車の自重と同じ方
向に合成されるため、電車の浮上を防止する作用があ
る。図12の正弦波形は空隙における交番主磁束φの密
度分布を表わし、進行する電車の位置によって各c巻線
を順次に切り換えて交番主磁束φを使用する。交番主磁
束の閉磁路は点線により示されている。図6のθに従っ
て変化し、これに相当する巻線a、bと位置の関係は図
12の下方に追加して示しす。Further, between the iron cores of the windings c and the windings a and b, the alternating main magnetic flux φ generates an attractive force in a direction perpendicular to the air gap by the same action as the AC electromagnet. Since the suction force is combined in the same direction as the weight of the train, it has an effect of preventing the train from floating. The sinusoidal waveform in FIG. 12 indicates the density distribution of the alternating main magnetic flux φ in the air gap, and the c main winding is sequentially switched according to the position of the traveling train to use the alternating main magnetic flux φ. The closed magnetic path of the alternating main magnetic flux is indicated by a dotted line. The relationship between the positions of the windings a and b corresponding to the angle θ shown in FIG. 6 and the positions of the windings a and b is additionally shown below FIG.
【0122】3相リニアモータは3相交流電源の各相を
3組の単相電源に使用して、3組のc巻線並に3組の
a、b巻線から成るが、原理的に図12と同じ定回転力
特性を備えている。リニアモータの特長は電車の車高を
減少し、架空線が除かれるために、地下鉄はトンネル工
事を簡単にする経済的効果がある。また電車は推力によ
って直接牽引されるため、車輪の滑りがなく速度上昇な
らびに加速が容易になる。A three-phase linear motor uses each phase of a three-phase AC power supply for three sets of single-phase power supplies, and includes three sets of c windings and three sets of a and b windings. It has the same constant rotational force characteristics as in FIG. The advantages of linear motors are that they reduce the height of trains and eliminate overhead lines, so subways have the economic effect of simplifying tunnel construction. Further, since the train is directly towed by the thrust, the speed increase and acceleration are facilitated without slipping of the wheels.
【0123】従来の超電導型電車は浮上のため、交流電
磁石として作用する電動機の空隙間における電磁吸引力
を減少する必要がある。従って励磁巻線に鉄心を使用し
ないため、励磁電流が著しく増加する欠点がある。図1
2のリニアモータは電磁吸引力が電車の自重と合成され
る。またその励磁電流の増加を防止するため、鉄心間に
電磁結合がないc巻線を交流電源から開路する。誘導電
動機型のリニアモータは既に都市の地下鉄電車に実用さ
れているが、架空線を採用し軌道上の誘導板をその2次
巻線に必要な負荷に使用する。牽引力はその無効負荷電
流が、出力は有効負荷電流が発生する。誘導板の電力損
失は地下鉄内の温度を上昇する欠点がある。また誘導板
の負荷を加減できないため、牽引力と出力を制御するた
めに交流電源の電圧変化が必要になる。Since the conventional superconducting electric train floats, it is necessary to reduce the electromagnetic attraction force in the air gap of the electric motor acting as an AC electromagnet. Therefore, since an iron core is not used for the exciting winding, there is a disadvantage that the exciting current is significantly increased. FIG.
In the second linear motor, the electromagnetic attraction force is combined with the weight of the train. Further, in order to prevent an increase in the exciting current, the c winding having no electromagnetic coupling between the iron cores is opened from the AC power supply. Induction motor type linear motors have already been used in subway trains in cities. However, overhead wires are used, and an induction plate on a track is used as a load required for its secondary winding. The traction force generates the reactive load current, and the output generates the effective load current. The power loss of the induction plate has the disadvantage of increasing the temperature inside the subway. In addition, since the load on the induction plate cannot be adjusted, a voltage change of the AC power supply is required to control the traction force and the output.
【0124】図12はリニアモータの界磁巻線a、bが
サイリスタにより制御され、電車の推力と速度が制御さ
れる。その特性は直流電車の直流直巻電動機に相当し、
定回転力特性によって誘導電動機型のリニアモータにお
ける回転力特性の欠点を除く効果がある。またサイリス
タは電力損失が少ないため、地下鉄内の温度が上昇する
という欠点が少ない。リニアモータでは照明、冷暖房、
その他電車の制御用補助電源が必要になる。補助電源
は、巻線a、bに機械的変調器を接続して、振幅変調が
除かれる一種の変形変調発電機あるいは電力変換器に利
用する。2相巻線を回転子により変調周波数に比例して
回転すれば、単相巻線の誘起電圧は振幅変調が除かれ
て、交流電源に比例する一定電圧になる。従って固定子
の一定電圧が補助電源になり、補助電力は交流電源から
供給され、電車の速度並に停車に関係がない。In FIG. 12, the field windings a and b of the linear motor are controlled by thyristors, and the thrust and speed of the train are controlled. Its characteristics correspond to a DC series motor of a DC train,
The constant torque characteristic has an effect of eliminating the disadvantage of the torque characteristic in the induction motor type linear motor. Further, thyristors have low power loss, and therefore have few disadvantages in that the temperature in the subway rises. Lighting, cooling and heating,
In addition, an auxiliary power supply for controlling the train is required. The auxiliary power supply is used by connecting a mechanical modulator to the windings a and b and using it as a kind of a modified modulation generator or a power converter from which the amplitude modulation is removed. If the two-phase winding is rotated by the rotor in proportion to the modulation frequency, the induced voltage of the single-phase winding is removed from the amplitude modulation and becomes a constant voltage proportional to the AC power supply. Therefore, a fixed voltage of the stator is used as an auxiliary power supply, and the auxiliary power is supplied from an AC power supply, regardless of the speed of the train and whether the vehicle is stopped.
【0125】回転子はa,b巻線から変調周波数の成分
を取り出して増幅し、同期電動機により回転する。機械
的変調器はβ=0になるため同期回転力がなく、同期電
動機は回転のための回転力が必要でない。従って無負荷
運転に相当し、その遅れ角は殆どなく補助電源と交流電
源は略ぼ同じ位相になる。The rotor takes out the component of the modulation frequency from the a and b windings, amplifies it, and rotates by the synchronous motor. The mechanical modulator has no synchronous rotational force because β = 0, and the synchronous motor does not require rotational force for rotation. Therefore, the operation corresponds to the no-load operation, and the auxiliary power supply and the AC power supply have substantially the same phase with little delay angle.
【0126】(d)電気自動車 一般にガソリン自動車ではエンジンにより速度を広範囲
に直接制御されているため、総合効率が減少している。
その結果、燃料の増加が、公害ガスと炭酸ガスを増加す
る原因になっている。従来の電気自動車では蓄電池によ
り自重が増加するため効率が低下する。また消費電力が
大きく、蓄電池の充電回数も増加することになる。また
電力が火力発電所により生成されたものであれば、その
消費電力は間接的に公害ガスと炭酸ガスの増加の原因に
なる。(D) Electric Vehicle In general, in a gasoline vehicle, the speed is directly controlled over a wide range by an engine, so that the overall efficiency is reduced.
As a result, an increase in fuel causes an increase in pollution gas and carbon dioxide gas. In a conventional electric vehicle, its own weight increases due to the storage battery, so that the efficiency decreases. In addition, power consumption is large, and the number of times of charging the storage battery also increases. If power is generated by a thermal power plant, the power consumption indirectly causes an increase in pollution gas and carbon dioxide gas.
【0127】エンジンに直結された一定交流電圧ならび
に一定電源周波数の交流発電機に定回転力特性の単相ま
たは3相変調電動機、若しくは変形変調電動機が接続さ
れれば、新しい電気自動車の無段変速機になる。その構
造と制御系統図は、それぞれ図10と図11により表さ
れ、13が電気自動車に相当する。一般にエンジンが最
大効率になる回転数は大きく一定である。従って最大効
率の一定回転数で回転する直結型のエンジン発電機は電
源周波数が高く、また、エンジン発電機自体の自重と大
きさを減少させることができる。さらに、電源周波数の
増加によって交流発電機と機械的変調器若しくは変調増
幅器と変調電動機または変形変調電動機は同時に重量と
大きさを減少させることができる。If a single-phase or three-phase modulation motor or a modified modulation motor having a constant rotational force characteristic is connected to an AC generator having a constant AC voltage and a constant power supply frequency directly connected to the engine, a continuously variable transmission of a new electric vehicle is provided. Become a machine. The structure and the control system diagram are shown in FIGS. 10 and 11, respectively, and 13 corresponds to an electric vehicle. Generally, the number of revolutions at which the engine is at maximum efficiency is large and constant. Therefore, a direct-coupled engine generator that rotates at a constant rotational speed of maximum efficiency has a high power supply frequency and can reduce the weight and size of the engine generator itself. In addition, the increase of the power supply frequency can reduce the weight and size of the alternator and the mechanical modulator or the modulation amplifier and the modulation motor or the modified modulation motor at the same time.
【0128】ガソリン自動車の駆動軸は重量を減少でき
ない。これに相当する交流発電機の電力供給電線は相対
的に重量が減少する。交流発電機は速度制御のために交
流電源電圧を変化させる必要がなく重量増加の原因にな
らない。またガソリン自動車の変速機が界磁巻線の負荷
に相当し、負荷にはサイリスタが使用されるため重量を
減少させることができる。各部の重量が減少することに
より新しい電気自動車は徹底的に軽量化できる。この結
果、消費燃料の減少と効率の向上によって公害ガスと炭
酸ガスを著しく減少できる。またエンジンが一定回転速
度で回転させられるので、公害ガスが少い代替燃料であ
る天然ガス、メタノール、水素を使用するエンジンの駆
動特性と効率が改善できる。脱調の欠点と電機子反作用
がなく負荷電流を妨害するリアクタンスを発生しないた
め、新しい電気自動車の始動回転力の増加と加速度増加
にこれを利用することができる。The drive shaft of a gasoline vehicle cannot reduce its weight. The corresponding power supply line of the AC generator has a relatively reduced weight. The AC generator does not need to change the AC power supply voltage for speed control and does not cause an increase in weight. In addition, the transmission of the gasoline vehicle corresponds to the load of the field winding, and the thyristor is used for the load, so that the weight can be reduced. By reducing the weight of each part, a new electric vehicle can be drastically reduced in weight. As a result, pollution gas and carbon dioxide can be significantly reduced by reducing fuel consumption and improving efficiency. In addition, since the engine is rotated at a constant rotation speed, the driving characteristics and efficiency of the engine using natural gas, methanol, and hydrogen, which are alternative fuels with low pollution gas, can be improved. Since there is no step-out fault and no armature reaction and no reactance that disturbs the load current, it can be used to increase the starting torque and acceleration of new electric vehicles.
【0129】一般に自動車の軽量化は従来の一貫した技
術改善事項である。電気自動車は自重を減少すれば、単
価の切り下げと、慣性運動エネルギの減少による衝突時
の損傷を減少できる。四輪駆動車では各車輪に変調電動
機または変形変調電動機を配置して差動歯車無しで並列
運転される。、負荷のサイリスタは電気的保護回路の併
用が容易になるため、暴走事故の防止と信頼度の向上に
効果がある。In general, reducing the weight of an automobile is a conventional and consistent technical improvement. If the electric vehicle reduces its own weight, it is possible to reduce the unit price and reduce the damage at the time of collision due to the reduction of the inertial kinetic energy. In a four-wheel drive vehicle, a modulation motor or a deformation modulation motor is arranged on each wheel, and the wheels are operated in parallel without a differential gear. In addition, since the load thyristor can be easily used in combination with the electric protection circuit, it is effective in preventing a runaway accident and improving reliability.
【0130】交流電車の軌道と架空線を除けば大型電気
自動車に相当しているが、電気駆動制御は操縦性能の改
善と振動、騒音を減少し、居住性を向上できる。例えば
エンジン発電機は電気自動車の制御用補助電源に共用
し、排ガスの被害がない任意の位置に設けてもよい。更
に、軽自動車、2輪車、自転車、車椅子等に採用して、
サイリスタに電子的な自動制御回路を併用すれば、操縦
性能と安全性を向上させることができる。Except for the track of the AC train and overhead lines, it is equivalent to a large electric vehicle. Electric drive control can improve steering performance, reduce vibration and noise, and improve comfort. For example, the engine generator may be shared with an auxiliary power supply for controlling an electric vehicle, and may be provided at any position where there is no damage from exhaust gas. Furthermore, it is adopted for mini cars, two-wheeled vehicles, bicycles, wheelchairs, etc.
If an electronic automatic control circuit is used in combination with the thyristor, steering performance and safety can be improved.
【0131】(e)流体の制御装置 一般に液体、気体の供給圧力は比重、高さ、供給距離並
びに供給量と管路の断面積によって変化して圧力降下の
原因になる。例えば高層建築においては、水道の水圧が
不足するために貯水槽が必要になり、その水質劣化が問
題になる。供給水圧の不足は揚水ポンプにより自動的に
補償できる。しかし揚水ポンプの駆動用誘導電動機は頻
繁に起動する過大な起動電流によって、騒音と故障の原
因になる。(E) Fluid control device In general, the supply pressure of a liquid or gas changes depending on the specific gravity, height, supply distance, supply amount and cross-sectional area of a pipe, and causes a pressure drop. For example, in a high-rise building, a water tank is required due to insufficient water pressure of a water supply, and water quality degradation is a problem. Insufficient supply water pressure can be automatically compensated by a pump. However, the induction motor for driving the water pump is frequently caused by an excessively large starting current, causing noise and failure.
【0132】図10に示す定回転力特性の変調電動機ま
たは変形変調電動機は界磁巻線の一定負荷により、供給
水圧に平衡する同期回転力が自動的に水圧不足を連続的
に補償して一定水圧を維持する。回転速度に関係なく常
に一定負荷電流を維持する作用によって、交流電源の開
閉は必要なく構造が簡単になり、貯水槽を除いて信頼度
を向上する効果がある。In the modulation motor or the modified modulation motor having the constant rotation force characteristic shown in FIG. 10, the synchronous rotation force balanced with the supply water pressure is automatically and continuously compensated for the shortage of the water pressure by the constant load of the field winding. Maintain water pressure. The effect of always maintaining a constant load current regardless of the rotation speed simplifies the structure without opening and closing the AC power supply, and has the effect of improving reliability except for the water storage tank.
【0133】一定遅れ角は一定同期回転力並びに一定回
転方向を維持する。従って給水の逆流を阻止し、回転速
度は給水量に比例して変化するパワーサーボとして作用
する。一般に給水量の変化は遅いため、回転速度の遅い
場合がある。例えば都市ガスは一定供給圧力を維持する
ために同じ原理を採用する。給水装置の原理は水道を線
材、帯板、磁気テープ等に置き替えれば、その自動定張
力巻取装置になる。巻取速度は一定張力の値並びに機械
的負荷により変化する。The constant delay angle maintains a constant synchronous rotational force and a constant rotational direction. Therefore, the backflow of the feedwater is prevented, and the rotation speed acts as a power servo that changes in proportion to the amount of feedwater. In general, the change in the amount of supplied water is slow, so that the rotation speed may be low. City gas, for example, employs the same principle to maintain a constant supply pressure. The principle of the water supply device is that if the water supply is replaced with a wire, a band plate, a magnetic tape, or the like, the device becomes an automatic constant tension winding device. The winding speed varies depending on the value of the constant tension and the mechanical load.
【0134】変調電動機は界磁巻線を短絡すれば構造が
簡単になり、その駆動特性について既にのべている。こ
れに接続される機械的変調器または変調増幅器の制御に
必要な入力エネルギが極めて小さいパワーセルシンを構
成する。接続導線は遠方操作が目的になり、同期回転力
は変調電動機の機械的負荷に比例する。従来のセルシン
電動機と同じ作用があり、その回転力を著しく増加でき
る。従って大型貯水槽の給水ポンプは機械的変調器また
は変調用増幅器のプログラム制御により給水速度と給水
量と指定水位を自動的に制御する目的に用途がある。If the field winding is short-circuited, the structure of the modulation motor is simplified, and its driving characteristics have already been described. A power cell sine that requires very little input energy to control a mechanical modulator or a modulation amplifier connected thereto is constructed. The connecting conductor is intended for remote operation, and the synchronous torque is proportional to the mechanical load of the modulation motor. It has the same function as the conventional selcin motor, and its rotational force can be significantly increased. Therefore, the water supply pump of the large water tank has an application for the purpose of automatically controlling the water supply speed, the water supply amount and the designated water level by program control of a mechanical modulator or a modulation amplifier.
【0135】大型運搬車その他の産業設備においては、
制御入力の少ない無段変速機になり、その操縦並びに速
度制御の遠方操作に効果がある。例えば都市ガスは強力
な同期回転力によって供給本館を自動的に選択遮断し、
地震の破壊災害に耐え、火災の拡大を防止する目的に使
用することができる。For large trucks and other industrial equipment,
It becomes a continuously variable transmission with less control input, and is effective for remote control of its operation and speed control. For example, city gas automatically shuts off the main building automatically with strong synchronous torque,
It can be used for the purpose of withstanding the catastrophic disaster of earthquake and preventing the spread of fire.
【0136】貯水ダムは工業並びに農業用の給水を目的
に、水門を選択的に遠方制御し、製鉄、化学工場の大型
加熱炉は燃料と冷却水、粉体原料等の供給を同期的に開
閉する。簡単な構造と強力な回転力によって苛酷な作業
環境における信頼度が向上する。パワーセルシンは損失
が少なく、機械的変調器または変調用増幅器の制御に必
要な入力エネルギは著しく小さく、同期回転力とは関係
がない。従って制御エネルギが小さく強力な回転力を発
生する一種の無段変速機としての新しい用途がある。た
だし静止時には平衡作用により同期回転力がないため、
過大な短絡電流を発生しない。Water reservoirs selectively control water gates for industrial and agricultural water supply, and large heating furnaces in steel mills and chemical factories open and close the supply of fuel, cooling water, powder raw materials, etc. synchronously. I do. Simple structure and strong turning force increase reliability in harsh working environment. The power cell sine has low loss, requires significantly less input energy to control a mechanical modulator or modulation amplifier, and is independent of synchronous torque. Therefore, there is a new use as a kind of continuously variable transmission that generates a strong rotational force with small control energy. However, when there is no synchronous rotational force due to the balance action at rest,
Does not generate excessive short-circuit current.
【0137】(f)揚水型水力発電所 一般に揚水発電所では3相同期発電機を逆転して3相同
期電動機に、水車を揚水ポンプに兼用している。しかし
同期速度が一定になり、これを変えて揚水量を制御でき
ない。従って屡々3相誘導電動機を採用する実例があ
る。その3相2次巻線を直流電源により励磁すれば同期
発電機並びに同期電動機に利用できる。(F) Pumped-type hydroelectric power plant In general, a pumped-storage power plant uses a three-phase synchronous motor as a three-phase synchronous motor by reversing a three-phase synchronous generator and a water turbine as a pump. However, the synchronous speed becomes constant, and the pumping amount cannot be controlled by changing this. Thus, there are often instances where three-phase induction motors are employed. If the three-phase secondary winding is excited by a DC power supply, it can be used for a synchronous generator and a synchronous motor.
【0138】3相誘導電動機の3相2次巻線に3相励磁
電源を接続し、その滑り周波数を変えて制御し、回転速
度の変化によって揚水量を広範囲に制御する。しかし直
流主磁束が2次巻線に発生する誘起電圧と滑り周波数は
3相励磁電源の電圧と滑り周波数との間に干渉作用があ
るという欠点がある。揚水ポンプの回転速度、回転力と
出力に必要な滑り周波数、無効負荷電流と有効負荷電流
は励磁電源がそれぞれ分離して供給する必要がある。従
ってこれを分離して揚水量を制御する制御回路は複雑に
なる欠点がある。その制御方法は所謂ベクトル制御型の
誘導電動機に相当している。従って必要になる制御用電
子計算機は設備の経済的負担増加になる。また、揚水用
電力が増加すれば、これに比例して3相励磁電源は設備
容量を増加し、その経済的負担の増加が欠点になる。A three-phase excitation power supply is connected to the three-phase secondary winding of the three-phase induction motor, the slip frequency of the three-phase excitation power source is changed, and the pumping amount is controlled over a wide range by changing the rotation speed. However, there is a disadvantage that the induced voltage and the slip frequency at which the DC main magnetic flux is generated in the secondary winding have an interference action between the voltage of the three-phase excitation power supply and the slip frequency. The excitation power supply must separately supply the rotation speed, rotation force and slip frequency required for the pumping pump, reactive load current and active load current. Therefore, there is a disadvantage that a control circuit for controlling the pumping amount by separating the separation is complicated. The control method corresponds to a so-called vector control type induction motor. Therefore, the required control computer increases the economic burden of the equipment. In addition, as the power for pumping increases, the capacity of the three-phase excitation power supply increases in proportion to this, and the increase in the economical burden becomes a disadvantage.
【0139】定回転力特性の3相変調電動機または3相
変形変調電動機を採用すれば、その構造は図10の16
が3相交流電源で、各相の単相電源となり、界磁巻線の
3相負荷が3相誘導電動機の3相励磁電源に相当してい
る。しかし負荷のサイリスタに通電時の損失が少く効率
が向上する。一定遅れ角を維持してサイリスタが同期回
転力によって回転速度を制御し、揚水量を広範囲に加減
する。ただしサイリスタに3相誘導電動機に必要なベク
トル制御方式は必要でないため、構造を簡単にできると
いう経済的効果がある。If a three-phase modulation motor or a three-phase deformation modulation motor having a constant rotational force characteristic is employed, the structure will be as shown in FIG.
Is a three-phase AC power supply, which is a single-phase power supply for each phase, and a three-phase load of the field winding corresponds to a three-phase excitation power supply of the three-phase induction motor. However, the loss when energizing the thyristor of the load is small, and the efficiency is improved. The thyristor controls the rotation speed by the synchronous rotation force while maintaining a constant delay angle, and adjusts the pumping amount in a wide range. However, since the thyristor does not need the vector control method required for the three-phase induction motor, there is an economic effect that the structure can be simplified.
【0140】揚水ポンプの回転力を同期回転力により増
加すれば、逆回転するために一定遅れ角はそのまま一定
進み角になり、3相変調電動機と3相変形変調電動機は
変調発電機または変形変調発電機になり、揚水ポンプは
水車になる。一定進み角によって発電力は回転速度の変
動に関係なく直流交流電源に供給される。3相サイリス
タにより3相発生電力を広範囲に制御し、水車に自動定
速度制御装置は必要なく、構造を簡単にする経済的効果
がある。When the rotational force of the pump is increased by the synchronous rotational force, the constant delay angle becomes a constant advance angle because of the reverse rotation, so that the three-phase modulation motor and the three-phase deformation modulation motor are either a modulation generator or a deformation modulation motor. It becomes a generator and the pump becomes a water wheel. With a constant lead angle, the generated power is supplied to the DC AC power supply regardless of the fluctuation of the rotation speed. The three-phase thyristor controls the three-phase generated power over a wide range, and the turbine does not require an automatic constant speed control device, which has an economic effect of simplifying the structure.
【0141】(g)無公害発電所 潮力、風力、太陽熱、発電所並びに工場の廃熱,排圧エ
ネルギは総エネルギが極めて大きく、エネルギ密度の変
動が欠点になり完全に利用していないのが現状である。
無公害発電所の同期発電機は従来同期速度を維持して発
電力を交流電源に供給する。しかし原動機の無公害エネ
ルギが低密度になれば、同期速度を維持できないため、
このエネルギは放棄されて利用できない。また原動機が
停止する場合には、同期発電機は交流電源を開路し、総
発電量を減少する欠点がある。従って発電効率が低くな
り無公害発電所の経済的開拓を困難にする原因になって
いる。(G) Pollution-free power plant The total energy of tidal power, wind power, solar heat, waste heat and exhaust pressure of power plants and factories is extremely large, and fluctuations in energy density are disadvantageous and they are not used completely. Is the current situation.
Conventionally, the synchronous generator of the pollution-free power plant supplies the generated power to the AC power source while maintaining the synchronous speed. However, if the non-pollution energy of the prime mover becomes low density, the synchronous speed cannot be maintained,
This energy is abandoned and cannot be used. Further, when the prime mover stops, the synchronous generator opens the AC power supply, which has a disadvantage of reducing the total power generation. Therefore, the power generation efficiency is lowered, which makes it difficult to economically develop a pollution-free power plant.
【0142】図10に示す定回転力特性の単相または3
相変調発電機若しくは変形変調発電機を採用すれば、同
期発電機の欠点はすべて除かれる。同期回転力または合
成同期回転力により原動機の回転力が著しく減少すれ
ば、原動機は停止する欠点がある。サイリスタの自動制
御によって常に同期回転力または合成同期回転力を、変
動する原動機の回転力に平衡させて停止を防止する必要
がある。原動機が回転力を失えば、サイリスタは自動的
に負荷電流を遮断するので、交流電源を開路する必要が
なく、電気回路と保守が簡単になる。一定進み角による
発生電力はすべて自動的に交流電源に供給される。原動
機に出力がある限り、回転速度の変動に関係なく、総発
電量が増加し発電効率が向上する。例えば自家用無公害
発電機は自家消費電力を越える余剰発電力が自動的に交
流電源に供給され、売電設備の構造を簡単にする経済的
効果がある。The constant rotational force characteristic shown in FIG.
Employing a phase modulation generator or a modified modulation generator eliminates all the disadvantages of synchronous generators. If the rotational force of the prime mover is significantly reduced due to the synchronous rotational force or the combined synchronous rotational force, there is a disadvantage that the prime mover stops. It is necessary to prevent the stop by always balancing the synchronous torque or the combined synchronous torque with the fluctuating torque of the prime mover by automatic control of the thyristor. If the prime mover loses torque, the thyristor automatically shuts off the load current, eliminating the need to open the AC power supply, simplifying the electrical circuit and maintenance. All the power generated by the constant lead angle is automatically supplied to the AC power supply. As long as the prime mover has an output, the total power generation increases and the power generation efficiency improves irrespective of the rotation speed fluctuation. For example, a self-contained non-polluting power generator has an economic effect of simplifying the structure of a power selling facility by automatically supplying surplus power exceeding the self-consumption power to an AC power supply.
【0143】一例として潮力発電所の発電効率向上のた
めに必要な新しい構造原理を図13に示す。波を遮断す
る側壁で仕切り海上に浮く貯水槽19は底部が外海の海
底に連絡している。側壁の一面に上下の防波板20と2
1を設ける。また外壁の一部に海岸を利用する場合があ
る。従って貯水槽19は静水面22を有し、それは外洋
の平均水位23に一致する。貯水槽は沿岸漁業に於いて
漁夫が防波用角筒の静水面を覗きながら作業するのと同
じ基本原理と構造から成る。水車24は防波板20と2
1の狭い間隙に設けられ、車軸は19の静水面22に一
致して海水の干満に従い上下に移動する。As an example, FIG. 13 shows a new structural principle necessary for improving the power generation efficiency of a tidal power plant. The bottom of the water storage tank 19 floating on the sea partitioned by the side wall that blocks the waves is connected to the sea bottom of the open sea. Upper and lower wave breakers 20 and 2 on one side of the side wall
1 is provided. In some cases, the coast is used for part of the outer wall. The reservoir 19 therefore has a hydrostatic surface 22, which corresponds to the average level 23 of the open sea. The cistern has the same basic principles and structure as a fisherman working in the coastal fishery while looking into the still water surface of the breakwater prism. The water turbine 24 is composed of the wave breakers 20 and 2
Provided in one narrow gap, the axle moves up and down in accordance with the ebb and flow of seawater, coinciding with the 19 hydrostatic surfaces 22.
【0144】外洋の海面が波25により上昇すれば、防
波板20は堰堤になり海水の運動エネルギは水車24の
翼扇上半部を押し、反面に作用する大気圧との差圧によ
り水車24を回転させる。同時に翼扇上の海水は自重に
より水車24を同じ方向に回転させて、静水面22に落
下した後に翼扇下半部を同じ回転方向に回転させながら
外洋に戻る。海底を通して外洋に戻る一部の海水があ
り、静水面22の水位に変化はない。外洋の海面が波2
6により下降すれば、翼扇上半部は大気中にあり下半部
には防波板21により発生する大気圧が作用する。その
反面に作用する貯水槽19の海水との差圧が水車24を
同じ方向に回転させる。海水が保存するすべてのエネル
ギは直接水車24の機械的エネルギに変換されて総合的
に回転力を増加し水車の効率が向上する。従って水車に
より回転させられる変調発電機または変形変調発電機は
一定進み角を維持して回転速度の変動に関係なく自動的
に電力を発生し交流電源に供給する。When the sea surface of the open sea rises due to the waves 25, the wave breaker plate 20 becomes a dam and the kinetic energy of the seawater pushes the upper half of the wing fan of the water turbine 24, and the water turbine is driven by the pressure difference from the atmospheric pressure acting on the water turbine. Rotate 24. At the same time, the seawater on the wing fan rotates the water wheel 24 in the same direction by its own weight, and after falling on the still water surface 22, returns to the open sea while rotating the lower half of the wing fan in the same rotation direction. There is some seawater returning to the open sea through the seabed, and the water level of the still water surface 22 does not change. The ocean surface in the open ocean is wave 2
If it descends by 6, the upper half of the wing fan is in the atmosphere and the lower half is affected by the atmospheric pressure generated by the wavebreaker plate 21. On the other hand, the pressure difference between the water tank 19 and the seawater acting on the water tank 19 causes the water wheel 24 to rotate in the same direction. All the energy stored by the seawater is directly converted into mechanical energy of the water turbine 24 to increase the rotational force overall and improve the efficiency of the water turbine. Therefore, the modulation generator or the modified modulation generator rotated by the water turbine automatically generates power and supplies it to the AC power source irrespective of the rotation speed while maintaining a constant lead angle.
【0145】図13の潮力発電所は構造が簡単になり、
総発電量を増加して発電効率を向上するため、潮力発電
の開拓を容易にする経済的効果がある。図13に示す水
車24が回転する。18は図10に相当する。従って、
図10と図11の13は原動機になり、発電機12は発
生電力を交流電源16に供給する。The tidal power plant of FIG. 13 has a simple structure,
Since the total power generation is increased and the power generation efficiency is improved, there is an economic effect that facilitates development of tidal power generation. The water wheel 24 shown in FIG. 13 rotates. 18 corresponds to FIG. Therefore,
10 and 11 are prime movers, and the generator 12 supplies the generated power to the AC power supply 16.
【0146】日本の海岸線は長く、リアス式海岸は潮力
発電所の適地になる。海水の幅と深さを減少するため、
波長を減少して海水の運動エネルギによって波高値を上
昇する現象がある。例えば防波堤により波長は零になる
ために波高値が上昇する。また貯水槽を船台に設けて適
地を移動すれば、更に総発電量を増加できる。しかし暴
風雨による水車の破損を防止するため、水車を一時的に
海中深く沈める対策が必要になる。複数の無公害発電所
を並列運転すれば、乱調を発生する原因はなく、各発電
力の変動における時間の差によって合成発電力の変動が
減少する。各原動機の速度変動に関係なく合成発電力に
よって発電効率が向上する。The coastline of Japan is long, and the ria coast is suitable for tidal power plants. To reduce the width and depth of seawater,
There is a phenomenon in which the wavelength decreases and the peak value increases due to the kinetic energy of seawater. For example, since the wavelength becomes zero due to a breakwater, the peak value increases. In addition, if a water tank is provided on the side of the boat and moved to an appropriate place, the total power generation can be further increased. However, in order to prevent damage to the turbine due to storms, measures must be taken to temporarily sink the turbine deep into the sea. If a plurality of non-polluting power plants are operated in parallel, there is no cause for generation of turbulence, and the fluctuation of the combined power generation decreases due to the time difference in the fluctuation of each power generation. The power generation efficiency is improved by the combined generated power regardless of the speed fluctuation of each prime mover.
【0147】太陽電池の効率は10%程度で図13の効
率に比べて著しく低い欠点がある。また直流交流変換器
が経済的負担の増加になる。火力発電所は公害ガスと炭
酸ガスを増加し、原子力発電所は燃料ウラニウムの精練
に必要な多量の電力が間接的に公害ガスと炭酸ガスを増
加する。無公害発電所の開拓は益々重要になるため、経
済的な構造と発電効率向上は技術改善の目標になってい
る。その決め手になるのが変調発電機並びに変形変調発
電機である。The efficiency of the solar cell is about 10%, which is disadvantageous in comparison with the efficiency shown in FIG. In addition, the DC / AC converter increases the economic burden. Thermal power plants increase pollution gas and carbon dioxide, and nuclear power plants indirectly increase pollution gas and carbon dioxide by the large amount of electricity required for refining uranium fuel. As the development of non-polluting power plants becomes more and more important, improving the economic structure and power generation efficiency is a goal of technological improvement. The decisive factors are the modulation generator and the modified modulation generator.
【0148】(h)中層建造物の免震構造 建造物に全く慣性がないとすれば、地震により地盤と地
盤になる建造物は一体になって振動する。従って、建造
物に作用する外力は小さく、建造物は崩壊の危険がな
い。実際には自重と慣性がきわめて大きいため、建造物
は一時的にむち打ち状態になり、ほとんど動けない。建
造物の下面は地盤に密着して地震により振動する。しか
し建造物は上面が慣性により動けないため、傾斜して変
形力が発生する。例えば、地盤と建造物の底面が一方向
に移動すれば、その底面に変形力が発生し、その反力は
上面に作用する。それぞれの力は支点が異なるため、破
壊回転力になり、建造物は絞られて複雑な座屈破壊の原
因になる。建造物は剛性を増加するほど小さい変形に必
要な変形力が増加する。(H) Seismic isolation structure of middle-rise building Assuming that the building has no inertia at all, the ground and the building that will become the ground vibrate together due to the earthquake. Therefore, the external force acting on the building is small, and the building is not at risk of collapse. In fact, due to its great weight and inertia, the building is temporarily whipped and hardly move. The lower surface of the building comes into close contact with the ground and vibrates due to the earthquake. However, since the upper surface of a building cannot move due to inertia, a deformation force is generated by tilting. For example, if the ground and the bottom of the building move in one direction, a deformation force is generated on the bottom, and the reaction force acts on the top. Since each force has a different fulcrum, it becomes a destructive turning force, and the structure is squeezed, causing complex buckling failure. As the rigidity of a building increases, the deformation force required for small deformation increases.
【0149】従来の免震装置はその欠点を除くため、地
盤と建造物の底面の間に緩衝材を挿入して互いに分離す
る構造からなる。一般に緩衝材は積層する鉄板とゴム板
を接着して垂直方向の地震エネルギーを吸収しその剛性
により自重を支える。しかし水平方向の弾性変形は建造
物の変形力を減少して復元力に利用する。The conventional seismic isolation device has a structure in which a cushioning material is inserted between the ground and the bottom of the building to separate them from each other in order to eliminate the disadvantages. Generally, the cushioning material adheres a laminated iron plate and rubber plate to absorb vertical seismic energy and support its own weight by its rigidity. However, the elastic deformation in the horizontal direction reduces the deformation force of the building and uses it for the restoring force.
【0150】図14はこれに改良を加える新しい免震装
置の構造を断面図により示す略図である。建造物27の
底面の重心28と地盤29の間に主緩衝材30が挿入さ
れて自重を支える。底面の両端31と32には一対の補
助緩衝材33と34が挿入されて自重の一部を均等に支
持する。また、補助緩衝材33、34と地盤29の間に
は、図9の構造と接続図からなる変調電動機35と36
がサーボ電動機として挿入され、螺旋ネジ37と38を
昇降させる。サーボ電動機は螺旋ネジ37と38を差動
的に回転させ、重心28を支点にして建造物27を傾斜
させて反力を除くために使用される。しかし重心28は
垂直方向の位置を変えないため、変調電動機35と36
は同期回転力を維持する条件が必要になる。例えば、端
部31が下降すれば、自重による落下エネルギーは変調
電動機35の原動機になって発電作用を示す。その発電
力を端部32の上昇に必要な変調電動機36の駆動力に
利用する。従って計算上では変調電動機35と36の電
力は相殺されるため、サーボ電動機の共通励磁電源に供
給電力は必要ではない。しかし自重はきわめて大きく螺
旋ネジ37と38は摩擦損失が大きいため、電力の一部
が共通励磁電源に必要である。FIG. 14 is a schematic view showing the structure of a new seismic isolation device to which the present invention is improved by a sectional view. The main cushioning member 30 is inserted between the center of gravity 28 on the bottom surface of the building 27 and the ground 29 to support its own weight. A pair of auxiliary cushioning members 33 and 34 are inserted into both ends 31 and 32 of the bottom surface to evenly support a part of their own weight. Further, between the auxiliary cushioning members 33 and 34 and the ground 29, there are modulation motors 35 and 36 having the structure and connection diagram of FIG.
Is inserted as a servomotor to raise and lower the spiral screws 37 and 38. The servomotor is used to differentially rotate the helical screws 37 and 38 and tilt the building 27 about the center of gravity 28 to eliminate the reaction force. However, since the center of gravity 28 does not change its position in the vertical direction, the modulation motors 35 and 36
Requires a condition to maintain the synchronous rotation force. For example, if the end 31 descends, the falling energy due to its own weight becomes the prime mover of the modulation motor 35 and exhibits a power generating action. The generated power is used for the driving force of the modulation motor 36 necessary for raising the end 32. Therefore, since the powers of the modulation motors 35 and 36 are canceled out in the calculation, the power supplied to the common excitation power supply of the servo motor is not required. However, since the helical screws 37 and 38 have a large weight and a large friction loss, a part of the electric power is required for the common excitation power supply.
【0151】破壊回転力を建造物27の傾斜回転力によ
り相殺して座屈破壊を防止するのが目的である。傾斜回
転力は重心の位置を移動するため、自重は振り子の作用
を備え、振り子回転力は重心28を地盤29の変動位置
に引き戻す平衡作用がある。破壊回転力は、傾斜回転力
により相殺されて合成回転力が著しく減少する。従っ
て、地震により発生する建造物27の傾斜と変形力は小
さくなり、実際には変調電動機35と36の回転量と螺
旋ネジ37と38の昇降量を十分減少する効果がある。
地震の反復振動に同期して、変調電動機35と36は逆
転を繰り返すが、同期を維持するためには、その起動回
転力を十分大きくする必要がある。変調電動機の回転速
度に関係がない同期回転力は、静止する誘導電動機の起
動回転力相当するためきわめて大きい。互いに同じ原理
によって発生する起動回転力は負荷によって広範囲に制
御できるため増加が容易である。しかし、誘導電動機は
回転速度を増加すれば、回転力を減少するが、変調電動
機にはその欠点はない。従って、変調電動機35と36
は、図9に示す構造の変調電動機であることが必要にな
る。誘導電動機は起動回転力に優れているが、出力によ
り滑りが変化するため、サーボ電動機の制御における乱
調の原因になる。変調電動機には滑りはなく、電機子反
作用はほとんど無いため、負荷電流を妨害する同期リア
クタンスを除く効果がある。同期電動機は起動回転力が
小さく、電機子反作用が欠点になる。The purpose is to prevent the buckling failure by offsetting the breaking rotational force by the inclination rotating force of the building 27. Since the inclined rotational force moves the position of the center of gravity, the own weight has a pendulum action, and the pendulum rotational force has an equilibrium action of returning the center of gravity 28 to the changing position of the ground 29. The breaking torque is offset by the tilt torque and the resultant torque is significantly reduced. Therefore, the inclination and the deformation force of the building 27 caused by the earthquake are reduced, and in effect, the rotation amounts of the modulation motors 35 and 36 and the elevation amounts of the spiral screws 37 and 38 are sufficiently reduced.
The modulation motors 35 and 36 repeat the reverse rotation in synchronization with the repetitive vibration of the earthquake. In order to maintain the synchronization, it is necessary to sufficiently increase the starting rotational force. The synchronous torque that is not related to the rotational speed of the modulation motor is extremely large because it corresponds to the starting torque of the stationary induction motor. The starting torque generated by the same principle can be controlled in a wide range by the load, so that it can be easily increased. However, the induction motor decreases the rotational force as the rotational speed increases, but the modulation motor does not have the disadvantage. Therefore, the modulation motors 35 and 36
Needs to be a modulation motor having the structure shown in FIG. Although the induction motor is excellent in the starting torque, the slip changes depending on the output, which causes a turbulence in the control of the servomotor. Since the modulated motor has no slippage and has almost no armature reaction, there is an effect of eliminating a synchronous reactance that interferes with the load current. Synchronous motors have a small starting rotational force and suffer from armature reaction.
【0152】一般に地震の振動方向は一定ではなく、変
動する欠点がある。従って、実際には建造物27の底面
28を中心にして、互いに120度の空間的角度がある
3本の線分上に3組の補助緩衝材33と34を設ける。
差動的に昇降する各組の螺旋ネジ37と38に差を設け
て、3本の線分上における建造物27の傾斜量を合成
し、その方向を地震の方向に一致させるのが目的であ
る。例えば、3本の線分の方向における重心28と地盤
29の偏位量を測定し、これを除くために自動制御装置
によりそれぞれ各組の変調電動機35と36を自動的に
操作する。地震が減衰して地盤が停止すれば、振り子回
転力と緩衝材の復元力がその偏位量を除いて建造物には
ほとんど傾斜角がなくサーボ電動機は回転しない。In general, the vibration direction of an earthquake is not constant but has a disadvantage that it fluctuates. Therefore, in practice, three sets of auxiliary cushioning members 33 and 34 are provided on three line segments having a spatial angle of 120 degrees with respect to the bottom surface 28 of the building 27.
The difference is provided between the spiral screws 37 and 38 of each set which moves up and down differentially, and the inclination amount of the building 27 on the three line segments is synthesized, and the direction is made to coincide with the direction of the earthquake. is there. For example, the amounts of displacement of the center of gravity 28 and the ground 29 in the directions of the three line segments are measured, and in order to remove the deviations, the modulation motors 35 and 36 of each set are automatically operated by an automatic controller. When the earthquake attenuates and the ground stops, the building has almost no tilt angle except for the amount of rotation of the pendulum and the restoring force of the cushioning material, and the servomotor does not rotate.
【0153】[0153]
【発明の効果】本発明の交流機では、2相固定子巻線は
合成磁化電流により励磁され、単相回転子巻線は同じ位
相関係を有する無効負荷電流により励磁されて、固定子
と回転子は1対の交流電磁石のように作用する。機械的
変調器の回転子を外力によって連続的に回転させれば、
平衡作用により交流機の回転子は同期的に回転させられ
て、滑りがない新しい交流電動機になる。これが変調制
御型の交流機の特性を表わし、負荷を変えることにより
同期回転力を任意に増加できる。従って、既に述べたセ
ルシン電動機の特性についてのすべての欠点が除かれて
いる。According to the AC machine of the present invention, the two-phase stator winding is excited by the combined magnetizing current, and the single-phase rotor winding is excited by the reactive load current having the same phase relationship, so that the stator and the rotor are rotated. The child acts like a pair of AC electromagnets. If the rotor of the mechanical modulator is continuously rotated by external force,
Due to the balancing action, the rotor of the alternator is rotated synchronously, resulting in a new slip-free alternator. This indicates the characteristics of the modulation control type AC machine, and the synchronous torque can be arbitrarily increased by changing the load. Thus, all the disadvantages of the characteristics of the selcin motor already mentioned are eliminated.
【0154】負荷電流は交流電源から供給される。これ
は、既に述べた誘導電動機の2次電流に相当するため、
電機子反作用が除かれる。従って負荷電流を妨害するリ
アクタンスとそれによる電圧降下が生じないため効率が
向上する。一定振幅の交番主磁束は電源周波数で交番し
ながら、変調波周波数に比例して回転する。しかし、互
に周波数が分離されていて、電源周波数(搬送波周波
数)と変調波周波数の制御に干渉作用はない。The load current is supplied from an AC power supply. Since this corresponds to the secondary current of the induction motor described above,
Armature reaction is eliminated. Therefore, there is no reactance that obstructs the load current and no voltage drop due to the reactance, so that the efficiency is improved. The alternating main magnetic flux having a constant amplitude rotates in proportion to the modulation wave frequency while alternating at the power supply frequency. However, the frequencies are separated from each other, and there is no interference in controlling the power supply frequency (carrier frequency) and the modulation wave frequency.
【0155】変調電動機の回転子を原動機により同じ方
向に同じ速度で強制的に回転させれば発電作用がある。
交流電源の電源周波数に従って交番する一定振幅の交番
主磁束が発生される。同時に機械的変調器の変調波周波
数を電源周波数は独立に変えることができ、交番主磁束
により発生される同期回転力と変調波周波数に比例する
回転速度とが互に干渉なく制御可能であるという点に特
徴がある。When the rotor of the modulation motor is forcibly rotated in the same direction and at the same speed by the prime mover, there is a power generating action.
An alternating main magnetic flux having a constant amplitude that alternates according to the power supply frequency of the AC power supply is generated. At the same time, the modulation wave frequency of the mechanical modulator can be changed independently of the power supply frequency, and the synchronous rotation force generated by the alternating main magnetic flux and the rotation speed proportional to the modulation wave frequency can be controlled without mutual interference. There is a feature in the point.
【図1】機械的変調器の電圧と振幅変調波形並びに位相
の関係を表わしている図である。FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a voltage of a mechanical modulator, an amplitude modulation waveform, and a phase.
【図2】発明を実施する変調電動機の構造を示す一例で
ある。FIG. 2 is an example showing a structure of a modulation motor embodying the present invention.
【図3】図2に於ける固定子巻線の巻線ダイヤグラムを
示す一例の図である。FIG. 3 is an example diagram showing a winding diagram of a stator winding in FIG. 2;
【図4】図2に於ける回転子巻線の巻線ダイヤグラムを
示す一例の図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a winding diagram of a rotor winding shown in FIG. 2;
【図5】図2の各巻線を電気回路と配置図により示す図
である。FIG. 5 is a diagram showing each winding of FIG. 2 by an electric circuit and a layout diagram.
【図6】図2の固定子巻線に対する回転子巻線の電圧並
びに磁束の関係を空間ベクトル図により表わし、交番主
磁束が回転して交番回転磁界になることを示している図
である。FIG. 6 is a space vector diagram showing the relationship between the voltage and magnetic flux of the rotor winding with respect to the stator winding of FIG. 2 and showing that the alternating main magnetic flux rotates to form an alternating rotating magnetic field.
【図7】図2の交番主磁束と回転子巻線の負荷電流が発
生する交流電磁力のベクトル図を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a vector diagram of an alternating electromagnetic force generated by a load current of the alternating main magnetic flux and a rotor winding of FIG. 2;
【図8】3相誘導電動機の電源電圧を高速度で開閉して
発生する各相の励磁電圧波形を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an excitation voltage waveform of each phase generated by opening and closing the power supply voltage of the three-phase induction motor at a high speed.
【図9】変調電動機は定回転速度特性からなり、その構
造と接続を表す図である。FIG. 9 is a diagram showing a structure and connection of a modulation motor having a constant rotation speed characteristic.
【図10】変調電動機と機械的変調器は回転子を互いに
直結して定回転力特性からなり、その構造と接続を表す
図であるFIG. 10 is a diagram showing the structure and connection of a modulated motor and a mechanical modulator, which have a constant rotational force characteristic by directly connecting rotors to each other.
【図11】図10の制御系統をブロックダイアグラムで
示す図である。FIG. 11 is a block diagram showing the control system of FIG. 10;
【図12】変形変調電動機をリニアモーターとして交流
電車に採用し、電車の移動と各巻線との関係を表す図で
ある。FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between movement of the train and each winding, in which the modified modulation motor is used as a linear motor in an AC train.
【図13】潮力発電に利用する水車と海上に浮く貯水槽
との関係並びに発電効率を向上する潮力発電所の断面図
を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a water turbine used for tidal power generation and a water tank floating on the sea, and a cross-sectional view of a tidal power plant for improving power generation efficiency.
【図14】地震により振動する地盤が建造物を変形して
発生する破壊力を除くため、変調電動機によって建造物
を傾斜する地震の免震装置を表す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a seismic isolation device in which a building is tilted by a modulation motor in order to remove a destructive force generated by deformation of a building due to ground vibrating due to an earthquake.
e: 単相電源電圧 ea,eb: 2相誘電圧 eal,ebl: 搬送波電圧 ea2,eb2: 変調波電圧 a,b,1,2: 固定子巻線 c: 回転子巻線 3: 固定子鉄心 4: 界磁巻線 5: 回転子鉄心 6: 回転軸 7,8: 軸受 9,10: サイリスタ φa,φb: 交番磁束 φ: 交番主磁束 θ: φとφb との角度差 θ0: eの周波数に対する角度 β: 回転子の遅れ角 f0: 交流電磁力 11: 機械的変調器 12: 変調電動機 13: 機械的負荷 14,15: 回転子 16: 単相電源 17: 位相制御回路 18: 変調発電機 19: 貯水槽 20、21: 防波板 22: 静水面 23: 外洋の平均水位 24: 水車 25、26: 外洋の波 27: 建造物 28: 27の底面における重心 29: 地盤 30: 主緩衝材 31、32: 27の底面における両端部 33、34: 補助緩衝材 36、36: サーボ電動機 37、38: 螺旋ネジe: single-phase power voltage e a, e b: 2-phase dielectric pressure e al, e bl: carrier voltage e a2, e b2: modulation wave voltage a, b, 1,2: stator winding c: rotor windings line 3: stator core 4: field winding 5: rotor core 6: rotary shaft 7, 8: bearing 9, 10: thyristor φ a, φ b: alternating magnetic flux phi: alternating main magnetic flux theta: phi and the φb Θ 0 : angle with respect to the frequency of e β: delay angle of the rotor f 0 : AC electromagnetic force 11: mechanical modulator 12: modulation motor 13: mechanical load 14, 15: rotor 16: single phase power supply 17: Phase control circuit 18: Modulation generator 19: Water storage tank 20, 21: Wave breaker plate 22: Still water surface 23: Average water level of the open sea 24: Water wheel 25, 26: Ocean wave 27: Building 28: Bottom of 27 Center of gravity 29: ground 30: main cushioning material 31, 32: on the bottom surface of 27 Both ends 33, 34: Auxiliary cushioning material 36, 36: Servo motor 37, 38: Helical screw
Claims (18)
ての交流電圧を振幅変調して多相振幅変調電圧を発生す
るための変調器と、及び 固定子巻線と、前記交流電源
に接続されることなく、制御可能な電気的負荷に接続さ
れた回転子巻線を有する変調交流機であって、変調交流
機の固定子巻線は前記変調器からの前記多相振幅変調電
圧に応答して交番主磁束を発生し、前記変調交流機の回
転子巻線は前記交番主磁束の回転に応答して同期的に回
転させられ、前記電気的負荷の制御により無効負荷電流
が変えられる変調交流機とを具備する変調制御型の交流
機。1. A modulator for amplitude-modulating an AC voltage as a carrier voltage supplied from an AC power supply to generate a multi-phase amplitude modulated voltage, a stator winding, and the AC power supply.
A modulated alternator having a rotor winding connected to a controllable electrical load without being connected to a controllable electrical load, wherein a stator winding of the modulated alternator has the multi-phase amplitude modulation voltage from the modulator. It generates an alternating main magnetic flux in response to the rotor winding of the modulation AC machine is rotated in response synchronously with the rotation of the alternating main magnetic flux, reactive load current under the control of the electrical load
Alternator of modulation control type comprising a can that changed modulation AC machine.
巻線の同期回転速度が変更されるように前記振幅変調電
圧の変調周波数を変更するための手段を具備する請求項
1記載の変調制御型の交流機。2. The modulator according to claim 1, wherein the modulator includes means for changing a modulation frequency of the amplitude modulation voltage such that a synchronous rotation speed of the rotor winding of the AC machine is changed. Modulation control type AC machine.
御することにより前記回転子巻線に発生される同期回転
力を制御するための手段を具備する請求項1又は2に記
載の変調制御型の交流機。Wherein said modulation AC machine, serial to claim 1 or 2 comprising means for controlling the synchronous rotation force generated in the rotor winding by controlling said electric load <br Modulation control type alternator.
造を有する請求項1乃至3のいずれかに記載の変調制御
型の交流機。Wherein said modulator alternator modulation control type according to any one of claims 1 to 3 having the same structure as the modulation AC machine.
ての交流電圧を振幅変調して多相振幅変調電圧を発生す
るための変調器と、及び 固定子巻線と電気的負荷に接
続された回転子巻線を有する変調交流機であって、変調
交流機の固定子巻線は前記変調器からの前記多相振幅変
調電圧に応答して交番主磁束を発生し、前記変調交流機
の回転子巻線は前記交番主磁束の回転に応答して同期的
に回転させられる変調交流機とを具備する変調制御型の
交流機であって、 前記変調器は、前記変調交流機固定子巻線に接続された
固定子巻線と前記搬送波電圧を受信するために前記交流
電源に接続された回転子巻線を具備する機械的変調器を
具備し、前記機械的変調器は、外力により前記変調器回
転子巻線を回転させることにより前記変調器固定子巻線
に前記搬送波電圧から前記振幅変調電圧を発生し、前記
振幅変調電圧は、前記変調器回転子巻線の回転数に比例
する変調周波数を持つ変調制御型の交流機。(5)The carrier voltage supplied from the AC power supply
Amplitude modulation of all AC voltages to generate polyphase amplitude modulation voltage
Modulator and the stator windings and electrical loads.
A modulated alternator having a continuous rotor winding, the
The stator winding of the alternator is connected to the polyphase amplitude changer from the modulator.
Generating an alternating main magnetic flux in response to the modulation voltage;
Rotor winding is synchronous in response to the rotation of the alternating main magnetic flux.
A modulation control type comprising a modulation AC machine rotated
An AC machine, The modulator was connected to the modulated alternator stator winding
The AC to receive the stator winding and the carrier voltage
A mechanical modulator with a rotor winding connected to a power supply;
The mechanical modulator is provided with an external force to control the modulator circuit.
By rotating the trochanter winding, the modulator stator winding
Generating the amplitude modulation voltage from the carrier voltage,
The amplitude modulation voltage is proportional to the rotation speed of the modulator rotor winding.
Modulation frequencyChangeKey control type AC machine.
記変調波電圧に従って前記交流電源から供給される前記
搬送波電圧に振幅変調を行い前記振幅変調電圧を発生す
るための手段を具備する請求項1乃至4のいずれかに記
載の変調制御型の交流機。6. The modulator includes means for generating a modulation wave voltage, performing amplitude modulation on the carrier voltage supplied from the AC power supply according to the modulation wave voltage, and generating the amplitude modulation voltage. The modulation control type AC machine according to any one of claims 1 to 4 .
記変調器固定子巻線は2相であり、前記変調交流機固定
子巻線は2相であり、回転子の同期回転力は、前記変調
交流機の単相回転子巻線が前記変調器回転子巻線の回転
と同期して回転させられるように、前記電気的負荷を通
して前記変調交流機回転子巻線に流れる負荷電流と、前
記変調交流機固定子巻線により発生される回転する前記
交番主磁束とにより発生される請求項5記載の変調制御
型の交流機。Wherein said modulator rotor winding is a single phase, said modulator stator winding is two-phase, wherein a modulation AC machine stator winding is two-phase, synchronous rotation of the rotor A force is applied to the modulated alternator rotor winding through the electrical load such that the single phase rotor winding of the modulated alternator is rotated in synchronization with the rotation of the modulator rotor winding. 6. The modulation control type AC machine according to claim 5, wherein the AC machine is generated by an electric current and the rotating main magnetic flux generated by a stator winding of the modulation AC machine.
ての交流電圧を振幅変調して多相振幅変調電圧を発生す
るための変調器と、及び 固定子巻線と電気的負荷に接
続された回転子巻線を有する変調交流機であって、変調
交流機の固定子巻線は前記変調器からの前記多相振幅変
調電圧に応答して交番主磁束を発生し、前記変調交流機
の回転子巻線は前記交番主磁束の回転に応答して同期的
に回転させられる変調交流機とを具備する変調制御型の
交流機であって、 前記交流電源は3相であり、前記変調制御型の交流機
は、3組の前記変調器と前記変調交流機を具備し、前記
交流電源の各相は、前記3組の前記変調器にそれぞれ接
続されている変調制御型の交流機。Claim 8.The carrier voltage supplied from the AC power supply
Amplitude modulation of all AC voltages to generate polyphase amplitude modulation voltage
Modulator and the stator windings and electrical loads.
A modulated alternator having a continuous rotor winding, the
The stator winding of the alternator is connected to the polyphase amplitude changer from the modulator.
Generating an alternating main magnetic flux in response to the modulation voltage;
Rotor winding is synchronous in response to the rotation of the alternating main magnetic flux.
A modulation control type comprising a modulation AC machine rotated
An AC machine, The AC power supply is three-phase, and the modulation control type AC machine
Comprises three sets of the modulator and the modulation alternator,
Each phase of the AC power supply is connected to each of the three sets of the modulators.
ContinuedStrangeKey control type AC machine.
固定子巻線に接続された固定子巻線と、前記3相交流電
源の各相に接続された3組の単相回転子巻線とを有する
機械的変調器を具備し、前記3組の変調器の前記回転子
巻線は回転子軸が機械的に結合され、前記3組の各変調
交流機は、前記3組の前記変調交流機の回転子軸が機械
的に結合されている請求項8記載の変調制御型の交流
機。9. The three sets of modulators each include a stator winding connected to the modulation AC machine stator winding, and three sets of single-phase rotary motors connected to each phase of the three-phase AC power supply. And a mechanical modulator having a slave winding, wherein the rotor windings of the three sets of modulators are mechanically coupled to a rotor shaft, and each of the three sets of modulation alternators comprises 9. The modulation control type AC machine according to claim 8, wherein a rotor shaft of said modulation AC machine is mechanically connected.
巻線に接続された固定子巻線と、前記3相交流電源の各
相に接続された回転子巻線とを有する機械的変調器を具
備し、前記機械的変調器は、1対の回転子と固定子が3
等分されて2π/3の間隔を有する回転子の各部分に3
組の回転子巻線を、固定子の各部分に3組の固定子巻線
を収容し、前記変調交流機は、1対の固定子と回転子が
3等分されて2π/3の間隔を有する回転子の各部分に
3組の回転子巻線を、固定子の各部分に3組の固定子巻
線を収容する請求項8記載の変調制御型の交流機。10. The mechanical modulator, wherein the modulator has a stator winding connected to the stator winding of the modulation AC machine, and a rotor winding connected to each phase of the three-phase AC power supply. A mechanical modulator, wherein the mechanical modulator comprises a pair of rotors and three stators.
3 for each part of the rotor equally divided with a spacing of 2π / 3
A set of rotor windings accommodates three sets of stator windings in each part of the stator, and the modulating alternator divides a pair of the stator and the rotor into three equal parts and has a spacing of 2π / 3. 9. The modulation control type AC machine according to claim 8, wherein three sets of rotor windings are accommodated in each part of the rotor having: and three sets of stator windings are accommodated in each part of the stator.
流電源から供給される搬送波電圧としての交流電圧から
多相振幅変調電圧を発生するための変調器と、 固定子巻線と、前記交流電源に接続されることなく、制
御可能な電気的負荷に接続された回転子巻線とを具備す
る変調交流機であって、 前記固定子巻線が前記変調器からの前記多相振幅変調電
圧に応答して回転する交番主磁束を発生し、前記回転子
巻線は前記交番主磁束に応答して回転させられ、前記電
気的負荷の制御により無効負荷電流が変えられる変調交
流機とを具備し、 前記変調交流機回転子に機械的負荷又は原動機が結合さ
れている変調制御型の交流機。11. A modulator having a stator winding and a rotor winding for generating a polyphase amplitude modulation voltage from an AC voltage as a carrier voltage supplied from an AC power supply, and a stator winding. Without being connected to the AC power supply.
And a rotor winding connected to a controllable electrical load, wherein the stator winding rotates in response to the polyphase amplitude modulation voltage from the modulator. generating a magnetic flux, the rotor winding is rotated in response to the alternating main magnetic flux, the conductivity
Gas load; and a reactive load current that is changed modulation AC machine under the control of the mechanical load or modulation control type AC machine prime mover is coupled to said modulation AC machine rotor.
に発生された同期回転力により回転させられる請求項1
1記載の変調制御型の交流機。12. The modulator according to claim 1, wherein the modulator rotator is rotated by a synchronous torque generated by the modulation AC machine.
2. The modulation control type AC machine according to 1.
転子間に予め決められた機械的角度差を設けて互いに直
結し、同期回転力が一定であるように前記電気的負荷を
制御することにより前記変調交流機回転子巻線を通して
流れる無効負荷電流を一定に保つ手段を具備する請求項
11記載の変調制御型の交流機。13. The electric load is directly connected to the modulator rotor and the modulation alternator rotor by providing a predetermined mechanical angle difference between the modulator rotor and the modulation AC machine rotor so that the synchronous rotational force is constant.
Modulation control type AC machine according to claim 11, wherein comprising a means for keeping constant the reactive load current flowing through said modulation AC machine rotor winding by controlling.
続され、回転する交番主磁束を発生するための第一の多
相巻線と、 前記第一の多相巻線と電磁結合的に回転可能に設けら
れ、前記交流電源に接続されることなく、制御可能な電
気的負荷に接続された第二の単相巻線であって、前記交
番主磁束に応答して回転する第二の単相巻線と、 前記電気的負荷の制御を通して前記第一の多相巻き線の
各相に流れる無効負荷電流を制御して各相間の 無効負荷
電流間に予め決められた差を維持するための制御手段と
を具備する変形変調制御型の交流機。14. An AC power supply connected directly or indirectly.
First multiplicity for generating a continuous and rotating alternating main magnetic flux
A phase winding, and the first multi-phase winding provided so as to be rotatable electromagnetically.
AndControllable without being connected to the AC power supplyElectric
A second single-phase winding connected to an electrical load;
And a second single-phase winding that rotates in response to the main magnetic flux, Control of the first polyphase winding through control of the electrical load
By controlling the reactive load current flowing through each phase, Inactive load
Control means for maintaining a predetermined difference between the currents;
Modulation control type AC machine equipped with:
ンジン発電機と、 前記交流電源から供給される搬送波電圧としての交流電
圧を振幅変調して多相 振幅変調電圧を発生するための変
調器と、及び 固定子巻線と電気的負荷に接続された回
転子巻線を有する変調電動機であって、該変調電動機の
固定子巻線は前記変調器からの前記多相振幅変調電圧に
応答して交番主磁束を発生し、前記変調電動機回転子巻
線は前記交番主磁束の回転に応答して同期的に回転させ
られる変調電動機とを具備し、 前記変調器は、前記変調電動機固定子巻線に接続された
固定子巻線と前記搬送波電圧を受信するために前記交流
電源に接続された回転子巻線を具備する機械的変調器を
具備し、 前記機械的変調器は、外力により前記変調器回転子巻線
を回転させることにより前記変調器固定子巻線に前記搬
送波電圧から前記振幅変調電圧を発生し、前記振幅変調
電圧は、前記変調器回転子巻線の回転数に比例する変調
周波数を持ち、前記変調器回転子と前記変調交流機回転
子間に予め決められた機械的角度差を設けて互いに直結
されている電気自動車。15. An electric power generator for generating electric power and serving as an AC power supply.
An engine generator;AC power as carrier voltage supplied from AC power supply
Multi-phase by amplitude modulation of pressure Modulation to generate amplitude modulation voltage
A controller, and The windings connected to the stator windings and the electrical load
A modulation motor having a trochanter winding, wherein the modulation motor
The stator winding is connected to the polyphase amplitude modulation voltage from the modulator.
In response, an alternating main magnetic flux is generated, and the modulated motor rotor winding is generated.
The wire is rotated synchronously in response to the rotation of the alternating main magnetic flux.
And a modulation motor, The modulator is connected to the modulation motor stator winding
The AC to receive the stator winding and the carrier voltage
A mechanical modulator with a rotor winding connected to a power supply;
Said mechanical modulator, said modulator rotor winding by external force
By rotating the carrier to the modulator stator winding.
Generating the amplitude modulation voltage from the transmission voltage;
The voltage is modulated in proportion to the number of rotations of the modulator rotor winding.
Having a frequency, the modulator rotor and the modulation alternator rotation
Predetermined between childrenmechanicalDirect connection to each other with an angle difference
Electric car.
子上に提供され、交流電源に接続された変調器回転子巻
線とを有する機械的変調器と、及び 前記変調器固定子に
接続された交流機固定子と、前記変調器固定子巻線と並
列に接続された交流機固定子巻線と、前記交流電源に接
続されることなく、制御可能な電気的負荷に接続された
交流機回転子巻線とを具備する変調型交流機とを具備
し、 前記変調器回転子巻線が、前記交流電源を通して交流電
圧を受けるとき、前記変調器固定子巻線は多相振幅変調
電圧を発生し、 前記交流機回転子巻線は、前記変調器固定子巻線からの
前記多相振幅変調電圧に応答して交番主磁束の交番回転
磁界を発生し、 前記交流機回転子巻線は、前記交番回転磁界に応答して
回転されて前記水車は水を汲み上げるように回転され、 前記水車が落下する水により回転されるとき、前記交流
機回転子と前記変調器回転子は回転させられて交流電力
が発生され、該発生された電力は前記交流電源に供給さ
れる揚水発電機。 16.A water wheel, A modulator rotator, a modulator stator winding, and the modulator rotation
Modulator rotor winding provided on the drive and connected to an AC power supply
A mechanical modulator having lines and To the modulator stator
The connected AC machine stator and the modulator stator winding
AC machine stator windings connected to the
Connected to a controllable electrical load without being connected
And a modulation type AC machine having an AC machine rotor winding.
And The modulator rotor winding is connected to an AC power supply through the AC power supply.
When subjected to pressure, the modulator stator windings
Generate voltage, The alternator rotor windings are from the modulator stator windings.
Alternating rotation of the alternating main flux in response to the polyphase amplitude modulation voltage
Generate a magnetic field, The alternator rotor winding responds to the alternating rotating magnetic field.
When rotated, the water wheel is rotated to pump water, When the water wheel is rotated by falling water, the AC
The machine rotor and the modulator rotor are rotated to produce AC power
Is generated, and the generated power is supplied to the AC power supply.
Pumped generator.
水面を持つように波が妨げられるように開口部を持つタ
ンクと、 回転軸を有する水車であって、前記水車の中心軸が前記
静水面と一致するように海側に前記タンクの端部に設け
られた前記水車と、 前記水車の上部と下部に設けられた波防止板と、 前記水車の前記回転軸に接続された変調器回転子と、変
調器固定子巻線と、前記変調器回転子上に提供され、交
流電源に接続された変調器回転子巻線とを有する機械的
変調器と、及び前記変調器固定子に接続された交流機固
定子と、前記変調器固定子巻線と並列に接続された交流
機固定子巻線と、前記交流電源に接続されることなく、
制御可能な電気的負荷に接続された交流機回転子巻線と
を具備する変調型交流機とを具備し、 前記水車が波により回転させられるとき、前記交流機回
転子と前記変調器回転子は回転させられて交流電力が発
生され、該発生された電力は前記交流電源に供給される
潮力発電機。 17. The internal water is connected to the sea,
A tag that has an opening so that waves are obstructed so that it has a water surface
And a turbine having a rotating shaft, wherein the central axis of the turbine is
Provided at the end of the tank on the sea side to coincide with the still water level
A turbine rotor provided at the upper and lower portions of the turbine, and a modulator rotor connected to the rotating shaft of the turbine.
A modulator stator winding and an alternation provided on the modulator rotor.
With a modulator rotor winding connected to a power supply
A modulator, and an AC machine fixed connected to the modulator stator.
A constant and an alternating current connected in parallel with the modulator stator winding
Machine stator winding, without being connected to the AC power supply,
An alternator rotor winding connected to a controllable electrical load
; And a modulated alternator having a, when said water wheel is rotated by waves, said AC machine times
The rotator and the modulator rotor are rotated to generate AC power.
Generated, and the generated power is supplied to the AC power supply.
Tidal generator.
間に、120度の角度を持つように、補助緩衝部材を介
して提供されて前記建造物を一様に指示する3対の螺旋
スクリュウと、 変調器を介して交流電源に接続された3組の変調電動機
であって、その変調周波数は外力により制御され、その
回転速度が前記外力により制御され、前記1組の変調電
動機は前記対応する螺旋スクリュウを上下に動かし、前
記変調器は、単相または3相機械的変調器又は変調増幅
器である3組の変調電動機と、 前記建造物と前記地面との間に前記建造物の底面の中心
部に提供された主緩衝材料と、 合成傾斜方向が地面の振動方向と一致するように前記3
組の変調電動機または変形変調電動機を制御するための
制御手段であって、前記螺旋スクリュウが3対の螺旋ス
クリュウによる3つの方向への前記建造物の傾斜が合成
されるように、前記螺旋スクリュウが差動的に上下に動
かされる制御手段とを具備し、 地震による前記建造物への破壊力は合成の傾斜によりキ
ャンセルされる免震装 置。 18. The method according to claim 19, wherein the building and the ground vibrated by the earthquake.
In between, through an auxiliary cushioning member, so as to have an angle of 120 degrees
Three pairs of spirals provided to uniformly indicate the building
Screws and three sets of modulated motors connected to an AC power supply via a modulator
And the modulation frequency is controlled by an external force,
The rotation speed is controlled by the external force, and the set of modulated
The motive is to move the corresponding spiral screw up and down,
The modulator may be a single-phase or three-phase mechanical modulator or a modulation amplifier.
Three sets of modulation motors, and a center of the bottom of the building between the building and the ground
The main cushioning material provided in the section and the three-dimensional structure described above so that the combined inclination direction matches the vibration direction of the ground.
For controlling a set of modulation motors or modified modulation motors
Control means, wherein said spiral screw comprises three pairs of spiral screws.
Combination of the inclination of the building in three directions by cryu
The screw is moved up and down differentially so that
Control means, and the destructive force on the building due to the earthquake is controlled by the combined inclination.
MenShinSo location to be Yanseru.
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