驱动系统的制作方法

1.本发明涉及使用了感应发电机的驱动系统，其中该感应发电机具备具有主绕组和辅助绕组的一次绕组。


背景技术：

2.已知一种使用了发电机的驱动系统，其中该发电机具备具有主绕组和辅助绕组的一次绕组。
3.例如，专利文献1中记载的发电机设有三相绕组(相当于主绕组)，并另行设有励磁专用绕组(相当于辅助绕组)，三相绕组经由整流器而与蓄电池和行驶用变换器连接，并且励磁专用绕组经由励磁用变换器而与蓄电池和行驶用变换器连接。
4.专利文献2中记载的发电机设有主输出绕组(相当于主绕组)和辅助输出绕组(相当于辅助绕组)，主输出绕组与电力系统连接，并且辅助输出绕组与辅助电力系统连接。
5.专利文献3中记载的发电机设有定子绕组(相当于主绕组)和辅助绕组，定子绕组经由整流器而与变换器连接，并且辅助绕组与起动用电动机和外部冷却用风扇连接。另外，辅助绕组配置在定子铁芯的狭槽底部。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开平8-79908号公报
9.专利文献2：日本特开2005-168288号公报
10.专利文献3：日本特开昭59-76156号公报


技术实现要素：

11.专利文献1设有三相绕组(相当于主绕组)、并另行设有励磁专用绕组(相当于辅助绕组)，但由于三相绕组经由二极管电桥(整流器)而与蓄电池连接，所以需要将三相绕组设为恒定电压，无法将三相绕组设为可变电压。
12.专利文献2设有主输出绕组(相当于主绕组)和辅助输出绕组(相当于辅助绕组)，但由于主输出绕组与电力系统连接，所以需要将主输出绕组设为恒定电压，无法将主输出绕组设为可变电压。
13.像这样，专利文献1和专利文献2存在无法将三相绕组或主输出绕组(主绕组)设为可变电压的课题。
14.即使假设能够将三相绕组或主输出绕组(主绕组)设为可变电压，由于励磁专用绕组或辅助输出绕组(辅助绕组)的电压与三相绕组或主输出绕组(主绕组)的电压成正比地变化，所以也会产生在励磁专用绕组或辅助输出绕组(辅助绕组)的电压变低时，能够从励磁专用绕组或辅助输出绕组(辅助绕组)发电的电力最大值(辅助绕组的最大输出)降低这一新的课题。
15.专利文献3设有定子绕组(相当于主绕组)和辅助绕组，定子绕组经由整流器而与
变换器连接，因此不需要将定子绕组设为恒定电压，能够将定子绕组设为可变电压。然而，从定子绕组发电的电力以恒定电压〃恒定频率向船内供电，另外，没有使定子绕组在可变电压下运行的记载，如果不使定子绕组在可变电压下运行，则不会产生能够从辅助绕组发电的电力的最大值降低的课题。另外，由于是同步机，所以存在励磁需要电刷的课题。
16.本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供一种驱动系统，具备具有一次绕组和二次导体的感应发电机，该一次绕组包括主绕组及辅助绕组，该驱动系统能够使主绕组的电压可变，并且能够增加辅助绕组的最大输出。
17.为了实现上述目的，本发明为一种驱动系统，具备具有一次绕组和二次导体的感应发电机，该一次绕组包含主绕组及辅助绕组，该驱动系统具备：使上述感应发电机起动的起动用蓄电池；对行驶用马达进行驱动的行驶用变换器；对辅机用马达进行驱动的辅机用变换器；输入侧与上述主绕组连接且输出侧与上述行驶用变换器连接的整流器；以及输出侧与上述辅助绕组连接且输入侧与上述辅机用变换器及上述起动用蓄电池连接的发电用变换器。
18.根据以上那样构成的本发明，由于起动用蓄电池从感应发电机的主绕组独立出来，所以能够使感应发电机的主绕组侧的电压可变，并且能够通过利用发电用变换器使辅助绕组的频率变化而使辅助绕组的输出电力增加。
19.发明效果
20.根据本发明，在使用了具有包含主绕组及辅助绕组的一次绕组的感应发电机的驱动系统中，能够使主绕组的电压可变，并且能够使辅助绕组的最大输出增加。
附图说明
21.图1是本发明的第1实施例的驱动系统的结构图。
22.图2是表示行驶用变换器的要求电压与行驶用变换器及辅机用变换器的要求电力之间的关系的说明图。
23.图3是表示本发明的第1实施例中的双绕组感应发电机的构造的侧视图及剖视图。
24.图4是关于双绕组感应发电机的一次绕组与二次导体的磁耦合的说明图。
25.图5是表示将行驶及辅机用变换器所要求的电力的最大值设为1时的主绕组及辅助绕组能够输出的最大电力的计测结果的说明图。
26.图6是表示本发明的第2实施例中的双绕组感应发电机的构造的剖视图。
27.图7是表示本发明的第3实施例中的双绕组感应发电机的构造的剖视图。
28.图8是表示本发明的第4实施例中的双绕组感应发电机的构造的剖视图。
具体实施方式
29.以下，参照附图来说明本发明的实施方式。需要说明的是，在各图中，对同等的要素标注相同的附图标记，并适当省略重复说明。
30.实施例1
31.作为本发明的第1实施例的驱动系统，以电气驱动式自卸卡车的驱动系统为例进行说明。
32.图1是本实施例的驱动系统的结构图。在图1中，驱动系统具备感应发电机(双绕组
感应发电机)2、使双绕组感应发电机2起动的起动用蓄电池10、对行驶用马达5进行驱动的行驶用变换器4、对辅机用马达9进行驱动的辅机用变换器8、整流器3和发电用变换器7。双绕组感应发电机2由原动机1驱动。双绕组感应发电机2具有一次绕组和二次导体，该一次绕组包括主绕组及辅助绕组。由于双绕组感应发电机2具有包括主绕组及辅助绕组的一次绕组，所以相比于使用主发电机和辅助发电机这两台发电机的情况，驱动系统被简化从而成本降低。
33.整流器3的输入侧与双绕组感应发电机2的主绕组连接，输出侧与行驶用变换器4及再生放电电阻器6连接。再生放电电阻器6使通过行驶用马达5的再生动作而发电的电力放电。发电用变换器7的输出侧与双绕组感应发电机2的辅助绕组连接，输入侧与辅机用变换器8及起动用蓄电池10连接。起动用蓄电池10在双绕组感应发电机2起动时向发电用变换器7供给电力。
34.双绕组感应发电机2的主绕组不经由需要设为恒定电压的蓄电池、仅经由整流器3而与行驶用变换器4连接，由于不与需要设为恒定电压的电力系统连接，所以无需将双绕组感应发电机2的主绕组设为恒定电压。
35.双绕组感应发电机2的主绕组与辅助绕组的电压大致成正比。因此，通过利用发电用变换器7使双绕组感应发电机2的辅助绕组的电压变化，能够将双绕组感应发电机2的主绕组设为可变电压。像这样，利用发电用变换器7而从双绕组感应发电机2的辅助绕组励磁，因此能够实现无刷化。
36.与辅机用变换器8所要求的电力相比，行驶用变换器4所要求的电力更大，因此，对于比整流器高价的变换器，相比于与行驶用变换器4连接，与所要求的电力小的辅机用变换器8连接的情况下成本更低。
37.在双绕组感应发电机2的起动完成后，起动用蓄电池10从辅机用变换器8分离，因此辅机用变换器8所要求的电压能够设为与起动用蓄电池10不同的大小。
38.辅机用变换器8要求恒定电压，但双绕组感应发电机2的辅助绕组成为可变电压。发电用变换器7能够使双绕组感应发电机2的辅助绕组的电压升压，因此，通过将双绕组感应发电机2设计为双绕组感应发电机2的辅助绕组的电压比辅机用变换器8所要求的电压小，能够在辅机用变换器8所要求的电压下运行。
39.图2是表示行驶用变换器4的要求电压与行驶用变换器4及辅机用变换器8所要求的电力之间的关系的说明图。横轴是使行驶用变换器4所要求的电压v的平方除以双绕组感应发电机2的频率f而得到的商，纵轴是行驶用变换器4和辅机用变换器8所要求的电力pmain和paux。δpmain是行驶用变换器4所要求的电力pmain相对于主绕组2131能够输出的电力的比率。δpaux是辅机用变换器8所要求的电力paux相对于辅助绕组2132能够输出的电力的比率。在图2中，以虚线的斜率表示δpmain及δpaux，绘出δpmain及δpaux(虚线的斜率)分别成为最大时的状态。在图2中，δpmain越大，意味着相对于行驶用变换器4的要求电力pmain而言主绕组2131的输出电力的余裕越小(对主绕组2131的要求越严苛)；δpaux的斜率越大，意味着相对于辅机用变换器8的要求电力paux而言辅助绕组2132的输出电力的余裕越小(对辅助绕组2132的要求越严苛)。
40.通常，双绕组感应发电机2的磁通量φ与电压v成正比，与角频率ω成反比(ω＝2πf，f：双绕组感应发电机2的频率)。
41.【数式1】
42.φ～v/ω
···
(1)
43.电抗x与角频率ω和电感l成正比。
44.【数式2】
45.x～ωl
···
(2)
46.电流i与电压v成正比，与电抗x成反比。
47.【数式3】
48.i～v/x
···
(3)
49.转矩t与磁通量φ和电流i成正比。
50.【数式4】
51.t～φi
···
(4)
52.输出p与角频率ω和转矩t成正比。
53.【数式5】
54.p～ωt
···
(5)
55.若在上述的式(5)中代入了式(4)之后，代入式(1)和式(3)，进一步代入式(2)，则输出p以下式表示。
56.【数式6】
57.p～ωφi～ω(v/ω)(v/x)
58.～ω(v/ω)(v/x)
59.～ω(v/ω)(v/(ωl))
60.～v2/(ωl)
···
(5)
61.因此，双绕组感应发电机2能够输出的最大电力与使电压v的平方除以频率f得到的商成正比。即，双绕组感应发电机2能够输出的最大电力与图2的横轴成正比，成为δpmain或δpaux越大、则输出所要求的电力越严峻的状态。
62.行驶用变换器4所要求的电力pmain的最大值比辅机用变换器8所要求的电力paux的最大值大。因此，乍一看，常常认为双绕组感应发电机2的输出电力变严峻的是与行驶用变换器4连接的双绕组感应发电机2的主绕组侧，但在电气驱动式自卸卡车的驱动系统中，如图2所示与δpmain相比δpaux更大，与辅机用变换器8连接的双绕组感应发电机2的辅助绕组侧更严峻。
63.电气驱动式自卸卡车例如在矿山中使用，在装载或卸载作业时，行驶停止。此时，电气驱动式自卸卡车的驱动系统为了减小原动机1的消耗能量而提高燃料效率，而将原动机1的转速抑制得低，成为怠速状态。由于原动机1与双绕组感应发电机2的转速相同，所以若原动机1的转速被抑制得低，则双绕组感应发电机2的频率f变低，数式3的角频率ω变低。此时，需要降低电压v使得数式3的磁通量φ不会变得过大，行驶用变换器4要求低电压。而且，在怠速刚刚结束之后，存在在维持行驶用变换器4要求低电压的状态下原动机1的转速(双绕组感应发电机的频率f)变为最大的情况，此时，图2的横轴变为最小。在该横轴变为最小的电压v和频率f时，若辅机用变换器所要求的电力paux变为最大，则δpaux变为最大，在图2的辅助绕组侧标绘为最严峻的点。
64.在行驶用变换器4所要求的电力pmain最大、且行驶用变换器4所要求的电压v最小
时，δpmain变为最大，在图2的主绕组侧标绘为最严峻的点。
65.如上所述，双绕组感应发电机2能够输出的最大电力与图2的横轴成正比，成为δpmain或δpaux越大、则输出所要求的电力越严峻的状态。如图2所示，由于δpaux的最大值比δpmain的最大值更大，所以输出变换器所要求的电力严峻的是双绕组感应发电机2的辅助绕组侧。
66.像这样，δpaux的最大值比δpmain的最大值大是在对电气驱动式自卸卡车的驱动系统适用了双绕组感应发电机2的情况下特有的现象。
67.图3是表示本实施例中的双绕组感应发电机2的构造的侧视图及剖视图。双绕组感应发电机2具备定子21和转子22，定子21在定子铁芯211中形成的定子狭槽212中设置有一次绕组213，一次绕组213具有主绕组2131和辅助绕组2132。一次绕组213由楔子214保持在定子狭槽212中。转子22在转子铁芯221中形成的转子狭槽222中设置有转子杆2231，转子杆2231利用短路环2232使端部短路。二次导体223具有转子杆2231和短路环2232。间隙23是定子21与转子22之间的空隙。
68.若利用发电用变换器7使辅助绕组2132的电压变化，则从定子铁芯211和转子铁芯221通过的磁通量变化，匝链主绕组2131的磁通链变化，能够进行控制以使主绕组2131的电压变化而成为行驶用变换器4所要求的电压。
69.若利用发电用变换器7使辅助绕组2132的频率变化，则转差率变化，二次导体223的电流变化，能够进行控制以使从主绕组2131和辅助绕组2132输出的电力变化而成为行驶用变换器4或辅机用变换器8所要求的电力。
70.图4是关于一次绕组213与二次导体223的磁耦合的说明图。一次绕组213具有主绕组2131和辅助绕组2132，但图4仅对辅助绕组2132与二次导体223的磁耦合进行说明。对于主绕组2131与二次导体223的磁耦合，能够将图4的辅助绕组2132置换为主绕组2131来考虑。图4的(a)是最大输出变小的状态，图4的(b)是最大输出变大的状态，本实施例为图4的(b)的状态。在图4的(a)中，辅助绕组2132配置在从转子杆2231远离的位置，在图4的(b)中，辅助绕组2132配置在靠近转子杆2231的位置。
71.图4的(b)与图4的(a)相比，辅助绕组2132与转子杆2231的间隙小(距离近)，因此，贯穿该间隙的磁通(漏磁通)的量变小，与之相应地，与辅助绕组匝链的磁通(主磁通)的量变大。若增加主磁通量，则辅助绕组2132与转子杆2231的磁耦合变强，最大输出变大。
72.因此，在如图2那样对辅助绕组2132要求的电力更严峻(δpaux的最大值比δpmain的最大值大)的情况下，辅助绕组2132配置在比主绕组2131靠近二次导体223的位置。
73.图5是表示将行驶及辅机用变换器所要求的电力的最大值设为1时的主绕组及辅助绕组能够输出的最大电力的计测结果的说明图。若图的纵轴的值为1以上，则意味着发电机无法输出变换器所要求的电力。在图5中，主绕组2131的各值相当于δpmain的倒数，辅助绕组2132的各值相当于δpaux的倒数。是对辅助绕组2132要求的电力更严峻(δpaux的最大值比δpmain的最大值大)的情况下的计测结果。
74.是δpaux的最大值比δpmain的最大值大的情况，根据图5的计测结果也确认到，对辅助绕组2132要求的电力更严峻。即，在将辅机用变换器8所要求的电力的最大值设为1时，辅助绕组2132能够输出的最大电力(最大输出)为1附近，相对于此，在将行驶用变换器4所要求的电力的最大值设为1时，主绕组2131的最大输出为2～2.5左右，确认到相对于辅助
绕组的1附近而言更大。
75.通过将辅助绕组2132配置在比主绕组2131靠近二次导体223的位置(将辅助绕组配置在二次导体侧)，相比于将辅助绕组2132配置在比主绕组2131远离二次导体223的位置(将辅助绕组配置在二次导体相反侧)，辅助绕组2132的最大输出变大。这是因为，通过将辅助绕组2132配置在距二次导体223近的位置，与二次导体223的磁耦合变强。
76.通过如图4那样将辅助绕组2132配置在比主绕组2131靠近二次导体223的位置(将辅助绕组配置在二次导体侧)，确认到辅助绕组2132的最大输出超过辅机用变换器8所要求的电力的最大值。
77.(效果)
78.在本实施例中，驱动系统具备具有一次绕组213和二次导体223的感应发电机2，该一次绕组213包含主绕组2131及辅助绕组2132，在该驱动系统中，具备：使感应发电机2起动的起动用蓄电池10；对行驶用马达5进行驱动的行驶用变换器4；对辅机用马达9进行驱动的辅机用变换器8；输入侧与主绕组2131连接且输出侧与行驶用变换器4连接的整流器3；以及输出侧与辅助绕组2132连接且输入侧与辅机用变换器8及起动用蓄电池10连接的发电用变换器7。
79.根据以上那样构成的本实施例，起动用蓄电池10从感应发电机2的主绕组2131独立出来，因此能够使感应发电机2的主绕组2131的电压可变，并且能够通过利用发电用变换器7使辅助绕组2132的频率变化而使辅助绕组2132的输出电力增加。
80.另外，在本实施例中，辅机用变换器8的要求电力paux相对于辅助绕组2132的输出电力的比率δpaux的最大值比行驶用变换器4的要求电力pmain相对于主绕组2131的输出电力的比率δpmain的最大值大，辅助绕组2132配置在比主绕组2131靠近二次导体223的位置。由此，主绕组2131配置在二次导体相反侧，辅助绕组2132靠近二次导体223，因此，辅助绕组2132与二次导体223的磁耦合变强，从辅助绕组2132输出的电力的功率因数提高。若功率因数提高，则输出相同的有效电力所需的电流降低，因此辅助绕组2132的温度上升得到抑制。
81.实施例2
82.以与第1实施例的不同点为中心来说明本发明的第2实施例。图6是表示本实施例中的双绕组感应发电机2的构造的剖视图。
83.在对主绕组2131要求的电力更严峻(δpmain的最大值比δpaux的最大值大)的情况下，如图6所示，辅助绕组2132配置在比主绕组2131远离二次导体223的位置。在对主绕组2131要求的电力更严峻(δpmain的最大值比δpaux的最大值大)的情况下，对主绕组2131要求的电力比辅助绕组2132更严峻，因此使主绕组2131的最大输出提高。
84.通过将辅助绕组2132配置在比主绕组2131远离二次导体223的位置(将辅助绕组配置在二次导体相反侧配置)，如图5所示，主绕组2131的最大输出提高。
85.(效果)
86.在本实施例中，行驶用变换器4的要求电力pmain相对于主绕组2131的输出电力的比率δpmain的最大值比辅机用变换器8的要求电力paux相对于辅助绕组2132的输出电力的比率δpaux的最大值大，主绕组2131配置在比辅助绕组2132靠近二次导体223的位置。
87.根据以上那样构成的本实施例，由于辅助绕组2132配置在二次导体相反侧且主绕
组2131靠近二次导体223，所以主绕组2131与二次导体223的磁耦合变强，从主绕组2131输出的电力的功率因数提高。若功率因数提高，则输出相同的有效电力所需的电流降低，因此能够抑制主绕组2131的温度上升，减小双绕组感应发电机2的体积。
88.实施例3
89.以与第1实施例的不同点为中心来说明本发明的第2实施例。图7是表示本实施例中的双绕组感应发电机2的构造的剖视图。
90.在对主绕组2131和辅助绕组2132要求的电力中的哪一方更严峻不明确(δpmain的最大值和δpaux的最大值不明确)的情况下，如图7所示，将辅助绕组2132和主绕组2131配置在距二次导体223的距离相等的位置。此外，图5的“将辅助绕组与主绕组并排配置”是指图7的配置。
91.通过将辅助绕组2132和主绕组2131配置在距二次导体223的距离相等的位置，能够得到与图5同样的倾向。即，能够得到将辅助绕组配置在二次导体相反侧时与配置在二次导体侧时的中间的特性，能够取得辅助绕组2132与主绕组2131的最大输出的平衡。
92.(效果)
93.在本实施例中，主绕组2131和辅助绕组2132配置为距二次导体223的距离相等。
94.根据以上那样构成的本实施例，能够取得辅助绕组2132与主绕组2131的最大输出的平衡，而不是使辅助绕组2132和主绕组2131中的某一方的特性优先，因此，即使在行驶用变换器4或辅机用变换器8所要求的电压或电力变更的情况下，也不变更感应发电机2的规格就能够应对。
95.实施例4
96.以与第2实施例的不同点为中心来说明本发明的第4实施例。图8是表示本实施例中的双绕组感应发电机2的构造的剖视图。
97.如图8所示，在将辅助绕组2132配置在比主绕组2131远离二次导体223的位置的情况下，在主绕组2131与辅助绕组2132之间设置定子铁芯凸部2111，在定子铁芯凸部2111与辅助绕组2132之间设置用于防止辅助绕组2132脱落的绝缘体2141。由此，在向定子狭槽212组装辅助绕组2132之后到组装主绕组2131为止的期间，能够防止辅助绕组2132从定子狭槽212脱落，能够使主绕组2131的组装作业变容易。辅助绕组2132的电压设为几百v级的低电压，使得能够对辅助绕组2132使用瓷漆绝缘。辅助绕组2132使用被瓷漆绝缘的多根瓷漆电线。瓷漆电线使用圆线。其大小(直径)设为比设有定子铁芯凸部2111的部位的、定子狭槽212的宽度(图中以双向箭头示出)小。
98.通过在主绕组2131与辅助绕组2132之间设置定子铁芯凸部2111，贯穿主绕组2131与辅助绕组2132之间的磁通(漏磁通)的量变大，主绕组2131与辅助绕组2132的磁耦合变弱，能够抑制在两绕组间产生的磁干涉。
99.主绕组2131的电压设为kv级的高电压，使得能够对行驶用马达5使用mw级的大容量机。主绕组2131使用由玻璃或云母绝缘的多根方线型的电线。在该情况下，主绕组2131在将多根方线集束而成形之后组装到定子铁芯211，因此无法在主绕组2131的间隙侧的定子铁芯211上设置凸部。因此，需要通过在定子铁芯211上设置凹部并固定楔子214来防止主绕组2131的脱落。
100.(效果)
101.在本实施例中，具备：定子铁芯211，其形成有设置一次绕组213的定子狭槽212；和转子铁芯221，其形成有设置二次导体223的转子狭槽222，定子狭槽212在辅助绕组2132与主绕组2131之间具有以突出的方式形成的定子铁芯凸部2111，在定子铁芯凸部2111与辅助绕组2132之间设置有绝缘体2141。
102.根据以上那样构成的本实施例，在向定子铁芯211组装辅助绕组2132之后到组装主绕组2131为止的期间，能够防止辅助绕组2132从定子狭槽212脱落，因此，能够使主绕组2131的组装作业变容易。另外，通过在主绕组2131与辅助绕组2132之间设置定子铁芯凸部2111，穿过主绕组2131与辅助绕组2132之间的磁通(漏磁通)的量变大，主绕组2131与辅助绕组2132的磁耦合变弱，能够抑制在两绕组间产生的磁干涉。
103.以上对本发明的实施例进行了详述，但本发明不限定于上述的实施例，包含各种变形例。例如，上述的实施例为了易于理解地说明本发明而详细地进行了说明，但不限定于必须具备所说明的所有结构。另外，也能够在某一实施例的结构中添加其他实施例的结构，也能够删除某一实施例的结构的一部分，或者置换为其他实施例的一部分。
104.附图标记说明
105.1：原动机，2：双绕组感应发电机，3：整流器，4：行驶用变换器，5：行驶用马达，6：再生放电电阻器，7：发电用变换器，8：辅机用变换器，9：辅机用马达，10：起动用蓄电池，21：定子，211：定子铁芯，212：定子狭槽，213：一次绕组，2131：主绕组，2132：辅助绕组，214：楔子，22：转子，221：转子铁芯，222：转子狭槽，223：二次导体，2231：转子杆，2232：短路环，224：轴，23：间隙。