[go: up one dir, main page]

JP2013059171A - Power transmission device and power transmission method - Google Patents

Power transmission device and power transmission method Download PDF

Info

Publication number
JP2013059171A
JP2013059171A JP2011195091A JP2011195091A JP2013059171A JP 2013059171 A JP2013059171 A JP 2013059171A JP 2011195091 A JP2011195091 A JP 2011195091A JP 2011195091 A JP2011195091 A JP 2011195091A JP 2013059171 A JP2013059171 A JP 2013059171A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power transmission
inverter
rotary shaft
frequency
transmission device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011195091A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeto Adachi
成人 足立
Masayoshi Matsumura
昌義 松村
Yutaka Narukawa
成川  裕
Kazuo Takahashi
和雄 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2011195091A priority Critical patent/JP2013059171A/en
Publication of JP2013059171A publication Critical patent/JP2013059171A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power transmission device that has a voltage regulation function of keeping a substantially constant DC voltage generated in the process of power transmission and output externally.SOLUTION: A power transmission device 1 having power generation means 4 disposed on a driving rotary shaft 2 to generate an alternating current with rotation of the driving rotary shaft 2, an inverter 6 for rectifying the alternating current generated by the power generation means 4 once to a direct current, and then outputting a frequency conversion thereof, and motor means 5 for receiving the alternating current from the inverter 6 to generate a rotative driving force on a follower rotary shaft 3 includes: a DC supply section capable of externally outputting the direct current in the inverter 6; a voltage measurement section 8 for measuring a DC voltage in the inverter 6; and a frequency adjustment section 10 for changing the conversion frequency in the inverter 6 such that the value measured by the voltage measurement section 8 remains constant.

Description

本発明は、駆動回転軸の回転動力を、当該駆動回転軸に非連結とされた従動回転軸へと伝達する動力伝達装置及び動力伝達方法に関する。   The present invention relates to a power transmission device and a power transmission method for transmitting rotational power of a drive rotary shaft to a driven rotary shaft that is not connected to the drive rotary shaft.

タービンなどで駆動される駆動回転軸の回転動力を従動回転軸に伝える手段として、軸継手やギア機構を備えた動力装置がある。またそのような動力装置に電気式の動力伝達装置が付与されたものも開発されている。
例えば、特許文献1には、「タービンに接続した回転電機とエンジンとを、クラッチを備えた回連伝達機構を介して連結し、クラッチを開放してタービンの回転力のみによって回転電機を発電機として駆動する状態の他に、クラッチを締結してエンジンの出力により回転電機の発電駆動を補助し、またはタービンの回転力をエンジンの駆動力に付加する状態を運転状態に応じて制御する」動力装置が開示されている。また、この動力装置には回転電機で発電した電力で駆動モータ等を作動させる電気式の動力伝達装置が設けられている。
As a means for transmitting the rotational power of a drive rotary shaft driven by a turbine or the like to a driven rotary shaft, there is a power device including a shaft coupling and a gear mechanism. In addition, an electric power transmission device provided with such a power device has been developed.
For example, Patent Document 1 discloses that “a rotating electrical machine connected to a turbine and an engine are connected via a rotational transmission mechanism having a clutch, and the clutch is opened and the rotating electrical machine is generated only by the rotational force of the turbine. In addition to the driving state, the clutch is engaged to assist the power generation drive of the rotating electrical machine by the output of the engine, or the state in which the rotational force of the turbine is added to the driving force of the engine is controlled according to the operating state. An apparatus is disclosed. Further, this power device is provided with an electric power transmission device that operates a drive motor or the like with the electric power generated by the rotating electrical machine.

詳しくは、この特許文献1の動力伝達装置は、タービンから延びる駆動回転軸に設けられた発電機で起電された電力をインバータを介して外部に出力可能に構成されている。出力された電力はバッテリーに供給可能になっているとともに、バッテリーからの電力により駆動モータ等を作動させるようになっている。   Specifically, the power transmission device disclosed in Patent Document 1 is configured to be able to output electric power generated by a generator provided on a drive rotary shaft extending from a turbine to the outside via an inverter. The output electric power can be supplied to the battery, and the drive motor or the like is operated by the electric power from the battery.

特開2000−345915号公報JP 2000-345915 A

しかしながら、特許文献1の技術では、タービンの回転数がふらついたり、クラッチを操作してタービンの回転力をエンジンの補助動力として利用したりしなかったりすると、回転電機の回転数が変動するため、インバータからバッテリーへの直流出力電圧が不安定となる場合がある。そのため、タービンの回転力で回転電機を回転させることにより起電する通常の発電状態において、バッテリーへの直流出力を常に一定した電圧で取り出すことが困難である。   However, in the technique of Patent Document 1, if the rotational speed of the turbine fluctuates, or if the rotational force of the turbine is not used as engine auxiliary power by operating the clutch, the rotational speed of the rotating electrical machine varies. The DC output voltage from the inverter to the battery may become unstable. For this reason, it is difficult to always extract the DC output to the battery at a constant voltage in a normal power generation state in which electric power is generated by rotating the rotating electrical machine with the rotational force of the turbine.

本発明は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、インバータの直流部の負荷変動を抑制してバッテリー等への直流出力を常に一定した電圧で取り出すことのできる動力伝達装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a power transmission device capable of always taking out a DC output to a battery or the like at a constant voltage by suppressing a load fluctuation of a DC part of an inverter. With the goal.

前記目的を達成するため、本発明は次の技術手段を講じている。
即ち、本発明の動力伝達装置は、駆動回転軸に設けられて当該駆動回転軸の回転で交流を発生する起電手段と、前記起電手段で発生した交流を一旦直流に整流した後に周波数変換して出力するインバータと、前記インバータからの交流が入力されて従動回転軸に回転駆動力を発生させるモータ手段と、を有する動力伝達装置において、前記インバータ内の直流を外部に出力可能なDC供給部と、前記インバータ内の直流電圧を測定する電圧測定部と、前記電圧測定部の測定値が一定となるように、前記インバータ部での変換周波数を可変とする周波数調整部と、を備えていることを特徴とする。
In order to achieve the object, the present invention takes the following technical means.
That is, the power transmission device of the present invention includes an electromotive means that is provided on a drive rotary shaft and generates alternating current by the rotation of the drive rotary shaft, and frequency conversion after the alternating current generated by the electromotive means is once rectified to direct current. And a motor means for generating a rotational driving force on the driven rotating shaft when AC is input from the inverter, and a DC supply capable of outputting DC in the inverter to the outside A voltage measuring unit that measures a DC voltage in the inverter, and a frequency adjusting unit that varies a conversion frequency in the inverter unit so that a measurement value of the voltage measuring unit is constant. It is characterized by being.

好ましくは、前記DC供給部は、更に外部の電源からの直流が入力可能となっているとよい。
好ましくは、前記起電手段は、前記駆動回転軸の一端部に設けられた磁石と、前記駆動回転軸の回転に伴って前記磁石で発生する回転磁界により、交流を発生可能な固定子巻線と、を有しているとよい。
Preferably, the DC supply unit may be further capable of inputting a direct current from an external power source.
Preferably, the electromotive means includes a magnet provided at one end of the drive rotary shaft and a stator winding capable of generating an alternating current by a rotating magnetic field generated by the magnet as the drive rotary shaft rotates. It is good to have.

好ましくは、前記モータ手段は、前記インバータから入力された交流により磁場を発生する固定子巻線と、前記従動回転軸の一端部に設けられ且つ固定子巻線が発生した磁場により回転する磁石と、を有しているとよい。
一方、本発明の動力伝達方法は、駆動回転軸の回転で交流を起電し、起電した交流をインバータで一旦直流に整流した後に周波数変換し、周波数変換した交流により従動回転軸に回転駆動力を発生させることで、駆動回転軸の回転駆動力を従動回転軸へ伝達する動力伝達方法において、前記直流の電圧を測定し、測定された直流の電圧が一定となるように、前記周波数変換の際の周波数を可変とすることを特徴とする。
Preferably, the motor means includes a stator winding that generates a magnetic field by alternating current input from the inverter, and a magnet that is provided at one end of the driven rotating shaft and rotates by the magnetic field generated by the stator winding. It is good to have.
On the other hand, in the power transmission method of the present invention, alternating current is generated by the rotation of the drive rotation shaft, the generated alternating current is once rectified to direct current by an inverter, frequency is converted, and the driven rotational shaft is rotationally driven by the frequency converted alternating current. In the power transmission method for transmitting the rotational driving force of the driving rotating shaft to the driven rotating shaft by generating a force, the DC voltage is measured, and the frequency conversion is performed so that the measured DC voltage is constant. In this case, the frequency is variable.

本発明の動力伝達装置及び動力伝達方法によれば、駆動回転軸の回転動力を従動回転軸へ伝達しつつ、動力伝達の途中で生成された直流を電圧一定の状態を保ちつつ外部へ安定供給することが可能となる。   According to the power transmission device and the power transmission method of the present invention, the DC power generated during the power transmission is stably supplied to the outside while maintaining the constant voltage while transmitting the rotational power of the driving rotary shaft to the driven rotary shaft. It becomes possible to do.

動力伝達装置の概略を示した図である。It is the figure which showed the outline of the power transmission device. 本発明の動力伝達装置が用いられたバイナリ発電システムを示した図である。It is the figure which showed the binary electric power generation system with which the power transmission device of this invention was used.

以下、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。
図1に示すように、本発明の動力伝達装置1は、駆動回転軸2と、この駆動回転軸2とは直接連結されていない従動回転軸3の間に設けられていて、駆動回転軸2の回転動力を従動回転軸3に伝達するものである。
従来から、回転動力を伝達する装置としては、軸継手やギア機構などで構成された機械的なものがあるが、本実施形態の動力伝達装置1は、回転動力を一旦電気エネルギに変換し、この電気エネルギを利用して動力伝達を行う電気式を採用している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the power transmission device 1 of the present invention is provided between a drive rotary shaft 2 and a driven rotary shaft 3 that is not directly connected to the drive rotary shaft 2. Is transmitted to the driven rotating shaft 3.
Conventionally, as a device for transmitting rotational power, there is a mechanical device composed of a shaft coupling, a gear mechanism, etc., but the power transmission device 1 of the present embodiment once converts rotational power into electrical energy, An electric system that uses this electric energy to transmit power is adopted.

すなわち、本発明の動力伝達装置1は、駆動回転軸2の回転で交流を発生する起電手段4と、この交流を一旦直流に変換して再度周波数を変換した交流に変換するインバータ6と、この周波数変換された交流によって従動回転軸3に回転駆動力を発生させるモータ手段5とを有している。
動力伝達装置1に備えられたインバータ6には、起電手段4から入力された交流を一旦直流に整流する際に、この直流電圧を外部に出力可能とするDC供給部7が設けられている。
That is, the power transmission device 1 of the present invention includes an electromotive means 4 that generates an alternating current by the rotation of the drive rotary shaft 2, an inverter 6 that converts the alternating current into a direct current and converts the frequency again into an alternating current, And motor means 5 for generating a rotational driving force on the driven rotary shaft 3 by the alternating current subjected to frequency conversion.
The inverter 6 provided in the power transmission device 1 is provided with a DC supply unit 7 that can output this DC voltage to the outside when the AC input from the electromotive means 4 is once rectified to DC. .

さらに、動力伝達装置1は、インバータ6において整流された直流電圧を測定する電圧測定部8と、この電圧測定部8の測定値が一定となるように、周波数変換部9に対して、変換周波数を変更するような信号を発する周波数調整部10とが設けられている。
以降、これら起電手段4、インバータ6、モータ手段5、電圧測定部8、周波数調整部10の詳細を説明する。
Furthermore, the power transmission device 1 has a voltage measurement unit 8 that measures the DC voltage rectified by the inverter 6 and a conversion frequency for the frequency conversion unit 9 so that the measurement value of the voltage measurement unit 8 is constant. And a frequency adjusting unit 10 that emits a signal that changes the frequency.
Hereinafter, details of the electromotive means 4, the inverter 6, the motor means 5, the voltage measuring unit 8, and the frequency adjusting unit 10 will be described.

図1に示すように、起電手段4は、駆動回転軸2の先端部に設けられている磁石(本実施形態では永久磁石)11と、この永久磁石11に対応するように配置された固定子巻線12とで構成されている。
永久磁石11は、駆動回転軸2の先端側の外周面に複数埋め込まれるように配備されている。
As shown in FIG. 1, the electromotive means 4 includes a magnet (permanent magnet in the present embodiment) 11 provided at the distal end portion of the drive rotating shaft 2 and a fixed arranged so as to correspond to the permanent magnet 11. It is comprised with the child winding 12.
A plurality of permanent magnets 11 are arranged so as to be embedded in the outer peripheral surface on the distal end side of the drive rotating shaft 2.

駆動回転軸2の先端の前方(図1における右方)に同軸状に従動回転軸3が配置されていて、本実施形態の場合、この駆動回転軸2と従動回転軸3は、隔壁13により隔絶されている。なお、駆動回転軸2と従動回転軸3とは、必ずしも同軸状に配備される必要はなく、軸心同士が一致しない異軸状に設置してあってもよい。
隔壁13には、固定子巻線12を収める環状突出部14が設けられている。この環状突出部14は、隔壁13から駆動回転軸2の基端側へ向けて突出するように設けられていて、駆動回転軸2側からの正面視で円環状となっている。この環状突出部14に固定子巻線12が取り付けられている。
A driven rotary shaft 3 is arranged coaxially in front of the front end of the drive rotary shaft 2 (to the right in FIG. 1). In this embodiment, the drive rotary shaft 2 and the driven rotary shaft 3 are separated by a partition wall 13. It is isolated. Note that the drive rotary shaft 2 and the driven rotary shaft 3 do not necessarily have to be arranged coaxially, and may be installed in different axes where the axes do not coincide with each other.
The partition wall 13 is provided with an annular protrusion 14 for accommodating the stator winding 12. The annular projecting portion 14 is provided so as to project from the partition wall 13 toward the base end side of the drive rotating shaft 2, and has an annular shape in a front view from the drive rotating shaft 2 side. A stator winding 12 is attached to the annular protrusion 14.

すなわち、固定子巻線12は、鉄心などの芯体に導線をコイル状に巻いて形成されたものであって、環状突出部14の内周面に沿って周方向等間隔で複数個配備されている。固定子巻線12の個数は、3つもしくは2つが好ましく、3の倍数、2の倍数でもよい。本実施形態の場合、固定子巻線12の数を3つとしており、起電手段4は三相交流を発生可
能となっている。
That is, the stator winding 12 is formed by winding a conducting wire around a core body such as an iron core in a coil shape, and a plurality of stator windings 12 are arranged along the inner peripheral surface of the annular protrusion 14 at equal intervals in the circumferential direction. ing. The number of stator windings 12 is preferably three or two, and may be a multiple of 3 or a multiple of 2. In the case of the present embodiment, the number of stator windings 12 is three, and the electromotive means 4 can generate a three-phase alternating current.

駆動回転軸2は、環状突出部14の中心に回転自在に配備され、固定子巻線12と永久磁石11が径方向に対面するように環状突出部14の内部に挿入されている。
図1に示すように、駆動回転軸2の回転に伴って、駆動回転軸2の先端側に埋め込まれた複数の永久磁石11が駆動回転軸2の軸線周りに回転すると、駆動回転軸2の周りに回転磁界が発生する。発生した回転磁界は、環状突出部14に配置された固定子巻線12に交流(三相交流)を発生させる。発生した三相交流はインバータ6に入力される。
The drive rotary shaft 2 is rotatably disposed at the center of the annular protrusion 14 and is inserted into the annular protrusion 14 so that the stator winding 12 and the permanent magnet 11 face each other in the radial direction.
As shown in FIG. 1, when the plurality of permanent magnets 11 embedded on the front end side of the drive rotary shaft 2 rotate around the axis of the drive rotary shaft 2 as the drive rotary shaft 2 rotates, A rotating magnetic field is generated around it. The generated rotating magnetic field generates an alternating current (three-phase alternating current) in the stator winding 12 disposed in the annular protrusion 14. The generated three-phase alternating current is input to the inverter 6.

インバータ6は、起電手段4から入力される三相交流を周波数変換して周波数の異なる三相交流として出力するものである。
具体的にはインバータ6は、起電手段4からの入力される交流を一旦直流に変換する整流部15と、この直流から再度周波数を変換して得られる三相交流を生成する周波数変換部9と、で構成されている。さらに、インバータ6には、整流部15で変換された直流を外部に出力可能とするDC供給部7(本実施形態では直流出力端子)が設けられている。
The inverter 6 frequency-converts the three-phase alternating current input from the electromotive means 4 and outputs it as a three-phase alternating current having different frequencies.
Specifically, the inverter 6 includes a rectifier 15 that once converts alternating current input from the electromotive means 4 into direct current, and a frequency converter 9 that generates three-phase alternating current obtained by converting the frequency again from the direct current. And is composed of. Furthermore, the inverter 6 is provided with a DC supply unit 7 (in this embodiment, a DC output terminal) that can output the direct current converted by the rectifying unit 15 to the outside.

整流部15は、ダイオード16を直列に2個接続した配線を互いに並列に3線備えていて、これらの配線は並列に接続されている。それぞれの配線におけるダイオード16間には三相交流の配線の何れかがそれぞれ接続されている。ダイオード16が接続された並列の配線と並列に配置された平滑用のコンデンサ17が接続されている。
起電手段4からインバータ6に入力された交流は、整流部15のダイオード16で直流に変換(整流)されて、この変換された直流を平滑用のコンデンサ17で平滑化する。
The rectifying unit 15 includes three wires connected in series with two diodes 16 in parallel, and these wires are connected in parallel. Any of the three-phase AC wirings is connected between the diodes 16 in the respective wirings. A smoothing capacitor 17 arranged in parallel with the parallel wiring to which the diode 16 is connected is connected.
The alternating current input from the electromotive means 4 to the inverter 6 is converted (rectified) into direct current by the diode 16 of the rectifier 15, and the converted direct current is smoothed by the smoothing capacitor 17.

周波数変換部9は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体スイッチング素子18により構成されている。
詳しくは、周波数変換部9は、半導体スイッチング素子18を直列に2個配置して、一方の半導体スイッチング素子18のコレクタと他方の半導体スイッチング素子18のエミッタを接続した配線とし、この配線を並列に3線備えていて、これらの配線は並列に接続されている。半導体スイッチング素子18を2個直列にした各配線に関し、2つの半導体スイッチング素子18間の位置からインバータ6の出力が取り出されるようになっている。
The frequency conversion unit 9 is configured by a semiconductor switching element 18 such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
Specifically, the frequency conversion unit 9 arranges two semiconductor switching elements 18 in series, and connects the collector of one semiconductor switching element 18 and the emitter of the other semiconductor switching element 18, and these wirings are connected in parallel. Three wires are provided, and these wires are connected in parallel. With respect to each wiring in which two semiconductor switching elements 18 are connected in series, the output of the inverter 6 is taken out from the position between the two semiconductor switching elements 18.

整流部15で変換された直流は、半導体スイッチング素子18によりスイッチングされることで、所望とする周波数の交流(三相交流)として出力可能となっている。
出力された三相交流は、従動回転軸3の先端に設けられたモータ手段5に入力され、従動回転軸3の回転駆動力へ変換される。
図1に示すように、モータ手段5は、起電手段4と略同様な構成を備えており、磁石(本実施形態では永久磁石)11と、この永久磁石11に対応するように配置された固定子巻線12とで構成されている。
The direct current converted by the rectifier 15 is switched by the semiconductor switching element 18 so that it can be output as an alternating current (three-phase alternating current) having a desired frequency.
The output three-phase alternating current is input to the motor means 5 provided at the tip of the driven rotary shaft 3 and converted into the rotational driving force of the driven rotary shaft 3.
As shown in FIG. 1, the motor unit 5 has substantially the same configuration as the electromotive unit 4, and is arranged so as to correspond to the magnet (permanent magnet in the present embodiment) 11 and the permanent magnet 11. It consists of a stator winding 12.

永久磁石11は、従動回転軸3の先端側の外周面に複数埋め込まれるように配備されている。
起電手段4と同様に、隔壁13には、従動回転軸3の基端を向くように突出状とされた環状突出部14が設けられていて、この環状突出部14に固定子巻線12が取り付けられている。固定子巻線12は、鉄心などの芯体に導線をコイル状に巻いて形成されたものであって、環状突出部14の内周面に沿って周方向等間隔で複数個配備されている。固定子巻線12の個数は、3つもしくは2つが好ましく、3の倍数、2の倍数でもよい。本実施形態の場合、固定子巻線12の数を3つとしている。
A plurality of permanent magnets 11 are arranged so as to be embedded in the outer peripheral surface on the distal end side of the driven rotary shaft 3.
Similar to the electromotive means 4, the partition wall 13 is provided with an annular protrusion 14 that protrudes toward the proximal end of the driven rotary shaft 3, and the stator winding 12 is provided on the annular protrusion 14. Is attached. The stator winding 12 is formed by winding a conducting wire around a core body such as an iron core in a coil shape, and a plurality of stator windings 12 are arranged along the inner peripheral surface of the annular protrusion 14 at equal intervals in the circumferential direction. . The number of stator windings 12 is preferably three or two, and may be a multiple of 3 or a multiple of 2. In the present embodiment, the number of stator windings 12 is three.

従動回転軸3は、環状突出部14と同軸状に配備され、且つ、固定子巻線12と永久磁石11が径方向に対面するように、環状突出部14の内部に回転自在に挿入されている。
図1に示すように、モータ手段5における固定子巻線12へは、インバータ6で周波数変換された三相交流が入力される。入力された三相交流によって固定子巻線12は磁場を発生させる。従動回転軸3の先端側に埋め込まれた複数の永久磁石11は、発生した磁場に対して反発し合うことで、従動回転軸3が回転するようになる。
The driven rotary shaft 3 is disposed coaxially with the annular protrusion 14 and is rotatably inserted into the annular protrusion 14 so that the stator winding 12 and the permanent magnet 11 face each other in the radial direction. Yes.
As shown in FIG. 1, the three-phase alternating current frequency-converted by the inverter 6 is input to the stator winding 12 in the motor means 5. The stator winding 12 generates a magnetic field by the inputted three-phase alternating current. The plurality of permanent magnets 11 embedded on the distal end side of the driven rotary shaft 3 repel each other against the generated magnetic field, so that the driven rotary shaft 3 rotates.

なお、モータ手段5においては、従動回転軸3の先端側に配備された永久磁石11を、誘導コイル(巻線形や籠形)とすることも可能である。
駆動回転軸2の回転動力が伝達された従動回転軸3は、その先にある負荷を回転駆動させることになる。負荷としては、ポンプや発電機、エレベータのように錘を巻き上げる機構、クレーンの駆動手段など、種々のものを用いることができる。また、モータ手段5は、負荷を回転駆動する他の回転駆動手段(モータ等)の補助動力源としても好適に用いることができる。
In the motor means 5, the permanent magnet 11 disposed on the distal end side of the driven rotary shaft 3 can be an induction coil (winding type or saddle type).
The driven rotary shaft 3 to which the rotational power of the drive rotary shaft 2 has been transmitted drives the load ahead. As the load, various types such as a pump, a generator, a mechanism for winding up a weight like an elevator, and a driving means for a crane can be used. Further, the motor means 5 can be suitably used as an auxiliary power source for other rotational drive means (motor or the like) for rotationally driving the load.

ところで、本発明の動力伝達装置1に備えられたインバータ6には、整流部15で変換された直流電圧を外部に出力可能とするDC供給部7が備えられている。具体的には、このDC供給部7は直流出力端子(DC供給端子)で構成されている。DC供給部7から出力された直流電力は、バッテリーの充電、外部に設けられた駆動システムの主駆動機や補助駆動機(補機)への電力供給に資することが可能である。DC供給部7は、出力される直流電力が安定しているため、単に固定的に接続されたバッテリーに対して余剰電力を一時的に蓄電するものではなく、着脱自在に接続されるバッテリーに対して充電を行う充電器として特に好適に用いることができる。   By the way, the inverter 6 provided in the power transmission device 1 of the present invention includes a DC supply unit 7 that can output the DC voltage converted by the rectification unit 15 to the outside. Specifically, the DC supply unit 7 includes a direct current output terminal (DC supply terminal). The direct-current power output from the DC supply unit 7 can contribute to charging the battery and supplying power to the main drive unit and auxiliary drive unit (auxiliary machine) of the drive system provided outside. Since the DC power output is stable, the DC supply unit 7 does not simply store surplus power temporarily with respect to the fixedly connected battery, but with respect to the detachably connected battery. Thus, it can be particularly suitably used as a charger for charging.

このDC供給部7は、非常に有益な「電力供給手段」であるが、インバータに接続される外部機器、装置の負荷等が変動した際に、このDC供給部7から出力される直流の電圧が不安定になりやすいといった欠点が存在していた。
そこで、本実施形態の動力伝達装置1には、直流の出力電圧を一定とするために、インバータ6の整流部15で変換された直流の電圧を測定する電圧測定部8と、この電圧測定部8で測定した測定値が一定となるように、必要な周波数に調整する周波数調整部10とが備えられている。
The DC supply unit 7 is a very useful “power supply unit”. However, when the external device connected to the inverter, the load of the device, etc. fluctuate, the DC voltage output from the DC supply unit 7 However, there was a drawback that it was likely to become unstable.
Therefore, the power transmission device 1 of the present embodiment includes a voltage measuring unit 8 that measures the DC voltage converted by the rectifying unit 15 of the inverter 6 in order to make the DC output voltage constant, and the voltage measuring unit. A frequency adjusting unit 10 that adjusts to a necessary frequency is provided so that the measured value measured in 8 is constant.

DC供給部7の電圧を測定する電圧測定部8は、周知の電圧計やシーケンサの電圧測定ユニット等を用いることができ、計測されたインバータ6内の直流電圧値は、周波数調整部10に出力される。
周波数調整部10は、電圧測定部8で測定された電圧値と予め設定された電圧値を比較して、設定された電圧値に合わせるように、インバータ6内の周波数変換部9に対して、スイッチング信号を発するように構成されている。このスイッチング信号は半導体スイッチング素子18のゲートに入力され、周波数変換部9のスイッチング周波数が変更される。
The voltage measuring unit 8 that measures the voltage of the DC supply unit 7 can use a known voltmeter, a voltage measuring unit of a sequencer, or the like. The measured DC voltage value in the inverter 6 is output to the frequency adjusting unit 10. Is done.
The frequency adjustment unit 10 compares the voltage value measured by the voltage measurement unit 8 with a preset voltage value, and adjusts the frequency conversion unit 9 in the inverter 6 to match the set voltage value. A switching signal is generated. This switching signal is input to the gate of the semiconductor switching element 18 and the switching frequency of the frequency converter 9 is changed.

例えば、電圧測定部8で測定された電圧値が予め設定された電圧値を下回る場合は、周波数調整部10は、周波数変換部9のスイッチング周波数を上げるようにし、電圧測定部8で測定された電圧値が予め設定された電圧値を上回る場合は、周波数調整部10は、周波数変換部9のスイッチング周波数を下げるようにする。
次に、動力伝達装置1の作動態様について説明する。
For example, when the voltage value measured by the voltage measurement unit 8 is lower than a preset voltage value, the frequency adjustment unit 10 increases the switching frequency of the frequency conversion unit 9 and is measured by the voltage measurement unit 8. When the voltage value exceeds a preset voltage value, the frequency adjustment unit 10 decreases the switching frequency of the frequency conversion unit 9.
Next, the operation mode of the power transmission device 1 will be described.

作動態様を説明するにあたり、本実施形態の動力伝達装置1が、バイナリ発電システム19に適用された例を示し、説明を進める。なお、本実施形態の動力伝達装置1は、様々な回転軸での動力伝達に適用可能であることは言うまでもない。
図2に示す如く、バイナリ発電システム19は、外部の熱源からの熱を用いて液体の作動媒体を蒸発させる蒸発器20と、この蒸発器20で蒸発した作動媒体の蒸気を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機21と、膨張機21で膨張させられた作動媒体の蒸気を液体に凝縮する凝縮器22と、この凝縮器22で凝縮させられた液体の作動媒体を循環させる作動媒体ポンプ23(補機)とを閉ループ状の循環配管上に備えている。さらに、膨張機21で生じた回転駆動力により発電を行う発電機24を有している。膨張機21の回転軸(駆動回転軸2)と発電機24の回転軸(従動回転軸3)とは、動力伝達装置1で連結されている。
In describing the operation mode, an example in which the power transmission device 1 of the present embodiment is applied to the binary power generation system 19 will be described, and the description will proceed. In addition, it cannot be overemphasized that the power transmission device 1 of this embodiment is applicable to power transmission with various rotating shafts.
As shown in FIG. 2, the binary power generation system 19 is driven to rotate by evaporating the working medium vaporized by the evaporator 20 by using heat from an external heat source and expanding the vapor of the working medium evaporated by the evaporator 20. An expander 21 that generates force, a condenser 22 that condenses the vapor of the working medium expanded by the expander 21 into a liquid, and a working medium pump that circulates the working medium of the liquid condensed by the condenser 22 23 (auxiliary machine) is provided on a closed loop circulation pipe. Furthermore, it has the generator 24 which produces electric power with the rotational drive force which arose in the expander 21. The rotation shaft (drive rotation shaft 2) of the expander 21 and the rotation shaft (driven rotation shaft 3) of the generator 24 are connected by the power transmission device 1.

バイナリ発電設備で発電を行う際には、まず、蒸発器20により液体の作動媒体を蒸気に気化させる。作動媒体の蒸気は膨張機21に送られ、膨張機21内で膨張してスクリュロータを回転させる。スクリュロータを回転させた作動媒体の蒸気は凝縮器22に送られ再び液体に戻る。凝縮器22で液体になった作動媒体は作動媒体ポンプ23を用いて再び蒸発器20に送られ蒸発に用いられる。膨張機21内のスクリュロータの回転機動力は、動力伝達装置1を介し発電機24へ伝達され発電が行われる。   When generating power with the binary power generation facility, first, the liquid working medium is vaporized into vapor by the evaporator 20. The vapor of the working medium is sent to the expander 21 and expands in the expander 21 to rotate the screw rotor. The vapor of the working medium that has rotated the screw rotor is sent to the condenser 22 and returns to the liquid again. The working medium that has become liquid in the condenser 22 is sent again to the evaporator 20 using the working medium pump 23 and used for evaporation. The rotating machine power of the screw rotor in the expander 21 is transmitted to the generator 24 via the power transmission device 1 to generate power.

発電時においては、膨張機21の駆動回転軸2が回転すると、駆動回転軸2の先端に設けられた起電手段4、すなわち駆動回転軸2の先端側に埋め込まれた複数の永久磁石11が駆動回転軸2の軸心周りに回転し、起電手段4の駆動回転軸2の周りに回転磁界が発生する。このようにして発生した回転磁界は起電手段4の環状突出部14に配置された固定子巻線12に交流(三相交流)の電流を発生させ、発生した三相交流の電流はインバータ6に入力される。つまり、起電手段4は、駆動回転軸2の回転を利用して三相交流の電力を発電し、発電した三相交流の電流をインバータ6に送る発電機24として動作する。   During power generation, when the drive rotary shaft 2 of the expander 21 rotates, the electromotive means 4 provided at the tip of the drive rotary shaft 2, that is, a plurality of permanent magnets 11 embedded on the tip end side of the drive rotary shaft 2 are provided. It rotates around the axis of the drive rotary shaft 2 and a rotating magnetic field is generated around the drive rotary shaft 2 of the electromotive means 4. The rotating magnetic field generated in this way causes an alternating current (three-phase alternating current) to be generated in the stator winding 12 disposed on the annular protrusion 14 of the electromotive means 4, and the generated three-phase alternating current is the inverter 6. Is input. In other words, the electromotive means 4 operates as a generator 24 that generates three-phase AC power using the rotation of the drive rotary shaft 2 and sends the generated three-phase AC current to the inverter 6.

インバータ6に送られた三相交流の電流は、まずインバータ6の整流部15に入力される。整流部15では、直列に2個接続されたダイオード16の作用により三相交流が直流に変換(整流)される。このようにして変換された直流は平滑用のコンデンサ17で平滑化された後、周波数変換部9に送られる。一方、この平滑用のコンデンサ17の両端における直流に変換(整流)された部分には、DC供給部7が設けられていると共に、整流部15で変換された直流の電圧を測定する電圧測定部8が設けられている。また、電圧測定部8で計測された直流の電圧は周波数調整部10に出力される。   The three-phase AC current sent to the inverter 6 is first input to the rectifier 15 of the inverter 6. In the rectifier 15, the three-phase alternating current is converted (rectified) into direct current by the action of two diodes 16 connected in series. The direct current thus converted is smoothed by the smoothing capacitor 17 and then sent to the frequency converter 9. On the other hand, a DC supply unit 7 is provided at a portion of the smoothing capacitor 17 that is converted (rectified) into a direct current, and a voltage measuring unit that measures the direct-current voltage converted by the rectifying unit 15. 8 is provided. Further, the DC voltage measured by the voltage measuring unit 8 is output to the frequency adjusting unit 10.

周波数調整部10では、電圧測定部8で測定された電圧値、すなわちDC供給部7の出力が予め設定された電圧値になるように、周波数変換部9に対してスイッチング信号が出力される。そして、周波数変換部9では、このスイッチング信号がIGBTなどの半導体スイッチング素子18に入力され、直流の電流が所望とする周波数でスイッチングされ三相交流の電流としてモータ手段5に出力される。そして、モータ手段5では、入力された三相交流が、発電機24の従動回転軸3の回転駆動力へ変換される。   In the frequency adjustment unit 10, a switching signal is output to the frequency conversion unit 9 so that the voltage value measured by the voltage measurement unit 8, that is, the output of the DC supply unit 7 becomes a preset voltage value. In the frequency converter 9, this switching signal is input to a semiconductor switching element 18 such as an IGBT, and a direct current is switched at a desired frequency and output to the motor means 5 as a three-phase alternating current. In the motor means 5, the input three-phase alternating current is converted into the rotational driving force of the driven rotary shaft 3 of the generator 24.

このようにして本発明の動力伝達装置1では、膨張機21の回転駆動力を一旦電気エネルギへ変換し、インバータ6を介して従動回転軸3側へ伝え、再び回転駆動力へと変えることで、駆動回転軸2の回転駆動力を確実に従動回転軸3へ伝達することが可能となる。この際、周波数変換部9のスイッチング信号の周波数を変えることで、従動回転軸3の回転数を上げたり下げたりすることもできる。つまり、動力伝達装置1を増速機又は減速機として用いることができる。なお、この機能を利用すれば、本発明の動力伝達装置1では、例えば駆動回転軸2の回転数が変動して直流部の電圧が変動した場合に、周波数変換部9での回転数を増速したり減速したりしてその直流電圧をほぼ一定に維持することも可能となる。   In this way, in the power transmission device 1 of the present invention, the rotational driving force of the expander 21 is once converted into electric energy, transmitted to the driven rotating shaft 3 side via the inverter 6, and converted into the rotational driving force again. Thus, the rotational driving force of the drive rotary shaft 2 can be reliably transmitted to the driven rotary shaft 3. At this time, by changing the frequency of the switching signal of the frequency converter 9, the rotational speed of the driven rotary shaft 3 can be increased or decreased. That is, the power transmission device 1 can be used as a speed increaser or a speed reducer. If this function is used, in the power transmission device 1 of the present invention, for example, when the rotation speed of the drive rotating shaft 2 fluctuates and the voltage of the DC section fluctuates, the rotation speed in the frequency conversion section 9 is increased. The DC voltage can be maintained almost constant by speeding up or slowing down.

また、図2に示すように、インバータ6のDC供給部7を用いて整流部15で変換された直流電圧を外部に出力することもできる。このようにしてDC供給部7から出力された直流電力は、作動媒体ポンプ23などの補機や外部に設けられた駆動システムの駆動機への電力供給に用いても良い。これに限らず、DC供給部7に着脱自在に接続されるバッテリーの充電への電力供給に用いても良い。すなわち、動力伝達装置1のDC供給部7をバッテリー充電器として利用してもよい。このようにDC供給部7から直流電圧を外部に出力する場合は、電圧測定部8で測定される直流の電圧が一定値となるように、周波数変換部9から出力されるスイッチング信号の周波数を許容できる範囲内で上下させるとよい。これにより、補機やバッテリーなどへ出力される直流の電圧品質を良好にすることが可能となる。   Further, as shown in FIG. 2, the DC voltage converted by the rectifying unit 15 using the DC supply unit 7 of the inverter 6 can be output to the outside. The direct-current power output from the DC supply unit 7 in this way may be used to supply power to an auxiliary machine such as the working medium pump 23 or a drive unit of a drive system provided outside. However, the present invention is not limited to this, and may be used for power supply for charging a battery that is detachably connected to the DC supply unit 7. That is, you may use DC supply part 7 of power transmission device 1 as a battery charger. Thus, when the DC voltage is output from the DC supply unit 7 to the outside, the frequency of the switching signal output from the frequency conversion unit 9 is set so that the DC voltage measured by the voltage measurement unit 8 becomes a constant value. It is good to raise and lower within an allowable range. As a result, it is possible to improve the DC voltage quality output to the auxiliary machine, the battery, and the like.

以上述べたように、動力伝達装置1により、駆動回転軸の回転動力を従動回転軸へ伝達しつつ、動力伝達の途中で生成された直流を電圧一定の状態を保ちつつ外部へ安定供給することができる。また、動力伝達装置1において駆動回転軸2と従動回転軸3との間で動力伝達する際に、当該動力伝達装置1より出力される直流電力をバイナリ発電システム19の補機などに使用することで、発電システムの効率を装置全体としてアップすることができる。   As described above, the power transmission device 1 stably supplies the direct current generated during the power transmission to the outside while maintaining the constant voltage while transmitting the rotational power of the drive rotating shaft to the driven rotating shaft. Can do. Further, when power is transmitted between the drive rotary shaft 2 and the driven rotary shaft 3 in the power transmission device 1, the DC power output from the power transmission device 1 is used for an auxiliary machine or the like of the binary power generation system 19. Thus, the efficiency of the power generation system can be improved as a whole apparatus.

なお、DC供給部7は、外部電源からの直流が入力可能とされていてもよい。このようにすれば、バイナリ発電システム19の起動時において発電が安定する間、DC供給部7を介して外部から直流電力を供給することができるため、その起動がスムーズに行える。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていな
い事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
The DC supply unit 7 may be capable of inputting a direct current from an external power source. In this way, since the DC power can be supplied from the outside via the DC supply unit 7 while the power generation is stabilized at the time of starting the binary power generation system 19, the start-up can be performed smoothly.
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. In particular, in the embodiment disclosed this time, matters that are not explicitly disclosed, for example, operating conditions and operating conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, and the like of a component deviate from a range that a person skilled in the art normally performs. Instead, values that can be easily assumed by those skilled in the art are employed.

1 動力伝達装置
2 駆動回転軸
3 従動回転軸
4 起電手段
5 モータ手段
6 インバータ
7 DC供給部
8 電圧測定部
9 周波数変換部
10 周波数調整部
11 永久磁石
12 固定子巻線
13 隔壁
14 環状突出部
15 整流部
16 ダイオード
17 平滑用コンデンサ
18 半導体スイッチング素子
19 バイナリ発電システム
20 蒸発器
21 膨張機
22 凝縮器
23 作動媒体ポンプ
24 発電機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power transmission device 2 Drive rotary shaft 3 Driven rotary shaft 4 Electromotive means 5 Motor means 6 Inverter 7 DC supply part 8 Voltage measurement part 9 Frequency conversion part 10 Frequency adjustment part 11 Permanent magnet 12 Stator winding 13 Bulkhead 14 Ring protrusion 15 rectifier 16 diode 17 smoothing capacitor 18 semiconductor switching element 19 binary power generation system 20 evaporator 21 expander 22 condenser 23 working medium pump 24 generator

Claims (5)

駆動回転軸に設けられて当該駆動回転軸の回転で交流を発生する起電手段と、前記起電手段で発生した交流を一旦直流に整流した後に周波数変換して出力するインバータと、前記インバータからの交流が入力されて従動回転軸に回転駆動力を発生させるモータ手段と、を有する動力伝達装置において、
前記インバータ内の直流を外部に出力可能なDC供給部と、
前記インバータ内の直流電圧を測定する電圧測定部と、前記電圧測定部の測定値が一定となるように、前記インバータでの変換周波数を可変とする周波数調整部と、を備えていることを特徴とする動力伝達装置。
An electromotive means for generating an alternating current by rotation of the drive rotating shaft provided on the drive rotary shaft; an inverter that rectifies the alternating current generated by the electromotive means into a direct current and then outputs a frequency conversion; and And a motor means for generating a rotational driving force on the driven rotary shaft when the alternating current is input,
A DC supply unit capable of outputting the direct current in the inverter to the outside;
A voltage measurement unit that measures a DC voltage in the inverter, and a frequency adjustment unit that varies a conversion frequency in the inverter so that a measurement value of the voltage measurement unit is constant. Power transmission device.
前記DC供給部は、更に外部の電源からの直流が入力可能となっていることを特徴とする請求項1に記載の動力伝達装置。   The power transmission device according to claim 1, wherein the DC supply unit can further receive a direct current from an external power source. 前記起電手段は、
前記駆動回転軸の一端部に設けられた磁石と、
前記駆動回転軸の回転に伴って前記磁石で発生する回転磁界により、交流を発生可能な固定子巻線と、
を有していることを特徴とする請求項1または2に記載の動力伝達装置。
The electromotive means includes
A magnet provided at one end of the drive rotating shaft;
A stator winding capable of generating an alternating current by a rotating magnetic field generated by the magnet as the drive rotation shaft rotates;
The power transmission device according to claim 1, wherein the power transmission device is provided.
前記モータ手段は、
前記インバータから入力された交流により磁場を発生する固定子巻線と、
前記従動回転軸の一端部に設けられ且つ固定子巻線が発生した磁場により当該従動回転軸を回転させる磁石と、
を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の動力伝達装置。
The motor means includes
A stator winding that generates a magnetic field by alternating current input from the inverter;
A magnet that is provided at one end of the driven rotating shaft and rotates the driven rotating shaft by a magnetic field generated by a stator winding;
The power transmission device according to claim 1, wherein the power transmission device is provided.
駆動回転軸の回転で交流を起電し、起電した交流をインバータで一旦直流に整流した後に周波数変換し、周波数変換した交流により従動回転軸に回転駆動力を発生させることで、駆動回転軸の回転駆動力を従動回転軸へ伝達する動力伝達方法において、
前記直流を前記インバータ外部に供給可能としておき、
前記直流の電圧を測定し、測定された直流の電圧が一定となるように、前記周波数変換の際の周波数を可変とすることを特徴とする動力伝達方法。
AC is generated by rotation of the drive rotary shaft, and the generated AC is once rectified to direct current by an inverter, then frequency-converted, and a rotational drive force is generated in the driven rotary shaft by the frequency-converted alternating current. In the power transmission method of transmitting the rotational driving force of
The DC can be supplied to the outside of the inverter,
A power transmission method, wherein the DC voltage is measured, and the frequency at the time of the frequency conversion is made variable so that the measured DC voltage is constant.
JP2011195091A 2011-09-07 2011-09-07 Power transmission device and power transmission method Pending JP2013059171A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011195091A JP2013059171A (en) 2011-09-07 2011-09-07 Power transmission device and power transmission method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011195091A JP2013059171A (en) 2011-09-07 2011-09-07 Power transmission device and power transmission method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013059171A true JP2013059171A (en) 2013-03-28

Family

ID=48134546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011195091A Pending JP2013059171A (en) 2011-09-07 2011-09-07 Power transmission device and power transmission method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013059171A (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03285590A (en) * 1990-03-30 1991-12-16 Aisin Seiki Co Ltd Driving device for dc brushless motor
JPH09322304A (en) * 1996-01-05 1997-12-12 Smh Manag Services Ag Drive system for hybrid automobile and method of controlling such system
JP2009068367A (en) * 2007-09-11 2009-04-02 Kobe Steel Ltd Power generating device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03285590A (en) * 1990-03-30 1991-12-16 Aisin Seiki Co Ltd Driving device for dc brushless motor
JPH09322304A (en) * 1996-01-05 1997-12-12 Smh Manag Services Ag Drive system for hybrid automobile and method of controlling such system
JP2009068367A (en) * 2007-09-11 2009-04-02 Kobe Steel Ltd Power generating device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4759032B2 (en) Wind power generator having contactless power transmission means to rotor unit
Jovanovic et al. The use of doubly fed reluctance machines for large pumps and wind turbines
US9982555B2 (en) Gas turbine power generation system
JP2019149936A (en) Assembly operating in variable situation
EP2327148A1 (en) A method and a controlling arrangement for controlling an ac generator
EP3068033B1 (en) Control of hybrid permanent magnet machine with rotating power converter and energy source
KR20100028003A (en) Magnetically geared generator
US20160301333A1 (en) Dc synchronous machine
US9166510B1 (en) Systems utilizing a controllable voltage AC generator system
NZ556760A (en) An electric generator
CN107317457B (en) Permanent magnet coupling speed regulating motor
WO2019098341A1 (en) Brushless synchronous generator
JP2013236480A (en) Induction brushless ac excitation system
CN105359405B (en) Drive system
WO2015040529A2 (en) Hybrid operating synchronous electrical machine
KR20140084410A (en) Synchronous generator system haing dual rotor
JP2013059171A (en) Power transmission device and power transmission method
Pötter et al. A novel brushless excitation system for synchronous machines with a rotating power converter
KR100442694B1 (en) Brushless generator with high frequency rotating transformer exciter
RU2562811C2 (en) Electrical machine and actuation of this electrical machine
JP5340357B2 (en) Power system
CN113013918A (en) Alternating current excitation transformation method and system for grid-connected direct current excitation synchronous generator set
JPWO2012093492A1 (en) Rotating machine test equipment
Habib et al. Optimization and experimental power generation assessment of counter rotation twin turbine configuration
KR20170125091A (en) How to Reduce the Noise of an Electric Motor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130902

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140625

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140701

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20141202