(57)【要約】【課題】ＰＷＭコンバータ無しで風力等より最大出力を得るために多種類の巻線を有する分散電源用発電装置の永久磁石型発電機においては、巻数の多い巻線は高い電圧を発生するために、その絶縁耐圧を強化しなければならないという問題があった。【解決手段】永久磁石型発電機の絶縁された第１および第２の３相巻線の出力端子にリアクトルを接続し、それぞれの交流より得られる直流出力を並列接続して外部に出力する分散電源用発電装置の整流回路において、第１の３相巻線はリアクトルを経て全波整流器回路に接続し、第２の３相巻線は各相毎にリアクトルを経て各相倍電圧整流回路に接続するものである【選択図】図１
2010119194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車又は水車により駆動される永久磁石型発電機の相互に絶縁された第１および第２の３相巻線の出力端子にリアクトルを接続し、それぞれの交流より得られる直流出力を並列接続して外部に出力する分散電源用発電装置において、第１の３相巻線は該リアクトルを経て全波整流回路に接続し、第２の３相巻線は各相毎に前記リアクトルを経て各相倍電圧整流回路に接続し、該各相倍電圧整流回路の直流出力端子を直列に接続して該全波整流回路に並列接続することを特徴とする分散電源用発電装置の整流回路。
【請求項２】
前記第２の３相巻線は各相絶縁された巻線で構成し、前記各相倍電圧整流回路は、ダイオードのアノード側とカソード側が直列に接続される直列ダイオードと、コンデンサが直列に接続される直列コンデンサが並列に接続されて前記各相倍電圧整流回路を構成し、該直列ダイオードの中点に該各相絶縁された巻線の一方から前記リアクトルを経て接続され、該直列コンデンサの中点には前記各相絶縁された巻線の他方が接続されることを特徴とする請求項１記載の分散電源用発電装置の整流回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車又は水車により駆動される永久磁石型発電機から、風速又は流速に関わらず、風又は水より得られる最大出力を取り出すための分散電源用発電装置の整流回路に関し、特に、ＰＷＭコンバータを用いずに定電圧充電を行う分散電源用発電装置の整流回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は先に、風車又は水車により駆動される永久磁石型発電機３の固定子に巻かれ、それぞれ絶縁された第１の３相巻線および第２の３相巻線の出力端子にリアクトルを接続し、それぞれの交流より得られる直流出力を並列接続して外部に出力する分散電源用発電装置において、第１の３相巻線はリアクトルを経て３相全波整流回路に接続し、第２の３相巻線はリアクトルを経て３相の中の２相は単相全波整流回路に接続し、他の１相は前記単相全波整流回路の直流側に並列に接続された２直列コンデンサの中点に接続することを特徴とする分散電源用発電装置の整流回路について提案している（例えば、公開特許文献１参照。）。
【０００３】
かかる先願技術を、図５の風車に接続された分散電源用発電装置を示す主回路結線図を参照して詳述する。
図５において、１は風車、２は先願技術の分散電源用発電装置の整流回路、３は永久磁石型発電機、４は第１のリアクトル、５は第２のリアクトル、６１は３相全波整流回路、６２は単相全波整流回路、８１は第１の３相巻線出力端子、８５は第２の３相巻線出力端子、１１は正側出力端子、１２は負側出力端子、１３はバッテリ、１４は第１のコンデンサ、１５は第２のコンデンサ、１６は直列コンデンサ回路、７４は２倍昇圧回路である。
【０００４】
図５において、第１の３相巻線に接続される第１の３相巻線出力端子８１は、第１のリアクトル４に接続され、さらに３相全波整流回路６１に接続される。
第２の３相巻線に接続される第２の巻線出力端子８５は、第２のリアクトル５に接続され、さらに３相の中の２相は単相全波整流回路６２に接続し、他の１相は前記単相全波整流回路６２の直流側に並列に接続された直列コンデンサ回路１６の中点Ｓに接続される。直列コンデンサ回路１６は第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５が直列に接続されて構成される。上記単相全波整流回路６２と直列コンデンサ回路１６により２倍昇圧整流回路７４が構成される。
上記３相全波整流器６１および単相全波整流器６２の各々の直流側は、正側出力端子１１及び負側出力端子１２に接続され、各巻線の合計出力がバッテリ１３に充電される。
【０００５】
このように構成される分散電源用発電装置２より、風車の最大出力を得る方法を以下に示す。
図４は、風速をパラメータとした時の、風車回転数対風車出力特性の概要を説明した図である。
風車は、風車の形状及び風速Ｕが決まると、風車回転数Ｎに対する風車出力Ｐが一義的に定まり、例えば風速Ｕｘ及びＵｙに対する風車出力Ｐは、それぞれ図４のように示される。そして、種々の風速に対する風車出力Ｐのピークは、図４に示す最大出力曲線Ｐｔのようになる。
すなわち、図４の風車回転数対風車出力特性において、風速がＵｘの時は、風速Ｕｘの風車出力曲線と最大出力曲線との交点Ｓｘに示すように、風車回転数Ｎｘにおいて、風車最大出力Ｐｘとなる。
又、風速がＵｙの時は、風車回転数Ｎｙにおいて、風速Ｕｙでの風車最大出力Ｐｙとなる。
【０００６】
すなわち、図４の最大出力曲線を見方を変えて見ると、風から最大出力を得るためには、風車回転数Ｎが決まると、その時の永久磁石型発電機３の出力Ｐを一義的に、最大出力曲線Ｐｔ上の値に定めれば良いことを表している。
【０００７】
図３は、先願技術が対象とする分散電源用発電装置２の直流出力をバッテリ等の定電圧源に接続した場合の説明図である。分散電源用発電装置２の永久磁石型発電機内３の同一巻数に巻かれた第１、第２の３相巻線の各出力は、各巻線の誘起電圧実効値の違い、各巻線内部インダクタンスと各出力端子に接続されるリアクトルによる電圧降下、及び２倍昇圧回路の有無のために、図３の風車回転数対出力特性に示すＰ１、Ｐ２のようになる。
【０００８】
すなわち、風車回転数Ｎが低い場合には、永久磁石型発電機３内の第１および第２の３相巻線の発生電圧がバッテリ電圧Ｖｂより低いために、バッテリ１３には充電されない。
第２の３相巻線は、第２の３相巻線出力端子８５およびリアクトル５を経て、単相全波整流回路６２、および直列コンデンサ回路１６の中点Ｓに接続され、第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５の合計電圧がバッテリ１３に出力される。
【０００９】
ここで、第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５のそれぞれの直流電圧は、コンデンサ容量を同一とすれば、バッテリ１３の電圧の半分に充電される。従って、風車回転数Ｎが上昇して、Ｎ２になると、第２の３相巻線よりバッテリ１３に充電を開始する。例えば、第２の３相巻線の巻数が、第１の３相巻線の巻数と等しい場合は、図３における風車回転数Ｎ２が風車回転数Ｎ１の半分で充電可能な電圧となり、バッテリ１３に充電を開始することになる。
【００１０】
風車回転数Ｎが上昇すると、第２の３相巻線の電流が風車回転数Ｎの上昇と共に上昇し、第２の巻線による出力はＰ２のようになる。この時、風車回転数Ｎが上昇して誘起電圧が上昇しても、バッテッリ電圧は、ほぼ一定であるが、第２の巻線のインダクタンスおよび第２のリアクトル５によるインピーダンスが周波数に比例するために、出力Ｐ２は漸増するに留まる。
【００１１】
第１の巻線の出力は、風車回転数Ｎが上昇して、Ｎ１になると第１の巻線出力端子９、リアクトル４および３相全波整流回路６１を経てバッテリ１３に出力される。
第１の３相巻線については、さらに回転数Ｎが上昇することにより出力が取れるが、第１の巻線の内部インダクタンスおよび第２のリアクトル４が小さいために大きな出力が取れる。
【００１２】
このように構成される分散電源用発電装置２のバッテリ１３等の定電圧源への出力は、永久磁石型発電機３内の第１、第２の巻線の出力Ｐ１、Ｐ２を加算して得られる合計出力である最大出力曲線Ｐｔと概ね同一である。
【特許文献１】特開２００６−２３８５３９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図２に２倍昇圧整流回路に接続される第２の３相巻線の電流波形Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを示す。解決しようとする問題点は、上記のような分散電源用発電装置の整流回路においては、２倍昇圧整流回路に接続される第２の３相巻線の電流が、図２に示すように、バランスのとれていない不平衡の状態になるので、永久磁石型発電機３内の第２の３相巻線に異なる巻線仕様を設けなければならないので、製作が煩雑となる、さらに、電流が不平衡であるために振動や騒音の原因となるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、風車又は水車により駆動される永久磁石型発電機３の絶縁された第１および第２の３相巻線の出力端子にリアクトルを接続し、それぞれの交流より得られる直流出力を並列接続して外部に出力する分散電源用発電装置において、第１の３相巻線はリアクトルを経て３相全波整流回路に接続し、第２の３相巻線は各相毎にリアクトルを経て倍電圧整流回路に接続することを特徴とする分散電源用発電装置の整流回路である。
【００１５】
さらに、本発明は、前記第２の３相巻線は各相絶縁された巻線で構成し、前記各相倍電圧整流回路は、ダイオードのアノード側とカソード側が直列に接続される直列ダイオードと、コンデンサが直列に接続される直列コンデンサが並列に接続されて前記各相倍電圧整流回路を構成し、該直列ダイオードの中点に該各相絶縁された巻線の一方から前記リアクトルを経て接続され、該直列コンデンサの中点には前記各相絶縁された巻線の他方が接続されることを特徴とする前記［００１４］記載の分散電源用発電装置の整流回路である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の分散電源用発電装置の整流回路においては、出力する電力が小さいために細い巻線での構成が可能な第２の３相巻線は、リアクトルを経て各相が倍電圧整流回路に接続されるために、風車回転数Ｎが低いときでも従来例と同様にバッテリ１３に充電できる第２の３相巻線の誘起電圧を従来例の１/（２√３）にすることができ、しかも電流が不平衡とならない。
従って、第２の３相巻線の絶縁耐圧を強化する必要が無いので、分散電源用発電装置の価格を下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
風車又は水車により駆動される永久磁石型発電機３の絶縁された第１および第２の３相巻線の出力端子にリアクトルを接続し、それぞれの交流より得られる直流出力を並列接続して外部に出力する分散電源用発電装置において、第１の３相巻線はリアクトルを経て３相全波整流回路に接続し、第２の３相巻線は各相毎にリアクトルを経て倍電圧整流回路に接続し、その各相の倍電圧整流回路の直流出力端子を直列に接続して前記３相全波整流回路に並列接続することを特徴とする分散電源用発電装置の整流回路である。
【実施例１】
【００１８】
図1は、本発明を風車に適用した場合であり、風車により駆動される分散電源用発電装置の主回路結線図である。
同図において、１７は第１のダイオード、１８は第２のダイオード、１９は直列ダイオード回路、８２は第２の３相巻線Ｕ相出力端子、８３は第２のＶ相出力端子、８４は第２のＷ相出力端子、７１は第１の倍電圧整流回路、７２は第２の倍電圧整流回路、７４は第３の倍電圧整流回路であり、図５と同一番号は同一構成部品を表す。
以下、図１について説明する。
【００１９】
第１の３相巻線の交流出力は、従来例と同様に、第１の３相巻線出力端子８１、リアクトル４および３相全波整流回路６１を経てバッテリ１３に出力される。ここで、３相全波整流回路６１を用いているので、第１の３相巻線は相電圧の√３倍でバッテリ１３に充電できる。
第２の３相巻線は、第２の３相巻線Ｕ相出力端子８２、Ｖ相出力端子８３、およびＷ相出力端子８４より、リアクトル５および直流側が直列に接続される第１、第２、第３の倍電圧整流回路７１、７２、７３を経てバッテリ１３に出力される。
【００２０】
第１の倍電圧整流回路７１は、第１のダイオード１７のアノード側と第２のダイオード１８のカソード側が直列に接続される直列ダイオード回路１９と、コンデンサが直列に接続される直列コンデンサ回路１６が並列に接続されて整流回路を構成する。直列ダイオード回路１９の中点に第２の３相巻線Ｕ相出力端子８２の一方からリアクトル５を経て接続され、直列コンデンサ１６の中点には第２の３相巻線Ｕ相出力端子８２の他方が接続される。直列コンデンサ１６の各コンデンサには相電圧の＋側、またはー側において交互に充電されるので、第１の倍電圧整流回路７１は相電圧の倍で充電される。
ここで、第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５のそれぞれの直流電圧は、コンデンサ容量の大小によって電圧脈動の小大があるが、バッテリ１３の電圧の半分に充電される。さらに、特に図示しないが、本発明の第２の３相巻線には、従来例と異なり平衡した電流が流れる。
【００２１】
第２の倍電圧整流回路７２、第３の倍電圧整流回路７３も同様に構成される。第１、第２、第３の倍電圧整流回路７１、７２、７３が直列に接続されることにより、第２の３相巻線は合計で各相誘起電圧の６倍の電圧を発生することと等価になる。従って、例えば第１の３相巻線と第２の３相巻線の各相巻数と等しい場合は、第２の３相巻線からの出力は第１の３相巻線と比べて風車回転数Ｎ１の１/（２√３）の回転数からバッテリ１３に充電を開始することになる。
【００２２】
さらに第２の巻線の巻数が、第１の巻線の巻数の１/√３倍の場合は、１/（２√３）×√３＝１/２となり、図２における風車回転数Ｎ２が風車回転数Ｎ１の１／２で充電可能な電圧となり、この分散電源用発電装置は図３における風車回転数Ｎ１の１／２でバッテリ１３に充電を開始することになる。そして第２の巻線の絶縁耐圧は第１の巻線の１/√３倍に抑えることができる。
【００２３】
図１の本発明の実施例では、永久磁石型発電機３の巻線が２種類の場合で説明したが、３種類の巻線として、低い風車回転数から充電を開始する巻線に倍電圧整流回路を接続する方法も可能である。
このように構成することにより、分散電源用発電装置２のバッテリ１３等の定電圧源への出力を、２巻線の場合よりも風車の最大出力曲線Ｐｔに近づけることができるので、風からより多くのエネルギーを取得できる。
【００２４】
また、本発明で用いるリアクトルは、飽和リアクトルとしたり、タップ付きとすることで、風車出力特性により一致するような微調整が可能である。
さらに、図１におけるリアクトル４は、永久磁石型発電機３内のインダクタンスが設計段階で把握できれば、省略することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の分散電源用発電装置の整流回路によれば、永久磁石型発電機内の低い風車回転数から充電を開始する巻線の絶縁耐圧を、高い風車回転数から充電を開始する巻線の絶縁耐圧の半分以下にすることができるので、安価な分散電源用発電装置の整流回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例であり、分散電源用発電装置の整流回路を説明するための図である。
【図２】先願出願の分散電源用発電装置の永久磁石型発電機の第２の３相巻線に、流れる電流を説明するための図である。
【図３】先願出願が対象とする分散電源用発電装置の風車回転数対風車出力特性図である。
【図４】風速をパラメータとした時の、風車回転数対風車出力特性の概要を説明する図である。
【図５】先願出願の分散電源用発電装置の主回路結線図である。
【符号の説明】
【００２７】
１              風車
２              分散電源用発電装置
３              永久磁石型発電機
４              第１のリアクトル
５              第２のリアクトル
６１            ３相全波整流回路
６２            単相全波整流回路
７１            第１の倍電圧整流回路
７２            第２の倍電圧整流回路
７３            第３の倍電圧整流回路
７４            ２倍昇圧回路
８１            第１の３相巻線出力端子
８２            第２の３相巻線Ｕ相出力端子
８３            第２の３相巻線Ｖ相出力端子
８４            第２の３相巻線Ｗ相出力端子
８５            第２の３相巻線出力端子
１１            正側出力端子
１２            負側出力端子
１３            バッテリ
１４            第１のコンデンサ
１５            第２のコンデンサ
１６            直列コンデンサ回路
１７            第１のダイオード
１８            第２のダイオード
１９            直列ダイオード回路
【図１】
2010119194.tif 000003
【図２】
2010119194.tif 000004
【図３】
2010119194.tif 000005
【図４】
2010119194.tif 000006
【図５】
2010119194.tif 000007