(57)【要約】【課題】ＰＷＭコンバータ無しで風力より最大出力を得るために多種類の巻線を有する永久磁石型発電機を用いた分散電源用発電装置においては、低風速または風車の起動性能が悪い場合に風車が起動しないという問題があった。【解決手段】風車により駆動されて、異なる誘起電圧実効値を発生する複数の巻線により構成される永久磁石型発電機の交流出力を、個別のリアクトルを経て個別の整流器により整流し、該個別の整流器の直流出力を加算して外部に出力する分散電源用発電装置の主回路において、前記複数の巻線の中で巻数の少ない巻線の巻線間に励磁コイルを持った接触器を設け、前記複数の巻線の中で巻数の少ない巻線の巻線間に励磁コイルを持った接触器を設け、前記風車の風車回転数が上昇し、前記複数の巻線の中で巻数の少ない巻線の誘起電圧がある値を超えると、前記複数の巻線の中で巻数の多い巻線を短絡する接触器を有するものである。【選択図】図１
2010148201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車により駆動されて、異なる誘起電圧実効値を発生する複数の巻線により構成される永久磁石型発電機の交流出力を、個別のリアクトルを経て個別の整流器により整流し、該個別の整流器の直流出力を加算して外部に出力する分散電源用発電装置の主回路において、該複数の巻線の中で巻数の少ない巻線の巻線間に励磁コイルを持った接触器を設け、該風車の風車回転数が上昇し、前記複数の巻線の中で巻数の少ない巻線の誘起電圧がある値を超えると、前記複数の巻線の中で巻数の多い巻線を短絡する接触器を有することを特徴とする分散電源用発電装置の主回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車により駆動される永久磁石型発電機から、風速の値に関わらず、風より風車が得ることができる概略の最大出力を取り出す風力用発電装置の主回路に関し、特に、永久磁石型発電機よりＰＷＭコンバータを用いずに定電圧電源への充電を行う分散電源用発電装置の主回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は先に、風車に接続された永久磁石型発電機より、ＰＷＭコンバータを用いずに交流を直流に変換して概略の最大出力を取り出すために、永久磁石型発電機の異なる誘起電圧を発生する複数の巻線の交流出力端子に各リアクトルを経て直列に各整流器を接続し、これらの整流器の直流出力を並列接続して外部に出力する風力用発電装置について提案している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
かかる先願技術を、図８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８において、１は先願技術の分散電源用発電装置、２は永久磁石型発電機、４１，４２は第１および第２のリアクトル、５１，５２は第１および第２の整流器、１０は風車、１１は正側出力端子、１２は負側出力端子、１３はバッテリである。
図７においては、永久磁石型発電機２は、２種類の巻数を有し、３相の場合を示している。
【０００４】
図８において、永久磁石型発電機２の巻数が少ないために誘起電圧実効値の低い第１の巻線の交流出力端子Ｗ１は、第１のリアクトル４１に接続され、さらに第１の整流器５１に接続される。
巻数が多い第２の巻線の交流出力端子Ｗ２は、第２のリアクトル４２に接続され、さらに第２の整流器５２に接続される。
上記第１、第２の整流器５１，５２の各々の直流側は、正側出力端子１１及び負側出力端子１２に並列接続され、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１より、概略の風車最大出力を得る方法を以下に示す。
図７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７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７に示す最大出力曲線Ｐｔのようになる。
すなわち、図７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、風速Ｕｙの風車出力曲線と最大出力曲線との交点Ｓｙに示すように、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７の最大出力曲線の見方を変えると、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２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。実際には、永久磁石型発電機２の入力と風車最大出力とを一致させるという表現が好ましいが、この特許明細書では、永久磁石型発電機２を含む分散電源用発電装置１の損失は無視して説明する。
【０００７】
図６は、先願技術が対象とする分散電源用発電装置１の直流出力をバッテリ等の定電圧電源に接続した場合の説明図であり、分散電源用発電装置１の永久磁石型発電機２の第１、第２の巻線の各出力は、各巻線の誘起電圧実効値の違い、及び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のために、図６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２内の第１および第２の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。
しかし、風車回転数Ｎが上昇して、Ｎ２付近になると、第２の巻線の発生電圧がバッテリ電圧Ｖｂ以上になるので、第２の巻線に電流が流れ始め、風車回転数Ｎの上昇と共に電流が上昇し、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の巻線の内部インダクタンスおよび第２のリアクトル４２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。
第１の巻線については、さらに回転数Ｎが上昇することにより出力が取れ始めるが、第１の巻線の内部インダクタンスおよび第１のリアクトル４１が小さいために大きな出力が取れる。
【０００９】
図５は、先願が対象とする分散電源用発電装置のバッテリ等の定電圧源への出力を示す図である。
永久磁石型発電機２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は近似出力曲線Ｐｓとなる。
【特許文献１】特開２００４−６４９２８号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
風車は、通常、大きな慣性モーメントを有する。また、低風速地域、例えば市街地に設置される直線翼垂直軸型風車は風向に対して無指向性であるが、プロペラ形風車に比べて自己始動特性が悪い。このような条件がある風車においては、低風速下においては、風車１０が加速しづらく、出力が実際に取り出せる状態になり難いという問題がある。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、主として、その目的とするところは、低風速時においても風車１０を加速させて、永久磁石型発電機よりＰＷＭコンバータを用いずに定電圧電源への充電を行う分散電源用発電装置の主回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
従って、本発明では、風車により駆動されて、異なる誘起電圧実効値を発生する複数の巻線により構成される永久磁石型発電機の交流出力を、個別のリアクトルを経て個別の整流器により整流し、該個別の整流器の直流出力を加算して外部に出力する風力用発電装置の主回路において、前記複数の巻線の中で巻数の少ない巻線の巻線間に励磁コイルを持った接触器を設け、前記複数の巻数の多い巻線の出力回路を前記接触器により開閉するものである。
【発明の効果】
【００１３】
風車１０が加速していかない場合、上記巻数の多い巻線の出力回路は開放されており、風車１０は無負荷の状態で回転し、風車１０より出力は得ることができないが、風車１０は加速のし易い状態となる。ある程度の風速により、風車１０が加速して安定して回る場合には、風車回転数の上昇に伴い、上記巻数の少ない巻線の誘起電圧が上昇し、上記巻線の少ない巻線の巻線間に設けている励磁コイルに電流が流れ、上記接触器を短絡することにより、風車１０より出力を得ることが可能となる分散電源用発電装置の主回路を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明では、風車により駆動されて、異なる誘起電圧実効値を発生する複数の巻線により構成される永久磁石型発電機の交流出力を、個別のリアクトルを経て個別の整流器により整流し、該個別の整流器の直流出力を加算して外部に出力する分散電源用発電装置の主回路において、前記複数の巻線の中で巻数の少ない巻線の巻線間に励磁コイルを持った接触器を設け、前記風車１０の回転の上昇により、前記複数の巻線の中で巻数の少ない巻線の誘起電圧の上昇により、該誘起電圧値がある値を超えると、巻線間の励磁コイルに電流が流れ、前記巻数の多い巻線の出力回路を短絡する接触器を接続するものである。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の、風車より直流出力を得る分散電源用発電装置の主回路を説明するための図である。また図１は、単相の場合を示すものである。
同図において、６は励磁コイルを持った接触器、７は励磁コイル、８は接点、図８と同一番号は同一構成部品を表す。
以下、図１について、本発明における原理を説明した図２〜図４を参照しつつ説明する。
【００１６】
巻数の少ない第１の巻線Ｗ１の交流出力端子には、巻線間に励磁コイル７が接続され、次に第１のリアクトル４１が直列に接続され、さらに第１の整流器５１が接続される。巻数の多い第２の交流出力端子には、接点８が接続され、次に第２のリアクトル４２が直列に接続され、さらに整流器５２が接続される。
【００１７】
風速が低い場合、風車１０は回転数が低く、風車に接続される永久磁石型発電機２の回転数が低く、内蔵されている巻数の少ない第１の巻線Ｗ１に接続される励磁コイル７における誘起電圧が低く、接点８は開放されている。
このとき、風車１０は無負荷状態で回転している状態となり、風車１０より出力を取り出すことができないものの、風車は起動し易い状態にある。また、低い風速の場合でも、風を受け続けると、加速し易い状態となる。
【００１８】
図４に示すように、風速が上昇し、安定に風車１０が加速され、回転数が上昇すると、巻数の少ない第１の巻線Ｗ１の誘起電圧が上昇し、ある一定以上の誘起電圧値となると、巻線間に接続される励磁コイル７に、励磁電流が流れ、接点８を短絡する。
接点８が短絡すると、巻数の多い巻線Ｗ２の出力回路が短絡され、風車１０より出力を得ることができるようになる。第２の巻線Ｗ２の発生電圧がバッテリ電圧Ｖｂ以上となると、第２の巻線に発電電流が流れ始め、第２の巻線による出力は図３のＰ２´のようになる。
【００１９】
さらに風速が上昇すると、巻数の少ない巻線Ｗ１の発生電圧が出力側のバッテリ電圧Ｖｂ以上となり、第１の巻線に発電電流が流れ始め、風車回転数Ｎの上昇と共に電流が上昇し、第１の巻線による出力は図３のＰ１のようになる。
【００２０】
このように励磁コイル７を持った接触器６の開放により、風車を無負荷状態とし、風車の起動を容易にするとともに、風車回転数の上昇により、接点８を短絡することで、風車より、図２に示す最大出力曲線Ｐｔに沿った近似出力曲線Ｐｓ´を取り出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
以上、本発明の実施例では、単相の場合について説明したが、本発明の風力発電の整流回路は、単相に係らず、３相等の他の相数でも適用可能である。また、風車に限らずさらに、風車に限らず容量の異なる小型水車に接続して、出力を取り出す装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の、風車により駆動される分散電源用発電装置の主回路を説明するための図である。
【図２】本願が対象とする分散電源用発電装置のバッテリ等の定電圧源への出力を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施例における各巻線の出力を説明するための図である。
【図４】本発明の誘起電圧と接触器の開放、短絡の動作を説明する図である。
【図５】先願が対象とする分散電源用発電装置のバッテリ等の定電圧源への出力を説明するための図である。
【図６】先願が対象とする分散電源用発電装置の各巻線の出力を説明するための図である。
【図７】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８】先願の分散電源用発電装置の主回路図である。
【符号の説明】
【００２３】
１              分散電源用発電装置
２              永久磁石型発電機
３１、３２      発電機出力端子
４１、４２      第１、第２のリアクトル
５１、５２      第１、第２の整流器
６              励磁コイルを持った接触器
７              励磁コイル
８              接点
１０            風車
１１            正側出力端子
１２            負側出力端子
１３            バッテリ
【図１】
2010148201.tif 000003
【図２】
2010148201.tif 000004
【図３】
2010148201.tif 000005
【図４】
2010148201.tif 000006
【図５】
2010148201.tif 000007
【図６】
2010148201.tif 000008
【図７】
2010148201.tif 000009
【図８】
2010148201.tif 000010