(57)【要約】【課題】振動現象、横流現象等の発生を抑制することができ、安定した運転を継続できるようにすること。【解決手段】実施形態によれば、回転電機１００は、原動機に接続される第１のロータ１０と、第１のロータ１０に磁気的に結合される複数の第２のロータ２０と、複数の第２のロータ２０にそれぞれ接続される複数の発電機３０Ａ〜３０Ｆと当該複数の発電機３０Ａ〜３０Ｆにそれぞれ接続される複数の電力変換手段５１Ａ〜５１Ｆとを含む複数の電気回路とを具備し、電気回路間の特性のばらつきが抑制されるように構成もしくは制御される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機に接続される第１のロータと、
前記第１のロータに磁気的に結合される複数の第２のロータと、
前記複数の第２のロータにそれぞれ接続される複数の発電機と当該複数の発電機にそれぞれ接続される複数の電力変換手段とを含む複数の電気回路とを具備し、
電気回路間の特性のばらつきが抑制されるように構成もしくは制御されることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
各第２のロータを前記第１のロータよりも高速に回転させる磁気ウォームギアが構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
各発電機は各第２のロータの内部に配置され、各発電機の回転子は各発電機の固定子の外周に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記原動機の諸量もしくは前記第１のロータの諸量を計測する第１の諸量計測手段と、
各発電機の諸量もしくは各第２のロータの諸量をそれぞれ計測する第２の諸量計測手段と、
前記第１の諸量計測手段により計測される諸量と、前記第２の諸量計測手段により計測される諸量とに基づき、各電力変換手段への制御指令値を決定し、当該制御指令値を用いて各電力変換手段を制御する制御手段と
を更に具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項５】
前記制御手段は、各電力変換手段を個別に制御する複数の制御部を有することを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
【請求項６】
各電力変換手段は、各発電機から出力される電力を交流から直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換手段と、前記ＡＣ／ＤＣ変換手段から出力される電力を蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段からの電力を直流から交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換手段とを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項７】
各電力変換手段は、各発電機から出力される電力を交流から直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換手段と、前記ＡＣ／ＤＣ変換手段から出力される電力を蓄電する蓄電手段とを含み、
各蓄電手段からの電力を直流から交流に変換する単一のＤＣ／ＡＣ変換手段を更に具備することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項８】
各電力変換手段は、各発電機から出力される電力を交流から直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換手段と、前記ＡＣ／ＤＣ変換手段から出力される電力を蓄電する蓄電手段とを含み、
各蓄電手段からの電力を直流から交流に変換する複数のＤＣ／ＡＣ変換手段を更に具備し、前記ＤＣ／ＡＣ変換手段の数量は、前記ＡＣ／ＤＣ変換手段の数量の約数であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項９】
各発電機が略等間隔で配置され、各発電機と各ＡＣ／ＤＣ変換手段とを接続する各導体の長さが略等しいことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項１０】
各発電機が略等間隔で配置され、各ＡＣ／ＤＣ変換手段が略等間隔で配置され、各発電機と各ＡＣ／ＤＣ変換手段とを接続する各導体の長さが略等しく、且つ、各ＡＣ／ＤＣ変換手段と各蓄電手段とを接続する各導体の長さが略等しいことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、各電力変換手段を個別に制御する単一の制御部を有することを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、各電力変換手段への制御指令値を決定する単一の制御部と、前記制御部により決定される各電力変換手段への制御指令値を用いて各電力変換手段を個別に制御する複数の制御部とを有することを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記原動機の諸量と各電力変換手段の諸量とに基づき、各電力変換手段への制御指令値を決定することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の発電装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の発電装置を用いて風力から電力を生成することを特徴とする風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発電装置および風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機などの回転電機の寸法は、ほぼ、回転速度に反比例することが知られている。風力、潮力、波力などの自然エネルギーを動力源とした回転電機では、タービン翼などの原動機により自然エネルギーを回転エネルギーに変換するが、回転速度は低速である。そのため、原動機の回転力を直結された発電機に伝達する場合、発電機の回転速度も低速となり、発電機が大型になる傾向がある。発電機を小型化するため、原動機と発電機の間に機械式増速ギアを配置して、発電機の回転速度を増速する方式が一般的であるが、磁気ウォームギアを用いて発電機の回転速度を増速させる回転電機も提案されている。
【０００３】
磁気ウォームギアを用いた回転電機には、原動機の回転軸にトロイド状の大ロータを設け、大ロータの同一円周上に大ロータの回転軸に対して直角方向を軸とした小ロータを単数または複数配置した構成のものがある。この場合、小ロータの外周面に永久磁石により形成された螺旋状の磁極をＮ極、Ｓ極交互に配置し、小ロータの磁極間隔に応じて磁気的に結合するように大ロータの周面に永久磁石を配置して磁極を形成している。また、小ロータの内径側には独立したアウターロータ方式永久磁石発電機などの発電機が配置され、大ロータが回転すると小ロータが大ロータの磁極数と小ロータのギア条数で決まるギア比で小ロータの回転速度が増速され、小ロータ内の発電機において発電が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】英国特許出願公開第２４６３１０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
大ロータと複数の小ロータとが磁気的に結合し、大ロータのトルクが複数の小ロータに伝達される回転電機の場合、大ロータと複数の小ロータとの位置関係や位相差の変化に伴って伝達トルクが変化する。位置関係や位相差によっては、伝達トルクがゼロになる場合や逆方向になる場合もある。
【０００６】
例えばある小ロータ内の第１の発電機と別の小ロータ内の第２の発電機との間に特性の差があると、第１の発電機の第１の回転子と第２の発電機の第２の回転子との間に角度の差が生じる。そのため、第１の回転子に結合された小ロータと第２の回転子に結合された小ロータと間にも角度の差が生じる。その結果、第１の回転子に伝達されるトルクと第２の回転子に伝達されるトルクとの間にも差が生じ、第１の発電機と第２の発電機とが異なる状態で運転されることになる。運転状態の差が大きいと、発電機間で電力の授受が生じ、発電機間で振動現象が発生したり、発電機間で過電流が流れる横流現象が発生したりする可能性がある。
【０００７】
また、第１の発電機と第２の発電機の特性との間に特性の差がない場合でも、第１の発電機とこれに接続されるＡＣ／ＤＣ変換部との間の導体の長さと、第２の発電機とこれに接続されるＡＣ／ＤＣ変換部との間の導体の長さとに、差がある場合など、各導体のインピーダンスの差により各発電機の運転状態に差が生じ、更に、小ロータ間で角度の差が生じ、伝達トルクに差が生じる可能性がある。伝達トルクに差が生じると、発電機間に特性の差がある場合と同様、発電機間で電力の授受が生じ、振動現象が発生したり、横流現象が発生したりする可能性がある。更に、伝達トルクの変動が大きく、発電機の同期化トルクよりも伝達トルクが小さくなる場合には、磁気歯車が空回りする状態となり、運転を継続することができなくなる。
【０００８】
磁力の強い永久磁石を用いたり、永久磁石の量を増やしたりすることにより、空回りを防ぐことは可能であるが、磁気ウォームギアが大型化、重量化し、装置全体が大きくなる問題がある。特に、風力発電の場合には、ナセル内の限られた空間に磁気ウォームギアを設置することが難しくなると共に、タワーの強度を増やさなければならない等の問題が生じる。また、磁力を強くしても、大ロータと小ロータとの位置関係や位相差の変化による伝達トルクの変化を無くすことはできず、振動現象や横流現象を防ぐことは難しい。
【０００９】
発明が解決しようとする課題は、振動現象、横流現象等の発生を抑制することができ、安定した運転を継続することが可能な発電装置および風力発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態によれば、発電装置は、原動機に接続される第１のロータと、前記第１のロータに磁気的に結合される複数の第２のロータと、前記複数の第２のロータにそれぞれ接続される複数の発電機と当該複数の発電機にそれぞれ接続される複数の電力変換手段とを含む複数の電気回路とを具備し、電気回路間の特性のばらつきに伴う発電機出力のばらつきが抑制されるように構成もしくは制御される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】各実施形態に共通する風力発電システムの概略構成の一例を示す斜視図。
【図２】図１の風力発電システムにおけるナセルの内部構成の一例を示す概念図。
【図３】図２中に示されるナセルの中に設置される回転電機の構造の一例を示す斜視図。
【図４】図３中の面Ａにて回転電機を切断した部分を小ロータの軸方向から見た場合の断面の概略形状を示す断面図。
【図５】小ロータの外周面に永久磁石により螺旋状の磁極がＮ極，Ｓ極交互に配置されるよう形成された構成を説明するための概念図。
【図６】第１の実施形態に係る発電装置の電気回路等の構成の一例を示す図。
【図７】第２の実施形態に係る発電装置の電気回路等の構成の一例を示す図。
【図８】図７の構成の変形例を示す図。
【図９】第３の実施形態に係る発電装置の電気回路等の構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
最初に、図１乃至図６を参照して、第１の実施形態について説明する。なお、これらの図のうち、図１乃至図５は、後述する他の実施形態にも適用される。
【００１４】
図１は、第１の実施形態に係る風力発電システムの概略構成の一例を示す斜視図である。また、図２は、図１の風力発電システムにおけるナセルの内部構成の一例を示す概念図である。
【００１５】
図１に示される風力発電システムは、主な要素として、ナセル１、風車翼２、およびタワー３を備えている。
【００１６】
ナセル１は、タワー３の頂部に取り付けられ、図２に示されるように、回転電機１００を収容するほか、回転電機１００に搭載された発電機から発生される電力の電圧や周波数を他の電圧や周波数に変換する電力変換部１０１などを収容している。電力変換部１０１により変換された後の電力は、ケーブルＣを通じてタワー３の内側を通り、下方へ導かれる。
【００１７】
なお、電力変換部１０１は、ナセル１の内側に配置する代わりに、ナセル１の外側（例えば、地上）に配置してもよい。電力変換部１０１を例えば地上に配置する場合、上記発電機から発生される電力は、例えば、ケーブルＣを通じてタワー３の内側を通り、下方へ導かれ、地上にある電力変換部１０１へと導かれる。
【００１８】
風車翼２は、当該風力発電システムにおける原動機に相当するものであり、ナセル１内の回転電機１００の回転軸１１に直結するよう取り付けられた翼軸（ブレード軸）２Ａと、この翼軸２Ａの周囲に取り付けられた複数の風車翼本体２Ｂとから成る。
【００１９】
タワー３は、地面に設置され、ナセル１を支持する。タワー３の内側には電力を伝達するケーブルＣが設けられている。ケーブルＣは、ナセル１側からタワー３の内側を通って下方に導かれ、地面近傍にてタワー３の外側へと導かれる。
【００２０】
このような構成において、風力により風車翼２が回転すると、その回転力が風車翼２の翼軸２Ａからナセル１内に設置された回転電機１００の回転軸１１へと伝わり、回転電機１００に搭載された発電機により発電が行なわれる。回転電機１００の発電機から発生した電力は、電力変換部１０１により変換された後、ケーブルＣを通じてナセル１からタワー３を通り、タワー３の外側へ送り出される。
【００２１】
図３は、図２中に示されるナセル１の中に設置される回転電機１００の構造の一例を示す斜視図である。
【００２２】
図３に示されるように、回転電機１００は、トロイド状のロータ１０（以下、「大ロータ１０」と称す）と、大ロータ１０の外周側に離間して配置される１つ又は複数の円筒状のロータ２０（以下、「小ロータ２０」と称す）と、小ロータ２０の内径側に配置される、例えばアウターロータ方式永久磁石発電機３０（以下、「発電機３０」と称す）とを有する。発電機３０は、永久磁石を備えた回転子およびコイルを備えた固定子により構成され、回転子は固定子の外周に配置される。
【００２３】
なお、発電機３０は、アウターロータ方式に限らず、別の方式を採用しても構わない。また、発電機３０は、小ロータ２０の内径側に配置する代わりに、例えば小ロータ２０の側面に配置してもよく、また、その際に小ロータ２０の外周面よりも内側に位置するように配置してもよい。
【００２４】
大ロータ１０は、図３に示されるように、風車翼２の翼軸２Ａに直結する回転軸１１と支持部材１２とを備え、回転軸１１を中心に回転するように構成されている。なお、支持部材１２の形状は、図３の例示されるような形状に限られない。すなわち、支持部材１２は、図３の例示されるように全面に渡って板状としたものに限られず、例えば、重量，通風を考慮し、途中に空洞を設けたものを採用してもよい。大ロータ１０の外周面は、小ロータ２０の外周面とのギャップを均等に保ちつつ小ロータ２０の半周分を取り囲むよう、半円環状（Ｕ字形状）を成している。小ロータ２０は、大ロータ１０の回転軸１１の方向に対して垂直方向を向いた軸２１を中心に回転するように構成されている。図３中の面Ａにて回転電機１００を切断した部分を小ロータ２０の軸方向から見た場合の断面の概略形状を図４に示す。図４に示されるように、大ロータ１０と小ロータ２０との間には、半円環状のギャップＧがある。
【００２５】
大ロータ１０および小ロータ２０は、それぞれの外周面に永久磁石を備え、磁気ウォームギアを構成している。すなわち、大ロータ１０の外周面には低速磁気歯車が形成され、小ロータ２０の外周面には高速磁気歯車が形成され、小ロータ２０の各々を大ロータ１０よりも高速に回転させる磁気ウォームギアが構成されている。具体的には、小ロータ２０の外周面には、図５に示されるように永久磁石５ａにより磁性材６ａにおいて螺旋状の磁極がＮ極，Ｓ極交互に配置されるよう形成されており、一方、大ロータ１０の外周面には、小ロータ２０の磁極間隔に応じて磁気的に結合するように、永久磁石５ｂにより磁性材６ｂにおいて磁極がＮ極，Ｓ極交互に配置されるよう形成されている。
【００２６】
少なくとも大ロータ１０と小ロータ２０とが磁気的に結合する領域においては、大ロータ１０の磁極間隔および磁極パターンの傾斜角度が、それぞれ、小ロータ２０の磁極間隔および磁極パターンの傾斜角度と略等しくなるように構成されていることが望ましい。
【００２７】
このような構成において、大ロータ１０が回転すると、大ロータ１０の磁極と小ロータ２０の磁極とが吸引または反発することにより、大ロータ１０の回転に追従して小ロータ２０が回転する。このとき、大ロータ１０の磁極数と小ロータ２０のギア条数とで決まるギア比で小ロータ２０の回転が増速され、小ロータ２０の回転数に応じた電力が発電機３０から発生する。
【００２８】
以下、回転電機１００および電力変換部１０１の電気回路等の構成例について説明する。
【００２９】
図６は、第１の実施形態に係る回転電機１００および電力変換部１０１の電気回路等の構成の一例を示す図である。
【００３０】
この図６では、回転電機１００を風車翼２側から見た様子が示されている。
【００３１】
風車翼２が支持部材１２を介して取り付けられた大ロータ１０は、例えば６台の小ロータ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆと磁気的に結合しており、大ロータ１０のトルクがこれらの小ロータ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆに伝達されるようになっている。
【００３２】
小ロータ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆは、それぞれ、個別の電気回路と共にＡ組，Ｂ組，Ｃ組，Ｄ組，Ｅ組，Ｆ組を構成している。特に、Ａ組，Ｂ組，Ｃ組，Ｄ組，Ｅ組，Ｆ組の各電気回路は、インピーダンス特性がほぼ等しくなるように構成されている。これにより、各組の間での特性のばらつきが抑制され、振動現象、横流現象等の発生が抑制される。
【００３３】
Ａ組の電気回路は、回転子４１Ａ、固定子４２Ａ、発電機端子４３Ａ、および導体４４Ａを有する発電機３０Ａのほか、電力変換手段を構成するＡＣ／ＤＣ変換部５１Ａ、導体５２Ａ、蓄電部５３Ａ、導体５４Ａ、およびＤＣ／ＡＣ変換部５５Ａを含む。
【００３４】
Ｂ組の電気回路は、回転子４１Ｂ、固定子４２Ｂ、発電機端子４３Ｂ、および導体４４Ｂを有する発電機３０Ｂのほか、電力変換手段を構成するＡＣ／ＤＣ変換部５１Ｂ、導体５２Ｂ、蓄電部５３Ｂ、導体５４Ｂ、およびＤＣ／ＡＣ変換部５５Ｂを含む。
【００３５】
Ｃ組の電気回路は、回転子４１Ｃ、固定子４２Ｃ、発電機端子４３Ｃ、および導体４４Ｃを有する発電機３０Ｃのほか、電力変換手段を構成するＡＣ／ＤＣ変換部５１Ｃ、導体５２Ｃ、蓄電部５３Ｃ、導体５４Ｃ、およびＤＣ／ＡＣ変換部５５Ｃを含む。
【００３６】
Ｄ組の電気回路は、回転子４１Ｄ、固定子４２Ｄ、発電機端子４３Ｄ、および導体４４Ｄを有する発電機３０Ｄのほか、電力変換手段を構成するＡＣ／ＤＣ変換部５１Ｄ、導体５２Ｄ、蓄電部５３Ｄ、導体５４Ｄ、およびＤＣ／ＡＣ変換部５５Ｄを含む。
【００３７】
Ｅ組の電気回路は、回転子４１Ｅ、固定子４２Ｅ、発電機端子４３Ｅ、および導体４４Ｅを有する発電機３０Ｅのほか、電力変換手段を構成するＡＣ／ＤＣ変換部５１Ｅ、導体５２Ｅ、蓄電部５３Ｅ、導体５４Ｅ、およびＤＣ／ＡＣ変換部５５Ｅを含む。
【００３８】
Ｆ組の電気回路は、回転子４１Ｆ、固定子４２Ｆ、発電機端子４３Ｆ、および導体４４Ｆを有する発電機３０Ｆのほか、電力変換手段を構成するＡＣ／ＤＣ変換部５１Ｆ、導体５２Ｆ、蓄電部５３Ｆ、導体５４Ｆ、およびＤＣ／ＡＣ変換部５５Ｆを含む。
【００３９】
ここで、Ａ組の機器構成および回路構成の詳細について説明する。
【００４０】
発電機３０Ａは、小ロータ２０Ａの内側に配置されている。発電機３０Ａは、回転子４１Ａを固定子４２Ａの外側に配置したアウターロータ型である。回転子４１Ａは、小ロータ２０Ａと機械的に結合されており、小ロータ２０Ａと同じ回転速度で回転する。
【００４１】
発電機３０Ａの固定子４２Ａには、電力を取り出すための発電機端子４３Ａが設けられている。発電機端子４３Ａは、導体４４Ａを介してＡＣ／ＤＣ変換部５１ＡのＡＣ側に接続されている。ＡＣ／ＤＣ変換部５１ＡのＤＣ側は、導体５２Ａを介して蓄電部５３Ａに接続されている。蓄電部５３Ａは、導体５４Ａを介してＤＣ／ＡＣ変換部５５ＡのＤＣ側に接続されている。これにより、発電機３０Ａから出力される電力がＡＣ／ＤＣ変換部５１Ａにより交流から直流に変換され、ＡＣ／ＤＣ変換部５１Ａから出力される電力が蓄電部５３Ａに蓄電され、蓄電部５３Ａからの電力がＤＣ／ＡＣ変換部５５Ａにより直流から交流に変換されて外部へ出力される。
【００４２】
なお、Ｂ組，Ｃ組，Ｄ組，Ｅ組，Ｆ組の機器構成および回路構成は、Ａ組の機器構成および回路構成と同一であり、各機器の位置関係も同一である。そのため、導体４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅ，４４Ｆの長さは略等しい。また、導体５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆの長さも略等しい。また、導体５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄ，５４Ｅ，５４Ｆの長さも略等しい。
【００４３】
また、発電機３０Ａから３０Ｆまでの数量、ＡＣ／ＤＣ変換部５１Ａから５１Ｆまでの数量は、３６０の約数である６台であり、各組の発電機およびＡＣ／ＤＣ変換部は、大ロータ１０の円周上に略等間隔で配置されている。なお、図６では、電気回路が６組の場合を例示したが、電気回路の数量はこれに限る必要はない。
【００４４】
第１の実施形態によれば、Ａ組，Ｂ組，Ｃ組，Ｄ組，Ｅ組，Ｆ組の各電気回路のインピーダンス特性が同一となるように構成されているので、発電機３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆのそれぞれの特性が同一であれば、小ロータ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆのそれぞれの角度も同一となり、発電機間の電力授受に伴う振動現象や横流現象の発生を抑制することができる。
【００４５】
（第２の実施形態）
次に、図１乃至図５を参照するとともに、図７および図８を参照して、第２の実施形態について説明する。以下では、第１の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４６】
第２の実施形態では、各組の電気回路が、各種の計測部や制御部を更に備えている。これらの機能により、かりにＡ組，Ｂ組，Ｃ組，Ｄ組，Ｅ組，Ｆ組の発電機特性や電気回路のインピーダンス特性に差が生じ、小ロータ間で角度に差が生じ、伝達トルクに差が生じたとしても、各組の間での特性のばらつきが抑制され、振動現象等の発生が抑制されるように制御される。
【００４７】
例えば図７に示されるように、Ａ組の電気回路においては、原動機諸量計測部６１Ａ、発電機諸量計測部７１Ａ、および制御部８１Ａが更に設けられている。
【００４８】
原動機諸量計測部６１Ａは、原動機である風車翼２の諸量（例えば風車翼２の回転速度）を計測する。
【００４９】
発電機諸量計測部７１Ａは、発電機３０Ａの諸量（例えば発電機３０Ａの電圧）を計測する。
【００５０】
制御部８１Ａは、原動機諸量計測部６１Ａにより計測される諸量と、発電機諸量計測部７１Ａにより計測される諸量とに基づき、ＡＣ／ＤＣ変換部５１Ａへの制御指令値を決定（算出）し、当該制御指令値を用いてＡＣ／ＤＣ変換部５１Ａを制御する。
【００５１】
以下に、制御部８１Ａによる制御方法の具体例を示す。
【００５２】
制御部８１Ａは、例えば原動機諸量計測部６１Ａにより計測される原動機回転速度の計測値と、大ロータ１０と小ロータ２０とのギア比とから、原動機回転速度の発電機側換算値を算出する。また、制御部８１Ａは、発電機諸量計測部７１Ａにより計測される発電機電圧の周波数から発電機回転速度を算出し、原動機回転速度の発電機側換算値と比較する。そして、制御部８１Ａは、発電機回転速度が原動機回転速度の発電機側換算値に一致するよう、ＡＣ／ＤＣ変換部５１Ａの出力周波数を制御する。
【００５３】
なお、Ｂ組，Ｃ組，Ｄ組，Ｅ組，Ｆ組の機器構成および回路構成は、Ａ組の機器構成および回路構成と同じであり、各機器の位置関係も同じである。そのため、Ａ組と同様、Ａ組，Ｂ組，Ｃ組，Ｄ組，Ｅ組，Ｆ組の電気回路にも、原動機諸量計測部６１Ａ、発電機諸量計測部７１Ａ、および制御部８１Ａと同じものが設けられる。
【００５４】
また、図７等では、各組に原動機諸量計測部（Ａ組では原動機諸量計測部６１Ａ）を設ける場合を例示したが、当該原動機諸量計測部は、全組に共通のものとして１台だけ設けるようにしてもよいし、あるいは複数組に共通のものとして複数台を設けるようにしてもよい。
【００５５】
また、上述の例では、原動機の諸量として、原動機回転速度を計測する場合を例示したが、計測する諸量は、これに限定されず、原動機の角速度や角度変化などの諸量であってもよく、また、原動機の回転速度、角速度、角度変化を算出することが可能な別の諸量であってもよい。また、原動機と大ロータとが結合されており、原動機の回転速度と大ロータの回転速度とが同一であれば、原動機の諸量の代わりに大ロータの諸量を計測するようにしてもよい。
【００５６】
また、上述の例では、発電機の諸量として発電機電圧を計測する例を記したが、計測する諸量は、これに限定されず、発電機の角速度や角度変化などの諸量であってもよく、また、発電機と小ロータが結合されており、発電機の回転速度と小ロータの回転速度とが同一であれば、発電機の諸量の代わりに小ロータの諸量を計測するようにしてもよい。
【００５７】
また、上述の例では、制御部の数量とＡＣ／ＤＣ変換部の数量とが同一で、各組の制御部が各組のＡＣ／ＤＣ変換部を個別に制御する場合を例示したが、１台の制御部またはＡＣ／ＤＣ変換部よりも少数の制御部で、順次、複数のＡＣ／ＤＣ変換部の制御指令値を算出して複数のＡＣ／ＤＣ変換部を制御するようにしてもよい。図８に、１台の制御部で複数のＡＣ／ＤＣ変換部を制御する場合の構成の一例を示す。
【００５８】
図８に示される制御部８１は、全組に共通のものとして１台だけ設けられる単一の制御部であり、例えば単一の原動機諸量計測部６１により計測される原動機回転速度の計測値と、大ロータ１０と小ロータ２０とのギア比とから、原動機回転速度の発電機側換算値を算出する。また、制御部８１は、Ａ組の発電機諸量計測部７１Ａにより計測される発電機電圧の周波数から発電機回転速度を算出し、原動機回転速度の発電機側換算値と比較する。そして、制御部８１は、Ａ組の発電機回転速度が原動機回転速度の発電機側換算値に一致するよう、Ａ組のＡＣ／ＤＣ変換部５１Ａの出力周波数を制御する。また、制御部８１は、Ｂ組，Ｃ組，Ｄ組，Ｅ組，Ｆ組についても同様の制御を行う。
【００５９】
なお、制御部８１を上位の制御手段として設けるとともに、更に下位の制御手段として図７に示したような制御部８１Ａ等を各組に設けるようにしてもよい。この場合、制御部８１が各組の電力変換手段への制御指令値を決定すると、例えば制御部８１Ａは、制御部８１により決定される制御指令値を用いてＡ組のＡＣ／ＤＣ変換部５１Ａを制御する。他の組においても同様な制御が行われる。
【００６０】
また、制御部８１は、各組の発電機諸量計測部により計測される発電機電圧の周波数から各組の発電機回転速度を算出する代わりに、例えば各組の発電機にレゾルバ等の角度検出装置や速度検出装置を取付け発電機回転速度を算出するようにしてもよい。
【００６１】
第２の実施形態によれば、各組の発電機の諸量もしくは小ロータの諸量を計測して、各組のＡＣ／ＤＣ変換部を個別に制御するため、かりに各組の発電機特性や電気回路のインピーダンス特性に差が生じ、小ロータ間で角度に差が生じ、伝達トルクに差が生じたとしても、個々のＡＣ／ＤＣ変換部を適宜制御することにより、発電機間で電力授受が発生することを抑制し、振動現象や横流現象が発生することを抑制することができる。また、大ロータと個々の小ロータとの位置関係を個別に制御することができるので、伝達トルクが過小となって磁気歯車が空回りすることを防ぐことができる。
【００６２】
（第３の実施形態）
次に、図１乃至図５を参照するとともに、図９を参照して、第３の実施形態について説明する。以下では、第１の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６３】
第３の実施形態では、各組にＤＣ／ＡＣ変換部が設けられるのではなく、全組に共通するＤＣ／ＡＣ変換部５５が１台だけ設けられる。また、各組の蓄電池もしくはＡＣ／ＤＣ変換部のＤＣ側は、共通の直流母線９０に接続されており、当該直流母線９０を介してＤＣ／ＡＣ変換部５５に接続される。
【００６４】
なお、図９の構成において、第２の実施形態の図７または図８で示した追加の構成を加えてもよい。この場合、第１の実施形態や第２の実施形態の場合と同様、各組のＡＣ／ＤＣ変換部を個別に制御することが可能である。
【００６５】
また、図９では、６台のＡＣ／ＤＣ変換部に対して１台のＤＣ／ＡＣ変換部を設ける場合を例示したが、ＡＣ／ＤＣ変換部の数量を６台に限定する必要はない。また、ＤＣ／ＡＣ変換部の数量を１台に限定する必要もない。ＤＣ／ＡＣ変換部の数量は、ＡＣ／ＤＣ変換手段の数量の約数であればよい。例えば、ＡＣ／ＤＣ変換部が３０台で、ＤＣ／ＡＣ変換部が３台で、１０台のＡＣ／ＤＣ変換部を１組として、１台のＤＣ／ＡＣ変換部に並列接続してもよく、更に、３台のＤＣ／ＡＣ変換部を並列接続してもよい。
【００６６】
また、ＡＣ／ＤＣ変換部およびＤＣ／ＡＣ変換部を並列接続する代わりに、ＡＣ／ＤＣ変換部およびＤＣ／ＡＣ変換部を直列接続するようにしてもよい。この場合、所望の電圧、電流が得られるようにＡＣ／ＤＣ変換部およびＤＣ／ＡＣ変換部を接続すればよい。
【００６７】
また、前述の例では、ＡＣ／ＤＣ変換部の数量と同数の蓄電部を設ける場合を例示したが、ＡＣ／ＤＣ変換部の数量と蓄電部の数量とが同数である必要はない。例えば、６台のＡＣ／ＤＣ変換部に対して蓄電部は１台でもよいし、ＡＣ／ＤＣ変換部の数量よりも多い数量でもよい。
【００６８】
第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるほか、ＤＣ／ＡＣ変換部等の要素の数量を減らすことができるため、装置のサイズやコストの低減を図ることが可能となる。
【００６９】
以上詳述したように、各実施形態によれば、振動現象等の発生を抑制することができ、安定した運転を継続することが可能となる。
【００７０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７１】
１…ナセル、２…風車翼、２Ａ…翼軸（ブレード軸）、２Ｂ…風車翼本体、３…タワー、５ａ，５ｂ…永久磁石、１０…大ロータ、１１…回転軸、１２…支持部材、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ…小ロータ、２１…軸、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ…発電機、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，４１Ｅ，４１Ｆ…回転子、４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｅ，４２Ｆ…固定子、４３Ａ，４３Ｂ，４Ｃ，４３Ｄ，４３Ｅ，４３Ｆ，…発電機端子、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅ，４４Ｆ…導体、５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ…ＡＣ／ＤＣ変換部、５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆ…導体、５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ，５３Ｅ，５３Ｆ…蓄電部、５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄ，５４Ｅ，５４Ｆ…導体、５５…ＤＣ／ＡＣ変換部、５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ，５５Ｄ，５５Ｅ，５５Ｆ…ＤＣ／ＡＣ変換部、６１…原動機諸量測定部、６１Ａ…原動機諸量測定部（Ａ組用）、７１Ａ…発電機諸量計測部（Ａ組用）、８１…制御部（全組共通用）、８１Ａ…制御部（Ａ組用）、９０…直流母線、１００…回転電機、１０１…電力変換部、Ｃ…ケーブル、Ｇ…ギャップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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