(57)【要約】【課題】  回転電機において発電効率を向上させること。【解決手段】  実施形態によれば、回転電機の制御装置は、第１のロータと、前記第１のロータと磁気的に結合するように前記第１のロータの周囲に複数配置され、当該第１のロータの回転に応じて増速される複数の第２のロータと、前記複数の第２のロータの内周側にそれぞれ配置され、当該第２のロータの回転数に応じた電力を発生する複数の発電機とを有する回転電機の制御装置において、総発電出力指令が最大出力に対してＰ％（但し、０％＜Ｐ＜１００％）の値を示すとき、個々の発電機に対する個別発電機出力指令が一律に個々の発電機の最大出力に対するＰ％の値を示すよう設定する手段を具備する。【選択図】図６
2014053996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のロータと、前記第１のロータと磁気的に結合するように前記第１のロータの周囲に複数配置され、当該第１のロータの回転に応じて増速される複数の第２のロータと、前記複数の第２のロータの内周側にそれぞれ配置され、当該第２のロータの回転数に応じた電力を発生する複数の発電機とを有する回転電機の制御装置において、
総発電出力指令が最大出力に対してＰ％（但し、０％＜Ｐ＜１００％）の値を示すとき、個々の発電機に対する個別発電機出力指令が一律に個々の発電機の最大出力に対するＰ％の値を示すよう設定する手段を具備することを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項２】
第１のロータと、前記第１のロータと磁気的に結合するように前記第１のロータの周囲に複数配置され、当該第１のロータの回転に応じて増速される複数の第２のロータと、前記複数の第２のロータの内周側にそれぞれ配置され、当該第２のロータの回転数に応じた電力を発生する複数の発電機とを有する回転電機の制御装置において、
総発電出力指令が最大出力に対して１００％未満の所与の値を示すとき、個々の発電機に対する個別発電機出力指令が、出力総和が前記所与の値を超えない範囲で可能な限り多くの台数分だけ最大出力の出力値を示し、最大出力としない発電機については可能な限り多くの台数分だけ停止させる出力値を示し、かつ、残りの発電機については出力総和が前記所与の値となるような出力値を示すよう設定する手段を具備することを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項３】
第１のロータと、前記第１のロータと磁気的に結合するように前記第１のロータの周囲に複数配置され、当該第１のロータの回転に応じて増速される複数の第２のロータと、前記複数の第２のロータの内周側にそれぞれ配置され、当該第２のロータの回転数に応じた電力を発生する複数の発電機とを有する回転電機の制御装置において、
総発電出力指令が最大出力に対して１００％未満の所与の値を示すとき、個々の発電機に対する個別発電機出力指令が、出力総和が前記所与の値を超えない範囲で可能な限り多くの台数分だけ、各発電機の電力変換効率が最高効率となる出力値を示し、それ以外の発電機については可能な限り多くの台数分だけ停止させる出力値を示し、かつ、残りの発電機については出力総和が前記所与の値となるような出力値を示すよう設定する手段を具備することを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項４】
第１のロータと、前記第１のロータと磁気的に結合するように前記第１のロータの周囲に複数配置され、当該第１のロータの回転に応じて増速される複数の第２のロータと、前記複数の第２のロータの内周側にそれぞれ配置され、当該第２のロータの回転数に応じた電力を発生する複数の発電機とを有する回転電機の制御装置において、
個々の発電機の発電効率と運転条件との関係を示す情報を記憶する効率情報記憶手段と、
総発電出力指令が最大出力に対して１００％未満の出力値を示すとき、前記効率情報記憶手段に記憶される情報に基づき、個々の発電機に対する個別発電機出力指令が、総発電効率が最大となるような出力値を示すよう設定する手段と
を具備することを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項５】
第１のロータと、前記第１のロータと磁気的に結合するように前記第１のロータの周囲に複数配置され、当該第１のロータの回転に応じて増速される複数の第２のロータと、前記複数の第２のロータの内周側にそれぞれ配置され、当該第２のロータの回転数に応じた電力を発生する複数の発電機とを有する回転電機の制御装置において、
個々の発電機の故障頻度を左右する稼働状態量を計測する稼働状態量計測手段と、
前記稼働状態量計測手段で計測された個々の発電機の稼働状態量が可能な限り均一になるように、出力を停止もしくは出力量を低下させる発電機が選択されるよう設定する手段と
を具備することを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置を備えたことを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項６に記載の回転電機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、回転電機の制御装置、回転電機、および風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量発電機などの回転電機において、発電機体格は発電機の回転数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りタービン翼によって得られた回転エネルギーを直接発電機に伝達する場合には発電機体格が大型となる傾向にある。
【０００３】
発電機の体格を小型にするためタービン翼と発電機の間に機械式増速機を配置して、発電機の回転数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を増速する回転電機も提案されている。
【０００４】
従来、磁気ウォームギアを用いた回転電機は、タービン翼を配置する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。小ロータの外周面には永久磁石により形成された螺旋状の磁極をＮ極、Ｓ極交互に配置しており、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。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ており、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数が増速され、小ロータ内の発電機において発電を行う。
【０００５】
この磁気ウォームギアでは大ロータと小ロータが機械的に非接触であるため磁気力の伝達効率が高く、保守性の面でも機械式増速機に比べ利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
自然エネルギーを利用したタービン発電装置では、エネルギー源となる風力・潮力・波力などの流速に応じて発電可能な発電出力が決まるため、常に一定の発電出力で発電できるわけではない。また、発電機の発電効率は発電出力に応じて変化し、全ての発電出力において最高効率で運転できるわけではない。このようなシステムでは、発電出力が変動すると、効率悪化すなわち損失の増大を招くことになり、発電装置としての総発電量を最大化することができなくなる。
【０００８】
発明が解決しようとする課題は、発電効率を向上させることが可能な回転電機の制御装置、回転電機、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】
【０００９】
実施形態によれば、回転電機の制御装置は、第１のロータと、前記第１のロータと磁気的に結合するように前記第１のロータの周囲に複数配置され、当該第１のロータの回転に応じて増速される複数の第２のロータと、前記複数の第２のロータの内周側にそれぞれ配置され、当該第２のロータの回転数に応じた電力を発生する複数の発電機とを有する回転電機の制御装置において、総発電出力指令が最大出力に対してＰ％（但し、０％＜Ｐ＜１００％）の値を示すとき、個々の発電機に対する個別発電機出力指令が一律に個々の発電機の最大出力に対するＰ％の値を示すよう設定する手段を具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】回転電機に備えられる発電制御システムの構成の一例を示す図。
【図７】上位発電制御部の機能構成の一例を示すブロック図。
【図８】個別発電制御部、変換器、発電機に関わる構成の一例を示す図。
【図９】個別発電制御部の機能構成の一例を示すブロック図。
【図１０】風速に対する発電出力が風速に応じて決定される特性を示す図。
【図１１】第１の実施形態の個別発電出力計算部による設定の具体例を示す図。
【図１２】第２の実施形態の個別発電出力計算部による設定の具体例を示す図。
【図１３】第３の実施形態の個別発電出力計算部による設定の具体例を示す図。
【図１４】第４の実施形態における発電機の効率を表したマップの一例を示す図。
【図１５】第５の実施形態における上位発電制御部の構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
最初に、図１乃至図１１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１０は、後述する他の実施形態にも適用される。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
以下、回転電機１００の発電出力を制御する手法について説明する。
【００２８】
図６は、回転電機１００に備えられる発電制御システムの構成の一例を示す図である。
【００２９】
図６において、上位発電制御部４０は、発電制御システムの総発電出力指令に基づいて、個別発電制御部４１〜４Ｎへの発電出力指令を演算し、送信する。
【００３０】
個別発電制御部４１〜４Ｎは、発電出力指令１〜Ｎに基づいて、発電機３０１〜３０Ｎを駆動する変換器５１〜５Ｎを制御する。
【００３１】
発電機３０１〜３０Ｎは、変換器５１〜５Ｎによって電圧・電流が制御され、出力に見合ったトルクを出力する。
【００３２】
小ロータ２０１〜２０Ｎは、それぞれ、内周側に発電機３０１〜３０Ｎを備え、大ロータ１０と磁気ギアを介して磁気結合される。
【００３３】
図７は、上位発電制御部４０の機能構成の一例を示すブロック図である。
【００３４】
図７において、総発電出力計算部６１は、風速やピッチ角（ブレード傾き）などに基づいて、総発電出力を決定する。総発電出力計算部６１は、上位発電制御部４０のさらに上位の制御部（例えばウィンドファームコントローラなど）に搭載されることもあり、その場合、上位発電制御部４０への入力は総発電出力となる。
【００３５】
個別発電出力計算部６２は、総発電出力に基づいて、個々の発電機３０１〜３０Ｎの発電出力を計算し、それぞれを発電機出力指令１〜Ｎとして個々の発電機３０１〜３０Ｎへ送る。
【００３６】
図８は、個別発電制御部４１、変換器５１、発電機３０１に関わる構成の一例を示す図である。
【００３７】
図８において、電圧センサ７１は、変換器５１の直流母線電圧を計測して出力する。電流センサ７２は、発電機電流を計測して出力する。
【００３８】
図９は、個別発電制御部４１の機能構成の一例を示すブロック図である。
【００３９】
図９において、発電機トルク指令演算部８１は、発電機出力指令Ｐｒｅｆと発電機回転速度ωとから、式（１）のような演算により発電機トルク指令Ｔｒｅｆを算出する。
【００４０】
Ｔｒｅｆ＝Ｐｒｅｆ／ω      ・・・（１）
発電機回転速度ωは、例えば回転角度センサで計測された回転角度の微分によって演算することができる。
【００４１】
また、電流指令演算部８２は、発電機トルク指令Ｔｒｅｆに基づいて、対応する発電機の電流指令を決定する。電流指令は、電流振幅Ｉｒｅｆ電流位相θｒｅｆで表されるのが一般的であるが、電流位相は固定値として、発電機トルク指令Ｔｒｅｆに応じて電流振幅Ｉｒｅｆのみを決定する場合もある。例として、式（２）のようにトルク係数Ｋｔで表される。
【００４２】
Ｉｒｅｆ＝ＫｔＴｒｅｆ      ・・・（２）
電流制御部８３は、電流指令Ｉｒｅｆと発電機電流応答Ｉｒｅｓとから電圧指令Ｖｒｅｆを算出する。発電機電流応答Ｉｒｅｓと電圧指令Ｖｒｅｆは、一般的には、３相交流量であり、電流指令Ｉｒｅｆは直流量であるため、必要に応じてｄｑ／３相変換などのような変換を用いる場合が多い。
【００４３】
変換器駆動指令演算部８４は、電圧指令ＶｒｅｆをＰＷＭ変調し、変換器に内蔵されているパワー素子のスイッチング信号である変換器駆動信号を生成する。
【００４４】
これにより、図８の変換器５１は、直流母線と発電機側交流線との間でパワー素子のスイッチングによる交直変換を行う。
【００４５】
以上のように構成される発電制御システムにおいて、風速に対する発電出力は、一般的に図１０に示されるように風速に応じて決定される。決定方法は、風速対出力値のテーブル（対応表データ）を使用してもよいし、数値演算で決定してもよい。
【００４６】
このとき、発電制御装置の最大出力ＷＧＭＡＸは個々の発電機を全て最大出力Ｗｍｘで制御した時の総和になり、式（３）で表される。
【００４７】
ＷＧＭＡＸ＝ΣＷｍｘ      ・・・（３）
ここで、ｘ＝１，２，３，・・・，Ｎ（但し、Ｎ＝発電機台数）
個別発電出力計算部６２は、総発電出力指令ＷＧｒｅｆ＝ＷＧＭＡＸのときには個別発電機出力指令Ｗｇｘｒｅｆ＝Ｗｍｘとするが、ＷＧｒｅｆ＜ＷＧＭＡＸの場合には、個別発電機出力指令の配分方法が装置コストや発電効率の観点から重要となる。
【００４８】
そこで、本実施形態では、発電出力係数ＫＰを式（４）のように決める。
【００４９】
ＫＰ＝ＷＧｒｅｆ／ＷＧＭＡＸ      ・・・（４）
発電出力係数ＫＰを用いて、個別発電機出力指令を、一律に、式（５）のように決める。
【００５０】
Ｗｇｘｒｅｆ＝ＫＰＷｍｘ      ・・・（５）
Ｗｍｘは発電機の設計時に決まる値であり装置固有値であるから、このように決めることにより、式（４）および式（５）のように非常に簡単な演算により発電出力係数ＫＰから個別発電機出力指令を決めることができる。
【００５１】
すなわち、個別発電出力計算部６２は、総発電出力指令が最大出力に対してＰ％（但し、０％＜Ｐ＜１００％）の値を示すとき、個々の発電機に対する個別発電機出力指令が一律に個々の発電機の最大出力に対するＰ％の値を示すよう設定する。
【００５２】
例えば、図１１に示されるように、発電機が全１０台で、総発電出力指令が最大出力に対して７０％の値を示すとき、個別発電出力計算部６２は、個々の発電機に対する個別発電機出力指令が、一律に、個々の発電機の最大出力に対する７０％の値を示すよう設定する。
【００５３】
第１の実施形態によれば、個別発電出力計算部６２では、個別発電機出力指令値を演算する演算装置として安価な演算器を採用することができるため、装置コストの低減や演算時間の短縮といった効果を得ることが可能となる。
【００５４】
（第２の実施形態）
次に、図１乃至図１０を参照しつつ、図１２を参照して、第２の実施形態を説明する。
【００５５】
本実施形態では、ＷＧｒｅｆ＜ＷＧＭＡＸのとき、個別発電出力計算部６２における個別発電機出力指令値を以下のように決める。
【００５６】
まず、各発電機での最大出力Ｗｍｘに基づき、発電機駆動台数ｎ（ｎは整数）を式（６）を満たすように決める。
【００５７】
ｎＷｍｘ≦ＷＧｒｅｆ＜（ｎ＋１）Ｗｍｘ      ・・・（６）
ｎは、駆動する発電機ｎ台を全て最大出力Ｗｍｘで駆動した時、総出力がＷＧｒｅｆを超えない最大の値である。式（６）に従うことにより、可能な限り多くの発電機を最大出力で駆動することになる。
【００５８】
さらに、発電を休止すなわち発電出力指令Ｗｇｘｒｅｆ＝０とする発電機駆動台数ｑ（ｑは整数）を式（７）のように決める。
【００５９】
ｑ＝Ｎ−ｎ−１      ・・・（７）
式（７）のように決めることにより、最大出力で駆動する発電機以外の発電機は、１台を除き、全て発電出力指令Ｗｇｘｒｅｆ＝０で運転することになり、可能な限り多くの発電機を休止することができる。
【００６０】
上記のように発電機出力指令を決めた時、残りの１台については式（８）のように発電出力指令を決める。
【００６１】
Ｗｇｘｒｅｆ＝ＷＧｒｅｆ−ｎＷｍｘ      ・・・（８）
以上のように個別発電機出力指令値を決めることにより、各発電出力指令値の総和である総発電出力を指令値通りのＷＧｒｅｆとすることができる上、可能な限り多くの発電機を最大出力で駆動し、可能な限り多くの発電機の発電を休止することができる。
【００６２】
すなわち、個別発電出力計算部６２は、総発電出力指令が最大出力に対して１００％未満の所与の値を示すとき、個々の発電機に対する個別発電機出力指令が、出力総和が前記所与の値を超えない範囲で可能な限り多くの台数分だけ最大出力の出力値を示し、最大出力としない発電機については可能な限り多くの台数分だけ停止させる出力値を示し、かつ、残りの発電機については出力総和が前記所与の値となるような出力値を示すよう設定する。
【００６３】
例えば、図１２に示されるように、発電機が全１０台で、総発電出力指令が最大出力に対して７５％の値を示すとき、個別発電出力計算部６２は、個々の発電機に対する個別発電機出力指令が、７台分だけ最大出力の出力値を示し、２台分だけ停止させる０％の出力値を示し、かつ、残りの発電機１台分については５０％の出力値を示すよう設定する。
【００６４】
一般に、発電機は、最大出力のときに効率が高くなるように設計される場合が多い。また、発電出力≠０、すなわち発電動作時には、発電機の電流によって発電機および変換器双方で損失が生じ、効率の悪化を招く。しかし、第２の実施形態のように構成することにより、可能な限り多くの発電機で発電出力＝０とすることができ、発電機電流による損失を抑えることができるだけでなく、可能な限り多くの発電機で、高効率となる最大出力で駆動することができ、損失の発生を可能な限り抑えることができるといった効果を得ることが可能となる。
【００６５】
（第３の実施形態）
次に、図１乃至図１０を参照しつつ、図１３を参照して、第３の実施形態を説明する。
【００６６】
本実施形態では、ＷＧｒｅｆ＜ＷＧＭＡＸのとき、個別発電出力計算部６２における個別発電機出力指令値を以下のように決める。
【００６７】
まず、各発電機において最高効率となる出力Ｗｅｘに基づき、発電機駆動台数ｎ（ｎは整数）を式（９）を満たすように決める。
【００６８】
ｎＷｅｘ≦ＷＧｒｅｆ＜（ｎ＋１）Ｗｅｘ      ・・・（９）
ｎは、発電機ｎ台を全て最高効率出力Ｗｅｘで駆動した時、総出力がＷＧｒｅｆを超えない最大の値である。式（９）に従うことにより、可能な限り多くの発電機を最高効率出力で駆動することになる。
【００６９】
ここで、Ｎ−１≦ｎのときは、発電を休止する発電機が１台でもあると総出力がＷＧｒｅｆに満たないことを意味する。そこで、Ｎ台中ｐ台を最大出力で駆動することとして式（１０）を満たすｐを決め、
（Ｎ−ｐ）Ｗｅｘ＋ｐＷｍｘ≦ＷＧｒｅｆ＜（ｎ−ｐ−１）Ｗｅｘ＋（ｐ＋１）Ｗｍｘ
・・・（１０）
ｎ’＝ｎ−ｐ−１として、最高効率出力で駆動する発電機をｎ’台、最大出力で駆動する発電機をｐ台とし、残る１台の出力指令を式（１１）のように決める。
【００７０】
Ｗｇｘｒｅｆ＝ＷＧｒｅｆ−ｎ’Ｗｅｘ−ｐＷｍｘ      ・・・（１１）
なお、上記の場合には、ｐ＝０の場合も含まれる。
【００７１】
ｎ＜Ｎ−１の場合には、第２の実施形態と同様に式（７）に従って休止する発電機台数ｑ（ｑは整数）を決め、残りの１台の発電機出力指令を式（１２）に従って決めればよい。
【００７２】
Ｗｇｘｒｅｆ＝ＷＧｒｅｆ−ｎＷｅｘ      ・・・（１２）
以上のように個別発電機出力指令値を決めることにより、各発電出力指令値の総和である総発電出力を指令値通りのＷＧｒｅｆとすることができる上、可能な限り多くの発電機を最高効率が出る出力で駆動し、可能な限り多くの発電機の発電を休止することができる。
【００７３】
すなわち、個別発電出力計算部６２は、総発電出力指令が最大出力に対して１００％未満の所与の値を示すとき、個々の発電機に対する個別発電機出力指令が、出力総和が前記所与の値を超えない範囲で可能な限り多くの台数分だけ、各発電機の電力変換効率が最高効率となる出力値を示し、それ以外の発電機については可能な限り多くの台数分だけ停止させる出力値を示し、かつ、残りの発電機については出力総和が前記所与の値となるような出力値を示すよう設定する。
【００７４】
例えば、図１３に示されるように、発電機が全１０台で、総発電出力指令が最大出力に対して６５％の値を示すとき、個別発電出力計算部６２は、個々の発電機に対する個別発電機出力指令が、７台分だけ、各発電機の電力変換効率が最高効率となる９０％の出力値を示し、２台分だけ停止させる０％の出力値を示し、かつ、残りの発電機１台分については２０％の出力値を示すよう設定する。
【００７５】
一般に、発電機は、最も効率が高くなる出力＝最大出力でない場合もある。このような設計の場合には第２の実施形態の構成では総発電効率が最適になるとは限らない。しかし、第３の実施形態のように構成することにより、可能な限り多くの発電機で発電出力＝０とすることができ、発電機電流による損失を抑えることができるだけでなく、可能な限り多くの発電機で、最高効率となる出力で駆動することができ、損失の発生を可能な限り抑えることができるといった効果を得ることが可能となる。
【００７６】
なお、本実施形態に記載の効率の考え方として、発電機単体での効率を採用することも可能であるし、発電機と変換器の総合効率を採用することも可能である。変換器単体の効率が発電機単体の効率よりも比較的悪い場合には後者を採用するのが望ましいと言える。
【００７７】
（第４の実施形態）
次に、図１乃至図１０を参照しつつ、図１４を参照して、第４の実施形態を説明する。
【００７８】
本実施形態では、ＷＧｒｅｆ＜ＷＧＭＡＸのとき、個別発電出力計算部６２における個別発電機出力指令値を以下のように決める。
【００７９】
まず、一般的に発電機の効率は図１４に示すようなマップで表せる。第２および第３の実施形態に記載の構成では、最大出力または最高効率出力で駆動する発電機の台数を可能な限り多くすることにより損失の発生を可能な限り抑制しているが、所望の発電出力指令ＷＧｒｅｆを出力するために、最大出力または最高効率出力、またはゼロ出力（発電休止）の出力指令とならない、いわば調整用として０〜１００％の範囲で出力指令が計算される発電機が１台だけ存在する。このとき、この１台の効率が、最大出力での効率もしくは最高効率から著しく低い場合、この１台によって総合効率が悪化することになり、損失の発生を可能な限り低減していることにならない場合がある。
【００８０】
そこで、本実施形態では、図１４のような発電機効率マップをテーブル化したデータ群を記憶する記憶媒体を備え、このデータ群から効率値を参照して、総発電効率が最大となるよう個別発電機出力指令値を決定する。
【００８１】
決定方法としては、例えば、第３の実施形態の決定方法で休止する発電機台数を決定した後、駆動する発電機ｎ台全てを最高効率出力で運転した時の、総出力と出力指令値との差を式（１３）のように計算し、
ΔＷ＝ＷＧｒｅｆ−ｎＷｅｘ      ・・・（１３）
各発電出力指令値を式（１４）のように決める。
【００８２】
Ｗｇｘｒｅｆ＝Ｗｅｘ＋ΔＷ／ｎ      ・・・（１４）
すなわち、個別発電出力計算部６２は、総発電出力指令が最大出力に対して１００％未満の出力値を示すとき、前記データ群に基づき、個々の発電機に対する個別発電機出力指令が、総発電効率が最大となるような出力値を示すよう設定する。
【００８３】
式（１４）のように決めることにより、駆動する個別発電機出力指令は均一に最高効率出力からΔＷ／ｎだけ外れた出力値になるが、図１４の発電機効率マップをみてもわかるように、最高効率点から出力値が離れるほど効率は悪化するので、１台のみ著しく効率が低減するのを防止することができ、損失低減を可能な限り抑制することができるという効果が得られる。
【００８４】
また、別の方法として、例えば繰返し計算を行うことより個別発電機出力指令を少しずつ変更しながら総合効率を計算し、これが最高となるよう発電機出力指令を決めるようにしてもよい。この場合、計算アルゴリズムは複雑になる可能性があるが、式（１４）のように決める方法よりもさらに損失を低減できる。
【００８５】
（第５の実施形態）
次に、図１乃至図１０を参照しつつ、図１５を参照して、第５の実施形態を説明する。
【００８６】
第２、第３および第４の実施形態に記載の方法により、簡単な構成で総発電効率を向上させることができるが、発電機および変換器の故障間隔ＭＴＢＦ（Mean Time Before Failure）の観点から、発電を休止する発電機や発電量を調整する発電機を選択した方がよい場合がある。
【００８７】
図１５に本実施形態における上位発電制御部４０の構成を示す。
【００８８】
稼働状態量計算部６１は、発電機の故障頻度を左右する稼働状態量を計算する。図１５では、発電機出力指令を入力とし、発電機の累積稼働時間や累積発電量などを計算する。故障頻度を表す尺度の一つであるＭＴＢＦはこれらの数値に左右されることが多いからである。
【００８９】
個別発電出力計算部６２は、これらの稼働状態量から、休止する発電機や出力を調整する発電機を選択する。例えば累積稼働時間を用いる場合、全発電機の平均累積稼働時間と比べて高い累積稼働時間の発電機があれば、その発電機を休止させるよう選択する。
【００９０】
また、累積発電量を用いる場合も、全発電機の平均累積発電量と比べて高い累積発電量の発電機があれば、その発電機を休止もしくは出力を低下させるよう選択する。
【００９１】
第５の実施形態によれば、各発電機および変換機の故障間隔を可能な限り均一化することができ、メンテナンス間隔の延長やメンテナンス効率の向上、ひいては発電装置の稼働時間延長、総発電量の増大といった効果を得ることが可能となる。
【００９２】
以上詳述したように、各実施形態によれば、回転電機において発電効率を向上させることが可能となる。
【００９３】
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】
【００９４】
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、２０，２０１〜２０Ｎ…小ロータ、２１…軸、３０，３０１〜３０Ｎ…発電機、４０…上位発電制御部、４１〜４Ｎ…個別発電制御部、５１〜５Ｎ…変換器、６１…総発電出力計算部、６２…個別発電出力計算部、７１…電圧センサ、７２…電流センサ、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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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