(57)【要約】【課題】入力である回転駆動力の大小にかかわらず系統周波数と同期した発電出力が得られる新規な同期型の発電装置を得ること。【解決手段】回転子巻線４は電気角で３６０°／２ｎの位置に配置されるｎ個のコイルで構成される。回転子６の軸端に直交して固定される配置面１０には１８０度の位相差を持つ２個の受光素子８のｎ組が配置される。複数の発光素子１０は固定配置面１２に略円形状に隙間無く配置され、系統周波数の１サイクル内に個々の点滅状態が一巡するように制御される。ｎ個の切替回路１１は１８０度の位相差を持つ２個の受光素子８の一方のオン動作に応じてｎ個のコイルを個別に選択して電流方向の切り替えを行う。これによって、回転子６の回転速度と同期速度との差分に応じてコイル電流の位相を進遅制御するようになっている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子の１極に対応する回転子の１極に配置される複数の回転子巻線を有する該回転子と、固定子巻線を有する該固定子とを備え、該回転子の回転により該固定子巻線から発電出力を得る発電装置において、
該固定子巻線に印加される電圧の単位時間あたりに進行する電気角と、該回転子の回転により、該回転子が有する磁極の単位時間あたりに進行する電気角との相対速度に応じ、該複数の回転子巻線を切り替える非接触の切替手段を備える、
ことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記複数の回転子巻線は、略１８０度を、前記回転子の１極に配置される該複数の回転子巻線の数で除した商の数の電気角の位相差を以って、該回転子の１極に物理的間隔をおいて配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記回転子は、前記回転子の１極に配置される前記複数の回転子巻線で構成される磁極を複数配置して構成されることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記非接触の切替手段は、前記固定子とともに静止して配置された適宜の形状の部材に略円形の第１の円周上に所定の物理角に渡り複数配置される発光素子と、
前記回転子とともに回転可能な適宜の形状の部材に、前記回転子の軸に対し略同心円の第２の円周上に該所定の物理角に渡り複数配置され、該発光素子の発光の照射を受けることが可能に対面し、前記複数の回転子巻線の１つの該回転子巻線に少なくとも２つのスイッチング素子及び受光素子が対応付けられて備えられている切替回路と、
を備えていることを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
【請求項５】
前記発光素子は、発光素子駆動部により選択された該発光素子のみが、消灯状態から、点灯状態、消灯状態と遷移し、複数の該発光素子が順次この動作を繰り返し、固定子巻線に印加される電圧の１波長間に電気角にして３６０度進行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】
前記切替回路は、前記回転子巻線毎に、
少なくとも１つの第１の前記スイッチング素子及び第１の前記受光素子を含み、前記第１の該受光素子がオン動作したとき前記第１の該スイッチング素子がオン動作して対応する該回転子巻線に一端側から他端側に向けて電流を流すように構成されている第１回路と、
少なくとも１つの第２の該スイッチング素子及び第２の該受光素子を含み、前記第２の該受光素子がオン動作したとき前記第２の該スイッチング素子がオン動作して対応する該回転子巻線に他端側から一端側に向けて電流を流すように構成されている第２回路と、
を備えていることを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
【請求項７】
前記発光素子の発光の照射を受けている前記受光素子が、前記回転子の回転速度の変動により、当該照射を受けている該受光素子から、前記第２の円周上の前記物理角の前後に配置される該受光素子へと該発光素子の照射位置が変動することにより、当該受光を受けていた該受光素子に対応付けて備えられる該回転子巻線の電流が遮断され、当該前後に配置される該受光素子に対応付けて備えられる該回転子巻線に電流が流れ、該回転子の発生する磁束の前記固定子に対する相対電気角が進相または遅相することを特徴とする請求項４乃至６に記載の発電装置。
【請求項８】
前記回転子巻線に流れる電流方向が逆転することにより、該回転子の発生する磁束の前記固定子に対する相対電気角が略１８０度進相または遅相することを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
【請求項９】
前記第１回路と前記第２回路は、それぞれ、対応する前記回転子巻線の両端子間に電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
【請求項１０】
前記第１回路と前記第２回路との直列回路が、対応する前記回転子巻線の両端子間に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
【請求項１１】
前記切替回路は、前記複数の回転子巻線の一つの該回転子巻線に対応付けられている前記第１回路と前記第２回路の一方における前記受光素子がオン動作して対応する該回転子巻線を導通状態に制御するとき、前記受光素子のオン動作に基づく電流を一方向性素子を介して他の該複数の回転子巻線それぞれにおいて対応する前記第１回路または前記第２回路の前記スイッチング素子に供給してオン動作させることを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
【請求項１２】
前記非接触の切替手段は、前記固定子とともに静止して配置された適宜の形状の部材に略円形の前記第１の円周上に所定の前記物理角に渡り複数配置される磁界発生手段と、
前記回転子とともに回転可能な適宜の形状の部材に、前記回転子の軸に対し略同心円の前記第２の円周上に所定の前記物理角に渡り複数配置され、該磁界発生手段が発生する磁界を受けることが可能に対面し、前記複数の回転子巻線の１つの該回転子巻線に少なくとも２つのスイッチング素子及びホール素子が対応付けられて備えられる切替回路と、
を備えていることを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
【請求項１３】
前記磁界発生手段は、磁界発生手段駆動部により選択された該磁界発生手段のみが、磁界発生停止状態から、磁界発生状態、磁界発生停止状態と遷移し、複数の該磁界発生手段が順次この動作を繰り返し、固定子巻線に印加される電圧の１波長間に電気角にして３６０度進行することを特徴とする請求項１２に記載の発電装置。
【請求項１４】
前記切替回路は、前記回転子巻線毎に、
少なくとも１つの第１の前記スイッチング素子及び第１の前記ホール素子を含み、前記第１の該ホール素子がオン動作したとき前記第１の該スイッチング素子がオン動作して対応する該回転子巻線に一端側から他端側に向けて電流を流すように構成されている第１回路と、
少なくとも１つの第２の該スイッチング素子及び第２の該ホール素子を含み、前記第２の該ホール素子がオン動作したとき前記第２の該スイッチング素子がオン動作して対応する該回転子巻線に他端側から一端側に向けて電流を流すように構成されている第２回路と、
を備えていることを特徴とする請求項１２に記載の発電装置。
【請求項１５】
前記磁界発生手段が発生する磁界を受けている前記ホール素子が、前記回転子の回転速度の変動により、当該発生磁界を受けている該ホール素子から、前記第２の円周上の前記物理角の前後に配置される該ホール素子へと該磁界発生手段の発生する磁界の位置が変動することにより、当該発生磁界を受けていた該ホール素子に対応付けて備えられる該回転子巻線の電流が遮断され、当該前後に配置される該ホール素子に対応付けて備えられる該回転子巻線に電流が流れ、該回転子の発生する磁束の前記固定子に対する相対電気角が進相または遅相することを特徴とする請求項１２乃至１４に記載の発電装置。
【請求項１６】
前記回転子巻線に流れる電流方向が逆転することにより、該回転子の発生する磁束の前記固定子に対する相対電気角が略１８０度進相または遅相することを特徴とする請求項１４に記載の発電装置。
【請求項１７】
前記第１回路と前記第２回路とは、それぞれ、対応する前記回転子巻線の両端子間に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の発電装置。
【請求項１８】
前記第１回路と前記第２回路との直列回路が、対応する前記回転子巻線の両端子間に接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の発電装置。
【請求項１９】
前記切替回路は、前記複数の回転子巻線の一つの該回転子巻線に対応付けられている前記第１回路と前記第２回路の一方における前記ホール素子がオン動作して対応する該回転子巻線を導通状態に制御するとき、前記ホール素子のオン動作に基づく電流を一方向性素子を介して他の該複数の回転子巻線それぞれにおいて対応する前記第１回路または前記第２回路の前記スイッチング素子に供給してオン動作させることを特徴とする請求項１４に記載の発電装置。
【請求項２０】
前記所定の物理角は、略３６０度を、前記回転子が有する磁極の数を２で除した商の数で除した商の数であることを特徴とする請求項４または１２に記載の発電装置。
【請求項２１】
前記切替回路により電流が遮断された前記回転子巻線に、遮断される直前に流れていた電流方向と、該切替回路により切り替えられ、電流が流れる該回転子巻線に流れる電流方向が逆であることを特徴とする請求項７または１５に記載の発電装置。
【請求項２２】
前記切替回路により電流が遮断された前記回転子巻線に、遮断される直前に流れていた電流方向と、該切替回路により切り替えられ、電流が流れる該回転子巻線に流れる電流方向が同一であることを特徴とする請求項７または１５に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水力発電や火力発電、風力発電等で用いられる発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、水力発電や火力発電の原理としては、水車やタービンの回転駆動力を交流発電機の回転子に伝え、この回転子の回転に基づき発電し、交流電力を出力するものである。この場合、発電機出力としての交流電力を得るためには、一定の周波数になること、定格を超えない電圧に調整されていること、さらには使用電力や送電線路の送電容量に応じた電流および位相が調整されること、等種々の調整制御が必要になる。このために例えば、発電機入力である水車やタービンの回転力を調整するため水量やガスの調整制御、すなわちガバナによる調整制御、原動機の羽根の角度調整等の種々の機械的調整や制御が必要になる。
【０００３】
一方、最近の趨勢として、小水力発電、風力発電などの小出力の発電装置（但し、風力発電は最近では大出力のものも出現している）も種々商品化されてきている。これは、自然環境下でのいわゆるクリーンなエネルギーを余すところなく電力に変えようとする動向に沿うものである。そして、これら小出力の発電装置にあってもガバナ等の装置や設備が必要となり保守点検も面倒となるが、さらにはこれらの発電装置では、回転駆動力を得るための風力等の強弱変化の影響をできるだけ少なくし、効率よくエネルギーを取得できるようにするには、前述の火力発電等と同等あるいはそれ以上に予め設置場所を厳密に選択するという必要も生ずる。
【０００４】
また、発電機である以上単独運転用のものを除き系統連系をする必要がある。この系統連系をする場合発電機出力を商用電源周波数に同期させる必要があるため、従来では、交流出力を一旦直流に変換しインバータによって商用交流電源に同期された交流を作成し、この交流を系統につなぐという方策を採っている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１５３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように大規模な発電プラントにあっても、あるいは小出力の発電装置にあっても設備コストの低減、装置の簡素化、係員による保守点検の軽減等のために発電機の本体である交流発電機以外の検出器、調整装置、制御装置、保護装置等極めて多く存在する装置や設備をできるだけ複合化して簡素化し、あるいはできれば除去することによって発電装置のスリム化を図りたいという要請がある。そして、このスリム化の要請に沿うことは、装置の小型化につながり、季節や時期によって、例えば、水量の豊富な時期、風の強い時期に簡便に設置して発電するという、簡便に設置や収納を可能とする発電装置の提供につながる。
【０００７】
また、風力発電等では、設置場所を厳密に選択してなるべく定常入力が得られるようにしているのが、仮に、回転駆動力に大きな変化があったとしてもその変化の影響を少なくして恒常的に発電出力が得られる発電装置を得たいという要請がある。
【０００８】
さらに、風力発電においては、強風時に回転駆動力を発電装置から切り離すことなく、風力エネルギーを発電にできるだけ利用したいという要請もある。
【０００９】
また、他の発電装置や送配電設備との系統連系を取る場合においては、同期を採る必要があることから、従来では、インバータが別途必要となって高価なものとなり、またインバータの利用に伴う交流−直流、あるいは直流−交流変換作用にて効率が低下するという問題があった。
【００１０】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、回転子は巻線付きとして回転始動の容易化を図るとともに、その回転子巻線に相互誘導によって流れる電流の向きを系統周波数などの商用周波数と同一の周波数に基づき切り替えるようにすることにより、入力である回転駆動力の大小にかかわらず系統周波数と同期した発電出力が得られる新規な同期型の発電装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するため、この発明にかかる発電装置は、固定子の１極に対応する回転子の１極に配置される複数の回転子巻線を有する該回転子と、固定子巻線を有する該固定子とを備え、該回転子の回転により該固定子巻線から発電出力を得る発電装置において、該固定子巻線に印加される電圧の単位時間あたりに進行する電気角と、該回転子の回転により、該回転子が有する磁極の単位時間あたりに進行する電気角との相対速度に応じ、該複数の回転子巻線を切り替える非接触の切替手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、非接触の切替手段によって、回転子が同期速度以外の速度で回転しているときでも、回転子が有する磁極の電気角の位相を進遅制御して同期発電を行うことができる。したがって、入力である回転駆動力の大小にかかわらず系統周波数と同期した発電出力が得られる新規な同期型の発電装置が得られる。この発電装置では、回転子は永久磁石を装備しないので、回転始動時は無負荷の状態であり、回転始動が容易になる。
【００１３】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記複数の回転子巻線は、略１８０度を、前記回転子の１極に配置される該複数の回転子巻線の数で除した商の数の電気角の位相差を以って、該回転子の１極に物理的間隔をおいて配置されることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、複数の回転子巻線の配置内容を定めることができる。
【００１５】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記回転子は、前記回転子の１極に配置される前記複数の回転子巻線で構成される磁極を複数配置して構成されることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、回転子の構成を定めることができる。
【００１７】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記非接触の切替手段は、前記固定子とともに静止して配置された適宜の形状の部材に略円形の第１の円周上に所定の物理角に渡り複数配置される発光素子と、前記回転子とともに回転可能な適宜の形状の部材に、前記回転子の軸に対し略同心円の第２の円周上に該所定の物理角に渡り複数配置され、該発光素子の発光の照射を受けることが可能に対面し、前記複数の回転子巻線の１つの該回転子巻線に少なくとも２つのスイッチング素子及び受光素子が対応付けられて備えられている切替回路とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、回転子と固定子との間を非接触で結合することができる。
【００１９】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記発光素子は、発光素子駆動部により選択された該発光素子のみが、消灯状態から、点灯状態、消灯状態と遷移し、複数の該発光素子が順次この動作を繰り返し、固定子巻線に印加される電圧の１波長間に電気角にして３６０度進行することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、固定子巻線に印加される電圧の１波長間における位相変化を個々の発光素子の点灯状態を移動させることで実現することができる。
【００２１】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記切替回路は、前記回転子巻線毎に、少なくとも１つの第１の前記スイッチング素子及び第１の前記受光素子を含み、前記第１の該受光素子がオン動作したとき前記第１の該スイッチング素子がオン動作して対応する該回転子巻線に一端側から他端側に向けて電流を流すように構成されている第１回路と、少なくとも１つの第２の該スイッチング素子及び第２の該受光素子を含み、前記第２の該受光素子がオン動作したとき前記第２の該スイッチング素子がオン動作して対応する該回転子巻線に他端側から一端側に向けて電流を流すように構成されている第２回路とを備えていることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、個々の回転子巻線に流れる電流の向きを一の方向または他の方向に切り替えることができる。
【００２３】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記発光素子の発光の照射を受けている前記受光素子が、前記回転子の回転速度の変動により、当該照射を受けている該受光素子から、前記第２の円周上の前記物理角の前後に配置される該受光素子へと該発光素子の照射位置が変動することにより、当該受光を受けていた該受光素子に対応付けて備えられる該回転子巻線の電流が遮断され、当該前後に配置される該受光素子に対応付けて備えられる該回転子巻線に電流が流れ、該回転子の発生する磁束の前記固定子に対する相対電気角が進相または遅相することを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、回転子の速度が変動する場合、発光素子によって選択される回転子巻線の切り替えが行われるので、回転子巻線に流れる電流の位相を進めたり、遅らせたりすることができる。
【００２５】
つぎの発明にかかる発電装置は、前記回転子巻線に流れる電流方向が逆転することにより、該回転子の発生する磁束の前記固定子に対する相対電気角が略１８０度進相または遅相することを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、回転子巻線に流れる電流の位相を略１８０度進相または遅相することができる。
【００２７】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記第１回路と前記第２回路は、それぞれ、対応する前記回転子巻線の両端子間に電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、個々の回転子巻線に流れる電流の向きを切り替えることができる。
【００２９】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記第１回路と前記第２回路との直列回路が、対応する前記回転子巻線の両端子間に接続されていることを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、個々の回転子巻線に流れる電流の向きを切り替えることができる。
【００３１】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記切替回路は、前記複数の回転子巻線の一つの該回転子巻線に対応付けられている前記第１回路と前記第２回路の一方における前記受光素子がオン動作して対応する該回転子巻線を導通状態に制御するとき、前記受光素子のオン動作に基づく電流を一方向性素子を介して他の該複数の回転子巻線それぞれにおいて対応する前記第１回路または前記第２回路の前記スイッチング素子に供給してオン動作させることを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、発光素子を別に用意することなく、主励磁の回転子巻線以外の回転子巻線にも電流を流すことができる。
【００３３】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記非接触の切替手段は、前記固定子とともに静止して配置された適宜の形状の部材に略円形の前記第１の円周上に所定の前記物理角に渡り複数配置される磁界発生手段と、前記回転子とともに回転可能な適宜の形状の部材に、前記回転子の軸に対し略同心円の前記第２の円周上に所定の前記物理角に渡り複数配置され、該磁界発生手段が発生する磁界を受けることが可能に対面し、前記複数の回転子巻線の１つの該回転子巻線に少なくとも２つのスイッチング素子及びホール素子が対応付けられて備えられる切替回路とを備えていることを特徴とする。
【００３４】
この発明によれば、回転子と回転子との間を非接触で結合することができる。
【００３５】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記磁界発生手段は、磁界発生手段駆動部により選択された該磁界発生手段のみが、磁界発生停止状態から、磁界発生状態、磁界発生停止状態と遷移し、複数の該磁界発生手段が順次この動作を繰り返し、固定子巻線に印加される電圧の１波長間に電気角にして３６０度進行することを特徴とする。
【００３６】
この発明によれば、固定子巻線に印加される電圧の１波長間における位相変化を個々の磁界発生手段の磁界発生状態を移動させることで実現することができる。
【００３７】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記切替回路は、前記回転子巻線毎に、少なくとも１つの第１の前記スイッチング素子及び第１の前記ホール素子を含み、前記第１の該ホール素子がオン動作したとき前記第１の該スイッチング素子がオン動作して対応する該回転子巻線に一端側から他端側に向けて電流を流すように構成されている第１回路と、少なくとも１つの第２の該スイッチング素子及び第２の該ホール素子を含み、前記第２の該ホール素子がオン動作したとき前記第２の該スイッチング素子がオン動作して対応する該回転子巻線に他端側から一端側に向けて電流を流すように構成されている第２回路とを備えていることを特徴とする。
【００３８】
この発明によれば、個々の回転子巻線に流れる電流の向きを一の方向または他の方向に切り替えることができる。
【００３９】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記磁界発生手段が発生する磁界を受けている前記ホール素子が、前記回転子の回転速度の変動により、当該発生磁界を受けている該ホール素子から、前記第２の円周上の前記物理角の前後に配置される該ホール素子へと該磁界発生手段の発生する磁界の位置が変動することにより、当該発生磁界を受けていた該ホール素子に対応付けて備えられる該回転子巻線の電流が遮断され、当該前後に配置される該ホール素子に対応付けて備えられる該回転子巻線に電流が流れ、該回転子の発生する磁束の前記固定子に対する相対電気角が進相または遅相することを特徴とする。
【００４０】
この発明によれば、回転子の速度が変動する場合、発光素子によって選択される回転子巻線の切り替えが行われるので、回転子巻線に流れる電流の位相を進めたり、遅らせたりすることができる。
【００４１】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記回転子巻線に流れる電流方向が逆転することにより、該回転子の発生する磁束の前記固定子に対する相対電気角が略１８０度進相または遅相することを特徴とする。
【００４２】
この発明によれば、回転子巻線に流れる電流の位相を略１８０度進相または遅相することができる。
【００４３】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記第１回路と前記第２回路とは、それぞれ、対応する前記回転子巻線の両端子間に電気的に接続されていることを特徴とする。
【００４４】
この発明によれば、個々の回転子巻線に流れる電流の向きを切り替えることができる。
【００４５】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記第１回路と前記第２回路との直列回路が、対応する前記回転子巻線の両端子間に接続されていることを特徴とする。
【００４６】
この発明によれば、個々の回転子巻線に流れる電流の向きを切り替えることができる。
【００４７】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記切替回路は、前記複数の回転子巻線の一つの該回転子巻線に対応付けられている前記第１回路と前記第２回路の一方における前記ホール素子がオン動作して対応する該回転子巻線を導通状態に制御するとき、前記ホール素子のオン動作に基づく電流を一方向性素子を介して他の該複数の回転子巻線それぞれにおいて対応する前記第１回路または前記第２回路の前記スイッチング素子に供給してオン動作させることを特徴とする。
【００４８】
この発明によれば、磁界発生手段を別に用意することなく、主励磁の回転子巻線以外の回転子巻線にも電流を流すことができる。
【００４９】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記所定の物理角は、略３６０度を、前記回転子が有する磁極の数を２で除した商の数で除した商の数であることを特徴とする。
【００５０】
この発明によれば、発光素子または磁界発生手段の配置内容を定めることができる。
【００５１】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記切替回路により電流が遮断された前記回転子巻線に、遮断される直前に流れていた電流方向と、該切替回路により切り替えられ、電流が流れる該回転子巻線に流れる電流方向が逆であることを特徴とする。
【００５２】
この発明によれば、回転子巻線に流れる電流の位相を進相または遅相することができる。
【００５３】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記切替回路により電流が遮断された前記回転子巻線に、遮断される直前に流れていた電流方向と、該切替回路により切り替えられ、電流が流れる該回転子巻線に流れる電流方向が同一であることを特徴とする。
【００５４】
この発明によれば、回転子巻線に流れる電流の位相を進相または遅相することができる。
【発明の効果】
【００５５】
この発明によれば、回転子巻線に相互誘導によって流れる電流の向きを系統周波数などの商用周波数と同一の周波数に基づき切り替えることができるので、回転始動が容易で、かつ入力である回転駆動力の大小にかかわらず系統周波数と同期した発電出力が得られるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下に、図面を参照して、この発明にかかる発電装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００５７】
実施の形態１.
図１は、この発明の実施の形態１である発電装置の簡略構成を示す図である。ここで、図１では、風力発電装置への適用例が示されている。この発電装置は、単独運転の発電装置としても系統連系の発電装置としても機能させることができる。なお、図１では、発電装置の構成をわかりやすく説明するため多少の変形を加え、あるいは模式的な構成として表示している。例えば、実際の発電装置では、回転子６が磁極片２２の内部に挿入される形で構成されるが、図１では、回転子６の概略構造を明確にするため磁極片２２と重ならないように表示している。
【００５８】
図１において、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの系統電源に接続される界磁巻線１が巻回された固定子鉄心２を有する固定子３に対して、回転子巻線４が実装された回転子鉄心５を有する回転子６が風車７を駆動源として回転自在に配置されている。そして、回転子６の軸端に円状に配置された複数の受光素子（例えばホトトランジスタ）８が回転子６と一体的に回転可能に配置され、受光素子８の配置面と適宜間隔離れて並行する対向面に発光素子（例えば発光ダイオード）９の複数個が円状に固定配置されている。
【００５９】
具体的に説明する。固定子３では、固定子鉄心２のヨーク２１の端は、磁極片２２をそれぞれ有する２極の界磁極を構成するとしている。界磁極としては、２極の構成だけでなく２の倍数の極数とすることもできる。また、界磁巻線１は、三相交流電源にも接続することができるので、界磁極として３極もしくは３の倍数の極数に構成することもできることは言うまでもない。
【００６０】
なお、図１に示す固定子鉄心２の形状は、実際に即した形状ではなく、説明の都合上、固定子鉄心２のヨーク２１の端を形成しているものとして示している。また、磁極片（界磁極）２２は、回転子６に合わせた形状とし、ヨーク２１は、磁極片２２を連結して界磁巻線１が巻回された構造として簡略図示している。
【００６１】
回転子６の軸６１に実装されている回転子巻線４は、軸６１の周方向に等しい間隔で配置され軸６１の軸線方向に直線状に形成されたスロット内にコイル辺４１を挿入した複数のコイル（型巻コイルや直巻コイル）で構成されている。そして、回転子６の軸６１端面には、配置面である板材（図示例では円板状）１０が振動や遠心力に耐え得るように強固に取り付けられている。この板材１０の面上には、受光素子８を有する切替回路１１の複数個が配置されている。回転子巻線４および切替回路１１の構成と接続関係は、後述する図３，図４に示すようになっている。
【００６２】
図２は、図１に示す複数の受光素子と複数の発光素子との関係および配置態様を説明する図である。図２に示すように、回転子６に固定される板材１０の面上には、複数の受光素子８が円状に略等間隔で配置されている。また、板材（図示例では円板状）１２は、固定配置され、板材１０の受光素子配置面と対面する面上には、複数の発光素子９が略同心円形状に隙間無く配置されている。
【００６３】
図２おいて、複数の受光素子８は、２ｎ個からなり、それらをＸ１〜ＸｎとＹ１〜Ｙｎとに分けると、対となる２組の受光素子「Ｘ１，Ｙ１」「Ｘ２，Ｙ２」〜「Ｘｎ，Ｙｎ」は、それぞれ、電気角で略１８０°離れた位置に配置されている。つまり、図１に示す切替回路１１は、１個の受光素子８を有するかのように示してあるが、実際には、それぞれ一対の受光素子８を有したｎ組からなり、それぞれ、一方の受光素子を含む切替回路（第１回路）と、他方の受光素子を含む切替回路（第２回路）とで構成されている。
【００６４】
そして、図１において、複数の発光素子９がそれぞれ接続される発光素子駆動部１３では、各発光素子９の点滅状態が界磁巻線１に印加される電圧の１波長（１サイクル）の期間において、一方向に３６０°／ｍ（ｍ＝１，２，・・）なる物理角を回転するように順次に点滅制御する回路を備えている。なお、ｍは、固定子３の磁極数に１／２を乗じた数である。すなわち、ｍ＝１は極数２、ｍ＝２は極数４、ｍ＝３は極数６である。したがって発光素子９の点滅状態は、２極の場合は、物理角で３６０度回転し、４極の場合には、物理角で１８０度回転する。この明細書では、理解を容易にするため、極数＝２の場合について説明する。
【００６５】
次に、図３−１〜図３−４を参照して基本構成部分について説明する。なお、図３−１は、図１に示す回転子巻線の基本構成を説明する概念図である。図３−２は、図１に示す回転子巻線の具体的構成例を説明する概念図である。図３−３は、図１に示す回転子巻線を流れる電流の向きを切り替える機構を説明する原理図である。図３−４は、図３−３に示す受光素子を有する２つの切替回路の具体例を示す回路図である。
【００６６】
図１に示す円筒型の回転子巻線４は、上述したように周方向に配置される多数のコイルで構成されるが、その周方向に配置される多数のコイルは、電気角で３６０°／２ｎの位置に配置される単一コイルのｎ個、または、単一コイルの複数個を一組とした組コイルのｎ個によって構成されている。
【００６７】
そして、ｎ個の単一コイル、または、ｎ個の組コイルは、それぞれ、図３−１に示すように、巻き方向が互いに逆向きである単位巻線４ａ，４ｂを電気角で１８０°離れた位置に配置し、一方の単位巻線４ａの巻き終わり端と他方の単位巻線４ｂの巻き始め端とを接続して１つのコイルとした構成となっている。
【００６８】
この構成によれば、２つの単位巻線４ａ、４ｂでは、互いに逆向きの電流が流れるので、例えば図３に示すように、一方の単位巻線４ａの巻き始め端４ｃから他方の単位巻線４ｂの巻き終わり端４ｄに向かう電流を流すと、一方の単位巻線４ａがＮ極を形成し、他方の単位巻線４ｂがＳ極を形成することになる。このように、回転子巻線４は、Ｎ極とＳ極を電気角で１８０度離れた位置に形成できるようになっている。なお、ここでは、上記のように構成される回転子巻線４の例えば巻き始め端の磁極を、以降、単に「回転子巻線４の磁極」ないしは「回転子６の磁極」という。
【００６９】
図３−１では、理解を容易にするため２極の場合を示すが、同様の考えで多極構成にするのが一般的である。次に、図３−２を参照して２極の場合の具体的な構成を説明する。図３−２は、電気角０度での固定子３と回転子６の位置関係を示している。図３−２において、回転子６の表面には、磁極片６２が一定間隔で設けられる。図示例では、固定子３の磁極幅内に磁極片６２が５本並ぶ関係となっている。接続状態は示してないが、回転子巻線＃１ａ，＃２ａ，＃３ａは、それぞれ、図３−１に示した単位巻線４ａに相当し、回転子巻線＃１ｂ，＃２ｂ，＃３ｂは、それぞれ、図３−１に示した単位巻線４ｂに相当している。各一対の回転子巻線は、１本の磁極片６２を間に挟んだ５本の磁極片６２を跨いで配置されている。このように、各回転子巻線は重ねて配置されている。そして、回転子巻線＃１ａ，＃２ａ，＃３ａが９本の磁極片６２を用いて配置される領域が例えばＮ極を形成する１極であり、回転子巻線＃１ｂ，＃２ｂ，＃３ｂが９本の磁極片６２を用いて配置される領域がＳ極を形成する１極である。回転子６の磁極は、一部が重複する形で形成される。なお、図３−２は、一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。
【００７０】
そして、図３−３、図３−４に示すように、２つの切替回路Ａ、Ｂを用いて回転子巻線４に流れる電流の向きを切り替えるようにすれば、電気角で１８０度の位相差を持って形成される磁極の極性をＮ→Ｓ、Ｓ→Ｎと交換できるようになる。以下、切替回路Ａ、Ｂの構成について説明する。
【００７１】
図３−３に示すように、図１に示す切替回路１１は、切替回路Ａと切替回路Ｂとで構成される。切替回路Ａは、一方の受光素子Ｘと、この受光素子Ｘの受光出力有無に応じてオン・オフ動作を行うスイッチ（ＳＷ）３１および電流方向を一方向に定めるダイオード３２の直列回路とで構成される。同様に、切替回路Ｂは、他方の受光素子Ｙと、この受光素子Ｙの受光出力有無に応じてオン・オフ動作を行うスイッチ（ＳＷ）３３および電流方向を一方向に定めるダイオード３４の直列回路とで構成される。なお、スイッチ（ＳＷ）３１、３３は、トランジスタ（バイポーラトランジスタ、ＦＥＴトランジスタ）やリレーにて構成されている。
【００７２】
図３−３において、略１８０度の位相差を有して回転移動する一対の受光素子Ｘ、Ｙは、固定配置される発光素子の投光を同時に受光することはなく、一方が受光しているときは他方は受光しない関係にある。その結果、切替回路Ａに依る閉回路と、切替回路Ｂに依る閉回路との一方が形成される。回転子巻線４には、界磁巻線１が形成する磁極によって誘導電流が流れるが。その電流の向きは、切替回路Ａに依る閉回路と切替回路Ｂに依る閉回路とで互いに逆向きになる。このように、切替回路Ａ，Ｂは、回転子巻線４を流れる電流の向きを切り替える動作を行うことができる。
【００７３】
図３−４では、スイッチ（ＳＷ）３１、３３をトランジスタで構成した場合の切替回路Ａ、Ｂの具体例が示されている。すなわち、図３−４において、切替回路Ａは、受光素子ＸとトランジスタＱ１とダイオードＤ１、Ｄ２とを備えている。受光素子Ｘのベース電極は、発光素子の投光を受ける。受光素子Ｘのコレクタ電極は高電位（例えば所定値の直流電圧）に接続され、エミッタ電極はトランジスタＱ１のベース電極に接続されている。トランジスタＱ１のコレクタ電極はダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ２のカソードとに接続されている。トランジスタＱ１のエミッタ電極は回転子巻線４の一端に接続されている。ダイオードＤ２のアノードは回転子巻線４の他端に接続されている。なお、ダイオードＤ２は、図３−３に示したダイオード３２に対応している。
【００７４】
同様に、切替回路Ｂは、受光素子ＹとトランジスタＱ２とダイオードＤ３、Ｄ４とを備えている。受光素子Ｙのベース電極は、発光素子群Ｂまたは発光素子群Ａの投光を受ける。受光素子９のエミッタ電極は低電位（例えば接地電位など）に接続され、コレクタ電極はトランジスタＱ２のベース電極に接続されている。トランジスタＱ２のコレクタ電極はダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ４のアノードとに接続されている。トランジスタＱ２のエミッタ電極はダイオードＤ３のカソードと回転子巻線４の一端に接続されている。ダイオードＤ４のカソードは回転子巻線４の他端に接続されている。なお、ダイオードＤ４は、図３−３に示したダイオード３４に対応している。
【００７５】
図３−４に示す構成において、受光素子Ｘがオン動作を行い、受光素子Ｙがオフ動作を行っているときは、切替回路Ａでは、トランジスタＱ１はベース電位が高電位側に引き上げられるのでオン動作を行う。これによって、回転子巻線４の両端は、切替回路Ａを介して接続され、切替回路Ａを介した閉回路が形成される。一方、切替回路Ｂでは、トランジスタＱ２はオン動作をしないので、回転子巻線４の両端は、切替回路Ｂを介して接続されず、切替回路Ｂを介した閉回路は形成されない。
【００７６】
したがって、受光素子Ｘがオン動作を行い、受光素子Ｙがオフ動作を行っているときに回転子巻線４を流れる電流の向きは、回転子巻線４の一端→回転子巻線４の他端→ダイオードＤ２→トランジスタＱ１→回転子巻線４の一端と一巡する実線矢印の向きとなるようにすることができる。
【００７７】
逆に、受光素子Ｘがオフ動作を行い、受光素子Ｙがオン動作を行っているときは、切替回路Ｂでは、トランジスタＱ２はベース電位が低電位側に引き込まれるのでオン動作を行う。これによって、回転子巻線４の両端は、切替回路Ｂを介して接続され、切替回路Ｂを介した閉回路が形成される。一方、切替回路Ａでは、トランジスタＱ１はオン動作をしないので、回転子巻線４の両端は、切替回路Ａを介して接続されず、切替回路Ａを介した閉回路は形成されない。
【００７８】
したがって、受光素子Ｙがオン動作を行い、受光素子Ｘがオフ動作を行っているときに回転子巻線４を流れる電流の向きは、上記とは逆向きとなり、回転子巻線４の他端→回転子巻線４の一端→トランジスタＱ２→ダイオードＤ４→回転子巻線４の他端と一巡する破線矢印の向きとなるようにすることができる。
【００７９】
図３−４は、単純化した回転子巻線に対する切替回路の構成例を示すが、回転子巻線４を構成するｎ個のコイルに対する切替回路は、例えば図４に示すように構成することができる。なお、図４は、図１に示す回転子巻線を構成するｎ個のコイルを流れる電流の向きを切り替える機構を説明する原理図である。
【００８０】
図４では、回転子巻線４が単一コイルの複数個を一組とした組コイル（これをコイル群と呼んでいる）のｎ個で構成される場合における切替回路１１の構成および回転子巻線（ｎ個のコイル群）４との接続関係が示されている。なお、図４において、第１コイル群（＃１）は、図３−２に示した回転子巻線＃１ａ，＃１ｂに対応し、第２コイル群（＃２）は、図３−２に示した回転子巻線＃２ａ，＃２ｂに対応している。第ｎコイル群（＃ｎ）は、図３−２には示されてないが、同様に回転子３の１極を構成している。この発明では図３−２の例で言えば、回転子巻線（＃１ａ，＃１ｂ）（＃２ａ，＃２ｂ）（＃３ａ，＃３ｂ）を個別に選択して、回転子６が有する磁極の単位時間あたりに進行する電気角を進相・遅相するようにしている。
【００８１】
図４に示すように、第１コイル群（＃１）〜第ｎコイル群（＃ｎ）の各一端は共通に接続され、第１コイル群（＃１）に対して第１切替回路７１−１が設けられ、第２コイル群（＃２）に対して第２切替回路７１−２が設けられ、第ｎコイル群（＃ｎ）に対して第ｎ切替回路７１−ｎが設けられる。各切替回路は、同様の構成であって、第１切替回路７１−１の例で言えば、受光素子Ｘ１を有する第１回路と受光素子Ｙ１を有する第２回路とで構成され、それぞれの両端が第１コイル群（＃１）の両端に接続されている。
【００８２】
代表例として第１切替回路７１−１の構成を具体的に説明する。受光素子Ｘ１を有する第１回路は、トランジスタＱ１１とダイオードＤ１１と共通ダイオードＤ０１とを備えている。受光素子Ｘ１のコレクタ電極は高電位（例えば所定値の直流電圧）に接続され、エミッタ電極はトランジスタＱ１１のベース電極に接続されている。トランジスタＱ１１のコレクタ電極は第１コイル群（＃１）の他端とダイオードＤ１１のカソードとに接続されている。トランジスタＱ１１のエミッタ電極はダイオードＤ１１のアノードと共通ダイオードＤ０１のアノードとに接続されている。共通ダイオードＤ０１のカソードは第１コイル群（＃１）の一端に接続されている。
【００８３】
同様に、受光素子Ｙ１を有する第２回路は、トランジスタＱ１２とダイオードＤ１２と共通ダイオードＤ０２とを備えている。受光素子Ｙ１のエミッタ電極は低電位（例えば接地電位など）に接続され、コレクタ電極はトランジスタＱ１２のベース電極に接続されている。トランジスタＱ１２のコレクタ電極は第１コイル群（＃１）の他端とダイオードＤ１２のアノードとに接続されている。トランジスタＱ１２のエミッタ電極はダイオードＤ１２のカソードと共通ダイオードＤ０２のカソードとに接続されている。共通ダイオードＤ０２のアノードは第１コイル群（＃１）の一端に接続されている。
【００８４】
以上のように構成される第１切替回路７１−１では、第１コイル群＃１に流れる電流の向きを次のようにして切り替えることができる。受光素子Ｘ１と受光素子Ｙ１は、電気角で略１８０°離れた位置に在るので、いずれか一方のみが発光素子の投光を受け、双方が同時に発光素子の投光を受けることは無い。
【００８５】
すなわち、受光素子Ｘ１を有する第１回路では、ダイオードＤ１１と共通ダイオードＤ０１が逆向きに直列接続されている。受光素子Ｘ１が発光素子の投光を受けてオン動作を行うと、トランジスタＱ１１がオン動作を行いダイオードＤ１１の両端は短絡状態になるので、トランジスタＱ１１と共通ダイオードＤ０１の直列回路の両端が第１コイル群（＃１）の両端に接続される。つまり、トランジスタＱ１１を介した第１コイル群（＃１）を含む閉回路が形成される。一方、受光素子Ｙ１を有する第２回路では、ダイオードＤ１２と共通ダイオードＤ０２が逆向きに直列接続されているので、受光素子Ｙ１がオン動作しない今の状態では、閉回路の形成は無い。
【００８６】
したがって、受光素子Ｘ１がオン動作したときに第１コイル群＃１を流れる電流の向きは、第１コイル群（＃１）の一端→第１コイル群（＃１）の他端→トランジスタＱ１１→共通ダイオードＤ０１→第１コイル群（＃１）の一端、と一巡する向きとなる。
【００８７】
そして、第２切替回路７１−２〜第２切替回路７１−ｎにおいても、受光素子Ｘ２〜Ｘｎの対応する受光素子がオン動作すると、コイル群（＃２）〜コイル群（＃ｎ）の対応するコイル群では、第１コイル群（＃１）に流れる電流の向き（今の例では一端から他端に向かう方向）と同方向に電流が流れる。このとき、受光素子Ｘ１〜Ｘｎの対応する受光素子がオン動作しない限り、上記のように第１回路による閉回路は形成されないので、受光素子Ｘ１〜Ｘｎがこの順に受光するとすれば、コイル群（＃１）〜コイル群（＃ｎ）では、この順に選択されて電流が一端から他端に向かう方向に流れることになる。
【００８８】
逆に、受光素子Ｙ１を有する第２回路では、ダイオードＤ１２と共通ダイオードＤ０２が逆向きに直列接続されている。受光素子Ｙ１が発光素子の投光を受けてオン動作を行うと、トランジスタＱ１２がオン動作を行いダイオードＤ１２の両端は短絡状態になるので、トランジスタＱ１２と共通ダイオードＤ０２の直列回路の両端が第１コイル群（＃１）の両端に接続される。つまり、トランジスタＱ１２を介した第１コイル群（＃１）を含む閉回路が形成される。一方、受光素子Ｘ１を有する第１回路では、ダイオードＤ１１と共通ダイオードＤ０１が逆向きに直列接続されているので、受光素子Ｘ１がオン動作しない今の状態では、閉回路の形成は無い。
【００８９】
したがって、受光素子Ｙ１がオン動作したときに第１コイル群（＃１）を流れる電流の向きは、第１コイル群（＃１）の一端→共通ダイオードＤ０２→トランジスタＱ１２→第１コイル群（＃１）の他端→第１コイル群（＃１）の一端、と上記とは逆向きに一巡する向きとなる。
【００９０】
そして、第２切替回路７１−２〜第２切替回路７１−ｎにおいても、受光素子Ｙ２〜Ｙｎの対応する受光素子がオン動作すると、コイル群（＃２）〜コイル群（＃ｎ）の対応するコイル群では、第１コイル群＃１に流れる電流の向き（今の例では他端から一端に向かう方向）と同方向に電流が流れる。このとき、受光素子Ｙ１〜Ｙｎの対応する受光素子がオン動作しない限り、上記のように第２回路による閉回路は形成されないので、受光素子Ｙ１〜Ｙｎがこの順に受光するとすれば、コイル群（＃１）〜コイル群（＃ｎ）では、この順に選択されて電流が他端から一端に向かう方向に流れることになる。
【００９１】
次に、図２と図５を参照して、以上のように構成される発電装置の動作について説明する。なお、図５は、図１に示す回転子が同期速度およびそれ以外の速度で回転する場合の動作を説明するタイムチャートである。
【００９２】
板材１２の面上に円形状に隙間無く配置されている複数の発光素子９は、商用電源周波数に同期して個々の点滅状態が一方向に回転移動するが、固定子極数が２極の場合は、１サイクルの期間（つまり電気角で３６０°の期間）内に１回転するように順次点滅制御される。図５では、商用電源周波数は、例えば連係する系統の周波数（例えば５０Ｈｚ）であるとしている。
【００９３】
これに対して、受光素子Ｘ１，Ｙ１、〜、受光素子Ｘｎ，Ｙｎは、それぞれ電気角で略１８０度の位相差を持って回転移動しているが、同期状態では、１つの受光素子が継続して投光を受ける。そして、例えば近接して配置されている受光素子Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３において、受光素子Ｘ２が投光を継続して受けている場合に、回転子の回転速度が同期速度の前後に変化して受光素子Ｘ２が投光を受けなくなると、次のタイミングでは、受光素子Ｘ１，Ｘ３の何れかが必ず受光し、上記したように電流を流すコイル群の選択が行われる。つまり、回転子の回転速度が同期速度の前後で変化する場合には、コイル電流の位相を進めたり、遅らせたりすることで、同期化が図れるようになっている。
【００９４】
すなわち、複数の発光素子９の個別点滅状態の回転方向が受光素子Ｘ１→受光素子Ｘ２→…→受光素子Ｘｎ→受光素子Ｙ１→受光素子Ｙ２→…→受光素子Ｙｎ→受光素子Ｘ１の向きであるとすれば、複数の発光素子９の個数＞全受光素子の個数であるので、回転子６が停止状態にあるときは、系統周波数の１サイクルにおける正の半サイクルの開始側ゼロクロス点で発光する発光素子に選択された受光素子が受光素子Ｘ１であれば、図５に示すように、系統周波数の１サイクルにおける正の半サイクルでは、受光素子Ｘ１〜受光素子Ｘｎがこの順に選択され、負の半サイクルでは、受光素子Ｙ１〜受光素子Ｙｎがこの順に選択されるので、回転子巻線４を構成するｎ個の単一コイルまたはｎ個の組コイル（以降単に「ｎ個のコイル」と記す）は、系統に同期して順々に選択される。つまり、回転子６は停止しているが、相互誘導によって回転子巻線４を構成するｎ個のコイルにそれぞれ流れる電流は、系統に同期して物理的に進相させられて系統に同期して流れることになる。
【００９５】
そして、回転子６が同期速度で回転している場合は、回転子６は系統に同期し系統と同一電気角量を回転するので、受光素子の中には、同様に系統に同期し系統と同一電気角量を回転するように点滅状態が制御される複数の発光素子９における１つの発光素子と同相の位置関係を有して回転するものがある。したがって、系統周波数の１サイクルにおける正の半サイクルの開始側ゼロクロス点で発光する発光素子に選択された受光素子が受光素子Ｘ１であれば、図５に示すように、その受光素子Ｘ１が選択され継続して受光することになるので、受光素子Ｘ１に対応するコイルにのみ一方向の電流が流れる。つまり、図４に示す例で言えば、第１切替回路７１−１において受光素子Ｘ１を有する第１回路が第１コイル群（＃１）を含む閉回路を形成するので、第１コイル群（＃１）に一端から他端に向かう電流が継続して流れる。これによって、同期発電機としての発電動作が行われる。
【００９６】
一方、回転子６が同期速度の１／２で回転している場合は、回転子６は、系統周波数（図５では５０Ｈｚ）が２サイクル変化する間に１回転する。発光素子の点滅状態は系統と同期して系統と同一の電気角量（３６０°）を回転するが、回転子６は電気角量の１／２しか回転しないので、系統周波数のある１サイクルの期間では受光素子は全個数の半分が受光することになる。したがって、系統周波数のある１サイクルにおける正の半サイクルの開始側ゼロクロス点で発光する発光素子に選択された受光素子が受光素子Ｘ１であれば、図５に示すように、ある１サイクルでは受光素子Ｘ１〜Ｘｎがこの順に受光し、次の１サイクルでは受光素子Ｙ１〜Ｙｎがこの順に受光することになるので、回転子６が同期速度の１／２で回転している場合は、回転子巻線４を構成するｎ個のコイルに流れる電流の向きは、系統周波数の１サイクル毎に一斉に反転することを繰り返す。
【００９７】
つまり、回転子６の単位回転あたり、全受光素子の１／２を切り替えることを繰り返すことで、ｎ個の全コイルに流れる電流を強制的に系統周波数の１サイクル毎に電気角で１８０度進相することができるので、回転子６の進行電気角度が１８０度遅れている分が補足される。これによって、回転子巻線４による回転磁界を系統周波数に同期させる操作が自動的に行われるので、回転子６が停止しているときと同様に、系統周波数の１サイクルにおける正の半サイクルでは受光素子Ｘ１〜受光素子Ｘｎがこの順に選択され、負の半サイクルでは受光素子Ｙ１〜受光素子Ｙｎがこの順に選択される状況、つまり系統に同期する状況が実現され、同期発電が行われる。
【００９８】
また、回転子６が同期速度の２倍で回転している場合は、回転子６は、系統に同期して回転できず、系統電気角量の２倍を回転する。ここで、回転子６の回転速度をＮｒ、系統に同期し系統と同一電気角量を回転する発光素子９の点滅状態の回転速度をＮｓとすると、回転子６が同期速度の２倍で回転している状況では、Ｎｓ−Ｎｒ＝Ｎｓ−２Ｎｓ＝−Ｎｓとなるので、発光素子９の点滅状態の回転方向は変わらないが、回転子６の回転を追い越すので、相対的な回転方向が逆転する。したがって、回転子６が停止している場合に系統周波数の１サイクルにおける正の半サイクルの開始側ゼロクロス点で発光する発光素子に選択された受光素子が受光素子Ｘ１であれば、回転子６が同期速度の２倍で回転している場合は、発光素子９の点滅状態の回転方向と逆向きの受光素子Ｙｎが選択される。この場合は、図５に示すように、系統周波数の１サイクルにおける正の半サイクルでは、受光素子Ｙｎ〜受光素子Ｙ１がこの順に選択され、負の半サイクルでは、受光素子Ｘｎ〜受光素子Ｘ１がこの順に選択される。回転子巻線４を構成するｎ個のコイルを流れる電流は、回転子６が停止している場合と逆向きに流れる。また、回転子６の回転方向と発光素子９の点滅状態の回転方向とが相対的に逆向きであるので、この場合も、正規の同期発電が行われることになる。
【００９９】
以上の動作を要約すると次のようになる。回転子６の回転速度を単位時間当たりの電気角量で表してＮｒとし、発光素子９の点滅状態の同期回転速度を単位時間当たりの電気角量で表してＮｓとすると、両回転速度の差分Ｎαは、Ｎα＝Ｎｓ−Ｎｒである。そこで、この発明では、回転子６の回転速度Ｎｒが同期回転速度Ｎｓよりも遅いか早いかに応じて、差分Ｎαだけ回転子巻線４を構成するｎ個のコイルに流す電流の位相を進める、あるいは、遅らす操作を行うようにｎ個の切替回路を動作させている。上記動作説明の例で言えば、回転子６が同期速度の１／２で回転している場合は、Ｎα＝Ｎｓ／２であるので、ｎ個のコイルに流す電流の位相をＮｓ／２だけ進めている。また、回転子６が同期速度の２倍で回転している場合は、Ｎα＝−Ｎｓであるので、ｎ個のコイルに流す電流の位相を同期速度Ｎｓだけ遅相している。
【０１００】
以上のように、実施の形態１によれば、固定配置される複数の発光素子を各発光素子の点滅状態が商用電源周波数の各サイクルにおいて一方向に回転することを繰り返すように制御し、また、複数の発光素子の投光を個別に受ける対をなす受光素子として電気角で１８０度の位相差を持って配置される一対の受光素子のｎ組を回転子に一体的に回転するように設け、回転子巻線に流れる電流の向きをｎ組の一対の受光素子の受光状態に応じて切り替え得るようにしたので、回転子が同期速度で回転している場合だけでなく回転子が同期速度以外の速度で回転している場合でも、系統に同期した発電が行える。
【０１０１】
このように、実施の形態１による発電装置は、回転子の回転速度が同期速度以外の速度であっても系統連系発電が可能である。このような特性は、従来の同期発電機や誘導発電機、自励式発電機では得られなかった特性である。
【０１０２】
また、実施の形態１による発電装置は、回転子に巻線を有するが、この回転子巻線には外部から励磁電流の供給を行う必要がなく、また同期回転速度を維持する制御を行うことなく、系統連系が可能である。したがって、従来の同期発電機では必要であった回転子巻線を有する場合の励磁電源やスリップリング、ブラシ等が不要となり、制御系設備・回路が簡素化されるので、経済的かつ耐久性に優れる発電装置が得られる。
【０１０３】
さらに、実施の形態１による発電装置は、回転子に永久磁石を持たないので、回転始動時はほぼ無負荷であり、回転速度の上昇に伴って回転子巻線の励磁電流が増大する特性であるので、回転始動が非常に容易になる。したがって、実施の形態１による発電装置は、特に、回転子の駆動力が比較的弱い上に変動が比較的大きい風力発電で用いるのに好適である。
【０１０４】
加えて、回路の切り替えによって単独運転が可能となるので、容易に商用電源の無い所でも発電可能な発電装置に転換できるようになる。
【０１０５】
実施の形態２．
図６−１はこの発明の実施形態２である発電装置の要部構成を示す回路図である。図６−２は、図６−１に示す基本構成を用いた拡張構成を示す回路図である。この実施の形態２による発電装置では、図１（実施の形態１）に示した構成において、切替回路１１を構成する第１回路と第２回路の直列回路を回転子巻線４の両端間に接続する場合の構成例が示されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。
【０１０６】
まず、図６−１を参照して、基本構成について説明する。図６−１において、第１回路である切替回路Ａは、受光素子ＸとトランジスタＱ１とダイオードＤ１とを備えている。受光素子Ｘのコレクタ電極は高電位（例えば所定値の直流電圧）に接続され、エミッタ電極はトランジスタＱ１のベース電極に接続される。トランジスタＱ１のコレクタ電極は回転子巻線４の一端とダイオードＤ１のカソードとに接続されている。トランジスタＱ１のエミッタ電極はダイオードＤ１のアノードに接続されている。
【０１０７】
同様に、第２回路である切替回路Ｂは、受光素子ＹとトランジスタＱ２とダイオードＤ２とを備えている。受光素子Ｙのコレクタ電極は高電位（例えば所定値の直流電圧）に接続され、エミッタ電極はトランジスタＱ２のベース電極に接続される。トランジスタＱ２のコレクタ電極は回転子巻線４の他端とダイオードＤ２のカソードとに接続されている。トランジスタＱ２のエミッタ電極はダイオードＤ２のアノードに接続されている。そして、ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のアノードは、共通に接続されている。
【０１０８】
図６−１において、受光素子Ｘがオン動作を行い、受光素子Ｙがオフ動作を行っているときは、切替回路Ａでは、トランジスタＱ１がオン動作を行い、ダイオードＤ１は両端が短絡状態になる。一方、切替回路ＢではトランジスタＱ２はオン動作をしない。したがって、回転子巻線４を流れる電流の向き、回転子巻線４の一端→トランジスタＱ１→ダイオードＤ２→回転子巻線４の他端と一巡する向きとなる。
【０１０９】
逆に、受光素子Ｘがオフ動作を行い、受光素子Ｙがオン動作を行っているときは、切替回路Ｂでは、トランジスタＱ２がオン動作を行い、ダイオードＤ２は両端が短絡状態になる。一方、切替回路Ａでは、トランジスタＱ１はオン動作をしない。したがって、回転子巻線４を流れる電流の向きは、上記とは逆向きとなり、回転子巻線４の他端→トランジスタＱ２→ダイオードＤ１→回転子巻線４の一端と一巡する向きとなる。
【０１１０】
このように、切替回路Ａ、Ｂの直列回路を回転子巻線４の両端間に接続しても、回転子巻線４を流れる電流の向きを切り替える動作を行うことができる。次に、図６−２を参照して、２つの切替回路の直列回路を複数の回転子巻線の各両端間に接続する場合の構成例を説明する。
【０１１１】
図６−２では、図４と同様に、回転子巻線４が単一コイルの複数個を一組とした組コイル（これをコイル群と呼んでいる）のｎ個で構成される場合における切替回路１１の構成と回転子巻線４との接続関係が示されている。図６−２に示すように、第１コイル群（＃１）〜第ｎコイル群（＃ｎ）の一端は共通に接続され、第１コイル群（＃１）に対して第１切替回路７２−１が設けられ、第２コイル群（＃２）に対して第２切替回路７２−２が設けられ、第ｎコイル群（＃ｎ）に対して第ｎ切替回路７２−ｎが設けられる。各切替回路は、同様の構成であって、第１切替回路７２−１の例で言えば、受光素子Ｘ１を有する第１回路と受光素子Ｙ１を有する第２回路とで構成され、その第１回路と第２回路の直列回路の両端が第１コイル群（＃１）の両端に接続されている。
【０１１２】
代表例として第１切替回路７２−１の構成を具体的に説明する。受光素子Ｘ１を有する第１回路は、トランジスタＱ１１とダイオードＤ１１，Ｄ１３と共通トランジスタＱ０１と共通ダイオードＤ０１とを備えている。受光素子Ｘ１のコレクタ電極は高電位（例えば所定値の直流電圧）に接続され、エミッタ電極はトランジスタＱ１１のベース電極とダイオードＤ１３のアノードとに接続されている。トランジスタＱ１１のコレクタ電極は第１コイル群（＃１）の他端とダイオードＤ１１のカソードとに接続されている。トランジスタＱ１１のエミッタ電極はダイオードＤ１１のアノードに接続されている。ダイオードＤ１３のカソードは共通トランジスタＱ０１のベース電極に接続されている。
【０１１３】
同様に、受光素子Ｙ１を有する第２回路は、トランジスタＱ１２とダイオードＤ１２，Ｄ１４と、共通トランジスタＱ０２と共通ダイオードＤ０２とを備えている。受光素子Ｙ１のコレクタ電極は高電位（例えば所定値の直流電圧）に接続され、エミッタ電極はトランジスタＱ１２のベース電極とダイオードＤ１４のアノードとに接続されている。トランジスタＱ１２のエミッタ電極はダイオードＤ１２のアノードに接続され、コレクタ電極はダイオードＤ１２のカソードに接続されている。ダイオードＤ１４のカソードは共通トランジスタＱ０２のベース電極に接続されている。
【０１１４】
そして、両回路間において、第１回路におけるトランジスタＱ１１のエミッタ電極とダイオードＤ１１のアノードとの接続端と、第２回路におけるトランジスタＱ１２のエミッタ電極とダイオードＤ１２のアノードとの接続端とが接続されている。また、第２回路におけるトランジスタＱ１２のコレクタ電極とダイオードＤ１２のカソードとの接続端は共通トランジスタＱ０２のエミッタ電極と共通ダイオードＤ０２のアノードとの接続端に接続されている。共通トランジスタＱ０２のコレクタ電極と共通ダイオードＤ０２のカソードとの接続端は共通トランジスタＱ０１のコレクタ電極と共通ダイオードＤ０１のカソードとの接続端に接続されている。共通トランジスタＱ０１のエミッタ電極と共通ダイオードＤ０１のアノードとの接続端は第１コイル群（＃１）の一端に接続されている。
【０１１５】
以上のように構成される第１切替回路７２−１では、第１コイル群（＃１）に流れる電流の向きを次のようにして切り替えることができる。受光素子Ｘ１と受光素子Ｙ１は、電気角で略１８０°離れた位置に在るので、いずれか一方のみが発光素子の投光を受け、双方が同時に発光素子の投光を受けることは無い。
【０１１６】
すなわち、受光素子Ｘ１を有する第１回路では、受光素子Ｘ１が発光素子の投光を受けてオン動作を行うと、トランジスタＱ１１がオン動作を行いダイオードＤ１１の両端を短絡状態にするとともに、ダイオードＤ１３を介して共通トランジスタＱ０１がオン動作を行い共通ダイオードＤ０１の両端を短絡状態にする。その結果、第１コイル群（＃１）の他端は、トランジスタＱ１１、第２回路におけるダイオードＤ１２、共通ダイオードＤ０２、および共通トランジスタＱ０１を介して第１コイル群（＃１）の一端に接続される。
【０１１７】
したがって、受光素子Ｘ１がオン動作したとき第１コイル群（＃１）を流れる電流の向きは、第１コイル群（＃１）の一端→第１コイル群（＃１）の他端→トランジスタＱ１１→ダイオードＤ１２→共通ダイオードＤ０２→共通トランジスタＱ０１→第１コイル群（＃１）の一端、と一巡する向きとなる。
【０１１８】
そして、第２切替回路７２−２〜第ｎ切替回路７２−ｎにおいても、受光素子Ｘ２〜Ｘｎの対応する受光素子がオン動作を行うと、第２コイル群（＃２）〜第ｎコイル群（＃ｎ）の対応するコイル群では、第１コイル群（＃１）に流れる電流の向き（今の例では一端から他端に向かう方向）と同方向に電流が流れる。このとき、受光素子Ｘ１〜Ｘｎの対応する受光素子がオン動作しない限り、上記のように第１回路による閉回路は形成されないので、受光素子Ｘ１〜Ｘｎがこの順に受光するとすれば、第１コイル群（＃１）〜第ｎコイル群（＃ｎ）では、この順に選択されて電流が一端から他端に向かう方向に流れることになる。
【０１１９】
逆に、受光素子Ｙ１を有する第２回路では、受光素子Ｙ１が発光素子の投光を受けてオン動作を行うと、トランジスタＱ１２がオン動作を行いダイオードＤ１２両端を短絡状態にするとともに、ダイオードＤ１４を介して共通トランジスタＱ０２がオン動作を行い共通ダイオードＤ０２両端を短絡状態にする。その結果、第１コイル群（＃１）の他端は、第１回路におけるダイオードＤ１１、トランジスタＱ１２、共通トランジスタＱ０２および共通ダイオードＤ０１を介して第１コイル群（＃１）の一端に接続される。
【０１２０】
したがって、受光素子Ｙ１がオン動作したとき第１コイル群（＃１）を流れる電流の向きは、第１コイル群（＃１）の一端→共通ダイオードＤ０１→共通トランジスタＱ０２→トランジスタＱ１２→ダイオードＤ１１→第１コイル群（＃１）の他端→第１コイル群（＃１）の一端、と上記とは逆向きに一巡する向きとなる。
【０１２１】
そして、第２切替回路７２−２〜第ｎ切替回路７２−ｎにおいても、受光素子Ｙ２〜Ｙｎの対応する受光素子がオン動作を行うと、第２コイル群（＃２）〜第ｎコイル群（＃ｎ）の対応するコイル群では、第１コイル群（＃１）に流れる電流の向き（今の例では他端から一端に向かう方向）と同方向に電流が流れる。このとき、受光素子Ｙ１〜Ｙｎの対応する受光素子がオン動作しない限り、上記のように第２回路による閉回路は形成されないので、受光素子Ｙ１〜Ｙｎがこの順に受光するとすれば、第１コイル群（＃１）〜第ｎコイル群（＃ｎ）では、この順に選択されて電流が一端から他端に向かう方向に流れることになる。
【０１２２】
したがって、実施の形態２においても、図５にて説明した動作が行われるので、実施の形態１と同様の作用・効果が得られる。
【０１２３】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施形態３である発電装置の要部構成を示す回路図である。この実施の形態３による発電装置では、実施の形態１と同様に回転子巻線４が単一コイルのｎ個、または、単一コイルの複数個を一組とした組コイルのｎ個で構成される場合に、そのｎ個のコイルのそれぞれにおいて、一端側と他端側とにそれぞれ切替回路を配置するとともに、各切替回路を他のコイルにおける切替回路とダイオードを介して接続するダイオードマトリックスを設けた場合が示されている。但し、図７では、理解を容易にするため３つのコイルを取り上げている。なお、図７において、コイルの片端に示す黒丸は、図３−１における巻き始め端４ｃを示している。
【０１２４】
図７において、３つのコイル８１，８２，８３の一端側（巻き始め端側）には、第１回路である切替回路８４，８６，８８が設けられ、他端側（巻き終わり端側）には、第２回路である切替回路８５，８７，８９が設けられている。そして、ダイオードＤ１２，Ｄ１３，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２５，Ｄ２６，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ３５，Ｄ３６は、ダイオードマトリックスを構成する各ダイオードである（図８参照）。
【０１２５】
第１回路である切替回路８４，８６，８８と、第２回路である切替回路８５，８７，８９とは、それぞれ同様の構成である。ここでは、代表例として、コイル８１に対して設けられる切替回路８４，８５の構成を説明する。
【０１２６】
すなわち、受光素子Ｘ１を有する第１回路である切替回路８４は、コイル８１の巻き始め端に設けられるトランジスタＱＸ１と、コイル８１の巻き終わり端に設けられるダイオードＤＹ１とを備えている。また受光素子Ｙ１を有する第２回路である切替回路８５は、コイル８１の巻き終わり端に設けられるトランジスタＱＹ１と、コイル８１の巻き始め端に設けられるダイオードＤＸ１とを備えている。
【０１２７】
受光素子Ｘ１のコレクタ電極は高電位（例えば所定値の直流電圧）に接続され、エミッタ電極はダイオードＤ１１を介してトランジスタＱＸ１のベース電極に接続されている。トランジスタＱＸ１のコレクタ電極はダイオードＤＸ１のカソードとコイル８１の一端（巻き始め端）とに接続され、エミッタ電極はダイオードＤＸ１のアノードと共に接地（グランド）に接続されている。そして、トランジスタＱＸ１のベース電極は、ダイオードマトリックスにて接続される他の回路からの給電点ａとなっている。また、受光素子Ｘ１のエミッタ電極には、ダイオードマトリックスを構成するダイオードＤ１２，Ｄ１３のアノードが接続されている。
【０１２８】
同様に、受光素子Ｙ１のコレクタ電極は高電位（例えば所定値の直流電圧）に接続され、エミッタ電極はダイオードＤ１４を介してトランジスタＱＹ１のベース電極に接続されている。トランジスタＱＹ１のコレクタ電極はダイオードＤＹ１のカソードとコイル８１の他端（巻き終わり端）とに接続され、エミッタ電極はダイオードＤＹ１のアノードと共に接地（グランド）に接続されている。そして、トランジスタＱＹ１のベース電極は、ダイオードマトリックスにて接続される他の回路からの給電点ｄとなっている。また、受光素子Ｙ１のエミッタ電極には、ダイオードマトリックスを構成するダイオードＤ１５，Ｄ１６のアノードが接続されている。
【０１２９】
この構成によれば、受光素子Ｘ１がオン動作を行うと、コイル８１の一端（巻き始め端）→トランジスタＱＸ１→接地（グランド）→ダイオードＤＹ１→コイル８１の他端（巻き終わり端）→コイル８１の一端（巻き始め端）と一巡する向きに電流が流れる。また、受光素子Ｙ１がオン動作を行うと、コイル８１の他端（巻き終わり端）→トランジスタＱＹ１→接地（グランド）→ダイオードＤＸ１→コイル８１の一端（巻き始め端）→コイル８１の他端（巻き終わり端）と逆向きで一巡する向きに電流が流れる。切替回路８６，８７と切替回路８８，８９とにおいても同様の切替動作が行われる。これによって、実施の形態１，２にて説明したのと同様に、系統に同期化する動作が行われる。
【０１３０】
次に、ダイオードマトリックスについて説明する。受光素子Ｘ１のエミッタ電極に接続されるダイオードＤ１２，Ｄ１３では、ダイオードＤ１２のカソードは切替回路８６の給電点ｂに接続され、ダイオードＤ１３のカソードは切替回路８９の給電点ｆに接続されている。受光素子Ｙ１のエミッタ電極に接続されるダイオードＤ１５，Ｄ１６では、ダイオードＤ１５のカソードは切替回路８８の給電点ｃに接続され、ダイオードＤ１６のカソードは切替回路８７の給電点ｅに接続されている。
【０１３１】
受光素子Ｘ２のエミッタ電極に接続されるダイオードＤ２２，Ｄ２３では、ダイオードＤ２２のカソードは切替回路８４の給電点ａに接続され、ダイオードＤ２３のカソードは切替回路８８の給電点ｃに接続されている。受光素子Ｙ２のエミッタ電極に接続されるダイオードＤ２５，Ｄ２６では、ダイオードＤ２５のカソードは切替回路８５の給電点ｄに接続され、ダイオードＤ２６のカソードは切替回路８９の給電点ｆに接続されている。
【０１３２】
受光素子Ｘ３のエミッタ電極に接続されるダイオードＤ３２，Ｄ３３では、ダイオードＤ３２のカソードは切替回路８６の給電点ｂに接続され、ダイオードＤ３３のカソードは切替回路８５の給電点ｄに接続されている。受光素子Ｙ３のエミッタ電極に接続されるダイオードＤ３５，Ｄ３６では、ダイオードＤ３５のカソードは切替回路８４の給電点ａに接続され、ダイオードＤ３６のカソードは切替回路８７の給電点ｅに接続されている。
【０１３３】
図８は、図７に示すダイオードマトリックスによって所定のコイルに電流を流す動作を説明する図である。図８では、受光素子の受光順序が、Ｘ１→Ｘ２→Ｘ３→Ｙ１→Ｙ２→Ｙ３である場合の電流注入動作が示されている。すなわち、受光素子Ｘ１が受光してオン動作した場合は、コイル８１の巻き始め端側のトランジスタＱＸ１がオン動作し、コイル８１には巻き終わり端から巻き始め端に向かう電流が流れるが、同時に受光素子Ｘ１のオン動作電流がダイオードＤ１２を介してコイル８２の巻き始め端（給電点ｂ）に供給される。また、ダイオードＤ１３を介してコイル８３の巻き終わり端（給電点ｆ）に供給される。これによって、コイル８２では、受光素子Ｘ２，Ｙ２はオン動作していないが、トランジスタＱＸ２がオン動作しコイル８１の電流と同方向に電流が流れる。また、コイル８３では、受光素子Ｘ３，Ｙ３はオン動作していないが、トランジスタＱＹ３がオン動作しコイル８１の電流と逆方向に電流が流れる。
【０１３４】
受光素子Ｘ２が受光してオン動作した場合は、コイル８２の巻き始め端側のトランジスタＱＸ２がオン動作し、コイル８２には巻き終わり端から巻き始め端に向かう電流が流れるが、同時に受光素子Ｘ２のオン動作電流がダイオードＤ２２を介してコイル８１の巻き始め端（給電点ａ）に供給される。また、ダイオードＤ２３を介してコイル８３の巻き始め端（給電点ｃ）に供給される。これによって、コイル８１では、受光素子Ｘ１，Ｙ１はオン動作していないが、トランジスタＱＸ１がオン動作しコイル８２の電流と同方向に電流が流れる。また、コイル８３では、受光素子Ｘ３，Ｙ３はオン動作していないが、トランジスタＱＸ３がオン動作しコイル８２の電流と同方向に電流が流れる。
【０１３５】
受光素子Ｘ３が受光してオン動作した場合は、コイル８３の巻き始め端側のトランジスタＱＸ３がオン動作し、コイル８３には巻き終わり端から巻き始め端に向かう電流が流れるが、同時に受光素子Ｘ３のオン動作電流がダイオードＤ３２を介してコイル８２の巻き始め端（給電点ｂ）に供給される。また、ダイオードＤ３３を介してコイル８１の巻き終わり端（給電点ｄ）に供給される。これによって、コイル８２では、受光素子Ｘ２，Ｙ２はオン動作していないが、トランジスタＱＸ２がオン動作しコイル８３の電流と同方向に電流が流れる。また、コイル８１では、受光素子Ｘ１，Ｙ１はオン動作していないが、トランジスタＱＹ１がオン動作しコイル８３の電流と逆方向に電流が流れる。
【０１３６】
受光素子Ｙ１が受光してオン動作した場合は、コイル８１の巻き終わり端側のトランジスタＱＹ１がオン動作し、コイル８１には巻き始め端から巻き終わり端に向かう電流が流れるが、同時に受光素子Ｙ１のオン動作電流がダイオードＤ１５を介してコイル８３の巻き始め端（給電点ｃ）に供給される。また、ダイオードＤ１６を介してコイル８２の巻き終わり端（給電点ｅ）に供給される。これによって、コイル８３では、受光素子Ｘ３，Ｙ３はオン動作していないが、トランジスタＱＸ３がオン動作しコイル８１の電流と逆方向に電流が流れる。また、コイル８２では、受光素子Ｘ２，Ｙ２はオン動作していないが、トランジスタＱＹ２がオン動作しコイル８１の電流と同方向に電流が流れる。
【０１３７】
受光素子Ｙ２が受光してオン動作した場合は、コイル８２の巻き終わり端側のトランジスタＱＹ２がオン動作し、コイル８２には巻き始め端から巻き終わり端に向かう電流が流れるが、同時に受光素子Ｙ２のオン動作電流がダイオードＤ２５を介してコイル８１の巻き終わり端（給電点ｄ）に供給される。また、ダイオードＤ２６を介してコイル８３の巻き終わり端（給電点ｆ）に供給される。これによって、コイル８１では、受光素子Ｘ１，Ｙ１はオン動作していないが、トランジスタＱＹ１がオン動作しコイル８２の電流と同方向に電流が流れる。またコイル８３では、受光素子Ｘ３，Ｙ３はオン動作していないが、トランジスタＱＹ３がオン動作しコイル８２の電流と同方向に電流が流れる。
【０１３８】
受光素子Ｙ３が受光してオン動作した場合は、コイル８３の巻き終わり端側のトランジスタＱＹ３がオン動作し、コイル８３には巻き始め端から巻き終わり端に向かう電流が流れるが、同時に受光素子Ｙ３のオン動作電流がダイオードＤ３６を介してコイル８２の巻き終わり端（給電点ｅ）に供給される。また、ダイオードＤ３５を介してコイル８１の巻き始め端（給電点ａ）に供給される。これによって、コイル８２では、受光素子Ｘ２，Ｙ２はオン動作していないが、トランジスタＱＹ２がオン動作しコイル８３の電流と同方向に電流が流れる。また、コイル８１では、受光素子Ｘ１，Ｙ１はオン動作していないが、トランジスタＱＸ１がオン動作しコイル８３の電流と逆方向に電流が流れる。
【０１３９】
このように、実施の形態３によれば、あるコイルが導通状態にある場合に、他のコイルには所定の方向に電流を流す必要があるが、そのための発光素子を別に設けることなく、所定のコイルに所定方向の電流を流すことができる。
【０１４０】
ここで、実施の形態１〜３では、非接触の切替手段を、固定配置される複数の発光素子と、回転子と一体的に回転し前記複数の発光素子の投光を受光する対をなす受光素子であって１８０度の位相差を持つ一対の受光素子を含む切替回路のｎ個とで構成する場合を示したが、以上の説明から理解できるように、発光素子に代えて磁界の発生とその停止を制御できる磁界発生手段（具体的には電磁石）を用い、受光素子に代えてホール素子を用いても同様に構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
以上のように、この発明にかかる発電装置は、入力である回転駆動力の大小にかかわらず系統周波数と同期した発電出力を得るのに有用であり、特に、回転駆動力の変動が大きい風力発電に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】この発明の実施の形態１である発電装置の簡略構成図である。
【図２】図１に示す複数の発光素子と複数の受光素子との関係および配置態様を説明する図である。
【図３−１】図１に示す回転子巻線の基本構成を説明する概念図である。
【図３−２】図１に示す回転子巻線の具体的構成例を説明する概念図である。
【図３−３】図１に示す回転子巻線を流れる電流の向きを切り替える機構を説明する原理図である。
【図３−４】図３−３に示す受光素子を有する２つの切替回路の具体例を示す回路図である。
【図４】図１に示す回転子巻線を構成するｎ個のコイルを流れる電流の向きを切り替える機構を説明する原理図である。
【図５】図１に示す回転子が同期速度およびそれ以外の速度で回転する場合の動作を説明するタイムチャートである。
【図６−１】この発明の実施の形態２である発電装置の要部構成を示す回路図である。
【図６−２】図６−１に示す基本構成を用いた拡張構成を示す回路図である。
【図７】この発明の実施の形態３である発電装置の要部構成を示す回路図である。
【図８】図７に示すダイオードマトリックスによって所定のコイルに電流を流す動作を説明する図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１  界磁巻線
２  固定子鉄心
３  固定子
４  回転子巻線
５  回転子鉄心
６  回転子
７  風車
８  受光素子
９  発光素子
１０、１２  板材（配置面）
１１  切替回路
１３  発光素子駆動部
３１，３３  スイッチ（ＳＷ）
３２，３４  ダイオード
６２  磁極片
Ｘ，Ｘ１〜Ｘｎ、Ｙ，Ｙ１〜Ｙｎ  受光素子
７１−１〜７１−ｎ，７２−１〜７２−ｎ，７３−１〜７３−ｎ  第１切替回路〜第ｎ切替回路
＃１〜＃ｎ  第１コイル群〜第ｎコイル群
Ｑ１１〜Ｑｎ１，Ｑ１２〜Ｑｎ２  第１回路、第２回路のトランジスタ
Ｑ０１，Ｑ０２  共通トランジスタ
Ｄ１１〜Ｄｎ１，Ｄ１２〜Ｄｎ２  第１回路、第２回路のダイオード
Ｄ０１，Ｄ０２  共通ダイオード
８１〜８２  コイル、
８４，８６，８８，Ａ  切替回路（第１回路）
８５，８７，８９，Ｂ  切替回路（第２回路）
ＱＸ１，ＱＸ２，ＱＸ３  第１回路のトランジスタ
ＱＹ１，ＱＹ２，ＱＹ３  第２回路のトランジスタ
ＤＸ１，ＤＸ２，ＤＸ３  第１回路のダイオード
ＤＹ１，ＤＹ２，ＤＹ３  第２回路のダイオード
Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２５，Ｄ２６，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ３５，Ｄ３６  ダイオードマトリックスを構成するダイオード
【図１】
2006014505.tif 000003
【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図４】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７】
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【図８】
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