(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６の軸端に直交して固定される配置面１１には２個の受光素子８，９が１８０度の位相差を有して配置される。受光素子８，９を含む切替回路１２，１３はそれぞれ回転子巻線４に並列に接続されている。複数の発光素子１０は２個の受光素子８，９の配置面１１と適宜間隔離れて対向する固定配置面１４に略円形状に配置され、当該円周を２等分する両半円弧上の各発光素子群が１８０度の位相差を有して交互に一斉点灯と一斉消灯とを繰り返すように発光素子駆動部１５により制御される。この非接触の切替手段によって、回転子６の回転速度が同期回転速度と一致するか異なるかに応じて、回転子巻線４に流れる電流の向きを一方向に設定するか切り替えるかの制御動作が行われる。【選択図】        図１
2006014459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子巻線を有する回転子と固定子巻線を有する固定子とを備え、回転子の回転により固定子巻線から発電出力を得る発電装置において、
前記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、前記回転子の回転により、当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、前記回転子巻線に流れる電流を、一の方向または他の方向に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円周上に複数配置され、発光動作は、円周を略２分割した２群に分かれ、該固定子巻線に印加される電圧位相に同期して、第１の群と第２の群が交互に一斉点灯と一斉消灯を継続して繰り返すよう制御される発光素子と、
該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円周上に略１８０度の物理角を隔てて、該発光素子の発光の照射を受けることが可能に対面し配置される２組の受光素子を含む切替回路とを備え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】
前記切替回路は、
前記２組の受光素子の一方の受光素子がオン動作したとき導通状態になる第１のスイッチと前記第１スイッチが導通状態のとき前記回転子巻線に一端から他端に向かう電流を流すようにする第１の一方向性素子とを含む第１回路と、
他方の受光素子がオン動作したとき導通状態になる第２スイッチと前記第２スイッチが導通状態のとき前記回転子巻線に他端から一端に向かう電流を流すようにする第２の一方向性素子とを含む第２回路と、
を備えてい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】
前記第１回路と前記第２回路とは、それぞれ、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３に記載の発電装置。
【請求項５】
前記第１回路と前記第２回路との直列回路が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３に記載の発電装置。
【請求項６】
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円周上に複数配置され、磁界発生動作は、円周を略２分割した２群に分かれ、該固定子巻線に印加される電圧位相に同期して、第１の群と第２の群が交互に一斉磁界発生と一斉磁界発生停止を継続して繰り返すよう制御される磁界発生手段と、
該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円周上に略１８０度の物理角を隔てて、該磁界発生手段の発生する磁界を受けることが可能に対面し配置される２組のホール素子を含む切替回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項７】
前記切替回路は、
前記２組のホール素子の一方のホール素子がオン動作したとき導通状態になる第１のスイッチと前記第１のスイッチが導通状態のとき前記回転子巻線に一端から他端に向かう電流を流すようにする第１の一方向性素子とを含む第１回路と、
他方のホール素子がオン動作したとき導通状態になる第２のスイッチと前記第の２スイッチが導通状態のとき前記回転子巻線に他端から一端に向かう電流を流すようにする第２の一方向性素子とを含む第２回路と、
を備え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８】
前記第１回路と前記第２回路とは、それぞれ、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７に記載の発電装置。
【請求項９】
前記第１回路と前記第２回路の直列回路が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７に記載の発電装置。
【請求項１０】
前記回転子巻線は、所定の電気角度だけ隔てて配置した第１の回転子巻線と第２の回転子巻線の前記一端同士を互いに接続して構成され、
前記切替回路は、前記第１回路と前記第２回路とが、それぞれ、前記第１の回転子巻線の両端子間に接続されているとともに、前記第１回路と前記第２回路の一方がオン動作して前記第１の回転子巻線を導通状態に制御するとき、当該第１の回転子巻線と前記第２の回転子巻線とが閉回路を形成するように前記他端同士を電気的に接続し前記第２の回転子巻線に流れる電流を前記第１の回転子巻線に注入する構成、
を備えていることを特徴とする請求項３または７に記載の発電装置。
【請求項１１】
前記回転子巻線は、所定の電気角度だけ隔てて配置した第１の回転子巻線、第２の回転子巻線および第３の回転子巻線の前記一端同士を互いに接続して構成され、
前記切替回路は、前記第１回路と前記第２回路とが、それぞれ、前記第１の回転子巻線の両端子間に接続されているとともに、前記第１回路と前記第２回路の一方がオン動作して前記第１の回転子巻線を導通状態に制御するとき、当該第１の回転子巻線と前記第２および第３の回転子巻線とが閉回路を形成するように前記他端同士を電気的に接続し前記第２および第３の回転子巻線に流れる電流を前記第１の回転子巻線に注入する構成、
を備えることを特徴とする請求項３または７に記載の発電装置。
【請求項１２】
前記所定の電気角は、略１８０度を、前記回転子が有する１極を構成する磁極片に配置される前記回転子巻線の数で除した商の数であることを特徴とする請求項１０または１１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し、特に同期型の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、発電機出力を系統電源周波数に同期させる必要がある。そのため、従来では、交流出力を一旦直流に変換してインバータによって系統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】
ところで、従来の同期発電機では、同期回転速度でなければ、系統に同期した発電が行えなかったので、同期回転速度維持のための装置や設備が必要となり、大型化を招来していた。また、従来の同期発電機では、回転子巻線を持つ場合には励磁が必要となり、また回転子巻線に代えて永久磁石を使用する場合には、磁力の吸引力で回転始動が悪くなるので、特に風力発電では、問題となっている。
【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、従来の誘導発電機では、発電するためには、回転子の速度を同期速度超に維持する必要があり、しかも回転子の速度がその同期速度超に維持できたとしても、同期速度の２０パーセント程度を超えると発電出力が低下するので、制御系の構成が複雑になるという問題があった。
【００１０】
加えて、従来の自励式発電機では、系統連系を実行している場合には、回転子の速度を同期速度超に維持する必要がある。そして、発電開始時では、例えば固定子巻線に間欠的に電圧を印加する、あるいは、回転子に巻線を施し初期励磁を行うなどいわゆる発電開始トリガが必要であったので、誘導発電機と同様に、制御系が複雑化していた。
【００１１】
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】
【００１２】
上述した目的を達成するため、この発明は、回転子巻線を有する回転子と固定子巻線を有する固定子とを備え、回転子の回転により固定子巻線から発電出力を得る発電装置において、前記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、前記回転子の回転により、当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、前記回転子巻線に流れる電流を、一の方向または他の方向に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。
【００１３】
この発明によれば、非接触の切替手段によって、回転子巻線に発生する磁極（Ｎ極またはＳ極）と固定子巻線の磁極（Ｎ極またはＳ極）とを電気角で９０度に向かう位置から同極性に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。
【００１４】
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円周上に複数配置され、発光動作は、円周を略２分割した２群に分かれ、該固定子巻線に印加される電圧位相に同期して、第１の群と第２の群が交互に一斉点灯と一斉消灯を継続して繰り返すよう制御される発光素子と、該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円周上に略１８０度の物理角を隔てて、該発光素子の発光の照射を受けることが可能に対面し配置される２組の受光素子を含む切替回路とを備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、固定子巻線の位相情報を回転子巻線の受光素子に伝達することができる。
【００１６】
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２組の受光素子の一方の受光素子がオン動作したとき導通状態になる第１のスイッチと前記第１のスイッチが導通状態のとき前記回転子巻線に一端から他端に向かう電流を流すようにする第１の一方向性素子とを含む第１回路と、他方の受光素子がオン動作したとき導通状態になる第２のスイッチと前記第２のスイッチが導通状態のとき前記回転子巻線に他端から一端に向かう電流を流すようにする第２の一方向性素子とを含む第２回路とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、回転子巻線に流れる電流の向きを切替制御することができる。
【００１８】
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、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。
【００１９】
この発明によれば、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。
【００２０】
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。
【００２１】
この発明によれば、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。
【００２２】
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円周上に複数配置され、磁界発生動作は、円周を略２分割した２群に分かれ、該固定子巻線に印加される電圧位相に同期して、第１の群と第２の群が交互に一斉磁界発生と一斉磁界発生停止を継続して繰り返すよう制御される磁界発生手段と、該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円周上に略１８０度の物理角を隔てて、該磁界発生手段の発生する磁界を受けることが可能に対面し配置される２組のホール素子を含む切替回路とを備えることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、固定子巻線の位相情報を回転子巻線のホール素子に伝達することができる。
【００２４】
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２組のホール素子の一方のホール素子がオン動作したとき導通状態になる第１のスイッチと前記第１のスイッチが導通状態のとき前記回転子巻線に一端から他端に向かう電流を流すようにする第１の一方向性素子とを含む第１回路と、他方のホール素子がオン動作したとき導通状態になる第２のスイッチと前記第２のスイッチが導通状態のとき前記回転子巻線に他端から一端に向かう電流を流すようにする第２の一方向性素子とを含む第２回路とを備えていることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、回転子巻線に流れる電流の向きを切替制御することができる。
【００２６】
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。
【００２７】
この発明によれば、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。
【００２８】
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回路の直列回路が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。
【００２９】
この発明によれば、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。
【００３０】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記回転子巻線は、所定の電気角度だけ隔てて配置した第１の回転子巻線と第２の回転子巻線の一端同士を互いに接続して構成され、前記切替回路は、前記第１回路と前記第２回路とが、それぞれ、前記第１の回転子巻線の両端子間に接続されているとともに、前記第１回路と前記第２回路の一方がオン動作して当該第１の回転子巻線を導通状態に制御するとき、当該第１の回転子巻線と前記第２の回転子巻線とが閉回路を形成するように前記他端同士を電気的に接続し前記第２の回転子巻線に流れる電流を前記第１の回転子巻線に注入する構成を備えることを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、主励磁の回転子巻線である第１の回転子巻線に、第２の回転子巻線に流れる電流を第１の回転子巻線に流れる電流を増強するように注入することができるので、発電出力を高めることができる。
【００３２】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記回転子巻線は、所定の電気角度だけ隔てて配置した第１の回転子巻線、第２の回転子巻線および第３の回転子巻線の前記一端同士を互いに接続して構成され、前記切替回路は、前記第１回路と前記第２回路とが、それぞれ、前記第１の回転子巻線の両端子間に接続されているとともに、前記第１回路と前記第２回路の一方がオン動作して前記第１の回転子巻線を導通状態に制御するとき、当該第１の回転子巻線と前記第２および第３の回転子巻線とが閉回路を形成するように前記他端同士を電気的に接続し前記第２および第３の回転子巻線に流れる電流を前記第１の回転子巻線に注入する構成を備えることを特徴とする。
【００３３】
この発明によれば、主励磁の回転子巻線である第１の回転子巻線に、第２および第３の回転子巻線に流れる電流を第１の回転子巻線に流れる電流を増強するように注入することができるので、発電出力を高めることができる。
【００３４】
つぎの発明にかかる発電装置は、上記の発明において、前記所定の電気角は、略１８０度を、前記回転子が有する１極を構成する磁極片に配置される前記回転子巻線の数で除した商の数であることを特徴とする。
【００３５】
この発明によれば、注入に用いる回転子巻線の電気角位置を定めることができる。
【発明の効果】
【００３６】
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】
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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２組の受光素子（例えばホトトランジスタ）８、９が回転子６と一体的に回転可能に配置され、受光素子８、９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）１０の複数個が円状に固定配置されている。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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）１１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１１の面上には、受光素子８を有する切替回路１２と受光素子９を有する切替回路１３とが配置されている。回転子巻線４および切替回路１２、１３の構成と接続関係は、後述する図３−１，図３−２および図３−３に示すようになっている。
【００４３】
図２は、２組の受光素子と複数の発光素子との関係および複数の発光素子の配置態様を説明する図である。ここで、受光素子８と受光素子９の一方を受光素子Ａと称し、他方を受光素子Ｂと称すれば、図２に示すように、受光素子Ａと受光素子Ｂは、軸６１を挟んで対称に配置されている。つまり、受光素子Ａと受光素子Ｂは、板材１１上に、略１８０度の位相差を有して同心円上を回転するように配置されている。
【００４４】
また、図２において、複数の発光素子１０は、板材１１の受光素子配置面と適宜間隔離されて対向する位置に固定的に配置された配置面である板材（図示例では円板状）１４の対向面上に、円形状に適宜間隔を置いて配置されている。なお、図２では、発光素子１０の複数個は、互いに隙間無く配置した場合を示したが、これに限定されないことは言うまでもない。ここで、以降、円周を略２等分する２つの半円弧において、一方の半円弧上に配置される所定数の発光素子１０からなる一組を発光素子群Ａと称し、他方の半円弧上に配置される所定数の発光素子１０からなる一組を発光素子群Ｂと称することとする。
【００４５】
複数の発光素子１０がそれぞれ接続される発光素子駆動部１５は、発光素子群Ａと発光素子群Ｂとを系統周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の正の半サイクルと負の半サイクルとで交互に一斉点灯と一斉消灯とを繰り返すように制御する回路を備えている。つまり、発光素子群Ａと発光素子群Ｂは、一方が一斉点灯する半サイクルでは、他方が一斉消灯するように制御される。
【００４６】
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４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４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４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１２、１３の具体例を示す回路図である。
【００４７】
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、図３−１に示すように、電気角で１８０度離れた位置にあって巻き方向が互いに逆向きである単位巻線４ａと単位巻線４ｂとで構成される。単位巻線４ａと単位巻線４ｂは、単位巻線４ａの巻き終わり端と単位巻線４ｂの巻き始め端とが接続され全体として単一のコイルを構成している。この構成によれば、単位巻線４ａと単位巻線４ｂでは、互いに逆向きの電流が流れるので、例えば図３−１に示すように、単位巻線４ａの巻き始め端４ｃから単位巻線４ｂの巻き終わり端４ｄに向かう電流を流すと、単位巻線４ａがＮ極を形成し、単位巻線４ｂがＳ極を形成することになる。なお、ここでは、理解を容易にするため、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。
【００４８】
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。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例を説明する。
【００４９】
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、これに限定されないことは言うまでもない。
【００５０】
そして、この実施の形態１では、図３−３、図３−４に示すように、２つの切替回路１２、１３をそれぞれ回転子巻線４の両端子間に接続して回転子巻線４に流れる電流の向きを切り替え得るようにし、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している。以下切替回路１２、１３について説明する。
【００５１】
図３−３に示すように、切替回路１２は、一方の受光素子８と、この受光素子８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１３は、他方の受光素子９と、この受光素子９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、トランジスタやリレーにて構成されている。
【００５２】
図３−３において、回転子６が回転すると、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。略１８０度の位相差を有して回転移動する受光素子８、９は、固定配置される発光素子群Ａ、Ｂの投光を基本的には交互に受光する。その結果、切替回路１２と回転子巻線４とによる閉回路と、切替回路１３と回転子巻線４とによる閉回路とにおいて、基本的には交互に互いに逆向きに電流が流れるので、切替回路１２，１３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。
【００５３】
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１２、１３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１２は、受光素子８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８のベース電極は、発光素子群Ａまたは発光素子群Ｂの投光を受ける。受光素子８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。
【００５４】
同様に、切替回路１３は、受光素子９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９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。
【００５５】
図３−４に示す構成において、受光素子８がオン動作を行い、受光素子９がオフ動作を行っているときは、切替回路１２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１２を介して接続され、切替回路１２を介した閉回路が形成される。一方、切替回路１３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１３を介して接続されず、切替回路１３を介した閉回路は形成されない。
【００５６】
したがって、受光素子８がオン動作を行い、受光素子９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。
【００５７】
逆に、受光素子８がオフ動作を行い、受光素子９がオン動作を行っているときは、切替回路１３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１３を介して接続され、切替回路１３を介した閉回路が形成される。一方、切替回路１２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１２を介して接続されず、切替回路１２を介した閉回路は形成されない。
【００５８】
したがって、受光素子９がオン動作を行い、受光素子８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。
【００５９】
次に、図４〜図９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。図４〜図８は、回転子６の駆動力が種々に変化する場合の同期発電動作を説明するタイムチャートである。図９は、回転子６が同期速度とその前後の速度で回転している場合の回転子６の磁極と固定子３の磁極との関係を説明する図である。なお、固定子３の極数は、理解を容易にするため、例えば４極であるとしている。
【００６０】
（１）図４を参照して、回転子が停止している場合の動作について説明する。図４は、回転子６が停止状態にある場合を示す。図４において、発光素子群Ａと発光素子群Ｂは、系統周波数（例えば５０Ｈｚ）の各半サイクルにおいて、ゼロクロス点に同期して一斉に点灯または消灯することを開始する。そして、その半サイクルの期間内その点灯状態または消灯状態を維持することを交互に繰り返すように制御される。この関係は図５〜図８においても同様であり、正の半サイクルＴ１，Ｔ３，Ｔ５では、発光素子群Ａが点灯状態、発光素子群Ｂが消灯状態となり、負の半サイクルＴ２，Ｔ４，Ｔ６では、発光素子群Ｂが点灯状態、発光素子群Ａが消灯状態となるとしている。
【００６１】
回転子６は停止状態にあるので、例えば図４に示すように、受光素子Ａと受光素子Ｂはそれぞれ同一の発光素子群の投光を受ける。図４では、発光素子群Ａが点灯状態である半サイクルＴ１，Ｔ３，Ｔ５の期間では、その投光を受光素子Ａが受けてオン動作状態になり、受光素子Ｂは発光素子群Ａの投光を受けずオフ動作状態になる。この場合には、図３−４において、例えば切替回路１２がオン動作を行い、切替回路１３はオフ動作を行うので、当該切替回路１２に依る閉回路が形成される。また、発光素子群Ｂが点灯状態である半サイクルＴ２，Ｔ４，Ｔ６の期間では、その投光を受光素子Ｂが受けてオン動作状態になり、受光素子Ａは発光素子群Ｂの投光を受けずオフ動作状態になる。この場合には、図３−３において、今度は切替回路１３がオン動作を行い、切替回路１２がオフ動作を行うので、当該切替回路１３に依る閉回路が形成される。
【００６２】
回転子６は停止状態にあるが、界磁巻線１には、例えば５０Ｈｚの系統電圧が印加されているので、相互誘導によって回転子巻線４に電圧が誘起され、系統電圧と同一周波数、同一位相の電圧が発生し、回転子巻線４には電流が流れる。このとき、１サイクルの期間を見ると、上記のように、半サイクルＴ１の期間内では切替回路１２に依る閉回路が形成され、次の半サイクルＴ２の期間内では切替回路１３に依る閉回路が形成される。したがって、回転子巻線４に流れる電流の向きは、図３−３において、半サイクルＴ１の期間内では実線矢印の向きに制御され、次の半サイクルＴ２の期間内では逆向きの破線矢印の向きに強制的に切替制御される。回転子巻線４に実線矢印の向きに電流が流れるときにＮ極の磁界が発生するとすれば、回転子巻線４に破線矢印の向きに電流が流れるときはＳ極の磁界が発生する。このように、回転子巻線４に流れる電流の向きは、系統周波数の各半サイクルと同期して切り替わり、回転子６の磁極は、Ｎ極とＳ極が半サイクル毎に入れ替わることになる。ここで、回転子６が任意の電気角に初期設定されていても、固定子３の磁極と回転子６の上記した磁極との吸引・反発の作用によって、回転子６は電気角で０度の初期位置に落ち着くので、回転することなく停止状態を維持することができる。
【００６３】
（２）図５、図９（３）を参照して回転子が同期速度の１／２の速度で回転している場合の動作について説明する。なお、図５は、回転子６が同期速度の半分（図示例では２５Ｈｚ）の速度で回転している場合での回転子磁極の発生過程を説明する図である。また、図９（３）は、回転子６が同期速度の１／２の速度で回転している場合の回転子磁極と固定子磁極との関係とを説明する図である。
【００６４】
回転子６が同期速度の１／２の速度で回転する場合、回転子６は、系統周波数（図５では５０Ｈｚ）が２サイクル（２波長）変化する間に１回転する。この場合には、図５に示すように、受光素子Ａと受光素子Ｂにおける発光素子群Ａと発光素子群Ｂの投光を交互に受ける関係が、系統周波数のある１サイクル（１波長）の期間と次の１サイクル（１波長）の期間とで入れ替わることになる。
【００６５】
図５において、回転子６は、系統周波数の正の半サイクルＴ１の開始時から負の半サイクルＴ４の終了時までの期間内に１回転する。前１／２回転の期間（正の半サイクルＴ１と次の負の半サイクルＴ２の期間）では、受光素子Ａは、前１／２回転の前半分期間（正の半サイクルＴ１の期間）においてオン動作状態となり、後半分期間（負の半サイクルＴ２の期間）においてオフ動作状態に切り替わる。一方、受光素子Ｂは、前１／２回転の前半分期間においてオフ動作状態となり、後半分期間においてオン動作状態に切り替わる。そして、後１／２回転の期間（次の正の半サイクルＴ３と次の負の半サイクルＴ４の期間）では、受光素子Ａは、後１／２回転の前半分期間（正の半サイクルＴ３の期間）においてオフ動作状態を維持し、後半分期間（負の半サイクルＴ４の期間）においてオン動作状態に切り替わる。一方、受光素子Ｂは、後１／２回転の前半分期間においてオン動作状態を維持し、後半分期間においてオフ動作状態に切り替わる。以降、系統周波数の２サイクルに跨る各１回転の期間において、受光素子Ａと受光素子Ｂは、同様の動作を繰り返す。
【００６６】
受光素子Ａが投光を受けてオン動作を行うと、上記のように、例えば切替回路１２がオン動作して閉回路が形成されるので、回転子巻線４には図３−４に示した例で言えば実線矢印の向きに電流が流れる。このとき、回転子巻線４が形成する磁極がＮ極であるとすれば、受光素子Ｂが投光を受けてオン動作を行うと、今度は切替回路１３に依る閉回路を通して回転子巻線４には逆向き（図３−４に示した破線矢印の向き）の電流が流れるので、回転子巻線４が形成する磁極はＮ極からＳ極に切り替わる。したがって、図５に示す例では、回転子６が１回転する期間（正の半サイクルＴ１〜負の半サイクルＴ４の期間）における磁極は、前１／２回転の前半分期間（正の半サイクルＴ１の期間）では、切替回路１２に依る閉回路によってＮ極となり、前１／２回転の後半分期間（負の半サイクルＴ２の期間）と後１／２回転の前半分期間（正の半サイクルＴ３の期間）では、切替回路１３に依る閉回路によって連続してＳ極となり、後１／２回転の後半分期間（正の半サイクルＴ４の期間）では、切替回路１２に依る閉回路によってＮ極となるように発生制御されることになる。
【００６７】
この場合の固定子３において、回転子６の磁極が相対電気角で９０度に向かう所の磁極は、前１／２回転の期間（正の半サイクルＴ１と次の負の半サイクルＴ２の期間）では、第１磁極となり、後１／２回転の期間（次の正の半サイクルＴ３と次の負の半サイクルＴ４の期間）では、第２磁極となる。そして、次の１回転の前１／２回転の期間（正の半サイクルＴ５と次の負の半サイクルＴ６の期間）では、第３磁極となり、図示してないが、後１／２回転の期間（次の正の半サイクルＴ７と次の負の半サイクルＴ８の期間）では、第４磁極となる。
【００６８】
図９（３）を参照して、回転子巻線４の磁極と固定子３の相対電気角で９０度に向かう所の磁極とが同極性になり、界磁巻線１から系統に同期した波形の発電出力が得られる動作過程の要部について説明する。図９（３）において、横軸は、回転子６の磁極が単位時間に進む距離である。この横軸には、図５に示す系統周波数の半サイクルＴ１の起点時刻に対応する時刻ｔ０、次の半サイクルＴ２の起点時刻に対応する時刻ｔ１、次の半サイクルＴ３の起点時刻に対応する時刻ｔ２、次の半サイクルＴ４の起点時刻に対応する時刻ｔ３、次の半サイクルＴ５の起点時刻に対応する時刻ｔ４、次の半サイクルＴ６の起点時刻に対応する時刻ｔ５が示されている。
【００６９】
固定子３の界磁巻線１には、系統電圧が印加されている。半サイクルＴ１の起点時刻に対応する当初の時刻ｔ０では、第１磁極の極性はＮ極であり、第２磁極の極性はＳ極であり、第３磁極の極性はＮ極であるとする。そうすると、次の半サイクルＴ２の起点時刻に対応する時刻ｔ１では、第１磁極の極性はＮ極からＳ極に変化し、第２磁極の極性はＳ極からＮ極に変化し、第３磁極の極性はＮ極からＳ極に変化する。次の半サイクルＴ３の起点時刻に対応する時刻ｔ２では、第２磁極の極性はＮ極からＳ極に変化し、第３磁極の極性はＳ極からＮ極に変化する。次の半サイクルＴ４の起点時刻に対応する時刻ｔ３では、第２磁極の極性はＳ極からＮ極に変化し、第３磁極の極性はＮ極からＳ極に変化する。そして、第３磁極の極性は、次の半サイクルＴ５の起点時刻に対応する時刻ｔ４ではＮ極となり、次の半サイクルＴ６の起点時刻に対応する時刻ｔ５ではＳ極となる。
【００７０】
これに対して、回転子６の極性は、半サイクルＴ１の起点時刻に対応する当初の時刻ｔ０では図５に示したようにＮ極となるように制御できるので、固定子３の相対電気角で９０度に向かう所の第１磁極と同極性の状態が得られる。回転子６は、図５に示したように、次の半サイクルＴ２の起点時刻に対応する時刻ｔ１までは切替回路１２に依る閉回路によってＮ極に制御された状態で進行しその時刻ｔ１にて切替回路１３に依る閉回路によってＳ極に切り替わるので、時刻ｔ１でも回転子６の極性は第１磁極と同極性になる。回転子６は、図５に示したように、時刻ｔ１にてＳ極に切替制御された後はそのＳ極に制御された状態で半サイクルＴ２の全期間と次の半サイクルＴ３の全期間とを進行するので、中間時刻である半サイクルＴ３の起点時刻に対応する時刻ｔ２では、固定子３の相対電気角で次の９０度に向かう所の第２磁極と同極性となる。そして、回転子６では、時刻ｔ３にて切替回路１２に依る閉回路によってＮ極に切り替わるので、時刻ｔ３でも回転子６の極性は第２磁極と同極性になる。
【００７１】
同様に、回転子６は、時刻ｔ３にてＮ極に切替制御された後はそのＮ極に制御された状態で半サイクルＴ４の全期間と次の半サイクルＴ５の全期間とを進行するので、中間時刻である半サイクルＴ５の起点時刻に対応する時刻ｔ４では、固定子３の相対電気角で次の９０度に向かう所の第３磁極と同極性となる。そして、回転子６では、時刻ｔ５にて切替回路１３に依る閉回路によってＳ極に切り替わるので、時刻ｔ５でも回転子６の極性は第３磁極と同極性になる。つまり、回転子６が同期速度の１／２の速度で回転する場合でも系統に連系した同期発電を行っているのであり、界磁巻線１には、系統に同期した波形の発電出力が得られる。
【００７２】
（３）図６、図９（４）を参照して回転子６が同期速度の２／３の速度で回転している場合の動作について説明する。なお、図６は、回転子６が同期速度の２／３の速度で回転している場合での回転子磁極の発生過程を説明する図である。また、図９（４）は、回転子６が同期回転の２／３の速度で回転している場合の回転子磁極と固定子磁極との関係とを説明する図である。
【００７３】
回転子６が同期速度（図示例では５０Ｈｚ）の２／３の速度（図示例では３３．３Ｈｚ）で回転している場合には、回転子６は、系統周波数が３／２サイクル変化する間に１回転する。すなわち、図６において、回転子６は、正の半サイクルＴ１の開始時点から次の正の半サイクルＴ３の終了時点までの期間内に１回転する。また、回転子６は、負の半サイクルＴ４の開始時点から次の負の半サイクルＴ６の終了時点までの期間内に１回転する。この場合には、図６に示すように、系統周波数のある１サイクルの期間内に、受光素子Ａと受光素子Ｂが発光素子群Ａと発光素子群Ｂの投光を交互に受ける場合と、受光素子Ａと受光素子Ｂが一方の発光素子群の投光を交互に受ける場合とが起こる。
【００７４】
図６において、回転子６が１回転する正の半サイクルＴ１の開始時から次の正の半サイクルＴ３の終了時までの期間における前１／２回転の期間（正の半サイクルＴ１の全期間と次の負の半サイクルＴ２の前半分期間）では、受光素子Ａは正の半サイクルＴ１の全期間においてオン動作状態となり、次の負の半サイクルＴ２の前半分期間においてオフ動作状態に切り替わる。一方、受光素子Ｂは、正の半サイクルＴ１の全期間においてオフ動作状態となり、次の負の半サイクルＴ２の前半分期間においてオン動作状態に切り替わる。そして、後１／２回転の期間（負の半サイクルＴ２の後半分期間と次の正の半サイクルＴ３の全期間）では、受光素子Ａは、負の半サイクルＴ２の後半分期間においてオン動作状態に切り替わり、次の正の半サイクルＴ３の全期間においてオフ動作状態に切り替わる。一方、受光素子Ｂは、負の半サイクルＴ２の後半分期間においてオフ動作状態に切り替わり、次の正の半サイクルＴ３の全期間においてオン動作状態に切り替わる。
【００７５】
また、回転子６が次の１回転を行う期間（負の半サイクルＴ４の開始時から次の負の半サイクルＴ６の終了時までの期間）における前１／２回転の期間（負の半サイクルＴ４の全期間と次の正の半サイクルＴ５の前半分期間）では、受光素子Ａは、負の半サイクルＴ４の全期間においてオフ動作状態となり、次の正の半サイクルＴ５の前半分期間においてオン動作状態に切り替わる。一方、受光素子Ｂは、負の半サイクルＴ４の全期間においてオン動作状態となり、次の正の半サイクルＴ５の前半分期間においてオフ動作状態に切り替わる。そして、後１／２回転の期間（正の半サイクルＴ５の後半分期間と次の負の半サイクルＴ６の全期間）では、受光素子Ａは、正の半サイクルＴ５の後半分期間においてオフ動作状態に切り替わり、次の負の半サイクルＴ６の全期間においてオン動作状態に切り替わる。一方、受光素子Ｂは、正の半サイクルＴ５の後半分期間においてオン動作状態に切り替わり、次の負の半サイクルＴ６の全期間においてオフ動作状態に切り替わる。以降、系統周波数の３サイクルに跨る各２回転の期間において、受光素子Ａと受光素子Ｂは、同様の動作を繰り返す。
【００７６】
したがって、図６に示す例では、回転子６が１回転する期間（正の半サイクルＴ１〜正の半サイクルＴ３の期間）における磁極は、正の半サイクルＴ１の全期間では切替回路１２に依る閉回路によってＮ極となり、負の半サイクルＴ２の前半分期間では切替回路１３に依る閉回路によってＳ極となり、負の半サイクルＴ２の後半分期間では切替回路１２に依る閉回路によってＮ極となり、正の半サイクルＴ３の全期間では切替回路１３に依る閉回路によってＳ極となる。また、回転子６が次の１回転を行う期間（負の半サイクルＴ４〜負の半サイクルＴ６の期間）では、負の半サイクルＴ４の全期間では切替回路１３に依る閉回路によってＳ極となり、正の半サイクルＴ５の前半分期間では切替回路１２に依る閉回路によってＮ極となり、正の半サイクルＴ５の後半分期間では切替回路１３に依る閉回路によってＳ極となり、負の半サイクルＴ６の全期間では切替回路１２に依る閉回路によってＮ極となるように発生制御されることになる。
【００７７】
この場合の固定子３において、回転子６の磁極が相対電気角で９０度に向かう所の磁極は、回転子６の２回転に対し、１／２回転の期間（正の半サイクルＴ１の全期間と次の負の半サイクルＴ２の前半分期間）では、第１磁極となり、２／２回転の期間（負の半サイクルＴ２の後半分期間と次の正の半サイクルＴ３の全期間）では、第２磁極となり、３／２回転の期間（次の負の半サイクルＴ４の全期間と次の正の半サイクルＴ５の前半分期間）では、第３磁極となり、４／２回転の期間（正の半サイクルＴ５の後半分期間とその次の負の半サイクルＴ６の全期間）では、第４磁極となる。
【００７８】
図９（４）を参照して、回転子巻線４の磁極と固定子３の相対電気角で９０度に向かう所の磁極とが同極性になり、界磁巻線１から系統に同期した波形の発電出力が得られる動作過程の要部について説明する。図９（４）において、横軸は、回転子６の磁極が単位時間に進む距離である。この横軸には、図６に示す系統周波数の半サイクルＴ１の起点時刻に対応する時刻ｔ０、次の半サイクルＴ２の起点時刻に対応する時刻ｔ１、その半サイクルＴ２の中間時刻に対応する時刻ｔ１．５、次の半サイクルＴ３の起点時刻に対応する時刻ｔ２、次の半サイクルＴ４の起点時刻に対応する時刻ｔ３、次の半サイクルＴ５の起点時刻に対応する時刻ｔ４、その半サイクルＴ５の中間時刻に対応する時刻ｔ４．５が示されている。
【００７９】
固定子３の界磁巻線１には、系統電圧が印加されている。半サイクルＴ１の起点時刻に対応する当初の時刻ｔ０では、第１磁極の極性はＮ極であり、第２磁極の極性はＳ極であり、第３磁極の極性はＮ極であり、第４磁極の極性はＳ極であるとする。そうすると、次の半サイクルＴ２の起点時刻に対応する時刻ｔ１では、第１磁極の極性はＮ極からＳ極に変化し、第２磁極の極性はＳ極からＮ極に変化し、第３磁極の極性はＮ極からＳ極に変化し、第４磁極の極性はＳ極からＮ極に変化する。次の半サイクルＴ２の中間時刻に対応する時刻ｔ１．５では、第２磁極の極性はＮ極を維持している。次の半サイクルＴ３の起点時刻に対応する時刻ｔ２では、第２磁極の極性はＮ極からＳ極に変化し、第３磁極の極性はＳ極からＮ極に変化し、第４磁極の極性はＮ極からＳ極に変化する。そして、第３磁極の極性は、次の半サイクルＴ４の起点時刻に対応する時刻ｔ３ではＳ極となり、次の半サイクルＴ５の起点時刻に対応する時刻ｔ４ではＮ極となる。また第４磁極の極性は、次の半サイクルＴ４の起点時刻に対応する時刻ｔ３ではＮ極となり、次の半サイクルＴ５の起点時刻に対応する時刻ｔ４ではＳ極となり、次の半サイクルＴ５の中間時刻に対応する時刻ｔ４．５ではそのＳ極を維持する。
【００８０】
これに対して、回転子６の極性は、半サイクルＴ１の起点時刻に対応する当初の時刻ｔ０では図６に示したようにＮ極となるように制御できるので、固定子３の相対電気角で９０度に向かう所の第１磁極と同極性の状態が得られる。回転子６は、図６に示したように、次の半サイクルＴ２の起点時刻に対応する時刻ｔ１までは切替回路１２に依る閉回路によってＮ極に制御された状態で進行しその時刻ｔ１にて切替回路１３に依る閉回路によってＳ極に切り替わるので、時刻ｔ１でも回転子６の極性は第１磁極と同極性になる。回転子６は、時刻ｔ１にてＳ極に切替制御された後はそのＳ極に制御された状態で半サイクルＴ２の中間時刻に対応する時刻ｔ１．５まで進行し、その時刻ｔ１．５にて切替回路１２に依る閉回路によってＮ極に切り替えられる。したがって、その時刻ｔ１．５での回転子６の極性は、回転子６の磁極が電気角で次の９０度に向かう所の第２磁極の極性と同極性になる。
【００８１】
回転子６は、時刻ｔ１．５にてＮ極に切替制御された後はそのＮ極に制御された状態で半サイクルＴ２の後半期間を進行し、半サイクルＴ３の起点時刻に対応する時刻ｔ２にて切替回路１３に依る閉回路によってＳ極に切り替わるので、時刻ｔ２でも回転子６の極性は第２磁極と同極性になる。回転子６は、時刻ｔ２にてＳ極に切替制御された後はそのＳに制御された状態で半サイクルＴ３の全期間と次の半サイクルＴ４の全期間とを進行するので、中間時刻である半サイクルＴ４の起点時刻に対応する時刻ｔ３での回転子６の極性は固定子３の相対電気角で次の９０度に向かう所の第３磁極と同極性となる。そして、回転子６は、Ｓ極に制御された状態で半サイクルＴ４の終了時刻である半サイクルＴ５の起点時刻に対応する時刻ｔ４まで進行すると、その時刻ｔ４にて切替回路１２に依る閉回路によってＮ極に切り替わるので、時刻ｔ４での回転子６の極性も固定子３の第３磁極と同極性となる。回転子６は、時刻ｔ４にてＮ極に切替制御された後はそのＮ極に制御された状態で半サイクルＴ５の前半期間を進行し、半サイクルＴ５の中間時刻に対応する時刻ｔ４．５にて切替回路１３に依る閉回路によってＳ極に切り替わるので、時刻ｔ４．５での回転子６の極性は固定子３の相対電気角で次の９０度に向かう所の第４磁極と同極性となる。つまり、回転子６が同期速度の２／３の速度で回転している場合でも系統に連系した同期発電を行っているのであり、界磁巻線１には、系統に同期した波形の発電出力が得られる。
【００８２】
（４）図７、図９（１）を参照して回転子が同期速度で回転している場合の動作について説明する。なお、図７は、回転子６が同期速度（図示例では５０Ｈｚ）で回転している場合での回転子磁極の発生過程を説明する図である。また、図９（１）は、回転子６が同期回転で回転している場合の回転子磁極と固定子磁極との関係とを説明する図である。
【００８３】
回転子６が同期速度（図示例では５０Ｈｚ）で回転している場合には、系統電圧位相の変化と回転子６の回転位相とが一致するので、発光素子群Ａと発光素子群Ｂの交互投光を受光素子Ａと受光素子Ｂのいずれか一方のみが受光し続けることになり、受光素子の切り替えが起こらないので、回転子巻線４の電流は、一方向に継続して流れる。図７では、受光素子Ａが受光し続けるが示されている。この場合には、系統周波数の各半サイクルにおいて切替回路１２に依る閉回路のみが形成されるので、回転子６の磁極は、常にＮ極となる。
【００８４】
図９（１）を参照して、回転子巻線４の磁極と固定子３の磁極とが同極性になり、界磁巻線１から系統に同期した波形の発電出力が得られる動作過程の要部について説明する。図９（１）において、横軸は、回転子６の磁極が単位時間に進む距離である。この横軸には、図７に示す系統周波数の半サイクルＴ１の起点時刻に対応する時刻ｔ０、次の半サイクルＴ２の起点時刻に対応する時刻ｔ１、次の半サイクルＴ３の起点時刻に対応する時刻ｔ２、次の半サイクルＴ４の起点時刻に対応する時刻ｔ３が示されている。
【００８５】
固定子３の界磁巻線１には、系統電圧が印加されている。半サイクルＴ１の起点時刻に対応する当初の時刻ｔ０では、第１磁極の極性はＮ極であり、第２磁極の極性はＳ極であり、第３磁極の極性はＮ極であり、第４磁極の極性はＳ極であるとする。そうすると、次の半サイクルＴ２の起点時刻に対応する時刻ｔ１では、第２磁極の極性は、Ｓ極からＮ極に変化し、第３磁極の極性は、Ｎ極からＳ極に変化し、第４磁極では、Ｓ極からＮ極に変化する。次の半サイクルＴ３の起点時刻に対応する時刻ｔ２では、第３磁極の極性は、Ｓ極からＮ極に変化し、第４磁極では、Ｎ極からＳ極に変化する。そして、次の半サイクルＴ４の起点時刻に対応する時刻ｔ３では、第４磁極の極性は、Ｓ極からＮ極に変化する。
【００８６】
これに対して、回転子６では、同期速度で回転している場合は、半サイクルＴ１の起点時刻に対応する当初の時刻ｔ０と、次の半サイクルＴ２の起点時刻に対応する時刻ｔ１と、次の半サイクルＴ３の起点時刻に対応する時刻ｔ２と、次の半サイクルＴ４の起点時刻に対応する時刻ｔ３との各時刻において、回転子６の極性は、切替回路１２に依る閉回路によってＮ極に制御され続けるので、常に、固定子３の相対電気角で９０度の方向に向かう所の第１磁極、第２磁極、第３磁極、第４磁極と同極性の関係になる。これによって、同期発電機として作用し、界磁巻線１には、系統に同期した波形の発電出力が得られる。
【００８７】
（５）図８、図９（２）を参照して回転子が同期速度を超えて回転している場合の動作について説明する。なお、図８は、回転子６が同期速度の２倍の速度で回転している場合での回転子磁極の発生過程を説明する図である。また、図９（２）は、回転子６が同期速度の２倍の速度で回転している場合の回転子磁極と固定子磁極との関係とを説明する図である。
【００８８】
回転子６が同期速度（図示例では５０Ｈｚ）の２倍（図示例では１００Ｈｚ）の速度で回転している場合には、系統周波数（図示例では５０Ｈｚ）が１サイクル（１波長）変化する間に回転子６は２回転する。この場合は、図８に示すように、系統周波数の各半サイクルの期間内に、受光素子Ａと受光素子Ｂは、発光素子群Ａと発光素子群Ｂのいずれか一方の投光を交互に受けることになる。
【００８９】
図８において、回転子６が１回転する期間（正の半サイクルＴ１の全期間）では、受光素子Ａは、前半分期間においてオン動作状態となり、後半分期間においてオフ動作状態に切り替わる。一方、受光素子Ｂは、前半分期間においてオフ動作状態となり、後半分期間においてオン動作状態に切り替わる。回転子６が次の１回転を行う期間（負の半サイクルＴ２の全期間）では、受光素子Ａは、前半分期間においてオフ動作状態を維持し、後半分期間においてオン動作状態に切り替わる。一方、受光素子Ｂは、前半分期間においてオン動作状態を維持し、後半分期間においてオフ動作状態に切り替わる。以降、系統周波数の１サイクルに跨る各２回転の期間において、受光素子Ａと受光素子Ｂは、同様の動作を繰り返す。
【００９０】
したがって、図８に示す例では、回転子６が２回転する期間（正の半サイクルＴ１〜負の半サイクルＴ２の期間）における磁極は、正の半サイクルＴ１の前半分期間では切替回路１２に依る閉回路によってＮ極となり、正の半サイクルＴ１の後半分期間と負の半サイクルＴ２の前半分期間では切替回路１３に依る閉回路によって継続してＳ極となり、負の半サイクルＴ２の後半分期間では切替回路１２に依る閉回路によってＮ極となるように発生制御されることになる。そして、この場合の固定子３において対応する磁極は、正の半サイクルＴ１では前半分期間が第１磁極となり、後半分期間が第２磁極となる。また、次の負の半サイクルＴ２では前半分期間が第３磁極となり、後半分期間が第４磁極となる。各１サイクルにおいて同様の磁極関係となる。
【００９１】
この場合には、系統周波数の各半サイクルにおいては、一方の発光素子群の投光を受光素子Ａと受光素子Ｂが切り替わって受けるので、切替回路１２に依る閉回路と切替回路１３に依る閉回路とが切り替わって形成される。つまり、系統周波数の各半サイクルにおいては、回転子巻線４を流れる電流の向きが切り替わる。しかし、１／４サイクルずらした位相で観察すると、その１／４サイクルずらした系統周波数の各半サイクルに相当する期間において、受光素子Ａと受光素子Ｂの一方が発光素子群Ａと発光素子群Ｂの一方の投光を受ける。この状態は、図４に示す回転子６が停止している場合の同期受光と同じである。また、その１／４サイクルずらした系統周波数の各半サイクルに相当する期間においては、切替回路１２と切替回路１３とのいずれか一方に依る閉回路が継続して形成されるので、回転子巻線４に流れる電流は、１／４サイクルの前後で合成され、切り替わることなく一方向に流れるように制御される。したがって、図９（２）に示すように、回転子巻線４の磁極と固定子３の９０度の向かう所の磁極とが同極性になるので、界磁巻線１には、系統に同期した波形の発電出力が得られる。
【００９２】
図９（２）を参照して、回転子巻線４の磁極と固定子３の９０度の向かう所の磁極とが同極性になり、界磁巻線１から系統に同期した波形の発電出力が得られる動作過程の要部について説明する。説明する。ここでは、図８に示す半サイクルＴ１、Ｔ２における状況を説明する。すなわち、図９（２）において、横軸は、回転子６の磁極が単位時間に進む距離である。この横軸には、図８に示す系統周波数の半サイクルＴ１の起点時刻に対応する時刻ｔ０、その半サイクルＴ１の中間時刻に対応する時刻ｔ１／２、次の半サイクルＴ２の起点時刻に対応する時刻ｔ１、その半サイクルＴ２の中間時刻に対応する時刻ｔ１．５が示されている。
【００９３】
固定子３の界磁巻線１には、系統電圧が印加されている。半サイクルＴ１の起点時刻に対応する当初の時刻ｔ０では、第１磁極の極性はＮ極であり、第２磁極の極性はＳ極であり、第３磁極の極性はＮ極であり、第４磁極の極性はＳ極であるとする。そうすると、次の半サイクルＴ１の中間時刻に対応する時刻ｔ１／２では、第２磁極の極性はＳ極のままであり、第３磁極の極性はＮ極のままであり、第４磁極の極性はＳ極のままである。そして、次の半サイクルＴ２に対応する時刻ｔ１にて、第３磁極の極性はＮ極からＳ極に変化し、第４磁極の極性はＳ極からＮ極に変化する。また、次の半サイクルＴ２の中間時刻に対応する時刻ｔ１．５では、第４磁極の極性はＮ極のままである。
【００９４】
これに対して、回転子６の極性は、半サイクルＴ１の起点時刻に対応する当初の時刻ｔ０では図８に示したようにＮ極となるように制御できるので、固定子３の相対電気角で９０度に向かう所の第１磁極と同極性の状態が得られる。回転子６は、図８に示したように、その半サイクルＴ１の中間時刻に対応する時刻ｔ１／２までは切替回路１２に依る閉回路によってＮ極に制御された状態で進行しその時刻ｔ１／２にて切替回路１３に依る閉回路によってＳ極に切り替わるので、時刻ｔ１／２での回転子の極性は回転子６の電気角で次の９０度に向かう所の第２磁極と同極性になる。回転子６は、時刻ｔ１／２にてＳ極に切替制御された後はそのＳ極に制御された状態で、半サイクルＴ１の後半期間と半サイクルＴ２の前半期間の終了時刻である時刻ｔ１．５まで進行し、その時刻ｔ１．５にて切替回路１２に依る閉回路によってＮ極に切り替えられる。したがって、半サイクルＴ２の起点時刻に対応する時刻ｔ１での回転子６の極性は固定子３の相対電気角で次の９０度に向かう所の第３磁極と同極性になる。また、時刻１．５での回転子６は、固定子３の相対電気角で次の９０度に向かう所の第４磁極と同極性になる。つまり、回転子６が同期速度の２倍の速度で回転している場合でも系統に連系した同期発電を行っているのであり、界磁巻線１には、系統に同期した波形の発電出力が得られる。
【００９５】
以上、発光素子の発光と受光素子の受光との関係により、固定子巻線の発生する磁極と回転子巻線に発生させる磁極が同期し系統連系した発電が行えることを説明してきたが、これらを総括した説明を更に付加する。図２には、発光素子群Ａ及び発光素子群Ｂが示されている。これら発光素子群は、系統に連係して発光し、固定子に固定されている。いま、２極の固定子の場合を考えると、発光素子群Ａが発光しているときの第一固定子の磁極をＮ（Ｓ）と仮定すると、同様に発光素子群Ｂが発光しているとき第二固定子の磁極はＮ（Ｓ）となる。常に、発光している側の固定子がＮ（Ｓ）となる。したがって、回転子においても同様のことが言える。即ち、常に受光している受光素子側の回転子の磁極はＮ（Ｓ）となる。このように、発光素子群の発光及び受光素子の受光により、図３−４の切替回路１２、１３は、回転子巻線に流れる電流方向を切り替え、上述のように電気角９０°に向かう回転子の磁極を固定子の磁極と同極性に制御し、系統連系することができる。
【００９６】
以上のように、実施の形態１によれば、商用電源周波数である系統周波数の電気角で１８０度（例えば半サイクル）の各期間において、一斉点灯と一斉消灯とを交互に行う２つ発光素子群を固定配置し、また、回転子に２つの発光素子群の投光を受ける２組の受光素子を略１８０度の位相差を有して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２組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、回転子が同期速度の前後の速度で回転している場合でも、回転子の磁極と固定子の対応する磁極との極性を同一にすることができ、系統に同期した発電が行える。
【００９７】
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の前後の速度であっても系統連系発電が可能であるが、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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
実施の形態２．
図１０は、この発明の実施の形態２である発電装置の簡略構成を示す図である。なお、図１０では、図１に示した構成と同一ないしは同等である構成には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。
【０１０２】
すなわち、図１０に示すように、この実施の形態２による発電装置では、図１に示した構成において、切替回路１２、１３に代えて、切替回路７０、７１が設けられている。切替回路７０、７１は、一方の入出力端が互いに接続され、他方の入出力端がそれぞれ回転子巻線４の対応する端部に接続されている。すなわち、切替回路７０、７１の直列回路の両端が回転子巻線４の両端に接続されている。
【０１０３】
１８０度の位相差を有して回転移動する受光素子８、９は、発光素子群Ａ、Ｂの投光を交互に受光する。そして、回転子６が回転すると、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。図１１に示すように、切替回路７０、７１の直列回路は、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ようになっている。図１１は、図１０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。以下、図１１を参照して説明する。
【０１０４】
図１１において、切替回路７０は、受光素子８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８は、発光素子群Ａまたは発光素子群Ｂの投光を受ける。受光素子８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。
【０１０５】
同様に、切替回路７１は、受光素子９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９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。
【０１０６】
図１１に示す構成において、受光素子８がオン動作を行い、受光素子９がオフ動作を行っているときは、切替回路７０では、トランジスタＱ１がオン動作を行い、ダイオードＤ１は、短絡状態になる。一方、切替回路７１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。
【０１０７】
逆に、受光素子８がオフ動作を行い、受光素子９がオン動作を行っているときは、切替回路７１では、トランジスタＱ２がオン動作を行いダイオードＤ２は、短絡状態になる。一方、切替回路７０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。
【０１０８】
したがって、実施の形態２においても、発光素子群Ａ、Ｂの点灯状態および消灯状態との相対的な位相関係に従って回転子巻線４に一方向の電流を流すか、流れる向きを切り替えるかの制御を行うことができるので、図４〜図９にて説明した動作が行われる。したがって、実施の形態１と同様の作用・効果が得られる。
【０１０９】
実施形態３．
図１２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
実施形態３では、回転子巻線を２以上によって構成する場合の一例が示されている。すなわち、実施の形態１，２にて示した回転子巻線４は、この実施の形態３では、図１２に示すように、共通に接続する一端側が電気角で略６０度の間隔で配置される３つの回転子巻線８１，８２，８３で構成されている。なお、回転子巻線８１，８２，８３は、それぞれ図３−１にて説明した構成である。また、回転子巻線８１，８２，８３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。
【０１１０】
図１２において、回転子巻線８１は、切替制御の対象として、一端（巻き始め端）が電気角０度の位置に配置されている。そして、回転子巻線８２，８３は、それぞれ回転方向の後端側に配置されている。そのうち、回転子巻線８２は、図示例では一端（巻き終わり端）が電気角で略−６０度の位置に配置されている。また、回転子巻線８３は、一端（巻き始め端）が電気角で略−１２０度の位置に配置されている。なお、一端が電気角で略−６０度の位置に配置されている回転子巻線８２のその一端は巻き始め端であっても良い。
【０１１１】
すなわち、図１２では、回転子巻線８１の一端（巻き始め端）と回転子巻線８２の一端（図示例では巻き終わり端）と回転子巻線８３の一端（巻き始め端）とは共通に接続されている。回転子巻線８１の他端には図３−４に示したような２つの切替回路８５，８６が設けられ、回転子巻線８２の他端には逆並列接続のダイオードＤ５，Ｄ６が設けられ、回転子巻線８３の他端には逆並列接続のダイオードＤ７，Ｄ８が設けられている。
【０１１２】
具体的に説明する。切替回路８５は、受光素子８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８のベース電極は、発光素子群Ａまたは発光素子群Ｂの投光を受ける。受光素子８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のコレクタ電極は回転子巻線８１の他端（巻き終わり端）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。
【０１１３】
切替回路８６は、受光素子９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９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のコレクタ電極は回転子巻線８１の他端（巻き終わり端）とダイオードＤ２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Ｄ２のカソードに接続されている。
【０１１４】
回転子巻線８２の他端（巻き始め端）には、ダイオードＤ５のアノードとダイオードＤ６のカソードとが接続され、回転子巻線８３の他端（巻き終わり端）にはダイオードＤ７のアノードとダイオードＤ８のカソードとが接続されている。ダイオードＤ５，Ｄ７の各カソードは、共通に切替回路８６におけるトランジスタＱ２のエミッタ電極とダイオードＤ２のカソードとの接続端に接続され、また、ダイオードＤ３のカソードに接続されている。ダイオードＤ６，Ｄ８の各アノードは、共通に切替回路８５におけるトランジスタＱ１のエミッタ電極とダイオードＤ１のアノードとの接続端に接続され、またダイオードＤ４のアノードに接続されている。ダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ３のカソードは、共通に、回転子巻線８１，８２，８３の一端接続ラインに接続されている。
【０１１５】
以上の構成において、受光素子８がオン動作を行い、受光素子９がオフ動作を行っているときは、切替回路８５では、トランジスタＱ１はオン動作を行いダイオードＤ１が短絡状態になる。切替回路８６では、トランジスタＱ２はオフ動作状態を維持する。これによって、回転子巻線８１の他端は、切替回路８５を介して、ダイオードＤ４，Ｄ６，Ｄ８の各アノードに接続される。その結果、回転子巻線８１に実線矢印の向きに電流を流すことができるルートとして、ダイオードＤ４を経由したルートと、ダイオードＤ６および回転子巻線８２を経由したルートと、ダイオードＤ８および回転子巻線８３を経由したルートの３つの閉ループが形成される。
【０１１６】
逆に、受光素子８がオフ動作を行い、受光素子９がオン動作を行っているときは、切替回路８６では、トランジスタＱ２はオン動作を行いダイオードＤ２が短絡状態になる。切替回路８５では、トランジスタＱ１はオフ動作状態を維持する。これによって、回転子巻線８１の他端は、切替回路８６を介して、ダイオードＤ３，Ｄ５，Ｄ７の各カソードに接続される。その結果、回転子巻線８１に破線矢印の向きに電流を流すことができるルートとして、ダイオードＤ３を経由したルートと、ダイオードＤ５および回転子巻線８２を経由したルートと、ダイオードＤ７および回転子巻線８３を経由したルートの３つの閉ループが形成される。
【０１１７】
この構成によれば、切替制御する回転子巻線８１には、回転子巻線８２，８３に誘起される電流も注入されるので、発電出力を高めることができる。実験によれば、実施の形態１に示す構成では、〜１ｋＷ程度であったが、図１２に示す構成では、５ｋＷの発電出力が得られた。
【０１１８】
なお、切替制御を行う回転子巻線に対して電流注入を行う回転子巻線を２つ設ける場合を示したが、その他に、１つの回転子巻線を設ける方法もある。この方法には、（１）電気角で略−６０度の位置に配置する方法と、（２）電気角で略−１２０度の位置に配置する方法とがある。そして、切替制御を行う回転子巻線（一端側は電気角０度の位置に配置される）のその一端側を巻き始め端とすると、（１）の方法では、電気角で略−６０度の位置に配置する回転子巻線のその一端側は、巻き終わり端であってもよく巻き始め端であってもよいが、（２）の方法では、電気角で略−１２０度の位置に配置する回転子巻線のその一端側は、巻き始め端であることが望ましい。
【０１１９】
実験によれば、（１）の方法では、電気角で略−６０度の位置に配置する回転子巻線の一端側を巻き始め端とするか巻き終わり端とするかによって異なるが、１．２ｋＷ〜１．６ｋＷの発電出力が確認できた。また、（２）の方法では、１．４ｋＷの発電出力が確認できた。
【０１２０】
このように、実施の形態３によれば、発電効率の高い同期発電装置が得られる。
【０１２１】
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、１８０度の位相差を有して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２個の受光素子を含む切替回路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】
【０１２２】
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】
【０１２３】
【図１】この発明の実施形態１である発電装置の簡略構成を示す図である。
【図２】図１に示す２組の受光素子と複数の発光素子との関係および複数の発光素子の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４の具体的構成例を説明する概念図である。
【図３−３】図１に示す回転子巻線と受光素子を有する２つの切替回路との関係を説明する等価回路図（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図である。
【図４】図１に示す回転子が停止状態にある場合の系統周波数に対する発光素子群と受光素子との関係を説明するタイムチャートである。
【図５】図１に示す回転子が同期速度の１／２の速度で回転している場合の同期発電動作を説明するタイムチャートである。
【図６】図１に示す回転子が同期速度の２／３の速度で回転している場合の同期発電動作を説明するタイムチャートである。
【図７】図１に示す回転子が同期速度で回転している場合の同期発電動作を説明するタイムチャートである。
【図８】図１に示す回転子が同期速度の２倍の速度で回転している場合の同期発電動作を説明するタイムチャートである。
【図９】図１に示す回転子が同期速度とその前後の速度で回転している場合の固定子の磁極と回転子の磁極との関係を説明するタイムチャートである。
【図１０】この発明の実施形態２である発電装置の簡略構成を示す図である。
【図１１】図１０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１２】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。
【符号の説明】
【０１２４】
１  界磁巻線
２  固定子鉄心
３  固定子
４，８１，８２，８３  回転子巻線
５  回転子鉄心
６  回転子
７  風車
８，９  受光素子
１０  発光素子
１１，１４  板材（配置面）
１２，１３，７１，７２，８５，８６  切替回路
１５  発光素子駆動部
【図１】
2006014459.tif 000003
【図２】
2006014459.tif 000004
【図３−１】
2006014459.tif 000005
【図３−２】
2006014459.tif 000006
【図３−３】
2006014459.tif 000007
【図３−４】
2006014459.tif 000008
【図４】
2006014459.tif 000009
【図５】
2006014459.tif 000010
【図６】
2006014459.tif 000011
【図７】
2006014459.tif 000012
【図８】
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【図９】
2006014459.tif 000014
【図１０】
2006014459.tif 000015
【図１１】
2006014459.tif 000016
【図１２】
2006014459.tif 000017