(57)【要約】【課題】従来、風速に見合った概ね最大の風車出力を取り出してバッテリー充電を行うための２種類の巻線を有する永久磁石型発電機を用いた小型風力発電装置においては、巻数の多い第２の巻線に接続される３相リアクトルが高価であるという問題があった。【解決手段】２種類の巻線を有する永久磁石型発電機内の巻数の多い第２の巻線は単相、巻数の少ない第１の巻線は３相とし、第２の巻線に直列に接続される第２のリアクトルは単相リアクトル、第１の巻線に直列に接続される第１のリアクトルは３相リアクトルとして、各交流を個別に直流に変換して合計出力を概ね最大出力となるように取り出す風力発電装置である。【選択図】図１
2011004558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧実効値が異なる２種類の巻線を有する永久磁石型発電機の各交流を個別に整流した合計出力が概ね風車最大出力となる風力発電装置において、該永久磁石型発電機の巻数の多い第２の巻線は単相、巻数の少ない第１の巻線は３相とし、該第２の巻線に直列に接続される第２のリアクトルは単相リアクトル、該第１の巻線に直列に接続される第１のリアクトルは３相リアクトルとしたことを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車により駆動される発電機から最大出力を取り出すための小型風力発電装置に関するものであり、特に、ＰＷＭコンバータを用いずに、常に、風車から大凡の最大出力を取り出してバッテリー充電を行うＰＷＭコンバータレスの風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は先に、風車又は水車に接続された永久磁石型発電機より、ＰＷＭコンバータを用いずに交流を直流に変換して大凡の最大出力を取り出すために、永久磁石型発電機の異なる誘起電圧を発生する複数の巻線の交流出力端子に各リアクトルを経て直列に各整流器を接続し、これらの整流器の直流出力を並列接続して外部に出力する風力発電装置について提案している（例えば、公開特許文献１参照。）。
【０００３】
かかる先願の従来技術を、図４の風車に接続された小型風力発電装置を示す主回路結線図を参照して詳述する。
図４において、１は風車、２１は従来の風力発電装置、３１は従来の永久磁石型発電機、４、５１は第１および第２のリアクトル、６、７１は第１および第２のダイオード整流器、１０は正側出力端子、１１は負側出力端子、１２はバッテリーである。
図４においては、従来の永久磁石型発電機３１は、２種類の巻数を有し、各３相の場合を示している。
【０００４】
図４において、従来の永久磁石型発電機３１の巻数が少ないために誘起電圧実効値の低い第１の巻線の交流出力端子Ｗ１は、３相で構成される第１のリアクトル４に接続され、さらに第１のダイオード整流器６に接続される。第１および第２の巻線ともに３相であることを表すために、図４においては各巻線の出力線に３本の斜線（///）を付した。
巻数が多い第２の巻線の交流出力端子Ｗ２は、３相で構成される第２のリアクトル５１に接続され、さらに第２のダイオード整流器７１に接続される。
上記第１、第２のダイオード整流器６、７１の各々の直流側は、正側出力端子１０及び負側出力端子１１に並列接続され、各巻線の合計出力がバッテリー１２に充電される。
【０００５】
このように構成される従来の風力発電装置２１より、大凡の風車最大出力を得る方法を以下に示す。
図３は、風速をパラメータとした時の、風車回転数対風車出力特性の概要を説明した図である。
風車は、風車の形状及び風速Ｕが決まると、風車回転数Ｎに対する風車出力Ｐが一義的に定まり、例えば風速Ｕｘ及びＵｙに対する風車出力Ｐは、それぞれ図３のように示される。そして、種々の風速に対する風車出力Ｐのピークは、図３に示す最大出力曲線Ｐｔのようになる。
すなわち、図３の風車回転数対風車出力特性において、風速がＵｘの時は、風速Ｕｘの風車出力曲線と最大出力曲線との交点Ｓｘに示すように、風車回転数Ｎｘにおいて、風車最大出力Ｐｘとなる。
又、風速がＵｙの時は、風車回転数Ｎｙにおいて、風速Ｕｙでの風車最大出力Ｐｙとなる。
【０００６】
すなわち、図３の最大出力曲線の見方を変えると、風から最大出力を得るためには、風車回転数Ｎが決まると、その時の永久磁石型発電機３の出力Ｐを一義的に、最大出力曲線Ｐｔ上の値に定めれば良いことを表している。
【０００７】
図２は、先願技術が対象とする従来の風力発電装置２１の直流出力をバッテリー等の定電圧源に接続した場合の説明図であり、従来の風力発電装置２１の永久磁石型発電機３１の第１、第２の巻線の各出力は、各巻線の誘起電圧実効値の違い、及び各巻線内部インダクタンスと各出力端子に接続されるリアクトルによる電圧降下のために、図２の風車回転数対出力特性に示す“細い点線Ｐ１”、“一部が点線で回転数が高い時が太い実線Ｐ２”のようになる。
【０００８】
すなわち、風車回転数Ｎが低い場合には、従来の永久磁石型発電機３１内の第１および第２の巻線Ｗ２の発生電圧がバッテリー電圧Ｖｂより低いために、バッテリー１２には充電されない。
しかし、風車回転数Ｎが上昇して、Ｎ２付近になると、第２の巻線に電流が流れ始め、風車回転数Ｎの上昇と共に電流が上昇し、第２の巻線による出力はＰ２のようになる。
この時、風車回転数Ｎが上昇して誘起電圧が上昇しても、バッテッリー電圧Ｖｂは、ほぼ一定であるが、第２の巻線のインダクタンスおよび第２のリアクトル５１によるインピーダンスが周波数に比例するために、出力Ｐ２は漸増するに留まる。ここで、第２のリアクトル５１のインダクタンス値は、出力Ｐ２が最大出力曲線Ｐｔよりも大きくならないように、大きな値が必要である。
第１の巻線については、さらに回転数Ｎが上昇することにより出力が取れ始めるが、第１の巻線の内部インダクタンスおよび第１のリアクトル４が小さいために大きな出力が取れる。
従来の永久磁石型発電機３１内の第１，第２の巻線の出力Ｐ１，Ｐ２を加算して得られる合計出力は近似出力曲線Ｐｓとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−６４９２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の風力発電装置の直流出力は、風車の最大出力曲線Ｐｔに沿わせることが必要であり、また、第２の巻線は巻数が多いので、誘起電圧が高い。従って、出力Ｐ２を低回転時に最大出力曲線Ｐｔに沿わせるために、第２のリアクトルのインダクタンス値は大きな値が必要であった。また、３相のリアクトルで構成されていた。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、主として、その目的とするところは、安価な第２のリアクトルを有する風力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明によれば、電圧実効値が異なる２種類の巻線を有する永久磁石型発電機の各交流を個別に整流した合計出力が概ね風車最大出力となる風力発電装置において、該永久磁石型発電機の巻数の多い第２の巻線は単相、巻数の少ない第１の巻線は３相とし、該第２の巻線に直列に接続される第２のリアクトルは単相リアクトル、該第１の巻線に直列に接続される第１のリアクトルは３相リアクトルとしたことを特徴とする風力発電装置である。
【００１２】
すなわち、上記の課題を解決するための手段として、永久磁石型発電機内の第２の巻線は単相、第１の巻線は３相とし、従って第２の巻線に直列に接続される第２のリアクトルは単相リアクトル、第１の巻線に直列に接続される第１のリアクトルは３相リアクトルとして、交流を直流に変換して大凡の最大出力を取り出す風力発電装置を発明した。
【発明の効果】
【００１３】
永久磁石型発電機内の第２の巻線を単相とすることにより、第２のリアクトルも単相リアクトル、および第２の整流器も単相で構成できるために、全体として安価な風力発電装置を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例に係る風力発電装置の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例に係る風力発電装置の風車回転数対風車出力特性を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例に係る、風速をパラメータとした時の、風車回転数対風車出力特性の概要を説明した図である。
【図４】従来の実施例に係る風力発電装置の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
従来、風速に見合った概ね最大の風車出力を取り出してバッテリー充電を行うための２種類の巻線を有する永久磁石型発電機を用いた小型風力発電装置においては、巻数の多い第２の巻線に接続される３相リアクトルが高価であるという問題があったことに鑑み、永久磁石型発電機より直流出力する発電装置において、巻数の少ない巻線を３相とし、巻数の多い巻線を単相とした。２種類の巻線を有する永久磁石型発電機内の巻数の多い第２の巻線は単相、巻数の少ない第１の巻線は３相とし、第２の巻線に直列に接続される第２のリアクトルは単相リアクトル、第１の巻線に直列に接続される第１のリアクトルは３相リアクトルとして、各交流を個別に直流に変換して合計出力を概ね最大出力となるように取り出す風力発電装置である。
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図1は、本発明の、風車により駆動される風力発電装置の主回路結線図である。
同図において、２は本発明の風力発電装置、３は本発明の永久磁石型発電機、５は本発明の単相リアクトル、７は本発明の単相ダイオード整流器であり、図４と同一番号は類似した同一構成部品を表す。
以下、図１について説明する。
【００１７】
本発明の永久磁石型発電機３は、絶縁された巻数の異なる２巻線を有し、２巻線の巻数が少ない第１の巻線は、３相で構成されて第１のリアクトル４に接続され、さらに第１のダイオード整流器６に接続される。
巻数が多い第２の巻線は、単相で構成されて単相リアクトル５に接続され、さらに単相ダイオード整流器７に接続される。
第１の巻線は３相、第２の巻線は単相であることを表すために、図４においては第１の巻線の出力線に３本の斜線（///）を、第２の巻線の出力線に１本の斜線（/）を付した。
上記第１のダイオード整流器６および単相ダイオード整流器７の各々の直流側は、正側出力端子１０及び負側出力端子１１に接続され、さらにバッテリー１２に接続される。
【００１８】
このように構成される本発明の風力発電装置２より、種々の風速において、風車の形状より一義的に定まる最大出力を、近似的に取り出す方法を、図１および図２の本発明の風力発電装置の風車回転数対風車出力特性図を参照して説明する。
図２の実線で示す最大出力曲線Ｐtに近似した図２の点線で示す近似出力曲線Ｐsを想定する。この近似出力曲線Ｐsは、本発明の風力発電装置２をバッテリー１２等の定電圧源に接続した時の風車回転数対風車出力特性であり、図１に示す第１の巻線と第２の巻線の出力を加算して得られる直流出力値と同一である。
【００１９】
図２において、第２の巻線が出力を開始する風車回転数Ｎ２は、第２の巻線の誘起電圧により決まる。従って、第２の巻線が単相であっても、その誘起電圧が３相の場合の線間電圧と同じ値になるように巻数を設計すれば、第２の巻線は同様に風車回転数Ｎ２から出力を開始する。
単相の直流出力は、出力脈動が大きいが、風車の慣性モーメントは大きいために問題とはならない。
【００２０】
第２の巻線Ｗ２の出力が接続される単相リアクトル５は、単相と３相の違いにより従来の第２のリアクトル５１（３相リアクトル）のインダクタンス値とは異なるが、この時の出力が図２の出力Ｐ２と同じになるように単相リアクトル５のインダクタンス値が設計できる。
この単相リアクトルは、単相であるために構成が簡単になり、安価に製造できる。また、単相リアクトル５の出力が接続される単相ダイオード整流器７も単相であるために、安価に製造できる。
【００２１】
巻数の少ない第１の巻線は、大きな出力を取り出すために、巻線利用率の良い３相で構成され、図２の出力Ｐ１を出力する。
本発明の永久磁石型発電機３内の第１，第２の巻線の出力Ｐ１，Ｐ２を加算して得られる合計出力は近似出力曲線Ｐｓとなる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、風速に見合った大凡の最大出力を取り出してバッテリー充電を行うための２種類の巻線を有する永久磁石型発電機を用いた風力発電装置において、巻数の多い第２の巻線に単相リアクトルを接続し、さらに交流を直流に変換するために単相ダイオード整流器を接続した構成とすることにより、風力発電装置全体を安価に構成できるので産業利用上非常に有用である。
【符号の説明】
【００２３】
１              風車
２              本発明の風力発電装置
３              本発明の永久磁石型発電機
４              第１のリアクトル
５              単相リアクトル
６              第１のダイオード整流器
７              単相ダイオード整流器
１０            正側出力端子
１１            負側出力端子
１２            バッテリー
２１            従来の風力発電装置
３１            従来の永久磁石型発電機
５１            第２のリアクトル
７１            第２のダイオード整流器
【図１】
2011004558.tif 000003
【図２】
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【図３】
2011004558.tif 000005
【図４】
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