(57)【要約】【課題】回転機型発電機の出力電力を、発電機の出力電圧又は回転数に応じて容易にかつ迅速に制御することができる簡易な構成の発電機出力電力制御回路を提供する。【解決手段】ＰＷＭＩＣに与えるデューティ比制御電圧を生成する発電機出力電力制御回路が、出力電圧又は回転数を検知する出力電圧検知部と、所定のカットイン点に対応するカットイン電圧又はカットイン回転数から、前記出力電圧検知部により検知された前記出力電圧又は回転数までの増加分に対し、所定の比例定数を介して比例する制御電圧をそれぞれ生成する複数の制御電圧生成部と、前記複数の制御電圧生成部によりそれぞれ生成された複数の制御電圧のうち絶対値が最も大きい電圧が選択されるように構成された制御電圧選択部と、を有し、前記制御電圧選択部により選択された前記制御電圧を基にデューティ比制御電圧を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機型発電機の出力電力を制御するために、電力変換回路のスイッチング制御を行うＰＷＭＩＣに与えるデューティ比制御電圧を生成する発電機出力電力制御回路において、
回転機型発電機の出力電圧又は回転数を検知する出力電圧検知部と、
所定のカットイン点に対応するカットイン電圧又はカットイン回転数から、前記出力電圧検知部により検知された前記出力電圧又は回転数までの増加分に対し、所定の比例定数を介して比例する制御電圧をそれぞれ生成する複数の制御電圧生成部と、
前記複数の制御電圧生成部によりそれぞれ生成された複数の制御電圧のうち絶対値が最も大きい制御電圧が選択されるように構成された制御電圧選択部と、を有し、
前記制御電圧選択部により選択された前記制御電圧を基にデューティ比制御電圧を生成することを特徴とする
発電機出力電力制御回路。
【請求項２】
前記複数の制御電圧生成部の各々又は一部が、前記比例定数の大きさを調整するための第１の可変抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載の発電機出力電力制御回路。
【請求項３】
前記複数の制御電圧生成部の各々又は一部が、前記カットイン電圧又はカットイン回転数を調整するための第２の可変抵抗を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の発電機出力電力制御回路。
【請求項４】
前記複数の制御電圧生成部の各々が、両端に直流電圧を印加される直列接続された複数の抵抗の各々の一端における電位により、それぞれ前記カットイン電圧又はカットイン回転数を設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電機出力電力制御回路。
【請求項５】
前記回転機型発電機が風力発電又は水力発電の発電機であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発電機出力電力制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電や水力発電等における回転機型発電機の出力電力を制御するための出力電力制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機出力である交流は、電力変換回路を介して直流に変換される。電力変換回路は、力率改善回路（ＰＦＣ）及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ等のスイッチング電源で構成される（特許文献１〜５）。特許文献４、５には、風力発電の回転機型発電機の三相交流出力に対して昇圧と力率改善を行う装置が記載されている。
【０００３】
電力変換回路を構成するスイッチング電源のスイッチング制御には、一般的にＰＷＭ信号が用いられる。ＰＷＭ信号のデューティ比を制御することにより、発電機から電力変換回路に入力する入力電流（発電機から視ると出力電流）の量を制御することができ、それにより発電機出力電力を制御することができる。
【０００４】
ＰＷＭ信号の生成には、ＰＷＭＩＣが広く用いられている。一般的なＰＷＭＩＣは、デューティ比制御電圧が入力される制御端子とＰＷＭ信号を出力する出力端子とを少なくとも具備する。ＰＷＭ信号のデューティ比は、制御端子に入力されるデューティ比制御電圧に比例するように構成されている。
【０００５】
発電機出力電力の最適な制御は、発電機の出力電圧又は回転数に対して適切な発電機出力電流を設定することによって可能となる。よって、発電機の出力電圧又は回転数を検知し、それに基づいてＰＷＭＩＣの制御端子に入力するデューティ比制御電圧を制御することにより、ＰＷＭ信号のデューティ比を制御でき、その結果、発電機出力電力を制御することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２１８２２４号公報
【特許文献２】特開２００７−３７２９７号公報
【特許文献３】特開２００８−１３８６３６号公報
【特許文献４】特開２０１３−１２８３７９号公報
【特許文献５】特開２０１４−２３２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
風力発電では、発電電圧は風速に比例し、発電電力は風速の三乗に比例するため、出力電圧の三乗に比例して発電電力を取り出すようにＰＷＭＩＣを制御することにより、効率的に発電電力を出力することができる。このためにＰＷＭＩＣを制御する制御方式として、テーブル方式やＭＰＰＴ（最大電力点追従）方式が用いられているが、風況が激しく変化する小型風力発電では応答速度が遅いために追従できない問題や、プログラミングが複雑であるという問題があった。
【０００８】
以上の問題点に鑑み本発明は、回転機型発電機の出力電力を、発電機の出力電圧又は回転数に応じて容易にかつ迅速に制御することができる簡易な構成の発電機出力電力制御回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するべく、本発明は、以下の構成を提供する。
・  本発明の態様は、回転機型発電機の出力電流に対するスイッチング制御に用いるＰＷＭ信号のデューティ比を制御することにより該発電機の出力電力を制御するために、該ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭＩＣに与えるデューティ比制御電圧を生成する発電機出力電力制御回路において、
回転機型発電機の出力電圧又は回転数を検知する出力電圧検知部と、
所定のカットイン点に対応するカットイン電圧又はカットイン回転数から、前記出力電圧検知部により検知された前記出力電圧又は回転数までの増加分に対し、所定の比例定数を介して比例する制御電圧をそれぞれ生成する複数の制御電圧生成部と、
前記複数の制御電圧生成部によりそれぞれ生成された複数の制御電圧のうち絶対値が最も大きい制御電圧が選択されるように構成された制御電圧選択部と、を有し、
前記制御電圧選択部により選択された前記制御電圧を基にデューティ比制御電圧を生成することを特徴とする。
・  上記態様において、前記複数の制御電圧生成部の各々又は一部が、前記比例定数の大きさを調整するための第１の可変抵抗を有することが、好適である。
・  上記態様において、前記複数の制御電圧生成部の各々又は一部が、前記カットイン電圧又はカットイン回転数を調整するための第２の可変抵抗を有することが、好適である。
・  上記態様において、前記複数の制御電圧生成部の各々が、両端に直流電圧を印加される直列接続された複数の抵抗の各々の一端における電位により、それぞれ前記カットイン電圧又はカットイン回転数を設定されることが、好適である。
・  上記態様において、前記回転機型発電機が風力発電又は水力発電の発電機であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転機型発電機の出力電圧又は回転数に応じて、ＰＷＭＩＣに与えるデューティ比制御電圧を簡易な構成により容易にかつ迅速に生成することができる。従って、ＰＷＭＩＣによりスイッチング制御される電力変換回路に入力される発電機出力電力を容易にかつ迅速に制御することを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の発電機出力電力制御回路の第１の実施形態を含む、回転機型発電機の電力変換システムの基本的構成を概略的かつ模式的に示した図である。
【図２】図２は、発電機出力電力制御回路の第１の実施形態の実施例を含む概略的な回路構成図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、図２の回路における第１制御電圧生成部及び第２制御電圧生成部のそれぞれの動作を説明するためのグラフである。
【図４】図４は、図２の回路における制御電圧選択部の動作を説明するためのグラフである。
【図５】図５は、図２の実施例の変形形態の主要部を示す概略的な回路構成図である。
【図６】図６は、図５の回路における、図４と同様の図である。
【図７】図７は、本発明の発電機出力電力制御回路の第２の実施形態を含む、回転機型発電機の電力変換システムの基本的構成を概略的かつ模式的に示した図である。
【図８】図８は、発電機出力電力制御回路の第２の実施形態の一実施例を含む概略的な回路構成図である。
【図９】図９は、図８の回路における制御電圧生成部の動作を説明するためのグラフである。
【図１０】図１０は、図８の回路における制御電圧選択部の動作を説明するためのグラフである。
【図１１】図１１（ａ）は、発電機出力電力制御回路の第２の実施形態の別の実施例の概略的な回路構成図であり、（ｂ）は直列接続された複数の抵抗の部分のみを示した図である。
【図１２】図１２は、図１１（ａ）の回路における制御電圧選択部の動作を説明するためのグラフである。
【図１３】図１３は、発電機出力電力制御回路の出力段に設けられる回路の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明による、回転機型発電機の発電機出力電力制御回路の実施形態について説明する。
【００１３】
（１）第１の実施形態
（１−１）第１の実施形態の基本構成
図１は、本発明の発電機出力電力制御回路の第１の実施形態を含む、回転機型発電機の電力変換システムの基本的構成を概略的かつ模式的に示した図である。
【００１４】
発電機１は、回転機型の交流又は直流の発電機であり、例えば風力発電の発電機である。発電機１は、例えば永久磁石であるロータとＹ結線された三相のステータコイルを備えている。発電機１の軸は風車の軸と適宜のギアを介して連結されている。風車の回転数は風速に比例し、発電機１の回転数は風車の回転数に比例する。発電機１の軸が回転すると、三相のステータコイルから三相交流電圧が出力される。出力電圧は、発電機の回転数に比例する。ここでは、発電機の出力電圧ｖiは、三相交流の相電圧若しくは線間電圧の実効値又はこれらに比例する値を表している。なお、本発明は、風力発電以外の、例えば水力発電の回転機型発電機にも適用できる。また、単相交流や直流を出力する回転機型発電機にも適用できる。
【００１５】
ＰＷＭＩＣ４は、制御端子（ｃｓ）に入力されたデューティ比制御電圧Ｖcsに比例するデューティ比ＤをもつＰＷＭ信号ｖoutを出力端子（ｏｕｔ）から出力するように構成されている。例えば、一般的な三角波比較方式では、高周波搬送三角波電圧とデューティ比制御電圧Ｖcsを比較器に入力し、比較器の出力パルス信号をＰＷＭ信号ｖoutとして得る。ＰＷＭ信号ｖoutは、数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの高周波のパルス信号であり、一周期をＴとし、オン期間をＴonとすると、デューティ比Ｄは、Ｄ＝Ｔon／Ｔで表される。デューティ比制御電圧Ｖcsとデューティ比Ｄが比例することから、デューティ比制御電圧Ｖcsを変化させることにより、デューティ比Ｄを変化させることができる。
【００１６】
電力変換回路２は、力率改善回路（ＰＦＣ）及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータ等のスイッチング電源により構成されている。基本的に、入力電流Ｉｉを導通又は遮断するスイッチング制御を行う構成を備えている。このために、電力変換回路２は、ＰＷＭ信号によりオンオフ制御されるスイッチング素子（図示せず）を有する。電力変換回路２が発電機１から吸い込む入力電流Ｉｉの量は、ＰＷＭ信号のデューティ比Ｄによって変化する。入力電流Ｉｉは、発電機１から視ると出力電流である。よって、発電機の出力電圧ｖｉに応じてＰＷＭ信号のデューティ比Ｄを制御することにより、発電機１の出力電力を制御することができる。
【００１７】
発電機出力電力制御回路３は、主な機能として、出力電圧検知部３Ａと、第１制御電圧生成部３Ｂ１と、第２制御電圧生成部３Ｂ２と、制御電圧選択部３Ｄとを有する。
【００１８】
出力電圧検知部３Ａは、発電機１の出力電圧ｖiの大きさを検知する。なお、発電機１の出力電圧ｖｉは発電機１の回転数に比例するので、出力電圧検知部３Ａは、発電機１の回転数を検知してもよい。その場合、検知した発電機１の回転数を、それに比例する適宜の電圧信号に変換することにより、その変換された電圧信号を発電機１の出力電圧ｖｉと同等に取り扱うことができる。出力電圧検知部３Ａは、発電機１の出力電圧ｖｉ（又は回転数）の大きさに対応する大きさをもつ直流電圧Ｖｉを出力する。以下、出力電圧検知部３Ａから出力される電圧Ｖｉを、発電機１の検知された出力電圧とみなして説明する。
【００１９】
第１制御電圧生成部３Ｂ１は、出力電圧検知部３Ａにより検知された出力電圧Ｖｉを基に第１の制御電圧Ｖ１を生成する。第１の制御電圧Ｖ１は、検知された出力電圧Ｖｉに対し、所定の第１の比例定数ｋ１を介して比例する直流電圧である。
【００２０】
第２制御電圧生成部３Ｂ２は、出力電圧検知部３Ａにより検知された出力電圧Ｖｉを基に第２の制御電圧Ｖ２を生成する。例えば風力発電においては、通常、風速が極めて小さい間は発電電力の取り出しをほとんど行わず、所定のカットイン点を超えてから本格的に発電電力の取り出しを行う。第２制御電圧生成部３Ｂ２は、検知された出力電圧Ｖｉが所定のカットイン点に対応するカットイン電圧Ｖcin（又はカットイン回転数）より小さい範囲では第２の制御電圧Ｖ２を生成しないように構成されている。
【００２１】
そして、第２制御電圧生成部３Ｂ２は、検知された出力電圧Ｖｉが所定のカットイン点に対応するカットイン電圧Ｖcin（又はカットイン回転数）を超えると、そのカットイン電圧Ｖcinと出力電圧Ｖｉとの差、すなわちカットイン電圧Ｖcinから出力電圧Ｖｉまでの増加分を基に第２の制御電圧Ｖ２を生成する。第２の制御電圧Ｖ２は、カットイン電圧Ｖcinから出力電圧Ｖｉまでの増加分に対し、所定の第２の比例定数ｋ２を介して比例する直流電圧である。ここで、第２の比例定数ｋ２は、上述した第１の比例定数ｋ１より大きく設定する（ｋ１＜ｋ２）。
【００２２】
制御電圧選択部３Ｄは、第１制御電圧生成部３Ｂ１により生成された第１の制御電圧Ｖ１と、第２制御電圧生成部３Ｂ２により生成された第２の制御電圧Ｖ２のうち、いずれか絶対値の大きい方の電圧が選択されるように構成されている。制御電圧選択部３Ｄは、選択された第１の制御電圧Ｖ１又は第２の制御電圧Ｖ２を基にデューティ比制御電圧Ｖcsを生成する。このようにして生成されたデューティ比制御電圧Ｖcsが、ＰＷＭＩＣ４の制御端子（ｃｓ）に入力される。
【００２３】
なお、電力変換回路２の出力電圧Ｖｏは、ＰＷＭＩＣ４のフィードバック端子（ｆｂ）にフィードバックされる。電力変換回路２が絶縁型の場合は、フィードバックラインもフォトカプラ等により絶縁される。電力変換回路２の出力電圧Ｖｏは、例えば一定電圧を維持するように制御される。
【００２４】
（１−２）第１の実施形態の実施例の回路構成
図２は、発電機出力電力制御回路の第１の実施形態の一実施例を含む概略的な回路構成図である。図２の回路では、図１に示した出力電圧検知部３Ａ、第１制御電圧生成３Ｂ１、第２制御電圧生成部３Ｂ２及び制御電圧選択部３Ｄの各々にほぼ相当する部分を、それぞれ点線で囲んで示している。
【００２５】
＜出力電圧検知部３Ａ＞
本例では、発電機１の出力電圧ｖｉは三相交流である。出力電圧検知部３Ａは、三相交流の各相線Ｒ、Ｓ、Ｔにそれぞれアノードが接続されかつカソードが共通接続された３つのダイオードからなる第１の組と、各相線Ｒ、Ｓ、Ｔにそれぞれカソードが接続されかつアノードが接地点に共通接続された３つのダイオードからなる第２の組により構成されている。三相交流の出力電圧ｖｉはこれらの６つのダイオードにより全波整流されることによって検知され、第１の組のダイオードの共通接続点と接地点の間に直流の出力電圧Ｖｉが出力される。この直流の出力電圧Ｖｉは、第１制御電圧生成部３Ｂ１及び第２制御電圧生成部３Ｂ２へそれぞれ与えられる。
【００２６】
なお、回転機型発電機の出力電圧Ｖｉ（又は回転数）を検知する出力電圧検知部３Ａの回路構成は、図２に示した回路以外にも多様に考えられる。図２において、三相交流の各相線Ｒ、Ｓ、Ｔにそれぞれ一端が接続されている３つのコイルは、図１に示した電力変換回路２の入力部の一例である。
【００２７】
＜第１制御電圧生成部３Ｂ１＞
第１制御電圧生成部３Ｂ１の入力段は、出力電圧検知部３Ａにより検知された出力電圧Ｖｉが印加される入力端と接地点との間に、抵抗Ｒ１と可変抵抗ＶＲ１が直列接続されている。可変抵抗ＶＲ１は中間端子を有する。出力電圧Ｖｉは、抵抗Ｒ１と可変抵抗ＶＲ１の中間端子までの抵抗を加算した抵抗値と、可変抵抗ＶＲ１の中間端子から接地点までの抵抗値とにより分圧される。従って、可変抵抗ＶＲ１の中間端子の電位（すなわちこの中間端子と接地点との間の電圧）は、出力電圧Ｖｉに比例して変化する。
【００２８】
可変抵抗ＶＲ１の中間端子の電位を取り出すためにｎｐｎ型のトランジスタＱが接続されている。トランジスタＱは、コレクタが適宜の直流電源＋Ｖｃｃに接続され、ベースが可変抵抗ＶＲ１の中間端子に接続され、エミッタがエミッタ抵抗Ｒ２に接続され、エミッタ抵抗Ｒ２の他端は接地点に接続されている。トランジスタＱは、エミッタフォロワ回路を構成しており、そのエミッタ電位は、可変抵抗ＶＲ１の中間端子の電位に従って変化する。すなわち、出力電圧Ｖｉに比例してトランジスタＱのエミッタ電位が変化する。この比例関係における比例係数が、図１の第１の比例定数ｋ１である。第１の比例定数ｋ１は、可変抵抗ＶＲ１の中間端子の位置を変えることにより調整可能である。トランジスタＱのエミッタと接地点の間の電圧が、第１の制御電圧Ｖ１となる。ダイオードＤ３は、正電圧の第１の制御電圧Ｖ１を得るために設けている。
【００２９】
なお、検知された出力電圧Ｖｉ（又は回転数）に対し、所定の比例定数ｋ１を介して比例する第１の制御電圧Ｖ１を生成する第１制御電圧生成部３Ｂ１の回路構成は、図２に示した回路以外にも多様に考えられる。
【００３０】
＜第２制御電圧生成部３Ｂ２＞
第２制御電圧生成部３Ｂ２の入力段は、出力電圧検知部３Ａにより検知された出力電圧Ｖｉが印加される入力端と接地点との間に、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４が直列接続されている。出力電圧Ｖｉは、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４により分圧される。
【００３１】
第２制御電圧生成部３Ｂ２は、非反転増幅器を構成するＯＰアンプＡを有する。図示の例では、ＯＰアンプＡは正電源＋Ｖｃｃと負電源−Ｖｃｃから電源供給されている。抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の接続点の電位（すなわちこの接続点と接地点の間の電圧）は、非反転入力端（＋）に入力される。ＯＰアンプＡの出力端と反転入力端（−）の間に可変抵抗ＶＲ２が接続されている。可変抵抗ＶＲ２と抵抗Ｒ５が、増幅作用のための帰還回路を構成する。増幅率は、１＋ＶＲ２／Ｒ５で決定される。従って、増幅率は可変抵抗ＶＲ２により調整可能である。
【００３２】
通常の非反転増幅器の場合、反転入力端（−）の基準電位は接地点電位である。しかしながら、本回路では、接地点電位よりも高い電位を基準電位としている。基準電位は、適宜の大きさの参照電源Ｖrefと接地点の間に接続された可変抵抗ＶＲ３の中間端子の電位により規定される。抵抗Ｒ５の一端は、接地点ではなく、可変抵抗ＶＲ３の中間端子に接続されている。
【００３３】
可変抵抗ＶＲ３の中間端子の電位（すなわちこの中間端子と接地点の間の電圧）は、発電機１のカットイン点すなわちカットイン電圧Ｖcin（又はカットイン回転数）に対応するように設定される。可変抵抗ＶＲ３の中間端子の電位は、実際のカットイン電圧Ｖcinを抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４で分圧した値に相当する。可変抵抗ＶＲ３の中間端子の電位は、実際のカットイン電圧Ｖcinそのものではないので、図２では、可変抵抗ＶＲ３の中間端子の電位をＶcin’で示している。可変抵抗ＶＲ３の中間端子を調整することにより、出力電圧Ｖｉのカットイン電圧Ｖcinの設定を変えることができる。
【００３４】
ＯＰアンプＡは、非反転入力端（＋）の入力電圧がカットイン電圧Ｖcin’を超えるまでは正の電圧を出力せず、非反転入力端（＋）の入力電圧がカットイン電圧Ｖcin’を超えると、増幅率１＋ＶＲ２／Ｒ５で増幅された正の電圧を出力する。その場合、非反転入力端（＋）の入力電圧とカットイン電圧Ｖcin’との差、すなわちカットイン電圧Ｖcin’から非反転入力端（＋）の入力電圧までの増加分が増幅される。
【００３５】
実際の出力電圧Ｖｉに関して説明する。出力電圧Ｖｉがカットイン電圧Ｖcinを超えるまでは、ＯＰアンプＡから正の電圧が出力されない。出力電圧Ｖｉがカットイン電圧Ｖcinを超えると、ＯＰアンプＡから正の電圧が出力されるようになる。その場合、カットイン電圧Ｖcinからそのときの出力電圧Ｖｉまでの増加分に比例する電圧がＯＰアンプＡから出力される。この比例関係における比例定数が、図１の第２の比例定数ｋ２である。第２の比例定数ｋ２は、可変抵抗ＶＲ２によりＯＰアンプＡの増幅率を調整することにより調整可能である。ＯＰアンプＡの出力電圧が、第２の制御電圧Ｖ２となる。ダイオードＤ４は、正電圧の第２の制御電圧Ｖ２を得るために設けている。
【００３６】
なお、検知された出力電圧Ｖｉ（又は回転数）に対し、所定のカットイン点に対応するカットイン電圧（又はカットイン回転数）から出力電圧Ｖｉ（又は回転数）までの増加分に対し、所定の比例定数ｋ２を介して比例する第２の制御電圧Ｖ２を生成する第２制御電圧生成部３Ｂ２の回路構成は、図２に示した回路以外にも多様に考えられる。
【００３７】
また、第１制御電圧生成部３Ｂ１及び第２制御電圧生成部３Ｂ２の回路設計においては、第２の比例定数ｋ２を第１の比例定数ｋ１よりも大きく（ｋ１＜ｋ２）設定可能であるように、関係する各抵抗及び可変抵抗の値を決定する。
【００３８】
＜制御電圧選択部３Ｄ＞
制御電圧選択部３Ｄは、２つの入力端としてダイオードＤ１とダイオードＤ２を有する。一方の入力端は、ダイオードＤ１のアノードであり、第１制御電圧生成部３Ｂ１のトランジスタＱのエミッタに接続されている。従って、ダイオードＤ１のアノードには第１の制御電圧Ｖ１が印加される。もう一方の入力端は、ダイオードＤ２のアノードであり、第２制御電圧生成部３Ｂ２のＯＰアンプＡの出力端に接続されている。従って、ダイオードＤ２のアノードには第２の制御電圧Ｖ２が印加される。
【００３９】
ダイオードＤ１とダイオードＤ２のカソードは共通接続されている。従って、ダイオードＤ１とダイオードＤ２のカソード接続端には、ダイオードＤ１とダイオードＤ２の各々のアノードの電位のうち高い方の電位が現れる。すなわち、第１の制御電圧Ｖ１と第２の制御電圧Ｖ２のうち大きい方の電圧が選択されることになる。選択された第１の制御電圧Ｖ１又は第２の制御電圧Ｖ２は、抵抗６及び抵抗７により適宜分圧される。この分圧された電圧がデューティ比制御電圧Ｖcsとして用いられる。デューティ比制御電圧Ｖcsは、選択された第１の制御電圧Ｖ１又は第２の制御電圧Ｖ２に比例する電圧である。並列接続された抵抗７とコンデンサＣは、ノイズ除去のためのフィルターとして機能する。このようにして生成されたデューティ比制御電圧Ｖcsは、ＰＷＭＩＣ４の制御端（ｃｓ）に与えられる。
【００４０】
なお、第１の制御電圧Ｖ１と第２の制御電圧Ｖ２のうちいずれか絶対値の大きい方の電圧を選択するための制御電圧生成部３Ｄの回路構成は、図２に示した回路以外にも多様に考えられる。「絶対値が大きい方」とした理由は、第１の制御電圧Ｖ１と第２の制御電圧Ｖ２を、正電圧ではなく負電圧として生成する回路構成も可能だからである。その場合、デューティ比制御電圧Ｖcsは通常正電圧であるから、選択されたその負電圧を正電圧に反転すればよい。
【００４１】
ＰＷＭＩＣ４は、制御端子（ｃｓ）に入力されたデューティ比制御電圧Ｖcsに対応するデューティ比をもつＰＷＭ信号を生成し、図１に示したように電力変換回路に送る。電力変換回路では、ＰＷＭ信号によりオンオフ制御されるスイッチング素子が、発電機の出力電流Ｉｉに対するスイッチングを行う。その結果、発電機の出力電力を所望する特性曲線に従って制御することができる。
【００４２】
（１−３）第１の実施形態の実施例の回路動作
図３及び図４を参照して、図２に示した実施例の回路の動作を説明する。
【００４３】
図３（ａ）は、図２の回路における第１制御電圧生成部３Ｂ１の動作を説明するためのグラフである。横軸は出力電圧Ｖｉを、縦軸は第１制御電圧Ｖ１である。直線Ｌ１は、可変抵抗ＶＲ１の中間端子を所定の位置に設定したときの出力電圧Ｖｉと第１制御電圧Ｖ１の関係を示す。この関係は、以下の式で表される。
Ｖ１＝ｋ１・Ｖｉ
直線Ｌ１の傾きである比例定数ｋ１は、可変抵抗ＶＲ１の中間端子の位置を変えることにより調整することができる（点線で示す直線Ｌ１１、Ｌ１２参照）。
【００４４】
図３（ｂ）は、図２の回路における第２制御電圧生成部３Ｂ２の動作を説明するためのグラフである。横軸は出力電圧Ｖｉを、縦軸は第２制御電圧Ｖ２である。直線Ｌ２は、可変抵抗ＶＲ２と可変抵抗ＶＲ３をそれぞれ所定の大きさ又は位置に設定したときの出力電圧Ｖｉと第２制御電圧Ｖ２の関係を示す。この関係は、以下の式［２］で表される。
Ｖ２＝ｋ２・（Ｖｉ−Ｖcin）        ［２］
直線Ｌ２の傾きである比例定数ｋ２は、可変抵抗ＶＲ２の大きさを変えることにより調整することができる（点線で示す直線Ｌ２１、Ｌ２２参照）。
【００４５】
なお、図３（ｂ）における比例定数ｋ２は、図３（ａ）における比例定数ｋ１より大きく（ｋ１＜ｋ２）なるように設定する。すなわち、直線Ｌ２の傾きが、直線Ｌ１の傾きより大きくなるようにする。
【００４６】
また、直線Ｌ２が横軸と交わる点であるカットイン電圧Ｖcinは、可変抵抗ＶＲ３の中間端子の位置を変えることにより調整することができる（点線で示す直線Ｌ２３、Ｌ２４参照）。
【００４７】
図４は、図２の回路における制御電圧選択部３Ｄの動作を説明するためのグラフである。横軸は出力電圧Ｖｉを、縦軸はデューティ比制御電圧Ｖcs（又はこれに比例する電圧）である。このグラフには、出力電圧Ｖｉと第１制御電圧Ｖ１の関係を示す図３（ａ）の直線Ｌ１、及び、出力電圧Ｖｉと第２制御電圧Ｖ２の関係を示す図３（ｂ）の直線Ｌ２が示されている。そして、同じ出力電圧Ｖｉの値に対し、第１制御電圧Ｖ１と第２制御電圧Ｖ２のうちいずれか絶対値の大きい方を選択した軌跡を太線で示している。
【００４８】
直線Ｌ２はカットイン電圧Ｖcinだけ正側にシフトしておりかつ直線Ｌ２の傾きｋ２は直線Ｌ１の傾きｋ１より大きいので、直線Ｌ１と直線Ｌ２は１つの点Ｐで交わる。点Ｐより出力電圧Ｖｉが小さい領域では第１制御電圧Ｖ１が、点Ｐより出力電圧Ｖｉが大きい領域では第２制御電圧Ｖ２が、デューティ比制御電圧Ｖcsとして選択される。
【００４９】
図４の太線から判るように、出力電圧Ｖｉがカットイン電圧Ｖcin近傍より小さい領域では、デューティ比制御電圧Ｖcsの増加の程度が緩やかである。これにより、出力電圧Ｖｉが小さい間はＰＷＭ信号のオン期間を短くすることによって、発電機からの過剰な電流の吸い込みを抑制することができる。また、出力電圧Ｖｉがカットイン電圧Ｖcin近傍を越えると、デューティ比制御電圧Ｖcsの増加の程度が大きくなる。出力電圧Ｖｉがカットイン電圧Ｖcin近傍を越えるとＰＷＭ信号のオン期間を長くして大きな電流を取り込む、すなわち大きな発電出力電力を取り込むことができる。
【００５０】
なお、図４のグラフには、出力電圧Ｖｉと理想的な発電電力との関係（例えば三乗曲線）が得られる曲線の例を、鎖線の曲線Ｗで示している。通常、この理想的な曲線Ｗに沿うようにデューティ比制御電圧Ｖcsを生成するためには、複雑な回路やプログラムが必要である。本発明による発電出力電力制御回路は、極めて簡易な構成によってこの理想的な曲線Ｗを擬似的に実現している。なお、本発明の回路により生成されるデューティ比制御電圧Ｖcsが描く直線Ｌ１、Ｌ２が、理想曲線Ｗを超えないことが、好適である。これは、直線Ｌ１、Ｌ２が理想曲線Ｗを超えた場合、電力変換回路が電力を過剰に取り込むことになるため、例えば風力発電の場合は風車にブレーキがかかり減速してしまうからである。
【００５１】
また、発電機の稼働中、最大出力時Ｖmax近傍又はこれを超えた領域において、発電機が過回転状態となり出力電圧Ｖｉが過大となった場合は、可変抵抗ＶＲ２を調整して直線Ｌ２の傾きを急にすることによって取り込む電力量を増加させることにより、容易にかつ迅速に発電機の過回転を抑制することができる。
【００５２】
なお、本発明の第１の実施形態の原理を適用した具体的な回路構成は、上述した図２の実施例に限られず、多様に構成することができる。
【００５３】
（２）第１の実施形態の変形例
風力発電においては、風速が極めて小さい間は発電電力の取り出しを行わないことが好ましい。この目的のために図２の回路を一部変更した発電機出力電力制御回路３ａを図５に示す。図５は、発電機出力電力制御回路３ａの主要部のみを概略的に示している。図５の回路では、図２の回路構成からダイオードＤ４を取り除き、ｎｐｎ型のトランジスタＱ２と抵抗Ｒ８を追加している。トランジスタＱ２は、コレクタが第１制御電圧生成部３Ｂ１の抵抗Ｒ１と可変抵抗ＶＲ１との接続点に接続され、エミッタが第２制御電圧生成部３Ｂ２のＯＰアンプＡの出力端に接続されている。そのベースは、抵抗Ｒ８を介して接地されている。
【００５４】
ＯＰアンプＡの非反転入力端（＋）の電位が反転入力端（−）の電位より低い場合、すなわち出力電圧Ｖｉがカットイン電圧Ｖcinより小さい場合、ＯＰアンプＡの出力端は負電圧となり、トランジスタＱ２は導通する。このとき、第１制御電圧生成部３Ｂ１の抵抗Ｒ１と可変抵抗ＶＲ１との接続点はほぼ零ボルトとなる。この結果、第１制御電圧生成部３Ｂ１により生成される制御電圧Ｖ１も零ボルトとなる。
【００５５】
出力電圧Ｖｉがカットイン電圧Ｖcinを超えると、ＯＰアンプＡが正電圧を出力するようになり、トランジスタＱ２は遮断される。この結果、第１制御電圧生成部３Ｂ１の抵抗Ｒ１と可変抵抗ＶＲ１との接続点に出力電圧Ｖｉの分圧が現れ、第１制御電圧生成部３Ｂ１は所定の制御電圧Ｖ１を生成するようになる。
【００５６】
図６は、図５の回路構成の場合の図４と同様の図である。太線で示すように、出力電圧Ｖｉがカットイン電圧Ｖcin以下のときは制御電圧Ｖ１は零ボルトであり、出力電圧Ｖｉがカットイン電圧Ｖcinに到達すると、制御電圧Ｖ１を生成するようになる。
【００５７】
（３）第２の実施形態
（３−１）第２の実施形態の基本構成
図７は、本発明の発電機出力電力制御回路の第２の実施形態を含む、回転機型発電機の電力変換システムの基本構成を概略的かつ模式的に示した図である。
【００５８】
発電機１、ＰＷＭＩＣ４及び電力変換回路２については、基本的に上述した第１の実施形態と同じであるので説明を省略する。
【００５９】
第２の実施形態の発電機出力電力制御回路３ｂは、主な機能として、出力電圧検知部３Ａと、複数の制御電圧生成部と、制御電圧選択部３Ｄとを有する。本例においては、複数の制御電圧生成部は、基本的に同じ回路構成を有して並列配置されたＮ個の、第１〜第Ｎの制御電圧生成部３Ｂ１．．３ＢＮ（Ｎは２以上の自然数）を有する。
【００６０】
出力電圧検知部３Ａは、発電機１の出力電圧ｖiの大きさを検知する。なお、発電機１の出力電圧ｖｉは発電機１の回転数に比例するので、出力電圧検知部３Ａは、発電機１の回転数を検知してもよい。その場合、検知した発電機１の回転数を、それに比例する適宜の電圧信号に変換することにより、その変換された電圧信号を発電機１の出力電圧ｖｉと同等に取り扱うことができる。出力電圧検知部３Ａは、発電機１の出力電圧ｖｉ（又は回転数）の大きさに対応する大きさをもつ直流電圧Ｖｉを出力する。以下、出力電圧検知部３Ａから出力される電圧Ｖｉを、発電機１の検知された出力電圧とみなして説明する。
【００６１】
第１制御電圧生成部３Ｂ１は、出力電圧検知部３Ａにより検知された出力電圧Ｖｉを基に第１の制御電圧Ｖ１を生成する。例えば風力発電においては、通常、風速が極めて小さい間は発電電力の取り出しをほとんど行わず、所定のカットイン点を超えてから本格的に発電電力の取り出しを行う。第１制御電圧生成部３Ｂ１は、検知された出力電圧Ｖｉが所定のカットイン点に対応するカットイン電圧Ｖｃ１（又はカットイン回転数）より小さい範囲では第１の制御電圧Ｖ１を生成しないように構成されている。第１制御電圧生成部３Ｂ１は、この所定のカットイン電圧Ｖｃ１（又はカットイン回転数）を設定するための機能を含む。
【００６２】
さらに第１制御電圧生成部３Ｂ１は、検知された出力電圧Ｖｉが所定のカットイン点に対応するカットイン電圧Ｖｃ１（又はカットイン回転数）を超えると、そのカットイン電圧Ｖｃ１と出力電圧Ｖｉとの差、すなわちカットイン電圧Ｖｃ１から出力電圧Ｖｉまでの増加分を基に第１の制御電圧Ｖ１を生成する。第１の制御電圧Ｖ１は、カットイン電圧Ｖｃ１から出力電圧Ｖｉまでの増加分に対し、所定の比例定数ｋ１を介して比例する直流電圧である。第１制御電圧生成部３Ｂ１は、この所定の比例定数ｋ１を設定するための機能を含む。
【００６３】
Ｎ個の第１制御電圧生成部３Ｂ１．．第Ｎ制御電圧生成部３ＢＮの各々は、基本的に同じ構成を有する。但し、制御電圧生成部３Ｂ１．．３ＢＮの各々おいてそれぞれ設定される所定のカットイン電圧Ｖｃ１．．ＶｃＮ及び所定の比例定数ｋ１．．ｋＮは、独立して設定可能である。
【００６４】
制御電圧選択部３Ｄは、Ｎ個の制御電圧生成部３Ｂ１．．３ＢＮにより生成されたＮ個の制御電圧Ｖ１．．ＶＮのうち、最も絶対値の大きい電圧が選択されるように構成されている。制御電圧選択部３Ｄは、選択された制御電圧を基にデューティ比制御電圧Ｖcsを生成する。このようにして生成されたデューティ比制御電圧Ｖcsが、ＰＷＭＩＣ４の制御端子（ｃｓ）に入力される。
【００６５】
（３−２）第２の実施形態の実施例１
（３−２−１）実施例１の回路構成
図８は、発電機出力電力制御回路の第２の実施形態の一実施例を含む概略的な回路構成図である。図８の回路では、図７に示した出力電圧検知部３Ａ、第１制御電圧生成部３Ｂ１、第Ｎ制御電圧生成部３ＢＮ、及び制御電圧選択部３Ｄの各々にほぼ相当する部分を、それぞれ点線で囲んで示している。図８では、Ｎ個の制御電圧生成部３Ｂ１．．３ＢＮのうち、第２〜第Ｎ−１の制御電圧生成部については、簡略化のため図示を省略している。同様に、Ｎ個の制御電圧生成部３Ｂ１．．３ＢＮに対応してＮ個設けられる素子についても、第２〜第Ｎ−１の素子については図示を省略している。
【００６６】
＜出力電圧検知部３Ａ＞
本例では、発電機１の出力電圧ｖｉは三相交流である。出力電圧検知部３Ａは、三相交流の各相線Ｒ、Ｓ、Ｔにそれぞれアノードが接続されかつカソードが共通接続された３つのダイオードからなる第１の組と、各相線Ｒ、Ｓ、Ｔにそれぞれカソードが接続されかつアノードが接地点に共通接続された３つのダイオードからなる第２の組により構成されている。三相交流の出力電圧ｖｉはこれらの６つのダイオードにより全波整流されることによって検知され、第１の組のダイオードの共通接続点と接地点の間に直流電圧Ｖｉが出力される。この直流電圧Ｖｉは、直列接続された抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２により分圧される。
【００６７】
抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２の接続点の電位（すなわちこの接続点と接地点の間の電圧）は、ボルテージフォロワ（増幅率１倍）を構成するＯＰアンプＡ１の非反転入力端（＋）に入力される。ＯＰアンプＡ１の出力端に出力される電圧は、直流電圧Ｖｉに比例している。ＯＰアンプＡ１は、後段に十分な電流を出力するために設けている。抵抗Ｒ１３はボルテージフォロワの安定化のために設けている。ＯＰアンプＡ１は、正電源＋Ｖｃｃ及び負電源−Ｖｃｃにより駆動される（以下のＯＰアンプについても同じ）。
【００６８】
なお、回転機型発電機の出力電圧Ｖｉ（又は回転数）を検知する出力電圧検知部３Ａの回路構成は、図８に示した回路以外にも多様に考えられる。図８において、三相交流の各相線Ｒ、Ｓ、Ｔにそれぞれ一端が接続されている３つのコイルは、図７に示した電力変換回路２の入力部の一例である。
【００６９】
＜第１制御電圧生成部３Ｂ１．．第Ｎ制御電圧生成部３ＢＮ＞
出力電圧検知部３ＡのＯＰアンプＡ１の出力電圧は、Ｎ個の制御電圧生成部３Ｂ１．．３ＢＮにそれぞれ入力される。Ｎ個の制御電圧生成部３Ｂ１．．３ＢＮを代表して、第１制御電圧生成部３Ｂ１の回路構成を説明する。
【００７０】
第１制御電圧生成部３Ｂ１は、反転増幅器を構成するＯＰアンプＡ２１を有する。ＯＰアンプＡ１の出力電圧は、抵抗Ｒ４１を介してＯＰアンプＡ２１の反転入力端（−）に入力される。ＯＰアンプＡ２１の出力端と反転入力端（−）の間に可変抵抗ＶＲｔ１が接続されている。可変抵抗ＶＲｔ１と抵抗Ｒ４１が、増幅作用のための帰還回路を構成する。増幅率は、−ＶＲｔ１／Ｒ４１で決定される。従って、増幅率は可変抵抗ＶＲｔ１により調整可能である。可変抵抗ＶＲｔ１と直列接続されたダイオードＤ４１が逆方向電流を阻止することにより、ＯＰアンプＡ２１は負電圧のみを出力する。
【００７１】
通常の反転増幅器の場合、非反転入力端（＋）の基準電位は接地点電位である。しかしながら、本回路では、接地点電位よりも高い電位を基準電位としている。基準電位は、適宜の大きさの参照電源Ｖrefと接地点の間に接続された可変抵抗ＶＲｃ１の中間端子の電位により規定される。非反転入力端（＋）は抵抗Ｒ５１を介して、接地点ではなく、可変抵抗ＶＲｃ１の中間端子に接続されている。
【００７２】
可変抵抗ＶＲｃ１の中間端子の電位（すなわちこの中間端子と接地点の間の電圧）は、発電機１のカットイン点すなわちカットイン電圧Ｖｃ１（又はカットイン回転数）に対応するように設定される。可変抵抗ＶＲｃ１の中間端子の電位は、実際のカットイン電圧Ｖｃ１を抵抗Ｒ１１とＲ１２で分圧した値に相当する。従って、可変抵抗ＶＲｃ１の中間端子の電位は、実際のカットイン電圧Ｖｃ１そのものではないので、図８では、可変抵抗ＶＲｃ１の中間端子の電位をＶｃ１’で示している。可変抵抗ＶＲｃ１の中間端子を調整することにより、出力電圧Ｖｉのカットイン電圧Ｖｃ１の設定を変えることができる。
【００７３】
ＯＰアンプＡ２１は、抵抗Ｒ４１の入力端への入力電圧Ｖｉ’がカットイン電圧Ｖｃ１’を超えるまでは、出力電圧が零ボルトである。入力電圧Ｖｉ’がカットイン電圧Ｖｃ１’を超えると、増幅率−ＶＲｔ１／Ｒ４１で増幅された負電圧を出力する。その場合、入力電圧Ｖｉ’とカットイン電圧Ｖｃ１’との差、すなわちカットイン電圧Ｖｃ１’から入力電圧Ｖｉ’までの増加分が増幅される。
【００７４】
実際の出力電圧Ｖｉに関して説明する。出力電圧Ｖｉがカットイン電圧Ｖｃ１を超えるまでは、ＯＰアンプＡ２１から電圧が出力されない。出力電圧Ｖｉがカットイン電圧Ｖｃ１を超えると、ＯＰアンプＡ２１から負電圧が出力されるようになる。その場合、カットイン電圧Ｖｃ１から出力電圧Ｖｉまでの増加分に比例する電圧Ｖ１が、ＯＰアンプＡ２１から出力される。但し、本例ではＯＰアンプＡ２１の出力電圧Ｖ１は負電圧であるので、正確には、ＯＰアンプＡ２１の出力電圧Ｖ１の絶対値が比例する。この比例関係における比例定数が、図７の比例定数ｋ１である。比例定数ｋ１は、可変抵抗ＶＲｔ１によりＯＰアンプＡ２１の増幅率を調整することにより調整可能である。ＯＰアンプＡ２１の出力電圧Ｖ１が、第１制御電圧生成部３Ｂ１により生成された第１制御電圧となる。
【００７５】
なお、検知された出力電圧Ｖｉ（又は回転数）に対し、所定のカットイン点に対応するカットイン電圧Ｖｃ１（又はカットイン回転数）から出力電圧Ｖｉ（又は回転数）までの増加分に対し、所定の比例定数ｋ１を介して絶対値において比例する第１制御電圧Ｖ１を生成する第１制御電圧生成部３Ｂ１の回路構成は、図８に示した回路以外にも多様に考えられる。本例では反転増幅器で構成したが、非反転増幅器（例えば、第１の実施形態参照）で構成することもできる。
【００７６】
また、Ｎ個の制御電圧生成部３Ｂ１．．３ＢＮの各々の回路構成は、基本的に同じであるが、必要に応じて、可変抵抗ＶＲｔ１．．ＶＲｔＮの各々の値、可変抵抗ＶＲｃ１．．ＶＲｃＮの各々の値、その他の抵抗の値等を異なるものとすることができる。
【００７７】
＜制御電圧選択部３Ｄ＞
制御電圧選択部３Ｄは、入力端としてＮ個のダイオードＤ１１．．Ｄ１Ｎを有する。Ｎ個のダイオードＤ１１．．Ｄ１Ｎの各々は、そのカソードがＮ個の制御電圧生成部３Ｂ１．．３ＢＮの各ＯＰアンプＡ２１．．Ａ２Ｎの出力端と接続されている。従って、ダイオードＤ１１．．Ｄ１Ｎの各々のカソードには、第１〜第Ｎの制御電圧Ｖ１．．ＶＮの各々がそれぞれ印加される。
【００７８】
Ｎ個のダイオードＤ１１．．Ｄ１Ｎのアノードは共通接続されている。従って、ダイオードＤ１１．．Ｄ１Ｎのアノード接続端には、ダイオードＤ１１．．Ｄ１Ｎの各々のカソード電位のうち最も低い電位が現れる。言い換えると、カソード電位が最も低いダイオードのみが順バイアスとなり導通する。すなわち、第１〜第Ｎの制御電圧Ｖ１．．ＶＮのうち、絶対値において最も大きい電圧が現れる。これにより、第１〜第Ｎの制御電圧Ｖ１．．ＶＮのうち、絶対値において最も大きい制御電圧が選択されることになる。
【００７９】
選択された制御電圧は、反転増幅器を構成するＯＰアンプＡ３により反転増幅される。増幅率は、抵抗Ｒ１６と抵抗Ｒ１７により、−Ｒ１７／Ｒ１６で決まる。これにより、ＯＰアンプＡ３は、正電圧を出力する。ＯＰアンプＡ３の出力端の電圧が、デューティ比制御電圧Ｖcsとして用いられる。デューティ比制御電圧Ｖcsは、選択された制御電圧に比例する電圧である。コンデンサＣは平滑用であり、ツェナーダイオードＺＤは出力電圧制限用である。このようにして生成されたデューティ比制御電圧Ｖcsは、ＰＷＭＩＣ４の制御端（ｃｓ）に与えられる。
【００８０】
なお、第１〜第Ｎの制御電圧Ｖ１．．ＶＮのうち、絶対値において最も大きい制御電圧を選択するための制御電圧生成部３Ｄの回路構成は、図２に示した回路以外にも多様に考えられる。
【００８１】
ＰＷＭＩＣ４は、制御端子（ｃｓ）に入力されたデューティ比制御電圧Ｖcsに対応するデューティ比をもつＰＷＭ信号を生成し、図７に示したように電力変換回路に送る。電力変換回路では、ＰＷＭ信号によりオンオフ制御されるスイッチング素子が、発電機の出力電流Ｉｉに対するスイッチングを行う。その結果、発電機の出力電力を所望する特性曲線に従って制御することができる。
【００８２】
（３−２−２）実施例１の回路動作
図９及び図１０を参照して、図８に示した実施例の回路の動作を説明する。
【００８３】
図９は、図８の回路における第１制御電圧生成部３Ｂ１の動作を説明するためのグラフである。横軸は出力電圧Ｖｉを、縦軸は第１制御電圧Ｖ１の絶対値である。直線Ｌ１は、可変抵抗ＶＲｔ１と可変抵抗ＶＲｃ１１をそれぞれ所定の大きさ又は位置に設定したときの、出力電圧Ｖｉと第１制御電圧Ｖ１の絶対値との関係を示す。この関係は、以下の式で表される。
｜Ｖ１｜＝ｋ１・（Ｖｉ−Ｖｃ１）
直線Ｌ１の傾きである比例定数ｋ１は、可変抵抗ＶＲｔ１の大きさを変えることにより調整することができる（点線で示す直線Ｌ１１、Ｌ１２参照）。
【００８４】
また、直線Ｌ１が横軸と交わる点であるカットイン電圧Ｖｃ１は、可変抵抗ＶＲｃ１の中間端子の位置を変えることにより調整することができる（点線で示す直線Ｌ１３、Ｌ１４参照）。
【００８５】
図１０は、図８の回路における制御電圧選択部３Ｄの動作を説明するためのグラフである。本例ではＮ＝３とする。横軸は出力電圧Ｖｉを、縦軸はデューティ比制御電圧Ｖcs（又はこれに比例する電圧）である。このグラフには、出力電圧Ｖｉと、第１制御電圧Ｖ１、第２制御電圧Ｖ２、第３制御電圧Ｖ３との関係をそれぞれ示す直線Ｌ１、直線Ｌ２、直線Ｌ３が点線で示されている。各直線の横軸との交点が、設定されたカットイン電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｖｃ３に対応する。各直線の傾きもそれぞれ所定の値に設定されている。そして、同じ出力電圧Ｖｉの値に対し、絶対値の最も大きい制御電圧を選択した軌跡を太線で示している。
【００８６】
直線Ｌ１と直線Ｌ２は点Ｐａで交わり、直線Ｌ２と直線Ｌ３は点Ｐｂで交わる。点Ｐａ及び点Ｐｂは、一方の直線から他方の直線へと移行する転換点である。出力電圧Ｖｉが小さい領域では第１制御電圧Ｖ１が、中間領域では第２制御電圧Ｖ２が、大きい領域では第３制御電圧Ｖ３が、デューティ比制御電圧Ｖcsとして選択される。このような移行点が形成される条件は、次の通りである。
Ｖｃ１＜Ｖｃ２＜Ｖｃ３、かつ、
ｋ１＜ｋ２＜ｋ３
【００８７】
この条件を、Ｎ個の制御電圧生成部を有する場合について一般化すると、次の通りとなる。
Ｖｃ１＜Ｖｃ２＜．．＜ＶｃＮ
ｋ１＜ｋ２＜．．＜ｋＮ
【００８８】
図１０の太線から判るように、出力電圧Ｖｉがカットイン電圧Ｖｃ１より小さい領域では、デューティ比制御電圧Ｖcsは零ボルトである。すなわち、発電機からの電力取り出しは行われない。出力電圧Ｖｉがカットイン電圧Ｖｃ１を超えると、直線Ｌ１に従ってデューティ比制御電圧Ｖcsが生成されるが、その傾きは緩やかである。これにより、出力電圧Ｖｉが小さい間はＰＷＭ信号のオン期間を短くすることによって、発電機からの過剰な電流の吸い込みを抑制することができる。
【００８９】
出力電圧Ｖｉが次第に増加していくと、直線Ｌ１より傾きの大きい直線Ｌ２に従ってデューティ比制御電圧Ｖcsが生成され、さらに出力電圧Ｖｉが増加すると、直線Ｌ２より傾きが大きい直線Ｌ３に従ってデューティ比制御電圧Ｖcsが生成される。これにより、出力電圧Ｖｉが増加するにつれて、ＰＷＭ信号のオン期間を長くして大きな電流を取り込む、すなわち大きな発電出力電力を取り込むことができる。
【００９０】
なお、図１０のグラフには、出力電圧Ｖｉと理想的な発電電力が得られる関係を、鎖線の曲線Ｗで示している。通常、この理想的な曲線Ｗに沿うようにデューティ比制御電圧Ｖcsを生成するためには、複雑な回路やプログラムが必要である。本発明による発電出力電力制御回路は、極めて簡易な構成によってこの理想的な曲線Ｗを擬似的に実現している。
【００９１】
なお、本発明の回路により生成されるデューティ比制御電圧Ｖcsが描く直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が、理想曲線Ｗを超えないことが、好適である。これは、直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が理想曲線Ｗを超えた場合、電力変換回路が電力を過剰に取り込むことになるため、例えば風力発電の場合は風車にブレーキがかかり減速してしまうからである。
【００９２】
また、発電機の稼働中、最大出力時Ｖmax近傍又はこれを超えた領域において、発電機が過回転状態となり出力電圧Ｖｉが過大となった場合は、その時点で選択されている制御電圧生成部３Ｂ３の可変抵抗ＶＲｔ３を調整して直線Ｌ３の傾きを急にすることによって取り込む電力量を増加させることにより、容易にかつ迅速に発電機の過回転を抑制することができる。
【００９３】
なお、本発明の第２の実施形態の原理を適用した具体的な回路構成は、上述した図８の実施例に限られず、多様に構成することができる。
【００９４】
（３−３）第２の実施形態の実施例２
（３−３−１）実施例２の回路構成
図１１（ａ）は、発電機出力電力制御回路の第２の実施形態の別の実施例の概略的な回路構成図である。図１１（ｂ）は（ａ）の回路の一部のみを抽出して示している。
【００９５】
図１１（ａ）の発電機出力電力制御回路３ｂでは、図７に示した出力電圧検知部３Ａ、第１制御電圧生成部３Ｂ１、第Ｎ制御電圧生成部３ＢＮ、及び制御電圧選択部３Ｄの各々にほぼ相当する部分を、それぞれ点線で囲んで示している。図１１（ａ）では、Ｎ個の制御電圧生成部３Ｂ１．．３ＢＮのうち、第３〜第Ｎ−１の制御電圧生成部については、簡略化のため図示を省略している。同様に、Ｎ個の制御電圧生成部３Ｂ１．．３ＢＮに対応してＮ個設けられる素子についても、第３〜第Ｎ−１の素子については図示を省略している。 
【００９６】
＜出力電圧検知部３Ａ＞
出力電圧検知部３Ａは、図８に示した三相交流の出力電圧を全波整流して得られる直流電圧Ｖｉより後段の部分のみを示している。図１１（ａ）の回路例では、この直流電圧Ｖｉを、直列接続された抵抗Ｒ１１と可変抵抗ＶＲ１２に印加し、可変抵抗ＶＲ１２の中間端子をＯＰアンプＡ１の非反転入力端（＋）に入力している。
【００９７】
図８の回路では、直流電圧Ｖｉの分圧比が固定されていたが、図１１（ａ）の回路では、出力電圧Ｖｉの最大電圧に応じて分圧比を調整することができる。これにより、出力電圧Ｖｉの最大電圧に関わらず、ＯＰアンプＡ１への入力電圧の変動範囲が同じになるように設定することができる。ＯＰアンプＡ１はボルテージフォロワである。ＯＰアンプＡ１の出力電圧を、図８の回路と同じくＶｉ’で示す。
【００９８】
＜第１制御電圧生成部３Ｂ１．．第Ｎ制御電圧生成部３ＢＮ＞
出力電圧検知部３ＡのＯＰアンプＡ１の出力電圧は、Ｎ個の制御電圧生成部３Ｂ１．．３ＢＮにそれぞれ入力される。Ｎ個の制御電圧生成部３Ｂ１．．３ＢＮを代表して、第１制御電圧生成部３Ｂ１の回路構成を説明する。
【００９９】
第１制御電圧生成部３Ｂ１は、図８の回路と同様に反転増幅器として構成されたＯＰアンプＡ２１を有する。ＯＰアンプＡ１の出力電圧は、抵抗Ｒ４１を介してＯＰアンプＡ２１の反転入力端（−）に入力される。ＯＰアンプＡ２１の出力端と反転入力端（−）の間に可変抵抗ＶＲｔ１と発光ダイオードＤ１１が直列接続されている。図１１（ａ）の回路では、図８の回路におけるダイオード４１が発光ダイオードＤ１１に置き換えられている。ＯＰアンプＡ２１の増幅率は、可変抵抗ＶＲｔ１により調整可能である。
【０１００】
さらに、図１１（ａ）の回路の発光ダイオードＤ１１は、制御電圧選択部３Ｄにおけるダイオード（図８の回路におけるダイオードＤ１１）の機能を兼ねている。従って、図１１（ａ）回路では、構成が簡素化されている。
【０１０１】
図１１（ａ）の回路では、ＯＰアンプＡ２１の非反転入力端（＋）の基準電位を与える構成が、図８の回路とは異なる。ここでは、図１１（ｂ）に示すように、接地電位と正電源＋Ｖｃｃとの間において、Ｎ個の抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２．．ＲｃＮが直列接続され、さらにＲｃＮの一端が末端抵抗Ｒｅを介して正電源＋Ｖｃｃと接続されている。これにより、直列接続されたＮ個の抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２．．ＲｃＮの両端に所定の直流電圧が印加される。
【０１０２】
第１制御電圧生成部３Ｂ１のＯＰアンプＡ２１の非反転入力端（＋）は、抵抗Ｒ５１を介して、抵抗Ｒｃ１の高電位側の一端（抵抗Ｒｃ２との接続点）に接続されている。この点の電位が、実際のカットイン電圧Ｖｃ１に対応する電位Ｖｃ１’である。
【０１０３】
同様に、第Ｎ制御電圧生成部３ＢＮのＯＰアンプＡ２Ｎの非反転入力端（＋）は、抵抗Ｒ５Ｎを介して、抵抗ＲｃＮの高電位側の一端（抵抗Ｒｅとの接続点）に接続されている。この点の電位が、実際のカットイン電圧ＶｃＮに対応する電位ＶｃＮ’である。第２〜第Ｎ−１の制御電圧生成部における各ＯＰアンプの非反転入力端も、対応する各抵抗の高電位側の一端にそれぞれ順番に接続されている。
【０１０４】
このように、Ｎ個の制御電圧生成部３Ｂ１．．３ＢＮの各々におけるカットイン電圧に対応する電位は、所定の直流電圧を両端に印加される直列接続されたＮ個の抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２．．ＲｃＮの各々の一端の電位によってそれぞれ設定される。従って、各設定電位は、Ｎ個の抵抗の両端に印加される直流電圧と各抵抗の値とによってそれぞれ決定される。例えば、Ｎ＝５、Ｖｃｃ＝１２Ｖ、Ｒ１〜Ｒ５及びＲｅの６個の抵抗の値が同じである場合、５個の抵抗Ｒ１〜Ｒ５の各々には２Ｖの電圧が印加される。このとき、Ｖｃ１’＝２Ｖ、Ｖｃ２’＝４Ｖ、．．、Ｖｃ５’＝１０Ｖとなる。
【０１０５】
図１１（ａ）の回路では、直列接続されたＮ個の抵抗に印加する直流電圧を得るために正電源＋Ｖｃｃを用いたが、別の直流電圧を用いてもよく、直流電圧の大きさは必要に応じて設定される。また、直列接続されたＮ個の抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２．．ＲｃＮの各々の値が等しくなくともよく、必要に応じて異なる値の抵抗が混在してもよい。図１１（ａ）の回路では、図８の回路と異なり、各制御電圧生成部のカットイン電圧がそれぞれ固定されるが、回路構成がシンプルとなり調整操作が不要となる。
【０１０６】
また特殊な場合として、Ｒｃ１＝０とした場合（すなわちＲ５１を接地点に接続）は、第１制御電圧生成部３Ｂ１のカットイン電圧が零ボルトに設定される（第１の実施形態と同様）。
【０１０７】
各制御電圧生成部のカットイン電圧がそれぞれ固定されている点を除いて、各制御電圧生成部の回路動作は図８の回路と同じである。反転増幅器を構成する各ＯＰアンプＡ２１〜Ａ２Ｎは、入力電圧Ｖｉ’が設定されたカットイン電圧（例えばＶｃ１’）を超えるまでは出力電圧が零ボルトであり、入力電圧Ｖｉ’がカットイン電圧を超えると、所定の増幅率で増幅された負電圧を出力する。その場合、カットイン電圧から入力電圧Ｖｉ’までの増加分が増幅される。
【０１０８】
＜制御電圧選択部３Ｄ＞
図１１（ａ）の回路における制御電圧選択部３Ｄは、入力端としてＮ個の発光ダイオードＤ１１．．Ｄ１Ｎを有する。発光ダイオードＤ１１．．Ｄ１Ｎの共通のアノード接続端は、抵抗を介してＯＰアンプＡ３の反転入力端（−）に接続されると共に、ダイオード電流を一定とするために定電流ダイオードＣＤを介して正電源＋Ｖｃｃに接続されている。
【０１０９】
これらの発光ダイオードＤ１１．．Ｄ１Ｎの機能は、図８の回路のＮ個のダイオードＤ１１．．Ｄ１Ｎと同じである。従って、発光ダイオードＤ１１．．Ｄ１Ｎの共通のアノード接続端には、各々のカソード電位のうち最も低い電位が現れる。すなわち、第１〜第Ｎの制御電圧Ｖ１．．ＶＮのうち、絶対値において最も大きい電圧が現れる。これにより、第１〜第Ｎの制御電圧Ｖ１．．ＶＮのうち、絶対値において最も大きい制御電圧が選択されることになる。そして、選択された制御電圧に対応する発光ダイオードのみが順バイアスとなり発光することにより、発電機の回転状態を容易に目視することができる。
【０１１０】
反転増幅器を構成するＯＰアンプＡ３は、図８の回路と同様である。ＯＰアンプＡ３の出力端の電圧が、デューティ比制御電圧Ｖcsとして用いられる。
【０１１１】
（３−３−２）実施例２の回路動作
図１２は、図１１（ａ）の回路における制御電圧選択部３Ｄの動作を説明するためのグラフであり、図１０と同様のグラフである。図１１（ａ）の回路において、本例では、Ｎ＝３とし、カットイン電圧を設定する３個の同じ値の抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｃ３を設けているものとする。従って、横軸上のカットイン電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｖｃ３は等間隔に設定される。
【０１１２】
なお、図１１（ａ）の回路では、発電機の最大出力Ｖmaxに対応する制御電圧Ｖ３の絶対値の上限を、可変抵抗ＶＲ１２により調整することができる。最大出力Ｖmaxに対する調整を行った場合も、太線で示す制御電圧Ｖｃｓの軌跡は相似形で変化し、理想曲線Ｗに沿う形状を維持することができる。その他の点に関しては、図１０において説明した通りである。
【０１１３】
（４）第２の実施形態の変形例
上述した第２の実施形態の各実施例において、第１制御電圧生成部３Ｂ１と第２制御電圧生成部３Ｂ２のみを設け（Ｎ＝２）、第１制御電圧生成部３Ｂ１のカットイン電圧Ｖｃ１’を零ボルトとなるように設定又は構成した場合、上述した第１の実施形態と同じ動作を実現できる。上述した通り、実際のカットイン電圧Ｖｃ１は、零ボルトではない所定の電圧に設定することが好適であるが、第２の実施形態は、実際のカットイン電圧Ｖｃ１を零ボルトとする場合も含む。よって、第２の実施形態は、第１の実施形態を含む上位概念である。
【０１１４】
上述した第２の実施形態では、Ｎ個の制御電圧生成部の各々が基本的に同じ回路構成を有する。しかしながら、各制御電圧生成部が同じ回路構成を有することは、必須ではない。原理的には、各制御電圧生成部が、設定されたカットイン電圧又はカットイン回転数から、出力電圧検知部により検知された出力電圧又は回転数までの増加分に対し、所定の比例定数を介して比例する制御電圧を生成する機能を備えていればよい。従って、Ｎ個の制御電圧生成部の各々が異なる回路構成を有する実施形態も、本発明に含まれる。
【０１１５】
上述した第２の実施形態では、Ｎ個の制御電圧生成部の各々が、比例定数を調整するための第１の可変抵抗を有し、カットイン点を調整するための第２の可変抵抗を有する。しかしながら、別の実施形態として、Ｎ個の制御電圧生成部のうちの一部又は全部において、第１の可変抵抗及び／又は第２の可変抵抗に替えて、それぞれ一定の抵抗値をもつ通常の抵抗を用いてもよい。その場合、当該制御電圧生成部の生成する制御電圧のカットイン点と傾きは、一つの設定値に固定されることとなる。例えば、第２実施形態においてＮ＝３の場合、第２制御電圧生成部における調整用の２つの可変抵抗を通常の抵抗に替えると、図１０のグラフにおける直線Ｌ２は固定され、直線Ｌ１と直線Ｌ３のみが可変となる。
【０１１６】
（５）発電機出力電力制御回路とＰＷＭＩＣとの接続回路の例
図１３は、発電機出力電力制御回路の出力段に設けられる回路の一例を示す。図１３の回路は、三相の電力変換回路（図示せず）を制御するために３つのＰＷＭＩＣ４ｒ、４ｓ、４ｔを有する。発電機出力電力制御回路と３つのＰＷＭＩＣとの間には、３つのフォトカプラＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３が配置され、これらにより発電機出力電力制御回路とＰＷＭＩＣとが互いに絶縁される。
【０１１７】
フォトカプラＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３の入力側の発光ダイオードは直列接続されている。フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードのアノードに、発電機出力電力制御回路から出力された制御電圧Ｖｃｓが印加され、フォトカプラＰＣ３の発光ダイオードのカソードは接地されている。フォトカプラＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３の各々の出力側のフォトトランジスタは、それぞれ一般的な付加的回路を介してＰＷＭＩＣ４ｒ、４ｓ、４ｔに接続されている。ＰＷＭＩＣ４ｒ、４ｓ、４ｔの各々の出力端子は、三相の電力変換回路の各々におけるスイッチング素子Ｑｒ、Ｑｓ、Ｑｔに対して、制御電圧Ｖｃｓに対応するデューティ比を有するＰＷＭ信号をそれぞれ出力する。
【符号の説明】
【０１１８】
１  発電機
２  電力変換装置
３  発電機出力電力制御回路
３Ａ  出力電圧検知部
３Ｂ１  第１制御電圧生成部
３Ｂ２  第２制御電圧生成部
３Ｄ  制御電圧選択部
３Ｂ１．．３ＢＮ  第１制御電圧生成部．．第Ｎ制御電圧生成部
４  ＰＷＭＩＣ
Ｑ  トランジスタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７  抵抗
Ｒ１１、Ｒ１２、１３、Ｒ４１、Ｒ５１、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８  抵抗
ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３  可変抵抗
ＶＲｔ１．．ＶＲｔＮ  可変抵抗
ＶＲｃ１．．ＶＲｃＮ  可変抵抗
Ｒｃ１．．ＲｃＮ  抵抗
Ｄ１、Ｄ２  ダイオード
Ｄ１１．．Ｄ１Ｎ  ダイオード、発光ダイオード
Ｃ  コンデンサ
【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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