(57)【要約】【課題】  ＰＷＭコンバータ無しで風力等より最大出力を得るために多種類の巻線を有する永久磁石型発電機を用いた分散電源用発電装置においては、負荷側の直流電圧が分散電源用発電装置により定電圧充電された直流電圧よりも高い直流電圧、又は低い直流電圧で消費する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの変換装置を接続する必要があり、変換装置内部の制御回路の待機電力および電気損失が発生するなどの問題があった。【解決手段】  風車又は水車により駆動されて、異なる誘起電圧実効値を発生する複数の巻線により構成される永久磁石型発電機の複数の交流出力を、個別の整流器により整流し、該個別の整流器の直流出力を加算して外部に出力する分散電源用発電装置の出力回路において、前記複数の巻線と前記個別の整流器の間に個別の変圧器を接続し、前記複数の巻線の電圧を任意の電圧に変換し、前記個別の整流器の直流出力を加算して外部に出力することを特徴とする。【選択図】図１
2008187855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車又は水車により駆動されて、異なる誘起電圧実効値を発生する複数の巻線により構成される永久磁石型発電機の複数の巻線の交流出力端子に個別の整流器を接続し、該個別の整流器の直流出力を並列に加算して外部に出力する分散電源用発電装置の出力回路において、該複数の巻線の各交流出力端子に直列に個別のリアクトルを接続し、該個別のリアクトルに直列に個別の変圧器を接続し、該個別の変圧器に直列に個別の整流器を接続し、該個別の整流器の直流出力を加算して外部に出力することを特徴とする分散電源用発電装置の出力回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車又は水車により駆動される永久磁石型発電機から、風速又は流速に関わらず、風又は水より得られる概略の最大出力を取り出す分散電源用発電装置の出力回路に関し、特に、永久磁石型発電機よりＰＷＭコンバータを用いずに定電圧充電を行う分散電源用発電装置の出力回路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概略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分散電源用発電装置について提案している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
かかる先願技術を、図６の風車に接続された分散電源用発電装置を示す主回路結線図を参照して詳述する。
図６において、１は風車、２は先願技術の分散電源用発電装置、３は永久磁石型発電機、４、５は第１および第２のリアクトル、８、９は第１および第２の整流器、１０はバッテリ、１１は負荷である。
図６においては、永久磁石型発電機３は、２種類の巻数を有し、各巻線が３相の場合を示している。
【０００４】
図６において、永久磁石型発電機３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、第１のリアクトル４に接続され、さらに第１の整流器８に接続される。
巻数が多い第２の巻線の交流出力端子Ｗ２は、第２のリアクトル５に接続され、さらに第２の整流器９に接続される。
上記第１、第２の整流器８、９の各々の直流側は、並列接続され、各巻線の合計出力がバッテリ１０に充電される。
【０００５】
このように構成される分散電源用発電装置２より、概略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が一義的に定まる。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の特性において、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４は、先願技術が対象とする分散電源用発電装置２の直流出力をバッテリ等の定電圧源に接続した場合の説明図であり、分散電源用発電装置２の永久磁石型発電機３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によって、図４の風車回転数対出力特性に示すＰ１、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、永久磁石型発電機３内の第１および第２の巻線の発生電圧がバッテリ電圧Ｖｂより低いために、バッテリ１０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、バッテッリ電圧は、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５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。
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、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。
【０００９】
図５は、先願が対象とする分散電源用発電装置のバッテリ等の定電圧源への出力を示す図である。
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。
【特許文献１】特開２００４−６４９２８（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のような分散電源用発電装置２において、負荷側の直流電圧が分散電源用発電装置２により定電圧充電された直流電圧よりも高い直流電圧、または低い直流電圧で消費する場合、従来は、図２に示すように変換装置１２、例えばＤＣ／ＤＣコンバータなどを接続し、消費する負荷の直流電圧に変換を行っていた。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータを接続することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ内部の制御回路の待機電力等による損失が発生する。また、高価なＤＣ／ＤＣコンバータのような変換装置１２を用いることにより、分散電源用発電装置の価格が上昇するという問題があった。
【００１１】
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、分散電源用発電装置の出力回路において、直流出力電圧を任意の直流電圧に変換する際に、待機電力および電気損失を減少させるとともに、高価な変換装置を使用せず、分散電源用発電装置の価格を低下させることのできる分散電源用発電装置の出力回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
従って、本発明では、風車又は水車により駆動されて、異なる誘起電圧実効値を発生する複数の巻線により構成される永久磁石型発電機の複数の交流出力を、個別の整流器により整流し、該個別の整流器の直流出力を加算して外部に出力する分散電源用発電装置の出力回路において、前記複数の巻線と前記個別の整流器の間に個別の変圧器を接続し、前記複数の巻線の電圧を任意の電圧に変換し、前記個別の整流器の直流出力を加算して外部に出力するものである。
【発明の効果】
【００１３】
分散電源用発電装置の直流電圧の変換において、待機電力および電気損失を減少させ、出力を増加させるとともに、分散電源用発電装置の価格を低下させることのできる分散電源用発電装置の出力回路を提供することができる。また、永久磁石型発電機およびリアクトルの設計変更を行うことなく、分散電源用発電装置の直流電圧を任意の電圧に変換でき、分散電源用発電装置の汎用性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
異なる誘起電圧実効値を発生する複数の巻線により構成される永久磁石型発電機の複数の交流出力を、個別のリアクトルを通して、個別の整流器により整流し、該個別の整流器の直流出力を加算して外部に出力する分散電源用発電装置の出力回路において、前記個別のリアクトルと前記個別の整流器の間に個別の変圧器を接続し、前記複数の巻線の電圧を任意の電圧に変換し、前記個別の整流器の直流出力を加算して外部に出力するものである。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明の、風車又は水車より直流出力を得る分散電源用発電装置の出力回路を説明するための図である。
同図において、２０は本発明の分散電源用発電装置、６および７は第１および第２の変圧器であり、図６と同一番号は同一構成部品を表す。
以下、図１について説明する。
【００１６】
巻数の多い第２の巻線の交流出力端子Ｗ２には、第２のリアクトル５および第２の変圧器７が接続され、さらに第２の整流器９が直列に接続される。巻数の少ない第１の巻線の交流出力端子Ｗ１には、第１のリアクトル４および第１の変圧器６が接続され、さらに第１の整流器８が直列に接続される。第１の整流器８、第２の整流器９の合計直流出力がバッテリ１０に充電される。
ここで、第１および第２の変圧器６および７は、第１および第２の巻線間の影響を無くすために絶縁変圧器で構成される。
【００１７】
ここで、第１の巻線に接続させる第１の変圧器６と第２の巻線に接続される第２の変圧器７は、整流後充電されるバッテリ等の直流出力電圧と整合するように設計される。
すなわち、例えば第１および第２の変圧器６および７が無い状態では、バッテリ電圧１２Ｖに充電するように分散電源用発電装置２が設計されているとすると、バッテリ電圧２４Ｖに充電するためには第１および第２の変圧器６および７の変圧比を１：２にすれば、同様に風車より概略の最大出力を得ることができる。
さらに、永久磁石型発電機の出力電圧は回転数に比例するので、変圧器の入力周波数が小さい場合でも変圧器の磁束が飽和することはない。従って、小型の変圧器で構成できる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明の分散電源用発電装置の出力回路によれば、風速に関わらず、風より得られる概略の最大出力を取り出すことができると共に、負荷側に任意の直流電圧に出力することが可能となる。
【００１９】
さらに、永久磁石型発電機およびリアクトルの設計変更を行うことなく、安価な変圧器を接続するだけで直流電圧の変更が可能となるので、非常に汎用性の高い分散電源用発電装置の出力回路を提供できる。
【００２０】
また、高価な変換装置、例えばＤＣ／ＤＣコンバータなどを接続しないため、分散電源用発電装置の価格が低下させることが可能となる。また、変換装置内部の制御回路の待機電力が不要となり、電気損失を低減し年間出力を増加させることができる。
【００２１】
上記は、風力により説明したが、例えば、水力のように水車の形状が定まれば、最大出力を取り出すときの回転数対出力特性が一義的に定まるような用途にも適用可能である。
また、上記の説明では、３相で説明してきたが、単相および他の相数でも適用可能である。
【００２２】
さらに、実施例では、第１の巻線の交流出力端子Ｗ１に第１のリアクトル４を接続すると説明してきたが、必要な第１のリアクトル４のインダクタンス値が小さくなるように永久磁石型発電機３を設計して、第１のリアクトル４を削除することが可能である。また、異なる誘起電圧実効値を発生する複数の巻線が２種類の場合で説明したが、複数の巻線の種類が３種類以上の場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の、風車により駆動される分散電源用発電装置の出力回路を説明するための図である。
【図２】従来の分散電源用発電装置の直流電圧変換を行う方式を説明するための接続図である。
【図３】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する図である。
【図４】先願が対象とする分散電源用発電装置の各巻線の出力を説明するための図である。
【図５】先願が対象とする分散電源用発電装置のバッテリ等の定電圧源への出力を説明するための図である。
【図６】先願の分散電源用発電装置の主回路図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    風車
２    分散電源用発電装置
３    永久磁石型発電機
４    第１のリアクトル
５    第２のリアクトル
６    第１の変圧器
７    第２の変圧器
８    第１の整流器
９    第２の整流器
１０  バッテリ
１１  負荷
１２  変換装置
２０  分散電源用発電装置
【図１】
2008187855.tif 000003
【図２】
2008187855.tif 000004
【図３】
2008187855.tif 000005
【図４】
2008187855.tif 000006
【図５】
2008187855.tif 000007
【図６】
2008187855.tif 000008