JP6511562B1 - 電磁石発電機装置および電磁石発電機装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、この発明の一実施の形態による電磁石発電機装置の構成を示すブロック図である。最初に、本実施の形態1に係る部分について説明する。電磁石発電機1は、発電コイル部1aと励磁コイル部1bを有する。発電コイル部1aと励磁コイル部1bは近接して設けられている。発電コイル部1aと励磁コイル部1bは例えば、同軸上に入れ子状態に設けられる。励磁コイル部1bは、風力発電のプロペラからなる回転部2に結合されて、回転部2と共に回転する。また励磁コイル部1bは、励磁部5から励磁電力が供給されることで、磁界を発生する。発電コイル部1aは、固定されている。発電コイル部1aは、励磁コイル部1bが発生する磁界の回転による磁束変化により交流電圧を発生する。整流部3は、発電コイル部1aが発生した交流電圧を整流して直流電圧に変換して蓄電部4を充電する。励磁部5は、蓄電部4を電源として励磁コイル部1bに励磁電力を供給させて励磁させる。回転検出部6は励磁コイル部1bの回転数を検出する。制御部10は、回転検出部6からの回転数に従って励磁部5からの励磁電力の制御を行う。制御部10は、例えばプロセッサとメモリ、またはディジタル回路からなるコンピュータで構成される。
なので
励磁電圧(V)=√(制御目標励磁電力(W)×励磁コイル部抵抗(Ω)) (2)
なので
DUTY(%)=
{√(制御目標励磁電力(W)×励磁コイル部抵抗(Ω))}/蓄電部電圧(V)
(3)
この発明の実施の形態2による電磁石発電機装置では、図1においてさらに温度検出部8を設けた。励磁コイル部1bは、温度によって抵抗値が変わるため、実際の励磁電力が変化する。そので実施の形態2では、温度検出部8を設けて、励磁コイル部1bの温度測定をおこなう。制御部10では、温度検出部8からの検出温度に従って制御において温度補償を加えることで、取出し電力の精度をより高めることができる。この場合上記式(2)、式(3)は以下のようになる。Ktは温度による励磁コイル部1bの抵抗変化を与える抵抗温度係数である。
DUTY(%)=
{√(制御目標励磁電力(W)×励磁コイル部抵抗(Ω)×Kt)}/蓄電部電圧(V)
(3a)
この発明の実施の形態3による電磁石発電機装置では、図1においてさらに励磁電力検出用モニタ部9を設けた。上記実施の形態1,2では、制御部10は、励磁コイル部1bへの励磁電力を制御目標励磁電力にするために、回転数に対する励磁電力マップ、励磁電力マップを数式化した制御目標励磁電力式、温度補償を行った励磁コイル部抵抗値、等をもとに算出した励磁電圧やPWM制御のDUTYによって励磁電力を制御している。これらの方法は計算結果に基づいて励磁電力を制御目標励磁電力に制御するオープン制御である。オープン制御の場合、例えば、電磁石発電機1の特性の個体差、周囲環境の違い等により制御結果が異なる場合がある。
予め設定された一定の値を上げ/下げする方法、
実際の励磁電力と制御目標励磁電力の電力差の値を上げ/下げする方法、
電力差の値によって上げ/下げの値を変化させる方法、
等、一般的なフィードバック制御で用いられる方法により、短時間で実際の励磁電力を制御目標励磁電力に合わせこむ。この制御により、より正確に実際の励磁電力を把握することができ、特に取出し電力が取出し可能か否かが分からない図3に示す発電開始回転数1付近で無駄なく効率よい発電制御が可能になる。
この発明の実施の形態4による電磁石発電機装置では、図1においてさらに充電電力検出用モニタ部7をさらに設けた。上述の電磁石発電機1の特性の個体差、周囲環境の違い等により、励磁コイル部1bへの励磁電力が最適でない場合があるため、この実施の形態4では、充電電力検出用モニタ部7を設けた。充電電力検出用モニタ部7は、蓄電部4での充電電圧と充電電流を検出して充電電圧モニタ値、充電電流モニタ値として制御部10へ出力する。制御部10は、入力された充電電圧モニタ値、充電電流モニタ値から実際の充電電力(充電電圧モニタ値×充電電流モニタ値)を計算して求める。なお発電電力が充電電力となる。
Claims (9)
- 電流を流すことで磁界を発生すると共に回転部に結合されて回転する励磁コイル部、および前記励磁コイル部と近接して配置され前記励磁コイル部の磁界の変化により発電する発電コイル部、を有する電磁石発電機と、
前記発電コイル部からの交流の発電電力を直流電力に変換する整流部と、
前記整流部の直流電力により充電される蓄電部と、
前記蓄電部を電源として前記励磁コイル部に励磁電力を供給する励磁部と、
前記励磁コイル部の回転数を検出する回転検出部と、
前記回転検出部から得られる前記励磁コイル部の回転数に従って前記励磁部を制御し、所定の発電開始回転数以上の範囲で、前記回転数に従って前記励磁コイル部への励磁電力を変え、前記所定の発電開始回転数未満の範囲では、制御目標励磁電力は0として無励磁の状態にしておく制御部と、
を備えた電磁石発電機装置。 - 前記励磁コイル部の温度を検出する温度検出部を有し、
前記制御部は、前記温度検出部の温度検出結果に従って温度補償を行って求めた励磁電力に従って前記励磁部を制御する、
請求項1に記載の電磁石発電機装置。 - 前記励磁コイル部への励磁電力をモニタするための励磁電力検出用モニタ部を備え、
前記制御部は、前記励磁電力検出用モニタ部の検出結果より求めた実際の励磁電力に従って、前記励磁部における励磁電力を調整する、請求項1または2に記載の電磁石発電機装置。 - 前記蓄電部への充電電力をモニタするための充電電力検出用モニタ部を備え、
前記制御部は、前記充電電力検出用モニタ部の検出結果より求めた実際の充電電力に従って、前記励磁部における励磁電力を調整する、請求項1または2に記載の電磁石発電機装置。 - 前記励磁コイル部への励磁電力をモニタするための励磁電力検出用モニタ部と、
前記蓄電部への充電電力をモニタするための充電電力検出用モニタ部と、
を備え、
前記制御部は、前記充電電力検出用モニタ部の検出結果より求めた実際の充電電力と、前記励磁電力検出用モニタ部の検出結果より求めた実際の励磁電力の差である取出し電力に従って、前記励磁部における励磁電力を調整する、請求項1または2に記載の電磁石発電機装置。 - 前記励磁部が、PWM制御により前記蓄電部の電圧を変えて励磁電圧を可変にするパルス幅変調電圧制御回路からなる、請求項1から5までのいずれか1項に記載の電磁石発電機装置。
- 前記励磁部が、前記蓄電部の電圧を変えて励磁電圧を可変にするDC電圧制御回路からなる、請求項1から5までのいずれか1項に記載の電磁石発電機装置。
- 前記回転部が、自然エネルギーにより回転する請求項1から7までのいずれか1項に記載の電磁石発電機装置。
- 電流を流すことで磁界を発生すると共に回転部に結合されて回転する励磁コイル部、および前記励磁コイル部と近接して配置され前記励磁コイル部の磁界の変化により発電する発電コイル部、を有する電磁石発電機と、前記発電コイル部からの交流の発電電力を直流電力に変換する整流部と、前記整流部の直流電力により充電される蓄電部と、前記蓄電部を電源として前記励磁コイル部に励磁電力を供給する励磁部と、を備えた電磁石発電機装置において、前記励磁コイル部の回転数に従って前記励磁コイル部への励磁電力を制御し、所定の発電開始回転数以上の範囲で、前記回転数に従って前記励磁コイル部への励磁電力を変え、前記所定の発電開始回転数未満の範囲では、制御目標励磁電力は0として無励磁の状態にしておく電磁石発電機装置の制御方法。
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