JP7264648B2 - 発電装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
(1) 永久磁石とコイルを用いて発電する発電機を有する発電装置であって、
1極あたりの前記コイルを少なくとも2つ以上の領域に分割することで形成されるコイルユニットと、
前記コイルユニットの少なくとも一部分の領域を短絡可能なスイッチ部と、
前記発電機の運転速度に合わせて前記スイッチ部の短絡および開放を制御し、前記発電機の出力電圧を調整する電圧調整部と、
を備え、
複数の前記コイルユニットのうち、前記スイッチ部が短絡および開放を制御可能な第1コイルユニットは、互いに巻き数が異なり且つ互いに電線断面積が異なる第1領域および第2領域を含み、前記第1領域の巻き数が前記第2領域よりも大きく、且つ、前記第1領域の電線断面積が前記第2領域よりも小さく、前記第1領域および第2領域のうち前記第1領域のみを短絡可能な状態で前記スイッチ部が接続されている、
ことを特徴とする発電装置。
更に、上記(1)の構成の発電装置によれば、出力電圧を調整可能な速度範囲を広くすることができる。すなわち、低速域では巻き数の大きい第1領域のコイルで効率的に発電でき、高速域では巻き数の小さい第2領域のコイルだけを使うことにより、出力電圧が過大になるのを防止できる。
更に、上記(1)の構成の発電装置によれば、第1領域のコイルを細い電線で構成できるので装置全体の重量や容積を低減できる。また、第1領域のコイルは高速域では短絡され使用されることがないので、過大な電力印加の可能性を危惧する必要はなく、十分な細径化が可能である。
前記電圧調整部は、前記発電機の運転速度に合わせて前記スイッチ部の短絡および開放を制御する際に、それぞれの極において等しい電気角に当たる前記コイルユニットの領域を前記スイッチ部を用いて制御する、
ことを特徴とする、上記(1)に記載の発電装置。
ことを特徴とする、上記(1)又は(2)に記載の発電装置。
1極あたりの前記コイルを少なくとも2つ以上の領域に分割することで形成されるコイルユニットと、
前記コイルユニットの少なくとも一部分の領域を短絡可能なスイッチ部と、
前記スイッチ部の短絡および開放を制御する電圧調整部と、
を備えた発電装置の制御方法であって、
前記電圧調整部が、
前記発電機の運転速度を取得し、
前記運転速度が所定の複数の速度領域のうちいずれに属するかに応じて、前記スイッチ部の短絡および開放を制御し、
複数の前記コイルユニットのうち、前記スイッチ部が短絡および開放を制御可能な第1コイルユニットは、互いに巻き数が異なり且つ互いに電線断面積が異なる第1領域および第2領域を含み、前記第1領域の巻き数が前記第2領域よりも大きく、且つ、前記第1領域の電線断面積が前記第2領域よりも小さく、前記第1領域および第2領域のうち前記第1領域のみを短絡可能な状態で前記スイッチ部が接続されている、
ことを特徴とする発電装置の制御方法。
発電機コイル群の配置状態の例を図1に示す。図1に示した例では、磁極数が8の永久磁石式三相交流発電機におけるコイル群の配置状態を示している。
発電装置20の電気回路構成例を図2に示す。図2に示した発電装置20は、図1に示した構造を有する発電機のW相コイルL1、L3、L5、L7、V相コイルL9、L11、L13、L15、およびU相コイルL17、L19、L21、L23、の状態をこの発電機の運転速度に応じて自動調整する機能を有している。
1つのコイルユニット30の構成例を図3に示す。図3に示したコイルユニット30は、2つのコイル領域La、Lbを直列に接続した回路として構成されている。また、スイッチデバイス33が一方のコイル領域Laの端子間のみを短絡可能な状態でコイルユニット30に接続されている。コイル領域Laの一端は端子31と接続され、コイル領域Lbの一端は端子32と接続されている。
速度に応じたコイル制御例を図4に示す。すなわち、図2に示した発電装置20において、マイクロコンピュータ22が図4の制御を実施することにより、各出力端子TU、TV、TWに現れる出力電圧の運転速度に応じた変動を抑制できる。
(L2,L6の巻き数)>(L4,L8の巻き数)
(L1,L5の巻き数)>(L3,L7の巻き数)
「L5の巻き数」>「L1の巻き数」
(L10,L14の巻き数)>(L12,L16の巻き数)
(L9,L13の巻き数)>(L11,L15の巻き数)
「L13の巻き数」>「L9の巻き数」
(L18,L22の巻き数)>(L20,L24の巻き数)
(L17,L21の巻き数)>(L19,L23の巻き数)
「L21の巻き数」>「L17の巻き数」
スイッチデバイスSW1~SW12の全てをオフ(コイル開放)にする。
V1~V2の速度範囲:(S14)
SW1,SW3,SW5,SW7,SW9,SW11をオフ(コイル開放)する。
SW2,SW4,SW6,SW8,SW10,SW12をオン(コイル短絡)する。
V2~V3の速度範囲:(S15)
SW1,SW3,SW5,SW7,SW9,SW11をオンする。
SW2,SW4,SW6,SW8,SW10,SW12をオフする。
V3~V4の速度範囲:(S16)
SW3,SW7,SW11,SW4,SW8,SW12をオンする。
SW1,SW5,SW9,SW2,SW6,SW10をオフする。
V4以上の速度範囲:(S17)
スイッチデバイスSW1~SW12の全てをオン(コイル短絡)にする。
1つのコイルユニット40におけるそれぞれ異なる制御状態を図5(a)、図5(b)、図5(c)、および図5(d)に示す。
したがって、3個のスイッチデバイスSW01、SW02、およびSW03は、それぞれコイル領域L02、L03、およびL04の短絡/開放を制御できる。
発電装置の出力電圧特性の例を図6に示す。すなわち、図6に示した各出力電圧特性は、図1および図2に示した構成の発電装置20において、マイクロコンピュータ22が図4の制御を実施しない場合と、実施した場合のそれぞれの実験結果を示している。
発電装置20の具体化したハードウェア構成例を図7(a)および図7(b)にそれぞれ示す。図7(a)はデジタル回路で制御系を構成する場合の例を示し、図7(b)はアナログ回路で制御系を構成する場合の例を示している。
回転検知部71は、速度信号Svに相当する電圧を生成し、この電圧をマイクロコンピュータ72のアナログ入力ポートに印加する。マイクロコンピュータ72は、アナログ入力ポートに印加されたアナログ電圧をデジタル値に変換して現在の運転速度を把握する。そして、図4の制御と同様に、運転速度を閾値と比較した結果に応じて出力側の各コイルの状態を制御する。
[1] 永久磁石とコイル(W相コイルL1~L8、V相コイルL9~L16、U相コイルL17~L24)を用いて発電する発電機を有する発電装置(20)であって、
1極あたりの前記コイルを少なくとも2つ以上の領域(コイル領域La、Lb)に分割することで形成されるコイルユニット(30、40)と、
前記コイルユニットの少なくとも一部分の領域を短絡可能なスイッチ部(スイッチデバイスSW1~SW12)と、
前記発電機の運転速度(速度信号Sv)に合わせて前記スイッチ部の短絡および開放を制御し、前記発電機の出力電圧を調整する電圧調整部(マイクロコンピュータ22)と、
を備えた発電装置。
前記電圧調整部は、前記発電機の運転速度に合わせて前記スイッチ部の短絡および開放を制御する際に、それぞれの極において等しい電気角に当たる前記コイルユニットの領域(コイル領域La)を前記スイッチ部(スイッチデバイス33)を用いて制御する、
ことを特徴とする、上記[1]に記載の発電装置。
ことを特徴とする、上記[1]又は[2]に記載の発電装置。
ことを特徴とする、上記[1]乃至[3]のいずれかに記載の発電装置。
ことを特徴とする、上記[1]乃至[4]のいずれかに記載の発電装置。
1極あたりの前記コイルを少なくとも2つ以上の領域(コイル領域La、Lb)に分割することで形成されるコイルユニット(30、40)と、
前記コイルユニットの少なくとも一部分の領域を短絡可能なスイッチ部(スイッチデバイスSW1~SW12)と、
前記スイッチ部の短絡および開放を制御する電圧調整部(マイクロコンピュータ22)と、
を備えた発電装置の制御方法であって、
前記電圧調整部が、
前記発電機の運転速度(速度信号Sv)を取得し、
前記運転速度が所定の複数の速度領域のうちいずれに属するかに応じて、前記スイッチ部の短絡および開放を制御する、
ことを特徴とする発電装置の制御方法。
12 円周
20 発電装置
21u,21v,21w コントローラ
22 マイクロコンピュータ
23u U相コイルの直列回路
23v V相コイルの直列回路
23w W相コイルの直列回路
30,40 コイルユニット
31,32 端子
33 スイッチデバイス
41,42 ユニット端子
43a,43b,43c,43d コイル間端子
71 回転検知部
72 マイクロコンピュータ
73 コントローラ
74,79 スイッチデバイス
75 信号変換回路
76 レベル変換回路
77 電圧レベルコンパレータ回路
78 コンパレータ
Sv 速度信号
TU U相出力端子
TV V相出力端子
TW W相出力端子
TC 中点端子
L1~L8 W相コイル
L9~L16 V相コイル
L17~L24 U相コイル
SW1~SW12 スイッチデバイス
La,Lb コイル領域
L01,L02,L03,L04,L05 コイル領域
SW01,SW02,SW03 スイッチデバイス
Claims (4)
- 永久磁石とコイルを用いて発電する発電機を有する発電装置であって、
1極あたりの前記コイルを少なくとも2つ以上の領域に分割することで形成されるコイルユニットと、
前記コイルユニットの少なくとも一部分の領域を短絡可能なスイッチ部と、
前記発電機の運転速度に合わせて前記スイッチ部の短絡および開放を制御し、前記発電機の出力電圧を調整する電圧調整部と、
を備え、
複数の前記コイルユニットのうち、前記スイッチ部が短絡および開放を制御可能な第1コイルユニットは、互いに巻き数が異なり且つ互いに電線断面積が異なる第1領域および第2領域を含み、前記第1領域の巻き数が前記第2領域よりも大きく、且つ、前記第1領域の電線断面積が前記第2領域よりも小さく、前記第1領域および第2領域のうち前記第1領域のみを短絡可能な状態で前記スイッチ部が接続されている、
ことを特徴とする発電装置。 - 前記発電機は、少なくとも2極以上の極数を持つ交流発電機であり、
前記電圧調整部は、前記発電機の運転速度に合わせて前記スイッチ部の短絡および開放を制御する際に、それぞれの極において等しい電気角に当たる前記コイルユニットの領域を前記スイッチ部を用いて制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の発電装置。 - 前記コイルユニットは、同じ極の位置に配置された前記第1領域および前記第2領域を含み、前記第1領域および第2領域のうち前記第1領域のみを短絡可能な状態で前記スイッチ部が接続されている、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発電装置。 - 永久磁石とコイルを用いて発電する発電機を有し、
1極あたりの前記コイルを少なくとも2つ以上の領域に分割することで形成されるコイルユニットと、
前記コイルユニットの少なくとも一部分の領域を短絡可能なスイッチ部と、
前記スイッチ部の短絡および開放を制御する電圧調整部と、
を備えた発電装置の制御方法であって、
前記電圧調整部が、
前記発電機の運転速度を取得し、
前記運転速度が所定の複数の速度領域のうちいずれに属するかに応じて、前記スイッチ部の短絡および開放を制御し、
複数の前記コイルユニットのうち、前記スイッチ部が短絡および開放を制御可能な第1コイルユニットは、互いに巻き数が異なり且つ互いに電線断面積が異なる第1領域および第2領域を含み、前記第1領域の巻き数が前記第2領域よりも大きく、且つ、前記第1領域の電線断面積が前記第2領域よりも小さく、前記第1領域および第2領域のうち前記第1領域のみを短絡可能な状態で前記スイッチ部が接続されている、
ことを特徴とする発電装置の制御方法。
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JP2019007098A JP7264648B2 (ja) | 2019-01-18 | 2019-01-18 | 発電装置およびその制御方法 |
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