JP7284203B2 - 発電システム、及び発電システム用のコントローラ - Google Patents

Description

本開示は、発電システム、及び発電システム用のコントローラに関する。

従来、磁気ギアの脱調を抑制する発電システムが知られている。例えば、特許文献１に開示の発電システムは、駆動側回転軸、受動側回転軸、及び発電機を備える。駆動側回転軸の一端にはタービンが設けられ、他端には複数の駆動側磁石が設けられる。受動側回転軸の一端には、複数の駆動側磁石とそれぞれ対向する複数の受動側磁石が設けられる。駆動側回転軸の他端と受動側回転軸の一端は、マグネットカップリングを構成する。流体がタービンに作用することにより駆動側回転軸が回転すると、駆動側磁石と受動側磁石との間で伝達トルクが生じ、受動側回転軸の回転出力が発電機に伝わる。このとき、駆動側回転軸と受動側回転軸とのねじれ角に基づき上記伝達トルクが許容範囲を越えたと判定されると、タービンに作用する流体の流量が調整され、マグネットカップリングの脱調が抑制される。

特開２０１４－１２５９９１号公報

上記発電システムでは、タービンがマグネットカップリングに付与する回転出力を低減することで脱調を抑制するが、より確実に脱調が抑制されるよう、さらなる対策が求められる。

本開示は、磁気ギア発電機の脱調を抑制できる電力システム、及び電力システム用のコントローラを提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る発電システムは、
原動機と、
前記原動機からの入力によって駆動されて発電をするための磁気ギア発電機と、
前記磁気ギア発電機に接続された電力変換器と、
前記磁気ギア発電機の脱調のリスクを示す脱調パラメータが規定の許容範囲を超えたことに応答して、前記磁気ギア発電機の運転モードを脱調回避モードに切替えるための運転モード切替部と、
前記脱調回避モードにおいて、前記原動機からの前記入力を低減させる入力低減指令を前記原動機に付与するとともに、前記磁気ギア発電機の発電機トルクを低減させるトルク低減指令を前記電力変換器に付与するための低減指令部と
を備える。

本発明の少なくとも一実施形態に係る発電システム用のコントローラは、
原動機からの入力によって駆動されて発電をするための磁気ギア発電機の脱調のリスクを示す脱調パラメータが規定の許容範囲を超えたことに応答して、前記磁気ギア発電機の運転モードを脱調回避モードに切替えるための運転モード切替部と、
前記脱調回避モードにおいて、前記原動機からの前記入力を低減させる入力低減指令を前記原動機に付与するとともに、前記磁気ギア発電機の発電機トルクを低減させるトルク低減指令を、前記磁気ギア発電機に接続された電力変換器に付与するための低減指令部と
を備える。

本開示によれば、磁気ギア発電機の脱調を抑制できる電力システム、及び電力システム用のコントローラが提供される。

一実施形態に係る発電システムを示す概略図である。 一実施形態に係るねじれ角とトルクの関係を示すグラフである。 一実施形態に係る脱調パラメータと許容範囲の関係を示すグラフである。 一実施形態に係る脱調パラメータと許容範囲の関係を示す別のグラフである。 一実施形態に係る脱調パラメータと許容範囲の関係を示すさらに別のグラフである。 一実施形態に係る発電システムを示す概要図である。 一実施形態に係る発電システムの電気的構成を示すブロック図である。 一実施形態に係る発電制御処理のフローチャートである。 一実施形態に係る脱調判定処理のフローチャートである。 一実施形態に係る脱調判定処理の別のフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（発電システム１の概要）
図１は、一実施形態に係る発電システム１Ａ（１）の例を示す概略図である。
発電システム１Ａは、原動機２、原動機２からの入力によって駆動されて発電をするための磁気ギア発電機１０、磁気ギア発電機１０に接続された電力変換器５０、及び発電システム用のコントローラ１００Ａ（１００）を備える。電力変換器５０は、磁気ギア発電機１０から供給される電力を変換し、例えば電力系統であってもよい電力供給先４に供給するように構成される。
発電システム用のコントローラ１００Ａ（以下、単にコントローラ１００Ａという場合がある）は、磁気ギア発電機１０での発電を制御するように構成される。発電制御には、稼働している磁気ギア発電機１０の脱調を回避するための制御が含まれる。脱調を回避するための制御では、磁気ギア発電機１０の脱調のリスクを示す脱調パラメータに基づき、原動機２から磁気ギア発電機１０への入力と、磁気ギア発電機１０の発電機トルクとが低減される（詳細は後述する）。

（磁気ギア発電機１０の構成の詳細）
一実施形態の磁気ギア発電機１０は、入力側のロータである低速ロータ３０、出力側のロータである高速ロータ４０、及び固定子巻き線２４を有するステータ２０を備える。
低速ロータ３０は、原動機２からの入力によって駆動されるように構成される。高速ロータ４０は、低速ロータ３０の回転に伴い生じる磁気トルクによって駆動されるように構成される。ステータ２０の固定子巻き線２４は、高速ロータ４０の回転に伴い電力変換器５０への供給電力を生じさせるように構成される。低速ロータ３０と高速ロータ４０の回転位置に関するパラメータは、各々、低速ロータセンサ３５と高速ロータセンサ４５によって検出される。一実施形態では、低速ロータセンサ３５は低速ロータ３０の回転数を検出し、高速ロータセンサ４５は高速ロータ４０の回転位置を検出する。別の実施形態では、低速ロータセンサ３５が低速ロータ３０の回転位置を検出し、高速ロータセンサ４５が高速ロータ４０の回転数を検出する。さらに別の実施形態では、低速ロータセンサ３５と高速ロータセンサ４５は各々、低速ロータ３０と高速ロータ４０の回転数を検出してもよい。あるいは、低速ロータセンサ３５と高速ロータセンサ４５は各々、低速ロータ３０と高速ロータ４０の回転位置を検出してもよい。

磁気ギア発電機１０のさらに詳細な構成を例示する。低速ロータ３０はポールピース３２を含み、原動機２の回転シャフト３と共に回転するように構成される。高速ロータ４０は、各々が永久磁石により構成された複数のロータ磁石４２を含む。複数のロータ磁石４２は、磁気ギア発電機１０の周方向に配列される。さらに、高速ロータ４０は、低速ロータ３０よりも高速で回転するように軸受Ｂ２を介して回転シャフト３（又は回転シャフト３とともに回転する低速ロータ３０）に取り付けられる。ステータ２０は、各々が永久磁石により構成された複数のステータ磁石２２を含み、軸受Ｂ１を介して原動機２の回転シャフト３を支持するハウジング２１の内部に配置される。複数のステータ磁石２２は、磁気ギア発電機１０の周方向に配列される。

なお、図１では、磁気ギア発電機１０の軸線を基準とした径方向の内側へ向かって、ステータ２０、低速ロータ３０、及び高速ロータ４０が順に配置された構成を磁気ギア発電機１０は有する。別の実施形態では、径方向の内側へ向かって、高速ロータ４０、低速ロータ３０、及びステータ２０が順に配置された構成を磁気ギア発電機１０は有する。この場合、円筒状の回転シャフト３の径方向内側に、高速ロータ４０、低速ロータ３０、及びステータ２０は配置される。

上述の磁気ギア発電機１０は、高調波型磁気ギア原理および電磁誘導を利用することで、原動機２からの機械的入力を電力に変換するように構成される。
例えば、磁気ギア発電機１０における発電は以下の原理により行われてもよい。原動機２からの入力トルクによって回転シャフト３が回転すると、低速ロータ３０が駆動される。低速ロータ３０のポールピース３２の回転によって、ステータ磁石２２の磁束が変調され、変調された磁場からロータ磁石４２が磁力を受けることで磁気トルクが生じ、高速ロータ４０が駆動される。このとき、低速ロータ３０に対する高速ロータ４０の回転数の比（増速比）は、ロータ磁石４２の極対数Ｎ_Ｈに対するポールピース３２の極数Ｎ_Ｌの比（＝Ｎ_Ｌ／Ｎ_Ｈ）で表される。高速ロータ４０が回転することで、電磁誘導によって固定子巻き線２４に電流が発生し、電力が電力変換器５０に供給される。
以下、原動機２から低速ロータ３０に入力されるトルクを単に入力トルクという場合があり、高速ロータ４０から出力されるトルクを単に発電機トルクという場合がある。また、低速ロータ３０と高速ロータ４０との位相差である磁気ギア発電機１０のねじれ角を、単にねじれ角という場合がある。

上記の原理によって稼働する磁気ギア発電機１０において成立する関係式について説明する。
低速ロータ３０において成立する運動方程式は、式（１）の通りである。
Ｊ_Ｌ×（ｄω_Ｌ／ｄｔ）＝Ｔ_Ｌ－Ｔ_ｍａｘｓｉｎδ・・・式（１）
（Ｊ_Ｌ：低速ロータ３０のイナーシャ（一定値）、ω_Ｌ：低速ロータ３０の角速度、Ｔ_Ｌ：入力トルク、Ｔ_ｍａｘｓｉｎδ：磁気トルク、δ：ねじれ角）
補足するとＴ_ｍａｘは、ねじれ角（δ）がπ／２であるときに磁気ギア発電機１０で生じる最大磁気トルクである。後述するように、ねじれ角がπ／２以上となると磁気ギア発電機１０では脱調が生じる。
また、高速ロータ４０において成立する運動方程式は、式（２）の通りである。
Ｊ_Ｈ×（ｄω_Ｈ／ｄｔ）＝Ｔ_ｍａｘｓｉｎδ－Ｔ_Ｈ・・・式（２）
（Ｊ_Ｈ：高速ロータ４０のイナーシャ（一定値）、ω_Ｈ：高速ロータ４０の角速度、Ｔ_Ｈ：発電機トルク）
なお、Ｊ_Ｈは、高速ロータ４０の形状、重量などに基づき定まる一般的なイナーシャに、上述した増速比を反映した値となっている。

（コントローラ１００Ａの構成）
図１で示される一実施形態のコントローラ１００Ａ（１００）は、脱調パラメータを取得するためのパラメータ取得部１０３、パラメータ取得部１０３の取得結果に基づき磁気ギア発電機１０の運転モードを制御するための運転モード制御部１０６、及び、原動機２と電力変換器５０とに指令（制御信号）を付与するための指令部１０７を備える。

パラメータ取得部１０３によって取得される脱調パラメータは、ねじれ角又は入力トルクに関するパラメータである。
一実施形態では、低速ロータセンサ３５と高速ロータセンサ４５の検出結果に基づき求まる低速ロータ３０の角速度と磁気ギア発電機１０のねじれ角が式（１）に代入されることで、入力トルクが取得される。なお、入力トルクは、低速ロータ３０のトルクを検出するトルクセンサの検出結果に基づき取得されてもよい。
また、脱調パラメータは、ねじれ角又は入力トルクの時間的な変化率であってもよいし、ねじれ角又は入力トルクの将来的な値（予測値）であってもよい。
脱調パラメータが大きくなるほど、高速ロータ４０が低速ロータ３０に追従しづらく、脱調リスクが増大する。従って、脱調パラメータが規定の許容範囲を超えた場合には、コントローラ１００Ａは脱調リスクを低減する制御を実行する必要がある。一実施形態では、脱調リスクを低減する制御が実行される際、磁気ギア発電機１０の運転モードは、脱調回避モードに切替わる。

一実施形態において、脱調パラメータが許容範囲を超えたことに応答して、運転モード制御部１０６の構成要素である運転モード切替部１１０は、磁気ギア発電機１０の運転モードを脱調回避モードに切替える。これにより、脱調リスクを低減する制御が開始される。運転モード切替部１１０による切替え前の運転モードは例えば通常モードである。
一実施形態に係る脱調回避モードでは、指令部１０７を構成する低減指令部１２０が、原動機２から磁気ギア発電機１０への入力を低減させる入力低減指令を原動機２に付与するとともに、磁気ギア発電機１０の発電機トルクを低減させるトルク低減指令を電力変換器５０に付与するように構成される。原動機２からの入力が低減し、且つ発電機トルクが低減することによって、磁気ギア発電機１０の脱調リスクは低減する。原動機２からの入力、磁気トルク、発電機トルク、及びねじれ角との関係については後述する。

運転モード制御部１０６は、運転モード切替部１１０に加えて運転モード復帰部１２５を備え、指令部１０７は、低減指令部１２０に加えて増加指令部１２７を備える。運転モード復帰部１２５は、低減指令部１２０が入力低減指令とトルク低減指令を付与した後、脱調パラメータが許容範囲に含まれるようになった場合、運転モードを脱調回避モードから通常運転モードに切替えるように構成される。増加指令部１２７は、復帰した通常運転モードにおいて、原動機２から磁気ギア発電機１０への入力を増加させる入力増加指令を原動機２に付与するとともに、発電機トルクを増加させるトルク増大指令を原動機２に付与するように構成される。これにより、磁気ギア発電機１０の発電量の低下を抑制できる。

なお、上述した運転モード切替部１１０による脱調回避モードへの切替えは、複数の脱調パラメータが各々、対応する許容範囲を超えたことに応答して行われてもよい。別の実施形態では、複数の脱調パラメータのいずれかが、対応する許容範囲を超えたことに応答して、運転モードが脱調回避モードに切替わってもよい。

（脱調回避の制御内容）
図２を参照し、脱調を回避するための制御の概要を説明する。
図２で例示されるグラフは、横軸をねじれ角（δ）とし、縦軸をトルク（Ｔ）とする。太い実線は、ねじれ角と低速ロータ３０で生じる磁気トルクとの関係を示し、この磁気トルクはＴ_ｍａｘ×ｓｉｎδで表される。一方、細い実線はねじれ角と高速ロータ４０で生じる磁気トルクとの関係を示し、この磁気トルクは（Ｔ_ｍａｘ／Ｇ）×ｓｉｎδで表される。ここで、図２において、低速ロータ３０の磁気トルクの方が、高速ロータ４０の磁気トルクよりも大きくなるのは、高速ロータ４０における増速比Ｇの影響に起因する。
また、図示の便宜上、ねじれ角がπ／２以上となる範囲のグラフも示すが、実機においてねじれ角がπ／２以上となると磁気ギア発電機１０の脱調が発生する。従って、一実施形態の磁気ギア発電機１０は、０＜δ＜π／２となる範囲で稼働する必要がある。ねじれ角が脱調のリスクを示す脱調パラメータとなり得るのは、図２からも理解される。
他の実施形態では、ねじれ角を間接的に示すパラメータを脱調パラメータとして用いてもよく、例えば、通常モードにおける入力トルクが脱調パラメータとして用いられる。仮に、通常モードにおける入力トルクがＬ１であれば、この入力トルクと釣り合う磁気トルクを生じさせるねじれ角はδ_０である。これに対し、通常モードにおける入力トルクがＬ１よりも大きな値である場合、この入力トルクと釣り合う磁気トルクを生じさせるねじれ角はδ_０よりも大きいはずである。このことから、入力トルクが脱調パラメータとなり得ることが理解される。なお、一実施形態では、ねじれ角がδ_０となる磁気ギア発電機１０稼働状態は、定格の稼働状態である。

δ_ｔｈは脱調リスクの有無を判定するための閾値であり、規定の値である。従って、ねじれ角がδ_ｔｈ以下となる範囲は脱調リスクを許容できる許容範囲である。
仮に、ねじれ角がδ_０（＜δ_ｔｈ）となる状態で磁気ギア発電機１０が安定的に稼働していたとする。この状態から、例えば入力トルクが増大することに伴い、ねじれ角がδ_ｔｈを超えてδ_ｏｖに達したとする。この瞬間、運転モード切替部１１０によって、脱調回避モードに移行し、入力低減指令とトルク低減指令が生成される。これにより、ねじれ角δは、ねじれ角の許容範囲（δ≦δ_ｔｈ）に向けて減少する。

なお、図２のδ_Ｌｉｍは、発電システム１が稼働停止（トリップ）する必要があるかを判定するための閾値である。ねじれ角がδ_Ｌｉｍを超えた場合には、稼働停止指令（トリップ指令）が原動機２と電力変換器５０に付与されてもよい。この場合、発電システム１は稼働停止することによって、磁気ギア発電機１０の脱調の発生は抑制される。

次に、入力低減指令およびトルク低減指令によって、入力トルク及び発電機トルクがそれぞれどの程度まで減少すればよいのかについて検討する。
図２に示すように、入力低減指令としての入力トルクを二点鎖線で示す値Ｌ２に設定し、トルク低減指令としての発電機トルクを二点鎖線で示す値Ｌ３に設定した場合について考える。また、ねじれ角が許容範囲に含まれるδ_１となる磁気ギア発電機１０の状態を基準状態と定義する。基準状態からのねじれ角δの変動量Δδは、発明者の知見によれば、伝達関数として以下の式（３）で表される。

ここで、ΔＴ_Ｌは、基準状態におけるねじれ角δ_１に対応する入力トルクである基準入力トルクを基準とした、入力低減指令が示す入力トルク設定値（Ｌ２）の変動量である。ΔＴ_Ｈは、基準状態におけるねじれ角δ_１に対応する発電機トルクである基準発電機トルクを基準とした、トルク低減指令が示す発電機トルク設定値（Ｌ３）の変動量である。ｎ_ｓは増速比の逆数である減速比を規定するパラメータである。
式（３）によれば、脱調パラメータが許容範囲に含まれる基準状態を基準として、ねじれ角の変動量Δδは、入力トルクの変動量ΔＴ_Ｌと、ΔＴ_Ｈに対して低速ロータ３０と高速ロータ４０のイナーシャの比を乗じた値との和に依存する。
なお、図２では、基準状態のときの基準ねじれ角であるδ_１がδ_０と異なるように図示されているが、δ_１がδ_０と同じ値であってもよい。つまり、δ_０のときが磁気ギア発電機１０の基準状態となってもよい。

一実施形態では、低減指令部１２０から電力変換器５０に付与されるトルク低減指令は、脱調パラメータが許容範囲に含まれる基準状態を基準として、発電機トルクの変動量であるΔＴ_Ｈを、入力トルクの変動量であるΔＴ_Ｌに比例させる。ΔＴ_ＨとΔＴ_Ｌの一例は、既述の図２において示される。
例えば、該トルク低減指令は、式（４）を成立させるような指令である。式（４）では、ΔＴ_ＨがΔＴ_Ｌと逆符号で比例する。一例として示した図２においても、ΔＴ_ＨがΔＴ_Ｌと逆符号になっている。
ΔＴ_Ｈ＝－（Ｊ_Ｈ／Ｊ_Ｌ）×ΔＴ_Ｌ・・・式（４）
式（４）が成立する場合、例えば、入力トルクの増大に伴い脱調リスクが増大した場合であっても、発電機トルクの低下により高速ロータ４０は減速しにくい（式（２）参照）。従って、高速ロータ４０が低速ロータ３０追従できるので、磁気ギア発電機１０のねじれ角の変動量は抑制される。よって、磁気ギア発電機１０の脱調は抑制される。
また、入力トルクが増大した場合において、発電機トルクが極端に下がると、脱調は抑制されても、高速ロータ４０の回転数が過剰になるおそれがある。この点、発電機トルクが式（４）に従って変化することにより、発電機トルクが極端に下がることが抑制される。併せて、発電機トルクの極端な低下が抑制されることで、発電システム１の発電効率が極端に下がることも抑制される。

別の実施形態では、低減指令部１２０から電力変換器５０に付与されるトルク低減指令は、脱調パラメータが許容範囲に含まれる基準状態を基準として、発電機トルクの変動量であるΔＴ_Ｈを、高速ロータ４０の角加速度の変動量ｄΔω_Ｈ／ｄｔに比例させる。ΔＴ_Ｈは既述の図２のグラフにおいて示される。
例えば、該トルク低減指令は、式（５）を成立させるような指令である。式（５）では、ΔＴ_Ｈが、ｄΔω_Ｈ／ｄｔと逆符号に比例する。
ΔＴ_Ｈ＝－Ｋ×（ｄΔω_Ｈ／ｄｔ）・・・式（５）
（Ｋ：正の一定値）
式（５）が成立する場合、脱調パラメータが許容範囲に含まれる基準状態を基準とした式（２）は、以下のように表される。
（Ｊ_Ｈ－Ｋ）×（ｄΔω_Ｈ／ｄｔ）＝Ｔ_ｍａｘｓｉｎΔδ・・・式（６）
式（６）から判るように、式（５）が成立すれば、高速ロータ４０の見かけ上のイナーシャは低減する。従って、高速ロータ４０は低速ロータ３０に追従し易くなり、磁気ギア発電機１０の脱調は抑制される。

なお、他の実施形態では、ΔＴ_Ｈは、ΔＴ_Ｌと比例し、かつ、高速ロータ４０の角加速度の変動量ｄΔω_Ｈ／ｄｔに比例するよう、低減指令部１２０はトルク低減指令を電力変換器５０に付与してもよい。
例えば、トルク低減指令は、式（４）と式（５）との双方を成立させるような指令であってもよい。この場合、式（５）が成立することによって、高速ロータ４０の見かけ上のイナーシャが低減するので、式（４）に基づいたΔＴ_Ｈ（発電機トルクの低減量）も抑制され、発電システム１Ａの発電効率が下がることをさらに抑制できる。

図３Ａ～図３Ｃを参照し、脱調パラメータと許容範囲の関係と、脱調を回避するための指令が生成されるタイミングとを説明する。
図３Ａの上段のグラフは脱調パラメータの変化の一例を示し、中段のグラフは、入力低減指令とトルク低減指令が生成されるタイミングを示し、下段のグラフは、稼働停止指令（トリップ指令）が生成されるタイミングを示す。いずれのグラフにおいても、横軸はコントローラ１００の演算のステップ数を示す。
図３Ｂと図３Ｃは図３Ａと同様のグラフを示す。
以下、図３Ａ～図３Ｃの上段のグラフで示される脱調パラメータを各々第１脱調パラメータ、第２脱調パラメータ、及び第３脱調パラメータという場合がある。

図３Ａで示される縦軸の第１脱調パラメータ（Ｐ１）は、入力トルク又はねじれ角である。一実施形態では、磁気ギア発電機１０の脱調のリスクの有無を判定するための基準となる第１閾値Ｔｈ１と、発電システム１を稼働停止するかの判定基準となる第１限界値Ｌｍ１が予め設定されている。磁気ギア発電機１０の稼働中、第１脱調パラメータが、第１閾値Ｔｈ１を超えると（ステップ数がＮ－１からＮに変わるタイミング）、その直後（Ｎステップ目）に、運転モードは脱調回避モードに切替わり、入力低減指令とトルク低減指令が生成される。この例では、第１閾値Ｔｈ１以下となる規定の範囲（第１許容範囲）を第１脱調パラメータが超えたことに応答して、入力低減指令とトルク低減指令が生成される。
また、入力低減指令とトルク低減指令が各々、原動機２と電力変換器５０に付与されたにも関わらず、第１脱調パラメータが第１限界値Ｌｍ１を超えた場合（ステップ数がＮ＋２からＮ＋３に変わるタイミング）、その直後（Ｎ＋３ステップ目）に稼働停止指令が生成される。

図３Ｂで示される縦軸の第２脱調パラメータ（Ｐ２）は、入力トルク又はねじれ角の時間的変化率である。図３Ｂでは一例として、図３Ａで示される第１脱調パラメータの時間的変化率（つまり、傾き）を第２脱調パラメータとして示す。
一実施形態では、脱調のリスクの有無を判定するための基準となる第２閾値Ｔｈ２と、発電システム１を稼働停止するかの判定基準となる第２限界値Ｌｍ２が予め設定されている。
磁気ギア発電機１０の稼働中、第２脱調パラメータが第２閾値Ｔｈ２を超えると、その直後のＮステップ目において、運転モードは脱調回避モードに切替わり、入力低減指令とトルク低減指令が生成される。この例では、第２閾値Ｔｈ２以下となる規定の範囲（第２許容範囲）を第２脱調パラメータが超えたことに応答して、入力低減指令とトルク低減指令が生成される。
また、入力低減指令とトルク低減指令が生成されたにも関わらず、第２脱調パラメータが第２限界値Ｌｍ２を超えた場合には、その直後のＮ＋２ステップ目において稼働停止指令が生成される。

図３Ｃで示される縦軸の第３脱調パラメータ（Ｐ３）は、第１脱調パラメータの将来的な値を示す予測データである。この予測データは予想線としてグラフに表すことができてもよい。
一例として、計測によって取得された第１脱調パラメータの実測値に基づいた予測分析が行われることで、第３脱調パラメータは取得される。より具体的な一例として、計測によって求まる第１脱調パラメータのデータに例えば指数平滑化法を適用することで、予測データとしての第３脱調パラメータは求められる。
図３Ｃでは、Ｎ－１ステップ目までに複数回にわたって取得された実測に基づく第１脱調パラメータを黒点によって図示し、Ｎステップ目の時点で求まる第３脱調パラメータを予想線として実線で図示する。
一実施形態の第３脱調パラメータは、第１脱調パラメータが取得されるたびに更新される予測データである。つまり、第１脱調パラメータの新たな実測値がＮステップ目において取得されると、Ｎ＋１ステップ目においては予想線が更新される。
一実施形態では、脱調のリスクの有無を判定するための基準となる第３閾値Ｔｈ３と、発電システム１を稼働停止するかの判定基準となる第３限界値Ｌｍ３が予め設定されている。
一実施形態では、第３脱調パラメータが取得された現時点を基準とした予測可能範囲において、第３脱調パラメータが第３閾値Ｔｈ３を超えるか判定される。図３Ｃの例では予測可能範囲はＲｃに該当する。第３脱調パラメータが第３閾値Ｔｈ３を超えると判定されれば、その直後のステップにおいて運転モードは脱調回避モードに切替わる。この例では、第３閾値Ｔｈ３以下となる規定の範囲（第３許容範囲）を第３脱調パラメータが超えたことに応答して、入力低減指令とトルク低減指令が生成される。
一実施形態では、予測データである第３パラメータに基づく脱調リスクの判定の方が、図３Ａ、図３Ｂで示される脱調リスクの判定よりも、運転モードが脱調回避モードに切替わるタイミングが早い。
図３Ｃにおいても、第３脱調パラメータが予測可能範囲において第３限界値Ｌｍ３を超えれば、稼働停止指令が生成される。説明の重複を避けるため、詳細については割愛する。
なお、上記図３Ａ～図３Ｃでは、入力低減指令とトルク低減指令が同じステップ数において各々、原動機２と電力変換器５０に付与される例を示した。他の実施形態では、入力低減指令とトルク低減指令が付与されるタイミングは異なってもよい。

（再生可能エネルギー抽出装置２００を含む発電システム１Ｂの構成）
図４は、原動機２として再生可能エネルギー抽出装置２００が採用された発電システム１Ｂ（１）の概略を例示する。
再生可能エネルギー抽出装置２００は、再生可能エネルギーを抽出して磁気ギア発電機１０への入力を生成するように構成される。一実施形態の再生可能エネルギーは風力であり、再生可能エネルギー抽出装置２００は風車である。別の実施形態では、再生可能エネルギーは潮流又は海流であり、再生可能エネルギー抽出装置２００は水車である。
再生可能エネルギー抽出装置２００からの入力トルクによって磁気ギア発電機１０は電力を発電し、発電された電力は電力変換器５０を経由して電力供給先４に供給される。一実施形態では、磁気ギア発電機１０の固定子巻き線２４に流れる電流は、計測器５５によって計測される。

再生可能エネルギー抽出装置２００は、再生可能エネルギーを抽出するためのエネルギー抽出部２１０、抽出した再生可能エネルギーによって駆動されるように構成された原動機ロータ２２０、及び、原動機ロータ２２０の回転速度（回転数）を制御するための制御器２３０を備える。

エネルギー抽出部２１０を構成する翼２１４のピッチ角は、ピッチ駆動装置２１５によって変更される。より具体的な一例として、原動機ロータ２２０のハブ２０３に複数の翼２１４が設けられており、これら複数の翼２１４の各々に対応して複数のピッチ駆動装置２１５が設けられる。複数のピッチ駆動装置２１５の各々に含まれるピッチアクチュエータ２１５Ａは、対応する翼２１４のピッチ角を変更する。
ピッチ角の変更によって再生可能エネルギーの抽出量が調整され、結果として原動機ロータ２２０の回転数が調整される。例えば、再生可能エネルギー抽出装置２００が風車である実施形態においては、ピッチ角が、フルファイン位置と、フルファイン位置よりもフェザー側にある位置との間で変更される。これにより、複数の翼２１４は、風を積極的に受ける姿勢と風を受け流す姿勢との間で変化し、原動機ロータ２２０の回転速度は調整される。
なお、一実施形態のピッチアクチュエータ２１５Ａは電動モータを含む電動式であるが、油圧シリンダを含む油圧式であってもよい。

一実施形態では、原動機ロータ２２０の回転シャフト３は磁気ギア発電機１０の低速ロータ３０と一体的に回転するよう構成される。従って、低速ロータセンサ３５の検出結果は、低速ロータ３０の回転数のみならず、原動機ロータ２２０の回転数を検出する。別の実施形態では、回転シャフト３はギア等を介して低速ロータ３０に連結される。この場合、低速ロータセンサ３５とは別のセンサが、原動機ロータ２２０の回転数を検出するために設けられる。

制御器２３０は、前記原動機ロータ２２０の回転数が目標回転数に近づくようにエネルギー抽出部２１０に対して制御指令を付与するために設けられる。
一実施形態の制御器２３０では、目標回転数設定部２３３が、原動機ロータ２２０の目標となる回転数を設定し、該目標値を指令として回転数制御部２３１に送る。回転数制御部２３１は、原動機ロータ２２０の回転数の現在値を例えば低速ロータセンサ３５の検出結果に基づき取得する。さらに、回転数制御部２３１は、目標の回転数に原動機ロータ２２０が到達するためのピッチ角をピッチアクチュエータ２１５Ａに指令として送る。原動機ロータ２２０の回転数は調整され、エネルギー抽出部２１０が抽出する再生可能エネルギーが調整される。
一実施形態では、回転数制御部２３１によって実行される制御はＰＩ制御である。この場合、原動機ロータ２２０の回転数の目標値と現在値との偏差に基づいて特定されたピッチ角が、指令として回転数制御部２３１からピッチアクチュエータ２１５Ａに送られる。なお、回転数制御部２３１によって実行される制御は、Ｐ制御又はＰＩＤ制御などの他の制御であってもよい。

発電システム１Ｂで採用される一実施形態に係るコントローラ１００Ｂ（１００）を説明する。
コントローラ１００Ｂの構成要素である取得部１０５は、高速ロータセンサ４５と低速ロータセンサ３５の検出結果に基づき、高速ロータ４０（あるいはロータ磁石４２）の回転位置と回転速度、低速ロータ３０の回転位置と回転速度、及びねじれ角を取得する。取得結果は、座標変換部２７６、目標トルク設定部２４５、及びパラメータ取得部１０３に送られる。
さらに、取得部１０５は、ロータ磁石４２の回転位置と、計測器５５の計測結果とに基づき、固定子巻き線２４に流れる固定座標系における現在の電流値を、回転座標系における現在の電流値に変換するように構成される。変換された電流値（現在値）は、後述のＰＩ制御部２４２に送られる。
目標トルク設定部２４５は、取得部１０５から取得した高速ロータ４０の回転速度に基づき、目標とすべき発電機トルクを設定する。特定結果はＰＩ制御部２４２に送られる。
メイン指令部２５０は、いずれも既述のパラメータ取得部１０３、及び運転モード制御部１０６を含む。メイン指令部２５０を構成する判定部２６０の詳細は後述する。

発電機トルクの制御概要は以下の通りである。
ＰＩ制御部２４２は、発電機トルクの現在値と目標値との偏差、及び、回転座標系における固定子巻き線２４の現在の電流値に基づき、目標とすべき固定子巻き線２４の回転座標系における電流値を特定する。特定結果は座標変換部２７６に送られる。
座標変換部２７６は、取得部１０５から取得したロータ磁石４２の回転位置に基づき、固定子巻き線２４の回転座標系における電流値（目標値）を、固定座標系における電流値に変換する。変換結果はＰＷＭ制御部２４８に送られる。
ＰＷＭ制御部２４８は、取得した固定座標系における固定子巻き線２４の電流値（目標値）に基づき、ＰＷＭ制御信号を電力変換器５０に送る。一実施形態のＰＭＷ制御信号は、電力変換器５０の制動抵抗を指定する信号である。
上記の制御によって、固定子巻き線２４を流れる電流値が制御され、磁気トルクが制御される。

発電機トルクの上記制御態様は、磁気ギア発電機１０の運転モードが切替わることに伴い変更される。
具体的な一例として、メイン指令部２５０の構成要素である判定部２６０は、パラメータ取得部１０３によって取得された脱調パラメータが許容範囲を超えたかを判定する。脱調パラメータが許容範囲を超えたと判定された場合、運転モード切替部１１０は磁気ギア発電機１０の運転モードを通常モードから脱調回避モードに切替える。
この場合、低減指令部１２０は、トルク低減指令をＰＩ制御部２４２に付与する。一実施形態のトルク低減指令は、目標トルク設定部２４５からＰＩ制御部２４２に送られた発電機トルク（目標値）を低減させる指令である。これにより、ＰＩ制御部２４２は、発電機トルク（目標値）を低減させたうえで、回転座標系における電流値（目標値）を特定する。結果、脱調回避モードにおいて発電機トルクは低減する。別の実施形態では、低減指令部１２０から付与されるトルク低減指令は、発電機トルクの値であってもよい。この値は、目標トルク設定部２４５から出力される発電機トルク（目標値）よりも小さく、ＰＩ制御部２４２はトルク低減指令が示す発電機トルクを優先的に目標値として扱う。
脱調回避モードにおいて低減指令部１２０は、上記トルク低減指令をＰＩ制御部２４２等を介して電力変換器５０に付与するとともに、入力低減指令を制御器２３０の目標回転数設定部２３３に付与する。このときの入力低減指令は、エネルギー抽出部２１０による再生可能エネルギーの抽出量を減少させるための指令である。一実施形態では、このときの入力低減指令は、目標とすべき原動機ロータ２２０の回転数を低減させる指令である。目標回転数設定部２３３は、入力低減指令に基づき低減させた原動機ロータ２２０の回転数（目標値）を回転数制御部２３１に送る。これにより、再生可能エネルギーの抽出量を減らすピッチ角を回転数制御部２３１はピッチアクチュエータ２１５Ａに送る。結果、原動機ロータ２２０の回転数は低下し、再生可能エネルギー抽出装置２００から磁気ギア発電機１０への入力トルクは低減する。なお、脱調回避モードにおいて低減指令部１２０から送られる入力低減指令は、原動機ロータ２２０の具体的な目標回転数であってもよい。

上述の判定部２６０は、脱調パラメータが許容範囲を超えたかの判定の他に、再生可能エネルギーの将来予測値が上限値よりも大きいかを判定する。一実施形態では、上記判定はライダー（ＬＩＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）５６の計測結果に基づき、実行される。別の実施形態では、上記判定は、例えば遠隔地にある他の端末装置から送信される気象予測情報に基づき実行される。
再生可能エネルギーの将来予測値（以下、単に将来予測値という場合がある）が上限値よりも大きいと判定された場合、低減指令部１２０は、磁気ギア発電機１０の運転モードが脱調回避モードであるかに関わらず、入力低減指令を再生可能エネルギー抽出装置２００に付与する。具体的な一例として、低減指令部１２０は、制御器２３０を介さずに、入力低減指令をピッチアクチュエータ２１５Ａに付与する。入力低減指令が直接的にピッチアクチュエータ２１５Ａに入力されることで、回転数制御部２３１による上述の制御を介在させることなくピッチ角は調整される。これにより、再生可能エネルギー抽出装置２００から磁気ギア発電機１０への入力トルクを迅速に低減させることができる。従って、例えば再生可能エネルギー抽出装置２００が風車である実施形態においては、突風などの突発的な事象が起きる場合であっても、再生可能エネルギー抽出装置２００からから磁気ギア発電機１０への入力が急激に増加することが抑制される。

図５は、一実施形態に係るコントローラ１００の機能を示すブロック図である。コントローラ１００のプロセッサ９１は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ、これら以外の各種演算装置、又はこれらの組み合わせである。プロセッサ９１は、ＰＬＤ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、及びＭＣＵ等の集積回路により実現されてもよい。
プロセッサ９１は、ＲＯＭ９２に記憶されるプログラムを読み出してＲＡＭ９３にロードし、ロードしたプログラムに含まれる命令を実行するように構成される。これにより、発電システム１の発電制御が実行される。プログラムの実行に伴い処理される各種値は、ＲＡＭ９３又はメモリ９４に記憶される。メモリ９４は、例えば不揮発性メモリである。

プロセッサ９１は、インターフェース等を介して、低速ロータセンサ３５、高速ロータセンサ４５、ライダー５６、電力変換器５０、及び再生可能エネルギー抽出装置２００と電気的に接続される。ライダー５６は、レーザ光を、遠隔地点である風速予測点に照射し、該風速予測点における大気中のエアロゾルからの散乱光を検出し、レーザ光と散乱光の周波数のずれ（ドップラーシフト）から風速予測点における風速を計測する装置である。

（発電制御処理の説明）
図６を参照し、発電システム１で実行される発電制御処理の一例を説明する。
一実施形態に係る発電制御処理は、発電システム１の稼働時に継続的に実行される処理である。
以下の説明では、「ステップ」を「Ｓ」と略記する。

プロセッサ９１は、低速ロータセンサ３５及び高速ロータセンサ４５の検出結果に基づき、脱調パラメータを取得する（Ｓ１１）。一実施形態では、取得される脱調パラメータは、第１脱調パラメータ、第２脱調パラメータ、及び第３脱調パラメータである。

プロセッサ９１は、Ｓ１１で取得した脱調パラメータに基づいて、脱調のリスクが許容範囲を超えたかを判定するための脱調リスク判定処理を実行する（Ｓ１３）。
一実施形態の脱調リスク判定処理では、脱調パラメータが許容範囲を超えたと判定された場合には、メモリ９４に記憶される脱調リスクフラグが１に上書きされる。一方、脱調パラメータが許容範囲内であると判定された場合には、メモリ９４に記憶される脱調リスクフラグは０に維持される。脱調リスク判定処理の詳細は後述する。

プロセッサ９１は、例えばメモリ９４を参照することによって、脱調リスクフラグが１であるか否かを判定する（Ｓ１５）。この判定によって、稼働中の磁気ギア発電機１０において脱調リスクの有無が判定される。
脱調リスクフラグが０である場合（Ｓ１５：ＮＯ）、プロセッサ９１は、ライダー５６の出力結果に基づき、エネルギー抽出部２１０に付与される再生可能エネルギーの将来予測値が上限値よりも大きいかを判定する（Ｓ１７）。一実施形態では、上限値はメモリ９４に記憶される。将来予測値が上限値以下である場合（Ｓ１７：ＮＯ）、プロセッサ９１は処理をＳ１１に戻す。
脱調パラメータが許容範囲内であり（Ｓ１５：ＮＯ）、将来予測値が上限値以下であれば（Ｓ１７：ＮＯ）、プロセッサ９１はＳ１１～Ｓ１７を繰り返す。

将来予測値が上限値以下である場合に（Ｓ１７：ＮＯ）、脱調パラメータが許容範囲を超えたとき（Ｓ１５：ＹＥＳ）、プロセッサ９１は、磁気ギア発電機１０の運転モードを通常モードから脱調回避モードに切替える（Ｓ１９）。Ｓ１９を実行するプロセッサ９１が、上述の運転モード切替部１１０として機能する。

この場合、プロセッサ９１は、入力低減指令を再生可能エネルギー抽出装置２００の制御器２３０に付与するとともに、トルク低減指令を磁気ギア発電機１０に付与する（Ｓ２１）。Ｓ２１を実行するプロセッサ９１は、上述の低減指令部１２０として機能する。
プロセッサ９１は、脱調リスクフラグを１とさせた脱調パラメータが許容範囲内に戻ったかを判定する（Ｓ２３）。脱調パラメータが許容範囲に戻っていないと判定された場合（Ｓ２３：ＮＯ）、プロセッサ９１は、脱調パラメータが限界値を超えたかを判定する（Ｓ３７）。例えばプロセッサ９１は、第１脱調パラメータ、第２脱調パラメータ、又は第３脱調パラメータのいずれか一つが、対応する限界値（第１限界値、第２限界値、又は第３限界値）を超えたかを判定する。
脱調パラメータが限界値を超えていないと判定された場合（Ｓ３７：ＮＯ）、プロセッサ９１は処理をＳ２３に戻す。

脱調パラメータが許容範囲内に戻ると（Ｓ２３：ＹＥＳ）、プロセッサ９１は、脱調リスクフラグを０に上書きし（Ｓ２５）、磁気ギア発電機１０の運転モードを脱調回避モードから通常モードに切替える（Ｓ２７）。Ｓ２７を実行するプロセッサ９１は既述の運転モード復帰部１２５として機能する。
次いでプロセッサ９１は、入力増加指令を原動機２に付与するとともに、トルク増大指令を電力変換器５０に付与する（Ｓ２９）。Ｓ２９を実行するプロセッサ９１は既述の増加指令部１２７として機能する。
その後、プロセッサ９１は、処理をＳ１１に戻す。

一方、脱調パラメータが限界値を超えたと判定された場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、プロセッサ９１は、稼働停止指令を原動機２と電力変換器５０に付与する（Ｓ３９）。プロセッサ９１は発電制御処理を終了し、発電システム１は稼働を停止する。

上述した将来予測値が上限値よりも大きいと判定された場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、プロセッサ９１は、制御器２３０を介さずに、入力低減指令をエネルギー抽出部２１０（より詳細にはピッチアクチュエータ２１５Ａ）に付与する（Ｓ３１）。Ｓ３１を実行するプロセッサ９１は、上述の低減指令部１２０として機能する。
プロセッサ９１は、ライダー５６の検出結果に基づき、将来予測値が上限値以下に戻ったかを判定する（Ｓ３３）。将来予測値が上限値以下に戻るまで（Ｓ３３：ＮＯ）、プロセッサ９１は待機する。
将来予測値が上限値以下に戻ると（Ｓ３３：ＹＥＳ）、プロセッサ９１は、入力増加指令を再生可能エネルギー抽出装置２００に付与し（Ｓ３５）、処理をＳ１１に戻す。

図７Ａを参照し、一実施形態に係る脱調リスク判定処理を説明する。脱調リスク判定処理は、Ｓ１１で取得された脱調パラメータに基づいて実行される（後述の図７Ｂで示される脱調リスク判定処理も同様である）。
プロセッサ９１は、第１脱調パラメータと第１許容範囲を比較し（Ｓ５１）、第２脱調パラメータと第２許容範囲を比較し（Ｓ５３）、第３脱調パラメータと第３許容範囲を比較する（Ｓ５５）。
次いでプロセッサ９１は、第１脱調パラメータ、第２脱調パラメータ、及び第３脱調パラメータのうちで２つ以上の脱調パラメータが、対応する許容範囲を超えたかを判定する（Ｓ５７）。
２つ以上の脱調パラメータが許容範囲を超えたと判定された場合（Ｓ５７：ＹＥＳ）、プロセッサ９１は脱調リスクフラグを１に上書きして（Ｓ５９）、脱調リスク判定処理を終了する。一方、許容範囲を超えた脱調パラメータが１個である場合、または、いずれの脱調パラメータも許容範囲内である場合（Ｓ５７：ＮＯ）、プロセッサ９１は脱調リスク判定処理を終了する。この場合、脱調リスクフラグは０である。
以上のように、本例の脱調リスク判定処理では、第１脱調パラメータ、第２脱調パラメータ、及び第３脱調パラメータの少なくとも２つが対応する許容範囲を超えたことを条件に、脱調リスクがあると判定される。

図７Ｂを参照し、一実施形態に係る脱調リスク判定処理の別の例を説明する。
プロセッサ９１は、第１脱調パラメータが第１許容範囲を超えたかを判定する（Ｓ７１）。第１脱調パラメータが第１許容範囲を超えていると判定された場合（Ｓ７１：ＹＥＳ）、プロセッサ９１は脱調リスクフラグを１に上書きして（Ｓ７７）、脱調リスク判定処理を終了する。
第１脱調パラメータが第１許容範囲内であると判定された場合（Ｓ７１：ＮＯ）、プロセッサ９１は、第２脱調パラメータが第２許容範囲を超えたかを判定する（Ｓ７３）。第２脱調パラメータが第２許容範囲を超えていると判定された場合（Ｓ７３：ＹＥＳ）、プロセッサ９１は処理をＳ７７に進める。
第２脱調パラメータが第２許容範囲内であると判定された場合（Ｓ７３：ＮＯ）、プロセッサ９１は、第３脱調パラメータが第３許容範囲を超えたかを判定する（Ｓ７５）。第３脱調パラメータが第３許容範囲を超えていると判定された場合（Ｓ７５：ＹＥＳ）、プロセッサ９１は処理をＳ７７に進める。第３脱調パラメータが第３許容範囲内であると判定された場合（Ｓ７５：ＮＯ）、プロセッサ９１は脱調リスク判定処理を終了する。
以上のように、本例の脱調リスク判定処理では、第１脱調パラメータ、第２脱調パラメータ、及び第３脱調パラメータのいずれか一つでも対応する許容範囲を超えたことを条件に、脱調リスクがあると判定される。

（まとめ）
以下、幾つかの実施形態に係る発電システム（１）及び発電システム用のコントローラ（１００）について概要を説明する。

（１）本発明の幾つかの実施形態に係る発電システム（１）は、
原動機（２）と、
前記原動機（２）からの入力によって駆動されて発電をするための磁気ギア発電機（１０）と、
前記磁気ギア発電機（１０）に接続された電力変換器（５０）と、
前記磁気ギア発電機（１０）の脱調のリスクを示す脱調パラメータが規定の許容範囲を超えたことに応答して、前記磁気ギア発電機（１０）の運転モードを脱調回避モードに切替えるための運転モード切替部（１１０）と、
前記脱調回避モードにおいて、前記原動機（２）からの前記入力を低減させる入力低減指令を前記原動機（２）に付与するとともに、前記磁気ギア発電機（１０）の発電機トルクを低減させるトルク低減指令を前記電力変換器（５０）に付与するための低減指令部（１２０）と
を備える。

上記（１）の構成によれば、例えば原動機（２）に対しての入力が過度に増大することなどに起因して、脱調パラメータが許容範囲を超えた場合、磁気ギア発電機（１０）の運転モードは脱調回避モードに切替わる。このとき、原動機（２）から磁気ギア発電機（１０）への入力が低減するだけでなく、磁気ギア発電機（１０）の発電機トルクも低減する。原動機（２）からの入力を減少させると、磁気ギア発電機（１０）では、入力トルクに対して磁気トルクが過剰となり、ねじれ角は減少傾向となる。また、発電機トルクを減少させると、磁気トルクに対して発電機トルクが不足し、ねじれ角は減少傾向となる。こうして、原動機（２）からの入力のみを低減する場合に比べて、脱調リスクをより効果的に低減できる。
また、脱調回避モードにおいて、原動機（２）からの入力を減少させると、ねじれ角は減少傾向となり、磁気トルクも減少しようとする。このとき、発電機トルクの低減指令を電力変換器（５０）に与えない場合、脱調回避モードへの切替後に発電機トルクに対して磁気トルクが不足し、ねじれ角の増加傾向をもたらしてしまう。そこで、上述のとおり、脱調回避モードにおいて、原動機（２）からの入力だけでなく、発電機トルクも減少させることで、ねじれ角をより確実に減少させることができ、脱調リスクの効果的な低減が可能となる。よって、磁気ギア発電機（１０）の脱調を抑制できる発電システム（１）が実現する。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において
前記磁気ギア発電機（１０）は、
前記原動機（２）からの入力トルクによって駆動されるように構成された低速ロータ（３０）と、
前記低速ロータ（３０）の回転に伴い生じる磁気トルクによって駆動されるように構成された高速ロータ（４０）と、
前記高速ロータ（４０）の回転に伴い前記電力変換器（５０）への供給電力が生じるように構成された固定子巻き線（２４）を有するステータ（２０）と
を備え、
前記低減指令部（１２０）は、前記脱調パラメータが前記許容範囲に含まれる基準状態を基準として、前記高速ロータ（４０）の前記発電機トルクの変動量が、前記低速ロータ（３０）の前記入力の変動量と比例するよう、前記トルク低減指令を、前記電力変換器（５０）に付与する。

本発明者の知見によれば、脱調パラメータが前記許容範囲に含まれる基準状態を基準として、磁気ギア発電機（１０）でのねじれ角の変動量は、低速ロータ（３０）の入力トルクの変動量と、高速ロータ（４０）の発電機トルクの変動量に対して低速ロータ３０と高速ロータ４０のイナーシャの比を乗じた値との和に依存する。上記（２）の構成によれば、発電機トルクの変動量が、低速ロータ（３０）の入力トルクの変動量に比例するので、磁気ギア発電機（１０）のねじれ角の変動量は抑制される。よって、磁気ギア発電機（１０）の脱調を抑制できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記磁気ギア発電機（１０）は、
前記原動機（２）からの入力トルクによって駆動されるように構成された低速ロータ（３０）と、
前記低速ロータ（３０）の回転に伴い生じる磁気トルクで駆動されるように構成された高速ロータ（４０）と、
前記高速ロータ（４０）の回転に伴い前記電力変換器（５０）への供給電力を生じさせるための固定子巻き線（２４）を有するステータ（２０）と
を備え、
前記低減指令部（１２０）は、前記脱調パラメータが前記許容範囲に含まれる基準状態を基準として、前記発電機トルクの変動量が、前記高速ロータ（４０）の角加速度の変動量と比例するよう、前記トルク低減指令を前記電力変換器（５０）に付与する。

上記（３）の構成によれば、発電機トルクの変動量が高速ロータ（４０）の角加速度の変動量に基づくことで、高速ロータ（４０）の見かけ上のイナーシャは低減する。これにより、高速ロータ（４０）は、低速ロータ（３０）に追従し易くなるので、磁気ギア発電機（１０）のねじれ角の変動量は抑制される。よって、磁気ギア発電機（１０）の脱調は抑制される。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）のいずれかの構成において、
前記原動機（２）は、再生可能エネルギーを抽出して前記磁気ギア発電機（１０）への前記入力を生成するように構成された再生可能エネルギー抽出装置（２００）であり、
前記低減指令部（１２０）は、前記再生可能エネルギーの将来予測値が上限値よりも大きい場合、前記脱調パラメータが前記許容範囲を超えたかに関わらず、前記入力低減指令を前記再生可能エネルギー抽出装置（２００）に付与し、前記再生可能エネルギーの抽出量を減少させる。

上記（４）の構成によれば、脱調パラメータが許容範囲を超えない場合でも、将来予測値が上限値をよりも大きいとき、原動機（２）である再生可能エネルギー抽出装置（２００）に入力低減指令が付与される。これにより、突発的な事象などに起因して再生可能エネルギーが将来的に増大する場合などであっても、磁気ギア発電機（１０）の脱調は抑制される。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記再生可能エネルギー抽出装置（２００）は、
前記再生可能エネルギーを抽出するためのエネルギー抽出部（２１０）と、
抽出した前記再生可能エネルギーによって駆動されるように構成された原動機ロータ（２２０）と、
前記原動機ロータ（２２０）の回転数が目標回転数に近づくように前記エネルギー抽出部（２１０）に対して制御指令を付与するための制御器（２３０）と、
を含み、
前記低減指令部（１２０）は、
前記再生可能エネルギーの前記将来予測値が前記上限値以下である場合に、前記脱調パラメータが前記許容範囲を超えたとき、前記入力低減指令として、前記目標回転数を低減する指令を前記制御器（２３０）に付与し、
前記再生可能エネルギーの前記将来予測値が前記上限値より大きい場合に、前記制御器（２３０）を介さずに、前記再生可能エネルギーの前記抽出量を減少させるように前記エネルギー抽出部（２１０）に前記入力低減指令を付与するように構成される。

上記（５）の構成によれば、将来予測値が上限値よりも大きい場合、制御器（２３０）を介さずに、再生可能エネルギーの前記抽出量を減少させるようにエネルギー抽出部（２１０）に入力低減指令を与える。これにより、将来予測値が上限値よりも大きい場合には、原動機（２）は、磁気ギア発電機（１０）の脱調を回避するための動作を即座に実行できる。よって、突発的な事象などに起因して再生可能エネルギーが将来的に増大する場合などであっても、磁気ギア発電機（１０）の脱調は抑制される。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）から（５）のいずれかの構成において、
前記低減指令部（１２０）が前記入力低減指令と前記トルク低減指令を付与した後、前記脱調パラメータが前記許容範囲に含まれるようになった場合、前記運転モードを通常モードに切替えるための運転モード復帰部（１２５）と、
復帰した前記通常モードにおいて、前記入力を増加させる入力増加指令を前記原動機（２）に付与するとともに、前記発電機トルクを増加させるトルク増大指令を前記電力変換器（５０）に付与するための増加指令部（１２７）と
を備える。

上記（６）の構成によれば、脱調パラメータが許容範囲に含まれるようになったとき、入力増加指令とトルク増大指令が付与されるので、磁気ギア発電機（１０）の発電量の低下を抑制できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）のいずれかの構成において、
前記運転モード切替部（１１０）は、複数の前記脱調パラメータが、各々の前記脱調パラメータに対応する複数の前記許容範囲を超えたことに応答して、前記運転モードを前記脱調回避モードに切替えるように構成される。

上記（７）の構成によれば、複数の脱調パラメータが各々許容範囲を超えたかに基づいて運転モードは脱調回避モードに切替わる。従って、脱調のリスクの有無が精度良く検出されたうえで、運転モードは脱調回避モードに切替わることができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）のいずれかの構成において、
前記運転モード切替部（１１０）は、複数の前記脱調パラメータのいずれかが、前記脱調パラメータに対応する前記許容範囲を超えたことに応答して、前記運転モードを前記脱調回避モードに切替えるように構成される。

上記（８）の構成によれば、脱調リスクが実際にはあるにも関わらず、運転モードが脱調回避モードに切替わらない不具合を抑制できる。

（９）本発明の幾つかの実施形態に係る発電システム用コントローラは、
原動機（２）からの入力によって駆動されて発電をするための磁気ギア発電機（１０）の脱調のリスクを示す脱調パラメータが規定の許容範囲を超えたことに応答して、前記磁気ギア発電機（１０）の運転モードを脱調回避モードに切替えるための運転モード切替部（１１０）と、
前記脱調回避モードにおいて、前記原動機（２）からの前記入力を低減させる入力低減指令を前記原動機（２）に付与するとともに、前記磁気ギア発電機（１０）の発電機トルクを低減させるトルク低減指令を、前記磁気ギア発電機（１０）に接続された電力変換器（５０）に付与するための低減指令部（１２０）と
を備える。

上記（９）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏する。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

また、原動機２は、再生可能エネルギー抽出装置２００に代えて、例えば、舶用主機が採用されてもよい。この場合、発電システム１の少なくとも一部は、船舶の軸発電機として機能してもよい。あるいは、原動機２は、例えば、車両用のエンジンが採用されてもよい。幾つか実施形態では、回転シャフト３に制動トルクが付与され得るので、ねじれ角（δ）の範囲は、図２で例示したような正の値の範囲に加えて、負の値の範囲が含まれてもよい。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ ：発電システム
２ ：原動機
１０ ：磁気ギア発電機
２０ ：ステータ
２４ ：固定子巻き線
３０ ：低速ロータ
４０ ：高速ロータ
５０ ：電力変換器
１００ ：コントローラ
１１０ ：運転モード切替部
１２０ ：低減指令部
１２５ ：運転モード復帰部
１２７ ：増加指令部
２００ ：再生可能エネルギー抽出装置
２１０ ：エネルギー抽出部
２２０ ：原動機ロータ
２３０ ：制御器

Claims (9)

1. 原動機と、
   前記原動機からの入力によって駆動されて発電をするための磁気ギア発電機と、
   前記磁気ギア発電機に接続された電力変換器と、
   前記磁気ギア発電機の脱調のリスクを示す脱調パラメータが規定の許容範囲を超えたことに応答して、前記磁気ギア発電機の運転モードを脱調回避モードに切替えるための運転モード切替部と、
   前記脱調回避モードにおいて、前記原動機からの前記入力を低減させる入力低減指令を前記原動機に付与するとともに、前記磁気ギア発電機の発電機トルクを低減させるトルク低減指令を前記電力変換器に付与するための低減指令部と
   を備え、
   前記磁気ギア発電機は、
   前記原動機からの入力トルクによって駆動されるように構成された低速ロータと、
   前記低速ロータの回転に伴い生じる磁気トルクによって駆動されるように構成された高速ロータと、
   前記高速ロータの回転に伴い前記電力変換器への供給電力が生じるように構成された固定子巻き線を有するステータと
   を備え、
   前記低減指令部は、前記脱調パラメータが前記許容範囲に含まれる基準状態からの前記高速ロータの前記発電機トルクの変動量が、前記基準状態からの前記低速ロータの前記入力トルクの変動量と比例するよう、前記トルク低減指令を前記電力変換器に付与する発電システム。
2. 原動機と、
   前記原動機からの入力によって駆動されて発電をするための磁気ギア発電機と、
   前記磁気ギア発電機に接続された電力変換器と、
   前記磁気ギア発電機の脱調のリスクを示す脱調パラメータが規定の許容範囲を超えたことに応答して、前記磁気ギア発電機の運転モードを脱調回避モードに切替えるための運転モード切替部と、
   前記脱調回避モードにおいて、前記原動機からの前記入力を低減させる入力低減指令を前記原動機に付与するとともに、前記磁気ギア発電機の発電機トルクを低減させるトルク低減指令を前記電力変換器に付与するための低減指令部と
   を備え、
   前記磁気ギア発電機は、
   前記原動機からの入力トルクによって駆動されるように構成された低速ロータと、
   前記低速ロータの回転に伴い生じる磁気トルクで駆動されるように構成された高速ロータと、
   前記高速ロータの回転に伴い前記電力変換器への供給電力を生じさせるための固定子巻き線を有するステータと
   を備え、
   前記低減指令部は、前記脱調パラメータが前記許容範囲に含まれる基準状態からの前記発電機トルクの変動量が、前記基準状態からの前記高速ロータの角加速度の変動量と比例するよう、前記トルク低減指令を前記電力変換器に付与する発電システム。
3. 原動機と、
   前記原動機からの入力によって駆動されて発電をするための磁気ギア発電機と、
   前記磁気ギア発電機に接続された電力変換器と、
   前記磁気ギア発電機の脱調のリスクを示す脱調パラメータが規定の許容範囲を超えたことに応答して、前記磁気ギア発電機の運転モードを脱調回避モードに切替えるための運転モード切替部と、
   前記脱調回避モードにおいて、前記原動機からの前記入力を低減させる入力低減指令を前記原動機に付与するとともに、前記磁気ギア発電機の発電機トルクを低減させるトルク低減指令を前記電力変換器に付与するための低減指令部と
   を備え、
   前記原動機は、再生可能エネルギーを抽出して前記磁気ギア発電機への前記入力を生成するように構成された再生可能エネルギー抽出装置であり、
   前記低減指令部は、前記再生可能エネルギーの将来予測値が上限値よりも大きい場合、前記脱調パラメータが前記許容範囲を超えたかに関わらず、前記入力低減指令を前記再生可能エネルギー抽出装置に付与し、前記再生可能エネルギーの抽出量を減少させるように構成され、
   前記再生可能エネルギー抽出装置は、
   前記再生可能エネルギーを抽出するためのエネルギー抽出部と、
   抽出した前記再生可能エネルギーによって駆動されるように構成された原動機ロータと、
   前記原動機ロータの回転数が目標回転数に近づくように前記エネルギー抽出部に対して制御指令を付与するための制御器と、
   を含み、
   前記低減指令部は、
   前記再生可能エネルギーの前記将来予測値が前記上限値以下である場合に、前記脱調パラメータが前記許容範囲を超えたとき、前記入力低減指令として、前記目標回転数を低減する指令を前記制御器に付与し、
   前記再生可能エネルギーの前記将来予測値が前記上限値より大きい場合に、前記制御器を介さずに、前記再生可能エネルギーの前記抽出量を減少させるように前記エネルギー抽出部に前記入力低減指令を付与するように構成された発電システム。
4. 前記低減指令部が前記入力低減指令と前記トルク低減指令を付与した後、前記脱調パラメータが前記許容範囲に含まれるようになった場合、前記運転モードを通常モードに切替えるための運転モード復帰部と、
   復帰した前記通常モードにおいて、前記入力を増加させる入力増加指令を前記原動機に付与するとともに、前記発電機トルクを増加させるトルク増大指令を前記電力変換器に付与するための増加指令部と
   を備える請求項１から３のいずれかに記載の発電システム。
5. 前記運転モード切替部は、複数の前記脱調パラメータが、各々の前記脱調パラメータに対応する複数の前記許容範囲を超えたことに応答して、前記運転モードを前記脱調回避モードに切替えるように構成された請求項１から４のいずれかに記載の発電システム。
6. 前記運転モード切替部は、複数の前記脱調パラメータのいずれかが、前記脱調パラメータに対応する前記許容範囲を超えたことに応答して、前記運転モードを前記脱調回避モードに切替えるように構成された請求項１から５のいずれかに記載の発電システム。
7. 原動機からの入力によって駆動されて発電をするための磁気ギア発電機の脱調のリスクを示す脱調パラメータが規定の許容範囲を超えたことに応答して、前記磁気ギア発電機の運転モードを脱調回避モードに切替えるための運転モード切替部と、
   前記脱調回避モードにおいて、前記原動機からの前記入力を低減させる入力低減指令を前記原動機に付与するとともに、前記磁気ギア発電機の発電機トルクを低減させるトルク低減指令を、前記磁気ギア発電機に接続された電力変換器に付与するための低減指令部と
   を備え、
   前記磁気ギア発電機は、
   前記原動機からの入力トルクによって駆動されるように構成された低速ロータと、
   前記低速ロータの回転に伴い生じる磁気トルクによって駆動されるように構成された高速ロータと、
   前記高速ロータの回転に伴い前記電力変換器への供給電力が生じるように構成された固定子巻き線を有するステータと
   を備え、
   前記低減指令部は、前記脱調パラメータが前記許容範囲に含まれる基準状態からの前記高速ロータの前記発電機トルクの変動量が、前記基準状態からの前記低速ロータ前記入力トルクの変動量と比例するよう、前記トルク低減指令を前記電力変換器に付与する発電システム用のコントローラ。
8. 原動機からの入力によって駆動されて発電をするための磁気ギア発電機の脱調のリスクを示す脱調パラメータが規定の許容範囲を超えたことに応答して、前記磁気ギア発電機の運転モードを脱調回避モードに切替えるための運転モード切替部と、
   前記脱調回避モードにおいて、前記原動機からの前記入力を低減させる入力低減指令を前記原動機に付与するとともに、前記磁気ギア発電機の発電機トルクを低減させるトルク低減指令を、前記磁気ギア発電機に接続された電力変換器に付与するための低減指令部と
   を備え、
   前記磁気ギア発電機は、
   前記原動機からの入力トルクによって駆動されるように構成された低速ロータと、
   前記低速ロータの回転に伴い生じる磁気トルクで駆動されるように構成された高速ロータと、
   前記高速ロータの回転に伴い前記電力変換器への供給電力を生じさせるための固定子巻き線を有するステータと
   を備え、
   前記低減指令部は、前記脱調パラメータが前記許容範囲に含まれる基準状態からの前記発電機トルクの変動量が、前記基準状態からの前記高速ロータの角加速度の変動量と比例するよう、前記トルク低減指令を前記電力変換器に付与する発電システム用のコントローラ。
9. 原動機からの入力によって駆動されて発電をするための磁気ギア発電機の脱調のリスクを示す脱調パラメータが規定の許容範囲を超えたことに応答して、前記磁気ギア発電機の運転モードを脱調回避モードに切替えるための運転モード切替部と、
   前記脱調回避モードにおいて、前記原動機からの前記入力を低減させる入力低減指令を前記原動機に付与するとともに、前記磁気ギア発電機の発電機トルクを低減させるトルク低減指令を、前記磁気ギア発電機に接続された電力変換器に付与するための低減指令部と
   を備え、
   前記原動機は、再生可能エネルギーを抽出して前記磁気ギア発電機への前記入力を生成するように構成された再生可能エネルギー抽出装置であり、
   前記低減指令部は、前記再生可能エネルギーの将来予測値が上限値よりも大きい場合、前記脱調パラメータが前記許容範囲を超えたかに関わらず、前記入力低減指令を前記再生可能エネルギー抽出装置に付与し、前記再生可能エネルギーの抽出量を減少させるように構成され、
   前記再生可能エネルギー抽出装置は、
   前記再生可能エネルギーを抽出するためのエネルギー抽出部と、
   抽出した前記再生可能エネルギーによって駆動されるように構成された原動機ロータと、
   前記原動機ロータの回転数が目標回転数に近づくように前記エネルギー抽出部に対して制御指令を付与するための制御器と、
   を含み、
   前記低減指令部は、
   前記再生可能エネルギーの前記将来予測値が前記上限値以下である場合に、前記脱調パラメータが前記許容範囲を超えたとき、前記入力低減指令として、前記目標回転数を低減する指令を前記制御器に付与し、
   前記再生可能エネルギーの前記将来予測値が前記上限値より大きい場合に、前記制御器を介さずに、前記再生可能エネルギーの前記抽出量を減少させるように前記エネルギー抽出部に前記入力低減指令を付与するように構成された発電システム用のコントローラ。

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