JP2000262098A - Self-operated variable speed generator - Google Patents

Self-operated variable speed generator

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JP2000262098A
JP2000262098A JP11059416A JP5941699A JP2000262098A JP 2000262098 A JP2000262098 A JP 2000262098A JP 11059416 A JP11059416 A JP 11059416A JP 5941699 A JP5941699 A JP 5941699A JP 2000262098 A JP2000262098 A JP 2000262098A
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JP
Japan
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rotor
power
output
self
armature winding
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JP11059416A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukiya Iimura
幸也 飯村
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Original Assignee
Individual
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a self-operated variable speed generator which is suitable for effectively using natural energy with output fluctuation. SOLUTION: A first rotor 1 arranged in a rotary shaft 5 constituted to be connected to an outer driving source, a second rotor 2 which physically surrounds the first rotor 1, while electromagnetic connection is kept and is provided with an auxiliary generator 3 with braking means, a current collecting means 6 which is connected to the terminal of an armature winding wire 2a of the second rotor 2 and transfers/receives electrical output to/from an outer part and a control means 9 controlling a system, so that the relative rotary speed of the first rotor 1 to the second rotor is kept constant by rotating or stopping the second rotor 2 according to the input of an outer driving source with an auxiliary motor 3 are installed. The voltage and the frequency of output from the armature winding wire 2a of the second rotor 2 are kept constant.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な自力可変速
発電機に関し、特に出力電力の周波数にムラの生じやす
い自然エネルギーを駆動源として利用する自力可変速発
電機に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel self-powered variable-speed generator, and more particularly to a self-powered variable-speed generator that uses natural energy whose output power frequency tends to be uneven as a driving source.

【0002】[0002]

【従来の技術】通常の発電装置は、電気的出力の種類か
ら直流発電機と交流発電機とに大別される。前者は脈動
する直流を発生するものであり、特殊な用途に適用され
る。
2. Description of the Related Art Ordinary power generators are roughly classified into DC generators and AC generators according to the type of electrical output. The former generates a pulsating direct current and is applied to a special use.

【0003】現在広く使用されている負荷設備は交流電
源によって作動するものが多いため、交流発電機が広く
普及している。交流発電機には、同期発電機と誘導発電
機とが知られているが、同期発電機が一般に広く用いら
れている。これらの発電機はいずれも電磁誘導現象を利
用するものであり、所要磁界を発生するための界磁巻線
と電力を発生させるための電機子巻線とを備えている。
[0003] Since many load facilities currently used are operated by an AC power supply, an AC generator is widely used. Synchronous generators and induction generators are known as AC generators. Synchronous generators are generally widely used. Each of these generators utilizes an electromagnetic induction phenomenon, and includes a field winding for generating a required magnetic field and an armature winding for generating electric power.

【0004】このような発電機は、ケーシング内に配置
され、巻線(コイル)の巻回された固定子と、その内部
にあって回転軸に支承された回転子とから構成されてお
り、更に電力の種類に応じた電力授受手段を備えてい
る。界磁巻線と電機子巻線とはそのいずれを固定子側に
配置し、他のいずれを回転子側に配置するかは理論上は
任意であるが、一般に電力の取り出しの容易性を考慮し
て固定子側に電機子巻線を配置し、小電流で済む界磁巻
線を回転子側に配置することが多い。なお可動体又は回
転体からの電力授受手段としては、整流子又はスリップ
リングとブラシとの滑動接触が広く利用されている。
[0004] Such a generator is comprised of a stator in which a winding (coil) is wound in a casing, and a rotor inside the generator and supported by a rotating shaft. Further, a power transfer means is provided according to the type of power. Which of the field winding and the armature winding should be arranged on the stator side and which of the other should be arranged on the rotor side is theoretically arbitrary, but in general, considering the ease of power extraction In many cases, an armature winding is arranged on the stator side, and a field winding requiring only a small current is arranged on the rotor side. As a means for transferring power from the movable body or the rotating body, a sliding contact between a commutator or a slip ring and a brush is widely used.

【0005】各種の交流発電機では、発生する電力の電
圧を一定範囲に保持することに加えて、周波数を一定に
保持する必要がある。これは、通常広く使用されている
電気負荷が定電圧・定周波数方式に適合するように構成
されているものであることによる。通常の交流発電機に
於いて定周波数の電力を安定して供給するためには、発
電機回転数を含む駆動入力を常時一定に保持しなければ
ならない。
[0005] In various AC generators, it is necessary to keep the frequency of the generated electric power constant in addition to keeping the voltage of the generated electric power within a certain range. This is because an electric load which is generally widely used is configured to be compatible with a constant voltage / constant frequency system. In order to stably supply electric power of a constant frequency in a normal AC generator, the drive input including the number of revolutions of the generator must be kept constant at all times.

【0006】そして発電機への駆動入力を一定に保つた
めに、電気事業用等の水力・火力・原子力等を利用する
大形発電機にあっては大規模な制御装置を備えており正
確な制御が行なわれている。
[0006] In order to keep the drive input to the generator constant, large-scale generators that use hydraulic power, thermal power, nuclear power, etc. for electric utilities are equipped with a large-scale control device, and are therefore accurate. Control is being performed.

【0007】ところで、近年環境保護、省エネルギー、
地球温暖化防止等の観点から自然エネルギー利用の機運
が高まっており、小形発電機の設置が広く検討されてい
る。静止装置である太陽電池による太陽電池発電は別と
して、発電に利用可能な自然エネルギーとしては風力、
小形水力、潮力、波力等が検討されており、一部実用化
されている。
By the way, in recent years, environmental protection, energy saving,
Motivation to use natural energy is increasing from the viewpoint of prevention of global warming and the like, and installation of small generators is widely studied. Apart from photovoltaic power generation by stationary solar cells, wind power is the natural energy available for power generation,
Small hydropower, tidal power, wave power, etc. are being studied and some have been put into practical use.

【0008】この種の小形の自然エネルギー利用設備に
おける最大の問題点は、例えば、風力の場合、強風から
微風あるいは無風まで時々刻々と様々に変化するため出
力ムラが大きく安定出力が得難いことにある。このよう
な不安定な出力は、特に交流発電機を駆動するために
は、電圧及び周波数に直接影響を与えるため望ましくな
い。このような対策として、例えば、風車の場合には、
羽根のピッチを風力等に合わせて減速又は増速等の調節
をして回転速度を一定に保持しようとしたり、水車の場
合には少ない水量の状態を標準としておき、増水した際
の余剰水量を放流する等により回転速度を一定にする対
策が採られることが多く、エネルギーの有効利用は犠牲
にされていることが多い。
The biggest problem with this kind of small-sized natural energy utilization equipment is that, for example, in the case of wind power, the output varies greatly from strong wind to slight wind or no wind every moment, so that output unevenness is large and it is difficult to obtain a stable output. . Such unstable output is undesirable, especially for driving an alternator, as it directly affects voltage and frequency. As such a measure, for example, in the case of a windmill,
Adjust the blade pitch in accordance with the wind power, etc. to reduce or increase the speed, etc., to keep the rotation speed constant, or in the case of a water turbine, set the condition of the small amount of water as a standard, and calculate the excess water amount when the water is increased In many cases, measures are taken to keep the rotation speed constant by discharging water, etc., and effective use of energy is often sacrificed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記風力の
ような出力ムラのある自然エネルギーを利用しつつ一定
範囲の周波数及び出力の電力を取り出すことのできる自
力可変速発電機を提供することを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a self-contained variable-speed generator capable of extracting electric power in a certain range of frequency and output while utilizing natural energy having uneven output such as wind power. As an issue.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、外部駆動源に
連結可能に構成された回転軸に取り付けられている第1
回転子であって、界磁巻線又は永久磁石を備えた第1回
転子と、上記第1回転子を物理的に包囲する第2回転子
であって、電機子巻線を備えた第2回転子と、上記第2
回転子を必要に応じて回転させ又は回転停止状態を保持
する補助回転駆動手段及び拘束手段と、前記第2回転子
に巻回された電機子巻線の端子に接続された集電手段で
あって、外部に対して電気的な出力の授受を行うための
集電手段と、前記電機子巻線からの出力電力の周波数が
一定範囲内になるように、前記回転軸に伝えられる回転
速度に応じて前記第2回転子を回転させ又は停止状態を
保持すべく、前記補助回転駆動手段及び拘束手段を制御
する制御手段と、で構成した自力可変速発電機である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a first embodiment which is mounted on a rotating shaft which can be connected to an external drive source.
A first rotor having a field winding or a permanent magnet, and a second rotor physically surrounding the first rotor and having an armature winding. Rotor and the second
Auxiliary rotation driving means and restraining means for rotating the rotor as required or holding the rotation stopped state, and current collecting means connected to the terminal of the armature winding wound on the second rotor. Current collecting means for transmitting and receiving an electrical output to and from the outside, and a rotation speed transmitted to the rotating shaft so that the frequency of the output power from the armature winding falls within a certain range. And a control means for controlling the auxiliary rotation driving means and the restraining means so as to rotate the second rotor or maintain the stopped state accordingly.

【0011】前記外部駆動源としては、出力ムラの生じ
やすい自然エネルギーを利用する動力発生機関が適用対
象である。即ち、本発明の自力可変速発電機は、外部駆
動源の出力ムラによる発生電力の電圧及び周波数に於け
る変動を解消することが目的であり、かつその手段を備
えた発電機であるから、出力ムラのない動力発生機関を
適用する意味はない。
As the external drive source, a power generating engine utilizing natural energy which is liable to cause output unevenness is applicable. That is, the self-powered variable-speed generator of the present invention aims to eliminate fluctuations in the voltage and frequency of generated power due to output unevenness of an external drive source, and is a generator equipped with such means. There is no point in applying a power generating engine without uneven output.

【0012】しかして前記外部駆動源としては、より具
体的には、風力エネルギーを利用する風車、水力エネル
ギーを利用する水車、潮力エネルギーを利用する水車又
は波力エネルギーを利用する機関等が適用可能である。
More specifically, as the external drive source, more specifically, a wind turbine using wind energy, a water turbine using hydraulic energy, a water turbine using tidal energy, an engine using wave energy, or the like is applied. It is possible.

【0013】前記第1回転子は、前記のように、界磁巻
線又は永久磁石を備えたものであり、これらは云うまで
もなく、前記第2回転子の電機子巻線と電磁的結合を保
つように配置してある。また前記界磁巻線は、発電機が
小形である場合は、自励式とし、励磁コイルで発生した
交流電力を半導体整流器を利用して整流した直流電力を
これに供給するように構成することもできる。また前記
永久磁石は、発電機が小型である場合に適当である。
The first rotor is provided with a field winding or a permanent magnet as described above, and needless to say, these are electromagnetically coupled to the armature winding of the second rotor. It is arranged to keep. The field winding may be configured to be self-excited when the generator is small, and to supply DC power obtained by rectifying the AC power generated by the excitation coil using a semiconductor rectifier thereto. it can. The permanent magnet is suitable when the generator is small.

【0014】前記第2回転子は、従来の発電機に於ける
固定子(ステータ)の機能を担うものであるが、本発明
に於いては、回転可能に構成されているため、第2回転
子と表現するものである。第2回転子が回転可能に構成
されているのは、前記外部駆動源からの入力回転速度に
変動があっても、第2回転子の側を正逆回転させ又は停
止させることによって第1回転子の第2回転子に対する
相対的な回転速度を一定範囲内に保持することができる
ようにするためである。
The second rotor has a function of a stator (stator) in a conventional generator. In the present invention, the second rotor is configured to be rotatable. It is expressed as a child. The second rotor is configured to be rotatable even if the input rotation speed from the external drive source fluctuates, by rotating or stopping the second rotor side forward or reverse. This is because the relative rotation speed of the child to the second rotor can be maintained within a certain range.

【0015】前記補助回転駆動手段としては、例えば、
回転速度の制御の容易な電動機を採用することができる
し、前記拘束手段としては、例えば、適当な制動装置等
を採用することができる。
As the auxiliary rotation driving means, for example,
An electric motor whose rotation speed can be easily controlled can be employed, and as the restraining means, for example, an appropriate braking device can be employed.

【0016】前記集電手段としては、外部に対して電気
的な出力の授受を行うことができる種々な電力授受手段
を自由に採用することができる。例えば、整流子又はス
リップリングとブラシとの滑動接触による構成や回転ト
ランス等を採用することができる。
As the power collecting means, various power transmitting / receiving means capable of transmitting and receiving an electric output to / from the outside can be freely adopted. For example, a configuration based on sliding contact between a commutator or a slip ring and a brush, a rotary transformer, or the like can be employed.

【0017】前記制御手段は、既述のように、前記電機
子巻線からの出力電力の周波数が一定範囲内になるよう
に、前記回転軸に伝えられる回転速度に応じて前記第2
回転子を回転させ又は停止状態を保持すべく、前記補助
回転駆動手段及び拘束手段を制御するものであり、前記
回転軸の回転速度を検出する検出手段からの検出速度の
値を、例えば、基準値と比較し、その結果に基づいて、
第2回転子を正転又は逆転させるか、あるいは停止状態
を保持させるか、及び前二者の場合はどのような回転速
度とするかを判断し、かつ相応する制御信号を出力する
ものである。このような制御手段は、コンピュータ及び
これに上記動作をさせるプログラムによって容易に構成
することができる。
As described above, the control means controls the second power supply according to the rotation speed transmitted to the rotation shaft so that the frequency of the output power from the armature winding falls within a predetermined range.
In order to rotate the rotor or hold the stopped state, the auxiliary rotation driving means and the restraining means are controlled, and the value of the detection speed from the detection means for detecting the rotation speed of the rotating shaft is, for example, a reference value. Value, and based on the result,
This is to determine whether the second rotor is to be rotated forward or backward, or to keep the stopped state, and to determine the rotation speed in the former two cases, and to output a corresponding control signal. . Such a control means can be easily constituted by a computer and a program for causing the computer to perform the above operation.

【0018】従って本発明の自力可変速発電機によれ
ば、その第1回転子の回転軸に外部駆動源を接続して回
転駆動し、かつ前記制御手段によって制御しつつ前記補
助回転駆動手段及び拘束手段のいずれかを動作させて第
2回転子を必要な速度で回転させ又はその停止状態を保
持させ、第1回転子の第2回転子に対する相対的な回転
速度を一定範囲に保持することができる。そして第1回
転子及び第2回転子のそれぞれに配設された界磁巻線及
び電機子巻線の相互間に於ける電磁誘導作用によって発
電作用が生起する。
Therefore, according to the self-powered variable-speed generator of the present invention, an external drive source is connected to the rotation shaft of the first rotor to drive the rotation, and the auxiliary rotation drive means and the control means are controlled by the control means. Activating any of the restraining means to rotate the second rotor at a required speed or to keep the stopped state, and to keep the relative rotation speed of the first rotor with respect to the second rotor within a certain range. Can be. Then, a power generation action is generated by an electromagnetic induction action between the field winding and the armature winding disposed on each of the first rotor and the second rotor.

【0019】この自力可変速発電機にあっては、外部駆
動源からの駆動入力が適切なものである場合は、前記第
1回転子のみを回転させることにより、所定周波数及び
所定電圧の範囲内の必要かつ充分な発電を行うことがで
きる。
In this self-powered variable-speed generator, when the drive input from the external drive source is appropriate, only the first rotor is rotated, so that the predetermined frequency and the predetermined voltage are maintained. Required and sufficient power generation can be performed.

【0020】一方、何らかの理由、例えば、風力が弱ま
り又は水量が減少した等の理由で、駆動入力が低減した
場合には、そのまま放置すると発生電力の電圧及び周波
数が低下することになる。他方、何らかの理由、例え
ば、以上と逆に、風力が強まり又は水量が増加した等の
理由で、駆動入力が増加した場合には、そのまま放置す
ると発生電力の電圧及び周波数が上昇することになる。
このような出力周波数の変化は、他の発電機や電力系統
と連係している場合は、出力を一時的にカットし連係を
解除する必要が生じることもある。単独運転の場合は、
前者にあっては、負荷への給電が不可能となるおそれや
負荷の種類によっては、周波数の低下が同時に負荷に悪
影響を与えるおそれもある。後者の場合は、出力電力は
充分となるが、負荷の種類によっては、周波数の変動が
悪影響を与えるおそれがある。
On the other hand, if the drive input is reduced for some reason, for example, the wind power is weakened or the amount of water is reduced, the voltage and frequency of the generated power are reduced if left unattended. On the other hand, if the drive input increases for some reason, for example, the reverse of the above, for example, due to an increase in wind power or an increase in the amount of water, the voltage and frequency of the generated power will rise if left unattended.
When such a change in the output frequency is linked to another generator or a power system, it may be necessary to temporarily cut the output and release the link. In the case of islanding,
In the former case, depending on the type of load, there is a possibility that power cannot be supplied to the load, and a decrease in frequency may simultaneously adversely affect the load. In the latter case, the output power is sufficient, but depending on the type of load, fluctuations in the frequency may have an adverse effect.

【0021】そこで、本発明の自力可変速発電機に於い
ては、回転軸への駆動入力が低下した場合には、検出手
段で検出される前記回転軸の回転速度の値は、当然、基
準値より低いものとなっており、第2回転子を必要な回
転速度で逆転させるべく、前記制御手段から制御信号が
出力され、前記補助回転駆動手段をしてそのように動作
させ、第2回転子のそのような回転を生じさせるもので
ある。こうして、第1回転子の第2回転子に対する相対
的な回転速度を一定範囲内のものに保持し、発生電力の
電圧及び周波数を所定範囲の値に保持するものである。
Therefore, in the self-powered variable speed generator of the present invention, when the drive input to the rotating shaft is reduced, the value of the rotating speed of the rotating shaft detected by the detecting means is, of course, the reference value. The control signal is output from the control means so as to reverse the second rotor at a required rotation speed, and the auxiliary rotation drive means operates as described above to perform the second rotation. It causes such rotation of the child. Thus, the rotation speed of the first rotor relative to the second rotor is maintained within a certain range, and the voltage and frequency of the generated power are maintained within values within a predetermined range.

【0022】回転軸への駆動入力が増加した場合には、
検出手段で検出される前記回転軸の回転速度の値は、基
準値より高くなり、第2回転子を必要な回転速度で正転
させるべく、前記制御手段から制御信号が出力され、前
記補助回転駆動手段をしてそのように動作させ、第2回
転子のそのような回転を生じさせるものである。こうし
て、第1回転子の第2回転子に対する相対的な回転速度
を一定範囲内のものに保持し、発生電力の電圧及び周波
数を所定範囲の値に保持するものである。
When the drive input to the rotating shaft increases,
The value of the rotation speed of the rotating shaft detected by the detection means is higher than a reference value, and a control signal is output from the control means to rotate the second rotor forward at a required rotation speed. The drive means is operated in such a manner to cause such rotation of the second rotor. Thus, the rotation speed of the first rotor relative to the second rotor is maintained within a certain range, and the voltage and frequency of the generated power are maintained within values within a predetermined range.

【0023】前記のように、回転軸への駆動入力が適切
なものである場合は、第1回転子のみを回転させるべ
く、前記制御手段から制御信号が出力され、前記拘束手
段をして第2回転子を停止状態を保持すべく拘束し、こ
うして、第1回転子の第2回転子に対する相対的な回転
速度を一定範囲内のものに保持し、以上と同様に、発生
電力の電圧及び周波数を所定範囲の値に保持するもので
ある。
As described above, when the drive input to the rotating shaft is appropriate, a control signal is output from the control means so as to rotate only the first rotor, and the restraint means is used to release the control signal. The two rotors are constrained to hold the stopped state, and thus the relative rotation speed of the first rotor to the second rotor is kept within a certain range. The frequency is kept within a predetermined range.

【0024】なお前記回転軸への駆動入力は、回転子自
体の回転を直接検出するのではなく、電機子出力の電圧
及び周波数を検出し、検出電圧及び検出周波数がそれぞ
れ基準値より低ければ、回転軸への駆動入力が相対的に
低く、検出値が基準値より高ければ、回転軸への駆動入
力が相対的に高く、検出値が基準値と一定範囲内で一致
していれば、回転軸への駆動入力が相対的にほぼ適切な
高さであると、それぞれ判断し、それに基づいて前記補
助回転駆動手段をして第2回転子を相応する回転速度で
逆転させ又は正転させるべく制御し、あるいは前記拘束
手段をして第2回転子を停止状態に拘束すべく制御する
こととすることもできる。
The drive input to the rotary shaft does not directly detect the rotation of the rotor itself, but detects the voltage and frequency of the armature output. If the detected voltage and the detected frequency are lower than the reference values, If the drive input to the rotating shaft is relatively low and the detected value is higher than the reference value, the drive input to the rotating shaft is relatively high and if the detected value matches the reference value within a certain range, It is respectively determined that the drive input to the shaft is at a relatively appropriate height, and based on this, the auxiliary rotation drive means is used to reverse or forward the second rotor at a corresponding rotation speed. It is also possible to control or control the second rotor to be stopped in the stopped state by using the restraining means.

【0025】なおまた第1回転子及び第2回転子内にそ
れぞれ検出コイルを備えさせ、これらの検出コイルに発
生する交流起電力の周波数及び/又は電圧に基づいて、
回転軸の回転速度を推定し、上記と同様な観点から、第
2回転子の正逆回転及び停止の制御を行うこともでき
る。制御の仕方は電機子巻線の出力を検出して行う場合
と基本的に同一である。
Further, detection coils are provided in each of the first rotor and the second rotor, and based on the frequency and / or voltage of the AC electromotive force generated in these detection coils,
It is also possible to estimate the rotational speed of the rotating shaft and control the forward / reverse rotation and stop of the second rotor from the same viewpoint as described above. The control method is basically the same as the case where the output of the armature winding is detected and performed.

【0026】こうして第2回転子に配した電機子巻線に
は、第1回転子に配した界磁巻線との間の電磁誘導作用
により、一定範囲の周波数及び電圧の起電力が生じ、そ
の出力電力は、前記集電手段を通じて取り出すことがで
きる。
In this way, an electromotive force of a certain range of frequency and voltage is generated in the armature winding disposed on the second rotor due to electromagnetic induction between the armature winding and the field winding disposed on the first rotor. The output power can be taken out through the current collecting means.

【0027】上記出力電力は、以上のように、第1回転
子を構成した回転軸への駆動入力に変動があっても、周
波数及び電圧のいずれに於いても、一定の許容範囲内を
保持し、本発明の自力可変速発電機によれば、安定した
品質の良い電力を簡単な構成で得ることができるもので
ある。
As described above, the output power is maintained within a certain allowable range in both frequency and voltage, even if the drive input to the rotating shaft constituting the first rotor fluctuates. According to the self-powered variable-speed generator of the present invention, stable and high-quality electric power can be obtained with a simple configuration.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下発明の実施の形態を実施例に
基づいて図面を参照しつつ説明する。図1は一実施例の
自力可変速発電機の側断面説明図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below based on embodiments with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory side sectional view of a self-powered variable speed generator according to an embodiment.

【0029】図1に示すように、この実施例の自力可変
速発電機は、第1回転子1と、上記第1回転子を包囲す
る状態に配した第2回転子2と、上記第2回転子2に、
これを正転又は逆転させるべく側方から接続した補助電
動機(補助回転駆動手段)3であって、制動手段(拘束
手段)を備えた補助電動機3と、第1回転子1を支承す
る回転軸5と、前記第2回転子2に配した電機子巻線2
aからこれに生じた電力を取り出す集電手段6と、前記
補助電動機3を正逆回転させ又は停止制動させるべく制
御する制御手段9とで基本的に構成したものである。
As shown in FIG. 1, the self-powered variable-speed generator according to the present embodiment includes a first rotor 1, a second rotor 2 surrounding the first rotor, and a second rotor 2. In rotor 2,
An auxiliary motor (auxiliary rotation driving means) 3 connected from the side to rotate the motor forward or backward, the auxiliary motor 3 having a braking means (restraining means), and a rotating shaft supporting the first rotor 1 5 and an armature winding 2 disposed on the second rotor 2
1 basically comprises a current collecting means 6 for extracting the electric power generated from the electric motor a, and a control means 9 for controlling the auxiliary motor 3 to rotate forward or reverse or stop and brake.

【0030】前記第1回転子1は、従来の発電機に於け
るロータと同じ機能を有するものであり、この実施例で
は界磁巻線1aを備え、かつ該界磁巻線1aには図示し
ないスリップリングとブラシを介して界磁電流を供給で
きるようになっている。
The first rotor 1 has the same function as a rotor in a conventional generator. In this embodiment, the first rotor 1 has a field winding 1a. A field current can be supplied through a slip ring and a brush which is not used.

【0031】前記第2回転子2は、基本的に、従来の発
電機に於けるステータと同様の機能を有するものであ
り、前記のように、電機子巻線2aを備えており、集電
手段6を通じてその発生電力を取り出せるようになって
いる。
The second rotor 2 basically has the same function as the stator in the conventional generator, and has the armature winding 2a as described above, The generated power can be taken out through the means 6.

【0032】また前記第2回転子2は、前記したよう
に、前記第1回転子1を包囲した状態で配置されてお
り、その両側には支持円板2b、2bを固設するととも
に、上記支持円板2b、2bの内周端に配した軸受2
c、2cを介して前記回転軸5に回転自在に配してある
ものである。更に第2回転子2の外周側下方には、取付
フレーム7の底部との間に回転自在な球状支持手段8、
8が配してあり、これによって第2回転子2を受け止め
ることで、前記回転軸5への負担を低減している。
As described above, the second rotor 2 is disposed so as to surround the first rotor 1, and support disks 2b, 2b are fixed on both sides thereof, and Bearing 2 disposed on inner peripheral ends of supporting disks 2b, 2b
The rotating shaft 5 is rotatably arranged via the rotating shafts c and 2c. Further, below the outer peripheral side of the second rotor 2, spherical support means 8 rotatable between the second rotor 2 and the bottom of the mounting frame 7,
8 is disposed, and thereby receives the second rotor 2, thereby reducing the load on the rotating shaft 5.

【0033】前記補助電動機3は、前記のように、制動
手段を備えたものであり、前記制御手段9によって制御
されつつ前記第2回転子2を正転又は逆転させ、若しく
は回転停止状態を固定保持するものである。図1に示す
ように、第2回転子2と同軸状態に側方に配し、一側端
部の出力部を前記一方の支持円板2bを介して第2回転
子2に結合したものである。またこの補助電動機3は、
図1に示すように、取付フレーム7の一側の起立板部7
aに他の側端部を固設し、前記回転軸5には外装状態に
配する。
The auxiliary motor 3 is provided with the braking means as described above, and rotates the second rotor 2 forward or backward while controlling the control means 9, or fixes the rotation stop state. To keep. As shown in FIG. 1, the output part at one end is disposed coaxially with the second rotor 2 and the output part at one end is connected to the second rotor 2 via the one support disk 2b. is there. This auxiliary motor 3
As shown in FIG. 1, an upright plate portion 7 on one side of the mounting frame 7 is provided.
The other side end is fixed to a, and the rotating shaft 5 is disposed in an exterior state.

【0034】また前記補助電動機3の駆動用電源として
は、余剰発生電力が生じた際に補助的に充電される二次
電池12を備え付け、この二次電池12の電力を利用し
て駆動することとする。
A power source for driving the auxiliary motor 3 is provided with a secondary battery 12 that is auxiliary charged when excess power is generated, and is driven by using the power of the secondary battery 12. And

【0035】前記回転軸5は、図1に示すように、前記
取付フレーム7の両側の起立板部7a、7aに軸受4、
4を介して回転自在に配してある。
As shown in FIG. 1, the rotating shaft 5 has bearings 4 on upright plate portions 7a on both sides of the mounting frame 7.
It is rotatably arranged via 4.

【0036】前記集電手段6は、第2回転子2の一方
(図1中右側)の支持円板2bの外側に構成してあるも
のである。図1中には簡略表示されているが、この実施
例では、スリップリングとブラシとにより回転部・固定
部間の電力授受が行なわれるように構成してある。その
出力は、電力ケーブル10を経て授受されるようになっ
ている。
The current collecting means 6 is formed outside the supporting disk 2b on one side (the right side in FIG. 1) of the second rotor 2. Although simply shown in FIG. 1, in this embodiment, the slip ring and the brush are configured to transmit and receive power between the rotating unit and the fixed unit. The output is transmitted and received via the power cable 10.

【0037】前記制御手段9は、制御盤11内に収納さ
れるマイクロコンピュータを備えた制御回路によって構
成する。この制御回路には、前記電機子巻線2aの出力
電力の電圧を検出する電圧検出手段及び周波数を検出す
る周波数検出手段を付設する。
The control means 9 is constituted by a control circuit provided with a microcomputer housed in the control panel 11. This control circuit is provided with voltage detecting means for detecting the voltage of the output power of the armature winding 2a and frequency detecting means for detecting the frequency.

【0038】上記制御回路では、電圧検出手段の検出す
る検出電圧の値及び周波数検出手段の検出する検出周波
数の値を受け取って、それぞれの基準値と比較し、いず
れも基準値に対して一定の範囲内の値である場合には、
前記補助電動機3に対してその制動手段を作動させ、前
記第2回転子2を停止状態に保持させるべく制御する制
御信号を出力し、また受け取った検出電圧の値及び検出
周波数の値がそれぞれの基準値に対して、いずれも低い
場合は、前記補助電動機3に対して、その制動手段の動
作を解除するとともに逆転動作させ、かつその回転速度
は基準値に対する低さの程度に応じたものにすべく制御
する制御信号を出力し、更にまた受け取った検出電圧の
値及び検出周波数の値がそれぞれの基準値に対して、い
ずれも高い場合は、前記補助電動機3に対して、その制
動手段の動作を解除するとともに正転動作させ、かつそ
の回転速度は基準値に対する高さの程度に応じたものに
すべく制御する制御信号を出力するように構成する。
The control circuit receives the value of the detection voltage detected by the voltage detection means and the value of the detection frequency detected by the frequency detection means and compares them with respective reference values. If the value is in the range,
The braking means is actuated to the auxiliary motor 3 to output a control signal for controlling the second rotor 2 to be held in a stopped state, and the received detection voltage value and detection frequency value are If both are lower than the reference value, the auxiliary motor 3 releases the operation of the braking means and causes the auxiliary motor 3 to rotate in the reverse direction, and the rotation speed is set to a value corresponding to the degree of lowness with respect to the reference value. A control signal is output to control the auxiliary motor 3 if the received detection voltage value and detection frequency value are both higher than the respective reference values. A control signal for canceling the operation and performing the normal rotation operation, and outputting a control signal for controlling the rotation speed according to the height relative to the reference value is output.

【0039】上記動作をさせるプログラムは一般の技法
に従って前記制御回路中の記憶手段(ROM)に保持さ
せる。また前記電圧及び周波数についての基準値も記憶
手段に保持させる。またその値は対象の発電機に入力さ
れる駆動源と出力との関係から実測して定める。その他
一般の技法による。
A program for performing the above operation is stored in a storage means (ROM) in the control circuit according to a general technique. The storage means also stores reference values for the voltage and the frequency. In addition, the value is determined by actually measuring the relationship between the drive source input to the target generator and the output. According to other general techniques.

【0040】この自力可変速発電機は、以上のように構
成したものであり、その回転軸5に、例えば、風車の出
力軸を結合すると、その回転駆動力によって回転軸5が
回転駆動され、第1回転子1が回転し、第2回転子2と
の間の電磁誘導作用により、後者の電機子巻線2aに起
電力が生じ、これが集電手段6を通じて出力されること
となる。
This self-powered variable-speed generator is configured as described above. When an output shaft of a windmill is connected to the rotating shaft 5, the rotating shaft 5 is rotationally driven by the rotational driving force. The first rotor 1 rotates, and the electromagnetic induction between the first rotor 1 and the second rotor 2 generates an electromotive force in the latter armature winding 2 a, which is output through the current collector 6.

【0041】前記電圧検出手段及び周波数検出手段によ
り、前記電機子巻線2aの出力電圧及び周波数が検出さ
れ、その各値が前記制御手段9に入力されると、その制
御回路でそれぞれ基準値と比較され、前記のプロセスで
判断及び処理が行われ、それが基準値に対して一定の範
囲内の値であれば、前記補助電動機3の制動手段が作動
させられ、第2回転子2は停止状態に保持され、検出電
圧及び周波数の値が高ければ、その高さに応じて補助電
動機3は第2回転子2を正転方向に回転させ、また検出
電圧及び周波数が低ければ、その低さに応じて補助電動
機3は第2回転子2を逆転方向に回転させ、いずれにし
ても第1回転子1の第2回転子2に対する相対的な回転
速度を一定範囲内に保持し、発電機の出力、即ち、電機
子巻線2aの出力電圧及び周波数をほぼ一定に保持する
ものである。
The output voltage and the frequency of the armature winding 2a are detected by the voltage detecting means and the frequency detecting means, and when the respective values are inputted to the control means 9, the control circuit respectively controls the reference value and the reference value. The comparison is performed, and the judgment and processing are performed in the above-described process. If the value is within a certain range with respect to the reference value, the braking means of the auxiliary motor 3 is operated, and the second rotor 2 is stopped. When the detected voltage and the frequency are high, the auxiliary motor 3 rotates the second rotor 2 in the forward direction according to the height, and when the detected voltage and the frequency are low, the auxiliary motor 3 rotates the second rotor 2 in the forward direction. , The auxiliary motor 3 rotates the second rotor 2 in the reverse direction, and in any case, maintains the relative rotation speed of the first rotor 1 with respect to the second rotor 2 within a certain range. , Ie, the output of the armature winding 2a It is to hold the pressure and frequency substantially constant.

【0042】従ってこの実施例の自力可変速発電機によ
れば、その駆動入力が風力や水力あるいは潮力等のよう
な自然エネルギーを利用した機関からのものであって、
不安定で変動するものであっても、その変動を補償する
第2回転子2の回転を生じさせることができるものであ
るため、出力電圧及び周波数を安定させ、品質の良い電
力を得ることができるものである。
Therefore, according to the self-powered variable speed generator of this embodiment, the drive input is from an engine utilizing natural energy such as wind power, hydraulic power or tidal power,
Even if it is unstable and fluctuates, it can cause rotation of the second rotor 2 to compensate for the fluctuation, so that it is possible to stabilize the output voltage and frequency and obtain high-quality power. You can do it.

【0043】なお第2回転子2を必要に応じて回転駆動
する補助電動機3の駆動源として、余剰電力が発生した
際に補助的に充電する前記二次電池12の電力を利用す
ることとしたので、発電効率を低下させることなしに、
安定した自然エネルギー利用の発電を実施することがで
きる。
As a drive source of the auxiliary motor 3 for rotating the second rotor 2 as required, the power of the secondary battery 12 which is charged when the surplus power is generated is used. So without reducing the power generation efficiency,
Power generation using stable natural energy can be performed.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明の自力可変速発電機によれば、自
然エネルギーを変換した機械動力の変動に対して敏感に
対応し、界磁巻線と電機子巻線間の相対速度を常時ほぼ
一定に維持することによって、常に出力電圧及び周波数
がほぼ一定である、いわゆる良質の電力を供給すること
が可能となるものである。その結果、自然エネルギーの
利用促進に資することができ、環境破壊や地球温暖化の
防止、省資源等に有効な発電が可能となる。
According to the self-powered variable-speed generator of the present invention, the relative speed between the field winding and the armature winding can be almost always responded to the fluctuation of the mechanical power obtained by converting the natural energy. By maintaining the power constant, it is possible to supply so-called high-quality power in which the output voltage and the frequency are always substantially constant. As a result, it is possible to contribute to promoting the use of natural energy, and it is possible to generate power effectively for preventing environmental destruction and global warming, saving resources, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】一実施例の自力可変速発電機の側断面説明図。FIG. 1 is an explanatory side sectional view of a self-powered variable-speed generator according to an embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1回転子 1a 界磁巻線 2 第2回転子 2a 電機子巻線 2b 支持円板 2c 軸受 3 補助電動機 4 軸受 5 回転軸 6 集電手段 7 取付フレーム 7a 起立板部 8 球状支持手段 9 制御手段 10 電力ケーブル 11 制御盤 12 二次電池 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st rotor 1a Field winding 2 2nd rotor 2a Armature winding 2b Support disk 2c Bearing 3 Auxiliary motor 4 Bearing 5 Rotating shaft 6 Current collecting means 7 Mounting frame 7a Upright plate part 8 Spherical support means 9 Control means 10 Power cable 11 Control panel 12 Secondary battery

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H590 AA02 CA11 CA14 CA21 CA30 CC01 CC02 CC18 CC19 CD01 CE02 CE05 EA05 EA07 EB02 EB07 EB20 FA05 GA02 GA09 GB05 HA02 HA09 JA02 5H607 AA14 BB02 BB07 BB14 BB18 BB26 CC01 CC07 DD01 DD06 DD08 DD10 DD19 FF34 GG01 GG08 HH05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5H590 AA02 CA11 CA14 CA21 CA30 CC01 CC02 CC18 CC19 CD01 CE02 CE05 EA05 EA07 EB02 EB07 EB20 FA05 GA02 GA09 GB05 HA02 HA09 JA02 5H607 AA14 BB02 BB07 BB14 BB18 BB26 CC01 DD07 DD DD DD19 FF34 GG01 GG08 HH05

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外部駆動源に連結可能に構成された回転
軸に取り付けられている第1回転子であって、界磁巻線
又は永久磁石を備えた第1回転子と、 上記第1回転子を物理的に包囲する第2回転子であっ
て、電機子巻線を備えた第2回転子と、 上記第2回転子を必要に応じて回転させ又は回転停止状
態を保持する補助回転駆動手段及び拘束手段と、 前記第2回転子に巻回された電機子巻線の端子に接続さ
れた集電手段であって、外部に対して電気的な出力の授
受を行うための集電手段と、 前記電機子巻線からの出力電力の周波数が一定範囲内に
なるように、前記回転軸に伝えられる回転速度に応じて
前記第2回転子を回転させ又は停止状態を保持すべく、
前記補助回転駆動手段及び拘束手段を制御する制御手段
と、で構成した自力可変速発電機。
A first rotor attached to a rotating shaft configured to be connectable to an external drive source, the first rotor having a field winding or a permanent magnet; A second rotor that physically surrounds the rotor, the second rotor having an armature winding; and an auxiliary rotation drive that rotates the second rotor as necessary or maintains a rotation stop state. Current collecting means connected to a terminal of an armature winding wound around the second rotor, the current collecting means for transmitting and receiving an electric output to and from the outside. In order to keep the frequency of the output power from the armature winding within a certain range, in order to rotate the second rotor according to the rotation speed transmitted to the rotating shaft or to maintain a stopped state,
A self-powered variable-speed generator comprising: the auxiliary rotation driving means; and control means for controlling the restraining means.
【請求項2】 前記外部駆動源が、自然エネルギーを利
用する動力発生機関である請求項1の自力可変速発電
機。
2. The self-powered variable speed generator according to claim 1, wherein the external drive source is a power generating engine that uses natural energy.
【請求項3】 前記外部駆動源が、風力エネルギーを利
用する風車、水力エネルギーを利用する水車、潮力エネ
ルギーを利用する水車又は波力エネルギーを利用する機
関のいずれかである請求項1の自力可変速発電機。
3. The self-powered vehicle according to claim 1, wherein the external drive source is any one of a wind turbine using wind energy, a water turbine using hydraulic energy, a water turbine using tidal energy, and an engine using wave energy. Variable speed generator.
JP11059416A 1999-03-05 1999-03-05 Self-operated variable speed generator Pending JP2000262098A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006500888A (en) * 2002-09-20 2006-01-05 ソイル マシン ダイナミックス リミテッド A device that generates power from tidal water movement

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006500888A (en) * 2002-09-20 2006-01-05 ソイル マシン ダイナミックス リミテッド A device that generates power from tidal water movement
JP4698224B2 (en) * 2002-09-20 2011-06-08 ソイル マシン ダイナミックス リミテッド System for generating electric power from tidal water movement and method for converting tidal water movement into electric power energy and supplying it to a power grid

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