JP2008048584A

JP2008048584A - 同期リラクタンス型発電機

Info

Publication number: JP2008048584A
Application number: JP2006248703A
Authority: JP
Inventors: Yoko Amano; 耀鴻天野; Hiroyuki Kajiwara; 宏之梶原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】従来の発電機では、誘導型発電機は電力を発生する二次巻線を介したので、発電効率が高くないものである。また、永久磁石型発電機は高価な永久磁石を用いて大型容量の発電機の製作が難しいだけでなく、製作コストも高くてリサイクルが困難となるものである。
【解決手段】本発明では、発電機の回転子に適当なフラックスバリアを設けることにより、発電トルクとして逆方向のリラクタンストルクは直接に発電機の入力となることによって、誘導型発電機より発電機の発電効率が上がったものである。また、本発明には永久磁石を使わず、永久型発電機より、製作コストが大きく削減したものだけでなく、リサイクルが簡単である。さらに、誘導型発電機よりもっと容量の大きな超大型発電機が製作できるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、同期リラクタンス型発電機に関し、特に，リサイルが便利なものであり、もっと容量が大きな超大型発電機の設計と構造に関するものである。

従来の発電機には、誘導型発電機の発電出力を重視した構成の場合、極数を減らして電圧周波数を下げ、コイルのインダクタンスを減らしてコイルの抵抗を増加させることで、高速回転するとき出力端子を短絡させると、発電出力が変わらなく回転スピードを減速できるものである（例えば、特許文献１参照）。

また、永久磁石を用いた界磁方式でかつ複数のモータジェネレータを複合して一体的に構成する発電機がある（例えば、特許文献２参照）。

永久磁石型発電機では、ステータコアを使用し、磁極部間の隙間に多くの巻数のコイルを効果的に実装して、高い出力を得ることができる発電機もある（例えば、特許文献３参照）。

他には、微小な振動による運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力として取り出す振動による発電機がある（例えば、特許文献４参照）。
特許公開２００５−６４２５号公報特許公開２００５−７３４５０号公報特許公開２００３−１６４０８７号公報特許公開２００５−３１２２６９号公報

以上に述べた従来の発電機は、つぎのような欠点があった。
（１）誘導型発電機は、電力を発生する二次巻線による発電原理を用いるので、発電出力の効率が下がることである。
（２）永久磁石型発電機は、大きいサイズ永久磁石の製作が難しく、小さいサイズの永久磁石が数多く使用するので、製作コストが大幅上がることであり、リサイクルが困難となる。
（３）振動型発電機は、圧電素子を用いて電力を得るため、多数の圧電素子を使用するだけでなく、発電電力が弱くて適用範囲があまり広くないものである。

本発明は、以上のような従来の発電機が有していた欠点を解決しようとするものであり、発電出力の効率を向上し、発電機の製作コストを下げ、容量が大きな超大型発電機を実現することを目的とするものである。

まず、本発明は上記目的を達成するために発電機の回転子に適当なフラックスバリアを設けることにより、発電トルクとして逆方向のリラクタンストルクは直接に発電機の入力となることによって、誘導型発電機より発電機の発電出力の効果が上がったものである。

また、第２課題の解決手段は、本発明には永久磁石を使わず、永久型発電機に比べると、製作コストが大きく削減したものである。

そして、第３課題の解決手段は、本発明の構成により、従来の誘導型発電機よりもっと容量が大きな超大型発電機の製作ができ、実用化を実現するものである。

上述したように本発明の同期リラクタンス型発電機は、電力を発生する二次巻線を通らず、発電トルクとして逆方向のリラクタンストルクにより発電出力を直接に得ることができ、発電出力の効率が高い発電機を提供できる。

本発明の同期リラクタンス型発電機では、永久磁石が全く使用されなく、従来の永久磁石型発電機と比較すると、製作のための材料費や組立賃金などが大幅下がる発電機を提供できる。

また、本発明の同期リラクタンス型発電機では、回転子が一枚か何枚かの磁気鋼板の積層に構成され、実用化を実現する容量が大きな超大型発電機を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図１−図２に基づいて説明する。

図１において、電力エネルギーは風車９を介して発電トルクに変換され、逆方向のリラクタンストルクとして同期リラクタンス型発電機の回転子４を回転させるように、同期リラクタンス型発電機１１の入力となる。一方、回転子４内には複数層のフラックスバリア５を形成するにつれ、ｄ軸とｑ軸のインダクタンスの差により、リラクタンストルクはＴ_ｒ＝Ｐ_ｎ（Ｌ_ｄ−Ｌ_ｑ）ｉ_ｄｉ_ｑとなる。ただし、Ｐ_ｎを極対数、Ｌ_ｄとＬ_ｑをそれぞれｄ軸とｑ軸のインダクタンス、ｉ_ｄとｉ_ｑをそれぞれｄ軸とｑ軸の電流、Ｔ_ｒをリラクタンストルクとする。そこで、リラクタンストルクＴ_ｒが負となるように運転する場合、つまり、Ｔ_ｒ＝−Ｔ_ｇ（Ｔ_ｇ＞０）とするように逆方向のリラクタンストルクを受けると、同期リラクタンス型発電機の運転となる。上述の計算式より明らかなように適切な電流ベクトルを選択すれば、発電電力の高効率化や大出力を実現できる。

図２には、本発明の同期リラクタンス型発電機を風力発電機として活用する実施例、すなわち、風力発電システムの構成を示す。風車軸は増速ギア１０を介して同期リラクタンス型発電機１１に接続され、風力エネルギーは同期リラクタンス型発電機の入力となる。同期リラクタンス型発電機はＰＷＭコンバーター１２に繋がり、電流ベクトル制御器１３によって同期リラクタンス型の電流が制御される。そして、コンバーターで整流された直流発電電力はバッテリーやＤＣ負荷に供給され、またはインバーター１４を通して電力システム連携される。

従来の発電機に比べ、本発明の同期リラクタンス型発電機は、誘導型発電機より発電の効率が高くて発電機の容量が大きいものであり、永久磁石型発電機より、高価な永久磁石が使わず発電機の製作コストが安いだけでなく、リサイクルも便利なものである。

本発明の同期リラクタンス型発電機は、従来の発電機の代わり、発電の高効率且つ製作の低コスト，さらに、容量が大きな超大型発電機を製作できることにより、電力業界には新型発電機を提供することができる。

本発明による同期リラクタンス型発電機の断面図一つの実施例として本発明による風力発電システムの構成

符号の説明

１：固定子
２：スロット
３：巻線
４：回転子
５：フラックスバリア
６：シャフト
７：凹欠部
８：風
９；風車
１０：増速ギア
１１：同期リラクタンス型発電機
１２：ＰＷＭコンバーター
１３：電流ベクトル制御器
１４：ＤＣ負荷、バッテリーまたは電力システムに繋がるインバーター

Claims

固定子１には、複数のスロット２に巻線３を配設して当該巻線３に三相交流を印加することにより隣接するスロット２間のティースに回転磁界を形成する固定子１と、固定子１の内部に回転できるように支持され、極毎に複数層のフラックスバリア５を形成した回転子４を有する同期リラクタンス型発電機において、前記回転子４内には回転できるように支持され、極毎に複数層のフラックスバリア５を形成し、固定子１からの磁路について一方のｑ軸から他方のｄ軸へ所定の磁路幅を確保するように、当該外周のｄ軸付近に凹欠部７を形成し、当該凹欠部７と仮想外周とによって囲まれる空所にてフラックスバリア５を形成しており、以上のようなフラックスバリア５によりｄ軸、ｑ軸インダクタンスの差により、発電トルクとして逆方向のリラクタンストルクによって発電出力を得ることを特徴とする同期リラクタンス型発電機。
固定子１には、複数のスロット２に巻線３を配設して当該巻線３に三相交流を印加することにより隣接するスロット２間のティースに回転磁界を形成する固定子１と、固定子１の内部に回転できるように支持され、極毎に複数層のフラックスバリア５を形成した回転子４を有する同期リラクタンス型発電機において、前記回転子４には、固定子１からの磁路について一方のｑ軸から他方のｄ軸へ所定の磁路幅を確保するように、当該外周のｄ軸付近に凹欠部７を形成し、当該凹欠部７と仮想外周とによって囲まれる空所にてフラックスバリア５を形成しており、以上のようなフラックスバリア５によりｄ軸、ｑ軸インダクタンスの差を大きくして大きな発電出力が得られることを特徴とする同期リラクタンス型発電機。
固定子１には、複数のスロット２に巻線３を配設して当該巻線３に三相交流を印加することにより隣接するスロット２間のティースに回転磁界を形成する固定子１と、固定子１の内部に回転できるように支持され、極毎に複数層のフラックスバリア５を形成した回転子４を有する同期リラクタンス型発電機において、前記回転子４の外周に最も近い第１層のフラックスバリア５の端部と前記固定子１のティースとの相対関係を前記回転子４の極毎に異ならせるとともに、前記第１層のフラックスバリア５に隣接する第２層から第ｎ層までの各フラックスバリア５の端部を同一間隔だけずらせたことを特徴とする同期リラクタンス型発電機。
前記各極の複数層のフラックスバリア５を前記回転子４の中心を通る線に対して対称に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の同期リラクタンス型発電機。
前記各極の複数層のフラックスバリア５の端部を除く中央部分を前記回転子４の中心に対して点対称に配置したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の同期リラクタンス型発電機。
前記回転子４を構成する磁気鋼板を１枚または数枚ごとに裏表にして積層したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の同期リラクタンス型発電機。
前記回転子４を構成する磁気鋼板を１枚または数枚ごとに１８０度回転して積層したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の同期リラクタンス型発電機。