JP4191910B2 - 測定装置及び試験体特性解析装置 - Google Patents
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Description
本発明は、発電機等の回転機構を有する試験体の測定装置に関するものであり、特に、風力発電機の測定装置に関するものである。
【０００１】
【従来の技術】
従来より、発電機の特性計測の方法は、電気学会、ＪＥＣ２１００、ＪＥＣ１１４、ＪＥＣ２１２１等によって規格化されており、例えば、風力発電機においては、定格出力、最大出力、定格回転数、ブレード直径等の仕様が表示される程度であり、その他の仕様は分からないのが現状である。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、風力発電や水力発電等不規則な駆動力によって回転駆動させられる場合には、上記のように表示されている仕様のみでは、該発電機の特性について不明確な部分が多い。すると、発電機のトータルな設計に支障を来すおそれがある。つまり、例えば、風力発電機の場合に、該発電機に使用するブレードの大きさ、重量、材質の決定等トータルな設計に支障を来たすおそれがある。また、既存の発電機を利用してさらに高性能の発電機を開発しようとした場合でも、当該発電機の特性が明らかになっていない状態では、そのような新たな発電機の開発にも支障を来すことになる。
【０００３】
そこで、本発明は、発電機等の回転機構を有する装置の特性を測定するとともに、測定されたデータから種々の解析を行なうことができる測定装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決するために創作されたものであって、第１には、回転軸を持つ回転機構を備えた発電機であって、試験体としての発電機の特性を測定するための測定装置（「計測装置」、「発電機特性計測装置」としてもよい）であって、上記回転軸を回転駆動させる駆動手段と、上記駆動手段により回転駆動された発電機の回転数を測定する回転数測定手段と、上記駆動手段により回転駆動された発電機と、上記駆動手段との間に発生するトルクを測定するトルク測定手段と、発電機の電力の出力端に接続された測定用回路であって、抵抗値を所定の値に設定可能な抵抗を有する測定用回路と、該測定用回路に流れる電流の値を測定する電流測定手段と、該測定用回路に印加されている電圧の値を測定する電圧測定手段と、上記トルク測定手段により測定されたトルクの値のデータと、電流測定手段により測定された電流の値のデータと、電圧測定手段により測定された電圧の値のデータとを記憶するための記憶テーブルを有する記憶手段と、上記駆動手段を順次所定の回転数に設定するための第１設定手段と、上記測定用回路における抵抗の抵抗値を順次変化させて設定していくための第２設定手段と、上記第１設定手段により設定された回転数において、該第２設定手段により変化させられた各抵抗値ごとに、上記トルク測定手段により測定されたトルクの値のデータと、上記電流測定手段により測定された電流の値のデータと、上記電圧測定手段により測定された電圧の値のデータを上記記憶テーブルに書き込んでいく書込み手段と、を有することを特徴とする。
【０００７】
この第１の構成の測定装置によれば、トルク測定手段によりトルクの値を測定でき、電流測定手段により電流の値を測定でき、電圧測定手段により電圧の値を測定でき、結果として、各回転数ごとに、各抵抗値におけるトルクと電流と電圧の値を測定して記録していくことができる。そして、この記録データをもとにして種々の解析に利用することが可能となる。特に、定格値以外の発電機の特性を把握することができ、新たな発電機の開発及び研究に利用することが可能となる。
【０００８】
また、第２には、上記第１の構成において、上記測定装置が、さらに、該駆動手段の回転数を設定する回転数制御手段であって、上記回転数測定手段により測定された回転数に基づいて、帰還制御を行なう回転数制御手段を有し、上記駆動手段は、該回転数制御手段の制御に基づき、回転数を制御しながら上記回転軸を駆動させることを特徴とする。よって、回転数を維持しながら測定を行なうことができ、精密な測定を行なうことが可能となる。
【０００９】
また、第３には、上記第１又は第２の構成において、上記測定装置は、トルクの値と回転数とから軸入力の値を算出するとともに、電力の値と軸入力の値とから変換効率の値を算出し、上記記憶テーブルには、複数の回転数ごとに、測定及び算出データが記憶され、該測定及び算出データは、複数の抵抗値ごとに、トルクの値と、電圧の値と、電流の値と、電力の値と、該軸入力の値と、該変換効率の値の各データから構成されることを特徴とする。
【００１０】
よって、記憶テーブルには、複数の回転数ごとに、複数の抵抗値について、トルクの値と、電圧の値と、電流の値と、電力の値と、該軸入力の値と、該変換効率の値の各データが記憶されるので、これらの値に基づいて各種解析に利用することが可能となる。
【００１１】
また、第４には、上記第１から第３までのいずれかの構成において、上記記憶テーブルには、さらに、各抵抗値ごとに、電流と電圧の位相差のデータ又は該位相差に基づく力率のデータが記憶されることを特徴とする。
【００１２】
また、第５には、上記第１から第４までのいずれかの構成において、上記測定装置が、さらに、発電機に取り付けられた温度測定手段と、発電機の試験中における周囲環境の温度を測定する周囲温度測定手段と、発電機の試験中における周囲環境の湿度を測定する周囲湿度測定手段と、発電機の試験中における周囲環境の気圧を測定する周囲気圧測定手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
よって、上記の温度や湿度や気圧を測定することができ、熱損、機械損等の算出や、経時的な温度変化等の計測も可能となる。
【００１４】
また、第６には、上記第１から第５までのいずれかの構成において、上記測定用回路には、発電機からの出力が交流出力である場合に、交流出力を直流出力に変換するための変換手段が設けられ、該測定用回路における変換手段よりも発電機側に上記電流測定手段と電圧測定手段が設けられているとともに、該測定用回路における変換手段よりも発電機側とは反対側にも、上記電流測定手段と電圧測定手段が設けられていることを特徴とする。このような構成とすることにより、該変換手段自身も電力を多少消費することから、つまり、整流損が存在することから、発電機の真の出力と、整流損を明らかにすることができる。
【００１５】
また、第７には、上記第１から第６までのいずれかの構成において、上記測定装置が、さらに、上記試験体の回転軸の軸心と、上記駆動手段の回転軸の軸心とを一致させるために、上記試験体の上記駆動手段に対する相対的な位置を調整するための調整手段を有することを特徴とする。よって、試験体の回転軸と駆動手段の回転軸とを容易に一致させることが可能となる。
【００１６】
また、第８には、回転軸を持つ回転機構を備えた試験体の特性を解析するための試験体特性解析装置であって、上記第１から第７までのいずれかの構成の測定装置と、記憶テーブルに記憶された各データに基づいて解析を行なう解析手段と、を有することを特徴とする。
【００１７】
これにより、定格値以外の発電機の特性を把握することができ、解析結果を利用して、新たな発電機の開発及び研究に利用することが可能となる。
【００１８】
また、第９には、回転軸を持つ回転機構を備えた試験体としての発電機の特性を解析するための試験体特性解析装置であって、発電機の各回転数において、抵抗値ごとに、トルクの値と、電流の値と、電圧の値についての各データを記憶する記憶テーブルを有する記憶手段であって、発電機に、発電機の回転軸を回転駆動させる駆動手段を接続するとともに、該発電機の電力の出力端に、所定の抵抗値に設定可能な抵抗を有する測定用回路を接続させた状態で、該駆動手段により発電機の回転軸を回転駆動させて、各回転数において、抵抗値ごとに、発電機と駆動手段との間に発生するトルクの値と、該測定用回路を流れる電流の値と、該測定用回路に印加されている電圧の値とを測定した値についてのデータを記憶する記憶テーブルを有する記憶手段と、該記憶テーブルに記憶された各データに基づいて解析を行なう解析手段と、を有することを特徴とする。
【００１９】
これにより、定格値以外の発電機の特性を把握することができ、解析結果を利用して、新たな発電機の開発及び研究に利用することが可能となる。
【００２０】
また、第１０には、上記第８又は第９の構成において、上記解析手段が、トルクの値と、回転数とから、軸入力を算出し、電圧の値と、該軸入力の値との関係を、各回転数ごとに算出することを特徴とする。
【００２１】
また、第１１には、上記第８から第１０までのいずれかの構成において、上記解析手段が、電力の値を軸入力の値により除算することにより変換効率の値を算出し、電圧の値と、該変換効率の値との関係を、各回転数ごとに算出することを特徴とする。
【００２２】
また、第１２には、上記第８から第１１までのいずれかの構成において、上記解析手段が、回転数と電力の値との関係及び／又は回転数と軸入力の値との関係を算出することを特徴とする。
【００２３】
また、第１３には、上記第８から第１２までのいずれかの構成において、上記解析手段が、回転数と、変換効率であって所定の電力時の変換効率の値との関係を算出することを特徴とする。
【００２４】
また、第１４には、上記第８から第１３までのいずれかの構成において、上記解析手段が、回転数と、トルクであって所定の電力時のトルクの値との関係を算出することを特徴とする。
【００２５】
また、第１５には、上記第８から第１４までのいずれかの構成において、上記解析手段が、記憶テーブルに記憶されたデータに基づいて、回転数と電力の値との関係を示すデータを算出し、該回転数と電力の値との関係を示すデータと、予め求められているデータであって、風速の値と電力の値との関係を示すデータと、に基づいて、風速の値と回転数との関係を算出することを特徴とする。
【００２６】
これにより、回転数との関係が得られている種々の特性を、風速との関係に置き換えることができ、発電機の特性を明らかにするのに大きな指標とすることができる。
【００２７】
また、第１６には、上記第１５の構成において、上記解析手段が、回転数と、トルクであって最大電力時のトルクの値との関係を算出するとともに、上記風速の値と回転数との関係から、風速の値とトルクの値との関係を算出し、該風速の値と回転数との関係と、該風速の値とトルクの値との関係とから、風速の値と軸入力の値との関係を算出することを特徴とする。
【００２８】
また、第１７には、上記第１５の構成において、上記解析手段が、回転数と、変換効率であって所定の電力時の変換効率の値との関係である変換効率特性を算出するとともに、風速の値と回転数との関係と、該変換効率特性とから、風速の値と変換効率の値との関係を算出することを特徴とする。なお、上記所定の電力時の変換効率としては、例えば、最大電力時の変換効率とする。
【００２９】
これにより、風速と変換効率との関係を明らかにすることができ、発電機についての重要な特性を明らかにすることが可能となる。
【００３０】
また、第１８には、上記第１７の構成において、上記解析手段が、発電機に取り付けられるブレードの直径に基づいて各風速における風力パワーの値を算出することにより風速の値と風力パワーの値との関係を示すデータを算出し、該風速の値と風力パワーの値との関係を示すデータと、予め求められているデータであって、風速の値と電力の値との関係を示すデータと、に基づいて、該電力の値を該風力パワーの値により除算してパワー係数を算出することにより、風速の値とパワー係数との関係を算出し、算出された風速の値とパワー係数との関係と、上記風速の値と変換効率の値との関係とから、変換効率の値をパワー係数により除算することにより、他の変換効率を算出し、風速の値と該他の変換効率の値との関係を算出することを特徴とする。
【００３１】
これにより、上記第１７の構成において算出される変換効率が発電機側の変換効率であるのに対して、本発明において算出される変換効率はロータ（風力発電機では、風車側）の変換効率であり、このように変換効率を発電機側とロータ側とに分離して求めることができるようになったことにより、発電機とこれを含む全体のシステムの設計等に大きく貢献させることが可能となる。
【００３２】
また、第１９には、上記第１５の構成において、上記解析手段が、回転数と、変換効率であって所定の抵抗値における変換効率の値との関係である変換効率特性を算出するとともに、風速の値と回転数との関係と、該変換効率特性とから、風速の値と変換効率の値との関係を算出することを特徴とする。
【００３３】
これにより、抵抗値を固定した場合についても、風速と変換効率との関係を明らかにすることができ、発電機についての重要な特性を明らかにすることが可能となる。
【００３４】
また、第２０には、上記第１９の構成において、上記解析手段が、発電機に取り付けられるブレードの直径に基づいて各風速における風力パワーの値を算出することにより風速の値と風力パワーの値との関係を示すデータを算出し、該風速の値と風力パワーの値との関係を示すデータと、予め求められているデータであって、風速の値と電力の値との関係を示すデータと、に基づいて、該電力の値を該風力パワーの値により除算してパワー係数を算出することにより、風速の値とパワー係数との関係を算出し、算出された風速の値とパワー係数との関係と、上記風速の値と変換効率の値との関係とから、変換効率の値をパワー係数により除算することにより、他の変換効率を算出し、風速の値と該他の変換効率の値との関係を算出することを特徴とする。
【００３５】
これにより、抵抗値を固定した場合についても、該他の変換効率を算出することができ、上記第１９の構成において算出される変換効率が発電機側の変換効率であるのに対して、本発明において算出される変換効率はロータ（風力発電機では、風車側）の変換効率であり、このように変換効率を発電機側とロータ側とに分離して求めることができるようになったことにより、発電機を全体のシステムの設計等に大きく貢献させることが可能となる。
【００３６】
また、第２１には、上記第１３又は第１４又は第１６又は第１７又は第１８の構成において、上記「所定の電力時」における所定の電力が、最大電力であることを特徴とする。
【００３７】
また、第２２には、上記第８から第２１までのいずれかの構成において、上記試験体特性解析装置が、さらに、上記解析手段による解析結果を表示する表示手段を有することを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態としての実施例を図面を利用して説明する。本発明に基づく測定装置（「計測装置」、「発電機特性計測装置」としてもよい）Ａは、試験体としての発電機の特性を測定、計測するための装置であり、図１に示されるように、駆動モータ（駆動手段）１０と、駆動回路（回転数制御手段）１２と、回転計（回転数測定手段）１４と、インターフェース１６と、トルク変換器（トルク測定手段）２０と、アンプ２２と、電流検出器（電流測定手段）３０と、アンプ３２と、電圧検出器（電圧測定手段）４０と、アンプ４２と、温度検出器（温度測定手段）５０と、アンプ５２と、温度検出器（周囲温度測定手段）６０と、アンプ６２と、湿度検出器（周囲湿度測定手段）７０と、アンプ７２と、気圧検出器（周囲気圧測定手段）８０と、アンプ８２と、Ａ／Ｄ変換器９０と、外部可変負荷装置１０２と、Ｄ／Ａ変換器１０４と、励磁用電源１１０と、入力部２００と、記憶部（記憶手段）２１０と、出力部２４０と、ＣＰＵ２５０とを有している。なお、この測定装置Ａは、上記試験体特性解析装置としても機能する。
【００３９】
また、この測定装置Ａは、図２に示すように、試験体としての発電機Ｂの出力端に接続された測定用回路Ａ１を有していて、この測定用回路Ａ１には、全波整流ブリッジ（変換手段）（以下「整流ブリッジ」、「ブリッジ」という場合もある）１００や、上記電流検出器３０や、上記電圧検出器４０や、上記外部可変負荷装置１０２が設けられている。なお、図２に示す測定用回路Ａ１が発電機Ｂに接続されるのは、発電機が交流機で交流電力を出力する場合であり、発電機Ｂが直流機の場合には、図２における全波整流ブリッジ１００よりも右側（つまり、後段）の構成が発電機に接続されることになる。なお、発電機が交流機でも内部に整流ブリッジが取り付けられていて、直流電力を出力する場合には、当然図２における全波整流ブリッジ１００よりも右側の構成が発電機に接続されることになる。なお、発電機が交流機で内部に整流ブリッジが取り付けられている場合でも、その整流ブリッジを取り外せる場合には、図２全体に示す構成の測定用回路を接続することもできる。
【００４０】
ここで、上記駆動モータ１０は回転出力軸を有していて、トルク変換器２０を介して、発電機Ｂに接続されている。つまり、図４に示すように、該駆動モータ１０の回転出力軸は、接続部１５０を介してトルク変換器２０に接続され、トルク変換器２０は、接続部１５２を介して発電機Ｂの回転軸に接続されている。これにより、駆動モータ１０が駆動して回転されると、発電機Ｂの回転軸も回転するようになっている。なお、試験体としての発電機Ｂは、例えば、発電機を風力発電機とした場合に、図５（ａ）に示す状態の発電機の回転軸からブレード等を外して、発電機Ｂの回転軸にトルク変換器２０を接続できるようにしたものである（図５（ｂ）参照）。
【００４１】
また、駆動回路１２は、駆動モータ１０を駆動するための回路であり、駆動モータ１０をインバータ制御により駆動制御している。つまり、回転計１４により検出される回転数を監視しながら、フィードバック制御を行っている。また、回転計１４は、発電機Ｂの回転数を検出するためのもので、発電機Ｂに取り付けられている。この回転計１４は、例えば、ロータリーエンコーダにより構成される。なお、回転計１４を駆動モータ１０に取り付けるようにしてもよい。
【００４２】
また、電流検出器３０は、発電機Ｂから出力される電流の値を検出するための電流センサであり、図２に示すように、測定用回路Ａ１の途中に取り付けられている。この電流検出器３０は、例えば、ＤＣＣＴセンサにより構成される。また、電圧検出部４０は、発電機Ｂから出力される電圧の値を検出するための電圧センサであり、図２に示すように、測定用回路Ａ１に並列に設けられた抵抗から構成されていて、分圧抵抗の電圧信号をアンプ４２を介してＡ／Ｄ変換器９０に送るように構成されている。
【００４３】
また、温度検出器５０は、発電機Ｂ内の温度を検出するものであり、発電機Ｂの筐体内に取り付けられる。また、温度検出器６０は、発電機Ｂの周囲の温度を検出するものであり、発電機Ｂの外部に設けられる。また、湿度検出器７０は、発電機Ｂの周囲の湿度を検出するものであり、発電機Ｂの外部に設けられる。また、気圧検出器８０についても、発電機の周囲の気圧を検出するものであり、発電機Ｂの外部に設けられる。
【００４４】
また、全波整流ブリッジ１００は、発電機Ｂの出力端子からは交流（三相）の状態で電力が出力されるが、これを直流の状態に変換するものである。なお、図２において、発電機の出力は三相であるとして説明したが、これには限られず、ｎ相（ｎは整数）としてもよい。
【００４５】
また、外部可変負荷装置１０２は、可変抵抗器であり、Ｄ／Ａ変換器１０４を介してＣＰＵ２５０から出力される制御信号に基づいて、所定の抵抗値に設定することが可能である。なお、この外部可変負荷装置１０２は、図３に示すように、手動式の可変抵抗器としてもよい。この場合、外部可変負荷装置１０２は、上記第２設定手段としての機能をも有することになる。
【００４６】
また、励磁用電源１１０は、発電機Ｂにおいて、永久磁石を界磁として用いるのではなく、励磁電力を流して界磁させる、いわゆる他励式の場合に、その励磁用の電源となるものである。また、測定装置Ａには、このように試験体となる発電機が他励式の場合に備えて、励磁電流、励磁電圧、励磁電力を測定し、記録する手段を備えている。
【００４７】
また、入力部２００は、各種情報を入力するための入力装置であり、具体的には、キーボードやマウス等により構成される。また、記憶部２１０は、情報を記憶するための記憶装置であり、プログラム格納部２２０と、データ格納部２３０とを有している。このプログラム格納部２２０は、測定装置Ａを動作させるためのプログラムを格納しており、例えば、発電機Ｂについての各種測定値を測定するためのプログラムである測定用プログラムや、測定された測定値を解析するためのプログラムである解析用プログラムが格納されている。ここで、測定用プログラムは、図７に示すフローチャートに示すように測定装置Ａの各部の動作を制御するためのプログラムである。また、該解析用プログラムは、測定された測定値に基づいて、各種解析結果を算出して出力するためのプログラムである。詳しくは後述する。解析用プログラム及びこれに従い動作するＣＰＵ２５０は、上記解析手段として機能する。
【００４８】
また、データ格納部２３０は、各種データを格納するためのもので、特に、図６に示すような記憶テーブルＫＴを有している。この記憶テーブルＫＴは、各回転数において、各抵抗値ごとの、各種測定値を記憶するものである。つまり、記憶テーブルＫＴは、回転数ごとに個別記憶テーブルＫＴ１〜ＫＴｎを有し、各個別記憶テーブルは、各抵抗値ごとに、各種測定値を記憶している。この各種測定値としては、トルク、電圧、電流、電力、軸入力、変換効率が設けられている。ここで、トルク、電圧、電流については、測定装置Ａにおいて実際に測定された値が格納され、電力、軸入力、変換効率については、上記各測定された値に基づいて算出したものである。なお、算出の方法については後述する。なお、抵抗の値についても、測定された電圧と電流の値から算出したものがこの記憶テーブルＫＴには記憶される。
【００４９】
また、出力部２４０は、各種情報を出力するための装置であり、表示部（表示手段）２４２や印刷部２４４等により構成される。表示部２４２は、各種情報を画面上に表示させる装置であり、ＣＲＴやＬＣＤ等により構成される。また、印刷部２４４は、プリンタ等により構成され、表示部２４２に表示されたデータを印刷する等に用いられる。
【００５０】
また、ＣＰＵ２５０は、測定装置Ａを構成する各部の動作を制御するものであり、制御装置、演算装置、主記憶装置としての機能する。
【００５１】
また、測定装置Ａには、図４に示すように、試験体としての発電機Ｂを載置するための荷台Ａ２が設けられていて、この荷台Ａ２は、上下に移動可能となっていて、発電機Ｂを上下に移動できるようになっている。これにより、発電機Ｂの回転軸とトルク変換器２０の回転軸とを一致させるのが容易となり、試験体としての発電機Ｂの大きさに関わらず、測定を行なうことができる。この荷台Ａ２は、上記調整手段として機能する。
【００５２】
次に、上記構成の測定装置Ａの動作について説明する。まず、測定装置Ａによる測定動作について説明する。測定装置Ａに、試験体としての発電機Ｂを接続する。つまり、発電機Ｂの回転軸をトルク変換器２０に接続し、また、発電機Ｂの出力端子に図２に示す測定用回路Ａ１を接続する。また、発電機Ｂの内部温度を測定するための温度検出部５０を発電機Ｂの内部に設置する。
【００５３】
以上のように、発電機Ｂの接続が完了したら、測定を開始する。測定においては、各回転数ごとに、抵抗値を変化させながら、トルクと、電流と、電圧の各値を測定していく。この測定における動作については、基本的には、上記測定用プログラムとこれに従い動作するＣＰＵ２５０が制御を行なう。その意味では、上記測定用プログラムとこれに従い動作するＣＰＵ２５０は、少なくとも上記第１設定手段及び第２設定手段として機能するといえる。
【００５４】
図７に示すフローチャートを用いてさらに詳細に説明すると、まず、回転数を初期値に設定する（Ｓ１０）。この回転数の設定は、第１設定手段としてのＣＰＵ２５０からの制御信号に基づいて、駆動回路１２が駆動モータ１０の回転数を制御する。この初期値としては、例えば、２００ｒｐｍとする。
【００５５】
次に、抵抗を初期値に設定する（Ｓ１１）。つまり、外部可変負荷装置１０２の抵抗値を初期値に設定する。例えば、初期値としては、０オーム、つまり、短絡状態とする。
【００５６】
そして、トルクと電流と電圧について測定を行なう（Ｓ１２）。つまり、トルク変換器２０は、トルクの値を検出し、アンプ２２、Ａ／Ｄ変換器９０を介してＣＰＵ２５０に送るとともに、電流検出器３０は、電流の値を検出し、アンプ３２、Ａ／Ｄ変換器９０を介してＣＰＵ２５０に送り、さらに、電圧検出器４０は、電圧の値を検出し、アンプ４２、Ａ／Ｄ変換器９０を介してＣＰＵ２５０に送る。ＣＰＵ２５０は、送られた各測定値のデータをデータ格納部２３０における記憶テーブルＫＴに書き込んで記憶させる。つまり、この場合、ＣＰＵ２５０とＣＰＵ２５０の書込み動作を行なうプログラムとが、上記書込み手段として機能する。また、記憶テーブルＫＴへの書込みは、自動的に行なうようにしてもよいし、一部手動操作を含むようにしてもよい。
【００５７】
そして、その抵抗値における測定が完了したら、抵抗値についてのカウンタのカウントアップを行なう。つまり、プログラム格納部２２０には、抵抗値についての測定回数をカウントするためのカウンタプログラムが設けられていて、ＣＰＵ２５０はそのプログラムに従い、カウンタの値Ｘを１加算する。つまり、Ｘ→Ｘ＋１とする。
【００５８】
そして、該抵抗値についてのカウンタのカウントが終了したか否かを判定する（Ｓ１４）。つまり、抵抗値についての総カウント数をｓとした場合に、カウンタの値Ｘがｓとなったか否かを判定する。
【００５９】
そして、カウントが終了していない場合には、抵抗値を変化させる（Ｓ１５）。つまり、外部可変負荷装置１０２の抵抗値を次の値に設定する。例えば、外部可変負荷装置１０２の抵抗値を前回の値から所定数加算した値とする。
【００６０】
そして、回転数のチェックを行なう（Ｓ１６）。つまり、回転計１４からの回転数のデータを読み出し、設定した回転数と比較する。そして、設定した回転数とのずれが生じたか否かを判定して（Ｓ１７）、ずれがある場合には、回転数を再設定する（Ｓ１８）。つまり、ＣＰＵ２５０により、回転数のずれがあると判定された場合には、設定した回転数と測定された回転数その差分の値のデータを駆動回路１２に送る。駆動回路１２はその差分の値のデータに従って、駆動モータ１０の回転数を設定した回転数となるように制御する。このようにして、回転数を維持している。
【００６１】
ステップＳ１７及びステップＳ１８において回転数の制御が行われたら、再びステップＳ１２に戻って、その抵抗値における測定を行なう。つまり、ステップＳ１７においてＮＯの場合とステップＳ１８の処理が完了した場合には、ステップＳ１２に戻る。なお、回転数のチェックは抵抗値を変化させるたびに行なうものとしたが、常時抵抗値のチェックを行なうようにしてもよい。
【００６２】
以上のようにステップＳ１２からステップＳ１８までの処理を繰り返していき、抵抗値について所定回数の測定が完了した場合（ステップＳ１４、ＹＥＳ）には、その回転数についての測定が完了したとして、ステップＳ１９に移行する。なお、実際には、ある回転数についての一連の測定においては、ある抵抗値についての測定は複数回行い、その平均値を算出して記憶テーブルＫＴに記憶させるようにすることが好ましい。
【００６３】
ステップＳ１９においては、回転数についてのカウンタをカウントアップする。つまり、プログラム格納部２２０には、回転数についての測定回数をカウントするためのカウンタプログラムが設けられていて、ＣＰＵ２５０はそのプログラムに従い、カウンタの値Ｙを１加算する。つまり、Ｙ→Ｙ＋１とする。
【００６４】
そして、該回転数についてのカウンタのカウントが終了したか否かを判定する（Ｓ２０）。つまり、回転数についての総カウント数をｔとした場合に、カウンタの値Ｙがｔとなったか否かを判定する。
【００６５】
そして、カウントが終了していない場合には、次の回転数に設定する（Ｓ２１）。例えば、２００ｒｐｍの次の回転数としては、例えば、４００ｒｐｍとする。そして、ステップＳ１１に戻り、上記と同様に、各抵抗値について測定を行っていく。
【００６６】
そして、ステップＳ２０においてカウントが終了した場合、つまり、測定すべき回転数についての測定が終了した場合には、処理を終了する。測定すべき回転数としては、例えば、２００ｒｐｍ、４００ｒｐｍ、６００ｒｐｍ、８００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍとする。
【００６７】
以上のようにして、測定が終了すると、記憶テーブルＫＴ（図６参照）には、各個別記憶テーブルＫＴ１等には、各抵抗値ごとに、トルクと電圧と電流の値が記憶されていることになる。
【００６８】
なお、上記の測定において、設定される回転数としては、低速回転から高速回転まで任意の回転数に設定してよいが、当然、データの精度を上げるために、測定刻みは細かいほどよく、測定回数も多いほどよい。また、変化させる抵抗、つまり、負荷の値についても、当然、変化幅は細かいほど測定精度を上げることができる。
【００６９】
また、回転数の設定や抵抗値の設定は、プログラムに従い自動的に変化させながら設定してもよく、また、入力部２００からの操作により行ってもよい。その場合、設定を行なうためのプログラムやＣＰＵ２５０は、上記第１設定手段や第２設定手段として機能する。また、抵抗値の設定に際して、外部可変負荷装置１０２が図３に示す構成の場合には、基本的には、手動で抵抗値の設定を行なうことになる。また、回転数の設定については、駆動回路１２を直接マニュアルで操作することにより行えることも可能とする。つまり、上記請求項２における第１設定手段や第２設定手段は少なくとも一部手動操作によるものでもよい。
【００７０】
なお、測定装置Ａには、温度検出器５０、６０、湿度検出器７０、気圧検出器８０が設けられているので、電流や電圧を測定するごとに、発電機内の温度や、周囲環境温度や、周囲環境湿度や、周囲環境気圧を測定して、記憶テーブルＫＴに記憶させていくようにしてもよい。このように、発電機内の温度と周囲環境温度の測定を行なうことにより、熱損、機械損等の算出、経時的な温度変化の計測も可能となる。
【００７１】
次に、記憶テーブルＫＴに記憶されたデータに基づいて、電力と軸入力と変換効率についての算出を行ない、記憶テーブルＫＴに書き込みを行なう。つまり、プログラム格納部２２０には、それらを算出するためのプログラムが格納されていて、ＣＰＵ２５０はそのプログラムに従って算出を行なう。つまり具体的には、トルクの値をＮ、電圧の値をＶ、電流の値をＩとした場合に、電力ＰＡ（Ｗ）については、ＰＡ＝Ｖ×Ｉにより算出され、また、軸入力ＰＢ（Ｗ）については、回転数をｎとした場合に、ＰＢ＝２π×ｎ×Ｎ／６０により算出される。つまり、２π×ｎ×Ｎを６０で除算したものである。また、変換効率（％）については、電力ＰＡ／軸入力ＰＢ、つまり、電力を軸入力により除算することにより算出される。
【００７２】
なお、記憶テーブルＫＴに格納する抵抗値については、抵抗値が既知であればその抵抗値をデータとして記憶しておいてもよいが、測定された電圧と電流に従って計算を行った結果を記憶させてもよい。つまり、抵抗をＲとした場合に、Ｒ＝Ｖ／Ｉにより計算された値を抵抗値として記憶させておく。
【００７３】
なお、上記ステップＳ１２の測定に際しては、さらに、電流と電圧の位相差を測定して、該位相差の情報を記憶テーブルＫＴに記憶させるようにしてもよい。つまり、図８に示すように、発電機Ｂから出力される電圧及び電流は交流の形で出力されるが、電流と電圧の位相がずれている場合がある。この位相差を測定して記憶テーブルＫＴに記憶させるものである。具体的には、交流から直流に変換されるために、図８の直流に示すような波形となるので、図８に示す位相差の情報を記憶させることになる。また、該位相差に基づく力率を計算して、力率のデータを記憶させるようにしてもよい。この場合、位相差をθとした場合には、力率はｃｏｓθとなる。
【００７４】
さらに、電流と電圧の波形から、周期の時間を計測することで、回転計以外での回転数の検出にも利用できるようにしてもよい。つまり、出力の相数ｎ（但し、単相であればｎ＝２とする）が既知であれば、あるひとつの波形のピークからｎ個目の波形のピークまでの時間ｔ（ｓｅｃ）を計測すると、このｔは１周期の時間であり、ｔの逆数は周波数ｆ（Ｈｚ）である、発電機の極数ｐが既知であれば（f×（３６０°／ｎ））/ｐ＝回転速度（ｒｐｍ）の関係があり、試験体となる発電機が直流機以外には適応が可能である。
【００７５】
次に、測定装置Ａによる解析動作について説明する。つまり、測定対象の発電機における測定結果に基づいて以下に説明するような各種解析を行なうことができる。
【００７６】
まず、出力電圧対出力電流特性について説明する。これは、各回転数ごとに電圧と電流との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示する（図９参照）。つまり、記憶テーブルＫＴには、各抵抗値における電圧と電流の値が記憶されているので、これを各回転数ごとにグラフ化する。グラフ化に当たっては、図９に示すように、横軸を出力電圧、縦軸を出力電流とし、各回転数ごとに取得したデータと近似曲線を表示させる。つまり、近似曲線を示す特性式を算出し、該特性式に基づくデータを描画する。なお、この特性式自体、つまり、近似曲線を表す式自体についても表示できるようにするのが好ましい。出力電圧対出力電流特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。
【００７７】
次に、出力電圧対出力電力特性について説明する。これは、各回転数ごとに電圧と電力との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示する（図１０参照）。つまり、記憶テーブルＫＴには、各抵抗値における電圧と電力の値が記憶されているので、これを各回転数ごとにグラフ化する。グラフ化に当たっては、図１０に示すように、横軸を出力電圧、縦軸を出力電力とし、各回転数ごとに取得したデータと近似曲線を表示させる。なお、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。出力電圧対出力電力特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。
【００７８】
次に、出力電圧対静止トルク特性について説明する。これは、各回転数ごとに電圧とトルクとの関係をグラフ化して表示部２４２等に表示する（図１１参照）。つまり、記憶テーブルＫＴには、各抵抗値における電圧とトルクの値が記憶されているので、これを各回転数ごとにグラフ化する。グラフ化に当たっては、図１１に示すように、横軸を出力電圧、縦軸をトルクとし、各回転数ごとに取得したデータと近似曲線を表示させる。なお、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。出力電圧対静止トルク特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。
【００７９】
次に、出力電圧対入出力特性について説明する。これは、電圧と入出力との関係を表示するもので、具体的には、各回転数ごとに電圧と軸入力の関係をグラフ化して表示部２４２等に表示するとともに、電圧と電力との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示させる（図１２参照）。つまり、記憶テーブルＫＴには、各抵抗値における電圧と軸入力の値が記憶されているので、これを各回転数ごとにグラフ化するとともに、電圧と電力との関係についても、各回転数ごとにグラフ化する。なお、電圧と電力との関係は、図１０の場合と同様である。グラフ化に当たっては、図１２に示すように、横軸を出力電圧、縦軸を軸入力及び電力とし、各回転数ごとに取得したデータと近似曲線を表示させる。図１２において、波線は、電圧と軸入力との関係を示し、実線は、電圧と電力との関係を示す。なお、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。この場合、出力電圧対入出力特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。
【００８０】
次に、出力電圧対変換効率特性について説明する。これは、各回転数ごとに電圧と変換効率の関係をグラフ化して表示部２４２等に表示する（図１３参照）。つまり、記憶テーブルＫＴには、各抵抗値における電圧と変換効率の値が記憶されているので、これを各回転数ごとにグラフ化する。グラフ化に当たっては、図１３に示すように、横軸を出力電圧、縦軸を変換効率とし、各回転数ごとに取得したデータと近似曲線を表示させる。なお、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。この場合、出力電圧対変換効率特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。
【００８１】
次に、回転数対入出力特性について説明する。これは、回転数と入出力との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示するもので、具体的には、回転数と電力との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示するとともに、回転数と軸入力との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示させる（図１４参照）。ここで、電力とは、その回転数においての最大電力を意味する。つまり、記憶テーブルＫＴから、各回転数において最大電力の値を検出し、これを各回転数と最大電力との関係としてグラフ化するとともに、記憶テーブルＫＴから、各回転数において最大電力の場合の軸入力の値を検出し、これを各回転数と軸入力との関係としてグラフ化して表示するものである。グラフ化に当たっては、図１４に示すように、横軸を回転数、縦軸を軸入力及び電力とする。なお、最大電力の検出や最大電力時の軸入力の検出に際しては、単に記憶テーブルＫＴから電力が最大のものを検出するのみならず、近似曲線から算出するようにしてもよい。つまり、最大電力の検出は、図１０や図１２に示す近似曲線から検出し、最大電力時の軸入力の検出は、図１２に示す近似曲線から検出する。
【００８２】
図１４において、実線、白丸（○）で「最大電力」と示すものは、上記のような回転数と最大電力との関係を示すもので、また、波線、白丸（○）で「最大電力時の軸入力」と示すものは、上記のような回転数と軸入力との関係を示すものである。
【００８３】
また、「バッテリー供給時」及び「バッテリー供給時の軸入力」とあるものは、２４Ｖの未充電状態のバッテリーを発電機Ｂに接続して給電した場合を示していて、そのように、２４Ｖの未充電状態のバッテリーを発電機Ｂに接続した状態で、上記図７に示す測定を行って得た結果に従い、表示したものである。つまり、図１４において、実線、黒丸（●）で「バッテリー供給時」と示すものは、そのようにバッテリーを接続した状態での測定結果に基づき、回転数と最大電力との関係を示すもので、波線、黒丸（●）で「バッテリー供給時の軸入力」と示すものは、そのようにバッテリーを接続した状態での測定結果に基づき、回転数と最大電力時における軸入力との関係を示すものである。
【００８４】
なお、回転数と電力との関係、回転数と軸入力との関係を示す近似曲線を表示するようにしてもよく、また、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。この場合、回転数対入出力特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。また、図１４に示す例（最大電力時）以外に、所定の抵抗値における電力及び軸入力を表示するようにしてもよい。つまり、電力及び軸入力を前述と同様な操作と後述する図１７（外部負荷特性）を活用し、回転数対入出力特性のグラフ化を行う、つまり、回転数と所定の抵抗値における電力及び軸入力の関係をグラフ化することも可能であり、前述の近似曲線表示、その特性式自体の表示、否表示が可能である。
【００８５】
次に、回転に対する変換効率特性について説明する。これは、回転数と変換効率との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示するもので（図１５参照）、この変換効率とは、各回転数において、最大電力時のものである。つまり、記憶テーブルＫＴから、各回転数において最大電力の値を検出し、最大電力時の変換効率をさらに検出して、各回転数と変換効率との関係としてグラフ化して表示するものである。グラフ化に当たっては、図１５に示すように、横軸を回転数、縦軸を変換効率とする。なお、最大電力時の変換効率の検出に際しては、単に記憶テーブルＫＴから最大電力時の変換効率を検出するのみならず、近似曲線から算出するようにしてもよい。例えば、図１０等から最大電力時の電圧を検出し、その電圧における変換効率を図１３から検出することができる。
【００８６】
図１５において、白丸（○）で「最大電力時」と示すものは、上記のような回転数と最大電力時の変換効率との関係を示すものである。
【００８７】
また、黒丸（●）で「バッテリー供給時」とあるものは、上記図１４の場合と同様に、２４Ｖの未充電状態のバッテリーを発電機Ｂに接続して給電した場合を示している。
【００８８】
なお、回転数と変換効率との関係を示す近似曲線を表示するようにしてもよく、また、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。この場合、回転数対変換効率特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。また、図１５に示す例（最大電力時）以外に、所定の抵抗値における変換効率を表示するようにしてもよい。つまり、電力及び軸入力を前述と同様な操作と後述する図１７（外部負荷特性）を活用し、回転に対する変換効率特性のグラフ化を行う、つまり、回転数と、所定の抵抗値における変換効率との関係をグラフ化することも可能であり、前述の近似曲線表示、その特性式自体の表示、否表示が可能である。
【００８９】
次に、回転に対する駆動トルク特性について説明する。これは、回転数と駆動トルクとの関係をグラフ化して表示部２４２等に表示するもので（図１６参照）、この駆動トルクとは、各回転数において、最大電力時のトルクを示すものである。つまり、記憶テーブルＫＴから、各回転数において最大電力の値を検出し、最大電力時のトルクの値をさらに検出して、各回転数とトルクとの関係としてグラフ化して表示するものである。グラフ化に当たっては、図１６に示すように、横軸を回転数、縦軸を駆動トルクとする。なお、最大電力時のトルクの検出に際しては、単に記憶テーブルＫＴから最大電力時のトルクを検出するのみならず、近似曲線から抽出するようにしてもよい。例えば、図１０等から最大電力時の電圧を検出し、その電圧におけるトルクを図１１から検出することが考えられる。
【００９０】
図１６において、白丸（○）で「最大電力時」と示すものは、上記のような回転数と最大電力時のトルクとの関係を示すものである。
【００９１】
また、黒丸（●）で「バッテリー供給時」とあるものは、上記図１４の場合と同様に、２４Ｖの未充電状態のバッテリーを発電機Ｂに接続して給電した場合を示している。
【００９２】
なお、回転数とトルクとの関係を示す近似曲線を表示するようにしてもよく、また、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。この場合、回転数対変換効率特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。また、図１６に示す例（最大電力時）以外に、所定の抵抗値におけるトルクを表示させるようにしてもよい。つまり、電力及びトルクを前述と同様な操作と後述する図１７（外部負荷特性）を活用し、回転に対する駆動トルク特性のグラフ化を行う、つまり、回転数と所定の抵抗値におけるトルクの値との関係をグラフ化することも可能であり、前述の近似曲線表示、その特性式自体の表示、否表示が可能である。
【００９３】
次に、外部負荷特性について説明する。これは、各回転数ごとに抵抗値と電力との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示するものである（図１７参照）。つまり、記憶テーブルＫＴには、回転数ごとに、各抵抗値における電力の値が記憶されているので、これを各回転数ごとにグラフ化する。グラフ化に当たっては、図１７に示すように、横軸を抵抗値、縦軸を出力電力とし、各回転数ごとに近似曲線を表示させる。なお、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。出力電圧対出力電力特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。
【００９４】
なお、上記の各特性は、ユーザが入力部２００において操作をすることによって、所望の特性が表示部２４２等に表示されるようになっている。例えば、出力電圧対出力電流特性を表示しようとした場合には、該特性を表示するための操作をユーザが行なうことにより、該特性が算出され、表示部２４２等に表示される。
【００９５】
次に、さらに発展的な解析について説明する。メーカーは、発電機の特性の１つとして、図１８の「メーカー公表値」に示すように、風速と発電出力との関係を公表している。ここで、図１８における発電出力が最大電力を示していると仮定した場合に、この図１８に示す風速と発電出力との関係と、図１４に示す回転数と出力電力との関係（特に、回転数と最大電力との関係）とをつき合わせると、風速と回転数との関係を導き出すことができる。例えば、図１４において、１０００Ｗの時の回転数が８５０ｒｐｍであり、一方、図１８において、１０００Ｗの時の風速が１１ｍであるので、風速１１ｍの時に出力電力は１０００Ｗということになる。そのように複数の点をプロットしていくと、図１９の上段に示すように、風速と回転数との関係が得られる。
【００９６】
つまり、データ格納部２３０に、図１８の「メーカー公表値」に示すデータを格納しておき、これと上記のように得られた回転数と出力電力との関係とを用いて、ＣＰＵ２５０は、図１９（ａ）に示すような、風速と回転数の関係を算出して、表示を行なう。この場合、上記のような算出を行なうためのプログラムがプログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに基づいて動作することになる。
【００９７】
このように風速と回転数との関係が得られると、図１６に示す回転に対する駆動トルク特性をアレンジして、図１９（ｂ）に示す風速とトルクとの関係を算出することができる。つまり、ＣＰＵ２５０は、図１９（ａ）に示す風速と回転数の関係と、図１６に示す回転に対する駆動トルク特性を用いて、ＣＰＵ２５０は、図１９（ｂ）に示す風速とトルクとの関係を算出して、表示を行なう。この場合も、そのような算出を行なうためのプログラムがプログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに基づいて動作することになる。
【００９８】
また、上記ように、軸入力は２π×ｎ×Ｎ／６０で表されるので、図１９（ａ）には風速と回転数（つまり、ｎ）の関係が示され、図１９（ｂ）には風速とトルク（つまり、Ｎ）の関係が示されているので、図１９（ａ）と図１９（ｂ）により風速と軸入力との関係を算出できる。つまり、プログラム格納部２２０には、上記のような処理を行なうためのプログラムが格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従い図１９（ｃ）に示す風速と軸入力との関係を算出して表示する。なお、図１９（ｃ）において、「発電出力」と示された曲線はメーカー公称値を示したものである。以上のように、測定装置Ａは、図１９に示す特性を算出、表示する機能を有している。この場合も、ユーザが図１９に示す各特性を表示するための操作を行った場合に、該特性が算出されて、表示部２４２等に表示されることになる。この点は、図２０、図２１の特性を算出、表示する場合も同様である。
【００９９】
また、測定装置Ａは、図２０に示す特性を算出、表示する機能を有している。つまり、空気密度をρ、ブレードの直径をもとにした円の面積をＡ、風速をＶとした場合には、風力パワーＰ３（Ｗ）は、Ｐ＝１／２×ρ×Ａ×Ｖ３で表される（図２０参照）。ここで、ブレードの直径を２．７ｍとすると、Ａ＝１．３５×１．３５×π≒５．７５となり、ρを１．２０５とすると、Ｐ３＝１／２×ρ×Ａ×Ｖ３＝３．４４９×Ｖ３となる（図２０（ａ）参照）。つまり、風力パワーは、Ｖの３乗に３．４４９を乗じたものとなる。これをグラフ化すると、図２０（ａ）のようになる。つまり、上記のような手法により風速と風力パワーとの関係を算出するためのプログラム、つまり、少なくとも上記計算式を含んだプログラムがプログラム格納部２２０に格納されていて、ブレードの直径の値と空気密度のデータを入力することにより、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って、風速と風力パワーとの関係を算出して図２０（ａ）に示すように表示するのである。
【０１００】
また、メーカーの公称値としての風速と発電出力との関係（図２０（ｂ）参照）をデータ格納部２３０に入力しておくことにより、ＣＰＵ２５０は、図２０（ｃ）に示すように、風速と風力パワーとの関係及び風速と発電出力との関係を１つの縮尺内に表示する機能も有している。
【０１０１】
さらに、図２０（ａ）に示すような風力パワーをＰ１、図２０（ｂ）に示すような発電出力をＰ２とした場合には、パワー係数Ｃｐ＝Ｐ２／Ｐ１＝Ｐ２／（１／２×ρ×Ａ×Ｖ３）で示される。ＣＰＵ２５０は、この計算式に基づいて、図２０（ｄ）に示すような風速とパワー係数との関係を算出して表示する機能をも有している。つまり、上記のような手法により風速とパワー係数との関係を算出するためのプログラム、つまり、少なくとも上記計算式を含んだプログラムがプログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうのである。
【０１０２】
さらに、測定装置Ａは、図２１に示す特性を算出、表示する機能を有している。つまり、図１５に示す特性は、回転数と変換効率との関係であるが、図１９（ａ）に示すように、風速と回転数との関係が算出されることにより、風速と変換効率との関係も導き出すことができる。図２１に示す「発電機変換効率」はこのようにして算出されたものである。つまり、プログラム格納部２２０には、回転数と変換効率の関係（図１５参照）と風速と回転数との関係（図１９（ａ）参照）とに基づいて、風速と変換効率との関係を求めるプログラムが格納され、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って、風速と変換効率との関係を算出する。この「発電機変換効率」が示す曲線は、上記「風速の値と変換効率の値との関係」に当たる。
【０１０３】
また、図２１に示す「パワー係数」は、図２０（ｄ）に示すものと同じである。また、図２１に示す「風車変換効率」は、発電機変換効率をパワー係数で除算したものである。つまり、風車変換効率＝発電機変換効率／パワー係数で算出した値が示される。この「発電機変換効率」が示す曲線は、上記「風速の値と該他の変換効率の値との関係」に当たる。
【０１０４】
なお、測定装置Ａは、図２２に示す特性を算出、表示する機能をも有しているが、この図２２に示す特性は図２１と同様であるが、負荷抵抗値を一定であるとして算出したものである。つまり、発電機変換効率は、回転数と変換効率との関係をもとにして算出されており、図２１では、該変換効率は最大電力時の変換効率としているが、この図２２の場合には、ある抵抗値の場合（図２２では、１．５オーム）の変換効率としている。このように１．５オームの場合について解析したのは、測定及び解析の結果、定格回転数８５０ｒｐｍ、定格出力１０００Ｗの際に抵抗値が１．５オームであったことに基づく。
【０１０５】
このように図２１に示す特性と図２２に示す特性の両方を算出、表示できるようにしたのは、以下の理由による。つまり、メーカーの公表値（つまり、図１８）が風速に対して最大電力を示している場合には、図２１の特性を利用すればよく、一方、メーカーの公表値（つまり、図１８）が風速に対して一定負荷に接続して給電した場合の電力を示している場合には、図２２の特性を利用すればよいので、そのどちらの場合にも対応することができるようにしたのである。また、メーカーの公表値が、各風速に対し負荷抵抗値を可変させた場合にも、その抵抗値を公表してくれたならば、同様な解析が行える。加えてメーカー又は、製作者が、その風力発電システムの出力の計測において、風速、発電出力、回転数、給電している負荷の抵抗値を正確に記録していたのであれば、当該装置によって得られたデータを元に更に真値に近い解析を行える。
【０１０６】
以上のように、発電機側の変換効率と、風車側の変換効率を分離して把握できるようになり、ロータ側（つまり、風車側）と発電機側の力学的な整合性を考慮したシステム設計の開発にも十分なデータを得ることが可能となった。
【０１０７】
なお、抵抗値を固定とした測定で十分な場合には、図７に示す動作とは異なり、抵抗値を所定の固定値に固定した上で、回転数を変化させながら測定を行なうことになる。また、回転数のチェックについても測定期間中常時行なうようにすればよい。
【０１０８】
また、上記のような解析により得られた解析結果は、データ格納部２３０に記憶させておくようにしてもよい。
【０１０９】
以上のように本実施例の測定装置Ａによれば、発電機の種々の特性を出力することができ、定格値以外での発電機の状態を十分に把握することができる。
【０１１０】
特に、発電機の瞬時の発電出力（図１４参照）や、瞬時の発電効率（図１５）等も把握できることから、発電機を駆動させるためのロータのエネルギー変換効率も明らかにすることができる。
【０１１１】
特に、ロータ（つまり、風車）の特性を計測するには、トルク計、電磁ブレーキ、回転計等が必要とされ、高価な研究施設が必要であったが、本実施例の測定装置によれば、そのような施設を用意するが必要なく、安価に計測を行なうことができる。
【０１１２】
また、従来のエネルギー変換器の開発分野においては、ロータの効率が明らかでないため、機械的な強度や耐久性、安全性が主に注目されてきたが、ロータは、形状寸法が同一であっても、重量、重心、材質が異なった場合や、形状がわずかに変化した場合等に変換効率も各々異なる。そこで、本実施例の測定装置によれば、上記のようなデータ解析により各々の変換効率を明らかにすることができ、ロータと発電機の好適な組み合わせを探るシステム開発においても利用可能となる。
【０１１３】
また、ロータと発電機の力学的な釣り合い状態を把握できることから、該発電機とロータとからなるシステムの発電出力に見合った負荷側の最適な入力抵抗を探り出すことも可能となる。
【０１１４】
また、発電電力の波形観測、駆動力の計測、温度計測ができることから、発電機の振動の軽減、波形の改善等、いわば高性能発電機の開発研究においても十分利用可能である。
【０１１５】
なお、Ａ／Ｄ変換器９０に高速の変換器を用いることにより、電力値（電圧値（Ｖ）×電流値（Ａ）×力率）の波形観測と、トルク値（Ｔ）の波形観測を行うことができ、発電機の振動の状態をも計測することが可能となる。
【０１１６】
なお、上記の説明においては、図２に示すように、電流検出器３０と電圧検出器４０は、全波整流ブリッジ１００の後段に設けられているが、図２３に示すように、さらに、全波整流ブリッジ１００の前段に、電流検出器３１と電圧検出器４１を設けるようにしてもよい。この場合、電流検出器３１には、アンプ３３が接続され、アンプ３３がＡ／Ｄ変換器９０に接続されることになる。また、電圧検出器４１についても、電圧検出器４１には、アンプ（図示せず）が接続されて、該アンプは、Ａ／Ｄ変換器９０に接続されることになる。
【０１１７】
この場合、記憶テーブルＫＴにおける各個別記憶テーブルには、電流検出器３０の検出値に基づくデータと電流検出器３１の検出値に基づくデータのそれぞれが記憶されるようになっていて、電圧検出器４０の検出値に基づくデータと電圧検出器４１の検出値に基づくデータのそれぞれが記憶されるようになっている。つまり、電流と電圧については、それぞれ２つの記憶領域が設けられていることになる。
【０１１８】
なお、発電機の出力がｎ相交流とした場合に、電流検出器３１の検出値に基づくデータの記憶に際しては、電流検出器３１により検出された電流値をｎ倍した値が記憶テーブルに記憶され、電圧検出器４１の検出値に基づくデータの記憶に際しても、電圧検出器４１により検出された電圧値をｎ倍した値が記憶テーブルに記憶される。
【０１１９】
なお、図２３の構成は、ｎ相発電機の各相の出力が平衡であることを前提としている。つまり、全波整流ブリッジ１００は、平衡負荷とみなすことができるので、ｎ相発電機の各相の出力が平衡であれば、電流検出器３１と電圧検出器４１は図２３に示すようにそれぞれ１つずつ設けられていれば、１相の測定のみを行い、あとはブロンデルの法則によりｎ相全体の値を算出すればよい。
【０１２０】
一方、ｎ相発電機の各相の出力が不平衡の場合には、ｎ個の電流検出器と、ｎ−１個の電圧検出器を全波整流ブリッジの前段に設けることになり（また、それぞれの電流検出器と電圧検出器にはアンプが接続され、該アンプにＡ／Ｄ変換器９０が接続されることになる）、記憶テーブルには、各電流検出器により検出された電流値の和が記憶され、また、各電圧検出器により検出された電圧値の和が記憶される。つまり、電流検出器についてはｎ相の各相ごとに取り付け、一方、電圧検出器については、ｎｍ相とｎｍ＋１相（ｍ＝１〜ｎ−１）間にそれぞれ設けられることになる。
【０１２１】
このように全波整流ブリッジ１００の前段にも電流検出器と電圧検出器を設ける場合にも、その解析においては、各電流、各電圧について図９以下に示すような解析結果を表示する。つまり、例えば、図９に示す出力電圧対出力電流特性については、電流検出器３０からのデータに基づく特性と、電流検出器３１からのデータに基づく特性が表示されるようになる。
【０１２２】
このような構成とすることにより、全波整流ブリッジ１００自身も電力を多少消費することから、つまり、整流損が存在することから、発電機の真の出力と、整流損を明らかにすることができる。なお、図２３においても、外部可変負荷装置１０２を図３に示すタイプとしてもよい。
【０１２３】
なお、図２３においては、全波整流ブリッジ１００の前段と後段にそれぞれ電流検出器と電圧検出器を設けるものとして説明したが、測定用回路においてまず図２に示すように全波整流ブリッジ１００の後段に電流検出器と電圧検出器を設けて測定を行い、その後、電流検出器と電圧検出器を全波整流ブリッジ１００の前段に付け替えて、つまり、測定用回路において全波整流ブリッジ１００の前段に設けて（つまり、その場合には、図２３から電流検出器３０、電圧検出器４０を除いた構成となる）測定を行なうようにしてもよい。つまり、全波整流ブリッジ１００を介して片側ずつ電流検出器と電圧検出器を接続して測定するのである。
【０１２４】
また、すでに上記でも説明したが、上記図１４、図１５、図１６においては、最大電力時の値が表示されているが、これを所定の抵抗値の場合の値としてもよい。例えば、図１４では、最大電力時の軸入力ではなく、所定の抵抗値における軸入力とする。この所定の抵抗値の場合には、所定の電力となるので、その意味では、所定の電力時の値ということができる。
【０１２５】
また、上記の測定装置Ａにおいては、トルク変換器２０や、電流検出器３０や、電圧検出器４０等によって検出された値を自動的にデータ格納部２３０に取り込み、所定の操作を行なうことによって解析を行なうのであるが、この測定装置Ａにより実際に測定したデータ以外のデータを解析できるようにしてもよい。
【０１２６】
つまり、測定装置Ａに、データを取り込むためのドライブ（ＦＤドライブ、ＭＯドライブ等）を設け、解析を行なうためのデータを読み込ませる。すると、読み込まれたデータは、記憶テーブルＫＴに記憶されて、その後は、上記のような解析を行なう。このようにすることにより、測定装置Ａを解析装置として利用することができる。
【０１２７】
また、測定装置Ａを、測定機能を有する部位と、解析機能を有する部位とを分離してもよい。測定部と、解析部とを分離した構成とする。
【０１２８】
つまり、測定部としては、上記測定装置Ａから解析機能を省いた構成であり、プログラム格納部２２０には、測定に必要なプログラム、例えば、図７に示す動作を行なうプログラムのみ格納され、解析を行なうプログラムは格納されていない。また、記憶テーブルＫＴも、各回転数ごとに、トルクと、電圧と、電流とを記憶するのみである。
【０１２９】
また、解析部（解析装置）としては、図１における入力部２００と、記憶部２１０と、出力部２４０と、ＣＰＵ２５０の構成のみであり、また、プログラム格納部２２０には、解析を行なうためのプログラムが格納された構成となる。さらに、解析部には、各回転数ごとのトルク、電圧、電流のデータを取り込むためのドライブが設けられる。
【０１３０】
なお、本実施例では、試験体として、主として風力発電機を例にとって説明したが、これには限られず、風力発電機以外の発電機でもよく、また、発電機以外の装置で、回転機構を有する装置であれば適用が可能である。特に、クリーンエネルギー又は未利用エネルギーのエネルギー変換機等に有用である。
【０１３１】
【発明の効果】
本発明に基づく測定装置によれば、発電機等の回転機構を有する試験体の特性を把握することができ、特に、各回転数ごとに、各抵抗値におけるトルクと電流と電圧の値を測定して記録していくことができるので、この記録データをもとにして種々の解析に利用することが可能となる。特に、定格値以外の発電機の特性を把握することができ、新たな発電機の開発及び研究に利用することが可能となる。
【０１３２】
また、特に、記憶テーブルＫＴには、複数の回転数ごとに、複数の抵抗値について、トルクの値と、電圧の値と、電流の値と、電力の値と、該軸入力の値と、該変換効率の値の各データが記憶される場合には、これらの値に基づいて各種解析に利用することが可能となる。
【０１３３】
また、特に、温度測定手段や、周囲温度測定手段や、周囲湿度測定手段や、周囲気圧測定手段を有する場合には、上記の温度や湿度や気圧を測定することができ、熱損、機械損等の算出や、経時的な温度変化等の計測も可能となる。
【０１３４】
また、特に、上記試験体の上記駆動手段に対する相対的な位置を調整するための調整手段を有する場合には、試験体の回転軸と駆動手段の回転軸とを容易に一致させることが可能となる。
【０１３５】
また、本発明における試験体特性解析装置によれば、定格値以外の発電機の特性を把握することができ、解析結果を利用して、新たな発電機の開発及び研究に利用することが可能となる。
【０１３６】
また、特に、解析手段が、風速の値と回転数との関係を算出する場合には、回転数との関係が得られている種々の特性を、風速との関係に置き換えることができ、発電機の特性を明らかにするのに大きな指標とすることができる。
【０１３７】
また、特に、解析手段が、風速の値と変換効率の値との関係を算出する場合には、風速と変換効率との関係を明らかにすることができ、発電機についての重要な特性を明らかにすることが可能となる。
【０１３８】
また、特に、解析手段が、風速の値と変換効率の値との関係を算出する場合には、請求項１６や請求項１８の構成において算出される変換効率が発電機側の変換効率であるのに対して、本発明において算出される変換効率はロータ（風力発電機では、風車側）の変換効率であり、このように変換効率を発電機側とロータ側とに分離して求めることができるようになったことにより、発電機を全体のシステムの設計等に大きく貢献させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に基づく測定装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の実施例に基づく測定装置の構成を説明するための回路図であり、発電機に接続される測定用回路の構成を説明するための回路図である。
【図３】測定用回路の他の例を示す回路図である。
【図４】本発明の実施例に基づく測定装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】試験体としての発電機を説明するための説明図である。
【図６】記憶テーブルの構成を示す説明図である。
【図７】測定における動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】測定装置における測定の動作を示す説明図である。
【図９】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、出力電圧対出力電流特性の一例を示す説明図である。
【図１０】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、出力電圧対出力電力特性の一例を示す説明図である。
【図１１】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、出力電圧対静止トルク特性の一例を示す説明図である。
【図１２】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、出力電圧対入出力特性の一例を示す説明図である。
【図１３】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、出力電圧対変換効率特性の一例を示す説明図である。
【図１４】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、回転数対入出力特性の一例を示す説明図である。
【図１５】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、回転に対する変換効率の一例を示す説明図である。
【図１６】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、回転に対する駆動トルク特性の一例を示す説明図である。
【図１７】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、外部負荷特性の一例を示す説明図である。
【図１８】風速と発電出力との関係を示す説明図であり、メーカー公表値とバッテリー充電システムとして運転された実測値を示す説明図である。
【図１９】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、風速と回転数との関係、風速と静止トルクとの関係、風速と仕事率との関係を示す説明図である。
【図２０】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、風速と風力パワーとの関係、風速と発電出力との関係、風速とパワー係数との関係を示す説明図である。
【図２１】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、最大電力時における、風車変換効率と、発電機変換効率と、パワー係数を示す説明図である。
【図２２】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、抵抗値を固定した場合における、風車変換効率と、発電機変換効率と、パワー係数を示す説明図である。
【図２３】測定用回路の他の例を示す回路図である。
【符号の説明】
Ａ 測定装置
Ａ１ 測定用回路
Ｂ 発電機
１０ 駆動モータ
１２ 駆動回路
１４ 回転計
２０ トルク変換器
３０ 電流検出器
４０ 電圧検出器
５０ 温度検出器
６０ 温度検出器
７０ 湿度検出器
８０ 気圧検出器
９０ Ａ／Ｄ変換器
１００ 全波整流ブリッジ
１０２ 外部可変負荷装置
１０４ Ｄ／Ａ変換器
２００ 入力部
２１０ 記憶部
２２０ プログラム格納部
２３０ データ格納部
２４０ 出力部
２４２ 表示部
２４４ 印刷部
２５０ ＣＰＵ
ＫＴ 記憶テーブル
【０００１】
【従来の技術】
従来より、発電機の特性計測の方法は、電気学会、ＪＥＣ２１００、ＪＥＣ１１４、ＪＥＣ２１２１等によって規格化されており、例えば、風力発電機においては、定格出力、最大出力、定格回転数、ブレード直径等の仕様が表示される程度であり、その他の仕様は分からないのが現状である。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、風力発電や水力発電等不規則な駆動力によって回転駆動させられる場合には、上記のように表示されている仕様のみでは、該発電機の特性について不明確な部分が多い。すると、発電機のトータルな設計に支障を来すおそれがある。つまり、例えば、風力発電機の場合に、該発電機に使用するブレードの大きさ、重量、材質の決定等トータルな設計に支障を来たすおそれがある。また、既存の発電機を利用してさらに高性能の発電機を開発しようとした場合でも、当該発電機の特性が明らかになっていない状態では、そのような新たな発電機の開発にも支障を来すことになる。
【０００３】
そこで、本発明は、発電機等の回転機構を有する装置の特性を測定するとともに、測定されたデータから種々の解析を行なうことができる測定装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決するために創作されたものであって、第１には、回転軸を持つ回転機構を備えた発電機であって、試験体としての発電機の特性を測定するための測定装置（「計測装置」、「発電機特性計測装置」としてもよい）であって、上記回転軸を回転駆動させる駆動手段と、上記駆動手段により回転駆動された発電機の回転数を測定する回転数測定手段と、上記駆動手段により回転駆動された発電機と、上記駆動手段との間に発生するトルクを測定するトルク測定手段と、発電機の電力の出力端に接続された測定用回路であって、抵抗値を所定の値に設定可能な抵抗を有する測定用回路と、該測定用回路に流れる電流の値を測定する電流測定手段と、該測定用回路に印加されている電圧の値を測定する電圧測定手段と、上記トルク測定手段により測定されたトルクの値のデータと、電流測定手段により測定された電流の値のデータと、電圧測定手段により測定された電圧の値のデータとを記憶するための記憶テーブルを有する記憶手段と、上記駆動手段を順次所定の回転数に設定するための第１設定手段と、上記測定用回路における抵抗の抵抗値を順次変化させて設定していくための第２設定手段と、上記第１設定手段により設定された回転数において、該第２設定手段により変化させられた各抵抗値ごとに、上記トルク測定手段により測定されたトルクの値のデータと、上記電流測定手段により測定された電流の値のデータと、上記電圧測定手段により測定された電圧の値のデータを上記記憶テーブルに書き込んでいく書込み手段と、を有することを特徴とする。
【０００７】
この第１の構成の測定装置によれば、トルク測定手段によりトルクの値を測定でき、電流測定手段により電流の値を測定でき、電圧測定手段により電圧の値を測定でき、結果として、各回転数ごとに、各抵抗値におけるトルクと電流と電圧の値を測定して記録していくことができる。そして、この記録データをもとにして種々の解析に利用することが可能となる。特に、定格値以外の発電機の特性を把握することができ、新たな発電機の開発及び研究に利用することが可能となる。
【０００８】
また、第２には、上記第１の構成において、上記測定装置が、さらに、該駆動手段の回転数を設定する回転数制御手段であって、上記回転数測定手段により測定された回転数に基づいて、帰還制御を行なう回転数制御手段を有し、上記駆動手段は、該回転数制御手段の制御に基づき、回転数を制御しながら上記回転軸を駆動させることを特徴とする。よって、回転数を維持しながら測定を行なうことができ、精密な測定を行なうことが可能となる。
【０００９】
また、第３には、上記第１又は第２の構成において、上記測定装置は、トルクの値と回転数とから軸入力の値を算出するとともに、電力の値と軸入力の値とから変換効率の値を算出し、上記記憶テーブルには、複数の回転数ごとに、測定及び算出データが記憶され、該測定及び算出データは、複数の抵抗値ごとに、トルクの値と、電圧の値と、電流の値と、電力の値と、該軸入力の値と、該変換効率の値の各データから構成されることを特徴とする。
【００１０】
よって、記憶テーブルには、複数の回転数ごとに、複数の抵抗値について、トルクの値と、電圧の値と、電流の値と、電力の値と、該軸入力の値と、該変換効率の値の各データが記憶されるので、これらの値に基づいて各種解析に利用することが可能となる。
【００１１】
また、第４には、上記第１から第３までのいずれかの構成において、上記記憶テーブルには、さらに、各抵抗値ごとに、電流と電圧の位相差のデータ又は該位相差に基づく力率のデータが記憶されることを特徴とする。
【００１２】
また、第５には、上記第１から第４までのいずれかの構成において、上記測定装置が、さらに、発電機に取り付けられた温度測定手段と、発電機の試験中における周囲環境の温度を測定する周囲温度測定手段と、発電機の試験中における周囲環境の湿度を測定する周囲湿度測定手段と、発電機の試験中における周囲環境の気圧を測定する周囲気圧測定手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
よって、上記の温度や湿度や気圧を測定することができ、熱損、機械損等の算出や、経時的な温度変化等の計測も可能となる。
【００１４】
また、第６には、上記第１から第５までのいずれかの構成において、上記測定用回路には、発電機からの出力が交流出力である場合に、交流出力を直流出力に変換するための変換手段が設けられ、該測定用回路における変換手段よりも発電機側に上記電流測定手段と電圧測定手段が設けられているとともに、該測定用回路における変換手段よりも発電機側とは反対側にも、上記電流測定手段と電圧測定手段が設けられていることを特徴とする。このような構成とすることにより、該変換手段自身も電力を多少消費することから、つまり、整流損が存在することから、発電機の真の出力と、整流損を明らかにすることができる。
【００１５】
また、第７には、上記第１から第６までのいずれかの構成において、上記測定装置が、さらに、上記試験体の回転軸の軸心と、上記駆動手段の回転軸の軸心とを一致させるために、上記試験体の上記駆動手段に対する相対的な位置を調整するための調整手段を有することを特徴とする。よって、試験体の回転軸と駆動手段の回転軸とを容易に一致させることが可能となる。
【００１６】
また、第８には、回転軸を持つ回転機構を備えた試験体の特性を解析するための試験体特性解析装置であって、上記第１から第７までのいずれかの構成の測定装置と、記憶テーブルに記憶された各データに基づいて解析を行なう解析手段と、を有することを特徴とする。
【００１７】
これにより、定格値以外の発電機の特性を把握することができ、解析結果を利用して、新たな発電機の開発及び研究に利用することが可能となる。
【００１８】
また、第９には、回転軸を持つ回転機構を備えた試験体としての発電機の特性を解析するための試験体特性解析装置であって、発電機の各回転数において、抵抗値ごとに、トルクの値と、電流の値と、電圧の値についての各データを記憶する記憶テーブルを有する記憶手段であって、発電機に、発電機の回転軸を回転駆動させる駆動手段を接続するとともに、該発電機の電力の出力端に、所定の抵抗値に設定可能な抵抗を有する測定用回路を接続させた状態で、該駆動手段により発電機の回転軸を回転駆動させて、各回転数において、抵抗値ごとに、発電機と駆動手段との間に発生するトルクの値と、該測定用回路を流れる電流の値と、該測定用回路に印加されている電圧の値とを測定した値についてのデータを記憶する記憶テーブルを有する記憶手段と、該記憶テーブルに記憶された各データに基づいて解析を行なう解析手段と、を有することを特徴とする。
【００１９】
これにより、定格値以外の発電機の特性を把握することができ、解析結果を利用して、新たな発電機の開発及び研究に利用することが可能となる。
【００２０】
また、第１０には、上記第８又は第９の構成において、上記解析手段が、トルクの値と、回転数とから、軸入力を算出し、電圧の値と、該軸入力の値との関係を、各回転数ごとに算出することを特徴とする。
【００２１】
また、第１１には、上記第８から第１０までのいずれかの構成において、上記解析手段が、電力の値を軸入力の値により除算することにより変換効率の値を算出し、電圧の値と、該変換効率の値との関係を、各回転数ごとに算出することを特徴とする。
【００２２】
また、第１２には、上記第８から第１１までのいずれかの構成において、上記解析手段が、回転数と電力の値との関係及び／又は回転数と軸入力の値との関係を算出することを特徴とする。
【００２３】
また、第１３には、上記第８から第１２までのいずれかの構成において、上記解析手段が、回転数と、変換効率であって所定の電力時の変換効率の値との関係を算出することを特徴とする。
【００２４】
また、第１４には、上記第８から第１３までのいずれかの構成において、上記解析手段が、回転数と、トルクであって所定の電力時のトルクの値との関係を算出することを特徴とする。
【００２５】
また、第１５には、上記第８から第１４までのいずれかの構成において、上記解析手段が、記憶テーブルに記憶されたデータに基づいて、回転数と電力の値との関係を示すデータを算出し、該回転数と電力の値との関係を示すデータと、予め求められているデータであって、風速の値と電力の値との関係を示すデータと、に基づいて、風速の値と回転数との関係を算出することを特徴とする。
【００２６】
これにより、回転数との関係が得られている種々の特性を、風速との関係に置き換えることができ、発電機の特性を明らかにするのに大きな指標とすることができる。
【００２７】
また、第１６には、上記第１５の構成において、上記解析手段が、回転数と、トルクであって最大電力時のトルクの値との関係を算出するとともに、上記風速の値と回転数との関係から、風速の値とトルクの値との関係を算出し、該風速の値と回転数との関係と、該風速の値とトルクの値との関係とから、風速の値と軸入力の値との関係を算出することを特徴とする。
【００２８】
また、第１７には、上記第１５の構成において、上記解析手段が、回転数と、変換効率であって所定の電力時の変換効率の値との関係である変換効率特性を算出するとともに、風速の値と回転数との関係と、該変換効率特性とから、風速の値と変換効率の値との関係を算出することを特徴とする。なお、上記所定の電力時の変換効率としては、例えば、最大電力時の変換効率とする。
【００２９】
これにより、風速と変換効率との関係を明らかにすることができ、発電機についての重要な特性を明らかにすることが可能となる。
【００３０】
また、第１８には、上記第１７の構成において、上記解析手段が、発電機に取り付けられるブレードの直径に基づいて各風速における風力パワーの値を算出することにより風速の値と風力パワーの値との関係を示すデータを算出し、該風速の値と風力パワーの値との関係を示すデータと、予め求められているデータであって、風速の値と電力の値との関係を示すデータと、に基づいて、該電力の値を該風力パワーの値により除算してパワー係数を算出することにより、風速の値とパワー係数との関係を算出し、算出された風速の値とパワー係数との関係と、上記風速の値と変換効率の値との関係とから、変換効率の値をパワー係数により除算することにより、他の変換効率を算出し、風速の値と該他の変換効率の値との関係を算出することを特徴とする。
【００３１】
これにより、上記第１７の構成において算出される変換効率が発電機側の変換効率であるのに対して、本発明において算出される変換効率はロータ（風力発電機では、風車側）の変換効率であり、このように変換効率を発電機側とロータ側とに分離して求めることができるようになったことにより、発電機とこれを含む全体のシステムの設計等に大きく貢献させることが可能となる。
【００３２】
また、第１９には、上記第１５の構成において、上記解析手段が、回転数と、変換効率であって所定の抵抗値における変換効率の値との関係である変換効率特性を算出するとともに、風速の値と回転数との関係と、該変換効率特性とから、風速の値と変換効率の値との関係を算出することを特徴とする。
【００３３】
これにより、抵抗値を固定した場合についても、風速と変換効率との関係を明らかにすることができ、発電機についての重要な特性を明らかにすることが可能となる。
【００３４】
また、第２０には、上記第１９の構成において、上記解析手段が、発電機に取り付けられるブレードの直径に基づいて各風速における風力パワーの値を算出することにより風速の値と風力パワーの値との関係を示すデータを算出し、該風速の値と風力パワーの値との関係を示すデータと、予め求められているデータであって、風速の値と電力の値との関係を示すデータと、に基づいて、該電力の値を該風力パワーの値により除算してパワー係数を算出することにより、風速の値とパワー係数との関係を算出し、算出された風速の値とパワー係数との関係と、上記風速の値と変換効率の値との関係とから、変換効率の値をパワー係数により除算することにより、他の変換効率を算出し、風速の値と該他の変換効率の値との関係を算出することを特徴とする。
【００３５】
これにより、抵抗値を固定した場合についても、該他の変換効率を算出することができ、上記第１９の構成において算出される変換効率が発電機側の変換効率であるのに対して、本発明において算出される変換効率はロータ（風力発電機では、風車側）の変換効率であり、このように変換効率を発電機側とロータ側とに分離して求めることができるようになったことにより、発電機を全体のシステムの設計等に大きく貢献させることが可能となる。
【００３６】
また、第２１には、上記第１３又は第１４又は第１６又は第１７又は第１８の構成において、上記「所定の電力時」における所定の電力が、最大電力であることを特徴とする。
【００３７】
また、第２２には、上記第８から第２１までのいずれかの構成において、上記試験体特性解析装置が、さらに、上記解析手段による解析結果を表示する表示手段を有することを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態としての実施例を図面を利用して説明する。本発明に基づく測定装置（「計測装置」、「発電機特性計測装置」としてもよい）Ａは、試験体としての発電機の特性を測定、計測するための装置であり、図１に示されるように、駆動モータ（駆動手段）１０と、駆動回路（回転数制御手段）１２と、回転計（回転数測定手段）１４と、インターフェース１６と、トルク変換器（トルク測定手段）２０と、アンプ２２と、電流検出器（電流測定手段）３０と、アンプ３２と、電圧検出器（電圧測定手段）４０と、アンプ４２と、温度検出器（温度測定手段）５０と、アンプ５２と、温度検出器（周囲温度測定手段）６０と、アンプ６２と、湿度検出器（周囲湿度測定手段）７０と、アンプ７２と、気圧検出器（周囲気圧測定手段）８０と、アンプ８２と、Ａ／Ｄ変換器９０と、外部可変負荷装置１０２と、Ｄ／Ａ変換器１０４と、励磁用電源１１０と、入力部２００と、記憶部（記憶手段）２１０と、出力部２４０と、ＣＰＵ２５０とを有している。なお、この測定装置Ａは、上記試験体特性解析装置としても機能する。
【００３９】
また、この測定装置Ａは、図２に示すように、試験体としての発電機Ｂの出力端に接続された測定用回路Ａ１を有していて、この測定用回路Ａ１には、全波整流ブリッジ（変換手段）（以下「整流ブリッジ」、「ブリッジ」という場合もある）１００や、上記電流検出器３０や、上記電圧検出器４０や、上記外部可変負荷装置１０２が設けられている。なお、図２に示す測定用回路Ａ１が発電機Ｂに接続されるのは、発電機が交流機で交流電力を出力する場合であり、発電機Ｂが直流機の場合には、図２における全波整流ブリッジ１００よりも右側（つまり、後段）の構成が発電機に接続されることになる。なお、発電機が交流機でも内部に整流ブリッジが取り付けられていて、直流電力を出力する場合には、当然図２における全波整流ブリッジ１００よりも右側の構成が発電機に接続されることになる。なお、発電機が交流機で内部に整流ブリッジが取り付けられている場合でも、その整流ブリッジを取り外せる場合には、図２全体に示す構成の測定用回路を接続することもできる。
【００４０】
ここで、上記駆動モータ１０は回転出力軸を有していて、トルク変換器２０を介して、発電機Ｂに接続されている。つまり、図４に示すように、該駆動モータ１０の回転出力軸は、接続部１５０を介してトルク変換器２０に接続され、トルク変換器２０は、接続部１５２を介して発電機Ｂの回転軸に接続されている。これにより、駆動モータ１０が駆動して回転されると、発電機Ｂの回転軸も回転するようになっている。なお、試験体としての発電機Ｂは、例えば、発電機を風力発電機とした場合に、図５（ａ）に示す状態の発電機の回転軸からブレード等を外して、発電機Ｂの回転軸にトルク変換器２０を接続できるようにしたものである（図５（ｂ）参照）。
【００４１】
また、駆動回路１２は、駆動モータ１０を駆動するための回路であり、駆動モータ１０をインバータ制御により駆動制御している。つまり、回転計１４により検出される回転数を監視しながら、フィードバック制御を行っている。また、回転計１４は、発電機Ｂの回転数を検出するためのもので、発電機Ｂに取り付けられている。この回転計１４は、例えば、ロータリーエンコーダにより構成される。なお、回転計１４を駆動モータ１０に取り付けるようにしてもよい。
【００４２】
また、電流検出器３０は、発電機Ｂから出力される電流の値を検出するための電流センサであり、図２に示すように、測定用回路Ａ１の途中に取り付けられている。この電流検出器３０は、例えば、ＤＣＣＴセンサにより構成される。また、電圧検出部４０は、発電機Ｂから出力される電圧の値を検出するための電圧センサであり、図２に示すように、測定用回路Ａ１に並列に設けられた抵抗から構成されていて、分圧抵抗の電圧信号をアンプ４２を介してＡ／Ｄ変換器９０に送るように構成されている。
【００４３】
また、温度検出器５０は、発電機Ｂ内の温度を検出するものであり、発電機Ｂの筐体内に取り付けられる。また、温度検出器６０は、発電機Ｂの周囲の温度を検出するものであり、発電機Ｂの外部に設けられる。また、湿度検出器７０は、発電機Ｂの周囲の湿度を検出するものであり、発電機Ｂの外部に設けられる。また、気圧検出器８０についても、発電機の周囲の気圧を検出するものであり、発電機Ｂの外部に設けられる。
【００４４】
また、全波整流ブリッジ１００は、発電機Ｂの出力端子からは交流（三相）の状態で電力が出力されるが、これを直流の状態に変換するものである。なお、図２において、発電機の出力は三相であるとして説明したが、これには限られず、ｎ相（ｎは整数）としてもよい。
【００４５】
また、外部可変負荷装置１０２は、可変抵抗器であり、Ｄ／Ａ変換器１０４を介してＣＰＵ２５０から出力される制御信号に基づいて、所定の抵抗値に設定することが可能である。なお、この外部可変負荷装置１０２は、図３に示すように、手動式の可変抵抗器としてもよい。この場合、外部可変負荷装置１０２は、上記第２設定手段としての機能をも有することになる。
【００４６】
また、励磁用電源１１０は、発電機Ｂにおいて、永久磁石を界磁として用いるのではなく、励磁電力を流して界磁させる、いわゆる他励式の場合に、その励磁用の電源となるものである。また、測定装置Ａには、このように試験体となる発電機が他励式の場合に備えて、励磁電流、励磁電圧、励磁電力を測定し、記録する手段を備えている。
【００４７】
また、入力部２００は、各種情報を入力するための入力装置であり、具体的には、キーボードやマウス等により構成される。また、記憶部２１０は、情報を記憶するための記憶装置であり、プログラム格納部２２０と、データ格納部２３０とを有している。このプログラム格納部２２０は、測定装置Ａを動作させるためのプログラムを格納しており、例えば、発電機Ｂについての各種測定値を測定するためのプログラムである測定用プログラムや、測定された測定値を解析するためのプログラムである解析用プログラムが格納されている。ここで、測定用プログラムは、図７に示すフローチャートに示すように測定装置Ａの各部の動作を制御するためのプログラムである。また、該解析用プログラムは、測定された測定値に基づいて、各種解析結果を算出して出力するためのプログラムである。詳しくは後述する。解析用プログラム及びこれに従い動作するＣＰＵ２５０は、上記解析手段として機能する。
【００４８】
また、データ格納部２３０は、各種データを格納するためのもので、特に、図６に示すような記憶テーブルＫＴを有している。この記憶テーブルＫＴは、各回転数において、各抵抗値ごとの、各種測定値を記憶するものである。つまり、記憶テーブルＫＴは、回転数ごとに個別記憶テーブルＫＴ１〜ＫＴｎを有し、各個別記憶テーブルは、各抵抗値ごとに、各種測定値を記憶している。この各種測定値としては、トルク、電圧、電流、電力、軸入力、変換効率が設けられている。ここで、トルク、電圧、電流については、測定装置Ａにおいて実際に測定された値が格納され、電力、軸入力、変換効率については、上記各測定された値に基づいて算出したものである。なお、算出の方法については後述する。なお、抵抗の値についても、測定された電圧と電流の値から算出したものがこの記憶テーブルＫＴには記憶される。
【００４９】
また、出力部２４０は、各種情報を出力するための装置であり、表示部（表示手段）２４２や印刷部２４４等により構成される。表示部２４２は、各種情報を画面上に表示させる装置であり、ＣＲＴやＬＣＤ等により構成される。また、印刷部２４４は、プリンタ等により構成され、表示部２４２に表示されたデータを印刷する等に用いられる。
【００５０】
また、ＣＰＵ２５０は、測定装置Ａを構成する各部の動作を制御するものであり、制御装置、演算装置、主記憶装置としての機能する。
【００５１】
また、測定装置Ａには、図４に示すように、試験体としての発電機Ｂを載置するための荷台Ａ２が設けられていて、この荷台Ａ２は、上下に移動可能となっていて、発電機Ｂを上下に移動できるようになっている。これにより、発電機Ｂの回転軸とトルク変換器２０の回転軸とを一致させるのが容易となり、試験体としての発電機Ｂの大きさに関わらず、測定を行なうことができる。この荷台Ａ２は、上記調整手段として機能する。
【００５２】
次に、上記構成の測定装置Ａの動作について説明する。まず、測定装置Ａによる測定動作について説明する。測定装置Ａに、試験体としての発電機Ｂを接続する。つまり、発電機Ｂの回転軸をトルク変換器２０に接続し、また、発電機Ｂの出力端子に図２に示す測定用回路Ａ１を接続する。また、発電機Ｂの内部温度を測定するための温度検出部５０を発電機Ｂの内部に設置する。
【００５３】
以上のように、発電機Ｂの接続が完了したら、測定を開始する。測定においては、各回転数ごとに、抵抗値を変化させながら、トルクと、電流と、電圧の各値を測定していく。この測定における動作については、基本的には、上記測定用プログラムとこれに従い動作するＣＰＵ２５０が制御を行なう。その意味では、上記測定用プログラムとこれに従い動作するＣＰＵ２５０は、少なくとも上記第１設定手段及び第２設定手段として機能するといえる。
【００５４】
図７に示すフローチャートを用いてさらに詳細に説明すると、まず、回転数を初期値に設定する（Ｓ１０）。この回転数の設定は、第１設定手段としてのＣＰＵ２５０からの制御信号に基づいて、駆動回路１２が駆動モータ１０の回転数を制御する。この初期値としては、例えば、２００ｒｐｍとする。
【００５５】
次に、抵抗を初期値に設定する（Ｓ１１）。つまり、外部可変負荷装置１０２の抵抗値を初期値に設定する。例えば、初期値としては、０オーム、つまり、短絡状態とする。
【００５６】
そして、トルクと電流と電圧について測定を行なう（Ｓ１２）。つまり、トルク変換器２０は、トルクの値を検出し、アンプ２２、Ａ／Ｄ変換器９０を介してＣＰＵ２５０に送るとともに、電流検出器３０は、電流の値を検出し、アンプ３２、Ａ／Ｄ変換器９０を介してＣＰＵ２５０に送り、さらに、電圧検出器４０は、電圧の値を検出し、アンプ４２、Ａ／Ｄ変換器９０を介してＣＰＵ２５０に送る。ＣＰＵ２５０は、送られた各測定値のデータをデータ格納部２３０における記憶テーブルＫＴに書き込んで記憶させる。つまり、この場合、ＣＰＵ２５０とＣＰＵ２５０の書込み動作を行なうプログラムとが、上記書込み手段として機能する。また、記憶テーブルＫＴへの書込みは、自動的に行なうようにしてもよいし、一部手動操作を含むようにしてもよい。
【００５７】
そして、その抵抗値における測定が完了したら、抵抗値についてのカウンタのカウントアップを行なう。つまり、プログラム格納部２２０には、抵抗値についての測定回数をカウントするためのカウンタプログラムが設けられていて、ＣＰＵ２５０はそのプログラムに従い、カウンタの値Ｘを１加算する。つまり、Ｘ→Ｘ＋１とする。
【００５８】
そして、該抵抗値についてのカウンタのカウントが終了したか否かを判定する（Ｓ１４）。つまり、抵抗値についての総カウント数をｓとした場合に、カウンタの値Ｘがｓとなったか否かを判定する。
【００５９】
そして、カウントが終了していない場合には、抵抗値を変化させる（Ｓ１５）。つまり、外部可変負荷装置１０２の抵抗値を次の値に設定する。例えば、外部可変負荷装置１０２の抵抗値を前回の値から所定数加算した値とする。
【００６０】
そして、回転数のチェックを行なう（Ｓ１６）。つまり、回転計１４からの回転数のデータを読み出し、設定した回転数と比較する。そして、設定した回転数とのずれが生じたか否かを判定して（Ｓ１７）、ずれがある場合には、回転数を再設定する（Ｓ１８）。つまり、ＣＰＵ２５０により、回転数のずれがあると判定された場合には、設定した回転数と測定された回転数その差分の値のデータを駆動回路１２に送る。駆動回路１２はその差分の値のデータに従って、駆動モータ１０の回転数を設定した回転数となるように制御する。このようにして、回転数を維持している。
【００６１】
ステップＳ１７及びステップＳ１８において回転数の制御が行われたら、再びステップＳ１２に戻って、その抵抗値における測定を行なう。つまり、ステップＳ１７においてＮＯの場合とステップＳ１８の処理が完了した場合には、ステップＳ１２に戻る。なお、回転数のチェックは抵抗値を変化させるたびに行なうものとしたが、常時抵抗値のチェックを行なうようにしてもよい。
【００６２】
以上のようにステップＳ１２からステップＳ１８までの処理を繰り返していき、抵抗値について所定回数の測定が完了した場合（ステップＳ１４、ＹＥＳ）には、その回転数についての測定が完了したとして、ステップＳ１９に移行する。なお、実際には、ある回転数についての一連の測定においては、ある抵抗値についての測定は複数回行い、その平均値を算出して記憶テーブルＫＴに記憶させるようにすることが好ましい。
【００６３】
ステップＳ１９においては、回転数についてのカウンタをカウントアップする。つまり、プログラム格納部２２０には、回転数についての測定回数をカウントするためのカウンタプログラムが設けられていて、ＣＰＵ２５０はそのプログラムに従い、カウンタの値Ｙを１加算する。つまり、Ｙ→Ｙ＋１とする。
【００６４】
そして、該回転数についてのカウンタのカウントが終了したか否かを判定する（Ｓ２０）。つまり、回転数についての総カウント数をｔとした場合に、カウンタの値Ｙがｔとなったか否かを判定する。
【００６５】
そして、カウントが終了していない場合には、次の回転数に設定する（Ｓ２１）。例えば、２００ｒｐｍの次の回転数としては、例えば、４００ｒｐｍとする。そして、ステップＳ１１に戻り、上記と同様に、各抵抗値について測定を行っていく。
【００６６】
そして、ステップＳ２０においてカウントが終了した場合、つまり、測定すべき回転数についての測定が終了した場合には、処理を終了する。測定すべき回転数としては、例えば、２００ｒｐｍ、４００ｒｐｍ、６００ｒｐｍ、８００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍとする。
【００６７】
以上のようにして、測定が終了すると、記憶テーブルＫＴ（図６参照）には、各個別記憶テーブルＫＴ１等には、各抵抗値ごとに、トルクと電圧と電流の値が記憶されていることになる。
【００６８】
なお、上記の測定において、設定される回転数としては、低速回転から高速回転まで任意の回転数に設定してよいが、当然、データの精度を上げるために、測定刻みは細かいほどよく、測定回数も多いほどよい。また、変化させる抵抗、つまり、負荷の値についても、当然、変化幅は細かいほど測定精度を上げることができる。
【００６９】
また、回転数の設定や抵抗値の設定は、プログラムに従い自動的に変化させながら設定してもよく、また、入力部２００からの操作により行ってもよい。その場合、設定を行なうためのプログラムやＣＰＵ２５０は、上記第１設定手段や第２設定手段として機能する。また、抵抗値の設定に際して、外部可変負荷装置１０２が図３に示す構成の場合には、基本的には、手動で抵抗値の設定を行なうことになる。また、回転数の設定については、駆動回路１２を直接マニュアルで操作することにより行えることも可能とする。つまり、上記請求項２における第１設定手段や第２設定手段は少なくとも一部手動操作によるものでもよい。
【００７０】
なお、測定装置Ａには、温度検出器５０、６０、湿度検出器７０、気圧検出器８０が設けられているので、電流や電圧を測定するごとに、発電機内の温度や、周囲環境温度や、周囲環境湿度や、周囲環境気圧を測定して、記憶テーブルＫＴに記憶させていくようにしてもよい。このように、発電機内の温度と周囲環境温度の測定を行なうことにより、熱損、機械損等の算出、経時的な温度変化の計測も可能となる。
【００７１】
次に、記憶テーブルＫＴに記憶されたデータに基づいて、電力と軸入力と変換効率についての算出を行ない、記憶テーブルＫＴに書き込みを行なう。つまり、プログラム格納部２２０には、それらを算出するためのプログラムが格納されていて、ＣＰＵ２５０はそのプログラムに従って算出を行なう。つまり具体的には、トルクの値をＮ、電圧の値をＶ、電流の値をＩとした場合に、電力ＰＡ（Ｗ）については、ＰＡ＝Ｖ×Ｉにより算出され、また、軸入力ＰＢ（Ｗ）については、回転数をｎとした場合に、ＰＢ＝２π×ｎ×Ｎ／６０により算出される。つまり、２π×ｎ×Ｎを６０で除算したものである。また、変換効率（％）については、電力ＰＡ／軸入力ＰＢ、つまり、電力を軸入力により除算することにより算出される。
【００７２】
なお、記憶テーブルＫＴに格納する抵抗値については、抵抗値が既知であればその抵抗値をデータとして記憶しておいてもよいが、測定された電圧と電流に従って計算を行った結果を記憶させてもよい。つまり、抵抗をＲとした場合に、Ｒ＝Ｖ／Ｉにより計算された値を抵抗値として記憶させておく。
【００７３】
なお、上記ステップＳ１２の測定に際しては、さらに、電流と電圧の位相差を測定して、該位相差の情報を記憶テーブルＫＴに記憶させるようにしてもよい。つまり、図８に示すように、発電機Ｂから出力される電圧及び電流は交流の形で出力されるが、電流と電圧の位相がずれている場合がある。この位相差を測定して記憶テーブルＫＴに記憶させるものである。具体的には、交流から直流に変換されるために、図８の直流に示すような波形となるので、図８に示す位相差の情報を記憶させることになる。また、該位相差に基づく力率を計算して、力率のデータを記憶させるようにしてもよい。この場合、位相差をθとした場合には、力率はｃｏｓθとなる。
【００７４】
さらに、電流と電圧の波形から、周期の時間を計測することで、回転計以外での回転数の検出にも利用できるようにしてもよい。つまり、出力の相数ｎ（但し、単相であればｎ＝２とする）が既知であれば、あるひとつの波形のピークからｎ個目の波形のピークまでの時間ｔ（ｓｅｃ）を計測すると、このｔは１周期の時間であり、ｔの逆数は周波数ｆ（Ｈｚ）である、発電機の極数ｐが既知であれば（f×（３６０°／ｎ））/ｐ＝回転速度（ｒｐｍ）の関係があり、試験体となる発電機が直流機以外には適応が可能である。
【００７５】
次に、測定装置Ａによる解析動作について説明する。つまり、測定対象の発電機における測定結果に基づいて以下に説明するような各種解析を行なうことができる。
【００７６】
まず、出力電圧対出力電流特性について説明する。これは、各回転数ごとに電圧と電流との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示する（図９参照）。つまり、記憶テーブルＫＴには、各抵抗値における電圧と電流の値が記憶されているので、これを各回転数ごとにグラフ化する。グラフ化に当たっては、図９に示すように、横軸を出力電圧、縦軸を出力電流とし、各回転数ごとに取得したデータと近似曲線を表示させる。つまり、近似曲線を示す特性式を算出し、該特性式に基づくデータを描画する。なお、この特性式自体、つまり、近似曲線を表す式自体についても表示できるようにするのが好ましい。出力電圧対出力電流特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。
【００７７】
次に、出力電圧対出力電力特性について説明する。これは、各回転数ごとに電圧と電力との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示する（図１０参照）。つまり、記憶テーブルＫＴには、各抵抗値における電圧と電力の値が記憶されているので、これを各回転数ごとにグラフ化する。グラフ化に当たっては、図１０に示すように、横軸を出力電圧、縦軸を出力電力とし、各回転数ごとに取得したデータと近似曲線を表示させる。なお、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。出力電圧対出力電力特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。
【００７８】
次に、出力電圧対静止トルク特性について説明する。これは、各回転数ごとに電圧とトルクとの関係をグラフ化して表示部２４２等に表示する（図１１参照）。つまり、記憶テーブルＫＴには、各抵抗値における電圧とトルクの値が記憶されているので、これを各回転数ごとにグラフ化する。グラフ化に当たっては、図１１に示すように、横軸を出力電圧、縦軸をトルクとし、各回転数ごとに取得したデータと近似曲線を表示させる。なお、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。出力電圧対静止トルク特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。
【００７９】
次に、出力電圧対入出力特性について説明する。これは、電圧と入出力との関係を表示するもので、具体的には、各回転数ごとに電圧と軸入力の関係をグラフ化して表示部２４２等に表示するとともに、電圧と電力との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示させる（図１２参照）。つまり、記憶テーブルＫＴには、各抵抗値における電圧と軸入力の値が記憶されているので、これを各回転数ごとにグラフ化するとともに、電圧と電力との関係についても、各回転数ごとにグラフ化する。なお、電圧と電力との関係は、図１０の場合と同様である。グラフ化に当たっては、図１２に示すように、横軸を出力電圧、縦軸を軸入力及び電力とし、各回転数ごとに取得したデータと近似曲線を表示させる。図１２において、波線は、電圧と軸入力との関係を示し、実線は、電圧と電力との関係を示す。なお、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。この場合、出力電圧対入出力特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。
【００８０】
次に、出力電圧対変換効率特性について説明する。これは、各回転数ごとに電圧と変換効率の関係をグラフ化して表示部２４２等に表示する（図１３参照）。つまり、記憶テーブルＫＴには、各抵抗値における電圧と変換効率の値が記憶されているので、これを各回転数ごとにグラフ化する。グラフ化に当たっては、図１３に示すように、横軸を出力電圧、縦軸を変換効率とし、各回転数ごとに取得したデータと近似曲線を表示させる。なお、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。この場合、出力電圧対変換効率特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。
【００８１】
次に、回転数対入出力特性について説明する。これは、回転数と入出力との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示するもので、具体的には、回転数と電力との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示するとともに、回転数と軸入力との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示させる（図１４参照）。ここで、電力とは、その回転数においての最大電力を意味する。つまり、記憶テーブルＫＴから、各回転数において最大電力の値を検出し、これを各回転数と最大電力との関係としてグラフ化するとともに、記憶テーブルＫＴから、各回転数において最大電力の場合の軸入力の値を検出し、これを各回転数と軸入力との関係としてグラフ化して表示するものである。グラフ化に当たっては、図１４に示すように、横軸を回転数、縦軸を軸入力及び電力とする。なお、最大電力の検出や最大電力時の軸入力の検出に際しては、単に記憶テーブルＫＴから電力が最大のものを検出するのみならず、近似曲線から算出するようにしてもよい。つまり、最大電力の検出は、図１０や図１２に示す近似曲線から検出し、最大電力時の軸入力の検出は、図１２に示す近似曲線から検出する。
【００８２】
図１４において、実線、白丸（○）で「最大電力」と示すものは、上記のような回転数と最大電力との関係を示すもので、また、波線、白丸（○）で「最大電力時の軸入力」と示すものは、上記のような回転数と軸入力との関係を示すものである。
【００８３】
また、「バッテリー供給時」及び「バッテリー供給時の軸入力」とあるものは、２４Ｖの未充電状態のバッテリーを発電機Ｂに接続して給電した場合を示していて、そのように、２４Ｖの未充電状態のバッテリーを発電機Ｂに接続した状態で、上記図７に示す測定を行って得た結果に従い、表示したものである。つまり、図１４において、実線、黒丸（●）で「バッテリー供給時」と示すものは、そのようにバッテリーを接続した状態での測定結果に基づき、回転数と最大電力との関係を示すもので、波線、黒丸（●）で「バッテリー供給時の軸入力」と示すものは、そのようにバッテリーを接続した状態での測定結果に基づき、回転数と最大電力時における軸入力との関係を示すものである。
【００８４】
なお、回転数と電力との関係、回転数と軸入力との関係を示す近似曲線を表示するようにしてもよく、また、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。この場合、回転数対入出力特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。また、図１４に示す例（最大電力時）以外に、所定の抵抗値における電力及び軸入力を表示するようにしてもよい。つまり、電力及び軸入力を前述と同様な操作と後述する図１７（外部負荷特性）を活用し、回転数対入出力特性のグラフ化を行う、つまり、回転数と所定の抵抗値における電力及び軸入力の関係をグラフ化することも可能であり、前述の近似曲線表示、その特性式自体の表示、否表示が可能である。
【００８５】
次に、回転に対する変換効率特性について説明する。これは、回転数と変換効率との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示するもので（図１５参照）、この変換効率とは、各回転数において、最大電力時のものである。つまり、記憶テーブルＫＴから、各回転数において最大電力の値を検出し、最大電力時の変換効率をさらに検出して、各回転数と変換効率との関係としてグラフ化して表示するものである。グラフ化に当たっては、図１５に示すように、横軸を回転数、縦軸を変換効率とする。なお、最大電力時の変換効率の検出に際しては、単に記憶テーブルＫＴから最大電力時の変換効率を検出するのみならず、近似曲線から算出するようにしてもよい。例えば、図１０等から最大電力時の電圧を検出し、その電圧における変換効率を図１３から検出することができる。
【００８６】
図１５において、白丸（○）で「最大電力時」と示すものは、上記のような回転数と最大電力時の変換効率との関係を示すものである。
【００８７】
また、黒丸（●）で「バッテリー供給時」とあるものは、上記図１４の場合と同様に、２４Ｖの未充電状態のバッテリーを発電機Ｂに接続して給電した場合を示している。
【００８８】
なお、回転数と変換効率との関係を示す近似曲線を表示するようにしてもよく、また、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。この場合、回転数対変換効率特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。また、図１５に示す例（最大電力時）以外に、所定の抵抗値における変換効率を表示するようにしてもよい。つまり、電力及び軸入力を前述と同様な操作と後述する図１７（外部負荷特性）を活用し、回転に対する変換効率特性のグラフ化を行う、つまり、回転数と、所定の抵抗値における変換効率との関係をグラフ化することも可能であり、前述の近似曲線表示、その特性式自体の表示、否表示が可能である。
【００８９】
次に、回転に対する駆動トルク特性について説明する。これは、回転数と駆動トルクとの関係をグラフ化して表示部２４２等に表示するもので（図１６参照）、この駆動トルクとは、各回転数において、最大電力時のトルクを示すものである。つまり、記憶テーブルＫＴから、各回転数において最大電力の値を検出し、最大電力時のトルクの値をさらに検出して、各回転数とトルクとの関係としてグラフ化して表示するものである。グラフ化に当たっては、図１６に示すように、横軸を回転数、縦軸を駆動トルクとする。なお、最大電力時のトルクの検出に際しては、単に記憶テーブルＫＴから最大電力時のトルクを検出するのみならず、近似曲線から抽出するようにしてもよい。例えば、図１０等から最大電力時の電圧を検出し、その電圧におけるトルクを図１１から検出することが考えられる。
【００９０】
図１６において、白丸（○）で「最大電力時」と示すものは、上記のような回転数と最大電力時のトルクとの関係を示すものである。
【００９１】
また、黒丸（●）で「バッテリー供給時」とあるものは、上記図１４の場合と同様に、２４Ｖの未充電状態のバッテリーを発電機Ｂに接続して給電した場合を示している。
【００９２】
なお、回転数とトルクとの関係を示す近似曲線を表示するようにしてもよく、また、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。この場合、回転数対変換効率特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。また、図１６に示す例（最大電力時）以外に、所定の抵抗値におけるトルクを表示させるようにしてもよい。つまり、電力及びトルクを前述と同様な操作と後述する図１７（外部負荷特性）を活用し、回転に対する駆動トルク特性のグラフ化を行う、つまり、回転数と所定の抵抗値におけるトルクの値との関係をグラフ化することも可能であり、前述の近似曲線表示、その特性式自体の表示、否表示が可能である。
【００９３】
次に、外部負荷特性について説明する。これは、各回転数ごとに抵抗値と電力との関係をグラフ化して表示部２４２等に表示するものである（図１７参照）。つまり、記憶テーブルＫＴには、回転数ごとに、各抵抗値における電力の値が記憶されているので、これを各回転数ごとにグラフ化する。グラフ化に当たっては、図１７に示すように、横軸を抵抗値、縦軸を出力電力とし、各回転数ごとに近似曲線を表示させる。なお、上記と同様に、近似曲線を示す特性式自体についても表示できるようにするのが好ましい。出力電圧対出力電力特性を演算、表示するためのプログラムは、プログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうことになる。
【００９４】
なお、上記の各特性は、ユーザが入力部２００において操作をすることによって、所望の特性が表示部２４２等に表示されるようになっている。例えば、出力電圧対出力電流特性を表示しようとした場合には、該特性を表示するための操作をユーザが行なうことにより、該特性が算出され、表示部２４２等に表示される。
【００９５】
次に、さらに発展的な解析について説明する。メーカーは、発電機の特性の１つとして、図１８の「メーカー公表値」に示すように、風速と発電出力との関係を公表している。ここで、図１８における発電出力が最大電力を示していると仮定した場合に、この図１８に示す風速と発電出力との関係と、図１４に示す回転数と出力電力との関係（特に、回転数と最大電力との関係）とをつき合わせると、風速と回転数との関係を導き出すことができる。例えば、図１４において、１０００Ｗの時の回転数が８５０ｒｐｍであり、一方、図１８において、１０００Ｗの時の風速が１１ｍであるので、風速１１ｍの時に出力電力は１０００Ｗということになる。そのように複数の点をプロットしていくと、図１９の上段に示すように、風速と回転数との関係が得られる。
【００９６】
つまり、データ格納部２３０に、図１８の「メーカー公表値」に示すデータを格納しておき、これと上記のように得られた回転数と出力電力との関係とを用いて、ＣＰＵ２５０は、図１９（ａ）に示すような、風速と回転数の関係を算出して、表示を行なう。この場合、上記のような算出を行なうためのプログラムがプログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに基づいて動作することになる。
【００９７】
このように風速と回転数との関係が得られると、図１６に示す回転に対する駆動トルク特性をアレンジして、図１９（ｂ）に示す風速とトルクとの関係を算出することができる。つまり、ＣＰＵ２５０は、図１９（ａ）に示す風速と回転数の関係と、図１６に示す回転に対する駆動トルク特性を用いて、ＣＰＵ２５０は、図１９（ｂ）に示す風速とトルクとの関係を算出して、表示を行なう。この場合も、そのような算出を行なうためのプログラムがプログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに基づいて動作することになる。
【００９８】
また、上記ように、軸入力は２π×ｎ×Ｎ／６０で表されるので、図１９（ａ）には風速と回転数（つまり、ｎ）の関係が示され、図１９（ｂ）には風速とトルク（つまり、Ｎ）の関係が示されているので、図１９（ａ）と図１９（ｂ）により風速と軸入力との関係を算出できる。つまり、プログラム格納部２２０には、上記のような処理を行なうためのプログラムが格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従い図１９（ｃ）に示す風速と軸入力との関係を算出して表示する。なお、図１９（ｃ）において、「発電出力」と示された曲線はメーカー公称値を示したものである。以上のように、測定装置Ａは、図１９に示す特性を算出、表示する機能を有している。この場合も、ユーザが図１９に示す各特性を表示するための操作を行った場合に、該特性が算出されて、表示部２４２等に表示されることになる。この点は、図２０、図２１の特性を算出、表示する場合も同様である。
【００９９】
また、測定装置Ａは、図２０に示す特性を算出、表示する機能を有している。つまり、空気密度をρ、ブレードの直径をもとにした円の面積をＡ、風速をＶとした場合には、風力パワーＰ３（Ｗ）は、Ｐ＝１／２×ρ×Ａ×Ｖ３で表される（図２０参照）。ここで、ブレードの直径を２．７ｍとすると、Ａ＝１．３５×１．３５×π≒５．７５となり、ρを１．２０５とすると、Ｐ３＝１／２×ρ×Ａ×Ｖ３＝３．４４９×Ｖ３となる（図２０（ａ）参照）。つまり、風力パワーは、Ｖの３乗に３．４４９を乗じたものとなる。これをグラフ化すると、図２０（ａ）のようになる。つまり、上記のような手法により風速と風力パワーとの関係を算出するためのプログラム、つまり、少なくとも上記計算式を含んだプログラムがプログラム格納部２２０に格納されていて、ブレードの直径の値と空気密度のデータを入力することにより、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って、風速と風力パワーとの関係を算出して図２０（ａ）に示すように表示するのである。
【０１００】
また、メーカーの公称値としての風速と発電出力との関係（図２０（ｂ）参照）をデータ格納部２３０に入力しておくことにより、ＣＰＵ２５０は、図２０（ｃ）に示すように、風速と風力パワーとの関係及び風速と発電出力との関係を１つの縮尺内に表示する機能も有している。
【０１０１】
さらに、図２０（ａ）に示すような風力パワーをＰ１、図２０（ｂ）に示すような発電出力をＰ２とした場合には、パワー係数Ｃｐ＝Ｐ２／Ｐ１＝Ｐ２／（１／２×ρ×Ａ×Ｖ３）で示される。ＣＰＵ２５０は、この計算式に基づいて、図２０（ｄ）に示すような風速とパワー係数との関係を算出して表示する機能をも有している。つまり、上記のような手法により風速とパワー係数との関係を算出するためのプログラム、つまり、少なくとも上記計算式を含んだプログラムがプログラム格納部２２０に格納されていて、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って処理を行なうのである。
【０１０２】
さらに、測定装置Ａは、図２１に示す特性を算出、表示する機能を有している。つまり、図１５に示す特性は、回転数と変換効率との関係であるが、図１９（ａ）に示すように、風速と回転数との関係が算出されることにより、風速と変換効率との関係も導き出すことができる。図２１に示す「発電機変換効率」はこのようにして算出されたものである。つまり、プログラム格納部２２０には、回転数と変換効率の関係（図１５参照）と風速と回転数との関係（図１９（ａ）参照）とに基づいて、風速と変換効率との関係を求めるプログラムが格納され、ＣＰＵ２５０は、該プログラムに従って、風速と変換効率との関係を算出する。この「発電機変換効率」が示す曲線は、上記「風速の値と変換効率の値との関係」に当たる。
【０１０３】
また、図２１に示す「パワー係数」は、図２０（ｄ）に示すものと同じである。また、図２１に示す「風車変換効率」は、発電機変換効率をパワー係数で除算したものである。つまり、風車変換効率＝発電機変換効率／パワー係数で算出した値が示される。この「発電機変換効率」が示す曲線は、上記「風速の値と該他の変換効率の値との関係」に当たる。
【０１０４】
なお、測定装置Ａは、図２２に示す特性を算出、表示する機能をも有しているが、この図２２に示す特性は図２１と同様であるが、負荷抵抗値を一定であるとして算出したものである。つまり、発電機変換効率は、回転数と変換効率との関係をもとにして算出されており、図２１では、該変換効率は最大電力時の変換効率としているが、この図２２の場合には、ある抵抗値の場合（図２２では、１．５オーム）の変換効率としている。このように１．５オームの場合について解析したのは、測定及び解析の結果、定格回転数８５０ｒｐｍ、定格出力１０００Ｗの際に抵抗値が１．５オームであったことに基づく。
【０１０５】
このように図２１に示す特性と図２２に示す特性の両方を算出、表示できるようにしたのは、以下の理由による。つまり、メーカーの公表値（つまり、図１８）が風速に対して最大電力を示している場合には、図２１の特性を利用すればよく、一方、メーカーの公表値（つまり、図１８）が風速に対して一定負荷に接続して給電した場合の電力を示している場合には、図２２の特性を利用すればよいので、そのどちらの場合にも対応することができるようにしたのである。また、メーカーの公表値が、各風速に対し負荷抵抗値を可変させた場合にも、その抵抗値を公表してくれたならば、同様な解析が行える。加えてメーカー又は、製作者が、その風力発電システムの出力の計測において、風速、発電出力、回転数、給電している負荷の抵抗値を正確に記録していたのであれば、当該装置によって得られたデータを元に更に真値に近い解析を行える。
【０１０６】
以上のように、発電機側の変換効率と、風車側の変換効率を分離して把握できるようになり、ロータ側（つまり、風車側）と発電機側の力学的な整合性を考慮したシステム設計の開発にも十分なデータを得ることが可能となった。
【０１０７】
なお、抵抗値を固定とした測定で十分な場合には、図７に示す動作とは異なり、抵抗値を所定の固定値に固定した上で、回転数を変化させながら測定を行なうことになる。また、回転数のチェックについても測定期間中常時行なうようにすればよい。
【０１０８】
また、上記のような解析により得られた解析結果は、データ格納部２３０に記憶させておくようにしてもよい。
【０１０９】
以上のように本実施例の測定装置Ａによれば、発電機の種々の特性を出力することができ、定格値以外での発電機の状態を十分に把握することができる。
【０１１０】
特に、発電機の瞬時の発電出力（図１４参照）や、瞬時の発電効率（図１５）等も把握できることから、発電機を駆動させるためのロータのエネルギー変換効率も明らかにすることができる。
【０１１１】
特に、ロータ（つまり、風車）の特性を計測するには、トルク計、電磁ブレーキ、回転計等が必要とされ、高価な研究施設が必要であったが、本実施例の測定装置によれば、そのような施設を用意するが必要なく、安価に計測を行なうことができる。
【０１１２】
また、従来のエネルギー変換器の開発分野においては、ロータの効率が明らかでないため、機械的な強度や耐久性、安全性が主に注目されてきたが、ロータは、形状寸法が同一であっても、重量、重心、材質が異なった場合や、形状がわずかに変化した場合等に変換効率も各々異なる。そこで、本実施例の測定装置によれば、上記のようなデータ解析により各々の変換効率を明らかにすることができ、ロータと発電機の好適な組み合わせを探るシステム開発においても利用可能となる。
【０１１３】
また、ロータと発電機の力学的な釣り合い状態を把握できることから、該発電機とロータとからなるシステムの発電出力に見合った負荷側の最適な入力抵抗を探り出すことも可能となる。
【０１１４】
また、発電電力の波形観測、駆動力の計測、温度計測ができることから、発電機の振動の軽減、波形の改善等、いわば高性能発電機の開発研究においても十分利用可能である。
【０１１５】
なお、Ａ／Ｄ変換器９０に高速の変換器を用いることにより、電力値（電圧値（Ｖ）×電流値（Ａ）×力率）の波形観測と、トルク値（Ｔ）の波形観測を行うことができ、発電機の振動の状態をも計測することが可能となる。
【０１１６】
なお、上記の説明においては、図２に示すように、電流検出器３０と電圧検出器４０は、全波整流ブリッジ１００の後段に設けられているが、図２３に示すように、さらに、全波整流ブリッジ１００の前段に、電流検出器３１と電圧検出器４１を設けるようにしてもよい。この場合、電流検出器３１には、アンプ３３が接続され、アンプ３３がＡ／Ｄ変換器９０に接続されることになる。また、電圧検出器４１についても、電圧検出器４１には、アンプ（図示せず）が接続されて、該アンプは、Ａ／Ｄ変換器９０に接続されることになる。
【０１１７】
この場合、記憶テーブルＫＴにおける各個別記憶テーブルには、電流検出器３０の検出値に基づくデータと電流検出器３１の検出値に基づくデータのそれぞれが記憶されるようになっていて、電圧検出器４０の検出値に基づくデータと電圧検出器４１の検出値に基づくデータのそれぞれが記憶されるようになっている。つまり、電流と電圧については、それぞれ２つの記憶領域が設けられていることになる。
【０１１８】
なお、発電機の出力がｎ相交流とした場合に、電流検出器３１の検出値に基づくデータの記憶に際しては、電流検出器３１により検出された電流値をｎ倍した値が記憶テーブルに記憶され、電圧検出器４１の検出値に基づくデータの記憶に際しても、電圧検出器４１により検出された電圧値をｎ倍した値が記憶テーブルに記憶される。
【０１１９】
なお、図２３の構成は、ｎ相発電機の各相の出力が平衡であることを前提としている。つまり、全波整流ブリッジ１００は、平衡負荷とみなすことができるので、ｎ相発電機の各相の出力が平衡であれば、電流検出器３１と電圧検出器４１は図２３に示すようにそれぞれ１つずつ設けられていれば、１相の測定のみを行い、あとはブロンデルの法則によりｎ相全体の値を算出すればよい。
【０１２０】
一方、ｎ相発電機の各相の出力が不平衡の場合には、ｎ個の電流検出器と、ｎ−１個の電圧検出器を全波整流ブリッジの前段に設けることになり（また、それぞれの電流検出器と電圧検出器にはアンプが接続され、該アンプにＡ／Ｄ変換器９０が接続されることになる）、記憶テーブルには、各電流検出器により検出された電流値の和が記憶され、また、各電圧検出器により検出された電圧値の和が記憶される。つまり、電流検出器についてはｎ相の各相ごとに取り付け、一方、電圧検出器については、ｎｍ相とｎｍ＋１相（ｍ＝１〜ｎ−１）間にそれぞれ設けられることになる。
【０１２１】
このように全波整流ブリッジ１００の前段にも電流検出器と電圧検出器を設ける場合にも、その解析においては、各電流、各電圧について図９以下に示すような解析結果を表示する。つまり、例えば、図９に示す出力電圧対出力電流特性については、電流検出器３０からのデータに基づく特性と、電流検出器３１からのデータに基づく特性が表示されるようになる。
【０１２２】
このような構成とすることにより、全波整流ブリッジ１００自身も電力を多少消費することから、つまり、整流損が存在することから、発電機の真の出力と、整流損を明らかにすることができる。なお、図２３においても、外部可変負荷装置１０２を図３に示すタイプとしてもよい。
【０１２３】
なお、図２３においては、全波整流ブリッジ１００の前段と後段にそれぞれ電流検出器と電圧検出器を設けるものとして説明したが、測定用回路においてまず図２に示すように全波整流ブリッジ１００の後段に電流検出器と電圧検出器を設けて測定を行い、その後、電流検出器と電圧検出器を全波整流ブリッジ１００の前段に付け替えて、つまり、測定用回路において全波整流ブリッジ１００の前段に設けて（つまり、その場合には、図２３から電流検出器３０、電圧検出器４０を除いた構成となる）測定を行なうようにしてもよい。つまり、全波整流ブリッジ１００を介して片側ずつ電流検出器と電圧検出器を接続して測定するのである。
【０１２４】
また、すでに上記でも説明したが、上記図１４、図１５、図１６においては、最大電力時の値が表示されているが、これを所定の抵抗値の場合の値としてもよい。例えば、図１４では、最大電力時の軸入力ではなく、所定の抵抗値における軸入力とする。この所定の抵抗値の場合には、所定の電力となるので、その意味では、所定の電力時の値ということができる。
【０１２５】
また、上記の測定装置Ａにおいては、トルク変換器２０や、電流検出器３０や、電圧検出器４０等によって検出された値を自動的にデータ格納部２３０に取り込み、所定の操作を行なうことによって解析を行なうのであるが、この測定装置Ａにより実際に測定したデータ以外のデータを解析できるようにしてもよい。
【０１２６】
つまり、測定装置Ａに、データを取り込むためのドライブ（ＦＤドライブ、ＭＯドライブ等）を設け、解析を行なうためのデータを読み込ませる。すると、読み込まれたデータは、記憶テーブルＫＴに記憶されて、その後は、上記のような解析を行なう。このようにすることにより、測定装置Ａを解析装置として利用することができる。
【０１２７】
また、測定装置Ａを、測定機能を有する部位と、解析機能を有する部位とを分離してもよい。測定部と、解析部とを分離した構成とする。
【０１２８】
つまり、測定部としては、上記測定装置Ａから解析機能を省いた構成であり、プログラム格納部２２０には、測定に必要なプログラム、例えば、図７に示す動作を行なうプログラムのみ格納され、解析を行なうプログラムは格納されていない。また、記憶テーブルＫＴも、各回転数ごとに、トルクと、電圧と、電流とを記憶するのみである。
【０１２９】
また、解析部（解析装置）としては、図１における入力部２００と、記憶部２１０と、出力部２４０と、ＣＰＵ２５０の構成のみであり、また、プログラム格納部２２０には、解析を行なうためのプログラムが格納された構成となる。さらに、解析部には、各回転数ごとのトルク、電圧、電流のデータを取り込むためのドライブが設けられる。
【０１３０】
なお、本実施例では、試験体として、主として風力発電機を例にとって説明したが、これには限られず、風力発電機以外の発電機でもよく、また、発電機以外の装置で、回転機構を有する装置であれば適用が可能である。特に、クリーンエネルギー又は未利用エネルギーのエネルギー変換機等に有用である。
【０１３１】
【発明の効果】
本発明に基づく測定装置によれば、発電機等の回転機構を有する試験体の特性を把握することができ、特に、各回転数ごとに、各抵抗値におけるトルクと電流と電圧の値を測定して記録していくことができるので、この記録データをもとにして種々の解析に利用することが可能となる。特に、定格値以外の発電機の特性を把握することができ、新たな発電機の開発及び研究に利用することが可能となる。
【０１３２】
また、特に、記憶テーブルＫＴには、複数の回転数ごとに、複数の抵抗値について、トルクの値と、電圧の値と、電流の値と、電力の値と、該軸入力の値と、該変換効率の値の各データが記憶される場合には、これらの値に基づいて各種解析に利用することが可能となる。
【０１３３】
また、特に、温度測定手段や、周囲温度測定手段や、周囲湿度測定手段や、周囲気圧測定手段を有する場合には、上記の温度や湿度や気圧を測定することができ、熱損、機械損等の算出や、経時的な温度変化等の計測も可能となる。
【０１３４】
また、特に、上記試験体の上記駆動手段に対する相対的な位置を調整するための調整手段を有する場合には、試験体の回転軸と駆動手段の回転軸とを容易に一致させることが可能となる。
【０１３５】
また、本発明における試験体特性解析装置によれば、定格値以外の発電機の特性を把握することができ、解析結果を利用して、新たな発電機の開発及び研究に利用することが可能となる。
【０１３６】
また、特に、解析手段が、風速の値と回転数との関係を算出する場合には、回転数との関係が得られている種々の特性を、風速との関係に置き換えることができ、発電機の特性を明らかにするのに大きな指標とすることができる。
【０１３７】
また、特に、解析手段が、風速の値と変換効率の値との関係を算出する場合には、風速と変換効率との関係を明らかにすることができ、発電機についての重要な特性を明らかにすることが可能となる。
【０１３８】
また、特に、解析手段が、風速の値と変換効率の値との関係を算出する場合には、請求項１６や請求項１８の構成において算出される変換効率が発電機側の変換効率であるのに対して、本発明において算出される変換効率はロータ（風力発電機では、風車側）の変換効率であり、このように変換効率を発電機側とロータ側とに分離して求めることができるようになったことにより、発電機を全体のシステムの設計等に大きく貢献させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に基づく測定装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の実施例に基づく測定装置の構成を説明するための回路図であり、発電機に接続される測定用回路の構成を説明するための回路図である。
【図３】測定用回路の他の例を示す回路図である。
【図４】本発明の実施例に基づく測定装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】試験体としての発電機を説明するための説明図である。
【図６】記憶テーブルの構成を示す説明図である。
【図７】測定における動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】測定装置における測定の動作を示す説明図である。
【図９】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、出力電圧対出力電流特性の一例を示す説明図である。
【図１０】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、出力電圧対出力電力特性の一例を示す説明図である。
【図１１】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、出力電圧対静止トルク特性の一例を示す説明図である。
【図１２】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、出力電圧対入出力特性の一例を示す説明図である。
【図１３】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、出力電圧対変換効率特性の一例を示す説明図である。
【図１４】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、回転数対入出力特性の一例を示す説明図である。
【図１５】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、回転に対する変換効率の一例を示す説明図である。
【図１６】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、回転に対する駆動トルク特性の一例を示す説明図である。
【図１７】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、外部負荷特性の一例を示す説明図である。
【図１８】風速と発電出力との関係を示す説明図であり、メーカー公表値とバッテリー充電システムとして運転された実測値を示す説明図である。
【図１９】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、風速と回転数との関係、風速と静止トルクとの関係、風速と仕事率との関係を示す説明図である。
【図２０】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、風速と風力パワーとの関係、風速と発電出力との関係、風速とパワー係数との関係を示す説明図である。
【図２１】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、最大電力時における、風車変換効率と、発電機変換効率と、パワー係数を示す説明図である。
【図２２】測定装置による解析結果を示す説明図であり、特に、抵抗値を固定した場合における、風車変換効率と、発電機変換効率と、パワー係数を示す説明図である。
【図２３】測定用回路の他の例を示す回路図である。
【符号の説明】
Ａ 測定装置
Ａ１ 測定用回路
Ｂ 発電機
１０ 駆動モータ
１２ 駆動回路
１４ 回転計
２０ トルク変換器
３０ 電流検出器
４０ 電圧検出器
５０ 温度検出器
６０ 温度検出器
７０ 湿度検出器
８０ 気圧検出器
９０ Ａ／Ｄ変換器
１００ 全波整流ブリッジ
１０２ 外部可変負荷装置
１０４ Ｄ／Ａ変換器
２００ 入力部
２１０ 記憶部
２２０ プログラム格納部
２３０ データ格納部
２４０ 出力部
２４２ 表示部
２４４ 印刷部
２５０ ＣＰＵ
ＫＴ 記憶テーブル
Claims (22)
- 回転軸を持つ回転機構を備えた発電機であって、試験体としての発電機の特性を測定するための測定装置であって、
上記回転軸を回転駆動させる駆動手段と、
上記駆動手段により回転駆動された発電機の回転数を測定する回転数測定手段と、
上記駆動手段により回転駆動された発電機と、上記駆動手段との間に発生するトルクを測定するトルク測定手段と、
発電機の電力の出力端に接続された測定用回路であって、抵抗値を所定の値に設定可能な抵抗を有する測定用回路と、
該測定用回路に流れる電流の値を測定する電流測定手段と、
該測定用回路に印加されている電圧の値を測定する電圧測定手段と、
上記トルク測定手段により測定されたトルクの値のデータと、電流測定手段により測定された電流の値のデータと、電圧測定手段により測定された電圧の値のデータとを記憶するための記憶テーブルを有する記憶手段と、
上記駆動手段を順次所定の回転数に設定するための第１設定手段と、
上記測定用回路における抵抗の抵抗値を順次変化させて設定していくための第２設定手段と、
上記第１設定手段により設定された回転数において、該第２設定手段により変化させられた各抵抗値ごとに、上記トルク測定手段により測定されたトルクの値のデータと、上記電流測定手段により測定された電流の値のデータと、上記電圧測定手段により測定された電圧の値のデータを上記記憶テーブルに書き込んでいく書込み手段と、
を有することを特徴とする測定装置。 - 上記測定装置が、さらに、該駆動手段の回転数を設定する回転数制御手段であって、上記回転数測定手段により測定された回転数に基づいて、帰還制御を行なう回転数制御手段を有し、上記駆動手段は、該回転数制御手段の制御に基づき、回転数を制御しながら上記回転軸を駆動させることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
- 上記測定装置は、トルクの値と回転数とから軸入力の値を算出するとともに、電力の値と軸入力の値とから変換効率の値を算出し、上記記憶テーブルには、複数の回転数ごとに、測定及び算出データが記憶され、該測定及び算出データは、複数の抵抗値ごとに、トルクの値と、電圧の値と、電流の値と、電力の値と、該軸入力の値と、該変換効率の値の各データから構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
- 上記記憶テーブルには、さらに、各抵抗値ごとに、電流と電圧の位相差のデータ又は該位相差に基づく力率のデータが記憶されることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の測定装置。
- 上記測定装置が、さらに、発電機に取り付けられた温度測定手段と、発電機の試験中における周囲環境の温度を測定する周囲温度測定手段と、発電機の試験中における周囲環境の湿度を測定する周囲湿度測定手段と、発電機の試験中における周囲環境の気圧を測定する周囲気圧測定手段と、を有することを特徴とする請求項１又は２又は３又は４に記載の測定装置。
- 上記測定用回路には、発電機からの出力が交流出力である場合に、交流出力を直流出力に変換するための変換手段が設けられ、該測定用回路における変換手段よりも発電機側に上記電流測定手段と電圧測定手段が設けられているとともに、該測定用回路における変換手段よりも発電機側とは反対側にも、上記電流測定手段と電圧測定手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５に記載の測定装置。
- 上記測定装置が、さらに、上記試験体の回転軸の軸心と、上記駆動手段の回転軸の軸心とを一致させるために、上記試験体の上記駆動手段に対する相対的な位置を調整するための調整手段を有することを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又は６に記載の測定装置。
- 回転軸を持つ回転機構を備えた試験体の特性を解析するための試験体特性解析装置であって、請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は７に記載の測定装置と、記憶テーブルに記憶された各データに基づいて解析を行なう解析手段と、を有することを特徴とする試験体特性解析装置。
- 回転軸を持つ回転機構を備えた試験体としての発電機の特性を解析するための試験体特性解析装置であって、
発電機の各回転数において、抵抗値ごとに、トルクの値と、電流の値と、電圧の値についての各データを記憶する記憶テーブルを有する記憶手段であって、発電機に、発電機の回転軸を回転駆動させる駆動手段を接続するとともに、該発電機の電力の出力端に、所定の抵抗値に設定可能な抵抗を有する測定用回路を接続させた状態で、該駆動手段により発電機の回転軸を回転駆動させて、各回転数において、抵抗値ごとに、発電機と駆動手段との間に発生するトルクの値と、該測定用回路を流れる電流の値と、該測定用回路に印加されている電圧の値とを測定した値についてのデータを記憶する記憶テーブルを有する記憶手段と、
該記憶テーブルに記憶された各データに基づいて解析を行なう解析手段と、
を有することを特徴とする試験体特性解析装置。 - 上記解析手段が、トルクの値と、回転数とから、軸入力を算出し、電圧の値と、該軸入力の値との関係を、各回転数ごとに算出することを特徴とする請求項８又は９に記載の試験体特性解析装置。
- 上記解析手段が、電力の値を軸入力の値により除算することにより変換効率の値を算出し、電圧の値と、該変換効率の値との関係を、各回転数ごとに算出することを特徴とする請求項８又は９又は１０に記載の試験体特性解析装置。
- 上記解析手段が、回転数と電力の値との関係及び／又は回転数と軸入力の値との関係を算出することを特徴とする請求項８又は９又は１０又は１１に記載の試験体特性解析装置。
- 上記解析手段が、回転数と、変換効率であって所定の電力時の変換効率の値との関係を算出することを特徴とする請求項８又は９又は１０又は１１又は１２に記載の試験体特性解析装置。
- 上記解析手段が、回転数と、トルクであって所定の電力時のトルクの値との関係を算出することを特徴とする請求項８又は９又は１０又は１１又は１２又は１３に記載の試験体特性解析装置。
- 上記解析手段が、記憶テーブルに記憶されたデータに基づいて、回転数と電力の値との関係を示すデータを算出し、該回転数と電力の値との関係を示すデータと、予め求められているデータであって、風速の値と電力の値との関係を示すデータと、に基づいて、風速の値と回転数との関係を算出することを特徴とする請求項８又は９又は１０又は１１又は１２又は１３又は１４に記載の試験体特性解析装置。
- 上記解析手段が、回転数と、トルクであって所定の電力時のトルクの値との関係を算出するとともに、上記風速の値と回転数との関係から、風速の値とトルクの値との関係を算出し、該風速の値と回転数との関係と、該風速の値とトルクの値との関係とから、風速の値と軸入力の値との関係を算出することを特徴とする請求項１５に記載の試験体特性解析装置。
- 上記解析手段が、回転数と、変換効率であって所定の電力時の変換効率の値との関係である変換効率特性を算出するとともに、風速の値と回転数との関係と、該変換効率特性とから、風速の値と変換効率の値との関係を算出することを特徴とする請求項１５に記載の試験体特性解析装置。
- 上記解析手段が、発電機に取り付けられるブレードの直径に基づいて各風速における風力パワーの値を算出することにより風速の値と風力パワーの値との関係を示すデータを算出し、該風速の値と風力パワーの値との関係を示すデータと、予め求められているデータであって、風速の値と電力の値との関係を示すデータと、に基づいて、該電力の値を該風力パワーの値により除算してパワー係数を算出することにより、風速の値とパワー係数との関係を算出し、算出された風速の値とパワー係数との関係と、上記風速の値と変換効率の値との関係とから、変換効率の値をパワー係数により除算することにより、他の変換効率を算出し、風速の値と該他の変換効率の値との関係を算出することを特徴とする請求項１７に記載の試験体特性解析装置。
- 上記解析手段が、回転数と、変換効率であって所定の抵抗値における変換効率の値との関係である変換効率特性を算出するとともに、風速の値と回転数との関係と、該変換効率特性とから、風速の値と変換効率の値との関係を算出することを特徴とする請求項１５に記載の試験体特性解析装置。
- 上記解析手段が、発電機に取り付けられるブレードの直径に基づいて各風速における風力パワーの値を算出することにより風速の値と風力パワーの値との関係を示すデータを算出し、該風速の値と風力パワーの値との関係を示すデータと、予め求められているデータであって、風速の値と電力の値との関係を示すデータと、に基づいて、該電力の値を該風力パワーの値により除算してパワー係数を算出することにより、風速の値とパワー係数との関係を算出し、算出された風速の値とパワー係数との関係と、上記風速の値と変換効率の値との関係とから、変換効率の値をパワー係数により除算することにより、他の変換効率を算出し、風速の値と該他の変換効率の値との関係を算出することを特徴とする請求項１９に記載の試験体特性解析装置。
- 上記「所定の電力時」における所定の電力が、最大電力であることを特徴とする請求項１３又は１４又は１６又は１７又は１８に記載の試験体特性解析装置。
- 上記試験体特性解析装置が、さらに、上記解析手段による解析結果を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項８又は９又は１０又は１１又は１２又は１３又は１４又は１５又は１６又は１７又は１８又は１９又は２０又は２１に記載の試験体特性解析装置。
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