JP6443848B1 - Wind power generation system having variable magnetic flux field type synchronous generator - Google Patents
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Abstract
【課題】可変磁束界磁型同期発電機を有する風力発電装置において、風車の最大機械的出力点に発電機の機械的入力点を合わせ、発電機の電気的出力を最大限に生み出す方法は、発電機の誘起起電力の周波数の影響や風車設置場所の標高差および気象の変動による空気密度の変化などの影響を受け困難な課題がある。【解決手段】風車の機械的出力または発電機の電気的出力を定時間ごとに検出し、それらの値の時間的変化に応じて、電磁石界磁の励磁電流を増やしたり減らしたりすることによって、発電機の機械的入力もしくは発電機の電気的出力を最大になるよう制御する可変磁束界磁型同期発電機を有する風力発電システムを得ることができる。【選択図】図１In a wind power generator having a variable magnetic flux field type synchronous generator, a method of generating the maximum electrical output of a generator by aligning the mechanical input point of the generator with the maximum mechanical output point of the wind turbine, There are difficult issues due to the influence of the frequency of the induced electromotive force of the generator, the difference in altitude of the wind turbine installation location, and the change in air density due to changes in weather. By detecting a mechanical output of a wind turbine or an electrical output of a generator at regular intervals, and increasing or decreasing an exciting current of an electromagnetic field according to a temporal change of those values, It is possible to obtain a wind power generation system having a variable magnetic flux field type synchronous generator that controls the mechanical input of the generator or the electrical output of the generator to be maximized. [Selection] Figure 1
Description
この発明は可変磁束界磁型同期発電機を有する風力発電システムに関するものである。The present invention relates to a wind power generation system having a variable magnetic flux field type synchronous generator.
風車が作り出す機械的出力は、回転角速度とトルクの座標において回転角速度の３乗に比例し、その最大出力点の軌跡は、回転角速度の２乗に比例する。比較的発電容量の小さい小型風力発電機においては、発電機として界磁に永久磁石を用いる永久磁石界磁型同期発電機を使用することが多い。 The mechanical output produced by the windmill is proportional to the cube of the rotational angular velocity in the coordinates of the rotational angular velocity and torque, and the locus of the maximum output point is proportional to the square of the rotational angular velocity. In a small wind power generator with a relatively small power generation capacity, a permanent magnet field synchronous generator using a permanent magnet as a field is often used as a power generator.
永久磁石界磁型同期発電機を駆動するための入力トルクは回転角速度に比例する。一方風車のつくり出す動力の最大出力点のトルクは回転角速度の二乗に比例する。そのため、発電機のトルクと風車の最大出力時のトルクは一点でしか交わらず、それ以外の回転角速度においては最大出力点で動作させることが出来ない。そのため、風力発電システム全体の効率を低減させる原因となっている。
特許文献１は、その対策として、発電機のトルクを回転角速度の２乗に比例するよう制御して、広い回転角速度において風車の最大出力点のトルクに発電機のトルクを合わせようとする技術であるが、回転速度が変化することにより発電機の誘起電圧の周波数の変動による電機子巻線のリアクタンス成分の変化や、設置場所の標高差や気圧の変動などによる空気密度の変化などによって風車の最大出力点のトルクに発電機のトルクを合わせることは容易ではなく、大きな誤差が出ることが多い。
そこで、回転数の変動による発電機に発生する交流周波数の変化ならびに風車の立地条件や気象環境条件などの影響を受けない簡単な方法で、回転角速度が広範囲に変化しても風車の最大出力点近傍において発電機を動作させるシステムをつくることが本発明の課題である。The input torque for driving the permanent magnet field type synchronous generator is proportional to the rotational angular velocity. On the other hand, the torque at the maximum output point of the power generated by the windmill is proportional to the square of the rotational angular velocity. For this reason, the torque of the generator and the torque at the maximum output of the wind turbine intersect only at one point, and it cannot be operated at the maximum output point at other rotational angular velocities. Therefore, this is a cause of reducing the efficiency of the entire wind power generation system.
Patent Document 1 is a technique for controlling the generator torque to be proportional to the square of the rotational angular velocity as a countermeasure, and to adjust the generator torque to the torque at the maximum output point of the wind turbine at a wide rotational angular velocity. However, a change in the rotational speed causes changes in the reactance component of the armature winding due to fluctuations in the frequency of the induced voltage of the generator, changes in the air density due to differences in altitude at installation locations and fluctuations in atmospheric pressure, etc. Matching the generator torque to the torque at the maximum output point is not easy and often results in large errors.
Therefore, the maximum output point of the windmill is not affected by changes in the AC frequency due to fluctuations in the rotational speed, the location of the windmill, and weather environment conditions, and even if the rotational angular speed changes over a wide range. It is an object of the present invention to create a system for operating a generator in the vicinity.
上述した課題を解決するため、本願の第１発明は、界磁に直流電磁石のみ、あるいは直流電磁石と永久磁石を有し、風力を動力とする風力発電機において、風速によって回転速度が変化しても、直流電磁石の励磁電流を調整することによって、発電機の回転角速度に対するトルクの勾配を制御できる界磁磁束可変型同期発電機を有する風力発電システムにおいて、風車の出力即ちトルクと回転角速度の積もしくは発電機の電気的出力即ち負荷電圧と負荷電流の積を一定時間ごとに検出し、その値が前の時間における値より大きければ、直流電磁石の励磁電流を一定量増やし、その値が前の時間における値より小さければ、直流電磁石の励磁電流を一定量減らす操作を繰り返すことによって、風車のつくり出す最大出力近傍、あるいは発電機が発生する最大出力近傍において発電することを特長とする界磁磁束可変型同期発電機を有する風力発電システムである。 In order to solve the above-mentioned problems, the first invention of the present application is a wind power generator that uses only a DC electromagnet or a DC electromagnet and a permanent magnet as a magnetic field and is powered by wind power. However, in a wind power generation system having a field flux variable synchronous generator that can control the torque gradient with respect to the rotational angular speed of the generator by adjusting the excitation current of the DC electromagnet, the output of the wind turbine, that is, the product of the torque and the rotational angular speed. Alternatively, the electrical output of the generator, that is, the product of the load voltage and the load current is detected at regular intervals, and if the value is larger than the value at the previous time, the excitation current of the DC electromagnet is increased by a certain amount, and the value is If it is smaller than the value in time, repeat the operation to reduce the excitation current of the DC electromagnet by a certain amount, so that the vicinity of the maximum output generated by the windmill or the generator It is a wind power generation system with a field magnetic flux variable type synchronous generator that features that power at the maximum output near to raw.
本願の第２の発明は、このシステムに利用する可変磁束界磁型同期発電機の例として、界磁鉄心の歯をＮ極とＳ極の二つのグループに分け、Ｎ極のグループは一方のアキシャル部において磁気的に連結し、Ｓ極のグループは他方のアキシャル部において磁気的に連結し、全体の歯は内径側で非磁性体の支持部材で軸に固定し、Ｓ極の連結部と軸との間は励磁鉄心で連結し、Ｎ極の連結部と軸との間にはそれぞれ励磁ギャップを介して非磁性体のブラケットに固定されたコの字形またはＬ字形の励磁鉄心で結び、その内側には直流励磁コイルを設け、さらにすべてのＮ極の歯とＳ極の歯の間には板状の永久磁石を磁束が増える方向に極性をあわせて挿入し、直流励磁磁束の流れは、Ｎ極励磁鉄心→励磁ギャップ→Ｓ極のグループの歯→エアギャップ→電機子鉄心→エアギャップ→Ｎ極のグループの歯→省略可能な励磁ギャップ→Ｓ極励磁鉄心→軸→励磁ギャップ→Ｎ極励磁鉄心へと流れ、永久磁石の磁束の流れは、永久磁石のＮ極→Ｓ極のグループの歯→エアギャップ→電機子鉄心→エアギャップ→Ｎ極のグープの歯→永久磁石のＳ極へと流れて、界磁が回転することによって電機子鉄心に回転磁界が発生し、電機子巻線に交流電圧が誘起され、電機子の外殻はアルミなどの非磁性体で形成されたラジアルエアギャップ式可変磁束界磁型同期発電機を有する風力発電システムである。 In the second invention of the present application, as an example of the variable magnetic flux field type synchronous generator used in this system, the teeth of the field core are divided into two groups of N pole and S pole. It is magnetically connected in the axial part, the group of S poles is magnetically connected in the other axial part, the whole tooth is fixed to the shaft with a nonmagnetic support member on the inner diameter side, The shaft is connected by an exciting iron core, and the N pole connecting portion and the shaft are connected by a U-shaped or L-shaped exciting core fixed to a non-magnetic bracket via an excitation gap. A DC excitation coil is provided on the inside, and a plate-like permanent magnet is inserted between all the N pole teeth and S pole teeth in the direction of increasing the magnetic flux. , N pole excitation core → excitation gap → teeth of S pole group → air gear → Armature core → Air gap → N-pole group teeth → Optional excitation gap → S-pole excitation core → Shaft → Excitation gap → N-pole excitation core N-pole → S-pole group teeth → Air gap → Armature core → Air gap → N-pole group teeth → Permanent magnet S-pole flows to the armature core by rotating the field This is a wind power generation system that has a radial air gap variable magnetic flux field type synchronous generator in which a magnetic field is generated, an AC voltage is induced in the armature winding, and the outer shell of the armature is made of a nonmagnetic material such as aluminum. is there.
また、本願の第３の発明は、多極化に適しているアキシャルエアギャップ式発電機に関するもので、二つのアキシャルエアギャップを有し、回転する二つの界磁の間にはエアギャップを介して固定子側に固定された直流励磁コイルが配置され、それぞれの界磁の直流励磁コイルの反対側には、それぞれ電機子が配置され、界磁は極数の数だけの扇形の鉄心を有し、そのうちＮ極またはＳ極の扇形鉄心とＳ極またはＮ極の扇形鉄心との間には直方体の永久磁石が挟み込まれるような空間を設けて配置され、その空間には直方体の永久磁石を回転方向に着磁してそのＮ極側はＮ極の扇形界磁鉄心に向けＳ極側は扇形界磁鉄心のＳ極側に向けてＩＰＭ配列の状態で埋め込み、Ｎ極またはＳ極の扇形鉄心の内径側は強磁性体からなる回転軸に接合され、Ｓ極またはＮ極の扇形鉄心は外径側に延伸されその外径は円弧状とし、同様に形成された励磁コイルを挟んで隣り合うもう一つの界磁とラジアルエアギャップを介して磁気ブリッジにより磁気的につながり、界磁が励磁コイルを挟んで向かい合う側には非磁性体の円盤状の支持部材があり、それぞれの界磁鉄心を支持固定し、電機子についてはバックヨークはブラケットに固定され、扇形または台形のティース（歯）の周囲にはコイルを巻き、あるいはティースを省いて台形状のコイルを巻いてバックヨークに固定して固定子となし、永久磁石の磁束の流れは、永久磁石のＮ極⇒Ｎ極界磁鉄心⇒アキシャルエアギャップ⇒電機子ティース⇒バックヨーク⇒電機子ティース⇒アキシャルエアギャップ⇒Ｓ極界磁鉄心⇒永久磁石のＳ極、となるとともに、反対側の界磁においても同様の磁気回路を形成することになり、一方、電磁石の磁束の流れは、回転軸のＮ極⇒Ｎ極界磁鉄心⇒エアギャップ⇒電機子ティース⇒電機子バックヨーク⇒電機子ティース⇒アキシャルエアギャップ⇒Ｓ極界磁鉄心⇒ラジアルエアギャップ⇒磁気ブリッジ⇒ラジアルエアギャップ⇒Ｎ極界磁鉄心⇒アキシャルエアギャップ⇒電機子ティース⇒電機子バックヨーク⇒電機子ティース⇒アキシャルエアギャップ⇒Ｓ極界磁鉄心⇒回転軸のＳ極、となって、アキシャルエアギャップにおける磁束が永久磁石と電磁石の複合磁束が同一方向に流れて総磁束量を制御できる界磁磁束可変型同期発電機を提供するもので、低速形風車において、本願の第１の発電システムを採用する際の発電機に適している。さらに、この発電機は界磁磁束可変型同期電動機としても使用できる。 The third invention of the present application relates to an axial air gap type generator suitable for multipolarization, which has two axial air gaps, and is fixed between two rotating field magnets via an air gap. DC excitation coils fixed on the child side are arranged, armatures are arranged on the opposite sides of the DC excitation coils of the respective fields, and the fields have fan-shaped iron cores corresponding to the number of poles, Among them, a space in which a rectangular parallelepiped permanent magnet is sandwiched between the N-pole or S-pole fan-shaped iron core and the S-pole or N-pole fan-shaped iron core is provided, and the rectangular parallelepiped permanent magnet is rotated in the space. And the N pole side is embedded in the state of an IPM arrangement toward the S pole side of the fan-shaped field core and the N pole side is embedded in the S-pole side of the fan-shaped field core. The inner diameter side is joined to a rotating shaft made of a ferromagnetic material. The S-pole or N-pole fan-shaped iron core is extended to the outer diameter side, and the outer diameter is an arc shape. By another magnetic field via a radial air gap with another field magnet sandwiched in the same manner, There is a non-magnetic disk-like support member on the side where the magnetic field is connected and the field faces across the exciting coil, supporting and fixing each field core, and for the armature, the back yoke is fixed to the bracket A coil is wound around the fan-shaped or trapezoidal teeth (teeth), or a trapezoidal coil is wound around the teeth and fixed to the back yoke to form a stator. N pole ⇒ N pole field magnetic core ⇒ Axial air gap ⇒ Armature teeth ⇒ Back yoke ⇒ Armature teeth ⇒ Axial air gap ⇒ S pole field core ⇒ Permanent magnet S pole In both cases, the same magnetic circuit is formed in the opposite field, while the magnetic flux flow of the electromagnet is N pole of the rotating shaft ⇒ N pole field core ⇒ air gap ⇒ armature teeth ⇒ armature Back yoke ⇒ Armature teeth ⇒ Axial air gap ⇒ S pole field magnetic core ⇒ Radial air gap ⇒ Magnetic bridge ⇒ Radial air gap ⇒ N pole field core ⇒ Axial air gap ⇒ Armature teeth ⇒ Armature back yoke ⇒ Armature teeth ⇒ Axial air gap ⇒ S pole field magnetic core ⇒ S pole of the rotating shaft ⇒ Magnetic flux in the axial air gap can be controlled by controlling the total flux by the combined flux of permanent magnet and electromagnet flowing in the same direction A low-speed wind turbine is suitable for a generator when the first power generation system of the present application is adopted. Furthermore, this generator can also be used as a field magnetic flux variable type synchronous motor.
本願の第４の発明は、請求項１において、発電機については請求項３に記載するアキシャルエアギャップ式界磁磁束可変型同期発電機を適用した風力発電システムである。 A fourth invention of the present application is the wind power generation system to which the axial air gap type field flux variable type synchronous generator described in claim 3 is applied.
第１の発明を実施することにより、可変磁束界磁型同期発電機を用いて、風速の広い変動巾において、風車の最大機械的出力点で発電機を動作させることが出来るので、同じ風車を使用しても、従来の永久磁石同期発電機を使用するよりも、年間の発電電力量が増える効果がある。そのことは、設備投資資金の回収期間を短縮する効果にもなる。
また、界磁に永久磁石と電磁石を利用出来るため永久磁石にコストの安いフェライト磁石を利用しても電磁石で磁束を補うことが出来るとともに、永久磁石を全く使用せず電磁石だけで界磁を形成することも出来るので、コスト低減の効果も期待できる。
さらに、界磁の永久磁石を省いたり、磁力の弱い永久磁石を使用すると、始動時のコギングトルクを小さくできるので、低風速でも運転が容易になるとともに、風車のより低風速領域においても、最大出力点において発電機を運転することができる効果がある。By implementing the first invention, the variable wind field synchronous generator can be used to operate the generator at the maximum mechanical output point of the wind turbine in a wide fluctuation range of the wind speed. Even if it is used, there is an effect of increasing the amount of generated power per year as compared with the conventional permanent magnet synchronous generator. This also has the effect of shortening the recovery period of capital investment funds.
In addition, since permanent magnets and electromagnets can be used as field magnets, magnetic flux can be supplemented with electromagnets even if low-cost ferrite magnets are used as permanent magnets, and field magnets can be formed using only electromagnets without using permanent magnets. It is possible to reduce the cost.
In addition, if the permanent magnet of the field is omitted or the permanent magnet with weak magnetic force is used, the cogging torque at the time of starting can be reduced, so that the operation is easy even at a low wind speed, and even at a lower wind speed region of the windmill, There is an effect that the generator can be operated at the output point.
第３の発明におけるアキシャルエアギャップ式発電機は多極化に適しているので、低速風車にあっては増速機が不要となるので、コストの低減が出来るとともに、高信頼性となり故障が少なくなって、保守サービス費用も軽減されるという経済的効果がある
以上のような効果により、小型風力発電の普及に役立つものと考える。The axial air gap generator according to the third aspect of the invention is suitable for multi-polarization, so a speed increaser is not necessary for a low-speed wind turbine, so that the cost can be reduced and the reliability is reduced and the failure is reduced. Therefore, there is an economic effect that maintenance service costs are also reduced.
次に図１〜６を参照して，本発明のいくつかの実施形態について説明するが，本発明はこれに限定されるものではない。 Next, several embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6, but the present invention is not limited thereto.
図１はこのシステムの概略図である。
発電機の界磁は永久磁石と直流電磁石からなり、直流電磁石は直流励磁コイルにより励磁され、その磁束の大きさは電流の大きさにより変えることが出来る。電機子は電機子鉄心に単相または多相の電機子巻線が巻かれており、その出力端子には抵抗負荷が接続されている。界磁には風車が直結されていて、風車の機械的出力（パワー）を受け入れ、電機子巻線に電気的出力を生み出し、負荷に供給する。風車と界磁の間にはトルクと回転速度を検出する検出器が備えられ風車のパワーを検出し、電機子巻線と負荷との間には電圧と電流の検出器があり、電力を算出して記憶し、その時の電力が前の時間の電力より増えていたら、次の時間では直流励磁電流を増やし、その時の電力が前の時間の電力より減っていたら、次の時間では直流励磁電流を減らすという信号をＤＣＤＣコンバータに送り、直流電源の電圧を制御することによって、直流励磁コイルに流す直流電流を制御し、発電機の出力を最大限に維持する磁束可変型同期発電機を有する風力発電システムである。FIG. 1 is a schematic diagram of this system.
The field of the generator is composed of a permanent magnet and a DC electromagnet. The DC electromagnet is excited by a DC exciting coil, and the magnitude of the magnetic flux can be changed according to the magnitude of the current. The armature has a single-phase or multi-phase armature winding wound around an armature core, and a resistance load is connected to its output terminal. A windmill is directly connected to the field, and it accepts the mechanical output (power) of the windmill, generates an electrical output in the armature winding, and supplies it to the load. A detector that detects torque and rotational speed is installed between the windmill and the field to detect the power of the windmill, and there is a voltage and current detector between the armature winding and the load to calculate the power. If the power at that time is higher than the power at the previous time, increase the DC excitation current at the next time, and if the power at that time is lower than the power at the previous time, then the DC excitation current at the next time. A wind turbine having a variable magnetic flux synchronous generator that controls the direct current flowing in the direct current excitation coil and maintains the output of the generator to the maximum by sending a signal to the DCDC converter and controlling the voltage of the direct current power supply. It is a power generation system.
図２は発電機と負荷の等価回路である。
ここで、
Ｅ 発電機の誘起電圧（交流）
ｒｉ 鉄損等価抵抗
Ｌ 巻線インダクタンス
ｒ 巻線抵抗
Ｒ 負荷抵抗
誘起電圧Ｅは次のように表わされる。
Ｅ＝Ｋ（Φｍ＋Φｅ）Ｎ（２ｐ）ω ・・・・（１）
ここで、
Ｋ 係数
Φｍ 永久磁石による磁束
Φｅ 電磁石による磁束
Ｎ 電機子総巻数
（２ｐ）界磁極数
ω 回転角速度
図２において、インダクタンスと鉄損を省略的小として省き、風車のパワーがすべて発電機の機械的入力になると仮定すると、（２）式を得る。
Ｔ・ω＝〔Ｋ（Φｍ＋Φｅ）Ｎ（２ｐ）ω〕２／（Ｒ＋ｒ） ・・・・（２）
電磁石による磁束は Φｅ＝φＮｅｉ であるので、（３）式を得る。
Ｔ＝〔Ｋ（Φｍ＋φＮｅｉ）Ｎ（２ｐ）〕２・ω／（Ｒ＋ｒ） ・・・・（３）
ここで、φ：定数、Ｎｅ：励磁巻線の巻数、ｉ：直流励磁電流
この式から、永久磁石のみの同期発電機のトルクはωに対して勾配が一定の直線になるが、直流電磁石を並列に併用したハイブリッド励磁の同期発電機は直流励磁電流を変えることによって勾配を変えることが出来ることがわかる。すなわち、直流励磁電流を増やすと勾配が大きくなり、直流励磁電流を減らすと勾配が小さくなる。この特長を生かし、風速が変化し風車のトルクが変わったとき、電磁石の励磁電流を調整することによって発電機のトルクの勾配を変えて、風車の最大出力点のトルクに合わせ、風車の最大パワーの近傍において発電機を動作させることが出来る。これが、この発明の基本的考え方である。FIG. 2 is an equivalent circuit of a generator and a load.
here,
E Induced voltage of generator (AC)
ri Iron loss equivalent resistance L Winding inductance r Winding resistance R Load resistance The induced voltage E is expressed as follows.
E = K (Φm + Φe) N (2p) ω (1)
here,
K factor Φm Magnetic flux by permanent magnet Φe Magnetic flux by electromagnet N Total number of armature turns (2p) Number of field poles ω Rotational angular velocity In Fig. 2, the inductance and iron loss are omitted as small as possible, and the windmill power is all mechanical Assuming that it becomes an input, equation (2) is obtained.
T · ω = [K (Φm + Φe) N (2p) ω] 2 / (R + r) (2)
Since the magnetic flux generated by the electromagnet is Φe = φNei, Equation (3) is obtained.
T = [K (Φm + φNei) N (2p)] 2 · ω / (R + r) (3)
Here, φ: constant, Ne: number of excitation winding turns, i: DC excitation current From this equation, the torque of the synchronous generator with only a permanent magnet is a straight line with a constant gradient with respect to ω. It can be seen that the synchronous generator of hybrid excitation used in parallel can change the slope by changing the DC excitation current. That is, when the DC excitation current is increased, the gradient is increased, and when the DC excitation current is decreased, the gradient is decreased. Taking advantage of this feature, when the wind speed changes and the wind turbine torque changes, the generator's torque gradient is changed by adjusting the excitation current of the electromagnet to match the maximum output point torque of the wind turbine and the maximum power of the wind turbine. The generator can be operated in the vicinity of. This is the basic idea of the present invention.
図３は、回転角速度を横軸に、トルクと出力（パワー）を縦軸にした座標に、風車のトルクと出力ならびに発電機のトルクの関係を表したグラフである。
いま、風速４のときの風車のＴ−ω曲線をＴ４（ω）、Ｐ−ω曲線をＰ４（ω）、風速６のときの風車のＴ−ω曲線をＴ６（ω）、Ｐ−ω曲線をＰ６（ω）とする。それらの最大出力点は、最大出力点の軌跡の曲線：Ｐｍａｘ（ω）の曲線上にある。
風速４のとき、時間ｔ１において励磁電流ｉ１を流したときの発電機のトルクはＴｇ１となり、風車とはＴ１で交わり、そのときのパワーはＰ１である。時間ｔ２において励磁電流を増やしｉ２としたときの発電機のトルクはＴｇ２となり、風車とはＴ２で交わり、その時のパワーはＰ２である。Ｐ２−Ｐ１＞０であるので、時間ｔ３では励磁電流を更に増やしｉ３としたときの発電機のトルクはＴｇ３となり、風車とはＴ３で交わり、そのときのパワーはＰ３である。Ｐ３−Ｐ２＞０であるので、時間ｔ４では励磁電流を更に増やしｉ４とした時の発電機のトルクはＴｇ４となり、風車とはＴ４で交わり、そのときのパワーはＰ４である。このときＰ４−Ｐ３＜０であるので、時間ｔ５では励磁電流を逆に減らしｉ３とすると発電機のトルクはＴｇ３となり、風車とはＴ３で交わり、その時のパワーはＰ３となる。Ｐ３−Ｐ４＞０であるので、時間ｔ６では励磁電流を逆に増やしｉ４とすると発電機のトルクはＴｇ４となり、風車とはＴ４で交わり、そのときのパワーはＰ４となる。以降Ｐ３とＰ４を往復することになり、最大出力点Ｐ３近傍で運転されることになる。
風速が変わって、６になっても４の場合と同様に最大出力点Ｐ７の近傍で運転することができる。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the wind turbine torque and output and the generator torque on the coordinates with the rotational angular velocity on the horizontal axis and the torque and output (power) on the vertical axis.
Now, the wind turbine T-ω curve at the wind speed 4 is T4 (ω), the P-ω curve is P4 (ω), the wind turbine T-ω curve at the wind speed 6 is T6 (ω), and the P-ω curve. Is P6 (ω). These maximum output points are on the curve of the locus of maximum output points: Pmax (ω).
When the wind speed is 4, the torque of the generator when the exciting current i1 flows at time t1 is Tg1, and the wind turbine intersects with the windmill at T1, and the power at that time is P1. When the excitation current is increased to i2 at time t2, the torque of the generator becomes Tg2, intersects with the windmill at T2, and the power at that time is P2. Since P2−P1> 0, the torque of the generator when the excitation current is further increased to i3 at time t3 is Tg3, and the wind turbine intersects at T3, and the power at that time is P3. Since P3-P2> 0, the torque of the generator when the excitation current is further increased to i4 at time t4 is Tg4, and the wind turbine intersects at T4, and the power at that time is P4. At this time, since P4−P3 <0, when the excitation current is reduced to i3 at time t5, the torque of the generator becomes Tg3, and the wind turbine intersects at T3, and the power at that time becomes P3. Since P3-P4> 0, when the excitation current is increased to i4 at time t6, the generator torque becomes Tg4, and the wind turbine intersects at T4, and the power at that time is P4. Thereafter, P3 and P4 are reciprocated, and the vehicle is operated near the maximum output point P3.
Even if the wind speed changes and becomes 6, it is possible to operate near the maximum output point P7 as in the case of 4.
このように、風力発電装置に、可変磁束界磁型同期発電機を用い、定時間ごとに風車のトルクと角速度を測定・検出し、前の時間に測定した出力すなわちトルク×角速度がそのときの出力より大きければ励磁電流を一定量増やし、小さければ励磁電流を一定量減らす操作を繰り返すことによって、風速が変化しても常に風車のつくり出す機械的出力の最大値近傍において発電機を運転することが出来る風力発電システムを得ることができる。
前項では、風車のトルクＴと角速度ωの積すなわち風車の出力を制御量として検討したが、制御量を発電機の電気的出力とすることによっても制御できることを次に説明する。
風車の出力と発電機の出力および損失（銅損や鉄損）の間には次のような関係がある。
風車の出力＝発電機の出力＋発電機の損失（銅損＋鉄損＋機械損） ・・・・（４）
（３）式は次の（４）式のように変形出来る。
（発電機の出力／風車の出力）＝１−（発電機の損失／風車の出力）・・・・（５）
発電機の損失である鉄損や銅損は発電機の出力に比べて小さいので、発電機の出力Ｖ・Ａと風車出力Ｔ・ωの比は１に近い定数とみなすことが出来る。したがって、風車の出力Ｔ・ωの代わりに発電機の出力Ｖ・Ａを制御量とみなし、この値の最大値を追跡する制御方法をとることができると見做すことができる。In this way, a variable magnetic field synchronous generator is used for the wind power generator, and the torque and angular velocity of the wind turbine are measured and detected at regular intervals, and the output measured at the previous time, that is, torque x angular velocity is By repeating the operation of increasing the excitation current by a certain amount if it is larger than the output and decreasing the excitation current by a certain amount if it is smaller, the generator can be operated near the maximum mechanical output that the windmill always produces even if the wind speed changes. A wind power generation system can be obtained.
In the previous section, the product of the wind turbine torque T and the angular velocity ω, that is, the output of the wind turbine was examined as a controlled variable. However, it will be described next that the controlled variable can also be controlled by using the electrical output of the generator.
The following relationship exists between the output of the wind turbine and the output and loss (copper loss and iron loss) of the generator.
Wind turbine output = generator output + generator loss (copper loss + iron loss + mechanical loss) (4)
Equation (3) can be transformed into the following equation (4).
(Generator output / Windmill output) = 1- (Generator loss / Windmill output) (5)
Since the iron loss and copper loss, which are the losses of the generator, are smaller than the output of the generator, the ratio of the generator output V · A and the wind turbine output T · ω can be regarded as a constant close to 1. Therefore, it can be considered that a control method can be taken in which the output V · A of the generator is regarded as a controlled variable instead of the output T · ω of the windmill and the maximum value of this value is tracked.
次に、具体的制御方法について説明する。発電機の出力Ｖ×Ａを制御量とする方が、風車の出力Ｔ×ωを制御量とするより、容易で安価な方法であるので、発電機の電気的出力を制御量とする。
図４Ａは制御回路の概要を表す。発電機の出力電圧を便宜上整流して直流にした例について説明する。制御用の直流電源は自身のバッテリー内蔵電源の他に発電機の出力からも供給される。図４Ｂは制御回路の構成を表し、図４Ｃは制御プログラムの概要を表している。処理サイクルのタイマーで一定時間を設定しその時間毎に、発電機の出力電圧Ｖと負荷電流Ａを検出し、マイクロコンピュータに取り込み、出力を計算して記憶させる。次の一定時間経過後の出力と比較し、増えていたら、発電機の励磁コイルに供給する励磁電流の値を予め決めておいたステップにしたがって、直流電源の電圧をＰＷＭ制御によって直流電圧を調整することによって励磁電流を一定量増やし、出力が減っていたら、励磁電流を一定量減らして、次のサイクルに移行する。この操作を繰り返すことによって、先に［００１４］で説明した制御を実行できる。
なお、この発電システムはプログラマブルロジックコントローラなどのシーケンス制御技術によっても制御を行うことが出来る。Next, a specific control method will be described. Since it is easier and cheaper to use the output V × A of the generator as the controlled variable than to use the output T × ω of the windmill as the controlled variable, the electrical output of the generator is used as the controlled variable.
FIG. 4A shows an outline of the control circuit. An example will be described in which the output voltage of the generator is rectified into a direct current for convenience. The control DC power supply is supplied from the output of the generator in addition to the battery built-in power supply. FIG. 4B shows the configuration of the control circuit, and FIG. 4C shows the outline of the control program. A fixed time is set by the timer of the processing cycle, and the output voltage V and the load current A of the generator are detected every time, and are taken into the microcomputer, and the output is calculated and stored. Compared with the output after the next fixed time has elapsed, if the value increases, the DC power supply voltage is adjusted by PWM control in accordance with the step of pre-determining the value of the excitation current supplied to the generator excitation coil. If the excitation current is increased by a certain amount and the output is reduced, the excitation current is decreased by a certain amount, and the process proceeds to the next cycle. By repeating this operation, the control described above in [0014] can be executed.
The power generation system can also be controlled by a sequence control technique such as a programmable logic controller.
次に、図５にもとづいて、ラジアルエアギャップ式可変磁束界磁型同期発電機について説明する。
軸３０には界磁支持部材２９が取りつけられ、その外径部には２ｎ個の界磁鉄心の歯２３１を放射状に設け、それらの間には板状の２ｎ個の永久磁石２４を挟み、２ｎ個の界磁歯２３１は、一つ置きに二つのグループに分け、一方のグープの突き出た端部は一方の励磁鉄心２５に接して取り付けられ、他方のグループは、励磁コイル２７を内蔵し、かつブラケット２０に固定された他方の励磁鉄心２６に励磁ギャップを介して、その端面を対向させ、外径部にはエアギャップを介して電機子鉄心２１が対向し、電機子巻線２２を有する電機子鉄心２１は非磁性ブラケット２０に固定され、軸３０の両端には軸受２８が取り付けられブラケット２０の軸受ハウジングに嵌合されている。Next, a radial air gap variable magnetic flux field synchronous generator will be described with reference to FIG.
A field support member 29 is attached to the shaft 30, and 2n field iron core teeth 231 are provided radially on the outer diameter portion thereof, and a plate-like 2n permanent magnet 24 is sandwiched between them, The 2n field teeth 231 are divided into two groups every other one, the protruding end of one group is attached in contact with one exciting iron core 25, and the other group contains an exciting coil 27. And the other exciting iron core 26 fixed to the bracket 20 is opposed to the end face thereof via an excitation gap, and the outer diameter portion is opposed to the armature iron core 21 via an air gap. The armature core 21 is fixed to the nonmagnetic bracket 20, and bearings 28 are attached to both ends of the shaft 30 and are fitted to the bearing housing of the bracket 20.
図５（ａ）（ｂ）に界磁の構造例を示す。界磁は板状の永久磁石２４を回転方向に配列させているので、極数を多くする多極化構造に適している。界磁を多極にすると、低速においても誘起電圧が高くなるので、増速機を省略することが出来、励磁コイル２７への電流供給も非接触であることと相俟って、信頼性の高い同期発電機を形成することが出来る。
また、永久磁石２４を使わない直流励磁同期発電機の場合は磁石を使わない分、半径方向のスペースに余裕が出来、極数をより多く増やすことができるので、低速の発電機に適しているということができる。
永久磁石２４は回転方向に着磁磁化され、磁束の流れは、磁石のＮ極→近接する界磁歯→エアギャップ→電機子鉄心→エアギャップ→近接する隣の界磁歯→磁石のＳ極へと流れる。
一方、直流励磁磁束は、軸のＮ極→励磁鉄心→Ｎ極の界磁の歯→エアギャップ→電機子鉄心→エアギャップ→Ｓ極の界磁の歯→励磁ギャップ→励磁鉄心→励磁ギャップ→軸のＳ極、と流れ、相互に独立かつ並列に流れる。
この界磁磁束は、永久磁石による固定磁束と直流励磁磁石による可変磁束の二つの磁束による複合磁束によって形成される特長を有する。
界磁が風力などの動力によって回転すると、これら二つの磁束が電機子鉄心に回転・移動磁界をつくり、それが電機子巻線に誘起電圧を発生させ、ラジアルエアギャップ式可変磁束界磁型同期発電機としての機能を発揮する。5A and 5B show field structure examples. The field magnet is suitable for a multipolar structure in which the number of poles is increased because the plate-like permanent magnets 24 are arranged in the rotational direction. When the field is made of multiple poles, the induced voltage becomes high even at a low speed, so that the speed-up gear can be omitted, and the current supply to the exciting coil 27 is also non-contact, so that the reliability can be improved. A high synchronous generator can be formed.
In addition, in the case of a DC excitation synchronous generator that does not use a permanent magnet 24, since a magnet is not used, a space in the radial direction can be provided and the number of poles can be increased, which is suitable for a low-speed generator. It can be said.
The permanent magnet 24 is magnetized and magnetized in the rotational direction, and the flow of magnetic flux is as follows: the N pole of the magnet → the adjacent field tooth → the air gap → the armature core → the air gap → the adjacent field tooth → the S pole of the magnet. It flows to.
On the other hand, the DC excitation magnetic flux is N pole of the shaft → excitation iron core → N pole field teeth → air gap → armature core → air gap → S pole field teeth → excitation gap → excitation iron core → excitation gap → It flows with the south pole of the shaft, and flows independently and in parallel.
This field magnetic flux has a feature formed by a composite magnetic flux formed by two magnetic fluxes, a fixed magnetic flux by a permanent magnet and a variable magnetic flux by a DC exciting magnet.
When the field is rotated by power such as wind power, these two magnetic fluxes create a rotating / moving magnetic field in the armature core, which generates an induced voltage in the armature winding, and a radial air gap variable magnetic flux field type synchronization. Demonstrate the function as a generator.
図６にもとづいて、アキシャルエアギャップ式可変磁束界磁型同期発電機をについて説明する。
軸方向に２分割された非磁性体からなるブラケット３１，３２の両端中心部には軸受３４を介して強磁性体からなる回転軸３３を通し、ブラケットの両側面には固定子となる電機子４を取り付け、アキシャルエアギャップ２を介して電機子と対向するように二つの円盤状の界磁５を回転軸３３に固定し、ブラケット３１，３２の中央部には強磁性材料からなる円筒状の磁気ブリッジ１７を設け、その中央部に非磁性体からなる支持部材１６を介して回転軸３３を周回する直流励磁コイル１５を、二つの円盤状の界磁５の間にエアギャップを介し回転軸３３に触れないよう磁気ブリッジ１７の内径側に設ける。The axial air gap variable magnetic flux field synchronous generator will be described with reference to FIG.
A rotating shaft 33 made of a ferromagnetic material is passed through bearings 34 at the center of both ends of brackets 31 and 32 made of a non-magnetic material divided into two in the axial direction, and armatures that become stators on both side surfaces of the bracket. 4, two disc-shaped fields 5 are fixed to the rotating shaft 33 so as to face the armature through the axial air gap 2, and the central portions of the brackets 31 and 32 are formed of a cylindrical material made of a ferromagnetic material. A DC excitation coil 15 that circulates around the rotary shaft 33 via a support member 16 made of a non-magnetic material is rotated through an air gap between two disk-shaped fields 5. It is provided on the inner diameter side of the magnetic bridge 17 so as not to touch the shaft 33.
電機子４は円盤状のバックヨーク２１に歯（ティース）２２を設け電気絶縁を施し、その周囲に集中巻の巻線２３を巻く。歯を設けず巻線のみ設けてもよい。歯の数は界磁の極数と同じにして単相とするか、極数と異なる数にして多相巻線としてもよい。左右の電機子の歯２２は同数とし、互いに向かい合うように配置し、時間的位相も同じとする。 The armature 4 is provided with teeth 22 on a disc-shaped back yoke 21 to provide electrical insulation, and concentrated windings 23 are wound around the teeth. You may provide only a coil | winding, without providing a tooth | gear. The number of teeth may be the same as the number of poles of the field and be single phase, or the number of teeth may be different from the number of poles to form a multiphase winding. The left and right armature teeth 22 have the same number, are arranged to face each other, and have the same temporal phase.
界磁５は、二つの円盤状から成り、一つの円盤状の界磁５は、中心側の外歯形界磁鉄心１２が回転軸に接合され、外側には内歯形界磁鉄心１１が外径をリング状につながれ、直方体の永久磁石１３はそれらの内歯と外歯の間に着磁方向が回転方向を向きＩＰＭ状に埋め込まれ、外歯形界磁の歯の部分がＮ極（Ｓ極）内歯形界磁の歯の部分がＳ極（Ｎ極）となるように、極数に相当する数の扇形形状ないしは台形状をした界磁鉄心１１，１２が永久磁石１３による磁極を形成する。左右の界磁５の極性は回転方向に向かって同極となるようにする。そのため、左の界磁が外歯形界磁の歯の磁極１２の場合は右の界磁は内歯形界磁の歯の磁極１１とすると同極となる。それぞれの隣の磁極では右の界磁が外歯形界磁の歯の磁極１２の場合は左の界磁は内歯形界磁の歯の磁極１２とすることによって、左右の界磁５の磁極の極性は同極となる。このことは［図６］の（ｃ）と（ｄ）によって表される。 The field 5 is composed of two discs, and one disc-like field 5 has a center-side external tooth-shaped field core 12 joined to the rotating shaft, and an internal tooth-shaped field core 11 on the outside. The rectangular permanent magnets 13 are embedded in an IPM shape with the magnetizing direction facing the rotation direction between the inner teeth and the outer teeth, and the tooth portion of the external tooth field is the N pole (S pole). ) The fan-shaped or trapezoidal field cores 11 and 12 corresponding to the number of poles form magnetic poles formed by the permanent magnets 13 so that the tooth portion of the internal tooth field becomes the S pole (N pole). . The polarities of the left and right field magnets 5 are made to be the same polarity in the rotation direction. Therefore, when the left field is a tooth magnetic pole 12 having an external tooth shape field, the right field has the same polarity as the tooth magnetic pole 11 having an internal tooth shape field. In each adjacent magnetic pole, when the right field is an externally toothed magnetic pole 12, the left field is an internal toothed magnetic pole 12 so that the left and right field 5 magnetic poles The polarity is the same polarity. This is represented by (c) and (d) in FIG.
界磁５の磁束の流れは次のようになる。
先ず、永久磁石１３の磁束の流れは、永久磁石のＮ極⇒Ｎ極界磁鉄心１２⇒アキシャルエアギャップ２⇒電機子ティース２２⇒バックヨーク２１⇒電機子ティース２２⇒アキシャルエアギャップ２⇒Ｓ極界磁鉄心１１⇒永久磁石のＳ極、のようにながれ、反対側の界磁においても同様の磁気回路を形成することになる。一方、電磁石の磁束の流れは、回転軸３３のＮ極⇒Ｎ極界磁鉄心１２⇒アキシャルエアギャップ２⇒電機子ティース２２⇒電機子バックヨーク２１⇒電機子ティース２２⇒アキシャルエアギャップ２⇒Ｓ極界磁鉄心２１⇒ラジアルエアギャップ３⇒磁気ブリッジ１７⇒ラジアルエアギャップ３⇒Ｎ極界磁鉄心１１⇒アキシャルエアギャップ２⇒電機子ティース２２⇒電機子バックヨーク２１⇒電機子ティース２２⇒アキシャルエアギャップ２⇒Ｓ極界磁鉄心１２⇒回転軸３３のＳ極、のように流れる。これらの流れの中で誘起起電力に寄与するアキシャルエアギャップ２における磁束は、永久磁石と電磁石の磁束が同一方向に流れるのでこれらの総磁束を制御することによって誘起起電力を制御できる。The flow of magnetic flux of the field 5 is as follows.
First, the flow of magnetic flux of the permanent magnet 13 is as follows: N pole of the permanent magnet ⇒ N pole field core 12 ⇒ Axial air gap 2 ⇒ Armature teeth 22 ⇒ Back yoke 21 ⇒ Armature teeth 22 ⇒ Axial air gap 2 ⇒ S pole The magnetic field core 11 ⇒ the S pole of the permanent magnet, and a similar magnetic circuit is formed in the opposite field. On the other hand, the flow of magnetic flux of the electromagnet is as follows: N pole of rotating shaft 33 ⇒ N pole field core 12 ⇒ Axial air gap 2 ⇒ Armature teeth 22 ⇒ Armature back yoke 21 ⇒ Armature teeth 22 ⇒ Axial air gap 2 ⇒ S Polar magnetic core 21 ⇒ Radial air gap 3 ⇒ Magnetic bridge 17 ⇒ Radial air gap 3 ⇒ N-pole magnetic core 11 ⇒ Axial air gap 2 ⇒ Armature teeth 22 ⇒ Armature back yoke 21 ⇒ Armature teeth 22 ⇒ Axial air It flows like gap 2⇒S pole field magnetic core 12⇒S pole of the rotating shaft 33. The magnetic flux in the axial air gap 2 that contributes to the induced electromotive force in these flows can be controlled by controlling the total magnetic flux because the magnetic flux of the permanent magnet and the electromagnet flows in the same direction.
電磁石による直流励磁磁束の大きさは、アンペアの周回積分の法則より次のように求められる。
２（Φ／μ）（２ｇ０／Ｓ０＋ｇ１／Ｓ１）＝Ｎｅ×ｉ ・・・・（６）
Φ＝ｉ・μ・Ｎｅ／〔２（２ｇ０／Ｓ０＋ｇ１／Ｓ１）〕 ・・・・（７）
ここで、記号は次の通りとする。
Ｓ０：界磁鉄心と電機子ティースの対向面積
ｇ０：アキシャルエアギャップの長さ
Ｓ１：界磁鉄心と磁気ブリッジの対向面積
ｇ１：ラジアルエアギャップの長さ
Ｎｅ：励磁コイルの巻数， ｉ：直流励磁電流、 μ：空気の透磁率、
上述のとおり、電磁石による可変磁束の総和は直流励磁電流に比例させて変えることが出来る。励磁コイルは回転軸に近く広い空間に巻くことができるので、巻数を多くとれるとともに、断面積も広く取れるので、抵抗値も小さくすることができる。The magnitude of the DC exciting magnetic flux by the electromagnet can be obtained as follows from the law of ampere-round integration.
2 (Φ / μ) (2 g 0 / S 0 + g 1 / S 1 ) = Ne × i (6)
Φ = i · μ · Ne / [2 (2 g 0 / S 0 + g 1 / S 1 )] (7)
Here, the symbols are as follows.
S 0 : Field iron core and armature teeth facing area g 0 : Axial air gap length S 1 : Field iron core and magnetic bridge facing area g 1 : Radial air gap length Ne: Number of excitation coil turns, i: DC excitation current, μ: air permeability,
As described above, the sum of the variable magnetic fluxes generated by the electromagnets can be changed in proportion to the direct current excitation current. Since the exciting coil can be wound in a wide space close to the rotating shaft, the number of turns can be increased and the cross-sectional area can be increased, so that the resistance value can be reduced.
以上、説明したように、この発電機および発電システムには、次のような特長がある。界磁に電磁石を有するため、トルクと角速度の勾配を変えることができるので、簡単な制御方法で、風車の最大出力点を風速の広い範囲において追跡でき、風車の効率を高めることができる。
この同期発電機は、永久磁石に安価なフェライト磁石を利用し、磁力低下分を電磁石で補うことも出来る。また、永久磁石を全く使用せず、電磁石だけで運転させることも出来、それらの場合でも風車の最大出力点で幅広く運転させることが出来る。
また、アキシャルエアギャップ式発電機は多極化に適しているので、低速風車にあっては増速機が不要となるので、コストの低減が出来るとともに、高信頼性となり故障が少なくなって、保守サービス費用も軽減されるという経済的効果がある。
このアキシャルエアギャップ式可変磁束界磁型発電機を電動機として使用した場合、始動時のトルクが大きく、高速運転が可能な同期電動機として機能する。As described above, the generator and the power generation system have the following features. Since the field has an electromagnet, the gradient of torque and angular velocity can be changed, so that the maximum output point of the windmill can be tracked in a wide range of wind speeds with a simple control method, and the efficiency of the windmill can be increased.
In this synchronous generator, an inexpensive ferrite magnet is used as a permanent magnet, and the decrease in magnetic force can be compensated with an electromagnet. Further, it is possible to operate with only an electromagnet without using a permanent magnet, and even in these cases, it is possible to operate a wide range of wind turbines at the maximum output point.
In addition, since the axial air gap generator is suitable for multi-polarization, a speed increaser is not required for low-speed wind turbines, so costs can be reduced and high reliability can be achieved, resulting in fewer failures and maintenance services. This has the economic effect of reducing costs.
When this axial air gap type variable magnetic field generator is used as a motor, it functions as a synchronous motor that has a large torque at the time of starting and can be operated at high speed.
図１において
１ 風車
２ 永久磁石界磁
３ 電磁石界磁
４ 励磁鉄心
５ 励磁コイル
６ 励磁電流検出器
７ ＤＣＤＣコンバータ
８ 直流電源
９ 電機子鉄心
１０ 電機子巻線
１１ 負荷（抵抗）
１２ 電圧検出器
１３ 電流検出器
１４ トルク検出器
１５ 回転数検出器
図２において
Ｅ 発電機の誘起電圧（交流）
ｒｉ 鉄損等価抵抗
Ｌ 巻線インダクタンス
ｒ 巻線抵抗
Ｒ 負荷抵抗
▲Ｖ▼ 電圧検出器
▲Ａ▼ 電流検出器
図３において
Ｔ４（ω） 風速４の時の風車のトルク
Ｔ５（ω） 以下同順
Ｔ６（ω）
Ｐ４（ω） 風速４の時の風車の出力
Ｐ５（ω） 以下同順
Ｐ６（ω）
Ｐｍａｘ（４） 風速４の時の風車の最大出力
Ｐｍａｘ（５） 以下同順
Ｐｍａｘ（６）
Ｐｍａｘ（ω） 風車の最大出力点の軌跡を表す曲線
Ｔｇ１ 励磁電流がｉ１の時の発電機のＴ−ω特性曲線
Ｔｇ２ 以下同順
Ｔｇ３
Ｔｇ４
Ｔｇ５
Ｔｇ６
Ｔｇ７
Ｔ４１ 風速４における時間１（ｔ１）の時のトルク
Ｔ４２ 以下同順
Ｔ４３
Ｔ４４
Ｔ６１ 風速６における時間１（ｔ１）の時のトルク
Ｔ６２ 以下同順
Ｔ６３
Ｔ６４
Ｐ４１ 風速４の時のトルクＴ４１に対応する出力
Ｐ４２ 以下同順
Ｐ４３
Ｐ４４
Ｐ６１ 風速６の時のトルクＴ６１に対応する出力
Ｐ６２ 以下同順
Ｐ６３
Ｐ６４
図５において、
１ 発電機
２１ 電機子鉄心
２２ 電機子巻線
２３ 界磁鉄心
２３１ 界磁鉄心の歯
２４ 永久磁石
２５ Ｓ極励磁鉄心
２６ Ｎ極励磁鉄心
２７ 直流励磁コイル
２８ 軸受
２９ 界磁支持部材
３０ 軸
図６において
１ 発電機
２ アキシャルエアギャップ
３ ラジアルエアギャップ
４ 電機子
５ 界磁
１１ 界磁鉄心（外側、内歯形）
１２ 界磁鉄心（内側、外歯形）
１３ 永久磁石
１４ 界磁支持部材（非磁性体）
１５ 直流励磁コイル
１６ コイル支持部材（非磁性体）
１７ 磁気ブリッジ
２１ バックヨーク
２２ 電機子歯
２３ 電機子巻線
３１ ブラケットＡ（非磁性体）
３２ ブラケットＢ（非磁性体）
３３ 回転軸（強磁性体）
３４ 軸受In FIG. 1, 1 windmill 2 permanent magnet field 3 electromagnet field 4 exciting iron core 5 exciting coil 6 exciting current detector 7 DCDC converter 8 DC power supply 9 armature core 10 armature winding 11 load (resistance)
12 Voltage detector 13 Current detector 14 Torque detector 15 Revolution detector In Fig. 2 E Induced voltage of generator (AC)
ri Iron loss equivalent resistance L Winding inductance r Winding resistance R Load resistance ▲ V ▼ Voltage detector ▲ A ▼ Current detector In Fig. 3 T4 (ω) Wind turbine torque at wind speed 4 T5 (ω) T6 (ω)
P4 (ω) Wind turbine output at wind speed 4 P5 (ω) The following order P6 (ω)
Pmax (4) Maximum wind turbine output at wind speed 4 Pmax (5) In the following order Pmax (6)
Pmax (ω) Curve representing the locus of the maximum output point of the windmill Tg1 T-ω characteristic curve of the generator when the excitation current is i 1 Tg2 and so on Tg3
Tg4
Tg5
Tg6
Tg7
T41 Torque at time 1 (t1) at wind speed 4 T42 and so on T43
T44
T61 Torque at time 1 (t1) at wind speed 6 T62 and so on T63
T64
P41 Output corresponding to torque T41 when wind speed is 4 P42 and so on P43
P44
P61 Output corresponding to torque T61 at wind speed 6 P62 and so on P63
P64
In FIG.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Generator 21 Armature core 22 Armature winding 23 Field iron core 231 Field iron core tooth 24 Permanent magnet 25 S pole exciting core 26 N pole exciting core 27 DC exciting coil 28 Bearing 29 Field support member 30 Axis 1 Generator 2 Axial air gap 3 Radial air gap 4 Armature 5 Field 11 Field iron core (outside, internal tooth profile)
12 Field iron core (inside, external tooth profile)
13 permanent magnet 14 field support member (non-magnetic material)
15 DC excitation coil 16 Coil support member (non-magnetic material)
17 Magnetic bridge 21 Back yoke 22 Armature tooth 23 Armature winding 31 Bracket A (non-magnetic material)
32 Bracket B (Non-magnetic material)
33 Rotation axis (ferromagnet)
34 Bearing
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006271186A (en) * | 2004-12-13 | 2006-10-05 | Kazuichi Seki | Apparatus for preventing over rotation of wind power generators |
| JP2011019374A (en) * | 2009-07-10 | 2011-01-27 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | Over-rotation preventing device for wind power generator |
| EP2328261A2 (en) * | 2009-11-26 | 2011-06-01 | Krebs & Aulich GmbH | Electric actuator |
| JP2013046450A (en) * | 2011-08-23 | 2013-03-04 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | Overspeed prevention device of power generator for distributed power supply |
| CN105108093A (en) * | 2015-09-02 | 2015-12-02 | 青岛理工大学 | Physical simulation method for researching motion law of nonmetallic inclusion in continuous casting crystallizer under effect of stirring magnetic field |
| CN106762437A (en) * | 2016-12-23 | 2017-05-31 | 北京金风科创风电设备有限公司 | Automatic control system for controlling mechanical assembly |
-
2018
- 2018-07-11 JP JP2018142944A patent/JP6443848B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006271186A (en) * | 2004-12-13 | 2006-10-05 | Kazuichi Seki | Apparatus for preventing over rotation of wind power generators |
| JP2011019374A (en) * | 2009-07-10 | 2011-01-27 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | Over-rotation preventing device for wind power generator |
| EP2328261A2 (en) * | 2009-11-26 | 2011-06-01 | Krebs & Aulich GmbH | Electric actuator |
| JP2013046450A (en) * | 2011-08-23 | 2013-03-04 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | Overspeed prevention device of power generator for distributed power supply |
| CN105108093A (en) * | 2015-09-02 | 2015-12-02 | 青岛理工大学 | Physical simulation method for researching motion law of nonmetallic inclusion in continuous casting crystallizer under effect of stirring magnetic field |
| CN106762437A (en) * | 2016-12-23 | 2017-05-31 | 北京金风科创风电设备有限公司 | Automatic control system for controlling mechanical assembly |
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