JP7264648B2 - GENERATING DEVICE AND CONTROL METHOD THEREOF - Google Patents
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Description
本発明は、永久磁石とコイルを用いて発電する発電機を有する発電装置およびその制御方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power generator having a generator that generates power using permanent magnets and coils, and a control method thereof.
例えば、鉄道車両用の速度発電機や軸端発電機、風力発電機は、磁界を発生するために永久磁石を採用し、所謂永久磁石式発電機として構成されている場合が多い。永久磁石式発電機は、回転可能に支持された回転子とその外側に配置された固定子とを有し、回転子および固定子の一方に永久磁石が配置され、他方に電気コイル(以下、単にコイルと呼称する)が配置されている。そして、回転子が回転する時に、各コイルに鎖交する磁束が変化して電磁誘導により各コイルに電圧が誘起する。 For example, tachometer generators, shaft-end generators, and wind power generators for railway vehicles employ permanent magnets to generate magnetic fields, and are often configured as so-called permanent magnet generators. A permanent magnet generator has a rotor that is rotatably supported and a stator that is arranged outside the rotor. Permanent magnets are arranged in one of the rotor and the stator, and electric coils (hereinafter referred to as electric coils) are arranged in the other. (simply called a coil) are arranged. When the rotor rotates, the magnetic flux interlinking with each coil changes and a voltage is induced in each coil by electromagnetic induction.
特許文献1は、内燃機関用点火装置において、機関の逆回転を防止するための技術を示している。すなわち、点火電源用発電コイルの出力電圧を調整する短絡式の電圧調整回路と、発電コイルの出力とパルスの出力との位相関係から機関の逆回転を検出したときに点火時期制御部に与えられるパルスを側路して機関の逆回転を防止する回路とを備えている。また、機関の回転速度が設定値に達するまでの間電圧調整回路が電圧調整動作を行なうのを禁止する短絡制御用スイッチ回路と、回転速度が設定値以下のときにパルス側路用スイッチがオン状態になるのを許可し、回転速度が設定値を超えたときにパルス側路用スイッチがオン状態になるのを禁止するパルス側路制御用スイッチとを設けることを示している。 Patent Literature 1 discloses a technique for preventing reverse rotation of an engine in an internal combustion engine ignition device. That is, when the reverse rotation of the engine is detected from the short-circuit type voltage adjustment circuit that adjusts the output voltage of the ignition power generator coil and the phase relationship between the output of the generator coil and the pulse output, it is given to the ignition timing control unit and a circuit for bypassing pulses to prevent reverse rotation of the engine. In addition, a short-circuit control switch circuit that prohibits the voltage regulation circuit from performing voltage regulation operation until the rotational speed of the engine reaches the set value, and a pulse bypass switch that is turned on when the rotational speed is below the set value. and a pulse shunting control switch that permits the pulse shunting switch to enter a state and prohibits the pulse shunting switch from being turned on when the rotational speed exceeds a set value.
特許文献2は、多種類の巻線を有する永久磁石型発電機を用いた分散電源用発電装置において、低風速または風車の起動性能が悪い場合に風車が起動しない問題を解決するための技術を示している。具体的には、複数の巻線の中で巻数の少ない巻線の巻線間に励磁コイルを持った接触器を設け、風車の回転数が上昇し、前記複数の巻線の中で巻数の少ない巻線の誘起電圧がある値を超えると、前記複数の巻線の中で巻数の多い巻線を短絡することを示している。 Patent Document 2 discloses a technology for solving the problem that the wind turbine does not start when the wind speed is low or the start performance of the wind turbine is poor in a generator for distributed power supply using a permanent magnet generator having various types of windings. showing. Specifically, a contactor having an exciting coil is provided between the windings with the fewest number of turns among the plurality of windings. When the induced voltage of the minor winding exceeds a certain value, it indicates that the winding having the large number of turns among the plurality of windings is short-circuited.
特許文献3は、水力、風力などで発電する際に外部のエネルギーが微弱或いは過強であっても所定電圧及び所定電流の発電を可能にするための技術を示している。すなわち、ステータコイルはロータに形成された磁極と対向するように配置された複数のコアレス巻き線と三相出力端子とで構成する。コアレス巻き線は、有効出力巻き線が3個若しくはその倍数個で構成されると共に総ターン数が大小切換え可能にスイッチング手段を介して出力端子に接続する。また、駆動源からの回転力が大きいときには総ターン数を小さく、回転力が小さいときには総ターン数を大きくすることを示している。実際には、特許文献3のスイッチ35で、2つのコイルCR1、CR2を並列に接続するか、一方だけを出力に接続するかを切り替えている。 Patent Literature 3 discloses a technique for enabling power generation with a predetermined voltage and current even if the external energy is weak or excessive when generating power using hydraulic power, wind power, or the like. That is, the stator coil is composed of a plurality of coreless windings arranged to face the magnetic poles formed on the rotor and three-phase output terminals. The coreless winding is composed of three effective output windings or a multiple thereof, and is connected to the output terminal via switching means so that the total number of turns can be switched. It also shows that the total number of turns is reduced when the torque from the drive source is large, and the total number of turns is increased when the torque is small. Actually, the switch 35 of Patent Document 3 switches between connecting the two coils CR1 and CR2 in parallel or connecting only one of them to the output.
例えば、鉄道車両においては、速度発電機が取り付けられている。このような速度発電機は、鉄道車両の走行速度を検出するための装置であって、一般的には車輪軸に速度発電機が連結されている。また、機関車に牽引されて走行する客車や貨車に必要な電力を供給するための電源として、車軸発電機が車両に搭載されている。また、風力発電設備においては風車に発電機が連結されている。 For example, railway vehicles are equipped with tachometer generators. Such a tachometer is a device for detecting the running speed of a railroad vehicle, and generally the tachometer is connected to a wheel shaft. In addition, an axle generator is mounted on the vehicle as a power source for supplying necessary electric power to passenger cars and freight cars that are towed by the locomotive. Further, in the wind power generation facility, a generator is connected to the windmill.
上記のような用途の発電機においては、発電機の回転速度が低速から高速まで広い範囲で変動する可能性がある。しかし、このような発電機は一般的に永久磁石を利用して励磁するため、回転速度に応じて出力電圧が大きく変動する。 In the generators used for the above purposes, the rotational speed of the generator may fluctuate over a wide range from low speed to high speed. However, since such a generator generally uses a permanent magnet for excitation, the output voltage varies greatly depending on the rotation speed.
そのため、発電機が低い回転速度の領域でも効率よく発電できるように巻線の仕様を決めると、高い回転速度の領域で出力電圧が高くなりすぎて負荷への悪影響が懸念される。一方、高い回転速度の領域で出力電圧が適切に維持されるように巻線の仕様を決めると、低い回転速度の領域で出力電圧が不足したり、必要な電力が確保できない状態になる。 Therefore, if the winding specifications are determined so that the generator can generate power efficiently even in the low rotational speed region, there is concern that the output voltage will become too high in the high rotational speed region, adversely affecting the load. On the other hand, if the winding specifications are determined so that the output voltage is properly maintained in the high rotational speed region, the output voltage will be insufficient in the low rotational speed region, or the necessary electric power will not be secured.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低速から高速まで広い範囲に亘り、出力電圧を適切に維持することが容易な発電装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the circumstances described above, and an object thereof is to provide a power generator that can easily maintain an appropriate output voltage over a wide range from low speed to high speed.
前述した目的を達成するために、本発明に係る発電装置およびその制御方法は、下記(1)~(4)を特徴としている。
(1) 永久磁石とコイルを用いて発電する発電機を有する発電装置であって、
1極あたりの前記コイルを少なくとも2つ以上の領域に分割することで形成されるコイルユニットと、
前記コイルユニットの少なくとも一部分の領域を短絡可能なスイッチ部と、
前記発電機の運転速度に合わせて前記スイッチ部の短絡および開放を制御し、前記発電機の出力電圧を調整する電圧調整部と、
を備え、
複数の前記コイルユニットのうち、前記スイッチ部が短絡および開放を制御可能な第1コイルユニットは、互いに巻き数が異なり且つ互いに電線断面積が異なる第1領域および第2領域を含み、前記第1領域の巻き数が前記第2領域よりも大きく、且つ、前記第1領域の電線断面積が前記第2領域よりも小さく、前記第1領域および第2領域のうち前記第1領域のみを短絡可能な状態で前記スイッチ部が接続されている、
ことを特徴とする発電装置。
In order to achieve the above object, the power generator and the control method thereof according to the present invention are characterized by the following (1) to ( 4 ).
(1) A power generator having a generator that generates power using a permanent magnet and a coil,
a coil unit formed by dividing the coil per pole into at least two regions;
a switch unit capable of short-circuiting at least a partial region of the coil unit;
a voltage adjustment unit that controls short-circuiting and opening of the switch unit according to the operating speed of the generator and adjusts the output voltage of the generator;
with
Among the plurality of coil units, a first coil unit capable of controlling short-circuiting and opening by the switch section includes a first region and a second region having different numbers of turns and different wire cross-sectional areas. The number of turns of the region is larger than that of the second region, and the electric wire cross-sectional area of the first region is smaller than that of the second region, so that only the first region of the first region and the second region can be short-circuited. the switch unit is connected in a
A power generator characterized by :
上記(1)の構成の発電装置によれば、スイッチ部がコイルユニットの一部分の領域を短絡することにより、コイルユニットの全体に誘起する電圧を低減できる。また、短絡した領域を開放することで電圧の低減を解除できる。したがって、電圧調整部は、発電機の運転速度が大きく変動する場合でも、出力電圧の変動が小さくなるように自動的に調整できる。
更に、上記(1)の構成の発電装置によれば、出力電圧を調整可能な速度範囲を広くすることができる。すなわち、低速域では巻き数の大きい第1領域のコイルで効率的に発電でき、高速域では巻き数の小さい第2領域のコイルだけを使うことにより、出力電圧が過大になるのを防止できる。
更に、上記(1)の構成の発電装置によれば、第1領域のコイルを細い電線で構成できるので装置全体の重量や容積を低減できる。また、第1領域のコイルは高速域では短絡され使用されることがないので、過大な電力印加の可能性を危惧する必要はなく、十分な細径化が可能である。
According to the power generator having the configuration (1), the switch section short-circuits a partial region of the coil unit, thereby reducing the voltage induced in the entire coil unit. Also, the reduction in voltage can be canceled by opening the short-circuited region. Therefore, even if the operating speed of the generator fluctuates greatly, the voltage regulator can automatically adjust the output voltage so that the fluctuations are small.
Furthermore, according to the power generator having the configuration (1), the speed range in which the output voltage can be adjusted can be widened. That is, in the low speed region, the coil in the first region with the large number of turns can efficiently generate power, and in the high speed region, by using only the coil in the second region with the small number of turns, it is possible to prevent the output voltage from becoming excessive.
Furthermore, according to the power generation device having the configuration (1), the coil in the first region can be configured with a thin electric wire, so that the weight and volume of the entire device can be reduced. In addition, since the coil in the first region is short-circuited and not used in the high-speed region, there is no need to worry about the possibility of applying excessive power, and the diameter can be sufficiently reduced.
(2) 前記発電機は、少なくとも2極以上の極数を持つ交流発電機であり、
前記電圧調整部は、前記発電機の運転速度に合わせて前記スイッチ部の短絡および開放を制御する際に、それぞれの極において等しい電気角に当たる前記コイルユニットの領域を前記スイッチ部を用いて制御する、
ことを特徴とする、上記(1)に記載の発電装置。
(2) the generator is an alternating current generator having at least two or more poles;
The voltage adjustment unit uses the switch unit to control the area of the coil unit that is in contact with the same electrical angle at each pole when controlling the short-circuiting and opening of the switch unit in accordance with the operating speed of the generator. ,
The power generator according to (1) above, characterized in that:
上記(2)の構成の発電装置によれば、それぞれの極において等しい電気角に当たるコイルユニットの領域を制御するので、交流発電機の出力電圧が不平衡になるのを防止すると共に、各相の位相バランスが崩れるのを避けることができる。 According to the power generator having the above configuration (2), since the area of the coil unit corresponding to the same electrical angle is controlled at each pole, the output voltage of the alternator is prevented from becoming unbalanced, and each phase Disruption of the phase balance can be avoided.
(3) 前記コイルユニットは、同じ極の位置に配置された前記第1領域および前記第2領域を含み、前記第1領域および第2領域のうち前記第1領域のみを短絡可能な状態で前記スイッチ部が接続されている、
ことを特徴とする、上記(1)又は(2)に記載の発電装置。
( 3 ) The coil unit includes the first region and the second region arranged at the same pole position, and the coil unit is configured such that only the first region of the first region and the second region can be short-circuited. the switch is connected
The power generator according to (1) or (2) above, characterized in that:
上記(3)の構成の発電装置によれば、各極においてコイル全体が短絡されることがなくなるので、スイッチ部の短絡制御の影響による極数の変動を避けることができる。したがって、発電により生成される交流電力における周波数変動を防止できる。 According to the power generator having the above configuration ( 3 ), since the entire coil is not short-circuited in each pole, it is possible to avoid fluctuations in the number of poles due to the influence of short-circuit control of the switch section. Therefore, it is possible to prevent frequency fluctuations in AC power generated by power generation.
(4) 永久磁石とコイルを用いて発電する発電機を有し、
1極あたりの前記コイルを少なくとも2つ以上の領域に分割することで形成されるコイルユニットと、
前記コイルユニットの少なくとも一部分の領域を短絡可能なスイッチ部と、
前記スイッチ部の短絡および開放を制御する電圧調整部と、
を備えた発電装置の制御方法であって、
前記電圧調整部が、
前記発電機の運転速度を取得し、
前記運転速度が所定の複数の速度領域のうちいずれに属するかに応じて、前記スイッチ部の短絡および開放を制御し、
複数の前記コイルユニットのうち、前記スイッチ部が短絡および開放を制御可能な第1コイルユニットは、互いに巻き数が異なり且つ互いに電線断面積が異なる第1領域および第2領域を含み、前記第1領域の巻き数が前記第2領域よりも大きく、且つ、前記第1領域の電線断面積が前記第2領域よりも小さく、前記第1領域および第2領域のうち前記第1領域のみを短絡可能な状態で前記スイッチ部が接続されている、
ことを特徴とする発電装置の制御方法。
( 4 ) having a generator that generates electricity using a permanent magnet and a coil;
a coil unit formed by dividing the coil per pole into at least two regions;
a switch unit capable of short-circuiting at least a partial region of the coil unit;
a voltage adjustment unit that controls short-circuiting and opening of the switch unit;
A control method for a power generator comprising
The voltage adjustment unit
obtaining the operating speed of the generator;
controlling short-circuiting and opening of the switch unit according to which one of a plurality of predetermined speed regions the operating speed belongs to;
Among the plurality of coil units, a first coil unit capable of controlling short-circuiting and opening by the switch section includes a first region and a second region having different numbers of turns and different wire cross-sectional areas. The number of turns of the region is larger than that of the second region, and the wire cross-sectional area of the first region is smaller than that of the second region, so that only the first region can be short-circuited among the first region and the second region. the switch unit is connected in a
A control method for a power generator, characterized by:
上記(4)の構成の発電装置の制御方法によれば、運転速度に応じてコイルユニットの一部分の領域を短絡させるので、コイルユニットの全体に誘起する電圧を低減できる。また、短絡した領域を開放することで電圧の低減を解除できる。したがって、発電機の運転速度が大きく変動する場合でも、出力電圧の変動が小さくなるように自動的に調整できる。 According to the method for controlling the power generator having the configuration ( 4 ), a partial region of the coil unit is short-circuited according to the operating speed, so that the voltage induced in the entire coil unit can be reduced. Also, the reduction in voltage can be canceled by opening the short-circuited region. Therefore, even if the operating speed of the generator fluctuates greatly, it can be automatically adjusted so that the fluctuation of the output voltage becomes small.
本発明の発電装置およびその制御方法によれば、低速から高速まで広い範囲に亘り、出力電圧を適切に維持することが容易になる。すなわち、スイッチ部が前記コイルユニットの一部分の領域を短絡することにより、コイルユニットの全体に誘起する電圧を低減できる。また、短絡した領域を開放することで電圧の低減を解除できる。 According to the power generator and the control method thereof of the present invention, it becomes easy to appropriately maintain the output voltage over a wide range from low speed to high speed. That is, the voltage induced in the entire coil unit can be reduced by short-circuiting a partial region of the coil unit with the switch section. Also, the reduction in voltage can be canceled by opening the short-circuited region.
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。 The present invention has been briefly described above. Furthermore, the details of the present invention will be further clarified by reading the following detailed description of the invention (hereinafter referred to as "embodiment") with reference to the accompanying drawings. .
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。 Specific embodiments relating to the present invention will be described below with reference to each drawing.
<発電機コイル群の配置例>
発電機コイル群の配置状態の例を図1に示す。図1に示した例では、磁極数が8の永久磁石式三相交流発電機におけるコイル群の配置状態を示している。
<Example of arrangement of generator coil group>
FIG. 1 shows an example of the arrangement of generator coil groups. The example shown in FIG. 1 shows the arrangement of coil groups in a permanent magnet three-phase AC generator with eight magnetic poles.
図1に示した例では、回転軸11の外側の円周12に沿って、8個のW相コイルL1~L8が機械角の45度(π/4[rad])の一定間隔毎に配置され、8個のV相コイルL9~L16が45度の一定間隔毎に配置され、8個のU相コイルL17~L24が45度の一定間隔毎に配置されている。また、W相コイルL1~L8と、V相コイルL9~L16と、U相コイルL17~L24との間は、円周方向に互いに機械角で15度(π/12[rad])ずつずらして配置してある。
In the example shown in FIG. 1, along the
一般的な構成においては、各コイルL1~L24は固定子の内周壁に沿って配置される。また、回転軸11と共に回転する回転子の外周に沿って8極の永久磁石が一定の間隔で配置される。そして、各コイルL1~L24と8極の永久磁石とが一定の間隔で互いに対向可能な状態で支持される。
In a typical configuration, each coil L1-L24 is arranged along the inner peripheral wall of the stator. Eight-pole permanent magnets are arranged at regular intervals along the outer periphery of the rotor that rotates together with the rotating
図示しないが、例えば、回転子上の永久磁石の4つのN極と4つのW相コイルL1、L3、L5、L7とが対向するときに、永久磁石の4つのS極と4つのW相コイルL2、L4、L6、L8とがそれぞれ対向する状態になる。また、回転子上の永久磁石の4つのN極と4つのV相コイルL9、L11、L13、L15とが対向するときに、永久磁石の4つのS極と4つのV相コイルL10、L12、L14、L16とがそれぞれ対向する状態になる。また、回転子上の永久磁石の4つのN極と4つのU相コイルL17、L19、L21、L23とが対向するときに、永久磁石の4つのS極と4つのU相コイルL18、L20、L22、L24とがそれぞれ対向する状態になる。 Although not shown, for example, when the four N poles of the permanent magnets on the rotor face the four W-phase coils L1, L3, L5, and L7, the four S poles of the permanent magnets and the four W-phase coils L2, L4, L6, and L8 face each other. Also, when the four N poles of the permanent magnets on the rotor face the four V-phase coils L9, L11, L13, and L15, the four S poles of the permanent magnets and the four V-phase coils L10, L12, L14 and L16 face each other. Also, when the four N poles of the permanent magnets on the rotor and the four U-phase coils L17, L19, L21, and L23 face each other, the four S poles of the permanent magnets and the four U-phase coils L18, L20, L22 and L24 face each other.
図1に示すように、8個のW相コイルL1~L8は互いに直列に接続され、その一端がW相出力端子TWと接続され、他端が中点端子TCと接続されている。また、8個のV相コイルL9~L16は互いに直列に接続され、その一端がV相出力端子TVと接続され、他端が中点端子TCと接続されている。また、8個のU相コイルL17~L24は互いに直列に接続され、その一端がU相出力端子TUと接続され、他端が中点端子TCと接続されている。 As shown in FIG. 1, eight W-phase coils L1 to L8 are connected in series with one end connected to the W-phase output terminal TW and the other end connected to the midpoint terminal TC. The eight V-phase coils L9 to L16 are connected in series with one end connected to the V-phase output terminal TV and the other end connected to the midpoint terminal TC. The eight U-phase coils L17 to L24 are connected in series with one end connected to the U-phase output terminal TU and the other end connected to the center point terminal TC.
したがって、例えば8個のW相コイルL1~L8のうちL1、L3、L5、L7の電気角は共通である。また、残りのW相コイルL2、L4、L6、L8も電気角は共通である。また、W相コイルL1、L3、L5、L7と、W相コイルL2、L4、L6、L8は電気角が互いに180度(π[rad])ずれた位置に配置されている。 Therefore, for example, among the eight W-phase coils L1 to L8, L1, L3, L5, and L7 have a common electrical angle. The remaining W-phase coils L2, L4, L6, and L8 also have the same electrical angle. The W-phase coils L1, L3, L5, and L7 and the W-phase coils L2, L4, L6, and L8 are arranged at positions with an electrical angle difference of 180 degrees (π [rad]).
同様に、V相コイルL9~L18のうちL9、L11、L13、L15の電気角は共通である。また、残りのV相コイルL10、L12、L14、L16も電気角は共通である。また、V相コイルL9、L11、L13、L15と、L10、L12、L14、L16は電気角が互いに180度ずれた位置に配置されている。 Similarly, the electrical angles of L9, L11, L13, and L15 among V-phase coils L9 to L18 are common. The remaining V-phase coils L10, L12, L14, and L16 also have the same electrical angle. Further, the V-phase coils L9, L11, L13, L15 and L10, L12, L14, L16 are arranged at positions with an electrical angle difference of 180 degrees.
また、8個のU相コイルL17~L24のうちL17、L19、L21、L23の電気角は共通である。また、残りのU相コイルL18、L20、L22、L24も電気角は共通である。また、U相コイルL17、L19、L21、L23と、L18、L20、L22、L24は電気角が互いに180度ずれた位置に配置されている。 Also, among the eight U-phase coils L17 to L24, L17, L19, L21, and L23 have a common electrical angle. The remaining U-phase coils L18, L20, L22, and L24 also have the same electrical angle. Also, the U-phase coils L17, L19, L21, L23 and L18, L20, L22, L24 are arranged at positions 180 degrees apart in electrical angle.
<発電装置の電気回路構成例>
発電装置20の電気回路構成例を図2に示す。図2に示した発電装置20は、図1に示した構造を有する発電機のW相コイルL1、L3、L5、L7、V相コイルL9、L11、L13、L15、およびU相コイルL17、L19、L21、L23、の状態をこの発電機の運転速度に応じて自動調整する機能を有している。
<Example of electrical circuit configuration of power generation device>
FIG. 2 shows an example of an electric circuit configuration of the
図2の発電装置20は、コントローラ21w、21v、21u、マイクロコンピュータ(マイコン)22、W相コイルの直列回路23w、V相コイルの直列回路23v、およびU相コイルの直列回路23uを含んでいる。
2 includes
W相コイルの直列回路23wは、図1に示したW相コイルL1~L8を直列に接続した回路として構成され、一端がW相出力端子TWと接続され、他端が中点端子TCと接続されている。また、V相コイルの直列回路23vは、V相コイルL9~L16を直列に接続した回路として構成され、一端がV相出力端子TVと接続され、他端が中点端子TCと接続されている。U相コイルの直列回路23uは、U相コイルL17~L24を直列に接続した回路として構成され、一端がU相出力端子TUと接続され、他端が中点端子TCと接続されている。
The W-phase
コントローラ21wの内部には、4個のスイッチデバイスSW1~SW4が備わっている。これらのスイッチデバイスSW1~SW4のそれぞれは、例えばリレーやトライアックのように通電のオンオフを電気的に制御可能なスイッチ接点等を備えている。図2の例では、スイッチデバイスSW1はW相コイルL1の両端と接続されている。すなわち、スイッチデバイスSW1がオンの時にW相コイルL1の端子間を短絡し、スイッチデバイスSW1がオフの時にW相コイルL1の端子間が開放されるように接続されている。同様に、スイッチデバイスSW2はW相コイルL3の両端と接続され、スイッチデバイスSW3はW相コイルL5の両端と接続され、スイッチデバイスSW4はW相コイルL7の両端と接続されている。
The
つまり、直列に接続されているW相コイルL1~L8の中で、L1、L3、L5、L7のそれぞれは、スイッチデバイスSW1~SW4の制御により短絡又は開放状態に切り替え可能である。ここで、スイッチデバイスSW1~SW4が制御可能な4個のW相コイルL1、L3、L5、L7は、図1に示すように電気角が同じ位置に配置されている。 That is, among the W-phase coils L1 to L8 connected in series, each of L1, L3, L5, and L7 can be switched to a short-circuited or open state by control of switch devices SW1 to SW4. Here, the four W-phase coils L1, L3, L5, and L7 controllable by the switch devices SW1 to SW4 are arranged at positions with the same electrical angle as shown in FIG.
上記と同様に、コントローラ21vの内部には、4個のスイッチデバイスSW5~SW8が備わっている。また、図2の例ではスイッチデバイスSW5、SW6、SW7、およびSW8は、それぞれV相コイルL9、L11、L13、およびL15の両端と接続されている。
Similarly to the above, the
つまり、直列に接続されているV相コイルL9~L16の中で、L9、L11、L13、L15のそれぞれは、スイッチデバイスSW5~SW8の制御により短絡又は開放状態に切り替え可能である。ここで、スイッチデバイスSW5~SW8が制御可能な4個のV相コイルL9、L11、L13、L15は、図1に示すように電気角が同じ位置に配置されている。 That is, among V-phase coils L9 to L16 connected in series, each of L9, L11, L13, and L15 can be switched to a short circuit or open state by control of switch devices SW5 to SW8. Here, the four V-phase coils L9, L11, L13, and L15 controllable by the switch devices SW5 to SW8 are arranged at positions with the same electrical angle as shown in FIG.
上記と同様に、コントローラ21uの内部には、4個のスイッチデバイスSW9~SW12が備わっている。また、図2の例ではスイッチデバイスSW9、SW10、SW11、およびSW12は、それぞれU相コイルL17、L19、L21、およびL23の両端と接続されている。
Similarly to the above, the
つまり、直列に接続されているU相コイルL17~L24の中で、L17、L19、L21、L23のそれぞれは、スイッチデバイスSW9~SW12の制御により短絡又は開放状態に切り替え可能である。ここで、スイッチデバイスSW9~SW12が制御可能な4個のU相コイルL17、L19、L21、L23は、図1に示すように電気角が同じ位置に配置されている。 That is, among the U-phase coils L17 to L24 connected in series, each of L17, L19, L21, and L23 can be switched to a short circuit or open state by control of switch devices SW9 to SW12. Here, the four U-phase coils L17, L19, L21, and L23 controllable by the switch devices SW9 to SW12 are arranged at positions with the same electrical angle as shown in FIG.
マイクロコンピュータ22は、この発電機の運転速度を表す速度信号Svを外部から入力し、各出力端子TU、TV、TWの出力電圧が安定するように、この発電機の運転速度の高低に応じて、スイッチデバイスSW1~SW12をオンオフするための制御信号を各コントローラ21u、21v、21wに与える。
A
<コイルユニットの構成例>
1つのコイルユニット30の構成例を図3に示す。図3に示したコイルユニット30は、2つのコイル領域La、Lbを直列に接続した回路として構成されている。また、スイッチデバイス33が一方のコイル領域Laの端子間のみを短絡可能な状態でコイルユニット30に接続されている。コイル領域Laの一端は端子31と接続され、コイル領域Lbの一端は端子32と接続されている。
<Configuration example of coil unit>
A configuration example of one
また、図3のコイルユニット30においては、コイル領域Laはコイルの巻き数が多く、コイル領域Lbはコイルの巻き数が相対的に少なくなっている。更に、一方のコイル領域Laは断面積の小さい細い電線でコイルを形成してあり、他方のコイル領域Lbは相対的に断面積の大きい太い電線でコイルを形成してある。
In the
図3に示したコイルユニット30の2つのコイル領域La、Lbは、例えば図2中に示した2つのW相コイルL1・L2の組合せ、L3・L4の組合せ、L5・L6の組合せ、L7・L8の組合せのそれぞれに対応付けて考えることができる。また、V相コイルL9・L10の組合せ、L11・L12の組合せ、L13・L14の組合せ、L15・L16の組合せのそれぞれを図3のコイルユニット30に対応付けることもできる。更に、U相コイルL17・L18の組合せ、L19・L20の組合せ、L21・L22の組合せ、L13・L24の組合せ、のそれぞれを図3のコイルユニット30に対応付けることもできる。
The two coil regions La and Lb of the
つまり、図1、図2に示したW相コイルL1~L8においては、例えば隣接する2つのコイルペアL1・L2と、L3・L4と、L5・L6と、L7・L8によりコイルユニット30がそれぞれ形成されている。勿論、上記以外の組合せでコイルユニット30を形成してもよい。そして、互いに電気角が同じ位置に配置されている各W相コイルL1、L3、L5、L7がそれぞれスイッチデバイス33で短絡できるように接続され、他のコイルL2、L4、L6、L8は常に開放状態になっている。V相コイルL9~L16、およびU相コイルL17~L24についても同様である。
That is, in the W-phase coils L1 to L8 shown in FIGS. 1 and 2, the
上記のように、電気角が同じ位置の各相のコイルL1、L3、L5、L7、L9、L11、L13、L15、L17、L19、L21、L23だけを短絡対象とする場合には、この発電機の出力電圧が不平衡になるのを防止すると共に、3相の位相バランスが崩れるのを避けることができる。 As described above, when only the coils L1, L3, L5, L7, L9, L11, L13, L15, L17, L19, L21, and L23 of each phase at the same electrical angle are to be short-circuited, this power generation It is possible to prevent the output voltage of the machine from becoming unbalanced and to avoid the phase balance of the three phases from being lost.
また、図3に示したコイルユニット30のように、複数のコイル領域La、Lbの巻き数が「La>Lb」になるように差を付けることにより、出力電圧を抑制可能な速度範囲を広げることが可能になる。また、後述するように、運転速度が高い(出力電力が大きい)時にコイル領域Laを短絡するように制御する場合には、大きな電流がコイル領域Laを流れることがないため、線径の細い電線を用いてコイル領域Laを構成することが可能である。したがって、各相のコイルL1、L3、L5、L7、L9、L11、L13、L15、L17、L19、L21、L23を細い電線で構成し、発電機を小型化および軽量化することが可能になる。勿論、短絡を可能とするコイルとその他のコイルとの断面積や巻き数は同じであってもよい。
In addition, like the
<具体的なコイル制御例>
速度に応じたコイル制御例を図4に示す。すなわち、図2に示した発電装置20において、マイクロコンピュータ22が図4の制御を実施することにより、各出力端子TU、TV、TWに現れる出力電圧の運転速度に応じた変動を抑制できる。
<Specific example of coil control>
FIG. 4 shows an example of coil control according to speed. That is, in the
また、この例では各コイルの巻き数比が以下に示す関係を満たす発電機を制御する場合を想定している。
(L2,L6の巻き数)>(L4,L8の巻き数)
(L1,L5の巻き数)>(L3,L7の巻き数)
「L5の巻き数」>「L1の巻き数」
(L10,L14の巻き数)>(L12,L16の巻き数)
(L9,L13の巻き数)>(L11,L15の巻き数)
「L13の巻き数」>「L9の巻き数」
(L18,L22の巻き数)>(L20,L24の巻き数)
(L17,L21の巻き数)>(L19,L23の巻き数)
「L21の巻き数」>「L17の巻き数」
Also, in this example, it is assumed that a generator is controlled in which the turns ratio of each coil satisfies the following relationship.
(Number of turns of L2 and L6)>(Number of turns of L4 and L8)
(Number of turns of L1 and L5)>(Number of turns of L3 and L7)
"Number of turns of L5">"Number of turns of L1"
(Number of turns of L10 and L14)>(Number of turns of L12 and L16)
(Number of turns of L9 and L13)>(Number of turns of L11 and L15)
"Number of turns of L13">"Number of turns of L9"
(Number of turns of L18 and L22)>(Number of turns of L20 and L24)
(Number of turns of L17 and L21)>(Number of turns of L19 and L23)
"Number of turns of L21">"Number of turns of L17"
図4に示した制御において、発電装置20のマイクロコンピュータ22は、速度信号Svにより検出した現在の運転速度(鉄道車両の走行速度、又は発電機の回転速度)をステップS11、S12で事前に定めた各種閾値と比較して現在の速度範囲を識別する。そして、速度範囲毎に以下のように制御する。
In the control shown in FIG. 4, the
V0~V1の速度範囲(低速:数km/h程度):(S13)
スイッチデバイスSW1~SW12の全てをオフ(コイル開放)にする。
V1~V2の速度範囲:(S14)
SW1,SW3,SW5,SW7,SW9,SW11をオフ(コイル開放)する。
SW2,SW4,SW6,SW8,SW10,SW12をオン(コイル短絡)する。
V2~V3の速度範囲:(S15)
SW1,SW3,SW5,SW7,SW9,SW11をオンする。
SW2,SW4,SW6,SW8,SW10,SW12をオフする。
V3~V4の速度範囲:(S16)
SW3,SW7,SW11,SW4,SW8,SW12をオンする。
SW1,SW5,SW9,SW2,SW6,SW10をオフする。
V4以上の速度範囲:(S17)
スイッチデバイスSW1~SW12の全てをオン(コイル短絡)にする。
V0 to V1 speed range (low speed: about several km/h): (S13)
All of the switch devices SW1 to SW12 are turned off (coils are opened).
Velocity range of V1 to V2: (S14)
SW1, SW3, SW5, SW7, SW9, and SW11 are turned off (coils are opened).
SW2, SW4, SW6, SW8, SW10 and SW12 are turned on (coil short-circuited).
Velocity range of V2 to V3: (S15)
SW1, SW3, SW5, SW7, SW9 and SW11 are turned on.
SW2, SW4, SW6, SW8, SW10 and SW12 are turned off.
Velocity range of V3 to V4: (S16)
SW3, SW7, SW11, SW4, SW8 and SW12 are turned on.
SW1, SW5, SW9, SW2, SW6 and SW10 are turned off.
Velocity range over V4: (S17)
All switch devices SW1 to SW12 are turned on (coil short-circuited).
なお、コントローラ21u,21v,21wや、スイッチデバイスSW1~SW12をノーマリーオフとなるように設計すれば、外部からの電力を必要とせずに、回転開始直後から上記制御が可能となる。
If the
<変形例の説明>
1つのコイルユニット40におけるそれぞれ異なる制御状態を図5(a)、図5(b)、図5(c)、および図5(d)に示す。
<Explanation of modification>
Different control states in one
図5(a)~図5(d)に示したコイルユニット40は、5個の独立したコイル領域L01~L05を直列に接続した回路として構成されている。また、スイッチデバイスSW01の接点がコイル間端子43a、43bと接続され、スイッチデバイスSW02の接点がコイル間端子43b、43cと接続され、スイッチデバイスSW03の接点がコイル間端子43c、43dと接続されている。
したがって、3個のスイッチデバイスSW01、SW02、およびSW03は、それぞれコイル領域L02、L03、およびL04の短絡/開放を制御できる。
The
Therefore, the three switch devices SW01, SW02 and SW03 can control the shorting/opening of the coil regions L02, L03 and L04 respectively.
図3に示したコイルユニット30の場合には、発電機の円周方向の互いにずれた位置に配置される複数のコイル領域La、Lbの組合せを想定しているが、図5のコイルユニット40においてはコイル領域L01~L05の全体を円周方向の同じ位置に配置する。
In the case of the
発電機が回転する時にこのコイルユニット40のユニット端子41、42の間に発生する起電力の大きさは、図5(a)の状態が最大であり、図5(b)の状態で少し減少し、図5(c)の状態で更に減少し、図5(d)の状態で最小になる。
The magnitude of the electromotive force generated between the
図3に示したコイルユニット30を使用する場合には、コイルの短絡によっていずれかの回転位置で出力がゼロになる可能性があるため、出力端子に現れる交流電圧の周波数が変動する可能性がある。しかし、図5に示したコイルユニット40を使用する場合には、コイル領域L01~L05の全体が短絡されることがないため、いずれの回転位置においても電圧を出力することができ、周波数の変動が生じない。したがって、コイルユニット40を備えた発電装置は、外部に電力を供給することを目的とする発電機のみならず、鉄道車両の速度を検出するためのパルスを生成する速度発電機として利用する場合にも適している。
When the
<出力電圧特性の例>
発電装置の出力電圧特性の例を図6に示す。すなわち、図6に示した各出力電圧特性は、図1および図2に示した構成の発電装置20において、マイクロコンピュータ22が図4の制御を実施しない場合と、実施した場合のそれぞれの実験結果を示している。
<Example of output voltage characteristics>
FIG. 6 shows an example of the output voltage characteristics of the generator. That is, the respective output voltage characteristics shown in FIG. 6 are the respective experimental results when the
また、図6において横軸は運転速度[km/h]を表し、縦軸は電圧を表す。制御した場合の交流出力電圧特性(実効値)C1と、制御しない場合の交流出力電圧特性C2とが図6に示されている。 In FIG. 6, the horizontal axis represents the operating speed [km/h], and the vertical axis represents the voltage. FIG. 6 shows an AC output voltage characteristic (effective value) C1 when controlled and an AC output voltage characteristic C2 when not controlled.
図4の制御を実施することにより、図6中の特性C1のように、運転速度の低い領域(V0~V1等)において十分に高い電圧を確保でき、かつ、運転速度の高い領域(例えばV3以上)において電圧の上昇を抑制でき、運転速度に対する使用可能領域が広がることが分かる。これに対し、制御しない場合では、特性C2のように運転速度が高い領域では電圧が高くなりすぎるため、使用可能な運転速度の領域が非常に狭くなる。逆に、特性C2を、運転速度の高い領域における電圧の上昇を特性C1と同じ程度になるように設定すると、運転速度の低い領域において十分な電圧を確保できなくなる。 By performing the control of FIG. 4, as shown in characteristic C1 in FIG. above), the voltage rise can be suppressed, and it can be seen that the usable range with respect to the operating speed is widened. On the other hand, in the case of no control, the voltage becomes too high in the high operating speed region like the characteristic C2, so the operating speed region that can be used becomes very narrow. Conversely, if the characteristic C2 is set so that the voltage increase in the high operating speed region is the same as that of the characteristic C1, sufficient voltage cannot be secured in the low operating speed region.
<発電装置のハードウェア構成例>
発電装置20の具体化したハードウェア構成例を図7(a)および図7(b)にそれぞれ示す。図7(a)はデジタル回路で制御系を構成する場合の例を示し、図7(b)はアナログ回路で制御系を構成する場合の例を示している。
<Hardware configuration example of power generation device>
A specific hardware configuration example of the
図7(a)に示した制御系は、回転検知部71、マイクロコンピュータ72、複数のコントローラ73、および複数のスイッチデバイス74を備えている。
回転検知部71は、速度信号Svに相当する電圧を生成し、この電圧をマイクロコンピュータ72のアナログ入力ポートに印加する。マイクロコンピュータ72は、アナログ入力ポートに印加されたアナログ電圧をデジタル値に変換して現在の運転速度を把握する。そして、図4の制御と同様に、運転速度を閾値と比較した結果に応じて出力側の各コイルの状態を制御する。
The control system shown in FIG. 7A includes a rotation detector 71 , a
The rotation detector 71 generates a voltage corresponding to the speed signal Sv and applies this voltage to the analog input port of the
マイクロコンピュータ72の複数のデジタル出力ポートに複数のコントローラ73がそれぞれ接続されている。また、図7(a)の例ではコントローラ73の出力にスイッチデバイス74としてリレーが接続されている。機械式のリレーを用いる場合には、切替の際に接点のチャタリングが発生するので、この影響を避けるために、各コントローラ73において出力切替時にヒステリシスが生じるように制御する。
A plurality of
なお、スイッチデバイス74にトライアックなどを採用する場合には、フォトカップラなどを用いて制御入力側の回路と出力側の回路とを電気的に絶縁し、低圧側の回路に高電圧が印加されるのを阻止することが想定される。
When a triac or the like is used as the
一方、図7(b)に示した制御系は、信号変換回路75、レベル変換回路76、電圧レベルコンパレータ回路77、複数のコンパレータ78、および複数のスイッチデバイス79を備えている。
On the other hand, the control system shown in FIG. 7B includes a signal conversion circuit 75, a
信号変換回路75は、速度信号Svに相当する速度に比例した電圧を生成する。レベル変換回路76は、必要な制御特性に合わせた非線形(ノンリニア)の変換特性に従い、信号変換回路75から入力される電圧のレベルを変換した信号を出力する。
A signal conversion circuit 75 generates a voltage proportional to the speed corresponding to the speed signal Sv. The
電圧レベルコンパレータ回路77は、レベル変換回路76から入力される電圧を事前に定めた4種類の閾値電圧とそれぞれ個別に比較し、その比較結果を表す二値信号を4つのポートからそれぞれ出力する。
The voltage
電圧レベルコンパレータ回路77のそれぞれの出力ポートに接続されたコンパレータ78は、電圧レベルコンパレータ回路77が出力する二値信号に従い、出力側のスイッチデバイス79のオンオフをそれぞれ制御する。スイッチデバイス79における接点のチャタリングを影響を避けるために、各コンパレータ78はヒステリシス特性を持つように構成される。
A
ここで、上述した本発明の実施形態に係る発電装置およびその制御方法の特徴をそれぞれ以下[1]~[6]に簡潔に纏めて列記する。
[1] 永久磁石とコイル(W相コイルL1~L8、V相コイルL9~L16、U相コイルL17~L24)を用いて発電する発電機を有する発電装置(20)であって、
1極あたりの前記コイルを少なくとも2つ以上の領域(コイル領域La、Lb)に分割することで形成されるコイルユニット(30、40)と、
前記コイルユニットの少なくとも一部分の領域を短絡可能なスイッチ部(スイッチデバイスSW1~SW12)と、
前記発電機の運転速度(速度信号Sv)に合わせて前記スイッチ部の短絡および開放を制御し、前記発電機の出力電圧を調整する電圧調整部(マイクロコンピュータ22)と、
を備えた発電装置。
Here, the characteristics of the power generation device and the control method thereof according to the embodiment of the present invention described above are briefly summarized in [1] to [6] below.
[1] A power generator (20) having a generator that generates power using permanent magnets and coils (W-phase coils L1-L8, V-phase coils L9-L16, U-phase coils L17-L24),
coil units (30, 40) formed by dividing the coil per pole into at least two regions (coil regions La, Lb);
a switch unit (switch devices SW1 to SW12) capable of short-circuiting at least a partial region of the coil unit;
A voltage adjustment unit (microcomputer 22) that controls short-circuiting and opening of the switch unit according to the operating speed (speed signal Sv) of the generator and adjusts the output voltage of the generator;
A power generator with a
[2] 前記発電機は、少なくとも2極以上の極数を持つ交流発電機であり、
前記電圧調整部は、前記発電機の運転速度に合わせて前記スイッチ部の短絡および開放を制御する際に、それぞれの極において等しい電気角に当たる前記コイルユニットの領域(コイル領域La)を前記スイッチ部(スイッチデバイス33)を用いて制御する、
ことを特徴とする、上記[1]に記載の発電装置。
[2] The generator is an AC generator having at least two or more poles,
When the voltage adjustment unit controls short-circuiting and opening of the switch unit in accordance with the operating speed of the generator, the voltage adjustment unit adjusts the area of the coil unit (coil area La) corresponding to the same electrical angle at each pole to the switch unit. (switch device 33) to control,
The power generator according to [1] above, characterized in that:
[3] 複数の前記コイルユニットのうち、前記スイッチ部が短絡および開放を制御可能な第1コイルユニットは、互いに巻き数が異なる第1領域(コイル領域La)および第2領域(コイル領域Lb)を含み、前記第1領域の巻き数が前記第2領域よりも大きく、前記第1領域および第2領域のうち前記第1領域のみを短絡可能な状態で前記スイッチ部が接続されている(図3参照)、
ことを特徴とする、上記[1]又は[2]に記載の発電装置。
[3] Among the plurality of coil units, the first coil unit whose short-circuiting and opening can be controlled by the switch section includes a first region (coil region La) and a second region (coil region Lb) having different numbers of turns. wherein the number of turns of the first region is larger than that of the second region, and the switch section is connected in a state in which only the first region of the first region and the second region can be short-circuited (Fig. 3),
The power generator according to the above [1] or [2], characterized by:
[4] 複数の前記コイルユニットのうち、前記スイッチ部が短絡および開放を制御可能な第1コイルユニットは、互いに電線断面積が異なる第1領域(コイル領域La)および第2領域(コイル領域Lb)を含み、前記第1領域の電線断面積が前記第2領域よりも小さく、前記第1領域および第2領域のうち前記第1領域のみを短絡可能な状態で前記スイッチ部が接続されている(図3参照)、
ことを特徴とする、上記[1]乃至[3]のいずれかに記載の発電装置。
[4] Among the plurality of coil units, the first coil unit in which the switch section can control short-circuiting and opening includes a first region (coil region La) and a second region (coil region Lb) having different wire cross-sectional areas. ), wherein the cross-sectional area of the wire in the first region is smaller than that in the second region, and the switch unit is connected in a state in which only the first region of the first region and the second region can be short-circuited. (See FIG. 3),
The power generator according to any one of the above [1] to [3], characterized by:
[5] 前記コイルユニット(40)は、同じ極の位置に配置された第1領域および第2領域を含み、前記第1領域(コイル領域L02~L04)および第2領域(コイル領域L01、L05)のうち前記第1領域のみを短絡可能な状態で前記スイッチ部(スイッチデバイスSW01~SW03)が接続されている(図5参照)、
ことを特徴とする、上記[1]乃至[4]のいずれかに記載の発電装置。
[5] The coil unit (40) includes a first region and a second region arranged at the same pole position, and the first region (coil regions L02 to L04) and the second region (coil regions L01, L05 ), the switch section (switch devices SW01 to SW03) is connected in such a state that only the first region can be short-circuited (see FIG. 5),
The power generator according to any one of the above [1] to [4], characterized by:
[6] 永久磁石とコイル(W相コイルL1~L8、V相コイルL9~L16、U相コイルL17~L24)を用いて発電する発電機を有し、
1極あたりの前記コイルを少なくとも2つ以上の領域(コイル領域La、Lb)に分割することで形成されるコイルユニット(30、40)と、
前記コイルユニットの少なくとも一部分の領域を短絡可能なスイッチ部(スイッチデバイスSW1~SW12)と、
前記スイッチ部の短絡および開放を制御する電圧調整部(マイクロコンピュータ22)と、
を備えた発電装置の制御方法であって、
前記電圧調整部が、
前記発電機の運転速度(速度信号Sv)を取得し、
前記運転速度が所定の複数の速度領域のうちいずれに属するかに応じて、前記スイッチ部の短絡および開放を制御する、
ことを特徴とする発電装置の制御方法。
[6] having a generator that generates power using permanent magnets and coils (W-phase coils L1-L8, V-phase coils L9-L16, U-phase coils L17-L24);
coil units (30, 40) formed by dividing the coil per pole into at least two regions (coil regions La, Lb);
a switch unit (switch devices SW1 to SW12) capable of short-circuiting at least a partial region of the coil unit;
A voltage adjustment unit (microcomputer 22) that controls short-circuiting and opening of the switch unit;
A control method for a power generator comprising
The voltage adjustment unit
Acquiring the operating speed (speed signal Sv) of the generator,
controlling the short-circuiting and opening of the switch unit according to which one of a plurality of predetermined speed regions the operating speed belongs to;
A control method for a power generator, characterized by:
11 回転軸
12 円周
20 発電装置
21u,21v,21w コントローラ
22 マイクロコンピュータ
23u U相コイルの直列回路
23v V相コイルの直列回路
23w W相コイルの直列回路
30,40 コイルユニット
31,32 端子
33 スイッチデバイス
41,42 ユニット端子
43a,43b,43c,43d コイル間端子
71 回転検知部
72 マイクロコンピュータ
73 コントローラ
74,79 スイッチデバイス
75 信号変換回路
76 レベル変換回路
77 電圧レベルコンパレータ回路
78 コンパレータ
Sv 速度信号
TU U相出力端子
TV V相出力端子
TW W相出力端子
TC 中点端子
L1~L8 W相コイル
L9~L16 V相コイル
L17~L24 U相コイル
SW1~SW12 スイッチデバイス
La,Lb コイル領域
L01,L02,L03,L04,L05 コイル領域
SW01,SW02,SW03 スイッチデバイス
11
Claims (4)
1極あたりの前記コイルを少なくとも2つ以上の領域に分割することで形成されるコイルユニットと、
前記コイルユニットの少なくとも一部分の領域を短絡可能なスイッチ部と、
前記発電機の運転速度に合わせて前記スイッチ部の短絡および開放を制御し、前記発電機の出力電圧を調整する電圧調整部と、
を備え、
複数の前記コイルユニットのうち、前記スイッチ部が短絡および開放を制御可能な第1コイルユニットは、互いに巻き数が異なり且つ互いに電線断面積が異なる第1領域および第2領域を含み、前記第1領域の巻き数が前記第2領域よりも大きく、且つ、前記第1領域の電線断面積が前記第2領域よりも小さく、前記第1領域および第2領域のうち前記第1領域のみを短絡可能な状態で前記スイッチ部が接続されている、
ことを特徴とする発電装置。 A power generator having a generator that generates power using a permanent magnet and a coil,
a coil unit formed by dividing the coil per pole into at least two regions;
a switch unit capable of short-circuiting at least a partial region of the coil unit;
a voltage adjustment unit that controls short-circuiting and opening of the switch unit according to the operating speed of the generator and adjusts the output voltage of the generator;
with
Among the plurality of coil units, a first coil unit capable of controlling short-circuiting and opening by the switch section includes a first region and a second region having different numbers of turns and different wire cross-sectional areas. The number of turns of the region is larger than that of the second region, and the electric wire cross-sectional area of the first region is smaller than that of the second region, so that only the first region of the first region and the second region can be short-circuited. the switch unit is connected in a
A power generator characterized by :
前記電圧調整部は、前記発電機の運転速度に合わせて前記スイッチ部の短絡および開放を制御する際に、それぞれの極において等しい電気角に当たる前記コイルユニットの領域を前記スイッチ部を用いて制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の発電装置。 The generator is an AC generator having at least two or more poles,
The voltage adjustment unit uses the switch unit to control the area of the coil unit that is in contact with the same electrical angle at each pole when controlling the short-circuiting and opening of the switch unit in accordance with the operating speed of the generator. ,
The power generator according to claim 1, characterized by:
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発電装置。 The coil unit includes the first region and the second region arranged at the same pole position, and the switch section is configured such that only the first region of the first region and the second region can be short-circuited. It is connected,
3. The power generator according to claim 1 or 2, characterized in that:
1極あたりの前記コイルを少なくとも2つ以上の領域に分割することで形成されるコイルユニットと、
前記コイルユニットの少なくとも一部分の領域を短絡可能なスイッチ部と、
前記スイッチ部の短絡および開放を制御する電圧調整部と、
を備えた発電装置の制御方法であって、
前記電圧調整部が、
前記発電機の運転速度を取得し、
前記運転速度が所定の複数の速度領域のうちいずれに属するかに応じて、前記スイッチ部の短絡および開放を制御し、
複数の前記コイルユニットのうち、前記スイッチ部が短絡および開放を制御可能な第1コイルユニットは、互いに巻き数が異なり且つ互いに電線断面積が異なる第1領域および第2領域を含み、前記第1領域の巻き数が前記第2領域よりも大きく、且つ、前記第1領域の電線断面積が前記第2領域よりも小さく、前記第1領域および第2領域のうち前記第1領域のみを短絡可能な状態で前記スイッチ部が接続されている、
ことを特徴とする発電装置の制御方法。 It has a generator that generates electricity using a permanent magnet and a coil,
a coil unit formed by dividing the coil per pole into at least two regions;
a switch unit capable of short-circuiting at least a partial region of the coil unit;
a voltage adjustment unit that controls short-circuiting and opening of the switch unit;
A control method for a power generator comprising
The voltage adjustment unit
obtaining the operating speed of the generator;
controlling short-circuiting and opening of the switch unit according to which one of a plurality of predetermined speed regions the operating speed belongs to;
Among the plurality of coil units, a first coil unit capable of controlling short-circuiting and opening by the switch section includes a first region and a second region having different numbers of turns and different wire cross-sectional areas. The number of turns of the region is larger than that of the second region, and the electric wire cross-sectional area of the first region is smaller than that of the second region, so that only the first region of the first region and the second region can be short-circuited. the switch unit is connected in a
A control method for a power generator, characterized by:
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