WO2005008880A1 - 発電装置 - Google Patents

Abstract

界磁巻線（１）を交流電源に接続し、回転子巻線（４）は回転子鉄心（５）の周方向に均一に巻かれた単位巻線を順に結線して形成し、各単位巻線の引き出し線をこの引き出し線に対応して備えられた光結合によるスイッチ素子（８）の導通にて直流電源（１１）に接続し、このスイッチ素子（８）を光の点滅により交流電源の周波数に同期して順に開閉させる。

Description

発電装置

技術分野

この発明は、 この発明は、 光結合や磁気結合を用いた交流発電装置に関し、 殊 に小型化を図り、 かつ回転駆動力の大小にかかわらず 定周波数の出力が得られ る発電装置に関するものである。

明

1

糸田

背景技術

例えば、 水力発電や火力発電の原理としては、 水車やタービンの回転駆動力を 交流発電機に伝え、 この交流発電機の回転子の回転に基づき発電し、 交流電力を 出力するものである。 この場合、 発電機出力としての交流電力を得るためには、 一定の周波数になること、 定格を超えない電圧に調整されていること、 さらには 使用電力や送電線路の送電容量に応じた電流および位相が調整されること、 等種 々の調整制御が必要になる。 このために、 例えば、 発電機入力である水車やター ビンの回転力を調整するためガスや水量の調整制御すなわちガバナによる調整制 御、 原動機の羽根の角度調整、 等の種々の機械的調整や制御が必要になる。 一方、 最近の趨勢として、 小水力発電、 風力発電などの小出力の発電装置 （風 力発電は最近では大出力のものも出現している） も種々商品化されており、 自然 環境下でのいわゆるクリーンなエネルギーを余すところなく電力に変えようとす る動向に沿うものである。 そして、 これら小出力の発電装置にあってもガバナ等 の装置や設備が必要となり保守点検も面倒となるのであるが、 さらにはこれらの 発電装置の設置については、 回転駆動力を得るための風力等 強弱変化の影響を できるだけ少なくするように前述の火力発電等と同等あるいはそれ以上に予め設 置環境を考慮することにより効率よくエネルギーを取得できる設置場所を厳密に 選択するという必要も生ずる。 また、 発電機である以上単独運転用のものを除き系統連系をする必要があるが、 この系統連系をする場合発電機出力を商用電源周波数に同期させる必要があるた め、 従来では交流出力をー且直流に変換しィンバータによって商用交流電源に同 期された交流を作成し、 この交流を系統につなぐという方策を採っている。

特許文献 1

特開 2 0 0 2— 3 1 5 3 9 6号公報 " 上述のように大規模な発電プラントにあっても、 あるいは小出力の発電装置に あっても、 設備コストの低減、 装置の簡素化、 係員による保守点検の軽減等のた めに発電機の本体である交流発電機以外の検出器、 調整装置、 制御装置、 保護装 置等極めて多く存在する装置や設備をできるだけ複合ィ匕して簡素化し、 あるいは できれば除去することによつて発電装置のスリム化を図りたいという要請がある。 そしてこのスリム化の要請に沿うことは、 装置の小型化につながり、 季節や時期 によって、 例えば、 水量の豊富な時期、 風の強い時期に簡便に設置して発電する という、 簡便に設置や収納を可能とする発電装置の提供につながる。

また、 風力発電等では設置場所を厳密に選択してなるべく定常入力が得られる ようにしているのが、 仮に、 回転駆動力に大きな変化があつたとしてもその変化 の影響を少なくして恒常的に発電出力が得られる発電装置を得たいという要請が ある。

さらに、 例えば船舶とか山小屋等に使用される単独運転用の発電装置などにお V、ては特別な場合であるが、 他の発電装置や送配電設備との系統連系を取る場合 においては、 同期を採る必要があることから、 従来ではインバータが別途必要と なって高価なものとなり、 またインパータの利用に伴う交流一直流、 あるいは直 流一交流変換作用にて効率が低下するという問題があった。 また、 系統連系を行 う場合、 断線等による負荷停電時でもィンバータの動作による活線に伴う危険を 防止すべく系統切り離しのための単独運転防止対策や負荷短絡時の防護のための 高速 断器等の連系保護装置が必要となるため、 高価で構成上複雑なものとなら ざるを得なかった。

さらには、 風力発電において、 強風時に回転駆動力を発電装置から切り離すこ となく、 風力エネルギーを発電にできるだけ利用したレ、という要請もある。

この発明は、 上述の問題に鑑みてなされたものであり、 調整制御装置等の設備 や装置あるいは保守点検作業をできるだけ少なくしてスリムな発電装置とし、 入 力である回転駆動力の大小にかかわらず発電を可能とし、 系統連系をする場合に はィンバータ等の変換器や従来系統連系に必要な単独運転防止対策や連系保護装 置等の構成をできるだけ少なくし、 回転エネルギーをできるだけ有効利用するよ うにした発電装置を得ることを目的とする。 発明の開示

上述の目的を達成するため、 この発明にかかる発電装置は、 回転子卷線を有す る回転子と固定子卷線を有する固定子とで構成され、 回転子の回転により固定子 卷線から発電出力を得る発電装置において、 回転子卷線は所定の周期で通電され る非接触のスィツチング手段を介して直流電源にて励磁されることを特徴とする。 この発明によれば、 非接触のスィツチング手段にて回転子卷線に所定の周期に て励磁電流を流すことになるので、 固定子卷線に磁束変化による起電力が誘起し、 発電が可能となる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 固定子卷線は、 交流電 源に接続されて交流励磁されることを特徴とする。

この発明によれば、 固定子卷線を界磁卷線として交流励磁することになるので、 この交流励磁と同期する非接触のスイツチング手段のオン/オフを回転子卷線の 励磁周期とすれば、 系統連系が可能となる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 回転子卷線は、 回転子 鉄心の周方向に単位卷線を並べて形成され、 全単位卷線は電気的に結合した卷線 に形成したことを特徴とする。

この発明によれば、 回転子卷線は 回転子鉄心に単位卷線を鼓上巻きにして単 相あるいは多相の卷線を形成し、 励磁電流を流すことができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 回転子卷線は、 各単位 卷線ごとに電気的入出力端子を有し、 この電気的入出力端子に直流電源から非接 触のスィツチング手段を介して通電し、 各単位卷線が配置される回転子鉄心の周 方向に所定の周期で回転励磁されることを特徴とする。 '

この発明によれば、 回転子卷線は、 電気的入出力端子を介して単位卷線ごとに 周方向に順に励磁されるので、 回転磁界を形成することができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 回転子卷線は、 複数の 各単位卷線を一組とし、 各組ごとに電気的入出力端子を有し、 この電気的入出力 端子に直流電源から非接触のスィツチング手段を介して通電し、 各単位卷線が配 置される回転子鉄心の周方向に所定の周期で回転励磁することを特徴とする。 この発明によれば、 電気的入出力端子を介して複数一組の単位卷線ごとに周方 向に順に励磁することによつても、 回転磁界を形成することができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 直流電源は、 電圧源お よび電流源の双方を含むことを特徴とする。

この発明によれば、 電圧源と電流源との切り換えによって、 回転子卷線に流れ る電流を制御することができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 .直流.電源は、 回転子の 同期速度超での回転子卷線との接続状態を回転子の同期速度未満での回転子巻線 との接続状態に対して逆接続にしたことを特徴とする。

この発明によれば、 回転子の同期速度超にて逆接続に伴う直流電源の充電を行 うことができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 非接触のスイッチング 手段は、 発光素子と受光素子とを含み、 受光素子は回転子と同一回転するもので あることを特徴とする。

この発明によれば、 非接触のスィツチング手段は光によるものとした。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 非接触のスイッチング 手段は、 磁界とホール素子とを含み、 ホール素子は回転子と同一回転するもので あることを特 ί敷とする。

この発明によれば、 非接触のスィツチング手段は磁気を利用したホール素子に よるものとした。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 受光素子をスィッチン グ動作させる源は、 発光素子であることを特徴とする。

この発明によれば、 スイッチング手段は非接触の光によるものとすることがで さる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 ホール素子を動作させ る源は、 磁界であることを特徴とする。

' この発明によれば、 スイッチング手段は非接触の磁気によるものとすることが できる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 受光素子および発光素 子は、 略円形に力つ略近距離に対面配置され、 発光素子の発光により受光素子は 能動動作または受動動作することを特徴とする。

この発明によれば、 非接触の光結合が確実に得られ、 確実なスイッチングが可 會 となる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 ホール素子おょぴ磁界 は、 略円形にかつ略近距離に対面配置され、 磁界の磁束によりホール素子は能動 動作または受動動作することを特徴とする。

この発明によれば、 非接触の磁気結合が確実に得られ、 確実なスイッチングが可 能となり、 しかも塵埃が多い等の環境であっても適用が可能である。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 発光素子は、 回転子と は分離して配置され、 受光素子と対面配置される円周方向に順次回転点滅移動す ることを特 ί敷とする。

この発明によれば、 発光素子を順次回転点滅移動させた受光素子制御によって、 回転子卷線電流を順に制御することができ、 ひいては回転磁界を形成させること ができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記発明において、 磁界は、 回転子と分離し て配置され、 ホール素子と対面配置される円周方向に順次回転励磁移動すること を特徴とする。

この発明によれば、 磁界を順次回転励磁移動させたホール素子制御によって、 回転子卷線電流を順に制御することができ、 ひいては回転磁界を形成させること ができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記発明において、 発光素子を交流電源の周 波数に同期して回転発光させ、 または磁界を交流電源の周波数に同期して回転励 磁させるロジック回路を有することを特徴とする。

この発明によれば、 発光素子の回転発光あるいは磁界の回転励磁はロジック回 路で実現することができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記発明において、 回転子卷線に直流電源か ら供給される電流は、 電気角にして略 1 8 0度離れた電気的入出力端子間にて通 電させることを特徴とする。

この発明によれば、 回転子巻線に流れる電流に起因して回転磁界を得ることが できる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 非接触のスイッチング 手段は、 回転子卷線に直流電源から供給される電流を、 一の電気的入出力端子に 接続される一のスィツチング手段から電気角にして略 1 8 0度に位置する他の電 気的入出力端子に接続される他のスィツチング手段まで、 相互に逆方向に流すも のであることを特徴とする。

この発明によれば、 固定子卷線に起因する界磁極数に応じて容易に回転磁界を 得-るにあたって、 スィツチング素子の逆方向接続によって回転磁界の回転時の電 流切り替えを行うことができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 非接触スイッチング手 段によって直流電源に接続される相互の電気角にして略 1 8 0度離れた電気的入 出力端子に接続された単位卷線を中心として、 周方向に隣り合う単位卷線には相 互に逆方向の電流を流すことを特徴とする。

この発明によれば、 周方向に隣り合う単位巻線に相互に逆方向に電流を流すこ とで、 単位卷線に流れる電流による電磁石を形成することができ、 非接触スイツ チング手段の回転開閉制御にて回転磁界を形成することができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 受光素子は、 略円形の 円周方向に物理角として 3 6 0度未満の任意の角度範囲に集中して配置されるこ とを特 ί敷とする。

この発明によれば、 回転に適した受光素子の配列状態にすることができる。 つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 ホール素子は、 略円形 の円周方向に物理角として 3 6 0度未満の任意の角度範囲に集中して配置される ことを特 ί敦とする。

この発明によれば、 回転に適したホール素子の配列状態にすることができる。 つぎの発明にかかる発電装置は、 回転子卷線を有する回転子と固定子卷線を有 する固定子とで構成され、 回転子の回転により固定子卷線から発電出力を得る発 電装置において、 回転子卷線は非接触のスイッチング手段を介して短絡されるこ とを特 ί敷とする。

この発明によれば、 特に、 回転子の同期速度以上の回転にて発電出力を得るこ とができ、 また、 回転子電流を制限することができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 回転子卷線は、 各単位 卷線ごとに電気的入出力端子を有し、 この電気的入出力端子を非接触のスィツチ ング手段を介し、 各単位卷線が配置される回転子鉄心の周方向に所定の周期で短 絡されることを特徴とする。

この発明によれば、 電気的入出力端子を介して単位卷線ごとに周方向に順に短 絡されることで、 回転子電流を制限することができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 回転子卷線は、 複数の 各単位卷線を一組とし、 各組ごとに電気的入出力端子を有し、 この電気的入出力 端子を非接触のスィツチング手段を介し、 各単位巻線が配置される回転子鉄心の 周方向に所定の周期で短絡することを特徴とする。

この発明によれば、 電気的入出力端子を介して複数の一組の単位卷線ごとに周 方向に順に短絡することによつても、 回転子電流を制限することができる。 つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 回転子卷線は、 各単位 卷線ごとに電気的入出力端子を有し、 全ての電気的入出力端子を非接触のスィッ チング手段を介し同時に短絡することを特徴とする。

この発明によれば、 電気的入出力端子を介して全単位卷線を一斉に短絡するこ とが可能となり、 誘導発電機を構成する。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 回転子卷線は、 複数の 各単位卷線を一組とし、 各組ごとに電気的入出力端子を有し、 全ての電気的入出 力端子を非接触のスイッチング手段を介し同時に短絡することを特徴とする。 この発明によれば、 複数の各単位卷線を一組とした各組ごとの電気的入出力端 子を介して全単位卷線を一斉に短絡することによつても、 誘導発電機を構成する ことができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 受光素子おょぴ発光素 子は、 略円形にかつ略近距離に対面配置され、 発光素子の発光により受光素子は 能動動作または受動動作することを特徴とする。

この発明によれば、 非接触の光結合が確実に得られ、 確実なスイッチングが可 肯 となる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 ホール素子および磁界 は、 略円形にかつ略近距離に対面配置され、 磁界の磁束によりホール素子は能動 動作または受動動作することを特徴とする。

この発明によれば、 非接触の磁気結合が確実に得られ、 確実なスイッチングが 可能となり、 しかも塵埃が多い等の環境であっても適用が可能である。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 発光素子は、 回転子と は分離して配置され、 受光素子と対面配置される円周方向に順次回転点滅移動ま たは一斉点滅のいずれかの動作を行うことを特徴とする。

この発明によれば、 非接触の光結合が確実に得られ、 確実なスイッチングが可 食 となる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 磁界は、 回転子と分離 して配置され、 ホール素子と対面配置される円周方向に順次回転励磁移動または 一斉励磁/非励磁のレヽずれかの動作を行うことを特徴とする。

この発明によれば、 非接触の磁気結合が確実に得られ、 確実なスイッチングが 可能となる。 また、 塵埃が多い等の環境であっても適用が可能である。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 発光素子を交流電源の 周波数に同期させて発光させ、 または磁界を交流電源の周波数に同期させて励磁 させる口ジック回路を有することを特徴とする。

この発明によれば、 発光素子の回転発光あるいは磁界の回転励磁はロジック回 路にて得ることができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 ロジック回路は、 PW M回路にて構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、 PWM制御によるパルス幅の制御にて電流を制御すること ができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 回転子卷線の短絡は、 電気角にして略 1 8 0度離れた電気的入出力端子間で行うことを特徴とする。 この発明によれば、 電流制限を好適に行うことができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 受光素子は、 略円形の 円周方向に物理角として 3 6 0度未満の任意の角度範囲に集中して配置されるこ とを特徵とする。

この発明によれば、 回転に適した受光素子の配列状態にすることができる。 つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 ホール素子は、 略円形 の円周方向に物理角として 3 6 0度未満の任意の角度範囲に集中して配置される ことを特 ί敷とする。 この発明によれば、 回転に適したホール素子の配列状態にすることができる。 つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 回転子卷線は、 回転子 鉄心の周方向に単位卷線を並べて形成され、 全単位卷線は電気的に結合した卷線 に形成したことを特徴とする。

この発明によれば、 回転子卷線は、 回転子鉄心に単位卷線を鼓上卷きにして単 相あるいは多相の卷線を形成し、 励磁電流を流すことができる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 非接触のスイッチング 手段は、 発光素子と受光素子とを含み、 受光素子は回転子と同一回転するもので あることを特徴とする。

この努明によ ば、 非接触のスイッチング手段は光によるものとした。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 非接触のスイッチング 手段は、 磁界とホール素子とを含み、 ホール素子は回転子と同一回転するもので あることを特徴とする。

この発明によれば、 非接触のスィツチング手段は磁気を利用したホール素子に よるものとした。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 受光素子をスィッチン グ動作させる源は、 発光素子であることを特徴とする。

この発明によれば、 スィッチング手段は非接触の光によるものとすることがで きる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 ホール素子を動作させ る源は、 磁界であることを特徴とする。

この発明によれば、 スイッチング手段は非接触の磁気によるものとすることが できる。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 受光素子は、 回転子の 回転により固定子と相刘—位置関係が変動し、 発光素子は、 回転子の回転如何に関 わらず固定子との相対位置関係が一定であることを特徴とする。

この発明によれば、 回転子の回転速度如何に関わらず、 受光素子に対し同期回 転速度にて発光照射可能である。

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 ホール素子は、 回転子 の回転により固定子と相対位置関係が変動し、 磁界は、 回転子の回転如何に関わ らず固定子との相対位置関係が一定であることを特徴とする。

この発明によれば、 回転子の回転速度如何に関わらず、 ホール素子に対し同期 回転速度にて磁界照射可能である。 '

つぎの発明にかかる発電装置は、 上記の発明において、 回転子は、 発電装置を 発龠開始に至らすために、 カットイン風速近傍において、 風車の回転始動を支援 することを特徴とする。

この発明によれば、 カットイン風速近傍において、 風車の回転始動が容易とな る。 図面の簡単な説明 - 第 1図は、 この発明の第 1の実施形態にかかる発電装置の簡略構成図であり、 第 2図は、 回転子巻線 4と S W受光素子 8との原理的結線状態を簡略的に示す図 であり、 第 3囱は、 S W受光素子 8および発光素子 9の配置とこれらの位置関係 とを説明するための図であり、 第 4図は、 回転子卷線 4に流れる電流方向の変化 を説明するための図であり、 第 5図は、 回転子の回転磁界によって界磁卷線 1に 生ずる磁界の変化を説明するための図であり、 第 6図は、 回転子 6の回転速度と 界磁卷線 1に生ずる起電力 （電圧） との関係を示す図であり、 第 7図は、 この発 明の第 2の実施形態にかかる発電装置の簡略構成図であり、 第 8図 （a ) は、 第 2の実施の形態の発電装置において回転子 6の回転速度と回転子卷線 4に生ずる 起電力 （電圧） との関係を示す図であり、 第 8図 （b ) は、 第 2の実施の形態の 発電装置において回転子 6の回転速度と界磁卷線 1に生ずる起電力 （電圧） との 関係を示す図であり、 第 9図は、 直流電源 1 1を視点とした第 2の実施の形態の 発電装置の特性を第 8図 （a ) に示す回転子卷線 4に発生する電圧のグラフ上に 示した説明図であり、 第 1 0図は、 実際に製作した試作機の構成を示す図であり、 第 1 1図は、 直流電源 1 1の回路構成の一例を示す図であり、 第 1 2図は、 第 1 0図に示す回路にあって、 スィッチ素子である受光素子 8 a、 8 bと、 トランジ スタ 8 c〜 8 f とダイオードにより、 回転子巻線 4を接続した状態を示した回路 図であり、 第 1 3図は、 第 1 0図に示す回路での界磁電圧 Vおよび界磁電流波形 I (直流電源：非接続、 発光素子駆動部：非駆動） を示すダラフであり、 第 1 4 図は、'第 1 0図に示す回路での界磁電圧 Vおよぴ界磁電流波形 I (直流電源：接 続、 発光素子駆動部：駆動、 回転駆動力：なし） を示すグラフであり、 第 1 5図 は、 第 1 0図に示す回路での界磁電圧 Vおよび界磁電流波形 I (直流電源：接続、 発光素子駆動部：駆動、 回転駆動力：あり） を示すグラフであり、 第 1 6図は、 この発明の第 3の実施形態にかかる発電装置の簡略構成図であり、 第 1 7図は、 回転子卷線 4の一端と他端とを接続する一対の受光 MO S素子 8 a、 8 bの接続 を示す図であり、 第 1 8図は、 太陽電池の受光部 8 Xの導通にて SW受光素子 8 a、 8 bをオンする接続構成を示す図であり、 第 1 9図 （a ) は、 第 3の実施形 態において界磁卷線 1に発生する電圧を示す図であり、 第 1 9図 （b ) は、 第 3 の実施形態において回転子卷線 4に発生する電圧を示す図であり、 第 2 0図は、 この発明の第 4の実施形態にかかる発電装置の簡略構成図であり、 第 2 1図は、 太陽電池の受光部 8 Xの導通にて S W受光素子 8をオンする接続構成を示す図で あり、 第 2 2図 （a ) は、 第 4の実施形態において界磁卷線 1に発生する電圧を 示す図であり、 第 2 2図 （b ) は、 第 4の実施形態において回転子巻線 4に発生 する電圧を示す図であり、 第 2 3図は、 SW受光素子 8の配置に関する変形例の 構成を示す図であり、 第 2 4図は、 ホール素子と回転子卷線の構成の変形例を示 す回路図である。 発明を実施するための最良の形態

以下に添付図面を参照して、 この発明にかかる発電装置の好適な実施の形態を 詳細に説明する。

[第 1の実施形態] 第 1図は、 この発明の第 1の実施形態にかかる発電装置の簡略構成図である。 この発電装置は、 単独運転の発電装置としても系統連系の発電装置としても機能 させることができるが、 この実施形態は、 単独運転の発電装置として機能させる 場合の構成を示すものである。 なお、 同図に示す構成図では、 発電装置の構成を わかりやすく説明するために多少の変形を加え、 あるいは模式的な構成として表 示している。 例えば、 実際の発電装置では、 回転子 6が磁極片 2 2の内部に挿入 される形で構成されるが、 同図では、 回転子 6の概略構造を明確にするため磁極 片 2 2と重ならないように表示している。

第 1図にぉレヽて、 界磁卷線 1が巻かれた固定子鉄心 2を有する固定子 3に対し て、 回転子卷線 4が卷かれた回転子鉄心 5を有する回転子 6が原動機である風車 7を駆動源として回転自在に配置される。 回転子 6には、 回転子卷線 4と結線さ れている複数の S W受光素子 8 (例えば、 フォトダイオード） が回転子 6と一体 に回転可能に配置され、 S W受光素子 8に対向するように複数の発光素子 9 (例 えば、 発光ダイオード （L E D) ) が配置されている。 なお、 第 1図では、 図示 の都合上、 2つの受光素子のみを示しているが、 実際は、 回転軸に固定された円 板の周方向に沿って複数の受光素子が略均一に配列される。

界磁卷線 1が卷回された固定子鉄心 2のヨーク 2 1の端は、 磁極片 2 2をそれ ぞれ有する 2極の界磁極を構成する。 この場合、 界磁極としては、 2極の構成だ けでなく 2の倍数の極数とすることもできる。 また、 界磁卷線 1は、 三相交流電 源にも接続することができるが、 界磁極として 3極もしくは 3の倍数の極数に構 成することもできる。 なお、 第 1図の固定子鉄心 2の形状は、 実際に即した形状 ではなく、 説明の都合上、 固定子鉄心 2のヨーク 2 1の端を形成しているものと して示している。 また、 磁極片 (界磁極) 2 2は、 回転子 6に合わせた形状とし、 ヨーク 2 1は、 磁極片 2 2を連結して界磁卷線 1が卷回された構造として簡略図 示してレ、る。

回転子 6は、 その外周の周方向に等しく配置して形成され軸方向に直線状に形 成されたスロット內にコイル辺 4 1を揷入した複数の型卷コイルからなる回転子 卷線 4を有している。 また、 オン/オフ機能を有する複数の S W受光素子 8の一 端は、 各型卷コイルのそれぞれの卷線端の引き出し線端 （電気的入出力端子） に それぞれ接続され、 一方、 複数の SW受光素子 8の他端は、 スリップリング 1 0 a， 1 0 bのいずれかに接続されるように構成される。

第 2図は、 回転子卷線 4と SW受光素子 8との原理的結線状態を簡略的に示す 図である。 同図において、 回転子卷線 4の型巻コイル （単位卷線） の一つ一つの 引き出し線にそれぞれ 2つの受光 M〇S素子 8 a 1 1， 8 b 1 1 , 8 a 1 2 , 8 1 2が接続される。 ここで、 受光 M〇S素子 8 a 1 1は、 直流電源 1 1のプラ ス側に接続されるスリップリング 1 0 aに結線され、 受光 M〇 S素子 8 b 1 1は、 直流電源 1 1のマイナス側に接続されるスリップリング 1 0 bに結泉される。 一 方、 受光 MO S素子 8 a 1 2は、 直流電源 1 1のマイナス側に接続されるスリッ プリング 1 0 bに結線され、 受光 MO S素子 8 b 1 2は、 直流電源 1 1のプラス 側に接続されるスリップリング 1 0 aに結線される。

これらの受光素子 8 a 1 1， 8 b 1 1 , 8 a 1 2 , 8 b 1 2は、 つぎのように 制御される。 例えば、 受光 MO S素子 8 a 1 1がオンとなるとき、 電気角で略 1 8 0度離れた受光 MO S素子 8 a 1 2がオンとなる。 このとき、 回転子卷,線 4と 受光 MO S素子 8 a l l , 8 a 1 2とによる閉回路が形成され、 回転子卷線 4に は、 直流電源 1 1力、らの直流電流が、 スリップリング 1 0 a→受光 MO S素子 8 a 1 1→回転子卷線 4→受光 MO S素子 8 a 1 2→スリップリング 1 0 bの向き の直流電流が流れる。

一方、 受光 MO S素子 8 b 1 1がオンとなるとき、 電気角で略 1 8 0度離れた 受光 MO S素子 8 b 1 2がオンとなる。 このとき、 回転子卷線 4と受光 MO S素 子 8 b 1 1 , 8 b 1 2とによる閉回路が形成され、 回転子卷線 4には、 直流電源 1 1からの電流で上記とは逆向きの直流電流、 すなわち、 スリップリング 1 0 a →受光 M〇 S素子 8 b 1 2→回転子卷線 4→受光 MO S素子 8 b 1 1→スリップ リング 1 0 bの向きの直流電流が流れる。

第 2図では、 2組の受光 MO S素子 8 a 1 1， 8 b 1 1 , 8 a 1 2 , 8 b 1 2 だけを示しているが、 各型卷コイルである単位卷線に接続される 2つの受光 MO S素子 8 a n l， 8 b n 1 (添字 nは、 回転子卷線の極数の対に対応する番号を 示す） と、 この単位巻線と電気角にて略 1 8 0度離れた単位卷線に接続される 2 つの受光 MO S素子 8 a n 2， 8 b n 2 (上記と同じく、 添字 nは、 回転子卷,锒 の極数の対に対応する番号を示す） との間でも、 受光 MO S素子 8 a 11 1， 8 a n 2あるいは受光 MO S素子 8 b n l， 8 b n 2をそれぞれ対として、 直流電源 1 1と回転子卷線 4とがそれぞれ結線される。

なお、 これらの受光 MO S素子 8 a n 1， 8 b n 1 , 8 a n 2 , 8 b n 2は、 後述するように回転子卷線 4に直流電源 1 1力 らの電流を導き、 かつ、 この電流 を切り替えて回転磁界を作るためのものである。 このため、 単位巻線の全てに受 光 MO S素子を備えることなく、 複数の各単位卷線を一組とし、 各組ごとに電気 入出力端子を用意し、 受光 MO S素子 8 a n l， 8 b n 1を接続し、 また、 この 単位卷線と電気角にて略 1 8 0度離れた別グループの単位卷線に受光 M〇S素子 8 a n 2， 8 b n 2を接続するようにしてもよい。

第 1図に戻って、 回転子卷線 4に接続された SW受光素子 8は、 回転子 6と一 体に回転するため、 回転軸に固定された円板の周方向に沿つて略均一に配列され る構成を有し、 遠心力や振動に耐えるように強固に取り付けられている。 一方、 直流電源 1 1は、 回転部分との間でスリップリング 1 0 a， 1 0 bやブラシを介 して接続されることになり、 固定状態に置かれる。 そのため、 直流電源 1 1を回 転軸に搭載した一体回転する構造とするときには、 スリップリング 1 0 a， 1 0 bやこのブラシは不要となる。

また、 第 1図において、 複数の SW受光素子 8に対向して配置された複数の発 光素子 9は、 商用電源電力に接続された発光素子駆動部 1 2に接続される。 ここ で、 発光素子 9は、 SW受光素子 8をオンまたはオフする必要があるために SW 受光素子 8と対向して配置される。

第 3図は、 S W受光素子 8およぴ発光素子 9の配置とこれらの位置関係とを説 明するための図である。 同図において、 円板 8 1には、 SW受光素子 8が周方向 に配列されている。 円板 8 1と対峙して配置される板 9 1には、 発光素子 9が S W受光素子 8と対向するように配列されている。 この場合、 円板 8 1は回転軸と 一体で回転する回転体であるのに対し、 板 9 1は回転することなく置かれる固定 物であるため、 板 9 1の形状や発光素子 9の取り付け強度も受光側とは異なって いてもよレヽ。

なお、 SW受光素子 8は、 回転体に搭載されるため、 第 3図に示すように円周 上に均等に配列されるのが一般的であり、 発光素子 9は、 これらの S W受光素子 8に対向するように配列されていればよい。 また、 S W受光素子 8およぴ発光素 子 9の両者の配置は、 3 6 0度の円周上に均等に配列することが一般的である力 この配列に限定されるものではなく、 両者ともに 3 6 0度未満の任意の角度範囲 に集中して配列しても構わない。

肝要な点は、 回転子卷線 4に商用電源の周波数に同期した回転磁界を作ること ができればよいのであって、 そのためには、 所望の時点において、 S W受光素子 8と対向する発光素子 9を確実に発光させるように制御できればよい。 より具体 的には、 回転磁界を生成するために飛び飛びにオンさせたい S W受光素子 8に対 して、 この S W受光素子 8に対向する発光素子 9を発光させるようにすればよレ、。 あるいは、 複数の連続した単位卷線を一組とし、 電気角にて略 1 8 0度離れた単 位巻線の組の単位として発光素子 9を円周方向に順に組ごとに点滅させ、 S W受 光素子 8を円周方向に順に組ごとに切り替えるようにするなど、 その他、 種々の 変形が可能である。 なお、 これらの発光制御は、 発光素子駆動部 1 2によって容 易に実現することができる。

第 1図に戻って、 発光素子 9が接続される発光素子駆動部 1 2は、 内部にロジ ック回路を有し、 このロジック回路からの制御信号 (点滅信号）によって、 例えば、 5 0 H zあるいは 6 0 H zの商用電源周波数に同期させ、 発光素子 9を順に点滅 させる機能を有する。 いま、 ある発光素子が発光した後、 つぎの発光素子が発光 するまでの単位時間 （ミリ秒： ni s ) あたりの変位量 （角度： d e g ) を発光素 子回転角速度 ( d e g /m s ) と定義すれば、 この発光素子回転角速度は、 界磁 の磁極数によって変ィヒする。 例えば、 発光素子 9が円周方向に均等に配置され、 界磁の磁極数が 2極で、 商用電源周波数が 60Hzの場合では、 発光素子回転角 速度は、 2 1. 6 (d e g/ms) となる。 また、 界磁の磁極数が 4極、 8極、 1 6極、 · · · と増加するにつれて電気角 3 6 0° に相当する物理的な回転角 が 1 8 0° 、 90° 、 45° 、 · · · と減少するので、 発光素子回転角速度も、 1/2, 1/4, 1/8、 · · ·、 すなわち、 1 0. 8 ( d e g /m s ) 、 5. 4 (d e g/ras) 、 2. 7 (d e g/ms) · · · と減少していくことになる。 さて、 第 1図に示す構造を有するこの発電装置にあっては、 発光素子 9側から 見ると、 前述のように、 商用電源に接続された発光素子駆動部 1 2内のロジック 回路からの制御信号 (点滅信号)によつて発光素子 9は、 電源周波数に同期して点 滅する。 この点滅の移動によって SW受光素子 8のオン Zオフの状態が次々と移 り変わって回転子卷線 4に流れる電流方向が変化することになる。

第 4図は、 この回転子卷線 4に流れる電流方向の変ィ匕を説明するための図であ り、 1 2個の単位卷線 （型卷コィル） からなる回転子卷線 4と回転子卷線 4が接 続される整流子 1 3とを有する交流整流子機を平面的に展開した状態を示してい る。 ここで、 一般的な交流整流子機に備えられた回転子卷線の構造は、 本願発明 の発電装置に備えられる回転子卷線 4の構造と基本的な点において同一であるた め、 この交流整流子機を例にとって上述の電流方向の変化の説明を行うことにす る。

第 4図において、 整流子 1 3の整流子片 1 3 aにブラシ 1 3 bが接触した状態 力 第 2図に示す受光 MOS素子 8 a 1 1および受光 MO S素子 8 a 1 2が同時 にオンとなった状態に該当する。 すなわち、 第 2図における受光 MOS素子 8 a 1 1と受光 MOS素子 8 a 1 2とがオン状態のとき力 第 4図での二、 二位置に おいて整流子片 1 3 aとブラシ 1 3 bとが接触しているときと等価である。 この とき、 直流電源 1 1による電流は、 同図中、 左側の二の位置から右側の二の位置 に向って回転子卷線 4内を右方向と左方向の 2方向に分流することになる。 つい で、 隣接する S W受光素子 8がオン状態になることは、 例えば、 整流子片 1 3 a にブラシ 1 3 bが接触した状態が、 ホ、 ホ位置に移ることであり、 この場合では、 左側のホの位置から右側のホの位置に向って回転子卷線 4内を右方向と左方向の 2方向に分流することになる。

このように発光素子 9を商用電源周波数に同期して順に点滅させること.は、 S W受光素子 8を商用電源周波数に同期して順にオンさせることであり、 第 4図に 示すようにブラシ 1 3 bの接触位置が順にシフトし、 このシフトにより回転子卷 線 4内を流れる直流電源 1 1からの電流が順に隣の単位卷線に変移していくこと になる。 これは、 直流電源 1 1力 ら回転子卷線 4内に流れる電流によって生じた 図中破線で示す電磁石 Mが、 電流の変移によつて商用電源周波数に同期して回転 する回転磁界を発生させることになる。 換言すれば、 発光素子 9を順に点滅させ、 SW受光素子 8を順にオンさせることは、 直流電源 1 1からの電流を回転子卷線 4内にて順に変移させることにつながり、 この変移電流により回転子 6に回転磁 界を生起させることになる。

第 5図は、 回転子の回転磁界によって界磁卷線に生ずる磁界の変化を説明する ための図である。 回転子 6において、 S W受光素子 8が順にオンすることによつ て、 直流電源 1 1からスリップリング 1 0 a (図中黒丸で示す） を介して流れ込 む電流が回転子卷線 4を流れスリップリング 1 0 b (図中白丸で示す） を抜けて 直流電源 1 1に戻る。 この回転子卷線 4を流れる電流によって、 回転子 6には同 図に示すような回転磁界が生ずる。 この回転磁界は、 磁極片 2 2での磁界の変化 をもたらし、 界磁卷線 1に誘導起電力を生じさせる。

第 5図では、 界磁巻線 1に生ずる磁界の強度変化を、 図中 N、 Sの文字の大き さによって示している。 この磁界の変化は、 界磁卷線に鎖交する磁束量が変化す ることによって引き起こされる。 （1 ) の状態では、 同図左側の磁極片では回転 磁界の N極と逆極性の S極が生じ、 同図右側の磁極片では回転磁界の S極と逆極 性の N極が生ずる。 これに対して、 （5 ) の状態では、 同図左側の磁極片では回 転磁界の S極と逆極性の N極が生じ、 同図右側の磁極片では回転磁界の N極と逆 極性の S極が生ずる。 このように、 回転磁界の回転によつて界磁卷線に生ずる磁 界の強さが （1 ) 〜 （5 ) のように変化する。 一方、 界磁卷線に生ずる起電力は 磁束量の変化、 つまり磁界の変化量に比例するので、 同図に示すように、 （3 ) の状態ときに最大となり、 （1 ) および （5 ) の状態のときには略 0となる。 これまでの説明では、 特に断りを入れることなく、 風車 7は停止している状態 にあり、 回転子 6は物理的に回転していないものとして取り扱つてきた。 そこで、 つぎに、 風車 7の回転によって回転子 6が物理的に回転している場合について説 明する。

まず、 回転磁界の周期について考える。 回転磁界の変化は、 上述したように S W受光素子 8を順にオンさせることによってのみ生ずる。 すなわち、 回転磁界の 変化は、 第 5図に示すように、 ( 1 ) 〜 （5 ) の間で半周期の回転磁界が形成さ れ、 この周期は起電力の周期と同一である。 一方、 この起電力の周期は、 S W受 光素子 8の点滅周期とも同一である。 したがって、 回転磁界の周期は、 SW受光 素子 8の点滅周期と同一であり、 回転子 6の回転速度には依存しない。 このこと 力 ら、 第 1図において、 界磁卷線 1から出力される交流出力の周波数は、 回転子 6の回転速度に依存することなく、 発光素子駆動部 1 2によつて制御することが できる。 例えば、 発光素子駆動部 1 2が商用電源の周波数に同期して発光素子 9 を回転点滅させ、 SW受光素子 8を制御することで、 商用電源と同一周波数の交 流出力を取り出すことができる。 その一方で、 商用電源とは異なる周波数の交流 出力を取り出すことも可能であり、 例えぼ、 商用電源の周波数が 5 0 H zのとき に 6 0 H zの交流出力を取り出すこともでき、 周波数変換装置としても機能させ ることができる。

つぎに、 界磁卷線 1に生ずる起電力の大きさについて考える。 界磁卷線 1に生 ずる起電力の大きさが界磁卷線 1を鎖交する磁束の変化量に比例するという事実 は、 上述したとおりである。 つまり、 界磁卷線 1に生ずる起電力の大きさは、 単 位時間あたりに界磁卷線 1を鎖交する磁束量に比例することになる。 一方、 風車 7が物理的に回転し、 回転速度が増加するにつれて、 界磁巻線 1を横切る回転子 卷線 4の単位卷線の数が増加する。 これは、 .単位時間当たりに界磁巻線 1を通過 する磁束量が増大することであり、 したがって、 回転子 6の回転速度が増加する と、 界磁卷線 1に生ずる起電力が増大することになり、 この関係を示したものが 第 6図である。

第 6図は、 第 1の実施の形態の発電装置における回転子 6の回転速度と界磁巻 線 1に生ずる起電力 （電圧） との関係を示す図である。 同図に示す 2本のカーブ は、 それぞれ異なる作用によって生ずる起電力を示しており、 一方は、 トランス 結合作用による起電力 (T) であり、 他方は、 回転による起電力 (R) である。 なお、 これらの 2つの起電力の定義 （意味） については、 後述する。

つぎに、 第 1図に示すこの実施の形態の発電装置において、 風車 7の動きを加 味したときの動作について、 第 1図または第 6図を用いて説明する。

具体的には、

( 1 ) 回転子 6が停止している場合

また、 風車 7の回転により生ずる回転駆動力によって、

( 2 ) 回転子 6が同期速度未満で回転している場合

( 3 同期速度で回転している場合

( 4 ) 同期速度を超える速度で回転している場合、

の各状態にわたって、 界磁卷線 1での発生電圧などにつ!/ヽて説明する。

(回転子 6が停止している場合）

第 1図において、 発光素子 9が同期速度で点滅することにより SW受光素子 8 の導通切り替わりが同期速度に同期して生じる。 このとき、 回転子卷線 4には、 第 4図を用いて上述したように、 ブラシ 1 3 bの移動によって直流電¾1 1 1から 流れる直流電流の切り替わりが生じる。 この直流電流が同期速度で切り替わるこ とにより、 回転子 6には同期回転磁界が生じ、 この回転磁界によつて界磁卷線 1 には、 直流電流の切り替わりに同期した誘導起電力が生じる。 ここで、 この界磁 卷線 1に生ずる起電力は、 界磁卷線 1と回転子卷線 4との磁気結合に基づ!/、て発 生し、 また、 このとき発生する起電力の大きさは、 両者の巻線比等に依存するの で、 この起電力をトランス結合作用による起電力と呼称する。 第 6図にも示すように、 風車 7の停止状態において、 このトランス結合作用に よる起電力が生じている。 このように、 風車 7が停止して回転駆動力がなく回転 子 6が停止している状態でも、 回転子巻線 4が界磁極での磁束変化を受けるので、 誘導起電力が生ずる。

(回転子 6が同期速度未満の速度で回転しているとき）

界磁卷線 1に生ずる誘導起電力に関し、 風車 7が停止している状態から回転し 始め、 回転子 6が同期速度未満の速度で回転している場合はつぎのようになる。 風車 7の回転駆動力により回転子 6が回転し始め物理的回転が増大するにつれて、 回転子 6の回転と回転磁界の同期回転との間の速度差が次第に小さくなつていく。 この状態は、 発光素子 9の同期速度での点滅に対して SW受光素子 8の導通切り 替わり速度が相対的に遅くなつていくことを意味する。

すなわち、 回転子 6が停止しているときと比べ、 回転子 6の回転速度が同期速 度に近づくこととなって、 回転子 6が停止している際に生じたトランス結合作用 のみによる起電力が、 回転子 6の回転に伴って減少する。 一方、 回転子 6には、 受光素子のスィツチングにより直流励磁された卷線が存在するので、 この電磁石 の回転により発生する起電力が次第に増大する。 なお、 この起電力を、 上記の 「 トランス結合作用による起電力」 と区別するために、 「回転による起電力」 と呼 称する。

また、 第 6図にも示すように、 回転子 6が同期速度未満で回転している場合、 発電装置全体としては、 回転子 6の物理的回転に基づかないトランス結合作用に よる起電力 （T) が減少する反面、 回転子 6の回転に基づいて発生する回転によ る起電力 (R) が増大する。 回転子 6の回転速度が増大するにつれ、 SW受光素 子 8の導通切り替わり速度が相対的に遅くなつて、 回転子卷,線 4のリアクタンス が減少し、 回転子卷線 4のインピーダンスが減少する。 この結果、 回転磁界を生 じさせる電流が増大して磁界が強くなり、 界磁卷線 1での誘導起電力も大きくな る。

(回転子 6が同期速度で回転しているとき） 風車 7の回転駆動力によつて回転子 6の物理的回転と S W受光素子 8の導通切 り替わりによる回転磁界とが同一の同期速度になった場合については、 回転子 6 の回転速度そのものが、 発光素子 9の周方向の回転点滅速度と一致するので、 S W受光素子 8の導通切り替わりがなくなって同一の SW受光素子 8のみが導通し 続けることになる。 このため、 偶然に選択された回転子卷線 4の入出力端子のみ が導通して直流電源 1 1からの直流電流に基づく直流磁界によって生じた電磁石 (回転子卷線 4の切り替わりによらない） の同期回転によって、 界磁卷線 1には 起電力が生ずる。 なお、 この起電力は、 界磁卷線 1を電磁石の磁束が横切ること によって生ずるので、 前述した回転による起電力のみが生じ、 回転子卷線 4には 直流電源のみが流れるためトランス結合作用は消滅し、 この作用による起電力は 略 0となる （第 6図参照） 。

. (回転子 6が同期速度を超えて回転しているとき）

風車 7の高速回転によって回転子 6の回転が同期速度を超える速度 （同期速度 超という） で回転する場合は、 回転子 6が同期回転して回転子卷線 4の電磁石が 同期回転する場合よりもさらに高速に回転することとなる。 つまり、 界磁卷線 1 および回転子卷線 4に流れる電流による回転磁界は、 回転子 6の回転よりも遅れ て回転することとなる。 したがって、 界磁卷線 1の磁束変化や回転磁界の回転の 元となる発光素子 9の点滅による回転が生じない瞬間でも、 回転子 6自体は物理 的に回転していることになる。 その結果、 回転子卷線 4の電磁石の同期回転によ つて界磁卷線 1に生ずる回転による起電力に対し、 さらに同期速度を超える分だ けの回転子 6の回転に起因する磁束変化に基づいた起電力が界磁卷線 1に加わる。 また、 トランス結合作用による界磁卷線 1に生じる電圧は、 回転子 6の回転が同 期速度を超過することにより、 回転子卷線 4の電流の切り替わりが生じ、 再び発 生する。 なお、 この電圧は、 同期速度未満の場合と同相で、 回転子 6の回転の増 大に伴い、 増大する （第 6図参照） 。

上述した動作 （作用） を纏めると、 界磁卷線 1に発生する電圧は、 つぎのよう になる。 ( 1 ) 回転子 6が停止状態のときは、 トランス結合作用による起電力のみが 生じ、

( 2 ) 回転子 6が同期速度未満の速度で回転しているときは、 トランス結合 作用による起電力が減少する反面、 回転による起電力が増大し、

( 3 ) 回転子 6が同期速度で回転しているときは、 回転による起電力のみが 生じ、 トランス結合作用による起電力は略 0となり、

( 4 ) 回転子 6が同期速度を超えて回転しているときは、 回転による起電力 は増加し、 トランス結合作用による起電力は同期速度を境に再び上昇する。

このように、 回転子 6が停止状態から同期速度を超えて回転する領域の全域に わたって、 同期速度で回転している回転子卷線 4が発生する回転磁界の周期に同 期した同期周波数の発電出力を得ることができる。 なお、 第 6図にも示すように、 回転子 6が同期速度未満で回転している領域では、 同期発電機としての振る舞い を呈し、 回転子 6が同期速度を超えて回転している領域では、 誘導発電機として の振る舞いを呈することになる。

なお、 回転子 6の回転速度が増大すると回転子卷線 4に流れる電流が増加する 力 回転子卷線 4のリアクタンスが大きくなり、 回転子卷線 4に流れる電流は制 限される。 したがって、 第 6図に示すように、 回転による起電力も徐々に飽和す るようになる。 一方、 回転子卷線 4に流す電流を小さくすれば界磁卷線 1の起電 力を抑制することもできる。 つまり、 回転子 6の回転速度の増大によって増加す る回転子電流を積極的に制御することにより、 回転速度の変動に応じて、 所望の レベルの交流出力を得ることができる。

以上説明したように、 この実施の形態の発電装置によれば、 回転子卷線を有す る回転子と固定子卷線を有する固定子とを備え、 回転子卷線が所定の周期で通電 される非接触のスィツチング手段を介して直流電源にて励磁されるようにしてレヽ るので、 回転子の回転速度に比例した交流出力を取り出すことができる。 また、 発光素子駆動部のロジック回路の制御によって、 商用電源の周波数に同期させた 交流出力や、 任意の周波数の交流出力を取り出すことができる。 なお、 発光素子 9としては、 L E Dなどの発光素子の他に電磁石に置き換える ことも可能である。 この場合、 SW受光素子 8は、 フォトトランジスタに代えて ホール素子およびトランジスタ 8 aに置換することができる。 なお、 この置換に ついては、 後述する。

[第 2の実施形態]

第 7図は、 この発明の第 2の実施形態にかかる発電装置の簡略構成図である。 この実施形態は、 系統連携の発電装置として機能させる場合の構成を示すもので ある。 同図に示す発電装置は、 第 1図に示す発電装置の界磁卷線 1を商用電源に 接続し、 発電装置の発電出力を商用電源 （系統） 側に出力させて系統連携できる ように構成している。 なお、 その他の構成については、 第 1図に示す第 1の実施 の形態の構成と同一または同等であり、 これらの構成部については、 同一符号を 付して示している。

つぎに、 第 7図に示すこの実施の形態の発電装置の動作について説明する。 な お、 第 8図 （a ) は、 第 2の実施の形態の発電装置における回転子 6の回転速度 と回転子卷線 4に生ずる起電力 （電圧） との関係を示す図であり、 第 8図 （b ) は、 第 2の実施の形態の発電装置における回転子 6の回転速度と界磁卷線 1に生 ずる起電力 （電圧） との関係を示す図である。

第 7図において、 第 1の実施の形態のところで説明したように、 発光素子 9が 同期速度で回転点滅することにより S W受光素子 8の導通切り替わりが同期速度 に同期して生ずる。 このとき、 界磁卷線 1には、 ブラシ 1 3 bの移動によって直 流電源 1 1から流れる直流電流の切り替わりにて回転子 6の回転子卷線 4に生じ た同期回転磁界によって、 上記で定義したトランス結合作用による起電力が生じ る。 なお、 この起電力が回転子 6が停止している状態でも生ずることは、 第 1の 実施の形態のときと同様である。

一方、 この実施の形態の発電装置では、 第 1の実施の形態の発電装置と異なり、 界磁卷線 1の界磁電流による磁束の変化によつて回転子卷線 4に交流起電力電圧 、 発生していることである。 これに、 発光素子 9の発光によって選択された 2 つの S W受光素子 8の間に印加される直流電源 1 1の端子電圧が、 印加されるこ とになる。 このとき、 回転子卷線 4には、 界磁磁束による誘導起電力と直流電源 1 1による印加電圧とが互いに逆方向に印カ卩されることとなる。 この逆向きに印 加されるという事象は、 同期速度未満の場合であり、 後述する。 したがって、 回 転子卷線 4に回転磁界を生起させるためには、 直流電源 1 1による端子電圧が界 磁卷線 1と回転子巻線 4との卷数比によって決定される誘導起電力電圧より高く 設定することが必要である。

すなわち、 回転子巻線に発生する電圧に着目すれば、 回転子卷線に発生する電 圧を E 2とし、 直流電源電圧を E 1とするとき、 E 1 = E 2となる回転子 6の回 転速度 P 1が存在し、 回転子 6の回転速度がこの P 1を超える領域が発電領域と なる （第 8図 （a ) 参照） 。 一方、 界磁卷線に発生する電圧で見れば、 回転によ る起電力' (R) は、 P 1の点からスタートして直線的に増加するカーブとなり、 トランス結合作用による起電力 （T) は、 第 1の実施の形態のときと同様に界磁 卷線 1と回転子卷線 4との卷数比によって決定される所定の電圧からスタートし て直線的に減少し、 回転子 6の回転が同期速度で 0となり、 同期速度を超えて再 ぴ上昇する （第 8図 （b ) 参照） 。

上述したことから明らかなように、 この実施の形態の発電装置では、 回転子 6 が P 1の点から同期速度を超えて回転する領域の全域にわたって、 同期速度で回 転している回転磁界の周期に同期した同期周波数の発電出力を得ることができる。 なお、 第 8図 ( a ) ， 8— 2に示すように、 回転子 6の回転速度が P 1から同期 速度未満の領域では、 同期発電機としての振る舞いを呈し、 回転子 6が同期速度 を超えて回転している領域では、 誘導発電機としての振る舞いを呈することにな る。

一方、 上記の領域以外、 すなわち、 回転子 6の回転速度が P 1以下の領域での 動作について考察するとつぎのようになる。 すなわち、 この領域では、 第 8図 （ a ) に示すように、 直流電源 1 1による回転子卷線 4への印加電圧 (E 1 ) が界 磁卷線 1による回転子卷線 4に発生する起電力 (E 2 ) より低くなり、 直流電源 1 1側に電流が流れ込むことになる。 したがって、 この領域では、 誘導電動機と しての振る舞いを呈することになる。 このとき、 カットイン風速近傍のブレード の回転始動を支援できる （第 8図 （b ) 参照） 。

また、 直流電源 1 1の電圧 （E 1 ) を界磁巻線 1による回転子卷線 4に発生す る起電力 (E 2 ) と同等、 あるいは若干高めに設定しておけば、 直流電源 1 1の 電圧が低下したとしても、 上記充電電流によつて直流電源 1 1の電圧が復旧した 後は、 誘導電動機として振る舞うことはないので、 この発電装置が系統負荷とな らない状態を維持することができる。

第 9図は、 直流電源 1 1を視点とした第 2の実施の形態の発電装置の特性を第 8図 （a ) に示す回転子巻線 4に発生する電圧のグラフ上に示した説明図である。 以下、 同図を用いて、 この発電装置の特性を説明する。 なお、 同図に示すように、 回転子 6の回転速度に基づいた 3つの領域、 すなわち、

( 1 ) 停止状態から回転速度 P 1までの領域

( 2 ) 回転速度 P 1を超え同期速度までの領域

( 3 ) 同期速度を超える領域

の各領域ごとに、 それぞれ説明する。

(停止状態から回転速度 P 1までの領域）

この領域では、 上述したように、 直流電源 1 1側に電流が流れ込む領域である。 また、 この電流は、 直流電源 1 1を充電する方向に流れるので、 直流電源が二次 電池であれば充電することができる。 また、 この領域は、 上述したように、 誘導 電動機としての振る舞いを呈する領域でもあり、 風車 ·7のブレードの回転始動を 支援できる領域でもある。

(回転速度 Ρ 1を超え同期速度までの領域）

この領域は、 直流電源 1 1により発電可能な領域である。 第 1 0図に示すよう に、 直流電源電圧 (Ε 1 ) と回転子卷線 4に発生する電圧 (Ε 2 ) iの差電圧 Δ V 1に基づいて回転子卷線 4が励磁されるので、 回転速度の増大に伴って発電電 圧が増加することになる。 (同期速度を超える領域）

同期速度を超える領域では、 回転子卷線 4に発生する電圧 E 2は、 第 9図に示 すように極性が反転する。 したがって、 この領域では、 直流電源電圧 （E 1) と 回転子卷線 4に発生する電圧 (E 2) との差電圧 Δν 3に基づいて回転子卷線 4 が励磁されることになり、 より大きな発電電圧が出力されることが理解できる。 なお、 AV2は、 直流電源電圧を OVにした場合の差電圧を示しており、 直流電 源電圧がない場合でも発電が可能であることを示している。

また、 上述した内容から、 この領域では、 二次電池である直流電源の極性を反 転することによって、 発電を可能としつつ、 この二次電池を充電することもでき ることを示している。

つぎに、 Δνΐ、 Δν2、 Δν 3による発電の根拠となる直流電源電圧 Ε 1及 ぴ回転子卷線 4に発生する電圧 Ε 2について、 第 9図及び第 12図により説明す る。 第 12図は、 回転子卷線 4の励磁回路を示している。 中心のコイルが回転子 卷線 4を示している。 図中〇印中のプラス、 マイナスは直流電源電圧 Ε 1の電極 である。 直流電源電圧 Ε 1を印加していない場合の図中、 トランジスタ 8 c (上 ) 、 8 d (下） の両コレタタ間に発生する電圧の実効値が、 第 9図の回転子卷線 4に発生する電圧 E 2である。 第 9図において、 回転子の回転速度が、 0〜同期 回転速度未満では、 第 12図おける、 回転子卷線 4に発生する電圧の極性は、 ト ランジスタ 8 c (上） のコレタタ側にプラス、 トランジスタ 8 d (下） のコレク タ側がマイナスとなる。 これは、 回転子卷線 4内を下から上に流す電流となる。 この場合、 上記電極を導通すると誘導電動機として作用し、 発電しない。

したがって、 直浣電源電圧 E l (E 1 >E2) を上記電極に印加し、 回転子卷 線 4内を上から下に流す電流を発生させる。 これにより、 発電機として作用させ る電流を作りだすことができる。 第 9図では、 AV1=E1— E2である。 第 9 図で、 E2>E 1 (P Iより回転子の回転速度が小なる区間） では、 回転予卷線 4内を上から下に流す電流を作れず、 下から上に流れる電流が発生する。 し力、し、 この区間を利用して回転子 6の回転始動支援状態を作れる。 第 9図において、 回転子 6の回転が同期回転速度を超えたとき、 第 1 2図で、 回転子卷線 4に発生する電圧の極性は、 トランジスタ 8 c (上） のコレタタ側に マイナス、 トランジスタ 8 d (下） のコレクタ側がプラスとなる。 この場合、 回 転子卷線 4内を上から下に流す電流が発生し誘導発電機として作用する。 第 9図 において、 回転子卷線 4に発生する電圧 E 2が同期速度を境に極性反転している のはこのためである。 Δ ν 2は、 回転子 6が同期回転速度を超えているため、 直 流電源電圧 Ε 1が 0 Vでも発電可能であることを示している。 A V 3は、 更に、 直流電源電圧 Ε 1を印加し発電を強力にでぎることを示している。 また、 回転子 6が同期回転速度を超えている場合、 直流電源電圧 Ε 1く回転子卷線 4に発生す る電圧 Ε 2となるよう、 直流電源電圧 Ε 1を設定すれば、 直流電源電圧 Ε 1が二 次電池の場合、 この電極の極性を反転することにより充電可能であることがわか る。

第 1 2図について、 これまでに説明した事象は、 フォトトランジスタ 8 aが受 光し、 トランジスタ 8 c、 8 dがオンとなった場合である。 つぎに、 回転子卷,線 4が電気角 1 8 0 ° 回転し、 フォトトランジスタ 8 bが受光した場合について 説明する。 このとき、 上記のフォトトランジスタ 8 aが受光した場合と比較し、 回転子卷線 4に発生する誘導電圧 E 2の位相が反転しているため、 回転子卷線 4 に流れる電流は上記の説明とは全て逆方向となる。 したがって、 トランジスタ 8 e、 8 こより、 直流電源電圧 E 1の極性も反転して、 回転子卷線 4に印加され る。 この、 直流電源電圧 E 1の極性反転については更に後述する。

以上、 回転子巻線 4に発生する電圧は交流であるが、 回転子卷線 4の両端に現 れる瞬間の電圧は、 直流電源電圧 E 1に対し直流電源のように振舞う。

前述の、 第 9図及び第 1 2図の説明は、 フォトトランジスタ 8 aが受光し、 ト ランジスタ 8 c、 8 dがオンとなった場合を代表して説明している。 上記全体の 説明に対し、 回転子 6が停止している場合と、 同期速度で回転している場合につ いて説明を加える。 回転子 6が停止している場合、 フォトトランジスタ 8 aとフ オトトランジスタ 8 bが交互に受光し、 電気角 1 8 0 ° 移相する。 回転子 6が 同期速度で回転している場合は、 フォトトランジスタ 8 aまたはフォトトランジ スタ 8 bのいずれか一方が受光し続ける。 このとき、 回転子卷線 4発生する誘導 電圧 E 2は 0となり、 直流電源電圧 E 1が供給する電流が回転子卷線 4に流れる。 上述した動作 （作用） を纏めると、 界磁卷線 1に発生する電圧は、 つぎのよう になる。

( 1 ) 回転子 6の停止状態から回転速度 P 1までの領域では、 トランス結合 作用による起電力のみが生じ、

( 2 ) 回転子 6が回転速度 P 1を超え同期速度未満の領域では、 トランス結 合作用による起電力が減少する反面、 回転による起電力が増大し、

( 3 ) 回転子 6が同期速度で回転しているときは、 回転による起電力のみが 生じ、 トランス結合作用による起電力は略 0となり、

( 4 ) 回転子 6が同期速度を超えて回転しているときは、 回転による起電力 は増加し、 トランス結合作用による起電力は同期速度を境として再び上昇する。 また、 発電装置としての振る舞いは、 つぎのようになる。

( 1 ) 回転子 6の停止状態から回転速度 P 1までの領域では、 誘導電動機と して振る舞い、

( 2 ) 回転子 6が回転速度 P 1を超え同期速度までの領域では、 同期発電機 として振る舞い、 _

( 3 ) 回転子 6が同期速度を超えて回転しているときは、 誘導発電機—として 振る舞うことになる。

また、 直流電源 1 1を視点とする発電装置の特性は、 つぎのようになる。

( 1 ) 回転子 6の停止状態から回転速度 P 1までの領域は、 充電可能な領域 であるとともに、 風車 7のプレードを回転始動支援できる領域であり、

( 2 ) 回転子 6が回転速度 P 1を超え同期速度までの領域は、 直流電源によ り発電可能な領域であり、

( 3 ) 回転子 6が同期速度を超えて回転しているときは、 直流電源 1 1の充 電と発電装置の発電との両者を同時に実現可能な領域である。 つぎに、 試作機による実験例について説明する。 第 1 0図は、 実際に製作した 試作機の構成を示す図である。 同図に使用する符号は、 第 7図に示す構成と同一 部分については同一符号を付して示している。 第 1 0図において、 商用交流電源 1 4の電圧を降圧する変圧器 1 5が備えられ、 変圧器 1 5の出力を交流電源とし て発電機の界磁卷線 1によつて界磁回路が形成されている。 発光素子駆動部 1 2 は、 L E D 9を商用周波数にて順に発光させる。 回転子 6は、 増速機 1 6を介し て、 例えば手動にて回転できるように構成されている。 また、 図示を省略した回 転子卷線の引き出し線を直流電源 1 1に接続するためのスリップリング 1 0 a、 1 0 bは、 回転子 6に一体的に取り付けられ、 また、 受光素子 8は、 円形に配列 された円板 8 1に一体的に回転子 6に取り付けられている。 受光素子 8は、 スリ ップリング 1 0 a、 1 0 bに接続された直流電源 1 1と回転子卷線とを接続する ためのものである。 なお、 回転子卷線 4と直流電源 1 1および受光素子 8との接 続状態は後述する。 また、 第 1 0図においては、 界磁電流およぴ界磁電圧 （系統 電圧） を計測するための測定器 （例えば、 オシロスコープ 1 7 ) を備え、 直流電 源回路、 L E D回路を開閉する回路スィッチ 1 9、 1 8を備えている。

第 1 1図は、 直流電源 1 1の回路構成の一例を示す図である。 同図に示す直流 電源 1 1は、 電圧源と電流源の両者の機能を兼ね備え、 二次電池であるバッテリ 1 1 0の出力を電圧源として出力させるためのスィッチ 1 1 1と、 スィッチ 1 1 1を開いたときに電流源と機能させるための抵抗体 1 1 2、 トランジスタ 1 1 3、 ツエナーダイオード 1 1 4およびバイアス抵抗器 1 1 5とを備えている。 同図に おいて、 スィッチ 1 1 1が投入されるときには、 図示を省略して'いるスリップリ ング 1 0 a、 1 0 bにはバッテリ 1 1 0の電圧が直接加わって電圧源として機能 することになる。 一方、 スィッチ 1 1 1を開いた場合には、 抵抗体 1 1 2の電流 がツエナーダイオード 1 1 4によって逆バイアスに調整されるので、 トランジス タ 1 1 3の通電電流が一定に制御され、 電流源として機能させることができる。 第 1 2図は、 第 1 0図に示す回路にあって、 スィッチ素子である受光素子 8 a、 8 bと、 トランジスタ 8 c〜 8 f とダイオードにより、 回転子卷線 4を接続した 状態を示した回路図である。 第 2図では、 受光素子 8として受光 MOS素子 8 a 1 1、 8 a l 2、 8 b l l、 8 b 1 2を示したが、 同図に示す回路は、 これらの 受光 MOS素子としてフォトトランジスタ 8 a、 8 bを用い、 これらのフォトト ランジスタ 8 a、 8 bによって制御されるトランジスタ 8 c、 8 d、 8 e、 8 f を用いた実際の回路構成である。

第 1 2図において、 フォトトランジスタ 8 aは、 そのコレクタおょぴェミッタ がそれぞれトランジスタ 8 c、 8 dのベースに接続され、 トランジスタ 8 c、 8 dのコレクタ間に回転子卷線 4が接続される。 また、 フォトトランジスタ 8 bは そのコレクタおょぴエミッタがそれぞれトランジスタ 8 e、 8 f のベースに接続 され、 トランジスタ 8 e、 8 f のコレクタ間に回転子卷線 4が接続される。 フォ トトランジスタ 8 aとトランジスタ 8 c、 8 dとは、 直流電源からの電流を回転 子卷線 4の一方向 (上から下方向) に流すためのスィツチング手段であり、 フォ トトランジスタ 8 bと、 トランジスタ 8 e、 8 f とは、 直流電源 1 1の電流を回 転子卷線 4の他方向 （下から上方向） に流すためのスイッチング手段である。 つぎに、 第 1 2図を用いて、 この回路の動作について説明する。.図示を省略し た LED 9からの発射光がフォトトランジスタ 8 aのベースに入射すると、 フォ トトランジスタ 8 aの電流が、 トランジスタ 8 c、 8 dのベース電流として流れ て、 8 c、 8 dがオンとなり、 回転子卷線 4を一方向 （図中上から下方向） に通 電させる状態が生成されるため、 直流電源のプラス極から回転子卷線 4を介して 直流電源のマイナス極に向かって電流が流れる。

一方、 図示を省略した LED 9からの発射光がフォトトランジスタ 8 bのべ一 スに入射すると、 フォトトランジスタ 8 bの電流が、 トランジスタ 8 e、 8 f の ベース電流として流れて 8 e， 8 f がオンとなり、 回転子卷線 4を他方向 （図中 下から上方向） に通電させる状態が生成されるため、 直流電源のプラス極から回 転子卷線 4を介して直流電源のマイナス極に電流が流れる。

なお、 上述したように、 フォトトランジスタ 8 a， 8 bのいずれか一つに LE D 9からの発射光が入射され、 トランジスタ 8 c, 8 dまたはトランジスタ 8 e, 8 f のいずれか一方がオンとなる。 なお、 第 2図では、 8 a l lと 8 a l 2の 2 個の受光素子を同時にオンする必要があつたが、 第 1 2図では、 8 aまたは 8 b のように、 1個の受光素子をオンすることで足りる。

また、 各トランジスタのコレクタェミッタ間に接続されているダイォードは、 トランジスタ保護用としてのダイオードである。 また、 フォトトランジスタ 8 a : 8 bについて、 それぞれ別々の回路を設けているのは、 回転子 6が回転しても、 回転子卷線 4に流れる電流方向を常に一定にするためである （第 5図の （1 ) の 状態と第 5図の （5 ) の状態とを参照） 。 これは、 回転子 6の回転により、 回転 子卷線 4が電気角にして 1 8 0 ° 回転した場合、 回転子卷線 4に流れる電流方 向を逆転しないと、 界磁極 2 2側から見ると、 回転子卷線 4に流れる電流方向が 逆転するからであり、 これを防止するためである。 すなわち、 界磁極 2 2 (界磁 卷線 1 ) に対し、 回転子卷線 4が発生する磁界の極性を常に一定に保っためであ る。

このようにして、 第 1 0図に示す回路構成にあって、 界磁卷線 1および発光素 子駆動部 1 2に商用交流電源を接続することによって、 界磁卷線 1にて交番磁界 あるいは回転磁界が生ずるとともに L E D 9が順に点滅し、 フォトトランジスタ 8 a、 8 bが同期速度にて順に導通する。 この時点で、 界磁卷線 1による交番磁 界ぁるレ、は回転磁界に基づく回転子卷線 4への誘導起電力より、 直流電源 （電圧 源） 電圧を高く設定することにより、 回転子卷線 4には直流電源 1 1からの電流 が流れ込み発電に寄与する回転磁界を生ずる。

第 1 3図〜第 1 5図は、 第 1 0図に示す回路にあって、 オシロスコープ 1 7に よる電圧および電流波形、 すなわち界磁電圧 Vおよび界磁電流波形 Iを示すダラ フである。 第 1 3図は、 第 1 0図において、 直流電源 1 1の回路スィッチ 1 9を 開放し、 発光素子馬区動部 1 2の回路スィッチ 1 8を開放して、 回転子卷線電流を 流さないで、 カっ L E D 9も点滅させない状態での界磁回路の電圧 Vおよび電流 Iの波形を示している。 同図に示すように、 電圧 Vに対して電流 Iが界磁卷線 1 のインダクタンス成分によって位相遅れが生じている。 なお、 この電流 Iにより 発生する交番磁界あるいは回転磁界に基づき回転子卷線 4に誘導起電力 （図示し ない） が発生する。

第 1 4図は、 第 1 0図に示す回路スィツチ 1 8、 1 9を投入し、 発光素子駆動 部 1 2を駆動してフォトトランジスタ 8 a、 8 bを導通させ、 直流電源 （電圧源 ) をスリップリング 1 0 a、 1 0 bを介して回転子卷線 4に接続したときの界磁 電圧 Vおよぴ界磁電流波形 Iを示すグラフである。 このときの計測条件は、 直流 電源の電圧は 2 0 Vであり、 変圧器 1 5の二次電圧 Vとして交流 8 Vを印加して いる。

この状態では、 界磁卷線 1の電流 Iによる磁束変化と回転子卷線数とに依存し て回転子卷線 4に発生する誘導起電力は、 直流電源電圧より低いので回転子卷線 4には、 フォトトランジスタ 8 a、 8 bの導通による励磁電流が流れて回転磁界 が生じる。 この結果、 界磁卷線 1には、 回転子卷線 4の回転磁界と同一周期の起 電力が生ずる。 この結果、 第 1 4図に示すように、 界磁電圧 Vに対してほぼ逆相 の界磁電流 Iが流れ、 発電機から系統側に電力が送られることになる。 すなわち、 直流電源 1 1による励磁電流にて形成された回転磁界が界磁卷線 1の磁束を変化 させることで、 界磁卷線 1に起電力を誘導したことになる。 なお、 このときの界 磁電流 Iは、 界磁電圧 Vに対し位相ずれが少ない逆相であり、 また直流電源 1 1 による励磁電流は 1 .5 m A程度であり、 励磁電流は極めて少なレ、。

第 1 5図は、 第 1 4図に示す波形の回路状態において、 原動機 （例えば手動） により増速機 1 6を介して回転子 6を回転させた波形を示すグラフである。 ここ では図示のとおり界磁電流 Iの波形は、 第 1 4図の波形と比べても位相の変化は 無く、 波高値が原動機の回転に応じて大きくなる。 すなわち原動機の出力エネル ギ一が発電電流に変換され、 大きな振幅の界磁電流 Iが得られている。 なお、 回 転子 6の回転速度如何に関わらず、 界磁電流の周波数、 位相は一定である。

このように、 この第 2の実施形態の発電装置では、 広範囲な回転駆動力の変化 があっても恒常的な発電電力が得られ、 系統連系を行う場合において、 インバ^ タ等のお器が不要となる利点を有している。 また、 一定周波数の出力を得ること が容易にでき、 また、 その一方で、 前述した電流源、 電圧源としての直流電源装 置を用いることで、 周波数等調整のための調整装置や、 出力制御のための制御装 置、 保護装置等を簡素化することができ、 設備コストの低減や、 保守点検の軽減 を図ることができる。

[第 3の実施形態]

第 1 6図は、 この発明の第 3の実施形態にかかる発電装置の簡略構成図である。 この実施形態は、 第 2の実施の形態の発電装置において直流電源を必要としない ように構成されている点が大きく相違する。 また、 直流電源を必要としない構成 のため、 スリップリング 1 0 a , 1 0 bも不用となっている。 なお、 その他の構 成については、 第 7図に示す第 2の実施の形態の発電装置の構成と同一または同 等であり、 これらの構成部については、 同一符号を付して示している。

また、 第 1 7図は、 回転子卷線 4の一端と他端とを接続する一対の受光 MO S 素子 8 a、 8 bの接続を示す図である。 同図に示すように、 一対の受光 MO S素 子 8 a、 8 bを逆極性にて直列接続し、 一方の受光 MO S素子 8 aを一単位卷,锒 に接続し、 他方の受光 MO S素子 8 bを一単位卷線とは電気角で略 1 8 0度離れ た別の単位卷線に接続して、 これらを同時に受光させることによって受光 MO S 素子 8 aと受光 MO S素子 8 bの両者をオンすることができる構成としている。 このとき、 前述の一の型卷コイルと他の型卷コイルとの間には閉回路が形成され、 電流が流れる状態が形成されることになる。

つぎに、 第 1 6図， 第 1 7図を用いて、 この実施の形態の発電装置の動作につ いて説明する。 これらの図において、 発光素子駆動部 1 2によって発光素子 9が 順に点滅され、 受光 MO S素子 8 a、 8 bが同時に順に導通していく状態は、 回 転子卷線 4の短絡された一対の単位卷線が順番に位置を変えて移動する状態とな る。 ここで、 例えば、 原動機 （風車） 7が回転せず回転子 6が停止状態か、 ある いは、 回転子 6の回転速度が同期速度未満の場合に、 界磁卷線 1に流れる励磁電 流による磁束変化によって回転子卷線 4に誘導起電力が生じ、 また、 このときに 流れる回転子卷線 4の電流によって、 回転子 6にはトルクが発生し、 風車 7を回 転させることになる。

この実施形態は、 風車 7による回転駆動力によつて回転子 6が同期速度を超え た回転をしている場合に発電機となる。 すなわち、 風車 7による回転駆動力によ つて回転子 6が同期速度を越える速度になったとき、 受光 M〇S素子 8 a、 8 b の点灯に伴って回転子卷線 4が部分的に短絡され、 いわゆる負のすべりが生じて 誘導発電機を構成する。 回転子 6が同期速度を超えて回転する場合、 回転子卷線 4に流れる電流は、 同期速度未満で回転し、 誘導電動機として振る舞う場合に流 れる回転子卷線 4の電流とは逆方向に流れる。 したがって、 この逆方向の回転子 卷線 4の電流の増大によって、 界磁卷線 1には発電電流が流れることになる。 なお、 発光素子駆動部 1 2によつて発光素子 9が順に点滅され、 受光 MO S素 子 8 a、 8 bが同時に順に導通して ヽく状態では、 回転子卷線 4が順に位置を変 えて単位卷線ごとに移動して短絡され、 回転子卷線 4が順に短絡され切り替わつ ていく状態になるので、 回転子 6の回転速度が増加するにつれて、 回転子卷線 4 のリアクタンスが大きくなって、 回転子卷線 4の過電流が制限される。

また、 第 1 8図は、 太陽電池の受光部 8 Xの導通にて SW受光素子 8 a、 8 b をオンする接続構成を示す図である。 同図 （c ) において、 受光素子 8 aのドレ ィン端子が端に接続され、 受光素子 8 bのドレイン端子が単位卷線の他端に接続 されている。 また、 これらの受光素子 8 a， 8 bのソース端子が共通に接続され、 同様に共通に接続されたゲート端子との間に、 太陽電池 8 Xが配置されている。 このような構成であっても、 発光素子 9からの出力光を太陽電池 8 Xの受光部に 照射して太陽電池 8 Xを通電させることで、 受光素子 8 a， 8 bを導通させるこ とができ、 回転子卷線 4を短絡状態に設定することができる。

第 1 9図 （ a ) は、 第 3の実施形態にぉレヽて界磁卷線 1に発生する電圧を示す 図であり、 第 1 9図 （b ) は、 第 3の実施形態において回転子卷線 4に発生する 電圧を示す図である。 この実施の形態の発電装置は、 第 2の実施の形態の発電装 置において、 直流電源電圧 (E 1 ) が O Vのときと等価である。 つまり、 第 8図 ( a ) および第 8図 （b ) に示す P 1が同期速度に一致し、 発電開始点が同期速 度のポイントに移動することにな-り、 第 1 9図 （a ) に示すカーブと一致する。 なお、 第 1 9図 （b ) に示す回転子卷線 4に発生する電圧は、 界磁卷線 1力ゝら誘 導される起電力であり、 第 8図 （a ) に示す電圧と何ら変わることなく、 同様な 特性となる。

このように、 第 3の実施形態の発電装置では、 同期速度超の回転速度で一定周 波数の発電電力を得ることができる。 特に、 直流電源を必要とせず、 さらに簡易 な構成とすることができるので、 設備コストの低減や、 保守点検の軽減を図るこ とができる。

[第 4の実施形態]

第 2 0図は、 この発明の第 4の実施形態にかかる発電装置の簡略構成図である。 この実施形態は、 第 3の実施の形態の発電装置を前提とし、 界磁電流の電流を検 出する電流検出器 3 1と、 回転子 6の回転速度を検出する速度検出器 3 2と、 同 期周期で発光素子を点滅する PWM方式の発光素子駆動部 1 2をさらに備え、 界 磁電流と回転速度とに基づいた PWM制御を行って回転子卷線に流れる電流を制 御する点に特徴がある。 なお、 その他の構成については、 第 1 6図に示す第 3の 実施の形態の構成と同一または同等であり、 これらの構成部については、 同一符 号を付して示している。

第 2 0図において、 速度検出器 3 2は、 回転子 6の回転速度を検出して発光素 子駆動部 3 0を制御する。 すなわち、 回転子 6が同期回転速度を超えたとき、 発 光素子駆動部 1 2の動作を開始し、 同期速度未満の場合、 発光素子は発光しない。 また、 電流検出器 3 1は、 界磁卷線に流れる界磁電流を検出して発光素子駆動部 3 0を制御する。 発光素子駆動部 1 2は、 界磁卷線での発電電流が大きい場合に、 電流検出器 3 1からの検出信号に基づいて全発光素子 9の一斉点灯時間幅を PW M制御によって短く変更する。 この制御によって、 回転子卷線の過大電流が制限 され、 界磁卷線 1の焼損を防止することができる。

第 2 1図は、 太陽電池の受光部 8 Xの導通にて S W受光素子 8をオンする接続 構成を示す図である。 第 3の実施形態のときと同様に、 単位卷線にドレイン端子 が接続されている受光素子 8の全てのソース端子を共通接続し、 このソース端子 と全てのゲートを共通接続した端子との間に接続された太陽電池 8 Xを配置する ことで、 全ての回転子卷線 4を短絡させることができる。

第 2 2図 （a ) は、 第 4の実施形態において界磁卷線 1に発生する電圧を示す 図であり、 第 2 2図 （b ) は、 第 4の実施形態において回転子卷線 4に発生する 電圧を示す図である。 この実施の形態の発電装置は、 誘導発電機の構造と等価で あり、 誘導発電機の特性を示すことになる。 したがって、 第 2 2図 （a ) 、 第 2 2図 （b ) に示すように、 第 3の実施の形態の発電装置と同様な特性が得られる。 なお、 誘導発電機としての回転子電流は、 回転数の増大とともに大きくなるのが 一般的であるが、 この実施の形態の発電装置では、 高速回転時には光結合の切り 替わりが高速になることで、 等価的にリアクタンス成分が増大するので、 誘導発 電機と比較して電流の増加は、 第 3の実施形態の発電装置のときと同様に、 比較 的緩やかな特性を呈するようになる。

このように、 第 4の実施形態の発電装置では、 同期速度超の回転速度で一定周 波数の発電電力を得ることができる。 特に、 直流電源を必要とせず、 さらに簡易 な構成とすることができるので、 設備コストの低減や、 保守点検の軽減を図るこ とができる。 また、 PWM制御によって回転子卷線に流れる電流制御を行うよう にしているので、 出力電圧レベルの詳細な制御を行うことができる。 さらに、 回 転子卷線の過大電流が制限されるので、 界磁卷線 1の焼損を確実に防止すること ができる。

なお、 上述の第 2〜4の実施形態において、 発光素子 9および受光素子 8とし て、 第 3図に示す構造を例示しているが、 この構造に限定されるものではなく、 これらの発光素子 9ゃ受光素子 8の変形例には、 多くのものがある。 例えば、 前 述したように、 板 8 1や 9 1に間隔をあけて素子を配列したり、 第 3図の例示の ように、 隙間なく密に配列することも可能である。 また、 長い円弧状の発光素子 9ゃ受光素子 8を設けたり、 さらには、 同時に数個の発光素子 9ゃ受光素子 8を 発光あるいは受光させ、 あるいは、 第 2 3図に示すように回転数が大きくなるに したがって、 支点 8 2を中心として錘 8 3に働く遠心力により、 スプリング 8 4 に抗して受光素子 8が回動し、 発光素子の光の受光を減少させる構造も考えられ る。

第 2 4図は、 第 1 2図の変形例を示す図である。 同図において、 第 1 2図と同 —あるいは同等な部分には、 同一符号を付している。 同図に示す回路は、 第 1 2 図の回路と大略相違することはないが、 第 1 2図のフォトトランジスタの代わり にホーノレ素子 8 kとトランジスタ 8 a， 8 c , 8 dとの組み合わせて回路が構成 されている。 なお、 第 2 4図においても、 第 1 2図と同様に、 回転子卷,線 4を他 方向 （図中下から上方向） に通電するための回路も存在するが、 ここでの図示は 省略している。

第 2 4図に示す回路は、 ホール素子 8 kに電圧を印加すると磁束密度の大きさ に比例した電圧を出力するという特性を利用している。 具体的には、 図示を省略 した発光素子 9側に電磁石 8 jを配置し、 S W受光素子 8側にホール素子 8 kを 配置することで、 順に励磁された電磁石 8 jの磁界がホール素子 8 kに作用する ことでホール素子 8 kが電圧を出力する。 この電圧によってベース電流が流れ、 トランジスタ 8 aが導通する。 また、 トランジスタ 8 aの導通によって、 トラン ジスタ 8 c、 8 dにベース電流が流れるので、 直流電源のプラス極から回転子卷 線 4を介して直流電源のマイナス極に電流が流れる。 このようにして、 電磁石 8 j とホール素子 8 kとをそれぞれ対峙して周方向に配列し、 電磁石 8 jの励磁を 順に切り替えることによってホール素子 8 kに順に起電力が生じさせることがで き、 トランジスタ 8 aを順に導通させることができる。

この結果、 第 2 4図の回路は、 第 1 2図の L E D 9を電磁石 8 j、 第 1 2図の フォトトランジスタ 8 aをホーノレ素子 8 kとトランジスタ 8 aに置き換えること で、 第 1 2図と全く同じ動作をする。 一方、 第 1 2図の回路動作は、 L E D 9か らの放射光による受光検出によるものであるのに対し、 第 2 4.図では、 ホーノレ素 子 8 kによる磁束検出によって行われるので、 放射光がフォトトランジスタに届 きにくいような環境、 例えば、 塵埃が多い環境では、 ホール素子 8 kを用いるこ とで、 発電装置の動作の信頼性が高くなるという効果がある。

なお、 第 7図による第 2の実施形態の発電装置のところで、 同期速度を超える 回転速度の場合等に、 直流電源 1 1を充電することができることについて触れた ,ヽ 直流電源 1 1の代わりに、 あるいは直流電源 1 1とともに抵抗器を挿入する ことで過大電流を消費するような回路構成としてもよい。 また、 第 1〜第 4の実 施形態においての共通事項であるが、 過電流対策として回転子卷線 4に可変抵抗 を挿入する構造としてもよい。

以上説明したようにこの発明によれば、 回転子卷線は所定の周期で通電される 非接触のスィツチング手段を介して直流電源にて励磁されるように構成されるの で、 スリムな発電装置を実現することができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 固定子卷線は、 交流電源に接続されて交流励磁されるよ うに構成されるので、 系統連系が可能となるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 回^子卷線は、 回転子卷線は、 回転子鉄心の周方向に単 位卷線を並べて形成され、 全単位卷線は電気的に結合した卷線に形成されるので、 回転エネルギーの有効利用が可能になるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 回転子巻線は、 各単位卷線ごとに電気的入出力端子を有 し、 この電気的入出力端子に直流電源から非接触のスィツチング手段を介して通 電し、 各単位卷線が配置される回転子鉄心の周方向に所定の周期で回転励磁する ことにより、 電気的入出力端子を介して単位卷線ごとに周方向に順に励磁される ので、 回転駆動力の大小にかかわらず発電することができ、 回転エネルギーの有 効利用が可能になるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 回転子卷線は、 複数の各単位卷線を一組とし、 各組ごと に電気的入出力端子を有し、 この電気的入出力端子に直流電源から非接触のスィ ッチング手段を介して通電し、 各単位卷線が配置される回転子鉄心の周方向に所 定の周期で回転励磁することにより、 回転駆動力の大小にかかわらず発電するこ とができ、 回転エネルギーの有効利用が可能になるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 直流電源は、 電圧源おょぴ電流源の双方を含むことによ り、 電圧源と電流源との切り換えによって、 回転子卷線に流れる電流を制御する ことができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 直流電源は、 回転子の同期¾度超での回転子卷線との接 続状態を回転子の同期速度未満での回転子卷線との接続状態に対し逆接続にした ことにより、 回転子の同期速度超にて逆接続に伴う直流電源の充電を行うこと力 S できるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 非接触のスイッチング手段は、 発光素子と受光素子とを. 含み、 受光素子は回転子と同一回転するものであることにより、 確実なスィッチ ングを行うことができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 スイッチング手段は、 磁界とホール素子とを含み、 ホー ル素子は回転子と同一回転するものであることにより、 麈埃が多い等の環境であ つても確実なスィツチングを行うことができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 受光素子をスイッチング動作させる源は、 発光素子であ ることにより、 確実なスイッチングを行うことができるという効果を奏する。 つぎの発明によれば、 ホール素子を動作させる源は、 磁界であることにより、 塵; L矣が多い等の環境であっても確実なスィツチングを行うことができるという効 果を奏する。 '

つぎの発明によれば、 受光素子および発光素子は、 略円形にかつ略近距離に対 面配置され、 発光素子の発光により受光素子は能動/受動動作することにより、 接触部分のない光結合によるスイッチングが確実に得られるという効果を奏する。 つぎの発明によれば、 ホール素子および磁界は、 略円形にかつ略近距離に対面 配置され、 磁界の磁束によりホール素子は能動動作することにより、 接触部分の ない磁気結合によるスィッチングが確実に得られるという効果を奏する。 また、 塵埃が多!、等の環境であつても確実なスィツチングを行うことができるという効 果を奏する。

つぎの発明によれば、 発光素子は、 回転子とは分離して配置され、 受光素子と 対面配置される円周方向に順次回転点滅移動することにより、 発光素子を順次回 転点滅移動させ受光素子制御を行うことで、 回転磁界を形成するとともに、 回転 子卷線電流を制御できるので、 スリムな発電装置を実現することができるという 効果を奏する。

つぎの発明によれば、 磁界は、 回転子と分離して配置され、 ホール素子と対面 配置される円周方向に順次回転励磁移動することにより、 磁界を順次回転励磁移 動させホール素子制御を行うことで、 回転磁界を形成するとともに、 回転子卷線 電流を制御できるので、 スリムな発電装置を実現することができるという効果を 奏する。

つぎの発明によれば、 発光素子を交流電源の周波数に同期して回転発光させ、 または磁界を ¾流電源の周波数に同期して回転励磁させるロジック回路を有する ことにより、 発光素子の回転発光あるいは磁界の回転励磁はロジック回路にて容 易に得ることができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 回転子卷線に直流電源から供給される電流は、 電気角に して略 1 8 0度離れた電気的入出力端子間にて通電させることにより、 固定子卷 線に起因する界磁極数に応じて容易に回転磁界を得ることができるという効果を 奏する。 ―

つぎの発明によれば、 非接触のスイッチング手段は、 回転子卷線に直流電源か ら供給される電流を、 一の電気的入出力端子に接続される一のスィツチング手段 力、ら電気角にして略 1 8 0度に位置する他の電気的入出力端子に接続される他の スイッチング手段まで、 相互に逆方向に流すものであることにより、 固定子卷線 に起因する界磁極数に応じて容易に回転磁界を得るにあたって、 スィツチング素 子の逆方向接続によって回転磁界の回転時の電流切り替えを円滑に行うことがで きるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 非接触スィツチング手段によって直流電源に接続される 相互の電気角にして略 1 8 0度離れた電気的入出力端子に接続された単位卷線を 中心として、 周方向に隣り合う単位卷線には相互に逆方向の電流を流すことによ り、 周方向に隣り合う単位卷線に相互に逆方向に電流を流すことで回転磁界を形 成することができ、 回転エネルギーの有効利用が可能になるという効果を奏する。 つぎの発明によれば、 受光素子は、 略円形の円周方向に物理角として 3 6 0度 未満の任意の角度範囲に集中して配置されることにより、 回転に適した受光素子 の配列状態にすることができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 ホール素子は、 略円形の円周方向に物理角として 3 6 0 度未満の任意の角度範囲に集中して配置されることにより、 回転に適したホール 素子の配列状態にすることができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 回転子卷線を有する回転子と固定子卷線を有する固定子 とで構成され、 回転子の回転により固定子卷線から発電出力を得る発電装置にお いて、 回転子卷線はスイッチング手段を介して短絡することにより、 特に回転子 の同期速度以上の回転にて発電出力を得ることができ、 回転子電流を制限するこ とができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 回転子卷線は、 各単位卷線ごとに電気的入出力端子を有 し、 この電気的入出力端子を非接触のスイッチング手段を介し、 各単位卷線が配 置される回転子鉄心の周方向に所定の周期で短絡することにより、 電気的入出力 端子を介して単位卷線ごとに周方向に順に短絡することが可能となり、 回転子電 流を制限することができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 回転子卷線は、 複数の各単位卷線を一組とし、 各組ごと に電気的入出力端子を有し、 この電気的入出力端子を非接触のスィツチング手段 を介し、 各単位卷線が配置される回転子鉄心の周方向に所定の周期で短絡するこ とにより、 電気的入出力端子を介して単位卷線の組ごとに周方向に順に短絡する ことが可能となり、 回転子電流を制限することができるという効果を奏する。 つぎの発明によれば、 回転子卷線は、 各単位卷線ごとに電気的入出力端子を有 し、 全ての電気的入出力端子を非接触のスィツチング手段を介し同時に短絡する ことにより、 電気的入出力端子を介して全単位卷線を一斉に短絡することが可能 となり、 誘導発電機を構成することができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 回転子卷線は、 複数の各単位卷線を一組として各組ごと に電気的入出力端子を有し、 全ての電気的入出力端子を非接触のスィツチング手 段を介し同時に短絡することにより、 電気的入出力端子を介して全単位卷線を一 斉に短絡することが可能となり、 誘導発電機を構成することができるという効果 を奏する。

つぎの発明によれば、 受光素子おょぴ発光素子は、 略円形にかつ略近距離に対 面配置され、 発光素子の発光により受光素子は能動 Z受動動作することにより、 非接触の光結合が確実に得られ、 確実なスィツチングが可能となるという効臬を 奏する。 '

つぎの発明によれば、 ホール素子および磁界は、 略円形にかつ略近距離に対面 配置され、 磁界の磁束によりホール素子は電圧を出力することにより、 非接触の 磁気結合が確実に得られ、 確実なスィツチングが可能となり、 しかも塵埃が多い 等の環境であっても適用が可能となるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 発光素子は、 回転子とは分離して配置され、 受光素子と 対面配置される円周方向に順次回転点滅移動または一斉に点滅の！/、ずれかをする ' ことにより、 非接触の光結合が確実に得られ、 確実なスイッチングが可能となる という効果を奏する。

つぎの発明によれば、 磁界は、 回転子と分離して配置され、 ホール素子と対面 配置される円周方向に順次回転励磁移動または一斉に励磁 ·非励磁のいずれかを することにより、 非接触の磁気結合が確実に得られ、 確実なスィツチングが可能 となり、 しかも塵埃が多い等の環境であっても適用が可能となるという効果を奏 する。

つぎの発明によれば、 発光素子を交流電源の周波数に同期させて発光させ、 ま たは磁界を交流電源の周波数に同期させて励磁させるロジック回路を有すること により、 発光素子の回転発光あるいは磁界の回転励磁はロジック回路にて容易に 得ることができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 ロジック回路は、 PWM回路にて構成されていることに より、 PWM制御によりパルス幅の制御にて電流を容易に制御することができる という効果を奏する。

つぎの発明によれば、 回転子卷線の短絡は、 電気角にして略 1 δ 0度離れた電 気的入出力端子間で行うことにより、 誘導発電機を構成するととともに電流制限 を好適に行うことができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 受光素子は、 略円形の円周方向に物理角として 3 6 0度 未満の任意の角度範囲に集中して配置されることにより、 回転に適した受光素子 の配列状態にすることができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 ホール素子は、 略円形の円周方向に物理角として 3 6 0 度未満の任意の角度範囲に集中して配置されることにより、 回転に適し ホール 素子の配列状態にすることができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 回転子卷線は、 回転子鉄心の周方向に単位卷線を並べて 形成され、 全単位卷線は電気的に結合した卷線に形成されるので、 回転エネノレギ 一の有効利用が可能になるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 非接触のスイッチング手段は、 発光素子と受光素子とを 含み、 受光素子は回転子と同一回転するものであることにより、 確実なスィッチ ングを行うことができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 スイッチング手段は、 磁界とホール素子とを含み、 ホー ル素子は回転子と同一回転するものであることにより、 塵埃が多い等の環境であ つても確実なスィツチングを行うことができるという効果を奏する。

つぎの発明によれば、 受光素子をスイッチング動作させる源は、 発光素子であ ることにより、 確実なスイッチングを行うことができるという効果を奏する。 つぎの発明によれば、 ホール素子を動作させる源は、 磁界であることにより、 塵埃が多い等の環境であっても確実なスィツチングを行うことができるという効 果を奏する。 .

つぎの発明によれば、 発光素子は固定されているので、 回転子の回転速度如何 に関わらず、 常に、 受光素子に対し同期スイッチング可能であり、 このため、 常 に回転子卷線に同期回転磁界を発生させることができるという効果を奏する。 つぎの発明によれば、 磁界は固定されているので、 回転子の回転速度如何に関 わらず、 常に、 ホール素子に対し同期スイッチング可能であり、 このため、 常に 回転子巻線に同期回転磁界を発生させることができるという効果を奏する。 つぎの発明によれば、 回転子には、 発電装置が発電する方向に風車を回転させ る動力を発生させることが可飽であるため、 風車の回転始動が容易となるという 効果を奏する。 産業上の利用可能性

以上のように、 この発明にかかる発電装置は、 回転駆動力の大小に関わらなレ 発電が可能であり、 単独運転あるいは系統連携の発電装置に適している。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 回転子卷線を有する回転子と固定子卷線を有する固定子とを備え、 回転子の 回転により固定子卷線から発電出力を得る発電装置において、

回転子卷線は所定の周期で通電される非接触のスィツチング手段を介して直流 電源にて励磁されることを特徴とする発電装置。

2 . 固定子卷線は、 交流電源に接続されて交流励磁されることを特徴とする請求 の範囲第 1項に記載の発電装置。

3 . 回転子卷線は、 回転子鉄心の周方向に単位卷線を並べて形成され、 全単位卷 線は電気的に結合した卷線を形成することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載 の発電装置。

4 . 回転子卷線は、 各単位卷線ごとに電気的入出力端子を有し、 この電気的入出 力端子に直流電源か.ら非接触のスィツチング手段を介して通電し、 各単位卷線が 配置される回転子鉄心の周方向に所定の周期で回転励磁されることを特徴とする 請求の範囲第 3項に記載の発電装置。

5 . 回転子卷線は、 複数の各単位卷線を一組とし、 各組ごとに電気的入出力端子 を有し、 この電気的入出力端子に直流電源から非接触のスィツチング手段を介し て通電し、 各単位卷線が配置される回転子鉄心の周方向に所定の周期で回転励磁 することを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の発電装置。

6 . 直流電源は、 電圧源および電流源の双方を含むことを特徴とする請求の範囲 第 1項に記載の発電装置。

7 . 直流電源は、 回転子の同期速度超での回転子卷線との接続状態を回転子の同 期速度未満での回転子卷線との接続状態に対して逆接続にしたことを特徴とする 請求の範囲第 1項に記載の発電装置。

8 . 非接触のスイッチング手段は、 発光素子と受光素子とを含み、 受光素子は回 転子と同一回転するものであることを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の発電 装置。

9 . 非接触のスイッチング手段は、 磁界とホール素子とを含み、 ホール素子は回 転子と同一回転するものであることを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の発電 装置。

1 0 . 受光素子をスイッチング動作させる源は、 発光素子であることを特徴とす る請求の範囲第 8項に記載の発電装置。

1 1 . ホール素子を動作させる源は、 磁界であることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の発電装置。

1 2 . 受光素子および発光素子は、 略円形にかつ略近距離に対面配置され、 発光 素子の発光により受光素子は能動動作または受動動作することを特徴とする請求 の範囲第 8項に記載の発電装置。

1 3 . ホール素子および磁界は、 略円形にかつ略近距離に対面配置され、 磁界の 磁束によりホール素子は能動動作または受動動作することを特徴とする請求の範 囲第 9項に記載の発電装置。

1 4 . 発光素子は、 回転子とは分離して配置され、 受光素子と対面配置される円 周方向に順次回転点滅移動することを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の発 電装置。

1 5 . 磁界は、 回転子と分離して配置され、 ホール素子と対面配置される円周方 向に順次回転励磁移動することを特徴とする請求の範囲第 1 1項に記載の発電装 置。

1 6 . 発光素子を交流電源の周波数に同期して回転発光させ、 または磁界を交流 電源の周波数に同期して回転励磁させる口ジック回路を有することを特徴とする 請求の範囲第 1 0項に記載の発電装置。

.1 7 . 回転子卷線に直流電源から供給される電流は、 電気角にして略 1 8 0度離 れた電気的入出力端子間にて通電させることを特徴とする請求の範囲第 4項に記 載の発電装置。

1 8 . 非接触のスイッチング手段は、 回転子卷線に直流電源から供給される電流 を、 一の電気的入出力端子に接続される一のスィツチング手段から電気角にして 略 1 8 0度に位置する他の電気的入出力端子に接続される他のスイッチング手段 まで、 相互に逆方向に流すものであることを特徴とする請求の範囲第 4項に記載 の発電装置。

1 9 . 非接触スイッチング手段によって直流電源に接続される相互の電気角にし て略 1 8 0度離れた電気的入出力端子に接続された単位卷線を中心として、 周方 向に隣り合う単位卷線には相互に逆方向の電流を流すことを特徴とする請求の範 囲第 1 8項に記載の発電装置。

2 0 . 受光素子は、 略円形の円周方向に物理角として 3 6 0度未満の任意の角度 範囲に集中して配置されることを特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載の発電装 置。

2 1 . ホール素子は、 略円形の円周方向に物理角として 3 6 0度未満の任意の角 度範囲に集中して配置'されることを特徴とする請求の範囲第 1 3項に記載の発電 装置。

2 2 . 回転子卷線を有する回転子と固定子巻線を有する固定子とで構成され、 回 転子の回転により固定子卷線から発電出力を得る発電装置において、

固定子卷線は、 交流電源に接続されて交流励磁され、

回転子卷線は非接触のスィツチング手段を介して短絡されることを特徴とする 発電装置。

2 3 . 回転子卷線は、 回転子鉄心の周方向に単位卷線を並べて形成され、 全単位 卷線は電気的に結合した卷線に形成したことを特徴とする請求の範囲第 2 2項に 記載の発電装置。

2 4 . 回転子卷線は、 各単位卷線ごとに電気的入出力端子を有し、 この電気的入 出力端子を非接触のスィツチング手段を介し、 各単位卷線が配置される回転子鉄 心の周方向に所定の周期で短絡されることを特徴とする請求の範囲第 2 3項に記 載の発電装置。

2 5 . 回転子卷線は、 複数の各単位卷線を一組とし、 各組ごとに電気的入出力端 子を有し、 この電気的入出力端子を非接触のスイッチング手段を介し、 各単位卷 線が配置される回転子鉄心の周方向に所定の周期で短絡されることを特徴とする 請求の範囲第 2 3項に記載の発電装置。

2 6 . 回転子卷線は、 各単位卷線ごとに電気的入出力端子を有し、 全ての電気的 入出力端子を非接触のスイッチング手段を介し同時に短絡することを特徴とする 請求の範囲第 2 3記載の発電装置。 2 7 . 回転子卷線は、 複数の各単位卷線を一組とし、 各組ごとに電気的入出力端 子を有し、 全ての電気的入出力端子を非接触のスィツチング手段を介し同時に短 絡することを特徴とする請求の範囲第 2 3項に記載の発電装置。

2 8 . 非接触のスイッチング手段は、 発光素子と受光素子とを含み、 受光素子は 回転子と同一回転するものであることを特徴とする請求の範囲第 2 4項に記載の 発電装置。

2 9 . 非接触のスイッチング手段は、 磁界とホール素子とを含み、 ホール素子は 回転子と同一回転するものであることを特徴とする請求の範囲第 2 4項に記載の 発電装置。

3 0 . 受光素子をスイッチング動作させる源は、 発光素子であることを特徴とす る請求の範囲第 2 8項に記載の発電装置。 3 1 . ホール素子を動作させる源は、 磁界であることを特徴とする請求の範囲第

2 9記載の発電装置。

3 2 . 受光素子および発光素子は、 略円形にかつ略近距離に対面配置され、 発光 素子の発光により受光素子は能動動作または受動動作することを特徴とする請求 の範囲第 2 8項に記載の発電装置。

3 3 . ホール素子および磁界は、 略円形にかつ略近距離に対面配置され、 磁界の 磁束によりホール素子は能動動作または受動動作することを特徴とする請求の範 囲第 2 9項に記載の発電装置。

3 4 . 発光素子は、 回転子とは分離して配置され、 受光素子と対面配置される円 周方向に順次回転点滅移動または一斉点滅のいずれかの動作を行うことを特徴と する請求の範囲第 3 0項に記載の発電装置。

3 5 . 磁界は、 回転子と分離して配置され、 ホール素子と対面配置される円周方 向に順次回転励磁移動または一斉励磁/非励磁のいずれかの動作を行うことを特 徴とする請求の範囲第 3 1項に記載の発電装置。

3 6 . 発光素子を交流電源の周波数に同期させて発光させ、 または磁界を交流電 源の周波数に同期させて励磁させるロジック回路を有することを特徼とする請求 の範囲第 3 0項に記載の発電装置。

3 7 . ロジック回路は、 PWM回路にて構成されていることを特徴とする請求の 範囲第 3 6項に記載の発電装置。

3 8 . 回転子巻線の短絡は、 電気角にして略 1 8 0度離れた電気的入出力端子間 で行うことを特徴とする請求の範囲第 2 4項に記載の発電装置。

3 9 . 受光素子は、 略円形の円周方向に物理角として 3 6 0度未満の任意の角度 範囲に集中して配置されることを特徴とする請求の範囲第 3 2項に記載の発電装 置。

4 0 . ホール素子は、 略円形の円周方向に物理角として 3 6 0度未満の任意の角 度範囲に集中して配置されることを特徴とする請求の範囲第 3 3項に記載の発電 装置。

4 1 . 受光素子は、 回転子の回転により固定子と相対位置関係が変動し、 発光素 子は、 回転子の回転如何に関わらず固定子との相対位置関係が一定であることを 特徴とする請求の範囲第 8項に記載の発電装置。

4 2 . ホール素子は、 回転子の回転により固定子と相対位置関係が変動し、 磁界 は、 回転子の回転如何に関わらず固定子との相対位置関係が一定であることを特 徴とする請求の範囲第 9項に記載の発電装置。

4 3 . 回転子は、 発電装置を発電開始に至らすために、 カットイン風速近傍にお レ、て、 風車の回転始動を支援することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の発 電装置。