成果報告書詳細
管理番号20130000000646
タイトル平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(風力発電その他未利用エネルギー) 制御系を極小にし、電圧を一定制御する風力、水力用永久磁石式発電機の技術開発
公開日2013/11/22
報告書年度2012 - 2012
委託先名エスケー・テック株式会社 国立大学法人長岡技術科学大学
プロジェクト番号P10020
部署名技術開発推進部
和文要約従来の電磁石式発電機において、効率向上を図るための様々な工夫がなされているが、回転子磁石を電流により作らなければならないという問題がある。電磁石式発電機の多くは、回転子に設けられた極コイルに電流を流して磁極を作ることによって、ステーターに誘起電力を発生させる。この方式は磁力がAT(アンペアターン)で決まるため、回転が変動しても電流を増減させる事によって電圧を一定にできるため、回転変動のある多くの発電機に用いられている。しかし、磁極を作るために電流を流さなければならず、特に低速度では大量の電流を流さないと所定の磁力を出せないため、その電流による銅損などが効率の悪化となることや、発生熱の除去のために大型の冷却装置を必要とすることから高コストとなる。その一方、永久磁石式発電機は電磁石式発電機のような損失が発生しないために効率が良く、冷却も簡単である。しかしながら、磁力を変えることができず、回転変動に伴って電圧が変わることから電圧制御が必要である。従って、効率の高い永久磁石式発電機において、低コストで簡易な方式による電圧制御や風・水力発電機のような極低回転の発電機の開発は、風・水力発電による再生エネルギー普及には必須といえる。本研究開発においては、この永久磁石式発電機の一定電圧制御を簡単な制御方式で達成し、同時に低回転から高回転まで発電機自体で対応できる巻線切替を導入することにより、可用性の高い低コスト発電機を開発することを目標とした。研究開発の結果、FET1つのみで制御する永久磁石式発電機制御回路に対して出力電圧が一定となることや、チョークコイルによる導通損失を低減することにより回路効率が大幅に低減することがわかった。また、試作した巻線切替回路において回転変動や負荷変動を与えた条件にて動作検証を行い、電圧一定および巻線切替時に発生するサージ電圧が数ミリ秒で15V以下であり、許容値以下であることを確認した。さらに、巻線切替装置を持つ小型風・水力発電機において、風速毎秒2-20m/sの低回転域から高回転域まで全域の出力を取り得る発電機を設計・製作し、水力発電機においては出力特性に合致できるシステムを製作し、実際の稼働評価試験を実施した。ビジネスプラン構築においては展示会参加や顧客へのヒアリングを実施し、マーケット情報の収集や今後の研究開発要点および市場価格・ニーズの把握を行った。
英文要約In spite of existing electric generator has made a various effort to improve the efficiency, still the issue remain that need to put electricity for making magnet. Most of the electric generator products control the output voltage by managing the forced current value of stator magnetic coil, it can easily be controlled it, however this system cause the efficiency loss because of the force current itself, also this forced current produce the needless heat it require us to use the additional expensive cooling system. On the other hand, permanent magnet generator stays high efficiency since it does not require the force current nor produce needless heat, however the additional voltage control unit is required. By that means, it is necessary to invent the permanent magnet generator with low cost and simple control unit, especially very low speed rpm generator such as for wind or hydro renewable energy.The purpose of this program was aimed at to invent the high efficiency and low cost permanent magnet generator with simple control unit that works from low to high rpm by using winding coil switch method.The result of this program is that to confirm the following things. The permanent magnet generator controller output voltage could keep the same level even system use only one FET. The control circuit performance is improved when conduction loss decrease by applying choke coil. It was confirmed that winding coil has been switched without making spark voltage 15V in few millisecond at most. Also the appropriate output was confirmed while low rpm (2 meter per second wind case) to high rpm (20 meter per second wind case), this type generator mounted the wind and hydro generation system then drive at live environment.As per the business plan building process, market information and customer requirement information have collected by participating the exhibition.
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