专利名称：用于分散电源的发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于分散电源的发电装置，该发电装置通过由风车或者水车驱动的发电机从风或水中获取大体上最大的输出，不管风速或者流速如何。
背景技术：
为了在不使用PWM(脉宽调制)变流器的情况下通过将交流转变成直流来从连接至风车或者水车的永磁式发电机中获取大体上最大的输出，本申请的申请人已经提出一种用于分散电源的发电装置，该发电装置包含一个包括有分别产生不同感应电压的多个绕组的永磁式发电机，并且具有各自通过一电抗器串联连接至一整流器的输出端子，并且这些整流器的直流输出彼此并联连接，从而输出直流电至外部(例如参考专利文献1，日本专利申请2002-221，714，图1)。
现在将参考图9中所示出的用于说明连接至风车的小尺寸风力发电装置的主电路的单线路图来解释现有技术的这种装置。
在图9中，风车由参考标号1表示，现有技术的小尺寸风力发电装置由参考标号2表示，其包括永磁式发电机3、第一至第三电抗器4至6、第一至第三整流器7至9、正输出端子10、负输出端子11、以及电池12。
永磁式发电机3包括三个绝缘并且感应电压不同的绕组。它们之中的第一绕组W1因为匝数最少所以产生最低的感应电压，并且被连接至第一电抗器4以及继而至第一整流器7。第二绕组W2的匝数比第一绕组W1多但是比第三绕组W3少，它被连接至第二电抗器5以及继而至第二整流器8。
第三绕组W3因为匝数最多所以产生最高的感应电压，并且被连接至第三电抗器6以及继而至第三整流器9。
第一至第三整流器7至9中每个的直流输出被分别并联连接至正输出端子10和负输出端子11，并且各个绕组的总输出被输入至电池12。
以下将描述依靠如此配置的用于分散电源的发电装置2来从风车获取大体上最大的输出的方法。
图8是用于解释当风速为参数时风车的转数相对输出的特性曲线的轮廓的图。
对于风车，如果风车的形状和风速U被确定，那么主要根据风车的转数N确定风车的输出P。例如，图8中的实线分别示出了风速UX和UY时风车的输出P。图8中作为最大输出曲线的点划线示出了多种风速下风车的输出P的峰值。
更详细地说，对于图8中风车的转数相对输出的特性曲线，当风速为UX时，如同在风车输出曲线与最大输出曲线的交点SX所示，在风车的转数NX处获取风车的最大输出PX。
此外，当风速为UY时，在风车的转数NY处获取风车的最大输出PY。
也就是，当从另外的观点来观察图8中的最大输出曲线时，该曲线表明如下事实为了从风中获取最大输出，一旦风车的转数N被确定，那么主要通过确定在最大输出曲线上某一值处的永磁式发电机的输出P来获取最大输出。
图7是当现有技术的小尺寸风力发电装置2的直流输出被连接至诸如电池等等之类的恒压源时的说明图。如图7所示，由于风车的感应电压的差异以及由各个绕组的内部电感和连接至各个绕组的输出的电抗器引起的压降，小尺寸风力发电装置2的永磁式发电机3中的第一至第三绕组W1至W3的各个输出被作为图7中的各个绕组的风车转数对输出的特性曲线P1至P3示出。
换句话说，当风车的转数N低时，因为第三绕组W3的生成电压V3低于电池电压Vb，所以电池没有被充电。然而，当风车的转数N增加至接近于N3的值时，电流开始流动。当风车的转数N达到N3时，第三绕组W3的输出P3变成P31。即使风车的转数N增加以致超过N3来增加感应电压，然而因为电感以及第三绕组W3的其他效应和第三电抗器引起的阻抗与频率成比例，所以电池的电压Vb保持在基本恒定的值上，使得输出P3保持在比P31略高的值上。
利用第二绕组W2，因为内部电感等等可以较小，所以随着转数N的进一步增加感应电压也增加，从而开始获取大的输出。利用第一绕组W1，当转数N进一步增加时，甚至能够获取更大的输出。
对于这样配置的小尺寸风力发电装置2，对诸如电池12等等之类的恒压源的输出等于通过加和第一至第三绕组的输出P1至P3所获取的总输出，并且由如图6中虚线所示的近似输出曲线来进行例示。因此，如图6所示，这个总输出实现了与图6中实线所示的最大输出曲线相关的近似输出曲线。
发明内容
本发明将要解决的任务包括上述三种绕组和三种电抗器的现有技术的小尺寸风力发电装置2源于如下事实面临有待解决的问题需要许多电抗器，并且永磁式发电机3中的绕组结构复杂，这使得生产过程冗长(就涉及的步骤数目而言)并且可能昂贵。
任务的解决方案鉴于以上情况，本发明将提供一种改进的用于分散电源的发电装置，所述发电装置在永磁式发电机3中包括种类减少的绕组，并且采用一饱和电抗器作为连接至外部用于从风车或者水车获取大体上最大输出的电抗器。
本发明的效果根据本发明的用于分散电源的发电装置2包括具有种类减少的绕组和数目减少的电抗器的永磁式发电机3，使得能够减少生产步骤来降低制造成本。
图1是根据本发明的第一实施例的被应用于风车的用于分散电源的发电装置的主电路的单线路图；图2是根据本发明的第二实施例的被应用于风车的用于分散电源的发电装置的主电路的单线路图；图3是本发明的第一实施例的用于分散电源的发电装置的转数对风车输出的特性曲线图；图4是本发明的第一实施例的用于分散电源的发电装置的各个绕组的转数对输出的特性曲线图；图5是用于解释根据本发明的饱和电抗器的电感的示图；图6是现有技术的小尺寸风力发电装置的转数对风车的输出特性曲线图；图7是现有技术的小尺寸风力发电装置的各个绕组的转数对输出的特性曲线图；图8是用于解释以风速作为参数的风车的转数对输出的特性曲线的轮廓的图；以及图9是现有技术的小尺寸风力发电装置的主电路的单线路图。
具体实施例方式
根据本发明的用于分散电源的发电装置包括永磁式发电机3，所述永磁式发电机3包括两种感应电压不同的绕组，只有产生较高感应电压的一个绕组被连接至为饱和电抗器的电抗器。
(第一实施例)图1是根据本发明的由风车驱动的用于分散电源的发电装置的主电路的单线路图。
图1中，发电装置由参考标号2表示，所述发电装置包括永磁式发电机3、饱和电抗器13、第一和第三整流器7和9、正输出端子10和负输出端子11。图9中使用的相同的参考标号标识相同的组件。
现在将参考图1来解释本发明的一个实施例。
根据本发明的用于分散电源的发电装置2包括永磁式发电机，所述永磁式发电机包括匝数不同的两个绝缘的绕组，其中一个为产生较低的感应电压并且被连接至第一整流器7的绕组W1。
另一绕组W3产生较高的感应电压并且被连接至饱和电抗器13以及继而至第三整流器9。
第一和第三整流器7和9的各自直流输出被分别连接至正输出端子10和负输出端子11并且继而至电池12。
所采用的饱和电抗器13具有如下电流对电感的特性曲线如示出了饱和电抗器的电流对电感的特性的图5所示，当电流增加时组成电抗器的磁芯(core)饱和，使得电感值减少。如图5所示，饱和电抗器具有如下特性当电流为I1时，电感为L1，但是在超过I1的电流的范围内电感减少。
通过适当地确定所述磁芯和间隙尺寸以及匝数能够实现这样的饱和电抗器。
在图1中的用于分散电源的发电装置2中，为了去除图9中小尺寸发电装置2的绕组W2和电抗器5，因此采用饱和电抗器13作为连接至绕组W3的电抗器。
图3是根据本发明的用于分散电源的发电装置的转数对输出的特性曲线图，图4是根据本发明的用于分散电源的发电装置的各个绕组的转数对输出的特性曲线图，现在将参考图3和图4来解释从如此配置的用于分散电源的发电装置2中在各种风速下获取主要依赖于风车的形状确定的最大输出的方法。
在图4的根据本发明的用于分散电源的发电装置的各个绕组的转数对输出的特性曲线图中，因为连接至饱和电抗器的是其电感值随电流增加而减少的绕组W3，所以绕组W3的输出P3沿着朝右上更快弯曲的曲线增加。绕组W3的输出P3的这种增加明显不同于图9中现有技术装置情况下连接至恒定电感值的电抗器的第三绕组W3的输出。
根据本发明所例示的实施例的绕组W3的输出特性依赖于不随转数、感应电压和电流值变化的永磁式发电机3中的绕组W3的内部电感值，以及依赖于饱和电抗器13的电感值。
由如此配置的小尺寸风力发电装置2对诸如电池12等等之类的恒压源的输出等于通过加和绕组W1和W3的输出P1和P3而获取的总输出，并且由图3中的虚线所示出的近似输出曲线来表明。因此，如图3所示，这个总输出实现了实线所示出的最大输出曲线的近似曲线。
根据本发明，通过调节永磁式发电机3的各个绕组W1和W3的感应电压值和内部电感值以及饱和电抗器13的电感值，有可能使得该近似曲线更接近图3中所示出的最大输出曲线，从而从风中获取尽可能多的能量。
更详细地说，尽管图3中的最大输出曲线是风车的转数的三次方曲线，但是由于多个绕组中每一个的内部电感和电抗器而产生的压降与风车的转数成比例。此外，尽管多个绕组中每一个的感应电压与绕组的转数成比例，但是内部电感与匝数的平方成比例。可以考虑这些事实来设计本装置。
在上述本发明的实施例中，对于构成用于分散电源的发电装置2的永磁式发电机3，各个绕组为产生不同的感应电压和输出而具有不同的匝数，同时允许更大量的电流流经的绕组W1的横截面面积比绕组W3的横界面面积大。
此外，对于永磁式发电机3，可以配置内部绕组使得产生不同的感应电压和输出。不必将不同匝数的绕组容纳在相同的定子槽中。
此外，根据本发明的用于分散电源的发电装置2可以适用于除三相外的其他数目的相位。
前面已经描述过了通过根据本发明的用于分散电源的发电装置对诸如电池12等等之类的恒压源充电的情况。当通过充电来升高直流电压时，如果在升高直流电压的情况下继续充电，那么如图3所示小尺寸风力发电装置的近似输出曲线可能朝右手方与最大输出曲线分离，所以输出减少。这样的升高直流电压由如下事实引起对诸如电池12等等之类的恒压源充电已经充分受到风力电力的影响。因此，这一现象对于包括诸如电池12等等之类的恒压源的整个系统而言不是问题。如果系统中直流电压趋向于进一步升高，那么可以从系统断开诸如电池12等等之类的恒压源，或者可以停止风车。
在直流电压依赖于充电电流量变化的情况下，可以通过设计绕组和饱和电抗器的数目使得近似输出曲线全程接近用于分散电源的发电装置的最大输出曲线来解决此问题。
(第二实施例)图2示出了本发明的第二实施例。
图2中，第二实施例的用于分散电源的发电装置2包括永磁式发电机3、饱和电抗器13、整流器9、以及电池12。图2中使用的相同的参考标号来指示相同的组件。
尽管本发明的第一实施例中产生不同的感应电压的绕组数为两个，然而在第二实施例中使用一种与饱和电抗器和整流器相连的、具有特定匝数的绕组，从而进一步减少生产步骤数目并且因而降低生产成本，即使近似输出曲线与最大输出曲线的近似度可能降低。
工业应用性通过去除风速计和昂贵的PWM转换器以及减少永磁式发电机3的绕组和电抗器的种类能够经济地生产根据本发明的用于分散电源的发电装置2，并且因为不需要PWM转换器所需的备用电力所以能够增加年度电力生产，因此从实用观点来看根据本发明的装置变得非常有用。
尽管在以上实施例中描述了利用风力的情况，然而显然在如下情况下根据本发明的装置也适用于水力或者水能量使用如果水轮的形状被确定，那么为获取最大输出首先要确定转数对输出的特性。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1、一种用于分散电源的发电装置，所述发电装置对由风车或者水车驱动的永磁式发电机的交流输出进行整流来提供直流输出，其中所述永磁式发电机包括两种感应电压不同的绕组，并且通过串联连接的饱和电抗器对来自所述两种绕组之中产生较高感应电压的一个绕组的交流输出进行整流，所述饱和电抗器的电感值随着电流的增加而变得较小，同时对来自两种绕组之中产生较低的感应电压的另一绕组的交流输出进行直接整流，并且这些经整流后的输出并联连接。
2、一种用于分散电源的发电装置，所述发电装置对由风车或者水车驱动的永磁式发电机的交流输出进行整流来提供直流输出，其中通过串联连接的饱和电抗器对来自所述永磁式发电机的交流输出进行整流，所述饱和电抗器的电感值随着电流的增加而变得较小。
权利要求
1.一种用于分散电源的发电装置，所述发电装置对由风车或者水车驱动的永磁式发电机的交流输出进行整流来提供直流输出，其中，所述永磁式发电机包括两种感应电压不同的绕组，并且通过串联连接的饱和电抗器对来自所述两种绕组之中产生较高感应电压的一个绕组的交流输出进行整流，同时对来自两种绕组之中产生较低的感应电压的另一绕组的交流输出进行直接整流，并且这些经整流后的输出并联连接。
2.一种用于分散电源的发电装置，所述发电装置对由风车或者水车驱动的永磁式发电机的交流输出进行二极管整流来提供直流输出，其中通过串联连接的饱和电抗器对来自所述永磁式发电机的交流输出进行整流。
全文摘要
一种用于分散电源的发电装置(2)包括用于获取一定风速或者流速下的最大输出所需的三种类型的绕组和三种类型的电抗器，以获取直流输出，所述发电装置存在一些问题，就是需要许多电抗器并且永磁式发电机的绕组结构复杂，从生产过程数目多并且成本高。一种用于分散电源的发电装置，所述发电装置对由风车或者水车驱动的永磁式发电机的交流输出进行整流来提供直流输出，其中所述永磁式发电机包括两种感应不同电压的绕组，并且通过一串联连接的饱和电抗器对来自所述两种绕组之中产生较高感应电压的一个绕组的交流输出进行整流，同时对来自两种绕组之中产生较低的感应电压的另一绕组的交流输出进行直接整流，并且经整流后的输出并联连接。
文档编号F03D9/00GK1890871SQ20048003572
公开日2007年1月3日 申请日期2004年10月1日 优先权日2003年10月2日
发明者盐田刚 申请人:东洋电机制造株式会社