特許 6875249 波力発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6875249

(24)【登録日】2021年4月26日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】波力発電システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/00 20060101AFI20210510BHJP

   H02M 7/12 20060101ALI20210510BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20210510BHJP

   F03B 13/14 20060101ALI20210510BHJP

   H02P 101/35 20150101ALN20210510BHJP

   H02P 103/20 20150101ALN20210510BHJP

【ＦＩ】

   H02P9/00 Z

   H02M7/12 Z

   H02M7/48 R

   F03B13/14

   H02P101:35

   H02P103:20

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-200188(P2017-200188)

(22)【出願日】2017年10月16日

(65)【公開番号】特開2019-75885(P2019-75885A)

(43)【公開日】2019年5月16日

【審査請求日】2019年12月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】豊田 勝

【審査官】 島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】 登録実用新案第３０１５９２１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１７−０９３４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７８５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１５８４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２５５２８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ９／００

Ｆ０３Ｂ １３／１４

Ｈ０２Ｍ ７／１２

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｐ １０１／３５

Ｈ０２Ｐ １０３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

波のエネルギーを交流電力に変換する波力発電機と、
交流電力を直流電力に変換する順変換器と、
前記順変換器の直流出力電圧を昇圧する昇圧チョッパと、
前記昇圧チョッパの直流出力電圧を交流電圧に変換する逆変換器とを備え、
前記波力発電機は、第１のコイル、第２のコイル、および磁石を含み、
前記第１のコイルの中心軸と前記第２のコイルの中心軸とは一致しており、
前記磁石のＮ極およびＳ極は前記第１および第２のコイルの軸方向に配列され、
前記磁石は前記第１および第２のコイルの軸方向に往復動可能に設けられ、
波のエネルギーによって前記磁石が前記第１および第２のコイルの軸方向に往復動されると、前記第１のコイルに交流電力が発生し、
前記順変換器は、前記第１のコイルに発生する交流電力を直流電力に変換し、
さらに、励磁モード時に、前記第２のコイルに直流電流を流して前記磁石の磁力を増大させる励磁回路と、
前記第１のコイルと前記順変換器の入力ノードとの間に接続され、前記励磁モード時にオフにされる第１のスイッチと、
交流電源と前記順変換器の入力ノードとの間に接続され、前記励磁モード時にオンされる第２のスイッチとを備え、
前記励磁回路は、前記励磁モード時に、前記順変換器から供給される直流電力によって駆動される、波力発電システム。

【請求項2】

さらに、前記順変換器によって生成される直流電力を蓄える電力貯蔵装置と、
前記励磁モード時に、前記電力貯蔵装置の直流電力を前記励磁回路に供給するスイッチとを備え、
前記励磁回路は、前記電力貯蔵装置から前記スイッチを介して供給される直流電力によって駆動される、請求項１に記載の波力発電システム。

【請求項3】

さらに、前記逆変換器と負荷の間に接続され、前記逆変換器から前記負荷に交流電力を供給する場合にオンされる第３のスイッチと、
前記負荷と交流電源の間に接続され、前記交流電源から前記負荷に交流電力を供給する場合にオンされる第４のスイッチとを備え、
前記第３および第４のスイッチの各々は、さらに、前記逆変換器を前記交流電源に系統連系させる場合にオンされる、請求項１に記載の波力発電システム。

【請求項4】

前記交流電源は商用交流電源である、請求項１または請求項３に記載の波力発電システム。

【請求項5】

前記波力発電システムは船舶に搭載されており、
前記交流電源は前記船舶の自家発電機である、請求項１または請求項３に記載の波力発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は波力発電システムに関し、特に、波のエネルギーを交流電力に変換する波力発電機を備えた波力発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば登録実用新案第３０１５９２１号公報（特許文献１）には、波のエネルギーを交流電力に変換する波力発電機と、交流電力を直流電力に変換する順変換器と、順変換器の直流出力電圧を交流電圧に変換する逆変換器と、逆変換器の交流出力電圧を所定の交流電圧に昇圧して商用交流電源（電力系統）に供給する変圧器とを備えた波力発電システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】登録実用新案第３０１５９２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような波力発電システムでは、波力発電機の交流出力電圧の周波数が商用周波数よりも低いので、波力発電機の交流出力電圧を順変換器によって直流電圧に変換し、その直流電圧を逆変換器によって商用周波数の交流電圧に変換している。

【0005】

また、波力発電機の交流出力電圧が低く、順変換器の直流出力電圧が低く、逆変換器の交流出力電圧が商用交流電源の交流電圧よりも低いので、逆変換器の交流出力電圧を変圧器によって昇圧している。

【0006】

しかし、従来の波力発電システムでは、変圧器を備えていたので、発電効率が低く、システムの寸法および重量が大きいという問題があった。

【0007】

それゆえに、この発明の主たる目的は、発電効率が高く、小型で軽量の波力発電システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明に係る波力発電システムは、波のエネルギーを交流電力に変換する波力発電機と、交流電力を直流電力に変換する順変換器と、順変換器の直流出力電圧を昇圧する昇圧チョッパと、昇圧チョッパの直流出力電圧を交流電圧に変換する逆変換器とを備えたものである。

【発明の効果】

【0009】

この発明に係る波力発電システムでは、波力発電機によって生成された交流電力を順変換器によって直流電力に変換し、順変換器の直流出力電圧を昇圧チョッパによって昇圧し、昇圧チョッパの直流出力電圧を逆変換器によって交流電圧に変換する。したがって、逆変換器の交流出力電圧を変圧器によって昇圧する場合に比べ、発電効率が高く、小型で軽量の波力発電システムを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】この発明の実施の形態１による波力発電システムに含まれる波力発電機の原理的構成を示す図である。

【図2】図１に示した波力発電機を備えた波力発電システムの構成を示す回路ブロック図である。

【図3】図２に示したパワーコンディショナの要部を示す回路ブロック図である。

【図4】図３に示した昇圧チョッパの構成を示す回路図である。

【図5】この発明の実施の形態２による波力発電システムの構成を示す回路ブロック図である。

【図6】図５に示したパワーコンディショナの要部を示す回路ブロック図である。

【図7】この発明の実施の形態３による波力発電システムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による波力発電システムに含まれる波力発電機１の原理的構成を示す図である。図１において、この波力発電機１は、海中に搖動自在に設けられ、波Ｗのエネルギーを交流電力に変換する。

【0012】

波力発電機１は、出力端子Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ、励磁端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ、発電コイル２、励磁コイル３、ガイド筒４、およびフロート磁石５を含む。発電コイル２（第１のコイル）は出力端子Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ間に接続され、励磁コイル３（第２のコイル）は励磁端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ間に接続されている。発電コイル２の中心軸と励磁コイル３の中心軸とは一致している。コイル２，３の各々は、絶縁部材で被覆された導電線を含む。

【0013】

ガイド筒４は、樹脂のような非磁性体材料を用いて、両端が閉じられた円筒状に形成されている。ガイド筒４には、水が流通するように、多数の小孔が形成されている。ガイド筒４は、コイル２，３内に挿入されている。ガイド筒４の中心軸は、コイル２，３の中心軸と同じ方向に向けられている。コイル２，３は、ガイド筒４の長さ方向の中央部に配置されている。

【0014】

フロート磁石５は、中空の円柱状に形成され、ガイド筒４内に挿入されている。フロート磁石５の中心軸は、ガイド筒４の中心軸と同じ方向に向けられている。フロート磁石５は、ガイド筒４の中心軸に沿って往復動自在に設けられている。フロート磁石５の一方端部および他方端部の各々は、水の抵抗を減少させるために半円状に突出している。フロート磁石５の一方端および他方端は、それぞれＮ極およびＳ極に着磁されている。フロート磁石５のＮ極およびＳ極は、ガイド筒４の中心軸が延在する方向に向けられている。コイル２，３内に複数組のガイド筒４およびフロート磁石５が設けられていても構わない。

【0015】

波Ｗによって波力発電機１が傾けられ、ガイド筒４の一方端が他方端よりも高くなると、浮力によってフロート磁石５がガイド筒４の一方端側に移動する。逆に、ガイド筒４の他方端が一方端よりも高くなると、浮力によってフロート磁石５がガイド筒４の他方端側に移動する。フロート磁石５がガイド筒４内で往復動すると、電磁誘導現象によって発電コイル２の端子間に交流電圧ＶＡＣ０が発生する。

【0016】

また、フロート磁石５の磁力が低下した場合には、励磁コイル３に直流電流を流して励磁コイル３内にフロート磁石５と同じ方向の磁界を発生させ、フロート磁石５の磁力を回復させる。

【0017】

図２は、波力発電機１を備えた波力発電システムの構成を示す回路ブロック図である。図２では、図面および説明の簡単化のため、交流電力を供給する配線を１本線で示すとともに、直流電力を供給する配線を１本線で示している。図２において、この波力発電システムは、波力発電機１、パワーコンディショナ１０、バッテリ３１、および遮断器３２を備える。

【0018】

波力発電機１の構成は、図１に示した通りである。図２では、図面および説明の簡単化のため、２つの出力端子Ｔ１ａ，Ｔ１ｂを１つの出力端子Ｔ１で示し、２つの励磁端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂを１つの励磁端子Ｔ２で示している。波力発電機１は、海中に搖動自在に設けられ、波Ｗのエネルギーを交流電力に変換する。

【0019】

波力発電機１を搖動自在に設ける方法としては、格子状の筐体を海底に固定し、その筐体内に波力発電機１を設ける方法がある。また、筏、ブイなどからワイヤなどを用いて波力発電機１を海中に吊るしてもよい。

【0020】

パワーコンディショナ１０は、入力端子Ｔ１１、励磁端子Ｔ１２、バッテリ端子Ｔ１３、バイパス端子Ｔ１４、および出力端子Ｔ１５を含む。入力端子Ｔ１１および励磁端子Ｔ１２は、それぞれ波力発電機１の出力端子Ｔ１および励磁端子Ｔ２に接続される。バッテリ端子Ｔ１３は、バッテリ３１に接続される。バッテリ３１（電力貯蔵装置）は、直流電力を蓄える。バッテリ３１の代わりにコンデンサが設けられていても構わない。

【0021】

バイパス端子Ｔ１４は、遮断器３２を介して商用交流電源（電力系統）３３に接続される。遮断器３２は、波力発電システムの運転時にオンされる。商用交流電源３３とパワーコンディショナ１０との間に過電流が流れた場合には、遮断器３２はオフされ、商用交流電源３３および波力発電システムが過電流から保護される。商用交流電源３３と波力発電システムは、商用周波数の交流電力を授受する。出力端子Ｔ１５は、負荷３４に接続される。負荷３４は、パワーコンディショナ１０から供給される商用周波数の交流電力によって駆動される。

【0022】

パワーコンディショナ１０は、さらに、コンバータ１１、直流ライン１２、スイッチ１３，１４，２１，２２、励磁回路１５、電流検出器１６，２４、昇圧チョッパ１７、コンデンサ１８、インバータ１９、交流フィルタ２０、半導体スイッチ２３、および制御装置２５を含む。コンバータ１１、励磁回路１５、昇圧チョッパ１７、およびインバータ１９の各々は、互いに逆並列に接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）およびダイオードを含む。

【0023】

コンバータ１１の入力ノードは入力端子Ｔ１１に接続され、コンバータ１１の出力ノードは直流ライン１２を介して昇圧チョッパ１７に接続される。コンバータ１１は、制御装置２５によって制御され、波力発電機１から入力端子Ｔ１１を介して供給される交流電力を直流電力に変換して直流ライン１２に出力する。制御装置２５は、直流ライン１２の直流電圧ＶＤＣ１が目標電圧ＶＤＣ１ｔになるようにコンバータ１１を制御する。

【0024】

スイッチ１３は、直流ライン１２とバッテリ端子Ｔ１３との間に接続される。スイッチ１３は、制御装置２５によって制御され、波力発電システムの運転時にオンされ、バッテリ３１などのメンテナンス時にオフされる。

【0025】

スイッチ１４は、直流ライン１２と励磁回路１５の入力ノードとの間に接続される。スイッチ１４は、制御装置２５によって制御され、フロート磁石５（図１）の磁力を回復させる励磁モード時にはオンされ、励磁モード時以外の期間にはオフされる。

【0026】

励磁回路１５の出力ノードは、励磁端子Ｔ１２に接続される。電流検出器１６は、励磁回路１５の出力ノードから励磁端子Ｔ１２に流れる直流電流の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号を制御装置２５に出力する。

【0027】

励磁回路１５は、制御装置２５によって制御され、励磁モード時に励磁端子Ｔ１２を介して波力発電機１の励磁コイル３に一定の直流電流を流し、フロート磁石５の磁力を回復させる。制御装置２５は、電流検出器１６によって検出される直流電流が所定値になるように励磁回路１５を制御する。

【0028】

昇圧チョッパ１７は、制御装置２５によって制御され、直流ライン１２の直流電圧ＶＤＣ１を昇圧して、商用交流電圧と同レベルの交流電圧を生成するために必要なレベルの直流電圧ＶＤＣ２を出力する。制御装置２５は、直流電圧ＶＤＣ２が目標電圧ＶＤＣ２ｔになるように昇圧チョッパ１７を制御する。コンデンサ１８は、昇圧チョッパ１７の直流出力電圧ＶＤＣ２を平滑化および安定化させる。なお、直流電圧ＶＤＣ２は、商用交流電圧ＶＡＣ２の（２√２）／（√３）≒１．６３倍に設定される。

【0029】

インバータ１９は、制御装置２５によって制御され、昇圧チョッパ１７からの直流電圧ＶＤＣ２を商用周波数の交流電圧に変換する。インバータ１９の出力ノードは交流フィルタ２０を介してスイッチ２１の一方端子に接続され、スイッチ２１の他方端子（ノードＮ１）は出力端子Ｔ１５に接続される。

【0030】

交流フィルタ２０は、リアクトルＬ１，Ｌ２およびコンデンサＣ１を含む。交流フィルタ２０は、低域通過フィルタであり、インバータ１９によって生成された商用周波数の交流電力を通過させ、インバータ１９で発生するスイッチング周波数の信号を遮断する。換言すると、交流フィルタ２０は、インバータ１９の出力電圧を正弦波状の交流電圧ＶＡＣ１に変換する。インバータ１９および交流フィルタ２０は、逆変換器を構成する。

【0031】

スイッチ２１は、制御装置２５によって制御され、インバータ１９によって生成された交流電力を負荷３４に供給するインバータ給電モード時にオンされ、商用交流電源３３からの交流電力を負荷３４に供給するバイパス給電モード時にオフされ、波力発電機１を商用交流電源３３に系統連系させる系統連系モード時にオンされる。

【0032】

スイッチ２２はノードＮ１とバイパス端子Ｔ１４の間に接続され、半導体スイッチ２３はスイッチ２２に並列接続される。半導体スイッチ２３は、逆並列に接続された１対のサイリスタを含む。

【0033】

スイッチ２２は、制御装置２５によって制御され、インバータ１９によって生成された交流電力を負荷３４に供給するインバータ給電モード時にオフされ、商用交流電源３３からの交流電力を負荷３４に供給するバイパス給電モード時にオンされ、波力発電機１を商用交流電源３３に系統連系させる系統連系モード時にオンされる。

【0034】

半導体スイッチ２３は、インバータ給電モードからバイパス給電モードに移行する際に瞬時にオンし、商用交流電源３３から負荷３４に交流電力を供給する。温度上昇による半導体スイッチ２３の破損を防止するため、半導体スイッチ２３は所定の短時間だけオンされる。

【0035】

電流検出器２４は、ノードＮ１と出力端子Ｔ１５の間に流れる負荷電流ＩＬを検出し、その検出値を示す信号を制御装置２５に供給する。制御装置２５は、負荷電流ＩＬが所定値になるように、インバータ１９を制御する。

【0036】

制御装置２５は、波力発電機１の交流出力電圧ＶＡＣ０、直流ライン１２の直流電圧ＶＤＣ１、昇圧チョッパ１７の直流出力電圧ＶＤＣ２、交流電圧ＶＡＣ１、商用交流電源３３からの交流電圧ＶＤＣ２、電流検出器１６，２４の出力信号などに基づいて、パワーコンディショナ１０全体を制御する。

【0037】

図３は、パワーコンディショナ１０の要部を示す回路ブロック図である。図３では、交流電力を供給する配線を２本線で示すとともに、直流電力を供給する配線を２本線で示している。図３において、入力端子Ｔ１１ａ，Ｔ１１ｂは、入力端子Ｔ１（図２）に対応しており、それぞれ波力発電機１の出力端子Ｔ１ａ，Ｔ１ｂに接続されている。

【0038】

励磁端子Ｔ１２ａ，Ｔ１２ｂは、励磁端子Ｔ２（図２）に対応しており、それぞれ波力発電機１の励磁端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂに接続されている。バッテリ端子Ｔ１３ａ，Ｔ１３ｂは、バッテリ端子Ｔ１３（図２）に対応しており、それぞれバッテリ３１の正極および負極に接続されている。直流ライン１２ａ，１２ｂは、直流ライン１２（図２）に対応している。

【0039】

入力端子Ｔ１１ａ，Ｔ１１ｂは、それぞれコンバータ１１の入力ノード１１ａ，１１ｂに接続される。コンバータ１１の出力ノード１１ｃ，１１ｄは、それぞれ直流ライン１２ａ，１２ｂの一方端に接続される。直流ライン１２ａ，１２ｂの他方端は、それぞれ昇圧チョッパ１７の入力ノード１７ａ，１７ｂに接続される。昇圧チョッパ１７の出力ノード１７ｃ，１７ｄは、インバータ１９に接続される。コンデンサ１８は、出力ノード１７ｃ，１７ｄ間に接続される。

【0040】

コンバータ１１は、波力発電機１から入力ノード１１ａ，１１ｂに与えられた低周波数の交流電圧ＶＡＣ０を直流電圧ＶＤＣ１に変換して出力ノード１１ｂ，１１ｃ間に出力する。昇圧チョッパ１７は、入力ノード１７ａ，１７ｂ間の直流電圧ＶＤＣ１を昇圧して出力ノード１７ｃ，１７ｄ間に出力する。コンデンサ１８は、出力ノード１７ｃ，１７ｄ間の直流電圧ＶＤＣ２を平滑化および安定化させる。

【0041】

スイッチ１３ａ，１３ｂは、スイッチ１３（図２）に対応している。スイッチ１３ａは、直流ライン１２ａとバッテリ端子Ｔ１３ａの間に接続される。スイッチ１３ｂは、直流ライン１２ｂとバッテリ端子Ｔ１３ｂの間に接続される。スイッチ１３ａ，１３ｂは、通常はオンされている。スイッチ１３ａ，１３ｂがオンされると、バッテリ３１の正極および負極がそれぞれ直流ライン１２ａ，１２ｂに接続される。

【0042】

スイッチ１４ａ，１４ｂは、スイッチ１４（図２）に対応している。スイッチ１４ａは、直流ライン１２ａと励磁回路１５の入力ノード１５ａとの間に接続される。スイッチ１４ｂは、直流ライン１２ｂと励磁回路１５の入力ノード１５ｂとの間に接続される。励磁回路１５の出力ノード１５ｃ，１５ｄは、それぞれ励磁端子Ｔ１２ａ，Ｔ１２ｂに接続される。

【0043】

励磁モード時にスイッチ１４ａ，１４ｂがオンされると、バッテリ３１の正極および負極がスイッチ１３ａ，１３ｂおよびスイッチ１４ａ，１４ｂを介して励磁回路１５の入力ノード１５ａ，１５ｂに接続される。励磁回路１５は、バッテリ３１の直流電力によって駆動され、波力発電機１の励磁コイル３に一定の直流電流を流し、フロート磁石５の磁力を回復させる。

【0044】

図４は、昇圧チョッパ１７の構成を示す回路図である。図４において、昇圧チョッパ１７は、リアクトルＸ１、ＩＧＢＴＱ１、およびダイオードＤ１，Ｄ２を含む。リアクトルＸ１の一方端子は入力ノード１７ａに接続され、その他方端子はノードＮ２に接続される。ＩＧＢＴＱ１のコレクタはノードＮ２に接続され、そのエミッタは入力ノード１７ｂおよび出力ノード１７ｄに接続される。ダイオードＤ１は、ＩＧＢＴＱ１に逆並列に接続される。ダイオードＤ２のアノードはノードＮ２に接続され、そのカソードは低電圧側ノード１７ｃに接続される。

【0045】

ＩＧＢＴＱ１は、制御装置２５からのゲート信号Ｇ１によって制御される。ゲート信号Ｇ１は、一定周波数で「Ｈ」レベルおよび「Ｌ」レベルにされる。ゲート信号Ｇ１が「Ｈ」レベルにされるとＩＧＢＴＱ１がオンし、ゲート信号Ｇ１が「Ｌ」レベルにされるとＩＧＢＴＱ１がオフする。

【0046】

ＩＧＢＴＱ１がオンされると、入力ノード１７ａからリアクトルＸ１およびＩＧＢＴＱ１を介して入力ノード１７ｂに電流が流れ、リアクトルＸ１に電磁エネルギーが蓄えられる。ＩＧＢＴＱ１がオフされると、リアクトルＸ１からＩＧＢＴＱ１に流れていた電流がリアクトルＸ１からダイオードＤ２に転流され、コンデンサ１８を介して出力ノード１７ｃに流れ、コンデンサ１８が充電されるとともに、リアクトルＸ１の電磁エネルギーが放出される。

【0047】

ゲート信号Ｇ１が「Ｈ」レベルにされる時間（パルス幅）と１周期（１／ｆＨ）との比は、デューティ比と呼ばれる。ゲート信号Ｇ１のデューティ比を調整することにより、コンデンサ１８の端子間電圧ＶＤＣ２を所定の目標電圧ＶＤＣ２ｔに調整することが可能となっている。直流ライン１２ａ，１２ｂ間の直流電圧ＶＤＣ１は昇圧されてコンデンサ１８の端子間に与えられ、ＶＤＣ１＜ＶＤＣ２となる。

【0048】

昇圧チョッパ１７は変圧器のように鉄損および銅損を生じないので、昇圧チョッパ１７を使用することにより、波力発電システムの効率を高めることができる。また、昇圧チョッパ１７は、変圧器に比べて、軽量かつ小型である。

【0049】

次に、図１〜図４に示した波力発電システムの動作について説明する。インバータ給電モードが選択され、スイッチ１３，２１がオンされ、スイッチ１４，２２，２３がオフされ、遮断器３２がオンされているものとする。

【0050】

波Ｗによって波力発電機１が搖動されると、ガイド筒４（図１）内でフロート磁石５が往復動し、発電コイル２の端子間に低周波数の交流電力が発生する。発電コイル２の端子間に発生した交流電力は、コンバータ１１によって直流電力に変換され、バッテリ３１に蓄えられるとともに、昇圧チョッパ１７に与えられる。

【0051】

コンバータ１１の直流出力電圧ＶＤＣ１は、昇圧チョッパ１７によって昇圧される。昇圧チョッパ１７の直流出力電圧ＶＤＣ２は、インバータ１９および交流フィルタ２０によって商用周波数の交流電圧ＶＡＣ１に変換され、スイッチ２１を介して負荷３４に供給され、負荷３４が運転される。

【0052】

波Ｗが弱く、波力発電機１によって生成される交流電力が不足する場合には、不足分の電力がバッテリ３１から直流ライン１２に供給される。したがって、波Ｗが弱い場合や波Ｗがない場合でも、バッテリ３１に直流電力が蓄えられている期間は、負荷３４の運転を継続することができる。

【0053】

フロート磁石５の磁力は時間の経過とともに徐々に低下するので、定期的に励磁モードが実行される。励磁モードでは、スイッチ１４がオンされ、バッテリ３１の直流電力がスイッチ１３，１４を介して励磁回路１５に供給される。励磁回路１５は、バッテリ３１からの直流電力によって駆動され、励磁コイル３に一定の直流電流を流して励磁コイル２内に磁界を発生させ、フロート磁石５の磁力を回復させる。

【0054】

インバータ給電モード中にインバータ１９が故障した場合には、半導体スイッチ２３が瞬時にオンされ、商用交流電源３３から遮断器３２および半導体スイッチ２３を介して負荷３４に交流電力が供給され、負荷３４の運転が継続される。また、スイッチ２２がオンされとともにスイッチ２１がオフされる。

【0055】

所定時間経過後に半導体スイッチ２３がオフされ、インバータ給電モードからバイパス給電モードへの切換が完了する。バイパス給電モードでは、商用交流電源３３から遮断器３２およびスイッチ２２を介して負荷３４に交流電力が供給され、負荷３４が運転される。

【0056】

また、系統連系モードが選択された場合には、スイッチ１３，２１，２２がオンされ、スイッチ１４，２３がオフされ、遮断器３２がオンされる。波Ｗが強く、波力発電機１からの交流電力が十分に大きい場合には、逆変換器（インバータ１９および交流フィルタ２０）の交流出力電圧ＶＡＣ１のレベルが商用交流電源３３の交流電圧ＶＡＣ２のレベルよりも高く設定される。これにより、逆変換器によって生成された交流電力は、スイッチ２１を介して負荷３４に供給されるとともに、スイッチ２１，２２および遮断器３２を介して商用交流電源（電力系統）３３に供給される。

【0057】

波Ｗが弱く、波力発電機１からの交流電力が不足する場合には、逆変換器（インバータ１９および交流フィルタ２０）の交流出力電圧ＶＡＣ１のレベルが商用交流電源３３の交流電圧ＶＡＣ２のレベル以下に設定される。この場合は、逆変換器からの交流電力がスイッチ２１を介して負荷３４に供給されるとともに、商用交流電源３３からの交流電力が遮断器３２およびスイッチ２２を介して負荷３４に供給され、負荷３４が駆動される。

【0058】

以上のように、この実施の形態１では、波力発電機１によって生成された交流電力をコンバータ１１によって直流電力に変換し、コンバータ１１の直流出力電圧ＶＤＣ１を昇圧チョッパ１７によって昇圧し、昇圧チョッパ１７の直流出力電圧ＶＤＣ２を逆変換器（インバータ１９および交流フィルタ２０）によって交流電圧ＶＡＣ１に変換する。したがって、逆変換器の交流出力電圧を変圧器によって昇圧する場合に比べ、発電効率が高く、小型で軽量の波力発電システムを実現することができる。

【0059】

[実施の形態２]
図５は、この発明の実施の形態２による波力発電システムの構成を示す回路ブロック図であって、図２と対比される図である。図５を参照して、この波力発電システムが図２の波力発電システムと異なる点は、パワーコンディショナ１０がパワーコンディショナ４０で置換されている点である。

【0060】

パワーコンディショナ４０は、パワーコンディショナ１０にスイッチ４１，４２および交流フィルタ４３を追加したものである。スイッチ４１は、入力端子Ｔ１１とコンバータ１１の入力ノードとの間に接続される。スイッチ４１は、制御装置２５によって制御され、通常はオンされ、波力発電機１のフロート磁石５（図１）の磁力を回復させる励磁モード時にはオフされる。

【0061】

スイッチ４２の一方端子はコンバータ１１の入力ノードに接続され、その他方端子は交流フィルタ４３を介してバイパス端子Ｔ１４に接続される。スイッチ４１は、制御装置２５によって制御され、通常はオフされ、励磁モード時にはオンされる。

【0062】

交流フィルタ４３は、リアクトルＬ３，Ｌ４およびコンデンサＣ２を含む。交流フィルタ４３は、低域通過フィルタであり、商用交流電源３３からの商用周波数の交流電力を通過させ、コンバータ１１で発生するスイッチング周波数の信号を遮断する。

【0063】

図６は、パワーコンディショナ４０の要部を示す回路ブロック図である。図６では、交流電力を供給する配線を２本線で示すとともに、直流電力を供給する配線を２本線で示している。図６において、スイッチ４１ａ，４１ｂは、スイッチ４１（図５）に対応している。スイッチ４１ａは、入力端子Ｔ１１ａとコンバータ１１の入力ノード１１ａとの間に接続される。スイッチ４１ｂは、入力端子Ｔ１１ｂとコンバータ１１の入力ノード１１ｂとの間に接続される。スイッチ４１ａ，４１ｂは、制御装置２５によって制御され、通常はオンされ、励磁モード時にはオフされる。

【0064】

バイパス端子Ｔ１４ａ，Ｔ１４ｂは、バイパス端子Ｔ１４（図５）に対応している。バイパス端子Ｔ１４ａ，Ｔ１４ｂは、商用交流電源３３からの交流電圧ＶＡＣ２を受ける。交流フィルタ４３Ａは、交流フィルタ４３（図５）に対応している。交流フィルタ４３Ａは、低域通過フィルタであり、たとえば、２組のリアクトルＬ３，Ｌ４およびコンデンサＣ２（図５）を含む。

【0065】

スイッチ４２ａ，４２ｂは、スイッチ４２（図５）に対応している。スイッチ４２ａの一方端子はコンバータ１１の入力ノード１１ａに接続され、その他方端子は交流フィルタ４３Ａを介してバイパス端子Ｔ１４ａに接続される。スイッチ４２ｂの一方端子はコンバータ１１の入力ノード１１ｂに接続され、その他方端子は交流フィルタ４３Ａを介してバイパス端子Ｔ１４ｂに接続される。スイッチ４２ａ，４２ｂは、制御装置２５によって制御され、通常はオフされ、励磁モード時にはオンされる。

【0066】

次に、この波力発電システムの動作について説明する。通常時は、スイッチ４１ａ，４１ｂがオンされるとともに、スイッチ４２ａ，４２ｂがオフされる。この場合、パワーコンディショナ４０の構成はパワーコンディショナ１０（図１）と同じ構成になる。発電コイル２の端子間に発生した交流電圧ＶＡＣ０は、スイッチ４１ａ，４１ｂを介してコンバータ１１に供給され、直流電圧ＶＤＣ１に変換される。

【0067】

励磁モード時には、スイッチ４１ａ，４１ｂがオフされるとともに、スイッチ４２ａ，４２ｂがオンされる。これにより、コンバータ１１の入力ノード１１ａ，１１ｂが波力発電機１の発電コイル２と電気的に切り離される。また、商用交流電源３３から交流フィルタ４３Ａおよびスイッチ４２ａ，４２ｂを介してコンバータ１１の入力ノード１１ａ，１１ｂに交流電力が供給される。

【0068】

商用交流電源３３から供給された交流電力は、コンバータ１１によって直流電力に変換され、スイッチ１３ａ，１３ｂを介してバッテリ３１に蓄えられるとともに、スイッチ１４ａ，１４ｂを介して励磁回路１５に供給される。励磁回路１５は、コンバータ１１からの直流電力によって駆動され、波力発電機１の励磁コイル３に一定の直流電流を流してフロート磁石５の磁力を回復させる。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

【0069】

この実施の形態２では、実施の形態１と同じ効果が得られる他、励磁モード時にバッテリ３１の直流電力が減少することを防止することができる。

【0070】

[実施の形態３]
図７は、この発明の実施の形態３による波力発電システムの構成を示す図である。図７において、この波力発電システムが実施の形態１の波力発電システムと異なる点は、波力発電システムが漁船５０（船舶）に搭載され、漁船５０に搭載されている自家発電機５１が商用交流電源３３（図２）の代わりに使用され、夜釣り用の電灯５２が負荷３４として使用される点である。

【0071】

自家発電機５１は、漁船５０を推進させるためのエンジン(図示せず)によって駆動され、交流電圧ＶＡＣ２を生成する。波力発電機１は、網状の袋５３に入れられて漁船５０から海中に吊るされる。漁船５０の船底に袋５３を接続しても構わない。

【0072】

漁船５０が漁場に到着すると、エンジンが停止され、自家発電機５１の運転が停止される。波力発電機１が海中に吊るされ、波力発電が開始される。波力発電機１によって生成された交流電圧はパワーコンディショナ１０によって所定周波数および所定電圧の交流電圧に変換されて電灯５２に供給され、電灯５２が点灯される。電灯５２の光によって集められた魚、イカなどは、漁師に釣り上げられる。

【0073】

この実施の形態３でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。なお、パワーコンディショナ１０の代わりにパワーコンディショナ４０を漁船５０に搭載しても構わない。

【0074】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0075】

１ 波力発電機、Ｔ１，Ｔ１５ 出力端子、Ｔ２，Ｔ１２ 励磁端子、２ 発電コイル、３ 励磁コイル、４ ガイド筒、５ フロート磁石、Ｗ 波、１０，４０ パワーコンディショナ、Ｔ１１ 入力端子、Ｔ１３ バッテリ端子、Ｔ１４ バイパス端子、１１ コンバータ、１２ 直流ライン、１３，１４，２１，２２，４１，４２ スイッチ、１５ 励磁回路、１６，２４ 電流検出器、１７ 昇圧チョッパ、１８，Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、１９ インバータ、２０，４３，４３Ａ 交流フィルタ、２３ 半導体スイッチ、２５ 制御装置、３１ バッテリ、３２ 遮断器、Ｌ１〜Ｌ４，Ｘ１ リアクトル、Ｑ１ ＩＧＢＴ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、５０ 漁船、５１ 自家発電機、５２ 電灯、５３ 袋。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】