CN103733468A - 风力发电装置 - Google Patents

Abstract

风力发电装置包括：风车；通过所述风车的旋转而进行发电的发电部；将由所述发电部产生的电力转换为用于对蓄电池充电的电力的充电用转换器；对所述充电用转换器进行控制的转换器控制部；向所述转换器控制部供电的电力供给部；以及控制部电源开关部，在由所述发电部产生的发电电压超过控制部激活电压的情况下，该控制部电源开关部通过从所述电力供给部向所述转换器控制部供电，来激活所述转换器控制部。

Description

风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种风力发电装置。

背景技术

在风力发电装置中，为了提高发电效率而进行各种控制。关于这种控制，通过微型计算机等运算装置实现，一直以来始终向运算装置供电。但是，在使用蓄电池作为电源给运算装置供电的情况下，若持续无风的状态，则由于长时间无法进行发电，因此持续从蓄电池消耗电力。

因此，例如在日本实开昭62-285636号公报中所公开的风力发电系统中，设置了太阳能电池，并从太阳能电池向控制器和磁场电流调整器供电，从而防止了因持续无风而导致系统停机。

专利文献1：日本实开昭62-285636号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，在将太阳能电池设置于风力发电系统的情况下，系统会变得庞大，元件数量也大幅增加，导致发电成本增大。并且，在无风期间持续向控制部供电，会不必要地消耗掉电力。

本发明的主要目的在于，在风力发电装置中，抑制消耗蓄积在蓄电池中的电力。

用于解决课题的手段

本发明所例示的一个方面所涉及的风力发电装置包括：风车；发电部，其通过所述风车的旋转而进行发电；充电用转换器，其将由所述发电部产生的电力转换为用于给蓄电池充电的电力；转换器控制部，其对所述充电用转换器进行控制；电力供给部，其向所述转换器控制部供电；以及控制部电源开关部，在由所述发电部产生的发电电压超过控制部激活电压的情况下，所述控制部电源开关部通过从所述电力供给部向所述转换器控制部供电，来激活所述转换器控制部。

发明效果

在本发明中，能够抑制消耗蓄积在蓄电池中的电力。

附图说明

图1是示出第一实施方式所涉及的风力发电装置的整体结构的图。

图2是示出第一开关部的详细内容的电路图。

图3是示出第二开关部的详细内容的电路图。

图4是示出电路部的其他例子的一部分的图。

图5是示出电路部的另一其他例子的一部分的图。

图6是示出第二实施方式所涉及的风力发电装置的整体结构的图。

图7是示出第一开关部以及开关指示部的一部分的电路图

图8是示出第二开关部以及开关指示部的一部分的电路图。

图9是示出电路部的其他例子的一部分的图。

图10是示出第三实施方式所涉及的风力发电装置的整体结构的图。

图11是示出激活电压检测部的图。

图12是示出激活电压检测部的其他例子的图。

具体实施方式

图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的风力发电装置1的整体结构的图。风力发电装置1包括风车21、发电机22、电路部3以及蓄电池4。风车21的旋转轴直接或经由增速齿轮与发电机22的旋转部连接。若风车21接受风力而旋转，则发电机22的旋转部进行旋转。由此，由风车21产生的动能通过发电机22被转换为电能。发电机22具有三相输出线。在发电机22中，产生与风车21的转速相应的可变频率的三相交流电。

电路部3包括AC-DC转换器31、DC-DC转换器32、电流/电压检测部33以及运算装置30。从发电机22输出的交流电通过AC-DC转换器31转换为直流电。直流电的电压通过为开关转换器的DC-DC转换器32转换为固定的电压。蓄电池4经由电流/电压检测部33与DC-DC转换器32连接，并通过来自DC-DC转换器32的输出电流进行蓄电。

如此一来，由发电机22产生且从AC-DC转换器31输出的电力通过DC-DC转换器32转换为用于给蓄电池4充电的电力。DC-DC转换器32为充电用转换部。另外，在以下说明中，将发电机22和AC-DC转换器31理解为产生直流电的部位，并将发电机22和AC-DC转换器31称作“发电部20”。

运算装置30的主要部分通过微型计算机来实现。通过运算装置30实现转换器控制部301和开关指示部302的功能。电流/电压检测部33以预定的采样周期，对来自DC-DC转换器32的输出电流和输出电压进行采样。来自电流/电压检测部33的信号被输入到转换器控制部301。转换器控制部301求出来自DC-DC转换器32的输出电力，并以脉宽调制（PWM：Pulse Width Modulation）方式对DC-DC转换器32进行控制。由此，实现发电机22的高发电效率。

电路部3还包括第一开关部34、调节器35、第二开关部36以及电压检测部38。电路部3设置在一个或多个电路板上。第一开关部34与AC-DC转换器31、开关指示部302以及调节器35连接。第一开关部34检测由发电部20产生的电压（以下称为“发电电压”），若发电电压超过预定的下限值（以下称为“第一下限值”），则将AC-DC转换器31与调节器35进行连接。

调节器35为恒压产生部，例如为串联调节器。调节器35将来自AC-DC转换器31的直流电变更为运算装置30用的固定的电压（例如5V）的电力。由此，由发电部20产生的电力的一部分经由调节器35提供给运算装置30，尤其提供给运算装置30所具有的微型计算机。其结果是，运算装置30启动，转换器控制部301和开关指示部302被激活。如此一来，第一开关部34作为控制部的电源用的开关部（控制部电源开关部）发挥作用，其中，所述控制部为运算装置30。

第一下限值为控制部电源开关部使转换器控制部301激活的控制部激活电压。当发电电压为控制部激活电压时，由发电部20产生的发电电力比风力发电装置1整体的消耗电力大。由此，防止了在发电过程中消耗电力，进而提高了蓄电效率。

第二开关部36与蓄电池4、开关指示部302以及调节器35连接。电压检测部38测定从发电部20输出的发电电压，并将该测定的发电电压输入到运算装置30，尤其输入到开关指示部302。开关指示部302始终监控发电电压是否超过比上述第一下限值大的上限值（以下称为“第一上限值”）。

若由发电部20产生的发电电压超过第一上限值，则开关指示部302向第二开关部36输出高电平的信号，通过第二开关部36且经由调节器35从蓄电池4向运算装置30供电。如此一来，第二开关部36作为控制部的电源用的开关部（其他控制部电源开关部）发挥作用，其中，所述控制部为运算装置30。并且，开关指示部302向第一开关部34输出高电平的信号，通过第一开关部34停止从发电部20向运算装置30供电。由此，防止了因高电压而导致调节器35或包括调节器35的分立电路损坏。

实际上，开关指示部302在向第二开关部36输出信号之后，向第一开关部34输出信号，因此第一上限值为互不相同的两个上限值的组合。以下，将这些上限值称作“下侧第一上限值”和“上侧第一上限值”。并且，若发电电压超过下侧第一上限值，则开关指示部302向第二开关部36输出高电平的信号，若发电电压超过上侧第一上限值，则开关指示部302向第一开关部34输出高电平的信号。

若发电电压从超过第一上限值的状态变得低于第一上限值，则开关指示部302向第一开关部34输出低电平的信号，通过第一开关部34且经由调节器35从发电部20向运算装置30供电。而且，开关指示部302向第二开关部36输出低电平的信号，通过第二开关部36停止从蓄电池4向运算装置30供电。正确而言，若发电电压低于上侧第一上限值，则开关指示部302向第一开关部34输出低电平的信号，若发电电压低于下侧第一上限值，则开关指示部302向第二开关部34输出低电平的信号。

若发电电压从超过第一下限值的状态变得低于第一下限值，则通过第一开关部34停止从发电部20向运算装置30供电。由此，运算装置30的功能停止。第一下限值也为控制部电源开关部停止从为电力供给部的发电部20向转换器控制部301供电的控制部停止电压。另外，控制部激活电压与控制部停止电压也可以不同。

图2是示出第一开关部34的详细内容的电路图。第一开关部34包括两个n沟道型金属氧化物半导体型场效应晶体管（MOSFET：Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor）511、513以及一个p沟道型MOSFET512。首先，若风车21开始旋转，且由发电部20产生的发电电压上升，则点51的电位根据由电阻521和电阻522产生的分压而上升。若发电电压超过第一下限值，则MOSFET511呈接通状态，点52的电位下降。其结果是，MOSFET512呈接通状态，且经由调节器35从发电部20向运算装置30供电。

另一方面，在运算装置30被激活之前以及刚激活之后的状态下，呈从开关指示部302经由电阻523向MOSFET513输入低电平的信号的状态。若在该状态下，从开关指示部302向第一开关部34输入高电平的信号，则MOSFET513呈接通状态，位置51的电位下降。其结果是，MOSFET511呈断开状态，点52的电位上升而MOSFET512也呈断开状态，从而停止从调节器35向运算装置30供电。

如上述，第一开关部34不接收来自运算装置30的指示而开始从发电部20向运算装置30供电，并根据来自开关指示部302的指示停止从发电部20向运算装置30供电。另外，关于在发电电压上升时通过第一开关部34停止向运算装置30供电的动作，也可以不接受来自开关指示部302的指示而通过第一开关部34自动进行。

图3是示出第二开关部36的详细内容的电路图。第二开关部36包括一个n沟道型MOSFET611和一个p沟道型MOSFET612。在通过第一开关部34使运算装置30刚激活之后的状态下，经由电阻621向MOSFET611输入低电平的信号。并且，若从开关指示部302向MOSFET611输入高电平的信号，则MOSFET611呈接通状态。由此，点61的电位下降，MOSFET612呈接通状态。其结果是，经由调节器35从蓄电池4向运算装置30供电。

另一方面，若从开关指示部302向第二开关部36输入低电平的信号，则MOSFET611呈断开状态，点61的电位上升。其结果是，MOSFET612呈断开状态，停止从调节器35向运算装置30供电。

如上述，第二开关部36根据来自开关指示部302的指示，对从蓄电池4向运算装置30的供电的接通/断开进行切换。另外，对从发电部20向运算装置30的供电与从蓄电池4向运算装置30的供电的切换过程设置短暂的重复期间，因此，通过第一开关部34和第二开关部36，经由二极管531、631分别向调节器35供电。

在风力发电装置1中，在几乎不通过发电部20进行发电的状态下，不会向运算装置30供电。由此，防止不必要地消耗掉电力。若发电部20通过风车21的旋转而进行发电，则从发电部20向运算装置30供电，因此能够抑制消耗蓄积在蓄电池4中的电力。其结果是，提高以电量来判断时的发电效率。并且，也无需为了持续向运算装置30供电而追加太阳能发电之类的大规模设备。

另一方面，在由发电部20产生的发电电压变得过高的情况下，从蓄电池4向运算装置30供电，并停止从发电部20向运算装置30供电，因此防止了调节器35等损坏。作为调节器35，能够利用耐压低的廉价部件，从而能够防止风力发电装置1的制造成本增大。

图4是示出电路部3的其他例子的一部分的图。在图4中，对于与图1所示的构成要素相同的构成要素标注相同符号，未在图1中示出的符号表示在图1的电路部3中追加的构成要素。另外，图4的第一开关指示部302与图1的开关指示部302相同，省略图示其周边的构成要素。

虽然在图1中省略了图示，但作为DC-DC转换器32的驱动用电力，从蓄电池4供给电力。该供电是在激活运算装置30之后通过运算装置30的控制进行的。在图4的电路部3中，对从发电部20的供电和从蓄电池4的供电进行切换，作为DC-DC转换器32的驱动用电力。

在图4的电路部3中，在图1的电路部3的基础上追加了第三开关部71、调节器72以及第四开关部73。在运算装置30中，追加了第二开关指示部303的功能。第三开关部71以及第四开关部73的结构与图3所示的结构相同，在第三开关部71中电源被替换为发电部20。

若从第二开关指示部303向第三开关部71输入高电平的信号，则调节器72产生用于驱动DC-DC转换器32的固定的电压（例如12V），从发电部20向DC-DC转换器32供电。若向第三开关部71输入低电平的信号，则停止从发电部20向DC-DC转换器32供电。通过第三开关部71对从发电部20向DC-DC转换器32的供电的接通/断开进行切换。如此一来，第三开关部71作为DC-DC转换器32的电源用的开关部（转换器电源开关部）发挥作用。

若从第二开关指示部303向第四开关部73输入高电平的信号，则经由调节器72从蓄电池4向DC-DC转换器32供电。若向第四开关部73输入低电平的信号，则停止从蓄电池4向DC-DC转换器32供电。通过第四开关部73对从蓄电池4向DC-DC转换器32的供电的接通/断开进行切换。第四开关部73作为DC-DC转换器32的电源用的其他开关部（其他转换器电源开关部）发挥作用。

若风车21开始旋转而使运算装置30被激活，并且通过电压检测部38检测到由发电部20产生的发电电压上升而超过预定的下限值（以下称为“第二下限值”），则根据来自第二开关指示部303的信号且经由第三开关部71和调节器72，向DC-DC转换器32提供由发电部20产生的电力的一部分作为驱动用电力。由此，激活DC-DC转换器32。第二下限值是使作为充电用转换器的DC-DC转换器32激活时的电压，即转换器激活电压。

若风车21的转速进一步上升，且由发电部20产生的发电电压超过预定的上限值（以下称为“第二上限值”），则根据来自第二开关指示部303的信号，经由第四开关部73和调节器72，还从蓄电池4向DC-DC转换器32提供驱动用电力。并且，根据来自第二开关指示部303的信号，第三开关部71停止从发电部20向DC-DC转换器32提供驱动用电力。由此，防止了因向调节器72施加容许值以上的电压而导致调节器72损坏。

实际上，第二开关指示部303在向第四开关部73输出信号之后，向第三开关部71输出信号，因此第二上限值为互不相同的两个上限值的组合。以下，将这些上限值称作“下侧第二上限值”和“上侧第二上限值”。并且，若发电电压超过下侧第二上限值，则第二开关指示部303向第四开关部73输出高电平的信号，若发电电压超过上侧第二上限值，则第二开关指示部303向第三开关部71输出低电平的信号。

若风车21的转速减小，由发电部20产生的发电电压从超过第二上限值的状态变得低于第二上限值，则根据来自第二开关指示部303的信号且经由第三开关部73和调节器72，从发电部20向DC-DC转换器32提供驱动用电力。并且，根据来自第二开关指示部303的信号，第四开关部73停止从蓄电池4向DC-DC转换器32提供驱动用电力。正确而言，若发电电压低于上侧第二上限值，则第二开关指示部303向第三开关部71输出高电平的信号，若发电电压低于下侧第二上限值，则第二开关指示部303向第四开关部73输出低电平的信号。

若风车21的转速进一步下降，则根据来自第二开关指示部303的信号，第三开关部71停止从发电部20向DC-DC转换器32提供驱动用电力。在本实施方式中，使DC-DC转换器32停止时的转换器停止电压与转换器激活电压相等，但这两者也可以不同。

通过以上动作，能够减少从蓄电池4向DC-DC转换器32的供电量，从而能够抑制消耗蓄积在蓄电池4中的电力。其结果是，提高了发电效率。并且，通过利用耐压低的廉价的部件作为调节器72，能够防止风力发电装置1的制造成本增大。

另外，当即使在由发电部20产生的发电电压低于第二下限值的情况下也能够向蓄电池4进行充电时，也可以根据来自第二开关指示部303的信号且经由第四开关部73和调节器72，从蓄电池4向DC-DC转换器32提供驱动用电力。在该情况下，随着风车21的转速上升，DC-DC转换器32的电源从蓄电池4依次被切换为发电部20、蓄电池4，若风车21的转速下降，则从蓄电池4依次被切换为发电部20、蓄电池4。

图5是示出电路部3的另一其他例子的一部分的图。除了再追加一个调节器35a这一点之外，电路部3与图1的电路部3相同。在图5的电路部3中，从调节器35例如以12V电压向DC-DC转换器32供电。调节器35a与调节器35连接，将电压例如转换为5V，并向运算装置30供电。由此，能够对运算装置30和DC-DC转换器32同时进行与图1的情况相同的电力供给源的切换。

正确而言，在调节器35与调节器35a之间的分支点同DC-DC转换器32之间以及该分支点与调节器35a之间分别配置有反向截止用的二极管。

图6是示出本发明的第二实施方式所涉及的风力发电装置1的整体结构的图。在风力发电装置1中，开关指示部302被设置为专用电路。通过运算装置30实现转换器控制部301的功能。开关指示部302与发电部20连接。其他构成要素与图1的风力发电装置1相同，标注相同的符号。

图7是示出第一开关部34以及开关指示部302的一部分的电路图。电路部3包括分压电路81作为开关指示部302的一部分。分压电路81包括与发电部20串联的两个电阻811、812。在分压电路81中，从电阻811与电阻812之间获得输出。输出被输入到第一开关部34。即，电阻811与电阻812之间的位置经由电阻523与MOSFET513的栅极连接。

与第一实施方式相同，若发电电压超过第一下限值，则MOSFET511呈接通状态，MOSFET512也呈接通状态，且经由调节器35从发电部20向运算装置30供电。若由发电部20产生的发电电压进一步上升而超过第一上限值，则呈从分压电路81向MOSFET513输入高电平的信号的状态，通过与第一实施方式相同的动作，停止从发电部20向运算装置30的转换器控制部301供电。换言之，第一开关部34利用来自分压电路81的输出停止从发电部20向转换器控制部301供电。

并且，在由发电部20产生的发电电压低于第一上限值的情况下，从分压电路81向MOSFET513输入低电平的信号，重新开始从发电部20向转换器控制部301供电。换言之，第一开关部34利用来自分压电路81的输出，开始从发电部20向转换器控制部301供电。

如上述，即使利用分压电路81，也能够使第一开关部34进行与第一实施方式相同的动作。

图8是示出第二开关部36以及开关指示部302的一部分的电路图。电路部3包括分压电路82作为开关指示部302的一部分。分压电路82包括与发电部20串联的两个电阻821、822。在分压电路82中，从电阻821与电阻822之间获得输出。输出被输入到第二开关部36。即，电阻821与电阻822之间的位置经由电阻621与MOSFET611的栅极连接。

若发电电压超过第一上限值，则与第一实施方式相同，通过分压电路82使MOSFET611呈接通状态，MOSFET612也呈接通状态，且经由调节器35从蓄电池4向运算装置30供电。换言之，第二开关部36利用来自分压电路82的输出，开始从蓄电池4向运算装置30的转换器控制部301供电。

并且，在由发电部20产生的发电电压低于第一上限值的情况下，从分压电路82向MOSFET611输入低电平的信号，停止从蓄电池4向转换器控制部301供电。换言之，第二开关部36利用来自分压电路82的输出停止从蓄电池4向转换器控制部301供电。

如上述，即使利用分压电路82，也能够使第二开关部36进行与第一实施方式相同的动作。通过使第一开关部34和第二开关部36进行与第一实施方式相同的动作，防止不必要地消耗掉电力。并且，防止了在发电电压变得过高时调节器35等损坏。作为调节器35，能够利用耐压低的廉价的部件。通过由利用电阻的简单的分压电路实现开关指示部302，提高了电路部3的动作的可靠性。

另外，在将分压电路81理解为第一开关部34的一部分，且将分压电路82理解为第二开关部36的一部分时，第二实施方式成为从第一实施方式省略开关指示部302的结构。

实际上，与第一实施方式相同，通过分压电路81进行开关的第一上限值比通过分压电路82进行开关的第一上限值稍微大，以免在开关时中断向包括转换器控制部301的运算装置30供电。即，通过分压电路81获取上侧第一上限值，通过分压电路82获取下侧第一上限值。

图9是示出电路图3的其他例子的一部分的图，其与图4对应。在图9中，对于与图6所示的构成要素相同的构成要素标注相同符号，图6中未图示的符号表示在图6的电路部3中追加的构成要素。与图6的开关指示部302相同，省略图示第一开关指示部302的周边的构成要素。与图4相同，在图9的电路部3中，对从发电部20向DC-DC转换器32的供电和从蓄电池4向DC-DC转换器32的供电进行切换。

第二开关指示部303是从运算装置30独立出来的构成要素。在第三开关部71、第四开关部73以及第二开关指示部303的结构中，开关部经由调节器72与DC-DC转换器32连接，除了这一点以外，其余与图7和图8相同。当然，可以适当地变更分压电路的两个电阻值的比。以下，参考图7和图8的符号，对第三开关部71、第四开关部73以及第二开关指示部303进行说明。

与第三开关部71连接的分压电路81包括与发电部20串联的两个电阻811、812。在分压电路81中，从电阻811与电阻812之间获得输出。输出被输入到第三开关部71。若发电电压超过第二下限值，则MOSFET511呈接通状态，MOSFET512也呈接通状态，且经由调节器72从发电部20向DC-DC转换器32供电。若由发电部20产生的发电电压进一步上升而超过第二上限值，则呈向MOSFET513输入高电平的信号的状态，停止从发电部20向DC-DC转换器32供电。换言之，第三开关部71利用来自分压电路81的输出，停止从发电部20向DC-DC转换器32供电。

并且，在由发电部20产生的发电电压低于第二上限值的情况下，向MOSFET513输入低电平的信号，重新开始从发电部20向DC-DC转换器32供电。换言之，第三开关部71利用来自分压电路81的输出开始从发电部20向DC-DC转换器32供电。

如上述，即使利用分压电路81，也能够使第三开关部71进行与图4所示的动作相同的动作。

与第四开关部73连接的分压电路82包括与发电部20串联的两个电阻821、822。在分压电路82中，获得来自电阻821与电阻822之间的输出。输出被输入到第四开关部73。若发电电压超过第二上限值，则MOSFET611呈接通状态，MOSFET612也呈接通状态，且经由调节器72从蓄电池4向DC-DC转换器32供电。换言之，第四开关部73利用来自分压电路82的输出，开始从蓄电池4向DC-DC转换器32供电。

并且，在由发电部20产生的发电电压低于第二上限值的情况下，向MOSFET611输入低电平的信号，停止从蓄电池4向DC-DC转换器32供电。换言之，第四开关部73利用来自分压电路82的输出停止从蓄电池4向DC-DC转换器32供电。

如上述，即使利用分压电路82，也能够使第四开关部73进行与图4所示的动作相同的动作。通过使第三开关部71和第四开关部73进行与图4所示的动作相同的动作，防止不必要地消耗掉电力。并且，防止了在发电电压变得过高时调节器72等损坏。作为调节器72，能够利用耐压低的廉价的部件。通过由利用电阻的简单的分压电路实现第二开关指示部303，提高了电路部3的动作的可靠性。

另外，在将分压电路81理解为第三开关部71的一部分，并将分压电路82理解为第四开关部73的一部分的情况下，图9所示的结构成为从图4所示的结构省略第二开关指示部303的结构。

实际上，通过分压电路81进行开关的第二上限值比通过分压电路82进行开关的第二上限值稍微大，以免在开关时中断向DC-DC转换器32供电。即，通过分压电路81获取上侧第二上限值，通过分压电路82获取下侧第二上限值。

另外，根据电路部3的设计，第一下限值既可以小于第二下限值，又可以大于第二下限值，还可以与第二下限值相同。第一上限值也既可以小于第二上限值，又可以大于第二上限值，还可以与第二上限值相同。在第一下限值也可以与第二下限值相等的情况下，只设计一个分压电路81，分压电路81能够与第一开关部34以及第三开关部71连接。同样地，在第一上限值也可以与第二上限值相等的情况下，只设计一个分压电路82，分压电路82能够与第二开关部36以及第四开关部73连接。

图10是示出本发明的第三实施方式所涉及的风力发电装置1a的整体结构的图。风力发电装置1a包括风车21、发电机22、电路部3以及蓄电池4。风车21、发电机22以及蓄电池4与第一实施方式相同。在图10中，用虚线示出一部分线。

电路部3包括AC-DC转换器31、DC-DC转换器32、电流/电压检测部33、运算装置30、调节器75、激活电压检测部761以及电压降压部762。AC-DC转换器31、DC-DC转换器32以及电流/电压检测部33与第一实施方式相同。电路部3还包括充电开关部741和短路继电器部742。充电开关部741配置在发电机22与短路继电器742之间。短路继电器部742配置在充电开关部741与AC-DC转换器31之间。在以下说明中，与第一实施方式相同，将发电机22和AC-DC转换器31称作“发电部20”。与第一实施方式相同，电路部3设置在一个或多个电路板上。

充电开关部741为分别配置于发电机22的三相输出线的继电器开关的集合。通过充电开关部741，对从发电部20向为充电用转换部的DC-DC转换器32的输出的接通/断开进行切换。短路继电器部742是使三相输出线中的两个输出线短路的继电器开关。

运算装置30包括转换器控制部301、开关指示部304、短路继电器指示部305以及电压值获取部306。转换器控制部301与第一实施方式相同。开关指示部304向充电开关部741输入控制信号。短路继电器指示部305向短路继电器部742输入控制信号。

调节器75包括继电器用电压转换部751和控制部用电压转换部752。正确而言，继电器用电压转换部751和控制部用电压转换部752分别是作为开关调节器发挥作用的要素，调节器75为调节器要素组。从蓄电池4向调节器75输入电力。继电器用电压转换部751将蓄电池4的电压转换为适于充电开关部741和短路继电器部742的电压。例如，将来自蓄电池4的24V电压转换为12V。由此，继电器用电压转换部751利用来自蓄电池4的电力向充电开关部741以及短路继电器部742提供开关用电力。

如后文所述，激活电压检测部761检测发电电压是否超过激活运算装置30时的电压。以下，将该电压称作“控制部激活电压”。虽然省略图示，但在激活电压检测部761以及电压降压部762这两者与发电机22之间设置有其他AC-DC转换器。若激活电压检测部761检测到发电电压超过控制部激活电压，则调节器75的控制部用电压转换部752接收来自激活电压检测部761的信号而被激活。

控制部用电压转换部752将从蓄电池4获得的电压转换为转换器控制部301用即运算装置30用的电压，同时从蓄电池4向包括转换器控制部301的运算装置30供电。例如，控制部用电压转换部752将来自蓄电池4的24V电压转换为运算装置30用的5V电压。若运算装置30被激活，则转换器控制部301也被激活。如此一来，激活电压检测部761以及控制部用电压转换部752作为转换器控制部301的电源的开关部发挥作用，在图10中，将激活电压检测部761以及控制部用电压转换部752作为“控制部电源开关部763”示出。

另外，通过设置控制部用电压转换部752，即使在因设计变更而使来自蓄电池4的电压发生变化的情况下，也能够只通过控制部用电压转换部752的变更进行对应。

电压降压部762产生与发电电压成比例且比该发电电压低的电压。来自电压降压部762的电压为能够在运算装置30中处理的电压。该电压被输入到电压值获取部306。电压值获取部306将模拟电压的大小转换为能够在运算装置30内处理的数字电压值。实际表示发电电压的转换后的数值被输入到开关指示部304以及短路继电器指示部305。如此一来，电压降压部762和电压值获取部306作为对由发电部20产生的发电电压进行检测的发电电压检测部764发挥作用。

接着，对风力发电装置1a的详细部位的结构以及动作进行说明。图11是示出激活电压检测部761的图。激活电压检测部761包括稳压二极管765、电容器766以及激活电压转换部767。以下，将稳压二极管765简称为“二极管765”。若从发电机22经由省略图示的AC-DC转换器向激活电压检测部761输入发电电压，则通过二极管765获取上限被限制成控制部激活电压的电压。该电压被输入到激活电压转换部767。

激活电压转换部767在所输入的电压小于控制部激活电压的情况下输出0V，在为控制部激活电压以上的情况下，例如为10V以上的情况下，作为适于调节器75的电压，例如输出2V。即，激活电压转换部767将由二极管765获得的电压转换成作为使控制部用电压转换部752激活的信号的电压。在本实施方式中，利用复位IC作为激活电压转换部767。

通过设置激活电压转换部767，向调节器72输入固定的电压。因此，能够防止由于接地噪声或电容器的待机电流而导致运算装置30进行错误动作。其结果是，能够稳定地激活运算装置30，从而能够减少施加于运算装置30的负荷。并且，能够将控制部激活电压与使调节器75激活的电压设为不同的电压。

在调节器75能够根据从激活电压检测部761输入的电压是否超过预先规定的阈值进行接通/断开控制时，也可以如图12所示，通过分压电路实现激活电压检测部761。例如，作用于串联连接的电阻768、769中的一个电阻769的电压、即来自两个电阻之间的输出被输入到调节器75。由此，激活电压检测部761对发电电压进行分压并输入到包括控制部用电压转换部752的调节器75。

通过激活电压检测部761，在无风或微风状态下，发电电压低于控制部激活电压，不从激活电压检测部761输入使调节器75激活的电压。因此，虽然通过蓄电池4向调节器75施加电压，但是调节器75并不被激活。电力不会从控制部用电压转换部752供给至运算装置30。由此，防止了在无风或微风状态下消耗蓄积于蓄电池4中的电力。

由于不向运算装置30供电，因此使继电器开关成为接通状态的信号不会从开关指示部304输入至充电开关部741。由于发电机22与AC-DC转换器31不连接，风车21呈无负荷状态，因此即使是非常小的风，风车21也会开始旋转。其结果是，能够容易地开始后述的蓄电。

若由于风车21的旋转而使由发电部20产生的发电电压超过控制部激活电压，则调节器75被激活电压检测部761激活。由此，调节器75的继电器用电压转换部751将来自蓄电池4的电压转换为继电器开关用电压，并提供给充电开关部741以及短路继电器部742。包括控制部用电压转换部752的控制部电源开关部763将来自蓄电池4的电压转换为运算装置30用电压，并从蓄电池4向运算装置30供电。其结果是，转换器控制部301、开关指示部304、短路继电器指示部305以及电压值获取部306被激活。

如以上所述，电压值获取部306参考来自电压降压部762的电压将发电电压进行数值化，并输入到开关指示部304以及短路继电器指示部305。若风车21的转速上升，且发电电压超过比控制部激活电压高的充电开始电压，则开关指示部304向充电开关部741发送信号。由此，充电开关部741连接发电机22与AC-DC转换器31。其结果是，与第一实施方式相同，转换器控制部301根据来自电流/电压检测部33的信号对DC-DC转换器32进行控制，并向蓄电池4进行发电电力的充电。如此一来，开关指示部304根据由发电电压检测部764检测出的发电电压对充电开关部741进行控制。

当发电电压为充电开始电压时，优选由发电部20产生的发电电力为风力发电装置1a的电路部3的消耗电力以上。由此，尽管开始充电，也能够防止在整个风力发电装置1a中消耗蓄电池4的电力。并且，为了可靠防止在充电开始电压时消耗电力，更优选在发电电压为控制部激活电压时，由发电部20产生的发电电力比风力发电装置1a整体内的消耗电力大。由此，能够抑制消耗蓄电池4的电力，从而能够提高蓄电效率。

尤其是与本实施方式不同，在未设置充电开关部741的情况下，在发电电压超过控制部激活电压的同时，开始进行充电，因此优选在控制部激活电压时发电电力超过风力发电装置1a的消耗电力。

若风速下降，且由发电部20产生的发电电压低于充电开始电压，则开关指示部304停止向充电开关部741提供电压，充电开关部741呈断开状态。由此，停止充电。若风速进一步下降，且发电电压低于控制部激活电压，则不会从激活电压检测部761向调节器75输入电压，调节器75的功能停止。停止从控制部用电压转换部752向运算装置30供电，从而运算装置30停止。

若将用于停止向运算装置30供电的发电电压表述为“控制部停止电压”，则在本实施方式中控制部激活电压与控制部停止电压相等。但是，控制部激活电压也可以与控制部停止电压不同。例如，为了防止转换器控制部301暂时被激活之后马上停止，控制部停止电压也可以比控制部激活电压低。当希望在风速下降时提早停止转换器控制部301的情况下，控制部停止电压设定为比控制部激活电压高。在任何情况下，在发电电压从超过控制部激活电压的状态变得低于控制部停止电压时，控制部电源开关部763都停止从蓄电池4向转换器控制部301供电。第一实施方式也相同。

若发电电压超过比充电开始电压高的发电上限电压，则短路继电器指示部305向短路继电器部742输出成为信号的电压。短路继电器部742与发电机22的三相输出线中的两相输出线连接。根据来自短路继电器指示部305的信号，短路继电器部742与两相输出线连接并使该两相输出线短路。通过短路，为较大的电阻的短路制动器作用于发电机22的旋转。由此，能够防止在因疾风等而使风过于猛烈时，发电电压过于增大而对电子元件施加过大的负荷，由此保护电路部3。

另一方面，在通过短路继电器部742而使两相输出线短路的状态期间，只通过未被短路的剩余的一相输出线，获取由AC-DC转换器31转换的直流电，从而向蓄电池4进行充电。如此一来，即使在短路制动器工作的状态下，也会继续充电。其结果是，即使在风量较大的区域中，也能够稳定地进行发电以及充电。

若发电电压低于发电上限电压，则停止从短路继电器指示部305向短路继电器部742输入电压，解除短路制动器，恢复通过三相交流进行发电。如上述，短路继电器指示部305根据由发电电压检测部764检测出的电压对短路继电器部742的接通/断开进行控制。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，可以是各种变形。

上述第一实施方式和第二实施方式中的第一下限值也可以在发电电压上升时与下降时使用不同的值。关于第一上限值、第二下限值以及第二上限值也相同。即，这些值不限定于一个值。例如，通过使发电电压上升时的第一上限值低于发电电压下降时的第一上限值，能够更加可靠地防止调节器35因发电电压的急剧上升而损坏。

在第一开关部至第四开关部中，既可以使用绝缘栅双极晶体管（IGBT：InsulatedGate Bipolar Transistor），又可以使用其他开关电路来代替MOSFET。

在上述实施方式中，运算装置30的一部分功能或全部功能可以是不利用微型计算机的专用电路。相反，专用电路的一部分或全部也可以通过运算装置30来实现。AC-DC转换器31也可以设置在发电机22，而不是设置在电路部3。并且，发电机22本身也可以为产生直流电的发电部。发电机22也可以产生除三相交流电以外的多层交流电。

来自DC-DC转换器32的电力当然没有必要全部蓄电至蓄电池4中。一部分电力也可输出到外部的电力线。

图4的第三开关部71也可以设置为以图2为基准的结构。当输入至运算装置30的驱动用电力的电压与输入至DC-DC转换器32的驱动用电力的电压相同时，也可以设置一个调节器作为调节器35、72。在该情况下，第一开关部34和第三开关部71可以设置为一个开关部，且第二开关部36和第四开关部73也可以设置为一个开关部。

在上述第一实施方式以及第二实施方式中，在将向运算装置30或DC-DC转换器32供电的电力源在发电部20与蓄电池4之间进行切换时，也可以通过利用计时器确保从发电部20和蓄电池4这两者供电的短暂的时间。即，也可以在开始从一个电力源供电之后，稍微经过一定时间后，再停止从另一个电力源供电。在该情况下，第一上限值或第二上限值无需设置为上侧上限值与下侧上限值的组合。

分压电路81、82或图12的电压降压部762通过使用电阻来实现低成本，但是也可以使用除电阻以外的元件来实现低成本。

也可以只有第一开关指示部302以及第二开关指示部303中的一方使用分压电路来实现。并且，开关指示部302（或者第一开关指示部302）也可以只有与第一开关部34连接的部位以及与第二开关部36连接的部位中的一方通过分压电路来实现，而通过运算装置30来实现该两个部位中的另一方。同样地，第二开关指示部303也可以只有与第三开关部71连接的部位以及与第四开关部73连接的部位中的一方通过分压电路来实现，而通过运算装置30来实现该两个部位中的另一方。

在第三实施方式中，只要短路继电器部742在接通状态期间不进行充电，则短路继电器部742也可以与三相输出线连接，从而使三相输出线相互短路。短路继电器部742使至少两相输出线短路。

在上述第一实施方式以及第二实施方式中，在发电电压超过控制部激活电压时向转换器控制部301供电的电力供给部为发电部20。在第三实施方式中，电力供给部为蓄电池4。电力供给部也可以是发电部20或蓄电池4以外的电力源。

上述实施方式以及各变形例的结构在不相互矛盾的范围内，可以进行适当的组合。

工业上的可利用性

本发明能够应用在利用风力进行发电的风力发电装置中。

符号说明

1、1a  风力发电装置；

4  蓄电池；

20  发电部；

21  风车；

22  发电机；

30  运算装置；

31  AC-DC转换器；

32  DC-DC转换器；

34  第一开关部；

35  调节器；

36  第二开关部；

71  第三开关部；

73  第四开关部；

81、82  分压电路；

301  转换器控制部；

302  开关指示部；

303  第二开关指示部；

304  开关指示部；

305  短路继电器指示部；

306  电压值获取部；

741  充电开关部；

742  短路继电器部；

752  控制部用电压转换部；

761  激活电压检测部；

762  电压降压部；

763  控制部电源开关部；

764  发电电压检测部；

765  二极管；

767  激活电压转换部；

768、769、811、812、821、822  电阻。

Claims (24)

1.一种风力发电装置，其包括：

风车；

发电部，其通过所述风车的旋转而进行发电；

充电用转换器，其将由所述发电部产生的电力转换为用于给蓄电池充电的电力；

转换器控制部，其对所述充电用转换器进行控制；

电力供给部，其向所述转换器控制部供电；以及

控制部电源开关部，在由所述发电部产生的发电电压超过控制部激活电压的情况下，所述控制部电源开关部通过从所述电力供给部向所述转换器控制部供电，来激活所述转换器控制部。

2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其中，

当所述发电电压为所述控制部激活电压时，由所述发电部产生的发电电力比所述风力发电装置整体的消耗电力大。

3.根据权利要求1或2所述的风力发电装置，其中，

在所述发电电压从超过所述控制部激活电压的状态变得低于控制部停止电压的情况下，所述控制部电源开关部停止从所述电力供给部向所述转换器控制部供电。

4.根据权利要求3所述的风力发电装置，其中，

所述控制部激活电压与所述控制部停止电压相等。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的风力发电装置，其中，

所述电力供给部为所述蓄电池。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的风力发电装置，其中，

所述风力发电装置还包括：

发电电压检测部，其对由所述发电部产生的发电电压进行检测；

充电开关部，其对从所述发电部向所述充电用转换部的输出的接通/断开进行切换；以及

开关指示部，其根据由所述发电电压检测部检测到的发电电压，对所述充电开关部进行控制，

在发电电压超过比所述控制部激活电压高的充电开始电压的情况下，所述充电开关部根据所述开关指示部的指示，连接所述发电部与所述充电用转换部。

7.根据权利要求6所述的风力发电装置，其中，

所述发电电压检测部包括：

电压降压部，其产生与发电电压成比例且比该发电电压低的电压；以及

电压值获取部，其将来自所述电压降压部的电压转换为表示发电电压的数值，并输入到所述开关指示部。

8.根据权利要求6或7所述的风力发电装置，其中，

所述发电部包括：

发电机，其具有三相输出线；以及

AC-DC转换器，其将从所述发电机输出的交流电转换为直流电，

所述风力发电装置还包括：

短路继电器部，其与所述三相输出线中的至少两相输出线连接；以及

短路继电器指示部，其根据由所述发电电压检测部检测到的发电电压，对所述短路继电器部进行控制，

在发电电压超过比所述充电开始电压高的发电上限电压的情况下，所述短路继电器指示部通过所述短路继电器部使所述至少两相输出线短路。

9.根据权利要求8所述的风力发电装置，其中，

所述至少两相输出线是两相输出线，

在所述两相输出线短路的状态下，通过剩余的一相输出线向所述蓄电池进行充电。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的风力发电装置，其中，

所述控制部电源开关部包括：

激活电压检测部，其检测发电电压是否超过所述控制部激活电压；以及

控制部用电压转换部，其接收来自所述激活电压检测部的信号而被激活，并且将从所述蓄电池获得的电压转换为所述转换器控制部用的电压，同时从所述蓄电池向所述转换器控制部供电。

11.根据权利要求10所述的风力发电装置，其中，

所述激活电压检测部包括：

二极管，其从发电电压获取上限被限制成所述控制部激活电压的电压；以及

激活电压转换部，其将由所述二极管获得的电压转换为使所述控制部用电压转换部激活的信号的电压。

12.根据权利要求10所述的风力发电装置，其中，

所述激活电压检测部包括分压电路，所述分压电路对发电电压进行分压，并输入到所述控制部用电压转换部。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的风力发电装置，其中，

所述转换器控制部通过运算装置来实现。

14.根据权利要求1至4中的任一项所述的风力发电装置，其中，

所述电力供给部为所述发电部。

15.根据权利要求14所述的风力发电装置，其中，

所述风力发电装置还包括：

其他控制部电源开关部，其对从所述蓄电池向所述转换器控制部的供电的接通/断开进行切换；

开关指示部，在由所述发电部产生的发电电压超过预定的上限值的情况下，所述开关指示部通过所述其他控制部电源开关部从所述蓄电池向所述转换器控制部供电，并且停止通过所述控制部电源开关部从所述发电部向所述转换器控制部供电。

16.根据权利要求15所述的风力发电装置，其中，

在由所述发电部产生的发电电压从超过所述上限值的状态变为低于所述上限值的情况下，所述开关指示部通过所述控制部电源开关部从所述发电部向所述转换器控制部供电，并且停止通过所述其他控制部电源开关部从所述蓄电池向所述转换器控制部供电。

17.根据权利要求15或16所述的风力发电装置，其中，

所述发电部包括：

发电机；以及

AC-DC转换器，其将从所述发电机输出的交流电转换为直流电，

所述转换器控制部和所述开关指示部通过运算装置来实现，

所述风力发电装置还包括恒压产生部，所述恒压产生部将来自所述AC-DC转换器的所述直流电的电压变更为固定的电压，并向所述运算装置供电。

18.根据权利要求15或16所述的风力发电装置，其中，

所述开关指示部包括分压电路，所述分压电路从与所述发电部串联的电阻之间获得输出，

在由所述发电部产生的发电电压超过所述上限值的情况下，所述控制部电源开关部利用来自所述分压电路的输出，停止从所述发电部向所述转换器控制部供电。

19.根据权利要求15、16以及18中的任一项所述的风力发电装置，其中，

所述开关指示部包括其他分压电路，所述其他分压电路从与所述发电部串联的电阻之间获得输出，

在由所述发电部产生的发电电压超过所述上限值的情况下，所述其他控制部电源开关部利用来自所述其他分压电路的输出，从所述蓄电池向所述转换器控制部供电。

20.根据权利要求18或19所述的风力发电装置，其中，

所述发电部包括：

发电机；以及

AC-DC转换器，其将从所述发电机输出的交流电转换为直流电，

所述转换器控制部通过运算装置来实现，

所述风力发电装置还包括恒压产生部，所述恒压产生部将来自所述AC-DC转换器的所述直流电的电压变更为固定的电压，并向所述运算装置供电。

21.根据权利要求14至20中的任一项所述的风力发电装置，其中，

所述风力发电装置还包括转换器电源开关部，在由所述发电部产生的发电电压超过预定的转换器激活电压的情况下，所述转换器电源开关部通过向所述充电用转换器供给由所述发电部产生的电力，来激活所述充电用转换器。

22.根据权利要求21所述的风力发电装置，其中，

所述风力发电装置还包括：

其他转换器电源开关部，其对从所述蓄电池向所述充电用转换器的供电的接通/断开进行切换；以及

其他开关指示部，在由所述发电部产生的发电电压超过预定的其他上限值的情况下，所述其他开关指示部通过所述其他转换器电源开关部从所述蓄电器向所述充电用转换器供电，并且停止通过所述转换器电源开关部从所述发电部向所述充电用转换器供电。

23.根据权利要求22所述的风力发电装置，其中，

所述其他开关指示部包括分压电路，所述分压电路从与所述发电部串联的电阻之间获得输出，

在由所述发电部产生的发电电压超过所述其他上限值的情况下，所述转换器电源开关部利用来自所述分压电路的输出，停止从所述发电部向所述充电用转换器供电。

24.根据权利要求22或23所述的风力发电装置，其中，

所述其他开关指示部包括其他分压电路，所述其他分压电路从与所述发电部串联的电阻之间获得输出，

在由所述发电部产生的发电电压超过所述其他上限值的情况下，所述其他转换器电源开关部利用来自所述其他分压电路的输出，从所述蓄电池向所述充电用转换器供电。

Images