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Abstract
Description
本発明は、電力を生成する発電装置に関するものである。 The present invention relates to a power generation device that generates electric power.
水力、風力、及び太陽光等の自然エネルギーを利用して電力を発電する発電装置が知られている。このような発電装置においては、一般的に電力を発電するための発電機(発電手段)と、発電機により発電された電力を蓄電するためのバッテリ(蓄電手段)とを備えているのが一般的である。発電機により発電された電力をバッテリに蓄電することにより、発電機から供給される電力が不安定な場合であっても、安定した電力を供給することができる。 2. Description of the Related Art A power generation device that generates electric power using natural energy such as hydropower, wind power, and sunlight is known. Such a power generator generally includes a generator (power generation means) for generating electric power and a battery (power storage means) for storing electric power generated by the generator. Is. By storing the power generated by the generator in the battery, stable power can be supplied even when the power supplied from the generator is unstable.
しかしながら、自然エネルギーは極めて不安定なエネルギーであり、発電機から電力が長時間供給されなかったり、自然エネルギーから得ることのできる電力自体が外部負荷に対して十分なものではなかったりする場合がある。このような場合に、外部負荷に対して電力を供給し続けると、バッテリが過放電を起こして科学反応を停止し、バッテリの寿命を縮めるという問題がある。 However, natural energy is extremely unstable energy, and power may not be supplied from the generator for a long time, or the electric power that can be obtained from natural energy may not be sufficient for the external load. . In such a case, if power is continuously supplied to the external load, there is a problem that the battery overdischarges, stops the scientific reaction, and shortens the battery life.
そこで、本発明の主たる目的は、発電手段から供給される電力が不安定な場合であっても、蓄電手段の過放電を防止して蓄電手段を保護する点である。 Therefore, the main object of the present invention is to protect the power storage means by preventing overdischarge of the power storage means even when the power supplied from the power generation means is unstable.
本発明の発電装置は、電力を生成する発電手段と、前記発電手段により生成された電力を蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段に蓄電された電力を外部の外部負荷に対して出力し、又は出力を停止する出力手段と、前記発電手段により生成されている電力の電圧を検出する電圧検出手段と、前記出力手段を制御する制御手段とを備えており、前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧が所定の値以下であるときに、前記出力制御手段により前記外部負荷に対する電力の出力を停止する。 The power generation device according to the present invention includes a power generation unit that generates power, a power storage unit that stores the power generated by the power generation unit, and outputs the power stored in the power storage unit to an external load, or Output means for stopping the output, voltage detection means for detecting the voltage of the electric power generated by the power generation means, and control means for controlling the output means, the control means comprising the voltage detection means When the voltage detected by the above is less than or equal to a predetermined value, the output control means stops the output of power to the external load.
本発明によると、発電手段により生成される電力の電圧が十分でないときに電力の出力を停止することにより、蓄電手段の過放電を防止することができる。これにより蓄電手段を保護することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent overdischarge of the power storage means by stopping the output of the power when the voltage of the power generated by the power generation means is not sufficient. As a result, the power storage means can be protected.
本発明の発電装置は、前記蓄電手段に蓄電されている電力量を検出する蓄電検出手段をさらに備えていてよい。このとき、前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧が所定の値以下であるとき、且つ前記蓄電検出手段により検出された電力量が所定の値以下であるときに、前記出力制御手段により前記外部負荷に対する電力の出力を停止することが好ましい。これによると、蓄電手段に蓄電されている電力量の範囲内において、蓄電手段の過放電を防止しつつ、外部負荷に安定した電力を供給することができる。 The power generation device of the present invention may further include power storage detection means for detecting the amount of power stored in the power storage means. At this time, when the voltage detected by the voltage detection means is less than or equal to a predetermined value, and when the amount of power detected by the power storage detection means is less than or equal to a predetermined value, the control means It is preferable that the output of electric power to the external load is stopped by the means. According to this, within the range of the amount of power stored in the power storage means, it is possible to supply stable power to the external load while preventing overdischarge of the power storage means.
本発明の発電装置において、前記発電手段は、回転軸を回転させる運動エネルギーを電力に変換することで電力を生成してもよい。このとき、前記電圧検出手段は、前記回転軸の回転数に基づいて電圧を検出することが好ましい。これによると、発電手段により生成される電力を容易且つ安価に検出することができる。 In the power generation apparatus of the present invention, the power generation means may generate electric power by converting kinetic energy that rotates the rotating shaft into electric power. At this time, it is preferable that the voltage detection means detects a voltage based on the number of rotations of the rotating shaft. According to this, the electric power produced | generated by the electric power generation means can be detected easily and cheaply.
本発明の発電装置においては、前記発電手段の回転軸が風力で回転させられるものでもよい。これによると、生成される電力が不安定な風力発電においても、蓄電手段の過放電を防止することができる。 In the power generation device of the present invention, the rotating shaft of the power generation means may be rotated by wind power. According to this, even in wind power generation where the generated power is unstable, overdischarge of the power storage means can be prevented.
本発明の発電装置においては、前記蓄電手段により蓄電された電力を特定の波長を有する電力に変換して前記外部装置に出力するインバータをさらに備えていてよう。このとき、前記出力手段は、前記インバータに含まれているのが好ましい。これによると、インバータを備える場合に、別途出力手段を備える必要がなくなる。 The power generator of the present invention may further include an inverter that converts the power stored by the power storage unit into power having a specific wavelength and outputs the power to the external device. At this time, the output means is preferably included in the inverter. According to this, when an inverter is provided, it is not necessary to provide a separate output means.
本発明において、前記制御手段は、前記外部負荷に対する電力の出力を停止させるときには、所定の時間を経過してから停止させることが好ましい。これによると、ユーザが電力の出力の停止に対して備えることができる。 In the present invention, the control means preferably stops after a predetermined time has elapsed when stopping the output of power to the external load. According to this, the user can prepare for the stop of the output of electric power.
本発明においては、前記制御手段の動作内容を記憶する記憶手段をさらに備えていてよい。このとき、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された動作内容に基づいて、前記電圧検出手段により検出されている電圧が所定の値以下であるときに、前記外部負荷に対する電力の出力を停止するか否かを選択的に行なうことが好ましい。これによると、発電手段により生成される電力が十分でないときに電力の出力の停止をするか否かを選択することができる。 In the present invention, there may be further provided storage means for storing the operation content of the control means. At this time, the control means stops output of electric power to the external load when the voltage detected by the voltage detection means is equal to or lower than a predetermined value based on the operation content stored in the storage means. It is preferable to selectively perform whether or not. According to this, it is possible to select whether or not to stop the output of power when the power generated by the power generation means is not sufficient.
本発明の発電装置においては、ユーザの操作に基づいて、前記記憶手段の記憶内容を書き換える操作手段をさらに備えていてもよい。これによると、発電手段により生成される電力が十分でないときに電力の出力の停止をするか否かをユーザが容易に変更することができる。 The power generation device of the present invention may further include an operation unit that rewrites the storage content of the storage unit based on a user operation. According to this, the user can easily change whether or not to stop the output of power when the power generated by the power generation means is not sufficient.
本発明においては、前記発電手段の前記回転軸の回転数、前記発電手段により生成されている電力、前記蓄電手段に蓄電されている電力量、前記蓄電手段に蓄電されている電力の電流、前記外部負荷により消費されている電力の電流、及び前記記憶手段に記憶されている記憶内容の少なくともいずれかを表示する表示手段を備えていることが好ましい。これによると、ユーザが発電装置の状態を確認することができる。 In the present invention, the number of rotations of the rotating shaft of the power generation means, the power generated by the power generation means, the amount of power stored in the power storage means, the current of power stored in the power storage means, It is preferable to include a display unit that displays at least one of the current of power consumed by the external load and the stored contents stored in the storage unit. According to this, the user can confirm the state of the power generation device.
本発明の実施形態を図1ないし図4に基づいて以下に説明する。
本実施形態に係る電源装置は、図1に示すように、風力発電装置に搭載されている。風力発電装置は、自然エネルギーの一種である風力エネルギーを電気エネルギーからなる交流電力に変換して出力する風力発電装置本体1と、風力発電装置本体1の制御機能や交流電力の直流電力への整流機能等を備えたコントローラ2と、風力発電装置の動作状態や設定状態等を切替え可能に表示する操作表示器3と、コントローラ2において整流された直流電力を充電するバッテリ(蓄電手段)4と、バッテリ4に充電された電力を交流電力に変換して外部負荷6に供給するインバータ(出力手段含む)5と、バッテリ4に対して補助電力を供給する補助充電器7とを有している。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the power supply device according to the present embodiment is mounted on a wind turbine generator. The wind power generation apparatus converts wind energy, which is a kind of natural energy, into AC power composed of electric energy and outputs it, and the control function of the wind power generation apparatus main body 1 and the rectification of AC power into DC power. A
上記の風力発電装置本体1は、図2に示すように、風力に応じた回転駆動力を発生する風車11を有している。風車11は、風を受ける複数枚の風車羽根12と、これらの風車羽根12を水平方向に旋回させるように支持した旋回支持部材13と、旋回支持部材13の回転中心を支持した回転支持機構14とを有している。回転支持機構14は、鉛直方向に立設されており、旋回支持部材13の回転中心に上端部が連結された第1回転軸部材15と、第1回転軸部材15に回転軸クラッチ16を介して連結された第2回転軸部材17とを有している。
As shown in FIG. 2, the wind power generator main body 1 includes a windmill 11 that generates a rotational driving force according to wind power. The windmill 11 includes a plurality of
上記の第1回転軸部材15には、回転速度検出器(電圧検出手段)18が設けられている。回転速度検出器18は、エンコーダからなっており、第1回転軸部材15の回転速度(単位時間当たりの回転数)に応じたパルス数の回転速度信号を後述する回転速度入力部41に出力するようになっている。尚、回転速度検出器18は、旋回支持部材13の側面に磁石や反射板等の検出対象物を取り付け、この検出対象物を検出する毎にパルス状の回転速度信号を出力するように構成されていても良い。
The first
また、回転軸部材15・17間に介装された回転軸クラッチ16は、無励磁作動型の構成にされている。具体的には、回転軸クラッチ16は、2枚のクラッチ板16a・16aと、クラッチ板16a・16a同士を接合させるように付勢する図示しないバネ部材と、バネ部材の付勢力に対して逆方向の電磁力を発生するコイル部材16bとを有している。これにより、クラッチ作動電流が供給されていない場合は、クラッチ板16a・16a同士がバネの付勢力で強固に接合(連結)されることによって、第1回転軸部材15の回転駆動力を第2回転軸部材17に十分に伝達させるようになっている。また、クラッチ作動電流が供給されている場合は、電流値に応じた電磁力により付勢力の作用を減少させることによって、クラッチ板16a・16a同士の接合力を弱め、電磁力が付勢力以上となったときに、クラッチ板16a・16a同士を離隔させるようになっている。
The
上記の回転軸クラッチ16を介して回転駆動力が伝達される第2回転軸部材17には、三相交流方式等の発電機(発電手段)19が設けられている。発電機19は、第2回転軸部材17の回転速度に応じた交流電力を出力するようになっている。発電機19の出力側には、短絡制動装置21が接続されている。短絡制動装置21は、発電機19の各端子に接続された短絡用リレー22を有している。短絡用リレー22は、コントローラ2からの通電によりスイッチ部を開状態とし、コントローラ2からの通電が停止されたときにスイッチ部を閉状態とすることによって、コントローラ2の故障等の異常時に発電機19の出力側を短絡させるようになっている。これにより、短絡制動装置21は、発電機19に大きな負荷を発生させることよって、風車羽根12による回転支持機構14の回転を制動させるようになっている。
The second rotating
さらに、第2回転軸部材17の下端部には、回転支持機構14を手動操作で固定する停止装置20が設けられている。停止装置20は、第2回転軸部材17に取り付けられた環状部材20aと、環状部材20aの外周面に接離可能に設けられた押圧部材20bとを有している。押圧部材20bは、一部が図示しない架台や敷地面等の固定部に設置されている。そして、停止装置20は、押圧部材20bを手動操作で環状部材20aに押し付けることによって、大きなブレーキ力により第2回転軸部材17を固定し、結果として回転支持機構14の回転を完全に停止するようになっている。尚、停止装置20は、後述の操作表示器3の操作指示により自動で作動するように構成されていても良い。
Further, a
上記のように構成された風力発電装置本体1は、コントローラ2に接続されている。コントローラ2は、図1に示すように、風力発電装置を制御する制御部31と、風力発電装置本体1の発電機19から出力された交流電力を直流電力に整流する整流部32とを有している。制御部31は、回転速度入力部41とクラッチ駆動部42と短絡駆動部43とを有している。これらの各部41〜43は、上述の風力発電装置本体1における回転速度検出器18と回転軸クラッチ16と短絡制動装置21とにそれぞれ接続されている。
The wind turbine generator 1 configured as described above is connected to a
回転速度入力部41は、回転速度検出器18からの回転速度信号を信号処理に適した信号形態に変換する機能を有している。クラッチ駆動部42は、回転軸クラッチ16にクラッチ駆動信号を出力することによって、回転軸クラッチ16の作動状態を制御、即ち、図2の第1回転軸部材15と第2回転軸部材17との連結力を弱めたり、解消するように制御する機能を有している。短絡駆動部43は、通常動作時に短絡制動装置21の短絡用リレー22に駆動信号を出力することによって、異常時に発電機19を短絡状態にさせる機能を有している。
The rotational
また、コントローラ2は、補助充電作動部44と充電制御駆動部45とインバータ制御部46と操作表示入出力部47とを有していると共に、各部41〜47を監視および制御する演算処理部51を有している。尚、演算処理部51の詳細については後述する。
The
上記の補助充電作動部44は、バッテリ4に補助電力を充電するDCパワーパックと称する補助充電器7に接続されている。補助充電器7は、商業用や工業用の電源71とバッテリ4とに着脱可能に接続されている。補助充電器7は、電源71から供給される電力を蓄電するとともに、蓄電された電力をバッテリ4に供給して補助的にバッテリ4を充電する。
The auxiliary
上記の補助充電器7により補助的に充電されるバッテリ4は、図2に示すように、コントローラ2の整流部32にも接続されている。整流部32は、風力発電装置本体1の発電機19からの交流電力を直流電力に変換してバッテリ4に充電するように構成されている。
The battery 4 supplementarily charged by the auxiliary charger 7 is also connected to the rectifying
即ち、整流部32は、図2に示すように、発電機19に接続されたブリッジダイオード33と、ブリッジダイオード33のアノード側およびカソード側に並列接続された充電コンデンサ34と、充電コンデンサ34よりも下流側であってブリッジダイオード33と同方向に並列接続されたダイオード35と、充電コンデンサ34とダイオード35との間に設けられ、電流の通過と遮断とを切替え制御する充電制御部36と、ダイオード35よりも下流側に設けられたコイル37とを有している。上記の充電制御部36は、トランジスタ等の半導体スイッチからなっており、図1の充電制御駆動部45に接続されている。充電制御駆動部45は、充電制御信号を出力することによって、ブリッジダイオード33からダイオード35への通電時間を制御するようになっている。そして、このように構成された整流部32は、バッテリ4およびインバータ5に接続されており、充電制御部36で制御された通電時間に応じた充電電圧の電力をバッテリ4に充電するようになっている。
That is, as shown in FIG. 2, the rectifying
また、整流部32は、図1に示すように、発電機19から入力される交流電力の発電機電圧を検出する発電機電圧検出器38と、バッテリ4に充電する充電電圧(バッテリ電圧)、充電電流、及びバッテリ4に充電されている充電電力を検出する蓄電状態検出器(蓄電検出手段)39とを有している。尚、回転支持機構14の回転速度は発電機19が発電する電力の電圧の変動も示している。つまり通常の発電時においては、発電機電圧検出器38により検出される発電機電圧と実質的に同等である。発電機電圧検出器38及び蓄電状態検出器39は、演算処理部51に接続されており、検出した情報をそれぞれ演算処理部51に出力する。
Further, as shown in FIG. 1, the rectifying
また、上記の充電制御駆動部45と同様に演算処理部51に接続されたインバータ制御部46は、インバータ5に接続されており、インバータ5の動作を制御したり、動作状態を検出したりする。インバータ5は、バッテリ4に充電された直流電力を例えば家庭用の交流電力に変換して外部負荷6に出力するものであり、図示しない電力生成部と電力出力部とを有している。電力生成部は入力された直流電力を所定の周波数を有する交流電力に変換して電力を生成するものである。電力出力部は電力生成部により生成された電力を外部負荷6に出力するためのものであり、本実施の形態においてはインバータ制御部46からの指示に基づいて動作する。また、インバータ5は、外部負荷6に供給している電力の電圧値や電流値を自己の動作状態としてインバータ制御部46に出力する。
In addition, the
さらに、演算処理部51に接続された操作表示入出力部47は、操作表示器3に着脱可能に接続されている。
Further, the operation display input /
ここで、操作表示器3について説明する。図3に示すように、操作表示器3は、7セグメントLEDやLCD等の表示部61とリセットスイッチ62と表示切替スイッチ(操作手段)63とを有している。表示部61は、風力発電装置の動作状態を文字や数値により表示するように構成されている。尚、動作状態とは、回転速度入力部41により得られる回転支持機構14の回転速度(風速)、発電機電圧検出器38により検出される発電機電圧、蓄電状態検出器39により検出される充電電圧(バッテリ電圧)、その他各部の作動状態等をいう。リセットスイッチ62は、操作表示器3をリセットするためのものである。
Here, the operation indicator 3 will be described. As shown in FIG. 3, the operation indicator 3 includes a
表示切替スイッチ63は、表示部61における動作状態の表示を手動操作で切替え可能に設定する。表示される動作状態には、回転支持機構14の回転速度(図中回転数)と、発電機電圧(図中発電電圧)と、充電電圧(図中バッテリ電圧)と、インバータ5により検出される外部負荷6に供給している電流である負荷電流とがある。これらの動作状態は、表示切替スイッチ63を押下する毎に順に切替わって表示部61に表示される。尚、図3においては、発電機電圧が表示されている。また、外部負荷6への100V出力が確保されていることを示している(図中100V出力)。
The
また、表示切替スイッチ63は、常にインバータ5の出力を維持させる標準モード(モード0)と、回転支持機構14の回転速度が設定値以下となったときに、インバータ制御部46によりインバータ5の出力を停止させる節電モード(モード1)と回転支持機構14の回転速度が設定値以下となって一定時間経過した後に、インバータ制御部46によりインバータ5の出力を停止させるインターバル節電モード(モード2)とを手動操作で切替え可能に設定するものである。表示切替スイッチ63を5秒間以上長押しすることにより各モードが順に切替わる。設定された内容は、図示しない記憶部に記憶される。
In addition, the
また、操作表示器3は、図示しない演算部や記憶部等を備えた制御部を有している。制御部は、操作表示器3自体を制御する機能に加えて、コントローラ2との通信機能をプログラムの形態で有している。尚、操作表示器3における各機能は、プログラムのソフトウエア的形態に代えてハードウエア的形態で形成されていても良い。
Further, the operation display 3 has a control unit including a calculation unit, a storage unit, and the like (not shown). The control unit has a function of communicating with the
また、コントローラ2の演算処理部51においても、図示しない演算部や記憶部を有しており、風力発電装置を制御する各種の機能をプログラムの形態で有している。尚、各機能は、プログラムのソフトウエア的形態に代えてハードウエア的形態で形成されていても良い。
The
即ち、演算処理部51は、補助充電処理機能や異常運転制動機能、回転増速機能、低電圧充電機能、バッテリ保護機能等を有している。補助充電処理機能は、蓄電状態検出器39により検出された充電電圧を監視し、充電電圧が第1所定値未満となったときに、補助充電器7によるバッテリ4への補助電力の充電を許可する機能である。異常運転制動機能は、正常運転時に短絡制動装置21の短絡用リレー22に通電して開状態とすることにより発電機19の交流電力をブリッジダイオード33に供給可能にし、異常運転により通電が停止したときに発電機19の出力を短絡させることにより発電機19に制動力を発生させる機能である。回転増速機能は、風力の低下により回転支持機構14の回転速度が第2所定値未満となったときに、回転軸クラッチ16の連結状態を解放して第1回転軸部材15のみを回転自在にし、第1回転軸部材15の回転速度が一定以上にまで増速したときに回転軸クラッチ16の連結状態を回復させる機能である。低電圧充電機能は、回転支持機構14の回転速度が第3所定値以上のときは充電制御部36をON状態とOFF状態とに切替える充電制御を行い、回転速度が第3所定値未満に低下したときに、充電制御部36をON状態に維持する機能である。バッテリ保護機能は、バッテリ4の過放電を防止するための機能であり、記憶部に記憶されている各動作モードに従って、回転支持機構14の回転速度に基づいてインバータ5の電力出力部をON/OFF制御する機能である。
That is, the
上記の構成において、風力発電装置の動作について説明する。
一般的な運転停止時においては、図2に示すように、無励磁作動型の回転軸クラッチ16に対する通電が停止されることによって、回転軸クラッチ16が強固な連結状態とされる。これにより、回転支持機構14の第1回転軸部材15と第2回転軸部材17とが回転軸クラッチ16により一体化される。また、短絡制動装置21の短絡用リレー22に対する通電が停止されることによって、発電機19が短絡状態にされる。これにより、発電機19の作動に大きな負荷を要する状態にされる。この結果、風により大きな回転駆動力が回転支持機構14に付与された場合でも、回転支持機構14が発電機19を高速で回転させて作動させる程、大きな負荷が回転支持機構14の回転に対する制動力として作用することによって、回転支持機構14の高速の回転が禁止される。
In the above configuration, the operation of the wind turbine generator will be described.
When the general operation is stopped, as shown in FIG. 2, the energization of the non-excitation operation type
さらに、強風時や点検時等のように特別の運転停止時においては、停止装置20におけるブレーキ力を発生させる。そして、回転支持機構14の第2回転軸部材17を固定することによって、回転支持機構14の回転を完全に停止させる。
Furthermore, the brake force in the
次に、運転時においては、必要に応じて操作表示器3がコントローラ2に接続された後、コントローラ2および操作表示器3に電源が投入される。コントローラ2においては、回転軸クラッチ16に通電を開始する。これにより、回転軸クラッチ16の連結状態が解除され、第1回転軸部材15が第2回転軸部材17から切り離される。この結果、第1回転軸部材15が第2回転軸部材17に対して回転自在な状態になるため、風車羽根12に弱い風が当たっただけでも、第1回転軸部材15が急速に回転速度を増大させることが可能になる。また、短絡制動装置21に通電されることによって、発電機19の短絡状態が解除され、発電機19で発電された交流電力がコントローラ2に供給可能にされる。一方、操作表示器3においては、制御部31の動作状態、即ち、例えば第1回転軸部材15の回転速度が数値等で表示される。
Next, during operation, the operation indicator 3 is connected to the
次に、コントローラ2は、演算処理部51において補助充電処理機能や異常運転制動機能、回転増速機能、低電圧充電機能、バッテリ保護機能等を発揮するように動作する。
Next, the
(回転増速機能)
具体的には、第1回転軸部材15の回転速度が監視される。そして、回転速度が第2所定値に一定値を加えた回転速度以上となったときに、回転軸クラッチ16への通電が停止されることにより回転軸クラッチ16の連結状態が回復される。この結果、第1回転軸部材15のイナーシャが働くことによって、第1回転軸部材15と第2回転軸部材17との一体化した回転支持機構14が比較的に高速で回転する。そして、この回転支持機構14の回転駆動力が発電機19を作動させ、高電圧の交流電力がコントローラ2に供給される。
(Rotation speed increasing function)
Specifically, the rotational speed of the first
また、風が弱い場合は、発電機19を作動させるときの負荷により回転支持機構14の回転速度が減少する。回転速度が第2所定値未満に減少したときは、回転軸クラッチ16の通電が再開され、回転軸クラッチ16の連結状態を解放して第1回転軸部材15のみが回転自在にされる。そして、弱い風でも第1回転軸部材15が短時間で増速可能な状態とされ、回転速度が一定以上にまで増速したときに、回転軸クラッチ16の連結状態が回復されることによって、発電機19の発電が再開される。これにより、弱い風の場合でも、間欠的に高電圧の交流電力をコントローラ2に供給することができる。
In addition, when the wind is weak, the rotation speed of the
(低電圧充電機能)
上記のようにしてコントローラ2に供給された交流電力は、ブリッジダイオード33において全波整流された後、充電コンデンサ34、ダイオード35およびコイル37からなる平滑回路で平滑化され、バッテリ4に充電される。そして、バッテリ4に充電された電力がコントローラ2の電源として利用されると共に、インバータ5において交流電力に変換された後、外部負荷6の電源として利用される。
(Low voltage charging function)
The AC power supplied to the
この際、バッテリ4に充電される充電電圧および充電電流は、充電制御部36により制御されている。即ち、回転支持機構14の回転速度が第3所定値以上のときは、バッテリ4の定格電圧に対して大幅に高圧な充電電圧で充電されると判断され、充電電圧を低下させるように充電制御部36をON状態とOFF状態とに切替える充電制御が行われる。一方、回転速度が第3所定値未満に低下したときは、バッテリ4の定格電圧に近い充電電圧で充電されると判断され、大きな充電電流でバッテリ4の充電を行うように、充電制御部36をON状態に維持する充電制御が行われる。
At this time, the charging voltage and charging current charged in the battery 4 are controlled by the charging
(補助充電処理機能)
また、バッテリ4への充電中においては、蓄電状態検出器39により検出された充電電圧が監視される。充電電圧が第1所定値未満となったときに、補助充電器7によるバッテリ4への補助電力の充電が許可される。
(Auxiliary charging processing function)
Further, during charging of the battery 4, the charging voltage detected by the storage state detector 39 is monitored. When the charging voltage becomes less than the first predetermined value, charging of auxiliary power to the battery 4 by the auxiliary charger 7 is permitted.
(異常運転制動機能)
また、図2に示すように、風力発電装置が正常に運転されている場合には、短絡制動装置21の短絡用リレー22が通電により開状態にされている。そして、発電機19の交流電力がブリッジダイオード33等の整流部32に供給され、バッテリ4への充電が行われる。一方、部品の消耗や破損等の異常によりコントローラ2が緊急停止した場合には、風力発電装置本体1等に出力中の全ての信号出力が停止する。この結果、短絡制動装置21の短絡用リレー22への通電が停止されるため、発電機19が短絡状態にされる。
(Abnormal driving braking function)
Further, as shown in FIG. 2, when the wind turbine generator is operating normally, the short-
また、回転軸クラッチ16に対する通電が停止されると、回転軸クラッチ16が無励磁作動型であるため、クラッチ板16a・16a同士が強固な連結状態とされる。これにより、回転支持機構14の第1回転軸部材15と第2回転軸部材17とが回転軸クラッチ16により一体化される。そして、短絡状態の発電機19による大きな負荷により回転支持機構14の回転速度が急速に減速される。
When the energization of the
(バッテリ保護機能)
また、上述のようにバッテリ保護機能には標準モード、節電モード、及びインターバル節電モードの3つのモードがあり、これらは操作表示器3の表示切替スイッチ63により設定されて記憶部に記憶されている。バッテリ保護機能が標準モード(モード0)に設定されていれば、常にインバータ5の出力を維持させる。尚、バッテリ4が過放電した状態では、インバータ5の出力は停止する。節電モード(モード1)に設定されていれば、回転支持機構14の回転速度が設定値(例えば、50rpm)以下のときには、インバータ制御部46によりインバータ5の出力を停止させる。インターバル節電モード(モード2)に設定されていれば、回転支持機構14の回転速度が設定値(例えば、50rpm)以下且つ所定の時間(例えば、1時間)が経過しているときには、インバータ制御部46によりインバータ5の出力を停止させる。そして、節電モード及びインターバル節電モードにおいては、インバータ5の出力を停止した後に、一定の風力により回転支持機構14の回転速度(例えば50rpm)以上で所定の時間(例えば、5分間)維持されることにより再びインバータ5の出力を開始する。尚、バッテリ4が満充電のときには、常にインバータ5の出力は維持される。また、ここで回転支持機構14の回転速度は、発電機19が発電する電力の電圧基準として検出されている。従って回転支持機構14の回転速度ではなく、発電機電圧を検出するようにしてもよいし、充電電圧を検出するようにしてもよい。
(Battery protection function)
In addition, as described above, the battery protection function has three modes: the standard mode, the power saving mode, and the interval power saving mode, which are set by the
次にバッテリ保護機能の動作手順について図4のフローチャートを参照して説明する。ステップS101に移行し、回転速度検出器18により回転支持機構14の回転速度を検出する。バッテリ4の充電電圧は回転支持機構14の回転速度により決定される。その後、ステップS102に移行し、回転支持機構14の回転速度が0〜50rpmの状態で1時間以上経過したか否かを判断する。回転支持機構14の回転速度が0〜50rpmの状態で1時間以上経過していないと判断した場合には(S102:NO)、再びステップS101に移行して以上の処理を繰り返す。回転支持機構14の回転速度が0〜50rpmの状態で1時間以上経過していないと判断した場合には(S102:YES)、ステップS103に移行する。
Next, the operation procedure of the battery protection function will be described with reference to the flowchart of FIG. In step S101, the
ステップS103において、記憶部に設定されているモードが標準モード(モード0)か否かを判断する。設定されているモードが標準モード(モード0)であると判断した場合には(S102:YES)、そのままインバータ5の出力を維持して再びステップS101に移行する。設定されているモードが標準モード(モード0)でないと判断した場合には(S102:NO)、ステップS104に移行し、設定されているモードが節電モード(モード1)か否かを判断する。設定されているモードが節電モード(モード1)であると判断した場合には(S104:YES)、ステップS106に移行し、直ちにインバータ5の出力を停止する。設定されているモードが節電モード(モード1)でないと判断した場合には(S104:NO)、インターバル節電モード(モード2)と判断してステップS105に移行し、所定時間インターバルを置く。その後、ステップS106に移行してインバータ5の出力を停止する。 In step S103, it is determined whether or not the mode set in the storage unit is the standard mode (mode 0). If it is determined that the set mode is the standard mode (mode 0) (S102: YES), the output of the inverter 5 is maintained as it is, and the process proceeds to step S101 again. If it is determined that the set mode is not the standard mode (mode 0) (S102: NO), the process proceeds to step S104, and it is determined whether the set mode is the power saving mode (mode 1). When it is determined that the set mode is the power saving mode (mode 1) (S104: YES), the process proceeds to step S106, and the output of the inverter 5 is immediately stopped. When it is determined that the set mode is not the power saving mode (mode 1) (S104: NO), it is determined as the interval power saving mode (mode 2), the process proceeds to step S105, and a predetermined time interval is set. Then, it transfers to step S106 and the output of the inverter 5 is stopped.
その後、ステップS107に移行し、回転支持機構14の回転速度が50rpm以上の状態で5分間以上経過したか否かを判断する。回転支持機構14の回転速度が50rpm以上の状態で5分間以上経過したと判断した場合には(S107:YES)、ステップS110に移行する。回転支持機構14の回転速度が50rpm以上の状態で5分間以上経過していないと判断した場合には(S107:NO)、ステップS108に移行し、ユーザがリセット動作を行ったか否かを判定する。ここでリセット動作とは、操作表示器3のリセットスイッチ62を押す動作である。ユーザがリセット動作を行っていないと判断した場合には(S108:NO)、再びステップS107に移行する。ユーザがリセット動作を行ったと判断した場合には(S108:YES)、ステップS110に移行する。ステップS110においては、動作モードをモード0に設定してインバータ5の出力をONにする。その後、再びステップS101に移行する。
Thereafter, the process proceeds to step S107, and it is determined whether or not 5 minutes or more have elapsed with the rotation speed of the
ここで、外部負荷6の各種機器は、風力発電装置のコントローラ2や外部負荷6の冷蔵庫等の電動機器、電灯やエアコン等の光熱機器等を含むものである。自然エネルギーは、風力、太陽電池、水力、波力等の自然界に存在するエネルギーを含むものである。
Here, the various devices of the external load 6 include an electric device such as a
以上説明した実施の形態においては、バッテリ保護機能により、発電機19が生成する電力の電圧が十分でないときに電力の出力を停止することができるため、バッテリ4の過放電を防止することができる。これによりバッテリ4を保護することができる。
In the embodiment described above, the battery protection function can stop the output of the power when the voltage of the power generated by the
また、本実施の形態においては、回転速度検出器18により回転支持機構14の回転速度を検出しているため、発電機19により生成される電力を容易且つ安価に検出することができる。
In the present embodiment, since the
さらに、本実施の形態は、風力で回転支持機構14を回転させて発電機19に発電させる風力発電のシステムであるが、このような生成される電力が不安定な風力発電においても、バッテリ4の過放電を防止することができる。
Further, the present embodiment is a wind power generation system that causes the
加えて、本実施の形態においては、インバータ制御部46によりインバータ5が備える電力出力部を制御するため、別途出力手段を備える必要がなくなる。
In addition, in the present embodiment, since the power output unit included in the inverter 5 is controlled by the
また、本実施の形態は、バッテリ保護機能のインターバル節電モード(モード2)においては、回転支持機構14の回転速度が低下した後に所定の時間が経過してから外部負荷6に対する電力の出力を停止させるため、ユーザが電力の出力の停止に対して備えることができる。
In the present embodiment, in the interval power saving mode (mode 2) of the battery protection function, output of electric power to the external load 6 is stopped after a predetermined time has elapsed after the rotation speed of the
さらに、本実施の形態においては、表示切替スイッチ63を備えて、バッテリ保護機能の各モードを容易に切替操作することができるため、状況に応じて柔軟に対応することができる。
Further, in the present embodiment, since the
加えて、本実施の形態においては、表示部61に回転支持機構14の回転速度、発電機電圧、充電電圧、及び負荷電流を表示することができるため、ユーザが容易に動作状態を確認することができる。
In addition, in the present embodiment, since the rotation speed of the
本実施の形態では、バッテリ保護機能の節電モード又はインターバル節電モードにおいて、バッテリ4が満充電されていないときに、回転支持機構14の回転速度から求められる発電機電圧に基づいてインバータ5の出力を停止するか否かを判断する構成であるが、バッテリ4に蓄電されている電力量の変化に基づいてインバータ5の出力を停止するか否かを判断する構成でもよい。これによると、バッテリ4の過放電を防止しつつ、外部負荷6に安定した電力を供給することができる。
In the present embodiment, when the battery 4 is not fully charged in the power saving mode or interval power saving mode of the battery protection function, the output of the inverter 5 is calculated based on the generator voltage obtained from the rotation speed of the
本発明を好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明はその趣旨を超えない範囲において変更が可能である。即ち、本実施の形態においては、風力を利用して回転支持機構14を回転させることにより電力を得る風力発電を行うための構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、回転支持機構14を水力等の他のエネルギーで回転させる構成でもよいし、回転支持機構14を備えない太陽電池等で電力を得る発電機を備える構成でもよい。
Although the present invention has been described based on a preferred embodiment, the present invention can be modified within a range not exceeding the gist thereof. That is, in the present embodiment, it is a configuration for performing wind power generation that obtains electric power by rotating the
また、本実施の形態においては、インバータ5を備え、インバータ5の電力出力部を制御することによりこれに接続された外部負荷6に電力を供給する構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、電力出力部を別に備える構成でもよい。このときインバータを介さず電力出力部から外部負荷に電力を直接供給してもよい。 In the present embodiment, the inverter 5 is provided, and the power output unit of the inverter 5 is controlled to supply power to the external load 6 connected thereto. However, the present invention is limited to such a configuration. However, the power output unit may be provided separately. At this time, power may be directly supplied from the power output unit to the external load without using an inverter.
さらに、本実施の形態においては、バッテリ保護機能として標準モードやインターバル節電モードを備え、これらのモードを選択的に実行することができる構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、これらのいずれかのモードを備えない構成でもよいし、節電モードのみを実行する構成でもよい。 Furthermore, in the present embodiment, the battery protection function includes a standard mode and an interval power saving mode, and these modes can be selectively executed. However, the present invention is not limited to such a configuration. A configuration without any of these modes may be used, or a configuration in which only the power saving mode is executed may be used.
加えて、本実施の形態においては、操作表示器3に表示部61を備え、各動作状態が表示される構成であるが、このような構成に限定されるものではなく他の動作状態を表示するようにしてもよいし、全ての動作状態を表示しないようにしてもよい。
In addition, in the present embodiment, the operation indicator 3 includes the
また、本実施形態における各機能を実現するプログラムは、記憶部のROMに予め読み出し専用に書き込まれていても良いし、CD等の記録媒体に記録されたものが必要時に読み出されて記憶部に書き込まれても良いし、さらにはインターネット等の電気通信回線を介して伝送されて記憶部に書き込まれても良い。 In addition, the program for realizing each function in the present embodiment may be written in a read-only manner in the ROM of the storage unit in advance, or a program recorded on a recording medium such as a CD may be read out when necessary and stored in the storage unit. Or may be transmitted via a telecommunication line such as the Internet and written to the storage unit.
本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。 Although the present invention has been described in the preferred embodiments above, the present invention is not so limited. It will be understood that various other embodiments may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Furthermore, in this embodiment, although the effect | action and effect by the structure of this invention are described, these effect | actions and effects are examples and do not limit this invention.
1 風力発電装置本体
2 コントローラ
3 操作表示器
4 バッテリ
5 インバータ
6 外部負荷
7 補助充電器
11 風車
12 風車羽根
13 旋回支持部材
14 回転支持機構
15 第1回転軸部材
16 回転軸クラッチ
17 第2回転軸部材
18 回転速度検出器
19 発電機
20 停止装置
31 制御部
32 整流部
33 ブリッジダイオード
34 充電コンデンサ
35 ダイオード
36 充電制御部
37 コイル
38 発電機電圧検出器
39 蓄電状態検出器
41 入力部
42 クラッチ駆動部
43 短絡駆動部
44 補助充電作動部
45 充電制御駆動部
46 インバータ制御部
47 操作表示入出力部
61 表示部
62 リセットスイッチ
63 表示切替えスイッチ
71 電源
80 補助充電器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wind power generator
Claims (10)
前記発電手段により生成された電力を蓄電する蓄電手段と、
前記蓄電手段に蓄電された電力を外部の外部負荷に対して出力し、又は出力を停止する出力手段と、
前記発電手段により生成されている電力の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記出力手段を制御する制御手段とを備えており、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧が所定の値以下であるときに、前記出力制御手段により前記外部負荷に対する電力の出力を停止することを特徴とする発電装置。 Power generation means for generating electric power;
Power storage means for storing power generated by the power generation means;
Output power stored in the power storage means to an external load, or output means for stopping the output;
Voltage detection means for detecting the voltage of the power generated by the power generation means;
Control means for controlling the output means,
The control means stops the output of electric power to the external load by the output control means when the voltage detected by the voltage detection means is not more than a predetermined value.
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧が所定の値以下であるとき、且つ前記蓄電検出手段により検出された電力量が所定の値以下であるときに、前記出力制御手段により前記外部負荷に対する電力の出力を停止することを特徴とする請求項1に記載の発電装置。 A power storage detecting means for detecting the amount of power stored in the power storage means;
When the voltage detected by the voltage detection means is less than or equal to a predetermined value and when the amount of power detected by the power storage detection means is less than or equal to a predetermined value, the control means The power generation apparatus according to claim 1, wherein output of electric power to an external load is stopped.
前記電圧検出手段は、前記回転軸の回転数に基づいて電圧を検出することを特徴とする請求項1又は2に記載の発電装置。 The power generation means generates electric power by converting kinetic energy that rotates the rotating shaft into electric power,
The power generation apparatus according to claim 1, wherein the voltage detection unit detects a voltage based on a rotation speed of the rotation shaft.
前記出力手段は、前記インバータに含まれていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の発電装置。 An inverter that converts the electric power stored by the electric storage means into electric power having a specific wavelength and outputs the electric power to the external device;
The power generation apparatus according to claim 1, wherein the output unit is included in the inverter.
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された動作内容に基づいて、前記電圧検出手段により検出されている電圧が所定の値以下であるときに、前記外部負荷に対する電力の出力を停止するか否かを選択的に行なうことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の発電装置。 A storage means for storing the operation content of the control means;
Whether the control means stops output of electric power to the external load when the voltage detected by the voltage detection means is not more than a predetermined value based on the operation content stored in the storage means. The power generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the power generator is selectively performed.
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