JP2005130651A - 電源装置およびそれを備えた風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 充電電圧が大きく変化した場合でも、効率良くバッテリへの充電を行う。
【解決手段】 充電した電力が各種機器の作動に使用されるバッテリ４と、自然エネルギーを電気エネルギーに変換し、電気エネルギーからなる電力をバッテリ４に供給して充電する発電機１９や整流部３２等の充電手段と、充電手段からバッテリ４への電力の供給と停止とを切替え可能な充電制御部３６と、バッテリ４に電力が充電されるときの充電電圧が第３所定値以上であれば、電力の供給と停止とを繰り返し、充電電圧が第３所定値未満であれば、電力の供給を継続するように充電制御部３６を制御する充電制御駆動部４５等の充電切替制御手段とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、風力エネルギー等の自然エネルギーを電気エネルギーに変換して各種機器の電力とする電源装置およびそれを備えた風力発電装置に関するものである。

例えば特許文献１に示されているように、風力発電装置は、風力による運動エネルギーを電気エネルギーからなる電力に変換し、この電力をバッテリに充電しながら電灯等の各種機器の電源とする発電装置を備えることによって、風の有無や変化に左右されない安定した電力を供給可能になっている。

特開２００３−２８４３９３号公報

しかしながら、バッテリへの充電時においては、風力の変化により充電電圧（発電電圧）が大きく変動している。例えば強風時においては、高電圧の充電電圧により充電が行われる一方、弱風時においては、低電圧の充電電圧により充電が行われる。この結果、従来においては、大きく変動する充電電圧によりバッテリへの充電が行われるため、充電効率が低いという問題がある。

そこで、本発明は、風力の変化により充電電圧が大きく変化した場合でも、効率良くバッテリへの充電を行うことができることを課題とする。

本発明は、充電した電力が各種機器の作動に使用される蓄電手段と、自然エネルギーを電気エネルギーに変換し、該電気エネルギーからなる電力を前記蓄電手段に供給して充電する充電手段と、前記充電手段から前記蓄電手段への電力の供給と停止とを切替え可能な充電切替手段と、前記蓄電手段に電力が充電されるときの充電電圧が所定値以上であれば、前記電力の供給と停止とを繰り返し、前記充電電圧が所定値未満であれば、前記電力の供給を継続するように前記充電切換手段を制御する充電切替制御手段とを有する。

上記の構成によれば、大きな自然エネルギーにより蓄電手段への充電電圧が所定値以上であるときは、蓄電手段への電力の供給と停止とが繰り返されることによって、高い充電電圧下において充電電流が絞られながら蓄電手段への充電が行われる。一方、小さな自然エネルギーにより蓄電手段への充電電圧が所定値未満であるときは、蓄電手段への電力の供給が継続されることによって、低い充電電圧下において可能な限り大きな充電電流により蓄電手段への充電が行われる。これにより、自然エネルギーが増減することにより充電電圧が大きく変化する場合であっても、蓄電手段の充電を効率良く行うことができる。

また、本発明は、充電した電力が各種機器の作動に使用される蓄電手段と、自然エネルギーを電気エネルギーに変換し、該電気エネルギーからなる電力を前記蓄電手段に供給して充電する充電手段と、前記充電手段から前記蓄電手段への電力の供給と停止とを切替え可能な充電切替手段と、前記蓄電手段に電力が充電されるときの充電電圧に対応した停止時間間隔で前記電力の供給と停止との切替えを行うように前記充電切替手段を制御する充電切替制御手段とを有する。

上記の構成によれば、大きな自然エネルギーにより蓄電手段への充電電圧が高くなると、停止時間間隔の拡大により供給時間が短くなるため、充電電流が絞られながら蓄電手段への充電が行われる。一方、小さな自然エネルギーにより蓄電手段への充電電圧が低くなると、停止時間間隔の減少により供給時間が長くなるため、低い充電電圧下において可能な限り大きな充電電流により蓄電手段への充電が行われる。これにより、自然エネルギーが増減することにより充電電圧が大きく変化する場合であっても、蓄電手段の充電を効率良く行うことができる。

また、本発明は、充電した電力が各種機器の作動に使用される蓄電手段と、自然エネルギーを電気エネルギーに変換し、該電気エネルギーからなる電力を前記蓄電手段に供給して充電する充電手段と、前記充電手段から前記蓄電手段への電力の供給と停止とを切替え可能な充電切替手段と、前記蓄電手段に電力が充電されるときの充電電圧が所定値以上であれば、前記充電電圧の大きさに対応した停止時間間隔で前記電力の供給と停止との切替えを繰り返し、前記充電電圧が所定値未満であれば、前記電力の供給を継続するように前記充電切換手段を制御する充電切替制御手段とを有する。

上記の構成によれば、蓄電手段への充電電圧が所定値以上であるときは、蓄電手段への電力の供給と停止とが繰り返されることによって、高い充電電圧下において充電電流が絞られながら蓄電手段への充電が行われる。一方、蓄電手段への充電電圧が所定値未満であるときは、蓄電手段への電力の供給が継続されることによって、低い充電電圧下において可能な限り大きな充電電流により蓄電手段への充電が行われる。

さらに、蓄電手段への充電電圧が所定値以上である条件下で充電電圧が高くなると、停止時間間隔の拡大により供給時間が短くなるため、充電電流が絞られながら蓄電手段への充電が行われる。一方、蓄電手段への充電電圧が所定値以上である条件下で蓄電手段への充電電圧が低くなると、停止時間間隔の減少により供給時間が長くなるため、低い充電電圧下において可能な限り大きな充電電流により蓄電手段への充電が行われる。これにより、自然エネルギーが増減することにより充電電圧が大きく変化する場合であっても、蓄電手段の充電を効率良く行うことができる。

また、本発明は、前記充電切替制御手段が前記自然エネルギーの大きさに基づいて前記充電電圧を求める。これにより、容易に充電電圧を求めることができる。

また、本発明は、上記の構成を有した電源装置を備えた風力発電装置である。これにより、自然環境の変化に影響を受け易い風力発電装置を効率良く運転することができる。

本発明によれば、充電電圧が大きく変化した場合でも、効率良くバッテリへの充電を行うことができるという利点がある。

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。

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。

上記の第１回転軸部材１５には、回転速度検出器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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ＯＮ／ＯＦＦ駆動部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。

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、図３に示すように、１ボードに実装されていたり、筐体内に納められることにより一体化されている。補助充電器７には、電源入力端子７ａと電源出力端子７ｂと信号入力端子７ｃとが設けられている。電源入力端子７ａには、商業用や工業用の電源７１が着脱可能に接続されている。電源出力端子７ｂには、バッテリ４が着脱可能に接続されている。信号入力端子７ｃには、補助充電作動部４４が着脱可能に接続されている。

上記の電源入力端子７ａには、トランス７２の1次側コイル部７２ａが接続されている。トランス７２の２次側コイル部７２ｂには、定電流化のコンデンサ７３と、交流状態に変化する電圧を全波整流するブリッジダイオード７４とが設けられている。そして、ブリッジダイオード７４は、カソード側が電源出力端子７ｂを介してバッテリ４の正電極側に接続され、アノード側が電源出力端子７ｂを介してバッテリ４の負電極側に接続されている。これにより、補助充電器７は、電源７１からの交流電力をトランス７２で所定の電圧に変化させた後、バッテリ４を充電する機能を有している。

また、補助充電器７は、補助電源リレー７５を備えている。補助電源リレー７５は、１次側コイル部７２ａの電流路の一部を構成するように設けられたスイッチ部７５ａと、このスイッチ部７５ａを開閉するコイル部７５ｂとを有している。スイッチ部７５ａは、コイル部７５ｂへの通電時に開状態となるように設定されている。また、コイル部７５ｂは、信号入力端子７ｃを介して補助充電作動部４４に接続されている。これにより、補助充電器７は、補助充電作動部４４からの作動信号によりバッテリ４への補助充電の実施と停止とを切替えることができる機能を有している。

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１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。

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。

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）を検出する充電電圧検出器３９とを有している。これらの電圧検出器３８・３９は、演算処理部５１に接続されており、検出した電圧をそれぞれ演算処理部５１に出力する。

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ＯＮ／ＯＦＦ駆動部４６は、インバータ５に接続されている。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に出力する出力機能と、インバータＯＮ／ＯＦＦ駆動部４６からの信号により出力機能の作動および停止を切替える機能とを有している。

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。操作表示器３は、７セグメントＬＥＤやＬＣＤ等の表示部６１と表示切替スイッチ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、風速（回転支持機構１４の回転速度）や発電機電圧、充電電圧（バッテリ電圧）、各部の作動状態等をいう。

また、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。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の演算処理部５１に対して所定の動作状態の送信を指示する機能や、演算処理部５１に対してインバータ５の動作をモード切替スイッチで設定されたモードに設定する機能、演算処理部５１が備えた各種機能の実行を選択する機能等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。また、操作表示器３は、バッテリ４の充電電圧が設定値未満となったときにインバータ５の出力を停止させる出力停止モードと、常にインバータ５の出力を維持させる出力維持モードとを手動操作で切替え可能に設定するモード切替スイッチを有していても良い。

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。

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、低電圧充電機能等を有している。補助充電処理機能は、充電電圧検出器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。

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。

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。

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。

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、低電圧充電機能等を発揮するように動作する。

（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。

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。

（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。

この際、図４に示すように、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。

即ち、大きな風力により充電電圧が第３所定値以上であると判断されたときは、バッテリ４への電力の供給（充電制御部３６のＯＮ状態）と停止（充電制御部３６のＯＦＦ状態）とが繰り返される。充電制御部３６のＯＮ状態時においては、図２の充電コンデンサ３４に蓄積された電力に応じた大きな放電電流が充電電流としてバッテリ４に供給される。また、充電制御部３６のＯＦＦ状態時においては、コイル３７とダイオード３５との閉回路に流れる小さな電流が充電電流としてバッテリ４に供給される。この結果、第３所定値以上の高い充電電圧下においては、充電電流が絞られながらバッテリ４への充電が行われる。

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、可能な限り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。

即ち、小さな風力によりバッテリへの充電電圧が所定値未満であると判断されたときは、バッテリ４への電力の供給（充電制御部３６のＯＮ状態）が継続される。そして、ブリッジダイオード３３で整流された全電流が充電電流としてバッテリ４に供給される。この結果、低い充電電圧下において可能な限り大きな充電電流によりバッテリへの充電が行われる。

（補助充電処理機能）
また、図１に示すように、バッテリ４への充電中においては、充電電圧検出器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。

即ち、図３に示すように、充電電圧が第１所定値以上である場合は、補助電源リレー７５への通電によりスイッチ部７５ａが開状態とされることによって、バッテリ４への補助充電が禁止されている。一方、充電電圧が第１所定値未満に低下した場合には、バッテリ４の充電電圧（バッテリ電圧）が大幅に低下したと判断され、補助電源リレー７５への通電が停止される。通電が停止された補助電源リレー７５は、スイッチ部７５ａを開状態から閉状態に切替える。これにより、電源７１からの交流電力がトランス７２に供給され、トランス７２で所定の電圧に変化された後、コンデンサ７３で定電流化された補助電力が生成される。そして、この補助電力によりバッテリ４への補助充電が行われる。尚、バッテリ４への充電電流はＩωＣＥで決まる。ここで、ω＝２πｆであり、Ｃはコンデンサ７３の容量μＦ、Ｅは充電電圧である。また、バッテリ４の充電電圧が極めて低下した結果、コントローラ２が作動しなくなった場合においても、補助電源リレー７５への通電が停止されるため、補助充電器７によるバッテリ４への補助充電が行われる。

（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。

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。

以上のように、本実施形態の電源装置は、充電した電力が各種機器の作動に使用されるバッテリ４（蓄電手段）と、自然エネルギーを電気エネルギーに変換し、電気エネルギーからなる電力をバッテリ４に供給して充電する充電手段（発電機１９、回転支持機構１４、整流部３２）と、充電手段からバッテリ４への電力の供給と停止とを切替え可能な充電制御部３６（充電切替手段）と、バッテリ４に電力が充電されるときの充電電圧が第３所定値以上であれば、電力の供給と停止とを繰り返し、充電電圧が第３所定値未満であれば、電力の供給を継続するように充電制御部３６を制御する充電切替制御手段（充電制御駆動部４５、演算処理部５１の低電圧充電機能）とを有した構成にされている。

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。

上記の構成によれば、大きな自然エネルギーによりバッテリ４への充電電圧が第３所定値以上であるときは、バッテリ４への電力の供給と停止とが繰り返されることによって、高い充電電圧下において充電電流が絞られながらバッテリ４への充電が行われる。一方、小さな自然エネルギーによりバッテリ４への充電電圧が第３所定値未満であるときは、バッテリ４への電力の供給が継続されることによって、低い充電電圧下において可能な限り大きな充電電流によりバッテリ４への充電が行われる。これにより、自然エネルギーが増減することにより充電電圧が大きく変化する場合であっても、バッテリ４の充電を効率良く行うことができる。

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、本実施形態の電源装置における充電切替制御手段は、バッテリ４に電力が充電されるときの充電電圧に対応した停止時間間隔で電力の供給と停止との切替えを行うように充電制御部３６を制御する構成にされていても良い。

上記の構成によれば、大きな自然エネルギーによりバッテリへの充電電圧が高くなると、停止時間間隔の拡大により供給時間が短くなるため、充電電流が絞られながらバッテリ４への充電が行われる。一方、小さな自然エネルギーによりバッテリ４への充電電圧が低くなると、停止時間間隔の減少により供給時間が長くなるため、低い充電電圧下において可能な限り大きな充電電流によりバッテリ４への充電が行われる。これにより、自然エネルギーが増減することにより充電電圧が大きく変化する場合であっても、バッテリの充電を効率良く行うことができる。

また、本実施形態の電源装置における充電切替制御手段は、バッテリ４に電力が充電されるときの充電電圧が第３所定値以上であれば、充電電圧の大きさに対応した停止時間間隔で電力の供給と停止との切替えを繰り返し、充電電圧が第３所定値未満であれば、電力の供給を継続するように充電制御部３６（充電切換手段）を制御する構成にされていても良い。

上記の構成によれば、バッテリ４への充電電圧が第３所定値以上であるときは、バッテリ４への電力の供給と停止とが繰り返されることによって、高い充電電圧下において充電電流が絞られながらバッテリ４への充電が行われる。一方、バッテリ４への充電電圧が第３所定値未満であるときは、バッテリ４への電力の供給が継続されることによって、低い充電電圧下において可能な限り大きな充電電流によりバッテリ４への充電が行われる。

さらに、バッテリ４への充電電圧が第３所定値以上である条件下で充電電圧が高くなると、停止時間間隔の拡大により供給時間が短くなるため、充電電流が絞られながらバッテリ４への充電が行われる。一方、バッテリ４への充電電圧が所定値以上である条件下でバッテリ４への充電電圧が低くなると、停止時間間隔の減少により供給時間が長くなるため、低い充電電圧下において可能な限り大きな充電電流によりバッテリ４への充電が行われる。これにより、自然エネルギーが増減することにより充電電圧が大きく変化する場合であっても、バッテリ４の充電を効率良く行うことができる。

また、本実施形態における電源装置は、充電切替制御手段が自然エネルギーの大きさに基づいて充電電圧を求める構成にされている。これにより、容易に充電電圧を求めることができるようになっている。そして、風力発電装置が上記の各構成を有した電源装置を備えることによって、自然環境の変化に影響を受け易い風力発電装置を効率良く運転することができるようになっている。

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。

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。

風力発電装置のブロック図である。 風力発電装置の全体構成を示す説明図である。 補助充電器のブロック図である。 バッテリに充電される状態を示す説明図である。

符号の説明

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 充電電圧検出器
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ＯＮ／ＯＦＦ駆動部
４７ 操作表示入出力部
６１ 表示部
６３ 表示切替えスイッチ
６４ 通信ケーブル
７１ 電源

Claims (5)

1. 充電した電力が各種機器の作動に使用される蓄電手段と、
   自然エネルギーを電気エネルギーに変換し、該電気エネルギーからなる電力を前記蓄電手段に供給して充電する充電手段と、
   前記充電手段から前記蓄電手段への電力の供給と停止とを切替え可能な充電切替手段と、
   前記蓄電手段に電力が充電されるときの充電電圧が所定値以上であれば、前記電力の供給と停止とを繰り返し、前記充電電圧が所定値未満であれば、前記電力の供給を継続するように前記充電切換手段を制御する充電切替制御手段と
   を有することを特徴とする電源装置。
2. 充電した電力が各種機器の作動に使用される蓄電手段と、
   自然エネルギーを電気エネルギーに変換し、該電気エネルギーからなる電力を前記蓄電手段に供給して充電する充電手段と、
   前記充電手段から前記蓄電手段への電力の供給と停止とを切替え可能な充電切替手段と、
   前記蓄電手段に電力が充電されるときの充電電圧に対応した停止時間間隔で前記電力の供給と停止との切替えを行うように前記充電切替手段を制御する充電切替制御手段と
   を有することを特徴とする電源装置。
3. 充電した電力が各種機器の作動に使用される蓄電手段と、
   自然エネルギーを電気エネルギーに変換し、該電気エネルギーからなる電力を前記蓄電手段に供給して充電する充電手段と、
   前記充電手段から前記蓄電手段への電力の供給と停止とを切替え可能な充電切替手段と、
   前記蓄電手段に電力が充電されるときの充電電圧が所定値以上であれば、前記充電電圧の大きさに対応した停止時間間隔で前記電力の供給と停止との切替えを繰り返し、前記充電電圧が所定値未満であれば、前記電力の供給を継続するように前記充電切換手段を制御する充電切替制御手段と
   を有することを特徴とする電源装置。
4. 前記充電切替制御手段は、
   前記自然エネルギーの大きさに基づいて前記充電電圧を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
5. 請求項１ないし３の何れか１項に記載の電源装置を備えたことを特徴とする風力発電装置。

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