JP4474899B2 - 発電装置 - Google Patents

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。

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。

特開２００３−２１０４６号公報

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。

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。

課題を解決するための手段及び効果

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（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。

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（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。

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。

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。

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。

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）、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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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、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。

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、バッテリ保護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、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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施の形態である風力発電装置のブロック図である。 図１に示す風力発電装置の全体構成を示す説明図である。 図１に示す操作表示器３の外観図である。 図１に示す制御部によるバッテリ保護機能の動作手順を示すフローチャートである。

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 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

Claims (10)

1. 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ことを特徴とする発電装置。
2. 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、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。
3. 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、
   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。
4. 前記発電手段の回転軸が風力で回転させられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電装置。
5. 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おり、
   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。
6. 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を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発電装置。
7. 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おり、
   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。
8. 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ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の発電装置。
9. 前記発電手段により生成される電力、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さらに備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の発電装置。
10. 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さらに備えていることを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載の発電装置。

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