專利名稱：風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
以往，風(fēng)力發(fā)電裝置有各種各樣的形式，并且對(duì)應(yīng)其形式分別具有不同的特性。例如，如果按支撐風(fēng)車的軸的安裝方向來分類的話，可分為其軸的安裝方向是垂直的垂直軸型、和其軸的安裝方向是水平的水平軸型。在垂直軸型中有savonius型、darius型等，在水平軸型中有螺旋槳型等。
此外，如果按照以作為使風(fēng)車旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩的阻力或者升力中的哪一種起主導(dǎo)作用來進(jìn)行分類的話，可以將風(fēng)車裝置分為形狀上是以阻力為主的阻力型、形狀上是以升力為主的升力型、在形狀上阻力和升力產(chǎn)生同程度作用的阻力/升力并用型。例如，上述的savonius型就屬于阻力型，上述的darius型、螺旋槳型屬于升力型。
阻力型風(fēng)車具有的優(yōu)點(diǎn)是，例如，即使在稱為微風(fēng)的低速風(fēng)中，風(fēng)車也可良好地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，由此即使風(fēng)速很低也可以發(fā)電，但是其也具有明顯的缺點(diǎn)，即，如果要進(jìn)行大功率發(fā)電，則在結(jié)構(gòu)上要求裝置的大型化，所以不具有經(jīng)濟(jì)性。
此外，阻力型風(fēng)車會(huì)導(dǎo)致以下的問題即，如果為了使風(fēng)車能夠在低風(fēng)速中開始旋轉(zhuǎn)而增大旋翼面積，則在強(qiáng)風(fēng)時(shí)，從旋翼的旋轉(zhuǎn)方向吹來的風(fēng)力就會(huì)成為減速阻力，而且旋翼的面積增加，該減速阻力大，由此發(fā)電效率會(huì)降低。
對(duì)此，升力型風(fēng)車具有的優(yōu)點(diǎn)是，在結(jié)構(gòu)上不僅適用于小功率發(fā)電，而且也容易適用于大功率發(fā)電，不僅如此，例如，根據(jù)不同情況，即使是小型的升力型風(fēng)車，在12.5米/秒的風(fēng)速下也可發(fā)出功率為400W的電力。
然而，升力型風(fēng)車具有如下的問題，作為能夠使風(fēng)車為了發(fā)電而開始旋轉(zhuǎn)的風(fēng)速的旋轉(zhuǎn)起始風(fēng)速必須是高速的風(fēng)力，由于風(fēng)車具有這樣的特性，所以升力型風(fēng)車在低速風(fēng)中是不能旋轉(zhuǎn)的，因此不能夠取得良好的發(fā)電效率。
此外，升力型風(fēng)車與阻力型風(fēng)車一樣，如果為了在低風(fēng)速的條件下能夠開始旋轉(zhuǎn)而加大相對(duì)風(fēng)向的旋翼的仰角角度，則在強(qiáng)風(fēng)時(shí)阻力作用會(huì)加強(qiáng)，對(duì)風(fēng)車的旋轉(zhuǎn)形成阻力，從而導(dǎo)致風(fēng)車的旋轉(zhuǎn)效率降低。
但是，為了解決上述升力型風(fēng)車的問題而公開了如下方法，在風(fēng)車上設(shè)置旋翼角度的調(diào)節(jié)功能，利用該調(diào)節(jié)功能，與以往的旋翼角度固定型的風(fēng)車相比，即使在低的風(fēng)速的情況下也可以開始旋轉(zhuǎn)(例如，參考專利文獻(xiàn)1)。
特開8-322297號(hào)「風(fēng)力發(fā)電裝置」(摘要、代表性附圖)然而，近年來從保護(hù)地球環(huán)境的觀點(diǎn)來看，對(duì)小型的風(fēng)力發(fā)電裝置的期望正在不斷升高，在那樣的小型風(fēng)力發(fā)電裝置中，由于裝有旋翼角度調(diào)節(jié)功能而會(huì)導(dǎo)致裝置成本升高，而與本來所期望的通過實(shí)現(xiàn)小型化來降低成本的出發(fā)點(diǎn)背道而馳，因此不能認(rèn)為是一種最佳的風(fēng)力發(fā)電裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一課題是提供一種可以抑制強(qiáng)風(fēng)時(shí)的噪音或振動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電裝置。
本發(fā)明的第二課題是提供一種可以在強(qiáng)風(fēng)時(shí)控制轉(zhuǎn)速，同時(shí)維持發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電裝置。
本發(fā)明的第三課題是提供一種可以在強(qiáng)風(fēng)時(shí)控制轉(zhuǎn)速，同時(shí)維持發(fā)電，并且可以將蓄電池的充放電電流的變化抑制到最小限度的風(fēng)力發(fā)電裝置。
本發(fā)明的第四課題是提供一種帶有起動(dòng)輔助功能的風(fēng)力發(fā)電裝置，即使風(fēng)速很低也可以開始旋轉(zhuǎn)，該起動(dòng)輔助功能可適用于小型化，并且能進(jìn)一步節(jié)省起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)時(shí)的電源功率。
本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置之一，其特征在于，具有永磁鐵式發(fā)電機(jī)，與借助風(fēng)力向正方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)翼的旋轉(zhuǎn)軸連動(dòng)來進(jìn)行發(fā)電；起動(dòng)輔助單元，通過把該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)，來實(shí)施使上述旋轉(zhuǎn)軸向正方向旋轉(zhuǎn)的起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)；和發(fā)電機(jī)還原單元，在停止了由該起動(dòng)輔助單元實(shí)施的上述起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)后，將上述電動(dòng)機(jī)還原成發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置之二，其特征在于，具有整流電路，與產(chǎn)生交流電壓的風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接；直流-直流轉(zhuǎn)換電路，與上述整流電路連接、且包括至少一個(gè)開關(guān)元件，利用上述開關(guān)元件的接通、斷開控制，轉(zhuǎn)換上述整流電路的直流輸出電壓水平；轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元，檢測(cè)上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；信號(hào)產(chǎn)生單元，產(chǎn)生表示上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的限制轉(zhuǎn)速的信號(hào)的限制轉(zhuǎn)速；比較單元，將表示從上述轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元所得到的檢測(cè)速度的信號(hào)與表示從上述限制轉(zhuǎn)速信號(hào)產(chǎn)生單元所得到的限制轉(zhuǎn)速的信號(hào)進(jìn)行比較；開關(guān)控制電路，對(duì)上述開關(guān)元件進(jìn)行控制，以使上述直流-直流轉(zhuǎn)換電路的輸出段的電壓達(dá)到規(guī)定值，并且還對(duì)上述開關(guān)元件進(jìn)行控制，使其響應(yīng)表示上述檢測(cè)速度高于上述限制轉(zhuǎn)速的上述比較單元的輸出，使上述直流-直流轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓上升；起動(dòng)輔助單元，實(shí)施將該風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)而使上述旋轉(zhuǎn)軸向正方向旋轉(zhuǎn)的起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)；和發(fā)電機(jī)還原單元，當(dāng)該起動(dòng)輔助單元的上述起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)停止后，將上述風(fēng)力電動(dòng)機(jī)還原成上述發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置之三，其特征在于，具有整流電路，與產(chǎn)生交流電壓的風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接；直流-直流轉(zhuǎn)換電路，與上述整流電路連接、且包括至少一個(gè)開關(guān)元件，利用上述開關(guān)元件的接通、關(guān)閉控制，轉(zhuǎn)換上述整流電路的直流輸出電壓水平；直流-交流轉(zhuǎn)換電路，與上述直流-直流轉(zhuǎn)換電路連接；轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元，檢測(cè)上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；限制轉(zhuǎn)速信號(hào)產(chǎn)生單元，產(chǎn)生表示上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的限制轉(zhuǎn)速的信號(hào)；比較單元，將表示從上述轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元所得到的檢測(cè)速度的信號(hào)與表示從上述限制轉(zhuǎn)速信號(hào)產(chǎn)生單元所得到的限制轉(zhuǎn)速的信號(hào)進(jìn)行比較；控制電路，用于控制上述直流-交流轉(zhuǎn)換電路，并且，對(duì)上述直流-交流轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行控制，使其響應(yīng)表示上述檢測(cè)速度高于上述限制轉(zhuǎn)速的情況的上述比較單元的輸出，使上述直流-交流轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓上升；起動(dòng)輔助單元，實(shí)施通過將該風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)而使上述旋轉(zhuǎn)軸向正方向旋轉(zhuǎn)的起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)；和發(fā)電機(jī)還原單元，當(dāng)該起動(dòng)輔助單元的上述起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)停止后，將上述風(fēng)力電動(dòng)機(jī)還原成上述發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置之四，其特征在于，包括風(fēng)車；交流發(fā)電機(jī)，具有由上述風(fēng)車驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子；整流電路，與上述交流發(fā)電機(jī)連接；電功率轉(zhuǎn)換電路，與上述整流電路連接；蓄電池或電容器，與上述電功率轉(zhuǎn)換電路連接；旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器，用來檢測(cè)上述風(fēng)車轉(zhuǎn)速；基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速設(shè)定器，用來設(shè)定上述風(fēng)車的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速；控制電路，與上述旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器、上述基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速設(shè)定器和上述電功率轉(zhuǎn)換電路連接，當(dāng)從上述旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器所得到的檢測(cè)轉(zhuǎn)速超過上述基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速時(shí)，控制上述電功率轉(zhuǎn)換電路，使其增大上述電功率轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓與輸出電壓之比；起動(dòng)輔助單元，實(shí)施將該交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)而使上述旋轉(zhuǎn)軸向正方向旋轉(zhuǎn)的起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)；和發(fā)電機(jī)還原單元，當(dāng)該起動(dòng)輔助單元的上述起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)停止時(shí)，將上述交流電動(dòng)機(jī)還原成上述發(fā)電機(jī)。


圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置的方框圖。
圖2是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置的方框圖。
圖3至圖6是對(duì)本發(fā)明第一以及第二實(shí)施方式的轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路進(jìn)行說明的圖。
圖7是具有本發(fā)明第三實(shí)施方式中的起動(dòng)輔助功能的風(fēng)力發(fā)電裝置的電路方框圖。
圖8是表示風(fēng)力發(fā)電裝置中的起動(dòng)輔助功能的動(dòng)作的流程。
圖9是表示作為第四實(shí)施方式的通過把定時(shí)裝置作成獨(dú)立電路而能夠進(jìn)一步節(jié)省自身消耗電功率的風(fēng)力發(fā)電裝置的電路方框圖。
圖10是表示利用風(fēng)速傳感器來監(jiān)視起動(dòng)輔助功能的動(dòng)作開始的定時(shí)的一例的電路方框圖。
圖11至圖13是對(duì)基于停止時(shí)的短路電流的風(fēng)速測(cè)定進(jìn)行說明的圖。
圖14是對(duì)針對(duì)無(wú)電源以及開路故障的輔助停止電路進(jìn)行說明的圖。
圖15是用于說明額定電功率控制的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電功率控制裝置的圖。
該裝置包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)1，整流電路2，作為輸出電流控制單元以及直流-直流轉(zhuǎn)換單元的DC-DC轉(zhuǎn)換器(converter)3，逆變器(inverter)4，負(fù)荷5，連接保護(hù)裝置6，商用電源連接端子7，充電電路8，蓄電池9，旋轉(zhuǎn)控制電路10，上限轉(zhuǎn)速設(shè)定用固定負(fù)荷11，和開關(guān)12。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)1是一種公知的交流發(fā)電機(jī)，其具有與風(fēng)車13相接合的由永磁鐵構(gòu)成的轉(zhuǎn)子14、和具有3相的電樞繞組15的定子。此外，這種交流發(fā)電機(jī)可以是外磁型和內(nèi)磁型的任何一種。
整流電路2作為與風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的電樞繞組15連接的交流-直流轉(zhuǎn)換單元，其是一種公知的3相橋式整流電路，可根據(jù)風(fēng)車13以及轉(zhuǎn)子14的旋轉(zhuǎn)，將在電樞繞組15中所產(chǎn)生的3相交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。整流電路2的輸出電壓，例如，具有小于等于50V的比較低的值。
連接在整流電路2上的DC-DC轉(zhuǎn)換器3，把整流電路2的輸出電壓轉(zhuǎn)換為比其高的電壓(例如350V)、且將轉(zhuǎn)換器3的輸出電壓控制成恒定電壓，并且對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，使得能夠根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行輸出電流的控制。由此，轉(zhuǎn)換器3除具有直流轉(zhuǎn)換的功能之外，還具有作為根據(jù)本發(fā)明來限制轉(zhuǎn)速的電流控制單元的功能。
連接在轉(zhuǎn)換器3上的逆變器4，可把從轉(zhuǎn)換器3輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為商用頻率(例如50Hz)的正弦波交流電壓，例如，逆變器4可由公知的橋式逆變器、半橋式逆變器等來構(gòu)成。
連接在逆變器4上的負(fù)荷5是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)的交流負(fù)荷。在逆變器4與商用連接端子7之間連接的連接保護(hù)裝置6，具有在商用電源側(cè)發(fā)生停電時(shí)用于把風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)側(cè)從商用側(cè)斷開的開關(guān)和進(jìn)行連接所需要的各種公知設(shè)備。
連接在逆變器4上的充電電路8，對(duì)逆變器4的輸出電壓或從商用連接端子7提供的電壓進(jìn)行整流，對(duì)蓄電池9進(jìn)行充電。另外，如虛線所示，也可以把充電電路8與轉(zhuǎn)換器3連接，利用轉(zhuǎn)換器3的直流輸出電壓對(duì)蓄電池9進(jìn)行充電。在蓄電池9處于未充滿電時(shí)，蓄電池9作為風(fēng)量發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)荷來發(fā)揮功能。為了把蓄電池9的電功率供給負(fù)荷5，蓄電池9通過作為放電單元的二極管16與逆變器4的輸入端子連接。另外，還可將蓄電池輸出專用的逆變器連接在蓄電池9與負(fù)荷5之間。
轉(zhuǎn)速限制負(fù)荷11用于把風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速限制在上限值之內(nèi)，其通過開關(guān)12與整流電路2連接。該負(fù)荷11也可以與轉(zhuǎn)換器3的輸出端子、或逆變器4的輸出端子、或電樞繞組15的輸出端子連接。
旋轉(zhuǎn)控制電路10包括轉(zhuǎn)速檢測(cè)器17、標(biāo)準(zhǔn)模式信號(hào)發(fā)生器18、晝夜轉(zhuǎn)換模式信號(hào)發(fā)生器19、限制轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生器20、上限轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生器21、第1比較器22及第2比較器23、和模式選擇開關(guān)S1、S2。
轉(zhuǎn)速檢測(cè)器17與電樞繞組15的輸出線15a連接，并檢測(cè)發(fā)電機(jī)1的輸出交流電壓的頻率，輸出具有與該頻率相對(duì)應(yīng)的電壓值的速度檢測(cè)信號(hào)Vs。
標(biāo)準(zhǔn)模式信號(hào)發(fā)生器18是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)M1的發(fā)生器，所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)M1表示用標(biāo)準(zhǔn)模式來執(zhí)行發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速的限制。在此處，所謂標(biāo)準(zhǔn)模式是指在整個(gè)1天中的同一條件下，即在24小時(shí)內(nèi)的同一條件下，執(zhí)行轉(zhuǎn)速的抑制的模式。
晝夜轉(zhuǎn)換模式信號(hào)發(fā)生器19，內(nèi)置定時(shí)器19a，產(chǎn)生晝夜轉(zhuǎn)換模式信號(hào)M2的發(fā)生器，所述晝夜轉(zhuǎn)換模式信號(hào)M2例如包括表示作為白天的8點(diǎn)～20點(diǎn)的第一時(shí)間段的例如高電平信號(hào)，和表示作為夜間的20點(diǎn)～8點(diǎn)的第二時(shí)間段的例如低電平信號(hào)。此外，也可以不由定時(shí)器19a來設(shè)定第一時(shí)間段以及第二時(shí)間段的區(qū)別，而用光敏元件、太陽(yáng)能發(fā)電等自動(dòng)地進(jìn)行白天、夜間的判定來形成晝夜轉(zhuǎn)換模式信號(hào)。
標(biāo)準(zhǔn)模式信號(hào)發(fā)生器18通過標(biāo)準(zhǔn)模式選擇開關(guān)S1與限制轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生器20連接，晝夜轉(zhuǎn)換模式信號(hào)發(fā)生器19通過晝夜轉(zhuǎn)換模式選擇開關(guān)S2與限制轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生器20連接，擇一地接通開關(guān)S1、S2。此外，也可以不用設(shè)置開關(guān)S1、S2，而擇一地使標(biāo)準(zhǔn)模式信號(hào)發(fā)生器18和晝夜轉(zhuǎn)換模式信號(hào)發(fā)生器19工作，擇一地輸出信號(hào)M1、M2。
限制轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生器20按照指定的模式產(chǎn)生由與限制轉(zhuǎn)速成比例的電壓構(gòu)成的限制轉(zhuǎn)速信號(hào)Vr1或Vr2。
第一比較器22的一個(gè)輸入端子與速度檢測(cè)器17連接，另一個(gè)輸入端子與限制轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生器20的輸出線路29連接。因?yàn)榫€路29成為第一基準(zhǔn)電壓Vr1或是第二基準(zhǔn)電壓Vr2，所以在從速度檢測(cè)器17獲得的轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)Vs高于第一基準(zhǔn)電壓Vr1或是第二基準(zhǔn)電壓Vr2的期間內(nèi)，輸出線路32上可以獲得高電平的比較輸出，通過把該輸出輸送到轉(zhuǎn)換器3，可用來抑制發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速的上升。
第二比較器23的一個(gè)輸入端子與速度檢測(cè)器17連接，而另一個(gè)輸入端子與上限轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生器21連接。上限轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生器21產(chǎn)生由高于第一基準(zhǔn)電壓Vr1的第三基準(zhǔn)電壓Vr3構(gòu)成的上限轉(zhuǎn)速信號(hào)。因此，在轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)Vs已高于第三基準(zhǔn)電壓Vr3時(shí)，比較器23將高電平輸出送到線33，把開關(guān)12控制為接通。當(dāng)開關(guān)12接通后，電阻值較低的負(fù)荷11與整流電路2連接，發(fā)電機(jī)1的輸出電流，即電樞電流增大，通過電樞反作用所引起的電磁制動(dòng)作用來抑制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的上升。在通過利用第一比較器22的輸出對(duì)轉(zhuǎn)換器3的控制不能把發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速抑制在希望值時(shí)，進(jìn)行利用第二比較器23的控制。
在只利用第一比較器22的輸出的轉(zhuǎn)速抑制動(dòng)作不能夠把轉(zhuǎn)速限制在希望值內(nèi)，檢測(cè)轉(zhuǎn)速Vs高于第三基準(zhǔn)電壓Vr3時(shí)，第二比較器23的輸出使開關(guān)12接通，使發(fā)電機(jī)1的輸出電流增大，從而可抑制轉(zhuǎn)速的上升。由此，在本實(shí)施方式中，利用轉(zhuǎn)換器3和輔助負(fù)荷11兩者，可以平滑且精細(xì)地抑制轉(zhuǎn)速的上升。
根據(jù)第一實(shí)施方式，可解決本發(fā)明的第一課題。
圖2是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置的方框圖。
圖2中所示的實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置包括風(fēng)車41；具有利用該風(fēng)車41旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的交流發(fā)電機(jī)42；與該交流發(fā)電機(jī)42連接的整流電路43；平滑用電容器44；與該平滑用電容器44連接的電功率轉(zhuǎn)換電路45；與該電功率轉(zhuǎn)換電路45連接的蓄電池46；與該蓄電池46連接的負(fù)荷47；用來檢測(cè)風(fēng)車41轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢測(cè)器48，即速度檢測(cè)器；用來檢測(cè)電功率轉(zhuǎn)換電路45的輸入電壓，即電容器44的電壓的輸入電壓檢測(cè)電路49；和控制電路50。
電功率轉(zhuǎn)換電路45構(gòu)成為，與連接在平滑用電容器44上的第一以及第二直流電源線51、52連接，可以改變輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之比Vout/Vin。此外，在本實(shí)施方式中，盡管蓄電池46也兼具有平滑用電容器的作用，但是也可以將平滑用電容器與蓄電池46連接。
轉(zhuǎn)速檢測(cè)器48可用公知的方法檢測(cè)出風(fēng)車41、即發(fā)電機(jī)42轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，輸出轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)Fd。
輸入電壓檢測(cè)電路49檢測(cè)出電功率轉(zhuǎn)換電路45的輸入電壓Vin，并輸出電壓檢測(cè)信號(hào)Vin。在此處，為了便于說明而用Vin表示輸入電壓檢測(cè)電路49的輸入電壓與輸出電壓這兩者。該輸入電壓Vin相當(dāng)于發(fā)電機(jī)42的輸出電壓。
控制電路50與轉(zhuǎn)速檢測(cè)器48、電壓檢測(cè)電路49和電功率轉(zhuǎn)換電路45連接，當(dāng)從旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器48得到的檢測(cè)轉(zhuǎn)速Fd超過基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速Fr時(shí)，對(duì)電功率轉(zhuǎn)換電路45進(jìn)行控制，以便增大電功率轉(zhuǎn)換電路45的輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之比Vout/Vin。
下面更進(jìn)一步地進(jìn)行詳細(xì)說明，控制電路50包括用來設(shè)定相當(dāng)于風(fēng)車41的限制轉(zhuǎn)速的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速Fr的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速設(shè)定器53；作為發(fā)電機(jī)輸出電壓判定單元的電壓決定表54，其可決定由轉(zhuǎn)速檢測(cè)器48所檢測(cè)出的檢測(cè)轉(zhuǎn)速Fd的狀態(tài)下，能夠從發(fā)電機(jī)42獲得最大功率的發(fā)電機(jī)42的輸出電壓；求出檢測(cè)轉(zhuǎn)速Fd與基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速Fr之間的差ΔF的作為減法單元的減法器55；作為系數(shù)產(chǎn)生單元的系數(shù)表56，其當(dāng)轉(zhuǎn)速差ΔF小于等于零時(shí)，將1作為系數(shù)值發(fā)送，而當(dāng)轉(zhuǎn)速差ΔF大于零時(shí)，將比1小的值作為系數(shù)值發(fā)送；作為乘法單元的乘法器57，其在從發(fā)電機(jī)輸出電壓決定表54中得到的決定輸出電壓V1上乘以從系數(shù)表56中得到的系數(shù)K，從而形成校正電壓指令信號(hào)V2；作為第二減法單元的減法器58，其可求出從乘法器57獲得的輸入電壓指令信號(hào)V2與從輸入電壓檢測(cè)電路49獲得的檢測(cè)電壓Vin的差ΔVin；第二減法器58；以及作為控制信號(hào)形成電路的控制運(yùn)算器59和脈沖發(fā)生器60，其根據(jù)從第二減法器58獲得的電壓差ΔVin，形成控制電功率轉(zhuǎn)換電路45的信號(hào)，以便使輸入電壓檢測(cè)電路49的輸出電路49的輸出Vin接近校正電壓指令信號(hào)V2。另外，可以將基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速設(shè)定器53設(shè)置在控制電路50之外。
電壓決定表54由存儲(chǔ)器構(gòu)成，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)速Fd與獲得最大電功率的發(fā)電機(jī)輸出電壓V1的關(guān)系。在電壓決定表54中，既可以存儲(chǔ)相對(duì)于全部轉(zhuǎn)速Fd的電壓V1，也可以存儲(chǔ)分階段所選擇的轉(zhuǎn)速Fd和其電壓V1。當(dāng)在表54中沒有對(duì)應(yīng)檢測(cè)轉(zhuǎn)速Fd的數(shù)據(jù)時(shí)，可使用接近檢測(cè)轉(zhuǎn)速Fd的轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)。此外，也可以不使用表54，而將運(yùn)算式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。再將檢測(cè)轉(zhuǎn)速Fd代入運(yùn)算式來決定電壓V1。
電壓V1表示能夠從發(fā)電機(jī)42得到最大功率的發(fā)電機(jī)42的輸出電壓以及電功率轉(zhuǎn)換電路45的輸入電壓。
電壓決定表54將從轉(zhuǎn)速檢測(cè)器48得到的檢測(cè)轉(zhuǎn)速Fd作為地址信號(hào)進(jìn)行使用，輸出表示與此相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)電壓V1的信號(hào)。當(dāng)不是強(qiáng)風(fēng)的時(shí)候，從表54輸出的電壓V1成為發(fā)電機(jī)42的目標(biāo)輸出電壓。
第一減法器55通過從轉(zhuǎn)速檢測(cè)器48獲得的檢測(cè)轉(zhuǎn)速Fd中減去基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速Fr來求出ΔF，即Fd-Fr＝ΔF。ΔF在對(duì)應(yīng)ΔF≤0時(shí)存儲(chǔ)系數(shù)K＝1，對(duì)應(yīng)ΔF＞0時(shí)存儲(chǔ)比1小的系數(shù)K。當(dāng)?shù)谝贿\(yùn)算器55的輸出ΔF＞0時(shí)，選擇滿足0＜K＜1的系數(shù)?？蓪⒋藭r(shí)的K值取為1/ΔF。由此，在ΔF＞0時(shí)，將ΔF的值作為地址，輸出與ΔF的值對(duì)應(yīng)的系數(shù)K。也可以不用將表示多個(gè)ΔF的值與多個(gè)系數(shù)K的值關(guān)系的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，而存儲(chǔ)表示ΔF與K之間關(guān)系的運(yùn)算式，再把ΔF的值代入該運(yùn)算式，從而來決定系數(shù)K。
乘法器17將電壓V1乘以系數(shù)K求出KV1＝V2，并將其輸出，電壓V1是從表54輸出的，系數(shù)K是從表56輸出的。V2是在強(qiáng)風(fēng)時(shí)進(jìn)行校正的電壓指令信號(hào)。
第二乘法器58進(jìn)行Vin-V2＝ΔVin的運(yùn)算，輸出表示輸入電壓檢測(cè)信號(hào)Vin與電壓指令信號(hào)V2之差的信號(hào)。
以Δvin作為輸入的控制運(yùn)算器59，例如是由公知的比例積分電路(PI電路)構(gòu)成，并形成對(duì)應(yīng)于ΔVin的通電率信號(hào)Don?？偠灾傻玫脚c使Δvin平滑的信號(hào)相當(dāng)?shù)耐娐市盘?hào)Don，即負(fù)荷指令信號(hào)。
作為開關(guān)控制信號(hào)形成單元的脈沖發(fā)生器60形成具有由通電率信號(hào)Don所指定的寬度的脈沖的控制信號(hào)Vg，，并輸送到電功率轉(zhuǎn)換電路45的開關(guān)Q1的柵極。
根據(jù)第二實(shí)施方式，可解決本發(fā)明的第二以及第三課題。
在已有技術(shù)中，多數(shù)采用的方式是，通過設(shè)置在發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速傳感器等來檢測(cè)旋轉(zhuǎn)信號(hào)。在本發(fā)明的實(shí)施發(fā)明中，不使用旋轉(zhuǎn)傳感器，而使用一種利用包含在發(fā)電機(jī)的輸出中的脈沖電流信號(hào)來測(cè)定轉(zhuǎn)速的電路。由此只用兩線式的電線，就可以在控制設(shè)備側(cè)計(jì)測(cè)到正確的轉(zhuǎn)速。
在以每分鐘旋轉(zhuǎn)N圈的永磁鐵式發(fā)電機(jī)中(結(jié)合圖3)，磁鐵的極數(shù)P與交流輸出頻率F的關(guān)系是F＝N/60×P(Hz)。
在具有三相繞組的發(fā)電機(jī)中，全波整流輸出信號(hào)是如圖4所表示的那樣。
例如，在將風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接連接在蓄電池上時(shí)，由于發(fā)電機(jī)的整流輸出被電池的電壓所固定，所以很難對(duì)電壓的脈沖電流進(jìn)行檢測(cè)。為此如圖5那樣，通過將二極管正向地從電線的+端子插入到電池的+端子之間，可在風(fēng)速弱而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速低的狀態(tài)下，即在發(fā)電機(jī)的輸出峰值沒有達(dá)到電池的電壓的狀態(tài)下，也能夠根據(jù)發(fā)電機(jī)的輸出電壓V1的脈沖電流，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)測(cè)。
當(dāng)風(fēng)速變強(qiáng)，使得發(fā)電機(jī)的輸出電壓超出電池的電壓而可進(jìn)行充電時(shí)，輸出電壓V1變得平坦，所以計(jì)測(cè)轉(zhuǎn)速困難。為此如圖5那樣，插入電流計(jì)測(cè)用微小電阻R，根據(jù)充電電流的脈沖電流，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)測(cè)。
圖6是合成電路的圖，該合成電路可對(duì)從微風(fēng)時(shí)的電壓波形的放大器和弱風(fēng)時(shí)以上的電流波形的放大器輸出的信號(hào)進(jìn)行合成，以便穩(wěn)定地對(duì)前風(fēng)速區(qū)域進(jìn)行轉(zhuǎn)速的計(jì)測(cè)。即，通過OR將來自電阻R的電流波形和電壓波形V1導(dǎo)入運(yùn)算放大器100，可使用其中任一者來計(jì)測(cè)轉(zhuǎn)速。
圖7是具有第三實(shí)施方式中的起動(dòng)輔助功能的風(fēng)力發(fā)電裝置的電路方框圖。
在圖7中，風(fēng)力發(fā)電裝置90包括三相交流發(fā)電機(jī)61；三相全波整流電路62；轉(zhuǎn)換繼電器63；驅(qū)動(dòng)電路64；定時(shí)裝置65；和轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)裝置66。
此外，借助該風(fēng)力發(fā)電裝置90來進(jìn)行蓄電的負(fù)荷電路70由電池充電控制器71、電池72以及DC-DC轉(zhuǎn)換器73構(gòu)成。
三相交流發(fā)電機(jī)61具有由永磁鐵構(gòu)成的轉(zhuǎn)子61a、以及由環(huán)繞該轉(zhuǎn)子61a的三相通電繞組61b構(gòu)成的定子。轉(zhuǎn)換繼電器63用來在由受風(fēng)吹而旋轉(zhuǎn)的風(fēng)車67帶動(dòng)轉(zhuǎn)子61a旋轉(zhuǎn)、在定子61b中產(chǎn)生三相交流電進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電模式，和由驅(qū)動(dòng)電路64向定子61b通電、使轉(zhuǎn)子61a旋轉(zhuǎn)、由此來使風(fēng)車開始旋轉(zhuǎn)的起動(dòng)輔助模式之間進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換。
即，發(fā)電模式與附圖中的轉(zhuǎn)換繼電器63的連動(dòng)開關(guān)是接通的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，起動(dòng)輔助模式與同連動(dòng)開關(guān)是關(guān)閉的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。在該起動(dòng)輔助模式中，三相交流發(fā)電機(jī)61根據(jù)來自驅(qū)動(dòng)電路64的指示，進(jìn)行起動(dòng)輔助用的斷續(xù)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
三相全波整流電路62在發(fā)電模式、即把三相交流發(fā)電機(jī)61作為發(fā)電機(jī)并使其工作時(shí)，風(fēng)車67受到規(guī)定以上風(fēng)速的風(fēng)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，由此導(dǎo)致轉(zhuǎn)子61a旋轉(zhuǎn)，根據(jù)該轉(zhuǎn)子61a的旋轉(zhuǎn)，將在通電繞組61b中產(chǎn)生的三相交流電壓，經(jīng)三相全波整流電路62轉(zhuǎn)換成直流電壓后，提供給后段的負(fù)荷電路70。
轉(zhuǎn)換繼電器63，根據(jù)來自驅(qū)動(dòng)電路64的指示，把3個(gè)連動(dòng)開關(guān)轉(zhuǎn)換到電壓輸出側(cè)(發(fā)電時(shí))、或電壓輸入側(cè)(起動(dòng)輔助時(shí))。
驅(qū)動(dòng)電路64通過來自定時(shí)裝置65的計(jì)時(shí)定時(shí)信號(hào)來起動(dòng)，根據(jù)轉(zhuǎn)子61a的慣性力旋轉(zhuǎn)中的通電繞組61b所輸出的電壓，對(duì)作為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子61a的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行判定，校正到正確的旋轉(zhuǎn)方向，在使電動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)輔助用的正式旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，還通過來自定時(shí)裝置65的另外的計(jì)時(shí)定時(shí)信號(hào)進(jìn)行停止驅(qū)動(dòng)動(dòng)作。在這里，雖然驅(qū)動(dòng)動(dòng)作停止，但是在驅(qū)動(dòng)動(dòng)作的慣性作用下，風(fēng)車67在一定期間仍可以旋轉(zhuǎn)。
定時(shí)裝置65具有作為第一計(jì)時(shí)單元的計(jì)時(shí)功能，根據(jù)來自轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)裝置66的通知，以將發(fā)電模式轉(zhuǎn)換成起動(dòng)輔助模式的時(shí)刻為基準(zhǔn)，對(duì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)；和作為第二計(jì)時(shí)單元的計(jì)時(shí)功能，對(duì)在作為該第一計(jì)時(shí)單元的計(jì)時(shí)功能結(jié)束之后起的對(duì)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作休止期間進(jìn)行計(jì)時(shí)；。
另外，通過上述作為第一計(jì)時(shí)單元的計(jì)時(shí)功能來計(jì)時(shí)的規(guī)定時(shí)間，例如為6秒，通過上述作為第二計(jì)時(shí)單元的計(jì)時(shí)功能來計(jì)時(shí)的規(guī)定的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)作休止時(shí)間，例如為54秒。也可預(yù)先將其中任一計(jì)時(shí)期間數(shù)據(jù)預(yù)先以硬件或軟件的方式設(shè)定在定時(shí)裝置中。此外，在上述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)作休止期間中，經(jīng)常把整體的驅(qū)動(dòng)模式轉(zhuǎn)換為發(fā)電模式(連動(dòng)開關(guān)向著發(fā)電時(shí)的接點(diǎn)方向轉(zhuǎn)換的狀態(tài))。
轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)裝置66，當(dāng)在發(fā)電模式中三相交流發(fā)電機(jī)61進(jìn)行發(fā)電時(shí)，通過參照電壓Vm來監(jiān)視轉(zhuǎn)子61a的轉(zhuǎn)速N，該電壓Vm是從通電繞組61b中輸出、并通過三相全波整流電路62整流后得到的，當(dāng)轉(zhuǎn)速N低于規(guī)定的轉(zhuǎn)速Na時(shí)，把驅(qū)動(dòng)模式已從發(fā)電模式轉(zhuǎn)換成了起動(dòng)輔助模式的情況通知給定時(shí)裝置65。
此外，轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)裝置66，在起動(dòng)輔助模式中，對(duì)作為電動(dòng)機(jī)的三相交流發(fā)電機(jī)61的轉(zhuǎn)子61a的轉(zhuǎn)速N進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)該轉(zhuǎn)速N超過規(guī)定的轉(zhuǎn)速Nb時(shí)，把驅(qū)動(dòng)模式已從起動(dòng)輔助模式轉(zhuǎn)換成了發(fā)電模式的情況通知給定時(shí)裝置65。
上述規(guī)定的轉(zhuǎn)速Na例如是100rpm、電壓Vm(＝Vma)例如是2V，該電壓Vm來自與所述Na＝100rpm的轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的三相全波整流電路62。電壓Vma＝2V的值作為轉(zhuǎn)速檢測(cè)用的閾值，可預(yù)先以硬件或軟件的方式設(shè)定在轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)裝置66中。
此外，上述規(guī)定的轉(zhuǎn)速Nb例如是200rpm。另外，該轉(zhuǎn)速是表示在起動(dòng)輔助模式下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的風(fēng)車，在受到完全值得進(jìn)行發(fā)電的風(fēng)壓時(shí)，以大于等于電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速。
負(fù)荷電路70的電池充電控制器71被設(shè)置在三相全波整流電路62的后段，其用來監(jiān)視電池72的充電狀況，根據(jù)其充電狀況決定是否把從三相全波整流電路62所提供的直流電壓供應(yīng)給電池72。
此外，負(fù)荷電路20的DC-DC轉(zhuǎn)換器73，取出電池72的電壓，把已轉(zhuǎn)換成最合適電壓的電壓提供給驅(qū)動(dòng)電路64、定時(shí)裝置65、以及轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)裝置66。在起動(dòng)輔助模式下，用來驅(qū)動(dòng)三相交流發(fā)電機(jī)61并使其作為電動(dòng)機(jī)的電功率，利用向驅(qū)動(dòng)電路64供給電壓來實(shí)現(xiàn)。
圖8是表示在上述構(gòu)成的帶有起動(dòng)輔助功能的旋翼角度固定升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電裝置中的起動(dòng)輔助功能的動(dòng)作的流程。另外，通過圖7的驅(qū)動(dòng)電路64、定時(shí)裝置65、轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)裝置66、在電池充電控制器71的各裝置中安裝的邏輯電路、或是未圖示的CPU、以及存儲(chǔ)在此CPU中內(nèi)置的存儲(chǔ)器里的處理程序來進(jìn)行處理。
在圖8中，首先通過轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)裝置66來判別風(fēng)車的轉(zhuǎn)速，即判定轉(zhuǎn)子61a的轉(zhuǎn)速N是否低于規(guī)定的轉(zhuǎn)速Na(步驟S1)。
然后，如果轉(zhuǎn)子61a的轉(zhuǎn)速N大于等于規(guī)定的轉(zhuǎn)速Na時(shí)(步驟S1“否”)，則仍舊繼續(xù)監(jiān)視轉(zhuǎn)子61a的轉(zhuǎn)速N。
由此，如果在發(fā)電模式下三相交流發(fā)電機(jī)61處于發(fā)電旋轉(zhuǎn)中，則繼續(xù)發(fā)電。此外，如果在起動(dòng)輔助模式下，作為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子61a處于斷續(xù)旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作休止期間中、并轉(zhuǎn)換到發(fā)電模式進(jìn)行慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)，則繼續(xù)該慣性旋轉(zhuǎn)。
另一方面，在步驟S1的判別中，若轉(zhuǎn)子61a的轉(zhuǎn)速N低于規(guī)定的轉(zhuǎn)速Na(步驟S1“是”)，此時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)換到起動(dòng)輔助模式(步驟S2)。即，通過轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)裝置66發(fā)出的通知來起動(dòng)定時(shí)裝置65，并根據(jù)來自定時(shí)裝置65的定時(shí)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路64開始工作。
接下來，通過驅(qū)動(dòng)電路64，向在上述起動(dòng)輔助模式下成為電動(dòng)機(jī)的三相交流發(fā)電機(jī)61的通電繞組61b施加1個(gè)周期的三相交流電壓，并立刻切斷此后的附加電壓，參照轉(zhuǎn)子61a的此時(shí)1個(gè)周期的驅(qū)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方向，判別是向著發(fā)電方向旋轉(zhuǎn)即正方向的旋轉(zhuǎn)、還是向著其相反方向的旋轉(zhuǎn)(步驟S3)。
然后，若是正方向的旋轉(zhuǎn)的話(步驟S3“是”)，則重新開始繼續(xù)對(duì)作為發(fā)電機(jī)的三相交流發(fā)電機(jī)61的通電繞組61b施加電壓，且作為定時(shí)裝置65的第一計(jì)時(shí)單元(以下稱為運(yùn)轉(zhuǎn)定時(shí))開始計(jì)時(shí)，例如開始6秒的計(jì)時(shí)，并判別該計(jì)時(shí)期間是否已結(jié)束(步驟S5)。
另一方面，在步驟S3中，若檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)方向是相反的旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，則改變對(duì)通電繞組61b的通電計(jì)時(shí)，在進(jìn)行了反向旋轉(zhuǎn)起動(dòng)(向正旋轉(zhuǎn)方向的起動(dòng))后(步驟S4)，轉(zhuǎn)到上述步驟S5的處理。
在步驟S5的判別處理中，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)定時(shí)器的計(jì)時(shí)期間還沒有結(jié)束時(shí)(步驟S5“否”)，隨后判別轉(zhuǎn)子61a的轉(zhuǎn)速N是否低于規(guī)定的轉(zhuǎn)速Nb(步驟S6)。
下面，當(dāng)轉(zhuǎn)子61a的轉(zhuǎn)速N低于規(guī)定的轉(zhuǎn)速Nb時(shí)(步驟S6“否”)，則返回到步驟S5，并重復(fù)對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)定時(shí)器的計(jì)時(shí)期間是否結(jié)束進(jìn)行判別。由此，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)定時(shí)器處在計(jì)時(shí)期間中、且轉(zhuǎn)子61a的轉(zhuǎn)速N低于規(guī)定的轉(zhuǎn)速Nb時(shí)，則在步驟S3或S4中，繼續(xù)對(duì)開始的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，由此轉(zhuǎn)子61a、即風(fēng)車的起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)被加速。
下面，在步驟S5中，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)定時(shí)器的計(jì)時(shí)期間結(jié)束時(shí)(步驟S5“是”)，則定時(shí)裝置65的第二計(jì)時(shí)單元(以下稱為待機(jī)定時(shí)器)開始計(jì)時(shí)，用來判別該計(jì)時(shí)期間是否已結(jié)束(步驟S7)，在計(jì)時(shí)期間結(jié)束之前，被設(shè)定成待機(jī)狀態(tài)(步驟S7“否”)。
由此，當(dāng)轉(zhuǎn)子61a的轉(zhuǎn)速N低于規(guī)定的轉(zhuǎn)速Nb、且運(yùn)轉(zhuǎn)定時(shí)器的計(jì)時(shí)期間已結(jié)束時(shí)，不用始終進(jìn)行起動(dòng)輔助的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，可預(yù)先在待機(jī)定時(shí)器中設(shè)定規(guī)定期間、例如設(shè)定54秒的待機(jī)期間，使在該規(guī)定期間(54秒)內(nèi)、且沒有風(fēng)時(shí)的不起作用的起動(dòng)輔助的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)停止。
由此，若待機(jī)定時(shí)器計(jì)時(shí)期間為54秒，運(yùn)轉(zhuǎn)定時(shí)器的計(jì)時(shí)期間與其相對(duì)為6秒的話，則是整體的驅(qū)動(dòng)期間的1/10，在作為發(fā)電開始狀態(tài)之前，與繼續(xù)進(jìn)行起動(dòng)輔助的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)相比較，可發(fā)揮節(jié)電9/10的效果。
若上述的待機(jī)期間結(jié)束后(步驟S7“是”)，再返回到步驟S1，重復(fù)上述步驟S1～S7的處理。
由此，在步驟S6所進(jìn)行的判別中，轉(zhuǎn)子61a的轉(zhuǎn)速在達(dá)到大于等于能夠利用風(fēng)力繼續(xù)發(fā)電的轉(zhuǎn)速Nb之前，進(jìn)行1分鐘1次，6秒鐘的起動(dòng)輔助的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
由此，在步驟S6所進(jìn)行的判別中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子61a的轉(zhuǎn)速在大于等于轉(zhuǎn)速Nb時(shí)(步驟S6“是”)，根據(jù)由轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)裝置66經(jīng)定時(shí)裝置65所發(fā)出的通知，停止驅(qū)動(dòng)電路64的起動(dòng)輔助的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)作。即，驅(qū)動(dòng)模式被轉(zhuǎn)換成發(fā)電模式。
電池充電控制器71，會(huì)伴隨著該轉(zhuǎn)換而繼續(xù)進(jìn)行控制，通過電池充電控制器71來判別是否對(duì)發(fā)電電功率進(jìn)行充電(步驟S8)。
此處理中，要判別是否為可充電的狀態(tài)，即，判別是否是對(duì)電池72已經(jīng)進(jìn)行了充分的充電，不需要再充電的情況，或在反復(fù)進(jìn)行充電的過程中，由于風(fēng)速減緩從三相交流發(fā)電機(jī)不能得到充足的電功率來進(jìn)行充電的情況。
并且，當(dāng)判別是可充電的狀態(tài)后(步驟S8“是”)，對(duì)電池72進(jìn)行充電(步驟S9)，并反復(fù)進(jìn)行S8以及S9的處理。這樣，三相交流發(fā)電機(jī)11可繼續(xù)對(duì)電池72進(jìn)行充電。
在上述步驟S8的判別中，當(dāng)不是可充電的狀態(tài)時(shí)(步驟S8“否”)，轉(zhuǎn)換到上述步驟S7的處理。這樣，在風(fēng)速減緩而不能從三相交流發(fā)電機(jī)得到充足的電功率來進(jìn)行充電時(shí)，轉(zhuǎn)換到步驟S1～S7的起動(dòng)輔助工作模式。此外，當(dāng)風(fēng)速足夠用來充電、且對(duì)電池72的充電很充足時(shí)，電池充電控制器71對(duì)風(fēng)車67進(jìn)行自動(dòng)控制，使得不能發(fā)電。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，例如在1分鐘1次這樣短的期間間隔中，通過起動(dòng)輔助功能進(jìn)行起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)，從而在可以旋轉(zhuǎn)發(fā)電的弱風(fēng)時(shí)引起旋轉(zhuǎn)來發(fā)電，可極大克服發(fā)電效率低下的問題，同時(shí)，即使是對(duì)低風(fēng)速時(shí)所產(chǎn)生的較大的風(fēng)速變化，也可立刻加以應(yīng)對(duì)而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這樣就可以提高發(fā)電效率，而不會(huì)失去發(fā)電的機(jī)會(huì)。
圖9是第四實(shí)施方式的水平軸風(fēng)力發(fā)電裝置的電路方框圖，該水平軸風(fēng)力發(fā)電裝置通過把定時(shí)裝置作成獨(dú)立電路，可進(jìn)一步節(jié)省自身消耗的電功率。在圖7中所表示的例子中，由DC-DC轉(zhuǎn)換器73始終向定時(shí)裝置65供給電功率，但是在圖9中所表示的例子中，定時(shí)裝置65是接受電池72供給電功率來進(jìn)行工作的，在進(jìn)行轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)裝置66的條件判定的同時(shí)，還向DC/DC轉(zhuǎn)換器73發(fā)送要求供給電功率的信號(hào)，從而可向驅(qū)動(dòng)電路64進(jìn)行電功率的供應(yīng)。這樣在使起動(dòng)輔助功能起動(dòng)之外，還可使DC/DC轉(zhuǎn)換器73休止，由此可從整體上節(jié)省電功率的消耗。
另外，在上述的說明中，通過對(duì)轉(zhuǎn)換繼電器13的連動(dòng)開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可進(jìn)行發(fā)電模式與起動(dòng)輔助模式之間的轉(zhuǎn)換。但是也不僅限于使用繼電器，例如，可以用光耦合器或FET半導(dǎo)體元件等來構(gòu)成轉(zhuǎn)換開關(guān)部。
此外，在運(yùn)轉(zhuǎn)定時(shí)器、或待機(jī)定時(shí)器中所設(shè)定的計(jì)時(shí)期間，也不必如上述實(shí)施例中那樣，固定限制成驅(qū)動(dòng)6秒、休止54秒那樣的設(shè)定期間，更不必將兩者的相互關(guān)系固定限制在1/10。例如，可根據(jù)1天的時(shí)間段、季節(jié)、地域等，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)定。
此外，對(duì)于圖8的起動(dòng)輔助功能的工作設(shè)定沒有進(jìn)行特別說明，但是進(jìn)行設(shè)定時(shí)，為了使上述例如每1分鐘做1次起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)的起動(dòng)輔助功能的動(dòng)作設(shè)定成進(jìn)行常時(shí)工作，由此，在長(zhǎng)期連續(xù)完全沒有風(fēng)的狀態(tài)下等，就會(huì)不必要地消耗起動(dòng)輔助功能用的電功率。
為此，利用人工操作用的開關(guān)或遠(yuǎn)程操作來設(shè)置工作用的開關(guān)，借助該開關(guān)，可把起動(dòng)輔助功能的工作設(shè)定切換成“設(shè)定”和“解除”中的任一者。
并且，接受電源供應(yīng)的電池電壓，在檢測(cè)出處于某規(guī)定值以下時(shí)，也可以增加自動(dòng)停止向DC/DC轉(zhuǎn)換器73提供電功率的電路。
此外，結(jié)構(gòu)可以是如下這樣的，例如設(shè)置風(fēng)速測(cè)定裝置來計(jì)測(cè)風(fēng)速，該風(fēng)速測(cè)定裝置是由風(fēng)速傳感器等風(fēng)速檢測(cè)裝置、或是垂直軸碗形旋翼型風(fēng)車等構(gòu)成，當(dāng)大于等于規(guī)定值以上的風(fēng)吹來時(shí)，接通起動(dòng)輔助功能的工作開關(guān)。此時(shí)，風(fēng)速測(cè)定裝置最好是檢測(cè)出微風(fēng)而工作的小型程度的裝置。
圖10是一例表示利用這樣的風(fēng)速傳感器來監(jiān)視起動(dòng)輔助功能的動(dòng)作開始的定時(shí)的圖。如該圖所表示的那樣，在帶有起動(dòng)輔助功能的旋翼角度固定升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電裝置90上，把與其相分開的風(fēng)速檢測(cè)裝置80設(shè)置在它的附近。
風(fēng)速檢測(cè)裝置80具有風(fēng)速傳感器81和風(fēng)速判定部82。在風(fēng)速判定部82中，預(yù)先以硬件或軟件的方式設(shè)置風(fēng)速值，該風(fēng)速值是用來使起動(dòng)輔助功能預(yù)先開始進(jìn)行工作的。風(fēng)速判定部82把風(fēng)速傳感器81計(jì)測(cè)并輸入出的風(fēng)速值與上述預(yù)先設(shè)定的風(fēng)速值進(jìn)行比較，當(dāng)輸入風(fēng)速值超過了設(shè)定風(fēng)速值時(shí)，將已經(jīng)成為起動(dòng)輔助功能的工作定時(shí)通知給定時(shí)裝置65。
這樣，圖8中步驟S7的待機(jī)定時(shí)器開始進(jìn)行計(jì)時(shí)，開始隨后的步驟S1～S9的處理、即啟動(dòng)起動(dòng)輔助功能開始工作。這樣，在沒有風(fēng)時(shí)，可自動(dòng)避免由于不必要的起動(dòng)輔助功能的工作而導(dǎo)致的電力浪費(fèi)。
如上所述，按照本發(fā)明的帶有起動(dòng)輔助功能的旋翼角度固定升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電裝置，即使是在通常的升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)不能旋轉(zhuǎn)的低風(fēng)速下，也可利用起動(dòng)輔助功能進(jìn)行起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)，所以，通過該輔助旋轉(zhuǎn)的慣性力，即使是在通常的升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)不能開始旋轉(zhuǎn)的低風(fēng)速下，也能開始進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。這樣就可提供一種發(fā)電效率良好的帶有起動(dòng)輔助功能的旋翼角度固定升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電裝置。
此外，由于同時(shí)用作發(fā)電機(jī)和起動(dòng)輔助的電動(dòng)機(jī)，所以不僅是一種帶有起動(dòng)輔助動(dòng)力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，而且還可以實(shí)現(xiàn)小型化。這樣就可以提供一種價(jià)格低廉的帶有起動(dòng)輔助功能的旋翼角度固定升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電裝置。
此外，作為起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)，由于進(jìn)行驅(qū)動(dòng)動(dòng)作休止期間長(zhǎng)的斷續(xù)旋轉(zhuǎn)，所以能最大限度地將用于起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)的電功率抑制為低值，這樣就可以提供一種帶有起動(dòng)輔助動(dòng)力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，同時(shí)提供能降低自身電功率消耗的帶有起動(dòng)輔助功能的旋翼角度固定升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電裝置。
此外，在監(jiān)視風(fēng)速的同時(shí)，只在產(chǎn)生適當(dāng)?shù)娘L(fēng)之后才使起動(dòng)輔助功能工作，所以可提供一種更進(jìn)一步降低用來起動(dòng)輔助旋轉(zhuǎn)的自身消耗電功率的帶有起動(dòng)輔助功能的旋翼角度固定升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電裝置。
根據(jù)第三以及第四實(shí)施方式，可解決本發(fā)明的第四課題。
另外，上述的第一至第四實(shí)施方式是分別進(jìn)行說明的，但是也可以將它們組合起來，構(gòu)成具有各自優(yōu)點(diǎn)的風(fēng)力發(fā)電裝置。此時(shí)，因?yàn)槌蔀橐环N具有每個(gè)實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)的風(fēng)力發(fā)電裝置，所以可以組成性能更加優(yōu)越的風(fēng)力發(fā)電裝置。即使對(duì)于下面說明的事項(xiàng)，情況也是同樣的。
通常在風(fēng)力發(fā)電中，在運(yùn)轉(zhuǎn)界限風(fēng)速以上時(shí)，要防止不能控制風(fēng)車停止或減速而進(jìn)行危險(xiǎn)的高速旋轉(zhuǎn)。在此方式中具有旋翼的俯仰控制和圓盤制動(dòng)器、下降等機(jī)構(gòu)的制動(dòng)，但是，在升力型固定俯仰水平軸風(fēng)車中，可使發(fā)電機(jī)的輸出短路來進(jìn)行電磁制動(dòng)。為了判定回避危險(xiǎn)用的自動(dòng)停止，具有單獨(dú)計(jì)測(cè)或是多個(gè)計(jì)測(cè)風(fēng)速、轉(zhuǎn)速、發(fā)電功率等值的方法(結(jié)合圖11)。
在圖11中，從充電控制電路起，判定發(fā)電電功率的發(fā)電力判定部、和轉(zhuǎn)速判定部與風(fēng)速判定部分別進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)結(jié)果作是否進(jìn)行充電的轉(zhuǎn)換。
在升力型固定俯仰水平軸風(fēng)車中，當(dāng)將發(fā)電機(jī)的輸出短路來進(jìn)行電磁制動(dòng)時(shí)，旋翼并不完全停止，而是正對(duì)著風(fēng)向繼續(xù)緩慢地旋轉(zhuǎn)。換言之，其原理是在短路電路中消耗旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的電功率。在停止時(shí)的低速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，幾乎得不到來自升力的旋轉(zhuǎn)扭矩，而主要是來自阻力的旋轉(zhuǎn)扭矩。即，該原理與螺旋槳型風(fēng)速計(jì)的原理是相同的，風(fēng)速和轉(zhuǎn)速幾乎成比例。同時(shí)，短路電流也大體與風(fēng)速成比例。
從自動(dòng)停止開始，用定時(shí)器繼續(xù)維持規(guī)定時(shí)間停止?fàn)顟B(tài)，但是，在不具有風(fēng)速測(cè)定功能的系統(tǒng)中，可以通過測(cè)定該短路電流(參照?qǐng)D12，圖12是停止時(shí)的短路電流判定電路，利用短路開關(guān)造成短路，可測(cè)定短路的結(jié)果流過的短路電流)，對(duì)在還原時(shí)是否處于可開始運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)速范圍進(jìn)行判定。將可安全運(yùn)轉(zhuǎn)的上限風(fēng)速時(shí)的短路電流值取為閾值，如果短路電流值未達(dá)到該閾值時(shí)，則還原運(yùn)轉(zhuǎn)，如果短路電流值是在閾值以上時(shí)，則在規(guī)定時(shí)間繼續(xù)保持停止?fàn)顟B(tài)(參照?qǐng)D13)。
電池的蓄電容量在正常狀態(tài)下，充電控制電路也提供電源時(shí)，可以在高速旋轉(zhuǎn)前使風(fēng)車停止。在本實(shí)施方式中，電路是一種輔助的電路，在因電池的容量不足或斷線、控制電路的故障等而不能進(jìn)行停止控制時(shí)，可使風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸入發(fā)生短路。
判定為必須停止的要點(diǎn)是，電池電壓的降低和發(fā)電機(jī)輸出電壓的上升。
圖14的電路是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)短路用N通道FET和施密特觸發(fā)逆變器、以及6V電池構(gòu)成。由于電池的電壓低于規(guī)定值，或由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于開放狀態(tài)輸入電壓超過了規(guī)定值而向FET柵極施加直流電位，造成短路。一旦該電路成為正常系統(tǒng)狀態(tài)，就從短路狀態(tài)自動(dòng)還原到開放狀態(tài)。由于施密特觸發(fā)器是CMOS結(jié)構(gòu)，另外還由于FET的柵極電路是絕緣的，所以幾乎不會(huì)消耗小電池的電功率，從而可以在長(zhǎng)的時(shí)間不更換電池的情況下工作。
相對(duì)于風(fēng)速的變化，為了成為最大功率點(diǎn)而進(jìn)行輸入電壓指令的電功率轉(zhuǎn)換方式是公知的。在現(xiàn)有技術(shù)中，采用使輸入電壓進(jìn)行微小變化，在發(fā)電功率成為最大值之前改變輸入電壓的方法，但是，只要求出現(xiàn)在的電功率瞬時(shí)值，進(jìn)行反饋即可。
在本實(shí)施方式中，在對(duì)過去的變化經(jīng)過取最大電功率點(diǎn)的變化經(jīng)過進(jìn)行存儲(chǔ)的基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)風(fēng)速的增加或減少、決定電壓指令值，從而進(jìn)行控制。因此，相對(duì)于風(fēng)速變化，可實(shí)現(xiàn)響應(yīng)的高速化，并提高效率。
如果過去數(shù)秒的風(fēng)速是增加趨勢(shì)的話，則最大電功率點(diǎn)也有增加的趨勢(shì)。利用該電功率增加量的斜率，可預(yù)測(cè)未來數(shù)秒之后的電功率量，并決定輸入電壓的指令值。如果風(fēng)速是增加時(shí)，則決定輸入電壓的指令值要高于最大電功率點(diǎn)的電壓值。由此，風(fēng)車的負(fù)荷會(huì)暫時(shí)成為減輕的狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的上升速度變快，可以很快地跟隨風(fēng)速的增加。此外，風(fēng)速減少時(shí)，則進(jìn)行相反的動(dòng)作。
圖15是對(duì)于額定電功率控制進(jìn)行說明的圖。
另外，在以設(shè)定的上限轉(zhuǎn)速進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)風(fēng)速增大而超過了額定電功率值時(shí)，就可以進(jìn)行如下控制不停止地進(jìn)行降低上限轉(zhuǎn)速的指令，即將輸入指令電壓轉(zhuǎn)換成相對(duì)額定電功率(的90％)的超過量差異的控制，而不是轉(zhuǎn)換成與設(shè)定轉(zhuǎn)速的差異的控制，以便不超過額定電功率。
實(shí)際上，如圖15所表示的那樣，是從比額定電功率低10％左右電功率開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制的，而不是從超過額定電功率起進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制的。
權(quán)利要求
1.一種升力型固定俯仰水平軸風(fēng)車，該風(fēng)車特征在于，具有短路單元，在以大于等于運(yùn)轉(zhuǎn)極限風(fēng)速的風(fēng)吹來時(shí)，將發(fā)電機(jī)的輸出短路，使風(fēng)車的旋翼緩慢地繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升力型固定俯仰水平軸風(fēng)車，其特征在于，該風(fēng)車還具有判定單元，通過將由上述短路單元所產(chǎn)生的短路電流與規(guī)定的閾值進(jìn)行比較，來判定是否再次開始風(fēng)車的運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.一種升力型固定俯仰水平軸風(fēng)車，該風(fēng)車特征在于，具有短路單元，在由于電池電壓的降低或發(fā)電機(jī)輸出電壓的上升而不能進(jìn)行必要的風(fēng)車的停止控制時(shí)，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸入短路。
4.一種升力型固定俯仰水平軸風(fēng)車，該風(fēng)車特征在于，具有存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)與過去風(fēng)速的變化傾向有關(guān)的信息；和控制單元，根據(jù)該存儲(chǔ)單元所存儲(chǔ)的信息來預(yù)測(cè)以后的風(fēng)速，使風(fēng)車的旋轉(zhuǎn)高速地跟蹤風(fēng)速的變化。
5.一種升力型固定俯仰水平軸風(fēng)車，該風(fēng)車特征在于，在以所設(shè)定的上限轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，在風(fēng)速增加而使得充電用的電功率超出額定功率值的情況下，通過降低風(fēng)車的上限轉(zhuǎn)速，使充電用的電功率不超過該額定電功率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其在風(fēng)速傳感器檢測(cè)到規(guī)定值以上的風(fēng)速時(shí)，由定時(shí)裝置起動(dòng)待機(jī)定時(shí)功能，并在待機(jī)定時(shí)期間結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換到比待機(jī)定時(shí)期間還短的驅(qū)動(dòng)定時(shí)功能，僅在驅(qū)動(dòng)定時(shí)期間內(nèi)，通過轉(zhuǎn)換繼電器將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)，通過驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行用于起動(dòng)輔助的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)定時(shí)期間結(jié)束之后再次成為待機(jī)定時(shí)期間，重復(fù)這樣的動(dòng)作。在此期間，由轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)裝置根據(jù)三相通電繞組的輸出電壓Vm監(jiān)視轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，在該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成為大于等于規(guī)定的轉(zhuǎn)速時(shí)，開始三相發(fā)電機(jī)的發(fā)電和對(duì)電池的充電。
文檔編號(hào)H02J7/32GK101030752SQ20071000554
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2003年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月15日
發(fā)明者伊藤瞭介, 佐藤清, 田村秀章, 川上勝史 申請(qǐng)人:輕風(fēng)株式會(huì)社