(57)【要約】  風力発電装置は、風車と、前記風車の回転により発電を行う発電部と、前記発電部にて発生する電力を蓄電池への充電用の電力へと変換する充電用変換器と、前記充電用変換器を制御する変換器制御部と、前記変換器制御部に電力を供給する電力供給部と、前記発電部による発電電圧が制御部能動化電圧を上回った場合に、前記電力供給部から前記変換器制御部に電力を供給することにより、前記変換器制御部を能動化させる制御部電源スイッチング部と、を備える。【選択図】図１０
2013027699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車と、
前記風車の回転により発電を行う発電部と、
前記発電部にて発生する電力を蓄電池への充電用の電力へと変換する充電用変換器と、
前記充電用変換器を制御する変換器制御部と、
前記変換器制御部に電力を供給する電力供給部と、
前記発電部による発電電圧が制御部能動化電圧を上回った場合に、前記電力供給部から前記変換器制御部に電力を供給することにより、前記変換器制御部を能動化させる制御部電源スイッチング部と、
を備える、風力発電装置。
【請求項２】
発電電圧が前記制御部能動化電圧であるときに、前記発電部による発電電力が、風力発電装置全体における消費電力よりも大きい、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
発電電圧が前記制御部能動化電圧を上回る状態から制御部停止電圧を下回った場合に、前記制御部電源スイッチング部が、前記電力供給部から前記変換器制御部への電力の供給を停止する、請求項１または２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記制御部能動化電圧と前記制御部停止電圧とが等しい、請求項３に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記電力供給部が、前記蓄電池である、請求項１ないし４のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記発電部による発電電圧を検出する発電電圧検出部と、
前記発電部から前記充電用変換部への出力のＯＮ／ＯＦＦを切り替える充電スイッチング部と、
前記発電電圧検出部にて検出された発電電圧に基づいて、前記充電スイッチング部を制御するスイッチング指示部と、
をさらに備え、
発電電圧が、前記制御部能動化電圧よりも高い充電開始電圧を上回った場合に、前記スイッチング指示部の指示により、前記充電スイッチング部が、前記発電部と前記充電用変換部とを接続する、請求項１ないし５のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項７】
前記発電電圧検出部が、
発電電圧に比例する当該発電電圧よりも低い電圧を発生する電圧低減部と、
前記電圧低減部からの電圧を、発電電圧を示す数値に変換して前記スイッチング指示部に入力する電圧値取得部と、
を備える、請求項６に記載の風力発電装置。
【請求項８】
前記発電部が、
３相の出力線を有する発電機と、
前記発電機から出力される交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ変換器と、
を備え、
前記風力発電装置が、
前記３相の出力線のうち少なくとも２相の出力線に接続されたショートリレー部と、
前記発電電圧検出部にて検出された発電電圧に基づいて、前記ショートリレー部を制御するショートリレー指示部と、
をさらに備え、
発電電圧が、前記充電開始電圧よりも高い発電上限電圧を上回った場合に、前記ショートリレー指示部が、前記ショートリレー部により前記少なくとも２相の出力線をショートさせる、請求項６または７に記載の風力発電装置。
【請求項９】
前記少なくとも２相の出力線が、２相の出力線であり、
前記２相の出力線がショートした状態において、残りの１相の出力線により、前記蓄電池への充電が行われる、請求項８に記載の風力発電装置。
【請求項１０】
前記制御部電源スイッチング部が、
発電電圧が前記制御部能動化電圧を上回ったか否かを検出する能動化電圧検出部と、
前記能動化電圧検出部からの信号を受けて能動化され、前記蓄電池から与えられる電圧を前記変換器制御部用の電圧に変換しつつ前記蓄電池から前記変換器制御部に電力を供給する制御部用電圧変換部と、
を備える、請求項１ないし９のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１１】
前記能動化電圧検出部が、
発電電圧から、上限が前記制御部能動化電圧に制限された電圧を取得するダイオードと、
前記ダイオードにて得られる電圧を前記制御部用電圧変換部を能動化させる信号の電圧に変換する能動化電圧変換部と、
を備える、請求項１０に記載の風力発電装置。
【請求項１２】
前記能動化電圧検出部が、発電電圧を分圧して前記制御部用電圧変換部に入力する分圧回路、を備える、請求項１０に記載の風力発電装置。
【請求項１３】
前記変換器制御部が、演算装置により実現される、請求項１ないし１２のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１４】
前記電力供給部が、前記発電部である、請求項１ないし４のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１５】
前記蓄電池から前記変換器制御部への電力の供給のＯＮ／ＯＦＦを切り替える他の制御部電源スイッチング部と、
前記発電部による発電電圧が所定の上限値を上回った場合に、前記他の制御部電源スイッチング部により前記蓄電池から前記変換器制御部に電力を供給するとともに、前記制御部電源スイッチング部による前記発電部から前記変換器制御部への電力の供給を停止するスイッチング指示部と、
をさらに備える、請求項１４に記載の風力発電装置。
【請求項１６】
前記発電部による発電電圧が前記上限値を上回る状態から前記上限値を下回った場合に、前記スイッチング指示部が、前記制御部電源スイッチング部により前記発電部から前記変換器制御部に電力を供給するとともに、前記他の制御部電源スイッチング部による前記蓄電池から前記変換器制御部への電力の供給を停止する、請求項１５に記載の風力発電装置。
【請求項１７】
前記発電部が、
発電機と、
前記発電機から出力される交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ変換器と、
を備え、
前記変換器制御部および前記スイッチング指示部が、演算装置により実現され、
前記風力発電装置が、前記ＡＣ−ＤＣ変換器からの前記直流電力の電圧を、一定の電圧に変更して前記演算装置に電力を供給する定電圧発生部、
をさらに備える、請求項１５または１６に記載の風力発電装置。
【請求項１８】
前記スイッチング指示部が、前記発電部に対して直列接続された抵抗の間から出力を得る分圧回路、を備え、
前記発電部による発電電圧が前記上限値を上回った場合に、前記制御部電源スイッチング部が、前記分圧回路からの出力を利用して前記発電部から前記変換器制御部への電力の供給を停止する、請求項１５または１６に記載の風力発電装置。
【請求項１９】
前記スイッチング指示部が、前記発電部に対して直列接続された抵抗の間から出力を得る他の分圧回路、を備え、
前記発電部による発電電圧が前記上限値を上回った場合に、前記他の制御部電源スイッチング部が、前記他の分圧回路からの出力を利用して前記蓄電池から前記変換器制御部に電力を供給する、請求項１５、１６および１８のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項２０】
前記発電部が、
発電機と、
前記発電機から出力される交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ変換器と、
を備え、
前記変換器制御部が、演算装置により実現され、
前記風力発電装置が、前記ＡＣ−ＤＣ変換器からの前記直流電力の電圧を、一定の電圧に変更して前記演算装置に電力を供給する定電圧発生部、
をさらに備える、請求項１８または１９に記載の風力発電装置。
【請求項２１】
前記発電部による発電電圧が所定の変換器能動化電圧を上回った場合に、前記発電部にて発生する電力を前記充電用変換器に供給することにより、前記充電用変換器を能動化させる変換器電源スイッチング部、
をさらに備える、請求項１４ないし２０のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項２２】
前記蓄電池から前記充電用変換器への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを切り替える他の変換器電源スイッチング部と、
前記発電部による発電電圧が所定の他の上限値を上回った場合に、前記他の変換器電源スイッチング部により前記蓄電器から前記充電用変換器に電力を供給するとともに、前記変換器電源スイッチング部による前記発電部から前記充電用変換器への電力供給を停止する他のスイッチング指示部と、
をさらに備える、請求項２１に記載の風力発電装置。
【請求項２３】
前記他のスイッチング指示部が、前記発電部に対して直列接続された抵抗の間から出力を得る分圧回路、を備え、
前記発電部による発電電圧が前記他の上限値を上回った場合に、前記変換器電源スイッチング部が、前記分圧回路からの出力を利用して前記発電部から前記充電用変換器への電力の供給を停止する、請求項２２に記載の風力発電装置。
【請求項２４】
前記他のスイッチング指示部が、前記発電部に対して直列接続された抵抗の間から出力を得る他の分圧回路、を備え、
前記発電部による発電電圧が前記他の上限値を上回った場合に、前記他の変換器電源スイッチング部が、前記他の分圧回路からの出力を利用して前記蓄電池から前記充電用変換器に電力を供給する、請求項２２または２３に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置では、発電効率を高めるために様々な制御が行われる。このような制御は、マイクロコンピュータ等の演算装置により実現され、従来より、演算装置には常に電力が供給される。しかし、演算装置への電源として蓄電池が用いられる場合、無風状態が続くと発電が長時間行われないため、蓄電池から電力が消費され続ける。【０００３】
そこで、例えば、実開昭６２−２８５６３６号公報に開示される風力発電システムでは、太陽電池を設け、太陽電池からコントローラおよび界磁電流調整器に電力が供給されることにより、無風が継続することによるシステムダウンが防止される。
【特許文献１】実開昭６２−２８５６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、太陽電池を風力発電システムに設ける場合、システムが大掛かりとなり、部品数も大幅に増加し、発電コストが増大してしまう。また、風が吹かない間に制御部に電力が供給され続け、不必要に電力が消費される。【０００５】
本発明は、風力発電装置において、蓄電池に蓄えられた電力の消費を抑制することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の例示的な一の側面に係る風力発電装置は、風車と、前記風車の回転により発電を行う発電部と、前記発電部にて発生する電力を蓄電池への充電用の電力へと変換する充電用変換器と、前記充電用変換器を制御する変換器制御部と、前記変換器制御部に電力を供給する電力供給部と、前記発電部による発電電圧が制御部能動化電圧を上回った場合に、前記電力供給部から前記変換器制御部に電力を供給することにより、前記変換器制御部を能動化させる制御部電源スイッチング部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、蓄電池に蓄えられた電力の消費を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る風力発電装置の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、第１スイッチング部の詳細を示す回路図である。
【図３】図３は、第２スイッチング部の詳細を示す回路図である。
【図４】図４は、回路部の他の例の一部を示す図である。
【図５】図５は、回路部のさらに他の例の一部を示す図である。
【図６】図６は、第２の実施形態に係る風力発電装置の全体構成を示す図である。
【図７】図７は、第１スイッチング部およびスイッチング指示部の一部を示す回路図である。
【図８】図８は、第２スイッチング部およびスイッチング指示部の一部を示す回路図である。
【図９】図９は、回路部の他の例の一部を示す図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態に係る風力発電装置の全体構成を示す図である。
【図１１】図１１は、能動化電圧検出部を示す図である。
【図１２】図１２は、能動化電圧検出部の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る風力発電装置１の全体構成を示す図である。風力発電装置１は、風車２１と、発電機２２と、回路部３と、蓄電池４と、を含む。風車２１の回転軸は、発電機２２の回転部に直接的に、または、増速ギヤを介して接続される。風車２１が風を受けて回転すると、発電機２２の回転部が回転する。これにより、風車２１により発生する運動エネルギーが、発電機２２により電気エネルギーに変換される。発電機２２は、３相の出力線を有する。発電機２２では、風車２１の回転速度に応じた可変周波数の３相の交流電力が発生する。
【００１０】
回路部３は、ＡＣ−ＤＣ変換器３１と、ＤＣ−ＤＣ変換器３２と、電流・電圧検知部３３と、演算装置３０と、を含む。発電機２２から出力される交流電力は、ＡＣ−ＤＣ変換器３１にて直流電力に変換される。直流電力の電圧は、スイッチングコンバータであるＤＣ−ＤＣ変換器３２により、一定の電圧に変換される。蓄電池４は、電流・電圧検知部３３を介してＤＣ−ＤＣ変換器３２に接続され、ＤＣ−ＤＣ変換器３２からの出力電流により蓄電を行う。
【００１１】
このように、発電機２２にて発生されてＡＣ−ＤＣ変換器３１から出力される電力は、ＤＣ−ＤＣ変換器３２により蓄電池４への充電用の電力へと変換される。ＤＣ−ＤＣ変換器３２は、充電用変換部である。なお、以下の説明では、発電機２２とＡＣ−ＤＣ変換器３１とを直流電力を発生する部位と捉え、これらを「発電部２０」と呼ぶ。
【００１２】
演算装置３０は、主要部がマイクロコンピュータにより実現される。演算装置３０により、変換器制御部３０１およびスイッチング指示部３０２の機能が実現される。電流・電圧検知部３３は、所定のサンプリング周期にてＤＣ−ＤＣ変換器３２からの出力電流および出力電圧をサンプリングする。電流・電圧検知部３３からの信号は、変換器制御部３０１に入力される。変換器制御部３０１は、ＤＣ−ＤＣ変換器３２からの出力電力を求め、ＤＣ−ＤＣ変換器３２をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式にて制御する。これにより、発電機２２における高い発電効率が実現される。
【００１３】
回路部３は、第１スイッチング部３４と、レギュレータ３５と、第２スイッチング部３６と、電圧検知部３８と、をさらに含む。回路部３は、１つまたは複数の回路基板上に設けられる。第１スイッチング部３４は、ＡＣ−ＤＣ変換器３１、スイッチング指示部３０２およびレギュレータ３５に接続される。第１スイッチング部３４は、発電部２０にて発生する電圧（以下、「発電電圧」という。）を検知し、発電電圧が所定の下限値（以下、「第１下限値」という。）を上回るとＡＣ−ＤＣ変換器３１とレギュレータ３５とを接続する。
【００１４】
レギュレータ３５は、定電圧発生部であり、例えば、シリーズレギュレータである。レギュレータ３５は、ＡＣ−ＤＣ変換器３１からの直流電力を、演算装置３０用の一定の電圧（例えば、５Ｖ）の電力に変更する。これにより、発電部２０にて発生する電力の一部が、演算装置３０、特に、演算装置３０が有するマイクロコンピュータに、レギュレータ３５を介して供給される。その結果、演算装置３０が起動し、変換器制御部３０１およびスイッチング指示部３０２が能動化される。このように、第１スイッチング部３４は、演算装置３０である制御部の電源用のスイッチング部（制御部電源スイッチング部）として機能する。
【００１５】
第１下限値は、制御部電源スイッチング部が変換器制御部３０１を能動化させる制御部能動化電圧である。発電電圧が制御部能動化電圧あるとき、発電部２０による発電電力は、風力発電装置１全体における消費電力よりも大きい。これにより、発電中に電力が消費されることが防止され、蓄電効率が向上する。
【００１６】
第２スイッチング部３６は、蓄電池４、スイッチング指示部３０２およびレギュレータ３５に接続される。電圧検知部３８は、発電部２０から出力される発電電圧を測定し、演算装置３０、特に、スイッチング指示部３０２に入力する。スイッチング指示部３０２は、上記第１下限値よりも大きい上限値（以下、「第１上限値」という。）を発電電圧が上回らないか常に監視する。
【００１７】
発電部２０による発電電圧が第１上限値を上回ると、スイッチング指示部３０２は第２スイッチング部３６にレベルがＨｉ（高）の信号を出力し、第２スイッチング部３６により、レギュレータ３５を介して蓄電池４から演算装置３０に電力が供給される。このように、第２スイッチング部３６は、演算装置３０である制御部の電源用の他のスイッチング部（他の制御部電源スイッチング部）として機能する。さらに、スイッチング指示部３０２は第１スイッチング部３４にレベルがＨｉの信号を出力し、第１スイッチング部３４により、発電部２０から演算装置３０への電力供給が停止される。これにより、高電圧によるレギュレータ３５やレギュレータ３５を含むディスクリート回路の破壊が防止される。
【００１８】
実際には、スイッチング指示部３０２が第２スイッチング部３６に信号を出力した後に第１スイッチング部３４に信号を出力するために、第１上限値は、互いに異なる２つの上限値の組み合わせとなっている。以下、これらの上限値を「下側第１上限値」および「上側第１上限値」と呼ぶ。そして、発電電圧が下側第１上限値を上回るとスイッチング指示部３０２が第２スイッチング部３６にＨｉの信号を出力し、発電電圧が上側第１上限値を上回るとスイッチング指示部３０２が第１スイッチング部３４にＨｉの信号を出力する。
【００１９】
発電電圧が、第１上限値を上回る状態から第１上限値を下回ると、スイッチング指示部３０２は第１スイッチング部３４にレベルがＬｏ（低）の信号を出力し、第１スイッチング部３４により、レギュレータ３５を介して発電部２０から演算装置３０に電力が供給される。さらに、スイッチング指示部３０２は第２スイッチング部３６にレベルがＬｏの信号を出力し、第２スイッチング部３６により、蓄電池４から演算装置３０への電力供給が停止される。正確には、発電電圧が上側第１上限値を下回ると、スイッチング指示部３０２が第１スイッチング部３４にＬｏの信号を出力し、発電電圧が下側第１上限値を下回ると、スイッチング指示部３０２が第２スイッチング部３４にＬｏの信号を出力する。
【００２０】
発電電圧が、第１下限値を上回る状態から第１下限値を下回ると、第１スイッチング部３４により発電部２０から演算装置３０への電力供給が停止される。これにより、演算装置３０の機能が停止する。第１下限値は、制御部電源スイッチング部が、電力供給部である発電部２０から変換器制御部３０１への電力の供給を停止する制御部停止電圧でもある。制御部能動化電圧と制御部停止電圧とは異なってもよい。
【００２１】
図２は、第１スイッチング部３４の詳細を示す回路図である。第１スイッチング部３４は２つのｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)５１１，５１３と、１つのｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ５１２と、を含む。まず、風車２１の回転が開始し、発電部２０にて発生する発電電圧が上昇すると、点５１の電位が抵抗５２１と抵抗５２２とによる分圧に応じて上昇する。発電電圧が第１下限値を上回ると、ＭＯＳＦＥＴ５１１がＯＮ状態となり、点５２の電位が下降する。その結果、ＭＯＳＦＥＴ５１２がＯＮ状態となり、レギュレータ３５を介して、発電部２０から演算装置３０に電力が供給される。
【００２２】
一方、演算装置３０が能動化される前および直後の状態では、スイッチング指示部３０２からは抵抗５２３を介してＭＯＳＦＥＴ５１３にＬｏの信号が入力される状態となっている。この状態から、スイッチング指示部３０２から第１スイッチング部３４にＨｉの信号が入力されると、ＭＯＳＦＥＴ５１３がＯＮ状態となり、位置５１の電位が下がる。その結果、ＭＯＳＦＥＴ５１１がＯＦＦ状態となり、点５２の電位が上昇してＭＯＳＦＥＴ５１２もＯＦＦ状態となり、レギュレータ３５からの演算装置３０への電力供給が停止される。
【００２３】
以上のように、第１スイッチング部３４は、演算装置３０からの指示を受けることなく発電部２０から演算装置３０への電力供給を開始し、スイッチング指示部３０２からの指示により発電部２０から演算装置３０への電力供給を停止する。なお、発電電圧が上昇した際の第１スイッチング部３４による演算装置３０への電力供給の停止は、スイッチング指示部３０２からの指示を受けることなく第１スイッチング部３４により自動的に行われてもよい。
【００２４】
図３は、第２スイッチング部３６の詳細を示す回路図である。第２スイッチング部３６は１つのｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ６１１と、１つのｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ６１２と、を含む。第１スイッチング部３４により演算装置３０が能動化された直後の状態では、抵抗６２１を介してＭＯＳＦＥＴ６１１にはＬｏの信号が入力されている。そして、スイッチング指示部３０２からＭＯＳＦＥＴ６１１にＨｉの信号が入力されると、ＭＯＳＦＥＴ６１１がＯＮ状態となる。これにより、点６１の電位が下降し、ＭＯＳＦＥＴ６１２がＯＮ状態となる。その結果、レギュレータ３５を介して、蓄電池４から演算装置３０に電力が供給される。
【００２５】
一方、スイッチング指示部３０２から第２スイッチング部３６にＬｏの信号が入力されると、ＭＯＳＦＥＴ６１１がＯＦＦ状態となり、点６１の電位が上昇する。その結果、ＭＯＳＦＥＴ６１２がＯＦＦ状態となり、レギュレータ３５から演算装置３０への電力供給が停止される。
【００２６】
以上のように、第２スイッチング部３６は、スイッチング指示部３０２からの指示により、蓄電池４から演算装置３０への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。なお、発電部２０から演算装置３０への電力供給と、蓄電池４から演算装置３０への電力供給との切替には、微小なオーバーラップ期間が設けられるため、第１スイッチング部３４および第２スイッチング部３６では、ダイオード５３１，６３１を介してレギュレータ３５にそれぞれ電力が供給される。
【００２７】
風力発電装置１では、発電部２０にて発電がほとんど行われない状態では、演算装置３０に電力が供給されない。これにより、無駄な電力消費が防止される。風車２１の回転により発電部２０が発電を行うと、発電部２０から演算装置３０に電力が供給されるため、蓄電池４に蓄えられた電力の消費が抑制される。その結果、電力量で見たときの発電効率が向上する。また、演算装置３０に電力を供給し続けるために太陽光発電といった大規模な設備を追加する必要もない。
【００２８】
一方、発電部２０にて発生する発電電圧が高くなりすぎた場合には、蓄電池４から演算装置３０に電力が供給されて発電部２０から演算装置３０への電力の供給が停止されるため、レギュレータ３５等の破壊が防止される。レギュレータ３５として耐電圧の低い安価なものを利用することができ、風力発電装置１の製造コストの増大を防止することができる。
【００２９】
図４は、回路部３の他の例の一部を示す図である。図４では、図１に示すものと同様の構成要素には同符号を付し、図１に示されないものは図１の回路部３に追加される構成要素を示す。なお、図４の第１スイッチング指示部３０２は、図１のスイッチング指示部３０２と同様であり、その周辺の構成要素の図示を省略している。
【００３０】
図１では図示を省略しているが、ＤＣ−ＤＣ変換器３２の駆動用電力として、蓄電池４から電力が供給される。この電力供給は、演算装置３０が能動化された後に演算装置３０の制御により行われる。図４の回路部３では、ＤＣ−ＤＣ変換器３２の駆動用電力として、発電部２０からの電力供給と、蓄電池４からの電力供給とが切り替えられる。
【００３１】
図４の回路部３では、図１の回路部３に、第３スイッチング部７１と、レギュレータ７２と、第４スイッチング部７３と、が追加される。演算装置３０では、第２スイッチング指示部３０３の機能が追加される。第３スイッチング部７１および第４スイッチング部７３の構造は、図３に示すものと同様であり、第３スイッチング部７１では電源が発電部２０に置き換えられる。
【００３２】
第２スイッチング指示部３０３から第３スイッチング部７１にＨｉの信号が入力されると、レギュレータ７２がＤＣ−ＤＣ変換器３２を駆動するための一定の電圧（例えば、１２Ｖ）を発生し、発電部２０からＤＣ−ＤＣ変換器３２に電力が供給される。第３スイッチング部７１にＬｏの信号が入力されると、発電部２０からＤＣ−ＤＣ変換器３２への電力供給が停止される。第３スイッチング部７１により、発電部２０からＤＣ−ＤＣ変換器３２への電力供給のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。このように、第３スイッチング部７１は、ＤＣ−ＤＣ変換器３２の電源用のスイッチング部（変換器電源スイッチング部）として機能する。
【００３３】
第２スイッチング指示部３０３から第４スイッチング部７３にＨｉの信号が入力されると、レギュレータ７２を介して蓄電池４からＤＣ−ＤＣ変換器３２に電力が供給される。第４スイッチング部７３にＬｏの信号が入力されると、蓄電池４からＤＣ−ＤＣ変換器３２への電力供給が停止される。第４スイッチング部７３により、蓄電池４からＤＣ−ＤＣ変換器３２への電力供給のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。第４スイッチング部７３は、ＤＣ−ＤＣ変換器３２の電源用の他のスイッチング部（他の変換器電源スイッチング部）として機能する。
【００３４】
風車２１が回転を開始して演算装置３０が能動化され、さらに発電部２０による発電電圧が上昇して所定の下限値（以下、「第２下限値」という。）を上回ることが電圧検知部３８による検知されると、第２スイッチング指示部３０３からの信号により、第３スイッチング部７１およびレギュレータ７２を介して発電部２０にて発生する電力の一部が、ＤＣ−ＤＣ変換器３２に駆動用の電力として供給される。これにより、ＤＣ−ＤＣ変換器３２が能動化される。第２下限値は、充電用変換器であるＤＣ−ＤＣ変換器３２を能動化させるときの電圧である変換器能動化電圧である。
【００３５】
風車２１の回転速度がさらに上昇し、発電部２０による発電電圧が所定の上限値（以下、「第２上限値」という。）を上回ると、第２スイッチング指示部３０３からの信号により、第４スイッチング部７３およびレギュレータ７２を介して蓄電池４からもＤＣ−ＤＣ変換器３２に駆動用の電力が供給される。そして、第２スイッチング指示部３０３からの信号により、第３スイッチング部７１が発電部２０からＤＣ−ＤＣ変換器３２への駆動用の電力の供給を停止する。これにより、レギュレータ７２に許容値以上の電圧が付与されてレギュレータ７２が破壊されることが防止される。
【００３６】
実際には、第２スイッチング指示部３０３が第４スイッチング部７３に信号を出力した後に第３スイッチング部７１に信号を出力するために、第２上限値は、互いに異なる２つの上限値の組み合わせとなっている。以下、これらの上限値を「下側第２上限値」および「上側第２上限値」と呼ぶ。そして、発電電圧が下側第２上限値を上回ると第２スイッチング指示部３０３が第４スイッチング部７３にＨｉの信号を出力し、発電電圧が上側第２上限値を上回ると第２スイッチング指示部３０３が第３スイッチング部７１にＬｏの信号を出力する。
【００３７】
風車２１の回転速度が減速し、発電部２０による発電電圧が第２上限値を上回る状態から第２上限値を下回ると、第２スイッチング指示部３０３からの信号により、第３スイッチング部７３およびレギュレータ７２を介して発電部２０からＤＣ−ＤＣ変換器３２に駆動用の電力が供給される。そして、第２スイッチング指示部３０３からの信号により、第４スイッチング部７３が蓄電池４からＤＣ−ＤＣ変換器３２への駆動用の電力の供給を停止する。正確には、発電電圧が上側第２上限値を下回ると、第２スイッチング指示部３０３が第３スイッチング部７１にＨｉの信号を出力し、発電電圧が下側第２上限値を下回ると、第２スイッチング指示部３０３が第４スイッチング部７３にＬｏの信号を出力する。
【００３８】
風車２１の回転速度がさらに低下すると、第２スイッチング指示部３０３からの信号により、第３スイッチング部７１が発電部２０からＤＣ−ＤＣ変換器３２への駆動用の電力の供給を停止する。本実施形態では、ＤＣ−ＤＣ変換器３２を停止させる際の変換器停止電圧は、変換器能動化電圧に等しいが、これらは異なってもよい。
【００３９】
以上の動作により、蓄電池４からＤＣ−ＤＣ変換器３２への供給電力量を削減することができ、蓄電池４に蓄えられた電力の消費が抑制される。その結果、発電効率が向上する。また、レギュレータ７２として耐電圧の低い安価なものを利用することで風力発電装置１の製造コストの増大を防止することができる。
【００４０】
なお、発電部２０にて発生する発電電圧が第２下限値を下回る場合であっても蓄電池４への充電が可能である場合、第２スイッチング指示部３０３からの信号により、第４スイッチング部７３およびレギュレータ７２を介して蓄電池４からＤＣ−ＤＣ変換器３２に駆動用の電力が供給されてよい。この場合、風車２１の回転速度が上昇するに従って、ＤＣ−ＤＣ変換器３２の電源が、蓄電池４から、発電部２０、蓄電池４へと順に切り替わり、風車２１の回転速度が低下すると、蓄電池４から、発電部２０、蓄電池４へと順に切り替わる。
【００４１】
図５は、回路部３のさらに他の例の一部を示す図である。回路部３は、もう１つのレギュレータ３５ａが追加されるという点を除いて図１の回路部３と同様である。図５の回路部３では、レギュレータ３５から、例えば１２Ｖの電圧にてＤＣ−ＤＣ変換器３２に電力が供給される。レギュレータ３５ａはレギュレータ３５に接続され、電圧を例えば５Ｖに変換して電力を演算装置３０に供給する。これにより、図１の場合と同様の電力供給源の切り替えを、演算装置３０およびＤＣ−ＤＣ変換器３２に対して同時に行うことができる。
【００４２】
正確には、レギュレータ３５とレギュレータ３５ａとの間の分岐点と、ＤＣ−ＤＣ変換器３２との間、および、当該分岐点とレギュレータ３５ａとの間に、それぞれ逆流防止用のダイオードが配置される。
【００４３】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る風力発電装置１の全体構成を示す図である。風力発電装置１では、スイッチング指示部３０２が専用の回路として設けられる。変換器制御部３０１の機能は演算装置３０により実現される。スイッチング指示部３０２は発電部２０に接続される。他の構成要素は、図１の風力発電装置１と同様であり、同符号を付す。
【００４４】
図７は、第１スイッチング部３４およびスイッチング指示部３０２の一部を示す回路図である。回路部３は、スイッチング指示部３０２の一部として、分圧回路８１を含む。分圧回路８１は、発電部２０に対して直列接続された２つの抵抗８１１，８１２を含む。分圧回路８１では、抵抗８１１，８１２の間から出力が得られる。出力は、第１スイッチング部３４に入力される。すなわち、抵抗８１１，８１２の間の位置が、抵抗５２３を介してＭＯＳＦＥＴ５１３のゲートに接続される。
【００４５】
第１の実施形態と同様に、発電電圧が第１下限値を上回ると、ＭＯＳＦＥＴ５１１がＯＮ状態となり、ＭＯＳＦＥＴ５１２もＯＮ状態となり、レギュレータ３５を介して、発電部２０から演算装置３０に電力が供給される。発電部２０による発電電圧がさらに上昇して第１上限値を上回ると、分圧回路８１からＭＯＳＦＥＴ５１３にＨｉの信号が入力される状態となり、第１の実施形態と同様の動作により、発電部２０から演算装置３０の変換器制御部３０１への電力の供給が停止される。換言すれば、第１スイッチング部３４は、分圧回路８１からの出力を利用して発電部２０から変換器制御部３０１への電力の供給を停止する。
【００４６】
また、発電部２０による発電電圧が第１上限値を下回った場合は、分圧回路８１からＭＯＳＦＥＴ５１３にＬｏの信号が入力され、発電部２０から変換器制御部３０１への電力の供給が再開される。換言すれば、第１スイッチング部３４は、分圧回路８１からの出力を利用して発電部２０から変換器制御部３０１への電力の供給を開始する。
【００４７】
以上のように、分圧回路８１を利用しても、第１スイッチング部３４が第１の実施形態と同様の動作をすることが実現される。
【００４８】
図８は、第２スイッチング部３６およびスイッチング指示部３０２の一部を示す回路図である。回路部３は、スイッチング指示部３０２の一部として、分圧回路８２を含む。分圧回路８２は、発電部２０に対して直列接続された２つの抵抗８２１，８２２を含む。分圧回路８２では、抵抗８２１，８２２の間から出力が得られる。出力は、第２スイッチング部３６に入力される。すなわち、抵抗８２１，８２２の間の位置が、抵抗６２１を介してＭＯＳＦＥＴ６１１のゲートに接続される。
【００４９】
発電電圧が第１上限値を上回ると、第１の実施形態と同様に、分圧回路８２により、ＭＯＳＦＥＴ６１１がＯＮ状態となり、ＭＯＳＦＥＴ６１２もＯＮ状態となり、レギュレータ３５を介して、蓄電池４から演算装置３０に電力が供給される。換言すれば、第２スイッチング部３６は、分圧回路８２からの出力を利用して蓄電池４から演算装置３０の変換器制御部３０１への電力の供給を開始する。
【００５０】
また、発電部２０による発電電圧が第１上限値を下回った場合、分圧回路８２からＭＯＳＦＥＴ６１１にＬｏの信号が入力され、蓄電池４から変換器制御部３０１への電力の供給が停止される。換言すれば、第２スイッチング部３６は、分圧回路８２からの出力を利用して蓄電池４から変換器制御部３０１への電力の供給を停止する。
【００５１】
以上のように、分圧回路８２を利用しても、第２スイッチング部３６が第１の実施形態と同様の動作をすることが実現される。第１スイッチング部３４および第２スイッチング部３６が第１の実施形態と同様に動作することにより、無駄な電力消費が防止される。また、発電電圧が高くなりすぎた場合のレギュレータ３５等の破壊が防止される。レギュレータ３５として耐電圧の低い安価なものを利用することができる。スイッチング指示部３０２を抵抗を利用する単純な分圧回路にて実現することにより、回路部３の動作の信頼性が向上する。
【００５２】
なお、分圧回路８１を第１スイッチング部３４の一部と捉え、分圧回路８２を第２スイッチング部３６の一部と捉えた場合、第２の実施形態は、第１の実施形態からスイッチング指示部３０２を省いた構造となる。
【００５３】
実際には、スイッチング時に変換器制御部３０１を含む演算装置３０への電力供給が途絶えないように、第１の実施形態と同様に、分圧回路８１によりスイッチングが行われる第１上限値は、分圧回路８２によりスイッチングが行われる第１上限値よりも僅かに高い。すなわち、分圧回路８１により上側第１上限値が取得され、分圧回路８２により下側第１上限値が取得される。
【００５４】
図９は、回路部３の他の例の一部を示す図であり、図４に対応する。図９では、図６に示すものと同様の構成要素には同符号を付し、図６に示さないものは図６の回路部３に追加される構成要素を示す。第１スイッチング指示部３０２は、図６のスイッチング指示部３０２と同様であり、その周辺の構成要素の図示を省略している。図４と同様に、図９の回路部３では、発電部２０からＤＣ−ＤＣ変換器３２への電力供給と、蓄電池４からＤＣ−ＤＣ変換器３２への電力供給とが切り替えられる。
【００５５】
第２スイッチング指示部３０３は、演算装置３０から独立した構成要素である。第３スイッチング部７１、第４スイッチング部７３および第２スイッチング指示部３０３の構成は、スイッチング部がレギュレータ７２を介してＤＣ−ＤＣ変換器３２に接続されるという点を除いて、図７および図８と同様である。もちろん、分圧回路の２つの抵抗の値の比は、適宜変更される。以下、図７および図８の符号を参照して、第３スイッチング部７１、第４スイッチング部７３および第２スイッチング指示部３０３を説明する。
【００５６】
第３スイッチング部７１に接続される分圧回路８１は、発電部２０に対して直列接続された２つの抵抗８１１，８１２を含む。分圧回路８１では、抵抗８１１，８１２の間から出力が得られる。出力は、第３スイッチング部７１に入力される。発電電圧が第２下限値を上回ると、ＭＯＳＦＥＴ５１１がＯＮ状態となり、ＭＯＳＦＥＴ５１２もＯＮ状態となり、レギュレータ７２を介して、発電部２０からＤＣ−ＤＣ変換器３２に電力が供給される。発電部２０による発電電圧がさらに上昇して第２上限値を上回ると、ＭＯＳＦＥＴ５１３にＨｉの信号が入力される状態となり、発電部２０からＤＣ−ＤＣ変換器３２への電力の供給が停止される。換言すれば、第３スイッチング部７１は、分圧回路８１からの出力を利用して発電部２０からＤＣ−ＤＣ変換器３２への電力の供給を停止する。
【００５７】
また、発電部２０による発電電圧が第２上限値を下回った場合は、ＭＯＳＦＥＴ５１３にＬｏの信号が入力され、発電部２０からＤＣ−ＤＣ変換器３２への電力の供給が再開される。換言すれば、第３スイッチング部７１は、分圧回路８１からの出力を利用して発電部２０からＤＣ−ＤＣ変換器３２への電力の供給を開始する。
【００５８】
以上のように、分圧回路８１を利用しても、第３スイッチング部７１が、図４に示すものと同様の動作をすることが実現される。
【００５９】
第４スイッチング部７３に接続される分圧回路８２は、発電部２０に対して直列接続された２つの抵抗８２１，８２２を含む。分圧回路８２では、抵抗８２１，８２２の間からの出力が得られる。出力は、第４スイッチング部７３に入力される。発電電圧が第２上限値を上回ると、ＭＯＳＦＥＴ６１１がＯＮ状態となり、ＭＯＳＦＥＴ６１２もＯＮ状態となり、レギュレータ７２を介して、蓄電池４からＤＣ−ＤＣ変換器３２に電力が供給される。換言すれば、第４スイッチング部７３は、分圧回路８２からの出力を利用して蓄電池４からＤＣ−ＤＣ変換器３２への電力の供給を開始する。
【００６０】
また、発電部２０による発電電圧が第２上限値を下回った場合、ＭＯＳＦＥＴ６１１にＬｏの信号が入力され、蓄電池４からＤＣ−ＤＣ変換器３２への電力の供給が停止される。換言すれば、第４スイッチング部７３は、分圧回路８２からの出力を利用して蓄電池４からＤＣ−ＤＣ変換器３２への電力の供給を停止する。
【００６１】
以上のように、分圧回路８２を利用しても、第４スイッチング部７３が図４に示すものと同様の動作をすることが実現される。第３スイッチング部７１および第４スイッチング部７３が図４に示すものと同様に動作することにより、無駄な電力消費が防止される。また、発電電圧が高くなりすぎた場合のレギュレータ７２等の破壊が防止される。レギュレータ７２として耐電圧の低い安価なものを利用することができる。第２スイッチング指示部３０３を抵抗を利用する単純な分圧回路にて実現することにより、回路部３の動作の信頼性が向上する。
【００６２】
なお、分圧回路８１を第３スイッチング部７１の一部と捉え、分圧回路８２を第４スイッチング部７３の一部と捉えた場合、図９に示す構成は、図４に示すものから第２スイッチング指示部３０３を省いた構造となる。
【００６３】
実際には、スイッチング時にＤＣ−ＤＣ変換器３２への電力供給が途絶えないように、分圧回路８１によりスイッチングが行われる第２上限値は、分圧回路８２によりスイッチングが行われる第２上限値よりも僅かに高い。すなわち、分圧回路８１により上側第２上限値が取得され、分圧回路８２により下側第２上限値が取得される。
【００６４】
なお、回路部３の設計に応じて、第１下限値は第２下限値よりも小さくても大きくてもよく、同じでもよい。第１上限値も第２上限値よりも小さくても大きくてもよく、同じでもよい。第１下限値が第２下限値に等しくてよい場合、分圧回路８１を１つだけ設け、分圧回路８１が第１スイッチング部３４および第３スイッチング部７１に接続可能である。同様に、第１上限値が第２上限値に等しくてよい場合、分圧回路８２を１つだけ設け、分圧回路８２が第２スイッチング部３６および第４スイッチング部７３に接続可能である。
【００６５】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る風力発電装置１ａの全体構成を示す図である。風力発電装置１ａは、風車２１と、発電機２２と、回路部３と、蓄電池４と、を含む。風車２１、発電機２２および蓄電池４は第１の実施形態と同様である。図１０では、一部の線を破線にて示す。
【００６６】
回路部３は、ＡＣ−ＤＣ変換器３１と、ＤＣ−ＤＣ変換器３２と、電流・電圧検知部３３と、演算装置３０と、レギュレータ７５と、能動化電圧検出部７６１と、電圧低減部７６２と、を含む。ＡＣ−ＤＣ変換器３１、ＤＣ−ＤＣ変換器３２および電流・電圧検知部３３は、第１の実施形態と同様である。回路部３は、充電スイッチング部７４１と、ショートリレー部７４２と、をさらに含む。充電スイッチング部７４１は、発電機２２とショートリレー部７４２との間に配置される。ショートリレー部７４２は、充電スイッチング部７４１とＡＣ−ＤＣ変換器３１との間に配置される。以下の説明では、第１の実施形態と同様に、発電機２２とＡＣ−ＤＣ変換器３１とを「発電部２０」と呼ぶ。第１の実施形態と同様に、回路部３は、１つまたは複数の回路基板上に設けられる。
【００６７】
充電スイッチング部７４１は、発電機２２の３相の出力線のそれぞれに配置されたリレースイッチの集合である。充電スイッチング部７４１により、発電部２０から充電用変換部であるＤＣ−ＤＣ変換器３２への出力のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。ショートリレー部７４２は、３相の出力線のうちの２つをショートさせるリレースイッチである。
【００６８】
演算装置３０は、変換器制御部３０１と、スイッチング指示部３０４と、ショートリレー指示部３０５と、電圧値取得部３０６と、を含む。変換器制御部３０１は第１の実施形態と同様である。スイッチング指示部３０４は、充電スイッチング部７４１に制御信号を入力する。ショートリレー指示部３０５は、ショートリレー部７４２に制御信号を入力する。
【００６９】
レギュレータ７５は、リレー用電圧変換部７５１と、制御部用電圧変換部７５２と、を含む。正確には、リレー用電圧変換部７５１および制御部用電圧変換部７５２のそれぞれがスイッチングレギュレータとして機能する要素であり、レギュレータ７５はレギュレータ要素群である。レギュレータ７５には蓄電池４から電力が入力される。リレー用電圧変換部７５１は、蓄電池４の電圧を充電スイッチング部７４１およびショートリレー部７４２に適合する電圧に変換する。例えば、蓄電池４からの２４Ｖの電圧を１２Ｖに変換する。これにより、リレー用電圧変換部７５１は、蓄電池４からの電力を利用して充電スイッチング部７４１およびショートリレー部７４２にスイッチング用の電力を供給する。
【００７０】
能動化電圧検出部７６１は、後述するように、発電電圧が演算装置３０を能動化する際の電圧を上回ったか否かを検出する。この電圧を以下、「制御部能動化電圧」と呼ぶ。図示を省略するが、能動化電圧検出部７６１および電圧低減部７６２と発電機２２との間には、他のＡＣ−ＤＣ変換器が設けられる。発電電圧が制御部能動化電圧を上回ったことを能動化電圧検出部７６１が検出すると、レギュレータ７５の制御部用電圧変換部７５２が能動化電圧検出部７６１からの信号を受けて能動化される。
【００７１】
制御部用電圧変換部７５２は、蓄電池４から与えられる電圧を変換器制御部３０１用、すなわち、演算装置３０用の電圧に変換しつつ蓄電池４から変換器制御部３０１を含む演算装置３０に電力を供給する。例えば、制御部用電圧変換部７５２は、蓄電池４からの２４Ｖの電圧を演算装置３０用の５Ｖの電圧に変換する。演算装置３０が能動化されると、変換器制御部３０１も能動化される。このように、能動化電圧検出部７６１および制御部用電圧変換部７５２は、変換器制御部３０１の電源のスイッチング部として機能し、図１０では、これらを「制御部電源スイッチング部７６３」として示している。
【００７２】
なお、制御部用電圧変換部７５２を設けることにより、設計変更により蓄電池４からの電圧が変更された場合であっても、制御部用電圧変換部７５２の変更のみで対応することができる。
【００７３】
電圧低減部７６２は、発電電圧に比例する当該発電電圧よりも低い電圧を発生する。電圧低減部７６２からの電圧は演算装置３０にて処理可能な電圧である。この電圧は、電圧値取得部３０６に入力される。電圧値取得部３０６は、アナログの電圧の大きさを演算装置３０内で処理可能なデジタルの電圧値に変換する。発電電圧を実質的に示す変換後の数値は、スイッチング指示部３０４およびショートリレー指示部３０５に入力される。このように、電圧低減部７６２および電圧値取得部３０６は、発電部２０による発電電圧を検出する発電電圧検出部７６４として機能する。
【００７４】
次に、風力発電装置１ａの細部の構成および動作について説明する。図１１は、能動化電圧検出部７６１を示す図である。能動化電圧検出部７６１は、ツェナーダイオード７６５と、コンデンサ７６６と、能動化電圧変換部７６７と、を含む。ツェナーダイオード７６５を、以下単に、「ダイオード７６５」という。発電機２２から図示省略のＡＣ−ＤＣ変換器を介して発電電圧が能動化電圧検出部７６１に入力されると、ダイオード７６５により、上限が制御部能動化電圧に制限された電圧が取得される。当該電圧は、能動化電圧変換部７６７に入力される。
【００７５】
能動化電圧変換部７６７は、入力される電圧が制御部能動化電圧未満の場合は０Ｖを出力し、制御部能動化電圧以上の場合、例えば１０Ｖ以上の場合には、レギュレータ７５へに適した電圧として、例えば２Ｖを出力する。すなわち、能動化電圧変換部７６７は、ダイオード７６５にて得られる電圧を制御部用電圧変換部７５２を能動化させる信号である電圧に変換する。本実施形態では能動化電圧変換部７６７としてリセットＩＣが利用される。
【００７６】
能動化電圧変換部７６７が設けられることにより、一定の電圧がレギュレータ７２に入力され、グランドノイズやコンデンサの待機電流による演算装置３０の誤動作が防止される。その結果、安定して演算装置３０を能動化させることができ、演算装置３０への負荷を減らすことができる。また、制御部能動化電圧とレギュレータ７５を能動化する電圧とを異なる電圧とすることができる。
【００７７】
レギュレータ７５が、能動化電圧検出部７６１から入力される電圧が予め定められた閾値を超えるか否かでＯＮ／ＯＦＦ制御可能な場合、能動化電圧検出部７６１は、図１２に示すように、分圧回路により実現されてもよい。例えば、直列接続された抵抗７６８，７６９のうち、一方の抵抗７６９に作用する電圧、すなわち、２つの抵抗の間からの出力がレギュレータ７５に入力される。これにより、能動化電圧検出部７６１は、発電電圧を分圧して制御部用電圧変換部７５２を含むレギュレータ７５に入力する。
【００７８】
能動化電圧検出部７６１により、無風または微風状態では、発電電圧が制御部能動化電圧を下回り、能動化電圧検出部７６１からレギュレータ７５を能動化する電圧は入力されない。したがって、レギュレータ７５には蓄電池４により電圧が与えられているが、レギュレータ７５は能動化されない。制御部用電圧変換部７５２から演算装置３０には電力は供給されない。これにより、無風または微風状態において蓄電池４に蓄えられた電力の消費が防止される。
【００７９】
演算装置３０には電力が供給されないため、スイッチング指示部３０４から充電スイッチング部７４１には、リレースイッチをＯＮ状態にする信号は入力されない。発電機２２とＡＣ−ＤＣ変換器３１とは接続されず、風車２１は無負荷状態であるため、非常に弱い風であっても風車２１の回転が開始する。その結果、後述の蓄電を容易に開始することができる。
【００８０】
風車２１の回転により発電部２０による発電電圧が制御部能動化電圧を上回ると、能動化電圧検出部７６１によりレギュレータ７５が能動化される。これにより、レギュレータ７５のリレー用電圧変換部７５１は、蓄電池４からの電圧をリレースイッチ用の電圧に変換して充電スイッチング部７４１およびショートリレー部７４２に与える。制御部用電圧変換部７５２を含む制御部電源スイッチング部７６３は、蓄電池４からの電圧を演算装置３０用の電圧に変換して蓄電池４から演算装置３０に電力を供給する。その結果、変換器制御部３０１、スイッチング指示部３０４、ショートリレー指示部３０５および電圧値取得部３０６が能動化される。
【００８１】
既述のように、電圧低減部７６２からの電圧を参照して、電圧値取得部３０６は、発電電圧を数値化してスイッチング指示部３０４およびショートリレー指示部３０５に入力する。風車２１の回転数が上昇し、発電電圧が制御部能動化電圧よりも高い充電開始電圧を上回ると、スイッチング指示部３０４は充電スイッチング部７４１に信号を送る。これにより、充電スイッチング部７４１は、発電機２２とＡＣ−ＤＣ変換器３１とを接続する。その結果、第１の実施形態と同様に、電流・電圧検知部３３からの信号に基づいて変換器制御部３０１がＤＣ−ＤＣ変換器３２を制御し、蓄電池４への発電電力の充電が行われる。このように、スイッチング指示部３０４は、発電電圧検出部７６４にて検出された発電電圧に基づいて、充電スイッチング部７４１を制御する。
【００８２】
発電電圧が充電開始電圧であるとき、発電部２０による発電電力は、風力発電装置１ａの回路部３の消費電力以上であることが好ましい。これにより、充電を開始しているにも関わらず風力発電装置１ａ全体では蓄電池４の電力を消費してしまうことが防止される。また、充電開始電圧時の電力消費を確実に防止するために、発電電圧が制御部能動化電圧の時に、発電部２０による発電電力が、風力発電装置１ａ全体における消費電力よりも大きいことがより好ましい。これにより、蓄電池４の電力の消費を抑制することができ、蓄電効率を向上することができる。
【００８３】
特に、本実施形態と異なり、充電スイッチング部７４１が設けられない場合は、発電電圧が制御部能動化電圧を上回ると同時に充電が開始されるため、制御部能動化電圧時に発電電力が風力発電装置１ａの消費電力を上回ることが好ましい。
【００８４】
風速が低下し、発電部２０による発電電圧が充電開始電圧を下回ると、スイッチング指示部３０４は、充電スイッチング部７４１に電圧を与えることを停止し、充電スイッチング部７４１がＯＦＦ状態になる。これにより、充電が停止する。風速がさらに低下し、発電電圧が制御部能動化電圧を下回ると、能動化電圧検出部７６１からレギュレータ７５に電圧が入力されなくなり、レギュレータ７５の機能が停止する。制御部用電圧変換部７５２から演算装置３０への電力の供給が停止し、演算装置３０が停止する。
【００８５】
演算装置３０への電力供給が停止する発電電圧を「制御部停止電圧」と表現すると、本実施形態では制御部能動化電圧と制御部停止電圧とは等しい。しかし、制御部能動化電圧は制御部停止電圧と異なってもよい。例えば、変換器制御部３０１が一旦能動化された後に、すぐに停止することを防止するために、制御部停止電圧は制御部能動化電圧よりも低くてもよい。風速が低下した場合に変換器制御部３０１を早期に停止したい場合は、制御部停止電圧は制御部能動化電圧よりも高く設定される。いずれの場合においても、発電電圧が制御部能動化電圧を上回る状態から制御部停止電圧を下回った場合に、制御部電源スイッチング部７６３は、蓄電池４から変換器制御部３０１への電力の供給を停止する。第１の実施形態においても同様である。
【００８６】
発電電圧が、充電開始電圧よりも高い発電上限電圧を上回ると、ショートリレー指示部３０５は、ショートリレー部７４２に信号となる電圧を出力する。ショートリレー部７４２は、発電機２２の３相の出力線のうちの２相の出力線に接続されている。ショートリレー指示部３０５からの信号により、ショートリレー部７４２は、２相の出力線を接続してショートさせる。ショートにより、発電機２２の回転に大きな抵抗であるショートブレーキが作用する。これにより、突風等により風が強すぎる場合に、発電電圧が増大し過ぎて電子部品に過大な負荷が掛かることが防止され、回路部３が保護される。
【００８７】
一方、ショートリレー部７４２により２相の出力線がショートした状態の間、ショートされていない残りの１相の出力線のみにて、ＡＣ−ＤＣ変換器３１による直流電力の取得が行われ、蓄電池４に充電が行われる。このように、ショートブレーキが作動した状態にいても充電が継続される。その結果、風量が多いエリアでも安定して発電および充電を行うことができる。
【００８８】
発電電圧が発電上限電圧を下回ると、ショートリレー指示部３０５からショートリレー部７４２への電圧の入力が停止し、ショートブレーキが解除され、３相交流による発電へと戻る。以上のように、ショートリレー指示部３０５は、発電電圧検出部７６４にて検出された電圧に基づいて、ショートリレー部７４２のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【００８９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００９０】
上記第１および第２の実施形態における第１下限値は、発電電圧が上昇する場合と下降する場合とで異なる値が用いられてもよい。第１上限値、第２下限値、第２上限値に関しても同様である。すなわち、これらの値は１つの値には限定されない。例えば、発電電圧が上昇する際の第１上限値を、発電電圧が下降する際の第１上限値よりも低くすることにより、急激な発電電圧の上昇からより確実にレギュレータ３５の破壊を防止することができる。
【００９１】
第１ないし第４スイッチング部では、ＭＯＳＦＥＴに代えてＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor) が用いられてもよく、他のスイッチング回路が用いられてもよい。
【００９２】
上記実施形態では、演算装置３０の機能の一部または全部は、マイクロコンピュータを利用しない専用の電気回路であってもよい。逆に、専用の回路の一部または全部が、演算装置３０にて実現されてもよい。ＡＣ−ＤＣ変換器３１は、回路部３ではなく発電機２２に設けられてもよい。また、発電機２２自体が直流電力を発生する発電部であってもよい。発電機２２は、３相以外の多層の交流電力を発生するものであってもよい。
【００９３】
ＤＣ−ＤＣ変換器３２からの電力は、もちろん、全てが蓄電池４に蓄電される必要はない。一部が外部の電力線へと出力されてよい。
【００９４】
図４の第３スイッチング部７１は、図２に準じた構造として設けられてもよい。演算装置３０とＤＣ−ＤＣ変換器３２とに入力される駆動用電力の電圧が同じである場合、レギュレータ３５，７２として１つのレギュレータが設けられてよい。この場合、第１スイッチング部３４と第３スイッチング部７１とが１つのスイッチング部として設けられ、第２スイッチング部３６と第４スイッチング部７３も１つのスイッチング部として設けられてよい。
【００９５】
上記第１および第２の実施形態では、演算装置３０やＤＣ−ＤＣ変換器３２に電力を供給する電力源を、発電部２０と蓄電池４との間にて切り替える際に、タイマを利用することにより、双方から電力が供給される微小な時間が確保されてもよい。すなわち、一方の電力源からの電力の供給が開始されてから微小な一定時間経過後に他方の電力源からの電力の供給が停止されてもよい。この場合、第１上限値や第２上限値は、上側上限値と下側上限値との組み合わせとして設けられる必要はない。
【００９６】
分圧回路８１，８２や図１２の電圧低減部７６２は、抵抗を利用することにより低コストにて実現されるが、抵抗以外の素子を用いて実現されてもよい。
【００９７】
第１スイッチング指示部３０２および第２スイッチング指示部３０３の一方のみが分圧回路を用いて実現されてもよい。また、スイッチング指示部３０２（または第１スイッチング指示部３０２）の第１スイッチング部３４に接続される部位および第２スイッチング部３６に接続される部位の一方のみが分圧回路にて実現され、他方が、演算装置３０により実現されてもよい。同様に、第２スイッチング指示部３０３の第３スイッチング部７１に接続される部位および第４スイッチング部７３に接続される部位の一方のみが分圧回路にて実現され、他方が、演算装置３０により実現されてもよい。
【００９８】
第３の実施形態では、ショートリレー部７４２がＯＮ状態の間に充電を行わないのであれば、ショートリレー部７４２は３相の出力線に接続され、３相の出力線を互いにショートさせてもよい。ショートリレー部７４２は少なくとも２相の出力線をショートさせる。
【００９９】
上記第１および第２の実施形態では、発電電圧が制御部能動化電圧を上回った際に変換器制御部３０１に電力を供給する電力供給部は、発電部２０である。第３の実施形態では、電力供給部は蓄電池４である。電力供給部は発電部２０や蓄電池４以外のものでもよい。
【０１００】
上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、風力を利用して発電を行う風力発電装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１，１ａ    風力発電装置
４    蓄電池
２０    発電部
２１    風車
２２    発電機
３０    演算装置
３１    ＡＣ−ＤＣ変換器
３２    ＤＣ−ＤＣ変換器
３４    第１スイッチング部
３５    レギュレータ
３６    第２スイッチング部
７１    第３スイッチング部
７３    第４スイッチング部
８１，８２    分圧回路
３０１    変換器制御部
３０２    スイッチング指示部
３０３    第２スイッチング指示部
３０４    スイッチング指示部と、
３０５    ショートリレー指示部
３０６    電圧値取得部
７４１    充電スイッチング部
７４２    ショートリレー部
７５２    制御部用電圧変換部
７６１    能動化電圧検出部
７６２    電圧低減部
７６３    制御部電源スイッチング部
７６４    発電電圧検出部
７６５    ダイオード
７６７    能動化電圧変換部
７６８，７６９，８１１，８１２，８２１，８２２    抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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