(57)【要約】【課題】発電機の回転数が設定された回転数まで上昇しても、発電機の回転数を調整しながら発電を続け、また安価かつ安全な風力発電装置を得る。【解決手段】電磁石発電機の励磁用のロータコイル部を風力により回転させ、発電用のステータコイル部で交流発電を行い整流部で整流して蓄電部を充電し、励磁制御部により蓄電部を電源としてロータコイル部を励磁し、蓄電部の高電圧側とグランドの間に接続された電磁ブレーキにより、電流を流して電磁石発電機に電磁ブレーキをかけると共に、電磁ブレーキ制御素子により電流を制御するためのＯＮ／ＯＦＦのスイッチングを行い、発電制御部により、回転検出部から得られる電磁石発電機の回転数が予め定められた設定回転数まで上昇すると、設定回転数を保持するように、電磁ブレーキの電磁ブレーキ制御素子をＰＷＭ制御によりＯＮとＯＦＦの繰り返しスイッチングを行い、出力される電力を制御して発電を持続する、風力発電装置の制御方法。【選択図】図２
2019161982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力により回転する回転部に結合されて回転する励磁用のロータコイル部、前記ロータコイル部と近接して配置され前記ロータコイル部の磁界の変化により発電する発電用のステータコイル部、および前記ステータコイル部からの交流の発電電力を直流電力に変換する整流部、を有する電磁石発電機と、
前記整流部の直流電力により充電される蓄電部と、
前記蓄電部を電源として前記ロータコイル部に励磁電力を供給する励磁制御部と、
前記電磁石発電機の回転数を検出する回転検出部と、
前記整流部の高電圧側とグランドの間に接続されて電流を流して前記電磁石発電機に電磁ブレーキをかけると共に、電流を制御するためのスイッチングを行う電磁ブレーキ制御素子を有する電磁ブレーキと、
前記回転検出部から得られる前記電磁石発電機の回転数が、予め定められた設定回転数まで上昇すると、前記設定回転数を保持するように、前記電磁ブレーキの前記電磁ブレーキ制御素子をＰＷＭ制御によりＯＮとＯＦＦの繰り返しスイッチングを行い、出力される電力を制御して発電を持続する発電制御部と、
を備えた、風力発電装置。
【請求項２】
前記発電制御部は、前記電磁石発電機の回転数が前記設定回転数まで上昇すると、
前記電磁ブレーキ制御素子のＯＮｄｕｔｙを予め定められた設定値に保持し、
回転数が前記設定回転数よりも上がっている場合には、回転数を下げるため、前記電磁ブレーキ制御素子のＯＮｄｕｔｙを前記設定値から徐々に大きくしていき、
回転数が前記設定回転数よりも下がっている場合には、回転数を上げるため、前記電磁ブレーキ制御素子のＯＮｄｕｔｙを前記設定値から徐々に小さくしていく、
請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記発電制御部は、前記電磁石発電機の回転数が前記設定回転数まで上昇すると、
前記電磁ブレーキ制御素子のＯＮｄｕｔｙを段階的に一定時間間隔で予め定められた設定値まで上げていき、
回転数が前記設定回転数よりも上がっている場合には、回転数を下げるため、前記電磁ブレーキ制御素子のＯＮｄｕｔｙを前記設定値から徐々に大きくしていき、
回転数が前記設定回転数よりも下がっている場合には、回転数を上げるため、前記電磁ブレーキ制御素子のＯＮｄｕｔｙを前記設定値から徐々に小さくしていく、
請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記発電制御部は、前記電磁石発電機の回転数が前記設定回転数まで上昇すると、
回転数の変化率を求めて、変化率に応じた前記電磁ブレーキ制御素子のＯＮｄｕｔｙで制御を行う、
請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記電磁ブレーキの前記電磁ブレーキ制御素子をＰＷＭ制御する制御周波数が、２０ｋＨｚ以上である、請求項１から４までのいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記電磁ブレーキ制御素子のための温度センサを設け、前記発電制御部は、前記温度センサの検出結果から前記電磁ブレーキ制御素子が過熱状態であると判定すると、発電を中止させる、請求項１から５までのいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項７】
前記電磁ブレーキ制御素子を複数、並列接続して設けた、請求項１から６までのいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項８】
前記電磁石発電機の回転数が前記設定回転数を超えている間、前記発電制御部が点灯させる発光素子を備えた、請求項１から７までのいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項９】
前記発電制御部は、各部の状態を記憶するメモリを含む、請求項１から８までのいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項１０】
前記風力発電装置の周囲の騒音を検出する騒音センサを備え、前記発電制御部は、前記騒音センサで検出された騒音レベルに従って異なる回転数の前記設定回転数を設定する、請求項１から９までのいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項１１】
電磁石発電機により、風力により回転する回転部に結合されて回転する励磁用のロータコイル部の発生する磁界の変化により発電用のステータコイル部で交流発電を行い、整流部で直流電力に変換して出力して蓄電部を充電し、
励磁制御部により、前記ロータコイル部に前記蓄電部を電源として励磁電力を供給し、
前記蓄電部の高電圧側とグランドの間に接続された電磁ブレーキにより、電流を流して前記電磁石発電機に電磁ブレーキをかけると共に、電磁ブレーキ制御素子により電流を制御するためのＯＮ／ＯＦＦのスイッチングを行い、
発電制御部により、回転検出部から得られる前記電磁石発電機の回転数が、予め定められた設定回転数まで上昇すると、前記設定回転数を保持するように、前記電磁ブレーキの前記電磁ブレーキ制御素子をＰＷＭ制御によりＯＮとＯＦＦの繰り返しスイッチングを行い、出力される電力を制御して発電を持続する、
風力発電装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自然エネルギーを利用したに風力発電装置および風力発電装置の制御方法、特にブレーキ制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の風力発電装置のブレーキ制御は、発電機の回転数が上がっていき、設定された閾値に達すると、発電手段の出力側を短絡して発電を止めてしまい、その後、風速が下がるまでは発電を行わないものが一般的である。
【０００３】
また、従来の風力発電機は、永久磁石を使ったものが一般的である。永久磁石式の発電機の場合、多数の永久磁石を使用し、さらにネオジム磁石等の強力な磁力の磁石を使用するとコスト高である。また磁石同士が強力に引き合うため、製造には注意が必要である。
【０００４】
このような風力発電機を開示したものとして、例えば下記特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６３９６１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来の風力発電装置のブレーキ制御は、発電機の回転数が上がっていき、ある閾値に達すると、過回転と判断し、発電を止めてしまい、その後、風速が下がるまでは発電を行わないものが一般的であった。従って、従来の風力発電装置は、発電効率が悪いという課題があった。
【０００７】
また、永久磁石式の発電機の場合、強力な磁力を得るために高価な永久磁石を多数使用するため、コストの問題があった。また、磁力の強い永久磁石は強力に引き合うため、製造時を含めて注意が必要であった。
【０００８】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、発電機の回転数が設定された回転数まで上昇しても、発電機の回転数を調整しながら発電を続け、また安価かつ安全な風力発電装置および風力発電装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、風力により回転する回転部に結合されて回転する励磁用のロータコイル部、前記ロータコイル部と近接して配置され前記ロータコイル部の磁界の変化により発電する発電用のステータコイル部、および前記ステータコイル部からの交流の発電電力を直流電力に変換する整流部、を有する電磁石発電機と、前記整流部の直流電力により充電される蓄電部と、前記蓄電部を電源として前記ロータコイル部に励磁電力を供給する励磁制御部と、前記電磁石発電機の回転数を検出する回転検出部と、前記整流部の高電圧側とグランドの間に接続されて電流を流して前記電磁石発電機に電磁ブレーキをかけると共に、電流を制御するためのスイッチングを行う電磁ブレーキ制御素子を有する電磁ブレーキと、前記回転検出部から得られる前記電磁石発電機の回転数が、予め定められた設定回転数まで上昇すると、前記設定回転数を保持するように、前記電磁ブレーキの前記電磁ブレーキ制御素子をＰＷＭ制御によりＯＮとＯＦＦの繰り返しスイッチングを行い、出力される電力を制御して発電を持続する発電制御部と、を備えた、風力発電装置等にある。
【発明の効果】
【００１０】
この発明では、発電機として電磁石発電機を使用し、電磁石発電機の回転数が設定された回転数まで上昇すると電磁石発電機にブレーキをかけて回転数を調整しながら発電を続けるようにしたので、発電の効率がよく、また安価で安全な風力発電装置および風力発電装置の制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る風力発電装置の全体構成を示す構成図である。
【図２】図１の風力発電装置の発電に関連する部分構成の一例を示す構成図である。
【図３】この発明の実施例１による動作の概略的動作フローチャートである。
【図４】この発明の実施例２による動作の概略的動作フローチャートである。
【図５】この発明の実施例３による動作の概略的動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明による風力発電装置および風力発電装置の制御方法を実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る風力発電装置の全体構成を示す構成図である。また図２は、図１の風力発電装置の発電に関連する部分構成の一例を示す構成図である。図１において、風が吹くと回転する回転部であるプロペラ１の金属製の回転軸２に、軸治具４により電磁石発電機３のロータ側が結合されている。電磁石発電機３は例えば電磁石式の車載用オルタネータ等からなる。電磁石発電機３は、図２に記載のように、回転軸２に結合されて回転するロータ側の励磁用のロータコイル部３ａ、ロータコイル部３ａと近接して配置されロータコイル部の磁界の変化により発電するステータ側の発電用のステータコイル部３ｂ、およびステータコイル部３ｂからの交流の発電電力を直流電力に変換する整流部３ｃを有する。
【００１４】
各種制御部を備えた制御コントローラ５は、電磁石発電機３と共に保護カバー１６内に設けられている。これにより電磁石発電機３と制御コントローラ５を別体に設けるに比べて、個別の筐体や配線が不要で、コストが安く、配線長も短くてすみノイズの影響も懸念されないような構造にされている。制御コントローラ５と電磁石発電機３は配線６で接続されている。
【００１５】
保護カバー１６の下部には、後述する電磁ブレーキ１３をかける必要のある予め定められた設定回転数まで電磁石発電機３の回転数が上昇した時に点灯させる発光素子１７が取り付けられており、電磁石発電機３の回転数の状態が外部から分かるようにされている。保護カバー１６の下部にはさらに、風力発電装置の周囲の騒音を測定する騒音センサ１９が取り付けられている。この騒音センサ１９は騒音レベルから風力発電装置の周囲の環境を判断して、電磁ブレーキをかける電磁石発電機３の設定回転数を決めるのに使用される。制御コントローラ５と発光素子１７は配線２７で接続されている。また、制御コントローラ５と騒音センサ１９は配線１８で接続されている。
【００１６】
プロペラ１、電磁石発電機３、制御コントローラ５等からなる部分は、支柱２０の頂部に、回転しながら導通を保つ回転コネクタ、いわゆるスリップリング２１により、支柱２０の軸回りに回転可能に取り付けられている。スリップリング２１は一般的に金属性であり、強い強度を有する。支柱２０の下部のバッテリボックス２３内には蓄電部であるバッテリ１１が設けられている。バッテリ１１は充電可能な二次電池からなる。バッテリ１１は制御コントローラ５と、スリップリング２１、支柱２０内を延びる配線２２で接続されている。
【００１７】
電磁石発電機３および制御コントローラ５からなる部分は、スリップリング２１の上部に、金属製で強い強度を有する取付治具２４により取付けられている。
【００１８】
保護カバー１６としては、軽量でコストが安い樹脂材が使用される。防水パッキン２５は、保護カバー１６内を防水構造にするために、スリップリング２１の周囲の保護カバー１６との隙間をふさいでいる。保護カバー１６は、軸治具４、電磁石発電機３、制御コントローラ５、取付治具２４の全体と、回転軸２、スリップリング２１、防水パッキン２５を部分的に覆っている。
【００１９】
図２において、制御コントローラ５と電磁石発電機３は、配線６で接続されている。電磁石発電機３は上述のように、ロータコイル部３ａ、ステータコイル部３ｂ、整流部３ｃを有する。端子Ｐは電磁石発電機３の回転数を検出するための端子である。端子Ｂは整流部３ｃの高圧側に接続された端子である。端子Ｂ’と端子Ｆは、ロータコイル部３ａの両端にそれぞれ接続された端子である。端子Ｅはグランド端子である。
【００２０】
制御コントローラ５において、回転検出部７は、電磁石発電機３の回転数を検出する。バッテリ充電制御部１０は、電磁石発電機３の整流部３ｃの高圧側となる端子Ｂに接続されて、バッテリ１１のバッテリ充電制御を行う。バッテリ電圧監視部１２は、バッテリ１１の電圧を検出する。電磁ブレーキ１３は、電磁石発電機３の端子Ｂとグランドの間に接続されて電流を流し、電磁石発電機３に電磁ブレーキをかけると共に、電流を制御するためのスイッチングを行う電磁ブレーキ制御素子１３ａとブレーキ制御部１３ｂを有する。尚、電磁ブレーキの原理は、電磁石発電機３が電磁ブレーキ制御素子１３ａにより短絡されると、電磁石発電機３が回転中に発生している誘導起電力が短絡され、ステータコイル部３ｂに電流が流れる。このときの電流方向は、回転中の方向とは逆方向となるので、ブレーキ力が発生することになる。電磁ブレーキ１３はさらに、電磁ブレーキ制御素子１３ａのための温度センサ１４を有する。
【００２１】
励磁制御部９は、バッテリ１１と、端子Ｂ’、端子Ｆの間に接続されて、ロータコイル部３ａの励磁制御を行う。
【００２２】
発電制御部８は、回転検出部７からの電磁石発電機３の回転数、電磁ブレーキ１３の温度センサ１４からの電磁ブレーキ制御素子１３ａの温度、バッテリ電圧監視部１２からのバッテリ１１の電圧、等の検出結果を入力する。そして発電制御部８は、バッテリ充電制御部１０、励磁制御部９、電磁ブレーキ１３へ制御指令を出力して、電磁石発電機３の発電制御を行う。例えば発電制御部８は、電磁石発電機３の回転数を回転検出部７の検出結果からモニタし、電磁石発電機３の回転数が所望の回転数になるように、バッテリ充電制御部１０および励磁制御部９に制御指令を与える。
【００２３】
なお、発電制御部８は、例えばプロセッサとメモリ１５からなるコンピュータ、マイクロコンピュータ、で構成される。
【００２４】
端子Ｐは、電磁石発電機３の回転検出端子である。回転検出部７は、端子Ｐから電磁石発電機３の回転数を検出し、検出結果を発電制御部８に送る。電磁石発電機３の回転数とはロータ側の回転数がある。発電制御部８は、電磁石発電機３のロータ側の回転数が発電可能な回転数を超えると、励磁制御部９に励磁制御信号を送り、励磁制御部９によりバッテリ１１を電源として励磁電力を電磁石発電機３の端子Ｂ’、端子Ｆに送り、励磁制御を開始する。端子Ｐには、電磁石発電機３のロータに回転数に比例した周波数の矩形波相当の波形が出力されることにより、回転数が検出できる。また電磁石発電機３の出力側は、３相で構成されたステータコイル部３ｂで発生した交流電流を、整流部３ｃでダイオードにより全波整流する。整流された直流電力は端子Ｂからバッテリ充電制御部１０を経由してバッテリ１１に蓄えられる。発電制御部８は、バッテリ１１の電圧をバッテリ電圧監視部１２でモニタしながらバッテリ充電制御部１０を制御して充電電力を調整する充電制御等も行う。
【００２５】
制御コントローラ５に実装されるトランジスタ等の半導体スイッチング素子である電磁ブレーキ制御素子１３ａには、温度監視可能な温度センサ１４が取り付けられている。発電制御部８は、電磁ブレーキ制御素子１３ａの温度を常に監視し、過熱による故障を防止する。発電制御部８は、温度センサ１４からの検出温度が、電磁ブレーキ制御素子１３ａが過熱状態と判定する予め定められた閾値まで上昇した場合には、電磁石発電機３の発電、回転数の制御を中止する。そして発電制御部８は、電磁ブレーキ１３の電磁ブレーキ制御素子１３ａを常時ＯＮ状態にして、電磁石発電機３の回転を停止させる。なおこの場合、電磁石発電機３の回転を停止させるために図示を省略した非常ブレーキを設けてもよい。この非常ブレーキは、例えば回転軸２にシューを押し付けて摩擦で停止させる方式の非常ブレーキであってもよい。電磁ブレーキ制御素子１３ａを常時ＯＮ状態とすることで、電磁ブレーキ制御素子１３ａのスイッチング損失による温度上昇をなくす。
【００２６】
発電制御部８は、電磁ブレーキ制御素子１３ａの過熱フェイル情報を発電制御部８に内蔵のメモリ１５に記憶する。メモリ１５の内容は、図示を省略した専用ツールで読み出せば、過去の過熱フェイル情報等の履歴が確認できる。メモリ１５に記憶させる情報は過熱フェイル情報に限るものでなく、発電制御部８の制御での所望なデータを履歴として記憶させておく。
【００２７】
また、電磁ブレーキ制御素子１３ａは複数の電磁ブレーキ制御素子を並列に接続させて設けておくようにしてもよい。これにより、過熱フェイルを発生した電磁ブレーキ制御素子に変わって、別の正常な電磁ブレーキ制御素子でブレーキ制御を行うようにすればブレーキ制御を継続して行え、電磁石発電機３の発電、回転数の制御を続けることができる。
【００２８】
発電制御部８は、電磁石発電機３の回転数が、例えば発電に適した回転数領域の上限値である予め定められた設定回転数まで上昇すると、設定回転数を保持するように、電磁ブレーキ１３の電磁ブレーキ制御素子１３ａをパルス幅変調(ＰＷＭ)制御するようにブレーキ制御部１３ｂにｄｕｔｙ比指令信号を与えてＯＮとＯＦＦの繰り返しスイッチングを行い、出力される電力を制御させて、発電を持続する。また、電磁石発電機３の回転数が設定回転数まで上昇すると、発電制御部８は、発光素子１７を点灯させる。
【００２９】
また、騒音センサ１９に関し、風力発電装置の周囲の環境として市街地、海、山、等、があり、発電制御部８は、騒音センサ１９の検出結果から周囲の環境を判定して、電磁ブレーキをかける設定回転数を決めることができる。一般的に、風力発電装置は回転数が高くなるほど騒音も大きくなる傾向にある。そこで例えば、市街地等、騒音を気にしなくてはならないところでは、低めの設定回転数で電磁ブレーキをかけ、また、海や山など、比較的騒音を気にしなくてもよいところでは、高めの設定回転数で電磁ブレーキをかける設定が可能である。
【００３０】
次に発電制御部８による、電磁ブレーキ１３を使用した電磁石発電機３の回転数制御について具体的に例を挙げて説明する。また以下に記載する回転数等は一例であり、これに限定されるものではない。例えば発電に適した回転数領域の上限値である予め定められた設定回転数を１５００ｒｐｍとする。
【００３１】
実施例１．
図３に実施例１の動作の概略的動作フローチャートを示す。
ａ）１５００ｒｐｍになったとき
１）  １５００ｒｐｍ時（定回転制御中）
発電制御部８は、回転数が１５００ｒｐｍまで上昇した時点で、過回転ワーニングを検出する（ステップＳ１）。発電制御部８は、発光素子１７を点灯させ、電磁ブレーキ１３にて電磁ブレーキをかけ、ＰＷＭ制御することにより定回転制御しながら発電を持続する。発電制御部８は、電磁ブレーキ１３のブレーキ制御部１３ｂにｄｕｔｙ比指令信号を入力し、ブレーキ制御部１３ｂがｄｕｔｙ比指令信号に従って電磁ブレーキ制御素子１３ａをＯＮとＯＦＦの繰り返しスイッチングを行い、出力される電力を制御する。その詳細について説明すると、最初に、電磁ブレーキをかける際には、設定された一定期間、電磁ブレーキ制御素子１３ａのＯＮ時間をｄｕｔｙ５０％に保持する。このとき、設定された一定の間隔で回転検出部７からの回転数信号をモニタしておく。
【００３２】
２）  １５００ｒｐｍよりも高くなっている場合（定回転制御中）
回転数が１５００ｒｐｍよりも高くなっている場合には、回転数を下げるために、電磁ブレーキ制御素子１３ａのＯＮ時間をｄｕｔｙ５０％から徐々に大きくしていく。このとき、設定された一定の間隔で回転検出部７からの回転数信号をモニタしておく。
【００３３】
３）  １５００ｒｐｍよりも低くなっている場合（定回転制御中）
回転数が１５００ｒｐｍよりも低くなっている場合には、回転数を上げるために、電磁ブレーキ制御素子１３ａのＯＮ時間をｄｕｔｙ５０％から徐々に小さくしていく。このとき、設定された一定の間隔で回転検出部７からの回転数信号をモニタしておく。
上記のように制御することにより、電磁ブレーキ制御素子１３ａのＯＦＦ時に発電しながら、目標回転数である設定回転数、すなわち１５００ｒｐｍに近付けるよう電磁石発電機３を定回転制御できる。
また、過回転ワーニング情報を発電制御部８に内蔵されたメモリ１５に記憶する（ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４）。
【００３４】
ｂ）上記ａ）の後、１５００ｒｐｍ未満になったとき
発電制御部８は、１４００ｒｐｍまでは過回転ワーニングを検出し続け、発光素子１７を点灯させたまま、１００％励磁にて発電を持続する。風が弱まって電磁石発電機３の回転数が、１４００ｒｐｍ未満になったときには、過回転ワーニングを解除し、発光素子１７を消灯させる(ステップＳ５−Ｓ８)。
【００３５】
実施例２．
図４に実施例２の動作の概略的動作フローチャートを示す。
ａ）１５００ｒｐｍになったとき
１）  １５００ｒｐｍ時（定回転制御中）
発電制御部８は、回転数が１５００ｒｐｍまで上昇した時点で、過回転ワーニングを検出する（ステップＳ１）。発電制御部８は、発光素子１７を点灯させ、電磁ブレーキ１３にて電磁ブレーキをかけ、ＰＷＭ制御することにより定回転制御しながら発電を持続する。その詳細について説明すると、最初に、電磁ブレーキをかける際には、設定された一定期間、電磁ブレーキ制御素子１３ａのＯＮ時間をｄｕｔｙ１０％から順に１０％ずつ設定された一定の間隔でｄｕｔｙ５０％まで上げていく。このとき、設定された一定の間隔で回転検出部７からの回転数信号をモニタしておく。
【００３６】
２）  １５００ｒｐｍよりも高くなっている場合（定回転制御中）
回転数が１５００ｒｐｍよりも高くなっている場合には、回転数を下げるため、電磁ブレーキ制御素子１３ａのＯＮ時間をｄｕｔｙ５０％から徐々に大きくしていく。このとき、設定された一定の間隔で回転検出部７からの回転数信号をモニタしておく。
【００３７】
３）  １５００ｒｐｍよりも低くなっている場合（定回転制御中）
回転数が１５００ｒｐｍよりも低くなっている場合には、回転数を上げるため、電磁ブレーキ制御素子１３ａのＯＮ時間をｄｕｔｙ５０％から徐々に小さくしていく。このとき、設定された一定の間隔で回転検出部７からの回転数信号をモニタしておく。
上記のように制御することにより、電磁ブレーキ制御素子１３ａのＯＦＦ時に発電しながら、目標回転数である設定回転数、すなわち１５００ｒｐｍに近付けるよう電磁石発電機３を定回転制御できる。
また、過回転ワーニング情報を発電制御部８に内蔵されたメモリ１５に記憶する（ステップＳ２ａ，Ｓ３，Ｓ４）。
【００３８】
ｂ）上記ａ）の後、１５００ｒｐｍ未満になったとき
発電制御部８は、１４００ｒｐｍまでは過回転ワーニングを検出し続け、発光素子１７を点灯させたまま、１００％励磁にて発電を持続する。風が弱まって電磁石発電機３の回転数が、１４００ｒｐｍ未満になったときには、過回転ワーニングを解除し、発光素子１７を消灯させる(ステップＳ５−Ｓ８)。
【００３９】
実施例３．
図５に実施例３の動作の概略的動作フローチャートを示す。
ａ）１５００ｒｐｍになったとき
発電制御部８は、回転数が１５００ｒｐｍまで上昇した時点で、過回転ワーニングを検出する（ステップＳ１）。発電制御部８は、発光素子１７を点灯させ、電磁ブレーキ１３にて電磁ブレーキをかけ、ＰＷＭ制御することにより定回転制御しながら発電を持続する。その詳細について説明すると、回転数の傾きを求めるため、１５００ｒｐｍになった時点で最初の１点目のデータ（時間ｔ１、回転数Ｎ１）を発電制御部８に取り込み、次のタイミングになった時点で２点目のデータ（時間ｔ２、回転数Ｎ２）を発電制御部８に取り込む（ステップＳ２２，Ｓ２３）。
【００４０】
次に、発電制御部８は、回転数の傾きａ＝（Ｎ２−Ｎ１）／（ｔ２−ｔ１）を演算する（ステップＳ２４）。
そして、発電制御部８にて回転数の傾きに応じた電磁ブレーキ制御素子１３ａのＯＮ時間のｄｕｔｙを演算し（ステップＳ２５）、回転数の傾きが大きければ、電磁ブレーキ制御素子１３ａのＯＮ時間ｄｕｔｙを大きくして、電磁ブレーキ１３のブレーキ力を強くする。また、回転数の傾きが小さければ、電磁ブレーキ制御素子１３ａのＯＮ時間のｄｕｔｙを小さくして、電磁ブレーキ１３のブレーキ力を弱くする。このとき、設定された一定の間隔で回転検出部７からの回転数信号をモニタしておく。立ち下がり時も同様の制御を行うことにより、一定の回転数を保持できる。
【００４１】
上記のように制御することにより、電磁ブレーキ制御素子１３ａのＯＦＦ時に発電しながら、目標回転数である設定回転数、すなわち１５００ｒｐｍに近付けるよう電磁石発電機３を定回転制御できる。
また、過回転ワーニング情報を発電制御部８に内蔵されたメモリ１５に記憶する（ステップＳ２１−Ｓ２５，Ｓ３，Ｓ４）。
【００４２】
ｂ）上記ａ）の後、１５００ｒｐｍ未満になったとき
発電制御部８は、１４００ｒｐｍまでは過回転ワーニングを検出し続け、発光素子１７を点灯させたまま、１００％励磁にて発電を持続する。風が弱まって電磁石発電機３の回転数が、１４００ｒｐｍ未満になったときには、過回転ワーニングを解除し、発光素子１７を消灯させる(ステップＳ５−Ｓ８)。
【００４３】
各実施例１−３において、電磁ブレーキ１３による制御は、電磁ブレーキ制御を開始する例えば１５００ｒｐｍの開始設定回転数で開始され、開始設定回転数より小さい例えば１４００ｒｐｍの終了設定回転数で終了する。
【００４４】
この発明の風力発電装置によれば、車載用のオルタネータ等からなる電磁石発電機を使い、制御コントローラにて、予め定められた設定回転数に到達すると、電磁ブレーキをかけ、設定された一定の回転数を保持するよう、電磁ブレーキをＰＷＭ制御することにより発電を持続するため、発電効率が向上する。また、ＰＷＭ制御の制御周波数を２０ｋＨｚ以上とし、可聴域を外すことで、耳障りな騒音もせず、かつ高い周波数でＰＷＭ制御しているので、滑らかな制御が可能である。
【００４５】
また、電磁石発電機を使用することで、ネオジム磁石などのコストの高い永久磁石を使う必要がなくなり、低コスト化が可能である。また、永久磁石は磁石自体が強力に引き合うため、安全面に十分注意して製造する必要があるが、その必要もない。また、制御コントローラを風力発電装置の本体に内蔵することにより、筐体を別箇所に設ける必要がなく、小型、軽量化、低コスト化が可能である。
【００４６】
また、電磁ブレーキ制御素子には温度監視可能な温度センサを取り付けており、電磁ブレーキ制御素子の過熱による故障を防止できる。また、制御コントローラおよび電磁石発電機を収納した保護カバーの下部に、電磁ブレーキをかける、設定回転数で点灯する発光素子を取り付けることで、風力発電装置が過回転であることが容易に分かる。また、制御コントローラには、電磁ブレーキをかける、設定回転数で点灯する発光素子の点灯回数を記憶できるメモリが実装されており、専用ツールにてメモリの状態を読み出せば、過去の履歴が確認できる。
【００４７】
また、保護カバーの下部には、騒音センサが取り付けられており、市街地、海、山、等の風力発電装置の周囲環境を検出でき、周囲環境に応じて電磁ブレーキをかける回転数を決めることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１プロペラ、２  回転軸、３  電磁石発電機、３ａ  ロータコイル部、３ｂ  ステータコイル部、３ｃ  整流部、４  軸治具、５  制御コントローラ、６，１８，２２，２７  配線、７  回転検出部、８  発電制御部、９  励磁制御部、１０  バッテリ充電制御部、１１  バッテリ、１２  バッテリ電圧監視部、１３  電磁ブレーキ、１３ａ  電磁ブレーキ制御素子、１３ｂ  ブレーキ制御部、１４  温度センサ、１５  メモリ、１６  保護カバー、１７  発光素子、１９  騒音センサ、２０  支柱、２１  スリップリング、２３  バッテリボックス、２４  取付治具、２５  防水パッキン。
【図１】
2019161982.tif 000003
【図２】
2019161982.tif 000004
【図３】
2019161982.tif 000005
【図４】
2019161982.tif 000006
【図５】
2019161982.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月28日(2019.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明は、風力により回転する回転部に結合されて回転する励磁用のロータコイル部、前記ロータコイル部と近接して配置され前記ロータコイル部の磁界の変化により発電する発電用のステータコイル部、および前記ステータコイル部からの交流の発電電力を直流電力に変換する整流部、を有する電磁石発電機と、前記整流部の直流電力により充電される蓄電部と、前記蓄電部を電源として前記ロータコイル部に励磁電力を供給する励磁制御部と、前記電磁石発電機の回転数を検出する回転検出部と、前記整流部の高電圧側とグランドの間に接続されて電流を流して前記電磁石発電機に電磁ブレーキをかけると共に、電流を制御するためのスイッチングを行う電磁ブレーキ制御素子を有する電磁ブレーキと、前記回転検出部から得られる前記電磁石発電機の回転数が、予め定められた設定回転数まで上昇すると、前記設定回転数を保持するように、前記電磁石発電機の回転数の変化率を求めて、前記電磁ブレーキの前記電磁ブレーキ制御素子に、前記変化率に応じたＯＮｄｕｔｙでＰＷＭ制御によるＯＮとＯＦＦの繰り返しスイッチングを行わせて、出力される電力を制御して発電を持続させる発電制御部と、を備えた風力発電装置等にある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力により回転する回転部に結合されて回転する励磁用のロータコイル部、前記ロータコイル部と近接して配置され前記ロータコイル部の磁界の変化により発電する発電用のステータコイル部、および前記ステータコイル部からの交流の発電電力を直流電力に変換する整流部、を有する電磁石発電機と、
前記整流部の直流電力により充電される蓄電部と、
前記蓄電部を電源として前記ロータコイル部に励磁電力を供給する励磁制御部と、
前記電磁石発電機の回転数を検出する回転検出部と、
前記整流部の高電圧側とグランドの間に接続されて電流を流して前記電磁石発電機に電磁ブレーキをかけると共に、電流を制御するためのスイッチングを行う電磁ブレーキ制御素子を有する電磁ブレーキと、
前記回転検出部から得られる前記電磁石発電機の回転数が、予め定められた設定回転数まで上昇すると、前記設定回転数を保持するように、前記電磁石発電機の回転数の変化率を求めて、前記電磁ブレーキの前記電磁ブレーキ制御素子に、前記変化率に応じたＯＮｄｕｔｙでＰＷＭ制御によるＯＮとＯＦＦの繰り返しスイッチングを行わせて、出力される電力を制御して発電を持続させる発電制御部と、
を備えた、風力発電装置。
【請求項２】
前記電磁ブレーキの前記電磁ブレーキ制御素子をＰＷＭ制御する制御周波数が、２０ｋＨｚ以上である、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記電磁ブレーキ制御素子のための温度センサを設け、前記発電制御部は、前記温度センサの検出結果から前記電磁ブレーキ制御素子が過熱状態であると判定すると、発電を中止させる、請求項１または２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記電磁ブレーキ制御素子を複数、並列接続して設けた、請求項１から３までのいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記電磁石発電機の回転数が前記設定回転数を超えている間、前記発電制御部が点灯させる発光素子を備えた、請求項１から４までのいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記発電制御部は、各部の状態を記憶するメモリを含む、請求項１から５までのいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項７】
前記風力発電装置の周囲の騒音を検出する騒音センサを備え、前記発電制御部は、前記騒音センサで検出された騒音レベルに従って異なる回転数の前記設定回転数を設定する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の風力発電装置。
【請求項８】
電磁石発電機により、風力により回転する回転部に結合されて回転する励磁用のロータコイル部の発生する磁界の変化により発電用のステータコイル部で交流発電を行い、整流部で直流電力に変換して出力して蓄電部を充電し、
励磁制御部により、前記ロータコイル部に前記蓄電部を電源として励磁電力を供給し、
前記蓄電部の高電圧側とグランドの間に接続された電磁ブレーキにより、電流を流して前記電磁石発電機に電磁ブレーキをかけると共に、電磁ブレーキ制御素子により電流を制御するためのＯＮ／ＯＦＦのスイッチングを行い、
発電制御部により、回転検出部から得られる前記電磁石発電機の回転数が、予め定められた設定回転数まで上昇すると、前記設定回転数を保持するように、前記電磁石発電機の回転数の変化率を求めて、前記電磁ブレーキの前記電磁ブレーキ制御素子に、前記変化率に応じたＯＮｄｕｔｙでＰＷＭ制御によるＯＮとＯＦＦの繰り返しスイッチングを行わせて、出力される電力を制御して発電を持続させる、
風力発電装置の制御方法。