專利名稱：發(fā)電裝置及使用于其中的電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將風能等的自然能量轉(zhuǎn)換為電能來作為各種設(shè)備的電力的發(fā)電裝置以及使用于該發(fā)電裝置的電源裝置。
背景技術(shù)：
代替通過燃燒會成為溫暖化或破壞環(huán)境的原因之一的石油、煤等來發(fā)電，而利用風力或水力等的自然能量來發(fā)電逐漸繁盛。例如利用風力的風力發(fā)電裝置具有控制風車的旋轉(zhuǎn)用控制部、或?qū)L車的轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)換為電力來發(fā)電的發(fā)電機等，通過旋轉(zhuǎn)風車且將其轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)換為電力，并將電力供應(yīng)給家庭等。該發(fā)電機具有安裝在利用自然能量來旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子、與該轉(zhuǎn)子對置配置的定子、固定定子的外殼。通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)子的永磁鐵和定子鐵芯的^ 茲極之間產(chǎn)生感應(yīng)電流。然而，這樣的發(fā)電裝置存在著各種各樣的問題。
為此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種能克服這樣各種問題的、可實現(xiàn)低成本化的發(fā)電裝置。上述目的包括著眼于發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)發(fā)電裝置本身的低成本化和著眼于發(fā)電裝置性能來實現(xiàn)發(fā)電的低成本化。
具體地說，第1目的在于解決因需要定心轉(zhuǎn)矩側(cè)的輸入軸和安裝有轉(zhuǎn)子的輸出軸的工序引起的組裝發(fā)電裝置的困難，以實現(xiàn)低成本化。發(fā)電裝置會由定子和轉(zhuǎn)子的吸引力、以及轉(zhuǎn)子的慣性力而使輸出軸從停止狀態(tài)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)狀態(tài)是困難的。因此，存在當輸出軸處于停止狀態(tài)時，只要不產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩就無法發(fā)電的問題。為此，為解決這樣的問題，開發(fā)了一種在
輸入軸和輸出軸間配設(shè)有離合器的發(fā)電裝置(例如日本國專利特開平8-312523號公報)。 然而，專利文獻l記栽的發(fā)電裝置中，在組裝時，為了使定心轉(zhuǎn)矩側(cè)的輸入軸和組裝有轉(zhuǎn)子的輸出軸的中心對準，需要所謂的定心工序，故存在成本變高的問題。此外，由于輸入軸和輸出軸會成為別的部件，導致進一步的高成本化。
第2目的在于解決因定子重量大所引起的組裝發(fā)電裝置的困難，實現(xiàn)低成本化。定子因需要與轉(zhuǎn)子對置配置，因而不得不成為大的形狀。定子形狀大，重量也會變大，進而，定子重量大時，要在圓筒狀的定子內(nèi)側(cè)纏繞線圏時，也會伴隨困難。
第3目的在于解決因利用自然能量所引起的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的問題，通過提高發(fā)電裝置的性能，可實現(xiàn)發(fā)電的低成本化。
第4目的在于解決因故障引起的無法控制風車的旋轉(zhuǎn)問題，通過提高發(fā)電裝置性能來實現(xiàn)發(fā)電的低成本化。例如，有一種具有安全性的發(fā)電裝置，當物體靠近發(fā)電裝置附近時，通過傳感器使風車停止(日本國專利特開平2003 - 21046號公報)。然而，這樣的發(fā)電裝置，由于損害部件等而使發(fā)電裝置本身產(chǎn)生故障、傳感器等不工作時，便不能夠使風車停止。并且，由于故障無法控制風車，在有臺風等強風的情況下，風車更快地旋轉(zhuǎn)，存在風車部件飛散的危險。
第5目的在于解決因自然能量小(例如弱風時等)而引起的降低對電池的充電效率，通過提高發(fā)電裝置的性能，來實現(xiàn)發(fā)電的低成本化。風力發(fā)電裝置具備如下的發(fā)電裝置將風力的動能轉(zhuǎn)變?yōu)橛呻娔軜?gòu)成的3相交流電，整流從3相的輸出線得到的相電壓后的充電電壓可一邊對電池充電一邊作為各種設(shè)備的電源。但是，在對電池充電時，由于風力的變化，充電電壓有4艮大變動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種著眼于發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)發(fā)電裝置本身的低成本化，或著眼于發(fā)電裝置的性能來實現(xiàn)發(fā)電的低成本化的發(fā)電裝置，以及使用于該發(fā)電裝置的電源裝置。
本發(fā)明中，以單獨或適當組合的方式具備以下的特征。用于解決上述課題的本發(fā)明的發(fā)電裝置的特征在于，具備連接于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生側(cè)的轉(zhuǎn)軸；轉(zhuǎn)子，以能夠自由旋轉(zhuǎn)的方式安裝在上述轉(zhuǎn)軸上；離合器，設(shè)置在上述轉(zhuǎn)軸和上迷轉(zhuǎn)子之間；外殼，收存上述轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子以及離合器；定子，安裝在上述外殼上，與上述轉(zhuǎn)子對置配置。按照該發(fā)電裝置，因為在連接于轉(zhuǎn)矩發(fā)生側(cè)的轉(zhuǎn)軸上以能夠自由轉(zhuǎn)動的方式安裝n個轉(zhuǎn)子，因而并不會成為如輸入軸和輸出軸的別的部件，在組裝時，不需要實施定心的工序，可實現(xiàn)低成本化。此外，可容易地進行組裝，可進一步實現(xiàn)低成本化。
此外，本發(fā)明的發(fā)電裝置的特征在于，具備轉(zhuǎn)軸；轉(zhuǎn)子，安裝在該轉(zhuǎn)軸上；定子鐵芯，與該轉(zhuǎn)子對置配置，在圓周方向上分割為3個以上；一對保持構(gòu)件，以可自由轉(zhuǎn)動的方式支承夾持上述轉(zhuǎn)軸的上述轉(zhuǎn)子的兩側(cè)位置；三根以上的支柱，連接該一對保持構(gòu)件的同時，以嵌合的方式與上述定子鐵芯的外圍卡合。由此結(jié)構(gòu)，因分割定子鐵芯，因而各定子鐵芯的重量變小，使得容易組裝。并且，可容易地在定子鐵芯上纏繞線圏。此外，由于不需要筒型形狀的外殼，因此，可實現(xiàn)輕量化。
此外，本發(fā)明的發(fā)電裝置是具有轉(zhuǎn)軸和安裝在上述轉(zhuǎn)軸圓周方向上的葉片的發(fā)電裝置，其特征在于設(shè)置了速度控制裝置，該速度控制裝置具有設(shè)置于上述葉片的全部或一部分上的導電構(gòu)件，及對于該導電構(gòu)件可自由調(diào)整間隔的磁鐵構(gòu)件。由此結(jié)構(gòu)，在暴風等時，可通過控制轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)來保護發(fā)電裝置，以使不會形成過旋轉(zhuǎn)，并且不會產(chǎn)生損傷。
此外，本發(fā)明的電源裝置的特征在于，具有驅(qū)動力產(chǎn)生單元，將自然能量轉(zhuǎn)換為動能從而產(chǎn)生驅(qū)動力；發(fā)電單元，通過上述驅(qū)動力產(chǎn)生單元的驅(qū)動力進行工作來發(fā)電；短路單元，設(shè)置于上述發(fā)電單元的輸出側(cè)，在發(fā)生異常時可將上述發(fā)電單元的輸出側(cè)切換為短路狀態(tài)。由此結(jié)構(gòu)，能在發(fā)生異常時，可將發(fā)電單元的輸出側(cè)變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，由此，使驅(qū)動力發(fā)生單元停止。因此，可避免在異常時不能控制驅(qū)動力產(chǎn)生單元引起的危險。例如通過自然能量之一的風力來旋轉(zhuǎn)風車，并利用其旋轉(zhuǎn)能來發(fā)電時，由于能夠在發(fā)生異常時使風車停止，可回避在強風時產(chǎn)生異常的情況下破壞風車使構(gòu)件飛散等的危險。
此外，本發(fā)明的電源裝置的特征在于，具有發(fā)電單元，將自然能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，并?相交流的方式輸出由該電能構(gòu)成的電力；整流器，對來自上述發(fā)電單元的相電流進行整流并且進4亍輸出； 一對充電電容器，i殳置于上述整流器的輸出側(cè)，與該整流器并聯(lián)連接，同時相互串聯(lián)；中性線，連接上述發(fā)電單元的中性點和上述充電電容器之間的中間點。由此結(jié)構(gòu)，可獲得將3相交流中性點作為基準的相電壓的2倍的線間電壓作為整流后的整流電壓，因此，與將僅使用3相交流的輸出線的相電壓的V^倍的線間電壓作為整流后的整流電壓來銷售的情況相比較，可產(chǎn)生高壓電。其結(jié)果是即使在自然能量小的環(huán)境下也能4艮好地使用。


圖1是本發(fā)明的最佳實施方式的風力發(fā)電裝置的方框圖。
圖2是表示本發(fā)明的最佳實施方式的風力發(fā)電裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。圖3 (a)為構(gòu)成本發(fā)明的最佳實施方式的風力發(fā)電裝置的風力發(fā)電
裝置用發(fā)電機平面圖，圖3 (b)為圖3 (a)所示的風力發(fā)電裝置用發(fā)電
機的正面剖面圖。
圖4是本發(fā)明的最佳實施方式的風力發(fā)電裝置的圖3(b)所示的A-A線剖面圖。
圖5是構(gòu)成本發(fā)明的最佳實施方式的風力發(fā)電裝置的支柱形狀的變形例。
圖6是構(gòu)成本發(fā)明的最佳實施方式的彈簧離合器的彈簧裝置的正面剖面圖。
圖7是構(gòu)成本發(fā)明的最佳實施方式的彈簧裝置的彈簧斜視圖。圖8是本發(fā)明的最佳實施方式的彈簧離合器的平面圖。圖9是顯示具有可控制葉片速度的裝置的實施方式，(a)為在葉片的外側(cè)設(shè)置速度控制裝置并且該裝置是自動的裝置，(b)為(a)的速度抑制裝置是手動的裝置，(c )是表示在轉(zhuǎn)軸的下部設(shè)置速度控制裝置的情況的圖。
圖10(a)是表示使轉(zhuǎn)軸停止旋轉(zhuǎn)的實施方式的一例的圖，圖10(b)為使轉(zhuǎn)軸停止旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)停止裝置的原理圖，圖10 (c)是表示使轉(zhuǎn)軸停止旋轉(zhuǎn)的實施方式的其它例子的圖。
圖11是構(gòu)成本發(fā)明的最佳實施方式的風力發(fā)電裝置的輔助充電器的方框圖。
圖12是本發(fā)明的最佳實施方式的風力發(fā)電裝置的從發(fā)電機至整流部的電路圖。
圖13是一般的風力發(fā)電裝置的從發(fā)電機至整流部的電路圖。圖14是表示以本發(fā)明的最佳實施方式的由風力發(fā)電裝置的整流部獲得的充電電壓的說明圖。
具體實施例方式
以下，具體地對本發(fā)明的一實施方式的風力發(fā)電裝置進行說明，但并不限定于這些實施方式。圖1是本發(fā)明的最佳實施方式的風力發(fā)電裝置方框圖。圖1中，本實施方式的風力發(fā)電裝置1是垂直軸型風力發(fā)電裝置，該垂直軸型風力發(fā)電
裝置具有風力發(fā)電裝置主體2，將以自然能量之一的風能轉(zhuǎn)換為電能構(gòu)成的交流電并且進4亍輸出；電源裝置3，進行風力發(fā)電裝置主體2的控制或顯示設(shè)定。
風力發(fā)電裝置主體
首先，使用圖2及圖3來說明風力發(fā)電裝置主體2。此處，圖2是表示本發(fā)明的最佳實施方式的風力發(fā)電裝置的整體結(jié)構(gòu)圖，圖3(a)是構(gòu)成本發(fā)明的最佳實施方式的風力發(fā)電裝置的風力發(fā)電裝置用發(fā)電機的平面圖，圖3 (b)是圖3 (a)所示的風力發(fā)電裝置用發(fā)電機的正面剖面圖。上述的風力發(fā)電裝置主體2，如圖2所示，具有接受風用的多片風車葉片lO和發(fā)電才幾ll。
圖2中，風車葉片10安裝在固定于后述的轉(zhuǎn)軸21上的支承構(gòu)件12上。在與轉(zhuǎn)軸21的軸心方向正交的方向上在轉(zhuǎn)軸21的上部配置多個支承部21。因此，風車葉片IO只配置與支承構(gòu)件12的數(shù)量同樣的數(shù)量。
圖3中，發(fā)電機ll作為主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有轉(zhuǎn)軸21;轉(zhuǎn)子22;定子23;外殼24;彈簧離合器25;檢測轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)速用的轉(zhuǎn)速檢測器26;強制性地控制轉(zhuǎn)軸21的旋轉(zhuǎn)用的制動裝置27。
轉(zhuǎn)軸21在風車葉片IO接受風時在一定方向旋轉(zhuǎn)，通過固定于將后述的一對保持板30a、 30b的軸承31、 32以能夠自由旋轉(zhuǎn)的方式支承轉(zhuǎn)軸21。
轉(zhuǎn)子22形成為從具有中空部的圓筒構(gòu)件外周面大致成垂直且略成T字狀的形狀。上述轉(zhuǎn)子22的中空部中可插入轉(zhuǎn)軸21。并且，中空部插入有轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)子22通過軸承45、 46來支承轉(zhuǎn)軸21,使得對于轉(zhuǎn)軸可自由旋轉(zhuǎn)。通過將轉(zhuǎn)子22的形狀作成上述的結(jié)構(gòu)，可減少從停止狀態(tài)旋轉(zhuǎn)時的慣性力矩。但是，轉(zhuǎn)子22的形狀并不限定于此。即，轉(zhuǎn)軸21在旋轉(zhuǎn)時，將通過轉(zhuǎn)子22和后述的定子23對置，可產(chǎn)生感應(yīng)電流者就可以。
下面，使用圖4來說明定子23。此處，圖4是本發(fā)明的最佳實施方式的風力發(fā)電裝置的圖3 (b)所示的A-A線剖面圖。定子23是在由鐵芯構(gòu)成的定子鐵芯23a的內(nèi)側(cè)纏繞線圈而形成的。定子鐵芯23a作成外周為圓形的筒型形狀。本實施方式的定子鐵芯2 3a在圓周方向大致成均等地分割筒型形狀者為六個。且如圖3及圖4所示，所分割后的定子鐵芯23a配置在與上述轉(zhuǎn)子22對置的位置上。
這樣，分割定子鐵芯23a后，因為分割之后的各定子鐵芯23a的重量小，所以可容易地組裝。并且在分割后的各個定子鐵心23a上纏繞線圈，與在未被分割的筒型形狀的定子鐵心23a上纏繞線圈相比較，更容易安裝。
其次，返回圖3對外殼24進行說明。外殼24具有一對保持板30a、30b,及6根支柱33,支柱33的兩端由螺栓37固定在一對保持板30a、30b上。
一對保持板30a、 30b上下夾持轉(zhuǎn)子22，且通過軸承31、 32來支承轉(zhuǎn)軸21,以使轉(zhuǎn)軸21可相對一對保持板30a、 30b自由旋轉(zhuǎn)。
支柱33配置成與各定子鐵芯2 3a在分割之后的各定子鐵芯23a外周面的圓周方向的大致中央部卡合。即，對一個各定子鐵芯23a配置有1根支柱33。
在此，使用圖3來說明有關(guān)支柱33的形狀。圖3中，支柱33為階梯形狀，具有大直徑部分33a和比大直徑部的直徑稍微小的小直徑部分33b。并且，支柱33的小直徑部33b與各定子鐵芯23a卡合。并且，為使支柱33的小直徑部分33b與各個定子鐵芯23a卡合，在組裝發(fā)電機U時，因為成為定子23和轉(zhuǎn)子21對置的結(jié)構(gòu)，所以，組裝發(fā)電機ll是容易的。
本實施方式中，支柱33雖形成為具有大直徑部33a和比大直徑部33a的直徑稍微小的小直徑部33b的階梯形狀，但并不限定于此。也可為例如支柱33的形狀為圖5 (a) ~ (c)所示的形狀。并且，圖5是構(gòu)成本發(fā)明的最佳實施方式的風力發(fā)電裝置用的支柱形狀的變形例。以下，對圖5(a) ~ (c)所示的支柱331~ 333的形狀進行說明。
圖5 ( a )所示的支柱331是不與各定子鐵芯23a卡合的部位331a為圓柱形狀，而與各定子鐵芯23a卡合的嵌合部(相當于小直徑部33b的部位)形成為成直線狀切成缺口的直線狀缺口部331b。與各定子鐵芯23a卡合的嵌合部作成小直徑的支柱33相比，該支柱331的強度稍大。
圖5 (b)所示的支柱332是令不與各定子鐵芯23a卡合的部位332a形成為圓柱形狀，而與各定子鐵芯23a卡合的嵌合部(相當于小直徑部33b的部位)是切成沿各定子鐵芯23a外周面成圓弧狀缺口來形成圓弧狀缺口部332b。當以該支柱332來固定各定子鐵芯23a時，將會使各定子鐵芯23a與支柱332嵌合部卡合的面積變大，可更可靠地固定于支柱332上。
圖5 ( c )所示的支柱333是令不與各定子鐵芯23a卡合的部位333a形成為圓柱形狀，與各定子鐵芯23a卡合的嵌合部(相當于小直徑部33b的部位)是切成梯形形狀缺口來形成角狀缺口部333b。以該支柱333來固定各定子鐵芯23a時，各定子鐵芯23a能夠可靠地固定在支柱333上。
由此，將支柱33的小直徑部分33b或相當于支柱33的小直徑部分33b的部位331b ~ 333b和分割為6個的各定子鐵芯23a卡合在各定子鐵芯23a外周面的圓周方向的大致中央部，就可實現(xiàn)外殼24的大幅度的輕量化，同時可使組裝發(fā)電機的作業(yè)變得容易。
并且，以上雖然說明了不與各定子鐵芯23a卡合的支柱的部位33a、331a、 332a、 333a的形狀為圓柱形狀的支柱33、 331 ~ 333,〗旦并不限定于此，也可為棱柱。此外，在為圓柱的情況下，支柱33、 331~ 333的長軸方向剖面形狀也可不是正圓而是橢圓。
此處，發(fā)電機11并不限定于對于分割之后的一個的各定子鐵芯23a配置一根支柱33、 331 ~ 333，也可對于分割之后的一個的各定子鐵芯23a配置二根以上的支柱33、 331 ~ 333。此外，在分割之后的各定子側(cè)面形成凹凸來卡合分割后的多個定子鐵芯23a的凹凸而相連接時，也有將一根支柱33、 331 ~ 333配置在分割之后的多個各定子鐵芯23a上的情況。
返回圖3，相對未設(shè)置各個定子鐵芯23a時的軸心0,對角線上的2根支柱33的小直徑部分33b的、如果配置23a則被要嵌合的卡合部彼此之間的連接長度L，與以筒型形狀安裝6個被分割的各個固定鐵芯23a時的定子^l失芯23a的外徑相比尺寸稍小。
因此，在卡合支柱33小直徑部分33b和定子鐵芯23a時，支柱33位于連結(jié)一對保持板30a、 30b的各個連結(jié)部的假想線朝向外側(cè)(軸心0為中心的直徑外側(cè))擴展的位置。因此，當以支柱33固定各定子鐵芯23a時，因為在各定子鐵芯23a和支柱33之間產(chǎn)生互相推壓的力，因而各定子鐵芯23a即使被分割為六個，也不會使各定子鐵芯23a產(chǎn)生位置偏移。
并且，在支柱33的小直徑部分33b形成有螺栓孔34。當螺栓35從螺旋孔34推入到各定子鐵芯23a直徑內(nèi)側(cè)時，各定子鐵芯23a就可牢固地固定在支柱33上。此處，在一對保持板30a、 30b的外周部分分別形成有階梯狀36a、 36b，因而支柱33當以螺栓35朝軸心0側(cè)推入時，就可確保定子鐵芯23a和轉(zhuǎn)軸21為同一圓心。
并且，本實施方式中，雖然將定子鐵芯23a分割為六個，但只要至少分割為3個，就可實現(xiàn)外殼24的大幅度的輕量化及組裝的容易化。
此外，外殼24并不限定于由一對保持板30a、 30b、及連結(jié)一對保持板30a、 30b用的支柱33構(gòu)成，只要可支承轉(zhuǎn)軸21或定子23,就可不過問其形狀。例如也可為箱型的框體結(jié)構(gòu)、構(gòu)架結(jié)構(gòu)、或者是上下表面或側(cè)面的一部分有開口的結(jié)構(gòu)。
然后，使用圖3、圖6、圖7及圖8來說明彈簧離合器25的結(jié)構(gòu)。此處，圖6是構(gòu)成使用于本發(fā)明的最佳實施方式的風力發(fā)電裝置的發(fā)電機的彈簧離合器25用的彈簧裝置40的正面剖面圖，圖7是構(gòu)成圖6所示的彈簧裝置40用的彈簧44斜視圖，圖8是使用于本發(fā)明的之最佳實施方式的風力發(fā)電裝置的發(fā)電機的彈簧離合器25的平面圖。
圖3中，彈簧離合器25配置在轉(zhuǎn)軸21和轉(zhuǎn)子22間，以可以自由連接的方式構(gòu)成轉(zhuǎn)軸21和轉(zhuǎn)子22。以下，將具體地加以說明。
彈簧離合器25由彈簧裝置40和閂鎖裝置41所構(gòu)成。
圖6中，彈簧裝置40由輸入側(cè)套筒42、和輸出側(cè)套筒43及彈簧44所構(gòu)成。輸入側(cè)套筒42使轉(zhuǎn)軸21以過盈配合的方式嵌合于該中空部中。因此，當轉(zhuǎn)軸21旋轉(zhuǎn)時，輸入側(cè)套筒42與轉(zhuǎn)軸21作為整體旋轉(zhuǎn)。
如圖3所示，輸出側(cè)套筒43用螺栓47固定在轉(zhuǎn)子22上。因而輸入側(cè)套筒43旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子22與輸出側(cè)套筒43作為整體旋轉(zhuǎn)。這樣，整體化的轉(zhuǎn)子22和輸出側(cè)套筒43在其內(nèi)側(cè)通過軸承45、 46以可自由旋轉(zhuǎn)的方式對于轉(zhuǎn)軸21進行支承。
如圖7所示，彈簧44是線圈狀的彈簧44。并且，在彈簧44的一端形成向彈簧44直徑外方向突出的突起部48。
返回圖6，該彈簧44以如下的方式配置輸出側(cè)套筒43固定在與形成突起部48的一端的相反一側(cè)的另一端，并且在轉(zhuǎn)軸21的旋轉(zhuǎn)方向上輸入側(cè)套筒42和輸出側(cè)套筒43的外周側(cè)被收緊。圖8中，閂鎖裝置41具有螺線管49;柱塞50;彈簧銷51;傳動裝置52。
螺線管49重復地實施電控制的勵磁和退磁，由此，使柱塞50在其長軸方向往復移動。并且，圖8中的柱塞50圖示出了螺線管49在勵磁狀態(tài)下的位置。
此外，在柱塞50上設(shè)置有栓53，傳動裝置的臂部52a以與設(shè)置在柱塞50上的栓53卡合的方式配置。
從紙面的前方來看，傳動裝置52能夠以彈簧銷51作為支點在時針旋轉(zhuǎn)的方向上自由旋轉(zhuǎn)。即，從紙面的前方看時，時針旋轉(zhuǎn)方向的力總是作用在傳動裝置52上，以停止器54來限制時針旋轉(zhuǎn)方向上的旋轉(zhuǎn)。
另一方面，從紙面前方看時，轉(zhuǎn)軸21在時針旋轉(zhuǎn)的方向上旋轉(zhuǎn)。從紙面前方看，當轉(zhuǎn)軸21在時針旋轉(zhuǎn)的方向上旋轉(zhuǎn)時，彈簧44收緊在輸入側(cè)套筒42的外周。
當轉(zhuǎn)軸21開始旋轉(zhuǎn)時，彈簧44的突起部48以軸心0為支點畫出以從軸心0到突起部48的長度R作為半徑的軌道L。此處，在螺線管49勵磁時傳動裝置前端部52b被配置在與軌道L重疊的位置上。另一方面，在螺線管49處于退磁(無勵磁)狀態(tài)時，傳動裝置前端部52b被配置在軌道L的外側(cè)(即，與軸心0相反側(cè))。即，本實施方式的彈簧離合器25構(gòu)成為無勵磁工作型。 、
這樣，在轉(zhuǎn)軸21和轉(zhuǎn)子22之間配置彈簧離合器25，可提供簡單結(jié)構(gòu)的風力發(fā)電裝置1。具體地說，轉(zhuǎn)軸21可支承轉(zhuǎn)子22，以使轉(zhuǎn)子22相對轉(zhuǎn)軸21可自由旋轉(zhuǎn)。因此，不需要個別地設(shè)置通過支承構(gòu)件12來安裝風車葉片10的轉(zhuǎn)軸21和支承轉(zhuǎn)子22用的轉(zhuǎn)軸21，能以同一軸來構(gòu)成風力發(fā)電裝置主體2。如上所迷，本實施方式的風力發(fā)電裝置1具有不需要組裝時的定心工序也可實現(xiàn)低成本化、組裝容易化、以及小型化的很好的效果。
然后，返回圖3,對用于檢測轉(zhuǎn)軸21的旋轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)速檢測器26進行說明。轉(zhuǎn)速檢測器26由光電傳感器60和板狀的:f皮檢測部61構(gòu)成，該被檢測部61安裝在轉(zhuǎn)軸21上，并且隨著轉(zhuǎn)軸21的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。
光電傳感器60由發(fā)出光紅外光的發(fā)光側(cè)和接收來自發(fā)光側(cè)所發(fā)出的紅外光的受光側(cè)構(gòu)成。被檢測部61安裝在轉(zhuǎn)軸21 —側(cè)，以使在轉(zhuǎn)軸21旋轉(zhuǎn)時該被檢測部61通過光電傳感器60的發(fā)光側(cè)和受光側(cè)之間。
當被檢測部61通過光電傳感器60的發(fā)光側(cè)和受光側(cè)之間時，從發(fā)光側(cè)所發(fā)出的紅外光^^皮才企測部61遮擋，從光電傳感器60輸出脈沖狀的轉(zhuǎn)速信號。
并且，轉(zhuǎn)速檢測器26也可由譯碼器構(gòu)成。此時，從譯碼器輸出與轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)速相對應(yīng)(每單位時間的轉(zhuǎn)數(shù))的脈沖數(shù)的轉(zhuǎn)速信號。此外，只要是可算出轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)速，也可以是其它的檢測裝置。
然后，使用圖3來說明制動裝置27。制動裝置27由以下構(gòu)成安裝在轉(zhuǎn)軸21上的環(huán)狀構(gòu)件65a;用可接離可能的方式設(shè)置在環(huán)狀構(gòu)件65a的外周面的推壓構(gòu)件65b;使推壓部件65b相對往復移動的可動裝置66。并且，通過手動操作可動裝置66將推壓構(gòu)件65b推入環(huán)狀部件65a后，因為推壓構(gòu)件65b使;f艮大的制動力作用于轉(zhuǎn)軸21，所以轉(zhuǎn)軸21完全停止。此處，也可為如下的結(jié)構(gòu)，不設(shè)置環(huán)狀構(gòu)件65a，相對轉(zhuǎn)軸21直接推壓推壓構(gòu)件65b。
此外，制動裝置27并不限定于此。例如，也可為圖9或圖IO所示的制動裝置264、 291。以下，對圖9及圖10所示的制動裝置264、 291進行說明。此處，圖9是表示具備可進行葉片速度控制的裝置的實施方式的圖，(a)為速度控制裝置設(shè)置在葉片的外側(cè)、該裝置是自動裝置，(b)是(a)的速度控制裝置為手動的情況，(c)是表示將速度控制裝置設(shè)置在轉(zhuǎn)軸下部的情況的圖。圖10 (a)是表示使轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)停止的實施方式的一例的圖，(b)是使轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)停止的旋轉(zhuǎn)停止裝置的原理圖，(c)是表示使轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動停止的實施方式的其它的例子的圖。
并且，在說明這種制動裝置264、 291時，不采用之前所說明的風力發(fā)電裝置主體2,而是采用另外的風力發(fā)電裝置主體260、 290來說明。但是，這是為說明方便，并不是說這樣的制動裝置264、 291不能設(shè)置在之前所說明的風力發(fā)電裝置1上。此外，圖9以及圖10所示的其它的風力發(fā)電裝置主體260、 290是省略了發(fā)電機的圖。
圖9是表示具備可進行葉片轉(zhuǎn)速控制的裝置264的垂直軸型風力發(fā)電裝置的圖。如圖9 (a)所示，可控制葉片263的速度的制動裝置264具有作為導電構(gòu)件的多片的葉片263;檢測轉(zhuǎn)軸262的轉(zhuǎn)速的速度才企測裝置265;可按照所檢測的速度使磁鐵構(gòu)件266相對葉片263進退的裝置267;控制用以驅(qū)動該進退驅(qū)動裝置267用的電動才幾267a的控制部268。并且，多片葉片263縱向安裝在轉(zhuǎn)軸262的周圍。
由此，在刮臺風等強風時，自動地檢測為強風狀態(tài)，調(diào)整磁鐵構(gòu)件266和葉片263的間隔來使作為導電構(gòu)件的葉片263靠近，使其表面上產(chǎn)生過電流，并進行制動工作。其結(jié)果是可防止超速，且可防止由過旋轉(zhuǎn)引起垂直軸型風力發(fā)電裝置的故障。
在此，葉片263可為如上述的整體為導電構(gòu)件，也可為僅與磁鐵構(gòu)件對應(yīng)的部分作成導電構(gòu)件。此外，圖9 (a)所示的實施方式在緊急時可自動驅(qū)動，但也可為如圖9(b)所示，通過手動使磁鐵構(gòu)件266相對葉片263進退。此種情況下，在移動后，由螺栓269等來加以固定。此外，如圖9(c)所示，在轉(zhuǎn)軸262的下部對準中心軸安裝作為導電構(gòu)件的圓板261,也可以設(shè)置使磁鐵構(gòu)件266進退的速度控制裝置。
圖10 ( a )是表示具有可停止轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的裝置291的垂直軸型風力發(fā)電裝置的圖。圖10 (b)是使轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)停止的旋轉(zhuǎn)停止裝置的原理圖。固定支承于筒296上的旋轉(zhuǎn)停止裝置291由如下部分構(gòu)成朝向轉(zhuǎn)軸292被彈壓的摩擦板294，制止或解除制止該摩擦板294的彈壓的操作裝置295，連接于摩擦板294和操作裝置295的彈簧297。
在摩擦板294上，在操作裝置295側(cè)設(shè)置永/F茲鐵294a。操作裝置295在永》茲4失294a側(cè)具有與電源295a連接的線圈295b。
在通常狀態(tài)下，永磁鐵294處于被朝向線圈295b側(cè)吸附、并且未與轉(zhuǎn)軸292接觸的狀態(tài)。在非常情況下，電流從電源295a流到線圖295b,使得永磁鐵294和線圏295b的磁通量相抵消。此時，通過被壓縮的彈簧297的斥力將摩擦板294推壓到轉(zhuǎn)軸292上，從而制止轉(zhuǎn)軸292的旋轉(zhuǎn)。
按照上述實施方式，可得到如下的效果在暴風等情況下，停止轉(zhuǎn)軸292的旋轉(zhuǎn)，由此，不會超轉(zhuǎn)或不會產(chǎn)生損傷從而來保護裝置。
圖10 (c)是表示使轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)停止的其它實施例的圖。旋轉(zhuǎn)停止裝置29r由摩擦筒298和操作裝置295'構(gòu)成，其中，摩擦筒298的摩擦半筒298a、 298b的一端用可轉(zhuǎn)動的方式在接合部298c相接合，摩擦半筒298a、 298b的另一端彼此通過彈簧299相接合，該操作裝置295'通過凸輪295' a來制止或解除制止該摩擦筒298的彈壓。
通常情況下，在摩擦半筒298a、 298b的另一端彼此之間塞入凸輪
13295'a，采用不與轉(zhuǎn)軸292接觸的方式暫時地固定。在非常情況下，在摩 擦半筒298a、 298b另一端之間，在轉(zhuǎn)軸292剖面的平面上通過操作裝置 295'平行地旋轉(zhuǎn)凸輪295'a。并且，閉合摩擦半筒298a、 298b的另一端， 使摩擦筒298與轉(zhuǎn)軸292相接觸，并使其轉(zhuǎn)動停止。但是，該操作裝置 295'的電源只在緊急時連接，在通常的情況下并不連接。按照上述的實施 方式，可得到和圖10 (a)的實施方式相同的效果。
并且，上述的任一制動裝置27、 264、 291都可用手動操作或者自動 操作的任意一種來控制轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)速。此外，設(shè)置在風力發(fā)電裝置主體 2、 260、 290上的葉片10、 263的片數(shù)只要可使轉(zhuǎn)軸21、 262、 292旋轉(zhuǎn)， 多少片都可以。并且，上述的任一風力發(fā)電裝置主體2、 260、 290都不限 于垂直軸型風力發(fā)電裝置，也可以是水平軸型風力發(fā)電裝置。
電源裝置
然后，使用圖1、圖2、圖11~圖14來說明電源裝置3。在本實施方 式的電源裝置3具有控制器4，具有控制風力發(fā)電裝置主體2的控制功 能或?qū)⒔涣麟娬鳛橹绷麟姷恼鞴δ艿?；操作顯示器5，用可切換風力 發(fā)電裝置的工作狀態(tài)或設(shè)定狀態(tài)等的方式進行顯示；電池6，用控制器4 中所整流的直流電進行充電；逆變器7，將電池6的電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姴⑶?提供給外部負栽8;輔助充電器9，對電池6提供輔助電力。
本實施方式的風力發(fā)電裝置主體2所具備的發(fā)電機11是3相交流方 式等的發(fā)電機U。發(fā)電機11輸出與轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的交流電。短 路制動裝置75連接在發(fā)電機11的輸出側(cè)。短路制動裝置75具有連接于 發(fā)電沖幾11各端子的短路用繼電器76。
短路用繼電器76通過來自控制器4的通電電流使開關(guān)部成為打開狀 態(tài)，在停止來自控制器4的通電電流時使開關(guān)部成為關(guān)閉狀態(tài)，由此，在 控制器4產(chǎn)生故障等的異常時可使發(fā)電機11的輸出側(cè)短路。由此，短路 制動裝置75通過在發(fā)電機11上產(chǎn)生大的負栽使風車葉片10引起的的轉(zhuǎn) 軸21的旋轉(zhuǎn)制動。
如上述所構(gòu)成的風力發(fā)電裝置主體2與控制器4相連接。如圖l所示， 控制器4具有控制部80，控制風力發(fā)電裝置1;整流部81,將來自風 力發(fā)電裝置主體2的發(fā)電機所輸出的交流電整流為直流電?？刂撇?0具有轉(zhuǎn)速輸入部82、離合器驅(qū)動部83、短路驅(qū)動部84。各個部分82~84 分別與上述的風力發(fā)電裝置主體2的轉(zhuǎn)速檢測器26、彈簧離合器25、短 路驅(qū)動裝置75相連接。
轉(zhuǎn)速輸入部82具有將來自轉(zhuǎn)速檢測器26的轉(zhuǎn)速信號變換為適于信號 處理的信號形態(tài)的功能。離合器驅(qū)動部83具有如下的功能將驅(qū)動信號 輸出給彈簧離合器25的閂鎖裝置41，由此，來控制彈簧離合器"的工 作狀態(tài)，即，對圖8所示的螺線管49進行勵磁或退磁。短路驅(qū)動部84具 有如下的功能通常在工作時將驅(qū)動信號輸出給短路制動裝置75的短路 用繼電器76，由此，在異常時將發(fā)電機ll置于短路狀態(tài)。
此外，控制器4具有輔助充電動作部85,充電控制驅(qū)動部86，逆 變器0N/0FF驅(qū)動部87,操作顯示輸出入部88;同時，具有監(jiān)視、控制各 部分82~88用的運算處理部90。此外，有關(guān)運算處理部90的詳細情況， 在以后敘述。
上述的輔助充電動作部85連接于對電池6充輔助電力的被稱為DC 電源組的輔助充電器9,在風力發(fā)電裝置主體2不能對電池6充分充電時 工作，通過輔助電力對電池6充電。如圖ll所示，輔助充電器9安裝在 一電路板上，并容納于框體內(nèi)來作為整體。在輔助充電器9上設(shè)置有電源 輸入端子8a、電源輸出端子8b及信號輸入端子8c。商業(yè)用或工業(yè)用的電 源91用可裝卸的方式連接到電源輸入端子8a上。電池6用可裝卸的方式 連接在電源輸出端子8b上。輔助充電動作部85用可裝卸的方式連接到信 號輸入端子8c上。
上述電源輸入端子8a連接有變壓器100的一次側(cè)線圏部100a。在變 壓器二次側(cè)線圏部100b上設(shè)置恒流化的電容器101和將變?yōu)榻涣鳡顟B(tài)的 電壓進行全波整流的橋接二極管102。并且，橋接二極管102通過電源輸 出端子8b使陰極側(cè)與電池6的正極側(cè)相連接，通過電源輸出端子8b使陽 極側(cè)與電池6的負極側(cè)相連接。由此，輔助充電器9具有如下的功能用 變壓器IOO將來自電源91的交流電變?yōu)橐?guī)定的電壓后，對電池6進行充 電。
此外，輔助充電器9具有輔助電源繼電器103。輔助電源繼電器103 具有開關(guān)部103a,以構(gòu)成1次側(cè)線圏部100a的電路的一部分的方式來 設(shè)置；線圏部103b,對該開關(guān)部103a進行開關(guān)。開關(guān)部103a在對線圏部103b通電時設(shè)置為開狀態(tài)。此外，線圏部103b通過電源輸入端子8c 與輔助充電動作部85相連接。由此，輔助充電器9具有如下功能通過 來自輔助充電動作部85的動作信號可切換為實施和停止對電池6的輔助 充電。
如圖1所示，通過上述輔助充電器9進行輔助性充電的電池6，也連 接到控制器4的整流部81上。整流部81以如下方式構(gòu)成將來自風力發(fā) 電裝置主體2的發(fā)電機ll的交流電變成直流電并對電池6進行充電。
即，如圖2所示，整流部81,具有橋接二極管102,與發(fā)電機11 的輸出線llb、 llb、 llb相連接，對通過各輸出線llb從發(fā)電機11所輸 入的相電流進行整流并輸出；互相串聯(lián)的一對充電電容器101、 101,與 橋接二極管102的陽極側(cè)及陰極側(cè)并聯(lián)；二極管105，在比充電電容器101、 101更下一層側(cè)，與橋接二極管102同方向并聯(lián)；充電控制部106，設(shè)置 在充電電容器101、 101和二極管105之間，用以切換控制電流通過和阻 斷；設(shè)置于比二極管更下一層側(cè)的線圏107。
此外，中性線108 —端與整流部81的充電電容器101、 101之間的中 間點81a相連接。中性線108另一端與發(fā)電機11的中性點lla相連接(參 照圖12)。并且，中性線108可獲得將3相交流的中性點lla作為基準的 相電壓的2倍的線間電壓作為整流后的整流電壓。
上述充電控制部106由晶體管等的半導體開關(guān)構(gòu)成，并且與圖1的充 電控制驅(qū)動部86相連接。充電控制驅(qū)動部86通過輸出充電控制信號來控 制從橋接二極管102向二極管105的通電時間。并且，這樣構(gòu)成的整流部 81與電池6及逆變器7相連接，以對應(yīng)于用充電控制部106控制的通電 時間的充電電壓的電力對電池6充電。
此外，如圖1所示，整流部81具有檢測從發(fā)電機11所輸入的交流電 的發(fā)電才幾電壓的發(fā)電機電壓檢測器U0和檢測對電池6充電的充電電壓 (電池電壓)用的充電電壓檢測器111。這些電壓檢測器110、 111與運 算處理部90相連接，分別向運算處理部90輸出所檢測的電壓。
此外，與上述充電控制驅(qū)動部86同樣，連接于運算處理部90的逆變 器ON/OFF驅(qū)動部87與逆變器7相連接。逆變器7具有如下功能將對電 池6進行充電的直流電變?yōu)槔缂彝ビ玫慕涣麟姴⑶逸敵鼋o外部負載8的 輸出功能；利用來自逆變器ON/OFF驅(qū)動部87的信號切換輸出功能的工作
16以及停止的功能。
此外，連接于運算處理部90的操作顯示輸入輸出部88用可裝卸的方 式與操作顯示器5相連接。操作顯示器5具有七段式LED或LCD等的顯示 器120及顯示切換開關(guān)121。顯示部120用文字或數(shù)值顯示風力發(fā)電裝置 1的工作狀態(tài)。此外，所謂動作狀態(tài)是指風速(轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)速)或發(fā)電 機電壓、充電電壓(電池電壓)、各部分的工作狀態(tài)等。
此外，顯示切換開關(guān)121設(shè)定為可用手動操作來切換顯示部120的工 作狀態(tài)。此外，操作顯示器5具有具備未圖示的運算部或存儲部等的控制 部。控制部以程序的方式除了具有控制操作顯示器5自身的功能外，還具 有如下等功能對控制器4的運算處理部90指示規(guī)定的工作狀態(tài)的傳送 的功能；對于運算處理部90，將逆變器7的工作設(shè)定為模式切換開關(guān)所 設(shè)定的模式的功能；選擇執(zhí)行運算處理部90所具有的各種功能的功能。 此外，代替程序的軟件的方式，也可用硬件的方式來形成操作顯示部5的 各功能。此外，操作顯示器5也具有模式切換開關(guān)，該模式切換開關(guān)可用
手動操作進行切換的方式來設(shè)定輸出停止模式和輸出維持模式，其中，該 輸出停止模式是在電池6的充電電壓未達到設(shè)定值時停止逆變器7的輸出 的模式，該輸出維持模式是通常情況下維持逆變器7的輸出的模式。
此外，在控制器4的運算處理部90中，具有未圖示的運算部或存儲 部，以程序方式具有控制風力發(fā)電裝置的各種功能。此外，代替程序的軟 件的方式，也可用硬件的方式來形成各個功能。
即，運算處理部90具有輔助充電處理功能或異常運轉(zhuǎn)制動功能、旋 轉(zhuǎn)加速功能、低電壓充電功能等。輔助充電處理功能為監(jiān)視通過充電電 壓檢測器lll所檢測的充電電壓，并在充電電壓未達到第l規(guī)定值時，允 許輔助充電器9對電池6充電。
異常運轉(zhuǎn)制動功能為如下的功能在正常運轉(zhuǎn)時向短路制動裝置75 的短路用繼電器76通電，使其為打開狀態(tài)，由此，可向橋接二極管102 提供發(fā)電機U的交流電，由于異常運轉(zhuǎn)而停止通電時使發(fā)電機的輸出短 路，由此，在發(fā)電機上產(chǎn)生制動力。旋轉(zhuǎn)加速功能為如下的功能由于風 力降低而使轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)速在未達到第2規(guī)定值時，解除彈簧離合器25和 轉(zhuǎn)軸21的連接狀態(tài)，轉(zhuǎn)子22和非連接狀態(tài)的轉(zhuǎn)軸21自由旋轉(zhuǎn)；并且， 轉(zhuǎn)子22和非連接狀態(tài)的轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)速增加到一定程度以上時，恢復彈簧離合器25和轉(zhuǎn)軸21的連接狀態(tài)。
低電壓充電功能為如下的功能在轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)速為第3規(guī)定值以上 時，進行將充電控制部106切換為ON狀態(tài)和OFF狀態(tài)的充電控制，在轉(zhuǎn) 軸21的轉(zhuǎn)速降低到未達到第3規(guī)定值時，將充電控制部106維持在ON狀 態(tài)。
在上述的結(jié)構(gòu)中，對風力發(fā)電裝置1的工作進行了說明。如圖2所示， 在一般的運轉(zhuǎn)停止時，使針對無勵磁工作型的彈簧離合器25的閂鎖裝置 41的通電停止，由此，使彈簧離合器25和輸入側(cè)套筒42為牢固的連接 狀態(tài)。由此，可通過彈簧離合器25使轉(zhuǎn)軸21和轉(zhuǎn)子22成為整體。此外， 停止針對短路制動裝置75的短路用繼電器76的通電，由此，使發(fā)電機 ll處于短路狀態(tài)。由此，成為發(fā)電機11的工作需要大的負載的狀態(tài)。其 結(jié)果是即使風引起的大的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力施加給轉(zhuǎn)軸21的情況下，轉(zhuǎn)軸21使 轉(zhuǎn)子22高速旋轉(zhuǎn)進行工作，作為大負載針對轉(zhuǎn)軸21的旋轉(zhuǎn)的制動力而起 作用，由此，禁止轉(zhuǎn)軸21的高速旋轉(zhuǎn)。
此外，在如強風時或檢查時等的特別的運轉(zhuǎn)停止時，制動裝置27、 264、 291產(chǎn)生對于轉(zhuǎn)軸21制動力。而且，通過固定轉(zhuǎn)軸21,而使轉(zhuǎn)軸 21的旋轉(zhuǎn)完全停止。
其次，在運轉(zhuǎn)時，按照需要使操作顯示器5與控制器4連接之后，使 控制器4及操作顯示器5接通電源。在控制器4中，開始對彈簧離合器 25的閂鎖裝置41通電。由此，解除彈簧離合器25和轉(zhuǎn)軸21的連結(jié)狀態(tài)， 使得轉(zhuǎn)子22和轉(zhuǎn)軸21成為非連接狀態(tài)。其結(jié)果是轉(zhuǎn)子22成為對于轉(zhuǎn)軸 21自由旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，因此，即使弱風吹到風車葉片10上，也能使轉(zhuǎn)軸21 的轉(zhuǎn)速迅速增大。此外，對短路制動裝置75通電，由此，解除發(fā)電機ll 的短路狀態(tài)，可將發(fā)電機11所發(fā)的交流電提供給控制器4。另一方面， 操作顯示器5中，以數(shù)值等顯示控制部80的動作狀態(tài)，即，例如轉(zhuǎn)軸21
的轉(zhuǎn)速等。
其次，控制器4可在運算處理部90發(fā)揮輔助充電處理功能或異常運 轉(zhuǎn)制動功能、旋轉(zhuǎn)加速功能、低電壓充電功能等。
旋轉(zhuǎn)加速功能
具體地說，監(jiān)視轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)速。并且，在轉(zhuǎn)速為在第2規(guī)定值上加上一定值的轉(zhuǎn)速以上時，停止對彈簧離合器25的閂鎖裝置41的通電，由 此，恢復彈簧離合器25的連結(jié)狀態(tài)。其結(jié)果是通過轉(zhuǎn)軸21的慣性動作， 使轉(zhuǎn)軸21和轉(zhuǎn)子22作為整體以較高速旋轉(zhuǎn)。并且，在轉(zhuǎn)子22和與轉(zhuǎn)子 22對置配置的定子23之間產(chǎn)生感應(yīng)電流，將高電壓的交流電提供給控制 器4。
此外，在風弱的情況下，由于轉(zhuǎn)軸21和轉(zhuǎn)子22為連接狀態(tài)所產(chǎn)生的 負載，使轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)速減小。當轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)速減小到達不到第2規(guī)定值 時，重新開始對彈簧離合器25的閂鎖裝置41通電。其結(jié)果是彈簧離合器 25和轉(zhuǎn)軸21的連結(jié)狀態(tài)被解除，使轉(zhuǎn)軸21和轉(zhuǎn)子22處于非連接狀態(tài)。 并且，即使弱風也能在短時間內(nèi)使轉(zhuǎn)軸21處于加速狀態(tài)，在轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn) 速增加到一定值以上時，恢復彈簧離合器25和轉(zhuǎn)軸21的連結(jié)狀態(tài)。其結(jié) 果是使轉(zhuǎn)軸21和轉(zhuǎn)子22處于連接狀態(tài)，使發(fā)電機11重新開始發(fā)電。由 此，即使在弱風的情況下，也可斷續(xù)地向控制器4提供高電壓地交流電。
低電壓充電功能
如上所述，在橋接二極管102中對提供給控制器4的交流電進行全波 整流后，用由充電電容器101、 二極管105及線圏107構(gòu)成的平滑電路進 行平滑化，對電池6進行充電。
此處，對電池6的充電過程進行詳細說明。如圖12所示，通過各個 輸出線lib向橋接二極管102輸出發(fā)電機11的相電流，由此向控制器4 提供交流電。輸入到橋接二極管102的相電流在被全波整流后， 一邊對充 電電容器IOI、 101充電， 一邊提供給電池6。此時，通過中性線108將 發(fā)電機11的中性點lla的電壓施加到充電電容器101、 101的中間點81a 上。由此，如圖14所示，將3相交流的中性點lla作為基準的相電壓的 2倍的線間電壓作為整流后的電壓， 一邊施加給各充電電容101, —邊進 行充放電。其結(jié)果是與僅使用3相交流的輸出線lib將相電壓的VJ倍線 間電壓作為整流后的整流電壓的圖13的電路結(jié)構(gòu)情況相比，能夠以1. 15 倍的高電壓對電池6進行充電。并且，如上所述，對電池6有效充電的電 力可作為控制器4的電源來利用，同時，在逆變器7中，變?yōu)榻涣麟姾笞?為外部負載8的電源來使用。
此夕卜，對電池6充電的充電電壓以及充電電流由充電控制部106控制。即，轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)速在第3規(guī)定值以上時，判斷為相對電池6的額定電壓 的高壓充電電壓進行充電，進行將充電控制部106切換為ON狀態(tài)和OFF 狀態(tài)的充電控制。另一方面，在轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)速降低到未達到第3規(guī)定值 時，判斷為以接近電池6的額定電壓的充電電壓，為了以大的充電電流進 行電池6的充電，進行將充電控制部106維持在0N狀態(tài)的充電控制。
輔助充電處理功能
此外，在對電池6充電中，監(jiān)視由充電電壓檢測器111所檢測的充電 電壓。當充電電壓未達到第1規(guī)定值時，允許通過輔助充電器9對電池6 進行的輔助電力的充電。
即，如圖11所示，當充電電壓在第1規(guī)定值以上時，通過對輔助電 源繼電器103通電來使開關(guān)部103a成為打開狀態(tài)，由此，禁止對電池6 進行輔助充電。另一方面，當充電電壓降低到未達到第1規(guī)定值時，判斷 為電池6的充電電壓(電池電壓)大幅度地降低，停止對輔助電源繼電器 103的通電。被停止通電的輔助電源繼電器103將開關(guān)部103a從打開狀 態(tài)切換成關(guān)閉狀態(tài)。由此，來自電源91的交流電被提供給變壓器100， 用變壓器100變?yōu)橐?guī)定電壓后，生成由電容器101進行恒流化的輔助電力。 并且，通過該輔助電力對電池6進4亍輔助充電。此外，對于電池6的充電 電流由I-coCE決定。其中，co-27Tf， C是電容器101的電容MF， E為 充電電壓。此外，在電池6的充電電壓大幅降低，在控制器4不工作的情 況下，因為停止向輔助電源繼電器103通電，所以通過輔助充電器9對電 池6進4亍輔助充電。
異常運轉(zhuǎn)制動功能
此外，如圖2所示，在風力發(fā)電裝置1正常運轉(zhuǎn)的情況下，通過通電 使短路制動裝置75的短路用繼電器76成為打開狀態(tài)。并且，將發(fā)電機 11的交流電提供給橋接二極管102等的整流部，進行對電池6的充電。 另一方面，在由于部件磨損或破壞等所引起的異常，而使控制器4緊急停 止的情況下，停止正在對風力發(fā)電裝置主體2輸出的所有的信號輸出。其 結(jié)果是由于停止了對短路制動裝置75的短路用繼電器76的通電，所以使 發(fā)電機11成為短路狀態(tài)。此外，在停止對彈簧離合器25通電時，由于彈簧離合器25為無勵磁 工作型，所以，彈簧44牢固地扣緊于與轉(zhuǎn)軸n整體化的輸入側(cè)套筒" 上。由此，可通過彈簧離合器25來使轉(zhuǎn)軸21和轉(zhuǎn)子22整體化。并且，
如上所述，本實施方式的電源裝置3結(jié)構(gòu)為具有發(fā)電機11 (發(fā)電 單元)，將自然能量變?yōu)殡娔?，?相交流的方式輸出由電能形成電力； 橋接二極管102(整流器)，對來自發(fā)電機ll的相電流進行整流并且輸出； 一對相互串聯(lián)的充電電容器101、 101，設(shè)置在橋接二極管102的輸出側(cè)， 與橋接二極管102并聯(lián)連接；中性線108，與發(fā)電機11的中性點lla和 充電電容器IOI、 101之間的中間點31a相連接。
按照上述結(jié)構(gòu)，如圖14所示，得到將3相交流的中性點lla作為基 準的相電壓的2倍的線間電壓來作為整流后的整流電壓，因此，與只使用 3相交流的輸出線llb得到相電壓的^倍的線間電壓來作為整流后的整流 電壓的情況相比，可產(chǎn)生高壓電。其結(jié)果是即使在自然能量不足的情況下 也可很好地使用。
此外，如圖2所示，電源裝置3還具有電池6 (蓄電單元)，用從橋 接二極管102輸出的電進行充電，并且該電力在各種設(shè)備的工作中被使 用。由此，即使在自然能量不足的環(huán)境下也能使對電池6充電的充電電壓 高壓化，所以能夠進行有效充電。
此外，本發(fā)明在風力發(fā)電裝置1上具備上述的電源裝置3。由此，即 使在風力變動大的環(huán)境下，也可很好地使用風力發(fā)電裝置1。
在此，各種機器包括風力發(fā)電裝置1的控制器4或外部負栽8的水箱 等的電動設(shè)備、電燈或空調(diào)機等的光熱設(shè)備等。自然能量是包括存在于風 力、大陽電池、水力、波浪等的自然界中的能量。
此外，實現(xiàn)本實施方式的各功能用的程序可用讀出專用的方式預(yù)先寫 入存儲部的ROM中，也可以在需要時讀出CD等的記錄媒體中所記錄的程 序并寫入存儲部，還可以通過網(wǎng)絡(luò)等電通信線路進行傳送并寫入存儲部。
本發(fā)明雖然記載于上述的理想實施方式，但本發(fā)明并非僅限于此。只 要不脫離本發(fā)明的精神和范圍的各種實施方式可理解為另外的實施方式。 此外，本實施方式中，敘述了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的作用以及效果，但是，這些作用以及效果是一個例子，并不限定本發(fā)明。
例如，本實施形態(tài)中，雖說明了垂直軸型風力發(fā)電裝置，但并非僅限 定于此。例如，動力源并非一定需要風力，也可為水力。此外，轉(zhuǎn)軸為垂 直型或水平型均可。此外，也并不限定于發(fā)電裝置用發(fā)電機，也可為電動 機。這是因為旋轉(zhuǎn)電機是包括發(fā)電裝置用發(fā)電機或電動機的概念。即，只 要是具有轉(zhuǎn)軸、安裝在該轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子、與轉(zhuǎn)子對置配置的定子的發(fā)電裝 置用發(fā)電機或電動機等，都可應(yīng)用本發(fā)明。
因能以低成本來提供利用自然能量的發(fā)電裝置及使用于該發(fā)電裝置 的電源裝置，因此，可期待能有助于解決環(huán)境問題。
權(quán)利要求
1.一種電源裝置，其特征在于，具有驅(qū)動力產(chǎn)生單元，將自然能量變?yōu)閯幽懿a(chǎn)生驅(qū)動力；發(fā)電單元，通過上述驅(qū)動力產(chǎn)生單元的驅(qū)動力進行工作來發(fā)電；以及短路單元，設(shè)置在上述發(fā)電單元的輸出側(cè)，在異常時將上述發(fā)電單元的輸出側(cè)切換為短路狀態(tài)。
2. 如權(quán)利要求1記載的電源裝置，其特征在于，上述短路單元是無勵磁工作型。
3. 如權(quán)利要求1或2中記載的電源裝置，其特征在于，上述驅(qū)動力產(chǎn)生單元具有通過上述自然能量進行旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生上述驅(qū)動力的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件；和切換對上述發(fā)電單元的上述驅(qū)動力的傳遞和阻斷的離合器。
4. 如權(quán)利要求3中記載的電源裝置，其特征在于，上述離合器在無勵磁時切換為上述傳遞狀態(tài)。
5. 如權(quán)利要求1或2中記栽的電源裝置，其特征在于，還具有通過摩擦力使驅(qū)動力產(chǎn)生單元停止的停止單元。
6. —種發(fā)電裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求1或2中記載的電源裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種著眼于發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)發(fā)電裝置本身的低成本化、或著眼于發(fā)電裝置的性能來實現(xiàn)發(fā)電的低成本化的發(fā)電裝置，以及使用于該裝置中的電源裝置。
文檔編號H02K7/18GK101560951SQ20091020389
公開日2009年10月21日 申請日期2004年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月9日
發(fā)明者三木利夫, 中野克好, 今林弘資, 佐藤雄志, 加藤一路, 大久保和夫, 小早川徹成, 山口謙司, 齋藤伸浩, 木村哲行, 松永智彥, 森田正實, 田村英樹, 高門祐三 申請人:神鋼電機株式會社