JP2009219345A - 発電装置及び電動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流体を受けて発電する発電装置1000は、流体を受けて回転する回転部材190と、回転部材190に機械的に連結され、発電機および電動機として動作する発電電動機100と、発電電動機100の回転速度を測定する回転速度測定部206と、発電電動機100を制御する制御部200と、を備える。制御部200は、流体の流速に変化があっても回転部材190の回転を維持するように発電電動機100を制御する。
【選択図】図1
Description
流体を受けて発電する発電装置であって、
前記流体を受けて回転する回転部材と、
前記回転部材に機械的に連結され、発電機および電動機として動作する発電電動機と、
前記発電電動機の回転速度を測定する回転速度測定部と、
前記発電電動機を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記流体の流速に変化があっても前記回転部材の回転を維持するように前記発電電動機を制御する、発電装置。
適用例1記載の発電装置であって、
前記発電電動機は、
(i)駆動動作と発電動作を並行して行なう混在モードと、
(ii)駆動動作のみを行なう駆動モードと、
のうちの少なくとも一方と、
(iii)発電動作のみを行なう発電モードと、
を含む複数の動作モードで動作可能であり、
前記制御部は、前記流体の流速に変化があっても前記回転部材の回転を維持するように前記動作モードを選択して前記発電電動機の制御を実行する、発電装置。
適用例1または2記載の発電装置であって、
前記制御部は、前記回転部材の回転速度が所定の範囲に収まるように前記発電電動機の制御を実行する、発電装置。
適用例1ないし3のいずれかに記載の発電装置であって、
前記発電電動機は、複数の相のコイル列を有し、
前記制御部は、前記流体の流速に変化があっても前記回転部材の回転を維持するように、前記各コイル列の相ごとに、発電動作と駆動動作のいずれかを適用する、発電装置。
適用例1ないし4のいずれかに記載の発電装置であって、
前記制御部は、前記回転速度が所定の回転速度閾値を超える場合には、前記回転部材の回転している方向とは逆向きの方向に前記発電電動機を駆動させるように、前記発電電動機を制御する、発電装置。
適用例1ないし5のいずれかに記載の発電装置であって、
前記制御部は、前記流速が所定の流速閾値以下を示す期間が所定の閾値期間を超えた場合には、前記回転部材の回転を維持するための制御を停止する、発電装置。
適用例1ないし6のいずれかに記載の発電装置であって、
前記制御部は、所定の期間において前記発電装置によって発電される電力量から、前記所定の期間において前記発電装置によって消費される電力量を減算した値が、所定の閾値電力量を下回った場合には、前記回転部材の回転を維持するための制御を停止する、発電装置。
適用例2ないし7のいずれかに記載の発電装置であって、
前記混在モードは、駆動期間を周期的に発生させることにより前記発電電動機を発電機として動作させ、駆動期間でない期間のうちの少なくとも一部の期間を発電期間とすることにより発電電動機を発電機として動作させるモードである、発電装置。
電力回生機能を有する電動装置であって、
前記電動装置の電磁コイルと永久磁石との相対位置を示す位置信号を生成する位置信号生成部と、
前記電磁コイルの電圧印加期間を定める駆動信号を前記位置信号に基づいて生成する駆動信号生成部と、
前記電磁コイルの電力回生期間を定める回生信号を前記位置信号に基づいて生成する回生信号生成部と、
を備え、
前記電圧印加期間は、前記位置信号の半周期ごとに周期的に設定されており、
前記電力回生期間は、前記電圧印加期間以外の期間に対して設定されている、電動装置。
請求項9記載の電動装置であって、
前記回生信号生成部は、前記電力回生期間を、前記位置信号の最大点及び最小点を中心とする略対称な期間に設定可能である、電動装置。
請求項9または10に記載の電動装置であって、
前記駆動信号生成部は、前記電圧印加期間の前記位置信号に対する時間的位置及び前記電圧印加期間の期間幅を任意に変化させることが可能であり、
前記回生信号生成部は、前記電力回生期間の前記位置信号に対する時間的位置及び前記電力回生期間の期間幅を任意に変化させることが可能である、電動装置。
請求項9ないし11のいずれかに記載の電動装置であって、さらに、
前記電力回生期間において回生された電力を蓄える蓄電部を備える、電動装置。
A.第1実施例:
B.第1実施例の変形例:
C.第2実施例:
図1は、本発明の一実施例としての発電装置1000の全体構成を示すブロック図である。この発電装置1000は、発電電動機100と、制御部200と、風速測定部203と、基準回転速度記憶部204と、回転速度比較部205と、回転速度測定部206と、蓄電部700と、を備えている。制御部200は、CPU202と、駆動・発電信号生成部300と、駆動回路部400と、発電回路部500と、発電電流制御部600と、を備えている。発電電動機100には、風力を受けて回転するブレード190と、発電電動機100のロータ位置を検出する2つの位置センサ16A,26Bと、が取り付けられている。
(1)風速Vcが所定の風速閾値以下を示す期間が所定の閾値期間を超えた場合には、発電電動機100の定常回転(最低風力で回転可能な回転数)を維持するための制御を停止する。
(2)所定の期間において発電電動機100の発電機能によって発電される電力量から、その所定の期間において発電電動機100の駆動機能によって消費される電力量を減算した値が、所定の閾値電力量を下回った場合には、発電電動機100の定常回転(最低風力で回転可能な回転数)を維持するための制御を停止する。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施例では、5つの動作モードの選択・実行に、風速Vcを用いていたが、この代わりに、発電電動機100の現在の回転速度に基づいて、5つのモードを選択・実行することとしてもよい。また、風速Vcと回転速度の両方に基づいて、5つのモードの選択・実行をすることとしてもよい。
上記実施例では、発電電動機100は5つの動作モードを有しているが、発電電動機100は上記5つの動作モード以外のモードを有していてもよい。また、発電電動機100は、発電モードのみを有し、発電モードで回転速度をその時の風力に応じて制御を行なうこととしてもよい。
上記実施例では、発電電動機100はA相とB相の2相で構成されていたが(図2)、この代わりに、単相で発電電動機100を構成することや、3相以上の複数相で発電電動機100を構成することも可能である。
上記実施例では、風力発電装置として発電装置1000を記載したが、本発明は、水力発電装置等の、流体力を受けて発電することのできる発電装置に適用することができる。
上記実施例の発電電動機100は、発電装置1000に適用する以外に、単独でも利用することが可能である。例えば、発電電動機100を移動体の動力源として用いた場合には、電動機として駆動をしつつ、駆動期間以外においては発電機として発電をすることが可能である。また、発電期間と駆動期間とを制御することにより、移動体の速度を制御することも可能である。
上記実施例の駆動・発電信号生成部300(図4)は、駆動信号が立ち下がった瞬間に発電信号が立ち上がるように設計されているが(図5,図6)、この代わりに、駆動信号の立ち下がりから所定の期間を経過後に発電信号が立ち上がるように、駆動・発電信号生成部300を設計することも可能である。
上記実施例では、駆動モードは、発電電動機100が停止状態の場合に実行されるようになっているが、発電電動機100が停止状態ではなくても、風速Vcや回転速度が小さい場合に駆動モードが実行されることとしてもよい。
図8は、第2実施例における電動装置1000bの全体構成を示すブロック図である。図1に示した第1実施例との違いは、ブレード190及び風速測定部203が省略されている点と、電動機100bが電力回生機能を有した電動機であるという点だけであり、他の構成は第1実施例と同じである。なお、第2実施例では、第1実施例における駆動・発電信号生成部300と、発電回路部500と、発電電流制御部600の名称がそれぞれ、駆動・回生信号生成部300b、回生回路部500b、回生電流制御部600bに置き換わっているが、内部構成や動作は第1実施例のものと同じである。
14A…A相コイル列
16A…A相回転センサ
24B…B相コイル列
26B…B相回転センサ
30…ロータ部
34M…磁石列
100…発電電動機
112…回転軸
190…ブレード
200…制御部
202…CPU
203…風速測定部
204…基準回転速度記憶部
205…回転速度比較部
206…回転速度測定部
300…駆動・発電信号生成部
302…信号制御部
304…デューティ設定部
306…基礎信号生成部
308…ヒステリシスレベル設定部
310…中間電圧値出力部
312…A相駆動信号生成回路
314…A相発電信号生成回路
316…B相駆動信号生成回路
318…B相発電信号生成回路
320…抵抗器
322…電子可変抵抗器
324…抵抗器
326…抵抗器
328…電子可変抵抗器
330…抵抗器
332…コンパレータ
334…コンパレータ
336…ANDゲート
338…ANDゲート
340…コンパレータ
342…インバータ
344…ORゲート
346…ORゲート
348…NANDゲート
350…NANDゲート
352…コンパレータ
354…コンパレータ
356…ANDゲート
358…ANDゲート
360…インバータ
362…インバータ
400…駆動回路部
500…発電回路部
600…発電電流制御部
700…蓄電部
1000…発電装置
Vth1…第1の風速閾値
Vth2…第2の風速閾値
Vth3…第3の風速閾値
Vth4…第4の風速閾値
Q332…信号
Q334…信号
Q340…切替信号
Q342…信号
Q344…信号
Q346…信号
Q352…信号
Q354…信号
V1…電圧値
V2…電圧値
C1…コンデンサ
D1…ダイオード
D2…ダイオード
D3…ダイオード
D4…ダイオード
Vc…風速
Rv…抵抗値
TR1…トランジスタ
TR2…トランジスタ
TR3…トランジスタ
TR4…トランジスタ
TR5…トランジスタ
TR6…トランジスタ
TR7…トランジスタ
TR8…トランジスタ
SSA…A相センサ信号
SSB…B相センサ信号
FSA…A相基礎信号
FSB…B相基礎信号
REG…発電信号
REGA1…第1のA相発電信号
REGA2…第2のA相発電信号
REGB1…第1のB相発電信号
REGB2…第2のB相発電信号
DRV…駆動信号
DRVA1…第1のA相駆動信号
DRVA2…第2のA相駆動信号
DRVB1…第1のB相駆動信号
DRVB2…第2のB相駆動信号
1000b…電動装置
100b…電動機
300b…駆動・回生信号生成部
500b…回生回路部
600b…回生電流制御部
Claims (12)
- 流体を受けて発電する発電装置であって、
前記流体を受けて回転する回転部材と、
前記回転部材に機械的に連結され、発電機および電動機として動作する発電電動機と、
前記発電電動機の回転速度を測定する回転速度測定部と、
前記発電電動機を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記流体の流速に変化があっても前記回転部材の回転を維持するように前記発電電動機を制御する、発電装置。 - 請求項1記載の発電装置であって、
前記発電電動機は、
(i)駆動動作と発電動作を並行して行なう混在モードと、
(ii)駆動動作のみを行なう駆動モードと、
のうちの少なくとも一方と、
(iii)発電動作のみを行なう発電モードと、
を含む複数の動作モードで動作可能であり、
前記制御部は、前記流体の流速に変化があっても前記回転部材の回転を維持するように前記動作モードを選択して前記発電電動機の制御を実行する、発電装置。 - 請求項1または2記載の発電装置であって、
前記制御部は、前記回転部材の回転速度が所定の範囲に収まるように前記発電電動機の制御を実行する、発電装置。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の発電装置であって、
前記発電電動機は、複数の相のコイル列を有し、
前記制御部は、前記流体の流速に変化があっても前記回転部材の回転を維持するように、前記各コイル列の相ごとに、発電動作と駆動動作のいずれかを適用する、発電装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の発電装置であって、
前記制御部は、前記回転速度が所定の回転速度閾値を超える場合には、前記回転部材の回転している方向とは逆向きの方向に前記発電電動機を駆動させるように、前記発電電動機を制御する、発電装置。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の発電装置であって、
前記制御部は、前記流速が所定の流速閾値以下を示す期間が所定の閾値期間を超えた場合には、前記回転部材の回転を維持するための制御を停止する、発電装置。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載の発電装置であって、
前記制御部は、所定の期間において前記発電装置によって発電される電力量から、前記所定の期間において前記発電装置によって消費される電力量を減算した値が、所定の閾値電力量を下回った場合には、前記回転部材の回転を維持するための制御を停止する、発電装置。 - 請求項2ないし7のいずれかに記載の発電装置であって、
前記混在モードは、駆動期間を周期的に発生させることにより前記発電電動機を発電機として動作させ、駆動期間でない期間のうちの少なくとも一部の期間を発電期間とすることにより発電電動機を発電機として動作させるモードである、発電装置。 - 電力回生機能を有する電動装置であって、
前記電動装置の電磁コイルと永久磁石との相対位置を示す位置信号を生成する位置信号生成部と、
前記電磁コイルの電圧印加期間を定める駆動信号を前記位置信号に基づいて生成する駆動信号生成部と、
前記電磁コイルの電力回生期間を定める回生信号を前記位置信号に基づいて生成する回生信号生成部と、
を備え、
前記電圧印加期間は、前記位置信号の半周期ごとに周期的に設定されており、
前記電力回生期間は、前記電圧印加期間以外の期間に対して設定されている、電動装置。 - 請求項9記載の電動装置であって、
前記回生信号生成部は、前記電力回生期間を、前記位置信号の最大点及び最小点を中心とする略対称な期間に設定可能である、電動装置。 - 請求項9または10に記載の電動装置であって、
前記駆動信号生成部は、前記電圧印加期間の前記位置信号に対する時間的位置及び前記電圧印加期間の期間幅を任意に変化させることが可能であり、
前記回生信号生成部は、前記電力回生期間の前記位置信号に対する時間的位置及び前記電力回生期間の期間幅を任意に変化させることが可能である、電動装置。 - 請求項9ないし11のいずれかに記載の電動装置であって、さらに、
前記電力回生期間において回生された電力を蓄える蓄電部を備える、電動装置。
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