JP4134582B2

JP4134582B2 - Wind power generator

Info

Publication number: JP4134582B2
Application number: JP2002077472A
Authority: JP
Inventors: 草瀬　　新; 一輝山田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: JP2003284393A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市部などでの使用に適した風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、太陽光発電や風力発電等の小規模で環境汚染を伴わない各種のクリーンな発電システムが実用化されている。その中で、導入時の初期コストが比較的安価な風力発電装置が見直されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、都市部などの一般生活環境下で用いられる風力発電装置は、通常の風量において常時翼を回転させることが難しく、また、一旦翼の回転が停止すると、回転を再開することが難しいという問題があった。このため、発電収支が不足しがちになっている。この原因としては、微風あるいは弱風時には風力エネルギそのものが小さいことや、一旦翼の回転が停止した失速状態では、回転を再開する際に比較的大きな駆動トルクが必要になることなどが考えられる。
【０００４】
このような停止した翼の回転を容易にするために、従来は、スタータを用いて翼を風力以外の駆動トルクで回転させたり、軸受け駆動損失を減らして翼が回転しやすくするために強度を犠牲にして翼の軽量化を図ったりしていたが、装置の大型化や装置自体の破損を招くことになるため、実用的な対策とはいえない。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、停止した翼にかかる負担を低減して容易に回転を開始することができる風力発電装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の風力発電装置は、翼軸の回転に同期して回転する発電機を有しており、この発電機には、翼軸の回転数が第１の値以上であるときに界磁電流の供給を開始する制御を行う制御手段が備わっている。翼軸の回転数が第１の値以上になるまで界磁電流の供給が停止されるため、停止した翼にかかる発電機による負荷を低減することが可能になり、微風あるいは弱風であっても容易に翼の回転を開始することができる。
【０００７】
また、上述した制御手段は、界磁電流を流した後に翼軸の回転数が、第１の値よりも小さな第２の値以下に低下したときに界磁電流の供給を停止する制御を行うことが望ましい。一旦、翼が回転を開始すると回転を維持することは比較的容易であり、界磁電流の供給を開始した第１の値よりも回転数が低い第２の値以下に低下するまで界磁電流の供給が維持されるため、発電電力をより多く取り出すことが可能になる。
【０００８】
また、上述した発電機は、多相電機子巻線のいずれかの相に現れる電圧に基づいて翼軸の回転数を検出する回転検出手段をさらに備え、制御手段によって一時的な界磁電流の供給を行ったときに、回転検出手段による回転数検出を行うことが望ましい。これにより、簡単な構成によって確実に発電機の回転数を検出することができるとともに、回転数検出のために必要となる負荷を少なくすることができる。
【０００９】
また、風力値を測定する風力計をさらに備えるとともに、上述した制御手段は、風力計によって測定した風力値が所定値を超えたときに、回転検出手段による回転数検出のための一時的な界磁電流の供給を行うことが望ましい。これにより、回転数検出のために界磁電流を供給する回数を減らすことが可能になり、回転数検出のために必要となる負荷を最小限に抑えることができる。
【００１０】
また、上述した翼軸から発電機の回転軸への駆動力の伝達をタイミングベルトで行う動力伝達手段をさらに備えることが望ましい。タイミングベルトを用いることにより、ベルトテンションを下げることができるとともに駆動損失を低減することができる。また、翼軸の回転に対して発電機の回転を確実に同期させることができるため、発電機の回転状態に基づいて翼軸の回転数を正確に検出することが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の風力発電装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の風力発電装置の全体構造の説明図である。また、図２はタイミングプーリの説明図である。図３は、風力発電装置内の発電機の駆動用プーリとベルトの説明図である。
【００１２】
本実施形態の風力発電装置は、翼１００、翼軸１０２、軸承部１０４、発電機１０６、ナセル１０８を備え、鉄塔１１０上に回転自在に設置されている。翼１００は、翼軸１０２の先端部に翼１００が取り付けられており、この翼軸１０２が軸承部１０４によって回転自在に取り付けられている。翼軸１０２の一とこの翼軸１０２を支持する軸承部１０４と発電機１０６がナセル１０８に収容されている。また、このナセル１０８の後方には、風力を測定してこの測定結果をアナログ電圧で出力する風力計１１２が設けられている。例えば、３０秒間の平均風力に対応するアナログ電圧が出力される。
【００１３】
また、例えば、発電機１０６の回転軸１１４には、直径が４７ｍｍで２９歯のタイミングプーリ１１４ａが取り付けられている。翼１００の取付位置と反対側の翼軸１０２の端部には、直径が２３５ｍｍで１４５歯のタイミングプーリ１０２ａが取り付けられている。これら２つのタイミングプーリ１１４ａ、１０２ａは、約１５ｍｍの幅を有するゴム製のタイミングベルト１１６によって連結されている。タイミングベルト１１６を用いた場合のベルトテンションは、ポリＶベルトを用いた場合のベルトテンションの１／３程度に低く設定されている。
【００１４】
次に、発電機１０６の詳細について説明する。図４は、発電機１０６の詳細構成を示す図である。図４に示すように、発電機１０６は、電機子に含まれる３相の電機子巻線１０と、この電機子巻線１０の３相出力を全波整流するために設けられた整流装置１２と、回転子に含まれる界磁巻線１４と、出力電圧の調整等のために界磁電流の制御を行う界磁制御装置２０とを含んで構成されている。
【００１５】
また、界磁制御装置２０は、界磁開始回転制御回路３０、電圧制御回路４０、トランジスタ４２、４４を含んで構成されている。この中で界磁開始回転制御回路３０は、Ｆ／Ｖ変換回路３１、電圧比較器３２、３６、抵抗３３、３４、インバータ回路３５、アンド回路３７、１ショットパルス出力回路３８を含んで構成されている。
【００１６】
Ｆ／Ｖ変換回路３１は、電機子巻線１０を構成するいずれか１相に現れる相電圧波形の周波数を電圧に変換し、相電圧波形の周波数に比例した電圧を電圧比較器３２のマイナス端子に印加する。
また、電圧比較器３２は、所定の基準電圧が抵抗３４を介してプラス端子に印加されているとともに、プラス端子と出力端子との間に抵抗３３が接続されている。これら２つの抵抗３３、３４と電圧比較器３２とを組み合わせることにより、ヒステリシス特性を有する電圧比較動作が行われる。すなわち、電圧比較器３２は、発電機回転数が上昇していって第１の電圧値以上になったときに出力がハイレベルに変化するとともに、一旦出力がハイレベルに変化した後は、発電機回転数に対応するＦ／Ｖ変換回路３１の出力電圧がこの第１の電圧値よりも低い第２の電圧値まで低下するまでハイレベルの出力を維持する。
【００１７】
また、他方の電圧比較器３６は、プラス端子に風力計１１２の出力電圧が、マイナス端子に所定の基準電圧がそれぞれ印加されており、風力値が所定値を超えたときに出力がハイレベルになる。
アンド回路３７は、一方の電圧比較器３２の出力をインバータ回路３５で反転した信号と、他方の電圧比圧比較器３６の出力信号とが入力されており、これら２つの入力信号の論理積信号を出力する。１ショットパルス出力回路３８は、アンド回路３７の出力信号がハイレベルになったときに、１ショットパルスを出力する。
【００１８】
また、電圧制御回路４０は、Ｓ端子（センシング端子）にバッテリ１１８のプラス端子が接続されており、バッテリ電圧に応じてトランジスタ４２を断続制御する。例えば、バッテリ電圧が１４．３Ｖ以下の場合にはトランジスタ４２がオン状態に制御され、界磁巻線１４に対する界磁電流の供給が行われる。一方、バッテリ電圧が１４．３Ｖを超えた場合にはトランジスタ４２がオフ状態に制御され、界磁巻線１４に対する界磁電流の供給は行われない。なお、電圧制御回路４０の出力端子と、１ショットパルス出力回路３８の出力端子とがワイヤードオア接続されており、電圧制御回路４０の出力がローレベルのときであっても、１ショットパルス出力回路３８から１ショットパルスが出力されるとトランジスタ４２が一時的にオン状態になり、界磁巻線１４に界磁電流が供給される。
【００１９】
トランジスタ４４は、電圧制御回路４０のＢ端子（電源端子）に対する動作電圧の印加を断続するためのものであり、電圧比較器３２の出力をインバータ回路３５によって反転した信号によって断続状態が制御される。
上述した界磁開始回転制御回路３０が制御手段に、界磁開始回転制御回路３０内のＦ／Ｖ変換回路３１が回転検出手段にそれぞれ対応する。
【００２０】
本実施形態の風力発電装置はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。
発電機１０６が無負荷状態のとき、すなわち発電電力がバッテリ１１８やその他の電気負荷（図示せず）に供給されていない状態のときには、翼軸１０２の負荷トルクは、極めて小さくなる。また、本実施形態ではベルトテンションが低く設定可能なタイミングベルト１１６を用いているため、その他のロストルク、すなわち軸承トルクとベルトロストルクも極めて小さくなっている。このため、翼１００の回転が停止状態にある場合であっても、微風状態になると比較的容易に翼１００の回転が開始する。
【００２１】
また、３０秒間の平均風力値が所定の値（２ｍ／ｓ）以上になると、風力計１１２の出力電圧が所定値以上になって電圧比較器３６の出力がハイレベルになる。このとき、無発電状態（電圧比較器３２の出力がローレベルであり界磁巻線１４に界磁電流が流れていない状態）であれば、アンド回路３７の出力がハイレベルになるため、１ショットパルス出力回路３８から１ショットパルスが出力される。１ショットパルスのパルス幅は、例えば０．５秒程度に設定されており、この出力タイミングに合わせてトランジスタ４２がオン状態になって界磁巻線１４に界磁電流が供給される。したがって、発電機１０６が回転している場合には電機子巻線１０の相電圧が生じ、Ｆ／Ｖ変換回路３１からは発電機回転数に対応した電圧が出力されるため、この瞬間における発電機回転数の検出を行うことが可能になる。
【００２２】
本実施形態では、タイミングベルト１１６が用いられているため、翼軸１０２と発電機１０６の回転軸１１４とが連結されているため、瞬間的に界磁電流が流れて発電を開始してもこれら軸の間の同期状態が維持されて、ポリＶベルトやＶベルトを用いるときのような滑りが発生して回転状態が乱れることもなく、安定した翼軸回転数の検出が可能になる。
【００２３】
このようにして翼軸回転数の検出を行った結果、翼軸回転数が第１の値以上となったときに、Ｆ／Ｖ変換回路３１の出力電圧が第１の電圧値以上になり、電圧比較器３２の出力がハイレベルからローレベルに変化し、トランジスタ４４がオン状態になって電圧制御回路４０が動作を開始する。例えば、上述した第１の値は、発電電流が界磁電流を超える回転数である１７０ｒｐｍに設定されており、翼軸回転数がこの１７０ｒｐｍ以上であれば、動作を開始した電圧制御回路４０によってトランジスタ４２が断続制御されて、発電機１０６の発電状態が維持される。以後、バッテリ１１８の充電が行われる。
【００２４】
また、１ショットパルスの出力タイミングに合わせて検出される翼軸回転数が１７０ｒｐｍよりも低い場合には、電圧比較器３２の出力がハイレベルを維持し、トランジスタ４４はオフ状態のままであって界磁電流の供給が停止するため、発電機１０６の発電状態が継続することはない。
【００２５】
一方、翼軸回転数が１７０ｒｐｍ以上になって、一旦発電状態になると、風力が弱くなって翼軸回転数が１７０ｒｐｍになっても電圧比較器３２のローレベルの出力が維持される。さらに、翼軸回転数が低下し、第２の値以下になると、電圧比較器３２の出力がハイレベルになって電圧制御回路４０が停止状態になり、発電機１０６の発電状態も停止する。上述した第２の値は、発電トルクが風力トルク以下になるという条件を満たす最低回転数、例えば１００ｒｐｍに設定されている。
【００２６】
このように、本実施形態の風力発電装置では、翼軸１０２の回転数が第１の値以上になるまで界磁電流の供給が停止されるため、停止した翼１００にかかる発電機１０６による負荷を低減することが可能になり、微風あるいは弱風であっても容易に翼１００の回転を開始することができる。また、一旦、翼１００が回転を開始すると回転を維持することは比較的容易であり、界磁電流の供給を開始した第１の値よりも回転数が低い第２の値以下に低下するまで界磁電流の供給が維持されるため、発電電力を最大限に取り出すことが可能になる。特に、一旦翼１００が回転を開始した後は、発電を維持できない回転数に低下したときであって翼１００の回転が完全に停止する前に発電を停止することができるため、翼１００の回転を維持することができる風力範囲が広がり、都市部等における様々な自然環境の中での風況のばらつきのある中でも風力エネルギを最大限に引き出すことが可能になる。
【００２７】
また、電機子巻線１０の相電圧に基づいて翼軸１０２の回転数を検出する場合に、１ショットパルス出力回路３８から出力される１ショットパルスに応じて一時的に界磁電流を流して回転数検出を行っているため、簡単な構成によって確実に回転数検出を行うことができるとともに、回転数検出のために必要となる負荷を少なくすることができる。特に、風力計１１２によって測定された風力値が所定値を超えたときに一時的な界磁電流の供給を行うことにより、回転数検出のために界磁電流を供給する回数を減らすことが可能になり、回転数検出のために必要となる負荷を最小限に抑えることができる。
【００２８】
また、翼軸１０２から発電機１０６の回転軸１１４への駆動力の伝達をタイミングベルト１１６で行うことにより、ベルトテンションを下げることができるとともに駆動損失を低減することができる。しかも、翼軸１０２の回転に対して発電機１０６の回転を確実に同期させることができるため、発電機１０６の回転状態に基づいて翼軸１０２の回転数を正確に検出することが可能になる。また、ボム材料を主体としたタイミングベルト１１６を用いることにより、動作時の騒音の低減が可能になる。さらに、タイミングベルト１１６とタイミングプーリ１０２ａ、１１４ａの間に滑りが生じないため、増速比を５〜１０程度に大きく設定することができる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、タイミングベルト１１６を用いて、あるいはこれらを組み合わせて動力の伝達を行ったが、潤滑や騒音について何らかの対策を施すことにより、ギヤやチェインによる動力の伝達を行うようにしてもよい。
【００３０】
また、上述した実施形態では、翼軸１０２の回転数が第１の値以上になったときに、発電機１０６においてフル発電可能な制御を行うようにしたが、発電状態を開始する際に、あるいは発電状態を停止する際に、漸次界磁電流を増加あるいは減少させる制御を行うようにしてもよい。
【００３１】
また、上述した実施形態では、発電を開始する翼軸１０２の回転数である第１の値を、発電電流が界磁電流を超える回転数とするとともに、発電を停止する翼軸１０２の回転数である第２の値を、発電トルクが風力トルク以下になるという条件を満たす最低回転数にした場合について説明したが、これら第１および第２の値は、界磁電流の制限上限値やそのときの翼１００の惰性回転、風況等によって様々な値をとることができ、学習的に値を変化させるようにしてもよい。
【００３２】
また、上述した実施形態では、発電制御に関わる回転数を相電圧周波数に基づく発電機回転数で検出しているが、ホール素子等の各種のセンサを用いて翼１００や翼軸１０２の回転を直接検出するようにしてもよい。この場合には、タイミングベルト１１６の代わりに、滑りが発生するポリＶベルト等の同期的でない他の動力伝達手段を用いることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の風力発電装置の全体構造の説明図である。
【図２】タイミングプーリの説明図である。
【図３】風力発電装置内の発電機の駆動用プーリとベルトの説明図である。
【図４】発電機の詳細構成を示す図である。
【符号の説明】
１０電機子巻線
１２整流装置
１４界磁巻線
２０界磁制御装置
３０界磁開始回転制御回路
３１Ｆ／Ｖ変換回路
３２、３６電圧比較器
３３、３４抵抗
３５インバータ回路
３７アンド回路
３８１ショットパルス出力回路
４０電圧制御回路
４２、４４トランジスタ
１００翼
１０２翼軸
１０４軸承部
１０６発電機
１０８ナセル
１１０鉄塔
１１２風力計
１１４回転軸
１０２ａ、１１４ａタイミングプーリ
１１６タイミングベルト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wind turbine generator suitable for use in an urban area or the like.
[0002]
[Prior art]
Recently, various clean power generation systems such as photovoltaic power generation and wind power generation that do not involve environmental pollution have been put into practical use. Among them, wind power generators with a relatively low initial cost when introduced are being reviewed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, it is difficult for a wind power generator used in a general living environment such as an urban area to always rotate a wing in a normal air volume, and it is difficult to resume rotation once the wing rotation stops. was there. For this reason, the power generation balance tends to be insufficient. This may be due to the fact that the wind energy itself is small during light winds or light winds, or that a relatively large driving torque is required to resume the rotation in the stalled state once the blade rotation has stopped.
[0004]
In order to facilitate the rotation of such a stopped blade, conventionally, a starter is used to rotate the blade with a driving torque other than wind power, or the strength is increased to reduce the bearing drive loss and make the blade easier to rotate. At the expense of reducing the weight of the wing, it is not a practical measure because it leads to an increase in the size of the device and damage to the device itself.
[0005]
The present invention has been created in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a wind turbine generator that can easily start rotation while reducing the burden on a stopped wing. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the wind turbine generator of the present invention has a generator that rotates in synchronization with the rotation of the blade shaft, and the rotation speed of the blade shaft is the first. Control means for performing control to start the supply of the field current when the value is greater than or equal to the value is provided. Since the supply of the field current is stopped until the rotational speed of the blade shaft becomes equal to or higher than the first value, it is possible to reduce the load caused by the generator on the stopped blade. You can also easily start the wing rotation.
[0007]
Further, the control means described above performs control to stop the supply of the field current when the rotational speed of the blade shaft drops below a second value smaller than the first value after flowing the field current. It is desirable. Once the blade has started rotating, it is relatively easy to maintain the rotation, and the field current until the rotational speed drops below the second value, which is lower than the first value at which the field current supply is started. Therefore, it becomes possible to extract more generated power.
[0008]
The generator described above further includes rotation detection means for detecting the rotation speed of the blade shaft based on the voltage appearing in any phase of the multiphase armature winding, and the control means causes a temporary field current to be generated. When the supply is performed, it is desirable to detect the number of rotations by the rotation detection means. As a result, the rotational speed of the generator can be reliably detected with a simple configuration, and the load required for rotational speed detection can be reduced.
[0009]
In addition, the control unit described above further includes an anemometer for measuring the wind force value, and the control unit described above is a temporary field for detecting the number of rotations by the rotation detection unit when the wind force value measured by the anemometer exceeds a predetermined value. It is desirable to supply a magnetic current. As a result, it is possible to reduce the number of times the field current is supplied for detecting the rotational speed, and the load necessary for detecting the rotational speed can be minimized.
[0010]
In addition, it is desirable to further include power transmission means for transmitting the driving force from the blade shaft to the rotating shaft of the generator using a timing belt. By using the timing belt, the belt tension can be lowered and the driving loss can be reduced. In addition, since the rotation of the generator can be reliably synchronized with the rotation of the blade shaft, it is possible to accurately detect the rotation speed of the blade shaft based on the rotation state of the generator.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a wind turbine generator according to an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram of the overall structure of the wind turbine generator of this embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram of the timing pulley. FIG. 3 is an explanatory diagram of a driving pulley and a belt of a generator in the wind turbine generator.
[0012]
The wind power generator of this embodiment includes a blade 100, a blade shaft 102, a bearing portion 104, a generator 106, and a nacelle 108, and is rotatably installed on a steel tower 110. The blade 100 is attached to the tip end portion of the blade shaft 102, and the blade shaft 102 is rotatably mounted by a bearing portion 104. One of the blade shafts 102, a bearing portion 104 that supports the blade shafts 102, and a generator 106 are accommodated in a nacelle 108. Further, an anemometer 112 for measuring wind force and outputting the measurement result as an analog voltage is provided behind the nacelle 108. For example, an analog voltage corresponding to an average wind force for 30 seconds is output.
[0013]
Further, for example, a timing pulley 114 a having a diameter of 47 mm and 29 teeth is attached to the rotating shaft 114 of the generator 106. A timing pulley 102a having a diameter of 235 mm and 145 teeth is attached to the end of the blade shaft 102 opposite to the attachment position of the blade 100. These two timing pulleys 114a and 102a are connected by a rubber timing belt 116 having a width of about 15 mm. The belt tension when the timing belt 116 is used is set to be about 1/3 of the belt tension when the poly V belt is used.
[0014]
Next, details of the generator 106 will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating a detailed configuration of the generator 106. As shown in FIG. 4, the generator 106 includes a three-phase armature winding 10 included in the armature and a rectifier 12 provided for full-wave rectification of the three-phase output of the armature winding 10. And a field winding 14 included in the rotor, and a field control device 20 that controls the field current for adjusting the output voltage and the like.
[0015]
The field control device 20 includes a field start rotation control circuit 30, a voltage control circuit 40, and transistors 42 and 44. Among these, the field start rotation control circuit 30 includes an F / V conversion circuit 31, voltage comparators 32 and 36, resistors 33 and 34, an inverter circuit 35, an AND circuit 37, and a one-shot pulse output circuit 38. ing.
[0016]
The F / V conversion circuit 31 converts the frequency of the phase voltage waveform appearing in any one phase constituting the armature winding 10 into a voltage, and the voltage proportional to the frequency of the phase voltage waveform is a negative terminal of the voltage comparator 32. Apply to.
In the voltage comparator 32, a predetermined reference voltage is applied to the plus terminal via the resistor 34, and a resistor 33 is connected between the plus terminal and the output terminal. By combining these two resistors 33 and 34 and the voltage comparator 32, a voltage comparison operation having hysteresis characteristics is performed. That is, the voltage comparator 32 changes the output to the high level when the generator rotational speed increases and becomes equal to or higher than the first voltage value, and once the output changes to the high level, The high level output is maintained until the output voltage of the F / V conversion circuit 31 corresponding to the machine rotation speed decreases to a second voltage value lower than the first voltage value.
[0017]
In the other voltage comparator 36, the output voltage of the anemometer 112 is applied to the plus terminal, and the predetermined reference voltage is applied to the minus terminal, and the output becomes high level when the wind force value exceeds the predetermined value. Become.
The AND circuit 37 is supplied with a signal obtained by inverting the output of one voltage comparator 32 by the inverter circuit 35 and the output signal of the other voltage specific pressure comparator 36, and a logical product signal of these two input signals. Is output. The one-shot pulse output circuit 38 outputs a one-shot pulse when the output signal of the AND circuit 37 becomes high level.
[0018]
The voltage control circuit 40 is connected to the positive terminal of the battery 118 at the S terminal (sensing terminal), and intermittently controls the transistor 42 according to the battery voltage. For example, when the battery voltage is 14.3 V or less, the transistor 42 is controlled to be turned on, and the field current is supplied to the field winding 14. On the other hand, when the battery voltage exceeds 14.3 V, the transistor 42 is controlled to be turned off, and the field current is not supplied to the field winding 14. It should be noted that the output terminal of the voltage control circuit 40 and the output terminal of the one-shot pulse output circuit 38 are wired-or connected, and the one-shot pulse output circuit even when the output of the voltage control circuit 40 is at a low level. When one shot pulse is output from 38, the transistor 42 is temporarily turned on, and a field current is supplied to the field winding 14.
[0019]
The transistor 44 is for intermittently applying the operating voltage to the B terminal (power supply terminal) of the voltage control circuit 40, and the intermittent state is controlled by a signal obtained by inverting the output of the voltage comparator 32 by the inverter circuit 35. .
The field start rotation control circuit 30 described above corresponds to the control means, and the F / V conversion circuit 31 in the field start rotation control circuit 30 corresponds to the rotation detection means.
[0020]
The wind power generator of this embodiment has such a configuration, and the operation thereof will be described next.
When the generator 106 is in a no-load state, that is, when the generated power is not supplied to the battery 118 or other electric load (not shown), the load torque of the blade shaft 102 is extremely small. In this embodiment, since the timing belt 116 that can be set with a low belt tension is used, other loss torques, that is, bearing torque and belt loss torque are also extremely small. For this reason, even if the rotation of the wing 100 is in a stopped state, the rotation of the wing 100 starts relatively easily in a light wind state.
[0021]
When the average wind power value for 30 seconds becomes equal to or higher than a predetermined value (2 m / s), the output voltage of the anemometer 112 becomes higher than the predetermined value and the output of the voltage comparator 36 becomes high level. At this time, if there is no power generation (the output of the voltage comparator 32 is at a low level and no field current flows through the field winding 14), the output of the AND circuit 37 is at a high level. One shot pulse is output from the shot pulse output circuit 38. The pulse width of one shot pulse is set to about 0.5 seconds, for example. The transistor 42 is turned on in accordance with this output timing, and a field current is supplied to the field winding 14. Therefore, when the generator 106 is rotating, the phase voltage of the armature winding 10 is generated, and the F / V conversion circuit 31 outputs a voltage corresponding to the generator rotational speed. It becomes possible to detect the machine speed.
[0022]
In this embodiment, since the timing belt 116 is used, the blade shaft 102 and the rotating shaft 114 of the generator 106 are connected. The synchronization state between the shafts is maintained, and the stable rotation of the blade shaft can be detected without causing the slippage and the rotation state being disturbed as in the case of using the poly V belt or the V belt.
[0023]
As a result of detecting the blade shaft rotation speed in this way, when the blade shaft rotation speed becomes equal to or higher than the first value, the output voltage of the F / V conversion circuit 31 becomes equal to or higher than the first voltage value. The output of the voltage comparator 32 changes from the high level to the low level, the transistor 44 is turned on, and the voltage control circuit 40 starts operating. For example, the first value described above is set to 170 rpm, which is the rotation speed at which the generated current exceeds the field current. If the blade shaft rotation speed is 170 rpm or more, the voltage control circuit 40 that has started the operation has The transistor 42 is intermittently controlled, and the power generation state of the generator 106 is maintained. Thereafter, the battery 118 is charged.
[0024]
When the blade shaft rotation speed detected in accordance with the output timing of one shot pulse is lower than 170 rpm, the output of the voltage comparator 32 is maintained at a high level, and the transistor 44 remains off. Since the supply of the field current is stopped, the power generation state of the generator 106 does not continue.
[0025]
On the other hand, once the blade shaft rotation speed becomes 170 rpm or more and the power generation state is entered, the low level output of the voltage comparator 32 is maintained even if the wind power becomes weak and the blade shaft rotation speed reaches 170 rpm. Further, when the blade shaft rotational speed decreases and becomes equal to or lower than the second value, the output of the voltage comparator 32 becomes high level, the voltage control circuit 40 is stopped, and the power generation state of the generator 106 is also stopped. The second value described above is set to the minimum rotation speed that satisfies the condition that the power generation torque is equal to or less than the wind torque, for example, 100 rpm.
[0026]
As described above, in the wind turbine generator according to the present embodiment, the supply of the field current is stopped until the rotational speed of the blade shaft 102 becomes equal to or higher than the first value. Therefore, the rotation of the wing 100 can be easily started even with a light or weak wind. Also, once the blade 100 starts rotating, it is relatively easy to maintain the rotation until the rotational speed drops below the second value, which is lower than the first value at which the field current supply is started. Since the supply of the field current is maintained, the generated power can be extracted to the maximum. In particular, once the blade 100 has started rotating, the power generation can be stopped before the rotation of the blade 100 is completely stopped even when the rotation speed is reduced to a value at which the power generation cannot be maintained. The range of wind power that can be maintained is widened, and it is possible to maximize wind energy even in the presence of variations in wind conditions in various natural environments in urban areas.
[0027]
In addition, when detecting the rotation speed of the blade shaft 102 based on the phase voltage of the armature winding 10, a field current is temporarily passed according to one shot pulse output from the one shot pulse output circuit 38. Since the rotation speed is detected, the rotation speed can be reliably detected with a simple configuration, and the load necessary for the rotation speed detection can be reduced. In particular, by supplying a field current temporarily when the wind force value measured by the anemometer 112 exceeds a predetermined value, it is possible to reduce the number of times the field current is supplied for detecting the rotational speed. Thus, the load required for detecting the rotational speed can be minimized.
[0028]
Further, by transmitting the driving force from the blade shaft 102 to the rotating shaft 114 of the generator 106 by the timing belt 116, the belt tension can be lowered and the driving loss can be reduced. In addition, since the rotation of the generator 106 can be reliably synchronized with the rotation of the blade shaft 102, the rotation speed of the blade shaft 102 can be accurately detected based on the rotation state of the generator 106. . Further, by using the timing belt 116 mainly made of a bomb material, noise during operation can be reduced. Furthermore, since no slip occurs between the timing belt 116 and the timing pulleys 102a and 114a, the speed increasing ratio can be set to a large value of about 5 to 10.
[0029]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. For example, in the above-described embodiment, power transmission is performed using the timing belt 116 or a combination thereof, but power is transmitted by gears and chains by taking some measures against lubrication and noise. May be.
[0030]
Further, in the above-described embodiment, when the rotational speed of the blade shaft 102 becomes equal to or higher than the first value, the generator 106 performs control capable of full power generation, but when starting the power generation state, Alternatively, when the power generation state is stopped, control for gradually increasing or decreasing the field current may be performed.
[0031]
In the above-described embodiment, the first value, which is the rotational speed of the blade shaft 102 that starts power generation, is set to the rotational speed at which the generated current exceeds the field current, and the rotational speed of the blade shaft 102 that stops power generation. The second value is described as the minimum rotational speed that satisfies the condition that the power generation torque is equal to or less than the wind torque. However, the first and second values are the upper limit value of the field current and its limit value. Various values can be taken depending on the inertial rotation of the wing 100, the wind conditions, etc., and the values may be changed in a learning manner.
[0032]
In the above-described embodiment, the rotational speed related to the power generation control is detected by the generator rotational speed based on the phase voltage frequency. However, the rotation of the blade 100 and the blade shaft 102 is performed using various sensors such as a Hall element. You may make it detect directly. In this case, instead of the timing belt 116, it is also possible to use other power transmission means that are not synchronized, such as a poly V belt in which slip occurs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the overall structure of a wind turbine generator according to an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a timing pulley.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a driving pulley and a belt of a generator in a wind turbine generator.
FIG. 4 is a diagram showing a detailed configuration of a generator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Armature winding 12 Rectifier 14 Field winding 20 Field controller 30 Field start rotation control circuit 31 F / V conversion circuit 32, 36 Voltage comparator 33, 34 Resistance 35 Inverter circuit 37 AND circuit 38 1 shot pulse output Circuit 40 Voltage control circuit 42, 44 Transistor 100 Blade 102 Blade shaft 104 Bearing portion 106 Generator 108 Nacelle 110 Steel tower 112 Anemometer 114 Rotating shaft 102a, 114a Timing pulley 116 Timing belt

Claims

A wind power generator having a generator that rotates in synchronization with the rotation of the blade axis,
The generator includes a control unit that performs control for starting supply of a field current when the rotational speed of the blade shaft is equal to or greater than a first value, and a voltage that appears in any phase of the multiphase armature winding. Rotation detecting means for detecting the rotational speed of the blade axis based on
A wind power generator characterized in that when the field current is temporarily supplied by the control means, the number of rotations is detected by the rotation detection means .

In claim 1,
The control means performs control to stop the supply of the field current when the rotational speed of the blade shaft decreases to a second value smaller than the first value after flowing the field current. A wind power generator characterized by performing.

In claim 1 or 2,
It further includes an anemometer that measures the wind value,
The control means temporarily supplies the field current for detecting the number of rotations by the rotation detection means when the wind value measured by the anemometer exceeds a predetermined value. Power generation device.

In any one of Claims 1-3,
A wind turbine generator further comprising power transmission means for transmitting a driving force from the blade shaft to the rotating shaft of the generator using a timing belt.