JP4362545B1

JP4362545B1 - 発生している需要に必要な電力量だけを供給する温暖化防止のための発電装置。

Info

Publication number: JP4362545B1
Application number: JP2009055825A
Authority: JP
Inventors: 修村山
Original assignee: 修村山
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: JP2010213427A

Abstract

【課題】
CO2を出さない発電機であるとともに、発電コストが、火力発電より安く、モーターの１回転当たりの所要時間が一定であり、発生している需要に必要な電力量だけを供給する発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
ハイブリッド型励磁回路を利用して回転軸１の回転数を一定にし、蓄電池を利用することによって、CO2を出さず、発電コストが火力発電より安く、ランク区分（１４）が従来のランク区分より１ランク増加している時、電動モーターの回転速度を落とし、２Mの極数を２（M ＋１）の極数の発電機出力に変更して新規需要を許可し、従来のランク区分より１ランク減少している時、電動モーターの回転速度を上げ、２Mの極数を２（M −１）の極数の発電機出力に変更することによって需要に必要な電力量だけを供給する発電装置の提供を可能にすることで課題を解決している。
【選択図】図１

Description

本発明は、発生している需要に必要な電力量だけを供給する温暖化防止のための発電装置に関するものである。

電動モーターの回転を利用して発電を行う技術として、文献１(特開２００５−５１９７６)がある。
文献１は、発電機を駆動する駆動用モーターを同軸上二段にすることにより、互いの回転数と時間を掛け合わせる容易な高速回転モーターを得るとしているものであるが以下に本願との相違点を説明する。
文献１と本願の相違点は、
１、文献１は、多段モーターであるが、本願は単一モーターであり、文献１では、発電機を駆動する駆動用モーターを同軸上二段にすることにより互いの回転数と時間を掛け合わせる容易な高速回転モーターを得るとするが、本願はそのような特徴はない。
２、文献１では、モーターの１回転当たりの所要時間が一定になる保障がないのに対し、本願ではハイブリッド型励磁回路を利用して、モーターの１回転当たりの所要時間（最速、０．０２秒間で１回転）を一定にしている。
３、本願は発生している需要を把握し、それに必要な量の発電機出力を計算し、電動モーターの回転速度と、発電装置の発電機の極数の変更で、発電機の出力量を調節して、需要と発電機の出力量を一致させているのに対し、特許文献１にはそのような機能は無い点が相違点である。
温暖化対策として種々の対策が提案実施されているが、オフィスビル、マンション等の温暖化対策に関しては、有効な対策は提唱されておらず、その対策が待たれているところである。
オフィスビル、マンション等に設置可能な、CO2を出さず、発電コストが、火力発電より安い発電装置があれば、温暖化対策としての切り札になる。

特開２００５−５１９７６

そこでこの発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、オフィスビル、マンション等に設置可能なCO2を出さない発電装置であるとともに、発電コストが、火力発電より安く、モーターの１回転当たりの所要時間が一定であり、発生している需要に必要な電力量だけを供給する発電装置を提供することを課題とする。

本発明は、ハイブリッド型励磁回路を利用して回転軸１の回転数（最速、０．０２秒間で１回転）を一定にし、蓄電池を駆動源とすることによって、CO2を出さず、発電コストが、火力発電の化石燃料代より安く、現実に供給している電力量（１１）と、使用申し込みの新規需要量（１２）を合計したものを現実に発生する全需要量（１３）として捕らえ、そのランク区分（１４）を求め、ランク区分（１４）が従来のランク区分より１ランク増加している場合、電動モーターの回転速度を落とし、現在の極数２Mより多い２（M ＋１）の極数の発電機出力に変更して、供給が確実に出来ていることを確認後、新規需要を許可し、従来のランク区分より１ランク減少している場合、電動モーターの回転速度を上げ、現在の極数２Mより少ない２（M −１）の極数の発電機出力に変更することによって需要に必要な電力量だけを供給する発電装置の提供を可能にすることで課題を解決している。

備蓄の難しい電力エネルギーを扱ううえで基本となるのは「必要な電力を必要なだけ」ということであるが、オフィスビル等の需要は日中と夜間で大幅に変化する。
現在、需要の変化に対応可能で、オフィスビル向けに設置可能なCO2を出さず、発電コストが、火力発電より安い温暖化対策のための発電装置は存在しない。
本発明は、オフィスビル内に設置可能で、需要に必要な電力量だけを供給する発電装置であり、その運転コストは、DC電動モーターの電源である蓄電池のみであるので、火力発電の化石燃料代より安くなり、CO2を出さないオフィスビル、マンション等の温暖化対策として有効な対策になる。

は、本発明の概念図である。は、５相励磁回路の断面図である。は、５角形の建造物内に、発電機を５個設けた概念図である。は、需要量が増加する場合のフローチャートである。は、需要量が減少する場合のフローチャートである。

（本発明での電源）
電動モーターの電源は蓄電池、コンピューター、ハイブリッド型励磁回路、回転センサーに使用される電源は、インバーターと接続してある。

（本発明での呼称及び本発明の説明）
DC電動モーターの回転数は１，５７５/ｒｐｍ，発電機は４極式として、発電する例を、図１〜５に基づいて説明する。
Ｌを整数、電気需要量がＬ個の発電機を要する場合、（Ｌ−1）個の発電機は、１，５７５/ｒｐｍ，４極式で発電され、ランク区分された電気需要量に対して、Ｌ番目の発電機において、本発明の供給システムが実施される。
Ｌ個の発電機は、全く同じ装置同じ構成なので、（Ｌ−1）個の発電機の説明は省略し、Ｌ番目の発電機の供給システムについて説明を行う。

（DC電動モーター、及び蓄電池の説明）
２個を１セットとする鉛蓄電池が２組設けられ、１組は電動モーターに連結され、他の１組はインバーターに接続され、各組の鉛蓄電池は交互に充放電される (図１)。
インバーターは、回転センサーと、ハイブリッド型励磁回路の電源となる。
１，５７５/ｒｐｍのDC電動モーターが、鉛蓄電池と接続され、DC電動モーターの回転軸が延伸された回転軸１には、回転軸１の回転数を一定にするためのハイブリッド型励磁回路と、ハイブリッド型励磁回路の下方には、同期発電機が設置されている。
本事例では、回転軸１のハイブリッド型励磁回路から同期発電機方向を下方、と呼称している。

（ハイブリッド型励磁回路の構成、及び運転状況の説明）
回転軸１の回転数（最速、０．０４秒間で１回転）を一定にするためのハイブリッド型励磁回路(図２)は、回転軸１に設置してある同心円状環２内に、鉄芯に電線が巻かれた電磁石３を設けたステーター４と、前記電磁石３に対向していると共に、軸の周りに軸方向に同心状に磁化された磁石６が設けてあるローター５、同心円状環２の下方には、プログラマブルコントローラー７、コントローラー８及び電磁石３と接続してあるドライバ９で構成され、入力パルスの周波数は１２、５００ＨＺ、１ステップ角＝０．７２°で、コントローラー８に電流が流されるとドライバ９へパルス信号が与えられ、ドライバ９は電磁石３の電流切り替えを１秒間に１２、５００回行い、電磁石の磁極の切り替えも１２、５００回行われる。
電動モーターの回転力を駆動源とする回転軸１は、励磁回路の回転より５％早い回転数の１、５７５回転／分近傍で回転し始めるが、前記電磁石３の磁極が切り替えられると、磁石６は、１ステップ角毎に電磁石３の磁極に反応するので、回転軸１は回転数を減じ、回転速度を励磁回路の回転速度と同一とし、１秒間に１２、５００回の回転数調整を行いながら、励磁回路と同じ回転数の１、５００回転／分で回転する。
回転軸１の回転数と励磁回路の回転数の１ステップ角同士の差異は殆どの場合微差であり、回転軸１による回転数の変化が突発的に発生して、回転軸１の回転が励磁回路の回転より遅くなっても、５％早く設定してあるので、５％以上の時だけ、追加磁力を必要とするが、その差異は１ステップ角で調整され、調整後、回転センサーに基づき適正回転になるので、回転数の誤差は累積せず、１分間に７５０、０００回の切り替えによる誤差は、最大０．７２°未満（０．００２秒間の回転で発生する角度）であり、しかもその調整には大きな磁力を必要としない。
ステッピングモーターには、次の短所があると言われている。
イ、大きなトルクが発生する場合には不適、
ロ、消費電力が大きい、
ハ、高速域の使用には不適、
本発明は、これらの短所を克服しているので下記に説明する。
イ、について、
「本発明におけるトルクとは、“励磁回路の回転（電磁石３の磁力）で、回転軸１を回転させるのに必要なエネルギー” の意味で使用している」。
もともと、回転軸１は、電動モーターで回転しており、回転軸１の回転エネルギーは、電動モーターで賄われ、しかも、トルク発生のケースを少なくするために、回転軸１の回転は励磁回路の回転より５％早く設定されているので、励磁回路の回転（電磁石３の磁力）に頼ることは殆どないが、回転軸１の回転が励磁回路の回転より遅くなると、トルクが発生する。
トルクが発生しても回転軸１の回転には回転方向への慣性力もあるので、回転を後押しする程度の磁力で充分である。
回転軸１の回転が励磁回路の回転より早い場合、回転軸１の回転は電磁石３の磁力で抑制されるためトルクは発生しない。
本発明の特徴は、電動モーターの回転を利用して発電する構想であるが、電動モーターの１回転当たりの所要時間（最速、０．０４秒間で１回転）が一定になる保証はないので、回転軸１の回転を励磁回路の回転より、意識的に１ステップ角当たり５％（０．０３６°）早く設定して、回転軸１を励磁回路の回転より先行させ、先行する回転軸１の回転を、励磁回路の磁力（電磁石３の磁力）で抑制し、回転軸１の回転を励磁回路の回転と同一とすることを基本にしていることにある。
即ち、１ステップ角毎に、回転軸１の回転を励磁回路の回転より０．０３６°早く回転するようにし、先行する回転軸１を電磁石３の磁力で抑制することを基本にし、遅れる場合（遅れた回転軸１の回転を電磁石３の磁力で早める作業）を出来るだけ少なくしようとするものである。
仮に、７％の遅れが発生した場合、回転軸１の回転は励磁回路の回転より１ステップ角当たり２％（０．０１４４°）遅くなるのでトルクが発生し、２％の修正を行う回転のための、電磁石３の磁力を必要とするが、回転方向への慣性力もあるので、調整は回転を後押しする程度のものであり、大きな磁力を必要としない。
逆に早い時は、１ステップ角当たり１２％（０．０８６４°）以上の速度調整の抑止力が必要となるが、電磁石３の磁力を決定する電磁石の巻き線数の設定時に、充分な抑止力が得られる様に対応してある。
ロ、について、
必要な消費電力は電磁石３の電流と、パルス発信のための電流であり、消費電力は大きくない。
ハについて、
回転軸１の回転数は、１、５００回転／分に設定してあり、高速域では無い。
以上の通り、ステッピングモーターの短所イ、ロ、ハは、克服されている。

（発電機１０の構成、及び運転状況の説明）
発電機１０は、回転軸１上のハイブリッド型励磁回路の下方に設けられ、回転軸１の回転数は、発電機の同期回転数の１、５００回転／分になり、予め設定済みの磁極に対応した回転数での回転が可能になり、同期発電機は電気を生成する。

（N角形の各一辺に発電機を設ける説明）
図３はNを５とした５角形の各一辺に発電機を、５個設けた場合の概念図である。
各々の発電機は独立した発電装置であり、電源は、蓄電池と、蓄電池と接続してあるインバーターである。

（発生している需要に必要な電力量だけを供給する運転状況の説明）
需要量が４極式の発電機出力より小さいランクから、４極式の発電機出力と同じか或いは大きく６極式の発電機出力より小さいランクに増加した場合を説明する（図４）。
イ、現実に供給している電力量（１１）が電力量表示器に入力され、現実のランク区分２としてコンピューターに入力される。
ロ、電気製品の使用スイッチが押されると、使用者に許可が出るまで待つようにとの指示と、使用申し込み電気製品のＫＷ／ｈを計算し、新規需要（１２）として入力される。
ハ、（１１）と（１２）を合計したものが現実に発生する全需要量（１３）として入力される。
二、全需要量（１３）が極数４の発電機出力と同じか或いは大きく、６の極数の発電機出力より小さいので、電動モーターの回転速度が１、０５０回転／分に変更され，極数６の発電機出力に変更して発電する指示が出され、発電機出力計測器で変更が確実になされていることを確認し、ランク区分は３と入力される。
ホ、使用者への許可を表示する指令書が出される。
需要量が４極式の発電機出力と同じか或いは大きく６極式の発電機出力より小さいランクから、４極式の発電機出力より小さいランクに減少した場合を説明する（図５）。
へ、現実に供給している電力量（１１）が電力量表示器に入力され、現実のランク区分３としてコンピューターに入力される。
ト、電力の使用が中止される。
チ、電力の使用が中止されて現実に発生する全需要量（１３）のランク区分が、３から２へ１ランク減少しているので、電動モーターの回転速度が１、５７５回転／分に変更され，極数４の発電機出力に変更して発電する指示が出され、発電機出力計測器で変更が確実になされていることを確認し、ランク区分は２と入力される。

（各装置の作動）
１、DC電動モーターを１，５７５/ｒｐｍで回転させる。
２、回転軸１は、励磁回路の回転より５％早い１、５７５回転／分近傍で回転し始める。
３、回転軸１の回転数は、ハイブリッド型励磁回路で、励磁回路と同じ回転数１、５００回転／分になる。
４、同期回転数の１、５００回転／分になり、同期発電機１０で発電する。
５、需要量が４極式の発電機出力より小さいランクから、４極式の発電機出力と同じか或いは大きく６極式の発電機出力より小さいランクに増加した場合、電動モーターの回転速度が１、０５０回転／分に変更され，極数６の発電機出力に変更して発電する指示が出され、発電機出力計測器で変更が確実になされていることを確認し、ランク区分は３と入力される。
６、回転軸１は、励磁回路の回転より５％早い１、０５０回転／分の回転数近傍で回転し始める。
７、回転軸１の回転数は、ハイブリッド型励磁回路で、励磁回路と同じ回転数１、０００回転／分）になる。
８、回転軸１の回転が１、０００回転／分になり、同期発電機１０で発電する。
９、需要量が４極式の発電機出力と同じか或いは大きく６極式の発電機出力より小さいランクから、４極式の発電機出力より小さいランクに減少した場合
電動モーターの回転速度が１、５７５回転／分に変更され，極数４の発電機出力に変更して発電する指示が出され、発電機出力計測器で変更が確実になされていることを確認し、ランク区分は２と入力される。
１０、上述２〜４の作動が行われる。

（他の実施形態）
本事例では、発生している需要に必要な電力量だけを供給する温暖化防止のための発電装置として、オフィスビルに設置する場合を説明したが、一般的な分散型電源としても当然使用可能である。

〔実施形態の効果〕
複数の会社が入居しているオフィスビルの場合、電力需要は会社によって異なり、無駄なく電力を供給するのは困難になる。
該オフィスビルに本発明を設置すると、現実に発生する全需要量（１３）のランク区分（１４）を求め、ランク区分（１４）が従来のランク区分より１ランク増加している時、電動モーターの回転速度を落とし、２Mの極数を２（M ＋１）の極数の発電機出力に変更して、供給が確実に出来ていることを確認後、新規需要を許可し、従来のランク区分より１ランク減少している時、電動モーターの回転速度を上げ、２Mの極数を２（M −１）の極数の発電機出力に変更することによって、必要な電力量だけを無駄なく供給出来る。

１＝DC電動モーターの回転軸が延伸された回転軸
２＝同心円状環
３＝電磁石
４＝ステーター
５＝ローター
６＝磁化された磁石
７＝プログラマブルコントローラー
８＝コントローラー
９＝ドライバ
１０＝発電機
１１＝現実に供給されている電力量
１２＝電力の新規需要量
１３＝現実に発生する全需要量
１４＝全需要量（１３）の位置するランク区分

Claims

複数の蓄電池と、
前記、蓄電池と連結されているDC電動モーターと、
前記、蓄電池と接続されているインバーターと、
DC電動モーターの回転軸が延伸された回転軸１と、
回転軸１に設けてある回転センサーと、
回転軸１の回転数を一定にするためのハイブリッド型励磁回路と、
DC電動モーターの回転軸が延伸された回転軸１に設置される同期発電機と、
コンピューターと、
Nを３以上の整数として、前記同期発電機が、N個組み合わされたN角形の形状の建造物で構成されていることを特徴とする発電装置において、
発生している電力需要に必要な電力量だけを供給する手段が、
発生している需要に対応する電動モーターの回転速度、及び、発電機の極数変更をコンピューターに入力する指令と、
使用される全電気製品、及び、電気製品別1時間あたりの使用電力量（ＫＷ／ｈ）のデー
ターベースと、
極数の変化（２Mごと）で発生する発電機出力を、極数別にコンピューターに入力する指令と、
需要電力量が、Mを整数として、M=１の時、極数、２M＝２×１＝２の時の発電機出力未満の場合、ランク区分１、M=１の時、極数、２M＝２×１＝２の時の発電機出力と同じか或いは大きく、極数、２（M＋１）＝２（１＋１）＝４の時の発電機出力より小さい場合、
ランク区分２とし、以降Mが１増加する毎にランク区分の数字は１増え、需要電力量が極
数２Mの時の発電機出力と同じか或いは大きく、極数２（M＋１）の時の発電機出力より小さい場合、ランク区分は（M＋１）とする需要電力量のランク区分と、
現実に供給されている電力量（１１）と、電力量（１１）が前記ランク区分のどの位置に
あるかを知るために、電力量（１１）を電力量表示器に入力し、電力量（１１）の位置す
るランク区分をコンピューターに入力する指令と、
電気製品の使用スイッチが押された場合、使用者に許可が出るまで待つようにとの指示と、
使用申し込み電気製品のＫＷ／ｈを計算し、新規需要（１２）としてコンピューターに入力する指令と、
（１１）と（１２）を合計したものを現実に発生する全需要量（１３）としてコンピューターに入力する指令と、
全需要量（１３）が、前記ランク区分のどの位置にあるかを知るために、全需要量（１３）の位置するランク区分（１４）をコンピューターに入力する指令と、
ランク区分（１４）が１ランク増加している場合、電動モーターの回転速度を落とし、現
在の極数の２Mより大きい２（M＋１）の極数に変更して発電することをコンピューターに入力する指令と、
２（M＋１）の極数の発電機出力が、確実になされていることを発電機出力計測器で確認
し、全需要量（１３）が位置するランク区分をコンピューターに入力する指令と、
使用者への許可を表示する指令と、
電力の使用が中止され、ランク区分（１４）が１ランク減少している場合、電動モーター
の回転速度を上げ、現在の極数の２Mより小さい２（M−１）の極数に変更して発電する
ことをコンピューターに入力する指令と、
２（M−１）の極数の発電機出力が、確実になされていることを発電機出力計測器で確認し、全需要量（１３）が位置するランク区分をコンピューターに入力する指令で構成されていることを特徴とする、温暖化防止のための発電装置。