JP4840263B2 - 発電システム - Google Patents
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Description
以下、本発明をバッテリ式フォークリフトの油圧システムに具体化した第1の実施形態を図1〜図5にしたがって説明する。
ノズル部理論水力Pw[W]は次式で表される。
Pw[W]=流量(m)×ノズルヘッド(h)×重力加速度(9.8)
ノズルヘッド(h)は特定の圧力を出すのに必要な液柱の高さ。h=1/(102×圧力[MPa])
最適回転速度Nb[rpm]は次式で表される。
回転速度Nxにおける効率η(Nx)は次式(回転速度比に対する関数)で表される。
η(Nx)=f(Nx/Nb)
この関数(もしくはマップ)は実験により求められる。
ΔPH=Δt×Pw×η(Nx)
Δt秒間の発電量をΔPGとすると、Δt秒間、一定回転速度Ne[rpm]で回転したと仮定して、ΔPH=ΔPGのとき、定常状態となる。即ち、定常状態回転速度Ne[rpm]が決定される。なお、発電量は発電機毎に異なり、発電量=knとなる。但し、kは定数、nは回転速度である。
図3に示す発電時間とロータの回転速度との関係を示すグラフにおいて、Δtの間隔でt0,t1,・・・tp−1,tpとする。そして、N0:初期回転速度とすると、
ΔPH1=Δt×Pw×η(N0)
・
・
・
ΔPHp=Δt×Pw×η(Np−1)
ΔPG1=ΔPG(N0)×Δt
・
・
・
ΔPGp=ΔPG(Np−1)×Δt
水車に与えられるエネルギーPHと発電量PGは、図4に示すグラフのような関係にある。定常になる前において、エネルギーPHから発電量PGを引いて残った分のエネルギーが水車を回転させるエネルギーとなる。なお、図4は、水車と発電機を組み付ける前の状態において、PHとPGをそれぞれ測定し、その結果を重ね合わせた図である。
理論水力(W)×効率ηt(N/Nb)=Δt秒間の発電量+Δt秒間の回転エネルギー増加
したがって、ある時間tでの回転速度Ntは下式で表される。
したがって、定常状態到達時間tpは、tp=Δt×pとなる。但し、pは図3における間隔Δtの数である。即ち、作動油の圧力及びインナマスト13の下降速度が決まれば定常状態到達時間が決まる。
リフトレバー17を上昇操作すると、リフト用スプールがa位置に配置され、油圧ポンプ19から吐出される作動油が作動油供給用管路21、管路15を介してリフトシリンダ12のボトム室12bに供給され、リフトシリンダ12が伸長してフォーク11が上昇する。リフトレバー17を下降操作すると、リフト用スプールがc位置に配置され、管路15が戻り管路22に連通されてボトム室12bの作動油が作動油タンク18へと戻される。そして、リフトシリンダ12が収縮してフォーク11が下降する。リフトレバー17の中立操作に基づいてリフト用スプールがb位置に配置され、管路15は作動油供給用管路21及び戻り管路22のいずれに対しても連通が遮断される。その結果、リフトシリンダ12内の作動油の移動が防止され、フォーク11が所望の位置に保持される。
(1)発電システムは、流体(作動油)により回転させられる回転体と、回転体の回転速度を検出する回転速度センサ30と、回転体の回転力を電力に変換する発電機25と、発電機25の発電開始・発電停止を切り替える制御手段(発電制御部27)とを備えている。また、発電システムは、流体の状態に基づいて、回転体が回転を始めた時から発電機25による発電を開始したときの発電量より、回転体が所定回転速度になってから発電機25による発電を開始したときの発電量の方が大きくなる所定回転速度を演算する演算手段(発電制御部27が兼務)を備えている。そして、発電制御部27は、回転体が所定回転速度を超えた場合に発電を開始するように発電機25を制御する。したがって、流体のエネルギーで発電機25のロータを回転させて発電を行う場合、効率良く発電を行うことができる。
次に第2の実施形態を、図1及び図6〜図8を参照しながら説明する。なお、第2の実施形態は、発電制御部27による発電制御方法の一部、即ち制御プログラムの一部が第1の実施形態と異なり、油圧システムの構成は図1に示す第1の実施形態と基本的に同様であるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
(8)発電制御部27は、作動油の流れが一端停止した後、羽根車23が回転を停止するまで発電を継続した場合より、羽根車23を途中停止した方が有利な場合の所定の発電停止用回転速度を演算し、羽根車23の回転速度が発電停止用回転速度を下回った場合に発電機25の発電を停止するように発電機25を制御する。したがって、2回目以降の発電時には、作動油が供給された状態では羽根車23は、回転速度零からではなく、ある回転速度から作動油の噴射を受けるため、トータルとしての発電効率がより良くなる。
○ 流体(作動油)の状態に基づいて、所定回転速度を設定する場合、発電機25の定常状態回転速度を演算し、その定常状態回転速度に基づいて所定回転速度を設定する構成に限らない。例えば、発電機25として初動トルクの大きなものを使用した場合、フォーク11の下降開始から発電機25の発電を開始すると、羽根車23を回転させる流体のエネルギーが小さい場合、羽根車23の回転速度が上がらないうちに、フォーク11の下降が終了してしまう場合がある。図9(a)〜(c)に、そのような場合における、発電機25のロータの回転速度と時間、水車効率と時間及び発電量と時間との関係の一例を示す。これらの図は、油量:30l/min、圧力:3.8MPa、作動油が流れる時間2秒で行う場合(フォークリフトであれば、重さ1000kgの荷Wを2秒で0.6m降下させた条件に相当)に適用したシミュレーションの結果である。制御は、発電開始の回転速度を1回の間欠流での発電量が最大となるような発電開始回転速度(1200rpm)から発電を開始した。
○ 圧力センサ29に代えて、リフトシリンダ12のボトム室12b内の作動油に加わる荷重を検出する荷重検出手段を設けてもよい。荷重はフォーク11、インナマスト13、リフトブラケット14及び荷Wの合計荷重に相当する。この場合、定常状態回転速度を演算する際に、ノズルヘッドh[m]は、次式によって求められる。
また、定常状態回転速度を求めるマップは、ボトム室12b内の作動油に加わる荷重及びインナマスト13の下降速度と、定常状態回転速度との関係を示すマップとなる。
○ 回転体は羽根車23のように気体中で回転される構成のものに限らず、油圧モータのロータのように液体が周囲に存在する状態で液体により回転させられる構成であってもよい。
○ 戻り管路22にノズル24を設けずに、戻り管路22の端部から圧油を直接羽根車23に向けて噴射する構成としてもよい。
○ 発電機の種類は限定されず、誘導発電機やコアレス発電機を用いても良い。
○ 発電制御部27が、発電機25の発電開始・発電停止を切り替える制御手段と、所定回転速度や発電停止用回転速度を演算する演算手段とを兼ねる構成に代えて、制御手段と、演算手段とを別々に設けてもよい。
(1)流体により回転させられる回転体の回転力を電力に変換する発電機を備えた発電システムにおいて、前記流体の状態に基づいて、前記回転体が回転を始めた時から前記発電機による発電を開始したときの発電量より、前記回転体が所定回転速度になってから前記発電機による発電を開始したときの発電量の方が大きくなる所定回転速度を演算し、前記回転体が前記所定回転速度を超えた場合に発電を開始するように前記発電機を制御することを特徴とする発電システムにおける発電機の制御方法。
Claims (14)
- 流体により回転させられる回転体と、
前記回転体の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転体の回転力を電力に変換する発電機と、
前記発電機の発電開始・発電停止を切り替える制御手段と、
前記流体の状態に基づいて、前記回転体が回転を始めた時から前記発電機による発電を開始したときの発電量より、前記回転体が所定回転速度になってから前記発電機による発電を開始したときの発電量の方が大きくなる所定回転速度を演算する演算手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記回転体が前記所定回転速度を超えた場合に発電を開始するように前記発電機を制御することを特徴とする発電システム。 - 前記流体は液体であり、かつ前記液体は位置エネルギーあるいは加圧されたエネルギーが捨てられる前に変換された運動エネルギーにより前記回転体を回転させる請求項1に記載の発電システム。
- 前記所定回転速度は、前記回転体が前記所定回転速度を超えた場合に発電を開始したときの発電量が最大になる値に設定される請求項1又は請求項2に記載の発電システム。
- 前記回転体は気体中で回転される羽根車である請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の発電システム。
- 前記演算手段は、前記流体の状態に基づいて、前記発電機の定常状態回転速度を演算し、その定常状態回転速度と、記憶装置に記憶されている定常状態回転速度と前記所定回転速度との関係を示すマップとに基づいて前記所定回転速度を演算する請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の発電システム。
- 前記回転体を回転させる前記流体の流れが一度止まってから、時間的間隔を空けて再度流体が流れ始める場合において、前記回転体の回転が止まるまで前記発電機の発電を行った場合の発電量より、前記回転体の回転が止まる前の所定の発電停止用回転速度で発電を停止して、前記流体が再度流れ始めるまで前記回転体に回転を継続させて次回の発電を行った場合における次回の発電量の増加量が途中で発電を停止した場合の減少量より大きくなる所定の発電停止用回転速度を演算する発電停止用回転速度演算手段をさらに備え、前記制御手段は、前記回転体が前記所定の発電停止用回転速度を下回った場合に発電を停止するように前記発電機を制御する請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の発電システム。
- 前記流体は、産業車両の油圧システムを構成するリフトシリンダの作動油である請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の発電システム。
- 前記油圧システムは、前記リフトシリンダのボトム室内の作動油に加わる荷重を検出する荷重検出手段と、ピストンロッドの下降速度に相当する速度を検出する速度検出手段とを備え、前記演算手段は前記荷重検出手段及び前記速度検出手段の検出信号に基づいて前記流体の状態を把握して前記所定回転速度を演算する請求項7に記載の発電システム。
- 前記制御手段は、前記荷重検出手段が検出した荷重が予め設定された所定荷重以上のときは、前記回転体が回転を始めたときから前記発電機による発電を開始するように前記発電機を制御する請求項8に記載の発電システム。
- 流体により回転させられる回転体と、
前記回転体の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転体の回転力を電力に変換する発電機と、
前記発電機の発電開始・発電停止を切り替える制御手段と、
前記回転体を回転させる前記流体の流れが一度止まってから、時間的間隔を空けて再度流体が流れ始める場合において、前記回転体の回転が止まるまで前記発電機の発電を行った場合の発電量より、前記回転体の回転が止まる前の所定の発電停止用回転速度で発電を停止して、前記流体が再度流れ始めるまで前記回転体に回転を継続させて次回の発電を行った場合における次回の発電量の増加量が途中で発電を停止した場合の減少量より大きくなる所定の発電停止用回転速度を演算する発電停止用回転速度演算手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記回転体が前記所定の発電停止用回転速度を下回った場合に発電を停止するように前記発電機を制御することを特徴とする発電システム。 - 前記所定の発電停止用回転速度は前記流体の流れ状態を基に演算される請求項10に記載の発電システム。
- 前記流体は、産業車両の油圧システムを構成するリフトシリンダの作動油である請求項10又は請求項11に記載の発電システム。
- 前記発電システムは、前記発電停止用回転速度演算手段が前記所定の発電停止用回転速度を演算する状態と演算しない状態とに切り替える切り替えスイッチを備えている請求項12に記載の発電システム。
- 前記油圧システムは、前記リフトシリンダのボトム室内の作動油に加わる荷重を検出する荷重検出手段と、ピストンロッドの下降速度に相当する速度を検出する速度検出手段とを備え、前記発電停止用回転速度演算手段は前記荷重検出手段及び前記速度検出手段の検出信号に基づいて前記流体の状態を把握して前記所定の発電停止用回転速度を演算する請求項12又は請求項13に記載の発電システム。
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