JP6494163B2 - 発電システム - Google Patents
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Description
前記制御装置によって前記負荷機器に接続させる整流蓄電回路として決定された前記整流蓄電回路は、対応する前記発電体に接続された状態であり、且つ、前記負荷機器に接続された状態とされる。前記制御装置によって前記負荷機器から遮断させる整流蓄電回路として決定された前記整流蓄電回路は、対応する前記発電体に接続された状態であり、且つ、前記負荷機器から遮断された状態とされる。
前記少なくとも3つの整流蓄電回路のうち1つの整流蓄電回路のみと前記負荷機器とを接続すると共に、他の整流蓄電回路と前記負荷機器とを遮断する状態を第一状態と定義する。前記少なくとも3つの整流蓄電回路のうち少なくとも2つの整流蓄電回路を直列に接続しつつ、直列に接続された前記少なくとも2つの整流蓄電回路と前記負荷機器とを接続すると共に、他の整流蓄電回路と前記負荷機器とを遮断する状態を第二状態と定義する。前記切替器は、前記第一状態と前記第二状態とを切替可能である。
そして、前記制御装置は、前記少なくとも3つの整流蓄電回路のそれぞれの出力電圧と前記閾値とを比較して、前記少なくとも3つの整流蓄電回路の出力電圧の何れか1つが前記閾値より大きい場合に、当該出力電圧に対応する1つの整流蓄電回路を、前記負荷機器と接続する前記第一状態に決定することによって、前記印加電圧が前記閾値より高くなるようにする。さらに、前記制御装置は、前記少なくとも3つの整流蓄電回路の出力電圧の全てが前記閾値以下の場合に、前記第二状態に決定することによって、前記印加電圧が前記閾値より高くなるようにする。
ここで、本手段に係る発電システムの好適な実施態様について以下に説明する。すなわち、本手段に係る発電システムは、以下の好適な態様に限定されるものではない。
前記制御装置は、前記印加電圧及び前記閾値に基づいて、前記負荷機器と前記整流蓄電回路とを接続する前記切替器をON/OFFのPWM制御することにより、前記負荷機器に印加する電圧を調整し、さらに、前記印加電圧、前記閾値及びPWM制御におけるONデューティーに基づいて、当該整流蓄電回路を前記負荷機器に接続させ続けるか、当該整流蓄電回路を前記負荷機器から遮断させるかを決定するようにしてもよい。
制御装置は、出力電圧検出器により検出される出力電圧に代えて、ONデューティーを用いることとした。この場合にも、発電システムは、確実に負荷機器に対して所望の電圧を長期間出力できる。
(発電装置の構造)
第一実施形態の発電システム100(図3に示す)は、発電した電力を負荷機器600(図3に示す)に出力する。発電システム100を構成する第一、第二、第三発電装置110a,120a,130aについて、図1および図2を参照して説明する。第一、第二、第三発電装置110a,120a,130aは、振動の入力によって交流電圧を出力する。
次に、上述した第一発電装置110a、第二発電装置120aおよび第三発電装置130aを用いた発電システム100について、図3を参照して説明する。発電システム100は、第一、第二、第三発電回路ユニット110,120,130と、出力電圧検出器210,220,230と、切替器SWと、逆流防止用ダイオード310,320,330と、平滑回路としての平滑用キャパシタ400、印加電圧検出器500とを備える。
切替器SW41〜SW42は、第二倍電圧整流回路120bの負側キャパシタ124の一端の接続対象を切り替える。切替器SW41は、負側キャパシタ124の一端と第三倍電圧整流回路130bの正側キャパシタ133の一端とを接続する状態と遮断する状態とを切り替える。切替器SW42は、負側キャパシタ124の一端と負荷機器600の他端とを接続する状態と遮断する状態とを切り替える。
制御装置700による処理について、図4〜図12を参照して説明する。制御装置700は、出力電圧V1,V2,V3のいずれかが負荷機器600の要求電圧である閾値Vthより大きいか否かを判定する(図4のS1)。条件を満たす場合には(S1:Y)、制御装置700は、V1>V2、且つ、V1>V3を満たすか否かを判定する(図4のS2)。この条件を満たす場合には(S2:Y)、制御装置700は、第一発電回路ユニット110を負荷機器600に接続し、第二、第三発電回路ユニット120,130を負荷機器600から遮断するように、切替器SWを制御する(図4のS3)。
制御装置700は、第一、第二、第三発電回路ユニット110,120,130の何れか1つを負荷機器600に接続する状態(第一状態)、何れか2つを接続する状態(第二状態)、全てを接続する状態(第三状態)を切り替える。制御装置700は、印加電圧Vと各出力電圧V1,V2,V3とに基づいて上記切替を行う。そして、負荷機器600に接続されていない発電回路ユニットは、蓄電に専念する。従って、発電システム100は、出力電圧V1,V2,V3に応じて負荷機器600との接続、遮断を切り替えることにより、負荷機器600に対して所望の電圧を長期間出力できる。
第一実施形態の発電システム100の制御装置700は、印加電圧Vと出力電圧V1,V2,V3とに基づいて、切替器SWを制御した。この他に、制御装置700は、印加電圧VとPWM制御の対象である切替器SW1,SW3,SW5におけるONデューティーとに基づいて、当該整流回路110b,120b,130bを負荷機器600に接続させ続けるか、当該整流回路110b,120b,130bを負荷機器600から遮断させるかを決定することもできる。
第一実施形態においては、振動体12,22,32の振動方向が異なることにより、各発電装置110a,120a,130aが出力する交流電圧が、位相を異にすることとした。この他に、図13に示すように、第一、第二、第三振動体12,22,32の長さが異なるようにする。つまり、第一、第二、第三振動体12,22,32の共振周波数が異なり、結果として、第一、第二、第三振動体12,22,32にそれぞれ取り付けられた第一、第二、第三発電体13,23,33が出力する交流電圧は、位相を異にする。この場合にも、上記同様に、各キャパシタ113,114,123,124,133,134には確実に蓄電可能となる。なお、第一、第二、第三振動体12,22,32の共振周波数を異ならせるためには、第一、第二、第三振動体12,22,32の質量を異なるようにしてもよい。
本実施形態における発電システム100は、図14に示すように、振動可能に支持され、筒状に形成された振動体351を備える。振動体351の外周面において、それぞれ異なる位相の位置に、第一〜第六発電装置を構成する第一〜第六発電体352〜357が設けられる。第一〜第六発電体352〜357は、取り付けられている振動体351の位相に対応する方向の振動によって交流電圧を出力する。この場合、第一〜第六発電装置は、直列に接続可能とする。つまり、第一、第二、第三発電体352,353,354は、位相を異にする交流電圧を出力する。また、第四、第五、第六発電体355,356,357は、位相を異にする交流電圧を出力する。この場合にも、上記同様に、各キャパシタには確実に蓄電可能となる。
なお、本実施形態においては、第一〜第六発電体352〜357は、振動体351の外周面に設けることとしたが、振動体351の内周面に設けてもよい。
上記実施形態においては、第一、第二、第三発電回路ユニット110,120,130の整流回路は、倍電圧整流回路110b,120b,130bとした。この他に、整流回路は、例えば全波整流回路を適用することもできる。また、上記実施形態においては、発電システム100は、3つの発電回路ユニット110,120,130を備えることとしたが、2つの発電回路ユニットを備えるようにしてもよい。
Claims (6)
- 発電した電力を負荷機器に出力する発電システムであって、
固定体と、
先端側が振動するように基端側が前記固定体に固定された1又は2以上の振動体と、
異なる前記振動体の先端側の面にそれぞれ設けられ又は同一の前記振動体の先端側の面のうち異なる位置にそれぞれ設けられ、前記振動体の先端側が振動することに伴って伸縮変形すると共に伸縮変形量に応じた電圧を出力し、それぞれ異なる態様で伸縮変形することによりそれぞれ異なる交流電圧を出力する少なくとも3つの発電体と、
前記少なくとも3つの発電体のそれぞれに常に接続されており、前記少なくとも3つの発電体のそれぞれにより出力される交流電圧をそれぞれ整流して蓄電し、且つ、前記負荷機器に蓄電電圧をそれぞれ出力する少なくとも3つの整流蓄電回路と、
前記少なくとも3つの整流蓄電回路のそれぞれの出力電圧を検出する出力電圧検出器と、
前記少なくとも3つの整流蓄電回路のそれぞれと前記負荷機器とを接続する状態および遮断する状態を切り替える切替器と、
前記負荷機器に印加される電圧を検出する印加電圧検出器と、
前記印加電圧検出器により検出された印加電圧、前記少なくとも3つの整流蓄電回路のそれぞれの出力電圧、及び、前記負荷機器の要求電圧である閾値に基づいて、前記負荷機器に接続又は遮断させる整流蓄電回路を決定し、決定した状態となるように前記切替器を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置によって前記負荷機器に接続させる整流蓄電回路として決定された前記整流蓄電回路は、対応する前記発電体に接続された状態であり、且つ、前記負荷機器に接続された状態とされ、
前記制御装置によって前記負荷機器から遮断させる整流蓄電回路として決定された前記整流蓄電回路は、対応する前記発電体に接続された状態であり、且つ、前記負荷機器から遮断された状態とされ、
前記少なくとも3つの整流蓄電回路のうち1つの整流蓄電回路のみと前記負荷機器とを接続すると共に、他の整流蓄電回路と前記負荷機器とを遮断する状態を第一状態と定義し、
前記少なくとも3つの整流蓄電回路のうち少なくとも2つの整流蓄電回路を直列に接続しつつ、直列に接続された前記少なくとも2つの整流蓄電回路と前記負荷機器とを接続すると共に、他の整流蓄電回路と前記負荷機器とを遮断する状態を第二状態と定義し、
前記切替器は、前記第一状態と前記第二状態とを切替可能であり、
前記制御装置は、
前記少なくとも3つの整流蓄電回路のそれぞれの出力電圧と前記閾値とを比較して、前記少なくとも3つの整流蓄電回路の出力電圧の何れか1つが前記閾値より大きい場合に、当該出力電圧に対応する1つの整流蓄電回路を、前記負荷機器と接続する前記第一状態に決定することによって、前記印加電圧が前記閾値より高くなるようにし、
前記少なくとも3つの整流蓄電回路の出力電圧の全てが前記閾値以下の場合に、前記第二状態に決定することによって、前記印加電圧が前記閾値より高くなるようにする、
発電システム。 - 前記制御装置は、
前記印加電圧及び前記閾値に基づいて、前記負荷機器と前記整流蓄電回路とを接続する前記切替器をON/OFFのPWM制御することにより、前記負荷機器に印加する電圧を調整し、
さらに、前記印加電圧、前記閾値及びPWM制御におけるONデューティーに基づいて、当該整流蓄電回路を前記負荷機器に接続させ続けるか、当該整流蓄電回路を前記負荷機器から遮断させるかを決定する、
請求項1に記載の発電システム。 - 前記発電システムは、さらに、前記負荷機器に並列に接続される平滑回路を備え、
前記印加電圧検出器は、前記平滑回路の両端電圧を検出する、
請求項1または2に記載の発電システム。 - 前記振動体は、
先端側が第一方向に振動する第一振動体と、
先端側が前記第一方向とは異なる第二方向に振動する第二振動体と、
先端側が前記第一方向及び前記第二方向とは異なる第三方向に振動する第三振動体と、を備え、
前記発電体は、
前記第一振動体の先端側の面に設けられ、前記第一振動体の先端側が前記第一方向に振動することに伴って交流電圧を出力する第一発電体と、
前記第二振動体の先端側の面に設けられ、前記第二振動体の先端側が前記第二方向に振動することに伴って交流電圧を出力する第二発電体と、
前記第三振動体の先端側の面に設けられ、前記第三振動体の先端側が前記第三方向に振動することに伴って交流電圧を出力する第三発電体と、を備える、
請求項1〜3の何れか一項に記載の発電システム。 - 前記振動体は、
先端側の振動の共振周波数が第一周波数となる第一振動体と、
先端側の振動の共振周波数が前記第一周波数とは異なる第二周波数となる第二振動体と、
先端側の振動の共振周波数が前記第一周波数及び前記第二周波数とは異なる第三周波数となる第三振動体と、を備え、
前記発電体は、
前記第一振動体の先端側の面に設けられ、前記第一振動体の先端側が振動することに伴って交流電圧を出力する第一発電体と、
前記第二振動体の先端側の面に設けられ、前記第二振動体の先端側が振動することに伴って交流電圧を出力する第二発電体と、
前記第三振動体の先端側の面に設けられ、前記第三振動体の先端側が振動することに伴って交流電圧を出力する第三発電体と、を備える、
請求項1〜3の何れか一項に記載の発電システム。 - 前記振動体は、筒状に形成され、前記筒状の基端側が前記固定体に固定され、前記筒状の先端側が筒軸に直交する少なくとも3つの方向に振動し、
前記発電体は、
前記振動体の先端側の外周面または内周面における前記筒状の周方向の第一位相の位置に設けられ、前記振動体の先端側が前記第一位相に対応する第一方向に振動することに伴って交流電圧を出力する第一発電体と、
前記振動体の先端側の外周面または内周面における前記筒状の周方向のうち前記第一位相とは異なる第二位相の位置に設けられ、前記振動体の先端側が前記第二位相に対応する第二方向に振動することに伴って交流電圧を出力する第二発電体と、
前記振動体の先端側の外周面または内周面における前記筒状の周方向のうち前記第一位相及び前記第二位相とは異なる第三位相の位置に設けられ、前記振動体の先端側が前記第三位相に対応する第三方向に振動することに伴って交流電圧を出力する第三発電体と、を備える、
請求項1〜3の何れか一項に記載の発電システム。
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