JPH0566718U - 太陽電池を備えるモーター駆動システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低照度で起動して、回転速度を速くする。 【構成】 複数の太陽電池１で直接にモーター２が駆動
される。太陽電池１とモーター２との間に、複数の太陽
電池１の接続を並列と直列とに切り換える並列−直列切
換回路３が接続されている。低照度のときには太陽電池
１を並列に接続してモーター２を駆動し、起動した後に
太陽電池１を直列に接続して回転速度を高くする。 【効果】 複数の太陽電池１を並列に接続して起動する
ので、起動時の照度を低くできる。太陽電池１を直列に
接続してモーター２の回転を高くできる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、複数の太陽電池で直接にモーターを駆動するシステムに関し、と くに、回転可能時間を長くできるとともに、高速回転できるモーター駆動システ ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】

太陽電池で直接にモーターを駆動するシステムは、電源を必要とせず便利に使 用できる。電源でモーターを駆動するシステムは、太陽電池の出力が弱いとき、 すなわち、低照度のときにはモーターを駆動できない。それは、太陽電池の出力 電流が、照度に比例するからである。太陽電池から供給される電力でモーターを 駆動するシステムは、低照度でモーターを駆動することが大切である。それは、 駆動時間を長くできるからである。図１は、一日の照度の変化を示している。朝 から昼になるにしたがって照度が高くなり、昼から夕方には照度が低下する。い ま仮に、１０ｋＬｘでモーターを回転できるシステムと、２０ｋＬｘで回転でき るシステムとがあると、低照度でモーターを駆動できるシステムは、より長い時 間モーターを回転できることになる。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

太陽電池がＤＣモーターを直接駆動する特性を図２に示している。この図にお いて、曲線Ｈは太陽電池の電流−電圧特性を示している。また、直線Ｎはモータ ーの電圧−電流特性を示し、直線Ｏは回転数を示している。この図に示すように 、モーターを太陽電池で直接駆動すると、動作点はＫ点からＬ点に移動して回転 される。この時の照度をモーターの起動最低照度とすると、これよりも照度が低 下すると電流が少なくなって駆動できなくなる。太陽電池の出力電流は、面積に 比例するので、太陽電池の面積を２倍にすると、起動照度を半分にできる。いい かえると、モーターの起動照度を１／２に低下するには、太陽電池の出力電流を ２倍に、すなわち太陽電池１セルの面積を２倍にする必要がある。この時太陽電 池の外径サイズがあらかじめ決められていた場合、１セル当りの面積を２倍にす ると、逆にセル段数は１／２になる。

【０００４】 セル面積を２倍としてセルの段数を１／２とした太陽電池の電流−電圧特性を 図３に示している。この図に示すように、セルの面積を２倍にすると、太陽電池 の出力電流が２倍となるので、モーターは図２に示す状態に比較して１／２の照 度から回転を始めることができる。しかしながら、セル段数が１／２に減るので 、回転数は大きく減少する。

【０００５】 従って、１日におけるモーターの回転時間を長くするためには、低い照度から モーターを起動させることが必要でセルの面積を大きくする必要があるが、昼間 にモーターの回転数を高くするためには、１セルの外形を小さくして直列に接続 する段数を多くすることが要求される。すなわち、モーターの回転数を落とすこ となく低い照度からモーターを回転させるためには、太陽電池の外径サイズを大 きく設計せざるを得なかった。しかし、あらかじめその外径サイズが定められて おって、低い照度からモーターを回転させるには、回転数を低くせざるを得ず、 回転数を多く必要とするならば、モーターの起動照度を高く設定しなければなら ない欠点があった。

【０００６】 この考案は、この欠点を解決することを目的に開発されたもので、この考案の 重要な目的は、低照度で起動できるにもかかわらず、回転数を高くできる太陽電 池を備えるモーター駆動システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この考案のモーター駆動システムは、前述の目的を達成するために、下記の構 成を備えている。すなわち、この考案のモーター駆動システムは、複数の太陽電 池で直接にモーターを駆動するモーター駆動システムを改良したものである。太 陽電池１とモーター２との間には、複数の太陽電池１の接続を、並列と直列とに 切り換える並列−直列切換回路３を接続している。低照度のときは、太陽電池１ を並列に接続してモーター２の供給電流を大きくして低照度で起動し、起動され た後は、直接に接続してモーター２の供給電圧を高くして高回転するように構成 されている。

【０００８】 この考案のモーター駆動システムは、あらかじめ太陽電池の外径サイズが定め られている構造に特に有効である。また、太陽電池をより小さく設計したい場合 にも有効である。

【０００９】 例えば、ｎ個の同一サイズ、同一セル段数の太陽電池と、モーターとの間に接 続された並列−直列切換回路を切り換えて、停止するモーターを起動するときに は、太陽電池を並列に、モーターの回転を検知した後は、自動的に直列に切り換 えることによって、高速回転する。

【００１０】 この構造のモーター駆動システムは、ｎ個分と同一外径サイズ、同一セル段数 の太陽電池でモーターを回転させる場合に比べると、１−１／ｎの低照度でモー ターを回転させることができる。又起動照度が同じでよければｎ個分の外径サイ ズを、１−１／ｎに小さくすることができる。

【００１１】 この考案のモーター駆動システムは、複数の太陽電池を備えている。複数の太 陽電池は、好ましくは、起動時には全てを並列に接続し、高速回転時には全てを 直接に接続するものである。ただ、この考案は、太陽電池の接続状態をこの状態 に限定するものではない。例えば、図４に示すように６個の太陽電池１を、起動 時には３個を直列に接続したものを、並列に接続し、高速回転時には６個を直列 に接続することも可能である。また、２個を直列に接続したものを並列に接続す ることも可能である。

【００１２】

【作用】

この考案のモーター駆動システムの動作原理を図５と図６とに基づいて説明す る。図６は図５に比較して照度が１／２の時の状態を示している。これ等の図に おいて、曲線ＨhとはＨLとは並列接続した太陽電池１の電流−電圧特性を示して いる。また、曲線Ｈh’とＨL’とは太陽電池１を直列接続したときに電流−電圧 特性を示している。直線Ｎはモーターの電圧−電流特性を示し、直線Ｏは回転数 を示している。

【００１３】 照度が高いときには、図５に示すように、モーターの動作点は、Ｋ点からＬ点 に移動して起動される。この状態においては、照度が充分にあって、太陽電池の 出力電流はモーターを起動できるに充分であるから、直列であっても、並列であ っても起動できる。直列接続の状態において、モーターの回転数はＭ点となり、 高速回転される。太陽電池を並列に接続すると、曲線Ｈhで示すように、モータ ーの最小起動点であるＫ点よりも出力電流が極めて高く、確実にモーターを起動 する。ただ、太陽電池を並列に接続した状態では、出力電圧が低く、モーターの 回転数はＭ’点となって遅くなる。

【００１４】 照度が１／２になると、図６に示すように、太陽電池を直列に接続した状態で は起動できなくなる。それは、直列接続の太陽電池の電流−電圧特性を示す曲線 ＨL’が、モーターの起動点であるＫ点よりも低くなり、出力電流が不足するか らである。このとき、太陽電池を並列に接続すると、曲線ＨLで示すように太陽 電池の出力電流がＫ点に達し停止するモーターを起動できる。モーターが起動し た後に、並列から直列に切り換えると、動作点はＬLからＬL’点に移動し、回転 数がＭL点からＭL’点に移動して高くなる。

【００１５】 このように、この考案のモーター駆動システムは、低照度でモーターを起動で きると共に、高速回転できるので、システムの設計上又はコスト面から太陽電池 の外径サイズ（面積）をより小さくしなければならない場合、又外形サイズが定 められていてより低い照度からモーターを回転させなければならない場合に非常 に有効であり、ｎ＝２の時、すなわち２個の同一サイズ同一セル段数すなわち同 一の太陽電池を用いた時、最もモーターの低照度起動又は、外形サイズの縮小化 に有効となる。

【００１６】

【実施例】

以下、この考案の実施例を図面に基づいて説明する。但し、以下に示す実施例 は、この考案の技術思想を具体化するためのモーター駆動システムを例示するも のであって、この考案の駆動システムは、構成部品の材質、形状、構造、配置を 下記の構造に特定するものでない。この考案の駆動システムは、実用新案登録請 求の範囲に於て、種々の変更を加えることができる。

【００１７】 更に、この明細書は、実用新案登録請求の範囲を理解し易いように、実施例に 示される部材に対応する番号を、「実用新案登録請求の範囲」、および「課題を 解決する為の手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、実用新案登録請 求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

【００１８】 図７に示す太陽電池を備えるモーター駆動システムは、２個の同一サイズ、同 一特性の太陽電池１を、並列−直列切換回路３を介してモーター２に連結してい る。並列−直列切換回路３は、回転センサー４に制御されて、太陽電池１の接続 を並列と直列とに切り換える。

【００１９】 初期状態では、並列−直列切換回路３によって、２個の太陽電池１は、図８に 示すように並列に接続されてモーター２も回転していない。太陽電池１を設置す る位置の照度が次第に高くなって、太陽電池１の出力特性がモーター２の起動特 性値に達したところで、モーター２は回転し始める。モーター２が回転すると、 回転センサー４がこのことを検出してオン信号を並列−直列切換回路３に出力す る。この信号で並列−直列切換回路３は、２個の太陽電池１を、図９に示すよう に、直列に切り換える。

【００２０】 太陽電池１を照射する照度が低下して、モーター２の回転が停止すると、回転 センサー４はオフ信号を並列−直列切換回路３に出力する。並列−直列切換回路 ３はこの信号によって、２個の太陽電池１の接続を直列から並列に切り換える。

【００２１】 並列−直列切換回路３は、回転センサー４からのオンオフ信号で、太陽電池１ の接続を直列と並列とに切り換えることができる全ての回路を使用できる。図１ ０に示す並列−直列切換回路３は、３個のスイッチＳＷ1、ＳＷ2、ＳＷ3を備え ている。スイッチＳＷ1、ＳＷ2、ＳＷ3は互いに連動する。スイッチＳＷ1がオン のとき、スイッチＳＷ2、ＳＷ3はオフ、スイッチＳＷ1がオフのとき、スイッチ ＳＷ2、ＳＷ3はオンに制御される。スイッチＳＷ1がオン、スイッチＳＷ2とＳＷ 3とがオフの状態で、２個の太陽電池１は直列に接続される。スイッチＳＷ1がオ フで、スイッチＳＷ2とＳＷ3とがオンの状態で、太陽電池１は並列に接続される 。スイッチには例えば３回路のリレーが使用できる。リレーは、スイッチＳＷ1 をノーマルオープン、スイッチＳＷ2とＳＷ3とをノーマルクローズ側の接点とし 、回転センサー４のオン信号でコイルを励磁する。また、スイッチＳＷ1、ＳＷ2 、ＳＷ3には、ＳＣＲ、トランジスター、ＦＥＴ等の半導体のスイッチング素子 も使用できる。

【００２２】 回転センサー４は、モーター２の回転を検出し、モーター２が回転されるとオ ン、回転が停止されるとオフを信号を並列−直列切換回路３に出力する全てのも のを使用できる。回転センサー４は、例えば、下記の〜の方式でモーター２ の回転を検出することができる。 モーターの両端の電圧を検出してモーターの回転を検出する方式 モーターの回転によって発生する磁界の変動を検出する方式 別の太陽電池でもって、モーターを起動できる照度を検出する方式 モーターが回転すると振動するので、モーターの振動を検出する方式

【００２３】 この考案のモーター駆動システムは、複数である太陽電池の数を２個に特定し ない。例えば、図１１に示すように、３個の太陽電池１を直列、並列に切り換え ることも可能であり、また、図１２に示すように２個のセルを直列に接続した太 陽電池１を、直列と並列とに切り換えることも可能である。

【００２４】

【考案の効果】

２個の太陽電池を装備するモーター駆動システムは、各太陽電池を並列に接続 すると、直列にした場合に比べて出力電流を２倍にできる。このため、２個の太 陽電池を並列に接続することによって、直列の場合の１／２の照度でモーターを 起動できる。ただ、並列接続された太陽電池では出力電圧が低く、モーターの回 転速度が遅くなる。この考案の駆動システムは、モーターを起動した後に、太陽 電池の接続を並列から直列に切り換えることによってモーターの回転速度を高く している。このため、この考案の太陽電池を備えるモーター駆動システムは、限 られた面積の太陽電池を使用して、低照度でモーターを起動でき、これによって 、１日の回転時間を延長することができ、さらに、起動後には直列接続すること によって回転速度を速くできる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一日の照度の変化を示すグラフであって横軸に
時間を縦軸に照度を表している

【図２】太陽電池がＤＣモーターを直接駆動する特性を
示すグラフ

【図３】セル面積を２倍としてセルの段数を１／２とし
た太陽電池の電流−電圧特性を示すグラフ

【図４】６個の太陽電池を示す平面図

【図５】この考案の一実施例を示すモーター駆動システ
ムの動作原理を示すグラフ

【図６】図５に比較して照度が半分になった状態を示す
グラフ

【図７】この考案の一実施例を示すモーター駆動システ
ムの回路図

【図８】２個の太陽電池を並列に接続する状態を示す回
路図

【図９】２個の太陽電池を直列に接続する状態を示す回
路図

【図１０】並列−直列切換回路の一例を示す回路図

【図１１】３個の太陽電池を有するモーター駆動システ
ムの回路図

【図１２】２個のセルを直列に接続した太陽電池を有す
るモーター駆動システムの回路図

【符号の説明】

１…太陽電池 ２…モーター ３…並列−直列切換回路 ４…回転センサー

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の太陽電池(1)で直接にモーター(2)
   を駆動するモーター駆動システムにおいて、太陽電池
   (1)とモーター(2)との間に、複数の太陽電池(1)の接続
   を並列と直列とに切り換える並列−直列切換回路(3)を
   接続し、低照度のときには太陽電池(1)を並列に接続し
   てモーター(2)を駆動し、モーターが回転した状態では
   太陽電池(1)を直列に接続するように構成されたことを
   特徴とする太陽電池を備えるモーター駆動システム。