JP2014212622A - Power generating system - Google Patents

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原 雅 夫 杉
Masao Sugihara
原 雅 夫 杉
本 博 之 社
Hiroyuki Shamoto
本 博 之 社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generating system with a high ratio (Pin/Pout) of electric power (Pin) stored in a storage battery to electric power (Pout) output from the storage battery.SOLUTION: The power generating system includes: first and second chargeable batteries that supply electric power; a first switching section that outputs electric power of either of the first battery or the second battery; a motor that receives electric power of either of the first battery or the second battery output from the first switching section for operation; a power generation section that converts kinetic energy into electrical energy of the motor for generation of electric power; and a second switching section that supplies electric power from the power generation section to either of the first battery or the second battery.

Description

本発明は、発電システムに関する。   The present invention relates to a power generation system.

従来、フライホイールを用いた発電装置では、フライホイールが余剰な（あるいは再生成された）電気エネルギーを回転体の運動エネルギーとして貯蔵し、発電機がこのフライホイールの運動エネルギーを電力エネルギーに変換して、蓄電池を充電する。蓄電池に蓄積された電力エネルギーは、負荷の消費電力として再利用され得る。   Conventionally, in a power generator using a flywheel, the flywheel stores surplus (or regenerated) electrical energy as kinetic energy of the rotating body, and the generator converts the kinetic energy of the flywheel into electric energy. And charge the storage battery. The power energy stored in the storage battery can be reused as the power consumption of the load.

米国特許第６９５８５６４号明細書US Pat. No. 6,958,564 米国特許第６８３７０８５号明細書US Pat. No. 6,833,085 米国特許第６１１１３２９号明細書US Pat. No. 6,111,329

蓄電池へ蓄積される電力（Ｐｉｎ）と蓄電池から出力される電力（Ｐｏｕｔ）との比率（Ｐｉｎ／Ｐｏｕｔ）（以下、蓄電効率ともいう）を向上させるためには、発電機が効率よく電気エネルギーを発電すること、あるいは、モータの消費電力を低下させること考えられる。しかし、従来の発電装置では、蓄電効率が依然として低いという問題があった。   In order to improve the ratio (Pin / Pout) of power stored in the storage battery (Pin) and power output from the storage battery (Pout) (hereinafter also referred to as storage efficiency), the generator efficiently supplies electrical energy. It is conceivable to generate power or reduce the power consumption of the motor. However, the conventional power generator has a problem that the power storage efficiency is still low.

上記の課題を解決するために、本実施形態による発電システムは、電力を供給する充電可能な第１のバッテリおよび第２のバッテリと、第１のバッテリまたは第２のバッテリのいずれか一方の電力を出力する第１の切替部と、第１の切替部から出力される第１のバッテリまたは第２のバッテリのいずれか一方の電力を受けて動作するモータと、モータの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を生成する発電部と、発電部からの電力を第１のバッテリまたは第２のバッテリのいずれか一方に供給する第２の切替部とを備えている。   In order to solve the above-described problem, the power generation system according to the present embodiment includes a chargeable first battery and a second battery for supplying power, and power of either the first battery or the second battery. A first switching unit that outputs power, a motor that operates by receiving power from either the first battery or the second battery that is output from the first switching unit, and converts the kinetic energy of the motor into electrical energy. A power generation unit that converts and generates power, and a second switching unit that supplies power from the power generation unit to either the first battery or the second battery.

当該発電システムは、第１および第２のバッテリの出力電圧に基づいて第１および第２の切替部を制御するスイッチコントローラをさらに備えてもよい。   The power generation system may further include a switch controller that controls the first and second switching units based on the output voltages of the first and second batteries.

当該発電システムは、第１または第２のバッテリからの直流電力を交流電力に変換するインバータをさらに備えてもよい。   The power generation system may further include an inverter that converts DC power from the first or second battery into AC power.

当該発電システムは、第１の切替部から出力される電力の一部を外部へ出力し、その他の電力をモータへ出力する分電部をさらに備えてもよい。   The power generation system may further include a power distribution unit that outputs part of the power output from the first switching unit to the outside and outputs other power to the motor.

発電部は、モータの回転軸と共通の回転軸を有し、モータが回転軸を回転させることによって発電する第１の発電機および第２の発電機を含んでもよい。   The power generation unit may include a first generator and a second generator that have a rotation shaft that is common to the rotation shaft of the motor and that generates electric power when the motor rotates the rotation shaft.

第１の切替部が第１のバッテリからの電力を出力している場合、第１の切替部は、第１のバッテリの出力電圧が所定値を下回ったときに、第１のバッテリから第２のバッテリへ切替えて、第２のバッテリからの電力を出力し、
第１の切替部が第２のバッテリからの電力を出力している場合、第１の切替部は、第２のバッテリの出力電圧が所定値を下回ったときに、第２のバッテリから第１のバッテリへ切替えて、第１のバッテリからの電力を出力してもよい。 In a case where the first switching unit outputs power from the first battery, the first switching unit outputs the second power from the first battery when the output voltage of the first battery falls below a predetermined value. Switch to the other battery and output the power from the second battery,
When the first switching unit is outputting electric power from the second battery, the first switching unit is configured to output the first battery from the second battery when the output voltage of the second battery falls below a predetermined value. The power from the first battery may be output by switching to the other battery.

第２の切替部が発電部からの電力を第１のバッテリに供給している場合、第２の切替部は、第２のバッテリの出力電圧が所定値を下回ったときに、第１のバッテリから第２のバッテリへ切替えて、発電部からの電力を第２のバッテリに供給し、
第２の切替部が発電部からの電力を第２のバッテリに供給している場合、第２の切替部は、第１のバッテリの出力電圧が所定値を下回ったときに、第２のバッテリから第１のバッテリへ切替えて、発電部からの電力を第１のバッテリに供給してもよい。 When the second switching unit supplies power from the power generation unit to the first battery, the second switching unit is configured such that when the output voltage of the second battery falls below a predetermined value, the first battery To the second battery to supply power from the power generation unit to the second battery,
When the second switching unit supplies power from the power generation unit to the second battery, the second switching unit is configured such that when the output voltage of the first battery falls below a predetermined value, the second battery The first battery may be switched to supply power from the power generation unit to the first battery.

発明の目的Object of the invention

本発明は、蓄電池へ蓄積される電力（Ｐｉｎ）と蓄電池から出力される電力（Ｐｏｕｔ）との比率（Ｐｉｎ／Ｐｏｕｔ）が高い発電システムを提供する。   The present invention provides a power generation system having a high ratio (Pin / Pout) between electric power (Pin) stored in a storage battery and electric power (Pout) output from the storage battery.

本発明に係る実施形態に従った発電システム１００の構成の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of a structure of the electric power generation system 100 according to embodiment which concerns on this invention. 発電システム１００の動作を示すフロー図。The flowchart which shows operation | movement of the electric power generation system 100. FIG. 本実施形態によるモータＭＯＴおよび発電部ＧＥＮの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the motor MOT by this embodiment, and the electric power generation part GEN. 第１および第２の発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２のステータ１０およびロータ２０の構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the stator 10 and the rotor 20 of 1st and 2nd generator GEN1, GEN2.

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment does not limit the present invention.

図１は、本発明に係る実施形態に従った発電システム１００の構成の一例を示すブロック図である。本実施形態による発電システム１００は、第１のバッテリＢＡＴＴ１と、第２のバッテリＢＡＴＴ２と、第１のＤＣ−ＡＣインバータＩＮＶ１と、第２のＤＣ−ＡＣインバータＩＮＶ２と、第１のリレースイッチＲＬＹ１と、第２のリレースイッチＲＬＹ２と、分電盤ＤＳＴと、昇圧トランスＴＲＣと、三相変換器ＣＮＶと、モータＭＯＴと、発電部ＧＥＮと、電圧センサ・切替制御装置ＳＷＣＮＴとを備えている。   FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a power generation system 100 according to an embodiment of the present invention. The power generation system 100 according to the present embodiment includes a first battery BATT1, a second battery BATT2, a first DC-AC inverter INV1, a second DC-AC inverter INV2, and a first relay switch RLY1. The second relay switch RLY2, the distribution board DST, the step-up transformer TRC, the three-phase converter CNV, the motor MOT, the power generation unit GEN, and the voltage sensor / switching control device SWCNT are provided.

第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２は、モータＭＯＴおよび負荷に対して電力を供給することができ、かつ、発電部ＧＥＮからの電力を充電することができるように構成されている。第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２は、それぞれ、例えば、直流１２ボルトの充電可能なバッテリ、あるいは、このようなバッテリを複数個直列または並列に接続して構成されたバッテリ群であってもよい。第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２がそれぞれ複数のバッテリから成るバッテリ群である場合、第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２は、それぞれ、２４ボルトや４８ボルトの直流電圧を生成することができる。例えば、本実施形態による第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２は、それぞれ、１２ボルトのバッテリを４個直列に接続した４８ボルトのバッテリ群でもよい。   The first and second batteries BATT1 and BATT2 are configured to be able to supply power to the motor MOT and the load, and to charge power from the power generation unit GEN. Each of the first and second batteries BATT1 and BATT2 may be, for example, a DC 12 volt rechargeable battery, or a battery group configured by connecting a plurality of such batteries in series or in parallel. Good. When the first and second batteries BATT1 and BATT2 are each a battery group composed of a plurality of batteries, the first and second batteries BATT1 and BATT2 can generate DC voltages of 24 volts and 48 volts, respectively. it can. For example, the first and second batteries BATT1 and BATT2 according to the present embodiment may be a 48-volt battery group in which four 12-volt batteries are connected in series.

第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２は、互いに同じ出力電圧および容量を有するバッテリであってもよい。また、第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２は、互いに異なる容量を有するバッテリであってもよい。   The first and second batteries BATT1, BATT2 may be batteries having the same output voltage and capacity. Further, the first and second batteries BATT1, BATT2 may be batteries having different capacities.

第１のＤＣ−ＡＣインバータＩＮＶ１は、第１のバッテリＢＡＴＴ１と第１のリレースイッチＲＬＹ１との間に接続されており、第１のバッテリＢＡＴＴ１からの直流電力を交流電力（例えば、ＡＣ１００Ｖ）に変換する。第２のＤＣ−ＡＣインバータＩＮＶ２は、第２のバッテリＢＡＴＴ２と第１のリレースイッチＲＬＹ１との間に接続されており、第２のバッテリＢＡＴＴ２からの直流電力を交流電力（例えば、ＡＣ１００Ｖ）に変換する。   The first DC-AC inverter INV1 is connected between the first battery BATT1 and the first relay switch RLY1, and converts DC power from the first battery BATT1 into AC power (for example, AC100V). To do. The second DC-AC inverter INV2 is connected between the second battery BATT2 and the first relay switch RLY1, and converts DC power from the second battery BATT2 into AC power (for example, AC100V). To do.

第１のリレースイッチＲＬＹ１は、第１および第２のＤＣ−ＡＣインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２と分電盤ＤＳＴとの間に接続されており、第１のバッテリＢＡＴＴ１または第２のバッテリＢＡＴＴ２のいずれか一方の電力を負荷側またはモータＭＯＴ側へ出力する。即ち、第１のリレースイッチＲＬＹ１は、第１のバッテリＢＡＴＴ１または第２のバッテリＢＡＴＴ２のいずれか一方の電力を選択的に負荷またはモータＭＯＴへ供給することができるように構成されている。   The first relay switch RLY1 is connected between the first and second DC-AC inverters INV1, INV2 and the distribution board DST, and one of the first battery BATT1 and the second battery BATT2 Is output to the load side or the motor MOT side. That is, the first relay switch RLY1 is configured to be able to selectively supply the power of either the first battery BATT1 or the second battery BATT2 to the load or the motor MOT.

分電盤ＤＳＴは、第１のリレースイッチＲＬＹ１と出力との間、第１のリレースイッチＲＬＹ１と昇圧トランスＴＲＣとの間に接続されており、第１のリレースイッチＲＬＹ１からの電力を負荷側とモータＭＯＴ側とに分配する。即ち、分電盤ＤＳＴは、第１の切替部から出力される電力の一部を負荷へ出力し、その他の電力をモータＭＯＴへ供給する。   The distribution board DST is connected between the first relay switch RLY1 and the output, and between the first relay switch RLY1 and the step-up transformer TRC, and the power from the first relay switch RLY1 is supplied to the load side. Distribute to the motor MOT side. That is, the distribution board DST outputs part of the power output from the first switching unit to the load and supplies the other power to the motor MOT.

負荷は、電力を消費する電気機器であればよく、特に限定しない。例えば、負荷は、屋内または屋外で使用される照明器具や空調装置等でよい。また、負荷は、車両用の照明器具や空調装置等であってもよい。本実施形態では、負荷に接続される出力は、商用電力と同じＡＣ１００ボルトの電力を出力するが、ＡＣ２００ボルトの電力を出力してもよい。   The load is not particularly limited as long as it is an electric device that consumes electric power. For example, the load may be a lighting fixture or an air conditioner used indoors or outdoors. Further, the load may be a vehicle lighting device or an air conditioner. In this embodiment, the output connected to the load outputs the same AC 100 volt power as the commercial power, but may output the AC 200 volt power.

昇圧トランスＴＲＣは、分電盤ＤＳＴからの交流電力を昇圧する。例えば、昇圧トランスＴＲＣは、ＡＣ１００Ｖの電力をＡＣ２００Ｖの電力へ昇圧する。三相変換器ＣＮＶは、昇圧トランスＴＲＣで昇圧された交流電力を、モータＭＯＴで使用することができるように三相交流電力へ変換する。   The step-up transformer TRC boosts AC power from the distribution board DST. For example, the step-up transformer TRC boosts AC 100V power to AC 200V power. The three-phase converter CNV converts the AC power boosted by the step-up transformer TRC into three-phase AC power so that it can be used by the motor MOT.

モータＭＯＴは、三相変換器ＣＮＶと発電部ＧＥＮとの間に接続されており、第１のリレースイッチＲＬＹ１によって選択された第１または第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２のいずれか一方から電力供給を受けて回転軸ＲＯＴを回転させる。モータＭＯＴは、例えば、三相交流電力によって駆動される三相モータである。モータＭＯＴの内部構成は、特に限定しないが、例えば、上記特許文献１〜３に記載されたブラシレスモータと同様の構成でよい。回転軸ＲＯＴの軸受けは、転がり軸受け、すべり軸受け、磁気軸受け等、特に限定しないが、回転抵抗の低い軸受けが好ましい。回転軸ＲＯＴの軸受けは、例えば、超伝導技術を用いた浮遊軸受けであってもよい。これにより、回転軸ＲＯＴの回転抵抗を可及的に低下させることができる。   The motor MOT is connected between the three-phase converter CNV and the power generation unit GEN, and is supplied with power from either the first or second battery BATT1 or BATT2 selected by the first relay switch RLY1. In response, the rotating shaft ROT is rotated. The motor MOT is, for example, a three-phase motor driven by three-phase AC power. Although the internal configuration of the motor MOT is not particularly limited, for example, the same configuration as the brushless motor described in Patent Documents 1 to 3 may be used. The bearing of the rotating shaft ROT is not particularly limited, such as a rolling bearing, a sliding bearing, or a magnetic bearing, but a bearing having a low rotational resistance is preferable. The bearing of the rotating shaft ROT may be, for example, a floating bearing using superconducting technology. Thereby, the rotational resistance of the rotating shaft ROT can be reduced as much as possible.

発電部ＧＥＮは、第１の発電機ＧＥＮ１と第２の発電機ＧＥＮ２とを含み、モータＭＯＴの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。第１および第２の発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２は互いに共通の回転軸ＲＯＴを有し、かつ、第１および第２の発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２の回転軸ＲＯＴはモータＭＯＴの回転軸ＲＯＴと共通である。即ち、モータＭＯＴ、第１および第２の発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２の各回転軸ＲＯＴの中心軸はほぼ一致している。このようにモータＭＯＴの回転軸ＲＯＴが第１および第２の発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２の回転軸ＲＯＴと共通であることにより、回転軸ＲＯＴは、モータＭＯＴの運動エネルギーを高効率で第１および第２の発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２へ伝達することができる。   The power generation unit GEN includes a first generator GEN1 and a second generator GEN2, and converts the kinetic energy of the motor MOT into electrical energy. The first and second generators GEN1 and GEN2 have a common rotation axis ROT, and the rotation axes ROT of the first and second generators GEN1 and GEN2 are the same as the rotation axis ROT of the motor MOT. . That is, the central axes of the rotation axes ROT of the motor MOT and the first and second generators GEN1 and GEN2 substantially coincide with each other. Thus, since the rotation axis ROT of the motor MOT is common to the rotation axes ROT of the first and second generators GEN1 and GEN2, the rotation axis ROT uses the first and first kinetic energy of the motor MOT with high efficiency. Can be transmitted to the two generators GEN1 and GEN2.

第１の発電機ＧＥＮ１および第２の発電機ＧＥＮ２は、モータＭＯＴによって回転する回転軸ＲＯＴの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機である。第１の発電機ＧＥＮ１および第２の発電機ＧＥＮ２の構成については、後述する。   The first generator GEN1 and the second generator GEN2 are generators that convert the kinetic energy of the rotating shaft ROT rotated by the motor MOT into electric energy. The configurations of the first generator GEN1 and the second generator GEN2 will be described later.

第２のリレースイッチＲＬＹ２は、発電部ＧＥＮと第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２との間に接続されている。第２のリレースイッチＲＬＹ２は、発電部ＧＥＮにおいて発電された電気エネルギーを第１のバッテリＢＡＴＴ１または第２のバッテリＢＡＴＴ２のいずれか一方に供給するように構成されている。   The second relay switch RLY2 is connected between the power generation unit GEN and the first and second batteries BATT1, BATT2. The second relay switch RLY2 is configured to supply the electric energy generated in the power generation unit GEN to either the first battery BATT1 or the second battery BATT2.

第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２は、それぞれ蓄電池と充電器とを備えている。充電器が第２のリレースイッチＲＬＹ２からの交流電力を直流電力へ変換して蓄電池へ供給し、蓄電池が充電器からの直流電力を蓄電する。また、蓄電池は、直流電力をインバータＮＶ１、ＩＮＶ２へ出力する。   Each of the first and second batteries BATT1 and BATT2 includes a storage battery and a charger. The charger converts AC power from the second relay switch RLY2 into DC power and supplies it to the storage battery, and the storage battery stores the DC power from the charger. The storage battery also outputs DC power to the inverters NV1 and INV2.

電圧センサ・切替制御装置ＳＷＣＮＴ（以下、スイッチコントローラＳＷＣＮＴと呼ぶ）は、第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２と第１および第２のリレースイッチＲＬＹ１、ＲＬＹ２との間に接続されている。スイッチコントローラＳＷＣＮＴは、電圧センサ部と、切替制御部とを含む。電圧センサ部は、第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２の出力電圧をそれぞれ検出する電圧計でよい。切替制御部は、第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２の出力電圧に応じて第１および第２のリレースイッチＲＬＹ１、ＲＬＹ２の切替えを制御する。スイッチコントローラＳＷＣＮＴは、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）またはＣＰＵ(Central Processing Unit)等の半導体チップで構成することができる。また、スイッチコントローラＳＷＣＮＴは、第１および第２のリレースイッチＲＬＹ１、ＲＬＹ２のいずれか一方またはそれらの両方の内部に組み込まれていてもよい。   Voltage sensor / switching control device SWCNT (hereinafter referred to as switch controller SWCNT) is connected between first and second batteries BATT1, BATT2 and first and second relay switches RLY1, RLY2. The switch controller SWCNT includes a voltage sensor unit and a switching control unit. The voltage sensor unit may be a voltmeter that detects output voltages of the first and second batteries BATT1, BATT2. The switching control unit controls switching of the first and second relay switches RLY1, RLY2 according to the output voltages of the first and second batteries BATT1, BATT2. The switch controller SWCNT can be configured by a semiconductor chip such as a PLC (Programmable Logic Controller) or a CPU (Central Processing Unit). The switch controller SWCNT may be incorporated in one or both of the first and second relay switches RLY1, RLY2.

図２は、発電システム１００の動作を示すフロー図である。以下、図２を参照して、第１および第２のリレースイッチＲＬＹ１、ＲＬＹ２の切替動作について具体的に説明する。   FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the power generation system 100. Hereinafter, the switching operation of the first and second relay switches RLY1, RLY2 will be specifically described with reference to FIG.

（初期状態）
例えば、第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２がともにフル（満充電）である場合、第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２は、ともに所定値（例えば、２４Ｖ）以上の電圧を持続的に出力することができる。従って、この場合、第１および第２のリレースイッチＲＬＹ１、ＲＬＹ２は、第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２のいずれを選択していてもよい。尚、第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２の出力電圧の所定値は、予め設定し、スイッチコントローラＳＷＣＮＴ内部のメモリ（図示せず）に格納しておけばよい。出力電圧の所定値は、例えば、第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２の最大出力電圧の約５０％でよい。また、出力電圧の所定値は、第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２において同一値であってもよい。第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２の出力電圧または容量が互いに相違する場合、出力電圧の所定値は、第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２において互いに相違させてもよい。 (initial state)
For example, when the first and second batteries BATT1 and BATT2 are both full (fully charged), both the first and second batteries BATT1 and BATT2 continuously maintain a voltage equal to or higher than a predetermined value (for example, 24V). Can be output. Therefore, in this case, the first and second relay switches RLY1, RLY2 may select either the first or second battery BATT1, BATT2. The predetermined values of the output voltages of the first and second batteries BATT1, BATT2 may be set in advance and stored in a memory (not shown) inside the switch controller SWCNT. The predetermined value of the output voltage may be about 50% of the maximum output voltage of the first and second batteries BATT1, BATT2, for example. Further, the predetermined value of the output voltage may be the same value in the first and second batteries BATT1 and BATT2. When the output voltages or capacities of the first and second batteries BATT1, BATT2 are different from each other, the predetermined values of the output voltages may be different from each other in the first and second batteries BATT1, BATT2.

第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２がともにフルである場合、例えば、第１および第２のリレースイッチＲＬＹ１、ＲＬＹ２はともに第１のバッテリＢＡＴＴ１を選択する（Ｓ１０）。第１および第２のリレースイッチＲＬＹ１、ＲＬＹ２がともに第１のバッテリＢＡＴＴ１を選択している場合、第１のバッテリＢＡＴＴ１からの出力電力は、負荷およびモータＭＯＴにおいて消費される。一方、発電部ＧＥＮからの電力は、第１のバッテリＢＡＴＴ１へ供給される。第１のバッテリＢＡＴＴ１は、負荷およびモータＭＯＴへ電力を供給しながら、発電部ＧＥＮからの電力を受ける（Ｓ１５）。   When both the first and second batteries BATT1, BATT2 are full, for example, both the first and second relay switches RLY1, RLY2 select the first battery BATT1 (S10). When both the first and second relay switches RLY1, RLY2 select the first battery BATT1, the output power from the first battery BATT1 is consumed in the load and the motor MOT. On the other hand, the electric power from the power generation unit GEN is supplied to the first battery BATT1. The first battery BATT1 receives power from the power generation unit GEN while supplying power to the load and the motor MOT (S15).

（第１のバッテリＢＡＴＴ１の出力電圧が低下した場合）
第１のバッテリＢＡＴＴ１の選択状態を継続した場合、負荷の消費電力にも依存するが、第１のバッテリＢＡＴＴ１の電荷が次第に消費されていく。そして、第１のバッテリＢＡＴＴ１の出力電圧が所定値（例えば、２４Ｖ）を下回った場合（Ｓ２０のＹＥＳ）、スイッチコントローラＳＷＣＮＴは、第２のリレースイッチＲＬＹ２の状態を維持したまま、第１のリレースイッチＲＬＹ１を切り替える。これにより、第１のリレースイッチＲＬＹ１は、第１のバッテリＢＡＴＴ１から第２のバッテリＢＡＴＴ２へ切り替える（Ｓ３０）。第１のリレースイッチＲＬＹ１が第２のバッテリＢＡＴＴ２を選択することによって、フル状態の第２のバッテリＢＡＴＴ２が負荷およびモータＭＯＴへ電力を供給することができる。一方、第２のリレースイッチＲＬＹ２は第１のバッテリＢＡＴＴ１の選択を維持しているので、発電部ＧＥＮからの電力が第１のバッテリＢＡＴＴ１へ引き続き充電される。即ち、フル状態の第２のバッテリＢＡＴＴ２は負荷およびモータＭＯＴへ電力を供給し、尚且つ、エンプティ状態の第１のバッテリＢＡＴＴ１は発電部ＧＥＮから電力を受けて充電される（Ｓ３５）。 (When the output voltage of the first battery BATT1 decreases)
When the selection state of the first battery BATT1 is continued, the electric charge of the first battery BATT1 is gradually consumed, depending on the power consumption of the load. When the output voltage of the first battery BATT1 falls below a predetermined value (for example, 24V) (YES in S20), the switch controller SWCNT maintains the state of the second relay switch RLY2 while maintaining the state of the second relay switch RLY2. Switch RLY1. Thus, the first relay switch RLY1 switches from the first battery BATT1 to the second battery BATT2 (S30). When the first relay switch RLY1 selects the second battery BATT2, the second battery BATT2 in the full state can supply power to the load and the motor MOT. On the other hand, since the second relay switch RLY2 maintains the selection of the first battery BATT1, the power from the power generation unit GEN is continuously charged to the first battery BATT1. That is, the second battery BATT2 in the full state supplies power to the load and the motor MOT, and the first battery BATT1 in the empty state receives power from the power generation unit GEN and is charged (S35).

（第２のバッテリＢＡＴＴ２の出力電圧が低下した場合（第１のシーケンス））
第１のリレースイッチＲＬＹ１が第２のバッテリＢＡＴＴ２を継続的に選択した場合、第２のバッテリＢＡＴＴ２の電荷が次第に消費されていく。そして、第２のバッテリＢＡＴＴ２の出力電圧が所定値を下回った場合（Ｓ４０のＹＥＳ）、スイッチコントローラＳＷＣＮＴは、第１および第２のリレースイッチＲＬＹ１、ＲＬＹ２をともにほぼ同時に切り替える。これにより、第１のリレースイッチＲＬＹ１は、第２のバッテリＢＡＴＴ２から第１のバッテリＢＡＴＴ１へ切り替える。第２のリレースイッチＲＬＹ２は、第１のバッテリＢＡＴＴ１から第２のバッテリＢＡＴＴ２へ切り替える（Ｓ５０）。 (When the output voltage of the second battery BATT2 decreases (first sequence))
When the first relay switch RLY1 continuously selects the second battery BATT2, the charge of the second battery BATT2 is gradually consumed. If the output voltage of the second battery BATT2 falls below a predetermined value (YES in S40), the switch controller SWCNT switches both the first and second relay switches RLY1, RLY2 almost simultaneously. Thereby, the first relay switch RLY1 switches from the second battery BATT2 to the first battery BATT1. The second relay switch RLY2 switches from the first battery BATT1 to the second battery BATT2 (S50).

このとき、第１のバッテリＢＡＴＴ１は、フル状態または或る程度まで充電されている。従って、第１のリレースイッチＲＬＹ１が第１のバッテリＢＡＴＴ１を選択することによって、それまで充電されてきた第１のバッテリＢＡＴＴ１が負荷およびモータＭＯＴへ電力を供給することができる。一方、第２のリレースイッチＲＬＹ２が第２のバッテリＢＡＴＴ２を選択することによって、発電部ＧＥＮからの電力が第２のバッテリＢＡＴＴ２へ充電され得る。即ち、充電後の第１のバッテリＢＡＴＴ１が負荷およびモータＭＯＴへ電力を供給し、尚且つ、エンプティ状態の第２のバッテリＢＡＴＴ２は発電部ＧＥＮからの電力を受け充電される（Ｓ５５）。   At this time, the first battery BATT1 is fully charged or charged to some extent. Therefore, when the first relay switch RLY1 selects the first battery BATT1, the first battery BATT1 that has been charged so far can supply power to the load and the motor MOT. On the other hand, when the second relay switch RLY2 selects the second battery BATT2, the power from the power generation unit GEN can be charged into the second battery BATT2. That is, the charged first battery BATT1 supplies power to the load and the motor MOT, and the empty second battery BATT2 is charged by receiving power from the power generation unit GEN (S55).

（第１のバッテリＢＡＴＴ１の出力電圧が低下した場合（第２のシーケンス））
第１のリレースイッチＲＬＹ１が第１のバッテリＢＡＴＴ１を継続的に選択した場合、第１のバッテリＢＡＴＴ１の電荷が次第に消費されていく。そして、第１のバッテリＢＡＴＴ２の出力電圧が所定値を下回った場合（Ｓ６０のＹＥＳ）、スイッチコントローラＳＷＣＮＴは、第１および第２のリレースイッチＲＬＹ１、ＲＬＹ２を同時に切り替える。これにより、第１のリレースイッチＲＬＹ１は、第１のバッテリＢＡＴＴ１から第２のバッテリＢＡＴＴ２へ切り替える。第２のリレースイッチＲＬＹ２は、第２のバッテリＢＡＴＴ２から第１のバッテリＢＡＴＴ１へ切り替える（Ｓ７０）。 (When the output voltage of the first battery BATT1 decreases (second sequence))
When the first relay switch RLY1 continuously selects the first battery BATT1, the charge of the first battery BATT1 is gradually consumed. When the output voltage of the first battery BATT2 falls below a predetermined value (YES in S60), the switch controller SWCNT switches the first and second relay switches RLY1, RLY2 at the same time. Thus, the first relay switch RLY1 switches from the first battery BATT1 to the second battery BATT2. The second relay switch RLY2 switches from the second battery BATT2 to the first battery BATT1 (S70).

このとき、第２のバッテリＢＡＴＴ２は、フル状態または或る程度まで充電されている。従って、第１のリレースイッチＲＬＹ１が第２のバッテリＢＡＴＴ２を選択することによって、それまで充電されてきた第２のバッテリＢＡＴＴ２が負荷およびモータＭＯＴへ電力を供給することができる。一方、第２のリレースイッチＲＬＹ２が第１のバッテリＢＡＴＴ１を選択することによって、発電部ＧＥＮからの電力が第１のバッテリＢＡＴＴ１へ充電され得る。即ち、充電後の第２のバッテリＢＡＴＴ２が負荷およびモータＭＯＴへ電力を供給し、尚且つ、エンプティ状態の第１のバッテリＢＡＴＴ１は発電部ＧＥＮからの電力を受け充電される（Ｓ７５）。   At this time, the second battery BATT2 is fully charged or charged to some extent. Therefore, when the first relay switch RLY1 selects the second battery BATT2, the second battery BATT2 that has been charged so far can supply power to the load and the motor MOT. On the other hand, when the second relay switch RLY2 selects the first battery BATT1, the power from the power generation unit GEN can be charged to the first battery BATT1. That is, the charged second battery BATT2 supplies power to the load and the motor MOT, and the empty first battery BATT1 is charged by receiving power from the power generation unit GEN (S75).

その後、ステップＳ４０へ戻る。即ち、発電システム１００は、第１のシーケンス（Ｓ４０〜Ｓ５５）および第２のシーケンス（Ｓ６０〜Ｓ７５）を繰り返し実行する。このように、第１および第２のシーケンスを繰り返すことによって、発電システム１００は、充電された一方のバッテリＢＡＴＴ１（またはＢＡＴＴ２）を用いて負荷およびモータＭＯＴへ電力を供給し、尚且つ、放電されたエンプティ状態の他方のバッテリＢＡＴＴ２（またはＢＡＴＴ１）に対して充電することができる。   Then, it returns to step S40. That is, the power generation system 100 repeatedly executes the first sequence (S40 to S55) and the second sequence (S60 to S75). Thus, by repeating the first and second sequences, the power generation system 100 supplies power to the load and the motor MOT using one charged battery BATT1 (or BATT2), and is discharged. The other battery BATT2 (or BATT1) in the empty state can be charged.

このように、本実施形態による発電システム１００は、第１のリレースイッチＲＬＹ１と第２のリレースイッチＲＬＹ２との間に並列に接続された複数のバッテリ（またはバッテリ群）ＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２を備える。そして、第１のリレースイッチＲＬＹ１が電力供給側のバッテリ（ＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２）を切り替え、第２のリレースイッチＲＬＹ２が充電側のバッテリ（ＢＡＴＴ２、ＢＡＴＴ１）を切り替える。これにより、発電部ＧＥＮからの電力は、ほとんど無駄なくバッテリＢＡＴＴ１またはＢＡＴＴ２に充電され、それにより、余剰な電力がほとんど発生しない。   As described above, the power generation system 100 according to the present embodiment includes the plurality of batteries (or battery groups) BATT1 and BATT2 connected in parallel between the first relay switch RLY1 and the second relay switch RLY2. The first relay switch RLY1 switches the power supply side batteries (BATT1, BATT2), and the second relay switch RLY2 switches the charge side batteries (BATT2, BATT1). As a result, the electric power from the power generation unit GEN is charged to the battery BATT1 or BATT2 with little waste, so that almost no excessive electric power is generated.

また、発電システム１００は、充電されたバッテリＢＡＴＴ１（またはＢＡＴＴ２）の出力電圧が所定値に低下するまで、バッテリＢＡＴＴ１（またはＢＡＴＴ２）からの出力電力を継続して使用する。これにより、第１および第２のリレースイッチＲＬＹ１、ＲＬＹ２は、無駄な切替えを行う必要が無く、切替えを最小限に抑えることができる。これは、スイッチコントローラＳＷＣＮＴ、第１および第２のリレースイッチＲＬＹ１、ＲＬＹ２における消費電力を抑制し、かつ、第１および第２のバッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２の寿命を延ばすという効果を有する。   The power generation system 100 continues to use the output power from the battery BATT1 (or BATT2) until the output voltage of the charged battery BATT1 (or BATT2) drops to a predetermined value. As a result, the first and second relay switches RLY1, RLY2 do not need to perform unnecessary switching, and switching can be minimized. This has the effect of suppressing power consumption in the switch controller SWCNT and the first and second relay switches RLY1, RLY2, and extending the lifetime of the first and second batteries BATT1, BATT2.

ここで、蓄電池へ蓄積される電力をＰｉｎとし、蓄電池から出力される電力Ｐｏｕｔとし、これらの比率を蓄電効率（Ｐｉｎ／Ｐｏｕｔ）とする。本実施形態による発電システム１００では、発電部ＧＥＮで発電される電力のほとんどが蓄電池へ蓄積される。このため、本実施形態による発電システム１００の電力Ｐｉｎは非常に高くなる。従って、発電システム１００は、従来の発電装置よりも高い蓄電効率Ｐｉｎ／Ｐｏｕｔを得ることができる。   Here, the power stored in the storage battery is Pin, the power Pout output from the storage battery is the power storage efficiency (Pin / Pout). In the power generation system 100 according to the present embodiment, most of the power generated by the power generation unit GEN is stored in the storage battery. For this reason, the electric power Pin of the electric power generation system 100 by this embodiment becomes very high. Therefore, the power generation system 100 can obtain a higher storage efficiency Pin / Pout than the conventional power generation apparatus.

図３は、本実施形態によるモータＭＯＴおよび発電部ＧＥＮの構成の一例を示す図である。第１の発電機ＧＥＮ１、第２の発電機ＧＥＮ２およびモータＭＯＴの各回転軸ＲＯＴは共通（同軸）である。従って、モータＭＯＴが回転軸ＲＯＴを回転させることによって第１の発電機ＧＥＮ１および第２の発電機ＧＥＮ２は効率良く発電することができる。さらに、第１の発電機ＧＥＮ１および第２の発電機ＧＥＮ２は回転軸ＲＯＴによって連結されており、互いに同一の構成を有している。従って、モータＭＯＴが回転軸ＲＯＴを回転させることによって、第１の発電機ＧＥＮ１および第２の発電機ＧＥＮ２はそれぞれ同一の電力を効率良く出力することができる。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the motor MOT and the power generation unit GEN according to the present embodiment. The rotation axes ROT of the first generator GEN1, the second generator GEN2, and the motor MOT are common (coaxial). Therefore, the first generator GEN1 and the second generator GEN2 can efficiently generate power when the motor MOT rotates the rotary shaft ROT. Furthermore, the first generator GEN1 and the second generator GEN2 are connected by a rotating shaft ROT and have the same configuration. Therefore, when the motor MOT rotates the rotating shaft ROT, the first generator GEN1 and the second generator GEN2 can output the same electric power efficiently.

尚、回転軸ＲＯＴは、一体形成された軸であってもよい。しかし、第１の発電機ＧＥＮ１、第２の発電機ＧＥＮ２およびモータＭＯＴのそれぞれの回転軸は、カップリングＣで結合されることによって共通の回転軸ＲＯＴとして機能してもよい。   The rotating shaft ROT may be an integrally formed shaft. However, the rotation shafts of the first generator GEN1, the second generator GEN2, and the motor MOT may function as a common rotation shaft ROT by being coupled by the coupling C.

図４は、第１および第２の発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２のステータ１０およびロータ２０の構成の一例を示す図である。第１および第２の発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２は、モータＭＯＴと同様に、上記特許文献１〜３に記載されたブラシレスモータの構成と同様でもよい。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the configuration of the stator 10 and the rotor 20 of the first and second generators GEN1 and GEN2. The first and second generators GEN1 and GEN2 may have the same configuration as the brushless motor described in Patent Documents 1 to 3 like the motor MOT.

代替的に、図４に示す第１および第２の発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２は、ロータ２０として２４個の永久磁石ＭＡＧを配置したフライホイールを用いてもよい。永久磁石ＭＡＧは、フライホイールの内側の周囲に均等に配置されている。   Alternatively, the first and second generators GEN 1 and GEN 2 shown in FIG. 4 may use flywheels in which 24 permanent magnets MAG are arranged as the rotor 20. The permanent magnets MAG are evenly arranged around the inside of the flywheel.

ステータ１０は、ロータ２０の内側にロータ２０と対向するように設けられている。ステータ１０は、上記特許文献１〜３に記載されるストリップを有する金属プレートを巻き付けた円筒体（コアレスコイル）と同様の構成である。この場合、コアレスコイルから起電力が得られる。このようなステータ１０に対して２４個の永久磁石ＭＡＧを配置したロータ２０を対向させることによって、本実施形態による第１および第２の発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２は効率的に発電することができる。   The stator 10 is provided inside the rotor 20 so as to face the rotor 20. The stator 10 has the same configuration as a cylindrical body (coreless coil) around which a metal plate having a strip described in Patent Documents 1 to 3 is wound. In this case, an electromotive force is obtained from the coreless coil. The first and second generators GEN1 and GEN2 according to the present embodiment can efficiently generate power by making the rotor 20 in which the 24 permanent magnets MAG are arranged face the stator 10 as described above.

以上の実施形態による発電システムは、バッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２のみで駆動することができる。従って、本実施形態による発電システムは、商用電源の無い屋外において利用価値が高い。また、石油やガソリンなどの化石燃料を用いないので、環境に良い。さらに、本実施形態は、バッテリＢＡＴＴ１、ＢＡＴＴ２のみで駆動しているので、乗用車に適用することもできる。   The power generation system according to the above embodiment can be driven only by the batteries BATT1 and BATT2. Therefore, the power generation system according to the present embodiment has high utility value outdoors without a commercial power source. In addition, since fossil fuels such as oil and gasoline are not used, it is good for the environment. Furthermore, since this embodiment is driven only by the batteries BATT1 and BATT2, it can also be applied to passenger cars.

上記実施形態に係る発電システムは、超伝導フライホイールと組み合わせることもできる。   The power generation system according to the above embodiment can be combined with a superconducting flywheel.

１００…発電システム
ＢＡＴＴ１…第１のバッテリ
ＢＡＴＴ２…第２のバッテリ
ＩＮＶ１…第１のＤＣ−ＡＣインバータ
ＩＮＶ２…第２のＤＣ−ＡＣインバータ
ＲＬＹ１…第１のリレースイッチ
ＲＬＹ２…第２のリレースイッチ
ＤＳＴ…分電盤
ＴＲＣ…昇圧トランス
ＣＮＶ…三相変換器
ＭＯＴ…モータ
ＧＥＮ…発電部
ＳＷＣＮＴ…スイッチコントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Power generation system BATT1 ... 1st battery BATT2 ... 2nd battery INV1 ... 1st DC-AC inverter INV2 ... 2nd DC-AC inverter RLY1 ... 1st relay switch RLY2 ... 2nd relay switch DST ... Distribution board TRC ... Step-up transformer CNV ... Three-phase converter MOT ... Motor GEN ... Power generation unit SWCNT ... Switch controller

Claims (7)

電力を供給する充電可能な第１のバッテリおよび第２のバッテリと、
前記第１のバッテリまたは前記第２のバッテリのいずれか一方の電力を出力する第１の切替部と、
前記第１の切替部から出力される前記第１のバッテリまたは前記第２のバッテリのいずれか一方の電力を受けて動作するモータと、
前記モータの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を生成する発電部と、
前記発電部からの電力を前記第１のバッテリまたは前記第２のバッテリのいずれか一方に供給する第２の切替部とを備えた発電システム。 A rechargeable first battery and a second battery for supplying power;
A first switching unit that outputs electric power of either the first battery or the second battery;
A motor that operates by receiving power from either the first battery or the second battery output from the first switching unit;
A power generation unit that generates electric power by converting kinetic energy of the motor into electrical energy; and
A power generation system comprising: a second switching unit that supplies power from the power generation unit to either the first battery or the second battery. 前記第１および前記第２のバッテリの出力電圧に基づいて前記第１および前記第２の切替部を制御するスイッチコントローラをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 1, further comprising a switch controller that controls the first and second switching units based on output voltages of the first and second batteries. 前記第１または前記第２のバッテリからの直流電力を交流電力に変換するインバータをさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 1, further comprising an inverter that converts direct current power from the first or second battery into alternating current power. 前記第１の切替部から出力される電力の一部を外部へ出力し、その他の電力を前記モータへ出力する分電部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発電システム。   4. The power distribution device according to claim 1, further comprising a power distribution unit that outputs a part of the power output from the first switching unit to the outside and outputs other power to the motor. The power generation system according to claim 1. 前記発電部は、前記モータの回転軸と共通の回転軸を有し、前記モータが回転軸を回転させることによって発電する第１の発電機および第２の発電機を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発電システム。   The power generation section includes a first generator and a second generator that have a rotation shaft that is common to the rotation shaft of the motor and that generates electric power when the motor rotates the rotation shaft. The power generation system according to any one of claims 1 to 4. 前記第１の切替部が前記第１のバッテリからの電力を出力している場合、前記第１の切替部は、前記第１のバッテリの出力電圧が所定値を下回ったときに、前記第１のバッテリから前記第２のバッテリへ切替えて、前記第２のバッテリからの電力を出力し、
前記第１の切替部が前記第２のバッテリからの電力を出力している場合、前記第１の切替部は、前記第２のバッテリの出力電圧が所定値を下回ったときに、前記第２のバッテリから前記第１のバッテリへ切替えて、前記第１のバッテリからの電力を出力することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発電システム。 When the first switching unit is outputting electric power from the first battery, the first switching unit is configured such that when the output voltage of the first battery falls below a predetermined value, the first switching unit Switching from the second battery to the second battery to output power from the second battery,
When the first switching unit is outputting electric power from the second battery, the first switching unit is configured such that when the output voltage of the second battery falls below a predetermined value, the second switching unit 6. The power generation system according to claim 1, wherein the first battery is switched to the first battery to output electric power from the first battery. 前記第２の切替部が前記発電部からの電力を前記第１のバッテリに供給している場合、前記第２の切替部は、前記第２のバッテリの出力電圧が所定値を下回ったときに、前記第１のバッテリから前記第２のバッテリへ切替えて、前記発電部からの電力を前記第２のバッテリに供給し、
前記第２の切替部が前記発電部からの電力を前記第２のバッテリに供給している場合、前記第２の切替部は、前記第１のバッテリの出力電圧が所定値を下回ったときに、前記第２のバッテリから前記第１のバッテリへ切替えて、前記発電部からの電力を前記第１のバッテリに供給することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発電システム。 When the second switching unit supplies power from the power generation unit to the first battery, the second switching unit is configured such that when the output voltage of the second battery falls below a predetermined value. Switching from the first battery to the second battery to supply power from the power generation unit to the second battery;
When the second switching unit supplies power from the power generation unit to the second battery, the second switching unit is configured such that when the output voltage of the first battery falls below a predetermined value. The switch from the second battery to the first battery is performed to supply power from the power generation unit to the first battery. Power generation system.
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