JP6836430B2 - 発電システム - Google Patents
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Description
(第1の実施形態)
第1の実施形態について説明する。図1は第1の実施形態の振動発電システム1の機能ブロック図である。
振動発電システム1は、振動発電機10,整流・平滑回路20,コンバータ30,電圧計測部40,リファレンス出力部51,比較器60,およびスイッチ70を備える。
振動発電機10は、振動のエネルギー(機械エネルギー)を交流電力に変換して出力する。振動発電機10は、ケース11、振動子12、コイル13、コイル固定部材14、弾性部材15を備える。
ヨーク12fは、中空の略円柱形状であり、磁石12a〜12cとヨーク12g、12hを囲う。ヨーク12fの上部中央は、弾性部材15に接続されている。
磁石12aと磁石12bはそれぞれ、ヨーク12g側のN極を有する。この結果、磁石12a、12bそれぞれから、互いに反発する磁束が生じる。
なお、本実施形態において、振動発電機10を発電機一般(機械エネルギー一般を交流電力に変換する)に換えてもよい。
電圧検出部41は、振動発電機10から出力される交流電圧を検出する。すなわち電圧検出部41は、振動発電機10から出力される交流電力の電圧そのもの、あるいは電圧値を表す信号を出力する。
平均化フィルタ42は、電圧検出部41から出力される交流電圧を平均化し、その平均値(平均電圧Va)を求める。この平均化は、ハードウェア、ソフトウェアのいずれで実現してもよい。
なお、インピーダンスは、後述のように平均電圧、平均電流から求められるため、一種の平均値(RMS値)と考えることができる。
しかし,振動発電機に接続する電気回路に平滑回路(蓄電回路)が含まれる場合,平滑回路への充電に伴いインピーダンスが大きく変化する。この結果、振動発電機10から効率よく電力を取り出すことが困難となる。
第2の実施形態について説明する。図8は、第2の実施形態の振動発電システム1の機能ブロック図である。
図8に示すように,本実施形態では,電圧計測部40(電圧検出部41)が整流・平滑回路20から出力される電圧を測定(検出)する点が、第1の実施形態と異なる。その他の構成については,第1の実施形態と同様である。
電圧検出部41が、整流・平滑回路20から出力される平滑化された電圧(DC)を検出するため,平均化フィルタが不要となる。このため、構成が簡略化され、かつ電力消費を低減できる。
第3の実施形態ついて説明する。図9は、第3の実施形態の振動発電システム1の機能ブロック図である。
インピーダンスと平均電圧の対応関係は,データベースであってもよいし,統計モデルや数理モデルであってもよい。なお,統計モデルや数理モデルは厳密である必要はなく,平均的または近似的に表現したものであってもよい。
第4の実施形態ついて説明する。図10は第4の実施形態の振動発電システム1の機能ブロック図である。図11は、加速度振幅、インピーダンス、および電圧の対応関係の一例を表すグラフである。
この対応関係はデータベースであっても良いし,統計モデルや数理モデルであってもよい。なお,統計モデルや数理モデルは厳密である必要はなく,平均的または近似的に表現したものであってもよい。
振幅算出部83は,測定した加速度の振幅(平均振幅)Aを算出する。
対応関係導出部84は,振幅算出部83から出力される加速度振幅Aと対応関係記憶部81に記憶される対応関係に基づき、測定された加速度振幅AにおけるインピーダンスZと平均電圧Vaの対応関係を求める。
本実施形態によると,環境振動の振幅Aに応じて、インピーダンスZと平均電圧Vaの対応関係が変化する場合であっても,高効率に電力を取り出すことができる。
第5の実施形態について図12と図13を参照して説明する。図12は第5の実施形態の振動発電システム1の機能ブロック図である。図13は、加速度の周波数特性のQ値と適正インピーダンスの対応関係を表すグラフである。
加速度の周波数特性のQ値と適正インピーダンスの対応関係はデータベースであってもよいし,統計モデルや数理モデルであってもよい。なお,統計モデルや数理モデルは厳密である必要はなく,平均的または近似的に表現したものであってもよい。
Q=f0/Δf …… 式(1)
ここで,f0は加速度振幅がピークのときの周波数であり,Δfはピーク値より3dB下がった加速度振幅での周波数幅である。
Q値算出部87は、加速度の周波数特性から、周波数f0,周波数幅Δfを求め、さらに式(1)に基づいて、加速度の周波数特性のQ値を算出する。
本実施形態によると,環境振動の加速度周波数特性のQ値に対応して、適正インピーダンスが変化する場合であっても,高効率に電力を取り出すことができる。
第6の実施形態について図14と図15を参照して説明する。図14は第6の実施形態の振動発電システム1の機能ブロック図である。図15は加速度振幅A、加速度の周波数特性のQ値、インピーダンスZ,平均電圧Vaの対応関係を表すグラフである。
本実施形態によると,加速度振幅AおよびQ値に応じて,適正インピーダンスZrが変化する場合であっても、高効率に電力を取り出すことができる。
第7の実施形態について図16と図17を参照して説明する。図16は第7の実施形態の振動発電システム1の機能ブロック図である。図17は第7の実施形態の振動発電システム1の動作手順を表すフローチャートである。
インピーダンス測定部93は、整流・平滑回路20のインピーダンスZを計測して出力する。
インピーダンス測定部93は、電圧検出部41,平均化フィルタ42,電流検出部43,平均化フィルタ44,除算器45を有する。
電流検出部43は,振動発電機10から出力される交流電流を検出する。すなわち電流検出部43は、振動発電機10から出力される交流電力の電流そのもの、あるいは電流値を表す信号を出力する。
平均化フィルタ44は、電流検出部43から出力される交流電流を平均化し、その平均値(平均電流Ia)を求める。この平均化は、ハードウェア、ソフトウェアのいずれで実現してもよい。
振動発電機10から出力される電圧と電流はともに交流である。交流同士を除算すると,ゼロ割となる区間が生じ,平均的なインピーダンスを算出するには不都合が生じる。そのため,平均化フィルタ42および44により平均化された電圧および電流を除算する。
比較器60は、インピーダンスZがリファレンス・インピーダンスZr以上になったときに出力信号を出力する。
なお、他の実施形態と共通する要素の説明は省略する。
第8の実施形態について説明する。図18は、第8の実施形態の振動発電システム1の機能ブロック図である。
第9の実施形態ついて説明する。図19は第9の実施形態の振動発電システム1の機能ブロック図である。
対応関係記憶部95は、加速度振幅Aと適正インピーダンスZrの対応関係を記憶する。
リファレンス算出部96は,対応関係記憶部53からの加速度振幅Aと適正インピーダンスZrの対応関係と、振幅算出部83からの加速度振幅Aに基づいて,リファレンス・インピーダンスZrを算出する。
他の構成は第4の実施形態と同様なので、説明を省略する。
10 振動発電機
11 ケース
12 振動子
12a〜12c 磁石
12f〜12h ヨーク
13 コイル
14 コイル固定部材
14a コイル支持部
15 弾性部材
20 整流・平滑回路
21 整流回路
22 平滑回路
30 コンバータ
40 電圧計測部
41 電圧検出部
42 平均化フィルタ
43 電流検出部
44 平均化フィルタ
45 除算器
51 リファレンス出力部
52 インピーダンス設定部
53 対応関係記憶部
54 リファレンス算出部
60 比較器
70 スイッチ
81 対応関係記憶部
82 加速度計
83 振幅算出部
84 対応関係導出部
85 対応関係記憶部
86 周波数特性算出部
87 Q値算出部
88 インピーダンス算出部
91 対応関係記憶部
92 対応関係導出部
93 インピーダンス測定部
94 リファレンス出力部
Claims (6)
- 交流電力を出力する発電機と、
前記交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を平滑化する整流・平滑回路と、
前記交流電力の平均電圧または前記平滑化された直流電力の電圧を計測する電圧計測部
と、
前記整流・平滑回路の出力側に配置され、前記計測された電圧が基準電圧以上になった
ときにON状態となるスイッチと、
前記スイッチの出力側に配置され前記スイッチのON状態において前記平滑化された直
流電力を変圧するコンバータと、
前記整流・平滑回路のインピーダンスと前記交流電力の平均電圧の対応関係を記憶する
第1の対応関係記憶部と、
所定のインピーダンスを設定するインピーダンス設定部と、
前記所定のインピーダンスおよび前記対応関係から前記基準電圧を算出するリファレン
ス算出部と、
を具備する発電システム。 - 加速度を計測する加速度計と,
前記計測された加速度の振幅を算出する振幅算出部と,
対応関係導出部と、
をさらに具備し、
前記第1の対応関係記憶部は、さらに加速度の振幅を含めた対応関係を記憶し、
前記対応関係導出部は、前記第1の対応関係記憶部に収納された対応関係から前記整流
・平滑回路のインピーダンスと前記交流電力の平均電圧の対応関係を導出する
請求項1記載の発電システム。 - 前記インピーダンス設定部に代えて、
加速度を計測する加速度計と,
前記計測された加速度の振幅を算出する振幅算出部と,
前記計測された加速度の周波数特性のQ値を算出するQ値算出部と,
加速度の振幅、前記整流・平滑回路のインピーダンス、および前記交流電力の平均電圧
の間の対応関係を記憶する第2の対応関係記憶部と,
加速度の周波数特性のQ値と前記発電機の適正インピーダンスの対応関係を記憶する第
3の対応関係記憶部と,
前記算出された加速度の振幅と前記第2の対応関係記憶部に記憶された前記対応関係か
ら前記整流・平滑回路のインピーダンスと前記交流電力の平均電圧の対応関係を導出する
対応関係導出部と、
前記算出されたQ値と前記第3の対応関係記憶部に収納された前記対応関係から基準イ
ンピーダンスを算出するインピーダンス算出部と,
を具備する請求項1記載の発電システム。 - 前記対応関係導出部は、前記算出された加速度の振幅、前記算出されたQ値、および前
記第2の対応関係から前記整流・平滑回路のインピーダンスと前記交流電力の平均電圧の
対応関係を導出する
請求項3記載の発電システム。 - 交流電力を出力する発電機と,
前記交流電力を直流電力に変換する整流回路と、この直流電力を平滑化する平滑回路と
、を有する整流・平滑回路と,
前記平滑化された直流電力を変圧するコンバータと,
前記整流・平滑回路または前記平滑回路のインピーダンスを計測するインピーダンス計
測部と,
前記整流・平滑回路と前記コンバータの間に配置され、前記計測されたインピーダンス
が基準インピーダンス以上になったときにON状態となるスイッチと,
を具備する発電システム。 - 加速度を計測する加速度計と,
前記計測された加速度の振幅を算出する第1の算出部と,
加速度の振幅と適正インピーダンスの対応関係を記憶する記憶部と,
前記算出された加速度の振幅と前記対応関係から前記基準インピーダンスを算出する第
2の算出部と、
をさらに具備する請求項5に記載の発電システム。
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