(57)【要約】【課題】負荷ありながら電流位相を９０度進相することにより入力電力より大なる出力電力を得る高効率交流単相電源装置を提供する。【解決手段】本交流電源装置はトランスの相互誘導作用とキャパシタによる直列共振作用を利用し負荷がありながら合成電流位相が９０度位相差を保つ回路を構成した。電圧と電流の位相が９０度であれば消費する電力が「０」であるから入力電力を僅少な値となし入力電力より大なる出力電力を得ることが出来る。入力より大なる出力があれば、出力電力と入力電力の差の電力は任意に使用可能である。本発明による電力は燃料を不要とし、環境汚染は全く無く埋蔵量は無限と云える。また地球上、宇宙空間どこでも使用可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーを備え、該バッテリー直流電力を入力とするＤＣ／ＡＣインバータを配し、該インバータと負荷間に位相生成トランスと共振キャパシタを配置し
前記位相生成トランス１次巻線は前記インバータと前記共振キャパシタ及び前記負荷間に直列に接続され、前記位相生成トランス２次巻線は前記共振キャパシタ及び前記負荷と並列接続され、
前記共振キャパシタと前記位相生成トランス１次巻線との直列共振により所定の高効率出力電力を得て、
該出力電力で前記バッテリーに充電し、該充電力を該出力電力から差し引いた電力を前記負荷に供給することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
バッテリーを備え、該バッテリー直流電力を入力とするＤＣ／ＡＣインバータを配し、該インバータと負荷間に電源トランスと位相生成トランスと共振キャパシタを配置し
前記電源トランス巻線はリッツ線で構成され前記位相生成トランス１次巻線は前記電源トランスと前記共振キャパシタ及び前記負荷間に直列に接続され、前記位相生成トランス２次巻線は前記共振キャパシタ及び前記負荷と並列接続され、
前記共振キャパシタと前記位相生成トランス１次巻線との直列共振により所定の高効率出力電力を得て、
該出力電力で前記バッテリーに充電し、該充電電力を該出力電力から差し引いた電力を前記負荷に供給することを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバッテリーの直流電源から交流電源を得るＤＣ／ＡＣインバータの出力を入力電力とし、この入力電力より大なる出力電力を得る交流単相電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術に係る交流単相電源装置は，ＤＣ／ＡＣインバータと位相生成トランスとの間に電源トランスを配していた。該電源トランスは電圧と電流の位相が９０度なので渦電流損により入力電力より大なる出力電力を得る事は困難であった。該電源トランスに損失対策を施すことにより所定の高効率出力を得ることが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−８９３２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は交流回路において電力Ｐ＝Ｖ（電圧）×Ａ（電流）×ｃｏｓθ（位相）で、電圧と電流の位相が９０度であればｃｏｓ９０＝０が故、電力Ｐは「０」である。
本発明ではこの負荷を接続した状態で電圧と電流の位相が９０度になる回路を発明し目的を達成した。一般にインバータ出力にはＬＣフィルター並びに電源トランスを配置するのを常としていた。回路が電流と電圧の位相が９０度の場合、全電力が無効電力となる。該無効電力は電源と負荷間を往復する故、インバータ出力のフィルターＬ並びに電源トランスで渦電流損を生じさせるので入力電力より大なる出力電力を得ることが困難な場合があった。前記フィルターＬ並びに電源トランスを排除し損失発生原因を無くし効率向上に努める一方電源トランスに損失対策を施した。
前記電源トランスを配置する場合は渦電流損失を軽減するため前記電源トランスの巻線にリッツ線を採用しトランス鉄心は鉄損の少ない素材をもちいなければならない。
【０００５】
太陽電池、風力発電など発展途上であるがまだまだ使用量が微少であり安定かつ充分に電力を負荷に供給することは困難であり巨大な蓄電装置の設置など難問がある。本発明はこれらを大きく解決できる要素をもつ提案である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の電源装置は、バッテリーを備え、該バッテリー直流電力を入力とするＤＣ／ＡＣインバータを配し、該インバータと負荷間に位相生成トランスと共振キャパシタを配置し、前記位相生成トランス１次巻線は前記インバータと前記共振キャパシタ及び前記負荷間に直列に接続され、前記位相生成トランス２次巻線は前記共振キャパシタ及び前記負荷と並列接続され、前記共振キャパシタと前記位相生成トランス１次巻線との直列共振により所定の高効率出力電力を得て、該出力電力で前記バッテリーに充電し、該充電力を該出力電力から差し引いた電力を前記負荷に供給することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の電源装置は、バッテリーを備え、該バッテリー直流電力を入力とするＤＣ／ＡＣインバータを配し、該インバータと負荷間に電源トランスと位相生成トランスと共振キャパシタを配置し、前記電源トランス巻線はリッツ線で構成され前記位相生成トランス１次巻線は前記電源トランスと前記共振キャパシタ及び前記負荷間に直列に接続され、前記位相生成トランス２次巻線は前記共振キャパシタ及び前記負荷と並列接続され、前記共振キャパシタと前記位相生成トランス１次巻線との直列共振により所定の高効率出力電力を得て、該出力電力で前記バッテリーに充電し、該充電電力を該出力電力から差し引いた電力を前記負荷に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の効果について述べる。
従来「もらったエネルギーより多くの仕事は出来ない」と云う極めて単純な言葉からこの種の発明は無かった。
本発明は入力電力より大なる出力電力を得る。その量は入力電力の３倍ないし数倍程度になる。勿論回路の改善により損失を極限に小さくして回路の効率倍数を大きくすることが出来る。
【０００９】
本発明により、入力電力より大なる出力電力を容易に得られる。たとえば効率５００％（５倍）に成ったとすれば１００％に相当する出力電力を入力電力に還元し動作を継続させ、その差の電力、即ち５００％−１００％の４００％に相当する電気量は外部にて任意に使用できることは理の当然である。
【００１０】
本発明の電力は無公害、無振動、無雑音であることは当然であるが、なによりも特記すべきは石油等の燃料は必要ないので地球環境には極めて有用であることは論議を要しない。また燃料枯渇の心配もない。
本発明の電力はその埋蔵量は無限であり無料と云うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の１実施例を示す概略回路図
【図２】図１のＥ１、ｉ１リサージュ図で位相差９０度を示す。
【図３】図１のＥ１、ｉ１の波形図でｉ１がＥ１より９０度進み電流を示す。
【図４】図１の位相生成トランスのベクトル図でｉ１が９０度進みを示す。
【図５】本発明の他の１実施例で電源トランスＴ１を配置した概略回路図。
【図６】より高精度の正弦波を発生する１実施例の概略図。
【図７】図６のＥ０なる電圧グラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は発電機として利用するのが基本形態である。バッテリーの直流電源で交流インバータにより交流電源を得る。しかる後本件発明の位相生成トランスにて高効率電力を得てその出力の１部をバッテリーに帰還させて運転を継続させ余裕電力は任意の電力として負荷に利用できる。家庭用電源、工場用電源、そして自動車用エンジン等として利用出来る。自動車の動力源に利用すればガソリン等燃料が不要であり、また充電も不要である。
【実施例１】
【００１３】
本発明の実施例１を図１に示す。図１のバッテリー１でＤＣ／ＡＣインバータ２で交流電源を得てＴの９０度位相生成トランス３の１次線輪Ｌ１、Ｌ２を通して共振キャパシタ４と前記キャパシタ４に並列接続されている負荷５に接続される。前記位相生成トランス３の２次線輪Ｌ３，Ｌ４は前記キャパシタ４と前記負荷５に並列接続される。前記負荷５の両端は本装置の出力であり、該出力の一部を整流器６を通して前記バッテリー１に充電する。該充電に必要な電力以外は前記負荷５に消費される。
【００１４】
図１のＴ位相生成トランス３の二次線輪Ｌ３，Ｌ４は前記キャパシタ４並びに前記負荷５に並列に接続されているので図１の電流ｉ１は電圧Ｅ１より９０度進相の電流となる。図２に図１のＥ１とｉ１のリサージュ図示し、図３には図１のＥ１とｉ１の波形図を示す。前図２と図３から図１の電圧Ｅ１と電流ｉ１が９０度の位相差が確立していることが理解される。
図４のベクトルについて説明する。図１の負荷電流ｉＲはＥ１と同相、キャパシタ電流ｉＣは９０度進み、ｉＲとｉＣの合成電流は図４のＰ点に求めることが出来る。前記位相生成トランス３の２次線輪Ｌ３，Ｌ４に流れる電流の位相は９０度遅れを大きく越え図４のｉＬとなるので合成電流の位相は図４のｉ１になる。図１の電流ｉ１は９０度を保ち本発明を成立させる。
以上の説明の如く図１の電圧Ｅ１と電流ｉ１の位相は９０度を保持する。電流と電圧の位相が９０度である場合、電力Ｐは次式になる。
Ｐ＝Ｅ１（電圧）×ｉ１（電流）×ｃｏｓθ
位相角θが９０度である場合ｃｏｓ９０＝０であるからＰは「０」である
【００１５】
図１及び図４から理解されるようにＰ＝０であっても負荷Ｒには電圧Ｅ１の約９割り以上の電圧Ｅ２が印加されているので負荷電力は前記負荷Ｒ５に消費される。その量は次になる。
Ｐout＝Ｅ２×ｉＲ
一方本装置の入力電力は図１で次に示す。
Ｐin＝Ｅ０×ｉ０
本発明の効率は次式の如くになる。
効率＝Ｐout／Ｐin×１００（％）
本発明では効率が３００％乃至８００％程度になる。勿論この効率値は回路構成並びに周辺技術の進歩により向上するものである。
【００１６】
これは「エネルギー保存則」に矛盾するも電力発生の新たな手段となり得る。
【００１７】
本発明の最終目的は発電機として利用することである。発電機構成を図１で説明する。
図１の１はバッテリー、２はＤＣ／ＡＣインバータで３は本発明の主回路である位相生成トランスである。主回路である位相生成トランス３の出力の一部電力を整流器６で直流としバッテリー１に充電する。理解しやすくするため仮に図１の３である主回路の効率が５００％で出力が２ＫＷとした場合の各部電力を示す。
Ａ点＝４００Ｗ      ＤＣ電力
Ｂ点＝４００Ｗ      ＡＣ電力（電圧と電流の位相が９０度。Ｐ＝０）
Ｃ点＝２０００Ｗ    主回路３の出力電力
Ｄ点＝４００Ｗ      バッデリー１に消費分を充電するための電力
Ｐ点＝１６００Ｗ    負荷Ｒ５に消費する電力である。
当然回路損失やインバータ２には損失がある。これら損失は前記Ｐ点＝１６００Ｗから差し引いた値が負荷Ｒ５に消費される。
【実施例２】
【００１８】
本発明の他の実施例を図５に示す。本実施例は図１の実施例に電源トランスＴ１を配置した。図５の位相生成トランスＴ  ３により、合成電流ｉ１は電圧Ｅ１より９０度の位相差を生ずる。そのため電源トランスＴ１  ７が損失を発生し発熱する。これを改善するため前記電源トランスの鉄心は鉄損の少ない素材を用いて該トランスの線輪はリッチ線で構成しなければならない。これにより前記電源トランスの損失は改善され入力電力  Ｅ０×ｉ０  より大なる出力電力  Ｅ２×ｉＲ  が得られる。
図５の電源トランスＴ１  ７を用いることにより、該電源トランス２次Ｌｓに位相９０度の大きな電流が流れるも該電源トランス１次Ｌｐには電圧と電流が同相で小電流となりＤＣ／ＡＣインバータが軽負荷で運転出来る大きな利点がある。
【実施例３】
【００１９】
前記したように一般にインバータ出力にはＬＣフィルター並びに電源トランスを配置するのを常としていたが回路が電流と電圧の位相が９０度の場合、全電力が無効電力となり該無効電力は電源と負荷間を往復する故、インバータ出力のフィルターＬ並びに電源トランスで渦電流損を生じさせる。それ故、インバータ出力に備えるフィルターＬ並びに電源トランスを排除し損失発生原因を無くし効率向上に努めた。（実施例１を参照）
それが為にはインバータの出力は高精密な正弦波である必要がある。
【００２０】
図６に高精度正弦波発生の１実施例の構成図を示す。図６について説明する。図６のＤＣ１  １１、ＤＣ２  １２、ＤＣ３  １３なる３つの電源を用いて「ＰＷＭコントローラ」で制御されるＳＷ１  １４、ＳＷ２  １５、ＳＷ３  １６で電圧Ｅ０を構成する。該Ｅ０電圧はＩＧＢＴ  Ｓ１  １７、Ｓ２  １８、Ｓ３  １９、Ｓ４  ２０に印加される。
該ＩＧＢＴはフェーズシフト式スイッチに構成される。またこの前記ＳＷで制御された直流電源Ｅ０は図７に示す。本実施例はＤＣ電源を３つ用いたが４，５と多くすればインバータ出力正弦波の高精度化が計られる。さらに図６の位相生成トランスＬ１，Ｌ２とキャパシタＣの共振でインバータ出力に高精度正弦波が得ることが出来る。キャパシタＣｆ  ２１は出力フィルターとして動作する。位相生成トランス３、共振キャパシタＣ４、負荷Ｒ５についてはすでに説明してあるので省略する。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明はエネルギーの補給なしで電力を得る人類の夢の実現化である。本発明で発生せられる電力は無公害であり地球上どこでもまた宇宙空間でも安定して供給出来る電力であり、基本的には電力コストは無料でありその埋蔵量は無限である。したがって産業上の利用可能性は無限にある。
【符号の説明】
【００２２】
１はバッテリーＤＣ電源
２はＤＣ／ＡＣインバータ
３は９０度位相生成トランスＴ
４はキャパシタＣ
５は負荷Ｒ
６は整流器
７は電源トランスＴ１
１１はＤＣ電源１
１２はＤＣ電源２
１３はＤＣ電源３
１４はＰＷＭで制御されるスイッチ１
１５はＰＷＭで制御されるスイッチ２
１６はＰＷＭで制御されるスイッチ３
１７はＩＧＢＴ  Ｓ１
１８はＩＧＢＴ  Ｓ２
１９はＩＧＢＴ  Ｓ３
２０はＩＧＢＴ  Ｓ４
２１はキャパシタＣｆ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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