(57)【要約】  【課題】効率的な充電が可能な蓄発電システムを提供することを目的とする。  【解決手段】蓄発電システム１は、モーター３と、モーター３に接続された第一回転軸を有する第一回転体と、第二回転軸を有する第二回転体と、を有し、モーター３の回転動力を第一回転体と第二回転体とに分割して伝達する動力分割装置５と、第一回転軸に接続された、発電能力を調整するための第一コントローラー１１を有する第一発電機１０と、第二回転軸に接続された、発電能力を調整するための第二コントローラー１６を有する第二発電機１５と、第一発電機１０が生成する電気を充電するための第一蓄電池２０と、第二発電機１５が生成する電気を充電するための第二蓄電池２５と、第一蓄電器２０及び第二蓄電池２５を電源として選択的にモーター３に接続する切換スイッチ３０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転動力を発生するモーターと、
前記モーターに接続された第一回転軸を有する第一回転体と、第二回転軸を有する第二回転体と、を有し、前記モーターの回転動力を前記第一回転体と前記第二回転体とに分割して伝達する動力分割装置と、
前記第一回転軸に接続された、発電能力を調整するための第一コントローラーを有する第一発電機と、
前記第二回転軸に接続された、発電能力を調整するための第二コントローラーを有する第二発電機と、
前記第一発電機が生成する電気を充電するための第一蓄電池と、
前記第二発電機が生成する電気を充電するための第二蓄電池と、
前記第一蓄電器及び前記第二蓄電池を電源として選択的に前記モーターに接続する切換スイッチと、
を備えることを特徴とする蓄発電システム。
【請求項２】
前記第一コントローラーは、前記第一発電機の発電を停止させて無負荷状体に制御する機能を備え、前記第二コントローラーは、前記第二発電機の発電を停止させて無負荷状体に制御する機能を備えることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項３】
前記第一コントローラーは、前記第一蓄電池が満充電状態となったときに前記第一発電機を無負荷状態に制御し、前記第二コントローラーは、前記第二蓄電池が満充電状態となったときに前記第二発電機を無負荷状態に制御することを特徴とする請求項２記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電と充電の双方を行う蓄発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々な蓄発電システムがあり、例えば、自動車に搭載されたオルタネーターとバッテリーからなる蓄発電システム等が広く普及している。
【０００３】
しかし、従来の蓄発電システムでは、基本的に発電機と蓄電池を一つずつ備えているだけであるため、何らかの要因で唯一の蓄電池の残量がゼロになってしまうと、電力を供給できなくなってしまうという問題があった。
【０００４】
このため、例えば、下記特許文献１，２には、複数の蓄電池を備え、交互に充電することで、電力を供給できなくなる事態を防止した蓄発電システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４７０６９号公報
【特許文献２】特開平１０−３７７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１，２に開示されている蓄発電システムは、単一の発電機により複数の蓄電池に順番に又は分割して充電するように構成されているため、発電機にかかる負荷が大きく、効率的な充電を行うことができない。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、効率的な充電が可能な蓄発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る蓄発電システムは、回転動力を発生するモーターと、前記モーターに接続された第一回転軸を有する第一回転体と、第二回転軸を有する第二回転体と、を有し、前記モーターの回転動力を前記第一回転体と前記第二回転体とに分割して伝達する動力分割装置と、前記第一回転軸に接続された、発電能力を調整するための第一コントローラーを有する第一発電機と、前記第二回転軸に接続された、発電能力を調整するための第二コントローラーを有する第二発電機と、前記第一発電機が生成する電気を充電するための第一蓄電池と、前記第二発電機が生成する電気を充電するための第二蓄電池と、前記第一蓄電器及び前記第二蓄電池を電源として選択的に前記モーターに接続する切換スイッチと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る蓄発電システムによれば、モーターの回転動力を動力分割装置により第一発電機及び第二発電機に分割して伝達し、第一発電機及び第二発電機が生成した電気を第一蓄電池及び第二蓄電池にそれぞれ充電することで、効率的な充電ができると共に、電力を供給できなくなる事態を防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る蓄発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る動力分割装置の構成を概略的に示す上面模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る動力分割装置の構成を概略的に示す側面模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係るマグネットローラーの回転軸に平行な面による断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係るマグネットローラーの回転軸に垂直な面による断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る蓄発電システムについて説明する。図１は、本実施形態に係る蓄発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。同図に示すように、蓄発電システム１は、ＤＣモーター３と、動力分割装置５と、第一オルタネーター１０と、第二オルタネーター１５と、第一蓄電池２０と、第二蓄電池２５と、切換スイッチ３０，３１と、Ｄ／Ａ変換器３５と、これらの機器同士を接続するための配線４０とを備えている。
【００１２】
本実施形態に係る蓄発電システム１は、第一蓄電池２０と第二蓄電池２５を切り換えながら、これらに充電されている電気を用いてＤＣモーター３を駆動し、さらに、ＤＣモーター３の駆動力を動力分割装置５により分割して第一オルタネーター１０及び第二オルタネーター１５を駆動させる。そして、発電された電気をそれぞれ第一蓄電池２０と第二蓄電池２５に充電すると共に、第一蓄電池２０及び第二蓄電池２５に充電されている電気の一部をＤ／Ａ変換器３５により交流電力に変換し、外部の電気機器に供給する。
【００１３】
ＤＣモーター３は、直流電力で回転駆動される直流モーターであり、切換スイッチ３０の切り換えにより、第一蓄電池２０又は第二蓄電池２５を電源として駆動される。ＤＣモーター３の駆動力は、動力分割装置５によって、第一オルタネーター１０を駆動させるための第一駆動力と、第二オルタネーター１５を駆動させるための第二駆動力とに分割される。
【００１４】
詳細な構成については後述するが、動力分割装置５は、回転動力の一部を磁力により分割して伝達するように構成されている。オルタネーター１０，１５は、交流発電機と、発生した交流電力を直流電力に変換する整流器と、発電能力を調整するためのコントローラー１１，１６とを備えている。第一オルタネーター１０は、第一コントローラー１１を備え、第二オルタネーター１５は、第二コントローラー１６を備えている。
【００１５】
第一オルタネーター１０によって生成された電力は、第一コントローラー１１を介して第一蓄電池２０へと充電され、第二オルタネーターによって生成された電力は、第二コントローラー１６を介して第二蓄電池２５へと充電される。
【００１６】
コントローラー１１，１６は、所定の回転速度で駆動されるオルタネーター１０，１５が所定の電圧で発電するように電流をコントロールする機能を備えている。また、第一コントローラー１１は、第一蓄電池２０の蓄電残量を監視しており、第一蓄電池２０が満充電状態となったときに、第一オルタネーター１０の発電を停止させて発電負荷が略ゼロの無負荷状態とするように制御する機能を備える。
【００１７】
また、第二コントローラーは、第二蓄電池２５の蓄電残量を監視しており、第二蓄電池２５が満充電状態となったときに、第二オルタネーターの発電を停止させて、同じく無負荷状態とするように制御する機能を備える。なお、無負荷状態となったオルタネーター１０，１５は、発電負荷が略ゼロの状態で空回りを続けることになる。
【００１８】
第一蓄電池２０及び第二蓄電池２５は、切換スイッチ３１を介して選択的にＤ／Ａ変換器３５に接続されており、家電等の交流電力を使用する外部の電気機器に適宜電力を提供することもできる。Ｄ／Ａ変換器３５を介することなく、直流電力を使用する外部の電気機器に電力を供給するように構成しても良い。
【００１９】
続いて、図２〜図５を参照しながら、動力分割装置５の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る動力分割装置の構成を概略的に示す上面模式図である。図３は、本実施形態に係る動力分割装置の構成を概略的に示す側面模式図である。
【００２０】
図２に示すように、動力分割装置５は、駆動ローラーである第一マグネットローラー５０−１と、従動ローラーである第二マグネットローラー５０−２及び第三マグネットローラー５０−３と、軸受６２と、動力伝達機構６５，６７，６８と、ローラー連結機構７０とを備えている。
【００２１】
円柱形状の第一〜第三マグネットローラー５０−１〜５０−３は、同じ構成であり、2.5mmの隙間を空けて近接した状態で回転軸５３が平行となるように並列に設置されている。また、第二及び第三マグネットローラー５０−２，５０−３は、第一マグネットローラー５０−１を真ん中に挟んで設置されている。各マグネットローラー５０の各回転軸５３は、マグネットローラー５０の両側に設置された各軸受６２により回転自在に保持されている。
【００２２】
マグネットローラー５０の詳細な構成については後述するが、マグネットローラー５０の内部には、円周面側である外側がＮ極、回転中心軸側である内側がＳ極となるように放射状に多数の永久磁石６０が設置されている。よって、同じＮ極が対向するように近接設置された第一〜第三マグネットローラー５０−１〜５０−３は、第一マグネットローラー５０−１が回転すると、磁力の反発力により、第二マグネットローラー５０−２及び第三マグネットローラー５０−３もつられて回転することになる。
【００２３】
動力伝達機構６５は、ＤＣモーター３と第一マグネットローラー５０−１とを接続しており、ＤＣモーター３の出力軸に固定された滑車６５１と、第一マグネットローラー５０−１の第一回転軸５３−１に固定された滑車６５２と、これらの滑車を連結するＶベルト６５５とを備えている。よって、ＤＣモーター３の回転動力は、動力伝達機構６５を介して被駆動機器である第一マグネットローラー５０−１へと伝達される。
【００２４】
動力伝達機構６７は、第一マグネットローラー５０−１と第一オルタネーター１０とを接続しており、第一マグネットローラー５０−１の第一回転軸５３−１に固定された滑車６７２と、第一オルタネーター１０の回転軸に固定された滑車６７１と、これらの滑車を連結するＶベルト６７５とを備えている。よって、第一マグネットローラー５０−１の回転動力は動力伝達機構６７を介して被駆動機器である第一オルタネーター１０へと伝達される。
【００２５】
動力伝達機構６８は、第二マグネットローラー５０−２と第二オルタネーター１５とを接続しており、第二マグネットローラー５０−２の第二回転軸５３−２に固定された滑車６８２と、第二オルタネーター１５の回転軸に固定された滑車６８１と、これらの滑車を連結するＶベルト６８５とを備えている。よって、第二マグネットローラー５０−２の回転動力は動力伝達機構６８を介して被駆動機器である第二オルタネーター１５へと伝達される。
【００２６】
なお、動力伝達機構６５，６７，６８は、所定の回転比に設定されており、ＤＣモーター３とマグネットローラー５０の間、マグネットローラー５０とオルタネーター１０，１５の間で、回転速度を変換して動力を伝達するように構成されている。マグネットローラー５０の回転速度が速くなると、マグネットローラー５０間の磁力による回転伝達に回転ずれが生じやすくなったり、装置全体の剛性を上げる必要が出てきたりするため、マグネットローラー５０の回転速度は抑えつつ、発電能力を上げるためにオルタネーター１０，１５の回転速度は速くするように、動力伝達機構６５，６７，６８の回転比を設定するのが望ましい。
【００２７】
ローラー連結機構７０は、第二マグネットローラー５０−２と第三マグネットローラー５０−３とを連結して両者の回転を同期させる。ローラー連結機構７０は、第二マグネットローラー５０−２の第二回転軸５３−２に固定された滑車７０１と、第三マグネットローラー５０−３の第三回転軸５３−３に固定された滑車７０２と、滑車７０１と滑車７０２とを同期回転するように連結するＶベルト７０５と、Ｖベルト７０５を空回りしないように抑える抑えローラー７０８とを備えている。
【００２８】
抑えローラー７０８は、Ｖベルト７０５が両滑車７０１，７０２に対して滑って空回りしないように、Ｖベルト７０５を図中下方に押さえつけている（図３参照）。これにより、Ｖベルト７０５で連結された滑車７０１と滑車７０２は完全に同期して回転する。なお、本実施形態では、動力伝達機構６８の滑車６８２と、ローラー連結機構７０の滑車７０１とが一体の滑車として形成されている。
【００２９】
このような構成において、ＤＣモーター３が駆動されると、その回転動力が動力伝達機構６５によって第一回転軸５３−１へと伝達され、駆動ローラーである第一マグネットローラー５０−１が回転駆動される。この回転動力は、動力伝達機構６７によって第一オルタネーター１０へと伝達されると共に、磁力の反発力により非接触で従動ローラーである第二マグネットローラー５０−２及び第三マグネットローラー５０−３にも分割して伝達される。
【００３０】
さらに、第二マグネットローラー５０−２の回転動力は、動力伝達機構６８によって第二オルタネーター１５へと伝達される。このように、ＤＣモーター３の回転動力は、第一オルタネーター１０及び第二オルタネーター１５の双方に分割して伝達されることになる。
【００３１】
続いて、マグネットローラー５０の構成について説明する。図４は、本実施形態に係るマグネットローラーの回転軸に平行な面による断面図である。図５は、本実施形態に係るマグネットローラーの回転軸に垂直な面による断面図である。なお、本実施形態において、円柱形状のマグネットローラー５の直径は略300mmである。
【００３２】
図４及び図５に示すように、円柱形状のマグネットローラー５０は、回転軸５３と、回転軸５３に固定されて両側に設置された側面円板５６−１，５６−２と、円筒体５７と、回転軸５３に固定されて両側に設置された十二角形板５８−１，５８−２と、12個の磁石設置台５９と、多数の永久磁石６０とを備えている。
【００３３】
円板中心が回転軸に固定された側面円板５６及び十二角形板５８は、回転軸５３の回転に伴って一体になって回転する。磁石設置台５９は、回転軸５３方向に延在して設置される棒状の台部材であり、磁石設置台５９の両端が十二角形板５８−１，５８−２の各辺に固定される。すなわち、磁石設置台５９は、ローラー本体の周方向において、30°毎に等間隔で12個設置される。
【００３４】
磁石設置台５９の外側表面には、軸方向に延在する溝が形成されており、この溝内に永久磁石６０が設置される。本実施形態では、一つの磁石設置台５９に4個の永久磁石６０が一列に設置固定されている。よって、一つのマグネットローラー５０には、4×12の合計48個の永久磁石６０が設置されている。
【００３５】
永久磁石６０は角型の永久磁石であり、外側がＮ極、内側がＳ極となるように磁石設置台５９上に載置固定される。また、周方向について見ると、周方向に30°間隔で12個設置された永久磁石６０の列が、軸方向にずれながら四列並行して設置されていることになる。
【００３６】
円筒体５７は、その両端が側面円板５６−１，５６−２の外周に固定されており、ローラー本体内を覆うカバーとして機能している。以上、マグネットローラー５０の構成について詳細に説明したが、本実施形態では、第一マグネットローラー５０−１、第二マグネットローラー５０−２及び第三マグネットローラー５０−３が同じ構成であり、互いにＮ極同士を向かい合わせて対向する永久磁石６０がそれぞれ同じ間隔（周方向及び軸方向）で設置されている。
【００３７】
よって、駆動ローラーである第一マグネットローラー５０−１が回転すると、第一マグネットローラー５０−１に設置された永久磁石１５による磁束が磁石の移動方向に移動するため、第二マグネットローラー５０−２及び第三マグネットローラー５０−３に設置された永久磁石６０に作用する反発力により、第二マグネットローラー５０−２及び第三マグネットローラー５０−３も対向する部分が同方向に移動する。
【００３８】
このようにして、第一マグネットローラー５０−１が、例えば、時計回りに回転すると、第二マグネットローラー５０−２及び第三マグネットローラー５０−３が反時計回りに回転することになり、回転動力が非接触により伝達される。
【００３９】
なお、永久磁石１５の設置場所が同じであり、回転ずれが生じない限り、第一マグネットローラー５０−１の回転速度と第二マグネットローラー５０−２及び第三マグネットローラー５０−３の回転速度は同じになる。
【００４０】
このように、本実施形態では、第一マグネットローラー５０−１から第二マグネットローラー５０−２及び第三マグネットローラー５０−３への回転動力の伝達が非接触で行われるため、摩擦等による熱エネルギーの損失を抑え、効率の良い動力伝達を行うことができる。
【００４１】
また、本実施形態では、第一〜第三マグネットローラー５０−１〜５０−３において、同じ位置に永久磁石６０が設置されており、同じ磁束密度となるため、動力伝達の際の回転が安定する。
【００４２】
また、マグネットローラー５０の回転速度が速くなると、非接触による回転伝達において、回転ずれが発生し易くなるが、本実施形態では、第二マグネットローラー５０−２と第三マグネットローラー５０−３とが、ローラー連結機構７０によって同期回転するように連結されると共に、第二及び第三マグネットローラー５０−２，５０−３によって、第一マグネットローラー５０−１を挟み込む構成を採用しているため、安定して第一マグネットローラー５０−１から第二及び第三マグネットローラー５０−２，５０−３へと回転動力を高効率で伝達することができる。
【００４３】
また、例えば、1,500rpmで高速回転する第一マグネットローラー５０−１と、第二及び第三マグネットローラー５０−２，５０−３との間で回転ずれが生じると、大きな振動や異音が発生してしまう場合もあるが、安定した回転動力の伝達が行えれば、このような事態の発生を防止することができる。
【００４４】
また、第二及び第三マグネットローラー５０−２，５０−３により第一マグネットローラー５０−１を挟み込む構成を採用することで、第一マグネットローラー５０−１に作用する磁力の反発力が一方側だけでなく、両側から作用することになり、反発力のバランスが取れている。よって、マグネットローラー５０を支持する回転軸５３や軸受６２等を含む動力分割装置全体の剛性がある程度低くなっても問題ないため、製造コストを抑えることもできる。
【００４５】
以上、蓄発電システム１の構成について詳細に説明したが、続いて、蓄発電システム１の蓄発電作用について具体的に説明する。24Vの蓄電池である第一及び第二蓄電池２０，２５のうち、まず第二蓄電池２５を電源として、ＤＣモーター３が3,500rpmの回転速度で駆動される。ＤＣモーター３の回転動力は、動力伝達機構６５によって第一マグネットローラー５０−１へと伝達され、第一マグネットローラーローラー５０−１が1,200rpmで回転駆動される。
【００４６】
第一マグネットローラー５０−１の回転動力の一部は、動力分割装置５により、第二及び第三マグネットローラー５０−２，５０−３へと分割して伝達され、第二及び第三マグネットローラー５０−２，５０−３も1,200rpmで回転駆動される。
【００４７】
第一マグネットローラーの回転動力は、動力伝達機構６７を介して第一オルタネーター１０へと伝達され、第一オルタネーター１０が3,500rpmの回転速度で駆動される。一方、第二マグネットローラー５０−２，５０−３に伝達された回転動力は、動力伝達機構６８を介して第二オルタネーター１５へと伝達され、第二オルタネーター１５が3,500rpmの回転速度で駆動される。
【００４８】
オルタネーター１０，１５は、コントローラー１１，１６によって25〜26V程度の電圧で発電するように制御されており、第一オルタネーター１０及び第二オルタネーター１５において発電された電気は、第一蓄電池２０及び第二蓄電池２５にそれぞれ充電される。
【００４９】
ここで、第一蓄電池２０が満充電状態となると、第一コントローラー１６は、第一オルタネーター１０の発電を停止させるよう制御する。無負荷状態となった第一オルタネーター１０は、回転速度（3,500rpm）はそのままで、次の充電が開始されるまで空回りを続ける。
【００５０】
第二オルタネーター１５の発電電力よりもＤＣモーター３の駆動電力が大きい場合には、第二蓄電池２５の蓄電残量が徐々に低下するため、所定の残量まで低下すると切換スイッチ３０により、ＤＣモーター３の電源が第一蓄電池２０に切り換えられる。切り換え後は、第一蓄電池２０の充電残量も低下していくため、第一オルタネーター１０も発電が再開される。
【００５１】
以上、本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態によれば、ＤＣモーター３の回転動力を動力分割装置５により第一オルタネーター１０及び第二オルタネーター１５に分割して伝達し、第一オルタネーター１０及び第二オルタネーター１５が生成した電気を第一蓄電池２０及び第二蓄電池２５にそれぞれ充電することで効率的な充電ができると共に、電力を供給できなくなるといった事態を防止すすることもできる。
【００５２】
また、本実施形態においては、コントローラー１１，１６によりオルタネーター１０，１５の発電能力を調整し、蓄電池２０，２５が満充電状態になると、該当するオルタネーター１０，１５を無負荷状態とするように制御しているので、ＤＣモーター３の駆動力を効率的に発電及び充電に供することができる。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上述した各機器の電圧や回転速度、サイズ等は適宜変更可能である。
【００５４】
また、上記実施形態の動力分割装置では、隣接するマグネットローラー間でＮ極同士を向かい合わせているが、反発力を生じさせる同極同士であればＳ極同士を向かい合わせても良い。また、上記実施形態では、第一〜第三マグネットローラーは全て構成であり、同じ外径であるが、外径を含めて異なる構成を採用しても良い。この場合には、各マグネットローラーの回転速度が異なることになる。
【００５５】
また、上記実施形態の動力分割装置では、周方向に所定角度間隔で設置された永久磁石の列を四列設置しているが、少なくとも一列設置すれば良い。また、周方向の永久磁石の設置間隔を30°としているが、15°や45°等、適度、所定の角度に設定することができる。
【００５６】
また、上記実施形態ように、動力伝達機構として、滑車とＶベルトを使用するのではなく、タイミングベルトやギア（歯車）等を使用するようにしても良い。また、上記実施形態では、直流モーターを使用しているが、交流モーターを使用しても良い。
【００５７】
また、蓄発電システムを構成する第一コントローラー、第二コントローラー、切換スイッチ及びＤＣモーター等に接続され、これらの動作を総合的に制御する制御手段を設置するようにしても良い。また、上記実施形態では、従動ローラーとして、第二マグネットローラーと第三マグネットローラーとを設置しているが、第二マグネットローラーだけを設置するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１      蓄発電システム
３      モーター
５      動力分割装置
１０    第一オルタネーター
１１    第一コントローラー
１５    第二オルタネーター
１６    第二コントローラー
２０    第一蓄電池
２５    第二蓄電池
３０    切換スイッチ
３１    切換スイッチ
３５    Ｄ／Ａ変換器
４０    配線
５０    マグネットローラー
６２    軸受
６５    動力伝達機構
６７    動力伝達機構
６８    動力伝達機構
７０    ローラー連結機構
【図１】
2013146129.tif 000003
【図２】
2013146129.tif 000004
【図３】
2013146129.tif 000005
【図４】
2013146129.tif 000006
【図５】
2013146129.tif 000007