(57)【要約】【課題】外部からの電力を利用せず、太陽の位置が変化した場合や、太陽熱による太陽電池の温度上昇が想定される環境下でも、効率の良い発電を行いモータを駆動するようにする。さらに、太陽光が得られない場合には、外部電力を使用しモータを駆動する。【解決手段】モータの回転軸１３またはそれに連動して回転する回転体に太陽電池を配設した太陽光発電部１０を設け、太陽光発電部１０からの電力でモータを駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転軸または／および、それに連動して回転する回転体に、太陽電池を配設した太陽光発電部を設け、該太陽光発電部からの電力で駆動することを特徴とする太陽電池モータ。
【請求項２】
外部電源によっても駆動をすることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モータ。
【請求項３】
前記回転軸を軸支する固定部と、前記回転体及び前記固定部の各々にコイルを配設し、
前記回転体には、前記太陽光発電部からの電力を前記回転体のコイルへ供給する電力供給制御部と、前記回転体の前記コイルに流れる電流を前記電力供給制御部にて制御することにより、前記固定部のコイルに磁束変化による起電力が誘起し誘導電流が流れ、また、前記回転体の回転により前記固定部のコイルに磁束変化による起電力が誘起し誘導電流が流れ、前記固定部のコイルからの電力を取り出す電力回収部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モータを使用した駆動装置。
【請求項４】
前記電力供給制御部には、前記コイルをモータとして利用するように該コイルへの電力供給を制御する第一モータ制御手段と、前記コイルに電磁誘導を発生させ、電力送電を行うように該コイルへの電力供給を制御する電磁誘導制御手段と、前記太陽光発電部からの出力が閾値より小さい場合には、前記電力供給制御部により前記第一モータ制御手段への電力供給を停止し、前記電磁誘導制御手段へ電力の供給を行うように制御することを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モータを使用した駆動装置。
【請求項５】
前記回転体の回転速度を測定する第一回転速度測定手段を有し、前記第一回転速度測定手段により閾値の速度を超えた場合には、前記第一モータ制御手段への電力供給を停止すると共に、前記電磁誘導制御手段へ電力の供給を行うように制御することを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モータを使用した駆動装置。
【請求項６】
前記電力回収部には、前記コイルからの電力の電圧を電流へ変換するための負荷制御手段と、負荷として機能する蓄電部と、前記コイルへの給電を行いモータとして機能するように制御を行う第二モータ制御手段と、前記コイルを前記蓄電部へ接続及び、開放を行うと共に、外部からの電力給電が行えるように制御を行うシステム制御手段と、回転体の回転速度を算出する第二回転速度算出手段を有し、前記第二回転速度算出手段により閾値の速度を超えた場合には、前記システム制御手段により前記コイルを蓄電部へ接続し、前記回転速度算出手段により閾値の速度に達しない場合には、前記システム制御手段により前記コイルを蓄電部から開放し、外部からの給電が得られる場合には、前記システム制御手段により前記第二モータ制御手段へ給電を行うことによりモータとして機能するように制御することを特徴とする請求項４、あるいは請求項５に記載の太陽電池モータを使用した駆動装置。
【請求項７】
前記固定部にモータ駆動用の第一永久磁石、前記回転体に発電用の第二永久磁石、前記第一永久磁石と前記第二永久磁石との距離を変更させる変位手段とを有することを特徴とする請求項４および請求項５に記載の太陽電池モータを使用した駆動装置。
【請求項８】
前記回転軸へ風を受けて回転する羽を取り付け、風力発電を行うように構成したことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モータを使用した駆動装置。
【請求項９】
風速を算出する風速算出手段と、太陽光の明るさを算出する照度算出手段と、太陽光の光源方向を検出する光源方向検出部と、風向を検出する風向検出部とを有し、前記風速算出手段と前記照度算出手段の結果に基づき、前記羽を前記風向検出部にて検出した風向きに、前記光源方向検出部にて検出した太陽光の方へ向けるように制御を行う制御回路を備えたことを特徴とする請求項８に記載の太陽電池モータを使用した駆動装置。
【請求項１０】
前記風速算出手段にて得られた結果が閾値以下であり且つ、前記照度算出手段にて得られた結果が閾値以上であった場合には、前記羽を前記光源方向検出部にて検出した太陽光の方へ向けるように制御を行うことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池モータを使用した駆動装置。
【請求項１１】
前記風速算出手段にて算出された風速が閾値を超え、前記第一回転速度算出手段或いは、前記第二回転速度算出手段から前記回転体が停止していると判断された場合、前記電力供給制御部により前記第一モータ制御手段への電力供給を行うことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モータを使用した駆動装置。
【請求項１２】
前記太陽光発電部の表面温度を測定する太陽電池温度測定手段を有し、該太陽電池温度測定手段にて測定された温度が閾値を超え、前記第一回転速度算出手段或いは、前記第二回転速度算出手段から前記回転体が停止していると判断された場合、前記電力供給制御部により前記第一モータ制御手段への電力供給を行うことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モータを使用した駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モータに関するものであり、特に、外部からの電力供給を必要としない太陽電池モータおよびこれを使用した駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気モータは、外部電源を接続し駆動する形が一般的である（図２に相当）。しかしながら、外部電源がなくても、太陽電池をモータ内に備えることによって、太陽光などの光により駆動することができる光駆動モータが考えられた。例えば、下記の特許文献１（特開平８−９６１４号公報）には、円板形状に形成された固定子の表面に太陽電池を配設して成る技術が開示されている。
【０００３】
また、例えば、図３では、モータ部１２に太陽光発電部が配設されるが、太陽光発電部は回転しない技術が開示されている。
【０００４】
一方、光により駆動することができる光駆動モータではないが、太陽光を利用するものとして、下記の特許文献２（特許第４３２２２５２号公報）には、太陽光発電と風力発電とのハイブリット型発電システムにおける風車に、太陽電池を配設して成る技術が開示されている。そして、下記の特許文献３（特開２００７−７７８９５号公報）には、電気モータの外部に固定設置された太陽光発電と風力発電とのハイブリット発電システムにおいて、太陽電池により蓄電された電力により風車を補助駆動する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−９６１４号公報
【特許文献２】特許第４３２２２５２号
【特許文献３】公報特開２００７−７７８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示された光駆動モータでは、太陽電池の位置は固定されるため、太陽の位置により一日のうち短い時間でのみ効率の良い太陽光発電が行えないため、残りの多くの時間は発電効率の低い状態とる。また、太陽電池の位置が固定されているため、太陽電池の温度上昇に伴い発電効率の低下が避けられなかった。発電効率の低下に伴いモータへの安定した電力供給ができないという問題があった。
【０００７】
また、太陽電池を使用した場合には、太陽光が得られないときにモータを駆動できないという問題があった。
【０００８】
また、上記特許文献２に開示されたハイブリット型発電システムでは、風が無いとき太陽電池パネルを冷却することができない問題があった。
【０００９】
また、上記特許文献３では、太陽光発電と風力発電とのハイブリット発電システムにおいて、蓄電池への充電が完了していない場合には風車を補助駆動することができない問題があった。
【００１０】
また、太陽電池の発電電力が大きい状態では、モータの回転数の制御を行うために電力供給を制限する必要がある。このとき、モータ駆動に必要とされない余剰電力は利用できなかった。
【００１１】
よって、本願発明者は、上記の問題点を解消すべく種々検討を重ねた結果、モータの回転軸周りに太陽電池を配設すると共に、太陽電池の発電電力にて直接モータを駆動するようにし、更にモータの回転を調整する時に生じる電力と、太陽電池の余剰電力を電磁誘導による電力送電をするようになせば、上記問題を解消しうることに想到して本発明を完成するに至ったものである。
【００１２】
すなわち、本発明は、上記の問題点を解消することを課題とし、太陽の位置が変化した場合や、太陽電池の温度上昇が想定される環境下でも、モータの回転と共に太陽電池も回転するようにした太陽電池モータを提供すると共に、太陽電池の発電電力にて直接モータを駆動するようにし、モータの回転を調整するときに生じる電力と、太陽電池の余剰電力を電磁誘導にて回転体から固定部へ取り出し蓄電し、更に、外部電源として使用することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、本発明は、モータの回転軸または／および、それに連動して回転する回転体に太陽電池を配設した太陽光発電部を設け、該太陽光発電部（例えば下記実施例１では、太陽光発電部１０に相当する）からの電力で駆動することを特徴とする太陽電池モータである。
【００１４】
また、外部電源によっても駆動をすることを特徴とする太陽電池モータである。
【００１５】
また、回転軸を軸支する固定部と、回転体及び固定部の各々にコイルを配設し、回転体には、太陽光発電部からの電力を回転体のコイルへ供給する電力供給制御部と、回転体のコイルに流れる電流を電力供給制御部にて制御することにより、固定部のコイルに磁束変化による起電力が誘起し誘導電流が流れ、また、回転体の回転により前記固定部のコイルに磁束変化による起電力が誘起し誘導電流が流れ、固定部のコイルからの電力を取り出す電力回収部を備えたことを特徴とする太陽電池モータを使用した駆動装置である。
【００１６】
また、電力供給制御部には、コイルをモータとして利用するように該コイルへの電力供給を制御する第一モータ制御手段と、コイルに電磁誘導を発生させ、電力送電を行うようにコイルへの電力供給を制御する電磁誘導制御手段と、太陽光発電部からの出力が閾値より小さい場合には、電力供給制御部により第一モータ制御手段への電力供給を停止し、電磁誘導制御手段へ電力の供給を行うように制御することを特徴とする太陽電池モータを使用した駆動装置である。
【００１７】
また、回転体の回転速度を測定する第一回転速度測定手段を有し、第一回転速度測定手段により閾値の速度を超えた場合には、第一モータ制御手段への電力供給を停止すると共に、電磁誘導制御手段へ電力の供給を行うように制御することを特徴とする太陽電池モータを使用した駆動装置である。
【００１８】
また、電力回収部には、コイルからの電力の電圧を電流へ変換するための負荷制御手段と、負荷として機能する蓄電部と、コイルへの給電を行いモータとして機能するように制御を行う第二モータ制御手段と、コイルを蓄電部へ接続及び、開放を行うと共に、外部からの電力給電が行えるように制御を行うシステム制御手段と、回転体の回転速度を算出する第二回転速度算出手段を有し、第二回転速度算出手段により閾値の速度を超えた場合には、システム制御手段によりコイルを蓄電部へ接続し、回転速度算出手段により閾値の速度に達しない場合には、システム制御手段によりコイルを蓄電部から開放し、外部からの給電が得られる場合には、システム制御手段により第二モータ制御手段へ給電を行うことによりモータとして機能するように制御することを特徴とする太陽電池モータを使用した駆動装置である。
【００１９】
また、固定部にモータ駆動用の第一永久磁石、回転体に発電用の第二永久磁石を有し、第一永久磁石と、第二永久磁石との距離を変更させる変位手段とを有することを特徴とする太陽電池モータを使用した駆動装置である。
【００２０】
また、回転軸へ風を受けて回転する羽を取り付け、風力発電を行うように構成したことを特徴とする太陽電池モータを使用した駆動装置である。
【００２１】
また、風速を算出する風速算出手段と、太陽光の明るさを算出する照度算出手段とを有し、太陽光の光源方向を検出する光源方向検出部と、風向を検出する風向検出部とを有し、風速算出手段と照度算出手段の結果に基づき、羽を風向検出部にて検出した風向きか、光源方向検出部にて検出した太陽光の方へ向けるように制御を行う制御回路を備えたことを特徴とする太陽電池モータを使用した駆動装置である。
【００２２】
また、風速算出手段にて得られた結果が閾値以下であり且つ、照度算出手段にて得られた結果が閾値以上であった場合には、羽を光源方向検出部にて検出した太陽光の方へ向けるように制御を行うことを特徴とする太陽電池モータを使用した駆動装置である。
【００２３】
また、風速算出手段にて算出された風速が閾値を超え、第一回転速度算出手段或いは、第二回転速度算出手段から回転体が停止していると判断された場合、電力供給制御部により第一モータ制御手段への電力供給を行うことを特徴とする太陽電池モータを使用した駆動装置である。
【００２４】
また、太陽光発電部の表面温度を測定する太陽電池温度測定手段を有し、該太陽電池温度測定手段にて測定された温度が閾値を超え、第一回転速度算出手段或いは、第二回転速度算出手段から回転体が停止していると判断された場合、電力供給制御部により第一モータ制御手段への電力供給を行うことを特徴とする太陽電池モータを使用した駆動装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明においては、太陽電池で得られた電力にてモータを駆動可能とし、外部からの電力供給を必要としないでモータ駆動が行えるようにしたものである。
【００２６】
さらに、外部からの電力供給によりモータ駆動を行えるようにしたので太陽光がないときにも駆動することができる。
【００２７】
また、太陽光発電で得られた電力を電磁誘導を用いて電力送電を行うため、回転体から容易に発電電力を取り出すことができる。
【００２８】
また、太陽光発電で得られた発電電力にてモータを駆動できない場合には、モータ駆動を行わず、電磁誘導を用いて電力送電を行うため、太陽光発電で得られた発電電力の有効利用ができる。
【００２９】
また、回転体にて回転速度の調整が行え、更に、回転速度の調整を行うときに生じた太陽光発電の余剰電力を電磁誘導を用いて電力送電を行うため、太陽光発電で得られた発電電力の有効利用ができる。
【００３０】
また、固定部にて回転速度の調整が行え、更に、回転速度の調整を行うときに生じた回生運動に基づく発電電力を蓄電することで発電電力の有効利用ができる。
【００３１】
また、永久磁石の相互距離を可変することで、回転動作時における磁界の影響を低減し、特に回転初期における回転を容易にする。
【００３２】
また、回転体と固定部との位置を保持することができる。
【００３３】
また、風車を取り付けることにより、太陽光が得られない場合でも風力を得られればモータ駆動または／および、発電ができるため多様な自然環境の変化に対応できる。
【００３４】
また、風速と太陽光の明るさに応じた発電方法を選択できるため、自然環境の変化に適宜対応できる。
【００３５】
また、風車が回転しない風速では太陽光を追尾し太陽光発電を行うため、状況に応じた発電ができる。
【００３６】
また、カットイン未満の風速にて風車の回転を補助駆動し、風車を回転させることができる。
【００３７】
また、太陽電池の温度に基づき太陽光発電部を回転させることで、太陽電池の温度上昇に伴う発電効率の低下を防止できる。
【００３８】
このような構成によれば、太陽位置が変化した場合や、太陽の熱による太陽電池温度の上昇が想定される環境下でも、効率的な太陽光発電が可能となる。
【００３９】
本構成によれば、モータへの電力供給が安定的に長時間行えるため、外部からの電力を必要とせず、且つ長時間利用可能なモータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１における太陽電池モータの主要な構成を示す図である。
【図２】従来のモータの主要な構成を示す図である。
【図３】従来の太陽電池一体形モータの主要な構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例２における太陽電池モータを使用した駆動装置の主要な構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例２における太陽電池モータを使用した駆動装置の回転体の永久磁石、コイル配設面の水平断面図を示す図である。
【図６】本発明の実施例２における太陽電池モータを使用した駆動装置の固定部の永久磁石、コイル配設面の水平断面図を示す図である。
【図７】本発明の実施例２における太陽電池モータを使用した駆動装置の回転体のブロック図である。
【図８】本発明の実施例２における太陽電池モータを使用した駆動装置の固定部のブロック図である。
【図９】本発明の実施例２における太陽電池モータを使用した駆動装置の回転体の電力供給制御部の主要な動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施例２における太陽電池モータを使用した駆動装置の固定部のシステム制御手段の主要な動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例３における太陽電池モータを使用した駆動装置の主要な構成図を示す図である。
【図１２】本発明の実施例３における太陽電池モータを使用した駆動装置の固定部のコイル配設面の水平断面図である。
【図１３】本発明の実施例３における太陽電池モータを使用した駆動装置の可動部の永久磁石配設面の水平断面である。
【図１４】本発明の実施例３における太陽電池モータを使用した駆動装置の固定部ブロック図である。
【図１５】本発明の実施例４における太陽電池モータを使用した駆動装置を示す分解斜視図である。
【図１６】本発明の実施例４における太陽電池モータを使用した駆動装置の垂直断面図である。
【図１７】本発明の実施例４における太陽電池モータを使用した駆動装置の垂直断面図ＸＶＩＩの部分の水平断面図である。
【図１８】図１８Ａは本発明の実施例４における太陽電池モータを使用した駆動装置の垂直断面図ＸＶＩＩＩＡの部分の水平断面図であり、図１８Ｂは本発明の実施例４における太陽電池モータを使用した駆動装置の垂直断面図ＸＶＩＩＩＢの部分の水平断面図である。
【図１９】図１９Ａは本発明の実施例４における太陽電池モータを使用した駆動装置の垂直断面図ＸＩＸＡの部分の水平断面図であり、図１９Ｂは本発明の実施例４における太陽電池モータを使用した駆動装置の垂直断面図ＸＩＸＢの部分の水平断面図である。
【図２０】本発明の実施例４における太陽電池モータを使用した駆動装置の回転体のブロック図である。
【図２１】本発明の実施例４における太陽電池モータを使用した駆動装置の回転体の電力供給制御部の主要な動作を示すフローチャートである。
【図２２】図２２Ａは本発明の実施例５における太陽電池モータを使用した駆動装置の主要な構成を示す図であり、図２２Ｂは本発明の実施例５における太陽電池モータを使用した駆動装置の羽部の構成を示す図である。
【図２３】本発明の実施例５における太陽電池モータを使用した駆動装置の制御回路の主要な動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の具体例を実施例および図面を用いて詳細に説明する。但し、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための太陽電池モータおよびこれを使用した駆動装置を例示するものであって、本発明をこの太陽電池モータおよびこれを使用した駆動装置に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態の太陽電池モータおよびこれを使用した駆動装置にも等しく適用し得るものである。
【実施例１】
【００４２】
図１は本発明の実施例１における太陽電池モータの主要な構成を示す図である。太陽電池モータ１は、各種の動力源として使用され、駆動される対象が何であってもよく、灌漑用ポンプを駆動するモータとして利用されてもよい。
【００４３】
また、太陽電池モータ１は太陽光以外の光の動力源でも駆動されるモータであってもよい。以下の説明においては、これらを総称して太陽電池モータという。
【００４４】
太陽電池モータ１は、太陽光発電部１０、電力送電部１１、モータ部１２、回転軸１３などを備えて構成されている。
【００４５】
太陽光発電部１０は、回転軸１３に配設され、図示しない太陽電池、ＭＰＰＴ（最大電力点追従）方式からなる回路で構成され、太陽電池モータ１の駆動用電力を発電する。なお、後述の実施例４および実施例５に示すように、太陽光発電部１０は、回転軸１３に連動して回転する回転体に配設されてもよい。
【００４６】
電力送電部１１は、太陽光発電にて得られた電力をモータ部１２へ回転軸１３の内部を経由して送電を行う。
【００４７】
モータ部１２は、図示しない固定子と回転子を有し、固定子側に図示しないコイル、回転子側に図示しない永久磁石にて構成され、固定子側コイルへ電流を流すことで回転子が回転する。
【００４８】
回転軸１３は、モータ部の回転子が結合されており回転子の回転と共に回転する。
【００４９】
ここで、太陽電池に太陽光が当たると、太陽光発電部から電力送電部を経て発電電力がモータ部１２へ供給され、太陽電池モータ１は起動される。この時、回転軸１３に保持された太陽光発電部１０が同時に回転を行うことで太陽光発電部１０に対する太陽の相対位置が変化することで、太陽熱による太陽電池の温度上昇を防止し、温度上昇に伴う太陽電池の発電効率低下を防止できる。また、太陽光発電部１０が回転することで対流による放熱が向上し、太陽電池の温度上昇を防止することができる。
【００５０】
また、モータ部１２は、固定子側に図示しない永久磁石、回転子側コイルを設けて構成されても良く、この場合、回転子側への電力供給には図示しないスリップリング等を配設して電力の供給を行うように構成しても良い。
【００５１】
以上説明したように本発明に係る太陽電池モータによれば、太陽電池モータ１が太陽位置変化に伴う地球表面への太陽光入射角が大きい場所にある場合や、太陽熱による太陽電池の温度上昇が想定される環境下でも効率的な発電ができるため、外部電力に依存せず長い時間に亘って安定的な駆動を行えるモータを提供することが可能となる。
【００５２】
さらに、外部からの電力供給によりモータ駆動を行えるようにしてもよい。この場合には太陽光が得られないときにも駆動することができ、２４時間駆動が実現可能となる。
【実施例２】
【００５３】
以下、本発明の実施例２よりなる太陽電池モータを使用した駆動装置について図４〜図１０に基づき説明する。尚、上記実施例１における説明と同様となる部材等の説明は省略する。
【００５４】
まず、図４は実施例２の主要な構成を示す図である。
【００５５】
実施例２の太陽電池モータを使用した駆動装置は、太陽光発電部１０、回転軸１３、回転体１４、固定部１５にて構成される。
【００５６】
太陽光発電部１０は回転軸１３と連動して回転する回転体１４に図示しない太陽電池を配設し構成される。
【００５７】
また、回転軸１３に図示しない太陽電池を配設し構成してもよい。
【００５８】
回転軸１３は回転体１４と一体化し回転するよう固定され、太陽電池モータの機軸となる。
【００５９】
回転体１４は回転軸１３と連動して回転するように回転軸１３と一体構造をとり、太陽光発電部１０を備え太陽電池モータの回転子として機能する。
【００６０】
固定部１５は回転軸１３を軸支し、太陽電池モータの固定子として機能する。
【００６１】
図５は実施例２の回転体１４の第一永久磁石２０、第一コイル２１の配設面の水平方向断面図である。
【００６２】
第一永久磁石２０、第一コイル２１が回転軸１３が貫通する回転軸穴２２から同心円上の内周部および外周部に配設されて構成される。
【００６３】
第一永久磁石２０は回転軸１３が貫通する回転軸穴２２から同心円上の内周部へ配設される。
【００６４】
これは、固定部１５に配設される第二永久磁石２３と相互の距離を離間させ、磁界の干渉による影響を低減するためである。
【００６５】
第一コイル２１は回転軸穴２２から同心円上の内周部および外周部へ配設される。
【００６６】
これは、固定部１５に配設される第二永久磁石２３との間でモータとして機能し、さらに、固定部１５に配設される第二コイル２４との間で電磁誘導による電力送電を行うためである。
【００６７】
図６は実施例２の固定部１５の第二永久磁石２３、第二コイル２４配設面の水平方向断面図である。
【００６８】
第二永久磁石２３、第二コイル２４が配設され、回転軸１３を軸支する回転軸支持部２５で構成される。
【００６９】
第二永久磁石２３は回転軸支持部２５から同心円上の外周へ配設される。
【００７０】
これは、回転体１４に配設される第一永久磁石２０と相互の距離を離間させ、磁界の干渉による影響を低減するためである。
【００７１】
第二コイル２４は回転軸支持部２５から同心円上の内周部および外周部へ配設される。
【００７２】
これは、回転体１４に配設される第一永久磁石２０との間で発電機として機能し、さらに、回転体１４に配設される第一コイル２１との間で電磁誘導による電力送電を行うためである。
【００７３】
回転軸支持部２５は図示しないスラスト軸受やラジアル軸受等にて構成され、回転軸１３を固定部１５に回動自在に軸支する。
【００７４】
図７は実施例２の回転体１４のブロック図である。
【００７５】
回転体１４は太陽光発電部１０、第一永久磁石２０、第一コイル２１、第一回転速度算出手段３１、ＭＰＰＴ制御手段３２、電力供給制御部３３、第一モータ制御手段３４、電磁誘導制御手段３５等にて構成される。
【００７６】
第一回転速度算出手段３１は回転体１４の回転速度を例えば、図示しない加速度センサ等の出力に基づき算出する。
【００７７】
ＭＰＰＴ制御手段３２は太陽光発電部１０にて発電された電力を効率よく利用するため、Ｉ−Ｖ特性を監視し最大電力点追従を行い、最大電力となるように電力を取り出す。
【００７８】
電力供給制御部３３は第一モータ制御手段３４と電磁誘導制御手段３５にて構成される。
【００７９】
また、電力供給制御部３３は太陽光発電部１０にて発電された電力を、第一回転速度算出手段３１、ＭＰＰＴ制御手段３２の結果に基づきモータ駆動を行うと共に、電磁誘導制御手段３５を制御し固定部１５へ電力送電を行う。
【００８０】
第一モータ制御手段３４は第一コイル２１への電力給電を制御することで、磁界の極性を制御し第二永久磁石２３との間で回転力が発生するように制御を行う。
【００８１】
電磁誘導制御手段３５は第一コイル２１への電力供給を制御することで、磁界の変化を制御し第二コイル２４との間で電磁誘導が発生するように制御を行う。
【００８２】
図８は実施例２の固定部１５のブロック図である。
【００８３】
固定部１５は第二永久磁石２３、第二コイル２４、電力回収部４１等にて構成される。
【００８４】
電力回収部４１は、第二回転速度算出手段４２、システム制御手段４３、電力回収手段４４、負荷制御手段４５、第二モータ制御手段４６、蓄電部４７にて構成される。
【００８５】
第二回転速度算出手段４２は例えば、回転軸１３の回転数に比例し出力されるパルスをカウントすることにより回転軸１３および回転体１４の回転速度を算出する。
【００８６】
電力回収手段４４は回転体１４から電磁誘導により第二コイル２４へ発生した電力を回収し、回転部１４が回転すると第一永久磁石２０が共に回転するために、第二コイル２４との間に磁界の変化が発生し、その結果、第二コイル２４に生じた電力を回収する。
【００８７】
負荷制御手段４５はシステム制御部４３の制御に基づき第二コイル２４を負荷へ接続することで、回生運動が開始され回転体１４の速度調整が行われると共に、第二コイル２４へ回生運動に伴う電力を発生させる。
【００８８】
第二モータ制御手段４６はシステム制御部４３からの制御に基づき第二コイル２４への給電制御を行い磁界極性の制御を行うことで、回転体１４の第一永久磁石２０との間で回転力を発生させ回転体１４を回転させる。
【００８９】
システム制御部４３は第二回転速度算出手段４２からの結果に基づき負荷制御手段４５を制御する。
【００９０】
また、システム制御部４３は電力回収手段４４及び負荷制御手段４５からの電力を蓄電部４７へ充電させる。
【００９１】
また、システム制御部４３は第二回転速度算出手段４２からの結果及び外部電源４８の供給状況に応じて第二モータ制御手段４６への電力供給を制御しモータ駆動を行う。
【００９２】
蓄電部４７はシステム制御手段４３から供給された電力を充電すると共に、外部負荷４９への提供も行う。
【００９３】
図９は実施例２の回転体の電力供給制御部３３の主要な動作を示すフローチャートである。
【００９４】
まず、ステップＳ１０１にてＭＰＰＴ制御手段３２にて得られた電力と閾値ＳＨ１０１の比較を行う。
【００９５】
ＭＰＰＴ制御手段３２にて得られた電力が閾値ＳＨ１０１以下である場合、ステップＳ１０２にて第一モータ制御手段３４への給電を停止し、さらにステップＳ１０３にて電磁誘導制御手段３５への給電を開始する。
【００９６】
ステップＳ１０１にてＭＰＰＴ制御手段３２にて得られた電力が閾値を超えた場合、ステップＳ１０４にて第一回転速度算出手段３１から得られた回転速度と、閾値ＳＨ１０２の比較を行う。
【００９７】
第一回転速度算出手段３１にて得られた回転速度が閾値ＳＨ１０２以下である場合、ステップＳ１０５にて第一モータ制御手段３４への給電を行う。
【００９８】
ステップＳ１０４にて第一回転速度算出手段３１にて得られた回転速度が閾値ＳＨ１０２を超えた場合、ステップＳ１０６にて第一モータ制御手段３４への給電を停止し、さらにステップＳ１０７にて電磁誘導制御手段３５への給電を開始する。
【００９９】
以上の制御により、太陽光発電部１０から得られる発電電力が閾値以下である場合には、モータ駆動を停止し電磁誘導により固定部１５への電力送電を行い、太陽光発電部１０から得られる発電電力が閾値を超え、且つ、回転体１４の回転速度が閾値を超えた場合には、モータ駆動を停止させ速度調整を行うと共に電磁誘導により固定部１５への電力送電を行うものである。
【０１００】
図１０は実施例２の固定部１５システム制御手段４３の主要な動作を示すフローチャートである。
【０１０１】
まず、ステップＳ２０１にて第二回転速度算出手段４２から得られた回転速度と、閾値ＳＨ２０１の比較を行う。
【０１０２】
ステップＳ２０１での比較の結果、第二回転速度算出手段４２にて得られた回転速度が閾値ＳＨ２０１を超える場合、ステップＳ２０２にて負荷制御手段４５にて負荷へ接続し、さらにステップＳ２０３にて蓄電部４７へ充電を行う。
【０１０３】
ステップＳ２０１での比較の結果、第二回転速度算出手段４２にて得られた回転速度が閾値ＳＨ２０１以下の場合、ステップＳ２０４にて負荷制御手段４５にて負荷を開放する。
【０１０４】
次に、ステップ２０５にて外部電源４８への接続状態を調べる。
【０１０５】
外部電源４８への接続が検出されない場合、ステップＳ２０１の処理を行う。
【０１０６】
外部電源４８への接続が検出された場合には、ステップＳ２０６にて外部電源４８の電力を利用し、第二モータ制御手段４６を制御しモータ駆動を行う。
【０１０７】
以上の制御により、第二回転速度算出手段４２にて算出された回転体１４の回転速度が閾値を超えた場合、回転体１４の速度を調整しモータの回転速度を調整する。
【０１０８】
また、第二回転速度算出手段４２にて算出された回転体１４の回転速度が閾値以下である場合、外部電源４８の接続状態に応じて外部電源４８を使用してモータ駆動を行うものである。
【０１０９】
以上説明したように本発明に係る太陽電池モータを使用した駆動装置によれば、太陽光発電で得られた発電電力にてモータを駆動できない場合には、モータ駆動を行わず、更に、回転体にて回転速度の調整を行い、回転速度の調整を行うときに生じた太陽光発電の余剰電力を電磁誘導を用いて電力送電を行うため、太陽光発電で得られた電力を回転体から電磁誘導を用いて固定部電力送電を行うため、回転体から容易に発電電力を取り出すことができる。
【０１１０】
また、固定部にて回転速度の調整が行え、回転速度の調整を行うときに生じた回生運動に基づく発電電力を蓄電することで発電電力の有効利用ができる。
【実施例３】
【０１１１】
以下、本発明の実施例３よりなる太陽電池モータを使用した駆動装置について図１１〜図１４に基づき説明する。尚、上記実施例１および、実施例２における説明と同様となる部材等の説明は省略する。
【０１１２】
まず、図１１は実施例３の主要な構成を示した図である。
【０１１３】
実施例３の太陽電池モータを使用した駆動装置は、太陽光発電部１０、回転軸１３、回転体１４、固定部１５、変位手段５０等にて構成される。
【０１１４】
固定部１５は第二コイル２４が配設された固定部コイル配設円板５１（図１２参照）と第二永久磁石２３が変位手段５０により可動する円板面上に配設された固定部永久磁石配設円板５２（図１３参照）により構成される。
【０１１５】
変位手段５０は固定部１５の内部に配設され、第二永久磁石２３が配設された円板(図１３参照）を回転体１４に配設された第一永久磁石２０との距離を調整するために制御される。
【０１１６】
例えば、外部電源４８にてモータ駆動を行う場合には、変位手段５０にて回転体１４の第一永久磁石２０と第二永久磁石２３との距離を離間させることで永久磁石相互の磁界干渉を低減し、モータ駆動時の磁界の影響を解消する。
【０１１７】
図１２は実施例３の固定部コイル円板５１の水平断面図である。
【０１１８】
第二コイル２４が配設され、回転軸１３を軸支する回転軸支持部２５で構成される。
【０１１９】
第二コイル２４は回転軸支持部２５から同心円上の内周部および、外周へ配設される。
【０１２０】
図１３は実施例３の固定部永久磁石円板５２の水平断面図である。
【０１２１】
第二永久磁石２３は回転軸１３を中心とした同心円上の外周へ配設される。
【０１２２】
これは、回転体１４と接近させた場合に、回転体１４に配設される第一永久磁石２０と磁界による影響を低減するために相互の距離を離間させるためである。
【０１２３】
図１４は実施例３の固定部１５のブロック図である。
【０１２４】
固定部１５は第二永久磁石２３、第二コイル２４、電力回収部４１等にて構成される。
【０１２５】
電力回収部４１は、第二回転速度算出手段４２、システム制御手段４３、電力回収手段４４、負荷制御手段４５、第二モータ制御手段４６、変位手段制御部５３、蓄電部４７にて構成される。
【０１２６】
変位手段制御部５３はシステム制御手段４３の制御に基づき、変位手段５０を駆動し回転体１４の第一永久磁石２０と固定部１５の第二永久磁石２３との距離を調整する。
【０１２７】
システム制御手段４３は外部電源４８によるモータ駆動を行う場合には、変位手段５０を制御し回転体１４の第一永久磁石２０と固定部１５の第二永久磁石２３との距離をＬ１とする。
【０１２８】
また、外部電源４８によるモータ駆動を行わない場合には、変位手段５０を制御し回転体１４の第一永久磁石２０と固定部１５の第二永久磁石２３との距離をＬ２とする。
【０１２９】
本実施例では固定部１５に配設された第二永久磁石２３を変位させるようにしたが、回転体１４にて同様に制御してもよい。
【０１３０】
また、回転体１４を第一永久磁石２０と第二永久磁石２３の相互による引き付け合う特性を利用し、回転体１４の位置固定を行うために用いてもよい。
【０１３１】
また、回転体１４の回転速度調節を行うために制御してもよい。
【０１３２】
以上説明したように本発明に係る太陽電池モータを使用した駆動装置によれば、回転体と固定部の永久磁石の相互距離を可変することで、回転動作時における磁界の影響を低減し特に回転初期における回転を容易にできる。
【０１３３】
また、回転体および固定部に各々に変位手段を設け制御することにより、モータ駆動、発電および、電力送電を状況に応じて効率よく行える。
【０１３４】
更に、回転体の回転速度の調整も行える。
【実施例４】
【０１３５】
以下、本発明の実施例４よりなる太陽電池モータを使用した駆動装置について図１５〜図２１に基づき説明する。尚、上記実施例１、実施例２および、実施例３における説明と同様となる部材等の説明は省略する。
【０１３６】
まず、図１５は実施例４の主要な構成を示す分解斜視図である。
実施例４の太陽電池モータを使用した駆動装置は、太陽光発電部１０、回転軸１３、回転体１４、図１５、図１６の下方に配設される固定部１５、図１５、図１６の上方に配設される固定上部６１、４本の位置固定軸６２等にて構成される。
【０１３７】
太陽光発電部１０は図示しない太陽電池にて構成され、回転軸１３と連動して動くように固定された羽６３に配設される。
【０１３８】
回転軸１３は両端を固定部１５と固定上部６１で軸支される。
【０１３９】
図１５に示すように、回転体１４はそれぞれ太陽光発電部１０が両面に貼り付けられた２枚の羽６３と、図１、図２の上方に配設される第一円板部６４と、図１、図２の下方に配設される第二円板部６５により構成される。第一円板部６４と第二円板部６５は羽６３を挟持した状態で回転軸１３に固着される。これにより、回転体１４は回転軸１３と共に回転する。
【０１４０】
第一円板部６４には第一コイル２１が配設され、第二円板部６５には第一永久磁石２０が配設される。
【０１４１】
固定部１５には第二コイル２４が、固定上部６１には第二永久磁石２３が配設され、固定部１５と固定上部６１は４本の位置固定軸６２と８本のビス６６で連結される。
【０１４２】
以上の構成により、風力を得られ羽６３が回転を始めると第二円板部６５の第一永久磁石２０と固定部１５の第二コイル２４との間で磁界の変化が発生し、第二コイル２４へ電流が流れ発電が行われる。
【０１４３】
また、太陽光発電部１０の発電電力を第一円板部６４の第一コイル２１へ供給制御することにより、磁界の極を制御し固定上部６１に配設された第二永久磁石２３との間でモータ駆動を行い、回転体１４を回転させる。風力による回転軸１３の回転方向と、太陽光発電部１０による回転軸１３の回転方向は同一となっている。このようにして、太陽光と風力のエネルギーが合わさって回転軸１３が回転され、発電される。
【０１４４】
図２０は実施例４の回転体１４のブロック図である。
【０１４５】
風速算出手段７１は図示しない風速計からの出力に基づき風速を算出し、電力供給制御部３３へ通知する。
【０１４６】
太陽電池温度測定手段７２は図示しない太陽電池の温度を測定し、電力供給制御部３３へ通知する。
【０１４７】
電力供給制御部３３は風速算出手段７１からの風速情報と、太陽電池温度測定手段７２らの温度情報に基づき、第一回転速度算出手段３１あるいは、第二回転速度算出手段４２（図１４参照）により回転体１４が回転していないと判断された場合には、第一モータ制御手段３４へ電力供給を行い、回転体１４を回転させる。
【０１４８】
なお、固定部１５から回転体１４への情報の伝達は、図示しない無線通信手段により相互に授受可能とするものである。
【０１４９】
図２１は実施例４の回転体１４の電力供給制御部３３の主要な動作を示すフローチャートである。
【０１５０】
まず、ステップＳ３０１にて第一回転速度算出手段３１あるいは、第二回転速度算出手段４２（図１４参照）により回転体１４が停止しているかを調べる。
【０１５１】
停止していると判断された場合には、ステップＳ３０１に戻る。
【０１５２】
回転していると判断された場合には、ステップＳ３０２にて風速算出手段７１から得られた風速と、閾値ＳＨ３０１の比較を行う。
【０１５３】
風速が閾値ＳＨ３０１以下であった場合は、ステップＳ３０３にて太陽電池温度測定手段７２から得られた温度と閾値ＳＨ３０２の比較を行う。
【０１５４】
ステップＳ３０２にて風速が閾値ＳＨ３０１を超えた場合、あるいは、ステップＳ３０３にて温度が閾値ＳＨ３０２を超えた場合には、ステップＳ３０４にて第一モータ制御手段３４への給電を開始し回転体１４を回転させる。ステップＳ３０３にて温度が閾値ＳＨ３０２を超えなかった場合には、ステップ３０１に戻る。
【０１５５】
以上説明したように本発明に係る太陽電池モータを使用した駆動装置によれば、太陽光発電で得られた発電電力に加え、風力発電により得られた発電電力が利用可能となる。
【０１５６】
また、風力発電を効率よく行うためにカットイン未満の風速にて太陽光発電で得られた電力を直接補助駆動に利用できる。
【０１５７】
また、太陽光発電にて発電効率の低下要因となる太陽電池の温度上昇を太陽電池部を回転させることで防止できる。
【実施例５】
【０１５８】
以下、本発明の実施例５よりなる太陽電池モータを使用した駆動装置について図２２〜図２３に基づき説明する。尚、上記実施例１、実施例２、実施例３および、実施例４における説明と同様となる部材等の説明は省略する。
【０１５９】
まず、図２２は実施例５の主要な構成を示した図である。
【０１６０】
図２２Ａに示すように、実施例５の太陽電池モータを使用した駆動装置は、太陽光や風力により発電する発電部８１と、発電部８１を回動自在に軸支する支持体８２からなる。発電部８１は回転軸１３と、回転軸１３に固着され回転軸と共に回転する回転体１４と、回転体１４を回動自在に軸支する固定部１５からなる。
【０１６１】
回転体１４は回転軸１３の先端に固着された３枚の羽６３と、それぞれの羽６３の両面に貼り付けられた太陽光発電部１０と、回転軸１３に固着された１枚の第一円板部６４と、第一円板部６４に配設された複数の第一コイル２１と、回転軸１３に固着された３枚の第二円板部６５と、第二円板部６５に配設された複数の第一永久磁石２０からなる。
【０１６２】
第一コイル２１は太陽光発電部１０と電気的に接続され、太陽光発電部の出力電流が第一コイル２１に流れる。尚、太陽光発電部１０は羽６３のみでなく露出する回転軸１３にも貼り付けられてもよい。
【０１６３】
固定部１５は羽６３を露出して回転軸１３と回転体１４を覆う第一筐体８３と、回転軸１３を回動自在に軸支する２つの第一ラジアル軸受８４と、回転体１４のそれぞれの第一コイル２１に対向して配設される複数の第二永久磁石２３と、回転体１４のそれぞれの第一永久磁石２０に対向して配設される複数の第二コイル２４と、第二永久磁石２３と第二コイル２４が配設される取付具８５と、第一筐体８３に固着される支柱８６と、支柱８６に固着される第一歯車８７からなる。
【０１６４】
回転体１４の第一コイル２１と固定部１５の第二永久磁石２３で駆動回路８８を構成し、駆動回路８８は太陽光発電部１０の電力によって回転軸１３と回転体１４を回転させる。回転体１４の第一永久磁石２０と第二コイル２４で発電回路８９を構成し、発電回路８９は駆動回路８８による回転軸１３の回転や羽６３が受ける風力による回転軸１３の回転によって発電する。
【０１６５】
支持体８２は発電部８１の支柱８６を回動自在に軸支する２つの第二ラジアル軸受９０および１つのスラスト軸受９１と、支柱８６の第一歯車８７に歯合する第二歯車９２と、第二歯車９２を回転させる支柱用モータ９３と、支柱用モータ９３の回転を制御する制御回路９４と、支持体８２のこれらの構成を覆う第二筐体９５と、制御回路９４に風速の情報を送信する風速算出手段９６と、制御回路９４に照度の情報を送信する照度算出手段９７と、制御回路９４に太陽などの光源方向の情報を送信する光源方向検出部９８と、制御回路９４に風上とか風下などの風向き情報を送信する風上方向検出部９９からなる。光源方向検出部９８は例えば、図示しない予め太陽軌道を記憶させたＲＡＭまた／及び、ＲＯＭを搭載し読み出し、図示しない光センサにて微調整を行うように構成してもよい。
【０１６６】
制御回路９４は風車の図示しないピッチ角制御部および図示しないヨー角制御部を制御し、閾値を超えた風速を検出した場合には風上の方向へ、閾値以下の風速を検出し且つ、閾値を超えた照度を検出した場合には光源の方向へ向けるように太陽光発電部１０を駆動する。
【０１６７】
図２３は実施例５の制御回路９４の主要な動作を示すフローチャートである。
【０１６８】
まず、ステップＳ４０１にて風速算出手段９６から得られた風速と、閾値ＳＨ４０１の比較を行う。
【０１６９】
風速が閾値ＳＨ４０１を超えた場合には、ステップＳ４０２にて風上の方向へ太陽光発電部１０を向ける。
【０１７０】
ステップＳ４０１にて風速が閾値ＳＨ４０１以下であった場合、ステップＳ４０３にて照度算出手段９７から得られた照度と、閾値ＳＨ４０２の比較を行う。
【０１７１】
照度が閾値ＳＨ４０２以下であった場合には、ステップＳ４０２にて風上の方向へ太陽光発電部１０を向ける。
【０１７２】
照度が閾値ＳＨ４０２を超えた場合には、ステップＳ４０４にて光源の方向へ太陽光発電部１０を向ける。
【０１７３】
以上説明したように本発明に係る太陽電池モータを使用した駆動装置によれば、風力発電が行える環境では風力発電を行い、風力発電が行えない環境においては太陽光を追尾することで太陽光発電を行い環境に順応した発電を行うことができる。
【０１７４】
以上説明したように本発明に係る太陽電池モータおよびこれを使用した駆動装置によれば、太陽電池モータ装置１が外部からの電力供給を必要とせず、太陽光発電部１０の温度上昇を防止し、太陽の位置が変化した場合でも効率の良い発電を行い、更に、効率的な風力発電を行い得られた電力を利用することができる。
【０１７５】
また、モータの回転速度の調整を行うと共に、太陽光発電部１２の余剰電力を容易に回転体から固定部へ取り出し、蓄電池へ充電を行うと共に外部への電力供給も行える。
【０１７６】
さらに、外部電力の供給あるいは、蓄電池へ充電された電力を利用することで太陽電池モータ１を風力、太陽光に依存しない駆動が行えユーザにとって利便性の高い太陽電池モータよびこれを使用した駆動装置を提供することが可能となる。
【０１７７】
なお、本発明は、太陽光発電部をモータの回転軸と回転体の一方または両方に配設したものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１７８】
本発明は、電力供給が得られず太陽光のあるところで動力源としての用途に利用できる。太陽光以外の動力源として、たとえば風力発電機の動力源としも使用できる。
【０１７９】
また、水力発電機の動力源としても利用できる。
【符号の説明】
【０１８０】
１    太陽電池モータ
１０  太陽光発電部
１１  電力送電部
１２  モータ部
１３  回転軸
１４  回転体
１５  固定部
２０  第一永久磁石
２１  第一コイル
２２  回転軸穴
２３  第二永久磁石
２４  第二コイル
２５  回転軸支持部
３１  第一回転速度算出手段
３２  ＭＰＰＴ制御手段
３３  電力供給制御部
３４  第一モータ制御手段
３５  電磁誘導制御手段
４１  電力回収部
４２  第二回転速度算出手段
４３  システム制御手段
４４  電力回収手段
４５  負荷制御手段
４６  第二モータ制御手段
４７  蓄電部
４８  外部電力
４９  外部負荷
５０  変位手段
５１  固定部コイル配設円板
５２  固定部永久磁石配設円板
５３  変位手段制御部
６１  固定上部
６２  位置固定軸
６３  羽
６４  第一円板部
６５  第二円板部
６６  ビス
７１  風速算出手段
７２  太陽電池温度測定手段
８１  発電部
８２  支持体
８３  第一筐体
８４  第一ラジアル軸受
８５  取付具
８６  支柱
８７  第一歯車
８８  駆動回路
８９  発電回路
９０  第二ラジアル軸受
９１  スラスト軸受
９２  第二歯車
９３  支柱用モータ
９４  制御回路
９５  第二筐体
９６  風速算出手段
９７  照度計算手段
９８  光源方向検出部
９９  風上方向検出部
【図１】
2013016526.tif 000003
【図２】
2013016526.tif 000004
【図３】
2013016526.tif 000005
【図４】
2013016526.tif 000006
【図５】
2013016526.tif 000007
【図６】
2013016526.tif 000008
【図７】
2013016526.tif 000009
【図８】
2013016526.tif 000010
【図９】
2013016526.tif 000011
【図１０】
2013016526.tif 000012
【図１１】
2013016526.tif 000013
【図１２】
2013016526.tif 000014
【図１３】
2013016526.tif 000015
【図１４】
2013016526.tif 000016
【図１５】
2013016526.tif 000017
【図１６】
2013016526.tif 000018
【図１７】
2013016526.tif 000019
【図１８】
2013016526.tif 000020
【図１９】
2013016526.tif 000021
【図２０】
2013016526.tif 000022
【図２１】
2013016526.tif 000023
【図２２】
2013016526.tif 000024
【図２３】
2013016526.tif 000025