自然エネルギー利用マイクロ発電援用人力発電システムの開発

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560266
• Research Institution: KITAKYUSYU NATIONAL COLLEGE OF TECHNOGY
• Principal Investigator: 田中 良明 北九州工業高等専門学校, 電気電子工学科, 教授 (10039125)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮川 隆寛 北九州工業高等専門学校, 電気電子工学科, 助教授 (20149991) ; 花本 剛士 九州工業大学, 大学院・生命体工学研究科, 教授 (30228514)
• Keywords: DCブラシレスモータ / 永久磁石型3相同期発電機 / 転流リアクタンス / スイッチングレギュレータ / H8マイコン

Research Abstract

電動アシスト自転車のDCブラシレスモータ(定格240W,3000rpm)を発電機として利用している。発電機の駆動方式は平成15年度当初と同一方法で、自転車ペダル側のスプロケットとモータ軸側のスプロケット間に直接チェーンを掛けて人力でこいで発電している。研究開始以来、2社のDCブラシレスモータを使用したが基本的にはほぼ同一定格であったので15年当初のものを使用している。
サンプリング周期が約20μsの横河製デジタルパワーメータWT230により発生電力を測定した結果、3相交流を整流した直流側で約7680J(=128W×60s)≒2.7Whの電力量を得ることができた。サンプリング周期を1sとした場合の瞬間最大発生電力は駆動部の改良が進まず、従来同様330W強となっている。
ワンチップマイコン(H8/3052)を用いた発生電力及び積算電力量等のデータ収集・表示システムの設計・製作は終了し、デジタルパワーメータWT230に対し約4%以内の測定精度が得られた。データ収集のサンプリング周期は発電機回転数、すなわち発生交流の周波数に依存するが人間のペダルをこぐときの1回転に要する時間中における出力変動などを考慮すれば実用的には100msで十分であることが判明した。
電力変換システムについては、発生した3相交流から直流へ変換する際の転流リアクタンスの大きさ及びその影響について調べた。そして、バッテリー充電のための一定直流出力電圧を得るためDC/DCコンバータにはバックタイプのスイッチングレギュレータを用い、そのスイッチング周波数はH8マイコンの演算処理能力から50μs(20kHz)と選定した。