| Project/Area Number |
22K04052
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
加藤 修平 日本大学, 生産工学部, 准教授 (40802294)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | フライホイール / エンジン / クラッチ / UPS / 遊星歯車 / 停電保護装置 / 空燃比 / 停電 / コジェネレーション |
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| Outline of Research at the Start |
日本は停電が稀な国の一つであるが，東南アジアでは停電が頻発する。そのため，停電が日本企業の工場進出に向けた大きな障壁の一つになっている。本研究は停電対策装置として，これまで広く利用されてきたバッテリ式の弱点を克服できるフライホイールと呼ばれる回転する円盤を用いたシステムの実用化を目的とし，停電多発地域における工場の安定操業を目指している。本研究は原理的に長寿命でリサイクル可能なフライホイールと停電の際に切れ目なく長時間電力供給可能なエンジンの組み合わせによる停電対策装置を目指している。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は東南アジア（インドネシアなど）などへの日本企業工場進出に向けた大きな課題の１つになっている停電対策装置として、これまで広く利用されてきたバッテリ式の弱点を克服できるフライホイールと呼ばれる回転する円盤を用いたシステムの実用化を目的とし、停電多発地域における工場の安定操業を目指している。
研究実施計画に基づき、以下の内容を実験的に検証した。電磁クラッチの動作時間については定格２４Ｖの印加電圧をフォーシング（一時的に高い電圧を印加）することで励磁電流を急速に立ち上げる制御を実施した。これにより１０ｋＷシステムにおいて０．４２秒であった動作時間（電圧印加から接続完了までの時間）を約５０％減の約０．２秒に短縮できた。さらに、適切な空燃比制御法ついてはアクチュエータを駆動するドライバを実装し、燃料スロットルが０％～１００％までを約３００段階で調整できる機構を実装した。これにより模擬停電実験（負荷がほぼ１００％）においてガバナ制御（ＰＩＤ制御）とキャパシタ制御により停電時（過渡期含む）においても負荷電圧を９５％以上に維持可能となった。しかし、力率が悪い負荷や数百ｋＷの大型エンジンなどの場合、起動時間が遅く電圧維持については限界がある。そのため、フライホイールと発電機間に遊星歯車を実装して、起動時間が遅い場合や力率が悪い負荷に対する改善策を実施した。これにより上記制約を大幅に低減できることが判った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
広範囲な負荷条件や大型エンジンに対応すべく、遊星歯車を実装してその制約を大幅に低減させた。この遊星歯車の制御方法を確立する必要がある。特に遊星歯車のリング軸の制御方法である。
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| Strategy for Future Research Activity |
エンジン起動時間に猶予をもたせる方法について研究を行う。これはこれまで実装した遊星歯車の制御方法の理論確立である。具体的にはフライホイール回転速度、発電機回転速度および遊星歯車の減速比等から算出される理論式に基づいてリング軸の回転速度の目標値を算出する。これは発電機の回転速度を一定に保つためであり、この制御によってフライホイールの蓄積エネルギの設計方法も再考する予定である。
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