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

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560266
• Research Institution: Kitakyushu National College of Technology
• 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): 花本 剛士 九州工業大学, 大学院・生命体工学研究科, 助教授 (30228514) ; 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)
• Keywords: DCブラシレスモータ / 転流リアクタンス / 上死点 / 下死点 / バック・ブーストコンバータ / 回生制動

Research Abstract

電動補助システム付き自転車のDCブラシレスモータを発電機(定格240W、3000rpm)として利用し、15秒程度の持続時間であれば300W強の出力を得ることが出来た。発電機の駆動方式は自転車ペダル側のスプロケツトとモータ軸側のスプロケット間にダイレクトにチェーンをかけて人力でこいで発電している。
出力は3相交流及びダイオードブリツジで整流した直流共に300Wを超えている。直流負荷時には電機子巻線リアクタンスによる転流のため電圧降下が生じ、これは交流時のリアクタンス降下に相当する。そして、最高周波数が500Hz程度と高いので、これ等を無視することは出来ず定量的検討を加えたい。
現状における出力アップの対策法として以下の事項が考えられる。
(1)現在のギア比(人力によるクランク回転とモータ間)は推測で約43程度であるので、人間がペダルをこいで5分間一定回転数を維持し、200W出力を得るには現在のギア比では高すぎるので適切なギア比を選定する。
(2)ペダルの上死点及び下死点でスムーズにこげないため持続した一定出力が得られないので、小さな駆動系の慣性を負荷側で電子的に増大可変とする。
(3)ペダルが1回転するときのエネルギー量増大のため、ギア比の選定以外に駆動系自体に改良を加える。
発生した3相交流電圧は整流され、これより一定直流出力電圧を得るための高効率コンバータにはバック・ブーストタイプを採用し、現在、電力変換システムの設計・開発中である。また、発生電力及び積算電力量等のデータ収集・表示システムもワンチップマイコンを用いて開発中である。
次年度は電動補助システム付き自転車を用いて自転車として利用しない場合、そして、自転車利用時の健康モードとしての及び回生制動時での発電システムの開発を目指す。