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

2005 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): 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, 助教授 (30228514)
• Keywords: 永久磁石型三相同期電動機 / AC / DCコンバータ / 転流リアクタンス / スイッチングレギュレータ / バックコンバータ / H8マイコン

Research Abstract

発電機としては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(永久磁石型三相同期発電機)として利用している。発電機の駆動方式としては従来と同様に、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が、人間の発電持続時間を長くするためには現在の駆動装置では、同一ペダル回転数に対する発電機の回転数を上げる必要性がある。そこで、現在、発電機を自転車の後輪側に設置できるように改良中である。
ワンチップマイコン(H8/3052)を用いた発生電力量測定システムの精度検証を、直流側での脈動が大きい単相全波整流回路において行った。測定時間は20秒間で演算周期は20[μs]とし、R負荷及び(R+L)負荷共に5回の測定平均値と理論値との誤差は最大電力演算で約1.8%、積算電力量演算で約2.4%となった。従って、発生電力量演算等に関しては十分な精度を有していることが確認できた。
また、実際の人力発電システムでの積算電力量演算において、サンプリング周期を1[s]と40[ms]との場合で比較すると最大10%の誤差が生じ、1[s]の場合の方が低い電力量を示したので実システムにおけるサンプリング周期に関しては1[s]以下とし引き続き定量的検討を行う。
発生電力を有効に利用するために、AC/DCコンバータである3相ダイオードブリッジの使用ダイオードの選定及び転流リアクタンスの影響を定量的に検討中である。そして、安定な直流出力を得るためのスイッチングレギュレータにはバックコンバータを用い、PI制御に要する演算処理時間は30[μs]以下とすることができた。従って、20[kHz]以上のスイッチング周波数が可能となり、システムの小型化が期待できる。
また、災害時に利用可能な折りたたみ式自転車による発電システムに関しては、18年度において引き続き検討予定である。