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JP2010161889A - Power-generating apparatus - Google Patents

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JP2010161889A
JP2010161889A JP2009003239A JP2009003239A JP2010161889A JP 2010161889 A JP2010161889 A JP 2010161889A JP 2009003239 A JP2009003239 A JP 2009003239A JP 2009003239 A JP2009003239 A JP 2009003239A JP 2010161889 A JP2010161889 A JP 2010161889A
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JP
Japan
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power
circuit
generator
voltage
constant voltage
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Pending
Application number
JP2009003239A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akimitsu Hatta
章光 八田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SKY DENSHI KK
Kochi University of Technology
Original Assignee
SKY DENSHI KK
Kochi University of Technology
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Publication date
Application filed by SKY DENSHI KK, Kochi University of Technology filed Critical SKY DENSHI KK
Priority to JP2009003239A priority Critical patent/JP2010161889A/en
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power-generating apparatus capable of highly efficiently and stably supplying voltage to electrical apparatuses, by the power generated by a generator which is difficult to obtain a constant voltage. <P>SOLUTION: The power-generating apparatus includes: a generator; a switching method type voltage stabilizer circuit for attaining stabilization by subjecting the power generated by the generator to duty ratio control and restricting the current from the generator; and an invertor circuit for converting the power stabilized through the voltage stabilizer circuit into AC power to be supplied to the electrical apparatuses. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、人力又は自然エネルギー等を利用して発電する、一定の電圧を得ることができない発電機により発生した電力を、効率よく安定的に電気器具に供給するための発電装置に関する。   The present invention relates to a power generation apparatus for generating electric power using human power or natural energy, and for efficiently and stably supplying electric power generated by a generator that cannot obtain a constant voltage to an electric appliance.

人間は仕事率が約100W以下であれば持続的に運動することができ、100Wの仕事率があれば小型テレビ等の電気器具を動作させることは原理的に可能である。
ここで、人間が物理的仕事を効率よく行うことができる動作として、自転車のペダルをこぐという動作を挙げることができる。そして、自転車のペダルをこぐという物理的仕事を電力に変換する自転車型の人力発電機が種々開発されている。
A human can move continuously if the work rate is about 100 W or less, and if it has a work rate of 100 W, it is in principle possible to operate an electric appliance such as a small television.
Here, as an operation in which a human can efficiently perform physical work, an operation of pedaling a bicycle can be cited. Various types of bicycle-type human power generators that convert the physical work of pedaling a bicycle into electric power have been developed.

自転車型の人力発電機としては、下記特許文献1に記載のものを挙げることができる。特許文献1の人力発電機は、磁極によるコギングトルクをなくしたコアレス発電機であり、コギングトルクがないため、ペダルを軽くこぐことができ、仕事率を向上させることができる。   Examples of the bicycle-type human power generator include those described in Patent Document 1 below. The human-powered generator disclosed in Patent Document 1 is a coreless generator that eliminates cogging torque due to magnetic poles, and since there is no cogging torque, the pedal can be lightly tweaked and the work rate can be improved.

また、図16は人力発電機(61)を電気器具(62)に接続する場合の回路のブロック図であるが、人力発電機(61)を電気器具(62)に接続する場合、人力発電機(61)はインバータ(63)を介して電気器具(62)に接続される。
ここで、人力で自転車をこぐ場合、こぐ速さによって発電機の回転数が変化するので、それに伴い起電力も変動する。そのため、インバータ(63)を用いる場合等は、バッテリー(64)(例えば、鉛バッテリー)を用いて、インバータへの入力電圧の大きさを常に略一定にする必要がある。
FIG. 16 is a block diagram of a circuit when the human power generator (61) is connected to the electric appliance (62). However, when the human power generator (61) is connected to the electric appliance (62), the human power generator is used. (61) is connected to the electric appliance (62) via the inverter (63).
Here, when riding a bicycle by human power, the rotational speed of the generator changes depending on the speed of the riding, and accordingly, the electromotive force also changes. Therefore, when the inverter (63) is used, it is necessary to always keep the magnitude of the input voltage to the inverter using the battery (64) (for example, a lead battery).

上記したように、人力発電機(61)を用いて電気器具(62)に電力を供給することは可能であるが、実際に人力発電機を実用化するためには、電力損失を軽減させる必要がある。
しかし、例えば12Vの鉛バッテリー(64)を使用する場合、人力発電機を100W程度の仕事率で動作させるとき、仮に100Wの電力を電気器具(62)に供給するためには、約8Aの大電流が必要となる。このような大電流を得ようとすると、発電機(61)の内部での電力損失が大きくなってしまい、結果的に電力の取り出し効率が低下してしまう。
As described above, it is possible to supply electric power to the electric appliance (62) using the human power generator (61), but in order to actually put the human power generator into practical use, it is necessary to reduce the power loss. There is.
However, for example, when using a 12V lead battery (64), when operating a human power generator at a power of about 100W, in order to supply 100W of electric power to the electric appliance (62), a large of about 8A is required. A current is required. If such a large current is to be obtained, the power loss inside the generator (61) becomes large, resulting in a reduction in power extraction efficiency.

実例を挙げると、コアレス発電機としてスカイ電子製HR125型発電機(600rpmで起電力91V、内部抵抗47Ω)を用い、12Vの鉛バッテリーに接続して使用した場合、標準的な人力である100Wの仕事率で発電機を回転させたとき、発電機の内部抵抗による損失が約85Wとなり、バッテリーに供給されて利用できる電力は15Wまで減少してしまう。
即ち、鉛バッテリーのような低インピーダンスの回路に接続すると、発電機から電力を取り出す効率が僅か15%程度となってしまう。
For example, when using a Sky Electronics HR125 generator (electromotive force of 91V, internal resistance of 47Ω at 600rpm) as a coreless generator and connected to a 12V lead battery, the standard human power is 100W. When the generator is rotated at a work rate, the loss due to the internal resistance of the generator is about 85 W, and the electric power supplied to the battery and usable is reduced to 15 W.
That is, when connected to a low impedance circuit such as a lead battery, the efficiency of extracting power from the generator is only about 15%.

なお、高速回転で自転車をこいで人力発電機の仕事率を高くし起電力を高くしたとしても、バッテリーの電圧は一定であるため、仕事率のほとんどは発電機の内部抵抗で損失となり、電力の取り出し効率は向上しない。
また、人力発電機で発生させる電力の電圧を一定とすることで、バッテリーを使わないでインバータに接続することも可能であるが、バッテリー相当の電圧でインバータに電力を供給するためには電流を大きくする必要があり、発電機からの電力の取り出し効率が悪いという点では同じである。
Even if the power of the manpower generator is increased and the electromotive force is increased by riding a bicycle at high speed, the battery voltage is constant, so most of the power is lost due to the internal resistance of the generator. The extraction efficiency is not improved.
In addition, it is possible to connect to the inverter without using a battery by keeping the voltage of the power generated by the human power generator constant, but in order to supply power to the inverter with a voltage equivalent to the battery, a current is required. It is the same in that the power needs to be increased and the power extraction efficiency from the generator is poor.

また、太陽光、風力、水力等の自然エネルギーを利用した発電機も、人力発電機と同様に発電機により一定の電圧を得るのが難しいため、上記した人力発電機の問題と同様の問題が生じる。   In addition, generators using natural energy such as sunlight, wind power, and hydropower are also difficult to obtain a constant voltage with a generator like a human power generator. Arise.

特開2007−288909号公報JP 2007-288909 A

本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、一定の電圧を得ることが難しい発電機により発生させた電力を高効率で安定的に電気器具に供給することのできる発電装置を提供することを解決課題とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and provides a power generator capable of stably and efficiently supplying electric power generated by a power generator that is difficult to obtain a constant voltage to an electric appliance. Is a solution issue.

請求項1に係る発明は、発電機と、該発電機で発生した電力に対してデューティ比制御を行い定電圧化するとともに、前記発電機から流入する電流を制限するスイッチング方式定電圧化回路と、該定電圧化回路で定電圧化された電力を交流電力に変換して電気器具に供給するインバータ回路を有することを特徴とする発電装置に関する。   The invention according to claim 1 is a generator, a switching system constant voltage circuit for limiting the current flowing from the generator while performing duty ratio control on the electric power generated by the generator to make the voltage constant. Further, the present invention relates to a power generator having an inverter circuit that converts power converted to a constant voltage by the constant voltage circuit into AC power and supplies the AC power to an electrical appliance.

請求項2に係る発明は、前記定電圧化回路における定電圧化を、パルス幅を一定にし、且つ周期を入力電圧に正比例させて長くして降圧スイッチングパルスのデューティ比が発電機の電圧に反比例するように制御することで行うことを特徴とする請求項1記載の発電装置に関する。   According to a second aspect of the present invention, the constant voltage in the constant voltage circuit is made constant by making the pulse width constant and the period is directly proportional to the input voltage, and the duty ratio of the step-down switching pulse is inversely proportional to the voltage of the generator. The power generation apparatus according to claim 1, wherein the power generation apparatus is controlled by performing control.

請求項3に係る発明は、前記定電圧化回路が、低出力負荷時の出力電圧の超過を防ぐための出力電圧制限回路を有することを特徴とする請求項1又は2記載の発電装置に関する。   The invention according to claim 3 relates to the power generator according to claim 1 or 2, wherein the constant voltage circuit has an output voltage limiting circuit for preventing an output voltage from exceeding when the output power is low.

請求項4に係る発明は、前記定電圧化回路が、低入力電圧時の過大な入力電流を防ぐための過電流制限回路を有することを特徴とする請求項1乃至3いずれか記載の発電装置に関する。   The invention according to claim 4 is characterized in that the constant voltage circuit includes an overcurrent limiting circuit for preventing an excessive input current at a low input voltage. About.

請求項5に係る発明は、前記定電圧化回路が、高入力電圧時の過大な入力電圧を防ぐための過電圧制限回路を有することを特徴とする請求項1乃至4いずれか記載の発電装置に関する。   The invention according to claim 5 relates to the power generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the constant voltage circuit includes an overvoltage limiting circuit for preventing an excessive input voltage at a high input voltage. .

請求項6に係る発明は、前記発電機がコアレス発電機であることを特徴とする請求項1乃至5いずれか記載の発電装置に関する。   The invention according to claim 6 relates to the power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the generator is a coreless generator.

請求項7に係る発明は、前記発電機で得られた交流電力を整流平滑する整流回路を有し、該整流回路で整流平滑した直流電力を前記定電圧化回路に入力することを特徴とする請求項1乃至6いずれか記載の発電装置に関する。   The invention according to claim 7 has a rectifier circuit that rectifies and smoothes AC power obtained by the generator, and inputs DC power rectified and smoothed by the rectifier circuit to the constant voltage circuit. The power generator according to claim 1.

請求項8に係る発明は、前記発電機が自転車型の人力発電機であることを特徴とする請求項1乃至7いずれか記載の発電装置に関する。   The invention according to claim 8 relates to the power generator according to any one of claims 1 to 7, wherein the generator is a bicycle-type human power generator.

請求項1に係る発明によれば、発電機と、該発電機で発生した電力に対してデューティ比制御を行い定電圧化するとともに、前記発電機から流入する電流を制限するスイッチング方式定電圧化回路と、該定電圧化回路で定電圧化された電力を交流電力に変換して電気器具に供給するインバータ回路を有することにより、発電機から流入する電流量を必要最小限にでき、発電機の内部抵抗損失を抑制することができる。それにより、一定の電圧を得ることが難しい発電機等で発生させた電力でも、高効率で安定的に電気器具に供給することができる。   According to the first aspect of the present invention, the generator and the power generated by the generator are duty-ratio controlled to obtain a constant voltage, and the switching system constant voltage is used to limit the current flowing from the generator. A circuit and an inverter circuit that converts the electric power converted to a constant voltage into the AC voltage and supplies the electric power to the electric appliance, thereby making it possible to minimize the amount of current flowing from the generator. The internal resistance loss can be suppressed. As a result, even power generated by a generator or the like for which it is difficult to obtain a constant voltage can be stably and efficiently supplied to the electric appliance.

請求項2に係る発明によれば、前記定電圧化回路における定電圧化を、パルス幅を一定にし、且つ周期を入力電圧に正比例させて長くして降圧スイッチングパルスのデューティ比が発電機の電圧に反比例するように制御することで行うことにより、アナログ回路でも容易に電圧を一定にすることができる。   According to the second aspect of the present invention, the constant voltage generation in the constant voltage circuit is made long by making the pulse width constant and the period directly proportional to the input voltage, so that the duty ratio of the step-down switching pulse is the voltage of the generator. By performing the control so as to be inversely proportional to the voltage, it is possible to easily make the voltage constant even in an analog circuit.

請求項3に係る発明によれば、前記定電圧化回路が、低出力負荷時の出力電圧の超過を防ぐための出力電圧制限回路を有することにより、低出力負荷時にも出力電圧を一定以下に抑制することができる。   According to the invention of claim 3, the constant voltage circuit includes an output voltage limiting circuit for preventing the output voltage from exceeding when the output power is low, so that the output voltage is kept below a certain level even when the output voltage is low. Can be suppressed.

請求項4に係る発明によれば、前記定電圧化回路が、低入力電圧時の過大な入力電流を防ぐための過電流制限回路を有することにより、低入力電圧時に入力インピーダンスを一定以上に保ち、発電機の動き始めに大きな力を用いる必要が生じること(例えば、人力発電機の場合、こぎはじめにペダルが重くなること)を防ぐことができ、発電機の内部損失も抑制することができる。   According to the invention of claim 4, the constant voltage circuit has an overcurrent limiting circuit for preventing an excessive input current at a low input voltage, thereby maintaining an input impedance at a certain level or more at a low input voltage. It is possible to prevent the necessity of using a large force at the beginning of the movement of the generator (for example, in the case of a human power generator, the pedal becomes heavy at the beginning of the saw), and the internal loss of the generator can also be suppressed.

請求項5に係る発明によれば、前記定電圧化回路が、高入力電圧時の過大な入力電圧を防ぐための過電圧制限回路を有することにより、発電機の電圧が所定の電圧よりも高くなると自動的に負荷を増やしてトルクを大きくし、定電圧回路の最大定格電圧を超えるのを防ぐことができ、定電圧化回路が過電圧で故障することを回避することができる。   According to the invention according to claim 5, when the voltage regulator circuit has an overvoltage limiting circuit for preventing an excessive input voltage at a high input voltage, the voltage of the generator becomes higher than a predetermined voltage. It is possible to automatically increase the load and increase the torque to prevent exceeding the maximum rated voltage of the constant voltage circuit, and to avoid failure of the constant voltage circuit due to overvoltage.

請求項6に係る発明によれば、前記発電機がコアレス発電機であることにより、少ない力で発電機を動作させることができ、仕事率を向上させることができる。   According to the invention which concerns on Claim 6, since the said generator is a coreless generator, a generator can be operated with little force and a work rate can be improved.

請求項7に係る発明によれば、前記発電機で得られた交流電力を整流平滑する整流回路を有し、該整流回路で整流平滑した直流電力を前記定電圧化回路に入力することにより、発電機が交流電力を発生させる場合でも、直流に変換して定電圧化回路に入力することができる。   According to the invention according to claim 7, by having a rectifier circuit for rectifying and smoothing the AC power obtained by the generator, by inputting the DC power rectified and smoothed by the rectifier circuit to the constant voltage circuit, Even when the generator generates AC power, it can be converted to DC and input to the constant voltage circuit.

請求項8に係る発明によれば、前記発電機が自転車型の人力発電機であることにより、人力で発電した電力を高効率で電気器具等に供給することができる。   According to the invention which concerns on Claim 8, since the said generator is a bicycle-type human power generator, the electric power generated by human power can be supplied to an electric appliance etc. with high efficiency.

以下、図面を参照しつつ、本発明の発電装置の実施形態について説明する。
図1は本実施形態に係る人力発電装置(100)を示すブロック図である。
Hereinafter, embodiments of the power generation device of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a human power generator (100) according to this embodiment.

本実施形態に係る人力発電装置(100)は、自転車に取り付けられたコアレス発電機(12)で電力を発生させるものである。
また、コアレス発電機(12)で発生させた電力は、整流回路(2)、定電圧化回路(3)、インバータ回路(4)を経て、インバータ回路(4)からの出力電力が電気器具(5)に供給される。
The human power generation device (100) according to the present embodiment generates electric power with a coreless generator (12) attached to a bicycle.
Moreover, the electric power generated by the coreless generator (12) passes through the rectifier circuit (2), the constant voltage circuit (3), and the inverter circuit (4), and the output power from the inverter circuit (4) is converted into an electric appliance ( 5).

図2は本実施形態に係る人力発電装置(100)における発電機(12)周辺(発電部(1))を示す斜視図である。
本実施形態の人力発電機(100)は、サイクルトレーナーや自転車練習台と呼ばれる装置(実際の自転車を取り付けて固定し、車輪(W)に負荷のかかったローラ(11)を押しつけて回転させ、室内等で自転車競技の練習をするための装置)のローラ(11)に負荷をかける部分をコアレス発電機(12)(本実施形態ではスカイ電子製HR125型発電機)と取り換えたものを使用している。
発電部(1)は、図2に示すように、自転車の車輪(W)と接し且つ車輪(W)の回転に応じて回転するローラ(11)、ローラ(11)の両端に備えられたコアレス発電機(12)、はずみ車(13)からなる。また、コアレス発電機(12)は、内部に固定されたコイルと外側容器とともに回転する永久磁石(ロータ)からなる、アウターロータ型と呼ばれる発電機である。
使用者が自転車をこぐことにより車輪(W)を回転させることでローラ(11)を回転させる。そして、ローラ(11)に連動して永久磁石が回転し、それにより交流電力が発生する。
FIG. 2 is a perspective view showing the vicinity of the generator (12) (the power generation section (1)) in the human power generation apparatus (100) according to the present embodiment.
The human-powered generator (100) of the present embodiment is a device called a cycle trainer or a bicycle practice stand (attaching and fixing an actual bicycle, pressing a roller (11) loaded on a wheel (W) and rotating it, Use a device that applies a load to the roller (11) of a device for practicing a bicycle competition indoors, etc., with a coreless generator (12) (Sky Electronics HR125 generator in this embodiment). ing.
As shown in FIG. 2, the power generation unit (1) includes a roller (11) that contacts the bicycle wheel (W) and rotates according to the rotation of the wheel (W), and a coreless provided at both ends of the roller (11). It consists of a generator (12) and a flywheel (13). The coreless generator (12) is a generator called an outer rotor type that includes a coil fixed inside and a permanent magnet (rotor) that rotates together with the outer container.
The roller (11) is rotated by rotating the wheel (W) by the user riding the bicycle. Then, the permanent magnet rotates in conjunction with the roller (11), thereby generating AC power.

人力発電装置(100)は、コアレス発電機の回転数を十分に高くする増速機能を有することが好ましい。
発電機(12)の起電力(電圧)は永久磁石の回転数(つまり、ローラ(11)の回転数)に比例して大きくなるが、増速機能を有することにより、容易に永久磁石(ロータ)の回転数をあげて、発生する電圧を大きくすることができるからである。
増速機能としては、自転車本体のチェーンと車輪に接触させるローラを挙げることができる。このようなローラを用い、自転車のギア比(チェーンの歯車比)、及び/又は車輪(W)の直径に対するローラ(11)の直径の比を調節することで、発電機の回転数を十分大きくすることができる。また、ベルトや歯車を用いた付加的な増速機能を備えてもよい。
永久磁石(ローラ(11))の回転数としては、自転車の車輪(W)の回転数の10倍以上が好ましい。例えば、ローラ(11)の直径を車輪(W)の直径の1/10以下にすることで、車輪(W)に対して10倍以上の回転数を得ることができる。
The human power generator (100) preferably has a speed increasing function for sufficiently increasing the rotational speed of the coreless generator.
The electromotive force (voltage) of the generator (12) increases in proportion to the rotational speed of the permanent magnet (that is, the rotational speed of the roller (11)). This is because the generated voltage can be increased by increasing the number of rotations of
Examples of the speed increasing function include a roller that is brought into contact with the chain and the wheel of the bicycle body. By using such a roller and adjusting the ratio of the diameter of the roller (11) to the diameter of the bicycle (Gear ratio of the bicycle) and / or the wheel (W), the number of rotations of the generator is sufficiently increased. can do. Further, an additional speed increasing function using a belt or a gear may be provided.
The rotational speed of the permanent magnet (roller (11)) is preferably 10 times or more the rotational speed of the bicycle wheel (W). For example, by setting the diameter of the roller (11) to 1/10 or less of the diameter of the wheel (W), it is possible to obtain a rotational speed 10 times or more that of the wheel (W).

なお、本実施形態では車輪(W)を有しているが、ペダルと発電機のロータ(永久磁石)を、車輪(W)を介さずに接続し回転させてもよい。例えばトレーニングジム等で利用される、エアロバイクや自転車エルゴメータと呼ばれるトレーニングマシンの負荷部分をコアレス発電機と取り換えたものでもよい。
また、本実施形態では、発電部(1)の発電機(12)は1つであるが、発電機(12)の数は二つ以上でもよい。
In addition, in this embodiment, although it has a wheel (W), you may connect and rotate a pedal and the rotor (permanent magnet) of a generator not via a wheel (W). For example, the load portion of a training machine called an exercise bike or a bicycle ergometer used in a training gym or the like may be replaced with a coreless generator.
Moreover, in this embodiment, although the generator (12) of the electric power generation part (1) is one, the number of generators (12) may be two or more.

整流回路(2)は、人力発電機(12)で得られた交流電力を直流電力に整流平滑するための回路である。整流回路(2)としては特に限定されず、一般的なものを用いればよい。なお、発電機(12)が直流出力であれば整流回路を用いる必要はない。   The rectifier circuit (2) is a circuit for rectifying and smoothing AC power obtained by the human power generator (12) into DC power. The rectifier circuit (2) is not particularly limited, and a general circuit may be used. If the generator (12) is a direct current output, there is no need to use a rectifier circuit.

定電圧化回路(3)は、整流回路(2)で整流平滑された直流電力を一定の電圧にし、インバータ回路(4)に供給するためのものである。   The constant voltage circuit (3) is for making the DC power rectified and smoothed by the rectifier circuit (2) a constant voltage and supplying it to the inverter circuit (4).

インバータ回路(4)は直流を交流に変換するためのものであり、定電圧化回路(3)で一定の電圧となった直流電力の正極と負極を時間とともに反転しながら負荷に接続することで擬似正弦波(矩形波)の交流に変換し、電化製品等の電気器具(5)に供給するためのものである。なお、インバータ回路としては単純な矩形波ではなく、真の正弦波又は正弦波に近い波形を発生する回路を用いることがより好ましい。   The inverter circuit (4) is for converting direct current to alternating current, and by connecting the positive and negative electrodes of the DC power that has become a constant voltage in the constant voltage circuit (3) to the load while reversing with time. It is for converting into an alternating current of a pseudo sine wave (rectangular wave) and supplying the electric appliance (5) such as an electric appliance. As the inverter circuit, it is more preferable to use a circuit that generates a true sine wave or a waveform close to a sine wave instead of a simple rectangular wave.

本実施形態の人力発電装置(100)では、発電部(1)で発生した電力を高効率で電気器具(5)に供給するため、定電圧化回路(3)に様々な工夫を施している。
以下、定電圧化回路(3)について詳細に説明する。
In the human power generation device (100) of the present embodiment, various devices are applied to the constant voltage circuit (3) in order to supply the electric power generated by the power generation unit (1) to the electric appliance (5) with high efficiency. .
Hereinafter, the constant voltage circuit (3) will be described in detail.

図3は定電圧化回路(3)を示す図である。
図3に示すように、定電圧化回路(3)はMOSFET(電界効果トランジスタ)(31)を用いた降圧スイッチング方式電源回路(降圧チョッパー回路)であり、入力電圧に対応したスイッチングパルスのデューティ比制御を行って、入力電圧の変動に高速に応答して出力電圧を常に一定に維持するとともに、発電機から流入する電流を必要最小限に制限し、定電圧化回路(3)の入力インピーダンスを高く(具体的には100Ω以上、より好ましくは200Ω以上)するためのものである。
発電機(12)(永久磁石)の回転数を大きくして起電力を高めたとしても、接続する回路が鉛バッテリーのような低入力インピーダンスである場合には大きな電流が流れてしまう。それにより、起電力の大部分は発電機(12)内部の捲き線抵抗で消費され、外部に取り出される電圧及び電力は小さくなってしまう。しかし、入力インピーダンスの高い定電圧化回路(3)を有することにより、電流量を小さくでき、発電機の内部抵抗損失を抑制することができる。
FIG. 3 is a diagram showing a constant voltage circuit (3).
As shown in FIG. 3, the constant voltage circuit (3) is a step-down switching power supply circuit (step-down chopper circuit) using a MOSFET (field effect transistor) (31), and the duty ratio of the switching pulse corresponding to the input voltage. Control is performed so that the output voltage is always kept constant in response to the fluctuation of the input voltage at a high speed, the current flowing from the generator is limited to the minimum necessary, and the input impedance of the constant voltage circuit (3) is It is for increasing (specifically, 100Ω or more, more preferably 200Ω or more).
Even if the rotational speed of the generator (12) (permanent magnet) is increased to increase the electromotive force, a large current flows if the circuit to be connected has a low input impedance such as a lead battery. As a result, most of the electromotive force is consumed by the feeder resistance inside the generator (12), and the voltage and power extracted outside are reduced. However, by having the constant voltage circuit (3) with a high input impedance, the amount of current can be reduced and the internal resistance loss of the generator can be suppressed.

また、定電圧化回路(降圧スイッチング回路)(3)では、デューティ比制御発振回路(32)により、パルス幅を一定にし、且つ周期を入力電圧に正比例させて長くすることで降圧スイッチングパルスのデューティ比が入力電圧に反比例するように制御し、出力電圧を一定にしている。
下記式1は定電圧化回路(3)における入力電圧と出力電圧の関係を示す式である。
Further, in the constant voltage circuit (step-down switching circuit) (3), the duty ratio control oscillation circuit (32) makes the pulse width constant, and the period is increased in direct proportion to the input voltage, thereby increasing the duty of the step-down switching pulse. The output is kept constant by controlling the ratio to be inversely proportional to the input voltage.
The following expression 1 is an expression showing the relationship between the input voltage and the output voltage in the constant voltage circuit (3).

<式1>
(出力電圧)=(入力電圧)×(デューティ比)
<Formula 1>
(Output voltage) = (Input voltage) x (Duty ratio)

ここで、(デューティ比)=(パルス幅)/(周期)であるため、式1は、
(出力電圧)=(入力電圧)×(パルス幅)/(周期)と表すことができる。
つまり、パルス幅を一定にして、周期を入力電圧に正比例させることにより、出力電圧が常に一定になるようにデューティ比を制御することができる。
このような方法を採用することにより、アナログ回路でも容易に電圧を一定にすることができる。
なおデューティ比の制御においては出力電圧の過不足の信号をデューティ比制御発振回路にフィードバックしてパルス幅等を調節する方法を用いてもよい。
Here, since (duty ratio) = (pulse width) / (period), Equation 1 is
It can be expressed as (output voltage) = (input voltage) × (pulse width) / (cycle).
That is, the duty ratio can be controlled so that the output voltage is always constant by making the pulse width constant and making the period directly proportional to the input voltage.
By adopting such a method, the voltage can be easily made constant even in an analog circuit.
In controlling the duty ratio, a method of adjusting a pulse width or the like by feeding back a signal indicating whether the output voltage is excessive or insufficient to the duty ratio control oscillation circuit may be used.

本実施形態におけるデューティ比制御発振回路(32)としては、図4で示すような回路を挙げることができる。
図4で示すように、デューティ比制御発振回路(32)は、入力電圧分圧回路(321)により分圧された入力電圧に正比例して周期が変化するアナログの第一発振回路(322)と、その発振信号をトリガーパルスとして同期して一定のパルス幅のパルスを発生させる第二発振回路(323)によって構成されている。
An example of the duty ratio controlled oscillation circuit (32) in the present embodiment is a circuit as shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the duty ratio controlled oscillation circuit (32) includes an analog first oscillation circuit (322) whose period changes in direct proportion to the input voltage divided by the input voltage dividing circuit (321). The second oscillation circuit 323 generates a pulse having a constant pulse width in synchronization with the oscillation signal as a trigger pulse.

また、第一発振回路(322)としては、図5に示すタイマーIC555を用いた回路を挙げることができる。タイマーIC555を用いた第一発振回路(322)は定電流ダイオード(3221)を有する。
図6は、第一発振回路(322)のタイマーIC555に入力する制御電圧と周期の関係を示す図であり、定電流ダイオード(3221)を用いることにより、図6で示すように、制御電圧に対して周期が正比例して増加するように発振制御することができる。
なお、タイマーIC555を用いた従来の発振回路は定電流ダイオード(3221)の位置に抵抗が配置されていたが、抵抗の場合、制御信号電圧に対して周期が非線形に長くなり、制御電圧と周期の関係が正比例の関係にならないので好ましくない(図7参照)。
An example of the first oscillation circuit (322) is a circuit using the timer IC 555 shown in FIG. The first oscillation circuit (322) using the timer IC555 has a constant current diode (3221).
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the control voltage input to the timer IC 555 of the first oscillation circuit (322) and the period. By using the constant current diode (3221), the control voltage is changed to the control voltage as shown in FIG. On the other hand, the oscillation can be controlled so that the period increases in direct proportion.
In the conventional oscillation circuit using the timer IC555, the resistor is arranged at the position of the constant current diode (3221). However, in the case of the resistor, the cycle becomes nonlinearly long with respect to the control signal voltage, and the control voltage and the cycle are increased. Is not preferable because it is not a direct proportional relationship (see FIG. 7).

また、定電圧化回路(3)は出力側が無負荷や負荷が小さな場合にスイッチングによって必要以上の電流が二次側コンデンサに流れ込み、出力電圧が所定の一定電圧を超過することを防ぐ、出力電圧制限回路(36)を有する(図3参照)。出力電圧制限回路(36)は二次側コンデンサの電圧が所定の電圧を越えるとこれを検知し、デューティ比制御発振回路(32)のスイッチングパルスを強制的にOFFにする(第二発振回路(323)をリセットする)ことで電流を遮断する。   In addition, the constant voltage circuit (3) prevents the output voltage from exceeding the predetermined constant voltage by switching more current than necessary to the secondary capacitor due to switching when the output side is no load or the load is small. A limiting circuit (36) is provided (see FIG. 3). The output voltage limiting circuit (36) detects when the voltage of the secondary capacitor exceeds a predetermined voltage, and forcibly turns off the switching pulse of the duty ratio control oscillation circuit (32) (second oscillation circuit ( 323) is reset) to cut off the current.

また、定電圧化回路(3)は、低電圧時に過電流になることを防ぐ過電流制限回路(33)を有する(図3参照)。過電流制限回路(33)を有することにより、低電圧時に入力インピーダンスを一定以上に(入力電圧に対する電流の比を一定以下に)保ち、こぎはじめにペダルが重くなることを防ぐことができ、発電機(1)の内部損失も抑制することができる。
図8は過電流制限回路(33)の効果を説明するための説明図である。
仮に過電流制限回路(33)を有しないと、一定の負荷を接続した状態では、図8の曲線(a)で示すように、入力電圧と電流が反比例の関係となるため、こぎはじめ等回転数が小さい時には電圧が小さくなり、電流が大きくなる。電流が大きいとペダルをこぐトルクが大きくなって、ペダルが重くなり、発電機の内部損失も大きくなる。しかし、過電流制限回路(33)を有することにより、図8の直線(b)の値より電流が大きくならないので、当該問題を解決することができる。
Further, the constant voltage circuit (3) has an overcurrent limiting circuit (33) that prevents an overcurrent when the voltage is low (see FIG. 3). By having the overcurrent limiting circuit (33), the input impedance can be kept above a certain level (the ratio of the current to the input voltage is below a certain level) at a low voltage, and the pedal can be prevented from becoming heavy at the beginning of the generator. The internal loss of (1) can also be suppressed.
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the effect of the overcurrent limiting circuit (33).
If the overcurrent limiting circuit (33) is not provided, the input voltage and current are inversely proportional to each other as shown by the curve (a) in FIG. 8 when a constant load is connected. When the number is small, the voltage decreases and the current increases. When the current is large, the torque applied to the pedal increases, the pedal becomes heavier, and the internal loss of the generator also increases. However, since the current does not become larger than the value of the straight line (b) in FIG. 8 by having the overcurrent limiting circuit (33), the problem can be solved.

過電流制限回路(33)の具体的な構成としては、図9で示す構成を挙げることができる。図9で示すように、MOSFETの電流を検出抵抗(34)で検出し、コンデンサと抵抗からなるCR積分回路で積分して、入力電圧に比例した特定の値と比較器(331)で比較し、積分値が一定値を越えるとデューティ比制御発振回路(32)のスイッチングパルスを強制的にOFFにする(第二発振回路(323)をリセットする)ことで電流を遮断する。
パルスがOFFになると積分リセット(放電)ダイオード(332)を通してコンデンサ(333)の電圧が0に戻り、次のパルスでも同じ動作を繰り返す。これにより、定電圧化回路(3)における入力インピーダンスを常に一定の値以上に維持することができ、特に低電圧入力時の過大な入力電流を制限することができる。
As a specific configuration of the overcurrent limiting circuit (33), the configuration shown in FIG. 9 can be exemplified. As shown in FIG. 9, the MOSFET current is detected by a detection resistor (34), integrated by a CR integration circuit comprising a capacitor and a resistor, and compared with a specific value proportional to the input voltage by a comparator (331). When the integral value exceeds a certain value, the switching pulse of the duty ratio control oscillation circuit (32) is forcibly turned off (the second oscillation circuit (323) is reset) to cut off the current.
When the pulse is turned off, the voltage of the capacitor (333) returns to 0 through the integral reset (discharge) diode (332), and the same operation is repeated in the next pulse. As a result, the input impedance in the constant voltage circuit (3) can always be maintained at a certain value or more, and an excessive input current can be limited particularly when a low voltage is input.

また、定電圧化回路(3)は、高電圧時の過電圧を防ぐための過電圧制限回路(35)も有する(図3参照)。
図10は過電圧制限回路(35)の効果を説明するための説明図である。
一定の負荷を接続した状態では、図10の曲線(a)で示すように、発電機(12)の回転数(電圧に比例)があがるとトルク(電流に比例)が小さくなるため、ますますペダルは軽くなり、こぐのが楽になる。そのため、発電機の回転数が上がり過ぎ、過電圧になる可能性があり、電圧が定電圧化回路の最大定格電圧を超えないように制限することが必要である。過電圧制限回路(35)を有することにより、回路素子の最大定格電圧を超えるのを防ぐことができる。
The constant voltage circuit (3) also has an overvoltage limiting circuit (35) for preventing overvoltage at high voltage (see FIG. 3).
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the effect of the overvoltage limiting circuit (35).
With a constant load connected, the torque (proportional to current) decreases as the generator (12) rotates (proportional to voltage), as shown by curve (a) in Fig. 10. The pedal is lighter and easier to pad. Therefore, the number of revolutions of the generator increases too much, and there is a possibility of overvoltage, and it is necessary to limit the voltage so as not to exceed the maximum rated voltage of the constant voltage circuit. By having the overvoltage limiting circuit (35), it is possible to prevent the maximum rated voltage of the circuit element from being exceeded.

過電圧制限回路(35)の具体的な構成としては、図11で示す構成を挙げることができる。
過電圧制限回路(35)は、回路素子の最大定格に近い電圧(制限回路動作電圧)になると、ダミーの負荷として接続した抵抗(351)(電球や電熱線)のスイッチが入り負荷が大きくなり、トルク(ペダルを回す力)を強制的に大きくする。
但し、リレー等で急にスイッチをONにすると衝撃力がはたらいて、こぎ手がけがをする可能性があり危険であることから、前記定電圧化制御とは独立したMOSFETの降圧スイッチング回路(352)(降圧チョッパー回路)により、電圧がツェナーダイオード(353)の電圧を越えて過度に上昇すると、電圧上昇に比例して徐々に負荷が重くなるように設定されている。
最大定格電圧時におけるダミー負荷の大きさを、使用者の限界の仕事率(例えば、一般の人を対象とした場合には500W程度、スポーツ選手を対象とした場合には1000W程度)に設定すればよい。それにより、設定した仕事率以上の回転数に至ることを防ぎ、定電圧化回路(3)が過電圧で故障することを回避することができる。
As a specific configuration of the overvoltage limiting circuit (35), the configuration shown in FIG. 11 can be exemplified.
When the overvoltage limit circuit (35) reaches a voltage close to the maximum rating of the circuit element (limit circuit operating voltage), the resistor (351) (bulb or heating wire) connected as a dummy load is switched on and the load increases. Forcibly increase the torque (force to turn the pedal).
However, if the switch is suddenly turned on by a relay or the like, the impact force will be applied and there is a danger that the hand will be injured. Therefore, the step-down switching circuit for the MOSFET independent of the constant voltage control (352) When the voltage rises excessively beyond the voltage of the Zener diode (353) by the (step-down chopper circuit), the load is set to gradually increase in proportion to the voltage rise.
Set the size of the dummy load at the maximum rated voltage to the user's limit work rate (for example, about 500W for the general public and about 1000W for the athlete). That's fine. Thereby, it is possible to prevent the rotation speed exceeding the set power and to prevent the constant voltage circuit (3) from malfunctioning due to overvoltage.

なお、発電機(12)の起電力がより小さい場合には、上記の降圧スイッチング回路に加えて常時2〜3倍(入力電圧によらず一定の倍率)に電圧を増加させる、昇圧スイッチング回路(昇圧チョッパー回路)を組み合わせて、昇降圧スイッチング電源回路として用いればよい。   When the electromotive force of the generator (12) is smaller, in addition to the step-down switching circuit described above, a step-up switching circuit that constantly increases the voltage to 2 to 3 times (a constant magnification regardless of the input voltage) ( A step-up / step-down switching power supply circuit may be used in combination with a step-up chopper circuit.

また、上記の定電圧回路、インバータ回路、整流平滑回路において、一部又は全てを集積回路として製作することがより好ましい。   In addition, it is more preferable that a part or all of the constant voltage circuit, the inverter circuit, and the rectifying / smoothing circuit are manufactured as an integrated circuit.

(利用方法)
人力発電装置(100)は、電気器具(5)に電力を供給し作動させることができるので、エネルギー環境教育の教材として有用である。特に、人力発電装置(100)は電力変換効率が非常に高いため(具体的には90%以上)、普段テレビを観るとき等に消費している約100Wの電力を、自分の肉体的な仕事率として体感することができ、エネルギーと環境の問題を定量的に理解する上で有効である。
(How to Use)
Since the human power generation device (100) can supply electric power to the electric appliance (5) and operate it, it is useful as a teaching material for energy environment education. In particular, the human-powered generator (100) has a very high power conversion efficiency (specifically, 90% or more), so it usually uses about 100W of power consumed when watching TV, etc. It can be experienced as a rate and is effective in understanding energy and environmental issues quantitatively.

また、人力発電装置(100)は、災害時の非常用電源としても有用である。災害で停電した際に、テレビ等の情報メディアや携帯電話の充電、照明等に必要な電力を人力で供給することができる。   The human power generator (100) is also useful as an emergency power source in the event of a disaster. In the event of a power failure due to a disaster, it is possible to manually supply power necessary for information media such as television, charging of mobile phones, lighting, and the like.

人力発電装置(100)を災害時の非常用電源として使用する場合、発電した電力を一時的にバッテリー等に蓄えて使用することが好ましい。人力発電装置(100)は家庭用電源と同じ交流電力を供給できることから、市販のバッテリー充電器を接続してバッテリーを充電し、市販のバッテリー用インバータを使用して再度交流電力を供給することは極めて容易である。バッテリーに予め蓄電しておくことにより、短時間であれば人力よりも大きな電力を供給することも可能である。   When the human power generator (100) is used as an emergency power source in the event of a disaster, it is preferable to temporarily store the generated power in a battery or the like. Since the human power generator (100) can supply the same AC power as the household power supply, connecting a commercially available battery charger to charge the battery and supplying the AC power again using a commercially available battery inverter is not possible. Very easy. By storing power in the battery in advance, it is possible to supply electric power larger than human power for a short time.

さらに、人力発電装置(100)は、トレーニングジムで利用されているエアロバイクや自転車エルゴメータと呼ばれる自転車型のトレーニングマシンに応用することができる。トレーニングの負荷は通常は摩擦熱として放散(廃棄)されるが、このエネルギーを電力として有効利用し、たとえばトレーニングで出力した電力によりテレビや音楽を楽しむことができる。   Furthermore, the human power generation device (100) can be applied to a bicycle type training machine called an exercise bike or a bicycle ergometer used in a training gym. The training load is usually dissipated (discarded) as frictional heat, but this energy can be used effectively as electric power, and for example, television or music can be enjoyed by the electric power output in training.

以上のように、人力発電装置(100)は、人力発電によって発生する不安定な電力から家庭用と同じ安定な交流電力を供給できる回路を提供するものであり、殆どの電気器具を安定に動作させることが可能となる。そのため、人力発電の用途を格段に広くすることができる。
さらにバッテリーを組み合わせて利用すれば、人力発電機による電力を蓄積した後、短時間ではあるが、人力よりも大きな電力を供給することも可能である。
As described above, the human power generation device (100) provides a circuit that can supply the same stable AC power as that for home use from unstable power generated by human power generation, and stably operates most electric appliances. It becomes possible to make it. Therefore, the use of human power generation can be remarkably widened.
Furthermore, if a battery is used in combination, it is possible to supply electric power larger than human power for a short time after accumulating electric power from the human power generator.

また、本発明の発電装置は人力発電機を用いたものだけでなく、太陽光、風力、水力等の自然エネルギーを利用した発電機等、一定の電圧を得ることが難しい発電機を用いたものも含まれる。自然エネルギーは再生可能エネルギーとして重要であるが、発電出力が安定しないことが普及の妨げとなる。
本発明の発電装置は特に風車の回転で発電機をまわす風力発電にそのまま応用可能である。風力発電は風速の変化によって風車の回転が変動し、発電機の出力電圧が変動するが、本発明によれば発電機の電圧が大きく変動しても出力電圧を安定に維持することができる。また、過電流制限回路により、微風時の小さなトルクで容易に発電機が回り始めるという効果も奏する。
In addition, the power generator of the present invention uses not only a power generator using a human power generator but also a power generator that makes it difficult to obtain a constant voltage, such as a generator using natural energy such as sunlight, wind power, and hydropower. Is also included. Natural energy is important as renewable energy, but the instability of power generation output hinders its spread.
The power generator of the present invention can be directly applied to wind power generation in which a generator is rotated by rotation of a windmill. In wind power generation, the rotation of the windmill fluctuates due to changes in wind speed, and the output voltage of the generator fluctuates. However, according to the present invention, the output voltage can be maintained stably even if the voltage of the generator fluctuates greatly. In addition, the overcurrent limiting circuit also has an effect that the generator can easily start with a small torque during a light wind.

以下、本発明の実施例を示すことにより、本発明の効果をより明確なものとする。   Hereinafter, the effect of the present invention will be made clearer by showing examples of the present invention.

上記定電圧化回路(3)に入力する直流電圧を0〜600Vで変化させて、出力電圧を130Vで一定にするようにデューティ比制御発振回路を設定したときの出力電圧の変化を測定し、その結果を図12に示す。
図12に示すように、入力電圧が150V程度以上のとき、出力電圧は約130Vで一定となり、定電圧化回路が正確に動作していることが確認できる。
Measure the change in the output voltage when the duty ratio controlled oscillation circuit is set so that the DC voltage input to the constant voltage circuit (3) is changed from 0 to 600 V and the output voltage is kept constant at 130 V, The result is shown in FIG.
As shown in FIG. 12, when the input voltage is about 150 V or higher, the output voltage is constant at about 130 V, and it can be confirmed that the constant voltage circuit is operating correctly.

次いで、出力電圧130Vをインバータ回路(4)に供給し、60Hzの擬似正弦波交流電力を出力したときの、インバータ出力電圧の時間変化を測定し、その結果を図13に示す。また、図13には、比較のため家庭用電源である周波数60Hz(西日本)で実効値電圧100Vの正弦波交流波形(点線)も示す。
図13で示すように、インバータ回路(3)を用いることにより、正弦波交流の波形と類似の擬似正弦波形(矩形波)が得られ、家庭用の電気器具に電力を供給する電源として利用できることが確認できる。
Next, the output voltage 130V was supplied to the inverter circuit (4), and the time change of the inverter output voltage when 60 Hz pseudo sine wave AC power was output was measured, and the result is shown in FIG. For comparison, FIG. 13 also shows a sine wave AC waveform (dotted line) having an effective voltage of 100 V at a frequency of 60 Hz (western Japan), which is a household power source.
As shown in FIG. 13, by using the inverter circuit (3), a pseudo sine waveform (rectangular wave) similar to the waveform of a sine wave alternating current can be obtained and used as a power source for supplying electric power to household electric appliances. Can be confirmed.

上記人力発電装置(100)(発電機(12)としてはスカイ電子製HR125型発電機を用いている)に15型液晶テレビ(定格35W)とDVDプレーヤー(定格20W)を同時に接続し、人力発電装置(100)の電力のみによってDVDプレーヤーとテレビを同時に使用したときの、発電機(12)から回路への入力電圧と入力電流を測定し、その結果を図14に示す。
図14に示すように、入力電圧が150V程度以下のときは出力電圧が130V以下となり、電圧不足により上記電気器具が正常に動作しないため電流の値はばらつくが、入力インピーダンスを200Ω以上に保つ過電流制限回路(33)が動作することにより、低入力電圧時に過大な入力電流によって回転トルクが極端に大きくなることを回避できることがわかる。
入力電圧が150V以上になると上記電気器具は家庭の電源で使用するときと全く同様に安定に動作し、入力電圧と入力電流の積が電気器具に必要な電力である約50Wとなるように変化する。すなわち発電機(12)から定電圧化回路(3)に流入する電流を制限する機能が作動し、電気器具に必要な電力だけを発電機(12)から供給していることが確認できる。
なお、本実施例では素子の耐圧が800Vであることから過電圧制限回路(35)は700V以上で動作するように設定されており、600Vまでの測定においては、過電圧制限回路(35)は動作しない。
A 15-inch LCD TV (rated 35W) and a DVD player (rated 20W) are connected to the above-described human-powered generator (100) (using a Sky Electronics HR125 generator as the generator (12)) at the same time, thereby The input voltage and input current from the generator (12) to the circuit when the DVD player and the television are simultaneously used only by the power of the device (100) are measured, and the results are shown in FIG.
As shown in FIG. 14, when the input voltage is about 150 V or less, the output voltage is 130 V or less, and the electric appliance does not operate normally due to insufficient voltage, so that the current value varies, but the input impedance is over 200 Ω. It can be seen that the operation of the current limiting circuit (33) can prevent the rotational torque from becoming extremely large due to an excessive input current at a low input voltage.
When the input voltage exceeds 150V, the above-mentioned electric appliance operates stably in the same manner as when used with a household power supply, and the product of the input voltage and the input current changes to about 50 W, which is the electric power required for the electric appliance. To do. That is, it can be confirmed that the function of limiting the current flowing from the generator (12) to the constant voltage circuit (3) is activated, and only the electric power necessary for the electric appliance is supplied from the generator (12).
In this embodiment, since the breakdown voltage of the element is 800V, the overvoltage limit circuit (35) is set to operate at 700V or higher, and the overvoltage limit circuit (35) does not operate in the measurement up to 600V. .

上記人力発電装置(100)を用いて15型液晶テレビとDVDプレーヤーを同時に動作させる実証試験を1人の体験者が1時間継続して行ったときの、発電機(12)の電圧、電流、電力の変化を測定し、図15に示す。
図15で示すように、自転車をこぐ動作は疲れや生体のリズムにより時間とともに変動するため、発電機(12)の電圧は140〜200V程度の範囲で変動しているが、図14にも示すように、発電機(12)の電流は定電圧化回路(3)によって電力に応じた必要最小限に常に調整され、電力は上記電気器具の動作に必要な50〜60W(電気器具の動作状態によって必要な電力は変動する)を継続して安定に供給することができる。
The voltage, current, and current of the generator (12) when one experimenter continuously performs a demonstration test for simultaneously operating a 15-inch LCD TV and a DVD player using the above-described human power generator (100). The change in power was measured and shown in FIG.
As shown in FIG. 15, the operation of riding a bicycle fluctuates with time due to fatigue or the rhythm of the living body, so the voltage of the generator (12) fluctuates in the range of about 140 to 200 V, but is also shown in FIG. 14. Thus, the electric current of the generator (12) is always adjusted to the minimum necessary according to the electric power by the constant voltage circuit (3), and the electric power is 50 to 60 W (operation state of the electric appliance) necessary for the operation of the electric appliance. The necessary power fluctuates depending on the power supply) and can be supplied stably.

図15で示すように、上記50〜60Wの電気器具を動作させたとき、発電機(12)の電圧は150〜200V、電流は約0.3Aである。使用した発電機HR125型の内部抵抗は47Ωであるため、発電機の内部抵抗による損失は約4Wである。上記電気器具の消費電力は約50Wであるから、本実施例の人力発電装置(100)における電気的な変換効率(自転車やロータの機械的な損失を除く)は50/(50+4)=0.93となり、90%以上の高い電力変換効率であることがわかる。
発電機の増速機能を高くして発電機の電圧をさらに高くすると、たとえば300Vでは電流が0.2A程度となり、内部抵抗による損失は約2W、電力変換効率は96%になる。
このように本発明の人力発電装置は発電機から電気器具へ電力変換回路において90%以上という極めて高い変換効率を実現し、人力を高効率で電気器具に利用することを可能とするものである。
As shown in FIG. 15, when the 50-60W electric appliance is operated, the voltage of the generator (12) is 150-200V, and the current is about 0.3A. Since the internal resistance of the generator HR125 used is 47Ω, the loss due to the internal resistance of the generator is about 4W. Since the electric power consumption of the electric appliance is about 50 W, the electrical conversion efficiency (excluding the mechanical loss of the bicycle and the rotor) in the human power generator (100) of this embodiment is 50 / (50 + 4) = 0.93, indicating that the power conversion efficiency is 90% or higher.
If the speed increasing function of the generator is increased to further increase the voltage of the generator, for example, at 300 V, the current is about 0.2 A, the loss due to the internal resistance is about 2 W, and the power conversion efficiency is 96%.
As described above, the human power generator of the present invention realizes an extremely high conversion efficiency of 90% or more in the power conversion circuit from the generator to the electric appliance, and enables the human power to be used for the electric appliance with high efficiency. .

本発明に係る発電機は、例えば人力の場合、50〜60Wの電気器具を人力発電によって1時間以上継続して動作させることが可能である。供給電力と持続時間は個人の体力や持久力に依存し、体力のある人であれば100W程度の電力を継続して安定に供給できる。
また、自然エネルギー等を利用して発電する発電機を用いて電力を供給する場合にも好適に利用可能である。
For example, in the case of human power, the generator according to the present invention can continuously operate an electric appliance of 50 to 60 W by human power generation for one hour or more. Supply power and duration depend on the individual's physical strength and endurance, and a person with physical strength can continuously supply about 100W of power continuously.
Further, the present invention can be suitably used when power is supplied using a generator that generates power using natural energy or the like.

本実施形態に係る人力発電装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the human power generator which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る人力発電装置におけるコアレス発電機を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the coreless generator in the human power generator which concerns on this embodiment. 定電圧化回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a constant voltage circuit. 本実施形態におけるデューティ比制御発振回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the duty ratio control oscillation circuit in this embodiment. 第一発振回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a 1st oscillation circuit. 発振回路における制御電圧と周期の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the control voltage and period in an oscillation circuit. 従来の発振回路における制御電圧と周期の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the control voltage in a conventional oscillation circuit, and a period. 過電流制限回路の効果を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the effect of an overcurrent limiting circuit. 過電流制限回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an overcurrent limiting circuit. 過電圧制限回路の効果を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the effect of an overvoltage limiting circuit. 過電圧制限回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an overvoltage limiting circuit. 定電圧化回路の入力電圧に対する出力電圧の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the output voltage with respect to the input voltage of a constant voltage circuit. インバータ回路出力電圧の擬似正弦波を示す図である。It is a figure which shows the pseudo sine wave of an inverter circuit output voltage. テレビ等をつけたときの発電機電圧と電流の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between generator voltage and electric current when TV etc. are turned on. テレビ等を1時間つけたときの入力電圧、電流、電力を示す図である。It is a figure which shows input voltage, electric current, and electric power when a television etc. are turned on for 1 hour. 従来の人力発電装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the conventional human power generator.

1 人力発電機(コアレス発電機)
2 整流回路
3 定電圧化回路
32 デューティ比制御発振回路
33 過電流制限回路
35 過電圧制限回路
36 出力電圧制限回路
4 インバータ回路
5 電気器具
1 Human power generator (coreless generator)
2 Rectifier circuit 3 Constant voltage circuit 32 Duty ratio control oscillation circuit 33 Overcurrent limit circuit 35 Overvoltage limit circuit 36 Output voltage limit circuit 4 Inverter circuit 5 Electric appliance

Claims (8)

発電機と、
該発電機で発生した電力に対してデューティ比制御を行い定電圧化するとともに、前記発電機から流入する電流を制限するスイッチング方式定電圧化回路と、
該定電圧化回路で定電圧化された電力を交流電力に変換して電気器具に供給するインバータ回路を有することを特徴とする発電装置。
A generator,
A switching system constant voltage circuit for limiting the current flowing from the generator while performing duty ratio control on the electric power generated by the generator to make the voltage constant, and
A power generation apparatus comprising: an inverter circuit that converts power converted to a constant voltage by the constant voltage conversion circuit into AC power and supplies the AC power to an electrical appliance.
前記定電圧化回路における定電圧化を、パルス幅を一定にし、且つ周期を入力電圧に正比例させて長くして降圧スイッチングパルスのデューティ比が発電機の電圧に反比例するように制御することで行うことを特徴とする請求項1記載の発電装置。   The constant voltage in the constant voltage circuit is controlled by making the pulse width constant and increasing the cycle in direct proportion to the input voltage so that the duty ratio of the step-down switching pulse is in inverse proportion to the generator voltage. The power generator according to claim 1. 前記定電圧化回路が、低出力負荷時の出力電圧の超過を防ぐための出力電圧制限回路を有することを特徴とする請求項1又は2記載の発電装置。 The power generator according to claim 1 or 2, wherein the constant voltage circuit includes an output voltage limiting circuit for preventing an output voltage from exceeding when a low output load is applied. 前記定電圧化回路が、低入力電圧時の過大な入力電流を防ぐための過電流制限回路を有することを特徴とする請求項1乃至3いずれか記載の発電装置。   The power generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the constant voltage circuit includes an overcurrent limiting circuit for preventing an excessive input current at a low input voltage. 前記定電圧化回路が、高入力電圧時の過大な入力電圧を防ぐための過電圧制限回路を有することを特徴とする請求項1乃至4いずれか記載の発電装置。   The power generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the constant voltage circuit includes an overvoltage limiting circuit for preventing an excessive input voltage at a high input voltage. 前記発電機がコアレス発電機であることを特徴とする請求項1乃至5いずれか記載の発電装置。   The power generator according to claim 1, wherein the power generator is a coreless power generator. 前記発電機で得られた交流電力を整流平滑する整流回路を有し、
該整流回路で整流平滑した直流電力を前記定電圧化回路に入力することを特徴とする請求項1乃至6いずれか記載の発電装置。
A rectifier circuit for rectifying and smoothing AC power obtained by the generator;
The power generator according to any one of claims 1 to 6, wherein DC power rectified and smoothed by the rectifier circuit is input to the constant voltage circuit.
前記発電機が自転車型の人力発電機であることを特徴とする請求項1乃至7いずれか記載の発電装置。   The power generator according to claim 1, wherein the power generator is a bicycle-type human power generator.
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