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公開番号2025110792
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-29
出願番号2024004834
出願日2024-01-16
発明の名称発電システム
出願人株式会社SOKEN,株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02P 9/04 20060101AFI20250722BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力系統に対して電力を適正に出力する。
【解決手段】発電システム10は、第1軸、第2軸及び第3軸を有する遊星歯車機構23と、第1軸に接続され、流体の流れにより回転する水車11と、第2軸に接続され、第2軸の回転により発電する第1回転電機21と、第3軸に接続され、第3軸の回転数を調整可能なモータ41と、第1回転電機21の発電電力を電力変換し、電力系統90に出力するインバータ51,52とを備える。発電制御装置15は、水車11の回転状態を示すパラメータを取得する取得部と、取得部により取得されたパラメータに基づいて、モータ41により第3軸の回転数を制御する回転制御部と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１軸、第２軸及び第３軸を有する遊星歯車機構（２３）と、
前記第１軸に接続され、流体の流れにより回転する回転体（１１）と、
前記第２軸に接続され、当該第２軸の回転により発電する発電機（２１）と、
前記第３軸に接続され、当該第３軸の回転数を調整可能な回転調整装置（４１）と、
前記発電機の発電電力を電力変換し、電力系統（９０）に出力する電力変換装置（５１，５２）と、
前記回転体の回転状態を示すパラメータを取得する取得部（８１）と、
前記取得部により取得された前記パラメータに基づいて、前記回転調整装置により前記第３軸の回転数を制御する回転制御部（８５）と、
を備える、発電システム（１０）。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記第３軸に接続され、一対のサイドギア（２４ａ，２４ｂ）を有するディファレンシャルギア（２４）と、
前記一対のサイドギアのうち一方のサイドギアに接続され、前記回転調整装置として機能するモータ（４１）と、
前記取得部により取得された前記パラメータが所定範囲内であるか否かを判定するパラメータ判定部と、
を備え、前記ディファレンシャルギアにおいて前記一対のサイドギアのうち前記モータとは逆側の他方のサイドギアは回転停止状態で保持されており、
前記回転制御部は、前記パラメータ判定部により前記パラメータが前記所定範囲内であると判定された場合に、前記モータを回転停止状態とし、前記パラメータが前記所定範囲外であると判定された場合に、前記取得部により取得された前記パラメータに基づいて、前記モータの回転数を正側又は負側に制御する、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記第３軸の回転を許容する状態と禁止する状態とを切り替えるロック機構（３８）と、
前記第３軸に接続され、一対のサイドギア（２４ａ，２４ｂ）を有するディファレンシャルギア（２４）と、
前記一対のサイドギアのうち一方のサイドギアに接続され、前記回転調整装置として機能するモータ（４１）と、
前記一対のサイドギアのうち他方のサイドギアに接続されたブレーキ装置（４２）と、
前記取得部により取得された前記パラメータが第１範囲内であるか否かを判定する第１判定部（８２）と、
前記取得部により取得された前記パラメータが、前記第１範囲内に定められかつ前記第１範囲よりも狭い第２範囲内であるか否かを判定する第２判定部（８３）と、
前記第２判定部により前記パラメータが前記第２範囲内であると判定された場合に、前記ロック機構を前記第３軸の回転禁止状態とし、前記パラメータが前記第２範囲外であると判定された場合に、前記ロック機構を前記第３軸の回転許容状態とするロック制御部（８４）と、
を備え、
前記回転制御部は、前記第２判定部により前記パラメータが前記第２範囲外であると判定され、かつ前記第１判定部により前記パラメータが前記第１範囲内であると判定された場合に、前記ブレーキ装置をブレーキオン状態、かつ前記モータを回転停止状態とし、前記パラメータが前記第１範囲外であると判定された場合に、前記ブレーキ装置をブレーキオン状態、かつ前記モータの回転数を、前記取得部により取得された前記パラメータに基づいて正側又は負側に制御する、請求項１に記載の発電システム。
【請求項４】
前記パラメータが前記第２範囲外になった後、当該パラメータが前記第２範囲内に戻ったと判定された場合に、前記パラメータが前記第２範囲内に戻ったタイミングから所定時間が経過するまでの期間において、前記ブレーキ装置をブレーキオン状態、かつ前記ロック機構を前記第３軸の回転許容状態のままとする、請求項３に記載の発電システム。
【請求項５】
前記遊星歯車機構は、サンギア（３１）と、前記サンギアと同軸で回転するリングギア（３２）と、前記サンギア及び前記リングギアの双方に噛み合う複数のピニオンギア（３３）と、前記ピニオンギアの回転に伴い前記サンギアと同軸で回転するプラネタリキャリア（３４）とを有し、
前記サンギアが前記第２軸として前記発電機に接続され、前記リングギアが前記第３軸として前記回転調整装置に接続され、前記プラネタリキャリアが前記第１軸として前記回転体に接続されており、
前記回転制御部は、前記取得部により取得された前記パラメータに基づいて、前記回転調整装置により前記リングギアの回転数を制御する、請求項１に記載の発電システム。
【請求項６】
前記電力変換装置は、直交電力変換を行う第１インバータ（５１）及び第２インバータ（５２）を有してなり、
前記第１インバータ及び前記第２インバータは、各々の高電位側及び低電位側の直流端子が互いに接続されており、
前記第１インバータの交流端子が前記発電機における各相の相電流端子に接続される一方、前記第２インバータの交流端子が前記電力系統に接続されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項７】
前記遊星歯車機構と、当該遊星歯車機構の前記第２軸に接続された前記発電機と、前記遊星歯車機構の前記第３軸に駆動軸（２５）介して接続されたディファレンシャルギア（２４）とは、ハイブリッド車両においてトランスアクスル（１３）として搭載されていた車載部品であり、
前記トランスアクスルにおいて前記遊星歯車機構の前記第１軸に、前記ハイブリッド車両のエンジンに代えて、前記回転体が接続されており、
前記電力変換装置は、前記ハイブリッド車両において前記発電機を含む車載の回転電機に対する電力の入出力を調整するインバータ（５１，５２）を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の発電システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、水力や風力等をエネルギー源として発電する発電システムに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、水力や風力等の再生可能エネルギーにより発電する発電システムが各種提案されている。例えば特許文献１に記載の風力発電装置では、ロータを有する風車と、ロータの主軸に接続されている主発電機及びモータ兼補助発電機と、を有し、風速検知手段により検知された風速に応じてモータ兼補助発電機を制御するようにしている。そして、モータ兼補助発電機の制御により、低風速下での発電効率を高め、かつ強風時においても効率よく発電するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－５３３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、風車と主発電機とが同一の回転数又は回転比で回転するため、主発電機の発電電圧によって風車の回転数の上限が律速されてしまう。そのため、汎用性が低くなることが懸念される。また、発電電力を電力系統に供給する発電システムでは、安定した状態で継続的な電力供給が求められ、改善の余地があると考えられる。
【０００５】
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電力系統に対して電力を適正に出力することができる発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の発電システムは、
第１軸、第２軸及び第３軸を有する遊星歯車機構と、
前記第１軸に接続され、流体の流れにより回転する回転体と、
前記第２軸に接続され、当該第２軸の回転により発電する発電機と、
前記第３軸に接続され、当該第３軸の回転数を調整可能な回転調整装置と、
前記発電機の発電電力を電力変換し、電力系統に出力する電力変換装置と、
前記回転体の回転状態を示すパラメータを取得する取得部と、
前記取得部により取得された前記パラメータに基づいて、前記回転調整装置により前記第３軸の回転数を制御する回転制御部と、
を備える。
【０００７】
上記構成の発電システムでは、遊星歯車機構の３軸（第１軸、第２軸及び第３軸）に対して、流体の流れにより回転する回転体と、発電機と、回転調整装置とがそれぞれ接続されており、回転体の回転を遊星歯車機構を介して発電機に伝達し、発電機の発電を行わせることが可能となっている。また、発電機の発電電力を電力変換装置で電力変換することで、電力系統へ系統電圧の出力を可能としている。
【０００８】
遊星歯車機構では、２つの軸の回転数によって残り１つの軸の回転数が定まる。そのため、流体の流れに伴う回転体の回転により遊星歯車機構の第１軸が回転する場合において、第２軸に接続された発電機の回転数を、第３軸に接続された回転調整装置の回転数により増減させることができる。この場合特に、回転体の回転状態を示すパラメータを取得し、そのパラメータに基づいて、回転調整装置により第３軸の回転数を制御するようにした。これにより、例えば水や空気等からなる流体の流速が過剰に低下又は上昇する場合において、その流速の低下又は上昇に応じて第３軸の回転数を制御することで、発電機の回転数を適正値に制御することができる。つまり、使用条件に応じて回転体の回転状態が変化しても、発電機の回転数を適宜調整することができ、使用条件に対する汎用性を高めることができる。その結果、電力系統に対して電力を適正に出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
発電システムの全体構成図。
トランスアクスルの構成例を示すスケルトン図。
ハイブリッド車両の概略構成を示す図。
遊星歯車機構の動作態様を示す共線図。
遊星歯車機構の３軸の回転数の変化を示す共線図。
発電制御装置により実現される各機能を示す機能ブロック図。
発電システムにおける発電制御の処理手順を示すフローチャート。
発電制御処理をより具体的に説明するためのタイムチャート。
発電システムにおける発電制御の処理手順を示すフローチャート。
発電制御処理をより具体的に説明するためのタイムチャート。
別例における発電制御の処理手順を示すフローチャート。
別例における発電システムの全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示に係る発電システムを具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の発電システム１０は、使用済みのハイブリッド車両から取り外したトランスアクスルと電力制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）とを用いて構築された水力発電システムであり、再生可能エネルギーである水力エネルギーにより発電し、発電電力を系統電力として出力するものとなっている。
（【００１１】以降は省略されています）

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