特表 2024-530542 マルチハイブリッド発電機システムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-08-22

(54)【発明の名称】マルチハイブリッド発電機システムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20240815BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20240815BHJP

   H02J 3/46 20060101ALI20240815BHJP

   H02K 7/075 20060101ALI20240815BHJP

   H02K 7/18 20060101ALI20240815BHJP

【ＦＩ】

H02J3/38 110

H02J3/38 130

H02J3/32

H02J3/46

H02K7/075

H02K7/18 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024504150

(86)(22)【出願日】2022-07-22

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-08-14

(85)【翻訳文提出日】2024-02-14

(86)【国際出願番号】 US2022038026

(87)【国際公開番号】W WO2023004121

(87)【国際公開日】2023-01-26

(31)【優先権主張番号】63/225,029

(32)【優先日】2021-07-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524028832

【氏名又は名称】ソライレックス イノベイティブ リサーチ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＯＬＡＩＲＥＸ ＩＮＮＯＶＡＴＩＶＥ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】ジャイシンガニ、ディーパック ディ．

【テーマコード（参考）】

5G066

5H607

【Ｆターム（参考）】

5G066HA13

5G066HA15

5G066HB01

5G066HB03

5G066HB06

5G066HB09

5G066HB11

5G066JB03

5H607BB02

5H607CC03

5H607CC05

5H607DD03

5H607EE60

5H607FF21

(57)【要約】

マルチハイブリッド発電機およびシステムは、交換可能電源からのエネルギー収穫、生成、貯蔵、を促進する。このシステムは、複数のバッテリバンクと、複数の電力管理装置と、複数のバッテリバンクと、第１ギアボックスと、第１発電機と、第２ギアボックスと、第２発電機と、を備える。クランクシャフトは、一方を他方から独立して作動させることができる第１クランクシャフトと第２クランクシャフトとを有する。マルチハイブリッド発電機は、第１および第２発電機を駆動するための複数の液圧電気作動装置（ＨＥＡＤ）を備える。インテリジェント電力コントローラは、複数のバッテリバンク、少なくとも１つの電気負荷、および複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ、の間でまたはこれらに対して、電力監視、発電、配電、および蓄電、を選択的に制御するべく、電気負荷と複数の電力管理装置とに通信可能に結合される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マルチハイブリッド発電機システムであって、前記マルチハイブリッド発電機システムは、
交換可能電源からのエネルギーを受け取るとともに蓄えるべく前記交換可能電源に電気的接続された少なくとも１つのバッテリバンクと、
少なくとも１つの前記バッテリバンクから最初に動力供給される複数の液圧電気作動装置（ＨＥＡＤ）であって、前記液圧電気作動装置ＨＥＡＤは複数のピストンロッドを介して、複数のピストンに機械的エネルギーを駆動しており、複数の前記ピストンの各々は１対の引込バネを有しており、前記ピストンは液圧チャンバ内に配置されている、複数の前記液圧電気作動装置ＨＥＡＤと、
複数の前記ピストンによって駆動されるクランクシャフトと、および
少なくとも１つの電気負荷と複数の電力管理装置とに通信可能に結合されたインテリジェント電力コントローラと、
を備えており、
前記インテリジェント電力コントローラは、少なくとも１つの前記バッテリバンク、少なくとも１つの前記電気負荷、前記交換可能電源、および複数の前記液圧電気作動装置ＨＥＡＤ、の間のエネルギー監視、エネルギー生成、エネルギー分配、およびエネルギー貯蔵、を制御する、
マルチハイブリッド発電機システム。

【請求項2】

前記インテリジェント電力コントローラは、少なくとも１つの前記バッテリバンクと複数の前記液圧電気作動装置ＨＥＡＤとを段階的に作動させることで、少なくとも１つの前記バッテリバンクおよび／または前記液圧電気作動装置ＨＥＡＤの作動中に、少なくとも１つの前記バッテリバンクおよび／または前記液圧電気作動装置ＨＥＡＤに冷却サイクルを提供する、
請求項１に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項3】

第１段階中、前記インテリジェント電力コントローラは、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットを制御することで第１発電機に動力供給しており、
第２段階中、前記インテリジェント電力コントローラは、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットを制御することで第２発電機に動力供給しており、
第３段階中、前記インテリジェント電力コントローラは、前記第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットと前記第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットとの両方を一体になって制御することで、前記第１発電機と前記第２発電機とを駆動しており、
第４段階中、前記インテリジェント電力コントローラは、前記第１段階から前記第２段階へ、前記第１段階から前記第３段階へ、および／または前記第２段階から前記第３段階へ、交互に切り替えることで効率的なエネルギー生成を提供することによって、前記マルチハイブリッド発電機システムの一部を冷却サイクルモードに保つ、
請求項２に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項4】

前記第４段階は、前記マルチハイブリッド発電機システムの代替部分が動作する際に、前記マルチハイブリッド発電機システムの前記一部が当該一部自体を冷却することを許容する、
請求項３に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項5】

前記第３段階中および前記第４段階中、前記マルチハイブリッド発電機システムは、オンデマンドでおよび／またはバッテリに、電力供給する、
請求項３に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項6】

前記マルチハイブリッド発電機システムは、第１ギアセットおよび第２ギアセットを、同期して、独立して、および／または交互に、作動させる、
請求項３に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項7】

前記クランクシャフトは、前記クランクシャフトの各端部に加重セパレータ支持ジョイントを備えており、
前記加重セパレータ支持ジョイントは、各液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットが独立して作動することを許容する、
請求項３に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項8】

前記各引込バネはバネ材料で作られているとともに、
前記各引込バネは前記クランクシャフトへの前記ピストンの作用を増大させる作動角でバランスされている、
請求項１に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項9】

前記液圧電気作動装置ＨＥＡＤは前記引込バネによって支持されており、
前記引込バネは前記ピストンの内部に配置されている、
請求項８に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項10】

前記液圧電気作動装置ＨＥＡＤは、

【数1】

という式で定義される効率を備えている、
請求項９に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項11】

前記作動角は約２５度である、
請求項８に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項12】

前記作動角は２４．６１８度～２６．９７３度の間である、
請求項８に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項13】

前記バネ材料は修正線膨張係数を有している、
請求項８に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項14】

前記引込バネは

【数2】

という式で表される固有振動数を有している、
請求項８に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項15】

前記インテリジェント電力コントローラはさらに、人工知能（ＡＩ）プロトコルを定義および実行するＡＩモジュールを備えており、
前記ＡＩモジュールはＡＩプロトコルを生成するべく、少なくとも１つの前記バッテリバンク、少なくとも１つの機械負荷、および複数の前記液圧電気作動装置ＨＥＡＤ、からのデータを収集および解釈しており、
前記インテリジェント電力コントローラは前記ＡＩプロトコルを利用することで、少なくとも１つの前記バッテリバンク、少なくとも１つの前記電気負荷、前記交換可能電源、および複数の前記液圧電気作動装置ＨＥＡＤ、の間の前記エネルギー監視、前記エネルギー生成、前記エネルギー分配、および前記エネルギー貯蔵、を制御する、
請求項１に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項16】

マルチハイブリッド発電機システムを用いて電力供給する方法であって、前記方法は、
前記マルチハイブリッド発電機システムの第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットを制御することで、第１発電機に動力供給する第１制御工程と、
第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットを制御することで、第２発電機に動力供給する第２制御工程と、
前記第１発電機および前記第２発電機を駆動するべく、前記第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットと前記第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットとの両方を、一体になって制御する第３制御工程と、
効率的なエネルギー生成を提供するとともに前記マルチハイブリッド発電機システムの一部を冷却サイクルモードに保つべく、前記第１制御工程～前記第３制御工程を交互に切り替える工程と、
を備えている、方法。

【請求項17】

前記第１制御工程～前記第３制御工程を交互に切り替える工程はインテリジェント電力コントローラによって決定されており、
前記インテリジェント電力コントローラは、前記マルチハイブリッド発電機システムの前記エネルギー生成と冷却とを改善するためのＡＩプロトコルを生成するＡＩモジュールを備えている、
請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

マルチハイブリッド発電機システムであって、前記マルチハイブリッド発電機システムは、
少なくとも１つの電源に電気的接続されているとともに少なくとも１つの前記電源からのエネルギーを受け取るとともに蓄える、少なくとも１つのバッテリバンクと、
少なくとも１つの前記バッテリバンクから最初に動力供給される複数の第１液圧電気作動装置（ＨＥＡＤ）であって、第１発電機に作動的に接続された第１クランクシャフトを機械エネルギーで駆動する、複数の前記第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤと、および
複数の第２液圧電気作動装置（ＨＥＡＤ）であって、第２発電機に作動的に接続された第２クランクシャフトを機械エネルギーで駆動する、複数の前記第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤと、および
第１運転モードと第２運転モードとで前記マルチハイブリッド発電機システムを運転するように構成されたコントローラであって、前記第１運転モードでは複数の前記第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤが前記第１発電機に動力供給する一方で、複数の前記第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤは複数の前記第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤを冷却するべく静止しており、前記第２運転モードでは複数の前記第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤが前記第２発電機に動力供給する一方で、複数の前記第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤは複数の前記第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤを冷却するべく静止している、前記コントローラと、
を備えている、マルチハイブリッド発電機システム。

【請求項19】

前記コントローラは、複数の前記第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤと複数の前記第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤとのうちの少なくとも１つの温度に依存して、前記第１運転モードと前記第２運転モードとを交互に切り替えるように構成されている、
請求項１８に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【請求項20】

前記コントローラは第３運転モードで前記マルチハイブリッド発電機システムを動作させるように構成されており、
前記第３運転モードでは複数の前記第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤおよび複数の前記第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤは、前記第１発電機および前記第２発電機を各々駆動するべく一体になって動作する、
請求項１８に記載のマルチハイブリッド発電機システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に電力システムに関する。より詳細には、交換可能電源から電力を収穫および生成するためのマルチハイブリッド発電機を採用するエネルギー収穫および貯蔵システムに関する。

【背景技術】

【0002】

今日のニュースでは、地球温暖化、汚染、および世界の住民に影響を及ぼしているその他の環境上の危機、に関する報道で溢れている。世界とその天然資源の環境状態とについて、悲惨な予測がなされている。こうした報道の焦点のひとつは、世界的な発電、電気使用、電気消費、である。発電には石炭、石油、天然ガス、などさまざまな資源が使用されている。これらの資源の処理は、公害、酸性雨、温室効果、など環境に悪影響を及ぼす原因になっている。暖房、照明、通信、輸送、コンピューティング、を含んでいるがこれらに限定されない日常的な快適さと、世界的な産業と経済と、における電力の重要性を考えると、世界的な電力需要が大きく減速することはないだろう。

【0003】

発電が環境に与える悪影響の一部に対して闘うべく、科学者、研究者、産業界、は最近、太陽光発電、風力発電、潮力発電、などの代替エネルギー源および／または再生可能エネルギー源に力を注いでいる。風力発電は、長期間にわたって定期的に風が吹き続けることが知られている広大な地域に、さまざまな数の風力タービンを設置した大規模なウィンドファームやウィンドパークを建設している特定の国に存在する。風はタービンのブレードを回転させることで、風のエネルギーを機械的動力に変換する。そして、その機械的動力を、発電機を使って電力に変換する。しかし、風力発電は、発電に必要な風を生み出すとともに維持するべく、場所、季節、および天候、に大きく左右されるという潜在的な制限に悩まされている。さらに、必要な不動産を取得するとともに、その不動産に多数の風力タービンを設置するための、コストは非常に高いので市場参入の障壁になりうる。

【0004】

太陽エネルギーは、上記の代替エネルギー源のもう１つである。太陽エネルギーは、熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換される、太陽からのエネルギーを収穫（採取、ハーベスティング）することに向けられている。一般的に、太陽エネルギーは、太陽光発電、太陽熱暖房・冷却、集光型太陽熱発電、の３つの主な方法で利用される。太陽光発電は、電子的な処理によって、太陽光から直接に電気を発生させる。一般的には太陽光発電は、単一の機器（電卓など）から、太陽光発電アレイによって電力供給されるオフグリッド住宅まで、小型および／または中型のアプリケーションに電力供給する。太陽熱冷暖房（ＳＨＣ）および集光型太陽熱発電（ＣＳＰ）アプリケーションは、太陽によって生成された熱を両方とも使用することで、（太陽熱冷暖房ＳＨＣシステムの場合に）空間や水の加熱を提供するか、（集光型太陽熱発電ＣＳＰ発電所の場合に）従来の発電タービンを稼働させる。この種の再生可能エネルギーは通常、パッシブソーラまたはアクティブソーラとして特徴付けられている。このエネルギー技術は、分散型発電モデル（例えば、使用地点にまたは使用地点の近くに設置される）または中央ステーションモデル（例えば、従来の発電所とで同様のユーティリティ規模の太陽光発電所）として構築することができる。これらのエネルギー方式はまた、さまざまな太陽光貯蔵（ソーラストレージ）技術を使用することで、後の時間（例えば、日没後）に分配するべく、生産されたエネルギーを貯蔵することもできる。これらの特徴によって、太陽光発電はより望ましい代替再生可能エネルギー源のひとつとなっている。しかし、太陽光発電には潜在的な欠点がある。それは、この技術が本質的に断続的であるので、ソースとなる太陽光が供給されない期間が発生することによって、生成される太陽エネルギーが利用できなくなる虞があるという点である。そのため、生成された太陽エネルギーをバッテリに貯蔵する必要があるので、純粋な太陽エネルギーシステムの全体的なコストが増加する。

【0005】

太陽熱利用は、太陽エネルギーの別の形態である。この方法（アプローチ）は、太陽のエネルギーが発電所を動かすとともに、間接的に電気を生産する、という点で従来の発電に似ている。太陽熱利用は、化石燃料を燃焼させる従来の発電所の効率に匹敵することに重点を置いている。しかし、そのためには、集光ミラーを集光することで石油を非常に高温に加熱するなどの、複雑な装置が必要である。また、太陽熱発電所の設計、建設、運転、維持、にかかるコストは非常に高い。このような経済的な課題に加え、太陽熱発電所の設置に適した地理的な場所を見つけることも、さらなる課題である。

【0006】

前述のように、再生可能エネルギー技術の多くは、或る種のエネルギー貯蔵能力を必要としている。エネルギー貯蔵のための多くのシステムと方法が開発されてきた。そのようなエネルギー貯蔵システムの１つは、水を高所にある貯水池に汲み上げてから、水力発電機を通して水を放出するものである。圧縮空気エネルギー貯蔵システムは、圧縮機で空気を圧縮しているとともに、その圧縮空気を地層（洞窟、帯水層など）または他の構造物に貯蔵していることによって、エネルギー需要が必要なときに引き出せるようにする。通常、圧縮空気は、天然ガスとで混合しているとともに、タービンで燃焼・膨張することで機械的動力を発生させることによって、発電機を駆動することで発電する。機械式ギアボックスは、動力源（再生可能エネルギー源など）からの速度とトルクとを、発電機とのインタフェースに変換するべく使用される。しかし、機械式ギアボックスは多額のメンテナンスを必要としているので、機械式ギアボックスがサポートしているシステムよりも早く劣化する傾向がある。ダイレクト駆動発電機は、このような高価な機械式ギアボックスの必要性をなくすことができるが、ダイレクト駆動発電機の複雑さおよび関連するメンテナンスによって、コスト負担は少なくない。このような圧縮空気エネルギーシステムは、地理的制約や一定体積の地層を使用するという課題も抱えているので、エネルギーの貯蔵および回収中に通常、高い可変圧力で作動する。この高い変動圧力の必要性は、単一の設計圧力において最適性能で作動する圧縮機およびタービンの効率を低下させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１８／０４１０３８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

様々なエネルギー貯蔵ソリューションが存在するが、これらのシステムには、変換処理中のエネルギー損失、大きな地理的フットプリントを必要とする貯水池の使用、建設コストが高い、貯蔵可能なエネルギー量に関する制限、および貯蔵エネルギーの経時的散逸、を含んでいる特定の欠点がある。さらに、加圧空気を電気に戻すのは、複雑であるだけでなく非効率的な処理である。

【0009】

別のタイプのエネルギーシステムは、ハイブリッドエネルギーシステムである。ハイブリッドエネルギーシステムとは、電気エネルギー発電機、電気エネルギー貯蔵システム、および再生可能エネルギー源、などの複数の種類のエネルギー生成装置を統合（インテグレーション）したものとして定義される。ハイブリッドエネルギーシステム（ハイブリッド電源）は通常、２つ以上の再生可能エネルギー源を併用することで、システム効率を高めるとともに、エネルギー供給のバランスを向上させる。ハイブリッドシステムは、例えば、太陽光発電（ＰＶ、光起電力）や風力タービンなどの再生可能技術を使用することで、２つ以上の発電方式を組み合わせる。ハイブリッドシステムは、発電方法の組合せによって高いレベルのエネルギー安全保障を提供するだけでなく、最大の供給信頼性と安全保障とを確保するべく、蓄電システム（バッテリ、燃料電池など）や小型化石燃料発電機を組み込むことができる。このようなシステムの基本構成要素は、電源（風力タービン、ディーゼルエンジン発電機、ソーラアレイなど）、バッテリ、そして各電源（パワーソース、動力源）からの発電量を調整する電力管理センター、である。ハイブリッドエネルギーシステムの利点は、ハイブリッドエネルギーシステムに接続されたバッテリが後の使用のためにエネルギーを貯蔵するので、中断することなく継続的に電力供給できることがある。ハイブリッドエネルギーシステムの利点はさらに、これらのバッテリがまた、再生可能エネルギー源の利用率を高めるとともに、メンテナンスコストを下げるだけでなく、より高い効率を提供するとともに、負荷管理を改善すること、である。ハイブリッドエネルギーシステムの欠点には、異なるエネルギー源同士の種類とそれらの相互作用および協調とを正確に制御しなければならないことから生じる処理制御の複雑性の増加、高い設置コスト、バッテリの寿命、および、システムに接続できる全体的な負荷容量、が含まれる。

【0010】

従って、交換可能電源からのエネルギー収穫（ハーベスティング）、生成、および貯蔵、を改善するマルチハイブリッド発電機システムが必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、交換可能電源からのエネルギーの収穫、生成、および貯蔵、を促進するマルチハイブリッド発電機およびシステムに向けられている。
本発明の第１実施態様では、交換可能電源からエネルギーを収穫するためのマルチハイブリッド発電機システムが提供される。マルチハイブリッド発電機システムは、交換可能電源からエネルギーを受け取るとともに液圧電気作動装置（ＨＥＡＤ：ハイドローリックエレクトリカルアクチュエーションデバイス）に貯蔵するべく、交換可能電源と液圧（油圧）電気作動装置ＨＥＡＤとに電気的接続された１つまたは複数のバッテリバンクを備えている。液圧電気作動装置（ＨＥＡＤ）は、１つまたは複数のバッテリバンクによって最初に動力供給される。液圧電気作動装置ＨＥＡＤは、ピストンを介して機械的エネルギーをピストンロッドに駆動する。各ピストンは、ピストンに接続された１対の引込バネを有している。ピストンは液圧室内に存在する。マルチハイブリッド発電機システムはまた、ピストンによって駆動されるクランクシャフトを備えるとともに、少なくとも１つの電気負荷と多数の電力管理装置とに通信可能に結合されたインテリジェント電力（パワー）コントローラを備えている。インテリジェント電力コントローラは、バッテリバンク同士、電気負荷、交換可能電源、および液圧電気作動装置ＨＥＡＤ同士、の間のエネルギー監視（モニタリング）、エネルギー生成、エネルギー分配、およびエネルギー貯蔵、を制御する。

【0012】

本発明の第２実施態様では、マルチハイブリッド発電機システムを使用することで電力供給する方法が提供される。この方法は、マルチハイブリッド発電機システムの第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットを制御することで第１発電機に動力供給する第１制御工程と、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットを制御することで第２発電機に動力供給する第２制御工程と、を備えている。方法はさらに、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットと第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットとの両方を一的（ユニゾン）になって制御することで第１発電機と第２発電機とを駆動する第３制御工程と、を備えている。方法はさらに、効率的なエネルギー生成を提供するとともに、マルチハイブリッド発電機システムの一部を冷却サイクルモードに保つように制御するべく、前述の３つの工程を交互に切り替える工程を備えている。

【0013】

本発明の第２実施態様では、マルチハイブリッド発電機システムが提供される。マルチハイブリッド発電機システムは、交換可能電源からエネルギーを受け取るとともに液圧電気作動装置ＨＥＡＤに蓄えるように電気的接続された１つまたは複数のバッテリバンクを備えている。液圧電気作動装置ＨＥＡＤは、バッテリバンクから最初に動力供給される。液圧電気作動装置ＨＥＡＤは、ピストンを介して機械的エネルギーをピストンロッドに駆動する。各ピストンには、１対の引込バネが接続されている。各引込バネは、バネ材料で作られるとともに、クランクシャフトに対するピストンの影響を増大させるべく作動角度（オペレーティングアングル）でバランスされている。ピストンは液圧室（ハイドローリックチャンバ）内に配置されている。システムはまた、電気負荷と多数の電力管理装置とに通信可能に結合された、インテリジェント電力コントローラを備えている。インテリジェント電力コントローラは、バッテリバンク同士、電気負荷、交換可能電源、および液圧電気作動装置ＨＥＡＤ同士、の間のエネルギー監視、エネルギー生成、エネルギー分配、およびエネルギー貯蔵、を制御する。

【0014】

本発明のこれらおよび他の目的、特徴、および利点、は添付の図面および後に続く好ましい実施形態の詳細な説明から、より容易に明らかになるであろう。
以下、本発明の好ましい実施形態を、本発明を説明するためであって、限定するべく提供されるものではない添付の図面とで併せて説明する。ここで、同様の指定は、同様の要素を表わす。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態による、マルチハイブリッド発電機システムの概略図。

【図2】本発明の実施形態による、図１のマルチハイブリッド発電機システムで使用するための、クランクシャフトの透視図。

【図3】本発明の実施形態による、図１のマルチハイブリッド発電機システムで使用するための、ギアボックスの透視図。

【図4A】本発明の実施形態による図１のマルチハイブリッド発電機システムで使用するための、図２のクランクシャフトと、図３のギアボックスと、の間の例示的な係合を示すとともに、引込バネの位置を示す透視図。

【図4B】本発明の実施形態による引込バネの代替構成を示す、クランクシャフトとギアボックスとの間の例示的な係合を示す正面図。

【図4C】図４Ｂのシステムのうちの一部の側面図。

【図5】本発明の実施形態による、図１のマルチハイブリッド発電機システムで使用するように構成された、例示的なインテリジェント電力コントローラを示す図。

【図6】本発明の実施形態に従って、図１のマルチハイブリッド発電機システムで使用するための、マルチハイブリッド発電アプリケーションの例示的なアーキテクチャを提示する。

【図7】本発明の実施形態に従って、図１のマルチハイブリッド発電機システムで使用するように構成された、例示的な電力管理装置を示す。

【図8】本発明の実施形態に従って、図１のマルチハイブリッド発電機システムを使用することで、交換可能電源からエネルギーを収穫するための、動作のフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0016】

同様の参照数字は、図面のいくつかの図を通して同様の部品を指す。
以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示であるので、記載された実施形態を、または記載された実施形態の適用および用途を、限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、「例示的」または「説明的」という語は、「例、実例、または説明、として役立つ」という意味である。本明細書において「例示的」または「説明的」として説明される実施態様は、必ずしも他の実施態様よりも好ましいまたは有利であると解釈されるものではない。以下に記載される全ての実施態様は、当業者が本開示の実施態様を作製または使用することを可能にするべく提供される例示的な実施態様であるので、特許請求の範囲によって定義される本開示の範囲を限定することを意図するものではない。本明細書における説明の目的のために、用語「上」、「下」、「左」、「後」、「右」、「前」、「垂直」、「水平」、およびそれらの派生語、は本明細書における図において方向付けられた本発明に関するものとする。さらに、先の技術分野、背景、要約、または以下の詳細な説明、に示された明示または黙示の理論に拘束される意図はない。また、添付の図面に図示されているとともに以下の明細書に記載される特定の装置および処理は、添付の特許請求の範囲に定義される発明概念の単なる例示的な実施形態であることを理解されたい。したがって、本明細書に開示された実施形態に関連する特定の寸法および他の物理的特性は、特許請求の範囲に明示的に別段の記載がない限り、限定的なものとはみなされない。

【0017】

図を通して示されるように、本発明は、交換可能電源からのエネルギー収穫（採取、ハーベスティング）、生成、および貯蔵、を促進するマルチハイブリッド発電機およびシステムに向けられている。

【0018】

図１は、本発明の実施形態によるマルチハイブリッド発電機システム（発電システム）１００の概略図を示す。例えば図１に示すように、マルチハイブリッド発電機システム１００は、複数のバッテリバンク（すなわち、第１バッテリバンク１０２、第２バッテリバンク１０４、および第３バッテリバンク１０６）を備えている。複数のバッテリバンクは、とりわけ、少なくとも１つの電気負荷１１６に電力供給するべく、交換可能電源（インターチェンジブルパワーソース、交換可能動力源）１０８から収穫されるエネルギーの種類に適合される。電気負荷１１６は例えば、家庭用デバイスを稼動させるための電気負荷を有している家庭として例示的に示される。複数のバッテリバンク（すなわち、第１バッテリバンク１０２、第２バッテリバンク１０４、および第３バッテリバンク１０６）は、鉛酸、リチウムイオン、ニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、塩水、または吸収ガラスマット（ＡＧＭ）、を含んでいるがこれらに限定されないいくつかの異なるタイプのバッテリのうちの１つであってもよい。一実施形態によれば、第１バッテリバンク１０２、第２バッテリバンク１０４、および第３バッテリバンク１０６、はすべて同じタイプ（例えば、ＮｉＣｄ）であり、実質的に同じサイズおよび容量である。３つのバッテリバンクが図示されているが、本発明の広範な態様から逸脱することなく、３つよりも多いまたは少ないバッテリバンクを利用することができる。本明細書の実施形態に従って、交換可能電源１０８は、太陽光電力、風力電力、または水力電力、を含んでいるがこれらに限定されない、任意の自然エネルギー源、代替エネルギー源、および／または再生可能エネルギー源、であってもよい。例えば、図１に示すように、交換可能電源は、複数の太陽光発電（ＰＶ：フォトボルタイク）ソーラパネル（すなわち、第１太陽光発電ＰＶソーラパネル１１０－１、第２太陽光発電ＰＶソーラパネル１１０－２、第３太陽光発電ＰＶソーラパネル１１０－３、および第４太陽光発電ＰＶソーラパネル１１０－４）を用いた、太陽光電力である。各太陽光発電ＰＶソーラパネルは、複数の太陽光発電セル１１２を備えている。例示的に、太陽光発電ＰＶソーラパネルの各々は、少なくとも１つの電気負荷１１６に電力供給する要件を考慮して、１２ボルト、１．５アンペアのパネルとして構成することができる。容易に理解されるように、太陽光発電パネルは多数の太陽光発電セルで構成されている。各セルは、太陽光を電気に変換する能力を有している。本明細書で開示する実施形態の原理に従って、マルチハイブリッド発電機システム１００は、化石燃料を一切必要とせずにエネルギーを収穫、生成、貯蔵、および供給、するとともに、それによって他の発電機システムとで比較してクリーンなエネルギーフットプリントを提供する。

【0019】

図１に示されるように、マルチハイブリッド発電機システム１００はさらに、複数の電力管理の液圧電気作動装置（ＨＥＡＤ）（すなわち、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－２、液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－３、および第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－４）を備えている。各電力管理装置ＳＩＲは、任意の時刻での電力を測定する少なくとも１つのセンサユニット（例えば、センサユニット６１６；図７参照）、直流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変えるための少なくとも１つのインバータユニット（例えば、インバータユニット６１４；図７参照）と、電力分配を管理するための少なくとも１つのエネルギールータユニット（例えば、エネルギールータユニット６１２；図７参照）と、を備えている。各電力管理装置ＳＩＲはさらに、通信リンク１５０を介して、インテリジェント電力コントローラ１１８に通信可能に結合される。インテリジェント電力コントローラ１１８は、電気負荷１１６と複数の電力管理装置ＳＩＲとに通信可能に結合されている。インテリジェント電力コントローラ１１８は、複数のバッテリバンク（すなわち、第１バッテリバンク１０２、第２バッテリバンク１０４、および第３バッテリバンク１０６）と、少なくとも１つの電気負荷１１６と、および複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ（すなわち、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－２、液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－３、および第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－４）と、の間またはこれらに対する電力監視、発電、配電、および蓄電、を選択的に制御する。図１に描かれているような複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤの構成は、開示された実施形態の原理に従って使用することができるさまざまな構成の１つである。

【0020】

図１を参照すると、実施形態に従って、交換可能電源１０８の出力は、例えば、複数の太陽光発電ＰＶソーラパネル（すなわち、第１太陽光発電ＰＶソーラパネル１１０－１、第２太陽光発電ＰＶソーラパネル１１０－２、第３太陽光発電ＰＶソーラパネル１１０－３、および第４太陽光発電ＰＶソーラパネル１１０－４）のエネルギー出力は、第１電力管理装置ＳＩＲ（パワーマネジメントユニット）１１４－１を介して利用されるとともに、第１バッテリバンク１０２に転送される、結果、即時の電力貯蔵オプションが提供される。このようにして、第１バッテリバンク１０２は、交換可能電源１０８からエネルギーを受け取りおよび蓄積するように、交換可能電源１０８に電気的接続されている。第１バッテリバンク１０２は、複数の電力管理装置ＳＩＲのうちの第１電力管理装置ＳＩＲ（すなわち、第１電力管理装置ＳＩＲ（パワーマネジメントユニット）１１４－１）および第２電力管理装置ＳＩＲ（すなわち、第２電力管理装置ＳＩＲ１１４－２）に電気的接続される。必要に応じて、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１のインバータユニット６１４は、（例えば、複数の太陽光発電ＰＶソーラパネルによって供給された）直流電流を、交流電流に反転する。さらに、第１バッテリバンク１０２に蓄えられたこの電力は、第２電力管理装置ＳＩＲ１１４－２によって管理されているとともに、マルチハイブリッド発電機１４８に最初に動力供給するべく使用される。マルチハイブリッド発電機１４８は、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ（すなわち、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－２、液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－３、および第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－４）を備えている。液圧電気作動装置ＨＥＡＤは、ソースエネルギー（例えば、電気エネルギー）を、機械的／液圧的運動に変換するべく使用される。一実施形態では、各液圧電気作動装置ＨＥＡＤは、液圧－電気ポンプを備えている。さらなる実施形態では、各液圧電気作動装置ＨＥＡＤは、電気アクチュエータを備えている。

【0021】

複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤは、最初に第１バッテリバンク１０２によって電力供給されると、複数のピストン（すなわち、ピストン１２０－１、ピストン１２０－２、ピストン１２０－３およびピストン１２０－４）と、複数のピストンロッド（すなわち、第１ピストンロッド１２２－１、第２ピストンロッド１２２－２、第３ピストンロッド１２２－３、および第４ピストンロッド１２２－４）と、の組合せを通して、機械的エネルギーを駆動する。第１ピストン１２０－１は、複数の液圧室（油圧室、ハイドローリックチャンバ）のうちの第１液圧室１３０－１内に配置されているとともに、複数のピストンロッドのうちの第１ピストンロッド１２２－１に機械的連結されている。順に、この機械的エネルギーは、第１クランクシャフト１２４および第２クランクシャフト１２６に各々伝達される（各クランクシャフト（１２４，１２６）は、図２のクランクシャフト２００に示されるように構成される）。第１クランクシャフト１２４および第２クランクシャフト１２６の各々は、各々のクランクシャフト（１２４，１２６）に沿った各々の中心点２１２に位置する各々の駆動ギア２０６を有している（図２に詳細に描かれている）。順に、第１クランクシャフト１２４の第１駆動ギア２０６は、第１ギアボックス１３２の第１ギアセット１３４に機械的接続されている。第２クランクシャフト１２６の第２駆動ギア２０６は、第２ギアボックス１３８の第２ギアセット１４０に機械的接続されている。各ギアボックスおよび各ギアセットは、本明細書で以下にさらに詳述されるように、図３のギアボックス３００に示されるように構成されている。

【0022】

複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤのうちの第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１は、複数のピストンのうちの第１ピストン１２０－１（および各々の第１ピストンロッド１２２－１）を駆動する液圧力を提供する。第１ピストン１２０－１は、当該第１ピストン１２０－１に接続された第１対の引込バネ１２８を有している（図４Ｂおよび図４Ｃに詳細に描かれている）。第１対（第１のワンペア）の引込バネ１２８は、第１ピストン１２０－１を駆動している第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１の外方に沿って走る（延びている）。第１対の引込バネ１２８によって、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１の引込と、第１ピストン１２０－１の元の位置への戻りと、の最中、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１の引込中の上向きの力は（上向きの方向１４６に沿って）支持される。他の各液圧電気作動装置ＨＥＡＤ（すなわち、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－２、第３液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－３、および第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－４）は、同じように機能する対応する１対の引込バネ１２８を有している。このようにして、各対応するピストン対ピストンロッドの組合せセットは、１対の引込バネ１２８を有する。１対の引込バネ１２８は、ピストン対ピストンロッドの組合せセットの側面に沿って走る（延びている）とともに、対応するダウンストローク（下方向１４４に沿った）からのピストンの引き込み（後退）を補助することで、マルチハイブリッド発電機１４８およびマルチハイブリッド発電機システム１００の全体的な効率を大幅に向上させる。引込バネ１２８は、重力に逆らって働くピストンの仕事を、特にアップストロークの仕事を、減少させることによって、ピストンの効率を増加させる。引込バネ１２８同士は１対（ワンペア）として示されているが、異なる数の引込バネを備えていることができる任意の数のさらなる実施形態があることが理解されるであろう。

【0023】

一実施形態では、引込バネ１２８は、約５５％の高炭素鋼、２４％のチタン（Ｔｉ）、および２１％のバナジウム（Ｖ）、から成る特別に調合（配合）されたバネ合金を使用して製造される。この配合は、抗重力効果をサポートするとともに、よって各々のクランクシャフト（１２４，１２６）の全体的な効率を向上させる。さらに、材料の密度（以下の式（１）参照）は、バネの効力（例えば、バネ効率）に影響を与える。本明細書の実施形態では、特定の強度、可鍛性、ねじりひずみ／応力耐性、および放熱性、を有している合金を求める。一実施形態では、引込バネの固有振動数は、周期的荷重の印加周波数の約２０倍である。これによって、２０次までの全ての高調波周波数における抵抗が、回避される。一実施形態では、図１に構成されるような引込バネ１２８の固有振動数は、式（１）で与えられる：

【0024】

【数1】

【0025】

ここで、
ｄ＝ワイヤの直径。
Ｄ＝バネの平均直径。

【0026】

ｎ＝アクティブターンの数。
Ｇ＝剛性係数。
ｇ＝重力による加速度。

【0027】

β＝バネの材料の密度。
上記で特定されたバネ合金の配合は、本明細書に開示された実施形態の原理に一致して使用され得るそのような配合のうちの１つに過ぎないことが理解されよう。

【0028】

更に、物体が加熱または冷却されると、物体の長さは、物体の元の長さと、温度の変化と、に比例した量だけ変化する。よって、特別に配合されたバネ合金の修正線膨張係数（α）（本明細書における以下の式（２）参照）は、引込バネ１２８の重要な特徴である。従って、マルチハイブリッド発電機１４８とその構成部品とによって発生する予想される高圧および高熱を考慮すると、この係数は、重要な設計上の考慮事項である。実施形態に従って、引込バネ１２８の長さの線形熱膨張変化は、式（２）によって与えられる。

【0029】

【数2】

【0030】

ここで、
ΔＬ＝対象物（物体）の長さの変化。
Ｌ０＝物体の元の長さ。

【0031】

α＝特殊合金材料による線膨張係数の修正（変更）が、当該係数を変更することで、クランクシャフトのアップストロークにおいて重力に対する抵抗を増加させる。
ｔ_０＝初期温度。

【0032】

ｔ_１＝最終温度。
本明細書に開示された各液圧電気作動装置ＨＥＡＤは、クランクシャフトの駆動ギアに特定の必要出力をもたらすアップストロークにおける、液圧および逆バネ運動（すなわち、反重力変位）の上向きの力に具体的に対処している。マルチハイブリッド発電機システム１００が７６％以上の効率（電気／圧力エネルギーを、機械エネルギー／トルクに変換する）で発電の最終出力を得るべく、駆動ギア（クランクシャフトの中心）上の最適な必要トルク出力は必要である。液圧式電動作動の一定最適効率（ＨＥＡＣＯＥ：ハイドローリックエレクトリカルアクチュエーションコンスタントオプティマムエフィシェンシー）は、式（３）で定義される。

【0033】

【数3】

【0034】

ここで、
Ｆ＝力。
Ｐ＝圧力。

【0035】

ρ＝密度。
Ｖ＝速度。
ｇ＝加速度による重力。

【0036】

ｈ＝高さ（総吐出量）。
σｔ＝許容引張抵抗。
μ＝係数。および
ｔ＝時間。

【0037】

さらに、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤのうちの第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－２は、第２ピストン１２０－２に連結された第２対（第２のワンペア）の引込バネ１２８を有している、複数のピストンのうちの第２ピストン１２０－２を駆動している。第２ピストン１２０－２は、第２液圧室１３０－２内に配置されているとともに、複数のピストンロッドのうちの第２ピストンロッド１２２－２に機械的連結されている。第１ピストンロッド１２２－１および第２ピストンロッド１２２－２は、第１クランクシャフト１２４に連結されている。複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤのうちの第３液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－３は、第３ピストン１２０－３に連結された第３対（第３のワンペア）の引込バネ１２８を有している、複数のピストンのうちの第３ピストン１２０－３を駆動している。第３ピストン１２０－３は、第３液圧室１３０－３内に配置されているとともに、複数のピストンロッドのうちの第３ピストンロッド１２２－３に連結されている。複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤのうちの第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－４は、第４対の引込バネ１２８－４が接続された、複数のピストンのうちの第４ピストン１２０－４を駆動している。第４ピストン１２０－４は第４液圧室１３０－４内に位置するとともに、複数のピストンロッドのうちの第４ピストンロッド１２２－４に接続されている。第３ピストンロッド１２２－３および第４ピストンロッド１２２－４は、第２クランクシャフト１２６に機械的連結されている。実施形態に従って、第１クランクシャフト１２４は、第１駆動ギア２０６を介して、第１ギアボックス１３２の第１ギアセット１３４に機械的接続されている。第１クランクシャフト１２４はまた、第１クランクシャフト１２４に接続された第１カウンタウェイト２０２および第２カウンタウェイト２０４を備えている（図２に詳細に描かれている）。

【0038】

図４Ｂおよび図４Ｃをさらに参照すると、引込バネ１２８は、ピストン／液圧室（１３０－１、１３０－２、１３０－３、１３０－４）の内部に配置された螺旋バネとして構成されてもよい。一実施形態では、引込バネ１２８は引張バネとして構成されてもよい。

【0039】

図２を参照すると、実施形態による図１のマルチハイブリッド発電機システム１００に使用するための、クランクシャフト２００の透視図が示されている。クランクシャフト２００は、第１クランクシャフト１２４と第２クランクシャフト１２６とを機械的に結合する加重（ウェーテッド）セパレータ支持ジョイント２０８を備えている。加重セパレータ支持ジョイント２０８は、第１クランクシャフト１２４と第２クランクシャフト１２６とを分離およびバランスをとることで、一方が他方から独立して作動できるようにする。さらに、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１３０－１と第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１３０－２とは、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットまたはサブセットを形成している。第３液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１３０－３と第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１３０－４とは、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットまたはサブセットを形成する。各液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットは、固有のギアセットを介して各々のギアボックスを機械的に駆動することによって、クランクシャフト２００の各々のセクションに動力を供給する。図３は、本発明の実施形態による、図１のマルチハイブリッド発電機システム１００で使用するための、ギアボックス３００の透視図を示す。第１ギアボックス１３２および第２ギアボックス１３８の各々は、ギアセット３０２を備えているギアボックス３００とで同様に構成される。複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤは、直線的なインラインの向きで描かれているが、Ｖ字形の向きを含んでいるがこれに限定されない代替の向きが、本発明の広範な態様から逸脱することなく利用され得る。

【0040】

このように、各クランクシャフト２００（すなわち、第１クランクシャフト１２４および第２クランクシャフト１２６）は、各々のギアセット（すなわち、第１ギアセット１３２および第２ギアセット１３８）に機械的接続されたクランクシャフト上の各々の駆動ギアによっておよび駆動ギアを介して、各々のギアボックス（すなわち、各々、第１ギアボックス１３２および第２ギアボックス１３８）を駆動する。結果、マルチハイブリッド発電機１４８およびマルチハイブリッド発電機システム１００の効率は向上する。そしてマルチハイブリッド発電機１４８は、実施形態に従ったクランクシャフト部の独立した動作を考慮して、全体的にさらに低い動作温度で／さらに冷えた動作温度で動作する。図示のように、駆動ギア２０６に加えて、クランクシャフト２００は、上述のように、第１カウンタウェイト２０２および第２カウンタウェイト２０４を含んでいる複数のカウンタウェイト２１０を備えている。一実施形態では、第１カウンタウェイト２０２は、第１ピストン１２０－１が第１クランクシャフト１２４に連結される箇所に近接して連結されている。第２カウンタウェイト２０４は、第２ピストン１２０－２が第１クランクシャフト１２４に連結される箇所に近接して連結される。同様に、第３カウンタウェイトは、第３ピストン１２０－３が第２クランクシャフト１２６に連結される箇所に近接して連結されている。第４カウンタウェイトは、第４ピストン１２０－４が第２クランクシャフト１２６に連結される箇所に近接して連結される。このようにして、複数のピストンロッドが下方向（下降方向）１４４に移動するクランクシャフト２００上の対応する各点には、下方向１４４のピストンのダウンストロークで発生する既存の重力に協働する対応するカウンタウェイトが存在する。このように、各クランクシャフト部上の複数のピストンロッドの連続運動は、各々のギアボックス（すなわち、第１ギアボックス１３２または第２ギアボックス１３８）を、回転させるとともに機械的に駆動する。本明細書で説明されるような複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤの機械的な下方向１４４への移動は、カウンタウェイトにかかる下方向への重力に連動して、クランクシャフトトルクと回転効率との両方の関数（ファンクション）として、そのようなピストンのダウンストロークの効率を増加させる。同様に、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤの上方向１４６への移動は、そのような上方向１４６への移動および関連する力を支持する各々の対（ペア）の引込バネ１２８に連動して、クランクシャフトトルクおよび回転の関数（ファンクション）としての複数のピストンの上方へのストロークの効率を、ならびに複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤの全体的な効率を、集合的にも個別的にも高める。一実施形態では、各ピストンのダウンストロークによって発生する力は、約１０９．８ｋＰａ（１平方インチ当たり約１６ポンド）である。これによって、液圧電気作動装置ＨＥＡＤのセットまたはサブセットは、２つの液圧電気作動装置ＨＥＡＤのサブセットが一体（ユニゾンで、協調して、一斉に）になってダウンストロークすることを交互にすることで、約１７８．５ｋＰａ（１平方インチあたり約２６ポンド）の圧力で作動する。液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットの動作（操作）によって、用途やシステムのニーズに応じて圧力を変えることができる。

【0041】

図１に戻ると、第２クランクシャフト１２６は、第２ギアボックス１３８の第２ギアセット１４０に機械的接続された各々の第２駆動ギアを介して、第２発電機１４２に機械的接続されている。第２クランクシャフト１２６は、第２ギアボックス１３８に接続された第３カウンタウェイトおよび第４カウンタウェイトを備えている。したがって、各々のギアボックスシステムは、各々のギアボックスシステムに接続された各々の発電機を機械的に駆動する。第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１と第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－２は、最終的に、第１発電機１３６（図３に詳細に描かれている）に電力供給するべく、第１ギアボックス１３２の第１ギアセット１３４を駆動する。このようにして、第１発電機１３６は、第１ギアボックス１３２に機械的接続されている。第１発電機１３６は、複数のバッテリバンクのうちの第２バッテリバンク１０４（すなわち、第２バッテリバンク１０４）に電力供給するための複数の電力管理装置ＳＩＲのうちの第３電力管理装置ＳＩＲ１１４－３に通信可能に接続される。複数のバッテリバンクのうちの第２バッテリバンク１０４は、第１発電機１３６からエネルギーを受け取るとともに蓄積するように電気的接続される。第１発電機１３６は、第１発電機１３６に電気的接続された複数の電力管理装置ＳＩＲのうちの第３電力管理装置ＳＩＲ１１４－３によって管理される。同様に、第３液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－３および第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－４は、最終的に、第２発電機１４２（図３に詳細に描かれている）に電力供給するべく、第２ギアボックス１３８の第２ギアセット１４０を駆動する。第２発電機１４２は、複数のバッテリバンクのうちの第３バッテリバンク（すなわち、第３バッテリバンク１０６）に電気的接続されているとともに第３バッテリバンクに電力供給する。そのような目的のために第３バッテリバンクが複数の電力管理装置ＳＩＲのうちの第４電力管理装置ＳＩＲ１１４－４に電気的接続されるように、複数のバッテリバンクのうちの第３バッテリバンク１０６は、第２発電機１４２からエネルギーを受け取るとともに蓄積するように電気的接続される。第２発電機１４２は、第２ギアボックス１３８に機械的接続されているとともに、複数の電力管理装置ＳＩＲのうちの第４電力管理装置ＳＩＲ１１４－４にも同様に通信可能に接続されている。第５電力管理装置ＳＩＲ１１４－５は、第２バッテリバンク１０４と第３バッテリバンク１０６との間の電力を管理するべく、第２バッテリバンク１０４と第３バッテリバンク１０６とに通信可能に連結されている。実施形態に従い、インテリジェント電力コントローラ１１８の指示によって、第２バッテリバンク１０４および第３バッテリバンク１０６は、マルチハイブリッド発電機システム１００の全体的な効率を最適化するべく、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤと少なくとも１つの電気負荷１１６との両方に同時にまたは交互に、電力供給することができる。有利なことに、各々のギアボックスを同期的に、独立して、または代替的に、機械的駆動する能力は、或る定義された休止期間無しの連続的な機械的運動を回避することによって、マルチハイブリッド発電機システム１００の効率と耐久性を大幅に向上させる。

【0042】

開示された実施形態に従って、第１バッテリバンク１０２は、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ（１１６－１、１１６－２、１１６－３、１１６－４）に最初に動力供給する。結果、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ（１１６－１、１１６－２、１１６－３、１１６－４）は、各々のピストン／ピストンロッド（１２０／１２２）の組合せに機械的動力を供給する。ピストン／ピストンロッド（１２０／１２２）の組合せは、各々のクランクシャフト（１２４，１２６）の各々の駆動ギア（２０６）に機械的動力を与える。結果、各々の駆動ギア（２０６）は、各々のギアボックス（１３２，１３６）の各々のギアセット（１３４，１４０）に機械的動力を与える。各ギアボックス（１３２，１３６）は順に、電力を生成する各々の発電機（１３６，１４２）に機械的動力を供給する。生成された電力は、複数のバッテリバンク（例えば、第２バッテリバンク１０４、第３バッテリバンク１０６）に供給および貯蔵されるとともに、少なくとも１つの電気負荷（例えば、家庭（１１６））を満足させる。これは、本発明の実施形態による図１のマルチハイブリッド発電機システム１００で使用するための、図２のクランクシャフト（１２４，１２６）と図３のギアボックス（１３２，１３６）との間の例示的な係合４００の透視図を示す図４Ａ～図４Ｃにさらに示されている。図示されるようにそして上記で詳述されるように、第１クランクシャフト１２４の第１駆動ギア２０６が係合されているとともに、同様の方法で第２クランクシャフト１２６の第２駆動ギア２０６が係合されていることによって、ピストン／ピストンロッドの組合せは、各々の駆動ギア（２０６，２０６）が各々のギアボックスの各々のギアセット（すなわち、第１ギアボックス１３２および第１ギアセット１３４と、第２ギアボックス１３８および第２ギアセット１４０と）に機械的動力を与えるべく、各々のクランクシャフト（１２４，１２６）の各々の駆動ギア（２０４，２０６）に機械的動力を与える。各ギアボックスは順に各々の発電機（すなわち、第１発電機１３６および第２発電機１４２）に機械的動力を供給する。それら発電機が発電した電力は、複数のバッテリバンクに供給および貯蔵されるだけでなく、さらに少なくとも１つの電気負荷（例えば、家庭）を満足させる。図２に最もよく示すように、第１駆動ギア２０６は、第１クランクシャフト１２４に沿った第１中心点（２１２）に位置する。第１駆動ギア２０６は、第１ギアボックス１３２の第１ギアセット１３４を駆動するべく、第１ギアボックス１３２の第１ギアセット１３４に機械的接続されている。同様に、第２駆動ギア２０６は、第２クランクシャフト１２６に沿った第２中心点（２１２）に位置する。第２駆動ギア２０６は、第２ギアボックス１３８の第２ギアセット１４０を駆動するべく、第２ギアボックス１３８の第２ギアセット１４０に機械的接続されている。別の態様では、ギアボックスを発電機に結合するべく、ギアプーリまたはベルトアセンブリ（図示せず）は、各々のギアボックスとで共に採用される。

【0043】

次に、図５および図６を参照して、インテリジェント電力コントローラ１１８およびマルチハイブリッド発電機アプリケーション５００をさらに詳細に説明する。図５は、マルチハイブリッド発電機システム１００で使用するように構成された、例示的なインテリジェント電力コントローラ１１８を示す。インテリジェント電力コントローラ１１８は、バス９０２と、マルチハイブリッド発電機システム１００に関連する動作を実行し情報を処理するべくバス９０２に結合されたプロセッサ９０４と、を備えている。理解されるように、本明細書の文脈における「インテリジェント電力コントローラ」には、本明細書に開示される実施形態の原理に従ってソフトウェアおよび／またはモバイルアプリケーションを実行する、ほんの一部を挙げると専用ハードウェアデバイス、スマートフォン、ラップトップコンピュータ、サーバ、タブレット、およびウェアラブルデバイス、などの多種多様なデバイスが含まれる。電源９１４によって給電されるプロセッサ９０４は、汎用および特殊目的のマイクロプロセッサの両方を備えていることができるとともに、デバイスの唯一のプロセッサ、または複数のプロセッサのうちの１つ、であることができる。さらに、プロセッサ９０４は、１つまたは複数の中央処理装置（ＣＰＵ）を含んでもよい。プロセッサ９０４は、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および／または１つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を備えてもよいし、これらによって補完されてもよいし、またはこれらに組み込まれてもよい。人工知能（ＡＩ）プロセッサ９２０は、例えば、複数の電力管理装置ＳＩＲによって提供されるデータを収集および解釈することで、電力監視に関して複数の電力管理装置ＳＩＲによって取られるべき様々な応答およびアクションを生成するとともに、それによってマルチハイブリッド発電機システム１００の全体的な効率を高めることで、マルチハイブリッド発電機システム１００の動作を強化するためのＡＩプロトコルを実行するべく使用され得る。

【0044】

インテリジェント電力コントローラ１１８は、プロセッサ９０４によって実行されるコンピュータ可読命令を記憶するべく、バス９０２に結合されたメインメモリ９０６を備えていることもできる。メインメモリ９０６は、プロセッサ９０４による命令の実行中に、一時変数または他の中間情報を格納するためにも利用され得る。インテリジェント電力コントローラ１１８は、バス９０２に結合された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）９０８または他の静的記憶装置（複数可）を備えていることもできる。さらに、マルチハイブリッド発電機アプリケーション５００を含んでいるがこれに限定されないプロセッサ９０４のための情報および命令を記憶するべく、磁気、光学、またはソリッドステートデバイス、などのデータ記憶装置９１０がバス９０２に結合されてもよい。データ記憶装置９１０およびメイン（主）メモリ９０６は各々、有形非一過性コンピュータ可読記憶媒体と、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダブルデータレート同期ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＤＲＲＡＭ）、または他のランダムアクセス固体メモリデバイス、などの高速ランダムアクセスメモリと、を含んでもよい。データ記憶装置９１０およびメイン（主）メモリ９０６は各々、内蔵ハードディスクやリムーバブルディスクなどの１つまたは複数の磁気ディスク記憶装置、光磁気ディスク記憶装置、光ディスク記憶装置、フラッシュメモリ装置、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク読み出し専用メモリ（ＤＶＤ－ＲＯＭ）ディスクなどの半導体メモリ装置、またはその他の不揮発性ソリッドステート記憶装置、などの不揮発性メモリを含んでもよい。

【0045】

インテリジェント電力コントローラ１１８はまた、ネットワーク（例えば、無線通信ネットワーク）または通信プロトコル（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））を介して、他のデバイスに通信するための１つまたは複数の通信インタフェース９１８を備えていることができる。よって、複数の電力管理装置ＳＩＲとインテリジェント電力コントローラ１１８との間によるそのような通信は、通信リンク１５０をカバーする。そのような通信インタフェースは、任意の数のよく知られた様式で有線または無線通信を交換するための受信機、トランシーバ、またはモデム。であってよい。いくつかの実施形態では、通信インタフェース９１８は、様々な周知のタイプおよびフォーマットのデータ通信を促進するべく使用される、統合サービスデジタルネットワーク（ＩＳＤＮ）カードまたはモデム／ルータである。さらに、例示的に、通信インタフェース９１８は、同等のＬＡＮへのデータ通信接続性を提供するべく使用されるローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）カードであってもよい。また、無線通信リンクが実装されてもよい。

【0046】

理解されるように、通信インタフェース９１８の機能は、様々なデータタイプを表すデータストリームを送信する様々な信号（例えば、電気信号、光信号、または他の信号）を送受信することである。インテリジェント電力コントローラ１１８はまた、インテリジェント電力コントローラ１１８とのユーザ対話を可能にする１つまたは複数の入出力装置９１６（例えば、カメラ、ディスプレイ、キーボード、マウス、スピーカ、マイクロフォン、ボタンなど）を含み得る。入出力（入力／出力）装置９１６は、カメラ、プリンタ、スキャナ、ディスプレイスクリーン、などの周辺機器を含み得る。例えば、入出力装置９１６は、ユーザに情報を表示するための陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマまたは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）モニタなどの表示装置、キーボード、および、ユーザがインテリジェント電力コントローラ１１８に入力を提供することができるマウスまたはトラックボールなどのポインティングデバイス、を備えていることができる。インテリジェント電力コントローラ１１８は、様々なハードウェア装置のうちのいずれか１つであってもよい。例えば、図４および図５に従って構成された、ネットワーク対応ポータブルタブレットコンピュータおよび／または専用ポータブルハードウェアデバイスが、開示された実施形態の文脈において採用され得る。

【0047】

上述のように、インテリジェント電力コントローラ１１８は、複数のバッテリバンク（すなわち、第１バッテリバンク１０２、第２バッテリバンク１０４、および第３バッテリバンク１０６）、少なくとも１つの電気負荷１１６、および複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ（すなわち、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－２、第３液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－３、および第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－４）中またはこれらに対する、電力監視、電力生成、電力分配、および電力貯蔵、を選択的に制御するべく、電気負荷１１６と複数の電力管理装置ＳＩＲとに通信可能に結合される。実施形態に従って、前述の動作（操作）の提供は、マルチハイブリッド発電機アプリケーション５００の実行によって促進されている。図６は、マルチハイブリッド発電機システム１００とで共に使用するためのマルチハイブリッド発電機アプリケーション５００の例示的なアーキテクチャを示す。示されるように、マルチハイブリッド発電機アプリケーション５００の動作のための例示的なアーキテクチャは、交換可能電源からのエネルギー収穫、生成、および貯蔵、のためのさまざまな機能を実行するべく、またマルチハイブリッド発電機システム１００全体にわたる電力モニタリング、発電、配電、および電力貯蔵、の機能を選択的に制御するべく、特に、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ（すなわち、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－２、第３液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－３、および第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－４）を制御することによってマルチハイブリッド発電機システム１００のさまざまな部分を制御するべく、使用される複数のモジュールおよびエンジンを提供する。実行エンジン５０２の動作に連動して、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤの監視と制御は、電力監視モジュール５０４、発電モジュール５０６、配電モジュール５０８、液圧電気作動装置ＨＥＡＤモジュール５２０、および電力管理モジュール５１４、によって行なわれる。さらに、人工知能（ＡＩ）モジュール５１０は、人工知能（ＡＩ）プロセッサ９２０を介してＡＩプロトコルを定義および実行するべく使用されているとともに、例えば、複数の電力管理装置ＳＩＲによって提供されるデータを収集および解釈することで、電力監視に関して複数の電力管理装置ＳＩＲによって取られるべき様々な応答およびアクションを生成することによって、マルチハイブリッド発電機システム１００の動作（操作、オペレーション）を強化することができる。それによってマルチハイブリッド発電機システム１００の全体的な効率を高める。

【0048】

通信およびデータ収集モジュール５１２は、インテリジェント電力コントローラ１１８と、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ（すなわち、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－２、第３液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－３、および第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－４）と、の間のおよびからの通信およびデータ収集を促進する。このようにして、配電モジュール５０８は、本明細書で詳述するように、マルチハイブリッド発電機システム１００全体に、電力をルーティングするとともに配電することができる。電力管理モジュール５１４は、少なくとも１つの電気負荷１１６および複数のバッテリバンク（すなわち、第１バッテリバンク１０２、第２バッテリバンク１０４および第３バッテリバンク１０６）への電力分配を備えている、マルチハイブリッド発電機システム１００からの生成電力に関する全体的な電力管理を提供する。電力貯蔵モジュール５１８は、例えば、複数のバッテリバンク（すなわち、第１バッテリバンク１０２、第２バッテリバンク１０４、および第３バッテリバンク１０６）、にわたって、そのような生成された電力の貯蔵を制御する。電力管理モジュール５１４はまた、システム全体の容量および生成された電力の流れを測定および監視するとともに、電力を複数のバッテリのうちの１つまたは複数および／または少なくとも１つの電気負荷１１６に向けることによって、マルチハイブリッド発電機システム１００の様々な構成要素にわたる過負荷および過熱状態を制御および防止する動作を提供する。データ表示インタフェースモジュール５１６と、通信およびデータ収集モジュール５１２と、はマルチハイブリッド発電機システム１００全体のユーザに対して、電力データおよびその他の情報の入出力および表示を、例示的に（例えば、グラフィカルユーザインタフェースで）促進するべく使用される。

【0049】

図７を参照すると、例示的な電力管理装置ＳＩＲ６００が、実施形態のマルチハイブリッド発電機システム１００に従って、図１のマルチハイブリッド発電機システムで使用するように構成されている。例示的な電力管理装置ＳＩＲ６００の構成は、図１に示されるような複数の電力管理装置ＳＩＲ（すなわち、第１ＳＩＲ１１４－１～第５ＳＩＲ１１４－５）のいずれにも適用可能にされている。図６に示されるように、各電力管理装置ＳＩＲＳＩＲ１１４は、任意の時点で電力を測定するための少なくとも１つのセンサユニット６１６と、直流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変更するための少なくとも１つのインバータユニット６１４と、電力分配（配電）を管理するための少なくとも１つのエネルギールータユニット６１２と、を備えている。通信インタフェース６２０が通信を管理することで、各電力管理装置ＳＩＲは、複数のバッテリバンク（すなわち、第１バッテリバンク１０２、第２バッテリバンク１０４、および第３バッテリバンク１０６）と、少なくとも１つの電気負荷１１６と、および複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ（すなわち、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－２、第３液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－３、および第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－４）と、の間でまたはこれらに対して電力監視、発電、配電、および蓄電、を選択的に制御するべく、インテリジェント電力コントローラ１１８に通信可能に結合される。電力管理装置ＳＩＲ６００は、電源６２２によって電力供給されているとともに、さらに、バス６１８と、データ記憶装置６０８に記憶済みの液圧電気作動装置ＨＥＡＤアプリ６１０の実行による動作（操作）および情報処理を実行するべくバス６１８に結合されたプロセッサ６０２と、を備えている。電力管理装置ＳＩＲ６００はまた、バス６１８に結合されたＲＯＭ６０６または他の静的記憶装置（複数可）を備えていることができる。メインメモリ６０４は各々、液圧電気作動装置ＨＥＡＤアプリ６１０の実行に有用な実行可能コードおよび／または他の情報を記憶するための、本明細書で上記に詳述したような、有形の非一過性のコンピュータ可読記憶媒体または他の記憶装置を備えていることができる。

【0050】

図８を参照すると、本発明の実施形態に従って、図１のマルチハイブリッド発電機システム１００を使用することで、交換可能電源からエネルギーを収穫するための例示的な動作（操作）７００のフローチャートが示されている。示されるように、動作７００は、ステップ７０２において、例えば、太陽光発電（ＰＶ）ソーラパネルのアレイ（すなわち、第１太陽光発電ＰＶソーラパネル１１０－１、第２太陽光発電ＰＶソーラパネル１１０－２、第３太陽光発電ＰＶソーラパネル１１０－３、および第４太陽光発電ＰＶソーラパネル１１０－４）などの交換可能電源からエネルギーを収集する工程と、ステップ７０４において、収集済みのエネルギーを複数のバッテリバンクのうちの第１バッテリバンク１０２に蓄積する工程と、を備えている。次に、ステップ７０６において、一連の電力収穫段階に従って、複数の電力管理装置ＳＩＲと、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤを備えているマルチハイブリッド発電機１４８と、を用いることで、第１バッテリバンク１０２に収集・蓄積済みの交換可能電源エネルギーを、電気エネルギーに変換する。上に示したように、各電力管理装置ＳＩＲは、任意の時間に電力を測定するための少なくとも１つのセンサと、直流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変更するための少なくとも１つのインバータと、電力分配（配電）を管理するための少なくとも１つのエネルギールータと、を備えている。

【0051】

方法（７００）はさらに、ステップ７０８において、一連の電力収穫段階のうちの第１段階（第１ステージ）に従って少なくとも第２電力管理装置ＳＩＲ１１４－２の制御下で、第１ギアセット１３４を備えている第１ギアボックス１３２に機械的接続された第１発電機１３６を駆動する工程を備えている。ステップ７０８は、第１発電機１３６に接続された第１セットの引込バネ１２８を有している複数のピストンのうちの第１ピストン１２０－１を駆動する複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤのうちの第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１を駆動することによって、複数の電力バンクのうちの第２バッテリバンク１０４に電気エネルギーを生成および供給するべく第１発電機１３６を駆動する。第１ピストン１２０－１は、第１液圧室１３０－１内に位置するとともに、複数のピストンロッドのうちの第１ピストンロッド１２２－１に機械的連結されていることで、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤのうちの第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－２と、複数のピストンのうちの第２ピストン１２０－２と、を駆動する。第２ピストン１２０－２は、当該第２ピストン１２０－２に連結された第２対の引込バネを有している。第２ピストン１２０－２は第２液圧室１３０－２内に位置するとともに、複数のピストンロッドのうちの第２ピストンロッド１２２－２に機械的接続されている。第１ピストンロッド１２２－１および第２ピストンロッド１２２－２は、第１クランクシャフト１２４に機械的連結されている。第１クランクシャフト１２４は、第１駆動ギア２０６、第１カウンタウェイト２０２、および、当該第１クランクシャフト１２４に連結された第２カウンタウェイト２０４、を備えている。第１駆動ギア２０６は、第１クランクシャフト１２４に沿った第１中心点に位置するとともに、第１ギアボックス１３２の第１ギアセット１３４を駆動するべく、第１ギアボックス１３２の第１ギアセット１３４に機械的接続されている。第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１および第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－２は、各々、第１ピストン１２０－１および第１ピストンロッド１２２－１と、ならびに第２ピストン１２０－２および第２ピストンロッド１２２－２と、を駆動する。結果、第１クランクシャフト１２４および第１駆動ギア２０６を駆動する。第１駆動ギア２０６は、第１ギアボックス１３２の第１ギアセット１３４を駆動するように、当該第１ギアセット１３４に機械的接続されていることで、第１発電機１３６に電力供給する。第１発電機１３６は、複数のバッテリバンクのうちの第２バッテリバンク１０４に対して、電気的接続されているとともに電力供給する。第１発電機１３６および第２バッテリバンク１０４は、複数の電力管理装置ＳＩＲ（パワーマネジメントユニット）のうちの第３電力管理装置ＳＩＲ１１４－３に電気的接続されている。

【0052】

ステップ７１０は、一連の電力収穫段階のうちの第２段階（第２ステージ）に従って第２電力管理装置ＳＩＲ１１４－２の制御下で、第２ギアセット１４０を備えている第２ギアボックス１３８に機械的接続された第２発電機１４２を駆動するとともに、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤのうちの第３液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１２０－３を駆動することによって、複数の電力バンクのうちの第３バッテリバンク１０６に電気エネルギーを生成および供給する。この第３液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１２０－３は、第３ピストン１２０－３に接続された第３対の引込バネ１２８を有している複数のピストンのうちの第３ピストン１２０－３を駆動する。第３ピストン１２０－３は第３液圧室１３０－３内に位置するとともに、複数のピストンロッドのうちの第３ピストンロッド１２２－３に機械的接続されている。第３ピストン１２０－３は、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤのうちの第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－４と、第４ピストン１２０－４に接続された第４対の引込バネ１２８を持つ複数のピストンのうちの第４ピストン１２０－４と、を駆動する。第４ピストン１２０－４は第４液圧室１３０－４内に位置するとともに、複数のピストンロッドのうちの第４ピストンロッド１２２－４に機械的連結されている。第３ピストンロッド１２２－３および第４ピストンロッド１２２－４は、第２クランクシャフト１２６に機械的連結されている。第２クランクシャフト１２６は、第２駆動ギア２０６、第３カウンタウェイト、および、当該第２クランクシャフト１２６に連結された第４カウンタウェイト、を備えている。第２駆動ギア２０６は、第２クランクシャフト１２６に沿った第２中心点に位置するとともに、第２ギアボックス１３８の第２ギアセット１４０を駆動するべく、第２ギアボックス１３８の第２ギアセット１４０に機械的接続されている。第３液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－３および第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－４は、各々、第３ピストン１２０－３および第３ピストンロッド１２２－３、ならびに第４ピストン１２０－４および第４ピストンロッド１２２－４を駆動するとともに、第２クランクシャフト１２６と、第２クランクシャフト１２６に機械的連結された第２駆動ギア２０６と、を駆動する。第２駆動ギア２０６は、第２発電機１４２に電力供給するべく第２ギアボックス１３８の第２ギアセット１４０を駆動するようになっている。第２発電機１４２は、複数のバッテリバンクのうちの第３バッテリバンク１０６に電気的接続されているとともに電力供給する。図１に示されているとともに本明細書で前述されるように、第２発電機１４２および第３バッテリバンク１０６は、複数の電力管理装置ＳＩＲのうちの第４電力管理装置ＳＩＲ１１４－４に電気的接続される。加重セパレータ支持ジョイント２０８が第１クランクシャフト１２４および第２クランクシャフト１２６を分離するとともに一方が他方から独立して動作できるように、第１クランクシャフト１２４および第２クランクシャフト１２６は加重セパレータ支持ジョイント２０８によって機械的接続されている。

【0053】

ステップ７１２において、本方法はさらに、少なくとも１つの電気負荷１１６および複数の電力管理装置ＳＩＲに通信可能に結合されたインテリジェント電力コントローラ１１８を使用することで、第１発電機１３６および第２発電機１４２によって各々生成および供給された電気エネルギーの、少なくとも１つの電気負荷と、複数のバッテリバンクと、および複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤと、の間またはこれらへの分配を、選択的に制御する工程を備えている。

【0054】

このようにして、動作（操作）は、電気負荷への通電の分配と、複数のバッテリバンクへの貯蔵と、のための交換可能電源からの電力の収穫、生成、貯蔵、および管理、を可能にする。具体的には、インテリジェント電力コントローラ１１８は、図８に描かれているように、少なくとも１つのバッテリバンクおよび／または少なくとも１つの液圧電気作動装置ＨＥＡＤに冷却サイクルを提供するべく、残りのバッテリバンクおよび／または液圧電気作動装置ＨＥＡＤの動作中にバッテリバンク（１０２、１０４、１０６）および液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６を段階的に動作させる。たとえば、第１段階（７０８）中、インテリジェント電力コントローラ１１８は、第１発電機１３６に電力供給するべく、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセット（たとえば、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１および第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－２）を制御する。第２段階（７１０）中、インテリジェント電力コントローラ１１８は、第２発電機１４２に電力供給するべく、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセット（例えば、第３液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－３および第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－４）を制御する。第３段階（第３ステージ）中、インテリジェント電力コントローラ１１８は、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットと第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットとの両方（例えば、液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１、１１６－２、１１６－３、１１６－４）を一体（ユニゾンで、協調して、一斉に）になって制御することで、第１発電機１３６および第２発電機１４２を駆動する。第４段階（第４ステージ）中、インテリジェント電力コントローラ１１８は、効率的なエネルギー生成を提供するとともに、マルチハイブリッド発電機システムの一部を冷却サイクルモードに保つべく、第１段階から第２段階へ（第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットと第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットとの間で交互に）、第１段階から第３段階へ（第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットから、すべての液圧電気作動装置ＨＥＡＤへ）、および／または第２段階から第３段階へ（第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットから、すべての液圧電気作動装置ＨＥＡＤへ）、交互に移行する。第４段階は、マルチハイブリッド発電機システム１００の一部が断続的なダウンタイムを経験するように、マルチハイブリッド発電機システム１００の代替部分が動作することで、マルチハイブリッド発電機システム１００の一部を冷却することを可能にする。つまり、液圧電気作動装置ＨＥＡＤを周期的に作動させることで、非作動期間にはダウンタイムとなる。そのような構成要素の冷却を可能にすることで、マルチハイブリッド発電機システム１００の全体的な作動効率を高める。第３段階および第４段階中、マルチハイブリッド発電機システム１００は、オンデマンドでおよび／またはバッテリ（１０２、１０４、１０６）に、電力供給する。バッテリを充電する能力と、オンデマンド／アクティブ負荷に電力供給する能力と、によってマルチハイブリッド発電機システム１００は、かなりの時間、太陽エネルギー入力の有無に関わらず日中または夜間のいずれでも、十分に効率的に動作する。マルチハイブリッド発電機システム１００は、第４段階中には大幅に減少した入力電力で動作するとともに、効率的な発電、蓄電、配電、を可能にする。インテリジェント電力コントローラ１１８は、電力貯蔵および電力使用容量および必要性に基づき、オンサイクルおよびオフサイクルを介して電力を分配する。

【0055】

いくつかの実施形態では、マルチハイブリッド発電機システム１００は、第１ギアセット１３４および第２ギアセット１４０を同期的に、独立して、および／または交互に、動作させる。これは、従来の発電機のような休止期間のない連続的な機械的運動を回避することによって、マルチハイブリッド発電機システム１００の効率、有効性、および耐久性、を大幅に向上させる。

【0056】

一実施形態では、各引込バネ１２８は、本明細書で開示したようなバネ材料で作られているとともに、クランクシャフト２００に対するピストン１２０の効果を増大させるような作動角度でバランスが取られている。液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６は引込バネ１２８によって支持されている。引込バネ１２８は、ピストン１２０の内方に配置される。一実施形態では、作動角度（動作角度、オペレーティングアングル）は約２５度（すなわち、ピストン軸線に対して内方に角度をつけつつ、上から下へ移動する）である。一実施形態では、作動角度は好ましくは２４．６１８度と２６．９７３度の間である。引込バネ１２８のバネ素材とバランスとは、ピストン１２０の効率と寿命の両方を高める。引込バネ１２８の構成と、ピストン１２０内のまたはピストンチャンバ１３０内の引込バネ１２８の位置と、はシステム全体とで同様に、液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６の効率、有効性、寿命、を高める。バネ１２８は、液圧電気作動装置ＨＥＡＤ－ピストンのサイクルと、ピストン－液圧電気作動装置ＨＥＡＤのサイクルと、の元の開始位置への引込（リトラクション）と吐出（排出、ディスチャージ）との間の上向き／下向きの動きをサポートする。

【0057】

重要なことは、第１バッテリバンク１０２に蓄えられた収穫電力が、液圧電気作動装置ＨＥＡＤに適切な初期電力を供給するべく利用されることである。第２バッテリバンク１０４と第３バッテリバンク１０６は、必要に応じて、液圧電気作動装置ＨＥＡＤと負荷（例えば、負荷１１６）の両方に同時に電力供給するべく利用することもできる。第２バッテリバンク１０４と第３バッテリバンク１０６は、バッテリシステムのどの部分が充電を要求しているかに応じて、また、発電機システム全体の効率を維持するべく最も好適であるとインテリジェント電力コントローラ１１８が判断するように、前後に切り替えることができる。

【0058】

理解されるように、液圧電気作動装置ＨＥＡＤの作動中、液圧電気作動装置ＨＥＡＤの構成部品は、少なくとも部分的には可動部品同士の摩擦によって温度が上昇する。たとえば、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットの温度が閾値温度を超えると、インテリジェント電力コントローラ１１８は、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットから、別の液圧電気作動装置ＨＥＡＤセット（たとえば、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤセット）に切り替える。第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットを休止させることで、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットを最適な動作温度になるまで冷却することができる。しかし、重要なこととして、液圧電気作動装置ＨＥＡＤシステムは連続運転が可能にされているとともに、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットと第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットとを交互に使用することで、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットがシステム運転を維持中、各液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットにダウンタイムサイクルを提供することができる。複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ／液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットの冷却能力によれば、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ／液圧電気作動装置ＨＥＡＤセット（液圧電気システム）の蓄積されたパワー（電位）は、このインターチェンジ／インターオペラビリティ機能によってオーバーヒートすることがない。

【0059】

重要なこととして、上に開示したように複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ／液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットは、自転車における自転車ペダルの上向き／下向きの動きのバランスとで同様に、連動することである。複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ／液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットは、ピストンを介して機械的エネルギーを駆動するとともに、次にクランクシャフトに向かうように機械的エネルギーをピストンロッドに伝達する。複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ／液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットによって生み出されるアップストローク／ダウンストロークの力は、ピストン内部に配置されている特別に設計された引込バネ１２８によってサポートされていることで、最大かつ最適な効率、有効性、および長寿命、を実現する。これらのバネは、液圧電気作動装置ＨＥＡＤからピストンへのサイクル（吐出）と、ピストンから液圧電気作動装置ＨＥＡＤへのサイクル（引込）と、における元の開始位置へのおよびまでの引込／吐出中、上向き／下向きの動きをサポートする。

【0060】

上記に開示されたように、マルチハイブリッド発電機システム１００の重要な側面は、複数の液圧電気作動装置ＨＥＡＤ／液圧電気作動装置ＨＥＡＤセットが段階的に、オン／オフサイクル配置（冷却サイクル）を介して可能な限り最適かつ効率的に動作する能力である。複数の段階は、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセット（例えば、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－１および第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－２）が、第１発電機１３６に動力供給するべく第１ギアセットに動力供給するように使用される第１段階を備えている。複数の段階は、第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセット（例えば、第３液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－３および第４液圧電気作動装置ＨＥＡＤ１１６－４）が、第２発電機１４２に動力を供給するべく第２ギアセットに動力を供給するべく使用される第２段階を備えている。複数の段階は、第１液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットおよび第２液圧電気作動装置ＨＥＡＤサブセットが、第１発電機１３６と第２発電機１４２との両方を駆動するべく第１ギアボックスと第２ギアボックスとの両方に機械的動力を駆動するべく、一体になって（同期して）作動する第３段階を備えている。そして複数の段階は、ＳＩＲユニットがインテリジェント電力コントローラ１１８とで協働することで、第１段階から第２段階へ、第１段階から第３段階へ、および／または第２段階から第３段階へ、と段階同士を交互に切り替えることで、マルチハイブリッド発電機システム１００の他の部分を冷却サイクルモード（オフサイクル）に保ちながら効率的に動作させる第４段階を備えている。液圧電気作動装置ＨＥＡＤ、引込バネ、カウンタウェイト、ギヤシステムの組合せと、段階的に制御された作動と、によって７６％～８５％の改善された効率性能が得られる。

【0061】

第４段階は、システムがシステム自体を「冷却」することを可能にすることによって、システムの機械的効率の向上を提供する。システムの一部が「オフサイクル」モードで動作している場合、これによってシステムのこの部分が休息することができる。「オンサイクル」で動作しているシステムの部分は、潜在的な過熱を回避するべく効率的に動作し続けることができる。

【0062】

第３段階によって提供される１つの特定の利点は、マルチハイブリッド発電機システム１００が、オンデマンドで必要な電力を供給する能力、および／または、同期的にまたは代替的に後の使用のためにバッテリに電力供給する能力、である。第４段階の電気機械的配置によって、発電効率および蓄電効率が大幅に向上する一方で、入力電力（太陽光発電ＰＶパネル）の需要は減少する。さらに、第４段階またはＳＩＲユニットに連動した動作モードにおける運転によって、発電した電力を負荷に供給するとともに、異なるバッテリバンクに同時に充電することができる。この効果によって、マルチハイブリッド発電機システム１００は、入力電力を減らして（太陽光発電ＰＶパネルの量を減らして）動作する。さらに、バッテリを充電するとともにオンデマンド／アクティブ負荷１１６に電力供給する能力によって、このマルチハイブリッド発電機システム１００は、太陽光入力（電力開始）を必要とする前のかなりの時間、太陽光エネルギー入力の有無にかかわらず昼夜を問わず実行できる点で、効率的である。

【0063】

上記に関連して、３つのバッテリバンク（１０２、１０４、１０６）同士の間に存在するＳＩＲユニット１１４－１、１１４－２、１１４－３、１１４－４は、バッテリバンクが追加の電力を貯蔵する能力と、および／または消費もしくは貯蔵のために電力をルーティングする能力と、を測定する監視センサおよびルータとして機能する。バッテリバンク同士間のＳＩＲユニットのもう１つの主要な機能は、バッテリバンクが当該バッテリバンクのユニット発電機または他のユニット発電機によって各々のバッテリバンクを充電するための電力を受け入れることを交互に可能にすることによって、システム全体の効率を高めることである。ＳＩＲユニットはまた、入ってくる発電の主要な信号検出ポイントとして機能するとともに、マルチハイブリッド発電機システム１００全体を通して前記電力をルーティングする。

【0064】

さらなる実施形態では、上記で詳述したように、一連の電力収穫段階のうちの第１段階および第２段階に従って、複数のバッテリバンクのうちの第１バッテリバンクに蓄積された交換可能電源エネルギーを使用する、初期給電が存在してもよい。さらに、インテリジェント電力コントローラの制御下で、第１発電機および第２発電機によって各々生成および供給された電気エネルギーを、第２バッテリバンクおよび第３バッテリバンクに貯蔵するとともに少なくとも１つの電気負荷に通電するべく、分配（配電）するステップが追加されてもよい。さらに、一連の電力収穫段階のうちの第３段階において、第１クランクシャフトおよび第２クランクシャフトに機械的動力を駆動するステップ７１４があってもよい。一連の電力収穫段階のうちの第３段階中、電力収穫段階のうちの第１段階と第２段階とは同期して動作する。さらに、一連の電力収穫段の第４段階において、４つの電力収穫段階のうちの任意の２つの段階同士の間で交互に切り替えるステップ７１６があってもよい。具体的には、３つのバッテリバンクを有しているサイクル同士間を交互に切り替えることによって、マルチハイブリッド発電機システム１００を円滑に動作させるとともに、マルチハイブリッド発電機システム１００の動作を妨げることなく冷却サイクルを可能にすることができる。

【0065】

いくつかの実施形態では、上述した方法または複数の方法は、有形のコンピュータ可読記憶媒体を備えているコンピューティングシステムによって実行または実施され得る。有形のコンピュータ可読記憶媒体は、上述した方法、処理、および／またはタスク、を提供、実装、実行、および／または実施、するための論理マシン（すなわち、プロセッサまたはプログラム可能制御デバイス）によって実行可能な機械可読命令を保持する、本明細書では記憶機械とも記載される。そのような方法および処理が実施されるとき、記憶マシンの状態は、異なるデータを保持するように変更されてもよい。例えば、ストレージマシンは、様々なハードディスクドライブ、ＣＤ、またはＤＶＤデバイス、などのメモリデバイスを含んでもよい。論理マシンは、１つまたは複数の物理的情報および／または論理処理デバイスを介して、機械可読命令を実行してもよい。例えば、論理マシンは、コンピュータプログラムのタスクを実行する命令を実行するように構成されてもよい。論理マシンは、機械可読命令を実行する１つまたは複数のプロセッサを含んでもよい。コンピューティングシステムは、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）、または上述の方法もしくは処理の任意の視覚的要素を表示するための表示サブシステム、を含んでもよい。例えば、ディスプレイサブシステム、ストレージマシン、およびロジックマシン、は開示されたシステムおよび／または方法の視覚的要素がユーザ消費のためにディスプレイスクリーン上に表示されている際に上記の方法が実行されるように、統合されてもよい。コンピューティングシステムは、ユーザ入力を受け取る入力サブシステムを含んでもよい。入力サブシステムは、マウス、キーボード、またはゲーミングコントローラ、などのデバイスに接続するとともに、そこから入力を受け取るように構成されてもよい。例えば、ユーザ入力は、上述した情報のいずれかを表示するようにコンピューティングシステムに要求したり、ユーザ入力が処理のために既存の記憶済みの情報を更新または修正するように要求したり、するなど特定のタスクがコンピューティングシステムによって実行されることを要求することを示すことができる。通信サブシステムは、上述の方法がコンピュータネットワークを介して実行または提供されることを可能にすることができる。例えば、通信サブシステムは、コンピューティングシステムが複数のパーソナルコンピューティングデバイスに通信することを可能にするように構成されてもよい。通信サブシステムは、ネットワーク通信を促進するべく、有線通信デバイスおよび／または無線通信デバイスを含んでもよい。記載された方法または処理は、アプリケーションプログラミングインタフェース（ＡＰＩ）を介するなどのコンピュータプログラム製品を介して、ユーザまたは１つまたは複数のコンピューティングデバイスに対して実行、提供、または実装、され得る。

【0066】

説明した本発明の好ましい実施形態には、多くの修正、変形、および細部の変更、が可能にされている。よって、前述の説明および添付図面に示したすべての事項は、例示的なものとして解釈されているとともに、限定的な意味では解釈されないことが意図される。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的同等物によって決定されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】