JP2004257293A - ハイブリッドシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】インバータを介して電力供給を行うハイブリッドシステムにおいて、電気または動力負荷の増減に対するインバータへの入力電力を制御してインバータ電気負荷への電力供給およびインバータの保護を図ること。
【解決手段】エンジン２を動力伝達装置３の駆動に用いるとともに発電機１０の駆動源としても用いて、これにより発電された電力を、インバータ１５を介して供給するハイブリッドシステムにおいて、電流センサ３２により電気負荷へ供給される電流を検出し、システムコントローラ７により負荷電流の変化率ｄＩ／ｄｔを演算し、負荷電流の許容最大値ＩＭＡＸに対する閾値ＩＧＥＮをｄＩ／ｄｔに応じ、かつ、ｄＩ／ｄｔが大なるほどＩＭＡＸとＩＧＥＮとの差を大きく設定し、更に、レギュレータアクチュエータ２２の制御により負荷電流がＩＧＥＮを超えた後ＩＭＡＸに近づくほど、エンジン回転数の変化率が緩やかになるように制御する。
【選択図】 図１
【解決手段】エンジン２を動力伝達装置３の駆動に用いるとともに発電機１０の駆動源としても用いて、これにより発電された電力を、インバータ１５を介して供給するハイブリッドシステムにおいて、電流センサ３２により電気負荷へ供給される電流を検出し、システムコントローラ７により負荷電流の変化率ｄＩ／ｄｔを演算し、負荷電流の許容最大値ＩＭＡＸに対する閾値ＩＧＥＮをｄＩ／ｄｔに応じ、かつ、ｄＩ／ｄｔが大なるほどＩＭＡＸとＩＧＥＮとの差を大きく設定し、更に、レギュレータアクチュエータ２２の制御により負荷電流がＩＧＥＮを超えた後ＩＭＡＸに近づくほど、エンジン回転数の変化率が緩やかになるように制御する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッドシステムに関し、特に、エンジンを動力伝達装置の駆動に用いるとともに発電機器の駆動源としても用いて、これにより発電された電力を、インバータを介して供給するハイブリッドシステムに関する。なお、本発明における「ハイブリッド」とは、エンジンから少なくとも機械的駆動力と電力を取り出すという意味である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ハイブリッドシステムとして、例えば、電気自動車や船舶等の移動体に用いられているものがあり、エンジンを駆動源とするインバータ制御式発電機において、エンジン回転数を制御することにより、供給電力を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２０４５９６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２０４５９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のハイブリッドシステムにおいては、次のような不具合があった。
負荷が変動した場合に、操作者が操作部に配置されたレギュレータレバーを操作してエンジン回転数を制御することにより、変動する負荷に従って発電量を調整していたため、急激に変動する負荷に対して素早くエンジン回転数の制御を行うことが困難であった。
このため、負荷変動により、インバータへの入力電流または入力電圧が、その有効範囲から逸脱し、インバータが損傷するおそれがあった。また、インバータ入力保護のため、コンタクタによる接点遮断を行っていたが、機械式接点のため応答性が悪く、入力電圧の急激な変化に追従できないという不具合があった。また、インバータ自身による遮断に関しても、遮断が間に合わず、インバータ内部のコンデンサを損傷するおそれがあった。
そこで、本発明では、ハイブリッドシステムにおいて、変動する電気負荷に応じた回転数（発電）制御を実施し、負荷変動時に、インバータ入力電流または入力電圧が、その有効範囲から逸脱しないようにする。
これにより、動力伝達装置への動力供給を維持しつつ、電気負荷の増減に対するインバータへの入力電力を制御して電気負荷への電力供給およびインバータの保護を図ることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、インバータの電気負荷へ供給される電流を検出する負荷電流検出手段と、負荷電流の変化率を演算する負荷電流変化率演算手段と、負荷電流の許容最大値に対する閾値を負荷電流の変化率に応じ、かつ、負荷電流の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定する負荷電流閾値設定手段と、負荷電流が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、負荷電流が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の増加または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段とを有するものである。
【０００６】
請求項２においては、請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ、バッテリの放電電圧を昇圧するバッテリ放電電圧昇圧機器、および該昇圧機器を介してバッテリから電気負荷へ不足電力を供給するように制御する不足電力補償制御手段を有するものである。
【０００７】
請求項３においては、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、インバータへの入力電圧を検出するインバータ入力電圧検出手段と、インバータ入力電圧の変化率を演算するインバータ入力電圧変化率演算手段と、インバータ入力電圧の許容最大値に対する閾値をインバータ入力電圧の変化率に応じ、かつ、インバータ入力電圧の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定するインバータ入力電圧閾値設定手段とを備え、インバータ入力電圧が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、インバータ入力電圧が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の減少または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段を有するものである。
【０００８】
請求項４においては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のハイブリッドシステムにおいて、インバータの出力電圧の周波数を外部電源電圧周波数よりも少量割合シフトして出力する周波数シフト手段を有するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について添付の図面を用いて説明する。
図１は本発明の一つである「エンジン、発電機、モータ、インバータ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＡ」という。）を示す図、図２はハイブリッドシステムＡの動作モードの一例を示す図、図３は発電機の出力特性を示す図、図４は負荷投入時にインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図、図５（ａ）は負荷投入時に一定回転の場合においてインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図、図５（ｂ）は負荷投入時に回転数が減少する場合においてインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図、図６は電流上昇傾きが小さい場合の発電機出力電流およびエンジン回転数の時間変化を示す図、図７は電流上昇傾きが大きい場合の発電機出力電流およびエンジン回転数の時間変化を示す図、図８は負荷遮断時にインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図、図９（ａ）は負荷遮断時に一定回転の場合においてインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図、図９（ｂ）は負荷遮断時に回転数が増加する場合においてインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図、図１０は電圧上昇傾きが小さい場合の発電機出力電圧およびエンジン回転数の時間変化を示す図、図１１は電圧上昇傾きが大きい場合の発電機出力電圧およびエンジン回転数の時間変化を示す図、図１２は一定回転の場合の発電機出力電圧および燃料噴射量の時間変化を示す図、図１３は商用電源の出力電圧周波数に対してインバータの出力電圧周波数を少量割合シフトさせた状態を示す図、図１４は電磁接触器への接触・非接触指示と、電磁接触器における接触・非接触状態を示す図、図１５は本発明の一つである「エンジン、発電機、インバータ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＢ」という。）を示す図、図１６はハイブリッドシステムＢの動作モードの一例を示す図、図１７は本発明の一つである「エンジン、モータジェネレータ、インバータ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＣ」という。）を示す図、図１８はハイブリッドシステムＣの動作モードの一例を示す図、図１９はハイブリッドシステムＣのスタータ機能を示す図、図２０はハイブリッドシステムＣのモータジェネレータによる動力アシスト機能を示す図、図２１はハイブリッドシステムＣの電力供給（発電あり）機能を示す図、図２２はハイブリッドシステムＣの電力供給（発電なし）機能を示す図である。
【００１０】
本発明の一つであるハイブリッドシステムＡについて説明する。
ハイブリッドシステムＡは、図１に示すような構成である。ハイブリッドシステムＡでは、水中推進用に備えられるプロペラ４の駆動をエンジン２とモータ５との両方により可能としている。なお、後述するように、図１５に示すハイブリッドシステムＢ、あるいは、図１７に示すハイブリッドシステムＣのような構成とすることも可能である。また、以下では、ハイブリッドシステムを船舶について適用した実施例について説明しているが、その他の移動体（例えば、自動車等）に適用することも可能である。
【００１１】
図１において、システム１は、エンジン２および動力伝達装置３を有しており、該動力伝達装置３としてはセイルドライブが用いられ、その後下部にはプロペラ４が接続されている。これにより、システム１は船舶の推進システムとして利用することができる。
エンジン２からの駆動力は動力伝達装置３によりプロペラ４に伝達され、その結果プロペラ４が回転駆動される。動力伝達装置３内にはクラッチが備えられており、該クラッチによりエンジン２からの駆動力の断接と動力伝達の回転方向（プロペラ４の回転方向）の切り換えを行うようにしている。
なお、本実施例においては、システム１は動力伝達装置３がエンジン２の下方へ大きく延出し、該動力伝達装置３に直接プロペラ４が取り付けられたセイルドライブに構成されているが、動力伝達装置３の後端部に、プロペラ４のプロペラ軸が装着されるマリンギアに構成することもできる。
【００１２】
また、本システムにおいては、エンジン２と動力伝達装置（セイルドライブ）３との間に、発電機器である発電機１０を介装している。エンジン２により発電機１０を駆動して、該発電機１０により発電された電力は、後述するように電動機駆動用に用いられたり、船内電力として供給されたりするようにしている。
【００１３】
発電機１０は、例えば、高周波発電機に構成されており、該発電機１０の出力部には、リレー（電磁開閉器）１１、整流機器１２、インバータ１５が接続されている。
また、発電機１０は前記整流機器１２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流／直流コンバータ）１３と接続されている。
【００１４】
整流機器１２は、例えば、平滑用コンデンサで構成されており、発電機１０により発電された交流電力を整流・平滑化して、直流に変換する。整流機器１２からＤＣ／ＤＣコンバータ１３に送られた電力は、該ＤＣ／ＤＣコンバータ１３により所定の電圧に変圧されて、リレー１７を介してバッテリ１４を充電する。
【００１５】
一方、整流機器１２からインバータ１５に送られた電力は、該インバータ１５により交流に変換されて、切換機器１９を介して出力ソケット２０から交流電力として船内供給可能とされる。切換機器１９にて商用電源（外部電源）とインバータ１５により変換された交流電力とを切換可能としている。このように、インバータ１５を介して電気負荷（ＡＣ出力）が接続できるようにしている。なお、切換機器１９を切換スイッチで構成して手動により切り換えを行ってもよく、また、後述するように、電磁接触器で構成してインバータ出力と商用電源との切り換えを自動で行ってもよい。電磁接触器で構成する場合には、該電磁接触器にシステムコントローラ７からオン・オフ信号が入力されるように、システムコントローラ７と接続しておく。そして、インバータ１５には、リレー１５ａが内蔵されており、該リレー１５ａはシステムコントローラ７と接続されている。
【００１６】
動力伝達装置３の上端部には電動機器（モータ）５が設置されており、該モータ５の出力軸は動力伝達装置３の伝達軸と接続されている。モータ５はモータコントローラ６と接続されており、該モータコントローラ６によりモータ５を制御する構成としている。また、モータコントローラ６はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７からの指令がモータコントローラ６へ入力されるようにしている。
また、モータコントローラ６は、リレー１８を介して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１３とバッテリ１４に接続されており、バッテリ１４、またはＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して発電機１０から電力供給を受けて、フィールド電流（界磁電流）で発生させた磁界とアマチュア電流（電機子電流）によりモータ５を駆動する。そして、モータコントローラ６がこれらの電流または電圧を制御してモータ５の回転数およびトルクを制御する。
【００１７】
船体の前後進の切り換えやエンジン２の駆動力の調節は、船舶の操作部８に配設されるレバー９等の操作具を操作することによって行われる。レバー９には、例えば、シフトレバー、レギュレータレバー、モード切換レバー等があり、それぞれシステムコントローラ７と接続されている。そして、レバー９を操作することにより、システムコントローラ７にレバー位置に対応した信号が入力される。
【００１８】
例えば、操作部８のシフトレバーを操作すると、シフトレバー位置（前進・中立・後進）に対応する信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７によりシフトアクチュエータ２１を作動させるようにしている。シフトアクチュエータ２１は動力伝達装置３のクラッチに接続されており、該シフトアクチュエータ２１の作動により、動力伝達装置３の伝動軸の正転・中立・逆転を切り換えて、前進・中立・後進の切り換えを行うこととしている。このように、シフトレバーを操作することにより、船体の前後進の切り換えを行っている。
【００１９】
また、操作部８のレギュレータレバーを操作すると、レギュレータレバー位置に対応する信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７によりレギュレータアクチュエータ２２を作動させるようにしている。レギュレータアクチュエータ２２はエンジン２のレギュレータに接続されており、該レギュレータアクチュエータ２２の作動により、エンジン２における燃料噴射量を調節して、エンジン２の駆動力を調節可能としている。このように、レギュレータレバーを操作することにより、エンジン２の駆動力の調整を行っている。なお、レギュレータアクチュエータ２２は後述するように、エンジン回転数の変化率緩和手段として機能する。
【００２０】
また、操作部８にはモード切換レバーが配設されており、該モード切換レバーを操作することにより、本システムの動作モードを切換可能としている。この動作モードの例としては、図２に示すようなものがあり、モード切換レバーにより、「航走モード」の切り換えを行う。そして、「航走モード」の切り換えを行うと、システムコントローラ７へモード信号が入力されて、該システムコントローラ７により各「航走モード」に対応した本システムの制御が行われるようにしている。
具体的には、図２に示すように「航走モード」の切り換えにより、プロペラ４の駆動を、エンジン２のみにより駆動するモード、エンジン２により駆動しつつ、モータ５により駆動をアシストするモード、モータ５のみにより駆動するモード、の３種類のパターンにより行うことを可能としている。
【００２１】
エンジン２内にはエンジン２始動用のスタータモータ２ａと機関付発電機であるオルタネータ２ｂが備えられており、該スタータモータ２ａはリレー２５を介してスタータバッテリ２４と接続され、該スタータバッテリ２４はオルタネータ２ｂと接続されている。また、スタータモータ２ａ、オルタネータ２ｂ、スタータバッテリ２４はメインリレー２６を介して前記システムコントローラ７と接続されている。オルタネータ２ｂからの発電出力は、エンジン２のスタータモータ２ａを駆動するためのスタータバッテリ２４に充電され、該スタータバッテリ２４に蓄積された電力をエンジン２始動の際に用いるようにしている。
【００２２】
以上のように構成される本システムにおいて、メインコントローラとしてのシステムコントローラ７は次のように機能して、本システムの制御を行う。前述したように、システムコントローラ７は操作部８のレバー９（シフトレバー、レギュレータレバー、モード切換レバー）と接続されている。また、システムコントローラ７はシフトアクチュエータ２１およびレギュレータアクチュエータ２２と接続されている。
【００２３】
また、システムコントローラ７はエンジン２と接続されており、該エンジン２からシステムコントローラ７にエンジン回転数が入力される。エンジン２の回転数は、エンジン２に付設される回転数センサ３５により検出される。
また、システムコントローラ７はモータ５と接続されており、該モータ５からシステムコントローラ７にモータ回転数およびモータ５の温度が入力される。モータ５の回転数は、モータ５に付設される回転数センサ３６により検出され、モータ５の温度は、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検出される。
【００２４】
また、システムコントローラ７はモータコントローラ６と接続されており、該システムコントローラ７はモータコントローラ６に対して回転方向信号、出力信号、モード信号等を出力する。一方、モータコントローラ６は、モータ５に異常が発生した場合には、アラーム信号をシステムコントローラ７へ送る。
また、システムコントローラ７は発電機１０と接続されており、該発電機１０からシステムコントローラ７に発電機１０の温度が入力される。発電機１０の温度は、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検出される。
【００２５】
また、システムコントローラ７はリレー１１・１５ａ・１７・１８と接続されており、該システムコントローラ７は、図２に示すように、リレー１１・１５ａ・１７・１８のオン・オフ（開閉）を制御する。このオン・オフ制御は、船舶の航走状態、バッテリ１４の充放電状態、インバータ１５に接続される電気負荷（インバータ負荷）等の状態に基づいて行われている。
また、システムコントローラ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１３に接続されており、該システムコントローラ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１３に対して充電電流指示を送る。
【００２６】
また、システムコントローラ７はバッテリ１４と接続されており、該バッテリ１４からシステムコントローラ７にバッテリ１４の充放電状態を表す電圧値・電流値が入力される。バッテリ１４の電圧値および電流値はそれぞれ、電圧センサ３３、電流センサ３４により検出される。
【００２７】
また、システムコントローラ７はインバータ１５に接続されており、該システムコントローラ７はインバータ１５（リレー１５ａ）に対してオン・オフ信号を出力する。一方、インバータ１５はシステムコントローラ７に対してインバータ１５に接続される電気負荷の状態を表すインバータ入力電圧値、インバータ入力電流値、アラーム信号を出力する。インバータ入力電圧値およびインバータ入力電流値は、それぞれ、インバータ入力電圧検出手段である電圧センサ３１、インバータ入力電流検出手段（負荷電流検出手段）である電流センサ３２により検出される。
【００２８】
また、システムコントローラ７は表示モニタ２３と接続されており、該表示モニタ２３はシステムコントローラ７に入力される種々の検出値等を表示して、操船者が本システムの状態を把握できるようにしている。
更に、システムコントローラ７は、後述するように、本システムにおいて、負荷電流変化率演算手段、負荷電流閾値設定手段、不足電力補償制御手段、インバータ入力電圧変化率演算手段、インバータ入力電圧閾値設定手段としても機能している。
【００２９】
本システムでは、例えば、図２に示すようなＨ１からＨ１６までの動作モードがある。以下、各モードについて説明する。
【００３０】
Ｈ１およびＨ２は、モータ５のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源はバッテリ１４である。これらのモードによりエンジン停止状態でも航行可能となる。
【００３１】
Ｈ３およびＨ８は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源はバッテリ１４である。これらのモードにより、発電機１０が損傷等でその電力が使用できない場合であっても、モータ５によるエンジンアシストが可能となる。なお、本実施例で「エンジンアシスト」とは、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の一部をモータ５により賄うことを意味する。
【００３２】
Ｈ４およびＨ９は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源は発電機１０の電力である。これらのモードにより、バッテリ１４が損傷等でその電力が使用できない場合であっても、モータ５によるエンジンアシストが可能となる。
【００３３】
Ｈ５およびＨ１０は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動し、モータ５を駆動するに当たって発電機１０の電力が不足するときはバッテリ１４の放電により不足電力を補い、発電機１０の電力に余裕があるときはバッテリ１４を充電するモードである。これらのモードにより、モータ５の所要駆動力を確保してバッテリ１４の充電が可能となる。
【００３４】
Ｈ６およびＨ１１は、エンジン２および発電機１０の電力により駆動されるモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給するモードである。これらのモードにより、インバータ１５の電気負荷への電力供給とモータ５によるエンジンアシストの両立が可能となる。
【００３５】
Ｈ７およびＨ１２は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給し、モータ５を駆動するに当たって発電機１０の電力が不足するときはバッテリ１４の放電により不足電力を補い、モータ５の駆動およびインバータ１５を介しての電力供給に当たって発電機１０の電力に余裕があるときはバッテリ１４を充電するモードである。これらのモードにより、インバータ１５を介しての電力供給を安定化できるとともに、モータ５の所要駆動力を確保してエンジンアシストが可能となる。
【００３６】
Ｈ１３はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するのみであり発電機１０はエンジン２と同期回転するが実質停止しているモードである。このモードにより、インバータ１５を介しての電力供給およびモータ５の駆動が不要またはこれらの機器の損傷等により不能の場合にあってもエンジン航行が可能となる。
【００３７】
Ｈ１４はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電するモードである。このモードにより、航行しながらバッテリ１４の充電が可能となる。
【００３８】
Ｈ１５はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電およびインバータ１５を介して電力供給を行うモードである。このモードにより、航行、インバータ１５を介しての電力供給およびバッテリ１４の充電を並立できる。
【００３９】
Ｈ１６はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給するモードである。このモードにより、航行およびインバータ１５を介しての電力供給を並立できる。
【００４０】
なお、Ｈ１とＨ２との違いは、本システムを搭載した船舶が定常（＝定速）航行状態か加速航行状態かの違いである。Ｈ３とＨ８との違い、Ｈ４とＨ９との違い、Ｈ５とＨ１０との違い、Ｈ６とＨ１１との違い、およびＨ７とＨ１２との違いについても同様である。
また、モータ５によるエンジンアシストによりエンジン２を燃費の良い回転域で使用することができ、かつ、モータ５の駆動源もバッテリ１４またはエンジン２により駆動される発電機１０の電力であるので本システムの燃費性を向上できる。
一方、エンジン２により駆動される発電機１０の電力をインバータ１５を介して電気負荷へ供給できるので別個の発電機が不要とでき、本システムを搭載した船舶の空間利用性を向上できる。
【００４１】
次に、負荷が投入された場合（負荷が加わった場合）の本システムにおける発電制御について、図１、図３乃至図７を用いて説明する。
まず、図３を用いて、発電機１０の出力特性について説明する。図３では、太い実線は各エンジン回転数（１０００、１５００、２０００、２４００、３０００、４０００ｒｐｍ）における発電機１０の出力電圧特性を示している。また、細い実線は各エンジン回転数における発電機出力の特性を示している。そして、図３の左下に位置する、上側と右側を破線で囲まれた領域がインバータ入力有効範囲として設定されている。
図３に示すように、発電機１０の出力電力が一定の場合には、エンジン２の回転数が減少するにしたがい出力電流が増加する。また、エンジン２（発電機１０）が一定回転数の場合には、発電機１０の出力電力が増加するにしたがい出力電流が増加する（図３細線）。
逆に、発電機１０の出力電力が一定の場合には、エンジン２の回転数が増加するにしたがい出力電流が減少する（図３細線）。そして、増加後のエンジン回転数および減少後の出力電流における出力電圧は増加する（図３太線）。また、エンジン２（発電機１０）が一定回転数の場合には、発電機１０の出力電力が減少するにしたがい出力電流が減少する（図３細線）。そして、同一エンジン回転数では、出力電流が減少すると出力電圧が増加する（図３太線）。
【００４２】
前述したように、発電機１０にて発生された発電機出力は整流機器１２により整流・平滑された後、インバータ１５へ入力される（図１）。このとき、電気負荷が接続されるインバータ１５に入力される電流がインバータ１５の電気負荷へ供給される負荷電流であり、この負荷電流値を負荷電流検出手段である電流センサ３２により検出する。電流センサ３２により検出された電流値はシステムコントローラ７に入力される。このインバータ１５への入力電流に対しては、インバータ１５を保護するため、有効範囲が予め所定の範囲に設定されている。
【００４３】
セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷が増加するとエンジン回転数が減少する。このとき、インバータ１５の供給電力を一定に保つには、発電機１０の出力電力を一定に保つ必要があり、その結果、先述の如く出力電流が増加する。
また、インバータ１５の電気負荷が増加すると、インバータ１５の供給電力が増加し、発電機１０の出力電力が増加する。このとき、エンジン回転数が一定ならば、先述の如く出力電流が増加する。
そして、上述のような出力電流の増加が生じるとインバータ１５への入力電流が増加し、その有効範囲から逸脱してしまうという問題がある。
そこで、負荷が投入または増加された場合の本システムの制御を次のように行うこととしている。
【００４４】
図４においては、縦軸の矢印で示す方向（下向き）をインバータ１５の入力電流の増加方向としている。また、上下２本の細い破線に挟まれた領域をインバータ１５への入力電流（インバータ入力電流）の有効範囲としており、下側の破線をインバータ入力電流上限としている。
【００４５】
図４に示すように、エンジン２が一定回転のとき、インバータ１５の電気負荷が投入または増加されることによって、軽負荷状態Ａ０から重負荷状態Ａ１へ変化する。このとき、エンジン回転数一定のままで、インバータ１５の電気負荷に見合う発電機出力を行うと、図３より、発電機１０の出力電流は増加し、インバータ１５への入力電流が増加する。これにより、インバータ入力電流の有効範囲を超えるおそれがある。
また、同じく図４に示すように、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の投入または増加によって、エンジン２の回転数が減少し、軽負荷状態Ａ０から重負荷状態Ａ２へ移る。このとき、インバータ出力を一定のまま維持すれば、発電機出力を維持することになるので、図３より、発電機１０の出力電流は増加し、その結果、インバータ入力電流が増加する。これにより、インバータ入力電流の有効範囲を超えるおそれがある。
つまり、インバータ１５の電気負荷またはセイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の増加により、インバータ１５への入力電流が増加し、インバータ入力電流の有効範囲の上限を超えてしまう場合があり、この場合には、インバータ１５が損傷するという問題がある。
【００４６】
このことを、図５（ａ）・（ｂ）にも示している。図５（ａ）・（ｂ）には、インバータ１５への電力供給可能領域が表されている。この電力供給可能領域は、インバータ入力電圧限界を表す曲線、インバータ最大出力を表す曲線、インバータ入力電流の有効範囲を表す曲線、機関最低速を表す曲線、によって囲まれた領域として設定されている。
図５（ａ）に示すように、エンジン２が一定回転数のときに、インバータ１５の電気負荷を投入または増加することにより、軽負荷状態Ｂ０から重負荷状態Ｂ１へ変化し、電力供給可能領域から逸脱する（図４におけるＡ０→Ａ１の場合）。
また、図５（ｂ）に示すように、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の投入または増加によってエンジン回転数が減少し、軽負荷状態Ｃ０から重負荷状態Ｃ２に変化し、電力供給可能領域から逸脱する（図４におけるＡ０→Ａ２の場合）。
なお、上記のような負荷の両方が投入または増加すれば、軽負荷状態Ｃ０から重負荷状態Ｃ１に変化する。
【００４７】
上述のように負荷が増加することで、発電機１０の出力特性によりインバータ１５への入力電流有効範囲から外れるおそれがある。このため、投入または増加される負荷に応じた発電制御を行って、インバータ１５への入力電流が、その有効範囲から逸脱することを防止するようにしている。
【００４８】
具体的な制御について、図１、図６、図７を用いて説明する。
図６、図７に示すように、負荷によるインバータ入力電流の上昇傾きｄＩ／ｄｔを読み取り、傾きｄＩ／ｄｔと加負荷の状態に基づいてインバータ入力電流上限ＩＭＡＸまでの電流余裕値ΔＩを算出し、ＩＭＡＸからΔＩを除した値を閾値ＩＧＥＮとする。この電流余裕値ΔＩは、傾きｄＩ／ｄｔが急なほど大きくとる。つまり、閾値ＩＧＥＮを小さくする。そして、インバータ入力電流が閾値ＩＧＥＮを超えた後に、インバータ入力電流がインバータ入力電流上限ＩＭＡＸに近づくにしたがい、エンジン回転数の増加または引戻しを緩和する制御を行うのである。このエンジン回転数の制御は、エンジン２における燃料噴射量を調節することによって行われ、エンジン回転数を増加、または低下したエンジン回転数を引戻すには、燃料噴射量を多くし、エンジン回転数の増加または引戻しを緩和するには、増加させた燃料噴射量を減少させればよい。このような燃料噴射量の調節は、システムコントローラ７でレギュレータアクチュエータ２２を作動させてエンジン２のレギュレータを制御することにより行う（図１）。このとき、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２は、エンジン回転数の変化率緩和手段として機能している。なお、ここで、「エンジン回転数の引戻し」とは、エンジン回転数を加負荷前の回転数側へ変化させることである。
【００４９】
インバータ１５の電流センサ３２により、インバータ１５への入力電流値が検出され、検出された電流値はシステムコントローラ７に入力される（図１）。システムコントローラ７は入力された電流値の時間変化率を演算することにより、負荷電流の時間変化率として、傾きｄＩ／ｄｔが算出される。ここで、システムコントローラ７は負荷電流変化率演算手段として機能している。
【００５０】
閾値ＩＧＥＮは、次式（１）により算出される。
ＩＧＥＮ＝ＩＭＡＸ−ΔＩ ・・・（１）
ここで、ＩＭＡＸはインバータ入力電流上限であり、言い換えれば、負荷電流の許容最大値である。ＩＧＥＮは、電流余裕値ΔＩによって変化する値である。
この電流余裕値ΔＩを、電流上昇傾きｄＩ／ｄｔに応じて設定する。すなわち、傾きｄＩ／ｄｔが大きいほど、電流余裕値ΔＩが大きくなるように設定する。図６、図７に示すように、インバータ入力電流の上昇傾きｄＩ／ｄｔが小さい場合（図６）に比べて、大きい場合（図７）には、電流余裕値ΔＩを大きく設定し、閾値ＩＧＥＮを小さくすることで、上昇傾きｄＩ／ｄｔが大きい場合にも前記許容最大値ＩＭＡＸを超えないようにしている。言い換えれば、傾きｄＩ／ｄｔが小さい場合に比べて、大きい場合には、閾値ＩＧＥＮを超えた後に行われるエンジン回転数の制御をいち早く開始させようとするためである。
インバータ入力電流上限ＩＭＡＸは、インバータ１５によって所定の値に設定されているため、電流余裕値ΔＩを傾きｄＩ／ｄｔ（負荷電流の変化率）に応じて設定するということは、閾値ＩＧＥＮを負荷電流の変化率に応じて設定するということである。この負荷電流の閾値を設定する手段としては、システムコントローラ７が機能している。
そして、インバータ１５への入力電流値が上昇して、閾値ＩＧＥＮを超えた後に、エンジン２の回転数制御を次のように行うことにより、インバータ入力電流上限ＩＭＡＸを超えないようにして、インバータ入力電流が、その有効範囲から逸脱しないようにしている。
図６、図７に示すように、インバータ入力電流値が閾値ＩＧＥＮを超えた後、エンジン２の燃料噴射量を増加する。
これにより、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷が増加して、エンジン回転数が減少しているときは、エンジン２の回転数減少に歯止めが掛かり、エンジン回転数が引戻される。これは、図３においては、横軸（＝電流）に平行に発電機出力電力の特性曲線を、エンジン回転数大から小へ移動する状況に歯止めが掛かることであり、また、図４においては、Ａ０からＡ２へ移動する状況に歯止めが掛かることである。
【００５１】
一方、インバータ１５の電気負荷が増加して、エンジン回転数が一定のため発電機出力が増加するときは、エンジン２の回転数が増加する。これは、図３においては、あるエンジン回転数での電流−発電機出力電力の特性曲線上を発電機出力電力が増加（この場合は、電流増加）する方向に移動する状況から、より高エンジン回転の電流−発電機出力電力の特性曲線へ移動することであり、また、図４においては、Ａ０からＡ１へ移動する状況に歯止めが掛かり、Ａ０から見て右下側（図４の太い矢印の方向）へ移動する状況に変化することである。
上記の結果、出力電流の増加に歯止めが掛かりインバータ１５への入力電流の増加が抑制される。なお、図６、図７では、インバータ入力電流上限ＩＭＡＸまでの余裕値ΔＩの大・中・小に対する燃料噴射量の曲線を示している。ここで、閾値ＩＧＥＮはエンジン制御開始電流となっている。
このとき、このインバータ入力電流値がインバータ入力電流上限（許容最大値）ＩＭＡＸを超えないようにし、エンジン回転数の引戻しまたは増加を可及的に抑制して、エンジン回転数を必要最小限の回転数に漸近させるために、許容最大値ＩＭＡＸに達するまでの間、この許容最大値ＩＭＡＸに近づくほどエンジン回転数の変化率が徐々に緩やかになるようにしている。
【００５２】
図６、図７に示すように、閾値ＩＧＥＮを超えた後、燃料噴射量の曲線の傾き（増加）を徐々に小さくして、エンジン回転数の変化率を徐々に緩やかにすると、インバータ入力電流の傾きｄＩ／ｄｔは、許容最大値ＩＭＡＸに近づくにつれて、徐々に小さくなっていく。そして、許容最大値ＩＭＡＸに達する前に傾きｄＩ／ｄｔが０となるようにしているため、インバータ入力電流が許容最大値ＩＭＡＸを超えることがなくなる。これによりインバータ入力電流が、その有効範囲から逸脱することがなくなる。
【００５３】
このように、インバータ１５への入力電流を検出し、その上昇傾きｄＩ／ｄｔに応じて、閾値ＩＧＥＮを設定し、インバータ入力電流が閾値ＩＧＥＮを超えてから許容最大値ＩＭＡＸに達するまでの間は、インバータ入力電流が許容最大値ＩＭＡＸに近づくほど、エンジン２の燃料噴射量を調整してエンジン回転数の変化率が緩やかになるように制御する。
これにより、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷が増加した際には、インバータ１５の電気負荷への供給電力を一定に保ちつつ、インバータ１５への入力電流が増加して許容最大値ＩＭＡＸを超えることを防止できる。この結果、インバータ１５の損傷防止を図ることができる。更に、エンジン回転数の引戻しを可及的に抑制して必要最低限の回転数に漸近させることができる。
また、インバータ１５の電気負荷が増加した際には、エンジン回転数一定のままで発電機出力電力が増加し、インバータ１５への入力電流が増加して許容最大値ＩＭＡＸを超えることを防止できる。この結果、インバータ１５の損傷防止を図ることができる。更に、エンジン回転数の増加を可及的に抑制して必要最低限の回転数に漸近させることができる。
また、これらの際、操船者が操作しなくてもインバータ入力電流がその有効範囲に納まるよう、発電回転を自動調整できる。
【００５４】
次に、負荷が遮断された場合（負荷が減少した場合）の本システムにおける発電制御について、図１、図８乃至図１２を用いて説明する。
前述したように、発電機１０にて発生された発電機出力は整流機器１２により整流・平滑された後、インバータ１５へ入力される（図１）。このとき、電気負荷が接続されるインバータ１５への入力電圧がインバータ入力電圧であり、この入力電圧値をインバータ入力電圧検出手段である電圧センサ３１により検出する。電圧センサ３１により検出された電圧値はシステムコントローラ７に入力される。このインバータ１５への入力電圧に対しては、インバータ１５を保護するため、有効範囲が予め所定の範囲に設定されている。
【００５５】
セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷が減少するとエンジン回転数が増加する。このとき、インバータ１５の供給電力を一定に保つには、発電機１０の出力電力を一定に保つ必要があり、その結果、先述の如く出力電圧が増加する。
また、インバータ１５の電気負荷が減少すると、インバータ１５の供給電力が減少し、発電機１０の出力電力が減少する。このとき、エンジン回転数が一定ならば、先述の如く出力電圧が増加する。
そして、上述のような出力電圧の増加が生じるとインバータ１５への入力電圧が増加し、その有効範囲から逸脱してしまうという問題がある。
そこで、負荷が遮断または減少された場合の本システムの制御を次のように行うこととしている。
【００５６】
図８においては、縦軸の矢印で示す方向（上向き）を整流機器１２で整流・平滑された発電機１０の出力電圧、つまり、インバータ入力電圧の増加方向としている。また、上下２本の細い破線に挟まれた領域をインバータ１５への入力電圧（インバータ入力電圧）の有効範囲としており、上側の破線をインバータ入力電圧上限としている。
【００５７】
図８に示すように、エンジン２が一定回転のとき、インバータ１５の電気負荷が遮断または減少されることによって、重負荷状態Ｄ１から軽負荷状態Ｄ３へ変化する。このとき、エンジン回転数一定のままで、軽くなったインバータ１５の電気負荷に見合う発電機出力を行うと、図３より、発電機１０の出力電圧が増加し、インバータ１５への入力電圧が増加する。これにより、インバータ入力電圧の有効範囲を超えるおそれがある。
また、同じく図８に示すように、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の遮断または減少によって、エンジン２の回転数が上がり、重負荷状態Ｄ２から軽負荷状態Ｄ３へ移る。このときインバータ出力を一定のまま維持すれば、発電機出力電力を維持することになるので、図３より、発電機１０の出力電圧が増加し、インバータ入力電圧が増加する。これにより、インバータ入力電圧の有効範囲を超えるおそれがある。
つまり、インバータ１５の電気負荷、またはセイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の減少により、インバータ１５への入力電圧が過電圧となり、インバータ入力電圧の有効範囲の上限を超えてしまう場合があり、この場合には、インバータ１５が損傷するという問題がある。
【００５８】
このことを、図９（ａ）・（ｂ）にも示している。
図９（ａ）・（ｂ）には、図５（ａ）・（ｂ）と同様に、インバータ１５への電力供給可能領域が表されている。
図９（ａ）に示すように、エンジン２が一定回転数のときに、インバータ１５の電気負荷を遮断または減少することにより、重負荷状態Ｅ１から軽負荷状態Ｅ３へ変化し、電力供給可能領域から逸脱する（図８におけるＤ１→Ｄ３の場合）。
また、図９（ｂ）に示すように、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の遮断または減少によってエンジン回転数が増加し、重負荷状態Ｆ１から軽負荷状態Ｆ４に変化し、電力供給可能領域から逸脱する（図８におけるＤ２→Ｄ３の場合）。
なお、上記のような負荷の両方が遮断または減少すれば、重負荷状態Ｆ１から軽負荷状態Ｆ３に変化する。
【００５９】
このように負荷が減ることで、発電機１０の出力特性によりインバータ１５への入力電圧有効範囲（インバータ入力電圧上限）から外れるおそれがある。このため、遮断または減少される負荷に応じた発電制御を行って、インバータ１５への入力電圧が、その有効範囲から逸脱することを防止するようにしている。
【００６０】
具体的な制御について、図１、図１０乃至図１２を用いて説明する。
図１０、図１１、図１２に示すように、負荷によるインバータ入力電圧の上昇傾きｄＶ／ｄｔを読み取り、傾きｄＶ／ｄｔと加負荷の状態に基づいてインバータ入力電圧上限ＶＭＡＸまでの電圧余裕値ΔＶを算出し、ＶＭＡＸからΔＶを除した値を閾値ＶＧＥＮとする。この電圧余裕値ΔＶは、傾きｄＶ／ｄｔが急なほど大きくとる。つまり、閾値ＶＧＥＮを小さくする。そして、インバータ入力電圧が閾値ＶＧＥＮを超えた後に、インバータ入力電圧がインバータ入力電圧上限ＶＭＡＸに近づくにしたがい、エンジン回転数の減少または引戻しを緩和する制御を行うのである。なお、ここで、「エンジン回転数の引戻し」とは、エンジン回転数を減負荷前の回転数側へ変化させることである。
【００６１】
インバータ１５の電圧センサ３１により、インバータ１５への入力電圧値が検出され、検出された電圧値はシステムコントローラ７に入力される（図１）。システムコントローラ７は入力された電圧値の時間変化率を演算することにより、インバータ入力電圧の時間変化率として、傾きｄＶ／ｄｔが算出される。ここで、システムコントローラ７はインバータ入力電圧変化率演算手段として機能している。
【００６２】
閾値ＶＧＥＮは、次式（２）により算出される。
ＶＧＥＮ＝ＶＭＡＸ−ΔＶ ・・・（２）
ここで、ＶＭＡＸはインバータ入力電圧上限であり、言い換えれば、インバータ入力電圧の許容最大値である。ＶＧＥＮは、電圧余裕値ΔＶによって変化する値である。
この電圧余裕値ΔＶを、電圧上昇傾きｄＶ／ｄｔに応じて設定する。すなわち、傾きｄＶ／ｄｔが大きいほど、電圧余裕値ΔＶが大きくなるように設定する。図１０、図１１に示すように、インバータ入力電圧の上昇傾きｄＶ／ｄｔが小さい場合（図１０）に比べて、大きい場合（図１１）には、電圧余裕値ΔＶを大きく設定し、閾値ＶＧＥＮしている。言い換えれば、傾きｄＶ／ｄｔが小さい場合に比べて、大きい場合には、閾値ＶＧＥＮを超えた後に行われるエンジン回転数の制御をいち早く開始させようとするためである。
インバータ入力電圧上限ＶＭＡＸは、インバータ１５によって所定の値に設定されているため、電圧余裕値ΔＶを傾きｄＶ／ｄｔに応じて設定するということは、閾値ＶＧＥＮをインバータ入力電圧の変化率に応じて設定するということである。このインバータ入力電圧の閾値を設定する手段としては、システムコントローラ７が機能している。
【００６３】
そして、インバータ１５への入力電圧値が上昇し、閾値ＶＧＥＮを超えた後に、エンジン２の回転数制御を次のように行うことにより、インバータ入力電圧上限ＶＭＡＸを超えないようにして、インバータ入力電圧が、その有効範囲から逸脱しないようにしている。
図１０、図１１、図１２に示すように、インバータ入力電圧値が閾値ＶＧＥＮを超えた後、エンジン２の燃料噴射量を減少する。
これにより、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷が減少して、エンジン回転数が増加しているときは、エンジン２の回転数増加に歯止めが掛かり、エンジン回転数が引戻される。これは、図３においては、横軸（＝電流）に平行に発電機出力電力の特性曲線を、エンジン回転数小から大へ移動する状況に歯止めが掛かることであり、また、図８においては、Ｄ２からＤ３へ移動する状況に歯止めが掛かることである。
一方、インバータ１５の電気負荷が減少して、エンジン回転数が一定で発電機出力が減少するときは、エンジン２の回転数が減少する。これは、図３においては、あるエンジン回転数での電流−発電機出力電力の特性曲線上を発電機出力電力が減少する方向に移動、つまり、電流−電圧の特性曲線上では電流が減少（この場合は、電圧は増加）する方向に移動する状況から、より低エンジン回転での電流−発電機出力電力の特性曲線へ移動し、これに伴い電圧−電流の特性曲線も、より低エンジン回転数のものに移動することであり、また、図８においては、Ｄ１からＤ３へ移動する状況に歯止めが掛かり、Ｄ１から見て左上側（図８の太い矢印の方向）へ移動する状況に変化することである。
上記の結果、出力電圧の増加に歯止めが掛かりインバータ１５への入力電圧の増加が抑制される。なお、図１０、図１１では、負荷の大・中・小に対する燃料噴射量の曲線を示し、図１２では、一定回転数の場合にその回転数の大・中・小に対する燃料噴射量の曲線を示している。また、閾値ＶＧＥＮは発電機出力の減少開始電圧となっている。
このとき、このインバータ入力電圧値がインバータ入力電圧上限（許容最大値）ＶＭＡＸを超えないようにし、エンジン回転数の引戻しまたは減少を可及的に抑制して、エンジン回転数を許容最大回転数に漸近させるために、許容最大値ＶＭＡＸに達するまでの間、この許容最大値ＶＭＡＸに近づくほどエンジン回転数の変化率が徐々に緩やかになるようにしている。
【００６４】
図１０、図１１、図１２に示すように、閾値ＶＧＥＮを超えた後、燃料噴射量の曲線（減少）の傾きを徐々に小さくして、エンジン回転数の変化率を徐々に緩やかにすると、インバータ入力電圧の傾きｄＶ／ｄｔは、許容最大値ＶＭＡＸに近づくにつれて、徐々に小さくなっていく。そして、許容最大値ＶＭＡＸに達する前に傾きｄＶ／ｄｔが０となるようにしているため、インバータ入力電圧が許容最大値ＶＭＡＸを超えることがなくなる。これによりインバータ入力電圧が、その有効範囲から逸脱することがなくなる。
【００６５】
このように、インバータ１５への入力電圧を検出し、その上昇傾きｄＶ／ｄｔに応じて、閾値ＶＧＥＮを設定し、インバータ入力電圧が閾値ＶＧＥＮを超えてから許容最大値ＶＭＡＸに達するまでの間は、インバータ入力電圧が許容最大値ＶＭＡＸに近づくほど、エンジン２の燃料噴射量を調整してエンジン回転数の変化率が緩やかになるように制御する。
これにより、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷が減少した際には、インバータ１５の電気負荷への供給電力を一定に保ちつつ、インバータ１５への入力電圧が増加して許容最大値ＶＭＡＸを超えることを防止できる。この結果、インバータ１５の損傷防止を図ることができる。更に、エンジン回転数の引戻しを可及的に抑制して許容最大回転数に漸近させることができ、再度のセイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の増加に備えることができる。
また、インバータ１５の電気負荷が減少した際には、エンジン回転数一定のままで発電機出力電力が減少し、インバータ１５への入力電圧が増加して許容最大値ＶＭＡＸを超えることを防止できる。この結果、インバータ１５の損傷防止を図ることができる。更に、エンジン回転数の減少を可及的に抑制して許容最大回転数に漸近させることができ、再度のインバータ１５の電気負荷の増加に備えることができる。
また、これらの際、操船者が操作しなくてもインバータ入力電圧がその有効範囲に納まるよう、発電回転を自動調整できる。
【００６６】
次に、インバータ１５からの出力電力と商用電源とを自動的に切り換える制御について、図１３、図１４を用いて説明する。
図１における切換機器１９を電磁接触器で構成して、インバータ１５と出力ソケット２０と商用電源に接続する。また、電磁接触器をシステムコントローラ７と接続して、該システムコントローラ７からオン・オフ信号が入力されるようにする。商用電源もシステムコントローラ７と接続して、商用電源の出力電圧がシステムコントローラ７に検知されるようにする。
こうして、商用電源の出力電圧と、前述したようにインバータ１５の出力電圧とが、システムコントローラ７よって検知され、該システムコントローラ７は両電圧の周波数を比較する。このとき、商用電源の出力電圧の周波数は、例えば６０Ｈｚ等の一定の値であるため、インバータ１５の出力電圧の周波数を制御することにより、電源切換の制御を行うこととしている。
【００６７】
インバータ１５の出力電圧は、該インバータ１５により所定の周波数に変換された後に交流電圧として出力される。このときの周波数を商用電源の出力電圧周波数に対して、少量割合（例えば、±数％）だけずらせた（シフトさせた）値とすると、図１３に示すように、商用電源の出力電圧周波数とインバータ出力電圧の周波数とが一致するタイミングがわずかの周期の間に現れ、この位相の合ったタイミングで瞬時に、電磁接触器により自動的に電源切換を行うようにする。図１３おいては、両者の位相が点Ｇにおいて合っており、このタイミングで電源切換を行う。このとき、インバータ１５は周波数シフト手段として機能している。
【００６８】
電源の切り換えは、電磁接触器をシステムコントローラ７にて制御することにより行う。電磁接触器は、インバータ１５と商用電源とに接続されているが、システムコントローラ７から電磁接触器に対し接触・非接触の指示を入力することにより、図１４に示すように、電磁接触器における接触・非接触の切り換えを、状態（イ）→状態（ロ）→状態（ハ）→状態（ニ）のように行う。
まず、状態（イ）は、インバータ側（発電機側）接触状態で、商用電源側非接触状態であり、接触指示はインバータ側となっている。このインバータ側接触指示により、次の状態（ロ）が、インバータ側接触状態で、商用電源側非接触状態となる。このとき、接触指示は中立となっている。そして、この中立指示により、次の状態（ハ）は、インバータ側非接触状態で、商用電源側非接触状態となる。このとき、接触指示は商用電源側となっている。この、商用電源側接触指示により、次の状態（ニ）が、インバータ側非接触状態で、商用電源側接触状態となる。
そして、状態（ロ）において、両者の周波数が同位相となるタイミングを検知して、次の状態（ハ）において、瞬時に切り換えを行うよう制御する。
【００６９】
このように、インバータ１５の出力電圧周波数を制御して、商用電源周波数と若干割合だけずらせることにより、わずかの周期の間に両電圧の位相が合うタイミングを作り、この位相が合った瞬間に電磁接触器を制御して、インバータ出力と商用電源を短時間で自動的に切り換えることができ、いずれか一方から他方への電源の切り換えがスムースにできる。また、船舶が寄港したときに、家電製品のコンセントを繋ぎかえることなく、商用電源から供給可能となる。
【００７０】
以上に述べたハイブリッドシステムＡに替えて、図１５に示すようなハイブリッドシステムＢでも前述の発電制御を行うことが可能である。
ハイブリッドシステムＢは、ハイブリッドシステムＡを簡略化した構成をしており、ハイブリッドシステムＡからモータ５、モータコントローラ６、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、バッテリ１４等を除いた構成となっている。そして、ハイブリッドシステムＢでは、ハイブリッドシステムＡのようにモータ５を備えていないため、モータ５のみによる駆動するモードおよびモータ５によるエンジンアシストをするモードはなく、エンジン２のみにより駆動するモードのみとなっている。図１６のＰ１は図２のＨ１３と同様のモードであり、Ｐ２はＨ１６と同様のモードである。ハイブリッドシステムＢでは、ハイブリッドシステムＡと比べてきめ細かなモードは実現できない代わりに機器点数を低減できるので本質的に生産性（特に組立性）および信頼性が向上できる。
【００７１】
ハイブリッドシステムＢにも、システム１に発電機１０が備えられており、前述したハイブリッドシステムＡと略同様の発電制御を行っている（図３乃至図１２参照）。以下、略述する。
図１５に示すように、発電機１０がエンジン２と動力伝達装置３との間に介装されており、該発電機１０はエンジン２により作動される。発電機１０により発電された電力は、整流機器１２により、整流・平滑された後、インバータ１５に入力され、該インバータ１５により交流に変換されて、切換機器１９を介して出力ソケット２０から船内供給できるようにしている。つまり、発電機１０の発電機出力は全てインバータ１５を介して電気負荷に供給される。
【００７２】
負荷が投入された場合の発電制御では、電流センサ３２が負荷電流検出手段として、システムコントローラ７が負荷電流変化率演算手段および負荷電流閾値設定手段として、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２がエンジン回転数変化率緩和手段として、それぞれ機能している。
【００７３】
また、負荷が遮断された場合の発電制御では、電圧センサ３１がインバータ入力電圧検出手段として、システムコントローラ７がインバータ入力電圧変化率演算手段およびインバータ入力電圧閾値設定手段として、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２がエンジン回転数変化率緩和手段として、それぞれ機能している。
そして、切換機器１９を電磁接触器として自動的に電源切換の場合の制御では、周波数シフト手段として、インバータ１５が機能している。
【００７４】
また、図１７に示すようなハイブリッドシステムＣにおいて、前述した発電制御を行うことも可能である。
ハイブリッドシステムＣの構成は、ハイブリッドシステムＡの構成を変更したものとなっており、その機能は略同様のものとなっている。すなわち、ハイブリッドシステムＣにおけるモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）４０が、ハイブリッドシステムＡのモータ５と発電機１０に相当する。また、ハイブリッドシステムＣにおけるＶＶＶＦインバータコンバータ（可変電圧可変周波数インバータコンバータ）４２と単相ＣＶＣＦインバータ（単相定電圧定周波数インバータ）４３と昇降圧チョッパ４４とにより構成されるインバータ部４１が、ハイブリッドシステムＡにおけるモータコントローラ６とＤＣ／ＤＣコンバータ１３と整流機器１２とインバータ１５に相当する。また、ハイブリッドシステムＣは、後述するようにスタータ機能を備えているため、ハイブリッドシステムＡにおけるエンジン２始動用のスタータモータ２ａ、スタータバッテリ２４等に相当するものを備えていない。
【００７５】
図１７に示すように、モータジェネレータ４０は、システム１において、エンジン２と動力伝達装置３との間に介装されている。モータジェネレータ４０が発電機器として機能する場合（図１８のＭ４からＭ７、および図２１の電力供給機能の場合）には、エンジン２の駆動によりモータジェネレータ４０が作動され、該モータジェネレータ４０により発電された電力（発電機出力）はインバータ部４１に入力され、該インバータ部４１からバッテリ１４への充電や、切換機器１９、出力ソケット２０を介して船内供給を行っている。また、モータジェネレータ４０が、モータとして機能する場合（図１８のＭ１からＭ３、図１９のスタータ機能、および図２０のアシスト機能の場合）には、エンジン２の始動や、航走のアシストを行っている。
【００７６】
インバータ部４１のＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、モータジェネレータ４０が発電機器として機能する場合にはインバータ部４１に入力される発電機出力の整流・平滑を行い、また、モータジェネレータ４０がモータとして機能する場合にはモータ制御を行う。また、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７はＶＶＶＦインバータコンバータ４２に対し、モータとしてのモータジェネレータ４０の起動（回転数）指示、およびアシスト（トルク）指令を出力する。一方、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はシステムコントローラ７へモータとしてのモータジェネレータ４０の回転数、トルク、アラーム、直流電圧を送る。
【００７７】
単相ＣＶＣＦインバータ４３は、該単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷に電力を供給するときに作動して、その供給電力を所定の周波数の交流電力として供給できるようにしている。単相ＣＶＣＦインバータ４３には、該単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷に供給される電流および電圧を検出するための電流センサおよび電圧センサ（図示略）が備えられている。また、単相ＣＶＣＦインバータ４３はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７は単相ＣＶＣＦインバータ４３に対し、運転・停止指示を出力する。一方、単相ＣＶＣＦインバータ４３はシステムコントローラ７へ前記電圧センサにより検出した交流電圧、電流センサにより検出した交流電流、交流電力、アラームを送る。
【００７８】
昇降圧チョッパ４４はバッテリ１４と接続されており、該バッテリ１４が放電を行う場合には、昇圧チョッパとして機能してバッテリ１４の放電電圧を所定の電圧に昇圧し、また、バッテリ１４への充電を行う場合には、降圧チョッパとして機能して、バッテリ１４への充電電圧を所定の電圧に降圧する。また、昇降圧チョッパ４４はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７は昇降圧チョッパ４４に対し、運転・停止指示、充電電流指示、充電指示を出力する。一方、昇降圧チョッパ４４はシステムコントローラ７へバッテリ電圧、充放電電流、アラームを送る。
【００７９】
ハイブリッドシステムＣの動作モードを図１８から図２２により詳しく説明する。
図１９には、エンジン２を始動するときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。バッテリ１４から昇降圧チョッパ４４により昇圧された電力がＶＶＶＦインバータコンバータ４２により所要の電圧および周波数に変換されて、モータジェネレータ４０に供給され、モータジェネレータ４０がモータとして機能してエンジン２を始動する。これは、ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢと比べてハイブリッドシステムＣ特有のモードである。ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢに用いられる発電機１０、並びにハイブリッドシステムＣに用いられるモータジェネレータ４０は、エンジン２のクランク軸と常時同期回転する構成である。このため、モータジェネレータ４０をモータとして駆動すればエンジン２の始動が可能となる。一方、ハイブリッドシステムＡの場合、モータ５はセイルドライブ３およびプロペラ４と常時同期回転する構成であり、エンジン２とはセイルドライブ３に内装されるクラッチにより断接されるからである。これにより、エンジン２を始動するためのスタータバッテリ２４等を削減できる。
【００８０】
図２０には、モータジェネレータ４０によりエンジンアシストを行うときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。バッテリ１４からモータジェネレータ４０までの電気回路の作動状態は図１９と同様である。モータジェネレータ４０およびエンジン２の駆動力の和が、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動力となる。これにより、モータジェネレータ４０によるエンジンアシストによりエンジン２を燃費の良い回転域で使用することができ、かつ、モータジェネレータ４０の駆動源もバッテリ１４であるので本システムの燃費性を向上できる。
【００８１】
図２１には、モータジェネレータ４０により発電された電力により単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して電力供給、またはバッテリ１４の充電を行うときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。エンジン２によりセイルドライブ３およびプロペラ４並びにモータジェネレータ４０が駆動される。これにより、モータジェネレータ４０が発電を行い、その電力がＶＶＶＦインバータコンバータ４２により整流・平滑され、その後、単相ＣＶＣＦインバータ４３により所定の電圧および周波数に変換されて電気負荷へ供給される。このとき、整流・平滑後の電力に余剰があれば昇降圧チョッパ４４により降圧されてバッテリ１４の充電に費やされる。これにより、航行および単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が並立できる。更にバッテリ１４の充電も可能となる。
【００８２】
図２２には、バッテリ１４により昇降圧チョッパ４４および単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して電力供給を行うときの電気回路の作動状態が示されている。バッテリ１４から昇降圧チョッパ４４により昇圧された電力が単相ＣＶＣＦインバータ４３により所定の電圧および周波数に変換されて電気負荷へ供給される。これは、ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢと比べてハイブリッドシステムＣ特有のモードである。これにより、モータジェネレータ４０で発電される電力が不足するときにその補償が可能となる。また、エンジン２の停止中でも単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が可能となる。
【００８３】
そして、図１８で示すＭ１は、図１９または図２０で表される動作モードである。Ｍ２は、図２０で表される動作モードである。Ｍ３は、図１９または図２０、および図２２で表される動作モードの組合せモードである。Ｍ４は、図２のＨ１３と同様の動作モードである。Ｍ５は、図２１の内、単相ＣＶＣＦインバータ４３による電力供給が停止している動作モードである。Ｍ６は、図２１で表される動作モードである。Ｍ７は、図２１の内、バッテリ１４の充電が停止している動作モードである。Ｍ８は、図２２で表される動作モードである。
【００８４】
ハイブリッドシステムＣでは、ハイブリッドシステムＡと比べてきめ細かなモードは実現できない代わりに配線を低減できるので本質的に生産性（特に組立性）および信頼性が向上できる。更に、ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢと比べてエンジン２の始動のためのスタータバッテリ２４等が削減できるので、本システムを搭載した船舶の空間利用性を向上できる。また、モータジェネレータ４０で発電される電力が不足するときにその補償が可能となるとともに、エンジン２の停止中でも単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が可能となるので、電力使用の利便性が向上する。
【００８５】
ハイブリッドシステムＣには、システム１に発電機器として機能するモータジェネレータ４０が備えられており、前述したハイブリッドシステムＡと略同様の発電制御を行っている（図３乃至図１４参照）。
負荷が投入された場合の発電制御では、単相ＣＶＣＦインバータ４３に備えられる電流センサが負荷電流検出手段として、システムコントローラ７が負荷電流変化率演算手段および負荷電流閾値設定手段として、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２がエンジン回転数変化率緩和手段として、それぞれ機能している。
【００８６】
また、電気負荷の需要電力に対して発電機器からの供給電力が不足する場合には、エンジン２の駆動力によりモータジェネレータ４０にて発電を行いながら、バッテリ１４を放電状態として、電気負荷に電力供給を行っている。この場合に、バッテリ１４に蓄えられている電力を放電するときの放電電圧を昇降圧チョッパ４４にて昇圧して、所定の電圧とした後に、単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して、交流電力として電気負荷に供給している。つまり、昇圧チョッパとして作動する昇降圧チョッパ４４がバッテリ放電電圧昇圧機器として機能している。また、不足電力補償制御手段としてはシステムコントローラ７が機能している。
このような制御を行うことにより、本システムにおいて、エンジン２の駆動によりモータジェネレータ４０によって発電される電力が、単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷の需要電力と比べて不足する場合に、その不足分を補償することができる。例えば、前述したように負荷が投入または増加された場合に、エンジン回転数が供給電力の増加分に見合う分まで増加するまでの間、その不足分を補償することができる。
【００８７】
また、負荷が遮断された場合の発電制御では、単相ＣＶＣＦインバータ４３に備えられる電圧センサがインバータ入力電圧検出手段として、システムコントローラ７がインバータ入力電圧変化率演算手段およびインバータ入力電圧閾値設定手段として、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２がエンジン回転数変化率緩和手段として、それぞれ機能している。
そして、切換機器１９を電磁接触器として自動的に電源切換の場合の制御では、周波数シフト手段として、単相ＣＶＣＦインバータ４３が機能している。
【００８８】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、請求項１に示す如く、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、インバータの電気負荷へ供給される電流を検出する負荷電流検出手段と、負荷電流の変化率を演算する負荷電流変化率演算手段と、負荷電流の許容最大値に対する閾値を負荷電流の変化率に応じ、かつ、負荷電流の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定する負荷電流閾値設定手段と、負荷電流が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、負荷電流が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の増加または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段とを有するので、
エンジン回転数を必要最低限の回転数に漸近させて、インバータへの入力電流を許容最大値内に納めることができる。
【００８９】
請求項２に示す如く、請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ、バッテリの放電電圧を昇圧するバッテリ放電電圧昇圧機器、および該昇圧機器を介してバッテリから電気負荷へ不足電力を供給するように制御する不足電力補償制御手段を有するので、
エンジンによって発電される電力が電気負荷の需要電力と比べて不足するときに、その不足分を補償することができる。例えば、エンジン回転数が供給電力の増加分に見合う分まで増加するまでの間、その不足分を補償することができる。
【００９０】
請求項３に示す如く、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、インバータへの入力電圧を検出するインバータ入力電圧検出手段と、インバータ入力電圧の変化率を演算するインバータ入力電圧変化率演算手段と、インバータ入力電圧の許容最大値に対する閾値をインバータ入力電圧の変化率に応じ、かつ、インバータ入力電圧の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定するインバータ入力電圧閾値設定手段とを備え、インバータ入力電圧が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、インバータ入力電圧が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の減少または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段を有するので、
エンジン回転数を許容最大回転数に漸近させて、再度の負荷増加に備えつつ、インバータへの入力電圧を許容最大値内に納めることができる。
【００９１】
請求項４に示す如く、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のハイブリッドシステムにおいて、インバータの出力電圧の周波数を外部電源電圧周波数よりも少量割合シフトして出力する周波数シフト手段を有するので、
短時間で、インバータの出力電圧と外部電源電圧周波数の位相が合致するので、いずれか一方から他方への電源の切り換えがスムースにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイブリッドシステムＡを示す図。
【図２】ハイブリッドシステムＡにおける動作モードの一例を示す図。
【図３】発電機の出力特性を示す図。
【図４】負荷投入時にインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図。
【図５】（ａ）は負荷投入時に一定回転の場合においてインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図、（ｂ）は負荷投入時に回転数が減少する場合においてインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図。
【図６】電流上昇傾きが小さい場合の発電機出力電流およびエンジン回転数の時間変化を示す図。
【図７】電流上昇傾きが大きい場合の発電機出力電流およびエンジン回転数の時間変化を示す図。
【図８】負荷遮断時にインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図。
【図９】（ａ）は負荷遮断時に一定回転の場合においてインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図、（ｂ）は負荷遮断時に回転数が増加する場合においてインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図。
【図１０】電圧上昇傾きが小さい場合の発電機出力電圧およびエンジン回転数の時間変化を示す図。
【図１１】電圧上昇傾きが大きい場合の発電機出力電圧およびエンジン回転数の時間変化を示す図。
【図１２】一定回転の場合の発電機出力電圧および燃料噴射量の時間変化を示す図。
【図１３】商用電源の出力電圧周波数に対してインバータの出力電圧周波数を少量割合シフトさせた状態を示す図。
【図１４】電磁接触器への接触・非接触指示と、電磁接触器における接触・非接触状態を示す図。
【図１５】ハイブリッドシステムＢを示す図。
【図１６】ハイブリッドシステムＢにおける動作モードの一例を示す図。
【図１７】ハイブリッドシステムＣを示す図。
【図１８】ハイブリッドシステムＣにおける動作モードの一例を示す図。
【図１９】ハイブリッドシステムＣにおけるスタータ機能を示す図。
【図２０】ハイブリッドシステムＣにおけるモータジェネレータによる動力アシスト機能を示す図。
【図２１】ハイブリッドシステムＣにおける電力供給（発電あり）機能を示す図。
【図２２】ハイブリッドシステムＣにおける電力供給（発電なし）機能を示す図。
【符号の説明】
１ システム
２ エンジン
３ 動力伝達装置
４ プロペラ
７ システムコントローラ
１０ 発電機
１５ インバータ
２２ レギュレータアクチュエータ
３２ 電流センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッドシステムに関し、特に、エンジンを動力伝達装置の駆動に用いるとともに発電機器の駆動源としても用いて、これにより発電された電力を、インバータを介して供給するハイブリッドシステムに関する。なお、本発明における「ハイブリッド」とは、エンジンから少なくとも機械的駆動力と電力を取り出すという意味である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ハイブリッドシステムとして、例えば、電気自動車や船舶等の移動体に用いられているものがあり、エンジンを駆動源とするインバータ制御式発電機において、エンジン回転数を制御することにより、供給電力を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２０４５９６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２０４５９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のハイブリッドシステムにおいては、次のような不具合があった。
負荷が変動した場合に、操作者が操作部に配置されたレギュレータレバーを操作してエンジン回転数を制御することにより、変動する負荷に従って発電量を調整していたため、急激に変動する負荷に対して素早くエンジン回転数の制御を行うことが困難であった。
このため、負荷変動により、インバータへの入力電流または入力電圧が、その有効範囲から逸脱し、インバータが損傷するおそれがあった。また、インバータ入力保護のため、コンタクタによる接点遮断を行っていたが、機械式接点のため応答性が悪く、入力電圧の急激な変化に追従できないという不具合があった。また、インバータ自身による遮断に関しても、遮断が間に合わず、インバータ内部のコンデンサを損傷するおそれがあった。
そこで、本発明では、ハイブリッドシステムにおいて、変動する電気負荷に応じた回転数（発電）制御を実施し、負荷変動時に、インバータ入力電流または入力電圧が、その有効範囲から逸脱しないようにする。
これにより、動力伝達装置への動力供給を維持しつつ、電気負荷の増減に対するインバータへの入力電力を制御して電気負荷への電力供給およびインバータの保護を図ることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、インバータの電気負荷へ供給される電流を検出する負荷電流検出手段と、負荷電流の変化率を演算する負荷電流変化率演算手段と、負荷電流の許容最大値に対する閾値を負荷電流の変化率に応じ、かつ、負荷電流の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定する負荷電流閾値設定手段と、負荷電流が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、負荷電流が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の増加または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段とを有するものである。
【０００６】
請求項２においては、請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ、バッテリの放電電圧を昇圧するバッテリ放電電圧昇圧機器、および該昇圧機器を介してバッテリから電気負荷へ不足電力を供給するように制御する不足電力補償制御手段を有するものである。
【０００７】
請求項３においては、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、インバータへの入力電圧を検出するインバータ入力電圧検出手段と、インバータ入力電圧の変化率を演算するインバータ入力電圧変化率演算手段と、インバータ入力電圧の許容最大値に対する閾値をインバータ入力電圧の変化率に応じ、かつ、インバータ入力電圧の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定するインバータ入力電圧閾値設定手段とを備え、インバータ入力電圧が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、インバータ入力電圧が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の減少または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段を有するものである。
【０００８】
請求項４においては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のハイブリッドシステムにおいて、インバータの出力電圧の周波数を外部電源電圧周波数よりも少量割合シフトして出力する周波数シフト手段を有するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について添付の図面を用いて説明する。
図１は本発明の一つである「エンジン、発電機、モータ、インバータ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＡ」という。）を示す図、図２はハイブリッドシステムＡの動作モードの一例を示す図、図３は発電機の出力特性を示す図、図４は負荷投入時にインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図、図５（ａ）は負荷投入時に一定回転の場合においてインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図、図５（ｂ）は負荷投入時に回転数が減少する場合においてインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図、図６は電流上昇傾きが小さい場合の発電機出力電流およびエンジン回転数の時間変化を示す図、図７は電流上昇傾きが大きい場合の発電機出力電流およびエンジン回転数の時間変化を示す図、図８は負荷遮断時にインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図、図９（ａ）は負荷遮断時に一定回転の場合においてインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図、図９（ｂ）は負荷遮断時に回転数が増加する場合においてインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図、図１０は電圧上昇傾きが小さい場合の発電機出力電圧およびエンジン回転数の時間変化を示す図、図１１は電圧上昇傾きが大きい場合の発電機出力電圧およびエンジン回転数の時間変化を示す図、図１２は一定回転の場合の発電機出力電圧および燃料噴射量の時間変化を示す図、図１３は商用電源の出力電圧周波数に対してインバータの出力電圧周波数を少量割合シフトさせた状態を示す図、図１４は電磁接触器への接触・非接触指示と、電磁接触器における接触・非接触状態を示す図、図１５は本発明の一つである「エンジン、発電機、インバータ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＢ」という。）を示す図、図１６はハイブリッドシステムＢの動作モードの一例を示す図、図１７は本発明の一つである「エンジン、モータジェネレータ、インバータ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＣ」という。）を示す図、図１８はハイブリッドシステムＣの動作モードの一例を示す図、図１９はハイブリッドシステムＣのスタータ機能を示す図、図２０はハイブリッドシステムＣのモータジェネレータによる動力アシスト機能を示す図、図２１はハイブリッドシステムＣの電力供給（発電あり）機能を示す図、図２２はハイブリッドシステムＣの電力供給（発電なし）機能を示す図である。
【００１０】
本発明の一つであるハイブリッドシステムＡについて説明する。
ハイブリッドシステムＡは、図１に示すような構成である。ハイブリッドシステムＡでは、水中推進用に備えられるプロペラ４の駆動をエンジン２とモータ５との両方により可能としている。なお、後述するように、図１５に示すハイブリッドシステムＢ、あるいは、図１７に示すハイブリッドシステムＣのような構成とすることも可能である。また、以下では、ハイブリッドシステムを船舶について適用した実施例について説明しているが、その他の移動体（例えば、自動車等）に適用することも可能である。
【００１１】
図１において、システム１は、エンジン２および動力伝達装置３を有しており、該動力伝達装置３としてはセイルドライブが用いられ、その後下部にはプロペラ４が接続されている。これにより、システム１は船舶の推進システムとして利用することができる。
エンジン２からの駆動力は動力伝達装置３によりプロペラ４に伝達され、その結果プロペラ４が回転駆動される。動力伝達装置３内にはクラッチが備えられており、該クラッチによりエンジン２からの駆動力の断接と動力伝達の回転方向（プロペラ４の回転方向）の切り換えを行うようにしている。
なお、本実施例においては、システム１は動力伝達装置３がエンジン２の下方へ大きく延出し、該動力伝達装置３に直接プロペラ４が取り付けられたセイルドライブに構成されているが、動力伝達装置３の後端部に、プロペラ４のプロペラ軸が装着されるマリンギアに構成することもできる。
【００１２】
また、本システムにおいては、エンジン２と動力伝達装置（セイルドライブ）３との間に、発電機器である発電機１０を介装している。エンジン２により発電機１０を駆動して、該発電機１０により発電された電力は、後述するように電動機駆動用に用いられたり、船内電力として供給されたりするようにしている。
【００１３】
発電機１０は、例えば、高周波発電機に構成されており、該発電機１０の出力部には、リレー（電磁開閉器）１１、整流機器１２、インバータ１５が接続されている。
また、発電機１０は前記整流機器１２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流／直流コンバータ）１３と接続されている。
【００１４】
整流機器１２は、例えば、平滑用コンデンサで構成されており、発電機１０により発電された交流電力を整流・平滑化して、直流に変換する。整流機器１２からＤＣ／ＤＣコンバータ１３に送られた電力は、該ＤＣ／ＤＣコンバータ１３により所定の電圧に変圧されて、リレー１７を介してバッテリ１４を充電する。
【００１５】
一方、整流機器１２からインバータ１５に送られた電力は、該インバータ１５により交流に変換されて、切換機器１９を介して出力ソケット２０から交流電力として船内供給可能とされる。切換機器１９にて商用電源（外部電源）とインバータ１５により変換された交流電力とを切換可能としている。このように、インバータ１５を介して電気負荷（ＡＣ出力）が接続できるようにしている。なお、切換機器１９を切換スイッチで構成して手動により切り換えを行ってもよく、また、後述するように、電磁接触器で構成してインバータ出力と商用電源との切り換えを自動で行ってもよい。電磁接触器で構成する場合には、該電磁接触器にシステムコントローラ７からオン・オフ信号が入力されるように、システムコントローラ７と接続しておく。そして、インバータ１５には、リレー１５ａが内蔵されており、該リレー１５ａはシステムコントローラ７と接続されている。
【００１６】
動力伝達装置３の上端部には電動機器（モータ）５が設置されており、該モータ５の出力軸は動力伝達装置３の伝達軸と接続されている。モータ５はモータコントローラ６と接続されており、該モータコントローラ６によりモータ５を制御する構成としている。また、モータコントローラ６はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７からの指令がモータコントローラ６へ入力されるようにしている。
また、モータコントローラ６は、リレー１８を介して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１３とバッテリ１４に接続されており、バッテリ１４、またはＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して発電機１０から電力供給を受けて、フィールド電流（界磁電流）で発生させた磁界とアマチュア電流（電機子電流）によりモータ５を駆動する。そして、モータコントローラ６がこれらの電流または電圧を制御してモータ５の回転数およびトルクを制御する。
【００１７】
船体の前後進の切り換えやエンジン２の駆動力の調節は、船舶の操作部８に配設されるレバー９等の操作具を操作することによって行われる。レバー９には、例えば、シフトレバー、レギュレータレバー、モード切換レバー等があり、それぞれシステムコントローラ７と接続されている。そして、レバー９を操作することにより、システムコントローラ７にレバー位置に対応した信号が入力される。
【００１８】
例えば、操作部８のシフトレバーを操作すると、シフトレバー位置（前進・中立・後進）に対応する信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７によりシフトアクチュエータ２１を作動させるようにしている。シフトアクチュエータ２１は動力伝達装置３のクラッチに接続されており、該シフトアクチュエータ２１の作動により、動力伝達装置３の伝動軸の正転・中立・逆転を切り換えて、前進・中立・後進の切り換えを行うこととしている。このように、シフトレバーを操作することにより、船体の前後進の切り換えを行っている。
【００１９】
また、操作部８のレギュレータレバーを操作すると、レギュレータレバー位置に対応する信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７によりレギュレータアクチュエータ２２を作動させるようにしている。レギュレータアクチュエータ２２はエンジン２のレギュレータに接続されており、該レギュレータアクチュエータ２２の作動により、エンジン２における燃料噴射量を調節して、エンジン２の駆動力を調節可能としている。このように、レギュレータレバーを操作することにより、エンジン２の駆動力の調整を行っている。なお、レギュレータアクチュエータ２２は後述するように、エンジン回転数の変化率緩和手段として機能する。
【００２０】
また、操作部８にはモード切換レバーが配設されており、該モード切換レバーを操作することにより、本システムの動作モードを切換可能としている。この動作モードの例としては、図２に示すようなものがあり、モード切換レバーにより、「航走モード」の切り換えを行う。そして、「航走モード」の切り換えを行うと、システムコントローラ７へモード信号が入力されて、該システムコントローラ７により各「航走モード」に対応した本システムの制御が行われるようにしている。
具体的には、図２に示すように「航走モード」の切り換えにより、プロペラ４の駆動を、エンジン２のみにより駆動するモード、エンジン２により駆動しつつ、モータ５により駆動をアシストするモード、モータ５のみにより駆動するモード、の３種類のパターンにより行うことを可能としている。
【００２１】
エンジン２内にはエンジン２始動用のスタータモータ２ａと機関付発電機であるオルタネータ２ｂが備えられており、該スタータモータ２ａはリレー２５を介してスタータバッテリ２４と接続され、該スタータバッテリ２４はオルタネータ２ｂと接続されている。また、スタータモータ２ａ、オルタネータ２ｂ、スタータバッテリ２４はメインリレー２６を介して前記システムコントローラ７と接続されている。オルタネータ２ｂからの発電出力は、エンジン２のスタータモータ２ａを駆動するためのスタータバッテリ２４に充電され、該スタータバッテリ２４に蓄積された電力をエンジン２始動の際に用いるようにしている。
【００２２】
以上のように構成される本システムにおいて、メインコントローラとしてのシステムコントローラ７は次のように機能して、本システムの制御を行う。前述したように、システムコントローラ７は操作部８のレバー９（シフトレバー、レギュレータレバー、モード切換レバー）と接続されている。また、システムコントローラ７はシフトアクチュエータ２１およびレギュレータアクチュエータ２２と接続されている。
【００２３】
また、システムコントローラ７はエンジン２と接続されており、該エンジン２からシステムコントローラ７にエンジン回転数が入力される。エンジン２の回転数は、エンジン２に付設される回転数センサ３５により検出される。
また、システムコントローラ７はモータ５と接続されており、該モータ５からシステムコントローラ７にモータ回転数およびモータ５の温度が入力される。モータ５の回転数は、モータ５に付設される回転数センサ３６により検出され、モータ５の温度は、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検出される。
【００２４】
また、システムコントローラ７はモータコントローラ６と接続されており、該システムコントローラ７はモータコントローラ６に対して回転方向信号、出力信号、モード信号等を出力する。一方、モータコントローラ６は、モータ５に異常が発生した場合には、アラーム信号をシステムコントローラ７へ送る。
また、システムコントローラ７は発電機１０と接続されており、該発電機１０からシステムコントローラ７に発電機１０の温度が入力される。発電機１０の温度は、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検出される。
【００２５】
また、システムコントローラ７はリレー１１・１５ａ・１７・１８と接続されており、該システムコントローラ７は、図２に示すように、リレー１１・１５ａ・１７・１８のオン・オフ（開閉）を制御する。このオン・オフ制御は、船舶の航走状態、バッテリ１４の充放電状態、インバータ１５に接続される電気負荷（インバータ負荷）等の状態に基づいて行われている。
また、システムコントローラ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１３に接続されており、該システムコントローラ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１３に対して充電電流指示を送る。
【００２６】
また、システムコントローラ７はバッテリ１４と接続されており、該バッテリ１４からシステムコントローラ７にバッテリ１４の充放電状態を表す電圧値・電流値が入力される。バッテリ１４の電圧値および電流値はそれぞれ、電圧センサ３３、電流センサ３４により検出される。
【００２７】
また、システムコントローラ７はインバータ１５に接続されており、該システムコントローラ７はインバータ１５（リレー１５ａ）に対してオン・オフ信号を出力する。一方、インバータ１５はシステムコントローラ７に対してインバータ１５に接続される電気負荷の状態を表すインバータ入力電圧値、インバータ入力電流値、アラーム信号を出力する。インバータ入力電圧値およびインバータ入力電流値は、それぞれ、インバータ入力電圧検出手段である電圧センサ３１、インバータ入力電流検出手段（負荷電流検出手段）である電流センサ３２により検出される。
【００２８】
また、システムコントローラ７は表示モニタ２３と接続されており、該表示モニタ２３はシステムコントローラ７に入力される種々の検出値等を表示して、操船者が本システムの状態を把握できるようにしている。
更に、システムコントローラ７は、後述するように、本システムにおいて、負荷電流変化率演算手段、負荷電流閾値設定手段、不足電力補償制御手段、インバータ入力電圧変化率演算手段、インバータ入力電圧閾値設定手段としても機能している。
【００２９】
本システムでは、例えば、図２に示すようなＨ１からＨ１６までの動作モードがある。以下、各モードについて説明する。
【００３０】
Ｈ１およびＨ２は、モータ５のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源はバッテリ１４である。これらのモードによりエンジン停止状態でも航行可能となる。
【００３１】
Ｈ３およびＨ８は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源はバッテリ１４である。これらのモードにより、発電機１０が損傷等でその電力が使用できない場合であっても、モータ５によるエンジンアシストが可能となる。なお、本実施例で「エンジンアシスト」とは、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の一部をモータ５により賄うことを意味する。
【００３２】
Ｈ４およびＨ９は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源は発電機１０の電力である。これらのモードにより、バッテリ１４が損傷等でその電力が使用できない場合であっても、モータ５によるエンジンアシストが可能となる。
【００３３】
Ｈ５およびＨ１０は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動し、モータ５を駆動するに当たって発電機１０の電力が不足するときはバッテリ１４の放電により不足電力を補い、発電機１０の電力に余裕があるときはバッテリ１４を充電するモードである。これらのモードにより、モータ５の所要駆動力を確保してバッテリ１４の充電が可能となる。
【００３４】
Ｈ６およびＨ１１は、エンジン２および発電機１０の電力により駆動されるモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給するモードである。これらのモードにより、インバータ１５の電気負荷への電力供給とモータ５によるエンジンアシストの両立が可能となる。
【００３５】
Ｈ７およびＨ１２は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給し、モータ５を駆動するに当たって発電機１０の電力が不足するときはバッテリ１４の放電により不足電力を補い、モータ５の駆動およびインバータ１５を介しての電力供給に当たって発電機１０の電力に余裕があるときはバッテリ１４を充電するモードである。これらのモードにより、インバータ１５を介しての電力供給を安定化できるとともに、モータ５の所要駆動力を確保してエンジンアシストが可能となる。
【００３６】
Ｈ１３はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するのみであり発電機１０はエンジン２と同期回転するが実質停止しているモードである。このモードにより、インバータ１５を介しての電力供給およびモータ５の駆動が不要またはこれらの機器の損傷等により不能の場合にあってもエンジン航行が可能となる。
【００３７】
Ｈ１４はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電するモードである。このモードにより、航行しながらバッテリ１４の充電が可能となる。
【００３８】
Ｈ１５はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電およびインバータ１５を介して電力供給を行うモードである。このモードにより、航行、インバータ１５を介しての電力供給およびバッテリ１４の充電を並立できる。
【００３９】
Ｈ１６はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給するモードである。このモードにより、航行およびインバータ１５を介しての電力供給を並立できる。
【００４０】
なお、Ｈ１とＨ２との違いは、本システムを搭載した船舶が定常（＝定速）航行状態か加速航行状態かの違いである。Ｈ３とＨ８との違い、Ｈ４とＨ９との違い、Ｈ５とＨ１０との違い、Ｈ６とＨ１１との違い、およびＨ７とＨ１２との違いについても同様である。
また、モータ５によるエンジンアシストによりエンジン２を燃費の良い回転域で使用することができ、かつ、モータ５の駆動源もバッテリ１４またはエンジン２により駆動される発電機１０の電力であるので本システムの燃費性を向上できる。
一方、エンジン２により駆動される発電機１０の電力をインバータ１５を介して電気負荷へ供給できるので別個の発電機が不要とでき、本システムを搭載した船舶の空間利用性を向上できる。
【００４１】
次に、負荷が投入された場合（負荷が加わった場合）の本システムにおける発電制御について、図１、図３乃至図７を用いて説明する。
まず、図３を用いて、発電機１０の出力特性について説明する。図３では、太い実線は各エンジン回転数（１０００、１５００、２０００、２４００、３０００、４０００ｒｐｍ）における発電機１０の出力電圧特性を示している。また、細い実線は各エンジン回転数における発電機出力の特性を示している。そして、図３の左下に位置する、上側と右側を破線で囲まれた領域がインバータ入力有効範囲として設定されている。
図３に示すように、発電機１０の出力電力が一定の場合には、エンジン２の回転数が減少するにしたがい出力電流が増加する。また、エンジン２（発電機１０）が一定回転数の場合には、発電機１０の出力電力が増加するにしたがい出力電流が増加する（図３細線）。
逆に、発電機１０の出力電力が一定の場合には、エンジン２の回転数が増加するにしたがい出力電流が減少する（図３細線）。そして、増加後のエンジン回転数および減少後の出力電流における出力電圧は増加する（図３太線）。また、エンジン２（発電機１０）が一定回転数の場合には、発電機１０の出力電力が減少するにしたがい出力電流が減少する（図３細線）。そして、同一エンジン回転数では、出力電流が減少すると出力電圧が増加する（図３太線）。
【００４２】
前述したように、発電機１０にて発生された発電機出力は整流機器１２により整流・平滑された後、インバータ１５へ入力される（図１）。このとき、電気負荷が接続されるインバータ１５に入力される電流がインバータ１５の電気負荷へ供給される負荷電流であり、この負荷電流値を負荷電流検出手段である電流センサ３２により検出する。電流センサ３２により検出された電流値はシステムコントローラ７に入力される。このインバータ１５への入力電流に対しては、インバータ１５を保護するため、有効範囲が予め所定の範囲に設定されている。
【００４３】
セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷が増加するとエンジン回転数が減少する。このとき、インバータ１５の供給電力を一定に保つには、発電機１０の出力電力を一定に保つ必要があり、その結果、先述の如く出力電流が増加する。
また、インバータ１５の電気負荷が増加すると、インバータ１５の供給電力が増加し、発電機１０の出力電力が増加する。このとき、エンジン回転数が一定ならば、先述の如く出力電流が増加する。
そして、上述のような出力電流の増加が生じるとインバータ１５への入力電流が増加し、その有効範囲から逸脱してしまうという問題がある。
そこで、負荷が投入または増加された場合の本システムの制御を次のように行うこととしている。
【００４４】
図４においては、縦軸の矢印で示す方向（下向き）をインバータ１５の入力電流の増加方向としている。また、上下２本の細い破線に挟まれた領域をインバータ１５への入力電流（インバータ入力電流）の有効範囲としており、下側の破線をインバータ入力電流上限としている。
【００４５】
図４に示すように、エンジン２が一定回転のとき、インバータ１５の電気負荷が投入または増加されることによって、軽負荷状態Ａ０から重負荷状態Ａ１へ変化する。このとき、エンジン回転数一定のままで、インバータ１５の電気負荷に見合う発電機出力を行うと、図３より、発電機１０の出力電流は増加し、インバータ１５への入力電流が増加する。これにより、インバータ入力電流の有効範囲を超えるおそれがある。
また、同じく図４に示すように、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の投入または増加によって、エンジン２の回転数が減少し、軽負荷状態Ａ０から重負荷状態Ａ２へ移る。このとき、インバータ出力を一定のまま維持すれば、発電機出力を維持することになるので、図３より、発電機１０の出力電流は増加し、その結果、インバータ入力電流が増加する。これにより、インバータ入力電流の有効範囲を超えるおそれがある。
つまり、インバータ１５の電気負荷またはセイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の増加により、インバータ１５への入力電流が増加し、インバータ入力電流の有効範囲の上限を超えてしまう場合があり、この場合には、インバータ１５が損傷するという問題がある。
【００４６】
このことを、図５（ａ）・（ｂ）にも示している。図５（ａ）・（ｂ）には、インバータ１５への電力供給可能領域が表されている。この電力供給可能領域は、インバータ入力電圧限界を表す曲線、インバータ最大出力を表す曲線、インバータ入力電流の有効範囲を表す曲線、機関最低速を表す曲線、によって囲まれた領域として設定されている。
図５（ａ）に示すように、エンジン２が一定回転数のときに、インバータ１５の電気負荷を投入または増加することにより、軽負荷状態Ｂ０から重負荷状態Ｂ１へ変化し、電力供給可能領域から逸脱する（図４におけるＡ０→Ａ１の場合）。
また、図５（ｂ）に示すように、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の投入または増加によってエンジン回転数が減少し、軽負荷状態Ｃ０から重負荷状態Ｃ２に変化し、電力供給可能領域から逸脱する（図４におけるＡ０→Ａ２の場合）。
なお、上記のような負荷の両方が投入または増加すれば、軽負荷状態Ｃ０から重負荷状態Ｃ１に変化する。
【００４７】
上述のように負荷が増加することで、発電機１０の出力特性によりインバータ１５への入力電流有効範囲から外れるおそれがある。このため、投入または増加される負荷に応じた発電制御を行って、インバータ１５への入力電流が、その有効範囲から逸脱することを防止するようにしている。
【００４８】
具体的な制御について、図１、図６、図７を用いて説明する。
図６、図７に示すように、負荷によるインバータ入力電流の上昇傾きｄＩ／ｄｔを読み取り、傾きｄＩ／ｄｔと加負荷の状態に基づいてインバータ入力電流上限ＩＭＡＸまでの電流余裕値ΔＩを算出し、ＩＭＡＸからΔＩを除した値を閾値ＩＧＥＮとする。この電流余裕値ΔＩは、傾きｄＩ／ｄｔが急なほど大きくとる。つまり、閾値ＩＧＥＮを小さくする。そして、インバータ入力電流が閾値ＩＧＥＮを超えた後に、インバータ入力電流がインバータ入力電流上限ＩＭＡＸに近づくにしたがい、エンジン回転数の増加または引戻しを緩和する制御を行うのである。このエンジン回転数の制御は、エンジン２における燃料噴射量を調節することによって行われ、エンジン回転数を増加、または低下したエンジン回転数を引戻すには、燃料噴射量を多くし、エンジン回転数の増加または引戻しを緩和するには、増加させた燃料噴射量を減少させればよい。このような燃料噴射量の調節は、システムコントローラ７でレギュレータアクチュエータ２２を作動させてエンジン２のレギュレータを制御することにより行う（図１）。このとき、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２は、エンジン回転数の変化率緩和手段として機能している。なお、ここで、「エンジン回転数の引戻し」とは、エンジン回転数を加負荷前の回転数側へ変化させることである。
【００４９】
インバータ１５の電流センサ３２により、インバータ１５への入力電流値が検出され、検出された電流値はシステムコントローラ７に入力される（図１）。システムコントローラ７は入力された電流値の時間変化率を演算することにより、負荷電流の時間変化率として、傾きｄＩ／ｄｔが算出される。ここで、システムコントローラ７は負荷電流変化率演算手段として機能している。
【００５０】
閾値ＩＧＥＮは、次式（１）により算出される。
ＩＧＥＮ＝ＩＭＡＸ−ΔＩ ・・・（１）
ここで、ＩＭＡＸはインバータ入力電流上限であり、言い換えれば、負荷電流の許容最大値である。ＩＧＥＮは、電流余裕値ΔＩによって変化する値である。
この電流余裕値ΔＩを、電流上昇傾きｄＩ／ｄｔに応じて設定する。すなわち、傾きｄＩ／ｄｔが大きいほど、電流余裕値ΔＩが大きくなるように設定する。図６、図７に示すように、インバータ入力電流の上昇傾きｄＩ／ｄｔが小さい場合（図６）に比べて、大きい場合（図７）には、電流余裕値ΔＩを大きく設定し、閾値ＩＧＥＮを小さくすることで、上昇傾きｄＩ／ｄｔが大きい場合にも前記許容最大値ＩＭＡＸを超えないようにしている。言い換えれば、傾きｄＩ／ｄｔが小さい場合に比べて、大きい場合には、閾値ＩＧＥＮを超えた後に行われるエンジン回転数の制御をいち早く開始させようとするためである。
インバータ入力電流上限ＩＭＡＸは、インバータ１５によって所定の値に設定されているため、電流余裕値ΔＩを傾きｄＩ／ｄｔ（負荷電流の変化率）に応じて設定するということは、閾値ＩＧＥＮを負荷電流の変化率に応じて設定するということである。この負荷電流の閾値を設定する手段としては、システムコントローラ７が機能している。
そして、インバータ１５への入力電流値が上昇して、閾値ＩＧＥＮを超えた後に、エンジン２の回転数制御を次のように行うことにより、インバータ入力電流上限ＩＭＡＸを超えないようにして、インバータ入力電流が、その有効範囲から逸脱しないようにしている。
図６、図７に示すように、インバータ入力電流値が閾値ＩＧＥＮを超えた後、エンジン２の燃料噴射量を増加する。
これにより、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷が増加して、エンジン回転数が減少しているときは、エンジン２の回転数減少に歯止めが掛かり、エンジン回転数が引戻される。これは、図３においては、横軸（＝電流）に平行に発電機出力電力の特性曲線を、エンジン回転数大から小へ移動する状況に歯止めが掛かることであり、また、図４においては、Ａ０からＡ２へ移動する状況に歯止めが掛かることである。
【００５１】
一方、インバータ１５の電気負荷が増加して、エンジン回転数が一定のため発電機出力が増加するときは、エンジン２の回転数が増加する。これは、図３においては、あるエンジン回転数での電流−発電機出力電力の特性曲線上を発電機出力電力が増加（この場合は、電流増加）する方向に移動する状況から、より高エンジン回転の電流−発電機出力電力の特性曲線へ移動することであり、また、図４においては、Ａ０からＡ１へ移動する状況に歯止めが掛かり、Ａ０から見て右下側（図４の太い矢印の方向）へ移動する状況に変化することである。
上記の結果、出力電流の増加に歯止めが掛かりインバータ１５への入力電流の増加が抑制される。なお、図６、図７では、インバータ入力電流上限ＩＭＡＸまでの余裕値ΔＩの大・中・小に対する燃料噴射量の曲線を示している。ここで、閾値ＩＧＥＮはエンジン制御開始電流となっている。
このとき、このインバータ入力電流値がインバータ入力電流上限（許容最大値）ＩＭＡＸを超えないようにし、エンジン回転数の引戻しまたは増加を可及的に抑制して、エンジン回転数を必要最小限の回転数に漸近させるために、許容最大値ＩＭＡＸに達するまでの間、この許容最大値ＩＭＡＸに近づくほどエンジン回転数の変化率が徐々に緩やかになるようにしている。
【００５２】
図６、図７に示すように、閾値ＩＧＥＮを超えた後、燃料噴射量の曲線の傾き（増加）を徐々に小さくして、エンジン回転数の変化率を徐々に緩やかにすると、インバータ入力電流の傾きｄＩ／ｄｔは、許容最大値ＩＭＡＸに近づくにつれて、徐々に小さくなっていく。そして、許容最大値ＩＭＡＸに達する前に傾きｄＩ／ｄｔが０となるようにしているため、インバータ入力電流が許容最大値ＩＭＡＸを超えることがなくなる。これによりインバータ入力電流が、その有効範囲から逸脱することがなくなる。
【００５３】
このように、インバータ１５への入力電流を検出し、その上昇傾きｄＩ／ｄｔに応じて、閾値ＩＧＥＮを設定し、インバータ入力電流が閾値ＩＧＥＮを超えてから許容最大値ＩＭＡＸに達するまでの間は、インバータ入力電流が許容最大値ＩＭＡＸに近づくほど、エンジン２の燃料噴射量を調整してエンジン回転数の変化率が緩やかになるように制御する。
これにより、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷が増加した際には、インバータ１５の電気負荷への供給電力を一定に保ちつつ、インバータ１５への入力電流が増加して許容最大値ＩＭＡＸを超えることを防止できる。この結果、インバータ１５の損傷防止を図ることができる。更に、エンジン回転数の引戻しを可及的に抑制して必要最低限の回転数に漸近させることができる。
また、インバータ１５の電気負荷が増加した際には、エンジン回転数一定のままで発電機出力電力が増加し、インバータ１５への入力電流が増加して許容最大値ＩＭＡＸを超えることを防止できる。この結果、インバータ１５の損傷防止を図ることができる。更に、エンジン回転数の増加を可及的に抑制して必要最低限の回転数に漸近させることができる。
また、これらの際、操船者が操作しなくてもインバータ入力電流がその有効範囲に納まるよう、発電回転を自動調整できる。
【００５４】
次に、負荷が遮断された場合（負荷が減少した場合）の本システムにおける発電制御について、図１、図８乃至図１２を用いて説明する。
前述したように、発電機１０にて発生された発電機出力は整流機器１２により整流・平滑された後、インバータ１５へ入力される（図１）。このとき、電気負荷が接続されるインバータ１５への入力電圧がインバータ入力電圧であり、この入力電圧値をインバータ入力電圧検出手段である電圧センサ３１により検出する。電圧センサ３１により検出された電圧値はシステムコントローラ７に入力される。このインバータ１５への入力電圧に対しては、インバータ１５を保護するため、有効範囲が予め所定の範囲に設定されている。
【００５５】
セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷が減少するとエンジン回転数が増加する。このとき、インバータ１５の供給電力を一定に保つには、発電機１０の出力電力を一定に保つ必要があり、その結果、先述の如く出力電圧が増加する。
また、インバータ１５の電気負荷が減少すると、インバータ１５の供給電力が減少し、発電機１０の出力電力が減少する。このとき、エンジン回転数が一定ならば、先述の如く出力電圧が増加する。
そして、上述のような出力電圧の増加が生じるとインバータ１５への入力電圧が増加し、その有効範囲から逸脱してしまうという問題がある。
そこで、負荷が遮断または減少された場合の本システムの制御を次のように行うこととしている。
【００５６】
図８においては、縦軸の矢印で示す方向（上向き）を整流機器１２で整流・平滑された発電機１０の出力電圧、つまり、インバータ入力電圧の増加方向としている。また、上下２本の細い破線に挟まれた領域をインバータ１５への入力電圧（インバータ入力電圧）の有効範囲としており、上側の破線をインバータ入力電圧上限としている。
【００５７】
図８に示すように、エンジン２が一定回転のとき、インバータ１５の電気負荷が遮断または減少されることによって、重負荷状態Ｄ１から軽負荷状態Ｄ３へ変化する。このとき、エンジン回転数一定のままで、軽くなったインバータ１５の電気負荷に見合う発電機出力を行うと、図３より、発電機１０の出力電圧が増加し、インバータ１５への入力電圧が増加する。これにより、インバータ入力電圧の有効範囲を超えるおそれがある。
また、同じく図８に示すように、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の遮断または減少によって、エンジン２の回転数が上がり、重負荷状態Ｄ２から軽負荷状態Ｄ３へ移る。このときインバータ出力を一定のまま維持すれば、発電機出力電力を維持することになるので、図３より、発電機１０の出力電圧が増加し、インバータ入力電圧が増加する。これにより、インバータ入力電圧の有効範囲を超えるおそれがある。
つまり、インバータ１５の電気負荷、またはセイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の減少により、インバータ１５への入力電圧が過電圧となり、インバータ入力電圧の有効範囲の上限を超えてしまう場合があり、この場合には、インバータ１５が損傷するという問題がある。
【００５８】
このことを、図９（ａ）・（ｂ）にも示している。
図９（ａ）・（ｂ）には、図５（ａ）・（ｂ）と同様に、インバータ１５への電力供給可能領域が表されている。
図９（ａ）に示すように、エンジン２が一定回転数のときに、インバータ１５の電気負荷を遮断または減少することにより、重負荷状態Ｅ１から軽負荷状態Ｅ３へ変化し、電力供給可能領域から逸脱する（図８におけるＤ１→Ｄ３の場合）。
また、図９（ｂ）に示すように、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の遮断または減少によってエンジン回転数が増加し、重負荷状態Ｆ１から軽負荷状態Ｆ４に変化し、電力供給可能領域から逸脱する（図８におけるＤ２→Ｄ３の場合）。
なお、上記のような負荷の両方が遮断または減少すれば、重負荷状態Ｆ１から軽負荷状態Ｆ３に変化する。
【００５９】
このように負荷が減ることで、発電機１０の出力特性によりインバータ１５への入力電圧有効範囲（インバータ入力電圧上限）から外れるおそれがある。このため、遮断または減少される負荷に応じた発電制御を行って、インバータ１５への入力電圧が、その有効範囲から逸脱することを防止するようにしている。
【００６０】
具体的な制御について、図１、図１０乃至図１２を用いて説明する。
図１０、図１１、図１２に示すように、負荷によるインバータ入力電圧の上昇傾きｄＶ／ｄｔを読み取り、傾きｄＶ／ｄｔと加負荷の状態に基づいてインバータ入力電圧上限ＶＭＡＸまでの電圧余裕値ΔＶを算出し、ＶＭＡＸからΔＶを除した値を閾値ＶＧＥＮとする。この電圧余裕値ΔＶは、傾きｄＶ／ｄｔが急なほど大きくとる。つまり、閾値ＶＧＥＮを小さくする。そして、インバータ入力電圧が閾値ＶＧＥＮを超えた後に、インバータ入力電圧がインバータ入力電圧上限ＶＭＡＸに近づくにしたがい、エンジン回転数の減少または引戻しを緩和する制御を行うのである。なお、ここで、「エンジン回転数の引戻し」とは、エンジン回転数を減負荷前の回転数側へ変化させることである。
【００６１】
インバータ１５の電圧センサ３１により、インバータ１５への入力電圧値が検出され、検出された電圧値はシステムコントローラ７に入力される（図１）。システムコントローラ７は入力された電圧値の時間変化率を演算することにより、インバータ入力電圧の時間変化率として、傾きｄＶ／ｄｔが算出される。ここで、システムコントローラ７はインバータ入力電圧変化率演算手段として機能している。
【００６２】
閾値ＶＧＥＮは、次式（２）により算出される。
ＶＧＥＮ＝ＶＭＡＸ−ΔＶ ・・・（２）
ここで、ＶＭＡＸはインバータ入力電圧上限であり、言い換えれば、インバータ入力電圧の許容最大値である。ＶＧＥＮは、電圧余裕値ΔＶによって変化する値である。
この電圧余裕値ΔＶを、電圧上昇傾きｄＶ／ｄｔに応じて設定する。すなわち、傾きｄＶ／ｄｔが大きいほど、電圧余裕値ΔＶが大きくなるように設定する。図１０、図１１に示すように、インバータ入力電圧の上昇傾きｄＶ／ｄｔが小さい場合（図１０）に比べて、大きい場合（図１１）には、電圧余裕値ΔＶを大きく設定し、閾値ＶＧＥＮしている。言い換えれば、傾きｄＶ／ｄｔが小さい場合に比べて、大きい場合には、閾値ＶＧＥＮを超えた後に行われるエンジン回転数の制御をいち早く開始させようとするためである。
インバータ入力電圧上限ＶＭＡＸは、インバータ１５によって所定の値に設定されているため、電圧余裕値ΔＶを傾きｄＶ／ｄｔに応じて設定するということは、閾値ＶＧＥＮをインバータ入力電圧の変化率に応じて設定するということである。このインバータ入力電圧の閾値を設定する手段としては、システムコントローラ７が機能している。
【００６３】
そして、インバータ１５への入力電圧値が上昇し、閾値ＶＧＥＮを超えた後に、エンジン２の回転数制御を次のように行うことにより、インバータ入力電圧上限ＶＭＡＸを超えないようにして、インバータ入力電圧が、その有効範囲から逸脱しないようにしている。
図１０、図１１、図１２に示すように、インバータ入力電圧値が閾値ＶＧＥＮを超えた後、エンジン２の燃料噴射量を減少する。
これにより、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷が減少して、エンジン回転数が増加しているときは、エンジン２の回転数増加に歯止めが掛かり、エンジン回転数が引戻される。これは、図３においては、横軸（＝電流）に平行に発電機出力電力の特性曲線を、エンジン回転数小から大へ移動する状況に歯止めが掛かることであり、また、図８においては、Ｄ２からＤ３へ移動する状況に歯止めが掛かることである。
一方、インバータ１５の電気負荷が減少して、エンジン回転数が一定で発電機出力が減少するときは、エンジン２の回転数が減少する。これは、図３においては、あるエンジン回転数での電流−発電機出力電力の特性曲線上を発電機出力電力が減少する方向に移動、つまり、電流−電圧の特性曲線上では電流が減少（この場合は、電圧は増加）する方向に移動する状況から、より低エンジン回転での電流−発電機出力電力の特性曲線へ移動し、これに伴い電圧−電流の特性曲線も、より低エンジン回転数のものに移動することであり、また、図８においては、Ｄ１からＤ３へ移動する状況に歯止めが掛かり、Ｄ１から見て左上側（図８の太い矢印の方向）へ移動する状況に変化することである。
上記の結果、出力電圧の増加に歯止めが掛かりインバータ１５への入力電圧の増加が抑制される。なお、図１０、図１１では、負荷の大・中・小に対する燃料噴射量の曲線を示し、図１２では、一定回転数の場合にその回転数の大・中・小に対する燃料噴射量の曲線を示している。また、閾値ＶＧＥＮは発電機出力の減少開始電圧となっている。
このとき、このインバータ入力電圧値がインバータ入力電圧上限（許容最大値）ＶＭＡＸを超えないようにし、エンジン回転数の引戻しまたは減少を可及的に抑制して、エンジン回転数を許容最大回転数に漸近させるために、許容最大値ＶＭＡＸに達するまでの間、この許容最大値ＶＭＡＸに近づくほどエンジン回転数の変化率が徐々に緩やかになるようにしている。
【００６４】
図１０、図１１、図１２に示すように、閾値ＶＧＥＮを超えた後、燃料噴射量の曲線（減少）の傾きを徐々に小さくして、エンジン回転数の変化率を徐々に緩やかにすると、インバータ入力電圧の傾きｄＶ／ｄｔは、許容最大値ＶＭＡＸに近づくにつれて、徐々に小さくなっていく。そして、許容最大値ＶＭＡＸに達する前に傾きｄＶ／ｄｔが０となるようにしているため、インバータ入力電圧が許容最大値ＶＭＡＸを超えることがなくなる。これによりインバータ入力電圧が、その有効範囲から逸脱することがなくなる。
【００６５】
このように、インバータ１５への入力電圧を検出し、その上昇傾きｄＶ／ｄｔに応じて、閾値ＶＧＥＮを設定し、インバータ入力電圧が閾値ＶＧＥＮを超えてから許容最大値ＶＭＡＸに達するまでの間は、インバータ入力電圧が許容最大値ＶＭＡＸに近づくほど、エンジン２の燃料噴射量を調整してエンジン回転数の変化率が緩やかになるように制御する。
これにより、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷が減少した際には、インバータ１５の電気負荷への供給電力を一定に保ちつつ、インバータ１５への入力電圧が増加して許容最大値ＶＭＡＸを超えることを防止できる。この結果、インバータ１５の損傷防止を図ることができる。更に、エンジン回転数の引戻しを可及的に抑制して許容最大回転数に漸近させることができ、再度のセイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の増加に備えることができる。
また、インバータ１５の電気負荷が減少した際には、エンジン回転数一定のままで発電機出力電力が減少し、インバータ１５への入力電圧が増加して許容最大値ＶＭＡＸを超えることを防止できる。この結果、インバータ１５の損傷防止を図ることができる。更に、エンジン回転数の減少を可及的に抑制して許容最大回転数に漸近させることができ、再度のインバータ１５の電気負荷の増加に備えることができる。
また、これらの際、操船者が操作しなくてもインバータ入力電圧がその有効範囲に納まるよう、発電回転を自動調整できる。
【００６６】
次に、インバータ１５からの出力電力と商用電源とを自動的に切り換える制御について、図１３、図１４を用いて説明する。
図１における切換機器１９を電磁接触器で構成して、インバータ１５と出力ソケット２０と商用電源に接続する。また、電磁接触器をシステムコントローラ７と接続して、該システムコントローラ７からオン・オフ信号が入力されるようにする。商用電源もシステムコントローラ７と接続して、商用電源の出力電圧がシステムコントローラ７に検知されるようにする。
こうして、商用電源の出力電圧と、前述したようにインバータ１５の出力電圧とが、システムコントローラ７よって検知され、該システムコントローラ７は両電圧の周波数を比較する。このとき、商用電源の出力電圧の周波数は、例えば６０Ｈｚ等の一定の値であるため、インバータ１５の出力電圧の周波数を制御することにより、電源切換の制御を行うこととしている。
【００６７】
インバータ１５の出力電圧は、該インバータ１５により所定の周波数に変換された後に交流電圧として出力される。このときの周波数を商用電源の出力電圧周波数に対して、少量割合（例えば、±数％）だけずらせた（シフトさせた）値とすると、図１３に示すように、商用電源の出力電圧周波数とインバータ出力電圧の周波数とが一致するタイミングがわずかの周期の間に現れ、この位相の合ったタイミングで瞬時に、電磁接触器により自動的に電源切換を行うようにする。図１３おいては、両者の位相が点Ｇにおいて合っており、このタイミングで電源切換を行う。このとき、インバータ１５は周波数シフト手段として機能している。
【００６８】
電源の切り換えは、電磁接触器をシステムコントローラ７にて制御することにより行う。電磁接触器は、インバータ１５と商用電源とに接続されているが、システムコントローラ７から電磁接触器に対し接触・非接触の指示を入力することにより、図１４に示すように、電磁接触器における接触・非接触の切り換えを、状態（イ）→状態（ロ）→状態（ハ）→状態（ニ）のように行う。
まず、状態（イ）は、インバータ側（発電機側）接触状態で、商用電源側非接触状態であり、接触指示はインバータ側となっている。このインバータ側接触指示により、次の状態（ロ）が、インバータ側接触状態で、商用電源側非接触状態となる。このとき、接触指示は中立となっている。そして、この中立指示により、次の状態（ハ）は、インバータ側非接触状態で、商用電源側非接触状態となる。このとき、接触指示は商用電源側となっている。この、商用電源側接触指示により、次の状態（ニ）が、インバータ側非接触状態で、商用電源側接触状態となる。
そして、状態（ロ）において、両者の周波数が同位相となるタイミングを検知して、次の状態（ハ）において、瞬時に切り換えを行うよう制御する。
【００６９】
このように、インバータ１５の出力電圧周波数を制御して、商用電源周波数と若干割合だけずらせることにより、わずかの周期の間に両電圧の位相が合うタイミングを作り、この位相が合った瞬間に電磁接触器を制御して、インバータ出力と商用電源を短時間で自動的に切り換えることができ、いずれか一方から他方への電源の切り換えがスムースにできる。また、船舶が寄港したときに、家電製品のコンセントを繋ぎかえることなく、商用電源から供給可能となる。
【００７０】
以上に述べたハイブリッドシステムＡに替えて、図１５に示すようなハイブリッドシステムＢでも前述の発電制御を行うことが可能である。
ハイブリッドシステムＢは、ハイブリッドシステムＡを簡略化した構成をしており、ハイブリッドシステムＡからモータ５、モータコントローラ６、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、バッテリ１４等を除いた構成となっている。そして、ハイブリッドシステムＢでは、ハイブリッドシステムＡのようにモータ５を備えていないため、モータ５のみによる駆動するモードおよびモータ５によるエンジンアシストをするモードはなく、エンジン２のみにより駆動するモードのみとなっている。図１６のＰ１は図２のＨ１３と同様のモードであり、Ｐ２はＨ１６と同様のモードである。ハイブリッドシステムＢでは、ハイブリッドシステムＡと比べてきめ細かなモードは実現できない代わりに機器点数を低減できるので本質的に生産性（特に組立性）および信頼性が向上できる。
【００７１】
ハイブリッドシステムＢにも、システム１に発電機１０が備えられており、前述したハイブリッドシステムＡと略同様の発電制御を行っている（図３乃至図１２参照）。以下、略述する。
図１５に示すように、発電機１０がエンジン２と動力伝達装置３との間に介装されており、該発電機１０はエンジン２により作動される。発電機１０により発電された電力は、整流機器１２により、整流・平滑された後、インバータ１５に入力され、該インバータ１５により交流に変換されて、切換機器１９を介して出力ソケット２０から船内供給できるようにしている。つまり、発電機１０の発電機出力は全てインバータ１５を介して電気負荷に供給される。
【００７２】
負荷が投入された場合の発電制御では、電流センサ３２が負荷電流検出手段として、システムコントローラ７が負荷電流変化率演算手段および負荷電流閾値設定手段として、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２がエンジン回転数変化率緩和手段として、それぞれ機能している。
【００７３】
また、負荷が遮断された場合の発電制御では、電圧センサ３１がインバータ入力電圧検出手段として、システムコントローラ７がインバータ入力電圧変化率演算手段およびインバータ入力電圧閾値設定手段として、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２がエンジン回転数変化率緩和手段として、それぞれ機能している。
そして、切換機器１９を電磁接触器として自動的に電源切換の場合の制御では、周波数シフト手段として、インバータ１５が機能している。
【００７４】
また、図１７に示すようなハイブリッドシステムＣにおいて、前述した発電制御を行うことも可能である。
ハイブリッドシステムＣの構成は、ハイブリッドシステムＡの構成を変更したものとなっており、その機能は略同様のものとなっている。すなわち、ハイブリッドシステムＣにおけるモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）４０が、ハイブリッドシステムＡのモータ５と発電機１０に相当する。また、ハイブリッドシステムＣにおけるＶＶＶＦインバータコンバータ（可変電圧可変周波数インバータコンバータ）４２と単相ＣＶＣＦインバータ（単相定電圧定周波数インバータ）４３と昇降圧チョッパ４４とにより構成されるインバータ部４１が、ハイブリッドシステムＡにおけるモータコントローラ６とＤＣ／ＤＣコンバータ１３と整流機器１２とインバータ１５に相当する。また、ハイブリッドシステムＣは、後述するようにスタータ機能を備えているため、ハイブリッドシステムＡにおけるエンジン２始動用のスタータモータ２ａ、スタータバッテリ２４等に相当するものを備えていない。
【００７５】
図１７に示すように、モータジェネレータ４０は、システム１において、エンジン２と動力伝達装置３との間に介装されている。モータジェネレータ４０が発電機器として機能する場合（図１８のＭ４からＭ７、および図２１の電力供給機能の場合）には、エンジン２の駆動によりモータジェネレータ４０が作動され、該モータジェネレータ４０により発電された電力（発電機出力）はインバータ部４１に入力され、該インバータ部４１からバッテリ１４への充電や、切換機器１９、出力ソケット２０を介して船内供給を行っている。また、モータジェネレータ４０が、モータとして機能する場合（図１８のＭ１からＭ３、図１９のスタータ機能、および図２０のアシスト機能の場合）には、エンジン２の始動や、航走のアシストを行っている。
【００７６】
インバータ部４１のＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、モータジェネレータ４０が発電機器として機能する場合にはインバータ部４１に入力される発電機出力の整流・平滑を行い、また、モータジェネレータ４０がモータとして機能する場合にはモータ制御を行う。また、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７はＶＶＶＦインバータコンバータ４２に対し、モータとしてのモータジェネレータ４０の起動（回転数）指示、およびアシスト（トルク）指令を出力する。一方、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はシステムコントローラ７へモータとしてのモータジェネレータ４０の回転数、トルク、アラーム、直流電圧を送る。
【００７７】
単相ＣＶＣＦインバータ４３は、該単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷に電力を供給するときに作動して、その供給電力を所定の周波数の交流電力として供給できるようにしている。単相ＣＶＣＦインバータ４３には、該単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷に供給される電流および電圧を検出するための電流センサおよび電圧センサ（図示略）が備えられている。また、単相ＣＶＣＦインバータ４３はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７は単相ＣＶＣＦインバータ４３に対し、運転・停止指示を出力する。一方、単相ＣＶＣＦインバータ４３はシステムコントローラ７へ前記電圧センサにより検出した交流電圧、電流センサにより検出した交流電流、交流電力、アラームを送る。
【００７８】
昇降圧チョッパ４４はバッテリ１４と接続されており、該バッテリ１４が放電を行う場合には、昇圧チョッパとして機能してバッテリ１４の放電電圧を所定の電圧に昇圧し、また、バッテリ１４への充電を行う場合には、降圧チョッパとして機能して、バッテリ１４への充電電圧を所定の電圧に降圧する。また、昇降圧チョッパ４４はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７は昇降圧チョッパ４４に対し、運転・停止指示、充電電流指示、充電指示を出力する。一方、昇降圧チョッパ４４はシステムコントローラ７へバッテリ電圧、充放電電流、アラームを送る。
【００７９】
ハイブリッドシステムＣの動作モードを図１８から図２２により詳しく説明する。
図１９には、エンジン２を始動するときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。バッテリ１４から昇降圧チョッパ４４により昇圧された電力がＶＶＶＦインバータコンバータ４２により所要の電圧および周波数に変換されて、モータジェネレータ４０に供給され、モータジェネレータ４０がモータとして機能してエンジン２を始動する。これは、ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢと比べてハイブリッドシステムＣ特有のモードである。ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢに用いられる発電機１０、並びにハイブリッドシステムＣに用いられるモータジェネレータ４０は、エンジン２のクランク軸と常時同期回転する構成である。このため、モータジェネレータ４０をモータとして駆動すればエンジン２の始動が可能となる。一方、ハイブリッドシステムＡの場合、モータ５はセイルドライブ３およびプロペラ４と常時同期回転する構成であり、エンジン２とはセイルドライブ３に内装されるクラッチにより断接されるからである。これにより、エンジン２を始動するためのスタータバッテリ２４等を削減できる。
【００８０】
図２０には、モータジェネレータ４０によりエンジンアシストを行うときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。バッテリ１４からモータジェネレータ４０までの電気回路の作動状態は図１９と同様である。モータジェネレータ４０およびエンジン２の駆動力の和が、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動力となる。これにより、モータジェネレータ４０によるエンジンアシストによりエンジン２を燃費の良い回転域で使用することができ、かつ、モータジェネレータ４０の駆動源もバッテリ１４であるので本システムの燃費性を向上できる。
【００８１】
図２１には、モータジェネレータ４０により発電された電力により単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して電力供給、またはバッテリ１４の充電を行うときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。エンジン２によりセイルドライブ３およびプロペラ４並びにモータジェネレータ４０が駆動される。これにより、モータジェネレータ４０が発電を行い、その電力がＶＶＶＦインバータコンバータ４２により整流・平滑され、その後、単相ＣＶＣＦインバータ４３により所定の電圧および周波数に変換されて電気負荷へ供給される。このとき、整流・平滑後の電力に余剰があれば昇降圧チョッパ４４により降圧されてバッテリ１４の充電に費やされる。これにより、航行および単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が並立できる。更にバッテリ１４の充電も可能となる。
【００８２】
図２２には、バッテリ１４により昇降圧チョッパ４４および単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して電力供給を行うときの電気回路の作動状態が示されている。バッテリ１４から昇降圧チョッパ４４により昇圧された電力が単相ＣＶＣＦインバータ４３により所定の電圧および周波数に変換されて電気負荷へ供給される。これは、ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢと比べてハイブリッドシステムＣ特有のモードである。これにより、モータジェネレータ４０で発電される電力が不足するときにその補償が可能となる。また、エンジン２の停止中でも単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が可能となる。
【００８３】
そして、図１８で示すＭ１は、図１９または図２０で表される動作モードである。Ｍ２は、図２０で表される動作モードである。Ｍ３は、図１９または図２０、および図２２で表される動作モードの組合せモードである。Ｍ４は、図２のＨ１３と同様の動作モードである。Ｍ５は、図２１の内、単相ＣＶＣＦインバータ４３による電力供給が停止している動作モードである。Ｍ６は、図２１で表される動作モードである。Ｍ７は、図２１の内、バッテリ１４の充電が停止している動作モードである。Ｍ８は、図２２で表される動作モードである。
【００８４】
ハイブリッドシステムＣでは、ハイブリッドシステムＡと比べてきめ細かなモードは実現できない代わりに配線を低減できるので本質的に生産性（特に組立性）および信頼性が向上できる。更に、ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢと比べてエンジン２の始動のためのスタータバッテリ２４等が削減できるので、本システムを搭載した船舶の空間利用性を向上できる。また、モータジェネレータ４０で発電される電力が不足するときにその補償が可能となるとともに、エンジン２の停止中でも単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が可能となるので、電力使用の利便性が向上する。
【００８５】
ハイブリッドシステムＣには、システム１に発電機器として機能するモータジェネレータ４０が備えられており、前述したハイブリッドシステムＡと略同様の発電制御を行っている（図３乃至図１４参照）。
負荷が投入された場合の発電制御では、単相ＣＶＣＦインバータ４３に備えられる電流センサが負荷電流検出手段として、システムコントローラ７が負荷電流変化率演算手段および負荷電流閾値設定手段として、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２がエンジン回転数変化率緩和手段として、それぞれ機能している。
【００８６】
また、電気負荷の需要電力に対して発電機器からの供給電力が不足する場合には、エンジン２の駆動力によりモータジェネレータ４０にて発電を行いながら、バッテリ１４を放電状態として、電気負荷に電力供給を行っている。この場合に、バッテリ１４に蓄えられている電力を放電するときの放電電圧を昇降圧チョッパ４４にて昇圧して、所定の電圧とした後に、単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して、交流電力として電気負荷に供給している。つまり、昇圧チョッパとして作動する昇降圧チョッパ４４がバッテリ放電電圧昇圧機器として機能している。また、不足電力補償制御手段としてはシステムコントローラ７が機能している。
このような制御を行うことにより、本システムにおいて、エンジン２の駆動によりモータジェネレータ４０によって発電される電力が、単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷の需要電力と比べて不足する場合に、その不足分を補償することができる。例えば、前述したように負荷が投入または増加された場合に、エンジン回転数が供給電力の増加分に見合う分まで増加するまでの間、その不足分を補償することができる。
【００８７】
また、負荷が遮断された場合の発電制御では、単相ＣＶＣＦインバータ４３に備えられる電圧センサがインバータ入力電圧検出手段として、システムコントローラ７がインバータ入力電圧変化率演算手段およびインバータ入力電圧閾値設定手段として、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２がエンジン回転数変化率緩和手段として、それぞれ機能している。
そして、切換機器１９を電磁接触器として自動的に電源切換の場合の制御では、周波数シフト手段として、単相ＣＶＣＦインバータ４３が機能している。
【００８８】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、請求項１に示す如く、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、インバータの電気負荷へ供給される電流を検出する負荷電流検出手段と、負荷電流の変化率を演算する負荷電流変化率演算手段と、負荷電流の許容最大値に対する閾値を負荷電流の変化率に応じ、かつ、負荷電流の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定する負荷電流閾値設定手段と、負荷電流が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、負荷電流が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の増加または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段とを有するので、
エンジン回転数を必要最低限の回転数に漸近させて、インバータへの入力電流を許容最大値内に納めることができる。
【００８９】
請求項２に示す如く、請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ、バッテリの放電電圧を昇圧するバッテリ放電電圧昇圧機器、および該昇圧機器を介してバッテリから電気負荷へ不足電力を供給するように制御する不足電力補償制御手段を有するので、
エンジンによって発電される電力が電気負荷の需要電力と比べて不足するときに、その不足分を補償することができる。例えば、エンジン回転数が供給電力の増加分に見合う分まで増加するまでの間、その不足分を補償することができる。
【００９０】
請求項３に示す如く、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、インバータへの入力電圧を検出するインバータ入力電圧検出手段と、インバータ入力電圧の変化率を演算するインバータ入力電圧変化率演算手段と、インバータ入力電圧の許容最大値に対する閾値をインバータ入力電圧の変化率に応じ、かつ、インバータ入力電圧の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定するインバータ入力電圧閾値設定手段とを備え、インバータ入力電圧が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、インバータ入力電圧が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の減少または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段を有するので、
エンジン回転数を許容最大回転数に漸近させて、再度の負荷増加に備えつつ、インバータへの入力電圧を許容最大値内に納めることができる。
【００９１】
請求項４に示す如く、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のハイブリッドシステムにおいて、インバータの出力電圧の周波数を外部電源電圧周波数よりも少量割合シフトして出力する周波数シフト手段を有するので、
短時間で、インバータの出力電圧と外部電源電圧周波数の位相が合致するので、いずれか一方から他方への電源の切り換えがスムースにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイブリッドシステムＡを示す図。
【図２】ハイブリッドシステムＡにおける動作モードの一例を示す図。
【図３】発電機の出力特性を示す図。
【図４】負荷投入時にインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図。
【図５】（ａ）は負荷投入時に一定回転の場合においてインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図、（ｂ）は負荷投入時に回転数が減少する場合においてインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図。
【図６】電流上昇傾きが小さい場合の発電機出力電流およびエンジン回転数の時間変化を示す図。
【図７】電流上昇傾きが大きい場合の発電機出力電流およびエンジン回転数の時間変化を示す図。
【図８】負荷遮断時にインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図。
【図９】（ａ）は負荷遮断時に一定回転の場合においてインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図、（ｂ）は負荷遮断時に回転数が増加する場合においてインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図。
【図１０】電圧上昇傾きが小さい場合の発電機出力電圧およびエンジン回転数の時間変化を示す図。
【図１１】電圧上昇傾きが大きい場合の発電機出力電圧およびエンジン回転数の時間変化を示す図。
【図１２】一定回転の場合の発電機出力電圧および燃料噴射量の時間変化を示す図。
【図１３】商用電源の出力電圧周波数に対してインバータの出力電圧周波数を少量割合シフトさせた状態を示す図。
【図１４】電磁接触器への接触・非接触指示と、電磁接触器における接触・非接触状態を示す図。
【図１５】ハイブリッドシステムＢを示す図。
【図１６】ハイブリッドシステムＢにおける動作モードの一例を示す図。
【図１７】ハイブリッドシステムＣを示す図。
【図１８】ハイブリッドシステムＣにおける動作モードの一例を示す図。
【図１９】ハイブリッドシステムＣにおけるスタータ機能を示す図。
【図２０】ハイブリッドシステムＣにおけるモータジェネレータによる動力アシスト機能を示す図。
【図２１】ハイブリッドシステムＣにおける電力供給（発電あり）機能を示す図。
【図２２】ハイブリッドシステムＣにおける電力供給（発電なし）機能を示す図。
【符号の説明】
１ システム
２ エンジン
３ 動力伝達装置
４ プロペラ
７ システムコントローラ
１０ 発電機
１５ インバータ
２２ レギュレータアクチュエータ
３２ 電流センサ
Claims (4)
- エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、
インバータの電気負荷へ供給される電流を検出する負荷電流検出手段と、負荷電流の変化率を演算する負荷電流変化率演算手段と、負荷電流の許容最大値に対する閾値を負荷電流の変化率に応じ、かつ、負荷電流の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定する負荷電流閾値設定手段と、負荷電流が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、負荷電流が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の増加または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段とを有することを特徴とするハイブリッドシステム。 - 請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ、バッテリの放電電圧を昇圧するバッテリ放電電圧昇圧機器、および該昇圧機器を介してバッテリから電気負荷へ不足電力を供給するように制御する不足電力補償制御手段を有することを特徴とするハイブリッドシステム。
- エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を供給するハイブリッドシステムにおいて、
インバータへの入力電圧を検出するインバータ入力電圧検出手段と、インバータ入力電圧の変化率を演算するインバータ入力電圧変化率演算手段と、インバータ入力電圧の許容最大値に対する閾値をインバータ入力電圧の変化率に応じ、かつ、インバータ入力電圧の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定するインバータ入力電圧閾値設定手段とを備え、
インバータ入力電圧が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、インバータ入力電圧が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の減少または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段を有することを特徴とするハイブリッドシステム。 - 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のハイブリッドシステムにおいて、インバータの出力電圧の周波数を外部電源電圧周波数よりも少量割合シフトして出力する周波数シフト手段を有することを特徴とするハイブリッドシステム。
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