JP2017017954A - 船外機用発電システムおよび船外機 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの回転数が小さい場合でも発電量を大きくすることが可能な船外機用発電システムを提供する。【解決手段】この船外機用発電システム１００は、クランクシャフト１１１を含むエンジン１１と、ステータ１２１と、クランクシャフト１１１により駆動されるロータ１２２とを含む発電機１２と、発電機１２から出力される交流電力を直流電力に変換するレギュレータレクチファイア１３と、エンジン１１、発電機１２、レギュレータレクチファイア１３を覆うエンジンカバー１１２と、レギュレータレクチファイア１３により変換されて供給される電力により充電可能なエンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂと、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧をバッテリ充電電圧に比べて昇圧させるＤＣ／ＤＣ変圧器１４とを備える。【選択図】図２

Description

この発明は、船外機用発電システムおよび船外機に関する。

従来、船外機用発電システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、エンジンと、エンジンの回転により駆動される発電機と、発電機から出力される交流電力を直流電力に変換する整流器と、整流器により変換された電力が充電されるバッテリとを備える小型船舶の充電装置（船外機用発電システム）が開示されている。

特開２００１−１２８３８８号公報

上記特許文献１の小型船舶の充電装置では、エンジンの回転数が大きい場合、発電機の誘起電圧が大きくなるため、発電量を大きくすることが可能である。しかし、エンジンの回転数が小さい場合、誘起電圧が大きくならないため、発電量を大きくすることが困難である。そこで、従来では、エンジンの回転数が小さい場合でも発電量を大きくすることが可能な船外機用発電システムおよび船外機が望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、エンジンの回転数が小さい場合でも発電量を大きくすることが可能な船外機用発電システムおよび船外機を提供することである。

この発明の第１の局面による船外機用発電システムは、クランクシャフトを含むエンジンと、ステータと、クランクシャフトにより駆動されるロータとを含む発電機と、発電機から出力される交流電力を直流電力に変換する変換器と、エンジン、発電機、変換器を覆うエンジンカバーと、エンジンカバーの外部に配置され、変換器により変換されて供給される電力により充電可能なバッテリと、変換器とバッテリとの間の電気経路上に設けられ、変換器から出力される直流電力の電圧をバッテリの充電電圧に比べて昇圧させる変圧器とを備える。

この第１の局面による船外機用発電システムでは、上記のように、変換器とバッテリとの間の電気経路上に配置され、変換器から出力される直流電力の電圧をバッテリの充電電圧に比べて昇圧させる変圧器を設けることによって、変換器から出力される直流電力の電圧を大きくすることができるので、発電機から取り出すことができる電力を大きくすることができる。その結果、エンジンの回転数が小さい場合でも発電量を大きくすることができる。エンジンの回転数が大きい場合においても、変換器から出力される直流電力の電圧を大きくすることができるので、発電量をより大きくすることができる。

上記第１の局面による船外機用発電システムにおいて、好ましくは、エンジンの回転数に応じて変圧器を制御して、変換器から出力される直流電力の電圧を制御する制御部をさらに備える。このように構成すれば、エンジンの回転数に応じて発電量が最大となるように変換器から出力される直流電力の電圧を昇圧することができるので、発電量を効果的に大きくすることができる。

上記第１の局面による船外機用発電システムにおいて、好ましくは、変圧器は、エンジンカバー内に配置されている。このように構成すれば、変圧器をエンジンカバーの内部に配置して、船外機の構成をコンパクトにすることができる。

上記第１の局面による船外機用発電システムにおいて、好ましくは、バッテリは、エンジン用バッテリと、アクセサリ用バッテリとを含み、変圧器よりも下流において電気経路が分岐して、エンジン用バッテリおよびアクセサリ用バッテリにそれぞれ電力が供給されるように構成されている。このように構成すれば、アクセサリ用バッテリにより、船舶に設けられたアクセサリに電力を供給することができるとともに、アクセサリ用バッテリとは別個に設けられたエンジン用バッテリにより、エンジンを駆動させることができる。船舶の大型化に伴ってアクセサリ用バッテリの消費電力が増加する場合にも、本発明では、発電量を大きくすることができるので、アクセサリの動作に支障をきたすことがない。

上記第１の局面による船外機用発電システムにおいて、好ましくは、変換器は、レギュレータレクチファイアを含む。このように構成すれば、レギュレータレクチファイアにより、発電機により発電された交流電力を直流電力に変換することができる。

上記第１の局面による船外機用発電システムにおいて、好ましくは、変換器は、複数のスイッチング素子を含み、変換器において発電機の制御が行われるとともに、変圧器が制御されて変換器から出力される直流電力の電圧制御が行われるように構成されている。このように構成すれば、発電機の界磁制御を行うことにより、変換器から出力される直流電力の電圧を効率よく高めることができる。さらに、変圧器により、変換器から出力される直流電力の電圧を高めることにより、界磁制御による電圧の上昇と合わせて、効率よく発電量を大きくすることができる。

この場合、好ましくは、変換器により強め界磁方向に発電機が制御されて、発電が行なわれるように構成されている。このように構成すれば、強め界磁制御により、鎖交磁束を界磁磁束により強めることができるので、エンジンの回転数が小さい場合でも、発電量を大きくすることができる。

上記変換器が複数のスイッチング素子を含む構成において、好ましくは、所定の発電量となる界磁制御および電圧制御のうち、変換器から出力される直流電力の電圧を上げる電圧制御を優先するように構成されている。このように構成すれば、電圧制御と界磁制御とを合わせて行う場合に、コイル電流の増加を伴う界磁制御よりも、コイル電流の増加を伴わずに電圧を上げる電圧制御を優先して行うことにより、コイル電流の過度な上昇を抑制することができるので、コイル電流の上昇に起因する発電機の発熱を抑制しつつ、発電量を大きくすることができる。

上記変換器が複数のスイッチング素子を含む構成において、好ましくは、発電機による発電を抑制する場合に、変換器において弱め界磁方向に制御が行われるように構成されている。このように構成すれば、強め界磁方向に界磁制御することに伴うコイル電流の過度な上昇を抑制することができるので、コイル電流の上昇に起因する発電機の発熱を抑制することができる。

上記第１の局面による船外機用発電システムにおいて、好ましくは、変換器から出力される直流電力の電圧は、発電機の誘起電圧に対して可変に電圧制御されるように構成されている。このように構成すれば、誘起電圧に応じて発電量が最大となるように変換器から出力される直流電力の電圧を昇圧することができるので、発電量を効果的に大きくすることができる。

上記変換器から出力される直流電力の電圧が、発電機の誘起電圧に対して可変に電圧制御される構成において、好ましくは、エンジンの回転数が大きくなるほど、変換器から出力される直流電力の電圧を、発電機の誘起電圧に対して大きくするように電圧制御されるように構成されている。このように構成すれば、エンジンの回転数に応じて、変換器から出力される直流電力の電圧を大きくすることにより、発電量を効果的に増加させることができる。

この場合、好ましくは、エンジンの回転数が大きくなるほど、変換器から出力される直流電力の電圧を、発電機の誘起電圧に対する比率が大きくなるように電圧制御されるように構成されている。このように構成すれば、エンジンの回転数が大きい領域において、発電量をより効果的に増加させることができる。

この発明の第２の局面による船外機は、クランクシャフトを含むエンジンと、ステータと、クランクシャフトにより駆動されるロータとを含む発電機と、発電機から出力される交流電力を直流電力に変換するとともに、複数のスイッチング素子を含み、位相制御可能な変換器と、エンジン、発電機、変換器を覆うエンジンカバーとを備え、変換器により強め界磁方向に発電機が位相制御されて、発電制御が行われるように構成されている。

この第２の局面による船外機では、上記のように、変換器により強め界磁方向に発電機が位相制御されて、発電制御が行われるように構成することによって、強め界磁制御により、鎖交磁束を界磁磁束により強めることができるので、エンジンの回転数が小さい場合でも発電量を大きくすることができる。エンジンの回転数が大きい場合においても、強め界磁制御により、発電量をより大きくすることができる。

上記第２の局面による船外機において、好ましくは、ロータは、クランクシャフトに接続されたフライホイールと一体的に形成されている。このように構成すれば、ロータとフライホイールとを別体で設ける場合に比べて、部品点数を減少させることができる。

この場合、好ましくは、ロータは、クランクシャフトの軸線上において、エンジンの上方または下方に配置されている。このように構成すれば、クランクシャフトが上下方向に延びる船外機のエンジンにおいて、クランクシャフトの回転を発電機のロータに効率よく伝達することができる。

本発明によれば、上記のように、エンジンの回転数が小さい場合でも発電量を大きくすることができる。

本発明の第１実施形態による船外機用発電システムを備える船外機艇を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態による船外機用発電システムの概略を示したブロック図である。 本発明の第１実施形態による船外機用発電システムの発電増加量を説明するためのグラフである。 本発明の第２実施形態による船外機用発電システムの概略を示したブロック図である。 本発明の第２実施形態による船外機用発電システムの位相制御を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による船外機用発電システムのエンジン回転数と整流後電圧とに対する取出電流を示したグラフである。 本発明の第２実施形態による船外機用発電システムの発電増加量を説明するためのグラフである。 本発明の第２実施形態の変形例による船外機用発電システムの概略を示したブロック図である。 本発明の第３実施形態による船外機用発電システムの概略を示したブロック図である。 本発明の第３実施形態による船外機用発電システムの発電増加量を説明するためのグラフである。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
（船外機艇の構成）
図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による船外機艇１０の構成について説明する。なお、図中、ＦＷＤは、船外機艇１０の前進方向を示しており、ＢＷＤは、船外機艇１０の後進方向を示している。図中、Ｒは、船外機艇１０の右舷（スターボード）方向を示しており、Ｌは、船外機艇１０の左舷（ポートサイド）方向を示している。

船外機艇１０は、図１に示すように、船外機１と、船体２と、エンジン用バッテリ３ａと、アクセサリ用バッテリ３ｂとを備えている。船外機１は、船体２の後方に１機設けられている。エンジン用バッテリ３ａは、ケーブル３１を介して船外機１に接続されている。アクセサリ用バッテリ３ｂは、ケーブル３２を介して船外機１に接続されている。なお、エンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂは、特許請求の範囲の「バッテリ」の一例である。

船外機１は、図２に示すように、エンジン１１と、発電機１２と、レギュレータレクチファイア１３と、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４と、制御部１５と、エンジン補機負荷群１６とを備えている。エンジン１１は、クランクシャフト１１１と、エンジンカバー１１２（図１参照）と、フライホイール１１３とを含んでいる。発電機１２は、ステータ１２１と、ロータ１２２とを含んでいる。発電機１２には、回転数検出部１２３が設けられている。レギュレータレクチファイア１３は、複数のダイオード１３１を含んでいる。なお、レギュレータレクチファイア１３は、特許請求の範囲の「変換器」の一例であり、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４は、特許請求の範囲の「変圧器」の一例である。

船外機１は、エンジン１１の下方に延びるように配置され、エンジン１１の駆動力を伝達するドライブシャフトと、ドライブシャフトと直交（交差）する方向に延びる１本のプロペラシャフトと、プロペラシャフトの後端部に取り付けられ、プロペラシャフトと共に回転される１つのプロペラとをさらに備えている。

船体２には、図２に示すように、アクセサリ２１と、ヒューズ２２および２３とが設けられている。

船外機用発電システム１００は、エンジン１１と、発電機１２と、レギュレータレクチファイア１３と、エンジンカバー１１２と、エンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂと、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４とを備えている。エンジン補機負荷群１６は、スタータモータ、インジェクタ、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）および点火プラグなどのエンジン１１を駆動させるための機器を含んでいる。船外機用発電システム１００は、船外機艇１０に電力を供給するために設けられている。つまり、船外機用発電システム１００は、船外機艇１０により使用される電力を発電および蓄電して供給する。図１に示すように、発電機１２およびレギュレータレクチファイア１３は、エンジン１１に取り付けられている。エンジン１１、発電機１２、レギュレータレクチファイア１３、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４、制御部１５およびエンジン補機負荷群１６は、エンジンカバー１１２に覆われている。

エンジン１１は、クランクシャフト１１１を回転させて、船外機１のプロペラを回転させる。プロペラの回転により推進力が発生して船体２が移動する。エンジン１１は、クランクシャフト１１１を回転させて、発電機１２のロータ１２２を回転させる。ロータ１２２の回転により起電力が生じて発電機１２により発電される。エンジン１１は、ガソリンまたは軽油などの燃料により駆動する。

発電機１２は、図１に示すように、エンジン１１の上方に配置されている。発電機１２のロータ１２２は、クランクシャフト１１１により駆動されて、ステータ１２１に対して回転する。図２に示すように、発電機１２は、ロータ１２２の回転により、３相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）の交流電力を発生させる。生成された３相の交流電力は、レギュレータレクチファイア１３に出力される。ステータ１２１は、コイルを含んでいる。ロータ１２２は、永久磁石を含んでいる。ロータ１２２は、クランクシャフト１１１に接続されたフライホイール１１３と一体的に形成されている。ロータ１２２は、クランクシャフト１１１の軸線上において、エンジン１１の上方に配置されている。回転数検出部１２３は、ロータ１２２の回転数（回転速度）を検出する。検出された回転数（回転速度）は、制御部１５に送信される。

レギュレータレクチファイア１３は、発電機１２から出力される交流電力を直流電力に変換する。具体的には、レギュレータレクチファイア１３は、複数のダイオード１３１を含んでいる。そして、複数のダイオード１３１の整流作用により、３相の交流電力が直流電力に変換される。

ここで、第１実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４は、レギュレータレクチファイア１３と、エンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂとの間の電気経路上に設けられている。ＤＣ／ＤＣ変圧器１４は、直流電力の電圧を変圧して、直流電力にする。ＤＣ／ＤＣ変圧器１４は、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧をバッテリ（エンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂ）の充電電圧に比べて昇圧させる。具体的には、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４は、バッテリ充電電圧Ｖ_regに対して、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧Ｖ_invが大きくなるように変圧する。言い換えると、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４は、発電機１２により発電される電力を変圧（降圧）してバッテリ（エンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂ）に供給する。ＤＣ／ＤＣ変圧器１４は、エンジンカバー１１２内に配置されている。

制御部１５は、船外機用発電システム１００を制御する。具体的には、制御部１５は、レギュレータレクチファイア１３のサイリスタを制御することにより、発電機１２の発電量を制御する。制御部１５は、エンジン１１の回転数に応じてＤＣ／ＤＣ変圧器１４を制御して、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧を制御する。制御部１５は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）を含んでいる。

制御部１５は、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧を、発電機１２の誘起電圧に対して可変に電圧制御する。具体的には、エンジン１１の回転数が大きくなるほど、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧が、発電機１２の誘起電圧に対して大きくするように電圧制御する。

より詳しくは、制御部１５は、エンジン１１の回転数が大きくなるほど、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧が、発電機１２の誘起電圧に対する比率が大きくなるように電圧制御する。たとえば、制御部１５は、エンジン１１の回転数が６００ｒｐｍ（アイドル回転数）の場合、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧値を、誘起電圧の電圧値の約５０％に電圧制御する。制御部１５は、エンジン１１の回転数が１０００ｒｐｍの場合、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧値を、誘起電圧の電圧値の約６７％に電圧制御する。制御部１５は、エンジン１１の回転数が１０００ｒｐｍを超える場合、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧値が、誘起電圧の電圧値の１００％より大きくなるように電圧制御する。つまり、制御部１５は、エンジン１１の回転数に応じた誘起電圧に対して、発電量が大きくなるように、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧の値を制御する。

ＤＣ／ＤＣ変圧器１４よりも下流において電気経路が分岐しており、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４から出力された電力は、エンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂにそれぞれ供給される。エンジン補機負荷群１６は、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４およびエンジン用バッテリ３ａに接続されている。

アクセサリ２１は、キャビンの空調（エアコン）、冷蔵庫、温水器、オーディオ機器、電灯などの電装機器を含んでいる。アクセサリ用バッテリ３ｂは、エンジン用バッテリ３ａよりも電力容量が大きい。

ヒューズ２２および２３は、定格を超える電流が流れた場合に、切断されて、電流が流れないようにする。ヒューズ２２は、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４とエンジン用バッテリ３ａとの間に配置されている。ヒューズ２３は、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４とアクセサリ用バッテリ３ｂとの間に配置されている。

エンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂは、エンジンカバー１１２の外部に配置され、レギュレータレクチファイア１３により変換されて供給される電力により充電可能である。エンジン用バッテリ３ａは、ケーブル３１を介して、エンジン補機負荷群１６に電力を供給する。エンジン用バッテリ３ａのバッテリ電圧は、たとえば、約１２Ｖである。アクセサリ用バッテリ３ｂは、アクセサリ２１に電力を供給する。アクセサリ用バッテリ３ｂのバッテリ電圧は、たとえば、約１２Ｖである。

（発電増加量の説明）
図３を参照して、第１実施形態の船外機用発電システム１００の発電増加量について説明する。

比較例では、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４を設けていない従来の船外機用発電システムを用いて発電している。図３のグラフでは、比較例における６００ｒｐｍの発電量を基準（１倍）として示している。

第１実施形態の船外機用発電システム１００では、６００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの範囲で比較例における船外機用発電システムの発電量よりも大きい発電量を発生させている。比較例では、１０００ｒｐｍを超えるあたりにおいて、発電量が飽和しており、１０００ｒｐｍを超えても発電量が略変わらない。一方、第１実施形態では、１０００ｒｐｍを超えてもさらに発電量が増加している。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、レギュレータレクチファイア１３とエンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂとの間の電気経路上に配置され、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧をバッテリの充電電圧に比べて昇圧させるＤＣ／ＤＣ変圧器１４を設けることによって、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧を大きくすることができるので、発電機１２から取り出すことができる電力を大きくすることができる。その結果、エンジン１１の回転数が小さい場合でも発電量を大きくすることができる。エンジン１１の回転数が大きい場合においても、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧を大きくすることができるので、発電量をより大きくすることができる。

第１実施形態では、上記のように、エンジン１１の回転数に応じてＤＣ／ＤＣ変圧器１４を制御して、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧を制御する制御部１５を設ける。これにより、エンジン１１の回転数に応じて発電量が最大となるようにレギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧を昇圧することができるので、発電量を効果的に大きくすることができる。

第１実施形態では、上記のように、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４を、エンジンカバー１１２内に配置する。これにより、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４をエンジンカバー１１２の内部に配置して、船外機１の構成をコンパクトにすることができる。

第１実施形態では、上記のように、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４よりも下流において電気経路が分岐して、エンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂにそれぞれ電力が供給されるようにする。これにより、アクセサリ用バッテリ３ｂにより、船外機艇１０に設けられたアクセサリ２１に電力を供給することができるとともに、アクセサリ用バッテリ３ｂとは別個に設けられたエンジン用バッテリ３ａにより、エンジン１１を駆動させることができる。船舶の大型化に伴ってアクセサリ用バッテリ３ｂの消費電力が増加する場合にも、発電量を大きくすることができるので、アクセサリ２１の動作に支障をきたすことがない。

第１実施形態では、上記のように、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧が、発電機１２の誘起電圧に対して可変に電圧制御されるようにする。これにより、誘起電圧に応じて発電量が最大となるようにレギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧を昇圧することができるので、発電量を効果的に大きくすることができる。

第１実施形態では、上記のように、エンジン１１の回転数が大きくなるほど、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧が、発電機１２の誘起電圧に対して大きくするように電圧制御されるようにする。これにより、エンジン１１の回転数に応じて、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧を大きくすることにより、発電量を効果的に増加させることができる。

第１実施形態では、上記のように、エンジン１１の回転数が大きくなるほど、レギュレータレクチファイア１３から出力される直流電力の電圧が、発電機１２の誘起電圧に対する比率が大きくなるように電圧制御されるようにする。これにより、エンジン１１の回転数が大きい領域において、発電量をより効果的に増加させることができる。

第１実施形態では、上記のように、ロータ１２２を、クランクシャフト１１１に接続されたフライホイール１１３と一体的に形成する。これにより、ロータ１２２とフライホイール１１３とを別体で設ける場合に比べて、部品点数を減少させることができる。

第１実施形態では、上記のように、ロータ１２２を、クランクシャフト１１１の軸線上において、エンジン１１の上方に配置する。これにより、クランクシャフト１１１が上下方向に延びる船外機１のエンジン１１において、クランクシャフト１１１の回転を発電機１２のロータ１２２に効率よく伝達することができる。

［第２実施形態］
（船外機用発電システムの構成）
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、レギュレータレクチファイアが設けられている上記第１実施形態とは異なり、コンバータが設けられている構成の例について説明する。なお、第１実施形態と同様の箇所には同様の符号を付している。

船外機２０１は、図４に示すように、エンジン１１と、発電機１２と、コンバータ２１０と、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４と、制御部１５と、エンジン補機負荷群１６とを備えている。第２実施形態の船外機用発電システム２００は、エンジン１１と、発電機１２と、コンバータ２１０と、エンジンカバー１１２（図１参照）と、エンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂと、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４とを備えている。なお、コンバータ２１０は、特許請求の範囲の「変換器」の一例であり、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４は、特許請求の範囲の「変圧器」の一例である。

ここで、第２実施形態では、コンバータ２１０は、複数のスイッチング素子２１１を含んでいる。コンバータ２１０は、発電機１２から出力される交流電力を直流電力に変換する。コンバータ２１０は、複数のスイッチング素子２１１のオン／オフのタイミングを切り替えることにより、３相の交流電力を直流電力に変換する。コンバータ２１０は、発電機１２の界磁制御を行い、発電機１２が効率よく発電するように制御する。具体的には、制御部１５によりコンバータ２１０が制御されて、複数のスイッチング素子２１１のスイッチングのタイミング（位相）を早めたり、遅らせたりして、発電機１２の界磁制御が行われる。

制御部１５は、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４を制御してコンバータ２１０から出力される直流電力の電圧制御を行う。具体的には、制御部１５は、コンバータ２１０から出力される直流電力Ｖ_invの電圧がバッテリの充電電圧Ｖ_regに比べて大きくなるように電圧制御する。つまり、第２実施形態では、コンバータ２１０から出力される直流電力の電圧がバッテリの充電電圧に比べて大きくなるように電圧制御することに加えて、発電機１２の界磁制御が行われる。

制御部１５は、コンバータ２１０により強め界磁方向に発電機１２の制御を行い、発電が行なわれるようにする。制御部１５は、所定の発電量となる界磁制御および電圧制御のうち、コンバータ２１０から出力される直流電力の電圧を上げる電圧制御を優先するようにする。つまり、界磁制御および電圧制御を合わせて発電量を調整する場合、電圧制御によりコンバータ２１０から出力される直流電力の電圧値が可能な範囲で最大値に設定されてから、界磁制御により、発電量が調整される。

制御部１５は、発電機１２による発電を抑制する場合に、コンバータ２１０において弱め界磁方向に制御が行われるようにする。たとえば、エンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂが満充電の場合などで、発電を抑制したい場合に、弱め界磁方向に制御されて、発電が抑制される。

（位相制御の説明）
図５を参照して発電機１２の位相制御（界磁制御）について説明する。

位相制御は、誘起電圧（Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗ）に対して、通電電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）の位相を調整する制御である。図５の（ｂ）に示すように、誘起電圧の位相と通電電圧の位相とを合わせた場合（進角０の場合）、鎖交磁束と界磁磁束とが電気角において直交する。この場合、鎖交磁束は、界磁磁束に影響されないため、発電量は変わらない。図５の（ａ）に示すように、誘起電圧の位相に対して通電電圧の位相を弱め界磁方向にπ／２ずらした場合（進角π／２の場合）、鎖交磁束と界磁磁束とが電気角においてπの角度を有する（反対方向を向く）。この場合、鎖交磁束が弱まるため、発電量が低減される。図５の（ｃ）に示すように、誘起電圧の位相に対して通電電圧の位相を強め界磁方向にπ／２ずらした場合（遅角π／２の場合）、鎖交磁束と界磁磁束とが同じ方向を向く。この場合、鎖交磁束が強まるため、発電量が増加する。つまり、強め界磁制御を行うことにより、発電量が増加し、弱め界磁制御を行うことにより、発電量が減少する。なお、位相制御は、進角が−π／２以上π／２以下の範囲で行われる。ここでは、位相を進める方向を弱め界磁方向といい、位相を遅らせる方向を強め界磁方向という。

（位相制御および電圧制御による発電量の変化について）
図６を参照して位相制御および電圧制御による発電量の変化について説明する。

図６に示す例では、取出電流の大きさが等しい線を等電流線で表している。取出電流は、エンジン回転数が大きくなり、コンバータ２１０から出力される直流電力の電圧である整流後電圧（Ｖ_inv）が大きい値になるほど、大きくなっている。なお、位相は、強め界磁制御である遅角π／２としている。ここで、発電量が最大となる条件を表すと、エンジン回転数の増加と伴い、整流後電圧が大きくなっている。つまり、エンジン回転数に伴って、整流後電圧を大きくすることにより、発電量を効果的に増大させることが可能である。

（発電増加量の説明）
図７を参照して、第２実施形態の船外機用発電システム２００の発電増加量について説明する。

第２実施形態の船外機用発電システム２００では、６００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの低回転領域において、比較例における船外機用発電システムの発電量に対して、発電量が大幅に増加している。さらに、第２実施形態では、１０００ｒｐｍを超えてもさらに発電量が増加している。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

上記のように、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、コンバータ２１０とエンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂとの間の電気経路上に配置され、コンバータ２１０から出力される直流電力の電圧をバッテリの充電電圧に比べて昇圧させるＤＣ／ＤＣ変圧器１４を設けることによって、エンジン１１の回転数が小さい場合でも発電量を大きくすることができる。エンジン１１の回転数が大きい場合においても、発電量をより大きくすることができる。

第２実施形態では、上記のように、コンバータ２１０において発電機１２の位相制御（界磁制御）が行われるとともに、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４が制御されてコンバータ２１０から出力される直流電力の電圧制御が行われるようにする。これにより、発電機１２の界磁制御を行うことにより、コンバータ２１０から出力される直流電力の電圧を効率よく高めることができる。さらに、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４により、コンバータ２１０から出力される直流電力の電圧を高めることにより、界磁制御による電圧の上昇と合わせて、効率よく発電量を大きくすることができる。

第２実施形態では、上記のように、コンバータ２１０により強め界磁方向に発電機１２が制御されて、発電が行なわれるようにする。これにより、強め界磁制御により、鎖交磁束を界磁磁束により強めることができるので、エンジン１１の回転数が小さい場合でも、発電量を大きくすることができる。

第２実施形態では、上記のように、所定の発電量となる界磁制御および電圧制御のうち、コンバータ２１０から出力される直流電力の電圧を上げる電圧制御を優先するようにする。これにより、電圧制御と界磁制御とを合わせて行う場合に、発電電流の増加を伴う界磁制御よりも、電流の増加を伴わずに電圧を上げる電圧制御を優先して行うことにより、発電電流の過度な上昇を抑制することができるので、電流の上昇に起因する発電機１２の発熱を抑制しつつ、発電量を大きくすることができる。

第２実施形態では、上記のように、発電機１２による発電を抑制する場合に、コンバータ２１０において弱め界磁方向に制御が行われるようにする。これにより、強め界磁方向に制御することに伴うコイル電流の過度な上昇を抑制することができるので、コイル電流の上昇に起因する発電機１２の発熱を抑制することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の変形例）
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態の変形例について説明する。この第２実施形態の変形例では、発電機１２の代わりにオルタネータ１２ａが設けられている構成の例について説明する。なお、第２実施形態と同様の箇所には同様の符号を付している。

船外機２０１ａは、図８に示すように、エンジン１１と、オルタネータ１２ａと、コンバータ２１０と、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４と、制御部１５と、エンジン補機負荷群１６とを備えている。船外機用発電システム２００ａは、エンジン１１と、オルタネータ１２ａと、コンバータ２１０と、エンジンカバー１１２（図１参照）と、エンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂと、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４とを備えている。なお、オルタネータ１２ａは、特許請求の範囲の「発電機」の一例である。コンバータ２１０は、特許請求の範囲の「変換器」の一例であり、ＤＣ／ＤＣ変圧器１４は、特許請求の範囲の「変圧器」の一例である。

ここで、第２実施形態の変形例では、オルタネータ１２ａは、コイル１２４ａを有するステータ１２４と、コイル１２５ａを有するロータ１２５とを含んでいる。つまり、オルタネータ１２ａは、ロータ１２５のコイル１２５ａに通電されることにより、ロータ１２５が電磁石となり、ステータ１２４のコイル１２４ａにより交流電力が発電される。ロータ１２５のコイル１２５ａは、一相である。ロータ１２５には、コイル１２５ａを包むように、クローポール（図示せず）が配置されている。クローポールは、コイル１２５ａの半径方向の内方から延びる爪と、コイル１２５ａの外方から延びる爪とを有する。そして、内方から延びる爪と外方から延びる爪との磁極が異なることにより、Ｎ極およびＳ極に着磁された磁石を交互に配置した場合と同じ磁極構成となる。

オルタネータ１２ａは、ロータ１２５のコイル１２５ａの通電量を変化させることにより、出力を調整することが可能である。つまり、コイル１２５ａの通電量を変化させることにより、発電量を調整することが可能である。言い換えると、制御部１５により、ロータ１２５のコイル１２５ａの通電量が制御されることにより、界磁制御が行われて、発電量が調整される。つまり、第２実施形態の変形例では、コンバータ２１０から出力される直流電力の電圧がバッテリの充電電圧に比べて大きくなるように電圧制御することに加えて、オルタネータ１２ａの界磁制御が行われる。

なお、第２実施形態の変形例のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。

［第３実施形態］
（船外機用発電システムの構成）
次に、図９を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変圧器を設けている上記第１および第２実施形態とは異なり、ＤＣ／ＤＣ変圧器を設けていない構成の例について説明する。なお、第２実施形態と同様の箇所には同様の符号を付している。

図９に示すように、船外機３０１は、エンジン１１と、発電機１２と、コンバータ２１０と、制御部１５と、エンジン補機負荷群１６とを備えている。第３実施形態の船外機用発電システム３００は、エンジン１１と、発電機１２と、コンバータ２１０と、エンジンカバー１１２（図１参照）と、エンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂとを備えている。なお、コンバータ２１０は、特許請求の範囲の「変換器」の一例である。

ここで、第３実施形態では、コンバータ２１０は、複数のスイッチング素子２１１を含んでいる。コンバータ２１０は、発電機１２の位相制御を行い、発電機１２が効率よく発電するように制御する。具体的には、制御部１５によりコンバータ２１０が制御されて、複数のスイッチング素子２１１のスイッチングのタイミング（位相）を早めたり、遅らせたりして、発電機１２の界磁制御が行われる。つまり、コンバータ２１０により強め界磁方向に発電機１２が位相制御されて、発電制御が行われる。

第３実施形態では、コンバータ２１０から出力される直流電力により、エンジン用バッテリ３ａおよびアクセサリ用バッテリ３ｂが充電される。つまり、コンバータ２１０により変換された直流電力の電圧Ｖ_invは、バッテリ充電電圧Ｖ_regと略等しい値である。

（発電増加量の説明）
図１０を参照して、第３実施形態の船外機用発電システム３００の発電増加量について説明する。

第３実施形態の船外機用発電システム３００では、低回転領域から高回転領域にわたって、比較例における船外機用発電システムの発電量よりも大きい発電量を生成している。特に、６００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの低回転領域において、比較例における船外機用発電システムに対して、発電量が増加している。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

上記のように、第３実施形態では、コンバータ２１０により強め界磁方向に発電機１２が位相制御されて、発電制御が行われるようにすることによって、強め界磁制御により、鎖交磁束を界磁磁束により強めることができるので、エンジン１１の回転数が小さい場合でも発電量を大きくすることができる。エンジン１１の回転数が大きい場合においても、強め界磁制御により、発電量をより大きくすることができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（変形例）
今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、本発明の変圧器としてのＤＣ／ＤＣ変圧器が船外機のエンジンカバー内に配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、変圧器を船外機のエンジンカバーの外に配置してもよい。たとえば、変圧器を、変換器とバッテリとの間の電気経路上の船体に配置してもよい。

上記第１実施形態では、本発明の変換器としてレギュレータレクチファイアを用い、上記第２および第３実施形態では、本発明の変換器としてコンバータを用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、変換器として、レギュレータレクチファイアおよびコンバータ以外の交流電力を直流電力に変換する変換器を用いてもよい。

上記第１〜第３実施形態では、ロータ（発電機）がクランクシャフトの軸線上において、エンジンの上方に配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ロータ（発電機）がクランクシャフトの軸線上において、エンジンの下方に配置されていてもよい。クランクシャフトから離れた位置にロータが配置されており、駆動ベルト、チェーン、ギアなどを介してクランクシャフトの動力がロータに伝達されても良い。

上記第１〜第３実施形態では、船外機用発電システムにエンジン用バッテリおよびアクセサリ用バッテリを含む複数のバッテリが設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、船外機用発電システムに１つのバッテリが設けられていてもよい。

上記第１〜第３実施形態では、１つの船外機が設けられている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、２つ以上の船外機が設けられている構成にしてもよい。この場合、複数の船外機ごとにエンジン用バッテリを設けてもよい。

上記第１〜第３実施形態では、発電機を発電するために用いている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、発電機を発電するために用いられることに加えて、発電機をモータとして用いてもよい。たとえば、発電機に通電して、スタータモータとして用いてもよいし、スタータモータのアシストを行うモータとして用いてもよい。

１、２０１、２０１ａ、３０１ 船外機
３ａ エンジン用バッテリ（バッテリ）
３ｂ アクセサリ用バッテリ（バッテリ）
１１ エンジン
１２ 発電機
１２ａ オルタネータ（発電機）
１３ レギュレータレクチファイア（変換器）
１４ ＤＣ／ＤＣ変圧器（変圧器）
１５ 制御部
１００、２００、２００ａ、３００ 船外機用発電システム
１１１ クランクシャフト
１１２ エンジンカバー
１１３ フライホイール
１２１ ステータ
１２２ ロータ
２１０ コンバータ（変換器）
２１１ スイッチング素子

Claims (15)

1. クランクシャフトを含むエンジンと、
   ステータと、前記クランクシャフトにより駆動されるロータとを含む発電機と、
   前記発電機から出力される交流電力を直流電力に変換する変換器と、
   前記エンジン、前記発電機、前記変換器を覆うエンジンカバーと、
   前記エンジンカバーの外部に配置され、前記変換器により変換されて供給される電力により充電可能なバッテリと、
   前記変換器と前記バッテリとの間の電気経路上に設けられ、前記変換器から出力される直流電力の電圧を前記バッテリの充電電圧に比べて昇圧させる変圧器とを備える、船外機用発電システム。
2. 前記エンジンの回転数に応じて前記変圧器を制御して、前記変換器から出力される直流電力の電圧を制御する制御部をさらに備える、請求項１に記載の船外機用発電システム。
3. 前記変圧器は、前記エンジンカバー内に配置されている、請求項１または２に記載の船外機用発電システム。
4. 前記バッテリは、エンジン用バッテリと、アクセサリ用バッテリとを含み、
   前記変圧器よりも下流において電気経路が分岐して、前記エンジン用バッテリおよび前記アクセサリ用バッテリにそれぞれ電力が供給されるように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の船外機用発電システム。
5. 前記変換器は、レギュレータレクチファイアを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の船外機用発電システム。
6. 前記変換器は、複数のスイッチング素子を含み、
   前記変換器において前記発電機の制御が行われるとともに、前記変圧器が制御されて前記変換器から出力される直流電力の電圧制御が行われるように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の船外機用発電システム。
7. 前記変換器により強め界磁方向に前記発電機が制御されて、発電が行なわれるように構成されている、請求項６に記載の船外機用発電システム。
8. 所定の発電量となる界磁制御および電圧制御のうち、前記変換器から出力される直流電力の電圧を上げる電圧制御を優先するように構成されている、請求項６または７に記載の船外機用発電システム。
9. 前記発電機による発電を抑制する場合に、前記変換器において弱め界磁方向に制御が行われるように構成されている、請求項６〜８のいずれか１項に記載の船外機用発電システム。
10. 前記変換器から出力される直流電力の電圧は、前記発電機の誘起電圧に対して可変に電圧制御されるように構成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の船外機用発電システム。
11. 前記エンジンの回転数が大きくなるほど、前記変換器から出力される直流電力の電圧を、前記発電機の誘起電圧に対して大きくするように電圧制御されるように構成されている、請求項１０に記載の船外機用発電システム。
12. 前記エンジンの回転数が大きくなるほど、前記変換器から出力される直流電力の電圧を、前記発電機の誘起電圧に対する比率が大きくなるように電圧制御されるように構成されている、請求項１１に記載の船外機用発電システム。
13. クランクシャフトを含むエンジンと、
    ステータと、前記クランクシャフトにより駆動されるロータとを含む発電機と、
    前記発電機から出力される交流電力を直流電力に変換するとともに、複数のスイッチング素子を含み、位相制御可能な変換器と、
    前記エンジン、前記発電機、前記変換器を覆うエンジンカバーとを備え、
    前記変換器により強め界磁方向に前記発電機が位相制御されて、発電制御が行われるように構成されている、船外機。
14. 前記ロータは、前記クランクシャフトに接続されたフライホイールと一体的に形成されている、請求項１３に記載の船外機。
15. 前記ロータは、前記クランクシャフトの軸線上において、前記エンジンの上方または下方に配置されている、請求項１４に記載の船外機。

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