JP3911517B2 - ハイブリッドシステム - Google Patents
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Description
請求項1の如く、エンジン(2)、動力伝達装置(3)、モータジェネレータ(40)、バッテリ(14)、およびインバータ部(41)からなるハイブリッドシステムにおいて、エンジン(2)のクランク軸にモータジェネレータ(40)の駆動軸が連結され、該モータジェネレータ(40)は、エンジン(2)と動力伝達装置(3)の間に介装され、該モータジェネレータ(40)は発電機器または電動機器として機能し、インバータ部(41)のVVVFインバータコンバータ(42)と接続され、前記インバータ部(41)は、VVVFインバータコンバータ(42)と単相CVCFインバータ(43)と昇降圧チョッパ(44)から構成され、該VVVFインバータコンバータ(42)と単相CVCFインバータ(43)と昇降圧チョッパ(44)の三者は相互に接続され、また、昇降圧チョッパ(44)はバッテリ(14)と接続され、前記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、モータジェネレータにより発電された交流電力が、VVVFインバータコンバータ(42)に出力されてインバータ部(41)により直流電力に変換されて、バッテリ(14)に充電され、モータジェネレータ(40)が電動機器として機能する場合には、バッテリ(14)の放電された直流電力をインバータ部(41)において交流電力に変換して供給すべく構成し、エンジン(2)の回転数の時間変化率を演算するエンジン回転数変化率演算手段と、移動体の進行方向を切り換える操作具の操作速度を演算する操作速度演算手段とを備え、エンジン(2)の起動時には、モータジェネレータ(40)を電動機器として作動させ、エンジン(2)の回転数、及び、電動機器として作動するモータジェネレータ(40)の回転数がそれぞれ所定の回転数に達した場合、並びに、エンジン(2)の起動から完了までの間に、エンジン回転数の時間変化率が所定値を超えた場合には、エンジンの起動を完了し、かつ、エンジン(2)の起動完了後所定時間経過前に、操作具の中立位置からの操作速度が所定速度を超えた場合には、モータジェネレータ(40)を電動機器として作動させ、該操作速度が所定速度を超えずに前記所定期間を経過した場合には、モータジェネレータ(40)を発電機器として作動させるので、発電機器としても機能し、電動機器としても機能するモータジェネレータを備える構成とすることにより、エンジンを起動する動作形態、モータジェネレータによる発電を行う動作形態、モータジェネレータによるエンジンアシストを行う動作形態等を自動的に切り換えることができるようになったのである。
図1は「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を示す図、図2はハイブリッドシステムの動作モードの一例を示す図、図3はハイブリッドシステムのスタータ機能を示す図、図4はハイブリッドシステム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5はハイブリッドシステムの電力供給(発電あり)機能を示す図、図6はハイブリッドシステムの電力供給(発電なし)機能を示す図、図7はハイブリッドシステムの出力特性を示す図である。
ハイブリッドシステムは、図1に示すような構成である。本システムでは、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と電動機器(モータ)として機能するモータジェネレータ40との両方により可能としている。なお、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。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。
バッテリ14を放電状態として、この放電電力を電気負荷に対して供給して、モータジェネレータ40による発電電力を減少させる。これにより、モータジェネレータ40を駆動するためのエンジン2の駆動力が減少する。よって、モータジェネレータ40による発電電力が減少するにしたがって(バッテリ14の放電電力が増加するにしたがって)、曲線Dは曲線Aに近づく。このように、単相CVCFインバータ43に接続される電気負荷に対する電力供給を、発電機器として作動するモータジェネレータ40とバッテリ14とで、分担して行うことにより、エンジン2をより加速性の良好な状態で駆動できる。
図1に示すように、電気負荷は切換機器19および出力ソケット20を介して単相CVCFインバータ43に接続されている。この電気負荷に対しては、発電機器として作動するモータジェネレータ40からの電力供給と、バッテリ14から電力供給とを切換可能にしている。電気負荷が新たに投入、または増加した場合には、エンジン2の回転数が減少し、これにより、モータジェネレータ40による発電電力が減少し、電気負荷の需要電力に対して不足電力が生ずることとなる。エンジン2の回転数が減少すると、この回転変動により、操船者に違和感を与えるという不具合が、従来のシステムでは発生していた。そこで、本システムでは、この不足電力を補い、必要な電力を確保するために、次のような制御を行う。
まず、エンジン2の始動(起動)時には、図3に示すように、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が起動する。これは、図2では、M1に対応する動作モードである。そして、エンジン2とモータとしてのモータジェネレータ40の回転数が、それぞれ予め設定された回転数(例えば、エンジン2については700rpm、モータジェネレータ40については300rpm)に達したとき、エンジン2の起動を完了する。エンジン2の起動開始から起動完了までの間は、モータジェネレータ40が回生状態とならないように制御する。つまり、エンジン2起動時にモータとして作動するモータジェネレータ40が、エンジン2により回されることにより回生状態にならないように制御する。この制御は、エンジン2の回転数の変化率(傾き)を検出することにより行う。エンジン2の回転数は回転数センサ35により検出され、このとき検出されたエンジン2の回転数はシステムコントローラ7に入力される。システムコントローラ7は、エンジン回転数変化率演算手段として機能し、入力されたエンジン2の回転数に基づいてエンジン2の回転数の時間変化率を演算する。演算されたエンジン2の回転数の時間変化率が、予めシステムコントローラ7に設定されている所定値を超えた場合には、モータジェネレータ40への指令(起動指示)を停止して、ただちにエンジン2の起動完了とする。モータジェネレータ40への指令は、VVVFインバータコンバータ42を介してシステムコントローラ7が行う。
2 エンジン
3 動力伝達装置
4 プロペラ
14 バッテリ
40 モータジェネレータ
42 VVVFインバータコンバータ
43 単相CVCFインバータ
44 昇降圧チョッパ
Claims (2)
- エンジン(2)、動力伝達装置(3)、モータジェネレータ(40)、バッテリ(14)、およびインバータ部(41)からなるハイブリッドシステムにおいて、エンジン(2)のクランク軸にモータジェネレータ(40)の駆動軸が連結され、該モータジェネレータ(40)は、エンジン(2)と動力伝達装置(3)の間に介装され、該モータジェネレータ(40)は発電機器または電動機器として機能し、インバータ部(41)のVVVFインバータコンバータ(42)と接続され、前記インバータ部(41)は、VVVFインバータコンバータ(42)と単相CVCFインバータ(43)と昇降圧チョッパ(44)から構成され、該VVVFインバータコンバータ(42)と単相CVCFインバータ(43)と昇降圧チョッパ(44)の三者は相互に接続され、また、昇降圧チョッパ(44)はバッテリ(14)と接続され、前記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、モータジェネレータにより発電された交流電力が、VVVFインバータコンバータ(42)に出力されてインバータ部(41)により直流電力に変換されて、バッテリ(14)に充電され、モータジェネレータ(40)が電動機器として機能する場合には、バッテリ(14)の放電された直流電力をインバータ部(41)において交流電力に変換して供給すべく構成し、エンジン(2)の回転数の時間変化率を演算するエンジン回転数変化率演算手段と、移動体の進行方向を切り換える操作具の操作速度を演算する操作速度演算手段とを備え、エンジン(2)の起動時には、モータジェネレータ(40)を電動機器として作動させ、エンジン(2)の回転数、及び、電動機器として作動するモータジェネレータ(40)の回転数がそれぞれ所定の回転数に達した場合、並びに、エンジン(2)の起動から完了までの間に、エンジン回転数の時間変化率が所定値を超えた場合には、エンジンの起動を完了し、かつ、エンジン(2)の起動完了後所定時間経過前に、操作具の中立位置からの操作速度が所定速度を超えた場合には、モータジェネレータ(40)を電動機器として作動させ、該操作速度が所定速度を超えずに前記所定期間を経過した場合には、モータジェネレータ(40)を発電機器として作動させ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、該モータジェネレータ(40)を発電機器として機能して発電した電力を、インバータ部(41)の単相CVCFインバータ(43)を介して、電気製品等に電力を供給する電気負荷に供給すべく構成すると共に、手動により、該モータジェネレータ(40)から電気負荷への電力供給を行わない動作形態に、切換可能としたことを特徴とするハイブリッドシステム。
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