JP4427148B2 - 発電装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数が異なる複数の電源を取出可能に構成される電源装置の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、エンジン等により駆動される発電装置においては、特開平10−127025号公報等に示す如く、高周波点灯用電源と、100V・50H/60Hの商用電源といったように異なる複数の電源を取出可能に構成したものがある。例えば、図7に示すように、発電機101の複数の巻線102からそれぞれ高周波点灯用電源を取り出してメタルハライドランプ等の高輝度放電ランプ103を点灯させるとともに、一部の巻線102から整流器104及びインバータ105を介し補助電源として商用電源106を取り出すように構成しており、この商用電源106を用いて水中ポンプや電動工具や溶接器等を駆動していた。そして、商用電源106は、高周波点灯用電源が取り出される巻線102の内、一部の巻線102から切換装置107により切り換えて取り出すようにしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の如く構成された発電機101は、単相式に構成されていたので、発電効率が低くなるとともに、発電機101が大型化してしまっていた。また、電源を整流するために必要なコンデンサ容量が大きくなり、整流を行うのが困難であった。また、商用電源106は、巻線102からの高周波点灯用電源の出力を切り換えて取り出すように構成されているので、商用電源106と高周波点灯用電源とを同時に使用することができなかった。さらに、商用電源102に用いられるのは、複数の巻線102の内の一部の巻線102、即ち高周波点灯用電源の出力の一部のみであったため、商用電源の出力容量が小さかった。
【0004】
【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、次に該課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項1においては、周波数が異なる複数の電源を取出可能に構成した電源装置において、三相交流高周波発電機の巻線から、高周波点灯用電源を取り出すとともに、整流器とインバータとによって、商用電源と同じ電圧及び周波数に変換された補助電源を取り出すように構成した。
【0005】
請求項2においては、周波数が異なる複数の電源を取出可能に構成した電源装置において、三相交流発電機から、整流器とインバータと、出力波形を平滑化するフィルタを介して、商用電源と同じ電圧及び周波数に変換された補助電源を取り出すとともに、該インバータの下流側には、前記補助電源側のフィルタへ案内するか、高周波点灯用電源を取り出すための回路側へ案内するかの選択を行う電源切換スイッチを設け、該電源切換スイッチにより、高周波点灯用電源として取り出すことを可能とした。
【0006】
また、請求項3においては、前記高周波点灯用電源の波形が矩形である。
【0007】
また、請求項4においては、前記発電装置は、出力される電源周波数を切り換える周波数切換スイッチ、及び電源の出力方向を補助電源側と高周波点灯用電源側とに切り換える電源切換スイッチを備え、該周波数切換スイッチと電源切換スイッチとを連動させた。
【0008】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の発電装置を搭載する投光機を示す側面図、図2は同じく投光機を示す正面図、図3は発電装置を示す概略回路図、図4は発電装置の別実施例を示す概略回路図、図5は同じく発電装置の別実施例を示す回路図、図6は高周波発電機から出力される各電源の出力波形を示す図、図7は従来の発電装置を示す回路図である。
【0009】
まず、投光機にセットされた本発明の発電装置A、及び該投光機の概略構成ついて説明する。図1、図2に示す投光機は、メタルハライドランプ等の高輝度放電ランプ4を具備しており、該高輝度放電ランプ4は投光機支柱17により支持され、該投光機支柱17は発電装置Aの一側方部に固定されている。発電装置Aはセットケース16に内装されており、エンジン及び該エンジンにより駆動される高周波発電機にて構成されている。また、投光機は、セットケース16の下部に取り付けられるキャスター輪15により、操向ハンドル14を押すことで走行移動可能とされている。そして、本投光機には、3灯の高輝度放電ランプ4が設けられている。
【0010】
次に、発電装置Aについて説明する。図3に示すように、発電装置Aは、高周波発電機A1とインバータユニットA2とで構成されている。高周波発電機A1は三相交流発電機に構成されており、該高周波発電機A1には3個の巻線2・2・2が並列に接続されている。各巻線2には、それぞれ高輝度放電ランプ4が接続されており、該高周波発電機A1からの出力により各高輝度放電ランプ4を点灯するようにしている。即ち、高周波発電機A1からは高周波点灯用の電源が出力され、その出力周波数は、例えば480Hzとしている。
【0011】
一方、インバータユニットA2は、三相全波整流器5、インバータ回路6、フィルタ7、及びコントローラ8等により構成され、高周波発電機A1に接続されている。そして、高周波発電機A1からの出力を三相全波整流器5により整流した後、インバータ回路6によって交流化し、フィルタ7により波形を平滑化して、一定周波数の交流電力を補助電源として取り出すようにしており、本例においては、50Hz/60Hz・100Vの商用電源を補助電源として取り出し、該補助電源を水中ポンプ、電動工具、及び溶接器等の各種機器を駆動するようにしている。
【0012】
また、高周波発電機A1からの出力を補助電源として取り出す場合、3個の巻線2・2・2全てからの出力をインバータユニットA2に入力して、高周波発電機A1全体から補助電源を取り出すようにしている。尚、高周波発電機A1は、例えば発電周波数を480Hzとしているが、他の周波数を出力することもでき、高輝度放電ランプ4が必要とする周波数の電源を出力するように構成されている。
【0013】
インバータ回路6は、例えばPWM制御方式のコントローラ8により制御されており、該コントローラ8には、補助電源の出力周波数を切り換える周波数切換スイッチ13が設けられ、フィルタ7を通過した後の出力の電圧値及び電流値が回路c1・c2を通じてフィードバックされている。また、コントローラ8には温度計18が接続されている。
【0014】
このように、本発電装置Aにおいては、480Hz等の高周波電源と、50Hz/60Hzの商用電源といった異なる周波数の電源を取出可能に構成している。そして、取り出される電源は、三相交流発電機に構成した高周波発電機A1から取り出されており、単相発電機から電源を取り出す場合に比べて発電効率が高くなるため、同じ容量の出力を取り出す場合には、発電装置Aをコンパクトに構成することができ、コストダウンを図ることができる。また、高周波発電機A1は三相交流発電機に構成されているため、三相全波整流器5により出力を整流する場合、リプルが小さく整流を容易に行うことができる。
【0015】
また、高周波点灯用の高周波発電機A1は、高輝度放電ランプ4を点灯させるための電源を出力しつつ、補助電源を取り出すためのインバータユニットA2へも電源を出力するように構成しているので、高輝度放電ランプ4を点灯させながら、同時に、商用電源にて駆動される各種機器を駆動することができる。さらに、補助電源用の出力は、高周波発電機A1から全体的に取り出すようにしているので、補助電源の出力容量を大きく取ることが可能であり、例えば、高輝度放電ランプ4を点灯させない場合には、高周波発電機A1の全容量を補助電源として取り出すことができる。尚、高輝度放電ランプ4の点灯は、高周波点灯用電源により行っているので発電効率が高く、同じ容量の発電機であれば商用電源で点灯させた場合よりも明るく点灯させることができる。また、点灯時のちらつきや立ち消え等の発生も抑えることができる。
【0016】
また、本発電装置Aが搭載される投光機においては、高輝度放電ランプ4を3灯設けており、各高輝度放電ランプ4は、高周波発電機A1に3個設けられる巻線2にそれぞれ接続されているので、該高輝度放電ランプ4を点灯させた場合の負荷バランスが良好となる。尚、高周波発電機A1からは、高輝度放電ランプ4が必要とする周波数の電源が出力されるので、インバータ回路6は補助電源を取り出すインバータユニットA2のみに設ければよい。
【0017】
次に、発電装置Aの別実施例について説明する。図4、図5に示す発電装置Bは、高周波発電機B1とインバータユニットB2とで構成されている。インバータユニットB2は、三相全波整流器5、インバータ回路6、フィルタ7、及びコントローラ8等により構成されており、該インバータユニットB2には高周波発電機B1からの出力が入力されている。
【0018】
インバータユニットB2へ入力された高周波発電機B1からの出力は、三相全波整流器5により整流され、図5に示す平滑コンデンサ19に平滑された後、インバータ回路6によって交流化される。そして、交流化された出力を、フィルタ7により波形を平滑化し、一定周波数の交流電力に変換して、補助電源として取り出すことを可能としている。尚、本例においては、補助電源として50Hz/60Hz・100Vの商用電源を取り出し、該補助電源を水中ポンプ、電動工具、及び溶接器等の各種機器を駆動するようにしている。
【0019】
また、インバータ回路6の下流側には電源切換スイッチ21が設けられており、該電源切換スイッチ21を切り換えることによって、インバータ回路6によって交流化された電源を、補助電源側のフィルタ7へ案内するか、高周波点灯用電源を取り出すための回路c3側へ案内するかの選択を行うことができるように構成している。回路c3には投光機等に用いられる複数の高輝度放電ランプ4が接続されている。
【0020】
インバータ回路6は、例えばPWM制御方式のコントローラ8により制御されており、該コントローラ8により、使用したい電源の電圧や周波数に応じた出力波形をインバータ回路6から出力させるようにしている。即ち、高周波発電機B1からの出力を補助電源として用いる場合には、コントローラ8及びインバータ回路により、50Hz・100V又は60Hz・100Vの商用電源を得ることができるような出力波形を形成し、高周波発電機B1からの出力を回路c3側へ導いて高輝度放電ランプ4を点灯させる場合には、該高輝度放電ランプ4が必要とする周波数の高周波点灯用電源を得ることができるような出力波形を、コントローラ8及びインバータ回路により形成するように構成している。
【0021】
具体的には、高周波発電機B1からの出力を補助電源として、50Hz・100Vの商用電源に変換して用いる場合には、図6(a)に示すような、周期が1/f50(s)であるPWM波形が出力され、高周波発電機B1からの出力を補助電源として、60Hz・100Vの商用電源に変換して用いる場合には、図6(b)に示すような、周期が1/f60(s)であるPWM波形が出力される。尚、図6(a)に示すPWM波形は、フィルタ7を通過することにより周波数が50Hzの正弦波形に変換され、図6(b)に示すPWM波形は、フィルタ7を通過することにより周波数が60Hzの正弦波形に変換される。
【0022】
また、高周波発電機B1からの出力を、高輝度放電ランプ4を点灯させるため等の高周波電源として用いる場合には、図6(c)に示すような、周期が1/fx (s)である矩形波が出力される。ここで、fx は出力される高周波電源の周波数Xの値を示し、例えば周波数800Hzの高周波電源が出力されるならば、f800 =800となる。また、前記f50及びf60も同様であり、f50=50、f60=60である。
【0023】
また、コントローラ8には、補助電源の出力周波数を切り換える周波数切換スイッチ22が設けられており、該周波数切換スイッチ22により、インバータ回路6から出力される電源の周波数を、例えば50Hz、60Hz、800Hzの3段階に切り換えることができるようにしている。さらに、コントローラ8には、フィルタ7を通過した後の電源出力の電圧値及び電流値が回路c1・c2を通じてフィードバックされているとともに、温度計18が接続されている。
【0024】
図5に示すように、前記電源切換スイッチ21は電磁コイル23に接続されており、該電磁コイル23に電流が流れておらずオフ状態となっている場合には、該電源切換スイッチ21が、インバータ回路6からの電源出力が補助電源側へ案内される側に切り換えられるように構成している。逆に、電磁コイル23に電流が流れてオン状態となると、電源切換スイッチ21が切り換えられ、インバータ回路6からの電源出力が高周波点灯用電源側へ案内される。
【0025】
コントローラ8は、前記周波数切換スイッチ22の接片22dが接点22aと接続されている場合には、インバータ回路6から50Hzの商用電源が出力されるように制御を行い、接片22dが接点22bと接続されている場合には、インバータ回路6から60Hzの商用電源が出力されるように制御を行い、接片22dが接点22cと接続されている場合には、インバータ回路6から800Hzの高周波点灯用電源が出力されるように制御を行う。コントローラ8内にはリレー24が設けられており、周波数切換スイッチ22の接片22dが接点22cと接続されると該リレー24がオンする。また、コントローラ8内には電磁コイル23に接続される回路c4が設けられ、リレー24がオンすると該回路c4が閉じて電磁コイル23に電流が流れるように構成している。
【0026】
即ち、周波数切換スイッチ22と電源切換スイッチ21とは連動しており、周波数切換スイッチ22を50Hzの位置又は60Hzの位置に切り換えると、電源切換スイッチ21がインバータ回路6とフィルタ7とを接続する位置に切り換わり、インバータ回路6から50Hz又は60Hzの商用電源が出力されて補助電源側へ案内され、周波数切換スイッチ22を800Hzの位置に切り換えると、電源切換スイッチ21がインバータ回路6と回路c3とを接続する位置に切り換わり、インバータ回路6から800Hzの高周波電源が出力されて高周波点灯電源側へ案内されることとなる。
【0027】
このように、周波数切換スイッチ22の切換操作を行うだけで、電源切換スイッチ21が連動して自動的に切り換わるので、電源の周波数切換をするだけで補助電源と高周波点灯用電源との切り換えをも同時に行うことができ、切換操作が容易になるとともに、誤操作を防止することができる。
【0028】
また、電源装置Bにおいては、該インバータ回路6の下流側から、コントローラ8及びインバータ回路6により高周波に変換した高周波点灯用電源を取り出すように構成しているため、高周波点灯用電源の周波数は高周波発電機B1から出力される電源の周波数に制限されず、取り出す高周波点灯用電源の周波数を任意に設定することが可能となる。そして、高周波点灯用電源の周波数を高く設定することにより、該高周波点灯用電源を用いて点灯される高輝度放電ランプ4のちらつきや立ち消え等を減少することができる。
【0029】
また、取り出した高周波点灯用電源により高輝度放電ランプ4を点灯させている最中に、同時に補助電源を取り出して使用した場合には、補助電源にかかる負荷が大きいと、高周波点灯用電源の電圧が低下して高輝度放電ランプ4の立ち消えが発生する恐れがあるが、本電源装置Bにおいては、補助電源及び高周波点灯用電源は、電源切換スイッチ21により切り換えてどちらか一方のみを取り出すことができるように構成しているので、電圧低下による高輝度放電ランプ4の立ち消え発生を防止することができる。
【0030】
また、本例においては、回路c3を通じて取り出す高周波点灯用電源は、電源周波数を800Hzに設定して高輝度放電ランプ4を点灯させているが、水銀灯等の他のHIDランプを点灯させることも可能であり、それぞれのランプに応じた電源周波数(例えば500Hz〜1000Hz程度)に設定することができる。
【0031】
そして、該高周波点灯用電源においては、図6(c)に示すように、出力波形が矩形波となるように制御している。このように、出力波形を、立ち上がりがほぼ垂直である矩形波とすることにより、該出力波形を、立ち上がりが緩やかな正弦波とした場合に比べてランプ点灯に必要な電圧を長時間確保することができ、点灯効率が高くランプを明るく点灯させることができる。また、ランプの種類やバラツキ等にかかわらず、ランプを安定して点灯させることができ、ちらつきを大幅に減少させることができる。さらに、ランプの再点灯電圧が低くなるので、高周波点灯用電源の電圧が低下した場合でも立ち消えが発生しにくくなる。また、補助電源側に設けているフィルタ7の如く、波形を整えるフィルタを設ける必要もない。
【0032】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を奏するのである。
即ち、請求項1記載の如く、三相交流高周波発電機の巻線から、高周波点灯用電源を取り出すとともに、整流器とインバータとによって商用電源と同じ電圧及び周波数に変換された補助電源を取り出すように構成したので、単相発電機から電源を取り出す場合に比べて発電効率が高くなり、同じ容量の出力を取り出す場合には発電装置をコンパクトに構成することができて、コストダウンを図ることができる。
また、高周波発電機は三相交流発電機に構成されているため、出力を整流する場合、リプルが小さく整流を容易に行うことができる。
また、高周波点灯用の三相高周波発電機は、メタルハライドランプ等の高輝度放電ランプを点灯させるための電源を出力しつつ、同時に補助電源を取り出すためのインバータユニットへも電源を出力可能に構成しているので、高輝度放電ランプを点灯させながら、同時に、商用電源にて駆動される各種機器を駆動することができる。
さらに、補助電源用の出力は、三相高周波発電機から全体的に取り出すようにしているので、補助電源の出力容量を大きく取ることが可能であり、例えば、高輝度放電ランプを点灯させない場合には、三相高周波発電機の全容量を補助電源として取り出すことができる。
また、本発電装置が搭載される投光機においては、例えば高輝度放電ランプを3灯設けて、三相高周波発電機に3個設けられる巻線に各高輝度放電ランプをそれぞれ接続させると、該高輝度放電ランプを点灯させた場合の負荷バランスを良好とすることができる。
【0033】
さらに、請求項2記載の如く、周波数が異なる複数の電源を取出可能に構成した電源装置において、三相交流発電機から、整流器とインバータと、出力波形を平滑化するフィルタを介して、商用電源と同じ電圧及び周波数に変換された補助電源を取り出すとともに、該インバータの下流側には、前記補助電源側のフィルタへ案内するか、高周波点灯用電源を取り出すための回路側へ案内するかの選択を行う電源切換スイッチを設け、該電源切換スイッチにより、高周波点灯用電源として取り出すことを可能としたので、高周波点灯用電源の周波数は発電装置から出力される電源の周波数に制限されず、取り出す高周波点灯用電源の周波数を任意に設定することが可能となる。
そして、高周波点灯用電源の周波数を高く設定することにより、該高周波点灯用電源を用いて点灯されるメタルハライドランプ等の高輝度放電ランプのちらつきや立ち消え等を減少することができる。
また、取り出した高周波点灯用電源により高輝度放電ランプ等を点灯させている最中に、同時に補助電源を取り出して使用した場合には、補助電源にかかる負荷が大きいと、高周波点灯用電源の電圧が低下して高輝度放電ランプ等の立ち消えが発生する恐れがあるが、本電源装置においては、補助電源及び高周波点灯用電源は、切り換えてどちらか一方のみを取り出すことができるように構成しているので、電圧低下による高輝度放電ランプ等の立ち消え発生を防止することができる。
【0034】
さらに、請求項3記載の如く、前記高周波点灯用電源の波形が矩形であるので、高周波点灯用電源の出力波形を、立ち上がりが緩やかな正弦波とした場合に比べて、立ち上がりがほぼ垂直である矩形波ではランプ点灯に必要な電圧を長時間確保することができ、点灯効率が高くランプを明るく点灯させることができる。また、ランプの種類やバラツキ等にかかわらず、ランプを安定して点灯させることができ、ちらつきを大幅に減少させることができる。
さらに、ランプの再点灯電圧が低くなるので、高周波点灯用電源の電圧が低下した場合でも立ち消えが発生しにくくなる。
また、補助電源側に設けているフィルタの如く、波形を整えるフィルタを設ける必要もない。
【0035】
さらに、請求項4記載の如く、前記発電装置は、出力される電源周波数を切り換える周波数切換スイッチ、及び電源の出力方向を補助電源側と高周波点灯用電源側とに切り換える電源切換スイッチを備え、該周波数切換スイッチと電源切換スイッチとを連動させたので、周波数切換スイッチの切換操作を行うだけで、電源切換スイッチが連動して自動的に切り換わることとなる。
従って、電源の周波数切換をするだけで補助電源と高周波点灯用電源との切り換えをも同時に行うことができ、切換操作が容易になるとともに、誤操作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の発電装置を搭載する投光機を示す側面図である。
【図2】 同じく投光機を示す正面図である。
【図3】 発電装置を示す概略回路図である。
【図4】 発電装置の別実施例を示す概略回路図である。
【図5】 同じく発電装置の別実施例を示す回路図である。
【図6】 高周波発電機から出力される各電源の出力波形を示す図である。
【図7】 従来の発電装置を示す回路図である。
【符号の説明】
A・B 発電装置
A1・B1 高周波発電機
A2・B2 インバータユニット
2 巻線
4 高輝度放電ランプ
5 三相全波整流器
6 インバータ回路
7 フィルタ
8 コントローラ
17・22 周波数切換スイッチ
21 電源切換スイッチ
Claims (4)
- 周波数が異なる複数の電源を取出可能に構成した電源装置において、三相交流高周波発電機の巻線から、高周波点灯用電源を取り出すとともに、整流器とインバータとによって商用電源と同じ電圧及び周波数に変換された補助電源を取り出すように構成したことを特徴とする発電装置。
- 周波数が異なる複数の電源を取出可能に構成した電源装置において、三相交流発電機から、整流器とインバータと、出力波形を平滑化するフィルタを介して、商用電源と同じ電圧及び周波数に変換された補助電源を取り出すとともに、該インバータの下流側には、前記補助電源側のフィルタへ案内するか、高周波点灯用電源を取り出すための回路側へ案内するかの選択を行う電源切換スイッチを設け、該電源切換スイッチにより、高周波点灯用電源として取り出すことを可能としたことを特徴とする発電装置。
- 前記高周波点灯用電源の波形が矩形であることを特徴とする請求項2に記載の発電装置。
- 前記発電装置は、出力される電源周波数を切り換える周波数切換スイッチ、及び電源の出力方向を補助電源側と高周波点灯用電源側とに切り換える電源切換スイッチを備え、該周波数切換スイッチと電源切換スイッチとを連動させたことを特徴とする請求項2に記載の発電装置。
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