JP6584834B2 - 発電機 - Google Patents
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Description
そして、負荷を始動した時に発生する突入電力を供給するためにキャパシタを利用することは特許文献2に記載されている。
すなわち、負荷を始動した時に発生する突入電力は、キャパシタにより供給しているが、キャパシタの蓄電状態が不確定のため、エンジンを早急に稼働させる必要があるため、負荷が稼働していない時であっても、エンジンを常にアイドリング状態としていた。
エンジンを常にアイドリング状態としているため、負荷が稼働しない時間が長くなると、燃料消費が無駄になる問題があった。
(1)エンジンにより駆動され交流電流を発電するオルタネータと、前記オルタネータが発電した交流電流を直流電流に変換するコンバータと、前記コンバータで変換された直流電流を電荷として蓄電するキャパシタと、前記キャパシタに充電された電荷を任意の周波数の交流電流に変換し負荷に供給するインバータとを有する発電機において、前記負荷が定常運転にあるときに、前記エンジンの駆動により発電する前記オルタネータにより、前記キャパシタをフル充電すること、前記負荷が停止状態にあるときに、前記エンジンを停止すること、前記負荷が始動するときの突入電力を前記キャパシタのみから供給すること、前記キャパシタの蓄電量が所定値以下になる前に前記エンジンを始動して、前記オルタネータにより、電力供給を開始すること、前記負荷が始動するときに前記インバータが出力電力の周波数を最小周波数から定格周波数まで上昇する際に、出力電圧と周波数との割合が一定になるように出力電圧を上げていくことで、前記出力電圧が前記負荷に対して緩やかに印加され、前記負荷の始動中に前記エンジンが立ち上がり、前記オルタネータから電力供給が行われること、を特徴とする。
(2)(1)に記載する発電機において、前記負荷の突入電力を、前記エンジンが備える始動用バッテリによりバックアップすること、を特徴とする。
(1)エンジンにより駆動され交流電流を発電するオルタネータと、オルタネータが発電した交流電流を直流電流に変換するコンバータと、コンバータで変換された直流電流を電荷として蓄電するキャパシタと、キャパシタに充電された電荷を任意の周波数の交流電流に変換し負荷に供給するインバータとを有する発電機において、(a)負荷が定常運転にあるときに、エンジンの駆動により発電するオルタネータにより、キャパシタをフル充電すること、(b)負荷が停止状態にあるときに、エンジンを停止すること、(c)負荷が始動するときの突入電力をキャパシタのみから供給すること、(d)キャパシタの蓄電量が所定値以下になる前にエンジンを始動して、オルタネータにより、電力供給を開始すること、(e)前記負荷が始動するときに前記インバータが出力電力の周波数を最小周波数から定格周波数まで上昇する際に、出力電圧と周波数との割合が一定になるように出力電圧を上げていくことで、前記出力電圧が前記負荷に対して緩やかに印加され、前記負荷の始動中に前記エンジンが立ち上がり、前記オルタネータから電力供給が行われること、を特徴とするので、負荷が停止した時に、キャパシタがフル充電されており、負荷の再起動時には、キャパシタから電力を供給できるため、エンジンを停止することができ、燃料消費量を削減することができる。 エンジンを停止状態から始動して、オルタネータにより電力が供給されるまでの時間は、5秒以下である。キャパシタとしては、5秒程度は、負荷に対して突入電力を供給することが可能な容量のものを使用している。突入電力が必要なのは、7,8秒間であり、その後は、負荷は定常運転となり、必要な電力は突入電力のピーク値の10%程度である。そのため、オルタネータの余った供給電力によりキャパシタをフル充電するのに、30秒程度かかるだけである。
また、負荷が始動するときにインバータが出力電力の周波数を最小周波数から定格周波数まで上昇する際に、出力電圧と周波数との割合が一定になるように出力電圧を上げていくので、負荷始動時の突入電力を抑えることができることと、負荷始動がゆっくりになり、オルタネータからの電力供給が負荷始動中に間に合うことから、キャパシタからの供給電力量を減らすことができる。これにより、キャパシタの容量を小さくすることができ、コストダウンを実現できる。
まず、図1を参照して、第1実施形態の発電機1の概略構成を説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る発電機1の回路構成を説明する図である。
発電機1は、例えば排水ポンプや建設機械等のモータのように始動と停止を行う負荷9に電力を供給するものである。発電機1は、エンジン2、オルタネータ3、コンバータ4、キャパシタ5、三相インバータ6、ECU7、及び、制御装置8を備えている。
オルタネータ3には、コンバータ4が接続している。オルタネータ3は、エンジン2の回転に応じて電気を発生し、その交流電流がコンバータ4により直流電流に変換される。コンバータ4には、直流電流を電荷として蓄電するキャパシタ5、及び、直流電流を任意の周波数の交流電流に変換し、負荷9に供給する三相インバータ6(インバータの一例)が接続している。キャパシタ5は、三相インバータ6にも接続している。キャパシタ5は、負荷9を始動した時に発生する突入電力を単独で供給するために必要な電荷を蓄電できる容量を有する。三相インバータ6には、負荷9が接続し、キャパシタ5に蓄電された電荷を任意の周波数の交流電流に変換して負荷9に供給する。
負荷9、キャパシタ5、ECU7には、制御装置8が接続している。制御装置8は、発電機1が負荷9に電力を供給する動作を制御する制御手段8aを有している。
負荷9が始動するときに[ステップ1(以下「S1」と略記する。)]、制御装置8がECU7へエンジン始動指示を出力する(S2)。
t5は、負荷9が停止するタイミングを示す。負荷9が停止すると、エンジン2が停止され、オルタネータ3が発電しなくなる。このとき、キャパシタ5は、フル充電状態にされている。
エンジン2を停止状態から始動して、オルタネータ3により電力が供給されるまでの時間は、5秒以下である。キャパシタ5としては、5秒程度は、負荷9に対して突入電力を供給することが可能な容量のものを使用している。突入電力が必要なのは、7,8秒間であり、その後は、負荷9は定常運転となり、必要な電力は突入電力のピーク値の10%程度である。そのため、オルタネータ3の余った供給電力によりキャパシタ5をフル充電するのに、30秒程度かかるだけである。
続いて、本発明の第2実施形態に係る発電機について説明する。図4に、本発明の第2実施形態に係る発電機11の回路構成を説明する図を示す。
第2実施形態の発電機11は、始動用バッテリ12が双方向DC/DCコンバータ13を介してコンバータ4及び三相インバータ6に接続されている点が第1実施形態の発電機1と相違し、その他の構成は第1実施形態の発電機1と共通している。ここでは、第1実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点は適宜割愛する。
続いて、本発明の第3実施形態に係る発電機ついて説明する。第3実施形態の発電機は、第1又は第2実施形態の発電機1,11に対して、負荷9が始動するときにおける三相インバータ6の出力を制御する機能を追加したものである。そのため、第3実施形態の発電機は、基本的に、第1又は第2実施形態と構成が共通している。そこで、ここでは、第1及び第2実施形態と共通する点は説明を割愛し、第1及び第2実施形態と相違する点について、第1及び第2実施形態で使用した符号を用いながら説明する。
例えば、キャパシタ5がフル充電されるまでは、負荷9の負荷電力にキャパシタ5の充電に必要な電力を加算した分の電力をオルタネータ3に発電させるようにエンジン2を運転し、キャパシタ5がフル充電された後は、エンジン2を負荷9に追従して運転するようにしても良い。
例えば、上記第1実施形態のキャパシタ5は、突入電力を単独で供給可能な電荷を蓄電できる容量としたが、キャパシタ5の容量は必ずしもこれに限定されない。例えば、キャパシタ5は、突入電力の大部分(例えば80以上100%未満)を供給可能な電荷を蓄電できる容量としても良い。この場合、キャパシタの蓄電量が所定値以下になる前にエンジン2が始動するので、負荷9を始動状態から定常運転状態に安定して移行させることができる。
2 エンジン
3 オルタネータ
4 コンバータ
5 キャパシタ
6 三相インバータ(インバータの一例)
9 負荷
12 始動用バッテリ
Claims (2)
- エンジンにより駆動され交流電流を発電するオルタネータと、前記オルタネータが発電した交流電流を直流電流に変換するコンバータと、前記コンバータで変換された直流電流を電荷として蓄電するキャパシタと、前記キャパシタに充電された電荷を任意の周波数の交流電流に変換し負荷に供給するインバータとを有する発電機において、
前記負荷が定常運転にあるときに、前記エンジンの駆動により発電する前記オルタネータにより、前記キャパシタをフル充電すること、
前記負荷が停止状態にあるときに、前記エンジンを停止すること、
前記負荷が始動するときの突入電力を前記キャパシタのみから供給すること、
前記キャパシタの蓄電量が所定値以下になる前に前記エンジンを始動して、前記オルタネータにより、電力供給を開始すること、
前記負荷が始動するときに前記インバータが出力電力の周波数を最小周波数から定格周波数まで上昇する際に、出力電圧と周波数との割合が一定になるように出力電圧を上げていくことで、前記出力電圧が前記負荷に対して緩やかに印加され、前記負荷の始動中に前記エンジンが立ち上がり、前記オルタネータから電力供給が行われること、
を特徴とする発電機。 - 請求項1に記載する発電機において、
前記負荷の突入電力を、前記エンジンが備える始動用バッテリによりバックアップすること、
を特徴とする発電機。
Priority Applications (1)
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JP2015126484A JP6584834B2 (ja) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | 発電機 |
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JP2015126484A JP6584834B2 (ja) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | 発電機 |
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Family Applications (1)
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