JPS61106097A

JPS61106097A - 軸発電装置

Info

Publication number: JPS61106097A
Application number: JP59223876A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takahashi; 崇高橋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-10-26
Filing date: 1984-10-26
Publication date: 1986-05-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明はエンジンにより定周波発電を行うようにした軸
発電装置に関し、さらに船舶等の主機エンジンを利用し
て定周波発電を行う装置を、限られたスペース内にコン
パクトに収納可能にした軸発電装置に関するものである
。

〔従来技術〕

船舶における軸発電装置は、推進器駆動用の主機エンジ
ンとは別に、発電用の補助エンジンを装備して発電する
のが一般的である。しかし、この補助エンジンは、ディ
ーゼルエンジンの場合はロングストロークで、低速回転
の主機エンジンに比べると小型高速回転であって、かつ
良゛質のＡ重油を使用するため、遥かに燃費が高くなる
等の問題がある。このため、燃費に優れる主機エンジン
から動力を取り出して発電することができれば最も効率
的、経済的であり、発電用補助エンジンは主機エンジン
が運転できない非常の場合とか、停泊時に運転するよう
にすればよいようになる。

ところが、主機エンジンの回転数は船舶の運航状況に応
じて一定ではなく、絶えず変動する特殊性を有している
ため、定周波数の発電を行うには、発電機の回転数を常
に一定の定格回転数に維持する工夫をしなければならな
い。従来はこの一定の定格回転数をうるため、小容量発
電の場合には渦電流方式、滑りクラッチ方式又はサイリ
スタ方式などが採用されて実用化されてきた。しかし、
大型船舶等における大容量発電になると、効率の関係等
から一般に容量の大きなサイリスタ方式を利用せざるを
得なくなるが、この場合は正弦波電流にならず、通信機
器等に悪影響を及ぼす恐れがあることと、さらにサイリ
スタ制御装置は、周知のように容量が増大するに伴い飛
躍的に高価になるという欠点がある。

また、船舶はスペースが限られているため、上記のよう
な軸発電装置を設ける場合は、装置を出来るだけコンパ
クトにし、無駄なスペースを占めないようにすることが
望まれる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、船舶の主機エンジン等のように回転数
変動の大きなエンジンを利用して定周波発電を行う場合
、その定格発電容量より５かに小容量のサイリスタ制御
装置又はトランジスタ制御装置によって効率の高い発電
を可能にする軸発電装置を提供することにある。さらに
は、装置全体を狭いスペース内にコンパクトに収納する
ことができる軸発電装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

上記目的を達成するための本発明は、主機エンジンの動
力取出軸の動力を、入力軸を介して差動遊里歯車装置の
キャリヤに入力し、この差動遊星歯車装置で増速された
太陽両軍がらの出力により発電機を駆動するように構成
すると共に、前記発電機により発電された電力の一部を
、上記入力軸の回転数信号により制御されるサイリスタ
又はトランジスタ制御装置、モータを経て前記差動遊星
歯車装置の環状歯車に入力して、前記入力軸からの動力
と合体させ、その合体出力により前記発電機を定格回転
数で駆動すべくし、かつ前記モータがら差動遊星歯車装
置の環状歯車に加えられる回転数の前記発電機の定格回
転数に対する比率をα、差動遊星ｉｉ８軍装置。

発電機、サイリスタ又はトランジスタ制御装置。

モータの効率を、それぞれ’７＋＋　　η２．η３゜η
４とするとき、前記発電機の容量を、有効電力の１／（
１−（α／η１η２η３η４）〕倍、また前記サイリス
タ又はトランジスタ制御装置及びモータの容量を、それ
ぞれ有効電力のα／（ηｌ　η２　η３η４−α）倍に
したことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図に示す実施例により説明する。

第１図は本発明の発電装置の概要を示すものである。

１は入力軸であって、図示しない主機エンジンの動力取
出軸（ＰＴＯ軸）から動力を入力する。この入力軸１に
人力した動力は、そのまま後述する構成の差動遊星歯車
装置１３のキャリヤ２に入力される。また、この差ＵＪ
遊星歯車装置１３の出力軸２゛が、発電機７を駆動する
ようになっている。この発電機７が発生する電力の一部
は、サイリスタ制御装置８により制御して、モータ９の
回転数を主機エンジン回転数に対応させて変速し、その
出力を歯車５を介して上記差動遊里歯車装置工３の環状
歯車４に入力する。サイリスタ制御装置８は、上記制御
のため、入力軸１の回転数を検出する回転数検出器１１
から信号を入力するようになっている。

上記環状歯車４に入力した動力は、差動遊星歯車装置１
３において、入力軸１側からの動力と合体し、出力軸１
゛から出力し、発電機７を一定の定格回転数で駆動する
。ここで、上記発電機７の容量は、有効電力の１／（１
−１α／η、η２η３η４）〕倍、またサイリスタ制御
装置８．モータ９の容量は、それぞれ有効電力のα／（
η１η２η３η４−α）倍となるようにしてあり、エネ
ルギの流れは、それぞれの装置の効率の関係から、第３
図に示すような状態になっている。（ただし、αは、上
記モータ９より差動遊星歯車装置１３の環状歯車４に加
えられる回転数の発電機７の定格回転数に対する比率、
またη１．η２．η３．η４は・それぞれ差動遊星歯車
装置１３９発電機７．サイリスタ制御装置８．モータ９
の効率である。）上記差動遊星歯車装置１３は、遊星歯
車３を支持するキャリヤ２が入力側となって上記入力軸
１の動力を入力し、かつ遊星歯車３に噛合する太陽歯車
６が出力側となって発電ｔａ７を駆動する。遊星歯車３
の外側に配置された環状歯車４は、内外両面にそれぞれ
内歯車４１と外歯車４ｏとを有しており、内歯車４１が
上記遊里歯車３と噛合し、また外歯車４ｏが上記モータ
９の出力側の歯車５と噛合し、そのモータ９の出力を入
力するようになっている。１ｏは、モータ９に対するブ
レーキである。すなわち、入力軸１の回転数を、定周波
最低回転域に達するまで、ブレーキするためのものであ
る。

次に、上述した装置により発電を行う場合について説明
する。

いま、第２図において、差動遊星歯車装置１３において
合体動力を出力する太陽歯車６の回転数をＮ、歯数をＺ
ｓとすると、Ｎは発電機７の定格回転数として一定値で
ある。またモータ９の動力を入力する環状歯車４の回転
数をＮｘ　。

歯数をＺａ、またキャリヤ２に入力される入力軸１の回
転数をＮｏとすると、上記太陽歯車６の定格回転数Ｎは
、次の式で与えられる。（ただし、ＮｘはＮ＋　Ｎｏと
方向反対）Ｎ＝Ｎｃ　　（Ｚａ　＋Ｚｓ　）／Ｚｓ十Ｎχ　・Ｚａ
／Ｚｓここで、Ｚａ／Ｚｓ＝ｒとおいて、上記式から環状歯車
１４が回転すべき回転数Ｎｘを求めると、Ｎｘ　＝　１／ｒ　　（Ｎ−Ｎｏ　　（ｒ　＋　１）　
）　・−・・■となる。すなわち、上記環状歯車１４の
回転が上記０式を満足するように、モータ９の回転を制
御するようにすればよいことになる。

いま−例として、発明の理解を容易にするため、簡便に
理論値を概算することにし、船内必要電力が１０００ｋ
ｗの場合、上記発電機７．モータ９．サイリスタ制御装
置８．歯車の効率を、それぞれ９１％、９３％、９７％
、９８％と仮定し、かつ主機エンジンが最高回転数の時
のモータ９の回転数が０になるように仮定すると、発電
機７を６極とすれば、Ｎ　＝　１２０　Ｏｒ、ｐ、ｍ、
、また上記ｒ＝３．主機エンジンの使用変速域を２５％
、主機エンジンよりの入力軸１の回転数Ｎｏを２９　Ｏ
ｒ、ｐ、ｍ、とすれば、変速域が２５％であるから、入
力軸１の下限回転数Ｎｏ　’　は、Ｎｏ’　＝２９０Ｘ
０．７５＝２１７．５ｒ、ｐ、ｍ。

である。

したがって、上記０式より環状歯車４を制御すべき回転
数の範囲は、下限のＮｘが、Ｎｘ　＝１／３＝　　（１
２００−２９０Ｘ４）＝　１３．　３ｒ、ｐ、ｍ。

また上限のＮｘ’が、Ｎｘ’　＝１／３・　（１２００−２１７，５ｘ４）　
＝　１１　Ｏｒ、ｐ、ｒｎ。

となる。

このように環状歯車４を、入力軸１の回転検出器１１よ
りの信号によって、１３．３〜１１０　ｒ、ｐ、ｍ、の
回転数範囲に制御すれば、発電機７は、常に定格回転の
１２００ｒ、ｐ、ｍ、に維持される。

また、このときの発電機７の容量をＷとし、サイリスタ
制御装置８の容量をＷ”　とすれば、Ｗ＝＝１０００／（１−（α／η１　η２η３η４）〕＝１０００／（
１−０，３１）＝１４５０ｋｗＷ’　　＝１４５０−１０００＝４５０ｋｗとなる。

すなわち、上記軸発電装置によれば、理論的には、船内
使用電力が１１０００ｋの場合は、発電機７は１４５０
ｋｗ程度であり、またサイリスタ制御装置８．モータ９
．差動遊星歯車装置１３は、４５０　ｋ−程度の容量の
ものを付設すればよいことになる。

したがって、発電機の容量は増加するが、従来の方式の
ように１０００に−の発電のために、その１１０００ｋ
に見合った大容量のサイリスタ制御装置を装備すること
は不要であり、２分の一程度の容量でよい。そのため、
遥かに廉価な軸発電装置にすることができる。

また本発明では、上述のようにサイリスタ制御装置８が
小容量でよいので、このサイリスタ制御装置８に代えて
トランジスタ制御装置を使用するようにしてもよい。

第４，５図は、上述した軸発電装置の主要機器のレイア
ウトの一実施例を示し、第６図はサイリスタ制御装置の
外観の一例を示している。

後者のサイリスタ制御装置は別の場所に置き、前者の軸
発電装置に導線で連結すればよい。

第４．５図において、主機エンジンの動力は上記軸発電
装置の入力軸１に入力されるようになっている。軸発電
装置は、基盤１４上に設けられ、その入力側に、回転数
検知器１１を内蔵した差動遊星歯車装置１３を設置して
いる。この差動遊星歯車装置１３に入力した動力は、カ
ンプリング１５を介して発電機７へ伝達される。

上記差動遊星歯車装置１３と発電機７とは、基盤１４上
において直列に配列して固定され、さらに発電機７の上
部にはモータ９が載置固定されていて、カップリング６
を介して、差動遊星歯車装置１３の環状歯車４に入力さ
れるようになっている。

複数の主要機器が上述のようにレイアウトされることに
より、軸発電装置全体は、平面視では細長く延長し、ま
た正面視では上下に細長く高くなっている。そのため、
主機エンジンの側部等のように、天井は高いが幅の狭い
スペースに対し、上記軸発電装置全体をコンパクトに収
納することができる。

なお、上述した実施例では船舶における主機エンジンを
利用する場合について説明したが、本発明は船舶のみに
限らず、回転数が変動する同様の主機エンジンを設けた
装置に対しても有効に通用することができる。

〔発明の効果〕

本発明は上述したような構成からなり、主機エンジンか
ら取り出した動力を、そのまま差動遊星歯車装置に入力
し、発電機による発電電力の一部をサイリスタ又はトラ
ンジスタ制御装置による制御を経てモータへ入力し、そ
の制御された回転を、再び差動遊星歯車装置へ入力して
主機エンジンからの入力と合体させることにより、電力
を無駄にすることなく、しかも上記制御装置等を発電容
量の１／２程度の小容量のもので、定周波発電を可能に
する。

また、主機エンジンに併設するときに、極めてコンパク
トに収納可能な軸発電装置にすることができる。

また、サイリスタ又はトランジスタ制御装置は、モータ
の速度制御だけに適用されているため、発電機の発生電
力は正弦波となり、通信機器等への障害が排除できる。

また、上記主要機器のレイアウトにより、装置全体が平
面視では左右に細長く、正面視では上下に高くなるため
、狭いスペースにコンパクトに収納可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の軸発電装置の原理図、第２図は同装置
の差動遊星歯車装置部分の説明図、第３図はエネルギの
流れと機器及びその効率の関係を示す関係図、第４図は
上記軸発電装置の側面図、第５図は同正面図、第６図は
サイリス夕制御装置の正面図である。１・・・動力取出軸、　１３・・・差動遊星歯車装置、
７・・・発電機、　８・・・サイリスタ制御装置（又は
トランジスタ制御装置）　　９・・・モータ、　　１０
・・・ブレーキ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）主機エンジンの動力取出軸の動力を、入力軸を介
して差動遊星歯車装置のキャリヤに入力し、この差動遊
星歯車装置で増速された太陽歯車からの出力により発電
機を駆動するように構成すると共に、前記発電機により
発電された電力の一部を、上記入力軸の回転数信号によ
り制御されるサイリスタ又はトランジスタ制御装置モー
タを経て前記差動遊星歯車装置の環状歯車に入力して、
前記入力軸からの動力と合体させ、その合体出力により
前記発電機を定格回転数で駆動すべくし、かつ前記モー
タから差動遊星歯車装置の環状歯車に加えられる回転数
の前記発電機の定格回転数に対する比率をα、差動遊星
歯車装置、発電機、サイリスタ又はトランジスタ制御装
置、モータの効率を、それぞれη＿１、η＿２、η＿３
、η＿４とするとき、前記発電機の容量を、有効電力の
１／〔１−（α／η＿１η＿２η＿３η＿４）〕倍、ま
た前記サイリスタ又はトランジスタ制御装置及びモータ
の容量を、それぞれ有効電力のα／（η＿１η＿２η＿
３η＿４−α）倍にしたことを特徴とする軸発電装置。
（２）差動遊星歯車装置と発電機とを直列に基盤上に配
置し、前記発電機の上部にモータを設置した特許請求の
範囲第１項記載の軸発電装置。