JPS63501840A - ハイブリッド発電装置 - Google Patents

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】 ハイブリッド発電装置 説　明 この発明は、一般に発電装置、特に原動機によって発生される原動力から高信頼 性のＡＣおよびＤＣ出力電力を発生するための発電装置に関するものである。

背景技術 ］ンパクトなＡＣおよびＤＣ電源が要求されるいろいろな応用がある。１つのこ のような応用は、２種の電力を要求する構成部分を典型的に含む航空機にある。

しばしば、このような航空機には１、高信頼性、例えば、１０’／飛行時間以下 の故障の確率、でなければならない飛行臨界多重チャネル冗長電気装置がある。

冗長電気装置の１つのチャネルの故障の確率もまた、それが接続されている電源 の信頼性に依存するので、電源は、それが結合されるチャネルの故障の最低標準 確率に等しくまたはそれ以下の故障の確率を有しなければならなくなり、それで 、装置の信頼性を達成することが要求される冗長チャネル数は最小にされる。

ＡＣおよびＤＣ電力を発生するための従来の装置はＡＣ出力電力を発生する原動 力源によって駆動されるＡ（３発電機を含んでいる。ＡＣｊ出力電力の一部は、 ＤＣ出力を生じるように整流され、ろ波される。Ｄ。

電力の信頼性もまた、ＡＣ発電機の信頼性およびそれに結合されるＡＣ負荷に依 存するので、この発電装置は、しかしながら、特に発生されたＤＣ電力に関して 十分信頼性があることが分からなかった。

更に、ＡＣ発電機によって発生される全出力電力に対するＤＣ電力め比率が重要 になる時、歪みが整流処理のためＡＣ波形に導入され、それによって、ＤＣ出力 電力が発生されることは、従来の装置に備えられていた。いくつかの例において 、特定電力品質制限が達成されないかまたはＡＣ発電機が歪みを特定制限以下に 保つように過剰に設計されなければならない。更に、ＡＣ調整はこのような歪み によって逆に影響を及ぼさこの発明によると、原動機によって発生される原動力 からＡＣおよびＤＯ電力を発電するためのハイブリッド発電装置は、ＡＣ出力電 力を発電するための原動機によって駆動されるＡＣ電力発電部とＡＣ電力発電部 から独立していて、ＤＣ出力電力を発電するための原動機によって駆動されるＤ Ｃ電力発電部を含んでいる。

好ましい実施例において、ＡＣおよびＤＣ電力発電部の各は少なくとも１つの、 好ましくは２つの永久磁石発電機（ＰＭＧ’ｓ）を含んでいる。その各は、結合 出力を発生し、結合出力の大きさを変更するように互いに関して可動的である直 巻接続固定子または電機子巻線を含んでいる。固定子巻線の位置は、それによっ て発生される出力電力を調整するように制御回路によって各部で制御される。

ＡＣおよびＤＣ部の両方は、コンパクトな発電装置を提供するために単一のハウ ジングに好んで配置され構成部品の冷却を簡単にする。

両部の信頼性は、一つの部の故障がもう一つの部によって発生された電力の故障 を引き起こさない故に、増加される。更に、２つの部が独立していることは、Ｄ Ｃ出力電力がこの装置の全出力電力の重要な比率である時、従来の装置に生じる 前記歪み問題をうまく回避する。なお、ＤＣ部の効率は、ＤＣ電力を発電するの に必要な構成部品は少なくてもいいので、従来装置より改善された。

図面の簡単な説明 第１図はＡＣおよびＤＣ電力を発電するための従来の装置のブロック図である。

第２図はこの発明によるハイブリッド発電装置のブロック図である。

第３図は第２図に示されるＡＣおよびＤＣ部のどちらにも使用される二重永久磁 石発電機の正面図で、部分図である。

この発明を実施するための最上のモードいま、第１図を説明すると、ＡＣおよび ＤＣ電力を発電するための従来の装置が図示されている。この装置は複数の結合 駆動発電機２０−１ないし２０−４を含んでいる。その各は、発電機線路の接触 器ＧＬＯ１−ＧＬＣ４を通してそれぞれ複数のＡＣ負荷２２−１ないし２２−４ の１つと結合されるＡＣ電力を発生する。

ＡＣ負荷２２−１ないし２２−４の各はパス・タイブレーカ−ＢＴＢｌ　−ＢＴ Ｂ４のそれぞれを通して配電バス２６と接続される。従って、ＡＣ負荷の各は結 合駆動発電機２０−１ないし２０−４の１以上から電力を供給される。

勿論、より大きいまたはより小さい数の発電機および／または負荷が、所望なら ば、配電バス２６と結合される。

統合駆動発電機は舵機制御装置（図示せず）によって制御される。各駆動発電機 は、原動力源によって駆動される定速度駆動装置および定周波数Ａ（３電力を発 生するための巻線界磁発電機を備えている。

いくつかの装置が、所望ならば、故障の場合には発電機を不動作にするように備 えられている。

ＡＣ負荷の１つと並列に接続されているのは、変圧器３０、整流器／フィルタ回 路３２および１以上のＤＣ負荷を付勢するようにＤＣ電力を発生するためのＤＣ 配電装置３４を備えているＤＣ電力部である。

的述のように、この電力発電装置は、高信頼性基準を満たさなければならない臨 界ＤＣ負荷を付勢するため航空機のような応用で使用される。しかしながら、Ａ Ｃ部の故障は、少なくとも故障がＡＣ部の遮断器によって隔離されるまで、ＤＣ 電力出力に影響を及ぼし荷の動作故障の結果生じるＤＣ電力出力の一時的な妨害 となり得る。

臨界ＡＣ負荷はまた、ＤＣ電力装置の故障によって影響を及ぼされる。

要約すれば、第１図の装置でＤＣ電力を発生する部の信頼性はＡＣ電力を発生す る部の構成部品に依存し、逆もまた同じである。従って、各部の信頼性は受け入 れられない程度まで減少される。

更に、ＤＣ電力が駆動発電機２０によって発生される電力の重要な部分である時 、整流器／フィルタ回路３２は、１以上のＡＣ負荷２２と結合されるＡＣ出力波 形に重大な歪みを持ち込み得る。

次に、第２図を説明する。第２図には、この発明によるＡＣおよびＤＣ電力を発 電するハイブリッド発電装置のブロック図が示されている。第２図に示されたハ イブリッド発電装置は、互いに独立しているおかげで第１図に示された従来装置 の個々の電力発電部より各は信頼できる別々のＡＣおよびＤＣ電力発電部な備え ている。

第２図に示されるように、原動機５０は、概略的に５２で示されている軸によっ て、発電機制御装置（ＧＣＵ）　５５によって与えられる切断信号で制御される 機械的ＡＣ断路装置５４と結合される。断路装置５４はＧＯＵ　５５から速度制 御信号もまた受信する定速駆動装置（Ｃ３Ｄ）　５６と結合される。定速度駆動 速度５６は概略的に５８で示されている軸を介してＡＣ発電機６０に伝達される 定速度出力を発生する。

好ましい実施例において、ＡＣ発電機６０は、下記に第３図に関してより詳細に 述べられている二重永久磁石発電装置（即ち、ＰＭＧ装置）を備えている。二重 ＰＭＧ装置６０はＣ８Ｄ　５　’６によって与えられる定速度原動力から定周波 数ＡＣ出力電力を発生する。

二重ＰＭＧ装置６０は、それによって発生される出力電圧の大きさを検出し、出 力電圧が、負荷に関係なく所定の負荷制限内の一定値に維持されることを確実に するために二重ＰＭ（）装置を制御するＡＣ制御回路６２によって制御される。

この制御回路６２はまた、故障状態中量大出力電流を制限するための電流制限回 路を含み、ＧＯＵ５５の一部である。

従って、構成要素５４，５６，６０および６２は全体としてＡＣ部を構成する。

ＤＯ部は、ＡＣ部から独立して高信頼性のＤＣ出力電力のために備えられている 。

このＤＣ部はＧＣＵ５５から切断信号を受信する前記装置５４と類似の手動Ｄｏ 断路装置６６を含んでいる。

断路装置６６は、前記二重ＰＭＧ装置６０と機能的に同一である第２の二重ＰＭ Ｇ装置６８と結合される。二重ＰＭＧ装置６８の出力はＤＣ負荷を付勢するため のＤＣ出力電力を発生する整流器／フィルタ回路７０と結合される。

ＧＣＵ　５５の一部であるＤｏ制御回路７２は、ＤＣ出力電圧の大きさを検出し 、原動機５０によって発生される原動力の速度変化およびＤＣ負荷の変動に関係 な（所望のレベルにＤＣ出力電圧を維持するためにＤＣ部用二重ＰＭＧ装置６８ を制御するため備えられてい“る。

下記に詳細に説明されているように、ＤＣ二重ＰＭＧ装置６８の各ＰＭＧは、そ の一方が整流器／フィルタ回路７０と結合され、その他方がＧＯＵに制御電力を 供給するように使用される２つの分離された出力を発生するように２つの独立し た固定子巻線の組を含んでいる。

時には「セグメント巻き」と呼ばれるこの種のＰＭＧは、本出願人によって１９ ８５年６月１４日出願されたバイダヤの米国特許出願第７４４．８８７号「冗長 多重チャネル電動機および発電機」（文書第ＢＯ１６２Ｂ−ＡＴ３−ＵＳＡ）に 詳細に説明されている。

次に、第３図を説明する。各二重ＰＭＧ装置６０゜６８は回転子構造８４．８６ の両方は同じ回転速度で駆動されるように軸８８により共に接続される永久磁石 回転子構造８４．８６をそれぞれに有する第１および第２の永久磁石発電機８０ ．８２を含んでいる。回転子構造８４．８６および軸８８は、二重ＰＭＧ装置６ ０の場合には、軸５８を介して定速度駆動装置５６と結合され、二重ＰＭ（）装 置６８の場合には、軸６８を介して断路装置６６と結合されている。

二重ＰＭＧ装置６０の各ＰＭＧ　８０　、８２は、その各が３相ＡＣ電力を発生 する一組の３招電機子巻線９０．９２を含んでいる。電機子巻線９０．９２は互 いに直列に接続され、それによって付勢されるＡＣ負荷と接続される。

二重ＰＭＧ装置６８の場合に、単一の組の３招電機子巻線９０．９２は、前述の ように各組は他の組に左右されず２組の３摺電機子巻線によりおのおの置き換え られる。更に、ＰＭＧ装置の一つにおける一組の３摺電機子巻纏は、制御電力を （）ＣＵに供給するためＩｃ第１の出力を発生するように、−組の他のＰＭＧの ３摺電機子巻線と直列に接続される。他の組の巻線は整流器／フィルタ回路７０ と接続される第２の出力を発生するように共に直列に接続される。

二重ＰＭＧ装置６０．６８の両方において、ＰＭＧ８０の電機子巻線８０は、制 御回路６２．７２のうちの一つにより作動されるアクチュエータ９８によりＰＭ Ｇ８２の電機子巻線に関して可動する。

一つのＰＭＣ）の電機子巻線が他のＰＭＧの電機子巻線と直列に接続されるので 、各二重ＰＭＧ装置６０．６８の全出力は各ｐｙｏの個々の出力のベクトル和に より表わされる。互いに関連するＰＭＧの出力の位相変位および結合出力の大き さは、アクチュエータ９８および制御装ｆ６２または７２１ＣよりＰＭＧ　９０ の電機子巻線の位置を変更することで調整される。

二重ＰＭ（）装置６０の場合、Ｃ８Ｄ　５６は定周波数ＡＣ電力が電機子巻線９ ０．９２で発生されるように、定回転速度で回転子構造８４．８６を回転させる 。ＡＣ制御装置６２はＰＭＧ装置６０の結合出力の電圧の大きさを検出し、負荷 の変化に関係なく所望の大きさに結合出力電圧を維持するため電機子巻線９２に 関して電機子巻線９０の位置を調整する。

二重ＰＭＧ装置６８の場合、それによって発生される電力の周波数は軸６７の速 度によって変動する。周波数のこの変動は整流器／フィルタ回路７０により発生 されるＤＣ出力電圧の大きさにおける変動に変形する。

この大きさの変動はＰＭＧ　８２に関してＰＭＧ８０の電機子巻線の配置を変更 するようにアクチュエータ９８を作動するＤＣ制御装置７２により検出される。

従って、二重ＰＭＧ装置６８により発生される結合電圧の大きさは一定レベルに ＤＣ出力電圧の大きさを維持するよって調整される。

二重ＰＭＧ装置６０．６Ｂ、ＡＣ制御装置６２およびＤＣ制御装置７２のより完 全な説明は、本出願人により１９８４年１０月３１日出願されたブレノンの米国 特許出願第６６７．１５７号「電圧調整形永久磁石発電機装置」（文書第ＢＯ１ ７’５９−ＡＴ２−ＵＳＡ）　を参照されたい。

再び、第２図を説明する。原動機５０および制御装９６２．７２を除いてそこに 示されている構成要素の各はコンパクトなハイブリッド発電装置を提供するため 罠破線１００で概略的に図示されている単一のハウジング内に備えられている。

単一の７・ウジングに構成要素を備えることによって、同じオイ、ルおよびオイ ルポンプが構成要素を冷却することによって使用することができ、それによって 全体の装置を簡単にする。

更に、より少ない構成要素しかＤＣ電力を発電するのに必要ないので、ＤＣ部の 効率がまた、従来の発電装置に対して改善される。

また、ＡＣおよびＤＣ部が独立している結果、各部によって発生される電力の信 頼性は増加する。更に、このような電力がＡＣおよびＤＣ部の全出力電力の高比 率を取る時さえ、ＡＣ出力電力の特性はＤＣ出力電力の生産によって影響を及ぼ さない。

相対的可動電機子巻線を有する前記二重ＰＭＣ）装置は、所望ならば、相対的可 動回転子・磁気構造を有する二重ＰＭＧ装置によって置き換えられる。この結果 、適当な制御装置が、それによって発生される出力電力に対して所望の制御を交 互に達成するため回転子構造の相対配置を制御する必要がある。

児１図 （従床例） 国際調査報告 ＋Ｍ１ｅ”ｖｌｌ＃Ｍ＃ｌ　Ａｅｔ’ｌ：ｒ゛″”Ｋ７／’ｌｃ？６１０２００ １

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．ＡＣ出力電力を発電するための原動機によつて駆動されるＡＣ電力発電部と 、前記ＡＣ電力発電部から独立し、ＤＣ出力電力を発電するための原動機によつ て駆動されるＤＣ電力発電部とを備え、前記ＡＣおよびＤＣ電力発電部の各は永 久磁石発電機を含んでいることを特徴とする原動機によつて発生される原動力か らＡＣおよびＤＣ出力電力を発電するためのハイプリツド発電装置。
2. ２．ＡＣおよびＤＣ電力発電装置は単一のハウジングに配置されていることを特 徴とする請求の範囲第１項記載のハイプリツド発電装置。
3. ３．ＡＣ電力発電部は、互いに直列に接続される電機子巻線と共に機械的に結合 される第１および第２の回転子磁気構造を有する第１および第２の永久磁石発電 機（ＰＭＧ′ｓ）を含み、一つのＰＭＧの電機子の巻線は、ＡＣ出力電力の電圧 の大きさを変更するように他のＰＭＧの電機子巻線に関して可動することを特徴 とする請求の範囲第１項記載のハイプリツド発電装置。
4. ４．原動機は可変速度原動力を発生し、ＡＣ電力発電装置は、さらに定速度で第 １および第２の回転子磁気構造を駆動するため原動機とＰＭＧ′ｓ間を結合され る定速度駆動装置を含み、それによつて直列接続された電機子巻線は定周波数Ａ Ｃ出力電力を発生することを特徴とする請求の範囲第３項記載のハイプリッド発 電装置。
5. ５．ＡＣ電力発電装置は、さらにＡＣ出力電力の電圧が負荷電流に関係なく所定 の大きさに維持されるように第１および第２のＰＭＧ′ｓの電機子巻線の相対配 置を調整するための装置を含んでいることを特徴とする請求の範囲第３項記載の ハイプリツド発電装置。
6. ６．ＤＣ電力発電装置は、互いに直列に接続される電機子巻線と共に機械的に結 合される第１および第２の回転子磁気構造を有する第１および第２の永久磁石発 電機（ＰＭＧ′ｓ）を含み、一つのＰＭＧの電機子巻線は、ＤＣ出力電力の電圧 の大きさを変更するように他のＰＭＧの電機子巻線に関して可動することを特徴 とする請求の範囲第１項記載のハイプリツド発電装置。
7. ７．各ＰＭＧはセグメント巻きであり、それによつて２組の独立している電機子 巻線は各ＰＭＧに配置され、ＰＭＧ′ｓの各における１組の電機子巻線は共に直 列に接続され、第１の出力を発生し、残りの組の巻線は共に直列に接続され、第 ２の出力を発生し、出力の一つはＤＣ出力電力を発生するように整流されること を特徴とする請求の範囲第６項記載のハイプリッド発電装置。
8. ８．原動機は、ＰＭＧ′ｓが可変周波数ＡＣ電力を発生するようにＰＭＧ′ｓと 結合される可変速度原動力を発生し、ＤＣ電力発電部は、ＤＣ出力電力の電圧の 関数として、このような電圧を所定の大きさに維持するように第１および第２の ＰＭＧ′ｓの相対配置を調整するための装置を含んでいることを特徴とする請求 の範囲第６項記載のハイプリツド発電装置。
9. ９．定速度原動力を発生するための原動機と結合される定速度駆動装置（ＣＳＤ ）、一定周波数でＡＣ出力電力を発電するため前記ＣＳＤと結合される第１の永 久磁石発電（ＰＭＧ）装置および前記出力電力の電圧が、負荷電流の変化に関係 なく所定の大きさに維持されるように第１のＰＭＧ装置を調整するための装置を 含むＡＣ電力発電部と、第１のＰＭＧ装置から独立していて、可変周波数ＡＣ電 力を発電するための原動機と結合される第２の永久磁石磁石発電（ＰＭＧ）装置 、ＤＣ出力電力を発生するように可変周波数ＡＣ電力を整流およびろ波するため の装置およびＤＣ出力電力の電圧により原動機の原動速度の変化に関係なくこの ような電圧を所定の大きさに維持するように第２のＰＭＧ装置を調整するための 装置を含むＤＣ電力発電部とを備えていることを特徴とする原動機によつて発生 される原動力からＡＣおよびＤＣ出力電力を発電するためのハイプリツド発電装 置。
10. １０．ＡＣおよびＤＣ電力発電装置は、単一のハウジングに配置されていること を特徴とする請求の範囲第９項記載のハイプリツド発電装置。
11. １１．ＡＣ電力発電部におけるＰＭＧ装置は、互いに直列に接続されている電機 子巻線と共に機械的に結合されている第１および第２の回転子磁気構造を有する 第１および第２の永久磁石発電機（ＰＭＧ′ｓ）を含み、一つのＰＭＧの電機子 巻線は、ＡＣ出力電力の電圧の大きさを変にするように他のＰＭＧの電機子巻線 に関して可動することを特徴とする請求の範囲第９項記載のハイプリツド発電装 置。
12. １２．ＡＣ電力発電部におけるＰＭＧ装置は、互いに直列に接続されている電機 子巻線と共に機械的に結合されている第１および第２の回転子磁気構造を有する 第１および第２の永久磁石発電機（ＰＭＧ′ｓ）を含み、一つのＰＭＧの電機子 巻線は、ＤＣ出力電力の電圧の大きさを変にするように他のＰＭＧの電機子巻線 に関して可動することを特徴とする請求の範囲第９項記載のハイプリツド発電装 置。
13. １３．各ＰＭＧセグメント巻きであり、それによつて２組の独立している電機子 巻線は各ＰＭＧに配置され、ＰＭＧ′ｓの各における１組の電機子巻線は共に直 列に接続され、第１の出力を発生し、残りの組の巻線は共に直列に接続され、第 ２の出力を発生し、出力の一つはＤＣ出力電力を発生するように整流されること を特徴とする請求の範囲第１２項記載のハイプリツド発電装置。
14. １４．定速度原動力を発生するための原動機と結合される定速度駆動装置（ＯＳ Ｄ）、互いに直列に接続されている電機子巻線と共に機械的に結合されている第 １および第２の回転子磁気構造を有する第１および第２の永久磁石発電機（ＰＭ Ｇ′ｓ）を備え、一つのＰＭＧの電機子巻線は、ＡＣ出力電力の電圧の大きさを 変にするように他のＰＭＧの電機子巻線に関して可動するＡＣ出力電力を発電す るためのＣＳＤと結合される第１の二重永久磁石発電装置および前記ＡＣ出力電 力の電圧が、このような巻線の電流に関係なく所定の大きさに維持されるように 一つのＰＭＧの電機子巻線の位置を他の電機子巻線の位置に関して調整するため の第１の装置を含むＡＣ電力発電部と、互いに直列に接続されている電機子巻線 と共に機械的に結合されている回転子磁気構造を有する第３および第４のＰＭＧ ′ｓを備え、一つのＰＭＧの電機子巻線は、両方のＰＭＧ′ｓによつて発生され る結合出力電圧の大きさを変更するように他のＰＭＧの電機子巻線に関して可動 する原動機と結合される第２の二重永久磁石発電装置、ＤＣ出力電力を発生する ため両方のＰＭＧ′ｓの結合出力を整流するための装置およびＤＣ出力電力の電 圧が、原動機の速度の変化に関係なく所定の大きさに維持されるように前記ＤＣ 出力電力の電圧により第３および第４のＰＭＧＧ′ｓの一つの電機子巻線の位置 を他のＰＭＧの電機子巻線の位置に関して調整するための第２の装置を含むＤＣ 電力発電部と、前記ＡＣ電力発電部および前記ＤＣ電力発電部を納める単一のハ ウジングとを備えていることを特徴とする原動機によつて発生される原動力から ＡＣおよびＤＣ出力電力を発電するためのハイプリッド発電装置。
15. １５．第１および第２の調整装置は、ＰＭＧ電機子巻線の配置およびアクチユエ ータを作動するためＡＣまたはＤＣ電力出力を検出する制御を変にするためのＰ ＭＧと結合されるアクチュエータを備えている請求の範囲第１４項記載のハイプ リツド発電装置。
16. １６．第３および第４のＰＭＧ′ｓの各はセグメント巻きであり、それによつて ２組の独立している電機子巻線は各ＰＭＧに配置され、ＰＭＧ′ｓの各における １組の電機子巻線は共に直列に接続され、第１の出力を発生し、残りの組の巻線 は共に直列に接続され、第２の出力を発生し、出力の一つはＤＣ出力電力を発生 するように整流されることを特徴とする請求の範囲第１４項記載のハイプリツド 発電装置。