KR100266829B1 - 내연기관용발전장치 - Google Patents

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KR100266829B1 KR1019970026411A KR19970026411A KR100266829B1 KR 100266829 B1 KR100266829 B1 KR 100266829B1 KR 1019970026411 A KR1019970026411 A KR 1019970026411A KR 19970026411 A KR19970026411 A KR 19970026411A KR 100266829 B1 KR100266829 B1 KR 100266829B1
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가와모토 노부히코
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Abstract

본 발명은 차량용 엔진과 같이 가변속 운전되는 내연기관에 이용된 경우에도 엔진회전수에 관계없이 항상 효율좋게 발전할 수 있게 한 내연기관용 발전장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, ACG·ECU(3)는 얼터네이터(1)의 로우터(lR)의 기계적인 회전속도(N1)에 의거하여 로우터(lR)가 발생하는 회전자계의 스테이터(1S)에 대한 상대속도(N)가 최고효율 회전속도(Nx)와 일치하는 바와 같은 상기 회전자계의 회전속도(N2)를 산출하여 전기적 회전자계 제어부(2a)에 통지한다. 전기적 회전자계 제어부(2a)는 로우터(1R)의 3상코일(11)에 공급하는 교류전력의 위상을 제어하여 회전속도(N2)의 회전자계를 발생시킨다.

Description

내연기관용 발전장치{GENERATOR SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 내연기관용 발전장치에 관한 것으로, 특히 가변속 운전되는 내연기관, 예를 들어 차량용 엔진에 이용된 경우에도 엔진회전수에 관계없이 항상 효율좋게 발전할 수 있도록 한 내연기관용 발전장치에 관한 것이다.
차량용 또는 선박용 발전장치는 회전축이 엔진의 클랭크축에 얼터네이티 벨트를 거쳐 연결되어 얼터네이터(ACG)와, 얼터네이터가 엔진회전수에 따라 발생하는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류기와, 직류전력의 전압레벨을 배터리전압에 따라 제어하는 레귤레이터에 의하여 구성된다.
도 3은 종래의 얼터네이터(50)의 구성을 나타낸 모식도이며, 회전축과 일체화된 로우터(회전자)(52)에는 직류계자 코일(53)이 감기고, 스테이터(54)(고정자)에는 3상코일(55)이 감겨져 있다. 직류계자코일(53)로 배터리로부터 직류전류를공급한 여자상태에서 로우터(52)를 회전시켜 교대로 자계배치를 형성하면, 스테이터(54)의 3상코일(55)에는 로우터(52)의 회전속도에 따른 주파수의 교류전력이 발생한다. 즉 종래의 얼터네이터는 동기모터를 이용한 발전기였다. 로우터(52)에는 직류계자코일(53) 대신 영구자석을 설치하는 경우도 있다.
최근의 차량에서는 엔진을 포함하는 차량 각부의 전동화나 전자제어화, 또는 오디오시스템이나 네비게이션시스템 등의 보급에 따라 차량의 전력소비량이 증대하여 얼터네이터에 큰 발전능력이 요구되게 되어 있다. 얼터네이터의 발전량은 회전수의 강하와 동시에 감소하기 때문에 엔진의 저회전시(예를 들어 1000회전이하)에도 충분한 전력이 얻어지게 하기 위해서는 엔진회전수에 대한 얼터네이터의 회전수 비를 높게 할 필요가 있고, 그 풀리비는 2배 이상으로 설정되는 일이 많다.
한편, 엔진의 고출력화나 고효율화에 따라 고회전화와 저아이들링화가 촉진되고, 엔진회전수의 최저치와 최고치와의 비는 점점 커지고 있다. 엔진 저회전시의 소요발전량에 맞추어 풀리비를 높게 설정하면, 고회전시에는 얼터네이터의 회전수가 기계적제약으로 정해진 최대정격을 넘어선다는 문제가 있었다. 엔진의 고회전시에는 팬음이 증대하여 상품성이 저하한다는 문제가 있었다. 또한 차량용 발전장치에서는 엔진의 클랭크축과 얼터네이터의 회전축이 얼터네이터 벨트에 의하여 항상 연결되어 있기 때문에 배터리가 완전충전상태에 있어 발전이 불필요한 경우에도 얼터네이터의 회전손실(벨트구동토오크나 냉각팬저항 등)이 생겨 엔진효율(연비 등)의 저하를 초래한다는 문제가 있었다.
차량용 엔진과 같은, 가변속 운전되는 내연기관용 발전장치에서는 얼터네이터의 내구성 및 성능의 관점에서 엔진회전수에 대한 얼터네이터의 회전수의 비를 높게 설정할 수 없고, 특히 엔진의 저회전영역에서는 충분한 발전량이 얻어지지 않는다는 문제점이 있었다.
엔진회전수에 대한 얼터네이터의 회전수를 임의로 설정할 수 있게 하기 위하여 예를 들면, 일본국 특공소 62-33465호 공보에서는 얼터네이터 구동풀리의 풀리 지름을 기계적으로 가변하는 기구가 제안되어 있다. 이와같은 기계적인 변속기구를 채용하면, 구성이 복잡화하고 대형화된다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 발전기로서 유도기를 채용하고, 내연기관의 회전수에 대한 얼터네이터의 회전비를 높게 설정하는일 없이, 또한 간단한 구성으로 대형화하는 일없이, 내연기관의 회전수에 관계없이 항상 효율좋게 전력을 발생할 수 있게 한 내연기관용 발전장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 차량용 발전장치의 일실시예의 블록도,
도 2a 및 2b는 본 발명의 얼터네이터의 구성을 나타낸 도,
도 3은 종래기술의 얼터네이터의 주요부의 구성을 나타낸 도,
도 4는 모터의 회전수와 효율과의 관계를 나타낸 도,
도 5는 모터의 회전수와 발전량과의 관계를 나타낸 도,
도 6은 본 발명의 차량용 발전장치의 다른 실시예의 블록도이다.
본 발명은 이하와 같은 수단을 강구한 점에 특징이 있다.
(1) 발전기로서 유도기를 채용함과 동시에 가변속 운전되는 내연기관에 동기하여 속도(N1)에 의해 기계적으로 회전하는 로우터의 다상코일에 임의의 속도(N2)로 전기적으로 회전하는 회전자계를 발생시키는 전기적 회전자계 제어수단을 설치하고, 회전자계의 속도(N2)를 제어함으로써 스테이터에 대한 회전자계의 상대적인 회전속도(N)(=N1+N2)를 임의로 제어할 수 있게 하였다.
(2) 상기 전기적 회전자계 제어수단은 스테이터에 대한 회전자계의 상대속도(N)가 소정치가 되도록 전기적 회전자계의 회전속도(N2)를 로우터의 기계적 회전속도(N1)에 따라 제어하도록 하였다.
(3) 상기 전기적 회전자계 제어수단은 스테이터에 대한 회전자계의 상대속도(N)가 유도기의 최고효율 회전속도(Nx)에 근접하도록 전기적 회전자계의 회전속도(N2)를 로우터의 기계적 회전속도(N1)에 따라 제어하도록 하였다.
(4) 상기 상대속도(N)의 목표치가 되는 최고효율 회전속도(Nx)를 로우터의 기계적 회전속도(N1)에 따라 변화시키도록 하였다.
(5) 로우터의 다상 코일을 선택적으로 여자하여 자계를 발섕시키는 직류여자 제어수단과, 전기적 회전자계 제어수단 및 직류여자 제어수단 중 어느 하나를 선택적으로 기능시키는 선택수단을 설치하였다.
(6) 스테이터의 출력단을 가변저항을 거쳐 또는 거치지 않고, 단락시킴으로써 유도기를 전동기로서 기능시키는 기능전환수단을 더 설치하였다.
상기 특징 (1)에 의하면, 내연기관의 회전수에 관계없이 발전기에서는 스테이터에 대한 회전자계의 상대속도(N)를 임의로 설정할 수 있게 된다. 유도기를 발전기로서 이용한 경우, 그 발전효율(η)은 상기 상대속도(N)의 어느 한 점(Nx)에서 최고효율(ηmax)을 나타낸다. 따라서 상기 특징 (2),(3)과 같이 예를 들어 상대속도(N)가 최고효율 회전속도(Nx)와 일치하도록 로우터의 기계적인 회전속도(Nl)에 따라 회전자계의 회전속도(N2)를 제어하면, 내연기관의 회전수에 관계없이 항상 최고효율에서의 발전을 할 수 있게 된다.
발전기의 최고효율 회전속도(Nx)는 이상적으로는 로우터의 기계적 회전속도(N1)에 관계없이 일점(Nx)으로 결정되나, 실제로는 로우터의 기계적 회전에 따라 생기는 발열이나 팬의 기계적 손실 등의 영향을 받기 때문에 그 시점에서의 기계적 회전속도(N1)에 따라 미묘하게 변화한다. 본 발명은 상기 특징 (4)를 구비하고, 상대속도(N)의 목표치가 되는 최고효율 회전속도(Nx)를 로우터의 기계적 회전속도(Nl)에 따라 변화시키도록 하였기 때문에 로우터의 기계적 회전속도(N1)에 관계없이 항상 최고효율에서의 발전을 할 수 있게 된다.
상기 특징 (5)에 의하면, 유도기를 동기기로서 기능시킬 수 있게 된다. 상기한 특징 (6)에 의하면, 발전기를 전동기로서 기능시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 기본적인 생각에 관하여 설명한다. 종래의 동기기를 채용한 얼터네이터의 회전속도(Nl)와, 발전효율(η)과의 관계는 도 4에 곡선 A로 나타낸 바와같이 회전속도(Nl)의 어느 한점(Nx)에서 최고효율(ηmax)을 나타내고, 그 최고효율 회전속도(Nx)로부터 멀어짐에 따라 발전효율(η)은 감소한다.
유도기의 실질적인 회전속도는 로우터가 발생하는 회전자계의 스테이터코일에 대한 상대속도(N)로 나타낼 수 있고, 로우터의 기계적인 회전속도를 Nl, 로우터의 자계코일에 부여되는 회전자계의 전기적인 회전속도를 N2라 하면, 상기 상대속도(N)는 다음식으로 나타낸다.
N=N1+N2
유도기의 로우터가 발생하는 회전자계의 스테이터코일에 대한 상대속도(N)는 로우터의 기계적인 회전방향과 로우터의 자계코일이 발생하는 회전자계의 회전방향이 일치하고 있으면, 로우터의 기계적인 회전속도(Nl)보다도 빨라지고, 회전방향이 반대이면, 로우터의 회전속도(N1)보다도 느려진다. 유도기를 차량용 얼터네이터로서 채용하면, 엔진회전수의 변동에 따라 로우터의 기계적 회전속도(N1)가 어떻게 변화하여도 그것에 응답하여 자계코일에 의한 회전자계의 회전속도(N2)를 제어함으로써 상기 상대속도(N)를 항상 최고효율 회전속도(Nx)로 일치시킬 수 있기 때문에 도 4에 곡선 B로 나타낸 바와같이 로우터의 기계적 회전속도(N1)에 관계없이 얼터네이터를 항상 최고효율(ηmax)의 근방에서 운전할 수 있게 된다.
동일한 관점에서 발전효율(η)대신 발전량(M)에 주목하면, 종래의 동기기를 채용한 얼터네이터의 발전량(M)은 도 5에 곡선 C로 나타낸 바와같이 로우터의 기계적인 회전속도(N1)의 저하에 따라 현저하게 감소한다. 얼터네이터로서 유도기를 채용하면, 로우터의 기계적인 회전속도(N1)와는 관계없이 상기 상대속도(N)를 임의로 제어할 수 있게 된다. 따라서 상기 도면에 곡선 D로 나타낸 바와같이 로우터의 기계적인 회전속도(N1)가 저회전영역(예를 들어 2000회전 이하)에 있더라도 충분한 전력이 얻어지게 된다.
본 발명에서는 유도기의 발전효율(η)이 회전자계의 스테이터에 대한 상대속도(N)의 어느 한점(Nx)에서 최고효율(ηmax)을 나타내는 것 및 상기 상대속도(N)는 로우터의 자계코일이 발생하는 회전자계의 회전속도(N2)를 제어할 수 있으면, 로우터의 기계적인 회전속도(N1)에 관계없이 임의로 제어가능한 것에 착안하여 유도기의 실질적인 회전속도(상대속도)(N)를 항상 고효율이 얻어지는 값으로 제어하도록 하였다.
다음에 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예인 차량용 발전장치의 주요부의 구성을 나타낸 블록도이며, 도 2a, 도 2b는 본 발명의 발전장치를 구성하는 얼터네이터(1)의 구성을 나타낸 도이다. 본 발명의 얼터네이터(1)는 로우터(1R) 및 스테이터(1S)의 각각에 3상코일, 즉 3상 계자코일(11, 12)이 형성된 유도기이다.
도 2a, 도 2b에서 얼터네이터(1)의 회전축(13)에는 3상 계자코일(11)을 구비한 로우터(1R)가 동축형상으로 고정되고, 로우터(1R)의 주위에는 3상 계자코일(12)을 구비한 스테이터(1S)가 배치되어 있다. 회전축(13)은 프론트베어링(15a) 및 리어베어링(15b)을 거쳐 하우징(17)에 대하여 회전자유롭게 지지되어 있다.
회전축(13)의 한 쪽 끝에는 풀리(14)가 고정되고, 그 다른쪽 끝에는 로우터 (1R)의 각 계자코일(n)(11a ∼ 11c)어 여자전류를 공급하는 브러시(19a ∼ 19c)와 접촉하는 슬립링(18a ∼ 18c)이 형성되어 있다.
회전축(13)의 다른 쪽 끝측의 얼터네이터(1) 내에는 후기하는 자계제어장치 (2), ACG·ECU(3), 전환제어장치(5) 및 단락장치(8)가 회전축(13)과 직교하는 둥일평면상에서 하우징(17)의 내측을 따라, 바람직하게는 하우징내측 표면상에 원주방향으로 나열하여 설치되어 있다. 이로써 각 장치사이에서의 배선의처리가 용이하게 되고, 또한 데드스페이스의 유효이용이 가능하게 되어 얼터네이터의 대형화가 억제된다.
도 1에 있어서, ACG·ECU(3)는 엔진(ECU4)과 통신하여 엔진회전수(Ne)나 엔진부하 등을 검출하면, 로우터(lR)에 발생시키는 회전자계의 회전속도(N2), 필드코일의 인가전압, 또는 회전자계위상 등을 결정하고, 자계제어장치(2)의 전기적 회전자계제어부(2a)에 통지한다. 전기적 회전자계 제어부(2a)는 ACG·ECU(3)로부터 통지된 회전자계속도(N2) 등에 의거하여 로우터(1R)의 각 계자코일(11a,1lb,11c)에 공급하는 교류전력의 위상, 진폭 및 주파수를 제어하고, 회전속도(N2)의 전기적 회전자계를 발생시킨다.
전환제어장치(5)는 ACG·ECU(3)와 통신하여 얼터네이터(1)의 동작상태를 검출하고, 얼터네이터가 발전기로서 기능하는 타이밍에서는 얼터네이터(1)의 각 출력단자가 출력제어장치(7)의 각 접점①에 접속되고, 전동기로서 기능하는 타이밍에서는 단락장치(8)의 각 접점②에 접속되도록 전환회로(6)의 각 접점을 제어한다. 전환제어장치(5)는 얼터네이터(1)를 발전기로서 기능시키는 타이밍에서는 얼터네이터(1)의 출력전력의 일부를 전기적 회전자계 제어부(2a)를 거쳐 얼터네이터(1)에 자기여자용으로서 공급하는 경우도 있다.
출력제어장치(7)는 정류회로(7a) 및 레귤레이터(7b)를 구비하고, 얼터네이터 (1)로부터 출력되는 교류전력을 배터리(9) 및 전기부하(30)의 전압에 따른 직류전력으로 변환한다. 단락장치(8)는 얼터네이터(1)의 각 계자코일(12a,12b,12c)의 출력단을 가변저항을 거쳐 또는 거치지 않고 단락한다. 직류자계 제어부(2b)는 상기 전기적 회전자계 제어부(2a)와 선택적으로 가세되고, 로우터(lR)의 계자코일 (11a,1lb)에 직류전류를 공급하여 로우터(1R)에 자계를 발생시킨다.
동작시에 ACG·ECU(3)는 엔진ECU(4)에서 검출된 엔진회전수(Ne)나 엔진부하 등의 동작파라미터가 통지되면, 엔진회전수(Ne)와 풀리비 등에 의거하여 얼터네이터(1)의 로우터(1R)의 기계적인 회전속도(N1)를 연산한다. ACG·ECU(3)는 해당 얼터네이터(1)에 관한 최고효율 회전속도(Nx)와 로우터(1R)의 기계적 회전속도(Nl)에 의거하여 로우터(1R)가 발생하는 회전자계의 스테이터(1S)에 대한 상대속도(N)가 최고효율(ηmax)이 얻어지는 회전속도(Nx)와 일치하는 바와 같은 경우의 전기적 회전자계의 회전속도(N2)를 산출하고, 이것을 전기적 회전자계 제어부(2a)에 통지한다.
전기적 회전자계 제어부(2a)는 로우터(1R)의 3상코일(11)의 각상의 여자타이밍을 제어하여 속도(N2)의 회전자계를 발생시킨다. 스테이터(1S)의 각 전기자코일 (12a,12b,12c)로부터 출력되는 교류전력은 출력제어장치(7)에 의해 직류전력으로 변환되고, 그 일부는 현재의 전기부하(30)에 공급되고, 나머지는 배터리(9)에 충전된다. 유도기 자체의 제어방법은 공지이기 때문에 그 설명은 생략한다.
본 실시예에 의하면, 얼터네이터(1)의 로우터(1R)는 스테이터(1S)에 대하여 항상 최고효율 회전속도(Nx)로 회전하게 되기 때문에 얼터네이터(1)는 항상 최고효율(7max)에 가까운 상태에서의 발전이 가능하게 된다.
발전기의 최고효율 회전속도(Nx)는 이상적으로는 로우터(lR)의 기계적 회전속도(Nl)에 관계없이 일점(Nx)으로 결정하나, 실제로는 로우터(1R)의 기계적 회전에 따라 생기는 발열이나 팬의 기계적 손실 등의 영향을 받기 때문에 그 시점에서의 로우터(1R)의 기계적 회전속도(N1)에 따라 미묘하게 변화한다. 따라서 상대속도(N)의 목표치가 되는 상기 최고효율 회전속도(Nx)를 로우터(1R)의 기계적 회전속도(N1)의 함수로 하여 그 때마다 구하거나 또는 미리 구하고 데이터테이블로서 적절하게 기억하여 두고, 로우터(lR)의 기계적 회전속도(N1)에 따른 최고효율 회전속도(Nx)를 구하도록 하면, 더욱 최고효율(ηmax)에 가까운 상태에서의 발전이 가능하게 된다.
전기적 회전자계 제어부(2a)가 무슨 원인에 의해 기능하지 않게되어 로우터(1R)에 회전자계가 형성되지 않게 되면, ACG·ECU(3)는 발전량이 제로가 된 것을 검출하여 전기적 회전자계 제어부(2a)의 고장을 판정하고, 직류자계제어부 (2b)에 대하여 직류여자지령을 출력한다. 직류여자지령을 받은 직류자계 제어부 (2b)는 로우터(1R)의 자계코일(11a,11b)에 배터리(9)로부터 직류전력을 공급하여 로우터(1R)에 자계를 발생시킨다. 이로써 얼터네이터(1)는 종래기술과 동일하게 동기기로서 기능하게 되기 때문에 발전이 가능하게 된다.
회전자계대신 직류여자자계를 발생시키는 타이밍은 상기한 바와같은 전기적회전자계 제어부(2a)의 고장시만이 아니고, 예를 들어 셀모터를 가세하여 엔진을 시동한 직후의 발전개시시에서도 배터리(9)로부터 각 계자코일(1la,11b)에 여자전류를 직접 공급하도록 하면, 직류전압으로부터 교류전압으로의 변환이 불필요하게 되고, 전압변환에 따르는 손실이 없어진다.
상기한 실시예에서는 출력제어장치(7)내에 레귤레이터(7b)를 설치하는 것으로서 설명하였으나, 출력제어장치(7)의 출력전압의 일부를 ACG·ECU(3)로 피드백하여 ACG·ECU(3)가 회전자계속도나·회전자계전압 등을 적절하게 제어하여 출력제어장치(7)의 출력전압을 제어하도록 하면, 도 6에 나타낸 바와같이 레귤레이터를 폐지하는 것이 가능하게 된다.
그런데 배터리(9)가 충분히 충전되어 발전이 불필요한 상태가 되어도 얼터네이터(1)의 로우터(1R)는 엔진의 클랭크샤프트와 기계적으로 연결되어 있기 때문에 항시 회전하고, 벨트구동토오크나 냉각팬저항 등에 의하여 회전손실이 생긴다.
본 실시예에서는 얼터네이터(1)에서의 발전이 불필요한 상태가 되면, 전환제어장치(5)가 이것을 검출하여 접점을 단락장치(8)측의 접점②으로 전환하고, 스테이터코일(12)의 출력단이 가변저항을 거쳐 또는 거치지 않고 단락되도록 하고 있다. 이 때, 전기적 회전자계제어부(2a)는 엔진의 회전력을 보조하는 방향으로 적어도 상기 회전손실이 보충되는 정도의 구동토오크가 생기는 바와 같은 회전자계를 로우터(lR)에 발생시키도록 하였다. 이와같이 하면, 얼터네이터(1)는 전동기로서기능하고, 로우터(lR)가 회전하여 구동토오크를 발생하기 때문에 실질상, 회전손실이 상쇄되어 엔진의 효율이 향상한다.
얼터네이터(1)를 전동기로서 기능시키는 타이밍은 상기와 같은 발전불필요시에 한정하지 않고, 예를 들어 셀모터를 가세하여 엔진을 시동하는 경우에도 전동기로서 기능시키도록 하면, 얼터네이터(1)에 의하여 셀모터의 구동토오크가 보조되기 때문에 셀모터의 소형화나 신속한 엔진시동이 가능하게 된다. 차량가속시에도 전동기로서 기능시키도록 하면 가속성능이 향상한다.
얼터네이터(1)를 전동기로서 기능시키는 경우의 회전방향도 상기한 바와같이 엔진의 구동토오크를 보조하는 방향으로 한정하지 않고, 예를 들어 제동동작을 검출한 경우에는 반대방향으로 회전시키도록 하면, 제동장치로서도 기능시킬 수 있다.
본 실시예에서는 다상코일로서 3상코일을 가지는 로우터 및 스테이터에 의하여 구성되는 유도기를 예로 하여 설명하였으나, 본 발명은 이것에만 한정되지 않고, 4상,5상… 등의 다른 다상코일을 채용한 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 이하와 같은 효과가 달성된다.
(1) 동기기에 비하여 구성이 간단하고 소형경량의 유도기를 가변속 운전되는내연기관용 발전기로서 사용할 수 있게 되기 때문에 이것을 얼터네이터로서 사용하면, 차량이나 선박 등의 소형경량화가 달성되고, 해당 차량 등의 주행성이 향상한다.
(2) 유도발전기의 로우터가 발생하는 전기적 회전자계의 회전속도를 제어함으로써 내연기관의 회전수에 관계없이 발전기를 실질적으로 임의의 속도로 회전시키는 것이 가능하게 된다. 또한 로우터가 발생하는 전기적 회전자계의 회전속도를제어함으로써 로우터의 기계적 회전속도를 올리는 일없이 마치 고속회전시와 동일한 발전이 가능하게 되기 때문에 얼터네이터를 고속회전 대응으로 하기 위한 보강 등이 불필요하게 되어 소형화, 경량화가 달성된다. 또 냉각팬을 구비하고 있는 경우에는 냉각팬의 팬음을 저감할 수도 있다.
(3) 로우터가 발생하는 회전자계의 회전속도를 제어함으로써 내연기관의 회전수에 관계없이 발전기를 최고효율 회전속도로 회전시킬 수 있기 때문에 고효율에서의 발전이 가능하게 된다. 로우터의 기계적 회전속도에 따라 미묘하게 변화하는최고효율 회전속도변화에 맞추어 회전자계의 회전속도를 제어시킬 수 있기 때문에더욱 고효율에서의 발전이 가능하게 된다.
(4) 발전기를 유도발전기 및 동기발전기중 어느 것으로 하더라도 하여도 이용할 수 있게 된다. 따라서 예를 들어 전기적 회전자계 제어부가 무슨 원인에 의해 기능하지 않게 되어 로우터에 회전자계가 형성되지 않게 되어도 발전기는 종래기술과 동일하게 동기발전기로서 기능하기 때문에 발전이 가능하게 된다.
(5) 로우터가 발생하는 회전자계의 회전속도를 제어함으로써 발전기를 전동기로 하더라도 기능시킬 수 있게 되기 때문에 예를 들어 발전불필요시에 엔진의 구동토오크를 보정하는 방향으로 구동토오크를 발생시키도록 하면 발전기에 관한 회전손실이 실질적으로 상쇄되어 내연기관의 효율이 향상한다.

Claims (15)

  1. 내연기관용 발전장치로서,
    다상코일이 설치된 로우터 및 스테이터를 구비하고, 가변속 운전되는 내연기관의 회전운동이 상기 로우터에 전달되는 유도기와;
    엔진과 통신하여 엔진회전수나 엔진부하 등을 검출하고, 상기 로우터에 발생시키는 회전자계의 회전속도, 필드코일의 인가전압 또는 회전자계 위상 등을 결정한 다음, 이를 전기적 회전자계 제어수단에 통지하는 수단과;
    상기 수단에 연결되어, 상기 수단으로부터 통지받은 데이터에 의거하여, 상기 로우터의 각 다상코일에, 서로 위상이 다른 동일 주파수의 교류전류를 공급함으로써, 상기 교류전류의 주파수에 응답한 회전속도의 전기적 회전자계를 상기 로우터의 다상코일에 발생시키는 전기적 회전자계 제어수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전기적 회전자계 제어수단은 전기적 회전자계의 스테이터에 대한 상대속도가 소정치가 되도록 상기 전기적 회전자계의 회전속도를 로우터의 기계적 회전속도에 따라 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전기적 회전자계 제어수단은 전기적 회전자계의 스테이터에 대한 상대속도가 해당 유도기에 관한 최고효율 회전속도가 되도록 상기 전기적 회전자계의 회전속도를 로우터의 기계적 회전속도에 따라 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 최고효율 회전속도는 로우터의 기계적 회전속도의 함수로서 결정되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 로우터의 다상코일을 여자하여 직류자계를 발생시키는 직류자계 제어수단과,
    상기 전기적 회전자계 제어수단 및 직류자계 제어수단 중 어느 하나를 선택적으로 기능시키는 선택수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기적 회전자계 제어수단이 유도기 하우징내에 설치된 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 유도기의 회전축은 그의 한쪽 끝이 유도기 하우징의 외부로 노출하여 상기 내연기관으로부터 회전운동을 전달받고, 그 다른쪽 끝은 외부로 노출하지 않으며, 상기 전기적 회전자계 제어수단은 해당 회전축의 다른쪽 끝 가장자리를 지나 그것과 수직인 가상평면과 유도기 하우징내 표면과의 사이의 공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
  8. 제 5항에 있어서
    상기 전기적 회전자계 제어수단 및 직류자계 제어수단이 유도기 하우징내에 설치된 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 유도기의 회전축은 그의 한쪽 끝이 유도기 하우징의 외부로 노출되어 상기 내연기관으로부터 회전운동을 전달받고, 그 다른쪽 끝은 외부로 노출되지 않으며, 상기 전기적 회전자계 제어수단 및 직류자계 제어수단은 해당 회전축의 다른 쪽 끝 가장자리를 지나 이것과 수직인 가상평면과 유도기 하우징내 표면과의 사이의 공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 스테이터의 다상코일의 출력단을 단락함으로써 상기 유도기를 전동기로서 기능시키는 기능전환수단을 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
  11. 제 5항에 있어서,
    상기 스테이터의 다상코일의 출력단을 단락함으로써 상기 유도기를 전동기로서 기능시키는 기능전환수단을 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 기능전환수단은, 다상전류가 각각 공급되는 각 입력단을 상호 단락하는 단락수단과, 상기 스테이터의 다상코일의 각 출력단을 상기 단락수단의 각 입력단에 선택적으로 접속하는 전환수단에 의하여 구성되고,
    상기 전기적 회전자계 제어수단, 직류자계 제어수단, 선택수단, 단락수단 및 전환수단은 유도기의 회전축의 다른쪽 끝 가장자리를 지나 이것과 수직인 가상평면과 유도기 하우징내 표면과의 사이의 공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 전기적 회전자계 제어수단, 직류자계 제어수단, 선택수단, 단락수단 및 전환수단은 유도기 하우징의 내측 표면상에 상기 회전축의 회전방향을 따라 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 단락수단은 다상전류가 각각 궁급되는 각 입력단을 저항을 거쳐 단락하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 단락수단은 다상전류가 각각 공급되는 각 입력단을 저항을 거쳐 단락하
    는 것을 특징으로 하는 내연기관용 발전장치.
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