JP2015220963A - Power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可搬型の発電装置に関する。 The present invention relates to a portable power generator.
小型の内燃機関と内燃機関によって駆動される発電機とが共通の骨格部材に支持された可搬性の発電装置が公知となっている。このような発電装置は、レジャーや工事、災害時等の商用電源を利用することができない状況において広く活用されている。しかしながら、この発電装置は内燃機関を駆動するための燃料を必要とするため、燃料の保持量によって稼動時間が制限されるという問題がある。このような問題に対して、風車及び風車によって駆動される発電機と、太陽電池セルとを有する発電装置がある(例えば、特許文献1)。 A portable power generator in which a small internal combustion engine and a generator driven by the internal combustion engine are supported by a common skeleton member is known. Such power generators are widely used in situations where commercial power cannot be used, such as during leisure, construction, and disasters. However, since this power generation device requires fuel for driving the internal combustion engine, there is a problem that the operation time is limited by the amount of fuel retained. For such a problem, there is a power generator including a windmill, a generator driven by the windmill, and a solar battery cell (for example, Patent Document 1).
しかしながら、風力及び太陽光は、枯渇することがないものの、時間(昼夜)や地域、気象条件等によってエネルギーが変動するため、発電装置から安定した出力を得ることが難しく、出力を安定化するためには比較的大きなバッテリが必要になるという問題がある。また、風力及び太陽光から高エネルギーを得ようとすると、風車及び太陽電池セルの大型化が必要となり、発電装置の可搬性が低下するという問題がある。 However, although wind and sunlight do not deplete, energy varies depending on time (day and night), region, weather conditions, etc., so it is difficult to obtain a stable output from the power generator, and the output is stabilized. Has the problem of requiring a relatively large battery. Moreover, when trying to obtain high energy from wind power and sunlight, it is necessary to increase the size of the windmill and the solar battery cell, and there is a problem that the portability of the power generation device is reduced.
本発明は、以上の背景に鑑み、可搬性を有する発電装置において、可搬性を維持しつつ、稼働時間の延長を可能にすることを課題とする。 In view of the above background, it is an object of the present invention to enable the operation time to be extended while maintaining portability in a power generation device having portability.
上記課題を解決するために、本発明は、可搬型の発電装置(1)であって、骨格部材(2)に支持された内燃機関(3)と、前記骨格部材に支持され、前記内燃機関の出力軸である機関軸(14)に連結される発電機軸(4A)を有する電動発電機(4)と、前記発電機軸に連結され、風力又は水力を受けて回転する流体機械(12)の回転部材(38)と、接続端子(41〜44)を含み、前記発電機と接続された電力回路(40)と、前記電力回路に接続される太陽電池セル(11)とを有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a portable power generation device (1), an internal combustion engine (3) supported by a skeleton member (2), and supported by the skeleton member, the internal combustion engine. A motor generator (4) having a generator shaft (4A) connected to an engine shaft (14) which is an output shaft of the fluid machine, and a fluid machine (12) connected to the generator shaft and rotating by receiving wind power or hydraulic power It has a rotating member (38), a connection terminal (41-44), a power circuit (40) connected to the generator, and a solar cell (11) connected to the power circuit. And
この構成によれば、風力や水力によって回転する回転部材、及び内燃機関からの回転力を受けて駆動する電動発電機と、太陽電池セルとを有し、複数のエネルギー源から発電を行うことができるため、状況に応じて潤沢なエネルギーを選択して発電を行うことができる。例えば、風力、水力、及び太陽光の自然エネルギーの少なくとも1つを利用可能な状況では、内燃機関の出力を低下又は停止することによって、内燃機関の燃料を節約することができると共に、内燃機関に起因する騒音を低減することができる。また、内燃機関はサイズに対して比較的大きな出力を得ることができるため、発電装置の小型化が可能になり、発電装置の可搬性が向上する。 According to this configuration, the rotating member that is rotated by wind power or hydraulic power, the motor generator that is driven by receiving the rotational force from the internal combustion engine, and the solar battery cell can generate power from a plurality of energy sources. Therefore, it is possible to generate electricity by selecting abundant energy according to the situation. For example, in situations where at least one of wind, hydraulic and solar natural energy is available, reducing or shutting down the output of the internal combustion engine can save fuel for the internal combustion engine and The resulting noise can be reduced. Further, since the internal combustion engine can obtain a relatively large output with respect to the size, the power generation device can be downsized, and the portability of the power generation device is improved.
また、上記の発明において、前記機関軸と前記発電機軸とは、クラッチ(27)を介して連結されているとよい。 In the above invention, the engine shaft and the generator shaft may be connected via a clutch (27).
この構成によれば、回転部材の回転によって電動発電機を駆動する場合に、クラッチを切断することによって、回転抵抗を発生する内燃機関を回転させる必要がなくなり、回転部材の回転エネルギーを発電機軸の回転に効率良く使用することができる。 According to this configuration, when the motor generator is driven by the rotation of the rotating member, it is not necessary to rotate the internal combustion engine that generates the rotational resistance by disengaging the clutch, and the rotational energy of the rotating member is reduced to the generator shaft. It can be used efficiently for rotation.
また、上記の発明において、前記発電機軸と前記回転部材とはワンウェイクラッチ(28)を介して連結され、前記ワンウェイクラッチは、前記回転部材側の回転速度が前記発電機軸側の回転速度よりも低い場合に切断状態となるとよい。なお、発電機軸と回転部材とがワンウェイクラッチを介して連結された状態とは、発電機軸と回転部材との間にワンウェイクラッチを除く他の部材が介装されている場合も含む。 In the above invention, the generator shaft and the rotating member are connected via a one-way clutch (28), and the one-way clutch has a rotating speed on the rotating member side lower than a rotating speed on the generator shaft side. In some cases, it may be in a disconnected state. The state in which the generator shaft and the rotating member are connected via the one-way clutch includes the case where other members other than the one-way clutch are interposed between the generator shaft and the rotating member.
この構成によれば、回転部材の回転速度が高くなった場合に、回転部材と発電機軸とが自動的に連結され、回転部材の回転力が発電機軸に伝達される。一方、流体機械側の回転速度が発電機軸の回転速度より低い場合には、回転部材と発電機軸とは自動的に切断され、流体機械は発電機軸の回転抵抗とならない。 According to this configuration, when the rotational speed of the rotating member becomes high, the rotating member and the generator shaft are automatically connected, and the rotational force of the rotating member is transmitted to the generator shaft. On the other hand, when the rotational speed on the fluid machine side is lower than the rotational speed of the generator shaft, the rotating member and the generator shaft are automatically disconnected, and the fluid machine does not become the rotational resistance of the generator shaft.
また、上記の発明において、前記発電機軸と前記回転部材とは、着脱可能な連結器(34)を介して連結されるとよい。なお、発電機軸と回転部材とが、連結器を介して連結された状態とは、発電機軸と回転部材との間に連結器を除く他の部材が介装されている場合も含む。 In the above invention, the generator shaft and the rotating member may be coupled via a detachable coupler (34). The state in which the generator shaft and the rotating member are connected via the coupler includes the case where other members other than the coupler are interposed between the generator shaft and the rotating member.
この構成によれば、流体機械を使用しない場合には、流体機械を発電装置から取り外して発電装置を小型かつ軽量にすることができるため、発電装置の可搬性が向上する。 According to this configuration, when the fluid machine is not used, the fluid machine can be detached from the power generation device to make the power generation device smaller and lighter, so that the portability of the power generation device is improved.
また、上記の発明において、前記電力回路と前記太陽電池セルとは、着脱可能な接続器(44)を介して接続されるとよい。 In the above invention, the power circuit and the solar battery cell may be connected via a detachable connector (44).
この構成によれば、太陽電池セルを使用しない場合には、太陽電池セルを取り外して発電装置を小型かつ軽量にすることができるため、発電装置の可搬性が向上する。 According to this configuration, when the solar battery cell is not used, the solar battery cell can be removed to make the power generator smaller and lighter, so that the portability of the power generator is improved.
また、上記の発明において、前記電力回路には、前記電動発電機から前記接続端子に供給される電力を交流から直流に変換すると共に、前記接続端子から前記電動発電機に供給される電力を直流から交流に変換する第1AC/DC変換器(5)が設けられているとよい。 In the above invention, the power circuit converts power supplied from the motor generator to the connection terminal from AC to DC, and converts power supplied from the connection terminal to the motor generator to DC. A first AC / DC converter (5) for converting from AC to AC may be provided.
この構成によれば、第1AC/DC変換器は整流器及びインバータとして双方向に変換が可能であるため、電動発電機は電力の供給を受けて電動機として作動することができる。これにより、電動発電機を例えば内燃機関の始動時にクランク軸を強制的に回転させるスタータモータとして使用することができる。 According to this configuration, the first AC / DC converter can perform bidirectional conversion as a rectifier and an inverter, so that the motor generator can operate as an electric motor when supplied with electric power. Thus, the motor generator can be used as a starter motor that forcibly rotates the crankshaft when the internal combustion engine is started, for example.
また、上記の発明において、前記接続端子は、複数設けられ、前記電力回路における前記第1AC/DC変換器と前記接続端子の少なくとも1つ(43)との間には、前記第1AC/DC変換器側と前記接続端子側との間で電圧を昇降するDC/DC変換器(7)が設けられているとよい。 In the above invention, a plurality of the connection terminals are provided, and the first AC / DC conversion is provided between the first AC / DC converter and at least one of the connection terminals (43) in the power circuit. The DC / DC converter (7) which raises / lowers a voltage between the device side and the said connection terminal side is good.
この構成によれば、発電機が発生する電圧を所定の電圧に変換して外部に出力することができる。 According to this configuration, the voltage generated by the generator can be converted into a predetermined voltage and output to the outside.
また、上記の発明において、前記接続端子は、複数設けられ、前記電力回路における前記第1AC/DC変換器と前記接続端子の少なくとも1つ(42)との間には、前記第1AC/DC変換器から前記接続端子に供給される電力を直流から交流に変換すると共に、前記接続端子から前記第1AC/DC変換器に供給される電力を交流から直流に変換する第2AC/DC変換器(6)が設けられているとよい。 In the above invention, a plurality of the connection terminals are provided, and the first AC / DC conversion is provided between the first AC / DC converter and at least one of the connection terminals (42) in the power circuit. A second AC / DC converter (6) that converts the power supplied from the converter to the connection terminal from direct current to alternating current and also converts the power supplied from the connection terminal to the first AC / DC converter from alternating current to direct current. ) Should be provided.
この構成によれば、発電機が発生する電力を交流として外部に出力することができる。 According to this configuration, the electric power generated by the generator can be output to the outside as an alternating current.
また、上記の発明において、前記発電機軸の回転数を検出する回転センサ(25)と、前記回転センサの検出値に基づいて前記内燃機関及び前記クラッチの少なくとも一方を制御する制御装置とを更に有するとよい。 Further, in the above invention, there is further provided a rotation sensor (25) for detecting the rotational speed of the generator shaft, and a control device for controlling at least one of the internal combustion engine and the clutch based on a detection value of the rotation sensor. Good.
この構成によれば、取得した発電機軸の回転数に基づくクラッチの接続、切断の制御や、内燃機関の出力(回転速度)の制御が可能になる。 According to this configuration, it becomes possible to control connection / disconnection of the clutch based on the acquired rotation speed of the generator shaft and control of the output (rotation speed) of the internal combustion engine.
また、上記の発明において、前記回転部材と前記発電機軸との間に、前記回転部材の回転を増速して前記発電機軸に伝達する変速機(32)を更に有するとよい。 In the above invention, it is preferable that a transmission (32) that further accelerates rotation of the rotating member and transmits the rotation to the generator shaft is provided between the rotating member and the generator shaft.
この構成によれば、内燃機関に対して比較的回転速度が低い流体機械の回転を増速して発電機軸に伝達することができる。 According to this configuration, the rotation of the fluid machine having a relatively low rotation speed with respect to the internal combustion engine can be increased and transmitted to the generator shaft.
以上の構成によれば、可搬性を有する発電装置において、可搬性を維持しつつ、電源としての安定性の向上及び稼働時間の延長が可能になる。 According to the above configuration, in the power generation device having portability, it is possible to improve the stability as a power source and extend the operation time while maintaining portability.
以下、図面を参照して、本発明の発電装置の実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a power generator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1に示すように、第1実施形態の発電装置1は、骨格をなす骨格部材2、骨格部材2に支持されたエンジン3(内燃機関)、電動発電機4、第1AC/DC変換器5、第2AC/DC変換器6、DC/DC変換器7、バッテリ8、PCU9A(パワーコントロールユニット)及びECU9B(エンジンコントロールユニット)を含む制御装置9を有している。また、発電装置1は、着脱可能な太陽電池セル11及び流体機械12を有している。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, a
エンジン3は、公知のレシプロエンジンであり、出力軸(機関軸)としてのクランク軸14を有している。エンジン3には、クランク軸14の回転数を検出するクランク回転センサ15が設けられている。本実施形態に係るエンジン3の吸気系は、燃料を供給するキャブレターと、吸入空気量を調整するスロットルバルブとを有する。スロットルバルブの開度は、ECU9Bによって制御される。キャブレターから供給される燃料量は、吸気系の負圧によって変化するため、スロットルバルブの開度に応じて変化する。そのため、スロットルバルブの開度を変化させることによって、吸入空気量及び燃料量が変化し、エンジン3の出力が変化する。なお、燃料の供給装置はキャブレターに限られず、公知の電子制御されたインジェクタであってもよい。
The
電動発電機4は、公知の永久磁石同期発電機であり、三相交流を発生する。電動発電機4は、ケースと、ケースに回転可能に支持されたロータとを有する。ロータには界磁としての永久磁石が設けられ、ケースの内面には3相の巻線が鉄心に巻き回されたステータコイルが設けられている。ロータの軸部である発電機軸4Aは、両端がケースから突出している。電動発電機4には、発電機軸4Aの回転数を検出する発電機回転センサ25が設けられている。
The
発電機軸4Aの一端はクラッチ27を介してクランク軸14に連結されている。クラッチ27は、電力供給によって接続状態を切り換える公知のクラッチであり、例えば電磁クラッチであってよい。クラッチ27はECU9Bによって制御され、ONである場合にクランク軸14と発電機軸4Aとを連結し、OFFである場合にクランク軸14と発電機軸4Aとを切断する。
One end of the
発電機軸4Aの他端は、ワンウェイクラッチ28を介して、骨格部材2に回転可能に支持された第1連結軸31の一端と同軸に連結されている。ワンウェイクラッチ28は、公知のワンウェイクラッチ28であり、エンジン3の回転方向において第1連結軸31側の回転速度が発電機軸4Aの回転速度よりも遅い場合に切断状態となり、第1連結軸31及び発電機軸4Aの独立した回転を許容する。
The other end of the
第1連結軸31の他端は、変速機32を介して、骨格部材2に回転可能に支持された第2連結軸33の一端に連結されている。変速機32は、第2連結軸33に対して第1連結軸31の回転数が増加するように変速比が設定されている。第2連結軸33の他端には、継手である連結器34が設けられている。
The other end of the first connecting
流体機械12は、風車又は水車として構成される。本実施形態では、流体機械12を風車とした例について説明する。流体機械12は、基台36と、基台36に回転可能に支持された駆動軸37と、駆動軸37に設けられた回転部材38とを有する。回転部材38は、例えばプロペラやサボニウス翼、ダリウス翼等であってよい。流体機械12は、風力を受けて回転部材38及び駆動軸37が回転する。
The
流体機械12の駆動軸37は、駆動力伝達部材39を介して連結器34に連結される。これにより、流体機械12の駆動軸37の回転が、駆動力伝達部材39及び接続器を介して第2連結軸33に伝達される。本実施形態では、駆動力伝達部材39は、屈曲可能なガイドチューブ39Aと、ガイドチューブ39A内に回転可能に支持された屈曲可能なシャフト39Bとを有するフレキシブルシャフトである。駆動力伝達部材39は、流体機械12の駆動軸37及び連結器34の双方に着脱可能に連結される。これにより、流体機械12は、第2連結軸33に対して着脱可能になっている。他の実施形態では、駆動力伝達部材39を省略し、流体機械12の駆動軸37が連結器34に直接に着脱可能に連結されてもよい。
The
電動発電機4は、電力回路40に接続されている。電力回路40には、第1AC/DC変換器5、第2AC/DC変換器6、DC/DC変換器7、バッテリ8、第1接続端子41、第2接続端子42、第3接続端子43、及び第4接続端子44と、これらを接続する第1配電線46及び第2配電線48とが設けられている。
The
第1AC/DC変換器5は、公知の双方向インバータであり、その一次側に電動発電機4の3相の巻線のそれぞれが接続され、その二次側に第1接続端子41と接続された第1配電線46が接続されている。第1AC/DC変換器5は、一次側の交流電力を直流電力に変換して二次側に発生させる第1のモードと、二次側の直流電力を交流電力に変換して一次側に発生させる第2のモードとを切り換え可能となっている。
The first AC /
第2AC/DC変換器6は、公知の双方向インバータであり、その一次側に第1配電線46が接続され、その二次側に第2接続端子42が接続されている。第2AC/DC変換器6は、一次側の直流電力を交流電力に変換して二次側に発生させる第1のモードと、二次側の交流電力を直流電力に変換して一次側に発生させる第2のモードとを切り換え可能となっている。
The second AC /
DC/DC変換器7は、公知の双方向コンバータであり、その一次側に第1配電線46が接続され、その二次側に第3接続端子43と接続された第2配電線48が接続されている。DC/DC変換器7は、一次側の直流電力を降圧して二次側に発生させる第1のモードと、二次側の直流電力を昇圧して一次側に発生させる第2のモードとを切り換え可能となっている。
The DC /
また、第2配電線48には、バッテリ8及び第4接続端子44が接続されている。バッテリ8は、リチウムイオン電池や、ニッケル水素電池、鉛蓄電池等の公知の再充電可能な蓄電池である。第4接続端子44は、太陽電池セル11から延びる配電線と着脱可能に接続され、太陽電池セル11で発生した電力が入力される。
Further, the
本実施形態では、第1接続端子41がDC48〜60V、第2接続端子42がAC100V、第3接続端子43がDC12〜14V、第4接続端子44がDC12〜14Vとなるように、電動発電機4は第1AC/DC変換器5の二次側がDC48〜60Vを発生するように回転数が制御され、第2AC/DC変換器6は一次側がDC48〜60V、二次側がAC100Vとなるように制御され、DC/DC変換器7は一次側がDC48〜60V、二次側がDC12〜14Vとなるように制御される。太陽電池セル11の出力は12〜14Vに設定され、バッテリ8の定格電圧は12Vに設定されている。
In the present embodiment, the motor generator is configured such that the
図2は、発電装置1の電気回路図である。図2に示すように、第1AC/DC変換器5は、電動発電機4のステータコイルのU相、V相、W相の各巻線に対応して接続された各スイッチ素子51〜56と、キャパシタ57とを有している。スイッチ素子51〜56は、例えばMOSFETやIGBT等のトランジスタ51A〜56Aと、各素子に対して並列に配列されたダイオード51B〜56Bとを有する。各トランジスタ51A〜56Aは、PCU9Aによって開閉が制御される。
FIG. 2 is an electric circuit diagram of the
第1AC/DC変換器5は、第1のモードにおいて各スイッチ素子51〜56のトランジスタがOFFとなることによって、整流器として機能する。電動発電機4が発電を行う場合に、第1AC/DC変換器5が第1のモードとなることによって、一次側に供給される三相交流は、各ダイオード51B〜56Bを通過して直流に変換される。
The first AC /
第1AC/DC変換器5は、第2のモードにおいて各スイッチ素子51〜56のトランジスタ51A〜56AをON、OFFを切り換えることによってスイッチング回路として機能し、二次側に供給される直流電力を交流電力に変換して電動発電機4に供給する。
The first AC /
第2AC/DC変換器6は、1次巻線61A及び2次巻線61Bを有する絶縁トランス61と、1次巻線61Aに接続された第1キャパシタ62と、1次巻線61Aに接続され、1次巻線61Aへの通電をON、OFFする第1スイッチ素子63、64と、2次巻線61Bに接続された第2キャパシタ65と、2次巻線61Bに接続され、2次巻線61Bへの通電をON、OFFする第2スイッチ素子66、67と、第2キャパシタ65と第2接続端子42との間に設けられたHブリッジ回路68とを有する。第1スイッチ素子63、64、第2スイッチ素子66、67、及びHブリッジ回路68を構成する各スイッチ素子は、例えばMOSFETやIGBT等のトランジスタと、各素子に対して並列に配列されたダイオードとを有する。第1スイッチ素子63、64、第2スイッチ素子66、67、及びHブリッジ回路68の各トランジスタは、PCU9Aによって開閉が制御される。
The second AC /
第2AC/DC変換器6は、第1スイッチ素子63、64のトランジスタをON、OFF制御することによって一次側から1次巻線61Aに供給する電流を制御し、2次巻線61Bに発生する電圧を昇圧する。2次巻線61Bに発生した電力は、第2スイッチ素子66、67のダイオードを通過することによって整流され、Hブリッジ回路68においてスイッチング制御されることによって交流に変換され、第2接続端子42に供給される。
The second AC /
また、第2AC/DC変換器6は、第2接続端子42が外部の交流電源に接続された場合に、2次側に供給される交流電力をHブリッジ回路68において整流し、第2スイッチ素子66、67をON、OFF制御することによってHブリッジ回路68から2次巻線61Bに供給する電流を制御し、1次巻線61Aに発生する電圧を降圧する。1次巻線61Aに発生した電力は、第1スイッチ素子63、64のダイオードを通過することによって整流され、第1配電線46に供給される。
Further, the second AC /
DC/DC変換器7は、1次巻線71A及び2次巻線71Bを有する絶縁トランス71と、1次巻線71Aに接続された第1キャパシタ72と、1次巻線71Aに接続され、1次巻線71Aへの通電をON、OFFする第1スイッチ素子73と、2次巻線71Bに接続された第2キャパシタ75と、2次巻線71Bに接続され、2次巻線71Bへの通電をON、OFFする第2スイッチ素子76と、第2キャパシタ75と第3接続端子43とを有する。第1スイッチ素子73及び第2スイッチ素子76は、例えばMOSFETやIGBT等のトランジスタと、各素子に対して並列に配列されたダイオードとを有する。第1スイッチ素子73及び第2スイッチ素子76は、PCU9Aによって開閉が制御される。
The DC /
DC/DC変換器7は、第1スイッチ素子73のトランジスタをON、OFF制御することによって一次側から1次巻線71Aに供給する電流を制御し、2次巻線71Bに発生する電圧を降圧する。2次巻線71Bに発生した電力は、第2スイッチ素子76のダイオードによって整流され、第3接続端子43及びバッテリ8に供給される。
The DC /
また、DC/DC変換器7は、第4接続端子44を介して接続された太陽電池セル11、及びバッテリ8から供給される直流電流を、第2スイッチ素子76をON、OFF制御することによって2次巻線71Bに供給する電流を制御し、1次巻線71Aに発生する電圧を昇圧する。1次巻線71Aに発生した電力は、第1スイッチ素子73のダイオードを通過することによって整流され、第1配電線46に供給される。
Further, the DC /
図2に示すように、発電装置1は、電動発電機4の三相の巻線に流れる電流を検出する第1電流センサ81と、第1配電線46において第1接続端子41に流れる電流を検出する第2電流センサ82と、第2AC/DC変換器6の一次側に流れる電流を検出する第3電流センサ83と、DC/DC変換器7の一次側に流れる電流を検出する第4電流センサ84とを有する。第1〜第4電流センサ81〜84の検出信号は、PCU9Aに入力される。また、PCU9Aには、第1AC/DC変換器5の二次側の端子間86の電圧(第1AC/DC変換器5のキャパシタの電圧)と、第2AC/DC変換器6の二次側の直流部分の端子間87の電圧(第2AC/DC変換器6のキャパシタの電圧)と、DC/DC変換器7の二次側の端子間88の電圧(DC/DC変換器7のキャパシタの電圧)とが入力される。
As shown in FIG. 2, the
PCU9Aは、第1〜第4電流センサ81〜84の検出信号と、上記の各端子間86〜88の電圧とに基づいて、第1AC/DC変換器5、第2AC/DC変換器6、及びDC/DC変換器7を制御する。また、PCU9Aは、第1〜第4電流センサ81〜84の検出信号と、上記の各部の電圧とに基づいて、ECU9Bに信号を出力する。ECU9Bは、PCU9Aからの信号、クランク回転センサ15及び発電機回転センサ25の検出信号に基づいてエンジン3及びクラッチ27を制御する。
The
以下、発電装置1の制御方法及び使用方法について説明する。発電装置1は、図3に示すように複数の使用形態を取り得る。第1の使用形態では、電動発電機4及び太陽電池セル11が発電を行い、第1〜第3接続端子41〜43が出力となる。第1〜第3接続端子41〜43には、任意の負荷を接続することができる。このとき、バッテリ8は充電される。第2の使用形態では、電動発電機4が発電を行い、第1〜第3接続端子41〜43が出力となる。このとき、バッテリ8は充電される。
Hereinafter, the control method and usage method of the
発電装置1の制御装置9は、電動発電機4に発電させる場合に、電動発電機4の回転数が所定の定常回転数となるように制御する。流体機械12を駆動する風力が弱く、第1連結軸31の回転数が定常回転数より低い場合には、ECU9Bは、クラッチ27を制御してクランク軸14と発電機軸4Aとを連結すると共に、エンジン3のスロットルバルブを制御してエンジン3の出力を制御し、電動発電機4の回転数を定常回転数に維持する。なお、第1連結軸31の回転数が定常回転数より低い場合には、ワンウェイクラッチ28において、第1連結軸31と発電機軸4Aとの連結が自動的に切断され、第1連結軸31は発電機軸4Aと独立して回転し、発電機軸4Aの回転抵抗とならない。
The
流体機械12を駆動する風力が強く、第1連結軸31の回転数が定常回転数以上となり得る場合には、ECU9Bはエンジン3のスロットルバルブを制御し、エンジン3の出力と流体機械12の出力との両方によって電動発電機4を定常回転数に維持する。このとき、エンジン3の出力は、流体機械12の出力に増加に応じて低減させる。これにより、燃費の低減と騒音の低減とが図れる。また、流体機械12の出力によって電動発電機4を定常回転数に維持することができる場合には、エンジン3を停止すると共に、クラッチ27を切断し、流体機械12の出力のみによって電動発電機4を駆動する。なお、流体機械12の出力のみによって電動発電機4の回転数が定常回転数以上となる場合には、停止又は減速したエンジン3をクラッチ27によって発電機軸4Aに断続的に連結し、回転抵抗を発電機軸4Aに与えて発電機軸4Aの回転数を制御する。すなわち、エンジン3をエンジンブレーキとして使用し、クラッチ27の接続期間を制御することによって電動発電機4の回転数を定常回転数に維持する。
When the wind power driving the
第3の使用形態では、電動発電機4が休止し、太陽電池セル11が発電を行い、第1〜第3接続端子41〜43が出力となる。このとき、バッテリ8は充電される。電動発電機4の休止は、連結器34と駆動力伝達部材39との切断と、ECU9Bによるエンジン3の停止又はクラッチ27の切断とによって行われる。
In the third usage pattern, the
第4〜第6の使用形態では、電動発電機4を休止し、第1〜第3接続端子41〜43の1つを入力として外部電源に接続し、外部電源から供給される電力と、太陽電池セル11によって発電された電力とを他の接続端子41〜43から出力する。なお、第4〜第6の使用形態では、発電装置1は太陽電池セル11での発電を休止してもよい。
In the fourth to sixth usage modes, the
第7〜第10の使用形態は、エンジン3の始動時に使用され、電動発電機4をエンジン3のスタータモータとして使用し、電動発電機4によってクランク軸14を強制的に回転させる。第7〜第9の使用形態では第1〜第3接続端子41〜43のいずれか1つを入力として外部電源に接続し、外部電源からの電力を使用して電動発電機4を回転させる。第10の使用形態ではバッテリ8の電力を使用して電動発電機4を回転させる。第7〜第10の使用形態では、太陽電池セル11による発電の有無はいずれであってもよい。
The seventh to tenth usage patterns are used when the
第1実施形態に係る発電装置1では、流体機械12の回転部材38及びエンジン3の回転力を受けて駆動する電動発電機4と、太陽電池セル11とを有し、複数のエネルギー源から発電を行うことができるため、状況に応じて潤沢なエネルギーを選択して発電を行うことができる。例えば、風力及び太陽光の自然エネルギーの少なくとも1つを利用可能な状況では、エンジン3を減速又は停止し、エンジン3の燃料を節約することができると共に、エンジン3に起因する騒音を低減することができる。また、エンジン3はサイズに対して比較的大きな出力を得ることができるため、発電装置1の小型化が可能になり、発電装置1の可搬性が向上する。
The
本実施形態の発電装置1は、流体機械12の回転部材38の回転によって電動発電機4を駆動する場合に、クラッチ27を切断することによって、内燃機関の回転抵抗が発電機軸4Aに伝達されなくなり、回転部材38の回転エネルギーを発電機軸4Aの回転に効率良く使用することができる。
When the
発電機軸4Aと第1連結軸31とがワンウェイクラッチ28によって連結されているため、流体機械12の回転部材38の回転速度が高くなった場合に、回転部材38と発電機軸4Aとが自動的に連結され、回転部材38の回転力が発電機軸4Aに伝達される。一方、流体機械12側の回転速度が発電機軸4Aの回転速度より低い場合には、回転部材38と発電機軸4Aとは自動的に切断され、流体機械12は発電機軸4Aの回転抵抗とならない。
Since the
発電機軸4Aと、流体機械12の駆動軸37とが着脱可能な連結器34を介して連結されているため、流体機械12を使用しない場合には、流体機械12を発電装置1から取り外して発電装置1を小型かつ軽量にすることができるため、発電装置1の可搬性が向上する。
Since the
太陽電池セル11が第4接続端子44を介して発電装置1に着脱可能に接続されているため、太陽電池セル11を使用しない場合には、太陽電池セル11を発電装置1から取り外して発電装置1を小型かつ軽量にすることができるため、発電装置1の可搬性が向上する。
Since the
発電装置1は、第1AC/DC変換器5が整流器及びインバータとして双方向に変換が可能であるため、電動発電機4は電力の供給を受けて電動機として作動することができる。これにより、電動発電機4を例えば内燃機関の始動時にクランク軸14を強制的に回転させるスタータモータとして使用することができる。
In the
発電装置1は、第2AC/DC変換器6及びDC/DC変換器7を有するため、複数の電圧の直流電力や交流電力を供給することができる。また、発電装置1は、AC100Vの外部電源に接続されることによって、DC48V又はDC12Vを出力することができる。例えば、発電装置1は、燃料、風力、水力、及び太陽光のいずれも利用することができず、電動発電機4及び太陽電池セル11での発電ができない状況において、商用電源のAC100VをDC48V又はDC12Vに変換し、電気自動車の蓄電装置に供給する非常用充電器として使用することができる。
Since the
第1連結軸31と第2連結軸33との間に変速機32が介装されているため、エンジン3に対して比較的回転数が低い流体機械12の回転を増速して発電機軸4Aに伝達することができる。
Since the
次に、上記の第1実施形態の一部を変更した第2実施形態に係る発電装置100について説明する。図4に示すように、第2実施形態に係る発電装置100は、第1実施形態に係る発電装置1に対して、第1AC/DC変換器5と第1接続端子41との間に第2DC/DC変換器101を有し、第2AC/DC変換器6及び第1DC/DC変換器7(第1実施形態のDC/DC変換器7に対応する)が第2DC/DC変換器101と第1接続端子41との間の第1配電線46に接続されている点が異なる。以下の第2実施形態に係る発電装置1の説明では、第1実施形態に係る発電装置1と同様の構成は同じ符号を付して説明を省略する。
Next, the
第2DC/DC変換器101は、公知の双方向コンバータであり、第1AC/DC変換器5の二次側に接続された一次側と、第1配電線46を介して第1接続端子41、第2AC/DC変換器6の一次側、及び第1DC/DC変換器7の一次側に接続された二次側とを有する。第2DC/DC変換器101は、一次側の直流電力を昇圧又は降圧して二次側に発生させる第1のモードと、二次側の直流電力を昇圧又は降圧して一次側に発生させる第2のモードとを切り換え可能となっている。第2DC/DC変換器101の回路構成は、例えば第1DC/DC変換器7と同様であってよい。
The second DC /
第2実施形態では、第1接続端子41がDC48〜60V、第2接続端子42がAC100V、第3接続端子43及び第4接続端子44がDC12〜14Vとなるように、第2DC/DC変換器101は二次側がDC48〜60Vとなるように制御され、第2AC/DC変換器6は一次側がDC48〜60V、二次側がAC100Vとなるように制御され、DC/DC変換器7は一次側がDC48〜60V、二次側がDC12〜14Vとなるように制御される。太陽電池セル11の出力は12〜14Vに設定され、バッテリ8の定格電圧は12Vに設定される。
In the second embodiment, the second DC / DC converter is configured such that the
第2実施形態の発電装置1は、第2DC/DC変換器101が二次側に発生する電圧を一定に制御するため、電動発電機4の回転数が変動する場合にも、第1〜第3接続端子41〜43の電圧が一定に維持される。
Since the
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記の実施形態では、流体機械12を風車として構成したが、他の実施形態では水力によって回転するスクリュー(回転部材)を備えた水車として構成してもよい。
Although the description of the specific embodiment is finished as described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be widely modified. For example, in the above embodiment, the
また、上記の第1AC/DC変換器5、第2AC/DC変換器6、DC/DC変換器7との回路構成は例示であり、他の等価な回路構成とすることができる。また、電動発電機4及び太陽電池セル11が発生する電圧や、第1AC/DC変換器5、第2AC/DC変換器6、第1DC/DC変換器7、第2DC/DC変換器101が、それぞれの一次側及び二次側に発生する電圧は、適宜に変更してもよい。これにより、第1〜第4接続端子41〜44の電圧も変更される。
The circuit configurations of the first AC /
上記の実施形態では、電動発電機を永久磁石同期発電機としたが、電動発電機4の種類は限定されず、公知の様々な電動発電機を適用することができる。例えば、電動発電機4は、電磁石同期発電機であってよい。この場合、電動発電機4に公知のボルテージレギュレータを設けることによって、発生する電圧を一定に制御してもよい。ボルテージレギュレータは、電動発電機4が発生する電圧を監視し、電動発電機4の回転数の増減等によって電圧が増減する場合に、電磁石に流す電流を増減して界磁の強さを調節し、電動発電機4が発生する電圧を調節する。
In the above embodiment, the motor generator is a permanent magnet synchronous generator, but the type of the
上記実施形態では、図3の第7〜第10使用形態に示すように、エンジン3の始動時において、電動発電機4に電力を供給して電動発電機を回転させ、クランク軸14を回転させる構成としたが、流体機械12の回転力を電動発電機4を介してクランク軸14に伝達し、クランク軸14を回転させてもよい。
In the above embodiment, as shown in the seventh to tenth usage patterns in FIG. 3, when the
1,100...発電装置、2...骨格部材、3...エンジン(内燃機関)、4...電動発電機、4A...発電機軸、5...第1AC/DC変換器、6...第2AC/DC変換器、7...第1DC/DC変換器、8...バッテリ、9...制御装置、9A...PCU、9B...ECU、11...太陽電池セル、12...流体機械、14...クランク軸(機関軸)、15...クランク回転センサ、25...発電機回転センサ、27...クラッチ、28...ワンウェイクラッチ、31...第1連結軸、32...変速機、33...第2連結軸、34...連結器、38...回転部材、39...駆動力伝達部材、41...第1接続端子、42...第2接続端子、43...第3接続端子、44...第4接続端子、46...第1配電線、48...第2配電線、81...第1電流センサ、82...第2電流センサ、83...第3電流センサ、84...第4電流センサ、101...第2DC/DC変換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 ... Power generation device, 2 ... Skeletal member, 3 ... Engine (internal combustion engine), 4 ... Motor generator, 4A ... Generator shaft, 5 ... First AC / DC conversion , 6 ... 2nd AC / DC converter, 7 ... 1st DC / DC converter, 8 ... battery, 9 ... control device, 9A ... PCU, 9B ... ECU, 11 ... solar cells, 12 ... fluid machinery, 14 ... crankshaft (engine shaft), 15 ... crank rotation sensor, 25 ... generator rotation sensor, 27 ... clutch, 28. ..One-way clutch, 31 ... first connecting shaft, 32 ... transmission, 33 ... second connecting shaft, 34 ... connector, 38 ... rotating member, 39 ... driving
Claims (10)
骨格部材に支持された内燃機関と、
前記骨格部材に支持され、前記内燃機関の出力軸である機関軸に連結される発電機軸を有する電動発電機と、
前記発電機軸に連結され、風力又は水力を受けて回転する流体機械の回転部材と、
接続端子を含み、前記電動発電機と接続された電力回路と、
前記電力回路に接続される太陽電池セルとを有することを特徴とする発電装置。 A portable power generator,
An internal combustion engine supported by a skeleton member;
A motor generator having a generator shaft supported by the skeleton member and connected to an engine shaft which is an output shaft of the internal combustion engine;
A rotating member of a fluid machine connected to the generator shaft and rotating in response to wind or hydraulic power;
A power circuit including a connection terminal and connected to the motor generator;
And a solar cell connected to the power circuit.
前記ワンウェイクラッチは、前記回転部材側の回転速度が前記発電機軸の回転速度よりも低い場合に切断状態となることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発電装置。 The generator shaft and the rotating member are connected via a one-way clutch,
The power generator according to claim 1 or 2, wherein the one-way clutch is in a disconnected state when a rotational speed on the rotating member side is lower than a rotational speed of the generator shaft.
前記電力回路における前記第1AC/DC変換器と前記接続端子の少なくとも1つとの間には、前記第1AC/DC変換器側と前記接続端子側との間で電圧を昇降するDC/DC変換器が設けられていることを特徴とする請求項6に記載の発電装置。 A plurality of the connection terminals are provided,
A DC / DC converter that raises or lowers a voltage between the first AC / DC converter side and the connection terminal side between the first AC / DC converter and at least one of the connection terminals in the power circuit. Is provided. The power generation device according to claim 6, wherein:
前記電力回路における前記第1AC/DC変換器と前記接続端子の少なくとも1つとの間には、前記第1AC/DC変換器から前記接続端子に供給される電力を直流から交流に変換すると共に、前記接続端子から前記第1AC/DC変換器に供給される電力を交流から直流に変換する第2AC/DC変換器が設けられていることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の発電装置。 A plurality of the connection terminals are provided,
Between the first AC / DC converter and at least one of the connection terminals in the power circuit, the power supplied from the first AC / DC converter to the connection terminal is converted from direct current to alternating current, and The power generator according to claim 6 or 7, further comprising a second AC / DC converter that converts electric power supplied from a connection terminal to the first AC / DC converter from alternating current to direct current. .
前記発電機軸の回転数を検出する回転センサと、
前記回転センサの検出値に基づいて前記内燃機関及び前記クラッチの少なくとも一方を制御する制御装置とを更に有することを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1つの項に記載の発電装置。 The engine shaft and the generator shaft are connected via a clutch,
A rotation sensor for detecting the rotational speed of the generator shaft;
The power generation device according to claim 1, further comprising a control device that controls at least one of the internal combustion engine and the clutch based on a detection value of the rotation sensor. .
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