JP4041752B2 - Hybrid system - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッドシステムに関し、特に、エンジンを動力伝達装置の駆動に用いるとともに発電機器の駆動源としても用いて、これにより発電された電力を、インバータを介して供給するハイブリッドシステムに関する。なお、本発明における「ハイブリッド」とは、エンジンから少なくとも機械的駆動力と電力を取り出すという意味である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ハイブリッドシステムとして、例えば、電気自動車や船舶等の移動体に用いられているものがあり、エンジンを駆動源とするインバータ制御式発電機において、エンジン回転数を制御することにより、供給電力を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２０４５９６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２０４５９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のハイブリッドシステムにおいては、次のような不具合があった。負荷が変動した場合に、操作者が操作部に配置されたレギュレータレバーを操作してエンジン回転数を制御することにより、変動する負荷に従って発電量を調整していたため、急激に変動する負荷に対して素早くエンジン回転数の制御を行うことが困難であった。このため、負荷変動により、インバータへの入力電流または入力電圧が、その有効範囲から逸脱し、インバータが損傷するおそれがあった。また、インバータ入力保護のため、コンタクタによる接点遮断を行っていたが、機械式接点のため応答性が悪く、入力電圧の急激な変化に追従できないという不具合があった。また、インバータ自身による遮断に関しても、遮断が間に合わず、インバータ内部のコンデンサを損傷するおそれがあった。そこで、本発明では、ハイブリッドシステムにおいて、変動する電気負荷に応じた回転数（発電）制御を実施し、負荷変動時に、インバータ入力電流または入力電圧が、その有効範囲から逸脱しないようにする。これにより、動力伝達装置への動力供給を維持しつつ、電気負荷の増減に対するインバータへの入力電力を制御して電気負荷への電力供給およびインバータの保護を図ることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を、電気負荷に供給するハイブリッドシステムにおいて、インバータへ入力される電流を検出する負荷電流検出手段と、負荷電流の変化率を演算する負荷電流変化率演算手段と、負荷電流の許容最大値に対する閾値を負荷電流の変化率に応じ、かつ、負荷電流の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定する負荷電流閾値設定手段と、負荷電流が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、負荷電流が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の増加または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段とを有するものである。
【０００６】
請求項２においては、請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ、バッテリの放電電圧を昇圧するバッテリ放電電圧昇圧機器、および該昇圧機器を介してバッテリから電気負荷へ不足電力を供給するように制御する不足電力補償制御手段を有するものである。
【０００７】
請求項３においては、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を、電気負荷に供給するハイブリッドシステムにおいて、インバータへの入力電圧を検出するインバータ入力電圧検出手段と、インバータ入力電圧の変化率を演算するインバータ入力電圧変化率演算手段と、インバータ入力電圧の許容最大値に対する閾値をインバータ入力電圧の変化率に応じ、かつ、インバータ入力電圧の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定するインバータ入力電圧閾値設定手段とを備え、インバータ入力電圧が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、インバータ入力電圧が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の減少または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段を有するものである。
【０００８】
請求項４においては、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のハイブリッドシステムにおいて、インバータの出力電圧の周波数を外部電源電圧周波数よりも少量割合シフトして出力する周波数シフト手段を有するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について添付の図面を用いて説明する。図１は本発明の一つである「エンジン、発電機、モータ、インバータ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＡ」という。）を示す図、図２はハイブリッドシステムＡの動作モードの一例を示す図、図３は発電機の出力特性を示す図、図４は負荷投入時にインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図、図５（ａ）は負荷投入時に一定回転の場合においてインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図、図５（ｂ）は負荷投入時に回転数が減少する場合においてインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図、図６は電流上昇傾きが小さい場合の発電機出力電流およびエンジン回転数の時間変化を示す図、図７は電流上昇傾きが大きい場合の発電機出力電流およびエンジン回転数の時間変化を示す図、図８は負荷遮断時にインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図、図９（ａ）は負荷遮断時に一定回転の場合においてインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図、図９（ｂ）は負荷遮断時に回転数が増加する場合においてインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図、図１０は電圧上昇傾きが小さい場合の発電機出力電圧およびエンジン回転数の時間変化を示す図、図１１は電圧上昇傾きが大きい場合の発電機出力電圧およびエンジン回転数の時間変化を示す図、図１２は一定回転の場合の発電機出力電圧および燃料噴射量の時間変化を示す図、図１３は商用電源の出力電圧周波数に対してインバータの出力電圧周波数を少量割合シフトさせた状態を示す図、図１４は電磁接触器への接触・非接触指示と、電磁接触器における接触・非接触状態を示す図、図１５は本発明の一つである「エンジン、発電機、インバータ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＢ」という。）を示す図、図１６はハイブリッドシステムＢの動作モードの一例を示す図、図１７は本発明の一つである「エンジン、モータジェネレータ、インバータ、および動力伝達装置」よりなるハイブリッドシステム（以下、「ハイブリッドシステムＣ」という。）を示す図、図１８はハイブリッドシステムＣの動作モードの一例を示す図、図１９はハイブリッドシステムＣのスタータ機能を示す図、図２０はハイブリッドシステムＣのモータジェネレータによる動力アシスト機能を示す図、図２１はハイブリッドシステムＣの電力供給（発電あり）機能を示す図、図２２はハイブリッドシステムＣの電力供給（発電なし）機能を示す図である。
【００１０】
本発明の一つであるハイブリッドシステムＡについて説明する。ハイブリッドシステムＡは、図１に示すような構成である。ハイブリッドシステムＡでは、水中推進用に備えられるプロペラ４の駆動をエンジン２とモータ５との両方により可能としている。なお、後述するように、図１５に示すハイブリッドシステムＢ、あるいは、図１７に示すハイブリッドシステムＣのような構成とすることも可能である。また、以下では、ハイブリッドシステムを船舶について適用した実施例について説明しているが、その他の移動体（例えば、自動車等）に適用することも可能である。
【００１１】
図１において、システム１は、エンジン２および動力伝達装置３を有しており、該動力伝達装置３としてはセイルドライブが用いられ、その後下部にはプロペラ４が接続されている。これにより、システム１は船舶の推進システムとして利用することができる。エンジン２からの駆動力は動力伝達装置３によりプロペラ４に伝達され、その結果プロペラ４が回転駆動される。動力伝達装置３内にはクラッチが備えられており、該クラッチによりエンジン２からの駆動力の断接と動力伝達の回転方向（プロペラ４の回転方向）の切り換えを行うようにしている。なお、本実施例においては、システム１は動力伝達装置３がエンジン２の下方へ大きく延出し、該動力伝達装置３に直接プロペラ４が取り付けられたセイルドライブに構成されているが、動力伝達装置３の後端部に、プロペラ４のプロペラ軸が装着されるマリンギアに構成することもできる。
【００１２】
また、本システムにおいては、エンジン２と動力伝達装置（セイルドライブ）３との間に、発電機器である発電機１０を介装している。エンジン２により発電機１０を駆動して、該発電機１０により発電された電力は、後述するように電動機駆動用に用いられたり、船内電力として供給されたりするようにしている。
【００１３】
発電機１０は、例えば、高周波発電機に構成されており、該発電機１０の出力部には、リレー（電磁開閉器）１１、整流機器１２、インバータ１５が接続されている。また、発電機１０は前記整流機器１２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流／直流コンバータ）１３と接続されている。
【００１４】
整流機器１２は、例えば、平滑用コンデンサで構成されており、発電機１０により発電された交流電力を整流・平滑化して、直流に変換する。整流機器１２からＤＣ／ＤＣコンバータ１３に送られた電力は、該ＤＣ／ＤＣコンバータ１３により所定の電圧に変圧されて、リレー１７を介してバッテリ１４を充電する。
【００１５】
一方、整流機器１２からインバータ１５に送られた電力は、該インバータ１５により交流に変換されて、切換機器１９を介して出力ソケット２０から交流電力として船内供給可能とされる。切換機器１９にて商用電源（外部電源）とインバータ１５により変換された交流電力とを切換可能としている。このように、インバータ１５を介して電気負荷（ＡＣ出力）が接続できるようにしている。なお、切換機器１９を切換スイッチで構成して手動により切り換えを行ってもよく、また、後述するように、電磁接触器で構成してインバータ出力と商用電源との切り換えを自動で行ってもよい。電磁接触器で構成する場合には、該電磁接触器にシステムコントローラ７からオン・オフ信号が入力されるように、システムコントローラ７と接続しておく。そして、インバータ１５には、リレー１５ａが内蔵されており、該リレー１５ａはシステムコントローラ７と接続されている。
【００１６】
動力伝達装置３の上端部には電動機器（モータ）５が設置されており、該モータ５の出力軸は動力伝達装置３の伝達軸と接続されている。モータ５はモータコントローラ６と接続されており、該モータコントローラ６によりモータ５を制御する構成としている。また、モータコントローラ６はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７からの指令がモータコントローラ６へ入力されるようにしている。また、モータコントローラ６は、リレー１８を介して、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１３とバッテリ１４に接続されており、バッテリ１４、またはＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して発電機１０から電力供給を受けて、フィールド電流（界磁電流）で発生させた磁界とアマチュア電流（電機子電流）によりモータ５を駆動する。そして、モータコントローラ６がこれらの電流または電圧を制御してモータ５の回転数およびトルクを制御する。
【００１７】
船体の前後進の切り換えやエンジン２の駆動力の調節は、船舶の操作部８に配設されるレバー９等の操作具を操作することによって行われる。レバー９には、例えば、シフトレバー、レギュレータレバー、モード切換レバー等があり、それぞれシステムコントローラ７と接続されている。そして、レバー９を操作することにより、システムコントローラ７にレバー位置に対応した信号が入力される。
【００１８】
例えば、操作部８のシフトレバーを操作すると、シフトレバー位置（前進・中立・後進）に対応する信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７によりシフトアクチュエータ２１を作動させるようにしている。シフトアクチュエータ２１は動力伝達装置３のクラッチに接続されており、該シフトアクチュエータ２１の作動により、動力伝達装置３の伝動軸の正転・中立・逆転を切り換えて、前進・中立・後進の切り換えを行うこととしている。このように、シフトレバーを操作することにより、船体の前後進の切り換えを行っている。
【００１９】
また、操作部８のレギュレータレバーを操作すると、レギュレータレバー位置に対応する信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７によりレギュレータアクチュエータ２２を作動させるようにしている。レギュレータアクチュエータ２２はエンジン２のレギュレータに接続されており、該レギュレータアクチュエータ２２の作動により、エンジン２における燃料噴射量を調節して、エンジン２の駆動力を調節可能としている。このように、レギュレータレバーを操作することにより、エンジン２の駆動力の調整を行っている。なお、レギュレータアクチュエータ２２は後述するように、エンジン回転数の変化率緩和手段として機能する。
【００２０】
また、操作部８にはモード切換レバーが配設されており、該モード切換レバーを操作することにより、本システムの動作モードを切換可能としている。この動作モードの例としては、図２に示すようなものがあり、モード切換レバーにより、「航走モード」の切り換えを行う。そして、「航走モード」の切り換えを行うと、システムコントローラ７へモード信号が入力されて、該システムコントローラ７により各「航走モード」に対応した本システムの制御が行われるようにしている。具体的には、図２に示すように「航走モード」の切り換えにより、プロペラ４の駆動を、エンジン２のみにより駆動するモード、エンジン２により駆動しつつ、モータ５により駆動をアシストするモード、モータ５のみにより駆動するモード、の３種類のパターンにより行うことを可能としている。
【００２１】
エンジン２内にはエンジン２始動用のスタータモータ２ａと機関付発電機であるオルタネータ２ｂが備えられており、該スタータモータ２ａはリレー２５を介してスタータバッテリ２４と接続され、該スタータバッテリ２４はオルタネータ２ｂと接続されている。また、スタータモータ２ａ、オルタネータ２ｂ、スタータバッテリ２４はメインリレー２６を介して前記システムコントローラ７と接続されている。オルタネータ２ｂからの発電出力は、エンジン２のスタータモータ２ａを駆動するためのスタータバッテリ２４に充電され、該スタータバッテリ２４に蓄積された電力をエンジン２始動の際に用いるようにしている。
【００２２】
以上のように構成される本システムにおいて、メインコントローラとしてのシステムコントローラ７は次のように機能して、本システムの制御を行う。前述したように、システムコントローラ７は操作部８のレバー９（シフトレバー、レギュレータレバー、モード切換レバー）と接続されている。また、システムコントローラ７はシフトアクチュエータ２１およびレギュレータアクチュエータ２２と接続されている。
【００２３】
また、システムコントローラ７はエンジン２と接続されており、該エンジン２からシステムコントローラ７にエンジン回転数が入力される。エンジン２の回転数は、エンジン２に付設される回転数センサ３５により検出される。また、システムコントローラ７はモータ５と接続されており、該モータ５からシステムコントローラ７にモータ回転数およびモータ５の温度が入力される。モータ５の回転数は、モータ５に付設される回転数センサ３６により検出され、モータ５の温度は、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検出される。
【００２４】
また、システムコントローラ７はモータコントローラ６と接続されており、該システムコントローラ７はモータコントローラ６に対して回転方向信号、出力信号、モード信号等を出力する。一方、モータコントローラ６は、モータ５に異常が発生した場合には、アラーム信号をシステムコントローラ７へ送る。また、システムコントローラ７は発電機１０と接続されており、該発電機１０からシステムコントローラ７に発電機１０の温度が入力される。発電機１０の温度は、サーミスタ等の温度センサ（図示せず）により検出される。
【００２５】
また、システムコントローラ７はリレー１１・１５ａ・１７・１８と接続されており、該システムコントローラ７は、図２に示すように、リレー１１・１５ａ・１７・１８のオン・オフ（開閉）を制御する。このオン・オフ制御は、船舶の航走状態、バッテリ１４の充放電状態、インバータ１５に接続される電気負荷（インバータ負荷）等の状態に基づいて行われている。また、システムコントローラ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１３に接続されており、該システムコントローラ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１３に対して充電電流指示を送る。
【００２６】
また、システムコントローラ７はバッテリ１４と接続されており、該バッテリ１４からシステムコントローラ７にバッテリ１４の充放電状態を表す電圧値・電流値が入力される。バッテリ１４の電圧値および電流値はそれぞれ、電圧センサ３３、電流センサ３４により検出される。
【００２７】
また、システムコントローラ７はインバータ１５に接続されており、該システムコントローラ７はインバータ１５（リレー１５ａ）に対してオン・オフ信号を出力する。一方、インバータ１５はシステムコントローラ７に対してインバータ１５に接続される電気負荷の状態を表すインバータ入力電圧値、インバータ入力電流値、アラーム信号を出力する。インバータ入力電圧値およびインバータ入力電流値は、それぞれ、インバータ入力電圧検出手段である電圧センサ３１、インバータ入力電流検出手段（負荷電流検出手段）である電流センサ３２により検出される。
【００２８】
また、システムコントローラ７は表示モニタ２３と接続されており、該表示モニタ２３はシステムコントローラ７に入力される種々の検出値等を表示して、操船者が本システムの状態を把握できるようにしている。更に、システムコントローラ７は、後述するように、本システムにおいて、負荷電流変化率演算手段、負荷電流閾値設定手段、不足電力補償制御手段、インバータ入力電圧変化率演算手段、インバータ入力電圧閾値設定手段としても機能している。
【００２９】
本システムでは、例えば、図２に示すようなＨ１からＨ１６までの動作モードがある。以下、各モードについて説明する。
【００３０】
Ｈ１およびＨ２は、モータ５のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源はバッテリ１４である。これらのモードによりエンジン停止状態でも航行可能となる。
【００３１】
Ｈ３およびＨ８は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源はバッテリ１４である。これらのモードにより、発電機１０が損傷等でその電力が使用できない場合であっても、モータ５によるエンジンアシストが可能となる。なお、本実施例で「エンジンアシスト」とは、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の一部をモータ５により賄うことを意味する。
【００３２】
Ｈ４およびＨ９は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するモードであり、モータ５の駆動源は発電機１０の電力である。これらのモードにより、バッテリ１４が損傷等でその電力が使用できない場合であっても、モータ５によるエンジンアシストが可能となる。
【００３３】
Ｈ５およびＨ１０は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動し、モータ５を駆動するに当たって発電機１０の電力が不足するときはバッテリ１４の放電により不足電力を補い、発電機１０の電力に余裕があるときはバッテリ１４を充電するモードである。これらのモードにより、モータ５の所要駆動力を確保してバッテリ１４の充電が可能となる。
【００３４】
Ｈ６およびＨ１１は、エンジン２および発電機１０の電力により駆動されるモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給するモードである。これらのモードにより、インバータ１５の電気負荷への電力供給とモータ５によるエンジンアシストの両立が可能となる。
【００３５】
Ｈ７およびＨ１２は、エンジン２およびモータ５の両方によりセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給し、モータ５を駆動するに当たって発電機１０の電力が不足するときはバッテリ１４の放電により不足電力を補い、モータ５の駆動およびインバータ１５を介しての電力供給に当たって発電機１０の電力に余裕があるときはバッテリ１４を充電するモードである。これらのモードにより、インバータ１５を介しての電力供給を安定化できるとともに、モータ５の所要駆動力を確保してエンジンアシストが可能となる。
【００３６】
Ｈ１３はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するのみであり発電機１０はエンジン２と同期回転するが実質停止しているモードである。このモードにより、インバータ１５を介しての電力供給およびモータ５の駆動が不要またはこれらの機器の損傷等により不能の場合にあってもエンジン航行が可能となる。
【００３７】
Ｈ１４はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電するモードである。このモードにより、航行しながらバッテリ１４の充電が可能となる。
【００３８】
Ｈ１５はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、発電機１０の電力でバッテリ１４を充電およびインバータ１５を介して電力供給を行うモードである。このモードにより、航行、インバータ１５を介しての電力供給およびバッテリ１４の充電を並立できる。
【００３９】
Ｈ１６はエンジン２のみでセイルドライブ３およびプロペラ４を駆動しつつ、インバータ１５を介して発電機１０の電力を供給するモードである。このモードにより、航行およびインバータ１５を介しての電力供給を並立できる。
【００４０】
なお、Ｈ１とＨ２との違いは、本システムを搭載した船舶が定常（＝定速）航行状態か加速航行状態かの違いである。Ｈ３とＨ８との違い、Ｈ４とＨ９との違い、Ｈ５とＨ１０との違い、Ｈ６とＨ１１との違い、およびＨ７とＨ１２との違いについても同様である。また、モータ５によるエンジンアシストによりエンジン２を燃費の良い回転域で使用することができ、かつ、モータ５の駆動源もバッテリ１４またはエンジン２により駆動される発電機１０の電力であるので本システムの燃費性を向上できる。一方、エンジン２により駆動される発電機１０の電力をインバータ１５を介して電気負荷へ供給できるので別個の発電機が不要とでき、本システムを搭載した船舶の空間利用性を向上できる。
【００４１】
次に、負荷が投入された場合（負荷が加わった場合）の本システムにおける発電制御について、図１、図３乃至図７を用いて説明する。まず、図３を用いて、発電機１０の出力特性について説明する。図３では、太い実線は各エンジン回転数（１０００、１５００、２０００、２４００、３０００、４０００ｒｐｍ）における発電機１０の出力電圧特性を示している。また、細い実線は各エンジン回転数における発電機出力の特性を示している。そして、図３の左下に位置する、上側と右側を破線で囲まれた領域がインバータ入力有効範囲として設定されている。図３に示すように、発電機１０の出力電力が一定の場合には、エンジン２の回転数が減少するにしたがい出力電流が増加する。また、エンジン２（発電機１０）が一定回転数の場合には、発電機１０の出力電力が増加するにしたがい出力電流が増加する（図３細線）。逆に、発電機１０の出力電力が一定の場合には、エンジン２の回転数が増加するにしたがい出力電流が減少する（図３細線）。そして、増加後のエンジン回転数および減少後の出力電流における出力電圧は増加する（図３太線）。また、エンジン２（発電機１０）が一定回転数の場合には、発電機１０の出力電力が減少するにしたがい出力電流が減少する（図３細線）。そして、同一エンジン回転数では、出力電流が減少すると出力電圧が増加する（図３太線）。
【００４２】
前述したように、発電機１０にて発生された発電機出力は整流機器１２により整流・平滑された後、インバータ１５へ入力される（図１）。このとき、電気負荷が接続されるインバータ１５に入力される電流がインバータ１５の電気負荷へ供給される負荷電流であり、この負荷電流値を負荷電流検出手段である電流センサ３２により検出する。電流センサ３２により検出された電流値はシステムコントローラ７に入力される。このインバータ１５への入力電流に対しては、インバータ１５を保護するため、有効範囲が予め所定の範囲に設定されている。
【００４３】
セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷が増加するとエンジン回転数が減少する。このとき、インバータ１５の供給電力を一定に保つには、発電機１０の出力電力を一定に保つ必要があり、その結果、先述の如く出力電流が増加する。また、インバータ１５の電気負荷が増加すると、インバータ１５の供給電力が増加し、発電機１０の出力電力が増加する。このとき、エンジン回転数が一定ならば、先述の如く出力電流が増加する。そして、上述のような出力電流の増加が生じるとインバータ１５への入力電流が増加し、その有効範囲から逸脱してしまうという問題がある。そこで、負荷が投入または増加された場合の本システムの制御を次のように行うこととしている。
【００４４】
図４においては、縦軸の矢印で示す方向（下向き）をインバータ１５の入力電流の増加方向としている。また、上下２本の細い破線に挟まれた領域をインバータ１５への入力電流（インバータ入力電流）の有効範囲としており、下側の破線をインバータ入力電流上限としている。
【００４５】
図４に示すように、エンジン２が一定回転のとき、インバータ１５の電気負荷が投入または増加されることによって、軽負荷状態Ａ０から重負荷状態Ａ１へ変化する。このとき、エンジン回転数一定のままで、インバータ１５の電気負荷に見合う発電機出力を行うと、図３より、発電機１０の出力電流は増加し、インバータ１５への入力電流が増加する。これにより、インバータ入力電流の有効範囲を超えるおそれがある。また、同じく図４に示すように、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の投入または増加によって、エンジン２の回転数が減少し、軽負荷状態Ａ０から重負荷状態Ａ２へ移る。このとき、インバータ出力を一定のまま維持すれば、発電機出力を維持することになるので、図３より、発電機１０の出力電流は増加し、その結果、インバータ入力電流が増加する。これにより、インバータ入力電流の有効範囲を超えるおそれがある。つまり、インバータ１５の電気負荷またはセイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の増加により、インバータ１５への入力電流が増加し、インバータ入力電流の有効範囲の上限を超えてしまう場合があり、この場合には、インバータ１５が損傷するという問題がある。
【００４６】
このことを、図５（ａ）・（ｂ）にも示している。図５（ａ）・（ｂ）には、インバータ１５への電力供給可能領域が表されている。この電力供給可能領域は、インバータ入力電圧限界を表す曲線、インバータ最大出力を表す曲線、インバータ入力電流の有効範囲を表す曲線、機関最低速を表す曲線、によって囲まれた領域として設定されている。図５（ａ）に示すように、エンジン２が一定回転数のときに、インバータ１５の電気負荷を投入または増加することにより、軽負荷状態Ｂ０から重負荷状態Ｂ１へ変化し、電力供給可能領域から逸脱する（図４におけるＡ０→Ａ１の場合）。また、図５（ｂ）に示すように、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の投入または増加によってエンジン回転数が減少し、軽負荷状態Ｃ０から重負荷状態Ｃ２に変化し、電力供給可能領域から逸脱する（図４におけるＡ０→Ａ２の場合）。なお、上記のような負荷の両方が投入または増加すれば、軽負荷状態Ｃ０から重負荷状態Ｃ１に変化する。
【００４７】
上述のように負荷が増加することで、発電機１０の出力特性によりインバータ１５への入力電流有効範囲から外れるおそれがある。このため、投入または増加される負荷に応じた発電制御を行って、インバータ１５への入力電流が、その有効範囲から逸脱することを防止するようにしている。
【００４８】
具体的な制御について、図１、図６、図７を用いて説明する。図６、図７に示すように、負荷によるインバータ入力電流の上昇傾きｄＩ／ｄｔを読み取り、傾きｄＩ／ｄｔと加負荷の状態に基づいてインバータ入力電流上限ＩMAX までの電流余裕値ΔＩを算出し、ＩMAX からΔＩを除した値を閾値ＩGEN とする。この電流余裕値ΔＩは、傾きｄＩ／ｄｔが急なほど大きくとる。つまり、閾値ＩGEN を小さくする。そして、インバータ入力電流が閾値ＩGEN を超えた後に、インバータ入力電流がインバータ入力電流上限ＩMAX に近づくにしたがい、エンジン回転数の増加または引戻しを緩和する制御を行うのである。このエンジン回転数の制御は、エンジン２における燃料噴射量を調節することによって行われ、エンジン回転数を増加、または低下したエンジン回転数を引戻すには、燃料噴射量を多くし、エンジン回転数の増加または引戻しを緩和するには、増加させた燃料噴射量を減少させればよい。このような燃料噴射量の調節は、システムコントローラ７でレギュレータアクチュエータ２２を作動させてエンジン２のレギュレータを制御することにより行う（図１）。このとき、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２は、エンジン回転数の変化率緩和手段として機能している。なお、ここで、「エンジン回転数の引戻し」とは、エンジン回転数を加負荷前の回転数側へ変化させることである。
【００４９】
インバータ１５の電流センサ３２により、インバータ１５への入力電流値が検出され、検出された電流値はシステムコントローラ７に入力される（図１）。システムコントローラ７は入力された電流値の時間変化率を演算することにより、負荷電流の時間変化率として、傾きｄＩ／ｄｔが算出される。ここで、システムコントローラ７は負荷電流変化率演算手段として機能している。
【００５０】
閾値ＩGEN は、次式（１）により算出される。
ＩGEN ＝ＩMAX −ΔＩ ・・・（１）
ここで、ＩMAX はインバータ入力電流上限であり、言い換えれば、負荷電流の許容最大値である。ＩGEN は、電流余裕値ΔＩによって変化する値である。この電流余裕値ΔＩを、電流上昇傾きｄＩ／ｄｔに応じて設定する。すなわち、傾きｄＩ／ｄｔが大きいほど、電流余裕値ΔＩが大きくなるように設定する。図６、図７に示すように、インバータ入力電流の上昇傾きｄＩ／ｄｔが小さい場合（図６）に比べて、大きい場合（図７）には、電流余裕値ΔＩを大きく設定し、閾値ＩGEN を小さくすることで、上昇傾きｄＩ／ｄｔが大きい場合にも前記許容最大値ＩMAX を超えないようにしている。言い換えれば、傾きｄＩ／ｄｔが小さい場合に比べて、大きい場合には、閾値ＩGEN を超えた後に行われるエンジン回転数の制御をいち早く開始させようとするためである。インバータ入力電流上限ＩMAX は、インバータ１５によって所定の値に設定されているため、電流余裕値ΔＩを傾きｄＩ／ｄｔ（負荷電流の変化率）に応じて設定するということは、閾値ＩGEN を負荷電流の変化率に応じて設定するということである。この負荷電流の閾値を設定する手段としては、システムコントローラ７が機能している。そして、インバータ１５への入力電流値が上昇して、閾値ＩGEN を超えた後に、エンジン２の回転数制御を次のように行うことにより、インバータ入力電流上限ＩMAX を超えないようにして、インバータ入力電流が、その有効範囲から逸脱しないようにしている。図６、図７に示すように、インバータ入力電流値が閾値ＩGEN を超えた後、エンジン２の燃料噴射量を増加する。これにより、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷が増加して、エンジン回転数が減少しているときは、エンジン２の回転数減少に歯止めが掛かり、エンジン回転数が引戻される。これは、図３においては、横軸（＝電流）に平行に発電機出力電力の特性曲線を、エンジン回転数大から小へ移動する状況に歯止めが掛かることであり、また、図４においては、Ａ０からＡ２へ移動する状況に歯止めが掛かることである。
【００５１】
一方、インバータ１５の電気負荷が増加して、エンジン回転数が一定のため発電機出力が増加するときは、エンジン２の回転数が増加する。これは、図３においては、あるエンジン回転数での電流−発電機出力電力の特性曲線上を発電機出力電力が増加（この場合は、電流増加）する方向に移動する状況から、より高エンジン回転の電流−発電機出力電力の特性曲線へ移動することであり、また、図４においては、Ａ０からＡ１へ移動する状況に歯止めが掛かり、Ａ０から見て右下側（図４の太い矢印の方向）へ移動する状況に変化することである。上記の結果、出力電流の増加に歯止めが掛かりインバータ１５への入力電流の増加が抑制される。なお、図６、図７では、インバータ入力電流上限ＩMAX までの余裕値ΔＩの大・中・小に対する燃料噴射量の曲線を示している。ここで、閾値ＩGEN はエンジン制御開始電流となっている。このとき、このインバータ入力電流値がインバータ入力電流上限（許容最大値）ＩMAX を超えないようにし、エンジン回転数の引戻しまたは増加を可及的に抑制して、エンジン回転数を必要最小限の回転数に漸近させるために、許容最大値ＩMAX に達するまでの間、この許容最大値ＩMAX に近づくほどエンジン回転数の変化率が徐々に緩やかになるようにしている。
【００５２】
図６、図７に示すように、閾値ＩGEN を超えた後、燃料噴射量の曲線の傾き（増加）を徐々に小さくして、エンジン回転数の変化率を徐々に緩やかにすると、インバータ入力電流の傾きｄＩ／ｄｔは、許容最大値ＩMAX に近づくにつれて、徐々に小さくなっていく。そして、許容最大値ＩMAX に達する前に傾きｄＩ／ｄｔが０となるようにしているため、インバータ入力電流が許容最大値ＩMAX を超えることがなくなる。これによりインバータ入力電流が、その有効範囲から逸脱することがなくなる。
【００５３】
このように、インバータ１５への入力電流を検出し、その上昇傾きｄＩ／ｄｔに応じて、閾値ＩGEN を設定し、インバータ入力電流が閾値ＩGEN を超えてから許容最大値ＩMAX に達するまでの間は、インバータ入力電流が許容最大値ＩMAX に近づくほど、エンジン２の燃料噴射量を調整してエンジン回転数の変化率が緩やかになるように制御する。これにより、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷が増加した際には、インバータ１５の電気負荷への供給電力を一定に保ちつつ、インバータ１５への入力電流が増加して許容最大値ＩMAX を超えることを防止できる。この結果、インバータ１５の損傷防止を図ることができる。更に、エンジン回転数の引戻しを可及的に抑制して必要最低限の回転数に漸近させることができる。また、インバータ１５の電気負荷が増加した際には、エンジン回転数一定のままで発電機出力電力が増加し、インバータ１５への入力電流が増加して許容最大値ＩMAX を超えることを防止できる。この結果、インバータ１５の損傷防止を図ることができる。更に、エンジン回転数の増加を可及的に抑制して必要最低限の回転数に漸近させることができる。また、これらの際、操船者が操作しなくてもインバータ入力電流がその有効範囲に納まるよう、発電回転を自動調整できる。
【００５４】
次に、負荷が遮断された場合（負荷が減少した場合）の本システムにおける発電制御について、図１、図８乃至図１２を用いて説明する。前述したように、発電機１０にて発生された発電機出力は整流機器１２により整流・平滑された後、インバータ１５へ入力される（図１）。このとき、電気負荷が接続されるインバータ１５への入力電圧がインバータ入力電圧であり、この入力電圧値をインバータ入力電圧検出手段である電圧センサ３１により検出する。電圧センサ３１により検出された電圧値はシステムコントローラ７に入力される。このインバータ１５への入力電圧に対しては、インバータ１５を保護するため、有効範囲が予め所定の範囲に設定されている。
【００５５】
セイルドライブ３およびプロペラ４を駆動するための動力負荷が減少するとエンジン回転数が増加する。このとき、インバータ１５の供給電力を一定に保つには、発電機１０の出力電力を一定に保つ必要があり、その結果、先述の如く出力電圧が増加する。また、インバータ１５の電気負荷が減少すると、インバータ１５の供給電力が減少し、発電機１０の出力電力が減少する。このとき、エンジン回転数が一定ならば、先述の如く出力電圧が増加する。そして、上述のような出力電圧の増加が生じるとインバータ１５への入力電圧が増加し、その有効範囲から逸脱してしまうという問題がある。そこで、負荷が遮断または減少された場合の本システムの制御を次のように行うこととしている。
【００５６】
図８においては、縦軸の矢印で示す方向（上向き）を整流機器１２で整流・平滑された発電機１０の出力電圧、つまり、インバータ入力電圧の増加方向としている。また、上下２本の細い破線に挟まれた領域をインバータ１５への入力電圧（インバータ入力電圧）の有効範囲としており、上側の破線をインバータ入力電圧上限としている。
【００５７】
図８に示すように、エンジン２が一定回転のとき、インバータ１５の電気負荷が遮断または減少されることによって、重負荷状態Ｄ１から軽負荷状態Ｄ３へ変化する。このとき、エンジン回転数一定のままで、軽くなったインバータ１５の電気負荷に見合う発電機出力を行うと、図３より、発電機１０の出力電圧が増加し、インバータ１５への入力電圧が増加する。これにより、インバータ入力電圧の有効範囲を超えるおそれがある。また、同じく図８に示すように、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の遮断または減少によって、エンジン２の回転数が上がり、重負荷状態Ｄ２から軽負荷状態Ｄ３へ移る。このときインバータ出力を一定のまま維持すれば、発電機出力電力を維持することになるので、図３より、発電機１０の出力電圧が増加し、インバータ入力電圧が増加する。これにより、インバータ入力電圧の有効範囲を超えるおそれがある。つまり、インバータ１５の電気負荷、またはセイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の減少により、インバータ１５への入力電圧が過電圧となり、インバータ入力電圧の有効範囲の上限を超えてしまう場合があり、この場合には、インバータ１５が損傷するという問題がある。
【００５８】
このことを、図９（ａ）・（ｂ）にも示している。図９（ａ）・（ｂ）には、図５（ａ）・（ｂ）と同様に、インバータ１５への電力供給可能領域が表されている。図９（ａ）に示すように、エンジン２が一定回転数のときに、インバータ１５の電気負荷を遮断または減少することにより、重負荷状態Ｅ１から軽負荷状態Ｅ３へ変化し、電力供給可能領域から逸脱する（図８におけるＤ１→Ｄ３の場合）。また、図９（ｂ）に示すように、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の遮断または減少によってエンジン回転数が増加し、重負荷状態Ｆ１から軽負荷状態Ｆ４に変化し、電力供給可能領域から逸脱する（図８におけるＤ２→Ｄ３の場合）。なお、上記のような負荷の両方が遮断または減少すれば、重負荷状態Ｆ１から軽負荷状態Ｆ３に変化する。
【００５９】
このように負荷が減ることで、発電機１０の出力特性によりインバータ１５への入力電圧有効範囲（インバータ入力電圧上限）から外れるおそれがある。このため、遮断または減少される負荷に応じた発電制御を行って、インバータ１５への入力電圧が、その有効範囲から逸脱することを防止するようにしている。
【００６０】
具体的な制御について、図１、図１０乃至図１２を用いて説明する。図１０、図１１、図１２に示すように、負荷によるインバータ入力電圧の上昇傾きｄＶ／ｄｔを読み取り、傾きｄＶ／ｄｔと加負荷の状態に基づいてインバータ入力電圧上限ＶMAX までの電圧余裕値ΔＶを算出し、ＶMAX からΔＶを除した値を閾値ＶGEN とする。この電圧余裕値ΔＶは、傾きｄＶ／ｄｔが急なほど大きくとる。つまり、閾値ＶGEN を小さくする。そして、インバータ入力電圧が閾値ＶGEN を超えた後に、インバータ入力電圧がインバータ入力電圧上限ＶMAX に近づくにしたがい、エンジン回転数の減少または引戻しを緩和する制御を行うのである。なお、ここで、「エンジン回転数の引戻し」とは、エンジン回転数を減負荷前の回転数側へ変化させることである。
【００６１】
インバータ１５の電圧センサ３１により、インバータ１５への入力電圧値が検出され、検出された電圧値はシステムコントローラ７に入力される（図１）。システムコントローラ７は入力された電圧値の時間変化率を演算することにより、インバータ入力電圧の時間変化率として、傾きｄＶ／ｄｔが算出される。ここで、システムコントローラ７はインバータ入力電圧変化率演算手段として機能している。
【００６２】
閾値ＶGEN は、次式（２）により算出される。
ＶGEN ＝ＶMAX −ΔＶ ・・・（２）
ここで、ＶMAX はインバータ入力電圧上限であり、言い換えれば、インバータ入力電圧の許容最大値である。ＶGEN は、電圧余裕値ΔＶによって変化する値である。この電圧余裕値ΔＶを、電圧上昇傾きｄＶ／ｄｔに応じて設定する。すなわち、傾きｄＶ／ｄｔが大きいほど、電圧余裕値ΔＶが大きくなるように設定する。図１０、図１１に示すように、インバータ入力電圧の上昇傾きｄＶ／ｄｔが小さい場合（図１０）に比べて、大きい場合（図１１）には、電圧余裕値ΔＶを大きく設定し、閾値ＶGEN している。言い換えれば、傾きｄＶ／ｄｔが小さい場合に比べて、大きい場合には、閾値ＶGEN を超えた後に行われるエンジン回転数の制御をいち早く開始させようとするためである。インバータ入力電圧上限ＶMAX は、インバータ１５によって所定の値に設定されているため、電圧余裕値ΔＶを傾きｄＶ／ｄｔに応じて設定するということは、閾値ＶGEN をインバータ入力電圧の変化率に応じて設定するということである。このインバータ入力電圧の閾値を設定する手段としては、システムコントローラ７が機能している。
【００６３】
そして、インバータ１５への入力電圧値が上昇し、閾値ＶGEN を超えた後に、エンジン２の回転数制御を次のように行うことにより、インバータ入力電圧上限ＶMAX を超えないようにして、インバータ入力電圧が、その有効範囲から逸脱しないようにしている。図１０、図１１、図１２に示すように、インバータ入力電圧値が閾値ＶGEN を超えた後、エンジン２の燃料噴射量を減少する。これにより、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷が減少して、エンジン回転数が増加しているときは、エンジン２の回転数増加に歯止めが掛かり、エンジン回転数が引戻される。これは、図３においては、横軸（＝電流）に平行に発電機出力電力の特性曲線を、エンジン回転数小から大へ移動する状況に歯止めが掛かることであり、また、図８においては、Ｄ２からＤ３へ移動する状況に歯止めが掛かることである。一方、インバータ１５の電気負荷が減少して、エンジン回転数が一定で発電機出力が減少するときは、エンジン２の回転数が減少する。これは、図３においては、あるエンジン回転数での電流−発電機出力電力の特性曲線上を発電機出力電力が減少する方向に移動、つまり、電流−電圧の特性曲線上では電流が減少（この場合は、電圧は増加）する方向に移動する状況から、より低エンジン回転での電流−発電機出力電力の特性曲線へ移動し、これに伴い電圧−電流の特性曲線も、より低エンジン回転数のものに移動することであり、また、図８においては、Ｄ１からＤ３へ移動する状況に歯止めが掛かり、Ｄ１から見て左上側（図８の太い矢印の方向）へ移動する状況に変化することである。上記の結果、出力電圧の増加に歯止めが掛かりインバータ１５への入力電圧の増加が抑制される。なお、図１０、図１１では、負荷の大・中・小に対する燃料噴射量の曲線を示し、図１２では、一定回転数の場合にその回転数の大・中・小に対する燃料噴射量の曲線を示している。また、閾値ＶGEN は発電機出力の減少開始電圧となっている。このとき、このインバータ入力電圧値がインバータ入力電圧上限（許容最大値）ＶMAX を超えないようにし、エンジン回転数の引戻しまたは減少を可及的に抑制して、エンジン回転数を許容最大回転数に漸近させるために、許容最大値ＶMAX に達するまでの間、この許容最大値ＶMAX に近づくほどエンジン回転数の変化率が徐々に緩やかになるようにしている。
【００６４】
図１０、図１１、図１２に示すように、閾値ＶGEN を超えた後、燃料噴射量の曲線（減少）の傾きを徐々に小さくして、エンジン回転数の変化率を徐々に緩やかにすると、インバータ入力電圧の傾きｄＶ／ｄｔは、許容最大値ＶMAX に近づくにつれて、徐々に小さくなっていく。そして、許容最大値ＶMAX に達する前に傾きｄＶ／ｄｔが０となるようにしているため、インバータ入力電圧が許容最大値ＶMAX を超えることがなくなる。これによりインバータ入力電圧が、その有効範囲から逸脱することがなくなる。
【００６５】
このように、インバータ１５への入力電圧を検出し、その上昇傾きｄＶ／ｄｔに応じて、閾値ＶGEN を設定し、インバータ入力電圧が閾値ＶGEN を超えてから許容最大値ＶMAX に達するまでの間は、インバータ入力電圧が許容最大値ＶMAX に近づくほど、エンジン２の燃料噴射量を調整してエンジン回転数の変化率が緩やかになるように制御する。これにより、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷が減少した際には、インバータ１５の電気負荷への供給電力を一定に保ちつつ、インバータ１５への入力電圧が増加して許容最大値ＶMAX を超えることを防止できる。この結果、インバータ１５の損傷防止を図ることができる。更に、エンジン回転数の引戻しを可及的に抑制して許容最大回転数に漸近させることができ、再度のセイルドライブ３およびプロペラ４の駆動負荷の増加に備えることができる。また、インバータ１５の電気負荷が減少した際には、エンジン回転数一定のままで発電機出力電力が減少し、インバータ１５への入力電圧が増加して許容最大値ＶMAX を超えることを防止できる。この結果、インバータ１５の損傷防止を図ることができる。更に、エンジン回転数の減少を可及的に抑制して許容最大回転数に漸近させることができ、再度のインバータ１５の電気負荷の増加に備えることができる。また、これらの際、操船者が操作しなくてもインバータ入力電圧がその有効範囲に納まるよう、発電回転を自動調整できる。
【００６６】
次に、インバータ１５からの出力電力と商用電源とを自動的に切り換える制御について、図１３、図１４を用いて説明する。図１における切換機器１９を電磁接触器で構成して、インバータ１５と出力ソケット２０と商用電源に接続する。また、電磁接触器をシステムコントローラ７と接続して、該システムコントローラ７からオン・オフ信号が入力されるようにする。商用電源もシステムコントローラ７と接続して、商用電源の出力電圧がシステムコントローラ７に検知されるようにする。こうして、商用電源の出力電圧と、前述したようにインバータ１５の出力電圧とが、システムコントローラ７よって検知され、該システムコントローラ７は両電圧の周波数を比較する。このとき、商用電源の出力電圧の周波数は、例えば６０Ｈｚ等の一定の値であるため、インバータ１５の出力電圧の周波数を制御することにより、電源切換の制御を行うこととしている。
【００６７】
インバータ１５の出力電圧は、該インバータ１５により所定の周波数に変換された後に交流電圧として出力される。このときの周波数を商用電源の出力電圧周波数に対して、少量割合（例えば、±数％）だけずらせた（シフトさせた）値とすると、図１３に示すように、商用電源の出力電圧周波数とインバータ出力電圧の周波数とが一致するタイミングがわずかの周期の間に現れ、この位相の合ったタイミングで瞬時に、電磁接触器により自動的に電源切換を行うようにする。図１３おいては、両者の位相が点Ｇにおいて合っており、このタイミングで電源切換を行う。このとき、インバータ１５は周波数シフト手段として機能している。
【００６８】
電源の切り換えは、電磁接触器をシステムコントローラ７にて制御することにより行う。電磁接触器は、インバータ１５と商用電源とに接続されているが、システムコントローラ７から電磁接触器に対し接触・非接触の指示を入力することにより、図１４に示すように、電磁接触器における接触・非接触の切り換えを、状態（イ）→状態（ロ）→状態（ハ）→状態（ニ）のように行う。まず、状態（イ）は、インバータ側（発電機側）接触状態で、商用電源側非接触状態であり、接触指示はインバータ側となっている。このインバータ側接触指示により、次の状態（ロ）が、インバータ側接触状態で、商用電源側非接触状態となる。このとき、接触指示は中立となっている。そして、この中立指示により、次の状態（ハ）は、インバータ側非接触状態で、商用電源側非接触状態となる。このとき、接触指示は商用電源側となっている。この、商用電源側接触指示により、次の状態（ニ）が、インバータ側非接触状態で、商用電源側接触状態となる。そして、状態（ロ）において、両者の周波数が同位相となるタイミングを検知して、次の状態（ハ）において、瞬時に切り換えを行うよう制御する。
【００６９】
このように、インバータ１５の出力電圧周波数を制御して、商用電源周波数と若干割合だけずらせることにより、わずかの周期の間に両電圧の位相が合うタイミングを作り、この位相が合った瞬間に電磁接触器を制御して、インバータ出力と商用電源を短時間で自動的に切り換えることができ、いずれか一方から他方への電源の切り換えがスムースにできる。また、船舶が寄港したときに、家電製品のコンセントを繋ぎかえることなく、商用電源から供給可能となる。
【００７０】
以上に述べたハイブリッドシステムＡに替えて、図１５に示すようなハイブリッドシステムＢでも前述の発電制御を行うことが可能である。ハイブリッドシステムＢは、ハイブリッドシステムＡを簡略化した構成をしており、ハイブリッドシステムＡからモータ５、モータコントローラ６、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、バッテリ１４等を除いた構成となっている。そして、ハイブリッドシステムＢでは、ハイブリッドシステムＡのようにモータ５を備えていないため、モータ５のみによる駆動するモードおよびモータ５によるエンジンアシストをするモードはなく、エンジン２のみにより駆動するモードのみとなっている。図１６のＰ１は図２のＨ１３と同様のモードであり、Ｐ２はＨ１６と同様のモードである。ハイブリッドシステムＢでは、ハイブリッドシステムＡと比べてきめ細かなモードは実現できない代わりに機器点数を低減できるので本質的に生産性（特に組立性）および信頼性が向上できる。
【００７１】
ハイブリッドシステムＢにも、システム１に発電機１０が備えられており、前述したハイブリッドシステムＡと略同様の発電制御を行っている（図３乃至図１２参照）。以下、略述する。図１５に示すように、発電機１０がエンジン２と動力伝達装置３との間に介装されており、該発電機１０はエンジン２により作動される。発電機１０により発電された電力は、整流機器１２により、整流・平滑された後、インバータ１５に入力され、該インバータ１５により交流に変換されて、切換機器１９を介して出力ソケット２０から船内供給できるようにしている。つまり、発電機１０の発電機出力は全てインバータ１５を介して電気負荷に供給される。
【００７２】
負荷が投入された場合の発電制御では、電流センサ３２が負荷電流検出手段として、システムコントローラ７が負荷電流変化率演算手段および負荷電流閾値設定手段として、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２がエンジン回転数変化率緩和手段として、それぞれ機能している。
【００７３】
また、負荷が遮断された場合の発電制御では、電圧センサ３１がインバータ入力電圧検出手段として、システムコントローラ７がインバータ入力電圧変化率演算手段およびインバータ入力電圧閾値設定手段として、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２がエンジン回転数変化率緩和手段として、それぞれ機能している。そして、切換機器１９を電磁接触器として自動的に電源切換の場合の制御では、周波数シフト手段として、インバータ１５が機能している。
【００７４】
また、図１７に示すようなハイブリッドシステムＣにおいて、前述した発電制御を行うことも可能である。ハイブリッドシステムＣの構成は、ハイブリッドシステムＡの構成を変更したものとなっており、その機能は略同様のものとなっている。すなわち、ハイブリッドシステムＣにおけるモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）４０が、ハイブリッドシステムＡのモータ５と発電機１０に相当する。また、ハイブリッドシステムＣにおけるＶＶＶＦインバータコンバータ（可変電圧可変周波数インバータコンバータ）４２と単相ＣＶＣＦインバータ（単相定電圧定周波数インバータ）４３と昇降圧チョッパ４４とにより構成されるインバータ部４１が、ハイブリッドシステムＡにおけるモータコントローラ６とＤＣ／ＤＣコンバータ１３と整流機器１２とインバータ１５に相当する。また、ハイブリッドシステムＣは、後述するようにスタータ機能を備えているため、ハイブリッドシステムＡにおけるエンジン２始動用のスタータモータ２ａ、スタータバッテリ２４等に相当するものを備えていない。
【００７５】
図１７に示すように、モータジェネレータ４０は、システム１において、エンジン２と動力伝達装置３との間に介装されている。モータジェネレータ４０が発電機器として機能する場合（図１８のＭ４からＭ７、および図２１の電力供給機能の場合）には、エンジン２の駆動によりモータジェネレータ４０が作動され、該モータジェネレータ４０により発電された電力（発電機出力）はインバータ部４１に入力され、該インバータ部４１からバッテリ１４への充電や、切換機器１９、出力ソケット２０を介して船内供給を行っている。また、モータジェネレータ４０が、モータとして機能する場合（図１８のＭ１からＭ３、図１９のスタータ機能、および図２０のアシスト機能の場合）には、エンジン２の始動や、航走のアシストを行っている。
【００７６】
インバータ部４１のＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、モータジェネレータ４０が発電機器として機能する場合にはインバータ部４１に入力される発電機出力の整流・平滑を行い、また、モータジェネレータ４０がモータとして機能する場合にはモータ制御を行う。また、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７はＶＶＶＦインバータコンバータ４２に対し、モータとしてのモータジェネレータ４０の起動（回転数）指示、およびアシスト（トルク）指令を出力する。一方、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はシステムコントローラ７へモータとしてのモータジェネレータ４０の回転数、トルク、アラーム、直流電圧を送る。
【００７７】
単相ＣＶＣＦインバータ４３は、該単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷に電力を供給するときに作動して、その供給電力を所定の周波数の交流電力として供給できるようにしている。単相ＣＶＣＦインバータ４３には、該単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷に供給される電流および電圧を検出するための電流センサおよび電圧センサ（図示略）が備えられている。また、単相ＣＶＣＦインバータ４３はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７は単相ＣＶＣＦインバータ４３に対し、運転・停止指示を出力する。一方、単相ＣＶＣＦインバータ４３はシステムコントローラ７へ前記電圧センサにより検出した交流電圧、電流センサにより検出した交流電流、交流電力、アラームを送る。
【００７８】
昇降圧チョッパ４４はバッテリ１４と接続されており、該バッテリ１４が放電を行う場合には、昇圧チョッパとして機能してバッテリ１４の放電電圧を所定の電圧に昇圧し、また、バッテリ１４への充電を行う場合には、降圧チョッパとして機能して、バッテリ１４への充電電圧を所定の電圧に降圧する。また、昇降圧チョッパ４４はシステムコントローラ７と接続されており、該システムコントローラ７は昇降圧チョッパ４４に対し、運転・停止指示、充電電流指示、充電指示を出力する。一方、昇降圧チョッパ４４はシステムコントローラ７へバッテリ電圧、充放電電流、アラームを送る。
【００７９】
ハイブリッドシステムＣの動作モードを図１８から図２２により詳しく説明する。図１９には、エンジン２を始動するときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。バッテリ１４から昇降圧チョッパ４４により昇圧された電力がＶＶＶＦインバータコンバータ４２により所要の電圧および周波数に変換されて、モータジェネレータ４０に供給され、モータジェネレータ４０がモータとして機能してエンジン２を始動する。これは、ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢと比べてハイブリッドシステムＣ特有のモードである。ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢに用いられる発電機１０、並びにハイブリッドシステムＣに用いられるモータジェネレータ４０は、エンジン２のクランク軸と常時同期回転する構成である。このため、モータジェネレータ４０をモータとして駆動すればエンジン２の始動が可能となる。一方、ハイブリッドシステムＡの場合、モータ５はセイルドライブ３およびプロペラ４と常時同期回転する構成であり、エンジン２とはセイルドライブ３に内装されるクラッチにより断接されるからである。これにより、エンジン２を始動するためのスタータバッテリ２４等を削減できる。
【００８０】
図２０には、モータジェネレータ４０によりエンジンアシストを行うときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。バッテリ１４からモータジェネレータ４０までの電気回路の作動状態は図１９と同様である。モータジェネレータ４０およびエンジン２の駆動力の和が、セイルドライブ３およびプロペラ４の駆動力となる。これにより、モータジェネレータ４０によるエンジンアシストによりエンジン２を燃費の良い回転域で使用することができ、かつ、モータジェネレータ４０の駆動源もバッテリ１４であるので本システムの燃費性を向上できる。
【００８１】
図２１には、モータジェネレータ４０により発電された電力により単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して電力供給、またはバッテリ１４の充電を行うときの電気回路の作動および駆動力の伝達状態が示されている。エンジン２によりセイルドライブ３およびプロペラ４並びにモータジェネレータ４０が駆動される。これにより、モータジェネレータ４０が発電を行い、その電力がＶＶＶＦインバータコンバータ４２により整流・平滑され、その後、単相ＣＶＣＦインバータ４３により所定の電圧および周波数に変換されて電気負荷へ供給される。このとき、整流・平滑後の電力に余剰があれば昇降圧チョッパ４４により降圧されてバッテリ１４の充電に費やされる。これにより、航行および単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が並立できる。更にバッテリ１４の充電も可能となる。
【００８２】
図２２には、バッテリ１４により昇降圧チョッパ４４および単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して電力供給を行うときの電気回路の作動状態が示されている。バッテリ１４から昇降圧チョッパ４４により昇圧された電力が単相ＣＶＣＦインバータ４３により所定の電圧および周波数に変換されて電気負荷へ供給される。これは、ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢと比べてハイブリッドシステムＣ特有のモードである。これにより、モータジェネレータ４０で発電される電力が不足するときにその補償が可能となる。また、エンジン２の停止中でも単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が可能となる。
【００８３】
そして、図１８で示すＭ１は、図１９または図２０で表される動作モードである。Ｍ２は、図２０で表される動作モードである。Ｍ３は、図１９または図２０、および図２２で表される動作モードの組合せモードである。Ｍ４は、図２のＨ１３と同様の動作モードである。Ｍ５は、図２１の内、単相ＣＶＣＦインバータ４３による電力供給が停止している動作モードである。Ｍ６は、図２１で表される動作モードである。Ｍ７は、図２１の内、バッテリ１４の充電が停止している動作モードである。Ｍ８は、図２２で表される動作モードである。
【００８４】
ハイブリッドシステムＣでは、ハイブリッドシステムＡと比べてきめ細かなモードは実現できない代わりに配線を低減できるので本質的に生産性（特に組立性）および信頼性が向上できる。更に、ハイブリッドシステムＡおよびハイブリッドシステムＢと比べてエンジン２の始動のためのスタータバッテリ２４等が削減できるので、本システムを搭載した船舶の空間利用性を向上できる。また、モータジェネレータ４０で発電される電力が不足するときにその補償が可能となるとともに、エンジン２の停止中でも単相ＣＶＣＦインバータ４３の電気負荷への電力供給が可能となるので、電力使用の利便性が向上する。
【００８５】
ハイブリッドシステムＣには、システム１に発電機器として機能するモータジェネレータ４０が備えられており、前述したハイブリッドシステムＡと略同様の発電制御を行っている（図３乃至図１４参照）。負荷が投入された場合の発電制御では、単相ＣＶＣＦインバータ４３に備えられる電流センサが負荷電流検出手段として、システムコントローラ７が負荷電流変化率演算手段および負荷電流閾値設定手段として、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２がエンジン回転数変化率緩和手段として、それぞれ機能している。
【００８６】
また、電気負荷の需要電力に対して発電機器からの供給電力が不足する場合には、エンジン２の駆動力によりモータジェネレータ４０にて発電を行いながら、バッテリ１４を放電状態として、電気負荷に電力供給を行っている。この場合に、バッテリ１４に蓄えられている電力を放電するときの放電電圧を昇降圧チョッパ４４にて昇圧して、所定の電圧とした後に、単相ＣＶＣＦインバータ４３を介して、交流電力として電気負荷に供給している。つまり、昇圧チョッパとして作動する昇降圧チョッパ４４がバッテリ放電電圧昇圧機器として機能している。また、不足電力補償制御手段としてはシステムコントローラ７が機能している。このような制御を行うことにより、本システムにおいて、エンジン２の駆動によりモータジェネレータ４０によって発電される電力が、単相ＣＶＣＦインバータ４３に接続される電気負荷の需要電力と比べて不足する場合に、その不足分を補償することができる。例えば、前述したように負荷が投入または増加された場合に、エンジン回転数が供給電力の増加分に見合う分まで増加するまでの間、その不足分を補償することができる。
【００８７】
また、負荷が遮断された場合の発電制御では、単相ＣＶＣＦインバータ４３に備えられる電圧センサがインバータ入力電圧検出手段として、システムコントローラ７がインバータ入力電圧変化率演算手段およびインバータ入力電圧閾値設定手段として、システムコントローラ７によって制御されるレギュレータアクチュエータ２２がエンジン回転数変化率緩和手段として、それぞれ機能している。そして、切換機器１９を電磁接触器として自動的に電源切換の場合の制御では、周波数シフト手段として、単相ＣＶＣＦインバータ４３が機能している。
【００８８】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、請求項１に示す如く、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を、電気負荷に供給するハイブリッドシステムにおいて、インバータへ入力される電流を検出する負荷電流検出手段と、負荷電流の変化率を演算する負荷電流変化率演算手段と、負荷電流の許容最大値に対する閾値を負荷電流の変化率に応じ、かつ、負荷電流の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定する負荷電流閾値設定手段と、負荷電流が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、負荷電流が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の増加または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段とを有するので、エンジン回転数を必要最低限の回転数に漸近させて、インバータへの入力電流を許容最大値内に納めることができる。
【００８９】
請求項２に示す如く、請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ、バッテリの放電電圧を昇圧するバッテリ放電電圧昇圧機器、および該昇圧機器を介してバッテリから電気負荷へ不足電力を供給するように制御する不足電力補償制御手段を有するので、エンジンによって発電される電力が電気負荷の需要電力と比べて不足するときに、その不足分を補償することができる。例えば、エンジン回転数が供給電力の増加分に見合う分まで増加するまでの間、その不足分を補償することができる。
【００９０】
請求項３に示す如く、エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を、電気負荷に供給するハイブリッドシステムにおいて、インバータへの入力電圧を検出するインバータ入力電圧検出手段と、インバータ入力電圧の変化率を演算するインバータ入力電圧変化率演算手段と、インバータ入力電圧の許容最大値に対する閾値をインバータ入力電圧の変化率に応じ、かつ、インバータ入力電圧の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定するインバータ入力電圧閾値設定手段とを備え、インバータ入力電圧が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、インバータ入力電圧が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の減少または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段を有するので、エンジン回転数を許容最大回転数に漸近させて、再度の負荷増加に備えつつ、インバータへの入力電圧を許容最大値内に納めることができる。
【００９１】
請求項４に示す如く、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のハイブリッドシステムにおいて、インバータの出力電圧の周波数を外部電源電圧周波数よりも少量割合シフトして出力する周波数シフト手段を有するので、短時間で、インバータの出力電圧と外部電源電圧周波数の位相が合致するので、いずれか一方から他方への電源の切り換えがスムースにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ハイブリッドシステムＡを示す図。
【図２】 ハイブリッドシステムＡにおける動作モードの一例を示す図。
【図３】 発電機の出力特性を示す図。
【図４】 負荷投入時にインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図。
【図５】 （ａ）は負荷投入時に一定回転の場合においてインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図、（ｂ）は負荷投入時に回転数が減少する場合においてインバータ入力電流の有効範囲からの逸脱を示す図。
【図６】 電流上昇傾きが小さい場合の発電機出力電流およびエンジン回転数の時間変化を示す図。
【図７】 電流上昇傾きが大きい場合の発電機出力電流およびエンジン回転数の時間変化を示す図。
【図８】 負荷遮断時にインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図。
【図９】 （ａ）は負荷遮断時に一定回転の場合においてインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図、（ｂ）は負荷遮断時に回転数が増加する場合においてインバータ入力電圧の有効範囲からの逸脱を示す図。
【図１０】 電圧上昇傾きが小さい場合の発電機出力電圧およびエンジン回転数の時間変化を示す図。
【図１１】 電圧上昇傾きが大きい場合の発電機出力電圧およびエンジン回転数の時間変化を示す図。
【図１２】 一定回転の場合の発電機出力電圧および燃料噴射量の時間変化を示す図。
【図１３】 商用電源の出力電圧周波数に対してインバータの出力電圧周波数を少量割合シフトさせた状態を示す図。
【図１４】 電磁接触器への接触・非接触指示と、電磁接触器における接触・非接触状態を示す図。
【図１５】 ハイブリッドシステムＢを示す図。
【図１６】 ハイブリッドシステムＢにおける動作モードの一例を示す図。
【図１７】 ハイブリッドシステムＣを示す図。
【図１８】 ハイブリッドシステムＣにおける動作モードの一例を示す図。
【図１９】 ハイブリッドシステムＣにおけるスタータ機能を示す図。
【図２０】 ハイブリッドシステムＣにおけるモータジェネレータによる動力アシスト機能を示す図。
【図２１】 ハイブリッドシステムＣにおける電力供給（発電あり）機能を示す図。
【図２２】 ハイブリッドシステムＣにおける電力供給（発電なし）機能を示す図。
【符号の説明】
１ システム
２ エンジン
３ 動力伝達装置
４ プロペラ
７ システムコントローラ
１０ 発電機
１５ インバータ
２２ レギュレータアクチュエータ
３２ 電流センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hybrid system, and more particularly, to a hybrid system that uses an engine to drive a power transmission device and also serves as a drive source for power generation equipment, and supplies electric power generated thereby through an inverter. In the present invention, “hybrid” means that at least mechanical driving force and electric power are extracted from the engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there are hybrid systems that have been used for mobile bodies such as electric vehicles and ships, and in an inverter-controlled generator that uses an engine as a drive source, the power supplied by controlling the engine speed A technique for controlling the above is known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-204596 A
[Patent Document 2]
JP 2002-204597 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional hybrid system has the following problems. When the load fluctuates, the operator adjusts the power generation amount according to the fluctuating load by controlling the engine speed by operating the regulator lever arranged in the operation unit. It was difficult to quickly control the engine speed. For this reason, the input current or the input voltage to the inverter deviates from the effective range due to the load fluctuation, and the inverter may be damaged. In addition, the contactor is shut off by the contactor to protect the inverter input, but there is a problem that the response is poor due to the mechanical contact, and it is impossible to follow a rapid change in the input voltage. In addition, regarding the interruption by the inverter itself, the interruption is not in time, and there is a risk of damaging the capacitor inside the inverter. Therefore, in the present invention, in the hybrid system, the rotation speed (power generation) control according to the fluctuating electric load is performed so that the inverter input current or the input voltage does not deviate from the effective range when the load fluctuates. Accordingly, it is an object to control power input to the inverter with respect to increase or decrease of the electric load while maintaining power supply to the power transmission device, and to supply power to the electric load and protect the inverter.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
That is, in claim 1, the engine is composed of an engine, a power transmission device, and a power generation device. The engine is used as one of the power transmission device drive source and the power generation device drive source, and power is generated via an inverter. Power To electrical load In the hybrid system to supply Input to the inverter A load current detecting means for detecting current, a load current change rate calculating means for calculating a change rate of the load current, and a threshold for an allowable maximum value of the load current according to the change rate of the load current, and a positive value of the load current The load current threshold setting means for setting a larger difference between the allowable maximum value and the threshold as the rate of change increases, and the load current approaches the allowable maximum value until the load current exceeds the threshold and reaches the allowable maximum value. Engine speed change rate mitigating means for controlling the engine speed so that the increase or retraction of the engine speed is moderate.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, in the hybrid system according to the first aspect, the battery, the battery discharge voltage boosting device that boosts the discharge voltage of the battery, and the supply from the battery to the electric load via the boosting device are controlled. And a shortage power compensation control means.
[0007]
According to a third aspect of the present invention, the engine includes a power transmission device and a power generation device. The engine is used as one of the power transmission device drive source and the power generation device drive source. To electrical load In the hybrid system to be supplied, the inverter input voltage detection means for detecting the input voltage to the inverter, the inverter input voltage change rate calculation means for calculating the change rate of the inverter input voltage, and the threshold for the allowable maximum value of the inverter input voltage Inverter input voltage threshold setting means that sets the difference between the maximum allowable value and the threshold value as the positive change rate of the inverter input voltage increases according to the input voltage change rate, and the inverter input voltage exceeds the threshold value. Until the allowable maximum value is reached, the engine speed change rate mitigating means is controlled to control the decrease or pullback of the engine speed as the inverter input voltage approaches the allowable maximum value.
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, the hybrid system according to any one of the first to third aspects further comprises a frequency shift means for shifting the frequency of the output voltage of the inverter by a small percentage from the frequency of the external power supply voltage. Is.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a hybrid system (hereinafter referred to as “hybrid system A”) composed of “engine, generator, motor, inverter, and power transmission device” according to one embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing an output characteristic of the generator, FIG. 4 is a diagram showing deviation from the effective range of the inverter input current when the load is applied, and FIG. 5A is constant when the load is applied. FIG. 5B is a diagram showing a deviation from the effective range of the inverter input current in the case of rotation, FIG. 5B is a diagram showing a deviation from the effective range of the inverter input current when the rotation speed is reduced when the load is applied, and FIG. FIG. 7 is a graph showing temporal changes in the generator output current and the engine speed when the rising slope is small. FIG. 7 shows the generator output current and the engine speed when the current rising slope is large. FIG. 8 is a diagram showing a change over time, FIG. 8 is a diagram showing a deviation from the effective range of the inverter input voltage when the load is interrupted, and FIG. 9A is a deviation from the effective range of the inverter input voltage when the load is interrupted at a constant rotation. Fig. 9 (b) is a diagram showing a deviation from the effective range of the inverter input voltage when the rotation speed increases at the time of load interruption, and Fig. 10 is a graph of the generator output voltage and the engine rotation speed when the voltage increase slope is small. FIG. 11 is a graph showing time changes, FIG. 11 is a graph showing time changes in the generator output voltage and the engine speed when the voltage increase slope is large, and FIG. 12 is a time change in the generator output voltage and the fuel injection amount in the case of constant rotation. FIG. 13 is a diagram showing a state where the output voltage frequency of the inverter is shifted by a small percentage with respect to the output voltage frequency of the commercial power supply. FIG. 14 is a diagram showing contact / non-contact with the electromagnetic contactor. FIG. 15 is a diagram showing a contact / non-contact state in the electromagnetic contactor. FIG. 15 is a hybrid system (hereinafter referred to as “hybrid system B”) comprising the “engine, generator, inverter, and power transmission device” according to the present invention. FIG. 16 is a diagram illustrating an example of an operation mode of the hybrid system B, and FIG. 17 is a hybrid system including “an engine, a motor generator, an inverter, and a power transmission device” according to the present invention. (Hereinafter referred to as “hybrid system C”), FIG. 18 is a diagram illustrating an example of an operation mode of the hybrid system C, FIG. 19 is a diagram illustrating a starter function of the hybrid system C, and FIG. FIG. 21 is a diagram showing a power assist function by the motor generator. FIG. FIG. 22 is a diagram illustrating a power supply (with power generation) function, and FIG. 22 is a diagram illustrating a power supply (without power generation) function of the hybrid system C.
[0010]
The hybrid system A which is one of the present invention will be described. The hybrid system A is configured as shown in FIG. In the hybrid system A, the propeller 4 provided for underwater propulsion can be driven by both the engine 2 and the motor 5. As will be described later, the hybrid system B shown in FIG. 15 or the hybrid system C shown in FIG. 17 may be used. Moreover, although the Example which applied the hybrid system about the ship below is demonstrated, it is also possible to apply to another mobile body (for example, motor vehicle etc.).
[0011]
In FIG. 1, a system 1 has an engine 2 and a power transmission device 3, a sail drive is used as the power transmission device 3, and a propeller 4 is connected to the lower part thereafter. Thereby, the system 1 can be utilized as a ship propulsion system. The driving force from the engine 2 is transmitted to the propeller 4 by the power transmission device 3, and as a result, the propeller 4 is rotationally driven. A clutch is provided in the power transmission device 3, and the clutch is used to connect and disconnect the driving force from the engine 2 and to switch the rotational direction of the power transmission (the rotational direction of the propeller 4). In this embodiment, the system 1 is configured as a sail drive in which the power transmission device 3 extends greatly below the engine 2 and the propeller 4 is directly attached to the power transmission device 3. It is also possible to configure a marine gear in which the propeller shaft of the propeller 4 is attached to the rear end portion of the propeller 3.
[0012]
Further, in the present system, a generator 10 that is a power generator is interposed between the engine 2 and a power transmission device (sail drive) 3. The generator 10 is driven by the engine 2, and the electric power generated by the generator 10 is used for driving the electric motor or supplied as inboard power as described later.
[0013]
The generator 10 is configured, for example, as a high-frequency generator, and a relay (electromagnetic switch) 11, a rectifier 12, and an inverter 15 are connected to an output portion of the generator 10. Further, the generator 10 is connected to a DC / DC converter (DC / DC converter) 13 through the rectifying device 12.
[0014]
The rectifying device 12 is constituted by, for example, a smoothing capacitor, and rectifies and smoothes the AC power generated by the generator 10 and converts it into DC. The electric power sent from the rectifier 12 to the DC / DC converter 13 is transformed to a predetermined voltage by the DC / DC converter 13 and charges the battery 14 via the relay 17.
[0015]
On the other hand, the electric power sent from the rectifying device 12 to the inverter 15 is converted into alternating current by the inverter 15 and can be supplied to the ship as alternating current power from the output socket 20 via the switching device 19. The switching device 19 can switch between the commercial power source (external power source) and the AC power converted by the inverter 15. In this way, an electrical load (AC output) can be connected via the inverter 15. Note that the changeover device 19 may be configured by a changeover switch and may be switched manually, or may be configured by an electromagnetic contactor to automatically switch between the inverter output and the commercial power supply, as will be described later. . When the electromagnetic contactor is used, the magnetic contactor is connected to the system controller 7 so that an on / off signal is input from the system controller 7 to the electromagnetic contactor. The inverter 15 incorporates a relay 15a, and the relay 15a is connected to the system controller 7.
[0016]
An electric device (motor) 5 is installed at the upper end of the power transmission device 3, and the output shaft of the motor 5 is connected to the transmission shaft of the power transmission device 3. The motor 5 is connected to a motor controller 6, and the motor 5 is controlled by the motor controller 6. The motor controller 6 is connected to the system controller 7 so that a command from the system controller 7 is input to the motor controller 6. The motor controller 6 is connected to the DC / DC converter 13 and the battery 14 via a relay 18, and receives power supply from the generator 10 via the battery 14 or the DC / DC converter 13. The motor 5 is driven by a magnetic field generated by a field current (field current) and an amateur current (armature current). The motor controller 6 controls these currents or voltages to control the rotation speed and torque of the motor 5.
[0017]
Switching between forward and backward movement of the hull and adjustment of the driving force of the engine 2 are performed by operating an operation tool such as a lever 9 provided in the operation unit 8 of the ship. The lever 9 includes, for example, a shift lever, a regulator lever, a mode switching lever, and the like, and each is connected to the system controller 7. Then, by operating the lever 9, a signal corresponding to the lever position is input to the system controller 7.
[0018]
For example, when the shift lever of the operation unit 8 is operated, a signal corresponding to the shift lever position (forward / neutral / reverse) is input to the system controller 7, and the system controller 7 operates the shift actuator 21. The shift actuator 21 is connected to the clutch of the power transmission device 3, and the forward, neutral, and reverse rotation of the transmission shaft of the power transmission device 3 is switched by the operation of the shift actuator 21 to switch between forward, neutral, and reverse. To do. In this manner, the forward / backward movement of the hull is switched by operating the shift lever.
[0019]
When the regulator lever of the operation unit 8 is operated, a signal corresponding to the position of the regulator lever is input to the system controller 7 and the system controller 7 operates the regulator actuator 22. The regulator actuator 22 is connected to the regulator of the engine 2, and the driving force of the engine 2 can be adjusted by adjusting the fuel injection amount in the engine 2 by the operation of the regulator actuator 22. In this way, the driving force of the engine 2 is adjusted by operating the regulator lever. As will be described later, the regulator actuator 22 functions as a change rate relaxation means for the engine speed.
[0020]
The operation unit 8 is provided with a mode switching lever, and the operation mode of the present system can be switched by operating the mode switching lever. An example of this operation mode is as shown in FIG. 2, and the “traveling mode” is switched by the mode switching lever. When the “cruising mode” is switched, a mode signal is input to the system controller 7 so that the system controller 7 controls the present system corresponding to each “cruising mode”. Specifically, as shown in FIG. 2, a mode in which driving of the propeller 4 is driven only by the engine 2 by driving the engine 2 while switching the “cruising mode”, a mode in which driving is assisted by the motor 5 while being driven by the engine 2, It is possible to carry out by three types of patterns, that is, a mode driven only by the motor 5.
[0021]
The engine 2 is provided with a starter motor 2a for starting the engine 2 and an alternator 2b which is a generator with an engine. The starter motor 2a is connected to a starter battery 24 via a relay 25, and the starter battery 24 is It is connected to the alternator 2b. The starter motor 2a, alternator 2b, and starter battery 24 are connected to the system controller 7 via a main relay 26. The power generation output from the alternator 2b is charged to the starter battery 24 for driving the starter motor 2a of the engine 2, and the electric power stored in the starter battery 24 is used when starting the engine 2.
[0022]
In the system configured as described above, the system controller 7 as a main controller functions as follows to control the system. As described above, the system controller 7 is connected to the lever 9 (shift lever, regulator lever, mode switching lever) of the operation unit 8. The system controller 7 is connected to the shift actuator 21 and the regulator actuator 22.
[0023]
The system controller 7 is connected to the engine 2, and the engine speed is input from the engine 2 to the system controller 7. The rotational speed of the engine 2 is detected by a rotational speed sensor 35 attached to the engine 2. The system controller 7 is connected to the motor 5, and the motor speed and the temperature of the motor 5 are input from the motor 5 to the system controller 7. The rotation speed of the motor 5 is detected by a rotation speed sensor 36 attached to the motor 5, and the temperature of the motor 5 is detected by a temperature sensor (not shown) such as a thermistor.
[0024]
The system controller 7 is connected to the motor controller 6, and the system controller 7 outputs a rotation direction signal, an output signal, a mode signal, and the like to the motor controller 6. On the other hand, the motor controller 6 sends an alarm signal to the system controller 7 when an abnormality occurs in the motor 5. The system controller 7 is connected to the generator 10, and the temperature of the generator 10 is input from the generator 10 to the system controller 7. The temperature of the generator 10 is detected by a temperature sensor (not shown) such as a thermistor.
[0025]
Further, the system controller 7 is connected to the relays 11, 15 a, 17, and 18, and the system controller 7 controls on / off (open / close) of the relays 11, 15 a, 17, and 18 as shown in FIG. To do. This on / off control is performed based on the state of the ship, the state of charge / discharge of the battery 14, the electrical load connected to the inverter 15 (inverter load), and the like. The system controller 7 is connected to a DC / DC converter 13, and the system controller 7 sends a charge current instruction to the DC / DC converter 13.
[0026]
In addition, the system controller 7 is connected to the battery 14, and a voltage value and a current value representing the charge / discharge state of the battery 14 are input from the battery 14 to the system controller 7. The voltage value and current value of the battery 14 are detected by a voltage sensor 33 and a current sensor 34, respectively.
[0027]
The system controller 7 is connected to an inverter 15, and the system controller 7 outputs an on / off signal to the inverter 15 (relay 15a). On the other hand, the inverter 15 outputs an inverter input voltage value, an inverter input current value, and an alarm signal representing the state of the electric load connected to the inverter 15 to the system controller 7. The inverter input voltage value and the inverter input current value are detected by a voltage sensor 31 that is an inverter input voltage detection means and a current sensor 32 that is an inverter input current detection means (load current detection means), respectively.
[0028]
The system controller 7 is connected to a display monitor 23. The display monitor 23 displays various detection values input to the system controller 7 so that the operator can grasp the state of the system. Yes. Further, as will be described later, the system controller 7 in the present system serves as load current change rate calculating means, load current threshold setting means, insufficient power compensation control means, inverter input voltage change rate calculating means, and inverter input voltage threshold setting means. Is also functioning.
[0029]
In this system, for example, there are operation modes from H1 to H16 as shown in FIG. Hereinafter, each mode will be described.
[0030]
H1 and H2 are modes in which the sail drive 3 and the propeller 4 are driven only by the motor 5, and the drive source of the motor 5 is the battery 14. These modes enable navigation even when the engine is stopped.
[0031]
H3 and H8 are modes in which the sail drive 3 and the propeller 4 are driven by both the engine 2 and the motor 5, and the drive source of the motor 5 is the battery 14. In these modes, even when the generator 10 is damaged and the power cannot be used, engine assist by the motor 5 is possible. In the present embodiment, “engine assist” means that the motor 5 covers a part of the driving load of the sail drive 3 and the propeller 4.
[0032]
H4 and H9 are modes in which the sail drive 3 and the propeller 4 are driven by both the engine 2 and the motor 5, and the drive source of the motor 5 is the electric power of the generator 10. With these modes, even when the battery 14 is damaged and the power cannot be used, engine assist by the motor 5 is possible.
[0033]
H5 and H10 drive the sail drive 3 and the propeller 4 by both the engine 2 and the motor 5, and when the electric power of the generator 10 is insufficient in driving the motor 5, the insufficient power is compensated for by the discharge of the battery 14. In this mode, the battery 14 is charged when the power of the machine 10 is sufficient. With these modes, the required driving force of the motor 5 can be secured and the battery 14 can be charged.
[0034]
H6 and H11 are modes in which the power of the generator 10 is supplied via the inverter 15 while the sail drive 3 and the propeller 4 are driven by both the engine 2 and the motor 5 driven by the power of the generator 10. With these modes, both power supply to the electric load of the inverter 15 and engine assist by the motor 5 can be achieved.
[0035]
H7 and H12 supply the power of the generator 10 via the inverter 15 while driving the sail drive 3 and the propeller 4 by both the engine 2 and the motor 5, and when the motor 5 is driven, When the power is insufficient, the battery 14 is discharged to make up for the insufficient power. When the motor 5 is driven and the power is supplied via the inverter 15, the battery 14 is charged when there is enough power in the generator 10. With these modes, power supply via the inverter 15 can be stabilized, and the required driving force of the motor 5 can be secured to assist the engine.
[0036]
H13 is a mode in which only the engine 2 drives the sail drive 3 and the propeller 4, and the generator 10 rotates in synchronization with the engine 2 but is substantially stopped. This mode enables engine navigation even when power supply via the inverter 15 and driving of the motor 5 are unnecessary or impossible due to damage to these devices.
[0037]
H14 is a mode in which the battery 14 is charged with the electric power of the generator 10 while the sail drive 3 and the propeller 4 are driven only by the engine 2. In this mode, the battery 14 can be charged while navigating.
[0038]
H15 is a mode in which only the engine 2 drives the sail drive 3 and the propeller 4 while charging the battery 14 with power from the generator 10 and supplying power via the inverter 15. In this mode, navigation, power supply via the inverter 15 and charging of the battery 14 can be performed side by side.
[0039]
H16 is a mode in which the power of the generator 10 is supplied via the inverter 15 while driving the sail drive 3 and the propeller 4 only by the engine 2. In this mode, navigation and power supply via the inverter 15 can be arranged side by side.
[0040]
The difference between H1 and H2 is whether the ship equipped with this system is in a steady (= constant speed) navigation state or an acceleration navigation state. The same applies to the difference between H3 and H8, the difference between H4 and H9, the difference between H5 and H10, the difference between H6 and H11, and the difference between H7 and H12. Further, since the engine 2 can be used in a rotational range with good fuel consumption by the engine assist by the motor 5, and the drive source of the motor 5 is also the electric power of the generator 10 driven by the battery 14 or the engine 2, the present system Can improve fuel efficiency. On the other hand, since the electric power of the generator 10 driven by the engine 2 can be supplied to the electric load via the inverter 15, a separate generator can be dispensed with, and the space availability of the ship equipped with this system can be improved.
[0041]
Next, power generation control in this system when a load is applied (when a load is applied) will be described with reference to FIGS. 1 and 3 to 7. First, the output characteristics of the generator 10 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the thick solid line indicates the output voltage characteristics of the generator 10 at each engine speed (1000, 1500, 2000, 2400, 3000, 4000 rpm). Moreover, the thin solid line has shown the characteristic of the generator output in each engine speed. And the area | region enclosed with the broken line on the upper side and the right side located in the lower left of FIG. 3 is set as an inverter input effective range. As shown in FIG. 3, when the output power of the generator 10 is constant, the output current increases as the rotational speed of the engine 2 decreases. Further, when the engine 2 (generator 10) has a constant rotation speed, the output current increases as the output power of the generator 10 increases (thin line in FIG. 3). On the contrary, when the output power of the generator 10 is constant, the output current decreases as the rotational speed of the engine 2 increases (thin line in FIG. 3). Then, the output voltage at the engine speed after the increase and the output current after the decrease increases (thick line in FIG. 3). Further, when the engine 2 (generator 10) has a constant rotation speed, the output current decreases as the output power of the generator 10 decreases (thin line in FIG. 3). At the same engine speed, the output voltage increases as the output current decreases (thick line in FIG. 3).
[0042]
As described above, the generator output generated by the generator 10 is rectified and smoothed by the rectifier 12 and then input to the inverter 15 (FIG. 1). At this time, the current input to the inverter 15 to which the electric load is connected is the load current supplied to the electric load of the inverter 15, and this load current value is detected by the current sensor 32 which is load current detection means. The current value detected by the current sensor 32 is input to the system controller 7. For the input current to the inverter 15, the effective range is set in advance to a predetermined range in order to protect the inverter 15.
[0043]
When the power load for driving the sail drive 3 and the propeller 4 increases, the engine speed decreases. At this time, in order to keep the power supplied to the inverter 15 constant, it is necessary to keep the output power of the generator 10 constant. As a result, the output current increases as described above. Further, when the electric load of the inverter 15 increases, the power supplied to the inverter 15 increases and the output power of the generator 10 increases. At this time, if the engine speed is constant, the output current increases as described above. When the output current increases as described above, there is a problem that the input current to the inverter 15 increases and deviates from the effective range. Therefore, control of this system when a load is applied or increased is performed as follows.
[0044]
In FIG. 4, the direction indicated by the arrow on the vertical axis (downward) is the increasing direction of the input current of the inverter 15. Further, the area between the two upper and lower thin broken lines is the effective range of the input current (inverter input current) to the inverter 15, and the lower broken line is the upper limit of the inverter input current.
[0045]
As shown in FIG. 4, when the engine 2 rotates at a constant speed, the electric load of the inverter 15 is turned on or increased to change from the light load state A0 to the heavy load state A1. At this time, if the generator output corresponding to the electric load of the inverter 15 is performed with the engine speed kept constant, the output current of the generator 10 increases and the input current to the inverter 15 increases as shown in FIG. This may exceed the effective range of the inverter input current. Similarly, as shown in FIG. 4, when the driving loads of the sail drive 3 and the propeller 4 are turned on or increased, the number of revolutions of the engine 2 decreases, and the light load state A0 shifts to the heavy load state A2. At this time, if the inverter output is kept constant, the generator output is maintained, so that the output current of the generator 10 increases from FIG. 3, and as a result, the inverter input current increases. This may exceed the effective range of the inverter input current. That is, an increase in the electric load of the inverter 15 or the driving load of the sail drive 3 and the propeller 4 may increase the input current to the inverter 15 and exceed the upper limit of the effective range of the inverter input current. Has a problem that the inverter 15 is damaged.
[0046]
This is also shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). 5A and 5B show areas where power can be supplied to the inverter 15. This power supply possible region is set as a region surrounded by a curve representing the inverter input voltage limit, a curve representing the inverter maximum output, a curve representing the effective range of the inverter input current, and a curve representing the engine minimum speed. As shown in FIG. 5 (a), when the engine 2 is at a constant rotational speed, the electric load of the inverter 15 is turned on or increased to change from the light load state B0 to the heavy load state B1, thereby providing a power supply possible region. (In the case of A0 → A1 in FIG. 4). Further, as shown in FIG. 5 (b), the engine rotational speed decreases due to the input or increase of the driving loads of the sail drive 3 and the propeller 4, and changes from the light load state C0 to the heavy load state C2, and the power supply possible region (In the case of A0 → A2 in FIG. 4). If both of the above loads are applied or increased, the light load state C0 changes to the heavy load state C1.
[0047]
When the load increases as described above, there is a possibility that the input current to the inverter 15 is out of the effective range due to the output characteristics of the generator 10. For this reason, power generation control is performed according to the load that is input or increased to prevent the input current to the inverter 15 from deviating from the effective range.
[0048]
Specific control will be described with reference to FIGS. 1, 6, and 7. As shown in FIGS. 6 and 7, the rising slope dI / dt of the inverter input current due to the load is read, and based on the slope dI / dt and the state of the applied load, the inverter input current upper limit I MAX Current margin value ΔI up to MAX The value obtained by dividing ΔI from the threshold I GEN And This current margin value ΔI is increased as the slope dI / dt becomes steep. That is, the threshold value I GEN Make it smaller. And the inverter input current is the threshold I GEN After the inverter input current exceeds the inverter input current upper limit I MAX As the value approaches, control is performed to mitigate the increase or pullback of the engine speed. The control of the engine speed is performed by adjusting the fuel injection amount in the engine 2. To increase or decrease the engine speed, the fuel injection amount is increased and the engine speed is increased. In order to mitigate the increase or the pullback of the fuel, the increased fuel injection amount may be decreased. Such adjustment of the fuel injection amount is performed by operating the regulator actuator 22 with the system controller 7 to control the regulator of the engine 2 (FIG. 1). At this time, the regulator actuator 22 controlled by the system controller 7 functions as a change rate relaxation means of the engine speed. Here, “returning the engine speed” means changing the engine speed to the speed before the applied load.
[0049]
An input current value to the inverter 15 is detected by the current sensor 32 of the inverter 15, and the detected current value is input to the system controller 7 (FIG. 1). The system controller 7 calculates the slope dI / dt as the time change rate of the load current by calculating the time change rate of the input current value. Here, the system controller 7 functions as a load current change rate calculation means.
[0050]
Threshold I GEN Is calculated by the following equation (1).
I GEN = I MAX -ΔI (1)
Where I MAX Is an upper limit of the inverter input current, in other words, an allowable maximum value of the load current. I GEN Is a value that varies depending on the current margin value ΔI. This current margin value ΔI is set according to the current increase slope dI / dt. That is, the larger the slope dI / dt, the larger the current margin value ΔI. As shown in FIG. 6 and FIG. 7, when the rising slope dI / dt of the inverter input current is large (FIG. 7), the current margin value ΔI is set larger and the threshold I GEN Is reduced, the allowable maximum value I can be obtained even when the rising slope dI / dt is large. MAX Is not exceeded. In other words, when the slope dI / dt is large compared to when it is small, the threshold I GEN This is because the control of the engine speed, which is performed after exceeding the above, is to be started quickly. Inverter input current upper limit I MAX Is set to a predetermined value by the inverter 15, setting the current margin value ΔI according to the slope dI / dt (the rate of change of the load current) means that the threshold value I GEN Is set according to the rate of change of the load current. The system controller 7 functions as means for setting the threshold value of the load current. Then, the input current value to the inverter 15 increases and the threshold value I GEN Then, the inverter input current upper limit I is controlled by controlling the rotational speed of the engine 2 as follows. MAX So that the inverter input current does not deviate from its effective range. As shown in FIG. 6 and FIG. GEN Is exceeded, the fuel injection amount of the engine 2 is increased. As a result, when the driving loads of the sail drive 3 and the propeller 4 are increased and the engine speed is decreasing, the decrease in the engine 2 speed is stopped and the engine speed is pulled back. This means that in FIG. 3, the situation in which the characteristic curve of the generator output power is moved parallel to the horizontal axis (= current) from the high engine speed to the low speed is stopped, and in FIG. In other words, the situation where the state moves from A0 to A2 is locked.
[0051]
On the other hand, when the electric load of the inverter 15 increases and the generator output increases because the engine speed is constant, the speed of the engine 2 increases. This is because, in FIG. 3, the engine output power is higher because the generator output power moves in the direction in which the generator output power increases (in this case, the current increases) on the current-generator output power characteristic curve at a certain engine speed. In FIG. 4, the state of movement from A0 to A1 is stopped and the lower right side when viewed from A0 (thick arrow in FIG. 4). Change to the situation of moving in the direction of As a result, the increase in the output current is stopped and the increase in the input current to the inverter 15 is suppressed. 6 and 7, the inverter input current upper limit I MAX A curve of the fuel injection amount with respect to large, medium and small margin values ΔI is shown. Where threshold I GEN Is the engine control start current. At this time, this inverter input current value is the inverter input current upper limit (allowable maximum value) I MAX In order to prevent the engine speed from being pulled back or increased as much as possible and to make the engine speed asymptotic to the minimum necessary speed, the allowable maximum value I MAX Until this value is reached. MAX The rate of change in engine speed gradually decreases as the value approaches.
[0052]
As shown in FIG. 6 and FIG. GEN When the fuel injection amount curve slope (increase) is gradually reduced and the rate of change of the engine speed is gradually slowed, the inverter input current slope dI / dt becomes the allowable maximum value I. MAX It gets smaller gradually as you get closer to. And the maximum allowable value I MAX Since the slope dI / dt becomes 0 before reaching the value, the inverter input current becomes the allowable maximum value I. MAX Will not be exceeded. As a result, the inverter input current does not deviate from the effective range.
[0053]
In this way, the input current to the inverter 15 is detected, and the threshold value I is determined according to the rising slope dI / dt. GEN And the inverter input current is the threshold I GEN Allowable maximum value I after exceeding MAX Until the inverter input current reaches the maximum allowable value I MAX As the value approaches, the fuel injection amount of the engine 2 is adjusted so that the rate of change of the engine speed becomes gentler. As a result, when the drive loads of the sail drive 3 and the propeller 4 increase, the input current to the inverter 15 increases and the allowable maximum value I increases while keeping the power supplied to the electric load of the inverter 15 constant. MAX Can be prevented. As a result, damage to the inverter 15 can be prevented. Furthermore, it is possible to make the engine speed asymptotically as close as possible by suppressing the retraction of the engine speed as much as possible. Further, when the electric load of the inverter 15 increases, the generator output power increases while the engine speed remains constant, and the input current to the inverter 15 increases, and the allowable maximum value I MAX Can be prevented. As a result, damage to the inverter 15 can be prevented. Furthermore, the increase in engine speed can be suppressed as much as possible, and asymptotically approached to the minimum required speed. In these cases, the power generation rotation can be automatically adjusted so that the inverter input current is within the effective range without being operated by the vessel operator.
[0054]
Next, power generation control in the present system when the load is interrupted (when the load decreases) will be described with reference to FIGS. 1 and 8 to 12. As described above, the generator output generated by the generator 10 is rectified and smoothed by the rectifier 12 and then input to the inverter 15 (FIG. 1). At this time, the input voltage to the inverter 15 to which the electric load is connected is the inverter input voltage, and this input voltage value is detected by the voltage sensor 31 which is an inverter input voltage detection means. The voltage value detected by the voltage sensor 31 is input to the system controller 7. For the input voltage to the inverter 15, the effective range is set in advance to a predetermined range in order to protect the inverter 15.
[0055]
When the power load for driving the sail drive 3 and the propeller 4 decreases, the engine speed increases. At this time, in order to keep the power supplied to the inverter 15 constant, it is necessary to keep the output power of the generator 10 constant. As a result, the output voltage increases as described above. Moreover, when the electric load of the inverter 15 decreases, the power supplied to the inverter 15 decreases and the output power of the generator 10 decreases. At this time, if the engine speed is constant, the output voltage increases as described above. When the output voltage increases as described above, there is a problem that the input voltage to the inverter 15 increases and deviates from the effective range. Therefore, control of this system when the load is interrupted or reduced is performed as follows.
[0056]
In FIG. 8, the direction (upward) indicated by the arrow on the vertical axis is the output voltage of the generator 10 rectified and smoothed by the rectifying device 12, that is, the increasing direction of the inverter input voltage. Further, the area between the two upper and lower thin broken lines is the effective range of the input voltage (inverter input voltage) to the inverter 15, and the upper broken line is the upper limit of the inverter input voltage.
[0057]
As shown in FIG. 8, when the engine 2 rotates at a constant speed, the electric load of the inverter 15 is cut off or reduced, thereby changing from the heavy load state D1 to the light load state D3. At this time, if the generator output corresponding to the electric load of the lightened inverter 15 is performed with the engine speed kept constant, the output voltage of the generator 10 increases from FIG. To increase. Thereby, there exists a possibility of exceeding the effective range of an inverter input voltage. Similarly, as shown in FIG. 8, when the driving load of the sail drive 3 and the propeller 4 is cut off or reduced, the rotational speed of the engine 2 is increased and the heavy load state D2 is shifted to the light load state D3. At this time, if the inverter output is kept constant, the generator output power is maintained, so the output voltage of the generator 10 increases and the inverter input voltage increases from FIG. Thereby, there exists a possibility of exceeding the effective range of an inverter input voltage. That is, due to a decrease in the electric load of the inverter 15 or the driving load of the sail drive 3 and the propeller 4, the input voltage to the inverter 15 may become an overvoltage and exceed the upper limit of the effective range of the inverter input voltage. Has a problem that the inverter 15 is damaged.
[0058]
This is also shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b). 9 (a) and 9 (b) show areas in which power can be supplied to the inverter 15, as in FIGS. 5 (a) and 5 (b). As shown in FIG. 9A, when the engine 2 is at a constant rotational speed, the electric load of the inverter 15 is cut off or reduced, so that the heavy load state E1 changes to the light load state E3, and the power supply possible region (In the case of D1 → D3 in FIG. 8). Further, as shown in FIG. 9 (b), the engine speed increases due to interruption or reduction of the driving load of the sail drive 3 and the propeller 4, and changes from the heavy load state F1 to the light load state F4, and the power supply possible region (D2 → D3 in FIG. 8). If both of the above loads are interrupted or reduced, the heavy load state F1 changes to the light load state F3.
[0059]
By reducing the load in this manner, there is a possibility that the input voltage to the inverter 15 may be out of the effective input voltage range (inverter input voltage upper limit) due to the output characteristics of the generator 10. For this reason, power generation control according to the load to be cut off or reduced is performed to prevent the input voltage to the inverter 15 from deviating from the effective range.
[0060]
Specific control will be described with reference to FIGS. 1 and 10 to 12. As shown in FIGS. 10, 11 and 12, the inverter input voltage rising slope dV / dt due to the load is read, and the inverter input voltage upper limit V is determined based on the slope dV / dt and the state of the applied load. MAX Voltage margin value ΔV up to V MAX The value obtained by dividing ΔV from the threshold V GEN And This voltage margin value ΔV is increased as the slope dV / dt becomes steep. That is, the threshold V GEN Make it smaller. And the inverter input voltage is threshold V GEN The inverter input voltage exceeds the inverter input voltage upper limit V MAX As the value approaches, control is performed to mitigate the decrease or pullback of the engine speed. Here, “returning the engine speed” means changing the engine speed to the speed before the load reduction.
[0061]
The voltage sensor 31 of the inverter 15 detects the input voltage value to the inverter 15 and the detected voltage value is input to the system controller 7 (FIG. 1). The system controller 7 calculates the slope dV / dt as the time change rate of the inverter input voltage by calculating the time change rate of the input voltage value. Here, the system controller 7 functions as an inverter input voltage change rate calculating means.
[0062]
Threshold V GEN Is calculated by the following equation (2).
V GEN = V MAX -ΔV (2)
Where V MAX Is an upper limit of the inverter input voltage, in other words, an allowable maximum value of the inverter input voltage. V GEN Is a value that varies depending on the voltage margin value ΔV. This voltage margin value ΔV is set according to the voltage increase slope dV / dt. That is, the larger the slope dV / dt, the larger the voltage margin value ΔV. As shown in FIG. 10 and FIG. 11, when the rising slope dV / dt of the inverter input voltage is large (FIG. 10), the voltage margin value ΔV is set larger and the threshold V GEN is doing. In other words, when the slope dV / dt is large compared to when it is small, the threshold V GEN This is because the control of the engine speed, which is performed after exceeding the above, is to be started quickly. Inverter input voltage upper limit V MAX Is set to a predetermined value by the inverter 15, setting the voltage margin value ΔV according to the slope dV / dt means that the threshold V GEN Is set according to the rate of change of the inverter input voltage. The system controller 7 functions as means for setting the threshold value of the inverter input voltage.
[0063]
Then, the input voltage value to the inverter 15 increases and the threshold V GEN The inverter input voltage upper limit V is controlled by performing the engine speed control as follows. MAX So that the inverter input voltage does not deviate from its effective range. As shown in FIG. 10, FIG. 11, and FIG. GEN Is exceeded, the fuel injection amount of the engine 2 is decreased. As a result, when the driving loads of the sail drive 3 and the propeller 4 are reduced and the engine speed is increasing, the increase in the speed of the engine 2 is stopped and the engine speed is pulled back. This means that in FIG. 3, the situation where the characteristic curve of the generator output power is moved parallel to the horizontal axis (= current) from the low engine speed to the high is stopped, and in FIG. The situation where the movement from D2 to D3 is stopped. On the other hand, when the electric load of the inverter 15 is reduced and the engine speed is constant and the generator output is reduced, the speed of the engine 2 is reduced. This is because, in FIG. 3, the current-generator output power characteristic curve at a certain engine speed moves in a direction in which the generator output power decreases, that is, the current decreases on the current-voltage characteristic curve ( In this case, from the situation where the voltage moves in the direction of increasing), the current-generator output power characteristic curve at a lower engine speed is moved, and accordingly, the voltage-current characteristic curve is also lowered at a lower engine speed. In FIG. 8, the movement from D1 to D3 is stopped, and the movement to the upper left side (in the direction of the thick arrow in FIG. 8) when viewed from D1 is changed. It is to be. As a result, the increase in the output voltage is stopped and the increase in the input voltage to the inverter 15 is suppressed. 10 and 11 show fuel injection amount curves for large, medium, and small loads, and FIG. 12 shows fuel injection amount curves for large, medium, and small rotational speeds at a constant rotational speed. Is shown. Also, the threshold V GEN Is the decrease start voltage of the generator output. At this time, this inverter input voltage value is the inverter input voltage upper limit (allowable maximum value) V MAX In order to prevent the engine speed from being pulled back or reduced as much as possible and to make the engine speed asymptotic to the allowable maximum speed, the allowable maximum value V MAX This allowable maximum value V MAX The rate of change in engine speed gradually decreases as the value approaches.
[0064]
As shown in FIG. 10, FIG. 11, and FIG. GEN Then, when the slope of the fuel injection amount curve (decrease) is gradually reduced and the rate of change of the engine speed is gradually reduced, the inverter input voltage slope dV / dt becomes the allowable maximum value V. MAX It gets smaller gradually as you get closer to. And the maximum allowable value V MAX Since the slope dV / dt becomes 0 before reaching the value, the inverter input voltage becomes the allowable maximum value V MAX Will not be exceeded. This prevents the inverter input voltage from deviating from its effective range.
[0065]
In this way, the input voltage to the inverter 15 is detected, and the threshold value V is determined according to the rising slope dV / dt. GEN And the inverter input voltage is the threshold V GEN Allowable maximum value V after exceeding MAX Until the inverter input voltage reaches the maximum allowable value V MAX As the value approaches, the fuel injection amount of the engine 2 is adjusted so that the rate of change of the engine speed becomes gentler. As a result, when the driving loads of the sail drive 3 and the propeller 4 decrease, the input voltage to the inverter 15 increases and the allowable maximum value V is maintained while keeping the power supplied to the electric load of the inverter 15 constant. MAX Can be prevented. As a result, damage to the inverter 15 can be prevented. Furthermore, pulling back of the engine speed can be suppressed as much as possible to make it asymptotically approach the allowable maximum speed, and it is possible to prepare for an increase in the driving load of the sail drive 3 and the propeller 4 again. When the electric load of the inverter 15 decreases, the generator output power decreases while the engine speed remains constant, the input voltage to the inverter 15 increases, and the allowable maximum value V MAX Can be prevented. As a result, damage to the inverter 15 can be prevented. Furthermore, the decrease in the engine speed can be suppressed as much as possible to make it asymptotic to the allowable maximum speed, so that the electric load of the inverter 15 can be increased again. In these cases, the power generation rotation can be automatically adjusted so that the inverter input voltage is within the effective range without being operated by the vessel operator.
[0066]
Next, control for automatically switching the output power from the inverter 15 and the commercial power supply will be described with reference to FIGS. The switching device 19 in FIG. 1 is configured by an electromagnetic contactor, and is connected to the inverter 15, the output socket 20, and a commercial power source. Further, an electromagnetic contactor is connected to the system controller 7 so that an on / off signal is input from the system controller 7. The commercial power supply is also connected to the system controller 7 so that the output voltage of the commercial power supply is detected by the system controller 7. Thus, the output voltage of the commercial power supply and the output voltage of the inverter 15 as described above are detected by the system controller 7, and the system controller 7 compares the frequencies of both voltages. At this time, since the frequency of the output voltage of the commercial power supply is a constant value such as 60 Hz, for example, the switching of the power supply is controlled by controlling the frequency of the output voltage of the inverter 15.
[0067]
The output voltage of the inverter 15 is converted into a predetermined frequency by the inverter 15 and then output as an AC voltage. Assuming that the frequency at this time is a value shifted (shifted) by a small percentage (for example, ± several%) with respect to the output voltage frequency of the commercial power supply, as shown in FIG. The timing at which the frequency of the inverter output voltage coincides appears within a short period, and the power source is automatically switched by the electromagnetic contactor instantaneously at the timing when this phase matches. In FIG. 13, the phase of both is in agreement at point G, and the power source is switched at this timing. At this time, the inverter 15 functions as a frequency shift means.
[0068]
The power supply is switched by controlling the electromagnetic contactor with the system controller 7. The electromagnetic contactor is connected to the inverter 15 and the commercial power source. When a contact / non-contact instruction is input from the system controller 7 to the electromagnetic contactor, as shown in FIG. Switching between contact and non-contact is performed as follows: state (A) → state (B) → state (C) → state (D). First, the state (A) is the inverter side (generator side) contact state, the commercial power source side non-contact state, and the contact instruction is the inverter side. By this inverter-side contact instruction, the next state (b) is the inverter-side contact state and the commercial power source-side non-contact state. At this time, the contact instruction is neutral. And by this neutral instruction | indication, the next state (C) will be a non-contact state in an inverter side, and will be in a non-contact state on a commercial power source side. At this time, the contact instruction is on the commercial power source side. By this commercial power supply side contact instruction, the next state (d) becomes a commercial power supply side contact state in a non-contact state on the inverter side. Then, in the state (b), the timing at which both frequencies are in phase is detected, and in the next state (c), control is performed so as to switch instantaneously.
[0069]
In this way, by controlling the output voltage frequency of the inverter 15 and shifting it slightly from the commercial power supply frequency, a timing is established in which the phases of both voltages are matched within a short period, and at the moment when these phases are matched. By controlling the magnetic contactor, the inverter output and the commercial power source can be automatically switched in a short time, and the power source can be smoothly switched from one to the other. In addition, when a ship calls at a port, it can be supplied from a commercial power source without changing the outlet of the home appliance.
[0070]
Instead of the hybrid system A described above, the above-described power generation control can be performed also in a hybrid system B as shown in FIG. The hybrid system B has a simplified configuration of the hybrid system A, and is a configuration in which the motor 5, the motor controller 6, the DC / DC converter 13, the battery 14 and the like are excluded from the hybrid system A. Since the hybrid system B does not include the motor 5 unlike the hybrid system A, there is no mode for driving only by the motor 5 and no mode for assisting the engine by the motor 5, but only a mode for driving only by the engine 2. ing. P1 in FIG. 16 is the same mode as H13 in FIG. 2, and P2 is the same mode as H16. In the hybrid system B, a finer mode than the hybrid system A cannot be realized, but the number of devices can be reduced, so that productivity (particularly assembling property) and reliability can be essentially improved.
[0071]
The hybrid system B also includes the generator 10 in the system 1 and performs power generation control substantially the same as the hybrid system A described above (see FIGS. 3 to 12). The following is a brief description. As shown in FIG. 15, the generator 10 is interposed between the engine 2 and the power transmission device 3, and the generator 10 is operated by the engine 2. The electric power generated by the generator 10 is rectified and smoothed by the rectifying device 12, then input to the inverter 15, converted into alternating current by the inverter 15, and supplied from the output socket 20 via the switching device 19 to the ship. I can do it. That is, all the generator outputs of the generator 10 are supplied to the electric load via the inverter 15.
[0072]
In power generation control when a load is applied, the current sensor 32 is used as load current detection means, the system controller 7 is used as load current change rate calculation means and load current threshold setting means, and the regulator actuator 22 controlled by the system controller 7 is used. Each functions as an engine speed change rate mitigation means.
[0073]
In the power generation control when the load is cut off, the voltage sensor 31 is controlled by the system controller 7 as the inverter input voltage detection means, and the system controller 7 is controlled as the inverter input voltage change rate calculation means and the inverter input voltage threshold setting means. The regulator actuators 22 function as engine speed change rate mitigating means. In the control in the case of automatically switching the power source using the switching device 19 as an electromagnetic contactor, the inverter 15 functions as a frequency shift means.
[0074]
Further, in the hybrid system C as shown in FIG. 17, the above-described power generation control can be performed. The configuration of the hybrid system C is obtained by changing the configuration of the hybrid system A, and the functions thereof are substantially the same. That is, the motor generator (M / G) 40 in the hybrid system C corresponds to the motor 5 and the generator 10 of the hybrid system A. The hybrid system C includes an inverter unit 41 including a VVVF inverter converter (variable voltage variable frequency inverter converter) 42, a single phase CVCF inverter (single phase constant voltage constant frequency inverter) 43, and a step-up / down chopper 44. This corresponds to the motor controller 6, the DC / DC converter 13, the rectifier 12, and the inverter 15 in A. Moreover, since the hybrid system C has a starter function as described later, the hybrid system C does not include a starter motor 2a for starting the engine 2 in the hybrid system A, a starter battery 24, and the like.
[0075]
As shown in FIG. 17, the motor generator 40 is interposed between the engine 2 and the power transmission device 3 in the system 1. When the motor generator 40 functions as a power generation device (in the case of M4 to M7 in FIG. 18 and the power supply function in FIG. 21), the motor generator 40 is operated by driving the engine 2, and the motor generator 40 generates power. The electric power (generator output) is input to the inverter unit 41, and the battery 14 is charged from the inverter unit 41 and supplied to the ship via the switching device 19 and the output socket 20. Further, when the motor generator 40 functions as a motor (in the case of M1 to M3 in FIG. 18, the starter function in FIG. 19, and the assist function in FIG. 20), the engine 2 is started or crushed. ing.
[0076]
The VVVF inverter converter 42 of the inverter unit 41 performs rectification / smoothing of the generator output input to the inverter unit 41 when the motor generator 40 functions as a power generation device, and also when the motor generator 40 functions as a motor. The motor is controlled. The VVVF inverter converter 42 is connected to the system controller 7. The system controller 7 outputs a start (rotation speed) instruction and an assist (torque) command for the motor generator 40 as a motor to the VVVF inverter converter 42. To do. On the other hand, the VVVF inverter converter 42 sends the rotation speed, torque, alarm, and DC voltage of the motor generator 40 as a motor to the system controller 7.
[0077]
The single-phase CVCF inverter 43 operates when supplying electric power to an electric load connected to the single-phase CVCF inverter 43 so that the supplied power can be supplied as AC power having a predetermined frequency. The single phase CVCF inverter 43 is provided with a current sensor and a voltage sensor (not shown) for detecting a current and a voltage supplied to an electric load connected to the single phase CVCF inverter 43. The single-phase CVCF inverter 43 is connected to the system controller 7, and the system controller 7 outputs an operation / stop instruction to the single-phase CVCF inverter 43. On the other hand, the single-phase CVCF inverter 43 sends the AC voltage detected by the voltage sensor, the AC current detected by the current sensor, the AC power, and an alarm to the system controller 7.
[0078]
The step-up / step-down chopper 44 is connected to the battery 14. When the battery 14 discharges, the step-up / step-down chopper 44 functions as a step-up chopper to boost the discharge voltage of the battery 14 to a predetermined voltage and charge the battery 14. When performing the above, it functions as a step-down chopper and steps down the charging voltage to the battery 14 to a predetermined voltage. The step-up / step-down chopper 44 is connected to the system controller 7, and the system controller 7 outputs an operation / stop instruction, a charge current instruction, and a charge instruction to the step-up / step-down chopper 44. On the other hand, the step-up / down chopper 44 sends a battery voltage, a charge / discharge current, and an alarm to the system controller 7.
[0079]
The operation mode of the hybrid system C will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 19 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force when the engine 2 is started. The electric power boosted by the step-up / step-down chopper 44 from the battery 14 is converted into a required voltage and frequency by the VVVF inverter converter 42 and supplied to the motor generator 40. The motor generator 40 functions as a motor and starts the engine 2. This is a mode specific to the hybrid system C compared to the hybrid system A and the hybrid system B. The generator 10 used in the hybrid system A and the hybrid system B and the motor generator 40 used in the hybrid system C are configured to always rotate synchronously with the crankshaft of the engine 2. Therefore, if the motor generator 40 is driven as a motor, the engine 2 can be started. On the other hand, in the case of the hybrid system A, the motor 5 is configured to always rotate synchronously with the sail drive 3 and the propeller 4, and is connected to the engine 2 by a clutch built in the sail drive 3. Thereby, the starter battery 24 etc. for starting the engine 2 can be reduced.
[0080]
FIG. 20 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force when engine assist is performed by the motor generator 40. The operating state of the electric circuit from the battery 14 to the motor generator 40 is the same as in FIG. The sum of the driving forces of the motor generator 40 and the engine 2 becomes the driving force of the sail drive 3 and the propeller 4. As a result, the engine 2 can be used in a rotational range with good fuel efficiency by engine assist by the motor generator 40, and the drive source of the motor generator 40 is also the battery 14, so that the fuel efficiency of the present system can be improved.
[0081]
FIG. 21 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force when the electric power generated by the motor generator 40 is used to supply power via the single-phase CVCF inverter 43 or to charge the battery 14. The engine 2 drives the sail drive 3, the propeller 4, and the motor generator 40. Thereby, the motor generator 40 generates electric power, and the electric power is rectified and smoothed by the VVVF inverter converter 42, and then converted into a predetermined voltage and frequency by the single-phase CVCF inverter 43 and supplied to the electric load. At this time, if there is surplus power after rectification / smoothing, the voltage is stepped down by the step-up / step-down chopper 44 and used to charge the battery 14. As a result, navigation and power supply to the electric load of the single-phase CVCF inverter 43 can be performed side by side. Further, the battery 14 can be charged.
[0082]
FIG. 22 shows an operating state of the electric circuit when power is supplied from the battery 14 via the step-up / step-down chopper 44 and the single-phase CVCF inverter 43. The electric power boosted by the step-up / step-down chopper 44 from the battery 14 is converted into a predetermined voltage and frequency by the single-phase CVCF inverter 43 and supplied to the electric load. This is a mode specific to the hybrid system C compared to the hybrid system A and the hybrid system B. Thereby, when the electric power generated by the motor generator 40 is insufficient, the compensation can be made. Further, it is possible to supply power to the electric load of the single-phase CVCF inverter 43 even when the engine 2 is stopped.
[0083]
M1 shown in FIG. 18 is the operation mode shown in FIG. 19 or FIG. M2 is the operation mode shown in FIG. M3 is a combination mode of the operation modes shown in FIG. 19 or FIG. 20 and FIG. M4 is an operation mode similar to H13 in FIG. M5 is an operation mode in which power supply by the single-phase CVCF inverter 43 is stopped in FIG. M6 is the operation mode shown in FIG. M7 is an operation mode in which charging of the battery 14 is stopped in FIG. M8 is the operation mode represented in FIG.
[0084]
In the hybrid system C, the fine mode compared with the hybrid system A cannot be realized, but the wiring can be reduced, so that productivity (particularly assembling property) and reliability can be improved. Furthermore, since the starter battery 24 and the like for starting the engine 2 can be reduced as compared with the hybrid system A and the hybrid system B, the space availability of the ship equipped with this system can be improved. Further, when the electric power generated by the motor generator 40 is insufficient, it can be compensated, and the electric power can be supplied to the electric load of the single-phase CVCF inverter 43 even when the engine 2 is stopped. Improves.
[0085]
The hybrid system C includes a motor generator 40 that functions as a power generator in the system 1 and performs power generation control substantially the same as the hybrid system A described above (see FIGS. 3 to 14). In power generation control when a load is applied, the current sensor provided in the single-phase CVCF inverter 43 serves as load current detection means, and the system controller 7 serves as load current change rate calculation means and load current threshold setting means. The controlled regulator actuators 22 function as engine speed change rate mitigating means.
[0086]
Further, when the power supplied from the power generation device is insufficient with respect to the power demand of the electric load, the battery 14 is discharged and the electric power is supplied to the electric load while the motor generator 40 generates power with the driving force of the engine 2. Supplying. In this case, the discharge voltage when discharging the power stored in the battery 14 is boosted by the step-up / step-down chopper 44 to obtain a predetermined voltage, and then the electric power is supplied as AC power via the single-phase CVCF inverter 43. Supplying load. That is, the step-up / step-down chopper 44 that operates as a step-up chopper functions as a battery discharge voltage step-up device. Further, the system controller 7 functions as an insufficient power compensation control means. By performing such control, in the present system, when the power generated by the motor generator 40 by driving the engine 2 is insufficient compared to the demand power of the electrical load connected to the single-phase CVCF inverter 43, The shortage can be compensated. For example, when the load is applied or increased as described above, the shortage can be compensated until the engine speed increases to an amount corresponding to the increase in the supplied power.
[0087]
In the power generation control when the load is cut off, the voltage sensor provided in the single-phase CVCF inverter 43 serves as the inverter input voltage detection means, and the system controller 7 serves as the inverter input voltage change rate calculation means and the inverter input voltage threshold setting means. The regulator actuator 22 controlled by the system controller 7 functions as an engine speed change rate mitigating means. In the control in the case of automatically switching the power supply using the switching device 19 as an electromagnetic contactor, the single-phase CVCF inverter 43 functions as a frequency shift means.
[0088]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
That is, as shown in claim 1, the engine is composed of an engine, a power transmission device, and a power generation device. The engine is used as one of the drive sources of the power transmission device and the drive source of the power generation device, and the power is generated via the inverter. Power To electrical load In the hybrid system to supply Input to the inverter A load current detecting means for detecting current, a load current change rate calculating means for calculating a change rate of the load current, and a threshold for an allowable maximum value of the load current according to the change rate of the load current, and a positive value of the load current The load current threshold setting means for setting a larger difference between the allowable maximum value and the threshold as the rate of change increases, and the load current approaches the allowable maximum value until the load current exceeds the threshold and reaches the allowable maximum value. The engine speed change rate mitigating means controls the engine speed so that the increase or retraction of the engine speed is moderated. As a result, the engine speed is made asymptotic to the minimum required speed and the input current to the inverter is allowed to the maximum Can fit within the value.
[0089]
According to a second aspect of the present invention, in the hybrid system according to the first aspect, the battery, the battery discharge voltage boosting device that boosts the discharge voltage of the battery, and the insufficient power from the battery to the electric load are supplied via the boosting device. Since it has the insufficient power compensation control means to control, when the power generated by the engine is insufficient compared with the demand power of the electric load, the shortage can be compensated. For example, the shortage can be compensated until the engine speed increases to an amount corresponding to the increase in the supplied power.
[0090]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an engine, a power transmission device, and a power generation device. The engine is used as one of the power transmission device drive source and the power generation device drive source, and the electric power generated via the inverter. The To electrical load In the hybrid system to be supplied, the inverter input voltage detection means for detecting the input voltage to the inverter, the inverter input voltage change rate calculation means for calculating the change rate of the inverter input voltage, and the threshold for the allowable maximum value of the inverter input voltage Inverter input voltage threshold setting means that sets the difference between the maximum allowable value and the threshold value as the positive change rate of the inverter input voltage increases according to the input voltage change rate, and the inverter input voltage exceeds the threshold value. Until the maximum allowable value is reached, the engine speed change rate mitigating means is controlled so that the engine speed decreases or retracts more slowly as the inverter input voltage approaches the maximum allowable value. Asymptotically approach the maximum allowable number of revolutions, and prepare for the increase in load again. It is possible to arrange the power voltage within the allowable maximum value.
[0091]
According to a fourth aspect of the present invention, the hybrid system according to any one of the first to third aspects further comprises a frequency shift means for shifting the frequency of the output voltage of the inverter by a small percentage from the external power supply voltage frequency. In a short time, the phase of the output voltage of the inverter matches the phase of the external power supply voltage frequency, so that the power supply can be smoothly switched from one to the other.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a hybrid system A. FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an operation mode in a hybrid system A.
FIG. 3 is a diagram showing output characteristics of a generator.
FIG. 4 is a diagram showing a deviation from an effective range of an inverter input current when a load is applied.
FIG. 5A is a diagram showing a deviation from the effective range of the inverter input current in the case of constant rotation when the load is applied, and FIG. 5B is an effective range of the inverter input current when the rotation speed is decreased when the load is applied. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing temporal changes in generator output current and engine speed when the current rise slope is small.
FIG. 7 is a diagram showing temporal changes in generator output current and engine speed when the current increase slope is large.
FIG. 8 is a diagram showing a deviation from the effective range of the inverter input voltage when the load is interrupted.
9A is a diagram showing a deviation from the effective range of the inverter input voltage in the case of constant rotation when the load is interrupted, and FIG. 9B is an effective range of the inverter input voltage when the rotation speed is increased when the load is interrupted. FIG.
FIG. 10 is a diagram showing temporal changes in generator output voltage and engine speed when the voltage rise slope is small.
FIG. 11 is a diagram showing temporal changes in generator output voltage and engine speed when the voltage rise slope is large.
FIG. 12 is a diagram showing temporal changes in generator output voltage and fuel injection amount in the case of constant rotation.
FIG. 13 is a diagram showing a state where the output voltage frequency of the inverter is shifted by a small percentage with respect to the output voltage frequency of the commercial power supply.
FIG. 14 is a diagram showing a contact / non-contact instruction to the magnetic contactor and a contact / non-contact state in the magnetic contactor.
FIG. 15 is a diagram showing a hybrid system B;
FIG. 16 is a diagram showing an example of an operation mode in the hybrid system B.
FIG. 17 is a diagram showing a hybrid system C.
18 is a diagram illustrating an example of an operation mode in the hybrid system C. FIG.
FIG. 19 is a diagram showing a starter function in the hybrid system C.
20 is a diagram illustrating a power assist function by a motor generator in the hybrid system C. FIG.
FIG. 21 is a diagram showing a power supply (with power generation) function in the hybrid system C;
FIG. 22 is a diagram showing a power supply (no power generation) function in the hybrid system C;
[Explanation of symbols]
1 system
2 Engine
3 Power transmission device
4 Propeller
7 System controller
10 Generator
15 Inverter
22 Regulator actuator
32 Current sensor

Claims (4)

エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を、電気負荷に供給するハイブリッドシステムにおいて、
インバータへ入力される電流を検出する負荷電流検出手段と、負荷電流の変化率を演算する負荷電流変化率演算手段と、負荷電流の許容最大値に対する閾値を負荷電流の変化率に応じ、かつ、負荷電流の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定する負荷電流閾値設定手段と、負荷電流が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、負荷電流が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の増加または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段とを有することを特徴とするハイブリッドシステム。It consists of an engine, a power transmission device, and power generation equipment. The engine is used as one of the power transmission device drive source and the power generation equipment drive source, and supplies the electric power generated through the inverter to the electric load. In the hybrid system,
A load current detecting means for detecting a current input to the inverter, a load current change rate calculating means for calculating a change rate of the load current, a threshold for the allowable maximum value of the load current according to the change rate of the load current, and The load current threshold setting means that sets the difference between the maximum allowable value and the threshold value as the positive change rate of the load current increases, and the load current is allowed until the load current exceeds the threshold and reaches the maximum allowable value. A hybrid system comprising engine speed change rate relaxation means for controlling the engine speed to increase or retract more gradually as the maximum value is approached. 請求項１記載のハイブリッドシステムにおいて、バッテリ、バッテリの放電電圧を昇圧するバッテリ放電電圧昇圧機器、および該昇圧機器を介してバッテリから電気負荷へ不足電力を供給するように制御する不足電力補償制御手段を有することを特徴とするハイブリッドシステム。  2. The hybrid system according to claim 1, wherein the battery, a battery discharge voltage boosting device for boosting a discharge voltage of the battery, and a shortage power compensation control means for controlling the shortage power to be supplied from the battery to the electric load via the boosting device. A hybrid system characterized by comprising: エンジン、動力伝達装置、および発電機器からなり、動力伝達装置の駆動源の一つとして、および発電機器の駆動源としてエンジンが用いられ、インバータを介して発電された電力を、電気負荷に供給するハイブリッドシステムにおいて、
インバータへの入力電圧を検出するインバータ入力電圧検出手段と、インバータ入力電圧の変化率を演算するインバータ入力電圧変化率演算手段と、インバータ入力電圧の許容最大値に対する閾値をインバータ入力電圧の変化率に応じ、かつ、インバータ入力電圧の正の変化率が大なるほど許容最大値と閾値との差を大きく設定するインバータ入力電圧閾値設定手段とを備え、
インバータ入力電圧が閾値を超えて許容最大値に達するまでの間は、インバータ入力電圧が許容最大値に近づくほどエンジン回転数の減少または引戻しが緩やかになるように制御するエンジン回転数変化率緩和手段を有することを特徴とするハイブリッドシステム。It consists of an engine, a power transmission device, and power generation equipment. The engine is used as one of the power transmission device drive source and the power generation equipment drive source, and supplies the electric power generated through the inverter to the electric load. In the hybrid system,
Inverter input voltage detection means for detecting the input voltage to the inverter, inverter input voltage change rate calculation means for calculating the change rate of the inverter input voltage, and a threshold for the allowable maximum value of the inverter input voltage as the change rate of the inverter input voltage And the inverter input voltage threshold value setting means for setting the difference between the maximum allowable value and the threshold value as the positive change rate of the inverter input voltage increases,
Until the inverter input voltage exceeds the threshold and reaches the allowable maximum value, the engine speed change rate mitigating means for controlling the engine speed to decrease or retract more gradually as the inverter input voltage approaches the allowable maximum value. A hybrid system characterized by comprising: 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のハイブリッドシステムにおいて、インバータの出力電圧の周波数を外部電源電圧周波数よりも少量割合シフトして出力する周波数シフト手段を有することを特徴とするハイブリッドシステム。  4. The hybrid system according to claim 1, further comprising frequency shift means for shifting the frequency of the output voltage of the inverter by a small percentage relative to the frequency of the external power supply voltage. system.
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