(57)【要約】【課題】発電装置において、エンジンが低速回転の場合であっても発電できると共に、エンジンが高速回転の場合にも壊れることのないようにする。【解決手段】第１回転軸３１と第２回転軸３２とを有する変速機３と、発電機２とを設ける。プーリａ１は第１回転軸３１に固定され、プーリｂ１，ｃ１は電磁クラッチ３３、３４を介して第１回転軸３１に取り付けられている。第２回転軸３２には３つのプーリｄ１，ｂ２，ｃ２が固定的に取り付けられている。電磁クラッチ３３を作動させて第１回転軸３１と共にプーリｂ１を回転させると、第２回転軸３２の回転数は第１回転軸３１の２倍となる。一方、電磁クラッチ３４を作動させて第１回転軸３１と共にプーリｃ１を回転させると、第２回転軸３２の回転数は第１回転軸３１と同じとなる。これにより発電機２の入力軸２１に伝えられる回転数を制御する。【選択図】　図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、エンジンの出力軸と前記発電機の入力軸との間に介在し、前記出力軸からの回転数を変化させて前記入力軸に伝える変速手段と、前記変速手段を制御する制御手段とを備え、
前記入力軸の回転数が所定範囲となるよう前記制御手段によって前記変速手段を制御することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
蓄電手段をさらに備え、前記発電機で発電した電力を前記蓄電手段に蓄える請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記発電機の回転数を測定する測定手段をさらに備え、この測定手段による測定値に基づき前記制御手段が前記変速手段を制御する請求項１又は２記載の発電装置。
【請求項４】
前記測定手段が、前記発電機に内蔵されたステータコイルからの出力値を測定するものである請求項３記載の発電装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記入力軸の回転数が、設定した上限回転数を超えると、前記出力軸からの回転を前記入力軸に伝えないように前記変速手段を制御する請求項１〜４のいずれかに記載の発電装置。
【請求項６】
前記変速手段が無段変速機である請求項１〜５のいずれかに記載の発電装置。
【請求項７】
前記変速手段が、前記出力軸からの回転数を２段階以上に変えられる多段変速機である請求項１〜５のいずれかに記載の発電装置。
【請求項８】
前記変速手段が、２つの回転軸を備え、一方の回転軸がエンジンの出力軸と接続し、そしてもう一方の回転軸が発電機の入力軸と接続し、
この２つの回転軸には、ベルトが掛架されたプーリ対が２対以上の取り付けられ、回転を伝達させるプーリ対を選択することによって、出力軸からの回転数を多段変化させる請求項７記載の発電装置。
【請求項９】
前記プーリは電磁クラッチを介して前記回転軸に取り付けられ、前記電磁クラッチの作動によってプーリ対の組み合わせを選択する請求項８記載の発電装置。
【請求項１０】
前記発電装置を船舶に用いる請求項１〜９のいずれかに記載の発電装置。
【請求項１１】
前記発電装置を自動車に用いる請求項１〜９のいずれかに記載の発電装置。
【請求項１２】
エンジンの出力軸と発電機の入力軸との間に介在し、前記出力軸からの回転数を多段変化させて前記入力軸に伝える変速装置であって、
２つの回転軸を備え、一方の回転軸がエンジンの出力軸と接続し、そしてもう一方の回転軸が発電機の入力軸と接続し、
前記２つの回転軸には、ベルトが掛架されたプーリ対が２対以上の取り付けられ、前記出力軸からの回転を伝達させるプーリ対を選択することによって、出力軸から入力軸に伝える回転数を多段変化させることを特徴とする変速装置。
【請求項１３】
前記プーリは電磁クラッチを介して前記回転軸に取り付けられ、前記電磁クラッチの作動によってプーリ対の組み合わせを選択する請求項１２記載の変速装置。
【考案の詳細な説明】
【０００１】
【考案の属する技術分野】
本考案は発電装置及びそれに用いる変速装置に関し、より詳細にはエンジンの回転を利用して発電機を駆動させ発電する装置及びそれに用いる変速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
船舶や自動車などにおいて、搭載されている電気機器への給電は通常、エンジンの回転を利用して発電機を駆動させることによって行っている。図７に、従来の船舶における発電装置に関する構成例を示す。図７の船舶では、エンジン１と発電機２、整流器７、バッテリ（蓄電手段）８とを備え、エンジン１の出力軸１１と発電機２の入力軸２１とにそれぞれプーリＰ１，Ｐ２が取り付けられ、このプーリ間にベルトＶが掛架されている。これにより、エンジン１が作動すると出力軸１１が回転し、その回転はそのままベルトＶを介して発電機２の入力軸２１に伝えられ、発電機１において発電が行われる。発電された電気は整流器７によって交流から直流に変換されて、バッテリ８に一旦蓄積され、バッテリ８から魚群探知機やレーダ、ソナーなどに供給されていた（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−８２３２５号公報（
【００１４】段、図３）
【０００４】
【考案が解決しようとする課題】
ところで、例えば１ＫＷの発電機の場合、発電可能な入力軸２１の回転域はおよそ１，０００〜４，０００ｒｐｍの範囲である。これに対し、小型船舶の場合にはエンジン１の回転はおおよそ５００〜２，５００ｒｐｍの範囲である。このため、エンジン１が１，０００ｒｐｍ以下の低速回転の場合には発電機２において発電ができない。そこで例えば、エンジン１の出力軸１１と発電機２の入力軸２１とに取り付けるプーリＰ１，Ｐ２の直径を２：１として、発電機２の入力軸２１の回転数をエンジン１の出力軸１１のそれの２倍とすることも考えられるが、この場合にはエンジン１が高速回転となったときに発電機２の入力軸２１の回転数が高くなりすぎ発電機２が壊れるおそれがある。このため船舶の多くは、エンジン１の出力軸１１と発電機２の入力軸２１の回転数が同じになるようにしている。
【０００５】
一方、小型船舶、特に漁船などの場合には、漁法によっては数時間もの間エンジンを低速回転に維持することがある。この間、発電機で発電がなされないので、船舶内の電気機器への電力供給を確保するため一般に、複数個のバッテリが船舶に搭載されていた（１２Ｖバッテリの場合、４個〜６個）。また、新たな電気機器が船舶にさらに搭載される傾向にあり、船舶内における消費電力は今後も増加することが予想される。これに対応するためには、さらに多くのバッテリを船舶に搭載させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、例えば１２Ｖのバッテリの場合、その重量は約６０ｋｇ／個、体積は２００×２００×４００ｍｍもあり、しかも漁船に搭載されている電気機器の定価電圧は通常２４Ｖであるから、バッテリ２個を１セットとして搭載する必要がある。このようなバッテリを数多く搭載することは船舶の燃費を大きく低下させる原因となる。また狭い船舶内にバッテリ搭載用の空間を確保しなけばならず、居住性さらには作業性が低下する。
【０００７】
自動車の場合においても同様に、エンジンがアイドリング状態のときには発電機で発電がなされないので、この間の電力の安定供給が問題となる。特に、アイドリング状態においても電力消費の大きい機器を駆動させておく必要のある自動車（例えば冷凍車）の場合には大きな問題であった。また最近では、バスやタクシなどにおけるヘッドライトの日中点灯が交通安全の観点から行われつつあり、これによる自動車のバッテリの上がりが懸念されている。バッテリの上がりが度重なるとバッテリの寿命が短くなるので、これに対応すべく大型バッテリへの交換も一部では検討され始めている。
【０００８】
本考案はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンが低速回転の場合であっても発電できると共に、エンジンが高速回転の場合にも壊れることのない発電装置を提供することにある。
【０００９】
また本考案の目的は、エンジンの出力軸からの回転を所望の回転数に変えて発電機の入力軸に効率的に伝達できると共に、小型でしかも騒音の小さい変速装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本考案の発電装置では、発電機と、エンジンの出力軸と前記発電機の入力軸との間に介在し、前記出力軸からの回転数を変化させて前記入力軸に伝える変速手段と、前記変速手段を制御する制御手段とを設け、前記入力軸の回転数が所定範囲となるよう前記制御手段によって前記変速手段を制御する構成とした。
【００１１】
ここで電力を安定供給する観点から、蓄電手段をさらに設け、前記発電機で発電した電力を前記蓄電手段に蓄えるようにするのが好ましい。
【００１２】
また発電機の発電を一層安定にする観点から、発電機の回転数を測定する測定手段をさらに設け、この測定手段による測定値に基づき制御手段が変速手段を制御するようにしてもよい。このような測定手段としては、発電機に内蔵されたステータコイルからの出力値を測定するものが部品点数や装置の小型化の観点から好ましい。
【００１３】
発電機の長寿命化などの観点から、入力軸の回転数が、設定した上限回転数を超えると、出力軸からの回転を入力軸に伝えないように変速手段を制御するのが望ましい。
【００１４】
発電機における入力軸の回転安定性を得るためには、変速手段として無段変速機を用いてもよい。
【００１５】
また装置の一層の小型・軽量化を図る観点から、変速手段として、出力軸からの回転数を２段階以上に変えられる多段変速機を用いてもよい。既存のエンジンと発電機を使用する場合には、このような多段変速機として、２つの回転軸を備え、一方の回転軸がエンジンの出力軸と接続し、そしてもう一方の回転軸が発電機の入力軸と接続し、この２つの回転軸に、ベルトが掛架されたプーリ対が２対以上の取り付けられ、回転を伝達させるプーリ対を選択することによって、出力軸からの回転数を多段変化させるようにしたものが好ましい。さらには、前記プーリは電磁クラッチを介して回転軸に取り付けられ、電磁クラッチの作動によってプーリ対の組み合わせを選択するようにしたものであってもよい。
【００１６】
エンジンが低速回転の場合であっても発電できるという本考案の発電機の効果を十分に発揮させる観点から、本考案の発電機は船舶や自動車に用いるのが好ましい。
【００１７】
また本考案によれば、エンジンの出力軸と発電機の入力軸との間に介在し、前記出力軸からの回転数を多段変化させて前記入力軸に伝える変速装置であって、２つの回転軸を備え、一方の回転軸がエンジンの出力軸と接続し、そしてもう一方の回転軸が発電機の入力軸と接続し、前記２つの回転軸には、ベルトが掛架されたプーリ対が２対以上の取り付けられ、前記出力軸からの回転を伝達させるプーリ対を選択することによって、出力軸から入力軸に伝える回転数を多段変化させることを特徴とする変速装置が提供される。
【００１８】
ここで、前記プーリは電磁クラッチを介して前記回転軸に取り付けられ、前記電磁クラッチの作動によってプーリ対の組み合わせを選択するようにしたものが好ましい。
【００１９】
【考案の実施の形態】
本考案者等は、エンジンが低速回転の場合であっても発電可能で、しかもエンジンが高速回転の場合であっても壊れることのない発電装置を提供すべく鋭意検討を重ねた結果、エンジンと発電機との間に変速手段を介在させ、発電機の入力軸の回転数を常に好適範囲にすればよいことを見出し本考案をなすに至った。以下、本考案の発電装置について図に基づいて説明する。なお、本考案はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００２０】
本考案に係る発電装置及び変速装置の一実施形態を示す斜視図を図１に、そして図１の発電装置の展開構成図を図２に示す。図２に基づいてこの発電装置について説明する。この発電装置は、第１回転軸３１と第２回転軸３２とを有する変速機（変速手段）３と、発電機２とを備える。第１回転軸３１には３つのプーリａ２，ｂ１，ｃ１が取り付けられている。具体的には、プーリａ２は第１回転軸３１に固定され、プーリｂ１，ｃ１は電磁クラッチ３３を介して第１回転軸３１に取り付けられている。また第２回転軸３２にも３つのプーリｄ１，ｂ２，ｃ２が取り付けられている。これらのプーリはすべて第２回転軸３２に固定されている。エンジン１の出力軸１１に取り付けられたプーリａ１と第１回転軸３１のプーリａ２との間にはベルトＶ１が掛架され、エンジン１の出力軸１１の回転はベルトＶ１を介して第１回転軸３１に伝えられる。同様に、第１回転軸３１のプーリｂ１，ｃ１と第２回転軸３２のプーリｂ２，ｃ２との間にもそれぞれベルトＶ２，Ｖ３が掛架され、第１回転軸３１の回転は第２回転軸３２に伝えられる。そして、第２回転軸３２のプーリｄ１と発電機２の入力軸２１に取り付けられたプーリｄ２との間に掛架されたベルトＶ４によって第２回転軸３２の回転は発電機２の入力軸２１に伝えられ、発電機２において発電がなされる。
【００２１】
このような構成の発電装置において、エンジン１の作動によって出力軸１１が回転するとプーリａ１が回転し、この回転がベルトＶ１を介してプーリａ２に伝えられ第１回転軸３１が回転する。プーリｂ１，ｃ１は第１回転軸３１に電磁クラッチ３３，３４を介して取り付けられているため、電磁クラッチ３３，３４が作動しない限りプーリｂ１，ｃ１は第１回転軸３１と共には回転しない。この電磁クラッチ３３，３４の入切によって発電機２の入力軸２１に伝える回転を変化させることができる。この変速装置では、プーリｂ１とプーリｂ２との直径比を２：１、プーリｃ１とプーリｃ２との直径比を１：１としている。例えば電磁クラッチ３３を作動させて第１回転軸３１と共にプーリｂ１を回転させると、第２回転軸３２の回転数は第１回転軸３１の２倍となる。一方、電磁クラッチ３４を作動させて第１回転軸３１と共にプーリｃ１を回転させると、第２回転軸３２の回転数は第１回転軸３１と同じとなる。この装置では電磁クラッチ３３，３４をプーリｂ１，ｃ１に取り付けているが、電磁クラッチはプーリｂ２，ｃ２に取り付けてもよく、この場合も同様の作用が得られる。
【００２２】
そして、第２回転軸３２が回転するとこれによってプーリｄ１が回転し、このプーリｄ１に掛架されたベルトＶ４によってプーリｄ２が回転し発電機２の入力軸２１が回転する。ここで、この発電装置では、プーリｄ１とプーリｄ２との直径比を２：１としている。これにより、入力軸２１の回転数は第２回転軸３２の２倍となる。したがって、入力軸２１の回転数はエンジン１の出力軸１１の回転数に対して、電磁クラッチ３３を作動させた場合には４倍、電磁クラッチ３４を作動させた場合には２倍、そして電磁クラッチ３３，３４を共に作動させなければ第２回転軸３２に回転は伝えられず入力軸２１は回転しない。
【００２３】
このようにこの発電装置では、エンジン１の出力軸１１に対する発電機２の入力軸２１の回転数を０倍、２倍、４倍に切り換えることが可能であるが、この倍率に特に限定はなく、プーリ対の直径比を適宜選択して好適な倍率とすればよい。また、いずれのプーリ対で回転倍率を上げるかは装置の取り付け場所や倍率などから適宜決定すればよい。第１回転軸と第２回転軸に取り付けるプーリ対の数に限定はなく、プーリ対の取り付け数を多くするほど選択できる倍率が多くなり、より細かな入力軸の回転制御ができるようになる。
【００２４】
図３に、図１の発電装置の電気回路図例を示す。発電機２には３相星形のステータコイル２ａ，２ｂ，２ｃが内蔵され、エンジン１（図２に図示）の作動によって発電機２の入力軸２１（図２に図示）が回転すると、入力軸２１に取り付けられたロータマグネット（不図示）が回転し、３相のステータコイル２ａ，２ｂ，２ｃに２π／３づつ位相のずれた３相交流電圧が発生する。発生した交流電圧は整流器７に印加され、ここで直流電圧に変換される。そして整流器７からバッテリ８に対して直流電流が出力され充電が行われる。
【００２５】
図４に、図１の発電装置の制御例を示すブロック図を示す。回転数測定器５によって測定された発電機２の入力軸２１の回転数は制御部４に送られ、制御部４は、入力手段６から入力された制御条件に基づいて電磁クラッチ３３，３４の入切信号を出力し、入力軸２１の回転数が所定範囲となるように変速装置を制御する。制御条件としては例えばエンジンの回転数が５００〜２，５００ｒｐｍの範囲で、発電機の発電可能な入力軸の回転域が１，０００〜４，０００ｒｐｍの範囲である場合、例えば下記表の条件とすればよい。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
図２において、変速装置による変速率があらかじめわかっている場合には、エンジン１の出力軸１１、回転軸３１，３２、発電機２の入力軸２１のいずれ軸の回転数を測定して制御してもよいが、変速装置３が後述するような無段変速機である場合には発電機２の入力軸２１の回転数を測定する必要がある。回転数測定器としては従来公知のものを使用できるが、発電機２の入力軸２１の回転数を測定する場合には、図３に示すように、発電機内のステータコイル２ａから出力される電圧値や電流値を測定することが推奨される。既知の測定器を別途配設する必要がないので装置の小型・軽量化および低コスト化が可能となるからである。
【００２８】
図５に、本考案に係る発電装置の他の実施形態を示す概略構成図を示す。図５の発電装置では、変速装置の第１回転軸３１と第２回転軸３２とをそれぞれエンジン１の出力軸１１、発電機２の入力軸２１に直結させている。また、第１回転軸３１と第２回転軸３２には、ベルトが掛架された、直径比の異なる３つのプーリ対が取り付けられている。プーリｅ１，ｆ１，ｇ１は電磁クラッチ３５，３６，３７を介して第１回転軸３１に取り付けられ、プーリｅ２，ｆ２，ｇ２は第２回転軸３２に固定されている。図２の装置と同様に、電磁クラッチの入切によって第１回転軸３１の回転を第２回転軸３２に伝えるプーリ対を選択でき、これにより、出力軸１１からの回転数を変化させて入力軸２１に伝えることができる。
【００２９】
さらに、本考案に係る発電装置の他の実施形態について説明する。図６は、変速手段として無段変速機を用いた場合の実施例であって、エンジン１の出力軸１１と発電機２の入力軸２１とが変速機３ａ，３ｂを介して連結されている。具体的には、エンジン１の出力軸１１と無段変速機３ａとが接続し、そして無段変速機３ａと増速機３ｂとが接続し、そしてさらに増速機３ｂと発電機２の入力軸２１とが接続している。入力軸２１の回転数は測定器５によって測定され、この測定値に基づいて制御部４が調整器３８を調整し、入力軸２１の回転が一定範囲となるように無段変速機３ａを制御する。このような構成の発電装置によれば、前記実施形態の発電装置と異なって、発電機の入力軸を常に一定回転数にすることができ、一層安定した発電ができるようになる。
【００３０】
なお、図６の装置において変速機を２種類用いているのは、一般に市販されている無段変速機では通常減速しかできないことによる。このため図６の装置では、５００〜２，０００ｒｐｍの範囲であるエンジン出力軸の回転を、１：１〜１：１０の範囲の無段変速機３ａで一旦減速した後、増速機３ｂで２０倍に増速して発電機の入力軸に伝えているのである。したがって、前記エンジン出力軸の回転を増速できる無段変速機があれば、増速機３ｂは不要となりエンジンと発電機の間には無段増速機のみを配設すれば足りる。
【００３１】
以上説明した実施形態では、変速手段における回転伝達手段としてプーリとベルトを用いた構造を例示したが、これに限定されるものではなく、ギアなど従来公知の回転伝達手段を用いて回転を伝達させても構わない。ただし、駆動時の騒音や点検、修理などの観点からはプーリとベルトを用いた回転伝達構造が望ましい。
【００３２】
【考案の効果】
本考案の発電装置では、エンジンの出力軸と発電機の入力軸との間に変速手段が介在し、発電機の入力軸の回転数が所定範囲となるように制御手段が変速手段を制御するので、エンジンが低速回転の場合であっても発電が可能となる。これにより、船舶に搭載した場合には、バッテリの搭載数をこれまでに比べて大幅に減らすことができ、燃費がよくなると共に船舶内の居住性や作業性が向上する。また、エンジンが高速回転になった場合でも発電機が壊れることがない。他方、自動車に搭載した場合には、電力の安定供給が確保されるのでバッテリの上がりが効果的に防止されバッテリの長寿命化が図れる。またヘッドライトの日中点灯などにより電力消費量が従来に比べ増加してもバッテリを大型化することなく対応できるようになる。
【００３３】
また本考案の変速装置では、２つの回転軸を備え、一方の回転軸がエンジンの出力軸と接続し、そしてもう一方の回転軸が発電機の入力軸と接続し、前記２つの回転軸には、ベルトが掛架されたプーリ対が２対以上の取り付けられ、前記出力軸からの回転を伝達させるプーリ対を選択することによって、出力軸から入力軸に伝える回転数を多段変化させるので、エンジンの出力軸からの回転を所望の回転数に変えて、発電機の入力軸に効率的に伝達できると共に、小型化が可能でしかも騒音を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案に係る発電装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の発電装置の展開構成図である。
【図３】図１の発電装置の電気回路図例である。
【図４】図１の発電装置のブロック図例である。
【図５】本考案に係る発電装置の他の例を示す構成図である。
【図６】本考案に係る発電装置のさらに他の例を示す構成図である。
【図７】従来の発電装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１　エンジン
２　発電機
２ａ，２ｂ，２ｃ　ステータコイル
３　変速機（変速手段）
３ａ　無段変速機
４　制御部（制御手段）
５　測定器（測定手段）
７　整流器
８　バッテリ（蓄電手段）
１１　出力軸
２１　入力軸
３１　第１回転軸
３２　第２回転軸
３３，３４　電磁クラッチ
３５，３６，３７　電磁クラッチ
Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４　ベルト
Ｐ１，Ｐ２　プーリ
ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２　プーリ
ｅ１，ｅ２，ｆ１，ｆ２，ｇ１，ｇ２　プーリ
【図１】
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【図２】
0003097549.tif 000005
【図３】
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【図４】
0003097549.tif 000007
【図５】
0003097549.tif 000008
【図６】
0003097549.tif 000009
【図７】
0003097549.tif 000010