(57)【要約】【課題】複数台の原動機駆動発電機から負荷へ電力を供給する場合に、軽負荷時の原動機駆動発電機の並列運転による不安定動作を、簡単な操作により回避できるようにする。【解決手段】例えば２台の原動機駆動発電機１０，１９から電池１，２、推進電動機３２，３３および１号動力系統，２号動力系統などへ電力を供給するシステムで、軽負荷になると発電機の並列運転動作が不安定になるおそれがあるので、軽負荷時には一方の発電機、例えば１９の出力電圧を低下させて無負荷の給電停止状態とし、電力供給は発電機１０のみから行なうようにする。【選択図】図１
2008079357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数台の原動機駆動発電機の交流出力をそれぞれ各原動機駆動発電機ごとに設けられたダイオード整流器で整流して直流に変換し共通の直流給電母線を介して推進電動機を含む負荷へ給電するものであって、負荷の大きさに合わせて給電状態の原動機駆動発電機の台数を切り換える電気推進システムの発電機制御方式において、
給電状態の原動機駆動発電機の台数を減少させる台数減少制御では、給電状態から給電停止状態に切り換える方の原動機駆動発電機の出力電圧を、給電状態を継続させる方の原動機駆動発電機の出力電圧よりも低くなるよう制御し、この低下させた出力電圧を該当する原動機駆動発電機側のダイオード整流器によって前記直流給電母線の直流電圧からブロックさせることにより、該当する原動機駆動発電機の給電状態から給電停止状態への切り換えを行なうことを特徴とする電気推進システムの発電機制御方式。
【請求項２】
前記原動機駆動発電機の出力電圧の制御は、原動機駆動発電機の交流出力電圧を検出して行なうことを特徴とする請求項１に記載の電気推進システムの発電機制御方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、蓄電池とこの蓄電池（単に電池ともいう）を充電する発電機を備えたシステムにおいて、電池および発電機の電力を推進電動機や動力機器へ供給する、例えば、電気自動車または電気推進船舶などのシステムに使用して好適な発電機制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数群の電池と複数台の発電機を備えた電気推進システムでは通常、発電機は原動機で駆動される。原動機にはディーゼルエンジンが用いられることが多く、発電機を一定回転速度で駆動して、一定周波数の交流電圧をダイオード整流器で整流し直流電力に変換して電池，推進電動機，動力機器・装置などへ電力を供給する。
このような電気推進システムでは、複数群の電池は常時並列接続され、負荷の状況に応じて複数台の発電機の台数を切り替えて運転する。
【０００３】
例えば、図１のような一般的な電気推進システムでは、推進電動機Ｍ１，Ｍ２の所要電力と、１号動力系統，２号動力系統により給電される動力機器・装置との所要電力比は１０：１程度とされ、推進電動機の回転速度が低く所要電力が小さい運転領域では、１台の発電機で推進電動機，動力および電池Ｂ１，Ｂ２への充電のための電力供給を行ない、推進電動機の回転速度が高く所要電力が大きい運転領域では、発電機２台（Ｇ１，Ｇ２）の並列運転によって全ての機器・装置への電力供給を行なう。
【０００４】
発電機２台の並列運転モードにおいて、速度を任意に変更するとき、推進電動機の回転速度は０〜ｎ〜０の間を任意に変化し、結果として推進電動機の所要電力は、０〜最大電力の間を任意に変化するから、推進電動機の回転速度が０のときは発電機の出力は最大電力の１／１０程度の軽負荷に激減する。このとき、発電機を一定速度で駆動するディーゼルエンジン（図１の符号ＤＥ１，ＤＥ２参照）はガバナによって制御されているが、軽負荷領域では一定速度制御の制御精度が低下することが指摘されており、発電機を駆動するディーゼルエンジンの回転速度の瞬時値偏差によって並列運転動作が不安定になるという問題がある。
【０００５】
上記の問題に関して、出願人は、並列運転されている複数台の発電機を電源として、負荷変動の大きな負荷に給電する場合、軽負荷になっても発電機を不安定とならないようにする、例えば特許文献１のような方式を開示している。その概要を図６に示す。
この方式は、図１のような複数台の交流発電機が共通の直流給電母線を介して給電する電気推進システムを対象としたものではなく、複数台の交流発電機が共通の交流給電母線を介して給電する電気推進システムを対象としたものであるが、推進電動機が軽負荷状態になったときは、主給電系統Ｐの電力変換装置ＣＩ１またはＣＩ２の一方を停止させ、軽負荷では複数の発電機が並列運転とならないようにして不安定動作を回避させるものである。
【０００６】
なお、補助給電系統Ｐｓでは、電力変換器ＣＩ３のコンバータＣＶ３または電力変換器ＣＩ４のコンバータＣＶ４の一方の電圧を他方よりやや高めに設定して、コンバータ出力回路に設けられるとともにそのカソード側が相互に内部母線Ｂｉで接続されたダイオードＤ３またはＤ４で一方の電圧をブロックするようにしておき、電力変換器ＣＩ３および電力変換器ＣＩ４にそれぞれ電力を供給する発電装置Ｐ１およびＰ２において例えば２台運転モードから１台運転モードに切り替えるようなことがあっても、瞬断なしで電力変換器相互の給電路の切り替えが行われるようにしている。また、特許文献１に開示された上記の方式は、給電を停止させる方の発電機について、発電機駆動用の原動機自体を停止させるのではなく、対応する電力変換装置を停止させることだけにより該当する発電機を停止させるようにしているので、該当する発電機の給電状態への復帰は比較的短時間で行うことができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１３４６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示のものは、上述のように、複数台の交流発電機が共通の交流給電母線を介して給電する電気推進システムを対象としたものであり、図１のような複数台の交流発電機が共通の直流給電母線を介して給電する電気推進システムにおいても、軽負荷時の原動機駆動発電機の並列運転による不安定動作を確実に回避することのできる制御方式が要望されていた
【０００９】
また、図１のような複数台の原動機駆動発電機が共通の直流給電母線を介して給電する電気推進システムは従来より広く採用されている構成であることから、既存の電気推進システムの制御装置に改造を加えて、軽負荷時の原動機駆動発電機の並列運転による不安定動作を確実に回避することのできる制御装置とする場合も考えられるので、制御装置の改造が簡単なもので済むようにするため、その制御内容は極力簡単な操作により可能なものとすることも求められる。
また、負荷として推進電動機を含む電気推進システムにおいては、急速な負荷変動に迅速に対応して給電することも重要となる。
【００１０】
したがって、この発明の課題は、複数台の原動機駆動発電機が共通の直流給電母線を介して給電する電気推進システムにおいて、軽負荷時の原動機駆動発電機の並列運転による不安定動作を、確実かつ簡単な操作により回避することができるとともに、急速な負荷変動に迅速に対応して給電することができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、複数台の原動機駆動発電機の交流出力をそれぞれ各原動機駆動発電機ごとに設けられたダイオード整流器で整流して直流に変換し共通の直流給電母線を介して推進電動機を含む負荷へ給電するものであって、負荷の大きさに合わせて給電状態の原動機駆動発電機の台数を切り換える電気推進システムの発電機制御方式において、
給電状態の原動機駆動発電機の台数を減少させる台数減少制御では、給電状態から給電停止状態に切り換える方の原動機駆動発電機の出力電圧を、給電状態を継続させる方の原動機駆動発電機の出力電圧よりも低くなるよう制御し、この低下させた出力電圧を該当する原動機駆動発電機側のダイオード整流器によって前記直流給電母線の直流電圧からブロックさせることにより、該当する原動機駆動発電機の給電状態から給電停止状態への切り換えを行なうことを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記原動機駆動発電機の出力電圧の制御は、原動機駆動発電機の交流出力電圧を検出して行なうことができる（請求項２の発明）。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、複数台の原動機駆動発電機から推進電動機を含む負荷に給電される電気推進システムにおいて、負荷の大きさが軽負荷となったことに対応して給電状態の原動機駆動発電機の台数を減少させる台数減少制御を行なう場合に、給電状態から給電停止状態に切り換える方の原動機駆動発電機の出力電圧を、給電状態を継続させる方の原動機駆動発電機の出力電圧よりも低くなるよう制御し、この低下させた出力電圧を該当する原動機駆動発電機側のダイオード整流器によってブロックさせるという簡単な制御操作だけで上記台数減少制御を行なうことができるとともに、給電状態から給電停止状態への切り換え時間は原動機駆動発電機の出力電圧を低下させる制御に要する時間だけであるため、給電状態から給電停止状態への切り替えを短時間で行なうことができる。
【００１３】
また、負荷の大きさが重負荷となったことに対応して給電状態の原動機駆動発電機の台数を増加させる台数増加制御を行なう場合には、給電停止状態から給電状態に切り換える方の原動機駆動発電機の出力電圧を、給電状態を継続させている方の原動機駆動発電機の出力電圧と同じレベルまで上昇させるよう制御し、該当する原動機駆動発電機側のダイオード整流器によるブロック状態を解除させればよく、この台数増加制御も簡単な制御操作だけで行なうことができるとともに、給電停止状態から給電状態への切り換え時間は原動機駆動発電機の出力電圧を上昇させる制御に要する時間だけであるため、給電停止状態から給電状態への切り換えも短時間で行なうことができる。
従って、この発明によれば、駆動電動機を含む負荷における軽負荷と重負荷との間での大きくかつ急速な負荷変動に対して、簡単な制御操作により迅速に対応することができるので、電気推進システムにおける電力供給を安定させ、電気推進システムの運転の安全性および信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明では、先に説明した図１に示す電気推進システムを適用するので、このシステムについて説明を補足する。
図１の電気推進システムは、電池１（Ｂ１），２（Ｂ２）からなる２群構成の電池システム、例えばディーゼルエンジンなどの駆動用原動機９（ＤＥ１），１８（ＤＥ２）により駆動される３相交流発電機１０（Ｇ１），１９（Ｇ２）を備えた２式の原動機駆動発電装置、推進電動機３２（Ｍ１），３３（Ｍ２）、１号動力系統，２号動力系統および直流給電母線１０１などから構成されている。なお、３〜８，３６，３７（Ｓ１〜Ｓ８）はスイッチ、１１，２０（ＲＣ１，ＲＣ２）はダイオード整流素子を用いた３相ブリッジ整流回路からなるダイオード整流器、１２，２１（ＦＬ１，ＦＬ２）は発電機界磁、１３，２２（ＥＸ１，ＥＸ２）は励磁装置、１４，２３（ＧＣ１，ＧＣ２）は発電機制御装置、１５，２４（ＳＨ１，ＳＨ２）は電流検出器、１６，２５（ＶＤ１１，ＶＤ２１）は直流電圧検出器、１７，２６（ＶＤ１２，ＶＤ２２）は交流電圧検出器、２７，２９（ＶＲ１，ＶＲ３），３８（ＶＲＫ）は電圧設定器、２８，３０（ＶＲ２，ＶＲ４）は電流設定器、３１（ＳＷＧ）は切替スイッチ、３４，３５（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）はインバータである。
【００１５】
図１の電気推進システムにおいて、発電機１０（Ｇ１），１９（Ｇ２）の交流出力は、それぞれ、各発電機ごとに設けられるとともにその直流出力側が共通の直流給電母線１０１にスイッチ５（Ｓ３），６（Ｓ４）を介して接続されてなるダイオード整流器１１（ＲＣ１），２０（ＲＣ２）で整流されて直流に変換され、直流給電母線１０１を介して推進電動機３２（Ｍ１），３３（Ｍ２）、１号動力系統，２号動力系統の各負荷や、電池１（Ｂ１），２（Ｂ２）へ給電される。なお、この図１の構成では、推進電動機３２（Ｍ１），３３（Ｍ２）には、直流給電母線１０１にスイッチ３６（Ｓ７），３７（Ｓ８）を介して接続されたインバータ３４（ＩＮＶ１），３５（ＩＮＶ２）からの交流電力が供給される。
【００１６】
ここで、発電機１台の場合は、例えば発電機１０（Ｇ１）の１台で電池１（Ｂ１），２（Ｂ２）、１号動力系統，２号動力系統および推進電動機３２（Ｍ１），３３（Ｍ２）へ電力を供給する。また、発電機２台の場合は、発電機１０（Ｇ１），１９（Ｇ２）の２台並列運転で電池１（Ｂ１），２（Ｂ２）、１号動力系統，２号動力系統および推進電動機３２（Ｍ１），３３（Ｍ２）へ電力を供給する。発電機１０（Ｇ１），１９（Ｇ２）の制御は発電機制御装置１４，２３（ＧＣ１，ＧＣ２）により行なわれ、電圧設定器２７，２９（ＶＲ１，ＶＲ３）および電流設定器２８，３０（ＶＲ２，ＶＲ４）には、電池１（Ｂ１），２（Ｂ２）を定電圧充電また定電流充電する場合の設定値などがそれぞれ設定される。
【００１７】
図２はこの発明による運転方式を説明するタイムチャートである。
発電機から負荷へ供給される合計電力ＰΣは、推進電動機への供給電力ＰＭと、動力電力ＰＡＸと、電池充電電力ＰＢとの合計であって、ＰΣ＝ＰＭ＋ＰＡＸ＋ＰＢとなる。なお、動力電力ＰＡＸは推進電動機電力の１／１０程度であり、電池充電電力ＰＢは充電電流によって変化する。ｔ０以前の動作状態［１］では、推進電動機は停止状態であって推進電動機供給電力ＰＭ＝０であるため、合計電力ＰΣ＝ＰＡＢ＝ＰＡＸ＋ＰＢを、１号発電機出力ＰＧ１および２号発電機出力ＰＧ２の合計ＰＧ１＋ＰＧ２により供給する。
ｔ０点で推進電動機の運転を開始すると、回転速度の増加に伴い推進電動機への供給電力ＰＭは状態［２］のように増加して、合計電力ＰΣ＝ＰＭ＋ＰＡＸ＋ＰＢを、１号発電機出力ＰＧ１および２号発電機出力ＰＧ２で供給する。推進電動機の回転速度が状態［３］に到達すると、合計電力ＰΣは状態［３］となり、１号（Ｇ１）出力ＰＧ１および２号（Ｇ２）出力ＰＧ２で供給する。
【００１８】
ここで、発電機の規定出力（定格）をＰＧ１ｎ，ＰＧ２ｎとすれば、図２に示す発電機出力ＰＧ１ｎ、およびＰＧ２ｎの合計出力が合計負荷電力ＰΣ以上であれば、発電機２台の並列運転によって全ての機器・装置へ電力を供給することができる。すなわち、推進電動機の負荷が状態［３］であれば、合計電力ＰΣは状態［３］、発電機２台の出力ＰＧ１ｎ，ＰＧ２ｎは状態［３］の出力となる。電池充電の時間が経過し、ｔ２点で充電電流を低減したとすると、電池充電電力ＰＢ（充電電流）は状態［１］から状態［２］へ移行し、合計電力ＰΣは状態［３］から状態［４］へ減少するので、発電機出力ＰＧ１、ＰＧ２は状態［３］から状態［４］へ減少する。さらに、時間が経過してｔ３点において充電電流を低減すると、電池充電電力ＰＢ（充電電流）は状態［２］から状態［３］へ移行し、合計電力ＰΣは状態［４］から状態［５］へ減少するので、発電機出力ＰＧ１、ＰＧ２は状態［４］から状態［５］へ減少する。
【００１９】
ｔ４点で電池が満充電状態となって充電を完了すると、電池充電電力ＰＢ（充電電流）は０＝状態［４］となるから、合計電力ＰΣは状態［５］から状態［６］へ減少し、発電機出力ＰＧ１、ＰＧ２は状態［６］となる。この負荷状態［６］において、推進電動機の回転速度を停止、すなわち回転速度＝０に操作すると、推進電動機への供給電力ＰＭは状態［３］から状態［４］のように回転速度＝０に対応したＰＭ＝０へ向けて低減するが、発電機は２台並列運転であるから、推進電動機への供給電力ＰＭの低下により、発電機の軽負荷状態が発生して不安定動作に至るおそれがある。すなわち、発電機並列運転において、不安定動作の発生が予測される限度出力をＰＧＵ１，ＰＧＵ２および合計でＰＧＵ＝ＰＧＵ１＋ＰＧＵ２とすれば、推進電動機の回転速度が低減して推進電動機電力ＰＭがｔ６点を通過すると、合計電力ＰΣは限度出力合計ＰＧＵ以下の軽負荷状態になって、並列運転している発電機を駆動するディーゼルエンジンなどの駆動原動機が不安定動作に至ることが予想される。
【００２０】
そこで、この発明では、図１の電流検出器１５（ＳＨ１），２４（ＳＨ２）、電圧検出器１６（ＶＤ１１），１７（ＶＤ１２）、２５（ＶＤ２１），２６（ＶＤ２２）で検出した信号を発電機制御装置１４（ＧＣ１），２３（ＧＣ２）に入力し、各々の発電機の実電流および実電圧から実出力を求め、予め設定した不安定動作限度出力ＰＧＵ１，ＰＧＵ２およびＰＧＵと比較し、実出力が設定値よりも小さくなったことを発電機制御装置１４（ＧＣ１），２３（ＧＣ２）で判別したら、切替スイッチＳＷＧで選択した側の発電機電圧を低下させる。
【００２１】
そして、例えば図１の切替スイッチＳＷＧを「２」側に選択したとすれば、図２に示すｔ６時点で２号発電機Ｇ２の電圧ＶＧ２を、ｔ６時点までは１号発電機Ｇ１の電圧ＶＧ１とほぼ同じであった電圧レベルから、電圧設定器３８（ＶＲＫ）で設定されている差分電圧ＶＫだけ低下させる。２号発電機Ｇ２の電圧ＶＧ２が１号発電機Ｇ１の電圧ＶＧ１よりも低下すれば、ダイオード整流器２０により２号発電機の電圧ＶＧ２が直流給電母線１０１の電圧からブロックされるので、２号発電機は無負荷の給電停止状態、すなわち、原動機駆動発電装置自体としては運転を継続しているが、発電機から負荷への給電を停止している待機状態となり、１号発電機Ｇ１による１台運転へと移行することになる。これにより、１号発電機Ｇ１は負荷へ給電する給電状態、２号発電機Ｇ２は無負荷の給電停止状態になるから、軽負荷における並列運転での不安定動作が回避されることになる。
【００２２】
その後、図２のｔ７点からｔ８点の期間では、推進電動機電力ＰＭ＝０であり、１号発電機Ｇ１は合計電力ＰΣ＝動力電力ＰＡＸの軽負荷電力を供給することになる。ｔ８点で推進電動機を起動すると、負荷は状態［６］のように増加し、１号発電機出力（非選択側発電機）ＰＧ１は増加し、電流検出器１５（ＳＨ１），２４（ＳＨ２）、電圧検出器１６（ＶＤ１１），１７（ＶＤ１２）、２５（ＶＤ２１），２６（ＶＤ２２）の検出信号から、発電機制御装置１４（ＧＣ１），２３（ＧＣ２）で計算した実出力と、予め設定した不安定動作限度出力ＰＧＵ１（ＰＧＵ２），ＰＧＵとを比較し、実出力が設定値よりも大きくなったｔ９点において、２号発電機（選択側発電機）Ｇ２の電圧ＶＧ２を１号発電機Ｇ１の電圧ＶＧ１と一致させるように上昇させ、１，２号発電機の２台並列運転に復帰させる。
【００２３】
図２で説明した上記の発電機制御のうち、発電機の運転状態を給電状態と給電停止状態との間で切り換えるための発電機電圧制御方式について、より具体的に説明する。
図３（ａ）はこの発明における発電機電圧制御方式を示す構成図であって、図１における２台の発電機のうち１台だけを示し、この発電機からダイオード整流器を介して電池や負荷に給電する場合における発電機電圧制御方式を示すものである。同図のＥｎｇは図１のＤＥ１あるいはＤＥ２に相当する駆動用原動機、Ｇは図１のＧ１あるいはＧ２に相当する発電機、ＦＬは図１のＦＬ１あるいはＦＬ２に相当する発電機界磁、ＥＸは図１のＥＸ１あるいはＥＸ２に相当する励磁装置、Ｒｅｃは図１のＲＣ１あるいはＲＣ２に相当するダイオード整流器、Ｂは図１のＢ１あるいはＢ２に相当する電池、ＤＣＢは図１の１０１に相当する直流給電母線、計器用変圧器ＰＴと整流器Ｒは図１のＶＤ１２あるいはＶＤ２２に相当する交流電圧検出器、ＶＤは図１のＶＤ１１あるいはＶＤ２１に相当する直流電圧検出器、ＧＣは図１のＧＣ１あるいはＧＣ２に相当する発電機制御装置、ＶＲは図１のＶＲ１あるいはＶＲ３に相当する電圧設定器、ＳＷは発電機Ｇの電圧制御モードを切り換えるスイッチ、Ｌは図１の負荷、ＯＰは演算器、ＡＶＲは電圧調節器、をそれぞれ示し、その他は図１に示すものと同様である。
【００２４】
図３（ａ）において、発電機制御装置ＧＣには、発電機電圧の制御手段として、上記の電圧調節器ＡＶＲ、演算器ＯＰなどが設けられている。また、発電機Ｇの出力交流電圧ＶＡＣは計器用変圧器ＰＴで検出され、計器用変圧器ＰＴの検出出力である交流電圧が整流器Ｒで整流されて直流電圧に変換され、この直流電圧がフィードバック信号ＶＡｉとして発電機制御装置ＧＣにフィードバックされる。また、整流器Ｒｅｃの直流出力側電圧ＶＤＣは直流電圧検出器ＶＤで検出されてフィードバック信号ＶＤｉとして発電機制御装置ＧＣにフィードバックされる。
【００２５】
なお、図３（ａ）において、発電機Ｇが、給電状態、すなわち発電機Ｇからの交流出力がダイオード整流器Ｒｅｃで整流されて直流に変換され、整流器出力電流ＩＧが直流給電母線ＤＣＢを介して電池Ｂや負荷Ｌに供給される状態である場合、電池Ｂの電池電圧ＶＢ自体はほぼ平坦な直流電圧であるが、ダイオード整流器Ｒｅｃの交流入力側電圧、すなわち発電機Ｇの３相の出力交流電圧ＶＡＣと上記の電池電圧ＶＢとの差電圧に対応してリップル分を有する直流電流である整流器出力電流ＩＧが電路インピーダンスをもつ直流給電母線ＤＣＢを流れ、ダイオード整流器Ｒｅｃの直流出力側電圧ＶＤＣはリップル分を有する直流電圧となっており、直流電圧検出器ＶＤで検出されるフィードバック信号ＶＤｉは、上記のようなリップル分を有する直流出力側電圧ＶＤＣの平均電圧値（直流平均電圧値ＶＤＣａｖ）に対応するものとなっている。
【００２６】
また、図３（ａ）において、直流給電母線ＤＣＢにおけるダイオード整流器Ｒｅｃの直流出力側から電池Ｂまでの往復電路の導体抵抗をＲｂｕｓとすると、発電機Ｇが給電状態である場合、整流器出力電流ＩＧが直流給電母線ＤＣＢを流れることによる電圧損失Ｖｌｏｓｓ＝ＩＧ×Ｒｂｕｓがあるので、ダイオード整流器Ｒｅｃの直流出力側電圧ＶＤＣは、電池電圧ＶＢに対して、ＶＤＣ＝ＶＢ＋Ｖｌｏｓｓ＝ＶＢ＋（ＩＧ×Ｒｂｕｓ）の関係にある。ただし、実際の電気推進システムでは、例えば図１に示されているように、ダイオード整流器Ｒｅｃの直流出力側から電池Ｂまでの電路の途中から負荷Ｌへの給電母線が分岐する構成もあり、上記の電圧損失Ｖｌｏｓｓは、電気推進システム全体の母線構成によって異なる。
【００２７】
一方、図３（ａ）において、発電機Ｇが無負荷の給電停止状態である場合は、上記の整流器出力電流ＩＧが流れないので電圧損失Ｖｌｏｓｓ（＝ＩＧ×Ｒｂｕｓ）は無く、ダイオード整流器Ｒｅｃの直流出力側電圧ＶＤＣは電池電圧ＶＢと同レベルの直流電圧となる。ただし、実際の電気推進システムでは、例えば図１に示されているように、ダイオード整流器Ｒｅｃの直流出力側から電池Ｂまでの電路の途中から負荷Ｌへの給電母線が分岐する構成もあり、このような構成では、直流給電母線ＤＣＢにおいて電池Ｂから負荷Ｌに給電電流が流れることによる電圧損失分だけ、ダイオード整流器Ｒｅｃの直流出力側電圧ＶＤＣと電池電圧ＶＢとは異なってくるが、電池Ｂから直流給電母線ＤＣＢにおける負荷Ｌへの分岐点までの電路抵抗が充分に小さい場合には、上記の電圧損失分は充分に小さくなり、ダイオード整流器Ｒｅｃの直流出力側電圧ＶＤＣと電池電圧ＶＢとはほぼ同程度の電圧レベルとなる。
そして、発電機Ｇが給電状態である場合の発電機電圧制御としては、スイッチＳＷをａ側に選択し、電圧設定器ＶＲ（図１の設定器ＶＲ１に相当する）にて設定される電圧設定値ＶＤｓと、直流電圧検出器ＶＤで検出されるフィードバック信号ＶＤｉとが一致するよう、例えばＰＩ調節器からなる電圧調節器ＡＶＲにより発電機出力交流電圧ＶＡＣが制御される。
【００２８】
発電機Ｇの運転状態を上記のような給電状態から無負荷の給電停止状態にするに当り、この発明では発電機出力交流電圧ＶＡＣを、その最大値、すなわち交流波形としての最大波高値ＶＡＣｍ（＝実効値ＶＡＣｅ×√２）が電池電圧ＶＢよりも低くなるような電圧レベルとし、発電機出力交流電圧ＶＡＣを電池電圧ＶＢからダイオード整流器Ｒｅｃでブロックするようにしている。このため、交流電圧検出器からのフィードバック信号ＶＡｉは、交流電圧検出器における整流器Ｒの内部あるいはその出力側に設けられた図３（ａ）では図示されない信号レベル調整手段によって、発電機出力交流電圧ＶＡＣの最大値ＶＡＣｍに対応するレベルの直流電圧信号に調整されている。
【００２９】
図４は、この発明における発電機出力交流電圧の検出方式を例示するものであって、図４（ａ）は、上記のような、発電機出力交流電圧ＶＡＣの最大値ＶＡＣｍに対応するフィードバック信号ＶＡｉを得るための交流電圧検出器の構成例を示す回路図であり、図４（ｂ）は、発電機出力交流電圧ＶＡＣの交流電圧波形とフィードバック信号ＶＡｉとの対応関係を示す概念図である。
図４（ａ）に示される交流電圧検出器は、計器用変圧器ＰＴおよび整流器Ｒを備えるとともに、整流器Ｒの出力側に、平滑化回路、電圧調整回路、ローパスフィルタ回路および増幅回路を設けている。発電機Ｇの３相の出力交流電圧ＶＡＣは、Ｖ結線された計器用変圧器ＰＴで検出され、計器用変圧器ＰＴの２次側より出力される交流電圧は、ダイオード整流素子を用いた３相ブリッジ整流回路からなる整流器Ｒで３相全波整流される。整流器Ｒの２次側より出力される直流化電圧は、コンデンサＣ１からなる平滑化回路でリップルが除去され、可変抵抗ＶＲからなる電圧調整回路で電圧レベルが調整された後の直流電圧は、さらに抵抗Ｒ１，Ｒ２およびコンデンサＣ２からなるローパスフィルタ回路を通して、抵抗Ｒ３および演算増幅器ＡＭＰからなる増幅回路へ入力され、増幅回路からの出力信号がフィードバック信号ＶＡｉとなる。したがって、図４（ａ）の交流電圧検出器によれば、図４（ｂ）に示されているように、フィードバック信号ＶＡｉは、ほぼリップルのない直流電圧になっているとともに、発電機出力交流電圧ＶＡＣの最大値ＶＡＣｍに対応するレベルに調整された直流電圧信号として得ることができる。
【００３０】
なお、この発明における発電機出力交流電圧ＶＡＣを検出する交流電圧検出器は上記図４（ａ）の構成に限定されるものではなく、発電機出力交流電圧ＶＡＣの最大値ＶＡＣｍに対応するレベルのフィードバック信号ＡＶｉが得られるものであれば、どのような構成であってもよい。
発電機Ｇの運転状態を給電停止状態とする場合、スイッチＳＷをｂ側に選択し、直流電圧検出器ＶＤで検出されるフィードバック信号ＶＤｉと、電圧設定器ＶＲＫに設定される差分電圧設定値である電圧ＶＫとから、演算器ＯＰにより求めたＶＤｉ−ＶＫを電圧設定値ＶＣ（＝ＶＤｉ−ＶＫ）とし、計器用変圧器ＰＴと整流器Ｒとで検出される発電機出力交流電圧ＶＡＣのフィードバック信号であって最大値ＶＡＣｍに対応する直流電圧信号ＶＡｉが、上記電圧設定値ＶＣに一致するよう、電圧調節器ＡＶＲにより発電機出力交流電圧ＶＡＣを制御する。
【００３１】
そして、発電機Ｇが給電停止状態である場合、上述のように、整流器出力電流ＩＧが流れないことから、ダイオード整流器Ｒｅｃの直流出力側電圧ＶＤＣは電池電圧ＶＢとはほぼ同程度の電圧レベルとなっているので、上記電圧ＶＤＣに対応するフィードバック信号ＶＤｉも電池電圧ＶＢにほぼ対応する直流電圧信号になっている。したがって、発電機出力交流電圧ＶＡＣの最大値ＶＡＣｍに対応する直流電圧信号であるフィードバック信号ＶＡｉが電圧設定値ＶＣ（＝ＶＤｉ−ＶＫ≒ＶＢ−ＶＫ）に一致するように電圧調節された状態においては、発電機出力交流電圧ＶＡＣの最大値ＶＡＣｍと電池電圧ＶＢとの間には、ＶＡＣｍ≒ＶＢ−Ｖｋの関係が成立しており、発電機出力交流電圧ＶＡＣの最大値ＶＡＣｍが、電池電圧ＶＢよりも差分電圧ＶＫだけ低い電圧レベルにほぼ等しくなるように発電機Ｇが制御された状態となっている。
【００３２】
例えば、電池電圧ＶＢ＝５００Ｖのとき、差分電圧設定値である電圧ＶＫを２０Ｖに設定すれば、電圧設定値ＶＣは、ＶＣ＝ＶＤｉ−ＶＫ≒ＶＢ−ＶＫ＝５００Ｖ−２０Ｖ＝４８０Ｖとなり、この設定値で電圧制御が行なわれ、発電機出力交流電圧ＶＡＣの最大値ＶＡＣｍ＝４８０Ｖ＜電池電圧ＶＢ＝５００Ｖとなって、発電機出力交流電圧ＶＡＣをダイオード整流器Ｒｅｃで電池電圧ＶＢからブロックして、発電機Ｇを無負荷の給電停止状態にすることができる。
また、電池電圧は充電終期と充電終止の状態で１：２程度の範囲で電圧変動すると言われるが、この発明における電圧設定方式によれば、差分電圧ＶＫを設定しておいて、電圧設定値ＶＣをＶＣ＝ＶＤｉ−ＶＫ（≒ＶＢ−ＶＫ）として求めることから、電池電圧ＶＢが如何なる値であっても、電池電圧ＶＢに連動して発電機出力交流電圧ＶＡＣが制御され、無負荷の給電停止状態にすることが可能である。
【００３３】
なお、この発明における発電機電圧制御方式では、無負荷の給電停止状態における発電機出力交流電圧ＶＡＣの最大値ＶＡＣｍと電池電圧ＶＢとの差は例えば２０Ｖ程度と小さく、給電停止状態と給電状態とにおける出力交流電圧ＶＡＣの電圧レベルの差は小さいので、発電機Ｇを無負荷の給電停止状態から給電状態へ移行させるとき、給電開始までの時間が短く、急速な負荷変動に迅速に対応することができる。
【００３４】
図３（ｂ）に発電機電圧制御方式の従来例を示す。これは、図３（ａ）の発電機電圧制御方式と比較すると、スイッチＳＷをｂ側に選択した場合の電圧制御モードを設けていない方式となっており、図３（ａ）におけるような発電機出力交流電圧ＶＡＣを検出する交流電圧検出器、差分電圧設定値ＶＫを設定する電圧設定器ＶＲＫ、電圧設定値ＶＣ（＝ＶＤｉ−ＶＫ）を求める演算器ＯＰなどを備えていない構成となっている。なお、図（ｂ）におけるＧＣＡは発電機制御装置であり、発電機電圧の制御手段としては電圧調節器ＡＶＲなどを備えている。
【００３５】
図３（ｂ）の方式で発電機出力交流電圧ＶＡＣの最大値ＶＡＣｍを電池電圧ＶＢより低い電圧（ＶＡＣｍ＜ＶＢ）に制御すべく、電圧設定器ＶＲの設定値ＶＤｓを下げてＶＡＣｍを下げようとしても、発電機出力交流電圧ＶＡＣが電池電圧ＶＢからダイオード整流器Ｒｅｃでブロックされており、ダイオード整流器Ｒｅｃの直流出力側電圧ＶＤＣは電池電圧ＶＢとほぼ同じ電圧レベルに固定されているため、電圧調節器ＡＶＲはマイナス側に飽和して制御不能となる。
【００３６】
このような制御不能の状態は、ダイオード整流器Ｒｅｃの出力側に直流給電母線ＤＣＢを介して電池Ｂが接続されているため、発電機の電圧設定値ＶＤｓを下げても、フィードバック信号ＶＤｉ（≒電池電圧ＶＢ）は電圧設定値ＶＤｓに対して常にＶＤｓ＜ＶＤｉの関係にあることにより発生するもので、その結果、図３（ｂ）の方式では発電機出力交流電圧ＶＡＣの最大値ＶＡＣｍを０〜ＶＢの任意電圧に制御することができない。
また、図３（ｂ）の制御方式により発電機出力交流電圧ＶＡＣの最大値ＶＡＣｍを電池電圧ＶＢより低い電圧にする場合は、発電機出力交流電圧ＶＡＣを一旦０Ｖに設定し、給電開始するときに発電機出力交流電圧ＶＡＣを０Ｖから立ち上げる動作になるから、給電開始までの所要時間が長くなって、急速に増加する負荷に対し迅速な対応ができないという問題がある。
【００３７】
図３（ｂ）の発電機電圧制御方式で生じる以上のような不都合を回避するために、この発明では、上述の図３（ａ）のような発電機Ｇの給電状態と給電停止状態とで電圧制御モードを切り換える発電機電圧制御方式、すなわち、給電状態の電圧制御モード（スイッチＳＷがａ側）では、ダイオード整流器Ｒｅｃの直流出力側電圧ＶＤＣのフィードバック信号ＶＤｉが電圧設定値ＶＤｓに一致するように電圧調節器ＡＶＲにより発電機出力交流電圧ＶＡＣを制御するとともに、給電停止状態の電圧制御モード（スイッチＳＷがｂ側）では、発電機出力交流電圧ＶＡＣの最大値ＶＡＣｍに対応するフィードバック信号ＶＡｉが、ダイオード整流器Ｒｅｃの直流出力側電圧ＶＤＣのフィードバック信号ＶＤｉおよび差分電圧設定値ＶＫから求められた電圧設定値ＶＣ（＝ＶＤｉ−ＶＫ）に一致するように、電圧調節器ＡＶＲにより発電機出力交流電圧ＶＡＣを制御する構成の発電機電圧制御方式を採用している。
【００３８】
なお、上述の図３（ａ）では、１台の発電機Ｇの交流出力をダイオード整流器Ｒｅｃで整流して直流に変換し直流給電母線ＤＣＢを介して電池Ｂや負荷Ｌへ給電するシステムにおける発電機電圧制御方式について説明したが、図１のような、２台の発電機１０（Ｇ１），１９（Ｇ２）の交流出力をそれぞれ各発電機ごとに設けられたダイオード整流器１１（ＲＣ１），２０（ＲＣ２）で整流して直流に変換し共通の直流給電母線１０１を介して電池１（Ｂ１），２（Ｂ２）や、推進電動機３２（Ｍ１），３３（Ｍ２）などの負荷へ給電する電気推進システムにおいても、図３（ａ）と同様な発電機電圧制御方式を適用することができる。
【００３９】
そして、図１の電気推進システムにおける発電機電圧制御方式では、上述のように、発電機制御装置１４（ＧＣ１），２３（ＧＣ２）において各々の発電機の実電流と実電圧とから求められた実出力と、予め設定した不安定動作限度出力ＰＧＵ１，ＰＧＵ２およびＰＧＵと比較し、実出力が設定値よりも小さくなったことを発電機制御装置１４（ＧＣ１），２３（ＧＣ２）で判別したら、切替スイッチ３１（ＳＷＧ）で選択した側の発電機電圧を低下させるようにしているが、このときの選択した側の発電機電圧に対する低下指令が、図３（ａ）のスイッチＳＷをｂ側に選択する操作に相当している。
【００４０】
また、図１の電気推進システムでは、２台の発電機１０（Ｇ１），１９（Ｇ２）が、いずれも、各発電機ごとに設けられたダイオード整流器１１（ＲＣ１），２０（ＲＣ２）を介して直流給電母線１０１に給電している場合、給電状態である２台の発電機１０（Ｇ１），１９（Ｇ２）の各出力電圧は、直流給電母線１０１に接続された電池１（Ｂ１），２（Ｂ２）の電池電圧とほぼ同程度の電圧レベルとなっている。したがって、図１のような発電機２台の電気推進システムにおいて、例えば一方の発電機１９（Ｇ２）を給電状態から給電停止状態に切り換える際には、発電機１９（Ｇ２）の電圧ＶＧ２を、給電状態を継続する他方の発電機１０（Ｇ１）の電圧ＶＧ１（例えば５００Ｖ）よりも、電圧設定器３８（ＶＲＫ）で設定されている差分電圧ＶＫ（例えば２０Ｖ）だけ低い電圧レベルＶＧ１−ＶＫ（＝５００Ｖ−２０Ｖ＝４８０Ｖ）まで低下させれば、ダイオード整流器２０（ＲＣ２）により発電機１９（Ｇ２）の電圧ＶＧ２が直流給電母線１０１の電圧からブロックされるので、発電機１９（Ｇ２）は無負荷の給電停止状態となる。
また、図３（ａ）の発電機電圧制御方式は、その適用対象が上述の図１のような２台の発電機が並列に設けられた構成に限定されるものではなく、３台以上の発電機が並列に設けられた構成にも適用することができる。
【００４１】
以上は、主として発電機の２台並列構成の場合であったが、図５（ａ１），（ａ２），（ａ３）に発電機台数が２台，３台，４台の各場合の構成例、図５（ｂ１），（ｂ２），（ｂ３）にそれぞれの場合の動作例を示す。なお、ＰＧＳは図１の切替スイッチＳＷＧに対応する発電機運転の動作順序を選択・設定する切替設定器である。
例えば図５（ａ３）の４台並列構成の場合、負荷がＬ１レベル以下の場合は発電機Ｇ１のみで負荷に電力を供給し、負荷がＬ１レベルを超えたら、発電機Ｇ２の電圧を発電機Ｇ１の電圧に合致するよう上昇させてＧ１，Ｇ２の並列運転とし、さらに負荷が増加してＬ２レベルを超えたら、発電機Ｇ３の電圧を発電機Ｇ１，Ｇ２の電圧に合致するよう上昇させてＧ１，Ｇ２，Ｇ３の並列運転として重負荷状態に対応し、さらに負荷が増加してＬ３レベルを超えたら、発電機Ｇ４の電圧を発電機Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の電圧に合致するよう上昇させてＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４の並列運転とし、さらなる重負荷状態に対応できるようにする。
【００４２】
また、４台並列構成において、４台並列運転時に負荷が減少してＬ３レベル以下になったときは、発電機Ｇ４の電圧を下げてダイオード整流器で電圧をブロックし、待機状態にしてＧ１，Ｇ２，Ｇ３の並列運転とし、さらに負荷が減少してＬ２レベル以下になったら、発電機Ｇ３の電圧を下げてダイオード整流器で電圧をブロックし、待機状態として発電機Ｇ１，Ｇ２の並列運転とし、さらに、負荷が減少してＬ１レベル以下になったら、発電機Ｇ２の電圧を下げてダイオード整流器で電圧をブロックし待機状態とし、発電機Ｇ１のみで負荷へ電力を供給する。
なお、図５（ａ１）の２台並列構成および図５（ａ２）の３台並列構成の場合も、上記の４台並列構成の場合と同様にして運転することができ、また、５台以上の並列構成の場合も、上記と同様にして運転することができる。
【００４３】
すなわち、負荷レベルに応じて給電状態の発電機の台数、すなわち発電機出力台数を変更し、軽負荷での原動機駆動発電機の不安定動作を回避させるために発電機出力台数を減少させ、重負荷では発電機出力台数を増加させる制御動作により、軽負荷および重負荷の間で変動する負荷の大きさに適した発電機出力台数を選択し、安定な電力供給を行なう。なお、給電状態の発電機の切替順序は、切替設定器ＰＧＳにより行なう。例えば、Ｇ１→Ｇ２→Ｇ３→Ｇ４、またはＧ４→Ｇ３→Ｇ２→Ｇ１のように任意に設定できるようにしておけば、設定された順序で負荷レベルに応じて発電機は運転されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】一般的な電気推進システムを示す構成図
【図２】図１におけるこの発明の発電機運転方式を説明するタイムチャート
【図３】この発明における発電機電圧制御方式とその従来方式を示す構成図
【図４】この発明における発電機出力交流電圧検出方式を例示する説明図
【図５】並列台数が異なる場合の発電機並列運転説明図
【図６】特許文献１の概要を説明する構成図
【符号の説明】
【００４５】
１，２（Ｂ１，Ｂ２），Ｂ…電池、３〜８，３６，３７（Ｓ１〜Ｓ８）…スイッチ、９，１８（ＤＥ１，ＤＥ２），Ｅｎｇ…駆動用原動機、１０，１９（Ｇ１，Ｇ２），Ｇ…発電機、１１，２０（ＲＣ１，ＲＣ２），Ｒｅｃ…ダイオード整流器、Ｒ…整流器、１２，２１（ＦＬ１，ＦＬ２），ＦＬ…発電機界磁、１３，２２（ＥＸ１，ＥＸ２），ＥＸ…励磁装置、１４，２３（ＧＣ１，ＧＣ２），ＧＣ，ＧＣＡ…発電機制御装置、１５，２４（ＳＨ１，ＳＨ２）…電流検出器、１６，２５（ＶＤ１１，ＶＤ２１），ＶＤ…直流電圧検出器、１７，２６（ＶＤ１２，ＶＤ２２）…交流電圧検出器、２７，２９（ＶＲ１，ＶＲ３），３８（ＶＲＫ）…電圧設定器、２８，３０（ＶＲ２，ＶＲ４）…電流設定器、３１（ＳＷＧ），ＳＷ…切替スイッチ、３２，３３（Ｍ１，Ｍ２）…推進電動機、３４，３５（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）…インバータ、ＰＧＳ…切替設定器、ＰＴ…計器用変圧器、Ｌ…負荷、ＯＰ…演算器、ＡＶＲ…電圧調節器、１０１，ＤＣＢ…直流給電母線、Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗、ＶＲ…可変抵抗、ＡＭＰ…演算増幅器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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