(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が異なる複数の電源を取出可能に構成した電源装置において、三相交流高周波発電機の巻線から、高周波点灯用電源を取り出すとともに、整流器とインバータとによって商用電源と同じ電圧及び周波数に変換された補助電源を取り出すように構成したことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
周波数が異なる複数の電源を取出可能に構成した電源装置において、三相交流発電機から、整流器とインバータと、出力波形を平滑化するフィルタを介して、商用電源と同じ電圧及び周波数に変換された補助電源を取り出すとともに、該インバータの下流側には、前記補助電源側のフィルタへ案内するか、高周波点灯用電源を取り出すための回路側へ案内するかの選択を行う電源切換スイッチを設け、該電源切換スイッチにより、高周波点灯用電源として取り出すことを可能としたことを特徴とする発電装置。
【請求項３】
前記高周波点灯用電源の波形が矩形であることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記発電装置は、出力される電源周波数を切り換える周波数切換スイッチ、及び電源の出力方向を補助電源側と高周波点灯用電源側とに切り換える電源切換スイッチを備え、該周波数切換スイッチと電源切換スイッチとを連動させたことを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数が異なる複数の電源を取出可能に構成される電源装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エンジン等により駆動される発電装置においては、特開平１０−１２７０２５号公報等に示す如く、高周波点灯用電源と、１００Ｖ・５０Ｈ／６０Ｈの商用電源といったように異なる複数の電源を取出可能に構成したものがある。例えば、図７に示すように、発電機１０１の複数の巻線１０２からそれぞれ高周波点灯用電源を取り出してメタルハライドランプ等の高輝度放電ランプ１０３を点灯させるとともに、一部の巻線１０２から整流器１０４及びインバータ１０５を介し補助電源として商用電源１０６を取り出すように構成しており、この商用電源１０６を用いて水中ポンプや電動工具や溶接器等を駆動していた。そして、商用電源１０６は、高周波点灯用電源が取り出される巻線１０２の内、一部の巻線１０２から切換装置１０７により切り換えて取り出すようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の如く構成された発電機１０１は、単相式に構成されていたので、発電効率が低くなるとともに、発電機１０１が大型化してしまっていた。また、電源を整流するために必要なコンデンサ容量が大きくなり、整流を行うのが困難であった。また、商用電源１０６は、巻線１０２からの高周波点灯用電源の出力を切り換えて取り出すように構成されているので、商用電源１０６と高周波点灯用電源とを同時に使用することができなかった。さらに、商用電源１０２に用いられるのは、複数の巻線１０２の内の一部の巻線１０２、即ち高周波点灯用電源の出力の一部のみであったため、商用電源の出力容量が小さかった。
【０００４】
【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、次に該課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項１においては、周波数が異なる複数の電源を取出可能に構成した電源装置において、三相交流高周波発電機の巻線から、高周波点灯用電源を取り出すとともに、整流器とインバータとによって、商用電源と同じ電圧及び周波数に変換された補助電源を取り出すように構成した。
【０００５】
請求項２においては、周波数が異なる複数の電源を取出可能に構成した電源装置において、三相交流発電機から、整流器とインバータと、出力波形を平滑化するフィルタを介して、商用電源と同じ電圧及び周波数に変換された補助電源を取り出すとともに、該インバータの下流側には、前記補助電源側のフィルタへ案内するか、高周波点灯用電源を取り出すための回路側へ案内するかの選択を行う電源切換スイッチを設け、該電源切換スイッチにより、高周波点灯用電源として取り出すことを可能とした。
【０００６】
また、請求項３においては、前記高周波点灯用電源の波形が矩形である。
【０００７】
また、請求項４においては、前記発電装置は、出力される電源周波数を切り換える周波数切換スイッチ、及び電源の出力方向を補助電源側と高周波点灯用電源側とに切り換える電源切換スイッチを備え、該周波数切換スイッチと電源切換スイッチとを連動させた。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の発電装置を搭載する投光機を示す側面図、図２は同じく投光機を示す正面図、図３は発電装置を示す概略回路図、図４は発電装置の別実施例を示す概略回路図、図５は同じく発電装置の別実施例を示す回路図、図６は高周波発電機から出力される各電源の出力波形を示す図、図７は従来の発電装置を示す回路図である。
【０００９】
まず、投光機にセットされた本発明の発電装置Ａ、及び該投光機の概略構成ついて説明する。図１、図２に示す投光機は、メタルハライドランプ等の高輝度放電ランプ４を具備しており、該高輝度放電ランプ４は投光機支柱１７により支持され、該投光機支柱１７は発電装置Ａの一側方部に固定されている。発電装置Ａはセットケース１６に内装されており、エンジン及び該エンジンにより駆動される高周波発電機にて構成されている。また、投光機は、セットケース１６の下部に取り付けられるキャスター輪１５により、操向ハンドル１４を押すことで走行移動可能とされている。そして、本投光機には、３灯の高輝度放電ランプ４が設けられている。
【００１０】
次に、発電装置Ａについて説明する。図３に示すように、発電装置Ａは、高周波発電機Ａ１とインバータユニットＡ２とで構成されている。高周波発電機Ａ１は三相交流発電機に構成されており、該高周波発電機Ａ１には３個の巻線２・２・２が並列に接続されている。各巻線２には、それぞれ高輝度放電ランプ４が接続されており、該高周波発電機Ａ１からの出力により各高輝度放電ランプ４を点灯するようにしている。即ち、高周波発電機Ａ１からは高周波点灯用の電源が出力され、その出力周波数は、例えば４８０Ｈｚとしている。
【００１１】
一方、インバータユニットＡ２は、三相全波整流器５、インバータ回路６、フィルタ７、及びコントローラ８等により構成され、高周波発電機Ａ１に接続されている。そして、高周波発電機Ａ１からの出力を三相全波整流器５により整流した後、インバータ回路６によって交流化し、フィルタ７により波形を平滑化して、一定周波数の交流電力を補助電源として取り出すようにしており、本例においては、５０Ｈｚ／６０Ｈｚ・１００Ｖの商用電源を補助電源として取り出し、該補助電源を水中ポンプ、電動工具、及び溶接器等の各種機器を駆動するようにしている。
【００１２】
また、高周波発電機Ａ１からの出力を補助電源として取り出す場合、３個の巻線２・２・２全てからの出力をインバータユニットＡ２に入力して、高周波発電機Ａ１全体から補助電源を取り出すようにしている。尚、高周波発電機Ａ１は、例えば発電周波数を４８０Ｈｚとしているが、他の周波数を出力することもでき、高輝度放電ランプ４が必要とする周波数の電源を出力するように構成されている。
【００１３】
インバータ回路６は、例えばＰＷＭ制御方式のコントローラ８により制御されており、該コントローラ８には、補助電源の出力周波数を切り換える周波数切換スイッチ１３が設けられ、フィルタ７を通過した後の出力の電圧値及び電流値が回路ｃ１・ｃ２を通じてフィードバックされている。また、コントローラ８には温度計１８が接続されている。
【００１４】
このように、本発電装置Ａにおいては、４８０Ｈｚ等の高周波電源と、５０Ｈｚ／６０Ｈｚの商用電源といった異なる周波数の電源を取出可能に構成している。そして、取り出される電源は、三相交流発電機に構成した高周波発電機Ａ１から取り出されており、単相発電機から電源を取り出す場合に比べて発電効率が高くなるため、同じ容量の出力を取り出す場合には、発電装置Ａをコンパクトに構成することができ、コストダウンを図ることができる。また、高周波発電機Ａ１は三相交流発電機に構成されているため、三相全波整流器５により出力を整流する場合、リプルが小さく整流を容易に行うことができる。
【００１５】
また、高周波点灯用の高周波発電機Ａ１は、高輝度放電ランプ４を点灯させるための電源を出力しつつ、補助電源を取り出すためのインバータユニットＡ２へも電源を出力するように構成しているので、高輝度放電ランプ４を点灯させながら、同時に、商用電源にて駆動される各種機器を駆動することができる。さらに、補助電源用の出力は、高周波発電機Ａ１から全体的に取り出すようにしているので、補助電源の出力容量を大きく取ることが可能であり、例えば、高輝度放電ランプ４を点灯させない場合には、高周波発電機Ａ１の全容量を補助電源として取り出すことができる。尚、高輝度放電ランプ４の点灯は、高周波点灯用電源により行っているので発電効率が高く、同じ容量の発電機であれば商用電源で点灯させた場合よりも明るく点灯させることができる。また、点灯時のちらつきや立ち消え等の発生も抑えることができる。
【００１６】
また、本発電装置Ａが搭載される投光機においては、高輝度放電ランプ４を３灯設けており、各高輝度放電ランプ４は、高周波発電機Ａ１に３個設けられる巻線２にそれぞれ接続されているので、該高輝度放電ランプ４を点灯させた場合の負荷バランスが良好となる。尚、高周波発電機Ａ１からは、高輝度放電ランプ４が必要とする周波数の電源が出力されるので、インバータ回路６は補助電源を取り出すインバータユニットＡ２のみに設ければよい。
【００１７】
次に、発電装置Ａの別実施例について説明する。図４、図５に示す発電装置Ｂは、高周波発電機Ｂ１とインバータユニットＢ２とで構成されている。インバータユニットＢ２は、三相全波整流器５、インバータ回路６、フィルタ７、及びコントローラ８等により構成されており、該インバータユニットＢ２には高周波発電機Ｂ１からの出力が入力されている。
【００１８】
インバータユニットＢ２へ入力された高周波発電機Ｂ１からの出力は、三相全波整流器５により整流され、図５に示す平滑コンデンサ１９に平滑された後、インバータ回路６によって交流化される。そして、交流化された出力を、フィルタ７により波形を平滑化し、一定周波数の交流電力に変換して、補助電源として取り出すことを可能としている。尚、本例においては、補助電源として５０Ｈｚ／６０Ｈｚ・１００Ｖの商用電源を取り出し、該補助電源を水中ポンプ、電動工具、及び溶接器等の各種機器を駆動するようにしている。
【００１９】
また、インバータ回路６の下流側には電源切換スイッチ２１が設けられており、該電源切換スイッチ２１を切り換えることによって、インバータ回路６によって交流化された電源を、補助電源側のフィルタ７へ案内するか、高周波点灯用電源を取り出すための回路ｃ３側へ案内するかの選択を行うことができるように構成している。回路ｃ３には投光機等に用いられる複数の高輝度放電ランプ４が接続されている。
【００２０】
インバータ回路６は、例えばＰＷＭ制御方式のコントローラ８により制御されており、該コントローラ８により、使用したい電源の電圧や周波数に応じた出力波形をインバータ回路６から出力させるようにしている。即ち、高周波発電機Ｂ１からの出力を補助電源として用いる場合には、コントローラ８及びインバータ回路により、５０Ｈｚ・１００Ｖ又は６０Ｈｚ・１００Ｖの商用電源を得ることができるような出力波形を形成し、高周波発電機Ｂ１からの出力を回路ｃ３側へ導いて高輝度放電ランプ４を点灯させる場合には、該高輝度放電ランプ４が必要とする周波数の高周波点灯用電源を得ることができるような出力波形を、コントローラ８及びインバータ回路により形成するように構成している。
【００２１】
具体的には、高周波発電機Ｂ１からの出力を補助電源として、５０Ｈｚ・１００Ｖの商用電源に変換して用いる場合には、図６（ａ）に示すような、周期が１／ｆ50（ｓ）であるＰＷＭ波形が出力され、高周波発電機Ｂ１からの出力を補助電源として、６０Ｈｚ・１００Ｖの商用電源に変換して用いる場合には、図６（ｂ）に示すような、周期が１／ｆ60（ｓ）であるＰＷＭ波形が出力される。尚、図６（ａ）に示すＰＷＭ波形は、フィルタ７を通過することにより周波数が５０Ｈｚの正弦波形に変換され、図６（ｂ）に示すＰＷＭ波形は、フィルタ７を通過することにより周波数が６０Ｈｚの正弦波形に変換される。
【００２２】
また、高周波発電機Ｂ１からの出力を、高輝度放電ランプ４を点灯させるため等の高周波電源として用いる場合には、図６（ｃ）に示すような、周期が１／ｆx （ｓ）である矩形波が出力される。ここで、ｆx は出力される高周波電源の周波数Ｘの値を示し、例えば周波数８００Ｈｚの高周波電源が出力されるならば、ｆ800 ＝８００となる。また、前記ｆ50及びｆ60も同様であり、ｆ50＝５０、ｆ60＝６０である。
【００２３】
また、コントローラ８には、補助電源の出力周波数を切り換える周波数切換スイッチ２２が設けられており、該周波数切換スイッチ２２により、インバータ回路６から出力される電源の周波数を、例えば５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、８００Ｈｚの３段階に切り換えることができるようにしている。さらに、コントローラ８には、フィルタ７を通過した後の電源出力の電圧値及び電流値が回路ｃ１・ｃ２を通じてフィードバックされているとともに、温度計１８が接続されている。
【００２４】
図５に示すように、前記電源切換スイッチ２１は電磁コイル２３に接続されており、該電磁コイル２３に電流が流れておらずオフ状態となっている場合には、該電源切換スイッチ２１が、インバータ回路６からの電源出力が補助電源側へ案内される側に切り換えられるように構成している。逆に、電磁コイル２３に電流が流れてオン状態となると、電源切換スイッチ２１が切り換えられ、インバータ回路６からの電源出力が高周波点灯用電源側へ案内される。
【００２５】
コントローラ８は、前記周波数切換スイッチ２２の接片２２ｄが接点２２ａと接続されている場合には、インバータ回路６から５０Ｈｚの商用電源が出力されるように制御を行い、接片２２ｄが接点２２ｂと接続されている場合には、インバータ回路６から６０Ｈｚの商用電源が出力されるように制御を行い、接片２２ｄが接点２２ｃと接続されている場合には、インバータ回路６から８００Ｈｚの高周波点灯用電源が出力されるように制御を行う。コントローラ８内にはリレー２４が設けられており、周波数切換スイッチ２２の接片２２ｄが接点２２ｃと接続されると該リレー２４がオンする。また、コントローラ８内には電磁コイル２３に接続される回路ｃ４が設けられ、リレー２４がオンすると該回路ｃ４が閉じて電磁コイル２３に電流が流れるように構成している。
【００２６】
即ち、周波数切換スイッチ２２と電源切換スイッチ２１とは連動しており、周波数切換スイッチ２２を５０Ｈｚの位置又は６０Ｈｚの位置に切り換えると、電源切換スイッチ２１がインバータ回路６とフィルタ７とを接続する位置に切り換わり、インバータ回路６から５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用電源が出力されて補助電源側へ案内され、周波数切換スイッチ２２を８００Ｈｚの位置に切り換えると、電源切換スイッチ２１がインバータ回路６と回路ｃ３とを接続する位置に切り換わり、インバータ回路６から８００Ｈｚの高周波電源が出力されて高周波点灯電源側へ案内されることとなる。
【００２７】
このように、周波数切換スイッチ２２の切換操作を行うだけで、電源切換スイッチ２１が連動して自動的に切り換わるので、電源の周波数切換をするだけで補助電源と高周波点灯用電源との切り換えをも同時に行うことができ、切換操作が容易になるとともに、誤操作を防止することができる。
【００２８】
また、電源装置Ｂにおいては、該インバータ回路６の下流側から、コントローラ８及びインバータ回路６により高周波に変換した高周波点灯用電源を取り出すように構成しているため、高周波点灯用電源の周波数は高周波発電機Ｂ１から出力される電源の周波数に制限されず、取り出す高周波点灯用電源の周波数を任意に設定することが可能となる。そして、高周波点灯用電源の周波数を高く設定することにより、該高周波点灯用電源を用いて点灯される高輝度放電ランプ４のちらつきや立ち消え等を減少することができる。
【００２９】
また、取り出した高周波点灯用電源により高輝度放電ランプ４を点灯させている最中に、同時に補助電源を取り出して使用した場合には、補助電源にかかる負荷が大きいと、高周波点灯用電源の電圧が低下して高輝度放電ランプ４の立ち消えが発生する恐れがあるが、本電源装置Ｂにおいては、補助電源及び高周波点灯用電源は、電源切換スイッチ２１により切り換えてどちらか一方のみを取り出すことができるように構成しているので、電圧低下による高輝度放電ランプ４の立ち消え発生を防止することができる。
【００３０】
また、本例においては、回路ｃ３を通じて取り出す高周波点灯用電源は、電源周波数を８００Ｈｚに設定して高輝度放電ランプ４を点灯させているが、水銀灯等の他のＨＩＤランプを点灯させることも可能であり、それぞれのランプに応じた電源周波数（例えば５００Ｈｚ〜１０００Ｈｚ程度）に設定することができる。
【００３１】
そして、該高周波点灯用電源においては、図６（ｃ）に示すように、出力波形が矩形波となるように制御している。このように、出力波形を、立ち上がりがほぼ垂直である矩形波とすることにより、該出力波形を、立ち上がりが緩やかな正弦波とした場合に比べてランプ点灯に必要な電圧を長時間確保することができ、点灯効率が高くランプを明るく点灯させることができる。また、ランプの種類やバラツキ等にかかわらず、ランプを安定して点灯させることができ、ちらつきを大幅に減少させることができる。さらに、ランプの再点灯電圧が低くなるので、高周波点灯用電源の電圧が低下した場合でも立ち消えが発生しにくくなる。また、補助電源側に設けているフィルタ７の如く、波形を整えるフィルタを設ける必要もない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を奏するのである。
即ち、請求項１記載の如く、三相交流高周波発電機の巻線から、高周波点灯用電源を取り出すとともに、整流器とインバータとによって商用電源と同じ電圧及び周波数に変換された補助電源を取り出すように構成したので、単相発電機から電源を取り出す場合に比べて発電効率が高くなり、同じ容量の出力を取り出す場合には発電装置をコンパクトに構成することができて、コストダウンを図ることができる。
また、高周波発電機は三相交流発電機に構成されているため、出力を整流する場合、リプルが小さく整流を容易に行うことができる。
また、高周波点灯用の三相高周波発電機は、メタルハライドランプ等の高輝度放電ランプを点灯させるための電源を出力しつつ、同時に補助電源を取り出すためのインバータユニットへも電源を出力可能に構成しているので、高輝度放電ランプを点灯させながら、同時に、商用電源にて駆動される各種機器を駆動することができる。
さらに、補助電源用の出力は、三相高周波発電機から全体的に取り出すようにしているので、補助電源の出力容量を大きく取ることが可能であり、例えば、高輝度放電ランプを点灯させない場合には、三相高周波発電機の全容量を補助電源として取り出すことができる。
また、本発電装置が搭載される投光機においては、例えば高輝度放電ランプを３灯設けて、三相高周波発電機に３個設けられる巻線に各高輝度放電ランプをそれぞれ接続させると、該高輝度放電ランプを点灯させた場合の負荷バランスを良好とすることができる。
【００３３】
さらに、請求項２記載の如く、周波数が異なる複数の電源を取出可能に構成した電源装置において、三相交流発電機から、整流器とインバータと、出力波形を平滑化するフィルタを介して、商用電源と同じ電圧及び周波数に変換された補助電源を取り出すとともに、該インバータの下流側には、前記補助電源側のフィルタへ案内するか、高周波点灯用電源を取り出すための回路側へ案内するかの選択を行う電源切換スイッチを設け、該電源切換スイッチにより、高周波点灯用電源として取り出すことを可能としたので、高周波点灯用電源の周波数は発電装置から出力される電源の周波数に制限されず、取り出す高周波点灯用電源の周波数を任意に設定することが可能となる。
そして、高周波点灯用電源の周波数を高く設定することにより、該高周波点灯用電源を用いて点灯されるメタルハライドランプ等の高輝度放電ランプのちらつきや立ち消え等を減少することができる。
また、取り出した高周波点灯用電源により高輝度放電ランプ等を点灯させている最中に、同時に補助電源を取り出して使用した場合には、補助電源にかかる負荷が大きいと、高周波点灯用電源の電圧が低下して高輝度放電ランプ等の立ち消えが発生する恐れがあるが、本電源装置においては、補助電源及び高周波点灯用電源は、切り換えてどちらか一方のみを取り出すことができるように構成しているので、電圧低下による高輝度放電ランプ等の立ち消え発生を防止することができる。
【００３４】
さらに、請求項３記載の如く、前記高周波点灯用電源の波形が矩形であるので、高周波点灯用電源の出力波形を、立ち上がりが緩やかな正弦波とした場合に比べて、立ち上がりがほぼ垂直である矩形波ではランプ点灯に必要な電圧を長時間確保することができ、点灯効率が高くランプを明るく点灯させることができる。また、ランプの種類やバラツキ等にかかわらず、ランプを安定して点灯させることができ、ちらつきを大幅に減少させることができる。
さらに、ランプの再点灯電圧が低くなるので、高周波点灯用電源の電圧が低下した場合でも立ち消えが発生しにくくなる。
また、補助電源側に設けているフィルタの如く、波形を整えるフィルタを設ける必要もない。
【００３５】
さらに、請求項４記載の如く、前記発電装置は、出力される電源周波数を切り換える周波数切換スイッチ、及び電源の出力方向を補助電源側と高周波点灯用電源側とに切り換える電源切換スイッチを備え、該周波数切換スイッチと電源切換スイッチとを連動させたので、周波数切換スイッチの切換操作を行うだけで、電源切換スイッチが連動して自動的に切り換わることとなる。
従って、電源の周波数切換をするだけで補助電源と高周波点灯用電源との切り換えをも同時に行うことができ、切換操作が容易になるとともに、誤操作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の発電装置を搭載する投光機を示す側面図である。
【図２】  同じく投光機を示す正面図である。
【図３】  発電装置を示す概略回路図である。
【図４】  発電装置の別実施例を示す概略回路図である。
【図５】  同じく発電装置の別実施例を示す回路図である。
【図６】  高周波発電機から出力される各電源の出力波形を示す図である。
【図７】  従来の発電装置を示す回路図である。
【符号の説明】
Ａ・Ｂ  発電装置
Ａ１・Ｂ１  高周波発電機
Ａ２・Ｂ２  インバータユニット
２  巻線
４  高輝度放電ランプ
５  三相全波整流器
６  インバータ回路
７  フィルタ
８  コントローラ
１７・２２  周波数切換スイッチ
２１  電源切換スイッチ
【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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【図７】
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