JP2018168750A - エンジン発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を防いで容易に始動可能なエンジン発電機を提供する。【解決手段】エンジン発電機１００は、エンジンと、エンジンにより駆動されて発電する一方、エンジン始動時にエンジン始動用電動機として動作可能な発電部と、エンジンと発電部とを収容するケース１と、ケース１に着脱可能に取り付けられるバッテリ５と、発電部に接続されるインバータユニットと、ケース１に取り付けられたバッテリ５とインバータユニットとを接続し、インバータユニットを介してバッテリ５の電力を発電部に供給する給電回路とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、汎用エンジンにより駆動される発電部を有するエンジン発電機に関する。

従来より、エンジンのクランク軸に連結されたエンジン始動用のリコイルスタータを有し、リコイルスタータの操作によりクランク軸を回転させ、エンジンを始動させるようにした発電機が知られている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１記載のようなリコイルスタータの操作によりエンジンを始動する方式は、ユーザに労力を課すものであり、ユーザにとって負担が大きい。これに対し、発電機にバッテリを内蔵し、バッテリの電力を用いて発電部（オルタネータ）をスタータモータとして機能させ、エンジンをクランキングして始動させるようにした発電機が知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２０１４−１８１５６７号公報 特開２０１２−２４４６９０号公報

しかしながら、上記特許文献２記載の発電機は、バッテリを内蔵するため、発電機の大型化を伴う。

本発明の一態様は、汎用エンジンと、エンジンにより駆動されて発電する一方、エンジン始動時にエンジン始動用電動機として動作可能な発電部と、エンジンと発電部とを収容する筐体と、筐体に着脱可能に取り付けられるバッテリと、発電部に接続されるインバータユニットと、筐体に取り付けられたバッテリとインバータユニットとを接続し、インバータユニットを介してバッテリの電力を発電部に供給する給電回路と、を備える。

本発明によれば、バッテリを筐体に着脱可能に設けるとともに、バッテリの電力を発電部に供給するようにしたので、バッテリの電力により発電部を駆動してエンジンを始動することができるとともに、バッテリを内蔵する必要がないため、エンジン発電機の大型化を防ぐことできる。

本発明の実施形態に係るエンジン発電機の正面図。 本発明の実施形態に係るエンジン発電機の側面図。 本発明の実施形態に係るエンジン発電機からバッテリパックを取り外した状態を示す斜視図。 本発明の実施形態に係るエンジン発電機におけるバッテリパックの取付動作の一例を示す図。 図４Ａに続く動作の一例を示す図。 本発明の実施形態に係るエンジン発電機の主要な電気回路を示す図。 本発明の実施形態に係るエンジン発電機の変形例を示す斜視図。 本発明の実施形態に係るエンジン発電機を構成するバッテリのロック機構の一例を示す図。

以下、図１〜図７を参照して本発明の実施形態について説明する。図１，図２は、それぞれ本発明の実施形態に係るエンジン発電機１００の正面図および側面図である。なお、以下では、便宜上、図示のように前後方向、左右方向および上下方向を定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。上下方向は、重力方向に相当する。

図１，２に示すように、エンジン発電機１００は、前後面、左右面および上下面を有する全体が略ボックス形状のケース１を備え、ケース１の内部に汎用エンジン２と、エンジン２により駆動される発電部３と、発電部３に接続されるインバータユニット１０とが収容される。エンジン発電機１００は、ユーザが手動で持ち運び可能な寸法および重量を有する可搬式ないし携帯式発電機であり、ケース１の上部には、持ち運びを容易にするための把持用取っ手１ａが設けられる。

エンジン２は、例えばガソリンを燃料とする点火式の空冷エンジンであり、シリンダ内を往復動するピストンと、ピストンに同期して回転するクランクシャフト（出力軸）とを有する。クランクシャフトは例えば前後方向に延在し、エンジン２の動力は、クランクシャフトを介して発電部３に出力される。クランクシャフトには、リコイルスタータ４が接続される。

リコイルスタータ４は、ユーザが手動でエンジン２を始動するためのエンジン始動装置を構成する。リコイルスタータ４は、図示しないプーリに巻き付けられたケーブルと、ケーブルの先端部が固定されたノブ４ａとを有する。ノブ４ａは、例えばケース１の左面に設けられ、ユーザがノブ４ａを把持してケーブルを引っ張ることで、プーリが回転する。これによりプーリの回転を介してクランクシャフトが回転し、エンジン２の始動が可能となる。

発電部（発電機本体）３は、エンジン２により駆動されて交流電力を発電する多極オルタネータであり、クランクシャフトに連結されてクランクシャフトと一体に回転するロータと、ロータの周面に対向してロータと同心状に配置されたステータとを有する。ロータには永久磁石が設けられる。ステータには、１２０度毎の位相角で配置されたＵＶＷの巻線が設けられる。

本実施形態の特徴的構成として、エンジン発電機１００は、ケース１の右面に着脱可能に取り付けられバッテリ５を内蔵したバッテリパック５０を備える。バッテリ５はインバータユニット１０を介して発電部３に接続され、バッテリ５の電力により発電部３をスタータモータとして駆動することで、エンジン２を始動する。すなわち、発電部３は、発電だけでなくエンジン２の始動も行うスタータ・ジェネレータとして機能する。バッテリ５は、エンジン２を始動するための所定電圧を印加する充放電可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン電池により構成される。

図３は、バッテリパック５０の取り外し状態を示すエンジン発電機全体の斜視図である。図３に示すように、ケース１の右面１Ｒには、略矩形板状の端子台６が取り付けられ、端子台６の表面（右面）に、インバータユニット１０に接続された端子７（接点）が設けられる。端子７は、上下方向（矢印Ａ方向）にスライド可能なカバー８により覆われる。

カバー８は、カバー８の内側（端子台６とカバー８との間）であり、例えば端子７の前後両側には一対のばね９が設けられる。ばね９の一端部は端子台６に固定され、他端部はかば８の下端部に固定される。これによりカバー８はばね９により上方に付勢され、図３の初期位置、すなわち上端位置に保持される。ばね９の付勢力に抗してカバー８を下方にスライドさせると、端子７が露出する。端子台６の前後面には、上下方向に溝部６１が延設される。

バッテリパック５０は、前後面、左右面および上下面を有し、全体が略ボックス形状を呈する。バッテリパックの左面５１は、端子台６に対向するバッテリパック取付面であり、この取付面（左面５１）には、前後面と上面とが閉塞かつ下面が開放された凹部５２が設けられる。凹部５２の底面には、バッテリ５の端子５３（接点）が露出して設けられる。端子５３の下方には、端子５３よりも左方に突出した凸部５４が設けられる。凹部５２の上面５２ａすなわち段部は、端子台６に対するバッテリパック５０のスライド位置を規制するためのストッパを構成する。

凹部５２の幅（前後方向長さ）は、端子台６の幅とほぼ等しく、凹部５２の前後面には、端子台６の溝部６１に対応して上下方向に突起部５５が延設される。前後の突起部５５と溝部６１とを係合させながら、図３の矢印Ｂに示すように、端子台６に沿って上方からバッテリパック５０をスライドさせることにより、バッテリパック５０を端子台６に取り付けることができる。なお、図示は省略するが、バッテリパック５０には、エンジン振動によるバッテリパック５０の浮き上がりと脱落とを防止するためのラッチが設けられる。バッテリパック５０は、その前後面に設けられたラッチ解除用ボタン５６を操作することにより取りはずことができる。

図４Ａ，図４Ｂは、それぞれ本実施形態に係るエンジン発電機１００におけるバッテリパック５０の取付動作を示す図（一部断面図）である。バッテリパック５０を取り付ける場合には、図４Ａに示すように、バッテリパック５０を端子台６の上方に位置させた状態から、端子台６の前後の溝部６１とバッテリパック５０の前後の突起部５５と係合させ、端子台６に対するバッテリパック５０の前後方向および左右方向の位置を規制しながら、バッテリパック５０を下方にスライドさせる。バッテリパック５０の凸部５４がカバー８の上面８ａに当接すると、カバー８はばね９（図３）の付勢力に抗して下方に押動される。

図４Ｂに示すように、バッテリパック５０は、凹部５２の上面５２ａが端子台６の上面６ａに当接するまで下方に最大にスライドさせる。このとき、カバー８が最下部に押動されて端子台６の端子７が露出し、端子７とバッテリ５の端子５３とが接触する。これによりバッテリ５からの電力を、インバータユニット１０を介して発電部３に供給することができる。この状態からバッテリパック５０を上方にスライドさせると、端子台６からバッテリパック５０を取り外すことができる。このとき、ばね９の付勢力によりカバー８が上方に移動し、端子７がカバー８で覆われる。

以上のようにケース１の側面（右面１Ｒ）にバッテリ５（バッテリパック５０）を着脱可能に設けることにより、エンジン始動時にスタータモータとして発電部３を駆動するための電力を、バッテリ５から供給することができる。このため、ケース１内にバッテリ５を配置する必要がなく、エンジン発電機１００をコンパクトに構成することができ、可搬性ないし携帯性に優れたエンジン発電機１００を提供することができる。すなわち、バッテリ５は、簡易な操作（単なるスライド操作）によりエンジン始動時にのみ取り付けるように構成できるので、エンジン発電機１００を移動する際にバッテリ５は取り外され、その分、エンジン発電機１００の小型化および軽量化が可能である。

また、バッテリ５の取り外し操作（上方へのスライド操作）に伴い、端子７が自動的にカバー８で覆われるので、端子７が外部に露出することがなく、端子７の表面を保護できる。さらに、バッテリパック５０の突起部５５を端子台６の溝部６１に係合させながらバッテリパック５０を最下部までスライドさせることで、バッテリパック５０が端子台６に対し位置決めされた状態で端子７，５３同士が接触する。したがって、バッテリパック５０を、エンジン２の振動等によらず所定の接触位置に安定的に保持できる。

図５は、エンジン発電機１００の主要な電気回路を示す図である。図５に示すように、エンジン発電機１００は、発電部３により出力された三相交流を所定周波数の交流電力に変換するインバータユニット１０を有する。インバータユニット１０は、発電部３より出力された三相交流を整流する電力変換回路１１と、電力変換回路１１から出力された直流を単相交流に変換するインバータ１２と、電力変換回路１１およびインバータ１２を制御する制御ユニット１３とを備える。電力変換回路１１は、バッテリ５から供給された直流を三相交流に変換して発電部３に出力することもできる。制御ユニット１３は、例えばマイクロコンピュータにより構成される。

電力変換回路１１は、発電部３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線に対応して接続された３対（計６個）の半導体スイッチ素子１１１を有する。スイッチ素子１１１は、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のトランジスタにより構成され、各スイッチ素子１１１にはそれぞれダイオード１１２（例えば寄生ダイオード）が並列に接続される。スイッチ素子１１１のゲートは制御ユニット１３から出力される制御信号により駆動され、制御ユニット１３によりスイッチ素子１１１の開閉（オンオフ）が制御される。例えば発電部３がジェネレータとして機能するとき、スイッチ素子１１１はオフされ、これにより三相交流がダイオード１１２を介して整流される。整流後の電流はキャパシタ１４で平滑された後、インバータ１２に入力される。

インバータ１２は、Ｈブリッジ回路として構成された２対（計４個）の半導体スイッチ素子１２１を有する。スイッチ素子１２１は、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のトランジスタであり、各スイッチ素子１２１にはそれぞれダイオード１２２（例えば寄生ダイオード）が並列に接続される。スイッチ素子１２１のゲートは制御ユニット１３から出力される制御信号により駆動され、制御ユニット１３によりスイッチ素子１２１の開閉（オンオフ）が制御されて、直流が単相交流に変換される。インバータ１２で生成された単相交流は、リアクトルやコンデンサを有するフィルタ回路１５を介して正弦波に変調されて負荷１６に出力される。

インバータユニット１０には、給電回路２０を介してバッテリ５が接続される。給電回路２０は、端子７，５３を介してバッテリ５を電力変換回路１１とキャパシタ１４との間、すなわち電力変換回路１１の出力側端子１１３，１１４に接続するように設けられる。より詳しくは、バッテリ５のプラス側端子は、ヒューズ２１、コンタクタ２２およびダイオード２３を介して電力変換回路１１のプラス側出力端子１１３に接続され、マイナス側端子はマイナス側出力端子１１４に接続される。

コンタクタ２２は、バッテリ５をインバータユニット１０に接続（オン）または遮断（オフ）するためのスイッチを含み、コンタクタ駆動回路２４によりその作動（オンオフ）が制御される。ヒューズ２１とコンタクタ２２との間には、バッテリスイッチ２５が接続され、バッテリスイッチ２５のオンにより制御ユニット１３に電力が供給される。これによりコンタクタ駆動回路２４がコンタクタ２２をオンする。バッテリスイッチ２５がオフされると、コンタクタ駆動回路２４はコンタクタ２２をオフする。すなわちコンタクタ２２は、バッテリスイッチ２５のオンオフに連動してオンオフする。

バッテリ５からの電力によりエンジン２を始動する場合、ユーザによりバッテリスイッチ２５がオン操作される。これによりコンタクタ２２がオンされ、バッテリ５の電力が電力変換回路１１に供給される。このとき、制御ユニット１３は、バッテリスイッチ２５がオンされたか否かを判定し、バッテリスイッチ２５がオンされたと判定すると、電力変換回路１１のスイッチ素子１１１のオンオフを制御し、直流電力を交流電力に変換する。この交流電力は発電部３に供給され、これによりステータの巻線に回転磁界が発生し、発電部３のロータが回転する。その結果、クランクシャフトが回転させられ、エンジン２のクランキングによる始動が可能となる。なお、エンジン始動時に制御ユニット１３は、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグ、吸気管に設けられたスロットルバルブの開度を調整するスロットルモータ、燃料を噴射して混合気を生成するインジェクタなども制御する。

エンジン２の始動が完了してバッテリスイッチ２５がオフされると、コンタクタ２２がオフされ、バッテリ５からインバータユニット１０への電力供給が遮断される。以降、発電部３のロータがエンジン２により回転駆動され、発電部３が発電を行う。なお、端子７には通信ラインが接続され、通信ラインを介してバッテリ５の内部温度や充電状態などの情報が制御ユニット１３に送信される。

本発明の実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）エンジン発電機１００は、汎用エンジン２と、エンジン２により駆動されて発電する一方、エンジン始動時にスタータモータとして動作可能な発電部３と、エンジン２と発電部３とを収容するケース１と、ケース１に着脱可能に取り付けられるバッテリパック５０（バッテリ５）と、発電部３に接続されるインバータユニット１０と、ケース１に取り付けられたバッテリ５とインバータユニット１０とを接続し、インバータユニット１０を介してバッテリ５の電力を発電部３に供給する給電回路２０と、を備える（図３，図５）。この構成により、エンジン始動時に発電部３に電力を供給するためのバッテリ５を、エンジン発電機１００に内蔵する必要がないため、エンジン発電機１００の大型化を防ぐことでき、可搬性、携帯性に優れたエンジン発電機１００を構成できる。

（２）給電回路２０は、端子台６に設けられ、バッテリ５の端子５３と接触する端子７を有する（図３，図５）。エンジン発電機１００は、ケース１からのバッテリ５の取り外しに伴い端子７を覆うカバー８をさらに備える（図４Ａ，図４Ｂ）。この構成により、バッテリ５を取り外した状態で、端子７をカバー８で覆うことができ、端子７を良好に保護できる。

（３）エンジン発電機１００は、エンジン２の出力軸（クランクシャフト）に連結されるとともに、ユーザにより操作されて出力軸に回転力を付与するリコイルスタータ４をさらに備える（図１）。このため、バッテリ５の残容量が少ない、あるいはバッテリ５が手元にないときであっても、リコイルスタータ４を用いてエンジン２を手動で始動させることができる。

（４）ケース１は、バッテリパック５０をケース１に対しスライド可能に支持するとともに、給電回路２０との接続が可能な所定位置にバッテリパック５０を保持する端子台６を有する（図３）。このようにスライド操作によりバッテリパック５０を着脱することで、バッテリ５の着脱を容易に（例えば片手で）行うことができ、エンジン始動時のユーザの労力は少ない。

（５）エンジン発電機１００は、エンジン２の始動を指令するバッテリスイッチ２５を備え、給電回路２０は、バッテリスイッチ２５の操作に連動してバッテリ５とインバータユニット１０とを接続または遮断するコンタクタ２２を有する（図５）。これによりエンジン始動後にバッテリ５を電気的に遮断した状態で適切に取り外すことができる。

なお、上記実施形態では、ケース１の表面に端子台６を設けるとともに、端子台６にバッテリ５を着脱可能に取り付けるようにしたが、ケース１を構成する一部のパネルに端子台６を設けるとともに、そのパネルを、端子台６を有しない別のパネルに交換可能としてもよい。図６はその一例を示す図である。図６では、ケース１の一部が、端子台６を有する分解可能なパネル（第１パネル１Ａ）により構成される。第１パネル１Ａの裏側には端子７に接続されたコネクタ７ａが設けられ、端子７はコネクタ７ａを介して給電回路２０に接続される。第１パネル１Ａは、図示しないボルト等により着脱可能であり、第１パネル１Ａを、端子台６を有しない第２パネル１Ｂに交換することができる。これにより、パネル交換によりエンジン発電機１００の仕様を、スタータモータによりエンジン２を始動する仕様（バッテリ５を取付可能な仕様）とリコイルスタータ４によりエンジン２を始動する仕様とに変更することができ、仕様変更が容易である。

バッテリ５は、エンジン始動時にのみケース１に取り付けるのではなく、エンジン始動時以外においてケース１に取り付けたままとしてもよい。この場合、バッテリ５の盗難を防止するために、バッテリ５をケース１に固定するロック機構を設けるようにしてもよい。図７は、その一例を示す図である。図７では、端子台６の下方にブラケット６２を設けるとともに、ブラケット６２に対応してバッテリパック５０の下端部に板部５７が突設される。ブラケット６２とバッテリパック５０とは、バッテリパック５０を端子台６に取り付けた状態で、鍵５８によって一体にロックすることができる。なお、ロック機構の構成はこれに限らない。

なお、図示は省略するが、バッテリ５とインバータユニット１０との間に充電回路を設け、発電部３における発電によりバッテリ５を充電するようにしてもよい。上記実施形態では、エンジン２と発電部３とをケース１に収容してエンジン発電機１００を構成したが、筐体の構成はいかなるものでもよい。バッテリ５をスライド可能に支持するとともに、給電回路２０との接続が可能な所定位置にバッテリ５を保持するのであれば、バッテリ保持部としての端子台６の構成はいかなるものでもよい。上下方向ではなく、例えば水平方向にバッテリ５をスライドさせてもよい。上記実施形態では、バッテリスイッチ２５（操作部）の操作に連動してコンタクタ２２をオンオフさせるようにしたが、操作部の操作に連動してバッテリとインバータユニットとを接続または遮断するスイッチ部の構成は上述したものに限らない。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１ ケース、１Ａ 第１パネル、１Ｂ 第２パネル、２ エンジン、３ 発電部、４ リコイルスタータ、５ バッテリ、６ 端子台、７ 端子、８ カバー、１０ インバータユニット、２０ 給電回路、２２ コンタクタ、２５ バッテリスイッチ、１００ エンジン発電機

Claims (6)

1. 汎用エンジンと、
   前記エンジンにより駆動されて発電する一方、エンジン始動時にエンジン始動用電動機として動作可能な発電部と、
   前記エンジンと前記発電部とを収容する筐体と、
   前記筐体に着脱可能に取り付けられるバッテリと、
   前記発電部に接続されるインバータユニットと、
   前記筐体に取り付けられた前記バッテリと前記インバータユニットとを接続し、前記インバータユニットを介して前記バッテリの電力を前記発電部に供給する給電回路と、を備えることを特徴とするエンジン発電機。
2. 請求項１に記載のエンジン発電機において、
   前記給電回路は、前記バッテリの端子と接触する端子部を有し、
   前記筐体からの前記バッテリの取り外しに伴い前記端子部を覆うカバーをさらに備えることを特徴とするエンジン発電機。
3. 請求項１または２に記載のエンジン発電機において、
   前記エンジンの出力軸に連結されるとともに、ユーザにより操作されて前記出力軸に回転力を付与するリコイルスタータをさらに備えることを特徴とするエンジン発電機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン発電機において、
   前記筐体は、前記バッテリを前記筐体に対しスライド可能に支持するとともに、前記給電回路との接続が可能な所定位置に前記バッテリを保持するバッテリ保持部を有することを特徴とするエンジン発電機。
5. 請求項４に記載のエンジン発電機において、
   前記筐体の一部は、前記バッテリ保持部を有する第１パネルにより構成され、前記第１パネルは、前記バッテリ保持部を有しない第２パネルに交換可能に設けられることを特徴とするエンジン発電機。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジン発電機において、
   前記エンジンの始動を指令する操作部をさらに備え、
   前記給電回路は、前記操作部の操作に連動して前記バッテリと前記インバータユニットとを接続または遮断するスイッチ部を有することを特徴とするエンジン発電機。

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