JP2017147788A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動を抑制するための機構を追加で設けることなく、内燃機関の動作に伴う振動を抑制することのできる発電装置を提供する。【解決手段】発電装置１０は、内燃機関２０の駆動力を交流電力に変換するモータジェネレータ６０と、モータジェネレータ６０からの交流電力を電力変換して外部に出力する電力変換部２００と、電力変換部２００の動作を制御する制御部３００と、を備える。制御部３００は、電力変換部２００から外部に出力される電流の大きさである出力電流値が、内燃機関２０のクランク角に基づいて変化するように、電力変換部２００の動作を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の駆動力により発電を行う発電装置に関する。

内燃機関の駆動力により発電を行う発電装置は、幅広い分野で用いられている。このような発電装置は、内燃機関の駆動力によってモータジェネレータを回転させ、モータジェネレータで生じた電力を電力変換して外部へと出力するものである。

下記特許文献１に記載の発電装置（エンジン発電機）は、モータジェネレータから出力された交流電力をサイリスタブリッジ回路によって一旦整流した後、インバータによって所定周波数の交流電力に変換してから外部へと出力する構成となっている。当該発電装置では、サイリスタブリッジ回路からインバータへ供給される電力の電圧を適宜調整することにより、インバータから外部へと出力される電力の電圧変動を抑制している。

特許第２５４０３０５号公報

ところで、上記のような発電装置は、屋外で用いられる可搬型の発電装置として構成することもできるのであるが、建物に電力を供給するための据え置き型の発電装置として構成することもできる。例えば、内燃機関で生じた熱を給湯等に用いながら、発電された電力を電力系統に逆潮流させて売電するような、所謂コジェネシステムの一部として構成することもできる。

発電装置の内燃機関としては、構造が比較的簡単な単気筒エンジンが用いられることが多いのであるが、単気筒エンジンは大きな振動を生じやすい。一方、発電装置を上記のように据え置き型として用いる場合には、内燃機関の動作に伴う振動は可能な限り抑制することが望ましい。このため、何らかの方法で内燃機関の振動を抑制する必要がある。しかしながら、振動の防止を目的として複数気筒のエンジンを用いたり、カウンターウェイト等の振動防止機構を追加で設けたりすることは、コストの観点からは好ましくない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動を抑制するための機構を追加で設けることなく、内燃機関の動作に伴う振動を抑制することのできる発電装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る発電装置は、内燃機関の駆動力により発電を行う発電装置（１０）であって、内燃機関の駆動力を交流電力に変換する発電部（６０）と、発電部からの交流電力を電力変換して外部に出力する変換部（２００）と、変換部の動作を制御する制御部（３００）と、を備える。制御部は、変換部から外部に出力される電流の大きさである出力電流値が、内燃機関のクランク角に基づいて変化するように、変換部の動作を制御する。

内燃機関におけるクランク軸の回転速度、すなわちクランク角の変化速度は、爆発、排気、吸気、圧縮の行程に伴って変化する。例えば、排気行程から吸気行程に移行する際には、クランク角の変化速度は最も大きくなっている。一方、圧縮行程が終わって点火が行われる際には、クランク角の変化速度は最も小さくなっている。内燃機関の動作に伴う振動は、上記のような変化速度の変動に起因するところが大きい。

上記のような構成の発電装置では、変換部から外部に出力される電流の大きさである出力電流値が、内燃機関のクランク角に基づいて変化するように調整される。例えば、クランク角の変化速度が大きくなるタイミングで出力電流値を増加させると、発電部を動作させる内燃機関への負荷が大きくなる。その結果、上記変化速度の増加が抑制される。また、クランク角の変化速度が小さくなるタイミングで出力電流値を減少させると、発電部を動作させる内燃機関への負荷が小さくなる。その結果、上記変化速度の低下が抑制される。

このように、本発明に係る発電装置では、クランク角に基づいて出力電流値を変化させ、これにより内燃機関の動作負荷を変化させることで、クランク角の変化速度を概ね一定に近づけることができる。その結果、内燃機関の動作に伴う振動を抑制することができる。

尚、「クランク角に基づいて変化させる」とは、クランク角そのものの測定値やその変化速度等に基づいて出力電流値を変化させること、のみを意味するのではない。クランク角に連動して変化する他の指標（例えば、発電部から出力される電圧の大きさ等）に基づいて出力電流値を変化させることも、ここでいう「クランク角に基づいて変化させる」に含まれる。

本発明によれば、振動を抑制するための機構を追加で設けることなく、内燃機関の動作に伴う振動を抑制することのできる発電装置が提供される。

本発明の実施形態に係る発電装置の全体構成を模式的に示す図である。 ＤＣリンク部の電圧が、内燃機関の動作に伴って変化することを説明するための図である。 出力電流値の補正について説明するための図である。 クランク角の変化速度についての変動量と、補正値との関係を示す図である。 制御部で実施される処理の流れを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る発電装置１０の構成について、図１を参照しながら説明する。発電装置１０は、内燃機関２０の駆動力によってモータジェネレータ６０を動作させ、モータジェネレータ６０で生じた電力を外部に出力する装置である。また、発電装置１０は、内燃機関２０において生じた熱を回収し、給湯のために利用することもできる。すなわち、発電装置１０は、建物に据え置いて使用されるコジェネシステムとして構成されている。

発電装置１０は、内燃機関２０と、モータジェネレータ６０と、コジェネ制御装置１００と、電力制御装置４００と、を備えている。

内燃機関２０は、単気筒の４サイクルレシプロエンジンである。内燃機関２０は、燃焼室２１と、ピストン２２と、プラグ２３と、クランク軸２４とを有している。プラグ２３は、内部に設けられたイグナイタ（不図示）で昇圧された電力により放電を行い、燃焼室２１において燃料への点火を行うための装置である。燃焼室２１に供給された燃料が、プラグ２３によって点火されて燃焼し、吸気、圧縮、爆発、排気の各行程が繰り返される。これに伴い、ピストン２２の往復運動がクランク軸２４の回転運動に変換され、後述のモータジェネレータ６０が駆動される。

内燃機関２０にはクランク角センサ２５が設けられている。クランク角センサ２５は、クランク軸２４の位相、すなわちクランク角を検知するためのセンサである。クランク角センサ２５により検知されたクランク角は、電気信号によりコジェネ制御装置１００へと伝達される。コジェネ制御装置１００は、当該電気信号に基づいて現時点におけるクランク角を把握することができる。また、現時点におおける内燃機関２０の状態、すなわち、吸気、圧縮、爆発、排気のうちいずれの行程が行われているのかについても把握することができる。

モータジェネレータ６０は、クランク軸２４の回転運動を交流電力に変換する回転電機である。モータジェネレータ６０の駆動軸（出力軸）は、クランク軸２４に接続されている。内燃機関２０が動作しているときには、クランク軸２４の回転に伴ってモータジェネレータ６０の駆動軸が回転し、交流電力が生じる。当該交流電力は、電力線６１を介して電力制御装置４００の第１インバータ２１１へと入力される。第１インバータ２１１を含む電力制御装置４００の動作については後に説明する。

内燃機関２０には、吸気配管３０と排気配管４０とが接続されている。吸気配管３０は、燃料である天然ガスと空気との混合気体を、燃焼室２１に供給するための配管である。排気配管４０は、燃焼により生じた排ガスを、燃焼室２１から外部に排出するための配管である。

吸気配管３０の内部では、外部から導入された空気が燃焼室２１に向かって流れる。吸気配管３０の途中には、噴射弁３１と、スロットル弁３２とが設けられている。噴射弁３１は、燃料供給配管３３から供給される燃料、具体的には天然ガスを、吸気配管３０の内部に噴射するための電磁開閉弁である。噴射弁３１の動作はコジェネ制御装置１００によって制御される。スロットル弁３２は、燃焼室２１に対する混合気体の供給量を調整するための弁である。スロットル弁３２の開度はコジェネ制御装置１００によって制御される。噴射弁３１の動作、及びスロットル弁３２の開度によって、燃焼室２１に供給される燃料の量が調整される。

排気配管４０の途中には、排気熱回収器４１が設けられている。排気熱回収器４１は、排気配管４０を通る高温の排ガスから熱を回収するための熱交換器である。排気熱回収器４１には、不図示の熱回収配管が接続されている。排気熱回収器４１では、熱回収配管を通る水と、排気配管４０を通る排ガスとの間で熱交換が行われる。これにより、排ガスの熱が水へと伝達される。

内燃機関２０には更に、冷媒配管５１、５２が接続されている。冷媒配管５１、５２は、燃焼熱回収器５０と内燃機関２０との間で冷媒を循環させるための配管である。内燃機関２０の燃焼室２１で生じた熱は、冷媒配管５１、５２を通る冷媒によって燃焼熱回収器５０へと運ばれる。燃焼熱回収器５０には、不図示の熱回収配管が接続されている。燃焼熱回収器５０では、熱回収配管を通る水と、冷媒配管５１、５２を通る冷媒との間で熱交換が行われる。このように、燃焼室２１で生じた熱が冷媒を介して水へと伝達される。

熱回収配管を通る水は、上記のように排気熱回収器４１での熱交換によって加熱され、燃焼熱回収器５０での熱交換によっても加熱されて湯となる。その後、不図示の貯湯タンクに貯えられて、建物への給湯のために利用される。

電力制御装置４００の構成について説明する。電力制御装置４００は、電力変換部２００と、制御部３００とを有している。これらは一つの筐体内に収められているのであるが、それぞれが互いに別体の装置として構成されていてもよい。

電力変換部２００は、モータジェネレータ６０で生じた交流電力を、電力変換した後に外部の電力系統ＰＳへと出力する部分である。発電された電力を電力系統ＰＳへと逆潮流させ、所謂売電を行うことにより、電力会社に支払う電気料金を抑制することが可能となっている。

また、電力変換部２００は、内燃機関２０の始動時において、電力系統ＰＳから供給された電力を電力変換してモータジェネレータ６０へと供給し、モータジェネレータ６０を駆動させることも可能となっている。モータジェネレータ６０がこのように駆動されると、クランク軸２４が回転して内燃機関２０が始動される。

電力変換部２００は、第１インバータ２１１と、第２インバータ２１２と、系統リレー２１３とを有している。図１に示されるように、第１インバータ２１１と電力系統ＰＳとの間は電力線２１０で接続されている。第２インバータ２１２と系統リレー２１３とは、それぞれ電力線２１０の途中に設けられている。

第１インバータ２１１は、スイッチング素子とダイオードと（いずれも不図示）をそれぞれ複数備えた電力変換器である。第１インバータ２１１は、モータジェネレータ６０で生じた交流電力をダイオードによって整流し、直流電力に変換するものである。当該直流電力は、電力線２１０を介して第２インバータ２１２へと入力される。電力線２１０のうち、第１インバータ２１１と第２インバータ２１２との間の部分のことを、以下では「ＤＣリンク部」と称することがある。

第２インバータ２１２は、複数のスイッチング素子（不図示）を備えた電力変換器である。第２インバータ２１２は、ＤＣリンク部から供給される直流電力を、交流電力に変換するものである。当該交流電力は、電力線２１０を介して系統リレー２１３へと入力される。第２インバータ２１２におけるスイッチングは、制御部３００によって制御される。

系統リレー２１３は、制御部３００からの制御信号によって開閉動作を行うリレーである。系統リレー２１３が閉状態となっているときには、第２インバータ２１２からの交流電力が電力系統ＰＳへと出力される。系統リレー２１３が開状態となっているときには、第２インバータ２１２と電力系統ＰＳとの間における電力経路が遮断される。

電力線２１０のうち、第１インバータ２１１と第２インバータ２１２との間となる位置には、電流計２１４及び電圧計２１５が設けられている。また、電力線２１０のうち、系統リレー２１３と電力系統ＰＳとの間となる位置には、電流計２１６及び電圧計２１７が設けられている。電流計２１４、電圧計２１５、電流計２１６、及び電圧計２１７で測定されたそれぞれの値（各部の電流、電圧）は、制御部３００へと入力される。

電力線２１０には、第２インバータ２１２と系統リレー２１３とをバイパスするバイパス線２２０が設けられている。バイパス線２２０の途中には、整流装置２２１が設けられている。整流装置２２１は、電力系統ＰＳ側から供給される交流電力を直流電力に変換してＤＣリンク部に供給する機能と、バイパス線２２０の遮断を行うリレーとしての機能と、を備えた装置である。発電装置１０の通常の動作時（つまり始動時以外）においては、整流装置２２１によってバイパス線２２０は遮断されている。

発電装置１０の始動時には、電力系統ＰＳから供給される電力によってモータジェネレータ６０が駆動される。その際、大きな突入電流が供給されてしまうと、系統リレー２１３の溶着等が生じてしまう恐れがある。バイパス線２２０及び整流装置２２１は、このような突入電流による影響を防止するために設けられている。

発電装置１０の始動時における電力変換部２００等の動作について説明する。コジェネ制御装置１００から始動を指示する制御信号が発せられると、発電装置１０の始動が行われる。発電装置１０の始動時には、系統リレー２１３が開状態から閉状態とされるのに先立ち、バイパス線２２０を経由したＤＣリンク部への電力供給が行われる。つまり、電力系統ＰＳからの交流電力が、整流装置２２１によって直流電力に変換された後にＤＣリンク部へと供給される。かかる電力供給は、ＤＣリンク部の電圧を次第に上昇させるように行われる。

ＤＣリンク部の電圧、すなわち電圧計２１５によって計測される電圧は、次第に上昇して行く。当該電圧が電力系統ＰＳの電圧程度まで上昇すると、系統リレー２１３が閉状態に切り換えられる。それと共に、第２インバータ２１２による電力変換が開始される。つまり、電力系統ＰＳからの交流電力が、第２インバータ２１２によって直流電力に変換されてＤＣリンク部へと供給される。これとほぼ同時に、バイパス線２２０を介したＤＣリンク部への電力供給は停止される。

その後、ＤＣリンク部の電圧がさらに上昇すると、第１インバータ２１１による電力変換が開始される。つまり、ＤＣリンク部の直流電力が、第１インバータ２１１によって交流電力に変換されて、モータジェネレータ６０へと供給される。第１インバータ２１１によるこのような電力変換は、制御部３００が行う制御によって、スイッチング素子を所定のデューティで動作させることにより行われる。

電力供給を受けたモータジェネレータ６０の駆動力によってクランク軸２４が回転し、内燃機関２０の始動が行われる。コジェネ制御装置１００が適切なタイミングでプラグ２３を動作させることにより、吸気、圧縮、爆発、排気の各行程が繰り返され始める。

クランク軸２４の回転数が十分に増加し、所謂「完爆」の状態になると、第１インバータ２１１からモータジェネレータ６０への電力供給が停止される。その後は、内燃機関２０の駆動力によってモータジェネレータ６０が駆動される。既に述べたように、モータジェネレータ６０で生じた電力を第２インバータ２１２によって電力変換し、電力系統ＰＳへと逆潮流させる。

制御部３００の構成について説明する。制御部３００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイコン３１０として構成された部分である。制御部３００は、機能的な制御ブロックとして、電流決定部３１１と、タイミング決定部３１２とを有している。電流決定部３１１は、発電装置１０から電力系統ＰＳへと逆潮流させる電流の大きさ（以下、その値を「出力電流値」とも称する）を決定し、これに合わせて第２インバータ２１２の動作を制御する部分である。タイミング決定部３１２は、出力電流値を変更するタイミングを、クランク角センサ２５等からの信号に基づいて決定する部分である。電流決定部３１１及びタイミング決定部３１２のそれぞれの機能については後述する。

図２に示されるのは、発電装置１０の通常動作中におけるＤＣリンク部の電圧、すなわち電圧計２１５によって計測される電圧の時間変化を示すグラフである。ＤＣリンク部の電圧は直流電圧であるから、概ね一定の値Ｖ０となっているのであるが、実際には値Ｖ０の近傍で小さな脈動が生じている。図２では、このような脈動電圧の１周期分が拡大して描かれている。尚、図２に示されるのは、出力電流値を一定とした場合における電圧の時間変化である。後に述べるように、本実施形態では出力電流値が所定周期で変更されるので、実際の電圧の波形は、図２に示されるものとは異なったものとなる。

図２の横軸に示される期間のうち、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間は、内燃機関２０において爆発行程が行われる期間である。このとき、ピストン２２は上死点から下死点に向けて加速し始めるので、クランク軸２４の回転速度（すなわち、クランク角の変化速度）は次第に増加して行く。それに伴い、モータジェネレータ６０で生じる電力も増加して行くことの影響により、ＤＣリンク部の電圧が上昇して行く。

時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間は、内燃機関２０において排気行程が行われる期間である。当該期間において、クランク角の変化速度は最大値に達する。このため、モータジェネレータ６０で生じる電力が大きくなり、ＤＣリンク部の電圧も最大となる。

時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間は、内燃機関２０において吸気行程が行われる期間である。当該期間においては、クランク角の変化速度は次第に減少して行く。それに伴い、ＤＣリンク部の電圧も減少して行く。

時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間は、内燃機関２０において圧縮行程が行われる期間である。当該期間においては、燃焼室２１内の圧力に抗してピストンが上昇するので、クランク角の変化速度は更に減少して行く。それに伴い、ＤＣリンク部の電圧も減少して行く。時刻ｔ４以降の期間においては、時刻ｔ０から時刻ｔ４までの期間における変化と同様の変化が繰り返される。

このように、内燃機関２０において吸気、圧縮、爆発、排気の各行程が繰り返される毎に、ＤＣリンク部の電圧及びクランク角の変化速度が共に脈動する。図２はＤＣリンク部の電圧の変動を示すものであるが、クランク角の変化速度の変動も、図２に示されるものと同様のグラフとなる。

クランク角の変化速度の変動は、内燃機関２０の動作中における振動の原因となる。換言すれば、クランク角の変化速度を概ね一定に近づけることができれば、内燃機関２０の動作中における振動を抑制することができる。本実施形態に係る発電装置１０では、出力電流値を適宜調整することによりクランク角の変化速度を一定に近づけて、上記振動を抑制することが可能となっている。

上記のような処理の具体的な内容について、図３を参照しながら説明する。図３（Ａ）に示されるのは、図２に示されたものと同様のＤＣリンク部の電圧の変化である。図３（Ｂ）に示されるのは、出力電流値について設定される補正値の変化である。制御部３００は、所定の電流基準値に補正値を加えたものに出力電流値が一致するように、第２インバータ２１２のスイッチング動作を制御する。尚、図３（Ｂ）に示される点線ＤＬ１は、図３（Ａ）に示される電圧変化の波形を示すものである。

図３（Ｃ）に示されるのは、補正値を図３（Ｂ）のように変化させた場合における出力電流値の変化である。図３（Ｃ）に示される点線ＤＬ２は、補正値の値を常に０とした場合における出力電流値の変化である。

出力電流値を一定の値Ｉ０にしようとしても、ＤＣリンク部の電圧が図３（Ａ）のように変化することの影響により、出力電流値の変化は点線ＤＬ２のように脈動する波形となる。点線ＤＬ２に示されるように変化する電流値、すなわち、補正値を常に０とした場合における出力電流値が、上記の電流基準値に該当する。

図３（Ｄ）に示されるのは、電力系統ＰＳの交流電力における電圧（系統電圧）の変化である。当該電圧は、５０Ｈｚの周期でサイン波状に変化する。図３においては、図３（Ｄ）の電圧波形の一周期が経過する毎の時刻として、時刻ｔ０、ｔ１０、ｔ２０、ｔ３０が示されている。

図３（Ｂ）に示されるように、補正値は、系統電圧の変動周期が経過する毎に段階的に切り換えられる。時刻ｔ０から時刻ｔ１０までの期間における補正値は、同期間において予想されるＤＣリンク部の電圧の平均値、に比例した値となるように設定される。他の期間における補正値についても同様である。

既に述べたように、ＤＣリンク部における電圧の変動は、クランク角の変化速度が変動することにより生じるものである。このため、補正値は、クランク角の変化速度の変動量に基づいて設定されることとしてもよい。

図４に示されるのは、上記のようにクランク角の変化速度の変動量に基づいて補正値が設定されるとした場合における、変動量と補正値との関係を示すグラフである。横軸に示される「変動量」とは、実際に測定されたクランク角の変化速度の平均値（系統電圧波形一周期の期間における平均値）から、所定の速度基準値（固定値）を差し引くことにより得られる値のことである。図４の例では、変動量に比例するように補正値が設定される。尚、ＤＣリンク部における電圧についての「変動量」を上記と同様に定義し、これを図４の横軸とするような態様であってもよい。

以上のような方法により、系統電圧波形の一周期が経過する毎に補正値が更新されて行く。このため、図３（Ｂ）に示されるように、補正値は階段状に変化して行く。

以下では、時刻ｔ０から時刻ｔ１０までの期間のことを「第１制御期間」と称し、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの期間のことを「第２制御期間」と称することがある。同様に、時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までの期間のことを「第３制御期間」と称し、時刻ｔ４０から一周期が経過するまでの期間のことを「第４制御期間」と称することがある。また、以上の各期間のことを総じて「制御期間」の語を用いることがある。

図３（Ａ）に示される例では、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの第２制御期間は、クランク角の変化速度が最も大きくなると予測される期間である。当該期間においては、ＤＣリンク部の電圧の平均値が大きくなるので、補正値も大きな値に設定される。その結果、図３（Ｃ）に示されるように、電流基準値からの出力電流値の増加量（つまり補正値）も大きくなっている。

出力電流値がこのように大きくなっているときには、モータジェネレータ６０を駆動させるために必要な力も大きくなる。つまり、内燃機関２０にかかる負荷が大きくなる。その結果、クランク軸２４の回転は抑制され、クランク角の変化速度も抑制される。

図３（Ａ）に示される例では、時刻ｔ３０から始まる第４制御期間は、クランク角の変化速度が最も小さくなると予測される期間である。当該期間においては、ＤＣリンク部の電圧の平均値が小さくなるので、補正値も小さな値に設定される。その結果、図３（Ｃ）に示されるように、電流基準値からの出力電流値の増加量（つまり補正値）も小さくなっている。

出力電流値が小さくなっているときには、モータジェネレータ６０を駆動させるために必要な力も小さくなる。つまり、内燃機関２０にかかる負荷が小さくなる。その結果、クランク軸２４は回転しやすい状態となり、クランク角の変化速度が増加する。

以上のように、クランク角の変化速度が大きくなると予測される制御期間には、補正値を増加させることにより内燃機関２０にかかる負荷を大きくするので、上記変化速度の増加が抑制される。一方、クランク角の変化速度が小さくなると予測される制御期間には、補正値を低下させることにより内燃機関２０にかかる負荷を小さくするので、上記変化速度の低下が抑制される。このような制御が行われる結果、クランク角の変化速度が概ね一定に近づけられるので、内燃機関２０の動作中における振動が抑制される。

尚、補正値が切り換えられるタイミング（時刻ｔ１０、ｔ２０等）は、系統電力の電圧の一周期が経過して、電圧値が０となったタイミングとなるように予め設定されている。すなわち、系統電力の電圧変動と同期するように補正値の切り換えが行われる。

内燃機関２０は、概ね一定の回転数で動作する。このため、図３（Ａ）に示されるようなＤＣリンク部における電圧の変化は、概ね正確に予測することができる。例えば、時刻ｔ１０からの第２制御期間におけるＤＣリンク部の電圧の変化は、時刻ｔ１０よりも前の時点で予め予測することができる。当該予測は、クランク角センサ２５で検知されるクランク角（位相）に基づいて行うことができる。

本実施形態では、第２制御期間における補正値は、当該期間におけるＤＣリンク部の電圧の平均値を予め予測することにより、その前の第１制御期間において決定されたものとなっている。同様に、第３制御期間における補正値は第２制御期間において予め決定され、第４制御期間における補正値は第３制御期間において予め決定されたものとなっている。第１制御期間における補正値も、その前における制御期間において予め決定されたものとなっている。

制御部３００によって実行される具体的な処理の流れについて、図５を参照しながら説明する。図５に示される一連の処理は、所定の周期が経過する毎に繰り返し実行されている。

最初のステップＳ０１では、現時点におけるクランク角の取得が行われる。クランク角は、クランク角センサ２５によって計測された後、コジェネ制御装置１００を介して制御部３００へと伝達される。

ステップＳ０１に続くステップＳ０２では、次の制御期間におけるＤＣリンク部の電圧の平均値、が予測される。例えば、現在が第１制御期間であるとすると、ここでは第２制御期間における電圧の平均値が予測される。既に述べたように、かかる予測はクランク角センサ２５で検知されるクランク角（位相）に基づいて行われる。

尚、ステップＳ０２では、次の制御期間におけるＤＣリンク部の電圧の平均値が算出されることに替えて、次の制御期間におけるクランク角の回転速度の平均値、が予測されることとしてもよい。

ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、補正値の算出が行われる。既に述べたように、ステップＳ０２において予測された電圧の平均値が大きくなるほど、補正値は大きな値として算出される。ここで算出される補正値は、次の制御期間において電流基準値に加算されるものである。補正値の算出は、電流決定部３１１により行われる。

ステップＳ０４では、制御期間が切り替わったか否かが判定される。つまり、時間が経過して次の制御期間に移行したか否かが判定される。制御期間が切り替わっていなければ、ステップＳ０４の処理が繰り返される。制御期間が切り替わっていれば、ステップＳ０５に移行する。ステップＳ０４の処理、すなわち、ステップＳ０５に移行して出力電流値の補正を行うタイミングの決定は、タイミング決定部３１２によって行われる。

ステップＳ０５では、ステップＳ０３で算出された補正値を用いることにより、出力電流値の補正が行われる。具体的には、出力電流値が、ステップＳ０３で算出された補正値を電流基準値に加算した値となるように、第２インバータ２１２のスイッチング動作が制御されるようになる。その結果、出力電流値は、図３（Ｃ）における時刻ｔ１０等のように、階段状に変化する。その後は、制御期間が再び切り換わるまでの間、同じ補正値を用いて出力電流値の設定が行われる。

以上に説明したように、本実施形態に係る発電装置１０は、内燃機関２０の駆動力を交流電力に変換するモータジェネレータ６０と、モータジェネレータ６０からの交流電力を電力変換して外部に出力する電力変換部２００と、電力変換部２００の動作を制御する制御部３００と、を備えている。制御部３００は、電力変換部２００から外部（電力系統ＰＳ）に出力される電流の大きさである出力電流値が、内燃機関２０のクランク角に基づいて変化するように、電力変換部２００の動作を制御する。具体的には、制御部３００は、クランク角の変化速度が大きくなるような制御期間には、出力電流値が大きくなるように電力変換部２００の動作を制御する。

出力電流値によって内燃機関２０にかかる負荷を調整し、これによりクランク角の変化速度が変動してしまうことを抑制することができる。クランク角の変化速度が概ね一定に近づくので、内燃機関２０の動作に伴う振動が抑制される。このように、発電装置１０では、振動を抑制するための機構を追加で設けることなく、内燃機関２０の動作に伴う振動を抑制することが可能となっている。

制御部３００は、出力電流値が、所定の電流基準値（図２の点線ＤＬ２）に補正値を加算した値となるように、電力変換部２００の動作を制御する。また、補正値は、所定の速度基準値に対するクランク角の変化速度の変動量（つまり、図４の横軸）、に比例する値となるよう設定される。

尚、補正値は必ずしも上記変動量に比例した値として設定される必要はない。補正値と変動量との関係は、振動を抑制する効果が最も大きくなるような関係となるように、実験等に基づいて適宜調整されることとしてもよい。

制御部３００は、現時点よりも後の制御期間におけるＤＣリンク部の平均電圧を予測し、当該予測に基づいて、制御期間において電流基準値に加算されるべき補正値を決定する。尚、ＤＣリンク部の平均電圧を予測することに替えて、クランク角の変化速度を予測し、当該予測に基づいて補正値を決定することとしてもよい。平均電圧等の予測に基づいて補正値が予め決定されるので、振動の抑制を精度よく行うことが可能となる。

本実施形態において、制御部３００は、出力電流値が、クランク角センサ２５からの信号に基づいて変化するように、電力変換部２００の動作を制御する。具体的には、クランク角センサ２５によって検知されるクランク角に基づいて、次の制御期間におけるＤＣリンク部の平均電圧を予測し、これに基づいて、次の制御期間のための補正値を変化させる。

ＤＣリンク部の平均電圧の平均値、又はクランク角の変化速度の平均値は、クランク角センサ２５からの信号以外に基づいて予測することとしてもよい。例えば、プラグ２３による点火タイミングを示す信号に基づいて予測することとしてもよい。当該信号は、コジェネ制御装置１００から制御部３００へと伝達されるものである。このような態様であっても、クランク軸２４の回転速度の変動に応じて出力電流値を変化させ、内燃機関２０における振動を抑制することができる。

その他の例として、モータジェネレータ６０から出力される交流電力の電圧波形に基づいて、ＤＣリンク部の平均電圧等の予測、及び補正値の決定を行うことしてもよい。また、第１インバータ２１１から出力される直流電力の電圧波形（図２に示されるような電圧脈動の波形）に基づいて、ＤＣリンク部の平均電圧等の予測、及び補正値の決定を行うこととしてもよい。

本実施形態では、補正値が変更される周期を、図３（Ｄ）に示される系統電力の周期と一致させている。このような態様に替えて、系統電力の周期とは異なる周期で、補正値が変更されることとしてもよい。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０：発電装置
２０：内燃機関
２５：クランク角センサ
６０：モータジェネレータ
２００：電力変換部
２１１：第１インバータ
２１２：第２インバータ
３００：制御部

Claims (8)

1. 内燃機関（２０）の駆動力により発電を行う発電装置（１０）であって、
   前記内燃機関の駆動力を交流電力に変換する発電部（６０）と、
   前記発電部からの交流電力を電力変換して外部に出力する変換部（２００）と、
   前記変換部の動作を制御する制御部（３００）と、を備え、
   前記制御部は、
   前記変換部から外部に出力される電流の大きさである出力電流値が、前記内燃機関のクランク角に基づいて変化するように、前記変換部の動作を制御する発電装置。
2. 前記制御部は、前記クランク角の変化速度が大きくなる期間には、前記出力電流値が大きくなるように前記変換部の動作を制御する、請求項１に記載の発電装置。
3. 前記制御部は、前記出力電流値が、所定の電流基準値に補正値を加算した値となるように、前記変換部の動作を制御するものであって、
   前記補正値は、所定の速度基準値に対する前記変化速度の変動量、に比例する値となるよう設定される、請求項２に記載の発電装置。
4. 前記制御部は、現時点よりも後の制御期間における前記変化速度を予測し、当該予測に基づいて、前記制御期間において前記電流基準値に加算されるべき前記補正値を決定する、請求項３に記載の発電装置。
5. 前記制御部は、前記出力電流値が、クランク角センサからの信号に基づいて変化するよう、前記変換部の動作を制御する、請求項１に記載の発電装置。
6. 前記制御部は、前記出力電流値が、前記内燃機関の点火タイミングを示す信号に基づいて変化するよう、前記変換部の動作を制御する、請求項１に記載の発電装置。
7. 前記制御部は、前記出力電流値が、前記発電部から出力される交流電力の電圧波形に基づいて変化するよう、前記変換部の動作を制御する、請求項１に記載の発電装置。
8. 前記変換部は、
   前記発電部からの交流電力を直流電力に変換する第１変換部（２１１）と、
   前記第１変換部からの直流電力を交流電力に変換する第２変換部（２１２）と、を有し、
   前記制御部は、前記出力電流値が、前記第１変換部から出力される直流電力の電圧波形に基づいて変化するよう、前記変換部の動作を制御する、請求項１に記載の発電装置。

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