日立ポータブル発電機

u.D.C.d21.313.332-843.ムー182.3

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要

旨

今回,小形軽量化,取扱いの容易さそのほか需要家の要望を取り入れ,3回目のモデルチェンジを行なった｡ 本稿では日立ポータブル発電機の構造,性能上の特長について紹介する｡

1.緒

ロ ボ一夕ブル発電機は発電設備一式をユニットにまとめたものであ る｡定置式発電放と比較し小形軽量であり,運転操作が簡単である, 安価であるなどの多くの利点がありビルディソグ,ポンプ所,工場, 病院などのあらゆる施設に停電時の非常用電源として,また一方, 移動式の工事用電源として広く使用されている｡ 日立製作所では今回,従来の機種を全面的に改良し,小形で取扱

いが容易で,性能の良いポータブル発電機の新標準シリーズを完成

した｡ 本稿では新形楼の構造,性能上の特長について述べるとともに, ポータブル発電枚の使用計画上,必要な負荷変動時の電圧変動特性, 単相負荷時の熱特性,振動･騒音ならびに電圧波形の試験結果を報 告する｡また,特に需要家の強い要望でもあり,新形機の大きな特 長でもある100V単相電源設置についてもあわせて紹介する｡ 表1 ポ ー タ ブ ル

2.ポータブル発電機の要目

新形ポータブル発電機の要目を表1に,寸法･重量および騒音を 表2に示す｡

3.ポータブル発電横の構造

新形ポータブル発電機の外観および構造の一例を図1および図2 に示す｡ポータブル発電棟は発電機,ディーゼル機関,制御装置お よび付属装置の4部分で構成されている｡セット全体の小形軽量化 を図るため,各構成部分の小形化を行なうと同時に,発電棟の片軸 受方式を採用し,デッドスペースを利用したバッテリー,燃料タン ク,電装品の合理的配置などを行ない,DE-50でセット床面積を従 来の約97%に,セット重量を従来の約94%に低減できた｡ 3.1発 電 機 小形軽量化,部品の共通化および構造の簡素化の点より全面的な 発 電 横 の 要 _目

項 目 I DE-10 l DE-20 l DE-30 1 DE-40 J DE-50 1 DE-60 1 DE一組 _】DE-1001 DE-120

出 発 電 機 ゼ ′レ 税 関 特 性 てE 周 _波 カ ー正一数 回 転 速 度 嬢 力 ￣￣￣音宿て両｢ 110V 率 御 盤 連続定格け‡力 税 関 形 式 燃 焼 室 形 式 気 筒 数 気 筒 径×行 程 総 排 気 量 圧 縮 比 燃 料 消 費 始 動 電 動 機 充 電 発 電 機 バ ッ テ リ 燃料タンク容量 速 度 変 動 率 電 圧 変 動 率

芸し;-一芸㌃l-一芸

仰一㈲ (rpm) (%) (kW) (PS) (mm) り) J/h) PS) W) (り (%) (%) 35/40 1 50/62.51 60/70 28/32 1 40/50 l 48/56 80/100 64/80 100/115 80/92 125/150 100/120 150/180 120/144 200/220 50/60 1,500/1,800 80 0.5 1 1.O 1 1.5 一体組込形(静止励磁装置付)

21/26!

33/39 l4A.5/54.51 75.5/90 l 121/139 160ノ1801 204/244 4 サ イ ク ル 水 冷 式 2サイクル水冷式 直 列 立 形 l 直列Ⅴ形 予熱渦流重式 予 熱 焼 量 式 l _{直 接 噴 射 式} 6 1 8 83×100 2.162 1 3.246 22:1 4.79/6.1417.66/9.76 90×113 4.313 20.7:1 10.1/11.7 105×135 1 120×150 1 110×130 7.014 1 10.178 1 7.412 】 9.882 17.5:1 17:1 1 16:1 17.2/21.1 28.1/33.4 136.2/出.4141.4/51.2 2 1 3 1 5 1 7 10 1 7 1 8 300 DC12V lOOAHxl個 30 DC12V 120AHxl個 40 350 1 500 1 400 DC12V

lOOAHx2個 DC12V120AHx2個 I DC12V150AIIx2個

90 L 150 180 DC12V 200AIix2個 220 整定4%以下 l 整 定 5% 以 下 整定4%以下 垂 足 _±3% * 日立製作所日立工場

蓑2 ポ ー

タ _{ブル発電枚の寸法･重量お よ び騒音}

DE-120

DE-20!DE-30l _DE-40+DE-50 F _{DE-60l DE-80【DE-100}

1,700 3,300 1,250 3,860 105 1,490 3,090 1,200 3,200 105 1,450 2,750 1,200 2,620 105 2,650 1,050 2,260 105 1,400 2,350 1,050 1,970 100 1,400 2,350 1,050 1.920 100 1,000 _{1 1,150} 2,150 700 1,210 2,000 750 1,030 95 1 95 1,750 750 850 90 (kg) 音 _{(TdB:Aレンジ)} 2,300 3,900 2,050 6,000 80 2,100 3,600 1,900 5,200 80 2,100 3,400 1,900 4,700 75 2,000 ₁ 2,000 3,300 1,800 4,300 75 3,000 1,800 4,050 75 2,000 3,000 1,800 4,000 75 1,400 2,650 _ト 1,450 2,200 70 1,400 2,300 1,450 2,000 70 (kg) Aレンジ) 量 騒 _音 rdB 1･寸法記号H,L,Wは図2ポータブル発電機構造図参照 2･騒音はセットより1m離れた所の概略値を示す｡ 図1 _{ポータブル発電機(DE-50)} ①②⑨④⑤⑥⑦⑧㊥ 計チ ソ計 ッタ 転イポ温 ス 〓 源止 ( 回電停油 盤 作 操 ⑩⑭㊧⑯ ト一一計灯チ計プ計 ソ セノノ 示ッ ソ ソレレ流蓑イ温ラ圧 コ ス 灯御止 熱動 止 検 点制停電予起水停抽 ①②③④⑤⑥⑦⑧⑨ 図2 _{ポータブル発電機構造図(DE-50)} ⑯㊥⑯⑩@㊧ 表 低 騒 音 形 ① ェ ソ ジ ン ⑨ ② 発 電 扱 ⑲ ③ 制 _{御 盤 ⑭} ④ 燃 料 タ ン ク _⑯ ⑤ バ _{ッ テ リ} ー ⑩ ⑥ 燃料噴射ポンプ ⑦ 停止 ソ レ _イト ⑭ ⑧ 油圧ス イ ッ チ ⑲

目 立 ポ ー タ ブ

_ル発電機

787

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磁匝およびヨーク岳sM41A

フ ₇ ソ;SS41 芯磯子 コ イ _ル】PEW

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⑯ ⑪ ⑭ 剛子保持器および刷子岳 ペアリングカバーj ペ _{ア リ} ン _ダ■l 〔埠 jペアリング締付金具

唾lスlトノブリンク

図3 _{発電機構造図(DE-50)} 図7 国 元… 子鉄 心

郵車

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｢ 161 +17二1 -り占､･＼ノ 十19＼. ＼￣￣､､ ･■20二 材 質 CU SS34 SS41 SM41A DGC BCおよび 屯気果鉛 SS34 6312C4 SS41 SUS27 改良を行なった｡図3は発電機の構造を,図4は新旧構造の比較を 示したものである｡ (1)固 定 子 発電機のわく番は従来5種類であったものを整理統合し,DE-10＼′30,DE-40∼60,DE-80∼120の3種煩とし,部品の共通化を Lヌ!った｡図5および図dは固定子の外観である｡ しa)固定子わくおよぴエンドブラケット 従来,固定子わくほ鋼板添接構造,エソドブラケットは鋳鉄製 であったが,今回,図3むこ示すように市販の鋼管を使用した固定 子わくに鋼板製エンドブラケットを溶接して一体とし,構造の簡 素化を因っている｡ 0 ぉこ

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旧斤手機構造図

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新叶う構軌芸1､よ1 図4 新旧発電駿構造図 図5 _{発電故国定子} 図6 発電機固定子 (b)固定子鉄心 図7に示すように角形鉄心とすることによって固定子わく構造 の簡素化,作業性の向上ならびに冷却効果の向上を図っている｡ 11

788 2 0 0 0 (U ねじり応力 Cm 25 20 15 10 g 0 5 ねじれ角嶋0･5 0･4 0･3 r心り213.2kgノcm2 日 立

_評

_論

図8 発電械回転子 ＼∴三†ト/2已○∽ト 1主ょ†j仰イ川三軌凄卜･11,400rpm JノL力121.6kg/cm2 ししブJ65kg.′′cm2 当撃退∃空プ∈已00…こ 応ナノ167.4kg.′′′cm2 当確脳垣荘謀邑よ○竹-一 東芝三世頚些且醤ギ∈已00年一 800 _{1,000 1,200 1,400} 回転速度(rpm) 0 0 0 2 ハU ()0 ごU 図9 _{ED-50ねじり振動実測値} 固定子わく構造の簡素化は角形鉄心の採用によって従来必要と した固定子わくのアームが不要となり,市販の鋼管が使用できる 構造となった｡作業性の向上については鉄心の外積みが可能とな り,固定子コイルの組線作業が容易になった｡また冷却効果につ いては,鉄心に発生した熱は直接固定子わくより効果的に放散さ れる構造をもっている｡ (c)固定子コイル 従来,固定子コイルは三相4線式で相電圧117/127V,(50/60 Hz)を使用できるようになっているが,照明などの電源として 100/110V,(50/60Hz)単相電源を必要とする場合,(トランスを 使用するが),高い相電圧を利用するよりほか方法がなかった｡新 形棟においては図4に示すように中性点とⅤ相の中間より100/ 110V単相電源を取り出せるよう考慮されている｡ 絶縁は各機種E種絶縁を採用している｡素線にはポリエステル 銅線(PEW)を,アース絶縁には耐湿性のすぐれたポリエステルフ ィルムを使用している｡ (2)回 転 子 図8は回転子の外観写真である｡ (a) シ _ャ フ _ト シャフトはディーゼル機関からのねじり振動を受けるので,起 動時のアイドリソグ回転速度および定格回転速度において,ねじ り応力に対しじゅうぶんな安全率をもつようシャフト径を決定し ている｡図9はねじり振動実測の一例を示したものである｡ ⅤOL.52 N0.9 1970 %⊇･盟2況jさiて 夢二勇吉青石二:う ￣￣￣￣￣ご￣ 還 亙￣￣ご;毒 ≡_喜漂雲 図10 _{在≡極およびヨーク} 図11 _{界 磁} コ イ ル (b)夜麦極およびヨーク 従来,磁極およびヨークほ鍛鋼製の塊状鉄JLでシャフトに焼ば めされていたが,新形機においては図3ならびに図10に示すよう に磁極およびヨークー体の厚鋼板を積層し,シャフトに焼ばめす る構造を採用して作業性の向上を図っている｡界磁コイルは図3 に示すように磁極片で押え,磁極片はボルトにて強固に磁極に固 定されている｡ (c)界磁 コ イ _ル 図11は界磁コイルを示したものである｡従来,一部の機種の みにF種絶縁を採用していたが,新形機においては全機種にF種 絶縁を採用している｡素線にはガラス巻線銅線(DGC)を使用し, 絶縁材には耐熱性が高い,耐湿性が良い,機械強度が大きいなど の各種のすぐれた性能をもっているエポキシ無溶剤ワニスを採用 している｡ エポキシ無溶剤ワニスは界磁コイルに真空注入するので,ワニ スが硬化するとき絶縁層に空げきを生ずることがなく,コイル内 部の熱伝導がよくなると同時にコイルと磁極間にワニスが充てん され,磁極鉄心からの熱放散が増すため,従来の溶剤系絶縁に比 べ温度上昇が約75%に低減した｡ (3)スリップリングおよび刷子 スリップリングほ長期間の運転休止においても錆(さび)ない ようステンレス鋼を使用している｡またスリップリングには冷 却と清浄効果を図り,かつ刷子の浮き上がりを防ぐため螺旋(ら せん)状のみぞを切っている｡ 刷子保持器および刷子は各機種共通とし,部品調達の便を因っ ている｡刷子保持器には二重バネによる自動圧力調整式を採用 し,使用時のバネ圧調整を不要としている｡ (4)カップリソグ カップリングは型鍛造でフアンボスも兼ね,構造の簡素化が図 られている｡

(5)軸 受 軸受は取扱い保守が容易なように,ころがり軸受が採用され, 部品共用化の観点から三種類に統一されている0 3.2 制 御 装 置 制御装置は発電楼の励磁装置を内蔵する制御盤,ディーゼル機 関を運転操作する操作盤および電装品などのディーゼル機関付属 装置により隅成されている｡ 図12 制 御 般皿 l･O W lr U O EF 王 FFB 1■ Sat-Tr l

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附甜警TrV約諾F

SR｡ 図13 発電機励磁装置結線図 説 明 交 流 電 流 計 電流計切換開閉器 盤照明灯用開閉器 初磁励回路用開閉器 コ ン デ ン サ ヒ ユ ー ス 変 流 器 ヒュ】ズフリーしヤ 断器 周 波 数 計 盤 照 明 灯 可 変 抵 抗 器 直 列 抵 抗 器 抵 抗 器 芯FE計用抵抗器 可飽和 変 流器 可飽和リアクトル シリ コ ン整流器 単 巻 変 圧 器 冠 匠 計 三相直線リアクトル 交 流 発 電 機 バ ッ テ リ 発 電 機 界 磁 ディーゼル機関運転操作盤 図14 ディーゼル機関運転操作盤 (邑上世類巡回八八人H 日立ポー タ

ブル発電楼

789 (a)制 御 盤 図12は制御盤外観を,図13は励磁装置結線を示したものであ る｡励磁装置は複巻自助式で励磁速応度が高く,かつ静止形枚器 で構成されているので取扱い保守が簡単である｡励磁装置の主要 部分は無負荷励磁電流を供給する三相直線リアクトル,負荷時の 電圧降下を補償する可飽和変流器,シリコン整流器および電圧調 整回路から構成され制御盤内に組み込まれている0 (b)操 作 盤 図14はディーゼル機関運転操･作盤の外観写真である｡運転操 作に必要な起動スイッチ,速度制御レバーおよび計器頸などは, すべて前面操作盤に集められており,一個所で運転状態を監視操 作できる構造である｡ 非常用電源では停電時,短時間で自動的に電源を確立するため 自動起動方式が採用されることが多い｡この場合,ウオータヒー タタンクを設けてディーゼル機関を保温し,起動失敗を防止する よう考慮されている｡また停電よりエンジンを自動起動して発電 完了し,送電までに要する標準時間は約15秒である｡図15は自 動起動系統図を,図1るは自動起動タイムスケジュールを示した ものである｡ 3.3 ディーゼル機関 ディーゼル機関には自動車用ディーゼル機関を使用し,運転,取 扱い保守ならびに部品調達が便利なようにしている｡回転速度は 1,500/1,800rpmで,ガバナにより速度変動率は4%以下に押えら れ,燃料制御装置により過速度が防止されている｡

ニーT≡丁

パ ッチ=ノⅠ W 起動確認リレ･1 S 一フジエーター 3

水温↓昇甲+

M 起動法ば仰 油圧低}卜 起動確認 00 4 始動リレ川 m ダイナモ フィルタ 燃料タンク 運転年､ 停止 ボン7】 ディーゼル機関 停止ソレノイド ′-￣`ヽ l l l ボン70

油圧低漂二1￠フィルタ

I l 潤滑油! 潤滑油クーラ ポンプ 26 フライホイール 機 雷】 発 水温上昇リレー 冷却水 囲15 自動起動系統図 伊左確認 仔 起 電 戯

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セルモータ作動 捕気 着火 回転過度 爪劉･完了 ト肝運虹 "

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晰非投入 呆護回路形成 負荷投入 着邑 引 は ずし

L盛望

潤滑油圧力低下 水温上昇 過電流 停止ソレノイド作動(燃料停止) 負荷しゃ断 0∼2 5∼25 0-5 時間(5) 国16 自動起動タイムスケジュール 13

790 _{日 立}

_評

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志蒙ノ.-t ､′･巨≡ = 零稼電凍-≡: ･-=-=-≧良妻隼--_￣￣†: -､_i_￣≡ ￣5-g枚 :_￣￣l_ 事 二=栄吉 ￣｢■■ヱ68三琵薮■=三--● 罪覆電圧_￣･= _･:8冠 弓‡2V -.書こ ￣書 -図17 _{DE【507.5kW6P三相誘導電動機起動時のオシログラム}

襲前垂麗_￣;･-.1蔓

重視

汚 排′ 【 ∫･･￣･層 図18 _{DE-50100%至1荷(力率0.8ノ1し′や断突入時のオシロブラJ､} 50杜z無負荷電圧波形 60Hヱ無負荷電圧波形 50Hz力率1.0全負荷電圧波形 60Hz力率1.0全負荷電圧波形 図19 DE-50発 電 機 電 忙 波 形 表3 DE-50発電機温度上昇

ミ=こここ二＼1㌻＼､旦_

荷

＼車重室戸

l 項 目 三相定格負荷 50 1 60

芸l三

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訂前一--一書¶-㌃】一三

電 流(A) 力 率 電機子コイル(温/抵) 電機子鉄心 イ ノレ 磁 鉄 心 軸 受 (湿/抵)】 173 仇8 37/54.3 26 173.5 0.8 38/53.7 27 38/49.8135/48.5 30 1 29 8 8 注:(温)は温度計法,(抵)ほ抵抗法 単 相 負 〃f 50柑30 200 150 0.8 28/37 26 47/65 53 8 60 35 220 159 0.S 29/39 27 50/62.2 64 VOI..52 Ⅳ0.9 1970 50Hz力率0ぶ全負荷電圧波形 60IIz力率0.8全負荷電圧波形 凶20 _{低騒音形ポータブル発電瞭ぐDE-80)}

日 立ポ ー タ

_{ブル発電機}

791 表4 DE-50振 動 実 測 値 担) n ,与 L5J 令 ロロロロロ◎ [亘] 軋足場所

負蒜＼

率

1,500! 1,800 エン ジ _ン(p

打一㌃下

電 機② 制御盤③ 燃料タ ソ ウノ ⑤ 5.5

￣妄言可￣￣古一】￣￣￣㌻

12 31 30 33 18.5 25 27 14l37

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7 2116

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47一16㌻㌫

29一26一21一23 注:1.単位は〃 2.上記値は片振幅 3.Hは水平方向,Aは軸方向,Ⅴほ垂直方向

4.ポータブル発電機の性能

ポータブル発電機ほ用途上負荷の種類が多い｡したがって,電圧 変動特性にすぐれ,過酷な単相負荷に耐えうることなどの特殊性が 要求される｡以下に新形機の電圧変動特性,単相負荷時の熱特性な どの試験結果について紹介する｡ 4.1電圧変動特性 新形楼においては固定子コイルならびに磁極の漏れ磁束を小さく 設計するとともに,励磁速応度の高い自助装置の採用によって瞬時 電圧変動のすぐれた小形の発電放とすることができた｡図17は 7.5kW三相誘導電動機起動時のオシログラム,図18ほ100クg負荷 PFO.8)しゃ断･投入時のオシログラムである｡ 4.2 単 相 負 荷 発電機の負荷は原則として三相負荷であるが,用途上,ヒ一夕, 電灯,単相電動楔および溶接機などの単相負荷が使用される｡これ ら単相負荷も配線および負荷の都合で三相平衡して負荷をとること ができず,不平衡負荷もしくは極端な単相負荷となることがある｡ 新形機においては,定格電流相当の単相負荷まで実用上支障なく 使用できるよう考慮を払っている｡表3は三相定格負荷時ならび に単相負荷時の温度上昇の実測値をDE-50について示したもので ある｡ また不平衡負荷の場合,電圧不平衡が大になると,負荷の回転枚 に逆相電流が流れ温度上昇をきたす原因となるので,不平衡電流は 15%以内で線間電圧の差を定格電圧の5%以内に押えている｡

脚丁

M一3一3･5㌫

4.3 電 圧 波 形 新形棟においては短節巻,1スロットピッチスキュー,不整数ス ロットならびに半閉スロットなどの手段を講ずることによって,電 圧波形を無負荷時,定格負荷時とも電圧波形狂い率で5%以下と良 好な正弦波とすることができた｡図19はDE-50の無負荷時ならび に定格負荷時の電圧波形を示したものである｡ 4.4 振 動･騒 音 ポータブル発電機は市街地での使用がふえるにつれ低騒音形が要 求されるようになってきた｡今回,日産自動車販売株式会社とクィ アソプし低騒音形ポータブル発電機の開発もあわせ行なった｡吸音 材にはグラスウールを使用し,入排気路を迷路として吸音効果を上 げた｡表2ほ低騒音形ポータブル発電枚の寸法･重量および騒音を 示したものである｡図20は低騒音形ポータブル発電機DE-80の外 観である｡ なお,振動についてもぎ装上 合理的な配置により良好な振動結 果が得られた｡表4ほDE-50形ポータブル発電棟の振動実測値を 示したものである｡

5.鯖

白 以上 _{日立ポータブル発電機について述べたが,今後この種の電} 源の需要はますます増加するものと思われる｡よってわれわれは今 後とも需要家の要望をとり入れて使いよいポータブル発電機の開発 に努力する所存である｡ 15