Facebookページ
Twitter
Youtube

エンタメ

第12回 製品編5 命題は「小さく軽く」インバーターが変えた!発電機イノベーション


ホンダパワープロダクツで、どんな人たちがどんな仕事をしているのか、どんな製品をどのように開発しているのか、知っているようで実はよく知らないもうひとつのホンダ、パワープロダクツを12回に渡ってご紹介させて頂いたこの連載も今回が最終回。最後は、数あるパワープロダクツの中でもダントツに有名な発電機を取り上げる。
●文:時野 実 ●写真:依田 麗

知っているようで実は知らない発電機

 発電機とはその名の通り、発電をする製品であることは誰でも知っているが、その仕組みとなると「エンジンで発電する」という程度の知識しかない。そもそも毎日当たり前のように使っている電気にしても、電気とはどんなものなのか理論も仕組みも実はよく分かっていない人の方が多いのではないだろうか。もちろん筆者もその一人。そんなことを考えるまでもなく使える電気とは、なんと便利でありがたいことか。
 ホンダの発電機もしかり。一度でも使ったことのある人なら分かるだろうが、持ち運びができる小型の発電機ならば、それほど専門的な知識を必要とせずに、誰でも簡単に扱うことができる(もちろんガソリンが必要だとか、室内では使わないなど、最低限の知識は必要なことはあえて言うまでもないが)。

「私たちのパワープロダクツ事業は小型エンジンを機軸にして事業を展開しています。小型のエンジンを搭載した発電機は、今から50年以上前の1965年から販売しています」

 ホンダ入社以来電気系商品一筋、最初の数年以外は発電機の設計一筋に過ごしてきた、まさにミスター・発電機である広瀬さんに、最新の発電機事情を伺った。

広瀬忠文さん

本田技術研究所 ライフクリエーションセンター
PG 開発室 設計ブロック 研究員
広瀬忠文さん

1984年本田技術研究所入社、朝霞東研究所(現ライフクリエーションセンター)の設計ブロックに配属され、大型除雪機HS1110Zや小型除雪機HS555などの電装設計を担当。1988年に発電機設計部門へ異動。クラス世界初の防音型インバーター搭載機EU28i(1998年)や、クラス最軽量ポータブルインバーター搭載機EU16i(2001年)、カセットガスを使用するEU9iGB エネポ(2010年)などのDPL(ディベロプメント プロジェクト リーダー= 研究所のプロジェクトリーダー)を歴任。専攻は電気ではないそうだが、入社後は電気系商品一筋。

 ホンダ発電機の歴史は、持ち運び可能な小さな筐体にお得意の4ストロークエンジンとオルタネーター(交流発電機)を納め、0.3kWを出力できるE300から始まった。1965年当時民間で簡単に使える小型の発電機は存在しなかった。ホンダは最初の市販モデルから、簡単な操作で運転を可能としたこともあって、「誰でも使える持ち運び可能なコンセント」として大ヒットした。その後パワーアップした「デンタ」シリーズを1980年に発売するとこれも大ヒット。デンタは小型発電機の代名詞となるほど広く知れ渡ったので、名前を聞いたことのある人も多いのではないだろうか。

E300
「小型軽量で持ち運びに便利」「静かで誰でも手軽に取り扱える」「機械を思わせない家電製品なみのデザイン」がコンセプトのE300。まさに発電機のイノベーションだった。
デンタシリーズ
E300シリーズの後継機、デンタシリーズはポータブル発電機の代名詞にもなったが、しばらくエンジン+円筒型オルタネーターという基本構造は変わることがなかった。

円筒型からインバーターへ

「E300からずっと円筒型という一般的なオルタネーターを搭載した発電機でしたが、20年ほど前に電気を整流しながら交流の電気を出力するインバーターを搭載した発電機を発売しました。この発電機は小型からスタートし、中型、大型とラインアップを揃えて、現在の主力商品になっています。最近では環境性能や燃費を向上させるためにFI(フューエルインジェクション)モデルを展開したり、お客様がより扱い使いやすいカセットボンベを燃料とする製品を開発しました。この技術を使ったインバーター搭載の蓄電機E500なども展開しています。発電機は、国内のみならず世界中のお客様にご使用いただいています」

 インバーターという技術は電気の世界を大きく進化させた技術だ。残念ながら筆者には仕組みや理論を解説できる知識も理解力も持ち合わせていないので詳細は省くが、おおざっぱに言えば直流と交流を自在に変換できたり、自在にモーターの回転を制御できる技術らしく、エアコンや冷蔵庫などモーターを使った家電や電車など幅広い分野で使われている。そんな技術を使い、世界で初めてマイコン制御式正弦波インバーターシステム(以下インバーターシステムと表記)を発電機に搭載したのがホンダだった。インバーターシステムによって、どれほど革新的なことが起きたのかは後ほど語っていただくとして、まずは、実際に発電機はどんなシーンで使われているのかを伺った。

発電機の主な3つの使われ方

「日本では日常生活で発電機をあまり見かけないと思いますが、アメリカでは、PLAY、HOME BACKUP、WORKという3つのカテゴリーで主に使われています。PLAYとは遊びですね。大草原や砂漠近郊などライフラインや電気がない場所にモーターホームを持ち込んで一週間ほどキャンプする方々は、モーターホームの中にエアコン、冷蔵庫などいろいろな電化製品を持っていて、これらに電気を供給するために発電機を購入されています。また、サーキットでタイヤウォーマーの電源として使われる光景もよく目にします」

 日本でもキャンプなどに発電機を使うことはあるが、さすがにエアコンや冷蔵庫まで持ち込むのは一般的とはいえない。やはりアメリカでは、キャンプひとつとっても規模が大きい。そして、レジャーに発電機が広く浸透しているということでもある。

「昨今は日本も自然災害の影響が多く出ていますが、北米ではハリケーンやアイスストーム(氷雨を伴う暴風)など自然災害の規模が大きく、一週間程度の停電が発生することがあります。そのため大型の発電機をガレージの中に収納して、停電になったら使うというのがHOME BACKUPです」

 日本でも、未曾有の被害をもたらした東日本大震災を契機に非常時のライフライン確保に大きな関心が集まるようになった。さらに、昨今は大型台風が広い地域に大きな被害を出したこともあって、いざというときのためにも発電機の需要が高まってきているそうだ。

「そしてWORK。工事現場や、屋台の電源など仕事で使う業務用の電源として使われています。発電機が他のパワープロダクツと異なるのは、例えば耕うん機や芝刈機はやりたい仕事が明確です。しかし発電機の場合はお客様がやりたいこと、動かしたいものは発電機の向こう側にある。つまり我々から見えないのです。キャンプのように一日数時間の使用で、年間50時間程度しか使わないお客様から、一日中工事現場などハードな環境下で年間2000時間程度使用するというお客様もいらっしゃいます。ですから、どう使うのか想定するのは、かなり難しい製品なのです」

 いわれてみればそのとおり。発電するための発電機ゆえ、その使われかたは千差万別だ。
 国内外のさまざまなシーンで活躍するホンダ発電機の現在の国内モデルのラインアップは、正弦波インバーター搭載機、サイクロコンバーター搭載機、スタンダード発電機、三相発電機の4タイプに分類される。その中で主流となっているのは、前記したホンダが先鞭をつけた正弦波インバーター搭載機。現在は他メーカーの発電機も、インバーター搭載モデルがスタンダードになっているそうだ。

EX22

EP900

EXT4000

現行国内の発電機は、主流の正弦波インバーター搭載発電機の他、正弦波インバーターから各種機能を省いた廉価版ともいえるサイクロコンバーター搭載機(写真左 EX22)、シンプルなスタンダード発電機(写真中 EP900)、主にガソリンスタンドのポンプ用のバックアップ電源に使われる三相発電機(写真右 EXT4000)などをラインアップ。

EU9i
EU55is
正弦波インバーター搭載機は小型ハンディタイプ0.9kWのEU9i(写真左) から、大型のフューエルインジェクションを採用した5.5kWのEU55is(写真右) まで13機種をラインアップ。カセットガスを使用するEU9iGB エネポやプロパンガスを燃料とするEU9iGP/EU15iGPなども幅広くラインアップ。

発電機における究極の命題

「発電機に要求される命題はいろいろあります。これは小型でも大型でも同じですが、極端に言ってしまえば、発電機本体は必要なく、コンセントがあればいいのです。しかし、実際はそのコンセントから電気を出さなければならない。だから一番の命題は『小さく、軽く』、つまり究極の命題は『どこにでも持ち歩けるコンセント』なのです。さらに『安く』ということも重要なのです」

 ネコ型未来ロボットのポケットから出てきそうな「どこでもコンセント」があれば、それが一番使い勝手がいいが、それはマンガの話。ホンダ初、というよりも世界で初めて簡単に使えて持ち運べる電気を作ったホンダだからこそ、より小さくより軽くは常に命題であり、それに応えた技術がインバーターだった。

「当時の円筒型オルタネーターは重く大きかったのです。ポータブルタイプといえど持ち運びをするための鋼板製フレームも重々しく、メカメカしいのが通例でした。これをもっと軽くできないのか、もっと親しみやすくできないものか。インバーターの技術を使って、お客様になんとか新しい喜びを提供したいと考えました。当時ホンダのEM500という発電機は22.5kgでした。いろいろと持ち比べてみたのですが、簡単に持ち運べる重さということを目標に開発しました」

 インバーターシステムを搭載した発電機は、巨大な発電所で作られ一般家庭のコンセントに来ているような電気と同じ、周波数の波形にひずみの少ない正弦波を出せる。いわゆる「きれいな電気」を実現したことで、パソコンなどの精密な電子機器にも使えるようになった。それだけではなく小型軽量化にも大きく貢献していた。高速多極オルタネーターを使えるようになったことで、従来の円筒型オルタネーターに比べ1/3の軽量化を実現した。さらに周波数の波形にひずみの少ないふたつの発電機を同期させる並列運転も可能にしたのだ。

正弦波
E300など従来の円筒型オルタネーターは周波数の波形にひずみが出ていたが、1987年初めてインバーターを採用したEX300は、2ストロークエンジンで三相多極高速発電機を回してひずみのない波形を出せるようになった。しかし矩形波という角型の波形であり、精密機器の使用には適さなかった。デジタル制御を取り入れたEX500から正弦波が出せるようになり、さらにEU9i以降はマイコン制御でエンジン回転数を自在に制御できるようになった。

「3kWクラスの大型発電機(1985年 EX4000)の重量は122kgにもなってしまいました。容積も335リッターとかなり大きく、人力で持ち運ぼうとすると、階段など運ぶのは大変なことでした。これが、インバーターシステムがあれば並列運転ができますから、大出力を分割して運ぶというようなこともできるようになったのです」

 インバーターシステムを搭載したEU18i(1.8kW)はわずか21.2 kg。一人でも持ち運びができる。これを2台繋いで並列運転をすれば3.6kWの出力を得ることができる。インバーターのメリットはまだまだある。

EM550
1985年のEM550。当時としては小型軽量、低騒音で燃費もよかったが、出力を上げようとすればオルタネーターやエンジンが大型になり、運転時間を長くしようとすれば燃料タンクも大型化するため、筐体の強度も上げる必要があった。性能と重さ大きさをどこで折り合わせるのか難しい問題だった。
EX4000
いかにも重そうなEX4000だが、各部を個別のファンで冷やす方式と集中ダクトにより、騒音をボディ内部で減少させるサイレントボックスシステムを採用。静粛性に優れた防音型で夜間の工事現場や建築現場で重宝された。当時は防音のためにはこれくらいの大きさも必要だったということ。

「静かさということも命題のひとつです。例えば冷蔵庫は起動電力が2000W程度で、運転時が700W、スタンバイの状態で数10W程度と使用状況によって必要とする電力が変化します。従来の円筒型の場合、常に一定の回転数でエンジンを回していたので負荷が変わってもエンジン回転数は一定で燃費が悪く、常に大きな音が出ていました。それがインバーターシステムを利用したエコスロットルの採用で、負荷に応じてエンジン回転数を変化させることが可能になり、燃費の向上と騒音の低減を実現しました。また、騒音低減のために二重防音構造も採用しました。これはエンジン冷却のためにエンジンカバーの中に冷却風を流すのですが、そのエンジンカバーによってエンジン音を遮音し、さらに外のカバーでも遮音するという二重のカバー構造のことで、吸音材を使うことなく騒音を低減させたのです」

EX500
1996年のEX500から正弦波を実現し、並列運転が可能となった。1998年には世界初のマイコン制御式正弦波インバーターシステムのEU9iが登場。エンジンは4ストロークに戻り、高速多極オルタネーターや樹脂製筐体により小型軽量化も達成。今日に続く正弦波インバーター発電機の基礎となった。

高速多極オルタネーター
インバーターシステムの採用で従来の円筒形型オルタネーター比べ、1/3の軽量化をした高速多極オルタネーターを使えるようになったことで、小型軽量化に大きく貢献した。
エンジン冷却
エンジン冷却のための通路を防音カバーとして生かし、さらに外側カバーで二重に防音。エンジンやオルタネーターなどの機器は横に並べて配置することによって、持ちやすいスリムな全幅290mmも達成した。

構造面もイノベーション

 軽量化とは一見関係なさそうなインバーターシステムだが、その効果は多岐にわたり、このように発電機の可能性を大きく進化させた。そこにいち早く目をつけ、世界で初めて実用化したことは、さすが技術のホンダの面目躍如。しかしインバーターだけではなく、よりよい発電機へのチャレンジは構造面にも及んでいた。

「発電機は道具ですから、ハードに使われる場合もあります。ぶつけたり、倒したり、そして本来の使い方ではないのですが、ハンドルの上に乗ってしまうようなこともあるので壊れないように丈夫に作ることが必要でした。今までは強度を持たせるために鋼板を使っていたのですが、目標である22kgを達成するために、EU16iは中型機で初めて筐体に樹脂を使いました。メカメカしい鋼板よりも樹脂は家電のような親みもありますし。ただし鋼板とは違い樹脂は強度がありません。そこでどうするかいろいろと考えました。結果、外装に強度を持たせるのではなく、ハンドル部分に直接エンジンを吊る構造としました。内部の機器も横に配置することで、持ち運びがしやすい290㎜の幅に収めることができました」

 このような技術を盛り込んで広瀬さんがDPLを務め、2001年に発売したのがクラス最軽量の大出力ポータブル発電機がEU16iだった。その後継機にあたる現行機種のEU18iは、現在でも人気商品のひとつだという。

「このクラスはプロ用としても家庭用としても人気です。ほぼあらゆる電気製品が使えて、持ち運びもできますし使い勝手がいいので、多くのお客様に使っていただけているようです」

EU18i
広瀬さんがDPLを務めたEU16iの後継機がEU9iの倍の出力を持つ2018年に登場した人気の中型ポータブル発電機EU18i。プロユースも多い中型発電機。初めて筐体すべてを樹脂製にしたEU16iは、トライアンドエラーの繰り返しだったそうだ。

一番苦労したのは意外な点だった

 売れる製品を作り上げるのは簡単なことではない。それではそのためにどんな部分で一番苦労したのかを尋ねてみた。きっとインバーターや電気回路など電気関係の開発話かと思えば、意外な答えが返ってきた。

「開発しているといろいろなことがありますから(笑)。苦労はたくさんあるのですが……そうですね、たとえば樹脂です。樹脂は金属と違って壊れます。メーカーの性能データなどを参考にして設計するのですが、実際にやってみるとデータ通りにならない。割れたりするんですね。まるで生ものみたいに(笑)。EU16iはこの大きさと重量の発電機で初めて樹脂を使った筐体を作りましたから、本当に壊れないのかな? と心配で、規定の何倍も力をかけて、どうしたら壊れるのかまで見極めました。もちろんそう簡単には壊れませんが、2000時間くらい使われることもある製品ですから。熱が高くなる排気部分は材質を変えたりして、数々の樹脂を探しました。基本的に外装は耐ガソリン性が必要なので家電で使っているようなものは使えません。コストをかければいろいろとできるのですが、発電機は趣味のものではなく、あくまで機能あっての道具です。機能とコストをバランスさせながら、デザインの意趣も入れて、よりよい商品をお客様に提供することが我々の仕事です。でもそこがまた、ものづくりのおもしろいところなのですよ」

EU18i
カセットガスを燃料にするEU9iGB エネポも広瀬さんがDPLを務めた。ガソリンタイプとは全く異なる初心者層をターゲットにするため、スタイルも縦型に一新。より簡単に使えるようにと、始動手順の番号が表示されている超親切設計。

リベイドE500
リベイドE500
蓄電機のリベイドE500(Power Product Quest 第9回 製品編2 蓄電機 Lib-AID E500 へ)は、屋内で使える“家電”のようなデザイン。開発チームは「実際にどんな使い方をするだろう」と想像しながら試行錯誤を繰り返し完成度を高めたそうだが、内部機器を包み込む「バスタブ型のモノコックフレーム」には発電機の技術が生かされている。

未来を照らすホンダ発電機

 大きなイノベーションを果たした発電機は、今後どのような展開をしていくのだろうか。

「そうですね、これもいろいろと考えられるのですが、燃費でしょうか。フューエルインジェクション搭載モデルもありますが、小型機に展開するのはコスト面でなかなか難しいのです。先ほども言いましたが、発電機はあくまで道具です。フューエルインジェクションを入れて燃費が上がっても、値段が高くなり過ぎれば購入していただけません。もう一つはE500のような蓄電機の可能性です。これもコストの話になりますが、リチウムイオンバッテリーはまだまだ高価で、出力を上げようとすれば価格もぐっと上がります。価格と出力をどこでバランスさせるのかがほんとに難しいところです。発電機は燃料があれば発電できますから両者のメリットを上手く生かし、組み合わせて使えるようなものは面白そうですね。ただやはり、最大の問題はリチウムバッテリーのコスト高の壁です。何とかならないかと、何かないのかといろいろと模索しているのですが(笑)……なんとかそこをブレイクスルー出来れば、ここからちょっとまた新たな世界が広がっていくようになって、さらにいろいろな展開があると思います」

広瀬さん
今までの連載取材でよく聞いたのが「実はF1 がやりたくて」とか「バイクが好きで」というホンダ入社の動機だが、広瀬さんも四輪志望だったそうだ。最初は「パワープロダクツって何?」の連続だったそうだが、これまた他の方と同様「やりがいがあって、楽しいです」と笑顔で語ってくれた。

 本当に楽しそうな笑顔で語ってくれた広瀬さん。どんな製品にすれば使い勝手がいいのか、喜ばれるのか。困難な壁をひとつひとつ越えていくことを楽しんでいるかのようにもみえた。次のイノベーションは、意外と早く訪れるかもしれない。


[第11回 製品編4 除雪機|第12回|]

2020/03/26掲載