CN101634254A - 逆变器式发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种逆变器式发电机，该逆变器式发电机在控制逆变器的动作的逆变器驱动单元中，判断发动机的过旋转状态，中止点火来使发动机停止，从而可靠地防止发动机的过旋转。本发明的逆变器式发电机具有：逆变器驱动单元，其根据使用目标输出电压波形的基准正弦波和载波而生成的PWM信号来驱动开关元件，并将从逆变器输出的交流电变换为预定频率的交流电；以及点火控制单元，其控制对发动机进行点火的点火装置的动作，在该逆变器式发电机中，逆变器驱动单元检测发动机(12)的转速(NE)(S10)，根据检测出的发动机转速(NE)判断发动机是否处于过旋转状态(S12－S24)，在为肯定的情况下，对点火控制单元发出指令而中止点火，从而使发动机停止(S26)。

Description

逆变器式发电机
技术领域
本发明涉及逆变器式发电机，更详细地说涉及具有由发动机驱动的发电部、并可靠地防止发动机的过旋转的逆变器式发电机。
背景技术
这样的一种逆变器式发电机是众所周知的，即：将从由发动机驱动的发电部输出的交流电暂时变换为直流电，并根据使用目标输出电压波形的基准正弦波和载波而生成的PWM信号来驱动开关元件，从而将该直流电变换为预定频率(商用频率)的交流电而输出，作为该逆变器式发电机的例子，可列举下述专利文献1记载的技术。
专利文献1：日本特开平4-355672号公报
在专利文献1记载的逆变器式发电机中，通常，在点火控制电路中检测发动机转速，当判断为处于过旋转状态时，中止点火。然而，点火控制电路通常是模拟电路且使用常数设定等的简单方法进行控制，因而当发动机转速伴随点火中止而下降时，再开始点火而再次成为过旋转，发动机一直重复过旋转、点火中止、转速上升、过旋转、点火中止、…，从而不能停止过旋转状态。
发明内容
因此，本发明的目的是解决上述课题，提供一种逆变器式发电机，该逆变器式发电机在控制逆变器的动作的逆变器驱动单元中，判断发动机的过旋转状态，中止点火来使发动机停止，从而可靠地防止发动机的过旋转。
为了解决上述课题，本发明第一方面涉及一种逆变器式发电机，该逆变器式发电机具有：发电部，其由发动机驱动；变流器，其将从所述发电部输出的交流电变换为直流电；逆变器，其具有开关元件，并将从所述变流器输出的直流电变换为交流电而输出；逆变器驱动单元，其根据PWM信号来驱动所述开关元件，并将从所述逆变器输出的交流电变换为预定频率的交流电，该PWM信号是使用目标输出电压波形的基准正弦波和载波而生成的；点火装置，其对所述发动机进行点火；以及点火控制单元，其控制所述点火装置的动作，所述逆变器式发电机构成为：所述逆变器驱动单元具有：发动机转速检测单元，其检测所述发动机的转速；以及过旋转判断单元，其根据所述检测出的发动机转速来判断所述发动机是否处于过旋转状态，并且在判断为所述发动机处于所述过旋转状态的情况下，所述逆变器驱动单元对所述点火控制单元发出指令而中止所述点火，从而使所述发动机停止。
第二方面涉及的逆变器式发电机构成为：当所述检测出的发动机转速超过阈值预定次以上时，所述过旋转判断单元判断为所述发动机处于过旋转状态。
在本发明第一方面中，该逆变器式发电机具有逆变器驱动单元和点火控制单元，该逆变器驱动单元根据使用目标输出电压波形的基准正弦波和载波而生成的PWM信号来驱动开关元件，并将从所述逆变器输出的交流电变换为预定频率的交流电，该逆变器式发电机构成为：逆变器驱动单元判断发动机是否处于过旋转状态，在判断为处于过旋转状态的情况下，对点火控制单元发出指令而中止点火，从而使所述发动机停止，因而可避免发动机重复过旋转、点火中止、转速上升、过旋转、点火中止、…，以此能可靠地防止发动机的过旋转。
第二方面涉及的逆变器式发电机构成为：当检测出的发动机转速超过阈值预定次以上时，判断为发动机处于过旋转状态，因而除了具有上述效果以外，还能准确地判断发动机的过旋转状态。
附图说明
图1是整体地示出本发明的实施例涉及的逆变器式发电机的框图。
图2是说明图1所示的CPU进行的PWM控制的波形图。
图3是示出图1所示的CPU进行的过旋转停止控制处理的流程图。
图4是说明图3的流程图的处理的时序图。
图5是说明现有技术的处理的时序图。
标号说明
10：逆变器式发电机；12：发动机(内燃机)；12a：节气门；12b：节气门电机；12e：点火装置；14：发动机发电部；14a：三相输出绕组；16：控制基板；20：变流器；26：逆变器；36：电负载；40：CPU；40a：晶闸管(SCR)驱动器；40b：栅驱动器；40c：电机驱动器；40d：EEPROM；40e、40f：电压传感器；40g：电流传感器；42：第2控制基板；44：点火控制电路；46：信号线。
具体实施方式
以下，结合附图说明用于实施本发明涉及的逆变器式发电机的最佳方式。
【实施例】
图1是整体地示出本发明的实施例涉及的逆变器式发电机的框图。
在图1中，标号10表示逆变器式发电机，发电机10具有发动机(内燃机)12，并具有3kW(交流100V，30A)左右的额定输出。发动机12是风冷发动机，且是火花点火式，其节气门12a利用由步进电机构成的节气门电机(致动器)12b来开闭，并利用反冲起动器(未作图示)来起动。
在发动机12的气缸盖附近固定有圆形的定子(未作图示)，在该定子上卷绕有构成发动机发电部14的由U相、V相、W相构成的3相输出绕组(主绕组)14a以及3个单相绕组14b、14c、14d。
在定子的外侧配置有兼用作发动机12的飞轮的转子(末作图示)，在该转子的内部，以与上述的绕组14a等对置的方式安装有多对永磁铁(未作图示)，并使得这些永磁铁在直径方向上磁化的磁极相互交替。
随着转子的永磁铁绕着定子旋转，从3相输出绕组14a输出(发出)3相(U相、V相、W相)交流电力，并从单相输出绕组14b、14c、14d输出单相交流电力。
从发动机发电部14的输出绕组14a所输出(发出)的3相交流电力经由U、V、W端子14e被输入到控制基板(印制电路板)16，并被输入到搭载在该控制基板16上的变流器20。变流器20具有桥式连接的3个晶闸管(SCR)和3个二极管DI，通过控制晶闸管的导通角，将从发动机发电部14所输出的3相交流电变换为直流电。
变流器20的正极侧和负极侧的输出与RCC(Ringing ChokeConverter，振铃用扼流变流器)电源(直流稳定电源)22连接，将整流后的直流电作为工作电源提供给所述的3个晶闸管。RCC电源22的后级连接有平滑电容器24，该平滑电容器24用于平滑从变流器20输出的直流电。
平滑电容器24的后级连接有逆变器26。逆变器26具有由4个FET(电场效应晶体管。开关元件)桥式连接起来的电路，如后所述通过控制4个FET的导通和非导通，将从变流器20所输出的直流电变换为预定频率(具体地说50Hz或60Hz的商用频率)的交流电。
逆变器26的输出通过由高谐波去除用的LC滤波器构成的扼流圈30和噪声去除用的噪声滤波器32从输出端子34被输出，并通过连接器(未作图示)等被自由地提供给电负载36。
控制基板16具有CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)40。CPU 40由32位构成，并经由晶闸管(SCR)驱动器(驱动电路)40a控制变流器20的晶闸管的导通角，经由栅驱动器40b控制逆变器26的FET的导通和非导通，并经由电机驱动器40c控制节气门电机12b的动作。CPU 40具有EEPROM(非易失性存储器)40d。
单相第1输出绕组14b的输出经由副端子14b1、14b2被送到控制基板16，并被输入到控制电源生成部14b3，在控制电源生成部14b3中生成CPU 40的工作电源5V。副端子14b1的输出被送到NE(转速)检测电路14b4，在NE检测电路14b4中被变换为脉冲信号并被送到CPU 40。CPU 40对NE检测电路14b4的输出进行计数，从而检测发动机12的转速NE。
第2输出绕组14c的输出被送到全波整流电路14c1，在全波整流电路14c1中进行全波整流而生成节气门电机12b等的工作电源。
第3输出绕组14d的输出被送到第2控制基板(印制电路板)42。第2控制基板42具有点火控制电路(模拟电路)44。第3输出绕组14d的输出经由EX端子14d1被送到第2控制基板42，用作点火控制电路44的工作电源。
点火控制电路44作为所述的点火控制单元执行功能。即，发动机12具有：点火装置12e，其由点火线圈12c和火花塞12d构成；以及脉冲线圈12f，其与第3输出绕组14d等接近并卷绕在发动机发电部14的定子上，通过与转子的永磁铁的相对旋转，以预定的曲轴角度在飞轮每旋转一圈时输出一个波形。
第3输出绕组14d的输出与点火线圈12c的一次侧连接，也用作点火电源。点火线圈12c的二次侧与火花塞12d连接。脉冲线圈12f的输出经由端子12f1被输入到第2控制基板42，并被输入到点火控制电路44。
点火控制电路44在曲轴角度(根据脉冲线圈12f的输出所检测的)截断点火线圈12c的一次侧，在二次侧产生高电压来从火花塞12d的电极产生火花，点燃发动机12的燃烧室的混合气体。
在将第3输出绕组14d和点火装置12e连接起来的导电路径上插入有紧急停止开关(切断开关)12g，该紧急停止开关12g配置在用户自由操作的位置，当该紧急停止开关12g接通时，截断向点火装置12e供给点火电源。紧急停止开关12g的输出经由端子12g1被输入到第2控制基板42，并被输入到点火控制电路44。
点火控制电路44经由端子44a和端子40n通过信号线46与CPU 40连接。如后所述，点火控制电路44构成为：当由CPU 40判断为发动机12处于过旋转状态、并从CPU 40发送了高电平信号时，中止点火使发动机12停止。
CPU 40具有第1、第2电压传感器40e、40f，第1电压传感器40e在RCC电源22的后级产生与从变流器20输出的直流电压对应的输出，并且第2电压传感器40f在逆变器26的后级产生与从逆变器26输出的交流电压对应的输出。第1、第2电压传感器40e、40f的输出被输入到CPU40。
而且，CPU 40具有电流传感器40g，电流传感器40g产生与从逆变器26输出的电流(换句话说，与连接了电负载36时流过电负载36的电流)对应的输出。
电流传感器40g的输出被输入到CPU 40，并还被输入到过电流限制器40h。过电流限制器40h由独立于CPU 40的逻辑电路(硬件电路)构成，当由电流传感器40g检测出的电流超过容许极限值时，过电流限制器40h停止栅驱动器40b的输出，使逆变器26的输出暂时为零。
CPU 40输入有第1、第2电压传感器40e、40f和电流传感器40g的输出，根据这些输出对逆变器26的FET进行PWM控制，并控制节气门电机12b的动作，进一步限制过电流。
图2是说明CPU 40进行的PWM控制的波形图。
参照图2来说明逆变器26的FET的PWM控制，CPU 40根据目标输出电压波形(在下部由虚线表示)的预定频率(即，商用频率50Hz或60Hz)的基准正弦波(信号波，在上部由实线表示)，在比较器(未作图示)中与载波(例如20kHz的载波)进行比较，根据PWM(Pulse WidthModulation，脉宽调制)生成PWM信号(PWM波形)、即占空比(＝接通时间t/周期T)可变的脉冲串，将其经由栅驱动器40b而输出。
另外，PWM信号(PWM波形)的周期T(步长)实际上短得多，然而为了便于理解，在图2中夸张示出。
并且，CPU 40确定节气门12a的开度，以达到根据由电负载36确定的交流电力输出而确定的目标转速，计算节气门电机12b的A相和B相的输出脉冲，将其经由电机驱动器40c从输出端子40c1提供给节气门电机12b，来控制其动作。
然后，CPU 40执行检测发动机12的过旋转状态来使发动机12停止的过旋转停止控制。
图3是示出CPU 40的动作的流程图。图示的程序例如每10毫秒(msec)执行一次。
以下进行说明，在S10中根据NE检测电路14b4的输出来检测发动机12的转速NE，进到S12，判断所检测出的发动机转速NE是否是4400rpm以上，当为肯定时进到S14，使过旋转标志接通(ON)。
另一方面，当在S 12中为否定时进到S16，判断所检测出的发动机转速NE是否不足4300rpm，当为肯定时进到S18，使过旋转标志断开(OFF)。另外，当在S16中为否定时跳过S18的处理。
然后进到S20，判断前次(即，前次循环图3的流程图的程序时)的过旋转标志是否断开、且本次(即，本次循环图3的流程图的程序时)的过旋转标志是否接通。
当在S20中为肯定时进到S22，使计数值增加1，进到S24，判断计数值是否为5以上。当在S24中为肯定时进到S26，经由信号线46将高电平信号输出到点火控制电路44，中止点火来使发动机12停止。
然后进到S28，存储本次的过旋转标志。另外，当在S20或S24中为否定时也同样存储本次的过旋转标志。
图4是说明图3的处理的时序图，图5是说明现有技术的处理的时序图。
如图5所示，在现有技术中由于由点火控制电路(模拟电路)控制，因而当发动机转速超过4400rpm时中止点火，并且由于在4200rpm时再开始点火，因而发动机12重复过旋转、点火中止、转速上升、过旋转、点火中止、…，从而不能停止过旋转状态。在本实施例的情况下由于点火控制电路44是模拟电路，因而只要点火控制电路44进行，就产生相同问题。
与此相对，在本实施例中，在重复了5次上述内容的时刻中止点火，如图4所示，当判断为过旋转状态时，中止点火来使发动机12停止。由此，能可靠地防止发动机12的过旋转。即，由于取代点火控制电路44而由CPU 40进行，因而与点火控制电路44相比能进行复杂控制，由此能可靠地防止发动机12的过旋转。
并且，由于利用CPU 40停止发动机12，因而可在冻结异常数据或者存储差错后使发动机12停止，以此能够提高故障诊断功能和维修功能。
如上所述，在本实施例中涉及一种逆变器式发电机10，该逆变器式发电机10具有：发电部14，其由发动机12驱动；变流器20，其将从所述发电部输出的交流电变换为直流电；逆变器26，其具有开关元件(FET)，并将从所述变流器20输出的直流电变换为交流电而输出；逆变器驱动单元(CPU 40)，其根据使用目标输出电压波形的基准正弦波和载波而生成的PWM信号来驱动所述开关元件，并将从所述逆变器输出的交流电变换为预定频率的交流电；点火装置12e，其对所述发动机12进行点火；以及点火控制单元(点火控制电路44)，其控制所述点火装置12e的动作，所述逆变器式发电机10构成为：所述逆变器驱动单元具有：发动机转速检测单元(NE检测电路14b4、CPU 40，S10)，其检测所述发动机12的转速NE；以及过旋转判断单元(CPU 40，S12至S24)，其根据所述检测出的发动机转速NE来判断所述发动机12是否处于过旋转状态，并且，在判断为所述发动机处于所述过旋转状态的情况下，所述逆变器驱动单元对所述点火控制单元(点火控制电路44)发出指令而中止所述点火，从而停止所述发动机12(CPU 40，S26)，因而可避免发动机12总是重复过旋转、点火中止、转速上升、过旋转、点火中止、…，以此能可靠地防止发动机12的过旋转。
并且，所述逆变器式发电机10构成为：当所述检测出的发动机转速NE超过阈值(4400rpm)预定次(5次)以上时，所述过旋转判断单元判断为所述发动机12处于过旋转状态(CPU 40，S24)，因而除了具有上述效果以外，还能准确地判断发动机12的过旋转状态。
另外，在上述中，作为逆变器的开关元件使用了FET，然而不限于此，可以是IGBT(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)等。

Claims (2)

1.一种逆变器式发电机，该逆变器式发电机具有：发电部，其由发动机驱动；变流器，其将从所述发电部输出的交流电变换为直流电；逆变器，其具有开关元件，并将从所述变流器输出的直流电变换为交流电而输出；逆变器驱动单元，其根据PWM信号来驱动所述开关元件，并将从所述逆变器输出的交流电变换为预定频率的交流电，该PWM信号是使用目标输出电压波形的基准正弦波和载波而生成的；点火装置，其对所述发动机进行点火；以及点火控制单元，其控制所述点火装置的动作，所述逆变器式发电机的特征在于，
所述逆变器驱动单元具有：
发动机转速检测单元，其检测所述发动机的转速；以及
过旋转判断单元，其根据所述检测出的发动机转速来判断所述发动机是否处于过旋转状态，并且，
在判断为所述发动机处于所述过旋转状态的情况下，所述逆变器驱动单元对所述点火控制单元发出指令而中止所述点火，从而使所述发动机停止。
2.根据权利要求1所述的逆变器式发电机，其特征在于，
当所述检测出的发动机转速超过阈值预定次以上时，所述过旋转判断单元判断为所述发动机处于过旋转状态。
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