CN102235253B - 发动机驱动发电机的自动起动停止装置 - Google Patents

发动机驱动发电机的自动起动停止装置 Download PDF

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Abstract

发动机驱动发电机的自动起动停止装置。无需使用对发电机输出线与负载检测电路进行分离/连接的继电器而根据负载自动地控制发动机的驱动停止。逆变式发动机驱动发电机具有交流发电机、整流电路、DC-DC变换器以及逆变器电路。将负载检测电路与逆变器电路的输出线并联连接。负载检测电路的负载检测线通过电阻器(R1、R2)与逆变器电路的输出线并联连接。由电池形成的电源与负载检测线连接。在负载检测线中流过预定值以上的电流时，包含比较器的判别电路输出负载检测信号。驱动停止CPU响应于负载检测信号而起动发动机。电阻器(R1、R2)被设定为不影响被提供有发电机输出的负载的电阻值。

Description

发动机驱动发电机的自动起动停止装置
技术领域
本发明涉及发动机驱动发电机的自动起动停止装置，尤其涉及能够根据有无负载自动使发动机起动或者停止的发动机驱动发电机的自动起动停止装置。 
已公知有如下的逆变式发动机驱动发电机：利用整流电路对发动机驱动型发电机的输出进行整流，并通过逆变器电路变换为预定频率的交流电来向负载提供电力。例如，专利文献1公开了一种逆变式发电机，其在整流电路的输出侧与电池的输出端子之间设置双向直流-直流(DC-DC)变换器，如果在过负载时整流电路的输出不足，则能够从电池提供整流电路的输出的不足量。 
逆变式发电机能够根据负载来改变转速，因而在没有负载的状态下，使发动机进行空转而实现燃料效率和低噪声性能的提高。但是，期望在没有负载的状态下使发动机停止，以期进一步实现燃料效率和低噪声性能的提高。另一方面，每当停止负载的驱动时，负载的操作者或者操作员使发动机停止，这比较麻烦，尤其是操作员在远离发电机的场所对负载进行操作或者运转的状况下，期望能够检测负载的停止而使发动机自动停止的系统。 
为了使发动机自动停止，需要检测有无负载的手段。专利文献2提出了一种发动机驱动发电装置的起动停止控制装置，其在发动机转速小于设定值时，将连接从负载连接用端子切换为负载检测用电源电路。在负载与负载连接用端子连接时，电流从负载检测用电源电路流向负载，在该电流大于设定值时使发动机起动。 
专利文献1：日本特开2004-282827号公报 
专利文献2：日本专利第2882174号公报 
在专利文献2记载的装置中，使用继电器对将由发动机驱动的交流发电机的输出与负载连接用端子连接的系统、和将负载检测用电源电路与负载连接用端子连接的系统进行切换。因此，在交流发电机的发电电压较大的情况下，需要与根据该电压而流过的电流对应的大容量的继电器，产生大型继电器的布局和成本的问题。 
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于，提供一种不使用继电器即可检测有无负载的发动机驱动发电机的自动起动停止装置。 
为了达到上述目的，本发明提供了一种逆变式发动机驱动发电机，其具有由发动机驱动的交流发电机、对该交流发电机的输出进行整流的整流器、对从该整流器输出的直流电压进行电压变换的DC-DC变换器、以及将该DC-DC变换器的输出变换为交流电而作为发电机输出的逆变器，本发明的第一特征在于，所述逆变式发动机驱动发电机具有与所述逆变器的输出线并联连接的负载检测电路，所述负载检测电路包括：负载检测线，其通过电阻器与所述逆变器的输出线并联连接；电源电路，其对该负载检测线施加电压；以及判别电路，其在所述负载检测线流过预定值以上的电流时输出负载检测信号，所述电阻器被设定为对提供有发电机输出的负载没有影响的电阻值。 
并且，本发明的第二特征在于，所述逆变式发动机驱动发电机响应于从所述负载检测电路输出的负载检测信号，使所述发动机自动起动。 
并且，本发明的第三特征在于，在所述发动机的驱动过程中，所述逆变式发动机驱动发电机响应于从所述负载检测电路输出的负载检测信号的输出停止，使所述发动机自动停止，并且，使所述逆变器的动作停止。 
并且，本发明的第四特征在于，所述电源电路利用与基于所述交流发电机的发电系统不同的系统的电池来形成电源，以便能够与发动机处于运转中还是停止中无关地始终监视负载状态。 
并且，本发明的第五特征在于，所述逆变式发动机驱动发电机具有将所述负载检测电路设为有效或者无效的模式开关。 
并且，本发明的第六特征在于，所述逆变式发动机驱动发电机具有使所述电池的输出电压升压的变换器，所述逆变式发动机驱动发电机是将所述变换器的输出侧与所述逆变器的输入侧连接形成的混合式逆变式发动机驱动发电机。 
并且，本发明的第七特征在于，所述交流发电机兼做利用从所述电池提供的电力而起动的起动电动机。 
根据具有上述特征的本发明，通过从电源施加给经由高电阻与输出线连接的负载检测线的电压，在负载检测线流过微小电流。该电流不会在没有连接负载的开放电路中流动，因而能够根据是否流过预定值以上的电流来判别有无负载。由于负载检测电路与输出线始终相连接，因而不需要用于对负载检测电路进行断开/连接的大电流容量的继电器。 
根据具有第二特征的本发明，能够检测负载并自动使发动机起动而发电。根据具有第三特征的本发明，在检测到没有负载时能够自动停止发动机，并停止发电。 
根据具有第四特征的本发明，由于利用电池来形成电源，因而能够始终使负载检测电路工作，并根据有无负载自动驱动或者停止发动机。 
根据具有第五特征的本发明，当操作员在发电机的附近进行作业的情况下，可以操作模式开关将负载检测装置设为无效，从而可以与负载检测装置无关地手动进行发动机的驱动停止，当操作员在远离发电机的位置进行作业的情况下，可以将负载检测装置设为有效而自动进行发动机的驱动停止。 
根据具有第六特征的本发明，在混合式发动机驱动发电机中，也能够根据有无负载来自动控制发动机的驱动停止。 
根据具有第七特征的本发明，能够从电池向交流发电机施加电压，使交流发电机作为起动器进行工作，使发动机起动。 
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的逆变式发动机驱动发电机的系统结构的框图。 
图2是绝缘型DC-DC变换器的具体电路图。 
图3是示出负载检测电路的具体例的电路图。 
图4是示出利用电池电压形成的电源部的具体例的电路图。 
图5是示出负载检测电路的动作的流程图。 
图6是与负载检测电路的动作对应的时序图。 
图7是示出基于负载检测的发动机驱动停止控制的要部结构的框图。 
标号说明 
1逆变式发动机驱动发电机；2发动机；3交流发电机；4电池；5输出控制装置；7负载；8控制部；9绝缘型DC-DC变换器；22负载检测电路；26比较器；27电源；31模式开关；43判别电路；44驱动停止CPU；45输出线；51整流电路；53逆变器电路。 
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的一个实施方式。图1是本发明的一个实施方式的逆变式发动机驱动发电机的系统结构图。在图1中，逆变式发动机驱动发电机1具有由发动机2驱动的交流发电机3。交流发电机3例如由三相多极磁铁发电机构成。交流发电机3的输出侧与输出控制装置5连接。输出控制装置5由整流电路51、DC-DC变换器52、逆变器电路53和波形成形电路54构成。 
整流电路51是具有电桥连接的开关元件(以下称为“FET”)Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qf的混合电桥整流电路。交流发电机3的三相绕组3U与FET Qa和Qd的接合部连接，三相绕组3V与FET Qb和Qe的接合部连接，三相绕组3W与FET Qc和Qf的接合部连接。 
这样构成的整流电路51也作为如下的驱动用逆变器发挥作用，即，将交流发电机3的输出进行整流后提供给逆变器电路53，并且将电池4的直流输出电压变换为三相交流电压而施加给交流发电机3。 
DC-DC变换器52是用于输出稳定后的直流电压的降压型电路，其包括开关元件(FET)Q4、扼流圈L3、二极管D4，其输入侧和输出侧分别并联连接有电容器C1、C2。逆变器电路53是将4个FET Q5、Q6、Q7和Q8进行电桥连接而形成的。波形成形电路54由线圈L1、L2和电容器C3构成。 
DC-DC变换器52的FET Q4和逆变器电路53的FET Q5～Q8由控制部8进行PWM控制。在DC-DC变换器52中，在FET Q4导通期间，利用从整流电路51输入的电压，在扼流圈L3以及电容器C2中蓄积电荷(能量)。然后，在FET Q4截止时，利用所蓄积的能量使电流通过二极管D4而流过。DC-DC变换器52的输出电压根据FET Q4的占空比进行降压。 
逆变器电路53将输入电压变换为预定频率(例如商用电力的频率)的交流电压而输入波形成形电路54。波形成形电路54与用于将发电机输出取出到外部的输出端子(例如插座)6连接。负载7与插座6连接。在逆变器电路53与波形成形电路54之间设有用于检测负载电流的电阻55。 
电池4与绝缘型DC-DC变换器9的输入侧(一次侧)连接，绝缘型DC-DC变换器9的输出侧(二次侧)与逆变器电路53的输入侧连接。 
负载检测电路22与波形成形电路54的输出侧，即该逆变式发动机驱动发电机1的输出端子连接。电源23通过二极管D15、D16与输出控制装置5连接。电源23由电池4形成(电路图将在后面叙述)。 
图2是示出绝缘型DC-DC变换器9的结构例的电路图。绝缘型DC-DC变换器9包括变压器10，该变压器10具有一次侧的低压侧绕组10-1和二次侧的高压侧绕组10-2。 
低压侧开关部11插入到低压侧绕组10-1侧，高压侧开关部12插入到高压侧绕组10-2侧。低压侧开关部11例如通过将4个FET Q9、Q10、Q11和Q12进行电桥连接而构成，同样，高压侧开关部12通过将4个FET Q13、Q14、Q15和Q16进行电桥连接而构成。 
二极管D7、D8、D9、D10以及D11、D12、D13、D14分别与低压侧开关部11和高压侧开关部12的FET Q9～Q16并联连接。这些二极管也可以是FET的寄生二极管，还可以是另外连接的二极管。若结合并联连接的整流元件D7～D14，则可以认为低压侧开关部11和高压侧开关部12分别是开关/整流部。 
LC谐振电路13插入到变压器10的高压侧绕组10-2侧。LC谐振电路13发挥以下作用：使在低压侧开关部11和高压侧开关部12至少一方被驱动时流过的电流成为正弦波状，以降低开关损耗，并且不会引发因大电流而造成的FET破坏。这是因为能够在正弦波状的电流的过零点附近使FET导通、截止。另外，LC谐振电路13也可以设置在一次侧而非二次侧。 
低压侧开关部11的FET Q9～Q12以及高压侧开关部12的FET Q13～Q16由控制部8进行开关控制。与一次侧及二次侧连接的电容器14、15是输出平滑用电容器。 
在工作时，利用同一信号驱动该低压侧开关部11和高压侧开关部12而使其完全同步，以使绝缘型DC-DC变换器9自动进行双向的电力转换。这种驱动是众所周知的，通过在低压侧开关部11中使一对FET Q9及Q12、一对FET Q10及Q11交替地导通、截止，并且在高压侧开关部12中使一对FET Q13及Q16、一对FET Q14及Q15交替地导通、截止而实现。 
在发动机2起动后，利用发动机来驱动交流发电机3而产生输出。交流发电机3 的输出由整流电路51的二极管D1～D3进行整流。整流电路51的输出电压通过DC-DC变换器52被调整为低电压，再由逆变器电路53变换为交流电力。 
绝缘型DC-DC变换器9是双向DC-DC变换器，如果电池4的余量小于预定值、而且交流发电机3的输出充足，则整流电路51的输出电压通过绝缘型DC-DC变换器9被降压而输入电池4，由此电池4被充电。并且，在电池4的余量较多的情况下，通过绝缘型DC-DC变换器9从电池4向负载提供电力，以便补偿(辅助)交流发电机3的输出电力。 
图3是示出负载检测电路22的具体例的电路图。负载检测电路22具有电阻R1、R2，通过该电阻R1、R2与发动机驱动发电机1的输出线连接。为了使从电源27提供给负载检测电路22的电力成为不会对提供给负载7侧的发电机输出产生影响的程度，将负载检测电路22的电阻R1、R2选择为高电阻值(例如100kΩ)的电阻。负载检测电路22具有通过发光二极管24和光电晶体管25而被绝缘的、彼此绝缘的一次侧电路和二次侧电路。 
一次侧电路包括比较器26，通过电阻R1、R2输入的发电机输出电压被电阻R3、R4分压，连接至比较器26的正输入端子。通过电阻R1、R2输入的发电机输出电压由电阻R5、R6调整，连接至比较器26的负输入端子。防止逆流用的二极管D9、D10与电阻R5连接。比较器26的输出侧与发光二极管24的阴极连接。 
利用电池4形成的电源27(电路图在后面叙述)与负载检测电路22连接。二极管D11用于防止向电源27的逆流。在发光二极管24的阳极与电阻R1之间连接有电阻R7。 
在构成负载检测电路22的二次侧电路的光电晶体管25的集电极，连接有输入电阻R8。电阻R8与光电晶体管25的连接部，和发动机驱动发电机驱动停止装置的控制部(以下称为“驱动停止CPU”)的输入端子连接，被输入负载检测信号。 
图4是示出电源电路的具体例的电路图。电源电路30具有一次侧，该一次侧由电池4、模式开关31、扼流圈32和FET Q17串联连接而形成。二次侧具有与扼流圈32相对配置的线圈35、36和37。线圈35与由二极管D17和平滑电容器C4构成的半波整流平滑电路38连接，线圈36与由二极管D18和平滑电容器C5构成的半波整流平滑电路39连接，线圈37与由二极管D19和平滑电容器C6构成的半波整流平滑电路40连接。半波整流平滑电路38的输出作为电源27与负载检测电路22的一次侧电路连接。半波整流平滑电路39的输出作为电源23与输出控制装置5连接。并且， 半波整流平滑电路40的输出作为+5V电源41与负载检测电路22的二次侧连接。 
在模式开关31接通时，电流流过扼流圈32而产生电压。该电压可以根据施加给FET Q17的驱动脉冲(PWM信号)的占空比来进行控制。 
在线圈35、36及37中，流过与相对于扼流圈32的绕组比对应的电流而产生电压。在各个线圈35～37中产生的电压分别由二极管D17～D19进行整流，由电容器C5～C7进行平滑后输出。 
负载检测电路22如下进行动作。在没有操作负载时，包含电阻R1、R2的电路成为开放电路，因此负载检测电路22的一次侧不流过电流。另一方面，在连接负载后，电阻R1、R2通过负载相连接，负载检测电路22形成闭合电路。于是，根据从电源27施加的电压，通过电阻值较大的电阻R1、R2流过微小的电流，从而发光二极管24导通。由此，光电晶体管25导通。在光电晶体管25导通时，由于电源(+5V电源)41的电压，电流流过光电晶体管25。由于该电流，与驱动停止CPU的输入端子连接的电压降低，因而CPU检测到该电压的变化而感知到负载被驱动。 
另外，逆变器电路53的FET Q5～Q8由于内置了二极管，所以在电源6的电压比FET Q5～Q8的内置二极管高时，利用电源6的电压对DC-DC变换器52的电容器C1、C2进行充电。因此，将电容器C1、C2的充电电位设定为比从电源6施加的电压高，使得不通过电源6对电容器C1、C2进行充电。 
参照图5的流程图说明发动机的起动停止控制。在模式开关31接通时，即，响应于控制电源23、27及41的接通，开始图5的流程图的动作。模式开关31是本地模式(在连接有负载时手动起动(或者停止)发动机1)、以及远程模式(检测负载的操作而自动起动(或者停止)发动机)的选择开关。 
如果将模式开关31接通而设为远程模式，在步骤S1中，负载检测电路22通过电源27的电压而起动，判断负载检测电路22是否感知到负载的操作。在由负载检测电路22检测到负载的操作时，在步骤S2中起动发动机2。即，使绝缘型DC-DC变换器9动作，向整流器51施加电池4的电压，而且驱动整流器51的FET Q1～Q3，向交流发电机3的线圈3U、3V及3W提供电流。由此，交流发电机3作为发动机2的起动电动机进行驱动，使发动机2起动。 
在发动机2的转速达到完成转速(预定的发动机起动完成转速)时，进入步骤S3，开始发电。即，驱动FET Q5～Q8，开始发电电力的输出。在步骤S4中，判断 是属于负载检测电路22没有检测到负载、还是电流测定用电阻55检测到负载电流为零的哪一种情况。在步骤S4为肯定时，属于没有进行负载的操作(即没有负载)的情况，进入步骤S5。在步骤S5中，判断该无负载状态是否持续了预定时间(例如3秒钟)。如果步骤S5为肯定，则进入步骤S6，使发动机2停止。 
即使在发动机2停止后，只要模式开关31没有断开，就保持通过电池4从电源27、23、41施加电压的状态，因而负载检测电路22持续监视有无负载。 
图6是发动机起动控制的时序图。在时刻t1，模式开关31接通，在时刻t2，电源27、23、41起动，在时刻t3，整流电路51的输出电压DCV1上升。在时刻t4进行负载操作。即，将负载7与插座6连接，进行负载驱动用的操作(开关接通等)。在时刻t5，负载检测电路22被起动。在时刻t6，负载检测电路22感知到负载的操作，负载检测信号成为ON。负载检测信号被输入驱动停止CPU。在时刻t7，发动机2被起动。当在时刻t7起动发动机2后，在时刻t8，输出电压DCV1继续上升。 
在时刻t9，在负载电流变为零或者负载7的插头被从插座6拔下时，在时刻t10，负载检测电路22进行动作，在时刻t11，负载检测信号变为OFF。负载检测信号变为OFF，如果该OFF状态从时刻t11起持续预先设定的时间(例如3秒)，则在时刻t12使发动机2停止。 
图7是示出负载检测电路22的要部的框图。负载检测电路22与逆变器电路53的输出线45并联连接。负载检测线42通过电阻器R1、R2与逆变器电路的输出线45并联连接。电源27与负载检测线42连接，对负载检测电路22施加电压。判别电路43(包括所述比较器26)监视流过负载检测线42的电流，在流过预定的基准值以上的电流时输出负载检测信号。由于流过负载检测线42的电流通过高电阻R1、R2而降低，所以将电流的基准值设定为与流过该负载检测线42的微小电流对应的微小值。驱动停止CPU 44响应于从判别电路43输出的负载检测信号而起动发动机2，并响应于负载检测信号的消失而使发动机2停止。负载检测电路22和驱动停止CPU 44始终被施加由电池4形成的电源的电压，因此即使在发动机2停止时，负载的监视也在持续进行。 
依照实施例说明了本发明，但是本发明不限于该实施例，而能够根据在权利要求书中记载的事项和公知技术进行变形。例如，本实施方式的升压降压变换器52能应用于如下的混合式发动机驱动发电机：其具有被发动机驱动的作为电力供给源的交流发电机3，还具有作为第2电力供给源的电池。 

Claims (7)

1.一种发动机驱动发电机的自动起动停止装置，该发动机驱动发电机具有由发动机驱动的交流发电机、对该交流发电机的输出进行整流的整流器、对从该整流器输出的直流电压进行电压变换的DC-DC变换器、以及将该DC-DC变换器的输出变换为交流电而作为发电机输出的逆变器，所述自动起动停止装置的特征在于，
所述自动起动停止装置具有与所述逆变器的输出线并联连接的负载检测电路，
所述负载检测电路包括：负载检测线，其通过电阻器与所述逆变器的输出线并联连接；电源电路，其对该负载检测线施加电压；以及判别电路，其在所述负载检测线中流过预定值以上的电流时输出负载检测信号，
所述电阻器被设定为对提供有发电机输出的负载没有影响的电阻值。
2.根据权利要求1所述的发动机驱动发电机的自动起动停止装置，其特征在于，所述自动起动停止装置响应于从所述负载检测电路输出的负载检测信号，使所述发动机自动起动。
3.根据权利要求1所述的发动机驱动发电机的自动起动停止装置，其特征在于，在所述发动机的驱动过程中，所述自动起动停止装置响应于从所述负载检测电路输出的负载检测信号的输出停止，使所述发动机自动停止，并且使所述逆变器的动作停止。
4.根据权利要求1所述的发动机驱动发电机的自动起动停止装置，其特征在于，所述电源电路利用与基于所述交流发电机的发电系统不同的系统的电池来形成电源，以便能够与发动机处于运转中还是停止中无关地始终监视负载状态。
5.根据权利要求1所述的发动机驱动发电机的自动起动停止装置，其特征在于，所述自动起动停止装置具有将所述负载检测电路设为有效或者无效的模式开关。
6.根据权利要求4所述的发动机驱动发电机的自动起动停止装置，其特征在于，
所述自动起动停止装置具有使所述电池的输出电压升压的变换器，
所述发动机驱动发电机是将所述变换器的输出侧与所述逆变器的输入侧连接形成的混合式发动机驱动发电机。
7.根据权利要求4所述的发动机驱动发电机的自动起动停止装置，其特征在于，所述交流发电机兼做利用从所述电池提供的电力而起动的起动电动机。
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