CN108695963A - 发动机发电机 - Google Patents

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Abstract

一种发动机发电机，具有：由发动机(1)驱动的发电部(2)、第1电力转换电路(31)、电容器(32)、第2电力转换电路(33)、平滑电路(34)、蓄电池(5)和控制单元(50)。控制单元(50)，控制第2电力转换电路(33)的开关元件(331a‑331d)的动作，以使在发动机(1)启动时，由蓄电池(5)、平滑电路(34)的线圈(341)、第2电力转换电路(33)的开关元件(331b)和二极管(332a)、以及电容器(32)形成升压电路。

Description

发动机发电机
技术领域
本发明涉及一种可作为用于启动发动机的电机来工作的发动机发电机。
背景技术
作为这种发动机发电机，以往已知的是具有将发电部作为发电机和启动电机来运行的启动发电机驱动器的装置。例如专利文献1中公开的发电机，启动发电机驱动器具有DC/DC转换器，通过由DC/DC转换器将蓄电池的输出升压，给发电部的绕组通电，使发电部的转子相对于定子旋转，来启动发动机。
但是，专利文献1中公开的发电机，为了使蓄电池的输出升压，需要另行配置DC/DC转换器，导致部件的数量、重量以及成本的增加。
现有技术文献
专利文献1：日本特许第5839835号公报(JP5839835B)。
发明内容
本发明提供的一技术方案为发动机发电机，具有：发动机；由发动机驱动的发电部；第1电力转换电路，与发电部电连接，将在发电部产生的电力整流成直流电；电容器，与第1电力转换电路电连接，平滑在第1电力转换电路整流后的直流电；第2电力转换电路，与电容器电连接，将在电容器平滑后的直流电转换成交流电，且具有多个开关元件和与多个开关元件分别并联连接的多个二极管；平滑电路，与第2电力转换电路电连接，平滑在第2电力转换电路转换后的交流电，将平滑后的电力供给电负载，且具有线圈。发动机发电机还具有：可与平滑电路连接的直流电源部；控制部，控制开关元件的动作，以使在发动机启动时，由直流电源部、平滑电路的线圈、第2电力转换电路的开关元件和二极管、以及电容器形成升压电路。
附图说明
本发明的目的、特征以及优点，通过与附图相关的以下实施方式的说明进一步阐明。
图1是表示本发明一实施方式的发动机发电机的整体结构的电路图。
图2是表示由图1的电路的一部分构成的升压电路的结构的图。
图3是表示在图1的控制单元实施处理的一个例子的流程图。
具体实施方式
以下，参照图1～图3，对本发明的实施方式进行说明。本发明一实施方式的发动机发电机为可搬运型乃至便携型的发动机发电机，具有用户由手动操作能够携带的重量和尺寸。
图1是表示本发明一实施方式的发动机发电机100的整体结构的电路图。如图1所示，发动机发电机100具有，通用发动机1、由发动机1驱动的发电部2、以及与发电部2电连接的逆变单元3。
发动机1是例如将汽油作为燃料的点火式的风冷发动机，具有在气缸内往复运动的活塞以及与活塞同步旋转的曲轴(输出轴)。发动机1的动力经由曲轴输出到发电部2。
发电部(发电机主体)2是由发动机1驱动而发出交流电力的多极交流发电机，其具有连接于曲轴并与曲轴一起旋转的转子，以及与转子的周面相对且和转子同心状配置的定子。转子上设置有永久磁铁。定子上设置有以每120度的相位角来配置的UVW的绕组。发电部2如后所述，能根据来自蓄电池5的电力作为启动电机而驱动，由此能不使用反冲启动器而启动发动机1。
逆变单元3，具有：第1电力转换电路31，与发电部2电连接，整流由发电部2输出的三相交流电；电容器32，与第1电力转换电路31电连接，平滑在第1电力转换电路整流后的直流电；第2电力转换电路33，与电容器32电连接，将在电容器32平滑后的直流电转换成交流电；平滑电路34，与第2电力转换电路33电连接，平滑在第2电力转换电路33转换后的交流电；控制单元50，控制包含在第1电力转换电路31和第2电力转换电路33的开关元件的开关动作。控制单元50为包括具有CPU、ROM、RAM、以及其他周边电路等的演算处理装置的微电脑。
第1电力转换电路31被构成为桥电路，具有与发电部2的U相、V相、W相的各绕组对应连接的3对(计6个)半导体开关元件311。开关元件311，例如包括MOSFET和IGBT等晶体管，各开关元件311上分别并联连接二极管312(例如寄生二极管)。
开关元件311的闸门由控制部50输出的控制信号驱动，由控制单元50控制开关元件311的开闭(接通/断开)。例如，发电部2作为发电机发挥功能时，开关元件311断开，由此，三相交流电经由二极管312被整流。整流后的电流在电容器(电容器)32被平滑后，输入到第2电力转换电路33。第1电力转换电路31，在发电部2作为启动电机发挥功能时，将来自蓄电池5电力的直流电根据开关元件311的接通/断开转换成三相交流电并输出到发电部2。电容器32上，经由正极侧端子361和负极侧端子362连接有第2电力转换电路33。
第2电力转换电路33，具有被构成为H桥电路的2对(计4个)半导体开关元件331。开关元件331是例如MOSFET和IGBT等的晶体管，各开关元件331上分别并联连接有二极管332(例如寄生二极管)。开关元件331的闸门由控制单元50输出的控制信号驱动，由控制单元50控制开关元件331的开闭(接通/断开)，直流电被转换成单相交流电。第2电力转换电路33经由一对输出端子363、364与平滑电路34连接。
关于第2电力转换电路33的构成，进一步详细说明。开关元件331具有：配置于电容器32的正极侧端子361和第2电力转换电路33的输出端子363之间的第1开关元件331a；配置于电容器32的负极侧端子362和第2电力转换电路33的输出端子363之间的第2开关元件331b；配置于电容器32的正极侧端子361和第2电力转换电路33的输出端子364之间的第3开关元件331c；配置于电容器32的负极侧端子362和第2电力转换电路33的输出端子364之间的第4开关元件331d。
二极管332具有：正极和负极分别连接在第2电力转换电路33的输出端子363和电容器32的正极侧端子361的第1二极管332a；正极和负极分别连接在电容器32的负极侧端子362和第2电力转换电路33的输出端子363的第2二极管332b；正极和负极分别连接在第2电力转换电路33的输出端子364和电容器32的正极侧端子361的第3二极管332c；正极和负极分别连接在电容器32的负极侧端子362和第2电力转换电路33的输出端子364的第4二极管332d。
平滑电路(滤波电路)34具有一对线圈(电抗器)341、342和电容器。平滑电路34将由第2电力转换电路33输入的单相交流电调制成正弦波，经由一对电力线371、372输出到电负载35。
电力线371、372上，经由供电电路40电连接有蓄电池5。蓄电池5具有规定容量(例如12V)。供电电路40被设置为，经由连接器6将蓄电池5连接到电力线371、372上的平滑电路34的输出侧的端子365、366上。更详细来说，蓄电池5的正极侧端子经由保险丝41、接触器42和二极管43连接到正极侧的输出端子365上，蓄电池的负极侧端子连接到负极侧的输出端子366上。
接触器42包含将蓄电池5与逆变单元3电连接(接通)或者切断(断开)的开关，由接触器驱动电路44控制该动作(接通/断开)。保险丝41和接触器42之间连接有蓄电池开关45，根据蓄电池开关45的接通向控制单元50供电。由此，接触器驱动电路44接通接触器42。当蓄电池开关45断开时，接触器驱动电路44断开接触器42。即，接触器42联动蓄电池开关45的接通/断开而接通/断开。
由来自蓄电池5的电力启动发动机1时，由用户操作接通蓄电池开关45。由此，接触器42接通，蓄电池5的电力经由逆变单元3的平滑电路34、第2电力转换电路33、电容器32和第1电力转换电路31供给到发电部2。
此时，控制单元50判定蓄电池开关45是否接通，当判定蓄电池开关45接通时，控制第1电力转换电路31的开关元件311的接通/断开，将直流电力转换成交流电力。该交流电力供给到发电部2，由此，在定子的绕组上产生旋转磁场，发电部2的转子旋转。其结果，能使曲轴旋转，发动机1能够通过曲轴转动而启动。另外，连接器6上连接有通信线，经由通信线，将蓄电池5的内部温度和充电状态等的信息发送到控制单元50。
另外，这样启动发动机1时，为了使发电部2作为启动电机而驱动，需要向发电部2施加规定电压(例如200V)。因此，需要使蓄电池5的电压升高，但是若另行设置DC/DC转换器来进行此升压的话，会导致部件的数量、重量以及成本的增加。因此，在本实施方式中的构成是，转用原有的逆变电路(逆变单元3)构成升压电路，由升压电路将蓄电池5的电压升高到规定电压。
图2是表示由图1的一部分电路构成的升压电路101的结构的图。如图2所示，升压电路101包含蓄电池5、平滑电路34的线圈341、第2电力转换电路33的第2开关元件331b和第1二极管332a、以及电容器32。
图3是表示在控制单元50实施处理的一个例子，特别是在发动机发电机100启动时处理的一个例子的流程图。该流程图所示的处理为，例如在发动机发电机100未启动且未连接负载35的状态下，当蓄电池开关45接通并向控制单元50供给电力时开始，直到发动机1的启动结束为止，以规定周期重复进行。
首先，在S1(S：处理步骤)，向接触器驱动电路44输出控制信号，接通接触器42。由此，蓄电池5的电力经由供电电路40供给至逆变单元3。
接下来，在S2，向第2电力转换电路33的开关元件331输出控制信号，控制其开关动作。具体来说，断开第2电力转换电路33的第1开关元件331a、第3开关元件331c和第4开关元件331d，以规定周期接通和断开第2开关元件331b。
当接通第2开关元件331b时，来自蓄电池5的电流流经平滑电路34的线圈341和第2开关元件331b，在线圈341上储存电能。当断开第2开关元件331b时，来自蓄电池5的电流流经线圈341和二极管332a。此时，储存在线圈341的电能加到蓄电池5的电力上输出，由此，能将升压后的电力供给到第1电力转换电路31。
在S3，向第1电力转换电路31的开关元件311输出控制信号，接通/断开开关元件311。由此，发电部2的定子的绕组上流通三相交流电，能旋转驱动转子。其结果，曲轴被旋转，发动机1通过曲轴转动而启动。
根据本发明的实施方式，能够起到如下的作用和效果。
(1)发动机发电机100，具有：发动机1；由发动机1驱动的发电部2；第1电力转换电路31，与发电部2电连接，将在发电部2产生的电力整流成直流电；电容器32，与第1电力转换电路31电连接，平滑在第1电力转换电路31整流后的直流电；第2电力转换电路33，与电容器32电连接，将在电容器32平滑后的直流电转换成交流电，且具有与多个开关元件331和与多个开关元件331分别并联连接的多个二极管332；平滑电路34，与第2电力转换电路33电连接，平滑在第2电力转换电路33转换后的交流电，将平滑后的电力供给电负载35，且具有线圈341(图1)。
发动机发电机100还具有：可与平滑电路34连接的蓄电池5；以及控制单元50，控制第2电力转换电路33的开关元件331的动作，以使在发动机1启动时，由蓄电池5、平滑电路34的线圈341、第2电力转换电路33的开关元件331(第2开关元件331b)和二极管332(第1二极管332a)、以及电容器32形成升压电路101(图1、2)。
根据此构成，能转用原有的逆变电路形成升压电路101。因此，可以不必另行设置DC/DC转换器等，控制部件的数量、重量和成本的增加，构成升压电路101。即，能通过简单的构成使蓄电池5的电力升压并供给至发电部2。另外，用升压电路101使蓄电池5的电压升压，通过这样的构成，不使用高压的蓄电池能够容易地启动发电部2(发动机1)。
(2)第2电力转换电路33的一对输出端子363、364能经由平滑电路34分别与蓄电池5的正极侧和负极侧连接(图1)。第2电力转换电路33具有：配置于电容器32的正极侧端子361和输出端子363之间的第1开关元件331a；配置于电容器32的负极侧端子362和输出端子363之间的第2开关元件331b；正极和负极分别连接在输出端子363和正极侧端子361的第1二极管332a；正极和负极分别连接在负极侧端子362和输出端子363的第2二极管332b(图2)。控制单元50，在发动机1启动时，断开第1开关元件331a，以规定周期接通和断开第2开关元件331b。如此，通过控制第2电力转换电路33的开关元件331a、331b的接通/断开，能不追加新的部件而形成升压电路，构成容易。
(3)发动机发电机100具有连接和切断平滑电路34和蓄电池5的接触器42(图1)。控制单元50还控制接触器42(接触器驱动电路44)，以使在发动机1启动时平滑电路34和蓄电池5连接。由此，只在发动机启动时，由蓄电池5将电力供给至逆变电路而升压，能将发电部2作为启动电机来适当运行。
另外，在上述实施方式中，根据在作为控制部的控制单元50的处理，在发动机1启动时，断开配置于电容器32的正极侧端子361(第1端子)和输出端子363(第1输出端子)之间的第1开关元件331a，以规定周期，接通和断开配置于电容器的负极侧端子362(第2端子)和输出端子363之间的第2开关元件331b，使蓄电池5(直流电源部)的电压升压，但，若是控制第2电力转换电路的开关元件的动作，以使由直流电源部、平滑电路的线圈、第2电力转换电路的开关元件和二极管、电容器来形成升压电路的话，控制部的构成是任何形式都可以，电路的构成也不仅限于图1所示。例如，可以设置为，第2电力转换电路不是输出单相交流电，而是输出三相交流电。在上述实施方式中，经由接触器42连接或切断蓄电池5和平滑电路34，但，开关部的构成不仅限于此。
可以将上述实施方式和变形例的1个或者多个任意组合起来，也可以将各变形例之间组合起来。
根据本发明，能够不另行设置DC/DC转换器等，转用原有的电路形成升压电路，从而能防止部件的数量、重量和成本的增加。
以上，就本发明的较佳实施方式进行了说明，本领域技术人员清楚的知道在不脱离所述权利要求的公开范围内，能得到各种修改和变形。

Claims (3)

1.一种发动机发电机，具有：
发动机(1)；
发电部(2)，由该发动机(1)驱动；
第1电力转换电路(31)，与所述发电部(2)电连接，将在所述发电部(2)产生的电力整流成直流电；
电容器(32)，与所述第1电力转换电路(31)电连接，平滑在所述第1电力转换电路(31)整流后的直流电；
第2电力转换电路(33)，与所述电容器(32)电连接，将在所述电容器(32)平滑后的直流电转换成交流电，且具有多个开关元件(331a-331d)和与该多个开关元件(331a-331d)分别并联连接的多个二极管(332a-332d)；以及
平滑电路(34)，与所述第2电力转换电路(33)电连接，平滑在所述第2电力转换电路(33)转换后的交流电，将平滑后的电力供给电负载，且具有线圈(341)；
其特征在于，该发动机发电机还具有：
直流电源部(5)，可与所述平滑电路(34)连接；以及，
控制部(50)，控制所述第2电力转换电路(33)的所述开关元件(331a-331d)的动作，以使所述发动机启动时，由所述直流电源部(5)、所述平滑电路(34)的所述线圈(341)、所述第2电力转换电路(33)的所述开关元件(331b)和所述二极管(332a)、以及所述电容器(32)形成升压电路(101)。
2.根据权利要求1所述的发动机发电机，其特征在于，
所述第2电力转换电路(33)的第1输出端子(363)和第2输出端子(364)，经由所述平滑电路(34)可分别与所述直流电源部(5)的正极侧和负极侧连接；
所述第2电力转换电路(33)，具有：配置在所述电容器(32)的正极侧的第1端子(361)和所述第1输出端子(363)之间的第1开关元件(331a)、配置在所述电容器(32)的负极侧的第2端子(362)和所述第1输出端子(363)之间的第2开关元件(331b)、正极和负极分别与所述第1输出端子(363)和所述第1端子(361)连接的第1二极管(332a)、正极和负极分别与所述第2端子(362)和所述第1输出端子(363)连接的第2二极管(332b)；
所述控制部(50)，在所述发动机启动时，断开所述第1开关元件(331a)，以规定周期接通和断开所述第2开关元件(331b)。
3.根据权利要求1或2所述的发动机发电机，其特征在于，还具有：
开关部(42)，连接或切断所述平滑电路(34)和所述直流电源部(5)；
所述控制部(50)，还控制所述开关部(42)，以使在所述发动机(1)启动时，所述平滑电路(34)和所述直流电源部(5)连接。
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