CN110131085B - 发动机发电机的启动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在不特地使电流值增加的情况下，能够可靠地越过压缩冲程的发动机发电机的启动装置，该发动机发电机的启动装置，具有：发电部（2），其具有三相绕组（24），并对于发动机（1）的曲轴的旋转进行相对旋转、逆变单元（3），其将从发电部（2）输出的交流电转换成规定频率的交流电并向负载输出、以及控制单元（50），其控制从逆变单元（3）向发电部（2）的三相绕组（24）的通电，使曲轴旋转进而使发动机（1）启动；控制单元（50），具有：导通活塞在压缩冲程中停止的程度的第1电流以使曲轴反转的第1电流控制部（51）、导通比第1电流大的第2电流以使曲轴正转的第2电流控制部（52）、以及在导通第2电流后，点燃供给到发动机（1）的燃料的点火控制部（53）。

Description

发动机发电机的启动装置
技术领域
本发明涉及一种发动机发电机的启动装置。
背景技术
作为基于缠绕在用发动机驱动的发电部的绕组的输出而发出电力的发动机发电机，例如作为逆变器式发电机，已知专利文献1记载的技术。专利文献1记载的发动机发电机具有启动发电机驱动器，并通过该启动发电机驱动器进行发动机启动的控制。
在上述专利文献1中，在发动机的活塞位置位于压缩上止点位置之前时，利用启动发电机驱动器，在向输出绕组供给的启动器·发电机(以下仅称「启动发电机」)驱动用的初期电流值上增量设定既定値，以得到越过压缩上止点所需的驱动转矩。这样，通过使电流值增加，即使在发动机的活塞位置位于压缩上止点位置之前时，也能够可靠地启动发动机。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2012-241562号公报。
发明内容
在为了越过压缩上止点而使启动发电机驱动用的电流值上升的情况，特别是在未设置检测曲轴角度的传感器的结构中，会产生不能越过需要大转矩的最初的压缩冲程，随着电流值急剧地上升，不能够控制电机的旋转，即失步现象。还有，在产生失步现象的情况，可能电机电流猛涨，元件被破坏。
因此，本发明的目的是为解决以上课题，提供一种不特地使电流值增加的情况下能够可靠地越过压缩冲程的发动机发电机的启动装置。
为解决上述课题，本发明的发动机发电机的启动装置，具有：发电部，其具有三相绕组，并相对发动机的曲轴的旋转进行相对旋转；逆变单元，其将从所述发电部输出的交流电转换成规定频率的交流电并向负载输出；以及控制单元，其控制从所述逆变单元向所述发电部的三相绕组的通电使所述曲轴旋转进而启动所述发动机，所述控制单元具有：第1电流控制部，其将使与所述曲轴连接的活塞在压缩冲程中停止的程度的第1电流向所述三相绕组通电，以使所述曲轴反转、第2电流控制部，其在由所述第1电流控制部将第1电流向所述三相绕组通电后，经过规定时间后，导通比所述第1电流大的第2电流，以使所述曲轴正转、点火控制部，其在由所述第2电流控制部将第2电流向所述三相绕组通电后，将供给到所述发动机的燃料点燃。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的发动机发电机的启动装置的整体结构的电路图。
图2是表示发动机发电机的启动装置的主要部分结构的电路图。
图3是表示发动机启动时的控制的流程图。
图4是表示发动机启动时的曲轴转矩的变化的图。
符号说明：
1发动机、2发电部、3逆变单元、24绕组、25开关电路、50控制单元、51第1电流控制部、52第2电流控制部、53点火控制部、100发动机发电机的启动装置
具体实施方式
以下，参照图1～图4对本发明的实施方式进行说明。本发明一实施方式的启动装置(以下仅称启动装置)为装载于具有用户能够手动搬运的重量和尺寸的可搬运型乃至便携型的发动机发电机的启动装置。
以下，参照图1～图4对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明一实施方式的发动机发电机的启动装置(以下仅称启动装置)100的整体结构的电路图。如图1所示，启动装置100具有发动机1、由发动机1驱动的发电部2、与发电部2电连接的逆变单元3。
发动机1例如是将汽油作为燃料的点火式的单缸4冲程的风冷发动机，由输出功率相对小的通用发动机构成。启动装置100为装载于具有用户能够手动搬运的重量和尺寸的、适用于农业用或露营等野外用等的电负载的可搬运型乃至便携型的发动机发电机的启动装置。
发动机1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，发出交流电力的多极交流发电机，其具有与曲轴连结并与曲轴一体旋转的转子、与转子的周面相对并与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绕组。发电部2能够利用来自蓄电池5的电力作为启动电机驱动，由此，能够在不使用反冲起动器的情况下启动发动机1。
逆变单元(逆变电路)3具有整流由发电部2输出的三相交流电的电力转换电路31、将从电力转换电路31输出的直流电转换成规定的单项交流电的逆变器32、控制电力转换电路31和逆变器32的控制单元50。控制单元50由包括具有处理器(CPU)和存储器(ROM、RAM)等周边电路等的运算处理装置的微型计算机构成。
电力转换电路31作为桥电路构成，具有与发电部2的U相、V相、W相的各绕组相对应连接的3对(共计6个)半导体开关元件311。开关元件311例如包括MOSFET、IGBT等晶体管，各开关元件311上分别并联连接有二极管312(例如寄生二极管)。
开关元件311的栅极由从控制单元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被断开，由此，利用二极管312整流三相交流电。整流后的电流在电容器34被平滑之后，输入到逆变器32。电力转换电路31在发电部2作为启动电机发挥功能时，将由蓄电池5供给的直流电通过开关元件311的接通/断开来转换成三相交流电并输出到发电部2。
逆变器32具有H桥电路构成的2对(共计4个)半导体开关元件321。开关元件321例如为MOSFET、IGBT等晶体管，各开关元件321上分别并联连接有二极管322(例如寄生二极管)。开关元件321的栅极由从控制单元50输出的控制信号驱动，由控制单元50控制开关元件321的开闭(接通/断开)，直流电被转换成单相交流电。在逆变器32生成的单相交流电经由具有电抗器、电容器的滤波电路35被调制成正弦波并向负载36输出。
逆变单元3上利用供电电路40电连接有蓄电池5。供电电路40被设置为利用连接器6将蓄电池5连接在电力转换电路31和电容器34之间，即与电力转换电路31的正极侧和负极侧的输出端子313、314连接。更详细地，蓄电池5的正极侧端子利用保险丝41、接触器42以及二极管43与电力转换电路31的正极侧输出端子313连接，负极侧端子与负极侧输出端子314连接。
接触器42包括用于将蓄电池5与逆变单元3电连接(接通)或切断(断开)的开关，并由接触器驱动电路44控制其动作(接通/断开)。在保险丝41和接触器42之间，连接有蓄电池开关45，通过蓄电池开关45的接通向控制单元50供给电力。由此，接触器驱动电路44将接触器42接通。当蓄电池开关45断开时，接触器驱动电路44将接触器42断开。即，接触器42与蓄电池开关45的接通/断开联动而进行接通/断开。
在利用来自蓄电池5的电力启动发动机1的情况，由用户进行接通蓄电池开关45的操作。由此，接触器42被接通，蓄电池5的电力供给到电力转换电路31。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24上产生旋转磁场，进而发电部2的转子21旋转。其结果，曲轴被旋转，进而通过发动机1的曲轴转动带来的启动变为可能。另外，在连接器6上连接有通信线，通过通信线，蓄电池5的内部温度、充电状态等信息发送到控制单元50。
图2是表示本发明一实施方式的发动机发电机的启动装置100的主要部分结构的电路图。发电部2具有三相绕组24。缠绕在定子的三相绕组24具有U相的绕组24U、V相的绕组24V、以及W相的绕组24W。U、V、W各自的绕组包括在圆周方向以间隔120度来配置的Y接线。
各绕组24U、24V、24W的一端侧的端子241～243分别与图1的电力转换电路31的开关元件311和二极管312连接。各绕组24U、24V、24W的另一端侧的端子244～246与开关电路25连接。
开关电路25设置在发电部2和电力转换电路31之间，并安装在逆变单元3上。更具体地，开关电路25具有一端与端子244连接，另一端与端子242连接的开关251、一端与端子245连接，另一端与端子243连接的开关252、一端与端子246连接，另一端与端子241连接的开关253、一端分别与端子244～246连接，另一端经由中性点257相互连接的开关254～256。各开关251～256例如作为通过线圈的励磁和消磁进行开闭(接通/断开)的继电器开关构成。
开关251～256的开闭，即线圈的励磁和消磁是根据来自控制单元50的控制信号进行的。在将开关251～253作为第1开关组、将开关254～256作为第2开关组时，控制单元50输出控制信号，以使将第1开关组的开关251～253同时接通且将第2开关组的开关254～256同时断开，或将第1开关组的开关251～253同时断开且将第2开关组的开关254～256同时接通。
控制单元50具有第1电流控制部51、第2电流控制部52、点火控制部53。第1电流控制部51将使与曲轴连接的活塞在压缩冲程中(优选刚刚到压缩上止点后)停止的程度的量的第1电流(例如5A左右)向绕组24通电，以使曲轴反转。即，在将吸气冲程、压缩冲程、爆发冲程、排气冲程作为1个循环的4冲程发动机的启动中，使曲轴反转到上次的循环的压缩冲程刚刚结束(压缩上止点)后的旋转角度。还有，为了活塞不越过压缩上止点，将第1电流设定为比产生越过压缩冲程，更具体地是越过压缩上止点所需的转矩的电流值小的值。
第2电流控制部52在利用第1电流控制部使第1电流在绕组24导通后，在规定时间后，导通比第1电流大的第2电流(例如20A左右)，以使曲轴正转。具体地，在经过使活塞反转到上次以前的压缩冲程所需要的时间后，将第2电流控制为产生越过压缩冲程，更具体地是越过压缩上止点所需的转矩的电流值，以使活塞能够越过压缩上止点。
点火控制部53控制在气缸的燃烧室内的点火。具体地，在绕组24接通第2电流后，点火控制部53控制火花塞的点火时机，以点燃供给到发动机1的燃料。
还有，在将发电部2作为电机并驱动时，通过对各绕组24导通直流电压，在绕组24产生磁场。利用所产生的磁场，发电部2的转子21旋转，进而发电部2能够作为启动电机驱动。
图3是利用控制单元50实施的流程图。图示的程序每规定时间(n)，例如每1sec进行实施，当由用户接通用于启动发动机的开关时开始。
首先，在S10，根据发动机启动开关，将第1电流向使曲轴反转的方向通电规定时间(S：处理步骤)。即，将使与曲轴连接的活塞(未图示)在压缩冲程中(优选刚刚到压缩上止点后)停止的程度的第1电流向三相绕组24通电，以使曲轴反转。
接下来，进入S12，判定是否经过了规定时间。即，对三相绕组24导通第1电流后，判定是否经过了规定时间。当S12为肯定(S12：是)时，判断为导通了第1电流后经过了规定时间，因此，进入S14。在S14，将第2电流向使曲轴正转的方向通电。
接下来，进入S16，为启动发动机，开始对气缸的燃烧室内的燃料的点火进行控制。
图4是表示发动机启动时的曲轴的转矩变化的图。图中“吸”、“压”“爆”、“排”是表示吸气冲程、压缩冲程、爆发冲程、排气冲程的终止(结束时刻，“压”是指压缩上止点)。如图所示，启动发动机1时所要求的转矩，在活塞越过压缩上止点时为最大。其结果，可能产生在未满足要求转矩的情况下，活塞反转的现象。
鉴于这一点，在本实施方式中，使电流在规定时间沿着曲轴反转的方向通电，并使活塞退到上次循环的压缩冲程，优选刚刚到压缩上止点后的位置，延长本次循环中直到压缩上止点为止的助跑时间，由此，能够可靠地越过压缩上止点。
即，比产生活塞越过压缩上止点所需的转矩的电流值小的、通过第1电流使曲轴反转到上次循环的压缩冲程刚刚结束(压缩上止点)为止，利用产生用于活塞越过压缩上止点的充分的转矩的第2电流使曲轴正转，例如通过从图中a所示的位置正转，充分延长直到压缩上止点为止的助跑距离，活塞能够容易地越过压缩上止点。即，与如从图中b所示的位置正转的助跑时间较短的情况相比较，能够可靠地越过相当于存在助跑时间的部分的压缩上止点。
如上所述，在本实施方式中，发动机发电机的启动装置具有：发电部2，其具有三相绕组24，并对于发动机1的曲轴的旋转进行相对旋转；逆变单元3，其将从所述发电部2输出的交流电转换成规定频率的交流电并向负载输出；控制单元50，其控制从所述逆变单元3到所述发电部2的三相绕组24的通电，使所述曲轴旋转进而使所述发动机1启动，所述控制单元50具有：第1电流控制部51，其将使与所述曲轴连接的活塞在压缩冲程中优选刚刚到压缩上止点后停止的程度的量的第1电流向所述三相绕组24通电，以使所述曲轴反转；第2电流控制部52，其在由所述第1电流控制部51使第1电流向所述三相绕组24通电后，在规定时间后，导通比所述第1电流大的第2电流，以使所述曲轴正转、点火控制部53，其在由所述第2电流控制部52将第2电流向所述三相绕组24通电后，点燃供给到所述发动机1的燃料。
即，通过使曲轴一度从曲轴停止的位置反转，延长直到压缩上止点为止的助跑时间并加势越过压缩冲程，因此，与从停止位置仅用正转越过压缩冲程的情况相比较，能够防止启动电机的电流的增加、失步，能够稳定地启动发动机1。
还有，所述第1电流为比产生所述活塞越过压缩冲程所需的转矩的电流值小的值，所述第2电流为产生所述活塞越过压缩冲程所需的转矩的电流值，因此，即使使曲轴反转，也能反转到上次压缩冲程的压缩上止点紧后的旋转角度并停止，并且，在曲轴正转的情况，可靠地旋转到压缩上止点紧后的旋转角度。因此，能够可靠地越过压缩冲程。
还有，所述规定时间是使所述活塞反转到上次以前的循环的压缩冲程所需要的时间，因此，能够可靠地使曲轴旋转到上次压缩冲程紧后的旋转角度。
还有，所述逆变单元3与蓄电池5连接，并且，所述控制单元50将从所述蓄电池经由所述逆变单元输出的直流电力转换成交流电流并供给到所述发电部2，因此，能够稳定地启动发动机1。
还有，所述发动机1由通用发动机构成，因此，能够稳定地启动通用发动机1。
还有，如上所述，在本实施方式中，一种发动机发电机的启动方法为具有：拥有三相绕组并对于发动机的曲轴的旋转进行相对旋转的发电部、将从所述发电部输出的交流电转换成规定频率的交流电并向负载输出的逆变单元，并且，控制从所述逆变单元向所述发电部的三相绕组的通电，并使所述曲轴旋转进而使所述发动机启动的发动机发电机的启动方法，包含以下步骤：将使与所述曲轴连接的活塞在压缩冲程中停止的程度的第1电流向所述三相绕组通电，以使所述曲轴反转的步骤、将第1电流向所述三相绕组通电后，在规定时间后，导通比所述第1电流大的第2电流，以使所述曲轴正转的步骤、将第2电流向所述三相绕组通电后，点燃供给到所述发动机的燃料的步骤。
即，通过使曲轴一度从曲轴停止的位置反转，延长直到压缩上止点为止的助跑时间，并加势越过压缩冲程，因此，与从停止位置仅用正转越过压缩冲程的情况相比较，能够防止启动电机的电流的增加、失步，能够稳定地启动发动机1。
还有，所述第1电流为比产生所述活塞越过压缩冲程所需的转矩的电流值小的值，所述第2电流为产生所述活塞越过压缩冲程所需的转矩的电流值，因此，即使使曲轴反转，也能反转到上次压缩冲程的压缩上止点紧后的旋转角度并停止，并且，在曲轴正转的情况，可靠地旋转到压缩上止点紧后的旋转角度。因此，能够可靠地越过压缩冲程。
还有，所述规定时间为使所述活塞反转到上次以前的循环的压缩冲程所需要的时间，因此，能够可靠地使曲轴旋转到上次压缩冲程紧后的旋转角度。
另外，在以上所述中，将反复进行吸气冲程、压缩冲程、爆发冲程、以及排气冲程的4冲程的4冲程发动机作为了对象，但即使将2冲程发动机作为对象，也能够起到与本案相同的作用效果。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，本领域技术人员清楚地知道在不脱离后述的权利要求书的公开范围下，能够进行各种修改和变更。

Claims (11)

1.一种发动机发电机的启动装置，具有：
发电部，其具有三相绕组，并对于发动机的曲轴的旋转进行相对旋转；
逆变单元，其将从所述发电部输出的交流电转换成规定频率的交流电并向负载输出；以及
控制单元，其控制从所述逆变单元到所述发电部的三相绕组的通电，使所述曲轴旋转进而使所述发动机启动，
其特征在于，所述控制单元具有：
第1电流控制部，其将使与所述曲轴连接的活塞在压缩冲程中停止的程度的第1电流向所述三相绕组通电，以使所述曲轴反转；
第2电流控制部，其在由所述第1电流控制部将第1电流向所述三相绕组通电后，在规定时间后，导通比所述第1电流大的第2电流，以使所述曲轴正转；
点火控制部，其在由所述第2电流控制部将第2电流向所述三相绕组导通后，点燃供给到所述发动机的燃料。
2.根据权利要求1所述的发动机发电机的启动装置，其特征在于，
所述第1电流为比产生所述活塞越过压缩冲程所需的转矩的电流值小的值，
所述第2电流为产生所述活塞越过压缩冲程所需的转矩的电流值。
3.根据权利要求1或2所述的发动机发电机的启动装置，其特征在于，
所述规定时间是使所述活塞反转到上次以前的循环的压缩冲程所需要的时间。
4.根据权利要求1或2所述的发动机发电机的启动装置，其特征在于，
所述逆变单元与蓄电池连接，并且所述控制单元将从所述蓄电池经由所述逆变单元输出的直流电力转换成交流电流并供给所述发电部。
5.根据权利要求3所述的发动机发电机的启动装置，其特征在于，
所述逆变单元与蓄电池连接，并且所述控制单元将从所述蓄电池经由所述逆变单元输出的直流电力转换成交流电流并供给所述发电部。
6.根据权利要求1或2所述的发动机发电机的启动装置，其特征在于，
所述发动机包括通用发动机。
7.根据权利要求3所述的发动机发电机的启动装置，其特征在于，
所述发动机包括通用发动机。
8.根据权利要求4所述的发动机发电机的启动装置，其特征在于，
所述发动机包括通用发动机。
9.一种发动机发电机的启动方法，其为具有拥有三相绕组并对于发动机的曲轴的旋转进行相对旋转的发电部、将从所述发电部输出的交流电转换成规定频率的交流电并向负载输出的逆变单元，并且控制从所述逆变单元向所述发电部的三相绕组的通电，使所述曲轴旋转进而使所述发动机启动的发动机发电机的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：
将使与所述曲轴连接的活塞在压缩冲程中停止的程度的第1电流向所述三相绕组通电，以使所述曲轴反转的步骤；
将第1电流向所述三相绕组通电后，在规定时间后，导通比所述第1电流大的第2电流，以使所述曲轴正转的步骤；以及
将第2电流向所述三相绕组通电后，点燃供给到所述发动机的燃料的步骤。
10.根据权利要求9所述的发动机发电机的启动方法，其特征在于，
所述第1电流为比产生所述活塞越过压缩冲程所需的转矩的电流值小的值，
所述第2电流为产生所述活塞越过压缩冲程所需的转矩的电流值。
11.根据权利要求9或10所述的发动机发电机的启动方法，其特征在于，
所述规定时间是使所述活塞反转到上次以前的循环的压缩冲程所需要的时间。
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