JP2010031660A - インバータ発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータの動作を制御するインバータ駆動手段において、エンジンの過回転状態を判定して点火を中止させてエンジンを停止させることで、エンジンの過回転を確実に防止するようにしたインバータ発電機を提供する。
【解決手段】目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子を駆動し、インバータから出力される交流を所定周波数の交流に変換するインバータ駆動手段と、エンジンを点火する点火装置の動作を制御する点火制御手段とを備えたインバータ発電機において、インバータ駆動手段は、エンジン１２の回転数ＮＥを検出し（Ｓ１０）、検出されたエンジン回転数ＮＥに基づいてエンジンが過回転状態にあるか否か判定し（Ｓ１２からＳ２４）、肯定された場合、点火制御手段に指令して点火を中止させ、よってエンジンを停止させる（Ｓ２６）。
【選択図】図３

Description

この発明はインバータ発電機に関し、より詳しくはエンジンで駆動される発電部を備えると共に、エンジンの過回転を確実に防止するようにしたインバータ発電機に関する。

エンジンで駆動される発電部から出力される交流を一旦直流に変換すると共に、目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子を駆動することで、その直流を所定周波数（商用周波数）の交流に変換して出力するインバータ発電機は良く知られており、その例として下記の特許文献１記載の技術を挙げることができる。
特開平４−３５５６７２号公報

特許文献１に記載されるようなインバータ発電機においては、通常、点火制御回路においてエンジン回転数が検出され、過回転状態にあると判定されると、点火が中止される。しかしながら、点火制御回路は通例アナログ回路であって定数設定などの単純な手法で制御していることから、点火中止に伴ってエンジン回転数が低下すると、点火が再開されて再び過回転となり、エンジンが過回転、点火中止、回転数上昇、過回転、点火中止、・・・をいつまでも繰り返し、過回転状態を停止できないことがあった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、インバータの動作を制御するインバータ駆動手段において、エンジンの過回転状態を判定して点火を中止させてエンジンを停止させることで、エンジンの過回転を確実に防止するようにしたインバータ発電機を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、エンジンで駆動される発電部と、前記発電部から出力される交流を直流に変換するコンバータと、スイッチング素子を備え、前記コンバータから出力される直流を交流に変換して出力するインバータと、目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動し、前記インバータから出力される交流を所定周波数の交流に変換するインバータ駆動手段と、前記エンジンを点火する点火装置と、前記点火装置の動作を制御する点火制御手段とを備えたインバータ発電機において、前記インバータ駆動手段は、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記検出されたエンジン回転数に基づいて前記エンジンが過回転状態にあるか否か判定する過回転判定手段とを備えると共に、前記過回転状態にあると判定された場合、前記点火制御手段に指令して前記点火を中止させ、よって前記エンジンを停止させる如く構成した。

請求項２に係るインバータ発電機においては、前記過回転判定手段は、前記検出されたエンジン回転数がしきい値を所定回以上超えたとき、前記エンジンが過回転状態にあると判定する如く構成した。

請求項１にあっては、目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子を駆動し、前記インバータから出力される交流を所定周波数の交流に変換するインバータ駆動手段と、点火制御手段とを備えたインバータ発電機において、インバータ駆動手段は、エンジンが過回転状態にあるか否か判定し、過回転状態にあると判定された場合、点火制御手段に指令して点火を中止させ、よって前記エンジンを停止させる如く構成したので、エンジンが過回転、点火中止、回転数上昇、過回転、点火中止、・・・を繰り返すのを回避することができ、エンジンの過回転を確実に防止することができる。

請求項２に係るインバータ発電機においては、検出されたエンジン回転数がしきい値を所定回以上超えたとき、エンジンが過回転状態にあると判定する如く構成したので、上記した効果に加え、エンジンの過回転状態を的確に判定することができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係るインバータ発電機を実施するための最良の形態について説明する。

図１はこの発明の実施例に係るインバータ発電機を全体的に示すブロック図である。

図１において符号１０はインバータ発電機を示し、発電機１０はエンジン（内燃機関）１２を備え、３ｋＷ（交流１００Ｖで３０Ａ）程度の定格出力を有する。エンジン１２は空冷エンジンで火花点火式であり、そのスロットルバルブ１２ａはステッピングモータからなるスロットルモータ（アクチュエータ）１２ｂで開閉されると共に、リコイルスタータ（図示せず）で始動される。

エンジン１２のシリンダヘッドの付近には円形のステータ（図示せず）が固定され、そこにはエンジン発電部１４を構成するＵ，Ｖ，Ｗ相からなる３相の出力巻線（メイン巻線）１４ａと、３個の単相の巻線１４ｂ，１４ｃ，１４ｄとが巻回される。

ステータの外側にはエンジン１２のフライホイールを兼用するロータ（図示せず）が配置され、その内部には上記した巻線１４ａなどと対向するように永久磁石（図示せず）が径方向に着磁された磁極を交互させつつ、複数対取着される。

ステータの回りをロータの永久磁石が回転することにより、３相の出力巻線１４ａから３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の交流電力が出力（発電）されると共に、単相の出力巻線１４ｂ，１４ｃ，１４ｄからは単相の交流電力が出力される。

エンジン発電部１４の出力巻線１４ａから出力（発電）された３相の交流電力はＵ，Ｖ，Ｗ端子１４ｅを介して制御基板（プリントボード）１６に入力され、そこに搭載されるコンバータ２０に入力される。コンバータ２０はブリッジ接続された３個のサイリスタ（ＳＣＲ）と３個のダイオードＤＩを備え、サイリスタの導通角が制御されることで、エンジン発電部１４から出力された３相の交流を直流に変換する。

コンバータ２０の正極側と負極側の出力にはＲＣＣ（リンギングチョークコンバータ。Ringing Choke Converter）電源（直流安定化電源）２２が接続され、整流された直流電力を前記した３個のサイリスタに動作電源として供給する。ＲＣＣ電源２２の後段にはコンバータ２０から出力される直流を平滑するための平滑コンデンサ２４が接続される。

平滑コンデンサ２４の後段にはインバータ２６が接続される。インバータ２６は、４個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ。スイッチング素子）がブリッジ接続された回路を備え、後述するように４個のＦＥＴの導通・非導通が制御されることで、コンバータ２０から出力された直流を所定周波数（具体的には５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの商用周波数）の交流に変換する。

インバータ２６の出力は高調波除去用のＬＣフィルタからなるチョークコイル３０とノイズ除去用のノイズフィルタ３２を介して出力端子３４から出力され、コネクタ（図示せず）などを介して電気負荷３６に供給自在とされる。

制御基板１６はＣＰＵ（Central Processing Unit）４０を備える。ＣＰＵ４０は３２ビットからなり、サイリスタ（ＳＣＲ）ドライバ（駆動回路）４０ａを介してコンバータ２０のサイリスタの導通角を制御し、ゲートドライバ４０ｂを介してインバータ２６のＦＥＴの導通・非導通を制御すると共に、モータドライバ４０ｃを介してスロットルモータ１２ｂの動作を制御する。ＣＰＵ４０は、ＥＥＰＲＯＭ（不揮発性メモリ）４０ｄを備える。

単相の第１の出力巻線１４ｂの出力はサブ端子１４ｂ１，１４ｂ２を介して制御基板１６に送られ、制御電源生成部１４ｂ３に入力され、そこでＣＰＵ４０の動作電源５Ｖが生成される。サブ端子１４ｂ１の出力はＮＥ検出回路１４ｂ４に送られ、そこでパルス信号に変換されてＣＰＵ４０に送られる。ＣＰＵ４０は、ＮＥ検出回路１４ｂ４の出力をカウントしてエンジン１２の回転数ＮＥを検出する。

第２の出力巻線１４ｃの出力は全波整流回路１４ｃ１に送られ、そこで全波整流されてスロットルモータ１２ｂなどの動作電源が生成される。

第３の出力巻線１４ｄの出力は第２の制御基板（プリントボード）４２に送られる。第２の制御基板４２は点火制御回路（アナログ回路）４４を備える。第３の出力巻線１４ｄの出力はＥＸ端子１４ｄ１を介して第２の制御基板４２に送られ、点火制御回路４４の動作電源として使用される。

点火制御回路４４は、前記した点火制御手段として機能する。即ち、エンジン１２は点火コイル１２ｃと点火プラグ１２ｄからなる点火装置１２ｅと、エンジン発電部１４のステータに第３の出力巻線１４ｄなどと近接して巻回されてロータの永久磁石との相対回転によって所定のクランク角度でフライホイール１回転当たり１個の波形を出力するパルサコイル１２ｆとを備える。

第３の出力巻線１４ｄの出力は点火コイル１２ｃの１次側に接続され、点火電源としても使用される。点火コイル１２ｃの２次側は、点火プラグ１２ｄに接続される。パルサコイル１２ｆの出力は、端子１２ｆ１を介して第２の制御基板４２に入力され、点火制御回路４４に入力される。

点火制御回路４４は、パルサコイル１２ｆの出力から検出されるクランク角度において点火コイル１２ｃの１次側を遮断し、２次側に高電圧を発生させて点火プラグ１２ｄの電極からスパークを生じさせ、エンジン１２の燃焼室の混合気を着火する。

第３の出力巻線１４ｄと点火装置１２ｅを接続する導電路にはユーザの操作自在な位置に配置される非常停止スイッチ（キルＳＷ）１２ｇが介挿され、オンされるとき点火装置１２ｅへの点火電源の供給を遮断する。非常停止スイッチ１２ｇの出力は端子１２ｇ１を介して第２の制御基板４２に入力され、点火制御回路４４に入力される。

点火制御回路４４は、ＣＰＵ４０と、端子４４ａと端子４０ｎを介して信号線４６によって接続される。後述するようにＣＰＵ４０によってエンジン１２が過回転状態にあると判定され、ＣＰＵ４０からＨレベルの信号が送られるとき、点火を中止してエンジン１２を停止するように構成される。

ＣＰＵ４０は第１、第２の電圧センサ４０ｅ，４０ｆを備え、第１の電圧センサ４０ｅはＲＣＣ電源２２の後段においてコンバータ２０から出力される直流の電圧に応じた出力を生じると共に、第２の電圧センサ４０ｆはインバータ２６の後段においてインバータ２６から出力される交流の電圧に応じた出力を生じる。第１、第２の電圧センサ４０ｅ，４０ｆの出力はＣＰＵ４０に入力される。

さらに、ＣＰＵ４０は電流センサ４０ｇを備え、電流センサ４０ｇはインバータ２６から出力される電流、換言すれば電気負荷３６が接続されるとき、電気負荷３６に通電される電流に応じた出力を生じる。

電流センサ４０ｇの出力はＣＰＵ４０に入力されると共に、過電流リミッタ４０ｈにも入力される。過電流リミッタ４０ｈはＣＰＵ４０と独立した論理回路（ハードウエア回路）から構成され、電流センサ４０ｇによって検出された電流が許容限界値を超えるとき、ゲートドライバ４０ｂの出力を停止させ、インバータ２６の出力を一時的に零にする。

ＣＰＵ４０は第１、第２の電圧センサ４０ｅ，４０ｆと電流センサ４０ｇの出力を入力し、それらに基づいてインバータ２６のＦＥＴをＰＷＭ制御すると共に、スロットルモータ１２ｂの動作を制御し、さらに過電流を制限する。

図２はＣＰＵ４０が行なうＰＷＭ制御を説明する波形図である。

図２を参照してインバータ２６のＦＥＴのＰＷＭ制御を説明すると、ＣＰＵ４０は目標とする出力電圧波形（下部に破線で示す）の所定周波数（即ち、商用周波数５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）における基準正弦波（信号波。上部に実線で示す）に基づき、コンパレータ（図示せず）でキャリア（例えば２０ｋＨｚの搬送波）と比較してＰＷＭ（Pulse Width Modulation。パルス幅変調）に従ってＰＷＭ信号（ＰＷＭ波形）、即ち、デューティ比（＝オン時間ｔ／周期Ｔ）可変のパルス列を生成し、ゲートドライバ４０ｂを介して出力する。

尚、ＰＷＭ信号（ＰＷＭ波形）の周期Ｔ（ステップ）は実際には遥かに短いが、理解の便宜のため、図２では誇張して示す。

また、ＣＰＵ４０は、電気負荷３６によって決定される交流出力に応じて決定される目標回転数となるようにスロットルバルブ１２ａの開度を決定し、スロットルモータ１２ｂのＡ相とＢ相の出力パルスを算出してモータドライバ４０ｃを介して出力端子４０ｃ１からスロットルモータ１２ｂに供給し、その動作を制御する。

さらに、ＣＰＵ４０はエンジン１２の過回転状態を検出して停止させる過回転停止制御を実行する。

図３はＣＰＵ４０のその動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムは、例えば１０ｍｓｅｃごとに実行される。

以下説明すると、Ｓ１０においてＮＥ検出回路１４ｂ４の出力からエンジン１２の回転数ＮＥを検出し、Ｓ１２に進み、検出されたエンジン回転数ＮＥが４４００ｒｐｍ以上か否か判断し、肯定されるときはＳ１４に進み、過回転フラグをオンする。

他方、Ｓ１２で否定されるときはＳ１６に進み、検出されたエンジン回転数ＮＥが４３００ｒｐｍ未満か否か判断し、肯定されるときはＳ１８に進み、過回転フラグをオフする。尚、Ｓ１６で否定されるときはＳ１８の処理をスキップする。

次いでＳ２０に進み、前回（即ち、図３フロー・チャートのプログラムを前回ループしたとき）の過回転フラグがオフで、今回（即ち、図３フロー・チャートのプログラムを今回ループしたとき）の過回転フラグがオンか否か判断する。

Ｓ２０で肯定されるときはＳ２２に進み、カウント値を１つインクリメントし、Ｓ２４に進み、カウント値が５以上になったか否か判断する。Ｓ２４で肯定されるときはＳ２６に進み、信号線４６を介して点火制御回路４４にＨレベル信号を出力し、点火を中止させてエンジン１２を停止させる。

次いでＳ２８に進み、今回の過回転フラグを記憶する。尚、Ｓ２０あるいはＳ２４で否定されたときも同様である。

図４は図３の処理を、図５は従来技術のそれを説明するタイム・チャートである。

図５に示す如く、従来技術においては点火制御回路（アナログ回路）によって制御されていたため、エンジン回転数が４４００ｒｐｍを超えると点火が中止されると共に、４２００ｒｐｍで点火が再開されていたので、エンジン１２が過回転、点火中止、回転数上昇、過回転、点火中止、・・・を繰り返し、過回転状態を停止できないことがあった。この実施例の場合でも点火制御回路４４はアナログ回路であることから、点火制御回路４４が行なう限り、同様の問題が生じる。

それに対し、この実施例においては、上記を５回繰り返した時点で点火を中止し、図４に示す如く、過回転状態を判定したとき、点火を中止してエンジン１２を停止させるようにした。これにより、エンジン１２の過回転を確実に防止することができる。即ち、点火制御回路４４に代え、ＣＰＵ４０が行なうことから、点火制御回路４４に比せば複雑な制御が可能となり、それによってエンジン１２の過回転を確実に防止することができる。

また、ＣＰＵ４０からエンジン１２を停止させるため、異常データをフリーズしたり、エラーを記憶したりしてからエンジン１２を停止させることができ、故障診断機能やサービス機能を向上させることができる。

上記の如く、この実施例にあっては、エンジン１２で駆動される発電部１４と、前記発電部から出力される交流を直流に変換するコンバータ２０と、スイッチング素子（ＦＥＴ）を備え、前記コンバータ２０から出力される直流を交流に変換して出力するインバータ２６と、目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動し、前記インバータから出力される交流を所定周波数の交流に変換するインバータ駆動手段（ＣＰＵ４０）と、前記エンジン１２を点火する点火装置１２ｅと、前記点火装置１２ｅの動作を制御する点火制御手段（点火制御回路４４）とを備えたインバータ発電機１０において、前記インバータ駆動手段は、前記エンジン１２の回転数ＮＥを検出するエンジン回転数検出手段（ＮＥ検出回路１４ｂ４，ＣＰＵ４０，Ｓ１０）と、前記検出されたエンジン回転数ＮＥに基づいて前記エンジン１２が過回転状態にあるか否か判定する過回転判定手段（ＣＰＵ４０，Ｓ１２からＳ２４）とを備えると共に、前記過回転状態にあると判定された場合、前記点火制御手段（点火制御回路４４）に指令して前記点火を中止させ、よって前記エンジン１２を停止させる（ＣＰＵ４０，Ｓ２６）如く構成したので、エンジン１２が過回転、点火中止、回転数上昇、過回転、点火中止、・・・をいつまでも繰り返すのを回避することができ、エンジン１２の過回転を確実に防止することができる。

また、前記過回転判定手段は、前記検出されたエンジン回転数ＮＥがしきい値（４４００ｒｐｍ）を所定回（５回）以上超えたとき、前記エンジン１２が過回転状態にあると判定する（ＣＰＵ４０，Ｓ２４）如く構成したので、上記した効果に加え、エンジン１２の過回転状態を的確に判定することができる。

尚、上記において、点インバータのスイッチング素子としてＦＥＴを用いたが、それに限られるものではなく、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）などであっても良い。

この発明の実施例に係るインバータ発電機を全体的に示すブロック図である。 図１に示すＣＰＵが行なうＰＷＭ制御を説明する波形図である。 図１に示すＣＰＵが行なう過回転停止制御の処理を示すフロー・チャートである。 図３フロー・チャートの処理を説明するタイム・チャートである。 従来技術の処理を説明するタイム・チャートである。

符号の説明

１０ インバータ発電機、１２ エンジン（内燃機関）、１２ａ スロットルバルブ、１２ｂ スロットルモータ、１２ｅ 点火装置、１４ エンジン発電部、１４ａ 三相出力巻線、１６ 制御基板、２０ コンバータ、２６ インバータ、３６ 電気負荷、４０ ＣＰＵ、４０ａ サイリスタ（ＳＣＲ）ドライバ、４０ｂ ゲートドライバ、４０ｃ モータドライバ、４０ｄ ＥＥＰＲＯＭ、４０ｅ，４０ｆ 電圧センサ、４０ｇ 電流センサ、４２ 第２の制御基板、４４ 点火制御回路、４６ 信号線

Claims (2)

1. エンジンで駆動される発電部と、前記発電部から出力される交流を直流に変換するコンバータと、スイッチング素子を備え、前記コンバータから出力される直流を交流に変換して出力するインバータと、目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動し、前記インバータから出力される交流を所定周波数の交流に変換するインバータ駆動手段と、前記エンジンを点火する点火装置と、前記点火装置の動作を制御する点火制御手段とを備えたインバータ発電機において、前記インバータ駆動手段は、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記検出されたエンジン回転数に基づいて前記エンジンが過回転状態にあるか否か判定する過回転判定手段とを備えると共に、前記過回転状態にあると判定された場合、前記点火制御手段に指令して前記点火を中止させ、よって前記エンジンを停止させることを特徴とするインバータ発電機。
2. 前記過回転判定手段は、前記検出されたエンジン回転数がしきい値を所定回以上超えたとき、前記エンジンが過回転状態にあると判定することを特徴とする請求項１記載のインバータ発電機。

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