JP2012244696A - Inverter generator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はインバータ発電機に関し、より詳しくは三相交流と単相交流を選択的に出力するようにしたインバータ発電機に関する。 The present invention relates to an inverter generator, and more particularly to an inverter generator that selectively outputs three-phase alternating current and single-phase alternating current.
三相交流と単相交流を選択的に出力するようにしたインバータ発電機としては特許文献1記載の技術が知られている。特許文献1記載のインバータ発電機にあっては、3組(3個)の単相インバータ発電機を並列に接続すると共に、その出力から三相交流と単相交流を選択的に出力可能に構成している。 As an inverter generator that selectively outputs three-phase alternating current and single-phase alternating current, the technology described in Patent Document 1 is known. In the inverter generator described in Patent Document 1, three sets (three) of single-phase inverter generators are connected in parallel, and three-phase AC and single-phase AC can be selectively output from the output. doing.
特許文献1記載のインバータ発電機にあっては1個のインバータ制御回路が3組の単相インバータ発電機のインバータ駆動回路を動作させて三相交流あるいは単相交流を選択的に出力するように構成している。 In the inverter generator described in Patent Document 1, one inverter control circuit operates the inverter drive circuits of three sets of single-phase inverter generators to selectively output three-phase AC or single-phase AC. It is composed.
3組の発電機からは単相であれば同一電圧で同一位相、三相であれば同一電圧で相互に120度ずつ相違させた位相の交流を出力させなければならないが、3組の発電機の出力を同期させるのは容易ではない。しかしながら、特許文献1記載の技術にあってはどのようにして同期させるかが明確ではなく、よって所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を確実に得るのが困難であると共に、発電機の出力を十分に利用できないうらみがあった。 Three sets of generators must output alternating current with the same voltage and the same phase if they are single phase, and with the same voltage and phases that are 120 degrees different from each other if they are three phases. It is not easy to synchronize the outputs. However, in the technique described in Patent Document 1, it is not clear how to synchronize, and thus it is difficult to reliably obtain a three-phase output and a single-phase output having a desired voltage and phase, and power generation. There was envy that the output of the machine could not be fully utilized.
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、所望の電圧と位相の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力可能として発電機の出力を十分に利用できるようにしたインバータ発電機を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to generate an inverter power generator that can selectively and reliably output a three-phase alternating current and a single-phase alternating current having a desired voltage and phase so that the output of the generator can be fully utilized. Is to provide a machine.
上記した課題を解決するために、請求項1に係るインバータ発電機にあっては、エンジンで駆動される発電部に巻回される第1、第2、第3巻線と、前記第1、第2、第3巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子を備え、前記直流変換用のスイッチング素子がオン・オフされるとき、前記第1、第2、第3巻線から出力される交流を直流に変換し、前記交流変換用のスイッチング素子が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信号に基づいてオン・オフされるとき、前記変換された直流を目標周波数の交流に変換する第1、第2、第3インバータと、前記第1、第2、第3インバータの前記直流変換用と交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、前記第1インバータをマスタとして動作させる第1制御部と前記第2、第3インバータをスレーブとして動作させる第2、第3制御部と、前記第1、第2、第3インバータにそれぞれ接続されて前記交流の出力をU相、V相、W相のいずれかとして出力する端子群と前記端子群の中性端子とにそれぞれ直列接続される三相出力端子と、前記端子群に並列接続されると共に、前記中性端子に直列接続される単相出力端子と、ユーザの操作自在に設けられる三相/単相切替スイッチと、前記エンジンの動作を制御すると共に、前記切替スイッチの出力を前記第1、第2、第3制御部に通信し、前記切替スイッチの出力に応じて前記切替機構を動作させて前記三相交流と単相交流のいずれかを出力させるエンジン制御部とを備えると共に、前記第1、第2、第3制御部は、前記第1インバータの出力を基準として前記第2、第3インバータの出力が前記エンジン制御部から通信される前記切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成した。 In order to solve the above-described problem, in the inverter generator according to claim 1, the first, second and third windings wound around the power generation unit driven by the engine, and the first, Each of the first and second windings is connected to the second and third windings and includes a switching element for direct current conversion and alternating current conversion. When the switching element for direct current conversion is turned on / off, the first, second, second The alternating current output from the three windings is converted into direct current, and the switching element for alternating current conversion is turned on / off based on a PWM signal generated using a reference sine wave of an output voltage waveform and a carrier. The first, second, and third inverters that convert the converted direct current into alternating current of a target frequency, and the switching elements for the direct current conversion and the alternating current conversion of the first, second, and third inverters.・ With controlling off A first control unit that is connected to be communicable with each other, and operates with the first inverter as a master, and second and third control units that operate with the second and third inverters as slaves, and the first, second, A three-phase output terminal connected in series to each of a terminal group connected to a third inverter and outputting the AC output as one of the U-phase, V-phase, and W-phase, and a neutral terminal of the terminal group; While being connected in parallel to the terminal group, a single-phase output terminal connected in series to the neutral terminal, a three-phase / single-phase changeover switch provided for user operation, and controlling the operation of the engine, The output of the changeover switch is communicated to the first, second, and third control units, and the changeover mechanism is operated according to the output of the changeover switch to output either the three-phase alternating current or the single-phase alternating current. Engine control And the first, second, and third control units output the changeover switch that communicates the outputs of the second and third inverters from the engine control unit with reference to the output of the first inverter. The switching element is controlled to be turned on and off so that a three-phase alternating current or a single-phase alternating current corresponding to the above-mentioned is obtained.
請求項2に係るインバータ発電機にあっては、前記第1、第2、第3インバータと前記U相端子とV相端子とW相端子の間にそれぞれフィルタを介挿するように構成した。 The inverter generator according to claim 2 is configured such that a filter is inserted between each of the first, second, and third inverters, the U-phase terminal, the V-phase terminal, and the W-phase terminal.
請求項3に係るインバータ発電機にあっては、前記第1、第2、第3制御部は、前記三相交流を出力するとき、前記マスタを構成する第1インバータからの出力を基準として前記第2、第3インバータの出力の位相が目標値となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成した。 In the inverter generator according to claim 3, when the first, second, and third control units output the three-phase alternating current, the output from the first inverter constituting the master is used as a reference. The on / off state of the switching element is controlled so that the phase of the output of the second and third inverters becomes a target value.
請求項4に係るインバータ発電機にあっては、前記エンジン制御部は、前記第1、第2、第3巻線のいずれかに通電して前記発電部を電動機として動作させることで前記エンジンを始動するように構成した。 In the inverter generator according to claim 4, the engine control unit energizes one of the first, second, and third windings to operate the power generation unit as an electric motor, thereby causing the engine to operate. Configured to start.
請求項5に係るインバータ発電機にあっては、前記発電部が前記エンジンのクランクケースに固定されたステータとその回りに回転自在に配置される、フライホイールを兼用するロータからなると共に、前記第1、第2、第3巻線が前記ステータまたはロータのいずれかに所定間隔おきに巻回されるように構成した。 In the inverter generator according to claim 5, the power generation unit includes a stator fixed to a crankcase of the engine and a rotor that is rotatably arranged around the stator and also serves as a flywheel. The first, second and third windings are wound around the stator or the rotor at predetermined intervals.
請求項1に係るインバータ発電機にあっては、エンジンで駆動される発電部に巻回される第1、第2、第3巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子を備える第1、第2、第3インバータと、それらの直流変換用と交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、第1インバータをマスタとして動作させる第1制御部と第2、第3インバータをスレーブとして動作させる第2、第3制御部と、第1、第2、第3インバータにそれぞれ接続されて交流の出力をU相、V相、W相のいずれかとして出力する端子群と端子群の中性端子とにそれぞれ直列接続される三相出力端子と、端子群に並列接続されると共に、中性端子に直列接続される単相出力端子と、三相出力端子と単相出力端子とを切り替える切替機構と、エンジンの動作を制御すると共に、ユーザの操作自在に設けられる三相/単相切替スイッチの出力を第1、第2、第3制御部に通信し、切替スイッチの出力に応じて切替機構を動作させて三相交流と単相交流のいずれかを出力させるエンジン制御部とを備えると共に、第1、第2、第3制御部は、第1インバータの出力を基準として第2、第3インバータの出力がエンジン制御部から通信される切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるようにスイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、ユーザの操作自在に設けられる切替スイッチの出力に応じて所望の電圧の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力することができて発電機の出力を十分に利用することができる。 In the inverter generator according to claim 1, the inverter generator is connected to the first, second, and third windings wound around the power generation unit driven by the engine, and is used for DC conversion and AC conversion. The first, second, and third inverters having switching elements and the switching elements for DC conversion and AC conversion are controlled on and off, and connected to each other so that they can communicate with each other. The first inverter is used as a master. The first control unit to be operated, the second and third control units to be operated as slaves, and the first, second, and third inverters to be operated as slaves, and the AC output is converted to U phase and V phase, respectively. , A three-phase output terminal connected in series to a terminal group that outputs as one of the W phases and a neutral terminal of the terminal group, and a single phase that is connected in parallel to the terminal group and connected in series to the neutral terminal Output terminal and three-phase output A switching mechanism for switching between a terminal and a single-phase output terminal, and controls the operation of the engine, and communicates the output of a three-phase / single-phase selector switch provided for user operation to the first, second, and third control units. And an engine control unit that operates the switching mechanism in accordance with the output of the changeover switch to output either a three-phase alternating current or a single-phase alternating current, and the first, second, and third control units are the first, Based on the output of the inverter, the ON / OFF of the switching element is controlled so that the output of the second and third inverters becomes a three-phase AC or a single-phase AC according to the output of the changeover switch communicated from the engine control unit. Because it is configured, the three-phase AC and single-phase AC of the desired voltage can be selectively and reliably output according to the output of the changeover switch that can be operated by the user, and the generator output can be fully utilized Rukoto can.
即ち、第1インバータをマスタ、第2、第3インバータをスレーブとし、第1、第2、第3制御部は第1インバータの出力を基準として第2、第3インバータの出力がエンジン制御部から通信される切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるようにスイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、3組の発電機の出力を容易に同期させることができ、単相であれば同一電圧で同一位相、三相であれば同一電圧で相互に120度ずつ相違させた位相の交流を確実に出力させることができ、よって所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を確実に得ることができる。 That is, the first inverter is a master, the second and third inverters are slaves, and the first, second, and third control units are based on the output of the first inverter, and the outputs of the second and third inverters are from the engine control unit. Since it is configured to control the on / off of the switching elements so that it becomes a three-phase AC or a single-phase AC according to the output of the switch to be communicated, the outputs of the three sets of generators can be easily synchronized If it is a single phase, the same voltage and phase can be output with the same voltage, and if it is a three phase, the AC voltage can be output with 120 degrees different from each other with the same voltage. Output and single-phase output can be obtained reliably.
また、三相出力端子を構成する端子群に単相出力端子を並列接続するように構成したので、切替スイッチの出力に応じて三相交流と単相交流のいずれかを簡易に出力でき、よって発電機の出力を十分に利用することができる。 In addition, since the single-phase output terminal is connected in parallel to the terminal group constituting the three-phase output terminal, either the three-phase AC or the single-phase AC can be easily output according to the output of the changeover switch. The generator output can be fully utilized.
また、第1、第2、第3インバータの動作を制御する第1、第2、第3制御部と別にエンジンの動作を制御するエンジン制御部を備えるように構成したので、インバータ発電機の動作と独立にエンジンの動作を制御することができ、エンジン発電機としての利便性を向上させることができる。 In addition, since the engine control unit that controls the operation of the engine is provided separately from the first, second, and third control units that control the operation of the first, second, and third inverters, the operation of the inverter generator The operation of the engine can be controlled independently, and the convenience as an engine generator can be improved.
請求項2に係るインバータ発電機にあっては、第1、第2、第3インバータとU相端子とV相端子とW相端子の間にそれぞれフィルタを介挿するように構成したので、上記した効果に加え、フィルタでノイズが除去された単相出力から三相出力を得ることが可能となり、滑らかな波形の三相交流あるいは単相交流を出力することができる。 In the inverter generator according to claim 2, since the first, second, and third inverters, the U-phase terminal, the V-phase terminal, and the W-phase terminal are configured to insert the filters, respectively, In addition to the effects described above, a three-phase output can be obtained from a single-phase output from which noise has been removed by a filter, and a three-phase alternating current or a single-phase alternating current having a smooth waveform can be output.
即ち、インバータから直ちに三相交流を出力させると共に、その後段の出力端との間にフィルタを介挿してノイズを除去する構成ではなく、インバータとU相端子などの間にフィルタを介挿してノイズを除去するように構成したので、滑らかな波形の三相交流あるいは単相交流を出力することができる。 That is, it is not a configuration in which a three-phase alternating current is immediately output from the inverter and a noise is removed by inserting a filter between the output terminal of the subsequent stage, and a noise is obtained by inserting a filter between the inverter and the U-phase terminal. Therefore, a smooth waveform three-phase alternating current or single-phase alternating current can be output.
請求項3に係るインバータ発電機にあっては、第1、第2、第3制御部は、三相交流を出力するとき、マスタを構成する第1インバータからの出力を基準として第2、第3インバータの出力の位相が目標値となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、上記した効果に加え、一層滑らかな波形の三相交流あるいは単相交流を出力することができると共に、所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を一層確実に得ることができる。 In the inverter generator according to claim 3, when the first, second, and third control units output the three-phase alternating current, the second, second, and second outputs are based on the output from the first inverter that constitutes the master. Since the ON / OFF of the switching element is controlled so that the phase of the output of the three inverters becomes a target value, in addition to the above effect, a three-phase AC or a single-phase AC with a smoother waveform is output. In addition, a three-phase output and a single-phase output having a desired voltage and phase can be obtained more reliably.
請求項4に係るインバータ発電機にあっては、エンジン制御部は、第1、第2、第3巻線のいずれかに通電して発電部を電動機として動作させることでエンジンを始動する如く構成したので、上記した効果に加え、始動用のセルモータなどを必要とすることなく、エンジンを簡易に始動することができる。 In the inverter generator according to claim 4, the engine control unit is configured to start the engine by energizing one of the first, second, and third windings to operate the power generation unit as an electric motor. Therefore, in addition to the effects described above, the engine can be started easily without requiring a starting cell motor or the like.
請求項5に係るインバータ発電機にあっては、発電部がエンジンのクランクケースに固定されたステータとその回りに回転自在に配置される、フライホイールを兼用するロータからなると共に、第1、第2、第3巻線が前記ステータまたはロータのいずれかに所定間隔おきに巻回されるように構成したので、上記した効果に加え、エンジン発電機としての構成をコンパクトにすることができる。 In the inverter generator according to claim 5, the power generation unit includes a stator fixed to the crankcase of the engine and a rotor that is rotatably arranged around the stator and also serves as a flywheel. Since the second and third windings are wound around the stator or the rotor at predetermined intervals, in addition to the effects described above, the configuration as an engine generator can be made compact.
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形態について説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for implementing an inverter generator according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
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。 FIG. 1 is a block diagram generally showing an inverter generator according to an embodiment of the present invention.
図1において符号10はインバータ発電機を示す。インバータ発電機10はエンジン(内燃機関)12を備え、5kW(交流100Vで50A)程度の定格出力を有する。エンジン12はガソリンを燃料とする、火花点火式の空冷エンジンである。 In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an inverter generator. The inverter generator 10 includes an engine (internal combustion engine) 12 and has a rated output of about 5 kW (50 A at 100 V AC). The engine 12 is a spark ignition type air-cooled engine using gasoline as fuel.
エンジン12の吸気管12aにはスロットルバルブ12bとチョークバルブ12cが配置される。スロットルバルブ12bはステップ(スロットル)モータ12dに接続される。またチョークバルブ12cもチョークモータ(同様にステップモータからなる)12eに接続される。 A throttle valve 12b and a choke valve 12c are disposed in the intake pipe 12a of the engine 12. The throttle valve 12b is connected to a step (throttle) motor 12d. The choke valve 12c is also connected to a choke motor (also comprising a step motor) 12e.
エンジン12は12V程度の容量を有するバッテリ14を備え、ステップモータ12dとチョークモータ12eはバッテリ14から通電されるとき、スロットルバルブ12bとチョークバルブ12cを駆動して開閉する。エンジン12は発電部(「ALT」と示す)16を備える。 The engine 12 includes a battery 14 having a capacity of about 12V, and when the step motor 12d and the choke motor 12e are energized from the battery 14, the throttle valve 12b and the choke valve 12c are driven to open and close. The engine 12 includes a power generation unit (shown as “ALT”) 16.
図2は図1に示すエンジン12のクランクケース12fの平面図である。 FIG. 2 is a plan view of the crankcase 12f of the engine 12 shown in FIG.
図示の如く、発電部16はクランクケース12fに固定されたステータ16aと、その回りに回転自在に配置される、フライホイールを兼用するロータ16bからなる。 As shown in the figure, the power generation unit 16 includes a stator 16a fixed to the crankcase 12f and a rotor 16b that also serves as a flywheel and is rotatably disposed around the stator 16a.
ステータ16aは30個の突起を備え、そのうちの27個には3組のU,V,W相からなる三相の出力巻線(メイン巻線)18が巻回されると共に、3個には1組の同様にU,V,Wからなる三相の出力巻線(サブ巻線)20が巻回される。3組の出力巻線18は18a,18b,18cからなる。 The stator 16a includes 30 protrusions, 27 of which 3 sets of three-phase output windings (main windings) 18 composed of U, V, and W phases are wound, and 3 Similarly, a set of three-phase output windings (sub-windings) 20 consisting of U, V, and W are wound. Three sets of output windings 18 consist of 18a, 18b and 18c.
ステータ16aの外側に配置されるロータ16bの内部には、出力巻線18,20と対向するように複数対の永久磁石16b1が径方向に着磁された磁極を交互させて取着される。 Inside the rotor 16b arranged outside the stator 16a, a plurality of pairs of permanent magnets 16b1 are alternately attached to the magnetic poles magnetized in the radial direction so as to face the output windings 18 and 20.
発電部16においては、ステータ16aの回りをロータ16bの永久磁石が回転することにより、27個の三相の出力巻線18(より具体的には18a,18b,18c)からU相、V相、W相からなる交流電力が出力(発電)されると共に、3個のサブ巻線20からも同様に各相の交流電力が出力される。 In the power generation unit 16, the permanent magnet of the rotor 16b rotates around the stator 16a, so that the U-phase and V-phase are output from the 27 three-phase output windings 18 (more specifically, 18a, 18b, and 18c). The AC power composed of the W phase is output (power generation), and the AC power of each phase is similarly output from the three sub-windings 20.
図1に戻って説明を続けると、この実施例に係るインバータ発電機10は、大別すると、発電部16に巻回された出力巻線18と、インバータ部(「INV」と示す)22と、フィルタ部(「Filter」と示す)24と、出力部(「OUT」と示す)26と、エンジン制御部(「ECU」と示す)28と、制御パネル部(「Control Panel」と示す)30を備える。ECU(Electronic Control Unit)は電子制御ユニットを意味し、後述するようにCPUを備える。 Returning to FIG. 1 and continuing the description, the inverter generator 10 according to this embodiment is roughly divided into an output winding 18 wound around the power generation unit 16, an inverter unit (indicated as "INV") 22, , A filter unit (shown as “Filter”) 24, an output unit (shown as “OUT”) 26, an engine control unit (shown as “ECU”) 28, and a control panel unit (shown as “Control Panel”) 30. Is provided. ECU (Electronic Control Unit) means an electronic control unit and includes a CPU as described later.
図示の如く、この実施例に係るインバータ発電機10において特徴的なことは、3組(3個)の単相インバータ発電機(インバータ)を並列に接続すると共に、その出力から所望の電圧と位相の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力可能としたことにある。 As shown in the figure, the characteristic of the inverter generator 10 according to this embodiment is that three sets (three) of single-phase inverter generators (inverters) are connected in parallel, and the desired voltage and phase are output from the output. The three-phase alternating current and single-phase alternating current can be selectively and reliably output.
即ち、インバータ発電機10は、並列接続された、第1、第2、第3の出力巻線18a,18b,18cからなる3組の巻線と、第1、第2、第3インバータ(第1、第2、第3インバータ部あるいはインバータ発電機)22a,22b,22cからなる3組のインバータを備えたインバータ部22と、第1、第2、第3フィルタ24a,24b,24cからなる3組のフィルタを備えたフィルタ部24と、三相出力端子26eと単相出力端子26fとを備えた出力部26と、エンジン12の動作を制御するエンジン制御部28と、1個の制御パネル部30とを備える。 That is, the inverter generator 10 includes three sets of windings including the first, second, and third output windings 18a, 18b, and 18c connected in parallel, and the first, second, and third inverters (first and second inverters). 1, 2, 3 rd inverter unit or inverter generator) 22 a, 22 b, 22 c, an inverter unit 22 having three sets of inverters, and 1, 2, 3 rd filters 24 a, 24 b, 24 c A filter unit 24 including a set of filters, an output unit 26 including a three-phase output terminal 26e and a single-phase output terminal 26f, an engine control unit 28 for controlling the operation of the engine 12, and one control panel unit 30.
インバータ部22などは具体的にはエンジン12の適宜位置に設けられたケース内に収容されたプリントボード上に搭載された半導体チップなどから構成されると共に、制御パネル部30はエンジン12の適宜位置に設けられる半導体チップとそれに接続されるパネルから構成される。 Specifically, the inverter unit 22 and the like are composed of a semiconductor chip mounted on a printed board housed in a case provided at an appropriate position of the engine 12, and the control panel unit 30 is positioned at an appropriate position of the engine 12. And a panel connected to the semiconductor chip.
それぞれ3組からなる、出力巻線18とインバータ部22とフィルタ部24と出力部26は、図示の如く、共通する添え字a,b,cを付された組同士が対応して接続されるように構成される。 As shown in the figure, the output winding 18, the inverter unit 22, the filter unit 24, and the output unit 26, each having three sets, are connected to each other with the sets having common subscripts a, b, and c. Configured as follows.
インバータ部22を構成する第1、第2、第3のインバータ22a,22b,22cはそれぞれ、FET(電界効果トランジスタ)とSCR(サイリスタ)一体型のパワーモジュール22a1,22b1,22c1と、32ビットのCPU22a2(第1制御部)、22b2(第2制御部)、22c2(第3制御部)と、発電出力の電圧と電流を検出する電圧・電流センサなどの各種のセンサ(図示せず)を備える。CPU22a2,22b2,22c2は通信線28dで相互に通信自在に接続される。 The first, second, and third inverters 22a, 22b, and 22c constituting the inverter unit 22 are respectively composed of FET (field effect transistor) and SCR (thyristor) integrated power modules 22a1, 22b1, and 22c1, and 32-bit CPU 22a2 (first control unit), 22b2 (second control unit), 22c2 (third control unit), and various sensors (not shown) such as a voltage / current sensor for detecting the voltage and current of the power generation output. . The CPUs 22a2, 22b2, and 22c2 are connected to each other via a communication line 28d so that they can communicate with each other.
図3はインバータ部22の構成を詳細に示す回路図である。以下、組aを例にとって説明するが、各組の構成は基本的には同じであるので、組aについての説明は組b,cについても妥当する。 FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the inverter unit 22 in detail. Hereinafter, the group a will be described as an example, but the configuration of each group is basically the same, and therefore the description of the group a is valid for the groups b and c.
図3に示す如く、パワーモジュール22a1は、3個のSCR(サイリスタ(直流変換用のスイッチング素子))とDI(ダイオード)がブリッジ接続された混合ブリッジ回路22a11と、4個のFET(電界効果トランジスタ(交流変換用のスイッチング素子))がHブリッジ接続されたHブリッジ回路22a12から構成される。 As shown in FIG. 3, the power module 22a1 includes a mixed bridge circuit 22a11 in which three SCRs (thyristors (switching elements for DC conversion)) and DI (diodes) are bridge-connected, and four FETs (field effect transistors). (Switching element for AC conversion) is configured from an H-bridge circuit 22a12 that is H-bridge connected.
発電部16に巻回された出力巻線18aのU相端子18a1、V相端子18a2、W相端子18a3から出力(発電)された三相の交流電力は対応する第1インバータ22aに入力され、そのパワーモジュール22a1の混合ブリッジ回路22a11においてSCRとDIの中点に入力される。 Three-phase AC power output (power generation) from the U-phase terminal 18a1, V-phase terminal 18a2, and W-phase terminal 18a3 of the output winding 18a wound around the power generation unit 16 is input to the corresponding first inverter 22a, In the mixed bridge circuit 22a11 of the power module 22a1, the signal is input to the midpoint of the SCR and DI.
混合ブリッジ回路22a11においてSCRのゲートはドライバ回路(図示せず)を介してバッテリ14に接続される。バッテリ14からのドライバ回路を介しての通電(オン。導通(点弧))と通電停止(オフ(非導通))はCPU22a2によって制御される。 In the mixed bridge circuit 22a11, the gate of the SCR is connected to the battery 14 via a driver circuit (not shown). Energization (ON, conduction (ignition)) and energization stop (OFF (non-conduction)) from the battery 14 via the driver circuit are controlled by the CPU 22a2.
即ち、CPU22a2は、電圧・電流センサなどの各種のセンサの出力に基づき、SCRのゲートを目標とする出力電圧に応じた導通角(点弧角)で導通(点弧)し、出力巻線18aから入力される交流を目標とする出力電圧の直流に変換する。 That is, the CPU 22a2 conducts (ignites) the SCR gate at a conduction angle (ignition angle) corresponding to the target output voltage based on outputs of various sensors such as a voltage / current sensor, and outputs the output winding 18a. Is converted to a direct current of the output voltage.
混合ブリッジ回路22a11からの直流出力はFETのHブリッジ回路22a12に入力される。Hブリッジ回路22a12にあっては、FETがバッテリ14に接続されると共に、CPU22a2によってその通電(オン(導通))と通電停止(オフ(非導通))が制御されることで、入力された直流出力を所定周波数(例えば50Hzあるいは60Hzの商用周波数)の交流に変換する。 The DC output from the mixing bridge circuit 22a11 is input to the H bridge circuit 22a12 of the FET. In the H-bridge circuit 22a12, the FET is connected to the battery 14, and the energization (ON (conduction)) and energization stop (OFF (non-conduction)) are controlled by the CPU 22a2, so that the input direct current The output is converted into alternating current at a predetermined frequency (for example, a commercial frequency of 50 Hz or 60 Hz).
図4は、Hブリッジ回路22a12の動作を説明する説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operation of the H-bridge circuit 22a12.
即ち、CPU22a2は、同図に示す如く、目標とする出力電圧波形の所定周波数(即ち、商用周波数50Hzあるいは60Hz)の基準正弦波(信号波。上部に実線で示す)を生成し、生成された基準正弦波を入力してコンパレータ(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)信号を生成し、生成されたPWM信号に基づいてHブリッジ回路22a12のFETをオン・オフする。 That is, the CPU 22a2 generates and generates a reference sine wave (signal wave, indicated by a solid line at the top) of a predetermined frequency (that is, commercial frequency 50 Hz or 60 Hz) of the target output voltage waveform as shown in FIG. A reference sine wave is input, and a comparator (not shown) is compared with a carrier (for example, a 20 kHz carrier wave) to generate a PWM (Pulse Width Modulation) signal, and an H bridge is generated based on the generated PWM signal. The FET of the circuit 22a12 is turned on / off.
図4において下部の破線が目標とする出力電圧波形を示す。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、同図では誇張して示す。 In FIG. 4, the broken line at the bottom shows the target output voltage waveform. The period T (step) of the PWM signal (PWM waveform) is actually much shorter, but is exaggerated in the figure for convenience of understanding.
インバータ部22はフィルタ部24に接続される。 The inverter unit 22 is connected to the filter unit 24.
フィルタ部24は高調波除去用のLCフィルタ(ローパスフィルタ)24a1,24b1,24c1とノイズ除去用のノイズフィルタ24a2,24b2,24c2を備え、インバータ部22で変換された交流出力は、LCフィルタ24a1,24b1,24c1とノイズフィルタ24a2,24b2,24c2に入力されて高調波やノイズが除去される。 The filter unit 24 includes LC filters (low-pass filters) 24a1, 24b1, and 24c1 for removing harmonics and noise filters 24a2, 24b2, and 24c2 for removing noise, and the AC output converted by the inverter unit 22 is an LC filter 24a1, 24b1, 24c1 and noise filters 24a2, 24b2, 24c2 are input to remove harmonics and noise.
図5にLCフィルタ24a1の回路構成を、図6にノイズフィルタ24a2の回路構成を示す。図示は省略するが、LCフィルタ24b1,24c1とノイズフィルタ24b2,24c2の回路構成も同様である。 FIG. 5 shows a circuit configuration of the LC filter 24a1, and FIG. 6 shows a circuit configuration of the noise filter 24a2. Although not shown, the circuit configurations of the LC filters 24b1 and 24c1 and the noise filters 24b2 and 24c2 are the same.
インバータ部22は、フィルタ部24を介して出力部26に接続される。 The inverter unit 22 is connected to the output unit 26 via the filter unit 24.
図1に示す如く、出力部26は、第1、第2、第3インバータ22a,22b,22cにそれぞれ接続されて前記交流の出力をU相、V相、W相のいずれかとして出力する端子群26a、26b、26cと端子群の中性端子(中性点)26dとにそれぞれ直列接続される三相出力端子26eと、端子群26a,26b,26cに並列接続されると共に、中性端子26dに直列接続される単相出力端子26fとを備える。 As shown in FIG. 1, the output unit 26 is connected to the first, second, and third inverters 22a, 22b, and 22c, and outputs the AC output as one of the U phase, the V phase, and the W phase. A three-phase output terminal 26e connected in series to a group 26a, 26b, 26c and a neutral terminal (neutral point) 26d of the terminal group, and a parallel terminal connected to the terminal groups 26a, 26b, 26c, and a neutral terminal 26d and a single-phase output terminal 26f connected in series.
より具体的には、出力部26は、第1インバータ22aに接続されて交流の出力をU相として出力するU相端子26aと、第2インバータ22bに接続されて交流の出力をV相として出力するV相端子26bと、第3インバータ22cに接続されて交流の出力をW相として出力するW相端子26cと、中性のO相端子(中性点)26dとにそれぞれ直列接続される(4線の)三相出力端子26eを備える。 More specifically, the output unit 26 is connected to the first inverter 22a and outputs an AC output as a U phase, and is connected to the second inverter 22b and outputs an AC output as a V phase. Connected in series to a V-phase terminal 26b, a W-phase terminal 26c connected to the third inverter 22c and outputting an AC output as a W-phase, and a neutral O-phase terminal (neutral point) 26d ( A four-phase (three-wire) output terminal 26e is provided.
さらに、出力部26は、U相端子26aとV相端子26bとW相端子26cに並列接続されると共に、前記O相端子26dに直列接続される(2線の)単相出力端子26fと、三相出力端子26eと単相出力端子26fとを切り替える切替機構26gとを備える。 Further, the output unit 26 is connected in parallel to the U-phase terminal 26a, the V-phase terminal 26b, and the W-phase terminal 26c, and is connected in series to the O-phase terminal 26d (two wires), a single-phase output terminal 26f, A switching mechanism 26g for switching between the three-phase output terminal 26e and the single-phase output terminal 26f is provided.
三相出力端子26eと単相出力端子26fはコネクタ(図示せず)などを介して電気負荷32に接続される。 The three-phase output terminal 26e and the single-phase output terminal 26f are connected to the electric load 32 via a connector (not shown).
エンジン制御部28は同様に32ビットのCPU28cを備えてエンジン12の動作を制御すると共に、インバータ22a,22b,22cのCPU22a2,22b2,22c2とCAN(Control Area Network)BUS(バス)28aとCANI/F(Interface)28bを通じてCPU22a2,22b2,22c2(第1、第2、第3制御部)に通信自在に接続される。前記した出力巻線(サブ巻線)20の出力は、これらCPU22a2,22b2,22c2,28cに動作電源として供給される。 Similarly, the engine control unit 28 includes a 32-bit CPU 28c to control the operation of the engine 12, and the CPUs 22a2, 22b2, and 22c2 of the inverters 22a, 22b, and 22c, a CAN (Control Area Network) BUS (bus) 28a, and a CAN / The CPU 22a2, 22b2, and 22c2 (first, second, and third control units) are communicably connected to each other through an F (Interface) 28b. The output of the output winding (sub-winding) 20 is supplied to these CPUs 22a2, 22b2, 22c2, and 28c as operating power.
エンジン制御部28は、出力巻線18cを発電機(ジェネレータ)としての動作に加えてエンジン12の始動装置(スタータ)として動作させる、スタータ・ジェネレータ・ドライバ(STG DRV)28dを備える。即ち、この実施例においては出力巻線18a,18b,18cのいずれか(例えば出力巻線18c)に通電して発電部16を電動機としても動作させるように構成される。 The engine control unit 28 includes a starter generator driver (STG DRV) 28d that operates the output winding 18c as a starter (starter) of the engine 12 in addition to the operation as a generator (generator). That is, in this embodiment, the power generation unit 16 is also operated as an electric motor by energizing any one of the output windings 18a, 18b, and 18c (for example, the output winding 18c).
スタータ・ジェネレータ・ドライバ28dは、DC/DCコンバータ28d1を備える。DC/DCコンバータ28d1は、後述するようにCPU28cの指示に従い、バッテリ14の出力を200V程度に昇圧して出力巻線18cに通電し、発電部16のロータ16bをステータ16aに対して回転させることでエンジン12を始動する。 The starter generator driver 28d includes a DC / DC converter 28d1. As will be described later, the DC / DC converter 28d1 boosts the output of the battery 14 to about 200V and energizes the output winding 18c in accordance with an instruction from the CPU 28c, and rotates the rotor 16b of the power generation unit 16 relative to the stator 16a. Then, the engine 12 is started.
エンジン制御部28はさらに、ステータ16aとロータ16bの間に配置された磁気ピックアップからなるパルサ(図示せず)の出力からTDCを検出するTDC回路(図示せず)と、出力巻線18cのU端子に接続されてその出力からエンジン12の回転数を検出する回転数検出回路28eを備える。 The engine control unit 28 further includes a TDC circuit (not shown) for detecting TDC from the output of a pulser (not shown) comprising a magnetic pickup disposed between the stator 16a and the rotor 16b, and a U of the output winding 18c. A rotational speed detection circuit 28e is connected to the terminal and detects the rotational speed of the engine 12 from its output.
エンジン制御部28はさらに、通信(COM)I/F28fと、センサ(Sensor)I/F28gと、ディスプレイ(DISP)I/F28hと、SW(スイッチ)I/F28iと、ステップモータ12dを駆動するためのドライバ回路28jと、チョークモータ12eを駆動するためのドライバ回路28kと、点火装置(図示せず)を駆動する点火ドライバ回路28lを備える。 The engine control unit 28 further drives a communication (COM) I / F 28f, a sensor (Sensor) I / F 28g, a display (DISP) I / F 28h, a SW (switch) I / F 28i, and a step motor 12d. Driver circuit 28j, driver circuit 28k for driving choke motor 12e, and ignition driver circuit 28l for driving an ignition device (not shown).
CPU28cは、電気負荷32に供給すべき交流出力に応じて算出される目標回転数となるようにスロットルバルブ12bの開度を決定し、ドライバ回路28jを介してステップモータ12dに供給し、その動作を制御する。 The CPU 28c determines the opening degree of the throttle valve 12b so that the target rotational speed is calculated according to the AC output to be supplied to the electric load 32, and supplies it to the step motor 12d via the driver circuit 28j. To control.
制御パネル部30は、エンジン12と別体に設けられてユーザが持ち歩き可能なリモートコントロールボックス(図示せず)に無線(あるいは有線)を介して接続されるリモート(Remote)I/F30aと、LED30bと、LCD30cと、ユーザによって操作自在な、インバータ発電機10の運転(始動)・停止を指示するKEYスイッチ(メインスイッチ)30dと、インバータ発電機10の出力の三相交流と単相交流の間の切替を指示する三相/単相の切替スイッチ30eを備える。 The control panel unit 30 is provided separately from the engine 12, and is connected to a remote control box (not shown) that can be carried by the user via a wireless (or wired) wireless (remote) I / F 30a, and an LED 30b. And an LCD 30c, a KEY switch (main switch) 30d for instructing operation (start) / stop of the inverter generator 10 that can be operated by the user, and between the three-phase AC and the single-phase AC of the output of the inverter generator 10 Is provided with a three-phase / single-phase changeover switch 30e.
制御パネル部30とエンジン制御部28は無線(あるいは有線)を介して通信自在に接続され、エンジン制御部28は制御パネル部30のKEYスイッチ30dと切替スイッチ30eの出力をスイッチI/F28iを介して入力し、ディスプレイI/F28hを介して制御パネル部30のLED30bとLCD30cの点滅を制御する。 The control panel unit 30 and the engine control unit 28 are communicably connected via wireless (or wired), and the engine control unit 28 outputs the outputs of the KEY switch 30d and the changeover switch 30e of the control panel unit 30 via the switch I / F 28i. To control the blinking of the LED 30b and the LCD 30c of the control panel unit 30 via the display I / F 28h.
図7はエンジン制御部30の動作を説明するフロー・チャートである。図示のプログラムはKEYスイッチ30dがオンされて実行される。 FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the engine control unit 30. The illustrated program is executed when the KEY switch 30d is turned on.
以下説明すると、S(ステップ)10においてエンジン12を始動する。即ち、スタータ・ジェネレータ・ドライバ28dのDC/DCコンバータ28d1を動作させてバッテリ14の出力を昇圧して出力巻線18cに通電させてエンジン12を始動する。 In the following, the engine 12 is started in S (step) 10. That is, the engine 12 is started by operating the DC / DC converter 28d1 of the starter generator driver 28d to boost the output of the battery 14 and energize the output winding 18c.
エンジン12を始動した後はS12に進み、切替スイッチ30eの状態を判断し、三相出力(三相交流)が選択される(三相出力に切り替えられる)と判断されるときはS14に進み、インバータ部22の3組の単相インバータ22a,22b,22cのCPU22a2,22b2,22c2に通信すると共に、出力部26の切替機構26hを動作させて三相出力端子26eから三相交流を出力させる(負荷32に接続する)。 After starting the engine 12, the process proceeds to S12, the state of the changeover switch 30e is determined, and when it is determined that the three-phase output (three-phase AC) is selected (switched to the three-phase output), the process proceeds to S14. The three-phase inverters 22a, 22b, and 22c of the inverter unit 22 communicate with the CPUs 22a2, 22b2, and 22c2, and the switching mechanism 26h of the output unit 26 is operated to output a three-phase alternating current from the three-phase output terminal 26e ( Connected to load 32).
他方、単相出力(単相交流)が選択される(単相出力に切り替えられる)と判断されるときはS16に進み、同様にインバータ部22の3組の単相インバータ22a,22b,22cのCPU22a2,22b2,22c2に通信すると共に、出力部26の切替機構26gを動作させ、単相出力端子26fから単相交流を出力させる。 On the other hand, when it is determined that the single-phase output (single-phase AC) is selected (switched to the single-phase output), the process proceeds to S16, and the three sets of single-phase inverters 22a, 22b, and 22c of the inverter unit 22 are similarly processed. While communicating with CPU22a2, 22b2, 22c2, the switching mechanism 26g of the output part 26 is operated, and single phase alternating current is output from the single phase output terminal 26f.
次いでS18に進み、エンジン12が停止されるまでは選択された単相あるいは三相交流を出力するように3組の単相インバータ22a,22b,22cのCPU22a2,22b2,22c2に通信して発電を継続(実行)させる。 Next, in S18, until the engine 12 is stopped, power is generated by communicating with the CPUs 22a2, 22b2, and 22c2 of the three sets of single-phase inverters 22a, 22b, and 22c so as to output the selected single-phase or three-phase alternating current. Continue (execute).
次いでS20に進み、KEYスイッチ30dがオフされたか否か判定してエンジン12が停止されたか否か判断し、否定される限りS18に戻ると共に、肯定されるときはS22に進んで点火を強制的に終了させてエンジン12を停止させる。 Next, the process proceeds to S20, where it is determined whether the KEY switch 30d has been turned off to determine whether the engine 12 has been stopped. The process returns to S18 as long as the result is negative, and if the result is positive, the process proceeds to S22 to force ignition. And the engine 12 is stopped.
図8は図7の処理を示す説明図である。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing the processing of FIG.
上記について説明すると、この発明は前記したように所望の電圧と位相の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力可能としたことから、この実施例にあってはインバータ部22を3組の単相インバータ(第1、第2、第3インバータ)22a,22b,22cから構成すると共に、エンジン制御部28のCPU28cは、切替スイッチ30eの出力に応じて出力部26の切替機構26gを動作させて三相出力端子と単相出力端子を切り替えるようにした。 As described above, since the present invention can selectively and reliably output a three-phase alternating current and a single-phase alternating current having a desired voltage and phase as described above, in this embodiment, the inverter unit 22 has three. The CPU 28c of the engine control unit 28 includes a switching mechanism 26g of the output unit 26 according to the output of the change-over switch 30e, and is configured by a set of single-phase inverters (first, second, and third inverters) 22a, 22b, and 22c. Switched between three-phase output terminal and single-phase output terminal.
一方、インバータ部22においては、3組の単相インバータ22a,22b,22cの一つ、例えば22aをマスタ、残りをスレーブとし、エンジン制御部28のCPU28cからの通信に応じ、3組の単相インバータ22a,22b,22cのCPU22a2,22b2,22c2は、三相交流を出力するとき、図8に示す如く、マスタ側のU相端子26aからの出力を基本としてスレーブ側の26b,26cからのV相、W相出力が位相をそれぞれ120度ずらすようにインバータ部22の動作を制御する。 On the other hand, in the inverter unit 22, one of the three sets of single-phase inverters 22 a, 22 b, and 22 c, for example, 22 a is a master and the remaining is a slave, and three sets of single-phase inverters are used according to communication from the CPU 28 c of the engine control unit 28. When the CPUs 22a2, 22b2, and 22c2 of the inverters 22a, 22b, and 22c output a three-phase alternating current, as shown in FIG. 8, Vs from the slave-side 26b and 26c are based on the output from the master-side U-phase terminal 26a. The operation of the inverter unit 22 is controlled so that the phase and the W phase output are shifted by 120 degrees each.
他方、S16において単相交流への切替が指示されていると判断されるとき、CPU28cからの通信に応じ、CPU22a2,22b2,22c2は、マスタ側のU相端子26aからの出力を基本としてスレーブ側の26b,26cからのV相、W相出力が位相において一致するようにインバータ部22の動作を制御して単相出力端子26fから単相交流を出力する。 On the other hand, when it is determined in S16 that switching to single-phase alternating current is instructed, in response to communication from the CPU 28c, the CPUs 22a2, 22b2, and 22c2 are based on the output from the master-side U-phase terminal 26a as the slave side. The operation of the inverter unit 22 is controlled so that the V-phase and W-phase outputs from 26b and 26c coincide in phase, and single-phase AC is output from the single-phase output terminal 26f.
上記をさらに説明すると、図9はそれら3組のCPU22a2,22b2,22c2の動作をより具体的に示すブロック図、図10は図9の動作で使用される基準信号と同期信号を説明するタイム・チャートである。 To further explain the above, FIG. 9 is a block diagram showing more specifically the operation of these three sets of CPUs 22a2, 22b2, and 22c2, and FIG. 10 is a time chart for explaining the reference signal and synchronization signal used in the operation of FIG. It is a chart.
図示の如く、マスタ側の第1インバータ22aのCPU22a2は、所定周波数の基準信号(図10に示す)を生成する基準信号生成部22a21と、図4のPWM信号に従ってPWM制御するPWM制御部22a22と、スレーブ側の出力の位相をマスタ側のそれに同期させるための(基準信号に対して所定の位相を有する)同期信号1,2(図10に示す)を生成してCPU22b2,22c2に送信する同期信号制御部22a23と、通信線22dを介して生成された同期信号の送受信(通信)を制御する通信制御部22a24とを備える。 As shown in the figure, the CPU 22a2 of the first inverter 22a on the master side includes a reference signal generation unit 22a21 that generates a reference signal of a predetermined frequency (shown in FIG. 10), and a PWM control unit 22a22 that performs PWM control according to the PWM signal of FIG. Synchronized signals 1 and 2 (shown in FIG. 10) for synchronizing the output phase on the slave side with that on the master side (having a predetermined phase with respect to the reference signal) and transmitting them to the CPUs 22b2 and 22c2. The signal control part 22a23 and the communication control part 22a24 which controls transmission / reception (communication) of the synchronous signal produced | generated via the communication line 22d are provided.
スレーブ側の第2、第3インバータ22b,22cも、基準信号生成部を除くと、同様のPWM制御部22b22,22c22と、同期信号制御部22b23,22c23と、通信制御部22b24,22c24とを備える。 The second and third inverters 22b and 22c on the slave side also include similar PWM control units 22b22 and 22c22, synchronization signal control units 22b23 and 22c23, and communication control units 22b24 and 22c24, except for the reference signal generation unit. .
同期信号制御部22a23は、切替スイッチ30eを介して三相交流が指示される(切り替えられる)とき、周波数が所定の場合(図10(a))でも、周波数が例えば低下された場合(同図(b))でも、基準信号に対して常に位相が120度ずつずらされた(換言すれば基準信号に対して所定の位相を有する)同期信号1,2を生成して送信する。 When the three-phase alternating current is instructed (switched) via the changeover switch 30e, the synchronization signal control unit 22a23 has a predetermined frequency (FIG. 10A), for example, when the frequency is decreased (FIG. 10A). Even in (b)), the synchronization signals 1 and 2 are always generated and transmitted whose phases are always shifted by 120 degrees with respect to the reference signal (in other words, having a predetermined phase with respect to the reference signal).
また、単相交流への切替が指示されていると判断されるとき、CPU22a2は、CPU22b2,22c2に通信してU相端子26aからの出力を基本として26b,26cからのV相、W相出力が位相において一致するようにインバータ部22の動作を制御して単相出力端子26fから単相交流を出力させる。 When it is determined that switching to single-phase alternating current is instructed, the CPU 22a2 communicates with the CPUs 22b2 and 22c2 to output the V-phase and W-phase from 26b and 26c based on the output from the U-phase terminal 26a. Are controlled so as to match in phase, and single-phase alternating current is output from the single-phase output terminal 26f.
即ち、CPU22a2は、所定周波数の基準信号を生成すると共に、基準信号に対して所定の位相(より正確には同一の位相)を有する同期信号を生成してCPU22b2,22c2に送信し、よってU相端子26aからの出力を基本として26b,26cからのV相、W相出力が位相において一致するようにインバータ部22の動作を制御して単相出力端子26fから単相交流を出力させる。 That is, the CPU 22a2 generates a reference signal having a predetermined frequency, generates a synchronization signal having a predetermined phase (more precisely, the same phase) with respect to the reference signal, and transmits the synchronization signal to the CPUs 22b2 and 22c2. Based on the output from the terminal 26a, the operation of the inverter unit 22 is controlled so that the V-phase and W-phase outputs from 26b and 26c coincide in phase, and single-phase AC is output from the single-phase output terminal 26f.
図11はこの実施例における三相から単相出力への切り替えを示す波形図、図12はその逆の場合の切り替えを示す波形図である。ユーザが制御パネル部30の切替スイッチ30eを操作することにより、図示の如く、所望の電圧の三相交流と単相交流が選択的に出力される。 FIG. 11 is a waveform diagram showing switching from three-phase to single-phase output in this embodiment, and FIG. 12 is a waveform diagram showing switching in the opposite case. When the user operates the change-over switch 30e of the control panel unit 30, three-phase alternating current and single-phase alternating current with a desired voltage are selectively output as shown in the figure.
上記の如く、この実施例にインバータ発電機10にあっては、エンジン12で駆動される発電部16に巻回される第1、第2、第3巻線(出力巻線18a,18b,18c)と、前記第1、第2、第3巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子(混合ブリッジ回路22a11のSCR、Hブリッジ回路22a12のFET)を備え、前記直流変換用のスイッチング素子がオン・オフされるとき、前記第1、第2、第3巻線から出力される交流を直流に変換し、前記交流変換用のスイッチング素子が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信号に基づいてオン・オフされるとき、前記変換された直流を目標周波数の交流に変換する第1、第2、第3インバータ22a,22b,22cと、前記第1、第2、第3インバータの前記直流変換用と交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、前記第1インバータをマスタとして動作させる第1制御部と前記第2、第3インバータをスレーブとして動作させる第2、第3制御部(CPU22a2,22b2,22c2)と、前記第1、第2、第3インバータにそれぞれ接続されて前記交流の出力をU相、V相、W相のいずれかとして出力する端子群26a,26b,26cと前記端子群の中性端子26dとにそれぞれ直列接続される三相出力端子26eと、前記端子群に並列接続されると共に、前記中性端子に直列接続される単相出力端子26fと、より具体的には前記第1インバータ22aに接続されて前記交流の出力をU相として出力するU相端子26aと、前記第2インバータ22bに接続されて前記交流の出力をV相として出力するV相端子26bと、前記第3インバータ22cに接続されて前記交流の出力をW相として出力するW相端子26cと、中性のO相端子26dとにそれぞれ直列接続される三相出力端子26eと、前記U相端子26aとV相端子26bとW相端子26cに並列接続されると共に、前記O相端子26dに直列接続される単相出力端子26fと、前記三相出力端子26eと単相出力端子26fとを切り替える切替機構26gと、ユーザの操作自在に設けられる三相/単相切替スイッチ30eと、前記エンジンの動作を制御すると共に、前記切替スイッチの出力を前記第1、第2、第3制御部に通信し、前記切替スイッチの出力に応じて前記切替機構26gを動作させて前記三相交流と単相交流のいずれかを出力させるエンジン制御部28、より具体的にはCPU28cとを備えると共に、前記第1、第2、第3制御部(CPU22a2,22b2,22c2)は、前記第1インバータ22aの出力を基準として前記第2、第3インバータ22b、22cの出力が前記エンジン制御部28から通信される前記切替スイッチ30eの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、ユーザの操作自在に設けられる切替スイッチ30eの出力に応じて所望の電圧の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力することができて発電機の出力を十分に利用することができる。 As described above, in the inverter generator 10 in this embodiment, the first, second, and third windings (output windings 18a, 18b, and 18c) wound around the power generation unit 16 driven by the engine 12 are used. ) And the first, second, and third windings, respectively, and switching elements for DC conversion and AC conversion (SCR of the mixed bridge circuit 22a11, FET of the H bridge circuit 22a12), When the switching element for direct current conversion is turned on / off, the alternating current output from the first, second and third windings is converted into direct current, and the output voltage waveform targeted by the switching element for alternating current conversion First, second, and third inverters 22a, 2 that convert the converted direct current into alternating current of a target frequency when turned on / off based on a PWM signal generated using a reference sine wave and a carrier b, 22c and the first, second, and third inverters are controlled to turn on and off the DC conversion and AC conversion switching elements, and are connected to each other so that they can communicate with each other. Connected to the first and second inverters, the second and third control units (CPUs 22a2, 22b2, and 22c2) that operate as the slave, and the first, second, and third inverters, respectively. A three-phase output terminal 26e connected in series to a terminal group 26a, 26b, 26c for outputting the AC output as one of the U-phase, V-phase, and W-phase, and the neutral terminal 26d of the terminal group; The AC output is connected to the single-phase output terminal 26f connected in parallel to the terminal group and connected in series to the neutral terminal, and more specifically to the first inverter 22a. Is output as the U phase, the V phase terminal 26b connected to the second inverter 22b and outputs the AC output as the V phase, and the AC output connected to the third inverter 22c. Is output in parallel as a W-phase terminal 26c, a three-phase output terminal 26e connected in series to a neutral O-phase terminal 26d, a U-phase terminal 26a, a V-phase terminal 26b, and a W-phase terminal 26c. And a switching mechanism 26g for switching between the single-phase output terminal 26f connected in series to the O-phase terminal 26d, the three-phase output terminal 26e, and the single-phase output terminal 26f, and three that can be operated by the user. The phase / single-phase changeover switch 30e controls the operation of the engine and communicates the output of the changeover switch to the first, second, and third control units to output the changeover switch. In response, the switching mechanism 26g is operated to output an engine control unit 28 that outputs either the three-phase alternating current or the single-phase alternating current, more specifically, a CPU 28c, and the first, second, and third controls. The units (CPUs 22a2, 22b2, 22c2) respond to the output of the changeover switch 30e with which the outputs of the second and third inverters 22b, 22c are communicated from the engine control unit 28 based on the output of the first inverter 22a. Further, since the switching element is controlled to be turned on / off so as to be a three-phase alternating current or a single-phase alternating current, a three-phase alternating current of a desired voltage is generated according to the output of the changeover switch 30e provided to be freely operated by the user. And single-phase alternating current can be selectively and reliably output, and the output of the generator can be fully utilized.
即ち、第1インバータ22aをマスタ、第2、第3インバータ22b,22cをスレーブとし、第1、第2、第3制御部(CPU22a2,22b2,22c2)は第1インバータの出力を基準として第2、第3インバータの出力がエンジン制御部28から通信される切替スイッチ30eの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるようにスイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、3組のインバータ(発電機)22の出力を容易に同期させることができ、単相であれば同一電圧で同一位相、三相であれば同一電圧で相互に120度ずつ相違させた位相の交流を確実に出力させることができ、よって所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を確実に得ることができる。 That is, the first inverter 22a is a master, the second and third inverters 22b and 22c are slaves, and the first, second, and third control units (CPUs 22a2, 22b2, and 22c2) are second based on the output of the first inverter. Since the third inverter is controlled to turn on / off the switching element so that the output of the changeover switch 30e communicated from the engine control unit 28 becomes a three-phase alternating current or a single-phase alternating current. The outputs of the pair of inverters (generators) 22 can be easily synchronized, and if they are single phase, the same voltage and phase are the same. Therefore, it is possible to reliably output a three-phase output and a single-phase output having a desired voltage and phase.
また、三相出力端子を構成するU相端子26aとV相端子26bとW相端子26cに単相出力端子26dを並列接続するように構成したので、切替スイッチ30eの出力に応じて三相交流と単相交流のいずれかを簡易に出力でき、よって発電機の出力を十分に利用することができる。 In addition, since the single-phase output terminal 26d is connected in parallel to the U-phase terminal 26a, the V-phase terminal 26b, and the W-phase terminal 26c constituting the three-phase output terminal, a three-phase alternating current is generated according to the output of the changeover switch 30e. And single-phase alternating current can be easily output, and the output of the generator can be fully utilized.
また、第1、第2、第3インバータ22a,22b,22cの動作を制御する第1、第2、第3制御部(CPU22a2,22b2,22c2)と別に、エンジン12の動作を制御するエンジン制御部28(より具体的にはCPU28c)を備えるように構成したので、インバータ発電機の動作と独立にエンジン12の動作を制御することができ、エンジン発電機としての利便性を向上させることができる。 Further, engine control for controlling the operation of the engine 12 is performed separately from the first, second, and third control units (CPUs 22a2, 22b2, and 22c2) that control the operations of the first, second, and third inverters 22a, 22b, and 22c. Since the unit 28 (more specifically, the CPU 28c) is provided, the operation of the engine 12 can be controlled independently of the operation of the inverter generator, and the convenience as an engine generator can be improved. .
また、前記第1、第2、第3インバータ22a,22b,22cと前記U相端子26aとV相端子26bとW相端子26cの間にそれぞれフィルタ(フィルタ部)24を介挿するように構成したので、上記した効果に加え、フィルタ(フィルタ部)24でノイズが除去された単相出力から三相出力を得ることが可能となり、滑らかな波形の三相出力あるいは単相出力に負荷32に接続することができる。 Further, a filter (filter unit) 24 is interposed between the first, second, and third inverters 22a, 22b, and 22c, the U-phase terminal 26a, the V-phase terminal 26b, and the W-phase terminal 26c. Therefore, in addition to the above-described effects, it is possible to obtain a three-phase output from the single-phase output from which noise has been removed by the filter (filter unit) 24, so that a three-phase output or a single-phase output with a smooth waveform is applied to the load 32. Can be connected.
即ち、インバータ22から直ちに三相交流を出力させると共に、その後段の出力端(出力部26)との間にフィルタを介挿してノイズを除去する構成ではなく、インバータ22とU相端子26aなどの間にフィルタ(フィルタ部)24を介挿してノイズを除去するように構成したので、滑らかな波形の三相出力あるいは単相出力を負荷に接続することができる。 That is, it is not a configuration in which a three-phase alternating current is immediately output from the inverter 22 and noise is removed by inserting a filter between the output terminal (output unit 26) at the subsequent stage, but the inverter 22 and the U-phase terminal 26a, etc. Since the filter (filter unit) 24 is interposed in between so as to remove noise, a three-phase output or a single-phase output having a smooth waveform can be connected to the load.
また、前記第1、第2、第3制御部(CPU22a2,22b2,22c2)は、前記三相交流を出力するとき、前記マスタを構成する第1インバータ22aからの出力を基準として前記第2、第3インバータ22b,22cの出力の位相が目標値となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、上記した効果に加え、一層滑らかな波形の三相交流あるいは単相交流を出力することができると共に、所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を一層確実に得ることができる。 The first, second, and third control units (CPUs 22a2, 22b2, and 22c2), when outputting the three-phase alternating current, use the second and second control units based on the output from the first inverter 22a that constitutes the master. Since the on / off of the switching element is controlled so that the phase of the output of the third inverters 22b and 22c becomes a target value, in addition to the above effect, a three-phase alternating current or a single phase with a smoother waveform An alternating current can be output, and a three-phase output and a single-phase output having a desired voltage and phase can be obtained more reliably.
また、前記エンジン制御部は、前記第1、第2、第3巻線(出力巻線18a,18b,18c)のいずれかに通電して前記発電部16を電動機として動作させることで前記エンジン12を始動するように構成したので、上記した効果に加え、始動用のセルモータなどを必要とすることなく、エンジン12を簡易に始動することができる。 The engine control unit energizes one of the first, second, and third windings (output windings 18a, 18b, and 18c) to operate the power generation unit 16 as an electric motor, thereby causing the engine 12 to operate. In addition to the above-described effects, the engine 12 can be easily started without requiring a starting cell motor or the like.
また、前記発電部16が前記エンジン12のクランクケース12fに固定されたステータ16aとその回りに回転自在に配置される、フライホイールを兼用するロータ16bからなると共に、前記第1、第2、第3巻線(出力巻線18a,18b,18c)が前記ステータ16aまたはロータ16bのいずれかに所定間隔おきに巻回されるように構成したので、上記した効果に加え、エンジン発電機としての構成をコンパクトにすることができる。 The power generation unit 16 includes a stator 16a fixed to the crankcase 12f of the engine 12 and a rotor 16b that is rotatably arranged around the stator 16a. The first, second, second, Since the three windings (the output windings 18a, 18b, 18c) are wound around the stator 16a or the rotor 16b at predetermined intervals, in addition to the effects described above, the configuration as an engine generator Can be made compact.
尚、上記においてインバータ部22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。 In the above description, the FET is used as the switching element of the inverter unit 22. However, the present invention is not limited to this, and an IGBT (insulated gate bipolar transistor) may be used.
10 インバータ発電機、12 エンジン(内燃機関)、14 バッテリ、16 発電部、16a ステータ、16b ロータ、18 出力巻線(メイン巻線。巻線)、18a 第1巻線、18b 第2巻線、18c 第3巻線、20 出力巻線(サブ巻線)、22 インバータ部、22a 第1インバータ、22a1 パワーモジュール、22a11 混合ブリッジ回路(のSCR(直流変換用のスイッチング素子))、22a12 Hブリッジ回路(のFET(直流変換用のスイッチング素子))、22a2 CPU(第1制御部)、22b 第2インバータ、22b1 パワーモジュール、22b11 混合ブリッジ回路(のSCR(直流変換用のスイッチング素子))、22b12 Hブリッジ回路(のFET(直流変換用のスイッチング素子))、22b2 CPU(第2制御部)、22c 第3インバータ、22c1 パワーモジュール、22c11 混合ブリッジ回路(のSCR(直流変換用のスイッチング素子))、22c12 Hブリッジ回路(のFET(直流変換用のスイッチング素子))、22c2 CPU(第3制御部)、24 フィルタ部(フィルタ)、26 出力部、26a U相端子、26b V相端子、26c W相端子、26d O相端子、26e 三相出力端子、26f 単相出力端子、26g 切替機構、28 エンジン制御部、28c CPU、30 制御パネル部、30d KEYスイッチ、30e 切替スイッチ、32 負荷(電気負荷) 10 inverter generator, 12 engine (internal combustion engine), 14 battery, 16 power generation unit, 16a stator, 16b rotor, 18 output winding (main winding, winding), 18a first winding, 18b second winding, 18c 3rd winding, 20 output winding (sub winding), 22 inverter section, 22a 1st inverter, 22a1 power module, 22a11 mixed bridge circuit (SCR (switching element for DC conversion)), 22a12 H bridge circuit (FET (switching element for DC conversion)), 22a2 CPU (first control unit), 22b Second inverter, 22b1 power module, 22b11 Mixed bridge circuit (SCR (switching element for DC conversion)), 22b12 H Bridge circuit (FET (switching element for DC conversion)) 22b2 CPU (second control unit), 22c third inverter, 22c1 power module, 22c11 mixed bridge circuit (SCR (switching element for DC conversion)), 22c12 H bridge circuit (FET (switching element for DC conversion)) ), 22c2 CPU (third control unit), 24 filter unit (filter), 26 output unit, 26a U phase terminal, 26b V phase terminal, 26c W phase terminal, 26d O phase terminal, 26e three phase output terminal, 26f single Phase output terminal, 26g switching mechanism, 28 engine control unit, 28c CPU, 30 control panel unit, 30d KEY switch, 30e changeover switch, 32 load (electric load)
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