JP2543338Y2 - 内燃機関駆動発電機の回転速度制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、内燃機関により駆動さ
れる発電機の回転速度を制御する回転速度制御装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関により駆動される発電機におい
て、誘導電動機が負荷として接続される場合には、誘導
電動機の起動時に発電機に過大な電流が流れ、サーキッ
トプロテクタが動作するおそれがある。

【０００３】例えば発電機が磁石発電機である場合に
は、その出力電圧Ｖの負荷電流ｉに対する特性が図５に
示すようになる。図５においてＮo は発電機の回転速度
が定格回転速度Ｎo のときの出力電圧Ｖ対負荷電流ｉ特
性を示し、ＮLoは発電機が定格回転速度よりも低い速度
ＮLoで回転しているときの出力電圧Ｖ対負荷電流ｉ特性
を示している。Ｒs は発電機に負荷される誘導電動機の
起動時のインピーダンスを示している。

【０００４】図５においてｉｐは発電機と負荷との間に
挿入されたサーキットプロテクタの動作電流を示し、こ
の動作電流ｉｐは発電機の定格電流の150 〜200 ％に設
定されている。

【０００５】この発電機が定格回転速度Ｎo で回転して
いるときに誘導電動機が負荷として投入されると、発電
機の動作点は図５のａ点となり、サーキットプロテクタ
の動作電流ｉｐよりも大きな起動電流ｉｓが流れる。従
って誘導電動機が発電機から切り離されてしまい、負荷
を駆動することができない。そこで、実開昭６１−７２
９２号に見られるように、負荷の投入時に機関の回転速
度を定格回転速度よりも低い回転速度ＮLoに下げてお
き、誘導電動機が定常運転状態に入った後に機関の回転
速度を定格回転速度Ｎo に復帰させるようにした回転速
度制御装置が提案されている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】従来のこの種の回転速
度制御装置では、回転速度を切り替える指示を手動操作
により行うようにしていたため、操作が面倒になるとい
う問題があった。

【０００７】本考案の目的は、電動機や白熱灯のように
起動時に定常運転時の数倍以上の電流が流れる電気機器
を負荷とする場合でも、発電機に過大な負担をかけるこ
とがないようにした内燃機関駆動発電装置の回転速度制
御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本考案は、発電機を駆動
する内燃機関への燃料の供給量を調節するアクチュエー
タと、内燃機関の回転速度を検出して速度検出信号を出
力する速度検出回路と、内燃機関の速度を設定する速度
設定信号を出力する速度設定回路と、速度検出信号と速
度設定信号との偏差を検出する偏差検出回路と、該偏差
を零にするために必要なアクチュエータの操作量を演算
する演算回路と、演算回路により演算された操作量だけ
アクチュエータを動作させるようにアクチュエータに駆
動電流を供給するアクチュエータ駆動回路とを備えた内
燃機関駆動発電機の回転速度制御装置に係わるものであ
る。

【０００９】本考案においては、発電機の負荷電流を検
出して負荷電流に相応した負荷電流検出信号を出力する
負荷検出器を設け、この負荷検出器の出力に応じて速度
設定信号を切換えるように構成する。即ち速度設定回路
は、負荷電流検出信号が設定値以下のときには発電機の
定格回転速度に相応した大きさの速度設定信号を出力し
ているが、負荷電流検出信号が設定値を超えたときには
速度設定信号を発電機の定格回転速度よりも低い回転速
度に相応した大きさに切換え、負荷電流検出信号が設定
値を超えている状態から設定値以下に復帰した際には該
負荷電流検出信号が設定値以下になってから一定の時間
が経過したときに速度設定信号を定格回転速度に相応し
た大きさに復帰させるように構成される。

【００１０】尚本考案において定格回転速度は一通りで
なくてもよく、定格回転速度を適宜に調整し得るように
してもよい。

【００１１】

【作用】上記のように構成すると、起動電流が大きな負
荷が投入された時に機関の回転速度を自動的に低い速度
におさえることができるため、発電機の出力電流が過大
になるのを防ぐことができる。

【００１２】特に上記のように、負荷電流が設定値以下
になった後、一定の時間が経過してから機関の回転速度
を定格回転速度に戻すようにすると、負荷が確実に定常
運転状態に入った後に（負荷電流が発電機の定格電流を
超えるおそれがなくなった後に）定格回転速度に戻すこ
とができるため、発電機と負荷との間に設けられている
サーキットブレーカが働いて負荷の起動に失敗するとい
ったおそれをなくすことができる。

【００１３】

【実施例】図１は、本考案の実施例を示したもので、同
図において１は磁石発電機、２は発電機１を駆動する内
燃機関であり、発電機１の回転子は内燃機関２の出力軸
２ａに直結されている。３は発電機１に接続された負荷
で、図示してないが、発電機１の出力端子と負荷３との
間にはサーキットプロテクタが挿入されている。

【００１４】４は内燃機関２への燃料の供給量を調節す
る燃料供給量調節部（例えばスロットルバルブ）を操作
する電気式のアクチュエータで、このアクチュエータと
しては、電動機を駆動源として出力アームを回動させる
ようにしたものや、電磁石によりプランジャを直線変位
させるようにしたものを用いることができる。５はアク
チュエータ４を駆動する電源で、この例ではバッテリが
用いられている。

【００１５】６はアクチュエータ４に駆動電流を供給す
るアクチュエータ駆動回路で、トランジスタ等のスイッ
チング素子によりアクチュエータ４の駆動電流をオンオ
フ制御して、アクチュエータに所定の駆動電流を供給す
る。アクチュエータ４は、駆動回路６から与えられる駆
動電流に応じて内燃機関２の燃料供給量調節部を操作し
て、内燃機関の回転速度を調節する。

【００１６】７は内燃機関の回転速度を検出する回転セ
ンサ、８は回転センサ７の出力を入力として機関の回転
速度に比例した速度検出信号Ｖn を出力する速度検出回
路である。回転センサ７としては機関の回転速度に比例
した周波数の信号を出力する信号発電機を用いることが
でき、速度検出回路８としてはこの信号発電機の出力周
波数を電圧信号に変換する周波数電圧変換器を用いるこ
とができる。また内燃機関に点火装置が設けられている
場合には、点火装置の点火コイルの１次コイルの誘起電
圧の周波数が回転速度に比例しているので、該点火コイ
ルの１次コイルを回転センサとして用いることもでき
る。その他、速度発電機のような出力電圧が回転速度に
比例している回転センサを用いることもできる。

【００１７】９は内燃機関の速度を設定する速度設定信
号を出力する速度設定回路、１０は発電機の負荷電流を
検出して負荷電流検出信号ＶL を出力する負荷検出器
で、負荷検出器１０の出力は速度設定回路９に入力され
ている。

【００１８】速度設定回路９は、負荷電流検出信号ＶL
が設定値以下のときには発電機の定格回転速度に相応し
た大きさの速度設定信号を出力しているが、負荷電流検
出信号ＶL が設定値を超えたときには速度設定信号を発
電機の定格回転速度よりも低い回転速度に相応した大き
さに切換え、その後負荷電流検出信号が設定値以下に戻
ってから一定の時間が経過したときに速度設定信号を定
格回転速度に相応した大きさに復帰させるように構成さ
れる。発電機の定格回転速度に相応した速度設定信号を
Ｖnoとし、定格回転速度よりも低い回転速度に相応した
速度設定信号をＶnLo としている。

【００１９】１１は偏差検出回路で、この偏差検出回路
は、速度検出信号Ｖn と速度設定信号ＶnoまたはＶnLo
を入力として、速度偏差信号Ｖd （＝Ｖn −Ｖnoまたは
Ｖn−ＶnLo ）を出力する。

【００２０】演算回路１２は偏差信号Ｖd を入力とし
て、偏差を零にするために必要なアクチュエータ４の操
作量を演算し、その操作量に相当する信号Ｖb をアクチ
ュエータ駆動回路６に与える。アクチュエータ駆動回路
６は、演算された操作量だけアクチュエータ４を動作さ
せるようにアクチュエータ４の駆動電流をオンオフ制御
する。

【００２１】図２は、速度設定回路９及び負荷検出器１
０の具体的な構成例を示したもので、この例では発電機
１にサーキットプロテクタ１３と電源スイッチ１４とを
通して負荷３が接続されている。負荷３につながるライ
ンに変流器ＣＴが装着されている。

【００２２】発電機が定格回転している状態で電源スイ
ッチ１４が投入されると、負荷３が発電機１に接続され
る。ここで負荷３が誘導電動機であるとし、発電機の特
性が図５の通りであるとする。

【００２３】変流器ＣＴが出力する検出信号ＶL ´は全
波整流器２１に入力されて整流され、演算増幅器２２の
正相入力端子に入力される。演算増幅器２２の出力はダ
イオード２３及び抵抗２４とコンデンサ２５とからなる
平滑回路により平滑され、コンデンサ２５の両端に、図
４に示すように負荷電流ｉに比例した負荷電流検出信号
ＶL が得られる。変流器ＣＴ、全波整流器２１、演算増
幅器２２、ダイオード２３、抵抗２４及びコンデンサ２
５により速度検出器１０が構成されている。

【００２４】負荷電流検出信号ＶL は速度設定回路９の
比較器２６の反転入力端子に入力されている。比較器２
６の非反転入力端子には、一定の電源電圧Ｖccを抵抗２
７ａ及び２７ｂからなる分圧回路により分圧して得た設
定電圧Ｖr1が入力され、ＶL≦Ｖr1のときに比較器２６
の出力端子の電位が高レベルになり、ＶL ＞Ｖr1のとき
に比較器２６の出力端子の電位が零レベルになる。

【００２５】比較器２６の出力端子と接地間にコンデン
サ２８ｂが接続され、このコンデンサ２８ｂには抵抗２
８ａを通して電源電圧Ｖccが印加されている。負荷電流
検出信号ＶL が設定値以下のときには、コンデンサ２８
ｂが電源電圧Ｖccまで充電されている。コンデンサ２８
ｂの両端の電圧Ｖc は比較器２９の非反転入力端子に入
力され、比較器２９の反転入力端子には電源電圧Ｖccを
抵抗３０及び３１からなる分圧回路で分圧することによ
り得た基準電圧Ｖr2が入力されている。比較器２９の出
力側には、３つの抵抗３２ないし３４の直列回路からな
る分圧回路が設けられ、この分圧回路の両端に電源電圧
Ｖccが印加されている。この分圧回路の抵抗３２と３３
との接続点（出力端子）に演算増幅器からなるボルテー
ジホロワ回路３５の入力端子が接続され、抵抗３３と３
４との接続点に比較器２９の出力端子が接続されてい
る。

【００２６】負荷電流検出信号ＶL が設定値Ｖr1以下の
ときには、比較器２６の出力が高レベルのため、コンデ
ンサ２８ｂの両端の電圧が基準電圧Ｖr2より高くなって
いる。そのため比較器２９の出力が高レベルになってお
り、このときボルテージホロワ回路３５の出力端子に
は、抵抗３３及び３４の直列回路の両端に得られる電圧
に相当する大きさの速度設定信号Ｖnoが得られる。ここ
で抵抗３２ないし３４の抵抗値をそれぞれＲ32，Ｒ33及
びＲ34とすると、負荷電流検出信号ＶL が設定値Ｖr1以
下のときの速度設定信号Ｖnoは、次の式で与えられる。

【００２７】 Ｖno＝Ｖcc（Ｒ33＋Ｒ34）／（Ｒ32＋Ｒ33＋Ｒ34） …（１） 負荷電流検出信号ＶL が設定値Ｖr1を超えると、比較器
２６の出力が零レベルになる（接地電位になる）ため、
コンデンサ２８ｂの電荷が比較器２６の出力端子間を通
して瞬時に放電する。従って比較器２９の出力端子の電
位が零レベルになり、抵抗３３と３４との接続点の電位
が接地電位になる。従って負荷電流検出信号ＶL が設定
値Ｖr1を超えたときの速度設定信号ＶnLo は次の式で与
えられ、ＶnLo ＜Ｖnoとなる。

【００２８】 ＶnLo ＝Ｖcc・Ｒ33／（Ｒ32＋Ｒ33） …（２） 上記のように負荷が投入されて、負荷電流が設定値を超
えたことが検出されたときには、速度設定信号がＶnLo
（＜Ｖno）になる。従って演算回路１２は、機関の回転
速度を定格回転速度よりも低い設定速度ＮLoに一致させ
るために必要なアクチュエータの操作量を演算し、アク
チュエータ駆動回路６は、演算された操作量だけアクチ
ュエータを動作させるために必要な電流をアクチュエー
タ４に供給する。これにより機関の回転速度が発電機の
定格回転速度よりも低い設定速度ＮLoに低下する。この
ときの動作点は図５のｂとなる。

【００２９】負荷の起動後、負荷電流が設定値以下にな
ると、比較器２６の出力端子の電位が高レベルになる。
これによりコンデンサ２８ｂが抵抗２８ａを通して一定
の時定数で充電される。負荷電流が設定値以下になった
後、一定の時間が経過すると、コンデンサ２８ｂの両端
の電圧が基準電圧Ｖr2を超えるため、比較器２９の出力
端子の電位が高レベルになり、発電機の定格回転速度に
相応した速度設定信号Ｖnoを出力させる。これにより機
関の回転速度が定格回転速度に復帰する。

【００３０】図３は、誘導電動機が投入されたときの各
部の信号波形を時間ｔに対して示したもので、同図
（Ａ）は負荷電流検出信号ＶL と設定信号Ｖr1とを示
し、（Ｂ）は比較器２６の出力を示している。同図にお
いてＨは高レベルを示し、Ｌは零レベル（接地レベル）
を示している。また図３の（Ｃ）は速度設定回路から得
られる速度設定信号を示している。

【００３１】時刻ｔo で負荷が投入されると、負荷電流
検出信号ＶL が設定信号Ｖr1を超えるため、比較器２６
の出力が零レベルになり、速度設定信号は定格回転速度
に相応する大きさの信号Ｖnoから定格回転速度よりも低
い回転速度に相応する大きさの信号ＶnLo に切り替わ
る。

【００３２】時刻ｔ1 で負荷電流検出信号ＶL が設定信
号Ｖr1以下になった後一定の時間ＴD が経過した時刻ｔ
2 で、速度設定信号が定格回転速度に相応する大きさの
信号Ｖnoに復帰する。

【００３３】上記の説明では、負荷が誘導電動機である
としたが、白熱灯のように、起動時に大きな電流が流れ
る負荷を接続する場合にも本考案が有効である。

【００３４】

【考案の効果】以上のように、本考案によれば、起動電
流が大きな負荷が投入された時に機関の回転速度を自動
的に低い速度におさえることができるため、発電機の出
力電流が過大になるのを防ぐことができる利点がある。

【００３５】特に本考案においては、負荷電流が設定値
以下になった後、一定の時間が経過してから機関の回転
速度を定格回転速度に戻すようにしたので、負荷が安定
して負荷電流が発電機の定格電流を超えるおそれがなく
なった後に発電機の回転速度を定格回転速度に戻すこと
ができる。従って発電機と負荷との間に設けられている
サーキットブレーカが働いて負荷の起動に失敗するとい
ったおそれを確実になくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示したブロック図である。

【図２】図１の負荷電流検出器と速度設定回路の具体的
な構成例を示した回路図である。

【図３】（Ａ）ないし（Ｃ）は図２の各部の信号波形を
示した波形図である。

【図４】図２の負荷検出器から得られる負荷電流検出信
号と負荷電流との関係を示した線図である。

【図５】磁石発電機の出力電圧対負荷電流特性及び負荷
の起動時のインピーダンスを示した線図である。

【符号の説明】

１…発電機、２…内燃機関、３…負荷、４…アクチュエ
ータ、５…バッテリ、６…アクチュエータ駆動回路、７
…回転センサ、８…速度検出回路、９…速度設定回路、
１１…偏差検出回路、１２…演算回路。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電機を駆動する内燃機関への燃料の供
   給量を調節するアクチュエータと、前記内燃機関の回転
   速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出回路
   と、内燃機関の速度を設定する速度設定信号を出力する
   速度設定回路と、前記速度検出信号と速度設定信号との
   偏差を検出する偏差検出回路と、前記偏差を零にするた
   めに必要な前記アクチュエータの操作量を演算する演算
   回路と、前記演算回路により演算された操作量だけ前記
   アクチュエータを動作させるように前記アクチュエータ
   に駆動電流を供給するアクチュエータ駆動回路とを備え
   た内燃機関駆動発電機の回転速度制御装置において、前
   記発電機の負荷電流を検出して負荷電流に相応した負荷
   電流検出信号を出力する負荷検出器を備え、前記速度設
   定回路は、前記負荷電流検出信号が設定値以下のときに
   は発電機の定格回転速度に相応した大きさの速度設定信
   号を出力し、負荷電流検出信号が設定値を超えたときに
   は前記速度設定信号を発電機の定格回転速度よりも低い
   回転速度に相応した大きさに切換え、前記負荷電流検出
   信号が設定値を超えている状態から設定値以下に復帰し
   た際には該負荷電流検出信号が設定値以下になってから
   一定の時間が経過したときに前記速度設定信号を前記定
   格回転速度に相応した大きさに復帰させるように構成さ
   れていることを特徴とする内燃機関駆動発電機の回転速
   度制御装置。