JP2565567B2 - エンジン発電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エンジンを用いて交流発電機を駆動するこ
とにより交流電圧を発生するエンジン発電機に関し、特
に交流発電機の界磁巻線に励磁電流を流す励磁装置の改
良に関する。

［従来の技術］ 従来よりこうしたエンジン発電機の励磁装置として
は、界磁巻線の励磁電流を、交流発電機の出力電圧を整
流したものを電源として供給するものがある。

即ちこの種のエンジン発電機は、例えば、第３図
（ａ）又は（ｂ）に示す如く、変圧器50を介して交流発
電機52の出力電圧を検出し、この出力電圧を目標電圧に
制御するための制御信号を出力する自動電圧調整器（以
下,AVRともいう。）54と、交流発電機52から電源供給を
受け、AVR54からの制御信号によりスイッチングされる
サイリスタ56やトランジスタ58等のスイッチング素子に
より交流発電機52の界磁巻線52Lに流れる励磁電流を制
御する励磁装置60とを備え、界磁巻線52Lの励磁電流を
交流発電機52からの出力電圧により得るようにされてい
る。

尚、第３図（ａ）及び（ｂ）において、62は交流発電
機52を駆動するためのエンジンを表わしている。

［発明が解決しようとする課題］ このように交流発電機52の出力電圧により界磁巻線52
Lを励磁する場合には、励磁装置60をサイリスタ56やト
ランジスタ58等を用いた簡単な回路で構成できる利点が
あるが、反面、急激な負荷変動に対して交流発電機52の
出力電圧が変動すると、安定した励磁電源が得られず、
出力電圧を良好に制御することができなくなるといった
問題があった。

即ち、まず励磁装置60は、AVR54からの制御信号を受
けて、交流発電機52の出力電圧を一定の値に保つように
励磁電流を制御するので、負荷が増大して出力電圧が設
定値より下がると、励磁電流を増大させて出力電圧をも
との値まで引き上げようとする。またこの出力電圧の降
下量は、負荷が大きい程大きくなるため、励磁装置60に
よる励磁電流供給能力は負荷が大きくなるに従って減少
してゆく。これに対して出力電圧を一定に保つための励
磁電流は、出力電圧が低下する程大きくなる。このため
上記従来のエンジン発電機においては、励磁装置60によ
る励磁電流供給能力と交流発電機52の運転に必要な励磁
電流との関係が負荷変動に対して相反する関係になり、
急激な負荷変動により交流発電機52の出力電圧が急激に
低下した場合には、励磁電流を増大させることができ
ず、出力電圧をもとの電圧（定格電圧）に復帰させるこ
とができないといった問題がある。

また上記従来のエンジン発電機においては、界磁巻線
52Lへの励磁電流を交流発電機52の出力電圧から得てい
るために、励磁装置60のスイッチングによる影響が交流
発電機52の出力電圧波形に現われ、出力電圧波形に高調
波が発生することがあり、波形歪やノイズに弱い機器を
負荷とする場合に、負荷の誤動作を招く虞がある。

そこで本発明は、上記従来のエンジン発電機の欠点を
補い、出力電圧波形に高調波が発生することなく、常に
安定した交流電圧が得られるエンジン発電機を提供する
ことを目的としてなされた。

［課題を解決するための手段］ 即ち上記目的を達するためになされた本発明は、エン
ジンにより駆動される交流発電機と、 上記エンジンの作動により充電されるエンジン始動用
蓄電池からの電源供給を受けて、上記エンジンを始動す
るエンジン始動装置と、 上記交流発電機が出力すべき所定の電圧を目標電圧と
して設定する目標電圧設定手段を有すると共に、上記交
流発電機の出力電圧を検出し、該出力電圧が上記目標電
圧設定手段により設定された目標電圧となるように上記
交流発電機の界磁巻線に励磁電流を流すための制御信号
を出力する自動電圧調整器と、 該自動電圧調整器から出力された制御信号に応じた励
磁電流を上記交流発電機の界磁巻線に流す励磁装置と、 を備えたエンジン発電機において、 上記励磁装置に上記エンジン始動用蓄電池を接続し、
上記エンジン始動用蓄電池を上記励磁電流の供給源とす
ると共に、 上記自動電圧調整器に、 上記交流発電機の出力電圧の周波数を検出する周波数
検出手段と、 該検出された周波数と予め設定された基準周波数とを
大小比較する比較手段と、 該比較手段の比較結果に応じて、上記出力電圧の周波
数が上記基準周波数よりも低い場合には、上記目標電圧
を零以下の電圧に補正して、上記界磁巻線に励磁電流を
流すための制御信号が当該自動電圧調整器から出力され
ることを禁止する目標電圧補正手段と、 を設けたことを特徴とするエンジン発電機を要旨として
いる。

［作用］ 以上のように構成された本発明のエンジン発電機にお
いては、まずエンジン始動装置がエンジン始動用蓄電池
からの電源供給を受けてエンジンを始動し、エンジンに
よる交流発電機の駆動を開始する。一方、自動電圧調整
器において、目標電圧設定手段が、交流発電機が出力す
べき所定の電圧を目標電圧として設定する。そして、こ
の自動電圧調整器は、交流発電機の出力電圧を検出し、
その出力電圧が目標電圧設定手段により設定された目標
電圧となるように交流発電機の界磁巻線に励磁電流を流
すための制御信号を出力する。すると、励磁装置が、エ
ンジン始動用蓄電池からの電源供給を受けて、自動電圧
調整器から出力された制御信号に応じた励磁電流を交流
発電機の界磁巻線に通電する。

つまり、交流発電機では、界磁巻線の励磁電流を増加
させると出力電圧が上昇し、逆に励磁電流を減少させる
と出力電圧が低下するため、当該エンジン発電機におい
ては、自動電圧調整器及び励磁装置の動作によって、該
磁巻線の励磁電流を増減させることにより、交流発電機
の出力電圧を目標電圧に安定させるようにしている。

また自動電圧調整器においては、周波数検出手段が、
交流発電機からの出力電圧の周波数を検出し、比較手段
が、この検出された周波数と予め設定された基準周波数
とを大小比較する。すると、目標電圧補正手段が、比較
手段の比較結果に応じて、出力電圧の周波数が基準周波
数よりも低い場合には、目標電圧設定手段により設定さ
れた目標電圧を零以下の電圧に補正する。尚、自動電圧
調整器における比較手段は、交流発電機からの出力電圧
の周波数に基づき、交流発電機の回転速度が基準周波数
で決定される所定の回転速度よりも小さいか否かを判断
するためのものである。

従って、本発明のエンジン発電機において、交流発電
機からの出力電圧の周波数が基準周波数以上で、交流発
電機が所定回転速度以上で回転している場合には、自動
電圧調整器から、交流発電機の出力電圧が目標電圧設定
手段により設定された目標電圧となるように励磁電流を
流すための制御信号が出力されるが、交流発電機からの
出力電圧の周波数が基準周波数よりも低く、交流発電機
が所定回転速度に達していない場合には、目標電圧（即
ち、零以下の電圧）よりも交流発電機の出力電圧の方が
大きくなるため、自動電圧調整器からは、励磁電流を流
すための制御信号が出力されなくなる。よって、この場
合には、励磁装置によって交流発電機の界磁巻線に通電
される励磁電流は零となる。

これは本発明のエンジン発電機が、交流発電機の界磁
巻線に励磁電流を流す励磁装置の電源として、交流発電
機の出力電圧を用いず、エンジン始動用蓄電池を用いて
いるためである。

つまり、エンジン始動用蓄電池を励磁装置の電源とす
ると、エンジン停止時やエンジン始動直後等、エンジン
及び交流発電機の回転が低くて、その交流発電機の出力
電圧が、発電可能な上限値に達しているにもかかわら
ず、目標電圧設定手段によって設定された目標電圧を大
きく下回ってしまうといった場合にも、励磁装置には常
に安定した電源供給がなされることとなる。よって、こ
の場合に、自動電圧調整器から出力電圧を上昇させるた
めの制御信号が出力されると、励磁装置から界磁巻線に
供給される励磁電流が大きくなっても出力電圧が上昇し
ないという悪循環によって、励磁装置から界磁巻線に供
給される励磁電流が著しく増大してしまい、場合によっ
ては界磁巻線を焼損させてしまうことがある。

しかも、励磁装置の電源となるエンジン始動用蓄電池
は、エンジンの作動によって充電されるため、上記の様
なエンジン停止時やエンジン始動直後では充電が行われ
ない。よって、このような時に、上記の如く励磁装置か
ら界磁巻線に供給される励磁電流が増大されると、エン
ジン始動用蓄電池の放電が助長されて、エンジンの始動
が不可能となってしまう可能性がある。

そこで本発明では、こうした問題を防止するために、
自動電圧調整器が、出力電圧の周波数から交流発電機の
回転速度を検出し、回転速度が低い場合には、目標電圧
を強制的に零以下の値に補正して、界磁巻線に励磁電流
を流すための制御信号の出力を止めるようにしている。
そして、これにより、励磁装置から界磁巻線に供給され
る励磁電流が零になるようにして、界磁巻線を焼損から
保護すると共に、エンジン自動用蓄電池の放電を防止す
るようにしているのである。

［実施例］ 以下に本発明の一実施例を図面と共に説明する。

まず第１図は本実施例のエンジン発電機全体の構成を
表わす概略構成図である。

図に示す如く、本実施例のエンジン発電機において
は、変圧器10を介して交流発電機12の出力電圧を検出
し、この出力電圧を目標電圧に制御するための制御信号
を出力するAVR（自動電圧調整器）14と、AVR14からの制
御信号によりスイッチングされるパワーMOSFET16を備え
たチヨッパ回路により交流発電機12の界磁巻線12Lに流
れる励磁電流を制御する励磁装置18とが備えられてい
る。また励磁装置18は、交流発電機12を駆動するエンジ
ン20の始動装置22と共に、スイッチSWを介してエンジン
始動用蓄電池としてのバッテリ24に接続され、このバッ
テリ24により電源供給を受けて界磁巻線12Lに励磁電流
を流すようにされている。

尚図示しないがAVR14もスイッチSWを介してバッテリ2
4に接続されており、バッテリ24から電源供給を受けて
制御信号を生成する。また始動装置22は、エンジン始動
時にはバッテリ24からの電源供給を受けてエンジン20を
始動し、エンジン始動後には、エンジン20の回転により
直流電圧を発電してバッテリ24を充電する。

次にAVR14は、変圧器10を介して得られる交流電圧を
直流電圧ＶACjに変換することにより交流発電機12の出
力電圧（発電電圧）を検出する発電電圧検出回路26と、
この発電電圧検出回路26からの出力電圧ＶACjと後述の
加算回路46から出力される交流発電機12の目標電圧を表
わす基準電圧ＶAC0との差を検出する差動増幅回路27
と、差動増幅回路27からの出力信号の一定周波数以上の
信号成分を除去するフィルタ回路28と、フィルタ回路28
の出力とパルス発生回路29から出力されるキャリア波
（鋸波）とを大小比較するコンパレータ30と、コンパレ
ータ30により比較結果のパルスによりパワーMOSFET16を
スイッチングさせるゲートドライブ回路32とを備え、こ
のゲートドライブ回路32からの信号により、交流発電機
12の出力電圧が基準電圧（即ち目標電圧）になるように
励磁装置18のパワーMOSFET16をスイッチングする。

またAVR14には、変圧器10からの入力信号を周波数−
電圧変換して、交流発電機12の出力電圧の周波数ｆを表
わす直流電圧Vfjを発生する周波数検出手段としての周
波数検出回路34と、周波数検出手段としての周波数検出
回路34からの出力電圧Vfiに対応して、予め設定された
第１の基準周波数f1を表わす直流電圧（以下,f1レベル
という。）Vf1を発生するf1レベル設定回路36と、同じ
く予め設定された第２の基準周波数f2（但し,f2＞f1）
を表わす直流電圧（以下,f2レベルという。）Vf2を発生
するf2レベル設定回路38と、周波数検出回路34からの出
力電圧Vfjとf1レベル設定回路36からのf1レベルVf1とを
比較し、Vfj＜Vf1であるとき負となり、Vfj≧Vf1である
とき零となる出力信号V1を発生する、比較手段としての
コンパレータ40と、周波数検出回路34からの出力電圧Vf
jとf2レベル設定回路38からのf2レベルVf2とを受け、Vf
2＞Vfjの場合にはこれら各信号の偏差（Vfj−Vf2）に対
応し、Vf2≦Vfjの場合には零となる出力信号V2を発生す
るリミッタ付作動増幅回路42と、交流発電機12の定常運
転時に交流発電機12から出力されるべき定格電圧V0を発
生する基準電圧発生回路44と、コンパレータ40,リミッ
タ付作動増幅回路42及び基準電圧発生回路44からの出力
電圧を加算し、その加算結果を上述の基準電圧ＶAC0と
して出力する目標電圧設定手段及び目標電圧補正手段と
しての加算回路46と、が備えられ、これら各部の動作に
よって、交流発電機12の目標電圧となる基準電圧ＶAC0
を、交流発電機12の回転速度に応じて設定するようにさ
れている。

即ちこのAVR14においては、第２図に示す如く、交流
発電機12の出力周波数ｆが第１の基準周波数f1より低
く、交流発電機12が停止又は低回転されている場合に
は、コンパレータ40からの出力電圧V1が所定の負の値と
なり、また周波数ｆが第１の基準周波数f1以上となって
も、周波数ｆが第２の基準周波数f2以上となるまでの
間，即ち交流発電機12が定常運転されるまでの間は、リ
ミッタ付作動増幅回路42からの出力電圧V2が第２の基準
周波数f2と周波数ｆとの偏差に応じた負の値となる。

この結果、これら各電圧V1,V2と、基準電圧発生回路4
4からの定格電圧V0とを加算して交流発電機12の目標電
圧を決定する加算回路46からの出力電圧（基準電圧）Ｖ
AC0は、交流発電機12が停止又は低速回転されている場
合には負とり、その後回転速度が上昇して交流発電機12
が定常運転されるまでの間は、回転速度の増加に応じて
増加する正の値となり、回転速度が上昇して交流発電機
12が定常運転に入ると基準電圧発生回路44から出力され
る定格電圧V0となる。

このように構成された本実施例のエンジン発電機にお
いては、スイッチSWをオンすると、AVR14,励磁回路18,
及び始動装置22にバッテリ24が接続される。するとまず
始動装置22が作動して、エンジン20を始動し、エンジン
20による交流発電機12の駆動を開始する。

この始動直後には、交流発電機12の回転速度は極めて
低く、その出力電圧の周波数も低いため、AVR14側で
は、交流発電機12の目標電圧として負の電圧が設定され
る。このためAVR14からは、界磁巻線12Lを通電するため
の制御信号が出力されず、励磁装置18のパワーMOSFET16
はOFF状態のままとなって、界磁巻線12Lには励磁電流が
流れない。従って交流発電機12からは、界磁巻線12L側
の残留磁気による極めて低い電圧が出力される。

次にエンジン始動後、その回転速度が所定レベルに達
し、交流発電機12の出力電圧の周波数ｆが第１の基準周
波数f1以上となると、AVR14側では、交流発電機12の目
標電圧として、定格電圧から交流発電機12からの出力電
圧の周波数ｆと第２の基準周波数f2との偏差に応じて設
定される電圧を差し引いた電圧が設定される。このため
AVR14からは、交流発電機12の出力電圧をこの目標電圧
に制御するための制御信号が出力され、これによって励
磁装置18のパワーMOSFET16がスイッチングされる。する
と交流発電機の界磁巻線12Lには、このスイッチング動
作によってバッテリ24から励磁電流が供給され、交流発
電機12の出力電圧が目標電圧にまで上昇する。

また更にエンジン20の回転が上昇して、交流発電機12
の出力電圧の周波数ｆが第２の基準周波数f2以上となる
と、AVR14側では、交流発電機12の目標電圧として、定
格電圧が設定される。このためAVR14からは、交流発電
機12の出力電圧を定格電圧に制御するための制御信号が
出力され、これによって励磁装置18のパワーMOSTFET16
がスイッチングされる。すると交流発電機12の界磁巻線
12Lには、このスイッチング動作によってバッテリ24か
ら励磁電流が供給され、交流発電機12の出力電圧が定格
電圧に制御される。

このように本実施例のエンジン発電機においては、励
磁装置18を、バッテリ24からの電源供給を受けて交流発
電機12の界磁巻線12Lに励磁電流を流すように構成した
ため、交流発電機12の負荷変動に影響されない常に安定
した励磁電源が得られ、交流発電機12の出力電圧制御を
安定して行なうことができる。またこの構成により交流
発電機12の出力線と励磁装置18とが電気的に遮断される
ので、パワーMOSFET16のスイッチング動作が交流発電機
12の出力電圧波形に影響を与えることはなく、発電機負
荷として波形歪やノイズに弱い機器を接続しても負荷を
正常に動作させることができる。

また本実施例においては、AVR14を、交流発電機12の
低回転時には界磁巻線12Lの励磁電流を零に制御し、交
流発電機12の回転がある程度上昇して定常運転されるま
での間は交流発電機12の出力電圧が定格電圧より低い値
に制御するための制御信号を出力するように構成したた
め、エンジン20の回転を受けてバッテリ24の充電を行な
う始動装置Ｄによる充電能力が低い領域（即ち低回転
時）でのバッテリ24の電力消費を抑えることができると
共に、交流発電機12が定常運転されるまでの発電能力が
低い領域で、界磁巻線12Lに流れる励磁電流が増大して
界磁巻線12Lが焼損するのを防止することができる。

またAVR14では、交流発電機12の出力電圧の周波数を
検出する周波数検出回路34を用いて、交流発電機12の回
転速度を検出するように構成したため、交流発電機12の
回転速度を検出するための特別なセンサが不要となり、
装置全体の構成を簡素化できる。

更に本実施例では、AVR14への電力供給もバッテリ24
を用いて行なうようにしたため、AVR14内の各種回路
を、オペアンプ等の半導体回路により簡単に構成するこ
とができ、AVR14の小型化、高信頼化を図ることができ
る。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明のエンジン発電機において
は、励磁装置を、エンジン始動用蓄電池からの電源供給
を受けて交流発電機の界磁巻線に励磁電流を流すように
構成したため、交流発電機の負荷変動に影響されない常
に安定した励磁電源が得られ、交流発電機の出力電圧制
御を安定して行なうことができる。またこの構成により
交流発電機の出力系と励磁装置とが電気的に遮断される
ので、励磁装置におけるスイッチング動作が交流発電機
の出力電圧波形に影響を与えることはなく、発電機負荷
として波形歪やノイズに弱い機器を接続しても負荷を正
常に動作させることができる。

そして特に、本発明のエンジン発電機においては、自
動電圧調整器が、交流発電機の出力電圧の周波数が予め
設定された基準周波数よりも低い場合には、交流発電機
の出力電圧を制御するための目標電圧を強制的に零以下
の電圧に補正して、交流発電機の界磁巻線に供給される
励磁電流が零となるようにしている。よって、本発明に
よれば、エンジン停止時やエンジン始動直後のように交
流発電機が定常運転されていない発電能力の低い領域に
て、界時巻線が焼損してしてしまうことを防止できると
共に、エンジン始動用蓄電池が十分に充電されない状況
下での該エンジン始動用蓄電池の放電を確実に防止する
ことができる。

また、自動電圧調整器は、交流発電機の出力電圧の周
波数から、交流発電機の回転速度を検出するようにされ
ているため、交流発電機の回転速度を検出するための特
別な回転速度センサが不要となり、装置全体の構成を簡
素化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のエンジン発電機全体の構成を表わす概
略構成図、第２図は実施例の自動電圧調整器の動作を説
明する線図、第３図は従来のエンジン発電機の構成例を
表わす概略構成図、である。 12……交流発電機、12L……界時巻線 14……自動電圧調整器（AVR）、18……励磁装置 20……エンジン、22……始動装置 24……バッテリ、26……発電電圧検出回路 27……作動増幅回路、28……フィルタ回路 30,40……コンパレータ 34……周波数検出回路、36……f1レベル設定回路 38……f2レベル設定回路 42……リミッタ付作動増幅回路 44……基準電圧発生回路、46……加算回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−185198（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−63100（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−116532（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−171500（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−97000（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−170700（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭53−56518（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンにより駆動される交流発電機と、 上記エンジンの作動により充電されるエンジン始動用蓄
   電池からの電源供給を受けて、上記エンジンを始動する
   エンジン始動装置と、 上記交流発電機が出力すべき所定の電圧を目標電圧とし
   て設定する目標電圧設定手段を有すると共に、上記交流
   発電機の出力電圧を検出し、該出力電圧が上記目標電圧
   設定手段により設定された目標電圧となるように上記交
   流発電機の界磁巻線に励磁電流を流すための制御信号を
   出力する自動電圧調整器と、 該自動電圧調整器から出力された制御信号に応じた励磁
   電流を上記交流発電機の界磁巻線に流す励磁装置と、 を備えたエンジン発電機において、 上記励磁装置に上記エンジン始動用蓄電池を接続し、上
   記エンジン始動用蓄電池を上記励磁電流の供給源とする
   と共に、 上記自動電圧調整器に、 上記交流発電機の出力電圧の周波数を検出する周波数検
   出手段と、 該検出された周波数と予め設定された基準周波数とを大
   小比較する比較手段と、 該比較手段の比較結果に応じて、上記出力電圧の周波数
   が上記基準周波数よりも低い場合には、上記目標電圧を
   零以下の電圧に補正して、上記界磁巻線に励磁電流を流
   すための制御信号が当該自動電圧調整器から出力される
   ことを禁止する目標電圧補正手段と、 を設けたことを特徴とするエンジン発電機。