JP3749645B2 - 携帯用発電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにより発電機を回転させることにより１００ボルトなどの交流電圧を出力させる携帯用発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンを用い、所要の場所に移動させることが可能であり、且つ、数キロワット程度の出力を行うことのできる小型の発電機が多用されるようになってきた。
この移動させることを可能とした携帯用発電機としては、平均出力電圧を１００ボルト程度とし、エンジンの回転数を一定回転数とすることにより５０ヘルツ又は６０ヘルツとする単相交流電圧を出力する発電機があった。
【０００３】
しかし、最近では、エンジンにより回転させる交流発電機の出力電圧を一旦直流電圧に変換し、更にインバータを用いて５０ヘルツ又は６０ヘルツの一定周波数とする出力電圧を形成するものがある（例えば、特開昭６３−１１４５２７号、特開昭６３−３０２７２４号）。
尚、エンジンを用いて数キロワット乃至十キロワット程度の出力を可能とされる小型の携帯用発電機は、使用場所に持ち込み、常に移動可能な状態で発電作動を行わせる場合のみでなく、特定の場所での使用期間が継続する場合などは、固定的に据え付けて作動させることもある。
【０００４】
このインバータを採用した携帯用発電機では、図１０に示すように、エンジンにより回転させる交流発電機50、及び、整流用ダイオード115とサイリスタ111を用いた直流電圧発生回路110、所要個数のコンデンサを並列とした大容量コンデンサ121による直流電源部120、更にパワートランジスタを用いたインバータ回路130とローパスフィルタ140を有する。更に、この直流電圧発生回路110やインバータ回路130などの電力回路を駆動制御するための制御用回路として、ＰＷＭ信号発生回路250や電圧制限回路240、過負荷検出回路260、インバータドライブ回路255などを有する。又、この携帯用発電機100は、これらの制御用回路を駆動する電源部としての平滑回路210及び定電圧回路235なども有する。
【０００５】
このエンジンにより回転子を回転させる交流発電機50は、三相出力巻線51と単相出力巻線55とを有する発電機が多く利用される。三相出力巻線51は、最大出力を数百ボルトとして数十アンペア程度の出力を可能とし、単相出力巻線55は、数十ボルトにして数十アンペア程度の出力を可能とするものが多い。
この三相出力巻線51の出力端子が接続される直流電圧発生回路110は、３個の整流用ダイオード115と３個のサイリスタ111とを用いた整流ブリッジ回路により構成され、この整流ブリッジ回路の両出力端子を直流電源部120とする主平滑コンデンサ121の両端に接続してコンデンサ121に充電を行うものである。
【０００６】
尚、直流電圧発生回路110における各サイリスタ111のゲート端子は、電圧制限回路240に接続し、各サイリスタ111の導通角を制御することにより直流電源部120とした主平滑コンデンサ121の両端電圧を調整している。
そして、インバータ回路130は、４個のパワートランジスタを用いたブリッジ回路により構成している。このインバータ回路130では、第１トランジスタ131と第３トランジスタ133とを直列として直流電源部120に接続し、第２トランジスタ132と第４トランジスタ134とを直列として直流電源部120に接続している。又、第１トランジスタ131と第３トランジスタ133との中点はローパスフィルタ140を介して第１出力端子151に接続し、第２トランジスタ132と第４トランジスタ134との中点はローパスフィルタ140を介して第２出力端子152に接続している。更に、第１トランジスタ131のベースと第４トランジスタ134のベースとを共通としてインバータドライブ回路255に接続し、第２トランジスタ132のベースと第３トランジスタ133のベースとを共通としてインバータドライブ回路255に接続している。
【０００７】
このインバータドライブ回路255から第１トランジスタ131及び第４トランジスタ134に出力する第１ＰＷＭ信号、及び、第２トランジスタ132及び第３トランジスタ133に出力する第２ＰＷＭ信号は、数キロヘルツ以上の高周波数としたパルス信号であり、各パルス信号のパルス幅を５０ヘルツ又は６０ヘルツの周期で順次変化させ、パルス幅の変化量は正弦波状に順次増加又は減少させる信号としている。
【０００８】
そして、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とを逆位相としている。このため、第１ＰＷＭ信号により第１トランジスタ131と第４トランジスタ134とを導通させて第１トランジスタ131と第３トランジスタ133との中点を直流電源部120の電圧ＶDとするとき、第２トランジスタ132と第４トランジスタ134との中点は０ボルトとされ、又、第２ＰＷＭ信号により第２トランジスタ132と第３トランジスタ133とを導通させるとき、第１トランジスタ131と第３トランジスタ133との中点を０ボルトとし、第２トランジスタ132と第４トランジスタ134との中点を直流電源部120は電圧ＶDとされる。
【０００９】
この第１トランジスタ131と第３トランジスタ133との中点電位は、図１１のＡに示すように、０ボルトと直流電源120の電圧ＶDとが高速で切り換わり、且つ、直流電源電圧ＶDの持続時間が順次変化する。又、第２トランジスタ132と第４トランジスタ134との中点電位も、図１１のＢに示すように、直流電源120の電圧ＶDと０ボルトとが高速で切り換わり、直流電源電圧ＶDの持続時間が順次変化する。
【００１０】
このため、ローパスフィルタ140を通過した第１出力電圧と第２出力電圧は、図１１に示すように、５０ヘルツ又は６０ヘルツの正弦波電圧とされ、且つ、第１出力端子151の電圧と第２出力端子152の電圧とは、最大値及び最小値を半周期ずらせた５０ヘルツ又は６０ヘルツの交流出力電圧として形成される。
又、交流発電機50の単相出力巻線55は、図１０に示したように、制御用電源回路における平滑回路210に接続している。
【００１１】
この平滑回路210は、整流用ダイオード211及び平滑用コンデンサ215で構成し、単相出力巻線55の出力端子と平滑用コンデンサ215との間に整流用ダイオード211を挿入し、単相出力巻線55の出力電圧により平滑用コンデンサ215に充電して直流電圧を形成するものとしている。
尚、整流用ダイオード211は、図１０に示したように１個に限るものでなく、４個の整流用ダイオードを用いて全波整流ブリッジとして平滑用コンデンサを充電することもある。
【００１２】
そして、平滑回路210の出力端子を定電圧回路235に接続し、この定電圧回路235により制御回路を駆動する所定の電圧を形成している。
又、この定電圧回路235は、−側の端子を直流電源部120の＋側と接続し、定電圧回路235の＋側端子を電圧制限回路240やＰＷＭ信号発生回路250、インバータドライブ回路255に接続している。
【００１３】
この電圧制限回路240は、抵抗器や比較器を用いて構成し、第１基準電圧用抵抗器245と第２基準電圧用抵抗器246とを直列として定電圧回路235の＋側端子と直流電源部120の＋側端子との間に挿入し、第１基準電圧用抵抗器245と第２基準電圧用抵抗器246との中点を比較器243の基準入力端子に接続している。又、第１分圧抵抗器248と第２分圧抵抗器249とを直列として定電圧回路235の＋側端子と直流電源部120の−側端子との間に挿入し、第１分圧抵抗器248と第２分圧抵抗器249との中点を比較器243の比較入力端子に接続している。
【００１４】
更に、比較器243の出力端子は、制御用抵抗器241を介して定電圧回路235の＋側端子に接続すると共に、直流電圧発生回路110における各サイリスタ111のゲート端子にも接続している。尚、各サイリスタ111のゲート端子に比較器243の出力端子を接続するに際しては、保護抵抗器117を介して接続している。
従って、この電圧制限回路240では、制御用電源回路の定電圧回路235で形成された一定電圧を第１基準電圧用抵抗器245と第２基準電圧用抵抗器246とにより分圧することによって一定の基準電圧を形成し、この常に一定電圧とされた基準電圧を比較器243の基準入力端子に入力することができる。
【００１５】
又、直流電源部120の出力電圧と定電圧回路235で形成する一定電圧とを加算した電圧を第１分圧抵抗器248と第２分圧抵抗器249とにより分圧して検出電圧を形成し、この検出電圧を比較器243の比較入力端子に入力することができる。
このため、比較入力端子に入力される検出電圧は直流電源部120の電圧変動により変動し、この検出電圧が第１基準電圧用抵抗器245と第２基準電圧用抵抗器246とにより形成した基準電圧よりも低いときは、比較器243の出力は＋電位とされる。
【００１６】
従って、サイリスタ111のゲート電位をサイリスタ111のカソード電位よりも高くすることができ、制御用抵抗器241を介してゲート電流を各サイリスタ111に供給し、各サイリスタ111を導通状態とすることになる。このため、三相出力巻線51の出力電圧が直流電源部120の電圧よりも高電圧になると直流電源部120に電力を供給し、直流電源部120の電圧を上昇させる。
【００１７】
又、直流電源部120の電圧が上昇して比較器243に入力される検出電圧が基準電圧に等しくなると、比較器243の出力は０となり、各サイリスタ111のゲート電位がカソード電位と等しくなり、各サイリスタ111は不導通状態となる。
このように、電圧制限回路240により、直流電源部120で形成される電圧が一定電圧よりも低くなると交流発電機50から充電を行い、一定電圧に達すると充電を停止させるため、直流電源部120の出力電圧としては、１７０ボルト乃至２００ボルト程度として電圧制限回路240により設定する一定の電圧ＶDを常に保持することができる。
【００１８】
そして、インバータ回路130により第１出力端子151及び第２出力端子152の電位を５０ヘルツ又は６０ヘルツの一定周期にて変化させ、第１出力端子151の電圧と第２出力端子152の電圧との電位差の最大を１４１ボルトして平均電圧を１００ボルトとする単相交流電圧を出力させる。
このインバータ回路130を制御するＰＷＭ制御信号を形成するＰＷＭ信号発生回路250は、５０ヘルツ又は６０ヘルツなどの基準正弦波と三角波とによりＰＷＭ制御信号を形成してインバータドライブ回路255に出力するものである。
【００１９】
そして、ＰＷＭ信号発生回路250の基準正弦波は、出力端子から出力する電圧の周波数である５０ヘルツ又は６０ヘルツなどの所定の周波数に合わせて形成するものであり、この基準正弦波の電圧と三角波の電圧の比率を調整し、インバータ回路130に入力する直流電源部120の出力電圧ＶD及びインバータ回路130やローパスフィルタ140の特性によりＰＷＭ制御信号とするパルス信号の周波数、及び、パルス幅とパルス幅の変化量とを決定している。
【００２０】
更に、この携帯用発電機100では、直流電源部120とインバータ回路130との間に検出用抵抗器261を挿入した過負荷検出回路260を設けている。
この過負荷検出回路260は、検出用抵抗器261と演算回路部265とにより構成し、定格電流値を越える電流値を検出したとき、定格を越えた大きさにより時間を加味して停止信号をインバータドライブ回路255に出力するものである。
【００２１】
この演算回路部265は、比較器やコンデンサ、及び、抵抗器を用いた種々の回路が用いられ、電力回路を構成する素子の特性を加味し、多くの場合、定格電流の２倍の電流が流れたときは直ちに停止信号を出力してインバータドライブ回路255から出力している第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号の出力を停止させる。又、定格電流を僅かに越える電流を検出したときは、数秒乃至数分間の時間が持続したときに停止信号をインバータドライブ回路255に出力するものとしている。
【００２２】
このように、直流電圧発生回路110により三相交流を一旦整流し、直流電源部120で形成した直流電圧をインバータ回路130により再度交流電圧とする携帯用発電機100は、交流発電機50の回転数、即ちエンジンの回転数を変化させて常に負荷に応じた電力を形成しつつ、一定に安定させた周波数及び電圧の交流出力電圧を形成することができる。
【００２３】
従って、負荷の変動に合わせてエンジンの回転数を調整し、高負荷の場合には回転数を高くし、低負荷の場合は回転数を低めとし、負荷に合わせて必要なエネルギーをエンジンから発生させれば足りるため、負荷に応じた出力調整が容易であり、且つ、効率の良い携帯用発電機100とすることができる。
そして、定格出力を越える過負荷状態となったときは、過負荷の状態に合わせて瞬時に、又は所定時間の経過によりインバータ回路130の作動を停止させ、出力電圧を０として回路全体などの安全を保ちつつ定格出力とされる数キロワット程度の範囲内で負荷とされた各種電気機器を作動させることができる。
【００２４】
このように、インバータ回路130を用いたエンジン付きの携帯用発電機100は、商用電源と同じ１００ボルトの単相交流電力を出力できるため、近年、種々の一般電気機器の電源として利用されるようになってきた。
そして、このような携帯用発電機100として、単相交流電力の出力電圧値調整や電圧位相調整を行って並列運転が可能とされるものもある。
【００２５】
この出力電圧値や電圧位相の調整を行うことができる携帯用発電機100では、携帯用発電機100の第１出力端子151及び第２出力端子152から出力する交流出力電圧や交流出力電流を検出し、例えば並列運転を行う他の発電機の出力電圧及び位相と当該携帯用発電機100が出力する単相交流電力の電圧値及び位相とを一致させるようにした出力電圧を常に出力するようにＰＷＭ信号発生回路250を制御するものである（例えば、特開平５−４９１７４号、特開平５−２３６６５８号、特開平５−２４４７２６号）。
【００２６】
又、電圧値の調整は、並列運転を行う場合のみでなく、単独運転を行う場合においても、出力端子に接続する負荷の種類や負荷の大きさによる電圧変動を防止するために行われることもある（例えば、特開平５−２１１７７７号）。
これらの携帯用発電機100では、多くの場合、図１２に示すように、ローパスフィルタ140の後段で第１出力端子151と第２出力端子152との間に出力電圧検出回路340を挿入し、又、ローパスフィルタ140の後段に出力電流検出回路330を挿入し、第１出力端子151及び第２出力端子152から出力する単相交流出力の電圧及び電流を検出してＰＷＭ信号発生回路250を制御している。
【００２７】
尚、この携帯用発電機100も、図１０に示した携帯用発電機100と同様に、交流発電機50の単相出力巻線55を平滑回路210及び定電圧回路235で構成する制御電源部201に接続し、単相出力巻線55の出力電圧を平滑回路210で平滑化し、定電圧回路235により所定電圧の制御用電圧Ｖccを形成している。尤も、制御回路を構成する素子に合わせ、制御電圧としては＋Ｖcc電圧と、−Ｖcc電圧とを制御電源部201により形成することがある。
【００２８】
又、三相出力巻線51の出力端子は、サイリスタと整流ダイオードとを用いた整流ブリッジ回路である直流電圧発生回路110に接続し、三相出力巻線51の出力電圧を整流して直流電源部120である大容量コンデンサを充電することにより直流電圧を形成し、この直流電圧をインバータ回路130に入力して単相交流電圧を形成することも前述の従来技術と同様である。
【００２９】
そして、ＰＷＭ信号発生回路250は、基準正弦波を形成する正弦波発生回路270と、三角波発生回路281、及び、ＰＷＭ制御信号を形成するＰＷＭ制御信号発生回路285とで構成され、正弦波発生回路270では正確な５０ヘルツ又は６０ヘルツの基準正弦波を形成し、三角波発生回路281では数キロヘルツ乃至十数キロヘルツ程度の高周波数の三角波を形成し、ＰＷＭ制御信号発生回路285では基準正弦波と三角波とを合成してパルス幅が順次変化するパルス列とされたＰＷＭ制御信号を形成するものである。
【００３０】
更に、この正弦波発生回路270は、数メガヘルツ乃至十数メガヘルツの高周波信号を出力する発振回路271と、発振回路271が出力する高周波信号を分周して１０キロヘルツ程度のクロック信号を形成する分周回路273、多段分圧抵抗器により多数の異なる電位を形成し、且つ、クロック信号により作動するマルチプレクサで異なる電位を順次選択して５０ヘルツ又は６０ヘルツの階段状正弦波を形成して出力する疑似正弦波形成回路275、及び、疑似正弦波形成回路275が出力する階段状正弦波のピーク電圧を調整する電圧調整回路277と階段状正弦波から滑らかな正弦波を形成するローパスフィルタ279とで形成されている。
【００３１】
又、出力電圧検出回路340から出力される電圧検出信号は、矩形波形成回路291に入力して交流出力電圧のゼロクロスポイントを立ち上がりエッジ及び立ち下りエッジとする矩形波信号を形成し、この矩形波信号とされたゼロクロス信号を始動タイミング回路293及び位相比較回路297に入力するものとしている。
この始動タイミング回路293は、正弦波発生回路270における疑似正弦波形成回路275のリセットを解除することにより、疑似正弦波形成回路275から疑似正弦波の出力を行わせるものである。
【００３２】
そして、疑似正弦波形成回路275をリセット状態として正弦波発生回路270から基準正弦波を出力していない状態、即ちインバータ回路130が作動していないときに出力電圧検出回路340が第１出力端子151及び第２出力端子152間の電圧変化を検出すれば、始動タイミング回路293は矩形波形成回路291からのゼロクロス信号に合わせて疑似正弦波形成回路275のリセットを解除し、正弦波発生回路270が出力する基準正弦波の位相と第１出力端子151及び第２出力端子152との間に発生している電圧の位相とを一致させるものである。
【００３３】
尚、疑似正弦波形成回路275の作動開始に際し、所定時間内に始動タイミング回路293にゼロクロス信号が入力されないときも、疑似正弦波形成回路275のリセットを解除して正弦波発生回路270から基準正弦波の出力を開始させる。
そして、出力電流検出回路330からの電流検出信号は、矩形波形成回路295、過負荷検出回路269、及び、限界値検出回路299に入力し、矩形波形成回路295では出力電流の位相に合わせたゼロクロス信号を、過負荷検出回路269では定格電流を越えたときに停止信号を、限界値検出回路299では定格電流以下の電流値で所定の下限値及び上限値の範囲を越える電流値のときに電圧調整信号を形成するものとしている。
【００３４】
この矩形波形成回路295は、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号に基づき、交流出力電流のゼロクロスポイントを立ち上がりエッジ及び立ち下りエッジとする矩形波信号を形成し、この矩形波信号をゼロクロス信号として位相比較回路297に入力するものである。
この位相比較回路297は、電流検出信号に基づくゼロクロス信号と電圧検出信号に基づくゼロクロス信号とにより出力電流の位相と出力電圧の位相とを比較し、電流位相が電圧位相よりも遅相状態の場合は加算信号を位相調整信号として分周回路273に出力し、又、電流位相が電圧位相よりも進相状態の場合は減算信号を位相調整信号として分周回路273に出力する。
【００３５】
そして、正弦波発生回路270における分周回路273では、高周波信号を分周して数キロヘルツ乃至十数キロヘルツのクロック信号を形成するに際し、位相比較回路297から加算信号が入力されるとクロック信号の数百パルス毎に１パルスを追加する。又、位相比較回路297から減算信号が入力されるとクロック信号の数百パルス毎に１パルスを間引くようにしてクロック信号を形成する。
【００３６】
このように、電流位相が電圧位相よりも遅れているときはクロック信号のパルスを増加させて疑似正弦波ひいては基準正弦波の位相を僅かに進め、電流位相が電圧位相よりも進んでいるときはクロック信号のパルスを間引くことにより基準正弦波の位相を僅かに遅らし、ＰＷＭ制御信号の位相を調整して当該携帯用発電機100が出力する単相交流電圧の位相を調整する。
【００３７】
又、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号が入力される過負荷検出回路269は、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号に基づき、定格電流を大きく越えるときは直ちに停止信号を出力し、定格電流を小さく越えるときは時間積分を行って所用時間後に停止信号を出力するものである。そして、この停止信号は電圧制御回路240及びインバータドライブ回路255に入力し、電圧制御回路240が出力するゲート電流を遮断して直流電圧発生回路110の作動を停止させ、且つ、インバータドライブ回路255が出力している第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号の出力を停止させてインバータ回路130の作動も停止させるものである。
【００３８】
更に、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号が入力される限界値検出回路299は、電流上限値と電流下限値とが設定されている回路であり、電流検出信号の電流値が電流下限値以下になると第１出力端子151及び第２出力端子152間の電圧である出力電圧を僅かに増加させるように基準正弦波のピーク値（振幅）を減少又は増加させる電圧調整信号を電圧調整回路277に出力する。又、電流検出信号の電流値が電流電流上限値以上になると第１出力端子151及び第２出力端子152間の電圧である出力電圧を僅かに減少させるように基準正弦波のピーク値を増加又は減少させる電圧調整信号を電圧調整回路277に出力するものである。
【００３９】
このように、定格電流の範囲内で電流上限値と電流下限値とを設定し、第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号信号のデューティー比を調整することにより出力電圧の微調整を可能としているため、発電機を並列運転している状態において、負荷の分担が少ない場合には出力電圧を僅かに上昇させて出力電流を増大させ、又、負荷への供給電流が定格電流の限界に近い場合は出力電圧を僅かに降下させて各携帯用発電機100に負荷の分担を効果的に行っている。
【００４０】
又、並列運転を行わない場合、即ち、携帯用発電機100を単独運転によって単機で使用する場合、負荷の容量や種類によって出力電圧が変動するため、出力電圧検出回路340で検出するピーク電圧に基づき、電圧調整回路277の増幅率又は三角波発生回路281から出力させる三角波の電圧などを調整し、出力電圧である単相交流電圧の電圧値を安定させるようにしているものがある。
【００４１】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、エンジンの回転により駆動される三相発電機で交流電圧を発生させ、サイリスタを用いた直流電圧発生回路で整流し、大容量コンデンサを用いた直流電源部に充電を行い、この直流電源部の直流電圧からインバータ回路により一定周波数にして一定電圧とする単相交流電圧を形成する携帯用発電機は、効率的に一定電圧とした単相交流電圧を出力することが容易にできる。
【００４２】
しかし、負荷が大きくなり、出力電力が携帯用発電機の定格出力容量に近くなったとき、出力電圧が低下する場合があった。
又、高負荷が接続されたとき、ＰＷＭ信号のパルス幅を調整して出力電圧の低下を防止する携帯用発電機も提案されているが、出力電流の増大時にＰＷＭ信号のパルス幅を変更して出力電圧を維持させると、電力回路の発熱が多くなり、エンジン出力に対する出力電力への変換効率が低下する問題があった。
【００４３】
この出力電流が増大して携帯用発電機の定格出力容量に近い高負荷状態となったときに生じる問題は、図１３に示すように、出力電圧Ｖを一定に保ちつつ負荷が大きくなると出力電流Ａが大きくなり、直流電源部の出力電圧ＶDに変動が生じるため、低負荷時と同じ一定パルス幅のＰＷＭ信号によってこの直流電圧ＶDを単相交流電圧に変換した際、出力電圧に低下が生じるものである。又、インバータ回路への入力電圧である直流電圧が僅かに降下したとき、ＰＷＭ信号のパルス幅を変更してインバータ回路への流入電流を増大させ、インバータ回路の出力電圧におけるデューティー比を大きくして出力端子からの出力電圧を維持したとき、電力回路の発熱が急増するものである。
【００４４】
そして、この直流電圧の脈動を防止するには、直流電源部のコンデンサ容量を大きくすることにより脈動を低減させることが可能であるも、本件出願の出願人は、サイリスタを用いた直流電圧発生回路とする整流回路の効率を改善することにより、高負荷の場合にも出力電圧の変動を防止して効率よく対応することができる携帯用発電機とする目的を達成したものである。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンにより駆動される交流発電機（50）によって交流電圧を発電し、この交流電圧を直流電圧発生回路（110）とするサイリスタ整流回路で整流して直流電源部（120）に充電を行ない、直流電源部（120）に充電して形成した直流電圧をインバータ回路（130）により所定周波数にして一定電圧の単相交流電圧として出力端子（151,152）から出力する携帯用発電機（100）であって、直流電源部（120）の電圧を検出して基準電圧との比較結果に応じて直流電圧発生回路（110）におけるサイリスタ（111）の導通角を制御することにより直流電源部（120）の直流電圧を略一定値とする制御を行うと共に、直流電源部（ 120 ）からインバータ回路（130）に流れる電流値を検出してインバータ回路（130）に流れ込む電流値が大きくなるとこの電流値の増大に合わせて基準電圧を高くし、サイリスタ（111）の導通開始を早くする制御をも行う定電圧制御部（500）を設けた携帯用発電機（100）とする。
【００４６】
このように、インバータ回路（130）に流れる電流が大きくなるとサイリスタ（111）の導通開始を早くする定電圧制御部（500）を設けているため、負荷が大きく、出力電流が大きい場合には直流電圧発生回路（110）によって直流電源部（120）を充電する電流を増大させ、負荷電流が大きくても直流電源部（120）が出力する直流電圧が低下することを防止し、出力端子（151,152）からの出力する電圧の降下を防止することができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る携帯用発電機は、数キロワット乃至十キロワット程度の出力を有するエンジンにより交流発電機を回転させ、交流発電機の三相出力電圧を一旦直流化し、インバータ回路により交流化して単相交流出力電圧を形成するものであり、使用場所でこまめに移動させて使用し、又、使用場所に持ち込んで固定した据え付け状態として作動させることもある携帯用発電機である。
【００４８】
この携帯用発電機は、エンジンにより回転子を回転させる交流発電機50を有し、図１に示すように、直流電圧発生回路110や直流電源部120及びインバータ回路130を主とする電力回路101を有し、電力回路101の出力端子から出力する出力電圧の周波数を設定し、且つ、各部に設けた検出回路からの検出信号に基づいて携帯用発電機100の全体を制御する中央制御手段310としてのマイクロコンピュータを有し、この制御手段や検出回路などの動作電力を形成する制御電源部201を有する携帯用発電機100としている。
【００４９】
この中央制御手段310は、設定スイッチ318により出力電圧の周波数を５０ヘルツ又は６０ヘルツなどの所定の一定周波数に設定し、電力回路101に設けた直流電圧検出回路320や出力電流検出回路330及び出力電圧検出回路340からの検出信号に基づいてインバータ回路130の動作を制御し、更に、回転数検出回路319からの検出信号及びスロットル制御機構315からの開度信号に基づいてエンジンスロットルの開閉制御も行う。
【００５０】
尚、設定スイッチ318としては、周波数の設定の他、出力電圧の調整設定も可能としている。
この携帯用発電機100における交流発電機50は、三相出力巻線51と単相出力巻線55とを有し、三相出力巻線51は電力回路101に接続し、単相出力巻線55は制御電源部201に接続している。
【００５１】
そして、三相出力巻線51の出力端子は、図１に示したように、３個の整流用ダイオード115と３個のサイリスタ111とを用いた整流ブリッジによる直流電圧発生回路110に接続すると共に、ゲート電圧発生回路160にも接続している。
この直流電圧発生回路110は、各整流用ダイオード115のカソードと各サイリスタ111のアノードとの接続点を各々三相出力巻線51の各出力端子に接続し、各整流用ダイオード115のアノードをまとめて直流電源部120の−側端子とインバータ回路130とに接続し、各サイリスタ111のカソードをまとめて直流電源部120の＋側端子とインバータ回路130とに接続している。
【００５２】
又、三相出力巻線51の出力端子に接続されるゲート電圧発生回路160は、整流用ダイオードや制限抵抗器、電源用コンデンサとツェナーダイオードを用いて形成している。
即ち、三相出力巻線51の各出力端子を各々整流用ダイオード161のアノードに接続し、各整流用ダイオード161のカソードを共通として制限用抵抗器163を介して電源用コンデンサ165の＋端子に接続し、電源用コンデンサ165の−端子を直流電源部120の＋側に接続すると共にツェナーダイオード167を電源用コンデンサ165と並列に接続している。
【００５３】
従って、このゲート電圧発生回路160は、直流電源部120の＋側端子の電圧よりもツェナーダイオード167の規定電圧だけ高い電圧を形成して出力することができる。
そして、このゲート電圧発生回路160の出力端子は、サイリスタ制御回路170を介して直流電圧発生回路110における各サイリスタ111の各ゲート端子に接続する。
【００５４】
このサイリスタ制御回路170は、後述する定電圧制御部500の一部を構成する回路であって、スイッチングトランジスタ173とスイッチ制御抵抗器171及びフォトカプラ175で形成している。
即ち、スイッチングトランジスタ173とするＰＮＰ形トランジスタのコレクタをゲート電圧発生回路160の出力端子に接続し、スイッチングトランジスタ173のエミッタを各サイリスタ111のゲート端子に接続する。尚、エミッタを各サイリスタ111のゲート端子に接続するに際し、保護抵抗器117を用いてゲート端子に接続している。
【００５５】
そして、スイッチングトランジスタ173のベースは、スイッチ制御抵抗器171を介してゲート電圧発生回路160の出力端子に接続し、スイッチ制御抵抗器171の中点をフォトカプラ175のフォトトランジスタ176を介して直流電源部120の＋側端子に接続している。
尚、フォトカプラ175のフォトトランジスタ176は、コレクタをスイッチ制御抵抗器171の中点に接続し、エミッタを直流電源部120の＋側端子に接続し、フォトカプラ175の発光ダイオード177は、アノードを制御電源部201における第２制御電圧Ｖccの出力端子に接続し、発光ダイオード177のカソードは、導通制御信号形成回路510や停止回路360、過電流検出回路350に接続している。
【００５６】
従って、このサイリスタ制御回路170は、フォトカプラ175の発光ダイオード177が点灯したとき、フォトトランジスタ176が導通状態となり、スイッチ制御抵抗器171の中点電位を直流電源部120の＋側端子電圧まで降下させ、スイッチングトランジスタ173を不導通状態とする。そして、発光ダイオード177が点灯しないときは、スイッチングトランジスタ173を導通状態としてゲート電圧発生回路160の出力電流をサイリスタ111のゲート電流として各サイリスタ111に供給し、この導通信号としたゲート電流により直流電圧発生回路110の各サイリスタ111を導通状態とする。
【００５７】
このため、直流電圧発生回路110の両出力端子に接続される直流電源部120に三相出力巻線51の出力電力を供給することができる。
又、直流電圧発生回路110の両出力端子に接続されるインバータ回路130は、パワートランジスタによるブリッジ回路と平滑コンデンサ173とで構成している。
このインバータ回路130は、第１トランジスタ131と第３トランジスタ133とを直列として直流電源部120に接続し、又、第２トランジスタ132と第４トランジスタ134とを直列として直流電源部120に接続し、第１トランジスタ131と第３トランジスタ133との中点はローパスフィルタ140を介して第１出力端子151に、第２トランジスタ132と第４トランジスタ134との中点はローパスフィルタ140を介して第２出力端子152に接続している。
【００５８】
又、交流発電機50の単相出力巻線55は、図２に示すように、制御電源部201の平滑回路210に接続している。この平滑回路210は、４個の整流用ダイオード211を用いたブリッジ整流回路により全波整流を行って平滑用コンデンサ215に充電を行うものである。
この制御電源部201は、平滑回路210の他に第１定電圧回路221及び第２定電圧回路225とレギュレータ230とを有し、平滑回路210の出力電圧を第１定電圧回路221によって１５ボルト程度の一定電圧とし、第１逆流阻止ダイオード233を介してレギュレータ230に印加し、又、直流電源部120の＋側端子の電圧を第２定電圧回路225によって１２ボルト程度の一定電圧とし、第２逆流阻止ダイオード234を介してレギュレータ230に印加している。
【００５９】
そして、レギュレータ230では、１０ボルト程度の第１制御電圧Ｖssと５ボルト程度の第２制御電圧Ｖccとを形成し、第１制御電圧Ｖssにより後述するエンジンのスロットル制御用モータの駆動などを行い、第２制御電圧Ｖccは中央制御手段310やその他の制御回路素子に供給している。
尚、この制御電源部201は、通常、単相出力巻線55が出力する交流電圧から平滑回路210及び第１定電圧回路221で形成した直流電圧をレギュレータ230に供給し、レギュレータ230によって第１制御電圧Ｖssと第２制御電圧Ｖccを形成して各回路素子に供給する。そして、単相出力巻線55などに断線などの故障が発生したとき、直流電源部120が作動していれば第２定電圧回路225によってレギュレータ230に電力を供給し、レギュレータ230から第１制御電圧Ｖss及び第２制御電圧Ｖccを出力させて当該携帯用発電機100の動作を持続させるものとしている。
【００６０】
又、第１定電圧回路221の出力電圧を検知して切り換えを行うスイッチ回路を第１逆流阻止ダイオード233及び第２逆流阻止ダイオード234に換えてレギュレータ230の入力側に配置することがある。この場合は、第１定電圧回路221の出力電圧と第２定電圧回路225の出力電圧とを同一としつつ第１定電圧回路221からの電力を通常はレギュレータ230に供給し、第１定電圧回路221の出力が停止したときに第２定電圧回路225からの出力電圧をレギュレータ230に供給するようにスイッチ回路を切り換えることもある。更に、単相出力巻線55を有しない交流発電機50を使用し、平滑回路210及び第１定電圧回路221を省略して直流電源部120の電圧を第２定電圧回路225で降圧し、常に直流電源部120の電力をレギュレータ230に供給して制御電圧を形成することもある。
【００６１】
そして、直流電源部120の電圧を制御するための導通制御信号形成回路510は、前述のサイリスタ制御回路170や後述の出力電流検出回路330と合わせて定電圧制御部500を形成する回路であって、図３に示すように、抵抗器とツェナーダイオードやスイッチングトランジスタ及び比較回路などを用い、２個の抵抗器を直列とした分圧抵抗器511,512により直流電源部120の電圧を分圧し、分圧抵抗器511,512の中点電位を更にツェナーダイオード513と検出抵抗器514とにより降下させ、検出抵抗器514の電位を比較回路515に入力してスイッチングトランジスタ525の導通を制御する。
【００６２】
そして、この比較回路515の基準電圧入力端子には、制御電源部201からの第２制御電圧Ｖccをツェナーダイオードとトランジスタとを用いた定電圧回路517により安定した一定電圧とし、この一定電圧を第1基準抵抗器521と第２基準抵抗器522とで分圧した基準電圧を入力する。
尚、第1基準抵抗器521と第２基準抵抗器522との中点には、加算抵抗器523を介して後述の出力電流検出回路330の出力端子を接続している。
【００６３】
更に、この導通制御信号形成回路510におけるスイッチングトランジスタ525は、サイリスタ制御回路170におけるフォトカプラ175の発光ダイオード177と直列とし、直列とした発光ダイオード177に第２制御電圧Ｖccを印加してスイッチングトランジスタ525の導通遮断によって発光ダイオード177の点灯制御をしている。
【００６４】
従って、この導通制御信号形成回路510は、直流電源部120の出力電圧が上昇すると検出抵抗器514の検出電位が上昇し、第1基準抵抗器521と第２基準抵抗器522とにより形成した基準電圧よりも高くなってスイッチングトランジスタ525を導通させることによりサイリスタ制御回路170へ導通制御信号を出力し、サイリスタ制御回路170における発光ダイオード177を点灯させる。このため、サイリスタ制御回路170は、直流電圧発生回路110への導通信号の出力を停止し、直流電圧発生回路110の各サイリスタ111を不導通状態として交流発電機50から直流電源部120への電力供給を停止させる。
【００６５】
又、直流電源部120の電圧が所定の電圧ＶDよりも降下すると検出抵抗器514の検出電位が基準電圧よりも低くなってスイッチングトランジスタ525を不導通状態とし、サイリスタ制御回路170から直流電圧発生回路110の各サイリスタ111に導通信号を出力させて各サイリスタ111を導通状態とする。
このようにして、直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDよりも僅かに高くなると各サイリスタ111の導通が遮断され、一定値ＶD以下の場合には各サイリスタ111のゲートに導通信号が入力されて各サイリスタ111を導通状態とし、直流電源部120の電位を常に一定の値ＶDとすることができる。
【００６６】
又、第１出力端子151及び第２出力端子152から単相交流電圧を出力しているとき、直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDに維持されている場合、交流発電機50が出力する三相交流電圧の一相について直流電圧発生回路110におけるサイリスタ111の導通状態を見ると、図４に示すように、三相出力巻線51の出力電圧が直流電源部120の電圧ＶDを超えたとき、サイリスタ111が導通状態となって直流電源部120への電力供給が行われ、直流電源部120からの流出電力を補充して直流電源部120の出力電圧を一定に保つ。尚、図４は三相交流電圧の一相について図示しているも、三相各層で同様に直流電源部120への電力供給が行われる。
【００６７】
そして、この導通制御信号形成回路510では、比較回路515の基準入力端子には、定電圧回路517により安定した一定電圧とされた電圧を第1基準抵抗器521と第２基準抵抗器522とで分圧した基準電圧に加算抵抗器523を介して出力電流検出回路330からの出力電流信号を加算しているため、図５に示すように、第１出力端子151及び第２出力端子152からの出力電流が増大したとき、この出力電流の値に比例した半波整流形状の電圧上昇をする基準電圧が入力されることになる。
【００６８】
このため、直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDを僅かに超えているために、本来は検出抵抗器514による検出電位が基準電圧よりも僅かに高く、スイッチングトランジスタ525を導通させて各サイリスタ111を不導通状態とし、出力電流によって直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDまで降下したときに各サイリスタ111を導通状態とする直前の状態であっても、出力電流による基準電圧の上昇により、比較回路515に入力される基準電圧が検出電圧よりも高くなり、スイッチングトランジスタ525を不導通状態とさせて各サイリスタ111を導通状態とする。
【００６９】
このように、直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDよりも僅かに高く、本来、第１出力端子151及び第２出力端子152からの電流出力により直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDまで降下してから導通制御信号を出力し、サイリスタ制御回路170から導通信号の出力を開始させて各サイリスタ111を導通状態とすべきところ、出力電流検出回路330により出力電流を検出し、出力電流信号に基づいて基準電圧を上昇させ、直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDに降下するよりも早くサイリスタ制御回路170に導通制御信号を出力し、サイリスタ制御回路170から導通信号を出力させて各サイリスタ111を導通状態とする。
【００７０】
そして、導通制御信号の出力を無負荷時などよりも早くするに際しては、出力電流が大きいほど基準電圧の上昇量を大きくしてより早く導通信号の出力を開始させるものである。
尚、出力電流検出回路330は、インバータ回路130に流れる電流を検出用抵抗器331と比較器333とで検出し、検出用ローパスフィルター335を用いてＰＷＭ成分などの高調波成分を除去した出力電流信号を導通制御信号形成回路510に出力する他、中央制御手段310と過電流検出回路350とにも出力している。
【００７１】
又、出力電流検出回路330としては、検出用抵抗器331を用いる場合のみでなく、誘導コイルを用いた電流検出器を使用することもある。
そして、直流電圧検出回路320は、分圧抵抗器325を直流電源部120の両端子間に挿入するように接続するものであり、この分圧抵抗器325により直流電源部120の出力電圧を分圧して中央制御手段310に直流電源部120の出力電圧値を直流電圧信号として入力している。
【００７２】
又、インバータ回路130とローパスフィルタ140との間に挿入された出力電圧検出回路340は、インバータ回路130の第１出力電圧及び第２出力電圧を各々分圧抵抗器により分圧降下させて電圧検出を行うものであり、第１出力電圧を分圧抵抗器341,342で分圧した第１検出電圧、及び、第２出力電圧を分圧抵抗器343,344で分圧降下させた第２検出電圧を、各々検出用のローパスフィルタ347,348を介して中央制御手段310に出力電圧信号として入力している。
【００７３】
そして、出力電圧検出回路340から出力される出力電圧信号を中央制御手段310に入力するに際し、アナログ信号である第１出力電圧信号と第２出力電圧信号とを中央制御手段310に入力すると共に、矩形波形成回路317からのゼロクロス信号も中央制御手段310に入力する。
この矩形波形成回路317は、正弦波を形成する第１出力電圧と第２出力電圧との差電圧に基づく矩形波を形成し、正弦波を形成する第1出力電圧と第2出力電圧との差電圧におけるゼロクロスポイントをこの矩形波のエッジとし、携帯用発電機100から出力される出力電圧におけるゼロクロスポイントのタイミングを示すゼロクロス信号を中央制御手段310に入力している。
【００７４】
そして、過電流検出回路350は、抵抗器351,352と比較器355及びスイッチングトランジスタ357で形成し、制御電源部201で形成した第２制御電圧Ｖccを基準電圧用分圧抵抗器351,352により分圧して基準電圧を形成し、出力電流検出回路330が出力する出力電流信号の電位が基準電圧よりも高くなるとスイッチングトランジスタ357を導通させるものとしている。
【００７５】
更に、このスイッチングトランジスタ357は、エミッタを接地し、コレクタをフォトカプラ175における発光ダイオード177のカソードに接続するものである。従って、この過電流検出回路350は、スイッチングトランジスタ357が導通するとサイリスタ制御回路170に導通信号の出力を停止させる。
尚、中央制御手段310には、直流電圧検出回路320からの直流電圧信号、出力電流検出回路330からの出力電流信号、及び、出力電圧検出回路340からの出力電圧信号とこの出力電圧信号に基づく矩形波形成回路317からのゼロクロス信号が検出信号として入力される他、三相出力巻線51が出力する出力電圧の周波数の検出信号も回転数検出回路319から回転数信号として入力され、又、発光ダイオード177のカソード電位も導通率検出信号として入力され、更に、スロットル制御機構315からはスロットルの開度信号も入力されるが、スロットル制御機構315からの開度信号は省略することもある。
【００７６】
これらの検出信号が入力される中央制御手段310は、その動作として、図６に示すように、ＰＷＭ制御信号をＰＷＭドライバーに出力するＰＷＭ信号生成部441の他、出力電圧検出回路340からの出力電圧信号及び矩形波形成回路317からのゼロクロス信号により制御の開始に際して単独か並列かを判断してＰＷＭ信号生成部441を制御する単独運転制御部435及び同期運転制御部437、更に設定スイッチ318からの信号により単相交流電圧の周波数を設定する出力周波数設定部415や設定スイッチ318からの信号により単相交流電圧の出力電圧を調整設定する出力電圧設定部417、及び、出力電圧検出回路340からの出力電圧信号により第１出力端子151及び第２出力端子152から出力する単相交流電圧を監視する電圧波形監視部433、又、回転数検出回路319からの回転数信号によりエンジン回転数を判断するエンジン回転速度検出部421や出力電流信号及び回転数信号やスロットル制御機構315からの開度信号に基づいてスロットルドライバー313に回転制御信号を出力するスロットル開度制御部423、そして、出力電流検出回路330からの出力電流信号や直流電圧検出回路230からの直流電圧信号に基づいて停止制御信号を停止回路360に出力する回路保護部431、サイリスタ制御回路170における発光ダイオード177のカソード電位により直流電圧発生回路110におけるサイリスタ111の導通率を検出する導通率検出部419、更に、中央制御手段310の制御動作状態に応じて携帯用発電機100の作動状況を運転状態表示部427に表示させる信号を出力する表示制御部425を形成している。
【００７７】
尚、このマイクロコンピュータである中央制御手段310は、図示していないが、十数メガヘルツとされる水晶発振器を有し、この水晶発振器の出力を基準クロックとして作動するものであり、制御プログラムや制御データテーブルなどが記録されているリードオンリメモリ及び演算処理を行うためのランダムアクセスメモリ、更に、基準クロックを分周して所要のクロック信号を形成する分周回路を有するものである。又、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器411も備えているものである。
【００７８】
又、スロットル制御機構315において、パルスモータを用いてスロットルバルブを回転制御する場合、スロットル開度制御部423にパルスカウンタを内蔵させ、スロットル開度制御部423からスロットルドライバー313に出力する回転制御信号に合わせてカウント値をアップカウント又はダウンカウントし、スロットル制御機構315からの開度信号を省略してスロットル開度制御部423でスロットルの開度を記憶させることもある。
【００７９】
そして、ＰＷＭ信号生成部441は、ＰＷＭ基準テーブルを有し、このＰＷＭ基準テーブルに基づいてＰＷＭ制御信号をＰＷＭドライバー311に出力し、インバータ回路130における第１トランジスタ131乃至第４トランジスタ134である各トランジスタの導通遮断を制御する。
このＰＷＭ基準テーブルは、多数のＰＷＭ基準値を記憶するテーブルであり、各ＰＷＭ基準値は、正弦波曲線の１周期を形成する曲線の値に相当する百個乃至数百個程度の数値としている。
【００８０】
そして、中央制御手段310のＰＷＭ信号生成部441は、一定の周期でこのＰＷＭ基準テーブルからＰＷＭ基準値を順次読み出してＰＷＭ制御信号を形成し、このＰＷＭ制御信号をＰＷＭドライバー311に出力する。
このＰＷＭ制御信号は、ＰＷＭ基準テーブルの先頭値が０の場合は、ＰＷＭ基準値を読み出す読み出しクロックにおける１クロック時間の２分の１時間に相当する値を読み出した各ＰＷＭ基準値に加え、ＰＷＭ基準値が０のときにデューティー比が５０パーセントとなるパルス信号を形成している。このため、ＰＷＭ制御信号の各パルスは、図７の（１）に示すように、デューティー比を正弦波形状に合わせて順次変化させ、デューティー比が５０パーセントを中心として数十パーセントから１００パーセントの数十パーセント手前までの範囲の値で順次変化する基準正弦波を形成するパルス信号列とされる。
【００８１】
そして、ＰＷＭドライバー311は、このＰＷＭ制御信号を電流増幅して第１トランジスタ131及び第４トランジスタ134に出力する第１ＰＷＭ信号と、このＰＷＭ制御信号を反転増幅して第２トランジスタ132及び第３トランジスタ133に出力する第２ＰＷＭ信号とを形成し、この第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号をインバータ回路130に出力する。
【００８２】
更に、中央制御手段310の電圧波形監視部433は、各ＰＷＭ基準値に対応させた多数の電圧テーブル値を記憶する出力電圧値テーブルを有し、ＰＷＭ基準テーブルからＰＷＭ基準値の読み出しを行うタイミングに合わせて出力電圧値テーブルから電圧テーブル値を読み出し、この読み出した電圧テーブル値と出力電圧検出回路340から入力される出力電圧の値とを比較し、ＰＷＭ信号生成部441から出力されるＰＷＭ制御信号を形成する各パルス信号のパルス幅を修正させ、出力電圧の調整を行っている。
【００８３】
そして、図示していない始動スイッチが操作され、ＰＷＭ制御信号をＰＷＭ信号生成部441から出力して第１出力端子151及び第２出力端子152から単相交流電圧の出力を開始するに際し、中央制御手段310は矩形波形成回路317からのゼロクロス信号が入力されているか否かの判断を行い、ゼロクロス信号が入力されていないときは単独運転制御部435の作動を開始する。
【００８４】
この単独運転制御部435の作動が開始されることにより、中央制御手段310のＰＷＭ信号生成部441は、第１出力端子151と第２出力端子152との間の平均出力電圧が設定スイッチ318により設定された１００ボルトなどであって、周波数を設定された５０ヘルツ又は６０ヘルツとする電圧を形成するＰＷＭ制御信号を出力する。
【００８５】
この出力電圧の周波数は、ＰＷＭ信号生成部441のＰＷＭ基準テーブルに記録されている単相交流電圧の一周期分を形成する１００個乃至数百個のＰＷＭ基準値を２０ミリ秒で読み出すクロックを選択するか又は１６．６６ミリ秒で読み出すクロックを選択するかにより、当該携帯用発電機100から出力する単相交流電圧の周波数を定めるものである。
【００８６】
又、出力電圧の設定は、ＰＷＭ基準テーブルに記録されているＰＷＭ基準値に補正値を乗算や加算して修正基準値を形成し、この修正基準値に基づいてＰＷＭ制御信号とするパルス信号の各パルス幅を定めるものである。そして、このＰＷＭ基準値から修正基準値を算出する補正値を出力電圧設定部417から単独運転制御部435が読み取り、この補正値をＰＷＭ信号生成部441に受け渡すことにより行っている。
【００８７】
更に、ＰＷＭ信号生成部441からＰＷＭ制御信号が出力された後は、出力電圧検出回路340からの出力電圧信号に基づいて出力電圧波形監視部433でピーク電圧及び正弦波の歪みを監視し、ピーク電圧が設定値から変動したときは、設定電圧との差を修正する補正値を出力電圧波形監視部433からＰＷＭ信号生成部441に読み込ませるようにする。又、正弦波の歪みが持続するときも、補正値をＰＷＭ信号生成部441に読み込ませて設定された電圧であって滑らかな正弦波とした単相交流電圧を出力させるようにしている。
【００８８】
そして、負荷の容量や種類によっても単相交流電圧の波形が歪むため、出力電流値に合わせてＰＷＭ制御信号を補正することにより、常に出力電圧が所定の正弦波形状となる制御を行うものとしている。
この補正は、電力回路101の内部インピーダンスと出力電流値及び出力電流値とにより、ＰＷＭ基準値に補正を加える修正値Ｙを各ＰＷＭ基準値に対応させて記憶し、各ＰＷＭ基準値に基づいて次回にＰＷＭ制御信号をＰＷＭ信号生成部441で形成する際、各ＰＷＭ基準値に対応した修正値Ｙを加算又は減算するようにして補正する。そして、この補正したＰＷＭ基準値によってＰＷＭ制御信号を形成させるものである。
【００８９】
この修正値Ｙは、ＰＷＭ基準テーブルのＮ番目のＰＷＭ基準値Ｐnを読み出してＰＷＭ制御信号をＰＷＭ信号生成部441から出力し、このＰＷＭ制御信号による第１出力端子151と第２出力端子152との間の電位差である出力電圧値がＶボルトにして、この時の出力電流値がＩアンペアであれば、定数Ｍ、Ｔ、Ｚ、Ｓ、を係数とすることにより、各ＰＷＭ基準値Ｐnに対応する修正値Ｙnを各々求めるものであって
Ｙn＝[（Ｑn−Ｖ／Ｍ）／Ｔ]−Ｉ・Ｚ・Ｓ
とした修正値ＹnをＮ番目のＰＷＭ基準値Ｐnについて算出し、この修正値Ｙnを記憶して一周期後の次回のＰＷＭ基準値Ｐnとしては、
Ｐn−Ｙn
とする補正により算出した修正基準値であるＰＷＭ基準値に基づいてＰＷＭ制御信号をＰＷＭ信号生成部441から出力するものである。
【００９０】
この修正値Ｙnを算出する際のＱnは、Ｎ番目のＰＷＭ基準値Ｐnに基づくＰＷＭ制御信号としてのパスル信号をＰＷＭ信号生成部441から出力したときに当該携帯用発電機100が無負荷状態で第１出力端子151と第２出力端子152との間に発生すべき出力電圧を示す電圧テーブル値であって、Ｍは出力電圧の１ボルト変化に対応する電圧テーブル値の変化値である。又、Ｚは電力回路101の内部インピーダンス即ち、主としてローパスフィルタ140のインピーダンスであって、Ｓは第１出力端子151と第２出力端子152との間に１ボルトの変化を発生させるＰＷＭ基準値の変化値であり、Ｔは、出力電圧の１ボルト変化に対応したＰＷＭ基準値の変化値と電圧テーブル値の変化値との比である。
【００９１】
このように、所定パルス幅のＰＷＭ制御信号をＰＷＭ信号生成部441から出力したときの無負荷出力電圧に対応させた電圧テーブル値Ｑnと、このＰＷＭ制御信号に基づいた出力電圧を現実に検出した出力電圧の値Ｖとの差による電圧補正項である（Ｑn−Ｖ／Ｍ）／Ｔ、及び、内部インピーダンスＺ及びこのときの出力電流による電流補正項であるＩ・Ｚ・ＳによってＮ番目のＰＷＭ基準値Ｐnを修正するように各ＰＷＭ基準値を補正してＰＷＭ制御信号を形成するものである。
【００９２】
従って、図８に示すように、出力電圧Ｖと出力電流Ｉとの間に位相差が生じる進相負荷が接続されたとき、又は遅相負荷が第１出力端子151及び第２出力端子152に接続されることにより、出力電圧と出力電流との位相差及び電流値などによって出力電圧が歪む場合であっても、瞬時瞬時の電流値Ｉに応じて出力電圧を補正する電流補正項（Ｉ・Ｚ・Ｓ）を有する修正値Ｙnであって、且つ、無負荷出力電圧とする電圧テーブル値Ｑnと検出した出力電圧Ｖとの差をも修正する電圧補正項を備えた修正値Ｙnによって各ＰＷＭ基準値Ｐnを修正するから、出力電圧と出力電流との位相差に拘わらず、常に出力電流の値が如何なる値であっても出力電圧の波形を適正な正弦波に近づける補正を行うことができる。
【００９３】
そして、この携帯用発電機100では、インバータ回路130及びローパスフィルタ140の特性によりＰＷＭ基準値の値が１だけ変化したときに第１出力端子151と第２出力端子152との間にＳボルトの電圧変化が生じるも、この出力電圧の変化値であるＳボルトに対応する電圧テーブル値Ｑnが１だけ変化するように出力電圧検出回路340の分圧比及び出力電圧信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する際のＡＤ変換比率を定めておけば、ＰＷＭ基準テーブルに記憶される各ＰＷＭ基準値と出力電圧値テーブルに記憶される各電圧テーブル値とを等しくしておくことができる。更に、ＰＷＭ基準値と電圧テーブル値とを等しくするように出力電圧検出回路340の分圧比やＡＤ変換比率を定めれば、前述の修正値Ｙnを求める際の定数Ｍ及び定数Ｔも１として中央制御手段310における演算を処理することができる。
【００９４】
又、更に出力電流検出回路330が出力する出力電流信号の値と出力電流自体の値との比、及び、出力電流信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する際のＡＤ変換比率を所定とし、出力電流の値に対するデジタル出力電流信号の値の比を電力回路101の内部インピーダンスＺとＰＷＭ基準値の値が１だけ変化したときの出力電圧の変化値であるＳとの積に等しくしておけば、中央制御手段310のアナログデジタル変換器411でデジタル信号とした出力電流信号の値を直接に電流補正項（Ｉ・Ｚ・Ｓ）の値として演算処理することができる。
【００９５】
従って、ＰＷＭ基準テーブルに記憶するＰＷＭ基準値の先頭値を０とし、このＰＷＭ基準値の０に基づいてデューティー比を５０パーセントとするＰＷＭ制御信号を形成するＰＷＭ信号生成部441を有する中央制御手段310では、出力電圧波形監視部433において、ＰＷＭ基準テーブルに記憶されているＰＷＭ基準値と出力電圧波形監視部433に入力される出力電圧信号の値との差から出力電圧波形監視部433に入力される出力電圧信号の値を減算するだけで各ＰＷＭ基準値Ｐnに対応した各修正値Ｙnを算出して記憶することができる。
【００９６】
そして、この検出した出力電流信号の値と出力電圧信号の値とによる各修正値Ｙnを各々のＰＷＭ基準値Ｐnから減算してＰＷＭ信号生成部441でＰＷＭ制御信号を形成すれば、第１出力端子151及び第２出力端子152の間に発生する出力電圧を正しい正弦波形状の電圧とすることができる。
尚、デューティー比を５０パーセントとするパルス信号をＰＷＭ制御信号として中央制御手段310から出力し、このパルス信号により出力電圧の０を示す出力電圧値信号が中央制御手段310に入力されるまでの微小時間は、インバータ回路130などの回路特性により予めプリセットして電圧テーブル値と検出された出力電圧値とを比較しているも、この微小時間差を矩形波形成回路317から入力されるゼロクロス信号に基づいて修正し、ＰＷＭ制御信号と第１出力端子151及び第２出力端子152に出力する出力電圧との関係を正しく調整することもある。
【００９７】
又、ＰＷＭ信号生成部441からＰＷＭ制御信号の出力を開始させるに際し、矩形波形成回路317からゼロクロス信号が中央制御手段310に入力されたときは、中央制御手段310は、同期運転制御部437の作動を開始する。
この同期運転制御部437は、ゼロクロス信号の入力間隔により第１出力端子151及び第２出力端子152間に発生している電圧の周波数が設定スイッチ318で設定された周波数と一致しているか否かを先ず判断する。
【００９８】
そして、周波数が一致していれば、出力電圧信号によりピーク電圧が設定スイッチ318で設定された電圧のピーク値と略等しいか否かの判断を行う。
このようにして、第１出力端子151と第２出力端子152との間に発生している電圧と設定スイッチ318により設定された周波数及び電圧とを比較し、設定値と一致しないと判断したときはＰＷＭ信号生成部441の作動を開始させることなく表示制御部425に異常信号を出力し、表示制御部425から運転状態表示部427に所要の表示信号を出力させる。
【００９９】
又、周波数及び電圧が設定値と一致しているときは、矩形波形成回路317からのゼロクロス信号の立ち上がりに合わせてＰＷＭ信号生成部441に作動を開始させ、ＰＷＭ基準テーブルのＰＷＭ基準値を先頭から読み出してＰＷＭ制御信号の出力を開始させる。
尚、ＰＷＭ信号生成部441の作動が開始すれば、前述の単独運転と同様に出力電圧波形監視部433によってＰＷＭ基準値を修正値Ｙで修正した修正基準値に基づいてＰＷＭ制御信号を形成する。
【０１００】
このようにして、インバータ回路130の作動が開始され、ローパスフィルタ140を介して単相交流電圧が第１出力端子151及び第２出力端子152の間に出力され、この単相交流電圧と第１出力端子151及び第２出力端子152の間に入力されている交流電圧との位相及び電圧を一致させつつ正しい正弦波形状の単相交流電圧を交流電源装置である当該携帯用発電機100から出力することができる。
【０１０１】
そして、同期運転を開始した後、同期運転制御部437は、ＰＷＭ信号生成部441がＰＷＭ基準値の先頭値である０に基づくＰＷＭ制御信号を出力する毎に当該中央制御手段310に入力されるゼロクロス信号の判定を行い、当該携帯用発電機100と他の発電機との位相調整制御を行う。
この同期運転時の出力電圧である単相交流電圧は、図７の（１）に示したように、ＰＷＭ基準値に基づいたＰＷＭ制御信号を出力すると、図７の（３）にaの正弦波として示すＰＷＭ基準信号の０と略一致したゼロクロス点を有する正弦波をローパスフィルタ140から出力させることになる。しかし、このローパスフィルタ140を介して当該携帯用発電機100が出力する電圧と他の発電機が出力する正弦波電圧との位相が図７の（３）にｃとして示すようにずれているとき、第１出力端子151及び第２出力端子152の間に発生する電圧は図７の（３）にｂとして示すように両電圧が合成された電圧となる。即ち、図７の（１）に示した基準正弦波のゼロクロス点に対して図７の（２）に示す正弦波となって出力電圧信号のゼロクロス点が基準正弦波のゼロクロス点とがずれることになる。
【０１０２】
従って、ＰＷＭ基準値の０に基づくＰＷＭ制御信号を出力したタイミングで、出力電圧のゼロクロス信号とされる矩形波がＬレベルであれば当該携帯用発電機100が出力する単相交流電圧が並列運転を行っている他の発電機が出力する電圧よりも位相が進んでいると判断し、ＰＷＭ制御信号とする基準正弦波の周期を長くする制御を同期運転制御部437は行う。
【０１０３】
又、ＰＷＭ基準値の０に基づくＰＷＭ制御信号を出力したタイミングで、出力電圧のゼロクロス信号とされる矩形波がＨレベルであれば、同期運転制御部437は基準正弦波の周期を短くする制御を行う。
このＰＷＭ制御信号により形成する基準正弦波の周期を調整するに際し、同期運転制御部437は、ＰＷＭ基準値をＰＷＭ基準テーブルから読み出すクロックの間隔を変更させるものである。
【０１０４】
このクロックの間隔は、ＰＷＭ基準値の読み出しクロックを形成する分周回路を制御し、１クロックの時間（ＰＷＭ変調周期における１ステップの時間間隔）を数パーセント乃至十パーセント程度長く又は短くしたクロック信号を、１周期を形成する百乃至数百クロックの内に数個乃至十個程度形成するものである。
このように、ＰＷＭ信号生成部441で形成するＰＷＭ制御信号による基準正弦波のゼロクロス点のタイミングで第１出力端子151及び第２出力端子152の間に発生している電圧の正負、即ち基準正弦波と出力電圧とのゼロクロス点のずれを検出し、基準正弦波の出力タイミングを調整するため、負荷の種類による出力電圧と出力電流との位相差に基づく影響を無くし、他の発電機と当該携帯用発電機100との出力電圧の位相差を正確に修正することができる。
【０１０５】
又、このＰＷＭ制御信号による基準正弦波の周波数調整は、クロック信号のパルス間隔、即ちＰＷＭ制御信号の出力間隔を数パーセント乃至十パーセント程度変更するのみであり、ＰＷＭ制御信号とするパルス信号の個数及び各ＰＷＭ制御信号の値であるＰＷＭ制御信号とした各パルスのパルス幅を変更しないため、ＰＷＭ制御信号が形成する基準正弦波や当該携帯用発電機100が出力する単相交流電圧の波形を滑らかに変化させつつ周期を調整変更することができる。
【０１０６】
そして、出力電圧波形監視部433は、前述のように、出力電圧値テーブルを有し、出力電圧テーブルから読み出した電圧テーブル値と出力電圧信号により読み取った出力電圧とを比較してＰＷＭ信号生成部441にＰＷＭ制御信号を形成するパルス信号のパルス幅を修正させているも、同期運転時に検出した出力電圧の値が電圧テーブル値に対して大きくなることが持続したとき、この変化量に合わせた係数をＰＷＭ基準値又は修正基準値に掛けることにより、ＰＷＭ制御信号のパルス幅を大きくする修正を行う。
【０１０７】
尚、単独運転時は、逆にＰＷＭ制御信号のパルス幅を小さくして出力電圧を小さくする修正を行うものであり、このＰＷＭ制御信号のパルス幅調整に合わせ、電圧テーブル値も修正して出力電圧波形監視部433における電圧テーブル値と出力電圧値との比較を行うものである。
このように、同期運転時に出力電圧が上昇したときは、ＰＷＭ制御信号とするパルス信号のパルス幅を大きくすることにより、当該携帯用発電機100のインバータ回路130及びローパスフィルタ140を介して出力する単相交流電圧の値を上昇させ、並列運転を行っている他の発電機から出力される電圧の変化に追従させることができる。
【０１０８】
又、この同期運転制御部437では、出力電流検出回路330からの出力電流値に基づき、ＰＷＭ制御信号のパルス幅の値を調整して出力電圧の調整も行うものである。
この出力電圧の調整は、出力電流信号により第１出力端子151又は第２出力端子152から出力する電流値が定格電流値の８５パーセント乃至９０パーセントとする所定の値を越えたとき、単相交流電圧の値を１パーセント程度低下させるようにＰＷＭ基準値又は修正基準値に更に係数を掛けることによってＰＷＭ制御信号とするパルス信号のパルス幅を僅かに小さくする変更と電圧テーブル値の修正変更とを行うものである。
【０１０９】
このように、出力電流値が定格電流値の近くまで大きくなったときは、出力電圧を僅かに低下させることにより、並列運転を行っている発電機の負荷分担を一方の発電機に片寄り過ぎないようにすることができる。
前述のように、中央制御手段310では、単独運転制御部435や並列運転制御部437と合わせて出力電圧波形監視部433及びＰＷＭ信号生成部441により第１出力端子151と第２出力端子152との間に生じる出力電圧が所定の正弦波形状となるようにＰＷＭ制御信号を形成しているも、このＰＷＭ制御信号を形成するためのＰＷＭ基準値の補正は、ＰＷＭ基準テーブルの前半周期のＰＷＭ基準値に対して加算又は掛け算を行うとき、ＰＷＭ基準テーブルの後半周期のＰＷＭ基準値に対しては減算又は割り算を行うことがある。
【０１１０】
即ち、前述のように、ＰＷＭ基準テーブルに記憶するＰＷＭ基準値の先頭値を０とし、このＰＷＭ基準値の０に対応させて形成するＰＷＭ制御信号におけるパルスのデューティー比を５０パーセントとし、順次ＰＷＭ基準値の値に基づくデューティー比を５０パーセントを越える値としてＰＷＭ基準値に対応させて正弦波状にパルス幅を変化させる前半周期とし、後半周期もＰＷＭ基準値の０をデューティー比の５０パーセントとすると共に、後半周期ではデューティー比を５０パーセントを基準に５０パーセントよりも小さい値としてＰＷＭ基準値の各値に対応させた正弦波状にパルス幅を変化させることによりＰＷＭ制御信号の１周期を形成するときは、１周期を通して加算又は減算などよるＰＷＭ基準値の補正を行うものである。
【０１１１】
そして、ＰＷＭ基準値を０でない所定の正の値とし、この所定の値を中心としてＰＷＭ基準値の値を正弦波状に所定値よりも大きく又所定値よりも小さくさせるように変化させたＰＷＭ基準テーブルを有し、このＰＷＭ基準テーブルに記憶された所定値であるＰＷＭ基準値の先頭とに基づいてデューティー比が５０パーセントとされるＰＷＭ制御信号をＰＷＭ信号生成部441で形成するときは、ＰＷＭ基準値の補正として、前半周期で加算を行うときは後半周期で減算を行い、前半周期で掛算を行うときは後半周期で割算を行うものである。
【０１１２】
このように、前半周期と後半周期とで加算と減算又は掛算と割算とを切り換えることにより、図９に示すように、第１出力端子151の出力電圧である第１出力電圧Ｖ1が第２出力端子152の出力電圧である第２出力電圧Ｖ2よりも大きい半周期では、第１出力電圧Ｖ1を下方修正した第１出力電圧ｖ1により両端子間の差電圧となる出力電圧Ｖを小さくし、第１出力電圧Ｖ1が第２出力電圧Ｖ2よりも小さい半周期においては第１出力電圧Ｖ1を大きくする修正を行って前半周期と同様に出力電圧Ｖを小さくすることができる。
【０１１３】
更に、この中央制御手段310は、回路保護部431により直流電圧発生回路110の制御を、又、スロットル開度制御部423によりエンジンの回転数制御を行っている。
この回路保護部431による直流電圧発生回路110の制御は、停止回路360によりサイリスタ制御回路170を介して行うものである。この停止回路360は、図３に示したように、ベースを中央制御手段310に接続したスイッチングトランジスタ361で構成し、スイッチングトランジスタ361のエミッタを接地し、このスイッチングトランジスタ361のコレクタをフォトカプラ175における発光ダイオード177のカソードに接続しているものである。
【０１１４】
この停止回路360によって直流電圧発生回路110の制御を行うに際しては、エンジンの始動時、回転数検出回路319から入力される回転数信号が安定して維持されるまでは回路保護部431から停止制御信号を停止回路360に出力し、発光ダイオード177を点灯させてサイリスタ制御回路170から導通信号を出力させないようにする。
【０１１５】
そして、エンジンの回転数が安定したとき、停止制御信号の出力を停止し、直流電圧検出回路320からの直流電圧信号により直流電源部120の電圧が１６０ボルト乃至２００ボルトの所定の電圧に達していることを確認し、単独運転制御部435又は同期運転制御部437の制御に基づきＰＷＭ信号生成部441からＰＷＭ制御信号の出力を開始する。
【０１１６】
更に、エンジンの制御は、エンジン回転速度検出部421及びスロットル開度制御部423によってスロットルドライバー313を介してスロットル制御機構315のパルスモータを正回転又は逆回転させることにより行う。
このエンジン回転数制御は、出力電流検出回路330からの出力電流信号に合わせてスロットル制御機構315から入力される開度信号を所定の値とし、又は、スロットル制御機構315のパルスカウンタのカウント値を所定の値とし、出力に合わせて所定のエンジン回転数をするものである。又、フォトカプラ175における発光ダイオード177のカソード電位により直流電圧発生回路110に導通信号を出力している時間の割合、即ちサイリスタ111の導通率に合わせてスロットル開度を修正して高効率の電圧変換を行っている。
【０１１７】
又、この携帯用発電機100では、定格電流を越える過電流が流れるとき、中央制御手段310の回路保護部431によって直流電圧発生回路110やインバータ回路130の動作を停止させる制御を行い、単相交流電圧の出力を停止することにより電力回路101の保護を図ると共に、過電流検出回路350により直流電圧発生回路110の動作を停止させる制御とを行っている。
【０１１８】
この電力回路101を保護する回路保護部431による制御は、出力電流値が定格電圧の１．２倍を越えたときは、数秒乃至数分間の持続時間が経過するとＰＷＭ信号生成部441から出力しているＰＷＭ制御信号の出力を停止させると共に、停止回路360に停止制御信号の出力を開始するものとしている。
そして、定格電流の１．２倍を越えた値に応じて出力電流値が大きいときは、短い持続時間で停止制御信号の出力を開始すると共にＰＷＭ信号生成部441にＰＷＭ制御信号の出力を停止させ、定格電流を越えた値が小さいときは、多少長い持続時間で停止制御信号の出力開始及びＰＷＭ制御信号の出力停止制御を行い、単相交流電圧の出力を停止させる。又、出力電流の値が定格電圧の２倍余りに達したときは、直ちにＰＷＭ制御信号の出力を停止させると共に停止制御信号の出力を開始して単相交流電圧の出力を停止させる。
【０１１９】
更に、直流電圧検出回路320で検出する直流電圧の値や出力電圧検出回路340で検出する出力電圧の値が異常に高くなったとき、又、出力電圧が設定されている値である例えば１００ボルトよりも大きく低下したときや１００ボルトよりも低い電圧が持続したときなど、電力回路101に異常電圧が発生したことを検出したときも回路保護部431は停止制御信号を停止回路360に出力し、且つ、ＰＷＭ信号生成部441にＰＷＭ制御信号の出力を停止させることによって第１出力端子151及び第２出力端子152からの単相交流電圧の出力を停止させる。
【０１２０】
又、中央制御手段310とは別に設けている過電流検出回路350は、出力電流の値が定格電圧の２倍近くに達したとき、フォトカプラ175にＬレベルの停止信号を出力してサイリスタ制御回路170が直流電圧発生回路110に出力している導通信号の出力を停止させる。
このため、出力電流の値が定格電圧の２倍近くに達したときは、直流電圧発生回路110の各サイリスタ111が不導通状態とされ、直流電源部120への交流発電機50からの電力供給が停止される。従って、直流電源部120の出力電圧は降下する。
【０１２１】
従って、直流電源部120の出力電圧をＰＷＭ制御によって交流電圧とし、一定のデューティー比とされたＰＷＭ制御信号による第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号により形成される第１出力端子151と第２出力端子152の電位差である出力電圧は低下し、負荷電流も減少させて出力電流が定格電流の２倍余りを越えて直ちに単相交流電圧の出力が停止されることや、出力電流値が定格電流の１．２倍を大きく越えて極めて短時間で単相交流電圧の出力が停止されることが防止できる。
【０１２２】
尚、過電流検出回路350は、出力電流検出回路330で定格電流値の２倍近くの電流値を検出したときに停止信号を出力するように基準電圧を設定する場合に限るものでなく、定格電流値の１．５倍を越える電流が流れようとするときに直流電圧発生回路110の整流動作を停止させ、直流電源部120への交流発電機50からの電力供給を停止し、出力電圧を低下させるようにする場合など、電力回路101を形成する素子の特性や耐久性、及び、安全基準に合わせ、中央制御手段310に停止制御信号を出力させる際の出力電流値と共に適宜の値として設定するものである。
【０１２３】
このように、この携帯用発電機100は、出力電流を検出して出力電流信号を出力する出力電流検出回路330と、出力電流信号に基づいて出力電流の増大に合わせて上昇する基準電圧と直流電源部120の出力電圧を分圧した検出電圧とを比較して導通制御信号を出力する導通制御信号形成回路510と、導通制御信号により直流電圧発生回路110に導通信号を出力して直流電圧発生回路110における各サイリスタ111の導通不導通を制御するサイリスタ制御回路170とによる定電圧制御部500を備えているため、負荷が第１出力端子151及び第２出力端子152に接続され、出力電流によって直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDまで降下するよりも僅かに早く導通制御信号形成回路510から導通制御信号を出力して各サイリスタ111の導通開始を早めることができる。
【０１２４】
このため、高負荷が第１出力端子151及び第２出力端子152に接続され、出力電流が大きいために直流電圧発生回路110から直流電源部120への電流供給が断続する際に、直流電源部120からの電流流出量に対する直流電圧発生回路110からの電流供給とのずれにより直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDよりも低くなることを防止し、出力電流が大きい場合にも所定のデューティー比によるＰＷＭ制御信号を用いてインバータ回路130により交流変換を行っても、第１出力端子151及び第２出力端子152からの出力電圧の低下を防止することができる。又、第１出力端子151及び第２出力端子152からの出力電圧を調整するためにＰＷＭ制御信号のデューティー比を変更する場合であっても、出力電流の大きな状態では直流電源部120の出力電圧に電圧降下がないため、一定の出力電圧を保持するために必要なデューティー比の増加を少なくし、電力回路101に流れる電流の増加を押さえ、電力回路101発熱などのエネルギーロス増加を少なくすることができるものである。
【０１２５】
尚、上記実施の形態は、定電圧制御部500として導通制御信号形成回路510と出力電流検出回路330及びサイリスタ制御回路170とによる回路構成で形成しているも、導通制御信号形成回路510を省略した携帯用発電機100とし、出力電流検出回路330からの出力電流信号が入力される中央制御手段310の内部に定電圧制御部500を形成するようにプログラムを行い、直流電圧検出回路320から中央制御手段310に入力される直流電圧信号に基づいてサイリスタ制御回路170から導通信号の出力を制御して直流電源部120の電圧を一定に保ちつつ、出力電流検出回路330からの出力電流信号に基づいて導通信号の出力タイミングを調整することもある。
【０１２６】
【発明の効果】
請求項１に記載した本発明は、交流発電機を回転させて交流電圧を形成し、この交流電圧をサイリスタを用いた直流電圧発生回路により一旦直流化して直流電源部に充電を行い、直流電源部の直流出力電圧からインバータ回路により所定の周波数にして且つ一定の電圧とした単相交流電圧を形成して出力する携帯用発電機であって、直流電源部の電圧を検出してサイリスタの導通角を制御することにより直流電源部の直流電圧を略一定値とする制御を行うと共に、インバータ回路に流れる電流値が大きくなるとサイリスタの導通開始を早くする制御を行う定電圧制御部を有する携帯用発電機である。
【０１２７】
従って、高負荷が接続された場合でも、出力電圧値の低下を防止し、効率よく安定した電圧を出力させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る携帯用発電機の全体を示すブロック図。
【図２】本発明に係る携帯用発電機の電源部を主とする回路ブロック図。
【図３】本発明に係る携帯用発電機の検出回路を主とする回路ブロック図。
【図４】直流電圧発生回路におけるサイリスタの導通状態を示すグラフ。
【図５】本発明に係る携帯用発電機の出力電流と直流電圧との関係を示すグラフ。
【図６】本発明に係る携帯用発電機の中央制御手段の概要を示すブロック図。
【図７】本発明に係る携帯用発電機の電圧出力状態を示すグラフ。
【図８】出力電圧と出力電流との位相差の一例を示すグラフ。
【図９】出力電圧の修正状態を示すグラフ。
【図１０】従来の携帯用発電機の一例を示す回路ブロック図。
【図１１】出力電圧を示す模式図。
【図１２】従来の他の携帯用発電機の例を示す回路ブロック図。
【図１３】従来の携帯用発電機における出力電圧及び出力電流と直流電圧との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
５０ 交流発電機
５１ 三相出力巻線 ５５ 単相出力巻線
１００ 携帯用発電機
１０１ 電力回路
１１０ 直流電圧発生回路
１１１ サイリスタ １１５ 整流ダイオード
１２０ 直流電源部 １２１ 主平滑コンデンサ
１３０ インバータ回路
１４０ ローパスフィルタ
１５１ 第１出力端子 １５２ 第２出力端子
１６０ ゲート電圧発生回路
１７０ サイリスタ制御回路
２０１ 制御電源部
２１０ 平滑回路
２２１ 第１定電圧回路 ２２５ 第２定電圧回路
２３０ レギュレータ ２３５ 定電圧回路
２４０ 電圧制御回路
２５０ ＰＷＭ信号発生回路
２５５ インバータドライブ回路
２６０ 過負荷検出回路 ２６５ 演算回路部
２６９ 過負荷検出回路
２７０ 正弦波発生回路 ２８１ 三角波発生回路
２８５ ＰＷＭ制御信号発生回路
２９１ 矩形波発生回路 ２９３ 始動タイミング回路
２９５ 矩形波発生回路 ２９７ 位相比較回路
２９９ 限界値検出回路
３１０ 中央制御手段
３１１ ＰＷＭドライバー ３１３ スロットルドライバー
３１５ スロットル制御機構 ３１７ 回転数検出回路319
３２０ 直流電圧検出回路
３３０ 出力電流検出回路 ３４０ 出力電圧検出回路
３５０ 過電流検出回路
４３２ スロットル開度制御部 ４３１ 回路保護部
４３３ 出力電圧監視部 ４３５ 単独運転制御部
４３５ 同期運転制御部 ４４１ ＰＷＭ信号生成部
５００ 定電圧制御部
５１０ 導通制御信号形成回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにより発電機を回転させることにより１００ボルトなどの交流電圧を出力させる携帯用発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンを用い、所要の場所に移動させることが可能であり、且つ、数キロワット程度の出力を行うことのできる小型の発電機が多用されるようになってきた。
この移動させることを可能とした携帯用発電機としては、平均出力電圧を１００ボルト程度とし、エンジンの回転数を一定回転数とすることにより５０ヘルツ又は６０ヘルツとする単相交流電圧を出力する発電機があった。
【０００３】
しかし、最近では、エンジンにより回転させる交流発電機の出力電圧を一旦直流電圧に変換し、更にインバータを用いて５０ヘルツ又は６０ヘルツの一定周波数とする出力電圧を形成するものがある（例えば、特開昭６３−１１４５２７号、特開昭６３−３０２７２４号）。
尚、エンジンを用いて数キロワット乃至十キロワット程度の出力を可能とされる小型の携帯用発電機は、使用場所に持ち込み、常に移動可能な状態で発電作動を行わせる場合のみでなく、特定の場所での使用期間が継続する場合などは、固定的に据え付けて作動させることもある。
【０００４】
このインバータを採用した携帯用発電機では、図１０に示すように、エンジンにより回転させる交流発電機50、及び、整流用ダイオード115とサイリスタ111を用いた直流電圧発生回路110、所要個数のコンデンサを並列とした大容量コンデンサ121による直流電源部120、更にパワートランジスタを用いたインバータ回路130とローパスフィルタ140を有する。更に、この直流電圧発生回路110やインバータ回路130などの電力回路を駆動制御するための制御用回路として、ＰＷＭ信号発生回路250や電圧制限回路240、過負荷検出回路260、インバータドライブ回路255などを有する。又、この携帯用発電機100は、これらの制御用回路を駆動する電源部としての平滑回路210及び定電圧回路235なども有する。
【０００５】
このエンジンにより回転子を回転させる交流発電機50は、三相出力巻線51と単相出力巻線55とを有する発電機が多く利用される。三相出力巻線51は、最大出力を数百ボルトとして数十アンペア程度の出力を可能とし、単相出力巻線55は、数十ボルトにして数十アンペア程度の出力を可能とするものが多い。
この三相出力巻線51の出力端子が接続される直流電圧発生回路110は、３個の整流用ダイオード115と３個のサイリスタ111とを用いた整流ブリッジ回路により構成され、この整流ブリッジ回路の両出力端子を直流電源部120とする主平滑コンデンサ121の両端に接続してコンデンサ121に充電を行うものである。
【０００６】
尚、直流電圧発生回路110における各サイリスタ111のゲート端子は、電圧制限回路240に接続し、各サイリスタ111の導通角を制御することにより直流電源部120とした主平滑コンデンサ121の両端電圧を調整している。
そして、インバータ回路130は、４個のパワートランジスタを用いたブリッジ回路により構成している。このインバータ回路130では、第１トランジスタ131と第３トランジスタ133とを直列として直流電源部120に接続し、第２トランジスタ132と第４トランジスタ134とを直列として直流電源部120に接続している。又、第１トランジスタ131と第３トランジスタ133との中点はローパスフィルタ140を介して第１出力端子151に接続し、第２トランジスタ132と第４トランジスタ134との中点はローパスフィルタ140を介して第２出力端子152に接続している。更に、第１トランジスタ131のベースと第４トランジスタ134のベースとを共通としてインバータドライブ回路255に接続し、第２トランジスタ132のベースと第３トランジスタ133のベースとを共通としてインバータドライブ回路255に接続している。
【０００７】
このインバータドライブ回路255から第１トランジスタ131及び第４トランジスタ134に出力する第１ＰＷＭ信号、及び、第２トランジスタ132及び第３トランジスタ133に出力する第２ＰＷＭ信号は、数キロヘルツ以上の高周波数としたパルス信号であり、各パルス信号のパルス幅を５０ヘルツ又は６０ヘルツの周期で順次変化させ、パルス幅の変化量は正弦波状に順次増加又は減少させる信号としている。
【０００８】
そして、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とを逆位相としている。このため、第１ＰＷＭ信号により第１トランジスタ131と第４トランジスタ134とを導通させて第１トランジスタ131と第３トランジスタ133との中点を直流電源部120の電圧ＶDとするとき、第２トランジスタ132と第４トランジスタ134との中点は０ボルトとされ、又、第２ＰＷＭ信号により第２トランジスタ132と第３トランジスタ133とを導通させるとき、第１トランジスタ131と第３トランジスタ133との中点を０ボルトとし、第２トランジスタ132と第４トランジスタ134との中点を直流電源部120は電圧ＶDとされる。
【０００９】
この第１トランジスタ131と第３トランジスタ133との中点電位は、図１１のＡに示すように、０ボルトと直流電源120の電圧ＶDとが高速で切り換わり、且つ、直流電源電圧ＶDの持続時間が順次変化する。又、第２トランジスタ132と第４トランジスタ134との中点電位も、図１１のＢに示すように、直流電源120の電圧ＶDと０ボルトとが高速で切り換わり、直流電源電圧ＶDの持続時間が順次変化する。
【００１０】
このため、ローパスフィルタ140を通過した第１出力電圧と第２出力電圧は、図１１に示すように、５０ヘルツ又は６０ヘルツの正弦波電圧とされ、且つ、第１出力端子151の電圧と第２出力端子152の電圧とは、最大値及び最小値を半周期ずらせた５０ヘルツ又は６０ヘルツの交流出力電圧として形成される。
又、交流発電機50の単相出力巻線55は、図１０に示したように、制御用電源回路における平滑回路210に接続している。
【００１１】
この平滑回路210は、整流用ダイオード211及び平滑用コンデンサ215で構成し、単相出力巻線55の出力端子と平滑用コンデンサ215との間に整流用ダイオード211を挿入し、単相出力巻線55の出力電圧により平滑用コンデンサ215に充電して直流電圧を形成するものとしている。
尚、整流用ダイオード211は、図１０に示したように１個に限るものでなく、４個の整流用ダイオードを用いて全波整流ブリッジとして平滑用コンデンサを充電することもある。
【００１２】
そして、平滑回路210の出力端子を定電圧回路235に接続し、この定電圧回路235により制御回路を駆動する所定の電圧を形成している。
又、この定電圧回路235は、−側の端子を直流電源部120の＋側と接続し、定電圧回路235の＋側端子を電圧制限回路240やＰＷＭ信号発生回路250、インバータドライブ回路255に接続している。
【００１３】
この電圧制限回路240は、抵抗器や比較器を用いて構成し、第１基準電圧用抵抗器245と第２基準電圧用抵抗器246とを直列として定電圧回路235の＋側端子と直流電源部120の＋側端子との間に挿入し、第１基準電圧用抵抗器245と第２基準電圧用抵抗器246との中点を比較器243の基準入力端子に接続している。又、第１分圧抵抗器248と第２分圧抵抗器249とを直列として定電圧回路235の＋側端子と直流電源部120の−側端子との間に挿入し、第１分圧抵抗器248と第２分圧抵抗器249との中点を比較器243の比較入力端子に接続している。
【００１４】
更に、比較器243の出力端子は、制御用抵抗器241を介して定電圧回路235の＋側端子に接続すると共に、直流電圧発生回路110における各サイリスタ111のゲート端子にも接続している。尚、各サイリスタ111のゲート端子に比較器243の出力端子を接続するに際しては、保護抵抗器117を介して接続している。
従って、この電圧制限回路240では、制御用電源回路の定電圧回路235で形成された一定電圧を第１基準電圧用抵抗器245と第２基準電圧用抵抗器246とにより分圧することによって一定の基準電圧を形成し、この常に一定電圧とされた基準電圧を比較器243の基準入力端子に入力することができる。
【００１５】
又、直流電源部120の出力電圧と定電圧回路235で形成する一定電圧とを加算した電圧を第１分圧抵抗器248と第２分圧抵抗器249とにより分圧して検出電圧を形成し、この検出電圧を比較器243の比較入力端子に入力することができる。
このため、比較入力端子に入力される検出電圧は直流電源部120の電圧変動により変動し、この検出電圧が第１基準電圧用抵抗器245と第２基準電圧用抵抗器246とにより形成した基準電圧よりも低いときは、比較器243の出力は＋電位とされる。
【００１６】
従って、サイリスタ111のゲート電位をサイリスタ111のカソード電位よりも高くすることができ、制御用抵抗器241を介してゲート電流を各サイリスタ111に供給し、各サイリスタ111を導通状態とすることになる。このため、三相出力巻線51の出力電圧が直流電源部120の電圧よりも高電圧になると直流電源部120に電力を供給し、直流電源部120の電圧を上昇させる。
【００１７】
又、直流電源部120の電圧が上昇して比較器243に入力される検出電圧が基準電圧に等しくなると、比較器243の出力は０となり、各サイリスタ111のゲート電位がカソード電位と等しくなり、各サイリスタ111は不導通状態となる。
このように、電圧制限回路240により、直流電源部120で形成される電圧が一定電圧よりも低くなると交流発電機50から充電を行い、一定電圧に達すると充電を停止させるため、直流電源部120の出力電圧としては、１７０ボルト乃至２００ボルト程度として電圧制限回路240により設定する一定の電圧ＶDを常に保持することができる。
【００１８】
そして、インバータ回路130により第１出力端子151及び第２出力端子152の電位を５０ヘルツ又は６０ヘルツの一定周期にて変化させ、第１出力端子151の電圧と第２出力端子152の電圧との電位差の最大を１４１ボルトして平均電圧を１００ボルトとする単相交流電圧を出力させる。
このインバータ回路130を制御するＰＷＭ制御信号を形成するＰＷＭ信号発生回路250は、５０ヘルツ又は６０ヘルツなどの基準正弦波と三角波とによりＰＷＭ制御信号を形成してインバータドライブ回路255に出力するものである。
【００１９】
そして、ＰＷＭ信号発生回路250の基準正弦波は、出力端子から出力する電圧の周波数である５０ヘルツ又は６０ヘルツなどの所定の周波数に合わせて形成するものであり、この基準正弦波の電圧と三角波の電圧の比率を調整し、インバータ回路130に入力する直流電源部120の出力電圧ＶD及びインバータ回路130やローパスフィルタ140の特性によりＰＷＭ制御信号とするパルス信号の周波数、及び、パルス幅とパルス幅の変化量とを決定している。
【００２０】
更に、この携帯用発電機100では、直流電源部120とインバータ回路130との間に検出用抵抗器261を挿入した過負荷検出回路260を設けている。
この過負荷検出回路260は、検出用抵抗器261と演算回路部265とにより構成し、定格電流値を越える電流値を検出したとき、定格を越えた大きさにより時間を加味して停止信号をインバータドライブ回路255に出力するものである。
【００２１】
この演算回路部265は、比較器やコンデンサ、及び、抵抗器を用いた種々の回路が用いられ、電力回路を構成する素子の特性を加味し、多くの場合、定格電流の２倍の電流が流れたときは直ちに停止信号を出力してインバータドライブ回路255から出力している第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号の出力を停止させる。又、定格電流を僅かに越える電流を検出したときは、数秒乃至数分間の時間が持続したときに停止信号をインバータドライブ回路255に出力するものとしている。
【００２２】
このように、直流電圧発生回路110により三相交流を一旦整流し、直流電源部120で形成した直流電圧をインバータ回路130により再度交流電圧とする携帯用発電機100は、交流発電機50の回転数、即ちエンジンの回転数を変化させて常に負荷に応じた電力を形成しつつ、一定に安定させた周波数及び電圧の交流出力電圧を形成することができる。
【００２３】
従って、負荷の変動に合わせてエンジンの回転数を調整し、高負荷の場合には回転数を高くし、低負荷の場合は回転数を低めとし、負荷に合わせて必要なエネルギーをエンジンから発生させれば足りるため、負荷に応じた出力調整が容易であり、且つ、効率の良い携帯用発電機100とすることができる。
そして、定格出力を越える過負荷状態となったときは、過負荷の状態に合わせて瞬時に、又は所定時間の経過によりインバータ回路130の作動を停止させ、出力電圧を０として回路全体などの安全を保ちつつ定格出力とされる数キロワット程度の範囲内で負荷とされた各種電気機器を作動させることができる。
【００２４】
このように、インバータ回路130を用いたエンジン付きの携帯用発電機100は、商用電源と同じ１００ボルトの単相交流電力を出力できるため、近年、種々の一般電気機器の電源として利用されるようになってきた。
そして、このような携帯用発電機100として、単相交流電力の出力電圧値調整や電圧位相調整を行って並列運転が可能とされるものもある。
【００２５】
この出力電圧値や電圧位相の調整を行うことができる携帯用発電機100では、携帯用発電機100の第１出力端子151及び第２出力端子152から出力する交流出力電圧や交流出力電流を検出し、例えば並列運転を行う他の発電機の出力電圧及び位相と当該携帯用発電機100が出力する単相交流電力の電圧値及び位相とを一致させるようにした出力電圧を常に出力するようにＰＷＭ信号発生回路250を制御するものである（例えば、特開平５−４９１７４号、特開平５−２３６６５８号、特開平５−２４４７２６号）。
【００２６】
又、電圧値の調整は、並列運転を行う場合のみでなく、単独運転を行う場合においても、出力端子に接続する負荷の種類や負荷の大きさによる電圧変動を防止するために行われることもある（例えば、特開平５−２１１７７７号）。
これらの携帯用発電機100では、多くの場合、図１２に示すように、ローパスフィルタ140の後段で第１出力端子151と第２出力端子152との間に出力電圧検出回路340を挿入し、又、ローパスフィルタ140の後段に出力電流検出回路330を挿入し、第１出力端子151及び第２出力端子152から出力する単相交流出力の電圧及び電流を検出してＰＷＭ信号発生回路250を制御している。
【００２７】
尚、この携帯用発電機100も、図１０に示した携帯用発電機100と同様に、交流発電機50の単相出力巻線55を平滑回路210及び定電圧回路235で構成する制御電源部201に接続し、単相出力巻線55の出力電圧を平滑回路210で平滑化し、定電圧回路235により所定電圧の制御用電圧Ｖccを形成している。尤も、制御回路を構成する素子に合わせ、制御電圧としては＋Ｖcc電圧と、−Ｖcc電圧とを制御電源部201により形成することがある。
【００２８】
又、三相出力巻線51の出力端子は、サイリスタと整流ダイオードとを用いた整流ブリッジ回路である直流電圧発生回路110に接続し、三相出力巻線51の出力電圧を整流して直流電源部120である大容量コンデンサを充電することにより直流電圧を形成し、この直流電圧をインバータ回路130に入力して単相交流電圧を形成することも前述の従来技術と同様である。
【００２９】
そして、ＰＷＭ信号発生回路250は、基準正弦波を形成する正弦波発生回路270と、三角波発生回路281、及び、ＰＷＭ制御信号を形成するＰＷＭ制御信号発生回路285とで構成され、正弦波発生回路270では正確な５０ヘルツ又は６０ヘルツの基準正弦波を形成し、三角波発生回路281では数キロヘルツ乃至十数キロヘルツ程度の高周波数の三角波を形成し、ＰＷＭ制御信号発生回路285では基準正弦波と三角波とを合成してパルス幅が順次変化するパルス列とされたＰＷＭ制御信号を形成するものである。
【００３０】
更に、この正弦波発生回路270は、数メガヘルツ乃至十数メガヘルツの高周波信号を出力する発振回路271と、発振回路271が出力する高周波信号を分周して１０キロヘルツ程度のクロック信号を形成する分周回路273、多段分圧抵抗器により多数の異なる電位を形成し、且つ、クロック信号により作動するマルチプレクサで異なる電位を順次選択して５０ヘルツ又は６０ヘルツの階段状正弦波を形成して出力する疑似正弦波形成回路275、及び、疑似正弦波形成回路275が出力する階段状正弦波のピーク電圧を調整する電圧調整回路277と階段状正弦波から滑らかな正弦波を形成するローパスフィルタ279とで形成されている。
【００３１】
又、出力電圧検出回路340から出力される電圧検出信号は、矩形波形成回路291に入力して交流出力電圧のゼロクロスポイントを立ち上がりエッジ及び立ち下りエッジとする矩形波信号を形成し、この矩形波信号とされたゼロクロス信号を始動タイミング回路293及び位相比較回路297に入力するものとしている。
この始動タイミング回路293は、正弦波発生回路270における疑似正弦波形成回路275のリセットを解除することにより、疑似正弦波形成回路275から疑似正弦波の出力を行わせるものである。
【００３２】
そして、疑似正弦波形成回路275をリセット状態として正弦波発生回路270から基準正弦波を出力していない状態、即ちインバータ回路130が作動していないときに出力電圧検出回路340が第１出力端子151及び第２出力端子152間の電圧変化を検出すれば、始動タイミング回路293は矩形波形成回路291からのゼロクロス信号に合わせて疑似正弦波形成回路275のリセットを解除し、正弦波発生回路270が出力する基準正弦波の位相と第１出力端子151及び第２出力端子152との間に発生している電圧の位相とを一致させるものである。
【００３３】
尚、疑似正弦波形成回路275の作動開始に際し、所定時間内に始動タイミング回路293にゼロクロス信号が入力されないときも、疑似正弦波形成回路275のリセットを解除して正弦波発生回路270から基準正弦波の出力を開始させる。
そして、出力電流検出回路330からの電流検出信号は、矩形波形成回路295、過負荷検出回路269、及び、限界値検出回路299に入力し、矩形波形成回路295では出力電流の位相に合わせたゼロクロス信号を、過負荷検出回路269では定格電流を越えたときに停止信号を、限界値検出回路299では定格電流以下の電流値で所定の下限値及び上限値の範囲を越える電流値のときに電圧調整信号を形成するものとしている。
【００３４】
この矩形波形成回路295は、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号に基づき、交流出力電流のゼロクロスポイントを立ち上がりエッジ及び立ち下りエッジとする矩形波信号を形成し、この矩形波信号をゼロクロス信号として位相比較回路297に入力するものである。
この位相比較回路297は、電流検出信号に基づくゼロクロス信号と電圧検出信号に基づくゼロクロス信号とにより出力電流の位相と出力電圧の位相とを比較し、電流位相が電圧位相よりも遅相状態の場合は加算信号を位相調整信号として分周回路273に出力し、又、電流位相が電圧位相よりも進相状態の場合は減算信号を位相調整信号として分周回路273に出力する。
【００３５】
そして、正弦波発生回路270における分周回路273では、高周波信号を分周して数キロヘルツ乃至十数キロヘルツのクロック信号を形成するに際し、位相比較回路297から加算信号が入力されるとクロック信号の数百パルス毎に１パルスを追加する。又、位相比較回路297から減算信号が入力されるとクロック信号の数百パルス毎に１パルスを間引くようにしてクロック信号を形成する。
【００３６】
このように、電流位相が電圧位相よりも遅れているときはクロック信号のパルスを増加させて疑似正弦波ひいては基準正弦波の位相を僅かに進め、電流位相が電圧位相よりも進んでいるときはクロック信号のパルスを間引くことにより基準正弦波の位相を僅かに遅らし、ＰＷＭ制御信号の位相を調整して当該携帯用発電機100が出力する単相交流電圧の位相を調整する。
【００３７】
又、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号が入力される過負荷検出回路269は、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号に基づき、定格電流を大きく越えるときは直ちに停止信号を出力し、定格電流を小さく越えるときは時間積分を行って所用時間後に停止信号を出力するものである。そして、この停止信号は電圧制御回路240及びインバータドライブ回路255に入力し、電圧制御回路240が出力するゲート電流を遮断して直流電圧発生回路110の作動を停止させ、且つ、インバータドライブ回路255が出力している第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号の出力を停止させてインバータ回路130の作動も停止させるものである。
【００３８】
更に、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号が入力される限界値検出回路299は、電流上限値と電流下限値とが設定されている回路であり、電流検出信号の電流値が電流下限値以下になると第１出力端子151及び第２出力端子152間の電圧である出力電圧を僅かに増加させるように基準正弦波のピーク値（振幅）を減少又は増加させる電圧調整信号を電圧調整回路277に出力する。又、電流検出信号の電流値が電流電流上限値以上になると第１出力端子151及び第２出力端子152間の電圧である出力電圧を僅かに減少させるように基準正弦波のピーク値を増加又は減少させる電圧調整信号を電圧調整回路277に出力するものである。
【００３９】
このように、定格電流の範囲内で電流上限値と電流下限値とを設定し、第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号信号のデューティー比を調整することにより出力電圧の微調整を可能としているため、発電機を並列運転している状態において、負荷の分担が少ない場合には出力電圧を僅かに上昇させて出力電流を増大させ、又、負荷への供給電流が定格電流の限界に近い場合は出力電圧を僅かに降下させて各携帯用発電機100に負荷の分担を効果的に行っている。
【００４０】
又、並列運転を行わない場合、即ち、携帯用発電機100を単独運転によって単機で使用する場合、負荷の容量や種類によって出力電圧が変動するため、出力電圧検出回路340で検出するピーク電圧に基づき、電圧調整回路277の増幅率又は三角波発生回路281から出力させる三角波の電圧などを調整し、出力電圧である単相交流電圧の電圧値を安定させるようにしているものがある。
【００４１】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、エンジンの回転により駆動される三相発電機で交流電圧を発生させ、サイリスタを用いた直流電圧発生回路で整流し、大容量コンデンサを用いた直流電源部に充電を行い、この直流電源部の直流電圧からインバータ回路により一定周波数にして一定電圧とする単相交流電圧を形成する携帯用発電機は、効率的に一定電圧とした単相交流電圧を出力することが容易にできる。
【００４２】
しかし、負荷が大きくなり、出力電力が携帯用発電機の定格出力容量に近くなったとき、出力電圧が低下する場合があった。
又、高負荷が接続されたとき、ＰＷＭ信号のパルス幅を調整して出力電圧の低下を防止する携帯用発電機も提案されているが、出力電流の増大時にＰＷＭ信号のパルス幅を変更して出力電圧を維持させると、電力回路の発熱が多くなり、エンジン出力に対する出力電力への変換効率が低下する問題があった。
【００４３】
この出力電流が増大して携帯用発電機の定格出力容量に近い高負荷状態となったときに生じる問題は、図１３に示すように、出力電圧Ｖを一定に保ちつつ負荷が大きくなると出力電流Ａが大きくなり、直流電源部の出力電圧ＶDに変動が生じるため、低負荷時と同じ一定パルス幅のＰＷＭ信号によってこの直流電圧ＶDを単相交流電圧に変換した際、出力電圧に低下が生じるものである。又、インバータ回路への入力電圧である直流電圧が僅かに降下したとき、ＰＷＭ信号のパルス幅を変更してインバータ回路への流入電流を増大させ、インバータ回路の出力電圧におけるデューティー比を大きくして出力端子からの出力電圧を維持したとき、電力回路の発熱が急増するものである。
【００４４】
そして、この直流電圧の脈動を防止するには、直流電源部のコンデンサ容量を大きくすることにより脈動を低減させることが可能であるも、本件出願の出願人は、サイリスタを用いた直流電圧発生回路とする整流回路の効率を改善することにより、高負荷の場合にも出力電圧の変動を防止して効率よく対応することができる携帯用発電機とする目的を達成したものである。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンにより駆動される交流発電機（50）によって交流電圧を発電し、この交流電圧を直流電圧発生回路（110）とするサイリスタ整流回路で整流して直流電源部（120）に充電を行ない、直流電源部（120）に充電して形成した直流電圧をインバータ回路（130）により所定周波数にして一定電圧の単相交流電圧として出力端子（151,152）から出力する携帯用発電機（100）であって、直流電源部（120）の電圧を検出して基準電圧との比較結果に応じて直流電圧発生回路（110）におけるサイリスタ（111）の導通角を制御することにより直流電源部（120）の直流電圧を略一定値とする制御を行うと共に、直流電源部（ 120 ）からインバータ回路（130）に流れる電流値を検出してインバータ回路（130）に流れ込む電流値が大きくなるとこの電流値の増大に合わせて基準電圧を高くし、サイリスタ（111）の導通開始を早くする制御をも行う定電圧制御部（500）を設けた携帯用発電機（100）とする。
【００４６】
このように、インバータ回路（130）に流れる電流が大きくなるとサイリスタ（111）の導通開始を早くする定電圧制御部（500）を設けているため、負荷が大きく、出力電流が大きい場合には直流電圧発生回路（110）によって直流電源部（120）を充電する電流を増大させ、負荷電流が大きくても直流電源部（120）が出力する直流電圧が低下することを防止し、出力端子（151,152）からの出力する電圧の降下を防止することができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る携帯用発電機は、数キロワット乃至十キロワット程度の出力を有するエンジンにより交流発電機を回転させ、交流発電機の三相出力電圧を一旦直流化し、インバータ回路により交流化して単相交流出力電圧を形成するものであり、使用場所でこまめに移動させて使用し、又、使用場所に持ち込んで固定した据え付け状態として作動させることもある携帯用発電機である。
【００４８】
この携帯用発電機は、エンジンにより回転子を回転させる交流発電機50を有し、図１に示すように、直流電圧発生回路110や直流電源部120及びインバータ回路130を主とする電力回路101を有し、電力回路101の出力端子から出力する出力電圧の周波数を設定し、且つ、各部に設けた検出回路からの検出信号に基づいて携帯用発電機100の全体を制御する中央制御手段310としてのマイクロコンピュータを有し、この制御手段や検出回路などの動作電力を形成する制御電源部201を有する携帯用発電機100としている。
【００４９】
この中央制御手段310は、設定スイッチ318により出力電圧の周波数を５０ヘルツ又は６０ヘルツなどの所定の一定周波数に設定し、電力回路101に設けた直流電圧検出回路320や出力電流検出回路330及び出力電圧検出回路340からの検出信号に基づいてインバータ回路130の動作を制御し、更に、回転数検出回路319からの検出信号及びスロットル制御機構315からの開度信号に基づいてエンジンスロットルの開閉制御も行う。
【００５０】
尚、設定スイッチ318としては、周波数の設定の他、出力電圧の調整設定も可能としている。
この携帯用発電機100における交流発電機50は、三相出力巻線51と単相出力巻線55とを有し、三相出力巻線51は電力回路101に接続し、単相出力巻線55は制御電源部201に接続している。
【００５１】
そして、三相出力巻線51の出力端子は、図１に示したように、３個の整流用ダイオード115と３個のサイリスタ111とを用いた整流ブリッジによる直流電圧発生回路110に接続すると共に、ゲート電圧発生回路160にも接続している。
この直流電圧発生回路110は、各整流用ダイオード115のカソードと各サイリスタ111のアノードとの接続点を各々三相出力巻線51の各出力端子に接続し、各整流用ダイオード115のアノードをまとめて直流電源部120の−側端子とインバータ回路130とに接続し、各サイリスタ111のカソードをまとめて直流電源部120の＋側端子とインバータ回路130とに接続している。
【００５２】
又、三相出力巻線51の出力端子に接続されるゲート電圧発生回路160は、整流用ダイオードや制限抵抗器、電源用コンデンサとツェナーダイオードを用いて形成している。
即ち、三相出力巻線51の各出力端子を各々整流用ダイオード161のアノードに接続し、各整流用ダイオード161のカソードを共通として制限用抵抗器163を介して電源用コンデンサ165の＋端子に接続し、電源用コンデンサ165の−端子を直流電源部120の＋側に接続すると共にツェナーダイオード167を電源用コンデンサ165と並列に接続している。
【００５３】
従って、このゲート電圧発生回路160は、直流電源部120の＋側端子の電圧よりもツェナーダイオード167の規定電圧だけ高い電圧を形成して出力することができる。
そして、このゲート電圧発生回路160の出力端子は、サイリスタ制御回路170を介して直流電圧発生回路110における各サイリスタ111の各ゲート端子に接続する。
【００５４】
このサイリスタ制御回路170は、後述する定電圧制御部500の一部を構成する回路であって、スイッチングトランジスタ173とスイッチ制御抵抗器171及びフォトカプラ175で形成している。
即ち、スイッチングトランジスタ173とするＰＮＰ形トランジスタのコレクタをゲート電圧発生回路160の出力端子に接続し、スイッチングトランジスタ173のエミッタを各サイリスタ111のゲート端子に接続する。尚、エミッタを各サイリスタ111のゲート端子に接続するに際し、保護抵抗器117を用いてゲート端子に接続している。
【００５５】
そして、スイッチングトランジスタ173のベースは、スイッチ制御抵抗器171を介してゲート電圧発生回路160の出力端子に接続し、スイッチ制御抵抗器171の中点をフォトカプラ175のフォトトランジスタ176を介して直流電源部120の＋側端子に接続している。
尚、フォトカプラ175のフォトトランジスタ176は、コレクタをスイッチ制御抵抗器171の中点に接続し、エミッタを直流電源部120の＋側端子に接続し、フォトカプラ175の発光ダイオード177は、アノードを制御電源部201における第２制御電圧Ｖccの出力端子に接続し、発光ダイオード177のカソードは、導通制御信号形成回路510や停止回路360、過電流検出回路350に接続している。
【００５６】
従って、このサイリスタ制御回路170は、フォトカプラ175の発光ダイオード177が点灯したとき、フォトトランジスタ176が導通状態となり、スイッチ制御抵抗器171の中点電位を直流電源部120の＋側端子電圧まで降下させ、スイッチングトランジスタ173を不導通状態とする。そして、発光ダイオード177が点灯しないときは、スイッチングトランジスタ173を導通状態としてゲート電圧発生回路160の出力電流をサイリスタ111のゲート電流として各サイリスタ111に供給し、この導通信号としたゲート電流により直流電圧発生回路110の各サイリスタ111を導通状態とする。
【００５７】
このため、直流電圧発生回路110の両出力端子に接続される直流電源部120に三相出力巻線51の出力電力を供給することができる。
又、直流電圧発生回路110の両出力端子に接続されるインバータ回路130は、パワートランジスタによるブリッジ回路と平滑コンデンサ173とで構成している。
このインバータ回路130は、第１トランジスタ131と第３トランジスタ133とを直列として直流電源部120に接続し、又、第２トランジスタ132と第４トランジスタ134とを直列として直流電源部120に接続し、第１トランジスタ131と第３トランジスタ133との中点はローパスフィルタ140を介して第１出力端子151に、第２トランジスタ132と第４トランジスタ134との中点はローパスフィルタ140を介して第２出力端子152に接続している。
【００５８】
又、交流発電機50の単相出力巻線55は、図２に示すように、制御電源部201の平滑回路210に接続している。この平滑回路210は、４個の整流用ダイオード211を用いたブリッジ整流回路により全波整流を行って平滑用コンデンサ215に充電を行うものである。
この制御電源部201は、平滑回路210の他に第１定電圧回路221及び第２定電圧回路225とレギュレータ230とを有し、平滑回路210の出力電圧を第１定電圧回路221によって１５ボルト程度の一定電圧とし、第１逆流阻止ダイオード233を介してレギュレータ230に印加し、又、直流電源部120の＋側端子の電圧を第２定電圧回路225によって１２ボルト程度の一定電圧とし、第２逆流阻止ダイオード234を介してレギュレータ230に印加している。
【００５９】
そして、レギュレータ230では、１０ボルト程度の第１制御電圧Ｖssと５ボルト程度の第２制御電圧Ｖccとを形成し、第１制御電圧Ｖssにより後述するエンジンのスロットル制御用モータの駆動などを行い、第２制御電圧Ｖccは中央制御手段310やその他の制御回路素子に供給している。
尚、この制御電源部201は、通常、単相出力巻線55が出力する交流電圧から平滑回路210及び第１定電圧回路221で形成した直流電圧をレギュレータ230に供給し、レギュレータ230によって第１制御電圧Ｖssと第２制御電圧Ｖccを形成して各回路素子に供給する。そして、単相出力巻線55などに断線などの故障が発生したとき、直流電源部120が作動していれば第２定電圧回路225によってレギュレータ230に電力を供給し、レギュレータ230から第１制御電圧Ｖss及び第２制御電圧Ｖccを出力させて当該携帯用発電機100の動作を持続させるものとしている。
【００６０】
又、第１定電圧回路221の出力電圧を検知して切り換えを行うスイッチ回路を第１逆流阻止ダイオード233及び第２逆流阻止ダイオード234に換えてレギュレータ230の入力側に配置することがある。この場合は、第１定電圧回路221の出力電圧と第２定電圧回路225の出力電圧とを同一としつつ第１定電圧回路221からの電力を通常はレギュレータ230に供給し、第１定電圧回路221の出力が停止したときに第２定電圧回路225からの出力電圧をレギュレータ230に供給するようにスイッチ回路を切り換えることもある。更に、単相出力巻線55を有しない交流発電機50を使用し、平滑回路210及び第１定電圧回路221を省略して直流電源部120の電圧を第２定電圧回路225で降圧し、常に直流電源部120の電力をレギュレータ230に供給して制御電圧を形成することもある。
【００６１】
そして、直流電源部120の電圧を制御するための導通制御信号形成回路510は、前述のサイリスタ制御回路170や後述の出力電流検出回路330と合わせて定電圧制御部500を形成する回路であって、図３に示すように、抵抗器とツェナーダイオードやスイッチングトランジスタ及び比較回路などを用い、２個の抵抗器を直列とした分圧抵抗器511,512により直流電源部120の電圧を分圧し、分圧抵抗器511,512の中点電位を更にツェナーダイオード513と検出抵抗器514とにより降下させ、検出抵抗器514の電位を比較回路515に入力してスイッチングトランジスタ525の導通を制御する。
【００６２】
そして、この比較回路515の基準電圧入力端子には、制御電源部201からの第２制御電圧Ｖccをツェナーダイオードとトランジスタとを用いた定電圧回路517により安定した一定電圧とし、この一定電圧を第1基準抵抗器521と第２基準抵抗器522とで分圧した基準電圧を入力する。
尚、第1基準抵抗器521と第２基準抵抗器522との中点には、加算抵抗器523を介して後述の出力電流検出回路330の出力端子を接続している。
【００６３】
更に、この導通制御信号形成回路510におけるスイッチングトランジスタ525は、サイリスタ制御回路170におけるフォトカプラ175の発光ダイオード177と直列とし、直列とした発光ダイオード177に第２制御電圧Ｖccを印加してスイッチングトランジスタ525の導通遮断によって発光ダイオード177の点灯制御をしている。
【００６４】
従って、この導通制御信号形成回路510は、直流電源部120の出力電圧が上昇すると検出抵抗器514の検出電位が上昇し、第1基準抵抗器521と第２基準抵抗器522とにより形成した基準電圧よりも高くなってスイッチングトランジスタ525を導通させることによりサイリスタ制御回路170へ導通制御信号を出力し、サイリスタ制御回路170における発光ダイオード177を点灯させる。このため、サイリスタ制御回路170は、直流電圧発生回路110への導通信号の出力を停止し、直流電圧発生回路110の各サイリスタ111を不導通状態として交流発電機50から直流電源部120への電力供給を停止させる。
【００６５】
又、直流電源部120の電圧が所定の電圧ＶDよりも降下すると検出抵抗器514の検出電位が基準電圧よりも低くなってスイッチングトランジスタ525を不導通状態とし、サイリスタ制御回路170から直流電圧発生回路110の各サイリスタ111に導通信号を出力させて各サイリスタ111を導通状態とする。
このようにして、直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDよりも僅かに高くなると各サイリスタ111の導通が遮断され、一定値ＶD以下の場合には各サイリスタ111のゲートに導通信号が入力されて各サイリスタ111を導通状態とし、直流電源部120の電位を常に一定の値ＶDとすることができる。
【００６６】
又、第１出力端子151及び第２出力端子152から単相交流電圧を出力しているとき、直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDに維持されている場合、交流発電機50が出力する三相交流電圧の一相について直流電圧発生回路110におけるサイリスタ111の導通状態を見ると、図４に示すように、三相出力巻線51の出力電圧が直流電源部120の電圧ＶDを超えたとき、サイリスタ111が導通状態となって直流電源部120への電力供給が行われ、直流電源部120からの流出電力を補充して直流電源部120の出力電圧を一定に保つ。尚、図４は三相交流電圧の一相について図示しているも、三相各層で同様に直流電源部120への電力供給が行われる。
【００６７】
そして、この導通制御信号形成回路510では、比較回路515の基準入力端子には、定電圧回路517により安定した一定電圧とされた電圧を第1基準抵抗器521と第２基準抵抗器522とで分圧した基準電圧に加算抵抗器523を介して出力電流検出回路330からの出力電流信号を加算しているため、図５に示すように、第１出力端子151及び第２出力端子152からの出力電流が増大したとき、この出力電流の値に比例した半波整流形状の電圧上昇をする基準電圧が入力されることになる。
【００６８】
このため、直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDを僅かに超えているために、本来は検出抵抗器514による検出電位が基準電圧よりも僅かに高く、スイッチングトランジスタ525を導通させて各サイリスタ111を不導通状態とし、出力電流によって直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDまで降下したときに各サイリスタ111を導通状態とする直前の状態であっても、出力電流による基準電圧の上昇により、比較回路515に入力される基準電圧が検出電圧よりも高くなり、スイッチングトランジスタ525を不導通状態とさせて各サイリスタ111を導通状態とする。
【００６９】
このように、直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDよりも僅かに高く、本来、第１出力端子151及び第２出力端子152からの電流出力により直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDまで降下してから導通制御信号を出力し、サイリスタ制御回路170から導通信号の出力を開始させて各サイリスタ111を導通状態とすべきところ、出力電流検出回路330により出力電流を検出し、出力電流信号に基づいて基準電圧を上昇させ、直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDに降下するよりも早くサイリスタ制御回路170に導通制御信号を出力し、サイリスタ制御回路170から導通信号を出力させて各サイリスタ111を導通状態とする。
【００７０】
そして、導通制御信号の出力を無負荷時などよりも早くするに際しては、出力電流が大きいほど基準電圧の上昇量を大きくしてより早く導通信号の出力を開始させるものである。
尚、出力電流検出回路330は、インバータ回路130に流れる電流を検出用抵抗器331と比較器333とで検出し、検出用ローパスフィルター335を用いてＰＷＭ成分などの高調波成分を除去した出力電流信号を導通制御信号形成回路510に出力する他、中央制御手段310と過電流検出回路350とにも出力している。
【００７１】
又、出力電流検出回路330としては、検出用抵抗器331を用いる場合のみでなく、誘導コイルを用いた電流検出器を使用することもある。
そして、直流電圧検出回路320は、分圧抵抗器325を直流電源部120の両端子間に挿入するように接続するものであり、この分圧抵抗器325により直流電源部120の出力電圧を分圧して中央制御手段310に直流電源部120の出力電圧値を直流電圧信号として入力している。
【００７２】
又、インバータ回路130とローパスフィルタ140との間に挿入された出力電圧検出回路340は、インバータ回路130の第１出力電圧及び第２出力電圧を各々分圧抵抗器により分圧降下させて電圧検出を行うものであり、第１出力電圧を分圧抵抗器341,342で分圧した第１検出電圧、及び、第２出力電圧を分圧抵抗器343,344で分圧降下させた第２検出電圧を、各々検出用のローパスフィルタ347,348を介して中央制御手段310に出力電圧信号として入力している。
【００７３】
そして、出力電圧検出回路340から出力される出力電圧信号を中央制御手段310に入力するに際し、アナログ信号である第１出力電圧信号と第２出力電圧信号とを中央制御手段310に入力すると共に、矩形波形成回路317からのゼロクロス信号も中央制御手段310に入力する。
この矩形波形成回路317は、正弦波を形成する第１出力電圧と第２出力電圧との差電圧に基づく矩形波を形成し、正弦波を形成する第1出力電圧と第2出力電圧との差電圧におけるゼロクロスポイントをこの矩形波のエッジとし、携帯用発電機100から出力される出力電圧におけるゼロクロスポイントのタイミングを示すゼロクロス信号を中央制御手段310に入力している。
【００７４】
そして、過電流検出回路350は、抵抗器351,352と比較器355及びスイッチングトランジスタ357で形成し、制御電源部201で形成した第２制御電圧Ｖccを基準電圧用分圧抵抗器351,352により分圧して基準電圧を形成し、出力電流検出回路330が出力する出力電流信号の電位が基準電圧よりも高くなるとスイッチングトランジスタ357を導通させるものとしている。
【００７５】
更に、このスイッチングトランジスタ357は、エミッタを接地し、コレクタをフォトカプラ175における発光ダイオード177のカソードに接続するものである。従って、この過電流検出回路350は、スイッチングトランジスタ357が導通するとサイリスタ制御回路170に導通信号の出力を停止させる。
尚、中央制御手段310には、直流電圧検出回路320からの直流電圧信号、出力電流検出回路330からの出力電流信号、及び、出力電圧検出回路340からの出力電圧信号とこの出力電圧信号に基づく矩形波形成回路317からのゼロクロス信号が検出信号として入力される他、三相出力巻線51が出力する出力電圧の周波数の検出信号も回転数検出回路319から回転数信号として入力され、又、発光ダイオード177のカソード電位も導通率検出信号として入力され、更に、スロットル制御機構315からはスロットルの開度信号も入力されるが、スロットル制御機構315からの開度信号は省略することもある。
【００７６】
これらの検出信号が入力される中央制御手段310は、その動作として、図６に示すように、ＰＷＭ制御信号をＰＷＭドライバーに出力するＰＷＭ信号生成部441の他、出力電圧検出回路340からの出力電圧信号及び矩形波形成回路317からのゼロクロス信号により制御の開始に際して単独か並列かを判断してＰＷＭ信号生成部441を制御する単独運転制御部435及び同期運転制御部437、更に設定スイッチ318からの信号により単相交流電圧の周波数を設定する出力周波数設定部415や設定スイッチ318からの信号により単相交流電圧の出力電圧を調整設定する出力電圧設定部417、及び、出力電圧検出回路340からの出力電圧信号により第１出力端子151及び第２出力端子152から出力する単相交流電圧を監視する電圧波形監視部433、又、回転数検出回路319からの回転数信号によりエンジン回転数を判断するエンジン回転速度検出部421や出力電流信号及び回転数信号やスロットル制御機構315からの開度信号に基づいてスロットルドライバー313に回転制御信号を出力するスロットル開度制御部423、そして、出力電流検出回路330からの出力電流信号や直流電圧検出回路230からの直流電圧信号に基づいて停止制御信号を停止回路360に出力する回路保護部431、サイリスタ制御回路170における発光ダイオード177のカソード電位により直流電圧発生回路110におけるサイリスタ111の導通率を検出する導通率検出部419、更に、中央制御手段310の制御動作状態に応じて携帯用発電機100の作動状況を運転状態表示部427に表示させる信号を出力する表示制御部425を形成している。
【００７７】
尚、このマイクロコンピュータである中央制御手段310は、図示していないが、十数メガヘルツとされる水晶発振器を有し、この水晶発振器の出力を基準クロックとして作動するものであり、制御プログラムや制御データテーブルなどが記録されているリードオンリメモリ及び演算処理を行うためのランダムアクセスメモリ、更に、基準クロックを分周して所要のクロック信号を形成する分周回路を有するものである。又、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器411も備えているものである。
【００７８】
又、スロットル制御機構315において、パルスモータを用いてスロットルバルブを回転制御する場合、スロットル開度制御部423にパルスカウンタを内蔵させ、スロットル開度制御部423からスロットルドライバー313に出力する回転制御信号に合わせてカウント値をアップカウント又はダウンカウントし、スロットル制御機構315からの開度信号を省略してスロットル開度制御部423でスロットルの開度を記憶させることもある。
【００７９】
そして、ＰＷＭ信号生成部441は、ＰＷＭ基準テーブルを有し、このＰＷＭ基準テーブルに基づいてＰＷＭ制御信号をＰＷＭドライバー311に出力し、インバータ回路130における第１トランジスタ131乃至第４トランジスタ134である各トランジスタの導通遮断を制御する。
このＰＷＭ基準テーブルは、多数のＰＷＭ基準値を記憶するテーブルであり、各ＰＷＭ基準値は、正弦波曲線の１周期を形成する曲線の値に相当する百個乃至数百個程度の数値としている。
【００８０】
そして、中央制御手段310のＰＷＭ信号生成部441は、一定の周期でこのＰＷＭ基準テーブルからＰＷＭ基準値を順次読み出してＰＷＭ制御信号を形成し、このＰＷＭ制御信号をＰＷＭドライバー311に出力する。
このＰＷＭ制御信号は、ＰＷＭ基準テーブルの先頭値が０の場合は、ＰＷＭ基準値を読み出す読み出しクロックにおける１クロック時間の２分の１時間に相当する値を読み出した各ＰＷＭ基準値に加え、ＰＷＭ基準値が０のときにデューティー比が５０パーセントとなるパルス信号を形成している。このため、ＰＷＭ制御信号の各パルスは、図７の（１）に示すように、デューティー比を正弦波形状に合わせて順次変化させ、デューティー比が５０パーセントを中心として数十パーセントから１００パーセントの数十パーセント手前までの範囲の値で順次変化する基準正弦波を形成するパルス信号列とされる。
【００８１】
そして、ＰＷＭドライバー311は、このＰＷＭ制御信号を電流増幅して第１トランジスタ131及び第４トランジスタ134に出力する第１ＰＷＭ信号と、このＰＷＭ制御信号を反転増幅して第２トランジスタ132及び第３トランジスタ133に出力する第２ＰＷＭ信号とを形成し、この第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号をインバータ回路130に出力する。
【００８２】
更に、中央制御手段310の電圧波形監視部433は、各ＰＷＭ基準値に対応させた多数の電圧テーブル値を記憶する出力電圧値テーブルを有し、ＰＷＭ基準テーブルからＰＷＭ基準値の読み出しを行うタイミングに合わせて出力電圧値テーブルから電圧テーブル値を読み出し、この読み出した電圧テーブル値と出力電圧検出回路340から入力される出力電圧の値とを比較し、ＰＷＭ信号生成部441から出力されるＰＷＭ制御信号を形成する各パルス信号のパルス幅を修正させ、出力電圧の調整を行っている。
【００８３】
そして、図示していない始動スイッチが操作され、ＰＷＭ制御信号をＰＷＭ信号生成部441から出力して第１出力端子151及び第２出力端子152から単相交流電圧の出力を開始するに際し、中央制御手段310は矩形波形成回路317からのゼロクロス信号が入力されているか否かの判断を行い、ゼロクロス信号が入力されていないときは単独運転制御部435の作動を開始する。
【００８４】
この単独運転制御部435の作動が開始されることにより、中央制御手段310のＰＷＭ信号生成部441は、第１出力端子151と第２出力端子152との間の平均出力電圧が設定スイッチ318により設定された１００ボルトなどであって、周波数を設定された５０ヘルツ又は６０ヘルツとする電圧を形成するＰＷＭ制御信号を出力する。
【００８５】
この出力電圧の周波数は、ＰＷＭ信号生成部441のＰＷＭ基準テーブルに記録されている単相交流電圧の一周期分を形成する１００個乃至数百個のＰＷＭ基準値を２０ミリ秒で読み出すクロックを選択するか又は１６．６６ミリ秒で読み出すクロックを選択するかにより、当該携帯用発電機100から出力する単相交流電圧の周波数を定めるものである。
【００８６】
又、出力電圧の設定は、ＰＷＭ基準テーブルに記録されているＰＷＭ基準値に補正値を乗算や加算して修正基準値を形成し、この修正基準値に基づいてＰＷＭ制御信号とするパルス信号の各パルス幅を定めるものである。そして、このＰＷＭ基準値から修正基準値を算出する補正値を出力電圧設定部417から単独運転制御部435が読み取り、この補正値をＰＷＭ信号生成部441に受け渡すことにより行っている。
【００８７】
更に、ＰＷＭ信号生成部441からＰＷＭ制御信号が出力された後は、出力電圧検出回路340からの出力電圧信号に基づいて出力電圧波形監視部433でピーク電圧及び正弦波の歪みを監視し、ピーク電圧が設定値から変動したときは、設定電圧との差を修正する補正値を出力電圧波形監視部433からＰＷＭ信号生成部441に読み込ませるようにする。又、正弦波の歪みが持続するときも、補正値をＰＷＭ信号生成部441に読み込ませて設定された電圧であって滑らかな正弦波とした単相交流電圧を出力させるようにしている。
【００８８】
そして、負荷の容量や種類によっても単相交流電圧の波形が歪むため、出力電流値に合わせてＰＷＭ制御信号を補正することにより、常に出力電圧が所定の正弦波形状となる制御を行うものとしている。
この補正は、電力回路101の内部インピーダンスと出力電流値及び出力電流値とにより、ＰＷＭ基準値に補正を加える修正値Ｙを各ＰＷＭ基準値に対応させて記憶し、各ＰＷＭ基準値に基づいて次回にＰＷＭ制御信号をＰＷＭ信号生成部441で形成する際、各ＰＷＭ基準値に対応した修正値Ｙを加算又は減算するようにして補正する。そして、この補正したＰＷＭ基準値によってＰＷＭ制御信号を形成させるものである。
【００８９】
この修正値Ｙは、ＰＷＭ基準テーブルのＮ番目のＰＷＭ基準値Ｐnを読み出してＰＷＭ制御信号をＰＷＭ信号生成部441から出力し、このＰＷＭ制御信号による第１出力端子151と第２出力端子152との間の電位差である出力電圧値がＶボルトにして、この時の出力電流値がＩアンペアであれば、定数Ｍ、Ｔ、Ｚ、Ｓ、を係数とすることにより、各ＰＷＭ基準値Ｐnに対応する修正値Ｙnを各々求めるものであって
Ｙn＝[（Ｑn−Ｖ／Ｍ）／Ｔ]−Ｉ・Ｚ・Ｓ
とした修正値ＹnをＮ番目のＰＷＭ基準値Ｐnについて算出し、この修正値Ｙnを記憶して一周期後の次回のＰＷＭ基準値Ｐnとしては、
Ｐn−Ｙn
とする補正により算出した修正基準値であるＰＷＭ基準値に基づいてＰＷＭ制御信号をＰＷＭ信号生成部441から出力するものである。
【００９０】
この修正値Ｙnを算出する際のＱnは、Ｎ番目のＰＷＭ基準値Ｐnに基づくＰＷＭ制御信号としてのパスル信号をＰＷＭ信号生成部441から出力したときに当該携帯用発電機100が無負荷状態で第１出力端子151と第２出力端子152との間に発生すべき出力電圧を示す電圧テーブル値であって、Ｍは出力電圧の１ボルト変化に対応する電圧テーブル値の変化値である。又、Ｚは電力回路101の内部インピーダンス即ち、主としてローパスフィルタ140のインピーダンスであって、Ｓは第１出力端子151と第２出力端子152との間に１ボルトの変化を発生させるＰＷＭ基準値の変化値であり、Ｔは、出力電圧の１ボルト変化に対応したＰＷＭ基準値の変化値と電圧テーブル値の変化値との比である。
【００９１】
このように、所定パルス幅のＰＷＭ制御信号をＰＷＭ信号生成部441から出力したときの無負荷出力電圧に対応させた電圧テーブル値Ｑnと、このＰＷＭ制御信号に基づいた出力電圧を現実に検出した出力電圧の値Ｖとの差による電圧補正項である（Ｑn−Ｖ／Ｍ）／Ｔ、及び、内部インピーダンスＺ及びこのときの出力電流による電流補正項であるＩ・Ｚ・ＳによってＮ番目のＰＷＭ基準値Ｐnを修正するように各ＰＷＭ基準値を補正してＰＷＭ制御信号を形成するものである。
【００９２】
従って、図８に示すように、出力電圧Ｖと出力電流Ｉとの間に位相差が生じる進相負荷が接続されたとき、又は遅相負荷が第１出力端子151及び第２出力端子152に接続されることにより、出力電圧と出力電流との位相差及び電流値などによって出力電圧が歪む場合であっても、瞬時瞬時の電流値Ｉに応じて出力電圧を補正する電流補正項（Ｉ・Ｚ・Ｓ）を有する修正値Ｙnであって、且つ、無負荷出力電圧とする電圧テーブル値Ｑnと検出した出力電圧Ｖとの差をも修正する電圧補正項を備えた修正値Ｙnによって各ＰＷＭ基準値Ｐnを修正するから、出力電圧と出力電流との位相差に拘わらず、常に出力電流の値が如何なる値であっても出力電圧の波形を適正な正弦波に近づける補正を行うことができる。
【００９３】
そして、この携帯用発電機100では、インバータ回路130及びローパスフィルタ140の特性によりＰＷＭ基準値の値が１だけ変化したときに第１出力端子151と第２出力端子152との間にＳボルトの電圧変化が生じるも、この出力電圧の変化値であるＳボルトに対応する電圧テーブル値Ｑnが１だけ変化するように出力電圧検出回路340の分圧比及び出力電圧信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する際のＡＤ変換比率を定めておけば、ＰＷＭ基準テーブルに記憶される各ＰＷＭ基準値と出力電圧値テーブルに記憶される各電圧テーブル値とを等しくしておくことができる。更に、ＰＷＭ基準値と電圧テーブル値とを等しくするように出力電圧検出回路340の分圧比やＡＤ変換比率を定めれば、前述の修正値Ｙnを求める際の定数Ｍ及び定数Ｔも１として中央制御手段310における演算を処理することができる。
【００９４】
又、更に出力電流検出回路330が出力する出力電流信号の値と出力電流自体の値との比、及び、出力電流信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する際のＡＤ変換比率を所定とし、出力電流の値に対するデジタル出力電流信号の値の比を電力回路101の内部インピーダンスＺとＰＷＭ基準値の値が１だけ変化したときの出力電圧の変化値であるＳとの積に等しくしておけば、中央制御手段310のアナログデジタル変換器411でデジタル信号とした出力電流信号の値を直接に電流補正項（Ｉ・Ｚ・Ｓ）の値として演算処理することができる。
【００９５】
従って、ＰＷＭ基準テーブルに記憶するＰＷＭ基準値の先頭値を０とし、このＰＷＭ基準値の０に基づいてデューティー比を５０パーセントとするＰＷＭ制御信号を形成するＰＷＭ信号生成部441を有する中央制御手段310では、出力電圧波形監視部433において、ＰＷＭ基準テーブルに記憶されているＰＷＭ基準値と出力電圧波形監視部433に入力される出力電圧信号の値との差から出力電圧波形監視部433に入力される出力電圧信号の値を減算するだけで各ＰＷＭ基準値Ｐnに対応した各修正値Ｙnを算出して記憶することができる。
【００９６】
そして、この検出した出力電流信号の値と出力電圧信号の値とによる各修正値Ｙnを各々のＰＷＭ基準値Ｐnから減算してＰＷＭ信号生成部441でＰＷＭ制御信号を形成すれば、第１出力端子151及び第２出力端子152の間に発生する出力電圧を正しい正弦波形状の電圧とすることができる。
尚、デューティー比を５０パーセントとするパルス信号をＰＷＭ制御信号として中央制御手段310から出力し、このパルス信号により出力電圧の０を示す出力電圧値信号が中央制御手段310に入力されるまでの微小時間は、インバータ回路130などの回路特性により予めプリセットして電圧テーブル値と検出された出力電圧値とを比較しているも、この微小時間差を矩形波形成回路317から入力されるゼロクロス信号に基づいて修正し、ＰＷＭ制御信号と第１出力端子151及び第２出力端子152に出力する出力電圧との関係を正しく調整することもある。
【００９７】
又、ＰＷＭ信号生成部441からＰＷＭ制御信号の出力を開始させるに際し、矩形波形成回路317からゼロクロス信号が中央制御手段310に入力されたときは、中央制御手段310は、同期運転制御部437の作動を開始する。
この同期運転制御部437は、ゼロクロス信号の入力間隔により第１出力端子151及び第２出力端子152間に発生している電圧の周波数が設定スイッチ318で設定された周波数と一致しているか否かを先ず判断する。
【００９８】
そして、周波数が一致していれば、出力電圧信号によりピーク電圧が設定スイッチ318で設定された電圧のピーク値と略等しいか否かの判断を行う。
このようにして、第１出力端子151と第２出力端子152との間に発生している電圧と設定スイッチ318により設定された周波数及び電圧とを比較し、設定値と一致しないと判断したときはＰＷＭ信号生成部441の作動を開始させることなく表示制御部425に異常信号を出力し、表示制御部425から運転状態表示部427に所要の表示信号を出力させる。
【００９９】
又、周波数及び電圧が設定値と一致しているときは、矩形波形成回路317からのゼロクロス信号の立ち上がりに合わせてＰＷＭ信号生成部441に作動を開始させ、ＰＷＭ基準テーブルのＰＷＭ基準値を先頭から読み出してＰＷＭ制御信号の出力を開始させる。
尚、ＰＷＭ信号生成部441の作動が開始すれば、前述の単独運転と同様に出力電圧波形監視部433によってＰＷＭ基準値を修正値Ｙで修正した修正基準値に基づいてＰＷＭ制御信号を形成する。
【０１００】
このようにして、インバータ回路130の作動が開始され、ローパスフィルタ140を介して単相交流電圧が第１出力端子151及び第２出力端子152の間に出力され、この単相交流電圧と第１出力端子151及び第２出力端子152の間に入力されている交流電圧との位相及び電圧を一致させつつ正しい正弦波形状の単相交流電圧を交流電源装置である当該携帯用発電機100から出力することができる。
【０１０１】
そして、同期運転を開始した後、同期運転制御部437は、ＰＷＭ信号生成部441がＰＷＭ基準値の先頭値である０に基づくＰＷＭ制御信号を出力する毎に当該中央制御手段310に入力されるゼロクロス信号の判定を行い、当該携帯用発電機100と他の発電機との位相調整制御を行う。
この同期運転時の出力電圧である単相交流電圧は、図７の（１）に示したように、ＰＷＭ基準値に基づいたＰＷＭ制御信号を出力すると、図７の（３）にaの正弦波として示すＰＷＭ基準信号の０と略一致したゼロクロス点を有する正弦波をローパスフィルタ140から出力させることになる。しかし、このローパスフィルタ140を介して当該携帯用発電機100が出力する電圧と他の発電機が出力する正弦波電圧との位相が図７の（３）にｃとして示すようにずれているとき、第１出力端子151及び第２出力端子152の間に発生する電圧は図７の（３）にｂとして示すように両電圧が合成された電圧となる。即ち、図７の（１）に示した基準正弦波のゼロクロス点に対して図７の（２）に示す正弦波となって出力電圧信号のゼロクロス点が基準正弦波のゼロクロス点とがずれることになる。
【０１０２】
従って、ＰＷＭ基準値の０に基づくＰＷＭ制御信号を出力したタイミングで、出力電圧のゼロクロス信号とされる矩形波がＬレベルであれば当該携帯用発電機100が出力する単相交流電圧が並列運転を行っている他の発電機が出力する電圧よりも位相が進んでいると判断し、ＰＷＭ制御信号とする基準正弦波の周期を長くする制御を同期運転制御部437は行う。
【０１０３】
又、ＰＷＭ基準値の０に基づくＰＷＭ制御信号を出力したタイミングで、出力電圧のゼロクロス信号とされる矩形波がＨレベルであれば、同期運転制御部437は基準正弦波の周期を短くする制御を行う。
このＰＷＭ制御信号により形成する基準正弦波の周期を調整するに際し、同期運転制御部437は、ＰＷＭ基準値をＰＷＭ基準テーブルから読み出すクロックの間隔を変更させるものである。
【０１０４】
このクロックの間隔は、ＰＷＭ基準値の読み出しクロックを形成する分周回路を制御し、１クロックの時間（ＰＷＭ変調周期における１ステップの時間間隔）を数パーセント乃至十パーセント程度長く又は短くしたクロック信号を、１周期を形成する百乃至数百クロックの内に数個乃至十個程度形成するものである。
このように、ＰＷＭ信号生成部441で形成するＰＷＭ制御信号による基準正弦波のゼロクロス点のタイミングで第１出力端子151及び第２出力端子152の間に発生している電圧の正負、即ち基準正弦波と出力電圧とのゼロクロス点のずれを検出し、基準正弦波の出力タイミングを調整するため、負荷の種類による出力電圧と出力電流との位相差に基づく影響を無くし、他の発電機と当該携帯用発電機100との出力電圧の位相差を正確に修正することができる。
【０１０５】
又、このＰＷＭ制御信号による基準正弦波の周波数調整は、クロック信号のパルス間隔、即ちＰＷＭ制御信号の出力間隔を数パーセント乃至十パーセント程度変更するのみであり、ＰＷＭ制御信号とするパルス信号の個数及び各ＰＷＭ制御信号の値であるＰＷＭ制御信号とした各パルスのパルス幅を変更しないため、ＰＷＭ制御信号が形成する基準正弦波や当該携帯用発電機100が出力する単相交流電圧の波形を滑らかに変化させつつ周期を調整変更することができる。
【０１０６】
そして、出力電圧波形監視部433は、前述のように、出力電圧値テーブルを有し、出力電圧テーブルから読み出した電圧テーブル値と出力電圧信号により読み取った出力電圧とを比較してＰＷＭ信号生成部441にＰＷＭ制御信号を形成するパルス信号のパルス幅を修正させているも、同期運転時に検出した出力電圧の値が電圧テーブル値に対して大きくなることが持続したとき、この変化量に合わせた係数をＰＷＭ基準値又は修正基準値に掛けることにより、ＰＷＭ制御信号のパルス幅を大きくする修正を行う。
【０１０７】
尚、単独運転時は、逆にＰＷＭ制御信号のパルス幅を小さくして出力電圧を小さくする修正を行うものであり、このＰＷＭ制御信号のパルス幅調整に合わせ、電圧テーブル値も修正して出力電圧波形監視部433における電圧テーブル値と出力電圧値との比較を行うものである。
このように、同期運転時に出力電圧が上昇したときは、ＰＷＭ制御信号とするパルス信号のパルス幅を大きくすることにより、当該携帯用発電機100のインバータ回路130及びローパスフィルタ140を介して出力する単相交流電圧の値を上昇させ、並列運転を行っている他の発電機から出力される電圧の変化に追従させることができる。
【０１０８】
又、この同期運転制御部437では、出力電流検出回路330からの出力電流値に基づき、ＰＷＭ制御信号のパルス幅の値を調整して出力電圧の調整も行うものである。
この出力電圧の調整は、出力電流信号により第１出力端子151又は第２出力端子152から出力する電流値が定格電流値の８５パーセント乃至９０パーセントとする所定の値を越えたとき、単相交流電圧の値を１パーセント程度低下させるようにＰＷＭ基準値又は修正基準値に更に係数を掛けることによってＰＷＭ制御信号とするパルス信号のパルス幅を僅かに小さくする変更と電圧テーブル値の修正変更とを行うものである。
【０１０９】
このように、出力電流値が定格電流値の近くまで大きくなったときは、出力電圧を僅かに低下させることにより、並列運転を行っている発電機の負荷分担を一方の発電機に片寄り過ぎないようにすることができる。
前述のように、中央制御手段310では、単独運転制御部435や並列運転制御部437と合わせて出力電圧波形監視部433及びＰＷＭ信号生成部441により第１出力端子151と第２出力端子152との間に生じる出力電圧が所定の正弦波形状となるようにＰＷＭ制御信号を形成しているも、このＰＷＭ制御信号を形成するためのＰＷＭ基準値の補正は、ＰＷＭ基準テーブルの前半周期のＰＷＭ基準値に対して加算又は掛け算を行うとき、ＰＷＭ基準テーブルの後半周期のＰＷＭ基準値に対しては減算又は割り算を行うことがある。
【０１１０】
即ち、前述のように、ＰＷＭ基準テーブルに記憶するＰＷＭ基準値の先頭値を０とし、このＰＷＭ基準値の０に対応させて形成するＰＷＭ制御信号におけるパルスのデューティー比を５０パーセントとし、順次ＰＷＭ基準値の値に基づくデューティー比を５０パーセントを越える値としてＰＷＭ基準値に対応させて正弦波状にパルス幅を変化させる前半周期とし、後半周期もＰＷＭ基準値の０をデューティー比の５０パーセントとすると共に、後半周期ではデューティー比を５０パーセントを基準に５０パーセントよりも小さい値としてＰＷＭ基準値の各値に対応させた正弦波状にパルス幅を変化させることによりＰＷＭ制御信号の１周期を形成するときは、１周期を通して加算又は減算などよるＰＷＭ基準値の補正を行うものである。
【０１１１】
そして、ＰＷＭ基準値を０でない所定の正の値とし、この所定の値を中心としてＰＷＭ基準値の値を正弦波状に所定値よりも大きく又所定値よりも小さくさせるように変化させたＰＷＭ基準テーブルを有し、このＰＷＭ基準テーブルに記憶された所定値であるＰＷＭ基準値の先頭とに基づいてデューティー比が５０パーセントとされるＰＷＭ制御信号をＰＷＭ信号生成部441で形成するときは、ＰＷＭ基準値の補正として、前半周期で加算を行うときは後半周期で減算を行い、前半周期で掛算を行うときは後半周期で割算を行うものである。
【０１１２】
このように、前半周期と後半周期とで加算と減算又は掛算と割算とを切り換えることにより、図９に示すように、第１出力端子151の出力電圧である第１出力電圧Ｖ1が第２出力端子152の出力電圧である第２出力電圧Ｖ2よりも大きい半周期では、第１出力電圧Ｖ1を下方修正した第１出力電圧ｖ1により両端子間の差電圧となる出力電圧Ｖを小さくし、第１出力電圧Ｖ1が第２出力電圧Ｖ2よりも小さい半周期においては第１出力電圧Ｖ1を大きくする修正を行って前半周期と同様に出力電圧Ｖを小さくすることができる。
【０１１３】
更に、この中央制御手段310は、回路保護部431により直流電圧発生回路110の制御を、又、スロットル開度制御部423によりエンジンの回転数制御を行っている。
この回路保護部431による直流電圧発生回路110の制御は、停止回路360によりサイリスタ制御回路170を介して行うものである。この停止回路360は、図３に示したように、ベースを中央制御手段310に接続したスイッチングトランジスタ361で構成し、スイッチングトランジスタ361のエミッタを接地し、このスイッチングトランジスタ361のコレクタをフォトカプラ175における発光ダイオード177のカソードに接続しているものである。
【０１１４】
この停止回路360によって直流電圧発生回路110の制御を行うに際しては、エンジンの始動時、回転数検出回路319から入力される回転数信号が安定して維持されるまでは回路保護部431から停止制御信号を停止回路360に出力し、発光ダイオード177を点灯させてサイリスタ制御回路170から導通信号を出力させないようにする。
【０１１５】
そして、エンジンの回転数が安定したとき、停止制御信号の出力を停止し、直流電圧検出回路320からの直流電圧信号により直流電源部120の電圧が１６０ボルト乃至２００ボルトの所定の電圧に達していることを確認し、単独運転制御部435又は同期運転制御部437の制御に基づきＰＷＭ信号生成部441からＰＷＭ制御信号の出力を開始する。
【０１１６】
更に、エンジンの制御は、エンジン回転速度検出部421及びスロットル開度制御部423によってスロットルドライバー313を介してスロットル制御機構315のパルスモータを正回転又は逆回転させることにより行う。
このエンジン回転数制御は、出力電流検出回路330からの出力電流信号に合わせてスロットル制御機構315から入力される開度信号を所定の値とし、又は、スロットル制御機構315のパルスカウンタのカウント値を所定の値とし、出力に合わせて所定のエンジン回転数をするものである。又、フォトカプラ175における発光ダイオード177のカソード電位により直流電圧発生回路110に導通信号を出力している時間の割合、即ちサイリスタ111の導通率に合わせてスロットル開度を修正して高効率の電圧変換を行っている。
【０１１７】
又、この携帯用発電機100では、定格電流を越える過電流が流れるとき、中央制御手段310の回路保護部431によって直流電圧発生回路110やインバータ回路130の動作を停止させる制御を行い、単相交流電圧の出力を停止することにより電力回路101の保護を図ると共に、過電流検出回路350により直流電圧発生回路110の動作を停止させる制御とを行っている。
【０１１８】
この電力回路101を保護する回路保護部431による制御は、出力電流値が定格電圧の１．２倍を越えたときは、数秒乃至数分間の持続時間が経過するとＰＷＭ信号生成部441から出力しているＰＷＭ制御信号の出力を停止させると共に、停止回路360に停止制御信号の出力を開始するものとしている。
そして、定格電流の１．２倍を越えた値に応じて出力電流値が大きいときは、短い持続時間で停止制御信号の出力を開始すると共にＰＷＭ信号生成部441にＰＷＭ制御信号の出力を停止させ、定格電流を越えた値が小さいときは、多少長い持続時間で停止制御信号の出力開始及びＰＷＭ制御信号の出力停止制御を行い、単相交流電圧の出力を停止させる。又、出力電流の値が定格電圧の２倍余りに達したときは、直ちにＰＷＭ制御信号の出力を停止させると共に停止制御信号の出力を開始して単相交流電圧の出力を停止させる。
【０１１９】
更に、直流電圧検出回路320で検出する直流電圧の値や出力電圧検出回路340で検出する出力電圧の値が異常に高くなったとき、又、出力電圧が設定されている値である例えば１００ボルトよりも大きく低下したときや１００ボルトよりも低い電圧が持続したときなど、電力回路101に異常電圧が発生したことを検出したときも回路保護部431は停止制御信号を停止回路360に出力し、且つ、ＰＷＭ信号生成部441にＰＷＭ制御信号の出力を停止させることによって第１出力端子151及び第２出力端子152からの単相交流電圧の出力を停止させる。
【０１２０】
又、中央制御手段310とは別に設けている過電流検出回路350は、出力電流の値が定格電圧の２倍近くに達したとき、フォトカプラ175にＬレベルの停止信号を出力してサイリスタ制御回路170が直流電圧発生回路110に出力している導通信号の出力を停止させる。
このため、出力電流の値が定格電圧の２倍近くに達したときは、直流電圧発生回路110の各サイリスタ111が不導通状態とされ、直流電源部120への交流発電機50からの電力供給が停止される。従って、直流電源部120の出力電圧は降下する。
【０１２１】
従って、直流電源部120の出力電圧をＰＷＭ制御によって交流電圧とし、一定のデューティー比とされたＰＷＭ制御信号による第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号により形成される第１出力端子151と第２出力端子152の電位差である出力電圧は低下し、負荷電流も減少させて出力電流が定格電流の２倍余りを越えて直ちに単相交流電圧の出力が停止されることや、出力電流値が定格電流の１．２倍を大きく越えて極めて短時間で単相交流電圧の出力が停止されることが防止できる。
【０１２２】
尚、過電流検出回路350は、出力電流検出回路330で定格電流値の２倍近くの電流値を検出したときに停止信号を出力するように基準電圧を設定する場合に限るものでなく、定格電流値の１．５倍を越える電流が流れようとするときに直流電圧発生回路110の整流動作を停止させ、直流電源部120への交流発電機50からの電力供給を停止し、出力電圧を低下させるようにする場合など、電力回路101を形成する素子の特性や耐久性、及び、安全基準に合わせ、中央制御手段310に停止制御信号を出力させる際の出力電流値と共に適宜の値として設定するものである。
【０１２３】
このように、この携帯用発電機100は、出力電流を検出して出力電流信号を出力する出力電流検出回路330と、出力電流信号に基づいて出力電流の増大に合わせて上昇する基準電圧と直流電源部120の出力電圧を分圧した検出電圧とを比較して導通制御信号を出力する導通制御信号形成回路510と、導通制御信号により直流電圧発生回路110に導通信号を出力して直流電圧発生回路110における各サイリスタ111の導通不導通を制御するサイリスタ制御回路170とによる定電圧制御部500を備えているため、負荷が第１出力端子151及び第２出力端子152に接続され、出力電流によって直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDまで降下するよりも僅かに早く導通制御信号形成回路510から導通制御信号を出力して各サイリスタ111の導通開始を早めることができる。
【０１２４】
このため、高負荷が第１出力端子151及び第２出力端子152に接続され、出力電流が大きいために直流電圧発生回路110から直流電源部120への電流供給が断続する際に、直流電源部120からの電流流出量に対する直流電圧発生回路110からの電流供給とのずれにより直流電源部120の出力電圧が一定値ＶDよりも低くなることを防止し、出力電流が大きい場合にも所定のデューティー比によるＰＷＭ制御信号を用いてインバータ回路130により交流変換を行っても、第１出力端子151及び第２出力端子152からの出力電圧の低下を防止することができる。又、第１出力端子151及び第２出力端子152からの出力電圧を調整するためにＰＷＭ制御信号のデューティー比を変更する場合であっても、出力電流の大きな状態では直流電源部120の出力電圧に電圧降下がないため、一定の出力電圧を保持するために必要なデューティー比の増加を少なくし、電力回路101に流れる電流の増加を押さえ、電力回路101発熱などのエネルギーロス増加を少なくすることができるものである。
【０１２５】
尚、上記実施の形態は、定電圧制御部500として導通制御信号形成回路510と出力電流検出回路330及びサイリスタ制御回路170とによる回路構成で形成しているも、導通制御信号形成回路510を省略した携帯用発電機100とし、出力電流検出回路330からの出力電流信号が入力される中央制御手段310の内部に定電圧制御部500を形成するようにプログラムを行い、直流電圧検出回路320から中央制御手段310に入力される直流電圧信号に基づいてサイリスタ制御回路170から導通信号の出力を制御して直流電源部120の電圧を一定に保ちつつ、出力電流検出回路330からの出力電流信号に基づいて導通信号の出力タイミングを調整することもある。
【０１２６】
【発明の効果】
請求項１に記載した本発明は、交流発電機を回転させて交流電圧を形成し、この交流電圧をサイリスタを用いた直流電圧発生回路により一旦直流化して直流電源部に充電を行い、直流電源部の直流出力電圧からインバータ回路により所定の周波数にして且つ一定の電圧とした単相交流電圧を形成して出力する携帯用発電機であって、直流電源部の電圧を検出してサイリスタの導通角を制御することにより直流電源部の直流電圧を略一定値とする制御を行うと共に、インバータ回路に流れる電流値が大きくなるとサイリスタの導通開始を早くする制御を行う定電圧制御部を有する携帯用発電機である。
【０１２７】
従って、高負荷が接続された場合でも、出力電圧値の低下を防止し、効率よく安定した電圧を出力させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る携帯用発電機の全体を示すブロック図。
【図２】本発明に係る携帯用発電機の電源部を主とする回路ブロック図。
【図３】本発明に係る携帯用発電機の検出回路を主とする回路ブロック図。
【図４】直流電圧発生回路におけるサイリスタの導通状態を示すグラフ。
【図５】本発明に係る携帯用発電機の出力電流と直流電圧との関係を示すグラフ。
【図６】本発明に係る携帯用発電機の中央制御手段の概要を示すブロック図。
【図７】本発明に係る携帯用発電機の電圧出力状態を示すグラフ。
【図８】出力電圧と出力電流との位相差の一例を示すグラフ。
【図９】出力電圧の修正状態を示すグラフ。
【図１０】従来の携帯用発電機の一例を示す回路ブロック図。
【図１１】出力電圧を示す模式図。
【図１２】従来の他の携帯用発電機の例を示す回路ブロック図。
【図１３】従来の携帯用発電機における出力電圧及び出力電流と直流電圧との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
５０ 交流発電機
５１ 三相出力巻線 ５５ 単相出力巻線
１００ 携帯用発電機
１０１ 電力回路
１１０ 直流電圧発生回路
１１１ サイリスタ １１５ 整流ダイオード
１２０ 直流電源部 １２１ 主平滑コンデンサ
１３０ インバータ回路
１４０ ローパスフィルタ
１５１ 第１出力端子 １５２ 第２出力端子
１６０ ゲート電圧発生回路
１７０ サイリスタ制御回路
２０１ 制御電源部
２１０ 平滑回路
２２１ 第１定電圧回路 ２２５ 第２定電圧回路
２３０ レギュレータ ２３５ 定電圧回路
２４０ 電圧制御回路
２５０ ＰＷＭ信号発生回路
２５５ インバータドライブ回路
２６０ 過負荷検出回路 ２６５ 演算回路部
２６９ 過負荷検出回路
２７０ 正弦波発生回路 ２８１ 三角波発生回路
２８５ ＰＷＭ制御信号発生回路
２９１ 矩形波発生回路 ２９３ 始動タイミング回路
２９５ 矩形波発生回路 ２９７ 位相比較回路
２９９ 限界値検出回路
３１０ 中央制御手段
３１１ ＰＷＭドライバー ３１３ スロットルドライバー
３１５ スロットル制御機構 ３１７ 回転数検出回路319
３２０ 直流電圧検出回路
３３０ 出力電流検出回路 ３４０ 出力電圧検出回路
３５０ 過電流検出回路
４３２ スロットル開度制御部 ４３１ 回路保護部
４３３ 出力電圧監視部 ４３５ 単独運転制御部
４３５ 同期運転制御部 ４４１ ＰＷＭ信号生成部
５００ 定電圧制御部
５１０ 導通制御信号形成回路
Claims (1)
- エンジンにより駆動される交流発電機によって交流電圧を発電し、この交流電圧を直流電圧発生回路とするサイリスタ整流回路で整流して直流電源部に充電を行ない、直流電源部に充電して形成した直流電圧をインバータ回路により所定周波数にして一定電圧の単相交流電圧として出力端子から出力する携帯用発電機であって、直流電源部の電圧を検出して基準電圧との比較結果に応じて直流電圧発生回路におけるサイリスタの導通角を制御することにより直流電源部の直流電圧を略一定値とする制御を行うと共に、直流電源部からインバータ回路に流れる電流値を検出してインバータ回路に流れ込む電流値が大きくなるとこの電流値の増大に合わせて基準電圧を高くし、サイリスタの導通開始を早くする制御を行う定電圧制御部を有することを特徴とする携帯用発電機。
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