JP4433149B2 - エンジン駆動インバータ発電装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンにより駆動される発電機を電源とした直流電源部から得た直流出力を、インバータにより交流出力に変換して負荷に供給するエンジン駆動インバータ発電装置及びその制御方法に関するものである。

エンジン駆動インバータ発電装置は、例えば特許文献１に示されているように、エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機を電源として直流出力を発生する直流電源部と、直流電源部の出力を交流出力に変換して負荷に供給するインバータとを備えている。

エンジンにより駆動される発電機は通常交流発電機からなっていて、該発電機と、その交流出力を整流する整流回路と、この整流回路の出力を平滑するコンデンサとにより直流電源部が構成される。

インバータは、ブリッジの各辺がトランジスタやＦＥＴなどのスイッチ素子により構成されて、直流側端子間に前記直流電源部の出力電圧が印加されるインバータ回路と、このインバータ回路から所定の周波数と波高値とを有する交流電圧を出力させるように該インバータ回路を構成するスイッチ素子を制御するコントローラと、インバータ回路から出力される交流電圧から高調波成分を除去するフィルタ回路とにより構成される。

コントローラはＣＰＵ（マイクロコンピュータ）を備えていて、インバータから一定の実効値と、一定の周波数とを有する定格交流電圧を出力させるように、インバータ回路を構成するスイッチ素子を制御する。

この種のインバータ発電装置では、直流電源部の出力電圧（発電機の出力電圧の平均値）が、インバータの出力電圧（交流電圧）のピーク値と、インバータ回路のスイッチ素子による電圧降下と、フィルタ回路で生じる電圧降下とを加えた値を有する電圧よりも高くないと、所望の定格出力電圧をインバータから発生させることができない。例えば、インバータの定格出力電圧の実効値を１００［Ｖ］とした場合、直流電源部は、定格出力電圧のピーク値である約１４０［Ｖ］に、インバータ回路のスイッチ素子による電圧降下と、フィルタ回路で生じる電圧降下との和の電圧（１０〜２０［Ｖ］）を加えた電圧（１５０〜１６０［Ｖ］）以上の直流電圧を発生しなければならない。

一般にエンジンを始動した際には、その回転速度が、インバータから定格電圧を出力させるために必要な電圧を直流電源部（発電機）が発生するようになる回転速度に達する前に、コントローラのＣＰＵが起動してインバータを制御し得る状態になるが、エンジンの回転速度が不足し、直流電源部の出力電圧が不足している状態でインバータを起動させた場合、インバータは、定格電圧よりも低い電圧しか出力することができない。

エンジンの回転速度が不足し、直流電源部（発電機）の出力電圧が不足する状態でインバータが起動した場合、該インバータに負荷が接続されていると、発電機の垂下特性によりその出力電圧が低下して、負荷を起動することができなくなることがある。またエンジンの暖機が完了していない状態のように、エンジンが安定しいない状態でインバータが起動した際に、インバータに負荷が接続されていると、発電機にかかる負荷によりエンジンがストールすることもある。

そこで、特許文献１に示されたインバータ発電装置では、エンジンが始動し、コントローラのＣＰＵが起動した後、一定の時間が経過していて、かつ直流電源部の出力電圧が設定値以上になったことが確認されたときにインバータの動作を開始させるようにしている。

またインバータ発電装置においては、エンジンの燃費を改善したり、排気ガスによる排気の汚染を抑制したりするために、直流電源部の出力電圧を設定値に保つようにエンジンの回転速度を制御することが行われている。

エンジンにより駆動する発電機としては、磁石発電機がよく用いられる。周知のように、磁石発電機は、ロータヨークに永久磁石を取り付けて磁石界磁を構成した磁石回転子と、磁石回転子の磁極に対向する磁極部を有する鉄心に電機子コイルを巻装して構成した固定子とからなっていて、その出力特性（出力電圧ＶD対出力電流ＩD特性）は、垂下特性を示す。磁石発電機の出力特性は、磁石界磁の構成及び巻線構成により一義的に決まる。

今、発電機として磁石発電機を用い、エンジンの回転速度Ｎ［rpm］を一定とした場合の直流電源部の出力特性が、図５の曲線Ａの特性であるとし、インバータから定格電圧を出力させるために必要な直流電源部の出力電圧（定格出力電圧のピーク値に、インバータ回路のスイッチ素子による電圧降下と、フィルタ回路で生じる電圧降下とを加えた電圧）をＶa、定格負荷電流が流れたときの直流電源部の出力電流をＩaとすると、定格負荷時の動作点はＰとなる。直流電源部の出力特性が曲線Ａである場合、エンジンの回転速度を一定としたままで、負荷を切り離してインバータ発電装置を無負荷状態にすると、直流電源部の出力電圧はＶoまで上昇する。

一方、インバータから一定の定格電圧を出力させるためには、直流電源部は、出力電圧Ｖaを発生すればよいため、直流電源部に必要とされる特性は、図５に符号Ｂを付して示した特性のように、無負荷時から定格動作時まで一定電圧Ｖaを出力する特性であればよい。

図５から明らかなように、エンジンの回転速度を一定とした場合には、負荷が軽くなったときに発電機の出力電圧が無駄に高くなり、エンジンが無駄な燃料を消費することになる。そこで、インバータ発電装置においては、インバータから定格電圧を出力させるために必要な直流電源部の出力電圧Ｖaを設定電圧として、インバータの負荷の変化に対して直流電源部の出力電圧を設定電圧Ｖaに保つようにエンジンの回転速度を制御する定電圧制御が行われている。

即ち、図６に示したように、インバータが無負荷のときには、エンジンの回転速度をＮ1として直流電源部の出力特性をＣとし、インバータの負荷が例えば定格負荷の１／２であるときにはエンジンの回転速度をＮ2（＞Ｎ1）として直流電源部の出力特性をＤとし、インバータの負荷が定格負荷であるときにエンジンの回転速度をＮ3（＞Ｎ2）として直流電源部の出力特性をＡとするように、負荷の変化に対して直流電源部の出力電圧を設定電圧Ｖaに保つようにエンジンの回転速度を制御することが行われている。このような定電圧制御を行えば、インバータの軽負荷時や無負荷時にエンジンの回転速度を下げることができるため、エンジンの燃費を向上させることができるだけでなく、ＣＯ2の排出量を少なくし、排気ガスによる大気の汚染を抑制することができる。
特開２００１−１２８４６３号公報

上記のように、エンジン駆動インバータ発電装置においては、負荷の変化に対して直流電源部の出力電圧を設定電圧に保つようにエンジンの回転速度を制御する定電圧制御を行うと、エンジンの燃費を向上させ、排気ガスによる大気の汚染を少なくすることができるため、特許文献１に示されたインバータ発電装置のように、エンジンが始動し、コントローラのＣＰＵが起動した後、一定の時間が経過し、かつ発電機の出力電圧が設定値以上になったことが確認されたときにインバータの動作を開始させる制御を行う場合にも、上記のような定電圧制御を行うことが考えられる。

ＣＰＵの起動後一定の時間が経過し、かつ発電機の出力電圧が設定値以上になったときにインバータを起動する制御を行う場合、インバータが起動するまでの間は、発電機にほとんど負荷がかかっていないため、定電圧制御によりエンジンの回転速度を低くしても問題がない。しかし、定電圧制御によりエンジンの回転速度が低くなっている状態でインバータが起動した際に、インバータに大きな負荷が接続されている場合には、インバータが起動した瞬間に大きな負荷電流が流れて発電機に大きな負荷がかかるため、発電機の出力電圧が大きく低下してしまう。このとき定電圧制御が働いてエンジンの回転速度を上昇させようとするが、負荷が大きい場合にはその制御が追いつかないことがあり、負荷を駆動することができなくなることがある。またエンジンの暖機運転が完了していない場合のように、エンジンが安定していない状態でインバータが起動すると、エンジンがストールするおそれもある。

本発明の目的は、インバータに大きな負荷が接続されている状態でエンジンの始動が行われた場合でも、エンジンをストールさせることなく、負荷に安定に電力を供給することができるエンジン駆動インバータ発電装置を提供することにある。

本発明は、エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機を電源として直流出力を発生する直流電源部と、該直流電源部の出力を交流出力に変換して負荷に供給するインバータとを備えて、エンジンの回転速度が負荷の駆動に適合するように制御されるエンジン駆動インバータ発電装置を制御する方法を対象とする。

本発明においては、エンジンを始動した後、エンジンの回転速度を設定回転速度に保つように制御する定速制御モードでエンジンの回転速度を制御して、エンジンの回転速度を設定回転速度まで上昇させてからインバータの動作を開始させ、予め定めた制御モード移行条件が成立した時に直流電源部の出力電圧を設定値に保つようにエンジンの回転速度を制御する定電圧制御モードでの制御に移行する。

上記のように、エンジンを始動した後、エンジンの回転速度を設定回転速度まで上昇させてからインバータの動作を開始させるようにすると、発電機が十分に高い電圧を出力している状態でインバータの動作を開始させることができるため、エンジンを始動した後、インバータの動作を開始させる際に該インバータに負荷が接続されている場合でも、発電機の出力電圧の低下を招いたり、エンジンをストールさせたりすることなく、インバータから定格電圧を出力させて負荷を支障なく駆動することができる。

また上記のように、制御モード移行条件が成立した後定電圧制御モードに移行して直流電源部の出力電圧を設定値に保つようにエンジンの回転速度を制御する定電圧制御モードでの制御に移行するようにすると、軽負荷時や無負荷時にエンジンの回転速度が低下させられるため、エンジンの燃費を向上させることができるだけでなく、ＣＯ2の排出を少なくし、排気ガスによる大気の汚染を少なくすることができる。

上記定速制御モードでの制御は、エンジンの始動時にエンジンが暖機運転を必要とする状態にあるときにのみ行うようにしてもよい。即ち、エンジンの始動時にエンジンが暖機運転を必要とする状態にあるときにのみエンジンの回転速度を設定回転速度に保つように制御する定速制御モードでエンジンの回転速度を制御してエンジンの回転速度を設定回転速度まで上昇させ、エンジンの回転速度が設定回転速度に達した後にインバータの動作を開始させるようにしてもよい。この場合も、予め定めた制御モード移行条件が成立した時には、直流電源部の出力電圧を設定値に保つようにエンジンの回転速度を制御する定電圧制御モードでの制御に移行させる。また、暖機運転中に負荷が投入されたときには、制御モード移行条件が成立している場合でも、暖機運転が終了するまでの間エンジンの回転速度を定速制御モードで制御してエンジンの回転速度を設定速度まで上昇させるようにする。

上記制御モード移行条件は、定電圧制御モードでの制御への移行を許可するための条件であり、本発明の一態様では、定速制御モードでの制御を開始した後設定された時間が経過したことを上記制御モード移行条件とする。

また本発明の他の態様では、定速制御モードでの制御を開始した後、設定された時間が経過し、かつ発電機の出力電圧が安定したことを制御モード移行条件とする。

上記設定回転速度は、インバータが定格出力（定格出力電圧×定格負荷電流）を発生することができる回転速度以上に設定するのが好ましい。

上記の制御方法を実施するエンジン駆動インバータ発電装置は、エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機を電源として直流出力を発生する直流電源部と、直流電源部の出力が入力されたインバータと、インバータから所望の交流電圧を出力させるようにインバータを制御するインバータ制御手段と、エンジンの回転速度をインバータの負荷の駆動に適合するように制御する回転速度制御手段とを備えていて、回転速度制御手段及びインバータ制御手段が下記のように構成される。

即ち、回転速度制御手段は、エンジンの回転速度を設定回転速度に保つように制御する定回転速度制御手段と、直流電源部の出力電圧を設定値に保つようにエンジンの回転速度を制御する定電圧制御手段と、エンジンが始動した後予め定めた制御モード移行条件が成立するまでの間、制御モードを定速制御モードとして前記定回転速度制御手段によるエンジンの回転速度の制御を行わせ、制御モード移行条件が成立したときに制御モードを定電圧制御モードとして定電圧制御手段によるエンジンの回転速度の制御を行わせるように制御モードを切り換える制御モード切換手段とを備えた構成とする。

またインバータ制御手段は、エンジンが始動した後、エンジンの回転速度が前記設定回転速度に達したときにインバータの制御を開始するように構成される。

また、制御条件切換手段は、エンジンの始動時にエンジンが暖機運転を必要とする状態にあるときにのみエンジンの始動後予め定めた制御モード移行条件が成立するまでの間制御モードを定速制御モードとして定回転速度制御手段によるエンジンの回転速度の制御を行わせ、エンジンが始動時に暖機運転を必要としないとき、及び制御モード移行条件が成立したときに制御モードを定電圧制御モードとして、定電圧制御手段によるエンジンの回転速度の制御を行わせるように構成することもできる。

上記制御モード切換手段は、エンジンの暖機運転中に負荷が投入されたときには、制御モード移行条件が成立している場合でもエンジンの回転速度の制御モードを定速制御モードとするように構成してもよい。

以上のように、本発明によれば、エンジンを始動した後、エンジンの回転速度を設定回転速度まで上昇させてからインバータの動作を開始させるようにしたので、発電機が十分に高い電圧を出力している状態でインバータの動作を開始させることができる。従って、エンジンを始動した後、インバータの動作を開始する際に該インバータに負荷が接続されている場合でも、発電機の出力電圧の低下を招いたり、エンジンをストールさせたりすることなく、インバータから定格電圧を出力させて負荷を支障なく駆動することができる。

また本発明において、制御モード移行条件が成立した後、定電圧制御モードに移行して発電機の出力電圧を設定値に保つようにエンジンの回転速度を制御するようにした場合には、軽負荷時や無負荷時にエンジンの回転速度を低くすることができるため、エンジンの燃費を向上させることができるだけでなく、ＣＯ2の排出量を少なくし、排気ガスによる大気の汚染を少なくすることができる。

以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係わるインバータ発電装置１のハードウェアの構成例を示したものであり、図２は、図１に示したインバータ発電装置においてマイクロコンピュータにより構成される各種の機能実現手段を、ハードウェアの要部とともに示したブロック図である。

図１において、２は３相磁石発電機、３は磁石発電機２を駆動するエンジン（Ｅ／Ｇ）である。磁石発電機２は、多極に構成された図示しない磁石回転子と、３相結線された発電コイル２u 〜２w を有する固定子とからなっていて、図示しない磁石回転子は、エンジン３のクランク軸に取り付けられている。

４はダイオードＤｕ〜ＤｗとＤｘ〜Ｄｚとを３相ブリッジ接続して構成した整流器で、整流器４の３相の交流入力端子４ｕ〜４ｗにそれぞれ発電機２の３相の出力端子が接続され、整流器４の直流出力端子４ａ，４ｂ間には平滑用のコンデンサＣｄが接続されている。図示の例では、磁石発電機２とエンジン３と整流器４と電源コンデンサＣd とにより、エンジンにより駆動される発電機を電源として直流電圧を出力する直流電源部Ｅが構成されている。

５はスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴ Ｆu 及びＦv とＦx 及びＦy とを用いたブリッジ形のインバータ回路（電力変換回路）で、このインバータ回路においては、互いに直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ Ｆu 及びＦX からなる第１のアームと、同じく直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ Ｆv 及びＦy からなる第２のアームとを並列に接続することによりＨブリッジ回路を構成している。この例では、ＭＯＳＦＥＴ Ｆu 及びＦv がそれぞれ第１及び第２のアームの上段のスイッチ素子を構成し、Ｆx 及びＦy がそれぞれ第１及び第２のアームの下段のスイッチ素子を構成している。

ＭＯＳＦＥＴ Ｆu ，Ｆv 及びＦx ，Ｆy のドレインソース間にはそれぞれアノードがソース側に向いた寄生ダイオードＤfu，Ｄfv及びＤfx，Ｄfyが形成されている。インバータ回路５の対の入力端子５ａ及び５ｂは整流器４の出力端子４ａ及び４ｂに接続され、インバータ回路５の対の出力端子５ｕ及び５ｖはそれぞれインダクタンスＬ1 及びＬ2 とコンデンサＣ1 とからなる低域通過形のフィルタ回路６を通して対の負荷接続端子７ｕ及び７ｖに接続されている。負荷接続端子７ｕ及び７ｖにはコンセントとプラグとからなる周知のコネクタ８を通して負荷９が接続されている。インバータ回路５とフィルタ回路６とによりインバータＩＮＶが構成されている。

１１はインバータから負荷に供給される電流を検出する負荷電流検出回路、１２は演算増幅器ＯＰ1 と該演算増幅器の入力端子を負荷接続端子７ｕ及び７ｖに接続する抵抗器Ｒｕ及びＲｖとからなる負荷電圧検出回路で、負荷電流検出回路１１の出力及び負荷電圧検出回路１２の出力は、インバータ回路のスイッチ素子とエンジン３とを制御するコントローラ１３に入力されている。

コントローラ１３は、負荷電流検出回路１１の出力を基準信号と比較する比較器１３ａと、負荷電圧検出回路１２の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３ｂと、ＲＯＭ，ＲＡＭ（図示せず。）及びＣＰＵ（マイクロコンピュータ）１３ｃと、ＣＰＵが発生するＰＷＭ信号に応じてＦＥＴ Ｆｕ，Ｆｖ，Ｆｘ及びＦｙのゲートに駆動信号Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｘ及びＧｙを与える駆動信号出力回路１３ｄと、整流器４の出力電圧の検出値をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３ｅとを備えている。本実施形態では、コントローラ１３の電源電圧が直流電源部Ｅの出力を入力として一定の直流電圧を出力する定電圧電源回路から与えられるようになっている。

整流器４の出力端子間の電圧（直流電源部の出力電圧）が抵抗器Ｒａ及びＲｂを通して演算増幅器ＯＰ2 の入力端子に入力され、演算増幅器ＯＰ2 の出力がコントローラ１３内のＡ／Ｄ変換器１３ｅに入力されている。抵抗器Ｒａ及びＲｂと演算増幅器ＯＰ2 とにより、直流電源部の出力電圧を検出する電源出力検出回路１４が構成されている。

コントローラ１３は、ＣＰＵ１３ｃに所定のプログラムを実行させることにより、負荷接続端子７ｕ，７ｖ間から所望の交流電圧を出力するように、インバータ回路５のスイッチ素子を制御するインバータ制御手段２０（図２参照）を構成する。このインバータ制御手段２０は、エンジン３の始動時にその回転速度が設定回転速度Ｎｓに達したときに制御動作を開始して、整流器４から得られる直流電源部の直流出力電圧のデータＡＮ１を演算増幅器ＯＰ2 とＡ／Ｄ変換器１３ｅとを通して読み込み、該出力電圧（ＡＮ１）と、ＰＷＭ周期毎に到来するスイッチタイミングにおける基準電圧（負荷接続端子間に得ようとする電圧）の瞬時値とにより決まるデューティ値でインバータ回路の所定のスイッチ素子をオンオフさせることにより、負荷接続端子７ｕ，７ｖ間から一定の周波数と一定の実効値とを有する交流電圧を出力させる。上記設定回転速度Ｎｓ（インバータが起動するときの回転速度）は、インバータＩＮＶが定格出力電圧を発生することができる回転速度以上に設定されている。

インバータ制御手段はまた、負荷接続端子間の電圧の瞬時値を与えるデータＡＮ０を演算増幅器ＯＰ1とＡ／Ｄ変換器１３ｂとを通して読み込み、該データＡＮ０が基準電圧の瞬時値を与える基準データよりも大きいときにＰＷＭ信号のデューティ値を小さくするようにデューティ値を補正して、負荷電圧検出回路１２により検出される電圧の瞬時値と基準電圧の瞬時値との間の偏差を零に近づける制御を行う。

図１のインバータ発電装置においてはまた、負荷接続端子７ｕ，７ｖを通して設定値を超える過電流が流れたときにインバータ回路５のスイッチ素子への駆動信号の供給を停止して、過電流を遮断するための制御を行う過電流保護手段を設けている。

コントローラ１３は、エンジンのスロットル弁１５を操作するアクチュエータ１６を制御する手段を兼ねていて、ＣＰＵ１３ｃから図示しない駆動回路を通してアクチュエータ１６に駆動電流が与えられるようになっている。コントローラは、ＣＰＵ１３ｃに所定のプログラムを実行させることにより、エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段２１（図２参照）と、スロットル弁１５の開度を制御してエンジンの回転速度を制御するエンジン回転速度制御手段とを構成する。アクチュエータ１６は、ソレノイドを駆動源としたものでもよく、ステップモータなどのモータを駆動源としたものでもよい。

回転速度検出手段２１は、エンジンに取り付けられて、エンジンの一定のクランク角位置でパルスを発生する信号発生器と、この信号発生器の出力パルスの発生間隔からエンジンの回転速度を演算する回転速度演算手段とにより構成される。

回転速度制御手段は、図２に示したように、エンジンの回転速度を設定回転速度に保つように制御する定速制御モードでエンジンの回転速度を制御する定回転速度制御手段２２と、直流電源部の出力電圧を設定値に保つようにエンジンの回転速度を制御する定電圧制御モードでエンジンの回転速度を制御する定電圧制御手段２３と、エンジンが始動した後、予め定めた制御モード移行条件が成立するまでの間、制御モードを定速制御モードとして、定回転速度制御手段２２によるエンジンの回転速度の制御を行わせ、制御モード移行条件が成立したときに制御モードを定電圧制御モードとして、定電圧制御手段によるエンジンの回転速度の制御を行わせるように制御モードを切り換える制御モード切換手段２４とにより構成される。

本実施形態においては、以下に示すような方法でインバータとエンジンの回転速度とが制御される。エンジンが始動し、ＣＰＵ１３ｃの電源が確立して該ＣＰＵが起動すると、制御モード切換手段２４が制御モードを定速制御モードとして、定回転速度制御手段２２によるエンジンの回転速度の制御を開始させる。これによりエンジンの回転速度が設定速度Ｎｓに向けて上昇させられる。設定回転速度Ｎsは、インバータが定格出力（定格出力電圧×定格負荷電流）を発生することができる回転速度以上に設定する。発電機が図６に示すような出力特性を有する場合設定回転速度Ｎsは、Ｎ3以上に設定される。

回転速度が設定回転速度Ｎsに達すると、インバータ制御手段２０がインバータ回路５の制御を開始し、インバータＩＮＶから一定の交流電圧を出力させる。エンジンを始動した後、所定の制御モード移行条件が成立したときに、制御モード切換手段２４が制御モードを定電圧制御モードに切り換えて、エンジンの回転速度の制御を、定電圧制御手段２３による制御に移行させる。定電圧制御モードでは、電源出力検出回路１４により検出される直流電源部Ｅの出力電圧を設定値に保つ制御が行われる。即ち、直流電源部Ｅの出力電圧が設定値よりも高いときにはエンジンの回転速度を下げるようにスロットル弁の開度を制御し、直流電源部Ｅの出力電圧が設定値よりも低いときには、エンジンの回転速度を上げるようにスロットル弁の開度を制御して、直流電源部Ｅの出力電圧を設定値に保つようにエンジンの回転速度を制御する。

直流電源部Ｅの出力電圧の設定値は、インバータの定格出力電圧のピーク値に、インバータ回路５のスイッチ素子による電圧降下と、フィルタ回路６で生じる電圧降下との和の電圧を加えた電圧以上に設定される。

上記制御モード移行条件は、例えば、定速制御モードでの制御を開始した後設定時間が経過したことである。この場合、設定時間は、エンジンの回転が安定するまでの時間に設定する。設定時間は一定でもよく、エンジンの温度などにより変化させるようにしてもよい。設定時間は実験的に求めておく。設定時間をエンジンの温度などのパラメータにより変化させる場合には、該パラメータと設定時間との間の関係を与えるマップを作成しておいて、検出されたパラメータに対して該マップを検索することにより、設定時間を求めるようにすればよい。

上記の制御モード切換手段を構成するためにマイクロコンピュータに実施させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図３に示した。このアルゴリズムによる場合には、エンジンを始動し、ＣＰＵが起動したときに、先ずステップ１で定回転速度制御手段２２によるエンジンの回転速度の制御を開始させ、ステップ２でインバータが交流電圧の出力を開始してから設定時間が経過したか否かを判定する。その結果設定時間が経過してないと判定されたときにはステップ１に戻り、設定時間が経過したと判定されたときにステップ３に移行して、定電圧制御手段２３によるエンジンの回転速度の制御を開始させる。

また、定速制御モードでの制御を開始した後、設定された時間が経過し、かつ発電機２の出力電圧が安定したことを上記制御モード移行条件とすることもできる。発電機２の出力電圧が安定したか否かは、直流電源部Ｅの出力電圧の時間的な変化率から判定することができる。例えば、エンジンの回転速度が設定回転速度Ｎsに保たれている状態で、直流電源部の出力電圧を一定のサンプリング間隔ΔＴでサンプリングして、前回のサンプリング値と今回のサンプリング値との差を演算することにより電圧変動量ΔＶを求め、この電圧変化分ΔＶとサンプリング間隔ΔＴとから電圧変化率ΔＶ／ΔＴを求めて、この変化率ΔＶ／ΔＴが設定された判定値以下になったときに発電機の出力電圧が安定したと判定することができる。

上記のように、エンジンが始動し、ＣＰＵが起動した後、エンジンの回転速度を設定回転速度まで上昇させてからインバータの動作を開始させるようにすると、発電機が十分に高い電圧を出力している状態でインバータの動作を開始させることができるため、エンジンを始動した後、インバータの動作を開始させる際に該インバータに負荷が接続されている場合でも、発電機の出力電圧の低下を招いたり、エンジンをストールさせたりすることなく、インバータから定格電圧を出力させて負荷を支障なく駆動することができる。

また上記のように、制御モード移行条件が成立した後定電圧制御モードに移行して直流電源部の出力電圧を設定値に保つようにエンジンの回転速度を制御する定電圧制御モードでの制御に移行するようにすると、軽負荷時や無負荷時にエンジンの回転速度が低下させられるため、エンジンの燃費を向上させることができるだけでなく、ＣＯ2の排出量を少なくし、排気ガスによる大気の汚染を少なくすることができる。

上記の実施形態では、エンジンが始動し、ＣＰＵが起動したときに毎回定速制御モードでのエンジンの回転速度の制御を行わせているが、エンジンの始動時にエンジンが暖機運転を必要とする状態にあるときにのみ、エンジンの回転速度を設定回転速度に保つように制御する定速制御モードでのエンジンの回転速度の制御を行わせるようにしてもよい。

このように暖機運転が必要なときにのみ定速制御モードでのエンジンの回転速度の制御を行わせる場合も、インバータ制御手段２０は、エンジンの回転速度が設定回転速度Ｎsに達した後にインバータの動作を開始させるように構成される。また制御モード切換手段は、予め定めた制御モード移行条件が成立した時に、エンジンの回転速度の制御を定電圧制御モードでの制御に移行させる。

上記のように暖機運転が必要な場合にのみ定速制御モードでの回転速度の制御を行う場合に、制御モード切換手段を構成するためにマイクロコンピュータに実行させるプログラムのアルゴリズムを図４に示した。このアルゴリズムによる場合には、エンジンが始動し、ＣＰＵが起動した時に先ずステップ１で暖機運転が必要か否かを判定し、暖機運転が必要な場合には、ステップ２に進んで定回転速度制御手段による回転速度の制御を開始させる。またステップ１で暖機運転が必要でないと判定されたときには、ステップ３に進んで定電圧制御手段による回転速度の制御を開始させる。

エンジンが暖機運転を必要としない場合（エンジンの温度が、始動直後からエンジンを安定に運転し得る程度に十分に高い場合）には、エンジンの始動直後からエンジンの回転が安定し、発電機に大きな負荷がかかってもエンジンがストールするおそれはなく、またエンジンは、スロットル弁が開かれれば回転速度がスムースに上昇する状態にあるので、上記のように、定速制御モードによる回転速度の制御を行うことなく、いきなり定電圧制御モードでの制御を開始させても支障を来さない。

上記のように、エンジンの始動時にエンジンが暖機運転を必要とする状態にあるときにのみ定速制御モードでのエンジンの回転速度の制御を行わせる場合、暖機運転中に負荷が投入されたときには、制御モード移行条件が成立している場合でも、暖機運転が完了するまでの間エンジンの回転速度を定速制御モードで制御するように、制御モード切換手段２４を構成しておくのが好ましい。

上記の説明では、１つのコントローラによりインバータとエンジンの回転速度とを制御するようにしたが、インバータを制御するコントローラと、エンジンの回転速度を制御するコントローラとを別々に設けるようにしてもよい。

本発明では、定電圧制御モードで直流電源部の出力電圧を設定値に保つようにエンジンの回転速度を制御するが、これは、発電機の出力電圧を設定値に保つようにエンジンの回転速度を制御することと同義である。即ち、「定電圧制御モードで直流電源部の出力電圧を設定値に保つようにエンジンの回転速度を制御する」と表現する代わりに、「定電圧制御モードで発電機の出力電圧を設定値に保つようにエンジンの回転速度を制御する」と表現することもできる。

直流電源部の出力電圧を設定値に保つように制御するために、直流電源部の出力電圧を監視するようにしているが、直流電源部において発電機の交流出力を直流出力に変換する回路として、整流素子の一部にサイリスタを含む制御整流回路を用いて、該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出力電圧を一定に制御する場合には、該サイリスタの導通角から直流電源部の現在値を推測するようにすることもできる。

定速制御モードでの設定回転速度Ｎsは、インバータに定格負荷が接続された状態でインバータの出力電圧を所望の値に保つことができる程度に十分に高い回転速度であることが望ましいが、インバータに負荷が接続されている状態で該インバータが動作を開始した際に、エンジンがストールすることがない程度にエンジンの回転速度が上昇していればよいので、定格負荷電流よりも小さい負荷電流が流れたときにインバータの出力電圧を定格電圧に保つことができる程度の回転速度に設定してもよい。

上記の実施形態では、スロットル弁の開度を制御することによりエンジンの回転速度を制御しているが、スロットルバルブをバイパスする流路を流れるエアの流量を調節するＩＳＣバルブが設けられている場合には、該ＩＳＣバルブの開度を制御することによりエンジンの回転速度を制御するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係わるインバータ発電装置のハードウェアの構成を示し た回路図である。 図１に示したインバータ発電装置において、マイクロコンピュータにより構 成される機能実現手段をハードウェアの要部の構成と共に示したブロック図である。 本発明の実施形態において用いる制御モード切換手段を構成するためにマイ クロコンピュータに実行させるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートで ある。 本発明の他の実施形態において用いる制御モード切換手段を構成するために マイクロコンピュータに実行させるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャー トである。 本発明が対象とするインバータ発電装置で用いる直流電源部の出力特性の一 例を示したグラフである。 本発明が対象とするインバータ発電装置で用いる直流電源部の出力特性の一 例を回転速度をパラメータとして示したグラフである。

１ インバータ発電装置
２ 発電機
３ エンジン
４ 整流器
５ インバータ回路
６ フィルタ回路
９ 負荷
１２ 負荷電圧検出回路
１４ 電源出力検出回路
１５ スロットル弁
１６ アクチュエータ
２０ インバータ制御手段
２１ 回転速度検出手段
２２ 定回転速度制御手段
２３ 定電圧制御手段
２４ 制御モード切換手段

Claims (10)

1. エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機を電源として直流出力を発生する直流電源部と、前記直流電源部の出力を交流出力に変換して負荷に供給するインバータとを備えて、前記エンジンの回転速度が前記負荷の駆動に適合するように制御されるエンジン駆動インバータ発電装置を制御する方法であって、
   前記エンジンを始動した後、前記エンジンの回転速度を設定回転速度に保つように制御する定速制御モードで前記エンジンの回転速度を制御して、前記エンジンの回転速度を前記設定回転速度まで上昇させてから前記インバータの動作を開始させ、
   予め定めた制御モード移行条件が成立した時に前記直流電源部の出力電圧を設定値に保つように前記エンジンの回転速度を制御する定電圧制御モードでの制御に移行することを特徴とするエンジン駆動インバータ発電装置の制御方法。
2. エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機を電源として直流出力を発生する直流電源部と、前記直流電源部の出力を交流出力に変換して負荷に供給するインバータとを備えて、前記エンジンの回転速度が前記負荷の駆動に適合するように制御されるエンジン駆動インバータ発電装置を制御する方法であって、
   前記エンジンの始動時に前記エンジンが暖機運転を必要とする状態にあるときに前記エンジンの回転速度を設定回転速度に保つように制御する定速制御モードで前記エンジンの回転速度を制御することにより前記エンジンの回転速度を設定回転速度まで上昇させて、前記エンジンの回転速度が前記設定回転速度に達した後に前記インバータの動作を開始させ、
   予め定めた制御モード移行条件が成立した時に前記直流電源部の出力電圧を設定値に保つように前記エンジンの回転速度を制御する定電圧制御モードでの制御に移行させ、
   前記暖機運転中に前記負荷が投入されたときには、前記制御モード移行条件が成立している場合でも前記エンジンの回転速度を前記定速制御モードで制御することを特徴とするエンジン駆動インバータ発電装置の制御方法。
3. 前記制御モード移行条件は、前記定速制御モードでの制御を開始した後設定された時間が経過したことである請求項１または２に記載のエンジン駆動インバータ発電装置の制御方法。
4. 前記制御モード移行条件は、前記定速制御モードでの制御を開始した後、設定された時間が経過し、かつ前記発電機の出力電圧が安定したことである請求項１または２に記載のエンジン駆動インバータ発電装置の制御方法。
5. 前記設定回転速度は、前記インバータが定格出力を発生することができる回転速度以上に設定されている請求項１ないし４のいずれか１つに記載のエンジン駆動インバータ発電装置の制御方法。
6. エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機を電源として直流出力を発生する直流電源部と、前記直流電源部の出力が入力されたインバータと、前記インバータから所望の交流電圧を出力させるように前記インバータを制御するインバータ制御手段と、前記エンジンの回転速度を前記インバータの負荷の駆動に適合するように制御する回転速度制御手段とを備えたエンジン駆動インバータ発電装置であって、
   前記回転速度制御手段は、前記エンジンの回転速度を設定回転速度に保つように制御する定回転速度制御手段と、前記直流電源部の出力電圧を設定値に保つように前記エンジンの回転速度を制御する定電圧制御手段と、前記エンジンが始動した後予め定めた制御モード移行条件が成立するまでの間、制御モードを定速制御モードとして前記定回転速度制御手段によるエンジンの回転速度の制御を行わせ、前記制御モード移行条件が成立したときに制御モードを定電圧制御モードとして前記定電圧制御手段によるエンジンの回転速度の制御を行わせるように制御モードを切り換える制御モード切換手段とを備え、
   前記インバータ制御手段は、前記エンジンが始動した後、前記エンジンの回転速度が前記設定回転速度に達したときに前記インバータの制御を開始するように構成されていること、
   を特徴とするエンジン駆動インバータ発電装置。
7. エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機を電源として直流出力を発生する直流電源部と、前記直流電源部の出力が入力されたインバータと、前記インバータから所望の交流電圧を出力させるように前記インバータを制御するインバータ制御手段と、前記エンジンの回転速度を前記インバータの負荷の駆動に適合するように制御する回転速度制御手段とを備えたエンジン駆動インバータ発電装置であって、
   前記回転速度制御手段は、前記エンジンの回転速度を設定回転速度に保つように制御する定回転速度制御手段と、前記直流電源部の出力電圧を設定値に保つように前記エンジンの回転速度を制御する定電圧制御手段と、前記エンジンの始動時に前記エンジンが暖機運転を必要とする状態にあるときにエンジンの始動後予め定めた制御モード移行条件が成立するまでの間制御モードを定速制御モードとして前記定回転速度制御手段によるエンジンの回転速度の制御を行わせ、前記エンジンが始動時に暖機運転を必要としないとき、及び前記制御モード移行条件が成立したときに制御モードを定電圧制御モードとして、前記定電圧制御手段によるエンジンの回転速度の制御を行わせるように制御モードを切り換える制御モード切換手段とを備え、
   前記インバータ制御手段は、前記エンジンが始動した後、前記エンジンの回転速度が前記設定回転速度に達したときに前記インバータの制御を開始するように構成されていること、
   を特徴とするエンジン駆動インバータ発電装置。
8. 前記制御モード切換手段は、前記エンジンの暖機運転中に前記負荷が投入されたときには、前記制御モード移行条件が成立している場合でも前記エンジンの回転速度の制御モードを前記定速制御モードとするように構成されていること、
   を特徴とする請求項７に記載のエンジン駆動インバータ発電装置。
9. 前記制御モード移行条件は、前記定速制御モードでの制御を開始した後設定された時間が経過したことである請求項６，７または８に記載のエンジン駆動インバータ発電装置。
10. 前記制御モード移行条件は、前記定速制御モードでの制御を開始した後、設定された時間が経過し、かつ前記発電機の出力電圧が安定したことである請求項６，７または８に記載のエンジン駆動インバータ発電装置。

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