JP4446439B2

JP4446439B2 - 可搬型発電機

Info

Publication number: JP4446439B2
Application number: JP2004154778A
Authority: JP
Inventors: 誠小川; 潤一江口; 勉平野; 智夫井上
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2024-05-25
Also published as: US20050264961A1; JP2005341671A; US7183668B2; CN1702955A; CN100423444C

Description

本発明は、可搬型発電機に関し、特に、比較的大容量の直流を出力することができ、異常の発生を簡単に検出することができる可搬型発電機に関する。

エンジン等で駆動される可搬型発電機は、従来から屋外作業やレジャーにおける活動等で使用される電気機器の電源として広く利用されている。さらに近年、コンピュータ用の無停電電源装置、いわゆるＵＰＳのバックアップ電源等にも用途が広がりつつある。この種の可搬型発電機を直流出力用発電機として構成する場合、機体は小型でありながらも、出力は比較的低電圧・大電流を供給可能であることが要求される傾向がある。このような大電流出力が要求される発電機においては、出力巻線の線径が太くなり、かつ巻線間の絶縁についても絶縁耐圧や絶縁材の材質等にもより高いレベルの配慮が必要となる。

そこで、本出願人は、出力巻線の線径を細くできたり、電力素子の容量を小さくできる可搬型発電機を提案している（実用新案登録第２５１１８４３号）。この登録実用新案に係る考案では、同一鉄心にそれぞれ独立して巻装される複数の出力巻線と、この複数の出力巻線に対応して設けられたサイリスタブリッジ整流回路とで互いに独立した複数の電源ユニットを形成し、それぞれの電源ユニットの出力を並列接続して、それぞれの出力を合体させるようにしている。
実用新案登録公報第２５１１８４３号

上記特許文献１に開示された装置では、電力発生源を共通にする複数の電源ユニットが並列接続されていることから、複数の電源ユニットのいずれかに異常が発生した場合に、この異常発生を発電機の出力側の検出系で把握するのが簡単でないという問題があった。

本発明の目的は、上記問題点を解消して、複数の電源ユニットの異常を簡単・確実に検出することができる可搬型発電機を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、同一鉄心に互いに独立して巻装された複数の出力巻線と、これら複数の出力巻線に対応させて設けられた制御端子付き整流素子からなる整流回路とを有する互いに独立した複数の電源ユニットを備え、これら複数の電源ユニットが、それぞれの出力を統合するために並列接続されている可搬型発電機において、前記整流回路のそれぞれの出力電流を検出する電流検出手段と、前記整流回路のそれぞれの出力電流を検査して、該出力電流の一つと少なくとも残りの一つとが予定値以上異なっている場合を異常として検出する電流判定手段と、前記電流判定手段が異常を検出したときに全ての前記整流回路の出力を停止させる手段とを具備した点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記整流回路の出力停止動作後に、少なくとも一つの前記電流検出手段で出力電流が依然として検出されていた場合に発電機駆動用エンジンを停止させる手段を備えた点に第２の特徴がある。

第１の特徴によれば、複数の電源ユニットのそれぞれの整流回路の出力が他と異なっているかどうかの判断によって簡単に異常検出することができる。特に、負荷時においては第１の特徴によって各整流回路の出力電流に基づき異常を検出できる。

第２の特徴によれば、異常時に複数の整流回路の出力を簡単にかつ確実に同時停止させることができる。

以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る可搬型発電機の要部構成図である。図１において、発電機本体の固定子１は、それぞれ独立した４つの出力巻線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４と、これら出力巻線Ｌ１〜Ｌ４とは独立している補助巻線Ｌ５とを単一の固定子鉄心（図示せず）の突極に巻装して構成される。出力巻線Ｌ１〜Ｌ４は、巻き数や線径等が同一のものが使用される。つまり、同一仕様である。

固定子１の外周には、図示しない回転子が設けられる。回転子は環状に配置された複数の磁石を有するもので、いわゆるアウタロータである。この回転子は駆動源（ここでは、エンジンを想定する）に接続され、固定子１の外周に沿って回転するように駆動される。

出力巻線Ｌ１〜Ｌ４は、サイリスタ（制御端子付き整流素子）とダイオードとで構成される三相整流ブリッジ回路２、３，４，５にそれぞれ接続される。サイリスタならびにダイオードを示す図中の記号はいずれも周知であり、図の煩雑を回避するためこれらには符号は付していない。三相整流ブリッジ回路２〜５の出力側には、それぞれ平滑用コンデンサ６，７，８，９が設けられる。三相整流ブリッジ回路２〜５のプラス側出力線は一本に統合されてプラス側出力端子１０に接続され、マイナス側出力線は１本に統合されてマイナス側出力端子１１に接続される。

前記各プラス側出力線の、１本に統合される前の位置には、シャント１２，１３，１４，１５が設けられる。シャント１２〜１５のそれぞれの両端の電位差は三相整流ブリッジ回路２〜５の各出力電流Ｉｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３，Ｉｄ４を示す信号としてマイクロコンピュータつまりコントローラ（図２参照）１６に入力される。また、前記各コンデンサ６〜９の両端の電位差は、三相整流ブリッジ回路２〜５のそれぞれの出力電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２，Ｖｄ３，Ｖｄ４としてコントローラ１６に入力される。

前記各プラス側出力線の、１本に統合された位置にはヒューズ１７が設けられる。ヒューズ１７は、三相整流ブリッジ回路２〜５の各出力電流の合算値の最大値を許容するものを選択して設ける。また、１本に統合された前記プラス側出力線の、ヒューズ１７の上流側と前記４本のマイナス側出力線のうちの少なくとも１本（図１では２本の例を示す）の線間にはダイオード１８が設けられる。このダイオード１８によって、例えば、負荷であるバッテリ１９が誤って正負逆接続された場合、負荷側からの電流は、このダイオード１８を介して１本に統合された出力線間に流れることになる。したがって、この出力線に比べて許容電流が小さい各三相整流ブリッジ回路２〜５側へ、逆接続された負荷から電流が流入するのが防止される。

プラス側およびマイナス側の出力端子１０，１１にはバッテリ１９およびＵＰＳ２０が接続され、ＵＰＳ２０の出力側は図示しない電子機器、例えばコンピュータシステムに接続される。ＵＰＳ２０には、例えば、商用の交流電源２１が接続され、バッテリ１９は、この商用交流電源２１を使って常時充電（フロート充電）されている。本実施形態の可搬型発電機はＵＳＰ２０に接続されて、商用交流電源２１が停電時等にＵＳＰ２０およびバッテリ１９に電力を供給する。なお、バッテリ１９として、異なる定格電圧、例えば、４８ボルトと３６ボルトのものを接続することができるように構成されている。

図２は、コントローラとその周辺の接続図である。補助巻線Ｌ５は定電圧回路２２に接続される。定電圧回路２２は、正負（プラス５ボルトおよびマイナス５ボルト）それぞれの三端子レギュレータ２２１，２２２を含み、補助巻線Ｌ５の電圧に基づいて安定化された正負各５ボルトの直流電源電圧を生じる。この直流電源電圧はコントローラ１６の電源として使用される。また、補助巻線Ｌ５の出力波形は、発電機本体の前記回転子の回転検出用の信号としてコントローラ１６に供給される。コントローラ１６には、コントローラ１６で使用されるデータを格納するためのＥＥＰ−ＲＯＭ２３が接続される。

コントローラ１６は、三相整流ブリッジ回路２，３，４，５の各サイリスタをオン・オフ制御するためのサイリスタ制御信号（ゲートパルス）１６ａ，１６ｂ，１６ｃを出力する。このゲートパルス１６ａ〜１６ｃは前記各サイリスタのゲート端子つまり制御端子に供給される。三相整流ブリッジ回路２〜５は、出力巻線Ｌ１〜Ｌ４のＵ，Ｖ，Ｗ各相に対応する三つのサイリスタを備えており、各相に対応するサイリスタは、三相整流ブリッジ回路２〜５に共通するこれらゲートパルス１６ａ〜１６ｃによって制御される。したがって、ゲートパルス１６ａ〜１６ｃによって三相整流ブリッジ回路２〜５は互いに同期して制御される。

前記アウタロータを駆動するエンジンのスロットル弁を図示しないステッピングモータで開閉制御するため、コントローラ１６はこのステッピングモータにモータ駆動信号１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ，１６ｇを出力する。

出力スイッチ２４は、本実施形態における可搬発電機の発電出力を停止させるためのスイッチであり、この出力スイッチ２４を予定時間押し続けると、このスイッチ２４のオン信号１６ｈによってゲートパルス１６ａ〜１６ｃが停止されて電力の出力が停止される。但し、発電出力を停止させるだけであり、この出力スイッチ２４の操作のみではエンジンは停止しない。

電圧切り換えスイッチ２５は、接続される負荷（バッテリ１９等）に応じて出力電圧を設定するためのスイッチである。例えば、電圧切り換えスイッチ２５がオン（切換信号１６ｉがオン）のときは出力電圧として３６ボルトが設定され、電圧切り換えスイッチ２５がオフ（切換信号１６ｉがオフ）のときは、出力電圧として４８ボルトが設定される。

出力表示灯２６、過負荷表示灯２７、およびオイルアラート表示灯２８が設けられる。オイルアラート表示灯２８はオイルアラート回路２９を介してコントローラ１６に接続される。出力表示灯２６は、発電電力出力中に点灯される。過負荷表示灯２７は、過負荷時つまり過電流もしくは過電圧時に点灯される。

トランジスタ式マグネット点火装置の回路部（トラマグ回路）３０が設けられる。トランジスタ式マグネット点火装置の要部は周知のものを使用できる。トラマグ回路３０の接地線はオイルアラート回路２９のものと接続され、コントローラ１６の端子Ｇに接続される。トラマグ回路３０の他方の線は、点火装置のコイル部３１に接続される。コイル部３１の二次側には点火プラグ３２が接続される。オイルアラート回路２９の他方の端子はコントローラ１６の端子ＬＳに接続される。コントローラ１６の端子Ｇと端子ＬＳは点火停止のためにコントローラ１６の内部で短絡可能に構成される。

上記発電機本体の動作を説明する。始動は、発電機本体の駆動源であるエンジンに連結されるリコイルスタータを用いて行う。リコイルスタータを引くとエンジンのクランク軸が回転させられて、補助コイルＬ５が電圧を生じ、この電圧によって定電圧回路２２が所定の電圧を形成する。コントローラ１６は、この電圧が印加されると制御開始可能となる。

リコイルスタータでエンジンが回転されると、前記点火装置によってエンジンに点火されて発電機は始動される。発電機本体の巻線Ｌ１〜Ｌ４およびＬ５は、それぞれ発電を開始し、発生された電力は統合されて、出力端子１０，１１から発電電力として出力される。この電力はバッテリ１９およびＵＰＳ２０に供給される。

発電電力が出力されているときは、出力表示灯２６が付勢される。また、過電流や過電圧のときは過負荷表示灯２７が付勢される。さらに、周知の手法によってエンジンのオイルが基準値以下に低減していると判断されたときは、オイルアラート回路２９が作動してオイルアラート表示灯２８が付勢される。例えば、オイルアラート回路２９は、端子ＬＳからの信号によってオイルアラート表示灯２８に電流が流れるように構成されるスイッチング回路である。さらに、オイルが減少した時や、後述の発電系統異常時には、コントローラ１６は、端子ＬＳと端子Ｇとをコントローラ１６の内部で短絡して点火を停止する。

本実施形態では、このように巻線および整流回路を含む４つの発電部（電源ユニット）の出力を統合つまり重畳して最終的な出力としている。そして、個々の電源ユニットに異常が発生した場合には、次のように対処できるようにしている。

図３は、異常処理のためのコントローラ１６の機能を示すブロック図である。電圧設定部３３には、三相整流ブリッジ回路の出力電圧の目標値Ｖｒｅｆが予め設定される。目標値Ｖｒｅｆは、電圧切り換えスイッチ２５の切り換えに応じて切り換えられる。偏差算出部３４では、電圧設定部３３から入力される目標電圧Ｖｒｅｆに対する出力電圧Ｖｏｕｔの偏差ΔＶが算出される。出力電圧Ｖｏｕｔは前記電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ４のいずれか一つで代表することができる。算出された偏差ΔＶはゲートパルス生成部３５に入力される。ゲートパルス生成部３５は、偏差ΔＶを解消するように、この偏差ΔＶに比例するゲインを決定する比例制御機能を有する。そして、ゲートパルス生成部３５は、このゲインに従ってサイリスタの導通角を決定し、さらにこの導通角に応じたゲートパルスを生成する。このゲートパルスは三相整流ブリッジ回路２〜５に供給されて、三相整流ブリッジ回路２〜５のサイリスタが同時に制御される。

電圧比較部３６は、三相整流ブリッジ回路２〜５の出力電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ４を互いに比較して、その差を算出する。電圧偏差判定部３７は、電圧比較部３６で算出された、電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ４の互いの差が予定の範囲に入っているかどうかを判定し、これらの差の内、少なくとも一つがこの範囲から逸脱しているときに異常検出信号を出力する。すなわち、電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ４のうち一つが、少なくとも残りの一つと大きく異なっているときは、いずれかの発電系統に配線の切断などの異常があると判断して異常検出信号を出力する。

互いの電圧の違いによる異常判断は、特に、無負荷運転時電流が検出できない場合であっても異常を検出できる点で有用である。

電流比較部３８は、三相整流ブリッジ回路２〜５のそれぞれの出力電流Ｉｄ１〜Ｉｄ４を互いに比較して、その差を算出する。電流偏差判定部３９は、電流比較部３８で算出された、電流Ｉｄ１〜Ｉｄ４の互いの差が予定の範囲に入っているかどうかを判定し、これらの差のうち少なくとも一つが、この範囲から逸脱しているときに異常検出信号を出力する。すなわち、電流Ｉｄ１〜Ｉｄ４のうち一つが、少なくとも残りの一つと大きく異なっているときは、いずれかの発電系統に異常があると判断して異常検出信号を出力する。

なお、異常の判断は、三相整流ブリッジ回路２〜５の出力電圧値や出力電流値を互いに比較して行うのではなく、これら電圧値や電流値が、基準となる予定の電圧値や電流値（範囲で設定される）の範囲内にあるか否かによって行ってもよい。

ゲートパルス生成部３５に、異常検出信号がそれぞれ入力される。ゲートパルス生成部３５は、それぞれの異常検出信号が入力されるとゲートパルスの出力を停止する。つまり、三相整流ブリッジ回路２〜５の出力が停止される。

異常検出信号は、電流判定部４０にも入力される。電流判定部４０は、異常検出信号が入力されると、電流Ｉｄ１〜Ｉｄ４の有無を判定する。電流が検出された場合は、エンジンの点火を停止する。つまり、上述のように、コントローラ１６の端子ＬＳと端子Ｇとを短絡させる。

本実施形態では、出力電流および出力電圧のいずれか一方に関して異常が検出されたときに整流回路の出力を停止し、さらに出力電流が依然として流れていることを検出したときには点火停止を指示するようにした。

このように、本実施形態によれば、各電源ユニットの異常を簡単・確実に検出して出力を停止させることができる。

本発明の一実施形態に係る可搬型発電機の要部に係る接続図（その１）である。本発明の一実施形態に係る可搬型発電機の要部に係る接続図（その２）である。本発明の一実施形態に係る可搬型発電機のコントロール部の要部機能を示すブロック図である。

符号の説明

１…発電機本体、２〜５…三相整流ブリッジ回路、１２〜１５…シャント、３７…電圧偏差判定部、３９…電流偏差判定部、４０…電流判定部、Ｌ１〜Ｌ４…出力巻線、Ｌ５…補助巻線

Claims

同一鉄心に互いに独立して巻装された複数の出力巻線と、これら複数の出力巻線に対応させて設けられた制御端子付き整流素子からなる整流回路とを有する互いに独立した複数の電源ユニットを備え、これら複数の電源ユニットが、それぞれの出力を統合するために並列接続されている可搬型発電機において、
前記整流回路のそれぞれの出力電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出された各出力電流を検査して、該出力電流の一つと少なくとも残りの一つとが予定値以上異なっている場合を異常として検出する電流判定手段と、
前記電流判定手段が異常を検出したときに全ての前記整流回路の出力を停止させる手段とを具備したことを特徴とする可搬型発電機。
前記出力巻線を備えた固定子に対応する回転子をエンジンで駆動する請求項１記載の可搬型発電機において、
前記整流回路の出力停止動作後に、少なくとも一つの前記電流検出手段で出力電流が依然として検出されていた場合に前記エンジンを停止させる手段を備えたことを特徴とする可搬型発電機。