JP4453333B2

JP4453333B2 - 定周波定電圧電源装置

Info

Publication number: JP4453333B2
Application number: JP2003359103A
Authority: JP
Inventors: 満弘林; 清池村; 均平井
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2023-10-20
Also published as: JP2005124351A

Description

本発明は、車両に搭載された走行用エンジンなどで駆動される定周波定電圧電源装置に関する。

特許文献１に示されている従来装置は、車両の発進及び停止の際にエンジンの回転数が低下した場合には保護回路が動作し、車載電源装置が停止して、交流発電機の過励磁による焼損を防止する。しかし、エンジンの回転数が再び通常の回転数の範囲になれば車載電源装置を自動的に運転状態にして、負荷に電力を供給しつづける手段を有している。図３に特許文献１の回路図を示し、その手段を説明する。車両走行用のエンジン１は、交流発電機２に直結、或は変速機を介して接続している。２ａは交流発電機の電機子巻線、２ｂは交流発電機の界磁巻線である。３ａは車載電源装置を示している。自動電圧調整装置（以下、AVR）４は交流発電機２の出力電圧をエンジンの回転数、或は負荷の大きさに関係なく常に一定の電圧に制御している。コンバータ５は交流発電機２の出力を直流に変換するための整流器であり、コンデンサ６はコンバータ５からの直流電流を平滑化し、負荷の無効分を供給している。インバータ７はコンデンサ６からの直流電圧をある一定の周波数の交流電圧に変換し、交流フィルター回路８はインバータ７の出力電圧から正弦波出力を得ており、その出力端９から定電圧、定周波数の交流電力を出力する。２０はバッテリー、２１は車載電源装置３ａの運転、停止を行う運転指令スイッチである。２２は運転指令スイッチ２１に基づいて車載電源装置３ａを運転、停止する等の制御を行うシーケンス回路である。エンジン回転数検出回路２３の出力は運転指令スイッチ２１と車載電源装置３ａ内のシーケンス回路２２の間に挿入するよう構成されている。

次に車載電源装置３ａの動作について説明する。図４は図３の回転数検出回路２３の構成図であり、入力端３１にエンジンの回転数信号Ｓが入力される。エンジンの回転数信号Ｓは、通常の回転計に使用の信号であり、単位時間あたりの回転数に比例したパルス信号である。３２はパルス信号入力をエンジン回転数に比例したアナログ電圧信号に変換する周波数／電圧変換回路（以下F/V変換回路）であり、３３はエンジン回転数低下の規定値を定める設定器である。３４はF/V変換回路３２の出力と、前記単位時間あたりの回転数低下の規定値を定める設定器の出力とを入力し、その偏差を比較検出する比較回路であり、３５は比較回路３４の出力値に応じて、時間を調整するように構成している時限回路である。３６は時限回路の出力に応じて、動作するリレー回路であり、その出力接点３６ａ、３６ｂは図３に示す運転指令スイッチ２１と、車載電源装置３ａ内のシーケンス回路２２の間を接続している。

このように構成されたエンジン回転数検出器２３の動作について、図４を参照して説明する。エンジン回転数が規定値より高い場合は、リレー回路３６が動作し、その出力３６ａ、３６ｂはオン状態にある。エンジン回転数が低下し、規定値に対し大きく低下した場合は、比較回路３４の出力は偏差大となり、短い時間で時限回路３５は動作する。またエンジン回転数が規定値に対して僅かに低下した場合は、比較回路３４の出力偏差は小さいため時限回路３５は比較的長い時間で動作し、リレー回路３６は時限回路３５の出力に応じてオフし、出力接点３６ａ、３６ｂもオフする。
エンジン回転数が回復して規定値より上昇すると、比較回路３４により規定値との偏差を検出し、時限回路３５は比較回路３４の出力偏差値に応じて、リレー回路３６をオンする時間が変化するようになる。
車載電源装置３ａの運転指令回路にエンジン回転数検出回路２３の出力を付加することにより、走行中にエンジン回転数が低下して保護回路が車載電源装置３ａを停止しても、エンジン回転数検出回路２３がエンジン回転数を検出しているので、エンジン回転数が通常の運転範囲になった時、エンジン回転数検出回路２３がシーケンス回路２２を介して車載電源装置３ａを再起動させる事が可能となる。
実用新案登録第２５４７４１４号公報

しかしながら、特許文献１に示す車載電源装置３ａでは、エンジン回転数検出器２３はエンジン回転数が通常の運転範囲になったことを検知し、車載電源装置３ａを再起動する。再起動のために、エンジン回転数検出器２３は車載電源装置３ａの停止中にも動作しつづける必要があり、エンジン回転数検出器２３は、別動力としてバッテリー２０を必要とするという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、別動力であるバッテリー２０を必要とするエンジン回転数検出器２３無しに回転数の検出を行うことができる定周波定電圧電源装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本願請求項１の発明は、交流発電機の出力を直流に変換するコンバータと、定電圧、定周波数の交流出力に変換するインバータとを備えた定周波定電圧電源装置において、さらに前記交流発電機の出力周波数を検出する検出器（トランス１０）と、前記検出器から得られた前記出力周波数を単位時間あたりの回転数に変換する変換回路（周波数／電圧変換回路１１）と、前記変換回路から得られた前記単位時間あたりの回転数が上昇している場合でかつ前記単位時間あたりの回転数が予め設定されている出力復帰回転数以上になった場合にはオンを出力し、前記単位時間あたりの回転数が低下している場合でかつ前記単位時間あたりの回転数が予め設定されている出力停止回転数以下になった場合にはオフを出力し、その以外の場合は出力を維持する比較器と、前記比較器の出力に応じてオンの場合は前記インバータを駆動し、オフの場合は前記インバータを停止する制御手段（制御回路１３及びドライブ回路１６）と、前記単位時間あたりの回転数が前記出力停止回転数以下になった場合に、前記交流発電機の出力電圧を、前記検出器が前記交流発電機の出力周波数を検出し前記変換回路が前記出力周波数を単位時間あたりの回転数に変換することが可能な所定のレベル（通常電圧の半分程度）まで低下させ、前記単位時間あたりの回転数が前記出力復帰回転数以上になった場合に、前記交流発電機の出力電圧を前記所定のレベルよりも高いレベルまで向上させる自動電圧調整装置とからなる定周波定電圧電源装置である。

請求項２の発明は、請求項１記載の定周波定電圧電源装置において、前記インバータの出力の負荷電流に応じて前記自動電圧調整装置を介して交流発電機の出力電圧を補正する補正部（AVR補正回路１５）を有することを特徴とする。

また、請求項１記載の定周波定電圧電源装置において、前記自動電圧調整装置は、前記交流発電機からの負荷電流に基づき制御を行うようにしてもよい。つまり、発電機電圧フィードバック制御を行い、負荷電流に応じて電圧設定を補正する制御である。

以上説明したように、本発明の定周波定常電源装置３は、トランス１０と周波数／電圧変換回路１１と比較器１２を介して交流発電機２の出力周波数から直接単位時間あたりの回転数を計測している。交流発電機２は単位時間あたりの回転数が低下した場合においても、出力を停止せず、所定の電圧レベルを維持している。そのため、トランス１０と周波数／電圧変換回路１１と比較器１２は常に交流発電機２の出力周波数から単位時間あたりの回転数を計測することが可能となる作用がある。従来技術では、単位時間あたり回転数が低下した場合に車載電源装置３ａを停止するため、エンジン回転数の検出に別電源を必要を必要とするエンジン回転検出器２３を有していたが、本発明の構成によりこの課題が解消されるという効果が得られる。

以下、本発明の一実施形態による定周波定電圧電源装置を図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態による定周波定電圧電源装置の構成を示す概略ブロック図である。図１においては、図３と同一の符号は同一の構成部分を示すものであるため、その説明を省略する。３は定周波定電圧電源装置である。周波数／電圧変換回路（以下F/V変換回路または変換回路）１１はトランス１０（検出器）を介して得られた発電機周波数から発電機回転数に比例したアナログ電圧信号を出力する。比較器１２はF/V変換回路１１から得られたアナログ電圧信号から単位時間あたりの回転数の値を計測し、単位時間あたりの回転数が上昇している場合でかつ予め設定されている出力復帰回転数以上になった場合はオンを出力する。単位時間あたりの回転数が低下している場合でかつ出力停止回転数以下の場合にはオフを出力し、それ以外の場合は出力を維持する。
制御回路１３は比較器１２の出力に応じてドライブ回路１６を駆動する。比較器１２の出力がオンの場合は制御回路１３はドライブ回路１６を介してインバータ７を駆動する。比較回路１２の出力がオフの場合は制御回路１３はドライブ回路１６を介してインバータ７を停止し、電圧設定装置１４を介して交流発電機２の電圧設定を切り替える。電圧設定装置１４は制御回路１３からの出力信号により自動電圧調整装置（以下、AVR）４の設定を変更する。自動電圧調整装置補正回路（以下、AVR補正回路）１５は交流発電機２の電圧が一定状態で、インバータ７の出力電圧が所定のレベルより低下している場合に、出力端９の負荷電流の大きさに応じてAVR４にフィードバックをかけて交流発電機２の出力電圧を補正する回路である。

次に、このように構成した定周波定電圧電源装置３の動作を図１を参照して説明する。単位時間あたりの回転数が出力復帰回転数未満の状態でかつインバータ７の出力が０である状態おいて、回転数が上昇する場合を説明する。発電電機周波数がF/V変換回路１１はトランス１０を介して交流発電機２の周波数から単位時間あたりの回転数に比例したアナログ電圧信号を計測する。比較器１２はF/V変換回路１１の出力のアナログ電圧信号から単位時間あたりの回転数を計測し、予め設定されている出力復帰回転数と比較する。比較器１２は単位時間あたりの回転数が出力復帰回転数以上になった段階でかつ単位時間あたりの回転数が上昇している条件から、オンを出力する。オンを比較器１２から受信した制御回路１３はドライブ回路１６を介してインバータ７を駆動する。インバータ７の交流出力は、交流フィルタ８を介して、出力端９から定電圧、定周波数の交流電力として出力される。

単位時間の回転数が出力停止回転数超過の状態でかつインバータ７から交流電力が出力されている状態において、エンジン１の回転数が下降した場合について説明する。発電電機周波数がF/V変換回路１１はトランス１０を介して交流発電機２の周波数から単位時間あたりの回転数に比例したアナログ電圧信号を計測する。比較器１２は発電機周波数がF/V変換回路１１からのアナログ電圧信号から単位時間あたりの回転数を計測し、出力停止回転数と比較する。単位時間あたりの回転数が出力停止回転数以下になった段階でかつ単位時間あたりの回転数が低下している条件から、比較器１２はオフを出力する。オフを受信した制御回路１３はドライブ回路１６を介してインバータ７を停止し、交流電力の出力は停止される。このとき、制御回路１３は電圧設定装置１４を介してAVR４に電圧変更を設定する。AVR４は交流発電機２の出力を交流発電機２が過励磁にならない所定のレベル（例えば通常電圧の半分程度）に変更する。ここで、交流発電機の出力電圧を０にせず、所定のレベルの出力を維持することで、定周波定電圧電源装置３は常にトランス１０と周波数／電圧変換装置１１と比較器１２を介して交流発電機２の周波数から単位時間あたりの回転数の検出が可能となる。図２は回転数と出力の状態遷移を説明したものである。従来技術では単位時間あたりの回転数が低い一定の区間に位置している場合には出力０となっている。しかし、本発明では単位時間あたりの回転数が低い場合にも所定の出力を維持していることを示している。

単位時間あたりの回転数が出力復帰回転数未満の状態でかつインバータ７の出力が０である状態において、単位時間あたりの回転数が出力復帰回転数未満の条件の下で上昇、低下してもインバータ７は出力０を維持する。
単位時間あたりの回転数が出力停止回転数超過の状態でかつインバータ７から交流電力が出力されている状態において、単位時間あたりの回転数が出力停止回転数超過の条件の下で上昇、低下してもインバータ７は交流出力を維持する。

次に、AVR補正回路１５の動作について説明する。AVR補正回路１５はインバータ７の出力端の負荷電流を計測し、負荷電流の計測値をもとに、電圧設定１４を介してAVR４にフィードバックをかけている。AVR4は計測値から交流発電機２の出力を調節し、インバータ７の出力電圧を一定に調節している。つまり、AVR補正回路１５はインバータ７の出力電圧が低下してしまう現象を補正している。

また、従来の技術ではAVR４はインバータ７の出力を計測してAVR４出力の制御、つまり位相制御もしくはチョッパ制御を行う構成であったが、本実施形態ではAVR４が交流発電機２の出力負荷電流を計測し、負荷電流の計測値をもとにAVR4出力の制御を行うことを特徴としている。これにより電解コンデンサ６の遅れが入らないため応答時間を改善する効果がある。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な実施例としては冷凍車用電源がある。冷凍車の構成は、車両エンジンの駆動軸に交流発電機が接続され、さらに交流発電機と定周波定電圧電源装置が電気的に接続され、定周波定電圧電源装置の出力端に冷凍器の入力端が接続される構成となる。それ以外にも自家用発電機や非常用電源にも応用が可能である。

本発明の定周波定電圧電源装置の一実施例を示すブロック図本発明の定周波定電圧電源装置の回転数と出力の状態遷移の説明図従来の技術における車載電源装置のブロック図従来の技術におけるエンジン検出回路のブロック図

符号の説明

１エンジン
２交流発電機
３定周波定電圧電源装置
３ａ車載電源装置
４自動電圧調整装置
５コンバータ
７インバータ
８交流フィルタ
１１周波数／電圧変換回路
１２比較器
１３制御回路
１４電圧設定装置
１５自動電圧調整装置補正回路
１６ドライブ回路
２０バッテリー
２１運転スイッチ
２２シーケンス回路
２３エンジン回転数検出回路

Claims

交流発電機の出力を直流に変換するコンバータと、
定電圧、定周波数の交流出力に変換するインバータと
を備えた定周波定電圧電源装置において、
さらに前記交流発電機の出力周波数を検出する検出器と、
前記検出器から得られた前記出力周波数を単位時間あたりの回転数に変換する変換回路と、
前記変換回路から得られた前記単位時間あたりの回転数が上昇している場合でかつ前記単位時間あたりの回転数が予め設定されている出力復帰回転数以上になった場合にはオンを出力し、前記単位時間あたりの回転数が低下している場合でかつ前記単位時間あたりの回転数が予め設定されている出力停止回転数以下になった場合にはオフを出力し、それ以外の場合は出力を維持する比較器と、
前記比較器の出力に応じてオンの場合は前記インバータを駆動し、オフの場合は前記インバータを停止する制御手段と、
前記単位時間あたりの回転数が前記出力停止回転数以下になった場合に、前記交流発電機の出力電圧を、前記検出器が前記交流発電機の出力周波数を検出し前記変換回路が前記出力周波数を単位時間あたりの回転数に変換することが可能な所定のレベルまで低下させ、前記単位時間あたりの回転数が前記出力復帰回転数以上になった場合に、前記交流発電機の出力電圧を前記所定のレベルよりも高いレベルまで向上させる自動電圧調整装置と
からなる定周波定電圧電源装置。
前記インバータの出力の負荷電流に応じて前記自動電圧調整装置を介して交流発電機の出力電圧を補正する補正部を有する請求項１記載の定周波定電圧電源装置。