JP5130143B2 - Inverter generator - Google Patents
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Description
この発明はインバータ発電機に関し、より詳しくはエンジンで駆動される発電部を備えると共に、エンジン回転数を負荷電力に応じて制御するようにしたインバータ発電機に関する。 The present invention relates to an inverter generator, and more particularly to an inverter generator that includes a power generation unit that is driven by an engine and that controls the engine speed in accordance with load power.
エンジンで駆動される発電部から出力される交流をサイリスタブリッジからなるコンバータで一旦直流に変換すると共に、目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるPWM信号に基づいてスイッチング素子を駆動することで、その直流を所定周波数(商用周波数)の交流に変換して出力するインバータ発電機は良く知られており、その例として下記の特許文献1記載の技術を挙げることができる。
The alternating current output from the power generation unit driven by the engine is once converted into direct current by a converter composed of a thyristor bridge, and switched based on a PWM signal generated using a reference sine wave of a target output voltage waveform and a carrier. An inverter generator that drives an element to convert the direct current into alternating current of a predetermined frequency (commercial frequency) and outputs the alternating current is well known. As an example, the technique described in
特許文献1記載の技術においては、サイリスタの導通角を検出し、その導通角が目標導通角となるようにエンジンの回転数が制御される。
特許文献1記載の技術にあっては、上記の如く、コンバータのサイリスタの導通角から負荷電力の推定値を求め、それに基づいてエンジン回転数を制御しているが、オルタネータ出力電圧の過渡変動時にはエンジンの回転変動がそのまま伝わるため、特に軽負荷などで負荷電力を精度良く推定するのが困難であった。そのため、エンジン回転数制御の応答性が必ずしも十分ではなかった。
In the technique described in
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、サイリスタの導通率に代え、力率などから負荷電力の推定値を算出し、それに基づいて目標エンジン回転数を算出することでエンジン回転数制御の応答性を改善するようにしたインバータ発電機を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, calculate an estimated value of load power from a power factor or the like instead of a thyristor conduction rate, and calculate a target engine speed based on the estimated value to control the engine speed. It is an object to provide an inverter generator that improves the responsiveness of the inverter.
上記した課題を解決するために、請求項1にあっては、アクチュエータで開閉されるスロットルバルブを備えたエンジンと、前記エンジンで駆動される発電部と、前記発電部から出力される交流を直流に変換するコンバータと、スイッチング素子を備え、前記コンバータから出力される直流を交流に変換して負荷に出力するインバータと、前記アクチュエータの動作を制御するアクチュエータ制御手段とを備えたインバータ発電機において、前記インバータから出力される交流の電圧と電流を検出する電圧・電流検出手段と、前記検出された電圧と電流に基づき、力率を算出する力率算出手段と、少なくとも前記検出された電流と前記算出された力率に基づいて前記負荷に供給される負荷電力の推定値を算出する負荷電力推定値算出手段と、前記算出された負荷電力の推定値に基づいて前記エンジンの目標回転数を決定する目標回転数決定手段とを備えると共に、前記アクチュエータ制御手段は、前記決定された目標回転数となるように前記アクチュエータの動作を制御する如く構成した。
In order to solve the above-described problem, in
請求項2に係るインバータ発電機にあっては、前記負荷電力推定値算出手段は、前記検出された電流と前記算出された力率と定格出力電圧を乗算し、その積を前記負荷電力の推定値とする如く構成した。 In the inverter generator according to claim 2, the load power estimated value calculation means multiplies the detected current, the calculated power factor, and a rated output voltage, and the product is estimated for the load power. Configured to be value.
請求項1に係るインバータ発電機にあっては、インバータから出力される交流の電圧と電流を検出し、検出された電圧と電流に基づき、力率を算出し、少なくとも検出された電流と算出された力率に基づいて負荷に供給される負荷電力の推定値を算出し、算出された負荷電力の推定値に基づいてエンジンの目標回転数を決定すると共に、決定された目標回転数となるようにスロットルバルブを開閉するアクチュエータの動作を制御する如く構成したので、サイリスタの導通率に代えて力率などから負荷電力の推定値を算出することで、軽負荷などであっても負荷電力の推定値を精度良く算出できると共に、それに基づいて目標エンジン回転数を算出してアクチュエータを制御することで、エンジン回転数制御の応答性を改善することができる。また、負荷電力の推定値を力率も含めて算出するため、エンジン回転数を不要に上昇させることがなく、燃費性能も向上させることができる。
In the inverter generator according to
請求項2に係るインバータ発電機にあっては、検出された電流と算出された力率と定格出力電圧を乗算し、その積を負荷電力の推定値とする如く構成したので、上記した効果に加え、負荷電力の推定値を一層精度良く算出することができる。 The inverter generator according to claim 2 is configured to multiply the detected current, the calculated power factor, and the rated output voltage, and to set the product as an estimated value of the load power. In addition, the estimated value of the load power can be calculated with higher accuracy.
以下、添付図面に即してこの発明に係るインバータ発電機を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out an inverter generator according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1はこの発明の実施例に係るインバータ発電機を全体的に示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram generally showing an inverter generator according to an embodiment of the present invention.
図1において符号10はインバータ発電機を示し、発電機10はエンジン(内燃機関)12を備え、2.6kW(交流100Vで26A)程度の定格出力を有する。エンジン12は空冷エンジンで火花点火式であり、そのスロットルバルブ12aはステッピングモータからなるスロットルモータ(アクチュエータ)12bで開閉されると共に、リコイルスタータ(図示せず)で始動される。
In FIG. 1,
エンジン12のシリンダヘッドの付近には円形のステータ(図示せず)が固定され、そこにはエンジン発電部14を構成するU,V,W相からなる3相の出力巻線(メイン巻線)14aと、3個の単相の巻線14b,14c,14dとが巻回される。
A circular stator (not shown) is fixed near the cylinder head of the
ステータの外側にはエンジン12のフライホイールを兼用するロータ(図示せず)が配置され、その内部には上記した巻線14aなどと対向するように永久磁石(図示せず)が径方向に着磁された磁極を交互させつつ、複数対取着される。
A rotor (not shown) that also serves as a flywheel of the
ステータの回りをロータの永久磁石が回転することにより、3相の出力巻線14aから3相(U,V,W相)の交流電力が出力(発電)されると共に、単相の出力巻線14b,14c,14dからは単相の交流電力が出力される。 By rotating the permanent magnet of the rotor around the stator, three-phase (U, V, W-phase) AC power is output (generated) from the three-phase output winding 14a, and the single-phase output winding Single-phase AC power is output from 14b, 14c, and 14d.
エンジン発電部14の出力巻線14aから出力(発電)された3相の交流電力はU,V,W端子14eを介して制御基板(プリントボード)16に入力され、そこに搭載されるコンバータ20に入力される。コンバータ20はブリッジ接続された3個のサイリスタ(SCR)と3個のダイオードDIを備え、サイリスタの導通角が制御されることで、エンジン発電部14から出力された3相の交流を直流に変換する。
The three-phase AC power output (power generation) from the output winding 14a of the engine
コンバータ20の正極側と負極側の出力にはRCC(リンギングチョークコンバータ。Ringing Choke Converter)電源(直流安定化電源)22が接続され、整流された直流電力を前記した3個のサイリスタに動作電源として供給する。RCC電源22の後段にはコンバータ20から出力される直流を平滑するための平滑コンデンサ24が接続される。
An RCC (Ringing Choke Converter) power supply (DC stabilized power supply) 22 is connected to the positive and negative outputs of the
平滑コンデンサ24の後段にはインバータ26が接続される。インバータ26は、4個のFET(電界効果トランジスタ。スイッチング素子)ブリッジ接続された回路を備え、後述するように4個のFETの導通・非導通が制御されることで、コンバータ20から出力された直流を所定周波数(具体的には50Hzあるいは60Hzの商用周波数)の交流に変換する。
An
インバータ26の出力は高調波除去用のLCフィルタからなるチョークコイル30とノイズ除去用のノイズフィルタ32を介して出力端子34から出力され、コネクタ(図示せず)などを介して電気負荷36に供給自在とされる。
The output of the
制御基板16はCPU(Central Processing Unit)40を備える。CPU40は32ビットからなり、サイリスタ(SCR)ドライバ(駆動回路)40aを介してコンバータ20のサイリスタの導通角を制御し、ゲートドライバ40bを介してインバータ26のFETの導通・非導通を制御すると共に、モータドライバ40cを介してスロットルモータ12bの動作を制御する。CPU40は、EEPROM(不揮発性メモリ)40dを備える。
The
単相の第1の出力巻線14bの出力はサブ端子14b1,14b2を介して制御基板16に送られ、制御電源生成部14b3に入力され、そこでCPU40の動作電源5Vが生成される。サブ端子14b1の出力はNE検出回路14b4に送られ、そこでパルス信号に変換されてCPU40に送られる。CPU40は、NE検出回路14b4の出力をカウントしてエンジン12の回転数NEを検出する。
The output of the single-phase first output winding 14b is sent to the
第2の出力巻線14cの出力は全波整流回路14c1に送られ、そこで全波整流されてスロットルモータ12bなどの動作電源が生成される。第3の出力巻線14dの出力はエンジン12の点火回路12cに送られ、点火プラグ12dの点火電源として使用される。
The output of the second output winding 14c is sent to the full-wave rectifier circuit 14c1, where it is full-wave rectified to generate an operating power source such as the
CPU40は第1、第2の電圧センサ40e、40fを備え、第1の電圧センサ40eはRCC電源22の後段においてコンバータ20から出力される直流の電圧に応じた出力を生じると共に、第2の電圧センサ40fはインバータ26の後段においてインバータ26から出力される交流の電圧に応じた出力を生じる。第1、第2の電圧センサ40e,40fの出力はCPU40に入力される。
The
さらに、CPU40は電流センサ40gを備え、電流センサ40gはインバータ26から出力される電流、換言すれば電気負荷36が接続されるとき、電気負荷36に通電される電流に応じた出力を生じる。
Further, the
電流センサ40gの出力はCPU40に入力されると共に、過電流リミッタ40hにも入力される。過電流リミッタ40hはCPU40と独立した論理回路(ハードウエア回路)から構成され、電流センサ40gによって検出された電流が許容限界値を超えるとき、ゲートドライバ40bの出力を停止させ、インバータ26の出力を一時的に零にする。
The output of the
CPU40は第1、第2の電圧センサ40e、40fと電流センサ40gの出力を入力し、それらに基づいてインバータ26のFETをPWM制御すると共に、スロットルモータ12bの動作を制御し、さらに過電流を制限する。
The
図2はCPU40が行なうPWM制御を説明する波形図である。
FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the PWM control performed by the
図2を参照してインバータ26のFETのPWM制御を説明すると、CPU40は目標とする交流出力電圧波形(下部に破線で示す)の所定周波数(即ち、商用周波数50Hzあるいは60Hz)における基準正弦波(信号波)に基づき、コンパレータ(図示せず)でキャリア(例えば20kHzの搬送波)と比較してPWM(Pulse Width Modulation。パルス幅変調)に従ってPWM信号(PWM波形)、即ち、デューティ比(=オン時間t/周期T)可変のパルス列を生成し、ゲートドライバ40bを介して出力する。
The PWM control of the FET of the
図2で下部の破線が、目標とする出力電圧波形を示す。尚、PWM信号(PWM波形)の周期T(ステップ)は実際には遥かに短いが、理解の便宜のため、図2では誇張して示す。 In FIG. 2, the lower broken line shows the target output voltage waveform. The period T (step) of the PWM signal (PWM waveform) is actually much shorter, but is exaggerated in FIG. 2 for convenience of understanding.
また、CPU40は、電気負荷36によって決定される交流出力に応じて決定される目標回転数となるようにスロットルバルブ12aの開度を決定し、スロットルモータ12bのA相とB相の出力パルスを算出してモータドライバ40cを介して出力端子40c1からスロットルモータ12bに供給し、その動作を制御する。
Further, the
図3はCPU40のその動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムは、キャリア周波数から規定される制御周期(ステップ)ごとに、より具体的には目標とする出力電圧波形の周波数を例えば50Hzとすると、50μsecごとに実行される。
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the
以下説明すると、S10において第2の電圧センサ40fと電流センサ40gの出力に基づき、インバータ26から出力される交流の電圧と電流(電気負荷36が接続されるとき、電気負荷36に通電される電流)を検出する。
In the following, based on the outputs of the
次いでS12に進み、検出された電圧と電流の位相差θを算出し、S14に進み、算出された位相差から力率cosθを算出する。 Next, in S12, the detected voltage and current phase difference θ is calculated, and in S14, the power factor cos θ is calculated from the calculated phase difference.
次いでS16に進み、推定負荷電力(負荷電力の推定値)を算出する。推定負荷電力は、以下の式に従って算出する。
推定負荷電力=定格出力電圧(V)×検出電流(A)×力率(cosθ)
上記で、定格出力電圧は交流100(V)である。
Next, in S16, an estimated load power (an estimated value of load power) is calculated. The estimated load power is calculated according to the following formula.
Estimated load power = Rated output voltage (V) × Detected current (A) × Power factor (cos θ)
In the above, the rated output voltage is AC 100 (V).
次いでS18に進み、算出された推定負荷電力に基づいてエンジン12の目標回転数を決定する。より具体的には、図4にその特性を示すテーブル値を算出された推定負荷電力から検索し、目標エンジン回転数を決定する。
Next, the process proceeds to S18, and the target rotational speed of the
次いでS20に進み、決定された目標エンジン回転数となるようにスロットルモータ12bの動作を制御する。より具体的には、NE検出回路14b4で検出されたエンジン回転数が目標エンジン回転数となるように、スロットルモータ12bの動作をフィードバック制御する。
Next, in S20, the operation of the
図5は、図3の処理を説明するタイム・チャートである。 FIG. 5 is a time chart for explaining the processing of FIG.
図示例は負荷が水銀灯の場合である。水銀灯は電流が安定するまで力率が例えば0.3と低いため、電圧と電流と力率の積で示されるエンジン12の仕事も小さいことから、エンジン回転数も最初は低くて足る。次いで負荷に供給される電流が経時的に減少するのに伴い、力率は1.0に向けて徐々に上昇する。
In the illustrated example, the load is a mercury lamp. Since the power factor of the mercury lamp is as low as 0.3 until the current is stabilized, the work of the
この実施例においては力率も含めて推定負荷電力を算出し、それに基づいて目標エンジン回転数を決定し、それに制御するように構成しているので、図5に示す如く、エンジン回転数を力率に比例して増減させることができ、これによってエンジン回転数制御の応答性を改善することができる。 In this embodiment, the estimated load power including the power factor is calculated, and the target engine speed is determined and controlled based on the estimated load power. Therefore, as shown in FIG. The speed can be increased or decreased in proportion to the rate, thereby improving the response of the engine speed control.
また、負荷電力の推定値を力率も含めて算出しているため、力率が0.3と低いときはエンジン回転数も低い値に制御される。換言すれば、エンジン回転数を不要に上昇させることがないため、燃費性能も向上させることができる。 Further, since the estimated value of the load power is calculated including the power factor, when the power factor is as low as 0.3, the engine speed is also controlled to a low value. In other words, since the engine speed is not increased unnecessarily, fuel efficiency can be improved.
上記の如く、この実施例にあっては、アクチュエータ(スロットルモータ)12bで開閉されるスロットルバルブ12aを備えたエンジン12と、前記エンジン12で駆動される発電部14と、前記発電部から出力される交流を直流に変換するコンバータ20と、スイッチング素子(FET)を備え、前記コンバータ20から出力される直流を交流に変換して負荷に出力するインバータ26と、前記アクチュエータ12bの動作を制御するアクチュエータ制御手段(CPU40)とを備えたインバータ発電機10において、前記インバータから出力される交流の電圧と電流を検出する電圧・電流検出手段(電圧センサ40f、電流センサ40g,CPU40,S10)と、前記検出された電圧と電流に基づき、力率cosθを算出する力率算出手段(CPU40,S12,S14)と、少なくとも前記検出された電流と前記算出された力率cosθに基づいて前記負荷に供給される負荷電力の推定値(推定負荷電力)を算出する負荷電力推定値算出手段(CPU40,S16)と、前記算出された負荷電力の推定値に基づいて前記エンジン12の目標回転数を決定する目標回転数決定手段(CPU40,S18)とを備えると共に、前記アクチュエータ制御手段は、前記決定された目標回転数となるように前記アクチュエータの動作を制御する(CPU40,S20)如く構成したので、換言すれば、コンバータ20のサイリスタの導通率に代えて力率などから負荷電力の推定値を算出することで、軽負荷などであっても負荷電力の推定値を精度良く算出できると共に、それに基づいて目標エンジン回転数を算出してアクチュエータ12bを制御することで、エンジン回転数制御の応答性を改善することができる。また、負荷電力の推定値を力率も含めて算出するため、エンジン回転数を不要に上昇させることがなく、燃費性能も向上させることができる。
As described above, in this embodiment, the
また、前記負荷電力推定値算出手段は、前記検出された電流と前記算出された力率と定格出力電圧を乗算し、その積を前記負荷電力の推定値とする如く構成したので、上記した効果に加え、負荷電力の推定値を一層精度良く算出することができる。 Further, the load power estimated value calculating means is configured to multiply the detected current, the calculated power factor and the rated output voltage, and to set the product as the estimated value of the load power. In addition, the estimated value of the load power can be calculated with higher accuracy.
尚、上記において、インバータのスイッチング素子としてFETを用いたが、それに限られるものではなく、IGBT(insulated gate bipolar transistor)などであっても良い。 In the above description, the FET is used as the switching element of the inverter. However, the present invention is not limited to this, and an IGBT (insulated gate bipolar transistor) or the like may be used.
10 インバータ発電機、12 エンジン(内燃機関)、12a スロットルバルブ、12b スロットルモータ(アクチュエータ)、14 エンジン発電部、14a 三相出力巻線、20 コンバータ、26 インバータ、36 電気負荷、40 CPU、40a サイリスタ(SCR)ドライバ、40b ゲートドライバ、40c モータドライバ、40d EEPROM、40e,40f 電圧センサ、40g 電流センサ
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