JP6564640B2 - Engine generator - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンで駆動され、負荷に応じて電力アシストができる蓄電手段を搭載したエンジン発電機に関する。 The present invention relates to an engine generator equipped with power storage means that is driven by an engine and can assist electric power according to a load.
一般に、野外等で使用される可搬式発電機として、エンジンで駆動され、負荷に応じて電力アシストができる蓄電手段を搭載したエンジン発電機が知られている(特許文献1を参照)。例えば、特許文献1に記載されたエンジン発電機100は、図7に示すように、エンジン101と、該エンジン101で駆動されて交流を出力する永久磁石式発電機102と、該永久磁石式発電機102から出力される交流を整流して直流に変換する整流手段103と、該整流手段103からの直流をあらかじめ設定された電圧に変換する昇降圧手段(DC/DC昇降圧チョッパ)104と、該昇降圧手段104からの直流の一部により充電される蓄電手段(EDLC)105と、前記昇降圧手段104からの直流を予め設定された周波数の交流に変換して出力するDC/AC変換手段(インバータ)106と、該DC/AC変換手段106から負荷108に出力される電力量に応じて前記エンジン101の回転数の増減を制御するエンジン制御手段(ECU)107とを備えている。
In general, as a portable generator used outdoors, an engine generator is known that is equipped with a power storage unit that is driven by an engine and that can perform power assist according to a load (see Patent Document 1). For example, as shown in FIG. 7, an
上記エンジン発電機100において、負荷108が運転を開始すると、DC/AC変換手段106が、予め設定された電圧及び周波数の交流電力として負荷108に出力する。DC/AC変換手段106から出力される電力の状況及び蓄電手段105の電圧の状況は、エンジン制御手段107に伝達され、それらの状況に応じてエンジン制御手段107がエンジン101の回転数を調整する。
In the
負荷108がモータ等のように起動時の突入電流が大きいものでは、その時点でのエンジン回転数で回転している永久磁石式発電機102から出力される電力より、負荷108を作動させる電力の方が一時的に大きくなることがある。上記エンジン発電機100では、負荷108が運転を開始する以前に蓄電手段105の充電が行われているので、このような場合には、蓄電手段105が放電を開始し、不足する電力に対応する電力が蓄電手段105から取り出され、永久磁石式発電機102からの電力に蓄電手段105からの電力を加えた電力を、DC/AC変換手段106を介して負荷108に供給する。
When the
このように、上記エンジン発電機100によれば、負荷108の状態に応じてエンジン101の回転数を自動的に変化させて燃料の節減や騒音の低減を図ることができるとともに、モータ等を起動する際など負荷起動時の大きな突入電流にも対応することができる。
As described above, according to the
しかしながら、上記特許文献1のエンジン発電機100には、以下の問題があった。すなわち、一般に、整流手段103からの直流をあらかじめ設定された電圧に変換する昇降圧手段(DC/DC昇降圧チョッパ)104の制御回路には、負荷108が変動しても安定した出力が得られるようなPID制御を行う電圧フィードバック及び電流フィードバック回路を備えている。蓄電手段105がキャパシタであるこの構成の場合、電圧フィードバックループの内側に電流フィードバックループを備え、電流にリミッタを設けることで過大な電流が流れるのを防ぎながら充電が行えるようにする。上記のような制御構成の場合、電圧フィードバックの応答速度は、電流フィードバックの応答速度の1/100程度にする必要があり、昇降圧手段104は、負荷108等へ供給する電力の変動に対して、電圧変換の応答遅れが生じやすい。
However, the
モータ等を起動する際など負荷起動時の大きな突入電流に対応する場合には、昇降圧手段104における電圧変換の応答遅れから、永久磁石式発電機102から出力される電力が不足するので、予め充電されている蓄電手段105から多くの電力が取り出されることになる。その結果、このような負荷へ供給する電力の一時的増大に対応するため、蓄電手段105の蓄電容量を増加させなければならず、蓄電手段105が必要以上に大型化され、コスト増となる問題があった。
When dealing with a large inrush current at the time of starting a load such as when starting a motor or the like, the power output from the
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、蓄電手段による電力アシストができるエンジン発電機において、負荷へ供給する電力の一時的増大に対し、蓄電手段からの電力供給を低減でき、蓄電手段を小型化できるエンジン発電機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and in an engine generator capable of assisting power by the power storage means, the power supply from the power storage means can be reduced against a temporary increase in power supplied to the load. Another object of the present invention is to provide an engine generator capable of reducing the size of the power storage means.
上記目的を達成するため、本発明に係るエンジン発電機は、以下の構成を備えている。
(1)エンジンと、該エンジンで駆動されて交流を出力するオルタネータと、該オルタネータから出力される交流を整流して直流に変換する整流手段と、該整流手段から出力される直流をあらかじめ設定された電圧に変換するDC/DC降圧手段と、該DC/DC降圧手段から出力される直流の一部により充電される蓄電手段と、前記DC/DC降圧手段及び前記蓄電手段から出力される直流を予め設定された周波数の交流に変換して負荷に出力するインバータと、該インバータから前記負荷に出力される電力量に応じて前記エンジンの回転数の増減を制御するとともに前記DC/DC降圧手段を制御する制御装置とを備えたエンジン発電機であって、
前記制御装置には、前記負荷が増加するときに、前記DC/DC降圧手段における降圧チョッパの出力電圧、及び出力電流、及び出力電力が所定の制限値以内であれば、前記DC/DC降圧手段における降圧チョッパからの出力をデューティ比100%として出力電流を上昇させ、かつ、前記負荷が減少するときに、前記DC/DC降圧手段における降圧チョッパの出力電圧、又は出力電流、又は出力電力が前記所定の制限値を超えていれば、前記DC/DC降圧手段における降圧チョッパからの出力をデューティ比0%として出力電流を下降させる指令回路を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an engine generator according to the present invention has the following configuration.
(1) An engine, an alternator driven by the engine and outputting alternating current, a rectifying means for rectifying the alternating current output from the alternator and converting it into direct current, and a direct current output from the rectifying means are preset. DC / DC step-down means for converting the voltage into a voltage, power storage means charged by a part of the direct current output from the DC / DC step-down means, and direct current output from the DC / DC step-down means and the power storage means. An inverter that converts the alternating current into a preset frequency and outputs it to the load, and controls the increase / decrease in the engine speed according to the amount of electric power output from the inverter to the load, and the DC / DC step-down means An engine generator comprising a control device for controlling,
When the load increases , the control device includes the DC / DC step-down means if the output voltage, output current and output power of the step-down chopper in the DC / DC step-down means are within predetermined limits. When the output from the step-down chopper is increased to 100% duty ratio and the load is decreased , the output voltage, output current, or output power of the step-down chopper in the DC / DC step-down means is If a predetermined limit value is exceeded, a command circuit is provided for decreasing the output current by setting the output from the step-down chopper in the DC / DC step-down means to a duty ratio of 0%.
本発明においては、制御装置には、DC/DC降圧手段における降圧チョッパの出力電圧、及び出力電流、及び出力電力が所定の制限値以内であれば、DC/DC降圧手段における降圧チョッパから出力する出力電圧をデューティ比100%で上昇させ、かつ、DC/DC降圧手段における降圧チョッパの出力電圧、又は出力電流、又は出力電力が所定の制限値を超えていれば、DC/DC降圧手段における降圧チョッパから出力する出力電圧をデューティ比0%で下降させる指令回路を設けたので、DC/DC降圧手段における降圧チョッパの出力変化を簡潔なプログラムで条件判定し、DC/DC降圧手段における降圧チョッパに迅速に指令することができる。そのため、モータ等を起動する際などの大きな起動時の突入電流に対応する場合にも、DC/DC降圧手段における電圧変換の応答速度を高めることができる。したがって、オルタネータから出力される電力を短時間で最大に増加させ、蓄電手段から取り出す電力を減少させることができる。その結果、負荷へ供給する電力の一時的増大に対応するため、蓄電手段の蓄電容量を、わざわざ増加させなくてもよい。
よって、本発明によれば、蓄電手段による電力アシストができるエンジン発電機において、負荷へ供給する電力の一時的増大に対し、蓄電手段からの電力供給を低減でき、蓄電手段を小型化できるエンジン発電機を提供することができる。
In the present invention, if the output voltage, output current, and output power of the step-down chopper in the DC / DC step-down means are within predetermined limit values, the control device outputs from the step-down chopper in the DC / DC step-down means. If the output voltage is increased at a duty ratio of 100%, and the output voltage, output current, or output power of the step-down chopper in the DC / DC step-down means exceeds a predetermined limit value, the step-down in the DC / DC step-down means Since a command circuit for decreasing the output voltage output from the chopper with a duty ratio of 0% is provided, the output change of the step-down chopper in the DC / DC step-down means is judged by a simple program, and the step-down chopper in the DC / DC step-down means is used. Can be ordered quickly. Therefore, the response speed of the voltage conversion in the DC / DC step-down means can be increased also in the case of dealing with a large inrush current at the time of starting such as a motor. Therefore, the power output from the alternator can be maximized in a short time, and the power extracted from the power storage means can be decreased. As a result, in order to cope with a temporary increase in power supplied to the load, the power storage capacity of the power storage means need not be increased.
Therefore, according to the present invention, in an engine generator capable of assisting power by the power storage means, engine power generation that can reduce the power supply from the power storage means and reduce the size of the power storage means against a temporary increase in power supplied to the load. Machine can be provided.
(2)(1)に記載されたエンジン発電機において、
前記指令回路には、前記出力電流の条件判定にヒステリシスを設けることを特徴とする。
(2) In the engine generator described in (1),
The command circuit is provided with a hysteresis for determining the condition of the output current.
本発明においては、指令回路には、出力電流の条件判定にヒステリシスを設けているので、DC/DC降圧手段における降圧チョッパの出力電流が過大になりすぎるのを防ぐことができる。そのため、DC/DC降圧手段の構成素子を電流定格が小さいものにできるため、DC/DC降圧手段を小型化できコストを抑えることができる。 In the present invention, since the command circuit is provided with hysteresis for determining the output current condition, it is possible to prevent the output current of the step-down chopper in the DC / DC step-down means from becoming excessive. Therefore, the constituent elements of the DC / DC step-down means can be made small in current rating, so that the DC / DC step-down means can be reduced in size and cost can be reduced.
本発明によれば、蓄電手段による電力アシストができるエンジン発電機において、負荷へ供給する電力の一時的増大に対し、蓄電手段からの電力供給を低減でき、蓄電手段を小型化できるエンジン発電機を提供することができる。 According to the present invention, an engine generator capable of assisting power by the power storage means can reduce the power supply from the power storage means and reduce the size of the power storage means against a temporary increase in power supplied to the load. Can be provided.
<エンジン発電機の全体構成とその制御方法>
次に、本発明の実施形態に係るエンジン発電機について、全体構成とその制御方法を、図1〜図6を参照しながら詳細に説明する。図1に、本発明の実施形態に係るエンジン発電機の全体構成図を示す。図2に、図1に示すDC/DC降圧手段の詳細構成図を示す。図3に、図1に示す指令回路の制御フロー図を示す。図4に、図3に示す制限値における電流と電圧との相関図を示す。図5に、出力電流の判定条件にヒステリシスを設けない場合の出力電流と、デューティ比の時間経過を示す。図6に、出力電流の判定条件にヒステリシスを設けた場合の出力電流と、デューティ比の時間経過を示す。
<Overall configuration of engine generator and its control method>
Next, the overall configuration and control method of the engine generator according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 shows an overall configuration diagram of an engine generator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a detailed block diagram of the DC / DC step-down means shown in FIG. FIG. 3 shows a control flow diagram of the command circuit shown in FIG. FIG. 4 shows a correlation diagram between current and voltage at the limit values shown in FIG. FIG. 5 shows the output current and the duty ratio over time when hysteresis is not provided in the output current determination condition. FIG. 6 shows the output current and the duty ratio over time when hysteresis is provided in the output current determination condition.
図1、図2に示すように、本実施形態に係るエンジン発電機10は、エンジン1と、該エンジン1で駆動されて交流を出力するオルタネータ2と、該オルタネータ2から出力される交流を整流して直流に変換する整流手段31と、該整流手段31から出力される直流をあらかじめ設定された電圧に変換するDC/DC降圧手段32と、該DC/DC降圧手段32から出力される直流の一部により充電される蓄電手段4と、DC/DC降圧手段32及び蓄電手段4から出力される直流を予め設定された周波数の交流に変換して負荷8に出力するインバータ5と、該インバータ5から負荷8に出力される電力量に応じてエンジン1の回転数の増減を制御するとともにDC/DC降圧手段32を制御する制御装置6とを備えている。蓄電手段4は、キャパシタであり、EDLC(電気2重層コンデンサ)が好ましい。整流手段31及びDC/DC降圧手段32は、AC/DCコンバータ3を構成する。AC/DCコンバータ3の出力に余裕がある場合に、蓄電手段4が充電される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、制御装置6には、エンジン1の回転数を制御するエンジン制御装置(ECU)62と、インバータ5から負荷8に出力される電力量を検出する検出回路71とを備えている。制御装置6は、検出回路71の検出信号に基づいてエンジン制御装置(ECU)62を制御する制御信号を演算し、回路72を通じてエンジン制御装置(ECU)62へ出力する。エンジン制御装置(ECU)62は、負荷8に出力される電力量の増減に応じてエンジン1の回転数を制御する。したがって、負荷8に出力される電力量が減少すれば、エンジン1の回転数を減少させ、負荷8に出力される電力量が増加すれば、エンジン1の回転数を増加させる。エンジン制御装置(ECU)62は、負荷8が停止しているときには、エンジン1を所定の回転数で回転させるアイドリング状態を保持する。
In addition, the
また、エンジン1とオルタネータ2とは、機械的に連結され、オルタネータ2は、エンジン回転数に比例した三相交流を出力する。オルタネータ2の三相交流出力は、整流手段31に供給されて直流出力に変換される。整流手段31から出力される直流電圧は、エンジン回転数に応じて電位が変化するので、DC/DC降圧手段32によって、一定電圧になるよう降圧したうえで、インバータ5に送られる。
The engine 1 and the
また、DC/DC降圧手段32には、降圧チョッパ321を備え、降圧チョッパ321にて整流手段31から出力される直流電圧を降圧する。このとき、整流手段31から降圧チョッパ321に入力される電圧Viに所定のデューティ比αを乗じて出力電圧Voを出力する。
Further, the DC / DC step-down
また、制御装置6には、以下に説明する制御フローでDC/DC降圧手段32を作動させる指令回路61を備えている。指令回路61は、回路73を介してDC/DC降圧手段32に接続され、図3に示すように、降圧チョッパ321の出力電圧、又は出力電流、又は出力電力が所定の制限値以内か否かを判定し(ステップ:S1)、降圧チョッパ321の出力電圧、及び出力電流、及び出力電力が所定の制限値以内であれば、DC/DC降圧手段32の出力電圧をデューティ比100%で上昇させ(ステップ:S2)、かつ、降圧チョッパ321の出力電圧、又は出力電流、又は出力電力が所定の制限値を超えていれば、DC/DC降圧手段32の出力電圧をデューティ比0%で下降させる(ステップ:S3)。
In addition, the
また、図3のステップS1に示す制限値は、電圧最大制限値Vs、電流最大制限値Is、電力最大制限値Psを越えないように、図4に示すような電流と電圧の相関関係を備えている。すなわち、図4に示すように、電流の制限値は、電圧が零からPs/Isまでは一定値(電流最大制限値Is)を維持し、その後、電圧の増加に反比例して減少し、電圧の最大制限値Vsにて、Ps/Isとなる。 Further, the limit value shown in step S1 of FIG. 3 has a correlation between current and voltage as shown in FIG. 4 so as not to exceed the maximum voltage limit value Vs, the maximum current limit value Is, and the maximum power limit value Ps. ing. That is, as shown in FIG. 4, the current limit value maintains a constant value (current maximum limit value Is) from zero to Ps / Is, and then decreases in inverse proportion to the increase in voltage. The maximum limit value Vs is Ps / Is.
また、図4に示す制限値以内(斜線部の範囲)では、DC/DC降圧手段32のデューティ比が100%であり、図4に示す制限値を超える範囲(斜線部の外側)では、DC/DC降圧手段32のデューティ比が0%である。そのため、DC/DC降圧手段32の電圧変換は、1又は0で判定され、DC/DC降圧手段32における電圧変換の応答速度を高めることができる。本発明者らの実験によれば、PID制御によりデューティ比を求める従来の制御方法に比較して、上記電圧変換の応答速度を10倍程度高めることができた。したがって、モータ等を起動する際などの大きな起動時の突入電流に対応する場合など、負荷8へ供給する電力が一時的に増加した場合においても、オルタネータ2から出力される電力を短時間で増加させ、蓄電手段4から取り出す電力をできる限り減少させることができる。
In addition, within the limit value shown in FIG. 4 (the shaded area), the duty ratio of the DC / DC step-down means 32 is 100%, and in the range exceeding the limit value shown in FIG. The duty ratio of the / DC step-down means 32 is 0%. Therefore, the voltage conversion of the DC / DC step-down
また、蓄電手段4の充電開始時など降圧チョッパ321の出力電圧Voが低いときには、図5に示すように、制御装置6がデューティ比100%を出力した瞬間に出力電流が跳ね上がってしまう。この出力電流の跳ね上がりは、数μsという高速で起こるため、出力電流が制限値(電流最大制限値Is)を超えてからデューティ比0%が出るまでに少し遅れが生じてしまう。この遅れによって出力電流の跳ね上がりが大きくなる。また、デューティ比0%を出力しても、出力電流の下降スピードは立ち上がり時に比べ遅いため、平均して制限値(電流最大制限値Is)より高い電流が出てしまう。
Further, when the output voltage Vo of the step-down
これに対して、出力電流の制限値を、上述した電流最大制限値Isと同じ値の上部制限値IsHとそれより低い値の下部制限値IsLの2つに設定した場合には、図6に示すように、出力電流の立下り時の制限値を下部制限値IsLとすることによって、デューティ比100%が出るタイミングを遅らすことができ、平均電流値を下げることができる。このように、制御装置6には、出力電流の制限値を、電流最大制限値Isと同じ値の上部制限値IsHとそれより低い値の下部制限値IsLの2つに設定することによって、プログラム上で出力電流の判定条件にヒステリシスを設けているので、DC/DC降圧手段32における降圧チョッパ321の出力電流が過大になりすぎるのを防ぐことができる。これにより、DC/DC降圧手段32の構成素子の電流定格値を下げることができるために、そのコストを抑えることができる。
On the other hand, when the limit value of the output current is set to the upper limit value IsH having the same value as the above-described maximum current limit value Is and the lower limit value IsL having a value lower than the upper limit value IsH, FIG. As shown, by setting the limit value at the fall of the output current to the lower limit value IsL, the timing at which the duty ratio is 100% can be delayed, and the average current value can be lowered. In this way, the
<作用効果>
以上、詳細に説明した本実施形態に係るエンジン発電機10によれば、制御装置6には、DC/DC降圧手段32における降圧チョッパ321の出力電圧、及び出力電流、及び出力電力が所定の制限値以内であれば、DC/DC降圧手段32の降圧チョッパ321から出力する出力電圧Voをデューティ比α:100%で上昇させ、かつ、DC/DC降圧手段32における降圧チョッパ321の出力電圧、又は出力電流、又は出力電力が所定の制限値を超えていれば、DC/DC降圧手段32の降圧チョッパ321から出力する出力電圧Voをデューティ比α:0%で下降させる指令回路61を設けたので、DC/DC降圧手段32における降圧チョッパ321の出力変化を簡潔なプログラムで条件判定し、DC/DC降圧手段32における降圧チョッパ321に迅速に指令することができる。そのため、モータ等を起動する際などの大きな起動時の突入電流に対応する場合にも、DC/DC降圧手段32における電圧変換の応答速度を高めることができる。したがって、オルタネータ2から出力される電力を短時間で増加させ、蓄電手段4から取り出す電力を減少させることができる。その結果、負荷8へ供給する電力の一時的増大に対応するため、蓄電手段4の蓄電容量を、わざわざ増加させなくてもよい。
よって、本実施形態によれば、蓄電手段4による電力アシストができるエンジン発電機10において、負荷8へ供給する電力の一時的増大に対し、蓄電手段4からの電力供給を低減でき、蓄電手段4を小型化できるエンジン発電機10を提供することができる。
<Effect>
As described above, according to the
Therefore, according to the present embodiment, in the
また、本実施形態によれば、指令回路61には、出力電流の判定条件にヒステリシスを設けているので、DC/DC降圧手段32における降圧チョッパ321の出力電流が過大になりすぎるのを防ぐことができる。そのため、DC/DC降圧手段32の構成素子を電流定格が小さいものにできるため、DC/DC降圧手段32を小型化できコストを抑えることができる。
Further, according to the present embodiment, since the
以上、本実施形態に係るエンジン発電機10を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、本実施形態では、エンジン制御装置(ECU)62は、負荷8が停止しているときには、エンジン1を所定の回転数で回転させるアイドリング状態を保持するように制御するが、必ずしも、これに限る必要はない。例えば、所定の時間以上、負荷8が停止しているときには、エンジン1を停止してもよい。
Although the
1 エンジン
2 オルタネータ
3 コンバータ
4 蓄電手段(キャパシタ)
5 インバータ
6 制御装置
8 負荷
31 整流手段
32 DC/DC降圧手段
61 指令回路
62 エンジン制御装置(ECU)
321 降圧チョッパ
Vs 制限値(電圧最大制限値)
Is 制限値(電流最大制限値)
Ps 制限値(電力最大制限値)
Vi 電圧
Vo 出力電圧
1
DESCRIPTION OF
321 Step-down chopper Vs limit value (maximum voltage limit value)
Is limit value (current maximum limit value)
Ps limit value (maximum power limit value)
Vi voltage Vo Output voltage
Claims (2)
前記制御装置には、前記負荷が増加するときに、前記DC/DC降圧手段における降圧チョッパの出力電圧、及び出力電流、及び出力電力が所定の制限値以内であれば、前記DC/DC降圧手段における降圧チョッパからの出力をデューティ比100%として出力電流を上昇させ、かつ、前記負荷が減少するときに、前記DC/DC降圧手段における降圧チョッパの出力電圧、又は出力電流、又は出力電力が前記所定の制限値を超えていれば、前記DC/DC降圧手段における降圧チョッパからの出力をデューティ比0%として出力電流を下降させる指令回路を設けたことを特徴とするエンジン発電機。 An engine, an alternator driven by the engine and outputting alternating current, a rectifying means for rectifying the alternating current output from the alternator and converting it into direct current, and a direct current output from the rectifying means to a preset voltage DC / DC step-down means for conversion, power storage means charged by a part of the direct current output from the DC / DC step-down means, and direct current output from the DC / DC step-down means and the power storage means are preset. An inverter that converts the alternating current into a frequency and outputs it to a load, and controls the increase / decrease of the engine speed and the DC / DC step-down means in accordance with the amount of power output from the inverter to the load An engine generator comprising a device,
When the load increases , the control device includes the DC / DC step-down means if the output voltage, output current and output power of the step-down chopper in the DC / DC step-down means are within predetermined limits. When the output from the step-down chopper is increased to 100% duty ratio and the load is decreased , the output voltage, output current, or output power of the step-down chopper in the DC / DC step-down means is An engine generator provided with a command circuit for decreasing the output current when the output from the step-down chopper in the DC / DC step-down means is a duty ratio of 0% if a predetermined limit value is exceeded.
前記指令回路には、前記出力電流の条件判定にヒステリシスを設けることを特徴とするエンジン発電機。 The engine generator according to claim 1, wherein
The engine generator according to claim 1, wherein the command circuit is provided with hysteresis for determining the condition of the output current.
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