(57)【要約】【課題】低力率負荷が接続されるときも、定格出力で起動できる個数を可能な限り増加するようにしたインバータ発電機を提供する。【解決手段】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し、インバータから出力される交流を所定周波数の交流に変換するインバータ発電機において、インバータから出力される交流の電圧と電流を検出し（Ｓ１０）、検出された電圧と電流に基づき、接続される負荷が低力率負荷であるか否か判定すると共に、負荷が低力率負荷であると判定された場合、出力電圧を所定量（出力電圧制限量）α低減させた後、徐々に前記出力電圧に復帰させる（Ｓ１６からＳ２２）。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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出力するインバータと、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信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動し、前記インバータから出力される交流を所定周波数の交流に変換するインバータ駆動手段とを備えたインバータ発電機において、前記インバータ駆動手段は、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、接続される負荷が低力率負荷であるか否か判定する低力率負荷判定手段を備えると共に、前記負荷が低力率負荷であると判定された場合、出力電圧を所定量低減させた後、徐々に前記出力電圧に復帰させることを特徴とするインバータ発電機。
【請求項２】
前記低力率負荷判定手段は、前記検出された電流の実効値が最大電流を規定量超えると共に、前記検出された電圧と電流の位相差から算出される力率が所定値未満であるとき、前記負荷が低力率負荷であると判定することを特徴とする請求項１記載のインバータ発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、水銀灯などの低力率負荷が接続されたときに出力電圧を効果的に制御するようにしたインバータ発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンで駆動される発電部から出力される交流を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。
【特許文献１】特開平４−３５５６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１記載に係るインバータ発電機に接続される負荷の中で、水銀灯などの低力率負荷がある。かかる負荷は電流が安定するまで力率が悪いことから、起動時の突入電流が大きく、発電機の出力が過負荷となることが多い。その結果、定格出力で起動できる低力率負荷の個数が、電流が安定した後に駆動する場合と比較すると、少なくなる不都合があった。
【０００４】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、低力率負荷が接続されるときも、定格出力で起動できる個数を可能な限り増加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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、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出力するインバータと、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信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動し、前記インバータから出力される交流を所定周波数の交流に変換するインバータ駆動手段とを備えたインバータ発電機において、前記インバータ駆動手段は、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、接続される負荷が低力率負荷であるか否か判定する低力率負荷判定手段を備えると共に、前記負荷が低力率負荷であると判定された場合、出力電圧を所定量低減させた後、徐々に前記出力電圧に復帰させる如く構成した。
【０００６】
請求項２に係るインバータ発電機にあっては、前記低力率負荷判定手段は、前記検出された電流の実効値が最大電流を規定量超えると共に、前記検出された電圧と電流の位相差から算出される力率が所定値未満であるとき、前記負荷が低力率負荷であると判定する如く構成した。
【発明の効果】
【０００７】
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、接続される負荷が低力率負荷であるか否か判定すると共に、負荷が低力率負荷であると判定された場合、出力電圧を所定量低減させた後、徐々に出力電圧に復帰させる如く構成したので、低力率負荷が接続されるときも、定格出力で起動できる個数を可能な限り増加することができる。
【０００８】
即ち、出力される交流電力は電圧と電流（と力率）の積で表わされるが、起動時に出力電圧を所定量だけ一気に低減させ、その後に徐々に出力電圧に復帰させるようにしたので、所定量を適宜な値、例えば起動時に電流が増加するとき、それに見合った量に設定することで、起動時に増加した電流に相応する分だけ電圧を減少させることができる。また、電流が安定するにつれて力率が上昇し、それに伴って電流も低下するので、その後に徐々に出力電圧に復帰させることで、電圧を所期の値に滑らかに復帰させることができる。
【０００９】
請求項２に係るインバータ発電機にあっては、検出された電流の実効値が最大電流を規定量超えると共に、検出された電圧と電流の位相差から算出される力率が所定値未満であるとき、負荷が低力率負荷であると判定する如く構成したので、上記した効果に加え、出力電圧を制限する必要がある低力率負荷か否かを確実に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【実施例】
【００１１】
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。
【００１２】
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、３ｋＷ（交流１００Ｖで３０Ａ）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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
図２はＣＰＵ４０が行なうＰＷＭ制御を説明する波形図である。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
さらに、ＣＰＵ４０は低力率負荷が接続されたときに出力電圧を制限する出力電圧制限制御を実行する。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
次いでＳ１６に進み、出力電圧制限量αを読み出す。この出力電圧制限量αは、図３フロー・チャートと平行して実行される処理で負値として算出される。それについては後述する。
【００３６】
次いでＳ１８に進み、読み出された出力電圧制限量αが零か否か判断し、否定されるときはＳ２０に進んで図２を参照して説明したＰＷＭ制御で算出された出力電圧から出力電圧制限量α（負値）を加算して出力電圧を減少補正する。
【００３７】
即ち、図２を参照して説明したＰＷＭ制御において目標とする出力電圧波形が算出された出力電圧となるように、ＰＷＭ信号を補正する。他方、Ｓ１８で肯定されるときはＳ２２に進み、算出された出力電圧をそのまま出力電圧と決定する。
【００３８】
図４は、上記した出力電圧制限量αの算出処理を示すフロー・チャートである。図示のプログラムは、図３フロー・チャートより長い周期、例えば８ｍｓｅｃごとに実行される。尚、以下では低力率負荷として水銀灯を例にとる。
【００３９】
以下説明すると、Ｓ１００においてフラグＦのビットが１にセットされているか否か判断する。このフラグＦのビットの初期値は０であることから、最初のプログラムループでは当然に否定されてＳ１０２に進み、検出された電流の実効値がインバータ発電機１０の予定する最大電流の１０８％（規定量）、即ち、最大電流を１．０８倍した値以上か否か判断する。尚、この規定量は、過電流リミッタ４０ｈで使用される許容限界値より低い値に設定される。
【００４０】
Ｓ１０２で否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ１０４に進み、図３フロー・チャートで算出された力率が０．５（所定値）未満で、かつ図３フロー・チャートで算出された位相差から遅相（電流が電圧より遅れる）にあるか否か判断する。
【００４１】
Ｓ１０４で否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ１０６に進み、負荷（電気負荷）３６は水銀灯（低力率負荷）であると判定し、前記した出力電圧制限量αを−１０（％。所定量）と設定し、Ｓ１０８に進み、前記したフラグＦのビットを１にセットし、プログラムを一旦終了する。
【００４２】
従って、次回以降のプログラムループにおいてＳ１００で肯定されてＳ１１０に進み、検出された電流の実効値が依然としてインバータ発電機１０の予定する最大電流の１０８％以上か否か判断し、肯定されるときはＳ１１２に進み、検出された電流の実効値が２（Ａ）以上か否か判断する。２（Ａ）は、上記した出力電圧制限制御で予定される最小電流を意味する。
【００４３】
Ｓ１１２でも肯定されるときはＳ１１４に進み、αに１／２５６（％。正値）を加算してαを減算補正する。尚、Ｓ１１０で否定されるときはＳ１１６に進み、出力電圧制限量αを零とし、Ｓ１１８に進み、フラグＦのビットを０にリセットしてプログラムを終了する。Ｓ１１２で否定されるときも同様である。
【００４４】
図５は、図３と図４の処理を説明するタイム・チャートである。
【００４５】
図３フロー・チャートの処理において出力電圧からこの出力電圧制限量αによって出力電圧が減少補正されるが、その処理においては最初の８ｍｓｅｃの間は、図２に示すＰＷＭ制御において出力電圧がα、即ち、１０％低減させられる。
【００４６】
最初の８ｍｓｅｃが経過すると、以降、８ｍｓｅｃが経過するたびにαは−１０（％）に１／２５６（％）ずつ加算されて徐々に減少補正され、その値が出力電圧から減算され続けられる。
【００４７】
即ち、インバータ発電機１０から出力される交流電力は電圧と電流（と力率）の積で表わされるが、起動時に出力電圧を出力電圧制限量αの１０％だけ一気に低減させ、その後に低減量を１／２５６ずつ増加させることで徐々に所期の出力電圧に復帰させるようにした。
【００４８】
図５から明らかな如く、出力電圧が上記のように制限されるのに相応し、電気負荷３６に供給される電流は経時的に減少している。このように、この実施例において出力電圧制限量αは起動時に増加する電流に見合った量となるように実験的に求めて設定される値であり、出力電圧制限量αをこのように増加する電流に見合った量に設定することで、起動時に増加した電流に相応する分だけ電圧を減少させるようにした。
【００４９】
次いで電流が安定するにつれて力率が上昇し、それに伴って電流も低下するので、その後に徐々に出力電圧に復帰させることで、電圧を所期の値に滑らかに復帰させることができる。
【００５０】
尚、エンジン回転数ＮＥは、水銀灯が起動されて力率が低い間は比較的低いが、力率が上がり、１．０に近づくにつれ、エンジン１２に対する要求が増えることから、上昇し、その後は一定となる。
【００５１】
上記の如く、この実施例にあっては、エンジン１２で駆動される発電部１４と、前記発電部１４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出力するインバータ２６と、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信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動し、前記インバータから出力される交流を所定周波数の交流に変換するインバータ駆動手段（ＣＰＵ４０）とを備えたインバータ発電機１０において、前記インバータ駆動手段は、前記インバータ２６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、接続される負荷が低力率負荷であるか否か判定する低力率負荷判定手段（ＣＰＵ４０，Ｓ１００からＳ１０６）を備えると共に、前記負荷が低力率負荷であると判定された場合、出力電圧を所定量（出力電圧制限量）α低減させた後、徐々に前記出力電圧に復帰させる如く構成した（ＣＰＵ４０，Ｓ１８からＳ２２）ので、水銀灯などの低力率負荷が接続されるときも、定格出力で起動できる個数を可能な限り増加することができる。
【００５２】
即ち、出力される交流電力は電圧と電流（と力率）の積で表わされるが、起動時に出力電圧を所定量だけ一気に低減させ、その後に徐々に出力電圧に復帰させるようにしたので、所定量を適宜、例えば起動時に電流が増加するとき、それに見合った量に設定することで、起動時に増加した電流に相応する分だけ電圧を減少させることができる。また、電流が安定するにつれて力率が上昇し、それに伴って電流も低下するので、その後に徐々に出力電圧に復帰させることで、電圧を所期の値に滑らかに復帰させることができる。
【００５３】
また、前記低力率負荷判定手段は、前記検出された電流の実効値が最大電流を規定量（１０８％）超えると共に、前記検出された電圧と電流の位相差から算出される力率が所定値（０．５）未満であるとき、前記負荷が低力率負荷であると判定する（ＣＰＵ４０，Ｓ１００からＳ１０６）如く構成したので、上記した効果に加え、出力電圧を制限する必要がある低力率負荷か否かを確実に判定することができる。
【００５４】
尚、上記において、低力率負荷の例として水銀灯を挙げたが、それに限られるものではなく、冷蔵庫、クーラ、ポンプなど、電流が安定するまで力率が悪く、起動時の突入電流が大きいものであれば、どのようなものでも良い。
【００５５】
また、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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】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。
【図２】図１に示すＣＰＵが行なうＰＷＭ制御を説明する波形図である。
【図３】図１に示すＣＰＵが行なう出力電圧制限制御の処理を示すフロー・チャートである。
【図４】図３フロー・チャートの処理と平行して実行される出力電圧制限量の算出処理を示すフロー・チャートである。
【図５】図３と図４の処理を説明するタイム・チャートである。
【符号の説明】
【００５７】
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、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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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