(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン駆動磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力する発電機において、
エンジン回転数を調整するアクチュエータと、
エンジン回転数を規定回転数に設定する第１の基準電圧設定手段と、
前記インバータの出力を停止させる停止命令手段と、
前記停止命令手段によって発せられる停止命令信号により前記第１の基準電圧設定手段の電圧を降下させる第２の基準電圧設定手段とを有し、
発電機の保護動作による非常停止信号、またはインバータを系統から解列若しくは負荷から遮断するための信号に基づいて、前記停止命令手段により、停止命令信号を発生させ、
前記第２の基準電圧設定手段によって発せられる減速信号によりエンジンを低速運転方向に動作させてエンジン回転のオーバーシュートを抑えるエンジン回転駆動手段とを備えたことを特徴とするインバータの過電圧保護装置。
【請求項２】
エンジン駆動磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力する発電機において、
エンジン回転数または前記磁石式発電機の周波数の少なくとも一方の信号、もしくは前記インバータの入力電圧を検出する検出手段と、
前記インバータの出力を停止させる停止命令手段と、
前記インバータの出力を調整する出力調整電圧が前記停止命令手段によって発せられる停止命令信号により前記インバータの出力を徐々に減じる運転を行うと共に、前記インバータの出力減少過程において前記検出手段の信号電圧が前記出力調整電圧以上に上昇したときに前記インバータの出力を増加させて前記出力調整電圧より低下したときに再び前記インバータの出力を徐々に減じる運転を行い、エンジン回転のオーバーシュートを抑えるソフトストップ出力調整手段とを備えたことを特徴とするインバータの過電圧保護装置。
【請求項３】
エンジン駆動磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力する発電機において、
前記インバータの出力電流、もしくは出力電圧を検出する第１の検出手段と、
前記第１の検出手段により得られる検出信号と前記インバータの出力電流、もしくは出力電圧を制限するために予め設定された基準電圧とを比較し、その結果を誤差増幅する第１の増幅手段と、
エンジン回転数または前記磁石式発電機の周波数の少なくとも一方の信号、もしくは前記インバータの入力電圧を検出する第２の検出手段と、
前記インバータの出力を徐々に減じる運転を行うソフトストップ手段と、
前記第２の検出手段及び前記ソフトストップ手段により得られる出力電圧と前記第１の増幅手段の出力とを比較し、その結果を誤差増幅する第２の増幅手段とを備え、
前記第２の増幅手段の出力により前記インバータを制御することで出力の停止時には前記インバータの出力を徐々に減じるソフトストップ出力運転を行い、エンジン回転のオーバーシュートを抑えることを特徴とするインバータの過電圧保護装置。
【請求項４】
エンジン駆動磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力する発電機において、
エンジン回転数、もしくは前記インバータの入力電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出信号と過電圧保護のために予め設定した基準電圧とを比較する比較手段と、
前記エンジンの運転状態を停止させるエンジン停止手段と、
前記比較手段による比較結果により、前記検出手段による検出電圧が前記基準電圧以上の値のときは、一時的に、トランジスタをオンにして前記エンジン停止手段の動作を有効にし、前記検出手段による検出電圧が前記基準電圧未満の値のときは、トランジスタをオフにすることにより前記エンジン停止手段の動作を無効にすることにより、エンジン回転のオーバーシュートを抑えるためのスイッチング手段とを備えたことを特徴とするインバータの過電圧保護装置。
【請求項５】
前記エンジン停止手段は、前記エンジンの点火、前記エンジンの燃料供給または前記エンジンの吸気の少なくとも一つを禁止、もしくは、前記エンジンに付属する機械式ブレーキ、または排気ブレーキの少なくとも一つを動作させることを特徴とする請求項４に記載のインバータの過電圧保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン駆動磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力する発電機に用いて好適な、インバータの過電圧保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン駆動磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力する発電機において、インバータの入力電圧は、インバータの出力電圧を確保するだけの電圧以上が必要となる。この場合、インバータ構成部品の耐電圧を考えると、入力電圧を可能な限り低く抑えられれば、コスト、信頼性の面で有利である。
【０００３】
しかしながら、インバータの電源として、エンジン駆動磁石式発電機を使用した場合、負荷の急減または遮断により、エンジン回転数が、前記負荷の急減または遮断に追いつかず、エンジン回転数がオーバーシュートする。特に、ガバナ無しのエンジンにおいてはその割合が大きい。
【０００４】
また、磁石式発電機は励磁に永久磁石が用いられ、巻線を持たないため界磁電流を調整することができず、出力特性は無負荷電圧が高く、負荷がかかると電圧が低下する、いわゆる垂下特性を有している。従って、負荷投入後に、負荷を切るとエンジン回転数がオーバーシュートすることになる。この場合は、無負荷電圧は発電機の回転数上昇により、その回転数に見合った更なる高い電圧を出力することになる。
更に、磁石式発電機の電機子巻線も電機子鉄心に多数巻回しているため、そのリアクタンスにより通電状態から急激に無通電状態にした場合、サージ電圧を発生させ、このサージ電圧も加わることになる。従って、インバータ構成部品は、これら高電圧に耐えられるだけの入力電圧仕様を持つ必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、エンジン駆動磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力する発電機において、インバータの入力電源として、できるだけ一定電圧を供給した方がインバータの構成部品の定格電圧、電流を最適に決定できるが、磁石式発電機は負荷によって電圧が大きく変動するため、インバータに耐電圧性の高い高価な部品を使用する必要がある。しかしながら、入力電圧を可能な限り低く抑えられれば、コスト、信頼性の面で有利である。
【０００７】
本発明は前記事情に基づいてなされたものであり、第一の目的は、インバータの入力電流または出力電流の一方、保護動作による非常停止命令信号、出力停止命令の信号のいずれかによって、前記停止命令手段により、停止命令信号を発生させ、エンジン回転数の制御を行うことにより、エンジン回転のオーバーシュートを最小限に抑えることのできる、コスト、信頼性の面で有利なインバータの過電圧保護装置を提供することにある。また、第二の目的は、インバータ負荷の遮断時にソフトストップ出力を行い、エンジン回転数を調整することで回転数の変動を最小限に抑えることのできる、コスト、信頼性の面で有利なインバータの過電圧保護装置を提供することにある。更に、第三の目的は、インバータの入力電圧、あるいはエンジン回転数を検出して設定値以上になったときに一時的にエンジンの停止機能を動作させることでエンジン回転のオーバーシュートを抑えることで磁石式発電機のオーバーシュートを抑え、コスト、信頼性の面で有利なインバータの過電圧保護装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために請求項１に記載のインバータの過電圧保護装置は、エンジン駆動磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力する発電機において、エンジン回転数を調整するアクチュエータと、エンジン回転数を規定回転数に設定する第１の基準電圧設定手段と、前記インバータの出力を停止させる停止命令手段と、前記停止命令手段によって発せられる停止命令信号により前記第１の基準電圧設定手段の電圧を降下させる第２の基準電圧設定手段とを有し、発電機の保護動作による非常停止信号、またはインバータを系統から解列若しくは負荷から遮断するための信号に基づいて、前記停止命令手段により、停止命令信号を発生させ、前記第２の基準電圧設定手段によって発せられる減速信号によりエンジンを低速運転方向に動作させてエンジン回転のオーバーシュートを抑えるエンジン回転駆動手段とを備えることとした。
前記構成により、保護動作による停止命令信号、出力停止命令の信号のいずれかによってエンジン回転数の制御を行うことにより、エンジン回転のオーバーシュートを最小限に抑えることのできる、コスト、信頼性の面で有利なインバータの過電圧保護装置を提供することができる。
【００１０】
請求項２に記載のインバータの過電圧保護装置は、エンジン駆動磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力する発電機において、エンジン回転数または前記磁石式発電機の周波数の少なくとも一方の信号、もしくは前記インバータの入力電圧を検出する検出手段と、前記インバータの出力を停止させる停止命令手段と、前記インバータの出力を調整する出力調整電圧が前記停止命令手段によって発せられる停止命令信号により前記インバータの出力を徐々に減じる運転を行うと共に、前記インバータの出力減少過程において前記検出手段の信号電圧が前記出力調整電圧以上に上昇したときに前記インバータの出力を増加させて前記出力調整電圧より低下したときに再び前記インバータの出力を徐々に減じる運転を行い、エンジン回転のオーバーシュートを抑えるソフトストップ出力調整手段とを備えることとした。
前記構成により、インバータ負荷の遮断時にソフトストップ出力を行い、エンジン回転数を調整することで回転数の変動を最小限に抑えることのできる、コスト、信頼性の面で有利なインバータの過電圧保護装置を提供することができる。
【００１１】
請求項３に記載のインバータの過電圧保護装置は、エンジン駆動磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力する発電機において、前記インバータの出力電流、もしくは出力電圧を検出する第１の検出手段と、前記第１の検出手段により得られる検出信号と前記インバータの出力電流、もしくは出力電圧を制限するために予め設定された基準電圧とを比較し、その結果を誤差増幅する第１の増幅手段と、エンジン回転数または前記磁石式発電機の周波数の少なくとも一方の信号、もしくは前記インバータの入力電圧を検出する第２の検出手段と、前記インバータの出力を徐々に減じる運転を行うソフトストップ手段と、前記第２の検出手段及び前記ソフトストップ手段により得られる出力電圧と前記第１の増幅手段の出力とを比較し、その結果を誤差増幅する第２の増幅手段とを備え、前記第２の増幅手段の出力により前記インバータを制御することで出力の停止時には前記インバータの出力を徐々に減じるソフトストップ出力運転を行い、エンジン回転のオーバーシュートを抑えることとした。
前記構成により、インバータ負荷の遮断時にソフトストップ出力を行い、エンジン回転数を調整することで回転数の変動を最小限に抑えることのできる、コスト、信頼性の面で有利なインバータの過電圧保護装置を提供することができる。
【００１２】
請求項４に記載のインバータの過電圧保護装置は、エンジン駆動磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力する発電機において、エンジン回転数、もしくは前記インバータの入力電圧を検出する検出手段と、前記検出手段の検出信号と過電圧保護のために予め設定した基準電圧とを比較する比較手段と、前記エンジンの運転状態を停止させるエンジン停止手段と、前記比較手段による比較結果により、前記検出手段による検出電圧が前記基準電圧以上の値のときは、一時的に、トランジスタをオンにして前記エンジン停止手段の動作を有効にし、前記検出手段による検出電圧が前記基準電圧未満の値のときは、トランジスタをオフにすることにより前記エンジン停止手段の動作を無効にすることにより、エンジン回転のオーバーシュートを抑えるためのスイッチング手段とを備えることとした。
また、請求項５に記載のインバータの過電圧保護装置は、請求項４に記載の同装置において、前記エンジン停止手段は、前記エンジンの点火、前記エンジンの燃料供給または前記エンジンの吸気の少なくとも一つを禁止、もしくは、前記エンジンに付属する機械式ブレーキ、または排気ブレーキの少なくとも一つを動作させることとした。
【００１３】
前記構成により、インバータの入力電圧、あるいはエンジン回転数を検出して設定値以上になったときに一時的にエンジン停止機能の動作を有効にする、具体的には、エンジンの点火、エンジンの燃料供給または吸気の少なくとも一つを禁止、もしくは、エンジンに付属する機械式ブレーキ、または排気ブレーキの少なくとも一つを動作させることによりエンジン回転のオーバーシュートを防ぐことのできる、コスト、信頼性の面で有利なインバータの過電圧保護装置を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、各実施形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略する場合がある。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本発明におけるインバータの過電圧保護装置の第１実施形態を示す図である。
ここでは、エンジンＥで駆動される磁石式発電機ＭＧの出力を整流器ＲＥＣで整流し、インバータＩＶで規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力する発電機が示されており、バイパス抵抗回路１４（バイパス手段）は、リレー１５（スイッチング手段）を介して、整流器ＲＥＣの出力端子とインバータＩＶの入力端子間に接続される。
【００１７】
インバータの過電圧保護装置５Ａは、電圧検出器１１（検出手段）と、基準電圧設定回路１２と、比較器１３（比較手段）と、バイパス抵抗回路１４（バイパス手段）と、リレー１５（スイッチング手段）と、トランジスタ１６により構成される。
バイパス抵抗回路１４は、インバータＩＶの入力端子間に挿入され、リレー１５の接点は、そのバイパス抵抗回路１４に直列に接続され、リレー１５のコイルＲの入力電源投入によりバイパス抵抗回路１４が有効となる。
オペレーションアンプによって構成される比較器１３の出力は、トランジスタ１６のベースに接続されており、トランジスタ１６は比較器１３によりオン／オフ制御され、リレー１５のコイルＲはトランジスタ１６により駆動されるようになっている。
また、比較器１３の（＋）入力端子には、電圧検出器１１により検出されたインバータＩＶの入力電圧を加工した検出電圧（Ｅｄ）が入力され、また、（−）入力端子には、基準電圧設定回路１２により過電圧保護のためにあらかじめ設定される基準電圧（Ｅｓ）が入力される。
【００１８】
以下、図１を参照して、インバータの過電圧保護装置５Ａの動作を説明する。
エンジンＥの始動に伴い、磁石式発電機ＭＧの出力が整流器ＲＥＣで整流されてインバータＩＶに供給される。そして、インバータＩＶは規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力を行う。
このとき、インバータＩＶの入力電圧を電圧検出器１１により検出した検出電圧（Ｅｄ）と、過電圧保護のためにあらかじめ設定される基準電圧（Ｅｓ）とを比較器１３により比較する。ここで、インバータＩＶの入力の検出電圧（Ｅｄ）が基準電圧（Ｅｓ）未満の値の場合には、トランジスタ１６はオフの状態であるため、バイパス抵抗回路１４には電流が流れない。
一方、インバータＩＶの入力の検出電圧（Ｅｄ）が基準電圧（Ｅｓ）以上になったときに、すなわち、過電圧であると判断されたとき、トランジスタ１６がオンすることでリレー１５を介し、バイパス抵抗回路１４に電流を流すことで、インバータＩＶに印加される電圧を抑えることになる。
従って、簡単な回路構成でインバータＩＶの入力電圧があらかじめ設定される基準電圧以上になったときにバイパス抵抗回路１４に電流を流すことで、インバータＩＶに高電圧が供給されないように制御することができる。
【００１９】
図２は、図１に示すハードウェアブロックＭ１をマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という）の制御で置き換えた場合の実施形態をフローチャートで示した図である。
すなわち、ここでは、過電圧保護装置５Ａの制御中枢として、図２にフローチャートで示すプログラムを内蔵するマイコン（図示せず）を内蔵し、このマイコンがそのプログラムを逐次読み出し実行することによって、基準電圧（Ｅｓ）の設定から、トランジスタ１６のオン／オフに至る一連の制御を実行するものである。
【００２０】
具体的に、マイコンは、まず過電圧保護のための閾値となる基準電圧（Ｅｓ）を設定し（ステップＳ２１）、インバータＩＶの入力の検出電圧（Ｅｄ）を読み込む（ステップＳ２２）。次に、設定された基準電圧（Ｅｓ）と読み込まれた検出電圧（Ｅｄ）とを比較し（ステップＳ２３）、比較の結果、Ｅｄ≧Ｅｓのときトランジスタ１６をオンするＨ（ハイ）のレベル信号を発生し（ステップＳ２４）、Ｅｄ＜Ｅｓのときトランジスタ１６をオフするＬ（ロー）のレベル信号を発生する（ステップＳ２５）。トランジスタをオン／オフした以降の動作は図１に示す動作と同じであるため省略する。
このように制御することでインバータＩＶの入力電圧が設定電圧以上になったときに、トランジスタ１６のオン／オフ動作により、リレー１５の接点を介して、バイパス抵抗回路１４に電流を流すことができるのでインバータＩＶに高電圧が供給されないように制御することができる。
【００２１】
［第２実施形態］
図３は、本発明におけるインバータの過電圧保護装置の第２実施形態を示す図である。ここでは、インバータの過電圧保護装置５Ｂは、エンジンＥの回転数を調整するアクチュエータ３１と、エンジン回転数を規定回転数に設定する基準電圧設定回路３４（第１の基準電圧設定手段）と、インバータＩＶの出力を停止状態にさせる停止命令回路３３（停止命令手段）と、停止命令回路３３によって発せられる停止命令信号により基準電圧設定回路３４の電圧を降下させる減算電圧生成回路４０（第２の基準電圧設定手段）と、エンジン回転数をエンジンＥに取り付けたピックアップコイルで検出するエンジン回転数検出器３５（以下の実施形態でも同様）と、磁石式発電機ＭＧの出力から周波数を周波数／電圧変換器により電圧として検出する周波数検出器３６（以下の実施形態でも同様）と、論理和回路３７と、誤差増幅器３８と、エンジンＥを低速運転方向に動作させてエンジン回転のオーバーシュートを抑える駆動回路３９（エンジン回転駆動手段）と、トランジスタ駆動回路３２と、で構成される。
【００２２】
前記トランジスタ駆動回路３２は、リレー４２を介してトランジスタ４１のベースに接続されており、当該リレー４２は、停止命令回路３３からの停止信号により駆動されるようになっている。基準電圧設定回路３４は、可変抵抗ＶＲと抵抗Ｒ１’とから構成されており、回路電源（１２Ｖ）を可変抵抗ＶＲと抵抗Ｒ１’で分圧したＲ１’による電圧が誤差増幅器３８の（＋）入力端子に入力されている。また、減算電圧生成回路４０は、トランジスタ４１と抵抗Ｒ２’で形成されており、トランジスタ４１のオンにより抵抗Ｒ２’と基準電圧設定回路３４の抵抗Ｒ１’とが並列に接続される構成になっている。
なお、停止命令回路３３は、発電機の保護動作による非常停止信号、またはインバータＩＶを系統から解列若しくは負荷から遮断するための信号に従う停止命令信号を発生する回路である。また、本実施形態では、基準電圧設定回路３４の抵抗Ｒ１’と減算電圧生成回路４０の抵抗Ｒ２’が、トランジスタ４１のオンにより並列接続される構成になっている。しかし、第１の基準電圧設定手段の電圧を降下させるための第２の基準電圧設定手段は、前記構成に限られるものではなく、抵抗Ｒ１’に代えて、当該抵抗Ｒ１’より小さな抵抗値を有する他の抵抗に切り換える手段を用いることにより、単独で基準電圧を減算する構成としても良い。
【００２３】
また、エンジン回転数検出器３５及び周波数検出器３６の出力は、論理和回路３７を介して、誤差増幅器３８の（−）入力端子に入力されており、誤差増幅器３８の出力は駆動回路３９に入力されている。これにより、誤差増幅器３８によって比較される増幅信号に対応して、駆動回路３９を介してアクチュエータ３１を駆動させ、エンジンＥを低速運転又は規定回転数である高速運転させることによりエンジン回転数を制御できるようになっている。
なお、ここでは機能的に論理和回路３７が存在するものとして示してあるが、実際は、いずれか一つの入力が誤差増幅器３８の（−）入力端子に入力される形態をとる。
【００２４】
以下、図３を参照して、インバータの過電圧保護装置５Ｂの動作を説明する。エンジンＥの始動に伴い、磁石式発電機ＭＧの出力が整流器ＲＥＣで整流されてインバータＩＶに供給される。そして、インバータＩＶは規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力を行う。
このとき、停止命令信号がない場合には、トランジスタ駆動回路３２がオフであるため、基準電圧設定回路３４により設定される基準電圧とエンジン回転数又は磁石式発電機ＭＧの周波数の検出電圧とを比較し、比較の結果、基準電圧の方が検出電圧より大きい場合には、駆動回路３９を介してアクチュエータ３１を高速運転側に移動させ、エンジン回転数を上昇させる。その逆に、基準電圧の方が検出電圧より小さい場合には、駆動回路３９を介してアクチュエータ３１を低速運転側に移動させ、エンジン回転数を下降させる。そして、基準電圧とエンジン回転数が等しくなったときに駆動回路３９によるアクチュエータ３１の動作を停止させ、規定回転数を保持する。
【００２５】
一方、停止命令回路３３による停止命令信号がある場合には、リレー４２を動作させることでトランジスタ駆動回路３２によりトランジスタ４１がオンする。そして、基準電圧設定回路３４の抵抗Ｒ１’と減算電圧生成回路４０の抵抗Ｒ２’が並列接続されることにより、基準電圧設定回路３４で設定出力される基準電圧が低下し、この基準電圧の低下度合いによりエンジン回転数を低下させることができる。
従って、インバータの過電圧保護装置５Ｂは、停止命令回路３３の停止命令信号によりインバータＩＶを系統から解列する動作又は負荷の遮断を行う動作を開始すると同時に、減算電圧生成回路４０でエンジン回転数を下降させ、即座に低速運転に移行させることにより、エンジン回転数の制御を行うことができるので、エンジン回転のオーバーシュートを抑えることができ、インバータＩＶに高電圧が供給されないように制御することができる。
【００２６】
図４は、図３に示すハードウェアブロックＭ２をマイコンの制御で置き換えた場合の実施形態をフローチャートで示した図である。なお、以下では説明の便宜上、エンジン回転数を検出電圧として用いるものとする。
すなわち、マイコンは、エンジン回転のオーバーシュート抑制の制御を行うために、まず基準電圧（Ｅｓ１）ならびに減算電圧（Ｅｓ２）を設定する（ステップＳ４１）。次に、実測のエンジン回転数（Ｅｄ１）を読み込み（ステップＳ４２）、停止命令信号があるか否かを見る（ステップＳ４３）。その結果、停止命令信号がなかった場合は、基準電圧（Ｅｓ１）と先に読み込んだエンジン回転数（Ｅｄ１）とを比較し（ステップＳ４４）、比較の結果、Ｅｓ１＞Ｅｄ１のとき、駆動回路３９を介してアクチュエータ３１を高速運転側に移動させることにより、エンジン回転数を上昇させ（ステップＳ４６）、Ｅｓ１≦Ｅｄ１のとき、駆動回路３９を介してアクチュエータ３１を低速運転側に移動させることにより、エンジン回転数を下降させる（ステップＳ４５）。そして、基準電圧（Ｅｓ１）とエンジン回転数（Ｅｄ１）が等しくなったときに駆動回路３９によるアクチュエータ３１の駆動を停止させることにより（ステップＳ４８）、通常運転状態の規定回転数に設定される。そして、先のステップＳ４２に戻った処理を行う。
【００２７】
また、ステップＳ４３の時点で、発電機の保護動作による非常停止信号若しくは、インバータＩＶを系統から解列又は負荷から遮断するための信号に従う停止命令信号が出力されたと判定されたときに、基準電圧（Ｅｓ１）から減算電圧（Ｅｓ２）を減算し（ステップＳ４９）、その誤差出力（Ｅｓ３）により駆動回路３９を介してアクチュエータ３１を制御する。すなわち、ここではエンジンＥの回転数を下げるために低速運転方向への動作を行う（ステップＳ５０）。そしてタイマーによるカウントを開始し、タイマーがカウントアップした所定時間後（ステップＳ５１，ステップＳ５２）、先のステップＳ４２に戻った処理を行う。
【００２８】
［第３実施形態］
図５は、本発明におけるインバータの過電圧保護装置の第３実施形態を示す図である。ここでは、インバータの過電圧保護装置５Ｃは、エンジンＥの回転数を検出するエンジン回転数検出器５１（検出手段）と、磁石式発電機ＭＧの周波数を検出する周波数検出器５２（検出手段）と、インバータＩＶの入力電圧を検出する電圧検出器５３（検出手段）と、エンジン回転数、磁石式発電機ＭＧの周波数、又はインバータ入力電圧の各検出電圧の論理和をとってインバータＩＶに供給する論理和回路５４と、インバータＩＶの出力を停止させる停止命令スイッチＳＷ１（停止命令手段）と、ソフトストップ出力調整回路Ｍ３（ソフトストップ出力調整手段）とで構成される。
【００２９】
ソフトストップ出力調整回路Ｍ３は、コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１，抵抗Ｒ２，抵抗Ｒ３とを備え、回路電源（１２Ｖ）を抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２で分圧したＲ２による電圧をコンデンサＣ１に供給すると共に、抵抗Ｒ３は停止命令スイッチＳＷ１の投入により抵抗Ｒ２と並列に接続されるように構成されている。また、論理和回路５４からの出力が、ソフトストップ出力調整回路Ｍ３の出力と接続されており、インバータＩＶの出力を停止させる停止命令スイッチＳＷ１は、ソフトストップ出力調整回路Ｍ３における抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とを並列接続させるように介設されている。しかも、論理和回路５４の出力側には、逆流防止の目的で整流器５５が介設されている。
なお、ここでは機能的に論理和回路５４が存在するものとして示してあるが、実際は、いずれか一つの入力が整流器５５に供給される形態をとる。
【００３０】
以下、図５を参照して、インバータの過電圧保護装置５Ｃの動作を説明する。
最初に、エンジン駆動磁石式発電機の運転の開始から、負荷の運転又は系統に連系するときの動作について説明する。
まず、エンジン駆動磁石式発電機のシステム電源（図示せず）を投入する。そして、自動運転スイッチ又はエンジンＥのスタータスイッチ（図示せず）を「閉」にする。このことにより、エンジンＥが始動して規定回転数で運転が行われる。この状態では、停止命令スイッチＳＷ１が「閉」状態にあるため、回路電圧（＋１２Ｖ）により抵抗Ｒ１に対して抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の並列回路により分圧された電圧が徐々にコンデンサＣ１に充電される。なお、この状態では、無負荷又は無連系運転である。
そして、停止命令スイッチＳＷ１を「開」にすることで、ソフトストップ出力調整回路Ｍ３により汎用のインバータＩＶでは負荷運転が開始され、又は、系統連系のインバータＩＶでは系統に連系される。
【００３１】
次に、負荷の遮断又は系統連系を解列するときの動作について説明する。
負荷の投入又は系統連系するインバータＩＶの電源をエンジン駆動磁石式発電機から供給する方式にした場合、従来の負荷の投入又は系統連系するインバータＩＶでは、負荷の遮断又は連系から解列する場合には負荷の遮断又は出力の急減が生じるため、エンジン回転数が変化量に追いつかずエンジン駆動磁石式発電機のエンジン回転がオーバーシュートすることがあるということは上述したとおりである。
【００３２】
そこで、停止命令スイッチＳＷ１を「閉」にすることでソフトストップ信号を与える。すると、停止命令スイッチＳＷ１を「閉」にする前にコンデンサＣ１に充電されていた充電電流が、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の並列回路により徐々に放電され、インバータＩＶの出力電圧も徐々に降下することで無出力運転になる。しかし、無出力運転になるまでの間に、エンジン回転数が上昇した場合には、論理和回路５４の出力がソフトストップ出力調整回路Ｍ３の電圧より高くなり、論理和回路５４の出力電圧と回路電源（１２Ｖ）により抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２で分圧された電圧とがコンデンサＣ１に充電され、この充電の増加分によりインバータＩＶの出力電流を増加させることにより、エンジン回転数の上昇抑制制御が行われる。このように、インバータＩＶの出力減少過程において、論理和回路５４の出力電圧がコンデンサＣ１の電圧以上に上昇したときにインバータＩＶの出力を増加させ、また、コンデンサＣ１の電圧より低下したときに再びインバータＩＶの出力を徐々に減じる運転を継続して行いながら、徐々にインバータＩＶの出力を減じるソフトストップ運転を行うことができる。
従って、インバータ負荷の遮断時、又は系統連系の解列時に、ソフトストップ運転を行い、インバータＩＶの出力を調整することで、エンジン回転数の上昇を最小限に抑えることができる。
【００３３】
図６ならびに図７は、図５に示すハードウェアブロックＭ３をマイコンの制御で置き換えた場合の実施形態をフローチャートで示した図である。
図６において、まず、マイコンは、エンジン始動により規定周波数、規定電圧の無出力運転になっていることを確認する（ステップＳ６１）。次に、停止命令スイッチＳＷ１が「開」状態になっているか否かを見て（ステップＳ６２）、「閉」状態の場合は先のステップＳ６１の処理を繰り返す。そして、「開」状態であったときは、ソフトストップ信号により、徐々にインバータＩＶの出力を増加させて一定の出力運転を行う（ステップＳ６３）。
【００３４】
次に、停止命令スイッチＳＷ１が「閉」の状態になっているか否かを見て（ステップＳ６４）、「開」状態の場合は先のステップＳ６３の処理を繰り返し、「閉」の状態であった場合にはエンジン回転数検出器５１、周波数検出器５２、電圧検出器５３のいずれか一方の検出電圧の読み込みを行う（ステップＳ６５）。そして、インバータＩＶに対して出力減少命令を発し（ステップＳ６６）、検出電圧がインバータ出力調整電圧以下か否かを見る（ステップＳ６７）。ここで、検出電圧がインバータ出力調整電圧を越えていればインバータＩＶに対して出力増加命令を発し（ステップＳ６９）、先のステップＳ６４以降の処理を行う。また、インバータ出力調整電圧以下であれば更にインバータＩＶ出力が無電圧であるかチェックされる（ステップＳ６８）。このとき、無電圧でなければ、先のステップＳ６４に戻り、無電圧であればステップＳ６１に戻り、それ以降の処理を繰り返し、そして、無電圧にすることによりエンジンＥを停止させることができる。
【００３５】
図７は、図６と異なる他の実施形態を示した場合であるが、図６に示すフローチャートとの差異は、ステップＳ６７以降の処理にある。すなわち、図６に示す例では、検出電圧がインバータ出力調整電圧以下であるか否かを見るが、図７に示す例では、検出電圧のヒステリシスを見込んだものであり、検出電圧が基準電圧の下限値以下か否かを見て（ステップＳ７１）、基準電圧の下限値より大きいときには、更に、検出電圧が基準電圧の上限値以上か否かを見て（ステップＳ７２）、上限値未満であればステップＳ６８に進む。そして、検出電圧が基準電圧の上限値以上であったときにインバータＩＶ出力の増加命令を発する。また、検出電圧が基準電圧の下限値以下の場合には、ステップＳ６８に進むことになる。なお、インバータＩＶ出力減少命令による出力減少量は、インバータＩＶ出力増加命令による増加量より大きいものとする。
【００３６】
［第４実施形態］
図８は、本発明におけるインバータの過電圧保護装置の第４実施形態を示す図である。ここでは、インバータの過電圧保護装置５Ｄは、前記第３実施形態のインバータの過電圧保護装置５Ｃに、インバータＩＶの出力電流を検出する電流検出器８１（第１の検出手段）と、出力電圧を検出する電圧検出器８２（第１の検出手段）と、電流検出器８１及び電圧検出器８２により得られる検出電圧を論理和する論理和回路８３と、インバータＩＶの出力電流若しくは出力電圧を制限するために予め設定された基準電圧とを比較し、その結果を誤差増幅する誤差増幅器ＥＡ１（第１の増幅手段）と、エンジン回転数検出器５１（第２の検出手段）、周波数検出器５２（第２の検出手段）及び電圧検出器５３（第２の検出手段）の出力を論理和回路５４によって論理和をとった出力とソフトストップ出力調整回路Ｍ３により得られる出力電圧と誤差増幅器ＥＡ１の出力とを比較し、その結果を誤差増幅する誤差増幅器ＥＡ２（第２の増幅手段）とを付加した構成を有している。
【００３７】
また、前記電流検出器８１、電圧検出器８２により得られる検出信号は論理和回路８３を介して誤差増幅器ＥＡ１の（−）入力端子に入力されており、当該誤差増幅器ＥＡ１の（＋）入力端子には、前記基準電圧を設定するための可変抵抗ＶＲ１が接続されている。さらに、誤差増幅器ＥＡ１の出力は、誤差増幅器ＥＡ２の（−）端子に入力されており、当該誤差増幅器ＥＡ２の（＋）入力端子にはソフトストップ出力調整回路Ｍ３の出力が入力されている。
さらに、ここでは機能的に論理和回路８３が存在するものとして示してあるが、実際は、いずれか一つの入力が誤差増幅器ＥＡ１に供給される形態をとる。
【００３８】
以下、図８を参照して、インバータの過電圧保護装置５Ｄの動作を説明するが、前記第３実施形態のインバータの過電圧保護装置５Ｃと同様の動作は省略する場合がある。
最初に、エンジン駆動磁石式発電機の運転の開始から、負荷の運転又は系統に連系するときの動作について説明する。
エンジンＥが始動して規定回転数で運転が行われる状態では、停止命令スイッチＳＷ１が「閉」状態にあるため、回路電圧（＋１２Ｖ）により抵抗Ｒ１に対して抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の並列回路により分圧された電圧が徐々にコンデンサＣ１に充電されながら誤差増幅器ＥＡ２の（＋）入力端子に印加され、これに伴いインバータＩＶの出力電圧も徐々に上昇する。なお、通常状態での規定回転運転時のエンジン回転数検出器５１、周波数検出器５２、又は電圧検出器５３による各検出電圧はコンデンサＣ１の電圧より小さい値に設定されている。
【００３９】
このとき、インバータＩＶの出力は停止状態であるため、誤差増幅器ＥＡ１の（−）入力端子には、電流検出器８１もしくは電圧検出器８２により得られる零電圧が、（＋）入力端子には、回路電源電圧（＋１２Ｖ）を可変抵抗ＶＲ１で分圧した電圧が印加される。この電圧は、インバータＩＶの出力電流値もしくは出力電圧値を制限するために可変抵抗ＶＲ１により設定される基準電圧である。そして、誤差増幅器ＥＡ１により増幅された出力電圧が誤差増幅器ＥＡ２の（−）入力端子に印加される。
なお、ここでいう出力の停止状態とは、汎用のインバータＩＶではインバータＩＶの出力電圧を零Ｖ（無電圧）にした状態のことで、系統連系のインバータＩＶでは、インバータの出力電圧を連系先の出力電圧以下にした状態のことである。
【００４０】
これにより、誤差増幅器ＥＡ２により増幅された出力電圧に従って、インバータＩＶの出力電圧が制御される。この時点では、系統連系のインバータＩＶでは規定電圧よりインバータＩＶの出力電圧は低くなるように設定され、汎用のインバータＩＶでは、インバータＩＶより電力が出力されないように設定されている。
なお、ここでは、誤差増幅器ＥＡ２の出力電圧の増減によりインバータＩＶの電圧が制御される。すなわち、インバータＩＶの出力電圧を増加させることにより、出力電流を増加させ、インバータＩＶの出力電圧を減らすことで出力電流を減少させている。
【００４１】
そして、停止命令スイッチＳＷ１を「開」にすると、コンデンサＣ１の電圧が上昇し、同時に汎用のインバータＩＶでは負荷運転、又は系統連系のインバータＩＶでは系統に連系が開始される。その後、コンデンサＣ１の上昇電圧が一定となったところで誤差増幅器ＥＡ２の出力も一定となり、出力電流の定電流制御が行われる。なお、誤差増幅器ＥＡ２の（＋）と（−）の入力端子電圧が一致したときには、インバータＩＶの出力電流が一定になるように設定されている。また、出力電流又は出力電圧は可変抵抗ＶＲ１の設定により決定される。
【００４２】
次に、負荷の遮断又は系統連系を解列するときの動作について説明する。
まず、停止命令スイッチＳＷ１を「閉」に設定すると、ソフトストップ出力調整回路Ｍ３の出力電圧が徐々に降下することになり、それに基づいて、誤差増幅器ＥＡ２の（＋）入力端子の電圧が徐々に降下し、誤差増幅器ＥＡ２の出力も徐々に降下することでインバータＩＶの出力電圧も徐々に降下し、無出力運転になる。しかし、無出力運転になるまでの間に、エンジン回転数が上昇した場合には、論理和回路５４の出力がソフトストップ出力調整回路Ｍ３の電圧より高くなり、論理和回路５４の出力電圧と回路電源（１２Ｖ）により抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２で分圧された電圧とをコンデンサＣ１に充電すると同時に、誤差増幅器ＥＡ２の（＋）入力端子に出力することで誤差増幅器ＥＡ２の出力を上昇させる。そして、インバータＩＶの電圧を上昇させて出力電流を増加させることにより、出力上昇制御が行われることは、前記インバータの保護回路５Ｃの場合と同様である。
従って、インバータ負荷の遮断時、又は系統連系の解列時に、ソフトストップ運転を行い、インバータＩＶの出力を調整することで、エンジン回転数の上昇を最小限に抑えることができる。
【００４３】
最後に、負荷の遮断又は系統連系を解列するときの出力電流の減少度合いによる回転数変動調整動作について説明する。
前記ソフトストップ運転を行うときのインバータＩＶの出力の減少時に伴う急激な負荷の変動により、エンジンＥの回転数が上昇することがある。この場合には、上昇回転数又は上昇電圧を検出し、この上昇分の電圧をソフトストップ出力調整回路Ｍ３のコンデンサＣ１に充電すると同時に、誤差増幅器ＥＡ２の（＋）入力端子に出力することで誤差増幅器ＥＡ２の出力を上昇させ、その分インバータＩＶの電圧を上昇させて出力電流を増加させる。この電流分の増加により、エンジンＥの回転数は降下してエンジン回転数検出器５１による検出電圧は降下する。また、コンデンサＣ１に充電された電圧は、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３に放電される。
すなわち、前記ソフトストップ運転を行う場合には、時間と共にインバータＩＶの出力量を減少させているが、出力の減少量によりエンジン回転数が上昇しない場合にはそのまま出力を減少させる。しかしながら、出力の減少量に対してエンジン回転数が上昇する場合には、この時点での出力量を増加させてエンジン回転数の上昇を抑えるように制御することになる。
【００４４】
［第５実施形態］
図９は、本発明におけるインバータの過電圧保護装置の第５実施形態を示す図である。ここでは、インバータの過電圧保護装置５Ｅは、エンジン回転数検出器９２Ａ（検出手段）と、電圧検出器９２Ｂ（検出手段）と、周波数検出器９２Ｃ（検出手段）と、論理和回路９７と、基準電圧設定回路９３と、比較器９４（比較手段）と、トランジスタ９５（スイッチング手段）と、エンジン停止手段９６とで構成される。
エンジン回転数検出器９２Ａ、電圧検出器９２Ｂ及び周波数検出器９２Ｃの出力である検出電圧は、論理和回路９７を介して比較器９４の（＋）入力端子に入力されている。また、比較器９４の（−）入力端子には基準電圧設定回路９３により過電圧保護のために予め設定された基準電圧が供給されている。比較器９４の出力は、トランジスタ９５のベースに接続されており、当該トランジスタ９５は比較器９４によりオン／オフ制御され、エンジン停止手段９６によりエンジンＥを停止させることができるように構成されている。
【００４５】
なお、ここでは機能的に論理和回路９７が存在するものとして示してあるが、実際は、いずれか一つの入力が比較器９４の（＋）入力端子に供給される形態をとる。
また、エンジン停止手段９６は、エンジンの点火、もしくは燃料又は空気供給を制御してエンジンＥの燃料供給又はエンジンＥの吸気の少なくとも一つをトランジスタ９５で禁止するか、エンジンＥに付属する機械式ブレーキ、又は排気ブレーキの少なくとも一つをトランジスタ９５で動作させることによって、エンジンＥの運転状態を停止させる手段である。
【００４６】
以下、図９を参照して、インバータの過電圧保護装置５Ｅの動作を説明する。エンジンＥの始動に伴い、磁石式発電機ＭＧの出力が整流器ＲＥＣで整流されてインバータＩＶに供給される。そして、インバータＩＶは規定周波数および規定電圧の交流電力に変換して出力を行う。
このとき、比較器９４により、エンジン回転数検出器９２Ａ、周波数検出器９２Ｂ、電圧検出器９２Ｃのいずれか一方の検出電圧（Ｅｄ）と、過電圧保護のためにあらかじめ設定される基準電圧（Ｅｓ）とを比較する。
ここで、エンジン回転数、インバータＩＶの入力電圧または磁石式発電機ＭＧの周波数が基準電圧未満の値の場合には、トランジスタ９５はオフの状態であり、エンジン停止手段９６は作動しない。
一方、エンジン回転数、インバータＩＶの入力電圧または磁石式発電機ＭＧの周波数が基準電圧以上の値をとったとき、すなわち、過電圧であると判断されたとき、トランジスタ９５がオンすることでエンジン停止手段９６によりエンジンＥの停止動作をさせ、エンジン回転がオーバーシュートすることを防止することができる。
【００４７】
ここで、エンジン停止手段９６は、エンジンＥの点火装置の点火を停止する信号を生成し、点火装置の電源を一時的に停止することにより、エンジンＥの停止動作を行う。あるいは、燃料供給や空気吸気を停止する信号を生成出力し、それぞれ単独、または同時に送出することや、エンジンＥに付属した機械式ブレーキ、または排気ブレーキ等のブレーキを動作させることにより一時的にエンジンＥの停止動作を行う。
【００４８】
図１０は、図９に示すハードウェアブロックＭ５をマイコンの制御で置き換えた場合の実施形態をフローチャートで示した図である。なお、以下では説明の便宜上、インバータＩＶの入力の検出電圧を用いて説明するものとする。
マイコンは、まず過電圧保護のための閾値となる基準電圧（Ｅｓ）を設定し（ステップＳ１０１）、インバータＩＶの入力の検出電圧（Ｅｄ）を読み込む（ステップＳ１０２）。次に、設定された基準電圧（Ｅｓ）と読み込まれた検出電圧（Ｅｄ）とを比較し（ステップＳ１０３）、比較の結果、Ｅｄ≧Ｅｓのときトランジスタ９５をオンするＨ（ハイ）のレベル信号を生成し（ステップＳ１０４）、Ｅｄ＜Ｅｓのときトランジスタ９５をオフするＬ（ロー）のレベル信号を生成する（ステップＳ１０５）。トランジスタ９５をオン／オフした以降の動作は図９に示す動作と同じであるため省略する。
【００４９】
なお、エンジン停止手段９６に換え、比較器９４の出力に応じて、エンジンＥと磁石式発電機ＭＧとを連結する電磁クラッチの接触を解除する構成とすることにより、エンジンＥと磁石式発電機ＭＧを切り離し、磁石式発電機ＭＧのオーバーシュートを防止することができる。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、保護動作による停止命令信号、出力停止命令の信号のいずれかによってエンジン回転数の制御を行うことにより、エンジン回転のオーバーシュートを最小限に抑えることのできる、コスト、信頼性の面で有利なインバータの過電圧保護装置を提供することができる。
【００５１】
請求項２ならびに請求項３に記載の発明によれば、インバータへの負荷の投入、遮断、または、系統の解列時にソフトストップ出力を行い、インバータ出力を徐々に低下させることで回転数の変動を最小限に抑えることのできる、コスト、信頼性の面で有利なインバータの過電圧保護装置を提供することができる。
請求項４ならびに請求項５に記載の発明によれば、インバータの入力電圧、エンジン回転数、または磁石式発電機の周波数を検出して設定値以上になったときに一時的にエンジン停止機能の動作を有効にする、具体的には、エンジンの点火、エンジンの燃料供給または吸気の少なくとも一つを禁止、もしくは、エンジンに付属する機械式ブレーキ、または排気ブレーキの少なくとも一つを動作させることでエンジン回転のオーバーシュートを防ぐ、コスト、信頼性の面で有利なインバータの過電圧保護装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるインバータの過電圧保護装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】図１に示すハードウェアブロックＭ１をマイクロコンピュータの制御で置き換えた場合の実施形態をフローチャートで示した図である。
【図３】本発明におけるインバータの過電圧保護装置の第２実施形態を示す図である。
【図４】図３に示すハードウェアブロックＭ２をマイクロコンピュータの制御で置き換えた場合の実施形態をフローチャートで示した図である。
【図５】本発明におけるインバータの過電圧保護装置の第３実施形態を示す図である。
【図６】図５に示すハードウェアブロックＭ３をマイクロコンピュータの制御で置き換えた場合の実施形態をフローチャートで示した図である。
【図７】図５に示すハードウェアブロックＭ３をマイクロコンピュータの制御で置き換えた場合の他の実施形態をフローチャートで示した図である。
【図８】本発明におけるインバータの過電圧保護装置の第４実施形態を示す図である。
【図９】本発明におけるインバータの過電圧保護装置の第５実施形態を示す図である。
【図１０】図９に示すハードウェアブロックＭ５をマイクロコンピュータの制御で置き換えた場合の実施形態をフローチャートで示した図である。
【符号の説明】
Ｅ              エンジン
ＭＧ            磁石式発電機
ＲＥＣ          整流器
ＩＶ            インバータ
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ              過電圧保護装置
１１            電圧検出器（検出手段）
１２            基準電圧設定回路
１３            比較器（比較手段）
１４            バイパス抵抗回路（バイパス手段）
１５            リレー（スイッチング手段）
１６            トランジスタ
３１            アクチュエータ
３３            停止命令回路（停止命令手段）
３４            基準電圧設定回路（第１の基準電圧設定手段）
３５            エンジン回転数検出器
３６            周波数検出器
３８            誤差増幅器
３９            駆動回路（エンジン回転駆動手段）
４０            減算電圧生成回路（第２の基準電圧設定手段）
５１            エンジン回転数検出器（検出手段）
５２            周波数検出器（検出手段）
５３            電圧検出器（検出手段）
Ｍ３            ソフトストップ出力調整回路（ソフトストップ出力調整手段）ＳＷ１          停止命令スイッチ（停止命令生成手段）
８１            電流検出器（第１の検出手段）
８２            電圧検出器（第１の検出手段）
ＥＡ１          誤差増幅器（第１の増幅手段）
ＥＡ２          誤差増幅器（第２の増幅手段）
９２Ａ          エンジン回転数検出器（検出手段）
９２Ｂ          電圧検出器（検出手段）
９２Ｃ          周波数検出器（検出手段）
９３            基準電圧設定回路
９４            比較器（比較手段）
９５            トランジスタ（スイッチング手段）
９６            エンジン停止手段
【図１】
0003689313.tif 000002
【図２】
0003689313.tif 000003
【図３】
0003689313.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003689313.tif 000006
【図６】
0003689313.tif 000007
【図７】
0003689313.tif 000008
【図８】
0003689313.tif 000009
【図９】
0003689313.tif 000010
【図１０】
0003689313.tif 000011