(57)【要約】【課題】  可搬式エンジン発電機に設置されている自動電圧調整器にエンジン過回転保護リレー及び発電機過電圧保護リレーと同じ作用を行う回路を組み合わせることにより、大型化を招くことなく過回転や過電圧からエンジンや発電機を保護することができる可搬式エンジン発電機を提供する。【解決手段】  可搬式エンジン発電機の自動電圧調整器に、電圧の上限値を設定する過電圧設定手段と回転数の上限値を設定する過回転設定手段とを設けるとともに、自動電圧調整器の電圧検出器１１から出力される電圧信号Ｓ１１と前記電圧上限値信号Ｓ１２とを比較して電圧が電圧上限値を超えたときに発電機の停止信号を出力する電圧比較器１６と、自動電圧調整器の周波数検出器１２から出力される回転数信号Ｓ１４と回転数上限値信号Ｓ１５とを比較し、回転数が回転数上限値を超えたときに発電機の停止信号を出力する回転数比較器１７とを設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにより駆動される発電機と、該発電機から出力される電圧をあらかじめ設定された電圧に自動的に調整する自動電圧調整器とを備えた可搬式エンジン発電機において、前記自動電圧調整器に、前記発電機から出力する電圧の上限値を設定する過電圧設定手段と、前記発電機の回転数の上限値を設定する過回転設定手段とを設けるとともに、前記自動電圧調整器に設けられている電圧検出器から出力される電圧信号と前記過電圧設定手段に設定された電圧上限値信号とを比較し、前記発電機から出力される電圧が電圧上限値を超えたときに前記発電機の停止信号を出力する電圧比較手段と、前記自動電圧調整器に設けられている周波数検出器から出力される回転数信号と前記過回転設定手段に設定された回転数上限値信号とを比較し、発電機の回転数が回転数上限値を超えたときに前記発電機の停止信号を出力する周波数比較手段とを設けたことを特徴とする可搬式エンジン発電機。
【請求項２】
前記電圧上限値信号は、前記周波数検出器から出力される発電機の回転数信号によって補正されることを特徴とする請求項１記載の可搬式エンジン発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可搬式エンジン発電機に関し、詳しくは、エンジンで駆動する交流同期発電機から出力される電圧を所定の電圧に自動的に調整するための自動電圧調整器を備えた可搬式エンジン発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等で発電機を駆動する可搬式のエンジン発電機では、モーター等の負荷に供給する電圧の変動率が数パーセント以内であることが求められているため、負荷の変動や周波数の変動にかかわらず出力電圧を一定に保つための自動電圧調整器を備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図４のブロック図に示すように、自動電圧調整器５１は、発電機から出力される電圧を電圧検出器５２で検出するとともに、周波数を周波数検出器５３で検出し、検出した電圧及び周波数に対応した信号と、電圧設定器５４に設定された電圧（設定電圧）信号とを比較器５５で比較し、比較器５５での比較結果に基づいて変調器５６で発電機の界磁巻線に与える電流（界磁電流）を調整することにより、発電機から出力される電圧が一定になるようにしている。なお、発電機の回転数と周波数とは比例するため、周波数に対応した信号は回転数に対応した信号と同じものとして扱うことができるので、周波数の検出と発電機の回転数の検出とは同じ意味である。
【０００４】
さらに、図５に示すように、交流同期発電機では、発電機の回転数（周波数）が低くなると、破線Ａで示す所定の電圧を得るためには、破線Ｂで示すように、周波数の低下に伴って界磁電流を増加させなければならない。しかし、界磁電流を増加させると界磁巻線の温度上昇が問題になるため、周波数検出器５３で検出した周波数があらかじめ設定された下限設定周波数ｆ０以下になったときには、比較器５５から変調器５６に、実線Ｃに示すように界磁電流を抑制する信号が出力され、界磁巻線の温度上昇を防止して発電機を保護するようにしている。なお、下限設定周波数ｆ０以上では、前記自動電圧調整器によって出力電圧は一定に保たれ、下限設定周波数ｆ０以下では、実線Ｄで示すように、界磁電流の抑制に伴って出力電圧は低下する。
【０００５】
また、各種エンジン発電機において、使用場所で定位置に据え付けられて特定の負荷に給電する常用発電機や非常用発電機では、様々な規格や基準が設定されており、例えば公共建築物に設置するエンジン発電機では、過回転を検出してエンジンを停止させるエンジン過回転保護リレーや、過電圧を検出して発電機を停止させる発電機過電圧保護リレーの装備が常識化している。さらに、このような据付型のエンジン発電機の取り扱いは、特定の管理者等に限られているのが通常である。
【０００６】
一方、可搬式エンジン発電機は、仮設電源として使用場所が一定せず、不特定の負荷に給電するものであり、工事用の電源や一時的なイベント用の電源等として用いられている。このため、負荷が一定せず、また、取扱者のレベルも一定しない。このような可搬式エンジン発電機では、通常、エンジン過回転保護リレーや発電機過電圧保護リレーを標準で装備していないため、要望があった場合には、図６のブロック図に示すように、自動電圧調整器６１とは別に、エンジン過回転保護リレー６２及び発電機過電圧保護リレー６３を設けるようにしている。なお、図６において、符号６４は発電機（Ｇ）、６５はエンジン（Ｅ）、６６は遮断機、６７は界磁巻線であって、これらは外箱６８内に収められている。
【特許文献１】特開平１−１８５１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のような可搬式エンジン発電機は、一般的に移動性に重点がおかれているため、小型、軽量なものほど商品価値が高くなっている。したがって、エンジン過回転保護リレーや発電機過電圧保護リレーを設置するスペースの確保に制約が多く、これらのリレーを組み込むことが困難であった。しかし、近年は、可搬式エンジン発電機においても、これらのリレーを小型化して標準的に装備することが求められている。
【０００８】
また、可搬式エンジン発電機は、使用場所に応じて５０Ｈｚ、６０Ｈｚのどちらの周波数でも使用できるようになっており、それぞれの発電機定格電圧は、５０Ｈｚ時は２００Ｖ、６０Ｈｚ時は２２０Ｖに設定されているものが多い。一方、界磁電流は、理論的には概ね電圧に比例し、周波数に逆比例するので、５０Ｈｚ、２００Ｖで運転しているときの界磁電流は、６０Ｈｚ、２２０Ｖで運転しているときの界磁電流よりも大きくなる。界磁巻線の温度上昇は、界磁電流の多い方が大きくなり、発電機の回転数から見ると、冷却効果が下がる低い回転数の方が界磁電流が大きくなることなどから、６０Ｈｚ、２２０Ｖ運転時に比べて５０Ｈｚ、２００Ｖ運転時は、界磁巻線の温度が上昇し易い状態となっている。
【０００９】
前述の発電機過電圧保護リレーの設置目的は、過電圧による発電機制御機器や負荷へのダメージを予防することと、発電機自身を保護することであるから、界磁電流が大きくなる５０Ｈｚ、２００Ｖ運転時における発電機過電圧保護リレーの設定電圧は、６０Ｈｚ、２２０Ｖ運転時の設定電圧よりも低くして界磁電流が大きくならないように設定することが望ましい。
【００１０】
しかし、一般に、発電機過電圧保護リレーの設定値は、周波数に関係なく一定となっているので、界磁巻線の温度上昇の面では５０Ｈｚ、２００Ｖの運転は、６０Ｈｚ、２２０Ｖでの運転に比べて非常に不利な条件となっている。しかしながら、運転する周波数に応じて発電機過電圧保護リレーの設定値を手動で変更することは面倒であり、前述のように、取扱者のレベルが一定しない可搬式エンジン発電機では手動設定は好ましいものではない。
【００１１】
そこで本発明は、可搬式エンジン発電機に設置されている自動電圧調整器に、エンジン過回転保護リレー及び発電機過電圧保護リレーと実質的に同じ作用を行う回路を組み合わせることにより、発電機外箱内での設置スペースを容易に確保することができ、さらに、５０Ｈｚ、２００Ｖ運転時における界磁巻線の温度上昇も自動的に抑えることができる可搬式エンジン発電機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の可搬式エンジン発電機は、エンジンにより駆動される発電機と、該発電機から出力される電圧をあらかじめ設定された電圧に自動的に調整する自動電圧調整器とを備えた可搬式エンジン発電機において、前記自動電圧調整器に、前記発電機から出力する電圧の上限値を設定する過電圧設定手段と、前記発電機の回転数の上限値を設定する過回転設定手段とを設けるとともに、前記自動電圧調整器に設けられている電圧検出器から出力される電圧信号と前記過電圧設定手段に設定された電圧上限値信号とを比較し、前記発電機から出力される電圧が電圧上限値を超えたときに前記発電機の停止信号を出力する電圧比較手段と、前記自動電圧調整器に設けられている周波数検出器から出力される回転数信号と前記過回転設定手段に設定された回転数上限値信号とを比較し、発電機の回転数が回転数上限値を超えたときに前記発電機の停止信号を出力する周波数比較手段とを設けたことを特徴としている。さらに、前記電圧上限値信号が、前記周波数検出器から出力される発電機の回転数信号によって補正されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の可搬式エンジン発電機によれば、自動電圧調整器に設けられている電圧検出器や周波数検出器から出力される直流電圧からなる信号を利用して過電圧や過回転を検出するようにしているので、比較回路等の電気部品を組み込むことによってエンジン過回転保護リレー及び発電機過電圧保護リレーと同等の機能を自動電圧調整器に一体化することができる。これにより、各リレーを別部品として発電機外箱内に組み込む場合に比べて設置スペースを容易に確保することができる。
【００１４】
また、周波数検出器から出力される信号によって電圧上限値信号を補正することにより、例えば、周波数が５０Ｈｚのときの電圧上限値を６０Ｈｚのときより低く補正することにより、６０Ｈｚで運転するときの効率を低下させることなく、５０Ｈｚで運転したときの界磁巻線の温度上昇を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の可搬式エンジン発電機の一形態例を示すもので、自動電圧調整器の構成例を示すブロック図、図２は周波数と発電電圧及び界磁電流との関係を示す図である。
【００１６】
本形態例に示す可搬式エンジン発電機は、通常の自動電圧調整器に相当する回路、すなわち、発電機から出力される電圧を検出する電圧検出器１１及び周波数（発電機回転数）を検出する周波数検出器１２と、設定電圧を選択する電圧設定器１３と、電圧検出器１１で検出した電圧信号と電圧設定器１３の設定電圧信号とを比較するとともに、周波数検出器１２で検出した周波数信号（回転数信号）とあらかじめ設定された下限設定周波数（ｆ０）信号とを比較する比較器１４と、該比較器１４での比較結果に基づいて界磁電流を調整する変調器１５とを備えている。
【００１７】
そして、前述の発電機過電圧保護リレーに相当する回路として、前記電圧検出器１１から出力される電圧信号Ｓ１１と、発電機から出力する電圧の上限値を設定する過電圧設定手段にて設定された電圧上限値（Ｖｈ）の信号Ｓ１２とを比較して発電機からの電圧が電圧上限値を超えたときに発電機の停止信号、すなわち、発電機保護用の過電圧動作信号Ｓ１３を出力する電圧比較手段としての電圧比較器１６が設けられている。
【００１８】
さらに、前述のエンジン過回転保護リレーに相当する回路として、前記周波数検出器１２から出力される発電機回転数の信号Ｓ１４と、発電機における回転数の上限値を設定する過回転設定手段に設定された回転数上限値（ｆ１）の信号Ｓ１５とを比較し、発電機回転数が回転数上限値を超えたときに発電機の停止信号、すなわち、エンジン保護用の過回転動作信号Ｓ１６を出力する周波数比較手段としての回転数比較器１７が設けられている。
【００１９】
また、本形態例では、前記周波数検出器１２から出力される発電機回転数の信号Ｓ１７によって前記電圧比較器１６に入力される電圧上限値の信号Ｓ１２を補正するための加算器１８を設けている。加算器１８における電圧上限値信号の補正は、周波数が５０Ｈｚのときの電圧上限値を、周波数が６０Ｈｚのときの電圧上限値よりも低い電圧とするように行われる。これにより、実際の運転における５０Ｈｚ、２００Ｖ運転及び６０Ｈｚ、２２０Ｖ運転のそれぞれに適した電圧上限値を自動的に設定することができる。
【００２０】
このようにして自動電圧調整器に発電機過電圧保護リレーに相当する回路とエンジン過回転保護リレーに相当する回路とを組み込むことにより、従来のように、独立した自動電圧調整器、発電機過電圧保護リレー及びエンジン過回転保護リレーの３個の装置を用いる場合に比べて電圧検出器１１、周波数検出器１２及び電源を共用できるため、全体としての小型化を図ることができる。これにより、可搬式エンジン発電機における制約された外箱内のスペースへの設置が容易となり、これらの機能を可搬式エンジン発電機に標準で装備させることが可能となる。
【００２１】
図２は、可搬式エンジン発電機を５０Ｈｚ、２００Ｖで運転したときの状態を示すもので、自動電圧調整器により、通常の運転では発電機の出力が５０Ｈｚ、２００Ｖに保持されている。通常の負荷変動の範囲で、エンジンや発電機等に異常がなければ、下限設定周波数ｆ０以上の周波数（回転数）領域では、界磁電流が調節されることによって出力電圧が自動的に２００Ｖに保たれ、また、エンジンに備えられている回転数制御器（図示せず）によって発電機の回転数が５０Ｈｚを出力するエンジン回転数（例えば毎分１５００回転）に制御されている。さらに、故意に回転数を低下させる操作が行われて周波数が下限設定周波数ｆ０未満になったときには、界磁電流を抑制して界磁巻線の温度上昇を防止する。
【００２２】
このような運転状態において、前記電圧比較器１６により発電機の出力電圧が異常に上昇して５０Ｈｚ時の電圧上限値（Ｖｈ５０）を超えたと判定されたときには、電圧比較器１６から過電圧動作信号Ｓ１３が出力され、エンジンを非常停止させて発電機を保護するとともに、過電圧によってモーター等の負荷が損傷することを防止する。
【００２３】
また、回転数比較器１７により出力周波数（発電機回転数）が異常に上昇して回転数上限値（ｆ１）を超えたと判定されたときには、回転数比較器１７から過回転動作信号Ｓ１６が出力され、エンジンを非常停止させてエンジンの保護や危険防止を図る。
【００２４】
一方、６０Ｈｚ、２２０Ｖで運転するときには、可搬式エンジン発電機に設けられている周波数調整器（図示せず）を６０Ｈｚに切り替えることにより、自動電圧調整器によって通常の出力が６０Ｈｚ、２２０Ｖに保たれる。また、出力電圧の異常上昇に対しては、周波数検出器１２からの発電機回転数の信号Ｓ１７の信号電圧が５０Ｈｚ時に比べて６０Ｈｚ時のときが高く、加算器１８で電圧上限値の信号Ｓ１２に加算される信号量が増大するため、電圧比較器１６に入力される電圧上限値の信号量（電圧）が高くなり、５０Ｈｚ時の電圧上限値（Ｖｈ５０）よりも高い電圧上限値（Ｖｈ６０）によって電圧比較器１６が両信号Ｓ１１，Ｓ１２を比較することになる。すなわち、６０Ｈｚ２２０Ｖ運転時に適した電圧上限値に自動的に切り替えられることになり、その前後の周波数においても、周波数に応じた電圧上限値が自動的に得られる。なお、回転数上限値（ｆ１）は変化せず、前記同様にしてエンジン等を保護する。
【００２５】
図３は自動電圧調整器の他の構成例を示すブロック図である。まず、発電機２１からの出力は、変圧器２２で所定の低電圧に変換されて自動電圧調整器２３内に取り込まれ、電圧検出器に相当する整流回路２４で出力電圧に応じた直流電圧からなる信号Ｓ２１に変換されるとともに、周波数検出器に相当する周波数／電圧変換器（Ｆ／Ｖ）２５で周波数に応じた直流電圧からなる信号Ｓ２２に変換される。
【００２６】
整流回路２４からの信号Ｓ２１は、電圧比較回路２６において、電圧設定調整器２７に設定された設定電圧に対応する信号と比較され、比較結果が周波数比較回路２８に入力される。この周波数比較回路２８には、前記Ｆ／Ｖ２５からの信号Ｓ２２を第１の周波数補正回路２９で所定の直流電圧に補正した周波数信号Ｓ２３が入力されており、あらかじめ設定されている前述の下限設定周波数（ｆ０）に対応した信号との比較が行われることにより、検出した電圧と周波数とに応じた信号Ｓ２４がＰＩＤ回路３０に送られる。ＰＩＤ回路３０では、そのときの電圧及び周波数に対応した最適制御を算出し、ＰＷＭ回路３１により出力トランジスタ３２を作動させて界磁巻線に供給する界磁電流を発生させる。これにより、通常の自動電圧調整器としての機能が得られる。
【００２７】
また、過電圧設定器３３にはあらかじめ電圧上限値（Ｖｈ）が設定されており、過回転設定器３４にはあらかじめ回転数上限値（ｆ１）が設定されている。電圧上限値（Ｖｈ）に応じた直流電圧からなる信号Ｓ２５は、第２の周波数補正回路３５で前記Ｆ／Ｖ２５からの信号Ｓ２２を所定の直流電圧に補正した信号Ｓ２６と加算器３６で加算され、信号Ｓ２７として過電圧比較回路３７に入力される。周波数補正回路３５では、相対的に周波数が低いときには、周波数が高いときよりも低い直流電圧の信号Ｓ２６となるように補正することにより、信号Ｓ２５に信号Ｓ２６を加算した信号Ｓ２７は、周波数が高いときの方が高い直流電圧となって過電圧比較回路３７に入る。
【００２８】
過電圧比較回路３７では、前記整流回路２４からの信号Ｓ２１と前記加算器３６からの信号Ｓ２７とが比較され、過電圧状態か否かが判定される。その結果、過電圧状態と判定されたときには、その信号がタイマ３８に伝達され、このタイマ３８に設定された時間より過電圧状態の継続時間が長くなると、エンジンを非常停止させる過電圧信号が出力される。
【００２９】
過回転設定器３４からの回転数上限値（ｆ１）に応じた直流電圧からなる信号Ｓ２８は、過回転比較回路３９において前記Ｆ／Ｖ２５からの信号Ｓ２２と比較される。過回転比較回路３９で過回転状態であると判定されたときには、その信号がタイマ４０に伝達され、このタイマ４０に設定された時間より過回転状態の継続時間が長くなると、エンジンを非常停止させるための過回転信号が出力される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の可搬式エンジン発電機における自動電圧調整器の構成例を示すブロック図である。
【図２】周波数と発電電圧及び界磁電流との関係を示す図である。
【図３】自動電圧調整器の他の構成例を示すブロック図である。
【図４】従来の自動電圧調整器の一例を示すブロック図である。
【図５】自動電圧調整器で調整された状態における周波数と出力電圧及び界磁電流の関係を示す図である。
【図６】自動電圧調整器と保護リレーとを設けた状態の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１…電圧検出器、１２…周波数検出器、１３…電圧設定器、１４…比較器、１５…変調器、１６…電圧比較器、１７…回転数比較器、１８…加算器、２１…発電機、２２…変圧器、２３…自動電圧調整器、２４…整流回路、２５…周波数／電圧変換器（Ｆ／Ｖ）、２６…電圧比較回路、２７…電圧設定調整器、２８…周波数比較回路、２９…周波数補正回路、３０…ＰＩＤ回路、３１…ＰＷＭ回路、３２…出力トランジスタ、３３…過電圧設定器、３４…過回転設定器、３５…周波数補正回路、３６…加算器、３７…過電圧比較回路、３８…タイマ、３９…過回転比較回路、４０…タイマ
【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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【図６】
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