(57)【要約】【課題】負荷変動時のエンジン回転速度制御の応答性を向上させることが可能なインバータ発電機及びその制御方法を提供する。【解決手段】インバータ発電機は、エンジンと、エンジンのスロットルバルブの開度を調整するアクチュエータと、エンジンの動力から交流電力を発生する発電部と、発電部から出力される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、インバータから出力される交流電力の電流を検出する電流検出部と、インバータから出力される交流電力の電圧を検出する電圧検出部と、電流検出値と、電圧目標値と電圧検出値との差に応じた補正値と、に基づいてエンジンの目標回転速度を決定する目標回転速度決定部と、決定された目標回転速度に基づいてアクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンのスロットルバルブの開度を調整するアクチュエータと、
前記エンジンの動力から交流電力を発生する発電部と、
前記発電部から出力される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータから出力される交流電力の電流を検出する電流検出部と、
前記インバータから出力される交流電力の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電流検出部によって検出された電流検出値と、前記インバータから出力される交流電力の電圧目標値と前記電圧検出部によって検出された電圧検出値との差に応じた補正値と、に基づいて前記エンジンの目標回転速度を決定する目標回転速度決定部と、
前記決定された目標回転速度に基づいて前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、
を備えるインバータ発電機。
【請求項２】
前記目標回転速度決定部は、前記電流検出値と前記電圧検出値とから算出される電力値と、前記補正値と、に基づいて前記目標回転速度を決定する、
請求項１に記載のインバータ発電機。
【請求項３】
前記電力値は、有効電力の電力値である、
請求項２に記載のインバータ発電機。
【請求項４】
前記目標回転速度は、前記電圧目標値と前記電圧検出値との差が大きくなるほど大きくなる、
請求項１に記載のインバータ発電機。
【請求項５】
前記目標回転速度決定部は、前記電力値と前記補正値とから算出される補正電力値に基づいて前記目標回転速度を決定する、
請求項２に記載のインバータ発電機。
【請求項６】
前記補正電力値は、前記電力値を、前記電圧目標値に対する前記電圧検出値の比からなる前記補正値で除した値である、
請求項５に記載のインバータ発電機。
【請求項７】
前記補正電力値は、前記電圧目標値と前記電圧検出値との差が大きくなるほど大きくなる、
請求項５に記載のインバータ発電機。
【請求項８】
前記目標回転速度決定部は、前記補正電力値に対応する前記目標回転速度をルックアップテーブルから読み出す、
請求項５に記載のインバータ発電機。
【請求項９】
前記目標電圧値は、前記電力値に応じて変化する、
請求項３に記載のインバータ発電機。
【請求項１０】
エンジンと、
前記エンジンのスロットルバルブの開度を調整するアクチュエータと、
前記エンジンの動力から交流電力を発生する発電部と、
前記発電部から出力される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータから出力される交流電力の電流を検出する電流検出部と、
前記インバータから出力される交流電力の電圧を検出する電圧検出部と、
を備えるインバータ発電機の制御方法であって、
前記電流検出部によって検出された電流検出値と、前記インバータから出力される交流電力の電圧目標値と前記電圧検出部によって検出された電圧検出値との差に応じた補正値と、に基づいて前記エンジンの目標回転速度を決定し、
前記決定された目標回転速度に基づいて前記アクチュエータを制御する、
インバータ発電機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ発電機及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンにより駆動される発電部からの交流電力をコンバータで直流電力に変換し、コンバータからの直流電力をインバータで交流電力に変換して負荷に出力するインバータ発電機が知られている。こうしたインバータ発電機では、一般に、インバータの出力電力に応じてエンジンの目標回転速度が決定される。インバータの出力電圧が略一定である場合は、インバータの出力電流に応じてエンジンの目標回転速度が決定されることもある。
【０００３】
また、特許文献１には、負荷が消費する有効電力に応じてエンジンの目標回転速度を決定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４４６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したような従来のインバータ発電機では、負荷に変動が生じるときに（主に負荷を投入するときに）、インバータの出力電圧が低下することがある。その場合、インバータの出力電圧の低下に伴ってエンジンの目標回転速度まで低下してしまうため、エンジンの加速性が十分に得られず、エンジン回転速度制御の応答性が十分でないおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、負荷変動時のエンジン回転速度制御の応答性を向上させることが可能なインバータ発電機及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のインバータ発電機は、エンジンと、前記エンジンのスロットルバルブの開度を調整するアクチュエータと、前記エンジンの動力から交流電力を発生する発電部と、前記発電部から出力される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータから出力される交流電力の電流を検出する電流検出部と、前記インバータから出力される交流電力の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部によって検出された電流検出値と、前記インバータから出力される交流電力の電圧目標値と前記電圧検出部によって検出された電圧検出値との差に応じた補正値と、に基づいて前記エンジンの目標回転速度を決定する目標回転速度決定部と、前記決定された目標回転速度に基づいて前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、を備える。
【０００８】
また、本発明のインバータ発電機の制御方法は、エンジンと、前記エンジンのスロットルバルブの開度を調整するアクチュエータと、前記エンジンの動力から交流電力を発生する発電部と、前記発電部から出力される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータから出力される交流電力の電流を検出する電流検出部と、前記インバータから出力される交流電力の電圧を検出する電圧検出部と、を備えるインバータ発電機の制御方法であって、前記電流検出部によって検出された電流検出値と、前記インバータから出力される交流電力の電圧目標値と前記電圧検出部によって検出された電圧検出値との差に応じた補正値と、に基づいて前記エンジンの目標回転速度を決定し、前記決定された目標回転速度に基づいて前記アクチュエータを制御する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、電圧目標値と電圧検出値の差に応じた補正値を利用してエンジンの目標回転速度を決定するので、負荷変動によりインバータの出力電圧が低下してもエンジン回転速度制御の応答性を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係るインバータ発電機の例を示すブロック図である。
【図２】インバータ発電機の並列接続の例を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係るインバータ発電機の制御方法の例を示すフロー図である。
【図４】補正有効電力と目標エンジン回転速度との関係の例を示す図である。
【図５】出力電圧、有効電力、エンジン回転速度の時間変化の例を示す図である。
【図６】有効電力と目標出力電圧との関係の例を示す図である。
【図７Ａ】有効電力と出力電圧との関係の第１例を示す図である。
【図７Ｂ】有効電力と出力電圧との関係の第２例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、実施形態に係るインバータ発電機の例を示すブロック図である。インバータ発電機１は、エンジン２を備えている。エンジン２は、ガソリン等の燃料を火花により点火する内燃機関である。エンジン２は、吸気管に設けられたスロットルバルブ２５の開度を調整するスロットルモータ２７を備えている。スロットルモータ２７は、アクチュエータの一例であり、例えばステッピングモータからなる。
【００１３】
エンジン２は、発電体２１，２３に接続されている。発電体２１，２３は、エンジン２の出力軸と一緒に回転する永久磁石を有するロータと、永久磁石からの磁束と交差するように配置された巻線を有するステータとを含んでいる。このうち、メインの発電体２１は、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の巻線を有しており、エンジン２の動力から３相交流電力を発生し、制御装置１０に出力する。
【００１４】
また、サブの発電体２３は、単相の巻線を有しており、エンジン２の動力から単相交流電力を発生し、制御装置１０に出力する。サブの発電体２３から制御装置１０に入力された単相交流電力は、制御電源７によって直流電力に変換され、制御装置１０内の各部に供給される。
【００１５】
制御装置１０は、メインの発電体２１からＡＣ出力部８への給電経路上に、ＳＣＲ／ＤＩブリッジ３１、平滑コンデンサ３３、ＦＥＴブリッジ３５、チョークコイル３７、及びノイズフィルタ３９をこの順に備えている。ここで、ＳＣＲ／ＤＩブリッジ３１はコンバータの一例であり、ＦＥＴブリッジ３５はインバータの一例である。
【００１６】
ＳＣＲ／ＤＩブリッジ３１は、メインの発電体２１から出力された３相交流電力を直流電力に変換する。ＳＣＲ／ＤＩブリッジ３１は、３つのサイリスタ（ＳＣＲ）と３つのダイオード（ＤＩ）とを含む３相ブリッジコンバータであり、サイリスタの導通が制御されることにより３相交流電力を全波整流して直流電力に変換する。
【００１７】
平滑コンデンサ３３は、ＳＣＲ／ＤＩブリッジ３１から出力された直流電力を平滑化する。
【００１８】
ＦＥＴブリッジ３５は、ＳＣＲ／ＤＩブリッジ３１から出力され、平滑コンデンサ３３により平滑化された直流電力を交流電力に変換する。ＦＥＴブリッジ３５は、４つのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を含む単相ブリッジインバータであり、ＦＥＴの導通が制御されることにより直流電力を所定周波数（例えば５０又は６０Ｈｚ）の交流電力に変換する。
【００１９】
ＦＥＴブリッジ３５から出力された交流電力は、高調波除去のためのチョークコイル３７とノイズ除去のためのノイズフィルタ３９とを介して、ＡＣ出力部８から外部へ出力される。
【００２０】
なお、図２に示すように、本実施形態に係る複数のインバータ発電機１Ａ，１Ｂを並列接続して使用することも可能である。複数のインバータ発電機１Ａ，１Ｂのそれぞれから出力される交流電力は、合成ＡＣ出力部８０で合成されて外部へ出力される。
【００２１】
図１の説明に戻り、制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３を備えている。ＣＰＵ３は、不図示のメモリに記憶されたプログラムに従い、モータドライバ４１を介してスロットルモータ２７を制御し、ＳＣＲドライバ４３を介してＳＣＲ／ＤＩブリッジ３１を制御し、ＦＥＴドライバ４５を介してＦＥＴブリッジ３５を制御する。ＣＰＵ３は、ＦＥＴブリッジ３５をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。
【００２２】
ＮＥ検出部５１は、エンジン回転速度を表す検出信号をＣＰＵ３に供給する。ＮＥ検出部５１は発電体２１の出力からパルス信号を生成し、ＣＰＵ３はパルス信号をカウントしてエンジン回転速度を算出する。
【００２３】
電流検出部６１は、電流センサ５５により測定された、ＦＥＴブリッジ３５から出力された交流電力の出力電流を表す検出信号をＣＰＵ３に供給する。電流センサ５５は、例えばチョークコイル３７とノイズフィルタ３９との間に配置される。過電流検出部６３は、ＦＥＴブリッジ３５から出力された出力電流が閾値を超えるとき、過電流の発生を表す検出信号をＣＰＵ３に供給する。
【００２４】
電圧検出部６５は、ＦＥＴブリッジ３５から出力された交流電力の出力電圧を表す検出信号をＣＰＵ３に供給する。電圧検出部６５は、例えばチョークコイル３７とノイズフィルタ３９との間に接続される。
【００２５】
ＣＰＵ３は、不図示のメモリに記憶されたプログラムを実行することで、目標エンジン回転速度を決定する目標回転速度決定部、決定された目標エンジン回転速度に基づいてスロットルモータ２７を制御するアクチュエータ制御部として機能する。以下、ＣＰＵ３の動作について詳細に説明する。
【００２６】
図３は、実施形態に係るインバータ発電機の制御方法の例を示すフロー図である。ＣＰＵ３は、不図示のメモリに記憶されたプログラムに従い、同図に示すエンジン回転速度制御を所定周期で繰り返し実行する。
【００２７】
Ｓ１１〜Ｓ１５において、ＣＰＵ３は、電流検出部６１からの電流検出値と、電圧検出部６５からの電圧検出値とに基づいて、ＦＥＴブリッジ３５から出力される交流電力の有効電力を算出する。具体的には、ＣＰＵ３は、ＰＷＭキャリア周期毎に瞬時出力電流Ｉacと瞬時出力電圧Ｖacとを検出し（Ｓ１１）、これらから瞬時電力Ｐac（＝Ｉac×Ｖac）を算出し（Ｓ１２）、これを積算した積算瞬時電力Ｐac_total（＝ΣＰac）を算出する（Ｓ１３）。そして、ＣＰＵ３は、交流１周期が経過すると（Ｓ１４：ＹＥＳ）、交流１周期毎の有効電力Ｐac_w（＝Ｐac_total／交流１周期分のＰＷＭキャリア周期ポイント総数）を算出する（Ｓ１５）。これに限らず、ＦＥＴブリッジ３５から出力された出力電圧と出力電流との位相差φに基づく力率ｃｏｓφをＦＥＴブリッジ３５から出力された交流電力に乗ずることで、有効電力を算出してもよい。
【００２８】
Ｓ１６〜Ｓ１８において、ＣＰＵ３は補正係数を算出する。具体的には、ＣＰＵ３は、ＦＥＴブリッジ３５から出力される交流電力の目標出力電圧を決定し（Ｓ１６）、電圧検出部６５を介してＦＥＴブリッジ３５から出力された交流電力の実際の出力電圧を検出し（Ｓ１７）、目標出力電圧を実際の出力電圧で除することで補正係数ｋを算出する（Ｓ１８）。実際の出力電圧は、交流１周期分の実効値である。具体的には、実際の出力電圧は、検出された交流１周期分の瞬時出力電圧Ｖacを積算して平均化した電圧値である。補正係数ｋは、目標出力電圧と実際の出力電圧との差に応じた値であり、例えば目標出力電圧と実際の出力電圧との差が大きくなるほど大きくなる。補正係数ｋは、目標出力電圧を実際の出力電圧で除した商に限らず、目標出力電圧から実際の出力電圧を減じた差であってもよい。なお、本実施形態において、インバータ発電機が並列接続の場合には、目標出力電圧は、定格電圧（例えば１００Ｖ）に近い値であるが、固定値ではなく、後述するように有効電力に応じて変化する。
【００２９】
Ｓ１９において、ＣＰＵ３は、上記Ｓ１５で算出した有効電力と、上記１８で算出した補正係数とに基づいて、補正有効電力を算出する。具体的には、ＣＰＵ３は、有効電力Ｐac_wに補正係数ｋを乗ずることで補正有効電力Ｐac_hwを算出する。補正有効電力Ｐac_hwは、例えば目標出力電圧と実際の出力電圧との差が大きくなるほど大きくなる。ここで、補正有効電力Ｐac_hwは有効電力Ｐac_wに補正係数ｋを乗じた値であるが、言い換えると、補正有効電力Ｐac_hwは有効電力Ｐac_wを目標出力電圧に対する実際の出力電圧の比（すなわち、補正係数ｋの逆数）で除した値とも言える（下記数式１）。
【００３０】
【数１】
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【００３１】
Ｓ２０において、ＣＰＵ３は、上記Ｓ１９で算出した補正有効電力に基づいて目標エンジン回転速度を決定する。具体的には、ＣＰＵ３は、不図示のメモリに記憶されたルックアップテーブルから補正有効電力Ｐac_hwに対応する目標エンジン回転速度を読み出す。図４は、補正有効電力と目標エンジン回転速度との関係の例を示す図である。目標エンジン回転速度は、例えば基本的に補正有効電力が大きくなるほど大きくなるように設定される。また、目標エンジン回転速度は、補正有効電力に基づくため、例えば目標出力電圧と実際の出力電圧との差が大きくなるほど大きくなる。
【００３２】
Ｓ２１において、ＣＰＵ３は、上記Ｓ２０で決定された目標エンジン回転速度に基づいてスロットルモータ２７を制御する。具体的には、ＣＰＵ３は、決定された目標エンジン回転速度と、検出された実際のエンジン回転速度との差分を抑制するように、スロットルモータ２７をフィードバック制御する。
【００３３】
以上に説明した実施形態によると、補正有効電力に基づいて目標エンジン回転速度が決定されるので、エンジン回転速度制御の応答性を向上させることが可能である。すなわち、補正有効電力は目標出力電圧と実際の出力電圧との差が大きくなるほど大きくなるように補正され、これにより、目標エンジン回転速度は目標出力電圧と実際の出力電圧との差が大きくなるほど大きくなるように決定されるので、エンジン回転速度を迅速に上昇させることが可能である。
【００３４】
本実施形態の効果を、図５を参照しながら説明する。同図は、出力電圧、有効電力、エンジン回転速度の時間変化の例を示す図である。図中の実線は、補正有効電力に基づいて目標エンジン回転速度を決定する場合の時間変化を実施例として示している。一方、図中の破線は、補正されない有効電力に基づいて目標エンジン回転速度を決定する場合の時間変化を参考例として示している。
【００３５】
ＡＣ出力部８に負荷が投入される前、エンジン２はアイドル状態にあり、インバータ発電機１の出力電圧は目標出力電圧に維持されている。
【００３６】
ＡＣ出力部８に負荷が投入されると、インバータ発電機１の出力電圧は目標出力電圧から瞬時に低下する。このため、有効電力はすぐには十分なレベルまで立ち上がらない。参考例では、十分なレベルに達していない有効電力に応じて比較的低い目標エンジン回転速度が設定されてしまうため、エンジン回転速度の上昇に時間を要してしまう。
【００３７】
これに対し、本実施形態では、目標出力電圧と実際の出力電圧との差が大きくなるほど大きくなるように補正された補正有効電力に基づいて目標エンジン回転速度を決定するため、比較的高い目標エンジン回転速度が設定される。このため、エンジン回転速度を迅速に上昇させることが可能である。
【００３８】
なお、図５では負荷投入時について例示したが、負荷投入時に限らず、その他の負荷変動時においても同様にエンジン回転速度制御の応答性を向上させることが可能である。
【００３９】
本実施形態は、有効電力に基づいて目標エンジン回転速度を決定する態様に限らず、出力電流に基づいて目標エンジン回転速度を決定する態様にも、皮相電力に基づいて目標エンジン回転速度を決定する態様にも適用できる。すなわち、出力電流又は皮相電力を目標出力電圧と実際の出力電圧との差が大きくなるほど大きくなるように補正した上で、補正された出力電流又は皮相電力に基づいて目標エンジン回転速度を決定してもよい。
【００４０】
本実施形態は、有効電力に基づいて目標エンジン回転速度を決定する態様において誘導負荷が接続された場合に、特に効果を発揮する。すなわち、誘導負荷接続時は有効電力（負荷で消費される電力）が少ないため、有効電力を用いる態様では比較的低い目標エンジン回転速度が設定されてしまい、出力電流又は皮相電力を用いる態様と比べてエンジン回転速度制御の応答性が低くなりがちである。このため、有効電力を目標出力電圧と実際の出力電圧との差が大きくなるほど大きくなるように補正した上で、補正された有効電力に基づいて目標エンジン回転速度を決定することで、有効電力を用いる態様であってもエンジン回転速度制御の応答性を向上させることが可能である。
【００４１】
なお、補正値を用いて有効電力を補正する方法は、最終的に目標出力電圧と実際の出力電圧との差が大きくなるほど目標エンジン回転速度が大きくなる態様であれば、特には限定されない。また、有効電力に基づいて目標エンジン回転速度を決定した後に、補正値を用いて目標エンジン回転速度を補正してもよい。
【００４２】
図６は、有効電力と目標出力電圧との関係の例を示す図である。上述したように、目標出力電圧は、定格電圧（例えば１００Ｖ）に近い値であり、有効電力に応じて変化する。具体的には、目標出力電圧は、有効電力が大きくなるほど徐々に小さくなるように線形的に変化している。
【００４３】
これは、図２に示すようにインバータ発電機１Ａ，１Ｂが並列接続された場合に一方から他方に流れ込む充電電流を軽減するためである。すなわち、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、インバータ発電機１Ａ，１Ｂの特性には個体差があるため、並列接続されて同じ出力電圧を出力する際にそれぞれの有効電力が互いに異なることがある。この場合、インバータ発電機１Ａ，１Ｂの一方から他方に有効電力の差に応じた充電電流が流れ込む。充電電流は、有効電力の差に比例するため、有効電力と出力電圧との関係を表す直線の傾きが小さいほど大きくなり、傾きが大きいほど小さくなる。したがって、本実施形態では、図６に示すように有効電力と目標出力電圧との関係を表す直線に傾斜を付けている。
【００４４】
本実施形態では、検出された出力電圧と出力電流とに基づいて有効電力を算出するとともに、有効電力に応じて変化する目標出力電圧を用いて補正係数を算出している。このため、適切な目標エンジン回転速度を設定することが可能である。
【００４５】
これに対し、出力電圧が実際には変化するにも関わらず、出力電圧を固定値として電力を算出したり補正係数を算出してしまうと、適切な目標エンジン回転速度が設定されないおそれがある。例えば、算出に用いた電圧値が実際の出力電圧よりも低いと、目標エンジン回転速度が適切なレベルを下回り、十分な電力を得られないおそれがある。また、補正係数の大きさが不足して、エンジン回転速度の上昇に時間を要するおそれがある。一方、算出に用いた電圧値が実際の出力電圧よりも高いと、目標エンジン回転速度が適切なレベルを上回り、燃費や騒音に好ましくない影響を及ぼすおそれがある。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が当業者にとって可能であるのはもちろんである。
【符号の説明】
【００４７】
１  インバータ発電機、２  エンジン、２１  発電体、２３  発電体、２５  スロットルバルブ、２７  スロットルモータ、１０  制御装置、３  ＣＰＵ、３１  ＳＣＲ／ＤＩブリッジ、３３  平滑コンデンサ、３５  ＦＥＴブリッジ、３７  チョークコイル、３９  ノイズフィルタ、４１  モータドライバ、４３  ＳＣＲドライバ、４５  ＦＥＴドライバ、５１  ＮＥ検出部、５５  電流センサ、６１  電流検出部、６３  過電流検出部、６５  電圧検出部、７  制御電源、８  ＡＣ出力部、８０  合成ＡＣ出力部。
【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】
2018129871.tif 000008
【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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