(57)【特許請求の範囲】
【請求項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エンジン発電機。
【請求項２】
請求項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エンジン発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２５６７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
（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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジン発電機の全体構成図である。
【図２】図１に示すＤＣ／ＤＣ降圧手段の詳細構成図である。
【図３】図１に示す指令回路の制御フロー図である。
【図４】図３に示す制限値における電流と電圧との相関図である。
【図５】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である。
【図６】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である。
【図７】特許文献１に示すエンジン発電機の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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）。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
＜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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【符号の説明】
【００２９】
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
【図１】
0006564640.tif 000002
【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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【図７】
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