(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相出力巻線を有し、エンジンで駆動される磁石発電機と、
前記三相出力巻線の、隣接する２相（Ｕ、ＶまたはＶ、Ｗ）のうち、一方（Ｕ、Ｖの一方、またはＶ、Ｗの一方）の出力波形の変曲点で正負いずれかに変化し、他方（Ｕ、Ｖの他方、またはＶ、Ｗの他方）の出力波形の変曲点で、前記一方（Ｕ、Ｖの一方、またはＶ、Ｗの一方）の出力波形の変曲点における正負の変化方向とは逆方向に変化するパルスからなるパルス列信号の系統を、前記隣接する２相の組み合わせが互いに異なる、２つの２組の相に関して形成するパルス列形成手段と、
前記少なくとも２系統のパルス列信号間の、ハイレベル区間の重なりの有無によってエンジンの回転方向を判別する位相判定手段とを具備したことを特徴とするエンジンの回転方向検出装置。
【請求項２】
三相出力巻線を有し、エンジンで駆動される磁石発電機と、
前記三相出力巻線の、隣接する２相（Ｕ、ＶまたはＶ、Ｗ）のうち、一方（Ｕ、Ｖの一方、またはＶ、Ｗの一方）の出力波形の傾きが正負いずれかに変化する変化点で正負いずれかに変化し、他方（Ｕ、Ｖの他方、またはＶ、Ｗの他方）の出力波形の傾きが正負いずれかに変化する変化点で、前記一方（Ｕ、Ｖの一方、またはＶ、Ｗの一方）の出力波形の変化点における正負の変化方向とは逆方向に変化するパルス信号の系統を、前記隣接する２相の組み合わせが互いに異なる、２つの２組の相に関して形成するパルス列形成手段と、
前記少なくとも２系統のパルス列信号間の、ハイレベル区間の重なりの有無によってエンジンの回転方向を判別する位相判定手段とを具備したことを特徴とするエンジンの回転方向検出装置。
【請求項３】
前記２系統のパルス列信号が、Ｕ相およびＶ相の各変曲点間の位相、ならびにＶ相およびＷ相の各変曲点間の位相を基準に形成されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの回転方向検出装置。
【請求項４】
前記２系統のパルス列信号が、Ｕ相およびＶ相の各変化点間の位相、ならびにＶ相およびＷ相の各変化点間の位相を基準に形成されていることを特徴とする請求項２記載のエンジンの回転方向検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの回転方向検出装置に関し、特に、エンジンに取付けた発電機の出力位相を利用したエンジンの回転方向検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン始動時の点火タイミングが不適当なとき等にエンジンが逆回転するおそれがあるため、エンジンが逆回転をしているかどうかを検出するセンサが設けられることがある。しかし、逆回転検出専用のセンサが必要になることや、逆回転そのものがきわめてまれにしか生じないため、逆回転現象が起こったときにのみ作動する検出方式では、検出系統が正常に機能しているか否かを、正常運転時に判別することができないという問題点があった。
【０００３】
この問題点に対して、エンジンに取付けられた多相交流発電機の基準の巻線に発生する相電圧と他の巻線に発生する相電圧の位相関係に基づいてエンジンの回転方向を検出する装置が提案されている（特公平１−１８２５５公報参照）。
【０００４】
図５は、従来の逆回転検出装置における発電機の出力波形図であり、半波整流によるパルス波形図である。同図において、正回転時はＵ，Ｖ，Ｗ相の順に発電出力を生成し、逆回転時には、（Ｕ），（Ｗ），（Ｖ）相の順に発電電力を生成する。すなわち、Ｕ相とＷ（Ｗ）相との位相関係を半波整流波形に関して観察すると、正回転時にはＵ相の位相はＷ相の位相に対して２４０度進み（図５（ｂ））、逆回転時には（Ｕ）相の位相は（Ｗ）相の位相に対して１２０度進んでいる（図５（ｃ））。
【０００５】
ここで、Ｕ相の立上がり時（ｔ点）にＷ相のレベルは「ハイ」であるに対し、（Ｕ）相の立上がり時に（Ｗ）相のレベルは「ロー」である。したがって、Ｕ相または（Ｕ）相の立上がり時のＷ相または（Ｗ）相のレベルの違いを検出することにより、回転方向を判別することができる。この検出装置によれば高い検出精度が得られるうえ、逆回転検出専用のセンサが不要になるという効果が期待される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記逆回転検出装置では、次のような別の問題点がある。例えばエンジン回転の乱れや、エンジンフライホイールと発電機の大きな慣性軸モーメントに起因する回転軸（クランクシャフト）のねじれ振動などの影響によって検出結果が安定しないことがある。また、負荷投入時に発電出力の波高値が下がったり、インバータのスイッチング時に波形が崩れたりして正確なパルス出力が得られないことがある。
【０００７】
図６は、多相交流発電機の出力側に設けた負荷へ所定周波数の交流出力を供給するためのインバータのスイッチングによって崩れた出力波形を示す波形図である。同図において、インバータのスイッチング信号（ＩＧＢＴ信号）が「ハイ」のとき（図６（ｂ）参照）、各相の出力波形は負荷への電流供給のため崩れて矩形波となっている（図６（ａ））。図示のように正弦波形が崩れることにより各相のパルス信号の立上がり時が正弦波のときとは異なっており（図６（ｃ））、例えば、Ｕ相または（Ｕ）相の立上がり時（時点ｔ）において、Ｗ相および（Ｗ）相のいずれにおいても、波形のレベルは「ロー」になっている（図６（ｄ），（ｅ））。したがって、波形が正常の時のように、基準波形（ここではＵ相波形）の立上がり時に、他の相（ここではＷ相）の波形のレベルに基づいてエンジンの回転方向を識別することはできない。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑み、回転軸のねじれ振動の影響や発電出力波形の乱れの影響等を排除して確実に異常を検出することができるエンジンの回転方向検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し、目的を達成するための本発明は、エンジンで駆動される磁石発電機と、エンジンの三相出力巻線のうち隣接する相同士の出力波形の変曲点を基準にした少なくとも２系統のパルス列信号を形成するパルス列形成手段と、前記２系統のパルス列信号間の位相の重なりの有無によってエンジンの回転方向を判別する位相判定手段とを具備した点に第１の特徴がある。
【００１０】
また、本発明は、エンジンで駆動される磁石発電機と、エンジンの三相出力巻線のうち隣接する相同士の出力波形の傾きが正から負、または負から正へ変化する変化点を基準にした少なくとも２系統のパルス列信号を形成するパルス列形成手段と、前記２系統のパルス列信号間の位相の重なりの有無によってエンジンの回転方向を判別する位相判定手段とを具備した点に第２の特徴がある。
【００１１】
上記第１および第２の特徴のように、隣接する相同士の出力波形の変曲点または上記変化点を基準にしたパルス列信号の位相は、正回転では重なる部分を含まず、逆回転では重なる部分を含む。したがって、このパルス列信号の位相の重なりの有無によってエンジンま回転方向を判定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るエンジンの逆回転検出装置を適用するアウタロータ型発電機の要部断面図である。同図において、エンジン発電機１のエンジン部２は、水平に延びたクランクシャフト３を有しており、このクランクシャフト３はクランクケース４の側壁５から軸受を介して外部に突出されている。側壁５にはボス５ａが形成され、このボス５ａには、環状の継鉄部とそれから放射状に延びた複数の突極部を有する環状星型鉄心６がボルト７によって固着されている。前記突極部には三相の発電コイル８が順次交互に巻回されて固定子を形成している。
【００１３】
クランクシャフト３の先端には鍛造製であるハブ９が嵌着され、このハブ９にロータヨークを兼ねたフライホイール１０が結合されている。フライホイール１０は、高張力鋼板でカップ状にプレス成型されており、フライホイル１０の円筒部分が前記環状星型鉄心６を覆うようにしてハブ９に固着されている。フライホイール１０の円筒部分の内周面にはネオジューム系磁石１３が固着され、アウタロータ型磁石回転子１４を構成している。
【００１４】
フライホイール１０には冷却ファン１５が取付けられている。冷却ファン１５は円環状の基板１６とその一方の面に立設された羽根１７とからなり、基板１６で前記フライホイル１０の外表面に固着されている。この冷却ファン１５を覆うファンカバー１８は、フライホイール１０の側方からエンジン部２内のシリンダ（図示せず）に至る導風路１９を形成して冷却風をシリンダの方へ導く。
【００１５】
次に、上記構成の発電機に適用される逆回転検出装置の構成を説明する。図１は逆回転検出装置の回路構成を示すブロック図である。三相交流発電機の発電コイル８は三相の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを有しており、前記回転子１４の回転に従い、各巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに磁束変化が生じ、発電が行なわれる。各巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの一端は、整流器２０１、インバータ２０２、フィルタ２０３等からなる負荷へ所定周波数の出力を供給するためのパワー部２０に接続される一方、変化点検出回路２１に接続される。
【００１６】
変化点検出回路２１は入力されたＵ，Ｖ，Ｗ各相の相電圧の変化傾向が正から負または負から正へ変化する点（以下、「変化点」という）を検出する。パルス列形成回路２２は、Ｕ，Ｖ各相における変化点間の位相角をハイレベル信号で表した波形（Ｕ−Ｖ波形）と、Ｖ，Ｗ各相における変化点間の位相角をハイレベル信号で表した波形（Ｖ−Ｗ波形）とを形成する。位相判定手段に含まれるアンド回路２３では、前記Ｕ−Ｖ波形とＶ−Ｗ波形との論理積を演算して波形の重なりに応じた演算結果を出力する。
【００１７】
アンド回路２３による位相判定信号はＣＰＵ２４に入力され、ＣＰＵ２４は位相判定信号が「ロー」のままの場合、つまり互いのハイレベル区間が重ならないＵ−Ｖ波形およびＶ−Ｗ波形が出力されている場合は正回転であると判断し、位相判定信号に「ハイ」の部分が含まれている場合、つまり互いのハイレベル区間が重ならない（Ｕ）−（Ｖ）波形および（Ｖ）−（Ｗ）波形が出力されている場合は逆回転であると判定する。そして、逆回転であると判定された場合は、予定の処理、例えばエンジン部２の回転を停止させる等の処理が行なわれる。
【００１８】
図３は、上記ブロック図に示した各部の出力波形を示す図であり、特に、無負荷時のものである。同図（ａ）は変化点検出回路２１へ入力される三相交流波形である。同図のように、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の出力は互いに１２０度位相角がずれている。正回転時はＵ，Ｖ，Ｗの順に位相が進んでいるが、逆回転時は符号を括弧で囲んで示すように（Ｕ），（Ｗ），（Ｖ）の順に位相が進んでいる。
【００１９】
図３（ｂ）〜（ｅ）はパルス列形成回路２２の出力波形である。図３（ｂ）は正回転時のＵ，Ｖ各相の変化点ｕ，ｖ間の位相角を示す図であり、図３（ｃ）は正回転時のＶ，Ｗ各相の変化点ｖ，ｗ間の位相角を示す図である。また、図３（ｄ）は逆回転時の（Ｕ），（Ｖ）各相の変化点（ｕ），（ｖ）間の位相角を示す図であり、図３（ｅ）は逆回転時の（Ｖ），（Ｗ）各相の変化点（ｖ），（ｗ）間の位相角を示す図である。いずれも、各変化点間で波形はハイレベルである。図３（ｆ），（ｇ）はアンド回路２３の出力を示す図であり、図３（ｆ）は正回転時の出力、図３（ｇ）は逆回転時の出力を示す図である。
【００２０】
続いて、負荷投入時における逆回転検出装置の動作を説明する。図４はインバータのスイッチング時における発電コイル８の各巻線の出力波形図である。同図（ａ）に示すように、同図（ｂ）に示すインバータ２０２のスイッチング信号（ＩＧＢＴ信号）がハイレベルの間、発電コイル８の各巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ（逆回転時は（Ｕ），（Ｗ），（Ｖ））の出力の波形は正弦波が崩れて矩形波となっている。
【００２１】
このように、波形が崩れたとしても、正回転の場合は、Ｕ−Ｖ波形（図４（ｃ））とＶ−Ｗ波形（図４（ｄ））とハイレベル区間が重なることがなく、逆回転の場合は（Ｕ）−（Ｖ）波形（図４（ｅ））と（Ｖ）−（Ｗ）波形（図４（ｆ））とのハイレベル区間が互いに重なる部分を有する。したがって、この場合にも、前記アンド回路２３の出力信号がハイレベルを示さなければエンジンは正回転していると判定でき（図４（ｇ））、アンド回路２３の出力信号がハイレベルを示すことがあればエンジンは逆回転していると判定できる（図４（ｈ））。
【００２２】
以上、本実施形態を各巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの出力の傾きが正から負へ変化する変化点間の位相角の重なり状態を図示しつつ説明したが、本発明はこれに限定されず、各巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの出力の傾きが負から正へ変化する変化点の位相角の重なり状態で逆回転を検出することができる。
【００２３】
さらに、出力の傾きが正から負、または負から正へ変化する変化点を基準とするのではなく、出力波形の変曲点を基準としたパルス列信号を形成してもよい。変曲点を基準としたパルス列信号は、各相の波形を半波整流し、これら半波整流された波形に基づいて生成すればよい。なお、正弦波においてはゼロクロス点が変曲点となり、図４のような矩形波では、波形の立上がり点、または立ち下がり点が変曲点である。但し、矩形波の立上がり点や立ち下がり点は実質的にはゼロクロス点である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜請求項４の発明によれば、負荷の変動等による発電出力の波形の崩れに対しても確実にエンジンの回転方向を判別することができ、しかも、この判別のための専用のセンサを設ける必要もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る回転方向検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明の一実施形態に係る回転方向検出装置を適用するエンジン発電機の要部断面図である。
【図３】  本発明の一実施形態に係る回転方向検出装置における無負荷時の波形図である。
【図４】  本発明の一実施形態に係る回転方向検出装置における負荷時の波形図である。
【図５】  従来の回転方向検出装置における無負荷時の波形図である。
【図６】  従来の回転方向検出装置における負荷時の波形図である。
【符号の説明】
１…エンジン発電機、  ２…エンジン部、  ３…クランクシャフト、  １４…アウタロータ型磁石回転子、  ２０…パワー部、  ２１…変化点検出回路、  ２２…パルス列形成回路、  ２３…位相判定用アンド回路
【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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