(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにより駆動される磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数及び規定電圧の交流電力に変換して出力するインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機において、
前記磁石式発電機の出力電圧又は出力電流の少なくとも一方を検出する第１の検出手段と、
前記第１の検出手段により検出された検出値と予め設定される第１の基準値との誤差を増幅する第１の増幅手段と、
前記インバータの出力電圧を検出する第２の検出手段と、
前記第２の検出手段により検出された検出値と予め設定される第２の基準値との誤差を増幅する第２の増幅手段と、
前記第２の検出手段の検出値を前記第２の基準値に一致させるように前記インバータの出力を定電圧制御し、前記第１の検出手段の検出値を前記第１の基準値に一致させるように前記インバータの出力を定電力制御するインバータ出力制御手段と、
前記第１の検出手段により検出された検出値が予め設定される第３の基準値に達するまでは、前記インバータ出力制御手段に前記定電圧制御を行わせ、前記第１の検出手段により検出された検出値が前記第３の基準値に達した場合には、前記インバータ出力制御手段に前記定電力制御を行わせる第１の比較・切換手段とを備えることを特徴とするインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機。
【請求項２】
前記インバータの出力電流を検出する第３の検出手段と、
前記第３の検出手段により検出された検出値と予め設定される第４の基準値とを誤差増幅する第３の増幅手段と、
前記第３の検出手段により検出された検出値が予め設定される第５の基準値に達するまでは、前記インバータ出力制御手段に前記定電力制御を行わせ、前記第３の検出手段により検出された検出値が前記第５の基準値に達した場合には、前記インバータ出力制御手段に定電流制御を行わせる第２の比較・切換手段とを備え、
前記インバータ出力制御手段は、前記第３の検出手段の検出値を前記第４の基準値に一致させるように前記インバータの出力の前記定電流制御することを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機。
【請求項３】
エンジンにより駆動される磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数及び規定電圧の交流電力に変換して出力するインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機において、
前記磁石式発電機の出力電圧又は出力電流の少なくとも一方を検出する第１の検出手段と、
前記第１の検出手段により検出された検出値と予め設定される第１の基準値とを誤差増幅する第１の増幅手段と、
前記インバータの出力電圧を検出する第２の検出手段と、
前記第２の検出手段により検出された検出値と予め設定される第２の基準値とを誤差増幅する第２の増幅手段と、
前記第１の検出手段により検出された検出値と予め設定される第３の基準値とを比較する第１の比較手段と、
前記第１の増幅手段と前記第２の増幅手段による出力を入力とし、前記第１の比較手段における比較の結果、前記第１の検出手段により検出された検出値が前記第３の基準値に達するまでは、前記第２の増幅手段の出力を有効とし、前記第１の検出手段により検出された検出値が前記第３の基準値に達した場合には前記第１の増幅手段の出力を有効とする出力制御信号を出力する第１の切換手段と、
前記第１の切換手段を介して出力される出力制御信号に基づき、前記インバータの出力を制御するインバータ出力制御手段とを備え、
前記インバータ出力制御手段が、
前記第２の増幅手段の出力が有効な場合には、前記第２の検出手段の検出値を前記第２の基準値に一致させるように前記インバータの出力を定電圧制御し、
前記第１の増幅手段の出力が有効な場合には、前記第１の検出手段の検出値を前記第１の基準値に一致させるように前記インバータの出力を定電力制御することを特徴とするインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機。
【請求項４】
前記インバータの出力電流を検出する第３の検出手段と、
前記第３の検出手段により検出された検出値と予め設定される第４の基準値とを誤差増幅する第３の増幅手段と、
前記第３の検出手段により検出された検出値と予め設定される第５の基準値とを比較する第２の比較手段と、
前記第１の切換手段と前記インバータ出力制御手段との間にあって、前記第１の切換手段と前記第３の増幅手段による出力を入力とし、前記第２の比較手段における比較の結果、前記第３の検出手段により検出された検出値が前記第５の基準値未満の場合には前記第１の切換手段の出力を有効とし、前記第３の検出手段により検出された検出値が前記第５の基準値以上の場合には前記第３の増幅手段の出力を有効にする第２の切換手段とから成る短絡電流制限手段を備え、
前記インバータ出力制御手段は、
前記第３の増幅手段の出力が有効な場合には前記インバータの出力電流を前記第４の基準値に一致させるように前記インバータの出力電流を制御する
ことを特徴とする請求項３に記載のインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機。
【請求項５】
エンジンにより駆動される磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数及び規定電圧の交流電力に変換して出力するインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機において、
前記磁石式発電機の出力電圧又は出力電流の少なくとも一方を検出する第１の検出手段と、
前記インバータの出力電圧を検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段により検出された検出値と予め設定される第１の基準値との誤差を反転増幅する第１の増幅手段と、
前記第１の増幅手段と前記第２の検出手段の出力をそれぞれ順方向のダイオードを介して一方の入力とし、予め設定される第２の基準値を他方の入力として前記両入力を誤差増幅する第２の増幅手段と、
前記第２の増幅手段からの出力制御信号に基づき、前記第２の増幅手段における前記一方の入力値を前記第２の基準値に一致させるように前記インバータの出力を制御するインバータ出力制御手段とを備え、
前記第１の検出手段により検出された検出値が前記第１の基準値に達するまでは、前記インバータの出力電圧が一定となるように定電圧制御を行うと共に、
前記第１の検出手段により検出された検出値が前記第１の基準値に達した場合には、前記インバータの出力電力が一定となるように定電力制御を行うことを特徴とするインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機。
【請求項６】
前記インバータの出力電流を検出する第３の検出手段と、
前記第３の検出手段により検出された検出値と予め設定される第３の基準値とを誤差増幅する第３の増幅手段とから成る短絡電流制限手段を備え、
前記第３の増幅手段の出力は、前記第１の増幅手段の出力及び前記第２の検出手段の出力と共に、前記第２の増幅手段における一方の入力端子にそれぞれ順方向のダイオードを介して供給されていることを特徴とする請求項５に記載のインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにより駆動される磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数及び規定電圧の交流電力に変換して外部に出力するインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、磁石式発電機の交流電源を整流した直流出力を用い、インバータ制御を行って交流の定電圧特性を作った場合における磁石式発電機の出力特性を示すグラフである。同図中の特性曲線ａは直流出力、定電圧特性ｂ，ｃ，ｄは交流出力であり、直流から交流への変換係数とインバータ回路等の損失を無視して、同一レベルにして表している。
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）において、磁石式発電機の出力を整流したときの電圧電流出力特性は、特性曲線ａに示すように垂下特性である（Ｘ軸は電流、Ｙ軸は電圧を示す）。本図のように垂下特性（ニ点〜ロ点〜ハ点を通る特性曲線ａ）を有する磁石式発電機を、例えば、発電機として使用する場合には、出力電圧が一定となる定電圧出力特性を得る必要がある。
【０００３】
まず、図６（ａ）に示す特性曲線ａをもつ磁石式発電機を用い、インバータ制御で特性曲線ａの最大出力点ロを通る交流イ点〜ロ点の定電圧出力特性ｂを作る場合を考える。イ点〜ロ点における定電圧特性を得るには、磁石式発電機の出力である特性曲線ａのニ点〜ロ点の出力をインバータの入力電源としている。そして、出力がロ点になった後は、最大限にインバータ制御を行っても入力以上の電力を出力することはできないため、イ点の定電圧を維持することができず、磁石式発電機の出力電圧及び電力容量が低下していくことに伴い、磁石式発電機の特性曲線ａと一致するロ点〜ハ点の電圧及び電流を出力することになる。
【０００４】
一方、インバータ制御で、図６（ｂ）における最大出力点ロより上方のホ点〜ヘ点を通る交流の定電圧出力特性ｃを作る場合を考える。定電圧特性ホ点〜ヘ点における電流及び電圧を得るには、磁石式発電機は特性曲線ａのニ点〜ヘ点の出力をインバータの入力電源として出力している。このとき、インバータの出力がヘ点以上の電流を流した場合には、最大限にインバータ制御を行っても磁石式発電機はそれ以上の電圧を出力できないため、ホ点の定電圧を維持することができず、磁石式発電機の特性曲線ａと一致するヘ点〜ハ点の電圧及び電流を出力することになる。
【０００５】
また、インバータ制御で、図６（ｃ）における最大出力点ロより下方のト点〜チ点（チ点は磁石式発電機の最大出力点ロに対応するインバータの出力点である）を通るｄで示す交流の定電圧出力特性を作る場合を考える。定電圧特性ト点〜チ点における電流及び電圧を得る場合、磁石式発電機は特性曲線ａのニ点〜ロ点の出力をインバータの入力電源として出力している。その後、負荷インピーダンスを減らして、負荷電流を増やそうとしても磁石式発電機はロ点の最大出力以上の電力容量は出力できないため、チ点〜ハ点の出力特性ｆを出力することになる。この場合、磁石式発電機の出力特性は、特性曲線ａ上のロ点〜ハ点上を移動する。なお、点線の特性は、低力率時の特性曲線ｇを示す。
以上、定電圧特性を作る考え方を説明したが、磁石式発電機の出力を整流して、インバータ制御で交流の定電圧出力特性を作る場合、磁石式発電機の最大出力点（ロ点）よりも下方で定電圧特性ト点〜チ点を通る電流及び電圧を得ることが効率的であり、一般的に利用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、単に、定電圧の交流出力を作ると、図６（ｃ）の出力特性ｆに示すように、過出力領域でインバータの入力電源である磁石式発電機の出力が減少しているので、インバータが定電圧を維持しようとして全開しても、電圧、電流が共に減る、いわゆる出力特性の回り込み現象が生じるという問題点を有していた。
【０００７】
また、前記出力特性ｆにおいて、抵抗負荷等では特に問題とはならないが、例えば、モータ等始動容量が比較的大きな負荷を始動させる際に、始動時に最低限必要とする電圧及び電流が図中Ｙ点（モータ始動時最低必要点）にある場合には、モータ始動時の低力率に相当する出力可能である低力率特性の点線で示す出力特性ｇによっても、Ｙ点を出力できないため、この磁石式発電機では始動できないという問題点を有していた。さらに、短絡時に遮断器が動作しないという問題点を有していた。
【０００８】
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであり、磁石式発電機の出力特性における最大出力点（特性曲線ａ上の出力電圧又は出力電流）をあらかじめ把握しておくことにより、その最大出力点に達する以前の出力点を基準電力として電流を増加させ、電圧を減少させることで、インバータの出力を略定電力特性となるように制御することにより、磁石式発電機の出力をインバータの出力として有効に、かつ、十分に活用することができ、モータ等の始動時における低力率の大電流に対しても十分に対応することが可能であるインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機を提供することを目的とする。
また、磁石式発電機が過出力領域に入ることを防止することで、インバータ出力特性の回り込み現象を回避させるとともに、過負荷及び短絡時に過電流保護の遮断器を有効に作動させることが可能であるインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機を提供することを目的とする。
さらに、前記インバータの出力を定電力制御する領域での短絡電流を制限することにより、インバータの制御素子等を保護することを可能とするインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機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】
上記した課題を解決するために請求項１に記載の発明は、エンジンにより駆動される磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数及び規定電圧の交流電力に変換して出力するインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機において、前記磁石式発電機の出力電圧又は出力電流の少なくとも一方を検出する第１の検出手段と、前記第１の検出手段により検出された検出値と予め設定される第１の基準値との誤差を増幅する第１の増幅手段と、前記インバータの出力電圧を検出する第２の検出手段と、前記第２の検出手段により検出された検出値と予め設定される第２の基準値との誤差を増幅する第２の増幅手段と、前記第２の検出手段の検出値を前記第２の基準値に一致させるように前記インバータの出力を定電圧制御し、前記第１の検出手段の検出値を前記第１の基準値に一致させるように前記インバータの出力を定電力制御するインバータ出力制御手段と、前記第１の検出手段により検出された検出値が予め設定される第３の基準値に達するまでは、前記インバータ出力制御手段に前記定電圧制御を行わせ、前記第１の検出手段により検出された検出値が前記第３の基準値に達した場合には、前記インバータ出力制御手段に前記定電力制御を行わせる第１の比較・切換手段とを備えることとした。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発電機において、前記インバータの出力電流を検出する第３の検出手段と、前記第３の検出手段により検出された検出値と予め設定される第４の基準値とを誤差増幅する第３の増幅手段と、前記第３の検出手段により検出された検出値が予め設定される第５の基準値に達するまでは、前記インバータ出力制御手段に前記定電力制御を行わせ、前記第３の検出手段により検出された検出値が前記第５の基準値に達した場合には、前記インバータ出力制御手段に定電流制御を行わせる第２の比較・切換手段とを備え、前記インバータ出力制御手段は、前記第３の検出手段の検出値を前記第４の基準値に一致させるように前記インバータの出力の前記定電流制御することとした。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、エンジンにより駆動される磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数及び規定電圧の交流電力に変換して出力するインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機において、前記磁石式発電機の出力電圧又は出力電流の少なくとも一方を検出する第１の検出手段と、前記第１の検出手段により検出された検出値と予め設定される第１の基準値とを誤差増幅する第１の増幅手段と、前記インバータの出力電圧を検出する第２の検出手段と、前記第２の検出手段により検出された検出値と予め設定される第２の基準値とを誤差増幅する第２の増幅手段と、前記第１の検出手段により検出された検出値と予め設定される第３の基準値とを比較する第１の比較手段と、前記第１の増幅手段と前記第２の増幅手段による出力を入力とし、前記第１の比較手段における比較の結果、前記第１の検出手段により検出された検出値が前記第３の基準値に達するまでは、前記第２の増幅手段の出力を有効とし、前記第１の検出手段により検出された検出値が前記第３の基準値に達した場合には前記第１の増幅手段の出力を有効とする出力制御信号を出力する第１の切換手段と、前記第１の切換手段を介して出力される出力制御信号に基づき、前記インバータの出力を制御するインバータ出力制御手段とを備え、前記インバータ出力制御手段は、前記第２の増幅手段の出力が有効な場合には、前記第２の検出手段の検出値を前記第２の基準値に一致させるように前記インバータの出力を定電圧制御し、前記第１の増幅手段の出力が有効な場合には、前記第１の検出手段の検出値を前記第１の基準値に一致させるように前記インバータの出力を定電力制御することとした。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発電機において、前記インバータの出力電流を検出する第３の検出手段と、前記第３の検出手段により検出された検出値と予め設定される第４の基準値とを誤差増幅する第３の増幅手段と、前記第３の検出手段により検出された検出値と予め設定される第５の基準値とを比較する第２の比較手段と、前記第１の切換手段と前記インバータ出力制御手段との間にあって、前記第１の切換手段と前記第３の増幅手段による出力を入力とし、前記第２の比較手段における比較の結果、前記第３の検出手段により検出された検出値が前記第５の基準値未満の場合には前記第１の切換手段の出力を有効とし、前記第３の検出手段により検出された検出値が前記第５の基準値以上の場合には前記第３の増幅手段の出力を有効にする第２の切換手段とから成る短絡電流制限手段を備え、前記インバータ出力制御手段は、前記第３の増幅手段の出力が有効な場合には前記インバータの出力電流を前記第４の基準値に一致させるように前記インバータの出力電流を制御することとした。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、エンジンにより駆動される磁石式発電機の出力を整流し、インバータで規定周波数及び規定電圧の交流電力に変換して出力するインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機において、前記磁石式発電機の出力電圧又は出力電流の少なくとも一方を検出する第１の検出手段と、前記インバータの出力電圧を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段により検出された検出値と予め設定される第１の基準値との誤差を反転増幅する第１の増幅手段と、前記第１の増幅手段と前記第２の検出手段の出力をそれぞれ順方向のダイオードを介して一方の入力とし、予め設定される第２の基準値を他方の入力として前記両入力を誤差増幅する第２の増幅手段と、前記第２の増幅手段からの出力制御信号に基づき、前記第２の増幅手段における前記一方の入力値を前記第２の基準値に一致させるように前記インバータの出力を制御するインバータ出力制御手段とを備え、前記第１の検出手段により検出された検出値が前記第１の基準値に達するまでは、前記インバータの出力電圧が一定となるように定電圧制御を行うと共に、前記第１の検出手段により検出された検出値が前記第１の基準値に達した場合には、前記インバータの出力電力が一定となるように定電力制御を行うこととした。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発電機において、前記インバータの出力電流を検出する第３の検出手段と、前記第３の検出手段により検出された検出値と予め設定される第３の基準値とを誤差増幅する第３の増幅手段とから成る短絡電流制限手段を備え、前記第３の増幅手段の出力は、前記第１の増幅手段の出力及び前記第２の検出手段の出力と共に、前記第２の増幅手段における一方の入力端子にそれぞれ順方向のダイオードを介して供給されていることとした。
【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。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は本発明の発電機の第１実施形態を示す図である。
本発明の発電機は、エンジンＥにより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で規定周波数及び規定電圧の交流電力に変換して外部へ出力する。
【００１７】
本発明のインバータ制御手段は、発電機出力電圧検出回路２１（第１の検出手段）と、第１増幅器２３（第１の増幅手段）と、インバータ出力電圧検出回路２４（第２の検出手段）と、第２増幅器２６（第２の増幅手段）と、第１比較器２８（第１の比較手段）と、第１切換回路２９（第１の切換手段）と、インバータ出力制御回路３０（インバータ出力制御手段）とを主要部として構成されている。
【００１８】
前記発電機出力電圧検出回路２１は、磁石式発電機ＭＧの交流出力を整流器ＲＥＣで整流した直流出力電圧を検出する回路であり、検出された電圧（以下、「検出発電機出力電圧」という）は、第１増幅器２３の（−）端子及び第１比較器２８の（−）端子にそれぞれ供給されている。第１増幅器２３の（＋）端子には、発電機出力電圧設定部２２により予め設定される第１基準電圧（第１の基準値）が供給されており、検出発電機出力電圧と当該第１基準電圧とを誤差増幅して出力している。第１比較器２８の（＋）端子には、特性切換電圧設定部２７により予め設定される第３基準電圧（第３の基準値）が供給されており、検出発電機出力電圧と当該第３基準電圧とを比較し、比較結果によって第１切換回路２９に切換制御信号を送っている。
また、インバータ出力電圧検出回路２４は、インバータＩＶの出力電圧を検出する回路であり、検出された電圧（以下、「検出インバータ出力電圧」という）は第２増幅器２６の（−）端子に供給されている。第２増幅器２６の（＋）端子にはインバータ出力電圧設定部２５により予め設定される第２基準電圧（第２の基準値）が供給されており、検出インバータ出力電圧と当該第２基準電圧とを誤差増幅して出力している。
【００１９】
ここで、第１切換回路２９は、第１増幅器２３と第２増幅器２６による出力を入力とし、第１比較器２８における比較の結果、検出発電機出力電圧が第３基準電圧に達するまでは、第２増幅器２６の出力を有効とし、検出された出力電圧が当該第３基準電圧に達した場合には第１増幅器２３の出力を有効とする出力制御信号を出力することができるように構成されている。
なお、前記第２基準電圧及び第３基準電圧は、磁石式発電機ＭＧの最大出力点に達する直前に設定された基準点（後記図５における特性曲線ａ上のヌ点）の電圧である。但し、この基準点ヌは、磁石式発電機ＭＧとインバータ制御のばらつき、温度上昇等を考慮して多少の余裕を持たせた値とする必要がある。また、基準点ヌは、最大出力点ロに支障のない限り近づけた方がインバータＩＶの出力を十分発揮させることができる。
【００２０】
インバータ出力制御回路３０は、第１切換回路２９を介して出力される出力制御信号に基づきインバータＩＶの出力を制御することができるように構成されている。
すなわち、インバータ出力制御回路３０は、第２増幅器２６の出力が有効な場合にはインバータＩＶの出力電圧をインバータ出力電圧設定部２５により予め設定される第２基準電圧に一致させるようにインバータＩＶの出力を定電圧制御し、第１増幅器２３の出力が有効な場合には、磁石式発電機ＭＧの出力電圧を発電機出力電圧設定部２２により予め設定される第１基準電圧に一致させるようにインバータＩＶの出力を定電力制御する。
【００２１】
以下、図１及び図５を参照して、上記発電機の動作を説明する。
ここで、図５は、磁石式発電機の出力特性を示したものである。同図中の特性曲線ａは磁石式発電機ＭＧの交流出力を整流器ＲＥＣで整流した直流出力である。また、同図中のト点〜リ点を通る定電圧特性ｄは、前記直流出力を入力としてインバータ制御で定電圧出力特性を作った場合を示す交流出力であり、チ点は磁石式発電機の最大出力点ロに対応する出力点、リ点は磁石式発電機ＭＧの基準点ヌに対応する出力点である。また、図中の双曲線ｈは、力率を１とした場合で基準点ヌを基点にしたリ点を通る定電力特性、二点鎖線で示した双曲線ｊは前記モータ始動時における低力率を想定した時の定電力特性を示している。
なお、同図中では、直流から交流への変換係数とインバータ回路等の損失を無視して同一レベルにして表しており、これらを考慮して、ほぼインバータの入力（ｋＷ）＝インバータの出力（ｋＶＡ×力率）の関係式が成り立っている。また、同図中Ｅ，Ｉは直流の電圧、電流を示し、ｅ，ｉは交流の電圧、電流を示す。しかも、図６と同一の他の要素については、同一の符号を付しており、モータ始動時最低必要点Ｙは、前記両双曲線ｈ，ｊで挟まれた領域に存在している。
【００２２】
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は規定周波数及び規定電圧の交流電力に変換して出力を行う。
ここで、磁石式発電機ＭＧの出力電圧とインバータＩＶの出力電圧は、それぞれが第１増幅器２３と第２増幅器２６で常に監視されている。負荷の増加とともに、インバータＩＶの出力がト点からリ点に向かうにつれて、インバータＩＶの出力に対応して磁石式発電機ＭＧの出力は特性曲線ａ上のニ点からヌ点に向かって移動することになる。この段階では、検出発電機出力電圧が特性切換電圧設定部２７で設定された第３基準電圧に達していないため、第１切換回路２９が第２増幅器２６の出力を有効としている。そのため、検出インバータ出力電圧とインバータ出力電圧設定部２５で予め設定される第２基準電圧とを比較し、その電圧を常に一致させるように、インバータ出力制御回路３０に出力制御信号が与えられており、当該インバータ出力制御回路３０は、インバータＩＶの駆動部品であるトランジスタを制御し、交流出力電圧が負荷の大小にかかわらず一定になるように、定電圧制御する。
【００２３】
そして、磁石式発電機ＭＧの出力点が最大出力点ロ近傍の基準点ヌに達したときに、インバータＩＶの交流出力が定格電圧を維持することができる最大点リに達する。このとき、第１切換回路２９が第１増幅器２３の出力を有効とするように切り換えられ、発電機出力電圧設定部２２で基準点ヌの出力に相当する予め設定される第１基準電圧と検出発電機出力電圧とが比較され、常に第１基準電圧になるようにインバータ出力制御回路３０に制御信号を与える。その結果、インバータＩＶの交流出力は、電流の増加と共に電圧を減少させる定電力制御を行う（リ点〜ル点を通る出力特性ｈ）。
【００２４】
従って、上記構成により、磁石式発電機ＭＧの出力特性における最大出力点ロをあらかじめ把握しておき、その最大出力点ロに達する以前の基準点ヌに達するまではインバータＩＶの出力電圧が一定となるように定電圧制御を行い、（ト点〜リ点）、基準点ヌに達した場合には、インバータＩＶの交流出力は電流の増加とともに電圧を減少させて定電力制御を行うことで（リ点〜ル点）、磁石式発電機ＭＧの最大出力点に達する前にインバータＩＶの出力電圧を低下させた定電力の出力特性ｈを作ることが可能となる。そのため、過出力により磁石式発電機が最大出力を越える領域に入ることを防止し、過負荷による出力特性の回り込み現象を回避させるとともに、短絡時等における過電流保護の遮断器を有効に作動させることができる。
また、モータ等始動容量が比較的大きな負荷を始動させる際に、始動時に最低限必要とする電圧及び電流が図５中Ｙ点（モータ始動時最低必要点）にある場合であっても、モータ始動時の低力率に相当する特性が双曲線ｊで示す出力特性の範囲内となり、Ｙ点の電圧及び電流を出力することができることで、モータを始動させることが可能となる。
【００２５】
なお、本実施形態では、出力特性を切換えるために第１切換回路２９を使用しているが、重要なことは、出力特性を定電圧出力から定電力出力に切り換えるために、磁石式発電機ＭＧの出力特性における無負荷点ニから最大出力点ロに達する直前に設定された基準点ヌまでを利用した出力を行い、最大出力点ロを越えて短絡ハまでの範囲を利用しないようにインバータＩＶの出力が有効に利用できる特性範囲を得られるようにすることである。
【００２６】
続いて、図１に示す発電機に、更に短絡電流制限手段Ｓが付加された場合の回路構成例について説明する。
図２に示すように、この短絡電流制御手段Ｓは、電流検出回路３１（第３の検出手段）と、第３増幅器３３（第３の増幅手段）と、第２比較器３５（第２の比較手段）と、第２切換回路３６（第２の切換手段）とを主要部として構成されている。
【００２７】
電流検出回路３１は、インバータＩＶの出力電流を電圧に変換して検出する回路であり、当該検出された電圧（以下、「検出インバータ出力電流」という）は第３増幅器３３の（−）端子及び第２比較器３５の（−）端子に供給されている。第３増幅器３３の（＋）端子には、短絡電流設定部３２により予め設定される第１基準電流（第４の基準値）が供給されており、検出インバータ出力電流と当該第１基準電流とを誤差増幅して出力している。
【００２８】
また、第２比較器３５の（＋）端子には、特性切換設定部３４により予め設定される第２基準電流（第５の基準値）が供給されており、検出インバータ出力電流と当該第２基準電流とを比較し、第２切換回路３６に切換制御信号を送っている。
この第２切換回路３６は、第１切換回路２９とインバータ出力制御回路３０との間にあって、当該第１切換回路２９と第３増幅器３３による出力を入力とし、第２比較器３５における比較の結果、検出インバータ出力電流が特性切換設定部３４により予め設定される第２基準電流未満の場合には第１切換回路２９の出力を有効とし、検出インバータ出力電流が当該第２基準電流以上の場合には第３増幅器３３の出力を有効にするように構成されている。
そして、インバータ出力制御回路３０は、第３増幅器３３の出力が有効な場合にはインバータＩＶの出力電流が短絡電流設定部３２で予め設定される第１基準電流以上にならないようにインバータＩＶの出力を制御する。
【００２９】
このように構成したことにより、インバータ出力制御回路３０と第１切換回路２９との間に更に、第２切換回路３６を挿入し、インバータＩＶの出力電流を電流検出回路３１により検出して、その電流が特性切換設定部３４で設定した第２基準電流に達したとき（図５におけるル点）、第２切換回路３６に切換制御信号を出力し、第３増幅器３３の出力を有効にするように切り換えることができる。そのため、短絡電流設定部３２で設定した第１基準電流と、検出インバータ出力電流とを第３増幅器３３で誤差増幅し、常に一定になるようにインバータ出力制御回路３０に制御信号を与えることにより、インバータＩＶの出力を定電力制御する領域において、出力電流を制限することができる（図５に示す出力特性ｋを得ることができる）。従って、インバータＩＶにあらかじめ設定した電流値を越えた電流を流さないように制御することでインバータＩＶの制御素子等の保護を図ることができる。
【００３０】
［第２実施形態］
図３は、本発明における発電機の第２実施形態を示す図である。
ここで、エンジンＥにより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で規定周波数及び規定電圧の交流電力に変換して外部に出力する構成は、図１に示す基本構成と同一である。
本発明のインバータ制御手段は、発電機出力電圧検出回路４１（第１の検出手段）と、インバータ出力電圧検出回路４２（第２の検出手段）と、第１増幅器４４（第１の増幅手段）と、第２増幅器４８（第２の増幅手段）と、インバータ出力制御回路４９（インバータ出力制御手段）とを主要部として構成されている。
【００３１】
前記発電機出力電圧検出回路４１は、磁石式発電機ＭＧの交流出力を整流器ＲＥＣで整流した直流出力電圧を検出する回路であり、その検出された電圧（以下、「検出発電機出力電圧」という）は第１増幅器４４の（−）端子に供給されている。この第１増幅器４４の（＋）端子には、発電機出力電圧設定部４３により予め設定される第１基準電圧（第１の基準値）が供給されており、検出発電機出力電圧と第１基準電圧との誤差が反転増幅されて出力されている。
【００３２】
インバータ出力電圧検出回路４２は、インバータＩＶの出力電圧を検出する回路であり、前記第１増幅器４４の出力電圧と当該インバータ出力電圧検出回路４２の出力は、それぞれ順方向の逆流防止用ダイオードＤ１，Ｄ２を介して、第２増幅器４８の（−）端子に供給されている。また、第２増幅器４８の（＋）端子には、インバータ出力電圧設定部４７で予め設定される第２基準電圧（第２の基準値）が供給されており、当該第２増幅器４８は、インバータ出力制御回路４９に出力制御信号を送っている。このインバータ出力制御回路４９は、前記出力制御信号に基づき、第２増幅器４８における入力電圧をインバータ出力電圧設定部４７で予め設定される第２基準電圧に一致させるようにインバータＩＶの出力を制御することができるように構成されている。
【００３３】
以下、図３及び図５を参照して、上記発電機の動作を説明する。
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は規定周波数及び規定電圧の交流電力に変換して出力を行う。
負荷の増加とともに、インバータＩＶの出力がト点からリ点に向かうにつれて、インバータＩＶの出力に対応して磁石式発電機ＭＧの出力は特性曲線ａ上のニ点からヌ点に向かって移動することになる。このとき、インバータ出力電圧検出回路４２はインバータＩＶの出力電圧を検出し、検出された電圧（以下、「検出インバータ出力電圧」という）を、逆流防止用ダイオードＤ２を通して第２増幅器４８の（−）端子に供給している。また、第２増幅器４８の（＋）端子にはインバータ出力電圧設定部４７で設定された第２基準電圧が供給されていて、この第２基準電圧と検出インバータ出力電圧とを第２増幅器４８で比較し、両電圧を一致させるようにインバータ出力制御回路４９に制御信号を送り、ＰＷＭ（パルス幅変調）のパルス幅を調整することでインバータＩＶは定電圧制御を行う。
【００３４】
この動作中、インバータＩＶの入力電源である磁石式発電機ＭＧの容量に十分な余裕がある場合には、磁石式発電機ＭＧは未だ高い電圧を保持している。このため、発電機出力電圧検出回路４１により検出された検出発電機出力電圧と、発電機出力電圧設定部４３により設定された第１基準電圧との誤差電圧を反転増幅した第１増幅器４４の出力電圧はマイナス電圧あるいは低い電圧であり、前記検出インバータ出力電圧より十分低いことから、逆流防止用ダイオードＤ１の存在により、第２増幅器４８には影響を与えない動作状態となる。
【００３５】
一方、インバータ出力電圧を一定に制御している一連の動作により、インバータＩＶの交流出力の負荷電流が増加していくと、磁石式発電機ＭＧの出力電圧は出力特性（特性曲線ａ）に沿って低下し、磁石式発電機ＭＧの出力が最大出力点ロ近傍の基準点ヌまで達したときに、インバータＩＶの出力特性は定格電圧を維持することができる最大点リに達する。このとき、検出発電機出力電圧と第１基準電圧とが等しくなり、この条件の下で、第１増幅器４４の出力電圧と、検出インバータ出力電圧とが一致するように第１基準電圧が設定されている。
【００３６】
さらに、インバータＩＶの負荷電流が増えると、磁石式発電機ＭＧは出力を基準点ヌから最大出力点ロに近づけようとする。すると、検出発電機出力電圧が低下するので、第１増幅器４４の出力電圧は、検出インバータ出力電圧より高い電圧となる。そのため、第２増幅器４８への入力電圧は第２基準電圧よりも高くなっているので、第２増幅器４８は、その入力電圧と第２基準電圧を一致させるように出力を行う。そして、検出発電機出力電圧が第１基準電圧と一致するように収束することで、インバータ出力特性は、基準点ヌの電力に見合った降下をする定電力出力特性となる。すなわち、インバータＩＶの入力は基準点ヌの定電力を維持することで、また、インバータＩＶの出力は負荷電流の増加と共に電圧を降下させることで、インバータ入力とインバータ出力が等しくなるように定電力特性を出力することになる。
なお、この場合には、検出インバータ出力電圧は、第１増幅器４４の出力電圧よりも低い電圧となっているので、検出インバータ出力電圧は、逆流防止用ダイオードＤ２の存在により、第２増幅器４８には影響を与えない動作状態である。すなわち、第１増幅器４４の出力によりインバータＩＶの出力は決定される。
【００３７】
従って、本実施形態においても、磁石式発電機ＭＧの出力特性における最大出力点ロをあらかじめ把握しておき、その最大出力点ロに達する以前の基準点ヌに達するまではインバータＩＶの出力電圧が一定となるように定電圧制御を行い（ト点〜リ点）、基準点ヌに達した場合には、インバータＩＶの交流出力は電流の増加とともに電圧を減少させることにより定電力制御を行うことで（リ点〜ル点）、磁石式発電機ＭＧの最大出力点に達する前にインバータＩＶの出力電圧を低下させる図５に示す出力特性ｈを作ることが可能となる。
【００３８】
続いて、図３に示す発電機に、更に短絡電流制限手段Ｓ’が付加された場合の回路構成例について説明する。
図４に示すように、短絡電流制限手段Ｓ’は、インバータＩＶの出力電流を電圧に変換して検出する電流検出回路５１（第３の検出手段）と、第３増幅器５３（第３の増幅手段）とから主要部が構成されている。第３増幅器５３の（−）端子には、電流検出回路５１により検出された電圧（以下、「検出インバータ出力電流」という）が供給され、（＋）端子には短絡電流設定部５２により予め設定された第３基準電圧（第３の基準値）が供給されており、検出インバータ出力電流と第３基準電圧とを誤差増幅している。そして、第３増幅器５３の出力は、第１増幅器４４の出力及びインバータ出力電圧検出回路４２の出力と共に、第２増幅器４８の（−）端子に順方向の逆流防止用ダイオードＤ３を介して供給される。
【００３９】
このように構成したことにより、検出インバータ出力電流が第３基準電圧以上になった場合に、第３増幅器５３における出力電圧が第１増幅器４４の出力電圧とほぼ一致するように、短絡電流設定部５２により設定される第３基準電圧を設定しておくことにより、第２増幅器４８は、第２基準電圧と第３増幅器５３における出力電圧を一致させるように出力を行い、検出インバータ出力電流と第３基準電圧が一致するように収束させることで、定電流制御を行うことができる。なお、この状態において、ル点からヲ点への出力減少に伴い、磁石式発電機ＭＧは、その特性曲線ａ上のヌ点からニ点に移動する動作を行う。
従って、本実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、インバータＩＶに予め設定した電流値を越えた電流を流さないように制御することにより、インバータＩＶの制御素子等の保護を図ることができる。
【００４０】
以上、本発明について、好適な実施形態の一例を説明した。しかし、本発明は、前記実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能である。
特に、前記実施形態では、整流器で整流された磁石式発電機の直流出力電圧を検出しているが、磁石式発電機の交流出力電圧、磁石式発電機の交流出力電流、又は、整流器で整流された磁石式発電機の直流出力電流のうちの少なくとも一つを検出するものであってもよい。
【００４１】
また、前記インバータ制御エンジン駆動磁石式発電機は、可変速発電機や溶接発電機に適用可能である。さらに、前記インバータ制御手段は、マイクロコンピュータ制御を行うものであってもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明のインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機によれば、磁石式発電機の出力電圧又は出力電流の少なくとも一方を検出して、磁石式発電機の最大出力を越えない範囲において予め基準値を設定し、この基準値に検出値が達したときに、インバータの出力を定電力に制御するインバータ制御手段の方式を採用することで、磁石式発電機の出力をインバータの出力として有効に、かつ、十分に活用することができるため、モータ等の始動時における低力率の大電流に対しても十分に対応することができる。しかも、過負荷領域での出力特性の回り込みを防止することができるために、短絡時等における過電流保護の遮断器を有効に作動させることができる。
また、インバータの出力電流を検出することで、短絡電流制限手段で定電力制御する領域での出力電流を制限し、インバータに予め設定した電流値を越えた電流を流さないように制御することでインバータの制御素子等の保護を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機の第１実施形態を示す図である。
【図２】図１におけるインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機に更に短絡電流制限手段を付加した図である。
【図３】本発明におけるインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機の第２実施形態を示す図である。
【図４】図３におけるインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機に更に短絡電流制限手段を付加した図である。
【図５】本発明におけるインバータ制御エンジン駆動磁石式発電機の出力特性の概念図である。
【図６】（ａ），（ｂ）（ｃ）ともに、磁石式発電機の交流電源を整流した直流出力を用い、インバータ制御を行って交流の定電圧特性を作った場合における磁石式発電機の出力特性を示すグラフである。
【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
２１，４１    発電機出力電圧検出回路（第１の検出手段）
２３，４４    第１増幅器（第１の増幅手段）
２４，４２    インバータ出力電圧検出回路（第２の検出手段）
２６，４８    第２増幅器（第２の増幅手段）
２８    第１比較器（第１の比較手段）
２９    第１切換回路（第１の切換手段）
３０，４９    インバータ出力制御回路（インバータ出力制御手段）
Ｓ，Ｓ’      短絡電流制限手段
３１，５１    電流検出回路（第３の検出手段）
３３，５３    第３増幅器（第３の増幅手段）
３５    第２比較器（第２の比較手段）
３６    第２切換回路（第２の切換手段）
【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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