(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電用エンジンをセルモータにより起動し、エンジンにより駆動される発電機が所定の発電周波数以上になるとこれを検出してセルモータを発電用エンジンから切離す制御信号を出力する発電用エンジン起動制御装置において、
上記発電機の出力を方形波信号に変換する波形整形器と、
上記方形波信号の周期を測定してその周波数を求める周期測定部と、
上記求めた周波数と第１所定周波数とを比較する第１比較部と、
今回測定周波数から前回測定周波数を引算する引算部と、
引算部の引算結果と雑音判定用周波数とを比較する第２比較部と、
上記第１比較部の比較結果が第１所定周波数以上である第１出力及び上記第２比較部の比較結果が雑音判定用周波数以下である第２出力の発生状態で上記切離制御信号を出力する切離制御部と、
を具備することを特徴とする発電用エンジン起動時切離検出器。
【請求項２】
今回測定周波数と、少なくとも前回の測定周波数とが入力され、これらの平均周波数を計算する平均部と、
上記平均周波数と第２所定周波数とを比較する第３比較部と、
上記切離制御部は上記第３比較部の比較結果が第２所定周波数以上である第３出力と、上記第１出力及び第２出力との発生状態で上記切離制御信号を出力するものであることを特徴とする請求項１記載の発電用エンジン起動時切離検出器。
【請求項３】
今回測定周波数と上記第１所定周波数よりも高い第３所定周波数とを比較する第４比較部と、
上記切離制御部は上記第４比較部の比較結果が第３所定周波数以上である第４出力により、切離制御信号を出力するものであることを特徴とする請求項１または２記載の発電用エンジン起動時切離検出器。
【請求項４】
設定されたモードに応じて上記第１所定周波数及び上記雑音判定用周波数の値を変更するモード設定部を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の発電用エンジン起動時切離検出器。
【請求項５】
上記波形整形器の前段に挿入され、時定数が１ミリ秒の低域通過フィルタを備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の発電用エンジン起動時切離検出器。
【請求項６】
発電用エンジンをセルモータにより起動し、エンジンにより駆動される発電機が所定の発電周波数以上になるのを検出してセルモータを発電用エンジンから切離す制御信号を生成する発電用エンジン起動時切離検出方法において、
上記発電機の出力の各サイクルの周期長を測定して周波数を測定する第１過程と、
上記測定周波数と第１所定周波数とを比較する第２過程と、
その比較結果が第１所定周波数より高ければ、上記測定周波数と前回の測定周波数との差を求める第３過程と、
上記差により、今回測定周波数が前回測定周波数より雑音判定用周波数以上高くなったか否かを判定する第４過程と、
上記雑音判定用周波数以上高くないと判定されると上記切離制御信号を出力する第５過程と、
を有することを特徴とする発電用エンジン起動時切離検出方法。
【請求項７】
上記第５過程は、上記雑音判定用周波数以上高くないと判定されると、今回測定周波数と、少なくとも前回の測定周波数との平均周波数を求める第６過程と、
上記平均周波数が第２所定周波数以上か否か判定する第７過程と、
上記平均周波数が第２所定周波数以上と判定されると上記切離制御信号を出力する第８過程とを有することを特徴とする請求項６記載の発電用エンジン起動時切離検出方法。
【請求項８】
上記第２過程の比較結果が上記第１所定周波数より高くないと判定されると、上記平均周波数を求める第６過程に移ることを特徴とする請求項７記載の発電用エンジン起動時切離検出方法。
【請求項９】
設定されたモードが急速モードか否か判定する第９過程と、
第９過程で急速モードでないと判定されると、上記第１所定周波数を、急速モードのそれより高く、かつ上記第２所定周波数より高い周波数に変更し、上記雑音判定用周波数を、急速モードのそれより高い周波数に変更する第１０過程とを有することを特徴とする請求項6乃至８の何れかに記載の発電用エンジン起動時切離検出方法。
【請求項１０】
上記今回測定周波数が、上記第１所定周波数より高い第３所定周波数以上か否か判定する第１１過程と、上記第１１過程で第３所定周波数以上と判定すると上記切離制御信号を出力する第１２過程とを有することを特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載の発電用エンジン起動時切離検出方法。
【請求項１１】
請求項６乃至１０の何れかに記載の方法をコンピュータに実行させるための発電用エンジン起動時切離検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は発電用エンジンをセルモータにより起動し、エンジンにより駆動される発電機の交流出力が所定周波数以上になると、これを検出してセルモータをエンジンから切離すための切離制御信号を生成するための検出器、その方法及びそのプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自家発電設備においては、図３に示すように、発電を開始する際にセルモータ（セルスタータ）１１によりカプラ１２を介して発電用エンジン１３を起動し、エンジン１３により発電機１４を駆動し、発電機１４から発電出力を得る。セルモータ１１はエンジン１３を起動させればよいが、エンジン１３と同期して回転するため、エンジン１３が起動した状態でセルモータ１１を連結したままではセルモータ１１が高速度に回転させられ、セルモータ１１の寿命が短くなると共にその高速回転に耐えるものとする必要がある。
【０００３】
そのようなセルモータ１１にすると高価なものとなるため、エンジン１３が起動され、それ自体で動作する状態になるとセルモータ１１をエンジン１３から切離し、つまりカプラ１２の連結を解除している。この処理のため、従来においては発電機１４からの発電交流出力が降圧トランスなどの電圧変換器１５により低い電圧とされ、低域通過フィルタ１６により雑音成分が除去されて、波形整形器１７に入力され、波形整形器１７により方形波（パルス）信号に整形されて制御器１８に入力される。制御器１８では入力された方形波信号のパルス数から発電機１４の発電出力の周波数を求め、その周波数が所定値、例えば１２．５Ｈｚ以上になると、切離制御信号を出力してカプラ１２の連結を解除して、セルモータ１１をエンジン１３から切離している。
【０００４】
発電機１４は起動されると、その発電出力が、例えば図４に示すように低い周波数、低い電圧から、所定の高い周波数、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用電力周波数、高い電圧、例えば２００Ｖになるように立上げる。その際に特に起動初期においては破線で示すように波形が乱れ、つまり高い周波数の雑音が重畳している。この雑音により誤動作をしないように、低域通過フィルタ１６により雑音成分を除去している。
発電用エンジン１３、発電機１４はそれぞれ各種あるが、いずれの場合も、全体として安価な発電設備が要求され、セルモータ１１としても、その要求される条件を満たす範囲内でなるべく安価なものが希望される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような点からセルモータ１１を切離してもエンジン１３が動作を継続することができる限界に近いところで、セルモータ１１の切離しを行いたい。しかし、従来においては発電機１４の出力の周波数を、その整形された方形波（パルス）の個数を計数して測定しているため、本来は発電機出力周波数が１２．５Ｈｚ以上になったことを検出したいが最低でも２０Ｈｚ〜２５Ｈｚ以上になったことしか検出する事ができなかった。つまり１２．５Ｈｚになって切離しをする場合と比較して、早くても０．５秒遅れて切離しをすることになり、それだけセルモータ１１の寿命が短く、かつ要求される規格が厳しくなり、セルモータ１１が高価なものとなった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、発電機よりの出力の各周期長を測定して、それより周波数を求め、その周波数が第１所定周波数と比較し、第１所定周波数より高くなければ、その周波数が前回の測定周波数より、雑音判定用周波数以上高いか否かを判定し、雑音判定用周波数以上高くなければ,今回測定周波数を第１所定周波数より低い第２所定周波数、つまり切離周波数、前記例では１２．５Ｈｚと比較し、第２所定周波数より高ければ、切離制御信号を出力する。
このように周期長の測定により周波数を測定して、つまり各周期長の測定ごとの周波数を測定でき、しかも前回の測定周波数より雑音判定用周波数以上高ければ雑音と判定することにより、雑音に影響され難く、切離周波数に等しいまたはこれと接近した高い周波数で切離制御信号を出力することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１にこの発明検出器の機能構成例を、その処理手順の例、つまりこの発明方法の実施形態を図２にそれぞれ示す。入力端子２１より、図３に示した発電機１４の出力が入力され、必要に応じてトランスなどの電圧変換器１５により電圧が下げられ、更に必要に応じて低域通過フィルタ１６により雑音成分が除去される。低域通過フィルタ１６は抵抗素子及びコンデンサにより構成され、その時定数は、分離周波数Ｆｃが１２．５Ｈｚの場合、１ミリ秒とされる。
【０００８】
低域通過フィルタ１６の出力２２は波形整形器１７により方形波(パルス)信号２３により整形されて周期測定部２４に入力される。周期測定部２４は入力端子２１よりの発電機出力の各サイクルの周期長ＴMが測定され、この測定周期ＴMにより周波数ｆM＝１／ＴMが求められる（図２、Ｓ１）。発電機１４の出力立上り時においては各サイクルの方形波信号２３のデュテイ比が５０％にならない点から周期ＴMの測定は方形波信号２３の立上りエッジから次の立上りエッジ間ＴMLより、立下りエッジから次の立下りエッジ間ＴMDを測定することが好ましい。
発電機１４の起動には例えば１０秒で送電する急速モードと、プライミングと言うエンジン空回し時間を行い、４０秒で送電する遅速モードとがある。このモード設定はモード設定部２５により行われ、又はこのモード設定部２５で設定されたモードが検出される。いずれにしても処理手順としては、いずれのモードに設定されているか、例えば急速モードに設定されているかが調べられる（Ｓ２）。
【０００９】
まず急速モードに設定されている場合について具体的数値例を示して説明する。測定された周波数ｆMは第１比較部２６で第１設定部２７に設定されている第１所定周波数ＦS１と比較される（Ｓ３）。第１所定周波数ＦS１は、急速モードにおいては切離周波数ＦCの７５％に選定される。例えばＦCが１２．５Ｈｚの場合、ＦS１は９．５Ｈｚとされる。
その比較結果がｆM≧ＦS１であれば、バッファ２８に一時蓄積された、前回測定周波数ｆM（ｋ−１）が、今回測定周波数ｆM＝ｆM（ｋ）から引算部２８で引算され、前回との差ΔｆMが計算される（Ｓ４）。その差ΔｆMと第２設定部３１に設定された雑音判定用周波数ＦSNとが第２比較部３２で比較される（Ｓ５）。雑音判定用周波数ＦSNはエンジンの立上り周波数の２倍程度とされる。例えばエンジンの立上り周波数が２．５Ｈｚの場合、ＦSN＝５Ｈｚとされる。
【００１０】
今回測定周波数ｆM（ｋ）が前回測定周波数ｆM（ｋ−１）よりＦSN以上高くない場合は平均部３３で今回測定周波数ｆM（ｋ）と少なくとも直前の測定周波数ｆM（ｋ−１）との平均周波数ＦAが計算される（Ｓ６）。平均部３３にはその測定周波数の平均に必要とする過去の測定周波数が蓄積されてある。
この平均周波数ＦAと、第３設定部３４に設定された第２所定周波数、つまり切離周波数ＦCとが第３比較部３５で比較される（Ｓ７）。平均周波数ＦAが切離周波数ＦC、この例では１２．５Ｈｚ以上であれば、切離制御部３６から切離制御信号が出力される（Ｓ８）。
【００１１】
ステップＳ５で、今回測定周波数ｆM（ｋ）と前回測定周波数ｆM（ｋ−１）との差が雑音判定用周波数ＦSNより高いと判定されると、今回測定周波数は雑音成分を測定したと判断してステップＳ３に戻る。
なおこの実施形態の場合は、万が一、切離周波数ｆCよりかなり高い測定周波数ｆMが得られた場合は、直ちに切離制御信号を出力するようにしている。つまり第４設定部３７に設定された異常基準周波数ＦANと今回測定周波数ｆMとが第４比較部３８で比較され（Ｓ９），ｆM≧ＦANであれば、切離制御部３６から直ちに切離制御信号が出力されて、異常に対しては無条件で保護がなされる。異常基準周波数ＦANは切離周波数ＦCの３倍程度、あるいは発電機１４の定格出力周波数の７０％程度に選定される、例えばＦC＝１２．５Ｈｚの場合、ＦAN＝３５Ｈｚとされる。なおＦCは発電機１４の定格出力周波数Ｆ0の１／４、例えば定格出力周波数が５０Ｈｚの場合１２．５Ｈｚとされる。この異常検出ステップＳ９は、図２の例ではステップＳ５の次に設けたが、それより前、例えばステップＳ１の直後に設けてもよい。
【００１２】
ステップＳ３で測定周波数ｆMが第１所定周波数ＦS１より大でなければステップＳ９に移る。図１において第１比較部２６での比較結果がｆM≧ＦS１であれば、第２比較部３２が有効に動作し、また第２比較部３２の比較結果がΔｆM＜ＦSNであれば平均部３３が有効に動作するようにされる。
図１中及び図２中に破線で示すように、ΔｆM＜ＦSNであれば直ちにステップＳ８に移り、切離制御部３６から切離制御信号を出力させてもよい。この場合は第１所定周波数ＦS１と切離周波数ＦCとを等しくしておいてもよい。このように前回測定周波数との差と雑音判定用周波数ＦSNとを比較することにより、各サイクルごとに周期長を測定し、かつ雑音成分に影響されずに測定周波数ｆMが切離周波数ＦC以上になったことを早急に検出することができる。
【００１３】
例えば発電機定格周波数Ｆ0が５０Ｈｚで切離周波数ＦCが１２．５Ｈｚの場合に急速モードで起動より１０秒間発電電力を出力するには、方形波信号２３は３個しか得られないが、測定周波数ｆMが１２．５Ｈｚになると直ちに検出することができる。特に平均部３３により前回測定周波数ｆM（ｋ−１）との平均をとることにより、一層誤りなく確実に検出することができる。このように測定周波数ｆMが切離周波数ＦCになると直ちに検出するには、低域通過フィルタ１６の時定数は１ミリ秒と著しく小さなものとすることが好ましく、そのようにしても、この発明によれば誤検出を少なくすることができる。
【００１４】
モード設定部２５に遅速モードが設定されている場合、つまりステップＳ２で設定モードは急速モードでないと判定されると、ステップＳ１０に移り、測定周波数ｆMが所定周波数ＦS２以上かが調べられる。所定周波数ＦS２は所定周波数ＦS１より高く、かつ切離周波数ＦCより高い値であり、発電機定格出力周波数Ｆ0の２５％程度、例えばＦ0が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの場合ＦS２は１５Ｈｚとされる。
ｆM≧ＦS２であると判定されると、ステップＳ１１で今回の測定周波数ｆM（ｋ）と前回の測定周波数ｆM（ｋ−１）との差ΔｆMが計算され、ΔｆMより、ｆM（ｋ）がｆM（ｋ−１）より雑音判定用周波数ＦSN以上か否かがステップＳ１２で調べられる。この場合の雑音判定用周波数ＦSNは急速モードにおけるそれよりわずか大とすることが好ましい、例えば急速モードではＦSNを５Ｈｚとした場合、遅速モードで６Ｈｚとされる。
【００１５】
ｆM（ｋ）−ｆM（ｋ−１）がＦSN以上でなければ、ステップＳ９、又はステップＳ６に移る。この場合の測定周波数の平均は今回測定周波数に加え直前の４回乃至８回の測定値を用いる。なお遅速モードでは、起動から例えば４０秒で発電電力を供給する場合、プライミングと云うエンジン空回し時間があり、５秒間、つまり方形波信号２３が６〜９個入力された後、エンジンが立ち上る。従って、誤動作を避けるには平均する測定周波数の数を多くしたほうがよい。この場合も測定周波数の平均を省略してもよく、その場合はステップＳ１２でｆM（ｋ）−ｆM（ｋ−１）≧ＦSNでないと判定されると、ステップＳ７に直ちに移り、ｆM（ｋ）≧ＦCかの判定を行ってもよい。
【００１６】
ステップＳ１０でｆM≧ＦS２でないと判定されると、次の測定周波数についてステップＳ１０の判定を行う。ステップＳ１２でｆM（ｋ）−ｆM（ｋ−１）≧ＦSNと判定されると、ｆM（ｋ）は雑音成分の測定とみなしてステップＳ１０に戻る。ステップＳ７で平均周波数ＦA又は測定周波数ｆMが切離周波数ＦC以上でないと判定されると、ステップＳ１３で設定モードが急速モードであるか否かが調べられ、急速モードであれば、ステップＳ３に戻り、急速モードでなければステップＳ１０に戻る。
なお図１において第１設定部２７、第２設定部３１の各設定値はモード設定部２５に設定されたモードに応じて、前述したように変更される。図２に示した処理手順において、急速モードと遅速モードの一方のみを行うようにしてもよく、その場合はそれに必要とするステップのみが用いられ、他は省略される。また図１中のモード設定部２５は省略される。
【００１７】
図１に示した検出器はコンピュータによりプログラムを実行させて機能させてもよい。この場合、この検出器のコンピュータに、図２に示した処理手順をコンピュータに実行させるための発電用エンジン起動時切離検出プログラムを、可撓性磁気ディスク、CD-ROMからインストールし、又は通信回線を介してダウンロードさせて、そのプログラムを実行するようにすればよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば周期測定により周波数を測定することにより、切離周波数以上になると速やかに検出することができ、しかも前回測定周波数との差と雑音判定用周波数とを比較することにより雑音に影響されず、確実に検出することができる。よって安価なセルモータを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の検出器の機能構成例を示す図。
【図２】この発明の方法の手順の例を示す流れ図。
【図３】自家発電設備の例を示す図。
【図４】起動時における発電機出力波形例を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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