(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにより駆動される交流発電機の出力を整流し、その整流出力をインバータを介して所定周波数の交流出力として外部へ出力するように構成したエンジン発電機において、該インバータの負荷電流を検出して、該負荷電流と対応した基準エンジン回転数を算出するとともに、該インバータを構成しているスイッチング素子の温度を検出し、更に、実エンジン回転数を検出し、該スイッチング素子温度に対応した制限最高回転数を算出し、基準エンジン回転数が制限最高回転数より大きい場合は、制限最高回転数を基準エンジン回転数とし、基準エンジン回転数が制限最高回転数以下の場合は、基準エンジン回転数をそのまま使用して、基準エンジン回転数と実エンジン回転数との偏差に基づいて、実エンジン回転数を基準エンジン回転数に収束させることを特徴とするインバータ式エンジン発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ式のエンジン発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジン発電機においては、ある決まった周波数の交流電力を出力するためには、発電機の極数とエンジン回転数が限定されていた。例えば、２極機で６０Ｈｚの交流を出力するためには、エンジン回転数は接続される負荷によらず毎分３６００回転に維持しなければならないため、運転効率が悪かった。また、発電機の出力を大きく取りたい場合は、極数が限定されるため、発電機装置が大型化・高重量化する傾向にあった。このような問題を解消するために、交流出力を整流回路により一旦直流に変換し、変換した直流電力をインバータにより目的とする周波数・電圧の交流電力に変換するインバータ式エンジン発電機に構成したものが用いられるようになってきている。このようなインバータ式エンジン発電機では、最終的な出力の電圧・周波数が発電機出力電圧の周波数に依存しなくなる。従って、インバータの出力段に接続される負荷の大きさによってエンジン回転数を変化させることができるため、常に効率のよい運転状況に制御することができる。また、発電機極数に依存しなくなるため、例えば、フライホイルに内蔵された多数の小型永久磁石で界磁を行い、多数の固定子巻線で電力を取り出すように構成した永久磁石回転界磁型多極同期発電機を用いることで、発電機装置を軽量コンパクトに構成できるようになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の如く、インバータを具備しないエンジン発電機においては、出力の周波数を一定に保持するために、負荷の大きさにかかわらずエンジン回転数を常に一定の定格回転数に保持する必要がある。従って、周囲の環境等により、定格回転数での運転がエンジン能力の限界域での運転となる場合であっても出力を落とすことができず、エンジンの潤滑油温度や冷却水温度の上昇によりフェイルセーフ機能が働き回転数が低下して、必要周波数を得ることができなくなる等の問題が発生したり、エンジンがダメージを受けて寿命が短くなったりすることがあった。逆に、定格回転数での運転ではエンジン能力に余裕がある状態となる場合でも出力を上げることができず、運転効率が悪化することとなる。
【０００４】
これに対し、インバータ式エンジン発電機においては、負荷等に応じてエンジン回転数を変化させても出力電圧・出力周波数を一定にすることができるため、エンジンが能力限界域で運転している場合には出力を落として運転することが可能であり、逆に、エンジンが余裕のある運転をしている場合には出力を増して運転させることが可能となる。また、同様に、インバータに大きな負荷がかかっている場合にも、出力を落とすことが可能である。そこで、本発明においては、発電機回転数 (エンジン回転数）の可変制御が可能であるというインバータ式エンジン発電機の特性を利用して、インバータの温度を検出し、検出温度に応じてエンジン回転数の上限値を可変させ、エンジン及びインバータの長寿命化を図るとともに、運転効率の向上を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次に該課題を解決する為の手段を説明する。
【０００６】
エンジンにより駆動される交流発電機の出力を整流し、その整流出力をインバータを介して所定周波数の交流出力として外部へ出力するように構成したエンジン発電機において、該インバータの負荷電流を検出して、該負荷電流と対応した基準エンジン回転数を算出するとともに、該インバータを構成しているスイッチング素子の温度を検出し、更に、実エンジン回転数を検出し、該スイッチング素子温度に対応した制限最高回転数を算出し、基準エンジン回転数が制限最高回転数より大きい場合は、制限最高回転数を基準エンジン回転数とし、基準エンジン回転数が制限最高回転数以下の場合は、基準エンジン回転数をそのまま使用して、基準エンジン回転数と実エンジン回転数との偏差に基づいて、実エンジン回転数を基準エンジン回転数に収束させるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１は本発明のエンジン回転数の上限値をインバータ温度に対応した値に設定するように構成したインバータ付きエンジン発電機の構成を示す回路図、図２は負荷電流とエンジン回転数との関係を示す図、図３は図１におけるエンジン発電機のエンジン回転数及び制限最高回転数の制御フローを示す図、図４はエンジン回転数の上限値をエンジンの潤滑油温度又は冷却水温度に対応した値に設定するように構成したインバータ付きエンジン発電機の構成を示す回路図、図５は図４におけるエンジン発電機のエンジン回転数及び制限最高回転数の制御フローを示す図である。
【０００９】
まず、本発明のインバータ式エンジン発電機の構成について説明する。図１に示すように、該インバータ式エンジン発電機は、エンジン１により駆動される発電装置２から出力される交流電力を、整流回路３により整流して直流に変換し、整流された直流出力をインバータ４により再度交流に変換し、交流出力としてフィルタ５を通じて外部へ出力するように構成している。整流回路３とインバータ４との間には、直流平滑用電解コンデンサ１１を介装している。また、インバータ式エンジン発電機には制御装置６が設けられており、該制御装置６にはインバータ４から出力される負荷電流が入力されるとともに、検出したインバータ４を構成しているスイッチング素子の温度が入力されている。
【００１０】
本インバータ式エンジン発電機においては、図２に示すように、負荷電流の大きさに応じてエンジン回転数を変化させ、負荷電流が増大するにつれてエンジン回転数が高くなるように制御している。また、平常時におけるエンジン回転数の最高回転数が平常時最高回転数Ｒmaxとして設定されており、エンジン１は、この平常時最高回転数Ｒmaxを超えない回転数での運転を行うことが可能である。そして、実際の運転時においては、検出したインバータのスイッチング素子温度に応じてエンジン回転数の上限値が制限最高回転数Ｒlimとして設定され、該制限最高回転数Ｒlimは平常時最高回転数Ｒmaxの範囲内で可変可能とされている。
【００１１】
この場合の制限最高回転数Ｒlim は、次式（１）により決定される。
Ｒlim ＝Ｒmax −ａＴi b     ・・・  （１）
ここで、Ｔiはインバータのスイッチング素子温度、ａ及びｂは定数である。即ち、制限最高回転数Ｒlimは、インバータ温度Ｔiが高いと減少し、インバータ温度Ｔiが低いと増加することとなり、負荷の大きさにより変化するエンジン回転数は、各スイッチング素子温度Ｔiにおいて制限最高回転数Ｒlim以下の範囲の回転数に制御される。
【００１２】
次に、エンジン回転数及び制限最高回転数Ｒlimの制御フローについて説明する。図３に示すように、まず、インバータ４からの負荷電流を制御装置６により検出（ステップＳ１０１、ステップＳ１０２）して、制御目標とする基準エンジン回転数を算出する（ステップＳ１０３）。また、インバータ４のスイッチング素子の温度を検出して（ステップＳ１０４）、検出したスイッチング素子温度に基づいて制限値としての制限最高回転数Ｒlimの値を算出する（ステップＳ１０５）。
【００１３】
そして、算出した基準エンジン回転数と制限最高回転数Ｒlimとを比較し（ステップＳ１０６）、該基準エンジン回転数が制限最高回転数Ｒlimよりも大きくなければ、基準エンジン回転数と、エンジン１から検出したエンジン回転数である実回転数とを比較演算して、両者の偏差を求める（ステップＳ１０７）。この偏差に基づいて、エンジン１の燃料供給装置７を操作するアクチュエータ８の駆動量を演算して、該アクチュエータ８へ入力する（ステップＳ１０８、ステップＳ１０９）。燃料供給装置７は、アクチュエータ８へ入力された駆動量に応じて該アクチュエータ８により操作されて、エンジン１への燃料供給量を調量し、エンジン回転数が基準エンジン回転数となるように制御される。
【００１４】
一方、算出した基準エンジン回転数と制限最高回転数Ｒlimとを比較して（ステップＳ１０６）、該基準エンジン回転数が制限最高回転数Ｒlimよりも大きければ、ステップＳ１１１にて基準エンジン回転数を制限最高回転数Ｒlimまで減少させた後に、前述のステップＳ１０７、ステップＳ１０８、及びステップＳ１０９の処理を行って、エンジン回転数を制御する。尚、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２で検出する負荷電流は、整流回路３から出力される電流を用いてもよい。
【００１５】
このように、検出したインバータのスイッチング素子温度に対応させて、エンジン回転数の上限値である制限最高回転数Ｒlimを決定し、該制限最高回転数Ｒlimを超えない範囲で、負荷電流に応じたエンジン回転数に制御するようにしている。これにより、エンジン発電機の運転が涼環境下等のインバータ温度が低い状態にある環境で行われ、インバータ４の駆動能力範囲が大きい場合、即ちエンジン発電機の能力に余力がある場合には、制限最高回転数Ｒlimが高く設定されるので、エンジン発電機の出力を大きくして運転効率を向上することができる。
【００１６】
逆に、エンジン発電機の運転が暑環境下等のインバータのスイッチング素子温度が高い状態にある環境で行われ、インバータ４の駆動能力範囲が小さい場合、即ちエンジン発電機の能力が低下する悪条件下にある場合には、制限最高回転数Ｒlimが低く設定されるので、エンジン発電機の出力を抑えて該エンジン発電機に負担をかけないようにすることができ、インバータ等、エンジン発電機の長寿命化を図ることが可能となる。
【００１７】
次に、エンジン１の潤滑油温度及び冷却水温度に応じて前記制限最高回転数Ｒlimの値を設定するように構成したインバータ式エンジン発電機について説明する。図４に示すエンジン発電機においては、制御装置６にインバータ４から出力される負荷電流が入力されるとともに、検出したエンジン１の潤滑油温度又は冷却水温度が入力されており、他の構成は前述のエンジン発電機と同様に構成されている。そして、本例のエンジン発電機では、前記平常時最高回転数Ｒmaxの範囲内において、潤滑油温度又は冷却水温度に応じて、エンジン回転数の上限値が制限最高回転数Ｒlimとして設定されるように構成している。
【００１８】
以下に、本エンジン発電機におけるエンジン回転数及び制限最高回転数Ｒlimの制御フローについて説明する。図５に示すように、まず、インバータ４からの負荷電流を制御装置６により検出（ステップＳ２０１、ステップＳ２０２）して、制御目標とする基準エンジン回転数を算出する（ステップＳ２０３）。また、エンジン１の潤滑油温度又は冷却水温度を検出して（ステップＳ２０４）、検出した潤滑油温度又は冷却水温度に基づいて制限値としての制限最高回転数Ｒlimの値を算出する（ステップＳ２２０５）。
【００１９】
そして、算出した基準エンジン回転数と制限最高回転数Ｒlimとを比較し（ステップＳ２０６）、該基準エンジン回転数が制限最高回転数Ｒlimよりも大きくなければ、基準エンジン回転数と、エンジン１から検出したエンジン回転数である実回転数とを比較演算して、両者の偏差を求める（ステップＳ２０７）。この偏差に基づいて、エンジン１の燃料供給装置７を操作するアクチュエータ８の駆動量を演算して、該アクチュエータ８へ入力する（ステップＳ２０８、ステップＳ２０９）。燃料供給装置７は、アクチュエータ８へ入力された駆動量に応じて該アクチュエータ８により操作されて、エンジン１への燃料供給量を調量し、エンジン回転数が基準エンジン回転数となるように制御される。
【００２０】
一方、算出した基準エンジン回転数と制限最高回転数Ｒlimとを比較して（ステップＳ２０６）、該基準エンジン回転数が制限最高回転数Ｒlimよりも大きければ、ステップＳ２１１にて基準エンジン回転数を制限最高回転数Ｒlimまで減少させた後に、前述のステップＳ２０７、ステップＳ２０８、及びステップＳ２０９の処理を行って、エンジン回転数を制御する。尚、ステップＳ２０１及びステップＳ２０２で検出する負荷電流は、整流回路３から出力される電流を用いてもよい。
【００２１】
このように、検出したエンジン１の潤滑油温度又は冷却水温度に対応させて、エンジン回転数の上限値である制限最高回転数Ｒlimを決定し、該制限最高回転数Ｒlimを超えない範囲で、負荷電流に応じたエンジン回転数に制御するようにしている。これにより、エンジン発電機の運転が涼環境下等の、エンジン１の駆動能力範囲が大きい状態にある環境で行われる場合、即ちエンジン発電機の能力に余力がある場合には、制限最高回転数Ｒlimが高く設定されるので、エンジン発電機の出力を大きくして運転効率を向上することができる。
【００２２】
逆に、エンジン発電機の運転が暑環境下等の、エンジン１の駆動能力範囲が小さい状態にある環境で行われる場合、即ちエンジン発電機の能力が低下する悪条件下にある場合には、制限最高回転数Ｒlimが低く設定されるので、エンジン発電機の出力を抑えて該エンジン発電機に負担をかけないようにすることができ、エンジン１等、エンジン発電機の長寿命化を図ることが可能となる。
【００２３】
また、本インバータ式エンジン発電機においては、前述の如く潤滑油温度及び冷却水温度に応じて制限最高回転数Ｒlimの値を設定するのと同様に、潤滑油圧力に応じて制限最高回転数Ｒlimの値を設定するように構成することもできる。この場合の、エンジン発電機の構成、及びエンジン回転数及び制限最高回転数Ｒlimの制御フローは前述の場合と同様である。
【００２４】
このように、潤滑油圧力に応じて制限最高回転数Ｒlimの値を設定することにより、例えば、潤滑油が劣化したり潤滑油温度が上昇して潤滑油圧力が下がった場合に、エンジン１にダメージを与えることを防止して、エンジン発電機の長寿命化を図ることが可能となる。また、潤滑油が劣化していない場合や潤滑油温度が低い状態にある場合には、エンジン回転数の上限値を高く設定して、エンジン発電機の出力を大きくすることができ、運転効率の向上を図ることができる。
【００２５】
以上の如く、エンジンの潤滑油温度又はエンジンの冷却水温度を検出し、エンジン回転数の上限値を、検出した潤滑油温度又は冷却水温度に対応した値に設定するように構成したので、エンジン発電機の運転が涼環境下等の、エンジンの駆動能力範囲が大きい状態にある環境で行われる場合、即ちエンジン発電機の能力に余力がある場合には、エンジン回転数の上限値が高く設定されて、エンジン発電機の出力を大きくすることができ、運転効率の向上を図ることができる。また、逆に、エンジン発電機の運転が暑環境下等の、エンジンの駆動能力範囲が小さい状態にある環境で行われる場合、即ちエンジン発電機の能力が低下する悪条件下にある場合には、エンジン回転数の上限値が高く設定され、エンジン発電機の出力を抑えて該エンジン発電機に負担をかけないようにすることができ、エンジン等、エンジン発電機の長寿命化を図ることが可能となる。
【００２６】
更に、エンジンの潤滑油圧力を検出し、エンジン回転数の上限値を、検出した潤滑油圧力に対応した値に設定するように構成したので、例えば、潤滑油が劣化したり潤滑油温度が上昇して潤滑油圧力が下がった場合に、エンジンにダメージを与えることを防止して、エンジン発電機の長寿命化を図ることが可能となる。また、潤滑油が劣化していない場合や潤滑油温度が低い状態にある場合には、エンジン回転数の上限値を高く設定して、エンジン発電機の出力を大きくすることができ、運転効率の向上を図ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を奏するのである。
エンジンにより駆動される交流発電機の出力を整流し、その整流出力をインバータを介して所定周波数の交流出力として外部へ出力するように構成したエンジン発電機において、該インバータの負荷電流を検出して、該負荷電流と対応した基準エンジン回転数を算出するとともに、該インバータを構成しているスイッチング素子の温度を検出し、更に、実エンジン回転数を検出し、該スイッチング素子温度に対応した制限最高回転数を算出し、基準エンジン回転数が制限最高回転数より大きい場合は、制限最高回転数を基準エンジン回転数とし、基準エンジン回転数が制限最高回転数以下の場合は、基準エンジン回転数をそのまま使用して、基準エンジン回転数と実エンジン回転数との偏差に基づいて、実エンジン回転数を基準エンジン回転数に収束させるので、エンジン発電機の運転が涼環境下等のインバータ温度が低い状態にある環境で行われ、インバータの駆動能力範囲が大きい場合、即ちエンジン発電機の能力に余力がある場合には、エンジン回転数の上限値が高く設定されて、エンジン発電機の出力を大きくすることができ、運転効率の向上を図ることができる。
また、逆に、エンジン発電機の運転が暑環境下等のインバータ温度が高い状態にある環境で行われ、インバータの駆動能力範囲が小さい場合、即ちエンジン発電機の能力が低下する悪条件下にある場合には、エンジン回転数の上限値が低く設定され、エンジン発電機の出力を抑えて該エンジン発電機に負担をかけないようにすることができ、インバータ等、エンジン発電機の長寿命化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のエンジン回転数の上限値をインバータ温度に対応した値に設定するように構成したインバータ付きエンジン発電機の構成を示す回路図である。
【図２】  負荷電流とエンジン回転数との関係を示す図である。
【図３】  図１におけるエンジン発電機のエンジン回転数及び制限最高回転数の制御フローを示す図である。
【図４】  エンジン回転数の上限値をエンジンの潤滑油温度又は冷却水温度に対応した値に設定するように構成したインバータ付きエンジン発電機の構成を示す回路図である。
【図５】  図４におけるエンジン発電機のエンジン回転数及び制限最高回転数の制御フローを示す図である。
【符号の説明】
１  エンジン
２  発電装置
３  整流回路
４  インバータ
６  制御装置
７  燃料供給装置
８  アクチュエータ
Ｒmax  平常時最高回転数
Ｒlim  制限最高回転数
【図１】
0004098926.tif 000002
【図２】
0004098926.tif 000003
【図３】
0004098926.tif 000004
【図４】
0004098926.tif 000005
【図５】
0004098926.tif 000006