(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の出力端子を有し、内燃機関により駆動される磁石式交流発電機の前記一対の出力端子間に接続されて該発電機の交流出力により駆動されるヒータの温度を設定範囲に保つように制御するヒータ温度制御装置において、
前記磁石式交流発電機の一対の出力端子間に接続されて、駆動信号が与えられたときにオン状態になって前記磁石式交流発電機の一方の極性の半波の出力を短絡する１つの発電機出力短絡用半導体スイッチと、
前記ヒータが発生する温度を検出する温度検出器と、
前記温度検出器により検出された温度を設定温度と比較して検出された温度が設定温度を超えているときに前記発電機出力短絡用半導体スイッチに駆動信号を与えるスイッチ駆動回路と、
を備えたヒータ温度制御装置。
【請求項２】
一対の出力端子を有し、内燃機関により駆動される磁石式交流発電機の前記一対の出力端子間に接続されて該発電機の交流出力により駆動されるヒータの温度を設定範囲に保つように制御するヒータ温度制御装置において、
前記磁石式交流発電機の前記一対の出力端子間に接続された１つのサイリスタと、
前記ヒータが発生する温度を検出する温度検出器と、
前記温度検出器により検出された温度を設定温度と比較して検出された温度が設定温度を超えているときに前記サイリスタにトリガ信号を与えるサイリスタトリガ回路と、
を備えたヒータ温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関により駆動される磁石式交流発電機の出力端子間に接続されて該発電機の交流出力により駆動されるヒータの温度を設定範囲に保つように制御するヒータ温度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
農業機械等の作業機械において、内燃機関により駆動される磁石式交流発電機の出力によりヒータを駆動する場合がある。例えば、野菜を栽培する農場において、ビニールシートにより覆われた畦の上面に苗を植え付ける際には、ビニールシートの苗植え付け部にヒータを内蔵したコアを当てることにより、ビニールシートに孔をあけ、その孔を通して苗を植え付けるようにしている。このような作業を行う農業機械（野菜移植機）においては、該農業機械を駆動する内燃機関に取付けた磁石式交流発電機からヒータに通電し、該ヒータの温度を適温に保つように温度制御を行っている。
【０００３】
図５は、農業機械等において、内燃機関に取り付けた磁石式交流発電機により駆動されるヒータに対して適用されていた従来の温度制御装置を示したものである。同図において１は内燃機関２のクランク軸により駆動される磁石式交流発電機、３はリレー４の常閉接点４ｂを通して発電機１の出力端子間に接続されたヒータである。ヒータ３の近傍には熱電対５が設けられ、熱電対５の出力は増幅回路６により増幅されて温度検出信号ＶT として比較器７に入力されている。比較器７にはまた温度設定部８´から得られる参照信号Ｖf が入力され、温度検出信号ＶT が参照信号Ｖf を超えたときに比較器７から駆動回路９´に駆動信号Ｖo が与えられるようになっている。駆動回路９´の出力端子間にはリレー４の励磁コイル４ａが接続され、比較器７から駆動回路９´にＨレベル（高レベル）の駆動信号Ｖo が与えられたときに、駆動回路９´が励磁コイル４ｙに励磁電流を与えて、リレーの接点４ｂを開くようになっている。
【０００４】
比較器７の出力はまたヒステリシス回路１０に入力されている。ヒステリシス回路１０は、比較器７が駆動信号Ｖo を出力したときに、温度の許容変動範囲（ヒステリシス幅）Ｔhys に相当するヒステリシス信号Ｖhys を温度設定部８´に与える。温度設定部８´は駆動信号Ｖo が発生しているときにヒータの温度の許容範囲の上限値に相当する温度設定信号ＶT0とヒステリシス信号Ｖhys との差に相当する信号を参照信号Ｖf （＝ＶT0−Ｖhys ）として比較器７に与え、駆動信号Ｖo が発生していないときには、温度設定信号ＶT0に等しい信号を参照信号Ｖf （＝ＶT0）として比較器７に与える。
【０００５】
図５に示した温度制御装置において、内燃機関２が駆動されると、磁石式交流発電機１が交流出力を発生し、発電機１からリレーの接点４ｂを通してヒータ３に通電される。これにより、図６に示すように、ヒータ３の温度が上昇していく。
【０００６】
ヒータの温度が許容範囲の上限値Ｔ0 を超えると、温度検出信号ＶT が参照信号Ｖf （＝ＶT0）を超えるため、比較器７が駆動信号Ｖo を出力する。この駆動信号は駆動回路９に与えられるため、該駆動回路がリレー４の励磁コイル４ａに励磁電流を流し、リレーの接点４ｂを開く。これによりヒータへの通電が停止するため、ヒータの温度が低下していく。また駆動信号Ｖo が発生すると、ヒステリシス回路１０がヒステリシス信号Ｖhys を出力するため、参照信号Ｖf がＶT0−Ｖhys に低下する。ヒータの温度が参照信号Ｖf （＝ＶT0−Ｖhys ）に相当する温度Ｔ0 −Ｔhys まで低下すると、比較器７が駆動信号Ｖo の出力を停止するため、駆動回路９´がリレー４の励磁電流を遮断し、リレー４の接点４ｂを閉じる。これによりヒータへの通電が再開されるため、ヒータの温度は再び上昇する。以下同様の動作が繰り返されるため、ヒータの温度は、図６に示すように、時間ｔの経過に伴って、許容範囲の上限値ＴO と下限値Ｔ0 −Ｔhys との間を変化し、ヒータの温度の平均値Ｔavがほぼ一定に保たれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のヒータ温度制御装置では、リレーの接点がチャタリングを起さないようにするため、温度制御にヒステリシス特性を持たせる必要があった。そのため、比較的広いヒステリシス幅Ｔhys だけヒータの温度が変動するのを許容せざるを得ず、ヒータ温度の制御の精度が悪くなるのを避けられなかった。
【０００８】
本発明の目的は、ヒータの温度制御特性にヒステリシスを持たせる必要がないようにして、温度制御の精度を向上させ、ヒータの温度の変動を狭い範囲に抑えることができるようにしたヒータ温度制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一対の出力端子を有し、内燃機関により駆動される磁石式交流発電機の出力端子間に接続されて該発電機の交流出力により駆動されるヒータの温度を設定範囲に保つように制御するヒータ温度制御装置に係わるもので、本発明に係わるヒータ温度制御装置は、磁石式交流発電機の一対の出力端子間に接続されて、駆動信号が与えられたときにオン状態になって前記磁石式交流発電機の一方の極性の半波の出力を短絡する１つの発電機出力短絡用半導体スイッチと、ヒータが発生する温度を検出する温度検出器と、温度検出器により検出された温度を設定温度と比較して検出された温度が設定温度を超えているときに発電機出力短絡用半導体スイッチに駆動信号を与えるスイッチ駆動回路とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記のように構成すると、ヒータの温度が設定温度を超えたときに磁石式交流発電機の一方の極性の半波の出力が短絡されるため、ヒータに供給される電力が減少し、ヒータの温度が低下する。ヒータの温度が設定温度以下になると、磁石発電機の一方の極性の半波の出力の短絡が解除されるため、ヒータに供給される電力が増加し、ヒータの温度が上昇する。これらの動作の繰り返しにより、ヒータの温度がほぼ設定範囲に保たれる。
【００１１】
上記のように、半導体スイッチにより磁石式交流発電機の出力の半波を短絡することによって、ヒータへの通電を制限する方法をとると、リレーによりヒータの通電電流をオンオフ制御する場合のように、接点のチャタリングが問題になることがないため、設定温度を与える信号の大きさを一定として、ヒータへの通電をヒステリシスを持たせることなく制御することができる。そのため、ヒータの温度の変動範囲を狭い範囲に抑えることができ、ヒータの温度を設定温度付近に保つ制御を高精度で行わせることができる。
【００１２】
上記発電機出力短絡用半導体スイッチとしては、サイリスタを用いるのが好ましいが、トランジスタ等の他のスイッチ素子を用いることもできる。上記発電機出力短絡用半導体スイッチとしてトランジスタを用いる場合には、発電機の出力の一方の極性の半波の出力電圧に対して順方向を呈するダイオードを該トランジスタのコレクタエミッタ間内部回路に対して直列に接続するのが好ましい。
【００１３】
なお磁石式交流発電機からヒータに通電する通電回路に対して直列に半導体スイッチ素子を挿入して、ヒータの温度が設定温度を超えたときに該半導体スイッチ素子を遮断状態にすることによりヒータへの通電を制御することも考えられるが、このように構成した場合には、半導体スイッチを開いた際に発電機の発電コイルに高い電圧が誘起して、その電圧が半導体スイッチに印加されるため、半導体スイッチとして高耐圧のものが必要になり、好ましくない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図１ないし図４を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施形態の全体的な構成を示したブロック図で、同図において
１は内燃機関２により駆動される磁石式交流発電機、３は発電機１の出力端子間にリード線を介して接続されて発電機１の出力により直接駆動されるヒータである。また５はヒータ３の近傍に配置されてヒータの温度に比例した電気信号を出力する熱電対、６は熱電対５の出力を増幅する増幅回路であり、熱電対５と増幅回路６とにより温度検出器が構成されている。７は増幅回路６から出力される温度検出信号ＶT と温度設定部８から出力される温度設定信号ＶT0とを入力として、温度検出信号ＶT が温度設定信号ＶT0を超えたときにＨレベルの駆動信号Ｖo を出力する比較器である。
【００１６】
本発明においては、磁石式交流発電機１の出力端子間に発電機出力短絡用スイッチとしてのサイリスタ１１が並列接続され、比較器７が駆動信号Ｖo を出力したときに駆動回路９からサイリスタ１１のゲートにトリガ信号Ｖt が与えれるようになっている。
【００１７】
図１に示した温度制御装置の各部の具体的な構成の一例を図２に示した。図２において発電機１、ヒータ３、熱電対５、増幅回路６及びサイリスタ１１は図１に示したものと同様である。図２においては熱電対５がヒータ３から離れた箇所に図示されているが、熱電対５は、実際にはヒータ３の発熱を感知し得るように該ヒータの近傍に配置される。
【００１８】
図２に示した例では、バッテリＢａｔの出力がダイオードＤ1 を通して入力された３端子レギュレータ（電圧調整器）Ｒｅｇが設けられ、該レギュレータＲｅｇの非接地側出力端子と接地端子間に電源コンデンサＣ1 が接続されている。バッテリＢａｔとダイオードＤ1 と電圧調整器ＲｅｇとコンデンサＣ1 とにより定電圧直流電源回路が構成され、コンデンサＣ1 の両端に得られるこの電源回路の出力電圧Ｅc が制御装置を構成する各部に電源電圧として与えられている。
【００１９】
図２に示した制御装置では、比較器７がオペアンプからなる電圧比較器からなっていて、その非反転入力端子に増幅回路６から得られる温度検出信号ＶT が入力されている。また電源電圧Ｅc が両端に印加された可変抵抗器ＶＲと、電源電圧Ｅc が両端に印加された抵抗器Ｒ1 及びＲ2 の直列回路と、抵抗器Ｒ1 及びＲ2 の接続点と可変抵抗器ＶＲの摺動子との間に接続された抵抗器Ｒ3 とにより温度設定部８が構成され、抵抗器Ｒ2 の両端に得られる一定の電圧が温度設定信号ＶT0として比較器７の反転入力端子に入力されている。温度設定信号ＶT0の大きさは可変抵抗器ＶＲの抵抗値を変化させることにより適宜に調整することができる。
【００２０】
比較器７の出力端子は、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ1 のベースに接続されるとともに、抵抗器Ｒ4 を通してレギュレータＲｅｇの非接地側出力端子に接続され、トランジスタＴＲ1 のコレクタは抵抗器Ｒ5 を通してＰＮＰトランジスタＴＲ2 のベースに接続されている。トランジスタＴＲ2 のエミッタは、カソードをサイリスタ１１のアノード側に向けたダイオードＤ2 を通して、サイリスタ１１のアノードと磁石式交流発電機１の一方の出力端子との接続点に接続され、トランジスタＴＲ2 のベースエミッタ間には抵抗器Ｒ6 が接続されている。トランジスタＴＲ2 のコレクタは、抵抗器Ｒ7 を通してサイリスタ１１のゲートに接続され、サイリスタ１１のゲートカソード間には抵抗器Ｒ8 が接続されている。図２に示した例では、トランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 と、抵抗器Ｒ4 ないしＲ8 とダイオードＤ2 とにより駆動回路９が構成されている。また比較器７と温度設定部８と駆動回路９とにより、温度検出器により検出された温度を設定温度と比較して検出された温度が設定温度を超えているときに発電機出力短絡用半導体スイッチ（サイリスタ１１）に駆動信号を与えるスイッチ駆動回路が構成されている。
【００２１】
図２に示した制御装置において、内燃機関が回転し、磁石式交流発電機１が交流電圧を発生すると、ヒータ３に通電されるため、ヒータ３の温度が上昇していく。ヒータ３の温度が設定温度以下のときには、比較器７の出力が低レベルで、駆動信号Ｖo が発生しないため、トランジスタＴＲ1 はオフ状態にある。このときトランジスタＴＲ2 もオフ状態にあるため、サイリスタ１１にはトリガ信号が供給されない。従って、サイリスタ１１はオフ状態を保持し、図３のＡの期間のように、交流発電機１の正負の半波の出力電圧がヒータ３に印加される。ヒータ３の温度が設定温度を超えると、比較器１１の出力端子の電位がＨレベルになり、駆動信号Ｖo が発生するため、トランジスタＴＲ1 がオン状態になり、トランジスタＴＲ2 もオン状態になる。このとき発電機１側からダイオードＤ2 とトランジスタＴＲ2 のエミッタコレクタ間内部回路と抵抗器Ｒ7 とを通してサイリスタ１１にトリガ信号が与えられるため、発電機１が正の半波の出力電圧を発生してサイリスタ１１のアノードカソード間に順方向電圧が印加されたときに該サイリスタ１１がオン状態になる。従って、ヒータの温度が設定温度を超えている図３の期間Ｂにおいては、発電機１の正の半波の出力電圧がサイリスタ１１により短絡され、発電機１の負の半波の出力電圧のみがヒータ３に印加される。そのため、ヒータ３に供給される電力が制限され、ヒータ３の温度が低下していく。
【００２２】
なお図３においてＶ1 ，Ｖ2 は、サイリスタ１１がオン状態になる際に発電機１の発電コイルに誘起する電圧である。
【００２３】
ヒータ３の温度が設定温度以下になると、比較器７の出力が低レベルになり、駆動信号Ｖo が消滅するため、トランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 がオフ状態になり、サイリスタ１１へのトリガ信号の供給が停止する。そのためサイリスタ１１がオフ状態になり、発電機１の正負の両半波の出力電圧がヒータ３に印加される。これらの動作の繰り返しにより、ヒータ３の温度がほぼ設定範囲に保たれる。
【００２４】
図４は、図２に示した温度制御装置による場合のヒータ３の温度Ｔｈの時間ｔに対する変化を示した線図で、実測値に基づいて作成したものである。本発明の制御装置では、温度設定信号ＶT0の大きさを一定として、ヒータへの通電をヒステリシス特性を持たせることなく制御することができるため、ヒータ温度Ｔｈの設定温度Ｔo に対する変動幅を狭い範囲に抑えることができ、ヒータの温度を設定温度付近に保持する制御を高精度で行わせることができる。
【００２５】
上記の例では、ヒータの温度を検出するためのセンサとして熱電対を用いているが、ヒータの温度を検出するためのセンサとして、感温抵抗素子などの他の温度センサを用いることができるのはもちろんである。
【００２６】
また上記の例では、ヒータの温度をヒータの近傍で測定しているが、本発明においてはヒータが発生する温度を検出するように温度検出器を設ければよく、場合によっては（例えばヒータにより被加熱物を連続的に加熱する場合には）ヒータにより加熱される被加熱物側でヒータが発生する温度を検出するようにしてもよい。
【００２７】
上記の例では、サイリスタ１１により発電機１の正の半波の出力電圧を短絡するとしたが、発電機１の負の半波の出力電圧を短絡するようにサイリスタ１１を設けるようにしてもよい。
【００２８】
また課題を解決するための手段の項で説明したように、サイリスタに代えて、トランジスタ等の他の半導体スイッチ素子を発電機出力短絡用半導体スイッチして用いるようにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ヒータの電源として用いる磁石式交流発電機の出力端子間に半導体スイッチを接続して、ヒータが発生する温度が設定温度を超えたときに該半導体スイッチにより発電機の半波の出力を短絡するようにしたので、ヒータへの通電をヒステリシス特性を持たせることなく制御して、ヒータの温度を設定温度付近に保つ制御を高精度で行わせることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わるヒータ温度制御装置の一実施形態の構成を概略的に示したブロック図である。
【図２】  図１の各部の具体的な構成例を示した回路図である。
【図３】  図２に示した制御装置においてヒータに印加される電圧の波形を示した波形図である。
【図４】  本発明のヒータ温度制御装置を用いた場合に得られるヒータの温度制御特性を示した線図である。
【図５】  従来のヒータ温度制御装置の構成を示したブロック図である。
【図６】  従来のヒータ温度制御装置による場合の温度制御特性を示した線図である。
【符号の説明】
１…磁石式交流発電機、２…内燃機関、３…ヒータ、５…熱電対、６…増幅回
路、７…比較器、８…温度設定部、９…駆動回路、１１…サイリスタ。
【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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