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技術 携帯用発電機及び携帯用発電機の出力調整方法

出願人 株式会社ケーヒン
発明者 鈴木宏司篠原毅高橋淳
出願日 1999年6月7日 (21年6ヶ月経過) 出願番号 1999-158846
公開日 2000年12月15日 (20年0ヶ月経過) 公開番号 2000-350497
状態 特許登録済
技術分野 インバータ装置 発電機の制御
主要キーワード 同期運転制御 最大稼動 保護抵抗器 単独運転制御 矩形波発生回路 定電圧検出 数値決定 出力停止制御
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課題

負荷の変動に合せてエンジン回転数を調整して発電を行う携帯用発電機は、負荷が急激に増大したとき、発電機の出力増加追従できない場合があり、エンジンが停止するという弊害が生じることもあった。

解決手段

交流発電機(50)を作動させて発生させた交流電圧直流電圧発生回路(110)により一旦直流化した後、インバータ回路(130)により単相交流電圧を形成し、この単相交流電圧を出力端子(151,152)から出力する携帯用発電機(100)において、直流電圧発生回路(110)の稼動率を所定とするようにエンジンのスロットル開度を制御し、直流電圧発生回路(110)の稼動率が略最大稼働率且つスロットル全開近くなったとき、又は、スロットル開度が全開近くであってエンジン回転数が所定の規定値よりも低いとき、インバータ回路(130)の出力電圧を降下させる。

概要

背景

今日、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンを用い、所要の場所に移動させることが可能であり、且つ、数キロワット程度の出力を行うことのできる小型の発電機が多用されるようになってきた。この移動させることを可能とした携帯用発電機としては、平均出力電圧を100ボルト程度とし、エンジン回転数一定回転数とすることにより50ヘルツ又は60ヘルツとする単相交流電圧を出力する発電機があった。

しかし、最近では、エンジンにより回転させる交流発電機出力電圧を一旦直流電圧に変換し、更にインバータを用いて50ヘルツ又は60ヘルツの一定周波数とする出力電圧を形成するものがある(例えば、特開昭63−114527号、特開昭63−302724号)。尚、エンジンを用いて数キロワット乃至十キロワット程度の出力を可能とされる小型の携帯用発電機は、使用場所持ち込み、常に移動可能な状態で発電作動を行わせる場合のみでなく、特定の場所での使用期間が継続する場合などは、固定的に据え付けて作動させることもある。

このインバータを採用した携帯用発電機では、図8に示すように、エンジンにより回転させる交流発電機50、及び、整流用ダイオード115とサイリスタ111を用いた直流電圧発生回路110、所要個数コンデンサ並列とした大容量コンデンサ121による直流電源部120、更にパワートランジスタを用いたインバータ回路130とローパスフィルタ140を有する。更に、この直流電圧発生回路110やインバータ回路130などの電力回路駆動制御するための制御用回路として、PWM信号発生回路250や電圧制限回路240、過負荷検出回路260、インバータドライブ回路255などを有する。又、この携帯用発電機100は、これらの制御用回路を駆動する電源部としての平滑回路210及び定電圧回路235なども有する。

このエンジンにより回転子を回転させる交流発電機50は、三相出力巻線51と単相出力巻線55とを有する発電機が多く利用される。三相出力巻線51は、最大出力を数百ボルトとして数十アンペア程度の出力を可能とし、単相出力巻線55は、数十ボルトにして数十アンペア程度の出力を可能とするものが多い。この三相出力巻線51の出力端子が接続される直流電圧発生回路110は、3個の整流用ダイオード115と3個のサイリスタ111とを用いた整流ブリッジ回路により構成され、この整流ブリッジ回路の両出力端子を直流電源部120とする主平滑コンデンサ121の両端に接続してコンデンサ121に充電を行うものである。

尚、直流電圧発生回路110における各サイリスタ111のゲート端子は、電圧制限回路240に接続し、各サイリスタ111の導通角を制御することにより直流電源部120とした主平滑コンデンサ121の両端電圧を調整している。そして、インバータ回路130は、4個のパワートランジスタを用いたブリッジ回路により構成している。このインバータ回路130では、第1トランジスタ131と第3トランジスタ133とを直列として直流電源部120に接続し、第2トランジスタ132と第4トランジスタ134とを直列として直流電源部120に接続している。又、第1トランジスタ131と第3トランジスタ133との中点はローパスフィルタ140を介して第1出力端子151に接続し、第2トランジスタ132と第4トランジスタ134との中点はローパスフィルタ140を介して第2出力端子152に接続している。更に、第1トランジスタ131のベースと第4トランジスタ134のベースとを共通としてインバータドライブ回路255に接続し、第2トランジスタ132のベースと第3トランジスタ133のベースとを共通としてインバータドライブ回路255に接続している。

このインバータドライブ回路255から第1トランジスタ131及び第4トランジスタ134に出力する第1PWM信号、及び、第2トランジスタ132及び第3トランジスタ133に出力する第2PWM信号は、数キロヘルツ以上の高周波数としたパルス信号であり、各パルス信号のパルス幅を50ヘルツ又は60ヘルツの周期で順次変化させ、パルス幅の変化量は正弦波状に順次増加又は減少させる信号としている。

そして、第1PWM信号と第2PWM信号とを逆位相としている。このため、第1PWM信号により第1トランジスタ131と第4トランジスタ134とを導通させて第1トランジスタ131と第3トランジスタ133との中点を直流電源部120の電圧VDとするとき、第2トランジスタ132と第4トランジスタ134との中点は0ボルトとされ、又、第2PWM信号により第2トランジスタ132と第3トランジスタ133とを導通させるとき、第1トランジスタ131と第3トランジスタ133との中点を0ボルトとし、第2トランジスタ132と第4トランジスタ134との中点を直流電源部120の電圧VDとされる。

この第1トランジスタ131と第3トランジスタ133との中点電位は、図9のAに示すように、0ボルトと直流電源120の電圧VDとが高速切り換わり、且つ、直流電源電圧VDの持続時間が順次変化する。又、第2トランジスタ132と第4トランジスタ134との中点電位も、図9のBに示すように、直流電源120の電圧VDと0ボルトとが高速で切り換わり、直流電源電圧VDの持続時間が順次変化する。

このため、ローパスフィルタ140を通過した第1出力電圧と第2出力電圧は、図9に示すように、50ヘルツ又は60ヘルツの正弦波電圧とされ、且つ、第1出力端子151の電圧と第2出力端子152の電圧とは、最大値及び最小値半周期ずらせた50ヘルツ又は60ヘルツの交流出力電圧として形成される。又、交流発電機50の単相出力巻線55は、図8に示したように、制御用電源回路における平滑回路210に接続している。

この平滑回路210は、整流用ダイオード211及び平滑用コンデンサ215で構成し、単相出力巻線55の出力端子と平滑用コンデンサ215との間に整流用ダイオード211を挿入し、単相出力巻線55の出力電圧により平滑用コンデンサ215に充電して直流電圧を形成するものとしている。尚、整流用ダイオード211は、図8に示したように1個に限るものでなく、4個の整流用ダイオードを用いて全波整流ブリッジとして平滑用コンデンサを充電することもある。

そして、平滑回路210の出力端子を定電圧回路235に接続し、この定電圧回路235により制御回路を駆動する所定の電圧を形成している。又、この定電圧回路235は、−側の端子を直流電源部120の+側と接続し、定電圧回路235の+側端子を電圧制限回路240やPWM信号発生回路250、インバータドライブ回路240に接続している。

この電圧制限回路240は、抵抗器比較器を用いて構成し、第1基準電圧用抵抗器245と第2基準電圧用抵抗器246とを直列として定電圧回路235の+側端子と直流電源部120の+側端子との間に挿入し、第1基準電圧用抵抗器245と第2基準電圧用抵抗器246との中点を比較器243の基準入力端子に接続している。又、第1分圧抵抗器248と第2分圧抵抗器249とを直列として定電圧回路235の+側端子と直流電源部120の−側端子との間に挿入し、第1分圧抵抗器248と第2分圧抵抗器249との中点を比較器243の比較入力端子に接続している。

更に、比較器243の出力端子は、制御用抵抗器241を介して定電圧回路235の+側端子に接続すると共に、直流電圧発生回路110における各サイリスタ111のゲート端子にも接続している。尚、各サイリスタ111のゲート端子に比較器243の出力端子を接続するに際しては、保護抵抗器117を介して接続している。従って、この電圧制限回路240では、制御用電源回路の定電圧回路235で形成された一定電圧を第1基準電圧用抵抗器245と第2基準電圧用抵抗器246とにより分圧することによって一定の基準電圧を形成し、この常に一定電圧とされた基準電圧を比較器243の基準入力端子に入力することができる。

又、直流電源部120の出力電圧と定電圧回路235で形成する一定電圧とを加算した電圧を第1分圧抵抗器248と第2分圧抵抗器249とにより分圧して検出電圧を形成し、この検出電圧を比較器243の比較入力端子に入力することができる。このため、比較入力端子に入力される検出電圧は直流電源部120の電圧変動により変動し、この検出電圧が第1基準電圧用抵抗器245と第2基準電圧用抵抗器246とにより形成した基準電圧よりも低いときは、比較器243の出力は+電位とされる。

従って、サイリスタ111のゲート電位をサイリスタ111のカソード電位よりも高くすることができ、制御用抵抗器241を介してゲート電流を各サイリスタ111に供給し、各サイリスタ111を導通状態とすることになる。このため、三相出力巻線51の出力電圧が直流電源部120の電圧よりも高電圧になると直流電源部120に電力を供給し、直流電源部120の電圧を上昇させる。

又、直流電源部120の電圧が上昇して比較器243に入力される検出電圧が基準電圧に等しくなると、比較器243の出力は0となり、各サイリスタ111のゲート電位がカソード電位と等しくなり、各サイリスタ111は不導通状態となる。このように、電圧制限回路240により、直流電源部120で形成される電圧が一定電圧よりも低くなると交流発電機50から充電を行い、一定電圧に達すると充電を停止させるため、直流電源部120の出力電圧としては、170ボルト乃至200ボルト程度として電圧制限回路240により設定する一定の電圧VDを常に保持することができる。

そして、インバータ回路130により第1出力端子151及び第2出力端子152の電位を50ヘルツ又は60ヘルツの一定周期にて変化させ、第1出力端子151の電圧と第2出力端子152の電圧との電位差の最大を141ボルトして平均電圧を100ボルトとする単相交流電圧を出力させる。このインバータ回路130を制御するPWM制御信号を形成するPWM信号発生回路250は、50ヘルツ又は60ヘルツなどの基準正弦波と高周波数の三角波とによりPWM制御信号を形成してインバータドライブ回路255に出力するものである。

そして、PWM信号発生回路250の基準正弦波は、出力端子から出力する電圧の周波数である50ヘルツ又は60ヘルツなどの所定の周波数に合わせて形成するものであり、この基準正弦波の電圧と三角波の電圧の比率を調整し、インバータ回路130に入力する直流電源部120の出力電圧VD及びインバータ回路130やローパスフィルタ140の特性によりPWM制御信号とするパルス信号の周波数、及び、パルス幅とパルス幅の変化量とを決定している。

更に、この携帯用発電機100では、直流電源部120とインバータ回路130との間に検出用抵抗器261を挿入した過負荷検出回路260を設けている。この過負荷検出回路260は、検出用抵抗器261と演算回路部265とにより構成し、定格電流値を越える電流値を検出したとき、定格を越えた大きさにより時間を加味して停止信号をインバータドライブ回路255に出力するものである。

この演算回路部265は、比較器やコンデンサ、及び、抵抗器を用いた種々の回路が用いられ、電力回路を構成する素子の特性を加味し、多くの場合、定格電流の2倍の電流が流れたときは直ちに停止信号を出力してインバータドライブ回路255から出力している第1PWM信号及び第2PWM信号の出力を停止させる。又、定格電流を僅かに越える電流を検出したときは、数秒乃至数分間の時間が持続したときに停止信号をインバータドライブ回路255に出力するものとしている。

このように、直流電圧発生回路110により三相交流を一旦整流し、直流電源部120で形成した直流電圧をインバータ回路130により再度交流電圧とする携帯用発電機100は、交流発電機50の回転数、即ちエンジンの回転数を変化させて常に負荷に応じた電力を形成しつつ、一定に安定させた周波数及び電圧の交流出力電圧を形成することができる。

従って、負荷の変動に合わせてエンジンの回転数を調整し、高負荷の場合には回転数を高くし、低負荷の場合は回転数を低めとし、負荷に合わせて必要なエネルギーをエンジンから発生させれば足りるため、負荷に応じた出力調整が容易であり、且つ、効率の良い携帯用発電機100とすることができる。そして、定格出力を越える過負荷状態となったときは、過負荷の状態に合わせて瞬時に、又は所定時間の経過によりインバータ回路130の作動を停止させ、出力電圧を0として回路全体などの安全を保ちつつ定格出力とされる数キロワット程度の範囲内で負荷とされた各種電気機器を作動させることができる。

このように、インバータ回路130を用いたエンジン付きの携帯用発電機100は、商用電源と同じ100ボルトの単相交流電力を出力できるため、近年、種々の一般電気機器の電源として利用されるようになってきた。そして、このような携帯用発電機100として、単相交流電力の出力電圧値調整や電圧位相調整を行って並列運転が可能とされるものもある。

この出力電圧値や電圧位相の調整を行うことができる携帯用発電機100では、携帯用発電機100の第1出力端子151及び第2出力端子152から出力する交流出力電圧や交流出力電流を検出し、例えば並列運転を行う他の発電機の出力電圧及び位相と当該携帯用発電機100が出力する単相交流電力の電圧値及び位相とを一致させるようにした出力電圧を常に出力するようにPWM信号発生回路250を制御するものである(例えば、特開平5−49174号、特開平5−236658号、特開平5−244726号)。

又、電圧値の調整は、並列運転を行う場合のみでなく、単独運転を行う場合においても、出力端子に接続する負荷の種類や負荷の大きさによる電圧変動を防止するために行われることもある(例えば、特開平5−211777号)。これらの携帯用発電機100では、多くの場合、図10に示すように、ローパスフィルタ140の後段で第1出力端子151と第2出力端子152との間に出力電圧検出回路340を挿入し、又、ローパスフィルタ140の後段に出力電流検出回路330を挿入し、第1出力端子151及び第2出力端子152から出力する単相交流出力の電圧及び電流を検出してPWM信号発生回路250を制御している。

尚、この携帯用発電機100も、図8に示した携帯用発電機100と同様に、交流発電機50の単相出力巻線55を平滑回路210及び定電圧回路235で構成する制御電源部201に接続し、単相出力巻線55の出力電圧を平滑回路210で平滑化し、定電圧回路235により所定電圧制御用電圧Vccを形成している。尤も、制御回路を構成する素子に合わせ、制御電圧としては+Vcc電圧と、−Vcc電圧とを制御電源部201により形成することがある。

又、三相出力巻線51の出力端子は、サイリスタと整流ダイオードとを用いた整流ブリッジ回路である直流電圧発生回路110に接続し、三相出力巻線51の出力電圧を整流して直流電源部120である大容量コンデンサを充電することにより直流電圧を形成し、この直流電圧をインバータ回路130に入力して単相交流電圧を形成することも前述の従来技術と同様である。

そして、PWM信号発生回路250は、基準正弦波を形成する正弦波発生回路270と、三角波発生回路281、及び、PWM制御信号を形成するPWM制御信号発生回路285とで構成され、正弦波発生回路270では正確な50ヘルツ又は60ヘルツの基準正弦波を形成し、三角波発生回路281では数キロヘルツ乃至十数キロヘルツ程度の高周波数の三角波を形成し、PWM制御信号発生回路285では基準正弦波と三角波とを合成してパルス幅が順次変化するパルス列とされたPWM制御信号を形成するものである。

更に、この正弦波発生回路270は、数メガヘルツ乃至十数メガヘルツの高周波信号を出力する発振回路271と、発振回路271が出力する高周波信号を分周して10キロヘルツ程度のクロック信号を形成する分周回路273、多段分圧抵抗器により多数の異なる電位を形成し、且つ、クロック信号により作動するマルチプレクサで異なる電位を順次選択して50ヘルツ又は60ヘルツの階段状正弦波を形成して出力する疑似正弦波形成回路275、及び、疑似正弦波形成回路275が出力する階段状正弦波のピーク電圧を調整する電圧調整回路277と階段状正弦波から滑らかな正弦波を形成するローパスフィルタ279とで形成されている。

又、出力電圧検出回路340から出力される電圧検出信号は、矩形波形成回路291に入力して交流出力電圧のゼロクロスポイント立ち上がりエッジ及び立ち下りエッジとする矩形波信号を形成し、この矩形波信号とされたゼロクロス信号を始動タイミング回路293及び位相比較回路297に入力するものとしている。この始動タイミング回路293は、正弦波発生回路270における疑似正弦波形成回路275のリセット解除することにより、疑似正弦波形成回路275から疑似正弦波の出力を行わせるものである。

そして、疑似正弦波形成回路275をリセット状態として正弦波発生回路270から基準正弦波を出力していない状態、即ちインバータ回路130が作動していないときに出力電圧検出回路340が第1出力端子151及び第2出力端子152間の電圧変化を検出すれば、始動タイミング回路293は矩形波形成回路291からのゼロクロス信号に合わせて疑似正弦波形成回路275のリセットを解除し、正弦波発生回路270が出力する基準正弦波の位相と第1出力端子151及び第2出力端子152との間に発生している電圧の位相とを一致させるものである。

尚、疑似正弦波形成回路275の作動開始に際し、所定時間内に始動タイミング回路293にゼロクロス信号が入力されないときも、疑似正弦波形成回路275のリセットを解除して正弦波発生回路270から基準正弦波の出力を開始させる。そして、出力電流検出回路330からの電流検出信号は、矩形波形成回路295、過負荷検出回路269、及び、限界値検出回路299に入力し、矩形波形成回路295では出力電流の位相に合わせたゼロクロス信号を、過負荷検出回路269では定格電流を越えたときに停止信号を、限界値検出回路299では定格電流以下の電流値で所定の下限値及び上限値の範囲を越える電流値のときに電圧調整信号を形成するものとしている。

この矩形波形成回路295は、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号に基づき、交流出力電流のゼロクロスポイントを立ち上がりエッジ及び立ち下りエッジとする矩形波信号を形成し、この矩形波信号をゼロクロス信号として位相比較回路297に入力するものである。この位相比較回路297は、電流検出信号に基づくゼロクロス信号と電圧検出信号に基づくゼロクロス信号とにより出力電流の位相と出力電圧の位相とを比較し、電流位相が電圧位相よりも遅相状態の場合は加算信号位相調整信号として分周回路273に出力し、又、電流位相が電圧位相よりも進相状態の場合は減算信号を位相調整信号として分周回路273に出力する。

そして、正弦波発生回路270における分周回路273では、高周波信号を分周して数キロヘルツ乃至十数キロヘルツのクロック信号を形成するに際し、位相比較回路297から加算信号が入力されるとクロック信号の数百パルス毎に1パルスを追加する。又、位相比較回路297から減算信号が入力されるとクロック信号の数百パルス毎に1パルスを間引くようにしてクロック信号を形成する。

このように、電流位相が電圧位相よりも遅れているときはクロック信号のパルスを増加させて疑似正弦波ひいては基準正弦波の位相を僅かに進め、電流位相が電圧位相よりも進んでいるときはクロック信号のパルスを間引くことにより基準正弦波の位相を僅かに遅らし、PWM制御信号の位相を調整して当該携帯用発電機100が出力する単相交流電圧の位相を調整する。

又、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号が入力される過負荷検出回路269は、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号に基づき、定格電流を大きく越えるときは直ちに停止信号を出力し、定格電流を小さく越えるときは時間積分を行って所用時間後に停止信号を出力するものである。そして、この停止信号は電圧制御回路240及びインバータドライブ回路255に入力し、電圧制御回路240が出力するゲート電流を遮断して直流電圧発生回路110の作動を停止させ、且つ、インバータドライブ回路255が出力している第1PWM信号及び第2PWM信号の出力を停止させてインバータ回路130の作動も停止させるものである。

更に、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号が入力される限界値検出回路299は、電流上限値電流下限値とが設定されている回路であり、電流検出信号の電流値が電流下限値以下になると第1出力端子151及び第2出力端子152間の電圧である出力電圧を僅かに増加させるように基準正弦波のピーク値振幅)を減少又は増加させる電圧調整信号を電圧調整回路277に出力する。又、電流検出信号の電流値が電流電流上限値以上になると第1出力端子151及び第2出力端子152間の電圧である出力電圧を僅かに減少させるように基準正弦波のピーク値を増加又は減少させる電圧調整信号を電圧調整回路277に出力するものである。

このように、定格電流の範囲内で電流上限値と電流下限値とを設定し、出力電圧の微調整を可能としているため、発電機を並列運転している状態において、負荷の分担が少ない場合には出力電圧を僅かに上昇させて出力電流を増大させ、又、負荷への供給電流が定格電流の限界に近い場合は出力電圧を僅かに降下させて各携帯用発電機100に負荷の分担を効果的に行っている。

又、並列運転を行わない場合、即ち、携帯用発電機100を単独運転によって単機で使用する場合、負荷の容量や種類によって出力電圧が変動するため、出力電圧検出回路340で検出するピーク電圧に基づき、電圧調整回路277の増幅率又は三角波発生回路281から出力させる三角波の電圧などを調整し、出力電圧である単相交流電圧の電圧値を安定させるようにしているものがある。

概要

負荷の変動に合せてエンジンの回転数を調整して発電を行う携帯用発電機は、負荷が急激に増大したとき、発電機の出力増加追従できない場合があり、エンジンが停止するという弊害が生じることもあった。

交流発電機(50)を作動させて発生させた交流電圧を直流電圧発生回路(110)により一旦直流化した後、インバータ回路(130)により単相交流電圧を形成し、この単相交流電圧を出力端子(151,152)から出力する携帯用発電機(100)において、直流電圧発生回路(110)の稼動率を所定とするようにエンジンのスロットル開度を制御し、直流電圧発生回路(110)の稼動率が略最大稼働率且つスロットル全開近くなったとき、又は、スロットル開度が全開近くであってエンジン回転数が所定の規定値よりも低いとき、インバータ回路(130)の出力電圧を降下させる。

目的

そして、並列運転に際しては、この携帯用発電機の性能に微妙な差異が生じていることがあり、他の発電機からの電力が特定の携帯用発電機に流入し、並列運転を行っている各発電機の出力を効率的に負荷に供給することができない欠点が有った。本発明は、このような弊害や欠点を排除し、より効率的に携帯用発電機を運転制御する方法及びこの制御を採用した携帯用発電機を提供するものである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

エンジンにより交流発電機を作動させて交流電圧を発生させ、この交流電圧を直流電圧発生回路により一旦直流化して所定電圧直流電圧を形成した後、インバータ回路により所定の周波数であって且つ一定の電圧とする単相交流電圧を形成し、この単相交流電圧を出力端子から出力する携帯用発電機において、直流電圧発生回路の稼動率を検出し、この稼動率を所定とするようにエンジンのスロットル開度を制御し、直流電圧発生回路の稼動率が略最大稼働率であって且つスロットル開度が全開近くとなったとき、又は、スロットル開度が全開近くでエンジン回転数が所定の規定値よりも低いとき、インバータ回路の出力電圧を降下させる制御を行うことを特徴とする携帯用発電機の出力調整方法

請求項2

エンジンにより交流発電機を作動させて交流電圧を発生させ、この交流電圧を直流電圧発生回路により一旦直流化して所定電圧の直流電圧を形成した後、インバータ回路により所定の周波数であって且つ一定の電圧とする単相交流電圧を形成し、この単相交流電圧を出力端子から出力する携帯用発電機において、インバータ回路を制御するPWM制御信号基準テーブルであるPWM基準テーブルを設け、PWM基準テーブルの各PWM基準値出力電圧値とを比較した差の値に基づく補正値を算出し、PWM基準値にこの補正値を加算又は減算して修正基準値を算出し、次回はこの修正基準値に基づくPWM制御信号を形成して出力電圧を安定させ、直流電圧発生回路の稼動率が略最大稼働率であって且スロットル開度が全開近くとなったとき、又は、スロットル開度が全開近くでエンジン回転数が所定の規定値よりも低いとき、補正値を大きく又は小さくすることによりインバータ回路の出力電圧を降下させることを特徴とする携帯用発電機の出力調整方法。

請求項3

補正値は、出力電流値と所定の値を選択した変数値との積を係数とし、選択する変数値の値を大きくすることによって補正値の値を変化させることを特徴とする請求項2に記載した携帯用発電機の出力調整方法。

請求項4

交流電圧を発生させる交流発電機を有し、この交流発電機を回転させることにより交流電圧を形成し、この交流電圧を一旦直流化する直流電圧発生回路とこの直流電圧発生回路が出力する直流電圧を保持する直流電源部とを有し、更に、直流電源部の出力電圧を所定の周波数であって一定の電圧とする単相交流電圧に変換するインバータ回路を有し、インバータ回路の出力から高調波を除去した交流出力電圧を出力端子から出力する携帯用発電機であって、直流電圧発生回路の稼動率を検出する導通率検出部やインバータ回路を制御するPWM信号生成部及び単独運転制御部や同期運転制御部とスロットル開度制御部とを備えた中央制御手段を有し、又、出力端子間の電圧を検出して出力電圧信号を出力し且つ出力電圧における0ボルトのタイミングに合わせたゼロクロス信号も出力する出力電圧検出手段を有し、単独運転制御部は、出力端子から単相交流電圧の出力を開始する前の所定短時間内に出力電圧検出手段からのゼロクロス信号が入力されないときに単相交流電圧の出力を開始させる単独運転制御部であり、同期運転制御部は、出力端子から単相交流電圧の出力を開始する前の所定短時間内にゼロクロス信号が入力されたときはゼロクロス信号のタイミングに合わせて単相交流電圧の出力を開始させるものであって、且つ、単独運転制御部及び同期運転制御部は、直流電圧発生回路の稼動率が略最大稼働率であって且つスロットル開度が全開近くとなったとき、PWM信号生成部にPWM制御信号のパルス幅を変更させることによってインバータ回路の出力電圧を降下させる制御を行うことを特徴とする携帯用発電機。

請求項5

交流電圧を発生させる交流発電機を有し、この交流発電機を回転させることにより交流電圧を形成し、この交流電圧を一旦直流化する直流電圧発生回路とこの直流電圧発生回路が出力する直流電圧を保持する直流電源部とを有し、更に、直流電源部の出力電圧を所定の周波数であって一定の電圧とする単相交流電圧に変換するインバータ回路を有し、インバータ回路の出力から高調波を除去した交流出力電圧を出力端子から出力する携帯用発電機であって、直流電圧発生回路の稼動率を検出する導通率検出部やインバータ回路を制御するPWM信号生成部及び単独運転制御部や同期運転制御部、更にエンジン回転速度検出部やスロットル開度制御部を備えた中央制御手段を有し、又、出力端子間の電圧を検出して出力電圧信号を出力し且つ出力電圧における0ボルトのタイミングに合わせたゼロクロス信号も出力する出力電圧検出手段を有し、単独運転制御部は出力端子から単相交流電圧の出力を開始する前の所定短時間内に出力電圧検出手段からゼロクロス信号が入力されないときに単相交流電圧の出力を開始させる単独運転制御部であり、同期運転制御部は、出力端子から単相交流電圧の出力を開始する前の所定短時間内にゼロクロス信号が入力されたときはゼロクロス信号のタイミングに合わせて単相交流電圧の出力を開始させるものであって、且つ、単独運転制御部及び同期運転制御部は、スロットル開度制御部による開度制御スロットル全開に近く且つエンジン回転速度が所定の規定値よりも低いとき、PWM信号生成部にPWM制御信号のパルス幅を変更させることによってインバータ回路の出力電圧を降下させる制御を行うことを特徴とする携帯用発電機。

請求項6

交流電圧を発生させる交流発電機を有してこの交流発電機を回転させることにより交流電圧を形成し、この交流電圧を一旦直流化する直流電圧発生回路とこの直流電圧発生回路が出力する直流電圧を保持する直流電源部とを有し、更に、直流電源部の出力電圧を所定の周波数であって一定の電圧とする単相交流電圧に変換するインバータ回路を有し、インバータ回路の出力から高調波を除去した交流出力電圧を出力端子から出力する携帯用発電機であって、直流電圧発生回路の稼動率を検出する導通率検出部とインバータ回路を制御するPWM信号生成部及び単独運転制御部や同期運転制御部、更に、エンジン回転速度検出部及びスロットル開度制御部や検出した出力電圧及び出力電流の値に基づいて演算を行う出力電圧波形監視部とを備えた中央制御手段を有し、PWM信号生成部は、PWM基準テーブルに記憶されたPWM基準値に順次対応したパルス幅のPWM制御信号を形成し、出力電圧波形監視部は、各PWM基準値に対応した出力電圧を示す電圧テーブル値と検出した出力電圧の値との差を求め、この差の値から検出した出力電流値に係数を掛けた値を減算又は加算した補正値を算出して各PWM基準値に対応した補正値を記憶し、且つ、次回のPWM基準値に基づいたPWM制御信号をPWM信号生成部が形成するに際し、PWM基準値から補正値を減算又は加算した修正基準値に基づいてPWM制御信号をPWM信号生成部に形成させ、又、単独運転制御部や同期運転制御部は、直流電圧発生回路の稼動率を所定とするようにスロットル開度制御部によってスロットルの開度制御を行い、直流電圧発生回路の稼動率が略最大稼働率であって且つスロットル開度が全開近くとなったとき、又は、スロットル開度制御部による開度制御がスロットル全開に近く且つエンジン回転速度が所定の規定値よりも低いとき、出力電圧波形監視部で補正値を算出させる係数の値を大きな値に変更させ、又はPWM基準値や修正基準値に掛ける係数の値を小さくして単相交流電圧の電圧値を降下させることを特徴とする携帯用発電機。

請求項7

エンジンにより交流発電機を作動させて交流電圧を発生させ、この交流電圧を直流電圧発生回路により直流化して所定電圧の直流電圧を形成した後、インバータ回路により所定の周波数であって且つ一定の電圧とする単相交流電圧を形成し、この単相交流電圧を出力端子から出力する携帯用発電機において、直流電圧発生回路の稼動率が特定の値よりも低く、且つ、直流化した直流電圧の値が所定の電圧値よりも高いとき、インバータ回路の出力電圧を上昇させることを特徴とする携帯用発電機の出力調整方法。

請求項8

エンジンにより交流発電機を作動させて交流電圧を発生させ、この交流電圧を直流電圧発生回路により直流化して所定電圧の直流電圧を形成した後、インバータ回路により所定の周波数であって且つ一定の電圧とする単相交流電圧を形成し、この単相交流電圧を出力端子から出力する携帯用発電機において、インバータ回路を制御するPWM制御信号の基準テーブルであるPWM基準テーブルを設け、PWM基準テーブルの各PWM基準値と出力電圧値とを比較した差の値に基づく補正値を算出し、PWM基準値にこの補正値を加算又は減算して修正基準値を算出し、次回はこの修正基準値に基づくPWM制御信号を形成し、直流電圧発生回路の稼動率が特定の値よりも低く且つ直流化した直流電圧の値が所定の電圧値よりも高いとき、PWM基準値又は修正基準値を小さく又は大きくすることによりインバータ回路の出力電圧を上昇させることを特徴とする携帯用発電機の出力調整方法。

請求項9

交流電圧を発生させる交流発電機を有し、この交流発電機を回転させることにより交流電圧を形成し、この交流電圧を一旦直流化する直流電圧発生回路とこの直流電圧発生回路が出力する直流電圧を保持する直流電源部とを有し、更に、直流電源部の出力電圧を所定の周波数であって一定の電圧とする単相交流電圧に変換するインバータ回路を有し、インバータ回路の出力から高調波を除去した交流出力電圧を出力端子から出力する携帯用発電機であって、直流電圧発生回路の稼動率を検出する導通率検出部やインバータ回路を制御するPWM信号生成部及び単独運転制御部や同期運転制御部を備えた中央制御手段を有し、又、直流電源部の出力電圧を検出して直流電圧信号を出力する直流電圧検出回路と、出力端子間の電圧を検出して出力電圧信号を出力し且つ出力電圧における0ボルトのタイミングに合わせたゼロクロス信号も出力する出力電圧検出手段とを有し、単独運転制御部は、出力端子から単相交流電圧の出力を開始する前の所定短時間内にゼロクロス信号が入力されないときに単相交流電圧の出力を開始させる単独運転制御部であり、同期運転制御部は、出力端子から単相交流電圧の出力を開始する前の所定短時間内にゼロクロス信号が入力されたときはゼロクロス信号のタイミングに合わせて単相交流電圧の出力を開始させ、更に、導通率検出部で検出した直流電圧発生回路の稼動率が特定の値よりも低く且つ直流電源部の出力電圧が所定の電圧値よりも高いとき、PWM信号生成部にPWM制御信号のパルス幅を変更させることによってインバータ回路の出力電圧を上昇させる制御も行うことを特徴とする携帯用発電機。

請求項10

交流電圧を発生させる交流発電機を有してこの交流発電機を回転させることにより交流電圧を形成し、この交流電圧を一旦直流化する直流電圧発生回路とこの直流電圧発生回路が出力する直流電圧を保持する直流電源部とを有し、更に、直流電源部の出力電圧を所定の周波数であって一定の電圧とする単相交流電圧に変換するインバータ回路を有し、インバータ回路の出力から高調波を除去した交流出力電圧を出力端子から出力する携帯用発電機であって、直流電圧発生回路の稼動率を検出する導通率検出部とインバータ回路を制御するPWM信号生成部及び単独運転制御部や同期運転制御部、更に、検出した出力電圧及び出力電流の値に基づいて演算を行う出力電圧波形監視部とを備えた中央制御手段を有し、PWM信号生成部は、PWM基準テーブルに記憶されたPWM基準値に順次対応したパルス幅のPWM制御信号を形成し、出力電圧波形監視部は、各PWM基準値に対応した出力電圧を示す電圧テーブル値と検出した出力電圧の値との差を求め、この差の値に係数を掛けた値を減算した補正値を算出して各PWM基準値に対応した補正値を記憶し、且つ、次回のPWM基準値に基づいたPWM制御信号をPWM信号生成部が形成するに際し、PWM基準値から補正値を減算又は加算した修正基準値に基づいてPWM信号生成部にPWM制御信号を形成させ、同期運転制御部は、導通率検出部で検出した直流電圧発生回路の稼動率が特定の値よりも低く、且つ、直流電源部の出力電圧が所定の電圧値よりも高いとき、出力電圧波形監視部で算出する修正基準値又はPWM基準値に掛ける係数の値を変更させて単相交流電圧の電圧値を上昇させる同期運転制御部としたことを特徴とする携帯用発電機。

技術分野

0001

本発明は、エンジンにより発電機を回転させることにより100ボルトなどの交流電圧を出力させる携帯用発電機に関する。

背景技術

0002

今日、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンを用い、所要の場所に移動させることが可能であり、且つ、数キロワット程度の出力を行うことのできる小型の発電機が多用されるようになってきた。この移動させることを可能とした携帯用発電機としては、平均出力電圧を100ボルト程度とし、エンジンの回転数一定回転数とすることにより50ヘルツ又は60ヘルツとする単相交流電圧を出力する発電機があった。

0003

しかし、最近では、エンジンにより回転させる交流発電機出力電圧を一旦直流電圧に変換し、更にインバータを用いて50ヘルツ又は60ヘルツの一定周波数とする出力電圧を形成するものがある(例えば、特開昭63−114527号、特開昭63−302724号)。尚、エンジンを用いて数キロワット乃至十キロワット程度の出力を可能とされる小型の携帯用発電機は、使用場所持ち込み、常に移動可能な状態で発電作動を行わせる場合のみでなく、特定の場所での使用期間が継続する場合などは、固定的に据え付けて作動させることもある。

0004

このインバータを採用した携帯用発電機では、図8に示すように、エンジンにより回転させる交流発電機50、及び、整流用ダイオード115とサイリスタ111を用いた直流電圧発生回路110、所要個数コンデンサ並列とした大容量コンデンサ121による直流電源部120、更にパワートランジスタを用いたインバータ回路130とローパスフィルタ140を有する。更に、この直流電圧発生回路110やインバータ回路130などの電力回路駆動制御するための制御用回路として、PWM信号発生回路250や電圧制限回路240、過負荷検出回路260、インバータドライブ回路255などを有する。又、この携帯用発電機100は、これらの制御用回路を駆動する電源部としての平滑回路210及び定電圧回路235なども有する。

0005

このエンジンにより回転子を回転させる交流発電機50は、三相出力巻線51と単相出力巻線55とを有する発電機が多く利用される。三相出力巻線51は、最大出力を数百ボルトとして数十アンペア程度の出力を可能とし、単相出力巻線55は、数十ボルトにして数十アンペア程度の出力を可能とするものが多い。この三相出力巻線51の出力端子が接続される直流電圧発生回路110は、3個の整流用ダイオード115と3個のサイリスタ111とを用いた整流ブリッジ回路により構成され、この整流ブリッジ回路の両出力端子を直流電源部120とする主平滑コンデンサ121の両端に接続してコンデンサ121に充電を行うものである。

0006

尚、直流電圧発生回路110における各サイリスタ111のゲート端子は、電圧制限回路240に接続し、各サイリスタ111の導通角を制御することにより直流電源部120とした主平滑コンデンサ121の両端電圧を調整している。そして、インバータ回路130は、4個のパワートランジスタを用いたブリッジ回路により構成している。このインバータ回路130では、第1トランジスタ131と第3トランジスタ133とを直列として直流電源部120に接続し、第2トランジスタ132と第4トランジスタ134とを直列として直流電源部120に接続している。又、第1トランジスタ131と第3トランジスタ133との中点はローパスフィルタ140を介して第1出力端子151に接続し、第2トランジスタ132と第4トランジスタ134との中点はローパスフィルタ140を介して第2出力端子152に接続している。更に、第1トランジスタ131のベースと第4トランジスタ134のベースとを共通としてインバータドライブ回路255に接続し、第2トランジスタ132のベースと第3トランジスタ133のベースとを共通としてインバータドライブ回路255に接続している。

0007

このインバータドライブ回路255から第1トランジスタ131及び第4トランジスタ134に出力する第1PWM信号、及び、第2トランジスタ132及び第3トランジスタ133に出力する第2PWM信号は、数キロヘルツ以上の高周波数としたパルス信号であり、各パルス信号のパルス幅を50ヘルツ又は60ヘルツの周期で順次変化させ、パルス幅の変化量は正弦波状に順次増加又は減少させる信号としている。

0008

そして、第1PWM信号と第2PWM信号とを逆位相としている。このため、第1PWM信号により第1トランジスタ131と第4トランジスタ134とを導通させて第1トランジスタ131と第3トランジスタ133との中点を直流電源部120の電圧VDとするとき、第2トランジスタ132と第4トランジスタ134との中点は0ボルトとされ、又、第2PWM信号により第2トランジスタ132と第3トランジスタ133とを導通させるとき、第1トランジスタ131と第3トランジスタ133との中点を0ボルトとし、第2トランジスタ132と第4トランジスタ134との中点を直流電源部120の電圧VDとされる。

0009

この第1トランジスタ131と第3トランジスタ133との中点電位は、図9のAに示すように、0ボルトと直流電源120の電圧VDとが高速切り換わり、且つ、直流電源電圧VDの持続時間が順次変化する。又、第2トランジスタ132と第4トランジスタ134との中点電位も、図9のBに示すように、直流電源120の電圧VDと0ボルトとが高速で切り換わり、直流電源電圧VDの持続時間が順次変化する。

0010

このため、ローパスフィルタ140を通過した第1出力電圧と第2出力電圧は、図9に示すように、50ヘルツ又は60ヘルツの正弦波電圧とされ、且つ、第1出力端子151の電圧と第2出力端子152の電圧とは、最大値及び最小値半周期ずらせた50ヘルツ又は60ヘルツの交流出力電圧として形成される。又、交流発電機50の単相出力巻線55は、図8に示したように、制御用電源回路における平滑回路210に接続している。

0011

この平滑回路210は、整流用ダイオード211及び平滑用コンデンサ215で構成し、単相出力巻線55の出力端子と平滑用コンデンサ215との間に整流用ダイオード211を挿入し、単相出力巻線55の出力電圧により平滑用コンデンサ215に充電して直流電圧を形成するものとしている。尚、整流用ダイオード211は、図8に示したように1個に限るものでなく、4個の整流用ダイオードを用いて全波整流ブリッジとして平滑用コンデンサを充電することもある。

0012

そして、平滑回路210の出力端子を定電圧回路235に接続し、この定電圧回路235により制御回路を駆動する所定の電圧を形成している。又、この定電圧回路235は、−側の端子を直流電源部120の+側と接続し、定電圧回路235の+側端子を電圧制限回路240やPWM信号発生回路250、インバータドライブ回路240に接続している。

0013

この電圧制限回路240は、抵抗器比較器を用いて構成し、第1基準電圧用抵抗器245と第2基準電圧用抵抗器246とを直列として定電圧回路235の+側端子と直流電源部120の+側端子との間に挿入し、第1基準電圧用抵抗器245と第2基準電圧用抵抗器246との中点を比較器243の基準入力端子に接続している。又、第1分圧抵抗器248と第2分圧抵抗器249とを直列として定電圧回路235の+側端子と直流電源部120の−側端子との間に挿入し、第1分圧抵抗器248と第2分圧抵抗器249との中点を比較器243の比較入力端子に接続している。

0014

更に、比較器243の出力端子は、制御用抵抗器241を介して定電圧回路235の+側端子に接続すると共に、直流電圧発生回路110における各サイリスタ111のゲート端子にも接続している。尚、各サイリスタ111のゲート端子に比較器243の出力端子を接続するに際しては、保護抵抗器117を介して接続している。従って、この電圧制限回路240では、制御用電源回路の定電圧回路235で形成された一定電圧を第1基準電圧用抵抗器245と第2基準電圧用抵抗器246とにより分圧することによって一定の基準電圧を形成し、この常に一定電圧とされた基準電圧を比較器243の基準入力端子に入力することができる。

0015

又、直流電源部120の出力電圧と定電圧回路235で形成する一定電圧とを加算した電圧を第1分圧抵抗器248と第2分圧抵抗器249とにより分圧して検出電圧を形成し、この検出電圧を比較器243の比較入力端子に入力することができる。このため、比較入力端子に入力される検出電圧は直流電源部120の電圧変動により変動し、この検出電圧が第1基準電圧用抵抗器245と第2基準電圧用抵抗器246とにより形成した基準電圧よりも低いときは、比較器243の出力は+電位とされる。

0016

従って、サイリスタ111のゲート電位をサイリスタ111のカソード電位よりも高くすることができ、制御用抵抗器241を介してゲート電流を各サイリスタ111に供給し、各サイリスタ111を導通状態とすることになる。このため、三相出力巻線51の出力電圧が直流電源部120の電圧よりも高電圧になると直流電源部120に電力を供給し、直流電源部120の電圧を上昇させる。

0017

又、直流電源部120の電圧が上昇して比較器243に入力される検出電圧が基準電圧に等しくなると、比較器243の出力は0となり、各サイリスタ111のゲート電位がカソード電位と等しくなり、各サイリスタ111は不導通状態となる。このように、電圧制限回路240により、直流電源部120で形成される電圧が一定電圧よりも低くなると交流発電機50から充電を行い、一定電圧に達すると充電を停止させるため、直流電源部120の出力電圧としては、170ボルト乃至200ボルト程度として電圧制限回路240により設定する一定の電圧VDを常に保持することができる。

0018

そして、インバータ回路130により第1出力端子151及び第2出力端子152の電位を50ヘルツ又は60ヘルツの一定周期にて変化させ、第1出力端子151の電圧と第2出力端子152の電圧との電位差の最大を141ボルトして平均電圧を100ボルトとする単相交流電圧を出力させる。このインバータ回路130を制御するPWM制御信号を形成するPWM信号発生回路250は、50ヘルツ又は60ヘルツなどの基準正弦波と高周波数の三角波とによりPWM制御信号を形成してインバータドライブ回路255に出力するものである。

0019

そして、PWM信号発生回路250の基準正弦波は、出力端子から出力する電圧の周波数である50ヘルツ又は60ヘルツなどの所定の周波数に合わせて形成するものであり、この基準正弦波の電圧と三角波の電圧の比率を調整し、インバータ回路130に入力する直流電源部120の出力電圧VD及びインバータ回路130やローパスフィルタ140の特性によりPWM制御信号とするパルス信号の周波数、及び、パルス幅とパルス幅の変化量とを決定している。

0020

更に、この携帯用発電機100では、直流電源部120とインバータ回路130との間に検出用抵抗器261を挿入した過負荷検出回路260を設けている。この過負荷検出回路260は、検出用抵抗器261と演算回路部265とにより構成し、定格電流値を越える電流値を検出したとき、定格を越えた大きさにより時間を加味して停止信号をインバータドライブ回路255に出力するものである。

0021

この演算回路部265は、比較器やコンデンサ、及び、抵抗器を用いた種々の回路が用いられ、電力回路を構成する素子の特性を加味し、多くの場合、定格電流の2倍の電流が流れたときは直ちに停止信号を出力してインバータドライブ回路255から出力している第1PWM信号及び第2PWM信号の出力を停止させる。又、定格電流を僅かに越える電流を検出したときは、数秒乃至数分間の時間が持続したときに停止信号をインバータドライブ回路255に出力するものとしている。

0022

このように、直流電圧発生回路110により三相交流を一旦整流し、直流電源部120で形成した直流電圧をインバータ回路130により再度交流電圧とする携帯用発電機100は、交流発電機50の回転数、即ちエンジンの回転数を変化させて常に負荷に応じた電力を形成しつつ、一定に安定させた周波数及び電圧の交流出力電圧を形成することができる。

0023

従って、負荷の変動に合わせてエンジンの回転数を調整し、高負荷の場合には回転数を高くし、低負荷の場合は回転数を低めとし、負荷に合わせて必要なエネルギーをエンジンから発生させれば足りるため、負荷に応じた出力調整が容易であり、且つ、効率の良い携帯用発電機100とすることができる。そして、定格出力を越える過負荷状態となったときは、過負荷の状態に合わせて瞬時に、又は所定時間の経過によりインバータ回路130の作動を停止させ、出力電圧を0として回路全体などの安全を保ちつつ定格出力とされる数キロワット程度の範囲内で負荷とされた各種電気機器を作動させることができる。

0024

このように、インバータ回路130を用いたエンジン付きの携帯用発電機100は、商用電源と同じ100ボルトの単相交流電力を出力できるため、近年、種々の一般電気機器の電源として利用されるようになってきた。そして、このような携帯用発電機100として、単相交流電力の出力電圧値調整や電圧位相調整を行って並列運転が可能とされるものもある。

0025

この出力電圧値や電圧位相の調整を行うことができる携帯用発電機100では、携帯用発電機100の第1出力端子151及び第2出力端子152から出力する交流出力電圧や交流出力電流を検出し、例えば並列運転を行う他の発電機の出力電圧及び位相と当該携帯用発電機100が出力する単相交流電力の電圧値及び位相とを一致させるようにした出力電圧を常に出力するようにPWM信号発生回路250を制御するものである(例えば、特開平5−49174号、特開平5−236658号、特開平5−244726号)。

0026

又、電圧値の調整は、並列運転を行う場合のみでなく、単独運転を行う場合においても、出力端子に接続する負荷の種類や負荷の大きさによる電圧変動を防止するために行われることもある(例えば、特開平5−211777号)。これらの携帯用発電機100では、多くの場合、図10に示すように、ローパスフィルタ140の後段で第1出力端子151と第2出力端子152との間に出力電圧検出回路340を挿入し、又、ローパスフィルタ140の後段に出力電流検出回路330を挿入し、第1出力端子151及び第2出力端子152から出力する単相交流出力の電圧及び電流を検出してPWM信号発生回路250を制御している。

0027

尚、この携帯用発電機100も、図8に示した携帯用発電機100と同様に、交流発電機50の単相出力巻線55を平滑回路210及び定電圧回路235で構成する制御電源部201に接続し、単相出力巻線55の出力電圧を平滑回路210で平滑化し、定電圧回路235により所定電圧制御用電圧Vccを形成している。尤も、制御回路を構成する素子に合わせ、制御電圧としては+Vcc電圧と、−Vcc電圧とを制御電源部201により形成することがある。

0028

又、三相出力巻線51の出力端子は、サイリスタと整流ダイオードとを用いた整流ブリッジ回路である直流電圧発生回路110に接続し、三相出力巻線51の出力電圧を整流して直流電源部120である大容量コンデンサを充電することにより直流電圧を形成し、この直流電圧をインバータ回路130に入力して単相交流電圧を形成することも前述の従来技術と同様である。

0029

そして、PWM信号発生回路250は、基準正弦波を形成する正弦波発生回路270と、三角波発生回路281、及び、PWM制御信号を形成するPWM制御信号発生回路285とで構成され、正弦波発生回路270では正確な50ヘルツ又は60ヘルツの基準正弦波を形成し、三角波発生回路281では数キロヘルツ乃至十数キロヘルツ程度の高周波数の三角波を形成し、PWM制御信号発生回路285では基準正弦波と三角波とを合成してパルス幅が順次変化するパルス列とされたPWM制御信号を形成するものである。

0030

更に、この正弦波発生回路270は、数メガヘルツ乃至十数メガヘルツの高周波信号を出力する発振回路271と、発振回路271が出力する高周波信号を分周して10キロヘルツ程度のクロック信号を形成する分周回路273、多段分圧抵抗器により多数の異なる電位を形成し、且つ、クロック信号により作動するマルチプレクサで異なる電位を順次選択して50ヘルツ又は60ヘルツの階段状正弦波を形成して出力する疑似正弦波形成回路275、及び、疑似正弦波形成回路275が出力する階段状正弦波のピーク電圧を調整する電圧調整回路277と階段状正弦波から滑らかな正弦波を形成するローパスフィルタ279とで形成されている。

0031

又、出力電圧検出回路340から出力される電圧検出信号は、矩形波形成回路291に入力して交流出力電圧のゼロクロスポイント立ち上がりエッジ及び立ち下りエッジとする矩形波信号を形成し、この矩形波信号とされたゼロクロス信号を始動タイミング回路293及び位相比較回路297に入力するものとしている。この始動タイミング回路293は、正弦波発生回路270における疑似正弦波形成回路275のリセット解除することにより、疑似正弦波形成回路275から疑似正弦波の出力を行わせるものである。

0032

そして、疑似正弦波形成回路275をリセット状態として正弦波発生回路270から基準正弦波を出力していない状態、即ちインバータ回路130が作動していないときに出力電圧検出回路340が第1出力端子151及び第2出力端子152間の電圧変化を検出すれば、始動タイミング回路293は矩形波形成回路291からのゼロクロス信号に合わせて疑似正弦波形成回路275のリセットを解除し、正弦波発生回路270が出力する基準正弦波の位相と第1出力端子151及び第2出力端子152との間に発生している電圧の位相とを一致させるものである。

0033

尚、疑似正弦波形成回路275の作動開始に際し、所定時間内に始動タイミング回路293にゼロクロス信号が入力されないときも、疑似正弦波形成回路275のリセットを解除して正弦波発生回路270から基準正弦波の出力を開始させる。そして、出力電流検出回路330からの電流検出信号は、矩形波形成回路295、過負荷検出回路269、及び、限界値検出回路299に入力し、矩形波形成回路295では出力電流の位相に合わせたゼロクロス信号を、過負荷検出回路269では定格電流を越えたときに停止信号を、限界値検出回路299では定格電流以下の電流値で所定の下限値及び上限値の範囲を越える電流値のときに電圧調整信号を形成するものとしている。

0034

この矩形波形成回路295は、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号に基づき、交流出力電流のゼロクロスポイントを立ち上がりエッジ及び立ち下りエッジとする矩形波信号を形成し、この矩形波信号をゼロクロス信号として位相比較回路297に入力するものである。この位相比較回路297は、電流検出信号に基づくゼロクロス信号と電圧検出信号に基づくゼロクロス信号とにより出力電流の位相と出力電圧の位相とを比較し、電流位相が電圧位相よりも遅相状態の場合は加算信号位相調整信号として分周回路273に出力し、又、電流位相が電圧位相よりも進相状態の場合は減算信号を位相調整信号として分周回路273に出力する。

0035

そして、正弦波発生回路270における分周回路273では、高周波信号を分周して数キロヘルツ乃至十数キロヘルツのクロック信号を形成するに際し、位相比較回路297から加算信号が入力されるとクロック信号の数百パルス毎に1パルスを追加する。又、位相比較回路297から減算信号が入力されるとクロック信号の数百パルス毎に1パルスを間引くようにしてクロック信号を形成する。

0036

このように、電流位相が電圧位相よりも遅れているときはクロック信号のパルスを増加させて疑似正弦波ひいては基準正弦波の位相を僅かに進め、電流位相が電圧位相よりも進んでいるときはクロック信号のパルスを間引くことにより基準正弦波の位相を僅かに遅らし、PWM制御信号の位相を調整して当該携帯用発電機100が出力する単相交流電圧の位相を調整する。

0037

又、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号が入力される過負荷検出回路269は、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号に基づき、定格電流を大きく越えるときは直ちに停止信号を出力し、定格電流を小さく越えるときは時間積分を行って所用時間後に停止信号を出力するものである。そして、この停止信号は電圧制御回路240及びインバータドライブ回路255に入力し、電圧制御回路240が出力するゲート電流を遮断して直流電圧発生回路110の作動を停止させ、且つ、インバータドライブ回路255が出力している第1PWM信号及び第2PWM信号の出力を停止させてインバータ回路130の作動も停止させるものである。

0038

更に、出力電流検出回路330から出力される電流検出信号が入力される限界値検出回路299は、電流上限値電流下限値とが設定されている回路であり、電流検出信号の電流値が電流下限値以下になると第1出力端子151及び第2出力端子152間の電圧である出力電圧を僅かに増加させるように基準正弦波のピーク値振幅)を減少又は増加させる電圧調整信号を電圧調整回路277に出力する。又、電流検出信号の電流値が電流電流上限値以上になると第1出力端子151及び第2出力端子152間の電圧である出力電圧を僅かに減少させるように基準正弦波のピーク値を増加又は減少させる電圧調整信号を電圧調整回路277に出力するものである。

0039

このように、定格電流の範囲内で電流上限値と電流下限値とを設定し、出力電圧の微調整を可能としているため、発電機を並列運転している状態において、負荷の分担が少ない場合には出力電圧を僅かに上昇させて出力電流を増大させ、又、負荷への供給電流が定格電流の限界に近い場合は出力電圧を僅かに降下させて各携帯用発電機100に負荷の分担を効果的に行っている。

0040

又、並列運転を行わない場合、即ち、携帯用発電機100を単独運転によって単機で使用する場合、負荷の容量や種類によって出力電圧が変動するため、出力電圧検出回路340で検出するピーク電圧に基づき、電圧調整回路277の増幅率又は三角波発生回路281から出力させる三角波の電圧などを調整し、出力電圧である単相交流電圧の電圧値を安定させるようにしているものがある。

発明が解決しようとする課題

0041

前述のように、負荷の変動に合せてエンジンの回転数を調整して発電を行う携帯用発電機は、効率の良い発電のための運転を行うことができる。しかし、負荷が急激に増大したとき、エンジンの回転数上昇即ち発電機の出力増加追従できない場合があり、又、極端な場合はエンジンが停止するという弊害が生じることもあった。

0042

そして、並列運転に際しては、この携帯用発電機の性能に微妙な差異が生じていることがあり、他の発電機からの電力が特定の携帯用発電機に流入し、並列運転を行っている各発電機の出力を効率的に負荷に供給することができない欠点が有った。本発明は、このような弊害や欠点を排除し、より効率的に携帯用発電機を運転制御する方法及びこの制御を採用した携帯用発電機を提供するものである。

課題を解決するための手段

0043

請求項1に記載した本発明は、エンジンにより交流発電機(50)を作動させて交流電圧を発生させ、この交流電圧を直流電圧発生回路(110)により一旦直流化して所定電圧の直流電圧を形成した後、インバータ回路(130)により所定の周波数であって且つ一定の電圧とする単相交流電圧を形成し、この単相交流電圧を出力端子(151,152)から出力する携帯用発電機(100)において、直流電圧発生回路(110)の稼動率を所定とするようにエンジンのスロットル開度を制御し、直流電圧発生回路(110)の稼動率が略最大稼働率となり且つのスロットル開度が全開近くなったとき、又は、スロットル開度が全開近くであってエンジン回転数が所定の規定値よりも低いとき、インバータ回路(130)の出力電圧を降下させる制御を行う携帯用発電機(100)の出力調整方法とするものである。

0044

このように、直流電圧発生回路(110)の稼動率を所定とするようにスロットル開度を制御すれば、交流発電機(50)を効率的に発電させる安定させた状態で回転させることができる。特に、交流発電機(50)の出力特性に合わせ、直流電圧発生回路(110)の稼動率を65%乃至85%余りとするように80%近くの特定の値に設定すれば、交流発電機(50)及びエンジンを効率的に駆動することができる。

0045

そして、負荷の増大により直流電圧発生回路(110)の稼働率が上昇し、スロットル開度を大きくしてエンジン即ち交流発電機(50)の回転数を上昇させ、直流電圧発生回路(110)の稼動率が略最大(100%又は100%近く)になり、且つ、スロットル開度が全開近くなったとき、又は、スロットル開度が全開近くであってエンジン回転数が所定の規定値よりも低いときは、インバータ回路(130)の出力電圧即ち出力端子(151,152)からの出力電圧を降下させる制御を行うことにより、当該携帯用発電機(100)の負荷を一時的に軽くし、エンジンの回転数ひいては交流発電機(50)の回転数を速やかに上昇させ、発電量を素早く上昇させて負荷に応じた出力電力が得られるようにすることができる。

0046

又、請求項2に記載した本発明は、エンジンにより交流発電機(50)を作動させて交流電圧を発生させ、この交流電圧を直流電圧発生回路(110)により一旦直流化して所定電圧の直流電圧を形成した後、インバータ回路(130)により所定の周波数であって且つ一定の電圧とする単相交流電圧を形成し、この単相交流電圧を出力端子(151,152)から出力する携帯用発電機(100)において、インバータ回路(130)を制御するPWM制御信号のテーブルであるPWM基準テーブルを設け、PWM基準テーブルの各PWM基準値と出力電圧値とを比較した差の値に基づく補正値を算出し、PWM基準値にこの補正値を加算又は減算して修正基準値を算出し、次回はこの修正基準値に基づくPWM制御信号を形成して出力端子(151,152)からの出力電圧を安定させ、直流電圧発生回路(110)の稼動率が略最大稼動率となり、且つ、スロットル開度が全開近くなったとき、又は、スロットル開度が全開近くでエンジン回転数が所定の設定値よりも低いときは、補正値を大きく又は小さくすることによってインバータ回路(130)の出力電圧を降下させる携帯用発電機(100)の出力調整方法とする。

0047

このように、PWM基準値に基づくPWM制御信号を形成する方法は、マイクロコンピュータを用いてインバータ回路(130)を制御することが容易であり、PWM基準値に補正値を加算又は減算することにより、複数のPWM基準テーブルを用いることなく出力電圧の調整を行うことができる。そして、負荷の増大により直流電圧発生回路(110)の稼働率が上昇し、スロットル開度を大きくしてエンジン即ち交流発電機(50)の回転数を上昇させ、直流電圧発生回路(110)の稼動率が略最大(100%又は100%近く)になり、且つ、スロットル開度が全開近くなったとき、又は、スロットル開度が大きいにも拘わらずエンジンの回転数が低いときは、インバータ回路(130)の出力電圧即ち出力端子(151,152)からの出力電圧を降下させることにより、当該携帯用発電機(100)の負荷を軽くし、エンジンの回転数ひいては交流発電機(50)の回転数を速やかに上昇させ、発電量を素早く上昇させて負荷に応じた出力電力が得られるようにすることができる。

0048

尚、請求項3に記載した本発明は、補正値は、出力電流値と所定の値を選択した変数値との積を係数とし、選択する変数値の値を大きな値に置き換えることによって補正値を変化させる請求項2に記載した携帯用発電機(100)の出力調整方法とする。このように、出力電圧を調整するための補正値であって、インバータ回路(130)の出力電圧を降下させることができる補正値を変数値と出力電流値との積を係数とする値とすることにより、変数値の値を変更することによっても出力電圧を調整することができ、且つ、変数値の値における変化率が一定であっても、出力電流値が大きいときは修正値を大きく変更することができる。

0049

従って、負荷が大きいときには出力電圧の変動幅を大きくし、負荷に合せた運転状態に素早く対応させることができる。そして、請求項4に記載した本発明は、交流電圧を発生させる交流発電機(50)を有し、この交流発電機(50)を回転させることにより交流電圧を形成し、この交流電圧を一旦直流化する直流電圧発生回路(110)とこの直流電圧発生回路(110)が出力する直流電圧を保持する直流電源部(120)とを有し、更に、直流電源部(120)の出力電圧を所定の周波数であって一定の電圧とする単相交流電圧に変換するインバータ回路(130)を有し、インバータ回路(130)の出力から高調波を除去した交流出力電圧を出力端子(151,152)から出力する携帯用発電機(100)であって、直流電圧発生回路(110)の稼動率を検出する導通率検出部(419)やインバータ回路(130)を制御するPWM信号生成部(441)及び単独運転制御部(435)や同期運転制御部(437)とスロットル開度制御部(423)とを備えた中央制御手段(310)を有し、又、出力端子(151,152)間の電圧を検出して出力電圧信号を出力し、且つ、出力電圧における0ボルトのタイミングに合わせたゼロクロス信号も出力する出力電圧検出手段を有し、単独運転制御部(435)は出力端子(151,152)から単相交流電圧の出力を開始する前の所定短時間内に出力電圧検出手段からのゼロクロス信号が入力されないときに単相交流電圧の出力を開始させる単独運転制御部(435)であり、同期運転制御部(437)は、出力端子(151,152)から単相交流電圧の出力を開始する前の所定短時間内にゼロクロス信号が入力されたときはゼロクロス信号のタイミングに合わせて単相交流電圧の出力を開始させるものであって、且つ、単独運転制御部(435)及び同期運転制御部(437)は、直流電圧発生回路(110)の稼動率が最大稼動率となり、且つ、スロットル開度が全開近くなったとき、PWM信号生成部(441)にPWM制御信号のパルス幅を変更させることによってインバータ回路(130)の出力電圧を降下させる制御を行う携帯用発電機(100)とする。

0050

このように、直流電圧発生回路(110)の稼動率が略最大稼動率となり、且、スロットル開度が全開近くなったとき、インバータ回路(130)の出力電圧即ち出力端子(151,152)からの出力電圧を降下させる単独運転制御部(435)や同期運転制御部(437)により、負荷が急激に増大してスロットルを全開又は全開近くするとき、出力電圧を低下させて当該携帯用発電機(100)の負荷を軽くし、エンジンの回転数ひいては交流発電機(50)の回転数を速やかに上昇させ、発電量を素早く上昇させて負荷に応じた出力電力が得られるようにすることができる。

0051

更に、請求項5に記載した本発明は、交流電圧を発生させる交流発電機(50)を有し、この交流発電機(50)を回転させることにより交流電圧を形成し、この交流電圧を一旦直流化する直流電圧発生回路(110)とこの直流電圧発生回路(110)が出力する直流電圧を保持する直流電源部(120)とを有し、更に、直流電源部(120)の出力電圧を所定の周波数であって一定の電圧とする単相交流電圧に変換するインバータ回路(130)を有し、インバータ回路(130)の出力から高調波を除去した交流出力電圧を出力端子(151,152)から出力する携帯用発電機(100)であって、直流電圧発生回路(110)の稼動率を検出する導通率検出部(419)やインバータ回路(130)を制御するPWM信号生成部(441)及び単独運転制御部(435)や同期運転制御部(437)、更にスロットル開度制御部(423)やエンジン回転速度検出部(421)を備えた中央制御手段(310)を有し、又、出力端子(151,152)間の電圧を検出して出力電圧信号を出力し、且つ、出力電圧における0ボルトのタイミングに合わせたゼロクロス信号も出力する出力電圧検出手段を有し、単独運転制御部(435)は出力端子(151,152)から単相交流電圧の出力を開始する前の所定短時間内に出力電圧検出手段からゼロクロス信号が入力されないときに単相交流電圧の出力を開始させる単独運転制御部(435)であり、同期運転制御部(437)は、出力端子(151,152)から単相交流電圧の出力を開始する前の所定短時間内にゼロクロス信号が入力されたときはゼロクロス信号のタイミングに合わせて単相交流電圧の出力を開始させるものであって、且つ、単独運転制御部(435)及び同期運転制御部(437)は、スロットル開度制御部(423)による開度制御スロットル全開に近く且つエンジン回転速度が所定の規定値よりも低いとき、PWM信号生成部(441)にPWM制御信号のパルス幅を変更させることによってインバータ回路(130)の出力電圧を降下させる制御を行う携帯用発電機(100)とする。

0052

このように、スロットル開度制御部(423)による開度制御がスロットル全開に近く且つエンジン回転速度が所定の規定値よりも低いとき、PWM信号生成部(441)にPWM制御信号のパルス幅を変更させることによってインバータ回路(130)の出力電圧を降下させる制御を行う単独運転制御部(435)や同期運転制御部(437)とすることにより、スロットル開度が全開であるにも拘わらず、エンジンの回転速度が低いとき、即ち携帯用発電機(100)の負荷が大きくエンジンの回転速度が素早く上昇しないとき、出力電圧を低下させることによって負荷を軽減し、迅速にエンジンの回転数即ち交流発電機(50)回転数を上昇させ、発電電力を素早く増大させて負荷に応じた出力電力を出力させることができる。

0053

又、請求項6に記載した本発明は、交流電圧を発生させる交流発電機(50)を有してこの交流発電機(50)を回転させることにより交流電圧を形成し、この交流電圧を一旦直流化する直流電圧発生回路(110)とこの直流電圧発生回路(110)が出力する直流電圧を保持する直流電源部(120)とを有し、更に、直流電源部(120)の出力電圧を所定の周波数であって一定の電圧とする単相交流電圧に変換するインバータ回路(130)を有し、インバータ回路(130)の出力から高調波を除去した交流出力電圧を出力端子(151,152)から出力する携帯用発電機(100)であって、直流電圧発生回路(110)の稼動率を検出する導通率検出部(419)とインバータ回路(130)を制御するPWM信号生成部(441)及び単独運転制御部(435)や同期運転制御部(437)、更に、スロットル開度制御部(423)及びエンジン回転速度検出部(421)や検出した出力電圧及び出力電流の値に基づいて演算を行う出力電圧波形監視部(433)とを備えた中央制御手段(310)を有し、PWM信号生成部(441)は、PWM基準テーブルに記憶されたPWM基準値に順次対応したパルス幅のPWM制御信号を形成し、出力電圧波形監視部(433)は、各PWM基準値に対応した出力電圧を示す電圧テーブル値と検出した出力電圧の値との差を求め、この差の値から検出した出力電流値に係数を掛けた値を減算又は加算した補正値を算出して各PWM基準値に対応した補正値を記憶し、且つ、次回のPWM基準値に基づいたPWM制御信号をPWM信号生成部(441)が形成するに際し、PWM基準値から補正値を減算又は加算した修正基準値に基づいてPWM制御信号を形成させ、又、単独運転制御部(435)や同期運転制御部(437)は、直流電圧発生回路(110)の稼働率を所定するようにスロットル開度制御部(423)によってスロットルの開度制御を行い、直流電圧発生回路(110)の稼動率が略最大稼動率であって且つスロットル開度が全開近くなったとき、又は、スロットル開度制御部(423)による開度制御がスロットル全開に近く且つエンジン回転速度が所定の規定値よりも低いとき、出力電圧波形監視部(433)で補正値を算出させる係数の値を大きな値に変更させ、又はPWM基準値や修正基準値に掛ける係数の値を小さくして単相交流電圧の電圧値を降下させる携帯用発電機(100)とする。

0054

このように、直流電圧発生回路(110)の稼動率に合わせてスロットルの開度制御を行い、負荷の増大によって直流電圧発生回路(110)の稼動率が上昇し、直流電圧発生回路(110)の稼動率が略最大になり且つスロットル開度が全開近くなったときには、又は、スロットル開度が大きいにも拘わらずエンジンの回転数が低いときには、補正値の係数を大きくするか又はPWM基準値や修正基準値に掛ける係数の値を小さくする単独運転制御部(435)や同期運転制御部(437)とすることにより、直流電圧発生回路(110)の稼動率やスロットル開度が大きくなって携帯用発電機(100)の出力が負荷に追従しないとき、出力電圧を降下させて携帯用発電機(100)の負荷を一旦軽減して出力を負荷に対応させることができる。そして、補正値の係数を変更するときは、補正値は出力電流値と係数とを掛けた値を減算又は加算して求めるため、出力電流値が大きいとき、即ち負荷が大きいときは修正値を大きく変更し、負荷を大きく軽減させることによって迅速なエンジンの回転数上昇を行うことができる。

0055

そして、請求項7に記載した本発明は、エンジンにより交流発電機(50)を作動させて交流電圧を発生させ、この交流電圧を直流電圧発生回路(110)により直流化して所定電圧の直流電圧を形成した後、インバータ回路(130)により所定の周波数であって且つ一定の電圧とする単相交流電圧を形成し、この単相交流電圧を出力端子(151,152)から出力する携帯用発電機(100)において、直流電圧発生回路(110)の稼動率が特定の値よりも低く、且つ、直流化した直流電圧の値が所定の電圧値よりも高いとき、インバータ回路(130)の出力電圧を上昇させる携帯用発電機(100)の出力調整方法とするものである。

0056

このように、直流電圧発生回路(110)の稼動率が低いにも拘わらず、直流電圧値が所定の電圧値よりも高いときは、出力端子(151,152)間の電圧が高く、外部電力の流入又は出力端子(151,152)からの出力がほとんど行われていない状態となっているため、インバータ回路(130)の出力電圧即ち当該携帯用発電機(100)の出力電圧を上昇させることにより当該携帯用発電機(100)からの出力を増大させて適正負荷状態とすることができる。

0057

又、請求項8に記載した本発明は、エンジンにより交流発電機(50)を作動させて交流電圧を発生させ、この交流電圧を直流電圧発生回路(110)により直流化して所定電圧の直流電圧を形成した後、インバータ回路(130)により所定の周波数であって且つ一定の電圧とする単相交流電圧を形成し、この単相交流電圧を出力端子(151,152)から出力する携帯用発電機(100)において、インバータ回路(130)を制御するPWM制御信号の基準テーブルであるPWM基準テーブルを設け、PWM基準テーブルの各PWM基準値と出力電圧値とを比較した差の値に基づく補正値を算出し、PWM基準値にこの補正値を加算又は減算して修正基準値を算出し、次回はこの修正基準値に基づくPWM制御信号を形成し、直流電圧発生回路(110)の稼動率が特定の値よりも低く且つ直流化した直流電圧の値が所定の電圧値よりも高いとき、PWM基準値又は修正基準値を小さく又は大きくすることによりインバータ回路(130)の出力電圧を上昇させる携帯用発電機(100)の出力調整方法とする。

0058

このように、PWM基準値に基づくPWM制御信号を形成する方法は、マイクロコンピュータを用いてインバータ回路(130)を制御することが容易であり、PWM基準値に補正値を加算又は減算することにより、複数のPWM基準テーブルを用いることなく出力電圧の調整を行うことができる。そして、直流電圧発生回路(110)の稼動率が低いにも拘わらず、直流電圧値が所定の電圧値よりも高いときは、インバータ回路(130)の出力電圧即ち当該携帯用発電機(100)の出力電圧を上昇させることにより、当該携帯用発電機(100)を適正な負荷状態とすることができる。

0059

更に、請求項9に記載した本発明は、交流電圧を発生させる交流発電機(50)を有し、この交流発電機(50)を回転させることにより交流電圧を形成し、この交流電圧を一旦直流化する直流電圧発生回路(110)とこの直流電圧発生回路(110)が出力する直流電圧を保持する直流電源部(120)とを有し、更に、直流電源部(120)の出力電圧を所定の周波数であって一定の電圧とする単相交流電圧に変換するインバータ回路(130)を有し、インバータ回路(130)の出力から高調波を除去した交流出力電圧を出力端子(151,152)から出力する携帯用発電機(100)であって、直流電圧発生回路(110)の稼動率を検出する導通率検出部(419)やインバータ回路(130)を制御するPWM信号生成部(441)及び単独運転制御部(435)や同期運転制御部(437)を備えた中央制御手段(310)を有し、又、直流電源部(120)の出力電圧を検出して直流電圧信号を出力する直流電圧検出回路と、出力端子(151,152)間の電圧を検出して出力電圧信号を出力し且つ出力電圧における0ボルトのタイミングに合わせたゼロクロス信号も出力する出力電圧検出手段とを有し、単独運転制御部(435)は出力端子(151,152)から単相交流電圧の出力を開始する前の所定短時間内にゼロクロス信号が入力されないときに単相交流電圧の出力を開始させる単独運転制御部(435)であり、同期運転制御部(437)は、出力端子(151,152)から単相交流電圧の出力を開始する前の所定短時間内にゼロクロス信号が入力されたときはゼロクロス信号のタイミングに合わせて単相交流電圧の出力を開始させ、更に、導通率検出部(419)で検出した直流電圧発生回路(110)の稼動率が特定の値よりも低く且つ直流電源部(120)の出力電圧が所定の電圧値よりも高いとき、PWM信号生成部(441)にPWM制御信号のパルス幅を変更させることによってインバータ回路(130)の出力電圧を上昇させる制御も行う携帯用発電機(100)とする。

0060

このように、出力端子(151,152)から単相交流電圧の出力を開始する前の所定短時間内にゼロクロス信号が入力されたときはゼロクロス信号のタイミングに合わせて単相交流電圧の出力を開始させる同期運転制御部(437)であって、導通率検出部(419)で検出した直流電圧発生回路(110)の稼動率が特定の値よりも低く且つ直流電源部(120)の出力電圧が所定の電圧値よりも高いとき、PWM信号生成部(441)にPWM制御信号のパルス幅を変更させることによってインバータ回路(130)の出力電圧を上昇させる制御も行う同期運転制御部(437)を備えた携帯用発電機(100)とするから、直流電圧発生回路(110)の稼動率が低いにも拘わらず、直流電圧値が所定の電圧値よりも高いときは、外部電力の流入又は出力端子(151,152)からの出力がほとんど行われていない状態となっていることが有るため、インバータ回路(130)の出力電圧即ち当該携帯用発電機(100)の出力電圧を上昇させることにより、当該携帯用発電機(100)の出力を増大させて適正負荷状態とし、安定した並列運転を行うことができる。

0061

そして、請求項10に記載した本発明は、交流電圧を発生させる交流発電機(50)を有してこの交流発電機(50)を回転させることにより交流電圧を形成し、この交流電圧を一旦直流化する直流電圧発生回路(110)とこの直流電圧発生回路(110)が出力する直流電圧を保持する直流電源部(120)とを有し、更に、直流電源部(120)の出力電圧を所定の周波数であって一定の電圧とする単相交流電圧に変換するインバータ回路(130)を有し、インバータ回路(130)の出力から高調波を除去した交流出力電圧を出力端子(151,152)から出力する携帯用発電機(100)であって、直流電圧発生回路(110)の稼動率を検出する導通率検出部(419)とインバータ回路(130)を制御するPWM信号生成部(441)及び単独運転制御部(435)や同期運転制御部(437)、更に、検出した出力電圧及び出力電流の値に基づいて演算を行う出力電圧波形監視部(433)とを備えた中央制御手段(310)を有し、PWM信号生成部(441)は、PWM基準テーブルに記憶されたPWM基準値に順次対応したパルス幅のPWM制御信号を形成し、出力電圧波形監視部(433)は、各PWM基準値に対応した出力電圧を示す電圧テーブル値と検出した出力電圧の値との差を求め、この差の値に係数を掛けた値を加算又は減算した補正値を算出して各PWM基準値に対応した補正値を記憶し、且つ、次回のPWM基準値に基づいたPWM制御信号をPWM信号生成部(441)が形成するに際し、PWM基準値から補正値を減算又は加算した修正基準値に基づいてPWM制御信号を形成させ、同期運転制御部(437)は、導通率検出部(419)で検出した直流電圧発生回路(110)の稼動率が所定の値よりも低く、且つ、直流電源部(120)の出力電圧が所定の電圧値よりも高いとき、出力電圧波形監視部(433)で算出する修正基準値やPWM基準値に掛ける係数の値を変更させて単相交流電圧の電圧値を上昇させる携帯用発電機(100)とする。

0062

このように、出力端子(151,152)から単相交流電圧の出力を開始する前の所定短時間内にゼロクロス信号が入力されたときはゼロクロス信号のタイミングに合わせて単相交流電圧の出力を開始させる同期運転制御部(437)であって、導通率検出部(419)で検出した直流電圧発生回路(110)の稼動率が特定の値よりも低く且つ直流電源部(120)の出力電圧が所定の電圧値よりも高いとき、PWM信号生成部(441)にPWM制御信号のパルス幅を変更させることによってインバータ回路(130)の出力電圧を上昇させる制御も行う同期運転制御部(437)を備えた携帯用発電機(100)とするから、直流電圧発生回路(110)の稼動率が低いにも拘わらず、直流電圧値が所定の電圧値よりも高いときは、インバータ回路(130)の出力電圧即ち当該携帯用発電機(100)の出力電圧を上昇させることにより、当該携帯用発電機(100)の出力を増大させて適正な負荷状態として安定した並列運転を行うことができる。

発明を実施するための最良の形態

0063

本発明に係る携帯用発電機は、数キロワット乃至十キロワット程度の出力を有するエンジンにより交流発電機を回転させ、交流発電機の三相出力電圧を一旦直流化し、インバータ回路により交流化して単相交流出力電圧を形成するものであり、使用場所でこまめに移動させて使用し、又、使用場所に持ち込んで固定した据え付け状態として作動させることもある携帯用発電機である。

0064

この携帯用発電機は、エンジンにより回転子を回転させる交流発電機50を有し、図1に示すように、直流電圧発生回路110や直流電源部120及びインバータ回路130を主とする電力回路101を有し、電力回路101の出力端子から出力する出力電圧の周波数を設定し、且つ、各部に設けた検出回路からの検出信号に基づいて携帯用発電機100の全体を制御する中央制御手段310としてのマイクロコンピュータを有し、この制御手段や検出回路などの動作電力を形成する制御電源部201を有する携帯用発電機100としている。

0065

この中央制御手段310は、設定スイッチ318により出力電圧の周波数を50ヘルツ又は60ヘルツなどの所定の一定周波数に設定し、電力回路101に設けた直流電圧検出回路320や出力電流検出回路330及び出力電圧検出回路340からの検出信号に基づいてインバータ回路130の動作を制御し、更に、サイリスタ制御回路170の動作状態を示す導通率検出信号や回転数検出回路319からの検出信号及びスロットル制御機構315からの開度信号に基づいてエンジンスロットルの開閉制御も行う。

0066

尚、設定スイッチ318としては、周波数の設定の他、出力電圧の調整設定も可能としている。この携帯用発電機100における交流発電機50は、三相出力巻線51と単相出力巻線55とを有し、三相出力巻線51は電力回路101に接続し、単相出力巻線55は制御電源部201に接続している。

0067

そして、三相出力巻線51の出力端子は、図1に示したように、3個の整流用ダイオード115と3個のサイリスタ111とを用いた整流ブリッジによる直流電圧発生回路110に接続すると共に、ゲート電圧発生回路160にも接続している。この直流電圧発生回路110は、各整流用ダイオード115のカソードと各サイリスタ111のアノードとの接続点を各々三相出力巻線51の各出力端子に接続し、各整流用ダイオード115のアノードをまとめて直流電源部120の−側端子とインバータ回路130とに接続し、各サイリスタ111のカソードをまとめて直流電源部120の+側端子とインバータ回路130とに接続している。

0068

又、三相出力巻線51の出力端子に接続されるゲート電圧発生回路160は、整流用ダイオードや制限抵抗器電源用コンデンサツェナーダイオードを用いて形成している。即ち、三相出力巻線51の各出力端子を各々整流用ダイオード161のアノードに接続し、各整流用ダイオード161のカソードを共通として制限用抵抗器163を介して電源用コンデンサ165の+端子に接続し、電源用コンデンサ165の−端子を直流電源部120の+側に接続すると共にツェナーダイオード167を電源用コンデンサ165と並列に接続している。

0069

従って、このゲート電圧発生回路160は、直流電源部120の+側端子の電圧よりもツェナーダイオード167の規定電圧だけ高い電圧を形成して出力することができる。そして、このゲート電圧発生回路160の出力端子は、サイリスタ制御回路170を介して直流電圧発生回路110における各サイリスタ111の各ゲート端子に接続する。

0070

このサイリスタ制御回路170は、スイッチングトランジスタ173とスイッチ制御抵抗器171及びフォトカプラ175で形成している。即ち、スイッチングトランジスタ173とするPNP形トランジスタコレクタをゲート電圧発生回路160の出力端子に接続し、スイッチングトランジスタ173のエミッタを各サイリスタ111のゲート端子に接続する。尚、エミッタを各サイリスタ111のゲート端子に接続するに際し、保護抵抗器117を用いてゲート端子に接続している。

0071

そして、スイッチングトランジスタ173のベースは、スイッチ制御抵抗器171を介してゲート電圧発生回路160の出力端子に接続し、スイッチ制御抵抗器171の中点をフォトカプラ175のフォトトランジスタ176を介して直流電源部120の+側端子に接続している。尚、フォトカプラ175のフォトトランジスタ176は、コレクタをスイッチ制御抵抗器171の中点に接続し、エミッタを直流電源部120の+側端子に接続し、フォトカプラ175の発光ダイオード177は、アノードを制御電源部201における第2制御電圧Vccの出力端子に接続し、発光ダイオード177のカソードは、定電圧検出回路180や停止回路360、過電流検出回路350などに接続している。

0072

従って、このサイリスタ制御回路170は、フォトカプラ175の発光ダイオード177が点灯したとき、フォトトランジスタ176が導通状態となり、スイッチ制御抵抗器171の中点電位を直流電源部120の+側端子電圧まで降下させ、スイッチングトランジスタ173を不導通状態とする。そして、発光ダイオード177が点灯しないときは、スイッチングトランジスタ173を導通状態としてゲート電圧発生回路160の出力電流をサイリスタ111のゲート電流として各サイリスタ111に供給し、この導通信号としたゲート電流により直流電圧発生回路110の各サイリスタ111を導通状態とする。

0073

このため、直流電圧発生回路110の両出力端子に接続される直流電源部120に三相出力巻線51の出力電力を供給することができる。又、直流電圧発生回路110の両出力端子に接続されるインバータ回路130は、パワートランジスタによるブリッジ回路と平滑コンデンサ173とで構成している。このインバータ回路130は、第1トランジスタ131と第3トランジスタ133とを直列として直流電源部120に接続し、又、第2トランジスタ132と第4トランジスタ134とを直列として直流電源部120に接続し、第1トランジスタ131と第3トランジスタ133との中点はローパスフィルタ140を介して第1出力端子151に、第2トランジスタ132と第4トランジスタ134との中点はローパスフィルタ140を介して第2出力端子152に接続している。

0074

又、交流発電機50の単相出力巻線55は、図2に示すように、制御電源部201の平滑回路210に接続している。この平滑回路210は、4個の整流用ダイオード211を用いたブリッジ整流回路により全波整流を行って平滑用コンデンサ215に充電を行うものである。この制御電源部201は、平滑回路210の他に第1定電圧回路221及び第2定電圧回路225とレギュレータ230とを有し、平滑回路210の出力電圧を第1定電圧回路221によって15ボルト程度の一定電圧とし、第1逆流阻止ダイオード233を介してレギュレータ230に印加し、又、直流電源部120の+側端子の電圧を第2定電圧回路225によって12ボルト程度の一定電圧とし、第2逆流阻止ダイオード234を介してレギュレータ230に印加している。

0075

そして、レギュレータ230では、10ボルト程度の第1制御電圧Vssと5ボルト程度の第2制御電圧Vccとを形成し、第1制御電圧Vssにより後述するエンジンのスロットル制御モータの駆動などを行い、第2制御電圧Vccは中央制御手段310やその他の制御回路素子に供給している。尚、この制御電源部201は、通常、単相出力巻線55が出力する交流電圧から平滑回路210及び第1定電圧回路221で形成した直流電圧をレギュレータ230に供給し、レギュレータ230によって第1制御電圧Vssと第2制御電圧Vccを形成して各回路素子に供給する。そして、単相出力巻線55などに断線などの故障が発生したとき、直流電源部120が作動していれば第2定電圧回路225によってレギュレータ230に電力を供給し、レギュレータ230から第1制御電圧Vss及び第2制御電圧Vccを出力させて当該携帯用発電機100の動作を持続させるものとしている。

0076

又、第1定電圧回路221の出力電圧を検知して切り換えを行うスイッチ回路を第1逆流阻止ダイオード233及び第2逆流阻止ダイオード234に換えてレギュレータ230の入力側に配置することがある。この場合は、第1定電圧回路221の出力電圧と第2定電圧回路225の出力電圧とを同一としつつ第1定電圧回路221からの電力を通常はレギュレータ230に供給し、第1定電圧回路221の出力が停止したときに第2定電圧回路225からの出力電圧をレギュレータ230に供給するようにスイッチ回路を切り換えることもある。更に、単相出力巻線55を有しない交流発電機50を使用し、平滑回路210及び第1定電圧回路221を省略して直流電源部120の電圧を第2定電圧回路225で降圧し、常に直流電源部120の電力をレギュレータ230に供給して制御電圧を形成することもある。

0077

そして、直流電源部120の電圧を制御する定電圧検出回路180は、図3に示すように、抵抗器とツェナーダイオードやスイッチングトランジスタを用い、2個の抵抗器を直列とした分圧抵抗器181,182により直流電源部120の電圧を分圧し、分圧抵抗器181,182の中点電位を更にツェナーダイオード183と検出抵抗器184とにより降下させ、検出抵抗器184の電位をシュミット回路185に入力してスイッチングトランジスタ187の導通を制御している。

0078

更に、このスイッチングトランジスタ187はサイリスタ制御回路170におけるフォトカプラ175の発光ダイオード177と直列とし、直列とした発光ダイオード177に第2制御電圧Vccを印加してスイッチングトランジスタ187の導通遮断によって発光ダイオード177の点灯制御をしている。従って、この定電圧検出回路180は、直流電源部120の出力電圧が上昇すると検出抵抗器184の検出電位が上昇し、スイッチングトランジスタ187を導通させることにより発光ダイオード177を点灯させる。このため、サイリスタ制御回路170は、直流電圧発生回路110への導通信号の出力を停止し、直流電圧発生回路110の各サイリスタ111を不導通状態として交流発電機50から直流電源部120への電力供給を停止させる。

0079

又、直流電源部120の電圧が降下するとスイッチングトランジスタ187を不導通状態とし、サイリスタ制御回路170から導通信号を出力させて直流電圧発生回路110の各サイリスタ111を導通状態とする。このようにして、定電圧検出回路180により直流電源部120の電位を常に一定とすることができる。

0080

そして、直流電圧検出回路320は、分圧抵抗器325を直流電源部120の両端子間に挿入するように接続するものであり、この分圧抵抗器325により直流電源部120の出力電圧を分圧して中央制御手段310に直流電源部120の出力電圧値を直流電圧信号として入力している。又、インバータ回路130とローパスフィルタ140との間に挿入された出力電圧検出回路340は、インバータ回路130の第1出力電圧及び第2出力電圧を各々分圧抵抗器により分圧降下させて電圧検出を行うものであり、第1出力電圧を分圧抵抗器341,342で分圧した第1検出電圧、及び、第2出力電圧を分圧抵抗器343,344で分圧降下させた第2検出電圧を、各々検出用のローパスフィルタ347,348を介して中央制御手段310に出力電圧信号として入力している。

0081

そして、この出力電圧検出回路340と矩形波形成回路317とを出力電圧検出手段とし、出力電圧検出回路340から出力される出力電圧信号を中央制御手段310に入力するに際し、アナログ信号である第1出力電圧信号と第2出力電圧信号とを中央制御手段310に入力すると共に、この第1出力電圧信号と第2出力電圧信号とを矩形波形成回路317にも入力し、矩形波形成回路317からのゼロクロス信号も中央制御手段310に入力する。

0082

この矩形波形成回路317は、正弦波を形成する第1出力電圧と第2出力電圧との差電圧に基づく矩形波を形成し、正弦波を形成する第1出力電圧と第2出力電圧との差電圧におけるゼロクロスポイントをこの矩形波のエッジとし、携帯用発電機100から出力される出力電圧におけるゼロクロスポイントのタイミングを示すゼロクロス信号を中央制御手段310に入力している。

0083

更に、出力電流検出回路330は、インバータ回路130からローパスフィルタ140に流れる電流を検出用抵抗器331で検出し、検出用ローパスフィルター335を用いて高調波成分を除去した出力電流信号を中央制御手段310と過電流検出回路350とに入力している。尚、出力電流検出回路330は、インバータ回路130の入力側に設けることもある。この出力電流検出回路330をインバータ回路130の入力側に設ける場合、特に直流電源部120の−側端子とインバータ回路130の間に出力電流検出回路330を設ける場合は、出力電流検出回路330から出力される出力電流信号の絶対電圧を低くすることが容易となる。

0084

又、出力電流検出回路330としては、検出用抵抗器331を用いる場合のみでなく、誘導コイルを用いた電流検出器を使用することもある。そして、過電流検出回路350は、抵抗器351,352と比較器355及びスイッチングトランジスタ357で形成し、制御電源部201で形成した第2制御電圧Vccを基準電圧用分圧抵抗器351,352により分圧して基準電圧を形成し、出力電流検出回路330が出力する出力電流信号の電位が基準電圧よりも高くなるとスイッチングトランジスタ357を導通させるものとしている。

0085

更に、このスイッチングトランジスタ357は、エミッタを接地し、コレクタをフォトカプラ175における発光ダイオード177のカソードに接続するものである。従って、この過電流検出回路350は、スイッチングトランジスタ357が導通するとサイリスタ制御回路170に導通信号の出力を停止させる。尚、中央制御手段310には、直流電圧検出回路320からの直流電圧信号、出力電流検出回路330からの出力電流信号、及び、出力電圧検出手段の内の出力電圧検出回路340からの出力電圧信号とこの出力電圧信号に基づく出力電圧検出手段の内の矩形波形成回路317からのゼロクロス信号が検出信号として入力される他、三相出力巻線51が出力する出力電圧の周波数の検出信号も回転数検出回路319から回転数信号として入力され、又、発光ダイオード177のカソード電位も導通率検出信号として入力され、更に、スロットル制御機構315からはスロットルの開度信号も入力される。もっとも、スロットル制御機構315からの開度信号は省略し、スロットル開度制御部423でスロットルの開度量を記憶しておくこともある。

0086

これらの検出信号が入力される中央制御手段310は、その動作として、図4に示すように、PWM制御信号をPWMドライバーに出力するPWM信号生成部441の他、出力電圧検出回路340からの出力電圧信号及び矩形波形成回路317からのゼロクロス信号により制御の開始に際して単独か並列かを判断してPWM信号生成部441を制御する単独運転制御部435及び同期運転制御部437、更に設定スイッチ318からの信号により単相交流電圧の周波数を設定する出力周波数設定部415や設定スイッチ318からの信号により単相交流電圧の出力電圧を調整設定する出力電圧設定部417、及び、出力電圧検出回路340からの出力電圧信号により第1出力端子151及び第2出力端子152から出力する単相交流電圧を監視する電圧波形監視部433、又、回転数検出回路319からの回転数信号によりエンジン回転数を判断するエンジン回転速度検出部421や出力電流信号及び回転数信号やスロットル制御機構315からの開度信号に基づいてスロットルドライバー313に回転制御信号を出力するスロットル開度制御部423、そして、出力電流検出回路330からの出力電流信号や直流電圧検出回路230からの直流電圧信号に基づいて停止制御信号を停止回路360に出力する回路保護部431、サイリスタ制御回路170における発光ダイオード177のカソード電位により直流電圧発生回路110の稼働率即ち直流電圧発生回路110におけるサイリスタ111の導通率を検出する導通率検出部419、更に、中央制御手段310の制御動作状態に応じて携帯用発電機100の作動状況運転状態表示部427に表示させる信号を出力する表示制御部425を形成している。

0087

尚、このマイクロコンピュータである中央制御手段310は、図示していないが、十数メガヘルツとされる水晶発振器を有し、この水晶発振器の出力を基準クロックとして作動するものであり、制御プログラム制御データテーブルなどが記録されているリードオンリメモリ及び演算処理を行うためのランダムアクセスメモリ、更に、基準クロックを分周して所要のクロック信号を形成する分周回路を有するものである。又、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器411も備えているものである。

0088

又、スロットル制御機構315において、パルスモータを用いてスロットルバルブ回転制御する場合は、スロットル開度制御部423にパルスカウンタを内蔵させ、スロットル開度制御部423からスロットルドライバー313に出力する回転制御信号に合わせてカウント値アップカウント又はダウンカウントし、スロットル制御機構315からの開度信号を省略してスロットル開度制御部423でスロットルの開度データを記憶させることもある。

0089

この、スロットル開度制御部423は、回転数検出回路319からの回転数信号に基づくエンジン回転速度検出部421からの回転速度データスロットル開度信号又はスロットル開度データとに基づいてスロットル開度を制御するものであるも、このスロットル開度制御部423でスロットルの開度を制御するに際し、交流発電機50の最大効率などに合わせ、直流電圧発生回路110の稼働率を80パーセント前後とするように制御する。

0090

即ち、導通率検出部419に入力される導通率検出信号としたサイリスタ制御回路170における発光ダイオード177のカソード電位がグランドレベルか否かの割合による直流電圧発生回路110の稼働率に基づき、直流電圧発生回路110の稼働率であるサイリスタ111の導通率が70パーセントなどの所定の値よりも低いときは導通率の値に合わせてスロットルを閉じる方向に開度を変更する制御を行って交流発電機50の発電量を減少させる。又、導通率が90パーセントなどの所定の値を越えるときはスロットルを大きく開く方向に開度を変更する制御をしてエンジンの回転数を上昇させ、交流発電機50の発電量を増加させるようにしている。

0091

従って、負荷の状態に合わせ、当該携帯用発電機100からの出力電力が大きい場合には交流発電機50の発電量を増大させることにより、負荷に合わせた発電を行うことができる。そして、PWM信号生成部441は、PWM基準テーブルを有し、このPWM基準テーブルに基づいてPWM制御信号をPWMドライバー311に出力し、インバータ回路130における第1トランジスタ131乃至第4トランジスタ134である各トランジスタの導通遮断を制御する。

0092

このPWM基準テーブルは、多数のPWM基準値を記憶するテーブルであり、各PWM基準値は、正弦波曲線の1周期を形成する曲線の値に相当する百個乃至数百個程度の数値としている。そして、中央制御手段310のPWM信号生成部441は、一定の周期でこのPWM基準テーブルからPWM基準値を順次読み出してPWM制御信号を形成し、このPWM制御信号をPWMドライバー311に出力する。

0093

このPWM制御信号は、PWM基準テーブルの先頭値が0の場合は、PWM基準値を読み出す読み出しクロックにおける1クロック時間の2分の1時間に相当する値を読み出した各PWM基準値に加え、PWM基準値が0のときにデューティー比が50パーセントとなるパルス信号を形成している。このため、PWM制御信号の各パルスは、図5の(1)に示すように、デューティー比を正弦波形状に合わせて順次変化させ、デューティー比が50パーセントを中心として数十パーセントから100パーセントの数十パーセント手前までの範囲の値で順次変化する基準正弦波を形成するパルス信号列とされる。

0094

そして、PWMドライバー311は、このPWM制御信号を電流増幅して第1トランジスタ131及び第4トランジスタ134に出力する第1PWM信号と、このPWM制御信号を反転増幅して第2トランジスタ132及び第3トランジスタ133に出力する第2PWM信号とを形成し、この第1PWM信号及び第2PWM信号をインバータ回路130に出力する。

0095

更に、中央制御手段310の電圧波形監視部433は、各PWM基準値に対応させた多数の電圧テーブル値を記憶する出力電圧値テーブルを有し、PWM基準テーブルからPWM基準値の読み出しを行うタイミングに合わせて出力電圧値テーブルから電圧テーブル値を読み出し、この読み出した電圧テーブル値と出力電圧検出回路340から入力される出力電圧の値とを比較し、PWM信号生成部441から出力されるPWM制御信号を形成する各パルス信号のパルス幅を修正させ、出力電圧の調整を行っている。

0096

そして、図示していない始動スイッチが操作され、PWM制御信号をPWM信号生成部441から出力して第1出力端子151及び第2出力端子152から単相交流電圧の出力を開始するに際し、中央制御手段310は出力電圧検出手段の内の矩形波形成回路317からのゼロクロス信号が入力されているか否かの判断を行い、ゼロクロス信号が入力されていないときは単独運転制御部435の作動を開始する。

0097

この単独運転制御部435の作動が開始されることにより、中央制御手段310のPWM信号生成部441は、第1出力端子151と第2出力端子152との間の平均出力電圧が設定スイッチ318により設定された100ボルトなどであって、周波数を設定された50ヘルツ又は60ヘルツとする電圧を形成するPWM制御信号を出力する。

0098

この出力電圧の周波数は、PWM信号生成部441のPWM基準テーブルに記録されている単相交流電圧の一周期分を形成する100個乃至数百個のPWM基準値を20ミリ秒で読み出すクロックを選択するか又は16.66ミリ秒で読み出すクロックを選択するかにより、当該携帯用発電機100から出力する単相交流電圧の周波数を50ヘルツや60ヘルツに定めるものである。

0099

又、出力電圧の設定は、設定スイッチ318における電圧調整スイッチからの信号に基づいてPWM基準テーブルに記録されているPWM基準値に補正値を乗算や加算して修正基準値を形成し、この修正基準値に基づいてPWM制御信号とするパルス信号の各パルス幅を定めるものである。そして、このPWM基準値から修正基準値を算出する補正値を出力電圧設定部417で形成し、この補正値を出力電圧設定部417から単独運転制御部435が読み取り、この補正値をPWM信号生成部441に受け渡すことにより行っている。

0100

更に、PWM信号生成部441からPWM制御信号が出力された後は、出力電圧検出回路340からの出力電圧信号に基づいて出力電圧波形監視部433でピーク電圧及び正弦波の歪みを監視し、ピーク電圧が設定値から変動したときは、設定電圧との差を修正する補正値を出力電圧波形監視部433からPWM信号生成部441に読み込ませるようにする。又、正弦波の歪みが持続するときも、補正値をPWM信号生成部441に読み込ませて設定された電圧であって滑らかな正弦波とした単相交流電圧を出力させるようにしている。

0101

そして、負荷の容量や種類によっても単相交流電圧の波形が歪むため、出力電流値に合わせてPWM制御信号を補正することにより、常に出力電圧が所定の正弦波形状となる制御を行うものとしている。この補正は、電力回路101の内部インピーダンスと出力電流値及び出力電流値とにより、PWM基準値に補正を加える補正値Yを各PWM基準値に対応させて記憶し、各PWM基準値に基づいて次回にPWM制御信号をPWM信号生成部441で形成する際、各PWM基準値に対応した補正値Yを加算又は減算するようにして補正する。そして、この補正したPWM基準値である修正基準値によってPWM制御信号を形成させるものである。

0102

この補正値Yは、PWM基準テーブルのN番目のPWM基準値Pnを読み出してPWM制御信号をPWM信号生成部441から出力し、このPWM制御信号による第1出力端子151と第2出力端子152との間の電位差である出力電圧値がVボルトにして、この時の出力電流値がIアンペアであれば、定数M、T、Z、S、及び変数Kを係数とすることにより、各PWM基準値Pnに対応する補正値Ynを各々求めるものであって
Yn=[(Qn−V/M)/T]−I・Z・S・K
とした補正値YnをN番目のPWM基準値Pnについて算出し、この補正値Ynを記憶して一周期後の次回のPWM基準値Pnとしては、
Pn+Yn 又は Pn−Yn
とする補正により算出した修正基準値であるPWM基準値に基づいてPWM制御信号をPWM信号生成部441から出力するものである。

0103

この補正値Ynを算出する際のQnは、N番目のPWM基準値Pnに基づくPWM制御信号としてのパスル信号をPWM信号生成部441から出力したときに当該携帯用発電機100が無負荷状態で第1出力端子151と第2出力端子152との間に発生すべき出力電圧を示す電圧テーブル値であって、Mは出力電圧の1ボルト変化に対応する電圧テーブル値の変化値である。又、Zは電力回路101の内部インピーダンス即ち、主としてローパスフィルタ140のインピーダンスであって、Sは第1出力端子151と第2出力端子152との間に1ボルトの変化を発生させるPWM基準値の変化値であり、Tは、出力電圧の1ボルト変化に対応したPWM基準値の変化値と電圧テーブル値の変化値との比である。

0104

そして、変数Kは、通常の正常値を「1」とし、直流電源部120の出力電圧である直流電圧が所定の設定範囲を僅かに超えた場合やスロットル開度に対して交流発電機50の回転数即ちエンジンの回転数が低い場合など、当該携帯用発電機100の正常動作からずれた状態が発生したときに数パーセント乃至十パーセント程度の増減を行って数値を変更する変数としているものである。

0105

従って、この携帯用発電機100では、その中央制御手段310において、所定パルス幅のPWM制御信号をPWM信号生成部441から出力したときの無負荷出力電圧に対応させた電圧テーブル値Qnと、このPWM制御信号に基づいた出力電圧を現実に検出した出力電圧の値Vとの差による電圧補正項である(Qn−V/M)/T、及び、内部インピーダンスZ及びこのときの出力電流による電流補正項であるI・Z・S・KによってN番目のPWM基準値Pnを修正するように各PWM基準値を補正してPWM制御信号を形成することができる。

0106

このため、図6に示すように、出力電圧Vと出力電流Iとの間に位相差が生じる進相負荷が接続されたとき、又は遅相負荷が第1出力端子151及び第2出力端子152に接続されることにより、出力電圧と出力電流との位相差及び電流値などによって出力電圧が歪む場合であっても、瞬時瞬時の電流値Iに応じて出力電圧を補正する電流補正項(I・Z・S・K)を有する補正値Ynであって、且つ、無負荷出力電圧とする電圧テーブル値Qnと検出した出力電圧Vとの差をも修正する電圧補正項を備えた補正値Ynによって各PWM基準値Pnを修正するから、出力電圧と出力電流との位相差に拘わらず、常に出力電流の値が如何なる値であっても出力電圧の波形を適正な正弦波に近づける補正を行うことができる。

0107

そして、この携帯用発電機100では、インバータ回路130及びローパスフィルタ140の特性によりPWM基準値の値が1だけ変化したときに第1出力端子151と第2出力端子152との間にSボルトの電圧変化が生じるも、この出力電圧の変化値であるSボルトに対応する電圧テーブル値Qnが1だけ変化するように出力電圧検出回路340の分圧比及び出力電圧信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する際のAD変換比率を定めておけば、PWM基準テーブルに記憶される各PWM基準値と出力電圧値テーブルに記憶される各電圧テーブル値とを等しくしておくことができる。更に、PWM基準値と電圧テーブル値とを等しくするように出力電圧検出回路340の分圧比やAD変換比率を定めれば、前述の補正値Ynを求める際の定数M及び定数Tも1とすることにより、
Yn=(Qn−V)−I・Z・S・K
となり、又、Kは正常値が1であるため、
Yn=(Qn−V)−I・Z・S
とすることができ、検出した出力電圧値V及び検出した出力電流値Iに基づいた中央制御手段310における演算の処理することができる。

0108

又、更に出力電流検出回路330が出力する出力電流信号の値と出力電流自体の値との比、及び、出力電流信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する際のAD変換比率を所定とし、出力電流の値に対するデジタル出力電流信号の値の比を電力回路101の内部インピーダンスZとPWM基準値の値が1だけ変化したときの出力電圧の変化値であるSとの積に等しくしておけば、中央制御手段310のアナログデジタル変換器411でデジタル信号とした出力電流信号の値を直接に電流補正項(I・Z・S・K)の内のI・Z・Sの値として演算処理することができる。

0109

従って、PWM基準テーブルに記憶するPWM基準値の先頭値を0とし、このPWM基準値の0に基づいてデューティー比を50パーセントとするPWM制御信号を形成するPWM信号生成部441を有する中央制御手段310では、変数Kが1の場合は出力電流信号の値を電流補正項の値とし、又、変数Kの値が1以外の場合は、出力電圧波形監視部433において、PWM基準テーブルに記憶されているPWM基準値と出力電圧波形監視部433に入力される出力電圧信号の値との差から出力電圧波形監視部433に入力される出力電流信号の値に変数Kを掛けた値を減算するだけで各PWM基準値Pnに対応した各補正値Ynを算出して記憶することができ、この場合の各補正値Ynは、
Yn=(Qn−V)−I・K
として電圧テーブル値Qnと検出した出力電圧値Vとの差、及び検出した出力電流値Iと変数Kとにより容易に算出して出力電圧波形監視部433に記憶することができる。

0110

そして、変数Kは、正常値として「1」を設定し、スロットル開度制御部423からの制御信号によりスロットル開度を全開近くに大きくしたにも拘わらず、回転数信号により検出するエンジン回転数が上昇しないとき、変数Kの値を数パーセント程度大きな値に変更するものである。又、算出記憶した各補正値YnによりPWM制御信号を形成するに際しては、先頭値の0に合わせてデューティー比を50パーセントとし、1周期の前半半周期となる前半周期では各PWM基準値Pnを正の値とし、後半の半周期となる後半周期では各PWM基準値Pnを負の値としてPWM制御信号の各パルスを形成する場合、前半周期では各PWM基準値Pnにこの補正値Ynを加算し、後半周期では各PWM基準値Pnからこの補正値Ynを減算するものとしている。

0111

このため、この制御により形成される出力電圧は、図7に示すように、第1出力端子151の出力電圧である第1出力電圧V1が第2出力端子152の出力電圧である第2出力電圧V2よりも大きな半周期では、補正値YnをPWM基準値Pnに加算すれば、理想出力電圧の値である電圧テーブル値Qnよりも検出した出力電圧Vが大きく、補正値Ynが負の値となる場合、修正基準値(Pn+Yn)は、
Pn+{(Qn−V)−I・K}
として算出できるため、修正基準値(Pn+Yn)がPWM基準値Pnよりも小さくなり、この修正基準値に基づくPWM制御信号のパルス幅を変更し、第1出力電圧V1は小さく修正し、且つ、第2出力電圧V2は大きく修正することになるため、第1出力電圧V1と第2出力電圧V2との差である出力電圧Vを小さくすることができる。

0112

又、第1出力電圧V1が第2出力電圧V2よりも小さくなる半周期では、補正値YnをPWM基準値Pnの絶対値から減算することにより、
Pn−{(Qn−V)−I・K}
とすれば、検出した出力電圧Vが理想出力電圧の値である電圧テーブル値Qnよりも大きく、補正値Ynが負の値の場合に、第1出力電圧V1を大きくするように修正し、且つ、第2出力電圧V2を小さく修正して第1出力電圧V1と第2出力電圧V2との差である出力電圧Vを小さくすることができる。

0113

そして、この補正値Ynは、出力電圧値Vと電圧テーブル値Qnによる電圧補正項の他、内部インピーダンスZを加味した出力電流値Iに基づく電流補正項も有しているから、出力電流が大きい場合には、インバータ回路130が出力する単相交流電圧の修正量を大きく補正し、第1出力端子151及び第2出力端子152から出力する出力電圧Vの補正量を適性とすることができる。

0114

更に、この出力電圧波形監視部433では、スロットル制御機構315からのスロットル開度信号又はスロットル開度制御部423に記憶しているスロットル開度データに基づいて、スロットル開度が全開に近い状態とされているときにエンジン回転速度検出部421で検出する回転数が低いときは、変数Kの値を大きな値に変更するものとしている。

0115

従って、負荷状態に合わせてスロットル開度制御部423でスロットルの開度、即ちエンジンや交流発電機50の回転数を制御し、負荷の増加に合わせてスロットル開を大きくし、スロットル開度が全開又は全開近くになったにも拘わらず、エンジンの回転数が高回転とならないとき、変数Kを減算係数に含む補正値Ynにおける負の値を大きくし、出力電圧Vを小さくすることができる。

0116

このため、当該携帯用発電機100からの出力電圧は小さくなり、交流発電機50の負荷が小さくなるためにエンジンや交流発電機50の回転数がスロットル開度に合わせるように短時間で上昇し、交流発電機50の出力を負荷の急増に合わせて素早く追従させることができる。従って、正常な運転時には必要のない大きなトルクを有するエンジンを使用することなく、効率の良い発電を行うことができ、負荷が急激に増加したときには、交流発電機50の回転数を素早く上昇させて負荷の状態に合わせた出力電力とすることが可能となる。

0117

又、上記実施の形態では、補正値Ynの電流補正項にスロットル開度とエンジン回転数とを条件に数値を変更する変数Kを用いているも、補正値Ynは、電圧テーブル値Qnと内部インピーダンスZ、出力電圧の変化量と電圧テーブル値の変化量との比であるM、出力電圧の変化量とPWM基準値の変化量との比であるS、PWM基準値の変化量と電圧テーブル値の変化量との比であるTにより検出電圧値Vと検出電流値Iとによって、
Yn=[(Qn−V/M)/T]−I・Z・S
としておき、各PWM基準値Pnそのものに変数Kを掛ける場合や、PWM基準値Pnに補正値Ynを加算又は減算した修正基準値に変数Kを掛ける演算を行うことも有る。

0118

この変数KをPWM基準値や修正基準値の係数としてPWM基準値や修正基準値に変数Kを掛ける場合は、スロットル開度が大きいにも拘わらずエンジンの回転数が低いときに正常値「1」よりも小さな値に変更するものであり、この変数Kの数値決定は、出力電圧波形監視部433で行う場合に限ることなく、単独運転制御部435で係数とした変数Kの数値を決定し、このPWM基準値や修正基準値の係数とする変数KをPWM信号生成部441に読み込ませ、PWM信号生成部441でPWM制御信号を形成する際に演算させることも有る。

0119

又、前述のように、電流補正項の係数とした変数Kの値を大きく変更する場合や、PWM基準値や修正基準値の係数とした変数Kの値を小さく変更する場合において、スロットルの開度が全開の90パーセントに達すると0.数パーセントだけ変数Kの値を大きく又は小さく変更し、スロットルの開度が90パーセントを越えて大きくなると順次段階的に変数Kの値を大きく又は小さくするものとし、スロットルの全開で変数Kの値を正常値の「1」に対して3乃至5パーセント程度の大きな値又は小さな値とするように多段階に数値を変更することも有る。

0120

そして、このようにスロットルの開度が全開又は全開に近くなったときに変数Kの値を変更するに際して、スロットル開度とエンジン即ち交流発電機50の回転数に基づいて数値を変更する場合の他、スロットル開度と導通率検出信号による直流電圧発生回路110の稼働率とに基づいて変数Kの値を順次変更することもある。

0121

このスロットル開度と直流電圧発生回路110の稼働率とに基づいて変数Kの値を変更する場合は、直流電圧発生回路110の稼働率が95パーセントや98パーセントなどの所定の値を越えたときを直流電圧発生回路110が略最大稼働率に達しているものとし、この直流電圧発生回路110が略最大稼働率のときにスロットルの開度が90パーセント以上などの全開又は全開に近いときに変数Kの値を正常値の「1」から変更することにより、急激な負荷の増加時に素早くエンジンの回転数を上昇させて出力電圧を増大させるものである。

0122

尚、デューティー比を50パーセントとするパルス信号をPWM制御信号として中央制御手段310から出力し、このパルス信号により出力電圧の0を示す出力電圧値信号が中央制御手段310に入力されるまでの微小時間は、インバータ回路130などの回路特性により予めプリセットして電圧テーブル値と検出された出力電圧値とを比較しているも、この微小時間差を矩形波形成回路317から入力されるゼロクロス信号に基づいて修正し、PWM制御信号と第1出力端子151及び第2出力端子152に出力する出力電圧との関係を正しく調整することもある。

0123

又、PWM信号生成部441からPWM制御信号の出力を開始させるに際し、矩形波形成回路317からゼロクロス信号が中央制御手段310に入力されたときは、中央制御手段310は、同期運転制御部437の作動を開始する。この同期運転制御部437は、ゼロクロス信号の入力間隔により第1出力端子151及び第2出力端子152間に発生している電圧の周波数が設定スイッチ318で設定された周波数と一致しているか否かを先ず判断する。

0124

そして、周波数が一致していれば、出力電圧信号によりピーク電圧が設定スイッチ318で設定された電圧のピーク値と略等しいか否かの判断を行う。このようにして、第1出力端子151と第2出力端子152との間に発生している電圧の状態と設定スイッチ318により設定された周波数及び電圧とを比較し、設定値と一致しないと判断したときはPWM信号生成部441の作動を開始させることなく表示制御部425に異常信号を出力し、表示制御部425から運転状態表示部427に所要の表示信号を出力させる。

0125

又、検出した電圧の周波数及び電圧が設定値の周波数及び電圧と一致しているときは、矩形波形成回路317からのゼロクロス信号の立ち上がりに合わせてPWM信号生成部441に作動を開始させ、PWM基準テーブルのPWM基準値を先頭から読み出してPWM制御信号の出力を開始させる。尚、PWM信号生成部441の作動が開始すれば、前述の単独運転と同様に出力電圧波形監視部433によってPWM基準値を補正値Yで修正した修正基準値に基づいてPWM制御信号を形成する。

0126

このようにして、インバータ回路130の作動が開始され、ローパスフィルタ140を介して単相交流電圧が第1出力端子151及び第2出力端子152の間に出力され、この単相交流電圧と第1出力端子151及び第2出力端子152の間に入力されている交流電圧との位相及び電圧を一致させつつ正しい正弦波形状の単相交流電圧を交流電源装置である当該携帯用発電機100から出力することができる。

0127

そして、同期運転を開始した後、同期運転制御部437は、PWM信号生成部441がPWM基準値の先頭値である0に基づくPWM制御信号を出力する毎に当該中央制御手段310に入力されるゼロクロス信号の判定を行い、当該携帯用発電機100と他の発電機との位相調整制御を行う。この同期運転時の出力電圧である単相交流電圧は、図5の(1)に示したように、PWM基準値に基づいたPWM制御信号を出力すると、図5の(3)にaの正弦波として示すPWM基準信号の0と略一致したゼロクロス点を有する正弦波をローパスフィルタ140から出力させることになる。しかし、このローパスフィルタ140を介して当該携帯用発電機100が出力する電圧と他の発電機が出力する正弦波電圧との位相が図5の(3)にcとして示すようにずれているとき、第1出力端子151及び第2出力端子152の間に発生する電圧は図5の(3)にbとして示すように両電圧が合成された電圧となる。即ち、図5の(1)に示した基準正弦波のゼロクロス点に対して図5の(2)に示す正弦波となって出力電圧信号のゼロクロス点が基準正弦波のゼロクロス点とがずれることになる。

0128

従って、PWM基準値の0に基づくPWM制御信号を出力したタイミングで、出力電圧のゼロクロス信号とされる矩形波がLレベルであれば当該携帯用発電機100が出力する単相交流電圧が並列運転を行っている他の発電機が出力する電圧よりも位相が進んでいると判断し、PWM制御信号とする基準正弦波の周期を長くする制御を同期運転制御部437は行う。

0129

又、PWM基準値の0に基づくPWM制御信号を出力したタイミングで、出力電圧のゼロクロス信号とされる矩形波がHレベルであれば、同期運転制御部437は基準正弦波の周期を短くする制御を行う。このPWM制御信号により形成する基準正弦波の周期を調整するに際し、同期運転制御部437は、PWM基準値をPWM基準テーブルから読み出すクロックの間隔を変更させるものである。

0130

このクロックの間隔は、PWM基準値の読み出しクロックを形成する分周回路を制御し、1クロックの時間(PWM変調周期における1ステップ時間間隔)を数パーセント乃至十パーセント程度長く又は短くしたクロック信号を、1周期を形成する百乃至数百クロックの内に数個乃至十個程度形成するものである。このように、PWM信号生成部441で形成するPWM制御信号による基準正弦波のゼロクロス点のタイミングで第1出力端子151及び第2出力端子152の間に発生している電圧の正負、即ち基準正弦波と出力電圧とのゼロクロス点のずれを検出し、基準正弦波の出力タイミングを調整するため、負荷の種類による出力電圧と出力電流との位相差に基づく影響を無くし、他の発電機と当該携帯用発電機100との出力電圧の位相差を正確に修正することができる。

0131

又、この基準正弦波の修正に際し、1ステップの時間間隔を数パーセント乃至十パーセント程度変更するクロック信号のパルスを数個乃至十個程度形成するため、基準正弦波の1周期の変動率を0.3パーセント程度以下とし、50ヘルツ又は60ヘルツに対して変動量を0.2ヘルツ未満とした調整を行うことができる。

0132

更に、このPWM制御信号による基準正弦波の周波数調整は、クロック信号のパルス間隔、即ちPWM制御信号の出力間隔を数パーセント乃至十パーセント程度変更するのみであり、PWM制御信号とするパルス信号の個数及び各PWM制御信号の値であるPWM制御信号とした各パルスのパルス幅を変更しないため、PWM制御信号が形成する基準正弦波や当該携帯用発電機100が出力する単相交流電圧の波形を滑らかに変化させつつ周期を調整変更することができる。

0133

尚、クロックパルスの間隔を数パーセント乃至十パーセント程度変更したクロックパルスの数個乃至十個程度を形成するに際し、クロックパルスの間隔を変更したクロックパルスを連続して形成することもある。又、クロックパルスの間隔を変更した各クロックパルスを基準正弦波の1周期内に分散させ、1周期の間に形成するクロックパルスの内の所要個数のクロックパルスについてパルス間隔を変更することもある。

0134

そして、この同期運転制御部437によってPWM信号生成部441を作動させるときも、単独運転制御部435によってPWM信号生成部441を作動させたときと同様に、出力電圧波形監視部433によって出力電圧の調整及び波形の整形を行い、又、急激な負荷の増加に交流発電機50の回転数上昇が追従しないときは、電流補正項の係数とした変数Kの値を大きく変更する制御を出力電圧波形監視部433で行いつつPWM信号生成部441を作動させ、又はPWM基準値や修正基準値の係数とした変数Kの値を小さく変更する制御を同期運転制御部437で行ってPWM信号生成部441を作動させ、出力電圧を降下させる。

0135

更に、この同期運転制御部437は、直流電圧検出回路320からの直流電圧信号と導通率検出部419に入力される導通率検出信号とに基づき、PWM基準値や修正基準値の係数としての変数K’の値を大きな値に変更する制御も行うものである。このPWM基準値や修正基準値の係数とする変数K’も、正常値を「1」とし、導通率検出信号に基づく直流電圧発生回路110の稼働率が数十パーセントなどの低い所定の規定値以下となり、直流電圧が定電圧検出回路180の設定電圧近く又は稼働率が略0パーセントであって直流電圧が定電圧検出回路180の設定電圧を越えているときなどには、変数K’として1よりも数パーセント程度大きな値に変更してPWM制御信号のパルス幅を大きくするように変更するものである。

0136

このように、当該携帯用発電機100における直流電圧発生回路110の稼働率が低いにも拘わらず、直流電源部120の電圧が高いときは、第1出力端子151と第2出力端子152との間に生じる出力電圧が高く、当該携帯用発電機100の出力電力が小さい状態であり、並列運転を行っている他の発電機の出力が大きいために直流電圧が高電位に維持されているものであるから、PWM基準値又は修正基準値の係数とした変数K’の値を大きくし、インバータ回路130の出力電圧を上昇させることにより、当該携帯用発電機100の出力を増大させて当該携帯用発電機100の負荷分担を大きくすることができる。

0137

尚、変数K’の値を大きな値に切り換えるに際しては、直流電圧の検出値が高いほど大きな値となるように直流電圧の電圧値に合わせて順次段階的に大きくしていくことが好ましい。又、この同期運転制御部437では、出力電流検出回路330からの出力電流値に基づいても、PWM制御信号のパルス幅の値を調整して出力電圧の調整も行うものとしている。

0138

この出力電流値に基づく出力電圧の調整は、出力電流信号により第1出力端子151又は第2出力端子152から出力する電流値が定格電流値の85パーセント乃至90パーセントとする所定の値を越えたとき、単相交流電圧の値を1パーセント程度低下させるようにPWM基準値又は修正基準値に掛ける係数の値を変更することによって、PWM制御信号とするパルス信号のパルス幅を僅かに小さくする変更と電圧テーブル値の修正変更とを行うものである。

0139

このように、出力電流値が定格電流値の近くまで大きくなったときは、出力電圧を僅かに低下させることにより、当該携帯用発電機100の出力電圧を僅かに小さくし、並列運転を行っている発電機の負荷分担を一方の発電機に片寄り過ぎないようにすることができる。尚、中央制御手段310では、単独運転制御部435や並列運転制御部437と合わせて出力電圧波形監視部433及びPWM信号生成部441により第1出力端子151と第2出力端子152との間に生じる出力電圧が所定の正弦波形状となるようにPWM制御信号を形成しているも、このPWM制御信号を形成するためのPWM基準値の補正は、PWM基準テーブルの前半周期のPWM基準値に対して加算又は掛け算を行うとき、PWM基準テーブルの後半周期のPWM基準値に対しては減算又は割り算を行うことがある。

0140

このように、PWM基準値や修正基準値の値が0のときに出力電圧Vが0となる電圧変換を行っているか否か、又は、PWM基準値を常に正の値とするかPWM基準値を正及び負の値とするかなどの演算手法に合わせて前半周期と後半周期とで加算と減算又は掛算割算とを切り換え、又は、一周期を通して加算又は減算や掛算又は割算を行うことにより、図7に示すように、第1出力端子151の出力電圧である第1出力電圧V1が第2出力端子152の出力電圧である第2出力電圧V2よりも大きい半周期では、第1出力電圧V1を下方修正した第1出力電圧v1により両端子間の差電圧となる出力電圧Vを小さくし、第1出力電圧V1が第2出力電圧V2よりも小さい半周期においては第1出力電圧V1を大きくする修正を行って前半周期と同様に出力電圧Vを小さくすることができる。

0141

更に、この中央制御手段310は、回路保護部431により直流電圧発生回路110の制御を、又、スロットル開度制御部423によりエンジンの回転数制御を行っている。この回路保護部431による直流電圧発生回路110の制御は、停止回路360によりサイリスタ制御回路170を介して行うものである。この停止回路360は、図3に示したように、ベースを中央制御手段310に接続したスイッチングトランジスタ361で構成し、スイッチングトランジスタ361のエミッタを接地し、このスイッチングトランジスタ361のコレクタをフォトカプラ175における発光ダイオード177のカソードに接続しているものである。

0142

この停止回路360によって直流電圧発生回路110の制御を行うに際しては、エンジンの始動時、回転数検出回路319から入力される回転数信号が安定して維持されるまでは回路保護部431から停止制御信号を停止回路360に出力し、発光ダイオード177を点灯させてサイリスタ制御回路170から導通信号を出力させないようにする。

0143

そして、エンジンの回転数が安定したとき、停止制御信号の出力を停止し、直流電圧検出回路320からの直流電圧信号により直流電源部120の電圧が160ボルト乃至200ボルトの所定の電圧に達していることを確認し、単独運転制御部435又は同期運転制御部437の制御に基づきPWM信号生成部441からPWM制御信号の出力を開始する。

0144

更に、エンジンの制御は、エンジン回転速度検出部421及びスロットル開度制御部423によってスロットルドライバー313を介してスロットル制御機構315のパルスモータを正回転又は逆回転させることにより行う。このエンジン回転数制御は、前述のように、フォトカプラ175における発光ダイオード177のカソード電位により直流電圧発生回路110に導通信号を出力している時間の割合、即ちサイリスタ111の導通率に合わせてスロットル制御機構315から入力される開度信号を所定の値とし、又は、スロットル制御機構315のパルスカウンタのカウント値を所定の値とし、出力に合わせて所定のエンジン回転数をするものである。

0145

従って、直流電圧発生回路110の稼働率に合わせてスロットル開度を修正し、高効率の電圧変換を行うことができる。尚、出力電流検出回路330からの出力電流信号に合わせてスロットル制御機構315から入力される開度信号、又は、スロットル制御機構315のパルスカウンタのカウント値を所定の値とし、出力に合わせたスロットル開度の制御を行うことも有る。

0146

又、この携帯用発電機100では、定格電流を越える過電流が流れるとき、中央制御手段310の回路保護部431によって直流電圧発生回路110やインバータ回路130の動作を停止させる制御を行い、単相交流電圧の出力を停止することにより電力回路101の保護を図ると共に、過電流検出回路350により直流電圧発生回路110の動作を停止させる制御とを行っている。

0147

この電力回路101を保護する回路保護部431による制御は、出力電流値が定格電圧の1.2倍を越えたときは、数秒乃至数分間の持続時間が経過するとPWM信号生成部441から出力しているPWM制御信号の出力を停止させると共に、停止回路360に停止制御信号の出力を開始するものとしている。そして、定格電流の1.2倍を越えた値に応じて出力電流値が大きいときは、短い持続時間で停止制御信号の出力を開始すると共にPWM信号生成部441にPWM制御信号の出力を停止させ、定格電流を越えた値が小さいときは、多少長い持続時間で停止制御信号の出力開始及びPWM制御信号の出力停止制御を行い、単相交流電圧の出力を停止させる。又、出力電流の値が定格電圧の2倍余りに達したときは、直ちにPWM制御信号の出力を停止させると共に停止制御信号の出力を開始して単相交流電圧の出力を停止させる。

0148

更に、直流電圧検出回路320で検出する直流電圧の値や出力電圧検出回路340で検出する出力電圧の値が異常に高くなったとき、又、出力電圧が設定されている値である例えば100ボルトよりも大きく低下したときや100ボルトよりも低い電圧が持続したときなど、電力回路101に異常電圧が発生したことを検出したときも回路保護部431は停止制御信号を停止回路360に出力し、且つ、PWM信号生成部441にPWM制御信号の出力を停止させることによって第1出力端子151及び第2出力端子152からの単相交流電圧の出力を停止させる。

0149

又、中央制御手段310とは別に設けている過電流検出回路350は、出力電流の値が定格電圧の2倍近くに達したとき、フォトカプラ175にLレベルの停止信号を出力してサイリスタ制御回路170が直流電圧発生回路110に出力している導通信号の出力を停止させる。このため、出力電流の値が定格電圧の2倍近くに達したときは、直流電圧発生回路110の各サイリスタ111が不導通状態とされ、直流電源部120への交流発電機50からの電力供給が停止される。従って、直流電源部120の出力電圧は降下する。

0150

従って、直流電源部120の出力電圧をPWM制御によって交流電圧とし、一定のデューティー比とされたPWM制御信号による第1PWM信号及び第2PWM信号により形成される第1出力端子151と第2出力端子152の電位差である出力電圧は低下し、負荷電流も減少させて出力電流が定格電流の2倍余りを越えて直ちに単相交流電圧の出力が停止されることや、出力電流値が定格電流の1.2倍を大きく越えて極めて短時間で単相交流電圧の出力が停止されることが防止できる。

0151

尚、過電流検出回路350は、出力電流検出回路330で定格電流値の2倍近くの電流値を検出したときに停止信号を出力するように基準電圧を設定する場合に限るものでなく、定格電流値の1.5倍を越える電流が流れようとするときに直流電圧発生回路110の整流動作を停止させ、直流電源部120への交流発電機50からの電力供給を停止し、出力電圧を低下させるようにする場合など、電力回路101を形成する素子の特性や耐久性、及び、安全基準に合わせ、中央制御手段310に停止制御信号を出力させる際の出力電流値と共に適宜の値として設定するものである。

発明の効果

0152

請求項1に記載した本発明は、交流電圧を直流電圧発生回路で一旦直流化して所定電圧の直流電圧を形成した後単相交流電圧をインバータ回路で形成して出力する携帯用発電機において、直流電圧発生回路の稼動率が略最大稼働率となり且つスロットル開度が全開近くなったとき、又は、スロットル開度が全開近くであってエンジン回転数が所定の規定値よりも低いとき、インバータ回路からの出力電圧を降下させる携帯用発電機の出力調整方法とするものである。

0153

従って、負荷が急激に増大したときは、インバータ回路の出力電圧即ち出力端子からの出力電圧を降下させるから、携帯用発電機の負荷を一旦軽くし、交流発電機の回転数を速やかに上昇させて素早く負荷に応じた出力電力を得ることができることになる。又、請求項2に記載した本発明は、交流電圧を直流電圧発生回路で一旦直流化した後にインバータ回路で単相交流電圧を形成して出力する携帯用発電機において、インバータ回路を制御するのに必要なPWM基準テーブルを設け、PWM基準テーブルの各PWM基準値と出力電圧値とを比較した差の値に基づく補正値を算出し、この補正値により修正基準値を求めてPWM制御信号を形成することにより出力電圧を安定させることにより、直流電圧発生回路の稼動率が略最大稼動率となり且つスロットル開度が全開近くなったとき、又は、スロットル開度が全開近くでエンジン回転数が所定の規定値よりも低いときは、補正値を大きく又は小さくすることによって出力電圧を降下させる携帯用発電機の出力調整方法とするものである。

0154

従って、マイクロコンピュータを用いて複数のPWM基準テーブルを用いることなく出力電圧の調整を行うことができる。そして、負荷が急激に増大したときは、出力端子からの出力電圧を降下させることにより、負荷を一旦軽くしてエンジンの回転数即ち発電量を素早く上昇させ、負荷に応じた出力電力が得られるようにすることができる。

0155

尚、請求項3に記載した本発明は、補正値は、出力電流値と所定の値を選択した変数値との積を係数とし、選択する変数値の値を大きな値に置き換えることによって補正値を変化させる請求項2に記載した携帯用発電機の出力調整方法とする。従って、出力電流値が大きいときは変数値が一定でも修正値を大きく変更することができ、負荷が大きいときには出力電圧の変動幅を多少大きくし、負荷に合せた運転状態に素早く対応させることができる。

0156

そして、請求項4に記載した本発明は、交流発電機と、交流発電機で形成する交流電圧を直流化する直流電圧発生回路とこの直流電圧を保持する直流電源部とを有し、更に、直流電源部の出力電圧を単相交流電圧に変換するインバータ回路をする携帯用発電機であって、直流電圧発生回路の稼動率を検出する導通率検出部やインバータ回路を制御するPWM信号生成部及び単独運転制御部や同期運転制御部とスロットル開度制御部とを備えた中央制御手段を有し、又、出力端子間の電圧を検出して出力電圧信号を出力し且つ出力電圧に合わせたゼロクロス信号も出力する出力電圧検出手段を有し、単独運転制御部及び同期運転制御部は、直流電圧発生回路の稼動率が略最大稼動率となり、且つ、スロットル開度が全開近くなったとき、PWM制御信号のパルス幅を変更させることによって出力電圧を降下させる制御を行う携帯用発電機とするものである。

0157

従って、負荷が急激に増大したとき、出力電圧を低下させて当該携帯用発電機の負荷を一旦軽くし、交流発電機の回転数を速やかに上昇させて発電量を素早く上昇させ、負荷に応じた出力電力が得られるようにすることができる。更に、請求項5に記載した本発明は、交流発電機を有し、交流発電機で形成する交流電圧を直流化する直流電圧発生回路とこの直流電圧を保持する直流電源部とを有し、更に、直流電源部の出力電圧を単相交流電圧に変換するインバータ回路をする携帯用発電機であって、直流電圧発生回路の稼動率を検出する導通率検出部やインバータ回路を制御するPWM信号生成部及び単独運転制御部や同期運転制御部、更にスロットル開度制御部やエンジン回転速度検出部を備えた中央制御手段を有し、又、出力端子間の電圧を検出して出力電圧信号を出力し且つ出力電圧に合わせたゼロクロス信号も出力する出力電圧検出手段を有し、単独運転制御部及び同期運転制御部は、スロットル開度制御がスロットル全開に近く且つエンジン回転速度が所定の規定値よりも低いとき、PWM制御信号のパルス幅を変更させることによって出力電圧を降下させる制御を行う携帯用発電機とするものである。

0158

従って、負荷が急激に大きくなってエンジンの回転速度が負荷の増加に追従して素早く上昇しないとき、出力電圧を低下させることによって負荷を一旦軽減し、迅速にエンジンの回転数を上昇させ、発電電力を素早く増大させて負荷に応じた出力電力を出力させることができる。又、請求項6に記載した本発明は、交流発電機と、交流発電機で形成する交流電圧を直流化する直流電圧発生回路及びこの直流電圧を保持する直流電源部とを有し、更に、直流電源部の出力電圧を単相交流電圧に変換するインバータ回路を有し、インバータ回路の出力を出力端子から出力する携帯用発電機であって、直流電圧発生回路の稼動率を検出する導通率検出部とインバータ回路を制御するPWM信号生成部及び単独運転制御部や同期運転制御部、更に、スロットル開度制御部及びエンジン回転速度検出部や検出した出力電圧及び出力電流の値に基づいて演算を行う出力電圧波形監視部とを備えた中央制御手段を有し、PWM信号生成部は、PWM基準値に対応したPWM制御信号を形成し、出力電圧波形監視部は、各電圧テーブル値と検出した出力電圧の値との差から検出した出力電流値に係数を掛けた値を減算又は加算した補正値を算出して記憶し、且つ、次回のPWM基準値に基づいたPWM制御信号をPWM信号生成部が形成するに際し、PWM基準値から補正値を減算又は加算した修正基準値に基づいてPWM制御信号を形成させ、又、単独運転制御部や同期運転制御部は、直流電圧発生回路の稼動率が略最大稼動率であって且つスロットル開度が全開近くなったとき、又は、スロットル開度制御部による開度制御がスロットル全開に近く且つエンジン回転速度が所定の規定値よりも低いとき、出力電圧波形監視部で補正値を算出させる係数の値を大きな値に変更させ、又はPWM基準値や修正基準値に掛ける係数の値を小さくして単相交流電圧の電圧値を降下させる携帯用発電機とするものである。

0159

従って、負荷が急激に増大し、携帯用発電機の出力が負荷に追従しないとき、出力電圧を降下させて携帯用発電機の負荷を一旦軽減して出力を負荷に対応させることができる。そして、補正値の係数を変更するときは、補正値は出力電流値と係数とを掛けた値を減算又は加算して求めるため、出力電流値が大きいとき、負荷を大きく軽減させることによって迅速なエンジンの回転数上昇を行うことができる。

0160

そして、請求項7に記載した本発明は、交流電圧を直流電圧発生回路で直流化して所定電圧の直流電圧を形成した後に単相交流電圧を形成して出力する携帯用発電機において、直流電圧発生回路の稼動率が特定の値よりも低く、且つ、直流化した直流電圧の値が所定の電圧値よりも高いとき、出力電圧を上昇させる携帯用発電機の出力調整方法とするものである。

0161

従って、出力端子間の電圧が高く、外部電力の流入又は出力端子からの出力がほとんど行われていない状態となっているとき、当該携帯用発電機の出力電圧を上昇させることにより当該携帯用発電機を適正負荷状態とすることができる。又、請求項8に記載した本発明は、交流電圧を直流電圧発生回路により直流化した後、インバータ回路により単相交流電圧を形成して出力する携帯用発電機において、PWM基準テーブルを設け、各PWM基準値と出力電圧値とを比較した差の値に基づく補正値を算出し、PWM基準値にこの補正値を加算又は減算して修正基準値を算出し、次回はこの修正基準値に基づくPWM制御信号を形成してインバータ回路を制御し、直流電圧発生回路の稼動率が特定の値よりも低く且つ直流化した直流電圧の値が所定の電圧値よりも高いとき、PWM基準値又は修正基準値を小さく又は大きくすることによりインバータ回路の出力電圧を上昇させる携帯用発電機の出力調整方法とするものである。

0162

従って、複数のPWM基準テーブルを用いることなく、マイクロコンピュータを用いて容易に出力電圧の調整を行うことができ、並列運転時に当該携帯用発電機の出力電圧が高く維持され且つ出力電力が極めて少ないとき、出力電圧を上昇させることにより出力電力を増大させ、当該携帯用発電機を適正負荷状態とすることができる。

0163

更に、請求項9に記載した本発明は、交流電圧を一旦直流化する直流電圧発生回路とこの直流電圧を保持する直流電源部とを有し、更に、直流電源部の出力電圧を単相交流電圧に変換するインバータ回路を有し、インバータ回路の出力を出力端子から出力する携帯用発電機であって、直流電圧発生回路の稼動率を検出する導通率検出部やインバータ回路を制御するPWM信号生成部及び単独運転制御部や同期運転制御部を備えた中央制御手段を有し、又、直流電源部の出力電圧を検出して直流電圧信号を出力する直流電圧検出回路と、出力電圧を検出して出力電圧信号を出力し且つ出力電圧のタイミングに合わせたゼロクロス信号も出力する出力電圧検出手段とを有し、同期運転制御部は、導通率検出部で検出した直流電圧発生回路の稼動率が特定の値よりも低く且つ直流電源部の出力電圧が所定の電圧値よりも高いとき、PWM信号生成部に出力電圧を上昇させる制御も行う携帯用発電機とするものである。

0164

従って、当該携帯用発電機の出力電圧が高く維持され且つ出力電力が極めて少ないとき、当該携帯用発電機の出力電圧を上昇させることにより、当該携帯用発電機の出力を増大させて適正負荷状態とし、安定した並列運転を行うことができる。そして、請求項10に記載した本発明は、交流電圧を一旦直流化する直流電圧発生回路と直流電圧を保持する直流電源部とを有し、更に、直流電源部の出力電圧を単相交流電圧に変換するインバータ回路を有し、インバータ回路の出力電圧を出力端子から出力する携帯用発電機であって、直流電圧発生回路の稼動率を検出する導通率検出部とインバータ回路を制御するPWM信号生成部及び単独運転制御部や同期運転制御部、更に、検出した出力電圧及び出力電流の値に基づいて演算を行う出力電圧波形監視部とを備えた中央制御手段を有し、PWM信号生成部はPWM基準値に順次対応したPWM制御信号を形成し、出力電圧波形監視部は、電圧テーブル値と出力電圧の値との差に係数を掛けた値を加算又は減算した補正値を算出して各PWM基準値に対応した補正値を記憶し、且つ、次回のPWM制御信号をPWM信号生成部が形成するに際し、PWM基準値から補正値を減算又は加算した修正基準値に基づいてPWM制御信号を形成させ、同期運転制御部は、導通率検出部で検出した直流電圧発生回路の稼動率が所定の値よりも低く、且つ、直流電源部の出力電圧が所定の電圧値よりも高いとき、出力電圧波形監視部で算出する修正基準値又はPWM基準値に掛ける係数の値を変更させて単相交流電圧の電圧値を上昇させる携帯用発電機とするものである。

0165

従って、当該携帯用発電機の出力電圧が高く維持され且つ出力電力が極めて少ないときは、該携帯用発電機の出力電圧を上昇させることにより、当該携帯用発電機の出力を増大させて適正負荷状態とし、安定した並列運転を行うことができる。

図面の簡単な説明

0166

図1本発明に係る携帯用発電機の全体を示すブロック図。
図2本発明に係る携帯用発電機の電源部を主とする回路ブロック図。
図3本発明に係る携帯用発電機の検出回路を主とする回路ブロック図。
図4本発明に係る携帯用発電機の中央制御手段の概要を示すブロック図。
図5本発明に係る携帯用発電機の電圧出力状態を示すグラフ
図6出力電圧と出力電流との位相差の一例を示すグラフ。
図7出力電圧の修正状態を示すグラフ。
図8従来の携帯用発電機の一例を示す回路ブロック図。
図9出力電圧を示す模式図。
図10従来の他の携帯用発電機の例を示す回路ブロック図。

--

0167

50交流発電機
51三相出力巻線55単相出力巻線
100携帯用発電機
101電力回路
110直流電圧発生回路
111サイリスタ115整流ダイオード
120直流電源部 121 主平滑コンデンサ
130インバータ回路
140ローパスフィルタ
151 第1出力端子152 第2出力端子
160ゲート電圧発生回路
170サイリスタ制御回路
180定電圧検出回路
201制御電源部
210平滑回路
221 第1定電圧回路225 第2定電圧回路
230レギュレータ235 定電圧回路
240電圧制御回路
250PWM信号発生回路
255インバータドライブ回路
260過負荷検出回路265演算回路部
269 過負荷検出回路
270正弦波発生回路281三角波発生回路
285PWM制御信号発生回路
291矩形波発生回路293始動タイミング回路
295 矩形波発生回路 297位相比較回路
299限界値検出回路
310中央制御手段
311PWMドライバー 313スロットルドライバー
315スロットル制御機構
317矩形波検出回路 319回転数検出回路
320直流電圧検出回路330出力電流検出回路
340出力電圧検出回路350過電流検出回路
432スロットル開度制御部 431回路保護部
433出力電圧監視部 435単独運転制御部
435同期運転制御部 441PWM信号生成部

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