JP3654091B2 - 電力変換回路付き発動発電装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

【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発電機を電源として直流電圧または交流電圧を発生する電源部の出力を任意の周波数と大きさとを有する交流電圧に変換する電力変換回路付き発動発電装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関により駆動される発電機を電源とする発動発電装置として、電源の出力を所定の周波数を有する交流出力に変換するインバータやサイクロコンバータ等の電力変換回路を備えたものが用いられている。
【０００３】
この種の発動発電装置は、例えば、内燃機関により駆動される交流発電機の出力を整流する整流器と、該整流器の出力電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、該インバータ回路の出力から高調波成分を除去するフィルタと、インバータ回路の出力がフィルタを通して印加された負荷接続端子と、負荷接続端子間の電圧を検出する負荷電圧検出回路と、負荷接続端子を通して流れる電流を検出する負荷電流検出回路と、負荷接続端子間に所望の波形の交流電圧を得るようにインバータ回路のスイッチ素子を制御するコントローラとを備えている。
【０００４】
インバータ回路としては、互いに直列に接続された上段のスイッチ素子と下段のスイッチ素子とからなるアームをスイッチ素子のブリッジ回路を構成するように複数個並列に接続した構成を有するブリッジ形の回路が用いられている。
【０００５】
またコントローラは通常ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）を備えていて、基準電圧の波形をシミュレートするように該基準電圧をＰＷＭ変調した階段状波形の交流電圧をインバータ回路から出力させるように、インバータ回路のスイッチ素子を一定の周期でオンオフさせる。
【０００６】
ここで基準電圧とは、負荷接続端子（発動発電装置の出力端子）間に得ようとする交流出力の基準波形を与える電圧で、所望の交流出力の波形と同一または相似の波形を有する交流電圧である。
【０００７】
コントローラは、例えば、インバータ回路のスイッチ素子を所定のデューティ値でオンオフさせて該インバータ回路から基準電圧をＰＷＭ変調した波形の交流電圧を得る際のインバータ回路の各スイッチ素子のデューティ値を定めるＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生手段と、負荷電圧検出回路により検出された電圧の瞬時値と基準電圧の瞬時値との間の偏差を零にするようにＰＷＭ信号を修正するＰＷＭ信号修正手段と、ＰＷＭ信号により決まるデューティ値でインバータ回路の各スイッチ素子をオンオフさせるべく各スイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ素子駆動手段と、負荷電流が設定値を超えたことが検出されたときにインバータ回路への駆動信号の供給を停止してスイッチ素子を保護する過電流保護手段とにより構成される。
【０００８】
ＰＷＭ信号は、通常、一定の周期で第１の状態（例えば高レベルの状態）と第２の状態（例えば零レベルの状態）とを繰り返す矩形波信号からなっていて、インバータ回路のスイッチ素子をオン状態にする期間及びオフ状態にする期間それぞれ第１の状態及び第２の状態をとる。
【０００９】
本明細書では、このＰＷＭ信号の周期を「ＰＷＭ周期」と呼び、該ＰＷＭ信号の周波数をＰＷＭ周波数と呼ぶ。また各ＰＷＭ信号の１周期に対して、ＰＷＭ信号が第１の状態をとる時間の割合をＰＷＭ信号のデューティ値と呼ぶ。更に各ＰＷＭ周期において、スイッチ素子がオン状態になる時間が占める割合をスイッチ素子のデューティ値と呼ぶ。
【００１０】
またインバータ回路の各スイッチ素子をオン状態にするタイミング（ＰＷＭ周期が開始されるタイミング）をスイッチタイミングと呼ぶ。
【００１１】
ＣＰＵを用いてコントローラを構成する場合、一定の周期で発生するパルスをＰＷＭ周期計数用カウンタにより計数することによって各ＰＷＭ周期が検出され、各ＰＷＭ周期が開始されるタイミングがスイッチタイミング（スイッチ素子がオン状態になるタイミング）となる。
【００１２】
各スイッチタイミングで発生させられるＰＷＭ信号のデューティ値は、一連のスイッチタイミングと整流器の出力電圧と各スイッチタイミングにおけるＰＷＭ信号のデューティ値（スイッチ素子のデューティ値）との間の関係を与えるデューティ演算用マップ（ＲＯＭに記憶されている。）から読み出すか、または演算式を用いて演算することにより求められる。
【００１３】
コントローラのＣＰＵは、ＰＷＭ周期ｔ毎に内部割込みをかけて、その内部割込み処理でマップから読み出す等の方法により求めたデューティ値に基づいてＰＷＭ信号発生用タイマにスイッチ素子のオン時間をセットし、該タイマがセットされたオン時間の計時を行っている間ＰＷＭ信号の出力ポートの電位を第１の状態（例えば高レベルの状態）にして、ＰＷＭ信号を発生させる。
【００１４】
スイッチ素子駆動手段は、ＰＷＭ信号が第１の状態にある期間対応するスイッチ素子に駆動信号（スイッチ素子をオン状態にするための信号）を与える。
【００１５】
ここで、周期ｔで発生するＰＷＭ信号の周波数（ＰＷＭ周波数）をｆp 、出力波形の周波数をｆo （周期Ｔ）とすると、出力波形の１サイクルの期間（Ｔ）にｎ＝ｆp ／ｆo 回内部割込みがかけられることになる。
【００１６】
図５は、基準電圧を正弦波形とする場合の内部割込みタイミング（スイッチ素子のスイッチタイミング）とＰＷＭ信号のデューティ値との関係を示したもので、同図においてａは基準電圧波形、ｔはＰＷＭ周期、ＶA は基準電圧の波高値、Ｖavは基準電圧の平均値、Ｔは基準電圧の周期（得ようとする交流電圧の周期）である。
【００１７】
ＰＷＭ信号のデューティ値は基準電圧の瞬時値の変化に伴って、時間ｔ毎に変化することになり、インバータ回路からは１サイクルの基準電圧波形をｎ個に分割して、階段状とした波形（基準電圧をＰＷＭ変調した波形）の交流電圧が出力される。この階段状の交流電圧波形をフィルタに通すことにより、高調波成分を除去して負荷接続端子間に滑らかな正弦波形の出力電圧を得る。
【００１８】
ＰＷＭ信号の周波数を高くすればする程交流電圧の１サイクルの間にかかる割込みの回数が多くなって、基準電圧の波形を細かくシミュレートすることができるため、出力電圧の波形を滑らかな波形とすることができる。しかしながら、スイッチ素子のターンオン時間やターンオフ時間等、コントローラが信号を発生してからスイッチ素子が実際に動作するまでの遅延時間や、ＣＰＵの性能（内部処理時間等）を考慮してＰＷＭ信号の周波数を決定する必要があるため、ＰＷＭ信号の周波数を無限に高くすることはできない。通常ＰＷＭ信号の周波数は１０ＫＨｚ程度に設定され、このＰＷＭ信号の周波数に応じてフィルタのＬ（コイル）及びＣ（コンデンサ）の定数が決定される。
【００１９】
インバータを用いた発動発電装置においては、各内部割込みがかかる毎に、負荷接続端子間の電圧波形をＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換してＣＰＵに読み込み、読み込んだ負荷接続端子間の電圧の瞬時値を基準電圧の瞬時値に合わせるように帰還演算を行ってＰＷＭ信号のデューティ値を補正する制御を行い、これにより負荷接続端子間に印加する交流電圧の波形を基準電圧の波形に一致させる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の発動発電装置においては、内燃機関の起動時に先ずコントローラのマイクロコンピュータの電源電圧が確立し、その後内燃機関の回転数の上昇に伴う発電機の出力電圧の上昇に伴って、電源部の出力電圧が増大していく。
【００２１】
この種の発電装置において、電源部の出力電圧が不足する状態でコントローラによる電力変換回路のスイッチ素子の制御を開始すると、負荷接続端子間に印加される交流電圧の波形が歪むのを避けられない。
【００２２】
そこで、従来は、内燃機関が起動し、マイクロコンピュータの電源電圧が確立した後、機関の回転数が、発電機の出力電圧を確立させるために必要な回転数に落ち着くまでに要する時間を見込んで設定された一定時間の間、コントローラによる電力変換回路のスイッチ素子の制御を見合わせ、マイクロコンピュータの電源電圧が確立した後一定時間が経過した時に、機関の回転が安定して電源部の出力電圧が確立したと判断して、コントローラによるスイッチ素子の制御を開始するようにしていた。
【００２３】
内燃機関の起動が毎回支障なく行われれば、上記の構成により、波形が歪んだ交流出力が負荷に供給されるのを防ぐことができる。
【００２４】
ところが、上記の構成では、機関に何らかの異常があって機関の起動時に発電機の回転数がなかなか安定しない場合や、機関の吸気口付近に障害物があるために機関の回転が安定するまでに長い時間がかかる場合、あるいは、機関の点火プラグがかぶるなどして、機関の起動時に回転を安定させるまでに時間がかかる場合等の予期しない事態が生じたときに、コントローラがその事態を認識することができないため、電源部の出力電圧が不足する状態で電力変換回路のスイッチ素子の制御が開始されて、波形が歪んだ交流電圧が負荷に供給されることがあった。
【００２５】
本発明の目的は、機関の起動時の状態がいかなる場合でも、電源部の出力電圧が不足する状態で電力変換回路のスイッチ素子の制御が開始されることがないようにして、波形が歪んだ交流電圧が負荷に供給されるのを防止した電力変換回路付き発動発電装置及びその制御方法を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる制御方法は、内燃機関により駆動される発電機を電源とする電源部と、スイッチ素子のスイッチングにより電源部の出力電圧を交流電圧に変換する電力変換回路と、電力変換回路の出力がフィルタを通して印加される負荷接続端子と、マイクロコンピュータとを設けて、マイクロコンピュータにより、負荷接続端子間に印加する電圧を所望の波形の交流電圧とするように電力変換回路のスイッチ素子を制御する電力変換回路付き発動発電装置の制御方法である。
【００２７】
本発明においては、前記の目的を達成するため、内燃機関の起動とマイクロコンピュータの電源電圧の確立とが確認された後、設定時間が経過した時に電源部の出力電圧が無負荷時に前記負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値を定格負荷時に該負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値よりも高くするために必要な値に設定された設定値以上になっているか否かを確認する電源電圧確認過程を行い、電源電圧確認過程で電源部の出力電圧が設定値以上になったことが確認された時に電力変換回路のスイッチ素子の制御を開始するようにした。
【００２８】
本発明を適用する発動発電装置において、マイクロコンピュータが、電源部の出力電圧を一定の直流電圧に変換する直流電源回路により電源電圧が与えられて動作するようになっている場合には、マイクロコンピュータの電源電圧の確立が確認された後、設定時間が経過した時に電源部の出力電圧が、無負荷時に前記負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値を定格負荷時に該負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値よりも高くするために必要な値に設定された設定値以上になっているか否かを確認する電源電圧確認過程を行い、該電源電圧確認過程で電源部の出力電圧が設定値以上になったことが確認された時に電力変換回路のスイッチ素子の制御を開始するようにする。
【００２９】
また本発明を適用する発動発電装置において、マイクロコンピュータが、バッテリを電源とする直流電源回路から電源電圧が与えられて動作するようになっている場合には、マイクロコンピュータの電源電圧が確立した後、内燃機関が起動したか否かを確認する機関起動確認過程と、設定された時間が経過したか否かを確認する設定時間経過確認過程と、電源部の出力電圧が無負荷時に前記負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値を定格負荷時に該負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値よりも高くするために必要な値に設定された設定値以上になったか否かを確認する電源電圧確認過程とを順に行い、電源電圧確認過程で電源部の出力電圧が設定値以上になったことが確認された時に電力変換回路のスイッチ素子の制御を開始する。
【００３０】
上記のように、内燃機関の起動とマイクロコンピュータの電源電圧の確立とが確認された後、設定時間が経過した時に電源部の出力電圧が設定値以上になっているか否かを確認し、その結果、電源部の出力電圧が設定値以上になったことが確認された時にスイッチ素子の制御を開始するようにすると、何等かの原因で機関の起動がスムースに行われない事態が生じたときでも、電源部の出力電圧が確立した後に（電源部の出力電圧が負荷接続端子間に波形歪みが少ない交流電圧を得るために必要な電圧値に達した後に）電力変換回路のスイッチ素子の制御が開始されるので、機関の起動時の状態がいかなる場合でも、波形が歪んだ交流電圧が負荷に供給されるのを防止することができる。
【００３１】
本発明の制御方法を実施する発動発電装置は、例えば、内燃機関により駆動される発電機を電源とする電源部と、スイッチ素子のスイッチングにより電源部の出力電圧を交流電圧に変換する電力変換回路と、電力変換回路の出力がフィルタを通して印加される負荷接続端子と、電源部の出力を一定の直流電圧に変換する直流電源回路により電源電圧が与えられて動作するマイクロコンピュータを用いて負荷接続端子間に印加する電圧を所望の波形の交流電圧とするように上記スイッチ素子を制御するコントローラとを備えることにより構成される。
【００３２】
このような発動発電装置に本発明を適用する場合には、上記コントローラに、その電源電圧が確立した後設定時間が経過した時に電源部の出力電圧が設定値以上になったか否かを確認する電源電圧確認手段を設けて、該電源電圧確認手段により電源部の出力電圧が設定電圧以上になったことが確認された時に電力変換回路のスイッチ素子の制御を開始するようにする。
【００３３】
また、内燃機関により駆動される発電機を電源とする電源部と、スイッチ素子のスイッチングにより前記電源部の出力電圧を交流電圧に変換する電力変換回路と、電力変換回路の出力がフィルタを通して印加される負荷接続端子と、バッテリを電源とする直流電源回路から電源電圧が与えられて動作するマイクロコンピュータを用いて負荷接続端子間に印加する電圧を所望の波形の交流電圧とするように上記スイッチ素子を制御するコントローラとを備えた電力変換回路付き発動発電装置に本発明を適用する場合には、上記コントローラに、その電源電圧が確立した後前記内燃機関の起動を確認する内燃機関起動確認手段と、内燃機関の起動が確認された後設定時間が経過した時に電源部の出力電圧が無負荷時に負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値を定格負荷時に該負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値よりも高くするために必要な値に設定された設定値以上になったか否かを確認する電源電圧確認手段とを設けて、電源電圧確認手段により電源部の出力電圧が設定電圧以上になったことが確認された時にスイッチ素子の制御を開始するようにする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が対象とする発動発電装置１の構成例を示したもので、同図において、２は３相磁石式交流発電機、３は磁石発電機２を駆動する内燃機関である。磁石式交流発電機２は、多極に構成された磁石回転子（図示せず。）と、３相結線された発電コイル２u 〜２w を有する固定子とからなっていて、図示しない磁石回転子は、内燃機関３のクランク軸に取り付けられている。
【００３５】
また４はダイオードＤｕ〜ＤｗとＤｘ〜Ｄｚとを３相ブリッジ接続して構成した整流器で、整流器４の３相の交流入力端子４ｕ〜４ｗにそれぞれ発電機２の３相の出力端子が接続され、整流器４の直流出力端子４ａ，４ｂ間には電源コンデンサＣｄが接続されている。
【００３６】
図示の例では、発電機２と内燃機関３と整流器４と電源コンデンサＣd とにより、内燃機関により駆動される発電機を電源として直流電圧を出力する電源部が構成されている。
【００３７】
５はスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴ Ｆu 及びＦv とＦx 及びＦy とを用いたブリッジ形のインバータ回路（電力変換回路）で、このインバータ回路においては、互いに直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ Ｆu 及びＦX からなる第１のアームと、同じく直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ Ｆv 及びＦy からなる第２のアームとを並列に接続することによりＨブリッジ回路を構成している。この例では、ＭＯＳＦＥＴ Ｆu 及びＦv がそれぞれ第１及び第２のアームの上段のスイッチ素子を構成し、Ｆx 及びＦy がそれぞれ第１及び第２のアームの下段のスイッチ素子を構成している。
【００３８】
ＭＯＳＦＥＴ Ｆu ，Ｆv 及びＦx ，Ｆy のドレインソース間にはそれぞれアノードがソース側に向いた寄生ダイオードＤfu，Ｄfv及びＤfx，Ｄfyが形成されている。インバータ回路５の対の入力端子５ａ及び５ｂは整流器４の出力端子４ａ及び４ｂに接続され、インバータ回路５の対の出力端子５ｕ及び５ｖはそれぞれインダクタンスＬ1 及びＬ2 とコンデンサＣ1 とからなる低域通過形のフィルタ回路６を通して対の負荷接続端子７ｕ及び７ｖに接続されている。負荷接続端子７ｕ及び７ｖにはコンセントとプラグとからなる周知のコネクタ８を通して負荷９が接続されている。
【００３９】
１１はインバータ回路５から負荷に供給される電流を検出する負荷電流検出回路、１２は演算増幅器ＯＰ1 と該演算増幅器の入力端子を負荷接続端子７ｕ及び７ｖに接続する抵抗Ｒｕ及びＲｖとからなる負荷電圧検出回路で、負荷電流検出回路１１の出力及び負荷電圧検出回路１２の出力は、インバータ回路のスイッチ素子を制御するコントローラ１３に入力されている。
【００４０】
コントローラ１３は、負荷電流検出回路１１の出力を基準信号と比較する比較器１３ａと、負荷電圧検出回路１２の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３ｂと、ＲＯＭ，ＲＡＭ（図示せず。）及びＣＰＵを有するマイクロコンピュータ１３ｃと、ＣＰＵが発生するＰＷＭ信号に応じてＦＥＴ Ｆｕ，Ｆｖ，Ｆｘ及びＦｙのゲートに駆動信号Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｘ及びＧｙを与える駆動信号出力回路１３ｄと、整流器４の出力電圧の検出値をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３ｅとを備えている。
【００４１】
整流器４の出力端子間の電圧（電源部の出力電圧）が抵抗Ｒａ及びＲｂを通して演算増幅器ＯＰ2 の入力端子に印加され、該演算増幅器ＯＰ2 の出力がコントローラ１３内のＡ／Ｄ変換器１３ｅに入力されている。抵抗Ｒａ及びＲｂと演算増幅器ＯＰ2 とにより、電源部の出力電圧を検出する電源出力検出回路１４が構成されている。
【００４２】
コントローラ１３は、整流器４から得られる電源部の直流出力電圧のデータＡＮ１を演算増幅器ＯＰ2 とＡ／Ｄ変換器１３ｅとを通して読み込む。コントローラ１３は、また、負荷電圧検出回路１２とＡ／Ｄ変換器１３ｂとを通して負荷接続端子７ｕ，７ｖ間の交流電圧の瞬時値を示す瞬時データＡＮ０を読み込む。
【００４３】
コントローラ１３は、電源部の出力電圧（ＡＮ１）と、ＰＷＭ周期ｔ毎に到来するスイッチタイミングにおける基準電圧の瞬時値とにより決まるデューティ値でインバータ回路の所定のスイッチ素子をオンオフさせることにより、負荷接続端子間から基準電圧と同じ波形を有する交流電圧を出力させる。
【００４４】
電源部が出力する直流電圧ＶD は、出力電流ＩD に対して例えば図３に示すＶ−Ｉ特性曲線のように変化する。出力電流ＩD が零の無負荷状態のときには、出力電圧ＶD がＶo に等しい。出力電流ＩD が流れると、動作点はＶ−Ｉ特性に沿ってＰ1 からＰr へと移行していき、負荷接続端子７ｕ，７ｖ間に得られる単相交流電圧の波高値ＶA を与える動作点Ｐr で、定格負荷に最大の負荷電流ＩDmaxを流すことができる。
【００４５】
図３に示すようなＶ−Ｉ特性を有する電源部の出力をインバータ回路５に入力して、スイッチ素子をＰＷＭ制御することにより、負荷接続端子７ｕ，７ｖ間に波高値がＶA の単相交流電圧を得ようとする場合の、各ＰＷＭ周期におけるスイッチ素子のデューティ値Ｄを求めるため、次式に示すように、負荷接続端子間に得る交流電圧の波高値を与える電源部の出力電圧ＶA と、負荷接続端子間に得る交流電圧のある瞬時値を与える電源部の出力電圧ＶB との比で与えられる電圧補正値Ｋv を用いる。
【００４６】
Ｋv ＝ＶA ／ＶB …（１）
上記電圧補正値を用いると、各ＰＷＭ周期におけるスイッチ素子のデューティ値Ｄは、次式により与えられる。
【００４７】
Ｄ＝Sin(２πｎｔ／Ｔ）×Ｋv …（２）
ここで、ｎはＰＷＭ周期が交流電圧波形の立ち上がりの零クロス点から何番目のＰＷＭ周期であるかを示す値で、ＰＷＭ周期計数用のカウンタの計数値により与えられる。またｔは図５に示したＰＷＭ周期、Ｔは負荷接続端子間に得る交流電圧の１周期の時間である。
【００４８】
ＣＰＵは、カウンタによりＰＷＭ周期が検出される毎に、カウンタの計数値ｎと、読み込んだ整流器の出力電圧のデータＡＮ１と波高値を与える電源部の出力電圧ＶA とを用いて（１）式により演算した電圧補正値Ｋv と、上記（２）式とを用いてデューティ値Ｄを求めるか、または予めＲＯＭに記憶させたデューティ演算用マップから読み出すことによりＤの値を求める。ここで用いるデューティ演算用マップは、例えば、カウンタの計数値ｎと整流器の出力電圧のデータＡＮ１とデューティ値Ｄとの間の関係を与える３次元マップである。
【００４９】
前述のように、ＣＰＵ１３ｃはクロックパルスを計数するカウンタを備えていて、該カウンタの計数値ｎにより、ＰＷＭ周期ｔ毎に到来するスイッチタイミングを検出する。そして、各スイッチタイミングが検出される毎に内部割込みをかけて、各スイッチタイミングにおけるスイッチ素子のデューティ値を求め、求められたデューティ値Ｄに基づいてＣＰＵ内のタイマにスイッチ素子のオン時間をセットする。タイマがセットされたオン時間の計時を行っていする間ＰＷＭ信号を高レベルの状態にし、タイマの計時動作が終了した時にＰＷＭ信号を零レベルにする。
【００５０】
駆動信号出力回路１３ｄは、ＣＰＵが発生するＰＷＭ信号に応じて、インバータ回路のスイッチ素子Ｆｕ，Ｆｖ，Ｆｘ，Ｆｙに駆動信号を与える。
【００５１】
図１に示したインバータ回路５のスイッチ（図示の例ではＦＥＴ）Ｆｕ，Ｆｖ，Ｆｘ及びＦｙは、例えば図２に示すようなスイッチングパターンでオンオフ制御される。図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれＰＷＭ制御信号に応じてスイッチＦｕ，Ｆｙ，Ｆｘ及びＦｖに与えられる駆動信号Ｇｕ，Ｇｙ，Ｇｘ及びＧｖを示したもので、スイッチＦｕ，Ｆｙ，Ｆｘ及びＦｖはそれぞれ、駆動信号Ｇｕ，Ｇｙ，Ｇｘ及びＧｖがＨレベルにあるときにオン状態になる。駆動信号Ｇｕ，Ｇｙ，Ｇｘ及びＧｖがＬレベルにあるときにそれぞれスイッチＦｕ，Ｆｙ，Ｆｘ及びＦｖがオフ状態に保持される。
【００５２】
また図２（Ｅ）及び（Ｆ）はインバータ回路５を構成するスイッチ素子のブリッジ回路の対角位置にある対のスイッチ素子（Ｆｕ，Ｆｙ）及び（Ｆｘ，Ｆｖ）が同時にオン状態になるタイミングを示し、図２（Ｇ）及び（Ｈ）はそれぞれブリッジ回路の上辺を構成する２つのスイッチ素子（Ｆｕ，Ｆｖ）が同時にオン状態になるタイミング及び下辺を構成する２つのスイッチ素子（Ｆｘ，Ｆｙ）が同時にオン状態になるタイミングを示している。
【００５３】
負荷接続端子７ｕ，７ｖ間には、使用者が任意の負荷を接続する可能性がある。使用者が接続する可能性がある負荷の中には、容量性の負荷もあれば誘導性の負荷もあり、また負荷接続端子を通して断続的に電流を流すように、スイッチング動作を行う負荷もある。負荷接続端子間に基準波形の交流電圧を得るようにインバータ回路のスイッチ素子を制御していても、負荷によっては、出力波形が歪んでしまい、出力電圧波形の歪み率が大きくなることがある。
【００５４】
そこで図１の発動発電装置では、負荷接続端子間の電圧の瞬時値を与えるデータＡＮ０をＣＰＵに読み込んで、該データが基準電圧の瞬時値を与える基準データよりも小さいときにＰＷＭ信号デューティ値を大きくし、瞬時データＡＮ０が基準データよりも大きいときにはＰＷＭ信号のデューティ値を小さくするようにデューティ値を補正して、負荷電圧検出回路１２により検出された電圧の瞬時値と基準電圧の瞬時値との間の偏差を零に近付ける制御を行うようにしている。
【００５５】
上記のような補正を行った後のデューティ値Ｄ´は、下記の式により与えられる。
【００５６】
Ｄ´＝Ｄ＋Ｇ×（ＡＮＳ−ＡＮ０）×Ｋc …（３）
ここで、ＡＮＳは基準データで、この基準データは、各スイッチタイミングにおける基準波形の瞬時値である。Ｇは基準データＡＮＳとＡＮ０との差に対する補正量の割合を決めるゲインである。ゲインＧは、通常は１以下の値に設定される。
【００５７】
また係数Ｋc は、負荷接続端子間の電圧の瞬時データの補正値［Ｇ×（ＡＮＳ−ＡＮ０）］をその時のデューティ値への補正値に変換するために補正値に乗じる係数で、Ｋv により決まる数値である。
【００５８】
図１の発動発電装置においてはまた、負荷接続端子７ｕ，７ｖを通して設定値を超える過電流が流れたときにインバータ回路５のスイッチ素子への駆動信号の供給を停止して、過電流を遮断するための制御を行う過電流保護手段を設けている。
【００５９】
図４は、発動発電機起動時の電源部の出力電圧対出力電流特性（Ｖ−Ｉ特性）曲線を回転数Ｎ1 ，Ｎ2 ，…，Ｎ5 ［ｒｐｍ］（Ｎ1 ＜Ｎ2 ＜Ｎ3 ＜Ｎ4 ＜Ｎ5 ）をパラメータにとって示したものである。同図に示すように、機関の起動時には、機関の回転数の上昇に伴って発電機２の出力電圧が上昇していく。
【００６０】
通常の場合は、機関が起動した後、ある一定時間（約１秒前後）が経過した時点で機関の回転数か設定回転数に落ち着き、発電機２から、負荷接続端子７ｕ，７ｖ間に波形歪みが少ない交流電圧を得るために充分な設定値以上の出力電圧を得ることができる状態になる。
【００６１】
しかし何らかの原因で、機関の回転数が設定回転数に達するのが遅れると、上記一定時間が経過しても発電機の出力電圧が設定値に達することができない状態になる。
【００６２】
本発明の制御方法では、コントローラ１３が、内燃機関の始動が確認された後、設定時間が経過した時に、電源部の出力電圧ＡＮ１を検出し、その検出値ＡＮ１が設定値Ｖs に達しているか否かを確認する。その結果、電源部の出力電圧が設定値Ｖs に達しているときには、インバータ回路５のスイッチ素子の制御を開始して、該インバータ回路５から交流電圧を出力させる。また内燃機関の始動が確認された後、設定時間が経過した時に、電源部の出力電圧ＡＮ１が設定値Ｖs に達していないときには、該出力電圧ＡＮ１が設定値に達するまで待ってからインバータ回路５のスイッチ素子の制御を開始する。
【００６３】
上記起動時の電源部の出力電圧の設定値Ｖs は、電源部の出力電圧が該設定値Ｖs に等しいときに負荷接続端子間に得られる無負荷交流電圧の波高値が図３に示す定格負荷時の波高値ＶA よりも高くなるように設定することが望ましい。
【００６４】
本発明の制御方法を実施する場合に、内燃機関の起動時にコントローラ１３を構成するマイクロコンピュータに実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を示すフローチャートを図６に示した。この例では、マイクロコンピュータが、整流器４の出力電圧を入力としてマイクロコンピュータを動作させるために適した大きさ（通常は５Ｖ）の一定の直流電圧を得る直流電源回路の出力により電源電圧が与えられて動作するものとしている。
【００６５】
内燃機関が起動して発電機２の出力電圧がマイクロコンピュータを動作させるための電圧を得るために必要な電圧値に達したとき（機関の起動が完了してマイクロコンピュータの電源電圧が確立されたとき）に、先ず図６のルーチンが開始され、そのステップ１において、各部の初期設定が行われる。この例では、マイクロコンピュータの電源電圧が確立されたことを以て内燃機関の起動を確認するようにしている。
【００６６】
各部の初期設定を行った後、ステップ２に移行して設定時間が経過するのを待つ。設定時間が経過した後、ステップ３に移行して電源部の出力電圧ＡＮ１を読み込み、ステップ４において読み込んだ出力電圧ＡＮ１が設定値Ｅ以上であるか否かを判定する。その結果読み込んだ出力電圧ＡＮ１が設定値Ｅ以上であるときには、ステップ５に進んでコントローラ１３によるスイッチ素子Ｆｕ，Ｆｖ，Ｆｘ，ＦｙのＰＷＭ制御を開始する。
【００６７】
上記設定値Ｅは、負荷接続端子７ｕ，７ｖ間に得る交流電圧の波形を、歪みが少ない波形とするために必要な電源部（整流器４）の出力電圧の最小値以上に設定する。
【００６８】
ステップ４において電源部の出力電圧ＡＮ１が設定値未満であると判定された時には、該出力電圧ＡＮ１が設定値Ｅに達するまで待ち、出力電圧ＡＮ１が設定値Ｅに達したことが確認された後に、ステップ８に進んでスイッチ素子の制御を開始する。
【００６９】
図６に示したアルゴリズムによる場合には、ステップ２ないし４により、設定時間が経過した時に前記電源部の出力電圧が設定値以上になっているか否かを確認する電源電圧確認手段が実現され、この確認手段により電源電圧確認過程が行われる。
【００７０】
図１に示した発動発電装置において、発電機２の整流出力により充電されるバッテリが設けられていて、該バッテリを電源とする直流電源回路からマイクロコンピュータに電源電圧が与えられるようになっている場合に、機関の起動時にマイクロコンピュータに実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を図７に示した。
【００７１】
図７のアルゴリズムによる場合には、キースイッチが投入されて、図１には図示しないバッテリから直流電源回路を通してマイクロコンピュータに電源電圧が印加された後（マイクロコンピュータの電源が確立した後）、ステップ１において各部の初期設定を行い、次いでステップ２において、電源部の出力電圧ＡＮ１が第１の設定値Ｅ1 以上であるか否かを判定する。その結果電源部の出力電圧ＡＮ１が第１の設定値Ｅ1 未満である時には、内燃機関の起動が完了していないと判定して、電源部の出力電圧ＡＮ１が第１の設定値Ｅ1 以上になるのを待つ。第１の設定値Ｅ1 は、機関の起動を確認するために必要な大きさ（機関の起動が完了したときの回転数で発電が回転しているときに整流器４から得られる電圧の大きさ）に設定しておく。このステップ２により、内燃機関が起動したか否かを確認する機関起動確認手段が実現され、この手段により機関起動確認過程が行われる。
【００７２】
機関の起動が完了し、ステップ２において、電源部の出力電圧ＡＮ１が第１の設定値Ｅ1 以上になったことが確認されると、次いでステップ３に進んで、設定時間が経過するのを待つ。ステップ３により、設定された時間が経過したか否かを確認する設定時間経過確認手段が実現され、この手段により設定時間経過確認過程が行われる。
【００７３】
ステップ３において設定時間が経過したことが確認された後、ステップ４において電源部の出力電圧ＡＮ１が第２の設定値Ｅ2 （＞Ｅ1 ）以上であるか否かを判定する。その結果出力電圧ＡＮ１が第２の設定値Ｅ2 以上である時には、インバータ回路のスイッチ素子の制御を開始し、出力電圧ＡＮ１が第２の設定値Ｅ2 未満であるときには、該出力電圧ＡＮ１が第２の設定値Ｅ2 以上になってからインバータ回路のスイッチ素子の制御を開始する。図７のステップ４により、電源部の出力電圧が設定値以上になったか否かを確認する電源電圧確認手段が実現され、この手段により、電源電圧確認過程が行われる。
【００７４】
第２の設定値Ｅ2 は、負荷接続端子７ｕ，７ｖ間に得る交流電圧の波形を、歪みが少ない波形とするために必要な電源部（整流器４）の出力電圧の最小値以上に設定する。
【００７５】
上記のように、図７に示した例では、内燃機関の起動時に、マイクロコンピュータの電源電圧が確立した後、内燃機関が起動したか否かを確認する機関起動確認過程と、設定された時間が経過したか否かを確認する設定時間経過確認過程と、電源部の出力電圧が設定値以上になったか否かを確認する電源電圧確認過程とを順に行い、電源電圧確認過程で電源部の出力電圧が設定値以上になったことが確認された時に電力変換回路のスイッチ素子の制御を開始する。
【００７６】
上記の例では、インバータ回路に直流電源を与えるための電源部として発電機と整流器とにより構成されるものを用いたが、バッテリや直流発電機を電源部として用いる場合にも本発明を適用することができる。
【００７７】
また上記の例では、電力変換回路としてインバータ回路５を用いたが、任意の周波数を有する交流電圧を所定の周波数を有する交流電圧に変換するサイクロコンバータ等を電力変換回路として用いる場合にも本発明を適用することができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、内燃機関の起動とマイクロコンピュータの電源電圧の確立とが確認された後、設定時間が経過した時に電源部の出力電圧が設定値以上になっているか否かを確認し、その結果、電源部の出力電圧が設定値以上になったことが確認された時にスイッチ素子の制御を開始するようにしたので、何等かの原因で機関の起動がスムースに行われない事態が生じたときでも、電源部の出力電圧が確立した後に電力変換回路のスイッチ素子の制御を開始することができる。したがって、機関の起動時の状態がいかなる場合でも、波形が歪んだ交流電圧が負荷に供給されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる電力変換回路付き発動発電装置の構成例を示した回路図である。
【図２】 図１の発動発電装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】 図１に示した発動発電装置の整流器の直流電圧対出力電流特性の一例を示した線図である。
【図４】 図１の例で用いる発電機の起動時の出力電圧対出力電流特性の一例を回転数をパラメータにとって示した線図である。
【図５】 本発明が対象とする発動発電装置において、基準電圧を正弦波形とする場合の内部割込みタイミングとＰＷＭ信号のデューティとの関係を示した波形図である。
【図６】 図１の発動発電装置においてコントローラを構成するマイクロコンピュータが機関の起動時に実行するプログラムのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図７】 図１の発動発電装置においてコントローラを構成するマイクロコンピュータが機関の起動時に実行するプログラムの他のアルゴリズムを示したフローチャートである。
【符号の説明】
１…発動発電装置、、２…３相磁石式交流発電機、３…内燃機関、４…整流器、５…インバータ回路、６…フィルタ回路、７ｕ，７ｖ…負荷接続端子、９…負荷、１３…コントローラ。

Claims (5)

1. 内燃機関により駆動される発電機を電源とする電源部と、スイッチ素子のスイッチングにより前記電源部の出力電圧を交流電圧に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路の出力がフィルタを通して印加される負荷接続端子と、マイクロコンピュータとを設けて、前記マイクロコンピュータにより、前記負荷接続端子間に印加する電圧を所望の波形の交流電圧とするように前記電力変換回路のスイッチ素子を制御する電力変換回路付き発動発電装置の制御方法において、
   前記内燃機関の起動と前記マイクロコンピュータの電源電圧の確立とが確認された後、設定時間が経過した時に前記電源部の出力電圧が無負荷時に前記負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値を定格負荷時に該負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値よりも高くするために必要な値に設定された設定値以上になっているか否かを確認する電源電圧確認過程を行い、
   前記電源電圧確認過程で前記電源部の出力電圧が設定値以上になったことが確認された時に前記電力変換回路のスイッチ素子の制御を開始することを特徴とする電力変換回路付き発動発電装置の制御方法。
2. 内燃機関により駆動される発電機を電源とする電源部と、スイッチ素子のスイッチングにより前記電源部の出力電圧を交流電圧に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路の出力がフィルタを通して印加される負荷接続端子と、前記電源部の出力を一定の直流電圧に変換する直流電源回路により電源電圧が与えられて動作するマイクロコンピュータとを設けて、前記マイクロコンピュータにより、前記負荷接続端子間に印加する電圧を所望の波形の交流電圧とするように前記電力変換回路のスイッチ素子を制御する電力変換回路付き発動発電装置の制御方法において、
   前記マイクロコンピュータの電源電圧の確立が確認された後、設定時間が経過した時に前記電源部の出力電圧が無負荷時に前記負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値を定格負荷時に該負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値よりも高くするために必要な値に設定された設定値以上になっているか否かを確認する電源電圧確認過程を行い、
   前記電源電圧確認過程で前記電源部の出力電圧が設定値以上になったことが確認された時に前記電力変換回路のスイッチ素子の制御を開始することを特徴とする電力変換回路付き発動発電装置の制御方法。
3. 内燃機関により駆動される発電機を電源とする電源部と、スイッチ素子のスイッチングにより前記電源部の出力電圧を交流電圧に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路の出力がフィルタを通して印加される負荷接続端子と、バッテリを電源とする直流電源回路から電源電圧が与えられて動作するマイクロコンピュータとを設けて、前記マイクロコンピュータにより、前記負荷接続端子間に印加する電圧を所望の波形の交流電圧とするように前記電力変換回路のスイッチ素子を制御する電力変換回路付き発動発電装置の制御方法において、 前記マイクロコンピュータの電源電圧が確立した後、前記内燃機関が起動したか否かを確認する機関起動確認過程と、設定された時間が経過したか否かを確認する設定時間経過確認過程と、前記電源部の出力電圧が無負荷時に前記負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値を定格負荷時に該負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値よりも高くするために必要な値に設定された設定値以上になったか否かを確認する電源電圧確認過程とを順に行い、
   前記電源電圧確認過程で前記電源部の出力電圧が設定値以上になったことが確認された時に前記電力変換回路のスイッチ素子の制御を開始することを特徴とする電力変換回路付き発動発電装置の制御方法。
4. 内燃機関により駆動される発電機を電源とする電源部と、スイッチ素子のスイッチングにより前記電源部の出力電圧を交流電圧に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路の出力がフィルタを通して印加される負荷接続端子と、前記電源部の出力を一定の直流電圧に変換する直流電源回路により電源電圧が与えられて動作するマイクロコンピュータを用いて前記負荷接続端子間に印加する電圧を所望の波形の交流電圧とするように前記電力変換回路のスイッチ素子を制御するコントローラとを備えた電力変換回路付き発動発電装置において、 前記コントローラは、その電源電圧が確立した後設定時間が経過した時に前記電源部の出力電圧が無負荷時に前記負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値を定格負荷時に該負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値よりも高くするために必要な値に設定された設定値以上になったか否かを確認する電源電圧確認手段を備えて、前記電源電圧確認手段により前記電源部の出力電圧が前記設定電圧以上になったことが確認された時に前記電力変換回路のスイッチ素子の制御を開始することを特徴とする電力変換回路付き発動発電装置。
5. 内燃機関により駆動される発電機を電源とする電源部と、スイッチ素子のスイッチングにより前記電源部の出力電圧を交流電圧に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路の出力がフィルタを通して印加される負荷接続端子と、バッテリを電源とする直流電源回路から電源電圧が与えられて動作するマイクロコンピュータを用いて前記負荷接続端子間に印加する電圧を所望の波形の交流電圧とするように前記スイッチ素子を制御するコントローラとを備えた電力変換回路付き発動発電装置において、
   前記コントローラは、その電源電圧が確立した後前記内燃機関の起動を確認する内燃機関起動確認手段と、前記内燃機関の起動が確認された後設定時間が経過した時に前記電源部の出力電圧が無負荷時に前記負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値を定格負荷時に該負荷接続端子間に得られる交流電圧の波高値よりも高くするために必要な値に設定された設定値以上になったか否かを確認する電源電圧確認手段とを備えて、前記電源電圧確認手段により前記電源部の出力電圧が前記設定電圧以上になったことが確認された時に前記電力変換回路のスイッチ素子の制御を開始することを特徴とする電力変換回路付き発動発電装置。

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