JP3941927B2

JP3941927B2 - インバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機

Info

Publication number: JP3941927B2
Application number: JP2002078944A
Authority: JP
Inventors: 光男深谷
Original assignee: Yamaha Motor Powered Products Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Powered Products Co Ltd
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: JP2003284258A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンに接続されて交流出力電圧を発生する発電体を電力供給源とするインバータ式携帯発電機が知られており、このインバータ式携帯発電機は、複数巻き線の出力を並列もしくは直列に接続して所用の交流出力を得ようとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のエンジン携帯発電機において、エンジンの低騒音化が大きな課題となっている。
【０００４】
また、エンジン出力が決まると、発電体効率からエンジン携帯発電機の出力が決まってしまい使用できる負荷の自由度が制限される。
【０００５】
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、低騒音化と、エンジン出力と発電体とで決まる最大出力以上の起動性を得ることができ使用負荷容量の拡大を可能とするインバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、エンジンと、このエンジンに接続されて交流出力電圧を発生する発電体と、この発電体からの交流出力電圧をＡＣ／ＤＣ変換及び定電圧化を行う全波整流回路と、この全波整流回路にて得られた直流電圧を交流出力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部とを有し、前記全波整流回路と前記ＤＣ／ＡＣ変換部との間に、蓄電装置をＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続し、前記発電体または前記蓄電装置のいずれかの電力供給源を選択可能な制御部を備え、
前記制御部は、前記発電体と前記蓄電装置の両方の電力供給が同時に可能な制御を行なうことが可能であり、
または、前記制御部は、前記発電体と前記蓄電装置のいずれか一方の電力供給が切り替えで可能な制御を行なうことが可能であり、
パワーアシストモードスイッチ及びパワーソース切替スイッチが前記制御部に接続されており、
前記パワーアシストモードスイッチのオン時は、前記発電体と前記蓄電装置の両方の電力供給が同時に可能な制御を行い、
前記パワーアシストモードスイッチがオフでパワーソース切替スイッチがオンの時は、前記発電体から前記蓄電装置に切り替え、前記蓄電装置からの電力供給が可能な制御を行い、
前記パワーアシストモードスイッチがオフでパワーソース切替スイッチがオフの時は、前記蓄電装置から前記発電体に切り替え、前記発電体からの電力供給が可能な制御を行うことを特徴とするインバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機である。
【０００８】
この請求項１に記載の発明によれば、発電体または蓄電装置のいずれかの電力供給源を選択可能であり、蓄電装置を電力供給源とすることで、エンジンの低騒音化が可能である。また、蓄電装置をＤＣ／ＤＣコンバータを介した電力供給源として使用することで、エンジン動力による発電出力とのハイブリッド化を図り、エンジン出力と発電体とで決まる最大出力以上の起動性を得ることができ使用負荷容量の拡大が可能である。
【００１０】
また、発電体と蓄電装置の両方の電力供給が同時に可能な制御を行なうことで、エンジン出力と発電体とで決まる最大出力以上の起動性を得ることができ使用負荷容量の拡大が可能である。
【００１２】
また、発電体と蓄電装置のいずれか一方の電力供給が切り替えで可能な制御を行なうことで、使用負荷容量に応じた出力が可能である。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記制御部は、エコノミーコントロールスイッチをオンで交流出力に応じてエンジン回転数を制御し、エコノミーコントロールスイッチをオフで交流出力が定格電流まで前記エンジン回転数を一定に制御することを特徴とする請求項１に記載のインバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機である。
【００１４】
この請求項２に記載の発明によれば、エコノミーコントロールスイッチをオンで交流出力に応じてエンジン回転数を制御し、交流出力が少なくなり軽負荷の場合に、エンジン回転数を下げて低騒音、低燃費とすることができる。また、エコノミーコントロールスイッチをオフで交流出力が定格電流までエンジン回転数を一定に制御することで、使用負荷の特性に応じた使用が可能である。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記蓄電装置は、前記発電体の―部に設けられた充電コイル、またはエンジンの点火系に設けられた充電コイルに接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機である。
【００１６】
この請求項３に記載の発明によれば、蓄電装置はエンジン運転中に充電コイルにより充電される。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記蓄電装置は、電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のインバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機である。
【００１８】
この請求項４に記載の発明によれば、電気二重層コンデンサを使用することで、短時間のエンジン駆動で電気二重層コンデンサの充電ができる。また、低騒音環境での使用頻度が高い場合は、短時間のエンジン運転の後エンジンを停止させ静寂の中で電力供給が可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のインバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はインバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機の概略構成図、図２は要部の構成図、図３は電力供給源の選択回路図、図４は蓄電装置の電力供給源を示す図、図５はコントロールユニットの制御ブロック図、図６はエコノミーコントロールスイッチがオンまたはオフの場合におけるエンジン回転数及びスロットル開度と交流出力電流との関係を示す図、図７はエコノミーコントロールスイッチがオンまたはオフの場合における燃費と交流出力電流との関係を示す図、図８は全波整流後の直流電圧と交流出力電流との関係を示す図、図９はスロットル制御初期動作のフローチャート、図１０はエコノミーコントロールスイッチによる制御動作のフローチャートである。
【００２０】
まず、この発明のインバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機の構成を、図１に基づいて説明すると、符号１はエンジンで、このエンジン１にキャブレター２及びエアクリーナ３が接続され、そのキャブレター２にはステッピングモータ４が設けられ、このステッピングモータ４を駆動されることにより、スロットル開度が制御されるようになっている。
【００２１】
このエンジン１には、多極式の発電体５が接続され、この発電体５にコントロールユニット６が接続され、このコントロールユニット６から交流出力が負荷７に供給されるようになっている。
【００２２】
また、コントロールユニット６には、蓄電装置８をＤＣ／ＤＣコンバータ９を介して接続され、発電体５または蓄電装置８のいずれかの電力供給源を選択可能になっている。
【００２３】
さらに、コントロールユニット６には、エコノミーコントロールスイッチＳＷ１、パワーアシストモードスイッチＳＷ２、パワーソース切替スイッチＳＷ３が接続されている。
【００２４】
このコントロールユニット６は、図２に示すように、全波整流回路６０、電解コンデンサ６１、ＤＣ／ＡＣ変換部６２、フィルタ回路６３及び制御部６４を有する。発電体５は、全波整流回路６０に接続され、この全波整流回路６０が電解コンデンサ６１を介してＤＣ／ＡＣ変換部（インバータ回路）６２に接続され、このＤＣ／ＡＣ変換部６２がフィルタ回路６３に接続され、このフイルタ回路６３から負荷７に交流電流が出力されるようになっている。さらに、制御部６４には、発電体５の一部に設けられた発電コイル５０が接続され、エンジン運転中はユニット電源となっている。
【００２５】
また、バッテリで構成される蓄電装置８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９に接続され、このＤＣ／ＤＣコンバータ９が、電流逆流防止用ダイオード２２を介して、全波整流回路６０と電解コンデンサ６１との間に接続されている。
【００２６】
さらに、蓄電装置８には、発電体５の一部に設けられた充電コイル５１が接続され、エンジン運転中は充電コイル５１により充電される。また、蓄電装置８は、制御部６４に接続され、エンジン運転中でない時のユニット電源となっている。また、蓄電装置８は、エンジン１の点火系に備えられる充電コイルに接続して充電するようにしてもよい。
【００２７】
さらにまた、ＤＣ／ＤＣコンバータ９とＤＣ／ＡＣ変換部６２とに制御部６４が接続され、この制御部６４に電流センサ６５からの出力電流検出値から出力電圧検出値が入力されるようになっている。これらの値に基づいて、制御部６４にてＤＣ／ＤＣコンバータ９及びＤＣ／ＡＣ変換部６２が制御されるように構成されている。
【００２８】
エンジン１の駆動により、発電体５が駆動されて交流出力電圧が発生し、この発電体５からの交流出力電圧は、全波整流回路（サイリスターブリッジ整流回路）６０で整流された後、電解コンデンサ６１にて平滑にされる。これにより実使用回転領域において必要な直流電圧が得られる。
【００２９】
そして、この直流電圧は、ＤＣ／ＡＣ変換部６２により交流出力とされた後、フィルタ回路６３によって高調波分を除去して必要な交流出力が得られる。また、フィルタ回路６３の出力電圧を検出し、制御部６４に帰還させることで出力電圧の安定化をはかることができる。
【００３０】
同時に、起動性を必要とする負荷７が接続され、定格電流に対して十分大きな負荷電流が短時間に増加した場合は、その増加比率を検出し、若しくは、その絶対量を検出し、制御部６４からＤＣ／ＤＣコンバータ９に制御信号を与える。もしくは、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の作動は、全波整流回路６０の直後の直流電圧（Ｖｄｃ）が所定電圧、この実施の形態では、図８に示すように、１７０Ｖ以下まで低下したときを負荷が大きいときと判断して作動し、また、１７０Ｖより大きい状態では、不作動となるように設定している。すなわち、電流検出によるか、あるいは電圧検出によって制御する。
【００３１】
このインバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機は、発電体５または蓄電装置８のいずれかの電力供給源を選択可能な制御部６４が備えられ、図３に示すように、制御部６４に接続されたパワーアシストモードスイッチＳＷ２、パワーソース切替スイッチＳＷ３により次のような作動が行なわれる。
【００３２】
すなわち、パワーアシストモードスイッチＳＷ２のオン時には、制御部６４のＡＮＤ回路６４０を介してエンジン発電体制御部６４１、蓄電装置ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部６４２を駆動し、発電体５と蓄電装置８の両方の電力供給が同時に可能な制御を行なうことができる。
【００３３】
例えば、主電力供給源は発電体側とし、過負荷領域にて発電体側だけでは電力供給不足の場合、蓄電装置８より電力を補充する。通常定格出力以下で使用する場合は蓄電装置８の過放電を防止するため蓄電装置８からの電力供給は絶つことができる。
【００３４】
このように、発電体５と蓄電装置８の両方の電力供給が同時に可能な制御を行なうことで、エンジン出力と発電体とで決まる最大出力以上の起動性を得ることができ使用負荷容量の拡大が可能である。
【００３５】
また、パワーアシストモードスイッチＳＷ２のオフ時に、パワーソース切替スイッチＳＷ３のオン、オフで制御部６４のＡＮＤ回路６４３，６４４を介してエンジン発電体制御部６４１、蓄電装置ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部６４２のいずれかを駆動し、発電体５と蓄電装置８のいずれか一方の電力供給が切り替えで可能な制御を行なうことができる。
【００３６】
すなわち、パワーアシストモードスイッチＳＷ２のオフ時に、パワーソース切替スイッチＳＷ３のオン（蓄電装置側を選択）の時は、ＡＮＤ回路６４３を介して蓄電装置ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部６４２を駆動し、エンジン１を停止させ、コントロールユニット６の電源部を発電体５から蓄電装置８に切り替える。
【００３７】
また、パワーアシストモードスイッチＳＷ２のオフ時に、パワーソース切替スイッチＳＷ３のオフ（エンジン側を選択）の時は、ＡＮＤ回路６４４を介してエンジン発電体制御部６４１を駆動し、この時は蓄電装置側からの電力供給はしない。
【００３８】
このように、発電体５と蓄電装置８のいずれか一方の電力供給が切り替えで可能な制御を行なうことで、使用負荷容量に応じた出力が可能である。
【００３９】
また、蓄電装置８は、図４に示すように、バッテリを直列接続することにより構成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ９への入力電圧が高くなる。この実施の形態では、１２Ｖのバッテリが６個直列接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ９への入力電圧が７２Ｖとなり、入力電圧より高くなる。
【００４０】
これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の電流容量を低く抑えることができるため、１次側における熱損失を低減し、ＤＣ／ＤＣコンバー夕９の小型化が可能となり、軽量化とコスト低減が可能となる。
【００４１】
この実施の形態では、全波整流回路６０の直後の直流電圧や出力電流を検出することにより、負荷が大きいか否かを判断し、ＤＣ／ＤＣコンバータ９を制御するようにしているが、これに限らず、例えば負荷がポンプ等の場合に、スィッチを入れた直後は、負荷が大きいと判断して、電流や電圧を検知することなく、スィッチを入れたことをトリガとして、ＤＣ／ＤＣコンバータを所定時間作動させることもできる。
【００４２】
また、蓄電装置８は、バッテリが用いられるが、バッテリに限定されず、バッテリもしくは同等の蓄電装置、例えば電気二重層コンデンサを用いてエネルギー源とすることができる。蓄電装置８として、電気二重層コンデンサを使用した場合には、短時間のエンジン駆動で電気二重層コンデンサの充電ができる。低騒音環境での使用頻度が高い場合は、短時間のエンジン運転の後エンジンを停止させ静寂の中で電力供給が可能である。
【００４３】
また、コントロールユニット６の制御部６４には、図５に示すような、エンジン１のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出部６４５が設けられると共に、図６に示すように、特性が記憶された電流・回転数マップ記憶部６４６が設けられ、この電流・回転数マップ記憶部６４６にエコノミーコントロ一ルスイッチＳＷ１が接続されている。
【００４４】
そして、そのエンジン回転数検出部６４５及び、電流・回転数マップ記憶部６４６がスロットル制御演算部６４７に接続され、このスロットル制御演算部６４７がステッピングモータ４を制御するモータドライバ部６４８に接続されている。
【００４５】
これにより、エコノミーコントロ―ルスィッチＳＷ１がオンの時には、図６中実線の特性曲線に基づき、所定のエンジン回転数（スロットル開度）及び所定のＡＣ出力電流（負荷電流）となるように、スロットル制御演算部６４７にてモータドライバ部６４８が制御されるようになっている。
【００４６】
また、エコノミーコントロールスイッチＳＷ１がオフの時には、図６中破線の特性曲線に基づき、所定のエンジン回転数（スロットル開度）及び所定のＡＣ出力電流（負荷電流）となるように、スロットル制御演算部６４７にてモータドライバ部６４８が制御されるようになっている。
【００４７】
そして、図７には、燃費とＡＣ出力電流との関係を示し、エコノミーコントロールスイッチＳＷ１がオンの時には実線に示すように、また、エコノミーコントロールスイッチＳＷ１がオフの時には破線に示すようになる。
【００４８】
このように、コントロールユニット６の制御部６４は、ステッピングモータ４に所定のエンジン回転数になるように、電気信号を与え、スロットル開度を所定の開度とし、ステッピングモータ４は図９及び図１０に示すように制御される。
【００４９】
図９のスロットル制御初期動作は、ステップａ１において、スロットル開方向に作動させ、エンジン回転数が１５００ｒｐｍ以上になるまでスロットルを開く（ステップａ２）。エンジン回転数が１５００ｒｐｍ以上になると、エンジン回転数を２８００ｒｐｍになるように設定し（ステップａ３）、交流電流出力開始タイマセット０．５秒を行ない（ステップａ４）、交流電流の出力が行なわれる。
【００５０】
図１０のエコノミーコントロールスイッチによる制御動作は、電流・回転数マップで電流・回転数が設定され、低温時開始タイマが設定され（ステップｂ１）、外気温度が０℃以下の時には、ステップｂ２に移行して数分間強制的にエンジン回転数を３８００ｒｐｍの高速に維持して交流電流の出力を行なう。
【００５１】
一方、ステップｂ１において、低温時開始タイマが設定されていない時には、電流・回転数の演算を行ない（ステップｂ３）、エンジン回転数を設定し（ステップｂ４）、エコノミーコントロールスイッチＳＷ１がオンの場合には、交流電流の出力を行なう（ステップｂ５）。
【００５２】
一方、エコノミーコントロールスイッチＳＷ１がオフの場合には、エンジン回転数が３６００ｒｐｍ以下の設定時には、強制的に３６００ｒｐｍに設定し、交流電流の出力を行なう（ステップｂ６）。
【００５３】
このように、エコノミーコントロールスイッチＳＷ１は、図７に示すように、２つの特性を切り替えるものであり、エコノミーコントロールスイッチＳＷ１をオンにした場合は、ＡＣ出力電流が少なくなり（軽負荷）、エンジン回転数を下げて低騒音・低燃焼とする。
【００５４】
また、エコノミーコントロールスイッチＳＷ１がオフの場合には、ＡＣ出力電流が０アンペアから定格電流までエンジン回転数を一定に制御し、使用負荷の特性によってはこの方が使い勝手が良い場合がある。例えば、負荷電流が頻繁に変わる電動グラインダ使用時等がある。
【００５５】
【発明の効果】
前記したように、請求項１に記載の発明では、発電体または蓄電装置のいずれかの電力供給源を選択可能であり、蓄電装置を電力供給源とすることで、エンジンの低騒音化が可能である。また、蓄電装置をＤＣ／ＤＣコンバータを介した電力供給源として使用することで、エンジン動力による発電出力とのハイブリッド化を図り、エンジン出力と発電体とで決まる最大出力以上の起動性を得ることができ使用負荷容量の拡大が可能である。
【００５６】
また、発電体と蓄電装置の両方の電力供給が同時に可能な制御を行なうことで、エンジン出力と発電体とで決まる最大出力以上の起動性を得ることができ使用負荷容量の拡大が可能である。
【００５７】
また、発電体と蓄電装置のいずれか一方の電力供給が切り替えで可能な制御を行なうことで、使用負荷容量に応じた出力が可能である。
【００５８】
請求項２に記載の発明では、エコノミーコントロールスイッチをオンで交流出力に応じてエンジン回転数を制御し、交流出力が少なくなり軽負荷の場合に、エンジン回転数を下げて低騒音、低燃焼とすることができる。また、エコノミーコントロールスイッチをオフで交流出力が定格電流までエンジン回転数を一定に制御することで、使用負荷の特性に応じた使用が可能である。
【００５９】
請求項３に記載の発明では、蓄電装置はエンジン運転中に充電コイルにより充電される。
【００６０】
請求項４に記載の発明では、電気二重層コンデンサを使用することで、短時間のエンジン駆動で電気二重層コンデンサの充電ができる。また、低騒音環境での使用頻度が高い場合は、短時間のエンジン運転の後エンジンを停止させ静寂の中で電力供給が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】インバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機の概略構成図である。
【図２】要部の構成図である。
【図３】電力供給源の選択回路図である。
【図４】蓄電装置の電力供給源を示す図である。
【図５】コントロールユニットの制御ブロック図である。
【図６】エコノミーコントロールスイッチがオンまたはオフの場合におけるエンジン回転数及びスロットル開度と交流出力電流との関係を示す図である。
【図７】エコノミーコントロールスイッチがオンまたはオフの場合における燃費と交流出力電流との関係を示す図である。
【図８】全波整流後の直流電圧と交流出力電流との関係を示す図である。
【図９】スロットル制御初期動作のフローチャートである。
【図１０】エコノミーコントロールスイッチによる制御動作のフローチャートである。
【符号の説明】
１エンジン
５発電体
８蓄電装置
９ＤＣ／ＤＣコンバータ
６０全波整流回路
６２ＤＣ／ＡＣ変換部
６４制御部

Claims

エンジンと、このエンジンに接続されて交流出力電圧を発生する発電体と、この発電体からの交流出力電圧をＡＣ／ＤＣ変換及び定電圧化を行う全波整流回路と、この全波整流回路にて得られた直流電圧を交流出力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部とを有し、前記全波整流回路と前記ＤＣ／ＡＣ変換部との間に、蓄電装置をＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続し、前記発電体または前記蓄電装置のいずれかの電力供給源を選択可能な制御部を備え、
前記制御部は、前記発電体と前記蓄電装置の両方の電力供給が同時に可能な制御を行なうことが可能であり、
または、前記制御部は、前記発電体と前記蓄電装置のいずれか一方の電力供給が切り替えで可能な制御を行なうことが可能であり、
パワーアシストモードスイッチ及びパワーソース切替スイッチが前記制御部に接続されており、
前記パワーアシストモードスイッチのオン時は、前記発電体と前記蓄電装置の両方の電力供給が同時に可能な制御を行い、
前記パワーアシストモードスイッチがオフでパワーソース切替スイッチがオンの時は、前記発電体から前記蓄電装置に切り替え、前記蓄電装置からの電力供給が可能な制御を行い、
前記パワーアシストモードスイッチがオフでパワーソース切替スイッチがオフの時は、前記蓄電装置から前記発電体に切り替え、前記発電体からの電力供給が可能な制御を行うことを特徴とするインバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機。
前記制御部は、エコノミーコントロールスイッチをオンで交流出力に応じてエンジン回転数を制御し、エコノミーコントロールスイッチをオフで交流出力が定格電流まで前記エンジン回転数を一定に制御することを特徴とする請求項１に記載のインバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機。
前記蓄電装置は、前記発電体の―部に設けられた充電コイル、またはエンジンの点火系に設けられた充電コイルに接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機。
前記蓄電装置は、電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のインバータ式ハイブリッドエンジン携帯発電機。