JP5424612B2

JP5424612B2 - インバータ発電機

Info

Publication number: JP5424612B2
Application number: JP2008276331A
Authority: JP
Inventors: 正夫生井; 徹吉岡; 真一我妻; 幸雄柄沢; 真二日比; 隆阿部
Original assignee: Yanmar Co Ltd; Sawafuji Electric Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd; Sawafuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2028-10-28
Also published as: JP2010110028A; EP2346158A1; US20120074912A1; WO2010050177A1; CN102265502A

Description

本発明は、エンジン駆動の発電機にインバータ部を接続して、当該インバータ部に接続される平滑フィルタの出力を直列に接続して、いわゆる単相３線式の給電を行うインバータ発電機に関する。

従来から、エンジン駆動の発電機にインバータ部を接続して、所定の周波数の下での所定の交流電圧を給電することが行われている。そして、更に、複数台のインバータ部の出力並列に接続して、負荷に供給することが行われている。

このようにインバータ部を並列に接続した場合には、例えば２台のインバータ部の出力電圧を等しく制御するようにしている。なお、この場合、２台のインバータ部の出力周波数にズレがあると、２台のインバータ部の間で分担する有効電力に差が生じることとなる。また、出力電圧にズレが生じると、無効電力がインバータ部間で環流することが生じる。

一方、前記の制御において、例えばワンチップマイコンを用いて制御する構成が採用されており、この場合、インバータ部の出力電圧又は目標波形信号に対応する正弦波交流電圧の位相に同期させるようにして、例えば１周期の間に１２８回の割込みを生じさせ、当該割込みに対応させて、インバータ部から出力される出力電流の瞬時値やインバータ部の入力端の直流電圧などを計測しかつ累算して、前記の有効電力や無効電力を演算するようにされる。また、当該割込み対応させて、出力周波数（位相）を制御したり、エンジンの回転数を制御したり、複数のインバータ部相互間での情報の交換を行ったりするようにされる（特許文献１参照）。
特開２００５−２８６５４０号公報

従来の場合、前述の如く、インバータ部を並列に運転することが考慮されて、当該運転に見合う制御を行うようにしていたが、最近、例えば２台のインバータ部の出力を直列に接続して、いわゆる単相３線式の給電を行うことが考慮されるようになった。

このような場合、例えば２台のインバータ部のいずれか一方のインバータ部にのみ大きい負荷が接続されることが生じるなど、インバータ部の負荷がアンバランスになることがある。また、夫々のインバータ部に接続される負荷の一方が誘導性負荷であって他方が容量性負荷であったりすることも生じる。このような負荷の性質に対応して、出力電圧−出力電流特性は異なるものとなるが、それにも拘らず出力電圧−出力電流特性をフラットにするようにすることが望まれる。

また、一般的に言って、給電線に接続される負荷が小さい場合には、エンジンの回転数を小に保って騒音の発生を抑えるなどの配慮が行われるが、例えば電動機が負荷として接続されて起動されるような場合に、大きい起動電流が流れる形となって、本来ならばその起動に伴ってエンジンの回転を増大させるべきなのに、エンジンの回転数の増大が遅くなっていまうことなどもある。

本発明は、このようなインバータ部を接続した場合においても、ワンタッチマイコンを用いて、例えば２台のインバータ部を所望する態様で運転するようにすることを目的としている。

そして本発明は、特に、エンジンの回転数に対する制御を効率良く行うことを目的としている。

本発明は、インバータ発電機に関し、当該インバータ発電機の場合には、例えば２台のインバータ部の一方の側にのみ負荷が接続されることになることを考慮していずれか、より大きい有効出力を供給しているインバータ部の側の有効電力にもとづいて、エンジンの回転数を、
基準指令回転数＝ｋ・（ＰｍｏｒＰｓの大きい方）
（但し、Ｐｍ、Ｐｓは夫々の有効電力）
にもとづくようにしている。

また、永久磁石型多極発電機においては、永久磁石界磁が用いられているために磁石の特性から、過熱状態の下で出力電力が低下してしまうことがある。このために、当該過熱状態の発生の下で出力が不足することになることを想定してエンジンの回転数を「高い」目に設定していた。このことから、周囲温度が低いときには、本来ならば騒音を抑制するためにエンジンの回転数を低くすることが望まれるにも拘らず、エンジンの回転数が「高い」目に設定されてるものとなっていた。この点を考慮して、インバータ部からの出力電力が増加するにつれてエンジンの回転数を増大させる手段を設けておいて、周囲温度が低いときには過熱保護のために設定していたエンジンの回転数を従来よりも「低い」目に設定し、エンジンの回転数を出来るだけ低くできるようにしている。即ち、
修正基準指令回転数＝（有効電力による設定値）＋（ＤＣリンク電圧の状態にもとづいた補正分）
とするようにしている。

更に、インバータ部が無負荷時にエンジンの回転数を、燃費改善のための騒音抑止のために、低く抑制するようにしているが、急激に高負荷に移行した場合にはエンジン回転数の上昇に遅れが生じる。この点を考慮して、高い負荷状態（パワーモード）が生じる可能性がある場合を、人為的に想定して、無負荷時におけるエンジンの回転数をパワーモードに対応するように設定している。即ち後述する図１に示している（図１の右下方）パワーモードスイッチを設けるようにしている。

本発明によれば、
（ｉ）インバータ発電機において、インバータ部の負荷が極端にアンバランスになっても対処できるようにでき、
（ｉｉ）インバータ部からの出力電力が小さい場合でのエンジンの回転数を極力低くすることができ、
（ｉｉｉ）高い負荷状態（パワーモード）が生じる可能性のある状況の下で、その旨を想定して、急激な高負荷への移行時に対処できるようにして、この結果、高負荷に出力電圧が低下しては困るような負荷をも接続することが可能になる。

図１は本発明の一実施例構成を示す。

図中の番号１００はインバータユニット、２００は永久磁石型多極発電機（Parmanent Magnet Alternator-PMA)、３００はエンジン、５００はインバータ制御用電源、５５０はパワーモードスイッチであって運転モードを指示するものを表している。

１０１はインバータ部、１０２はインバータモジュール、１０３は整流回路部、１０４はインバータ回路部（Ｈブリッジ）、１０５は電解コンデンサ部、１０６は内部電圧センサであって後述するＤＣリンク電圧検出回路を構成するもの、１０７は温度センサ、１０８は電流センサ、１０９は平滑フィルタ部、１１０は制御回路であってワンチップマイコンで構成されるもの、１１１は通信線であって制御回路１１０Ａと１１０Ｂとの間での情報を送受するもの、１５０はインバータ制御電源、１６０は回転指令アダプタであってエンジン（又は発電機）の回転を指示するものを表している。

また、３０１はエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）を表している。なお、図示の永久磁石型多極発電機２００は、永久磁石界磁のものであって、図示の場合には図では明瞭ではないが、発電巻線として２組を備えていて、夫々の発電巻線の出力が個別に対応するインバータ部１０１Ａ、１０１Ｂに供給されている。

また、インバータ回路部１０４Ａの出力端子とインバータ回路部１０４Ｂの出力端子とは直列に接続されており、出力端子Ａと出力端子Ｂと出力端子Ｃとは、いわゆる単相３線式に構成されている。そのため、出力端子Ａと出力端子Ｂとの間で、または出力端子Ｂと出力端子Ｃとの間で、夫々交流電圧Ｖを出力することができ、かつ出力端子Ａと出力端子Ｃとの間で交流電圧２Ｖを出力することができる。

なお、図中に示す電圧波形６００は、夫々のインバータ回路部１０４Ａ、１０４Ｂからの出力部での波形であるＰＷＭ波形を表しており、電圧波形６０１は夫々前記ＰＷＭ波形６００が平滑フィルタ部１０９によって平滑されて正弦波となっていることを表す波形である。

図１に示すように、２組の発電巻線をもつ多極発電機２００から出力を得て、夫々、インバータ部１０１Ａと１０１Ｂとによって交流出力を得た上で、図示のように単相３線式に接続されている構成を、本発明の対象としている。

図２は、図１に示すインバータ部の１つを運転制御する構成を示す。なお、図２においては、図１に示す通信線１１１の部分は省略されている。

図中の符号１０１、１０３、１０４、１０５、１０６、１０８、１０９、１１０、２００、６００、６０１は図１に対応している。

符号１１２は、電流センサ１０８からの出力電流検出信号を受けてアナログ信号をデジタル信号に変換する入力ポート部である。１１３は、内部電圧センサであるＤＣリンク電圧検出回路１０６からの直流電圧信号（ＤＣリンク電圧信号）を受けてアナログ信号をデジタル信号に変換する入力ポート部である。

制御回路１１０（ワンチップマイコン）は、インバータ回路部（Ｈブリッジ）１０４から出力されるべき交番電圧についての目標波形信号６０２を生成して、デジタルアナログ変換を行う出力ポート部１１４から当該目標波形信号６０２を出力する。

また、制御回路１１０は、インバータ回路部（Ｈブリッジ）１０４からの過電流状態などにもとづいて、インバータ回路部（Ｈブリッジ）１０４を停止するなどの制御信号（図示のＨブリッジの停止、運転信号）を出力ポート部１１５から出力し、後述するＰＷＭ信号の遮断・通過制御部１２４を制御する。更に、制御回路１１０は、インバータ回路部（Ｈブリッジ）１０４による運転条件（例えば出力側の電圧波形６００（又は６０１）を一時的に低下させるなどの運転条件）による制御を行うための制御信号を図示の可変指示部１２１に指示し、図示の「電流による垂下部」１２２を制御して、図示のＰＷＭ化部１２３からのＰＷＭ信号を制御する。なお、図示の１０７は反転増幅器を表している。

図示の「反転増幅器による出力電圧検出部」１１６は、図示の波形６００を抽出する。当該波形６００は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１８を介して、正弦波形６０３（基本的には波形６０１に同じ）となる。一方、図示の目標波形信号６０２も、ローパスフィルタ１１９を介して、正弦波形６０４とされる。両者の正弦波形６０４と６０３とは比較増幅部１２０によって比較され、誤差波形信号６０５が、前述の「電流による垂下部」１２２に導かれる。

「電流による垂下部」１２２は、当該誤差波形信号６０５の波形を頭打ちの如く波高制限の機能を有し図示のＰＷＭ化部１２３に信号を送る。言うまでもなく、「電流による垂下部」１２２は、前述の如く、インバータ回路部（Ｈブリッジ）１０４による運転条件が満たされるようにするインバータ部の出力電圧を一時的に低下させるなどの制御を行い、前記誤差波形信号６０５の振幅を調整する。

図示のＰＷＭ化部１２３が、所望される形のＰＷＭ信号を生成して、図示の「ロジックＩＣにより、ＰＷＭ信号の遮断・通過（ＯＮ／ＯＦＦ）制御部」１２４に送る。当該ＰＷＭ信号の遮断・通過制御部１２４は、前述の「Ｈブリッジ停止、運転信号」による指示を受けた上でＰＷＭ信号の遮断・通過制御を行い、図示のＨブリッジドライバー１２５に対してＰＷＭ信号を供給する。Ｈブリッジドライバー１２５は、当該ＰＷＭ信号にもとづいて、インバータ回路部１０４内の各ＦＥＴを制御する。図示の波形６０６と６０７とで示す波形は、当該各ＦＥＴを制御する制御信号（ＰＷＭ信号の波形で）を表している。また、図示の波形６０８は、ＤＣリンク電圧でありリップルを含んでいるものとして示されている。

図３は、制御回路（ワンチップマイコン）における処理構成を示す。また、図４は、制御回路（ワンチップマイコン）内での処理の実行のタイミングを示している。

制御回路１１０は、メイン関数処理部４０１と、割込処理部４０２とを備える。メイン関数処理部４０１は、第１状態処理部４０１１、第２状態処理部４０１２、第３状態処理部４０１３、第４状態処理部４０１４を備える。割込処理部４０２は、基準タイマ割込部４０２１、その他の割込部４０２２を備える。当該制御回路１１０が、メイン関数処理部４０１と割込処理部４０２により、インバータ部１０１を監視し駆動回路を制御すると共に、必要な処理を実行する。

メイン関数処理部４０１は、図４に示すように、インバータ部の出力である交流電圧の１周期を４等分した第１〜第４の期間において、各々、当該インバータ部の状態を検出し出力し制御するための処理であって相互に異なる第１〜第４の処理を実行する。なお、この例では第１〜第４の期間において、各々、第１〜第４の処理を実行するものとしているが、いずれの期間にいずれの処理を実行しても良い。即ち、第１〜第４の期間において、各々、第１〜第４の処理のいずれかが実行されれば良い。

なお、実際は、交流電圧の１周期を４等分するために、メイン関数処理部４０１は、割込処理部４０２の基準タイマ割込部４０２１により交流電圧の１周期をＮ（この例では、Ｎ＝１２８）等分した各々のタイミングにおいて発生する割り込みを利用する。即ち、当該割込みの数をカウントして、当該カウント値が１、３２、６４、９６の場合に、各々、第１〜第４の期間を開始する。

図３に示す第１状態処理部４０１１は図４に示す第１状態処理部の期間に処理を行い、第２状態処理部４０１２は図４に示す第２状態期間に処理を行い、第３状態処理部４０１３は図４に示す第３の状態の期間に処理を行い、第４状態処理部４０１４は図４に示す第４の状態の期間を処理を行う。

第１の状態は基準タイマ用カウンタ（図示せず）の内容Ｓｉｎ−ｉｔｒが値「１」のときに開始され、第２の状態は当該内容Ｓｉｎ−ｉｔｒが値「３２」のときに開始され、第３の状態は当該内容Ｓｉｎ−ｉｔｒが値「６４」のときに開始され、第４の状態は当該内容Ｓｉｎ−ｉｔｒが値「９６」のときに開始される。そして当該内容が値「１２７」から値「０」を経て値「１」に進むように繰り返されてゆく。なお、上記基準タイマ用カウンタ（図示せず）の内容Ｓｉｎ−ｉｔｒの更新は、図４に示すように出力電圧の正弦波形に同期している。

図５と図６と図７と図８とは、前記４つの状態に対応して制御回路（ワンチップマイコン）が実行する処理内容を示している。なお、図７と図８とは連結して１つの図を示している。

図５は無限ループを始動するフローチャートを示す。

（Ｓ１）；初期化を行う。

（Ｓ２）；起動準備を行う。

（Ｓ３）；無限ループに入る。

図６は、無限ループに対応して実行される状態１ないし状態４の処理内容を示している。

状態１の処理において、
（Ｓ２８）；図１に示すインバータ部Ｍ（マスタ）１０１Ａとインバータ部Ｓ（スレーブ）１０１Ｂとの間で送信する送信データをレジスタに格納する。当該送信データには、自インバータ部が出力する有効電力や無効電力が含まれる。有効電力や無効電力を生成する態様については後述する。
（Ｓ２９）；送信を開始する。即ち、（Ｓ２８）において格納された送信データは、相手方のインバータ部に向かって送信される。

状態２の処理において、
（Ｓ３０）；エンジンに対する指令回転数を算出する。
（Ｓ３１）；当該回転数の送信を開始する。図１に示すエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）３０１に向かって送信する。

状態３の処理において、
（Ｓ３２）；インバータ部における故障診断を行う。
（Ｓ３３）；過電流状態になっていた場合において、当該過電流が継続する時間をチエックしてタイムアップした場合に保護が必要か否かを判定する。
（Ｓ３４）；図１に示す温度センサ１０７のセンスデータにもとづいて過熱保護が必要か否かを判定する。

状態４の処理において、
（Ｓ３５）；必要に応じて、出力電圧を変化させるなどの調整を行う。
（Ｓ３６）；各インバータ部の制御装置の間での通信に関して、相手方から受信したデータについての処理を行う。
（Ｓ３７）；相手方に異常があれば異常があることを検出する。
（Ｓ３８）；過電流リミッタのピーク値を変更するなどの調整を行う。
（Ｓ３９）；必要に応じて両者インバータ部間での周波数（位相）の同期化を行うようにする同期化の処理を行う。

図７と図８とは連結されて１つの図となるものであり、両者にて無限ループの処理内容を示す図である。

（Ｓ４）；状態１か否かをチエックする。

（Ｓ５）；状態１であれば、図６に示す状態１の処理を行う。

（Ｓ６）；状態１の処理が終了すると、図示の状態１’に遷移する。

（Ｓ７）；（Ｓ４）でＮか、（Ｓ６）での遷移かを経て、状態１’か否かがチエックされる。

（Ｓ８）；状態１’の場合には何もせずに（Ｓ９）に進む。

（Ｓ９）；前述のカウンタ（Ｓｉｎ−ｉｔｒ）の内容の値ｉが「３１」を超えていれば状態２に遷移する。
（Ｓ１０）；（Ｓ７）でＮか、（Ｓ９）での遷移かを経て、状態２か否かがチエックされる。
（Ｓ１１）；状態２であれば、図６に示す状態２の処理を行う。
（Ｓ１２）；状態２’へ遷移する。
（Ｓ１３）；（Ｓ１０）でＮか、（Ｓ１２）での遷移かを経て、状態２’か否かがチエックされる。
（Ｓ１４）；状態２’の場合には何もせずに（Ｓ１５）に進む。
（Ｓ１５）；ｉが「６３」を超えていれば、状態３に遷移する。
（Ｓ１６）；（Ｓ１３）でＮか、（Ｓ１５）での遷移かを経て、状態３か否かがチエックされる。
（Ｓ１７）；状態３であれば、図６に示す状態３の処理を行う。
（Ｓ１８）；状態３’へ遷移する。
（Ｓ１９）；（Ｓ１６）でＮか、（Ｓ１８）での遷移かを経て、状態３’か否かがチエックされる。
（Ｓ２０）；状態３’の場合には何もせずに（Ｓ２１）に進む。
（Ｓ２１）；ｉが「９５」を超えていれば、状態４に遷移する。
（Ｓ２２）；（Ｓ１９）でＮか、（Ｓ２１）での遷移かを経て、状態４か否かがチエックされる。
（Ｓ２３）；状態４であれば、図６に示す状態４の処理を行う。
（Ｓ２４）；状態４’へ遷移する。
（Ｓ２５）；（Ｓ２２）でＮか、（Ｓ２４）での遷移かを経た場合には状態４’にある。
（Ｓ２６）；状態４’の場合には（Ｓ２５）を経て、何もせずに（Ｓ２７）に進む。
（Ｓ２７）；ｉが「３２」よりも小さいことを条件に（Ｓ４）に戻る。

図７と図８から判るように、無限ループは、Ｓｉｎ−ｉｔｒの値ｉに対応して、状態１の処理から状態４の処理を繰り返す。即ち電圧の１周期（ｉ＝０〜ｉ＝１２７）の間に、夫々の状態の処理が行われて繰り返される。

ここで、制御回路（ワンチップマイコン）１１０が自インバータ部が発する有効電力Ｐの値や無効電力Ｑの値、更には自インバータ部が出力する出力電流の値を生成する態様について、概念的に説明しておく。

前述したように、制御回路（ワンチップマイコン）１１０は、インバータ回路部１０１が出力する出力電圧に見合う目標波形信号６０２を生成している。そして、図４に示したようにインバータ部の出力電圧の１周期（即ち、目標波形信号６０２の１周期）を１２８等分したタイミングで、図３に示す基準タイマ割込部４０２１による割込みを発している。

このことから、制御回路（ワンチップマイコン）１１０は、インバータ部の出力電圧ｖｓｉｎ ωｔを１周期にｎ回（１２８回）サンプリングして、夫々のタイミングの下でのサンプリング値ｖｓｉｎ（ｎ）を生成することができる。また、前記出力電圧ｖｓｉｎ ωｔの位相をπ／２だけズラしたｖｃｏｓ ωｔに対応するサンプリング値ｖｃｏｓ（ｎ）を生成することができる。

なお、ｖｓｉｎ（ｎ）は、インバータ部の出力電圧が決まれば、予め準備しておくことができ、それらの値は例えばメモリ上のテーブルにセットしておくようにされる。そして、ｓｉｎ−ｉｔｒの各値ｉ＝ｎのタイミングに合わせて、ｖｓｉｎ（ｎ）やｖｃｏｓ（ｎ）を抽出することができる。

一方前述の如く、制御回路（ワンチップマイコン）１１０は、図２に示した如く、インバータ部１０１からの出力電流を電流センサ１０８によってセンスしている。このセンスされた出力電流は、図２に示す入力ポート部１１２において、デジタル信号に変換されて、前述の基準タイマ割込部４０２１による割込み（１／１２８割込み）の割込みタイミング毎に、制御回路（ワンチップマイコン）１１０に取り込まれる。

なお、言うまでもなく図２に示すＤＣリンク電圧検出回路１０６からのＤＣリンク電圧も、図２に示す入力ポート部１１３によって前記割込みタイミング毎に制御回路（ワンチップマイコン）１１０に取り込まれる。

図２に示す入力ポート部１１２によって逐次取込まれた出力電流の値は、当該出力電流ｉについての夫々のサンプリングのタイミングにおける瞬時値ｉ（ｎ）である。

インバータ部の有効電力Ｐは、概念的には、
ｖｓｉｎ（ｎ）×ｉ（ｎ）
を電圧１周期分積算し、かつ複数周期分の間で平均化したものとして与えられ、また、インバータ部の無効電力Ｑは、
ｖｃｏｓ（ｎ）×ｉ（ｎ）
を電圧の１周期分積算し、かつ複数周期分の間で平均化したものとして与えられる。

また、インバータ部からの出力電流Ｉは、前記ｉ（ｎ）を同じく１周期分積算したものとして与えられる。

制御回路（ワンチップマイコン）１１０における割込みには、図９に示す１／１２８割込み（基準タイマ割込み）と図１０に示すエッジ割込みと、図１１に示す２１．７１ｍｓ割込みとが考慮されている。

図９は前述のＳｉｎ−ｉｔｒの値ｉに対応した１／１２８割込み（基準タイマ割込み）についてのフローチャートを示している。

図９において、
（Ｓ４０）：Ｓｉｎ−ｉｔｒの値ｉを与えるカウンタが「０」から「１２７」を経て更に「０」、「１」……とカウントアップされる。
（Ｓ４１）：前述の図６に示す状態１ないし状態４に対応する処理が出力中か否かがチエックされる。
（Ｓ４２）：（Ｓ４１）がＮの場合、夫々対応する状態（状態１ないし状態４のいずれか）についての出力準備中か否かがチエックされる。
（Ｓ４３）：（Ｓ４２）がＹの場合、前記値ｉが「０」か否かがチエックされる。当該（Ｓ４３）がＹの場合、（Ｓ４４）に進む。Ｎの場合、（Ｓ４５）に進む。
（Ｓ４４）：インバータ回路部１０４を構成しているＨブリッジをオン状態にする。即ち、インバータ回路部１０４が出力を発し得る状態にする。
（Ｓ４５）：（Ｓ４０）におけるカウンタの値（即ちｉの値）がＤ／Ａレジスタにセットされる。
（Ｓ４６）：前記（Ｓ４２）がＮの場合、即ち状態出力が待機状態の場合、インバータ部内にエラーが存在するか否かがチエックされる。（Ｓ４６）がＹの場合（Ｓ４７）に進む。Ｎの場合、（Ｓ４８）に進む。
（Ｓ４７）：対応する状態についての出力準備中に遷移する。
（Ｓ４８）：当該（Ｓ４８）の処理において、図１に示す整流回路部１０３に存在するサイリスタをオンするかオフするか判定する。即ち当該判定結果でサイリスタをオンまたはオフして、図１に示す内部電圧センサ１０６でセンスされる直流電圧（即ち、整流回路部１０３から出力端の直流電圧）を可能な限り、所定値に維持させるようにする。
（Ｓ４９）：前述のＳｉｎ−ｉｔｒの値ｉに対応して、前述した
ｖｓｉｎ（ｎ）×ｉ（ｎ）
ｖｃｏｓ（ｎ）×ｉ（ｎ）
ｉ（ｎ）
が生成されてゆく。そして、有効電力Ｐや無効電力Ｑや出力電流Ｉを求めるために利用されてゆくことになる。
（Ｓ５０）：前述のＳｉｎ−ｉｔｒの値ｉが「１２７」か否かがチエックされる。Ｙの場合（Ｓ５１）に進み、Ｎの場合（Ｓ５２）に進む。
（Ｓ５１）：（Ｓ５０）がＹの場合、制御回路（ワンチップマイコン）１１０は、自インバータ部からの出力電圧の位相（出力電圧がレベル零からプラスに向かうゼロロスのタイミング）を他インバータ部に送信する。即ち、後述するゼロタイミング信号をハイ状態からロー状態に変換する。この変換が図１に示す通信線１１１を介して他インバータ部に送信される。
（Ｓ５２）：（Ｓ５０）がＮの場合、前述のゼロタイミング信号をハイ状態に変換し、またはハイ状態に維持する。

図１０はエッジ割込みについてのフローチャートを示している。

このエッジ割込みは、図９における（Ｓ５１）の処理に対応して他インバータ部（相手機）のゼロタイミング信号がハイ状態からロー状態に変化したことを検出した際に発生する。
（Ｓ５３）：相手機からのゼロタイミング信号がハイ状態からロー状態に変化したとき、この割込みルーチンに入る。
（Ｓ５４）：この割込みルーチンにおいて、自インバータ部（自機）におけるＳｉｎ−ｉｔｒのカウンタ値（ｉの値）を保存するようにする。

なお、このエッジ割込みに対応する処理は、図６に示した状態４の処理における（Ｓ３９）での、インバータ部相互間での同期化の処理を行うか否かの判断に利用される。

図１１は２１．７１ｍＳ割込みについてのフローチャートを示している。

当該２１．７１ｍＳ割込みは、前述のＳｉｎ−ｉｔｒのタイミングとは関係なしに、２１．７１ｍＳをカウントするタイマのカウントアップに対応して発生される。
（Ｓ５５）：インバータ部が過電流状態にあるか否かがチエックされる。
（Ｓ５６）：（Ｓ５５）がＹの場合、過電流タイマがカウントアップされる。
（Ｓ５７）：（Ｓ５５）がＮの場合、過電流タイマはカウントダウンされる。
（Ｓ５８）：過電流タイマがタイムアップしたか否かがチエックされる。
（Ｓ５９）：（Ｓ５８）がＹの場合、過電流保護を行う。即ちインバータ回路部１０４でのＨブリッジがオフ状態（出力を零にする状態）に入る。
（Ｓ６０）：（Ｓ５８）または（Ｓ５９）が処理されたタイミングの次に「スイッチ入力判定」が行われる。即ち、図１の右下に示すパワーモードスイッチ５５０がオン状態かオフ状態かがチエックされる。なお、パワーモードスイッチ５５０がオンされている状況の下では、インバータ部に接続される負荷が、急激に増大する電流を要求する場合があることを意味している。このパワーモードスイッチ５５０は、運転者によって人為的にオンまたはオフされるものである。

以下インバータ発電機におけるエンジンの回転制御について述べる。
（Ａ）エンジンに対する指令回転数の設定。

従来の場合の例えば前述の特開２００５−２８６５４０号公報に開示されたインバータ発電機においては、２台のインバータ部を並列に接続して共通の負荷に給電するようにしていた。

一方、この種のインバータ発電機においては、燃費を節約するためや騒音を抑えるためなどから、給電する負荷（インバータ部に接続される負荷）に見合う程度の回転数でエンジンを回転させていた。なお、このことは、インバータ部を用いていることから、インバータ部からの出力電圧の周波数がエンジンの回転数（更に言えばエンジンで駆動される永久磁石型多極発電機が出力する交流電圧の周波数）に影響されないことから可能となっている。

したがって、インバータ部が並列運転される場合には、エンジンに対する指令回転数は、
（指令回転数）＝（ｋ／２）｛( Ｐ_Mの有効電力）＋Ｐ_Sの有効電力）｝
（但し、ｋは係数、Ｐ_Mは一方のインバータ部、Ｐ_Sは他方のインバータ部）
の形できまるようにされていた。即ち、２台のインバータ部からの夫々の有効電力の平均値を目安として決めていた。そして言うまでもなく、当該平均値が大になるにつれて、エンジンの回転数は増加するようにされていた。

しかし、本発明の場合のように、２台のインバータ部の出力端を直列に接続して運転する場合には、図１に示す出力端子ＡＢ間に接続される負荷と出力端子ＢＣ間に接続される負荷とで、極端にアンバランスになる可能性がある。特に、電動機が負荷に接続されるような場合には、起動電流のために一方のインバータ部が大きい出力電流を供給することを要求されることが生じる。

このことから、本発明においては、例えば一方のインバータ部に対応する制御回路（ワンチップマイコン）１１０において、自インバータ部から出力される有効電力Ｐ_mと相手側から送られてくるＰ_sとにもとづいて、
Ｐ＝（Ｐ_m ｏｒＰ_sのより大きい側の値）
をもって、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）に指示を与えるようにしている。即ち、
（基準指令回転数）＝ｋ₁Ｐ
（但しｋ₁は係数）
の形で決まる指令回転数を基準指令回転数として与えるようにしている。

（Ｂ）永久磁石型多極発電機の特性に見合うエンジン回転数指令。

前記（Ａ）に述べたように、基本的にはエンジンに対する基準指令回転数が指示されるものであるが、次のような問題がある。

即ち、永久磁石型多極発電機においては、界磁として永久磁石が用いられていることもあって、周囲温度が高い時、特に熱時に、当該発電機の出力電力が低下する特性がある。このために、周囲温度が高い時、特に発電機が熱を持った時にも、インバータ部が必要とする当面の間の出力電力に見合うパワーを当該永久磁石型多極発電機が供給できるように配慮して、通常状態の下でエンジンの基準指令回転数の値を多少高い目に設定していた。

このことは、考え方を転換すると、周囲温度が比較的に低い時や熱時でない時では、本来ならば、エンジンの基準指令回転数の値をもっと低い値にして、エンジンからの騒音の発生を抑制できるはずである、ということになる。

本発明においては、この点を考慮して、エンジンに対する基準指令回転数の値を通常時において低い値に設定するようにしておき、前記のように永久磁石型多極発電機からの出力電力が低下する傾向が生じる際に、エンジンに対する指令回転数の値を高めるようにしている。

図１２は、エンジンに対する指令回転数を変化させる際のフローチャートを示す。

図１２において、
（Ｓ６１）；自インバータ部から出力される有効電力Ｐm と相手側から送られてくるＰ_Sとに基づいて、Ｐm またはＰ_Sの大きい方をＰとし、自インバータのＤＣリンク電圧Ｖｄｃｍと相手側リンクのＤＣリンク電圧Ｖｄｃｓの低い方をＶｄｃｃとする。

（Ｓ６２）；エンジンの現時点における実回転数が指令回転数と極端に異なっていないかをチエックする。Ｎの場合（Ｓ６４）に進む。

（Ｓ６３）；（Ｓ６２）がＹの場合とは、エンジンが所望される回転数の下で回転していることを意味しているが、この状態の際に、図２に示すＤＣリンク電圧が低下していないかどうかをチエックする。言うまでもなく（Ｓ６２）がＹの場合にＤＣリンク電圧が低下することは、永久磁石型多極発電機からの出力が低下気味にあって、所望される直流電圧を提供し得ないことを意味している。このことから（Ｓ６３）においては、ＤＣリンク電圧に関して
（基準値）−（低い方のＤＣリンク電圧値Ｖｄｃｃ）
を算出し、これを逐次、積分してゆく。この積分値をＡとして保持する。

（Ｓ６４）；エンジンに対する修正基準指令回転数として、
（修正基準指令回転数）＝ｋ₂・Ｐ＋Ａ
但し、ｋ₂は前記ｋ₁よりも小さい係数
を与えるようにする。

このようにすることによって、通常の場合には、基準回転数を前記（Ａ）項において設定していた基準よりも低い値にして騒音を制御しておいた上で、永久磁石型多極発電機において出力が低下してしまうような状態が発生することを未然に防ぐ対策をとるようにしている。

なお、図１３は、永久磁石型多極発電機において、温度が上昇するにつれて、出力電圧Ｖや出力電力Ｐが低下する傾向にあることを示している。

（Ｃ）パワーモードに対処する指令回転数の設定。

前述した如く、インバータ発電機においては、インバータ部に接続する負荷が小さい場合には、エンジンの燃費を小にするためや騒音の発生を抑制するためにエンジンの指令回転数を低くするようにしている。

そして、この低くしておいた状況の下でインバータ部側の負荷が急増したような場合でも、エンジンの回転数を出来るだけ早く増加させたりする対策を考慮している。

しかし、なお、エンジンの回転数の増加に時間がかかり過ぎることがあり、インバータ部からの出力電圧が過度的に低下してしまうことが生じる。特に、負荷の性質によっては出力電圧が低下すること自体が好ましくないような負荷もある。

図１４は、負荷の急激な増加に対応して、エンジンの回転数の増加に時間を要することを説明する図である。

図１４において、横軸は時間であり、縦軸は負荷とエンジン回転数である。

図１４では、負荷が無負荷状態から高負荷状態に移行した場合を示しており、回転数の上昇に時間を要している。

本発明では、この問題を解決するために、インバータ発電機をパワーモードで運転する場合と、エコモードで運転する場合とを、人手によって指示できるようにしている。

図１に示す（図１の右下方）パワーモードスイッチ５５０は、このパワーモードを指示するためのスイッチである。

インバータ部に接続される負荷の性質によって、インバータ部の負荷が急激に大となる可能性がありかつそのような場合にインバータ部の出力電圧が過渡的に低下しては困るような場合に、人手によって、パワーモードスイッチ５５０をオンとしておくようにする。

即ち、前述したようにインバータ部の負荷が小さい場合にはエンジンの回転数を出来るだけ小さくしておくようにされるものであるが、パワーモードスイッチ５５０がオンされている場合には、通常時でのエンジンの回転数を高い目にセットしておき、エンジンからのパワーに余裕を与えておくようにする。

図１５は、エコモードとパワーモードとでの特性を示す。

図１５において横軸はエンジン回転数であり、縦軸はインバータ部からの出力電力である。そして、実線がパワーモードの場合であり、点線がエコモードの場合である。

エコモードの場合には、インバータ部の出力電力が例えばレベル「０」から「低」の範囲で、エンジンの回転数をＮ₁ｒｐｍにセットし、レベル「低」を越えレベルの大きさに応じてエンジンの回転数が増大するようにしている。

これに対して、パワーモードの場合には、インバータ部の出力電力が例えばレベル「０」から「中」の範囲で、エンジンの回転数をＮ₂ｒｐｍ程度にセットし、レベル「中」以上でレベルの大きさに応じてエンジンの回転数が増大するようにしている。

パワーモードスイッチがオンされている場合には、インバータ部からの出力電力が小さい状態の下でも、エンジンの回転数が比較的高い状態に保たれていて、インバータ部からの出力電力の急激な増大に対して予め備えておくようにしている。

なお、補足であるが、エンジンの回転数を負荷に応じて変化させることは、エンジンの運転効率を高め、また永久磁石型発電機やインバータ部においても効率のよい運転条件を与えることを可能にしている。

以上説明した如く、本発明によれば、インバータ発電機において、複数のインバータ部の間で負荷がアンバランスになることなどにも拘わらず、夫々のインバータ部に供給するエンジン側からのパワー不足が生じないようにし、かつ負荷の大きさに関係なくエンジンの回転数を制御することに可能にしている。

本発明の一実施例構成を示す。図１に示すインバータ部の１つを運転制御する構成を示す。制御回路（ワンチップマイコン）における処理構成を示す。制御回路（ワンチップマイコン）内での処理の実行タイミングを示す。無限ループを始動するフローチャートを示す。無限ループに対応して実行される状態１ないし状態４の処理内容を示す。無限ループの処理内容を示す。無限ループの処理内容を示す。Ｓｉｎ−ｉｔｒの値ｉに対応した１／１２８割込み（基準タイマ割込み）についてのフローチャートを示す。エッジ割込みについてのフローチャートを示す。２１．７１ｍＳ割込みについてのフローチャートを示す。エンジンに対する指令回転数を変化させる際のフローチャートを示す。永久磁石型多極発電機において、温度が上昇するにつれて出力電圧や出力電力が低下する傾向にあることを示す。負荷の急激増加に対応してエンジンの回転数の増加に時間を要することを説明する図である。エコモードとパワーモードとでの特性を示す。

符号の説明

１００：インバータユニット
２００：永久磁石型多極発電機
３００：エンジン
３０１：エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
５００：インバータ制御用電源
５５０：パワーモードスイッチ
１０１：インバータ部
１０２：インバータモジュール
１０３：整流回路部
１０４：インバータ回路部（Ｈブリッジ）
１０５：電解コンデンサ部
１０６：内部電圧センサ（ＤＣリンク電圧検出回路）
１０７：温度センサ
１０８：電流センサ
１０９：平滑フィルタ部
１１０：制御回路（ワンチップマイコン）
１１２：入力ポート部
１１３：入力ポート部
１１４：出力ポート部
１１５：出力ポート部
１１６：出力電圧検出部
１１８：ローパスフィルタ
１１９：ローパスフィルタ
１２０：比較増幅部
１２１：可変指示部
１２２：電流による垂下部
１２３：ＰＷＭ化部
１２４：ＰＷＭ信号の遮断・通過部
１２５：Ｈブリッジドライバ
１５０：インバータ制御電源
１６０：回転指令アダプタ
６０１：出力電圧の波形
６０２：目標波形信号
６０５：誤差波形信号

Claims

エンジンと、前記エンジンの回転数を制御する機能を少なくとも有するエンジン制御ユニットと前記エンジンによって回転駆動される交流発電機と、当該交流発電機の発電巻線に誘起された交流電圧が供給される少なくとも２台のインバータ部を有するインバータ部とを備え
当該夫々のインバータ部が、前記供給された交流電圧を整流して直流電圧を生成する整流回路部と、当該生成された直流電圧を平滑するコンデンサ部と、平滑された直流電圧が印加されるインバータ回路部と、当該インバータ回路部によって生成された交番電圧を平滑して正弦波交流電圧を得る平滑フィルタ部を有してなり、
前記少なくとも２台のインバータ部に対応する夫々の前記平滑フィルタ部の出力端を外部出力端として利用されると共に、夫々の前記平滑フィルタ部の出力端を直列に接続して前記夫々のインバータ部の出力電圧の和が得られる外部出力端を備える、インバータ発電機において、
前記インバータ部は、夫々、インバータ回路部に印加される前記平滑された直流電圧の大きさを検出する内部電圧センサと、
前記インバータ回路部から出力される出力電流を検出する電流センサと、
前記内部電圧センサによって検出された直流電圧をＤＣリンク電圧として供給されると共に前記電流センサによって検出された出力電流を供給される制御回路と
を備え、かつ、
当該制御回路が、当該インバータ部が出力すべき出力電圧に相当する目標波形信号を生成するよう構成されると共に、前記ＤＣリンク電圧及び前記出力電流に基づいて自インバータ部から出力される有効電力を演算して利用するよう構成され、
一方の前記インバータ部が、他方の前記インバータ部と、夫々の前記有効電力を比較して、より大きい値の有効電力に対応した基準指令回転数を前記エンジン制御ユニットに指令する
ことを特徴とするインバータ発電機。
前記制御回路が、
前記インバータ部が出力すべき出力電圧に相当する目標波形信号を生成するよう構成されると共に、自インバータ部から出力される有効電力に基づいて演算される前記エンジンの指令回転数を前記エンジン制御ユニットに指令し、
前記エンジンの回転数との差が予め設定される範囲内にあるときに夫々のインバータ部の前記ＤＣリンク電圧の値の低い値と予め設定されるＤＣリンク基準電圧値との差を演算して積分して補正回転数を算出して前記指令回転数を変更し、
前記エンジンの回転数と指令回転数との差が前記予め設定される範囲内にない時には前記指令回転数を変更せず、前記エンジン制御ユニットに指令する
請求項１に記載のインバータ発電機。
さらに、ユーザが操作可能なパワーモード選択ユニットを備え
前記制御回路は、前記夫々のインバータ部に、当該インバータ部が出力すべき出力電圧に相当する目標波形信号を生成し、インバータ部から出力される有効電力を演算して前記エンジン制御ユニットに前記エンジンの回転数を指令し、
当該制御回路は、前記パワーモード選択ユニットからの指示に基づいて前記エンジン回転数を変更可能に設定できる
請求項１に記載のインバータ発電機。