专利名称：循环换流器式发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及将某频率的交流电变换成其他频率的交流电并输出的循 环换流器式发电机。
背景技术：
将某频率的交流电变换成其他频率的交流电并输出的循环换流器式 发电机是被广泛公知的，作为其例子可列举专利文献1记载的技术。在 专利文献1记载的技术中，按照作为目标的交流电的频率的每半周期， 以可变的点弧范围对与三相输出绕组相互逆并联地桥接的正负晶闸管组 进行点弧来生成目标频率的单相交流电。
专利文献1日本特许第3447934号公报 在专利文献1记载的技术中还公开了通过仅对正负晶闸管组中的一 方进行点弧，也能生成直流电，然而对交流电和直流电的切换却未作任 何公开。
发明内容
因此，本发明的目的是解决上述课题，提供一种循环换流器式发电 机，该循环换流器式发电机除了生成交流电以外，还生成目标电压的直 流电，并且用户可容易地选择这些电力。
为了解决上述课题，在发明1中，循环换流器式发电机具有磁铁 发电部，其具有三相输出绕组；单相输出绕组，其生成表示所述磁铁发 电部的输出的相位的相位信号；桥电路，其由正负开关元件组构成，该 正负开关元件组与所述三相输出绕组相互逆并联桥接而构成输出单相交 流电的循环换流器；以及交流电生成单元，其根据所述相位信号，按照 作为目标的交流电的频率的每半周期，以可变的点弧范围对所述桥电路的正负开关元件组进行点弧来生成所述单相交流电，该循环换流器式发 电机的特征在于，该循环换流器式发电机具有直流电生成单元，其根 据所述相位信号，以按照作为目标的直流电压而设定的固定的点弧范围 对所述正负开关元件组的一方进行点弧来生成所述作为目标的电压的直 流电；以及选择开关，其设置成由用户自由操作，产生表示由用户进行 的所述交流电和直流电的选择结果的输出，从而根据所述选择开关的输 出使所述交流电生成单元和直流电生成单元中的任一方动作。
在发明2的循环换流器式发电机中，构成为该循环换流器式发电机 具有用于取出所述交流电的交流插座和用于取出所述直流电的直流插 座，并且当用户操作所述选择开关时，所述选择开关切断所述交流插座 和直流插座中的与表示所述选择结果的输出不对应的一方。
在发明1的循环换流器式发电机中，构成为循环换流器式发电机具 有交流电生成单元，其根据磁铁发电部的输出的相位信号，按照目标 交流电的频率的每半周期，以可变的点弧范围对与三相输出绕组相互逆 并联桥接而构成循环换流器的桥电路的正负开关元件组进行点弧来生成 单相交流电；直流电生成单元，其根据相位信号，以按照目标直流电压 而设定的固定的点弧范围对正负开关元件组的一方进行点弧来生成目标 电压的直流电；以及选择开关，其设置成由用户自由操作，产生表示由 用户进行的交流电和直流电的选择结果的输出，从而根据所述选择开关 的输出使所述交流电生成单元和直流电生成单元中的任一方动作，因而 除了生成交流电以外，还可生成目标电压的直流电，并且根据设置成由 用户自由操作的选择开关的输出来使交流电生成单元和直流电生成单元 中的任一方动作，从而用户可容易地选择交流电和直流电。
在发明2的循环换流器式发电机中，构成为循环换流器式发电机具 有用于取出交流电的交流插座和用于取出直流电的直流插座，并且当用 户操作选择开关时，该选择开关切断交流插座和直流插座中的与表示选 择结果的输出不对应的一方，因而除了上述效果以外，用户还能使负荷 与相当于所选择的输出的插座无误地连接。
图1是整体地示出本发明的实施例的循环换流器式发电机的框图。
图2是构成图1所示的磁铁发电部的定子的俯视图。
图3是详细示出图1所示的循环换流器的桥电路的结构的框图。
图4是示出由图1所示的电子控制单元(ECU)的正负换流器切换
控制部进行的向交流变换时的正、负组换流器的切换(选择)动作的时序图。
图5同样是示出由图1所示的电子控制单元的电压有效值控制部进 行的向交流变换时的正、负组换流器的点弧动作的时序图。
图6是示出在图5的正、负组换流器的点弧动作中使用的目标波形 的时序图。
图7是示出由图1所示的电子控制单元的电压有效值控制部进行的 向直流变换时的正、负组换流器的点弧动作的时序图。
图8同样是示出由图1所示的电子控制单元的电压有效值控制部进 行的向直流变换时的正、负组换流器的点弧动作的时序图。
图9是设在图1所示的循环换流器的控制面板上的选择开关的主视图。
图10是图9所示的选择开关的侧视图。
图11同样是设在图1所示的循环换流器的控制面板上的选择开关的 主视图。
标号说明
10:循环换流器式发电机；12:内燃机(发动机)；14:磁铁发电部； 14a:定子；14al:定子铁芯；Ma2:突起；14b:转子；14bl:永久磁铁； 16:三相输出绕组；20、 22:单相输出绕组；24:循环换流器的桥电路； 24a:正组换流器；24b:负组换流器；24c:平滑电容器；26:电子控制 单元(ECU); 26a:正负换流器切换控制部；26b:电压有效值控制部； 26c:物理值变换部；26d:节流阀控制部；28:供电路；30:负荷；32: 电压传感器；34:电流传感器；36:频率设定开关；38:电压设定开关； 40:选择SW (开关)；42:直流插座；44:交流插座。
具体实施例方式
以下，结合
用于实施本发明的循环换流器式发电机的最佳 方式。
实施例
图1是整体地示出本发明的实施例的循环换流器式发电机的框图。
图l中，标号IO表示循环换流器式发电机，发电机10具有内燃机 (以下称为"发动机"，表示为ENG) 12，并具有交流100V—2.3kVA、直 流12V—10A的额定输出。发动机12是空冷点火式，其节流阀12a利用 由步进马达等构成的致动器12b来开闭，并利用反冲起动器(未作图示) 来起动。
发电机IO具有由发动机12驱动的磁铁发电部(图1中表示为"ALT")14。
图2是构成磁铁发电部14的定子14a的俯视图。
定子14a具有固定在发动机12的气缸盖附近的定子铁芯14al。如图 所示，从定子铁芯14al呈放射状形成有27个突起(齿)14a2，在其中 的24个突起上巻绕有线圈Un、 Vn、 Wn (n: 1至8)，形成由U、 V、 W 相构成的三相输出绕组(主绕组)16。
在线圈Ul和W8之间的3个突起14a21、 14a22、 14a23中的与W 相对应的突起14a21上未巻绕有线圈，另一方面，与V相对应的突起14a22 和与U相对应的突起14a23上巻绕有线圈，形成单相输出绕组20、 22。
在定子14a的周围配置有转子14b，并在其内部与上述的线圈对置的 位置，如图所示，以使朝径向励磁的磁极交替的方式安装9对OS个) 永久磁铁14bl。永久磁铁14bl由两个(例如14bll和14bl2)构成一对， 每3个突起14a2配置一对永久磁铁14bl。转子14b兼用作发动机12的 飞轮。
转子14b的永久磁铁14bl绕定子14a旋转，从而从三相输出绕组16 输出三相交流电，并从单相输出绕组20输出单相交流电，即输出表示磁 铁发电部14的输出、更具体地说是输出绕组16的输出的相位的V相脉冲(相位信号)。从输出绕组22还输出单相交流电。
回到图1的说明，由磁铁发电部14产生的三相交流电被输入到循环 换流器的桥电路24。
图3是详细示出循环换流器的桥电路24的结构的框图。如图所示， 桥电路由正组换流器24a、负组换流器24b以及平滑电容器24c构成。
正组换流器24a由共计6个晶闸管(SCR。正开关元件组)Pn (n-l至6)构成，该6个晶闸管将配置成阴极朝向正侧的一对晶闸管以三组 并联的方式连接，并且负组换流器24b由相同数量的晶闸管(SCR。负 幵关元件组)Nn (m 1至6)构成，这些晶闸管将配置成阴极朝向负侧 的一对晶闸管以三组并联的方式连接。这样，循环换流器的桥电路24构 成为由与三相输出绕组16相互逆并联桥接的正负开关元件组构成的桥电 路。
三相输出绕组16的输出端子与一对晶闸管Pn、 Nn的中点连接。艮卩， 在桥电路24中，正组换流器24a和负组换流器24b与三相输出绕组16 相互逆并联地桥接。
回到图1的说明，桥电路24与电子控制单元(EIectronic Control Unit。 以下称为"ECU") 26连接。
ECU26具有正负换流器切换控制部26a、电压有效值控制部26b、 物理值变换部26c、以及节流阀控制部26d。 ECU26实际上由具有CPU、 ROM、 RAM、 I/O等的微型计算机构成，上述的电压有效值控制部26b 等是功能性地示出该CPU的动作的部件。
如后所述，通过ECU 26的正负换流器切换控制部26a在桥电路24 中选择(切换)正组换流器24a和负组换流器24b中的应进行点弧(导 通)的一方，通过电压有效值控制部26b控制点弧角，从而把输入的三 相交流电变换成单相交流电或直流电，经由供电路28提供给负荷30。
如图所示，从输出绕组20所输出的V相脉沖(相位信号)经由ECU 26的物理值变换部26c被送到正负换流器切换控制部26a或电压有效值 控制部26b，并在物理值变换部26c中对V相脉冲进行计数来检测发动 机转速NE。输出绕组22的输出被整形，作为点火电压被提供给发动机12的点火线圈等点火系统(未作图示)。
在物理值变换部26c中检测出的发动机转速NE被输入到节流阀控 制部26d。节流阀控制部26d使用自适应控制器(Self-Tuning Regulator, 自校正调节器)调整致动器12b的动作来控制节流阀12a的开度，以使 检测出的发动机转速NE成为目标发动机转速。另外，该控制详情由于与 本发明的主旨没有直接关联，因而这里省略说明。
并且，由物理值变换部26c检测出的发动机转速NE和相位信号被 输入到电压有效值控制部26b。在供电路28上配置有电压传感器32和电 流传感器34，它们分别产生与供电路28的电压和电流对应的输出。电压 传感器32和电流传感器34的输出被送到正负换流器切换控制部26a和 电压有效值控制部26b。
并且，在发电机10的控制面板(未作图示)等用户(使用者)可自 由操作的适当位置，设有让用户设定商用电力系统的60Hz或50Hz作为 目标频率的频率设定SW (开关)36，并设有让用户设定(选择)所要求 的直流电的电压的电压设定SW (开关)38。它们的输出也被送到电压有 效值控制部26b。
接着对正负换流器切换控制部26a和电压有效值控制部26b的动作 进行说明。
首先，对将三相交流电变换成以商用电力系统的60Hz (或50Hz) 为目标频率的单相交流电的情况进行说明，如图4所示，正负换流器切 换控制部26a根据由电流传感器34检测出的电流斜率决定应对正组换流 器24a和负组换流器24b中的哪一方进行点弧。
具体地说，正负换流器切换控制部26a在检测出的电流在正侧超过0 电平时决定应对正组换流器24a进行点弧，在检测出的电流在负侧超过O 电平时决定应对负组换流器24b进行点弧。
电压有效值控制部26b根据所述相位信号以及针对图5所示的正组 换流器24a和负组换流器24b的12个晶闸管Pn、Nn(该图中表示为SCRn + 、 ri一等)各方所生成的基准锯齿波，并根据由用户经由频率设定开关 36所设定的图6所示的目标频率(60Hz或50Hz)的波形w与针对12个晶闸管Pn、 Nn各方所设置的比较器(未作图示)的比较结果，按该图 箭头所示的定时对晶闸管进行点弧(导通)，将输出电压的有效值控制为 目标有效值。另外，图5中，在UV、 VW、 WU之间施加的电压利用实 线表示，在与之相反的VU、 WV、 UW之间施加的电压利用虚线表示。
利用平滑电容器24c对由电压有效值控制部26b控制为目标有效值 而生成的单相交流电进行平滑，经由供电路28，更具体地说是供电路28a、 28b (图3)提供给负荷30。这样，循环换流器由桥电路24和ECU26构 成。
另外，电压有效值控制部26b在发动机12起动、发动机转速NE上 升并超过输出允许阈值时，开始输出所生成的电力，并在发动机转速NE 低于停止判定阈值时，停止输出。
下面，对将三相交流电变换成直流电的情况进行说明。
参照图7进行说明，电压有效值控制部26b根据相位信号以及变换 成与图7所示的交流电的情况相同的基准锯齿波，如该图箭头所示，以 根据所设定的电压而决定的固定的点弧角30度对正组换流器24a和负组 换流器24b，具体地说是正组换流器24a进行点弧。
由此，如图7所示，通过正组换流器24a生成锯齿波状的输出。利 用平滑电容器24c对所生成的输出进行平滑，从而成为该图的虚线x所 示的接近直流分量的输出，经由供电路28a (正)、28b (接地)提供给负 荷30。另外，该图中的标号20a表示输出绕组20的输出。
图8是在以与图7所示的例子不同的点弧角，具体地说是以45度进 行了点弧的情况下，进一步增大点弧角度的情况。这样，越增大晶闸管 Pn的点弧角度，即越延长通电角度区间，则输出的直流电压就越增大。
如上所述，电压有效值控制部26b根据相位信号，按照目标交流电 的频率的每半周期，以可变的点弧范围对桥电路24的正负SCR (开关元 件)组Pn、 Nn进行点弧来生成目标频率的单相交流电，并根据目标直流 电压，以设定的固定的点弧范围对正负SCR (开关元件)组Pn、 Nn的 一方(Pn)进行点弧来生成目标电压的直流电。
上述的交流电和直流电的生成由于在所述的专利文献1中作了详细记载，因而说明到上述为止。
回到图1的说明，在发电机10的控制面板上设有用户可自由操作的 选择SW (开关)40。当选择开关40被操作时，产生表示由用户进行的 交流电和直流电的选择结果的输出。
图9是设在该发电机10的控制面板10a上的选择开关40的正视图。
如图所示，在发电机10的控制面板10a上配置有直流插座42和交 流插座44。用户将负荷30的插头(未作图示)插入插座42、 44中的任 一方内，对负荷30通电。在直流插座42的附近设有电触点40a，当该电 触点40a被按下时，输出导通信号。
选择开关40包括电触点40a以及在直流插座42与交流插座44之间 滑动来遮盖一方的插座盖40b,并构成为当滑动到直流插座42的上方时， 如图10所示，按压电触点40a输出导通信号。图11示出使选择开关40 滑动到交流插座44的上方的情况。
选择幵关40的电触点40a的输出被输入到电压有效值控制部26b， 电压有效值控制部26b根据该输出按上述那样生成交流电或直流电。
如上所述，在该实施例中，循环换流器式发电机10构成为具有磁 铁发电部(ALT) 14，其具有三相输出绕组16;单相输出绕组20，其生 成表示所述磁铁发电部14的输出的相位的相位信号；桥电路24，其由正 负开关元件组(晶闸管Pn、 Nn)(正组换流器24a，负组换流器24b)构 成，所述正负开关元件组与所述三相输出绕组16相互逆并联桥接并构成 输出单相交流电的循环换流器；以及交流电生成单元(ECU26的电压有 效值控制部26b)，其根据所述相位信号，按照目标交流电的频率的每半 周期，以可变的点弧范围对所述桥电路的正负开关元件组进行点弧而生 成所述单相交流电，在该循环换流器式发电机10中，构成为具有直流 电生成单元(ECU26的电压有效值控制部26b)，其根据所述相位信号， 以按照目标直流电压而设定的固定的点弧范围对所述正负开关元件组的 一方(晶闸管Pn)进行点弧来生成所述目标电压的直流电；以及选择开 关(SW) 40，其设置成由用户自由操作，产生表示由用户进行的所述交 流电和直流电的选择结果的输出，从而根据所述选择开关40的输出使所述交流电生成单元和直流电生成单元中的任一方动作。
由此，除了生成交流电以外，还可生成目标电压的直流电，并根据
设置成由用户自由操作的选择开关40的输出而使交流电生成单元和直流 电生成单元中的任一方动作，从而用户可容易地选择交流电和直流电。
并且，构成为具有用于取出所述交流电的交流插座44和用于取出所 述直流电的直流插座42，并且当用户操作所述选择开关40时，其切断所 述交流插座44和直流插座42中的与表示所述选择结果的输出不对应的 一方，因而除了上述效果以外，用户还能使负荷30与相当于所选择的输 出的插座(交流插座44、直流插座42)无误地连接。
另外，上述中作为开关元件示出了晶闸管，然而不限于此，也可以 是FET等。
并且，采用了可由用户设定直流电压的结构，然而也可以固定为12V 等在电池充电中使用的值。
权利要求
1.一种循环换流器式发电机，该循环换流器式发电机具有磁铁发电部，其具有三相输出绕组；单相输出绕组，其生成表示所述磁铁发电部的输出的相位的相位信号；桥电路，其由正负开关元件组构成，该正负开关元件组与所述三相输出绕组相互逆并联桥接而构成输出单相交流电的循环换流器；以及交流电生成单元，其根据所述相位信号，按照作为目标的交流电的频率的每半周期，以可变的点弧范围对所述桥电路的正负开关元件组进行点弧来生成所述单相交流电，该循环换流器式发电机的特征在于，该循环换流器式发电机具有直流电生成单元，其根据所述相位信号，以按照作为目标的直流电压而设定的固定的点弧范围对所述正负开关元件组的一方进行点弧来生成所述作为目标的电压的直流电；以及选择开关，其设置成由用户自由操作，产生表示由用户进行的所述交流电和直流电的选择结果的输出，从而根据所述选择开关的输出使所述交流电生成单元和直流电生成单元中的任一方动作。
2. 根据权利要求1所述的循环换流器式发电机，其特征在于，该循 环换流器式发电机具有用于取出所述交流电的交流插座和用于取出所述 直流电的直流插座，并且当用户操作所述选择开关时，所述选择开关切 断所述交流插座和直流插座中的与表示所述选择结果的输出不对应的一 方。
全文摘要
本发明提供一种循环换流器式发电机，其除了生成交流电以外，还生成目标电压的直流电，并且用户可容易地选择这些输出。循环换流器式发电机(10)具有交流电生成单元(正负换流器切换控制部(26a)，电压有效值控制部(26b))，该交流电生成单元根据发电部输出的相位信号，按照目标交流电的频率的每半周期，以可变的点弧范围对与三相输出绕组(16)相互逆并联桥接的晶闸管进行点弧来生成单相交流电，循环换流器式发电机(10)具有直流电生成单元(正负换流器切换控制部(26a)，电压有效值控制部(26b))，该直流电生成单元根据相位信号，以按照目标直流电压而设定的固定的点弧范围进行点弧来生成目标电压的直流电，根据由用户操作的选择开关(40)的输出来使交流或直流电生成单元动作。
文档编号H02M5/02GK101577497SQ20091013920
公开日2009年11月11日 申请日期2009年4月24日 优先权日2008年5月9日
发明者中山晋作, 增渕义则, 稻川敏规 申请人:本田技研工业株式会社