专利名称：逆变器式发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种逆变器式发电机，其在发动机驱动的发电机连接逆变器部，将连接到该逆变器部的平滑滤波器的输出串联连接，即进行所谓的单相三线式供电。
背景技术：
一直以来，在发动机驱动的发电机连接逆变器部，以预定的频率进行预定交流电压的供电。并且，进而将多台逆变器部的输出并联连接，提供给负荷。在像这样并联连接逆变器部的情况下，例如将两台逆变器部的输出电压控制为相同。此外，在这种情况下，如果两台逆变器部的输出频率产生偏差，则在两台逆变器部之间分担的有效功率产生差异。并且，如果输出电压产生偏差，则发生无效功率在逆变器部之间循环流动的情况。另一方面，在上述控制中，例如采用利用单片机来进行控制的结构，在这种情况下，通过与逆变器部的与输出电压或目标波形信号对应的正弦波交流电压的相位同步，例如在1周期之间产生1 次中断，与该中断对应，测量且累计从逆变器部输出的输出电流的瞬间值和逆变器部输入端的直流电压等，并演算出上述有效功率和无效功率。并且，与该中断对应，控制输出频率(相位)或控制发动机的转速，来进行多个逆变器部相互间的信息交换(参照专利文献1)。现有技术文献专利文献1 日本特开2005-286540号公报在现有的情况下，如上所述，考虑到并联运转逆变器部并进行符合该运转的控制， 但是最近考虑将两台逆变器部的输出串联连接等，即进行所谓的单相三线式供电。在这种情况下，例如仅在两台逆变器部的任意一方的逆变器部连接有较大负荷等，发生逆变器部的负荷不平衡的问题。并且，还将发生连接到各逆变器部的负荷的一方为电感性负荷而另一方为电容性负荷的问题。对应于这种负荷的性质，输出电压-输出电流特性互为不同，但尽管如此期待将输出电压-输出电流特性设为平缓。并且，一般而言，在连接到供电线的负荷较小的情况下，考虑到将发动机的转速保持为较小状态来抑制噪音的产生，但例如在电动机作为负荷进行连接并启动的情况下，成为较大的启动电流流动的形态，本来应该伴随其启动使发动机的转速增大，但存在发动机的转速增大变得迟缓的问题。
发明内容
本发明的目的在于，即使在连接这种逆变器部的情况下，也能利用单片机例如使两台逆变器部以所期望的方式运转。并且，本发明的目的尤其在于，高效地对逆变器部的输出电压进行控制。本发明涉及逆变器式发电机，能够使在控制电路(单片机)内生成的与目标波形信号对应的正弦交流电压本身的尤其是振幅对应于来自逆变器部的有效功率和无效功率的变化而变化，并控制逆变器部的输出电压。即，能够使振幅发生变化，满足振幅=(A+kf-l^Q)。并且，使串联连接的例如两台逆变器部之间的相位逐渐匹配到运转过程中的相位。进而，在这种逆变器式发电机中，在输出功率较小的情况下事先降低发动机的转速而抑制噪音的产生，但在这种低噪音的运转状态下，在电动机启动等情况下，促使发动机的转速提早增大。同时，在负荷电流急剧增大的情况下，防止使用中的多极永磁发电机的输出超过峰值并降低。并且，虽然具备针对构成逆变器部的FET的防过热单元，但随着周围温度的升高， 降低容许温度范围或缩短过电流状态判定的时间到时间。根据本发明，(i)针对负荷电流的大小的变化、电感性和电容性的负荷的性质之差，也能尽量抑制逆变器部的输出电压的变动，(ii)使两台逆变器部的输出电压的相位之差逐渐一致，(iii)能够针对在低噪音的运转状态下的急剧的负荷电流的增大，提早增大发动机的转速，(iv)能够在负荷电流急剧增加时，防止永磁发电机的输出超出峰值并降低，(ν)能够使针对构成逆变器部的FET的温度保护对应于周围温度的变化而变化， 从而在较低的周围温度之下，提供比现有的设备更大的负荷电流。
图1表示本发明的一实施例结构。图2表示对图1所示的逆变器部之一进行运转控制的结构。图3表示控制电路(单片机)的处理结构。图4表示在控制电路(单片机)内的处理的执行时机。图5表示起动无限循环的流程图。图6表示与无限循环对应执行的状态1至状态4的处理内容。图7表示无限循环的处理内容。图8表示无限循环的处理内容。图9表示关于与Sin-itr的值i对应的1/128中断(基准计时器中断)的流程图。图10表示关于边缘中断的流程图。图11表示关于21. 7 ImS中断的流程图。图12表示现有的输出电压控制方式。图13表示一般性的输出电压-输出电流特性。图14表示本发明所期待的输出电压-输出电流特性。图15是用于说明两台逆变器部相互间的相位同步化的图。图16是用于说明两台逆变器部相互间的相位同步化的图。图17是用于说明在两台逆变器部相互间的相位产生差异的情况的图。
图18表示现有的用于发动机转速指示的流程图。图19表示促使发动机转速增加时的流程图。图20是表示永久磁铁多极发电机(PMA)的输出功率-输出电流特性和输出电压-输出电流特性的图。图21表示用于过热保护的流程图。附图标记的说明100 逆变器单元200:多极永磁发电机300 发动机301 发动机控制单元(EOT)500:逆变器控制用电源550:功率模式开关101 逆变器部102 逆变器组件103 整流电路部104 逆变器电路部(H桥)105:电解电容部106 内部电压传感器(直流母线电压检测电路)107 温度传感器108 电流传感器109 平滑滤波部110 控制电路(单片机)112:输入口部113:输入口部114:输出口部115:输出口部116:输出电压检测部118:低通滤波器119:低通滤波器120:比较放大部121 可变指示部122:电流引起的下垂部123 =PWM 部124 =PWM信号的切断/通过部125 :H桥式驱动器150:逆变器控制电源160 旋转指令适配器601:输出电压的波形602:目标波形信号
605 误差波形信号
具体实施例方式图1表示本发明的一实施例的结构。 图中的编号100是逆变器单元、200是多极永磁发电机(Parmanent Magnet Alternator-PMA)、300是发动机、500是逆变器控制用电源、550作为功率模式开关表示指示运转模式的单元。101是逆变器部、102是逆变器组件、103是整流电路部、104是逆变器电路部(H 桥)、105是电解电容部、106作为内部电压传感器是构成后述的直流母线电压检测电路的单元、107是温度传感器、108是电流传感器、109是平滑滤波部、110是作为控制电路由单片机构成的单元、111作为通信线是收发控制电路IlOA与IlOB之间的信息的单元，150是逆变器控制电源、160作为旋转指令适配器表示指示发动机(或发电机)的旋转的单元。并且，301表示发动机控制单元(EOT)。此外，图示的多极永磁发电机200作为永久磁铁的磁场，在图示的情况下，虽然图中不明显，但具有两组发电线圈，各发电线圈的输出被提供给分别对应的逆变器部101A、101B。并且，逆变器电路部104A的输出端子和逆变器电路部104B的输出端子串联连接， 输出端子A、输出端子B和输出端子C构成为单相三线式。因此，能够在输出端子A与输出端子B之间或在输出端子B与输出端子C之间，分别输出交流电压V，且能够在输出端子A 与输出端子C之间输出交流电压2V。此外，图中所示的波形600表示来自各逆变器电路部104A、104B的作为输出部波形的PWM波形，波形601表示上述PWM波形600被平滑滤波部109平滑而成为正弦波的情况的波形。如图1所示，从具有两组发电线圈的多极发电机200获得输出，分别通过逆变器部 IOlA和IOlB获得交流输出之后，将如图所示的连接成单相三线式的结构作为本发明的对象。图2表示对图1所示的逆变器部之一进行运转控制的结构。此外，在图2中，省略了图1所示的通信线111的部分。图中的标记 101、103、104、105、106、108、109、110、200、600、601 与图 1 对应。标记112是接收来自电流传感器108的输出电流检测信号并将模拟信号转换为数字信号的输入口部。113是接收来自作为内部电压传感器的直流母线电压检测电路106的直流电压信号(直流母线电压信号)并将模拟信号转换为数字信号的输入口部。控制电路110(单片机)生成关于应该从逆变器电路部(H桥)104输出的交变电压的目标波形信号602，并从进行数模转换的输出口部114输出上述目标波形信号602。并且，控制电路110基于来自逆变器电路部(H桥)104的过电流状态等，从输出口部115输出停止逆变器电路部(H桥)104等的控制信号(图示的H桥的停止、运转信号)， 并控制后述的PWM信号的切断/通过控制部124。进而，控制电路110将用于根据基于逆变器电路部(H桥)104的运转条件(例如使输出侧的电压波形600(或601)暂时性地降低等的运转条件)进行控制的控制信号向图示的可变指示部121指示，并控制图示的“电流引起的下垂部” 122，并控制图示的来自PWM部123的PWM信号。此外，图示的107表示反转放大器。图示的“基于反转放大器的输出电压检测部” 116提取图示的波形600。该波形600 经由低通滤波器(LPF) 118成为正弦波形603 (基本与波形601相同)。另一方面，图示的目标波形信号602也经由低通滤波器119成为正弦波形604。两者的正弦波形604和603通过比较放大部120进行比较，误差波形信号605被引导至上述的“电流引起的下垂部” 122。“电流引起的下垂部” 122具有限制上述误差波形信号605的波形达到顶点的波高限制功能并将信号发送到图示的PWM部123。不用说，如上所述，“电流引起的下垂部” 122 进行使逆变器的输出电压暂时降低等控制以满足基于逆变器电路部(H桥)104的运转条件，并调整上述误差波形信号605的振幅。图示的PWM部123生成所希望形状的PWM信号，发送到图示的“基于逻辑IC，PWM 信号的切断/通过(0N/0FF)控制部” 124。上述PWM信号的切断/通过控制部IM在接收到基于上述的“H桥停止、运转信号”的指示之后进行PWM信号的切断/通过控制，对图示的H桥式驱动器125提供PWM信号。H桥式驱动器125基于上述PWM信号，控制逆变器电路部104内的各FET。用图示的波形606和607所示的波形表示控制上述各FET的控制信号 (用PWM信号的波形)。并且，图示的波形608作为直流母线电压包含波动。图3表示控制电路(单片机)的处理结构。并且，图4表示在控制电路(单片机) 内的执行处理的时机。控制电路110包括主函数处理部401和中断处理部402。主函数处理部401包括第一状态处理部4011、第二状态处理部4012、第三状态处理部4013、第四状态处理部4014。 中断处理部402包括基准计时器中断部4021、其他中断部4022。上述控制电路110通过主函数处理部401和中断处理部402监视逆变器部101并控制驱动电路，同时执行必要的处理。如图4所示，主函数处理部401在将逆变器部的作为输出的交流电压的一个周期进行四等分的第一 第四期间，执行作为用于分别检测上述逆变器部的状态、输出并控制的处理的相互不同的第一 第四处理。此外，在本例中设为在第一 第四期间，分别执行第一 第四处理，但也可以在任意的期间执行任意的处理。即，可以在第一 第四期间，分别执行第一 第四处理中的任意处理。此外，实际上，为了四等分交流电压的一个周期，主函数处理部401利用在通过中断处理部402的基准计时器中断部4021将交流电压的一个周期N(本例中N = 128)等分的各个时机发生的中断。即，统计上述中断的数量，该计数值为1、32、64、96的情况下，分别
开始第一 第四期间。图3所示的第一状态处理部4011在图4所示的第一状态处理部的期间进行处理， 第二状态处理部4012在图4所示的第二状态的期间进行处理，第三状态处理部4013在图 4所示的第三状态的期间进行处理，第四状态处理部4014在图4所示的第四状态的期间进行处理。第一状态在基准计时器用计数器(未图示)的内容Sin-itr的值为“1”时开始， 第二状态在上述内容Sin-itr的值为“32”时开始，第三状态在上述内容Sin-itr的值为 “64”时开始，第四状态在上述内容Sin-itr的值为“96”时开始。并且，上述内容反复从值 “127”经由值“0”到值“1”。此外，如图4所示，上述基准计时器用计数器(未图示)的内容Sin-itr的更新与输出电压的正弦波形同步。图5、图6、图7、图8表示与上述四种状态对应的将由控制电路(单片机)执行的处理内容。此外，图7和图8连接表示一个图。图5表示起动无限循环的流程图。(Si)进行初始化。(S2)进行启动准备。(S3)进入无限循环。图6表示与无限循环对应执行的状态1至状态4的处理内容。在状态1的处理中，(S28)将要在图1所示的逆变器部M(主)IOlA与逆变器部S(从)IOlB之间发送的发送数据存储到寄存器。在上述发送数据中含有由自逆变器输出的有效功率和无效功率。关于产生有效功率和无效功率的方式则将在后述进行说明。(S29)开始发送。即向对方的逆变器部发送在(S28)存储的发送数据。在状态2的处理中，(S30)计算出针对发动机的指令转速。(S31)开始发送该转速。向图1所示的发动机控制单元(E⑶)301发送。在状态3的处理中，(S32)进行逆变器部的故障诊断。(S33)在已经成为过电流状态的情况下，检查上述过电流的持续时间并在规定时间已到的情况下判定是否需要保护。(S34)基于图1所示的温度传感器107的传感数据判定是否需要过热保护。在状态4的处理中，(S35)根据需要，进行调整使输出电压发生变化等。(S36)就各逆变器部的控制装置之间的通信，对从对方接收到的数据进行处理。(S37)如果对方存在异常，则检测出存在异常的情况。(S38)进行变更过电流限幅器的峰值等的调整。(S39)根据需要进行同步化的处理，以进行在两逆变器部间的频率(相位)的同步化。图7和图8连接为一张图，是表示两者中无限循环的处理内容的图。(S4)检查是否为状态1。(S5)如果是状态1，则进行图6所示的状态1的处理。(S6)状态1的处理结束时，转移到图示的状态1’。(S7)经由在(S4)为“否”或在(S6)进行了转移，检查是否为状态1’。(S8)为状态1’的情况下，不做任何处理而直接前进到(S9)。(S9)如果上述的计数器(Sin-itr的值i)的内容的值i已超过“31”，则转移到状态2。(SlO)经由在(S7)为“否”或在(S9)进行了转移，检查是否为状态2。(Sll)如果是状态2，则进行图6所示的状态2的处理。(S12)转移到状态2’。
(S13)经由在(SlO)为“否”或在(S12)进行了转移，检查是否为状态2’。
(S14)在状态2’的情况下，不做任何处理而直接前进到(S15)。
(S15)如果i已超过“63”，则转移到状态3。
(S16)经由在(S13)为“否”或在(S15)进行了转移，检查是否为状态3。
(S17)如果是状态3，则进行图6所示的状态3的处理。
(S18)转移到状态3’。
(S19)经由在(S16)为“否”或在(S18)进行了转移，检查是否为状态3’。
(S20)在状态3’的情况下，不做任何处理而直接前进到(S21)。
(S21)如果i已超过“95”，则转移到状态4。
(S22)经由(S19)为“否”或在(S21)进行了转移，检查是否为状态4。
(S23)如果是状态4，则进行图6所示的状态4的处理。
(S24)转移到状态4’。
(S25)经由(S22)为“否”或在(S24)进行了转移的情况下，为状态4’。
(S26)为状态4’的情况下经由(S25)，不做任何处理而直接前进到(S27)。
(S27)以i小于“32”为条件返回(S4)。如由图7和图8判断，无限循环与Sin-itr的值i对应地，反复进行状态1的处理至状态4的处理。即在电压的一个周期(i = 0 i = 127)之间，反复进行各个状态的处理。在这里，控制电路(单片机)110示意性地对生成由自逆变器部发送的有效功率P 的值和无效功率Q的值、进而由自逆变器部输出的输出电流的值的方式进行说明。如上所述，控制电路(单片机)110生成与逆变器电路部101输出的输出电压符合的目标波形信号602。并且，如图4所示，在将逆变器部的输出电压的一个周期(S卩、目标波形信号602的一个周期)128等分的时刻，由图3所示的基准计时器中断部4021发送中断。由此，控制电路(单片机)110能够在一个周期对逆变器部的输出电压ν sin t 进行η次(1 次)取样，并生成各个时机的取样值ν sin (η) 0并且，能够生成与使上述输出电压ν sin ω t的相位只错开了 π /2的ν cos ω t对应的取样值ν cos (η)。此外，如果逆变器部的输出电压被确定，则能够事先准备好ν sin (η)，例如将这些值存储于存储器上的数据表。并且，能够对准sin-itr的各值i = η的时机，提取ν sin (η) 禾口 ν cos (η)ο另一方面，如上所述，控制电路(单片机)110如图2所示，通过电流传感器108感应来自逆变器部101的输出电流。该感应到的输出电流在图2所示的输入口部112转换为数字信号，每到上述基准计时器中断部4021发出中断(1/1 中断)的中断时机，便输入到控制电路(单片机)110。此外，不用说，来自图2所示的直流母线电压检测电路106的直流母线电压也通过图2所示的输入口部113每到上述中断时机便输入到控制电路(单片机)110。通过图2所示的输入口部112依次输入的输出电流的值为关于该输出电流i的、 在各个取样的时机的瞬间值i (η)。概念上，逆变器部的有效功率P为将ν sin (n) Xi (η)
对电压的一个周期求积分，且在多个周期之间进行平均化的值，并且，逆变器的无效功率Q为ν cos (η) X i (η)对电压的一个周期求积分，且在多个周期之间进行平均化的值。并且，来自逆变器部的输出电流I同理为上述i(n)的一个周期的积分值。在控制电路(单片机)110的中断，考虑有图9所示的1/128中断(基准计时器中断)、图10所示的边缘中断和图11所示的21. 71ms中断。图9表示与上述的Sin-itr的值i对应的关于1/128中断(基准计时器中断)的流程图。在图9中，(S40)赋予Sin-itr的值i的计数器从“0”经由“ 127”进而“0”、“ 1”......地计数。(S41)检查与上述图6所示的状态1至状态4对应的处理是否正在输出中。(S42)在(S41)为“否”的情况下，检查是否为关于各对应状态(状态1至状态4 中的任意状态)的输出准备中。(S43)在(S42)为“是”的情况下，检查上述值i是否为“0”。上述(S43)为“是” 的情况下，前进到(S44)。为“否”的情况下，前进到(S45)。(S44)将构成逆变器电路部104的H桥设为接通状态。即，设为逆变器电路部104 能够发送输出的状态。(S45) (S40)中的计数器的值(即i的值)寄存到D/A寄存器。(S46)上述(S42)为“否”的情况下，即状态输出为待机状态的情况下，检查在逆变器部内是否存在错误。(S46)为“是”的情况下前进到(S47)；为“否”的情况下，前进到 (S48)。(S47)转移到关于对应状态的输出准备中。(S48)在该(S48)的处理中，判定接通还是断开存在于图1所示的整流电路部 103的晶闸管。即根据该判定结果接通或断开晶闸管，而尽量使被图1所示的内部电压传感器106感应的直流电压(即从整流电路部103到输出端的直流电压)维持为预定值。(S49)对应于上述Sin-itr的值i，生成上述ν sin (η) X i (η)ν cos (η) X i (η)i(n)。并且，用于求出有效功率P、无效功率Q、输出电流I。(S50)检查上述Sin-itr的值i是否为“127”。为“是”的情况下前进到(S51)。 为“否”的情况下前进到(S52)。(S51) (S50)为“是”的情况下，控制电路(单片机)110将来自自逆变器部的输出电压的相位(输出电压从电平为零递增无损耗的时机)发送到另一逆变器部。即，将后述的无损耗时机信号从高状态转换为低状态。这种转换经由图1所示的通信线111被发送至另一逆变器部。(S52) (S50)为“否”的情况下，将上述的无损耗时机信号转换为高状态或维持在高状态。
图10表示关于边缘中断的流程图。这种边缘中断发生在对应于图9的(S51)处理，检测到另一逆变器部(对方设备) 的无损耗时机信号从高状态变为低状态的时候。(S53)来自对方设备的无损耗时机信号从高状态变为低状态时，进入该中断例行程序。(S54)在该中断例行程序中，保存自逆变器部(自设备)的Sin-itr的计数器值 (i的值)。此外，与该边缘中断对应的处理用于判断在图6所示的状态4的处理的(S39)中， 是否进行逆变器部相互间的同步化的处理。图11表示关于21. 71mS中断的流程图。该21. 7ImS中断与上述的Sin-itr的时机无关，与计数21. 7ImS的计时器的计数
对应地发生。(S55)检查逆变器是否处于过电流状态。(S56) (S55)为“是”的情况下，过电流计时器向上计数。(S57) (S55)为“否”的情况下，过电流计时器进行倒计时。(S58)检查过电流计时器是否时间到。(S59) (S58)为“是”的情况下，进行过电流保护。即逆变器电路部104的H桥进入断开状态(将输出设为零的状态)。(S60):按照由(S58)或(S59)处理的时机顺序进行“开关输入判定”。即，检查图 1的右下所示的功率模式开关550是接通状态还是断开状态。此外，功率模式开关550接通的状况下，意味着会有与逆变器部连接的负荷要求急剧增大电流的情况。该功率模式开关 550由操作者手动接通或断开。以下，对逆变器式发电机的与输出电压对应的控制进行说明。(A)逆变器部的输出电压-输出电流特性的改善。如上所述，控制电路(单片机)110生成有来自逆变器电路部101的指示所期望的输出电压的目标波形信号602。在迄今为止的逆变器式发电机中，如果设为来自逆变器部的输出电压例如为110 伏，则控制电路(单片机)110进行如下的控制将预定的频率例如与50Hz的110伏电压对应的正弦波形作为上述602生成，逆变器部输出上述110伏的与目标波形信号602对应的输出电压。图12表示现有的输出电压控制方式。图中的标记602、116、104、109示意性地表示图，但分别与图2所示的部件对应。现有情况下，控制电路(单片机)110生成单一的目标波形信号602。并且，来自逆变器电路部104的输出端的电压(实际上为处于PWM的状态的相当于图2所示的波形600) 在检测部116作为输出电压被检测，并与目标波形信号602进行比较。接着，基于上述比较结果，控制逆变器电路部104的H桥，以使比较结果的误差为零。此外，在图12所示的现有结构中，检测部116在图示的平滑滤波部109的输入侧检测电压的理由如下。S卩，如现有情况，在两台逆变器部向并联的单一的负荷供电的情况下，平滑滤波部109的输出侧的电压还受到来自另一逆变器部的输出电压的限制。因此，即使如图12所示检测在平滑滤波部109的输出侧的电压并如图12所示进行反馈控制也变得毫无意义。在如图12所示的结构的情况下，由于通过流入平滑滤波部109的输出电流产生的位置的、在平滑滤波部109的两端间产生的电压量，因而自逆变器部自身的输出电压与上述自逆变器部要输出的输出电压不同。即，将目标波形信号602所期待的电压设为E，将输出电流设为I，将平滑滤波部109的电阻设为Z时，图12所示的平滑滤波部109的输出侧的电压V为V = E-ZI而不是V = E。图13表示一般的输出电压-输出电流特性。—般来说，由于上述ZI，因而平滑滤波部109的输出侧的电压V根据与逆变器部连接的负荷的性质而变得不同。特别是在电容性负荷与逆变器部连接的情况下，由于上述 ZI，会产生输出电压V随着输出电流I的增大而上升的情况。图14表示在本发明所期待的输出电压-输出电流特性。即，在本发明的情况下， 不论负荷是电感性负荷(L负荷)、电容性负荷(C负荷)还是电阻负荷(R负荷)，都能尽量使输出电压平缓。为了赋予该图14所示的输出电压-输出电流特性，在本发明中，与负荷的性质对应地，能够改变由控制电路(单片机)110生成的目标波形信号602提供的正弦波振幅。换句话说，具有与多种振幅对应的目标波形信号602。即(i)随着逆变器部所输出的有效功率变大，提供振幅增加的目标波形信号602，(ii)随着逆变器部所输出的无效功率变大，提供振幅减少的目标波形信号602。用一般公式表示的话振幅(其中，A为相当于逆变器部的额定输出电压的值，1^1 表示系数。)实际上，(振幅)=(电压係数)XA的情况下作为“电压系数” k基于 A+kiP-l^Q = Ak赋予k = l+Ov^P-Gv^Q，在如本发明的情况的串联的逆变器式发电机中实际的h/A、k2/A的值设定为即使有效功率P、无效功率Q发生了变化，也能尽量使逆变器部的输出电压平缓。并且，控制电路(单片机)110基于实际运转期间的演算而得的有效功率P、 无效功率Q来使目标波形信号602的正弦波振幅发生变化。这种变化的正弦波振幅对应于每个上述Sin-itr的值i，将电压的瞬间值记录于数据表中。在与图2所示的本发明对应的结构中，输出电压检测部116提取来自平滑滤波部 109的输入端的电压(波形600)，但在本发明的情况下，考虑到平滑滤波部109的两端间的电压ZI，而准备好上述目标波形信号602，因而现有情况和本发明的情况不同。特别是即使两台逆变器部进行串联，各负荷不平衡的情况下，基于各逆变器部的输出电压-输出电流特性如图14所示。(B)逆变器部相互间的相位同步化。图15及图16是用于说明两台逆变器部相互间的相位同步化的图。
图15的M为两台逆变器部101中的一方(主)侧101A，S为其中的另一方(从) 侧101B。图15中的“用上升后立即下降的形状表示的”脉冲为用脉冲的形式表示的本发明所说的无损耗时机信号从高状态转换成低状态。关于该无损耗时机信号本身将在图17中明确表示。在图15中，在输出电压的一个周期中，在逆变器部相互之间，至少相互发送一次自逆变器部的输出电压的相位。当然，也可以对应于多个周期只发送一次。在图15中横轴表示时间，并表示为由从侧逆变器部IOlB发送脉冲且由主侧逆变器部IOlA发送脉冲。但是，按照与该顺序相反的顺序进行也一样。在图16中，关于发送处理，(S61)在从侧逆变器部IOlB的一侧，在内部计数器(图9所示的(S40)所示的计数器)为值“127”的瞬间发送脉冲。此外，值“127”为从侧逆变器部IOlB内的值。该处理与图9中的(S51)的处理对应。关于接收处理，(S62)在主侧逆变器部IOlA的一侧，与上述(S61)对应的由从侧逆变器部IOlB 的一侧发送过来的脉冲检测是在本身的内部计数器(图9所示的(S40)所示的计数器)的哪个值i的时机进行了接收。(S63)在自逆变器部(主侧逆变器部101A)的值i的时机和接收的时机的值i不同的情况下，使主侧逆变器部IOlA的输出电压的相位以微小单位(将一个周期的时间作为微小单位量)变化。图17是用于说明在两台逆变器部相互间相位产生差异的情况的图。在图17中，(i)表示在A设备(一方的逆变器部)中，在Sin-itr的值i成为“127”的时机 (中断时机)，发生中断且无损耗时机信号从高状态转换成低状态的情况，(ii)表示该A设备侧的无损耗时机信号从高状态转换成低状态的情况，B设备 (另一方的逆变器部)中在“ 的期间接收了 Sin-itr的值i的情况，(iii)在该B设备侧，当作自设备的相位滞后，将输出电压的一个周期仅缩短 12. 8 μ S。再者如果在“ 127”的期间接收了上述Sin-itr的值的情况下，B设备的输出电压的周期保持为初始设定值。互换图17所示的A设备的处理和B设备的处理也一样，无论哪一种情况，相位都会依次同步化。图17所示的A设备侧的处理在上述图9所示的(S51)执行。并且，图17所示的 B设备侧的处理在上述图10所示的(S5!3)执行。(C)发动机在较低转速下运转的状态下急剧地成为高负荷的情况的发动机转速增大化。在逆变器式发电机中，例如为了抑制来自发动机的噪音，与逆变器部连接的负荷所要求的有效功率较小的情况下，使发动机以较小转速运转。图18表示现有的用于发动机转速指示的流程图。在图18中，
(S64):计算从逆变器部输出的有效功率。(S65)从逆变器部的控制电路(单片机)110向发动机控制单元(ECU) 301(参照图1)指示该转速，以确保从多极永磁发电机(PMA) 200(参照图1)提供到逆变器部的功率十分充足例如成为极限的转速。此外，在控制电路(单片机)110将当前的有效功率复原并检索数据表，获得对应的转速。在现有的情况下，由于如图18所示来确定发动机的转速，因而在有效功率较小的状态下运转的情况，发动机的转速较小。由此，从多极永磁发电机(PMA)提供到逆变器部的功率也处于较小的状态。在这种运转状态下，在像逆变器部要提供的负荷急剧地增大这种情况下，会发生原本应该增加的发动机的转速迟迟不增加的情况。S卩，在图18的(S6Q下来自逆变器部的有效功率增大的情况下，下达使发动机转速增加的指示。但是，发动机在较小的转速下运转时，会发生发动机在该状态下应该输出的扭矩和从多极发电机(PMA)侧所要求的扭矩成为相同的状态(所谓发动机没有剩余扭矩)， 会发生即使指示发动机侧使其增加转速，发动机的转速也不增加的情况。在本发明中，为了防止成为这种状态，与逆变器部连接的负荷急剧地成为高负荷的情况下，使逆变器部输出的输出电压暂时性地降低，来抑制负荷电流，从而使发动机的转速增加。进一步而言，解除上述的“发动机在该状态下应该输出的扭矩和从多极发电机 (PMA)侧所要求的扭矩成为相同的状态”的状态，暂时降低“从多极发电机(PMA)侧所要求的扭矩”，从而生成上述的“剩余扭矩”，而促使发动机的转速增加。图19表示促使发动机转速增加时的流程图。在图19中，(S66)控制电路(单片机)110检查与逆变器部连接的负荷的状态，检查该负荷 (当前的负荷)是否与上次的负荷相比成为高负荷。为“否”的情况下，返回。(S67)在(S66)为“是”的情况下，控制电路(单片机)110使图2所示的目标波形信号602的振幅降低。(S68)伴随(S67)的动作，发动机将转速的增加从所谓被拘束的状态释放，并增加转速。即，在(S68)中，检查转速是否变高。为“否”的情况下，返回。(S69) (S68)为“是”的情况下，控制电路(单片机)110使逆变器部的输出电压缓慢增大。由此，暂时抑制高负荷状态，使发动机的转速增加。(D)利用永磁发电机时的上述发电机中发生输出下降状态的抑制。在逆变器式发电机中，设有过电流限幅器，以对构成逆变器电路部104的H桥的 FET进行过热保护。但是，为了使过电流限幅器动作，存在使过电流状态持续预定时间为条件的情况，也存在暂时性地成为高负荷状态的情况(当然，还与过电流电平的设定值有关)。另一方面，在多极永磁发电机(PMA) 200中，如图20所示，基于该发电机的“输出功率特性”具有如果超过峰值反而降低的特性。图20是表示多极永磁发电机(PMA)的输出功率_输出电流特性和输出电压-输出电流特性的图。图20的横轴为输出电流I，纵轴为输出电压V或输出功率P。输出电压V随着输出电流I的增加而降低(输出电压-输出电流特性)。另一方面，输出功率P针对输出电流I呈山型的特性(输出功率-输出电流特性)。因此，输出电流I增大，而超过输出功率P的峰值时，即在图20中如果输出电压V为下降至Vtl以下的状态，对应于输出电流的增加而多极永磁发电机(PMA)的输出功率减少。由此，以图20的例来说，需要在对应于输出电流I的增加输出功率P增加的特性范围内运转。图1或图2所示的结构的情况下，来自多极永磁发电机(PMA)的输出被整流电路部103整流，生成直流母线电压。不用说，上述直流母线电压的大小通过对图2所示的整流电路部103内的晶闸管进行控制而维持预定电平，但来自多极永磁发电机(PMA) 200的输出电压V超过限度而下降时，直流母线电压降低。在本发明中，检测出上述直流母线电压降低的情况，从而判断为多极永磁发电机 (PMA) 200的输出电压V为下降至图20所示的限度的电压Vtl以下的情况，并且控制电路(单片机)110故意使来自逆变器部的输出电压降低。即，使与逆变器部连接的负荷电流减小， 从而减少来自多极永磁发电机(PMA) 200的输出电流I，并使该发电机(PMA) 200在“对应于输出电流I的增加输出功率P增加」的范围的特性状态下运转。此外，由于如图2所示，控制电路(单片机)110经由直流母线电压检测电路106 输入直流母线电压，因而能够如上所述地故意使逆变器部的输出电压降低。此外，如图20所示，多极永磁发电机(PMA) 200的上述的输出电压-输出电流特性和上述的输出功率-输出电流特性具有随着周围温度的上升，整体性地减少的倾向。(E)与过热保护对应的设定。如图1所示，对应于逆变器电路部104设有温度传感器107，以保护H桥内的FET 的过热状态。现有情况下，就用于该过热保护的设定，通常状态下无论通过上述温度传感器107 测定的周围温度较低的情况还是较高的情况，考虑到负荷短路而成为过热状态的可能性， 用于过热保护的设定值一般设定为较低的值。在本发明中，⑴周围温度较低的情况下，将用于过热保护的设定值设定为稍高的值，且随着周围温度的升高而降低上述设定值，(ii)进而，周围温度较低的情况下，检测逆变器部的负荷长时间连接过电流状态的情况，进行过热保护，且使得随着周围温度的升高即使缩短该连接时间也能被检测出。图21表示用于过热保护的流程图。在图21中，(S70)通过温度传感器107测定周围温度。(S71)周围温度较低的情况下，将“过电流时间到判定时间”设为较大，并设定值 B使得随着周围温度的升高而变小。(S72)校验逆变器部的输出电流是否超过了预定值。(S73) (S72)为“是”的情况下，计数器的值向上计数。(S74) (S72)为“否”的情况下，对上述计数器的值进行倒计数。(S75)检查计数器的值是否超过了上述值B。
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(S76) (S75)为“是”的情况下，断开逆变器部的输出。以图2的结构情况来说， 控制电路(单片机)110经由输出口部115发送“H桥的停止信号”，并在“基于逻辑IC，PWM 信号的切断/通过(0N/0FF)部” 124切断PWM信号。工业上的可利用性如上所述，根据本发明，在逆变器式发电机中，即使在多个逆变器部之间负荷不平衡，与负荷的大小和负荷的性质无关，都能够尽可能使各逆变器部的输出电压-输出电流特性变得平缓。
权利要求
1.一种逆变器式发电机，包括发动机；由上述发动机旋转驱动的交流发电机；以及提供由该交流发电机的发电线圈所感应的交流电压的至少两台逆变器部，所述各逆变器部具有对上述所提供的交流电压进行整流生成直流电压的整流电路部；平滑上述所生成的直流电压的电容部；被施加平滑后的直流电压的逆变器电路部；以及对通过该逆变器电路部生成的交变电压进行平滑而获得正弦波交流电压的平滑滤波部， 与上述至少两台逆变器部对应的各上述平滑滤波部的输出端串联连接构成， 所述逆变器式发电机的特征在于上述逆变器部分别包括内部电压传感器，其检测施加到逆变器电路部的上述经平滑的直流电压的大小；电流传感器，其检测从上述逆变器电路部输出的输出电流；以及控制电路，其提供上述内部电压传感器检测到的直流电压作为直流母线电压并提供通过上述电流传感器检测到的输出电流，并且，上述控制电路构成为生成相当于上述逆变器部要输出的输出电压的多种目标波形信号并选择性地输出；并且，上述控制电路设置有比较放大部，其将与上述目标波形信号对应的交流电压和从上述逆变器部输出的输出电压进行比较；PWM部，其生成控制上述逆变器电路部的控制信号， 以消除上述交流电压与上述输出电压间的误差；以及H桥式驱动器，其引导来自上述PWM部的控制信号并控制上述逆变器电路部，上述控制电路生成所希望的输出电压预定值、从逆变器部输出的与有效功率对应的值以及从逆变器部输出的与无效功率对应的值；并且，将上述所希望的输出电压预定值加上合成上述有效功率和上述无效功率的值来确定与上述目标波形信号对应的交流电压的振幅。
2.一种逆变器式发电机，包括发动机；由上述发动机旋转驱动的交流发电机；以及提供由该交流发电机的发电线圈所感应的交流电压的至少两台逆变器部，所述各逆变器部具有将所提供的交流电压进行整流生成直流电压的整流电路部；平滑上述所生成的直流电压的电容部；施加经平滑的直流电压的逆变器电路部；以及平滑上述逆变器电路部所生成的交变电压并获得正弦波交流电压的平滑滤波部，与上述至少两台逆变器部对应的各上述平滑滤波部的输出端串联连接构成， 所述逆变器式发电机的特征在于上述逆变器部分别包括内部电压传感器，其检测施加到逆变器电路部的上述经平滑的直流电压的大小；电流传感器，其检测从上述逆变器电路部输出的输出电流；以及控制电路，其提供上述内部电压传感器检测到的直流电压作为直流母线电压并提供通过上述电流传感器检测到的输出电流，并且，上述控制电路构成为生成相当于上述逆变器部要输出的输出电压的多种目标波形信号并选择性地输出，并且设置有比较放大部，其将与上述目标波形信号对应的交流电压和从上述逆变器部输出的输出电压进行比较；PWM部，其生成控制上述逆变器电路部的控制信号，以消除上述交流电压与上述输出电压间的误差；以及H桥式驱动器，其引导来自上述PWM部的控制信号并控制上述逆变器电路部，在与上述各逆变器部对应设置的各控制电路之间设有通信线， 各逆变器部的控制电路构成为在从自逆变器部输出的输出电压的预定次数的周期之间至少有一次将从自逆变器部输出的输出电压的相位通信给另一逆变器部的控制电路，各逆变器部的控制电路构成为当判定为在从自逆变器部输出的输出电压的相位与由另一逆变器部通知的来自另一逆变器部的输出电压的相位之间存在差异时，使自逆变器部一侧的与上述目标波形信号对应的交流电压的相位以微小单位发生变化。
3.一种逆变器式发电机，包括发动机；由上述发动机旋转驱动的交流发电机；以及提供由上述交流发电机的发电线圈所感应的交流电压的至少两台逆变器部，所述各逆变器部具有整流上述所提供的交流电压并生成直流电压的整流电路部；平滑上述所生成的直流电压的电容部；施加经平滑的直流电压的逆变器电路部；以及平滑上述逆变器电路部生成的交变电压并获得正弦波交流电压的平滑滤波部，与上述至少两台逆变器部对应的各上述平滑滤波部的输出端串联连接构成， 所述逆变器式发电机的特征在于上述逆变器部分别包括内部电压传感器，其检测施加到逆变器电路部的上述经平滑的直流电压的大小；电流传感器，其检测从上述逆变器电路部输出的输出电流；以及控制电路，其提供上述内部电压传感器检测到的直流电压作为直流母线电压并提供通过上述电流传感器检测到的输出电流，并且上述控制电路构成为生成相当于上述逆变器部要输出的输出电压的多种目标波形信号并选择性地输出，并且设置有比较放大部，其将与上述目标波形信号对应的交流电压和从上述逆变器部输出的输出电压进行比较；PWM部，其生成控制上述逆变器电路部的控制信号，以消除上述交流电压与上述输出电压间的误差；以及H桥式驱动器，其引导来自上述PWM部的控制信号并控制上述逆变器电路部，上述控制电路判定从逆变器部供电的当次的负荷与上一次取样的负荷相比是否增加且成为高负荷，以满足该判定结果的情况作为条件，暂时性地降低与上述目标波形信号对应的交流电源的振幅，在判定为发动机的转速增大后，使上述交流电压的振幅渐渐地增加。
4.一种逆变器式发电机，包括发动机；由上述发动机旋转驱动的交流发电机；以及提供由上述交流发电机的发电线圈所感应的交流电压的至少两台逆变器部，所述各逆变器部具有整流上述所提供的交流电压并生成直流电压的整流电路部；平滑上述所生成的直流电压的电容部；施加经平滑的直流电压的逆变器电路部；以及对通过上述逆变器电路部生成的交变电压进行平滑并获得正弦波交流电压的平滑滤波部，与上述至少两台逆变器部对应的各上述平滑滤波部的输出端串联连接构成， 所述逆变器式发电机的特征在于上述逆变器部分别包括内部电压传感器，其检测施加到逆变器电路部的上述经平滑的直流电压的大小；电流传感器，其检测从上述逆变器电路部输出的输出电流；以及控制电路，其提供通过上述内部电压传感器检测到的直流电压作为直流母线电压并提供通过上述电流传感器检测到的输出电流，并且，上述控制电路构成为生成相当于上述逆变器部要输出的输出电压的多种目标波形信号并选择性地输出，并且设置有比较放大部，其将与上述目标波形信号对应的交流电压和从上述逆变器部输出的输出电压进行比较；PWM部，其生成控制上述逆变器电路部的控制信号，以消除上述交流电压与上述输出电压间的误差；以及H桥式驱动器，其引导来自上述PWM部的控制信号并控制上述逆变器电路部，上述交流发电机由永磁发电机构成，并且，上述控制电路构成为当被上述内部电压传感器检测到的直流母线电压的大小低于预定电平时，使与上述目标波形信号对应的交流电压的振幅暂时性地降低，上述永磁发电机对应于来自上述逆变器部的输出电流的增加，在来自上述永磁发电机的输出增加的特性范围内运转。 5. 一种逆变器式发电机，包括发动机；由上述发动机旋转驱动的交流发电机；提供由上述交流发电机的发电线圈所感应的交流电压的至少两台逆变器部，所述各逆变器部具有整流上述所提供的交流电压并生成直流电压的整流电路部；对上述所生成的直流电压进行平滑的电容部；施加经平滑的直流电压的逆变器电路部；以及对通过上述逆变器电路部生成的交变电压进行平滑并获得正弦波交流电压的平滑滤波部， 与上述至少两台逆变器部对应的各上述平滑滤波部的输出端串联连接构成， 所述逆变器式发电机的特征在于上述逆变器部分别包括内部电压传感器，其检测施加到逆变器电路部的上述经平滑的直流电压的大小；电流传感器，其检测从上述逆变器电路部输出的输出电流；以及控制电路，其提供通过上述内部电压传感器检测到的直流电压作为直流母线电压并提供通过上述电流传感器检测到的输出电流，并且，上述控制电路构成为生成相当于上述逆变器部要输出的输出电压的多种目标波形信号并选择性地输出，并且设置有比较放大部，其将与上述目标波形信号对应的交流电压和从上述逆变器部输出的输出电压进行比较；PWM部，其生成控制上述逆变器电路部的控制信号，以消除上述交流电压与上述输出电压间的误差；以及H桥式驱动器，其引导来自上述PWM部的控制信号并控制上述逆变器电路部，在上述逆变器电路部中设置有温度传感器，来自该温度传感器的感应结果被引导至上述控制电路，上述控制电路随着基于上述感应结果的温度增大将用于过电流保护的时间到判定时间设定为小的值，同时将判定上述温度是否为较小过电流的过电流判定电平选定为小的值，判定是否产生了超过该过电流判定电平的过电流，当在过电流发生状态下计时且在非过电流发生状态下倒计时的计时器的值超过上述时间到判定时间时，切断逆变器部的输出。
全文摘要
在两台逆变器部分别设置控制电路(微型计算机)，考虑到从各逆变器部输出的有效功率和无效功率，依次确定对应于各逆变器部要输出的电压的目标波形信号的大小。并且，在控制电路之间进行通信，以匹配两台逆变器部的相位或抑制因急剧的负荷增加而导致的发动机和交流发电机的输出不足。
文档编号H02P9/04GK102257722SQ20098015155
公开日2011年11月23日 申请日期2009年10月27日 优先权日2008年10月28日
发明者吉冈徹, 我妻真一, 柄沢幸雄, 生井正夫 申请人:泽藤电机株式会社