专利名称：引擎发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及引擎发电装置，尤其涉及在对应于负荷的大小把引擎的旋转次数控制到目标旋转次数时，即使在引擎不产生预定输出时也能维持圆滑的控制的引擎发电装置。
在作为交流电源装置使用的引擎发电机中使用用于稳定输出频率的换流器装置的情况多起来。这种引擎发电机中，驱动连接于发电机的引擎而产生交流，在一旦把该交流变换为直流后，由换流器装置变换为商用频率的交流并输出。使用换流器装置的发电机中，由于输出频率不依赖于引擎旋转次数，可通过控制引擎旋转次数来对应于负荷进行输出控制。
例如，日本专利公开特开平5-18285号公报中记载的换流器式引擎发电机根据换流器装置的输出电流检测负荷，根据该检测结果控制引擎的节流阀(throttle)开口度。通过这种控制，无论负荷怎样变动，可把输出电压基本保持恒定。
另外，日本专利公开特开平5-146200号公报中记载了一种引擎发电机，在换流器装置的输入侧检测发电机的输出电压，将该输出电压与预先设定的基准电压作比较，得到对应于负荷的引擎旋转次数。
另外，本中请人提出一种具有由对引擎发电机的输出电流进行整流的半导体整流元件所构成的整流器的引擎发电机(特开平11-308896)，为把整流器的输出电压控制到目标值，控制引擎的旋转次数把所述半导体整流元件的导通角收敛在设定为小于最大导通角的目标导通角。根据这种发电机，由于发电机常常以剩余裕量的状态运转，在裕量范围内可迅速响应于负荷增大。还有，引擎旋转的变动基本不对输出电压产生影响。
希望对设定引擎的目标旋转次数控制成把半导体整流元件的导通角收敛在设定为小于最大导通角的目标导通角的上述发电机作进一步改善。引擎发电装置上使用的引擎由于时间长了会恶化而不再产生预定输出。由于所述半导体整流元件的目标导通角根据引擎的代表特性来决定，引擎随时间恶化明显，引起下面的现象。
例如，设引擎旋转次数可变范围在3000～5000rpm，在引擎不恶化的通常状态下，对于1000VA的输出负荷，引擎旋转次数为4000rpm时节流阀的开口度为75％。对于恶化的引擎，同样产生1000VA的输出负荷时，由于输出要求与平时相比没有变化，所以，引擎的目标旋转次数被设定在4000rpm。但是，引擎恶化时，不能以与通常状态相同的节流阀开口度在目标旋转次数为4000rpm下运转，不能得到希望的输出。为得到希望的输出，考虑的是必须增大节流阀开口度，节流阀开口度变得非常接近100％，变为过负荷状态。这样，因引擎输出的个体差别带来的输出不足和发电机输出的个体差别带来的输出过剩引起与时间长了恶化时相同的现象。
本发明的目的是提供一种引擎发电装置，可相对宽范围的电负荷通过使实际发电能力常常有适当裕量来稳定地控制输出电压，同时进行不被时间长了恶化等带来的引擎和发电机的输出变化影响的圆滑的引擎旋转次数控制。
本发明的第一特征是在具有由整流引擎驱动的发电机的输出电流的半导体整流元件构成的整流器和把从所述整流器输出的直流变换为规定频率的交流的的换流器的引擎发电装置中，包括控制用于把所述整流器的输出控制到目标值的所述半导体整流元件的导通的半导体整流元件驱动电路、检测所述半导体整流元件的导通比的导通比检测装置、控制所述引擎旋转次数以把所述导通比检测装置检测的导通比收敛在目标比率中的引擎旋转次数控制装置、检测引擎的节流阀开口度的节流阀开口度检测装置和在所述节流阀开口度变为预定开口度以上时缩小所述目标比率的修正装置。
另外，本发明的第二特征在于所述修正装置使用的预定开口度根据与引擎的旋转次数的关系设定，该修正装置形成为在提供节流阀开口度和引擎旋转次数后判断所述节流阀开口度是否在预定开口度以上。
根据第一、第二特征，通过把节流阀开口度增大到规定值以上检测出引擎的过负荷，降低导通比的目标比率。目标比率缩小时，引擎旋转次数控制装置升高引擎旋转次数以使得所述导通比不超出变小了的目标比率。之后，由于提高引擎旋转次数并且增大引擎输出，引擎上有裕量，并且节流阀变化到关闭的方向。
本发明的第三特征在于所述修正装置构成为在所述节流阀开口度为预定开口度以上的状态持续了预定时间时，缩小所述目标比率。根据第三特征，由于不通过瞬间的节流阀开口度增大判断过负荷，可进行准确的控制。
另外，本发明的第四特征在于所述修正装置构成为在所述节流阀开口度变为预定开口度以上后再返回预定开口度以下时，把所述目标比率返回初始值。根据第四特征，不必要保持在引擎旋转次数高的状态。
另外，本发明的第五特征在于所述导通比以所述半导体整流元件的导通角代表，所述目标比率是目标导通角。根据第五特征，过负荷时修正构成整流器的半导体整流元件的导通角。
图1是表示本发明的一实施例的引擎发电机的系统结构的框图；图2是表示引擎发电机的燃料量控制部的部件结构的框图；图3是硅控整流器的导通角的说明图；图4是表示导通角偏差和目标旋转次数调整量的关系的图；图5是表示用于修正节流阀开口度带来的导通角的部件结构的框图；图6是表示以引擎旋转次数和节流阀开口度作为参数的负荷判别表的图；图7是表示每个节流阀的开口度的引擎输出和引擎旋转次数的关系的图。
下面参考附图详细说明本发明的一个实施例。图1是表示引擎发电机的结构的框图。由永磁体提供场磁通的磁性多极发电机(下面简称为“发电机”)1中连接(内燃)引擎2，该发电机1由引擎2驱动来产生多相(代表性的是3相)交流。该交流经由桥接作为半导体整流元件的硅控整流器的整流电路构成的整流器3被全波整流后变换为直流，输入到换流器4。换流器4把商用频率(例如50Hz)的单相交流提供给连接于其输出侧的外部负荷5。为调节引擎2的节流阀开口度，设置了步进电机7，根据向该步进电机7提供的脉冲数控制节流阀阀门6的开口度，确定引擎2的旋转次数。引擎2可以是燃料喷射式的。
电压检测部8检测整流器3的输出电压。硅控整流器驱动电路9将作为预先给出的目标的设定电压(例如170V)与整流器3的输出电压作比较，通过公知的方法，控制构成整流器3的硅控整流器的导通，以便使测量的整流器3的实际输出电压等于设定电压。根据这样的结构，在对应于所述硅控整流器的导通角控制范围的输出电流范围中把整流器3的输出电压保持在设定电压。整流器3可变形为通过控制功率晶体管的占空比控制输出电压。这些导通角和占空比在本说明书中统称半导体整流元件的导通比。
燃料量控制部10如下构成。图2是表示燃料量控制部10的结构的框图。硅控整流器导通角检测部101根据从硅控整流器驱动电路9向整流器3输出的控制信号检测硅控整流器的导通角。导通角以预定的周期连续检出、计算出其平均导通角。
硅控整流器导通角检测部101算出的平均导通角输入到偏差检测部102、检出对目标导通角的偏差。即，根据硅控整流器的平均导通角判断发电机1是否在输出有裕量的状态运转。因此，把目标导通角设定为例如75％。该目标导通角与一般的控制目标值相同，可具有一定的滞后。这样，把引擎2调整到目标旋转次数并维持发电机1有裕量的状态，使得偏差检测部102检出的偏差为“0”。
图3是以75％的导通角控制时的硅控整流器的输出电压波形。在该图中，导通角α是对应于硅控整流器导通时的电角度，通过已知的适当方式确定。
目标旋转次数更新部103对应于偏差检测部102输入的偏差输出旋转次数调整量。目标旋转次数更新部103可由读出偏差、作为地址输出旋转次数调整量的表构成。图4是表示所述偏差和旋转次数调整量的关系的图。这里，偏差是实际导通角对目标导通角的偏差量，即为“实际导通角—目标导通角”。
在图4中，所述偏差相对于目标导通角为正时与其为负时相比，把相对于偏差的旋转次数调整量设定得更大。这是因为偏差为正时，导通角超出目标导通角(75％)时判断为发电机没有裕量、发电机1必须提早对负荷作出输出增加响应。另一方面，偏差为负时，由于判断为发电机1有裕量，因为最好避免过度响应带来的过调节所引起的旋转次数的频繁升降，可把旋转次数调整量相对于偏差设定得较小。
返回图2，目标旋转次数存储部104把从目标旋转次数更新部103输入的目标旋转次数调整量加到已经存储的目标旋转次数上作为新的目标旋转次数。把目标旋转次数在最高最低旋转次数设定部105设定的最高旋转次数或最低旋转次数的范围内更新。加上所述目标旋转次数调整量的结果是在目标旋转次数在所述范围以外时，把目标旋转次数限制到所述最高旋转次数或所述最低旋转次数。规定最低旋转次数是为了使硅控整流器的导通角不响应于旋转次数的微小变化恶化无负荷～轻负荷时的稳定性。
旋转次数检测部106检测发电机1的旋转次数。控制量运算部107根据从所述旋转次数检测部106输入的实际旋转次数和从所述目标旋转次数存储部104读入的目标旋转次数通过已知的适当方法(例如比例、积分、微分)运算把实际旋转次数对目标旋转次数的偏差设为0的控制量。节流阀控制部108包括步进电机7，对应于控制量运算部107的运算结果输出用于驱动步进电机7的必要数目个脉冲。步进电机7响应于此旋转运动使节流阀开口度改变。
如上所述，在本实施例中，由于控制引擎2的旋转次数来把控制整流器3的输出的硅控整流器桥接整流电路的平均导通角维持在预先设定的值(例如75％)，发电机1通常可在有裕量的状态下向负荷供电。即，负荷增大时，响应于整流器3的输出电压增大硅控整流器的导通角后直接可跟踪负荷的增大，同时，在其导通角增大时引擎2的旋转次数也比较缓慢地增大。引擎旋转次数的频繁变化被缓和，力图降低引擎的噪音和燃料消耗量。
根据本实施例，由于在换流器的输入侧检测输出电压，不必作为参数计算换流器的输出的有效功率、换流器的变换效率、每一旋转次数的发电能力以及发电机和有效功率检测部的制品的彼此不同等，控制变简单了。在本实施例中，以采用硅控整流器桥路来整流发电机的输出电流的整流器为例说明，但也可以是其他电压控制方式，例如整流后的切换DC电压变换方式。
接着，说明引擎过负荷时的修正控制。如已经说明的那样，引擎2和发电机1因时间长了恶化不产生预定输出时，引擎2陷入过负荷状态。因此，本实施例中根据引擎2的节流阀开口度判断是否过负荷，通过从该判断结果改变目标导通角来纠正引擎2的过负荷状态。
图5是目标导通角修正控制装置的部件功能框图，在该图中，节流阀传感器11连接于引擎2的节流阀阀门，输出表示节流阀开口度的信号。该输出信号经A/D变换器12变换为数字数据后输入到负荷区域判别部13。
负荷区域判别部13根据从A/D变换器12输入的节流阀开口度θTH和从所述旋转次数检测部106输入的引擎旋转次数Ne判断引擎状态是正常区域和过负荷区域中的哪一个。判断为过负荷区域时，把输出的过负荷判别信号OL设置为高电平(H)。另一方面，判断为正常区域时，把过负荷判别信号OL设置为低电平(L)。负荷区域判别部13通过根据节流阀开口度θTH和引擎旋转次数Ne输出判别信号OL的表构成。
图6是表示构成负荷区域判别部13的表的一个例子的图。图6中，表设定成把规定的节流阀开口度以上作为过负荷区域，把不足该节流阀开口度的作为正常区域。在这个例子中，引擎旋转次数为3000rpm时，节流阀开口度θTH到70％的区域为正常区域，随着引擎旋转次数的提高，正常区域的范围扩大到大的节流阀开口度状态。
返回图5。把表示过负荷的判别信号OL输入到过负荷继续判定部14，过负荷继续判定部14在过负荷检测信号OL的高(H)电平继续预定时间时输出修正指示S1。是否持续了预定时间通过每个规定的插入循环的过负荷判断是否连续进行了预定数目次来判断。
修正指示S1输入到目标导通角更新部15，目标导通角更新部15在每次输入修正指示S1时(例如每100毫秒)输出目标导通角降低指示S2。目标导通角降低指示S2输入到目标导通角设定器16，目标导通角设定器16响应于目标导通角降低指示S2把目标导通角降低例如0.5％。降低目标导通角时，通过图2的控制而控制成升高引擎的目标旋转次数、增大引擎旋转次数。引擎旋转次数增大时，由于输出有裕量，节流阀开口度θTH向关闭的方向变化。
图7是表示以节流阀开口度为参数的引擎特性(输出PS和旋转次数Ne的关系)的图。如该图所示，引擎旋转次数Ne为3000rpm的状态中，节流阀开口度θTH为80％，得不到符合负荷L的输出。为得到负荷L，必须把节流阀开口度θTH开至接近90％。但是，这种引擎的情况下，通过把引擎旋转次数Ne提高到4000rpm，即使节流阀开口度θTH为80％也能得到符合负荷L的输出。即引擎2上产生裕量并消除了过负荷运转状态。
在上述图5的结构中，由于节流阀开口度θTH在预定开口度以下时为正常区域，目标导通角不变化。另外，一旦进入过负荷状态、再返回正常区域并且该正常区域状态继续预定时间的情况慢慢把目标导通角增大起来，与上述相反。这样，如果目标导通角返回初始值，解除导通角的修正控制。
上述实施例中，控制硅控整流器的导通角以使整流器3的实际输出电压等于设定电压。本发明不限于此，如上所述，为控制整流器3的输出电压，在使用功率晶体管时，节流阀开口度过大时，替代目标导通角，可使用功率晶体管的占空比。
从上述说明可知，根据权利要求1-5的发明，通过节流阀的开口度的增大检测引擎的过负荷时，由于升高引擎旋转次数来力图增大引擎的输出，消除了过负荷状态。因此，产生引擎的长时间恶化和个体差异带来的输出不足和发电机的负荷变动时，可平滑地跟踪该变动。
尤其根据权利要求3的发明，由于不通过瞬间的节流阀开口度增大判断过负荷，可进行准确的控制。另外，根据权利要求4的发明，防止保持在引擎旋转次数高的状态。
权利要求
1.一种具有由整流引擎驱动的发电机的输出电流的半导体整流元件构成的整流器和把从所述整流器输出的直流变换为规定频率的交流的换流器的引擎发电装置，其中包括控制用于把所述整流器的输出控制到目标值的所述半导体整流元件的导通的半导体整流元件驱动电路；检测所述半导体整流元件的导通比的导通比检测装置；控制所述引擎旋转次数以把所述导通比检测装置检测的导通比收敛在目标比率中的引擎旋转次数控制装置；检测引擎的节流阀开口度的节流阀开口度检测装置；和在所述节流阀开口度变为预定开口度以上时缩小所述目标比率的修正装置。
2.根据权利要求1的引擎发电装置，所述修正装置使用的预定开口度根据与引擎的旋转次数的关系设定，该修正装置形成为在提供节流阀开口度和引擎旋转次数后判断所述节流阀开口度是否在预定开口度以上。
3.根据权利要求1或2的引擎发电装置，所述修正装置构成为在所述节流阀开口度为预定开口度以上的状态持续了预定时间时，缩小所述目标比率。
4.根据权利要求1的引擎发电装置，所述修正装置构成为在所述节流阀开口度变为预定开口度以上后再返回预定开口度以下时，把所述目标比率返回初始值。
5.根据权利要求2的引擎发电装置，所述修正装置构成为在所述节流阀开口度变为预定开口度以上后再返回预定开口度以下时，把所述目标比率返回初始值。
6.根据权利要求3的引擎发电装置，所述修正装置构成为在所述节流阀开口度变为预定开口度以上后再返回预定开口度以下时，把所述目标比率返回初始值。
7.根据权利要求1的引擎发电装置，所述导通比以所述半导体整流元件的导通角代表，所述目标比率是目标导通角。
全文摘要
不受引擎和发电机的输出变化的影响以通常有裕量的状态响应负荷变动的发电机系统。发电机1的输出电流用硅控整流器桥路构成的整流器3全波整流,换流器4把整流器3输出的直流变换为商用频率的交流后提供给负荷5。燃料量控制部10控制引擎2的旋转次数以把构成整流器3的硅控整流器的导通角保持在目标导通角。通过把目标导通角设定在不足最大导通角的预定范围内,发电机可以在剩余裕量的状态下迅速相应负荷变动。
文档编号H02P9/04GK1330449SQ01121848
公开日2002年1月9日 申请日期2001年6月29日 优先权日2000年6月30日
发明者清水元寿, 中村政史 申请人:本田技研工业株式会社