引擎发电装置 本发明涉及引擎发电装置，尤其涉及考虑温度影响、对应于负荷来控制引擎的旋转次数的引擎发电装置。
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，本申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地引擎发电机(日本专利公开特开平11-308896)，为把整流器的输出电压控制到目标值，把所述半导体整流元件的导通角收敛(限制)在设定为小于最大导通角的目标导通角以控制引擎旋转次数。根据这种发电机，由于发电机常常以有裕量的状态运转，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。通常发电机容易受到温度影响。尤其是在使用在转子中使用了永磁的永磁发电机的情况下，在低温时，由于磁体磁场强、绕组电阻也低，从而损耗小。与此相反，在高温时，由于磁体磁场弱、绕组电阻高，损耗大，从而输出比低温时降低了。在一个例子中，高温时与低温时相比输出降低了10％左右。因此，在所述半导体整流元件的目标导通比(例如硅控整流器的目标导通角)一定时，把高温时引擎旋转次数控制到比低温时增长 10％。
在这样的发电机特性的基础上，设定适合高温时的参数进行控制时，在低温时无论有怎样的输出负荷，发电机的能力都有裕量。这样一来，为了硅控整流器的导通角不超过基准值，不进行增大引擎旋转次数的控制。结果，即使设定目标旋转次数进行引擎旋转次数的控制，由于不增大引擎旋转次数，恐怕造成引擎输出不足、引擎过载。
例如，设引擎旋转次数可变范围在3000～5000rpm，常温时负荷输出为1000VA、引擎旋转次数为4000rpm。这里，气温下降到-15度时，由于发电机的效率提高、其输出电压比常温时上升，如果负荷输出与常温时相同，为1000VA，引擎旋转次数变为3000～3200rpm左右。在这样低的引擎旋转次数输出与4000rpm时同样的1000VA对于引擎而言是困难的(过载)。
反过来说，在比常温高的温度，由于发电机的效率降低、其输出电压比常温时低，引擎旋转次数就上升到必要值以上了。该温度的影响在如开始时那样的发电机处于冷却状态和如连续运转中那样发电机处于热状态中同样表现出来，因发电机的温度左右旋转次数特性。
本发明的目的是提供一种引擎发电装置，可通过使实际发电能力常常有适当裕量来相对宽范围的电负荷稳定地控制输出电压，并且不受到温度左右来平滑地控制引擎旋转次数。
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转换器和把从所述转换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：控制用于把所述转换器的输出电压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、对应于所述发电机的温度修正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形成为在所述发电机的温度比预定的基准温度低时缩小所述目标比率、在所述温度比所述基准温度高时增大所述目标比率，第三特征在于由构成所述换流器或整流器的功率控制元件的温度代表所述发电机的温度。
另外，本发明的第四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。还有，本发明的第五特征在于所述发电机是永磁发电机。
根据上述特征，把引擎旋转次数控制成半导体整流元件的导通角，即导通比收敛在设定的目标导通角中。尤其，在发电机的温度变化时，根据修正后的目标导通角，对应于发电机的输出变化控制引擎旋转次数。
尤其，根据第二特征，发电机的温度低的状态下输出增大时，由于在修正前提早把导通比提高到目标比率，可提早增大引擎旋转次数。因此，不会使引擎输出不足，防止了过载运转。还有，发电机的温度高的状态下输出增大时，由于把导通比提高到目标比率比修正前延迟了，也延迟了引擎旋转次数的增大动作。因此，不会在引擎旋转次数在必要值以上的状态下运转。
根据第三特征，根据更好代表发电机的温度的换流器和转换器的功率控制元件的温度修正导通比。还有根据第四特征，根据发电机的温度修正半导体整流元件的导通角。还有根据第五特征，可减小伴随温度变化的永磁体带来的磁场强度的变化产生的影响。
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是表示用于修正温度带来的导通角的部件结构的框图；
图6是对于导通角的温度修正前和温度修正后表示引擎旋转次数和发电机的输出电压的关系的图。
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转换器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6的开口度，决定单元引擎2的旋转次数。引擎2可以是燃料喷射式的，此时，替代节流阀开口度控制而通过燃料喷射时间控制来确定旋转次数。
电压检测部8检测转换器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)与转换器3的输出电压作比较，通过公知的方法，控制构成转换器3的硅控整流器的导通，以便使测量的转换器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转换器3的输出电压保持在设定电压。转换器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向转换器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，可具有预定的滞后。
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”。如后所述，目标导通角可对应于发电机1的温度而改变。
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输入的偏差而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“实际导通角一目标导通角”。
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，相对于偏差，把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转换器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，响应于转换器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转换器为例说明，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，说明对应于发电机1的温度的所述目标导通角的修正。如已经说明的那样，发电机1的温度变化时，若进行固定所述目标导通角那样的上述控制，引擎2陷入过载状态，引擎旋转次数上升到必要值以上。因此，本实施例中，对应于发电机1的温度，可修正转换器3的硅控整流器的目标导通角。
为直接检测出发电机1的温度，必须解决下面举出的问题。即，由于检出运转中磁体的温度或把热敏电阻器等的温度传感器埋置到绕组中任何之一都极大改变原来的一般发电机的形状，必须充分考虑该变化带来的影响才能使用它，另外，假设可向绕组安装温度传感器，也存在到控制装置的配线路径增长的问题。
因此，本实施例中，在用于换流器4的功率控制元件部(FET等)中埋置作为温度传感器的热敏电阻器，以该热敏电阻器检测的温度代表发电机1的温度。由于发电机1的温度和所述电控制元件的温度彼此值不同、但具有良好的相关关系，可用一个代替另一个。
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，在换流器4内的FET桥路4a中埋入热敏电阻器11，把该热敏电阻器11的输出信号经A/D变换器12变换为数字数据后输入到温度差计算部13。温度差计算部13把从A/D变换器12输入的数据Tf减去表示常温的比较数据Tref、输入到修正值运算部14。例如，把输入数据Tf作为“0-100”之间的值，把比较数据Tref作为50。修正值运算部14计算“修正值(％)＝0.5×(Tf-50)”，提供给加法部15。加法部15把修正值(％)加到目标导通角设定器16输出的常温时的目标导通角(为75％)后输出到偏差检测部102。
根据这种结构，例如，在硅控整流器的温度为低温(换算值为10)时，有修正值(％)＝0.5×(10-50)＝-20，目标导通角从75％减少20％成为55％。另一方面，在硅控整流器的温度为高温(换算值为80)时，有修正值(％)＝0.5×(80-50)＝15，目标导通角从75％增大15％成为90％。
图6是对于导通角的温度修正前和温度修正后表示引擎2的旋转次数与发电机的输出电压的关系的图。该图中，纵轴表示引擎旋转次数，横轴表示有效输出功率，引擎旋转次数为3000到5000rpm的可变范围。线A、线B、线C分别表示高温、常温、低温时的特性。如图所示，在修正前，对于同一输出，引擎旋转次数高温时比常温时高，低温时比常温时低。与此相反，修正后，对于同一输出，引擎旋转次数分别是高温时修正到低值，低温时修正到高值，任何情况下都接近常温时的特性。
在上述实施例中，发电机1的温度以换流器4的温度表示，但如果表示和发电机1的温度的良好的对应关系、没有产生配线变长等的不适当情况的位置，可在其他组成部分上设置温度传感器。例如，可以以用于转换器3的功率控制元件的温度表示发电机1的温度。另外，由于通常在用于换流器的功率控制元件上设置防止过热的温度传感器，可把该温度传感器兼用作上述温度修正用的传感器。
另外，上述实施例中，控制硅控整流器的导通角以使转换器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，为控制转换器3的输出电压，在使用功率晶体管时，替代导通角，可对应于发电机的温度修正功率晶体管的占空比。
从上述说明可知，根据权利要求1-6的发明，控制引擎旋转次数以把半导体整流元件的导通角或导通比收敛在设定的目标导通角或导通比中。尤其，发电机的温度变化时，根据修正后的目标导通角，可进行对应于发电机的输出变化的引擎旋转次数控制。
根据权利要求2的发明，在发电机的温度低的状态输出增大时，由于可提早提高导通比，也可提早增大引擎旋转次数。因此，引擎输出不会不足、防止引擎过载。另外，在发电机的温度高的状态输出增大时，由于把导通比提高到目标比率延迟了，也延迟了引擎旋转次数的增大动作。因此，不会在引擎旋转次数在必要值以上的状态下运转。
根据权利要求3，4的发明，根据更好代表发电机的温度的换流器和转换器的功率控制元件的温度修正导通比。即由于功率控制元件是负荷电流通过部分，其温度准确地代表伴随发电量的增减的发电机的温度变化的倾向。另外，可不把电路配线变复杂就能检测温度。还有，根据权利要求6的发明，可减小伴随温度变化的永磁体带来的磁场变化产生的影响。