インバータ発電機
【課題】エンジンで駆動される発電部を備えたインバータ発電機において、発電部を利用してエンジンを始動できると共に、全体として軽量化および小型化するようにしたインバータ発電機を提供する。
【解決手段】発電部１４に巻回される第１巻線２２ａと、第１巻線に接続される第１コンバータ２４と、第１コンバータに接続されるインバータ３６と、制御部４２とを備えたインバータ発電機１０において、生じる線間電圧Ｖｂが第１巻線より小さい値に設定される第２巻線２２ｂと、第２巻線に接続される第２コンバータ２６と、入力側が第２コンバータに接続される一方、出力側が第１コンバータの正負の出力端子２４ｃ，２４ｄの間に並列接続されると共に、第２コンバータから出力される直流の電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータ３４と、バッテリ２０とを備え、制御部はバッテリの出力を第２巻線に供給させて発電部を回転駆動させてエンジン１２を始動可能とする。
【解決手段】発電部１４に巻回される第１巻線２２ａと、第１巻線に接続される第１コンバータ２４と、第１コンバータに接続されるインバータ３６と、制御部４２とを備えたインバータ発電機１０において、生じる線間電圧Ｖｂが第１巻線より小さい値に設定される第２巻線２２ｂと、第２巻線に接続される第２コンバータ２６と、入力側が第２コンバータに接続される一方、出力側が第１コンバータの正負の出力端子２４ｃ，２４ｄの間に並列接続されると共に、第２コンバータから出力される直流の電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータ３４と、バッテリ２０とを備え、制御部はバッテリの出力を第２巻線に供給させて発電部を回転駆動させてエンジン１２を始動可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はインバータ発電機に関し、より詳しくはエンジンで駆動される発電部を備えたインバータ発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンで駆動される発電部を備えたインバータ発電機において、スタータモータ（セルモータ）でエンジンをクランキングして始動させる技術は広く知られているが、そのように構成した場合、スタータモータを配置する分だけ発電機全体が大きくなってしまうという不都合があった。
【０００３】
そこで、下記の特許文献１記載の技術にあっては、スタータモータを除去すると共に、バッテリの出力を発電部に供給して回転駆動させてエンジンを始動させる、即ち、発電部をスタータモータとして機能させてエンジンを始動させることで、発電機をコンパクト化するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００４−３４００５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１記載の技術の如く構成した場合、バッテリ電圧を発電部をスタータモータとして回転駆動可能な電圧までコンバータで昇圧して供給する必要がある。しかしながら、この回転駆動可能な電圧は、発電部の出力電圧の設定値、換言すれば、発電部に巻回された巻線に発電時に生じる線間電圧の設定値に比例する。そのため、例えば巻線の線間電圧が比較的高く設定されている場合、回転駆動可能な電圧が増加し、よってコンバータの昇圧比も高くなってコンバータサイズが大きくなり、結果として発電機全体の重量が増加すると共に、大型化するという不具合があった。
【０００６】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、エンジンで駆動される発電部を備えたインバータ発電機において、発電部を利用してエンジンを始動できると共に、全体として軽量化および小型化するようにしたインバータ発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、エンジンで駆動される発電部に巻回される第１巻線と、前記第１巻線に接続されて前記第１巻線から出力される交流を直流に変換する第１コンバータと、前記第１コンバータに接続されて前記第１コンバータから出力される直流を交流に変換して出力するインバータと、前記第１コンバータと前記インバータの動作を制御する制御部とを備えたインバータ発電機において、前記発電部に巻回され、生じる線間電圧が前記第１巻線より小さい値に設定される第２巻線と、前記第２巻線に接続されて前記第２巻線から出力される交流を直流に変換する第２コンバータと、入力側が前記第２コンバータに接続される一方、出力側が前記第１コンバータの正負の出力端子の間に並列接続されると共に、前記第２コンバータから出力される直流の電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータと、バッテリとを備えると共に、前記制御部は前記バッテリの出力を前記第２巻線に供給させて前記発電部を回転駆動させて前記エンジンを始動可能とする如く構成した。
【０００８】
請求項２に係るインバータ発電機にあっては、前記第２巻線に生じる線間電圧が前記第１巻線の約５０％の値に設定される如く構成した。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係るインバータ発電機にあっては、エンジンで駆動される発電部に巻回され、生じる線間電圧が第１巻線より小さい値に設定される第２巻線と、バッテリとを備えると共に、制御部はバッテリの出力を第２巻線に供給させて発電部を回転駆動させてエンジンを始動可能とするように構成、即ち、発電部の巻線を第１巻線と第２巻線に分けると共に、第２巻線の線間電圧を小さく設定するように構成したので、発電部を利用してエンジンを始動できる、具体的には、第２巻線への比較的低い電圧の供給によって発電部を回転駆動させてエンジンを始動させることができるため、例えばバッテリ電圧を昇圧して第２巻線に供給するコンバータの昇圧比を抑制でき、よってコンバータの効率を向上できると共に、コンバータサイズも小さくでき、結果として発電機全体を軽量化および小型化することができる。さらに、始動用のスタータモータなどを不要にできるため、発電機全体をより小型化できる。
【００１０】
また、第２巻線から出力される交流を直流に変換する第２コンバータと、入力側が第２コンバータに接続される一方、出力側が第１コンバータの正負の出力端子の間に並列接続されると共に、第２コンバータから出力される直流の電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータとを備えるように構成、即ち、第２巻線から出力される交流を第２コンバータで直流に変換し、その直流の電圧を昇圧コンバータで昇圧して第１コンバータの正負の出力端子の間に出力するように構成したので、第１コンバータから出力される直流と昇圧コンバータから出力される直流は重畳されてインバータに入力されることとなり、そこで交流に変換されて出力されるため、第２巻線に生じる線間電圧を小さく設定しても発電機の定格出力が低下することはない。また、第２巻線の線間電圧を上記の如く設定したので、第２巻線から第２コンバータに入力される電圧も低くなり、それによって第２コンバータの部品耐圧（電圧耐圧値）を下げることができると共に、コスト的にも有利となる。
【００１１】
請求項２に係るインバータ発電機にあっては、第２巻線に生じる線間電圧が第１巻線の約５０％の値に設定されるように構成したので、上記した効果に加え、バッテリ電圧を昇圧して第２巻線に供給するコンバータの昇圧比も約５０％にすることができるため、コンバータの効率をより一層向上できると共に、コンバータサイズも確実に小さくでき、よって発電機全体をより一層軽量化および小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施例に係るインバータ発電機を全体的に示すブロック図である。
【図２】図１に示す発電部を構成するステータなどを示す平面図である。
【図３】図１に示す制御部の動作を示すフロー・チャートである。
【図４】従来技術に係るインバータ発電機を全体的に示す、図１と同様なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に即してこの発明に係るインバータ発電機を実施するための形態について説明する。
【実施例】
【００１４】
図１はこの発明の実施例に係るインバータ発電機を全体的に示すブロック図である。
【００１５】
図１の説明に入る前に、従来のインバータ発電機の構成を説明する。図４は従来技術に係るインバータ発電機を全体的に示す、図１と同様なブロック図である。
【００１６】
図４に示すように、インバータ発電機１００はエンジン１０２で駆動される発電部（スタータ・ジェネレータ）１０４を備え、交流４００Ｖの定格出力電圧（最大電圧７５０Ｖ）を有する。発電部１０４には出力巻線１０６が巻回され、発電時に出力巻線１０６に生じる線間電圧Ｖｌ（即ち発電部１０４の出力電圧）はインバータ発電機１００の定格出力電圧によって規定され、具体的には５００Ｖとされる。尚、以下において、上記の如く発電機の定格出力電圧に応じて規定される線間電圧を「規定線間電圧値」という。
【００１７】
エンジン１０２は、発電部１０４の回転駆動によって始動させられる。具体的には、ＣＰＵなどを備えた制御部１０８は、バッテリ１１０から出力される直流電圧（１２Ｖ）をＤＣ／ＤＣコンバータ１１２で５００Ｖまで昇圧させ、昇圧させた出力を平滑コンデンサ１１４を介してスタータドライバとして機能するコンバータ１１６に入力する。制御部１０８は、コンバータ１１６に入力されたバッテリ出力を発電部１０４に巻回された出力巻線１０６に供給することで、発電部１０４においてエンジン１０２のフライホイールを兼用するロータ（図示せず）を回転駆動させてエンジン１０２を始動させる。
【００１８】
エンジン１０２が始動して発電部１０４で発電が開始されると、制御部１０８は発電部１０４の出力巻線１０６から出力される交流（線間電圧Ｖｌは５００Ｖ）をコンバータ１１６で直流に変換し、それを平滑コンデンサ１１４で平滑してインバータ１２０に入力し、所定周波数（具体的には５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の交流４００Ｖに変換して出力端子１２２を介して電気負荷１２４に供給する。尚、平滑コンデンサ１１４には比較的高い電圧が印加されるため、電圧耐圧値は比較的高い値（例えば８００Ｖ）に設定される。
【００１９】
上記した従来のインバータ発電機１００の構成を踏まえつつ図１を説明すると、図において符号１０はインバータ発電機（以下、単に「発電機」という）を示す。発電機１０はエンジン（内燃機関）１２と、エンジン１２で駆動される発電部（スタータ・ジェネレータ）１４と、操作者（ユーザ）によって操作自在な位置に配置される操作部１６とを備え、比較的大きな定格出力で交流４００Ｖの定格出力電圧を有する。
【００２０】
エンジン１２は火花点火式の空冷ガソリンエンジンで、例えば排気量３９０ｃｃを備える。エンジン１２には、定格１２Ｖの直流電圧を出力するバッテリ２０が接続され、図示しないスロットルモータや点火プラグなどの動作電源として使用される。
【００２１】
図２は発電部１４を構成するステータなどを示す平面図である。
【００２２】
発電部１４は、エンジン１２のクランクケース（図示せず）に固定されるステータ１４ａと、ステータ１４ａの周りに回転自在に配置され、エンジン１２のフライホイールを兼用するロータ１４ｂとからなる。
【００２３】
ステータ１４ａはステータコア１４ａ１を備えると共に、ステータコア１４ａ１には放射状に延びる複数個、具体的には３０個の突起（ティース）１４ａ２が形成される。図示の如く、３０個の突起１４ａ２の内、半分の１５個の突起１４ａ２には１組のＵ，Ｖ，Ｗ相からなる三相の第１の出力巻線（以下「第１巻線」といい、図では一点鎖線で囲んで示す）２２ａが巻回されると共に、残余の１５個の突起１４ａ２にも同様に、１組のＵ，Ｖ，Ｗ相からなる三相の第２の出力巻線（以下「第２巻線」といい、図では二点鎖線で囲んで示す）２２ｂが巻回される。
【００２４】
第１巻線２２ａは、発電機１０の定格出力電圧に応じて規定される線間電圧（規定線間電圧）Ｖａが発電時に生じるように設計され、具体的には例えば従来の出力巻線１０６と同じ５００Ｖ（最大電圧７５０Ｖ）に設定される。一方、第２巻線２２ｂに生じる線間電圧Ｖｂは第１巻線２２ａより小さい値に設定され、具体的には第１巻線２２ａの約５０％（正確には５０％）の値に設定される。即ち、第２巻線２２ｂに生じる線間電圧Ｖｂは、従来の出力巻線１０６の約５０％にあたる２５０Ｖ（最大電圧３７５Ｖ）とされる。
【００２５】
上記したような巻線に生じる線間電圧Ｖｂの低減は、例えば第２巻線２２ｂの巻き数を第１巻線２２ａに対して減少させることで行う。このように、発電部１２の巻線は、線間電圧が相違する第１、第２巻線２２ａ，２２ｂの２系統に分けられる（分割される）。
【００２６】
ロータ１４ｂの内部には、第１、第２巻線２２ａ，２２ｂと対向する位置に永久磁石１４ｂ１が、図示の如く、径方向に着磁された磁極を交互させつつ、１０対（２０個）取着される（図２で一部のみ示す）。永久磁石１４ｂ１は２個（例えば１４ｂ１１と１４ｂ１２）で１対を構成し、３個の突起１４ａ２当たり１対の永久磁石１４ｂ１が配置される。
【００２７】
ステータ１４ａの回りをロータ１４ｂの永久磁石１４ｂ１が回転することにより、第１、第２巻線２２ａ，２２ｂからそれぞれ三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の交流電力が出力（発電）される。
【００２８】
図１の説明に戻ると、発電機１０はさらに、第１巻線２２ａに接続される第１コンバータ（整流器）２４と、第２巻線２２ｂに接続される第２コンバータ（整流器）２６と、第１、第２コンバータ２４，２６にそれぞれ接続される第１、第２平滑コンデンサ３０，３２と、第２平滑コンデンサ３２の後段に接続される昇圧コンバータ３４と、第１コンバータ２４と昇圧コンバータ３４の後段に接続されるインバータ３６と、バッテリ２０に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、第１コンバータ２４やインバータ３６などの動作を制御する制御部４２を備える。尚、この明細書において「後段」とは、発電がなされている発電部１４から出力される電流の流れ方向における後段（下流側）を意味する。
【００２９】
第１コンバータ２４はブリッジ接続された３組のサイリスタ２４ａとダイオード２４ｂを備え、サイリスタ２４ａのゲート端子２４ａ１は制御部４２を介してバッテリ２０に接続される。第１コンバータ２４は、制御部４２によってサイリスタ２４ａの導通角が制御されることで、第１巻線２２ａから出力された交流を直流に変換し、正負の出力端子２４ｃ，２４ｄを介して出力する。
【００３０】
第１平滑コンデンサ３０は、第１コンバータ２４の後段に接続され、第１コンバータ２４から出力される直流を平滑する。第１平滑コンデンサ３０の電圧耐圧値は比較的高い値とされ、具体的には例えば従来の平滑コンデンサ１１４と同じ８００Ｖに設定される。
【００３１】
第２コンバータ２６は、ボディダイオード２６ａを有するＦＥＴ（電界効果トランジスタ。スイッチング素子）２６ｂが６個、ブリッジ接続された回路を備え、ＦＥＴ２６ｂのゲート端子２６ｂ１はバッテリ２０に接続される。第２コンバータ２６は、制御部４２によってＦＥＴ２６ｂの動作が制御される、具体的には通電（オン（導通））と通電停止（オフ（非導通））が制御され、ボディダイオード２６ａを用いることで、第２巻線２２ｂから出力された交流を直流に変換し、正負の出力端子２６ｃ，２６ｄを介して出力する。
【００３２】
また、第２コンバータ２６は、第２巻線２２ｂを発電機（ジェネレータ）としての動作に加えてエンジン１２の始動装置（スタータ）として動作させる、スタータドライバ（スタータ・ジェネレータ・ドライバ）としても機能する。即ち、この実施例においては第２巻線２２ｂに通電して発電部１４を回転駆動させてエンジン１２を始動させる、換言すれば、発電部１４を電動機（スタータモータ）として機能させるように構成される。
【００３３】
具体的には、第２コンバータ（スタータドライバ）２６は、制御部４２によってＦＥＴ２６ｂの動作が制御されることで、バッテリ２０の出力を第２巻線２２ｂに供給して発電部１４を回転駆動させてエンジン１２を始動させる。尚、このようなエンジン１２の始動時においては、出力端子２６ｃ，２６ｄからバッテリ出力が入力されることとなる、即ち、出力端子２６ｃ，２６ｄは入力端子とされる。
【００３４】
第２平滑コンデンサ３２は、第２コンバータ２６の後段に接続され、第２コンバータ２６から出力される直流を平滑する。第２平滑コンデンサ３２は、線間電圧Ｖｂが比較的小さい値に設定された第２巻線２２ｂの出力が入力されるため、電圧耐圧値は第１平滑コンデンサ３０のそれよりも低い値で足り、例えば約５０％に相当する４００Ｖとされる。別言すれば、第２平滑コンデンサ３２の電圧耐圧値は、図４に示す従来の平滑コンデンサ１１４の約５０％に設定される。
【００３５】
昇圧コンバータ３４は、入力側が第２コンバータ２６の正負の出力端子２６ｃ，２６ｄに並列接続される一方、出力側が第１コンバータ２４の正負の出力端子２４ｃ，２４ｄの間に並列接続される。また、図１から分かるように、この昇圧コンバータ３４の入力側と出力側の接続点はそれぞれ第１、第２平滑コンデンサ３０，３２の後段とされる。
【００３６】
昇圧コンバータ３４は、ＦＥＴ３４ａとチョークコイル３４ｂとダイオード３４ｃを備えたチョッパ方式のＤＣ／ＤＣコンバータからなり、ＦＥＴ３４ａのゲート３４ａ１がバッテリ２０に接続される。昇圧コンバータ３４は、制御部４２によってＦＥＴ３４ａの動作が制御されることで、第２コンバータ２６から出力される直流の電圧を昇圧して出力する。
【００３７】
インバータ３６は、入力側が第１コンバータ２４と昇圧コンバータ３４に接続される。インバータ３６は、４個のＦＥＴ３６ａがブリッジ接続された回路を備え、同様にＦＥＴ３６ａのゲート３６ａ１がバッテリ２０に接続される。インバータ３６は、各ＦＥＴ３６ａの導通／非導通が制御部４２によって制御されることで、第１コンバータ２４と昇圧コンバータ３４から出力される直流を所定周波数（具体的には５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの商用周波数）の単相交流に変換する。
【００３８】
インバータ３６から出力される交流は、交流電流の高調波成分を除去するフィルタ（図示せず）を介して出力端子４４から出力され、図示しないコネクタなどを介して電気負荷４６に供給自在とされる。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、入力側がバッテリ２０に接続される一方、出力側が第２コンバータ２６の正負の出力端子２６ｃ，２６ｄ（ここでは前述した如く入力端子とされる）に接続される。
【００４０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、ブリッジ接続された４個のＦＥＴ４０ａとトランス４０ｂとダイオード４０ｃを備えた絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータからなり、ＦＥＴ４０ａのゲート４０ａ１がバッテリ２０に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、制御部４２によってＦＥＴ４０ａの動作が制御されることで、エンジン始動時はバッテリ２０から出力される直流電圧を昇圧して出力すると共に、エンジン始動後は発電部１４の第２巻線２２ｂで発電されて第２コンバータ２６から出力される直流の電圧を降圧してバッテリ２０に供給して充電する。
【００４１】
制御部４２はＣＰＵなどを備え、前述の如く第１コンバータ２４や第２コンバータ（スタータドライバ）２６、インバータ３６などの動作を制御する。制御部４２にはバッテリ２０が接続されて動作電源が供給される。尚、図示は省略するが、第１巻線２２ａから出力されるＵ，Ｖ，Ｗ相からなる三相の内、任意の一つの相の出力段にはトランスや整流回路が接続され、そこで降圧されて整流された電力も制御部４２などに供給される。即ち、バッテリ出力と第１巻線２２ａで発電される電力の一部が制御用電源として利用される。
【００４２】
操作部１６は、操作者からの発電機１０の始動指示（オン）あるいは停止指示（オフ）を出力する始動／停止スイッチ１６ａと、発電機１０の運転状態などを表示する表示部（例えば出力表示灯や過負荷警告灯、液晶パネルなど）１６ｂを備える。始動／停止スイッチ１６ａの出力は制御部４２に入力されると共に、表示部１６ｂの作動（例えば出力表示灯の点灯／消灯など）は制御部４２によって制御される。
【００４３】
また、エンジン１２のフライホイール、即ち、ロータ１４ｂの付近には電磁ピックアップからなるクランク角センサ５０が配置され、所定クランク角度ごとにパルス信号を制御部４２へ出力する。また、図示は省略するが、発電機１０はインバータ３６から出力される発電電力の電圧と電流を検出する各種センサを備え、それらのセンサ出力も制御部４２に入力される。
【００４４】
図３は、発電機１０の制御部４２の動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムは始動／停止スイッチ１６ａがオンされて実行される。
【００４５】
以下説明すると、先ずＳ（ステップ）１０においてバッテリ２０の出力を第２巻線２２ｂに供給（通電）させて発電部１４を回転駆動させてエンジン１２を始動させる。
【００４６】
具体的には、バッテリ２０の出力直流電圧（１２Ｖ）をＤＣ／ＤＣコンバータ４０において２５０Ｖ程度まで昇圧して第２コンバータ（スタータドライバ）２６に出力させる。第２コンバータ２６はスタータドライバとして動作させられ、昇圧されたバッテリ出力を第２巻線２２ｂに供給し、発電部１４のロータ１４ｂをステータ１４ａに対して回転させることでエンジン１２を始動させる。
【００４７】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の昇圧について詳説すると、例えば第２巻線２２ｂの線間電圧Ｖｂが図４で説明した従来の出力巻線１０６と同じ５００Ｖ（規定線間電圧）に設定された場合、発電部１４を回転駆動可能な電圧（換言すれば、発電部１４をスタータモータとして機能させるときに十分なトルクを得ることができる電圧）も５００Ｖ程度となる。そのような場合、前記した従来のＤＣ／ＤＣコンバータ１１２（本発明のコンバータ４０に相当）の如く、バッテリ電圧（１２Ｖ）を５００Ｖまで昇圧させる必要があるため、昇圧比が高くなってコンバータサイズも大きくなってしまう。
【００４８】
しかしながら、この実施例にあっては、第２巻線２２ｂの線間電圧Ｖｂが従来の出力巻線１０６の約５０％、換言すれば、第１巻線２２ａの約５０％の２５０Ｖに設定されるため、発電部１４を回転駆動可能な電圧も２５０Ｖ程度となり、よってＤＣ／ＤＣコンバータ４０ではバッテリ電圧を２５０Ｖまで昇圧させれば足りる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の昇圧比を抑制でき、コンバータサイズも小さくなる。
【００４９】
図３の説明を続けると、次いでＳ１２に進み、クランク角センサ５０の出力パルスをカウントしてエンジン回転数ＮＥを検出（算出）し、検出されたエンジン回転数ＮＥが完爆回転数に達したか否か判断、換言すればエンジン１２の始動が終了したか否か判断する。
【００５０】
Ｓ１２で否定されるときはＳ１２の処理を繰り返す一方、肯定されるときはＳ１４に進み、発電部１４で発電を開始すると共に、発電された電力を第１コンバータ２４やインバータ３６などの動作を制御して電気負荷４６に供給する。
【００５１】
具体的には、発電部１４の第１巻線２２ａから出力（発電）された三相の交流電力（５００Ｖ）は第１コンバータ２４に入力され、第１コンバータ２４においてその交流を直流（７００Ｖ）に変換して出力させる。第１コンバータ２４から出力される直流は第１コンデンサ３２で平滑されてインバータ３６に入力される。
【００５２】
一方、発電部１４の第２巻線２２ｂから出力（発電）された三相の交流電力（２５０Ｖ）は第２コンバータ２６に入力される。第２コンバータ２６では入力された交流をボディダイオード２６ａを用いて直流（３５０Ｖ）に変換して出力させる。
【００５３】
第２コンバータ２２から出力される直流は第２コンデンサ３２で平滑され、昇圧コンバータ３４に入力される。昇圧コンバータ３４では、第２コンバータ２６から出力される直流の電圧を２倍の７００Ｖまで昇圧してインバータ３６に出力させる。従って、インバータ３６には、第１コンバータ２４から出力される直流と昇圧コンバータ３６から出力される直流とが重畳されて入力される。
【００５４】
インバータ３６では、入力された直流を所定周波数の単相交流（ＡＣ４００Ｖ）に変換して出力させ、フィルタ（図示せず）を介して出力端子４４から電気負荷４６に供給する。
【００５５】
次いでＳ１６に進み、表示部１６ｂを作動、例えば出力表示灯を点灯させるなどして発電が開始されたことを操作者に報知する。次いでＳ１８に進み、操作者から発電機１０の停止指示がなされたか否か判断、具体的には始動／停止スイッチ１６ａがオフされたか否か判断する。
【００５６】
Ｓ１８で否定されるときはＳ１８の処理に戻る一方、肯定されるときはＳ２０に進み、点火カットなどを行ってエンジン１２を停止させ、発電部１４での発電を終了する。次いでＳ２２に進み、表示部１６ｂの作動を停止、例えば出力表示灯を消灯させる。
【００５７】
以上の如く、この発明の実施例にあっては、エンジン１２で駆動される発電部１４に巻回される第１巻線２２ａと、前記第１巻線に接続されて前記第１巻線から出力される交流を直流に変換する第１コンバータ２４と、前記第１コンバータに接続されて前記第１コンバータから出力される直流を交流に変換して出力するインバータ３６と、前記第１コンバータと前記インバータの動作を制御する制御部４２とを備えたインバータ発電機１０において、前記発電部に巻回され、生じる線間電圧Ｖｂが前記第１巻線より小さい値（２５０Ｖ）に設定される、具体的には巻き数が第１巻線より少なく設定される第２巻線２２ｂと、前記第２巻線に接続されて前記第２巻線から出力される交流を直流に変換する第２コンバータ２６と、入力側が前記第２コンバータに接続される一方、出力側が前記第１コンバータの正負の出力端子２４ｃ，２４ｄの間に並列接続されると共に、前記第２コンバータから出力される直流の電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータ３４と、バッテリ２０とを備えると共に、前記制御部４２は前記バッテリ２０の出力を前記第２巻線２２ｂに供給させて前記発電部１４を回転駆動させて前記エンジン１２を始動可能とする如く構成した。
【００５８】
このように、エンジン１２で駆動される発電部１４に巻回され、生じる線間電圧Ｖｂが第１巻線２２ａより小さい値に設定される第２巻線２２ｂと、バッテリ２０とを備えると共に、制御部４２はバッテリ２０の出力を第２巻線２２ｂに供給させて発電部１４を回転駆動させてエンジン１２を始動可能とするように構成、即ち、発電部１４の巻線を第１巻線２２ａと第２巻線２２ｂに分けると共に、第２巻線２２ｂの線間電圧Ｖｂを小さく設定するように構成したので、発電部１４を利用してエンジン１２を始動できる、具体的には、第２巻線２２ｂへの比較的低い電圧の供給によって発電部１４を回転駆動させてエンジン１２を始動させることができるため、例えばバッテリ電圧を昇圧して第２巻線２２ｂに供給するＤＣ／ＤＣコンバータ４０の昇圧比を抑制でき、よってコンバータ４０の効率を向上できると共に、コンバータサイズも小さくでき、結果として発電機全体を軽量化および小型化することができる。さらに、始動用のスタータモータなどを不要にできるため、発電機全体をより小型化できる。
【００５９】
また、第２巻線２２ｂから出力される交流を直流に変換する第２コンバータ２６と、入力側が第２コンバータ２６に接続される一方、出力側が第１コンバータ２４の正負の出力端子２４ｃ，２４ｄの間に並列接続されると共に、第２コンバータ２６から出力される直流の電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータ３４とを備えるように構成、即ち、第２巻線２２ｂから出力される交流を第２コンバータ２６で直流に変換し、その直流の電圧を昇圧コンバータ３４で昇圧して第１コンバータ２４の正負の出力端子２４ｃ，２４ｄの間に出力するように構成したので、第１コンバータ２４から出力される直流と昇圧コンバータ３４から出力される直流は重畳されてインバータ３６に入力されることとなり、そこで交流に変換されて出力されるため、第２巻線２２ｂに生じる線間電圧Ｖｂを小さく設定しても発電機１０の定格出力が低下することはない。また、第２巻線２２ｂの線間電圧Ｖｂを上記の如く設定したので、第２巻線２２ｂから第２コンバータ２６に入力される電圧も低くなり、それによって第２コンバータ２６や第２平滑コンデンサ３２の部品耐圧（電圧耐圧値）を下げることができると共に、コスト的にも有利となる。
【００６０】
また、前記第２巻線２２ｂに生じる線間電圧Ｖｂが前記第１巻線２２ａの約５０％の値に設定されるように構成、具体的には、第２巻線２２ｂの巻き数が第１巻線２２ａの約５０％となるように構成したので、バッテリ電圧を昇圧して第２巻線２２ｂに供給するＤＣ／ＤＣコンバータ４０の昇圧比も約５０％にすることができるため、コンバータ４０の効率をより一層向上できると共に、コンバータサイズも確実に小さくでき、よって発電機全体をより一層軽量化および小型化することができる。
【００６１】
尚、上記においては、第２コンバータ２６などのスイッチング素子としてＦＥＴを用いたが、それに限られるものではなく、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）などであっても良い。
【００６２】
また、第２巻線２２ｂに生じる線間電圧Ｖｂを巻き数の減少によって小さくするように構成したが、それに限られるものではなく、ステータ１４ａにおける占有巻き枠の数を変更して小さくしても良い。即ち、上記では第１巻線２２ａと第２巻線２２ｂの巻き枠の数を１５ずつとして巻き数を減少させたが、各巻線の巻き数を同じにすると共に、例えば第１巻線２２ａの巻き枠の数を２１、第２巻線２２ｂのそれを９とすることで、第２巻線２２ｂに生じる線間電圧Ｖｂを第１巻線２２ａの線間電圧Ｖａより小さくするようにしても良い。
【００６３】
また、第１、第２巻線２２ａ，２２ｂの線間電圧Ｖａ，Ｖｂやインバータ発電機１０の定格出力電圧などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６４】
１０ インバータ発電機、１２ エンジン（内燃機関）、１４ 発電部、２０ バッテリ、２２ａ 第１巻線、２２ｂ 第２巻線、２４ 第１コンバータ、２４ｃ，２４ｄ （第１コンバータの）正負の出力端子、２６ 第２コンバータ、３４ 昇圧コンバータ、３６ インバータ、４２ 制御部
【技術分野】
【０００１】
この発明はインバータ発電機に関し、より詳しくはエンジンで駆動される発電部を備えたインバータ発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンで駆動される発電部を備えたインバータ発電機において、スタータモータ（セルモータ）でエンジンをクランキングして始動させる技術は広く知られているが、そのように構成した場合、スタータモータを配置する分だけ発電機全体が大きくなってしまうという不都合があった。
【０００３】
そこで、下記の特許文献１記載の技術にあっては、スタータモータを除去すると共に、バッテリの出力を発電部に供給して回転駆動させてエンジンを始動させる、即ち、発電部をスタータモータとして機能させてエンジンを始動させることで、発電機をコンパクト化するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００４−３４００５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１記載の技術の如く構成した場合、バッテリ電圧を発電部をスタータモータとして回転駆動可能な電圧までコンバータで昇圧して供給する必要がある。しかしながら、この回転駆動可能な電圧は、発電部の出力電圧の設定値、換言すれば、発電部に巻回された巻線に発電時に生じる線間電圧の設定値に比例する。そのため、例えば巻線の線間電圧が比較的高く設定されている場合、回転駆動可能な電圧が増加し、よってコンバータの昇圧比も高くなってコンバータサイズが大きくなり、結果として発電機全体の重量が増加すると共に、大型化するという不具合があった。
【０００６】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、エンジンで駆動される発電部を備えたインバータ発電機において、発電部を利用してエンジンを始動できると共に、全体として軽量化および小型化するようにしたインバータ発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、エンジンで駆動される発電部に巻回される第１巻線と、前記第１巻線に接続されて前記第１巻線から出力される交流を直流に変換する第１コンバータと、前記第１コンバータに接続されて前記第１コンバータから出力される直流を交流に変換して出力するインバータと、前記第１コンバータと前記インバータの動作を制御する制御部とを備えたインバータ発電機において、前記発電部に巻回され、生じる線間電圧が前記第１巻線より小さい値に設定される第２巻線と、前記第２巻線に接続されて前記第２巻線から出力される交流を直流に変換する第２コンバータと、入力側が前記第２コンバータに接続される一方、出力側が前記第１コンバータの正負の出力端子の間に並列接続されると共に、前記第２コンバータから出力される直流の電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータと、バッテリとを備えると共に、前記制御部は前記バッテリの出力を前記第２巻線に供給させて前記発電部を回転駆動させて前記エンジンを始動可能とする如く構成した。
【０００８】
請求項２に係るインバータ発電機にあっては、前記第２巻線に生じる線間電圧が前記第１巻線の約５０％の値に設定される如く構成した。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係るインバータ発電機にあっては、エンジンで駆動される発電部に巻回され、生じる線間電圧が第１巻線より小さい値に設定される第２巻線と、バッテリとを備えると共に、制御部はバッテリの出力を第２巻線に供給させて発電部を回転駆動させてエンジンを始動可能とするように構成、即ち、発電部の巻線を第１巻線と第２巻線に分けると共に、第２巻線の線間電圧を小さく設定するように構成したので、発電部を利用してエンジンを始動できる、具体的には、第２巻線への比較的低い電圧の供給によって発電部を回転駆動させてエンジンを始動させることができるため、例えばバッテリ電圧を昇圧して第２巻線に供給するコンバータの昇圧比を抑制でき、よってコンバータの効率を向上できると共に、コンバータサイズも小さくでき、結果として発電機全体を軽量化および小型化することができる。さらに、始動用のスタータモータなどを不要にできるため、発電機全体をより小型化できる。
【００１０】
また、第２巻線から出力される交流を直流に変換する第２コンバータと、入力側が第２コンバータに接続される一方、出力側が第１コンバータの正負の出力端子の間に並列接続されると共に、第２コンバータから出力される直流の電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータとを備えるように構成、即ち、第２巻線から出力される交流を第２コンバータで直流に変換し、その直流の電圧を昇圧コンバータで昇圧して第１コンバータの正負の出力端子の間に出力するように構成したので、第１コンバータから出力される直流と昇圧コンバータから出力される直流は重畳されてインバータに入力されることとなり、そこで交流に変換されて出力されるため、第２巻線に生じる線間電圧を小さく設定しても発電機の定格出力が低下することはない。また、第２巻線の線間電圧を上記の如く設定したので、第２巻線から第２コンバータに入力される電圧も低くなり、それによって第２コンバータの部品耐圧（電圧耐圧値）を下げることができると共に、コスト的にも有利となる。
【００１１】
請求項２に係るインバータ発電機にあっては、第２巻線に生じる線間電圧が第１巻線の約５０％の値に設定されるように構成したので、上記した効果に加え、バッテリ電圧を昇圧して第２巻線に供給するコンバータの昇圧比も約５０％にすることができるため、コンバータの効率をより一層向上できると共に、コンバータサイズも確実に小さくでき、よって発電機全体をより一層軽量化および小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施例に係るインバータ発電機を全体的に示すブロック図である。
【図２】図１に示す発電部を構成するステータなどを示す平面図である。
【図３】図１に示す制御部の動作を示すフロー・チャートである。
【図４】従来技術に係るインバータ発電機を全体的に示す、図１と同様なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に即してこの発明に係るインバータ発電機を実施するための形態について説明する。
【実施例】
【００１４】
図１はこの発明の実施例に係るインバータ発電機を全体的に示すブロック図である。
【００１５】
図１の説明に入る前に、従来のインバータ発電機の構成を説明する。図４は従来技術に係るインバータ発電機を全体的に示す、図１と同様なブロック図である。
【００１６】
図４に示すように、インバータ発電機１００はエンジン１０２で駆動される発電部（スタータ・ジェネレータ）１０４を備え、交流４００Ｖの定格出力電圧（最大電圧７５０Ｖ）を有する。発電部１０４には出力巻線１０６が巻回され、発電時に出力巻線１０６に生じる線間電圧Ｖｌ（即ち発電部１０４の出力電圧）はインバータ発電機１００の定格出力電圧によって規定され、具体的には５００Ｖとされる。尚、以下において、上記の如く発電機の定格出力電圧に応じて規定される線間電圧を「規定線間電圧値」という。
【００１７】
エンジン１０２は、発電部１０４の回転駆動によって始動させられる。具体的には、ＣＰＵなどを備えた制御部１０８は、バッテリ１１０から出力される直流電圧（１２Ｖ）をＤＣ／ＤＣコンバータ１１２で５００Ｖまで昇圧させ、昇圧させた出力を平滑コンデンサ１１４を介してスタータドライバとして機能するコンバータ１１６に入力する。制御部１０８は、コンバータ１１６に入力されたバッテリ出力を発電部１０４に巻回された出力巻線１０６に供給することで、発電部１０４においてエンジン１０２のフライホイールを兼用するロータ（図示せず）を回転駆動させてエンジン１０２を始動させる。
【００１８】
エンジン１０２が始動して発電部１０４で発電が開始されると、制御部１０８は発電部１０４の出力巻線１０６から出力される交流（線間電圧Ｖｌは５００Ｖ）をコンバータ１１６で直流に変換し、それを平滑コンデンサ１１４で平滑してインバータ１２０に入力し、所定周波数（具体的には５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の交流４００Ｖに変換して出力端子１２２を介して電気負荷１２４に供給する。尚、平滑コンデンサ１１４には比較的高い電圧が印加されるため、電圧耐圧値は比較的高い値（例えば８００Ｖ）に設定される。
【００１９】
上記した従来のインバータ発電機１００の構成を踏まえつつ図１を説明すると、図において符号１０はインバータ発電機（以下、単に「発電機」という）を示す。発電機１０はエンジン（内燃機関）１２と、エンジン１２で駆動される発電部（スタータ・ジェネレータ）１４と、操作者（ユーザ）によって操作自在な位置に配置される操作部１６とを備え、比較的大きな定格出力で交流４００Ｖの定格出力電圧を有する。
【００２０】
エンジン１２は火花点火式の空冷ガソリンエンジンで、例えば排気量３９０ｃｃを備える。エンジン１２には、定格１２Ｖの直流電圧を出力するバッテリ２０が接続され、図示しないスロットルモータや点火プラグなどの動作電源として使用される。
【００２１】
図２は発電部１４を構成するステータなどを示す平面図である。
【００２２】
発電部１４は、エンジン１２のクランクケース（図示せず）に固定されるステータ１４ａと、ステータ１４ａの周りに回転自在に配置され、エンジン１２のフライホイールを兼用するロータ１４ｂとからなる。
【００２３】
ステータ１４ａはステータコア１４ａ１を備えると共に、ステータコア１４ａ１には放射状に延びる複数個、具体的には３０個の突起（ティース）１４ａ２が形成される。図示の如く、３０個の突起１４ａ２の内、半分の１５個の突起１４ａ２には１組のＵ，Ｖ，Ｗ相からなる三相の第１の出力巻線（以下「第１巻線」といい、図では一点鎖線で囲んで示す）２２ａが巻回されると共に、残余の１５個の突起１４ａ２にも同様に、１組のＵ，Ｖ，Ｗ相からなる三相の第２の出力巻線（以下「第２巻線」といい、図では二点鎖線で囲んで示す）２２ｂが巻回される。
【００２４】
第１巻線２２ａは、発電機１０の定格出力電圧に応じて規定される線間電圧（規定線間電圧）Ｖａが発電時に生じるように設計され、具体的には例えば従来の出力巻線１０６と同じ５００Ｖ（最大電圧７５０Ｖ）に設定される。一方、第２巻線２２ｂに生じる線間電圧Ｖｂは第１巻線２２ａより小さい値に設定され、具体的には第１巻線２２ａの約５０％（正確には５０％）の値に設定される。即ち、第２巻線２２ｂに生じる線間電圧Ｖｂは、従来の出力巻線１０６の約５０％にあたる２５０Ｖ（最大電圧３７５Ｖ）とされる。
【００２５】
上記したような巻線に生じる線間電圧Ｖｂの低減は、例えば第２巻線２２ｂの巻き数を第１巻線２２ａに対して減少させることで行う。このように、発電部１２の巻線は、線間電圧が相違する第１、第２巻線２２ａ，２２ｂの２系統に分けられる（分割される）。
【００２６】
ロータ１４ｂの内部には、第１、第２巻線２２ａ，２２ｂと対向する位置に永久磁石１４ｂ１が、図示の如く、径方向に着磁された磁極を交互させつつ、１０対（２０個）取着される（図２で一部のみ示す）。永久磁石１４ｂ１は２個（例えば１４ｂ１１と１４ｂ１２）で１対を構成し、３個の突起１４ａ２当たり１対の永久磁石１４ｂ１が配置される。
【００２７】
ステータ１４ａの回りをロータ１４ｂの永久磁石１４ｂ１が回転することにより、第１、第２巻線２２ａ，２２ｂからそれぞれ三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の交流電力が出力（発電）される。
【００２８】
図１の説明に戻ると、発電機１０はさらに、第１巻線２２ａに接続される第１コンバータ（整流器）２４と、第２巻線２２ｂに接続される第２コンバータ（整流器）２６と、第１、第２コンバータ２４，２６にそれぞれ接続される第１、第２平滑コンデンサ３０，３２と、第２平滑コンデンサ３２の後段に接続される昇圧コンバータ３４と、第１コンバータ２４と昇圧コンバータ３４の後段に接続されるインバータ３６と、バッテリ２０に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、第１コンバータ２４やインバータ３６などの動作を制御する制御部４２を備える。尚、この明細書において「後段」とは、発電がなされている発電部１４から出力される電流の流れ方向における後段（下流側）を意味する。
【００２９】
第１コンバータ２４はブリッジ接続された３組のサイリスタ２４ａとダイオード２４ｂを備え、サイリスタ２４ａのゲート端子２４ａ１は制御部４２を介してバッテリ２０に接続される。第１コンバータ２４は、制御部４２によってサイリスタ２４ａの導通角が制御されることで、第１巻線２２ａから出力された交流を直流に変換し、正負の出力端子２４ｃ，２４ｄを介して出力する。
【００３０】
第１平滑コンデンサ３０は、第１コンバータ２４の後段に接続され、第１コンバータ２４から出力される直流を平滑する。第１平滑コンデンサ３０の電圧耐圧値は比較的高い値とされ、具体的には例えば従来の平滑コンデンサ１１４と同じ８００Ｖに設定される。
【００３１】
第２コンバータ２６は、ボディダイオード２６ａを有するＦＥＴ（電界効果トランジスタ。スイッチング素子）２６ｂが６個、ブリッジ接続された回路を備え、ＦＥＴ２６ｂのゲート端子２６ｂ１はバッテリ２０に接続される。第２コンバータ２６は、制御部４２によってＦＥＴ２６ｂの動作が制御される、具体的には通電（オン（導通））と通電停止（オフ（非導通））が制御され、ボディダイオード２６ａを用いることで、第２巻線２２ｂから出力された交流を直流に変換し、正負の出力端子２６ｃ，２６ｄを介して出力する。
【００３２】
また、第２コンバータ２６は、第２巻線２２ｂを発電機（ジェネレータ）としての動作に加えてエンジン１２の始動装置（スタータ）として動作させる、スタータドライバ（スタータ・ジェネレータ・ドライバ）としても機能する。即ち、この実施例においては第２巻線２２ｂに通電して発電部１４を回転駆動させてエンジン１２を始動させる、換言すれば、発電部１４を電動機（スタータモータ）として機能させるように構成される。
【００３３】
具体的には、第２コンバータ（スタータドライバ）２６は、制御部４２によってＦＥＴ２６ｂの動作が制御されることで、バッテリ２０の出力を第２巻線２２ｂに供給して発電部１４を回転駆動させてエンジン１２を始動させる。尚、このようなエンジン１２の始動時においては、出力端子２６ｃ，２６ｄからバッテリ出力が入力されることとなる、即ち、出力端子２６ｃ，２６ｄは入力端子とされる。
【００３４】
第２平滑コンデンサ３２は、第２コンバータ２６の後段に接続され、第２コンバータ２６から出力される直流を平滑する。第２平滑コンデンサ３２は、線間電圧Ｖｂが比較的小さい値に設定された第２巻線２２ｂの出力が入力されるため、電圧耐圧値は第１平滑コンデンサ３０のそれよりも低い値で足り、例えば約５０％に相当する４００Ｖとされる。別言すれば、第２平滑コンデンサ３２の電圧耐圧値は、図４に示す従来の平滑コンデンサ１１４の約５０％に設定される。
【００３５】
昇圧コンバータ３４は、入力側が第２コンバータ２６の正負の出力端子２６ｃ，２６ｄに並列接続される一方、出力側が第１コンバータ２４の正負の出力端子２４ｃ，２４ｄの間に並列接続される。また、図１から分かるように、この昇圧コンバータ３４の入力側と出力側の接続点はそれぞれ第１、第２平滑コンデンサ３０，３２の後段とされる。
【００３６】
昇圧コンバータ３４は、ＦＥＴ３４ａとチョークコイル３４ｂとダイオード３４ｃを備えたチョッパ方式のＤＣ／ＤＣコンバータからなり、ＦＥＴ３４ａのゲート３４ａ１がバッテリ２０に接続される。昇圧コンバータ３４は、制御部４２によってＦＥＴ３４ａの動作が制御されることで、第２コンバータ２６から出力される直流の電圧を昇圧して出力する。
【００３７】
インバータ３６は、入力側が第１コンバータ２４と昇圧コンバータ３４に接続される。インバータ３６は、４個のＦＥＴ３６ａがブリッジ接続された回路を備え、同様にＦＥＴ３６ａのゲート３６ａ１がバッテリ２０に接続される。インバータ３６は、各ＦＥＴ３６ａの導通／非導通が制御部４２によって制御されることで、第１コンバータ２４と昇圧コンバータ３４から出力される直流を所定周波数（具体的には５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの商用周波数）の単相交流に変換する。
【００３８】
インバータ３６から出力される交流は、交流電流の高調波成分を除去するフィルタ（図示せず）を介して出力端子４４から出力され、図示しないコネクタなどを介して電気負荷４６に供給自在とされる。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、入力側がバッテリ２０に接続される一方、出力側が第２コンバータ２６の正負の出力端子２６ｃ，２６ｄ（ここでは前述した如く入力端子とされる）に接続される。
【００４０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、ブリッジ接続された４個のＦＥＴ４０ａとトランス４０ｂとダイオード４０ｃを備えた絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータからなり、ＦＥＴ４０ａのゲート４０ａ１がバッテリ２０に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、制御部４２によってＦＥＴ４０ａの動作が制御されることで、エンジン始動時はバッテリ２０から出力される直流電圧を昇圧して出力すると共に、エンジン始動後は発電部１４の第２巻線２２ｂで発電されて第２コンバータ２６から出力される直流の電圧を降圧してバッテリ２０に供給して充電する。
【００４１】
制御部４２はＣＰＵなどを備え、前述の如く第１コンバータ２４や第２コンバータ（スタータドライバ）２６、インバータ３６などの動作を制御する。制御部４２にはバッテリ２０が接続されて動作電源が供給される。尚、図示は省略するが、第１巻線２２ａから出力されるＵ，Ｖ，Ｗ相からなる三相の内、任意の一つの相の出力段にはトランスや整流回路が接続され、そこで降圧されて整流された電力も制御部４２などに供給される。即ち、バッテリ出力と第１巻線２２ａで発電される電力の一部が制御用電源として利用される。
【００４２】
操作部１６は、操作者からの発電機１０の始動指示（オン）あるいは停止指示（オフ）を出力する始動／停止スイッチ１６ａと、発電機１０の運転状態などを表示する表示部（例えば出力表示灯や過負荷警告灯、液晶パネルなど）１６ｂを備える。始動／停止スイッチ１６ａの出力は制御部４２に入力されると共に、表示部１６ｂの作動（例えば出力表示灯の点灯／消灯など）は制御部４２によって制御される。
【００４３】
また、エンジン１２のフライホイール、即ち、ロータ１４ｂの付近には電磁ピックアップからなるクランク角センサ５０が配置され、所定クランク角度ごとにパルス信号を制御部４２へ出力する。また、図示は省略するが、発電機１０はインバータ３６から出力される発電電力の電圧と電流を検出する各種センサを備え、それらのセンサ出力も制御部４２に入力される。
【００４４】
図３は、発電機１０の制御部４２の動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムは始動／停止スイッチ１６ａがオンされて実行される。
【００４５】
以下説明すると、先ずＳ（ステップ）１０においてバッテリ２０の出力を第２巻線２２ｂに供給（通電）させて発電部１４を回転駆動させてエンジン１２を始動させる。
【００４６】
具体的には、バッテリ２０の出力直流電圧（１２Ｖ）をＤＣ／ＤＣコンバータ４０において２５０Ｖ程度まで昇圧して第２コンバータ（スタータドライバ）２６に出力させる。第２コンバータ２６はスタータドライバとして動作させられ、昇圧されたバッテリ出力を第２巻線２２ｂに供給し、発電部１４のロータ１４ｂをステータ１４ａに対して回転させることでエンジン１２を始動させる。
【００４７】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の昇圧について詳説すると、例えば第２巻線２２ｂの線間電圧Ｖｂが図４で説明した従来の出力巻線１０６と同じ５００Ｖ（規定線間電圧）に設定された場合、発電部１４を回転駆動可能な電圧（換言すれば、発電部１４をスタータモータとして機能させるときに十分なトルクを得ることができる電圧）も５００Ｖ程度となる。そのような場合、前記した従来のＤＣ／ＤＣコンバータ１１２（本発明のコンバータ４０に相当）の如く、バッテリ電圧（１２Ｖ）を５００Ｖまで昇圧させる必要があるため、昇圧比が高くなってコンバータサイズも大きくなってしまう。
【００４８】
しかしながら、この実施例にあっては、第２巻線２２ｂの線間電圧Ｖｂが従来の出力巻線１０６の約５０％、換言すれば、第１巻線２２ａの約５０％の２５０Ｖに設定されるため、発電部１４を回転駆動可能な電圧も２５０Ｖ程度となり、よってＤＣ／ＤＣコンバータ４０ではバッテリ電圧を２５０Ｖまで昇圧させれば足りる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の昇圧比を抑制でき、コンバータサイズも小さくなる。
【００４９】
図３の説明を続けると、次いでＳ１２に進み、クランク角センサ５０の出力パルスをカウントしてエンジン回転数ＮＥを検出（算出）し、検出されたエンジン回転数ＮＥが完爆回転数に達したか否か判断、換言すればエンジン１２の始動が終了したか否か判断する。
【００５０】
Ｓ１２で否定されるときはＳ１２の処理を繰り返す一方、肯定されるときはＳ１４に進み、発電部１４で発電を開始すると共に、発電された電力を第１コンバータ２４やインバータ３６などの動作を制御して電気負荷４６に供給する。
【００５１】
具体的には、発電部１４の第１巻線２２ａから出力（発電）された三相の交流電力（５００Ｖ）は第１コンバータ２４に入力され、第１コンバータ２４においてその交流を直流（７００Ｖ）に変換して出力させる。第１コンバータ２４から出力される直流は第１コンデンサ３２で平滑されてインバータ３６に入力される。
【００５２】
一方、発電部１４の第２巻線２２ｂから出力（発電）された三相の交流電力（２５０Ｖ）は第２コンバータ２６に入力される。第２コンバータ２６では入力された交流をボディダイオード２６ａを用いて直流（３５０Ｖ）に変換して出力させる。
【００５３】
第２コンバータ２２から出力される直流は第２コンデンサ３２で平滑され、昇圧コンバータ３４に入力される。昇圧コンバータ３４では、第２コンバータ２６から出力される直流の電圧を２倍の７００Ｖまで昇圧してインバータ３６に出力させる。従って、インバータ３６には、第１コンバータ２４から出力される直流と昇圧コンバータ３６から出力される直流とが重畳されて入力される。
【００５４】
インバータ３６では、入力された直流を所定周波数の単相交流（ＡＣ４００Ｖ）に変換して出力させ、フィルタ（図示せず）を介して出力端子４４から電気負荷４６に供給する。
【００５５】
次いでＳ１６に進み、表示部１６ｂを作動、例えば出力表示灯を点灯させるなどして発電が開始されたことを操作者に報知する。次いでＳ１８に進み、操作者から発電機１０の停止指示がなされたか否か判断、具体的には始動／停止スイッチ１６ａがオフされたか否か判断する。
【００５６】
Ｓ１８で否定されるときはＳ１８の処理に戻る一方、肯定されるときはＳ２０に進み、点火カットなどを行ってエンジン１２を停止させ、発電部１４での発電を終了する。次いでＳ２２に進み、表示部１６ｂの作動を停止、例えば出力表示灯を消灯させる。
【００５７】
以上の如く、この発明の実施例にあっては、エンジン１２で駆動される発電部１４に巻回される第１巻線２２ａと、前記第１巻線に接続されて前記第１巻線から出力される交流を直流に変換する第１コンバータ２４と、前記第１コンバータに接続されて前記第１コンバータから出力される直流を交流に変換して出力するインバータ３６と、前記第１コンバータと前記インバータの動作を制御する制御部４２とを備えたインバータ発電機１０において、前記発電部に巻回され、生じる線間電圧Ｖｂが前記第１巻線より小さい値（２５０Ｖ）に設定される、具体的には巻き数が第１巻線より少なく設定される第２巻線２２ｂと、前記第２巻線に接続されて前記第２巻線から出力される交流を直流に変換する第２コンバータ２６と、入力側が前記第２コンバータに接続される一方、出力側が前記第１コンバータの正負の出力端子２４ｃ，２４ｄの間に並列接続されると共に、前記第２コンバータから出力される直流の電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータ３４と、バッテリ２０とを備えると共に、前記制御部４２は前記バッテリ２０の出力を前記第２巻線２２ｂに供給させて前記発電部１４を回転駆動させて前記エンジン１２を始動可能とする如く構成した。
【００５８】
このように、エンジン１２で駆動される発電部１４に巻回され、生じる線間電圧Ｖｂが第１巻線２２ａより小さい値に設定される第２巻線２２ｂと、バッテリ２０とを備えると共に、制御部４２はバッテリ２０の出力を第２巻線２２ｂに供給させて発電部１４を回転駆動させてエンジン１２を始動可能とするように構成、即ち、発電部１４の巻線を第１巻線２２ａと第２巻線２２ｂに分けると共に、第２巻線２２ｂの線間電圧Ｖｂを小さく設定するように構成したので、発電部１４を利用してエンジン１２を始動できる、具体的には、第２巻線２２ｂへの比較的低い電圧の供給によって発電部１４を回転駆動させてエンジン１２を始動させることができるため、例えばバッテリ電圧を昇圧して第２巻線２２ｂに供給するＤＣ／ＤＣコンバータ４０の昇圧比を抑制でき、よってコンバータ４０の効率を向上できると共に、コンバータサイズも小さくでき、結果として発電機全体を軽量化および小型化することができる。さらに、始動用のスタータモータなどを不要にできるため、発電機全体をより小型化できる。
【００５９】
また、第２巻線２２ｂから出力される交流を直流に変換する第２コンバータ２６と、入力側が第２コンバータ２６に接続される一方、出力側が第１コンバータ２４の正負の出力端子２４ｃ，２４ｄの間に並列接続されると共に、第２コンバータ２６から出力される直流の電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータ３４とを備えるように構成、即ち、第２巻線２２ｂから出力される交流を第２コンバータ２６で直流に変換し、その直流の電圧を昇圧コンバータ３４で昇圧して第１コンバータ２４の正負の出力端子２４ｃ，２４ｄの間に出力するように構成したので、第１コンバータ２４から出力される直流と昇圧コンバータ３４から出力される直流は重畳されてインバータ３６に入力されることとなり、そこで交流に変換されて出力されるため、第２巻線２２ｂに生じる線間電圧Ｖｂを小さく設定しても発電機１０の定格出力が低下することはない。また、第２巻線２２ｂの線間電圧Ｖｂを上記の如く設定したので、第２巻線２２ｂから第２コンバータ２６に入力される電圧も低くなり、それによって第２コンバータ２６や第２平滑コンデンサ３２の部品耐圧（電圧耐圧値）を下げることができると共に、コスト的にも有利となる。
【００６０】
また、前記第２巻線２２ｂに生じる線間電圧Ｖｂが前記第１巻線２２ａの約５０％の値に設定されるように構成、具体的には、第２巻線２２ｂの巻き数が第１巻線２２ａの約５０％となるように構成したので、バッテリ電圧を昇圧して第２巻線２２ｂに供給するＤＣ／ＤＣコンバータ４０の昇圧比も約５０％にすることができるため、コンバータ４０の効率をより一層向上できると共に、コンバータサイズも確実に小さくでき、よって発電機全体をより一層軽量化および小型化することができる。
【００６１】
尚、上記においては、第２コンバータ２６などのスイッチング素子としてＦＥＴを用いたが、それに限られるものではなく、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）などであっても良い。
【００６２】
また、第２巻線２２ｂに生じる線間電圧Ｖｂを巻き数の減少によって小さくするように構成したが、それに限られるものではなく、ステータ１４ａにおける占有巻き枠の数を変更して小さくしても良い。即ち、上記では第１巻線２２ａと第２巻線２２ｂの巻き枠の数を１５ずつとして巻き数を減少させたが、各巻線の巻き数を同じにすると共に、例えば第１巻線２２ａの巻き枠の数を２１、第２巻線２２ｂのそれを９とすることで、第２巻線２２ｂに生じる線間電圧Ｖｂを第１巻線２２ａの線間電圧Ｖａより小さくするようにしても良い。
【００６３】
また、第１、第２巻線２２ａ，２２ｂの線間電圧Ｖａ，Ｖｂやインバータ発電機１０の定格出力電圧などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６４】
１０ インバータ発電機、１２ エンジン（内燃機関）、１４ 発電部、２０ バッテリ、２２ａ 第１巻線、２２ｂ 第２巻線、２４ 第１コンバータ、２４ｃ，２４ｄ （第１コンバータの）正負の出力端子、２６ 第２コンバータ、３４ 昇圧コンバータ、３６ インバータ、４２ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンで駆動される発電部に巻回される第１巻線と、前記第１巻線に接続されて前記第１巻線から出力される交流を直流に変換する第１コンバータと、前記第１コンバータに接続されて前記第１コンバータから出力される直流を交流に変換して出力するインバータと、前記第１コンバータと前記インバータの動作を制御する制御部とを備えたインバータ発電機において、前記発電部に巻回され、生じる線間電圧が前記第１巻線より小さい値に設定される第２巻線と、前記第２巻線に接続されて前記第２巻線から出力される交流を直流に変換する第２コンバータと、入力側が前記第２コンバータに接続される一方、出力側が前記第１コンバータの正負の出力端子の間に並列接続されると共に、前記第２コンバータから出力される直流の電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータと、バッテリとを備えると共に、前記制御部は前記バッテリの出力を前記第２巻線に供給させて前記発電部を回転駆動させて前記エンジンを始動可能としたことを特徴とするインバータ発電機。
【請求項２】
前記第２巻線に生じる線間電圧が前記第１巻線の約５０％の値に設定されることを特徴とする請求項１記載のインバータ発電機。
【請求項１】
エンジンで駆動される発電部に巻回される第１巻線と、前記第１巻線に接続されて前記第１巻線から出力される交流を直流に変換する第１コンバータと、前記第１コンバータに接続されて前記第１コンバータから出力される直流を交流に変換して出力するインバータと、前記第１コンバータと前記インバータの動作を制御する制御部とを備えたインバータ発電機において、前記発電部に巻回され、生じる線間電圧が前記第１巻線より小さい値に設定される第２巻線と、前記第２巻線に接続されて前記第２巻線から出力される交流を直流に変換する第２コンバータと、入力側が前記第２コンバータに接続される一方、出力側が前記第１コンバータの正負の出力端子の間に並列接続されると共に、前記第２コンバータから出力される直流の電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータと、バッテリとを備えると共に、前記制御部は前記バッテリの出力を前記第２巻線に供給させて前記発電部を回転駆動させて前記エンジンを始動可能としたことを特徴とするインバータ発電機。
【請求項２】
前記第２巻線に生じる線間電圧が前記第１巻線の約５０％の値に設定されることを特徴とする請求項１記載のインバータ発電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４４６８９（Ｐ２０１２−２４４６８９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１０５６５（Ｐ２０１１−１１０５６５）
【出願日】平成２３年５月１７日（２０１１．５．１７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１７日（２０１１．５．１７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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