インバータ発電機
【課題】所望の電圧と位相の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力可能として発電機の出力を十分に利用できると共に、選択される交流の出力電圧を容易に増減できるようにしたインバータ発電機を提供する。
【解決手段】第１、第２、第３インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃのスイッチング素子をオン・オフ制御する第１、第２、第３制御部２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２と、Ｕ相端子などに直列接続される三相出力端子２６ｅと並列接続される単相出力端子２６ｆと、切替スイッチ３０ｅの出力を第１制御部などに通信し、切替機構２６ｇを動作させて三相または単相交流を出力させるエンジン制御部２８を備え、切替スイッチの出力に応じた三相あるいは単相交流となるようにスイッチング素子のオン・オフを制御するすると共に、出力する交流の電圧が目標値となるように直流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御する。
【解決手段】第１、第２、第３インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃのスイッチング素子をオン・オフ制御する第１、第２、第３制御部２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２と、Ｕ相端子などに直列接続される三相出力端子２６ｅと並列接続される単相出力端子２６ｆと、切替スイッチ３０ｅの出力を第１制御部などに通信し、切替機構２６ｇを動作させて三相または単相交流を出力させるエンジン制御部２８を備え、切替スイッチの出力に応じた三相あるいは単相交流となるようにスイッチング素子のオン・オフを制御するすると共に、出力する交流の電圧が目標値となるように直流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御する。
【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、より詳しくは三相交流と単相交流を選択的に出力すると共に、交流の出力電圧を増減できるようにしたインバータ発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
三相交流と単相交流を選択的に出力するようにしたインバータ発電機としては特許文献１記載の技術が知られている。特許文献１記載のインバータ発電機にあっては、３組（３個）の単相インバータ発電機を並列に接続すると共に、その出力から三相交流と単相交流を選択的に出力可能に構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０６９０４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載のインバータ発電機にあっては１個のインバータ制御回路が３組の単相インバータ発電機のインバータ駆動回路を動作させて三相交流あるいは単相交流を選択的に出力するように構成している。
【０００５】
３組の発電機からは単相であれば同一電圧で同一位相、三相であれば同一電圧で相互に１２０度ずつ相違させた位相の交流を出力させなければならないが、３組の発電機の出力を同期させるのは容易ではない。しかしながら、特許文献１記載の技術にあってはどのようにして同期させるかが明確ではなく、よって所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を確実に得るのが困難であると共に、発電機の出力を十分に利用できないうらみがあった。
【０００６】
さらに、この種のインバータ発電機にあっては定格出力電圧が固定の値とされるが、外国の使用電源は単相でＡＣ１００Ｖから１２０Ｖ、三相で２００Ｖから２４０Ｖなどと多様であるため、使用予定国（仕向け国）に応じて巻線の仕様を変更するなどが必要であった。国内でも三相と単相で出力電圧が若干異なり、三相は相電圧が１１５Ｖ、単相は１００Ｖに設定される不都合がある。
【０００７】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、所望の電圧と位相の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力可能として発電機の出力を十分に利用できると共に、選択される交流の出力電圧を容易に増減でき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】
【０００８】
上記した課題を解決するために、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る第１、第２、第３巻線と、前記第１、第２、第３巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子を備え、前記直流変換用のスイッチング素子がオン・オフされるとき、前記第１、第２、第３巻線から出力される交流を直流に変換し、前記交流変換用のスイッチング素子が目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいてオン・オフされるとき、前記変換された直流を目標周波数の交流に変換する第１、第２、第３インバータと、前記第１、第２、第３インバータの前記直流変換用と交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、前記第１インバータをマスタとして動作させる第１制御部と前記第２、第３インバータをスレーブとして動作させる第２、第３制御部と、前記第１、第２、第３インバータにそれぞれ接続されて前記交流の出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群と前記端子群の中性端子とにそれぞれ直列接続される三相出力端子と、前記端子群に並列接続されると共に、前記中性端子に直列接続される単相出力端子と、前記三相出力端子と単相出力端子とを切り替える切替機構と、ユーザの操作自在に設けられる三相／単相切替スイッチと、前記エンジンの動作を制御すると共に、前記切替スイッチの出力を前記第１、第２、第３制御部に通信し、前記切替スイッチの出力に応じて前記切替機構を動作させて前記三相交流と単相交流のいずれかを出力させるエンジン制御部とを備えると共に、前記第１、第２、第３制御部は、前記第１インバータの出力を基準として前記第２、第３インバータの出力が前記エンジン制御部から通信される前記切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように前記交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、出力する交流の電圧が目標値となるように前記直流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御するように構成した。
【０００９】
請求項２に係るインバータ発電機にあっては、前記第１、第２、第３インバータと前記Ｕ相端子とＶ相端子とＷ相端子の間にそれぞれフィルタを介挿するように構成した。
【００１０】
請求項３に係るインバータ発電機にあっては、前記第１、第２、第３制御部は、前記三相交流を出力するとき、前記マスタを構成する第１インバータからの出力を基準として前記第２、第３インバータの出力の位相が目標値となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成した。
【００１１】
請求項４に係るインバータ発電機にあっては、前記エンジン制御部は、前記第１、第２、第３巻線のいずれかに通電して前記発電部を電動機として動作させることで前記エンジンを始動するように構成した。
【発明の効果】
【００１２】
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る第１、第２、第３巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子を備える第１、第２、第３インバータと、それらの直流変換用と交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、第１インバータをマスタとして動作させる第１制御部と第２、第３インバータをスレーブとして動作させる第２、第３制御部と、第１、第２、第３インバータにそれぞれ接続されて前記交流の出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群と端子群の中性端子とにそれぞれ直列接続される三相出力端子と、端子群に並列接続されると共に、中性端子に直列接続される単相出力端子と、それらを切り替える切替機構と、エンジンの動作を制御すると共に、ユーザの操作自在に設けられる三相／単相切替スイッチの出力を第１、第２、第３制御部に通信し、切替スイッチの出力に応じて切替機構を動作させて三相交流と単相交流のいずれかを出力させるエンジン制御部とを備えると共に、第１、第２、第３制御部は、第１インバータの出力を基準として第２、第３インバータの出力がエンジン制御部から通信される切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるようにスイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、ユーザの操作自在に設けられる切替スイッチの出力に応じて所望の電圧の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力することができて発電機の出力を十分に利用することができる。
【００１３】
即ち、第１インバータをマスタ、第２、第３インバータをスレーブとし、第１、第２、第３制御部は第１インバータの出力を基準として第２、第３インバータの出力がエンジン制御部から通信される切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるようにスイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、３組の発電機の出力を容易に同期させることができ、単相であれば同一電圧で同一位相、三相であれば同一電圧で相互に１２０度ずつ相違させた位相の交流を確実に出力させることができ、よって所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を確実に得ることができる。
【００１４】
また、第１、第２、第３制御部は、出力する交流の電圧が目標値となるように直流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御する如く構成したので、ソフトウエア的な手法によって選択される交流の出力電圧を容易に増減することができる。よって使用予定国（仕向け国）に応じた巻線の仕様を変更するなどのハードウエア的な対応を不要とすることができる。また、国内でも三相と単相で出力電圧が若干異なり、三相は相電圧が１１５Ｖ、単相は１００Ｖに設定されるが、それに対しても電圧を可変とすることで利便性が向上する。
【００１５】
また、三相出力端子を構成する端子群に単相出力端子を並列接続するように構成したので、切替スイッチの出力に応じて三相交流と単相交流のいずれかを簡易に出力でき、よって発電機の出力を十分に利用することができる。
【００１６】
また、第１、第２、第３インバータの動作を制御する第１、第２、第３制御部と別にエンジンの動作を制御するエンジン制御部を備えるように構成したので、インバータ発電機の動作と独立にエンジンの動作を制御することができ、エンジン発電機としての利便性を向上させることができる。
【００１７】
請求項２に係るインバータ発電機にあっては、第１、第２、第３インバータとＵ相端子とＶ相端子とＷ相端子の間にそれぞれフィルタを介挿するように構成したので、上記した効果に加え、フィルタでノイズが除去された単相出力から三相出力を得ることが可能となり、滑らかな波形の三相交流あるいは単相交流を出力することができる。
【００１８】
即ち、インバータから直ちに三相交流を出力させると共に、その後段の出力端との間にフィルタを介挿してノイズを除去する構成ではなく、インバータとＵ相端子などの間にフィルタを介挿してノイズを除去するように構成したので、滑らかな波形の三相交流あるいは単相交流を出力することができる。
【００１９】
請求項３に係るインバータ発電機にあっては、第１、第２、第３制御部は、三相交流を出力するとき、マスタを構成する第１インバータからの出力を基準として第２、第３インバータの出力の位相が目標値となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、上記した効果に加え、一層滑らかな波形の三相交流あるいは単相交流を出力することができると共に、所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を一層確実に得ることができる。
【００２０】
請求項４に係るインバータ発電機にあっては、エンジン制御部は、第１、第２、第３巻線のいずれかに通電して発電部を電動機として動作させることでエンジンを始動する如く構成したので、上記した効果に加え、始動用のセルモータなどを必要とすることなく、エンジンを簡易に始動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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のインバータ発電機のエンジンのクランクケースの平面図である。
【図３】図１のインバータ発電機のインバータ部の構成を詳細に示す回路図である。
【図４】図１のインバータ発電機のインバータ部の動作を説明する説明図である。
【図５】図１のインバータ発電機のフィルタ部の構成を詳細に示す回路図である。
【図６】同様に図１のインバータ発電機のフィルタ部の構成を詳細に示す回路図である。
【図７】図１のインバータ発電機のエンジン制御部の動作を説明する説明図である。
【図８】図１のインバータ発電機のインバータ部の制御部の動作をより具体的に示すブロック図である。
【図９】図８の構成で使用される基準信号と同期信号を説明するタイム・チャートである。
【図１０】図７の動作による三相出力から単相出力への切替を示すタイム・チャートである。
【図１１】図７の動作による単相出力から三相出力への切替を示すタイム・チャートである。
【図１２】図１のインバータ発電機の３組のインバータの制御部の動作を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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】
【００２３】
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。
【００２４】
図１において符号１０はインバータ発電機を示す。インバータ発電機１０はエンジン（内燃機関）１２を備え、５ｋＷ（交流１００Ｖで５０Ａ）程度の定格出力を有する。エンジン１２はガソリンを燃料とする、火花点火式の空冷エンジンである。
【００２５】
エンジン１２の吸気管１２ａにはスロットルバルブ１２ｂとチョークバルブ１２ｃが配置される。スロットルバルブ１２ｂはステップ（スロットル）モータ１２ｄに接続される。またチョークバルブ１２ｃもチョークモータ（同様にステップモータからなる）１２ｅに接続される。
【００２６】
エンジン１２は１２Ｖ程度の容量を有するバッテリ１４を備え、ステップモータ１２ｄとチョークモータ１２ｅはバッテリ１４から通電されるとき、スロットルバルブ１２ｂとチョークバルブ１２ｃを駆動して開閉する。エンジン１２は発電部（「ＡＬＴ」と示す）１６を備える。
【００２７】
図２は図１に示すエンジン１２のクランクケース１２ｆの平面図である。
【００２８】
図示の如く、発電部１６はクランクケース１２ｆに固定されたステータ１６ａと、その回りに回転自在に配置される、フライホイールを兼用するロータ１６ｂからなる。
【００２９】
ステータ１６ａは３０個の突起を備え、そのうちの２７個には３組のＵ，Ｖ，Ｗ相からなる三相の出力巻線（メイン巻線）１８が巻回されると共に、３個には１組の同様にＵ，Ｖ，Ｗからなる三相の出力巻線（サブ巻線）２０が巻回される。３組の出力巻線１８は１８ａ，１８ｂ，１８ｃからなる。
【００３０】
ステータ１６ａの外側に配置されるロータ１６ｂの内部には、出力巻線１８，２０と対向するように複数対の永久磁石１６ｂ１が径方向に着磁された磁極を交互させて取着される。
【００３１】
発電部１６においては、ステータ１６ａの回りをロータ１６ｂの永久磁石が回転することにより、２７個の三相の出力巻線１８（より具体的には１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）からＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる交流電力が出力（発電）されると共に、３個のサブ巻線２０からも同様に各相の交流電力が出力される。
【００３２】
図１に戻って説明を続けると、この実施例に係るインバータ発電機１０は、大別すると、発電部１６に巻回された出力巻線１８と、インバータ部（「ＩＮＶ」と示す）２２と、フィルタ部（「Ｆｉｌｔｅｒ」と示す）２４と、出力部（「ＯＵＴ」と示す）２６と、エンジン制御部（「ＥＣＵ」と示す）２８と、制御パネル部（「Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐａｎｅｌ」と示す）３０を備える。ＥＣＵ（Electronic Control Unit）は電子制御ユニットを意味し、後述するようにＣＰＵを備える。
【００３３】
図示の如く、この実施例に係るインバータ発電機１０において特徴的なことは、３組（３個）の単相インバータ発電機（インバータ）を並列に接続すると共に、その出力から所望の電圧と位相の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力可能としたことにある。
【００３４】
即ち、インバータ発電機１０は、並列接続された、第１、第２、第３の出力巻線１８ａ，１８ｂ，１８ｃからなる３組の巻線と、第１、第２、第３インバータ（第１、第２、第３インバータ部あるいはインバータ発電機）２２ａ，２２ｂ，２２ｃからなる３組のインバータを備えたインバータ部２２と、第１、第２、第３フィルタ２４ａ，２４ｂ，２４ｃからなる３組のフィルタを備えたフィルタ部２４と、三相出力端子２６ｅと単相出力端子２６ｆとを備えた出力部２６と、エンジン１２の動作を制御するエンジン制御部２８と、１個の制御パネル部３０とを備える。
【００３５】
インバータ部２２などは具体的にはエンジン１２の適宜位置に設けられたケース内に収容されたプリントボード上に搭載された半導体チップなどから構成されると共に、制御パネル部３０はエンジン１２の適宜位置に設けられる半導体チップとそれに接続されるパネルから構成される。
【００３６】
それぞれ３組からなる、出力巻線１８とインバータ部２２とフィルタ部２４と出力部２６は、図示の如く、共通する添え字ａ，ｂ，ｃを付された組同士が対応して接続されるように構成される。
【００３７】
インバータ部２２を構成する第１、第２、第３のインバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃはそれぞれ、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）とＳＣＲ（サイリスタ）一体型のパワーモジュール２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１と、３２ビットのＣＰＵ２２ａ２（第１制御部）、２２ｂ２（第２制御部）、２２ｃ２（第３制御部）と、発電出力の電圧と電流を検出する電圧・電流センサなどの各種のセンサ（図示せず）を備える。ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は通信線２８ｄで相互に通信自在に接続される。
【００３８】
図３はインバータ部２２の構成を詳細に示す回路図である。以下、組ａを例にとって説明するが、各組の構成は基本的には同じであるので、組ａについての説明は組ｂ，ｃについても妥当する。
【００３９】
図３に示す如く、パワーモジュール２２ａ１は、３個のＳＣＲ（サイリスタ（直流変換用のスイッチング素子））とＤＩ（ダイオード）がブリッジ接続された混合ブリッジ回路２２ａ１１と、４個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ（交流変換用のスイッチング素子））がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路２２ａ１２から構成される。
【００４０】
発電部１６に巻回された出力巻線１８ａのＵ相端子１８ａ１、Ｖ相端子１８ａ２、Ｗ相端子１８ａ３から出力（発電）された三相の交流電力は対応する第１インバータ２２ａに入力され、そのパワーモジュール２２ａ１の混合ブリッジ回路２２ａ１１においてＳＣＲとＤＩの中点に入力される。
【００４１】
混合ブリッジ回路２２ａ１１においてＳＣＲのゲートはドライバ回路（図示せず）を介してバッテリ１４に接続される。バッテリ１４からのドライバ回路を介しての通電（オン。導通（点弧））と通電停止（オフ（非導通））はＣＰＵ２２ａ２によって制御される。
【００４２】
即ち、ＣＰＵ２２ａ２は、電圧・電流センサなどの各種のセンサの出力に基づき、ＳＣＲのゲートを目標とする出力電圧に応じた導通角（点弧角）で導通（点弧）し、出力巻線１８ａから入力される交流を目標とする出力電圧の直流に変換する。これについては後述する。
【００４３】
混合ブリッジ回路２２ａ１１からの直流出力はＦＥＴのＨブリッジ回路２２ａ１２に入力される。Ｈブリッジ回路２２ａ１２にあっては、ＦＥＴがバッテリ１４に接続されると共に、ＣＰＵ２２ａ２によってその通電（オン（導通））と通電停止（オフ（非導通））が制御されることで、入力された直流出力を所定周波数（例えば５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの商用周波数）の交流に変換する。
【００４４】
図４は、Ｈブリッジ回路２２ａ１２の動作を説明する説明図である。
【００４５】
即ち、ＣＰＵ２２ａ２は、同図に示す如く、目標とする出力電圧波形の所定周波数（即ち、商用周波数５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）の基準正弦波（信号波。上部に実線で示す）を生成し、生成された基準正弦波を入力してコンパレータ（図示せず）でキャリア（例えば２０ｋＨｚの搬送波）と比較してＰＷＭ（Pulse Width Modulation。パルス幅変調）信号を生成し、生成されたＰＷＭ信号に基づいてＨブリッジ回路２２ａ１２のＦＥＴをオン・オフする。
【００４６】
図４において下部の破線が目標とする出力電圧波形を示す。尚、ＰＷＭ信号（ＰＷＭ波形）の周期Ｔ（ステップ）は実際には遥かに短いが、理解の便宜のため、同図では誇張して示す。
【００４７】
インバータ部２２はフィルタ部２４に接続される。
【００４８】
フィルタ部２４は高調波除去用のＬＣフィルタ（ローパスフィルタ）２４ａ１，２４ｂ１，２４ｃ１とノイズ除去用のノイズフィルタ２４ａ２，２４ｂ２，２４ｃ２を備え、インバータ部２２で変換された交流出力は、ＬＣフィルタ２４ａ１，２４ｂ１，２４ｃ１とノイズフィルタ２４ａ２，２４ｂ２，２４ｃ２に入力されて高調波やノイズが除去される。
【００４９】
図５にＬＣフィルタ２４ａ１の回路構成を、図６にノイズフィルタ２４ａ２の回路構成を示す。図示は省略するが、ＬＣフィルタ２４ｂ１，２４ｃ１とノイズフィルタ２４ｂ２，２４ｃ２の回路構成も同様である。
【００５０】
インバータ部２２は、フィルタ部２４を介して出力部２６に接続される。
【００５１】
図１に示す如く、出力部２６は、第１、第２、第３インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃにそれぞれ接続されて交流の出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群２６ａ，２６ｂ，２６ｃと端子群の中性端子（中性点）２６ｄとにそれぞれ直列接続される三相出力端子２６ｅと、端子群に並列接続されると共に、中性端子に直列接続される単相出力端子２６ｆとを備える。
【００５２】
より具体的には、出力部２６は、第１インバータ２２ａに接続されて交流の出力をＵ相として出力するＵ相端子２６ａと、第２インバータ２２ｂに接続されて交流の出力をＶ相として出力するＶ相端子２６ｂと、第３インバータ２２ｃに接続されて交流の出力をＷ相として出力するＷ相端子２６ｃと、中性のＯ相端子（中性点）２６ｄとにそれぞれ直列接続される（４線の）三相出力端子２６ｅを備える。
【００５３】
さらに、出力部２６は、Ｕ相端子２６ａとＶ相端子２６ｂとＷ相端子２６ｃに並列接続されると共に、前記Ｏ相端子２６ｄに直列接続される（２線の）単相出力端子２６ｆと、三相出力端子２６ｅと単相出力端子２６ｆとを切り替える切替機構２６ｇとを備える。
【００５４】
三相出力端子２６ｅと単相出力端子２６ｆはコネクタ（図示せず）などを介して電気負荷３２に接続される。
【００５５】
エンジン制御部２８は同様に３２ビットのＣＰＵ２８ｃを備えてエンジン１２の動作を制御すると共に、インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃのＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２とＣＡＮ（Control Area Network）ＢＵＳ（バス）２８ａとＣＡＮＩ／Ｆ（Interface）２８ｂを通じてＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２（第１、第２、第３制御部）に通信自在に接続される。前記した出力巻線（サブ巻線）２０の出力は、これらＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２，２８ｃに動作電源として供給される。
【００５６】
エンジン制御部２８は、出力巻線１８ｃ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・ジェネレータ・ドライバ（ＳＴＧ ＤＲＶ）２８ｄを備える。即ち、この実施例においては出力巻線１８ａ，１８ｂ，１８ｃのいずれか（例えば出力巻線１８ｃ）に通電して発電部１６を電動機としても動作させるように構成される。
【００５７】
スタータ・ジェネレータ・ドライバ２８ｄは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８ｄ１を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ２８ｄ１は、後述するようにＣＰＵ２８ｃの指示に従い、バッテリ１４の出力を２００Ｖ程度に昇圧して出力巻線１８ｃに通電し、発電部１６のロータ１６ｂをステータ１６ａに対して回転させることでエンジン１２を始動する。
【００５８】
エンジン制御部２８はさらに、ステータ１６ａとロータ１６ｂの間に配置された磁気ピックアップからなるパルサ（図示せず）の出力からＴＤＣを検出するＴＤＣ回路（図示せず）と、出力巻線１８ｃのＵ端子に接続されてその出力からエンジン１２の回転数を検出する回転数検出回路２８ｅを備える。
【００５９】
エンジン制御部２８はさらに、通信（ＣＯＭ）Ｉ／Ｆ２８ｆと、センサ（Ｓｅｎｓｏｒ）Ｉ／Ｆ２８ｇと、ディスプレイ（ＤＩＳＰ）Ｉ／Ｆ２８ｈと、ＳＷ（スイッチ）Ｉ／Ｆ２８ｉと、ステップモータ１２ｄを駆動するためのドライバ回路２８ｊと、チョークモータ１２ｅを駆動するためのドライバ回路２８ｋと、点火装置（図示せず）を駆動する点火ドライバ回路２８ｌを備える。
【００６０】
ＣＰＵ２８ｃは、電気負荷３２に供給すべき交流出力に応じて算出される目標回転数となるようにスロットルバルブ１２ｂの開度を決定し、ドライバ回路２８ｊを介してステップモータ１２ｄに供給し、その動作を制御する。
【００６１】
制御パネル部３０は、エンジン１２と別体に設けられてユーザが持ち歩き可能なリモートコントロールボックス（図示せず）に無線（あるいは有線）を介して接続されるリモート（Ｒｅｍｏｔｅ）Ｉ／Ｆ３０ａと、ＬＥＤ３０ｂと、ＬＣＤ３０ｃと、ユーザによって操作自在な、インバータ発電機１０の運転（始動）・停止を指示するＫＥＹスイッチ（メインスイッチ）３０ｄと、インバータ発電機１０の出力の三相交流と単相交流の間の切替を指示する三相／単相の切替スイッチ３０ｅと、インバータ発電機１０の出力電圧を指示するスイッチ３０ｆを備える。
【００６２】
スイッチ３０ｆは、出力電圧を連続的な値の中の任意の値を選択して指示するアナログ的なボリュームでも良く、あるいは幾つかの値の中から選択して指示するデジタル的な切替スイッチでも良く、さらには任意な値を指示できる限り、どのような構造であっても良い。
【００６３】
制御パネル部３０とエンジン制御部２８は無線（あるいは有線）を介して通信自在に接続され、エンジン制御部２８は制御パネル部３０のＫＥＹスイッチ３０ｄと切替スイッチ３０ｅの出力をスイッチＩ／Ｆ２８ｉを介して入力し、ディスプレイＩ／Ｆ２８ｈを介して制御パネル部３０のＬＥＤ３０ｂとＬＣＤ３０ｃの点滅を制御する。
【００６４】
図７はエンジン制御部３０の動作を説明する説明図である。
【００６５】
以下説明すると、この発明は前記したように所望の電圧と位相の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力可能としたことから、この実施例にあってはインバータ部２２を３組の単相インバータ（第１、第２、第３インバータ）２２ａ，２２ｂ，２２ｃから構成すると共に、エンジン制御部２８のＣＰＵ２８ｃは、切替スイッチ３０ｅの出力に応じて出力部２６の切替機構２６ｇを動作させて三相出力端子と単相出力端子を切り替えるようにした。
【００６６】
またインバータ部２２においては、３組の単相インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの一つ、例えば２２ａをマスタ、残りをスレーブとし、エンジン制御部２８のＣＰＵ２８ｃからの通信に応じ、３組の単相インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃのＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は、三相交流を出力するとき、図７に示す如く、マスタ側のＵ相端子２６ａからの出力を基本としてスレーブ側の２６ｂ，２６ｃからのＶ相、Ｗ相出力が位相をそれぞれ１２０度ずらすようにインバータ部２２の動作を制御する。
【００６７】
他方、単相交流への切替が指示されていると判断されるとき、ＣＰＵ２８ｃからの通信に応じ、ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は、マスタ側のＵ相端子２６ａからの出力を基本としてスレーブ側の２６ｂ，２６ｃからのＶ相、Ｗ相出力が位相において一致するようにインバータ部２２の動作を制御して単相出力端子２６ｆから単相交流を出力する。
【００６８】
上記をさらに説明すると、図８はそれら３組のＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２の動作をより具体的に示すブロック図、図９は図８の動作で使用される基準信号と同期信号を説明するタイム・チャートである。
【００６９】
図示の如く、マスタ側の第１インバータ２２ａのＣＰＵ２２ａ２は、所定周波数の基準信号（図９に示す）を生成する基準信号生成部２２ａ２１と、図４のＰＷＭ信号に従ってＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部２２ａ２２と、スレーブ側の出力の位相をマスタ側のそれに同期させるための（基準信号に対して所定の位相を有する）同期信号１，２（図９に示す）を生成してＣＰＵ２２ｂ２，２２ｃ２に送信する同期信号制御部２２ａ２３と、通信線２２ｄを介して生成された同期信号の送受信（通信）を制御する通信制御部２２ａ２４とを備える。
【００７０】
スレーブ側の第２、第３インバータ２２ｂ、２２ｃも、基準信号生成部を除くと、同様のＰＷＭ制御部２２ｂ２２，２２ｃ２２と、同期信号制御部２２ｂ２３，２２ｃ２３と、通信制御部２２ｂ２４，２２ｃ２４とを備える。
【００７１】
同期信号制御部２２ａ２３は、切替スイッチ３０ｅを介して三相交流が指示される（切り替えられる）とき、周波数が所定の場合（図９（ａ））でも、周波数が例えば低下された場合（同図（ｂ））でも、基準信号に対して常に位相が１２０度ずつずらされた（換言すれば基準信号に対して所定の位相を有する）同期信号１，２を生成して送信する。
【００７２】
また、単相交流への切替が指示されていると判断されるとき、ＣＰＵ２２ａ２は、ＣＰＵ２２ｂ２，２２ｃ２に通信してＵ相端子２６ａからの出力を基本として２６ｂ，２６ｃからのＶ相、Ｗ相出力が位相において一致するようにインバータ部２２の動作を制御して単相出力端子２６ｆから単相交流を出力させる。
【００７３】
即ち、ＣＰＵ２２ａ２は、所定周波数の基準信号を生成すると共に、基準信号に対して所定の位相（より正確には同一の位相）を有する同期信号を生成してＣＰＵ２２ｂ２，２２ｃ２に送信し、よってＵ相端子２６ａからの出力を基本として２６ｂ，２６ｃからのＶ相、Ｗ相出力が位相において一致するようにインバータ部２２の動作を制御して単相出力端子２６ｆから単相交流を出力させる。
【００７４】
図１０はこの実施例における三相から単相出力への切り替えを示す波形図、図１１はその逆の場合の切り替えを示す波形図である。ユーザが制御パネル部３０の切替スイッチ３０ｅを操作することにより、図示の如く、所望の電圧の三相交流と単相交流が選択的に出力される。
【００７５】
図１２は同様にエンジン制御部２８の動作を説明する、インバータ部２２などのブロック図である。
【００７６】
図７から図１１を参照して説明した特徴に加え、この実施例にあってはＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は、第１インバータ２２ａの出力を基準として第２、第３インバータ２２ｂ，２２ｃの出力がエンジン制御部２８から通信される切替スイッチ３０ｅの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように交流変換用のスイッチング素子（Ｈブリッジ回路２２ａ１２，２２ｂ１２，２２ｃ１２のＦＥＴ）のオン・オフを制御すると共に、出力する交流の電圧が目標値となるように直流変換用のスイッチング素子（混合ブリッジ回路２２ａ１１，２２ｂ１１，２２ｃ１１のＳＣＲ）のオン・オフを制御するように構成した。
【００７７】
即ち、ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は、切替スイッチ３０ｅの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように交流変換用のスイッチング素子（Ｈブリッジ回路２２ａ１２などのＦＥＴ）のオン・オフを制御すると共に、出力する三相交流または単相交流の電圧が目標値となるように直流変換用のスイッチング素子（混合ブリッジ回路２２ａ１１などのＳＣＲ）のオン・オフを制御するようにした。
【００７８】
より具体的には、ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は、混合ブリッジ回路２２ａ１１などのＳＣＲのゲートを目標とする出力電圧に応じた導通角で導通し、出力巻線１８ａ，１８ｂ，１８ｃから入力される交流を目標とする出力電圧の直流に変換するように構成した。目標電圧への制御はフィードバック制御則などを用いて行われる。
【００７９】
それについて説明すると、国内では三相と単相とで出力電圧が若干異なり、三相は相電圧が１１５Ｖ（線間電圧２３０Ｖ）、単相は１００Ｖに設定されている不都合がある。そこでこの実施例においては、上記の如く、ユーザから指示される発電出力電圧を目標電圧とし、巻線１８から出力される交流を直流に変換するとき、変換される直流電圧を増減するようにした。
【００８０】
これにより、ユーザは例えば単相の発電出力電圧として三相時の１１５Ｖではなく１００Ｖを得ることができ、電気負荷３２に接続される単相時の電圧を商用電源と同じ電圧にすることができる。
【００８１】
また、電圧をソフトウエア的な手法によって変更することから、外国での使用が予定される場合も、使用予定国（仕向け国）に応じた巻線の仕様の変更などのハードウエア的な対応を不要にすることができる。
【００８２】
さらに、混合ブリッジ回路２２ａ１１のＳＣＲのゲートの導通率を制御して変更、換言すれば後段のＦＥＴのＨブリッジ回路２２ａ１２の変調率を変更することがないので、インバータ２２の変換効率を低下させることがない。
【００８３】
上記の如く、この実施例にインバータ発電機１０にあっては、エンジン１２で駆動される発電部１６に巻回される第１、第２、第３巻線（出力巻線１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）と、前記第１、第２、第３巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子（混合ブリッジ回路２２ａ１１，２２ｂ１１，２２ｃ１１のＳＣＲ，Ｈブリッジ回路２２ａ１２，２２ｂ１２，２２ｃ１２のＦＥＴ）を備え、前記直流変換用のスイッチング素子（ＳＣＲ）がオン・オフされるとき、前記第１、第２、第３巻線から出力される交流を直流に変換し、前記交流変換用のスイッチング素子（ＦＥＴ）が目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいてオン・オフされるとき、前記変換された直流を目標周波数の交流に変換する第１、第２、第３インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、前記第１、第２、第３インバータの前記直流変換用と交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、前記第１インバータをマスタとして動作させる第１制御部と前記第２、第３インバータをスレーブとして動作させる第２、第３制御部（ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２）と、前記第１、第２、第３インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃにそれぞれ接続されて前記交流の出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群２６ａ，２６ｂ，２６ｃと前記端子群の中性端子２６ｄとにそれぞれ直列接続される三相出力端子２６ｅと、前記端子群に並列接続されると共に、前記中性端子に直列接続される単相出力端子２６ｆと、より具体的には前記第１インバータ２２ａに接続されて前記交流の出力をＵ相として出力するＵ相端子２６ａと、前記第２インバータ２２ｂに接続されて前記交流の出力をＶ相として出力するＶ相端子２６ｂと、前記第３インバータ２２ｃに接続されて前記交流の出力をＷ相として出力するＷ相端子２６ｃと、中性のＯ相端子２６ｄとにそれぞれ直列接続される三相出力端子２６ｅと、前記Ｕ相端子２６ａとＶ相端子２６ｂとＷ相端子２６ｃに並列接続されると共に、前記Ｏ相端子２６ｄに直列接続される単相出力端子２６ｆと、前記三相出力端子２６ｅと単相出力端子２６ｆとを切り替える切替機構２６ｇと、ユーザの操作自在に設けられる三相／単相切替スイッチ３０ｅと、前記エンジンの動作を制御すると共に、前記切替スイッチの出力を前記第１、第２、第３制御部に通信し、前記切替スイッチの出力に応じて前記切替機構２６ｇを動作させて前記三相交流と単相交流のいずれかを出力させるエンジン制御部２８、より具体的にはＣＰＵ２８ｃとを備えると共に、前記第１、第２、第３制御部（ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２）は、前記第１インバータ２２ａの出力を基準として前記第２、第３インバータ２２ｂ、２２ｃの出力が前記エンジン制御部２８から通信される前記切替スイッチ３０ｅの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように前記交流変換用のスイッチング素子（Ｈブリッジ回路２２ａ１２，２２ｂ１２，２２ｃ１２のＦＥＴ）のオン・オフを制御すると共に、出力する交流の電圧が目標値となるように前記直流変換用のスイッチング素子（Ｈブリッジ回路２２ａ１２，２２ｂ１２，２２ｃ１２のＦＥＴ）のオン・オフを制御するように構成したように構成したので、ユーザの操作自在に設けられる切替スイッチ３０ｅの出力に応じて所望の電圧の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力することができて発電機の出力を十分に利用することができる。
【００８４】
即ち、第１インバータ２２ａをマスタ、第２、第３インバータ２２ｂ，２２ｃをスレーブとし、第１、第２、第３制御部（ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２）は第１インバータの出力を基準として第２、第３インバータの出力がエンジン制御部２８から通信される切替スイッチ３０ｅの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるようにスイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、３組のインバータ（発電機）２２の出力を容易に同期させることができ、単相であれば同一電圧で同一位相、三相であれば同一電圧で相互に１２０度ずつ相違させた位相の交流を確実に出力させることができ、よって所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を確実に得ることができる。
【００８５】
また、第１、第２、第３制御部は、出力する交流の電圧が目標値となるように直流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御する如く構成したので、ソフトウエア的な手法によって選択される交流の出力電圧を容易に増減することができる。よって使用予定国（仕向け国）に応じた巻線の仕様を変更するなどのハードウエア的な対応を不要とすることができる。また、国内でも三相と単相で出力電圧が若干異なり、三相は相電圧が１１５Ｖ、単相は１００Ｖに設定されるが、それに対しても電圧を可変とすることで利便性が向上する。
【００８６】
また、三相出力端子を構成するＵ相端子２６ａとＶ相端子２６ｂとＷ相端子２６ｃに単相出力端子２６ｄを並列接続するように構成したので、切替スイッチ３０ｅの出力に応じて三相交流と単相交流のいずれかを簡易に出力でき、よって発電機の出力を十分に利用することができる。
【００８７】
また、第１、第２、第３インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの動作を制御する第１、第２、第３制御部（ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２）と別に、エンジン１２の動作を制御するエンジン制御部２８（より具体的にはＣＰＵ２８ｃ）を備えるように構成したので、インバータ発電機の動作と独立にエンジン１２の動作を制御することができ、エンジン発電機としての利便性を向上させることができる。
【００８８】
また、前記第１、第２、第３インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃと前記Ｕ相端子２６ａとＶ相端子２６ｂとＷ相端子２６ｃの間にそれぞれフィルタ（フィルタ部）２４を介挿するように構成したので、上記した効果に加え、フィルタ（フィルタ部）２４でノイズが除去された単相出力から三相出力を得ることが可能となり、滑らかな波形の三相出力あるいは単相出力に負荷３２に接続することができる。
【００８９】
即ち、インバータ２２から直ちに三相交流を出力させると共に、その後段の出力端（出力部２６）との間にフィルタを介挿してノイズを除去する構成ではなく、インバータ２２とＵ相端子２６ａなどの間にフィルタ（フィルタ部）２４を介挿してノイズを除去するように構成したので、滑らかな波形の三相出力あるいは単相出力を負荷に接続することができる。
【００９０】
また、前記第１、第２、第３制御部（ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２）は、前記三相交流を出力するとき、前記マスタを構成する第１インバータ２２ａからの出力を基準として前記第２、第３インバータ２２ｂ，２２ｃの出力の位相が目標値となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、上記した効果に加え、一層滑らかな波形の三相交流あるいは単相交流を出力することができると共に、所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を一層確実に得ることができる。
【００９１】
また、前記エンジン制御部は、前記第１、第２、第３巻線（出力巻線１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）のいずれかに通電して前記発電部１６を電動機として動作させることで前記エンジン１２を始動するように構成したので、上記した効果に加え、始動用のセルモータなどを必要とすることなく、エンジン１２を簡易に始動することができる。
【００９２】
尚、上記においてインバータ部２２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。
【符号の説明】
【００９３】
１０ インバータ発電機、１２ エンジン（内燃機関）、１４ バッテリ、１６ 発電部、１６ａ ステータ、１６ｂ ロータ、１８ 出力巻線（メイン巻線。巻線）、１８ａ 第１巻線、１８ｂ 第２巻線、１８ｃ 第３巻線、２０ 出力巻線（サブ巻線）、２２ インバータ部、２２ａ 第１インバータ、２２ａ１ パワーモジュール、２２ａ１１ 混合ブリッジ回路（のＳＣＲ（直流変換用のスイッチング素子））、２２ａ１２ Ｈブリッジ回路（のＦＥＴ（直流変換用のスイッチング素子））、２２ａ２ ＣＰＵ（第１制御部）、２２ｂ 第２インバータ、２２ｂ１ パワーモジュール、２２ｂ１１ 混合ブリッジ回路（のＳＣＲ（直流変換用のスイッチング素子））、２２ｂ１２ Ｈブリッジ回路（のＦＥＴ（直流変換用のスイッチング素子））、２２ｂ２ ＣＰＵ（第２制御部）、２２ｃ 第３インバータ、２２ｃ１ パワーモジュール、２２ｃ１１ 混合ブリッジ回路（のＳＣＲ（直流変換用のスイッチング素子））、２２ｃ１２ Ｈブリッジ回路（のＦＥＴ（直流変換用のスイッチング素子））、２２ｃ２ ＣＰＵ（第３制御部）、２４ フィルタ部（フィルタ）、２６ 出力部、２６ａ Ｕ相端子、２６ｂ Ｖ相端子、２６ｃ Ｗ相端子、２６ｄ Ｏ相端子、２６ｅ 三相出力端子、２６ｆ 単相出力端子、２６ｇ 切替機構、２８ エンジン制御部、２８ｃ ＣＰＵ、３０ 制御パネル部、３０ｄ ＫＥＹスイッチ、３０ｅ 切替スイッチ、３０ｆ スイッチ、３２ 負荷（電気負荷）
【技術分野】
【０００１】
この発明はインバータ発電機に関し、より詳しくは三相交流と単相交流を選択的に出力すると共に、交流の出力電圧を増減できるようにしたインバータ発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
三相交流と単相交流を選択的に出力するようにしたインバータ発電機としては特許文献１記載の技術が知られている。特許文献１記載のインバータ発電機にあっては、３組（３個）の単相インバータ発電機を並列に接続すると共に、その出力から三相交流と単相交流を選択的に出力可能に構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０６９０４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載のインバータ発電機にあっては１個のインバータ制御回路が３組の単相インバータ発電機のインバータ駆動回路を動作させて三相交流あるいは単相交流を選択的に出力するように構成している。
【０００５】
３組の発電機からは単相であれば同一電圧で同一位相、三相であれば同一電圧で相互に１２０度ずつ相違させた位相の交流を出力させなければならないが、３組の発電機の出力を同期させるのは容易ではない。しかしながら、特許文献１記載の技術にあってはどのようにして同期させるかが明確ではなく、よって所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を確実に得るのが困難であると共に、発電機の出力を十分に利用できないうらみがあった。
【０００６】
さらに、この種のインバータ発電機にあっては定格出力電圧が固定の値とされるが、外国の使用電源は単相でＡＣ１００Ｖから１２０Ｖ、三相で２００Ｖから２４０Ｖなどと多様であるため、使用予定国（仕向け国）に応じて巻線の仕様を変更するなどが必要であった。国内でも三相と単相で出力電圧が若干異なり、三相は相電圧が１１５Ｖ、単相は１００Ｖに設定される不都合がある。
【０００７】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、所望の電圧と位相の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力可能として発電機の出力を十分に利用できると共に、選択される交流の出力電圧を容易に増減でき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】
【０００８】
上記した課題を解決するために、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る第１、第２、第３巻線と、前記第１、第２、第３巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子を備え、前記直流変換用のスイッチング素子がオン・オフされるとき、前記第１、第２、第３巻線から出力される交流を直流に変換し、前記交流変換用のスイッチング素子が目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいてオン・オフされるとき、前記変換された直流を目標周波数の交流に変換する第１、第２、第３インバータと、前記第１、第２、第３インバータの前記直流変換用と交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、前記第１インバータをマスタとして動作させる第１制御部と前記第２、第３インバータをスレーブとして動作させる第２、第３制御部と、前記第１、第２、第３インバータにそれぞれ接続されて前記交流の出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群と前記端子群の中性端子とにそれぞれ直列接続される三相出力端子と、前記端子群に並列接続されると共に、前記中性端子に直列接続される単相出力端子と、前記三相出力端子と単相出力端子とを切り替える切替機構と、ユーザの操作自在に設けられる三相／単相切替スイッチと、前記エンジンの動作を制御すると共に、前記切替スイッチの出力を前記第１、第２、第３制御部に通信し、前記切替スイッチの出力に応じて前記切替機構を動作させて前記三相交流と単相交流のいずれかを出力させるエンジン制御部とを備えると共に、前記第１、第２、第３制御部は、前記第１インバータの出力を基準として前記第２、第３インバータの出力が前記エンジン制御部から通信される前記切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように前記交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、出力する交流の電圧が目標値となるように前記直流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御するように構成した。
【０００９】
請求項２に係るインバータ発電機にあっては、前記第１、第２、第３インバータと前記Ｕ相端子とＶ相端子とＷ相端子の間にそれぞれフィルタを介挿するように構成した。
【００１０】
請求項３に係るインバータ発電機にあっては、前記第１、第２、第３制御部は、前記三相交流を出力するとき、前記マスタを構成する第１インバータからの出力を基準として前記第２、第３インバータの出力の位相が目標値となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成した。
【００１１】
請求項４に係るインバータ発電機にあっては、前記エンジン制御部は、前記第１、第２、第３巻線のいずれかに通電して前記発電部を電動機として動作させることで前記エンジンを始動するように構成した。
【発明の効果】
【００１２】
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る第１、第２、第３巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子を備える第１、第２、第３インバータと、それらの直流変換用と交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、第１インバータをマスタとして動作させる第１制御部と第２、第３インバータをスレーブとして動作させる第２、第３制御部と、第１、第２、第３インバータにそれぞれ接続されて前記交流の出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群と端子群の中性端子とにそれぞれ直列接続される三相出力端子と、端子群に並列接続されると共に、中性端子に直列接続される単相出力端子と、それらを切り替える切替機構と、エンジンの動作を制御すると共に、ユーザの操作自在に設けられる三相／単相切替スイッチの出力を第１、第２、第３制御部に通信し、切替スイッチの出力に応じて切替機構を動作させて三相交流と単相交流のいずれかを出力させるエンジン制御部とを備えると共に、第１、第２、第３制御部は、第１インバータの出力を基準として第２、第３インバータの出力がエンジン制御部から通信される切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるようにスイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、ユーザの操作自在に設けられる切替スイッチの出力に応じて所望の電圧の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力することができて発電機の出力を十分に利用することができる。
【００１３】
即ち、第１インバータをマスタ、第２、第３インバータをスレーブとし、第１、第２、第３制御部は第１インバータの出力を基準として第２、第３インバータの出力がエンジン制御部から通信される切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるようにスイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、３組の発電機の出力を容易に同期させることができ、単相であれば同一電圧で同一位相、三相であれば同一電圧で相互に１２０度ずつ相違させた位相の交流を確実に出力させることができ、よって所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を確実に得ることができる。
【００１４】
また、第１、第２、第３制御部は、出力する交流の電圧が目標値となるように直流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御する如く構成したので、ソフトウエア的な手法によって選択される交流の出力電圧を容易に増減することができる。よって使用予定国（仕向け国）に応じた巻線の仕様を変更するなどのハードウエア的な対応を不要とすることができる。また、国内でも三相と単相で出力電圧が若干異なり、三相は相電圧が１１５Ｖ、単相は１００Ｖに設定されるが、それに対しても電圧を可変とすることで利便性が向上する。
【００１５】
また、三相出力端子を構成する端子群に単相出力端子を並列接続するように構成したので、切替スイッチの出力に応じて三相交流と単相交流のいずれかを簡易に出力でき、よって発電機の出力を十分に利用することができる。
【００１６】
また、第１、第２、第３インバータの動作を制御する第１、第２、第３制御部と別にエンジンの動作を制御するエンジン制御部を備えるように構成したので、インバータ発電機の動作と独立にエンジンの動作を制御することができ、エンジン発電機としての利便性を向上させることができる。
【００１７】
請求項２に係るインバータ発電機にあっては、第１、第２、第３インバータとＵ相端子とＶ相端子とＷ相端子の間にそれぞれフィルタを介挿するように構成したので、上記した効果に加え、フィルタでノイズが除去された単相出力から三相出力を得ることが可能となり、滑らかな波形の三相交流あるいは単相交流を出力することができる。
【００１８】
即ち、インバータから直ちに三相交流を出力させると共に、その後段の出力端との間にフィルタを介挿してノイズを除去する構成ではなく、インバータとＵ相端子などの間にフィルタを介挿してノイズを除去するように構成したので、滑らかな波形の三相交流あるいは単相交流を出力することができる。
【００１９】
請求項３に係るインバータ発電機にあっては、第１、第２、第３制御部は、三相交流を出力するとき、マスタを構成する第１インバータからの出力を基準として第２、第３インバータの出力の位相が目標値となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、上記した効果に加え、一層滑らかな波形の三相交流あるいは単相交流を出力することができると共に、所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を一層確実に得ることができる。
【００２０】
請求項４に係るインバータ発電機にあっては、エンジン制御部は、第１、第２、第３巻線のいずれかに通電して発電部を電動機として動作させることでエンジンを始動する如く構成したので、上記した効果に加え、始動用のセルモータなどを必要とすることなく、エンジンを簡易に始動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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のインバータ発電機のエンジンのクランクケースの平面図である。
【図３】図１のインバータ発電機のインバータ部の構成を詳細に示す回路図である。
【図４】図１のインバータ発電機のインバータ部の動作を説明する説明図である。
【図５】図１のインバータ発電機のフィルタ部の構成を詳細に示す回路図である。
【図６】同様に図１のインバータ発電機のフィルタ部の構成を詳細に示す回路図である。
【図７】図１のインバータ発電機のエンジン制御部の動作を説明する説明図である。
【図８】図１のインバータ発電機のインバータ部の制御部の動作をより具体的に示すブロック図である。
【図９】図８の構成で使用される基準信号と同期信号を説明するタイム・チャートである。
【図１０】図７の動作による三相出力から単相出力への切替を示すタイム・チャートである。
【図１１】図７の動作による単相出力から三相出力への切替を示すタイム・チャートである。
【図１２】図１のインバータ発電機の３組のインバータの制御部の動作を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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】
【００２３】
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。
【００２４】
図１において符号１０はインバータ発電機を示す。インバータ発電機１０はエンジン（内燃機関）１２を備え、５ｋＷ（交流１００Ｖで５０Ａ）程度の定格出力を有する。エンジン１２はガソリンを燃料とする、火花点火式の空冷エンジンである。
【００２５】
エンジン１２の吸気管１２ａにはスロットルバルブ１２ｂとチョークバルブ１２ｃが配置される。スロットルバルブ１２ｂはステップ（スロットル）モータ１２ｄに接続される。またチョークバルブ１２ｃもチョークモータ（同様にステップモータからなる）１２ｅに接続される。
【００２６】
エンジン１２は１２Ｖ程度の容量を有するバッテリ１４を備え、ステップモータ１２ｄとチョークモータ１２ｅはバッテリ１４から通電されるとき、スロットルバルブ１２ｂとチョークバルブ１２ｃを駆動して開閉する。エンジン１２は発電部（「ＡＬＴ」と示す）１６を備える。
【００２７】
図２は図１に示すエンジン１２のクランクケース１２ｆの平面図である。
【００２８】
図示の如く、発電部１６はクランクケース１２ｆに固定されたステータ１６ａと、その回りに回転自在に配置される、フライホイールを兼用するロータ１６ｂからなる。
【００２９】
ステータ１６ａは３０個の突起を備え、そのうちの２７個には３組のＵ，Ｖ，Ｗ相からなる三相の出力巻線（メイン巻線）１８が巻回されると共に、３個には１組の同様にＵ，Ｖ，Ｗからなる三相の出力巻線（サブ巻線）２０が巻回される。３組の出力巻線１８は１８ａ，１８ｂ，１８ｃからなる。
【００３０】
ステータ１６ａの外側に配置されるロータ１６ｂの内部には、出力巻線１８，２０と対向するように複数対の永久磁石１６ｂ１が径方向に着磁された磁極を交互させて取着される。
【００３１】
発電部１６においては、ステータ１６ａの回りをロータ１６ｂの永久磁石が回転することにより、２７個の三相の出力巻線１８（より具体的には１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）からＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる交流電力が出力（発電）されると共に、３個のサブ巻線２０からも同様に各相の交流電力が出力される。
【００３２】
図１に戻って説明を続けると、この実施例に係るインバータ発電機１０は、大別すると、発電部１６に巻回された出力巻線１８と、インバータ部（「ＩＮＶ」と示す）２２と、フィルタ部（「Ｆｉｌｔｅｒ」と示す）２４と、出力部（「ＯＵＴ」と示す）２６と、エンジン制御部（「ＥＣＵ」と示す）２８と、制御パネル部（「Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐａｎｅｌ」と示す）３０を備える。ＥＣＵ（Electronic Control Unit）は電子制御ユニットを意味し、後述するようにＣＰＵを備える。
【００３３】
図示の如く、この実施例に係るインバータ発電機１０において特徴的なことは、３組（３個）の単相インバータ発電機（インバータ）を並列に接続すると共に、その出力から所望の電圧と位相の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力可能としたことにある。
【００３４】
即ち、インバータ発電機１０は、並列接続された、第１、第２、第３の出力巻線１８ａ，１８ｂ，１８ｃからなる３組の巻線と、第１、第２、第３インバータ（第１、第２、第３インバータ部あるいはインバータ発電機）２２ａ，２２ｂ，２２ｃからなる３組のインバータを備えたインバータ部２２と、第１、第２、第３フィルタ２４ａ，２４ｂ，２４ｃからなる３組のフィルタを備えたフィルタ部２４と、三相出力端子２６ｅと単相出力端子２６ｆとを備えた出力部２６と、エンジン１２の動作を制御するエンジン制御部２８と、１個の制御パネル部３０とを備える。
【００３５】
インバータ部２２などは具体的にはエンジン１２の適宜位置に設けられたケース内に収容されたプリントボード上に搭載された半導体チップなどから構成されると共に、制御パネル部３０はエンジン１２の適宜位置に設けられる半導体チップとそれに接続されるパネルから構成される。
【００３６】
それぞれ３組からなる、出力巻線１８とインバータ部２２とフィルタ部２４と出力部２６は、図示の如く、共通する添え字ａ，ｂ，ｃを付された組同士が対応して接続されるように構成される。
【００３７】
インバータ部２２を構成する第１、第２、第３のインバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃはそれぞれ、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）とＳＣＲ（サイリスタ）一体型のパワーモジュール２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１と、３２ビットのＣＰＵ２２ａ２（第１制御部）、２２ｂ２（第２制御部）、２２ｃ２（第３制御部）と、発電出力の電圧と電流を検出する電圧・電流センサなどの各種のセンサ（図示せず）を備える。ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は通信線２８ｄで相互に通信自在に接続される。
【００３８】
図３はインバータ部２２の構成を詳細に示す回路図である。以下、組ａを例にとって説明するが、各組の構成は基本的には同じであるので、組ａについての説明は組ｂ，ｃについても妥当する。
【００３９】
図３に示す如く、パワーモジュール２２ａ１は、３個のＳＣＲ（サイリスタ（直流変換用のスイッチング素子））とＤＩ（ダイオード）がブリッジ接続された混合ブリッジ回路２２ａ１１と、４個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ（交流変換用のスイッチング素子））がＨブリッジ接続されたＨブリッジ回路２２ａ１２から構成される。
【００４０】
発電部１６に巻回された出力巻線１８ａのＵ相端子１８ａ１、Ｖ相端子１８ａ２、Ｗ相端子１８ａ３から出力（発電）された三相の交流電力は対応する第１インバータ２２ａに入力され、そのパワーモジュール２２ａ１の混合ブリッジ回路２２ａ１１においてＳＣＲとＤＩの中点に入力される。
【００４１】
混合ブリッジ回路２２ａ１１においてＳＣＲのゲートはドライバ回路（図示せず）を介してバッテリ１４に接続される。バッテリ１４からのドライバ回路を介しての通電（オン。導通（点弧））と通電停止（オフ（非導通））はＣＰＵ２２ａ２によって制御される。
【００４２】
即ち、ＣＰＵ２２ａ２は、電圧・電流センサなどの各種のセンサの出力に基づき、ＳＣＲのゲートを目標とする出力電圧に応じた導通角（点弧角）で導通（点弧）し、出力巻線１８ａから入力される交流を目標とする出力電圧の直流に変換する。これについては後述する。
【００４３】
混合ブリッジ回路２２ａ１１からの直流出力はＦＥＴのＨブリッジ回路２２ａ１２に入力される。Ｈブリッジ回路２２ａ１２にあっては、ＦＥＴがバッテリ１４に接続されると共に、ＣＰＵ２２ａ２によってその通電（オン（導通））と通電停止（オフ（非導通））が制御されることで、入力された直流出力を所定周波数（例えば５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの商用周波数）の交流に変換する。
【００４４】
図４は、Ｈブリッジ回路２２ａ１２の動作を説明する説明図である。
【００４５】
即ち、ＣＰＵ２２ａ２は、同図に示す如く、目標とする出力電圧波形の所定周波数（即ち、商用周波数５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）の基準正弦波（信号波。上部に実線で示す）を生成し、生成された基準正弦波を入力してコンパレータ（図示せず）でキャリア（例えば２０ｋＨｚの搬送波）と比較してＰＷＭ（Pulse Width Modulation。パルス幅変調）信号を生成し、生成されたＰＷＭ信号に基づいてＨブリッジ回路２２ａ１２のＦＥＴをオン・オフする。
【００４６】
図４において下部の破線が目標とする出力電圧波形を示す。尚、ＰＷＭ信号（ＰＷＭ波形）の周期Ｔ（ステップ）は実際には遥かに短いが、理解の便宜のため、同図では誇張して示す。
【００４７】
インバータ部２２はフィルタ部２４に接続される。
【００４８】
フィルタ部２４は高調波除去用のＬＣフィルタ（ローパスフィルタ）２４ａ１，２４ｂ１，２４ｃ１とノイズ除去用のノイズフィルタ２４ａ２，２４ｂ２，２４ｃ２を備え、インバータ部２２で変換された交流出力は、ＬＣフィルタ２４ａ１，２４ｂ１，２４ｃ１とノイズフィルタ２４ａ２，２４ｂ２，２４ｃ２に入力されて高調波やノイズが除去される。
【００４９】
図５にＬＣフィルタ２４ａ１の回路構成を、図６にノイズフィルタ２４ａ２の回路構成を示す。図示は省略するが、ＬＣフィルタ２４ｂ１，２４ｃ１とノイズフィルタ２４ｂ２，２４ｃ２の回路構成も同様である。
【００５０】
インバータ部２２は、フィルタ部２４を介して出力部２６に接続される。
【００５１】
図１に示す如く、出力部２６は、第１、第２、第３インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃにそれぞれ接続されて交流の出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群２６ａ，２６ｂ，２６ｃと端子群の中性端子（中性点）２６ｄとにそれぞれ直列接続される三相出力端子２６ｅと、端子群に並列接続されると共に、中性端子に直列接続される単相出力端子２６ｆとを備える。
【００５２】
より具体的には、出力部２６は、第１インバータ２２ａに接続されて交流の出力をＵ相として出力するＵ相端子２６ａと、第２インバータ２２ｂに接続されて交流の出力をＶ相として出力するＶ相端子２６ｂと、第３インバータ２２ｃに接続されて交流の出力をＷ相として出力するＷ相端子２６ｃと、中性のＯ相端子（中性点）２６ｄとにそれぞれ直列接続される（４線の）三相出力端子２６ｅを備える。
【００５３】
さらに、出力部２６は、Ｕ相端子２６ａとＶ相端子２６ｂとＷ相端子２６ｃに並列接続されると共に、前記Ｏ相端子２６ｄに直列接続される（２線の）単相出力端子２６ｆと、三相出力端子２６ｅと単相出力端子２６ｆとを切り替える切替機構２６ｇとを備える。
【００５４】
三相出力端子２６ｅと単相出力端子２６ｆはコネクタ（図示せず）などを介して電気負荷３２に接続される。
【００５５】
エンジン制御部２８は同様に３２ビットのＣＰＵ２８ｃを備えてエンジン１２の動作を制御すると共に、インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃのＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２とＣＡＮ（Control Area Network）ＢＵＳ（バス）２８ａとＣＡＮＩ／Ｆ（Interface）２８ｂを通じてＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２（第１、第２、第３制御部）に通信自在に接続される。前記した出力巻線（サブ巻線）２０の出力は、これらＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２，２８ｃに動作電源として供給される。
【００５６】
エンジン制御部２８は、出力巻線１８ｃ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・ジェネレータ・ドライバ（ＳＴＧ ＤＲＶ）２８ｄを備える。即ち、この実施例においては出力巻線１８ａ，１８ｂ，１８ｃのいずれか（例えば出力巻線１８ｃ）に通電して発電部１６を電動機としても動作させるように構成される。
【００５７】
スタータ・ジェネレータ・ドライバ２８ｄは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８ｄ１を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ２８ｄ１は、後述するようにＣＰＵ２８ｃの指示に従い、バッテリ１４の出力を２００Ｖ程度に昇圧して出力巻線１８ｃに通電し、発電部１６のロータ１６ｂをステータ１６ａに対して回転させることでエンジン１２を始動する。
【００５８】
エンジン制御部２８はさらに、ステータ１６ａとロータ１６ｂの間に配置された磁気ピックアップからなるパルサ（図示せず）の出力からＴＤＣを検出するＴＤＣ回路（図示せず）と、出力巻線１８ｃのＵ端子に接続されてその出力からエンジン１２の回転数を検出する回転数検出回路２８ｅを備える。
【００５９】
エンジン制御部２８はさらに、通信（ＣＯＭ）Ｉ／Ｆ２８ｆと、センサ（Ｓｅｎｓｏｒ）Ｉ／Ｆ２８ｇと、ディスプレイ（ＤＩＳＰ）Ｉ／Ｆ２８ｈと、ＳＷ（スイッチ）Ｉ／Ｆ２８ｉと、ステップモータ１２ｄを駆動するためのドライバ回路２８ｊと、チョークモータ１２ｅを駆動するためのドライバ回路２８ｋと、点火装置（図示せず）を駆動する点火ドライバ回路２８ｌを備える。
【００６０】
ＣＰＵ２８ｃは、電気負荷３２に供給すべき交流出力に応じて算出される目標回転数となるようにスロットルバルブ１２ｂの開度を決定し、ドライバ回路２８ｊを介してステップモータ１２ｄに供給し、その動作を制御する。
【００６１】
制御パネル部３０は、エンジン１２と別体に設けられてユーザが持ち歩き可能なリモートコントロールボックス（図示せず）に無線（あるいは有線）を介して接続されるリモート（Ｒｅｍｏｔｅ）Ｉ／Ｆ３０ａと、ＬＥＤ３０ｂと、ＬＣＤ３０ｃと、ユーザによって操作自在な、インバータ発電機１０の運転（始動）・停止を指示するＫＥＹスイッチ（メインスイッチ）３０ｄと、インバータ発電機１０の出力の三相交流と単相交流の間の切替を指示する三相／単相の切替スイッチ３０ｅと、インバータ発電機１０の出力電圧を指示するスイッチ３０ｆを備える。
【００６２】
スイッチ３０ｆは、出力電圧を連続的な値の中の任意の値を選択して指示するアナログ的なボリュームでも良く、あるいは幾つかの値の中から選択して指示するデジタル的な切替スイッチでも良く、さらには任意な値を指示できる限り、どのような構造であっても良い。
【００６３】
制御パネル部３０とエンジン制御部２８は無線（あるいは有線）を介して通信自在に接続され、エンジン制御部２８は制御パネル部３０のＫＥＹスイッチ３０ｄと切替スイッチ３０ｅの出力をスイッチＩ／Ｆ２８ｉを介して入力し、ディスプレイＩ／Ｆ２８ｈを介して制御パネル部３０のＬＥＤ３０ｂとＬＣＤ３０ｃの点滅を制御する。
【００６４】
図７はエンジン制御部３０の動作を説明する説明図である。
【００６５】
以下説明すると、この発明は前記したように所望の電圧と位相の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力可能としたことから、この実施例にあってはインバータ部２２を３組の単相インバータ（第１、第２、第３インバータ）２２ａ，２２ｂ，２２ｃから構成すると共に、エンジン制御部２８のＣＰＵ２８ｃは、切替スイッチ３０ｅの出力に応じて出力部２６の切替機構２６ｇを動作させて三相出力端子と単相出力端子を切り替えるようにした。
【００６６】
またインバータ部２２においては、３組の単相インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの一つ、例えば２２ａをマスタ、残りをスレーブとし、エンジン制御部２８のＣＰＵ２８ｃからの通信に応じ、３組の単相インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃのＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は、三相交流を出力するとき、図７に示す如く、マスタ側のＵ相端子２６ａからの出力を基本としてスレーブ側の２６ｂ，２６ｃからのＶ相、Ｗ相出力が位相をそれぞれ１２０度ずらすようにインバータ部２２の動作を制御する。
【００６７】
他方、単相交流への切替が指示されていると判断されるとき、ＣＰＵ２８ｃからの通信に応じ、ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は、マスタ側のＵ相端子２６ａからの出力を基本としてスレーブ側の２６ｂ，２６ｃからのＶ相、Ｗ相出力が位相において一致するようにインバータ部２２の動作を制御して単相出力端子２６ｆから単相交流を出力する。
【００６８】
上記をさらに説明すると、図８はそれら３組のＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２の動作をより具体的に示すブロック図、図９は図８の動作で使用される基準信号と同期信号を説明するタイム・チャートである。
【００６９】
図示の如く、マスタ側の第１インバータ２２ａのＣＰＵ２２ａ２は、所定周波数の基準信号（図９に示す）を生成する基準信号生成部２２ａ２１と、図４のＰＷＭ信号に従ってＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部２２ａ２２と、スレーブ側の出力の位相をマスタ側のそれに同期させるための（基準信号に対して所定の位相を有する）同期信号１，２（図９に示す）を生成してＣＰＵ２２ｂ２，２２ｃ２に送信する同期信号制御部２２ａ２３と、通信線２２ｄを介して生成された同期信号の送受信（通信）を制御する通信制御部２２ａ２４とを備える。
【００７０】
スレーブ側の第２、第３インバータ２２ｂ、２２ｃも、基準信号生成部を除くと、同様のＰＷＭ制御部２２ｂ２２，２２ｃ２２と、同期信号制御部２２ｂ２３，２２ｃ２３と、通信制御部２２ｂ２４，２２ｃ２４とを備える。
【００７１】
同期信号制御部２２ａ２３は、切替スイッチ３０ｅを介して三相交流が指示される（切り替えられる）とき、周波数が所定の場合（図９（ａ））でも、周波数が例えば低下された場合（同図（ｂ））でも、基準信号に対して常に位相が１２０度ずつずらされた（換言すれば基準信号に対して所定の位相を有する）同期信号１，２を生成して送信する。
【００７２】
また、単相交流への切替が指示されていると判断されるとき、ＣＰＵ２２ａ２は、ＣＰＵ２２ｂ２，２２ｃ２に通信してＵ相端子２６ａからの出力を基本として２６ｂ，２６ｃからのＶ相、Ｗ相出力が位相において一致するようにインバータ部２２の動作を制御して単相出力端子２６ｆから単相交流を出力させる。
【００７３】
即ち、ＣＰＵ２２ａ２は、所定周波数の基準信号を生成すると共に、基準信号に対して所定の位相（より正確には同一の位相）を有する同期信号を生成してＣＰＵ２２ｂ２，２２ｃ２に送信し、よってＵ相端子２６ａからの出力を基本として２６ｂ，２６ｃからのＶ相、Ｗ相出力が位相において一致するようにインバータ部２２の動作を制御して単相出力端子２６ｆから単相交流を出力させる。
【００７４】
図１０はこの実施例における三相から単相出力への切り替えを示す波形図、図１１はその逆の場合の切り替えを示す波形図である。ユーザが制御パネル部３０の切替スイッチ３０ｅを操作することにより、図示の如く、所望の電圧の三相交流と単相交流が選択的に出力される。
【００７５】
図１２は同様にエンジン制御部２８の動作を説明する、インバータ部２２などのブロック図である。
【００７６】
図７から図１１を参照して説明した特徴に加え、この実施例にあってはＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は、第１インバータ２２ａの出力を基準として第２、第３インバータ２２ｂ，２２ｃの出力がエンジン制御部２８から通信される切替スイッチ３０ｅの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように交流変換用のスイッチング素子（Ｈブリッジ回路２２ａ１２，２２ｂ１２，２２ｃ１２のＦＥＴ）のオン・オフを制御すると共に、出力する交流の電圧が目標値となるように直流変換用のスイッチング素子（混合ブリッジ回路２２ａ１１，２２ｂ１１，２２ｃ１１のＳＣＲ）のオン・オフを制御するように構成した。
【００７７】
即ち、ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は、切替スイッチ３０ｅの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように交流変換用のスイッチング素子（Ｈブリッジ回路２２ａ１２などのＦＥＴ）のオン・オフを制御すると共に、出力する三相交流または単相交流の電圧が目標値となるように直流変換用のスイッチング素子（混合ブリッジ回路２２ａ１１などのＳＣＲ）のオン・オフを制御するようにした。
【００７８】
より具体的には、ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２は、混合ブリッジ回路２２ａ１１などのＳＣＲのゲートを目標とする出力電圧に応じた導通角で導通し、出力巻線１８ａ，１８ｂ，１８ｃから入力される交流を目標とする出力電圧の直流に変換するように構成した。目標電圧への制御はフィードバック制御則などを用いて行われる。
【００７９】
それについて説明すると、国内では三相と単相とで出力電圧が若干異なり、三相は相電圧が１１５Ｖ（線間電圧２３０Ｖ）、単相は１００Ｖに設定されている不都合がある。そこでこの実施例においては、上記の如く、ユーザから指示される発電出力電圧を目標電圧とし、巻線１８から出力される交流を直流に変換するとき、変換される直流電圧を増減するようにした。
【００８０】
これにより、ユーザは例えば単相の発電出力電圧として三相時の１１５Ｖではなく１００Ｖを得ることができ、電気負荷３２に接続される単相時の電圧を商用電源と同じ電圧にすることができる。
【００８１】
また、電圧をソフトウエア的な手法によって変更することから、外国での使用が予定される場合も、使用予定国（仕向け国）に応じた巻線の仕様の変更などのハードウエア的な対応を不要にすることができる。
【００８２】
さらに、混合ブリッジ回路２２ａ１１のＳＣＲのゲートの導通率を制御して変更、換言すれば後段のＦＥＴのＨブリッジ回路２２ａ１２の変調率を変更することがないので、インバータ２２の変換効率を低下させることがない。
【００８３】
上記の如く、この実施例にインバータ発電機１０にあっては、エンジン１２で駆動される発電部１６に巻回される第１、第２、第３巻線（出力巻線１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）と、前記第１、第２、第３巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子（混合ブリッジ回路２２ａ１１，２２ｂ１１，２２ｃ１１のＳＣＲ，Ｈブリッジ回路２２ａ１２，２２ｂ１２，２２ｃ１２のＦＥＴ）を備え、前記直流変換用のスイッチング素子（ＳＣＲ）がオン・オフされるとき、前記第１、第２、第３巻線から出力される交流を直流に変換し、前記交流変換用のスイッチング素子（ＦＥＴ）が目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいてオン・オフされるとき、前記変換された直流を目標周波数の交流に変換する第１、第２、第３インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、前記第１、第２、第３インバータの前記直流変換用と交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、前記第１インバータをマスタとして動作させる第１制御部と前記第２、第３インバータをスレーブとして動作させる第２、第３制御部（ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２）と、前記第１、第２、第３インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃにそれぞれ接続されて前記交流の出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群２６ａ，２６ｂ，２６ｃと前記端子群の中性端子２６ｄとにそれぞれ直列接続される三相出力端子２６ｅと、前記端子群に並列接続されると共に、前記中性端子に直列接続される単相出力端子２６ｆと、より具体的には前記第１インバータ２２ａに接続されて前記交流の出力をＵ相として出力するＵ相端子２６ａと、前記第２インバータ２２ｂに接続されて前記交流の出力をＶ相として出力するＶ相端子２６ｂと、前記第３インバータ２２ｃに接続されて前記交流の出力をＷ相として出力するＷ相端子２６ｃと、中性のＯ相端子２６ｄとにそれぞれ直列接続される三相出力端子２６ｅと、前記Ｕ相端子２６ａとＶ相端子２６ｂとＷ相端子２６ｃに並列接続されると共に、前記Ｏ相端子２６ｄに直列接続される単相出力端子２６ｆと、前記三相出力端子２６ｅと単相出力端子２６ｆとを切り替える切替機構２６ｇと、ユーザの操作自在に設けられる三相／単相切替スイッチ３０ｅと、前記エンジンの動作を制御すると共に、前記切替スイッチの出力を前記第１、第２、第３制御部に通信し、前記切替スイッチの出力に応じて前記切替機構２６ｇを動作させて前記三相交流と単相交流のいずれかを出力させるエンジン制御部２８、より具体的にはＣＰＵ２８ｃとを備えると共に、前記第１、第２、第３制御部（ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２）は、前記第１インバータ２２ａの出力を基準として前記第２、第３インバータ２２ｂ、２２ｃの出力が前記エンジン制御部２８から通信される前記切替スイッチ３０ｅの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように前記交流変換用のスイッチング素子（Ｈブリッジ回路２２ａ１２，２２ｂ１２，２２ｃ１２のＦＥＴ）のオン・オフを制御すると共に、出力する交流の電圧が目標値となるように前記直流変換用のスイッチング素子（Ｈブリッジ回路２２ａ１２，２２ｂ１２，２２ｃ１２のＦＥＴ）のオン・オフを制御するように構成したように構成したので、ユーザの操作自在に設けられる切替スイッチ３０ｅの出力に応じて所望の電圧の三相交流と単相交流を選択的かつ確実に出力することができて発電機の出力を十分に利用することができる。
【００８４】
即ち、第１インバータ２２ａをマスタ、第２、第３インバータ２２ｂ，２２ｃをスレーブとし、第１、第２、第３制御部（ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２）は第１インバータの出力を基準として第２、第３インバータの出力がエンジン制御部２８から通信される切替スイッチ３０ｅの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるようにスイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、３組のインバータ（発電機）２２の出力を容易に同期させることができ、単相であれば同一電圧で同一位相、三相であれば同一電圧で相互に１２０度ずつ相違させた位相の交流を確実に出力させることができ、よって所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を確実に得ることができる。
【００８５】
また、第１、第２、第３制御部は、出力する交流の電圧が目標値となるように直流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御する如く構成したので、ソフトウエア的な手法によって選択される交流の出力電圧を容易に増減することができる。よって使用予定国（仕向け国）に応じた巻線の仕様を変更するなどのハードウエア的な対応を不要とすることができる。また、国内でも三相と単相で出力電圧が若干異なり、三相は相電圧が１１５Ｖ、単相は１００Ｖに設定されるが、それに対しても電圧を可変とすることで利便性が向上する。
【００８６】
また、三相出力端子を構成するＵ相端子２６ａとＶ相端子２６ｂとＷ相端子２６ｃに単相出力端子２６ｄを並列接続するように構成したので、切替スイッチ３０ｅの出力に応じて三相交流と単相交流のいずれかを簡易に出力でき、よって発電機の出力を十分に利用することができる。
【００８７】
また、第１、第２、第３インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの動作を制御する第１、第２、第３制御部（ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２）と別に、エンジン１２の動作を制御するエンジン制御部２８（より具体的にはＣＰＵ２８ｃ）を備えるように構成したので、インバータ発電機の動作と独立にエンジン１２の動作を制御することができ、エンジン発電機としての利便性を向上させることができる。
【００８８】
また、前記第１、第２、第３インバータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃと前記Ｕ相端子２６ａとＶ相端子２６ｂとＷ相端子２６ｃの間にそれぞれフィルタ（フィルタ部）２４を介挿するように構成したので、上記した効果に加え、フィルタ（フィルタ部）２４でノイズが除去された単相出力から三相出力を得ることが可能となり、滑らかな波形の三相出力あるいは単相出力に負荷３２に接続することができる。
【００８９】
即ち、インバータ２２から直ちに三相交流を出力させると共に、その後段の出力端（出力部２６）との間にフィルタを介挿してノイズを除去する構成ではなく、インバータ２２とＵ相端子２６ａなどの間にフィルタ（フィルタ部）２４を介挿してノイズを除去するように構成したので、滑らかな波形の三相出力あるいは単相出力を負荷に接続することができる。
【００９０】
また、前記第１、第２、第３制御部（ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２）は、前記三相交流を出力するとき、前記マスタを構成する第１インバータ２２ａからの出力を基準として前記第２、第３インバータ２２ｂ，２２ｃの出力の位相が目標値となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成したので、上記した効果に加え、一層滑らかな波形の三相交流あるいは単相交流を出力することができると共に、所望の電圧と位相の三相出力と単相出力を一層確実に得ることができる。
【００９１】
また、前記エンジン制御部は、前記第１、第２、第３巻線（出力巻線１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）のいずれかに通電して前記発電部１６を電動機として動作させることで前記エンジン１２を始動するように構成したので、上記した効果に加え、始動用のセルモータなどを必要とすることなく、エンジン１２を簡易に始動することができる。
【００９２】
尚、上記においてインバータ部２２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。
【符号の説明】
【００９３】
１０ インバータ発電機、１２ エンジン（内燃機関）、１４ バッテリ、１６ 発電部、１６ａ ステータ、１６ｂ ロータ、１８ 出力巻線（メイン巻線。巻線）、１８ａ 第１巻線、１８ｂ 第２巻線、１８ｃ 第３巻線、２０ 出力巻線（サブ巻線）、２２ インバータ部、２２ａ 第１インバータ、２２ａ１ パワーモジュール、２２ａ１１ 混合ブリッジ回路（のＳＣＲ（直流変換用のスイッチング素子））、２２ａ１２ Ｈブリッジ回路（のＦＥＴ（直流変換用のスイッチング素子））、２２ａ２ ＣＰＵ（第１制御部）、２２ｂ 第２インバータ、２２ｂ１ パワーモジュール、２２ｂ１１ 混合ブリッジ回路（のＳＣＲ（直流変換用のスイッチング素子））、２２ｂ１２ Ｈブリッジ回路（のＦＥＴ（直流変換用のスイッチング素子））、２２ｂ２ ＣＰＵ（第２制御部）、２２ｃ 第３インバータ、２２ｃ１ パワーモジュール、２２ｃ１１ 混合ブリッジ回路（のＳＣＲ（直流変換用のスイッチング素子））、２２ｃ１２ Ｈブリッジ回路（のＦＥＴ（直流変換用のスイッチング素子））、２２ｃ２ ＣＰＵ（第３制御部）、２４ フィルタ部（フィルタ）、２６ 出力部、２６ａ Ｕ相端子、２６ｂ Ｖ相端子、２６ｃ Ｗ相端子、２６ｄ Ｏ相端子、２６ｅ 三相出力端子、２６ｆ 単相出力端子、２６ｇ 切替機構、２８ エンジン制御部、２８ｃ ＣＰＵ、３０ 制御パネル部、３０ｄ ＫＥＹスイッチ、３０ｅ 切替スイッチ、３０ｆ スイッチ、３２ 負荷（電気負荷）
【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、第２、第３巻線と、前記第１、第２、第３巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子を備え、前記直流変換用のスイッチング素子がオン・オフされるとき、前記第１、第２、第３巻線から出力される交流を直流に変換し、前記交流変換用のスイッチング素子が目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいてオン・オフされるとき、前記変換された直流を目標周波数の交流に変換する第１、第２、第３インバータと、前記第１、第２、第３インバータの前記直流変換用と交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、前記第１インバータをマスタとして動作させる第１制御部と前記第２、第３インバータをスレーブとして動作させる第２、第３制御部と、前記第１、第２、第３インバータにそれぞれ接続されて前記交流の出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群と前記端子群の中性端子とにそれぞれ直列接続される三相出力端子と、前記端子群に並列接続されると共に、前記中性端子に直列接続される単相出力端子と、前記三相出力端子と単相出力端子とを切り替える切替機構と、ユーザの操作自在に設けられる三相／単相切替スイッチと、前記エンジンの動作を制御すると共に、前記切替スイッチの出力を前記第１、第２、第３制御部に通信し、前記切替スイッチの出力に応じて前記切替機構を動作させて前記三相交流と単相交流のいずれかを出力させるエンジン制御部とを備えると共に、前記第１、第２、第３制御部は、前記第１インバータの出力を基準として前記第２、第３インバータの出力が前記エンジン制御部から通信される前記切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように前記交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、出力する交流の電圧が目標値となるように前記直流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御するように構成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１、第２、第３インバータと前記Ｕ相端子とＶ相端子とＷ相端子の間にそれぞれフィルタを介挿した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３】
前記第１、第２、第３制御部は、前記三相交流を出力するとき、前記マスタを構成する第１インバータからの出力を基準として前記第２、第３インバータの出力の位相が目標値となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御することを特徴とする請求項１または２記載のインバータ発電機。
【請求項４】
前記エンジン制御部は、前記第１、第２、第３巻線のいずれかに通電して前記発電部を電動機として動作させることで前記エンジンを始動することを特徴とする請求項１から３のいずれかに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、第２、第３巻線と、前記第１、第２、第３巻線にそれぞれ接続されると共に、直流変換用と交流変換用のスイッチング素子を備え、前記直流変換用のスイッチング素子がオン・オフされるとき、前記第１、第２、第３巻線から出力される交流を直流に変換し、前記交流変換用のスイッチング素子が目標とする出力電圧波形の基準正弦波とキャリアを用いて生成されるＰＷＭ信号に基づいてオン・オフされるとき、前記変換された直流を目標周波数の交流に変換する第１、第２、第３インバータと、前記第１、第２、第３インバータの前記直流変換用と交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、相互に通信自在に接続され、前記第１インバータをマスタとして動作させる第１制御部と前記第２、第３インバータをスレーブとして動作させる第２、第３制御部と、前記第１、第２、第３インバータにそれぞれ接続されて前記交流の出力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかとして出力する端子群と前記端子群の中性端子とにそれぞれ直列接続される三相出力端子と、前記端子群に並列接続されると共に、前記中性端子に直列接続される単相出力端子と、前記三相出力端子と単相出力端子とを切り替える切替機構と、ユーザの操作自在に設けられる三相／単相切替スイッチと、前記エンジンの動作を制御すると共に、前記切替スイッチの出力を前記第１、第２、第３制御部に通信し、前記切替スイッチの出力に応じて前記切替機構を動作させて前記三相交流と単相交流のいずれかを出力させるエンジン制御部とを備えると共に、前記第１、第２、第３制御部は、前記第１インバータの出力を基準として前記第２、第３インバータの出力が前記エンジン制御部から通信される前記切替スイッチの出力に応じた三相交流あるいは単相交流となるように前記交流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、出力する交流の電圧が目標値となるように前記直流変換用のスイッチング素子のオン・オフを制御するように構成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１、第２、第３インバータと前記Ｕ相端子とＶ相端子とＷ相端子の間にそれぞれフィルタを介挿した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３】
前記第１、第２、第３制御部は、前記三相交流を出力するとき、前記マスタを構成する第１インバータからの出力を基準として前記第２、第３インバータの出力の位相が目標値となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御することを特徴とする請求項１または２記載のインバータ発電機。
【請求項４】
前記エンジン制御部は、前記第１、第２、第３巻線のいずれかに通電して前記発電部を電動機として動作させることで前記エンジンを始動することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインバータ発電機。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
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【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【公開番号】特開２０１２−２４４６９７（Ｐ２０１２−２４４６９７Ａ）
【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２０１１−１１０５７３（Ｐ２０１１−１１０５７３）
【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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