JP2012244698A - インバータ発電機 - Google Patents

Abstract

【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すると共に、出力する交流の周波数を変更可能として発電機の出力を十分に利用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、インバータに接続されて交流の出力をＵ相，Ｖ相、Ｗ相として出力する端子群などに接続される三相出力端子と単相出力端子と、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周波数設定スイッチを備え、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周波数設定スイッチで設定された周波数で、かつ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。
【選択図】図１

Description

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、出力する交流の周波数を変更できるようにしたインバータ発電機に関する。

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。

特開２０１０−２０６９０４号

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。

ところで、三相交流はポンプや大型ファンなどの回転動力を必要とする機器の電源として有用であるが、特許文献１記載の技術にあっては出力する交流の周波数が固定されているため、発電機の出力を十分に利用できないうらみがあった。

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すると共に、出力する交流の周波数を変更可能として発電機の出力を十分に利用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。

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周波数設定スイッチとを備えると共に、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周波数設定スイッチで設定された周波数で、かつ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。

請求項２に係るインバータ発電機にあっては、前記第１制御部は前記周波数設定スイッチで設定された周波数の基準信号を生成すると共に、前記基準信号に対して所定の位相を有する同期信号を生成して前記第２、第３制御部に送信し、よって前記第１、第２、第３制御部は前記基準信号と同期信号に基づいて前記スイッチング素子のオン・オフを制御して前記前記第１、第２、第３インバータから前記設定された周波数の三相交流あるいは単相交流を出力させるように構成した。

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、前記周波数設定スイッチで設定された周波数から予め設定された特性を検索して得られる電圧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。

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に接続される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周波数設定スイッチとを備えると共に、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周波数設定スイッチで設定された周波数で、かつ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。

また、ユーザの操作自在に設けられる周波数設定スイッチで設定される周波数の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、ユーザの指示に応じて周波数を確実に変更することができ、ポンプや大型ファンなどの回転動力を必要とする機器の電源として使用するとき、回転速度を微細に調整したり、回転速度を低下させて消費エネルギを低減させたりすることが可能となって発電機の出力を十分に利用することができる。

請求項２に係るインバータ発電機にあっては、第１制御部は設定された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を有する同期信号を生成して第２、第３制御部に送信し、よって第１、第２、第３制御部は基準信号と同期信号に基づいてスイッチング素子のオン・オフを制御して前記第１、第２、第３インバータから設定された周波数の三相交流あるいは単相交流を出力させるように構成したので、上記した効果に加え、ユーザの指示に応じて周波数を確実に変更することができる。

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、周波数スイッチで設定された周波数から予め設定された特性を検索して得られる電圧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構成したので、上記した効果に加え、回転動力を必要とする機器の電源として使用するときの使い勝手を一層向上させることができる。

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。 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１のインバータ発電機の動作をより具体的に示すブロック図である。 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１のインバータ発電機の三相から単相出力への切り替えを示す波形図ある。 図１のインバータ発電機の単相から３相への切り替えを示す波形図である。 図１のインバータ発電機の動作を説明する、図８と同様のブロック図である。 図１のインバータ発電機などの周波数に対する発電電圧の特性を示す説明図である。 図１のインバータ発電機の、電圧（の振幅）を増加させた場合の周波数の上昇を示すタイム・チャートである。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。パワーモジュール２２ａ１の動作については後述する。

インバータ部２２はフィルタ部２４に接続される。

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。

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。

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。

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。

より具体的には、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、ユーザの操作自在に設けられる、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（ＳＷ１）３０ｅと、通常（固定）の電圧・周波数と可変の電圧・周波数（ＶＶＶＦ）の間の切替を指示する切替スイッチ（ＳＷ２）３０ｆと、回転方向が右（Ｕ，Ｖ，Ｗの順）か左（例えばＵＷＶの順）の間の切替を指示する切替スイッチ（ＳＷ３）３０ｇと、周波数と電圧を設定（指示）する周波数・電圧設定スイッチ３０ｈと、タッチパネルなどの表示手段３０ｉを備える。

スイッチ３０ｈは、周波数と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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図示の如く、マスタ側の第１インバータ２２ａのＣＰＵ２２ａ２は、周波数・電圧設定スイッチ３０ｈで設定された周波数の基準信号（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。

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。

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、周波数が通常（固定）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。

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。

即ち、ＣＰＵ２２ａ２は、周波数・電圧設定スイッチ３０ｈで設定された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。

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。

図１２は同様にインバータ部２２の動作を説明する、図８と同様のブロック図である。

図７から図９を参照して説明した特徴に加え、この実施例にあっては、エンジン制御部２８を通じて通信される周波数・電圧設定スイッチ３０ｈの出力に応じ、ＣＰＵ２２ａ２２はＣＰＵ２２ｂ２，２２ｃ２に通信によって協調しつつ、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、フィードバック制御則などを用いて制御して混合ブリッジ回路２２ａ１１，２２ｂ１１，２２ｃ１１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。

これは、一つには国内で三相と単相は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ため、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。二つには、発電出力を一定に保つには、周波数の変更に応じて出力電圧（の振幅）も変更する必要があるからである。

図１３は周波数に対する発電電圧の特性を示す説明図、図１４は電圧（の振幅）を増加させた場合の周波数の上昇を示すタイム・チャートである。

従って、図１２の処理においてＣＰＵ２２ａ２と（ＣＰＵ２２ａ２の指示の下に）ＣＰＵ２２ｂ２，２２ｃ２は、切替スイッチ３０ｇの出力に応じ、周波数・電圧設定スイッチ３０ｈで設定された周波数に応じて図１３に示すような特性に従って混合ブリッジ回路２２ａ１１のＳＣＲのゲートを変更すべき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。これによって図１４に示すような電圧の増加に応じて周波数を上昇させることができる。

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と周波数設定スイッチ３０ｈ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の出力が前記周波数設定スイッチ３０ｈで設定された周波数で、かつ前記切替スイッチ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。

また、ユーザの操作自在に設けられる周波数設定スイッチ３０で設定される周波数の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、ユーザの指示に応じて周波数を確実に変更することができ、ポンプや大型ファンなどの回転動力を必要とする機器の電源として使用するとき、回転速度を微細に調整したり、回転速度を低下させて消費エネルギを低減させたりすることが可能となって発電機の出力を十分に利用することができる。

また、前記第１制御部（ＣＰＵ２２ａ２）は前記周波数設定スイッチ３０ｈで設定された周波数の基準信号を生成すると共に、前記基準信号に対して所定の位相を有する同期信号を生成して前記第２、第３制御部（ＣＰＵ２２ｂ２，２２ｃ２）に送信し、よって前記第１、第２、第３制御部（ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２）は前記基準信号と同期信号に基づいて前記スイッチング素子のオン・オフを制御して前記前記第１、第２、第３インバータ２２あ、２２ｂ、２２ｃから前記設定された周波数の三相交流あるいは単相交流を出力させるように構成したので、上記した効果に加え、ユーザの指示に応じて周波数を確実に変更することができる。

また、前記第１、第２、第３制御部（ＣＰＵ２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２）は、前記周波数設定スイッチ３０ｈで設定された周波数から予め設定された特性を検索して得られる電圧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、回転動力を必要とする機器の電源として使用するときの使い勝手を一層向上させることができる。

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。

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）

Claims (3)

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周波数設定スイッチとを備えると共に、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周波数設定スイッチで設定された周波数で、かつ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。
2. 前記第１制御部は前記周波数設定スイッチで設定された周波数の基準信号を生成すると共に、前記基準信号に対して所定の位相を有する同期信号を生成して前記第２、第３制御部に送信し、よって前記第１、第２、第３制御部は前記基準信号と同期信号に基づいて前記スイッチング素子のオン・オフを制御して前記前記第１、第２、第３インバータから前記設定された周波数の三相交流あるいは単相交流を出力させることを特徴とする請求項１記載のインバータ発電機。
3. 前記第１、第２、第３制御部は、前記周波数設定スイッチで設定された周波数から予め設定された特性を検索して得られる電圧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。