JPH02501104A - 交流電圧発生方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流電圧発生方法及び装置に関するものである。

特に、シヌソイド状交流電圧を発生させる小型燃焼エンジンによって駆動される 発生器においては、負荷の状態が変化する条件下においては一定周波数及び一定 振幅の両方を同時に制御することは困難である。けだし、周波数はしばしば振幅 と共に回転速度によって排他的に決定されるためである。この回転速度は遠心性 レギュレータ又は別の機械的調整器を用いて制御されるが、反作用のためこれら の調整器にはかなり大きな回転速度変化が要求される。さらに周波数補正を正確 に行なうには、別の測定や連続するモニタリングがしばしば必要となる。良好な シヌソイド状の波形を形成するためには、発生器の巻線及びエアギャップを、最 大出力を目標とした場合に必要とされる設計からずれるように構成する必要があ る。この結果、得ようとするパワー出力に関連して発生器の容積が大きくなると 共に重量が大きくなってしまう。

本発明の目的は上述した欠点を除去するものである。本発明の交流電圧発生方法 は、交流電圧を発生させる方法において、交流電圧が直流電圧から反転を経て発 生され、この直流電圧が発生器により発生され、前記直流電圧が測定されると共 に安定化され、前記交流電圧の周波数が発振器によって形成されることを特徴と する。この交流電圧は別の発振器によって発生させられるので、負荷及び発生器 の回転速度に依存しない一定の周波数が得られる。交流電圧の振幅は周波数に対 して独立して同時に発生するので、振幅の安定化が一層容易になる。

本発明の方法の好適実施例は、直流電圧が、発生器の磁化を制御することにより 安定化されることを特徴とする。

本発明の方法の好適実施例は、発振器として周波数安定化用の水晶発振器を用い ることを特徴とする。

本発明の方法の好適実施例は、交流電圧が交流反転されると共に濾波されること を特徴とする。

本発明による方法を実施するための装置は、直流電圧から反転を経て交流電圧を 発生させる制御ユニットを含むインバータと、発生器により直流電圧を発生させ る発生器ユニットと、前記発生器ユニットから得た直流電圧を測定すると共に安 定化する直流電圧制御ユニットと、前記インバータの制御ユニット内にあり前記 交流電圧の周波数を決定するための発振器とを具えることを特徴とする。

本発明による方法を実施するための装置は、前記発生器の磁化が、前記発生器ユ ニットの出力電圧を安定化するように前記発生器の磁化巻線によって制御される ことができることを特徴とする。

本発明による方法を実施するための装置は、発生器で発生した直流電圧を基準電 圧と比較する作動増幅器と、この作動増幅器と共に前記直流電圧と基準電圧との 差を増幅するトランジスタと、過電圧保護用のダイオードとを含むことを特徴と する。

本発明の方法を実施するための装置の好適実施例は、前記インバータの電力段が 、前記直流電圧から交流電圧を発生させる半導体スイッチと、発生した交流電圧 を濾波するためのローパスフィルタとを存することを特徴とする。

本発明の方法を実施するためき装置の好適実施例は、前記インバータの電力段が 、前記直流回路に接続可能なエネルギー蓄積素子を具えることを特徴とする。

以下に図面に基き本発明の詳細な説明する。

第１図は交流電圧を発生させる本発明の装置を示す。

第２図は直流電圧制御ユニット及び磁化巻線を示す。

第３図はインバータ制御ユニットを示す。

第４ａ図は制御ユニットの発振器から得られる方形波を示す。

第４ｂ図はインバータ制御ユニットのローパスフィルタから得られるシヌソイド 波を示す。

第４ｃ図はインバータ制御ユニットの発振器から得られる第２の方形波を示す。

第４ｄ図はインバータ制御ユニットの第２のローパスフィルタから得られる三角 波を示す。

第４ｅ図はシヌソイド波で変調された矩形信号を示す。

第５図はインバータの電力段を示す。

第１図は、本発明による交流電圧発生装置を示し、この交流電圧発生装置は振幅 、周波数及び電圧形状を個別のユニットにより決定することによって交流電圧を 発生させる。

交流電圧Ｕ０はインバータ３において直流電圧Ｕ、を交流変換することにより形 成される。直流電圧ＵＡは、交流発性器（Ｇ）４及びダイオードで構成される整 流器５を有する発生器ユニッ）１で発生し、整流器５は交流発生器４によって発 生した交流電圧を整流する。交流発生器４は、例えば自動車の交流発電機とする 。

発生器ユニット１で得た直流電圧Ｕａは直流電圧制御回路によって測定されると 共に、制御回路２で発生した信号を交流発生器４の磁化巻線り、に供給すること により安定化される。交流電圧Ｕ０の周波数は、インバータ３の制御回路６内の 発振器を用いて形成される。

第２図は、第１図に示す直流電圧制御ユニット２及び磁化巻ｖＡＬ、の詳細な構 成を示す０発生器ユニット１で発生した直流電圧ＵＡを抵抗Ｒ＋及びＲ２で構成 される電圧分割器に供給し、この電圧分割器において直流電圧ＵＡを作動増幅器 ８の入力に適切なレベルに適合させる。作動増幅器８の他方の入力部に、抵抗Ｒ １及びツェナダイオードＺ。

によって電圧Ｕ、から形成された基準電圧を供給する。作動増幅器８の２個の入 力電圧間の差をこの増幅器８とトランジスタＴ、及びＴｔとによって増幅する。

トランジスタＴ、のベース電極は電圧Ｕ、を抵抗Ｒ４に接続することにより制御 され、抵抗Ｒ４はトランジスタＴｔ及び抵抗Ｒ１を経て接地電極に接続する。抵 抗Ｒ４の他の端子はトランジスタＴ、のベース電極に接続され、トランジスタＴ ２は作動増幅器８の出力部をトランジスタＴ２のベース電極に接続することによ って制御される。トランジスタＴ、のコレクタに磁化巻線Ｌ１を接続する。磁化 巻線り、に並列にダイオードＤ１を接続し、このダイオードＤ。

により過電圧ピークがトランジスタＴ２に影響を及ぼすのを阻止する。電圧Ｕ、 は、蓄積バッテリ又は発生器ユニットｌから得た１２Ｖの電圧とする。

第３図は第１図に図示したインバータ制御ユニット６の構成を詳細に示す、この 制御ユニット６に、出力交流電圧Ｕ０の周波数を決定するための発振器９を設け る０発振器は、周波数を安定化するための水晶発振器１０と位相インバータを含 むマイクロ回路１１とで構成される。ＣＭＯ３回路ＣＤ４０６０をマイクロ回路 として用いる場合、水晶発振器１０の適切な周波数は８１９．２　ｋＨｚである 。水晶発振器１０から得られる信号をマイクロ回路１１で分割すると、第４ａ図 に示すインバータ出力電圧Ｕ０に必要な周波数（５０Ｈｚ）の方形波Ｓ＋が得ら れる。水晶発振器１０から得た信号を３２個に分割することにより、第４ｂ図に 示す２５．６　ｋＨｚの周波数を有する別の方形波Ｓ２が得られる。信号Ｓ、は 、更に第２の信号Ｓｔを５１２個以上に分割することによって得られる。信号Ｓ ＋を５０Ｈｚの基本周波数の信号を通しより高い高調波は通過させないローパス フィルタ１２に供給し、第４ｃ図に示すシヌソイド信号Ｓ３を発生させる。

ローパスフィルタ１２は作動増幅回路を用いて設置することができ、この設計は 当業者にとって自明であるため本明細書では説明を省略する。第２の方形波Ｓ２ を抵抗Ｒ１とコンデンサＣＩとで構成される別のローパスフィルタ１３に供給し 、このローパスフィルタの出力から第４ｄ図に示す三角波信号Ｓ４が得られる。

シヌソイド信号Ｓ、と三角波信号Ｓ４とを比較器１４で比較し、この比較器１４ から第４ｅ図に示す信号Ｓ、を出力する。この信号は、５０Ｈｚのシヌソイド波 で変調された２５．６　ｋＨｚの方形波となる。この信号Ｓ、を、増幅器１５を 介してインバータの電力段７を構成する変成器Ｍ１に供給する。コンデンサＣ２ によって信号中に存在する５０Ｈｚの信号成分を分離する。

第４ａ図〜第４ｅ図の波形は大きさ又は位相において一致していない、これらの 波形は、それぞれ信号波形を単に図示したにすぎない。

第５図は第１図に図示したインバータの電力段７を示し、この電力段において電 圧ＵＡを第１図に示す発生器ユニット１で形成された安定化した直流電圧とする ０巻線Ｍ２〜Ｍ、は第３図に示す変成器の２次巻線であり、コンデンサＣ１〜Ｃ ６は減結合コンデンサであり、これらコンデンサの各々は各ＶＤＲ抵抗Ｒ７〜Ｒ ＩＧと一緒になって比較器１４で形成された変調信号を再生する。ＶＤＲ抵抗の 代わりにツェナダイオードを用いることもできる。巻線Ｍ２〜Ｍｓは、巻線Ｍ２ 及びＭ、が同一極性となり巻線Ｍ、及びＭ４が巻線Ｍ、及びＭ、の極性に対して 反対極性となるように接続する。再生信号を用いてＭＯ５ＦＥＴ半導体スイッチ に、〜に４の各々を駆動する。

点Ａ及びＢにおいて、波形が第４ｅ図の信号Ｓ、に対応し振幅が電圧、ＵＡに対 応する信号が発生する。Ａ点及びＢ点における信号は位相が反対になる。これら の信号を、直列接続されているコイルＬ２＋コンデンサＣ？及び別のコイルし、 から成る２次のローパスフィルタを通すことにより、コンデンサＣ１の端子の両 端間に出力電圧Ｕ０が得られる。

この電圧Ｕ０はシヌソイド波形をなし、その周波数は水晶発振器６により安定化 され、その振幅は直流電圧ＵＡに対応している。コンデンサＣ８は電解コンデン サであり、この電解コンデンサにより発生器だけの場合よりも一層高い瞬時的な 出力電力を形成することができる。

本発明は上述した実施例だけに限定されるものではな（以下に述べる請求の範囲 内において種々の変形が可能であることは、当業者にとって明らかである。３個 のインバータを並列に接続することにより３相交流電圧を形成することができる 。ＭＯＳ　Ｆ　ＥＴ半導体スイッチの代わりに、２５．６　ｋＨｚの信号に対し て十分なスイッチング速度を有し電圧Ｕａ及びインバータ３の出力部に接続した 負荷によって取り出される電流を維持できる他の種類の対応する半導体スイッチ を用いることもできる。燃焼エンジンに加えて例えば水力タービン、波のパワー 、又は風車を用いて第１図の交流発生器４を駆動することもできる。第５図のコ ンデンサＣＩは蓄積バッテリ又は他の等価なエネルギー蓄積装置とすることがで き、この場合交流発生器４が一時的に停止しても装置全体の操作が停止すること はない、第３図の水晶発振器１０を９８３．０　ｋＨ２の水晶発振器で置換する ことにより、出力電圧Ｕ０の５０Ｈｚの周波数を例えば　６０Ｈｚの周波数に変 換することも可能である。

国際調査報告 １ｅｌｆｉ＠１４＋ａ−＾ａ＠１ｌｆａｌｌｌｌＡＮ４．ｐｃτ＋’Ｆ：８−． １０ＣＨう６１ｍ−Ｍ＋＋＋ＭＩ　Ａ＊ｍｔ＃ｌ−ｓ。ｒ’ｃ７．’Ｆ：８７１ ００１５６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．交流電圧を発生させる方法において、交流電圧（ＵＯ）が直流電圧（ＵＡ） から反転を経て発生され、この直流電圧が発生器（４）により発生され、前記直 流電圧が測定されると共に安定化され、前記交流電圧の周波数が発振器（９）に よって形成されることを特徴とする交流電圧発生方法。 ２．前記直流電圧が発生器（４）の磁化を規制することにより安定化されること を特徴とする請求の範囲１に記載の交流電圧発生方法。 ３．前記発振器（９）に水晶発振器（１０）を用いて周波数を安定化することを 特徴とする請求の範囲１に記載の交流電圧発生方法。 ４．前記交流電圧が、反転されると共に濾波されることを特徴とする請求の範囲 １から３までのいずれか１項に記載の交流電圧発生方法。 ５．前記装置が、制御ユニット（６）を有し直流電圧（ＵＡ）から反転を経て交 流電圧（ＵＯ）を発生させるインバータ（３）と、発生器（４）により直流電圧 （ＵＡ）を発生させる発生器ユニット（１）と、前記発生器ユニット（１）から 得た直流電圧（ＵＡ）を測定すると共に安定化させる直流電圧制御ユニットと、 前記インバータの制御ユニット（６）内にあり前記交流電圧の周波数を決定する ための発振器（９）とを具えることを特徴とする請求の範囲１に記載の装置。 ６．前記発生器の磁化が、前記発生器ユニット（１）の出力電圧（ＵＡ）を安定 化するように前記発生器（４）の磁化巻線（Ｌ１）によって制御されることがで きることを特徴とする請求の範囲５に記載の装置。 ７．前記直流電圧制御ユニット（２）が、前記発生器ユニットで形成された直流 電圧（ＵＡ）を基準電圧と比較する作動増幅器（８）と、この作動増幅器（８） と共に前記直流電圧と基準電圧との差を増幅するトランジスタ（Ｔ１，Ｔ２）と 、過電圧保護用のダイオード（Ｄ１）とを具えることを特徴とする請求の範囲５ 又は６に記載の装置。 ８．前記インバータの電力段（７）が、前記直流電圧（ＵＡ）から交流電圧（Ｕ Ｏ）を発生させる半導体スイッチ（Ｋ１〜Ｋ４）と、発生した交流電圧を濾波す るためのローパスフィルタとを有することを特徴とする請求の範囲５から７まで のいずれか１項に記載の装置。 ９．前記インバータの電力段（７）が、前記直流回路に接続可能なエネルギー蓄 積素子（Ｃ８）を有することを特徴とする請求の範囲５から８までのいずれか１ 項に記載の装置。 １０．前記インバータの制御ユニット（６）が、発振器（９）を構成する水晶発 振器（１０）及びマイクロ回路（１１）と、発振器（９）により発生したパルス 状信号（Ｓ１）からシヌソイド状の信号（Ｓ３）を発生させるローパスフィルタ （１２）と、前記発振器（９）から得た別のパルス状の信号（Ｓ２）から三角波 信号（Ｓ４）を形成する第２のローパスフィルタ（１３）と、前記シヌソイド状 の信号と三角波信号とを比較する比較器（１４）と、比較器（１４）から得た信 号（Ｓ３）をインバータの電圧段の半導体スイッチ（Ｋ１〜Ｋ４）に供給する変 成器（Ｍ１）とで構成されることを特徴とする請求の範囲５から９までのいずれ か１項に記載の装置。