JPH0393499A - 携帯用エンジン発電機 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は携帯用エンジン発電機に関し、特に比較的大容
量の直流を出力する発電機の過電流保護装置に関する． （従来技術及びその課題） 携書用エンジン発電機等の電源機器においては、過電流
検出用のシャント抵抗等の検出器を出力側に負荷と直列
に設けておき過電流状態が検出されたときには出力を遮
断することが行なわれているが、この検出器には常時負
荷電流が通電されているため特に大電流出力が要求され
るような仕様の発電機ではこの余分な損失も大きなもの
になり易い． これに対し、スイッチング素子であるＦＥＴ（電界効果
トランジスタ〉のソース・ドレインに現われるオン抵抗
による電圧降下、すなわち、ソ一ス飽和電圧を電流検出
値とする方法も行なわれるようになってきている（例え
ば特開昭５８−４３０１６号公報、特開昭６４−８３　
１　５６号公報）． ところで、この種の発電機の保護方法によると、過電流
（大きな負荷電流）を検出した時には出力を遮断するこ
とができ、出力回路を含めた兜電機の保護を行なえるも
のの、エンジン運転を継続しているままの状態で発電機
に接続されている負荷をいったん解除すれば前述の遮断
状態も解除されることになり、ここで再び負荷を投入し
て過電流による遮断を繰り返した場合、Ｊ？！電機側に
とっても，また負荷側にとっても好ましくない。また、
外部負荷機器の構造によっては過電流によって電源機器
の出力が遮断されると過電流の原因が消滅し（例えば高
温になった結果、過電流が流れる場合等〉そのため電源
機器から再び出力が供給されはするものの、まもなく再
び過電流が流れるといったことが生じ、過負荷状態の発
生が運転者になかなか認識されなかったり、また出力遮
断が頻繁に発生し、機器を傷める可能性がある。

この種の保護装置に対しては、過電流状１１Ｍ（過負荷
状ｆｉｔ）が発生したときに直ちに遮断するのでなく少
しの間継続した時に遮断動作させるのが一般的であるこ
とから、上記のような悪影響に対して十分な配慮が必要
になる場合があり得る．本発明はかかる問題点を解決す
るためになされたもので、過負荷電流に起因する出力の
遮断状態を、エンジンの停止等のリセット操作が行なわ
れるまで継続するように構威することによって過負荷状
態の発生を確実に運転者に知らしめるようにし、かつ出
力遮断が頻繁に行なわれないようにすると共にさらには
このようなシステムをエンジン発電機に組み入れるにあ
たってのマッチングを工夫した携宿用エンジン発電機を
提供することを目的とする． （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、エンジンと、この
エンジンで駆動される発電機と、この発電機の出力巻線
の出力を整流、平滑する電源回路と、この電源回路と直
流出力端子との間に介設される過電流保護用の電界効果
トランジスタとを有する携杏用エンジン発電機において
、前記電界効果トランジスタの入力側電圧と出力側電圧
とを常時比較し，前記出力側電圧が前記入力側電圧より
も所定値以上低下したとき前記電界効果トランジスタを
オフさせて前記電源回路から前記出力端子への電流偶給
を遮断し、かつこの遮断状態をリセット操作が行なわれ
るまで継続する制御回路を備えたことを特徴とする． また好ましくは，前記制御回路は前記エンジンの回転数
が所定値以上であることを条件として前記電源回路から
前記電界効果トランジスタの入力側へ電流供給を行うよ
うに構成されることを特徴とする． （作川） 電界効果トランジスタの入力側電圧信号と出力側電圧信
号を常時比較し、前記出力側電圧が前記入力側電圧より
も所定値以上低下したとき前記電界効果トランジスタを
オフさせて前記電源回路から出力端子への電流供給を遮
断し、かつこの遮断状態をエンジンの停止操作等のリセ
ット操作が行なわれるまでを継続する． また、エンジンの回転数が所定値以上であることを条件
として電源回路から前記電界効果トランジスタの入力側
へ電流供給を行う． （実施例） 以下図面を参照して本発明に係る携帯用エンジン発電機
の保護装置の一実施例を詳述する．図は携帯用エンジン
発電機の出力電圧制御装置の全体構成図を示しており、
図中Ｇは、エンジンによって駆動される交流発電機であ
り、夫々独立した２つの出力巻線Ｌｌ，Ｌｔと、これと
は独立した制御巻線（補助巻線）Ｌ３とを同一の固定子
鉄心に巻装して構成されている．出力巻線Ｌｌ，　Ｌ２
及び制御巻線Ｌ３は同一の固定子鉄心（図示せず）に巻
装され、該固定子鉄心の外周をエンジンによって駆動さ
れるアウターロータ式の磁石回転子（図示せず）を回転
させることにより、出力巻線い，Ｌｘは夫々三和交流電
力を、制御巻線Ｌ３は単相交流電力を出力するように構
成されている。

出力巻線Ｌｌ，Ｌ２は、夫々サイリスタとダイオードと
で構威される三和整流ブリッジ回路１，２に接続され、
各三相出力は全波整流されるとともに、後述するように
電圧制御される。整流ブリッジ回路１．２の各出力端子
はそれぞれ合体されて平滑用コンデンサＣＩに接続され
、それぞれの全波整流出力を重畳したものをコンデンサ
Ｃ１で平滑して直流出力が形成される． 一方、制御巻線Ｌ３は整流回路３に接続され、該整流回
路３は３端子定電圧回路４に接続される．整流回路３は
補助巻線Ｌ３かもの単相交流出力を整流し、定電圧回路
４はこの整流出力を定電圧化する。いまもし仮にコンデ
ンサＣｓの端子間電圧を１２Ｖ、定電圧回路４自体の出
力電圧を８ｖとすると、定電圧回路４の入出力共通端子
４ａはコンデンサＣＩのプラス端子に接続されるためこ
の端子４ａの電位は１２Ｖを呈し、定電圧回路４の出力
端子４ｂの電位は２０Ｖを呈する．Ｔｒｓ，　Ｔｒｔは
サイリスタブリッジ回路１，２のゲート入力電圧を制御
するトランジスタであり，該トランジスタＴｒ２のベー
ス端子には，定電圧回路４の出力端子４ｂとコンデンサ
Ｃ１のマイナス端子間の電圧を抵抗Ｒｌ，Ｒ！で分劃し
て得られる電圧（コンデンサＣＩの両ｍ電圧すなわち直
流出力用の電源電圧を反映した検出電圧）が供給され、
トランジスタＴｒｔのコレクタ端子は整流ブリッジ回路
１．２を構成する各サイリスタのゲート入力端子に接続
される．前記検出電圧が低い時にはトランジスタＴｒ２
のベース電位が上昇してトランジスタＴｒｔがオンし、
従ってトランジスタＴｒｔはオフする．トランジスタＴ
ｒ１のオフでサイリスタブリッジ回路１，２の各サイリ
スタのゲート端子にトリガ信号が入力され、各サイリス
タは夫々導通して整流出力を平滑コンデンサＣＩに供給
する．前記検出電圧が高い時は上記動作と逆の動作とな
り、サイリスタブリッジ回路１，２は導通・整流を停北
し、コンデンサＣ１に出力を供給しない．このような動
作を自動的に繰り返しながらコンデンサＣ１の両端電圧
はほぼ一定に保たれる．ＦＥＴは過負荷電流が流れる時
にそれを遮断するブレーカ手段として用いられる電界効
果トランジスタ（パワーＭＯＳ　　ＦＥＴ）であり、Ｆ
ＥＴのドレイン端子にはコンデンサＣＩのプラス端子が
接続され、ソース端子には外部負荷装置５が接続できる
ように構成される，ＦＥＴのソース・ドレイン間電圧は
ソース・ドレイン飽和電流に比例するので外部負荷装置
５として大きな電流負荷が接続されて出力電流が増加し
たときにはＦＥＴのソース・ドレイン間の電圧降下が大
きくなり、ＦＥＴのドレイン端子電位は比較的一定であ
ることからソース端子電位が低下する． ６，７．８は比較器であり、比較器６の反転端子（一）
はＦＥＴのソース端子に接続され、出力端子は抵抗Ｒ３
、コンデンサＣ２で構成される時定数回路を経て比較器
７の非反転端子（＋）に接続される．比較器６の非反転
端子（＋）及び比較器７の反転端子（−）および比較器
８の反転端子（−）には基ｆＩＩＩ電圧が供給される。

比較器７の出力端子は逆流防止用のダイオードを介して
比較藩８の反転端子（−）に接続され、比較器８の非反
転端子（＋）はＦＥＴのソース端子に接続される．比較
器８の出力端子はスイッチングトランジスタＴｒｓ，　
Ｔｒ４を経てＦＥＴのゲート端子に接続される． 次に以上のように構成される出力電圧制御装置における
過負荷状態発生時の回路動作について説明する． まず、過負荷状態ではなく、ＦＥＴのソース・ドレイン
間の電圧降下が所定値より少ないときには、比較器６は
低レベル信号を出力し、従って比較器７も低レベル信号
を出力する．比較器８において反転端子が基準電圧であ
り、非反転端子が高レベルであるから比較Ｎ８は高レベ
ル信号を出力し、トランジスタＴｒ３をオンし、トラン
ジスタＴｒ４をオフする．従ってＦＥＴのゲート端子に
は高レベル信号が供給され、ＦＥＴは導通となる．一方
、外部負荷装置５として大きな電流負荷が接続されて出
力電流が増加し、ＦＥＴのソース・ドレイン間電圧降下
が所定値を越えると比較１１６は高レベル信号を出力し
、この状態が継続するならば比較器６は時定数回路を構
成するコンデンサＣ２を抵抗Ｒ３を介して充電し、この
Ｒ３・Ｃ２の時定数で決まる所定時間後に比較器７の非
反転端子電圧が反転端子電圧（基準電圧）を越えて比較
器７は高レベル信号を出力する．従って比較器８の反転
端子は前記所定時間の遅れをもって上昇して高レベルと
なり，また非反転端子はＦＥＴのソース・ドレイン間電
圧が大きいことから低電圧を呈しているので比較器８は
低レベル信号を出力し、従ってトランジスタＴｒ＋はオ
フし、トランジスタＴｒ４はオンし、ＦＥＴのゲート端
子には低レベル信号が供給され、ＦＥＴは導通を遮断さ
れる．以上のように過負荷電流力＜０７１記時定数Ｒ３
・Ｃ２で決まる前記所定時間の間は許容されるものの、
この所定時間を越えて継続して流れることはないように
なされている． また、比較器８はそれ自身で、比較器６が過負荷状態と
して検出するしきい値よりも大きな過負荷状熊でのみこ
れを検出して低レベル信号を出力するように構成されて
いる。すなわち、比較器６が、所定時間過負荷状態が続
いたときにＦＥＴを遮断する保護機能、比較器８が大負
荷となったときに即刻ＦＥＴを遮断する保護機能を構成
している． 更に上記出力電圧制御装置は比較器９を有しており、該
比較藩９の反転端子（−）にはコンデンサＣ１のマイナ
ス端子が接続され、出力端子は前記トランジスタ］゜ｒ
３に接続される．該比較器９の非反転端子（＋）には基
単電圧が供給されるが、該基単電圧は通常は比較器９の
反転端子の電圧が該基準電圧よりも低くなるように、即
ち比較器９が高レベル信号を出力するように設定される
。

該比較器９の動作を説明すると、外部負荷装置５が短絡
された場合とか、外部負荷装置５としてバッテリが極性
を誤って逆に接続された場合等によってコンデンサＣＩ
が急激に放電する現象が発生した場合に、これに対応し
てコンデンサＣＩの両端電圧が急激に低下して比較器９
の反転端子の電圧は急に上昇する．このため比較Ｍ９は
直ちに低レベル信号を出力し、トランジスタＴｒ＋はオ
フし、トランジスタＴｒ４はオンし、ＦＥＴの導通は直
ちに遮断される．これによって外部負荷の短絡時やバッ
テリの逆接続時には即刻ＦＥＴの導通は遮断され、コン
デンサＣｌからの過大放電電流がＦＥＴを介して外部負
荷やバッテリへ還流するのを遮断することができ、これ
ら部品ＣＩ、ＦＥＴへの過度の負担を軽減することがで
きる．また、出力電力制御装置は更に下記のような構成
を有している． Ｄ１はダイオードであり、該ダイオードのアノード端子
は比較器８の非反転端子（＋）に、マイナス端子は抵抗
Ｒ４を経て比較１１８の出力端子に接続される． Ｔｒｓはスイッチングトランジスタであり、該トランジ
スタＴｒｓのエミツタ端子は整流回路３の出力端に、コ
レクタ端子は抵抗Ｒｓを介してトランジスタＴｒ４のコ
レクタ端子に接続される．トランジスタＴｒｓのエミッ
タ・ベース端子間には抵抗Ｒ６が接続され、更にベース
端子にはツェナーダイオードＤｚのカソード端子が接続
される．ツェナーダイオードＤｚのアノード端子は抵抗
Ｒ７を介して定電圧回路４の端子４ａに接続される．更
に前記抵抗Ｒ７にはこれより小さい値の抵抗Ｒ８とスイ
ッチングトランジスタＴｒｓの直列回路が並列に接続さ
れる。トランジスタＴｒ６のベース端子には抵抗Ｒ９を
介してダイオードＤ２のカソード端子が接続され、ダイ
オードＤ２のアノード端子はトランジスタＴｒ５のコレ
クタ端子に接続される。さらにダイオードＤ２のカソー
ド端子は抵抗Ｒｈｏを介してスイッチングトランジスタ
Ｔｒｙのベース端子に接続される。トランジスタ’ｒｒ
７のベース端子と定電圧回路４の端子４ａとの間にはコ
ンデンサＣ３が接続され、該コンデンサＣ３と抵抗Ｒｓ
ｏとが時定数回路を構成する．トランジスタＴｒｔのコ
レクタはスイッチングトランジスタＴｒｓのベース端子
に接続され、トランジスタＴｒａのコレクタ端子は前記
トランジスタＴｒｓのベース端子に接続される。

上記のように構成される出力電圧制御装置の動作を次に
説明する。

ＦＥＴに過負荷電流が流れない通常時には前述の如く、
比較器８の非反転端子の電圧は反転端子に供給される基
単電圧より大きく、従って比較器８の出力端子は高レベ
ル信号を出力している．ところがＦＥＴに過電流が流れ
てソース・ドレイン間電圧が上昇し、比較１１８の非反
転端子の電圧が基単電圧より低下し、従って比較Ｍ８の
出力端子が低レベル信号を出力するとダイオードＤ１が
オンする。このダイオードＤ１のオンにより比較器８の
非反転端子は基単電圧よりかなり低い低電位を維持する
ことになり（しかし、比較器８の出力端子電圧よりは高
いためダイオードＤ１はオン状態を維持する）、その後
、過負荷状態発生の原因となった外部負荷装置５を取り
はずす等することによって過負荷電流の発生がなくなっ
てＦＥＴのソース・ドレイン間電圧が低下しても非反転
端子電圧は基準電圧までは戻らず、従って比較器８の出
力端子は低レベル信号を出力し続ける．従って一度過負
荷電流検出に基づいてＦＥＴをオフにした後は比較器８
からの低レベル信号によりトランジスタＴｒ３，　Ｔｒ
４を経てＦＥＴは導通を遮断され続ける． そして、この出力遮断状態を解消するためにはエンジン
を停止させる等によって発電出力を一旦停止させる運転
者のリセット操作が必要になり、このリセット操作を行
なわない限り外部負荷装置への電力供給ができないこと
から運転者に過負荷状態の発生を確実に知らしめること
ができる．なお、この出力遮断動作は、比較器６あるい
は比較器９による保護動作によってＦＥＴがオフされた
場合であっても同様に行なわれ、比較ｌＩ８の出力が反
転してＦＥＴは導通を遮断され続ける．ところで，この
出力遮断状態を継続する機能はエンジン発電機が始動さ
れる際にすでに外部負荷装置が接続されていると、始動
後初期に後述のようなＦＥＴのソース・ドレイン間の電
圧が過電流判別値である所定値以上に一時的に上昇する
現象が生じ、このため、ＦＥＴの導通が遮断されるとと
もに，＃記ダイオードＤ１の作用により、このＦＥＴの
遮断状態が保持されてしまうことになる．この現象は、
発電機の始動時にはＦＥＴのゲート電圧が十分な大きさ
に至らず、そのためソース・ドレイン間の抵抗値が非常
に高く、この不飽和状態のときに外部負荷装置５が接続
されてＦＥＴに電流が流れるとソース・ドレイン間の電
圧降下が所定値以上になってしまうことによるものであ
る。

以上のようなＱＩＥ機始動時の現象を考慮して，上記出
力電圧制御装置は発電機の始動時には次のように作動す
る． 整流回路３の出力は脈流分を含んだ直流であるが、発電
機の始動時でこの出力が十分上昇しないうちはツェナー
ダイオードＤｚは導通することなく、そのため抵抗Ｒ６
による電圧降下がないためトランジスタＴｒａも導通し
ない．従ってダイオードＤ２と抵抗Ｒ９との接続点の電
圧ｖ１は低レベルであり、これによりトランジスタＴｒ
ｖはオフ、Ｔｒｓはオン、’ｒｒｚはオフ、Ｔｒｔはオ
ンとなり、サイリスタブリッジ回路１．２の各サイリス
タには低レベル信号が供給され、導通は遮断されている
。

従ってＦＥＴのソース・ドレイン間に電流が流れず電圧
降下はない． 次に発電機の始動後、次第に出力が上昇し、整流回路３
の出力の脈流成分の一部（ピーク）がツェナーダイオー
ドＤｚの所定の降伏電圧を越えるとツェナーダイオード
Ｄｚは導通する．前記所定の降伏電圧は、発電機を駆動
するエンジンの回転数が例えば３．０００ｒｐｍに至っ
たときに発生する脈流の最高電圧に相当する値に設定さ
れる．ツェナーダイオードＤｚの導通による抵抗Ｒ６両
端の電圧降下でトランジスタＴｒｓがオンし、ＦＥＴの
ゲート端子には高レベル電圧が供袷され、ソース・ドレ
イン間抵抗は低下する．一方、前記接続点電圧ｖ１が高
レベルとなるためコンデンサＣ３が抵抗Ｒｓｏを経て充
電され、時定数０３，　Ｒｔｏで決まる所定時間（例え
ば０．５秒）後トランジスタＴｒｙがオン、１゛『６が
オフ、Ｔｒｔがオン、ＴｒＩがオフし、サイリスタブリ
ッジ回路１．２は整流出力を平滑コンデンサＣ１に供給
する．既に前記所定時間前からＦＥＴのソース・ドレイ
ン間抵抗は低下しているのでソース・ドレイン間電圧は
所定値よりも低くなりＦＥＴは遮断されず、従って外部
負荷装置５を接続したままの状態で発電機を始動しても
ＦＥＴの導通が自動的に遮断されることはない． なお、ツェナーダイオードＤｚ及びトランジスタＴｒｓ
の導通により、トランジスタＴｒ６がオンする．これに
よりツェナーダイオードＤｚのアノード端子の電位が低
下する．しかも、抵抗Ｒ３が抵抗Ｒ１より小さい値に設
定されているため、この電位はかなり低下する．従って
ツェナーダイオードＤｚが一度導通した後に整流回路３
の脈流出力の最小値が入力してももうツェナーダイオー
ドＤｚは非導通となることはないようになされている． 以上のように発電機の始動時にはエンジン回転数が例え
ば３，０００ｒｐｍ＋に至るまではサイリスタブリッジ
回路１，２は出力を供給することがなく、３．０００ｒ
ｐｍを越えるとまずＦＥＴのゲート端子に十分な高レベ
ル電圧を供給し、その後所定時間経過後にサイリスタブ
リッジ回路１．２から出力を供給するようにして、外部
負荷装Ｗ５を接続したままの状態で発電機を始動しても
ＦＥＴの導通が遮断されること、及びこの遮断が継続さ
れることを防止している． （発明の効果） 以上詳述したように本発明は、エンジンと、このエンジ
ンで駆動される発電機と、この発電機の出力巻線の出力
を整流、平滑する電源回路と、この電源回路と直流出力
端子との間に介設される過電流保護用の電界効果トラン
ジスタとを有する携帯用エンジン発電機において、前記
電界効果トランジスタの入力側電圧と出力側電圧とを常
時比較し、前記出力側電圧が前記入力側電圧よりも所定
値以上低下したとき前記電界効果トランジスタをオフさ
せて前記電源回路から前記出力端子への電流供給を遮断
し、かつこの遮断状態をリセット操作が行なわれるまで
継続する制御回路を備えたことを特徴とするので、一旦
制御回路が動作して出力が遮断されると、発電機の運転
継続のままで負荷を解除しても出力は復帰しないため、
必ずエン４． ジンを停止させる等の手段により発電出力を一旦停止さ
せるリセット操作が必要になり、運転者に、過負荷電流
発生を確実に知らしめることができる．また、同じ過負
荷に起因する過電流状態を何度も繰り返すようなことが
ないよう運転者に知らしめることができる． また、請求項２に記載の如く前記制御回路は前記エンジ
ンの回転数が所定値以上であることを条件として前記電
源回路から前記電界効果トランジスタの入力側へ電流供
給を開始するように構成されるので、発電機の出力側に
外部負荷装置を接続したまま始動操作したとしても誤っ
て遮断動作を行なうような制御回路の誤動作が防止でき
、該回路を備えた携布用エンジン発電機の使い勝手を良
好なものにすることができる．

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る携帯用エンジン発電機の一実施例
の全体構成図である． Ｌｒ，　Ｌ２・・・出力巻線、ｌ，２・・・サイリスタ
ブリッジ回路、ＣＩ・・・平滑コンデンサ、ＦＥＴ・・
・電界効果トランジスタ、６，７，８．９・・・比較器
、Ｄｓ，　Ｄ２・・・ダイオード、Ｄｚ・・・ツェナー
ダイオード、Ｔｒ１，　　Ｔｒｚ，　　Ｔｒ＋，　　Ｔ
ｒ４，　　Ｔｒｓ，　　Ｔｒｓ，　　Ｔｒｔ，Ｔｒ＋ｒ
・・トランジスタ．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジンと、このエンジンで駆動される発電機と、
   この発電機の出力巻線の出力を整流、平滑する電源回路
   と、この電源回路と直流出力端子との間に介設される過
   電流保護用の電界効果トランジスタとを有する携帯用エ
   ンジン発電機において、前記電界効果トランジスタの入
   力側電圧と出力側電圧とを常時比較し、前記出力側電圧
   が前記入力側電圧よりも所定値以上低下したとき前記電
   界効果トランジスタをオフさせて前記電源回路から前記
   出力端子への電流供給を遮断し、かつこの遮断状態をリ
   セット操作が行なわれるまで継続する制御回路を備えた
   ことを特徴とする携帯用エンジン発電機。 ２、前記制御回路は前記エンジンの回転数が所定値以上
   であることを条件として前記電源回路から前記電界効果
   トランジスタの入力側へ電流供給を開始するように構成
   したことを特徴とする請求項１記載の携帯用エンジン発
   電機。