專利名稱：發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電裝置，具體涉及當發(fā)動機驅(qū)動式發(fā)電機等發(fā)電裝置的輸出暫時不足時，可從電池補充其不足部分的發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)動機驅(qū)動式發(fā)電機等發(fā)電裝置，作為從攜帶用到應(yīng)急用的各種用途的電源裝置得到普及。在水銀燈負載、電動機負載等起動時有大電流暫時流過的負載與較小規(guī)模的發(fā)電裝置例如發(fā)動機驅(qū)動式發(fā)電機連接的情況下，有時暫時發(fā)生過負載狀態(tài)，發(fā)動機和發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)數(shù)下降，引起失速(停機)。即，如果發(fā)生暫時過負載狀態(tài)，則發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)數(shù)下降，隨著該下降，發(fā)電裝置的輸出下降，從而進一步陷入過負載狀態(tài)，由于這種惡性循環(huán)而引起失速。
為了應(yīng)付這種情況，提出了以下方案把負載限制在發(fā)動機可維持最大輸出運轉(zhuǎn)狀態(tài)的范圍內(nèi)，盡可能迅速地消除過負載狀態(tài)。例如，在日本專利第2740567號公報內(nèi)記載了一種發(fā)動機旋轉(zhuǎn)數(shù)控制裝置，該控制裝置在雖然判別出向發(fā)動機的燃料供給量為大致最大但未判別到發(fā)動機旋轉(zhuǎn)數(shù)以大于等于規(guī)定值的變化率上升時，通過減少負載來把發(fā)動機維持控制在大致最大輸出狀態(tài)。
如在上述專利公報內(nèi)記載的那樣，通過把負載限制在發(fā)動機可維持最大輸出運轉(zhuǎn)狀態(tài)的范圍內(nèi)，可有效利用發(fā)動機的最大輸出。然而，由于這在結(jié)果上將暫時限制輸出，因而從負載側(cè)來看將暫時發(fā)生電力不足，對于負載來說是所不希望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決上述課題，即使發(fā)生暫時過負載狀態(tài)也能應(yīng)付輸出不足的發(fā)電裝置。
為了解決上述課題，本發(fā)明的第1特征在于，在具有發(fā)電機、對該發(fā)電機的輸出進行整流的整流電路、以及把該整流電路的輸出變換成規(guī)定頻率的交流電并將其輸出的逆變器的發(fā)電裝置中，在上述整流電路的輸出側(cè)和電池的輸出端子之間具有雙向直流-直流轉(zhuǎn)換器(DC-DC轉(zhuǎn)換器)。
本發(fā)明的第2特征在于，在上述整流電路和上述逆變器之間具有調(diào)節(jié)器，上述雙向直流-直流轉(zhuǎn)換器連接在上述整流電路和上述調(diào)節(jié)器的連接點與上述電池的輸出端子之間。
并且，本發(fā)明的第3特征在于，上述雙向直流-直流轉(zhuǎn)換器具有低壓側(cè)端子、高壓側(cè)端子、包含低壓側(cè)繞組和高壓側(cè)繞組的變壓器、插入在上述低壓側(cè)端子和上述低壓側(cè)繞組之間的低壓側(cè)開關(guān)元件、插入在上述高壓側(cè)端子和上述高壓側(cè)繞組之間的高壓側(cè)開關(guān)元件、與上述低壓側(cè)開關(guān)元件并聯(lián)連接的低壓側(cè)整流元件、與上述高壓側(cè)開關(guān)元件并聯(lián)連接的高壓側(cè)整流元件、以及控制上述低壓側(cè)開關(guān)元件和上述高壓側(cè)開關(guān)元件的控制電路，上述雙向直流-直流轉(zhuǎn)換器通過同時進行上述低壓側(cè)開關(guān)元件和上述高壓側(cè)開關(guān)元件的驅(qū)動，在上述電池和上述整流電路的輸出之間，相互通融(融通)電力。
并且，本發(fā)明的第4特征在于，監(jiān)視上述電池的充電狀態(tài)，當判別出該充電狀態(tài)是過充電狀態(tài)時，停止上述高壓側(cè)開關(guān)元件的驅(qū)動。
而且，本發(fā)明的第5特征在于，監(jiān)視上述整流電路的輸出電壓，當判斷為該輸出電壓低于規(guī)定值時，開始上述低壓側(cè)開關(guān)元件的驅(qū)動。
根據(jù)本發(fā)明的第1特征，可通過雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器在整流電路的輸出和電池的輸出之間，根據(jù)整流電路輸出側(cè)的電壓，相互通融電力。即，如果在過負載時整流電路的輸出下降，則可從電池提供該輸出的不足，并且，如果整流電路的輸出充足，則可給電池充電。
并且，根據(jù)第2特征，由于可通過整流電路和逆變器之間的調(diào)節(jié)器來吸收雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出變動，可使該輸出變動的影響不波及到逆變器，因而可使逆變器穩(wěn)定動作。
并且，根據(jù)第3特征，可簡化雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成。
并且，根據(jù)第4特征，由于可防止電池的過充電而良好地維持其充電狀態(tài)，并可應(yīng)付過負載狀態(tài)，因而可提高裝置的可靠性，同時可延長電池的壽命。
而且，根據(jù)第5特征，當發(fā)電機輸出應(yīng)付不了負載時，可開始從電池供給電力。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電裝置的概念的方框圖。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電裝置的一實施方式的具體電路的電路圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電裝置的概念的方框圖。在該圖中，發(fā)電機1由例如3相多極磁鐵發(fā)電機構(gòu)成。在以下實施方式中，假設(shè)發(fā)電機1是與發(fā)動機連接并由發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)動機驅(qū)動式發(fā)電機并也可作為發(fā)動機起動用電動機而動作的電動機兼發(fā)電機來進行說明。
整流電路2具有橋接的整流元件，對發(fā)電機1的輸出進行整流。并且，整流電路2的各整流元件與FET等開關(guān)元件并聯(lián)連接，這些開關(guān)元件構(gòu)成通過其接通、斷開把直流電壓變換成3相交流電壓并將其施加給發(fā)電機1的驅(qū)動用逆變器。另外，構(gòu)成整流電路3的整流元件可以是FET等開關(guān)元件的寄生二極管，也可以是另行連接的接合二極管。
逆變換部3具有DC調(diào)節(jié)器(直流調(diào)節(jié)器)3-1和逆變器3-2，把整流電路2的輸出變換成規(guī)定頻率的交流電并將其輸出。另外，盡管不一定需要逆變換部3的DC調(diào)節(jié)器3-1，然而如果設(shè)置DC調(diào)節(jié)器3-1，則不會使雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4的輸出變動波及到逆變器4。
雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4使電池5的電壓升壓，并把升壓后的電壓輸出到整流電路2的輸出側(cè)。并且，當整流電路2的輸出充足，電池5的余量少時，雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4把整流電路2的輸出提供給電池5，給其充電。以下，有時把雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4的電池5側(cè)稱為初級側(cè)，把整流電路3側(cè)稱為次級側(cè)。電池5是例如以電池為電源的起動器一般使用的12V電池。
以下，對圖1的動作進行說明。完全同步地、即用同一驅(qū)動信號來驅(qū)動雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4的初級側(cè)和次級側(cè)。通過該驅(qū)動形式，雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4，如以下說明那樣，自動雙向進行電力變換。
在發(fā)動機起動時，根據(jù)由雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4的變壓器的繞組比決定的初級側(cè)和次級側(cè)的相對電壓差，電池5的直流電壓由雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4升壓，升壓后的直流電壓被提供給驅(qū)動用逆變器(整流電路)2。驅(qū)動用逆變器2由起動指令進行開關(guān)驅(qū)動，把該直流電壓變換成3相交流電壓并將其提供給發(fā)電機1，把發(fā)電機1作為發(fā)動機起動用電動機來起動。
如果發(fā)動機起動，則發(fā)電機1由發(fā)動機驅(qū)動，驅(qū)動用逆變器2的開關(guān)動作停止。發(fā)電機1的輸出由整流電路(驅(qū)動用逆變器)2進行整流，由逆變換部3的DC調(diào)節(jié)器3-1進行調(diào)整，并且由逆變器3-2變換成規(guī)定頻率的交流電并輸出。
當不是過負載狀態(tài)時，從整流電路2獲得充足輸出，僅由發(fā)電機1向負載提供電力。此時，不通過雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4從電池4提供電力。
由于雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4與整流電路2的輸出側(cè)連接，因而此時，如果電池5的余量少，則通過雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4使用整流電路2的輸出自動給電池5充電。即，如果電池5的變換輸出低于整流電路2的輸出電壓，則根據(jù)由雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4的變壓器的繞組比決定的初級側(cè)和次級側(cè)的相對電壓差，進行電力變換，以便使用整流電路2的輸出來給電池5充電。
如果變?yōu)樨撦d狀態(tài)，發(fā)電機1的輸出應(yīng)付不了負載，則整流電路2的輸出下降。隨著該下降自動進行從雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4的初級側(cè)向次級側(cè)的電力變換，從而也從電池4提供電力。因此，在過負載狀態(tài)下，電池5的變換輸出與發(fā)電機1的變換輸出重疊，發(fā)電機1以由電池5協(xié)助的形式向負載提供電力。并且，當發(fā)電機1在某種情況下停止時，電池5單獨通過雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4和逆變換部3向負載自動提供電力。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電裝置的一實施方式的具體電路的電路圖，與圖1相同或同等的部分附有相同編號。3相發(fā)電機1與發(fā)動機(未作圖示)連接。發(fā)電機1的輸出側(cè)與驅(qū)動用逆變器連接。該驅(qū)動用逆變器是橋接例如FET等6個開關(guān)元件(以下記為FET)2-1～2-6而構(gòu)成的。
FET2-1～2-6分別與二極管等整流元件并聯(lián)連接。這些整流元件可以是FET的寄生二極管或者另行連接的接合二極管，整流電路2由這些整流元件構(gòu)成。
整流電路2的輸出側(cè)與具有DC調(diào)節(jié)器3-1和逆變器3-2的逆變換部3連接。DC調(diào)節(jié)器3-1包括例如FET、扼流圈、電容器、二極管等，逆變器3-2是橋接例如4個FET3-2-1～3-2-4而構(gòu)成的。
整流電路2和逆變換部3的連接點與雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4的次級側(cè)連接，DC-DC轉(zhuǎn)換器4的初級側(cè)與由例如電池(12V)構(gòu)成的電池5連接。
雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4在電池5和整流電路2的輸出之間雙向通融電力，并包含具有初級側(cè)的低壓側(cè)繞組4-1-1和次級側(cè)的高壓側(cè)繞組4-1-2的變壓器4-1。該雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4的升壓比由低壓側(cè)繞組4-1-1和高壓側(cè)繞組4-1-2的繞組比來決定。
低壓側(cè)開關(guān)部4-2被插入在低壓側(cè)繞組4-1-1側(cè)，高壓側(cè)開關(guān)部4-3被插入在高壓側(cè)繞組4-1-2側(cè)。低壓側(cè)開關(guān)部4-2是橋接例如4個FET4-2-1～4-2-4而構(gòu)成的，高壓側(cè)開關(guān)部4-3也同樣由4個FET4-3-1～4-3-4構(gòu)成。
低壓側(cè)開關(guān)部4-2和高壓側(cè)開關(guān)部4-3的各FET4-2-1～4-2-4、4-3-1～4-3-4與二極管等整流元件并聯(lián)連接。這些整流元件也可以是FET的寄生二極管，也可以是另行連接的接合二極管。如果加上并聯(lián)連接的整流元件，則低壓側(cè)開關(guān)部4-2和高壓側(cè)開關(guān)部4-3可分別被視為開關(guān)/整流部。
在變壓器4-1的高壓側(cè)繞組4-1-2側(cè)插入有LC諧振電路4-4。LC諧振電路4-4起到以下作用使低壓側(cè)開關(guān)部4-2和高壓側(cè)開關(guān)部4-3的至少一方被驅(qū)動時流動的電流為正弦波狀，減少開關(guān)損失，并且不會由于大電流而損壞FET。這是因為在正弦波狀電流的零交叉點附近可使FET接通、斷開。另外，LC諧振電路4-4也可以設(shè)在初級側(cè)而不是次級側(cè)。
低壓側(cè)開關(guān)部4-2的FET4-2-1～4-2-4和高壓側(cè)開關(guān)部4-3的FET4-3-1～4-3-4由CPU等組成的控制電路(未作圖示)進行開關(guān)控制。另外，與初級側(cè)和次級側(cè)連接的電容器6、7是輸出平滑用電容器。
以下，對圖2的動作進行說明。為了使雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4自動雙向地進行電力變換，完全同步地、即用同一驅(qū)動信號驅(qū)動其低壓側(cè)開關(guān)部4-2和高壓側(cè)開關(guān)部4-3。如公知的那樣，通過在低壓側(cè)開關(guān)部4-2使FET4-2-1和4-2-4一對、FET4-2-2和4-2-3一對交替接通、斷開，在高壓側(cè)開關(guān)部4-3使FET4-3-1和4-3-4一對、FET4-3-2和4-3-3一對交替接通、斷開來進行該驅(qū)動。
在發(fā)動機起動時，進行從雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4的初級側(cè)到次級側(cè)的電力變換，由此而升壓的電池5的直流電壓被提供給驅(qū)動用逆變器(整流電路)2。驅(qū)動用逆變器2把該直流電壓變換成3相交流電壓并將其施加給發(fā)電機1，使該發(fā)電機1作為發(fā)動機起動用電動機來起動。該起動是通過把驅(qū)動用逆變器的FET2-1～2-6按照公知的那樣進行PWM驅(qū)動來進行的。此時，可利用在逆電動勢時電流分配隨著發(fā)電機(電動機)1的動作而變化的情況進行相位判別，可在無傳感器的情況下進行同步驅(qū)動。
如果發(fā)動機起動，則發(fā)電機1由發(fā)動機驅(qū)動并產(chǎn)生輸出。發(fā)電機1的輸出由整流電路(驅(qū)動用逆變器)2進行整流。此時，構(gòu)成驅(qū)動用逆變器的FET2-1～2-6不被驅(qū)動，發(fā)電機1的輸出由整流電路1的整流元件進行全波整流。整流電路2的輸出由逆變換部3的DC調(diào)節(jié)器3-1進行平滑/調(diào)整，并且由逆變器3-2變換成規(guī)定頻率的交流電并被輸出。直流調(diào)整是通過例如對FET進行PWM調(diào)制來進行的。
此時，如果電池5的余量少，則雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4進行從次級側(cè)向初級側(cè)的電力變換，使用降壓后的整流電路3的輸出來給電池5充電。并且，如果變?yōu)檫^負載狀態(tài)，發(fā)電機1的輸出應(yīng)付不了負載，則通過雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4進行電力變換，以便也從電池4提供電力。
這樣，雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4根據(jù)由變壓器4-1的繞組比決定的初級側(cè)和次級側(cè)的相對電壓差在初級側(cè)和次級側(cè)之間自動進行電力互通，相互通融電力。
以上，盡管對實施方式作了說明，然而本發(fā)明可作種種變形。例如，在發(fā)動機起動時只要驅(qū)動雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器4進行從其初級側(cè)僅向次級側(cè)的電力變換就足夠了。
并且，可構(gòu)成為當根據(jù)電池5的電壓、電流等監(jiān)視其充電狀態(tài)，并判別出是過充電狀態(tài)時，使高壓側(cè)開關(guān)部4-3的驅(qū)動停止，也可構(gòu)成為當判定為是過放電時，使低壓側(cè)開關(guān)部4-2的驅(qū)動停止。這樣，可良好地維持電池5的充電狀態(tài)。另外，電池5的余量可根據(jù)從電池5的溫度和電流推測的內(nèi)部電阻值，或者可通過從電流變動和電壓變化推測電動勢來判定。
并且，也可構(gòu)成為不是將低壓側(cè)開關(guān)部4-2和高壓側(cè)開關(guān)部4-3完全同步驅(qū)動，而是對它們進行選擇性驅(qū)動并適當進行從初級側(cè)向次級側(cè)或者從次級側(cè)向初級側(cè)的電力變換。
例如，也可構(gòu)成為當監(jiān)視整流電路2的輸出電壓并判斷為低于規(guī)定值時，開始低壓側(cè)開關(guān)部4-2的驅(qū)動，這樣當變?yōu)檫^負載狀態(tài)，發(fā)電機1的輸出應(yīng)付不了負載時，可從電池5補充供電。
并且，本發(fā)明不限于發(fā)動機驅(qū)動式發(fā)電機，也包含使用電池補充一般發(fā)電機的輸出來應(yīng)付過負載狀態(tài)的發(fā)電機。在該情況下，沒有必要使開關(guān)元件與整流電路2的各整流元件并聯(lián)連接，整流電路2可以是僅對發(fā)電機1的輸出進行整流的整流電路。
如以上詳細說明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，通過雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器在整流電路的輸出和電池的輸出之間，可根據(jù)整流電路輸出側(cè)的電壓相互通融電力。即，如果在過負載時整流電路的輸出下降，則可從電池自動提供其不足部分，并且，如果整流電路的輸出充足，則可自動給電池充電。
并且，通過采用監(jiān)視整流電路輸出或電池輸出并根據(jù)該監(jiān)視結(jié)果來對雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器進行驅(qū)動控制的構(gòu)成，可處于能應(yīng)付過負載的狀態(tài)，同時可防止電池的過充電和過放電，良好地維持其充電狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置具有發(fā)電機、對該發(fā)電機的輸出進行整流的整流電路、以及把該整流電路的輸出變換成規(guī)定頻率的交流電并將其輸出的逆變器，在上述整流電路的輸出側(cè)和電池的輸出端子之間具有雙向直流-直流轉(zhuǎn)換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電裝置，其特征在于，在上述整流電路和上述逆變器之間具有調(diào)節(jié)器，上述雙向直流-直流轉(zhuǎn)換器連接在上述整流電路和上述調(diào)節(jié)器的連接點與上述電池的輸出端子之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電裝置，其特征在于，上述雙向直流-直流轉(zhuǎn)換器具有低壓側(cè)端子、高壓側(cè)端子、包含低壓側(cè)繞組和高壓側(cè)繞組的變壓器、插入在上述低壓側(cè)端子和上述低壓側(cè)繞組之間的低壓側(cè)開關(guān)元件、插入在上述高壓側(cè)端子和上述高壓側(cè)繞組之間的高壓側(cè)開關(guān)元件、與上述低壓側(cè)開關(guān)元件并聯(lián)連接的低壓側(cè)整流元件、與上述高壓側(cè)開關(guān)元件并聯(lián)連接的高壓側(cè)整流元件、以及控制上述低壓側(cè)開關(guān)元件和上述高壓側(cè)開關(guān)元件的控制電路，上述雙向直流-直流轉(zhuǎn)換器通過同時進行上述低壓側(cè)開關(guān)元件和上述高壓側(cè)開關(guān)元件的驅(qū)動，在上述電池和上述整流電路的輸出之間相互通融電力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電裝置，其特征在于，監(jiān)視上述電池的充電狀態(tài)，當判別出該充電狀態(tài)是過充電狀態(tài)時，停止上述高壓側(cè)開關(guān)元件的驅(qū)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電裝置，其特征在于，監(jiān)視上述整流電路的輸出電壓，當判斷為該輸出電壓低于規(guī)定值時，開始上述低壓側(cè)開關(guān)元件的驅(qū)動。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使發(fā)生暫時過負載狀態(tài)也能應(yīng)付輸出不足的發(fā)電裝置。發(fā)電機(1)的輸出由整流電路(驅(qū)動用逆變器)(2)進行整流。整流電路(2)的輸出由具有DC調(diào)節(jié)器(3－1)和逆變器(3－2)的逆變換部(3)變換成規(guī)定頻率的交流電并輸出。在整流電路(2)的輸出側(cè)和電池(5)的輸出端子之間連接有雙向DC－DC轉(zhuǎn)換器(4)。使用整流電路(2)的輸出給電池(5)充電。如果變?yōu)檫^負載狀態(tài)、發(fā)電機(1)的輸出應(yīng)付不了負載，則通過雙向DC－DC轉(zhuǎn)換器(4)從電池(4)提供電力。把發(fā)電機(1)用作可作為發(fā)動機起動用電動機而動作的電動機兼發(fā)電機，可使用電池(5)起動發(fā)動機。
文檔編號H02P9/04GK1531189SQ200410008608
公開日2004年9月22日 申請日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月13日
發(fā)明者江口博之, 壽, 清水元壽 申請人:本田技研工業(yè)株式會社