(57)【要約】【課題】簡単な構成で二系統の電圧を出力する発電装置を提供することを目的とする。【解決手段】スイッチング素子と、一端がスイッチング素子の一端に接続された整流素子と、スイッチング素子の他端と整流素子の他端との間に接続された第１充電手段と、スイッチング素子と整流素子との接続点に一端が接続された起電力発生巻線と、起電力発生巻線の他端とスイッチング素子の他端との間に接続された第２充電手段と、起電力発生巻線に鎖交磁束を発生させる磁界発生手段とを備え、第１充電手段が維持する電圧および第２充電手段が維持する電圧を出力する。【選択図】図１
2010166724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子と、
一端が前記スイッチング素子の一端に接続された整流素子と、
前記スイッチング素子の他端と前記整流素子の他端との間に接続された第１充電手段と、
前記スイッチング素子と前記整流素子との接続点に一端が接続された起電力発生巻線と、
前記起電力発生巻線の他端と前記スイッチング素子の他端との間に接続された第２充電手段と、
前記起電力発生巻線に鎖交磁束を発生させる磁界発生手段と、
を備え、
前記第１充電手段が維持する電圧および前記第２充電手段が維持する電圧を出力することを特徴とする二電圧発電装置。
【請求項２】
一端が共通に接続された複数の起電力発生巻線と、
各起電力発生巻線に対応して設けられ、対応する起電力発生巻線の他端にそれぞれの一端が接続され、他端が共通に接続された複数の整流素子と、
各起電力発生巻線に対応して設けられ、対応する起電力発生巻線の他端にそれぞれの一端が接続され、他端が共通に接続された複数のスイッチング素子と、
前記複数の整流素子の共通接続点と前記複数のスイッチング素子の共通接続点との間に接続された第１充電手段と、
前記複数のスイッチング素子の共通接続点と前記複数の起電力発生巻線の共通接続点との間に接続された第２充電手段と、
各起電力発生巻線に鎖交磁束を発生させる磁界発生手段と、
を備え、
前記第１充電手段が維持する電圧および前記第２充電手段が維持する電圧を出力することを特徴とする二電圧発電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の二電圧発電装置において、
前記磁界発生手段は、
電圧を印加することで磁界を発生する界磁巻線を備え、前記第２充電手段が維持する電圧に基づいて磁界を発生することを特徴とする二電圧発電装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の二電圧発電装置において、
前記磁界発生手段に駆動力を与え、前記起電力発生巻線と前記磁界発生手段との位置関係を変化させるシャフトと、
前記シャフトの回転角度位置に基づいて前記スイッチング素子を制御するコントローラと、
を備えることを特徴とする二電圧発電装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の二電圧発電装置において、
前記起電力発生巻線に発生する誘導起電力の変化に基づいて、前記スイッチング素子を制御するコントローラを備えることを特徴とする二電圧発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二系統の直流電圧を出力する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非常用の電力供給源、屋外の店舗、自動車等には、エンジン等によって回転駆動力を与えることで電力を発生する発電装置が用いられる。発電装置は、起電力発生巻線と磁界を発生する界磁巻線とを備える。起電力発生巻線と界磁巻線との位置関係を変化させ、起電力発生巻線への鎖交磁束を変化させることで、起電力発生巻線には誘導起電力が発生する。発電装置は発生した誘導起電力に応じた電圧を出力する。
【０００３】
起電力発生巻線と界磁巻線との位置関係を変化させるため、発電装置には、例えば、起電力発生巻線を筐体の内側壁面に固定し、筐体を貫くシャフトに界磁巻線を取り付けた構成が採用される。このような構成では、シャフトの回転に伴い界磁巻線と起電力発生巻線との位置関係が変化することで起電力発生巻線への鎖交磁束が変化し、起電力発生巻線に誘導起電力が発生する。起電力発生巻線に発生する誘導起電力は交流電圧であるため、直流電圧を出力する場合には、発電装置に整流回路が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−８７２４８号公報
【特許文献２】米国特許第６３９２３４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発電装置は、様々な電気機器の電力供給源として用いられる。大電力を消費する電気機器では、ジュール熱による損失を低減するため高電圧を供給するものが多い。一方、小型化が要求される電気機器では、耐電圧の小さい小型部品を採用するため低電圧を供給するものが多い。
【０００６】
一組の起電力発生巻線および界磁巻線から一系統の電圧を出力する従来の発電装置を用い、供給すべき電圧が異なる複数の電気機器に電力を供給する場合、出力電圧が異なる複数の発電装置を用いる必要がある。そのため、広い配置スペースが要求されるという問題が生ずる。また、上記特許文献１および２には、大きさが異なる２種類の電圧を出力する発電装置について記載されているが、部品点数が多いという問題点がある。
【０００７】
本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、簡単な構成で二系統の電圧を出力する発電装置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】
【０００８】
本発明は、スイッチング素子と、一端が前記スイッチング素子の一端に接続された整流素子と、前記スイッチング素子の他端と前記整流素子の他端との間に接続された第１充電手段と、前記スイッチング素子と前記整流素子との接続点に一端が接続された起電力発生巻線と、前記起電力発生巻線の他端と前記スイッチング素子の他端との間に接続された第２充電手段と、前記起電力発生巻線に鎖交磁束を発生させる磁界発生手段と、を備え、前記第１充電手段が維持する電圧および前記第２充電手段が維持する電圧を出力することを特徴とする。
【０００９】
本発明は、一端が共通に接続された複数の起電力発生巻線と、各起電力発生巻線に対応して設けられ、対応する起電力発生巻線の他端にそれぞれの一端が接続され、他端が共通に接続された複数の整流素子と、各起電力発生巻線に対応して設けられ、対応する起電力発生巻線の他端にそれぞれの一端が接続され、他端が共通に接続された複数のスイッチング素子と、前記複数の整流素子の共通接続点と前記複数のスイッチング素子の共通接続点との間に接続された第１充電手段と、前記複数のスイッチング素子の共通接続点と前記複数の起電力発生巻線の共通接続点との間に接続された第２充電手段と、各起電力発生巻線に鎖交磁束を発生させる磁界発生手段と、を備え、前記第１充電手段が維持する電圧および前記第２充電手段が維持する電圧を出力することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る二電圧発電装置においては、前記磁界発生手段は、電圧を印加することで磁界を発生する界磁巻線を備え、前記第２充電手段が維持する電圧に基づいて磁界を発生することが好適である。
【００１１】
また、本発明に係る二電圧発電装置においては、前記磁界発生手段に駆動力を与え、前記起電力発生巻線と前記磁界発生手段との位置関係を変化させるシャフトと、前記シャフトの回転角度位置に基づいて前記スイッチング素子を制御するコントローラと、を備えることが好適である。
【００１２】
また、本発明に係る二電圧発電装置においては、前記起電力発生巻線に発生する誘導起電力の変化に基づいて、前記スイッチング素子を制御するコントローラを備えることが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単な構成で二系統の電圧を出力する発電装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る二電圧発電装置の構成を示す図である。
【図２】電圧センサの測定結果に基づいた制御を行う二電圧発電装置の構成を示す図である。
【図３】直流出力電圧の時間波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】第２電圧用電池に流れる電流の時間波形およびその平均値のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】各起電力発生巻線に流れる電流の時間波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】各起電力発生巻線に発生する誘導起電力の時間波形のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】単相の起電力発生巻線を有する二電圧発電装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に本発明の実施形態に係る二電圧発電装置の構成を示す。二電圧発電装置は、第１電圧正極端子２２と第１電圧負極端子２４との間、および第２電圧正極端子３０と第２電圧負極端子３２との間から、大きさの異なる直流出力電圧Ｖ１およびＶ２を出力する。第１電圧正極端子２２と第１電圧負極端子２４との間には第１負荷２６を接続し、第２電圧正極端子３０と第２電圧負極端子３２との間には第２負荷４６を接続する。
【００１６】
整流ダイオード１４−１〜１４−３のアノード端子は、それぞれ、整流スイッチング素子１６−１〜１６−３の一端に接続される。整流ダイオード１４−１〜１４−３のカソード端子は第１電圧正極端子２２に接続され、整流スイッチング素子１６−１〜１６−３の他端は負極線２０に接続される。第１電圧正極端子２２と負極線２０との間には出力キャパシタ１８が接続される。負極線２０の一端には、第１電圧負極端子２４が接続され、他端には第２電圧負極端子３２が接続される。
【００１７】
起電力発生巻線１０−１〜１０−３の一端は中性点１２で共通に接続される。起電力発生巻線１０−１の他端は、整流ダイオード１４−１と整流スイッチング素子１６−１との接続節点に接続され、起電力発生巻線１０−２の他端は、整流ダイオード１４−２と整流スイッチング素子１６−２との接続節点に接続され、起電力発生巻線１０−３の他端は、整流ダイオード１４−３と整流スイッチング素子１６−３との接続節点に接続される。第２電圧用電池２８の正極端子は中性点１２に接続され、負極端子は負極線２０に接続される。
【００１８】
中性点１２には第２電圧正極端子３０が接続される。界磁巻線４２の一端は、第２電圧正極端子３０に接続され、他端は励磁用スイッチング素子３４の一端に接続される。励磁用スイッチング素子３４の他端は負極線２０に接続される。フリーホイールダイオード４４のカソード端子は第２電圧正極端子３０に接続され、アノード端子は界磁巻線４２と励磁用スイッチング素子３４との接続節点に接続される。
【００１９】
整流スイッチング素子１６−１〜１６−３および励磁用スイッチング素子３４は、コントローラ４８によってオンオフ制御される。整流スイッチング素子１６−１〜１６−３は、一方向に電流が流れるものであってもよい。この場合、負極線２０から整流ダイオードへと向かう方向に電流が流れるものを採用する。整流スイッチング素子１６−１〜１６−３には、サイリスタ、トライアック、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等の半導体スイッチを用いることができる。また、励磁用スイッチング素子３４には、トライアック、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等の半導体スイッチを用いることができる。
【００２０】
起電力発生巻線１０−１〜１０−３は発電機３６の筐体に固定される。界磁巻線４２は、発電機３６が備えるシャフト３８によって伝えられた回転駆動力によって駆動され、各起電力発生巻線との間の距離が変化する。ここでは、一つの例として、円筒筐体の内側壁面に起電力発生巻線１０−１〜１０−３が円筒軸に対して回転対称に固定されるものとする。そして、シャフト３８が円筒筐体の円筒軸を貫き、シャフト３８に界磁巻線４２が取り付けられるものとする。このような構成とすることにより、界磁巻線４２を囲むよう、起電力発生巻線１０−１〜１０−３を配置することができる。界磁巻線４２は、シャフト３８の回転に伴って、起電力発生巻線１０−１〜１０−３に囲まれた空間を回転する。
【００２１】
なお、起電力発生巻線１０−１〜１０−３を発電機３６の筐体に固定し、界磁巻線４２をシャフト３８に取り付ける構成とする代わりに、界磁巻線４２を発電機３６の筐体に固定し、起電力発生巻線１０−１〜１０−３をシャフト３８に取り付ける構成としてもよい。
【００２２】
次に、二電圧発電装置の動作について説明する。回転角度センサ４０は、シャフト３８の回転角度位置を検出し、検出結果を回転角度位置測定値としてコントローラ４８に出力する。ここで回転角度位置は、シャフト３８がある状態で停止している状態を基準とし、その基準状態からシャフト３８が回転した角度を以て表すものとする。回転角度位置の時間変化率は、シャフト３８の回転角速度を示す。
【００２３】
コントローラ４８は、回転角度センサ４０から出力された回転角度位置測定値の時間変化に基づいてシャフト３８の回転角速度を求める。そして、求められた回転角速度に応じた周波数およびデューティ比を以て、励磁用スイッチング素子３４をオンオフ制御する。例えば、回転角速度が大きい程、オン時間を短くして励磁用スイッチング素子３４に印加する電圧の時間平均値を小さくする。
【００２４】
コントローラ４８による励磁用スイッチング素子３４の制御によって、第２電圧用電池２８の正極端子から界磁巻線４２および励磁用スイッチング素子３４を流れ、負極線２０へと至る電流が流れる。界磁巻線４２はこの電流に基づいて磁界を発生する。フリーホイールダイオード４４は、界磁巻線４２の誘導起電力によって順方向バイアスになったときに導通する。これによって、励磁用スイッチング素子３４がオフになったときに、界磁巻線４２に流れる電流が急激に遮断されることを回避し、界磁巻線４２から発せられる磁界が急激に変動することを回避することができる。
【００２５】
シャフト３８に回転駆動力を与えると、界磁巻線４２が回転し、界磁巻線４２と各起電力発生巻線との間の距離が変化する。これによって、各起電力巻線に鎖交する磁束が変化し、各起電力発生巻線の両端に誘導起電力が発生する。界磁巻線４２および各起電力発生巻線は、近づき遠のくという位置関係を繰り返すため、各起電力発生巻線に発生する誘導起電力は交流電圧となる。また、起電力発生巻線１０−１〜１０−３を円筒筐体の内側壁面に円筒軸に対して回転対称に固定する構成とすることで、相互の位相差が１２０°である３相交流を起電力発生巻線１０−１〜１０−３の各端から出力することができる。
【００２６】
整流ダイオード１４−１のアノード端子と負極線２０との間には、第２電圧用電池２８の出力電圧に起電力発生巻線１０−１の誘導起電力が加えられた電圧が印加される。この電圧が、出力キャパシタ１８の充電電圧よりも大きいときは、整流ダイオード１４−１は順方向バイアスとなり、出力キャパシタ１８が充電される。
【００２７】
整流ダイオード１４−２のアノード端子と負極線２０との間には、第２電圧用電池２８の出力電圧に起電力発生巻線１０−２の誘導起電力が加えられた電圧が印加される。この電圧が、出力キャパシタ１８の充電電圧よりも大きいときは、整流ダイオード１４−２は順方向バイアスとなり、出力キャパシタ１８が充電される。
【００２８】
整流ダイオード１４−３のアノード端子と負極線２０との間には、第２電圧用電池２８の出力電圧に起電力発生巻線１０−３の誘導起電力が加えられた電圧が印加される。この電圧が、出力キャパシタ１８の端子間電圧よりも大きいときは、整流ダイオード１４−３は順方向バイアスとなり、出力キャパシタ１８が充電される。
【００２９】
整流ダイオード１４−１〜１４−３の各アノード端子と負極線２０との間に印加される電圧が総て、出力キャパシタ１８の端子間電圧以下であるときは、整流ダイオード１４−１〜１４−３は逆方向バイアスとなる。これによって整流ダイオード１４−１〜１４−３側への放電を回避しつつ、出力キャパシタ１８が維持する端子間電圧に基づいて、出力キャパシタ１８から第１負荷２６に直流電力を供給することができる。
【００３０】
各起電力発生巻線に発生する誘導起電力は、シャフト回転角速度が速い程大きくなり、界磁巻線４２に流れる電流が大きい程大きくなる。したがって、回転角速度が大きい程、励磁用スイッチング素子３４のオン時間を短くして界磁巻線４２に印加する電圧の時間平均値を小さくすることで、出力キャパシタ１８の充電電圧を一定範囲内に調整し、第１電圧正極端子２２と第１電圧負極端子２４との間の電圧Ｖ１を一定範囲内に調整することができる。
【００３１】
コントローラ４８は、中性点１２側が正極となる誘導起電力が起電力発生巻線１０−１、１０−２および１０−３に発生するシャフト回転角度位置で、それぞれ整流スイッチング素子１６−１、１６−２および１６−３がオンとなるよう、整流スイッチング素子１６−１〜１６−３を制御する。本実施形態では、このような起電力極性条件が成立するときの回転角度位置測定値が、予めコントローラ４８に設定される。コントローラ４８は、回転角度位置測定値が起電力極性条件が成立するときの値となるタイミングで、整流スイッチング素子１６−１、１６−２、１６−３、１６−１、１６−２・・・の順に、または、整流スイッチング素子１６−１、１６−３、１６−２、１６−１、１６−３・・・の順に各整流スイッチング素子をオンにする。そして、整流スイッチング素子をオンとした後は、整流ダイオード側が負極線２０側よりも高電位となっている間、オン状態を維持するよう整流スイッチング素子を制御する。整流スイッチング素子１６−１〜１６−３にサイリスタを用いた場合、このオン状態維持動作はサイリスタによって自発的に行われる。
【００３２】
整流スイッチング素子１６−１がオンになることにより、第２電圧用電池２８には、起電力発生巻線１０−１に発生した誘導起電力が印加される。整流スイッチング素子１６−２がオンになることにより、第２電圧用電池２８には、起電力発生巻線１０−２に発生した誘導起電力が印加される。整流スイッチング素子１６−３がオンになることにより、第２電圧用電池２８には、起電力発生巻線１０−３に発生した誘導起電力が印加される。このとき、誘導起電力が第２電圧用電池２８の電圧よりも大きければ、これによって、第２電圧用電池２８を充電すると共に、第２電圧用電池２８が維持する端子間電圧に基づいて、第２負荷４６に直流電力を供給することができる。
【００３３】
また、整流スイッチング素子１６−１〜１６−３をオンにするタイミングを調整することで、各起電力発生巻線に発生する平均の誘導起電力の大きさを調整することができる。これによって、第２電圧用電池２８に印加する電圧、すなわち第２電圧正極端子３０と第２電圧負極端子３２との間の電圧Ｖ２を一定範囲内に調整することができる。
【００３４】
このような構成によれば、一組の起電力発生巻線および界磁巻線を含む装置によって、二系統の端子対から値の異なる直流電圧を出力することができる。これによって、供給すべき電圧の異なる二系統の電気機器に電力を供給するシステムを構成する場合に、配置スペースを削減することができる。
【００３５】
なお、上記では、コントローラ４８が、回転角度位置測定値に基づいて整流スイッチング素子１６−１〜１６−３および励磁用スイッチング素子３４を制御する構成について説明した。このような構成の他、コントローラ４８が、中性点１２とは反対側の起電力発生巻線１０−１〜１０−３の端子のうちいずれか１つと中性点１２との間の電圧の時間変化に基づいてこれらのスイッチング素子を制御する構成としてもよい。
【００３６】
例えば、図２に示すように、中性点１２と起電力発生巻線１０−１の一端との間の電圧を測定し、測定結果を相電圧測定値としてコントローラ４８に出力する電圧センサ５０を設ける。相電圧測定値の変化は、シャフト３８の回転角度位置の変化に同期する。コントローラ４８は、相電圧測定値の時間変化に基づいて整流スイッチング素子１６−１〜１６−３および励磁用スイッチング素子３４を制御する。すなわち、相電圧測定値の変化に応じた周波数およびデューティ比を以て、励磁用スイッチング素子３４をオンオフ制御する。また、相電圧測定値の変化に基づいて、中性点１２側を正極とした誘導起電力が起電力発生巻線１０−１〜１０−３に発生する回転角度位置で、整流スイッチング素子１６−１〜１６−３がオンとなるよう整流スイッチング素子１６−１〜１６−３を制御する。
【００３７】
上記では、起電力発生巻線に鎖交する磁束を発生させる手段として、界磁巻線４２を用いた。このような界磁巻線４２を用いる構成の他、シャフト３８の回転数を制御する手段を加えた上で、永久磁石を用いる構成としてもよい。
【００３８】
さらに、出力キャパシタ１８の代わりに、繰り返し充放電が可能な二次電池を用いてもよい。この場合、第１電圧正極端子２２に二次電池の正極端子を接続し、負極線２０に二次電池の負極端子を接続する。
【００３９】
図３〜図６に本実施形態に係る二電圧発電装置についてのシミュレーション結果を示す。出力キャパシタ１８の静電容量は５０００μＦとした。第２電圧用電池２８は出力電圧が１２Ｖの電池とした。第１負荷２６は５Ωの抵抗器とし、第２負荷４６は１Ωの抵抗器とした。直流出力電圧Ｖ１の制御目標値を３６Ｖとし、第２電圧用電池２８に流れる電流の制御目標値を０Ａとした。
【００４０】
図３は直流出力電圧Ｖ１およびＶ２の時間波形を示す。これは、シミュレーション開始から０．０９秒後に励磁用スイッチング素子３４のオンオフ制御を開始した場合をシミュレートしたものである。
【００４１】
図４は第２電圧用電池２８に流れる電流の時間波形およびその平均値を示す。時間波形５２−１および５２−２は、それぞれ第２電圧用電池２８に流れる電流の時間波形およびその平均値を示す。
【００４２】
図５は起電力発生巻線１０−１〜１０−３に流れる電流の時間波形を示す。時間波形５４−１〜５４−３は、それぞれ起電力発生巻線１０−１〜１０−３に流れる電流の時間波形を示す。電流の極性は、整流ダイオード（スイッチング素子）から起電力発生巻線へと流れる方向を正としている。
【００４３】
図６は起電力発生巻線１０−１〜１０−３に発生する誘導起電力の時間波形を示す。時間波形５６−１〜５６−３はそれぞれ起電力発生巻線１０−１〜１０−３の誘導起電力の時間波形を示す。誘導起電力は、中性点１２の電位を基準とし中性点１２とは反対側の端子の電位として定義している。
【００４４】
本実施形態に係る二電圧発電装置は、自動車に搭載することが好適である。この場合、発電機３６のシャフト３８は、自動車のエンジン等によって駆動する構成とすることが好適である。近年の自動車には、ヘッドライト、ルームライト、ウインカ等、出力電圧が１２Ｖの電池から電力を供給する機器の他、電動パワーステアリング、電動エアコンディショナ等、大電力を消費する機器が搭載される。このような大電力機器は、１２Ｖでの駆動で設計すると大電流が必要となり配線が太くなる。これは自動車の軽量化、低コスト化の妨げとなる。この問題の解決策として電源電圧の高電圧化が検討されている。例えば、本願出願時に市販されている自動車搭載用の機器には、４２Ｖを供給電圧とするものがある。
【００４５】
したがって、二電圧発電装置の第１電圧正極端子２２と第１電圧負極端子２４には、パワーステアリング、エアコンディショナ等の大電力機器を接続し、二電圧発電装置の第２電圧正極端子３０と第２電圧負極端子３２には、ヘッドライト、ルームライト、ウインカ等の小電力機器を接続する構成とすることが好ましい。
【００４６】
さらに、本実施形態に係る二電圧発電装置は、非常用の電力供給源、屋外店舗の電力供給源、工事現場の電力供給源等、一般的な電力供給源として用いることができる。
【００４７】
次に、本発明の変形例について説明する。上記では、起電力発生巻線１０−１〜１０−３に３相交流電圧を発生させる構成について説明した。上記の原理に基づけば、一般的にＮ個（Ｎは自然数）の起電力発生巻線を設けＮ相の交流電圧を発生させる構成とすることができる。複数相の交流電圧を発生する構成とする場合、一端が共通に接続された複数の起電力発生巻線、各起電力発生巻線に対応する整流ダイオード、および各起電力発生巻線に対応する整流スイッチング素子を設ける。整流ダイオードは、対応する起電力発生巻線の他端にアノード端子が接続されカソード端子が共通に接続される。整流スイッチング素子は、対応する起電力発生巻線の他端に一端が接続され他端が共通に接続される。出力キャパシタ１８は、整流ダイオードの共通接続点と整流スイッチング素子の共通接続点との間に接続される。また、第２電圧用電池２８の正極端子は、起電力発生巻線の共通接続点に接続され、第２電圧用電池２８の負極端子は、スイッチング素子の共通接続点に接続される。
【００４８】
図７に単相の起電力巻線を設けた二電圧発電装置の構成を示す。この二電圧発電装置は、図１に示す二電圧発電装置から起電力発生巻線１０−２および１０−３、整流ダイオード１４−２および１４−３、ならびに整流スイッチング素子１６−２および１６−３を取り除いた回路構成を有する。図１に示す二電圧発電装置の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
コントローラ４８による励磁用スイッチング素子３４の制御に基づいて、界磁巻線４２は磁界を発生する。シャフト３８に回転駆動力を与えると、界磁巻線４２が回転し、界磁巻線４２と起電力発生巻線１０−１との間の距離が変化する。これによって、起電力巻線１０−１に鎖交する磁束が変化し、起電力発生巻線１０−１の両端に誘導起電力が発生する。界磁巻線４２および起電力発生巻線１０−１は、近づき遠のくという位置関係を繰り返すため、起電力発生巻線１０−１に発生する誘導起電力は交流電圧となる。
【００５０】
整流ダイオード１４−１のアノード端子と負極線２０との間には、第２電圧用電池２８の出力電圧に起電力発生巻線１０−１の誘導起電力が加えられた電圧が印加される。この電圧が、出力キャパシタ１８の充電電圧よりも大きいときは、整流ダイオード１４−１は順方向バイアスとなり、出力キャパシタ１８が充電される。
【００５１】
整流ダイオード１４−１のアノード端子と負極線２０との間に印加される電圧が、出力キャパシタ１８の端子間電圧以下であるときは、整流ダイオード１４−１は逆方向バイアスとなる。これによって整流ダイオード１４−１側への放電を回避しつつ、出力キャパシタ１８が維持する端子間電圧に基づいて、出力キャパシタ１８から第１負荷２６に直流電力を供給することができる。
【００５２】
起電力発生巻線１０−１に発生する誘導起電力は、シャフト回転角速度が速い程大きくなり、界磁巻線４２に印加する電圧が大きい程大きくなる。したがって、回転角速度が大きい程、オン時間を短くして界磁巻線４２に印加する電圧の時間平均値を小さくすることで、出力キャパシタ１８の充電電圧を一定範囲内に調整し、第１電圧正極端子２２と第１電圧負極端子２４との間の電圧Ｖ１を一定範囲内に調整することができる。
【００５３】
コントローラ４８は、第２電圧用電池２８側が正極となる誘導起電力が起電力発生巻線１０−１に発生するシャフト回転角度位置で、整流スイッチング素子１６−１がオンとなるよう、整流スイッチング素子１６−１を制御する。本実施形態では、このような起電力極性条件が成立するときの回転角度位置測定値が、予めコントローラ４８に設定される。コントローラ４８は、回転角度位置測定値が起電力極性条件が成立するときの値となるタイミングで、整流スイッチング素子１６−１をオンにする。そして、整流スイッチング素子をオンとした後は、整流ダイオード１４−１側が負極線２０側よりも高電位となっている間、オン状態を維持するよう整流スイッチング素子１６−１を制御する。整流スイッチング素子１６−１にサイリスタを用いた場合、このオン状態維持動作はサイリスタによって自発的に行われる。
【００５４】
整流スイッチング素子１６−１がオンになることにより、第２電圧用電池２８には、起電力発生巻線１０−１に発生した誘導起電力が印加される。このとき、誘導起電力が第２電圧用電池２８の電圧よりも大きければ、これによって第２電圧用電池２８を充電すると共に、第２電圧用電池２８が維持する端子間電圧に基づいて、第２負荷４６に直流電力を供給することができる。
【００５５】
また、整流スイッチング素子１６−１をオンにするタイミングを調整することで、起電力発生巻線１０−１に発生する平均の誘導起電力の大きさを調整することができる。これによって、第２電圧用電池２８に印加する電圧、すなわち第２電圧正極端子３０と第２電圧負極端子３２との間の電圧Ｖ２を一定範囲内に調整することができる。
【００５６】
なお、上記では、コントローラ４８が、回転角度位置測定値に基づいて整流スイッチング素子１６−１および励磁用スイッチング素子３４を制御する構成について説明した。このような構成の他、起電力発生巻線１０−１に発生する誘導起電力を測定する電圧センサを設け、コントローラ４８が、誘導起電力測定値の時間変化に基づいてスイッチング素子１６−１および励磁用スイッチング素子３４を制御する構成としてもよい。
【００５７】
このような構成によれば、一組の起電力発生巻線および界磁巻線を含む装置によって、二系統の端子対から値の異なる直流電圧を出力することができる。これによって、供給すべき電圧の異なる二系統の電気機器に電力を供給するシステムを構成する場合に、配置スペースを削減することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０−１〜１０−３  起電力発生巻線、１２  中性点、１４−１〜１４−３  整流ダイオード、１６−１〜１６−３  整流スイッチング素子、１８  出力キャパシタ、２０  負極線、２２  第１電圧正極端子、２４  第１電圧負極端子、２６  第１負荷、２８  第２電圧用電池、３０  第２電圧正極端子、３２  第２電圧負極端子、３４  励磁用スイッチング素子、３６  発電機、３８  シャフト、４０  回転角度センサ、４２  界磁巻線、４４  フリーホイールダイオード、４６  第２負荷、４８  コントローラ、５０  電圧センサ。
【図１】
2010166724.tif 000003
【図２】
2010166724.tif 000004
【図３】
2010166724.tif 000005
【図４】
2010166724.tif 000006
【図５】
2010166724.tif 000007
【図６】
2010166724.tif 000008
【図７】
2010166724.tif 000009