(57)【要約】  電源装置は、主電源と負荷とを有する並列回路と、発電機とを備えた機器に使用される。その電源装置は、発電機の出力端子に接続される入力端と、並列回路に接続される出力端と、発電機で発生した電力で充電される蓄電部と、入力端と出力端と蓄電部とに接続された切替部と、主電源から蓄電部に流れる電流を制限する電流制限部と、出力端の電圧が所定電圧になるように発電機を制御する制御部とを備える。切替部は、発電機で発生した電力で蓄電部を充電する時に、蓄電部と発電機と並列回路とを並列に接続する。切替部は、蓄電部を放電して蓄電部が蓄えた電力を並列回路に供給する時に、蓄電部と発電機と並列回路を直列に接続する。この電源装置は、発電機を１つしか搭載していない機器にも回生機能を付加することができる。
2009057277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源と前記主電源に並列に接続された負荷とを有する並列回路と、第１の出力端子を有する発電機とを備えた機器に使用される電源装置であって、
前記発電機の前記第１の出力端子に接続される第１の入力端と、
前記並列回路に接続される出力端と、
前記発電機で発生した電力で充電される蓄電部と、
前記第１の入力端と前記出力端と前記蓄電部とに接続された切替部と、
前記主電源から前記蓄電部に流れる電流を制限する電流制限部と、
前記出力端の電圧が所定電圧になるように前記発電機を制御する制御部と、
を備え、
前記切替部は、
前記発電機で発生した前記電力で前記蓄電部を充電する時に、前記蓄電部と前記発電機と前記並列回路とを並列に接続し、
前記蓄電部を放電して前記蓄電部が蓄えた電力を前記並列回路に供給する時に、前記蓄電部と前記発電機と前記並列回路を直列に接続する、
ように動作する電源装置。
【請求項２】
前記切替部は、
アノードと、前記出力端に接続されたとカソードとを有して、かつ前記電流制限部として機能する第１のダイオードと、
前記第１の入力端に接続されたアノードと、前記第１のダイオードの前記アノードに接続点で接続されたカソードとを有する第２のダイオードと、
前記第１の入力端に接続された第１の枝端と、グランドに接続された第２の枝端と、前記第１の枝端と前記第２の枝端に選択的に接続される共通端とを有する選択スイッチと、
と含み、
前記蓄電部は前記選択スイッチの前記共通端と前記接続点との間に接続されており、
前記制御部は、
前記発電機で発生した前記電力で前記蓄電部を充電する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端から切断されてかつ前記第２の枝端に接続され、
前記蓄電部を放電して前記蓄電部が蓄えた電力を前記並列回路に供給する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端に接続されてかつ前記第２の枝端から切断される、
ように動作する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第１のダイオードと前記第２のダイオードは前記発電機に内蔵されている、請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記第１の入力端に接続されたアノードと、前記出力端に接続されたカソードとを有する第３のダイオードをさらに備えた、請求項２に記載の電源装置。
【請求項５】
前記第１のダイオードと前記第２のダイオードと前記第３ダイオードは前記発電機に内蔵されている、請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記切替部は、
前記出力端に接続された第１のスイッチと、
前記第１の入力端に接続され、かつ前記出力端と前記第１の入力端との間で前記第１のスイッチと接続点で直列に接続された第２のスイッチと、
前記第１の入力端に接続された第１の枝端と、グランドに接続された第２の枝端と、前記第１の枝端と前記第２の枝端に選択的に接続される共通端とを有する選択スイッチと、
と含み、
前記蓄電部は前記選択スイッチの前記共通端と前記接続点との間に接続されており、
前記制御部は、
前記接続点の電圧が前記出力端の電圧より高いときに前記第１のスイッチを導通させ、
前記接続点の電圧が前記出力端の電圧より低いときに前記第１のスイッチを非導通にし、
前記第１の入力端の電圧が前記接続点の電圧より高いときに前記第２のスイッチを導通させ、
前記第１の入力端の電圧が前記接続点の電圧より低いときに前記第２のスイッチを非導通にし、
前記発電機で発生した前記電力で前記蓄電部を充電する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端から切断されてかつ前記第２の枝端に接続され、
前記蓄電部を放電して前記蓄電部が蓄えた電力を前記並列回路に供給する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端に接続されてかつ前記第２の枝端から切断される、
ように動作する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項７】
前記第１の入力端と前記出力端との間に直列に接続された第３のスイッチをさらに備え、
前記制御部は、
前記蓄電部が放電しておらず、かつ前記第１の入力端の電圧が前記出力端の電圧より高いときに前記第３のスイッチを導通させ、
前記第１の入力端の電圧が前記出力端の電圧より低いときに前記第１のスイッチを非導通にする、
ように動作する、請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
第２の入力端をさらに備え、
前記発電機は前記第２の入力端に接続される第２の出力端子をさらに有し、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間で電力を出力し、
前記切替部は、
前記第１の入力端に接続されたアノードと、前記出力端に接続されたカソードとを有して、かつ前記電流制限部として機能する第１のダイオードと、
第１の枝端と、グランドに接続された第２の枝端と、前記第１の枝端と前記第２の枝端に選択的に接続される共通端とを有する選択スイッチと、
前記第１の入力端と前記選択スイッチの前記第１の枝端との間に直列に接続された充電スイッチと、
前記選択スイッチの前記第１の枝端に接続されたカソードと、グランドに接続されたカソードとを有する第２のダイオードと、
を含み、
前記蓄電部は前記選択スイッチの前記第１の枝端とグランドとの間に接続されており、
前記第２の入力端は前記選択スイッチの前記共通端に接続されており、
前記制御部は、
前記発電機で発生した前記電力で前記蓄電部を充電する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端から切断されてかつ前記第２の枝端に接続され、かつ前記充電スイッチが導通され、
前記蓄電部を放電して前記蓄電部が蓄えた電力を前記並列回路に供給する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端に接続されてかつ前記第２の枝端から切断され、かつ前記充電スイッチが非導通にされ、
前記蓄電部を充放電していない時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端から切断されてかつ前記第２の枝端に接続され、かつ前記充電スイッチが非導通にされる、
ように動作する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項９】
前記第１のダイオードは前記発電機に内蔵されている、請求項８に記載の電源装置。
【請求項１０】
第２の入力端をさらに備え、
前記発電機は前記第２の入力端に接続される第２の出力端子をさらに有し、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間で電力を出力し、
前記切替部は、
前記第１の入力端と前記出力端との間に直列に接続された第１のスイッチと、
第１の枝端と、グランドに接続された第２の枝端と、前記第１の枝端と前記第２の枝端に選択的に接続される共通端とを有する選択スイッチと、
前記第１の入力端と前記選択スイッチの前記第１の枝端との間に直列に接続された充電スイッチと、
前記選択スイッチの前記第１の枝端とグランドとの間に直列に接続された第２のスイッチと、
を含み、
前記蓄電部は前記選択スイッチの前記第１の枝端とグランドとの間に接続されており、
前記第２の入力端は前記選択スイッチの前記共通端に接続されており、
前記制御部は、
前記出力端の電圧が前記第１の入力端の電圧より低いときに前記第１のスイッチを導通させ、
前記出力端の電圧が前記第１の入力端の電圧より高いときに前記第１のスイッチを非導通にし、
前記グランドの電圧が前記選択スイッチの前記第１の枝端の電圧より高いときに前記第２のスイッチを導通させ、
前記グランドの電圧が前記選択スイッチの前記第１の枝端の電圧より低いときに前記第２のスイッチを非導通にし、
前記発電機で発生した前記電力で前記蓄電部を充電する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端から切断されてかつ前記第２の枝端に接続され、かつ前記充電スイッチが導通され、
前記蓄電部を放電して前記蓄電部が蓄えた電力を前記並列回路に供給する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端に接続されてかつ前記第２の枝端から切断され、かつ前記充電スイッチが非導通にされ、
前記蓄電部を充放電していない時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端から切断されてかつ前記第２の枝端に接続され、かつ前記充電スイッチが非導通にされる、
ように動作する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１１】
前記蓄電部はキャパシタにより構成される、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１２】
前記機器は自動車であり、
前記制御部は、前記発電機が出力する電力を、前記自動車が減速したときに前記蓄電部へ蓄えるように動作する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１３】
前記機器は自動車であり、
前記制御部は、前記蓄電部が蓄えた電力を、前記自動車が加速したときに前記並列回路に送る、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１４】
前記切替部を切り替える間に前記切替部がオフ期間を有するように、前記制御部は前記切替部を制御する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１５】
前記蓄電部の電圧を検出する電圧検出回路をさらに備え、
前記蓄電部が満充電されたときの前記蓄電部の電圧は満充電電圧であり、
前記制御部は、
前記蓄電部を充電している時に、前記検出された電圧が前記満充電電圧より低ければ前記発電機が出力する電圧が前記満充電電圧になるように前記発電機を制御し、
前記検出された電圧が前記満充電電圧に至ったときに前記蓄電部の充電を終了して、前記発電機が出力する電圧が徐々に前記所定電圧になるように前記発電機を制御する、
ように動作する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１６】
前記蓄電部の電圧を検出する電圧検出回路と、
前記機器の使用が終了した時に前記検出した電圧が所定の下限電圧に至るまで前記蓄電部を放電する放電回路と、
をさらに備えた、請求項１に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回生機能を実現する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、制動時の運動エネルギーを発電機により電気エネルギーとして回収し再利用する回生機能を備えた車両が開発されている。この回生機能により、これまで利用されていなかった運動エネルギーを有効利用できるので、車両の省エネルギー化を図ることが可能となる。【０００３】
図１７は特許文献１に記載されている電源装置５０１の概略回路図である。電源装置５０１は交流電源に接続され、その交流電源の電力により誘導電動機を駆動する交流電源１０１はコンバータ回路１１１に接続されている。コンバータ回路１１１は交流電源１０１が出力する交流電力を直流電力に変換し、正極出力端子１１１Ａと負極出力端子１１１Ｂから出力する。コンバータ回路１１１は交流リアクトル１０３とブリッジ整流器１０５と平滑リアクトル１０７と平滑コンデンサ１０９とを備える。スイッチ１１３は、枝接点１１５、１１７と共通接点１１８とを有し、共通接点１１８を枝接点１１５、１１７に選択的に接続することができる。コンバータ回路１１１の正極出力端子１１１Ａはスイッチ１１３の枝接点１１５に接続されている。スイッチ１１３の枝接点１１７はコンバータ回路１１１の負極出力端子１１１Ｂに接続されている。スイッチ１１３の共通接点１１８にはダイオード１１９のアノードとコンデンサ１２１の一端とが接続されている。コンデンサ１２１は大容量の電気二重層コンデンサである。ダイオード１１９のカソードとコンデンサ１２１の他端はインバータ回路１２３の正極端子１２３Ａに接続されている。コンバータ回路１１１の負極出力端子１１１Ｂはインバータ回路の負極端子１２３Ｂに接続されている。ダイオード１１９とコンデンサ１２１は並列に接続されている。インバータ回路１２３は複数のトランジスタと複数のフライホイールダイオードからなるブリッジ回路で構成されている。インバータ回路１２３の端子１２３Ｃには誘導電動機１２５が接続されている。【０００４】
次に、電源装置５０１の動作について説明する。まず、誘導電動機１２５を起動しあるいは加速させる時には、スイッチ１１３は枝接点１１５と共通接点１１８とを接続する。これにより、交流電源１０１からの交流電力はコンバータ回路１１１で直流電力に変換され、その直流電力はスイッチ１１３とダイオード１１９を経由してインバータ回路１２３に入力される。なお、このときはコンデンサ１２１には電力が蓄えられていない。インバータ回路１２３に入力された直流電力は交流電力に変換され誘導電動機１２５に供給され、このように、交流電源１０１により誘導電動機１２５が駆動される。【０００５】
誘導電動機１２５が減速する時には、スイッチ１１３を切り換えて枝接点１１７と共通接点１１８に接続する。この時には誘導電動機１２５が発電機として動作して交流電力を発生させる。発生した交流電力はインバータ回路１２３で直流電力に変換され、その直流電力はコンデンサ１２１に蓄えられる。【０００６】
その後、誘導電動機１２５が再び加速すると、スイッチ１１３を切り換えて枝接点１１５を共通接点１１８に接続する。これにより、コンバータ回路１１１とコンデンサ１２１が直列に接続され、コンデンサ１２１に蓄積された電力と、交流電源１０１からコンバータ回路１１１を介して出力される電力との双方がインバータ回路１２３を介して誘導電動機１２５に供給される。このように、電源装置５０１は回生機能を有し、交流電源１０１から誘導電動機１２５に供給する電力を削減することができる。【０００７】
電源装置５０１は、交流電源１０１で駆動される誘導電動機１２５を有する電車に用いることができるが、以下の理由で一般の自動車に用いることはできない。一般の自動車に電源装置５０１装置を適用する場合、交流電源１０１には発電機（オルタネータ）が相当する。誘導電動機１２５は減速時には発電機として動作するので、誘導電動機１２５は別の発電機に相当する。したがって、発電機を２つ有する電車では電源装置５０１を適用することができる。しかし、一般の自動車は１つしか発電機を搭載していないので、電源装置５０１を適用して自動車に回生機能を付加することができない。
【特許文献１】特許第３６７８５８２号公報
【発明の開示】
【０００８】
電源装置は、主電源と負荷とを有する並列回路と、発電機とを備えた機器に使用される。その電源装置は、発電機の出力端子に接続される入力端と、並列回路に接続される出力端と、発電機で発生した電力で充電される蓄電部と、入力端と出力端と蓄電部とに接続された切替部と、主電源から蓄電部に流れる電流を制限する電流制限部と、出力端の電圧が所定電圧になるように発電機を制御する制御部とを備える。切替部は、発電機で発生した電力で蓄電部を充電する時に、蓄電部と発電機と並列回路とを並列に接続する。切替部は、蓄電部を放電して蓄電部が蓄えた電力を並列回路に供給する時に、蓄電部と発電機と並列回路を直列に接続する。
【０００９】
この電源装置は、発電機を１つしか搭載していない機器にも回生機能を付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明の実施の形態１における電源装置を備えた機器のブロック回路図である。
【図２】図２は実施の形態１における電源装置の蓄電部を充電している時におけるブロック回路図である。
【図３】図３は実施の形態１における電源装置の蓄電部を放電している時におけるブロック回路図である。
【図４Ａ】図４Ａは実施の形態１における電源装置の蓄電部を充放電していない時におけるブロック回路図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは実施の形態１における他の電源装置を備えた機器のブロック回路図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態２における電源装置のブロック回路図である。
【図６】図６は実施の形態２における電源装置の蓄電部を充電している時におけるブロック回路図である。
【図７】図７は実施の形態２における電源装置の蓄電部を放電している時におけるブロック回路図である。
【図８Ａ】図８Ａは実施の形態２における電源装置の蓄電部を充放電していない時におけるブロック回路図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは実施の形態２における他の電源装置を備えた機器のブロック回路図である。
【図９】図９は本発明の実施の形態３における電源装置のブロック回路図である。
【図１０】図１０は実施の形態３における電源装置の蓄電部を充電している時におけるブロック回路図である。
【図１１】図１１は実施の形態３における電源装置の蓄電部を放電している時におけるブロック回路図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは実施の形態３における電源装置の蓄電部を充放電していない時におけるブロック回路図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは実施の形態３における他の電源装置を備えた機器のブロック回路図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは実施の形態１におけるさらに他の電源装置を備えた機器のブロック回路図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは実施の形態２におけるさらに他の電源装置を備えた機器のブロック回路図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは実施の形態３におけるさらに他の電源装置を備えた機器のブロック回路図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは実施の形態１から３における電源装置の放電回路のブロック回路図である。
【図１４】図１４は実施の形態１における他の電源装置の発電機の概略回路図である。
【図１５】図１５は実施の形態２における電源装置の発電機の概略回路図である。
【図１６】図１６は実施の形態３における電源装置の発電機の概略回路図である。
【図１７】図１７は従来の電源装置の概略回路図である。
【符号の説明】
【００１１】
１１    電源装置
１３    発電機
１３Ａ    出力端子（第１の出力端子）
１３Ｂ    出力端子（第２の出力端子）
１５    主電源
１７    負荷
１９    並列回路
２１    入力端（第１の入力端）
２１Ａ    入力端（第１の入力端）
２１Ｂ    入力端（第２の入力端）
２３    出力端
２５    切替部
２７    蓄電部
２７Ｃ    キャパシタ
３１    制御部
３３    ダイオード（第１のダイオード）
３５    ダイオード（第２のダイオード）
３７    電流制限部
３９    選択スイッチ
３９Ａ    枝端（第１の枝端）
３９Ｂ    枝端（第２の枝端）
３９Ｃ    共通端
４７    接続点
５１    接続点
５３    ダイオード（第３のダイオード）
６１    ダイオード（第１のダイオード）
６３    充電スイッチ
６５    ダイオード（第２のダイオード）
１２７    放電回路
２１１    電源装置
２２５    切替部
２３７    電流制限部
３１１    電源装置
３２５    切替部
３３７    電流制限部
３９１    電圧検出回路
６１１    電源装置
６３３    スイッチ（第１のスイッチ）
６３５    スイッチ（第２のスイッチ）
７１１    電源装置
７３３    スイッチ（第１のスイッチ）
７３５    スイッチ（第２のスイッチ）
７５３    スイッチ（第３のスイッチ）
８１１    電源装置
８６１    スイッチ（第１のスイッチ）
８６５    スイッチ（第２のスイッチ）
１００１    機器
２００１    機器
３００１    機器
６００１    機器
７００１    機器
８００１    機器
９００１Ａ    機器
９００１Ｂ    機器
９００１Ｃ    機器
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電源装置１１を備えた機器１００１のブロック回路図である。機器１００１は、電源装置１１と発電機１３と主電源１５と負荷１７と制御回路１００２を備える。主電源１５と負荷１７は互いに並列に接続されて並列回路１９を構成している。電源装置１１は発電機１３と並列回路１９との間に接続されている。実施の形態１では、機器１００１は、例えば、発電機１３を駆動するエンジン等の動力源を有する自動車である。発電機１３は駆動源で駆動されて、出力端子１３Ａ、１３Ｂから直流電力を発生する。出力端子１３Ａの電圧は出力端子１３Ｂより高い。制御回路１００２は発電機１３の制御端子１３Ｃに制御信号Ｓｃを出力して、発電機１３で発生する出力端子１３Ａ、１３Ｂ間の直流電圧を制御する。実施の形態１では発電機１３はオルタネータであり、主電源１５は充放電可能な自動車用のバッテリであり、負荷１７は自動車に搭載されているオーディオ機器等の種々の電装品である。主電源１５は端１５Ａ、１５Ｂを有し、端１５Ｂはグランドに接続されている。端１５Ａは端１５Ｂより高電位である。【００１３】
電源装置１１は切替部２５と蓄電部２７と電圧検出回路２９と制御部３１とを備える。切替部２５は、発電機１３に接続された入力端２１と、並列回路１９に接続された出力端２３とを有する。蓄電部２７は発電機１３が発生する電力で充電されてその電力を蓄える。具体的には蓄電部２７は、回生制動時に発電機１３が急峻に増加した電力を蓄えるために、急速充放電特性に優れる直列に接続された複数の電気二重層キャパシタ２７Ｃよりなり、大きな電力を十分に蓄えられる容量を有する。蓄電部２７を構成する複数の電気二重層キャパシタ２７Ｃの数は、機器１００１の要求する電力等の仕様に応じて決定される。複数の電気二重層キャパシタ２７Ｃは直並列に接続されていてもよい。電圧検出回路２９は検出端２９Ａの電圧Ｖｉを検出する。発電機１３と切替部２５と電圧検出回路２９は制御部３１に接続されている。制御部３１はマイクロコンピュータと周辺回路から構成されており、電源装置１１の全体の動作を制御している。制御部３１は発電機１３が出力する電圧を制御する制御信号Ｓｃを発電機１３に供給し、切替部２５を制御する制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を切替部２５に供給する。制御部３１は機器１００１の制御回路１００２に接続されている。【００１４】
切替部２５の詳細について説明する。【００１５】
切替部２５の入力端２１と出力端２３の間にはダイオード３３、３５が直列に接続されている。ダイオード３５のアノード３５Ａが入力端２１に接続されている。ダイオード３３のアノード３３Ａはダイオード３５のカソード３５Ｋに接続点４７で接続されている。ダイオード３３のカソード３３Ｋは出力端２３に接続されている。ダイオード３３は蓄電部２７から主電源１５に流れる電流を制限せずに、主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を制限する電流制限部３７として機能する。【００１６】
入力端２１とグランドとの間には選択スイッチ３９が接続されている。選択スイッチ３９は、入力端２１とグランドとの間に直列に共通端３９Ｃで接続されたスイッチ４１、４３を有する。スイッチ４１は共通端３９Ｃと枝端３９Ａとの間に接続されている。スイッチ４３は共通端３９Ｃと枝端３９Ｂとの間に接続されている。枝端３９Ａ、枝端３９Ｂは入力端２１、グランドにそれぞれ接続されている。スイッチ４１、４３は制御部３１から供給される制御信号ＳＷ１、ＳＷ２でそれぞれ制御される。選択スイッチ３９は、制御部３１からの制御信号ＳＷ１、ＳＷ２に基づき、枝端３９Ａ、３９Ｂを選択的すなわち排他的に共通端３９Ｃに接続する。選択スイッチ３９は制御信号ＳＷ１、ＳＷ２に基づき枝端３９Ａ、３９Ｂの双方を共通端３９Ｃから切断してもよい。実施の形態１ではスイッチ４１、４３は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）よりなる。ＦＥＴはスイッチ４１、４３にそれぞれ並列に接続されている寄生ダイオード４５を有する。寄生ダイオード４５が常に非導通である、すなわち寄生ダイオード４５のカソードの電圧がアノードより高くなるようにＦＥＴが接続されている。選択スイッチ３９の枝端３９Ａは接続点５１でダイオード３５のアノード３５Ａに接続されている。接続点５１は入力端２１に接続されている。【００１７】
蓄電部２７は、選択スイッチ３９の共通端３９Ｃに接続された端２７Ｂと、接続点４７に接続された端２７Ａとを有する。電圧検出回路２９の検出端２９Ａは出力端２３に接続され、電圧検出回路２９は出力端２３の電圧、すなわち電源装置１１の出力電圧を検出する。制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３の出力端子１３Ａ、１３Ｂ間の電圧を制御する。その所定電圧は、主電源１５が１２Ｖの通常電圧の自動車用のバッテリである場合には、１４Ｖや１４．５Ｖ等の通常電圧より高めの電圧に設定する。電圧検出回路２９の検出端２９Ａを出力端２３に接続する代わりに、接続点４７に接続してもよい。出力端２３と接続点４７の間にはダイオード３３が接続されているだけであり、ダイオード３３での電圧降下はほぼ一定なので、制御部３１は接続点４７の電圧が一定になるように発電機１３を制御しても、出力端２３の電圧を実質的に一定になるように制御することができる。【００１８】
電源装置１１を備えた機器１００１の動作について説明する。【００１９】
まず、機器１００１である自動車の回生制動により、発電機１３で発生した電力を蓄電部２７へ蓄える時の動作を図２により説明する。この動作では、制御回路１００２は、自動車の減速時にエンジンの動力を積極的に発電機１３に伝えることにより、できるだけ多くの制動エネルギーを回生するように動作する。図２は蓄電部２７を充電しているときの電源装置１１のブロック回路図である。運転者が自動車のブレーキを操作することにより、制御回路１００２は自動車が減速していることを示す減速信号を制御部３１に送る。制御部３１が減速信号を受けると、制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を送ってスイッチ４１を非導通にしてスイッチ４３を導通させる。すなわち選択スイッチ３９の共通端３９Ｃは枝端３９Ｂに接続されてかつ枝端３９Ａから切断され、共通端３９Ｃは枝端３９Ｂが接続されているグランドに接続される。これにより、蓄電部２７と発電機１３がダイオード３５を介して並列に接続される。このように、選択スイッチ３９が蓄電部２７と発電機１３を並列に接続するように制御部３１は切替部２５を制御する。【００２０】
選択スイッチ３９の共通端３９Ｃがグランドに接続されている際に、主電源１５の端１５Ａの電圧が蓄電部２７の端２７Ａの電圧よりも高い場合には主電源１５から蓄電部２７に大きな電流が流れる。これにより、主電源１５の電圧が降下して、主電源１５は負荷１７を駆動できなくなる。さらに、蓄電部２７が主電源１５からの大きな電流で充電され、回生制動により発電機１３で発生した電流である回生電流で充電されなくなり、回生制動により発電機１３で発生した電力を蓄えられなくなる。電流制限部３７は主電源１５から蓄電部２７に供給される電流を制限する。電流制限部３７を構成するダイオード３３のカソード３３Ｋが出力端２３すなわち主電源１５に接続され、アノード３３Ａが接続点４７に接続されており、主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を実質的にゼロに制限できる。電流制限部３７はダイオード３３に限定されず、主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を制限できる半導体スイッチやＤＣ／ＤＣコンバータより構成されていてもよい。【００２１】
図２に示すように、回生制動により発電機１３で発生した回生電流Ｉｒは発電機１３から入力端２１とダイオード３５を経由して接続点４７に至る。なお、回生電流Ｉｒの最大値は発電機１３の能力によって決まる。選択スイッチ３９の共通端３９Ｃがグランドに接続されていると、回生電流Ｉｒの一部の電流Ｉｒ１は蓄電部２７に流れて蓄電部２７を充電し、蓄電部２７に蓄えられる。蓄電部２７が十分充電されていない場合には蓄電部２７の電圧が主電源１５の電圧より低く、ダイオード３３は非導通である。したがって回生電流Ｉｒは実質的に全て蓄電部２７に流れて（Ｉｒ＝Ｉｒ１）蓄電部２７を充電し、主電源１５と負荷１７すなわち並列回路１９に流れない。このときには、負荷１７には主電源１５によって安定した電圧が供給される。蓄電部２７が十分充電されて蓄電部２７の端２７Ａの電圧が主電源１５の端１５Ａの電圧よりダイオード３３の順方向電圧だけ高くなると、回生電流Ｉｒのうちの一部の電流Ｉｒ１は蓄電部２７を流れて蓄電部２７を充電すると同時に、回生電流Ｉｒのうちの他の一部の電流Ｉｒ２（＝Ｉｒ−Ｉｒ１）は接続点４７からダイオード３３と出力端２３を介して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に流れる。【００２２】
次に、機器１００１である自動車の回生制動が終了し、蓄電部２７に蓄えられた電力を並列回路１９に供給する時の電源装置１１の動作を説明する。図３は蓄電部２７を放電しているときの電源装置１１のブロック回路図である。運転者がブレーキを離してアクセルを操作して自動車を加速することにより、制御回路１００２は自動車が加速していることを示す加速信号を制御部３１に送る。制御部３１は加速信号を受けると、制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を送ってスイッチ４１を導通させてスイッチ４３を非導通にする。すなわち選択スイッチ３９の共通端３９Ｃは枝端３９Ａに接続されてかつ枝端３９Ｂから切断され、共通端３９Ｃは枝端３９Ａが接続されている入力端２１に接続される。これにより、蓄電部２７と発電機１３が直列に接続される。このように、選択スイッチ３９が蓄電部２７と発電機１３を直列に接続するように制御部３１は切替部２５を制御する。【００２３】
蓄電部２７が充電されて電力を蓄えている場合には、蓄電部２７の端２７Ａの電圧は端２７Ｂより高いので、ダイオード３５は非導通である。したがって、図３に示すように、加速時のエンジンの動力で駆動される発電機１３により発生した電流である発電電流Ｉｇは、入力端２１とスイッチ４１を経由して蓄電部２７に至る。蓄電部２７は図２に示す回生電流Ｉｒ（Ｉｒ１）で充電されておりかつ発電機１３と直列接続されているので、発電電流Ｉｇは蓄電部２７にも流れ、蓄電部２７は放電される。発電電流Ｉｇはダイオード３３と出力端２３を介して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に供給される。制御部３１は、電圧検出回路２９により検出された出力端２３の電圧が主電源１５の通常電圧より少し高い電圧、例えば１４Ｖになるように、発電機１３に制御信号Ｓｃを送って発電機１３を制御する。これにより、制御部３１は負荷１７に許容電圧を超える電圧が印加されることを防止できる。【００２４】
制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３を制御するので、蓄電部２７が充電されて端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧がゼロではない時は、その分、発電機１３の電圧を下げる。その結果、発電機１３を駆動するために必要なエネルギーは軽減されるので、エンジンの負担が低減され、機器１００１である自動車全体の消費するエネルギーを低減できる。特にエンジンに大きな負担がかかる加速時にこのように動作を実施することで、エンジンの効率が向上し、消費エネルギーを大きく低減させることができる。この際、入力端２１の電圧すなわち発電機１３の電圧は接続点４７の電圧よりも低いのでダイオード３５は非導通になる。したがって、発電機１３からの発電電流Ｉｇはダイオード３５を経由しては並列回路１９に供給されない。【００２５】
上記のように、切替部２５は、発電機１３で発生した電流で蓄電部２７を充電する時に、蓄電部２７と発電機１３と並列回路１９とを並列に接続する。また切替部２５は、蓄電部２７を放電して蓄電部２７が蓄えた電力を並列回路１９に供給する時に、蓄電部２７と発電機１３と並列回路１９を直列に接続するように動作する。【００２６】
図４Ａは蓄電部２７を充放電していないときの電源装置１１のブロック回路図である。蓄電部２７の電圧は放電とともに低下するので、制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３の電圧を上昇させる。蓄電部２７が放電して、蓄積している電力がなくなったときでも制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３を制御する。したがって、入力端２１の電圧は接続点４７の電圧よりも高くなり、図４Ａに示すようにダイオード３５が導通する。このとき、図４Ａに示すように、発電機１３からの発電電流Ｉｇは蓄電部２７を経由せずに、入力端２１とダイオード３５と接続点４７とダイオード３３と出力端２３を経由して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に供給され、蓄電部２７は充放電されない。出力端２３の電圧は入力端２１の電圧よりダイオード３３、３５の順方向電圧だけ降下するものの、発電電流Ｉｇは電源装置１１を通過して並列回路１９に至る。このときには、電源装置１１を備えない一般の自動車と同様に、機器１００１では発電機１３が主電源１５を充電しつつ負荷１７に電力を供給する。【００２７】
このように、制御部３１は、電圧検出回路２９で検出した電圧が所定電圧になるように発電機１３の出力電圧を制御している状態で、蓄電部２７が発電機１３と並列に接続されるように切替部２５を制御して発電機１３からの電力を蓄電部２７へ蓄え、蓄電部２７と発電機１３が直列に接続されるように切替部２５を制御して蓄電部２７に蓄えられた電力を主電源１５と負荷１７に供給する。このように、電源装置１１は蓄電部２７の充電時や放電時に関わらず１つの発電機１３でも機器１００１に回生機能を付加することができる。【００２８】
図４Ｂは、実施の形態１における他の電源装置６１１を備えた機器６００１のブロック回路図である。図４Ｂにおいて、図１に示す機器１００１と同じ構成部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。図１に示す電源装置１１では、ダイオード３３、３５は入力端２１と出力端２３と接続点４７の電圧によって導通と非導通が切り替わる。図４Ｂに示す電源装置６１１は、図１に示す電源装置１１のダイオード３３、３５の代わりに、それぞれ制御部３１により導通と非導通が切り替えられるスイッチ６３３、６３５を備える。すなわち、スイッチ６３３は、出力端２３の電圧が接続点４７の電圧より低いとき導通し、出力端２３の電圧が接続点４７の電圧より高いとき非導通になるように制御部３１に制御される。また、スイッチ６３５は、接続点４７の電圧が入力端２１の電圧より低いとき導通し、接続点４７の電圧が入力端２１の電圧より高いとき非導通になるように制御部３１に制御される。ダイオード３３、３５は順方向の電圧降下を有するが、スイッチ６３３、６３５によりその電圧降下を極めて低減させることができるので、その分だけ発電機１３の発生する電圧を下げることができる。これにより、発電機１３の負担が低減され、機器６００１のさらなる省エネルギー化が図れる。図４Ｂに示す電源装置６１１では、図１に示す電源装置１１のダイオード３３、３５の双方をスイッチ６３３、６３５にそれぞれ置き換えられているが、ダイオード３３、３５のうちの一方をスイッチに置き換えてもよい。スイッチ６３３、６３５は、スイッチ４１、４３と同様にＦＥＴ等の半導体スイッチを用いてもよいし、リレー等の機械スイッチを用いてもよい。ＦＥＴを用いる場合、寄生ダイオードの極性はダイオード３３、３５と同じになるようにＦＥＴを接続する。【００２９】
図１７に示す従来の電源装置５０１では、誘導電動機１２５が図１に示す発電機１３として機能しかつ負荷１７として機能する。誘導電動機１２５が負荷として機能している時は発電機として使用することはできず、誘導電動機１２５が発電機として機能している時は負荷として使用されることはできない。電源装置５０１を自動車に適用すると、図１７におけるダイオード１１９のカソードとインバータ回路１２３の負極（グランド）の間に負荷が接続される。誘導電動機１２５で発生する回生電力で蓄電部に対応するコンデンサ１２１を充電するためにスイッチ１１３の共通接点１１８を枝接点１１７に接続する。このときには、コンデンサ１２１は十分充電されていないのでコンデンサ１２１の電圧が低い。共通接点１１８が枝接点１１７に接続された時に負荷に印加される電圧は急激に低下し、コンデンサ１２１の充電とともに上昇するので、負荷が安定に動作しない。【００３０】
これに対し、実施の形態１による電源装置１１では、図２に示すように、発電機１３が回生電流Ｉｒを発生している時に、制御部３１は発電機１３と蓄電部２７が並列になるように切替部２５を制御することにより、回生電流Ｉｒで蓄電部２７を充電して回生電力を蓄電部２７に蓄える。蓄電部２７が十分充電されていないときには、ダイオード３３よりなる電流制限部３７が主電源１５から蓄電部２７に電流が流れることを防ぐ。これにより主電源１５は安定した電圧を負荷１７に供給する。電源装置１１は、唯一の発電機１３を備えた自動車等の機器１００１に用途に有用である。【００３１】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における電源装置２１１を備えた機器２００１のブロック回路図である。図５において、図１に示す実施の形態１における機器１００１と同じ構成部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。電源装置２１１は、図１に示す実施の形態１における電源装置１１の接続点５１と出力端２３との間に接続されたダイオード５３をさらに備える。ダイオード５３のアノード５３Ａは接続点５１に接続され、カソード５３Ｋは出力端２３に接続されている。ダイオード３３、５３は電流制限部２３７を構成する。【００３２】
電圧検出回路２９の検出端２９Ａは出力端２３に接続されており、電圧検出回路２９は出力端２３の電圧を検出する。制御部３１は電圧検出回路２９が検出した電圧に基づいて発電機１３の出力する電圧を制御する。電圧検出回路２９の検出端２９Ａは、蓄電部２７の充放電に関わらず並列回路１９へ流れる全電流が流れ、かつ出力端２３の電圧に比例した電圧を有する条件を満たす部分に接続しなければならない。実施の形態２による電源装置２１１では並列回路１９にダイオード３３、５３の２の経路に電流が流れるので、上記の条件を満たす部分は出力端２３のみである。したがって、電圧検出回路２９の検出端２９Ａは出力端２３に接続されている。【００３３】
電源装置２１１を備えた機器２００１の動作について説明する。【００３４】
まず、機器２００１である自動車の回生制動により、発電機１３で発生した電力を蓄電部２７へ蓄える時の動作を説明する。図６は蓄電部２７を充電しているときの電源装置２１１のブロック回路図である。運転者が自動車のブレーキを操作することにより、制御回路１００２は減速信号を制御部３１に送る。制御部３１が減速信号を受けると、制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を送ってスイッチ４１を非導通にしてスイッチ４３を導通させる。すなわち選択スイッチ３９の共通端３９Ｃは枝端３９Ｂに接続されてかつ枝端３９Ａから切断され、共通端３９Ｃは枝端３９Ｂが接続されているグランドに接続される。これにより、蓄電部２７と発電機１３がダイオード３５を介して並列に接続される。このように、選択スイッチ３９が蓄電部２７と発電機１３を並列に接続するように制御部３１は切替部２２５を制御する。【００３５】
選択スイッチ３９の共通端３９Ｃがグランドに接続されている際に、主電源１５の端１５Ａの電圧が蓄電部２７の端２７Ａの電圧よりも高い場合には主電源１５から蓄電部２７に大きな電流が流れる。これにより、主電源１５の電圧が降下して、主電源１５は負荷１７を駆動できなくなる。さらに、蓄電部２７が主電源１５からの大きな電流で充電され、回生制動により発電機１３で発生した電流である回生電流で充電されなくなり、回生制動により発電機１３で発生した電力を蓄えられなくなる。電流制限部２３７は主電源１５から蓄電部２７に供給される電流を制限する。電流制限部２３７を構成するダイオード３３、５３のカソード３３Ｋ、５３Ｋが出力端２３すなわち主電源１５に接続され、アノード３３Ａが接続点４７に接続され、アノード５３Ａが接続点５１に接続されており、主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を実質的にゼロに制限できる。電流制限部２３７はダイオード３３、５３に限定されず、主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を制限できる半導体スイッチや双方向ＤＣ／ＤＣコンバータより構成されていてもよい。【００３６】
図６に示すように、回生制動により発電機１３で発生した回生電流Ｉｒは発電機１３から入力端２１とダイオード３５を経由して接続点５１に至る。なお、回生電流Ｉｒの最大値は発電機１３の能力によって決まる。選択スイッチ３９の共通端３９Ｃがグランドに接続されていると、回生電流Ｉｒの一部の電流Ｉｒ１はダイオード３５を介して蓄電部２７に流れて蓄電部２７を充電し、蓄電部２７に蓄えられる。蓄電部２７が十分充電されていない場合には蓄電部２７の電圧が主電源１５の電圧より低く、ダイオード３３、５３は非導通である。したがって回生電流Ｉｒは実質的に全て蓄電部２７に流れて（Ｉｒ＝Ｉｒ１）蓄電部２７を充電し、主電源１５と負荷１７すなわち並列回路１９に流れない。このときには、負荷１７には主電源１５によって安定した電圧が供給される。蓄電部２７が十分充電されて蓄電部２７の端２７Ａの電圧が上昇して接続点５１の電圧が主電源１５の電圧よりダイオード５３の順方向電圧だけ高くなると、回生電流Ｉｒのうちの一部の電流Ｉｒ１は蓄電部２７を流れて蓄電部２７を充電すると同時に、回生電流Ｉｒのうちの他の一部の電流Ｉｒ２（＝Ｉｒ−Ｉｒ１）は接続点５１からダイオード３３と出力端２３を介して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に流れる。【００３７】
次に、機器２００１である自動車の回生制動が終了し、蓄電部２７に蓄えられた電力を並列回路１９に供給する時の電源装置２１１の動作を説明する。図７は蓄電部２７を放電しているときの電源装置２１１のブロック回路図である。運転者がブレーキを離してアクセルを操作して自動車を加速することにより、制御回路１００２は加速信号を制御部３１に送る。制御部３１は加速信号を受けると、制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を送ってスイッチ４１を導通させてスイッチ４３を非導通にする。すなわち選択スイッチ３９の共通端３９Ｃは枝端３９Ａに接続されてかつ枝端３９Ｂから切断され、共通端３９Ｃは枝端３９Ａが接続されている入力端２１に接続される。これにより、蓄電部２７と発電機１３が直列に接続される。このように、選択スイッチ３９が蓄電部２７と発電機１３を直列に接続するように制御部３１は切替部２２５を制御する。【００３８】
蓄電部２７が充電されて電力を蓄えている場合には、蓄電部２７の端２７Ａの電圧は端２７Ｂより高いので、ダイオード３５は非導通である。したがって、図７に示すように、加速時のエンジンの動力で駆動される発電機１３により発生した電流である発電電流Ｉｇは、入力端２１とスイッチ４１を経由して蓄電部２７に至る。蓄電部２７は図６に示す回生電流Ｉｒ（Ｉｒ１）で充電されておりかつ発電機１３と直列接続されているので、発電電流Ｉｇは蓄電部２７にも流れ、蓄電部２７は放電される。発電電流Ｉｇはダイオード３３と出力端２３を介して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に供給される。制御部３１は、電圧検出回路２９により検出された出力端２３の電圧が主電源１５の通常電圧より少し高い電圧、例えば１４Ｖになるように、発電機１３に制御信号Ｓｃを送って発電機１３を制御する。これにより、制御部３１は負荷１７に許容電圧を超える電圧が印加されることを防止できる。【００３９】
制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３を制御するので、蓄電部２７が充電されて端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧がゼロではない時は、その分、発電機１３の電圧を下げる。その結果、発電機１３を駆動するために必要なエネルギーは軽減されるので、エンジンの負担が低減され、機器２００１である自動車全体の消費するエネルギーを低減できる。特にエンジンに大きな負担がかかる加速時にこのように動作を実施することで、エンジンの効率が向上し、消費エネルギーを大きく低減させることができる。この際、入力端２１の電圧すなわち発電機１３の電圧は出力端２３の電圧よりも低いのでダイオード３５、５３は非導通になる。したがって、発電機１３からの発電電流Ｉｇはダイオード３５やダイオード５３を経由しては並列回路１９に供給されない。【００４０】
上記のように、切替部２２５は、発電機１３で発生した電流で蓄電部２７を充電する時に、蓄電部２７と発電機１３と並列回路１９とを並列に接続する。また切替部２５は、蓄電部２７を放電して蓄電部２７が蓄えた電力を並列回路１９に供給する時に、蓄電部２７と発電機１３と並列回路１９を直列に接続するように動作する。【００４１】
図８Ａは蓄電部２７を充放電していないときの電源装置２１１のブロック回路図である。蓄電部２７の電圧は放電とともに低下するので、制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３の電圧を上昇させる。蓄電部２７が放電して、蓄積している電力がなくなったときでも制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３を制御する。したがって、入力端２１すなわち接続点５１の電圧は出力端２３の電圧よりも高くなり、図８Ａに示すようにダイオード５３が導通する。このとき、図８Ａに示すように、発電機１３からの発電電流Ｉｇは蓄電部２７を経由せずに、入力端２１とダイオード５３と出力端２３を経由して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に供給され、蓄電部２７は充放電されない。出力端２３の電圧は入力端２１の電圧よりダイオード５３の順方向電圧だけ降下するものの、発電電流Ｉｇは電源装置２１１を通過して並列回路１９に至る。このときには、電源装置２１１を備えない一般の自動車と同様に、機器２００１では発電機１３が主電源１５を充電しつつ負荷１７に電力を供給する。なお、この時に制御部３１は制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を選択スイッチ３９に送ってスイッチ４１、４２の両方を非導通にしてもよい。【００４２】
蓄電部２７を充放電していない図８Ａに示す電源装置２１１では、蓄電部２７を充放電していない時に発電電流Ｉｇはダイオード５３を通り、出力端２３の電圧はダイオード５３の順方向電圧だけ入力端２１の電圧より低い。蓄電部２７を充放電していない図４Ａに示す実施の形態１による電源装置１１では、蓄電部２７を充放電していない時に発電電流Ｉｇはダイオード３３、３５を通り、出力端２３の電圧はダイオード３３、３５の順方向電圧の和だけ入力端２１の電圧より低い。このように、実施の形態２による電源装置２１１で入力端２１の電圧と出力端２３の電圧との差は、実施の形態１による電源装置１１で入力端２１の電圧と出力端２３の電圧との差の約半分に低減される。したがって、電源装置２１１における損失が低減される。機器２００１である自動車は、図６から図８Ａのうち図８Ａに示す回路で最も長い時間動作する。したがって、図８Ａに示す回路での損失を低減させることによって、機器２００１のさらなる省エネルギー化を図ることが可能となる。【００４３】
このように、制御部３１は、電圧検出回路２９で検出した電圧が所定電圧になるように発電機１３の出力電圧を制御している状態で、蓄電部２７が発電機１３と並列に接続されるように切替部２５を制御して発電機１３からの電力を蓄電部２７へ蓄え、蓄電部２７と発電機１３が直列に接続されるように切替部２５を制御して蓄電部２７に蓄えられた電力を主電源１５と負荷１７に供給する。このように、電源装置２１１は蓄電部２７の充電時や放電時に関わらず１つの発電機１３でも機器２００１に回生機能を付加することができる。さらに実施の形態２における電源装置２１１は実施の形態１における電源装置１１に比べさらなる機器２００１の省エネルギー化が可能である。【００４４】
図８Ｂは、実施の形態２における他の電源装置７１１を備えた機器７００１のブロック回路図である。図８Ｂにおいて、図５に示す機器２００１と同じ構成部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。図５に示す実施の形態２における電源装置２１１では、ダイオード３３、３５、５３は入力端２１と出力端２３と接続点４７の電圧によって導通と非導通が切り替わる。図８Ｂに示す電源装置７１１は、図２に示す電源装置２１１のダイオード３３、３５、５３の代わりに、それぞれ制御部３１により導通と非導通が切り替えられるスイッチ７３３、７３５、７５３を備える。すなわち、スイッチ７３３は、出力端２３の電圧が接続点４７の電圧より低いとき導通し、出力端２３の電圧が接続点４７の電圧より高いとき非導通になるように制御部３１に制御される。また、スイッチ７３５は、接続点４７の電圧が入力端２１の電圧より低いとき導通し、接続点４７の電圧が入力端２１の電圧より高いとき非導通になるように制御部３１に制御される。また、スイッチ７５３は、蓄電部２７が放電しておらず、かつ入力端２１の電圧が出力端２３の電圧より高いとき導通し、入力端２１の電圧が出力端２３の電圧より低いとき非導通になるように制御部３１に制御される。ダイオード３３、３５、５３は順方向の電圧降下を有するが、スイッチ７３３、７３５、７５３によりその電圧降下を極めて低減させることができるので、その分だけ発電機１３の発生する電圧を下げることができる。これにより、発電機１３の負担が低減され、機器２００１のさらなる省エネルギー化が図れる。図８Ｂに示す電源装置７１１では、図５に示す電源装置２１のダイオード３３、３５、５３の全てをスイッチ７３３、７３５、７５３にそれぞれ置き換えられているが、ダイオード７３３、７３５、７５３のうちの少なくとも１つをスイッチに置き換えてもよい。スイッチ７３３、７３５、７５３は、スイッチ４１、４３と同様にＦＥＴ等の半導体スイッチを用いてもよいし、リレー等の機械スイッチを用いてもよい。ＦＥＴを用いる場合、寄生ダイオードの極性はダイオード３３、３５、５３と同じになるようにＦＥＴを接続する。【００４５】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における電源装置３１１を備えた機器３００１のブロック回路図である。図９において、図１に示す実施の形態１における機器１００１と同じ構成部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。電源装置３１１は、図１に示す実施の形態１における電源装置１１のダイオード３３、３５、入力端２１の代わりにダイオード６１、６５と充電スイッチ６３と入力端２１Ａ、２１Ｂを備える。【００４６】
入力端２１Ａ、２１Ｂは発電機１３の出力端子１３Ａ、１３Ｂにそれぞれ接続される。選択スイッチ３９の共通端３９Ｃは入力端２１Ｂに接続され、枝端３９Ｂはグランドに接続されている。ダイオード６１のアノード６１Ａは接続点６７で入力端２１Ａに接続され、カソード６１Ｋは出力端２３に接続されている。ダイオード６５のアノード６５Ａはグランドに接続され、すなわち、カソード６５Ｋが端２７Ａに接続されてかつアノード６５Ａが端２７Ｂに接続されるように、ダイオード６５は蓄電部２７に並列に接続されている。カソード６５Ｋは蓄電部２７の端２７Ａと接続点６８で接続されている。充電スイッチ６３は接続点６７、６８間に直列に接続され、接続点６７を接続点６８に接続しかつ接続点６８から切断する。制御部３１は充電スイッチ６３に制御信号ＳＷ３を送ることで充電スイッチ６３は導通しかつ非導通になる。充電スイッチ６３は、スイッチ４１、４３と同様に寄生ダイオード６４を有する電荷効果トランジスタ（ＦＥＴ）よりなる。寄生ダイオード６４のカソードとアノードが接続点６７、６８にそれぞれ接続されるように充電スイッチ６３が設けられている。ダイオード６１は主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を制限する電流制限部３３７として機能する。実施の形態１における電源装置１１と同様に、電源装置３１１では、電圧検出回路２９の検出端２９Ａは出力端２３に接続され、出力端２３の電圧を検出する。実施の形態１における電源装置１１での接続点４７の電圧の検出と同様に、電源装置３１１では、検出端２９Ａは出力端２３ではなく、接続点６７に接続し接続点６７の電圧を検出してもよい。【００４７】
電源装置３１１を備えた機器３００１の動作について説明する。【００４８】
まず、機器３００１である自動車の回生制動により、発電機１３で発生した電力を蓄電部２７へ蓄える時の動作を説明する。図１０は蓄電部２７を充電しているときの電源装置３１１のブロック回路図である。運転者が自動車のブレーキを操作することにより、制御回路１００２は減速信号を制御部３１に送る。制御部３１が減速信号を受けると、制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を送ってスイッチ４１を非導通にしてスイッチ４３を導通させる。すなわち選択スイッチ３９の共通端３９Ｃは枝端３９Ｂに接続されてかつ枝端３９Ａから切断され、共通端３９Ｃは枝端３９Ｂが接続されているグランドに接続される。さらに、制御部３１は制御信号ＳＷ３を充電スイッチ６３に送って充電スイッチ６３を導通させて接続点６７、６８を接続する。これにより、蓄電部２７と発電機１３が充電スイッチ６３を介して並列に接続される。このように、選択スイッチ３９が蓄電部２７と発電機１３を並列に接続するように制御部３１は切替部３２５を制御する。【００４９】
選択スイッチ３９の共通端３９Ｃがグランドに接続されている際に、主電源１５の端１５Ａの電圧が蓄電部２７の端２７Ａの電圧よりも高い場合には主電源１５から蓄電部２７に大きな電流が流れる。これにより、主電源１５の電圧が降下して、主電源１５は負荷１７を駆動できなくなる。さらに、蓄電部２７が主電源１５からの大きな電流で充電され、回生制動により発電機１３で発生した電流である回生電流で充電されなくなり、回生制動により発電機１３で発生した電力を蓄えられなくなる。電流制限部３３７は主電源１５から蓄電部２７に供給される電流を制限する。電流制限部３３７を構成するダイオード６１のカソード６１Ｋが出力端２３すなわち主電源１５に接続され、アノード６１Ａが接続点６７に接続されており、主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を実質的にゼロに制限できる。電流制限部３３７はダイオード６１に限定されず、主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を制限できる半導体スイッチやＤＣ／ＤＣコンバータより構成されていてもよい。【００５０】
図１０に示すように、発電機１３の出力端子１３Ｂは選択スイッチ３９のスイッチ４３を介してグランドに接続される。回生制動により発電機１３は出力端子１３Ａの電圧が出力端子１３Ｂより高くなるように電圧を発生する。回生制動により発電機１３で発生した回生電流Ｉｒは発電機１３の出力端子１３Ａから入力端２１Ａを経由して接続点６７に至り、グランドから選択スイッチ３９の枝端３９Ｂと共通端３９Ｃを経由して発電機１３の出力端子１３Ｂに至る。なお、回生電流Ｉｒの最大値は発電機１３の能力によって決まる。充電スイッチ６３が導通しているので、回生電流Ｉｒの一部の電流Ｉｒ１は蓄電部２７に流れて蓄電部２７を充電し、蓄電部２７に蓄えられる。蓄電部２７が十分充電されていない場合には蓄電部２７の電圧が主電源１５の電圧より低く、ダイオード６１は非導通である。したがって回生電流Ｉｒは実質的に全て蓄電部２７に流れて（Ｉｒ＝Ｉｒ１）蓄電部２７を充電し、主電源１５と負荷１７すなわち並列回路１９に流れない。このときには、負荷１７には主電源１５によって安定した電圧が供給される。蓄電部２７が十分充電されて蓄電部２７の端２７Ａの電圧が主電源１５の端１５Ａの電圧よりダイオード６１の順方向電圧だけ高くなると、回生電流Ｉｒのうちの一部の電流Ｉｒ１は蓄電部２７を流れて蓄電部２７を充電すると同時に、回生電流Ｉｒのうちの他の一部の電流Ｉｒ２（＝Ｉｒ−Ｉｒ１）は接続点６７からダイオード６１と出力端２３を介して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に流れる。【００５１】
次に、機器３００１である自動車の回生制動が終了し、蓄電部２７に蓄えられた電力を並列回路１９に供給する時の電源装置３１１の動作を説明する。図１１は蓄電部２７を放電しているときの電源装置３１１のブロック回路図である。運転者がブレーキを離してアクセルを操作して自動車を加速することにより、制御回路１００２は自動車が加速し手射ることを示す加速信号を制御部３１に送る。制御部３１は加速信号を受けると、制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を送ってスイッチ４１を導通させてスイッチ４３を非導通にする。すなわち選択スイッチ３９の共通端３９Ｃは枝端３９Ａに接続されてかつ枝端３９Ｂから切断され、共通端３９Ｃは枝端３９Ａが接続されている接続点６８に接続される。このとき、制御部３１は制御信号ＳＷ３を送って充電スイッチ６３を非導通にして、接続点６７を接続点６８から切断する。これにより、蓄電部２７と発電機１３がスイッチ４１を介して直列に接続される。このように、選択スイッチ３９が蓄電部２７と発電機１３を直列に接続するように制御部３１は切替部３２５を制御する。図３に示す実施の形態１における電源装置１１では、グランドと発電機１３と蓄電部２７がこの順で直列に接続されるが、図１１に示す実施の形態３における電源装置３１１ではグランドと蓄電部２７と発電機１３はこの順で直列接続される。【００５２】
蓄電部２７が蓄積した電力を並列回路１９に供給する時、蓄電部２７から出た電流はスイッチ４１と入力端２１Ｂを経由して発電機１３の出力端子１３Ｂに至る。発電機１３は、加速時のエンジンの動力で駆動されて発電電流Ｉｇを発生しているので、蓄電部２７から出た電流は発電電流Ｉｇとして入力端２１Ａと接続点６７、ダイオード６１、出力端２３を経由して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に供給される。出力端２３の電圧は電圧検出回路２９により検出される。制御部３１は検出された出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３に制御信号Ｓｃを出力端子１３Ａ、１３Ｂ間の電圧を制御する。これにより、制御部３１は負荷１７に許容電圧を超える電圧が印加されることを防止できる。【００５３】
制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３を制御するので、蓄電部２７が充電されて端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧がゼロではない時は、その分、発電機１３の電圧を下げる。その結果、発電機１３を駆動するために必要なエネルギーは軽減されるので、エンジンの負担が低減され、機器１００１である自動車全体の消費するエネルギーを低減できる。特にエンジンに大きな負担がかかる加速時にこのように動作を実施することで、エンジンの効率が向上し、消費エネルギーを大きく低減させることができる。蓄電部２７が放電されて蓄積された電力が減少すると、蓄電部２７には端２７Ｂから入って端２７Ａから出る発電電流Ｉｇが流れているので、蓄電部２７の端２７Ａの電圧は低下する。端２７Ａの電圧がダイオード６５を導通させたときの順方向電圧より低くなるとダイオード６５が導通し、発電電流Ｉｇはダイオード６５を流れて蓄電部２７には流れない。したがって、蓄電部２７の端２７Ａにはダイオード６５の順方向電圧の絶対値を有する負電圧より低い電圧が印加されないので、蓄電部２７の過放電による劣化を低減することができる。【００５４】
制御部３１は制御信号Ｓｃを監視することにより、蓄電部２７の放電完了を検出することができる。蓄電部２７の放電が完了すると、蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧は最低になり、制御部３１は発電機１３のみによって出力端２３の電圧を所定電圧に維持するように発電機１３を制御する。蓄電部２７の放電が完了して電力が蓄えられていない通常状態で自動車はもっとも長く動作する。制御部３１はこの通常状態での制御信号Ｓｃを基準制御信号Ｓｒｅｆとして記憶する。制御部３１は制御信号Ｓｃが基準制御信号Ｓｒｅｆと等しくなったことを検出して蓄電部２７の放電が完了したことを検出する。【００５５】
上記のように、切替部３２５は、発電機１３で発生した電流で蓄電部２７を充電する時に、蓄電部２７と発電機１３と並列回路１９とを並列に接続する。また切替部２５は、蓄電部２７を放電して蓄電部２７が蓄えた電力を並列回路１９に供給する時に、蓄電部２７と発電機１３と並列回路１９を直列に接続するように動作する。【００５６】
図１２Ａは蓄電部２７を充放電していないときの電源装置３１１のブロック回路図である。制御部３１は上記の方法で蓄電部２７の放電の完了を検出すると、制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を選択スイッチ３９に送ってスイッチ４３を導通させてスイッチ４１を非導通にし、共通端３９Ｃを枝端３９Ｂに接続して枝端３９Ａから切断する。これにより共通端３９Ｃはグランドに接続される。このとき、制御部３１は制御信号ＳＷ３を送り充電スイッチ６３を非導通に維持して接続点６８を接続点６７から切断する。【００５７】
図１２Ａに示すように、発電機１３の出力端子１３Ｂが選択スイッチ３９を介してグランドに接続される。したがって、発電機１３の出力端子１３Ａから出力される発電電流Ｉｇは、入力端２１Ａ、接続点６７、ダイオード６１、出力端２３を経由して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に供給される。この回路では入力端２１Ａと出力端２３の間に１つのダイオード６１が直列に接続されるので、入力端２１と出力端２３との間に２つのダイオード３３、３５が直列に接続される実施の形態１に示す電源装置１１に比べて電源装置３１１での損失を小さくすることができ、機器３００１の省エネルギー化が可能となる。【００５８】
実施の形態３における電源装置３１１では、実施の形態１、２における電源装置１１、２１１に対して蓄電部２７と発電機１３が直列に逆の順序で接続される。上記のように、電源装置３１１は蓄電部２７の充電時や放電時に関わらず１つの発電機１３でも機器３００１に回生機能を付加することができる。【００５９】
図１２Ｂは、実施の形態３における他の電源装置８１１を備えた機器８００１のブロック回路図である。図１２Ｂにおいて、図９に示す機器３００１と同じ構成部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。図９に示す電源装置３１１では、ダイオード６１、６５は入力端２１Ａと出力端２３と接続点６７の電圧によって導通と非導通が切り替わる。図１２Ｂに示す電源装置８１１は、図９に示す電源装置３１１のダイオード６１、６５の代わりに、それぞれ制御部３１により導通と非導通が切り替えられるスイッチ８６１、８６５を備える。すなわち、スイッチ８６１は、出力端２３の電圧が接続点６７の電圧より低いとき導通し、出力端２３の電圧が接続点６７の電圧より高いとき非導通になるように制御部３１に制御される。また、スイッチ８６５は、接続点６８の電圧がグランドの電圧より低いとき導通し、接続点６８の電圧がグランドの電圧より高いとき非導通になるように制御部３１に制御される。ダイオード６１、６５は順方向の電圧降下を有するが、スイッチ８６１、８６５によりその電圧降下を極めて低減させることができるので、その分だけ発電機１３の発生する電圧を下げることができる。これにより、発電機１３の負担が低減され、機器３００１のさらなる省エネルギー化が図れる。図１２Ｂに示す電源装置８１１では、図９に示す電源装置３１１のダイオード６１、６５の双方をスイッチ８６１、８６５にそれぞれ置き換えられているが、ダイオード６１、６５のうちの一方をスイッチに置き換えてもよい。スイッチ８６１、８６５は、スイッチ４１、４３と同様にＦＥＴ等の半導体スイッチを用いてもよいし、リレー等の機械スイッチを用いてもよい。ＦＥＴを用いる場合、寄生ダイオードの極性はダイオード６１、６５と同じになるようにＦＥＴを接続する。また、枝端３９Ｂの電圧より共通端３９Ｃの電圧が低いときにスイッチ４３を導通し、枝端３９Ｂの電圧より共通端３９Ｃの電圧が高ければスイッチ４３を非導通にするように制御部３１がスイッチ４１、４３を制御することにより、スイッチ８６５やダイオード６５を無くすことができる。【００６０】
実施の形態１〜３では、選択スイッチ３９は２つのスイッチ４１、４３としてそれぞれ機能する２つのＦＥＴにより構成されている。選択スイッチ３９は、枝端３９Ａ、３９Ｂと、枝端３９Ａ、３９Ｂに選択的に排他的に接続される共通端３９Ｃとを有する単極双投（ＳＰＤＴ）接点を有するリレーで構成されていてもよい。【００６１】
実施の形態１〜３における電源装置１１、２１１、３１１では、蓄電部２７の容量は回生電力を十分に充電できる値に設定されている。すなわち、回生電力により蓄電部２７が最大に充電されても、蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧がその耐電圧を超えない。蓄電部２７を構成する複数の電気二重層キャパシタ２７Ｃ（図１）の数を、例えば平均的な回生電力の充電のみできるように設定してもよい。これにより、蓄電部２７がフルに充電される期間が増えて高い効率が得られ、電源装置１１、２１１、３１１の小型化、低コスト化が図れる。制御部３１は蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧を検出してもよい。蓄電部２７の電圧が蓄電部２７の耐電圧を超えないように、たとえ回生電流が流れていても、蓄電部２７への充電を停止する。実施の形態１、２における電源装置１１、２１１では、制御部３１がスイッチ４１、４３を共に非導通にすることで、蓄電部２７の充電を停止する。実施の形態３における電源装置３１１では、充電スイッチ６３を非導通にすることで蓄電部２７の充電を停止する。蓄電部２７が故障した時においても上記と同様の動作を行うことで、電源装置１１、２１１，３１１では蓄電部２７を切り離し、発電機１３から並列回路１９の主電源１５と負荷１７への電力供給のみを継続することができる。【００６２】
図１３Ａ〜図１３Ｃは、それぞれ実施の形態１〜３におけるさらに他の電源装置９１１Ａ〜９１１Ｃを備えた機器９００１Ａ〜９００１Ｃのブロック回路図である。図１３Ａと図１３Ｂと図１３Ｃにおいて、それぞれ図１と図５と図９に示す実施の形態１、２、３における電源装置１１、２１１、３１１を備えた機器１００１、２００１、３００１と同じ部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。図１３Ａと図１３Ｂと図１３Ｃに示す電源装置９１１Ａ、９１１Ｂ、９１１Ｃは、それぞれ図１と図５と図９に示す実施の形態１、２、３における電源装置１１、２１１、３１１に、蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧Ｖ２７を検出する電圧検出回路９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃをさらに備える。電圧検出回路９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃは制御部３１に接続されている。【００６３】
制御部３１が発電機１３の出力する電圧を主電源１５の通常電圧（例えば１２Ｖ）より少し高い所定電圧（例えば１４Ｖまたは１４．５Ｖ）になるように発電機１３を制御している場合では発電機１３の出力する電圧が蓄電部２７の耐電圧を超える直前に、実施の形態１、２における電源装置１１、２１１ではスイッチ４１、４３をオフにして非導通にし、実施の形態３における電源装置３１１では充電スイッチ６３をオフにして非導通にする。これにより、発電機１３は蓄電部２７を充電しなくなり、発電機１３の負荷が急に軽くなる。その結果、スイッチ４１、４３、６３をオフした直後に発電機１３の出力電圧はオーバーシュートしてから、すなわち一旦上昇してピーク電圧に到った後にピーク電圧から所定電圧まで下降する。ピーク電圧が主電源１５や負荷１７に印加されると、主電源１５や負荷１７に過電圧が印加される不具合が発生する場合がある。【００６４】
その不具合を防ぐために、図１３Ａ〜１３Ｃに示す電源装置９１１Ａ〜９１１Ｃは、蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧Ｖ２７を検出して制御部３１に送る電圧検出回路９１Ａ〜９１Ｃをそれぞれ備える。以下に、電源装置９１１Ａ〜９１１Ｃの動作を説明する。【００６５】
図２と図６と図１０に示す回生電流Ｉｒ１により蓄電部２７を充電している電源装置１１、２１１、３１１と同様に、図１３Ａ〜図１３Ｃに示す電源装置９１１Ａ〜９１１Ｃが回生電流により蓄電部２７を充電しているときの動作を説明する。蓄電部２７は、満充電されているときの電圧Ｖ２７である満充電電圧を有する。制御部３１は電圧検出回路９１Ａ〜９１Ｃで検出した電圧Ｖ２７が満充電電圧より低い場合には発電機１３の出力する電圧が満充電電圧になるように発電機１３を制御する。これにより、蓄電部２７は満充電電圧を超えない電圧で充電される。蓄電部２７が直列に接続されている４つの定格電圧２．５Ｖの電気二重層キャパシタ２７Ｃよりなる場合には、満充電電圧は１０Ｖである。この場合には、主電源１５の通常電圧（１２Ｖ）より発電機１３の出力する電圧（１０Ｖ）が低いので、発電機１３からの回生電流Ｉｒはダイオード３３、６１で遮断されて並列回路１９には流れず、蓄電部２７を充電する。蓄電部２７の充電中は主電源１５の電力が負荷１７に供給されるので、負荷１７が停止することはない。【００６６】
その後、蓄電部２７の電圧Ｖ２７が満充電電圧まで上昇すると、蓄電部２７の充電を終了するために、図１３Ａと図１３Ｂに示す電源装置９１１Ａ、９１１Ｂでは制御部３１はスイッチ４１、４３の双方をオフにして非導通にし、図１３Ｃに示す電源装置９１１Ｃでは制御部はスイッチ４１、４３の双方をオフにして非導通にするか、または充電スイッチ６３をオフにして非導通にする。発電機１３の出力する電圧は満充電電圧（１０Ｖ）に設定されているので、スイッチ４１、４３、６３をオフにして発電機１３の出力する電圧がオーバーシュートしてピーク電圧に到る。発電機１３の出力する電圧が満充電電圧した場合のピーク電圧は、所定電圧（１４Ｖまたは１４．５Ｖ）からオーバーシュートした場合のピーク電圧より低い。図１３Ａに示す電源装置９１１Ａの入力端２１と出力端２３の間にはダイオード３３、３５が接続されているので、ピーク電圧が主電源１５の通常電圧（例えば１２Ｖ）とダイオード３３、３５のそれぞれの順方向電圧（例えば０．７Ｖ）との和（例えば１３．４Ｖ）以上でなければ、主電源１５や負荷１７にピーク電圧は印加されない。また、図１３Ｂに示す電源装置９１１Ｂの入力端２１と出力端２３の間にはダイオード５３が接続されているので、ピーク電圧が主電源１５の通常電圧（例えば１２Ｖ）とダイオード５３の順方向電圧（例えば０．７Ｖ）との和（例えば１２．７Ｖ）以上でなければ、主電源１５や負荷１７にピーク電圧は印加されない。また、図１３Ｃに示す電源装置９１１Ｃの入力端２１と出力端２３の間にはダイオード６１が接続されているので、ピーク電圧が主電源１５の通常電圧（例えば１２Ｖ）とダイオード５３の順方向電圧（例えば０．７Ｖ）との和（例えば１２．７Ｖ）以上でなければ、主電源１５や負荷１７にピーク電圧は印加されない。これらのことから、電源装置９１１Ａ〜９１１Ｃを備えた機器９００１Ａ〜９００１Ｃでは主電源１５や負荷１７に過電圧が印加される可能性が低減される。【００６７】
その後、制御部３１は、発電機１３の出力電圧が単調に徐々に所定電圧（１４Ｖまたは１４．５Ｖ）になるように制御する。発電機１３の出力電圧が所定電圧（１４Ｖまたは１４．５Ｖ）になるまでは、接続点４７、５１、６７の電圧はダイオード３３、５３、６１を導通させるより低い。発電機１３の出力電圧が所定電圧（１４Ｖまたは１４．５Ｖ）になると、発電機１３の回生電流Ｉｒ２が主電源１５や負荷１７にも供給され、機器９００１Ａ〜９００１Ｃの効率を高めることができる。【００６８】
このように、制御部３１は、蓄電部２７を充電している時に、検出された電圧が満充電電圧より低ければ発電機１３が出力する電圧が満充電電圧になるように発電機１３を制御するように動作する、さらに、制御部３１は、検出された電圧が満充電電圧に至ったときに蓄電部２７の充電を終了して、発電機１３が出力する電圧が徐々に所定電圧になるように発電機１３を制御するように動作する。【００６９】
蓄電部２７の満充電電圧が所定電圧より低い場合、すなわち電気二重層キャパシタ２７Ｃが少ない場合には、負電圧の印加についても注意する必要がある。図４Ａ、図８Ａに示す実施の形態１、２における電源装置１１、２１１では、蓄電部２７にはダイオード３５が並列に接続されている。この状態で、蓄電部２７の電圧Ｖ２７が０Ｖ近傍になるまで蓄電部２７放電した後でもスイッチ４１をオンして導通させ続けると、蓄電部２７にはダイオード３５の順方向電圧の絶対値を有する負電圧（例えば−０．７Ｖ）が印加される。蓄電部２７が直列に接続された４つの電気二重層キャパシタ２７Ｃよりなる場合には、電気二重層キャパシタ２７Ｃのそれぞれに上記の負電圧の１／４の負電圧（例えば約−０．１８Ｖ）が印加される。この負電圧により電気二重層キャパシタ２７Ｃが劣化する場合がある。【００７０】
負電圧の印加によるキャパシタ２７Ｃの劣化を防ぐために、電圧検出回路９１Ａ、９１Ｂの検出した蓄電部２７の電圧Ｖ２７が０Ｖ近傍の正電圧まで下降したときに、制御部３１はスイッチ４１をオフにして非導通にする。これにより、蓄電部２７とダイオード３５が並列には接続されないので、蓄電部２７に負電圧が印加されることを防ぐことができる。【００７１】
回生電流Ｉｒ１で蓄電部２７が充電されても電圧Ｖ２７が満充電電圧を超えないように、蓄電部２７を直列に接続された多数の電気二重層キャパシタ２７Ｃで構成してもよい。電気二重層キャパシタ２７Ｃの満充電電圧である定格電圧が２．５Ｖであり、発電機１３の所定電圧が１４．５Ｖである場合、蓄電部２７は直列に接続された少なくとも６個の電気二重層キャパシタ２７Ｃよりなる。発電機１３の出力する電圧のオーバーシュートを考慮して、蓄電部２７は直列に接続された７つの電気二重層キャパシタ２７Ｃより構成されていてもよい。【００７２】
この場合、蓄電部２７にダイオード３５またはダイオード６５の順方向電圧の絶対値の負電圧（例えば−０．７Ｖ）が印加される。しかし、直列に接続されるキャパシタ２７Ｃの数が７と多いので、それぞれのキャパシタ２７Ｃにはその負電圧の１／７の負電圧（例えば−０．１Ｖ）が印加されるに過ぎない。したがって、図４Ａや図８Ａに示すようにスイッチ４１をオンし続けても負電圧の蓄電部２７のキャパシタ２７Ｃへの影響は少ない。【００７３】
切替部２５の選択スイッチ３９を切り替える際、すなわちスイッチ４１をオフにしてかつスイッチ４３をオンにする際と、スイッチ４３をオフにしてスイッチ４１をオンにする際に、スイッチ４１、４３が同時にオンになると、実施の形態１、２における電源装置１１、２１１、６１１、７１１、９１１Ａ、９１１Ｂでは発電機１３の出力端子１３Ａ、１３Ｂが短絡し、実施の形態３における電源装置３１１、８１１、９１１Ｃでは蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂが短絡して、大電流が流れる場合がある。短絡を防ぐために、制御部３１は、切替部２５を切り替える間に切替部２５をオフにするオフ期間を設ける。具体的には、制御部３１は、スイッチ４１をオフにしてスイッチ４３をオンにする場合には、スイッチ４１をオフにしてから所定のオフ期間だけ経過してからスイッチ４３をオンにする。また、制御部３１は、スイッチ４３をオフにしてスイッチ４１をオンにする場合には、スイッチ４３をオフにしてから所定のオフ期間だけ経過してからスイッチ４１をオンにする。所定のオフ期間は、オンになっているスイッチ４１、４３がオフになるように制御部３１が制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を選択スイッチ３９に送ってからスイッチ４１、４３がオフになる期間にマージンを加えた期間であり、例えば０．１秒である。これにより、発電機１３の出力端子１３Ａ、１３Ｂ間の短絡や蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂの短絡を防止でき、高信頼性を有する電源装置が得られる。【００７４】
機器１００１、２００１、３００１、６００１、７００１、８００１、９００１Ａ〜９００１Ｃを使用していない時に蓄電部２７の電気二重層キャパシタ２７Ｃがほぼ満充電されて長期間放置されると、電気二重層キャパシタ２７Ｃの寿命が短くなる場合がある。実施の形態１〜３における電源装置１１、２１１、３１１、６１１、７１１、８１１、９１１Ａ〜９１１Ｃにおいて、機器１００１、２００１、３００１、６００１、７００１、８００１、９００１Ａ〜９００１Ｃである車両の使用終了時に、制御回路１００２は制御部３１に終了信号を送り、蓄電部２７の電圧Ｖ２７が所定の下限電圧に至るまで、制御部３１は蓄電部２７を放電してもよい。所定の下限電圧は、例えば蓄電部２７の満充電電圧の半分に設定する。図１３Ｄは、蓄電部２７を放電させる放電回路１２７のブロック回路図である。放電回路１２７は、蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂ間に直列に接続されたスイッチ１２７Ａと放電抵抗器１２７Ｂとを有する。図１から図１３Ｃに示す機器１００１、２００１、３００１、６００１、７００１、８００１、９００１Ａ〜９００１Ｃの使用時には制御部３１はスイッチ１２７Ａをオフにして非導通にする。制御部３１は制御回路１００２から終了信号を受けるとスイッチ１２７Ａをオンにして導通させることで、蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂ間に放電抵抗器１２７Ｂを接続し、蓄電部２７を放電する。【００７５】
これにより、蓄電部２７の寿命が短くなることを防止できる。次回に機器である自動車の使用を開始する際に蓄電部２７には満充電時の約半分の電力が蓄えられているので、自動車のエンジンの始動後に制御部３１は切替部を制御して蓄電部２７を発電機１３と直列に接続してもよい。これにより前回の使用で発生した回生電力の一部を利用することができ、その分、発電機１３の負担を軽減させることができ、さらに機器の効率を向上することができる。【００７６】
ダイオード３３、３５、５３、６１はいずれも大電流が流れるので放熱が必要となる。ダイオード３３、３５、５３、６１の放熱のために、ダイオード３３、３５、５３、６１は発電機１３に内蔵されていてもよい。以下にダイオード３３、３５、５３、６１を内蔵する発電機１３について説明する。【００７７】
図１４は、図１に示す実施の形態１における機器１００１での発電機１３の概略回路図である。機器１００１である自動車は、エンジンとエンジンにより駆動されるファン９２とを有する。発電機１３は、エンジンの回転によって誘導起電力である三相交流電力を発生する３つのコイル７１と、誘導起電力を制御する励磁コイル７３と、励磁コイル７３に流れる電流を制御するレギュレータ７５と、三相交流電力を直流に変換するための整流回路７７と、コイル７１と励磁コイル７３とレギュレータ７５と整流回路７７とを収納する筐体１３Ｄを備える。筐体１３Ｄはダイオード３３、３５も収納している。レギュレータ７５は、制御部３１から送られた制御信号Ｓｃにより励磁コイル７３に流れる電流を制御する。したがって、制御信号Ｓｃにより発電機１３の発電量を制御することができる。整流回路７７は６個の整流ダイオード７９から構成されている。コイル７１は電源装置に供給される電力を発生する発電要素として機能する。【００７８】
整流ダイオード７９には、主電源１５や負荷１７に電力を供給するために大電流が流れ、整流ダイオード７９が発熱する。機器１００１は、エンジンにより駆動されて整流ダイオード７９を冷却する冷却ファン９２を備える。ダイオード３３、３５は整流ダイオード７９の近傍に配置され、冷却ファン９２は整流ダイオード７９と共にダイオード３３、３５を効率よく冷却することができる。これにより、ダイオード３３、３５を冷却する部材を設ける必要がなく、機器１００１の小型化が可能となる。【００７９】
図１５は、図５に示す実施の形態２における機器２００１での発電機１３の概略回路図である。図１５において、図１４に示す実施の形態１における機器１００１の発電機１３と同じ部分には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。大電流が流れるダイオード３３、３５、５３は発電機１３の筐体１３Ｄに収納されている。ダイオード３３、３５、５３は整流ダイオード７９の近傍に配置され、整流ダイオード７９と共に冷却ファン９２で効率的に冷却することができる。【００８０】
図１６は、図９に示す実施の形態３における機器３００１での発電機１３の概略回路図である。図１６において、図１４に示す実施の形態１による発電機１３と同じ部分には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。大電流が流れるダイオード６１は発電機１３の筐体１３Ｄに収納されている。ダイオード６１は整流ダイオード７９の近傍に配置され。冷却ファン９２はダイオード６１を整流ダイオード７９と共に効率的に冷却することができる。【００８１】
また、実施の形態１〜３における機器１００１〜３００１、６００１〜８００１、９００１Ａ〜９００１Ｃにおいて、発電機１３の出力する電圧を安定化させるために、発電機１３と電源装置との間に、リアクトルとコンデンサからなる平滑回路を接続してもよい。具体的には、実施の形態１、２における機器では、発電機１３の出力端子１３Ａと電源装置の入力端２１の間にリアクトルが直列に接続されとともに、入力端２１とグランドとの間にコンデンサが接続される。また、実施の形態３における機器では、発電機１３の出力端子１３Ａと電源装置の入力端２１Ａの間にリアクトルが直列に接続され、入力端２１Ａ、２１Ｂ間にコンデンサが接続される。なお、平滑回路はそのリアクトルを備えなくてもよく、入力端２１Ａ、２１Ｂ間に接続されたコンデンサのみで構成されていてもよい。【００８２】
実施の形態１〜３における電源装置１１、２１１、３１１では、蓄電部２７は電気二重層キャパシタで構成されているが、電気化学キャパシタ等の他のキャパシタで構成されていてもよい。【００８３】
実施の形態１〜３における機器１００１〜３００１はエンジンを唯一の動力源として備えた一般の自動車であるが、それらに限らず、例えばハイブリッド車のモータで駆動できる自動車であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明による電源装置は、発電機を１つしか搭載していない機器にも回生機能を付加することができるので、特に自動車の制動時に発生する回生電力を蓄える電源装置に有用である。
【図１】
2009057277.tif 000003
【図２】
2009057277.tif 000004
【図３】
2009057277.tif 000005
【図４Ａ】
2009057277.tif 000006
【図４Ｂ】
2009057277.tif 000007
【図５】
2009057277.tif 000008
【図６】
2009057277.tif 000009
【図７】
2009057277.tif 000010
【図８Ａ】
2009057277.tif 000011
【図８Ｂ】
2009057277.tif 000012
【図９】
2009057277.tif 000013
【図１０】
2009057277.tif 000014
【図１１】
2009057277.tif 000015
【図１２Ａ】
2009057277.tif 000016
【図１２Ｂ】
2009057277.tif 000017
【図１３Ａ】
2009057277.tif 000018
【図１３Ｂ】
2009057277.tif 000019
【図１３Ｃ】
2009057277.tif 000020
【図１３Ｄ】
2009057277.tif 000021
【図１４】
2009057277.tif 000022
【図１５】
2009057277.tif 000023
【図１６】
2009057277.tif 000024
【図１７】
2009057277.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月22日(2009.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回生機能を実現する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、制動時の運動エネルギーを発電機により電気エネルギーとして回収し再利用する回生機能を備えた車両が開発されている。この回生機能により、これまで利用されていなかった運動エネルギーを有効利用できるので、車両の省エネルギー化を図ることが可能となる。
【０００３】
図１７は特許文献１に記載されている電源装置５０１の概略回路図である。電源装置５０１は交流電源に接続され、その交流電源の電力により誘導電動機を駆動する交流電源１０１はコンバータ回路１１１に接続されている。コンバータ回路１１１は交流電源１０１が出力する交流電力を直流電力に変換し、正極出力端子１１１Ａと負極出力端子１１１Ｂから出力する。コンバータ回路１１１は交流リアクトル１０３とブリッジ整流器１０５と平滑リアクトル１０７と平滑コンデンサ１０９とを備える。スイッチ１１３は、枝接点１１５、１１７と共通接点１１８とを有し、共通接点１１８を枝接点１１５、１１７に選択的に接続することができる。コンバータ回路１１１の正極出力端子１１１Ａはスイッチ１１３の枝接点１１５に接続されている。スイッチ１１３の枝接点１１７はコンバータ回路１１１の負極出力端子１１１Ｂに接続されている。スイッチ１１３の共通接点１１８にはダイオード１１９のアノードとコンデンサ１２１の一端とが接続されている。コンデンサ１２１は大容量の電気二重層コンデンサである。ダイオード１１９のカソードとコンデンサ１２１の他端はインバータ回路１２３の正極端子１２３Ａに接続されている。コンバータ回路１１１の負極出力端子１１１Ｂはインバータ回路の負極端子１２３Ｂに接続されている。ダイオード１１９とコンデンサ１２１は並列に接続されている。インバータ回路１２３は複数のトランジスタと複数のフライホイールダイオードからなるブリッジ回路で構成されている。インバータ回路１２３の端子１２３Ｃには誘導電動機１２５が接続されている。
【０００４】
次に、電源装置５０１の動作について説明する。まず、誘導電動機１２５を起動しあるいは加速させる時には、スイッチ１１３は枝接点１１５と共通接点１１８とを接続する。これにより、交流電源１０１からの交流電力はコンバータ回路１１１で直流電力に変換され、その直流電力はスイッチ１１３とダイオード１１９を経由してインバータ回路１２３に入力される。なお、このときはコンデンサ１２１には電力が蓄えられていない。インバータ回路１２３に入力された直流電力は交流電力に変換され誘導電動機１２５に供給され、このように、交流電源１０１により誘導電動機１２５が駆動される。
【０００５】
誘導電動機１２５が減速する時には、スイッチ１１３を切り換えて枝接点１１７と共通接点１１８に接続する。この時には誘導電動機１２５が発電機として動作して交流電力を発生させる。発生した交流電力はインバータ回路１２３で直流電力に変換され、その直流電力はコンデンサ１２１に蓄えられる。
【０００６】
その後、誘導電動機１２５が再び加速すると、スイッチ１１３を切り換えて枝接点１１５を共通接点１１８に接続する。これにより、コンバータ回路１１１とコンデンサ１２１が直列に接続され、コンデンサ１２１に蓄積された電力と、交流電源１０１からコンバータ回路１１１を介して出力される電力との双方がインバータ回路１２３を介して誘導電動機１２５に供給される。このように、電源装置５０１は回生機能を有し、交流電源１０１から誘導電動機１２５に供給する電力を削減することができる。
【０００７】
電源装置５０１は、交流電源１０１で駆動される誘導電動機１２５を有する電車に用いることができるが、以下の理由で一般の自動車に用いることはできない。一般の自動車に電源装置５０１装置を適用する場合、交流電源１０１には発電機（オルタネータ）が相当する。誘導電動機１２５は減速時には発電機として動作するので、誘導電動機１２５は別の発電機に相当する。したがって、発電機を２つ有する電車では電源装置５０１を適用することができる。しかし、一般の自動車は１つしか発電機を搭載していないので、電源装置５０１を適用して自動車に回生機能を付加することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３６７８５８２号公報
【発明の概要】
【０００９】
電源装置は、主電源と負荷とを有する並列回路と、発電機とを備えた機器に使用される。その電源装置は、発電機の出力端子に接続される入力端と、並列回路に接続される出力端と、発電機で発生した電力で充電される蓄電部と、入力端と出力端と蓄電部とに接続された切替部と、主電源から蓄電部に流れる電流を制限する電流制限部と、出力端の電圧が所定電圧になるように発電機を制御する制御部とを備える。切替部は、発電機で発生した電力で蓄電部を充電する時に、蓄電部と発電機と並列回路とを並列に接続する。切替部は、蓄電部を放電して蓄電部が蓄えた電力を並列回路に供給する時に、蓄電部と発電機と並列回路を直列に接続する。
【００１０】
この電源装置は、発電機を１つしか搭載していない機器にも回生機能を付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における電源装置を備えた機器のブロック回路図
【図２】実施の形態１における電源装置の蓄電部を充電している時におけるブロック回路図
【図３】実施の形態１における電源装置の蓄電部を放電している時におけるブロック回路図
【図４Ａ】実施の形態１における電源装置の蓄電部を充放電していない時におけるブロック回路図
【図４Ｂ】実施の形態１における他の電源装置を備えた機器のブロック回路図
【図５】本発明の実施の形態２における電源装置のブロック回路図
【図６】実施の形態２における電源装置の蓄電部を充電している時におけるブロック回路図
【図７】実施の形態２における電源装置の蓄電部を放電している時におけるブロック回路図
【図８Ａ】実施の形態２における電源装置の蓄電部を充放電していない時におけるブロック回路図
【図８Ｂ】実施の形態２における他の電源装置を備えた機器のブロック回路図
【図９】本発明の実施の形態３における電源装置のブロック回路図
【図１０】実施の形態３における電源装置の蓄電部を充電している時におけるブロック回路図
【図１１】実施の形態３における電源装置の蓄電部を放電している時におけるブロック回路図
【図１２Ａ】実施の形態３における電源装置の蓄電部を充放電していない時におけるブロック回路図
【図１２Ｂ】実施の形態３における他の電源装置を備えた機器のブロック回路図
【図１３Ａ】実施の形態１におけるさらに他の電源装置を備えた機器のブロック回路図
【図１３Ｂ】実施の形態２におけるさらに他の電源装置を備えた機器のブロック回路図
【図１３Ｃ】実施の形態３におけるさらに他の電源装置を備えた機器のブロック回路図
【図１３Ｄ】実施の形態１から３における電源装置の放電回路のブロック回路図
【図１４】実施の形態１における他の電源装置の発電機の概略回路図
【図１５】実施の形態２における電源装置の発電機の概略回路図
【図１６】実施の形態３における電源装置の発電機の概略回路図
【図１７】従来の電源装置の概略回路図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電源装置１１を備えた機器１００１のブロック回路図である。機器１００１は、電源装置１１と発電機１３と主電源１５と負荷１７と制御回路１００２を備える。主電源１５と負荷１７は互いに並列に接続されて並列回路１９を構成している。電源装置１１は発電機１３と並列回路１９との間に接続されている。実施の形態１では、機器１００１は、例えば、発電機１３を駆動するエンジン等の動力源を有する自動車である。発電機１３は駆動源で駆動されて、出力端子１３Ａ、１３Ｂから直流電力を発生する。出力端子１３Ａの電圧は出力端子１３Ｂより高い。制御回路１００２は発電機１３の制御端子１３Ｃに制御信号Ｓｃを出力して、発電機１３で発生する出力端子１３Ａ、１３Ｂ間の直流電圧を制御する。実施の形態１では発電機１３はオルタネータであり、主電源１５は充放電可能な自動車用のバッテリであり、負荷１７は自動車に搭載されているオーディオ機器等の種々の電装品である。主電源１５は端１５Ａ、１５Ｂを有し、端１５Ｂはグランドに接続されている。端１５Ａは端１５Ｂより高電位である。
【００１３】
電源装置１１は切替部２５と蓄電部２７と電圧検出回路２９と制御部３１とを備える。切替部２５は、発電機１３に接続された入力端２１と、並列回路１９に接続された出力端２３とを有する。蓄電部２７は発電機１３が発生する電力で充電されてその電力を蓄える。具体的には蓄電部２７は、回生制動時に発電機１３が急峻に増加した電力を蓄えるために、急速充放電特性に優れる直列に接続された複数の電気二重層キャパシタ２７Ｃよりなり、大きな電力を十分に蓄えられる容量を有する。蓄電部２７を構成する複数の電気二重層キャパシタ２７Ｃの数は、機器１００１の要求する電力等の仕様に応じて決定される。複数の電気二重層キャパシタ２７Ｃは直並列に接続されていてもよい。電圧検出回路２９は検出端２９Ａの電圧Ｖｉを検出する。発電機１３と切替部２５と電圧検出回路２９は制御部３１に接続されている。制御部３１はマイクロコンピュータと周辺回路から構成されており、電源装置１１の全体の動作を制御している。制御部３１は発電機１３が出力する電圧を制御する制御信号Ｓｃを発電機１３に供給し、切替部２５を制御する制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を切替部２５に供給する。制御部３１は機器１００１の制御回路１００２に接続されている。
【００１４】
切替部２５の詳細について説明する。
【００１５】
切替部２５の入力端２１と出力端２３の間にはダイオード３３、３５が直列に接続されている。ダイオード３５のアノード３５Ａが入力端２１に接続されている。ダイオード３３のアノード３３Ａはダイオード３５のカソード３５Ｋに接続点４７で接続されている。ダイオード３３のカソード３３Ｋは出力端２３に接続されている。ダイオード３３は蓄電部２７から主電源１５に流れる電流を制限せずに、主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を制限する電流制限部３７として機能する。
【００１６】
入力端２１とグランドとの間には選択スイッチ３９が接続されている。選択スイッチ３９は、入力端２１とグランドとの間に直列に共通端３９Ｃで接続されたスイッチ４１、４３を有する。スイッチ４１は共通端３９Ｃと枝端３９Ａとの間に接続されている。スイッチ４３は共通端３９Ｃと枝端３９Ｂとの間に接続されている。枝端３９Ａ、枝端３９Ｂは入力端２１、グランドにそれぞれ接続されている。スイッチ４１、４３は制御部３１から供給される制御信号ＳＷ１、ＳＷ２でそれぞれ制御される。選択スイッチ３９は、制御部３１からの制御信号ＳＷ１、ＳＷ２に基づき、枝端３９Ａ、３９Ｂを選択的すなわち排他的に共通端３９Ｃに接続する。選択スイッチ３９は制御信号ＳＷ１、ＳＷ２に基づき枝端３９Ａ、３９Ｂの双方を共通端３９Ｃから切断してもよい。実施の形態１ではスイッチ４１、４３は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）よりなる。ＦＥＴはスイッチ４１、４３にそれぞれ並列に接続されている寄生ダイオード４５を有する。寄生ダイオード４５が常に非導通である、すなわち寄生ダイオード４５のカソードの電圧がアノードより高くなるようにＦＥＴが接続されている。選択スイッチ３９の枝端３９Ａは接続点５１でダイオード３５のアノード３５Ａに接続されている。接続点５１は入力端２１に接続されている。
【００１７】
蓄電部２７は、選択スイッチ３９の共通端３９Ｃに接続された端２７Ｂと、接続点４７に接続された端２７Ａとを有する。電圧検出回路２９の検出端２９Ａは出力端２３に接続され、電圧検出回路２９は出力端２３の電圧、すなわち電源装置１１の出力電圧を検出する。制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３の出力端子１３Ａ、１３Ｂ間の電圧を制御する。その所定電圧は、主電源１５が１２Ｖの通常電圧の自動車用のバッテリである場合には、１４Ｖや１４．５Ｖ等の通常電圧より高めの電圧に設定する。電圧検出回路２９の検出端２９Ａを出力端２３に接続する代わりに、接続点４７に接続してもよい。出力端２３と接続点４７の間にはダイオード３３が接続されているだけであり、ダイオード３３での電圧降下はほぼ一定なので、制御部３１は接続点４７の電圧が一定になるように発電機１３を制御しても、出力端２３の電圧を実質的に一定になるように制御することができる。
【００１８】
電源装置１１を備えた機器１００１の動作について説明する。
【００１９】
まず、機器１００１である自動車の回生制動により、発電機１３で発生した電力を蓄電部２７へ蓄える時の動作を図２により説明する。この動作では、制御回路１００２は、自動車の減速時にエンジンの動力を積極的に発電機１３に伝えることにより、できるだけ多くの制動エネルギーを回生するように動作する。図２は蓄電部２７を充電しているときの電源装置１１のブロック回路図である。運転者が自動車のブレーキを操作することにより、制御回路１００２は自動車が減速していることを示す減速信号を制御部３１に送る。制御部３１が減速信号を受けると、制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を送ってスイッチ４１を非導通にしてスイッチ４３を導通させる。すなわち選択スイッチ３９の共通端３９Ｃは枝端３９Ｂに接続されてかつ枝端３９Ａから切断され、共通端３９Ｃは枝端３９Ｂが接続されているグランドに接続される。これにより、蓄電部２７と発電機１３がダイオード３５を介して並列に接続される。このように、選択スイッチ３９が蓄電部２７と発電機１３を並列に接続するように制御部３１は切替部２５を制御する。
【００２０】
選択スイッチ３９の共通端３９Ｃがグランドに接続されている際に、主電源１５の端１５Ａの電圧が蓄電部２７の端２７Ａの電圧よりも高い場合には主電源１５から蓄電部２７に大きな電流が流れる。これにより、主電源１５の電圧が降下して、主電源１５は負荷１７を駆動できなくなる。さらに、蓄電部２７が主電源１５からの大きな電流で充電され、回生制動により発電機１３で発生した電流である回生電流で充電されなくなり、回生制動により発電機１３で発生した電力を蓄えられなくなる。電流制限部３７は主電源１５から蓄電部２７に供給される電流を制限する。電流制限部３７を構成するダイオード３３のカソード３３Ｋが出力端２３すなわち主電源１５に接続され、アノード３３Ａが接続点４７に接続されており、主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を実質的にゼロに制限できる。電流制限部３７はダイオード３３に限定されず、主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を制限できる半導体スイッチやＤＣ／ＤＣコンバータより構成されていてもよい。
【００２１】
図２に示すように、回生制動により発電機１３で発生した回生電流Ｉｒは発電機１３から入力端２１とダイオード３５を経由して接続点４７に至る。なお、回生電流Ｉｒの最大値は発電機１３の能力によって決まる。選択スイッチ３９の共通端３９Ｃがグランドに接続されていると、回生電流Ｉｒの一部の電流Ｉｒ１は蓄電部２７に流れて蓄電部２７を充電し、蓄電部２７に蓄えられる。蓄電部２７が十分充電されていない場合には蓄電部２７の電圧が主電源１５の電圧より低く、ダイオード３３は非導通である。したがって回生電流Ｉｒは実質的に全て蓄電部２７に流れて（Ｉｒ＝Ｉｒ１）蓄電部２７を充電し、主電源１５と負荷１７すなわち並列回路１９に流れない。このときには、負荷１７には主電源１５によって安定した電圧が供給される。蓄電部２７が十分充電されて蓄電部２７の端２７Ａの電圧が主電源１５の端１５Ａの電圧よりダイオード３３の順方向電圧だけ高くなると、回生電流Ｉｒのうちの一部の電流Ｉｒ１は蓄電部２７を流れて蓄電部２７を充電すると同時に、回生電流Ｉｒのうちの他の一部の電流Ｉｒ２（＝Ｉｒ−Ｉｒ１）は接続点４７からダイオード３３と出力端２３を介して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に流れる。
【００２２】
次に、機器１００１である自動車の回生制動が終了し、蓄電部２７に蓄えられた電力を並列回路１９に供給する時の電源装置１１の動作を説明する。図３は蓄電部２７を放電しているときの電源装置１１のブロック回路図である。運転者がブレーキを離してアクセルを操作して自動車を加速することにより、制御回路１００２は自動車が加速していることを示す加速信号を制御部３１に送る。制御部３１は加速信号を受けると、制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を送ってスイッチ４１を導通させてスイッチ４３を非導通にする。すなわち選択スイッチ３９の共通端３９Ｃは枝端３９Ａに接続されてかつ枝端３９Ｂから切断され、共通端３９Ｃは枝端３９Ａが接続されている入力端２１に接続される。これにより、蓄電部２７と発電機１３が直列に接続される。このように、選択スイッチ３９が蓄電部２７と発電機１３を直列に接続するように制御部３１は切替部２５を制御する。
【００２３】
蓄電部２７が充電されて電力を蓄えている場合には、蓄電部２７の端２７Ａの電圧は端２７Ｂより高いので、ダイオード３５は非導通である。したがって、図３に示すように、加速時のエンジンの動力で駆動される発電機１３により発生した電流である発電電流Ｉｇは、入力端２１とスイッチ４１を経由して蓄電部２７に至る。蓄電部２７は図２に示す回生電流Ｉｒ（Ｉｒ１）で充電されておりかつ発電機１３と直列接続されているので、発電電流Ｉｇは蓄電部２７にも流れ、蓄電部２７は放電される。発電電流Ｉｇはダイオード３３と出力端２３を介して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に供給される。制御部３１は、電圧検出回路２９により検出された出力端２３の電圧が主電源１５の通常電圧より少し高い電圧、例えば１４Ｖになるように、発電機１３に制御信号Ｓｃを送って発電機１３を制御する。これにより、制御部３１は負荷１７に許容電圧を超える電圧が印加されることを防止できる。
【００２４】
制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３を制御するので、蓄電部２７が充電されて端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧がゼロではない時は、その分、発電機１３の電圧を下げる。その結果、発電機１３を駆動するために必要なエネルギーは軽減されるので、エンジンの負担が低減され、機器１００１である自動車全体の消費するエネルギーを低減できる。特にエンジンに大きな負担がかかる加速時にこのように動作を実施することで、エンジンの効率が向上し、消費エネルギーを大きく低減させることができる。この際、入力端２１の電圧すなわち発電機１３の電圧は接続点４７の電圧よりも低いのでダイオード３５は非導通になる。したがって、発電機１３からの発電電流Ｉｇはダイオード３５を経由しては並列回路１９に供給されない。
【００２５】
上記のように、切替部２５は、発電機１３で発生した電流で蓄電部２７を充電する時に、蓄電部２７と発電機１３と並列回路１９とを並列に接続する。また切替部２５は、蓄電部２７を放電して蓄電部２７が蓄えた電力を並列回路１９に供給する時に、蓄電部２７と発電機１３と並列回路１９を直列に接続するように動作する。
【００２６】
図４Ａは蓄電部２７を充放電していないときの電源装置１１のブロック回路図である。蓄電部２７の電圧は放電とともに低下するので、制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３の電圧を上昇させる。蓄電部２７が放電して、蓄積している電力がなくなったときでも制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３を制御する。したがって、入力端２１の電圧は接続点４７の電圧よりも高くなり、図４Ａに示すようにダイオード３５が導通する。このとき、図４Ａに示すように、発電機１３からの発電電流Ｉｇは蓄電部２７を経由せずに、入力端２１とダイオード３５と接続点４７とダイオード３３と出力端２３を経由して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に供給され、蓄電部２７は充放電されない。出力端２３の電圧は入力端２１の電圧よりダイオード３３、３５の順方向電圧だけ降下するものの、発電電流Ｉｇは電源装置１１を通過して並列回路１９に至る。このときには、電源装置１１を備えない一般の自動車と同様に、機器１００１では発電機１３が主電源１５を充電しつつ負荷１７に電力を供給する。
【００２７】
このように、制御部３１は、電圧検出回路２９で検出した電圧が所定電圧になるように発電機１３の出力電圧を制御している状態で、蓄電部２７が発電機１３と並列に接続されるように切替部２５を制御して発電機１３からの電力を蓄電部２７へ蓄え、蓄電部２７と発電機１３が直列に接続されるように切替部２５を制御して蓄電部２７に蓄えられた電力を主電源１５と負荷１７に供給する。このように、電源装置１１は蓄電部２７の充電時や放電時に関わらず１つの発電機１３でも機器１００１に回生機能を付加することができる。
【００２８】
図４Ｂは、実施の形態１における他の電源装置６１１を備えた機器６００１のブロック回路図である。図４Ｂにおいて、図１に示す機器１００１と同じ構成部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。図１に示す電源装置１１では、ダイオード３３、３５は入力端２１と出力端２３と接続点４７の電圧によって導通と非導通が切り替わる。図４Ｂに示す電源装置６１１は、図１に示す電源装置１１のダイオード３３、３５の代わりに、それぞれ制御部３１により導通と非導通が切り替えられるスイッチ６３３、６３５を備える。すなわち、スイッチ６３３は、出力端２３の電圧が接続点４７の電圧より低いとき導通し、出力端２３の電圧が接続点４７の電圧より高いとき非導通になるように制御部３１に制御される。また、スイッチ６３５は、接続点４７の電圧が入力端２１の電圧より低いとき導通し、接続点４７の電圧が入力端２１の電圧より高いとき非導通になるように制御部３１に制御される。ダイオード３３、３５は順方向の電圧降下を有するが、スイッチ６３３、６３５によりその電圧降下を極めて低減させることができるので、その分だけ発電機１３の発生する電圧を下げることができる。これにより、発電機１３の負担が低減され、機器６００１のさらなる省エネルギー化が図れる。図４Ｂに示す電源装置６１１では、図１に示す電源装置１１のダイオード３３、３５の双方をスイッチ６３３、６３５にそれぞれ置き換えられているが、ダイオード３３、３５のうちの一方をスイッチに置き換えてもよい。スイッチ６３３、６３５は、スイッチ４１、４３と同様にＦＥＴ等の半導体スイッチを用いてもよいし、リレー等の機械スイッチを用いてもよい。ＦＥＴを用いる場合、寄生ダイオードの極性はダイオード３３、３５と同じになるようにＦＥＴを接続する。
【００２９】
図１７に示す従来の電源装置５０１では、誘導電動機１２５が図１に示す発電機１３として機能しかつ負荷１７として機能する。誘導電動機１２５が負荷として機能している時は発電機として使用することはできず、誘導電動機１２５が発電機として機能している時は負荷として使用されることはできない。電源装置５０１を自動車に適用すると、図１７におけるダイオード１１９のカソードとインバータ回路１２３の負極（グランド）の間に負荷が接続される。誘導電動機１２５で発生する回生電力で蓄電部に対応するコンデンサ１２１を充電するためにスイッチ１１３の共通接点１１８を枝接点１１７に接続する。このときには、コンデンサ１２１は十分充電されていないのでコンデンサ１２１の電圧が低い。共通接点１１８が枝接点１１７に接続された時に負荷に印加される電圧は急激に低下し、コンデンサ１２１の充電とともに上昇するので、負荷が安定に動作しない。
【００３０】
これに対し、実施の形態１による電源装置１１では、図２に示すように、発電機１３が回生電流Ｉｒを発生している時に、制御部３１は発電機１３と蓄電部２７が並列になるように切替部２５を制御することにより、回生電流Ｉｒで蓄電部２７を充電して回生電力を蓄電部２７に蓄える。蓄電部２７が十分充電されていないときには、ダイオード３３よりなる電流制限部３７が主電源１５から蓄電部２７に電流が流れることを防ぐ。これにより主電源１５は安定した電圧を負荷１７に供給する。電源装置１１は、唯一の発電機１３を備えた自動車等の機器１００１に用途に有用である。
【００３１】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における電源装置２１１を備えた機器２００１のブロック回路図である。図５において、図１に示す実施の形態１における機器１００１と同じ構成部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。電源装置２１１は、図１に示す実施の形態１における電源装置１１の接続点５１と出力端２３との間に接続されたダイオード５３をさらに備える。ダイオード５３のアノード５３Ａは接続点５１に接続され、カソード５３Ｋは出力端２３に接続されている。ダイオード３３、５３は電流制限部２３７を構成する。
【００３２】
電圧検出回路２９の検出端２９Ａは出力端２３に接続されており、電圧検出回路２９は出力端２３の電圧を検出する。制御部３１は電圧検出回路２９が検出した電圧に基づいて発電機１３の出力する電圧を制御する。電圧検出回路２９の検出端２９Ａは、蓄電部２７の充放電に関わらず並列回路１９へ流れる全電流が流れ、かつ出力端２３の電圧に比例した電圧を有する条件を満たす部分に接続しなければならない。実施の形態２による電源装置２１１では並列回路１９にダイオード３３、５３の２の経路に電流が流れるので、上記の条件を満たす部分は出力端２３のみである。したがって、電圧検出回路２９の検出端２９Ａは出力端２３に接続されている。
【００３３】
電源装置２１１を備えた機器２００１の動作について説明する。
【００３４】
まず、機器２００１である自動車の回生制動により、発電機１３で発生した電力を蓄電部２７へ蓄える時の動作を説明する。図６は蓄電部２７を充電しているときの電源装置２１１のブロック回路図である。運転者が自動車のブレーキを操作することにより、制御回路１００２は減速信号を制御部３１に送る。制御部３１が減速信号を受けると、制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を送ってスイッチ４１を非導通にしてスイッチ４３を導通させる。すなわち選択スイッチ３９の共通端３９Ｃは枝端３９Ｂに接続されてかつ枝端３９Ａから切断され、共通端３９Ｃは枝端３９Ｂが接続されているグランドに接続される。これにより、蓄電部２７と発電機１３がダイオード３５を介して並列に接続される。このように、選択スイッチ３９が蓄電部２７と発電機１３を並列に接続するように制御部３１は切替部２２５を制御する。
【００３５】
選択スイッチ３９の共通端３９Ｃがグランドに接続されている際に、主電源１５の端１５Ａの電圧が蓄電部２７の端２７Ａの電圧よりも高い場合には主電源１５から蓄電部２７に大きな電流が流れる。これにより、主電源１５の電圧が降下して、主電源１５は負荷１７を駆動できなくなる。さらに、蓄電部２７が主電源１５からの大きな電流で充電され、回生制動により発電機１３で発生した電流である回生電流で充電されなくなり、回生制動により発電機１３で発生した電力を蓄えられなくなる。電流制限部２３７は主電源１５から蓄電部２７に供給される電流を制限する。電流制限部２３７を構成するダイオード３３、５３のカソード３３Ｋ、５３Ｋが出力端２３すなわち主電源１５に接続され、アノード３３Ａが接続点４７に接続され、アノード５３Ａが接続点５１に接続されており、主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を実質的にゼロに制限できる。電流制限部２３７はダイオード３３、５３に限定されず、主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を制限できる半導体スイッチや双方向ＤＣ／ＤＣコンバータより構成されていてもよい。
【００３６】
図６に示すように、回生制動により発電機１３で発生した回生電流Ｉｒは発電機１３から入力端２１とダイオード３５を経由して接続点５１に至る。なお、回生電流Ｉｒの最大値は発電機１３の能力によって決まる。選択スイッチ３９の共通端３９Ｃがグランドに接続されていると、回生電流Ｉｒの一部の電流Ｉｒ１はダイオード３５を介して蓄電部２７に流れて蓄電部２７を充電し、蓄電部２７に蓄えられる。蓄電部２７が十分充電されていない場合には蓄電部２７の電圧が主電源１５の電圧より低く、ダイオード３３、５３は非導通である。したがって回生電流Ｉｒは実質的に全て蓄電部２７に流れて（Ｉｒ＝Ｉｒ１）蓄電部２７を充電し、主電源１５と負荷１７すなわち並列回路１９に流れない。このときには、負荷１７には主電源１５によって安定した電圧が供給される。蓄電部２７が十分充電されて蓄電部２７の端２７Ａの電圧が上昇して接続点５１の電圧が主電源１５の電圧よりダイオード５３の順方向電圧だけ高くなると、回生電流Ｉｒのうちの一部の電流Ｉｒ１は蓄電部２７を流れて蓄電部２７を充電すると同時に、回生電流Ｉｒのうちの他の一部の電流Ｉｒ２（＝Ｉｒ−Ｉｒ１）は接続点５１からダイオード３３と出力端２３を介して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に流れる。
【００３７】
次に、機器２００１である自動車の回生制動が終了し、蓄電部２７に蓄えられた電力を並列回路１９に供給する時の電源装置２１１の動作を説明する。図７は蓄電部２７を放電しているときの電源装置２１１のブロック回路図である。運転者がブレーキを離してアクセルを操作して自動車を加速することにより、制御回路１００２は加速信号を制御部３１に送る。制御部３１は加速信号を受けると、制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を送ってスイッチ４１を導通させてスイッチ４３を非導通にする。すなわち選択スイッチ３９の共通端３９Ｃは枝端３９Ａに接続されてかつ枝端３９Ｂから切断され、共通端３９Ｃは枝端３９Ａが接続されている入力端２１に接続される。これにより、蓄電部２７と発電機１３が直列に接続される。このように、選択スイッチ３９が蓄電部２７と発電機１３を直列に接続するように制御部３１は切替部２２５を制御する。
【００３８】
蓄電部２７が充電されて電力を蓄えている場合には、蓄電部２７の端２７Ａの電圧は端２７Ｂより高いので、ダイオード３５は非導通である。したがって、図７に示すように、加速時のエンジンの動力で駆動される発電機１３により発生した電流である発電電流Ｉｇは、入力端２１とスイッチ４１を経由して蓄電部２７に至る。蓄電部２７は図６に示す回生電流Ｉｒ（Ｉｒ１）で充電されておりかつ発電機１３と直列接続されているので、発電電流Ｉｇは蓄電部２７にも流れ、蓄電部２７は放電される。発電電流Ｉｇはダイオード３３と出力端２３を介して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に供給される。制御部３１は、電圧検出回路２９により検出された出力端２３の電圧が主電源１５の通常電圧より少し高い電圧、例えば１４Ｖになるように、発電機１３に制御信号Ｓｃを送って発電機１３を制御する。これにより、制御部３１は負荷１７に許容電圧を超える電圧が印加されることを防止できる。
【００３９】
制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３を制御するので、蓄電部２７が充電されて端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧がゼロではない時は、その分、発電機１３の電圧を下げる。その結果、発電機１３を駆動するために必要なエネルギーは軽減されるので、エンジンの負担が低減され、機器２００１である自動車全体の消費するエネルギーを低減できる。特にエンジンに大きな負担がかかる加速時にこのように動作を実施することで、エンジンの効率が向上し、消費エネルギーを大きく低減させることができる。この際、入力端２１の電圧すなわち発電機１３の電圧は出力端２３の電圧よりも低いのでダイオード３５、５３は非導通になる。したがって、発電機１３からの発電電流Ｉｇはダイオード３５やダイオード５３を経由しては並列回路１９に供給されない。
【００４０】
上記のように、切替部２２５は、発電機１３で発生した電流で蓄電部２７を充電する時に、蓄電部２７と発電機１３と並列回路１９とを並列に接続する。また切替部２５は、蓄電部２７を放電して蓄電部２７が蓄えた電力を並列回路１９に供給する時に、蓄電部２７と発電機１３と並列回路１９を直列に接続するように動作する。
【００４１】
図８Ａは蓄電部２７を充放電していないときの電源装置２１１のブロック回路図である。蓄電部２７の電圧は放電とともに低下するので、制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３の電圧を上昇させる。蓄電部２７が放電して、蓄積している電力がなくなったときでも制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３を制御する。したがって、入力端２１すなわち接続点５１の電圧は出力端２３の電圧よりも高くなり、図８Ａに示すようにダイオード５３が導通する。このとき、図８Ａに示すように、発電機１３からの発電電流Ｉｇは蓄電部２７を経由せずに、入力端２１とダイオード５３と出力端２３を経由して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に供給され、蓄電部２７は充放電されない。出力端２３の電圧は入力端２１の電圧よりダイオード５３の順方向電圧だけ降下するものの、発電電流Ｉｇは電源装置２１１を通過して並列回路１９に至る。このときには、電源装置２１１を備えない一般の自動車と同様に、機器２００１では発電機１３が主電源１５を充電しつつ負荷１７に電力を供給する。なお、この時に制御部３１は制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を選択スイッチ３９に送ってスイッチ４１、４２の両方を非導通にしてもよい。
【００４２】
蓄電部２７を充放電していない図８Ａに示す電源装置２１１では、蓄電部２７を充放電していない時に発電電流Ｉｇはダイオード５３を通り、出力端２３の電圧はダイオード５３の順方向電圧だけ入力端２１の電圧より低い。蓄電部２７を充放電していない図４Ａに示す実施の形態１による電源装置１１では、蓄電部２７を充放電していない時に発電電流Ｉｇはダイオード３３、３５を通り、出力端２３の電圧はダイオード３３、３５の順方向電圧の和だけ入力端２１の電圧より低い。このように、実施の形態２による電源装置２１１で入力端２１の電圧と出力端２３の電圧との差は、実施の形態１による電源装置１１で入力端２１の電圧と出力端２３の電圧との差の約半分に低減される。したがって、電源装置２１１における損失が低減される。機器２００１である自動車は、図６から図８Ａのうち図８Ａに示す回路で最も長い時間動作する。したがって、図８Ａに示す回路での損失を低減させることによって、機器２００１のさらなる省エネルギー化を図ることが可能となる。
【００４３】
このように、制御部３１は、電圧検出回路２９で検出した電圧が所定電圧になるように発電機１３の出力電圧を制御している状態で、蓄電部２７が発電機１３と並列に接続されるように切替部２５を制御して発電機１３からの電力を蓄電部２７へ蓄え、蓄電部２７と発電機１３が直列に接続されるように切替部２５を制御して蓄電部２７に蓄えられた電力を主電源１５と負荷１７に供給する。このように、電源装置２１１は蓄電部２７の充電時や放電時に関わらず１つの発電機１３でも機器２００１に回生機能を付加することができる。さらに実施の形態２における電源装置２１１は実施の形態１における電源装置１１に比べさらなる機器２００１の省エネルギー化が可能である。
【００４４】
図８Ｂは、実施の形態２における他の電源装置７１１を備えた機器７００１のブロック回路図である。図８Ｂにおいて、図５に示す機器２００１と同じ構成部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。図５に示す実施の形態２における電源装置２１１では、ダイオード３３、３５、５３は入力端２１と出力端２３と接続点４７の電圧によって導通と非導通が切り替わる。図８Ｂに示す電源装置７１１は、図２に示す電源装置２１１のダイオード３３、３５、５３の代わりに、それぞれ制御部３１により導通と非導通が切り替えられるスイッチ７３３、７３５、７５３を備える。すなわち、スイッチ７３３は、出力端２３の電圧が接続点４７の電圧より低いとき導通し、出力端２３の電圧が接続点４７の電圧より高いとき非導通になるように制御部３１に制御される。また、スイッチ７３５は、接続点４７の電圧が入力端２１の電圧より低いとき導通し、接続点４７の電圧が入力端２１の電圧より高いとき非導通になるように制御部３１に制御される。また、スイッチ７５３は、蓄電部２７が放電しておらず、かつ入力端２１の電圧が出力端２３の電圧より高いとき導通し、入力端２１の電圧が出力端２３の電圧より低いとき非導通になるように制御部３１に制御される。ダイオード３３、３５、５３は順方向の電圧降下を有するが、スイッチ７３３、７３５、７５３によりその電圧降下を極めて低減させることができるので、その分だけ発電機１３の発生する電圧を下げることができる。これにより、発電機１３の負担が低減され、機器２００１のさらなる省エネルギー化が図れる。図８Ｂに示す電源装置７１１では、図５に示す電源装置２１のダイオード３３、３５、５３の全てをスイッチ７３３、７３５、７５３にそれぞれ置き換えられているが、ダイオード７３３、７３５、７５３のうちの少なくとも１つをスイッチに置き換えてもよい。スイッチ７３３、７３５、７５３は、スイッチ４１、４３と同様にＦＥＴ等の半導体スイッチを用いてもよいし、リレー等の機械スイッチを用いてもよい。ＦＥＴを用いる場合、寄生ダイオードの極性はダイオード３３、３５、５３と同じになるようにＦＥＴを接続する。
【００４５】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における電源装置３１１を備えた機器３００１のブロック回路図である。図９において、図１に示す実施の形態１における機器１００１と同じ構成部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。電源装置３１１は、図１に示す実施の形態１における電源装置１１のダイオード３３、３５、入力端２１の代わりにダイオード６１、６５と充電スイッチ６３と入力端２１Ａ、２１Ｂを備える。
【００４６】
入力端２１Ａ、２１Ｂは発電機１３の出力端子１３Ａ、１３Ｂにそれぞれ接続される。選択スイッチ３９の共通端３９Ｃは入力端２１Ｂに接続され、枝端３９Ｂはグランドに接続されている。ダイオード６１のアノード６１Ａは接続点６７で入力端２１Ａに接続され、カソード６１Ｋは出力端２３に接続されている。ダイオード６５のアノード６５Ａはグランドに接続され、すなわち、カソード６５Ｋが端２７Ａに接続されてかつアノード６５Ａが端２７Ｂに接続されるように、ダイオード６５は蓄電部２７に並列に接続されている。カソード６５Ｋは蓄電部２７の端２７Ａと接続点６８で接続されている。充電スイッチ６３は接続点６７、６８間に直列に接続され、接続点６７を接続点６８に接続しかつ接続点６８から切断する。制御部３１は充電スイッチ６３に制御信号ＳＷ３を送ることで充電スイッチ６３は導通しかつ非導通になる。充電スイッチ６３は、スイッチ４１、４３と同様に寄生ダイオード６４を有する電荷効果トランジスタ（ＦＥＴ）よりなる。寄生ダイオード６４のカソードとアノードが接続点６７、６８にそれぞれ接続されるように充電スイッチ６３が設けられている。ダイオード６１は主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を制限する電流制限部３３７として機能する。実施の形態１における電源装置１１と同様に、電源装置３１１では、電圧検出回路２９の検出端２９Ａは出力端２３に接続され、出力端２３の電圧を検出する。実施の形態１における電源装置１１での接続点４７の電圧の検出と同様に、電源装置３１１では、検出端２９Ａは出力端２３ではなく、接続点６７に接続し接続点６７の電圧を検出してもよい。
【００４７】
電源装置３１１を備えた機器３００１の動作について説明する。
【００４８】
まず、機器３００１である自動車の回生制動により、発電機１３で発生した電力を蓄電部２７へ蓄える時の動作を説明する。図１０は蓄電部２７を充電しているときの電源装置３１１のブロック回路図である。運転者が自動車のブレーキを操作することにより、制御回路１００２は減速信号を制御部３１に送る。制御部３１が減速信号を受けると、制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を送ってスイッチ４１を非導通にしてスイッチ４３を導通させる。すなわち選択スイッチ３９の共通端３９Ｃは枝端３９Ｂに接続されてかつ枝端３９Ａから切断され、共通端３９Ｃは枝端３９Ｂが接続されているグランドに接続される。さらに、制御部３１は制御信号ＳＷ３を充電スイッチ６３に送って充電スイッチ６３を導通させて接続点６７、６８を接続する。これにより、蓄電部２７と発電機１３が充電スイッチ６３を介して並列に接続される。このように、選択スイッチ３９が蓄電部２７と発電機１３を並列に接続するように制御部３１は切替部３２５を制御する。
【００４９】
選択スイッチ３９の共通端３９Ｃがグランドに接続されている際に、主電源１５の端１５Ａの電圧が蓄電部２７の端２７Ａの電圧よりも高い場合には主電源１５から蓄電部２７に大きな電流が流れる。これにより、主電源１５の電圧が降下して、主電源１５は負荷１７を駆動できなくなる。さらに、蓄電部２７が主電源１５からの大きな電流で充電され、回生制動により発電機１３で発生した電流である回生電流で充電されなくなり、回生制動により発電機１３で発生した電力を蓄えられなくなる。電流制限部３３７は主電源１５から蓄電部２７に供給される電流を制限する。電流制限部３３７を構成するダイオード６１のカソード６１Ｋが出力端２３すなわち主電源１５に接続され、アノード６１Ａが接続点６７に接続されており、主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を実質的にゼロに制限できる。電流制限部３３７はダイオード６１に限定されず、主電源１５から蓄電部２７に流れる電流を制限できる半導体スイッチやＤＣ／ＤＣコンバータより構成されていてもよい。
【００５０】
図１０に示すように、発電機１３の出力端子１３Ｂは選択スイッチ３９のスイッチ４３を介してグランドに接続される。回生制動により発電機１３は出力端子１３Ａの電圧が出力端子１３Ｂより高くなるように電圧を発生する。回生制動により発電機１３で発生した回生電流Ｉｒは発電機１３の出力端子１３Ａから入力端２１Ａを経由して接続点６７に至り、グランドから選択スイッチ３９の枝端３９Ｂと共通端３９Ｃを経由して発電機１３の出力端子１３Ｂに至る。なお、回生電流Ｉｒの最大値は発電機１３の能力によって決まる。充電スイッチ６３が導通しているので、回生電流Ｉｒの一部の電流Ｉｒ１は蓄電部２７に流れて蓄電部２７を充電し、蓄電部２７に蓄えられる。蓄電部２７が十分充電されていない場合には蓄電部２７の電圧が主電源１５の電圧より低く、ダイオード６１は非導通である。したがって回生電流Ｉｒは実質的に全て蓄電部２７に流れて（Ｉｒ＝Ｉｒ１）蓄電部２７を充電し、主電源１５と負荷１７すなわち並列回路１９に流れない。このときには、負荷１７には主電源１５によって安定した電圧が供給される。蓄電部２７が十分充電されて蓄電部２７の端２７Ａの電圧が主電源１５の端１５Ａの電圧よりダイオード６１の順方向電圧だけ高くなると、回生電流Ｉｒのうちの一部の電流Ｉｒ１は蓄電部２７を流れて蓄電部２７を充電すると同時に、回生電流Ｉｒのうちの他の一部の電流Ｉｒ２（＝Ｉｒ−Ｉｒ１）は接続点６７からダイオード６１と出力端２３を介して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に流れる。
【００５１】
次に、機器３００１である自動車の回生制動が終了し、蓄電部２７に蓄えられた電力を並列回路１９に供給する時の電源装置３１１の動作を説明する。図１１は蓄電部２７を放電しているときの電源装置３１１のブロック回路図である。運転者がブレーキを離してアクセルを操作して自動車を加速することにより、制御回路１００２は自動車が加速し手射ることを示す加速信号を制御部３１に送る。制御部３１は加速信号を受けると、制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を送ってスイッチ４１を導通させてスイッチ４３を非導通にする。すなわち選択スイッチ３９の共通端３９Ｃは枝端３９Ａに接続されてかつ枝端３９Ｂから切断され、共通端３９Ｃは枝端３９Ａが接続されている接続点６８に接続される。このとき、制御部３１は制御信号ＳＷ３を送って充電スイッチ６３を非導通にして、接続点６７を接続点６８から切断する。これにより、蓄電部２７と発電機１３がスイッチ４１を介して直列に接続される。このように、選択スイッチ３９が蓄電部２７と発電機１３を直列に接続するように制御部３１は切替部３２５を制御する。図３に示す実施の形態１における電源装置１１では、グランドと発電機１３と蓄電部２７がこの順で直列に接続されるが、図１１に示す実施の形態３における電源装置３１１ではグランドと蓄電部２７と発電機１３はこの順で直列接続される。
【００５２】
蓄電部２７が蓄積した電力を並列回路１９に供給する時、蓄電部２７から出た電流はスイッチ４１と入力端２１Ｂを経由して発電機１３の出力端子１３Ｂに至る。発電機１３は、加速時のエンジンの動力で駆動されて発電電流Ｉｇを発生しているので、蓄電部２７から出た電流は発電電流Ｉｇとして入力端２１Ａと接続点６７、ダイオード６１、出力端２３を経由して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に供給される。出力端２３の電圧は電圧検出回路２９により検出される。制御部３１は検出された出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３に制御信号Ｓｃを出力端子１３Ａ、１３Ｂ間の電圧を制御する。これにより、制御部３１は負荷１７に許容電圧を超える電圧が印加されることを防止できる。
【００５３】
制御部３１は出力端２３の電圧が所定電圧になるように発電機１３を制御するので、蓄電部２７が充電されて端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧がゼロではない時は、その分、発電機１３の電圧を下げる。その結果、発電機１３を駆動するために必要なエネルギーは軽減されるので、エンジンの負担が低減され、機器１００１である自動車全体の消費するエネルギーを低減できる。特にエンジンに大きな負担がかかる加速時にこのように動作を実施することで、エンジンの効率が向上し、消費エネルギーを大きく低減させることができる。蓄電部２７が放電されて蓄積された電力が減少すると、蓄電部２７には端２７Ｂから入って端２７Ａから出る発電電流Ｉｇが流れているので、蓄電部２７の端２７Ａの電圧は低下する。端２７Ａの電圧がダイオード６５を導通させたときの順方向電圧より低くなるとダイオード６５が導通し、発電電流Ｉｇはダイオード６５を流れて蓄電部２７には流れない。したがって、蓄電部２７の端２７Ａにはダイオード６５の順方向電圧の絶対値を有する負電圧より低い電圧が印加されないので、蓄電部２７の過放電による劣化を低減することができる。
【００５４】
制御部３１は制御信号Ｓｃを監視することにより、蓄電部２７の放電完了を検出することができる。蓄電部２７の放電が完了すると、蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧は最低になり、制御部３１は発電機１３のみによって出力端２３の電圧を所定電圧に維持するように発電機１３を制御する。蓄電部２７の放電が完了して電力が蓄えられていない通常状態で自動車はもっとも長く動作する。制御部３１はこの通常状態での制御信号Ｓｃを基準制御信号Ｓｒｅｆとして記憶する。制御部３１は制御信号Ｓｃが基準制御信号Ｓｒｅｆと等しくなったことを検出して蓄電部２７の放電が完了したことを検出する。
【００５５】
上記のように、切替部３２５は、発電機１３で発生した電流で蓄電部２７を充電する時に、蓄電部２７と発電機１３と並列回路１９とを並列に接続する。また切替部２５は、蓄電部２７を放電して蓄電部２７が蓄えた電力を並列回路１９に供給する時に、蓄電部２７と発電機１３と並列回路１９を直列に接続するように動作する。
【００５６】
図１２Ａは蓄電部２７を充放電していないときの電源装置３１１のブロック回路図である。制御部３１は上記の方法で蓄電部２７の放電の完了を検出すると、制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を選択スイッチ３９に送ってスイッチ４３を導通させてスイッチ４１を非導通にし、共通端３９Ｃを枝端３９Ｂに接続して枝端３９Ａから切断する。これにより共通端３９Ｃはグランドに接続される。このとき、制御部３１は制御信号ＳＷ３を送り充電スイッチ６３を非導通に維持して接続点６８を接続点６７から切断する。
【００５７】
図１２Ａに示すように、発電機１３の出力端子１３Ｂが選択スイッチ３９を介してグランドに接続される。したがって、発電機１３の出力端子１３Ａから出力される発電電流Ｉｇは、入力端２１Ａ、接続点６７、ダイオード６１、出力端２３を経由して並列回路１９の主電源１５と負荷１７に供給される。この回路では入力端２１Ａと出力端２３の間に１つのダイオード６１が直列に接続されるので、入力端２１と出力端２３との間に２つのダイオード３３、３５が直列に接続される実施の形態１に示す電源装置１１に比べて電源装置３１１での損失を小さくすることができ、機器３００１の省エネルギー化が可能となる。
【００５８】
実施の形態３における電源装置３１１では、実施の形態１、２における電源装置１１、２１１に対して蓄電部２７と発電機１３が直列に逆の順序で接続される。上記のように、電源装置３１１は蓄電部２７の充電時や放電時に関わらず１つの発電機１３でも機器３００１に回生機能を付加することができる。
【００５９】
図１２Ｂは、実施の形態３における他の電源装置８１１を備えた機器８００１のブロック回路図である。図１２Ｂにおいて、図９に示す機器３００１と同じ構成部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。図９に示す電源装置３１１では、ダイオード６１、６５は入力端２１Ａと出力端２３と接続点６７の電圧によって導通と非導通が切り替わる。図１２Ｂに示す電源装置８１１は、図９に示す電源装置３１１のダイオード６１、６５の代わりに、それぞれ制御部３１により導通と非導通が切り替えられるスイッチ８６１、８６５を備える。すなわち、スイッチ８６１は、出力端２３の電圧が接続点６７の電圧より低いとき導通し、出力端２３の電圧が接続点６７の電圧より高いとき非導通になるように制御部３１に制御される。また、スイッチ８６５は、接続点６８の電圧がグランドの電圧より低いとき導通し、接続点６８の電圧がグランドの電圧より高いとき非導通になるように制御部３１に制御される。ダイオード６１、６５は順方向の電圧降下を有するが、スイッチ８６１、８６５によりその電圧降下を極めて低減させることができるので、その分だけ発電機１３の発生する電圧を下げることができる。これにより、発電機１３の負担が低減され、機器３００１のさらなる省エネルギー化が図れる。図１２Ｂに示す電源装置８１１では、図９に示す電源装置３１１のダイオード６１、６５の双方をスイッチ８６１、８６５にそれぞれ置き換えられているが、ダイオード６１、６５のうちの一方をスイッチに置き換えてもよい。スイッチ８６１、８６５は、スイッチ４１、４３と同様にＦＥＴ等の半導体スイッチを用いてもよいし、リレー等の機械スイッチを用いてもよい。ＦＥＴを用いる場合、寄生ダイオードの極性はダイオード６１、６５と同じになるようにＦＥＴを接続する。また、枝端３９Ｂの電圧より共通端３９Ｃの電圧が低いときにスイッチ４３を導通し、枝端３９Ｂの電圧より共通端３９Ｃの電圧が高ければスイッチ４３を非導通にするように制御部３１がスイッチ４１、４３を制御することにより、スイッチ８６５やダイオード６５を無くすことができる。
【００６０】
実施の形態１〜３では、選択スイッチ３９は２つのスイッチ４１、４３としてそれぞれ機能する２つのＦＥＴにより構成されている。選択スイッチ３９は、枝端３９Ａ、３９Ｂと、枝端３９Ａ、３９Ｂに選択的に排他的に接続される共通端３９Ｃとを有する単極双投（ＳＰＤＴ）接点を有するリレーで構成されていてもよい。
【００６１】
実施の形態１〜３における電源装置１１、２１１、３１１では、蓄電部２７の容量は回生電力を十分に充電できる値に設定されている。すなわち、回生電力により蓄電部２７が最大に充電されても、蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧がその耐電圧を超えない。蓄電部２７を構成する複数の電気二重層キャパシタ２７Ｃ（図１）の数を、例えば平均的な回生電力の充電のみできるように設定してもよい。これにより、蓄電部２７がフルに充電される期間が増えて高い効率が得られ、電源装置１１、２１１、３１１の小型化、低コスト化が図れる。制御部３１は蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧を検出してもよい。蓄電部２７の電圧が蓄電部２７の耐電圧を超えないように、たとえ回生電流が流れていても、蓄電部２７への充電を停止する。実施の形態１、２における電源装置１１、２１１では、制御部３１がスイッチ４１、４３を共に非導通にすることで、蓄電部２７の充電を停止する。実施の形態３における電源装置３１１では、充電スイッチ６３を非導通にすることで蓄電部２７の充電を停止する。蓄電部２７が故障した時においても上記と同様の動作を行うことで、電源装置１１、２１１，３１１では蓄電部２７を切り離し、発電機１３から並列回路１９の主電源１５と負荷１７への電力供給のみを継続することができる。
【００６２】
図１３Ａ〜図１３Ｃは、それぞれ実施の形態１〜３におけるさらに他の電源装置９１１Ａ〜９１１Ｃを備えた機器９００１Ａ〜９００１Ｃのブロック回路図である。図１３Ａと図１３Ｂと図１３Ｃにおいて、それぞれ図１と図５と図９に示す実施の形態１、２、３における電源装置１１、２１１、３１１を備えた機器１００１、２００１、３００１と同じ部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。図１３Ａと図１３Ｂと図１３Ｃに示す電源装置９１１Ａ、９１１Ｂ、９１１Ｃは、それぞれ図１と図５と図９に示す実施の形態１、２、３における電源装置１１、２１１、３１１に、蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧Ｖ２７を検出する電圧検出回路９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃをさらに備える。電圧検出回路９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃは制御部３１に接続されている。
【００６３】
制御部３１が発電機１３の出力する電圧を主電源１５の通常電圧（例えば１２Ｖ）より少し高い所定電圧（例えば１４Ｖまたは１４．５Ｖ）になるように発電機１３を制御している場合では発電機１３の出力する電圧が蓄電部２７の耐電圧を超える直前に、実施の形態１、２における電源装置１１、２１１ではスイッチ４１、４３をオフにして非導通にし、実施の形態３における電源装置３１１では充電スイッチ６３をオフにして非導通にする。これにより、発電機１３は蓄電部２７を充電しなくなり、発電機１３の負荷が急に軽くなる。その結果、スイッチ４１、４３、６３をオフした直後に発電機１３の出力電圧はオーバーシュートしてから、すなわち一旦上昇してピーク電圧に到った後にピーク電圧から所定電圧まで下降する。ピーク電圧が主電源１５や負荷１７に印加されると、主電源１５や負荷１７に過電圧が印加される不具合が発生する場合がある。
【００６４】
その不具合を防ぐために、図１３Ａ〜１３Ｃに示す電源装置９１１Ａ〜９１１Ｃは、蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂ間の電圧Ｖ２７を検出して制御部３１に送る電圧検出回路９１Ａ〜９１Ｃをそれぞれ備える。以下に、電源装置９１１Ａ〜９１１Ｃの動作を説明する。
【００６５】
図２と図６と図１０に示す回生電流Ｉｒ１により蓄電部２７を充電している電源装置１１、２１１、３１１と同様に、図１３Ａ〜図１３Ｃに示す電源装置９１１Ａ〜９１１Ｃが回生電流により蓄電部２７を充電しているときの動作を説明する。蓄電部２７は、満充電されているときの電圧Ｖ２７である満充電電圧を有する。制御部３１は電圧検出回路９１Ａ〜９１Ｃで検出した電圧Ｖ２７が満充電電圧より低い場合には発電機１３の出力する電圧が満充電電圧になるように発電機１３を制御する。これにより、蓄電部２７は満充電電圧を超えない電圧で充電される。蓄電部２７が直列に接続されている４つの定格電圧２．５Ｖの電気二重層キャパシタ２７Ｃよりなる場合には、満充電電圧は１０Ｖである。この場合には、主電源１５の通常電圧（１２Ｖ）より発電機１３の出力する電圧（１０Ｖ）が低いので、発電機１３からの回生電流Ｉｒはダイオード３３、６１で遮断されて並列回路１９には流れず、蓄電部２７を充電する。蓄電部２７の充電中は主電源１５の電力が負荷１７に供給されるので、負荷１７が停止することはない。
【００６６】
その後、蓄電部２７の電圧Ｖ２７が満充電電圧まで上昇すると、蓄電部２７の充電を終了するために、図１３Ａと図１３Ｂに示す電源装置９１１Ａ、９１１Ｂでは制御部３１はスイッチ４１、４３の双方をオフにして非導通にし、図１３Ｃに示す電源装置９１１Ｃでは制御部はスイッチ４１、４３の双方をオフにして非導通にするか、または充電スイッチ６３をオフにして非導通にする。発電機１３の出力する電圧は満充電電圧（１０Ｖ）に設定されているので、スイッチ４１、４３、６３をオフにして発電機１３の出力する電圧がオーバーシュートしてピーク電圧に到る。発電機１３の出力する電圧が満充電電圧した場合のピーク電圧は、所定電圧（１４Ｖまたは１４．５Ｖ）からオーバーシュートした場合のピーク電圧より低い。図１３Ａに示す電源装置９１１Ａの入力端２１と出力端２３の間にはダイオード３３、３５が接続されているので、ピーク電圧が主電源１５の通常電圧（例えば１２Ｖ）とダイオード３３、３５のそれぞれの順方向電圧（例えば０．７Ｖ）との和（例えば１３．４Ｖ）以上でなければ、主電源１５や負荷１７にピーク電圧は印加されない。また、図１３Ｂに示す電源装置９１１Ｂの入力端２１と出力端２３の間にはダイオード５３が接続されているので、ピーク電圧が主電源１５の通常電圧（例えば１２Ｖ）とダイオード５３の順方向電圧（例えば０．７Ｖ）との和（例えば１２．７Ｖ）以上でなければ、主電源１５や負荷１７にピーク電圧は印加されない。また、図１３Ｃに示す電源装置９１１Ｃの入力端２１と出力端２３の間にはダイオード６１が接続されているので、ピーク電圧が主電源１５の通常電圧（例えば１２Ｖ）とダイオード５３の順方向電圧（例えば０．７Ｖ）との和（例えば１２．７Ｖ）以上でなければ、主電源１５や負荷１７にピーク電圧は印加されない。これらのことから、電源装置９１１Ａ〜９１１Ｃを備えた機器９００１Ａ〜９００１Ｃでは主電源１５や負荷１７に過電圧が印加される可能性が低減される。
【００６７】
その後、制御部３１は、発電機１３の出力電圧が単調に徐々に所定電圧（１４Ｖまたは１４．５Ｖ）になるように制御する。発電機１３の出力電圧が所定電圧（１４Ｖまたは１４．５Ｖ）になるまでは、接続点４７、５１、６７の電圧はダイオード３３、５３、６１を導通させるより低い。発電機１３の出力電圧が所定電圧（１４Ｖまたは１４．５Ｖ）になると、発電機１３の回生電流Ｉｒ２が主電源１５や負荷１７にも供給され、機器９００１Ａ〜９００１Ｃの効率を高めることができる。
【００６８】
このように、制御部３１は、蓄電部２７を充電している時に、検出された電圧が満充電電圧より低ければ発電機１３が出力する電圧が満充電電圧になるように発電機１３を制御するように動作する、さらに、制御部３１は、検出された電圧が満充電電圧に至ったときに蓄電部２７の充電を終了して、発電機１３が出力する電圧が徐々に所定電圧になるように発電機１３を制御するように動作する。
【００６９】
蓄電部２７の満充電電圧が所定電圧より低い場合、すなわち電気二重層キャパシタ２７Ｃが少ない場合には、負電圧の印加についても注意する必要がある。図４Ａ、図８Ａに示す実施の形態１、２における電源装置１１、２１１では、蓄電部２７にはダイオード３５が並列に接続されている。この状態で、蓄電部２７の電圧Ｖ２７が０Ｖ近傍になるまで蓄電部２７放電した後でもスイッチ４１をオンして導通させ続けると、蓄電部２７にはダイオード３５の順方向電圧の絶対値を有する負電圧（例えば−０．７Ｖ）が印加される。蓄電部２７が直列に接続された４つの電気二重層キャパシタ２７Ｃよりなる場合には、電気二重層キャパシタ２７Ｃのそれぞれに上記の負電圧の１／４の負電圧（例えば約−０．１８Ｖ）が印加される。この負電圧により電気二重層キャパシタ２７Ｃが劣化する場合がある。
【００７０】
負電圧の印加によるキャパシタ２７Ｃの劣化を防ぐために、電圧検出回路９１Ａ、９１Ｂの検出した蓄電部２７の電圧Ｖ２７が０Ｖ近傍の正電圧まで下降したときに、制御部３１はスイッチ４１をオフにして非導通にする。これにより、蓄電部２７とダイオード３５が並列には接続されないので、蓄電部２７に負電圧が印加されることを防ぐことができる。
【００７１】
回生電流Ｉｒ１で蓄電部２７が充電されても電圧Ｖ２７が満充電電圧を超えないように、蓄電部２７を直列に接続された多数の電気二重層キャパシタ２７Ｃで構成してもよい。電気二重層キャパシタ２７Ｃの満充電電圧である定格電圧が２．５Ｖであり、発電機１３の所定電圧が１４．５Ｖである場合、蓄電部２７は直列に接続された少なくとも６個の電気二重層キャパシタ２７Ｃよりなる。発電機１３の出力する電圧のオーバーシュートを考慮して、蓄電部２７は直列に接続された７つの電気二重層キャパシタ２７Ｃより構成されていてもよい。
【００７２】
この場合、蓄電部２７にダイオード３５またはダイオード６５の順方向電圧の絶対値の負電圧（例えば−０．７Ｖ）が印加される。しかし、直列に接続されるキャパシタ２７Ｃの数が７と多いので、それぞれのキャパシタ２７Ｃにはその負電圧の１／７の負電圧（例えば−０．１Ｖ）が印加されるに過ぎない。したがって、図４Ａや図８Ａに示すようにスイッチ４１をオンし続けても負電圧の蓄電部２７のキャパシタ２７Ｃへの影響は少ない。
【００７３】
切替部２５の選択スイッチ３９を切り替える際、すなわちスイッチ４１をオフにしてかつスイッチ４３をオンにする際と、スイッチ４３をオフにしてスイッチ４１をオンにする際に、スイッチ４１、４３が同時にオンになると、実施の形態１、２における電源装置１１、２１１、６１１、７１１、９１１Ａ、９１１Ｂでは発電機１３の出力端子１３Ａ、１３Ｂが短絡し、実施の形態３における電源装置３１１、８１１、９１１Ｃでは蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂが短絡して、大電流が流れる場合がある。短絡を防ぐために、制御部３１は、切替部２５を切り替える間に切替部２５をオフにするオフ期間を設ける。具体的には、制御部３１は、スイッチ４１をオフにしてスイッチ４３をオンにする場合には、スイッチ４１をオフにしてから所定のオフ期間だけ経過してからスイッチ４３をオンにする。また、制御部３１は、スイッチ４３をオフにしてスイッチ４１をオンにする場合には、スイッチ４３をオフにしてから所定のオフ期間だけ経過してからスイッチ４１をオンにする。所定のオフ期間は、オンになっているスイッチ４１、４３がオフになるように制御部３１が制御信号ＳＷ１、ＳＷ２を選択スイッチ３９に送ってからスイッチ４１、４３がオフになる期間にマージンを加えた期間であり、例えば０．１秒である。これにより、発電機１３の出力端子１３Ａ、１３Ｂ間の短絡や蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂの短絡を防止でき、高信頼性を有する電源装置が得られる。
【００７４】
機器１００１、２００１、３００１、６００１、７００１、８００１、９００１Ａ〜９００１Ｃを使用していない時に蓄電部２７の電気二重層キャパシタ２７Ｃがほぼ満充電されて長期間放置されると、電気二重層キャパシタ２７Ｃの寿命が短くなる場合がある。実施の形態１〜３における電源装置１１、２１１、３１１、６１１、７１１、８１１、９１１Ａ〜９１１Ｃにおいて、機器１００１、２００１、３００１、６００１、７００１、８００１、９００１Ａ〜９００１Ｃである車両の使用終了時に、制御回路１００２は制御部３１に終了信号を送り、蓄電部２７の電圧Ｖ２７が所定の下限電圧に至るまで、制御部３１は蓄電部２７を放電してもよい。所定の下限電圧は、例えば蓄電部２７の満充電電圧の半分に設定する。図１３Ｄは、蓄電部２７を放電させる放電回路１２７のブロック回路図である。放電回路１２７は、蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂ間に直列に接続されたスイッチ１２７Ａと放電抵抗器１２７Ｂとを有する。図１から図１３Ｃに示す機器１００１、２００１、３００１、６００１、７００１、８００１、９００１Ａ〜９００１Ｃの使用時には制御部３１はスイッチ１２７Ａをオフにして非導通にする。制御部３１は制御回路１００２から終了信号を受けるとスイッチ１２７Ａをオンにして導通させることで、蓄電部２７の端２７Ａ、２７Ｂ間に放電抵抗器１２７Ｂを接続し、蓄電部２７を放電する。
【００７５】
これにより、蓄電部２７の寿命が短くなることを防止できる。次回に機器である自動車の使用を開始する際に蓄電部２７には満充電時の約半分の電力が蓄えられているので、自動車のエンジンの始動後に制御部３１は切替部を制御して蓄電部２７を発電機１３と直列に接続してもよい。これにより前回の使用で発生した回生電力の一部を利用することができ、その分、発電機１３の負担を軽減させることができ、さらに機器の効率を向上することができる。
【００７６】
ダイオード３３、３５、５３、６１はいずれも大電流が流れるので放熱が必要となる。ダイオード３３、３５、５３、６１の放熱のために、ダイオード３３、３５、５３、６１は発電機１３に内蔵されていてもよい。以下にダイオード３３、３５、５３、６１を内蔵する発電機１３について説明する。
【００７７】
図１４は、図１に示す実施の形態１における機器１００１での発電機１３の概略回路図である。機器１００１である自動車は、エンジンとエンジンにより駆動されるファン９２とを有する。発電機１３は、エンジンの回転によって誘導起電力である三相交流電力を発生する３つのコイル７１と、誘導起電力を制御する励磁コイル７３と、励磁コイル７３に流れる電流を制御するレギュレータ７５と、三相交流電力を直流に変換するための整流回路７７と、コイル７１と励磁コイル７３とレギュレータ７５と整流回路７７とを収納する筐体１３Ｄを備える。筐体１３Ｄはダイオード３３、３５も収納している。レギュレータ７５は、制御部３１から送られた制御信号Ｓｃにより励磁コイル７３に流れる電流を制御する。したがって、制御信号Ｓｃにより発電機１３の発電量を制御することができる。整流回路７７は６個の整流ダイオード７９から構成されている。コイル７１は電源装置に供給される電力を発生する発電要素として機能する。
【００７８】
整流ダイオード７９には、主電源１５や負荷１７に電力を供給するために大電流が流れ、整流ダイオード７９が発熱する。機器１００１は、エンジンにより駆動されて整流ダイオード７９を冷却する冷却ファン９２を備える。ダイオード３３、３５は整流ダイオード７９の近傍に配置され、冷却ファン９２は整流ダイオード７９と共にダイオード３３、３５を効率よく冷却することができる。これにより、ダイオード３３、３５を冷却する部材を設ける必要がなく、機器１００１の小型化が可能となる。
【００７９】
図１５は、図５に示す実施の形態２における機器２００１での発電機１３の概略回路図である。図１５において、図１４に示す実施の形態１における機器１００１の発電機１３と同じ部分には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。大電流が流れるダイオード３３、３５、５３は発電機１３の筐体１３Ｄに収納されている。ダイオード３３、３５、５３は整流ダイオード７９の近傍に配置され、整流ダイオード７９と共に冷却ファン９２で効率的に冷却することができる。
【００８０】
図１６は、図９に示す実施の形態３における機器３００１での発電機１３の概略回路図である。図１６において、図１４に示す実施の形態１による発電機１３と同じ部分には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。大電流が流れるダイオード６１は発電機１３の筐体１３Ｄに収納されている。ダイオード６１は整流ダイオード７９の近傍に配置され。冷却ファン９２はダイオード６１を整流ダイオード７９と共に効率的に冷却することができる。
【００８１】
また、実施の形態１〜３における機器１００１〜３００１、６００１〜８００１、９００１Ａ〜９００１Ｃにおいて、発電機１３の出力する電圧を安定化させるために、発電機１３と電源装置との間に、リアクトルとコンデンサからなる平滑回路を接続してもよい。具体的には、実施の形態１、２における機器では、発電機１３の出力端子１３Ａと電源装置の入力端２１の間にリアクトルが直列に接続されとともに、入力端２１とグランドとの間にコンデンサが接続される。また、実施の形態３における機器では、発電機１３の出力端子１３Ａと電源装置の入力端２１Ａの間にリアクトルが直列に接続され、入力端２１Ａ、２１Ｂ間にコンデンサが接続される。なお、平滑回路はそのリアクトルを備えなくてもよく、入力端２１Ａ、２１Ｂ間に接続されたコンデンサのみで構成されていてもよい。
【００８２】
実施の形態１〜３における電源装置１１、２１１、３１１では、蓄電部２７は電気二重層キャパシタで構成されているが、電気化学キャパシタ等の他のキャパシタで構成されていてもよい。
【００８３】
実施の形態１〜３における機器１００１〜３００１はエンジンを唯一の動力源として備えた一般の自動車であるが、それらに限らず、例えばハイブリッド車のモータで駆動できる自動車であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明による電源装置は、発電機を１つしか搭載していない機器にも回生機能を付加することができるので、特に自動車の制動時に発生する回生電力を蓄える電源装置に有用である。
【符号の説明】
【００８５】
１１    電源装置
１３    発電機
１３Ａ    出力端子（第１の出力端子）
１３Ｂ    出力端子（第２の出力端子）
１５    主電源
１７    負荷
１９    並列回路
２１    入力端（第１の入力端）
２１Ａ    入力端（第１の入力端）
２１Ｂ    入力端（第２の入力端）
２３    出力端
２５    切替部
２７    蓄電部
２７Ｃ    キャパシタ
３１    制御部
３３    ダイオード（第１のダイオード）
３５    ダイオード（第２のダイオード）
３７    電流制限部
３９    選択スイッチ
３９Ａ    枝端（第１の枝端）
３９Ｂ    枝端（第２の枝端）
３９Ｃ    共通端
４７    接続点
５１    接続点
５３    ダイオード（第３のダイオード）
６１    ダイオード（第１のダイオード）
６３    充電スイッチ
６５    ダイオード（第２のダイオード）
１２７    放電回路
２１１    電源装置
２２５    切替部
２３７    電流制限部
３１１    電源装置
３２５    切替部
３３７    電流制限部
３９１    電圧検出回路
６１１    電源装置
６３３    スイッチ（第１のスイッチ）
６３５    スイッチ（第２のスイッチ）
７１１    電源装置
７３３    スイッチ（第１のスイッチ）
７３５    スイッチ（第２のスイッチ）
７５３    スイッチ（第３のスイッチ）
８１１    電源装置
８６１    スイッチ（第１のスイッチ）
８６５    スイッチ（第２のスイッチ）
１００１    機器
２００１    機器
３００１    機器
６００１    機器
７００１    機器
８００１    機器
９００１Ａ    機器
９００１Ｂ    機器
９００１Ｃ    機器
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源と前記主電源に並列に接続された負荷とを有する並列回路と、第１の出力端子を有する発電機とを備えた機器に使用される電源装置であって、
前記発電機の前記第１の出力端子に接続される第１の入力端と、
前記並列回路に接続される出力端と、
前記発電機で発生した電力で充電される蓄電部と、
前記第１の入力端と前記出力端と前記蓄電部とに接続された切替部と、
前記主電源から前記蓄電部に流れる電流を制限する電流制限部と、
前記出力端の電圧が所定電圧になるように前記発電機を制御する制御部と、
を備え、
前記切替部は、
前記発電機で発生した前記電力で前記蓄電部を充電する時に、前記蓄電部と前記発電機と前記並列回路とを並列に接続し、
前記蓄電部を放電して前記蓄電部が蓄えた電力を前記並列回路に供給する時に、前記蓄電部と前記発電機と前記並列回路を直列に接続する、
ように動作する電源装置。
【請求項２】
前記切替部は、
アノードと、前記出力端に接続されたとカソードとを有して、かつ前記電流制限部として機能する第１のダイオードと、
前記第１の入力端に接続されたアノードと、前記第１のダイオードの前記アノードに接続点で接続されたカソードとを有する第２のダイオードと、
前記第１の入力端に接続された第１の枝端と、グランドに接続された第２の枝端と、前記第１の枝端と前記第２の枝端に選択的に接続される共通端とを有する選択スイッチと、
と含み、
前記蓄電部は前記選択スイッチの前記共通端と前記接続点との間に接続されており、
前記制御部は、
前記発電機で発生した前記電力で前記蓄電部を充電する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端から切断されてかつ前記第２の枝端に接続され、
前記蓄電部を放電して前記蓄電部が蓄えた電力を前記並列回路に供給する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端に接続されてかつ前記第２の枝端から切断される、
ように動作する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第１のダイオードと前記第２のダイオードは前記発電機に内蔵されている、請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記第１の入力端に接続されたアノードと、前記出力端に接続されたカソードとを有する第３のダイオードをさらに備えた、請求項２に記載の電源装置。
【請求項５】
前記第１のダイオードと前記第２のダイオードと前記第３ダイオードは前記発電機に内蔵されている、請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記切替部は、
前記出力端に接続された第１のスイッチと、
前記第１の入力端に接続され、かつ前記出力端と前記第１の入力端との間で前記第１のスイッチと接続点で直列に接続された第２のスイッチと、
前記第１の入力端に接続された第１の枝端と、グランドに接続された第２の枝端と、前記第１の枝端と前記第２の枝端に選択的に接続される共通端とを有する選択スイッチと、
と含み、
前記蓄電部は前記選択スイッチの前記共通端と前記接続点との間に接続されており、
前記制御部は、
前記接続点の電圧が前記出力端の電圧より高いときに前記第１のスイッチを導通させ、
前記接続点の電圧が前記出力端の電圧より低いときに前記第１のスイッチを非導通にし、
前記第１の入力端の電圧が前記接続点の電圧より高いときに前記第２のスイッチを導通させ、
前記第１の入力端の電圧が前記接続点の電圧より低いときに前記第２のスイッチを非導通にし、
前記発電機で発生した前記電力で前記蓄電部を充電する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端から切断されてかつ前記第２の枝端に接続され、
前記蓄電部を放電して前記蓄電部が蓄えた電力を前記並列回路に供給する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端に接続されてかつ前記第２の枝端から切断される、
ように動作する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項７】
前記第１の入力端と前記出力端との間に直列に接続された第３のスイッチをさらに備え、
前記制御部は、
前記蓄電部が放電しておらず、かつ前記第１の入力端の電圧が前記出力端の電圧より高いときに前記第３のスイッチを導通させ、
前記第１の入力端の電圧が前記出力端の電圧より低いときに前記第１のスイッチを非導通にする、
ように動作する、請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
第２の入力端をさらに備え、
前記発電機は前記第２の入力端に接続される第２の出力端子をさらに有し、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間で電力を出力し、
前記切替部は、
前記第１の入力端に接続されたアノードと、前記出力端に接続されたカソードとを有して、かつ前記電流制限部として機能する第１のダイオードと、
第１の枝端と、グランドに接続された第２の枝端と、前記第１の枝端と前記第２の枝端に選択的に接続される共通端とを有する選択スイッチと、
前記第１の入力端と前記選択スイッチの前記第１の枝端との間に直列に接続された充電スイッチと、
前記選択スイッチの前記第１の枝端に接続されたカソードと、グランドに接続されたカソードとを有する第２のダイオードと、
を含み、
前記蓄電部は前記選択スイッチの前記第１の枝端とグランドとの間に接続されており、
前記第２の入力端は前記選択スイッチの前記共通端に接続されており、
前記制御部は、
前記発電機で発生した前記電力で前記蓄電部を充電する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端から切断されてかつ前記第２の枝端に接続され、かつ前記充電スイッチが導通され、
前記蓄電部を放電して前記蓄電部が蓄えた電力を前記並列回路に供給する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端に接続されてかつ前記第２の枝端から切断され、かつ前記充電スイッチが非導通にされ、
前記蓄電部を充放電していない時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端から切断されてかつ前記第２の枝端に接続され、かつ前記充電スイッチが非導通にされる、
ように動作する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項９】
前記第１のダイオードは前記発電機に内蔵されている、請求項８に記載の電源装置。
【請求項１０】
第２の入力端をさらに備え、
前記発電機は前記第２の入力端に接続される第２の出力端子をさらに有し、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間で電力を出力し、
前記切替部は、
前記第１の入力端と前記出力端との間に直列に接続された第１のスイッチと、
第１の枝端と、グランドに接続された第２の枝端と、前記第１の枝端と前記第２の枝端に選択的に接続される共通端とを有する選択スイッチと、
前記第１の入力端と前記選択スイッチの前記第１の枝端との間に直列に接続された充電スイッチと、
前記選択スイッチの前記第１の枝端とグランドとの間に直列に接続された第２のスイッチと、
を含み、
前記蓄電部は前記選択スイッチの前記第１の枝端とグランドとの間に接続されており、
前記第２の入力端は前記選択スイッチの前記共通端に接続されており、
前記制御部は、
前記出力端の電圧が前記第１の入力端の電圧より低いときに前記第１のスイッチを導通させ、
前記出力端の電圧が前記第１の入力端の電圧より高いときに前記第１のスイッチを非導通にし、
前記グランドの電圧が前記選択スイッチの前記第１の枝端の電圧より高いときに前記第２のスイッチを導通させ、
前記グランドの電圧が前記選択スイッチの前記第１の枝端の電圧より低いときに前記第２のスイッチを非導通にし、
前記発電機で発生した前記電力で前記蓄電部を充電する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端から切断されてかつ前記第２の枝端に接続され、かつ前記充電スイッチが導通され、
前記蓄電部を放電して前記蓄電部が蓄えた電力を前記並列回路に供給する時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端に接続されてかつ前記第２の枝端から切断され、かつ前記充電スイッチが非導通にされ、
前記蓄電部を充放電していない時に、前記選択スイッチの前記共通端が前記第１の枝端から切断されてかつ前記第２の枝端に接続され、かつ前記充電スイッチが非導通にされる、
ように動作する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１１】
前記蓄電部はキャパシタにより構成される、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１２】
前記機器は自動車であり、
前記制御部は、前記発電機が出力する電力を、前記自動車が減速したときに前記蓄電部へ蓄えるように動作する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１３】
前記機器は自動車であり、
前記制御部は、前記蓄電部が蓄えた電力を、前記自動車が加速したときに前記並列回路に送る、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１４】
前記切替部を切り替える間に前記切替部がオフ期間を有するように、前記制御部は前記切替部を制御する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１５】
前記蓄電部の電圧を検出する電圧検出回路をさらに備え、
前記蓄電部が満充電されたときの前記蓄電部の電圧は満充電電圧であり、
前記制御部は、
前記蓄電部を充電している時に、前記検出された電圧が前記満充電電圧より低ければ前記発電機が出力する電圧が前記満充電電圧になるように前記発電機を制御し、
前記検出された電圧が前記満充電電圧に至ったときに前記蓄電部の充電を終了して、前記発電機が出力する電圧が徐々に前記所定電圧になるように前記発電機を制御する、
ように動作する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１６】
前記蓄電部の電圧を検出する電圧検出回路と、
前記機器の使用が終了した時に前記検出した電圧が所定の下限電圧に至るまで前記蓄電部を放電する放電回路と、
をさらに備えた、請求項１に記載の電源装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009057277.tif 000026
【図２】
2009057277.tif 000027
【図３】
2009057277.tif 000028
【図４Ａ】
2009057277.tif 000029
【図４Ｂ】
2009057277.tif 000030
【図５】
2009057277.tif 000031
【図６】
2009057277.tif 000032
【図７】
2009057277.tif 000033
【図８Ａ】
2009057277.tif 000034
【図８Ｂ】
2009057277.tif 000035
【図９】
2009057277.tif 000036
【図１０】
2009057277.tif 000037
【図１１】
2009057277.tif 000038
【図１２Ａ】
2009057277.tif 000039
【図１２Ｂ】
2009057277.tif 000040
【図１３Ａ】
2009057277.tif 000041
【図１３Ｂ】
2009057277.tif 000042
【図１３Ｃ】
2009057277.tif 000043
【図１３Ｄ】
2009057277.tif 000044
【図１４】
2009057277.tif 000045
【図１５】
2009057277.tif 000046
【図１６】
2009057277.tif 000047
【図１７】
2009057277.tif 000048
【国際調査報告】
2009057277.tif 000049
2009057277.tif 000050
2009057277.tif 000051
2009057277.tif 000052