(57)【要約】【課題】発生した電気エネルギーを蓄積し効率よく運用するための小型の電源システムを提供すること。【解決手段】電力を蓄積する第１の蓄電デバイス２と第２の蓄電デバイス３を備え、発電機１からの電流を第１の蓄電デバイス２と第２の蓄電デバイス３に切り替える切り替え器４と、第１の蓄電デバイス２から負荷６に電力を供給するとともに、第２の蓄電デバイス３から第１の蓄電デバイス２へ電力を供給する電力変換器５を有する構成としたもので、第１の蓄電デバイス２と第２の蓄電デバイス３の双方に効率よく制動エネルギーを回収し、切り替え器４も簡単な構成にできるので、小型・軽量で信頼性の高い電源システムが提供できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的エネルギーから電気エネルギーを発生する発電機と、電力を蓄積する第１の蓄電デバイスと、電力を蓄積する第２の蓄電デバイスと、前記発電機からの電流を前記第１の蓄電デバイスと前記第２の蓄電デバイスに切り替える切り替え器と、前記第１の蓄電デバイスから負荷に電力を供給するとともに、前記第２の蓄電デバイスから前記第１の蓄電デバイスへ電力を供給する電力変換器を有する構成とした電源システム。
【請求項２】
第２の蓄電デバイスを電気２重層コンデンサで構成した請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
第１の蓄電デバイスを２次電池で構成した請求項１または請求項２に記載の電源システム。
【請求項４】
切り替え器は、発電機から電流が発生し始めてから一定時間、第１の蓄電デバイスに接続した後、第２の蓄電デバイスに電流を流すように接続を切り替えるようにした請求項１に記載の電源システム。
【請求項５】
切り替え器が、第１の蓄電デバイスへの蓄電を遮断した後に第２の蓄電デバイスに蓄電するとき、前記第２の蓄電デバイスの電圧を前記第１の蓄電デバイスの電圧より高くなるようにし、前記発電機からの電流が停止または減少したとき、電力変換器を介して前記第２の蓄電デバイスの電力を放出して、前記第２の蓄電デバイスの電圧が前記第１の蓄電デバイスの電圧と等しくなったときに、前記切り替え器を短絡して制御するようにした請求項１に記載の電源システム。
【請求項６】
電力変換器を降圧型コンバータで構成した請求項５に記載の電源システム。
【請求項７】
発電機と第２の蓄電デバイスを常時接続した構成とした請求項５に記載の電源システム。
【請求項８】
切り替え器を、第１の蓄電デバイスから第２の蓄電デバイスへ順方向に接続した整流素子と、この整流素子と並列に接続したスイッチで構成した請求項７に記載の電源システム。
【請求項９】
第２の蓄電デバイスの印加電圧が減少し、第１の蓄電デバイスの印加電圧の電圧に等しくなったとき、電力変換器のスイッチをオンにすることで、前記第１の蓄電デバイスと前記第２の蓄電デバイスを接続するようにした請求項７に記載の電源システム。
【請求項１０】
電力変換器のスイッチをＭＯＳＦＥＴで構成し、このＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを介して第１の蓄電デバイスと第２の蓄電デバイスを接続した請求項９に記載の電源システム。
【請求項１１】
切り替え器を遮断する直前に発電機からの電流が小さくなるように制御するようにした請求項１に記載の電源システム。
【請求項１２】
発電機と並列に第２の負荷を接続し、第２の蓄電デバイスから電力を供給するようにした請求項１に記載の電源システム。
【請求項１３】
電力変換器を双方向コンバータとし、第２の負荷に電力を供給する直前に、第１の蓄電デバイスから電力変換器を介して電力を蓄積するように制御する制御回路を備えた請求項１に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギーを蓄積し効率よく運用するための小型の電源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に用いられる電装品の電力はエンジンの動力により発電機を動かして得るために、車の移動に必要なエネルギーとは別に余分な化石燃料が使用されていた。一方、車両の運転時に発生する運動エネルギーは、減速時には機械的な摩擦によって熱となり消費されていた。近年、地球温暖化や化石燃料枯渇などの環境問題に対応するために、車両の移動で生成される運動エネルギーを制動時に発電機などにより電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを蓄電池などに蓄積し、必要に応じて車両に用いられる電装品の電力または車両の加速時のエネルギーとして再利用して消費エネルギーを削減する取り組みがなされている。
【０００３】
電装品に用いられる電気エネルギーは、ほぼ一定の電力消費と考えられるのに対して、制動によるエネルギーの回収は頻度が少ないので、制動時にまとまったエネルギーを回収し蓄積して徐々に電装品に供給する必要があり、そのために電力を蓄積するデバイスが必要になる。例えば、制動の頻度を１回／６０秒として常時５００Ｗの電力を供給するとき、蓄電デバイスで必要な電力量は３０ｋＷｓとなり、制動時間内に本エネルギーを蓄積する必要がある。一般的に車両に用いられる蓄電池は、化学反応を伴って電気エネルギーを蓄積するために、短期間に大電流を流してエネルギーを蓄積する用途には適しておらず、従来の制動エネルギー回収システムにおいて必要な電力量を確保するためには、蓄電池の容量を大きくする必要があり必要な鉛蓄電池の体積や重量増加の要因となる。
【０００４】
図１０に、このような短時間の大容量のエネルギー蓄積（電流の充放電）にコンデンサを用いた従来例の電源システムを示す。１０１は直流発電機であり、直流機または交流発電機の出力を整流したものである。１０２は第１の双方向スイッチング手段であり、１０３は蓄電池である。第１の双方向スイッチング手段１０２と蓄電池１０３の直列回路は直流発電機１０１に接続されている。１０４は第２の双方向スイッチング手段であり、１０５はコンデンサである。第２の双方向スイッチング手段１０４とコンデンサ１０５の直列回路は直流発電機１０１に接続されている。１０６は負荷であり、蓄電池１０３に接続され電力を消費する。
【０００５】
本構成において、直流発電機１０１で発生した直流電力は、蓄電池１０３とコンデンサ１０５の双方にエネルギーを蓄積する構成である。例えば第１のスイッチング手段１０２がオンのときは、直流発電機１０１は蓄電池１０３に接続されて、直流発電機１０１の出力は蓄電池１０３に蓄積される。第２の双方向スイッチング手段１０４がオンのときは、直流発電機１０１はコンデンサ１０５に接続されて、直流発電機１０１の出力はコンデンサ１０５に蓄積される。このように、蓄電池１０３とコンデンサ１０５の双方にエネルギーを蓄積することで十分大きなエネルギー蓄積量を得ることができる。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平４−２７１２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の電源システムでは以下のような課題がある。図１１に鉛蓄電池１０３とコンデンサ１０５の充放電特性を示している。一般に、蓄電池１０３は充電量に関わらずほぼ一定の電圧を示すが、コンデンサ１０５は充電量に応じて印加電圧が大きく変化する。それゆえ、蓄電池１０３とコンデンサ１０５を並列に接続しただけでは、十分にエネルギーを蓄積できない。したがって、図１０に示すように双方向スイッチング手段でそれぞれを切り離して充放電を行う必要がある。このとき、蓄電池とコンデンサの印加電圧の大小関係が変化する可能性があるので、双方向スイッチング手段が必要になる。双方向スイッチング手段は、一般に複雑になり大型化するという課題がある。
【０００８】
また、コンデンサ１０５と蓄電池１０３の電圧は異なるので、双方向スイッチング手段の切り替え時に大きな電圧の変動があり、ノイズの発生と双方向スイッチング手段の信頼性が低下するという課題がある。本発明は、双方向スイッチング手段を不要とし、電圧の変動を抑えてノイズの発生が少なく信頼性の高い小型の電源システム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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【００１０】
本発明の請求項１に記載の発明は、機械的エネルギーから電気エネルギーを発生する発電機と、電力を蓄積する第１の蓄電デバイスと、電力を蓄積する第２の蓄電デバイスと、前記発電機からの電流を前記第１の蓄電デバイスと前記第２の蓄電デバイスに切り替える切り替え器と、前記第１の蓄電デバイスから負荷に電力を供給するとともに、前記第２の蓄電デバイスから前記第１の蓄電デバイスへ電力を供給する電力変換器を有する構成とした電源システムである。このような構成にすることにより、第１の蓄電デバイスと第２の蓄電デバイスの双方に効率よく制動エネルギーを回収でき、切り替え器も簡単な構成にできるという作用効果が得られる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、第２の蓄電デバイスを電気２重層コンデンサで構成したものであり、その大容量性と瞬時の大電流を流せる特長を生かして、瞬時の大容量の電気エネルギーを小型のシステムで構成できるという作用効果が得られる。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、第１の蓄電デバイスを２次電池で構成したものであり、その大容量性から小電力ではあるが負荷に対して長時間の安定性を確保できるという作用効果が得られる。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は、発電機から電流が発生し始めてから一定時間、第１の蓄電デバイスに接続した後、第２の蓄電デバイスに電流を流すように接続を切り替えるようにしたものであり、第１の蓄電デバイスへの充電電力量を時間で容易に制御でき、かつ切り替え器が第１の蓄電デバイスから第２の蓄電デバイスに切り替わるときに電圧が連続になるという作用効果が得られる。また、第１の蓄電デバイスの印加電圧は第２の蓄電デバイスの印加電圧から充電するために、常に第２の蓄電デバイスの印加電圧は第１の蓄電デバイスの電圧より高くなるので、切り替え器と電力変換器は簡単な構成にできるという作用効果が得られる。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の発明は、切り替え器が、第１の蓄電デバイスへの蓄電を遮断した後に第２の蓄電デバイスに蓄電するとき、前記第２の蓄電デバイスの電圧を前記第１の蓄電デバイスの電圧より高くなるようにし、前記発電機からの電流が停止または減少したとき、電力変換器を介して前記第２の蓄電デバイスの電力を放出して、前記第２の蓄電デバイスの電圧が前記第１の蓄電デバイスの電圧と等しくなったときに、前記切り替え器を短絡して制御するようにしたものであり、切り替え器の印加電圧は連続的に変化し電圧が急峻に変化することはないのでノイズの発生が少なく、かつスパイク電流の発生がないため切り替え器の劣化は少なくなるという作用効果が得られる。
【００１５】
本発明の請求項６に記載の発明は、電力変換器を降圧型コンバータで構成したもので、電力変換器の構成が簡単になるという作用効果が得られる。
【００１６】
本発明の請求項７に記載の発明は、発電機と第２の蓄電デバイスを常時接続した構成としたもので、第２の蓄電デバイスへの電流がダイレクトに供給されるので充電損失が小さくなるという作用効果が得られる。
【００１７】
本発明の請求項８に記載の発明は、切り替え器を、第１の蓄電デバイスから第２の蓄電デバイスへ順方向に接続した整流素子と、この整流素子と並列に接続したスイッチで構成したもので、切り替え器の構成が簡単になるという作用効果が得られる。
【００１８】
本発明の請求項９に記載の発明は、第２の蓄電デバイスの印加電圧が減少し第１の蓄電デバイスの印加電圧に等しくなったとき、電力変換器のスイッチをオンにすることで、前記第１の蓄電デバイスと前記第２の蓄電デバイスを接続するようにしたもので、切り替え器を構成するスイッチのターンオンのタイミングを容易に取ることができるようになるという作用効果が得られる。
【００１９】
本発明の請求項１０に記載の発明は、電力変換器のスイッチをＭＯＳＦＥＴで構成し、このＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを介して第１の蓄電デバイスと第２の蓄電デバイスを接続したもので、さらに簡単な構成が可能になるという作用効果が得られる。
【００２０】
本発明の請求項１１に記載の発明は、切り替え器を遮断する直前に発電機からの電流が小さくなるように制御するようにしたもので、切り替え器の寿命を長くすることが可能になるという作用効果が得られる。
【００２１】
本発明の請求項１２に記載の発明は、発電機と並列に第２の負荷を接続し、第２の蓄電デバイスから電力を供給するようにしたもので、第２の蓄電デバイスの瞬時の大電力供給能力を生かした電力供給を行うことができるという作用効果が得られる。
【００２２】
本発明の請求項１３に記載の発明は、電力変換器を双方向コンバータとし、第２の負荷に電力を供給する直前に、第１の蓄電デバイスから電力変換器を介して電力を蓄積するように制御する制御回路を備えたもので、第２の蓄電デバイスからの電力供給能力を大きくすることができるという作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の電源システムは、上記の構成をとることにより、第１の蓄電デバイスと第２の蓄電デバイスの双方に効率よく制動エネルギーを回収し、切り替え器も簡単な構成にできるので、小型・軽量で信頼性の高い電源システムが構成できるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における電源システムについて、図１の回路図と図２の動作説明図を用いて詳細に説明する。図１において、発電機１は主に回転する機械的エネルギーから電磁発電機により電気エネルギーを発生させ直流電圧を得るものであり、整流子を有する直流器または交流発電機から得られる電圧を整流して直流にして出力するものである。第１の蓄電デバイス２は、通常、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの２次電池で構成される。第２の蓄電デバイス３は、通常、電気２重層コンデンサから構成される。切り替え器４は、発電機１から発生する電流を第１の蓄電デバイスと第２の蓄電デバイスのどちらかに流すように切り替える手段である。電力変換器５は、第２の蓄電デバイス３の電圧が第１の蓄電デバイス２の電圧より高いときにのみ動作し、制限された電流で第２の蓄電デバイス３から第１の蓄電デバイス２に電力を供給する。負荷６は第１の蓄電デバイス２に接続されて電力を消費する。
【００２５】
以上の構成により、発電機１で機械的エネルギーから電気エネルギーに変換し、第１の蓄電デバイス２と第２の蓄電デバイス３の双方に電力を効率よく蓄積し、安定な第１の蓄電デバイス２から負荷６に電力を供給する。
【００２６】
図２（ａ）〜（ｅ）の動作説明図において、（ａ）は発電機１から発生する電流Ｉｇを、（ｂ）は発電機１から切り替え器４を介して第１の蓄電デバイス２を蓄電する充電電流Ｉｂを、（ｃ）は第２の蓄電デバイス３を蓄電する電流Ｉｃを、（ｄ）は第２の蓄電デバイス３の印加電圧Ｖｃを、（ｅ）は第２の蓄電デバイス３から第１の蓄電デバイス２へ流れる電流Ｉｄを示している。図２の時刻Ｔ０で、発電機１の印加される機械的トルクにより発電され電流が出力されると、切り替え器４は発電機１と第１の蓄電デバイス２を接続しており、発電機１から出力される電流Ｉｇにより第１の蓄電デバイス２を充電する。第１の蓄電デバイス２が許容できる電力量に相当する一定時間で第１の蓄電デバイス２を充電した後、時刻Ｔ１で切り替え器４が遮断し発電機１と第２の蓄電デバイス３が接続されると、発電電流Ｉｇは第２の蓄電デバイス３を充電する。第２の蓄電デバイス３は電気２重層コンデンサで構成されており、発電機からの電流Ｉｇで充電されると徐々に電圧が上昇する。電圧が上昇することで発電機１に印加される電圧も上昇する。時刻Ｔ２で発電機１からの電流Ｉｇがゼロになると、第２の蓄電デバイス３の充電は停止する。第２の蓄電デバイス３に蓄積されたエネルギーは、電力変換器５によりほぼ一定の電流Ｉｄで第１の蓄電デバイス２へ電力を供給しているので、発電機１からの電流Ｉｇが停止すると第２の蓄電デバイス３の蓄積エネルギーは減少し、印加電圧Ｖｃは徐々に減少する。時刻Ｔ３で第２の蓄電デバイス３の印加電圧が減少し第１の蓄電デバイス２の電圧と等しくなると、電力変換器５の動作は停止し、同時に切り替え器４は発電機１と第１の蓄電デバイス２を接続する。負荷６は第１の蓄電デバイス２に接続されており、安定な電圧が負荷に供給される。
【００２７】
ここで、１回の発電機１から出力される電力量をＷｇとし、第１の蓄電デバイス２の電圧をＶ１、第１の蓄電デバイス２への充電電流をＩ１、第１の蓄電デバイス２への発電機１から充電する時間をＴｇ、第２の蓄電デバイス３の容量をＣ２、第２の蓄電デバイス３への発電機１からの充電で上昇する電圧の最終値をＶ２とすると、エネルギー収支により以下の式が成り立つ。
【００２８】
Ｗｇ＝Ｖ１×Ｉｇ×Ｔｇ＋（１／２）×Ｃ２×（Ｖ２2−Ｖ１2）
ここで、Ｉｇ，Ｔｇは第１の蓄電デバイス２の充電特性に大きく影響され、寿命を考慮するとあまり大きくできない。したがって、限られたスペースを考慮すると、第１の蓄電デバイス２にはあまり大きなエネルギーは蓄積できない。逆に、大きなエネルギーを蓄積するときは大きな体積重量が必要となる。
【００２９】
そこで、第１の蓄電デバイス２の性能に応じて、Ｉｇ，Ｔｇを設定し寿命を考慮して、可能な限りエネルギーを第１の蓄電デバイス２に蓄積し、残りを第２の蓄電デバイス３に蓄積する。第２の蓄電デバイス３はコンデンサで構成され、コンデンサの蓄積エネルギーとして発電機１からの電力が蓄積される。コンデンサに蓄積できるエネルギーは、印加電圧の２乗に比例し電圧の変動幅を広く取ることで蓄積エネルギーを大きくでき、かつ瞬時の電流を流しても劣化しない特徴があり、一般的に瞬時のエネルギー蓄積量を考慮すると、第１の蓄電デバイス２のエネルギー蓄積量より第２の蓄電デバイス３の蓄積可能なエネルギーが大きくなり少ない体積で大きなエネルギーを蓄積できるので、結果的に体積を小さくできる。
【００３０】
ここで第２の蓄電デバイス３として電気２重層コンデンサを用いることで、より小さな体積に大電力量を蓄積できることはいうまでもない。また、このような２つの蓄電デバイスを利用することで、第１の蓄電デバイス２には大きな電力量を蓄積する必要はなく、比較的小型で安価な鉛バッテリを採用することが可能になる。
【００３１】
なお、ここで電力変換器５は第２の蓄電デバイス３から第１の蓄電デバイス２への電圧変換を行うが、第２の蓄電デバイス３が第１の蓄電デバイス２の電圧Ｖ１からより高い電圧Ｖ２まで充電され、常に第１の蓄電デバイス２の電圧が第２の蓄電デバイス３の電圧より低いことから、電力変換器５の回路構成として図３に示すような降圧型コンバータを用いることで、電力変換器５の回路構成を簡単にできる。図３において、１１は高周波でオンオフするスイッチ、１２はダイオード、１３はインダクタであり、１４はスイッチ１１を必要に応じて高周波でオンオフさせる駆動回路であり、スイッチ１１とダイオード１２は直列に接続され第２の蓄電デバイス３に並列に接続され、インダクタ１３はスイッチ１１とダイオード１２の接続点と第１の蓄電デバイス２に接続される。第２の蓄電デバイス３の電圧が第１の蓄電デバイス２の電圧より大きいときに動作し、第２の蓄電デバイス３から第１の蓄電デバイス２に電流を供給する。
【００３２】
また、発電機１の電流を制御し切り替え器４の切り替え時に電流を絞ることで、切り替え時の電流も小さくでき、切り替え器４の長寿命化が可能になる特徴がある。即ち、図４に示すように、切り替え器４を動作させる直前に発電機１の内部に発生する磁界を調整するコイルの電流を減らすことで、発電機１の発生する電圧を減らし電流を絞ることで、切り替え器４の切り替え動作時の電流を小さくでき、切り替え器４が接続される回路に存在する寄生インダクタンスに蓄積されたエネルギーが消費される時に印加される切り替え器４へのストレスを小さくできるので、切り替え器４の長寿命化が可能になる。
【００３３】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２における電源システムについて、図５の回路図を用いて説明する。実施の形態２における電源システムは、基本的な回路構成は実施の形態１と同じであるが、切り替え器４の構成を変えることで簡素化を図っている点で異なる。
【００３４】
図５において、基本的には図３と同じであるが、切り替え器４の一例が詳細に示してある。即ち、２１はスイッチであり、リレーなどで構成され発電機１と第１の蓄電デバイス２の間に接続される。２２はダイオードであり、第１の蓄電デバイス２から第２の蓄電デバイス３の方向に電流を流す。発電機１と第２の蓄電デバイス３とは直結されている。それ以外の構成は、図３の回路と同じなので説明は省略する。
【００３５】
この回路構成では、発電機１から電流が発生し第１の蓄電デバイス２が充電されている間は第２の蓄電デバイス３が並列に接続されている構成になるが、第１の蓄電デバイス２が２次電池であり、ほぼ一定の電圧を維持するために第２の蓄電デバイス３にはほとんど電流は流れない。したがって、動作上は実施の形態１の回路構成での動作と同じになる。実施の形態１と同じく一定時間後スイッチ２１がオフすると、発電機１の電流は瞬時に第２の蓄電デバイス３に切り替わり、連続的にエネルギーを第１の蓄電デバイス２及び第２の蓄電デバイス３に蓄積でき時間的なロスもない。ここで、常に第２の蓄電デバイス３は発電機１に接続されていることもあり、切り替え時に発生する電圧の変化は全くなく、スイッチ２１の印加電圧はオフ直後に徐々に電圧が上昇する動作になる。したがって、タ−ンオフ時に電圧が急峻に変化しないのでスイッチのストレスが小さくなり、スイッチの寿命を長くすることができる特徴は維持される。スイッチ２１がオフした後、発電機１の電流は第２の蓄電デバイス３を充電する動作および電力変換器５の動作により、第２の蓄電デバイス３が放電する動作は実施の形態１と同様である。第２の蓄電デバイス３の電圧が低下し第１の蓄電デバイス２の電圧と同じになると、ダイオード２２がオンとなり、第１の蓄電デバイス２と第２の蓄電デバイス３の電圧は等しい状態を維持する。このときにスイッチ２１をオンとすることで、電圧ゼロでターンオンすることになり、ターンオン時のスイッチストレスはない。したがって、スイッチのターンオン、ターンオフ時はゼロ電圧であり、スイッチのストレスは非常に小さくなりスイッチの寿命は飛躍的に向上する。
【００３６】
さらに、図５では切り替え器４の中にダイオード２２を用いたが、図６のように電力変換器５に内蔵されるダイオード３３を用いてオンにすることで、図５のダイオード２２は不要になる。図６で３０はダイオードを持たない切り替え器４としてのスイッチで、電力変換器５はスイッチ３２、ダイオード３３、ダイオード３４、インダクタ３５、駆動回路３６で構成される。即ち、スイッチ３２とダイオード３４の直列回路を第２の蓄電デバイス３に並列に接続し、インダクタ３５をスイッチ３２とダイオード３４の接続点と第１の蓄電デバイス２に接続し、ダイオード３３はスイッチ３２に並列に、かつ第１の蓄電デバイス２から第２の蓄電デバイス３へ電流を供給できる向きに接続する。駆動回路３６はスイッチ３２を高周波でオンオフする。駆動回路３６で、スイッチ３２が第１の蓄電デバイス２の電圧が第２の蓄電デバイス３の電圧より高いときにオンするようにすれば、ダイオード３３は不要である。また、図７のように、電力変換器５のスイッチをＭＯＳＦＥＴ４１で構成するときは、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードで図６のダイオード３３の代用が可能であり、さらに小型の電源システムが構成できることになる。
【００３７】
また、実施の形態１と同様に発電機１の電流を制御し、切り替え器４のスイッチ３０をオンオフする時に電流を絞ることで、ターンオフ電流も小さくでき、さらにスイッチの長寿命化が可能となる。
【００３８】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について、図８の回路図を用いて説明する。図８において、実施の形態２の図７の回路図と違う点は、第２の蓄電デバイス３に第２の負荷５０が接続されている点である。第２の負荷５０は実施の形態２で説明した発電機１の機能を持つものであってもよい。この場合は、発電機と電動機が共用されるものになる。このような構成では、第２の蓄電デバイス３は通常電気２重層コンデンサで構成され、内部インピーダンスが鉛蓄電池などの２次電池などに比べて小さいので、瞬時に大電力を供給可能になる。
【００３９】
第２の蓄電デバイス３には、電力変換器５のダイオードを介して第１の蓄電デバイス２の電圧が印加されており、電圧を保持している。したがって、第２の負荷５０が電動機などのように瞬時に電力を要求しても、ダイレクトに電力を供給することが可能になる。
【００４０】
さらに、第２の蓄電デバイス３が大容量の電力を供給できるようにするために、図９には電力変換器５を双方向電力変換器にした構成を示している。双方向電力変換器にするために、図７でダイオード４２に相当する部分を、双方向の電流が流せるスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ６２で構成してある。即ち、ＭＯＳＦＥＴ６１、６２は直列に接続され、第２の蓄電デバイス３に並列に接続され、インダクタ６３はＭＯＳＦＥＴ６１，６２の接続点と第１の蓄電デバイス２に接続される。駆動回路６４はＭＯＳＦＥＴ６１，６２を高周波で駆動するものである。このように構成することにより、インダクタ６３に逆方向に電流を流して、第１の蓄電デバイス２から第２の蓄電デバイス３へのエネルギー伝達が可能となる。従って、双方向電力変換器であらかじめ第２の蓄電デバイス３を充電し、初期電圧を高めておくことで、必要なときに大電力を供給することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明にかかる電源システムは、第１の蓄電デバイスと第２の蓄電デバイスの双方に効率よく制動エネルギーを回収し、切り替え器も簡単な構成にできるので、電気エネルギーを蓄積し効率よく運用するための小型の電源システムへの適用に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１における電源システムの回路図
【図２】（ａ）〜（ｅ）図１の電源システムの動作説明図
【図３】同実施の形態１における電源システムの他の回路図
【図４】（ａ）〜（ｅ）図３の電源システムの動作説明図
【図５】本発明の実施の形態２における電源システムの回路図
【図６】本発明の実施の形態２における電源システムの他の回路図
【図７】本発明の実施の形態２における電源システムの他のもう１つの回路図
【図８】本発明の実施の形態３における電源システムの回路図
【図９】本発明の実施の形態３における電源システムの他の回路図
【図１０】従来の電源システムの回路図
【図１１】従来の電源システムのコンデンサおよび蓄電池の充放電特性図
【符号の説明】
【００４３】
１  発電機
２  第１の蓄電デバイス
３  第２の蓄電デバイス
４  切り替え器
５  電力変換器
６  負荷
１１  スイッチ
１２  ダイオード
１３  インダクタ
１４  駆動回路
２１  スイッチ
２２  ダイオード
３０  スイッチ
３２  スイッチ
３３  ダイオード
３４  ダイオード
３５  インダクタ
３６  駆動回路
４１  ＭＯＳＦＥＴ
４２  ダイオード
４３  インダクタ
４４  駆動回路
５０  第２の負荷
６１  ＭＯＳＦＥＴ
６２  ＭＯＳＦＥＴ
６３  インダクタ
６４  駆動回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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