(57)【要約】【課題】発電機出力短絡式の出力電圧調整回路を備えた内燃機関用電源装置において、発電機の出力の短絡により生じる電力損失を少なくする。【解決手段】磁石発電機の電機子コイルの第１及び第２のコイル部分Ｌ1及びＬ2を並列接続したときの発電機の出力が両コイル部分を直列接続した時の発電機の出力よりも大きくなる回転速度領域の下限を与える回転速度を設定速度とし、回転速度が設定速度以下の時には、コイル部分Ｌ1及びＬ2を直列接続して磁石発電機から十分な出力を取り出し、機関の回転速度が設定速度を超えているときには、発電機の出力が不足するおそれがあるときにのみコイル部分Ｌ1及びＬ2を並列に接続して磁石発電機の出力を増大させ、発電機の出力が不足するおそれがないと判定されたときには、コイル部分Ｌ1，Ｌ2を直列接続したままの状態にして磁石発電機の出力が過剰にならないようにする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコイル部分及び第２のコイル部分を有する電機子コイルを固定子側に備え、内燃機関により駆動される磁石発電機と、
前記磁石発電機の出力端子間に得られる交流出力を直流出力に変換して負荷に供給する整流回路と、
第１の制御信号が与えられたときに前記第１のコイル部分及び第２のコイル部分を前記磁石発電機の出力端子間に直列に接続した状態にし、第２の制御信号が与えられたときに前記第１のコイル部分及び第２のコイル部分を前記磁石発電機の出力端子間に並列に接続した状態にするように、前記制御信号の状態に応じて前記第１のコイル部分と第２のコイル部分の接続を切り換えるコイル接続切換回路と、
前記整流回路の出力電圧が設定値を超えたときに前記磁石発電機の出力端子間を短絡する短絡回路を構成することにより前記整流回路の出力電圧を設定値以下に保つように制御する出力電圧制御回路と、
前記磁石発電機の出力が不足するおそれがあるか否かを判定する発電機出力判定手段と、
前記磁石発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記第１のコイル部分及び第２のコイル部分を並列に接続したときに両コイル部分から出力される電力が前記第１のコイル部分及び第２のコイル部分を直列に接続したときに両コイル部分から出力される電力を上回る状態になる回転速度領域の下限を与える前記磁石発電機の回転速度を設定速度として、前記回転速度検出手段により検出された回転速度が前記設定速度未満のとき及び該回転速度が前記設定速度以上であるが前記発電機出力判定手段により前記磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定されたときに前記コイル接続切換回路に第１の制御信号を与え、前記回転速度検出手段により検出された回転速度が前記設定速度以上になっていて、かつ前記発電機出力判定手段により前記磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定されたときに前記コイル接続切換回路に第２の制御信号を与えて前記磁石発電機の回転速度と前記磁石発電機の出力の過不足の状態とに応じて前記コイル接続切換回路を制御するコイル接続切換制御手段と、
を具備してなる内燃機関用電源装置。
【請求項２】
前記発電機出力判定手段は、前記整流回路の出力電圧が設定された判定値以下のときに前記磁石発電機の出力電力が不足するおそれがあると判定し、前記整流回路の出力電圧が前記判定値を超えているときに前記磁石発電機の出力電力が不足するおそれがないと判定するように構成されている請求項１に記載の内燃機関用電源装置。
【請求項３】
前記出力電圧制御回路により前記磁石発電機の出力端子間が短絡される時間の一定時間に対する割合を短絡率として検出する短絡率検出手段が設けられ、
前記発電機出力判定手段は、前記短絡率検出手段により検出された短絡率が設定値以下であるときに前記磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定し、前記短絡率検出手段により検出された短絡率が前記設定値を超えているときに前記磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定するように構成されている請求項１に記載の内燃機関用電源装置。
【請求項４】
前記出力電圧制御回路は、前記短絡回路を構成する際にオン状態にされる出力短絡用スイッチを備えていて、前記整流回路の出力電圧が設定値を超えたときに前記出力短絡用スイッチをオン状態にし、前記整流回路の出力電圧が設定値以下のときに前記出力短絡用スイッチをオフ状態にして前記整流回路の出力電圧を設定値以下に保つように構成され、
前記出力短絡用スイッチをオン状態にするために該出力短絡用スイッチに与える駆動信号が発生している時間が、該駆動信号の発生間隔に対して占める割合を駆動信号のデューティ値として検出して、該デューティ値を電圧信号に変換するデューティ値・電圧信号変換器が設けられ、
前記発電機出力判定手段は、前記デューティ値・電圧信号変換器から得られる電圧信号が設定値以下であるときに前記磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定し、前記電圧信号が前記設定値を超えているときに前記磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定するように構成されている請求項１に記載の内燃機関用電源装置。
【請求項５】
前記磁石発電機は１対の出力端子を有して該１対の出力端子間から単相交流電圧を出力するように構成され、
前記第１のコイル部分及び第２のコイル部分は、それぞれの一端が共通接続された状態で設けられて、前記第１のコイル部分の他端及び第２のコイル部分の他端からそれぞれ第１の端子及び第２の端子が引き出されるとともに、前記第１のコイル部分の一端と第２のコイル部分の一端との共通接続点から第３の端子が引き出され、
前記第１の端子は前記磁石発電機の一方の出力端子に接続され、
前記コイル接続切換回路は、前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続された常開接点を有する第１のリレーと、前記第２の端子と前記磁石発電機の他方の出力端子との間に接続された常閉接点及び前記第３の端子と前記磁石発電機の他方の出力端子との間に接続された常開接点を有する第２のリレーと、前記第１の制御信号が与えられているときにオフ状態を保持して前記第１及び第２のリレーを非励磁状態に保ち、前記第２の制御信号が与えられているときにオン状態を保持して前記第１及び第２のリレーを励磁状態に保持する励磁制御用スイッチとを備えている請求項１に記載の内燃機関用電源装置。
【請求項６】
前記磁石発電機は１対の出力端子を有して該１対の出力端子間から単相交流電圧を出力するように構成され、
前記第１のコイル部分及び第２のコイル部分は、それぞれの一端が共通接続された状態で設けられて、前記第１のコイル部分の他端及び第２のコイル部分の他端からそれぞれ第１の端子及び第２の端子が引き出されるとともに、前記第１のコイル部分の一端と第２のコイル部分の一端との共通接続点から第３の端子が引き出され、
前記第１の端子は前記磁石発電機の一方の出力端子に接続され、
前記コイル接続切換回路は、前記第１の端子と第２の端子との間に接続された第１のスイッチと、前記第２の端子と前記磁石発電機の他方の出力端子との間に接続された第２のスイッチと、前記第３の端子と前記磁石発電機の他方の出力端子との間に接続された第３のスイッチとからなり、
前記コイル接続切換制御手段がコイル接続切換回路に与える第１の制御信号は、前記第１のスイッチ及び第３のスイッチをオフ状態にして第２のスイッチをオン状態にする信号であり、前記コイル接続切換制御手段がコイル接続切換回路に与える第２の制御信号は、前記第１のスイッチ及び第３のスイッチをオン状態にして第２のスイッチをオフ状態にする信号である請求項１に記載の内燃機関用電源装置。
【請求項７】
前記負荷は、前記内燃機関の燃料噴射装置のインジェクタと該インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプである請求項１ないし６のいずれか１つに記載の内燃機関用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に燃料を供給する燃料噴射装置の燃料ポンプやインジェクタ、バッテリ等の電装品に電力を供給するために用いられる内燃機関用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に付属する電装品を駆動するための電源装置として、内燃機関により駆動される磁石発電機と、該磁石発電機の交流出力を整流する整流回路と、該整流回路の出力電圧を設定値以下に保つように制御する出力電圧制御回路（レギュレータ）とを備えたものが多く用いられている。
【０００３】
特許文献１や特許文献２に示されているように、この種の電源装置においては、整流回路の出力電圧が過大になったときに磁石発電機の出力を短絡することにより、整流回路から負荷に供給される電圧を設定値以下に保つように制御する発電機出力短絡式の電圧制御回路が用いられている。
【０００４】
また磁石発電機においては、その固定子側に設けられた複数の電機子コイルを直列に接続すると、機関の回転速度が比較的低いときから大きな出力を取り出して負荷を駆動することができるが、高速回転時には電機子反作用により出力が制限されるため、負荷が要求する電力量が多い場合には、負荷を満足に駆動することができない。また複数の電機子コイルを並列に接続すると、機関の回転速度が高いときに大きな出力を取り出すことができるが、機関の回転速度が低いときには大きな出力を得ることができないため、負荷を満足に駆動することができない。
【０００５】
そこで、特許文献３や特許文献４に示されたように、複数の電機子コイルを並列に接続したときに得られる出力が複数の電機子コイルを直列に接続したときに得られる出力を上回る時の内燃機関の回転速度を設定速度として、機関の回転速度が設定速度以下の領域では複数の電機子コイルを直列に接続し、機関の回転速度が設定速度を超える領域では複数の電機子コイルを並列に接続することにより、低速回転時から高速回転時まで磁石発電機から大きな出力を取り出すようにすることが提案されている。
【特許文献１】特開平５−１３０７４６号公報
【特許文献２】特開平１０−７０８５１号公報
【特許文献３】特開平１０−１０８４２７号公報
【特許文献４】実公平４−７６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１や２に記載されたような発電機出力短絡式の電圧制御回路は、整流回路の出力電圧が設定値を超えたときに無条件で磁石発電機の出力を短絡するように構成されているが、一般に磁石発電機は、予想される負荷の要求電力量が最大のときでも出力電力が不足することがないように設計されるため、ほとんどの場合、出力し得る電力が過剰な状態で運転されることになる。そのため、定常運転時に磁石発電機の出力が短絡される時間が長くなって、出力の短絡に伴って生じる電力損失が大きくなり、磁石発電機の出力を短絡する短絡回路や、電機子コイルでの発熱が多くなるという問題が生じる。短絡回路の構成部品や電機子コイルの発熱が多くなると、それぞれの温度上昇により部品が破損したり、コイルが焼損したり、これらの寿命が短くなったりするおそれがあるため、信頼性が低下する。また磁石発電機の出力を短絡した際に生じる電力損失により機関に負荷がかかるため、機関の燃費が悪くなったり、機関の加速性能が低下したりするという問題も生じる。
【０００７】
磁石発電機の電機子コイルを直列に接続するか、またはその巻数を多くして、高速回転時の出力を抑制するようにすれば、高速回転時に磁石発電機の出力が過剰になるのを防ぐことができるため、磁石発電機の出力が短絡される時間が短くなり、電力損失が減少するが、このように構成した場合には、高速回転時に負荷の要求電力量が増大した時に、負荷を満足に駆動することができなくなる。
【０００８】
特許文献３や特許文献４に記載されたように、機関の回転速度が設定速度以下の領域では磁石発電機の複数の電機子コイルを直列に接続し、機関の回転速度が設定速度を超える領域では複数の電機子コイルを並列に接続するように、回転速度に応じて電機子コイルの接続を切り換える制御を行うと、機関の低速回転時から高速回転時まで磁石発電機から負荷を駆動するのに十分な出力を取り出すことができる。しかしながら、このような制御を行うと、負荷が要求する電力が少なく、磁石発電機の出力が過剰な状態にあるときでも、回転速度が上昇すると電機子コイルが並列接続されて磁石発電機の出力が増大させられるため、電機子コイルの接続を切り換えない場合に比べて、磁石発電機の出力が短絡される時間が更に長くなり、発電機の出力の短絡に伴って生じる電力損失が増大するのを避けられない。
【０００９】
本発明の目的は、磁石発電機の出力を過剰にすることなく、機関の低速回転時から高速回転時まで負荷を満足に駆動することができるようにするとともに、定常運転時に磁石発電機の出力が短絡される時間をできるだけ短くして、無用な電力損失の低減を図り、信頼性を向上させることができるようにした内燃機関用電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、内燃機関により駆動される磁石発電機を電源として負荷に供給する直流電力を出力する内燃機関用電源装置に適用されるもので、本発明に係わる内燃機関用電源装置は、第１のコイル部分及び第２のコイル部分を有する電機子コイルを固定子側に備え、内燃機関により駆動される磁石発電機と、磁石発電機の出力端子間に得られる交流出力を直流出力に変換して負荷に供給する整流回路と、第１の制御信号が与えられたときに第１のコイル部分及び第２のコイル部分を磁石発電機の出力端子間に直列に接続した状態にし、第２の制御信号が与えられたときに第１のコイル部分及び第２のコイル部分を磁石発電機の出力端子間に並列に接続した状態にするように、制御信号の状態に応じて第１のコイル部分と第２のコイル部分の接続を切り換えるコイル接続切換回路と、整流回路の出力電圧が設定値を超えたときに磁石発電機の出力端子間を短絡する短絡回路を構成することにより整流回路の出力電圧を設定値以下に保つように制御する出力電圧制御回路と、磁石発電機の出力が不足するおそれがあるか否かを判定する発電機出力判定手段と、磁石発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、第１のコイル部分及び第２のコイル部分を並列に接続したときに両コイル部分から出力される電力が第１のコイル部分及び第２のコイル部分を直列に接続したときに両コイル部分から出力される電力を上回る状態になる回転速度領域の下限を与える磁石発電機の回転速度を設定速度として、回転速度検出手段により検出された回転速度が設定速度未満のとき及び該回転速度が設定速度以上であるが発電機出力判定手段により磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定されたときにコイル接続切換回路に第１の制御信号を与え、回転速度検出手段により検出された回転速度が設定速度以上になっていて、かつ発電機出力判定手段により磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定されたときにコイル接続切換回路に第２の制御信号を与えて磁石発電機の回転速度と磁石発電機の出力の過不足の状態とに応じてコイル接続切換回路を制御するコイル接続切換制御手段とを備えている。
【００１１】
上記のように構成すると、機関の回転速度が設定速度未満のときには第１のコイル部分と第２のコイル部分とを直列に接続して、磁石発電機から負荷を駆動するのに十分な出力を取り出すことができる。また機関の回転速度が設定速度以上であるときには、磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定されたときにのみ第１のコイル部分及び第２のコイル部分を並列接続して磁石発電機の出力を増大させ、磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定されたときには、第１のコイル部分及び第２のコイル部分を直列に接続したままの状態に保持して磁石発電機の出力が過剰にならないようにしたため、発電機の出力が短絡回路により短絡される時間を短くすることができ、発電機の出力の短絡により生じる電力損失を少なくすることができる。
【００１２】
上記発電機出力判定手段は、整流回路の出力電圧が設定された判定値以下のときに磁石発電機の出力電力が不足するおそれがあると判定し、整流回路の出力電圧が判定値を超えているときに磁石発電機の出力電力が不足するおそれがないと判定するように構成することができる。
【００１３】
本発明の好ましい態様では、出力電圧制御回路により磁石発電機の出力端子間が短絡される時間の一定時間に対する割合を短絡率として検出する短絡率検出手段が設けられ、該短絡率検出手段により検出された短絡率が設定値以下であるときに磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定し、短絡率検出手段により検出された短絡率が設定値を超えているときに磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定するように発電機出力判定手段が構成される。
【００１４】
多くの場合、出力電圧制御回路は、磁石発電機の出力端子間を短絡する短絡回路を構成する際にオン状態にされる出力短絡用スイッチを備えていて、整流回路の出力電圧が設定値を超えたときに該出力短絡用スイッチをオン状態にし、整流回路の出力電圧が設定値以下のときに該出力短絡用スイッチをオフ状態にして整流回路の出力電圧を設定値以下に保つように構成される。
【００１５】
上記のように出力電圧制御回路が構成される場合、本発明の好ましい態様では、出力短絡用スイッチをオン状態にするために該出力短絡用スイッチに与える駆動信号が発生している時間が、該駆動信号の発生間隔に対して占める割合を駆動信号のデューティ値として検出して、該デューティ値を電圧信号に変換するデューティ値・電圧信号変換器が設けられ、このデューティ値・電圧信号変換器から得られる電圧信号が設定値以下であるときに磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定し、電圧信号が設定値を超えているときに磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定するように発電機出力判定手段が構成される。
【００１６】
磁石発電機が１対の出力端子を有して、該１対の出力端子間から単相交流電圧を出力するように構成される場合には、第１のコイル部分及び第２のコイル部分が、それぞれの一端を共通接続した状態で設けられて、第１のコイル部分の他端及び第２のコイル部分の他端からそれぞれ第１の端子及び第２の端子が引き出されるとともに、第１のコイル部分の一端と第２のコイル部分の一端との共通接続点から第３の端子が引き出され、第１の端子が磁石発電機の一方の出力端子に接続される。この場合、コイル接続切換回路は例えば、第１の端子と前記第２の端子との間に接続された常開接点を有する第１のリレーと、第２の端子と磁石発電機の他方の出力端子との間に接続された常閉接点及び第３の端子と磁石発電機の他方の出力端子との間に接続された常開接点を有する第２のリレーと、第１の制御信号が与えられているときにオフ状態を保持して第１及び第２のリレーを非励磁状態に保ち、第２の制御信号が与えられているときにオン状態を保持して第１及び第２のリレーを励磁状態に保持するように第１及び第２のリレーへの励磁電流の供給を制御する励磁制御用スイッチとにより構成することができる。
【００１７】
また上記のように磁石発電機が単相交流電圧を出力するように構成されて、電機子コイルから第１ないし第３の端子が引き出され、第１の端子が磁石発電機の一方の出力端子に接続される場合、コイル接続切換回路は、第１の端子と第２の端子との間に接続された第１のスイッチと、第２の端子と磁石発電機の他方の出力端子との間に接続された第２のスイッチと、第３の端子と磁石発電機の他方の出力端子との間に接続された第３のスイッチとにより構成することもできる。この場合、コイル接続切換制御手段がコイル接続切換回路に与える第１の制御信号は、第１のスイッチ及び第３のスイッチをオフ状態にして第２のスイッチをオン状態にする信号とし、コイル接続切換制御手段がコイル接続切換回路に与える第２の制御信号は、第１のスイッチ及び第３のスイッチをオン状態にして第２のスイッチをオフ状態にする信号とする。
【００１８】
本発明によれば、内燃機関が如何なる回転速度で回転している場合でも、また負荷の状態が如何なる場合でも電源装置の出力に過不足が生じることがないため、本発明に係わる電源装置は、内燃機関を動作させるために駆動することが必須の負荷、例えば、燃料噴射装置のインジェクタと、該インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプに電力を供給する場合に特に有用である。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、機関の回転速度が設定速度以下のときには第１のコイル部分と第２のコイル部分とを直列に接続して、磁石発電機から負荷を駆動するのに十分な出力を取り出し、機関の回転速度が設定速度を超えているときには、磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定されたときにのみ第１のコイル部分と第２のコイル部分とを並列に接続して磁石発電機の出力を増大させ、磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定されたときには、第１のコイル部分と第２のコイル部分とを直列に接続したままの状態に保持して磁石発電機の出力が過剰にならないようにしたため、磁石発電機の出力が過剰になるのを極力防いで、発電機の出力が短絡される時間を短くすることができ、発電機の出力の短絡により生じる電力損失を少なくすることができる。従って本発明によれば、磁石発電機の出力を短絡する短絡回路のスイッチ素子や発電コイルで生じる発熱を少なくして、これらの寿命が短くなったり、破損したりするおそれを無くすことができ、信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態の回路構成を示したもので、同図において１は内燃機関により駆動される磁石発電機、２は整流回路である。磁石発電機１は、鉄等の強磁性材料によりカップ状に形成されたフライホイール１０１と該フライホイールの周壁部の内周に取り付けられた永久磁石１０２とにより構成されて図示しない内燃機関のクランク軸に取り付けられた多極（図示の例では６極）の磁石回転子１０３と、磁石回転子の磁極に対向する磁極部を有する多極（図示の例では６極）の星形電機子鉄心１０４と、該電機子鉄心の複数の突極部にそれぞれ巻回された巻数が等しい複数（図示の例では６個）の電機子コイル１０５ａ〜１０５ｆとにより構成された固定子１０６とからなっている。電機子コイル１０５ａないし１０５ｆは互いに直列に接続されている。
【００２１】
フライホイール１０１の外周には該フライホイールの周方向に延びる円弧状のリラクタ１０８が形成され、フライホイールの外周部の近傍には、リラクタ１０８の回転方向（図示例では時計方向）の前端側エッジ１０８ａ及び後端側エッジ１０８ｂをそれぞれ検出して極性が異なるパルスを発生するピックアップコイル３が配置されている。
【００２２】
本実施形態においては、磁石発電機が１対の出力端子１ａ，１ｂを有していて、これらの出力端子間から単相交流電圧を出力するように構成されている。磁石発電機の固定子側に設けられた複数の電機子コイル１０５ａないし１０５ｆは、第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とに分けられている。図示の例では、固定子側に設けられた電機子コイル１０５ａないし１０５ｆのうち、互い直列接続された３個の電機子コイル１０５ａないし１０５ｃにより第１のコイル部分Ｌ1が構成され、互いに直列に接続された他の３個の電機子コイル１０５ｄないし１０５ｆにより第２のコイル部分Ｌ2が構成されている。第１のコイル部分Ｌ1及び第２のコイル部分Ｌ2は、それぞれの一端が共通接続された状態で設けられていて、第１のコイル部分Ｌ1の他端及び第２のコイル部分Ｌ2の他端からそれぞれ第１の端子ｔ1及び第２の端子ｔ2が引き出され、第１のコイル部分Ｌ1の一端と第２のコイル部分Ｌ2の一端との共通接続点から第３の端子（中間タップ）ｔ3が引き出されている。これらの端子の内、第１の端子ｔ1は、磁石発電機の一方の出力端子１ａに接続されている。
【００２３】
磁石発電機の電機子コイルから引き出された上記第１ないし第３の端子ｔ1ないしｔ3と出力端子１ａ，１ｂとの間にコイル接続切換回路１１０が設けられている。コイル接続切換回路１１０は、第１の制御信号が与えられたときに第１のコイル部分Ｌ1及び第２のコイル部分Ｌ2を磁石発電機の出力端子１ａ，１ｂ間に直列に接続した状態にし、第２の制御信号が与えられたときに第１のコイル部分Ｌ1及び第２のコイル部分Ｌ2を磁石発電機の出力端子１ａ，１ｂ間に並列に接続した状態にするように、制御信号の状態に応じて第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2の接続を切り換えるように構成される。
【００２４】
図示のコイル接続切換回路１１０は、第１の端子ｔ1と第２の端子ｔ2との間に接続された常開接点rya1を有する第１のリレーＲy1と、第２の端子ｔ2と磁石発電機の他方の出力端子１ｂとの間に接続された常閉接点ryb2及び第３の端子ｔ3と磁石発電機の他方の出力端子１ｂとの間に接続された常開接点rya2を有する第２のリレーＲy2と、第１の制御信号が与えられているときにオフ状態を保持して第１及び第２のリレーＲy1及びＲy2を非励磁状態に保ち、第２の制御信号が与えられているときにオン状態を保持して第１及び第２のリレーＲy1及びＲy2を励磁状態に保持するようにリレーＲy1及びＲy2への励磁電流の供給を制御する励磁制御用スイッチ１１０Ａとを備えている。
【００２５】
更に詳述すると、第１のリレーＲy1は、励磁コイルＷ1と、固定接点ａ1と、励磁コイルＷ1が励磁されたときに固定接点ａ1に接触する可動接点ｃ1とを備え、その固定接点ａ1は電機子コイルの第２の端子ｔ2に接続されている。また可動接点ｃ1は電機子コイルの第１の端子ｔ1に接続されるとともに磁石発電機の一方の出力端子１ａに接続されている。この例では、可動接点ｃ1と固定接点ａ1とにより常開接点rya1が構成されている。
【００２６】
第２のリレーＲy2は、励磁コイルＷ2と、１対の固定接点ａ2及びｂ2と、励磁コイルＷ2が非励磁のときに固定接点ｂ2に接触し、励磁コイルＷ2が励磁されたときに固定接点ａ2に接触する可動接点ｃ2とを備えていて、固定接点ａ2は電機子コイルの第３の端子ｔ3に、また固定接点ｂ2は電機子コイルの第２の端子ｔ2にそれぞれ接続され、可動接点ｃ2は磁石発電機の他方の出力端子１ｂに接続されている。この例では、可動接点ｃ1と固定接点ｂ2とにより常閉接点ｒyb2が構成され、可動接点ｃ1と固定接点ａ2とにより常開接点rya2が構成されている。
【００２７】
第１のリレーＲy1の励磁コイルＷ1及び第２のリレーＲy2の励磁コイルＷ2のそれぞれの一端は整流回路２の正極側出力端子２ａ（バッテリ５の正極端子）に接続され、他端は共通に接続されて励磁制御用スイッチ１１０Ａを通して接地されている。図示の励磁制御用スイッチ１１０Ａは、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ1からなっていて、そのドレインが励磁コイルＷ1及びＷ2の他端の共通接続点に接続され、ソースが接地されている。ＭＯＦＥＴ  Ｑ1のドレインソース間には寄生ダイオードＤf1が形成されている。
【００２８】
図示のようにコイル接続切換回路１１０を構成した場合には、励磁制御用スイッチ１１０Ａがオフ状態にあって第１及び第２のリレーＲy1及びＲy2が非励磁状態にあるとき（両リレーの接点が図示の状態にあるとき）に電機子コイルの第１のコイル部分Ｌ1及び第２のコイル部分Ｌ2が磁石発電機の出力端子１ａ，１ｂ間に直列に接続される。また励磁制御用スイッチ１１０Ａがオン状態になることにより第１及び第２のリレーＲy1及びＲy2が励磁されて、第１のリレーＲy1の可動接点ｃ1が固定接点ａ1に接触し、第２のリレーＲy2の可動接点ｃ2が固定接点ａ2に接触したときに、電機子コイルの第１のコイル部分Ｌ1及び第２のコイル部分Ｌ2が出力端子１ａ，１ｂ間に並列に接続される。
【００２９】
整流回路２はＨブリッジ接続されたダイオードＤ1ないしＤ4からなり、磁石発電機１の出力端子１ａ，１ｂ間に得られる交流出力がその入力端子２u，２v間に入力されている。整流回路２の負極側出力端子２bは接地され、正極側出力端子２aと負極側出力端子２bとの間にバッテリ５が接続されている。
【００３０】
整流回路２のブリッジの下辺を構成するダイオードＤ1及びＤ2にそれぞれ出力短絡用スイッチ素子を構成するサイリスタＴh1及びＴh2が逆並列接続され、サイリスタＴh1がオン状態になったときに該サイリスタＴh1とダイオードＤ2とにより整流回路２の入力端子間を短絡する短絡回路が構成されるようになっている。またサイリスタＴh2がオン状態になったときに該サイリスタＴh2とダイオードＤ1とにより整流回２の入力端子間を短絡する短絡回路が構成されるようになっている。即ちこの例では、サイリスタＴh1及びＴh2と、ダイオードＤ1及びＤ2とにより整流回路２の入力端子間を短絡する（磁石発電機の出力を短絡する）短絡回路が構成される。
【００３１】
整流回路２の出力側にはサイリスタＴh1及びＴh2のゲートにトリガ信号（短絡回路のスイッチ素子をオン状態にするための駆動信号）を与える電圧検出部６が設けられている。電圧検出部６は、整流回路２の出力電圧を検出する回路を備えていて、検出した出力電圧が設定値を超えたときに短絡指令信号を発生して、該短絡指令信号をサイリスタＴh1及びＴh2にトリガ信号として与える。この例では、サイリスタＴh1及びＴh2とダイオードＤ1及びＤ2とからなる短絡回路と、電圧検出部６とにより、整流回路２の出力電圧を設定値以下に保つように制御する発電機出力短絡式の出力電圧制御回路が構成されている。
【００３２】
整流回路２の正極側出力端子に逆流阻止ダイオードＤ5のアノードが接続され、該ダイオードのカソードと接地間にコンデンサＣ1が接続されている。コンデンサＣ1の両端の電圧は安定化された一定の直流電圧Ｖccを出力する電源回路９に入力されている。
【００３３】
１０は電源回路９の出力電圧Ｖccが電源端子に印加されたマイクロコンピュータで、このマイクロコンピュータのポートＡ1にピックアップコイル３の出力信号が信号検出部１１を通して入力され、マイクロコンピュータのＡ／Ｄ入力ポートに、整流回路２の出力電圧がダイオードＤ5と電圧検出回路１２とを通して入力されている。
【００３４】
信号検出部１１は、ピックアップコイル３がリラクタ１０８の回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出したときに発生する１対のパルスの内の一方をマイクロコンピュータ１０が認識し得る信号に変換してポートＡ1に割込み信号として入力する。マイクロコンピュータは、ピックアップコイル３から信号検出部１１を通して割込み信号が入力される毎に所定のプログラムを実行して、ポートＡ1に入力される信号から内燃機関の回転速度Ｎeを検出する回転速度検出手段などの各種の機能実現手段を構成する。
【００３５】
回転速度検出手段は、ポートＡ1に割込み信号が入力される毎にタイマの出力を読み取って、前回割込み信号が入力されてから今回の割込み信号が入力されるまでの時間（クランク軸が１回転するのに要する時間）を求め、この時間から内燃機関の回転速度Ｎeを演算することにより機関の回転速度を検出する。
【００３６】
またマイクロコンピュータ１０のポートＡ2に励磁制御用スイッチ１１０Ａを構成するＭＯＳＦＥＴ  Ｑ1のゲートが接続され、ポートＡ2からＭＯＳＦＥＴ  Ｑ1のゲートにＨレベル（ハイレベル）の制御信号が与えられたときに該ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ1がオン状態になって、リレーＲy1及びＲy2が励磁され、ポートＡ2からＭＯＳＦＥＴ  Ｑ1のゲートにＬレベル（ローレベル）の制御信号が与えられたときに該ＭＯＳＦＥＴＱ1がオフ状態になってリレーＲy1及びＲy2が非励磁状態になるようになっている。この例では、マイクロコンピュータ１０がポートＡ2からＭＯＳＦＥＴ  Ｑ1のゲートに与えるＬレベルの制御信号及びＨレベルの制御信号がそれぞれ第１の制御信号及び第２の制御信号となる。
【００３７】
整流回路２の正極側出力端子２ａにはまた、内燃機関に燃料を供給する燃料噴射装置のインジェクタに燃料を与える燃料噴射ポンプのモータ１３の一方の電源入力端子が接続され、該モータの他方の電源入力端子はポンプ駆動スイッチ１４を通して整流回路２の負極側出力端子２ｂ（接地）に接続されている。
【００３８】
整流回路２の正極側出力端子２ａにはまた、内燃機関に燃料を供給する燃料噴射装置のインジェクタ１５の一方の電源端子が接続され、該インジェクタの他方の電源端子はインジェクタ駆動スイッチ１６を通して整流回路２の負極側出力端子２ｂ（接地）に接続されている。
【００３９】
図示のポンプ駆動スイッチ１４及びインジェクタ駆動スイッチ１６はそれぞれドレインソース間に寄生ダイオードＤf2及びＤf3が形成されたＭＯＳＦＥＴ  Ｑ2及びＱ3からなっていて、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ2及びＱ3のゲートがマイクロコンピュータ１０のポートＡ3及びＡ4に接続されている。マイクロコンピュータ１０は、電源電圧が確立し、各部の初期化を行った後にポートＡ3からＭＯＳＦＥＴ Ｑ2のゲートに駆動信号を与えて該ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ2をオン状態にすることによりモータ１３を駆動する。モータ１３を駆動すると燃料タンク内の燃料がインジェクタ１５に供給される。
【００４０】
マイクロコンピュータ１０は、図示しないセンサにより検出される各種の制御条件（スロットル開度、大気圧、機関の温度等）に対して燃料の噴射量を演算して、所定の燃料噴射開始タイミングが検出された時に、演算された量の燃料をインジェクタから噴射させるために必要な時間の間ポートＡ4からＭＯＳＦＥＴ  Ｑ3に駆動信号（噴射指令）を与えて該ＭＯＦＥＴ  Ｑ3をオン状態にし、インジェクタ１５に駆動電流を流す。インジェクタ１５は、駆動電流が与えられている間その弁を開いて内燃機関の吸気管内等の燃料噴射空間に燃料を噴射する。
【００４１】
図１に示した磁石発電機１は、電機子コイルの第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを直列に接続したときと、第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを並列に接続したときとで出力特性を異にする。図６は、磁石発電機１の出力（電力）Ｐとその回転速度Ｎeとの関係を示したもので、同図において曲線ａは第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを直列に接続したときに両コイル部分から得られる出力の特性を示し、曲線ｂは第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを並列に接続したときに両コイル部分から得られる出力の特性を示している。
【００４２】
第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを直列に接続した場合（曲線ａの場合）には、回転速度が低いときから大きな出力が得られるが、回転速度が高い領域で出力が抑制される。また第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを並列に接続した場合には、回転速度が低い領域で大きな出力を得ることができないが、回転速度が高い領域では大きな出力を得ることができる。図２において、直線ｃ1とｃ2との間の斜線を施した範囲は、予想される負荷の要求電力の変動範囲を示している。
【００４３】
磁石発電機１の出力を整流回路２により整流して負荷に供給する電源装置においては、図６に示したように、機関の回転速度がある回転速度Ｎ1よりも低い領域では、第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを直列に接続したときに磁石発電機から得られる出力の方が、第１のコイル部分Ｌ1及び第２のコイル部分Ｌ2を並列に接続したときに磁石発電機から得られる出力よりも大きくなり、回転速度がＮ1以上になる領域では、第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを並列に接続したときに磁石発電機から得られる出力の方が、第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを直列に接続したときに磁石発電機から得られる出力よりも大きくなる。また回転速度がＮ2未満の領域では、第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを直列に接続した状態でも、磁石発電機から得られる出力が負荷の要求電力を下回らない（磁石発電機の出力電力が不足するおそれがない）ことが予測されるが、回転速度がＮ2以上Ｎ3未満の領域では、両コイル部分を直列に接続した状態にしておくと、負荷の要求電力によっては、磁石発電機から得られる出力が負荷の要求電力を下回る（磁石発電機の出力が不足する）ことが予測される。更に、回転速度がＮ3以上になる領域では、両コイル部分Ｌ1及びＬ2を直列に接続した状態にしておくと、負荷の要求電力が最低である場合でも磁石発電機の出力が不足することが予測される。
【００４４】
本明細書では、第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを並列に接続した状態で両コイル部分から出力される電力の方が、両コイル部分Ｌ1及びＬ2を直列に接続した状態で両コイル部分から出力される電力よりも大きくなる回転速度領域の下限を与える回転速度Ｎ1を設定速度と呼び、両コイル部分Ｌ1及びＬ2を直列に接続した状態にしておくと負荷の要求電力が最低である場合でも磁石発電機の出力が不足することになる回転速度領域の下限を与える回転速度Ｎ3を直列接続時出力限界速度と呼ぶ。
【００４５】
本発明においては、磁石発電機の回転速度と磁石発電機の出力の過不足の状態とに応じて、電機子コイルの第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを直列に接続した状態と並列に接続した状態とを切り換えることにより機関の低速回転時から高速回転時まで、発電機の出力を過剰にすることなく負荷を満足に駆動し得るようにする。そのため本発明においては、磁石発電機の出力電力が不足するおそれがあるか否かを判定する発電機出力判定手段を設けて、この判定手段による判定結果と、機関の回転速度との双方に応じて、第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2との接続の切換を行うコイル接続切換制御手段を設ける。
【００４６】
本実施形態では、マイクロコンピュータ１０に所定のプログラムを実行させることにより、電圧検出回路１２を通して読み込んだ整流回路の出力電圧ＶBが判定値ＶD以上であるときに磁石発電機の出力が不足するおそれがない（充足している）と判定し、整流回路の出力電圧ＶBが判定値ＶD未満であるときに磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定する発電機出力判定手段を構成する。判定値ＶDは、負荷の要求電力に対して磁石発電機の出力が不足していない状態にある時の整流回路の出力電圧ＶBの下限値であり、実験的に求められる値である。定格電圧が１２［Ｖ］のバッテリ５を整流回路の出力側に接続する場合、判定値ＶDは例えば１３．５［Ｖ］に設定する。
【００４７】
そして、図６において、第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを並列に接続した状態で両コイル部分から出力される電力Ｐ（曲線ｂ）が第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを直列に接続した状態で両コイルから出力される電力Ｐ（曲線ａ）を上回る状態になる回転速度領域の下限を与える内燃機関の回転速度Ｎ1を設定速度として、回転速度検出手段により検出された回転速度Ｎeが設定速度Ｎ1未満のとき及び回転速度検出手段により検出された回転速度Ｎeが設定速度Ｎ1以上であるが発電機出力判定手段により磁石発電機の出力が充足するおそれがないと判定されたときに、第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを磁石発電機の出力端子１ａ，１ｂ間に直列に接続し、回転速度検出手段により検出された回転速度Ｎeが設定速度Ｎ1以上になっていて、かつ発電機出力判定手段により磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定されたときに第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを磁石発電機の出力端子間に並列に接続し、機関の回転速度Ｎeが、第１のコイル部分と第２のコイル部分とを直列に接続しておいたのでは負荷の要求電力が最低である場合でも磁石発電機の出力が不足する状態になる回転速度領域の下限を与える直列接続時出力限界速度Ｎ3以上になったときには、発電機出力判定手段による判定結果の如何に関わりなく第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを整流回路の入力端子間に並列に接続するように、コイル接続切換回路４のリレーＲy1及びＲy2を制御するコイル接続切換制御手段を設ける。
【００４８】
本実施形態において、マイクロコンピュータが実行するメインルーチンのアルゴリズムを示すフローチャートの要部を図７に示し、ピックアップコイル３から信号検出部１１を通してマイクロコンピュータ１０に割込み信号が与えられる毎にマイクロコンピュータにより実行される割込みルーチンのアルゴリズムを示すフローチャートを図８に示した。
【００４９】
マイクロコンピュータ１０は、ピックアブコイル３からポートＡ1に割込み信号が入力される毎に図８に示した割込みルーチンを実行し、このルーチンのステップ１においてタイマの計測値を読み取って、前回の割込み信号が入力されてから今回の割込み信号が入力されるまでの時間（クランク軸が１回転するのに要する時間）を求め、この時間から内燃機関の回転速度（磁石発電機の回転速度）Ｎeを演算する。次いでステップ２以降で燃料噴射制御や点火時期の制御に必要な処理を行った後、メインルーチンに復帰する。この割込みルーチンのステップ１により回転速度検出手段が構成される。
【００５０】
割込みルーチンのステップ２以降で行われる処理は、例えば、燃料噴射装置に燃料の噴射を開始させる処理や、点火タイマに点火時期を計測するための計時データをセットしてその計測を開始させるための処理等である。
【００５１】
マイクロコンピュータ１０は、その電源が確立したときに図７に示したメインルーチンを開始する。このメインルーチンでは、先ずステップ１において各部の初期化を行い、次いでステップ２で回転速度検出手段により検出された機関の回転速度Ｎeを限界速度Ｎ3と比較し、回転速度Ｎeが限界速度Ｎ3未満のときにステップ３に進んで回転速度Ｎeを設定速度Ｎ1と比較する。その結果、回転速度Ｎeが設定速度Ｎ1未満であるときにはステップ４に進んでポートＡ2から第１の制御信号を発生させて［ポートＡ2の電位をＬレベル（ローレベル）にし］ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ1をオフ状態にし、電機子コイルの第１のコイル部分Ｌ1及び第２のコイル部分Ｌ2を磁石発電機の出力端子１ａ，１ｂ間に直列接続した状態にする。その後ステップ５で燃料噴射制御や点火時期制御に必要な処理を行った後、ステップ２に戻る。燃料噴射制御や点火時期制御に必要な処理とは、例えば、各種の制御条件に対する燃料噴射時間の演算や、点火時期の演算等である。
【００５２】
ステップ３で回転速度Ｎeが設定速度Ｎ1以上であると判定されたときには、次いでステップ６で電圧検出回路１２により検出された整流回路の出力電圧ＶBを判定値ＶDと比較し、出力電圧ＶBが判定値ＶDを超えているときに磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定して、ステップ４でポートＡ2から第１の制御信号を発生させる［ポートＡ2の電位をＬレベルにする］。これにより、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ1をオフ状態にして、電機子コイルの第１のコイル部分Ｌ1及び第２のコイル部分Ｌ2を磁石発電機の出力端子１ａ，１ｂ間に直列に接続した状態にした後、ステップ５に移行する。ステップ６で電圧検出回路１２により検出された整流回路の出力電圧ＶBが判定値ＶD以下であると判定されたときには、磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定してステップ７でポートＡ2から第２の制御信号を発生させる［ポートＡ2の電位をＨレベルにする］。これによりＭＯＳＦＥＴ  Ｑ1をオン状態にして、電機子コイルの第１のコイル部分Ｌ1及び第２のコイル部分Ｌ2を磁石発電機の出力端子１ａ，１ｂ間に並列に接続した状態にしてステップ５に移行する。またステップ２で回転速度Ｎeが直列接続時出力限界速度Ｎ3以上であると判定されたときには、無条件でステップ７に移行してＭＯＳＦＥＴＱ1をオン状態にし、第１のコイル部分Ｌ1及び第２のコイル部分Ｌ2を磁石発電機の出力端子１ａ，１ｂ間に並列に接続した状態にする。
【００５３】
図７に示したアルゴリズムによる場合には、ステップ６により整流回路２の出力電圧ＶBが設定された判定値ＶD以下のときに磁石発電機の出力電力が不足するおそれがあると判定し、整流回路の出力電圧ＶBが設定された判定値ＶDを超えているときに磁石発電機の出力電力が不足するおそれがないと判定する発電機出力判定手段が構成され、ステップ２，３，４，６及び７により、回転速度検出手段により検出された回転速度Ｎeが設定速度Ｎ1未満のとき及び該回転速度が設定速度Ｎ1以上であるが発電機出力判定手段により磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定されたときにコイル接続切換回路に第１の制御信号を与え、回転速度検出手段により検出された回転速度が設定速度以上になっていて、かつ発電機出力判定手段により磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定されたときにコイル接続切換回路に第２の制御信号を与えて磁石発電機の回転速度と磁石発電機の出力の過不足の状態とに応じてコイル接続切換回路を制御するコイル接続切換制御手段が構成される。
【００５４】
上記のように構成すると、内燃機関の回転速度Ｎeが設定速度Ｎ1以下のときには第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを直列に接続して、磁石発電機１から負荷を駆動するのに十分な出力を取り出すことができる。また、内燃機関の回転速度Ｎeが設定速度を超えているときには、磁石発電機の出力が不足していると判定されたときにのみ第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを並列に接続して磁石発電機の出力を増大させ、磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定されたときには、第１のコイル部分Ｌ1と第２のコイル部分Ｌ2とを直列に接続したままの状態に保持して磁石発電機の出力が過剰にならないようにするため、磁石発電機の出力が過剰になるのを極力防いで、発電機の出力が短絡される時間を短くすることができ、発電機の出力の短絡により生じる電力損失を少なくすることができる。従って、磁石発電機の出力を短絡する短絡回路のスイッチ素子や、発電コイルで生じる発熱を少なくして、これらが破損するおそれを無くすことができ、信頼性を向上させることができる。
【００５５】
上記の実施形態では、整流回路の出力電圧を判定値ＶDと比較することにより磁石発電機の出力が不足するおそれがあるか否かを判定するようにしているが、出力電圧制御回路が、磁石発電機の出力端子間を短絡する短絡回路を構成する際にオン状態にされる出力短絡用スイッチを備えていて、整流回路の出力電圧が設定値を超えたときに出力短絡用スイッチをオン状態にし、整流回路の出力電圧が設定値以下のときに出力短絡用スイッチをオフ状態にして整流回路の出力電圧を設定値以下に保つように構成されている場合には、出力短絡用スイッチをオン状態にするために該出力短絡用スイッチに与える駆動信号が発生している時間が、該駆動信号の発生間隔に対して占める割合を駆動信号のデューティ値として検出して、該デューティ値を電圧信号に変換するデューティ値・電圧信号変換器を設け、このデューティ値・電圧信号変換器から得られる電圧信号が設定値以下であるときに磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定し、電圧信号が設定値を超えているときに記磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定するように発電機出力判定手段を構成することができる。
【００５６】
上記デューティ値は、整流回路の出力が過大になって出力の短絡が行われる頻度を表しており、磁石発電機の出力が不足するおそれがある状態では該出力の短絡が行われる頻度が低くなるが、磁石発電機の出力が不足するおそれがない状態では、該出力の短絡が行われる頻度が高くなるため、上記デューティ値に比例した電圧信号が設定値以下であるか、あるいは設定値を超えているかを判定することにより、磁石発電機の出力が不足するおそれがあるかないかを判定することができる。
【００５７】
上記のように、デューティ値・電圧信号変換器を設けてその出力から磁石発電機の出力が不足するおそれがあるか否かを判定する場合の回路構成を図２に示した。図２に示した例では、電圧検出部６からサイリスタＴh1に与えられるトリガ信号（駆動信号）が、デューティ値・電圧信号変換器２０に入力され、該変換器２０から出力される電圧信号がマイクロコンピュータのＡ／Ｄ入力ポートに入力されている。デューティ値・電圧信号変換器２０は、電圧検出部６がトリガ信号（駆動信号）を発生する時間が、駆動信号の発生間隔に対して占める割合を駆動信号のデューティ値ＤＦとして、該デューティ値に比例した大きさを有する電圧信号を発生する。マイクロコンピュータ１０は、所定のプログラムを実行することにより、この電圧信号が設定値以下であるときに（出力電圧を調整する短絡動作がほとんど行われないときに）磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定し、電圧信号が設定値を超えているときに（出力電圧を調整する短絡動作が頻繁に行われるときに）磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定する発電機出力判定手段を構成する。
【００５８】
上記デューティ値・電圧信号変換器２０は、例えば、電圧検出部６から出力されるトリガ信号によりコンデンサを充電する充電回路と、トリガ信号が発生していない期間該コンデンサを一定の時定数で放電させる放電回路とにより構成することができる。このように構成した場合、コンデンサの両端の電圧は、トリガ信号が発生している間（整流回路の出力電圧が設定値を超えている間）に上昇し、トリガ信号が発生していない間に一定の時定数で低下するため、該コンデンサの両端の電圧はトリガ信号のデューティ値にほぼ比例する。
【００５９】
本発明に係わる内燃機関用電源装置を図２に示したように構成する場合に、マイクロコンピュータ１０に実行させるメインルーチンのアルゴリズムを示すフローチャートを図９に示した。図９に示したアルゴリズムは、ステップ６において駆動信号のデューティ値ＤＦ（デューティ値・電圧信号変換器２０から得られる電圧信号のＡ／Ｄ変換値）が設定値以下であると判定されたときに磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定してステップ７でＭＯＳＦＥＴ  Ｑ1をオン状態にする点、及びステップ６でデューティ値ＤＦが設定値を超えていると判定されたときに磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定してＭＯＳＦＥＴ  Ｑ1をオフ状態にする点を除き、図７に示した例と同様である。
【００６０】
上記の実施形態では、出力短絡用スイッチをオン状態にするために該出力短絡用スイッチに与える駆動信号のデューティ値ＤＦ（短絡が行われる頻度）を設定値と比較することにより、磁石発電機の出力が不足するおそれがあるか否かを判定するようにしたが、整流回路２の出力電圧を設定値以下に保つように制御する出力電圧制御回路の短絡回路が整流回路の入力端子間（磁石発電機の出力端子間）を短絡している時間が一定の時間に対して占める割合を短絡率として検出する短絡率検出手段を設けて、この短絡率検出手段により検出された短絡率が設定値以下であるときに磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定し、短絡率検出手段により検出された短絡率が設定値を超えているときに磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定するように発電機出力判定手段を構成することもできる。この場合には、図９のフローチャートのステップ６においてデューティ値ＤＦを設定値と比較する代わりに、短絡率を設定値と比較するようにすればよい。
【００６１】
上記短絡率は、例えば、サイリスタＴh1の両端の電圧及びサイリスタＴh2の両端の電圧からこれらのサイリスタが導通している時間を短絡時間として検出して、一定の時間の間に検出される短絡時間を積算することにより求めることができる。
【００６２】
上記の各実施形態では、リレーＲy1及びＲy2を用いてコイル接続切換回路４を構成したが、半導体スイッチを用いてコイル接続切換回路を構成することもできる。コイル接続切換回路４を半導体スイッチを用いて構成した実施形態の回路構成を図３に示した。
【００６３】
図３に示した例では、電機子コイルから引き出された第１の端子ｔ1（磁石発電機の一方の出力端子１ａ）と第２の端子ｔ2との間に接続された第１のスイッチＳ1と、第２の端子ｔ2と磁石発電機の他方の出力端子１ｂとの間に接続された第２のスイッチＳ2と、第３の端子ｔ3と磁石発電機の他方の出力端子１ｂとの間に接続された第３のスイッチＳ3と、これらのスイッチＳ1ないしＳ3にそれぞれ駆動信号Ｖg1ないしＶg3を与えるドライバ回路１１０Ｂとにより、コイル接続切換回路１１０が構成されている。図示の例では、第１のスイッチＳ1ないしＳ3としてＭＯＳＦＥＴが用いられている。
【００６４】
ドライバ回路１１０Ｂは、スイッチＳ1ないしＳ3にそれぞれ対応する３つの入力端子を有していて、これら３つの入力端子がマイクロコンピュータ１０のポートＡ21ないしＡ23に接続されている。ドライバ回路１１０Ｂは、マイクロコンピュータのポートＡ21ないしＡ23の電位がＨレベルにされたときにそれぞれスイッチＳ1ないしＳ3に駆動信号Ｖg1ないしＶg3を与えるように構成されている。
【００６５】
図３に示すようにコイル接続切換回路を構成した場合には、図５の表に示したように、スイッチＳ1及びＳ3をオフ状態にし、スイッチＳ2をオン状態にしたときに第１のコイル部分Ｌ1及び第２のコイル部分Ｌ2が直列に接続され、スイッチＳ1及びＳ3をオン状態にし、スイッチＳ2をオフ状態にしたときに第１のコイル部分Ｌ1及び第２のコイル部分Ｌ2が並列に接続される。
【００６６】
この実施形態においても、図１及び図２に示した実施形態と同様に、第１のコイル部分Ｌ1及び第２のコイル部分Ｌ2を並列に接続したときに両コイル部分から出力される電力が第１のコイル部分Ｌ1及び第２のコイル部分Ｌ2を直列に接続したときに両コイル部分から出力される電力を上回る状態になる回転速度領域の下限を与える磁石発電機の回転速度を設定速度Ｎ1として、回転速度検出手段により検出された回転速度が設定速度Ｎ1未満のとき及び該回転速度が設定速度Ｎ1以上であるが発電機出力判定手段により磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定されたときにコイル接続切換回路に第１の制御信号を与え、回転速度検出手段により検出された回転速度が設定速度Ｎ1以上になっていて、かつ発電機出力判定手段により磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定されたときにコイル接続切換回路に第２の制御信号を与えて磁石発電機の回転速度と磁石発電機の出力の過不足の状態とに応じてコイル接続切換回路を制御するコイル接続切換制御手段がマイクロコンピュータ１０により構成される。
【００６７】
この場合、コイル接続切換制御手段がコイル接続切換回路１１０に与える第１の制御信号は、第１のスイッチＳ1及び第３のスイッチＳ3をオフ状態にして第２のスイッチＳ2をオン状態にする信号（ポートＡ21ないしＡ23からそれぞれ出力されるＬ，Ｈ，Ｌレベルの信号）であり、コイル接続切換制御手段がコイル接続切換回路１１０に与える第２の制御信号は、第１のスイッチＳ1及び第３のスイッチＳ3をオン状態にして第２のスイッチＳ2をオフ状態にする信号（ポートＡ21ないしＡ23からそれぞれ出力されるＨ，Ｌ，Ｈレベルの信号）である。
【００６８】
図３の実施形態においてマイクロコンピュータ１０が実行するメインルーチンのアルゴリズムを示すフローチャートの一例を図１０に示した。図１０に示したアルゴリズムは、ステップ３で回転速度Ｎeが設定速度Ｎ1よりも低いと判定されたとき及びステップ６において出力電圧ＶBが判定値ＶDを超えていると判定されたときに、ステップ４においてスイッチＳ1，Ｓ3をオフ状態にし、スイッチＳ2をオン状態にして第１及び第２のコイル部分を直列に接続する点、及びステップ２で回転速度Ｎeが限界速度Ｎ3以上であると判定されたとき及びステップ６で出力電圧ＶBが判定値ＶD以下であると判定されたときに、ステップ７においてスイッチＳ1，Ｓ3をオン状態にし、スイッチＳ2をオフ状態にして第１及び第２のコイル部分を並列に接続する点を除き、図７に示した例と同様である。
【００６９】
図４は本発明の更に他の実施形態を示したもので、この実施形態は、図３に示した電圧検出回路を、デューティ値・電圧信号変換器２０で置き換えたものである。デューティ値・電圧信号変換器２０は、出力短絡用スイッチ（図示の例ではサイリスタＴh1及びＴh2）をオン状態にするために該出力短絡用スイッチに与える駆動信号が発生している時間が、該駆動信号の発生間隔に対して占める割合を駆動信号のデューティ値として検出して、該デューティ値を電圧信号に変換する。この場合、発電機出力判定手段は、デューティ値・電圧信号変換器から得られる電圧信号が設定値以下であるときに磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定し、電圧信号が設定値を超えているときに磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定するように構成される。
【００７０】
図４の実施形態においてマイクロコンピュータ１０が実行するプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの一例を図１１に示した。図１１に示したアルゴリズムは、ステップ６においてデューティ値ＤＦが設定値を超えていると判定されたときに磁石発電機の出力が不足するおそれがないとしてステップ４においてスイッチＳ1，Ｓ3をオフ状態にし、スイッチＳ2をオン状態にする点、及びステップ６においてデューティ値ＤＦが設定値以下であると判定されたときに磁石発電機の出力が不足するおそれがあるとして、ステップ７においてスイッチＳ1，Ｓ3をオン状態にし、スイッチＳ2をオフ状態にする点を除き、図１０に示した例と同様である。
【００７１】
図３及び図４に示したように、コイル接続切換回路のスイッチとして半導体スイッチを用いる場合も、出力電圧制御回路により磁石発電機の出力端子間が短絡される時間の一定時間に対する割合を短絡率として検出する短絡率検出手段を設けて、この短絡率検出手段により検出された短絡率が設定値以下であるときに磁石発電機の出力が不足するおそれがあると判定し、該短絡率検出手段により検出された短絡率が設定値を超えているときに磁石発電機の出力が不足するおそれがないと判定するように発電機出力判定手段を構成することができる。このように短絡率により磁石発電機の出力の過不足を判定する場合には、図１１のフローチャートのステップ６においてデューティ値ＤＦを設定値と比較する代わりに、短絡率を設定値と比較する。
【００７２】
上記の各実施形態では、磁石発電機が単相交流出力を発生するように構成されているが、多相の交流出力を発生するように磁石発電機が構成される場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施形態の回路構成を示した回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の回路構成を示した回路図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の回路構成を示した回路図である。
【図４】本発明の第４の実施形態の回路構成を示した回路図である。
【図５】図３に示した実施形態及び図４に示した実施形態において第１及び第２のコイル部分を直列に接続する場合及び並列に接続する場合のスイッチの状態を示した図表である。
【図６】磁石発電機に設けられた電機子コイルの第１のコイル部分と第２のコイル部分を直列に接続した場合に得られる出力電力対回転速度特性と、両コイル部分を並列に接続し場合に得られる出力電力対回転速度特性とを示したグラフである。
【図７】図１の実施形態においてマイクロコンピュータが実行するプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの要部を示したフローチャートである。
【図８】図１ないし図４の実施形態においてピックアップコイルが信号を発生したときに実行される割り込みルーチンのアルゴリズムの要部を示したフローチャートである。
【図９】図２の実施形態においてマイクロコンピュータが実行するプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの要部を示したフローチャートである。
【図１０】図３の実施形態においてマイクロコンピュータが実行するプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの要部を示したフローチャートである。
【図１１】図４の実施形態においてマイクロコンピュータが実行するプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの要部を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１  磁石発電機
１０５ａ〜１０５ｆ  電機子コイル
Ｌ1  電機子コイルの第１のコイル部分
Ｌ2  電機子コイルの第2のコイル部分
１１０  コイル接続切換回路
Ｒy1，Ｒy2  リレー
Ｓ1〜Ｓ3  第１ないし第３のスイッチ
Ｑ1  ＭＯＳＦＥＴ
２  整流回路
１０  マイクロコンピュータ
１２  電圧検出回路
２０  デューティ値・電圧変換器
【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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