(57)【要約】【課題】自転車などの交流発電機の出力電圧は高くないため、これを直接整流して直流電力を得ようとする場合、整流器による電圧降下による損失が大きいという問題があった。また、交流発電機からの入力電流が流れ過ぎ、電機子反作用により発電機の界磁が強く打ち消され、電力を取り出す効率が大きく低下するという問題があった。【解決手段】交流発電機の電力を、整流せずに交流スイッチング素子を通じてコイルに蓄え、交流スイッチング素子のオン時間を制御することにより、交流発電機からの入力電流を制限し、交流スイッチング素子のオフ時間にコイルに蓄えた電力を昇圧してから整流することにより、効率良く直流電力を得ることを特徴とした方式。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流発電機の電力を、整流せずに交流スイッチング素子を通じてコイルに蓄え、かつ、前記交流スイッチング素子のオン時間を制御することにより、前記交流発電機からの入力電流を、電機子反作用により前記交流発電機の界磁が過度に打ち消されない範囲に制限し、かつ、前記交流スイッチング素子のオフ時間に前記コイルに蓄えた電力を整流することにより、直流電力を得ることを特徴とした方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、交流発電機の電力を効率良く直流電力として取り出すための方式に関する。さらには、自転車などに用いられる、出力電圧と出力電流が小さい交流発電機から、効率良く直流電力を取り出すための方式に関する。
【背景技術】
【０００２】従来の交流発電機から直流電力を取り出す方式しては、特開２００３−２１２１７２に記載されたものがある。この従来例では、発電機の低い出力電圧を、Ｎ倍圧で整流することにより、十分な電圧を得る方式が記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】しかしながら、上記従来例においては、発電機の出力電力を直接整流しており、整流器の電圧降下のための損失が大きい。また、発電機からの入力電流を制限する機構が無いために、容易に電流が流れ過ぎて、電機子反作用による界磁の打ち消し効果が大きくなり、効率良く電力を取り出すことができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】そこで、本発明は、上記従来の未解決の課題を解決するため、交流発電機の電力を、整流せずに交流スイッチング素子を通じてコイルに蓄え、交流スイッチング素子のオン時間を制御することにより、発電機からの入力電流を制限し、かつ、交流スイッチング素子のオフ時間にコイルに蓄えた電力を昇圧してから整流することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】本発明においては、発電機の電力を昇圧してから整流することにより、整流器に電流が流れる時間を交流スイッチング素子のオフ時間のみに短縮できるため、整流器の電圧降下による損失を低減する効果がある。また、交流スイッチング素子のオン時間を制御することにより入力電流を制限し、過度に電機子反作用による界磁の打ち消しがされない範囲で、効率良く電力を取り出すことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【０００７】図１は、本発明に関わる交流発電機から直流電力を取り出すための回路の回路図である。交流スイッチング素子は交流発電機の出力の周期よりも十分に短い周期でオンとオフを繰り返す。【０００８】コンデンサＣ１およびＣ２は、短周期の電流を供給するための平滑コンデンサである。【０００９】電界効果トランジスタＱ１およびＱ２は、交流スイッチング素子である。交流スイッチング素子がオンとなると、交流発電機ＦＬの出力電力がコイルＬ１に印加され、コイルに電力が蓄えられる。【００１０】コンデンサＣ１１からＣ１４は、出力電圧の平滑コンデンサである。【００１１】ダイオードＤ３およびＤ４は、交流スイッチング素子がオフとなった場合に、コイルに蓄えられた電力を整流して、コンデンサＣ１１からＣ１４に供給する。【００１２】発光ダイオードＤ５からＤ５６は、生成した直流電力を消費する負荷である。【００１３】コンデンサＣ５およびＣ６は、三端子レギュレータＵ２の電源入力の平滑コンデンサである。ダイオードＤ１は、交流発電機ＦＬの出力を整流して、コンデンサＣ５およびＣ６に供給する。【００１４】また、コンデンサＣ５およびＣ６と抵抗器Ｒ１およびＲ２はローパスフィルタを構成している。ローパスフィルタは、主に交流発電機の出力の周波数より十分に低い周波数成分を透過させる。【００１５】抵抗器Ｒ１およびＲ２は、入力電圧を制御部Ｕ３の扱える範囲内に分圧する。コンデンサＣ３は分圧した入力電圧のノイズ防止コンデンサである。【００１６】コンデンサＣ９およびコンデンサＣ１０は、制御部Ｕ３の電源の平滑コンデンサである。【００１７】コンデンサＣ７およびＣ８は、三端子レギュレータＵ１の電源入力の平滑コンデンサである。ダイオードＤ２は、コイルＬ１の出力を整流して、コンデンサＣ７およびＣ８に供給する。【００１８】コンデンサＣ４は三端子レギュレータＵ１の電源出力の平滑コンデンサである。【００１９】フォトカプラＰＣ１は抵抗器Ｒ３を通して、入出力が絶縁された状態で電界効果トランジスタＱ１およびＱ２をドライブする。【００２０】抵抗器Ｒ４は、交流発電機ＦＬが電力を生じていない期間に、電界効果トランジスタＱ１およびＱ２のゲートに蓄えられた電荷を放電する。【００２１】抵抗器Ｒ５は制御部Ｕ３からのフォトカプラＰＣ１のドライブ電流を制限する。【００２２】抵抗器Ｒ８およびＲ９は、負荷に流れる電流を検出するための抵抗器である。シャントレギュレータＵ４は、抵抗器Ｒ８およびＲ９の両端の電圧が一定を越えると、過電流を検出し、抵抗器Ｒ７を通じて、フォトカプラＰＣ２の入力をドライブする。【００２３】コンデンサＣ１５は、シャントレギュレータＵ４の発振防止用のコンデンサである。【００２４】フォトカプラＰＣ２の出力は、抵抗器Ｒ６でプルアップされ、制御部Ｕ３に入力される。【００２５】制御部Ｕ３は、オン時間Ｔｏｎを、入力電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｍａｘから、次式により求める。
Ｔｏｎ＝Ｉｍａｘ＊Ｌ１／Ｖｉｎ【００２６】オンとなる期間に、交流発電機の出力電圧が周期内の最大値を取る場合、コイルＬ１に流れる電流はゼロからほぼＩｍａｘまで増加する。【００２７】オンとなる期間の交流発電機の出力電圧が、周期内の最大値を取らない場合、コイルＬ１に流れる電流は入力電圧に比例した電流まで増加する。【００２８】制御部Ｕ３は、オフ時間Ｔｏｆｆを、入力電圧Ｖｉｎ、負荷電圧Ｖｏｕｔ、入力電流Ｉｍａｘから、次式により求める。
Ｔｏｆｆ＝Ｉｍａｘ＊Ｌ１／（Ｖｏｕｔ−Ｖｉｎ）【００２９】オフ時間の間に、コイルＬ１に流れる電流はゼロまで減少する。【００３０】入力電流Ｉｍａｘは、交流発電機の出力を短絡した場合に流れる電流の最大値と同程度の値である。交流発電機からの入力電流の実効値は、Ｉｍａｘ／２√２程度に抑制される。【００３１】制御部Ｕ３は、交流スイッチング素子のオンオフ周期より十分に長い一定時間毎にＡ／Ｄ変換を行い、前記の式に従い交流スイッチング素子のオン時間とオフ時間を変更する。【００３２】制御部Ｕ３は、出力電流を監視し、過電流を検出した場合は、交流スイッチング素子をオンしたままとすることにより、負荷を保護する。
【産業上の利用可能性】
【００３３】本発明は、交流発電機の電力を効率良く直流電力として取り出すための方式に関する。自転車用の発電機のほか、小規模の風力発電や水力発電などに用いられる発電機の整流にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の、交流発電機から直流電力を取り出すための回路を示した回路図である。
【符号の説明】
【００３５】ＦＬ  交流発電機
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８，Ｃ９，Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５  コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４  ダイオード
Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８，Ｄ９，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７，Ｄ１８，Ｄ１９，Ｄ２０，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４，Ｄ２５，Ｄ２６，Ｄ２７，Ｄ２８，Ｄ２９，Ｄ３０，Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ３４，Ｄ３５，Ｄ３６，Ｄ３７，Ｄ３８，Ｄ３９，Ｄ４０，Ｄ４１，Ｄ４２，Ｄ４３，Ｄ４４，Ｄ４５，Ｄ４６，Ｄ４７，Ｄ４８，Ｄ４９，Ｄ５０，Ｄ５１，Ｄ５２，Ｄ５３，Ｄ５４，Ｄ５５，Ｄ５６  発光ダイオード
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９  抵抗器
Ｌ１  コイル
Ｕ１，Ｕ２  三端子レギュレータ
Ｕ３  制御部
Ｕ４  シャントレギュレータ
ＰＣ１，ＰＣ２  フォトカプラ
Ｑ１，Ｑ２  電界効果トランジスタ
【図１】
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