(57)【要約】【課題】太陽電池の発生電圧を効率よく昇圧しつつ蓄電し、さらに、負荷の消費電力よりも太陽電池の発生電力が低いときでも自動的にモータを所定の電圧で間欠駆動し太陽電池の発生電力を変換効率の高いものとする。【解決手段】発電機構である太陽電池とその発生電圧を昇圧するコンバータを設け、当該コンバータと蓄電機構をダイオードを介して接続し、トランジスタやツェナーダイオード並びに抵抗器からなる電圧検出機構を設け、モータのオン／オフ制御を行うスイッチ機構をスイッチング素子で構成し、当該スイッチ機構と当該モータを接続し、スイッチ保持機構とする抵抗器を介して当該トランジスタと当該スイッチング素子を接続し、当該蓄電機構と当該スイッチ機構を当該電圧検出機構を介して接続した構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機構である太陽電池とその発生電圧を昇圧するコンバータを設け、当該コンバータと蓄電機構をダイオードを介して接続し、トランジスタやツェナーダイオード並びに抵抗器からなる電圧検出機構を設け、モータのオン／オフ制御を行うスイッチ機構をスイッチング素子で構成し、当該スイッチ機構と当該モータを接続し、スイッチ保持機構とする抵抗器を介して当該トランジスタと当該スイッチング素子を接続し、当該蓄電機構と当該スイッチ機構を当該電圧検出機構を介して接続したソーラーモータ用昇圧回路。
【請求項２】
請求項１において、コンバータの入力端子と蓄電機構を定電流ダイオードを介して接続し、当該コンバータと並列になるように当該入力端子と抵抗器を接続したソーラーモータ用昇圧回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、直列に接続したダイオードとコンデンサの組合せと並列に、且つ、コンバータの入力端子と定電流ダイオードを介して接続するダイオードとコンデンサを設けたソーラーモータ用昇圧回路。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３において、蓄電機構を電気二重層コンデンサで構成したソーラーモータ用昇圧回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、太陽電池の発生電力を昇圧し蓄電することでモータの回転力に変換し効果的に利用するものであり、且つ、簡単な構成により比較的大容量の蓄電機構を用いてモータの自動間欠駆動を可能とする手段であり、発生電圧の低い太陽電池を用いてモータを駆動することができるソーラーモータ駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  先ず、第１の背景技術は太陽電池とファンモーターを直結した構成であり、太陽電池の発生電力とファンの回転力は比例するものとなっている（特許文献１参照）。【０００３】  次に、第２の背景技術は太陽電池とＤＣモータをコンバータを介して接続した閉回路であり、太陽電池の発生電力をインダクタンスに蓄積しパルス出力電圧としてＤＣモータに印加し駆動力とするものである（特許文献２参照）。【０００４】
【特許文献１】実開昭５９−０３２５０８号公報
【特許文献２】実開昭６１−２０２１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしながら、前記第１の背景技術では太陽電池の最大発生電圧がＤＣモータの使用電圧範囲より低い場合には昇圧する必要があり、また、太陽電池の最大発生電力がＤＣモータの定格入力より低いときはエネルギーを蓄える必要があるという課題がある。【０００６】  次に、前記第２の背景技術は前記第１の背景技術と異なり太陽電池の発生電圧をインダクタンスに蓄える方式である。【０００６】  このエネルギーを蓄えるという点についてはコンデンサなどの蓄電機構を用いた場合と比べるとコストや大きさなどの点で不利であるという問題がある。【０００７】  本発明は、前記従来の技術の問題を解決する手段であり、太陽電池の発生電圧が低い場合でも昇圧コンバータを用いることでＤＣモータを定格電圧で駆動することができる。【０００８】  また、そのパルス出力電圧を所定の電圧になるまで放電することなく蓄えることができるため、ＤＣモータの起動を確実なもとするソーラーモータ用昇圧回路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の本発明の第１の解決手段としては、発電機構である太陽電池とその発生電圧を昇圧するコンバータを設け、当該コンバータと蓄電機構をダイオードを介して接続し、トランジスタやツェナーダイオード並びに抵抗器からなる電圧検出機構を設け、モータのオン／オフ制御を行うスイッチ機構をスイッチング素子で構成し、当該スイッチ機構と当該モータを接続し、スイッチ保持機構とする抵抗器を介して当該トランジスタと当該スイッチング素子を接続し、当該蓄電機構と当該スイッチ機構を当該電圧検出機構を介して接続する構成である。【００１０】  次に、本発明の第２の解決手段としては、前記第１の解決手段において、コンバータの入力端子と蓄電機構を定電流ダイオードを介して接続し、当該コンバータと並列になるように当該入力端子と抵抗器を接続する構成である。【００１１】  次に、本発明の第３の解決手段としては、前記第１または前記第２の解決手段において、直列に接続したダイオードとコンデンサの組合せと並列に、且つ、コンバータの入力端子と定電流ダイオードを介して接続するダイオードとコンデンサを設けるものである。【００１２】  次に、本発明の第４の解決手段としては、前記第１ないし前記第３の解決手段において、蓄電機構を電気二重層コンデンサで構成するものである。
【発明の効果】
【００１３】  以上の説明にあるように本発明は太陽電池の発生電圧をコンバータで昇圧し比較的大容量である電気二重層コンデンサに蓄電するため比較的大きなエネルギーを蓄えることができ、この電圧は昇圧コンバータのパルス出力電圧であるためスイッチング素子による電圧検出並びにスイッチング機能を確実なものとすることができる。【００１４】  また、前記蓄電機構は大電流の充放電が可能であり、且つ、耐久性に優れているという点も有効であり、比較的大きなエネルギーを必要とするＤＣモータ起動時に有用である。【００１５】  さらに、本発明の構成には発生電圧の低い太陽電池を用いることができるためコスト低減や機構の小型化を計ることができる。【００１６】  次に、利用分野としてはソーラーファンやソーラーポンプのモータ駆動回路とすることができる他に、低コストであるため玩具の動力としての用途も有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  次に、本発明の第１実施の形態を図１を参照し説明すれば、先ず、発電機構である太陽電池１と並列にコンデンサｂ２を接続し、ステップ電源３と抵抗器ａ９並びにトランジスタａ５とコイル４及びダイオードａ７からなる昇圧コンバータ１６を構成し、太陽電池１とコンデンサａ８を昇圧コンバータ１６を介して接続する。【００１８】  次に、コンデンサａ８の電圧検出機構として抵抗器ｂ１０と抵抗器ｃ１１並びにツェナーダイオード１２を直列に接続し、抵抗器ｂ１０と抵抗器ｃ１１の分圧でスイッチングするようにトランジスタｂ６を接続する。【００１９】  次に、コンデンサａ８と電界効果トランジスタａ１７をモーター１５を介して接続し、電圧検出信号によりスイッチングするようにトランジスタｂ６と電界効果トランジスタａ１７と接続し、さらに、トランジスタｂ６と電界効果トランジスタａ１７を抵抗器ｄ１４を介して接続しスイッチ保持機構とする構成である（請求項１記載）。【００２０】  次に、この構成の機能について図１を参照し説明すれば、先ず、本構成の昇圧コンバータ１６は太陽電池１１の発生電圧をトランジスタａ５のオン／オフによりコイル４に発生する高い電圧に変換しダイオードａ７で整流するものである。【００２１】  次に、この電圧をコンデンサａ８に蓄電し抵抗器ｂ１０と抵抗器ｃ１１並びにツェナーダイオード１２及びトランジスタｂ６からなる電圧検出機構でコンデンサａ８の電位を検出し、その信号により電界効果トランジスタａ１７をスイッチングしモータ１５を駆動する電流となる。【００２２】  また、この電流は抵抗器ｄ１４を介してトランジスタｂ６のベースとエミッタ間に流れるスイッチ保持電流となり、トランジスタｂ６のベース電流の供給が止まるまで続き、これは抵抗器ｄ１４の値を調整することで抵抗器ｃ１１との分圧値を定めスイッチオフ時のコンデンサａ８の電圧を設定することができる。【００２３】  なお、コンデンサａ８の電圧検出機能については非線形素子であるツェナーダイオード１２及びトランジスタｂ６を用いる構成であり、且つ、昇圧コンバータ１６によるパルス出力電圧により電位が高まるため、トランジスタｂ６のスイッチングを確実なものとすることができる。【００２４】  以上のように本構成は比較的低コストである発生電圧の低い太陽電池１を用いて大容量キャパシタであるコンデンサａ８に高いエネルギーを蓄えることができるため、モータ１５の消費電力よりも太陽電池１の発生電力が低いときでも、パルス出力電圧を発生する昇圧コンバータ１６と電圧検出機構やスイッチング素子との組合せによりモータ１５の自動間欠駆動を可能とするものである。【００２５】  従って、本発明の蓄電機構には比較的大容量である電気二重層コンデンサで構成することができる（請求項４記載）。【００２６】  加えて、抵抗器ｂ１０と抵抗器ｃ１１などのように直列に接続し分圧に用いる抵抗器については中間に接続端子のある半固定抵抗器とすることもできる。【００２７】  次に、図２に示す構成は本発明のスイッチング素子に電界効果トランジスタｂ２７と電界効果トランジスタａ１７を用いる例である。【００２８】  この構成は昇圧コンバータ１６のスイッチング素子として電界効果トランジスタｂ２７を用いる例でありバイポーラトランジスタと比べてターンオフ時間を短くでき、且つ、安全動作領域も広いため効率よく昇圧することができるという利点がある。【００２９】  また、モータ１５駆動用スイッチング素子として電界効果トランジスタａ１７を用いる構成は、バイポーラトランジスタと比べて低コストであり、且つ、安全動作領域も広いという利点もあるためモータ１５駆動用として適している。【００３０】  次に、図３は本発明のステップ電源３の第１の変化例を示す構成であり、スイッチング素子とコンデンサ並びにコイルからなる発振回路を構成しパルス出力電圧を発生するものである。【００３１】  次に、図４は本発明のステップ電源３の第２の変化例を示す構成であり、ステップ電源３にタイマーＩＣ１８を用いる例である。直列に接続した抵抗器ｅ２０と抵抗器ｆ２１及びコンデンサｃ２２をタイマーＩＣ１８に接続し、タイマーＩＣ１８と並列に抵抗器ｇ２３を接続し、タイマーＩＣ１８の入力端子とコンデンサａ８の正極を定電流ダイオード１９を介して接続する構成である（請求項２記載）。【００３２】  この構成はタイマーＩＣ１８による発振でパルス出力電圧を発生するため前記図３の構成よりも効率のよい昇圧コンバータとすることができる。また、この構成のポイントは抵抗器ｇ２３と定電圧ダイオード１９との組合せであり、タイマーＩＣ１８の入力電圧の安定を計ることができ、ツェナーダイオードと抵抗器の組合せよりも消費電力を低く抑えることができる。この構成により太陽電池１の発生電圧が低いときからでも消費電力を抑えつつ効率よく昇圧することができる。【００３３】  次に、図５は本発明のステップ電源３の第３の変化例を示す構成であり、前記図４の構成の直列に接続したダイオードａ７とコンデンサａ８の組合せと並列に、且つ、タイマーＩＣ１８の入力端子と定電流ダイオード１９を介して接続するものである（請求項３記載）。【００３４】  この構成のメリットは太陽電池１の発電が停止した際のコンデンサａ８の放電を低く抑えることができる点であり、また、コンデンサｄ２５を設けたことでタイマーＩＣ１８の入力電圧の安定を計ることができ、太陽電池１の発生電圧の昇圧と蓄電の効率を高めることができる。
【実施例】
【００３５】  次に、本発明の実施例を図５を参照し説明すれば、先ず、太陽電池１は電圧２Ｖ、電流０．５Ａであり、蓄電機構であるコンデンサａ８は容量１Ｆのものを３個直列接続した構成である。【００３６】  次に、昇圧コンバータ機構はタイマーＩＣ１８並びに直列に接続した抵抗器ｅ２０と抵抗器ｆ２１及びコンデンサｃ２２やコイル４とトランジスタａ５並びにダイオードａ７に加えてダイオードｂ２４やコンデンサｄ２５並びに定電流ダイオード１９や抵抗器ｇ２３を設けたものである。【００３７】  次に、電圧検出機構はＺｖ＝１１．２Ｖのツェナーダイオード１２と抵抗器ｂ１０並びに抵抗器ｃ１１やトランジスタｂ６を設け、負荷とするモータ１５の定格はＤＣ１２Ｖ、１２５ｍＡであり出力軸にファンを取り付けたものである。このスイッチング用として電界効果トランジスタａ１７と抵抗器ｄ１４を設け、これらを結線した構成である。【００３８】  次に、前記構成の機能を説明すれば昇圧コンバータ機構のスイッチング素子に駆動電圧の低いトランジスタａ５を用いているため太陽電池１の発生電圧約１．３Ｖ位から昇圧コンバータが機能し始めコンデンサａ８の電圧約３．５Ｖ位になるとタイマーＩＣ１８の入力電圧は約２．５Ｖで一定となる。【００３９】  これは定電流ダイオード１９と抵抗器ｇ２３の機能によるものである。次に、コンデンサａ８の電圧１２．３Ｖになると電圧検出機構の機能により電界効果トランジスタａ１７のスイッチングとなりモータ１５を駆動する。このときの抵抗器ｄ１４のスイッチ保持電流によりコンデンサａ８の電圧は降下し１０．３Ｖとなるまでモータ１５を駆動する。【００４０】  次に、本発明の実施例を図６を参照し説明すれば、出力軸にファンを設けたモータ１５や太陽電池１並びに昇圧駆動回路や蓄電機構などを孔２６を設けた板１３に取り付けた構成である。【００４１】  この構成は温室内の空気循環用として適しており、孔２６にフックを取り付けることで本体を吊すことができるため場所を取らずに設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】  本発明の第１実施の形態を示す回路図
【図２】  本発明のスイッチング素子の変化例を示す回路図
【図３】  本発明のステップ電源の第１の変化例を示す回路図
【図４】  本発明のステップ電源の第２の変化例を示す回路図
【図５】  本発明のステップ電源の第３の変化例を示す回路図
【図６】  本発明の第１実施の形態を示す斜視図
【符号の説明】
【００４３】１    太陽電池
２    コンデンサｂ
３    ステップ電源
４    コイル
５    トランジスタａ
６    トランジスタｂ
７    ダイオードａ
８    コンデンサａ
９    抵抗器ａ
１０  抵抗器ｂ
１１  抵抗器ｃ
１２  ツェナーダイオード
１３  板
１４  抵抗器ｄ
１５  モータ
１６  昇圧コンバータ
１７  電界効果トランジスタａ
１８  タイマーＩＣ
１９  定電流ダイオード
２０  抵抗器ｅ
２１  抵抗器ｆ
２２  コンデンサｃ
２３  抵抗器ｇ
２４  ダイオードｂ
２５  コンデンサｄ
２６  孔
２７  電界効果トランジスタｂ
【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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