JP4931987B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
また、上記発電機の発電電圧を制御すると共に、直流電圧変圧装置により電気的負荷の電圧に合わせて変圧することで、発電電流の制御も可能となる。これにより、発電電流を抑制する制御を行った場合、回転力供給装置からの入力トルク(入力エネルギー)が抑制され、回転力供給装置の負荷軽減が可能となる。この場合、制御には、回転力供給装置の運転状態(負荷状態)情報を用いて行う。
(1)直流電圧変圧装置の変圧比を変更することで、発電電圧を変化させて電力の大きさをコントロールする。負荷の特性がバッテリのように14V一定電圧の場合、発電機の動作は変圧比により14V,28V,42V等に変化し、出力電力および入力トルク(入力エネルギー)が変化する。
(2)整流部のSCR等で電力の供給有無をコントロールする。負荷がバッテリの場合、過充電(過電圧)状態となることを防止するため、整流部のSCR等で電力の供給有無をコントロールし、バッテリ電圧が一定の範囲内になるようにする。
図1はこの発明の実施の形態1における電源装置の全体構成を示す図である。この実施の形態1における電源装置は、磁石式(交流)発電機1と、磁石式発電機1で発生させた電力を供給する電気的負荷である蓄電装置2と、磁石式発電機1で発生させた交流電流を直流電流に整流する整流部3と、蓄電装置2の入力端子間電圧Vbinと、整流部3の出力端子間電圧Vroutの電圧比(Vbin/Vrout)を変更するための直流電圧変圧装置40と、変圧比(Vbin/Vrout)を制御する電圧制御部5から構成される。
図5はこの発明の実施の形態2における電源装置の全体構成を示す図である。上記実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示し詳細な説明は省略する(以下同様)。図5の電源装置では、蓄電装置2の入力端子間電圧Vbinと、整流部3の出力端子間電圧Vroutの電圧比(Vbin/Vrout)を変更するための直流電圧変圧装置40の回路4aの構成がことなる。従って電圧制御部5の変圧比(Vbin/Vrout)を制御する動作も異なる。
Cs2→MOS2H→Cr12→MOS1H
Cr13→MOS3L→Cs2→Cs1→MOS1L
Cr12→MOS2L→Cs1→MOS1L
図7はこの発明の実施の形態3における電源装置の全体構成を示す図である。上記各実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示し詳細な説明は省略する。図7の電源装置では、蓄電装置2の入力端子間電圧Vbinと、整流部3の出力端子間電圧Vroutの電圧比(Vbin/Vrout)を変更するための直流電圧変圧装置40の回路4bの構成がことなる。従って電圧制御部5の変圧比(Vbin/Vrout)を制御する動作も異なる。
Cs2→MOS2H→Cr12→Lr12→MOS1H
Cr12→MOS2L→Cs1→MOS1L→Lr12
図9はこの発明の実施の形態4における電源装置の全体構成を示す図である。上記実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示し詳細な説明は省略する。図9の電源装置では、整流部3aが上記実施の形態のものと異なる構成を有する。また、直流電圧変圧装置40は上記実施の形態のいずれのDC/DC電力変換回路でも構成され得る。
なお、サイリスタSCR1、SCR2、SCR3が磁石式発電機1の出力を開放するために整流部3aからの直流電圧変圧装置40への電気的な導通を遮断(開放)する開放手段を構成する。またこの開放手段と電圧制御部5で出力制御手段を構成する。
図10はこの発明の実施の形態5における電源装置の全体構成を示す図である。上記実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示し詳細な説明は省略する。図10の電源装置では、整流部3bが上記実施の形態のものと異なる構成を有する。また、直流電圧変圧装置40は上記実施の形態のいずれのDC/DC電力変換回路でも構成され得る。
図11はこの発明の実施の形態6における電源装置の全体構成を示す図である。上記実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示し詳細な説明は省略する。図11の電源装置では、直流電圧変圧装置40における変圧比(Vbin/Vrout)は回転子1aの回転速度および回転力供給装置の運転負荷状態などに従って電圧制御部5により制御される。そのために電圧制御部5はこれらに必要な情報を例えばテーブル等にして制御用情報として予めメモリMに格納している。また、直流電圧変圧装置40は上記実施の形態のいずれのDC/DC電力変換回路でも構成され得る。
従ってこの実施の形態では電圧制御部5はさらに、回転力供給装置が高負荷状態の際に設定する図12、13に示す変圧比と回転速度領域に関する情報を例えばテーブル等にして制御用情報としてメモリMに格納している。
Cs1→MOS2L→Cr12→Lr12→MOS1L
Cr12→MOS2H→Cs2→MOS1H→Lr12
図16はこの発明の実施の形態7における電源装置の全体構成を示す図を示す。上記実施の形態のものと同一もしくは相当部分は同一符号で示し詳細な説明は省略する。電気的負荷である電気的負荷装置2aは磁石式発電機1で発生させた電力による給電をうける。
図18はこの発明の実施の形態8における電源装置の全体構成を示す図である。図18の電源装置では、電気的負荷装置2aの入力端子間電圧Vbinと、整流部3の出力端子間電圧Vroutの変圧比(Vbin/Vrout)を変更するための直流電圧変圧装置40の回路4aが図6に示した多段階に変圧可能なDC/DC電力変換回路で構成されている。
>Tm3×tm3/(tm3+tm4)+Tm4×tm4/(tm3+tm4)
図23はこの発明の実施の形態9における電源装置の全体構成を示す図である。図23の電源装置では、電気的負荷装置2aの入力端子間電圧Vbinと、整流部3の出力端子間電圧Vroutの変圧比(Vbin/Vrout)を変更するための直流電圧変圧装置40の回路4bが図8に示した多段階に変圧可能なDC/DC電力変換回路で構成されている。
図24はこの発明の実施の形態10における電源装置の全体構成を示す図である。図24の電源装置では、整流部3aの構成が異なる。また、直流電圧変圧装置40の回路は上記実施の形態のいずれのDC/DC電力変換回路4〜4bでも構成され得る。そして実施の形態7〜9で説明したいずれかの変圧比制御による出力電力制御を行う。
なお、サイリスタSCR1、SCR2、SCR3が磁石式発電機1の出力を開放するために整流部3aからの直流電圧変圧装置4への電気的な導通を遮断(開放)する開放手段を構成する。またこの開放手段と電圧制御部5で出力制御手段を構成する。
なお、サイリスタSCR1、SCR2、SCR3が磁石式発電機1の出力を短絡する端短絡手段を構成する。またこの短絡手段と電圧制御部5で出力制御手段を構成する。
Ton_m2(=Ton_1/3)、
Toff_m2(=Toff_1/3)
+Toff_m1×toff_m1/(ton_m1+toff_m1)
>Ton_m2×ton_m2/(ton_m2+toff_m2)
+Toff_m2×toff_m2/(ton_m2+toff_m2)
Claims (14)
- 界磁を構成する磁石を有する回転子、前記回転子の回転により固定子巻線に交流電流を発生させる固定子からなる磁石式発電機と、
前記磁石式発電機で発生させた交流電流を直流電流に整流する整流部と、
前記整流部の直流出力電圧を電力供給を受ける電気的負荷の入力端子間電圧に変圧する変圧比可変の直流電圧変圧装置と、
前記磁石式発電機の回転子の回転に係る運転状態信号またはさらに前記電気的負荷の電気的負荷状態信号に従って前記直流電圧変圧装置における変圧比を制御する電圧制御部と、
を備えた電源装置であって、
前記直流電圧変圧装置が、変圧比をN倍または1/N倍の複数段に切換可能であり、前記電圧制御部が、前記運転状態信号またはさらに前記電気的負荷状態信号に従って前記直流電圧変圧装置の変圧比を複数段に制御して、前記直流電圧変圧装置で発生する電圧を前記電気的負荷で必要な電圧に変圧し、
前記運転状態信号が回転子の回転速度信号を含み、前記電圧制御部が、前記直流電圧変圧装置の変圧比を、前記回転速度信号に応じて前記磁石式発電機の発電効率のよいものに制御し、
前記運転状態信号が前記回転子にトルクを供給する回転力供給装置の負荷状態信号をさらに含み、前記電圧制御部が、前記負荷状態信号が高負荷状態を示す時に、前記直流電圧変圧装置の変圧比を、前記回転速度信号に応じて前記回転子への入力トルクが低いものに制御する、
ことを特徴とする電源装置。 - 界磁を構成する磁石を有する回転子、前記回転子の回転により固定子巻線に交流電流を発生させる固定子からなる磁石式発電機と、
前記磁石式発電機で発生させた交流電流を直流電流に整流する整流部と、
前記整流部の直流出力電圧を電力供給を受ける電気的負荷の入力端子間電圧に変圧する変圧比可変の直流電圧変圧装置と、
前記磁石式発電機の回転子の回転に係る運転状態信号またはさらに前記電気的負荷の電気的負荷状態信号に従って前記直流電圧変圧装置における変圧比を制御する電圧制御部と、
を備えた電源装置であって、
前記直流電圧変圧装置が、変圧比をN倍または1/N倍の複数段に切換可能であり、前記電圧制御部が、前記運転状態信号またはさらに前記電気的負荷状態信号に従って前記直流電圧変圧装置の変圧比を複数段に制御して、前記直流電圧変圧装置で発生する電圧を前記電気的負荷で必要な電圧に変圧し、
前記運転状態信号が回転子の回転速度信号を含み、前記電気的負荷状態信号が前記電気的負荷の消費電力信号を含み、前記電圧制御部が、前記直流電圧変圧装置の変圧比を、前記回転速度信号に応じて前記消費電力信号の消費電力が供給可能でかつ前記回転子への入力トルクがより低いものに制御する
ことを特徴とする電源装置。 - 前記電圧制御部が、前記磁石式発電機の出力を開放する開放手段または前記磁石式発電機の出力を短絡する短絡手段を制御して、前記電気的負荷の入力端子間電圧と所定値との比較に従って、前記磁石式発電機の出力を開放または短絡して前記電気的負荷の入力端子間電圧を制御する出力制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の電源装置。
- 前記負荷状態信号が低負荷状態を示す時に、前記電圧制御部が、前記直流電圧変圧装置の変圧比を、前記電気的負荷に供給される電流が最大になるように切り換えることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 界磁を構成する磁石を有する回転子、前記回転子の回転により固定子巻線に交流電流を発生させる固定子からなる磁石式発電機と、
前記磁石式発電機で発生させた交流電流を直流電流に整流する整流部と、
前記整流部の直流出力電圧を電力供給を受ける電気的負荷の入力端子間電圧に変圧する変圧比可変の直流電圧変圧装置と、
前記磁石式発電機の回転子の回転に係る運転状態信号またはさらに前記電気的負荷の電気的負荷状態信号に従って前記直流電圧変圧装置における変圧比を制御する電圧制御部と、
を備えた蓄電装置において、
前記直流電圧変圧装置が、変圧比をN倍または1/N倍の複数段に切換可能であり、前記電圧制御部が2つの変圧比を交互に切換るように制御することを特徴とする蓄電装置。 - 前記運転状態信号が回転子の回転速度信号を含み、前記電気的負荷状態信号が前記電気的負荷の消費電力信号を含み、前記電圧制御部が、前記回転子の回転速度と前記直流電圧変圧装置の出力電力と前記直流電圧変圧装置の変圧比の関係、および前記回転子の回転速度と前記回転子への入力トルクと前記直流電圧変圧装置の変圧比の関係を示す情報を格納するとともに、前記回転速度信号に応じて前記消費電力信号の消費電力が供給可能なように、連続する所定の単位制御期間毎に複数の変圧比のうちの2つの変圧比の間で変圧比を切り換えて周期的に電圧制御を行い、
前記変圧比がm1の時に電気的負荷へ供給する電力をWm1、変圧比がm2の時に電気的負荷へ供給する電力をWm2とし、電気的負荷の消費電力をWloadとすると、
変圧比m1での電流供給時間tm1、および変圧比m2での電流供給時間tm2が、
Wload≦Wm1×tm1/(tm1+tm2)+Wm2×tm2/(tm1+tm2)
となるように変圧比m1およびm2での動作時間tm1およびtm2を制御し(但しtm1+tm2は前記単位制御期間)、
変圧比がm3の時に電気的負荷へ供給する電力をWm3、電流供給時間をtm3、変圧比がm4の時に電気的負荷へ供給する電力をWm4、電流供給時間をtm4とした時、
Wload≦Wm3×tm3/(tm3+tm4)+Wm4×tm4/(tm3+tm4)
が成り立ち(但しtm3+tm4は前記単位制御期間)、かつそれぞれの変圧比m1、m2、m3、m4の時に回転力供給装置からの前記回転子への入力トルクをそれぞれTm1、Tm2、Tm3、Tm4とすると、
Tm1×tm1/(tm1+tm2)+Tm2×tm2/(tm1+tm2)
>Tm3×tm3/(tm3+tm4)+Tm4×tm4 /(tm3+tm4)
が成り立つ場合に、変圧比m1およびm2での動作をm3およびm4での動作に切換えることを特徴とする請求項5に記載の電源装置。 - 前記運転状態信号が回転子の回転速度信号を含み、前記電気的負荷状態信号が前記電気的負荷の消費電力信号を含み、前記電圧制御部が、前記回転子の回転速度と前記直流電圧変圧装置の出力電力と前記直流電圧変圧装置の変圧比の関係、および前記回転子の回転速度と前記回転子への入力トルクと前記直流電圧変圧装置の変圧比の関係を示す情報を格納するとともに、前記回転速度信号に応じて前記消費電力信号の消費電力が供給可能なように、連続する所定の単位制御期間毎に複数の変圧比のうちの2つの変圧比の間で変圧比を切り換えて周期的に電圧制御を行い、
前記変圧比がm1の時に電気的負荷へ供給する電力をWm1、変圧比がm2の時に電気的負荷へ供給する電力をWm2とし、電気的負荷の消費電力をWloadとすると、
変圧比m1での電流供給時間tm1、および変圧比m2での電流供給時間tm2が、
Wload≦Wm1×tm1/(tm1+tm2)+Wm2×tm2/(tm1+tm2)
となるように変圧比m1およびm2での動作時間tm1およびtm2を制御し(但しtm1+tm2は前記単位制御期間)、
変圧比がm3の時に電気的負荷へ供給する電力をWm3、電流供給時間をtm3、変圧比がm4の時に電気的負荷へ供給する電力をWm4、電流供給時間をtm4とした時、
Wload≦Wm3×tm3/(tm3+tm4)+Wm4×tm4/(tm3+tm4)
が成り立ち(但しtm3+tm4は前記単位制御期間)、かつそれぞれの変圧比m1、m2、m3、m4の時に回転力供給装置からの前記回転子への入力トルクをそれぞれTm1、Tm2、Tm3、Tm4とすると、
|Tm1−Tm2|>|Tm3−Tm4|
が成り立つ場合に、変圧比m1およびm2での動作をm3およびm4での動作に切換えることを特徴とする請求項5に記載の電源装置。 - 前記運転状態信号が回転子の回転速度信号を含み、前記電気的負荷状態信号が前記電気的負荷の消費電力信号を含み、前記電圧制御部が、前記回転子の回転速度と前記直流電圧変圧装置の出力電力と前記直流電圧変圧装置の変圧比の関係、および前記回転子の回転速度と前記回転子への入力トルクと前記直流電圧変圧装置の変圧比の関係を示す情報を格納するとともに、前記回転速度信号に応じて前記消費電力信号の消費電力が供給可能なように、連続する所定の単位制御期間毎に複数の変圧比のうちの2つの変圧比の間で変圧比を切り換えて周期的に電圧制御を行い、
前記変圧比がm1の時に電気的負荷へ供給する電力をWm1、変圧比がm2の時に電気的負荷へ供給する電力をWm2とし、電気的負荷の消費電力をWloadとすると、
変圧比m1での電流供給時間tm1、および変圧比m2での電流供給時間tm2が、
Wload≦Wm1×tm1/(tm1+tm2)+Wm2×tm2/(tm1+tm2)
となるように変圧比m1およびm2での動作時間tm1およびtm2を制御し(但しtm1+tm2は前記単位制御期間)、
変圧比がm3の時に電気的負荷へ供給する電力をWm3、電流供給時間をtm3、変圧比がm4の時に電気的負荷へ供給する電力をWm4、電流供給時間をtm4とした時、
Wload≦Wm3×tm3/(tm3+tm4)+Wm4×tm4/(tm3+tm4)
が成り立ち(但しtm3+tm4は前記単位制御期間)、かつ
|Wm1−Wm2|>|Wm3−Wm4|
が成り立つ場合に、変圧比m1およびm2での動作をm3およびm4での動作に切換えることを特徴とする請求項5に記載の電源装置。 - 前記磁石式発電機の出力を開放または短絡して前記電気的負荷の入力端子間電圧を制御する開放・短絡手段をさらに備え、
前記運転状態信号が回転子の回転速度信号を含み、前記電気的負荷状態信号が前記電気的負荷の消費電力信号を含み、前記電圧制御部が、前記回転子の回転速度と前記直流電圧変圧装置の出力電力と前記直流電圧変圧装置の変圧比の関係、および前記回転子の回転速度と前記回転子への入力トルクと前記直流電圧変圧装置の変圧比の関係を示す情報を格納するとともに、前記回転速度信号に応じて前記消費電力信号の消費電力が供給可能なように、連続する所定の単位制御期間毎に複数の変圧比のうちの1つに制御しかつ前記開放・短絡手段を電流供給オンオフ制御して前記電気的負荷へ供給する電力量を制御し、
前記変圧比がm1の時に電気的負荷へ供給する電力をWm1、変圧比m1での電流供給オン時間ton_m1および電力供給オフ時間toff_m1が、
Wload≦Wm1×ton_m1/(ton_m1+toff_m1)
となるように、前記開放・短絡手段により電力供給オンおよび電力供給オフでの動作時間ton_m1およびtoff_m1を制御し、変圧比がm2の時に電気的負荷へ供給する電力をWm2、電流供給オン時間をton_m2、電力供給オフ時間をtoff_m2とした時、
Wload≦Wm2×ton_m2/(ton_m2+toff_m2)
が成り立ち、かつそれぞれの変圧比m1、m2の時の電力供給オン時の回転力供給装置からの前記回転子への入力トルクをそれぞれTon_m1、Ton_m2、電力供給オフ時の入力トルクをそれぞれToff_m1、Toff_m2とすると、
Ton_m1×ton_m1/(ton_m1+toff_m1)
+Toff_m1×toff_m1/(ton_m1+toff_m1)
>Ton_m2×ton_m2/(ton_m2+toff_m2)
+Toff_m2×toff_m2/(ton_m2+toff_m2)
が成り立つ場合に、変圧比m1での動作をm2での動作に切換えることを特徴とする請求項5に記載の電源装置。 - 前記磁石式発電機の出力を開放または短絡して前記電気的負荷の入力端子間電圧を制御する開放・短絡手段をさらに備え、
前記運転状態信号が回転子の回転速度信号を含み、前記電気的負荷状態信号が前記電気的負荷の消費電力信号を含み、前記電圧制御部が、前記回転子の回転速度と前記直流電圧変圧装置の出力電力と前記直流電圧変圧装置の変圧比の関係、および前記回転子の回転速度と前記回転子への入力トルクと前記直流電圧変圧装置の変圧比の関係を示す情報を格納するとともに、前記回転速度信号に応じて前記消費電力信号の消費電力が供給可能なように、連続する所定の単位制御期間毎に複数の変圧比のうちの1つに制御しかつ前記開放・短絡手段を電流供給オンオフ制御して前記電気的負荷へ供給する電力量を制御し、
前記変圧比がm1の時に電気的負荷へ供給する電力をWm1、変圧比m1での電流供給時間ton_m1、および電力供給オフ時間toff_m1が、
Wload≦Wm1×ton_m1/(ton_m1+toff_m1)
となるように、前記開放・短絡手段により電力供給オンおよび電力供給オフでの動作時間ton_m1およびtoff_m1を制御し、変圧比がm2の時に電気的負荷へ供給する電力をWm2、電流供給オン時間をton_m2、電力供給オフ時間をtoff_m2とした時、
Wload≦Wm2×ton_m2/(ton_m2+toff_m2)
が成り立ち、かつそれぞれの変圧比m1、m2の時の電力供給オン時の回転力供給装置からの前記回転子への入力トルクをそれぞれTon_m1、Ton_m2、電力供給オフ時の入力トルクをそれぞれToff_m1、Toff_m2とすると、
|Ton_m1−Toff_m1|>|Ton_m2−Toff_m2|
が成り立つ場合に、変圧比m1での動作をm2での動作に切換えることを特徴とする請求項5に記載の電源装置。 - 前記磁石式発電機の出力を開放または短絡して前記電気的負荷の入力端子間電圧を制御する開放・短絡手段をさらに備え、
前記運転状態信号が回転子の回転速度信号を含み、前記電気的負荷状態信号が前記電気的負荷の消費電力信号を含み、前記電圧制御部が、前記回転子の回転速度と前記直流電圧変圧装置の出力電力と前記直流電圧変圧装置の変圧比の関係、および前記回転子の回転速度と前記回転子への入力トルクと前記直流電圧変圧装置の変圧比の関係を示す情報を格納するとともに、前記回転速度信号に応じて前記消費電力信号の消費電力が供給可能なように、連続する所定の単位制御期間毎に複数の変圧比のうちの1つに制御しかつ前記開放・短絡手段を電流供給オンオフ制御して前記電気的負荷へ供給する電力量を制御し、
前記変圧比がm1の時に電気的負荷へ供給する電力をWm1、変圧比m1での電流供給オン時間ton_m1および電力供給オフ時間toff_m1が、
Wload≦Wm1×ton_m1/(ton_m1+toff_m1)
となるように、前記開放・短絡手段により電力供給オンおよび電力供給オフでの動作時間ton_m1およびtoff_m1を制御し、変圧比がm2の時に電気的負荷へ供給する電力をWm2、電流供給オン時間をton_m2、電力供給オフ時間をtoff_m2とした時、
Wload≦Wm2×ton_m2/(ton_m2+toff_m2)
が成り立ち、かつ
Wm1>Wm2
が成り立つ場合に、変圧比m1での動作をm2での動作に切換えることを特徴とする請求項5に記載の電源装置。 - 前記電圧制御部が、前記回転子の回転速度に応じて格納された情報に従って、前記直流電圧変換装置における変圧比M=mとした時の前記電気的負荷へ供給される電力Wmまたはさらに回転力供給装置から前記回転子へ入力される入力トルクTmを求めることを特徴とする請求項6から11までのいずれか1項に記載の電源装置。
- 前記電圧制御部において、前直流電圧変圧装置の変圧比を切換えるタイミングが、回転速度が低速から高速に移行する場合と、高速から低速に移行する場合とで異なることを特徴とする請求項1から12までのいずれか1項に記載の電源装置。
- 前記回転力供給装置が内燃機関であり、前記高負荷状態の判定を、内燃機関の吸気管内圧力、スロットル開度、冷却水の温度を示す信号のうちの1つまたはこれらのうちの複数の組み合わせに従って行うことを特徴とする請求項1または2に記載の電源装置。
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