JP5008751B2

JP5008751B2 - 電源装置

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Publication number: JP5008751B2
Application number: JP2010117274A
Authority: JP
Inventors: 伸浩木原; 昌良前田; 直樹糸井; 浩司奥田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2030-05-21
Also published as: US8415931B2; JP2011244669A; US20110285361A1

Description

この発明は、磁石式発電機を用いた制御装置を含む電源装置に関するものである。

従来の磁石式発電機を用いた電源装置の一例として、磁石式発電機、ダイオードにより構成された全波整流回路、および、磁石式発電機の入力端子側がアノード、ＧＮＤ側がカソードとなるように全波整流回路の下段側ダイオードと並列に接続されたサイリスタにより構成された発電電圧制御回路を備えたものがある。
このような発電電圧制御回路では、負荷電気装置に電力供給が必要な場合、例えば、負荷電気装置が蓄電装置などで端子電圧が低い場合には、サイリスタのゲートをオフし、磁石式発電機で発電された電力は、整流回路により直流に変換され、負荷電気装置に供給される。負荷電気装置に電力供給が不要な場合、例えば蓄電装置などで端子電圧が高い場合には、サイリスタのゲートをオンし、磁石式発電機の出力端を電気的に短絡させることで、発電電圧を制御している。
このような従来の磁石式発電機を用いた電源装置では、発電時は全波整流回路のダイオードによる電圧降下による損失、短絡時は発電電圧制御回路のサイリスタによる電圧降下および、全波整流回路下段のダイオードによる電圧降下による損失が伴うために、電源装置の発電効率の低下および、発熱量の増大に伴う放熱器の大型化等を招くといった問題があった。

そこで、このような従来装置の欠点を解消する他の従来装置として、例えば、特許文献１に示されるものがある。この特許文献１に示されるものは、全波整流回路の下段をダイオードやサイリスタに比べて損失の小さい、ＭＯＳＦＥＴで構成し、磁石式発電機の出力端子電圧が正電位のとき、該ＭＯＳＦＥＴをオフし、磁石式発電機の出力端子電圧が負電位のとき、該ＭＯＳＦＥＴをオンすることで負荷電気装置に電力を供給する全波整流モードで動作し、負荷電気装置の端子電圧が所定値を上回った場合、前記ＭＯＳＦＥＴをオンし、磁石式発電機の入力端子間を短絡させることで、ダイオードおよびサイリスタでの電圧降下による損失の低減が図られている。

特許第２８５８００８号公報

しかしながら、特許文献１で示される従来の装置においては、電源装置の制御電源を負荷電気装置側（蓄電装置側）から供給しているため、例えば負荷電気装置との接続がオープン状態となった場合、ＭＯＳＦＥＴ制御回路への電源供給が不十分となり、ＭＯＳＦＥＴを正常に駆動させることができず、磁石式発電機が無負荷状態となり、電源装置に過電圧が印加されるという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、ＭＯＳＦＥＴ制御回路駆動用の電力を磁石発電機側から供給する制御回路を備え、ＭＯＳＦＥＴ制御回路駆動用として十分な電力を確保して、常にＭＯＳＦＥＴを正常に駆動させ、電源装置の動作安定性を向上させるようにした電源装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電源装置は、磁界を構成するための磁石を有する回転子と、固定子巻線を有する固定子からなる磁石式発電機と、該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全波整流回路の下段側素子がＭＯＳＦＥＴで構成された整流部と、該整流部から出力される直流電力が供給される負荷電気装置と、該負荷電気装置の端子電圧を検出する負荷電圧検出部および磁石発電機の入力端子電圧を検出する交流電圧検出部を備えた制御回路を備え、前記制御回路は、前記負荷電気装置の端子電圧が所定値以下の場合、それぞれの前記ＭＯＳＦＥＴに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が正電位のとき、該ＭＯＳＦＥＴをオフし、入力端子電圧が負電位のとき、該ＭＯＳＦＥＴをオンすることで負荷電気装置に電力を供給し（全波整流モード）、前記負荷電気装置の端子電圧が所定値以上のとき、前記ＭＯＳＦＥＴをオンすることで磁石式発電機の入力端子間を短絡させると共に、前記制御回路は、該制御回路駆動用の電力を前記磁石式発電機側から供給される電源供給部を有し、該電源供給部は、前記制御回路駆動用の電力が確保できていない場合には、前記負荷電気装置の端子電圧が前記所定値以上の場合においても、前記全波整流モードを維持するようにしたものである。

また、磁界を構成するための磁石を有する回転子と、固定子巻線を有する固定子からなる磁石式発電機と、該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全波整流回路の下段側素子がＭＯＳＦＥＴで構成された整流部と、該整流部から出力される直流電力が供給される負荷電気装置と、該負荷電気装置の端子電圧を検出する負荷電圧検出部および磁石発電機の入力端子電圧を検出する交流電圧検出部を備えた制御回路を備え、前記制御回路は、前記負荷電気装置の端子電圧が第１の所定値未満の場合、それぞれの前記ＭＯＳＦＥＴに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が正電位のとき、該ＭＯＳＦＥＴをオフし、入力端子電圧が負電位のとき、該ＭＯＳＦＥＴをオンすることで前記負荷電気装置に電力を供給するすると共に、前記制御回路は、該制御回路駆動用の電力を前記磁石式発電機側から供給される電源供給部を有し、該電源供給部は、前記負荷電気装置の端子電圧が第１の所定値以上で、且つ、前記それぞれのＭＯＳＦＥＴに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が、前記第１の所定値より低く制御回路駆動用として十分な電力を確保できる第２の所定値に設定された電圧より高いとき、該ＭＯＳＦＥＴをオンするようにしたものである。

この発明の電源装置によれば、ＭＯＳＦＥＴ制御回路駆動用の電力を磁石発電機側から供給する制御回路を備えているので、ＭＯＳＦＥＴ制御回路駆動用として十分な電力を常に確保することができ、従って、常にＭＯＳＦＥＴを正常に駆動させ、電源装置の動作安定性を向上させることのできる電源装置を得ることができる。

上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。

この発明の実施の形態１における電源装置の全体を示す構成図である。この発明の実施の形態１における電源装置の動作波形図である。この発明の実施の形態２における電源装置の動作波形図である。この発明の実施の形態３における電源装置の動作波形図である。この発明の実施の形態４における電源装置の動作波形図である。この発明の実施の形態５における電源装置の動作波形図である。この発明の実施の形態６における制御回路の回路構成の一部を示す図である。この発明の実施の形態７における制御回路の回路構成の一部を示す図である。

実施の形態１．
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を示す構成図である。
図１において、この実施の形態１における電源装置は、磁石式発電機１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全波整流回路からなる整流部２と、整流部２から出力される直流電力が供給される負荷電気装置３（例えば、バッテリなどの蓄電装置）と、制御回路４から構成されている。

磁石式発電機１は、界磁界を構成するための磁石を有する回転子１ａと、固定子巻線を有する固定子１ｂから構成され、回転子１ａは回転力供給装置例えば、内燃機関のクランクシャフトに直結した回転軸もしくは、ベルトやギア等を介して接続された回転軸（図示せず）に接続されおり、回転軸の回転とともに回転子１ａが回転することで、固定子１ｂに交流電圧が発生する。
整流部２は、全波整流回路の上段側素子がダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３で構成されており、下段側素子がＭＯＳＦＥＴＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３で構成されており、ＭＯＳＦＥＴのゲート信号は制御回路４から供給される。

制御回路４は負荷電気装置３の端子電圧を検出する負荷電圧検出部Ｓｌｏａｄ＿ｉｎ、磁石式発電機１の入力端子電圧を検出する交流電圧検出部Ｓｕ＿ｉｎ、Ｓｖ＿ｉｎ、Ｓｗ＿ｉｎ、磁石式発電機１から制御回路駆動用の電力を供給する電源供給部Ｐｕ＿ｉｎ、Ｐｖ＿ｉｎ、Ｐｗ＿ｉｎ、整流部２のＭＯＳＦＥＴＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を駆動させるゲート信号供給部Ｇｕ＿ｉｎ、Ｇｖ＿ｉｎ、Ｇｗ＿ｉｎから構成される。

負荷電気装置３の端子電圧が所定値未満の場合、それぞれのＭＯＳＦＥＴＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３に接続された磁石式発電機１の入力端子電圧が正電位のとき、該ＭＯＳＦＥＴをオフし、入力端子電圧が負電位のとき、該ＭＯＳＦＥＴをオンすることで負荷電気装置３に電力を供給する（全波整流モード）。
負荷電気装置３の端子電圧が所定値を上回り、かつ制御回路駆動用の電力が確保できている場合、すべてのＭＯＳＦＥＴＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をオンすることで磁石式発電機１の入力端子間を電気的に短絡させ、負荷電気装置３の端子電圧を制御する。

図２に本発明の実施の形態１における動作波形を示す。
Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗは磁石式発電機１の入力端子電圧、Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗは整流部２のＭＯＳＦＥＴＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３に供給されるゲート信号、Ｓｌｏａｄは負荷電気装置３の端子電圧、Ｖｒｅｆ１は負荷電気装置３の端子電圧の所定値、ＳＩＧ１は負荷電気装置３の端子電圧が所定値以上か否かの判定信号、ＳＩＧ２は制御回路駆動用の電力が確保できているか否かを判定する判定信号である。

Ｓｌａｏｄが所定値Ｖｒｅｆ１未満の場合、ＳＩＧ１がＬＯＷとなり、Ｓｕが正電位の範囲では、ＧｕがＬＯＷとなり、ＳＷ１がオフし、Ｓｕの電圧値が負荷電気装置３の端子電圧を超える範囲で、Ｄ１を介して発電機側から負荷電気装置側に電流が流れる。
また、Ｓｕが負電位の範囲では、ＧｕがＨＩＧＨとなり、ＳＷ１がオンし、ＳＷ１を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。同様にＳｖが正電位の範囲では、ＧｖがＬＯＷとなり、ＳＷ２がオフし、Ｓｖの電圧値が負荷電気装置３の端子電圧を超える範囲で、Ｄ２を介して発電機側から負荷電気装置側に電流が流れる。
また、Ｓｖが負電位の範囲では、ＧｖがＨＩＧＨとなり、ＳＷ２がオンし、ＳＷ２を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れ、Ｓｗが正電位の範囲では、ＧｗがＬＯＷとなり、ＳＷ３がオフし、Ｓｗの電圧値が負荷電気装置３の端子電圧を超える範囲で、Ｄ３を介して発電機側から負荷電気装置側に電流が流れ、また、Ｓｗが負電位の範囲では、ＧｗがＨ
ＩＧＨとなり、ＳＷ３がオンし、ＳＷ３を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。（全波整流モード）。
ＳｌａｏｄがＶｒｅｆ１以上の場合、ＳＩＧ１はＨＩＧＨとなるが、ＳＩＧ２がＬＯＷの場合は、全波整流モードが継続される。

ＳＩＧ１がＨＩＧＨ、且つＳＩＧ２がＨＩＧＨの場合、Ｇｕ、Ｇｖ、ＧｗがＨＩＧＨとなり、全てのＭＯＳＦＥＴＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３がオンし、磁石式発電機の交流入力端子間を電気的に短絡させることで負荷電気装置の端子電圧を調整する。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、制御回路駆動用の電力が確保できていない場合には、全波整流モードを継続するために、磁石式発電機から制御回路部４駆動用の電力を供給することができ、ＭＯＳＦＥＴ制御回路駆動用として十分な電力を常に確保することができ、ＭＯＳＦＥＴを常に正常に駆動させ、つまり電源装置を正常に駆動させることができる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２における動作波形を示すものである。
実施の形態２において、電源装置の全体を示す構成図は、図１と同様である。
図３において、Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗは磁石式発電機１の入力端子電圧、Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗは整流部２のＭＯＳＦＥＴＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３に供給されるゲート信号、Ｓｌｏａｄは負荷電気装置３の端子電圧、Ｖｒｅｆ１は負荷電気装置３の端子電圧の所定値、ＳＩＧ１は負荷電気装置３の端子電圧が所定値以上か否かの判定信号、Ｖｒｅｆ２は磁石発電機１の入力端子電圧の所定値であり、負荷電気装置３の端子電圧Ｖｒｅｆ１より低く、かつ制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧に設定されている。

ＳｌａｏｄがＶｒｅｆ１未満の場合、ＳＩＧ１がＬＯＷとなり、Ｓｕが正電位の範囲では、ＧｕがＬＯＷとなり、ＳＷ１がオフし、Ｓｕの電圧値が負荷電気装置３の端子電圧を超える範囲で、Ｄ１を介して発電機側から負荷電気装置側に電流が流れる。また、Ｓｕが負電位の範囲では、ＧｕがＨＩＧＨとなり、ＳＷ１がオンし、ＳＷ１を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。
同様にＳｖが正電位の範囲では、ＧｖがＬＯＷとなり、ＳＷ２がオフし、Ｓｖの電圧値が負荷電気装置３の端子電圧を超える範囲で、Ｄ２を介して発電機側から負荷電気装置側に電流が流れる。また、Ｓｖが負電位の範囲では、ＧｖがＨＩＧＨとなり、ＳＷ２がオンし、ＳＷ２を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。
Ｓｗが正電位の範囲では、ＧｗがＬＯＷとなり、ＳＷ３がオフし、Ｓｗの電圧値が負荷電気装置３の端子電圧を超える範囲で、Ｄ３を介して発電機側から負荷電気装置側に電流が流れる。また、Ｓｗが負電位の範囲では、ＧｗがＨＩＧＨとなり、ＳＷ３がオンし、ＳＷ３を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。

ＳｌａｏｄがＶｒｅｆ１以上の場合、ＳＩＧ１がＨＩＧＨとなり、ＳＩＧ１がＨＩＧＨ且つＳｕがＶｒｅｆ２以上の場合、ＧｕがＨＩＧＨとなり、ＳＷ１がオンし、ＳＷ１を介して発電機側からＧＮＤ側に電流が流れる。
同様にＳＩＧ１がＨＩＧＨかつＳｖがＶｒｅｆ２以上の場合、ＧｖがＨＩＧＨとなり、ＳＷ２がオンし、ＳＷ２を介して発電機側からＧＮＤ側に電流が流れ、ＳＩＧ１がＨＩＧＨ且つＳｗがＶｒｅｆ２以上の場合、ＧｗがＨＩＧＨとなり、ＳＷ３がオンし、ＳＷ３を介して発電機側からＧＮＤ側に電流が流れる。

以上の動作により、この発明の実施の形態２によれば、制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧まで動作させた状態で、ＭＯＳＦＥＴをオンさせるので電源装置を正常に駆動できる。

実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３における動作波形を示すものである。
実施の形態３において、電源装置の全体を示す構成図は、図１と同様である。
図４において、Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗは磁石式発電機１の入力端子電圧、Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗは整流部２のＭＯＳＦＥＴＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３に供給されるゲート信号、Ｓｌｏａｄは負荷電気装置３の端子電圧、Ｖｒｅｆ１は負荷電気装置３の端子電圧の所定値、ＳＩＧ１は負荷電気装置３の端子電圧が所定値以上か否かの判定信号である。

ＳｌａｏｄがＶｒｅｆ１未満になると、ＳＩＧ１はＨＩＧＨからＬＯＷに切り替わる。ＳＩＧ１がＬＯＷで且つＳｕが負電位から正電位に切り替わる際に、ＧｕをＨＩＧＨからＬＯＷに切換え、ＳＷ１をオフする。
同様にＳＩＧ１がＬＯＷで且つＳｖが負電位から正電位に切り替わる際に、ＧｖをＨＩＧＨからＬＯＷに切換え、ＳＷ２をオフし、ＳＩＧ１がＬＯＷでかつＳｗが負電位から正電位に切り替わる際に、ＧｗをＨＩＧＨからＬＯＷに切換え、ＳＷ３をオフする。

以上の動作により、この発明の実施の形態３によれば、整流部２に流れる電流がゼロもしくは微小な状態で、整流部のＭＯＳＦＥＴＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のスイッチングが行われるため、スイッチング時のロスおよび、サージの発生を抑制することが可能となる。

実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態４における動作波形を示すものである。
実施の形態４において、電源装置の全体を示す構成図は、図１と同様である。
図５において、Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗは磁石式発電機１の入力端子電圧、Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗは整流部２のＭＯＳＦＥＴＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３に供給されるゲート信号、Ｓｌｏａｄは負荷電気装置３の端子電圧、Ｖｒｅｆ１は負荷電気装置３の端子電圧の所定値、ＳＩＧ１は負荷電気装置３の端子電圧が所定値以上か否かの判定信号、Ｖｒｅｆ２は磁石発電機１の入力端子電圧の所定値であり、負荷電気装置３の端子電圧より低く、かつ制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧に設定されている。

ＳｌａｏｄがＶｒｅｆ１以上のとき、ＳＩＧ１はＨＩＧＨとなる。ＧｕがＨＩＧＨのとき、Ｓｕが負電位から正電位に切り替わる際に、ＧｕをＨＩＧＨからＬＯＷに切替え、ＳＷ１をオフする。ＳＷ１をオフすることで、Ｓｕの電位が上昇し、制御回路駆動用の電力を十分に駆動できる電圧まで上昇し、ＳｕがＶｒｅｆ２を超えた時点で、ＧｕがＨＩＧＨとなり、ＳＷ１がオンし、ＳＷ１を介して発電機からＧＮＤ側に電流が流れる。
同様にＧｖがＨＩＧＨのとき、Ｓｖが負電位から正電位に切り替わる際に、ＧｖをＨＩＧＨからＬＯＷに切替え、ＳＷ２をオフする。ＳＷ２をオフすることで、Ｓｖの電位が上昇し、制御回路駆動用の電力を十分に駆動できる電圧まで上昇し、ＳｖがＶｒｅｆ２を超えた時点で、ＧｖがＨＩＧＨとなり、ＳＷ２がオンし、ＳＷ２を介して発電機からＧＮＤ側に電流が流れる。また、ＧｗがＨＩＧＨのとき、Ｓｗが負電位から正電位に切り替わる際に、ＧｗをＨＩＧＨからＬＯＷに切替え、ＳＷ３をオフする。ＳＷ３をオフすることで、Ｓｗの電位が上昇し、制御回路駆動用の電力を十分に駆動できる電圧まで上昇し、ＳｗがＶｒｅｆ２を超えた時点で、ＧｗがＨＩＧＨとなり、ＳＷ３がオンし、ＳＷ３を介して発電機側からＧＮＤ側に電流が流れる。

以上の動作により、この発明の実施の形態４によれば、ＳｌａｏｄがＶｒｅｆ１以上の時間が長い場合においても、１周期毎に制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧まで動作させることができるので、制御回路２を駆動させるために必要な電力が不足することなく、ＭＯＳＦＥＴを駆動させ、電源装置を常に正常に駆動することができる。
また、Ｖｒｅｆ２を負荷電気装置３の端子電圧より小さい値に設定しているので、負荷電
気装置３に電流を供給することなく、制御回路駆動用の電力のみ確保することができる。

実施の形態５．
図６に本発明の実施の形態５における動作波形を示すものである。
実施の形態５において、電源装置の全体を示す構成図は、図１と同様である。
図６において、Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗは磁石式発電機１の入力端子電圧、Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗは整流部２のＭＯＳＦＥＴＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３に供給されるゲート信号、Ｓｌｏａｄは負荷電気装置３の端子電圧、Ｖｒｅｆ１は負荷電気装置３の端子電圧の所定値、ＳＩＧ１は負荷電気装置３の端子電圧が所定値以上か否かの判定信号、Ｖｒｅｆ２は磁石発電機１の入力端子電圧の所定値であり、負荷電気装置３の端子電圧より低く、かつ制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧に設定されている。

ここで、負荷電気装置３の端子電圧ＳｌａｏｄがＶｒｅｆ１以上のとき、ＳＩＧ１はＨＩＧＨ、ＳｌｏａｄがＶｒｅｆ１未満のとき、ＳＩＧ１はＬＯＷとなる。
ＳｕがＶｒｅｆ２且つ、ＳＩＧ１がＬＯＷの場合、Ｓｕが正電位の範囲では、ＧｕがＬＯＷとなり、ＳＷ１がオフし、Ｓｕの電圧値が負荷電気装置３の端子電圧を超える範囲で、Ｄ１を介して発電機側から負荷電気装置側に電流が流れる。また、Ｓｕが負電位の範囲では、ＧｕがＨＩＧＨとなり、ＳＷ１がオンし、ＳＷ１を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。そして、再びＳｕが負電位から正電位になると、ＧｕがＬＯＷとなり、ＳＷ１がオフし、ＳｕがＶｒｅｆ２まで上昇する。

ＳｕがＶｒｅｆ２且つ、ＳＩＧ１がＨＩＧＨの場合、ＧｕがＨＩＧＨとなり、ＳＷ１がオンし、Ｓｕが正電位の範囲では、ＳＷ１を介して発電機側からＧＮＤ側に電流が流れ、Ｓｕが負電位の範囲では、ＳＷ１を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。
そして、再びＳｕが負電位から正電位になると、ＧｕがＬＯＷとなり、ＳＷ１がオフし、ＳｕがＶｒｅｆ２まで上昇する。

同様に、ＳｖがＶｒｅｆ２且つ、ＳＩＧ１がＬＯＷの場合、Ｓｖが正電位の範囲では、ＧｖがＬＯＷとなり、ＳＷ２がオフし、Ｓｖの電圧値が負荷電気装置３の端子電圧を超える範囲で、Ｄ２を介して発電機側から負荷電気装置側に電流が流れる。また、Ｓｖが負電位の範囲では、ＧｖがＨＩＧＨとなり、ＳＷ２がオンし、ＳＷ２を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。そして、再びＳｖが負電位から正電位になると、ＧｖがＬＯＷとなり、ＳＷ２がオフし、ＳｖがＶｒｅｆ２まで上昇する。
ＳｖがＶｒｅｆ２且つ、ＳＩＧ１がＨＩＧＨの場合、ＧｖがＨＩＧＨとなり、ＳＷ２がＯＮされ、Ｓｖが正電位の範囲では、ＳＷ２を介して発電機側からＧＮＤ側に電流が流れ、Ｓｖが負電位の範囲では、ＳＷ２を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。
再びＳｖが負電位から正電位になると、ＧｖがＬＯＷとなり、ＳＷ２がＯＦＦし、ＳｖがＶｒｅｆ２になる。

また、ＳｗがＶｒｅｆ２且つ、ＳＩＧ１がＬＯＷの場合、Ｓｗが正電位の範囲では、ＧｗがＬＯＷとなり、ＳＷ３がオフし、Ｓｗの電圧値が負荷電気装置３の端子電圧を超える範囲で、Ｄ３を介して発電機側から負荷電気装置側に電流が流れる。また、Ｓｗが負電位の範囲では、ＧｗがＨＩＧＨとなり、ＳＷ３がオンし、ＳＷ３を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。再びＳｗが負電位から正電位になると、ＧｗがＬＯＷとなり、ＳＷ３がオフし、ＳｗがＶｒｅｆ２まで上昇する。
ＳｗがＶｒｅｆ２且つ、ＳＩＧ１がＨＩＧＨの場合、ＧｗがＨＩＧＨとなり、ＳＷ３がオンし、Ｓｗが正電位の範囲では、ＳＷ３を介して発電機側からＧＮＤ側に電流が流れ、Ｓｗが負電位の範囲では、ＳＷ３を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。
再びＳｗが正電位になると、ＧｗがＬＯＷとなり、ＳＷ３がオフし、ＳｗがＶｒｅｆ２まで上昇する。

以上の動作により、この発明の実施の形態５によれば、１周期毎に制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧まで動作させることができ、かつ整流部２に流れる電流がゼロもしくは微小な状態で、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のスイッチングが行われるため、スイッチング時のロスおよび、サージの発生を抑制することが可能となる。

実施の形態６．
図７は本発明の実施の形態６における制御回路の回路構成の一部を示すものである。
実施の形態６において、電源装置の全体を示す構成図は、図１と同様である。
図７において、制御回路には、負荷電気装置３の端子電圧Ｓｌｏａｄ、負荷電気装置３の端子電圧の所定値Ｖｒｅｆ１、磁石式発電機１の入力端子電圧Ｓｕ、負荷電気装置３の端子電圧より低く、且つ制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧に設定された磁石発電機１の入力端子電圧の所定値Ｖｒｅｆ２、ＧＮＤが入力され、整流部２のＳＷ１に供給されるゲート信号Ｇｕが出力される。

第１の判定回路ＣＯＭＰ１にはＳｌｏａｄとＶｒｅｆ１が入力され、ＳｌｏａｄがＶｒｅｆ１以上のとき、ＣＯＭＰ１の出力がＨＩＧＨとなる。
また、第２の判定回路ＣＯＭＰ２にはＳｕとＶｒｅｆ２が入力され、ＳｕがＶｒｅｆ２以上のとき、ＣＯＭＰ２の出力がＨＩＧＨとなる。
第３の判定回路ＣＯＭＰ３にはＳｕとＧＮＤが入力され、ＳｕがＧＮＤ以下のとき、ＣＯＭＰ３の出力がＨＩＧＨとなる。
ＣＯＭＰ１の出力信号を一方の入力、ＣＯＭＰ２の出力信号を微分回路を介して他方の入力としたＡＮＤ回路の出力信号をフリップフロップ回路ＩＣ１のセット信号とし、ＣＯＭＰ３の出力信号をＩＣ１のリセット信号とする。このＩＣ１の出力信号を一方の入力、ＣＯＭＰ３の出力信号を他方の入力としたＯＲ回路の出力信号をＧｕから出力する。

上記の回路構成により、ＳｕがＶｒｅｆ２を超えた時点で、且つＳｌｏａｄがＶｒｅｆ１以上の場合にＩＣ１のセット信号にＨＩＧＨが入力されて、ＧｕはＨＩＧＨにラッチされ、ＳＷ１がオンし、ＳＷ１を介して発電機側からＧＮＤ側に電流が流れる。そして、ＳｕがＧＮＤ以下となったときに、ＩＣ１のリセット信号にＣＯＭＰ３の出力信号からＨＩＧＨが入力されて、ＩＣ１の出力信号はＬＯＷとなるが、ＣＯＭＰ３の出力信号はＨＩＧＨのため、ＧｕはＨＩＧＨを維持し、ＳＷ１を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。そしてＳｕがＧＮＤを超えたとき、ＣＯＭＰ３の出力信号がＬＯＷとなるため、ＧｕがＬＯＷとなり、ＳＷ１がオフし、Ｓｕの電位が上昇し、ＳｕがＶｒｅｆ２に達する。

Ｓｕが再びＶｒｅｆ２を超えた時点で、ＳｌｏａｄがＶｒｅｆ１以下の場合は、ＩＣ１のセット信号にはＬＯＷが入力されるため、ＧｕはＬＯＷを維持し、Ｓｕが負荷電気装置３の端子電圧を超える範囲で、Ｄ１を介して発電機側から電気負荷側に電流が流れる。そして、ＳｕがＧＮＤ以下となったときに、ＣＯＭＰ３の出力信号がＬＯＷからＨＩＧＨになるため、ＧｕがＬＯＷからＨＩＧＨとなり、ＳＷ１がオンし、ＳＷ１を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。そして、ＳｕがＧＮＤを超えたとき、ＣＯＭＰ３の出力信号がＬＯＷとなるため、ＧｕがＬＯＷとなり、ＳＷ１がオフし、Ｓｕの電位が上昇する。そして、ＳｕがＶｒｅｆ２を超えた時点で、再びＳｌｏａｄがＶｒｅｆ１以上か否かを判定し、以降の動作を繰り返す。なお、Ｖ相については、ＳｕをＳｖ、ＧｕをＧｖとした回路構成、Ｗ相については、ＳｕをＳｗ，ＧｕをＧｗとした回路構成とすることで同様の動作が可能となる。

以上の動作により、この発明の実施の形態６によれば、１周期毎に制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧まで動作させることができ、かつ整流部に流れる電流がゼロもしくは微小な状態で、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のスイッチングが行われるため、スイ
ッチング時のロスおよび、サージの発生を抑制することが可能となる。

実施の形態７．
図８は本発明の実施の形態７における制御回路の回路構成の一部を示すものである。
実施の形態７において、電源装置の全体を示す構成図は、図１と同様である。
図８において、制御回路には、負荷電気装置３の端子電圧Ｓｌｏａｄ、負荷電気装置３の端子電圧の所定値Ｖｒｅｆ１、磁石式発電機１の入力端子電圧Ｓｕ、負荷電気装置３の端子電圧より低く、かつ制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧に設定された磁石発電機１の入力端子電圧の所定値Ｖｒｅｆ２、ＧＮＤ、磁石式発電機１の入力端子電圧Ｓｖ、磁石式発電機１の入力端子電圧Ｓｗが入力され、整流部２のＳＷ１に供給されるゲート信号Ｇｕが出力される。

負荷電気装置端子電圧判定回路である第１の判定回路ＣＯＭＰ１には、ＳｌｏａｄとＶｒｅｆ１が入力され、ＳｌｏａｄがＶｒｅｆ１以上のとき、ＣＯＭＰ１の出力がＨＩＧＨとなる。
また、交流入力端子所定電圧判定回路である第２の判定回路ＣＯＭＰ２には、ＳｕとＶｒｅｆ２が入力され、ＳｕがＶｒｅｆ２以上のとき、ＣＯＭＰ２の出力がＨＩＧＨとなる。
交流入力端子負電圧判定回路である第３の判定回路ＣＯＭＰ３には、ＳｕとＧＮＤが入力され、ＳｕがＧＮＤ以下のとき、ＣＯＭＰ３の出力がＨＩＧＨとなる。

また、他相入力端子正電圧判定回路Ａである判定回路ＣＯＭＰ４には、ＳｖとＧＮＤが入力され、ＳｖがＧＮＤ以上のとき、ＣＯＭＰ４の出力がＨＩＧＨとなる。
他相入力端子正電圧判定回路Ｂである判定回路ＣＯＭＰ５には、ＳｗとＧＮＤが入力され、ＳｗがＧＮＤ以上のとき、ＣＯＭＰ５の出力がＨＩＧＨとなる。
第１のＣＯＭＰ１の出力信号を一方の入力、第２のＣＯＭＰ２の出力信号を微分回路を介して他方の入力としたＡＮＤ回路の出力信号をフリップフロップ回路ＩＣ１のセット信号とし、ＣＯＭＰ４の出力信号を一方の入力、ＣＯＭＰ５の出力信号を他方の入力としたＡＮＤ回路の出力信号をフリップフロップ回路ＩＣ１のリセット信号とする。
このフリップフロップ回路ＩＣ１の出力信号を一方の入力、第３のＣＯＭＰ３の出力信号を他方の入力としたＯＲ回路の出力信号をＧｕから出力する。

上記の回路構成により、ＳｕがＶｒｅｆ２を超えた時点で、且つＳｌｏａｄがＶｒｅｆ１以上の場合にフリップフロップ回路ＩＣ１のセット信号にＨＩＧＨが入力されて、ＧｕはＨＩＧＨにラッチされ、ＳＷ１がオンし、ＳＷ１を介して発電機側からＧＮＤ側に電流が流れる。そして、ＳｕがＧＮＤ以下となったときに、ＳＷ１を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。そして、ＳｖおよびＳｗがＧＮＤ以上の範囲で、フリップフロップ回路ＩＣ１のリセット信号にＨＩＧＨが入力されて、ＩＣ１の出力信号はＬＯＷとなるが、第３のＣＯＭＰ３の出力信号はＨＩＧＨのため、ＧｕはＨＩＧＨを維持し、ＳＷ１を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。そしてＳｕがＧＮＤを超えたとき、第３のＣＯＭＰ３の出力信号がＬＯＷとなるため、ＧｕがＬＯＷとなり、ＳＷ１がオフし、Ｓｕの電位が上昇し、ＳｕがＶｒｅｆ２に達する。

Ｓｕが再びＶｒｅｆ２を超えた時点で、ＳｌｏａｄがＶｒｅｆ１以下の場合は、フリップフロップ回路ＩＣ１のセット信号にはＬＯＷが入力されるため、ＧｕはＬＯＷを維持し、Ｓｕが負荷電気装置３の端子電圧を超える範囲で、Ｄ１を介して発電機側から電気負荷側に電流が流れる。そして、ＳｕがＧＮＤ以下となったときに、第３のＣＯＭＰ３の出力信号がＬＯＷからＨＩＧＨになるため、ＧｕがＬＯＷからＨＩＧＨとなり、ＳＷ１がオンし、ＳＷ１を介してＧＮＤ側から発電機側に電流が流れる。そして、ＳｕがＧＮＤを超えたとき、第３のＣＯＭＰ３の出力信号がＬＯＷとなるため、ＧｕがＬＯＷとなり、ＳＷ１がオフし、Ｓｕの電位が上昇する。そして、ＳｕがＶｒｅｆ２を超えた時点で、再びＳｌｏａｄがＶｒｅｆ１以上か否かを判定し、以降の動作を繰り返す。
なお、Ｖ相については、ＳｕをＳｖ、ＳｖをＳｕ、ＧｕをＧｖとした回路構成、Ｗ相については、ＳｕをＳｗ，ＳｗをＳｕ、ＧｕをＧｗとした回路構成とすることで同様の動作が可能となる。

以上の動作により、この発明の実施の形態７によれば、１周期毎に制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧まで動作させることができ、かつ整流部に流れる電流がゼロもしくは微小な状態で、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のスイッチングが行われるため、スイッチング時のロスおよび、サージの発生を抑制することが可能となる。
また、フリップフロップ回路ＩＣ１のリセット信号を他相から取得することで、磁石式電機の入力端子電圧が確実に負電位となったところでリセット信号を印加できるため、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のスイッチング時に整流部に流れる電流をより低減することが可能となる。

１磁石式発電機、１ａ回転子、１ｂ固定子
２整流部、Ｄ１〜Ｄ３ダイオード、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３ＭＯＳＦＥＴ、
３負荷電気装置、４制御回路部、
Ｓｌｏａｄ＿ｉｎ負荷電圧検出部、
Ｓｕ＿ｉｎ、Ｓｖ＿ｉｎ、Ｓｗ＿ｉｎ交流電圧検出部、
Ｐｕ＿ｉｎ、Ｐｖ＿ｉｎ、Ｐｗ＿ｉｎ電源供給部、
Ｇｕ＿ｉｎ、Ｇｖ＿ｉｎ、Ｇｗ＿ｉｎゲート信号供給部。
ＣＯＭＰ１第１の判定回路（負荷電気装置端子電圧判定回路）
ＣＯＭＰ２第２の判定回路（交流入力端子所定電圧判定回路）
ＣＯＭＰ３第３の判定回路（交流入力端子負電圧判定回路）
ＣＯＭＰ４、ＣＯＭＰ５他相入力端子正電圧判定回路
ＩＣ１フリップフロップ回路

Claims

磁界を構成するための磁石を有する回転子と、固定子巻線を有する固定子からなる磁石式発電機と、該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全波整流回路の下段側素子がＭＯＳＦＥＴで構成された整流部と、該整流部から出力される直流電力が供給される負荷電気装置と、該負荷電気装置の端子電圧を検出する負荷電圧検出部および磁石発電機の入力端子電圧を検出する交流電圧検出部を備えた制御回路を備え、前記制御回路は、前記負荷電気装置の端子電圧が所定値以下の場合、それぞれの前記ＭＯＳＦＥＴに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が正電位のとき、該ＭＯＳＦＥＴをオフし、入力端子電圧が負電位のとき、該ＭＯＳＦＥＴをオンすることで負荷電気装置に電力を供給し（全波整流モード）、前記負荷電気装置の端子電圧が所定値以上のとき、前記ＭＯＳＦＥＴをオンすることで磁石式発電機の入力端子間を短絡させると共に、前記制御回路は、該制御回路駆動用の電力を前記磁石式発電機側から供給される電源供給部を有し、該電源供給部は、前記制御回路駆動用の電力が確保できていない場合には、前記負荷電気装置の端子電圧が前記所定値以上の場合においても、前記全波整流モードを維持するようにしたことを特徴とする電源装置。
界磁界を構成するための磁石を有する回転子と、固定子巻線を有する固定子からなる磁石式発電機と、該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全波整流回路の下段側素子がＭＯＳＦＥＴで構成された整流部と、該整流部から出力される直流電力が供給される負荷電気装置と、該負荷電気装置の端子電圧を検出する負荷電圧検出部および磁石発電機の入力端子電圧を検出する交流電圧検出部を備えた制御回路を備え、前記制御回路は、前記負荷電気装置の端子電圧が第１の所定値未満の場合、それぞれの前記ＭＯＳＦＥＴに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が正電位のとき、該ＭＯＳＦＥＴをオフし、入力端子電圧が負電位のとき、該ＭＯＳＦＥＴをオンすることで前記負荷電気装置に電力を供給するすると共に、前記制御回路は、該制御回路駆動用の電力を前記磁石式発電機側から供給される電源供給部を有し、該電源供給部は、前記負荷電気装置の端子電圧が第１の所定値以上で、且つ、前記それぞれのＭＯＳＦＥＴに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が、前記第１の所定値より低く制御回路駆動用として十分な電力を確保できる第２の所定値に設定された電圧より高いとき、該ＭＯＳＦＥＴをオンするようにしたことを特徴とする電源装置。
前記ＭＯＳＦＥＴがオンした場合、該ＭＯＳＦＥＴはオン状態で保持され、該ＭＯＳＦＥＴに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が負電位から正電位に切り替わるタイミングでＭＯＳＦＥＴをオフさせることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
前記ＭＯＳＦＥＴがオンした場合、該ＭＯＳＦＥＴはオン状態で保持され、該ＭＯＳＦＥＴに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が負電位から正電位に切り替わるタイミング毎にＭＯＳＦＥＴをオフさせることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
それぞれのＭＯＳＦＥＴに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が第２の所定値で、且つ前記負荷電気装置の端子電圧が第１の所定値以上の場合に、該ＭＯＳＦＥＴをオンし、該ＭＯＳＦＥＴはオン状態で保持され、該ＭＯＳＦＥＴに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が負電位から正電位に切り替わるタイミング毎にＭＯＳＦＥＴをオフさせることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
前記負荷電気装置の端子電圧が第１の所定値以上か否かを判定する負荷電気装置端子電圧判定回路（第１の判定回路）と、前記磁石式発電機の入力端子電圧が第２の所定値以上
か否かを判定する交流入力端子所定電圧判定回路（第２の判定回路）と、前記磁石式発電機の入力端子電圧が負電位か否かを判定する交流入力端子負電圧判定回路（第３の判定回路）を備え、前記第１の判定回路の判定信号を一方の入力とし、前記第２の判定回路の判定信号を微分回路を介して他方の入力としたＡＮＤ回路の出力信号をセット信号とし、前記第３の判定回路の判定信号をリセット信号としたフリップフロップ回路を設け、該フリップフロップ回路の出力を一方の入力とし、前記第３の判定回路の判定信号を他方の入力としたＯＲ回路の出力信号をＭＯＳＦＥＴの制御信号としたことを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の電源装置。
前記磁石式発電機が３相交流発電機で、負荷電気装置の端子電圧が第１の所定値以上か否かを判定する負荷電気装置端子電圧判定回路（第１の判定回路）と、前記磁石式発電機の入力端子電圧が第２の所定値以上か否かを判定する交流入力端子所定電圧判定回路（第２の判定回路）と、前記磁石式発電機の入力端子電圧が負電位か否かを判定する交流入力端子負電圧判定回路（第３の判定回路）と、前記磁石式発電機の他の２相の入力端子電圧が正電位か否かを判定する他相入力端子正電圧判定回路Ａと、他相入力端子正電圧判定回路Ｂを備え、前記第１の判定回路の判定信号を一方の入力とし、前記第２の判定回路の判定信号を微分回路を介して他方の入力としたＡＮＤ回路の出力信号をセット信号とし、他相入力端子正電圧判定回路Ａの判定信号を一方の入力とし、他相入力端子正電圧判定回路Ｂの判定信号を他方の入力としたＡＮＤ回路の出力信号をリセット信号としたフリップフロップ回路を設け、該フリップフロップ回路の出力を一方の入力とし、前記第３の判定回路の判定信号を他方の入力としたＯＲ回路の出力信号をＭＯＳＦＥＴの制御信号としたことを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の電源装置。