JPWO2017013699A1 - 内燃機関用電源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<第1の発明>
第1の発明は、放射状に配置されたn個(nは2以上の整数)の歯部を有する電機子鉄心と、電機子鉄心に設けられているm個(mは2以上n以下の整数)の歯部にそれぞれ巻回されたm個の単位コイルとを備えた固定子と、電機子鉄心の各歯部の先端に形成された磁極部に対向する複数の磁極を備えた界磁を有して内燃機関により回転駆動される回転子とを備えた交流発電機と、交流発電機の出力電圧を直流電圧に変換する交直変換回路とを備えた内燃機関用電源装置を対象とする。ここで、「m個(mは2以上n以下の整数)の歯部にそれぞれ巻回されたm個の単位コイル」としているのは、n個の歯部のすべてに単位コイルを巻く構成をとる場合と、n個の歯部の内の一部の歯部を、単位コイルを巻かずに遊ばせておく構成をとる場合との双方を含む趣旨である。
第2の発明も第1の発明と同様の内燃機関用電源装置を対象としたもので、本発明においては、第1の発電コイルを構成している各単位コイルが、第2の発電コイルを構成している何れかの単位コイルと対をなすように設けられていて、第1の発電コイル及び第2の発電コイルの各対をなす単位コイルが電機子鉄心の同じ歯部に巻回されている。その他の構成は、第1の発明と同様である。
第3の発明は第1の発明及び第2の発明に適用されるもので、本発明においては、第1の負荷が、内燃機関を動作させるために駆動することが必須な電装品であり、第2の負荷は、ランプ負荷のように、内燃機関を始動する過程では駆動を停止することが許容される負荷である。本発明においては、回転子の回転速度が内燃機関のアイドリング回転速度よりも低く設定された第1の設定速度まで上昇した時、及び回転子の回転速度が第1の設定速度よりも高い第2の設定速度まで上昇した時にそれぞれ第1の電圧変換回路及び第2の電圧変換回路から負荷電流の出力が開始されるように第1の発電コイル及び第2の発電コイルの巻数が設定されている。
第4の発明は第3の発明に適用されるもので、本発明においては、スイッチ制御部が、内燃機関の始動が完了するまでの間第1のスイッチ手段のオンオフ制御と第2のスイッチ手段のオンオフ制御とを同時に行うように構成される。
第5の発明は、第4の発明に適用されるもので、本発明においては、スイッチ制御部が、第1のスイッチ手段のオンオフ制御と第2のスイッチ手段のオンオフ制御とを同期させて行わせるように構成される。
第6の発明は、第3の発明、第4の発明又は第5の発明に適用される。本発明においては、第1の電圧変換回路が、各レグの上側アーム及び下側アームの一方及び他方がそれぞれダイオード及びMOSFETにより構成された第1のブリッジ回路からなっていて、第1のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETにより第1のスイッチ手段が構成されるとともに、第1のブリッジ回路の一方のアームを構成するダイオードと第1のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETのドレインソース間に形成された寄生ダイオードとにより第1の整流回路が構成される。また第2の電圧変換回路は、各レグの上側アーム及び下側アームの一方及び他方がそれぞれダイオード及びMOSFETにより構成された第2のブリッジ回路からなっていて、第2のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETにより第2のスイッチ手段が構成されるとともに、記第2のブリッジ回路の一方のアームを構成するダイオードと第2のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETのドレインソース間に形成された寄生ダイオードとにより第2の整流回路が構成される。
第7の発明は、第3の発明ないし第6の発明の何れかに適用されるもので、本発明では、第2の整流回路と該第2の整流回路の負荷との間に通電制御用スイッチが挿入される。この場合スイッチ制御部は、内燃機関の始動が完了するまでの間通電制御用スイッチをオフ状態に保ち、内燃機関の始動が完了した後に通電制御用スイッチがオン状態になるのを許容するように通電制御用スイッチを制御する。
第8の発明は、第3の発明ないし第5の発明の何れかに適用されるもので、本発明においては、第1の電圧変換回路、第2の電圧変換回路及びスイッチ制御部が下記のように構成される。
第1の電圧変換回路は、各レグの上側アーム及び下側アームの一方及び他方がそれぞれダイオード及びMOSFETにより構成された第1のブリッジ回路からなっていて、第1のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETにより第1のスイッチ手段が構成され、第1のブリッジ回路の一方のアームを構成するダイオードと第1のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETのドレインソース間に形成された寄生ダイオードとにより第1の整流回路が構成される。
また第2の電圧変換回路は、各レグの上側アーム及び下側アームの一方及び他方がそれぞれサイリスタ及びMOSFETにより構成された第2のブリッジ回路からなっていて、第2のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETにより第2のスイッチ手段が構成され、第2のブリッジ回路の一方のアームを構成するサイリスタと第2のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETのドレインソース間に形成された寄生ダイオードとにより第2の整流回路が構成される。
この場合スイッチ制御部は、内燃機関の始動が完了するまでの間第2の電圧変換回路の各サイリスタへのトリガ信号の供給を停止し、内燃機関の始動が完了した後に第2の電圧変換回路の各サイリスタへのトリガ信号の供給を行なうように構成される。
第9の発明は、第1の発明が対象とする内燃機関用電源装置と同様の電源装置を対象とするもので、本発明においては、第2の発電コイルを流れる電流を断続させる制御を行うだけで第1の発電コイルの誘起電圧を昇圧する。
第10の発明は、第1の発電コイルを構成している各単位コイルが、第2の発電コイルを構成している何れかの単位コイルと対をなすように設けられて、第1の発電コイル及び第2の発電コイルの各対をなす単位コイルが電機子鉄心の同じ歯部に巻回される点を除き、第9の発明と同様の構成を有する。
第11の発明は、第1ないし第10の発明の何れかに適用されるもので、本発明においては、交流発電機の電機子鉄心のm個の歯部にそれぞれ巻回されたm個の単位コイルが、更に他の発電コイルを構成する単位コイルを含んでいる。即ち、本発明においては、発電機の固定子に第1及び第2の発電コイルの他に更に発電コイルが設けられることを許容する。
第12の発明は、第1の発明ないし第10の発明の何れかに適用されるもので、本発明においては、交流発電機の電機子鉄心のm個の歯部にそれぞれ巻回されたm個の単位コイルが、第1の発電コイルの巻数よりも多い巻数を持つ第3の発電コイルを構成する単位コイルを含み、第3の発電コイルの出力を一定の直流電圧に変換する制御用電源回路が設けられる。この場合、スイッチ制御部は、制御用電源回路から電源電圧を得て動作するように構成される。
(1)第1の発電コイルWaと該第1の発電コイルよりも巻数が少ない第2の発電コイルとの双方をチョッパ制御する。
(2)第1の発電コイルWaのみをチョッパ制御する。
(3)第2の発電コイルWbのみをチョッパ制御する。
を、ブリッジの上側アームを構成するダイオードD11,D12と、ブリッジの下側アームを構成するダイオードDa1及びDa2とを備えたフルブリッジ型のダイオードブリッジ整流回路により構成し、第2の電圧変換回路VC2のみを、ダイオードD21,D22とMOSFET F21,F22との混合ブリッジ回路により構成する。この場合、スイッチ制御部CUは、通電制御用スイッチCSをオフ状態にして第2の電圧変換回路から第2の負荷への通電を阻止するか、又は第2の発電コイルWbから第2の負荷Ld2に流れる電流を制限するように通電制御用スイッチCSをオンオフさせた状態で、第1の負荷Ld1に供給される電圧を昇圧させるべくMOSFET F21,F22(第2のスイッチ手段)のオンオフ制御を行うように構成しておく。
101 回転子ヨーク
M1〜M18 永久磁石
2 固定子
201 電機子鉄心
T1〜T18 電機子鉄心の歯部
W1〜W18 単位コイル
W1a〜W13a 単位コイル
W1b〜W13b 単位コイル
Wa 第1の発電コイル
Wb 第2の発電コイル
Wc 第3の発電コイル
VC1 第1の電圧変換回路
VC2 第2の電圧変換回路
B1 第1のブリッジ回路
B2 第2のブリッジ回路
CS 通電制御用スイッチ
Ld1 第1の負荷
Ld2 第2の負荷
CU スイッチ制御部
F11,F12,F21,F22 MOSFET
Claims (12)
- 放射状に配置されたn個(nは2以上の整数)の歯部を有する電機子鉄心と、前記電機子鉄心に設けられているm個(mは2以上n以下の整数)の歯部にそれぞれ巻回されたm個の単位コイルとを備えた固定子と、前記電機子鉄心の各歯部の先端に形成された磁極部に対向する複数の磁極を備えた界磁を有して内燃機関により回転駆動される回転子とを備えた交流発電機と、前記交流発電機の出力電圧を直流電圧に変換する交直変換回路とを備えた内燃機関用電源装置であって、
前記m個の単位コイルは、少なくとも第1の発電コイル及び第2の発電コイルを構成するように結線され、
前記第1の発電コイルは、前記電機子鉄心に設けられたm個の歯部の内、一つ置きに配置された複数の歯部にそれぞれ巻回された複数の単位コイルを結線することにより構成され、
前記第2の発電コイルは、前記m個の歯部の内、前記第1の発電コイルを構成している複数の単位コイルの何れかが巻回された歯部に隣接する位置関係を有する一つ置きの歯部にそれぞれ巻回された複数の単位コイルを結線することにより構成され、
前記交直変換回路は、オンオフ制御された際に前記第1の発電コイルを通して流れる電流を断続させる第1のスイッチ手段と前記第1の発電コイルに誘起した電圧を整流して第1の負荷に供給する直流電圧に変換する第1の整流回路とを有する第1の電圧変換回路と、オンオフ制御された際に前記第2の発電コイルを通して流れる電流を断続させる第2のスイッチ手段と前記第2の発電コイルに誘起した電圧を整流して第2の負荷に供給する直流電圧に変換する第2の整流回路とを有する第2の電圧変換回路と、前記第2の電圧変換回路から第2の負荷への通電を制御する通電制御用スイッチとを備え、
前記通電制御用スイッチをオフ状態にして第2の電圧変換回路から第2の負荷への通電を阻止した状態に保つか、又は前記第2の発電コイルから第2の負荷に流れる電流を制限するように前記通電制御用スイッチをオンオフさせた状態で、前記第1の負荷に供給される電圧を昇圧させるべく前記第1のスイッチ手段と第2のスイッチ手段の双方のオンオフ制御を行うスイッチ制御部が設けられていること、
を特徴とする内燃機関用電源装置。 - 放射状に配置されたn個(nは2以上の整数)の歯部を有する電機子鉄心と、前記電機子鉄心に設けられているm個(mは2以上n以下の整数)の歯部にそれぞれ巻回されたm個の単位コイルとを備えた固定子と、前記電機子鉄心の各歯部の先端に形成された磁極部に対向する複数の磁極を備えた界磁を有して内燃機関により回転駆動される回転子とを備えた交流発電機と、前記交流発電機の出力電圧を直流電圧に変換する交直変換回路とを備えた内燃機関用電源装置であって、
前記m個の単位コイルは、少なくとも第1の発電コイル及び第2の発電コイルを構成するように結線され、
前記第1の発電コイルを構成している各単位コイルは、前記第2の発電コイルを構成している何れかの単位コイルと対をなすように設けられていて、前記第1の発電コイル及び第2の発電コイルの各対をなす単位コイルが前記電機子鉄心の同じ歯部に巻回され、
前記交直変換回路は、オンオフ制御された際に前記第1の発電コイルを通して流れる電流を断続させる第1のスイッチ手段と前記第1の発電コイルに誘起した電圧を整流して第1の負荷に供給する直流電圧に変換する第1の整流回路とを有する第1の電圧変換回路と、オンオフ制御された際に前記第2の発電コイルを通して流れる電流を断続させる第2のスイッチ手段と前記第2の発電コイルに誘起した電圧を整流して第2の負荷に供給する直流電圧に変換する第2の整流回路とを有する第2の電圧変換回路と、前記第2の電圧変換回路から第2の負荷への通電を制御する通電制御用スイッチとを備え、
前記通電制御用スイッチをオフ状態にして第2の電圧変換回路から第2の負荷への通電を阻止した状態に保つか、又は前記第2の発電コイルから第2の負荷に流れる電流を制限するように前記通電制御用スイッチをオンオフさせた状態で、前記第1の負荷に供給される電圧を昇圧させるべく前記第1のスイッチ手段と第2のスイッチ手段の双方のオンオフ制御を行うスイッチ制御部が設けられていること、
を特徴とする内燃機関用電源装置。 - 前記第1の負荷は、前記内燃機関を動作させるために駆動することが必須な電装品であり、
前記第2の負荷は、前記内燃機関を始動する過程では駆動を停止することが許容される負荷であり、
前記回転子の回転速度が前記内燃機関のアイドリング回転速度よりも低く設定された第1の設定速度まで上昇した時、及び前記回転子の回転速度が前記第1の設定速度よりも高い第2の設定速度まで上昇した時にそれぞれ前記第1の電圧変換回路及び第2の電圧変換回路から負荷電流の出力が開始されるように前記第1の発電コイル及び第2の発電コイルの巻数が設定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関用電源装置。 - 前記スイッチ制御部は、前記内燃機関の始動が完了するまでの間前記第1のスイッチ手段のオンオフ制御と前記第2のスイッチ手段のオンオフ制御とを同時に行うように構成されていることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関用電源装置。
- 前記スイッチ制御部は、前記第1のスイッチ手段のオンオフ制御と第2のスイッチ手段のオンオフ制御とを同期させて行わせるように構成されていることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関用電源装置。
- 前記第1の電圧変換回路は、各レグの上側アーム及び下側アームの一方及び他方がそれぞれダイオード及びMOSFETにより構成された第1のブリッジ回路からなっていて、前記第1のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETにより前記第1のスイッチ手段が構成されるとともに、前記第1のブリッジ回路の一方のアームを構成するダイオードと前記第1のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETのドレインソース間に形成された寄生ダイオードとにより前記第1の整流回路が構成され、
前記第2の電圧変換回路は、各レグの上側アーム及び下側アームの一方及び他方がそれぞれダイオード及びMOSFETにより構成された第2のブリッジ回路からなっていて、前記第2のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETにより前記第2のスイッチ手段が構成されるとともに、前記第2のブリッジ回路の一方のアームを構成するダイオードと前記第2のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETのドレインソース間に形成された寄生ダイオードとにより前記第2の整流回路が構成されていること、
を特徴とする請求項3、4又は5に記載の内燃機関用電源装置。 - 前記スイッチ制御部は、前記内燃機関の始動が完了するまでの間前記通電制御用スイッチをオフ状態に保ち、前記内燃機関の始動が完了した後に前記通電制御用スイッチがオン状態になるのを許容するように前記通電制御用スイッチを制御する請求項3,4,5又は6に記載の内燃機関用電源装置。
- 前記第1の電圧変換回路は、各レグの上側アーム及び下側アームの一方及び他方がそれぞれダイオード及びMOSFETにより構成された第1のブリッジ回路からなっていて、前記第1のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETにより前記第1のスイッチ手段が構成されるとともに、前記第1のブリッジ回路の一方のアームを構成するダイオードと前記第1のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETのドレインソース間に形成された寄生ダイオードとにより前記第1の整流回路が構成され、
前記第2の電圧変換回路は、各レグの上側アーム及び下側アームの一方及び他方がそれぞれサイリスタ及びMOSFETにより構成された第2のブリッジ回路からなっていて、前記第2のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETにより前記第2のスイッチ手段が構成されるとともに、前記第2のブリッジ回路の一方のアームを構成するサイリスタと前記第2のブリッジ回路の他方のアームを構成するMOSFETのドレインソース間に形成された寄生ダイオードとにより前記第2の整流回路が構成され、
前記スイッチ制御部は、前記内燃機関の始動が完了するまでの間前記第2の電圧変換回路の各サイリスタへのトリガ信号の供給を停止し、前記内燃機関の始動が完了した後に前記第2の電圧変換回路の各サイリスタへのトリガ信号の供給を行なうように構成されている請求項3、4又は5に記載の内燃機関用電源装置。 - 放射状に配置されたn個(nは2以上の整数)の歯部を有する電機子鉄心と、前記電機子鉄心に設けられているm個(mは2以上n以下の整数)の歯部にそれぞれ巻回されたm個の単位コイルとを備えた固定子と、前記電機子鉄心の各歯部の先端に形成された磁極部に対向する複数の磁極を備えた界磁を有して内燃機関により回転駆動される回転子とを備えた交流発電機と、前記交流発電機の出力電圧を直流電圧に変換する交直変換回路とを備えた内燃機関用電源装置であって、
前記m個の単位コイルは、少なくとも第1の発電コイルと該第1の発電コイルよりも巻数が多い第2の発電コイルとを構成するように結線され、
前記第1の発電コイルは、前記電機子鉄心に設けられたm個の歯部の内、一つ置きに配置された複数の歯部にそれぞれ巻回された複数の単位コイルを結線することにより構成され、
前記第2の発電コイルは、前記m個の歯部の内、前記第1の発電コイルを構成している複数の単位コイルの何れかが巻回された歯部に隣接する位置関係を有する一つ置きの歯部にそれぞれ巻回された複数の単位コイルを結線することにより構成され、
前記交直変換回路は、前記第1の発電コイルに誘起した電圧を整流して第1の負荷に供給する直流電圧に変換する第1の電圧変換回路と、オンオフ制御された際に前記第2の発電コイルを通して流れる電流を断続させる第2のスイッチ手段と前記第2の発電コイルに誘起した電圧を整流して第2の負荷に供給する直流電圧に変換する第2の整流回路とを有する第2の電圧変換回路と、前記第2の電圧変換回路から第2の負荷への通電を制御する通電制御用スイッチとを備え、
前記通電制御用スイッチをオフ状態にして第2の電圧変換回路から第2の負荷への通電を阻止するか、又は前記第2の発電コイルから第2の負荷に流れる電流を制限するように前記通電制御用スイッチをオンオフさせた状態で、前記第1の負荷に供給される電圧を昇圧させるべく前記第2のスイッチ手段のオンオフ制御を行うスイッチ制御部が設けられていること、
を特徴とする内燃機関用電源装置。 - 放射状に配置されたn個(nは2以上の整数)の歯部を有する電機子鉄心と、前記電機子鉄心に設けられているm個(mは2以上n以下の整数)の歯部にそれぞれ巻回されたm個の単位コイルとを備えた固定子と、前記電機子鉄心の各歯部の先端に形成された磁極部に対向する複数の磁極を備えた界磁を有して内燃機関により回転駆動される回転子とを備えた交流発電機と、前記交流発電機の出力電圧を直流電圧に変換する交直変換回路とを備えた内燃機関用電源装置であって、
前記m個の単位コイルは、少なくとも第1の発電コイルと該第1の発電コイルよりも巻数が多い第2の発電コイルとを構成するように結線され、
前記第1の発電コイルを構成している各単位コイルは、前記第2の発電コイルを構成している何れかの単位コイルと対をなすように設けられていて、前記第1の発電コイル及び第2の発電コイルの各対をなす単位コイルが前記電機子鉄心の同じ歯部に巻回され、
前記交直変換回路は、前記第1の発電コイルに誘起した電圧を整流して第1の負荷に供給する直流電圧に変換する第1の電圧変換回路と、オンオフ制御された際に前記第2の発電コイルを通して流れる電流を断続させる第2のスイッチ手段と前記第2の発電コイルに誘起した電圧を整流して第2の負荷に供給する直流電圧に変換する第2の整流回路とを有する第2の電圧変換回路と、前記第2の電圧変換回路から第2の負荷への通電を制御する通電制御用スイッチとを備え、
前記通電制御用スイッチをオフ状態にして前記第2の電圧変換回路から第2の負荷への通電を阻止した状態に保つか、又は前記第2の発電コイルから第2の負荷に流れる電流を制限するように前記通電制御用スイッチをオンオフさせた状態で、前記第1の負荷に供給される電圧を昇圧させるべく前記第2のスイッチ手段のオンオフ制御を行うスイッチ制御部が設けられていること、
を特徴とする内燃機関用電源装置。 - 前記交流発電機の電機子鉄心のm個の歯部にそれぞれ巻回されたm個の単位コイルは、更に他の発電コイルを構成している単位コイルを含んでいる請求項1ないし10の何れか一つに記載の内燃機関用電源装置。
- 前記交流発電機の電機子鉄心のm個の歯部にそれぞれ巻回されたm個の単位コイルは、前記第1の発電コイルの巻数よりも多い巻数を持つ第3の発電コイルを構成する単位コイルを含み、
前記第3の発電コイルの出力を一定の直流電圧に変換する制御用電源回路が設けられ、
前記スイッチ制御部は、前記制御用電源回路から電源電圧を得て動作するように構成されている請求項1ないし10の何れか一つに記載の内燃機関用電源装置。
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