JP5130116B2 - 電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、交流発電機により発電される電力を負荷に供給する電力供給システムに係り、特に車両に搭載され、エンジン出力により駆動される交流発電機を含んで構成され、バッテリ及びその他の負荷に電力を供給する場合に好適な電力供給システムに関する。

ショート式レギュレータを用いた、二輪車などに採用されている従来の電力供給システムでは、発電機により、エンジンの高回転時にはバッテリの充電に必要な電力より大きい電力が発電され、上記発電機の出力電圧がバッテリの上限電圧を超えてしまう。このため、発電機の出力電圧上昇時には発電機の出力端子間を短絡させることにより、電力供給システムの負荷抵抗を小さくし、整流回路の出力電圧がバッテリの充電電圧より若干高い電圧に維持されるようにしている。

すなわち、電力供給システムの発電機の出力電圧が上昇したときは、発電機の出力端子間を短絡することにより等価的に負荷抵抗値を減少させ、不要な電力を損失させることにより、発電機の出力電圧を一定に維持するようにしている。
このようにショート式レギュレータは、余分なエネルギーを熱として発生させて捨てているので、エネルギー効率が悪く、発熱が大きいという問題が有った。

これに対して、交流発電機の最大電力動作点に対応する出力電流よりも低電流側で動作するように、交流発電機の動作点を制御することにより、交流発電機の内部抵抗によるエネルギー損失を最小限に抑制することができる電力供給システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

従来の電力供給システムの構成の一例を図５に示す。同図において、従来の電力供給システムは、三相のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路１００ａ，１００ｂ，１００ｃがＹ結線された三相交流発電機１００と、ダイオードＤ１〜Ｄ６からなる整流回路１０２と、整流回路１０２の出力電圧のレベルを調整するＤＣ−ＤＣコンバータ１０４とを有している。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０４の出力端には負荷ＲＬが接続されており、負荷ＲＬに並列にバッテリ１０６が接続されている

上記構成において、図６に示すように交流発電機１００からは、互いに位相が(２／３)π異なる電圧Ｖｕ,Ｖｖ，ＶｗがＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路１００a，１００ｂ，１００ｃより出力され、整流回路１０２により全波整流される。このときの整流回路１０２の出力電圧は、ピーク電圧で表現すると、（√３）×Ｖ（ただし、Ｖは、Ｖｕ,Ｖｖ，Ｖｗの各ピーク電圧である。）である。

整流回路１０２の出力電圧はＤＣ−ＤＣコンバータ１０４により電圧レベルが調整され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０４の出力電圧は負荷ＲＬに供給されると共に、バッテリ１０６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０４の出力電圧により充電される。
特開２０００−３４１９９７号公報

しかしながら、特許文献１に示す電力供給システムにあっては、エネルギー効率は改善されるが、エンジンの低回転時には負荷側に供給する交流発電機の出力電圧が低下し、バッテリへの充電ができないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、エンジンの低回転時においてもバッテリへの充電を行うことができる電力供給システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電力供給システムは、三相交流発電機により発電される電力を負荷に供給する電力供給システムであって、三相の各相回路がΔ結線された三相交流発電機と、前記三相交流発電機の出力電圧を整流し、かつ倍電圧にする半波整流型倍電圧回路とを有し、前記半波整流型倍電圧回路は、前記三相交流発電機のΔ結線の各線間出力端間に接続され、該線間出力電圧により充電されるコンデンサ群と、前記半波整流型倍電圧回路の一方の出力端と前記三相交流発電機の各相回路の一端との間にそれぞれ設けられ、前記コンデンサ群が前記三相交流発電機の逆相電圧により充電される際に前記三相交流発電機の各相回路が短絡されるのを防止するダイオード群とを含んで構成されたことを特徴とする。

また、本発明の電力供給システムは、三相交流発電機により発電される電力を負荷に供給する電力供給システムであって、三相の各相回路がΔ結線された三相交流発電機と、前記三相交流発電機の各線間電圧を半波整流し、かつ倍電圧にする半波整流型倍電圧回路とを有し、前記半波整流型倍電圧回路は、前記三相交流発電機のΔ結線の各線間出力端間に接続され、該線間出力電圧により充電されるコンデンサ群と、前記半波整流型倍電圧回路の一方の出力端と前記三相交流発電機の各相回路の一端との間にそれぞれ設けられ、前記コンデンサ群が前記三相交流発電機の逆相電圧により充電される際に前記三相交流発電機の各相回路が短絡されるのを防止するダイオード群とを含んで構成され、前記負荷には、前記三相交流発電機の線間電圧出力と、前記コンデンサ群の充電電圧とが加算された電圧に応じた電圧が供給されることを特徴とする。

上記構成からなる本発明の電力供給システムでは、半波整流型倍電圧回路により、三相の各相回路がΔ結線またはＹ結線された三相交流発電機の各線間電圧が半波整流され、かつ三相交流発電機のΔ結線またはＹ結線の各線間出力端間に接続されたコンデンサ群が前記線間電圧により充電される。
このとき、前記コンデンサ群が前記三相交流発電機の逆相電圧により充電される際に前記三相交流発電機の各相回路が、前記半波整流型倍電圧回路の一方の出力端と前記三相交流発電機の各相回路の一端との間にそれぞれ設けられたダイオード群により短絡されるのが防止される。

前記負荷には、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電圧調整手段により、前記三相交流発電機の線間電圧出力と、前記コンデンサの充電電圧とが加算された電圧に応じた電圧が供給される。
これにより、エンジンの低回転時においても十分に高い電圧を負荷側に供給できるので、エンジンの低回転時においてもバッテリへの充電を行うことが可能となる。

以上説明したように、本発明の電力供給システムによれば、エンジンの低回転時においても十分に高い電圧を負荷側に供給することができ、エンジンの低回転時においてもバッテリへの充電を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１に本発明の第１実施形態に係る電力供給システムの構成を示す。同図において、本発明の第１実施形態に係る電力供給システムは、三相のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃがΔ結線された三相交流発電機１０と、三相交流発電機１０の各線間出力端間に接続されているコンデンサＣ１〜Ｃ３、ダイオードＤ１〜Ｄ９からなる半波整流型倍電圧回路２０と、半波整流型倍電圧回路２０の出力電圧のレベルを調整するＤＣ−ＤＣコンバータ３０とを有している。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力端には負荷ＲＬが接続されており、負荷ＲＬに並列にバッテリ４０が接続されている

半波整流型倍電圧回路２０において、ダイオードＤ１〜Ｄ６は整流を行うダイオードブリッジを構成し、ダイオードＤ７〜Ｄ９は半波整流型倍電圧回路２０の一方の出力端と三相交流発電機１０のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃの一端との間にそれぞれ、設けられており、コンデンサＣ１〜Ｃ３が三相交流発電機１０の逆相電圧により充電される際に、三相交流発電機１０のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路が短絡されるのを防止する機能を有している。コンデンサＣ１〜Ｃ３は本発明のコンデンサ群に相当し、ダイオードＤ７〜Ｄ９は本発明のダイオード群に相当する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は半波整流型倍電圧回路２０の出力電圧の電圧レベルを調整する機能を有している。
上記構成において、図２に示すように三相交流発電機１０からは、互いに位相が(２／３)π異なる電圧Ｖｕ,Ｖｖ，ＶｗがＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路１０a，１０ｂ，１０ｃより出力され、半波整流型倍電圧回路２０により倍電圧整流された出力電圧ＶoutがＤＣ−ＤＣコンバータ３０に出力される。

すなわち、Ｕ相回路１０ａについて説明すると、Ｕ相回路１０ａにより発生するＶｕにより、Ｕ相回路１０ａ→ダイオードＤ１→コンデンサＣ１の経路でコンデンサＣ１が充電され、コンデンサＣ１の両端間電圧はＶｕとなる。
コンデンサＣ２についても、Ｖ相回路１０ｂにより発生するＶｖにより、Ｖ相回路１０ｂ→ダイオードＤ２→コンデンサＣ２の経路でコンデンサＣ２が充電され、コンデンサＣ２の両端間電圧はＶｖとなる。

同様に、コンデンサＣ３についても、Ｗ相回路１０ｃにより発生するＶｗにより、Ｗ相回路１０ｃ→ダイオードＤ３→コンデンサＣ３の経路でコンデンサＣ３が充電され、コンデンサＣ３の両端間電圧はＶｗとなる。
ここで、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が三相交流発電機１０のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路の逆相電圧により充電される際に三相交流発電機１０のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路が、半波整流型倍電圧回路２０の一方の出力端と三相交流発電機１０のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路の一端との間にそれぞれ設けられたダイオード群Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９により短絡されるのが防止される。

このようにして、各コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３はＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路１０a，１０ｂ，１０ｃの線間電圧（Ｖｕ＝Ｖｖ＝Ｖｗ＝Ｖｏとおく。Ｖｏはピーク電圧）により充電される。
そして、これらの各コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の放電時には、これらの各コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の充電電圧が電源として機能し、それぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路１０a，１０ｂ，１０ｃにより発電された電圧Ｖｕ,Ｖｖ，Ｖｗが加算された電圧が半波整流型倍電圧回路２０の出力電圧としてＤＣ−ＤＣコンバータ３０に出力される。

すなわち、Ｕ相回路１０aの発電電圧Ｖｕは、コンデンサＣ１の充電電圧Ｖｕと加算され、その加算された電圧２ＶｕがダイオードＤ４を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３０の入力端に印加される。
また、Ｖ相回路１０ｂの発電電圧Ｖｖは、コンデンサＣ２の充電電圧Ｖｖと加算され、その加算された電圧２ＶｖがダイオードＤ５を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３０の入力端に印加される。

同様に、Ｗ相回路１０ｃの発電電圧Ｖｗは、コンデンサＣ３の充電電圧Ｖｗと加算され、その加算された電圧２ＶｗがダイオードＤ６を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３０の入力端に印加される。
このようにして、半波整流型倍電圧回路２０から出力電圧２Ｖｏ（＝Ｖout）がＤＣ−ＤＣコンバータ３０に供給される。

半波整流型倍電圧回路２０出力電圧はＤＣ−ＤＣコンバータ３０により電圧レベルが調整され、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力電圧は負荷ＲＬに供給されると共に、バッテリ４０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力電圧により充電される。

本発明の第１実施形態に係る電力供給システムによれば、三相交流発電機の各相回路がΔ結線されたているにもかかわらず、従来のＹ結線された交流発電機を使用した電力供給システムより大きい出力電圧を得ることができる。
したがって、エンジンの低回転時においても十分に高い電圧を負荷側に供給することができ、エンジンの低回転時においてもバッテリへの充電を行うことが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態に係る電力供給システムについて説明する。図３に本発明の第２実施形態に係る電力供給システムの構成を示す。同図において、本発明の第２実施形態に係る電力供給システムは、三相のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃがＹ結線された三相交流発電機１０Ａと、三相交流発電機１０Ａの各線間出力端間に接続されているコンデンサＣ１〜Ｃ３、ダイオードＤ１〜Ｄ９からなる半波整流型倍電圧回路２０Ａと、半波整流型倍電圧回路２０Ａの出力電圧のレベルを調整するＤＣ−ＤＣコンバータ３０とを有している。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力端には負荷ＲＬが接続されており、負荷ＲＬに並列にバッテリ４０が接続されている。

本発明の第２実施形態に係る電力供給システムが第１実施形態に係る電力供給システムと構成上、異なるのは三相交流発電機の各相回路がＹ結線されている点であり、その他の構成は同様である。
上記構成において、図４に示すように三相交流発電機１０Ａからは、互いに位相が(２／３)π異なる電圧Ｖｕ,Ｖｖ，ＶｗがＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路１０a，１０ｂ，１０ｃより出力され、半波整流型倍電圧回路２０Ａにより倍電圧整流された出力電圧ＶoutがＤＣ−ＤＣコンバータ３０に出力される。

Ｕ相回路１０ａ，Ｗ相回路１０ｃについて説明する。ここで、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相回路１０a，１０ｂ，１０ｃにより発生する電圧Ｖｕ,Ｖｖ，Ｖｗ（ピーク値）は、Ｖｕ＝Ｖｖ＝Ｖｗ＝Ｖとする。
Ｕ相回路１０ａ，Ｖ相回路１０ｂの線間電圧Ｖuw（＝√３Ｖ）により、Ｕ相回路１０ａ→ダイオードＤ１→コンデンサＣ１→Ｗ相回路１０ｃ経路でコンデンサＣ１が充電され、コンデンサＣ１の両端間電圧はＶuw（＝√３Ｖ）となる。

コンデンサＣ２についても、Ｖ相回路１０ｂ，Ｕ相回路１０ａの線間電圧Ｖvu（＝√３Ｖ）により、Ｖ相回路１０ｂ→ダイオードＤ２→コンデンサＣ２→Ｕ相回路１０ａの経路でコンデンサＣ２が充電され、コンデンサＣ２の両端間電圧はＶvuとなる。
同様に、コンデンサＣ３についても、Ｗ相回路１０ｃ，Ｖ相回路１０ｂの線間電圧Ｖwv（＝√３Ｖ）により、Ｗ相回路１０ｃ→ダイオードＤ３→コンデンサＣ３→Ｖ相回路１０ｂの経路でコンデンサＣ２が充電され、コンデンサＣ２の両端間電圧はＶwvとなる。

ここで、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が三相交流発電機１０のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路の逆相電圧により充電される際に三相交流発電機１０のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路が、半波整流型倍電圧回路２０の一方の出力端と三相交流発電機１０のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路の一端との間にそれぞれ設けられたダイオード群Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９により短絡されるのが防止される。

このようにして、各コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３はＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路１０a，１０ｂ，１０ｃの線間電圧（Ｖuw＝Ｖvu＝Ｖwv＝√３Ｖ）により充電される。
そして、これらの各コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の放電時には、これらの各コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の充電電圧が電源として機能し、それぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の各相回路１０a，１０ｂ，１０ｃの線間電圧が加算された電圧が半波整流型倍電圧回路２０の出力電圧としてＤＣ−ＤＣコンバータ３０に出力される。

すなわち、Ｕ相回路１０ａ，Ｖ相回路１０ｂの線間電圧Ｖuwは、コンデンサＣ１の充電電圧Ｖuwと加算され、その加算された電圧２ＶuwがダイオードＤ４を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３０の入力端に印加される。
また、Ｖ相回路１０ｂ，Ｕ相回路１０ａの線間電圧Ｖvuは、コンデンサＣ２の充電電圧Ｖvuと加算され、その加算された電圧２ＶvuがダイオードＤ５を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３０の入力端に印加される。

同様に、Ｗ相回路１０ｃ，Ｖ相回路１０ｂの線間電圧Ｖwvは、コンデンサＣ３の充電電圧Ｖwvと加算され、その加算された電圧２ＶwvがダイオードＤ６を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３０の入力端に印加される。
このようにして、半波整流型倍電圧回路２０から出力電圧２√３Ｖ（＝Ｖout）がＤＣ−ＤＣコンバータ３０に供給される。

半波整流型倍電圧回路２０出力電圧はＤＣ−ＤＣコンバータ３０により電圧レベルが調整され、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力電圧は負荷ＲＬに供給されると共に、バッテリ４０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力電圧により充電される。

本発明の第２実施形態に係る電力供給システムによれば、従来のＹ結線された交流発電機を使用した電力供給システムより大きい出力電圧を得ることができる。
したがって、エンジンの低回転時においても十分に高い電圧を負荷側に供給することができ、エンジンの低回転時においてもバッテリへの充電を行うことが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る電力供給システムの構成を示す回路図。 図１に示した本発明の第１実施形態に係る電力供給システムの動作を示す波形図。 本発明の第２実施形態に係る電力供給システムの構成を示す回路図。 図３に示した本発明の第２実施形態に係る電力供給システムの動作を示す波形図。 従来の電力供給システムの構成を示す回路図。 図５に示した従来の電力供給システムの動作を示す波形図。

符号の説明

１０、１０Ａ…三相交流発電機、２０、２０Ａ…半波整流型倍電圧回路、３０…ＤＣ−ＤＣコンバータ、４０…バッテリ、ＲＬ…負荷

Claims (2)

1. 三相交流発電機により発電される電力を負荷に供給する電力供給システムであって、
   三相の各相回路がΔ結線された三相交流発電機と、
   前記三相交流発電機の出力電圧を整流し、かつ倍電圧にする半波整流型倍電圧回路と、
   を有し、
   前記半波整流型倍電圧回路は、
   前記三相交流発電機のΔ結線の各線間出力端間に接続され、該線間出力電圧により充電されるコンデンサ群と、
   前記半波整流型倍電圧回路の一方の出力端と前記三相交流発電機の各相回路の一端との間にそれぞれ設けられ、前記コンデンサ群が前記三相交流発電機の逆相電圧により充電される際に前記三相交流発電機の各相回路が短絡されるのを防止するダイオード群と、
   を含んで構成されたことを特徴とする電力供給システム。
2. 三相交流発電機により発電される電力を負荷に供給する電力供給システムであって、
   三相の各相回路がΔ結線された三相交流発電機と、
   前記三相交流発電機の各線間電圧を半波整流し、かつ倍電圧にする半波整流型倍電圧回路と、
   を有し、
   前記半波整流型倍電圧回路は、
   前記三相交流発電機のΔ結線の各線間出力端間に接続され、該線間出力電圧により充電されるコンデンサ群と、
   前記半波整流型倍電圧回路の一方の出力端と前記三相交流発電機の各相回路の一端との間にそれぞれ設けられ、前記コンデンサ群が前記三相交流発電機の逆相電圧により充電される際に前記三相交流発電機の各相回路が短絡されるのを防止するダイオード群と、
   を含んで構成され、
   前記負荷には、前記三相交流発電機の線間電圧出力と、前記コンデンサ群の充電電圧とが加算された電圧に応じた電圧が供給されることを特徴とする電力供給システム。

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