WO2017013699A1 - 内燃機関用電源装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関により駆動される発電機を電源として、内燃機関を動作させるために常時駆動することが必要な第１の負荷と、機関の始動時に駆動しないことが許容される第２の負荷とに電力を供給する内燃機関用電源装置であって、第１の負荷を駆動する第１の発電コイルと、第２の負荷を駆動する第２の発電コイルとが互いに磁気的に密に結合した状態で発電機内に設けられ、第２の発電コイルから負荷への通電を阻止した状態で、第１の発電コイルの通電電流のチョッパ制御と第２の発電コイルの通電電流のチョッパ制御とが同時に行われることにより、機関の低速回転時に負荷に与える電圧が従来よりも更に高い電圧値まで昇圧される。

Description

内燃機関用電源装置

　本発明は、内燃機関により駆動される発電機を電源として各種の電装品に電力を供給する電源装置に関するものである。

　内燃機関に取り付けられる発電機としては、永久磁石により界磁を構成した磁石回転子と、磁石回転子の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心に発電コイルを巻回してなる固定子とを備えた磁石発電機が多く用いられている。磁石発電機は交流発電機であるのに対し、内燃機関を搭載した機器に設けられる電装品の殆どは直流負荷であるため、この種の発電機を電源として各種の電装品に電力を供給する電源装置を構成する場合には、発電機の出力電圧を直流電圧に変換する回路が必要になる。

　内燃機関を搭載した機器にバッテリが設けられない場合には、内燃機関に燃料を供給する燃料噴射装置の燃料ポンプや、内燃機関を点火する点火装置のように、機関を動作させるために常時駆動することが必要とされる電装品負荷を、内燃機関により駆動される発電機を電源とした電源装置により駆動することが必要とされる。このような場合には、機関の始動性を向上させるために、機関の極低速回転時に発電機が発生する電圧を高くして、電源から負荷への電力の供給が開始される回転速度をできるだけ低くすることが必要とされるだけでなく、機関の高速回転時にも負荷を駆動するために必要にして十分な電圧を発生させることが必要とされる。

　また内燃機関を搭載した機器にバッテリが設けられる場合には、機関により駆動される発電機を電源とした電源装置がバッテリを充電するために用いられるが、このような内燃機関用電源装置においても、機関の高速回転時の出力電圧を犠牲にすることなく、機関の低速時に大きな出力電圧を発生させることが必要とされる。

　機関の極低速回転時に発電機の出力電圧を高くするためには、発電コイルの巻数を多くしておくことが必要であるが、発電コイルの巻数を多くすると、そのインダクタンスが大きくなる上に、コイルの抵抗値が高くなるため、機関の高速回転時に発生する電圧が低下するのを避けられない。このように、機関の低速時に発電する電圧を高めるという要求と、機関の高速回転時に発生する電圧を高める要求とは相反するものであるため、機関により駆動される発電機と、その出力を整流する回路とを設けるだけで、これらの要求の双方を満たす電源装置を構成することは困難である。

　そこで、特許文献１に示されているように、発電機内に設けられた特定の発電コイルを通して流す電流を断続させるチョッパ制御（発電コイルに短絡電流または短絡電流に近い電流を流す動作とこの電流を遮断する動作とを繰り返し行う制御）を機関の低速回転時に行うことにより、発電コイルに昇圧された電圧を誘起させるようにした電源装置が提案されている。

　特許文献１に記載された電源装置では、発電コイルの交流出力電圧を直流電圧に変換する回路として、ブリッジの上辺をダイオードにより構成すると共に、下辺をＭＯＳＦＥＴにより構成した混合ブリッジ回路を用い、機関の低速回転時にブリッジの両下辺のＭＯＳＦＥＴを同時にオンオフさせることにより発電コイルを流れる電流を断続させるチョッパ制御を行って、発電コイルに昇圧された電圧を誘起させ、この昇圧された電圧を、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードとブリッジの上辺のダイオードとにより構成される整流回路で整流して直流電圧に変換するようにしている。このように構成すれば、機関の低速時に発電コイルに誘起する電圧を高くして、負荷の駆動が開始される回転速度を低くすることができる。また発電コイルの巻数を多くすることなく、低速回転時に発電コイルの出力を増大させることができるため、機関の高速回転時に発電コイルが発生する電圧が低下するのを防ぐことができる。

特開平８－３３２２８号公報

　特許文献１に示された電源装置によった場合には、機関の高速回転時に負荷に供給する電圧が低下するのを防ぎつつ、機関の低速回転時に負荷に供給する電圧を高くして、負荷の駆動が開始される回転速度を低くすることができるが、負荷に供給する電力を発生する発電コイルを流れる電流を断続させただけでは、低速回転時の出力電圧を高める上で限界があり、低速回転時の出力電圧を更に高くすることが必要とされた場合に、その要求に応えることができないことがあった。

　本発明の目的は、機関により駆動される発電機内に設けられた発電コイルを通して流れる電流を断続させることによって発電コイルに誘起させた電圧を整流することにより、昇圧された直流電圧を得る内燃機関用電源装置において、低速回転時に得る直流電圧を従来よりも更に高くすることができるようにすることにある。

　本願明細書には、上記の課題を解決するために少なくとも以下に示す第１ないし第１２の発明が開示される。
　＜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。

　本発明においては、上記ｍ個の単位コイルが、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る。ここで第１の発電コイルは、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、第２の発電コイルは、前記ｍ個の歯部の内、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る。

　また本発明で用いる交直変換回路は、オンオフ制御された際に第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、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た構成とする。

　本発明においてはまた、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の電圧変換回路から第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、第１の負荷に供給される電圧を昇圧させるべく第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る。

　周知のように、インダクタンスがＬのコイルに流れていた電流ｉを遮断すると、電流ｉが流れていた間にコイルに蓄積されたエネルギ（Ｌ・ｉ^２）／２が放出されることにより、コイルに高い電圧が誘起する。上記のように、第１の発電コイルを構成する各単位コイルが巻回された歯部と、第２の発電コイルを構成する単位コイルが巻回されている歯部とを隣接させることにより第１の発電コイルと第２の発電コイルとの磁気結合を密にしておいて、通電制御用スイッチをオフにして第２の電圧変換回路から第２の負荷に電流が流れるのを阻止するか、又は通電制御用スイッチを１未満のデューティ比でオンオフさせることにより第２の電圧変換回路から第２の負荷に流れる電流を制限した状態で、第１の発電コイルを流れる電流と第２の発電コイルを流れる電流との双方を断続させるようにすると、第２の発電コイルを流れていた電流を遮断した際に該第２の発電コイルから放出されるエネルギを、該第２の発電コイルに密に磁気結合されている第１の発電コイルに移行させて、第１の発電コイルを流れていた電流を遮断した際に該第１の発電コイルから放出されるエネルギに重畳させることができるため、第１の発電コイルに誘起する電圧を、第１の発電コイルを流れていた電流のみを遮断した場合に誘起する電圧よりも更に高くすることができる。

　従って上記のように構成すれば、第１の発電コイルを流れる電流のみを断続させることにより出力電圧を昇圧させていた従来技術によった場合よりも更に高い電圧を第１の発電コイルから出力させることができ、機関の回転速度が低い領域で第１の発電コイルから出力される電圧を従来よりも高くすることができる。

　＜第２の発明＞
　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。

　このように構成した場合にも、第１の発電コイルと第２の発電コイルとを密に磁気結合することができるため、第２の発電コイルを流れていた電流を遮断した際に該第２の発電コイルから放出されるエネルギを、第１の発電コイルを流れていた電流を遮断した際に該第１の発電コイルから放出されるエネルギに重畳させて、第１の発電コイルに誘起する電圧を、第１の発電コイルを流れていた電流のみを遮断した場合に誘起する電圧よりも高くすることができる。

　＜第３の発明＞
　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。

　このように構成すると、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を、機関が駆動する発電機により駆動するようにして、内燃機関により駆動するシステムをバッテリレスの構成とする場合に、該電装品の駆動が開始される回転速度を低くすることができるため、機関の始動性を向上させることができる。

　＜第４の発明＞
　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＞
　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＞
　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＞
　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＞
　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＞
　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。

　本発明においては、第２の発電コイルが第１の発電コイルよりも多くの巻数を有している。また第１の発明と同様に、第１の発電コイルを構成している各単位コイルは、第２の発電コイルを構成している単位コイルのいずれかが巻回されている歯部に隣接する歯部に巻回されている。

　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ため、交直変換回路は、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の電圧変換回路と第２の負荷との間に挿入された通電制御用スイッチとを備えた構成とされる。この場合スイッチ制御部は、通電制御用スイッチをオフ状態に保つか、又は第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通電制御用スイッチをオンオフさせた状態で、第１の負荷に供給される電圧を昇圧させるべく第２のスイッチ手段のオンオフ制御を行うように構成される。

　上記のように、第２の発電コイルの巻数を第１の発電コイルの巻数よりも多くておくと、第２の発電コイルは、第１の発電コイルのインダクタンスよりも大きいインダクタンスを持つことになる。インダクタンスが小さい第１の発電コイルとインダクタンスが大きい第２の発電コイルとを磁気的に密に結合させておいて、インダクタンスが大きい方の第２の発電コイルを流れる電流を断続させると、第２の発電コイルを流れる電流を遮断した際に放出されっる大きなエネルギを第１の発電コイルに移行させることができるため、インダクタンスが小さい方の第１の発電コイルを流れる電流を断続させなくても、該第１の発電コイルに誘起する電圧を、該第１の発電コイルに流れる電流を断続させた場合よりも高くすることができる。

　第９の発明のように構成すると、第１の発電コイルの通電電流を断続させる制御を行うことなく、第１の発電コイルの誘起電圧を昇圧させることができるため、電源装置の回路構成を複雑にすることなく、第１の発電コイルの出力で駆動する負荷に与える電圧を高めることができる。

　＜第１０の発明＞
　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＞
　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＞
　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。

　上記のように構成すると、第１の発電コイルが負荷の駆動を開始する回転速度よりも低い回転速度で制御用電源回路の出力電圧を確立させて、スイッチ制御部を動作可能な状態にすることができるため、バッテリを用いることなくスイッチ制御部を機能させて負荷を駆動するための電圧を発生させることができ、バッテリレスのシステムにも本発明に係る電源装置を適用することができる。

　請求項１ないし８の何れかに記載された発明によれば、固定子に設ける第１の発電コイルと第２の発電コイルとを磁気的に密に結合しておくとともに、第２の発電コイルから負荷への通電を遮断するか又は制限した状態で、両コイルを流れる電流を同時に断続させるようにしたので、第２の発電コイルを流れる電流を遮断した際に該第２の発電コイルから放出されるエネルギを第１の発電コイルに移行させて、第１の発電コイルに誘起する電圧を、該第１の発電コイルを流れる電流のみを断続させる制御を行った場合に比べて更に高い電圧まで昇圧させることができる。従って本発明によれば、機関の回転速度が低い領域で第１の発電コイルに誘起する電圧を従来よりも高くして、第１の発電コイルの出力により駆動される負荷を、従来よりも更に低い回転速度で起動させることができる。

　また請求項９又は１０に記載された発明によれば、第２の発電コイルの巻数を第１の発電コイルの巻数よりも多くして第２の発電コイルに第１の発電コイルよりも大きなインダクタンスを持たせるとともに、第１の発電コイルと第２の発電コイルとを磁気的に密に結合させて、インダクタンスが大きい方の第２の発電コイルを流れる電流を断続させることにより、第１の発電コイルに誘起する電圧を昇圧させるようにしたので、第１の発電コイルの通電電流を断続させる制御を行うことなく、第１の発電コイルの誘起電圧を従来よりも高い電圧まで昇圧させることができ、電源装置の回路構成を複雑にすることなく、第１の発電コイルの出力で駆動する負荷に与える電圧を高めることができる。

本発明に係る内燃機関用電源装置の一実施形態の回路構成を示した回路図である。 図１の実施形態で用いる制御部の一構成例を示したブロック図である。 図１の実施形態で用いる制御部の他の構成例を示したブロック図である。 本発明に係る内燃機関用電源装置の他の実施形態の回路構成を示す回路図である。 本発明に係る内燃機関用電源装置の更に他の実施形態の回路構成を示す回路図である。 本発明の実施形態で用いる発電機の一構成例を概略的に示した正面図である。 本発明の実施形態で用いる発電機の他の構成例を概略的に示した正面図である。 （Ａ）～（Ｅ）は、本発明に係る電源装置の一実施形態の動作を説明するための波形図である。 本発明に係る電源装置において第１の発電コイルと鎖交する磁束量の回転角に対する変化の波形を模式的に示した波形図である。 本発明に係る電源装置において、第１の発電コイルを流れる電流及び第２の発電コイルを流れる電流の何れをもチョッパ制御しなかった場合、第１の発電コイルを流れる電流のみをチョッパ制御した場合、第２の発電コイルを流れる電流のみをチョッパ制御した場合、並びに第１の発電コイルを流れる電流と第２の発電コイルを流れる電流との双方をチョッパ制御した場合にそれぞれ第１の発電コイルに誘起する電圧の波形を模式的に示した波形図である。 本発明に係る電源装置において、第１の発電コイルを流れる電流及び第２の発電コイルを流れる電流の何れをもチョッパ制御しなかった場合、第１の発電コイルを流れる電流のみをチョッパ制御した場合、第２の発電コイルを流れる電流のみをチョッパ制御した場合、並びに第１の発電コイルを流れる電流及び第２の発電コイルを流れる電流の双方をチョッパ制御した場合にそれぞれ第１の発電コイルから第１の負荷に供給される直流電力の変化を模式的に示した波形図である。 内燃機関を搭載した機器がバッテリレスである場合に必要とされる電源特性の一例を示したグラフである。

　以下図面を参照して、内燃機関が搭載された機器のうち、バッテリが設けられていない所謂バッテリレスの機器に用いる内燃機関用電源装置に本発明を適用する場合を例にとって、本発明の実施形態を説明する。

　バッテリレスの機器において内燃機関に取り付けられる発電機が電力を供給する負荷としては、内燃機関を点火する点火装置や、機関に燃料を供給する燃料ポンプのように、機関を動作させるために常時駆動することが必要な（駆動することが必須な）負荷と、常時駆動することが必要な点火装置や燃料ポンプを制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）などの制御装置を含む負荷と、運転者が必要に応じて駆動するランプ等の負荷とがある。本明細書では、点火装置や燃料ポンプのように、機関を動作させるために常時駆動することが必要な負荷を「常時駆動負荷」又は「第１の負荷」と呼び、ヘッドランプのように、運転者が機関を始動した後に必要に応じて駆動する負荷を「随時駆動負荷」又は「第２の負荷」と呼ぶ。また常時駆動負荷を制御する制御装置などの負荷を「制御システム負荷」又は「第３の負荷」と呼ぶ。

　内燃機関に搭載された交流発電機が駆動する必要がある負荷の内、常時駆動負荷（第１の負荷）は、機関の始動操作を開始した直後から動作を開始する必要があるため、始動操作開始直後の回転速度（始動完了時の回転速度よりも十分に低い回転速度）で動作を開始する必要がある。また制御システム負荷（第３の負荷）は、機関の始動時に常時駆動負荷が動作を開始する時点で、既に常時駆動負荷の制御を行うことができる状態になっている必要があるため、常時駆動負荷が動作を開始する回転速度よりも更に低い回転速度で動作を開始する必要がある。これに対し、随時駆動負荷（第２の負荷）は、機関の始動時には必ずしも動作させる必要がなく、機関の始動が完了した後に動作を開始させることが許容される。このように、バッテリレスの機器に適用される内燃機関用電源装置は、必要とされる駆動特性が異なる負荷に電力を供給する必要があり、単一の巻数を有する発電コイルですべての負荷に電力を供給することはできないため、それぞれの負荷に適した出力特性を持たせた発電コイルを設けている。

　図１２は、バッテリレスの機器に適用される電源装置で必要とされる発電コイルの出力特性（出力電流対回転速度特性）を概略的に示したものである。図１２の横軸は、発電機の回転子の回転速度Ｎを示し、縦軸は発電コイルの出力電流ｉを示している。図１２の曲線ａ及びｂはそれぞれ制御システム負荷（第３の負荷）及び常時駆動負荷（第１の負荷）を駆動するための発電コイルの出力特性を示し、曲線ｃは、随時駆動負荷（第２の負荷）を駆動するための発電コイルの出力特性を示している。

　制御システム負荷を駆動する発電コイルは、図１２に曲線ａで示したように、機関の始動操作を開始した直後の極低速回転時から負荷を駆動する必要があるため、十分に多くの巻数を持たせて巻回しておく必要がある。発電コイルの巻数を多くすると、機関の高速回転時に出力が飽和したり低下したりするが、制御システム負荷を駆動するために必要な電力は僅かであるため支障を来さない。

　常時駆動負荷を駆動する発電コイルは、機関の始動時の回転速度でも負荷を駆動するために必要な出力を発生する必要があるだけでなく、機関の高速回転時にもある程度大きな出力を発生する必要があるため、制御システム負荷を駆動する発電コイルよりは巻数を少なくしておく必要がある。そのため、常時駆動負荷を駆動する発電コイルの出力特性は、図１２の曲線ｂのように、制御システム負荷を駆動する発電コイルの出力が立ち上がる回転速度よりは高く、機関のアイドリング回転速度よりは十分に低い回転速度で出力が立ち上がり、機関の高速回転時には制御システム負荷を駆動する発電コイルよりも大きな出力を発生するような特性となる。

　また随時駆動負荷を駆動する発電コイルは、機関の始動時には出力が不足していてもよいが、機関の始動が完了した後は十分に大きな出力を発生し、機関の高速回転時に出力が低下しないようにする必要があるため、巻数を最も少なくしてある。そのため、その出力特性は、図１２の曲線ｃのように、常時駆動負荷を駆動する発電コイルの出力が立ち上がる回転速度よりも高い回転速度で出力が立ち上がり、機関の高速回転時には常時駆動負荷を駆動する発電コイルよりも大きな出力を発生する特性になる。

　バッテリレスの電源を用いる場合に内燃機関の始動性を向上させるためには、制御システム負荷を駆動する発電コイルの出力をできるだけ低い回転速度で立ち上げるだけでなく、常時駆動負荷を駆動する発電コイルの出力もできるだけ低い回転速度で立ち上げる必要がある。そのためには、機関の始動が完了するまでの間、常時駆動負荷を駆動する発電コイルの出力電圧を昇圧することができるように電源装置を構成しておけばよい。そこで、機関の始動が完了するまでの間常時駆動負荷を駆動する発電コイルの通電電流を断続させるチョッパ制御を行って、当該発電コイルの出力電圧を昇圧することが従来から行われているが、前述した通り、出力電圧を昇圧させようとする発電コイルを流れる電流をチョッパ制御しただけでは、低速回転時の出力電圧を高める上で限界がある。

　そこで本発明においては、通電電流を断続させるチョッパ制御を行って負荷に供給する電力の増大を図ろうとする発電コイル（本実施形態では常時駆動負荷を駆動する発電コイル）を「第１の発電コイル」とし、該第１の発電コイルの出力の増大を図るためのチョッパ制御を行っているときに自らの負荷への電力の供給を停止するかまたは制限することが許容される他の発電コイル（本実施形態では随時駆動負荷を駆動する発電コイル）を「第２の発電コイル」として、これら第１の発電コイルと第２の発電コイルとを磁気的に密に結合しておき、第１の発電コイル及び第２の発電コイルの双方を流れる電流をチョッパ制御することにより、従来よりも更に昇圧された直流電圧を負荷に供給することを可能にする。第１の発電コイル及び第２の発電コイルをそれぞれ流れる電流をチョッパ制御する際には、第２の発電コイルを流れる電流を遮断した際に該第２の発電コイルから放出されるエネルギのできるだけ多くの部分を、第１の発電コイルの誘起電圧を昇圧するために有効に利用するため、第２の発電コイルルから第２の負荷への電力の供給を停止させるか、又は制限した状態にしておく。

　本実施形態では、第１の発電コイルに第２の発電コイルよりも多くの巻数を持たせて、内燃機関の回転速度（発電機の回転子の回転速度）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、及び機関の回転速度が第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の発電コイル及び第２の発電コイルからの負荷電流の出力が開始されるようにしておく。

　また制御システム負荷を駆動する発電コイルを「第３の発電コイル」とし、この発電コイルは、第１の発電コイルが負荷電流の供給を開始する回転速度よりも更に低い回転速度で負荷電流の供給を開始することができるように、第１の発電コイルよりも更に多くの巻数を持たせて巻回しておく。

　図１は本発明に係る内燃機関用電源装置の第１の実施形態の電気的な構成を示したものである。同図においてＷａ及びＷｂはそれぞれ内燃機関により駆動される交流発電機に設けられた第１及び第２の発電コイル、Ｌｄ１及びＬｄ２はそれぞれ第１の発電コイル及び第２の発電コイルから電力が供給される第１及び第２の負荷である。またＶＣ１は第１の発電コイルＷａの出力電圧を第１の負荷Ｌｄ１に供給する直流電圧に変換する第１の電圧変換回路、ＶＣ２は第２の発電コイルＷｂの出力電圧を第２の負荷Ｌｄ２に供給する直流電圧に変換する第２の電圧変換回、ＣＳは第２の電圧変換回路ＶＣ２と第２の負荷Ｌｄ２との間に挿入された通電制御用スイッチであり、第１及び第２の電圧変換回路ＶＣ１及びＶＣ２と、通電制御用スイッチＣＳとにより、発電機の交流出力電圧を第１の負荷Ｌｄ１及び第２の負荷Ｌｄ２に供給する直流電圧に変換する交直変換回路が構成されている。

　第１の電圧変換回路ＶＣ１は、ブリッジの２つのレグの上側のアームをダイオードＤ11及びＤ12により構成し、該２つのレグの下側のアームをＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11及びＦ12により構成した第１のブリッジ回路Ｂ１からなっている。

　本実施形態では、第１のブリッジ回路Ｂ１の下側アームを構成するＭＯＳＦＥＴ Ｆ11，Ｆ12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Ｂ１の上側アームを構成するダイオードＤ11，Ｄ12と、第１のブリッジ回路Ｂ１の下側アームを構成するＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11，Ｆ12のドレインソース間に形成された寄生ダイオードＤp11，Ｄp12とによりフルブリッジ型の第１の整流回路が構成されている。

　ダイオードＤ11のアノードとＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11のドレインとの接続点ａ１及びダイオードＤ12のアノードとＭＯＳＦＥＴ　Ｆ12のドレインとの接続点ｂ１が第１の整流回路の入力端子となっていて、これらの入力端子間に第１の発電コイルＷａに誘起する電圧が入力される。またダイオードＤ11，Ｄ12のカソードの共通接続点及びＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11及びＦ12のソースの共通接続点がそれぞれ第１の整流回路のプラス側及びマイナス側の出力端子ｃ１及びｄ１となっており、これらの端子間に平滑用コンデンサＣ１が接続されている。第１の整流回路の出力端子ｃ１及びｄ１から負荷接続端子ｅ１及びｆ１が引き出され、これらの負荷接続端子間に第１の負荷Ｌd1が接続されている。

　第２の電圧変換回路ＶＣ２は、ブリッジの２つのレグの上側のアームをダイオードＤ21及びＤ22により構成し、該２つのレグの下側のアームをＭＯＳＦＥＴ　Ｆ21及びＦ22により構成した第２のブリッジ回路Ｂ２２からなっている。

　本実施形態では、第２のブリッジ回路Ｂ２の下側アームを構成するＭＯＳＦＥＴ Ｆ21，Ｆ22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Ｂ２の上側アームを構成するダイオードＤ21，Ｄ22と第２のブリッジ回路Ｂ２の下側アームを構成するＭＯＳＦＥＴ　Ｆ21，Ｆ22のドレインソース間に形成された寄生ダイオードＤp21，Ｄp22とにより、フルブリッジ型の第２の整流回路が構成されている。ダイオードＤ21のアノードとＭＯＳＦＥＴ　Ｆ21のドレインとの接続点ａ２及びダイオードＤ22のアノードとＭＯＳＦＥＴ　Ｆ22のドレインとの接続点ｂ２が第２の整流回路の入力端子となっていて、これらの入力端子間に第２の発電コイルＷｂに誘起する電圧が入力されている。

　またダイオードＤ21，Ｄ22のカソードの共通接続点及びＭＯＳＦＥＴ　Ｆ21及びＦ22のソースの共通接続点がそれぞれ第２の整流回路のプラス側及びマイナス側の出力端子ｃ２及びｄ２となっていて、プラス側出力端子ｃ２から通電制御用スイッチＣＳを通してプラス側負荷接続端子ｅ２が引き出されている。また第２の整流回路のマイナス側出力端子ｄ２からマイナス側負荷接続端子ｆ２が引き出され、負荷接続端子ｅ２，ｆ２間にスイッチＳＷを介して第２の負荷Ｌｄ２が接続されている。第２の整流回路の出力端子ｃ２，ｄ２間にはまた、第２の負荷への通電を制御する通電制御用スイッチＣＳを介して平滑用コンデンサＣ２が接続されている。通電制御用スイッチＣＳは、ＭＯＳＦＥＴのようなオンオフ制御が可能なスイッチング素子により構成されていて、後述するスイッチ制御部により制御される。またスイッチＳＷは、内燃機関を始動した後、第２の負荷Ｌｄ２を動作させる際に閉じられるスイッチで、オンオフ操作が可能なスイッチ素子からなっている。

　図１においてＣＵは、ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11，Ｆ12により構成されている第１のスイッチ手段と、ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ21，Ｆ22により構成されている第２のスイッチ手段と、通電制御用スイッチＣＳとを制御するスイッチ制御部である。スイッチ制御部ＣＵは、発電機内に十分に多くの巻数を持って設けられて内燃機関の極低速時から電圧を出力する第３の発電コイルＷｃを電源として一定の直流電圧Ｖcc を出力する制御用電源回路ＰＳから電源電圧が与えられて動作する。

　図示のスイッチ制御部ＣＵは、内燃機関の始動時のように、機関の回転速度が低い領域で第１の負荷（本実施形態では常時駆動負荷）Ｌｄ１を動作させるために、第１の発電コイルＷａの誘起電圧を昇圧して、第１の負荷Ｌｄ１に与える直流電圧を、第１の発電コイルＷａの誘起電圧をそのまま整流した場合に得られる電圧よりも高くすることが必要とされるとき（本実施形態では機関の回転速度が始動完了速度未満の時）に、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した状態に保つか、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（ＰＷＭ制御した状態）で、第１の負荷Ｌｄ１に供給される電圧を昇圧させるべく、第１のスイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11，Ｆ12））と第２のスイッチ手段（ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ21，Ｆ22）の双方をオンオフ制御して、第１の発電コイルＷａを流れる電流と第２の発電コイルＷｂを流れる電流との双方のチョッパ制御を同時に行うように構成されている。

　上記第１及び第２の発電コイルＷａ及びＷｂは、内燃機関により駆動される交流発電機内に設けられている。内燃機関により駆動される交流発電機は、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、この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により構成される。何らかの理由により、電機子鉄心に設けられたｎ個の歯部の一部を、コイルを巻かずに遊ばせておく必要がある場合には、ｍ＜ｎとなるが、通常はｍ＝ｎとする。

　本実施形態では、内燃機関により駆動する交流発電機として、回転子の界磁が永久磁石により構成される磁石発電機を用いる。本実施形態で用いている磁石発電機は、図６に示すように構成されている。図６において１は、１８極の磁石回転子、２は１８極の固定子である。磁石回転子１は、カップ状の回転子ヨーク（フライホイール）１０１と、回転子ヨーク１０１の周壁部１０１ａの内周に等角度間隔で固定された１８個の永久磁石Ｍ１～Ｍ１８とからなっていて、一連の永久磁石Ｍ１～Ｍ１８が交互に向きを異ならせて回転子ヨークの径方向に着磁されることにより、回転子ヨーク１０１の周壁部の内側に１８極の磁石界磁が構成されている。

　固定子２は、環状のヨークＹの外周部から１８個の歯部Ｔ１～Ｔ１８を等角度間隔で放射状に突出させた構造を有する電機子鉄心２０１と、電機子鉄心２０１の一連の歯部Ｔ１～Ｔ１８にそれぞれ巻回された単位コイルＷ１ないしＷ１８とからなっている。固定子２は、磁石回転子１の内側に同心的に配置された状態で機関のケースやカバーなどに固定され、電機子鉄心の歯部Ｔ１～Ｔ１８のそれぞれの先端に形成された磁極部が、磁石回転子１の磁極Ｍ１～Ｍ１８にギャップを介して対向させられている。

　本実施形態においては、固定子２に設けられた単位コイルＷ１～Ｗ１８が、第１ないし第３の発電コイルＷａ～Ｗｃを構成するように結線されている。これらの発電コイルの内、第１の発電コイルＷａは、電機子鉄心に設けられた歯部の内、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、第２の発電コイルＷｂは、電機子鉄心に設けられた歯部の内、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る。また第３の発電コイルＷｃは、他の単位コイルを結線することにより構成される。

　即ち、第１の発電コイルを構成する各単位コイルが巻回された歯部を第２の発電コイルを構成する単位コイルの何れかが巻回された歯部に隣接させることにより、第１の発電コイルと第２の発電コイルとを密に磁気結合している。

　図示の例では、電機子鉄心の歯部Ｔ１～Ｔ１８にそれぞれ巻回された一連の単位コイルＷ１～Ｗ１８の内、一つ置きに配置された６個の単位コイルＷ２，Ｗ４，Ｗ６，Ｗ８，Ｗ１０及びＷ１２が直列に接続されることにより第１の発電コイルＷａが構成され、単位コイルＷ２，Ｗ４，Ｗ６，Ｗ８，Ｗ１０及びＷ１２がそれぞれ巻回された歯部Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６，Ｔ８，Ｔ１０及びＴ１２に隣接する一つ置きの歯部Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ７，Ｔ９，Ｔ１１及びＴ１３にそれぞれ巻回された７個の単位コイルＷ１，Ｗ３，Ｗ５，Ｗ７，Ｗ９，Ｗ１１及びＷ１３が直列に接続されることにより第２の発電コイルＷｂが構成されている。また他の５個の単位コイルＷ１４～Ｗ１８が直列に接続されることにより第３の発電コイルＷｃが構成されている。

　スイッチ制御部ＣＵは例えば図２に示すように構成される。図２において、１０は第１のスイッチ手段１１を構成するＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11，Ｆ12と、第２のスイッチ手段１２を構成するＭＯＳＦＥＴ　Ｆ21，Ｆ22とに駆動信号を供給する駆動信号供給回路である。駆動信号供給回路１０には、第１の発電コイルＷ１の出力電圧の各零クロス点（出力電圧が負の半波から正の半波に移行する際の零クロス点及び正の半波から負の半波に移行する際の零クロス点）を検出する零クロス検出回路１３の出力と、第１の発電コイルＷ１の出力電圧の各ピーク点を検出するピーク検出回路１４の出力と、昇圧要否判定手段１５の出力とが入力されている。

　駆動信号供給回路１０は、第１の発電コイルＷａに誘起する電圧を昇圧する動作を行なうことが必要なときに、ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11，Ｆ12及びＭＯＳＦＥＴ　Ｆ21，Ｆ22のゲートにパルス波形の駆動信号を同時に与えて、第１の発電コイルＷａ及び第２の発電コイルＷｂに周期的に断続する波形の電流を流すべく、ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11，Ｆ12及びＭＯＳＦＥＴ　Ｆ21，Ｆ22をオンオフさせることにより、第１の発電コイルＷａを流れる電流のチョッパ制御及び第２の発電コイルＷｂを流れる電流のチョッパ制御を同時に行う。

　本実施形態で用いる駆動信号供給回路１０は、昇圧動作を行なうことが必要であるときに、零クロス検出回路１３が発電コイルＷａ及びＷｂの出力電圧の各零クロス点を検出してからピーク検出回路１４がピーク点を検出するまでの間、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段を構成するＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11，Ｆ12及びＦ21，Ｆ22のゲートに同時に高レベルの駆動信号を与えて第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段を同時にオン状態にし、ピーク検出回路１４が各ピーク点を検出してから零クロス検出回路１３が零クロス点を検出するまでの間、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段を構成するＭＯＳＦＥＴに与える駆動信号を零レベルにして、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段を同時にオフ状態にするように構成されている。

　昇圧要否判定手段１５は、第１の発電コイルＷａの誘起電圧を昇圧する必要があるか否かを判定する手段である。図示の昇圧要否判定手段１５は、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段１６により検出された回転速度を、機関の始動が完了したことを判定するために適した速度に設定された設定速度（始動完了速度）と比較して、内燃機関の回転速度が設定速度未満であるとき（機関の始動が完了していないとき）に第１の発電コイルの出力電圧の昇圧が必要であると判定して、駆動信号供給回路１０に駆動信号出力指令を与えるとともに、通電制御用スイッチＣＳにオフ指令を与えて該通電制御用スイッチをオフ状態にする。昇圧要否判定手段１５はまた、内燃機関の回転速度が設定速度以上であるとき（機関の始動が完了したとき）に昇圧の必要性がなくなったと判定して、駆動信号供給回路１０に駆動信号停止指令を与えるとともに、通電制御用スイッチＣＳにオン指令を与えて、該通電制御用スイッチをオン状態にする。

　回転速度検出手段１６は、任意の方法により機関の回転速度を検出する。回転速度検出手段１６は例えば、零クロス検出回路１３が各零クロス点を検出してから次の零クロス点を検出するまでの時間から機関の回転速度を検出するように構成することができる。また内燃機関が所定の回転角度回転する毎にパルス信号を発生する信号発生器が設けられている場合には、その信号発生器がパルスを発生する間隔から機関の回転速度を検出するようにすることができる。

　本実施形態に係る電源装置の動作を示す電圧、電流波形の一例を図８に示した。図８（Ａ）は機関のクランク軸が回転したときに第１の発電コイルＷａ及び第２の発電コイルＷｂに誘起する交流電圧の波形を示し、同図（Ｂ）は駆動信号供給回路１０がＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11，Ｆ12，Ｆ21及びＦ22に与える駆動信号Ｖ11，Ｖ12，及びＶ21，Ｖ22を示している。また図８（Ｃ）は，第１の発電コイルＷａから第１の電圧変換回路ＶＣ１を通して出力される直流電流の波形を示し、図８（Ｄ）は第１の発電コイルＷａから第１の電圧変換回路ＶＣ１を通して出力される直流電圧の波形を示している。また図８（Ｅ）は第１の発電コイルＷａから第１の電圧変換回路ＶＣ１を通して出力される直流電力の変化を示している。

　駆動信号供給回路１０は、零クロス検出回路１３が第１の発電コイルＷａの誘起電圧の各零クロス点を検出してからピーク検出回路１４がピーク点を検出するまでの間高レベルの状態を保持し、ピーク検出回路が発電コイルＷａの誘起電圧のピーク点を検出してから零クロス検出回路１３が零クロス点を検出するまでの間零レベルを保持する矩形波状の駆動信号Ｖ11，Ｖ12をＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11，Ｆ12のゲートに同時に与える。

　駆動信号供給回路１０はまた、零クロス検出回路１３が第２の発電コイルＷｂの誘起電圧の各零クロス点を検出してからピーク検出回路１４が第２の発電コイルＷｂのピーク点を検出するまでの間高レベルの状態を保持し、ピーク検出回路１４が発電コイルＷｂの誘起電圧のピーク点を検出してから零クロス検出回路１３が零クロス点を検出するまでの間零レベルを保持する矩形波状の駆動信号Ｖ21，Ｖ22をＭＯＳＦＥＴ　Ｆ21，Ｆ22のゲートに同時に与える。

　第１の発電コイルＷａの誘起電圧の各零クロス点でＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11及びＦ12（第１のスイッチ手段）に同時に駆動信号が与えられると、両ＭＯＳＦＥＴが同時にオン状態になって発電コイルＷａを短絡するため、発電コイルＷａに短絡電流が流れる。この短絡電流は発電コイルＷａの誘起電圧の上昇に伴って大きくなっていく。発電コイルＷａの誘起電圧がピークに達して駆動信号Ｖ11，Ｖ12が零になると、ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11，Ｆ12が同時にオフ状態になるため、それまで流れていた短絡電流が遮断される。この電流の遮断により、発電コイルＷａにそれまで流れていた電流を流し続けようとする向きの昇圧された電圧が誘起する。本実施形態では、発電コイルＷａの誘起電圧がピークに達したときに発電コイルＷａを流れていた電流を遮断するため、発電コイルＷａに誘起する電圧を高くすることができる。

　また第２の発電コイルＷｂの誘起電圧の各零クロス点でＭＯＳＦＥＴ　Ｆ21及びＦ22（第２のスイッチ手段）に同時に駆動信号が与えられると、両ＭＯＳＦＥＴ Ｆ21，Ｆ22が同時にオン状態になって発電コイルＷｂを短絡するため、発電コイルＷｂに短絡電流が流れる。発電コイルＷｂの誘起電圧がピークに達して駆動信号Ｖ21，Ｖ22が零になると、ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ21，Ｆ22が同時にオフ状態になって、それまで流れていた短絡電流が遮断されるため、発電コイルＷｂに昇圧された電圧が誘起する。

　本発明に係る電源装置においては、第１の発電コイルＷａと第２の発電コイルＷｂとが密に磁気結合されている上に、第２の発電コイルＷｂから第２の負荷Ｌｄ２への電力の供給が停止されているため、第２の発電コイルＷｂを流れていた電流を遮断した際に該第２の発電コイルから放出されるエネルギ（Ｌ・ｉ^２）／２の多くの部分を第１の発電コイルに移行させて、第１の発電コイルを流れる電流を遮断した際に該第１の発電コイルから放出されるエネルギに重畳することができする。そのため、第１の発電コイルＷａに誘起する電圧を、第１の発電コイルＷａを流れていた電流のみを遮断した場合に誘起する電圧よりも更に高くすることができる。

　第１の発電コイルＷａを流れる電流のチョッパ制御のみを行った場合に、第１の電圧変換回路ＶＣ１から第１の負荷Ｌｄ１に供給される電流、電圧及び電力はそれぞれ図８（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）の曲線ａの通りであるが、第１の発電コイルＷａを流れる電流及び第２の発電コイルを流れる電流の双方を同時にチョッパ制御した場合に第１の電圧変換回路ＶＣ１から第１の負荷Ｌｄ１に供給される電流、電圧及び電力はそれぞれ図８（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）の曲線ｂのようになる。

　このように、本実施形態に係る電源装置によれば、第１の発電コイルに誘起する電圧を、第１の発電コイルを流れていた電流のみを遮断した場合に誘起する電圧よりも更に高くすることができるため、本実施形態の電源装置をバッテリレスの内燃機関駆動機器に適用した場合、機関の始動時に従来よりも更に低い回転速度から第１の発電コイルの出力電圧を立ち上げて、極低速回転時から燃料ポンプなどの常時駆動負荷を駆動して、機関の始動性を向上させることができる。

　なお第１の発電コイルＷａ及び第２の発電コイルＷｂにそれぞれ誘起する交流電圧は厳密には同位相ではないが、両電圧の位相差は僅かであるので、両電圧の位相差により昇圧動作が支障を来すことはない。

　本発明者は、第１の発電コイル及び第２の発電コイルを磁気的に密に結合した状態で、第１の発電コイルから出力を得ることを想定して行うチョッパ制御に関して、チョッパ制御の効果を確認するために下記の３通りの制御を行なう実験を行なった。
（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。

　図９は、上記（１）ないし（３）の制御を行った際に第１の発電コイルＷａに鎖交する磁束の量の変化を、回転子の回転角θに対して模式的に示したものである。同図において曲線ａは無負荷時に磁石回転子の回転に伴って第１の発電コイルに鎖交する磁束量の変化を示し、曲線ｂは、チョッパ制御を行わずに第１の発電コイルＷａの出力を全波整流した場合に第１の発電コイルに鎖交する磁束量の変化を示している。また曲線ｃは、第２の発電コイルＷｂを無負荷状態として第１の発電コイルＷａを流れる電流のみをチョッパ制御した場合に第１の発電コイルに鎖交する磁束量の変化を示し、曲線ｄは第１の発電コイルを無負荷状態として、第２の発電コイルＷｂを流れる電流のみをチョッパ制御した場合に第１の発電コイルに鎖交する磁束量の変化を示している。また曲線ｅは、第１の発電コイルＷａを流れる電流と第２の発電コイルＷｂを流れる電流との双方をチョッパ制御した場合に第１の発電コイルＷａに鎖交する磁束量の変化を示している。

　なお図９に示した例では、第１の発電コイルＷａを流れる電流をチョッパ制御する場合、第２の発電コイルＷｂを流れる電流をチョッパ制御する場合、及び第１の発電コイルＷａを流れる電流及び第２の発電コイルＷｂを流れる電流の双方を同時にチョッパ制御する場合のいずれの場合にも、横軸に示した角度θ１、θ３及びθ５の位置をそれぞれの発電コイルに電流を流し始める位置とし、角度θ２の位置及び角度θ４の位置を、それまで流れていた電流を遮断する位置としている。

　第１の発電コイルＷａの出力電圧を直流電圧に変換する第１の電圧変換回路ＶＣ１に負荷が接続されていないときには、図９の曲線ａのように、磁石回転子の回転に伴って第１の発電コイルＷａに鎖交する磁束量がほぼ正弦波状に変化する。また第１の発電コイルＷａ及び第２の発電コイルＷｂの何れに対してもチョッパ制御を行なわなかった場合も、第１の発電コイルＷａに鎖交する磁束量は、回転子の回転に伴って図９の曲線ｂのようにほぼ正弦波状に変化する。

　これに対し、第２の発電コイルＷｂを無負荷状態に保って第１の発電コイルＷａを流れる電流のみをチョッパ制御した場合（第１の発電コイルを流れる電流のみを断続させた場合）には、角度θ２及びθ４の位置において第１の発電コイルＷａを流れていた電流を遮断した際に、第１の発電コイルから発生する磁束に変化が生じるため、曲線ｃに見られるように、角度θ２及びθ４の位置で第１の発電コイルと鎖交する磁束量が、チョッパ制御を行なわない場合の正弦波状の変化よりも大きな変化を示し、この磁束量の変化により、第１の発電コイルに昇圧された電圧が誘起する。

　また第１の発電コイルＷａを無負荷状態に保って第２の発電コイルＷｂを流れる電流のみをチョッパ制御した場合には、角度θ２及びθ４の位置において第２の発電コイルＷａを流れていた電流を遮断した際に生じる磁束の変化が、磁気的に密に結合されている第１の発電コイルと鎖交する磁束量の変化に重畳されるため、第１の発電コイルに鎖交する磁束量に大きな変化が生じ、曲線ｄに見られるように、角度θ２及びθ４の位置で第１の発電コイルと鎖交する磁束量が、チョッパ制御を行なわない場合の正弦波状の変化よりも大きな変化を示し、この磁束量の変化により、第１の発電コイルＷａに昇圧された電圧が誘起する。

　また第１の発電コイルＷａを流れる電流及び第２の発電コイルＷｂを流れる電流の双方をチョッパ制御した場合には、角度θ２の位置及び角度θ４の位置で第１の発電コイルＷａを流れる電流と第２の発電コイルＷｂを流れる電流とを同時に遮断した際に、第１の発電コイルと鎖交する磁束量に生じる変化に、第２の発電コイルを流れていた電流を遮断した際に生じる磁束量の変化が重畳されるため、第１の発電コイルＷａと鎖交する磁束量は、図９の曲線ｅに見られるように、第１の発電コイルを流れる電流のみをチョッパ制御した場合（曲線ｃ）よりも更に大きな変化を示す。従って、第１の発電コイルＷａを流れる電流及び第２の発電コイルＷｂを流れる電流の双方をチョッパ制御した場合には、角度θ２の位置及び角度θ４の位置で通電電流を遮断した際に第１の発電コイルＷａに誘起される電圧が、第１の発電コイルＷａを流れる電流のみをチョッパ制御した場合（曲線ｃの場合）よりも更に高い電圧値を示す。

　図１０は、第１の発電コイルを流れる電流及び第２の発電コイルを流れる電流の何れをもチョッパ制御しなかった場合に第１の発電コイルに誘起する電圧の波形ａと、第１の発電コイルを流れる電流のみをチョッパ制御した場合に第１の発電コイルに誘起する電圧の波形ｂと、第２の発電コイルを流れる電流のみをチョッパ制御した場合に第１の発電コイルに誘起する電圧の波形ｃと、第１の発電コイルを流れる電流及び第２の発電コイルに流れる電流の双方をチョッパ制御した場合に第１の発電コイルＷａに誘起する電圧の波形ｄとを示したものである。図１０に示された波形から明らかなように、第１の発電コイルを流れる電流及び第２の発電コイルに流れる電流の双方を同時にチョッパ制御することにより、第１の発電コイルを流れる電流のみをチョッパ制御した場合よりも更に高い電圧を第１の発電コイルから出力させることができる。

　図１１は、第１の発電コイルから出力される電圧が図１０のａ，ｂ，ｃ及びｄの波形を示す場合に、第１の発電コイルＷａから第１の電圧変換回路ＶＣ１を通して第１の負荷Ｌｄ１に供給される直流電力の変化を示したものである。図１１の曲線ａは、第１の発電コイルＷａを流れる電流及び第２の発電コイルＷｂを流れる電流の何れをもチョッパ制御しなかった場合に第１の発電コイルＷａから第１の電圧変換回路ＶＣ１を通して負荷に供給される直流電力の変化を示し、曲線ｂは、第１の発電コイルＷａを流れる電流のみをチョッパ制御した場合に第１の発電コイルＷａから第１の電圧変換回路ＶＣ１を通して負荷に供給される直流電力の変化を示している。また曲線ｃは、第２の発電コイルＷｂを流れる電流のみをチョッパ制御した場合に第１の発電コイルＷａから第１の電圧変換回路ＶＣ１を通して負荷に供給される直流電力の変化を示し，曲線ｄは、第１の発電コイルＷａを流れる電流及び第２の発電コイルＷｂに流れる電流の双方を同時にチョッパ制御した場合に第１の発電コイルＷａから第１の電圧変換回路ＶＣ１を通して負荷に供給される直流電力の変化を示している。

　図１１から、第１の発電コイルＷａを流れる電流及び第２の発電コイルＷｂに流れる電流の双方を同時にチョッパ制御することにより、第１の第１の発電コイルＷａを流れる電流のみをチョッパ制御した場合（従来技術によった場合）に第１の発電コイルＷａから負荷に供給される出力よりも更に大きな出力を、第１の発電コイルから得ることができることが分る。

　ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ11，Ｆ12及びＦ21，Ｆ22ｗを同時にオンオフさせて、第１の発電コイルＷａを流れる電流及び第２の発電コイルＷｂを流れる電流の双方を同時にチョッパ制御することにより第１の発電コイルＷａに誘起する電圧を昇圧する動作を効果的に行なわせるためには、第２の発電コイルＷｂを流れていた電流を遮断した際に第２の発電コイルから放出されるエネルギが第２の負荷Ｌｄ２側に吸収されて喪失するのを防いで、第２の発電コイルから放出されたエネルギをできるだけ多く第１の発電コイル側に移行させることが望ましい。そのため上記の実施形態では、第１の発電コイルを流れる電流及び第２の発電コイルを流れる電流の双方のチョッパ制御を行う際に、通電制御用スイッチＣＳをオフ状態にして、第２の発電コイルＷｂから第２の負荷Ｌｄ２に電力が供給されないようにしている。

　上記の説明では、第１の発電コイルを流れる電流及び第２の発電コイルを流れる電流の双方をチョッパ制御して第１の発電コイルの出力の増大を図る際に、第２の発電コイルＷｂと第２の負荷Ｌｄ２との間に設けた通電制御用スイッチＣＳをオフ状態に保つとしたが、通電制御用スイッチＣＳをオフ状態に保つ代わりに、通電制御用スイッチＣＳを所定のデューティ比でオンオフさせる（第２の発電コイルＷｂから第２の電圧変換回路ＶＣ２を通して第２の負荷Ｌｄ２に与えられる電力をＰＷＭ制御する）ことにより、第２の発電コイルから第２の負荷に供給される電力を制限しながら，第１の発電コイルを流れる電流と第２の発電コイルを流れる電流とを同時にチョッパ制御するようにしてもよい。このような構成をとる場合には、通電制御用スイッチＣＳのオンデューティ比を制御することにより、第１の発電コイルから出力される電圧値を調整することができる。

　上記の実施形態では、発電コイルの誘起電圧の零クロス点とピーク点とを検出して、誘起電圧の零クロス点で発電コイルに電流を流し始め、ピーク点で電流を遮断するように第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段をオンオフさせるようにしたが、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段のオンオフのさせ方は上記の実施形態で示したものに限定されない。例えば、第１の発電コイル及び第２の発電コイルの出力周波数の最大値よりも高い周波数を有するパルス信号を第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段を構成するＭＯＳＦＥＴのゲートに同時に駆動信号として与えて、第１の発電コイル及び第２の発電コイルを流れる電流を、両発電コイルの出力電圧の最大周波数よりも十分に高い周波数で断続させるようにしてもよい。この場合には、図３に示すように、スイッチ制御部ＣＵから零クロス検出回路とピーク検出回路とを省略することができる。

　スイッチ制御部ＣＵは、上記の実施形態のように、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することが好ましいが、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、第１及び第２の発電コイルの出力電圧の最大周波数よりも十分に高い周波数で行なう場合には、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非同期で行わせるようにしてもよい。

　上記の実施形態では、第１の発電コイルの誘起電圧を昇圧させる動作を行なう際に第２の発電コイルと第２の負荷との間を切り離すための通電制御用スイッチＣＳの他に、随時駆動負荷Ｌｄ２に通電するか否かを決定するスイッチＳＷを設けているが、スイッチＳＷを省略して、通電制御用スイッチＣＳにスイッチＳＷの機能を兼ねさせるように構成することもできる。

　上記の実施形態では、第２の電圧変換回路ＶＣ２と第２の負荷Ｌｄ２との間に通電制御用スイッチＣＳを挿入しているが、通電制御用スイッチは、第２の電圧変換回路から第２の負荷への通電を制御し得るスイッチであればよく、必ずしも第２の電圧変換回路ＶＣ２と第２の負荷Ｌｄ２との間に挿入されたスイッチである必要はない。

　例えば、図４に示したように、第２の電圧変換回路ＶＣ２を構成する第２のブリッジ回路Ｂ２の２つのレグの上側アーム及び下側アームをそれぞれサイリスタＴh1，Ｔh2及びＭＯＳＦＥＴ Ｆ21，Ｆ22により構成して、ＭＯＳＦＥＴ　Ｆ21，Ｆ22により第２のスイッチ手段を構成するとともに、第２のブリッジ回路Ｂ２の上側アームを構成するサイリスタと下側アームを構成するＭＯＳＦＥＴ Ｆ21，Ｆ22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の整流回路を構成して、サイリスタＴh1，Ｔh2に通電制御用スイッチとしての機能を持たせるようにしてもよい。この場合、スイッチ制御部ＣＵ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ＶＣ２のサイリスタＴh1，Ｔh2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サイリスタＴh1，Ｔh2へのトリガ信号の供給を行なうように構成しておく。

　上記の実施形態のように、第１の発電コイルＷａの出力電圧を、第１の発電コイルＷａを流れる電流自体をチョッパ制御した場合に得られる出力電圧よりも更に高い電圧まで昇圧するためには、第１の発電コイルＷａを流れる電流と、該第１の発電コイルに磁気的に密に結合された第２の発電コイルＷｂを流れる電流とを同時にチョッパ制御することが望ましいが、第２の発電コイルＷｂの巻数を第１の発電コイルＷａの巻数よりも多くして、第２の発電コイルＷｂのインダクタンスＬを第１の発電コイルＷａのインダクタンスよりも大きくすることができる場合には、第１の発電コイルＷａを流れる電流をチョッパ制御しなくても、第２の発電コイルＷｂを流れる電流を遮断した際に第２の発電コイルＷｂから放出されるエネルギにより、第１の発電コイルＷａの誘起電圧を、該第１の発電コイルＷａを流れる電流のみをチョッパ制御するようにした場合よりも高い電圧まで昇圧することができる。従って、第１の発電コイルから出力される電圧を、該第１の発電コイルを流れる電流のみをチョッパ制御した場合よりは高くする必要があるが、第１の発電コイルを流れる電流及び第２の発電コイルを流れる電流の双方をチョッパ制御した場合に得られる電圧程高くする必要がない場合には、第２の発電コイルＷｂの巻数を第１の発電コイルＷａの巻数よりも多くしておいて、第２の発電コイルＷｂを流れる電流のみをチョッパ制御することにより第１の発電コイルから出力される電圧を昇圧する構成をとることもできる。

　上記のように構成する場合には、図５に示すように、第１の電圧変換回路ＶＣ１
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。

　上記の実施形態では、図６に示すように、第１の発電コイルＷａを構成する単位コイルと第２の発電コイルＷｂを構成する単位コイルとを隣り合う歯部に巻回することにより、第１の発電コイルと第２の発電コイルとを磁気的に密に結合しているが、図７に示すように、第１の発電コイルＷａを構成する各単位コイルを、第２の発電コイルＷｂを構成する何れかの単位コイルと対をなすように設けて、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を電機子鉄心の同じ歯部に巻回することにより、第１の発電コイルと第２の発電コイルとを磁気的に密に結合するようにしてもよい。

　図７に示した例では、第１の発電コイルＷａを単位コイルＷ1a～Ｗ13aにより構成すると共に、第２の発電コイルＷｂを単位コイルＷ1b～Ｗ13bにより構成している。そして、単位コイルＷ1a～Ｗ13aがそれぞれ単位コイルＷ1b～Ｗ13bと対をなすようにして、対をなす単位コイル（Ｗ1a,　Ｗ1b），（Ｗ2a，Ｗ2b），…，（Ｗ13a，Ｗ13b）をそれぞれ電機子鉄心の歯部Ｔ１～Ｔ１３に巻回するようにしている。

　図７に示した例では、各対をなす単位コイルを電機子鉄心の径方向に並べた状態で同じ歯部に巻回しているが、対をなす単位コイルは同じ歯部に重ね巻するようにしてもよい。

　上記の実施形態では、発電機内に第１の発電コイルないし第３の発電コイルが設けられているが、発電機内に更に他の発電コイルが設けられていてもよい。

　上記の実施形態では、電圧変換回路に設ける第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段をＭＯＳＦＥＴにより構成しているが、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段はオンオフ制御が可能な他の半導体スイッチ素子により構成すればよく、ＩＧＢＴ等の他のスイッチ素子により第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段を構成することもできる。第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段を構成するスイッチ素子が、寄生ダイオードを有していない場合には、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段をそれぞれ構成するスイッチ素子と並列にダイオードを接続しておく。

　上記の実施形態では、第１の電圧変換回路ＶＣ１及び第２の電圧変換回路ＶＣ２をそれぞれ構成する全波整流回路において、ダイオード又はサイリスタをブリッジの上側アームに配置し、第１のスイッチ手段又は第２のスイッチ手段を構成するスイッチ素子（上記実施形態ではＭＯＳＦＥＴ）をブリッジの下側アームに配置しているが、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段は、オン状態になったときに第１の発電コイル及び第２の発電コイルを短絡するように設ければよく、第１のスイッチ手段又は第２のスイッチ手段を構成するスイッチ素子をブリッジ回路の上側アームに配置し、ダイオード又はサイリスタをブリッジの下側アームに配置するようにしてもよい。

　上記の実施形態では、発電機が単相交流電圧を出力するように構成したが、発電機が三相交流電圧を出力するように構成される場合にも本発明を適用することができる。

　１　磁石回転子
　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)

1. 　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。
2. 　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。
3. 　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。
4. 　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。
5. 　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。
6. 　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。
7. 　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。
8. 　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。
9. 　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。
10. 　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。
11. 　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。
12. 　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。

Images