JP2011004524A - 電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機で発電された電力を負荷に供給する電力供給装置を小型化すること。
【解決手段】電力供給装置１は、発電機２で発電された交流電力を直流電力に変換する整流部１１と、発電機２と負荷３とを断続するスイッチ素子Ｑと、スイッチ素子Ｑを制御する制御部１２と、を備える。制御部１２は、発電機２から出力された交流電圧が整流部１１により整流されたものの電圧と、スイッチ素子Ｑのデューティ比と、に応じてスイッチ素子Ｑのデューティ比を設定し、設定したデューティ比で制御信号をスイッチ素子Ｑのゲートに供給する。
【選択図】図２

Description

本発明は、発電機で発電された電力を負荷に供給する電力供給装置に関する。

従来より、発電機で発電された電力を負荷に供給する電力供給装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。このような従来例に係る電力供給装置は、発電機と負荷とを断続するスイッチ素子を備える。

発電機の出力電圧は、図７に示すように、発電機の出力電流に応じて山状に変化する。具体的には、発電機の出力電圧は、発電機の出力電流が所定値以下の場合には、発電機の出力電流が増加するに従って上昇し、発電機の出力電流が所定値より大きい場合には、発電機の出力電流が増加するに従って低下する。そして、発電機の出力電流が所定値の場合、すなわち発電機の出力電圧が最大の場合に、発電機の出力電力が最大となる。

ここで、発電機の出力電流は、スイッチ素子のデューティ比により制御できる。スイッチ素子のデューティ比とは、スイッチ素子がオン状態である期間をオン期間とすると、スイッチ素子のスイッチング周期に対するオン期間の比のことである。

以上より、発電機の出力電圧は、図７に示すように、スイッチ素子のデューティ比に応じて山状に変化する。具体的には、発電機の出力電圧は、スイッチ素子のデューティ比が特定値以下の場合には、スイッチ素子のデューティ比が増加するに従って上昇し、スイッチ素子のデューティ比が特定値より大きい場合には、スイッチ素子のデューティ比が増加するに従って低下する。そして、スイッチ素子のデューティ比が特定値である状態で、出力電圧が最も高くなり、発電機の出力電力が最大となる。

そこで、発電機の出力電力を最大にするために、電力供給装置は、上述のスイッチ素子に加えて、発電機の出力電力を測定する出力電力測定部と、スイッチ素子のデューティ比を設定するデューティ比設定部と、デューティ比設定部により設定されたデューティ比でスイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、を備える。出力電力測定部は、発電機の出力電圧を測定する出力電圧測定部と、発電機の出力電流を測定する出力電流測定部と、を備え、出力電圧測定部により測定された発電機の出力電圧と、出力電流測定部により測定された発電機の出力電流と、を乗算することで、発電機の出力電力を測定する。

以上の従来例に係る電力供給装置は、図８に示すように、出力電力測定部により測定された発電機の出力電力と、デューティ比設定部により設定されたデューティ比と、に基づいて、デューティ比設定部によりスイッチ素子のデューティ比を更新し、更新されたデューティ比でスイッチ素子制御部によりスイッチ素子を制御する。

図８は、従来例に係る電力供給装置におけるデューティ比設定処理を示すフローチャートである。図８に示すデューティ比設定処理では、まず、図７のスイッチ素子のデューティ比が「０」である位置から見た場合に、発電機の出力電圧が山状の波形の頂点の手前（範囲Ｍ）または奥（範囲Ｎ）のどちらにあるのかを判別する（ステップＳ１１〜Ｓ１３）。次に、この判別結果に基づいてスイッチ素子のデューティ比を設定する（ステップＳ１５またはステップＳ１６）。

図８に戻って、ステップＳ１１において、発電機の出力電力が増加しているか否かを判別する。具体的には、現在の時刻である時刻ｔにおいて出力電力測定部により測定した出力電力Ｗ（ｔ）から、時刻ｔより以前の時刻（ｔ−１）において出力電力測定部により測定した出力電力Ｗ（ｔ−１）を減算して、減算結果が「０」以上の場合には、発電機の出力電力が増加していると判別し、減算結果が「０」未満の場合には、発電機の出力電力が減少していると判別する。そして、発電機の出力電力が増加していると判別した場合には、ステップＳ１２に移り、発電機の出力電力が減少していると判別した場合には、ステップＳ１３に移る。

ステップＳ１２において、スイッチ素子のデューティ比が増加しているか否かを判別する。具体的には、時刻ｔにおいてデューティ比設定部により設定したスイッチ素子のデューティ比から、時刻（ｔ−１）においてデューティ比設定部により設定したスイッチ素子のデューティ比を減算して、減算結果が「０」以上の場合には、スイッチ素子のデューティ比が増加していると判別し、減算結果が「０」未満の場合には、スイッチ素子のデューティ比が減少していると判別する。そして、スイッチ素子のデューティ比が増加していると判別した場合には、ステップＳ１４に移り、スイッチ素子のデューティ比が減少していると判別した場合には、ステップＳ１６に移る。

ステップＳ１３において、上述のステップＳ１２と同様に、スイッチ素子のデューティ比が増加しているか否かを判別する。そして、スイッチ素子のデューティ比が増加していると判別した場合には、ステップＳ１６に移り、スイッチ素子のデューティ比が減少していると判別した場合には、ステップＳ１４に移る。

ステップＳ１４において、発電機の出力電圧が、発電機の出力電圧の目標となる目標電圧より低いか否かを判別する。具体的には、目標電圧Ｖｒｅｆから、時刻ｔにおいて出力電圧測定部により測定した出力電圧Ｖ（ｔ）を減算して、減算結果が「０」以上の場合には、低いと判別し、減算結果が「０」未満の場合には、低くないと判別する。そして、低いと判別した場合には、ステップＳ１５に移り、低くないと判別した場合には、ステップＳ１６に移る。

ステップＳ１５において、スイッチ素子のデューティ比を予め定められた所定値だけ増加させた値を、デューティ比設定部によりスイッチ素子のデューティ比として設定し、デューティ比設定処理を終了する。この処理によれば、スイッチ素子のデューティ比が更新され、スイッチ素子のデューティ比が増加する。

ステップＳ１６において、スイッチ素子のデューティ比を予め定められた所定値だけ減少させた値を、デューティ比設定部によりスイッチ素子のデューティ比として設定し、デューティ比設定処理を終了する。この処理によれば、スイッチ素子のデューティ比が更新され、スイッチ素子のデューティ比が減少する。

特開２０００−３４１９９７号公報 特開２００３−１６７６０３号公報

上述のように、従来例に係る電力供給装置は、スイッチ素子のデューティ比を、発電機の出力電力と、既に設定されたスイッチ素子のデューティ比と、に基づいて設定する。ここで、上述のように、発電機の出力電力を測定する出力電力測定部は、発電機の出力電圧を測定する出力電力測定部と、発電機の出力電流を測定する出力電流測定部と、を備える。このような電力供給装置では、小型化が要請されていた。

上述の課題を鑑み、本発明は、電力供給装置を小型化することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、発電機で発電された電力を負荷に供給する電力供給装置であって、前記発電機と前記負荷とを断続するスイッチ素子と、前記スイッチ素子の操作量を設定する操作量設定手段と、前記操作量設定手段により設定された操作量に基づいて、前記スイッチ素子を制御するスイッチ素子制御手段と、第１の時刻において前記操作量設定手段により設定された操作量と、前記第１の時刻より以前の第２の時刻において前記操作量設定手段により設定された操作量と、を比較して、前記第２の時刻から前記第１の時刻までの期間における前記操作量の増減を判別する操作量増減判別手段と、前記発電機の出力電圧を測定する出力電圧測定手段と、前記第１の時刻において前記出力電圧測定手段により測定された出力電圧と、前記第２の時刻において前記出力電圧測定手段により測定された出力電圧と、を比較して、前記第２の時刻から前記第１の時刻までの期間における前記出力電圧の増減を判別する出力電圧増減判別手段と、を備え、前記操作量設定手段は、前記操作量増減判別手段による判別結果と、前記出力電圧増減判別手段による判別結果と、に応じて、前記操作量を設定することを特徴とする電力供給装置を提案している。

この発明によれば、発電機で発電された電力を負荷に供給する電力供給装置に、発電機と負荷とを断続するスイッチ素子と、スイッチ素子の操作量を設定する操作量設定手段と、操作量設定手段により設定された操作量に基づいてスイッチ素子を制御するスイッチ素子制御手段と、第２の時刻から第１の時刻までの期間における操作量の増減を判別する操作量増減判別手段と、発電機の出力電圧を測定する出力電圧測定手段と、第２の時刻から第１の時刻までの期間における出力電圧の増減を判別する出力電圧増減判別手段と、を設けた。ここで、操作量増減判別手段は、第２の時刻から第１の時刻までの期間における操作量の増減の判別を、第１の時刻において操作量設定手段により設定された操作量と、第２の時刻において操作量設定手段により設定された操作量と、を比較して行う。また、出力電圧増減判別手段は、第２の時刻から第１の時刻までの期間における出力電圧の増減の判別を、第１の時刻において出力電圧測定手段により測定された出力電圧と、第２の時刻において出力電圧測定手段により測定された出力電圧と、を比較して行うこととした。また、操作量設定手段により、操作量増減判別手段による判別結果と、出力電圧増減判別手段による判別結果と、に応じて、操作量を設定することとした。

このため、スイッチ素子の操作量を、出力電圧測定手段により測定された発電機の出力電圧と、操作量設定手段により設定された操作量と、に基づいて設定できる。これによれば、発電機の出力電流を測定する必要がないので、電力供給装置の構成を簡略化して、電力供給装置を小型化できる。

なお、スイッチ素子の操作量とは、例えば、スイッチ素子のデューティ比や、後述のスイッチ素子をオン状態にする信号の位相のことである。

（２）本発明は、（１）の電力供給装置について、前記操作量設定手段は、前記操作量増減判別手段により前記操作量が増加したと判別され、かつ、前記出力電圧増減判別手段により前記出力電圧が増加したと判別された場合と、前記操作量増減判別手段により前記操作量が減少したと判別され、かつ、前記出力電圧増減判別手段により前記出力電圧が減少したと判別された場合と、には、前記設定する操作量を増加させ、前記操作量増減判別手段により前記操作量が減少したと判別され、かつ、前記出力電圧増減判別手段により前記出力電圧が増加したと判別された場合と、前記操作量増減判別手段により前記操作量が増加したと判別され、かつ、前記出力電圧増減判別手段により前記出力電圧が減少したと判別された場合と、には、前記設定する操作量を減少させることを特徴とする電力供給装置を提案している。

この発明によれば、操作量増減判別手段により操作量が増加したと判別され、かつ、出力電圧増減判別手段により出力電圧が増加したと判別された場合と、操作量増減判別手段により操作量が減少したと判別され、かつ、出力電圧増減判別手段により出力電圧が減少したと判別された場合と、には、操作量設定手段により操作量を増加させることとした。一方、操作量増減判別手段により操作量が減少したと判別され、かつ、出力電圧増減判別手段により出力電圧が増加したと判別された場合と、操作量増減判別手段により操作量が増加したと判別され、かつ、出力電圧増減判別手段により出力電圧が減少したと判別された場合と、には、操作量設定手段により操作量を減少させることとした。

このため、スイッチ素子の操作量に応じて出力電圧が山状に変化する発電機において、発電機の出力電圧が山状の波形の頂点の手前にある場合には、スイッチ素子の操作量が増加し、発電機の出力電圧が山状の波形の頂点の奥にある場合には、スイッチ素子の操作量が減少する。これによれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

（３）本発明は、（１）または（２）の電力供給装置について、前記操作量設定手段は、前記発電機から前記負荷に供給する電圧の目標である目標電圧と、前記第１の時刻において前記出力電圧測定手段により測定された出力電圧と、を比較し、当該比較結果に応じて、前記設定する操作量の増加値および減少値を決定することを特徴とする電力供給装置を提案している。

この発明によれば、操作量設定手段により、発電機から負荷に供給する電圧の目標となる目標電圧と、第１の時刻において出力電圧測定手段により測定された出力電圧と、を比較し、この比較結果に応じて、設定する操作量の増加値および減少値を決定することとした。

このため、発電機の出力電圧が目標電圧からどれだけ離れているかに応じて、スイッチ素子の操作量の増加値および減少値を決定できる。したがって、例えば、発電機の出力電圧が目標電圧より小さくなるに従って、スイッチ素子の操作量の増加値を大きくし、発電機の出力電圧が目標電圧より大きくなるに従って、スイッチ素子の操作量の減少値を大きくする。これによれば、発電機の出力電圧が目標電圧から大きく離れている場合には、スイッチ素子の操作量の増加値および減少値の絶対値が大きくなり、発電機の出力電圧の変化が大きくなるので、発電機の出力電圧が目標電圧になるまでの時間を短縮できる。また、発電機の出力電圧が目標電圧に近い場合には、スイッチ素子の操作量の増加値および減少値の絶対値が小さくなり、発電機の出力電圧の変化が小さくなるので、発電機の出力電圧が目標電圧から大幅に乖離するのを防止できる。

（４）本発明は、（３）の電力供給装置について、前記操作量設定手段は、前記発電機の回転数に応じて、前記目標電圧を設定することを特徴とする電力供給装置を提案している。

ここで、発電機の出力電圧の最大値は、発電機の回転数に応じて変化する。そこで、この発明によれば、操作量設定手段により、発電機の回転数に応じて、発電機から負荷に供給する電圧の目標となる目標電圧を設定することとした。このため、発電機の回転数に応じて目標電圧を設定することで、発電機の回転数に応じてスイッチ素子の操作量の増加値および減少値を設定でき、発電機で発電された電力を負荷に供給する効率を向上できる。

本発明によれば、電力供給装置の構成を簡略化して、電力供給装置を小型化できる。

本発明の第１実施形態に係る電力供給装置を備える電力供給システムの回路図である。 前記電力供給装置の回路図である。 前記電力供給装置が備える制御部のブロック図である。 前記制御部によるデューティ比設定処理を示すフローチャートである。 発電機の出力電圧とスイッチ素子のデューティ比との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電力供給装置の回路図である。 発電機の出力電圧とスイッチ素子のデューティ比との関係を示す図である。 従来例に係る電力供給装置におけるデューティ比設定処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力供給装置１を備える電力供給システムＡの回路図である。電力供給システムＡは、電力供給装置１、発電機２、および負荷３を備える。

発電機２は、三相交流発電機であり、交流電力を発電する。負荷３は、バッテリであり、供給される直流電力を蓄える。

電力供給装置１は、発電機２および負荷３に接続され、発電機２で発電された交流電力を直流電力に整流して、負荷３に供給する。ここで、便宜上、図１に示すように、電力供給装置１と発電機２との接点を接点ＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮ３とし、電力供給装置１と負荷３との接点を接点ＯＵＴ１、ＯＵＴ２とする。

図２は、電力供給装置１の回路図である。電力供給装置１は、発電機２で発電された交流電力を直流電力に整流する整流部１１と、発電機２と負荷３とを断続するスイッチ素子Ｑと、スイッチ素子Ｑを制御する制御部１２と、を備える。

スイッチ素子Ｑは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成され、ドレインには、整流部１１を介して発電機２が接続され、ソースには、負荷３が接続され、ゲートには、制御部１２が接続される。スイッチ素子Ｑがオン状態の場合には、整流部１１およびオン状態のスイッチ素子Ｑを介して、発電機２と負荷３とが導通し、発電機２で発電された交流電力が整流部１１により整流され、直流電力として負荷３に供給される。一方、スイッチ素子Ｑがオフ状態の場合には、発電機２と負荷３とが絶縁され、負荷３への直流電力の供給が停止される。

図３は、制御部１２の構成を示すブロック図である。制御部１２は、スイッチ素子Ｑの操作量としてのデューティ比を設定するデューティ比設定部１２１と、デューティ比設定部１２１により設定されたデューティ比に基づいてスイッチ素子Ｑを制御するスイッチ素子制御部１２２と、スイッチ素子Ｑのデューティ比の増減を判別するデューティ比増減判別部１２３と、発電機２の出力電圧を測定する出力電圧測定部１２４と、発電機２の出力電圧の増減を判別する出力電圧増減判別部１２５と、を備える。

発電機２から出力された交流電圧が整流部１１により整流された直流電圧を、発電機２の出力電圧と呼ぶものとすると、制御部１２は、発電機２の出力電圧と、スイッチ素子Ｑのデューティ比と、に応じてスイッチ素子Ｑのデューティ比を設定し、設定したデューティ比で制御信号をスイッチ素子Ｑのゲートに供給する。このスイッチ素子Ｑのデューティ比を設定するデューティ比設定処理について、図４を用いて説明する。

図４は、制御部１２によるデューティ比設定処理を示すフローチャートである。図４に示すデューティ比設定処理では、まず、図７のスイッチ素子Ｑのデューティ比が「０」である位置から見た場合に、発電機２の出力電圧が山状の波形の頂点の手前（範囲Ｍ）または奥（範囲Ｎ）のどちらにあるのかを判別する（ステップＳ１〜Ｓ３）。次に、この判別結果に基づいてスイッチ素子Ｑのデューティ比を設定する（ステップＳ４〜Ｓ９）。

図４に戻って、ステップＳ１において、整流部１１の出力電圧の変化量Ｖｄｉｆを算出し、ステップＳ２に移る。この処理では、出力電圧増減判別部１２５により、現在の時刻である時刻ｔにおいて出力電圧測定部１２４により測定した出力電圧Ｖ（ｔ）から、時刻ｔより以前の時刻（ｔ−１）において出力電圧測定部１２４により測定した出力電圧Ｖ（ｔ−１）を減算し、出力電圧の変化量Ｖｄｉｆとする。出力電圧の変化量Ｖｄｉｆは、時刻（ｔ−１）から時刻ｔまでの期間に増加していれば、正の値となり、時刻（ｔ−１）から時刻ｔまでの期間に減少していれば、負の値となる。

ステップＳ２において、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆを算出し、ステップＳ３に移る。この処理では、デューティ比増減判別部１２３により、時刻ｔにおいてデューティ比設定部１２１により設定したスイッチ素子Ｑのデューティ比Ｄ（ｔ）から、時刻（ｔ−１）においてデューティ比設定部１２１により設定したスイッチ素子Ｑのデューティ比Ｄ（ｔ−１）を減算し、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆとする。スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆは、時刻（ｔ−１）から時刻ｔまでの期間に増加していれば、正の値となり、時刻（ｔ−１）から時刻ｔまでの期間に減少していれば、負の値となる。

ステップＳ３において、デューティ比設定部１２１により、出力電圧の変化量Ｖｄｉｆと、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆと、を積算し、積算結果が「０」より大きいか否かを判別する。そして、大きいと判別した場合には、ステップＳ４に移り、大きくないと判別した場合には、ステップＳ７に移る。

ここで、出力電圧の変化量Ｖｄｉｆと、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆと、の積算結果が「０」より大きくなるのは、図５に示すように、出力電圧の変化量Ｖｄｉｆが正の値で、かつ、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆが正の値の場合と、出力電圧の変化量Ｖｄｉｆが負の値で、かつ、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆが負の値の場合と、である。ここで、出力電圧の変化量Ｖｄｉｆが正の値で、かつ、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆが正の値の場合には、発電機２の出力電圧とスイッチ素子Ｑのデューティ比との関係は、図７に示したＰ１の向きに変化している状態となる。また、出力電圧の変化量Ｖｄｉｆが負の値で、かつ、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆが負の値の場合には、発電機２の出力電圧とスイッチ素子Ｑのデューティ比との関係は、図７に示したＰ２の向きに変化している状態となる。以上より、出力電圧の変化量Ｖｄｉｆと、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆと、の積算結果が「０」より大きい場合には、出力電圧は、図７に示した山状の波形の頂点の手前（範囲Ｍ）にあると判別できる。

一方、出力電圧の変化量Ｖｄｉｆと、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆと、の積算結果が「０」より大きくなくなるのは、図５に示すように、出力電圧の変化量Ｖｄｉｆが正の値で、かつ、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆが負の値の場合と、出力電圧の変化量Ｖｄｉｆが負の値で、かつ、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆが正の値の場合と、である。ここで、出力電圧の変化量Ｖｄｉｆが正の値で、かつ、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆが負の値の場合には、発電機２の出力電圧とスイッチ素子Ｑのデューティ比との関係は、図７に示したＱ１の向きに変化している状態となる。また、出力電圧の変化量Ｖｄｉｆが負の値で、かつ、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆが正の値の場合には、発電機２の出力電圧とスイッチ素子Ｑのデューティ比との関係は、図７に示したＱ２の向きに変化している状態となる。以上より、出力電圧の変化量Ｖｄｉｆと、スイッチ素子Ｑのデューティ比の変化量Ｄｄｉｆと、の積算結果が「０」より大きくない場合には、出力電圧は、図７に示した山状の波形の頂点の奥（範囲Ｎ）にあると判別できる。

図４に戻って、ステップＳ４において、デューティ比設定部１２１により、出力電圧の目標となる目標電圧Ｖｒｅｆから、時刻ｔにおいて出力電圧測定部１２４により測定した出力電圧Ｖ（ｔ）を減算し、時刻ｔにおける差分電圧Ｖｄｉｆ（ｔ）とし、ステップＳ５に移る。この処理によれば、現在の出力電圧Ｖ（ｔ）が目標電圧Ｖｒｅｆからどれだけ離れているのかを求めることができる。

ステップＳ５において、デューティ比設定部１２１により、時刻ｔにおける差分電圧Ｖｄｉｆ（ｔ）を用いて、スイッチ素子Ｑのデューティ比の補正値ΔＤを算出し、ステップＳ６に移る。この処理では、以下の式（１）により、スイッチ素子Ｑのデューティ比の補正値ΔＤを算出する。なお、式（１）において、Ｋ０およびＫ１のそれぞれは、予め定められた変数である。

ステップＳ６において、デューティ比設定部１２１により、ステップＳ５において算出した補正値ΔＤを、時刻ｔにおいてデューティ比設定部１２１により設定したスイッチ素子Ｑのデューティ比Ｄ（ｔ）に加算して、スイッチ素子Ｑのデューティ比として設定し、デューティ比設定処理を終了する。この処理によれば、スイッチ素子Ｑのデューティ比が更新され、現在の出力電圧Ｖ（ｔ）が目標電圧Ｖｒｅｆからどれだけ離れているかに応じて決定される補正値ΔＤだけ、スイッチ素子Ｑのデューティ比が増加する。

ステップＳ７およびステップＳ８のそれぞれにおいて、上述のステップＳ４およびステップＳ５のそれぞれと同様の処理を行う。

ステップＳ９において、デューティ比設定部１２１により、ステップＳ８において算出した補正値ΔＤを、時刻ｔにおいてデューティ比設定部１２１により設定したスイッチ素子Ｑのデューティ比Ｄ（ｔ）から減算して、スイッチ素子Ｑのデューティ比として設定し、デューティ比設定処理を終了する。この処理によれば、スイッチ素子Ｑのデューティ比が更新され、現在の出力電圧Ｖ（ｔ）が目標電圧Ｖｒｅｆからどれだけ離れているかに応じて決定される補正値ΔＤだけ、スイッチ素子Ｑのデューティ比が減少する。

以上の電力供給装置１によれば、以下の効果を奏することができる。

電力供給装置１は、出力電圧測定部１２４により測定した発電機２の出力電力と、デューティ比設定部１２１により設定したデューティ比と、に基づいて、図７のスイッチ素子Ｑのデューティ比が「０」である位置から見た場合に、発電機２の出力電圧が山状の波形の頂点の手前（範囲Ｍ）または奥（範囲Ｎ）のどちらにあるのかを判別する。そして、この判別結果に基づいて、スイッチ素子Ｑのデューティ比を設定する。このため、発電機２の出力電流を測定する必要がないので、電力供給装置１の構成を簡略化して、電力供給装置１を小型化できる。

電力供給装置１は、発電機２の出力電圧が目標電圧からどれだけ離れているかに応じて、スイッチ素子Ｑのデューティ比の増加値および減少値を決定する。したがって、例えば、発電機２の出力電圧が目標電圧より小さくなるに従って、スイッチ素子Ｑのデューティ比の増加値を大きくし、発電機２の出力電圧が目標電圧より大きくなるに従って、スイッチ素子Ｑのデューティ比の減少値を大きくする。これによれば、発電機２の出力電圧が目標電圧から大きく離れている場合には、スイッチ素子Ｑのデューティ比の増加値および減少値の絶対値が大きくなり、発電機２の出力電圧の変化が大きくなるので、発電機２の出力電圧が目標電圧になるまでの時間を短縮できる。また、発電機２の出力電圧が目標電圧に近い場合には、スイッチ素子Ｑのデューティ比の増加値および減少値の絶対値が小さくなり、発電機２の出力電圧の変化が小さくなるので、発電機２の出力電圧が目標電圧から大幅に乖離するのを防止できる。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る電力供給装置１Ａの回路図である。電力供給装置１Ａは、図２に示した本発明の第１実施形態に係る電力供給装置１とは、スイッチ素子Ｑの代わりに、スイッチ素子Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４と、トランスＴと、整流部１３と、を備える点と、制御部１２の代わりに制御部１２Ａを備える点と、が異なる。なお、電力供給装置１Ａについて、電力供給装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。

スイッチ素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４は、ＮＰＮ型トランジスタで構成され、フルブリッジ回路を構成する。具体的には、スイッチ素子Ｔｒ１のコレクタと、スイッチ素子Ｔｒ３のコレクタとには、整流部１１の第１端が接続され、スイッチ素子Ｔｒ２のエミッタと、スイッチ素子Ｔｒ４のエミッタとには、整流部１１の第２端が接続される。スイッチ素子Ｔｒ１のエミッタと、スイッチ素子Ｔｒ２のコレクタとには、トランスＴの１次巻線Ｔ１の一端が接続され、スイッチ素子Ｔｒ３のエミッタと、スイッチ素子Ｔｒ４のコレクタとには、トランスＴの１次巻線Ｔ１の他端が接続される。スイッチ素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４のそれぞれのベースには、制御部１２Ａが接続される。トランスＴの２次巻線Ｔ２の一端および他端には、整流部１３の第１端および第２端がそれぞれ接続される。

ここで、発電機２から出力された交流電圧が整流部１１により整流された直流電圧を、発電機２の出力電圧と呼び、スイッチ素子をオン状態にする期間にＨレベルとなる信号を、パルスと呼ぶものとする。すると、制御部１２Ａは、発電機２の出力電圧と、スイッチ素子Ｔｒ１のパルスに対するスイッチ素子Ｔｒ４のパルスの位相（以降、「第１の位相」と呼ぶ）と、スイッチ素子Ｔｒ２のパルスに対するスイッチ素子Ｔｒ３のパルスの位相（以降、「第２の位相」と呼ぶ）と、に応じて、スイッチ素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４の操作量としての第１の位相および第２の位相を設定し、設定した位相で制御信号をスイッチ素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４のそれぞれのゲートに供給する。

以上の構成を備える電力供給装置１Ａは、発電機２の出力電圧と、第１の位相と、に応じて、第１の位相を新たに設定して、スイッチ素子Ｔｒ１とスイッチ素子Ｔｒ４との双方がオン状態である期間を更新する。また、発電機２の出力電圧と、第２の位相と、に応じて、第２の位相を新たに設定して、スイッチ素子Ｔｒ２とスイッチ素子Ｔｒ３との双方がオン状態である期間を更新する。

ここで、図２に示した電力供給装置１では、発電機２の出力電圧は、スイッチ素子Ｑのデューティ比に応じて、図７に示したように山状に変化すると説明した。ところが、発電機２の出力電圧は、図６のスイッチ素子Ｔｒ１とスイッチ素子Ｔｒ４との双方がオン状態である期間と、スイッチ素子Ｔｒ２とスイッチ素子Ｔｒ３との双方がオン状態である期間と、に応じても、図７に示したように山状に変化する。

このため、発電機２の出力電圧と、第１の位相と、第２の位相と、に応じて、スイッチ素子Ｔｒ１とスイッチ素子Ｔｒ４との双方がオン状態である期間と、スイッチ素子Ｔｒ２とスイッチ素子Ｔｒ３との双方がオン状態である期間と、を設定する電力供給装置１Ａにおいても、電力供給装置１と同様の効果を奏することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上述の各実施形態では、発電機２は、三相交流発電機としたが、これに限らず、発電する発電機であればよい。

また、例えば、上述の各実施形態では、負荷３は、バッテリとしたが、これに限らず、電力供給装置１から供給される電力で駆動されるものであればよい。

また、例えば、上述の第１実施形態では、スイッチ素子Ｑは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるものとしたが、これに限らず、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成されるものとしてもよい。

また、例えば、上述の第１実施形態では、ステップＳ４およびステップＳ５、ならびに、ステップＳ７およびステップＳ８のように、スイッチ素子Ｑのデューティ比の補正値ΔＤを、現在の出力電圧Ｖ（ｔ）が目標電圧Ｖｒｅｆからどれだけ離れているかに応じて設定することとしたが、これに限らない。例えば、スイッチ素子Ｑのデューティ比の補正値ΔＤを、現在の出力電圧Ｖ（ｔ）が目標電圧Ｖｒｅｆより小さい場合には、予め定められた正の固定値とし、現在の出力電圧Ｖ（ｔ）が目標電圧Ｖｒｅｆより大きい場合には、予め定められた負の固定値としてもよい。

また、例えば、上述の各実施形態において、発電機２の出力電圧は、発電機２の回転数が大きくなるに従って上昇する。そこで、発電機２の回転数に応じて、目標電圧Ｖｒｅｆや、上述の式（１）の変数Ｋ０およびＫ１を設定してもよい。これによれば、発電機２の回転数に応じて、スイッチ素子Ｑのデューティ比の増加値および減少値を設定できるので、発電機２で発電された電力を負荷３に供給する効率を向上できる。

１、１Ａ；電力供給装置
２；発電機
３；負荷
１１、１３；整流部
１２、１２Ａ；制御部
１２１；デューティ比設定部
１２２；スイッチ素子制御部
１２３；デューティ比増減判別部
１２４；出力電圧測定部
１２５；出力電圧増減判別部
Ａ；電力供給システム
Ｑ、Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４；スイッチ素子
Ｔ；トランス

Claims (4)

1. 発電機で発電された電力を負荷に供給する電力供給装置であって、
   前記発電機と前記負荷とを断続するスイッチ素子と、
   前記スイッチ素子の操作量を設定する操作量設定手段と、
   前記操作量設定手段により設定された操作量に基づいて、前記スイッチ素子を制御するスイッチ素子制御手段と、
   第１の時刻において前記操作量設定手段により設定された操作量と、前記第１の時刻より以前の第２の時刻において前記操作量設定手段により設定された操作量と、を比較して、前記第２の時刻から前記第１の時刻までの期間における前記操作量の増減を判別する操作量増減判別手段と、
   前記発電機の出力電圧を測定する出力電圧測定手段と、
   前記第１の時刻において前記出力電圧測定手段により測定された出力電圧と、前記第２の時刻において前記出力電圧測定手段により測定された出力電圧と、を比較して、前記第２の時刻から前記第１の時刻までの期間における前記出力電圧の増減を判別する出力電圧増減判別手段と、を備え、
   前記操作量設定手段は、前記操作量増減判別手段による判別結果と、前記出力電圧増減判別手段による判別結果と、に応じて、前記操作量を設定することを特徴とする電力供給装置。
2. 請求項１に記載の電力供給装置において、
   前記操作量設定手段は、
   前記操作量増減判別手段により前記操作量が増加したと判別され、かつ、前記出力電圧増減判別手段により前記出力電圧が増加したと判別された場合と、前記操作量増減判別手段により前記操作量が減少したと判別され、かつ、前記出力電圧増減判別手段により前記出力電圧が減少したと判別された場合と、には、前記設定する操作量を増加させ、
   前記操作量増減判別手段により前記操作量が減少したと判別され、かつ、前記出力電圧増減判別手段により前記出力電圧が増加したと判別された場合と、前記操作量増減判別手段により前記操作量が増加したと判別され、かつ、前記出力電圧増減判別手段により前記出力電圧が減少したと判別された場合と、には、前記設定する操作量を減少させることを特徴とする電力供給装置。
3. 請求項１または２に記載の電力供給装置において、
   前記操作量設定手段は、前記発電機から前記負荷に供給する電圧の目標である目標電圧と、前記第１の時刻において前記出力電圧測定手段により測定された出力電圧と、を比較し、当該比較結果に応じて、前記設定する操作量の増加値および減少値を決定することを特徴とする電力供給装置。
4. 請求項３に記載の電力供給装置において、
   前記操作量設定手段は、前記発電機の回転数に応じて、前記目標電圧を設定することを特徴とする電力供給装置。

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