JP3213784U - Voltage converter - Google Patents
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Abstract
【課題】太陽光発電等によってバッテリに蓄えられた電気を用いて電池容量の大きな他のバッテリを充電する場合に利用することが可能であって、しかも製造コストが安く、設置や持ち運びも容易な電圧変換装置を提供する。【解決手段】本考案の電圧変換装置1aは、太陽光発電システム10によって蓄電された第1のバッテリ11aの電気を用いて第2のバッテリ11bを充電する際に用いられるものであり、第1のバッテリ11aを電源とする直流電動機2と、この直流電動機2によって回転駆動される三相交流発電機3と、この三相交流発電機3から出力される交流を直流に変換する整流器4aを備えている。直流電動機2と三相交流発電機3と整流器4aが内部に設置された筐体5には、上面に持ち手6が取り付けられるとともに、前面に直流出力端子7a,7bと通気窓8が設けられており、背面からは入力端子9が引き出されている。【選択図】図1The present invention can be used when charging another battery having a large battery capacity by using electricity stored in the battery by solar power generation or the like, and is low in manufacturing cost and easy to install and carry. A voltage converter is provided. A voltage converter 1a according to the present invention is used when a second battery 11b is charged by using electricity of a first battery 11a stored by a solar power generation system 10. A DC motor 2 that uses the battery 11a as a power source, a three-phase AC generator 3 that is rotationally driven by the DC motor 2, and a rectifier 4a that converts AC output from the three-phase AC generator 3 into DC. ing. The casing 5 in which the DC motor 2, the three-phase AC generator 3, and the rectifier 4a are installed is provided with a handle 6 on the top surface and DC output terminals 7a and 7b and a ventilation window 8 on the front surface. The input terminal 9 is drawn out from the back. [Selection] Figure 1
Description
本考案は、太陽光発電等によってバッテリに蓄えられた電気を用いて他のバッテリを充電する際などに用いられる電圧変換装置に係り、特に、簡単な構造でありながら、直流電流の電圧を効率よく上げることが可能な電圧変換装置に関する。 The present invention relates to a voltage conversion device used when charging another battery by using electricity stored in a battery by photovoltaic power generation or the like. The present invention relates to a voltage converter that can be raised well.
一般家庭で使用される太陽光発電システムでは、余剰の電力を一時的に蓄えておくために、比較的電池容量の小さいバッテリが用いられることが多い。このようなバッテリとしては、例えば、蓄電総量が120Whのリチウムイオンバッテリが知られている。
ところが、上述のバッテリは電池容量が小さいため、蓄電できずに余ってしまった電気については捨てざるを得ない場合があり、経済的ではないという問題があった。
In a solar power generation system used in a general household, a battery having a relatively small battery capacity is often used in order to temporarily store surplus power. As such a battery, for example, a lithium ion battery having a total storage amount of 120 Wh is known.
However, since the battery described above has a small battery capacity, there is a case where it is unavoidable that electricity that cannot be stored cannot be discarded.
電池容量の小さいバッテリに蓄えられた電気を用いて電池容量の大きい他のバッテリを充電すれば、電池容量の小さいバッテリに蓄電できずに余ってしまった電気を捨てるという事態は回避できる。しかし、そのためには、電池容量の少ないバッテリに蓄えられた電気の電圧を上げる必要がある。 If another battery having a large battery capacity is charged using electricity stored in a battery having a small battery capacity, it is possible to avoid a situation in which excess electricity cannot be stored in a battery having a small battery capacity and the remaining electricity is discarded. However, for this purpose, it is necessary to increase the voltage of electricity stored in a battery having a small battery capacity.
それに関し、例えば、特許文献1には「ポータブル電源装置」という名称で、内蔵電池の直流電源(DC12V)を家庭用交流電源(AC100V)に変換するDC−ACインバーターを備えた装置に関する考案が開示されている。
DC−ACインバーターからは交流電源が出力されるが、AC−DCインバーター(コンバーター)を用いれば、その交流電源を直流電源に変換することが可能である。したがって、DC−ACインバーターとAC−DCインバーター(コンバーター)を組み合わせることによれば、直流電源の電圧を容易に変換することができる。
In this regard, for example,
AC power is output from the DC-AC inverter. If an AC-DC inverter (converter) is used, the AC power can be converted into DC power. Therefore, by combining the DC-AC inverter and the AC-DC inverter (converter), the voltage of the DC power source can be easily converted.
特許文献1に開示されたDC−ACインバーターをAC−DCインバーター(コンバーター)と組み合わせた状態で使用して、直流電源の電圧を変化させた場合、電流は電圧に反比例して小さくなってしまう。そのため、このような方法では、電池容量の小さいバッテリに蓄えられた電気の電圧を上げることができたとしても、その電気を使って電池容量の大きい他のバッテリを充電することは困難である。なお、電流を変化させるための機構を追加した場合には、装置が大掛かりなものとなり、設置や持ち運びが困難になるとともに、製造コストが高くなるそれがある。
When the DC-AC inverter disclosed in
本考案は、このような従来の技術の課題に対処してなされたものであり、太陽光発電等によってバッテリに蓄えられた直流電流の電圧を上げて電池容量の大きな他のバッテリを充電する場合に利用することが可能であって、しかも製造コストが安く、設置や持ち運びも容易な電圧変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in response to such a problem of the conventional technique, and when charging a battery having a large battery capacity by increasing the voltage of the direct current stored in the battery by solar power generation or the like. An object of the present invention is to provide a voltage conversion device that can be used for the above-mentioned purposes and that is inexpensive to manufacture and easy to install and carry.
上記目的を達成するため、第1の考案は、交流入力端子と直流出力端子を有する整流器と、この整流器の交流入力端子に交流出力端子が接続された三相交流発電機と、この三相交流発電機を回転駆動する直流電動機と、を備えていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a first device is a rectifier having an AC input terminal and a DC output terminal, a three-phase AC generator having an AC output terminal connected to the AC input terminal of the rectifier, and the three-phase AC And a DC motor that rotationally drives the generator.
上記構造の電圧変換装置において、直流電動機に直流電流を供給すると、直流電動機は、その直流電流の電圧に比例する速度で三相交流発電機の回転子を回転させ、三相交流発電機は、回転子の回転速度に比例した電圧の交流電流を発生させる。そして、整流器は、三相交流発電機から供給された交流電流を直流電流に変換する。
したがって、第1の考案では、第1のバッテリよりも電池容量の大きい第2のバッテリの入力端子に整流器の直流出力端子を接続した状態で、第1のバッテリを駆動源として直流電動機を稼働させた場合、第1のバッテリから直流電動機に供給された直流電流とは異なる電圧の直流電流が第2の電圧に供給されるという作用を有する。
また、第1の考案では、インバーターやコンバーターを使用しないため、全体の構造がシンプルなものとなり、部品点数も削減されるという作用を有する。
In the voltage conversion device having the above structure, when a direct current is supplied to the direct current motor, the direct current motor rotates the rotor of the three-phase alternating current generator at a speed proportional to the voltage of the direct current, and the three-phase alternating current generator is An alternating current having a voltage proportional to the rotational speed of the rotor is generated. The rectifier converts the alternating current supplied from the three-phase alternating current generator into a direct current.
Therefore, in the first device, the DC motor is operated using the first battery as a drive source in a state where the DC output terminal of the rectifier is connected to the input terminal of the second battery having a larger battery capacity than the first battery. In this case, a DC current having a voltage different from the DC current supplied from the first battery to the DC motor is supplied to the second voltage.
Further, since the first device does not use an inverter or a converter, the entire structure is simplified and the number of parts is reduced.
また、第2の考案は、第1の考案において、整流器は、6個のダイオードのブリッジ接続によって構成される全波整流回路を備えていることを特徴とするものである。
このような構造の電圧変換装置においては、第1の考案の作用に加えて、整流器により、三相交流発電機において発生した交流電流のうち、正弦波の正の部分又は負の部分のいずれか一方が他方の側へ反転させられることで、全サイクルに亘って整流されるという作用を有する。
The second device is characterized in that, in the first device, the rectifier includes a full-wave rectifier circuit constituted by a bridge connection of six diodes.
In the voltage conversion device having such a structure, in addition to the operation of the first device, either the positive part or the negative part of the sine wave of the alternating current generated in the three-phase alternating current generator by the rectifier. By inverting one side to the other side, it has the effect of rectifying over the entire cycle.
第3の考案は、第1の考案において、整流器は、一対の直流出力端子に対して3個のダイオードがそれぞれ並列接続されるようにして構成される半波整流回路を備えていることを特徴とするものである。
このような構造の電圧変換装置においては、第1の考案の作用に加えて、整流器により、三相交流発電機において発生した交流電流のうち、正弦波の正の部分又は負の部分のいずれか一方のみが取り出され、他方の通電が阻止されるという作用を有する。
A third device is characterized in that, in the first device, the rectifier includes a half-wave rectifier circuit configured such that three diodes are respectively connected in parallel to a pair of DC output terminals. It is what.
In the voltage conversion device having such a structure, in addition to the operation of the first device, either the positive part or the negative part of the sine wave of the alternating current generated in the three-phase alternating current generator by the rectifier. Only one side is taken out and the other side is prevented from being energized.
第4の考案は、第1の考案乃至第3の考案のいずれかにおいて、整流器と並列に接続された平滑コンデンサを備えていることを特徴とするものである。
このような構造の電圧変換装置では、第1の考案乃至第3の考案のいずれかの作用に加え、三相交流発電機において相電圧が低下した際に平滑コンデンサが放電することにより、整流器の直流出力端子に接続された負荷に対する印加電圧の低下が抑制されるという作用を有する。
A fourth device is characterized in that in any one of the first device to the third device, a smoothing capacitor connected in parallel with the rectifier is provided.
In the voltage conversion device having such a structure, in addition to the operation of any one of the first to third devices, the smoothing capacitor discharges when the phase voltage decreases in the three-phase AC generator, It has the effect | action that the fall of the applied voltage with respect to the load connected to the DC output terminal is suppressed.
以上説明したように、第1の考案によれば、第1のバッテリから供給される直流電流をそれよりも電圧の高い直流電流に変換することで、電池容量の大きい第2のバッテリの充電に利用することができる。また、小型で軽い構造として、設置や持ち運びを容易にするとともに、製造コストの削減を図ることが可能である。 As described above, according to the first device, the direct current supplied from the first battery is converted into a direct current having a higher voltage, thereby charging the second battery having a large battery capacity. Can be used. In addition, as a small and light structure, it is easy to install and carry, and the manufacturing cost can be reduced.
また、第2の考案では、第1の考案の効果に加え、三相交流発電機で発電された三相交流電流を効率よく直流電流に変換することができるという効果を奏する。 Moreover, in the second device, in addition to the effect of the first device, the three-phase alternating current generated by the three-phase alternating current generator can be efficiently converted into a direct current.
第3の考案によれば、第1の考案の効果に加え、三相交流発電機から供給された交流電流が整流器内において1つのダイオードしか通過しないため、エネルギー損失が最小限に抑えられるという効果を奏する。 According to the third device, in addition to the effect of the first device, since the alternating current supplied from the three-phase AC generator passes through only one diode in the rectifier, the energy loss can be minimized. Play.
第4の考案によれば、第1の考案乃至第3の考案のいずれかの効果に加え、出力電圧の変動を抑制できるという効果を奏する。 According to the fourth device, in addition to the effect of any one of the first device to the third device, there is an effect that the fluctuation of the output voltage can be suppressed.
本考案の電圧変換装置は、直流電源から供給される直流電流をそれよりも高い電圧の直流電流に変換する電力機器であり、電池容量の小さいバッテリに蓄えられた電気を用いて電池容量の大きい他のバッテリを充電する場合に利用することが可能である。
以下、その具体的な構造と、それに基づく作用・効果について、図1乃至図13を用いて説明する。
The voltage converter of the present invention is a power device that converts a DC current supplied from a DC power source into a DC current having a higher voltage than that, and has a large battery capacity using electricity stored in a battery having a small battery capacity. It can be used when charging other batteries.
Hereinafter, the specific structure and the action and effect based thereon will be described with reference to FIGS.
図1(a)は本考案の電圧変換装置の構成の一例を示したブロック図であり、図1(b)はその外観を示した斜視図である。また、図2(a)は図1(a)に示した三相交流発電機と整流器の回路図であり、図2(b)は三相交流発電機の電機子コイルに発生する相電圧の時間波形を示したグラフである。図3(a)乃至図3(c)は三相交流発電機の電機子コイルに発生する相電圧と線間電圧の関係を示したグラフである。 FIG. 1A is a block diagram showing an example of the configuration of the voltage converter according to the present invention, and FIG. 1B is a perspective view showing the appearance thereof. FIG. 2 (a) is a circuit diagram of the three-phase AC generator and rectifier shown in FIG. 1 (a), and FIG. 2 (b) is a diagram of the phase voltage generated in the armature coil of the three-phase AC generator. It is the graph which showed the time waveform. FIG. 3A to FIG. 3C are graphs showing the relationship between the phase voltage generated in the armature coil of the three-phase AC generator and the line voltage.
図1(a)に示すように、本考案の電圧変換装置1aは、太陽光発電システム10によって蓄電された第1のバッテリ11aから供給される直流電流をそれよりも電圧の高い直流電流に変換して第2のバッテリ11bに供給する際に用いることが可能であり、第1のバッテリ11aを電源とする直流電動機2と、この直流電動機2によって回転駆動される三相交流発電機3と、この三相交流発電機3から出力される交流を直流に変換する整流器4aを備えている。
図1(b)に示すように、電圧変換装置1aでは、直流電動機2と三相交流発電機3と整流器4aが筐体5の内部に設置されており、筐体5の上面には持ち手6が取り付けられている。また、筐体5の前面には整流器4aの一対の直流出力端子7a,7bと通気窓8が設けられており、筐体5の背面からは入力端子9が引き出されている。
As shown in FIG. 1 (a), the
As shown in FIG. 1B, in the
第1のバッテリ11aは電池容量が120Whのリチウムイオンバッテリであり、第2のバッテリ11bは電池容量が360Whのリチウムイオンバッテリであるが、バッテリの種類や電池容量はこれに限定されるものではなく、適宜変更可能である。ただし、第2のバッテリ11bは、第1のバッテリ11aよりも電池容量が大きいものとする。
The
このように、電圧変換装置1aでは、入力電圧に比例して回転速度が変化する構造の直流電動機2に対して、第1のバッテリ11aから所定の電圧の直流電流が供給されるとともに、直流電動機2によって三相交流発電機3が回転駆動される構造となっている。この場合、直流電動機2の回転速度は変化しないため、三相交流発電機3の回転子は一定の速度で回転する。
なお、三相交流発電機3は、マグネットロータがステータコアの外側に配置された外転型永久磁石発電機であり、そのステータコアは、ロータ側の磁極に対向するステータ側磁極を有する電機子鉄心と、この電機子鉄心に巻装された三相の電機子コイル3a〜3c(図2(a)参照)を備えている。そして、電機子コイル3a〜3cに発生した交流電流が整流器4aによって整流された後、第2のバッテリ11b(図1(a)参照)に供給される構造となっている。
As described above, in the
The three-
整流器4aは、直列接続された3組のダイオードD1,D2とダイオードD3,D4とダイオードD5,D6が直流出力端子7a,7bに対してそれぞれ並列に接続された構造となっている。また、電機子コイル3a〜3cは、一端がダイオードD1,D3,D5の陽極とダイオードD2,D4,D6の陰極の間にそれぞれ接続され、他端が互いに接続されるとともに、120°ずつ位相がずれた電圧が発生するように配置されている。
すなわち、整流器4aは、ダイオードD1〜D6のブリッジ接続によって構成される全波整流回路を備えた構造であり、その3本の交流入力端子(図示せず)には三相交流発電機3の3本の交流出力端子(図示せず)がそれぞれ接続されている。
The
That is, the
ここで、発電機の起電力について説明する。
まず、1本の導体に発生する起電力e[V]は、ファラデーの電磁誘導の法則より、式(1)に示すように、磁束Φ[Wb]の1秒あたりの変化量で表される。
Here, the electromotive force of the generator will be described.
First, the electromotive force e [V] generated in one conductor is represented by the amount of change per second of the magnetic flux Φ [Wb], as shown in Equation (1), from Faraday's law of electromagnetic induction. .
上記導体が磁束密度B[T]の磁界中を速度v[m/s]で直角に横切った場合、導体の長さをL[m]とすると、磁束と導体が交差する面積はLv[m2]となり、磁束Φ[wb]の1秒あたりの変化量はBLvとなる。したがって、式(1)は以下の式(2)で表される。 When the conductor crosses a magnetic field having a magnetic flux density B [T] at a right angle at a velocity v [m / s] and the length of the conductor is L [m], the area where the magnetic flux intersects the conductor is Lv [m]. 2 ], and the amount of change per second of the magnetic flux Φ [wb] is BLv. Therefore, Formula (1) is represented by the following Formula (2).
上記導体によって構成される回転子の直径をD[m]、その回転数をn[rps]とすると、上述の速度vはπDnとなる。また、発電機の極数をpとし、1極当たりの磁束をφ[Wb]とすると、上述の磁束密度Bは以下の式(3)で表される。よって、式(2)は式(4)のように書き直すことができる。 When the diameter of the rotor constituted by the conductor is D [m] and the rotation speed is n [rps], the speed v is πDn. Further, when the number of poles of the generator is p and the magnetic flux per pole is φ [Wb], the above magnetic flux density B is expressed by the following formula (3). Therefore, equation (2) can be rewritten as equation (4).
一方、発電機の起電力E[V]は、全導体数をZとし、磁束並列回路の数をqとすると、以下の式(5)で表される。よって、式(4)はさらに式(6)のように書き直すことができる。なお、並列回路の数qは、電機子の巻き線方法が重ね巻の場合は極数pと同じであり、電機子の巻き線方法が波巻の場合は2である。
すなわち、発電機の起電力Eは、電機子の巻き線方法が重ね巻の場合、全導体数Zと1極当たりの磁束φと回転数nの積に比例し、電機子の巻き線方法が波巻の場合、さらに発電機の極数pに比例する。
On the other hand, the electromotive force E [V] of the generator is expressed by the following formula (5), where Z is the total number of conductors and q is the number of magnetic flux parallel circuits. Therefore, equation (4) can be further rewritten as equation (6). The number q of the parallel circuits is the same as the number of poles p when the armature winding method is lap winding, and is 2 when the armature winding method is wave winding.
That is, the electromotive force E of the generator is proportional to the product of the total number of conductors Z, the magnetic flux φ per pole, and the rotation speed n when the armature winding method is lap winding, and the armature winding method is In the case of wave winding, it is further proportional to the number of poles p of the generator.
つぎに、三相交流発電機について説明する。
三相交流発電機にはa相、b相、c相という3つの相があり、各相の電圧を相電圧という。例えば、図2(a)に示す三相交流発電機3の回路図では、電機子コイル3a〜3cに発生する電圧がa相〜c相に対応する相電圧va〜vcとなる。そして、a相〜c相において、それぞれの相の間の電圧(線間電圧)をvab,vbc,vcaとおくと、図2(b)に示すように、相電圧vbの位相は相電圧vaの位相よりも120°遅れており、相電圧vcの位相は相電圧vbの位相よりも120°遅れていることから、相電圧のピーク値をV0,角速度をω[deg/s]、時間をt[s]とすると、相電圧va〜vcは式(7)〜(9)のように表される。また、線間電圧vab,vbc,vcaは式(10)〜(12)のように表される。このとき、線間電圧vab,vbc,vcaは時間の経過とともに、図3(a)〜図3(c)に示したように変化する。
Next, a three-phase AC generator will be described.
A three-phase AC generator has three phases, a phase, b phase, and c phase, and the voltage of each phase is called a phase voltage. For example, in the circuit diagram of a three-
図4(a)乃至図4(c)及び図5(a)乃至図5(c)は電圧変換装置1aの回路に流れる電流の経路を示した図である。また、図6(a)乃至図6(c)は線間電圧vab,vbc,vcaの時間波形を示したグラフであり、図6(d)は電圧変換装置1aの出力電圧の時間波形を示したグラフである。なお、図4(a)乃至図4(c)及び図5(a)乃至図5(c)は図2(a)に示した電圧変換装置1aの回路図において直流出力端子7a,7bの間に負荷12を接続した図に相当する。
電圧変換装置1aの回路(図2(a)参照)では、a相〜c相のうち最も相電圧の高い相から整流器4aに流れ込んだ電流が最も相電圧の低い相へ流れ出る。そして、その電流の流れ方は、相電圧va〜vcの大小によって図4(a)乃至図4(c)及び図5(a)乃至図5(c)に示すように時間の経過とともに切り替わる6種類のモード(以下、Mode1〜Mode6という。)に分けられる。
4 (a) to 4 (c) and FIGS. 5 (a) to 5 (c) are diagrams showing paths of current flowing through the circuit of the
In the circuit of the
(Mode1)
相電圧vaが最も高く、相電圧vbが最も低い場合、図4(a)に示すように、a相から整流器4aに流れ込んだ電流はダイオードD1を通って負荷12に流れた後、整流器4aに流れ込み、ダイオードD4を通ってb相に戻る。
(Mode2)
相電圧vaが最も高く、相電圧vcが最も低い場合、図4(b)に示すように、a相から整流器4aに流れ込んだ電流はダイオードD1を通って負荷12に流れた後、整流器4aに流れ込み、ダイオードD6を通ってc相に戻る。
(Mode3)
相電圧vbが最も高く、相電圧vcが最も低い場合、図4(c)に示すように、b相から整流器4aに流れ込んだ電流はダイオードD3を通って負荷12に流れた後、整流器4aに流れ込み、ダイオードD6を通ってc相に戻る。
(Mode 1)
Phase voltage v a is the highest, if the phase voltage v b is the lowest, as shown in FIG. 4 (a), after the current flowing into the
(Mode2)
Phase voltage v a is the highest, if the phase voltage v c is the lowest, as shown in FIG. 4 (b), after the current flowing into the
(Mode 3)
Phase voltage v b is the highest, if the phase voltage v c is the lowest, as shown in FIG. 4 (c), the current flowing into the
(Mode4)
相電圧vbが最も高く、相電圧vaが最も低い場合、図5(a)に示すように、b相から整流器4aに流れ込んだ電流はダイオードD3を通って負荷12に流れた後、整流器4aに流れ込み、ダイオードD2を通ってa相に戻る。
(Mode5)
相電圧vcが最も高く、相電圧vaが最も低い場合、図5(b)に示すように、c相から整流器4aに流れ込んだ電流はダイオードD5を通って負荷12に流れた後、整流器4aに流れ込み、ダイオードD2を通ってc相に戻る。
(Mode6)
相電圧vcが最も高く、相電圧vbが最も低い場合、図5(c)に示すように、c相から整流器4aに流れ込んだ電流はダイオードD5を通って負荷12に流れた後、整流器4aに流れ込み、ダイオードD4を通ってb相に戻る。
(Mode 4)
Phase voltage v b is the highest, if the phase voltage v a is the lowest, as shown in FIG. 5 (a), the current flowing into the
(Mode 5)
Phase voltage v c is the highest, if the phase voltage v a is the lowest, as shown in FIG. 5 (b), after the current flowing into the
(Mode 6)
When the phase voltage v c is the highest and the phase voltage v b is the lowest, as shown in FIG. 5C, the current flowing from the c phase into the
図4(a)乃至図4(c)及び図5(a)乃至図5(c)から明らかなように、図2(a)に示した回路では、電流が負荷12に対して常に同じ方向に流れる。すなわち、三相交流発電機3によって発電された交流電流は整流器4aによって直流(脈流)電流に変換されるため、図3(a)乃至図3(c)に示した線間電圧vab,vbc,vcaの時間波形は、実際には図6(a)乃至図6(c)のように表される。
この場合、電圧変換装置1aの出力電圧(図2(a)における直流出力端子7a,7bの間の電圧)は、図6(d)に太い黒線で示すように、各Modeにおける上述の線間電圧(図6(a)乃至図6(c)に示した線間電圧vab,vbc,vca)の最大値と一致する。
As apparent from FIGS. 4A to 4C and FIGS. 5A to 5C, in the circuit shown in FIG. 2A, the current is always in the same direction with respect to the
In this case, the output voltage of the
前述したように、電圧変換装置1aでは、直流電流を供給された直流電動機2は、その電圧に比例する速度で三相交流発電機3の回転子を回転させ、三相交流発電機3は、回転子の回転速度に比例した電圧の交流電流を発生させる。そして、整流器4aは、三相交流発電機3から供給された交流電流を直流電流に変換する。
すなわち、電圧変換装置1aにおいて、第2のバッテリ11bの一対の入力端子に整流器4aの直流出力端子7a,7abを接続した状態で、第1のバッテリ11aを電源として直流電動機2を駆動させた場合、第1のバッテリ11aから直流電動機2に供給された直流電流とは異なる電圧の直流電流が第2の電圧11bに供給されることになる。したがって、所定の速度で回転する直流電動機2を選定するとともに、全導体数や極数や1極当たりの磁束などの三相交流発電機3の諸言を適切に選定した状態の電圧変換装置1aを用いることによれば、直流電動機2に入力された直流電流を第2のバッテリ11bに充電するのに適した所望の電圧まで上げて第2のバッテリ11bに供給することができる。
As described above, in the
That is, in the
また、電圧変換装置1aでは、インバーターやコンバーターを使用しないため、全体の構造がシンプルなものとなり、部品点数が削減される。したがって、電圧変換装置1aを小型で軽い構造として、設置や持ち運びを容易にするとともに、製造コストの削減を図ることが可能である。
さらに、電圧変換装置1aによれば、整流器4aが三相交流発電機3で発電された交流電流のうち、正弦波の正の部分又は負の部分のいずれか一方を他方の側へ反転させるようにして全サイクルに亘って整流するという機能を有しているため、上記交流電流を効率よく直流電流に変換することができる。
Moreover, in the
Furthermore, according to the
図7は電圧変換装置1aの変形例に係る回路図であり、図2(a)の回路図において、整流器4aの整流回路と並列に平滑コンデンサ13が接続された図に相当する。また、図8(a)乃至図8(c)は図7に示した回路を流れる電流の経路の一例を示した図であり、図9は図7に示した回路の出力電圧の時間波形を示したグラフである。
なお、図8(a)及び図8(b)は図4(a)及び図5(a)を用いてそれぞれ説明したMode1及びMode4において平滑コンデンサ13が充電されている時の電流の経路を示しており、図8(c)は平滑コンデンサ13が放電している時の電流の経路を示している。また、図9に示した太い黒線は上述の回路の出力電圧を表している。
FIG. 7 is a circuit diagram according to a modification of the
FIGS. 8A and 8B show current paths when the smoothing
図8(a)に示すように、Mode1では相電圧vaが最も高いため、平滑コンデンサ13のプラス側にダイオードD1が導通し、図8(b)に示すように、Mode4では相電圧vbが最も高いため、平滑コンデンサ13のプラス側にダイオードD3が導通する。また、図8(c)に示すように、平滑コンデンサ13が放電している時は、平滑コンデンサ13に対し、a相〜c相のいずれからも電流は流れない。
なお、Mode2及びMode5とMode3及びMode6についても平滑コンデンサ13に導通するダイオードが異なる以外は、その電流経路はMode1及びMode4の場合と同様である。
As shown in FIG. 8 (a), because the highest phase voltage v a at Mode1, the diode D 1 conducts the positive side of the smoothing
Note that the current paths of
すなわち、図7に示すように電圧変換装置1aが平滑コンデンサ13を備えていると、それぞれのModeにおいて線間電圧が低下した際に平滑コンデンサ13が放電するため、負荷12に電圧が印加される。その結果、電圧変換装置1aの出力電圧(図7(a)における直流出力端子7a,7bの間の電圧)は、図9に太い黒線で示すように変動が少なくなる。
すなわち、電圧変換装置1aにおいて、整流器4aに平滑コンデンサ13を設けることによれば、出力電圧の変動を抑制することができる。
That is, as shown in FIG. 7, when the
That is, by providing the smoothing
図10(a)は実施例2の電圧変換装置における三相交流発電機と整流器の回路図であり、図10(b)はその変形例を示した図である。図11(a)乃至図11(c)は図10(a)に示した回路に流れる電流の経路を示した図である。図12(a)は実施例2の電圧変換装置における相電圧の時間波形を示したグラフであり、図12(b)及び図12(c)はそれぞれ図10(a)及び図10(b)に示した回路の出力電圧の時間波形を示したグラフである。
なお、図12(b)及び図12(c)に示した太い黒線は上述の回路の出力電圧を表している。また、図1乃至図9に示した構成要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
FIG. 10A is a circuit diagram of a three-phase AC generator and a rectifier in the voltage conversion apparatus according to the second embodiment, and FIG. 10B is a diagram showing a modification thereof. FIG. 11A to FIG. 11C are diagrams showing paths of current flowing through the circuit shown in FIG. FIG. 12A is a graph showing the time waveform of the phase voltage in the voltage converter of Example 2, and FIGS. 12B and 12C are FIGS. 10A and 10B, respectively. 6 is a graph showing a time waveform of the output voltage of the circuit shown in FIG.
Note that the thick black lines shown in FIGS. 12B and 12C represent the output voltage of the circuit described above. The components shown in FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
本実施例の電圧変換装置1bは、実施例1の電圧変換装置1aにおいて、ダイオードD1〜D6がブリッジ接続された構造の全波整流回路からなる整流器4aの代わりに、図10(a)又は図10(b)に示すように、直流出力端子7a,7bに対してダイオードD1〜D3がそれぞれ並列に接続された半波整流回路からなる整流器4bを備えた構造となっている。
上記構造の電圧変換装置1bでは、図10(a)又は図10(b)に示すように、3つの相の半波整流回路が並列に接続されていることから、最も電圧の高い相にのみ電流が流れる。そして、その電流の流れ方は、相電圧va〜vcの大小によって図11(a)乃至図11(c)に示すように時間の経過とともに切り替わる3種類のモード(以下、Mode1〜Mode3という。)に分けられる。
In the
(Mode1)
相電圧vaが最も高い場合、図11(a)に示すように、a相からダイオードD1を通って負荷12に流れた電流は、再びa相に戻る。
(Mode2)
相電圧vbが最も高い場合、図11(b)に示すように、b相からダイオードD2を通って負荷12に流れた電流は、再びb相に戻る。
(Mode3)
相電圧vcが最も高い場合、図11(c)に示すように、c相からダイオードD3を通って負荷12に流れた電流は、再びc相に戻る。
(Mode 1)
If the phase voltage v a is the highest, as shown in FIG. 11 (a), current flowing through the
(Mode2)
If the phase voltage v b is the highest, as shown in FIG. 11 (b), current flowing through the b-phase load through the diode D 2 to 12 returns again to b phase.
(Mode 3)
If the phase voltage v c is the highest, as shown in FIG. 11 (c), a current flowing to the
図11(a)乃至図11(c)から明らかなように、図10(a)又は図10(b)に示した回路では、a相〜c相において各相の電圧が負の値を示す方向に流れる電流はダイオードD1〜D3によってカットされるため、各相の電圧が正の値を示す方向に流れる電流のみが負荷12に流れることになる。そのため、図12(a)に示すように、3つの相の半波整流回路に発生する電圧の時間波形は、図2(b)に示した相電圧va〜vcの時間波形において、電圧が負の値を示す領域がカットされたものとなる。
この場合、電圧変換装置1bの出力電圧(図10(a)における直流出力端子7a,7bの間の電圧)は、図12(b)に太い黒線で示すように、各Modeにおける相電圧(図12(a)に示した相電圧va〜vc)の最大値と一致する。なお、図10(b)における直流出力端子7a,7bの間の電圧は、実施例1における図7〜図9の場合と同様の理由により、図12(c)に太い黒線で示すように変動が抑制される。
As is clear from FIGS. 11 (a) to 11 (c), in the circuit shown in FIG. 10 (a) or 10 (b), the voltage of each phase shows a negative value in the a phase to the c phase. Since the current flowing in the direction is cut by the diodes D 1 to D 3 , only the current flowing in the direction in which the voltage of each phase shows a positive value flows to the
In this case, the output voltage of the
電圧変換装置1bにおいては、整流器4bにより、三相交流発電機3において発生した交流電流のうち、正弦波の正の部分又は負の部分のいずれか一方のみが取り出され、他方の通電が阻止される。そして、電圧変換装置1bでは、三相交流発電機3から供給された交流電流が整流器4bの内部において1つのダイオードしか通過しないため、エネルギー損失が最小限に抑えられるという効果が期待できる。
In the
図13は実施例3の電圧変換装置における三相交流発電機と整流器の回路図である。なお、図1乃至図12に示した構成要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
図13に示すように、本実施例の電圧変換装置1cは、実施例1の電圧変換装置1aにおいて、一端がダイオードD1,D3,D5の陽極とダイオードD2,D4,D6の陰極の間にそれぞれ接続され、他端が互いに接続されるとともに、電機子コイル3a〜3cに対し、それぞれ60°ずつ位相が進んだ電圧が発生するように配置された電機子コイル3d〜3fを備えた構造となっている。
FIG. 13 is a circuit diagram of a three-phase AC generator and a rectifier in the voltage conversion apparatus according to the third embodiment. In addition, about the component shown in FIG. 1 thru | or FIG. 12, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 13, the voltage conversion device 1c of the present embodiment is the same as the
上記構造は、実施例1の電圧変換装置1aの起電力を表す前述の式(6)において、全導体数Zが2倍になることに相当する。したがって、電圧変換装置1cによれば、他の全ての条件が電圧変換装置1aと同じ場合、理想的には電圧変換装置1aの2倍の起電力が得られることになる。
The above structure corresponds to that the total number of conductors Z is doubled in the above-described formula (6) representing the electromotive force of the
本考案は、太陽光発電等によってバッテリに蓄えられた電気をより電池容量の大きな他のバッテリへ充電する際に利用することができる。 The present invention can be used when charging electricity stored in a battery by solar power generation or the like to another battery having a larger battery capacity.
1a,1b…電圧変換装置 2…直流電動機 3…三相交流発電機 3a〜3f…電機子コイル 4a,4b…整流器 5…筐体 6…持ち手 7a,7b…直流出力端子 8…通気窓 9…入力端子 10…太陽光発電システム 11a…第1のバッテリ 11b…第2のバッテリ 12…負荷 13…平滑コンデンサ D1〜D6…ダイオード
DESCRIPTION OF
Claims (4)
この整流器の前記交流入力端子に交流出力端子が接続された三相交流発電機と、
この三相交流発電機を回転駆動する直流電動機と、を備えていることを特徴とする電圧変換装置。 A rectifier having an AC input terminal and a DC output terminal;
A three-phase AC generator in which an AC output terminal is connected to the AC input terminal of the rectifier;
And a DC motor that rotationally drives the three-phase AC generator.
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