JP3303532B2 - 内燃機関用電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に取り付けら
れた磁石発電機を電源として直流出力を発生する内燃機
関用電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関に搭載される発電機としては、
機関の出力軸に取り付けられる磁石回転子と、機関のケ
ースやカバーに固定される固定子とを備えた磁石発電機
が多く用いられている。磁石発電機は交流出力を発生す
るため、直流により駆動することが必要とされる電装品
がある場合には、磁石発電機の交流出力を直流出力に変
換する回路が必要になる。

【０００３】内燃機関により駆動される車両や作業機等
にバッテリが搭載される場合には、該バッテリと直流負
荷とを発電機の出力端子間に並列に接続して、機関の回
転数が低く発電機の出力電圧がバッテリの端子電圧より
も低い間はバッテリから負荷に電力を供給し、機関の回
転数が上昇して発電機の出力電圧がバッテリの端子電圧
を超えた状態では発電機から負荷に電力を供給するよう
にしている。このように磁石発電機の出力端子間にバッ
テリと負荷とを並列に接続する場合、磁石発電機には図
１８及び図１９に示したような特性が要求される。図１
８は発電機の出力電圧Ｖo と出力電流Ｉo との関係を、
回転数Ｎをパラメータとして示したもので、同図におい
て、ＶB はバッテリ電圧、Ｎi はアイドル回転数［rpm
］を示し、Ｎi ＜Ｎ1 ＜Ｎ2 の関係がある。また図１
９は、バッテリの充電電流Ｉchと機関の回転数Ｎとの関
係を示したものである。

【０００４】図１８に示すように、磁石発電機の出力端
子間にバッテリが接続される場合には、機関のアイドル
回転数Ｎi からバッテリの充電が開始されることが必要
とされ、アイドル回転数Ｎi における磁石発電機の無負
荷電圧がバッテリ電圧ＶB 以上であることが必要とされ
る。また図１９に示すように、アイドル回転数Ｎi を超
える領域では、回転数の上昇に伴って充電電流を増大さ
せて、定常運転時にできるだけ大きな充電電流Ｉchを流
すようにすることが必要とされる。

【０００５】定常運転時に磁石発電機からバッテリに大
きい充電電流を流すためには、磁石発電機の発電コイル
のインピーダンスを低くすることが必要であるが、アイ
ドル回転数での無負荷電圧をバッテリ電圧以上とするた
めには、発電コイルの巻数を多くする必要がある。発電
コイルの巻数を多くするとインダクタンスが増加する上
に巻線抵抗が増加するため、発電コイルのインピーダン
スは増加する。特に発電コイルを巻回するスペースに制
約がある場合には、発電コイルの巻数を多くしようとす
ると、コイル導体として線径が細いものを使用する必要
があるため巻線抵抗の増大が顕著になる。

【０００６】このように、アイドル回転数において発生
する無負荷電圧を高めるという要求と、バッテリに流す
充電電流をできるだけ大きくするという要求は、磁石発
電機にとって相反するものであるため、両者を満足する
電源装置を得ることはなかなか困難であった。

【０００７】そこで、特開昭５９−３５５３８号に見ら
れるように、巻数を少なくしてインピーダンスを低くし
た発電コイルにスイッチング素子としてトランジスタを
接続して昇圧回路を構成した電源装置が提案された。こ
の電源装置では、トランジスタを導通させることにより
発電コイルに短絡電流を流して該発電コイルにエネルギ
ーを蓄積し、短絡電流が所定の値に達したときにトラン
ジスタを遮断状態にして発電コイルに蓄積されていたエ
ネルギー（Ｌi ² ）／２［Ｌは巻線のインダクタンス，
ｉは短絡電流］を放出させることにより、発電コイルに
高い電圧を誘起させる。

【０００８】この電源装置によれば、発電コイルのイン
ピーダンスを低くして中高速時に大きな充電電流を確保
しつつ、アイドル回転数付近の比較的低い回転速度領域
では、発電機の無負荷出力電圧がバッテリの電圧ＶB に
達しない状態でも、短絡電流を遮断した際に発生する高
い誘起電圧によってバッテリに充電電流を流すことがで
きる。

【０００９】ところが、特開昭５９−３５５３８号の電
源装置では、昇圧回路を構成するトランジスタが発電コ
イルの出力の各半波において１回だけしか短絡電流の遮
断を行わないため、機関の回転速度が低いときには、各
半波において短絡電流の遮断により誘起したパルス状の
電圧が消滅した後次の半波で短絡電流の遮断が行われる
までの間充電電流を流し得る大きさの電圧を発生させる
ことができず、機関の低速時にバッテリの充電を十分に
行うことができないという問題があった。

【００１０】そこで、特開平５−３４４７９８号及び特
開平５−３４４７９９号に示されているように、昇圧回
路を構成する発電コイル短絡用のスイッチング素子とし
てバイポーラトランジスタを用い、該トランジスタを発
電コイルの誘起電圧の位相と無関係に短い周期で繰り返
しオンオフさせて、該トランジスタのオフ時に発電コイ
ルに蓄積されたエネルギー（Ｌｉ² ）／２を放出させ、
そのときに発電コイルに誘起する高い電圧をダイオード
ブリッジ全波整流回路を通して負荷に供給するようにし
た電源装置が提案された。この電源装置において構成さ
れる発電コイルＷ1 の短絡回路は図１７（Ｂ）に示す通
りであり、該短絡回路には整流回路の１つのダイオード
Ｄo とトランジスタＴＲo のコレクタエミッタ間回路と
が直列に接続された状態で存在する。

【００１１】このような構成によれば、磁石発電機の出
力の各半波において、発電コイルの短絡及び遮断が多数
回繰り返されるため、機関の低速時にバッテリに充電電
流が流れる回数を増加させることができ、充電電流の総
量を増加させることができる。

【００１２】ところが特開平５−３４４７９８号及び特
開平５−３４４７９９号に示された電源装置では、図１
７（Ｂ）に示したように、磁石発電機の発電コイルＷ1
の短絡回路が構成される際に、該短絡回路に整流回路の
１つのダイオードＤo とトランジスタＴＲo のコレクタ
エミッタ間回路とが直列に接続された状態で存在するた
め、磁石発電機の出力電圧がトランジスタＴＲo のコレ
クタエミッタ間飽和電圧ＶCEとダイオードＤo の順方向
電圧降下ＶF との和ＶCE＋ＶF に相当するしきい値電圧
Ｖt を超えないと短絡電流が流れないという問題があ
り、機関の回転速度がきわめて低い領域で短絡電流を流
すことができないという問題があった。

【００１３】例えば、図１７（Ｂ）において、ダイオー
ドＤo として株式会社東芝の製造になる２０ＤＬ２Ｃ４
１Ａを用い、バイポーラトランジスタＴＲo として同じ
く株式会社東芝の製造になる２ＳＣ３７１０を用いるも
のとする。この場合ダイオードＤo の順方向電流ｉF と
順方向電圧ＶF との関係を示す特性曲線は図２０の通り
であり、２５℃の温度では、ＶF ＞０．６［Ｖ］とな
る。またトランジスタＴＲo のエミッタ接地におけるコ
レクタエミッタ間飽和電圧ＶCE対コレクタ電流Ｉc 特性
を示すと図２１の通りであり、温度が２５℃のときに
は、ＶCE≧０．０４［Ｖ］となる。

【００１４】ここで磁石発電機の低速時（１００[rpm]
〜３００［rpm]）の出力電圧Ｖo に対する出力電流Ｉo
の特性を見ると、例えば図１６に示す通りであり、これ
に上記のトランジスタＴＲo 及びダイオードＤo を用い
た場合の負荷線を書き込むと図１６の直線ロのようにな
る。即ち、トランジスタＴＲo を導通させて短絡電流を
流すためには、発電機がしきい値電圧Ｖt ＝０．６４
［Ｖ］を超える電圧を誘起する必要があり、発電機の出
力電圧が０．６４［Ｖ］に達しない回転数では短絡電流
を流すことができないため昇圧回路は無効になる。

【００１５】またトランジスタＴＲo としてダーリント
ン接続された複合トランジスタを用いることも考えられ
るが、ダーリントン接続されたトランジスタでは、図２
２に示したように、更にコレクタエミッタ間飽和電圧が
高くなるため、しきい値電圧は更に高くなる。なお図２
２は、株式会社東芝製のダーリントン接続トランジスタ
２ＳＤ１５２５のエミッタ接地の場合のコレクタエミッ
タ間飽和電圧ＶCE対コレクタ電流Ｉc 特性を示してい
る。

【００１６】負荷側にバッテリが設けられていて、該バ
ッテリが十分に充電されている場合には、機関の回転数
が低い領域でバッテリ側から電装品負荷に電力を供給で
きるため、低速時に昇圧回路が働かない上記のような電
源装置を用いても、始動時から高速時まで機関を満足に
動作させることができる。

【００１７】しかしながら上記の電源装置を用いると、
バッテリが設けられていても、該バッテリが過放電状態
になった場合（上がってしまった場合）には、機関の低
速時に負荷に満足に電力を供給することができなくなる
ため、負荷の中に機関の始動に必要不可欠な電装品、例
えば、燃料ポンプやインジェクタ（燃料噴射器）、或い
はこれらの制御装置等が含まれている場合には、機関の
始動を行うことが困難になる。

【００１８】即ち、バッテリが役に立たない状態では、
人力を利用してロープスタート等により機関のクランキ
ング（機関のクランク軸を外力により回転させること）
を行う必要があるが、人力によるクランキングでは、機
関の回転数を高くすることが困難であり、始動操作時に
発電コイルに前記のしきい値電圧Ｖt を超える電圧を発
生させて短絡電流を流し、昇圧動作を行わせることは容
易でないため、燃料ポンプやインジェクタ等を駆動する
ために必要な電圧を発生させることが難しく、機関を始
動させることができない場合がある。

【００１９】また最近、バッテリを搭載しない車両や作
業機等に用いる内燃機関において、機関に取り付けられ
た磁石発電機を電源として燃料ポンプ、インジェクタ及
びこれらを制御するマイクロコンピュータを駆動するこ
とが検討されている。この場合にも、磁石発電機の発電
コイルの巻数を少なくすることによりそのインピーダン
スを低くするとともに、該発電コイルの短絡及び遮断を
行う昇圧回路を設けることにより、アイドリング回転数
以上の領域で電源装置から取り出し得る負荷電流を大き
くすることが考えられる。ところがこの場合も、機関の
始動は人力により行う必要があるため、前述した理由と
同じ理由で機関の始動が困難になるのを避けられない。

【００２０】バッテリを用いずに、磁石発電機の出力で
燃料ポンプやインジェクタ等の負荷を駆動する場合に、
発電コイルの巻数を十分に多くしておけば、人力による
機関の始動時に燃料ポンプやインジェクタを駆動するた
めに必要な電圧を得ることができるが、発電コイルの巻
数を多くすると発電コイルのインピーダンスが大きくな
るため、アイドリング回転数以上の定常運転領域で大き
な負荷電流を取り出すことが困難になり、定常運転時に
動作させる負荷が制限されるという問題が生じる。

【００２１】そこで本出願人は先に、図１１に示した電
源装置を提案した。図１１において１は内燃機関に取り
付けられた磁石発電機で、この磁石発電機１は２つの出
力端子１ａ，１ｂ間に図１２（Ａ）に示すような単相交
流電圧Ｖｕを出力する。２つの出力端子１ａ，１ｂには
それぞれＮチェンネル形のＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2
のドレインが接続され、ＭＯＳＦＴ Ｆ1 及びＦ2 のソ
ースは共通に接続されている。また発電機の出力端子１
ａ，１ｂにはそれぞれ整流用ダイオードＤ1 及びＤ2 の
アノードが接続され、これらのダイオードのカソードは
共通に接続されている。この例では、ＭＯＳＦＥＴ Ｆ
1 及びＦ2 により、発電機１の出力端子１ａ，１ｂ間を
短絡するスイッチ回路２が構成され、ＭＯＳＦＥＴ Ｆ
1 及びＦ2 のドレインソース間に存在する寄生ダイオー
ドＤf1及びＤf2と整流用ダイオードＤ1 及びＤ2 とによ
り、ダイオードブリッジ全波整流回路３が構成されてい
る。整流回路３の出力端子３ａ，３ｂ間にはコンデンサ
Ｃo が接続され、該整流回路３の出力端子３ａ，３ｂか
らそれぞれ負荷接続端子４ａ及び４ｂが引き出されてい
る。また整流回路３の出力電圧により電源端子５ａ，５
ｂに直流電源電圧が与えられて動作するＦＥＴ制御回路
５が設けられ、該ＦＥＴ制御回路５の出力端子５ｃから
ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 のゲートに駆動信号ＶGSが
与えられている。

【００２２】ＦＥＴ制御回路５は例えば直流電源電圧が
印加されたときに発振して図１２（Ｂ）に示すような矩
形波信号を発生する発振器からなっていて、該制御回路
５から出力される矩形波信号が駆動信号ＶGSとして第１
及び第２のＭＯＳＦＥＴのゲートソース間に印加されて
いる。

【００２３】なお本明細書において、ＭＯＳＦＥＴの
「駆動信号」とは、ＭＯＳＦＥＴをオンオフさせるため
にＭＯＳＦＥＴのゲートソース間に印加する信号を意味
する。この駆動信号はＭＯＳＦＥＴをオン状態（導通状
態）にする際にとるオンレベルと、ＭＯＳＦＥＴをオフ
状態にする際にとるオフレベルとを有する信号である。
図１１に示すようにＭＯＳＦＥＴがＮチャンネル形のも
のである場合、駆動信号のオンレベルはＭＯＳＦＥＴの
ゲートをソースに対して所定のレベルだけ正電位にする
レベルであり、オフレベルはＭＯＳＦＥＴのゲートをソ
ースに対して零電位または僅かに負電位にするレベルで
ある。図１２（Ｂ）に示した駆動信号では、オンレベル
が１０［Ｖ］であり、オフレベルが０［Ｖ］である。

【００２４】負荷接続端子４ａ，４ｂ間には負荷ＲL が
接続されている。この負荷は、例えば、電子燃料噴射装
置のインジェクタに燃料を供給する燃料ポンプを駆動す
るモータである。また負荷ＲL の両端にバッテリが接続
される場合もある。

【００２５】図１１の電源装置において、ＦＥＴ制御回
路５が発生する矩形波状の駆動信号ＶGSの周波数は、磁
石発電機１の出力周波数よりも十分に高く設定され、こ
の駆動信号によりＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 が同時に
駆動される。ＭＯＳＦＥＴＦ1 及びＦ2 は双方向性を有
していて、それぞれのゲートソース間にオンレベルの駆
動信号が与えられると、両ＭＯＳＦＥＴＦ1 及びＦ2 が
導通し得る状態になり、それぞれのドレインソース間に
僅かでも電圧が印加されると両ＭＯＳＦＥＴに同時にド
レイン電流または逆ドレイン電流が流れて磁石発電機１
の発電コイルＷ1 に短絡電流が流れる。駆動信号ＶGSの
レベルがオフレベルになると、ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及び
Ｆ2 が遮断状態になるため、発電コイルＷ1 を流れてい
た短絡電流が遮断され、該発電コイルＷ1 にそれまで流
れていた短絡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。この電圧により発電コイルＷ1 に電
流が流れ、ダイオードＤ1 及びＤ2 と寄生ダイオードＤ
f1及びＤf2とにより構成される全波整流回路を通して負
荷ＲL に負荷電流が流れる。

【００２６】オンレベルの駆動信号が与えられているＭ
ＯＳＦＥＴは抵抗と同じように作用し、ソースドレイン
間に僅かでも電圧ＶDSが与えられるとドレイン電流ＩD
または逆ドレイン電流ＩDRが流れる。例えば各ＭＯＳＦ
ＥＴとして、株式会社日立製の２ＳＫ１９１１を用いる
ものとすると、その導通時のドレインソース間抵抗ＲDS
対ドレイン電流ＩD 特性は図２３に示す通りであり、逆
ドレイン電流ＩDR対ソースドレイン間電圧ＶSD特性は図
２４に示す通りである。これらより、ＭＯＳＦＥＴのゲ
ートソース間にオンレベルの駆動信号ＶGSが印加されて
いる状態では、ドレインソース間抵抗が広い範囲で一定
値を示し、ドレイン電流とソースドレイン間電圧ＶSDと
の間にはほぼ比例関係があること、即ち、ＭＯＳＦＥＴ
をほぼ抵抗と見做し得ることが分かる。

【００２７】そのため、発電コイルＷ1 の両端をオンレ
ベルの駆動信号が与えられている２つのＭＯＳＦＥＴ
Ｆ1 及びＦ2 の直列回路を通して接続した回路は、発電
コイルの両端を抵抗を介して接続した回路と等価にな
り、２つのＭＯＳＦＥＴにオンレベルの駆動信号が与え
られている状態での発電機の負荷線は図１６のイのよう
に原点を通る直線になる。従って、ＭＯＳＦＥＴを導通
させるために必要なソースドレイン間電圧のしきい値は
実質的に零になり、磁石発電機の発電コイルに僅かでも
電圧が誘起すると２つのＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 を
通して発電コイルＷ1 に短絡電流が流れることになる。
そのため機関をロープスタートする場合のように、機関
の回転数がきわめて低い場合でも、発電コイルに僅かで
も電圧が誘起すればＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 を導通
させて該発電コイルに短絡電流を流すことができ、ＭＯ
ＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 の駆動信号が消滅して該短絡電
流が遮断されたときに発電コイルに電圧を誘起させるこ
とができる。

【００２８】今磁石発電機１が図１３に示すような無負
荷電圧波形を有する交流電圧Ｖe を発生するものとす
る。図１４（Ａ）は図１３の時間軸を拡大して発電機の
出力電圧の零点付近（図１１のＡ部）の波形を示したも
のであり、同図（Ｂ）はＭＯＳＦＥＴのゲートに与えら
れる駆動信号ＶGSの波形を示している。また図１４
（Ｃ）は発電コイルＷ1 に流れる電流Ｉe の波形を示し
ており、本発明によれば、電圧Ｖe がほとんど零に近く
なった状態でも電流Ｉe が流れる。従って、発電コイル
Ｗ1 の誘起電圧がきわめて低い状態から該発電コイルに
短絡電流を流すことができ、機関の回転速度が低い状態
でも該短絡電流の遮断により電圧を誘起させて負荷を駆
動することができる。

【００２９】これに対し、図１７（Ｂ）に示したよう
に、発電コイルＷ1 の両端にダイオードＤo を介してト
ランジスタＴＲo のコレクタエミッタ間回路を接続して
短絡回路を構成する従来の電源装置では、図１４（Ｄ）
に示したように、発電機の出力電圧Ｖe がしきい値電圧
Ｖt を下回ると発電コイルに電流Ｉe ´を流すことがで
きなくなるため、短絡電流を流すことができる期間が短
くなり、機関をロープスタートする際等の極低速時に負
荷に供給できる直流電流の総量が減少する。

【００３０】図１５に示した曲線は、機関をロープスタ
ートするためにロープを引いた際の機関のクランキング
回転数Ｎの時間ｔに対する変化を示したものである。短
絡回路が図１７（Ｂ）で表される従来の電源装置を用い
た場合には、図１５のＴ1 の期間しか負荷に直流電流を
供給することができず、期間Ｔ1 におけるクランキング
回転数の平均値はｎ2 となる。即ち、バッテリが設けら
れていない場合には、ロープを引くことによりクランキ
ング回転数の平均値をｎ2 にすることができないと負荷
に電力を供給することができない。これに対し、短絡回
路が図１７（Ａ）で表される図１１の電源装置によれ
ば、図１５のＴo ，Ｔ1 及びＴ2 の全期間負荷に電力を
供給することができ、負荷に電力を供給するために必要
なクランキング回転数の平均値（Ｔo 〜Ｔ2 の期間にお
ける平均回転数）をｎ1 （＜ｎ2 ）に引き下げることが
できるため、機関の始動を容易にすることができる。

【００３１】なお図１１に示した電源装置では、ＭＯＳ
ＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 を同時に導通させることが重要で
ある。一方のＭＯＳＦＥＴの導通が遅れると、導通が遅
れた方のＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの順方向電圧降
下が短絡回路のしきい値電圧となるため、上記のような
効果を得ることができなくなる。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示した既提案
の電源装置において、ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 ，Ｆ2 に与え
る駆動信号を同時にオフレベルにして発電コイルＷ1 の
短絡電流を遮断すると、発電コイルＷ1 に誘起した電圧
により、発電コイルＷ1 →整流回路３のダイオードＤ2
→ＦＥＴ制御回路５、コンデンサＣo 及び負荷ＲL の並
列回路→ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 の寄生ダイオードＤf1→発
電コイルＷ1 の経路、または発電コイルＷ1 →整流回路
３のダイオードＤ1 →ＦＥＴ制御回路５、コンデンサＣ
o 及び負荷ＲL の並列回路→ＭＯＳＦＥＴ Ｆ2 の寄生
ダイオードＤf2→発電コイルＷ1 の経路で電流が流れ、
ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 またはＦ2 にはそのソース側からド
レイン側に向かう極性の電流（逆ドレイン電流）が流れ
る。

【００３３】ところがＮチャンネル形のＭＯＳＦＥＴに
おいては、そのドレインソース間の電圧が寄生ダイオー
ドに順方向電圧が印加される極性であるときに（逆ドレ
イン電流が流れるときに）駆動信号がオフレベルの状態
にあると、そのチャンネル損失Ｐchが大きくなるため、
上記のようにＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 の駆動信号を
同時にオフレベルにすると、スイッチ回路での損失が増
大し、ＭＯＳＦＥＴからの発熱が多くなる。

【００３４】例えば、図２４に示したＭＯＳＦＥＴの場
合、ゲートソース間にオンレベルの駆動信号ＶGS＝１０
［Ｖ］が与えられている状態で流れる逆ドレイン電流Ｉ
DRが２０［Ａ］であるとすると、ソースドレイン間電圧
ＶSDは０．２７［Ｖ］であるため、チャンネル損失Ｐch
は、 Ｐch＝ＶSD×ＩDR＝０．２７×２０＝５．４［Ｗ］ である。

【００３５】これに対し、駆動信号がオフレベルの状態
（ＶGS＝０の状態）にあるＭＯＳＦＥＴに２０［Ａ］の
逆ドレイン電流が流れた場合には、そのソースドレイン
間電圧ＶSDが０．９１［Ｖ］になるため、チャンネル損
失Ｐchは、 Ｐch＝０．９１×２０＝１８．２［Ｗ］ となり、駆動信号がオフレベルの状態にあるときの逆ド
レイン電流によるチャンネル損失は、駆動信号がオンレ
ベルの状態にある場合のチャンネル損失の３倍以上に達
する。

【００３６】図１１に示した電源装置において、ＭＯＳ
ＦＥＴ Ｆ1 のチャンネル損失に着目して動作波形を示
すと図１２（Ｃ）〜（Ｅ）に示すようになる。図１２
（Ｃ）は、ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 のドレインソース間電圧
ＶDSを示し、図１２（Ｄ）はＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 のドレ
イン電流ＩD を示している。また図１２（Ｅ）はＭＯＳ
ＦＥＴ Ｆ1 のチャンネル損失Ｐchを示している。図１
２（Ｅ）に見られるように、逆ドレイン電流が流れてい
るときに駆動信号ＶGSがオフレベルの状態にあると、チ
ャンネル損失Ｐchが突出して多くなることが分かる。

【００３７】このようにチャンネル損失が多くなると、
ＭＯＳＦＥＴからの発熱が多くなり、ＭＯＳＦＥＴのヒ
ートシングとして大形のものを用いることが必要になっ
て電源装置の大形化を招くという問題が生じる。

【００３８】上記の説明ではＮチャンネル形のＭＯＳＦ
ＥＴを例にとったが、Ｐチャンネル形のＭＯＳＦＥＴの
場合にも、そのドレインソース間の電圧が寄生ダイオー
ドに順方向電圧が印加される極性であるとき（ドレイン
側からソース側に電流が流れる期間）に駆動信号がオフ
レベルの状態にあるとチャンネル損失が増大する。従っ
て、Ｐチャンネル形のＭＯＳＦＥＴを用いる場合にも、
スイッチ回路を構成する複数のＭＯＳＦＥＴの駆動信号
を同時にオフレベルにすると各ＭＯＳＦＥＴでのチャン
ネル損失が増大し、ＭＯＳＦＥＴからの発熱が増大す
る。

【００３９】本発明の目的は、磁石発電機を電源として
機関の極低速時から高速時まで負荷を満足に駆動し得る
ようにした内燃機関用電源装置を提供することにある。

【００４０】本発明の他の目的は、磁石発電機の出力を
昇圧するためのスイッチ回路を構成するＭＯＳＦＥＴの
逆ドレイン電流によるチャンネル損失の低減を図ってＭ
ＯＳＦＥＴからの発熱を少なくすることができるように
した内燃機関用電源装置を提供することにある。

【００４１】

【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関によ
り駆動されてｎ個（ｎは２以上の整数）の出力端子間に
単相または多相の交流電圧を発生する磁石発電機と、前
記磁石発電機のｎ個の出力端子間に得られる交流電圧を
昇圧して整流する昇圧整流回路とを備えた内燃機関用電
源装置で、昇圧整流回路の構成にその特徴がある。

【００４２】本発明において用いる昇圧整流回路は、ソ
ースが共通に接続され、ドレインが磁石発電機の異なる
出力端子に接続された複数のＭＯＳＦＥＴを備えたスイ
ッチ回路と、スイッチ回路を構成する複数のＭＯＳＦＥ
Ｔの寄生ダイオードと更に他のダイオードとにより構成
されて磁石発電機のｎ個の出力端子間に得られる交流電
圧を全波整流するダイオードブリッジ全波整流回路と、
スイッチ回路を構成する複数のＭＯＳＦＥＴの内、ドレ
インソース間の寄生ダイオードに逆方向の電圧が印加さ
れているＭＯＳＦＥＴのゲートソース間には該ＭＯＳＦ
ＥＴをオン状態にするオンレベルと該ＭＯＳＦＥＴをオ
フ状態にするオフレベルとの間を前記磁石発電機の出力
周波数よりも高い周波数で変化する矩形波状の駆動信号
を与え、寄生ダイオードに順方向電圧が印加されている
ＭＯＳＦＥＴのゲートソース間には該順方向電圧が印加
されている間オンレベルの状態を保持する駆動信号を与
えるＦＥＴ制御回路とにより構成される。

【００４３】なお駆動信号のオンレベルは、ＭＯＳＦＥ
Ｔをオン状態にするために該ＭＯＳＦＥＴのゲートソー
ス間に与える電圧のレベルであり、駆動信号のオフレベ
ルはＭＯＳＦＥＴをオフ状態にするために該ＭＯＳＦＥ
Ｔのゲートソース間に与える電圧のレベルである。

【００４４】Ｎチャンネル形のＭＯＳＦＥＴの場合、駆
動信号のオンレベルは、該ＭＯＳＦＥＴのドレインをソ
ースに対して所定のレベルだけ正電位にするレベルであ
り、オフレベルは該ＭＯＳＦＥＴのドレインをソースに
対して零電位または僅かに負電位にするレベルである。

【００４５】またＰチャンネル形のＭＯＳＦＥＴの場
合、駆動信号のオンレベルは、Ｐチャンネル形のＭＯＳ
ＦＥＴの駆動信号のオンレベルは、ゲートの電位をソー
ス電位に対して所定のレベルＶg （例えば１０［Ｖ］）
だけ低くするレベルであり、駆動信号のオフレベルは、
ゲートの電位をソース電位に等しくするかまたは該ソー
ス電位よりも僅かに高くするレベルである。

【００４６】本発明においては磁石発電機の出力電圧を
整流して直流電圧に変換して負荷に供給するので、昇圧
された磁石発電機の出力電圧は非対称でもよい。従っ
て、スイッチ回路は必ずしも磁石発電機の全ての出力端
子間を短絡する必要はなく、磁石発電機の少なくとも２
つの出力端子間を短絡するように構成すればよい。即
ち、出力端子が３以上設けられている場合、該出力端子
の内の２つの出力端子の間のみを短絡するようにスイッ
チ回路を構成してもよく、全ての出力端子間を短絡する
ようにスイッチ回路を構成してもよい。磁石発電機の２
つの出力端子間を短絡するスイッチ回路は、該２つの出
力端子にそれぞれドレインが接続されソースが共通に接
続された２つのＭＯＳＦＥＴにより構成される。従っ
て、本発明においては、スイッチ回路を構成するために
少なくとも２つのＭＯＳＦＥＴを必要とする。

【００４７】磁石発電機の全ての出力端子間を短絡する
ようにスイッチ回路を構成する場合、該スイッチ回路
は、ソースが共通に接続され、ドレインが磁石発電機の
ｎ個の出力端子にそれぞれ接続されたｎ個のＮチャンネ
ル形のＭＯＳＦＥＴにより構成できる。この場合ダイオ
ードブリッジ全波整流回路は、磁石発電機のｎ個の出力
端子にそれぞれアノードが接続されカソードが共通接続
されたｎ個の整流用ダイオードとｎ個のＭＯＳＦＥＴの
寄生ダイオードとにより構成される。ＦＥＴ制御回路
は、スイッチ回路を構成するｎ個のＭＯＳＦＥＴの内、
ドレインソース間の寄生ダイオードに逆方向の電圧が印
加されているＭＯＳＦＥＴのゲートソース間に該ＭＯＳ
ＦＥＴをオン状態にするオンレベルと該ＭＯＳＦＥＴを
オフ状態にするオフレベルとの間を磁石発電機の出力周
波数よりも高い周波数で変化する矩形波状の駆動信号を
与え、寄生ダイオードに順方向電圧が印加されているＭ
ＯＳＦＥＴのゲートソース間には該順方向電圧が印加さ
れている間オンレベルの状態を保持する駆動信号を与え
るように構成される。

【００４８】また磁石発電機の全ての出力端子間を短絡
するようにスイッチ回路を構成する場合、該スイッチ回
路は、ソースが共通に接続され、ドレインが磁石発電機
のｎ個の出力端子にそれぞれ接続されたｎ個のＰチャン
ネル形のＭＯＳＦＥＴにより構成できる。この場合全波
整流回路は、ｎ個の出力端子にそれぞれカソードが接続
されアノードが共通接続されたｎ個の整流用ダイオード
とｎ個のＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードとにより構成さ
れる。

【００４９】上記ＦＥＴ制御回路は、磁石発電機を電源
として動作するように設けることが好ましい。

【００５０】

【作用】上記のように、ソースが共通に接続され、ドレ
インが磁石発電機の異なる出力端子に接続された複数の
ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ回路を設けて、寄生ダイ
オードに逆方向電圧が印加されているＭＯＳＦＥＴに磁
石発電機の出力周波数よりも高い周波数でオンレベルと
オフレベルとの間を変化する矩形波状の駆動信号を与
え、寄生ダイオードに順方向電圧が印加されているＭＯ
ＳＦＥＴにオンレベルを保持する駆動信号を与えると、
矩形波状の駆動信号が与えられているＭＯＳＦＥＴによ
り磁石発電機の発電コイルを流れる電流を断続させて磁
石発電機の出力を昇圧することができる。

【００５１】即ち、寄生ダイオードに逆方向電圧が印加
されているＭＯＳＦＥＴに与えられている駆動信号がオ
ンレベルの状態になっている間に磁石発電機の発電コイ
ルに短絡電流が流れ、該発電コイルに（Ｌｉ² ）／２の
磁気エネルギーが蓄積される。寄生ダイオードに逆方向
電圧が印加されているＭＯＳＦＥＴに供給される駆動信
号がオフレベルになると、該ＭＯＳＦＥＴがオフ状態に
なるため、発電コイルを流れていた短絡電流が遮断され
る。このとき今まで流れていた短絡電流を流し続けよう
とする向きの高い電圧が発電コイルに誘起する。この昇
圧動作により、負荷に与えられる電圧が上昇させられ
る。

【００５２】オンレベルの駆動信号が与えられているＭ
ＯＳＦＥＴは抵抗と同じように動作し、そのドレインソ
ース間電圧とドレイン電流とが比例関係を有する領域で
は、ドレインソース間の抵抗値がほぼ一定値を示す。そ
のため、オンレベルの駆動信号が与えられているＭＯＳ
ＦＥＴを発電コイルの両端に接続した回路は、発電コイ
ルの両端に抵抗を接続した回路と等価になり、ＭＯＳＦ
ＥＴに駆動信号が与えられている状態での発電機の負荷
線は、図１６のイのように原点を通る直線になる。従っ
てＭＯＳＦＥＴを導通させるために必要なしきい値電圧
は実質的に零になり、磁石発電機に僅かでも電圧が誘起
すればＭＯＳＦＥＴを通して発電コイルに短絡電流が流
れることになる。そのため、機関をロープスタートする
場合のように、始動操作時の機関の回転数が極めて低い
場合でも、発電コイルに僅かでも電圧が誘起すればＭＯ
ＳＦＥＴを通して電流を流して昇圧動作を開始させるこ
とができる。

【００５３】従って、機関の極低速時にも負荷に比較的
高い電圧を印加することができ、機関の極低速時から負
荷を駆動することができる。

【００５４】特に電子燃料噴射装置のインジェクタに燃
料を供給する燃料ポンプのモータを駆動する電源装置と
して本発明の電源装置を用いると、バッテリが過放電状
態になった際に機関を手動スタートする場合や、バッテ
リを用いずに磁石発電機の出力だけでインジェクタや燃
料ポンプを駆動する場合でも、機関を支障なく起動する
ことができる。

【００５５】また上記のように、寄生ダイオードに順方
向電圧が印加されているＭＯＳＦＥＴに与える駆動信号
のレベルをオンレベルに保持するようにすると、該ＭＯ
ＳＦＥＴのドレイン電流によるチャンネル損失Ｐchを少
なくすることができるため、スイッチ回路を構成するＭ
ＯＳＦＥＴからの発熱を少なくすることができ、ヒート
シンクを小形にして電源装置の小形化を図ることができ
る。

【００５６】

【実施例】図１は本発明の実施例を示したもので、同図
において１は内燃機関に取り付けられた磁石発電機であ
る。この実施例の磁石発電機１は、内燃機関の出力軸に
取り付けられた磁石回転子と、機関のケースやカバーに
設けられた固定子取付部に固定された固定子とからなる
周知のものである。この例では固定子側に設けられた発
電コイルＷ1 が図２（Ａ）に示すような単相の交流電圧
Ｖｕを発生するように結線されて、該発電コイルの両端
から出力端子１ａ，１ｂが引き出されている。機関の高
速時にも発電コイルＷ1 から大きな電流を取り出すこと
ができるようにするため、発電コイルＷ1 としては、そ
の巻数が少なく、インピーダンスが低いものを用いる。

【００５７】なお図１の実施例では、磁石発電機１が出
力する交流電圧の両半サイクルの内、図示の実線矢印方
向の極性（出力端子１ａ側が１ｂに対して高電位になる
極性）の半サイクルを正の半サイクルとし、破線矢印方
向の極性の半サイクルを負の半サイクルとしている。

【００５８】磁石発電機の出力端子１ａ及び１ｂにそれ
ぞれソースが共通に接続されたＮチャンネル形のパワー
ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 のドレインが接続され、Ｍ
ＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 のゲートソース間にはそれぞ
れ抵抗Ｒgs1 及びＲgs2 が接続されている。ＭＯＳＦＥ
Ｔ Ｆ1 及びＦ2 と抵抗Ｒgs1 及びＲgs2 とによりスイ
ッチ回路２が構成されている。

【００５９】磁石発電機の出力端子１ａ及び１ｂにはま
たカソードが共通に接続された整流用ダイオードＤ1 及
びＤ2 のアノードが接続され、これらのダイオードＤ1
及びＤ2 と、ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 のドレインソ
ース間に存在する寄生ダイオードＤf1及びＤf2とにより
ダイオードブリッジ単相全波整流回路３が構成されてい
る。整流回路３の出力端子間には平滑用コンデンサＣo
が接続されている。

【００６０】整流回路３の正極性側の直流出力端子３ａ
は正極性側の負荷接続端子４ａに接続され、該整流回路
３の負極側の直流出力端子３ｂは負極側の負荷接続端子
４ｂに接続されている。整流回路３の正極側直流出力端
子３ａ及び負荷接続端子４ａにそれぞれ駆動信号発生回
路５Ａの電源端子５ａ及び５ｂが接続され、駆動信号発
生回路５Ａの出力端子５ｃがアノードを該出力端子側に
向けたダイオードＤａ及びＤｂを通してＭＯＳＦＥＴ
Ｆ1 及びＦ2 のゲートにそれぞれ接続されている。

【００６１】また発電コイルＷ1 の出力端子１ｂとＭＯ
ＳＦＥＴ Ｆ1 のゲートとの間がアノードを該出力端子
１ｂ側に向けたダイオードＤｃを通して接続され、出力
端子１ａとＭＯＳＦＥＴ Ｆ2 のゲートとの間がアノー
ドを該出力端子１ａ側に向けたダイオードＤｄを通して
接続されている。この例では駆動信号発生回路５Ａとダ
イオードＤａ〜ＤｄとによりＦＥＴ制御回路５が構成さ
れている。

【００６２】駆動信号発生回路は無安定マルチバイブレ
ータ等の矩形波信号を発生する発振器からなり、図２
（Ｂ）に示すように、磁石発電機の出力周波数よりも十
分に高い周波数の矩形波信号Ｖｑを発生する。

【００６３】負荷接続端子４ａ，４ｂ間には、負荷ＲL
が接続されている。この負荷は例えば、電子燃料噴射装
置のインジェクタに燃料を供給する燃料ポンプを駆動す
るモータ（ポンプモータ）や、電子燃料噴射装置を制御
するＣＰＵ等である。

【００６４】図１に示した実施例において、駆動信号発
生回路５Ａは、図２（Ｂ）に示したようにオンレベル
（図示の例では１０［Ｖ］）の状態とオフレベル（図示
の例では０［Ｖ］）の状態とを交互に生じる矩形波信号
Ｖｑを発生する。この矩形波信号の周波数は磁石発電機
の出力周波数よりも十分に高く設定されている。矩形波
信号ＶｑはダイオードＤａ及びＤｂを通してＭＯＳＦＥ
Ｔ Ｆ1 及びＦ2 のゲートソース間にそれぞれ駆動信号
ＶGS1 及びＶGS2 として与えられる。ＭＯＳＦＥＴ Ｆ
1 及びＦ2 にオンレベルの駆動信号が与えられると、正
極性（ドレインがソースに対して高電位になる極性）の
ドレインソース間電圧が印加されている方のＭＯＳＦＥ
Ｔが導通して該ＭＯＳＦＥＴにドレイン電流が流れ、他
方のＭＯＳＦＥＴには逆ドレイン電流が流れて発電コイ
ルＷ1 が短絡される。

【００６５】例えば、発電コイルＷ1 に図示の実線矢印
方向の正の半サイクルの電圧が誘起している期間におい
ては、駆動信号がオンレベルの状態にある期間ＭＯＳＦ
ＥＴＦ1 にドレイン側からソース側に向う順方向のドレ
イン電流が流れ、ＭＯＳＦＥＴ Ｆ2 にソース側からド
レイン側に向う逆ドレイン電流が流れて発電コイルが短
絡される。この状態で駆動信号がオフレベルになると、
ＭＯＳＦＥ Ｆ1 がオフ状態になるため、発電コイルＷ
1 を流れていた短絡電流が遮断され、発電コイルＷ1 に
それまで流れていた短絡電流を流し続けようとする向き
（図示の実線矢印方向）の昇圧された電圧が誘起する。
この電圧によりダイオードＤｄを通してＭＯＳＦＥＴ
Ｆ1 のゲートソース間にオンレベルの駆動信号が与えら
れる。従って、発電コイルＷ1 に誘起した電圧により発
電コイルＷ1 →ダイオードＤ1 →負荷ＲL →ＭＯＳＦＥ
Ｔ Ｆ2 →発電コイルＷ1 の経路でＭＯＳＦＥＴ Ｆ2
に逆ドレイン電流が流れるとき（寄生ダイオードＤf2に
順方向電圧が印加されるとき）に該ＭＯＳＦＥＴ Ｆ2
の駆動信号をオンレベルの状態に保持することができ、
該ＭＯＳＦＥＴ Ｆ2 のチャンネル損失Ｐchを少なくす
ることができる。

【００６６】また発電コイルＷ1 が図示の破線矢印方向
の負の半サイクルの電圧を誘起している期間において
は、駆動信号のレベルがオンレベルの状態にある期間Ｍ
ＯＳＦＥＴ Ｆ2 に順方向のドレイン電流が流れ、ＭＯ
ＳＦＥＴ Ｆ1 に逆ドレイン電流が流れて発電コイルＷ
1 が短絡される。この状態で駆動信号がオフレベルにな
ると、ＭＯＳＦＥＴ Ｆ2 がオフ状態になるため、発電
コイルＷ1 を流れていた短絡電流が遮断され、発電コイ
ルＷ1 にそれまで流れていた短絡電流を流し続けようと
する向き（図示の破線矢印方向）の昇圧された電圧が誘
起する。この電圧によりダイオードＤｃを通してＭＯＳ
ＦＥＴ Ｆ1 のゲートソース間にオンレベルの駆動信号
が与えられる。従って、発電コイルＷ1 に誘起した電圧
により発電コイルＷ1 →ダイオードＤ2 →負荷ＲL →Ｍ
ＯＳＦＥＴ Ｆ1 →発電コイルＷ1の経路でＭＯＳＦＥ
Ｔ Ｆ1 に逆ドレイン電流が流れるとき（ＭＯＳＦＥＴ
Ｆ1 の寄生ダイオードＤf1に順方向電圧が印加されて
いるとき）に該ＭＯＳＦＥＴＦ1 にオンレベルの駆動信
号を与えた状態に保持することができ、該ＭＯＳＦＥＴ
のチャンネル損失を少なくすることができる。

【００６７】図２（Ｃ）は、図１のＭＯＳＦＥＴ Ｆ1
のゲートソース間に与えられる駆動信号ＶGS1 の波形を
示し、同図（Ｄ）はＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 のドレインソー
ス間電圧ＶDS1 の波形を示している。磁石発電機の出力
の負の半サイクルの期間におけるＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 の
ドレインソース間電圧波形は、該ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1の
寄生ダイオードＤf1の順方向電圧降下である。

【００６８】また図２（Ｅ）はＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 のド
レイン電流ＩD1を示し、同図（Ｆ）はＭＯＳＦＥＴ Ｆ
1 のチャンネル損失Ｐchを示している。なおＭＯＳＦＥ
ＴＦ2 についての動作波形及びチャンネル損失はその図
示を省略している。

【００６９】図２（Ｆ）から明らかなように、本発明に
よれば、発電コイルＷ1 の短絡電流が遮断された際に誘
起する電圧により、寄生ダイオードに順方向電圧が印加
されているＭＯＳＦＥＴにオンレベルの駆動信号を与え
るようにしたことにより、図１１に示した既提案の電源
装置による場合のように逆ドレイン電流によるチャンネ
ル損失が突出して増大する［図１２（Ｄ）参照］のを防
ぐことができるため、ＭＯＳＦＥＴの発熱を抑えること
ができる。図２４の特性を有するＭＯＳＦＥＴを用いる
ものとし、逆ドレイン電流を２０［Ａ］とした場合、本
発明によれば、既提案の電源装置による場合に比べて逆
ドレイン電流によるチャンネル損失を１／３以下に抑え
ることができる。

【００７０】図１の電源装置において、ＭＯＳＦＥＴ
Ｆ1 及びＦ2 からなる発電コイルＷ1 の短絡回路は、図
１７（Ａ）に示す回路で表される。ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1
及びＦ2 は双方向性を有していて、トリガ信号が与えら
れている状態では抵抗と同じように作用し、ソースドレ
イン間に僅かでも電圧ＶSDが与えられるとドレイン電流
ＩD が流れるため、発電コイルの両端をトリガ信号が与
えられている２つのＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 の直列
回路を通して接続した回路は、発電コイルの両端を抵抗
を介して接続した回路と等価になり、２つのＭＯＳＦＥ
Ｔにトリガ信号が与えられている状態での発電機の負荷
線は図１６のイのように原点を通る直線になる。従っ
て、ＭＯＳＦＥＴを導通させるために必要なしきい値電
圧は実質的に零になり、磁石発電機１の発電コイルＷ1
に僅かでも電圧が誘起すると２つのＭＯＳＦＥＴ Ｆ1
及びＦ2 を通して発電コイルＷ1 に短絡電流が流れる。
そのため機関をロープスタートする場合のように、機関
の始動回転数がきわめて低い場合でも、発電コイルに僅
かでも電圧が誘起すればＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2を
導通させて該発電コイルに短絡電流を流すことができ、
ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 の駆動信号が消滅して該短
絡電流が遮断されたときに発電コイルＷ1 に高い電圧を
誘起させることができる。

【００７１】図１に示した実施例では、ＭＯＳＦＥＴの
寄生ダイオードに順方向電圧が印加されている期間該Ｍ
ＯＳＦＥＴに磁石発電機側からダイオードを通してオン
レベルの駆動信号を与えるようにしたが、駆動信号発生
回路５ＡからＭＯＳＦＥＴに全ての駆動信号を与えるよ
うにすることもできる。図３は駆動信号発生回路５Ａか
ら各ＭＯＳＦＥＴに全ての駆動信号を与えるようにした
本発明の実施例を示したもので、この実施例では、磁石
発電機１の２つの出力端子１ａ，１ｂがそれぞれ抵抗Ｒ
ａ及びＲｂを通して比較器ＣＭ1 の非反転入力端子（＋
端子）及び反転入力端子（−端子）に接続され、比較器
ＣＭ1 の出力端子は抵抗Ｒ1 を通して整流回路３の正極
性側の直流出力端子（ダイオードＤ1 ，Ｄ2 のカソード
の共通接続点）３ａに接続されている。この例では、磁
石発電機の出力端子１ａが出力端子１ｂに対して正電位
になる図示の実線矢印方向の極性の半サイクルの出力電
圧を正の半サイクルの出力電圧としている。磁石発電機
の出力電圧Ｖｕの波形は図４（Ａ）に示す通りである。

【００７２】比較器ＣＭ1 は図４（Ｂ）に示したような
制御信号Ｖｓを出力する。この制御信号Ｖｓは、磁石発
電機１が図示の実線矢印方向の正の半サイクルの出力電
圧を発生している期間高レベルの状態を保持し、磁石発
電機１が破線矢印方向の負の半サイクルの電圧を発生し
ている期間零レベルの状態を保持する。

【００７３】駆動信号発生回路５Ａは整流回路３の出力
端子３ａ，３ｂにそれぞれ接続された電源端子５ａ，５
ｂと、駆動信号ＶGS1 及びＶGS2 をそれぞれ発生する出
力端子５c1，５c2と、制御端子５ｄとを有していて、制
御端子５ｄに比較器ＣＭ1 が出力する制御信号Ｖｓが入
力されている。駆動信号発生回路５Ａはその制御端子５
ｄに高レベルの制御信号Ｖｓが与えられているときに、
出力端子５c1から磁石発電機の出力周波数よりも高い周
波数でオンレベルとオフレベルとの間を変化する矩形波
状の駆動信号ＶGS1 （図４Ｄ）を出力し、出力端子５c2
からオンレベルの状態を保持する駆動信号ＶGS2 （図４
Ｃ）を出力する。また制御端子５ｄに与えられる制御信
号Ｖｓが零レベルの期間は、出力端子５c1からオンレベ
ルの状態を保持する駆動信号ＶGS1 を出力し、出力端子
５c2から磁石発電機の出力周波数よりも高い周波数でオ
ンレベルとオフレベルとの間を変化する矩形波状の駆動
信号ＶGS2 を出力する。これらの駆動信号ＶGG1 及びＶ
GS2 がそれぞれＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 のゲートソ
ース間に与えられている。この実施例では、駆動信号発
生回路５Ａと比較器ＣＭ1 と抵抗Ｒ1 ，Ｒa 及びＲb と
によりＦＥＴ制御回路５が構成されている。その他の構
成は図１の実施例と同様であり、図１の実施例と同様の
動作を行う。

【００７４】上記の実施例では、磁石発電機が単相の交
流出力を発生するように構成されているが、磁石発電機
が多相交流出力を発生するように構成されている場合に
も本発明を適用することができる。図５は磁石発電機が
３相交流出力を発生するように構成されている場合の実
施例を示したもので、この実施例では発電機の３相の発
電コイルＷ1 〜Ｗ3 がスター結線されている。発電機１
は３つの出力端子１ｕ〜１ｗを有していて、出力端子１
ｕ，１ｖ間、１ｖ，１ｗ間及び１ｗ，１ｖ間にそれぞれ
図６（Ａ）に示すような３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ
を出力する。

【００７５】発電機の出力端子１ｕ〜１ｗにはそれぞれ
ソースが共通に接続されたＮチャンネル形のＭＯＳＦＥ
Ｔ Ｆ1 〜Ｆ3 のドレインが接続され、これらのＭＯＳ
ＦＥＴにより昇圧用のスイッチ回路２が構成されてい
る。発電機１の出力端子１ｕ〜１ｗにまた、カソードが
共通に接続された整流用ダイオードＤ1 〜Ｄ3 のアノー
ドが接続され、ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 〜Ｆ3 の寄生ダイオ
ードＤf1〜Ｄf3とダイオードＤ1 〜Ｄ3 とによりダイオ
ードブリッジ３相全波整流回路３が構成されている。

【００７６】ＦＥＴ制御回路５は、駆動信号発生回路５
Ａと、比較器ＣＭ1 〜ＣＭ3 と、抵抗Ｒｕ〜Ｒｗ及びＲ
1 〜Ｒ3 とにより構成されている。この例では、発電機
１のＵ相の出力端子１ａが抵抗Ｒｕを通して比較器ＣＭ
1 の非反転入力端子と比較器ＣＭ3 の反転入力端子とに
接続され、Ｖ相の出力端子１ｂが抵抗Ｒｖを通して比較
器ＣＭ1 の反転入力端子と比較器ＣＭ2 の非反転入力端
子とに接続されている。またＷ相の出力端子１ｗは、抵
抗Ｒｗを通して比較器ＣＭ2 の反転入力端子と比較器Ｃ
Ｍ3 の非反転入力端子とに接続されている。比較器ＣＭ
1 〜ＣＭ3 の出力端子はそれぞれ抵抗Ｒ1 〜Ｒ3 を通し
て整流回路３の正極性側の出力端子３ａに接続されてい
る。

【００７７】駆動信号発生回路５Ａは、整流回路３の出
力端子３ａ，３ｂにそれぞれ接続された電源端子５ａ，
５ｂと、ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 〜Ｆ3 のゲートにそれぞれ
接続された出力端子５c1〜５c3と、比較器ＣＭ1 〜ＣＭ
3 の出力端子にそれぞれ接続された制御端子５d1〜５d3
とを有している。駆動信号発生回路５Ａの出力端子５c1
〜５c3から出力される駆動信号ＶGS1 〜ＶGS3 がそれぞ
れＭＯＳＦＥＴ Ｆ1〜Ｆ3 のゲートに与えられてい
る。

【００７８】比較器ＣＭ1 は出力端子１ｕの電位と１ｖ
の電位とを比較して、Ｕ相の電圧Ｖｕの正の半サイクル
の期間高レベルの状態を保持する制御信号Ｖs1を出力す
る。また比較器ＣＭ2 は出力端子１ｖの電位と出力端子
１ｗの電位とを比較して、Ｖ相の電圧Ｖｖの正の半サイ
クルの期間高レベルの状態を保持する制御信号Ｖs2を出
力し、比較器ＣＭ3 は、出力端子１ｗの電位と出力端子
１ｕの電位とを比較して、Ｗ相の電圧Ｖｗの正の半サイ
クルの期間高レベルの状態を保持する制御信号Ｖs3を出
力する。駆動信号発生回路５Ａは、制御信号Ｖs1〜Ｖs3
に応じてその出力端子５c1〜５c3から駆動信号ＶGS1 〜
ＶGS3 を出力する。駆動信号ＶGS1 は、図６（Ｂ）に示
したように、制御信号Ｖs1が高レベルの状態にある期間
（Ｕ相の電圧Ｖｕの正の半サイクルの期間）磁石発電機
の出力周波数よりも高い周波数でオンレベルとオフレベ
ルとの間を矩形波状に変化し、制御信号Ｖs1が零レベル
の状態にある期間（Ｕ相の電圧の負の半サイクルの期
間）オンレベルの状態を保持する。また駆動信号ＶGS2
は、図６（Ｃ）に示したように、制御信号Ｖs2が高レベ
ルの状態にある期間（Ｖ相の電圧Ｖｖの正の半サイクル
の期間）磁石発電機の出力周波数よりも高い周波数でオ
ンレベルとオフレベルとの間を矩形波状に変化し、制御
信号Ｖs2が零レベルの状態にある期間（Ｖ相の電圧Ｖｖ
の負の半サイクルの期間）オンレベルの状態を保持す
る。更に駆動信号ＶGS3 は、図６（Ｄ）に示したよう
に、制御信号Ｖs3が高レベルの状態にある期間（Ｗ相の
電圧Ｖｗの正の半サイクルの期間）磁石発電機の出力周
波数よりも高い周波数でオンレベルとオフレベルとの間
を矩形波状に変化し、制御信号Ｖs3が零レベルの状態に
ある期間（Ｗ相の電圧Ｖｗの負の半サイクルの期間）オ
ンレベルの状態を保持する。

【００７９】整流回路３の直流出力端子３ａ，３ｂ間に
は平滑用コンデンサＣo が接続され、直流出力端子３
ａ，３ｂにそれぞれ接続された負荷接続端子４ａ，４ｂ
間には負荷ＲL が接続されている。

【００８０】図５の実施例においても、寄生ダイオード
に逆方向電圧が印加されるＭＯＳＦＥＴには矩形波状の
駆動信号が与えられ、寄生ダイオードに順方向電圧が印
加されるＭＯＳＦＥＴにはオンレベルの状態を保持する
駆動信号が与えられて、ＭＯＳＦＥＴのチャンネル損失
の低減が図られる。

【００８１】図５の実施例では、３相交流出力を発生す
る磁石発電機の全ての出力端子間を短絡するようにスイ
ッチ回路２を構成しているが、一部の出力端子間のみを
短絡するようにスイッチ回路を構成することができる。
図７は３相交流出力を発生する磁石発電機１の３つの出
力端子１ｕ〜１ｗの内の２つの出力端子１ｕ，１ｖ間の
みを短絡するようにスイッチ回路を構成した実施例を示
したもので、この実施例では、磁石発電機の出力端子１
ｕ及び１ｖにそれぞれソースが共通に接続されたＮチャ
ンネル形のＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 のドレインが接
続され、出力端子１ｗにアノードをＭＯＳＦＥＴ Ｆ1
及びＦ2 のソースに接続したダイオードＤ3 ´のカソー
ドが接続されている。出力端子１ｕ〜１ｗにはまたカソ
ードを共通接続したダイオードＤ1 〜Ｄ3 のアノードが
接続されている。

【００８２】磁石発電機１の出力端子１ｕ及び１ｖはそ
れぞれ抵抗Ｒａ及びＲｂを通して比較器ＣＭ1 の非反転
入力端子及び反転入力端子に接続され、比較器ＣＭ1 の
出力端子は抵抗Ｒ1 を通して整流回路３の正極性側の出
力端子３ａに接続されるとともに、駆動信号発生回路５
の制御端子５ｄに接続されている。

【００８３】比較器ＣＭ1 は、Ｕ相の電圧Ｖｕの正の半
サイクルの期間高レベルの状態を保持し、負の半サイク
ルの期間零レベルの状態を保持する駆動信号Ｖｓを発生
する。

【００８４】駆動信号発生回路５Ａは図３の実施例で用
いたものと同様のもので、図８（Ｂ）及び（Ｃ）に示し
たように、Ｕ相の電圧Ｖｕの正の半サイクルの期間（制
御信号Ｖｓが高レベルの状態にある期間）矩形波状の駆
動信号ＶGS1 及びオンレベルを保持する駆動信号ＶGS2
を発生し、該電圧Ｖｕの負の半サイクルの期間（制御信
号Ｖｓが零レベルの状態にある期間）オンレベルを保持
する駆動信号ＶGS1 及び矩形波状の駆動信号ＶGS2 を発
生する。これらの駆動信号ＶGS1 及びＶGS2 はそれぞれ
ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 のゲートに与えられてい
る。

【００８５】図７の実施例では、磁石発電機１が発生す
る３相交流出力の１相の出力のみを断続して磁石発電機
の出力を昇圧するため、磁石発電機の出力電圧波形が非
対称な波形になるが、負荷ＲL には磁石発電機の整流出
力が供給されるため、負荷の駆動に支障を来すことはな
い。

【００８６】一般に、磁石発電機がｎ個の（ｎは２以上
の整数）出力端子を有して単相または多相の交流電圧を
発生するように構成されている場合、少なくとも２つの
出力端子間を短絡するようにスイッチ回路２を構成すれ
ばよい。

【００８７】上記の実施例では、ＭＯＳＦＥＴとしてＮ
チャンネル形のものを用いたが、Ｐチャンネル形のＭＯ
ＳＦＥＴを用いることもできる。図９はＰチャンネル形
のＭＯＳＦＥＴを用いた実施例を示したもので、この例
では、単相交流出力を発生するように構成された磁石発
電機の出力端子１ａ，１ｂにそれぞれソースが共通に接
続されたＰチャンネル形のＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2
のドレインが接続され、これらのＭＯＳＦＥＴによりス
イッチ回路２が構成されている。出力端子１ａ，１ｂに
はまたアノードを共通に接続した整流用ダイオードＤ1
及びＤ2 のカソードが接続され、ダイオードＤ1 及びＤ
2 とＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 の寄生ダイオードＤf1
及びＤf2とによりダイオードブリッジ単相全波整流回路
３が構成されている。

【００８８】磁石発電機１の出力端子１ａ，１ｂはそれ
ぞれ抵抗Ｒａ及びＲｂを通して比較器ＣＭ1 の非反転入
力端子及び反転入力端子に接続され、比較器ＣＭ1 の出
力端子は抵抗Ｒ1 を通して整流回路３の出力端子３ａに
接続されている。比較器ＣＭ1 は、出力端子１ａ，１ｂ
の電位を比較して、図１０（Ｂ）に示すような制御信号
Ｖｓを出力する。

【００８９】駆動信号発生回路５Ａは、整流回路３の出
力端子３ａ及び３ｂにそれぞれ接続された電源端子５ａ
及び５ｂと、ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 のゲートに接
続された出力端子５c1及び５c2と、比較器ＣＭ1 の出力
端子に接続された制御端子５ｄとを有していて、出力端
子５c1及び５c2からそれぞれ図１０（Ｃ）及び（Ｄ）に
示すような駆動信号ＶGS1 及びＶGS2 を出力する。

【００９０】なお図１０（Ｃ）及び（Ｄ）においては、
ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 のソースの電位を０レベル
としている。Ｐチャンネル形のＭＯＳＦＥＴの駆動信号
のオンレベルは、ゲートの電位をソース電位に対して所
定のレベルＶg （例えば１０［Ｖ］）だけ低くするレベ
ルであり、駆動信号のオフレベルは、ゲートの電位をソ
ース電位に等しくするかまたは該ソース電位よりも僅か
に高くするレベルである。

【００９１】本実施例の駆動信号発生回路５Ａは、比較
器ＣＭ1 が高レベルの制御信号Ｖsを発生している期間
（磁石発電機１の出力電圧の正の半サイクルの期間）オ
ンレベルの状態を保持する駆動信号ＶGS1 とオンレベル
とオフレベルとの間を変化する矩形波状の駆動信号ＶGS
2 とを出力し、比較器ＣＭ1 が零レベルの制御信号Ｖｓ
を発生している期間（磁石発電機の出力電圧の負の半サ
イクルの期間）オンレベルとオフレベルとの間を変化す
る矩形波状の駆動信号ＶGS1 とオンレベルの状態を保持
する駆動信号ＶGS2 とを出力する。

【００９２】Ｐチャンネル形のＭＯＳＦＥＴの場合に
は、ドレイン側からソース側に向う方向のドレイン電流
が流れる期間（ドレインソース間の寄生ダイオードに順
方向電圧が印加されている期間）に駆動信号がオフレベ
ルであるとドレイン電流によるチャンネル損失が増大す
る。図９の実施例では、ＭＯＳＦＥＴ Ｆ1 及びＦ2 の
それぞれの寄生ダイオードに順方向電圧が印加される期
間それぞれのＭＯＳＦＥＴのゲートソース間に与えられ
る駆動信号がオンレベルの状態に保持されるため、チャ
ンネル損失の低減を図ることができ、ＭＯＳＦＥＴから
の発熱を少なくすることができる。

【００９３】上記の各実施例においては、各ＭＯＳＦＥ
Ｔの寄生ダイオードに逆方向電圧が印加される期間該Ｍ
ＯＳＦＥＴに一定の周波数の矩形波状の駆動信号を与え
るとしたが、整流回路３の出力電圧に応じてＭＯＳＦＥ
Ｔに与える矩形波状の駆動信号のデューティサイクルを
制御することにより、負荷に供給される電圧を設定値以
下に保つように制御する電圧調整機能をＦＥＴ制御回路
５に持たせることもできる。

【００９４】また負荷に過大な電圧が印加されるのを防
ぐため、磁石発電機の出力電圧を調整値以下に保つよう
に制御する電圧調整機能を備えた整流電源回路を別途設
けて、負荷に供給される電圧が該整流電源回路の調整値
よりも僅かに低く設定された設定値に達したときにＭＯ
ＳＦＥＴのオンオフ動作による昇圧動作を停止させる機
能をＦＥＴ制御回路５に持たせるようにすることもでき
る。

【００９５】更にＦＥＴ制御回路と各ＭＯＳＦＥＴのゲ
ートとの間にスイッチを介在させて、内燃機関の始動時
に該スイッチを閉じることによりＦＥＴ制御回路から各
ＭＯＳＦＥＴに駆動信号を与えて昇圧動作を行なわせ、
機関が始動した後に該スイッチを開いて昇圧動作を停止
させるように構成することもできる。

【００９６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、抵抗と
同じように働くＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ回路によ
り磁石発電機の発電コイルを流れる短絡電流を断続させ
て該発電機の出力電圧を昇圧するようにしたので、磁石
発電機の出力電圧が極めて低い状態でもＭＯＳＦＥＴを
通して発電コイルに短絡電流を流して昇圧動作を開始さ
せることができ、機関の極低速時にも負荷に電力を供給
することができる利点がある。

【００９７】また本発明によれば、スイッチ回路を構成
する各ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードに逆方向電圧が印
加される期間該ＭＯＳＦＥＴの駆動信号を矩形波状に変
化させ、各ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードに順方向電圧
が印加される期間は、該ＭＯＳＦＥＴの駆動信号をオン
レベルの状態に保持するようにしたので、ＭＯＳＦＥＴ
の寄生ダイオードに順方向電圧が印加される期間に生じ
るＭＯＳＦＥＴのチャンネル損失の低減を図ることがで
きる。従って、ＭＯＳＦＥＴからの発熱を少なくするこ
とができ、ＭＯＳＦＥＴのヒートシンクとして小形のも
のを用いて、電源装置の小形化を図ることができる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示した回路図である。

【図２】図１の実施例の各部の電圧、電流及びチャンネ
ル損失を示した波形図である。

【図３】本発明の他の実施例を示した回路図である。

【図４】図３の実施例の各部の電圧波形を示した波形図
である。

【図５】本発明の更に他の実施例を示した回路図であ
る。

【図６】図５の実施例の各部の電圧波形を示した波形図
である。

【図７】本発明の更に他の実施例を示した回路図であ
る。

【図８】図７の実施例の各部の電圧波形を示した波形図
である。

【図９】本発明の更に他の実施例を示した回路図であ
る。

【図１０】図９の実施例の各部の電圧波形を示した波形
図である。

【図１１】既提案の電源装置の構成を示した回路図であ
る。

【図１２】図１１の電源装置の各部の電圧，電流及びチ
ャンネル損失を示した波形図である。

【図１３】磁石発電機の無負荷出力電圧波形の一例を示
した波形図である。

【図１４】発電コイルを短絡するスイッチング素子とし
てＭＯＳＦＥＴを用いた場合とバイポーラトランジスタ
を用いた場合の動作の相違を説明するための波形図であ
る。

【図１５】機関を手動スタートさせた場合のクランキン
グ回転数の変化を示した線図である。

【図１６】磁石発電機の出力電圧対出力電流特性を負荷
線とともに示した線図である。

【図１７】（Ａ）は本発明の実施例における発電コイル
の短絡回路を示した回路図である。（Ｂ）は従来の電源
装置における発電コイルの短絡回路を示した回路図であ
る。

【図１８】バッテリが搭載されている内燃機関に取り付
ける磁石発電機に要求される特性を示した出力電圧対出
力電流特性を示した線図である。

【図１９】バッテリの充電電流と機関の回転数との望ま
しい関係を示した線図である。

【図２０】ダイオードの順方向電流対順方向電圧特性の
例を示した線図である。

【図２１】或トランジスタのコレクタエミッタ間飽和電
圧対コレクタ電流特性を示した線図である。

【図２２】他のトランジスタのコレクタエミッタ間飽和
電圧対するコレクタ電流特性を示した線図である。

【図２３】ＭＯＳＦＥＴの導通時のドレインソース間抵
抗対ドレイン電流特性の例を示した線図である。

【図２４】図２３と同じＭＯＳＦＥＴの逆ドレイン電流
対ソースドレイン間電圧特性を示した線図である。

【符号の説明】

１ 磁石発電機 Ｗ1 〜Ｗ3 発電コイル ２ スイッチ回路 ３ 整流回路 ４ａ，４ｂ 負荷接続端子 ５ ＦＥＴ制御回路 ５Ａ 駆動信号発生回路 Ｄ1 〜Ｄ3 ，Ｄａ〜Ｄｄ ダイオード Ｆ1 〜Ｆ3 ＭＯＳＦＥＴ Ｄf1〜Ｄf3 寄生ダイオード

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関により駆動されてｎ個（ｎは２
   以上の整数）の出力端子間に単相または多相の交流電圧
   を発生する磁石発電機と、前記磁石発電機のｎ個の出力
   端子間に得られる交流電圧を昇圧して整流する昇圧整流
   回路とを備えた内燃機関用電源装置において、 前記昇圧整流回路は、 ソースが共通に接続され、ドレインが前記磁石発電機の
   異なる出力端子に接続された複数のＭＯＳＦＥＴを備え
   たスイッチ回路と、 前記スイッチ回路を構成する複数のＭＯＳＦＥＴの寄生
   ダイオードと更に他のダイオードとにより構成されて前
   記磁石発電機のｎ個の出力端子間に得られる交流電圧を
   全波整流するダイオードブリッジ全波整流回路と、 前記スイッチ回路を構成する複数のＭＯＳＦＥＴの内、
   ドレインソース間の寄生ダイオードに逆方向の電圧が印
   加されているＭＯＳＦＥＴのゲートソース間には該ＭＯ
   ＳＦＥＴをオン状態にするオンレベルと該ＭＯＳＦＥＴ
   をオフ状態にするオフレベルとの間を前記磁石発電機の
   出力周波数よりも高い周波数で変化する矩形波状の駆動
   信号を与え、前記寄生ダイオードに順方向電圧が印加さ
   れているＭＯＳＦＥＴのゲートソース間には該順方向電
   圧が印加されている間オンレベルの状態を保持する駆動
   信号を与えるＦＥＴ制御回路とを具備したことを特徴と
   する内燃機関用電源装置。
2. 【請求項２】 内燃機関により駆動されてｎ個（ｎは２
   以上の整数）の出力端子間に単相または多相の交流電圧
   を発生する磁石発電機と、前記磁石発電機のｎ個の出力
   端子間に得られる交流電圧を昇圧して整流する昇圧整流
   回路とを備えた内燃機関用電源装置において、 前記昇圧整流回路は、 ソースが共通に接続され、ドレインが前記磁石発電機の
   ｎ個の出力端子にそれぞれ接続されたｎ個のＮチャンネ
   ル形のＭＯＳＦＥＴを備えたスイッチ回路と、 前記ｎ個の出力端子にそれぞれアノードが接続されカソ
   ードが共通接続されたｎ個の整流用ダイオードと前記ｎ
   個のＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードとにより構成されて
   前記磁石発電機のｎ個の出力端子間に得られる交流電圧
   を全波整流するダイオードブリッジ全波整流回路と、 前記スイッチ回路を構成するｎ個のＭＯＳＦＥＴの内、
   ドレインソース間の寄生ダイオードに逆方向の電圧が印
   加されているＭＯＳＦＥＴのゲートソース間には該ＭＯ
   ＳＦＥＴをオン状態にするオンレベルと該ＭＯＳＦＥＴ
   をオフ状態にするオフレベルとの間を前記磁石発電機の
   出力周波数よりも高い周波数で変化する矩形波状の駆動
   信号を与え、前記寄生ダイオードに順方向電圧が印加さ
   れているＭＯＳＦＥＴのゲートソース間には該順方向電
   圧が印加されている間オンレベルの状態を保持する駆動
   信号を与えるＦＥＴ制御回路とを具備したことを特徴と
   する内燃機関用電源装置。
3. 【請求項３】 内燃機関により駆動されてｎ個（ｎは２
   以上の整数）の出力端子間に単相または多相の交流電圧
   を発生する磁石発電機と、前記磁石発電機のｎ個の出力
   端子間に得られる交流電圧を昇圧して整流する昇圧整流
   回路とを備えた内燃機関用電源装置において、 前記昇圧整流回路は、 ソースが共通に接続され、ドレインが前記磁石発電機の
   ｎ個の出力端子にそれぞれ接続されたｎ個のＰチャンネ
   ル形のＭＯＳＦＥＴを備えたスイッチ回路と、 前記ｎ個の出力端子にそれぞれカソードが接続されアノ
   ードが共通接続されたｎ個の整流用ダイオードと前記ｎ
   個のＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードとにより構成されて
   前記磁石発電機のｎ個の出力端子間に得られる交流電圧
   を全波整流するダイオードブリッジ全波整流回路と、 前記スイッチ回路を構成するｎ個のＭＯＳＦＥＴの内、
   ドレインソース間の寄生ダイオードに逆方向の電圧が印
   加されているＭＯＳＦＥＴのゲートソース間には該ＭＯ
   ＳＦＥＴをオン状態にするオンレベルと該ＭＯＳＦＥＴ
   をオフ状態にするオフレベルとの間を前記磁石発電機の
   出力周波数よりも高い周波数で変化する矩形波状の駆動
   信号を与え、前記寄生ダイオードに順方向電圧が印加さ
   れているＭＯＳＦＥＴのゲートソース間には該順方向電
   圧が印加されている間オンレベルの状態を保持する駆動
   信号を与えるＦＥＴ制御回路とを具備したことを特徴と
   する内燃機関用電源装置。
4. 【請求項４】 前記ＦＥＴ制御回路は、前記磁石発電機
   を電源として動作するように設けられている請求項１，
   ２または３のいずれかに記載の内燃機関用電源装置。