JP4359760B2 - 磁石発電機を備えた発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁石発電機の交流出力を直流出力に変換して負荷に与える発電装置に関するものである。

磁石発電機は、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ｎ相（ｎは１以上の整数）の電機子コイルを巻装してなる固定子とからなっている。この種の磁石発電機は、車両を駆動する内燃機関に取り付けられて、車両に搭載されたバッテリを充電するためによく用いられる。

内燃機関により駆動される磁石発電機の整流出力でバッテリを充電する場合、機関の回転速度がある程度上昇して、磁石発電機の無負荷出力電圧がバッテリの両端の電圧を超えないと、バッテリの充電が開始されない。磁石発電機として小形のものを用いた場合には、バッテリの充電が開始される回転速度が高くなるため、機関の低速回転時にバッテリを充電することができない。機関の低速時にもバッテリを充電し得るようにするために、磁石発電機の体格を変えずに電機子コイルの巻数を多くすることが考えられるが、このようにすると、機関の高速時に磁石発電機から得られる出力が不足する。機関の低速時に磁石発電機から十分な出力を発生させ、機関の高速時にも該磁石発電機から十分な出力を得るようにするためには、ターン数が多い電機子コイルを、断面積が大きい導体を用いて巻回する必要があるため、磁石発電機が大形化し、その重量が重くなってしまう。磁石発電機が大形化すると、機関が重くなって燃費を悪化させたり、機関の慣性が大きくなって加速性能が悪化したりするため好ましくない。また自動二輪車のような小形の車両には、大形の磁石発電機を取り付けることができない。

そこで、特許文献１に示されているように、低速回転領域での出力不足を解消するために、磁石発電機から整流回路を通してバッテリに供給される電流を所定のデューティ比で断続させるチョッパ制御を行うことにより、磁石発電機の出力を昇圧させるようにした発電装置が提案された。このようにチョッパ制御を行えば、低速回転領域での出力不足を解消することができ、出力電流のオンオフのデューティ比を調整することにより、バッテリの充電電流を調整することができる。例えば、チョッパ制御を行わない場合に、バッテリの充電が開始される回転速度が６００［ｒｐｍ］である磁石発電機を用いる場合に、チョッパ制御を行うと、充電開始回転速度を例えば２００［ｒｐｍ］程度まで下げることができる。

また特許文献２に示されているように、磁石発電機の交流出力を直流出力に変換してバッテリやコンデンサ等の電圧蓄積手段に印加するダイオードブリッジ全波整流回路と、ブリッジの各辺がスイッチ素子により構成されて直流側端子間に電圧蓄積手段が接続され、交流側端子が磁石発電機の出力端子に接続されたブリッジ形のインバータ回路とを磁石発電機の出力端と電圧蓄積手段との間に設けて、該インバータ回路のスイッチ素子を制御することにより磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように制御するようにした発電装置が提案されている。この発電装置では、磁石発電機の電機子コイルに誘起する電圧と同じ周波数の交流制御電圧を電圧蓄積手段からインバータ回路を通して電機子コイルに印加して、該交流制御電圧の位相角を進み側及び遅れ側に変化させることにより、磁石発電機の制御対象出力を制御するようにしている。

上記のように、負荷側に設けた電圧蓄積手段からインバータ回路を通して磁石発電機の電機子コイルに交流制御電圧を印加して、該交流制御電圧の位相を進み側に変化させると、電機子コイルに作用する磁束を減少させることができるため、磁石発電機の出力を抑制することができる。また電圧蓄積手段からインバータ回路を通して電機子コイルに印加する交流制御電圧の位相を遅れ側に変化させると、電機子コイルに作用する磁束の量を増加させることができるため、磁石発電機の出力を増大させることができる。このように、負荷側に設けた電圧蓄積手段からインバータ回路を通して電機子コイルに交流制御電圧を印加することにより磁石発電機の出力を制御することを、磁石発電機を負荷側から駆動（ドライブ）しながらその出力を制御するという意味で、「ドライブ制御」と呼ぶことにする。

このような、ドライブ制御を行うと、交流制御電圧の位相角を遅れ側に変化させることにより、低速回転時の磁石発電機の出力を増大させることができる。また発電機の高速回転時にその出力が過大になる場合には、交流制御電圧の位相角を進み側に変化させることにより、その出力を抑制することができる。またドライブ制御を行うと、特に制御を行わないときにバッテリの充電が開始される回転速度が６００［ｒｐｍ］である磁石発電機を用いる場合に、充電開始回転速度を例えば５５０［ｒｐｍ］程度まで下げることができる。
特開２００１−１５７４９７号公報 特開平１１−４６４５６号公報

上記のように、磁石発電機を用いる発電装置において、チョッパ制御を行えば、機関の低速時の発電出力を増大させることができ、またチョッパ制御のデューティ比を調整することにより、発電機の出力を調整することができるが、チョッパ制御で発電機の出力を向上させることができるのは機関の低速領域のみである。そのため、チョッパ制御によった場合には、中高速回転域で発電出力を向上させることができないという問題があった。

車両用の内燃機関により磁石発電機を駆動する場合には、発電機の制御対象出力を目標値に保つようにその回転速度を制御することはできないため、機関の高速回転時に磁石発電機の出力が過大になるのを防ぐためには、何らかの制御を行うことが必要である。従来は、磁石発電機の出力電圧が設定値を超えたときにその電機子コイルを短絡する短絡式のレギュレータが用いられていたが、短絡式のレギュレータを用いると、電圧制御時に電機子コイルに大きな短絡電流が流れるため、電機子コイルで多くの発熱が生じ、好ましくない。

ドライブ制御によれば、短絡式のレギュレータを用いることなく、磁石発電機の高速回転時にその出力が過大になるのを防ぐことができるが、ドライブ制御によった場合には、低速回転時に磁石発電機の出力を増大させる効果を余り期待することができなかった。

本発明の目的は、磁石発電機を大形にすることなしに低速回転領域での出力の向上を図ることができるようにするとともに、中高速回転領域で磁石発電機から十分な出力を発生させることができるようにして、低速回転領域から高速回転領域まで発電出力を目標値に保つ制御を支障なく行わせることができるようにした発電装置を提供することにある。

本発明は、磁石回転子とｎ相（ｎは１以上の整数）の電機子コイルを有する固定子とを備えた磁石発電機と、電圧蓄積手段と、磁石発電機の交流出力を直流出力に変換して電圧蓄積手段に印加するｎ相ダイオードブリッジ全波整流回路と、ブリッジの各辺がスイッチ素子により構成されて直流側端子間に電圧蓄積手段が接続され、交流側端子が磁石発電機の出力端子に接続されたｎ相ブリッジ形のインバータ回路と、磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つようにインバータ回路のスイッチ素子を制御するコントローラとを備えて、電圧蓄積手段の両端に負荷が接続される発電装置を対象とする。

本発明においては、上記コントローラが、磁石発電機から整流回路を通して流れる電流を所定のデューティ比で断続させるようにインバータ回路を構成するスイッチ素子の一部をオンオフ制御して磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように制御するチョッパ制御手段と、電機子コイルの無負荷誘起電圧と周波数が等しい交流制御電圧を電圧蓄積手段からインバータ回路を通して電機子コイルに印加するようにインバータ回路を構成するスイッチ素子を制御して磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように制御するドライブ制御手段と、チョッパ制御手段により磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モード及びドライブ制御手段により磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モードをそれぞれチョッパ制御モード及びドライブ制御モードとし、少なくとも磁石発電機の回転速度を制御モード切換条件として、磁石発電機の回転速度が設定回転速度よりも低いときにチョッパ制御モードによる制御を行わせ、磁石発電機の回転速度が設定回転速度以上であるときにドライブ制御モードによる制御を行わせるように、制御モード切換条件に応じてチョッパ制御モードからドライブ制御モードへの切換と、ドライブ制御モードからチョッパ制御モードへの切換とを行う制御モード切換手段とを備えている。

上記のように、チョッパ制御により磁石発電機の制御対象出力を制御するチョッパ制御手段と、ドライブ制御により磁石発電機の制御対象出力を制御するドライブ制御手段と、少なくとも磁石発電機の回転速度を制御モード切換条件として、回転速度が設定速度よりも低いときにチョッパ制御モードで制御を行わせ、回転速度が設定速度以上になっているときにドライブ制御モードで制御を行わせるように、制御モード切換条件に応じて制御モードを切り換える制御モード切換手段とを設けると、磁石発電機の低速回転時にはチョッパ制御モードで制御を行わせて発電機の出力を増大させることができ、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。

またチョッパ制御により発電機の出力を向上させることができない高速回転時には、ドライブ制御により、発電機の制御対象出力を制御することができるため、短絡式のレギュレータを用いることなく、低速回転領域から高速回転領域まで、発電機の出力制御を支障なく行わせることができる。

本発明の好ましい一態様では、ドライブ制御において、交流制御電圧の位相角を進み側及び遅れ側に変化させることにより磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行わせるように、ドライブ制御手段が構成される。

上記のように、チョッパ制御モードからドライブ制御モードに、またはドライブ制御モードからチョッパ制御モードに制御モードを切り換えるようにした場合、制御モードを切り換える際に発電機の出力電流に急激な変動が生じると、発電機の出力制御が不安定になる。また発電機の出力電流が変動すると、発電機を駆動する原動機にかかる負荷トルクが変動するため、その回転速度が変動して、制御が不安定になるおそれがある。特に磁石発電機を車両用の内燃機関により駆動する場合には、制御モードの切換時に機関にかかる負荷トルクが急激に変動すると、機関の回転速度が変動して運転者に不快感を与えるおそれがある。

そこで本発明の好ましい態様では、上記制御モード切換手段を、チョッパ制御モードで制御が行われている状態で回転速度が設定速度に達したときに磁石発電機が出力している電流に等しい電流をドライブ制御モードによる制御の開始時に磁石発電機から出力させるために必要な交流制御電圧の位相角を演算する位相角演算手段と、位相角演算手段により演算された位相角を交流制御電圧の位相角の初期値としてドライブ制御モードによる制御を開始させるドライブ制御開始手段とを有するチョッパ制御／ドライブ制御切換手段と、ドライブ制御モードで制御が行われている状態で回転速度が設定速度に達したときに磁石発電機が出力している電流に等しい電流をチョッパ制御モードによる制御の開始時に磁石発電機から出力させるために必要なチョッパ制御のデューティ比を演算するデューティ比演算手段と、デューティ比演算手段により演算されたデューティ比を初期値としてチョッパ制御モードによる制御を開始させるチョッパ制御開始手段とを有するドライブ制御／チョッパ制御切換手段とにより構成する。

このように構成すると、制御モードがチョッパ制御モードからドライブ制御モードに切り替わる際及びドライブ制御モードからチョッパ制御モードに切り替わる際に発電機の出力電流が変動するのを防ぐことができるため、制御モードの切換時に制御が不安定になったり、原動機の負荷トルクが急変して回転速度が変動したりするのを防ぐことができる。

本発明の他の好ましい態様では、チョッパ制御モードで制御が行われている状態で回転速度が設定速度に達した時にその時のチョッパ制御のデューティ比から磁石発電機の出力電流を推定する第１の発電機出力推定手段と、ドライブ制御モードによる制御の開始時に磁石発電機が出力する電流を第１の発電機出力推定手段により推定された出力電流に等しくするために必要な交流制御電圧の位相角を求める位相角演算手段と、位相角演算手段により演算された位相角を交流制御電圧の位相角の初期値としてドライブ制御モードによる制御を開始させるドライブ制御開始手段とを有するチョッパ制御／ドライブ制御切換手段と、ドライブ制御モードで制御が行われている状態で回転速度が設定速度に達した時にその時の交流制御電圧の位相角から磁石発電機の出力電流を推定する第２の発電機出力推定手段と、チョッパ制御モードによる制御の開始時に磁石発電機が出力する電流を第２の発電機出力推定手段により推定された出力電流に等しくするために必要なチョッパ制御のデューティ比を求めるデューティ比演算手段と、デューティ比演算手段により演算されたデューティ比を初期値としてチョッパ制御モードによる制御を開始させるチョッパ制御開始手段とを有するドライブ制御／チョッパ制御切換手段とにより制御モード切換手段が構成される。

このように構成した場合にも、制御モードがチョッパ制御モードからドライブ制御モードに切り替わる際及びドライブ制御モードからチョッパ制御モードに切り替わる際に発電機の出力電流が変動するのを防ぐことができるため、制御モードの切換時に制御が不安定になったり、発電機の回転速度が変動したりするのを防ぐことができる。また上記のように、チョッパ制御モードからドライブ制御モードに移行する際に、チョッパ制御のデューティ比から磁石発電機の出力電流を推定し、ドライブ制御モードからチョッパ制御モードに移行する際に、ドライブ制御の交流制御電圧の位相角から磁石発電機の出力電流を推定するようにすると、磁石発電機の出力電流を検出する検出器を省略することができるため、構成を簡単にすることができる。

本発明の更に他の好ましい態様では、上記制御モード切換手段を、チョッパ制御モードによる制御が行われている状態で回転速度が設定速度以上になって磁石発電機の制御対象出力が設定値未満になり、かつ前記チョッパ制御のデューティ比が磁石発電機の出力電流を最大にする値になったとき（チョッパ制御により発電機の出力を増大させる制御を行うことができない状態になったとき）に制御モードをドライブ制御モードに切り換え、前記ドライブ制御モードによる制御が行われている状態で前記回転速度が前記設定速度よりも低くなって磁石発電機の制御対象出力が前記設定値未満になり、かつ交流制御電圧の位相角が磁石発電機の出力電流を最大にする値になったとき（ドライブ制御によって磁石発電機の出力を増大させる制御を行うことができなくなったとき）に、制御モードをチョッパ制御モードに切り換えるように構成する。

この場合、制御モード切換手段は、チョッパ制御において各回転速度で磁石発電機が出力する最大電流を演算するチョッパ制御時最大出力電流演算用マップと、磁石発電機の回転速度と出力電流とドライブ制御の交流制御電圧の位相角との関係を与える位相角演算用マップと、ドライブ制御において各回転速度で磁石発電機が出力する最大電流を演算するドライブ制御時最大出力電流演算用マップと、磁石発電機の回転速度と出力電流とチョッパ制御のデューティ比との関係を与えるデューティ比演算用マップとを記憶したマップ記憶手段と、チョッパ制御モードによる制御が行われている状態で回転速度が設定速度以上になって磁石発電機の制御対象出力が設定値未満になり、かつチョッパ制御のデューティ比が磁石発電機の出力電流を最大にする値になっていることを第１の制御モード切換条件として、該第１の制御モード切換条件が成立した時に回転速度に対してチョッパ制御時最大出力電流演算用マップを検索することにより磁石発電機が出力している最大電流を演算するチョッパ制御時最大出力電流演算手段と、該チョッパ制御時出力電流演算手段により演算された最大出力電流と回転速度とに対して位相角演算用マップを検索することにより、該最大出力電流に等しい電流をドライブ制御の開始時に磁石発電機から出力させるために必要な交流制御電圧の位相角を演算する位相角演算手段と、位相角演算手段により演算された位相角を交流制御電圧の位相角の初期値としてドライブ制御モードによる制御を開始させるドライブ制御開始手段とを有するチョッパ制御／ドライブ制御切換手段と、ドライブ制御モードによる制御が行われている状態で回転速度が設定速度よりも低くなって磁石発電機の制御対象出力が設定値未満になり、かつドライブ制御の位相角が磁石発電機の出力電流を最大にする値になっていることを第２の制御モード切換条件として、該第２の制御モード切換条件が成立した時に回転速度に対して前記ドライブ制御時最大出力電流演算用マップを検索することにより磁石発電機が出力している最大電流を演算するドライブ制御時最大出力電流演算手段と、該ドライブ制御時最大出力電流演算手段により演算された最大出力電流と回転速度とに対してデューティ比演算用マップを検索することにより、該最大出力電流に等しい電流をチョッパ制御の開始時に磁石発電機から出力させるために必要なチョッパ制御のデューティ比を演算するデューティ比演算手段と、デューティ比演算手段により演算されたデューティ比をチョッパ制御のデューティ比の初期値としてチョッパ制御モードによる制御を開始させるチョッパ制御開始手段とを有するドライブ制御／チョッパ制御切換手段とにより構成することができる。

上記の構成では、ドライブ制御において、交流制御電圧の位相角を変化させているが、交流制御電圧の位相角を固定して、該交流制御電圧の平均値を変化させることによりドライブ制御を行わせるようにすることもできる。

即ち、ドライブ制御手段は、電機子コイルの無負荷誘起電圧と周波数が等しい交流制御電圧を電圧蓄積手段からインバータ回路を通して電機子コイルに印加して、該交流制御電圧の位相角を設定位相角に固定した状態で磁石発電機の制御対象出力の変化に伴って交流制御電圧の各半波の平均値を変化させることにより磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行うべくインバータ回路を構成するスイッチ素子を制御するように構成することもできる。

この場合、制御モード切換手段は、チョッパ制御手段により磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モード及びドライブ制御手段により磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モードをそれぞれチョッパ制御モード及びドライブ制御モードとして、チョッパ制御モードにより磁石発電機の制御対象出力を制御し得る状態では制御モードをチョッパ制御モードとし、チョッパ制御モードで制御対象出力を制御し得ない状態になったときに制御モードをドライブ制御モードとするように、チョッパ制御モードからドライブ制御モードへの切換と、ドライブ制御モードからチョッパ制御モードへの切換とを行う。

上記のように、ドライブ制御手段を構成する場合、交流制御電圧の設定位相角は、電機子コイルの無負荷誘起電圧の位相角（基準位相角）よりも進み側に設定するのが好ましい。このように交流制御電圧の位相角を基準位相角に対して進み側に固定すると、交流制御電圧の平均値の増加に伴って発電機の出力が減少するため、高速回転領域で、ドライブ制御モードで制御を行わせることにより、発電機の出力を抑制して、目標値に保つ制御を行わせることができる。

上記のように交流制御電圧の位相角を進み側に固定する場合、制御モード切換手段は、磁石発電機の起動時には制御モードをチョッパ制御モードとし、チョッパ制御モードで制御を行っている状態でデューティ比が０になったときに制御モードをドライブ制御モードに切り換え、ドライブ制御モードで制御を行っている状態で交流制御電圧の各半波の平均値を０としても制御対象出力が目標値に達することができなくなったときに制御モードをチョッパ制御モードに切り換えるように構成するのが好ましい。

上記のように交流制御電圧の位相角を進み側に設定された設定位相角に固定する場合、制御モード切換手段は、磁石発電機の起動時には制御モードをチョッパ制御モードとし、チョッパ制御モードで制御を行っている状態でデューティ比が０になり、かつ磁石発電機の制御対象出力が目標値を超えたときに制御モードをドライブ制御モードに切り換え、ドライブ制御モードで制御を行っている状態で交流制御電圧の各半波の平均値を０としても制御対象出力が目標値に達することができなくなったときに制御モードをチョッパ制御モードに切り換えるように構成することもできる。

交流制御電圧の平均値の制御を容易にするため、交流制御電圧の波形を、その正負の半波を一定のＰＷＭ周期毎に一定のデューティ比で断続させることによりＰＷＭ変調した波形として、該ＰＷＭ変調のデューティ比を変化させることにより交流制御電圧の平均値を変化させるようにドライブ制御手段を構成するのが好ましい。

上記のように、交流制御電圧をＰＷＭ変調された波形の電圧とする場合、制御モード切換手段は、チョッパ制御のデューティ比をほぼ０とし（発電機の整流出力の断続を行わずに）、ドライブ制御モードの交流制御電圧のＰＷＭ変調のデューティ比をほぼ０とした状態で（交流制御電圧を印加しない状態で）、チョッパ制御モードからドライブ制御モードへの切換及びドライブ制御モードからチョッパ制御モードへの切換を行うように構成するのが好ましい。

このように構成すると、チョッパ制御モードからドライブ制御モードに切り換える際、及びドライブ制御モードからチョッパ制御モードに切り換える際の発電装置の出力特性が、チョッパ制御もドライブ制御も行わずに、磁石発電機と整流回路のみにより発電装置を構成した場合の特性になるため、制御モードの切換の前後で発電機の出力電流がほとんど変化しないようにすることができ、制御モードの切換時に発電機の出力電流が大きく変動するのを防いで、制御をスムースにつなげることができる。

上記のように、ドライブ制御において交流制御電圧の位相角を進み側に固定して、交流制御電圧の平均値を変化させることにより、発電機の制御対象出力を制御する構成をとる場合、発電機の回転速度が最高回転速度であるときに、交流制御電圧の平均値を最大にするまでの間に（交流制御電圧をＰＷＭ変調された波形とする場合には、そのデューティ比を１００％とするまでの間に）磁石発電機の出力が零になるように交流制御電圧の設定位相角を設定するのが好ましい。このように設定しておけば、ドライブ制御により、発電機の出力を０から目標値まで制御することができる。

本発明の他の好ましい態様では、ドライブ制御手段として、交流制御電圧の位相角を固定した状態でその平均値のみを変化させることにより発電機の制御対象出力を制御する第１のドライブ制御手段と、交流出力電圧の平均値を一定とした状態でその位相角のみを変化させる第２のドライブ制御手段とが設けられる。

この場合、第１のドライブ制御手段は、電機子コイルの無負荷誘起電圧と周波数が等しい交流制御電圧を電圧蓄積手段からインバータ回路を通して電機子コイルに印加して、該交流制御電圧の位相角を無負荷誘起電圧の位相角よりも進み側に設定された設定位相角に固定した状態で該交流制御電圧の平均値を変化させることにより磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように制御すべくインバータ回路を構成するスイッチ素子を制御するように構成される。

また第２のドライブ制御手段は、電機子コイルの無負荷誘起電圧と周波数が等しい交流制御電圧を前記電圧蓄積手段から前記インバータ回路を通して電機子コイルに印加して、該交流制御電圧の平均値を一定にした状態で該交流制御電圧の位相角を変化させることにより磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように制御すべく前記インバータ回路を構成するスイッチ素子を制御するように構成される。

この場合、制御モード切換手段は、チョッパ制御手段により磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モードをチョッパ制御モードとし、第１のドライブ制御手段により磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モード及び第２のドライブ制御手段により磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モードをそれぞれ第１のドライブ制御モード及び第２のドライブ制御モードとして、磁石発電機の起動時には制御モードをチョッパ制御モードとし、チョッパ制御モードで制御を行っている状態で磁石発電機の制御対象出力が目標値を超え、デューティ比が０になったときに制御モードを第１のドライブ制御モードに切り換え、第１のドライブ制御モードで制御している状態で磁石発電機の制御対象出力が目標値に達することができなくなったときに制御モードをチョッパ制御モードに切り換え、第１のドライブ制御モードで制御している状態で交流制御電圧の各半波の平均値を最大にしても磁石発電機の制御対象出力が目標値を超える状態になったときに制御モードを第２のドライブ制御モードに切り換え、第２のドライブ制御モードで制御を行っている状態で制御対象出力が目標値に達することができなくなったときに制御モードを第１のドライブ制御モードに切り換えるように構成するのが好ましい。

また第１のドライブ制御手段は、交流制御電圧の正負の半波を一定のＰＷＭ周期毎に一定のデューティ比で断続させることによりＰＷＭ変調した波形として、該ＰＷＭ変調のデューティ比を変化させることにより交流制御電圧の各半波の平均値を変化させるように構成するのが好ましい。

上記のように、第１のドライブ制御手段と第２のドライブ制御手段とを設ける場合、発電機の出力電流の変動を生じさせることなく、制御モードの切換を行うようにするため、制御モード切換手段は、チョッパ制御のデューティ比をほぼ０とし、第１のドライブ制御モードの交流制御電圧のＰＷＭ変調のデューティ比をほぼ０とした状態で、チョッパ制御モードから第１のドライブ制御モードへの切換及び第１のドライブ制御モードからチョッパ制御モードへの切換を行い、交流制御電圧のＰＷＭ変調のデューティ比をほぼ１００％とした状態で第１のドライブ制御モードから第２のドライブ制御モードへの切換及び第２のドライブ制御モードから第１のドライブ制御モードへの切換を行うように構成するのが好ましい。

ドライブ制御においては、インバータにより所定の位相角を有する交流制御電圧を生成する必要がある。交流制御電圧の位相角は、電機子コイルの無負荷誘起電圧の位相を基準位相として定められるが、発電機の運転中にその無負荷誘起電圧の位相を電気的に検出することは困難である。

そこで、本発明の好ましい態様では、磁石発電機の各相の電機子コイルに対して磁石回転子の磁極の極性を検出して検出している磁極の極性に応じて異なるレベルを示す検出信号を出力する位置センサが設けられ、該位置センサが出力する検出信号の発生位相を基準にして交流制御電圧の位相角を定めるようにドライブ制御手段（第１及び第２のドライブ制御手段が設けられる場合には、第２のドライブ制御手段）が構成される。

また本発明の他の好ましい態様では、磁石回転子とともに回転するリラクタを備えた信号発生用ロータと、信号発生用ロータのリラクタのエッジを検出してパルスを発生するパルサとを有する信号発生器が設けられ、パルサが出力するパルスの発生位相を基準にして交流制御電圧の位相角を定めるようにドライブ制御手段（第１及び第２のドライブ制御手段が設けられる場合には、第２のドライブ制御手段）が構成される。

以上のように、本発明によれば、チョッパ制御により磁石発電機の制御対象出力を制御するチョッパ制御手段と、ドライブ制御により磁石発電機の制御対象出力を制御するドライブ制御手段と、少なくとも磁石発電機の回転速度を制御モード切換の制御条件として、回転速度が低いときにチョッパ制御モードで制御を行わせ、回転速度が高いときにドライブ制御モードで制御を行わせるように制御モードを切り換える制御モード切換手段とを設けたので、磁石発電機の低速回転時にはチョッパ制御モードで制御を行わせて発電機の出力を増大させることができ、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。

またチョッパ制御により発電機の出力の制御を行うことができない高速回転時には、ドライブ制御により、発電機の制御対象出力を制御することができるため、短絡式のレギュレータを用いることなく、低速回転領域から高速回転領域まで、発電機の出力制御を支障なく行わせることができる。

従って本発明によれば、磁石発電機を大形にすることなしに低速回転領域での出力の向上を図ることができるだけでなく、低速回転領域から高速回転領域まで発電出力を目標値に保つ制御を支障なく行わせることができる。

また本発明において、制御モードをチョッパ制御モードからドライブ制御モードに切り換える際に、ドライブ制御モードの開始時に磁石発電機から出力させる電流をチョッパ制御モードで磁石発電機が出力していた電流に等しくするように、ドライブ制御モードでの交流制御電圧の位相角を演算する手段と、制御モードをドライブ制御モードからチョッパ制御モードに切り換える際に、チョッパ制御モードの開始時に磁石発電機から出力させる電流を、ドライブ制御モードで磁石発電機が出力していた電流に等しくするように、チョッパ制御のデューティ比を演算する手段とを制御モード切換手段に設けた場合には、制御モードがチョッパ制御モードからドライブ制御モードに切り替わる際及びドライブ制御モードからチョッパ制御モードに切り替わる際に発電機の出力電流が変動するのを防ぐことができるため、制御モードの切換時に磁石発電機の制御対象出力が変動したり原動機の負荷トルクが変動して回転速度が変動したりするのを防いで、安定な制御を行わせることができる。

また本発明において、交流制御電圧の位相角を進み側に設定した設定位相角に固定した状態で該交流制御電圧の平均値を変化させることにより磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行うようにドライブ制御手段を構成し、ドライブ制御モードで発電機の回転速度が最高回転速度であるときに、交流制御電圧の各半波の平均値を最大にするまでの間に磁石発電機の出力電流が零になるように、上記設定位相角を設定した場合には、ドライブ制御モードにより、発電機の出力を零から目標値まで制御することができる。

以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、固定子に３相の電機子コイルを有する磁石発電機を用いてバッテリを充電する発電装置に本発明を適用した実施形態の全体的な構成を示したものである。同図において１は内燃機関２により駆動される磁石発電機、３はバッテリ、４は整流器とインバータ回路とを有して磁石発電機１とバッテリ３との間に設けられたＡＣ／ＤＣ相互変換部、５は磁石発電機１から相互変換部４の整流回路を通して出力される電圧（バッテリの両端の電圧）を検出する電圧検出回路、６は磁石発電機１の磁石回転子の回転角度位置が予め定めた位置に一致したときにパルスを発生する信号発生器である。また７はマイクロプロセッサを備えたコントローラ、８はバッテリ３の両端に接続された負荷である。コントローラ７は、電圧検出回路５の出力と信号発生器６の出力とを入力として、磁石発電機１の出力を目標値に保つように、ＡＣ／ＤＣ相互変換部４に設けられるインバータ回路を制御する。

各部を更に詳細に説明すると、図１において、１０は鉄などの強磁性材料によりほぼカップ状を呈するように構成された回転子ヨークと、該回転子ヨークの周壁部の内周に取り付けられた永久磁石とからなる磁石回転子である。磁石回転子１０は、その回転子ヨークの底壁部の中央部に取り付けられたボス部を内燃機関（図１には図示せず。）のクランク軸に嵌着することにより、機関に取り付けられている。

一般に磁石発電機においては、回転子ヨークに取り付けられた永久磁石により、２ｍ極（ｍは１以上の整数）の磁石界磁が構成される。この例では、ｍ＝１であって、１８０°間隔で配置された２個の円弧状の永久磁石Ｍ１及びＭ２が、回転子ヨークの周壁部の内周に取り付けられて、これらの永久磁石が着磁方向を異にして径方向に着磁されることにより、２極の磁石界磁が構成されている。この例では、磁石回転子１０が、内燃機関の正回転時に図１において反時計方向に回転させられるものとする。

磁石回転子１０の内側には、固定子１１が配置されている。固定子１１は、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（図示せず。）と、該電機子鉄心に巻装されてスター結線された３相の電機子コイルＬｕないしＬｗとからなり、３相の電機子コイルＬｕないしＬｗの中性点と反対側の端子からそれぞれ外部端子１ｕないし１ｗが導出されている。

固定子１１は、内燃機関のケースの一部に形成された固定子取付け部に固定されて、該固定子の電機子鉄心の突極部のそれぞれの先端に形成された磁極部が磁石回転子１０の磁極に所定のギャップを介して対向させられている。

磁石回転子１０の回転子ヨークの周壁部の外周には、該周壁部の周方向に延びる円弧状の突起からなる１つのリラクタ１２が形成され、このリラクタ１２と磁石回転子１０の回転子ヨークとにより信号発生用ロータ６Ａが構成されている。このロータの側方に、リラクタ１２の回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出したときに極性が異なるパルスを発生するパルサ６Ｂが配置され、信号発生用ロータ６Ａとパルサ６Ｂとにより、信号発生器６が構成されている。

パルサ６Ｂは、機関のケース等に固定されていて、磁石回転子の回転角度位置（機関のクランク軸の回転角度位置）が予め設定された第１の位置に一致したときにリラクタ１２の回転方向の前端側エッジを検出してしきい値以上の第１のパルスを発生し、回転角度位置が機関の低速時の点火位置として用いられる第２の位置に一致したときに、リラクタ１２の回転方向の後端側のエッジを検出して第１のパルスと極性が異なるしきい値以上の第２のパルスを発生する。このパルサは、リラクタに対向する磁極部を先端に有する鉄心と該鉄心に巻回された信号コイルと、該鉄心に磁気結合された永久磁石とを備えていて、リラクタが鉄心の先端との対向を開始する際及び該対向を終了する際にそれぞれ鉄心中で生じる磁束の変化により、信号コイルに極性が異なるパルスが誘起する。

通常、パルサ６Ｂが第１のパルスを発生する位置は、機関の点火位置（機関の点火が行われるときのクランク軸の回転角度位置）の最大進角位置よりも進角した位置に設定され、第２のパルスを発生する位置は、機関の始動時の点火位置として適した位置（ピストンが上死点に達したときのクランク角位置に近い位置）に設定される。パルサ６Ｂが発生するパルスは、機関の点火時期や燃料噴射時間を制御する際に、機関の回転速度情報や回転角度情報を得るために用いられる外、ドライブ制御において後記する交流制御電圧を発生させる際に該交流制御電圧の基準位相を検出するために用いられる。なお本実施形態では、磁石発電機１を駆動する内燃機関が単気筒であるとしている。

ＡＣ／ＤＣ相互変換部４は、ダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚをブリッジ接続して構成したダイオードブリッジ全波整流回路と、一端が共通接続されたスイッチ素子ＱｕないしＱｗによりそれぞれブリッジの３つの上辺が構成され、一端が共通接続され、他端がスイッチ素子ＱｕないしＱｗの他端に接続されたスイッチ素子ＱｘないしＱｚによりそれぞれブリッジの３つの下辺が構成されたブリッジ形のインバータ回路とからなっている。図示の例では、インバータ回路を構成するスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚとしてＭＯＳＦＥＴが用いられている。

スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚにより構成されたインバータ回路及びダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚにより構成された整流回路から正極性及び負極性の直流側端子４ａ及び４ｂと、３相の交流側端子４ｕないし４ｗとが共通に引き出され、３相の交流側端子４ｕ，４ｖ及び４ｗがそれぞれ磁石発電機１の３相の外部端子１ｕ，１ｖ及び１ｗに接続されている。また正極性の直流側端子４ａ及び負極性の直流側端子４ｂはそれぞれバッテリ３の正極端子及び負極端子に接続されている。

ダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚにより構成された全波整流回路は、磁石発電機１の電機子コイルＬｕないしＬｗに誘起する３相交流電圧を整流して電圧蓄積手段３を構成するバッテリに充電電流を供給する。

スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚのブリッジ回路からなるインバータ回路は、磁石発電機１の出力を目標値に保つためにドライブ制御を行う際に、バッテリ３の両端の電圧を交流電圧に変換して、該交流電圧を交流制御電圧として電機子コイルＬｕないしＬｗに印加する。

信号発生器６のパルサ６Ｂが発生するパルス信号は、図示しない波形整形回路によりマイクロプロセッサが認識し得る信号に変換されて、コントローラ７内のマイクロプロセッサに入力されている。またこの例では、磁石発電機からＡＣ／ＤＣ相互変換部４を通してバッテリ３の両端に印加される電圧を磁石発電機１の出力として、該電圧を目標値に保つように制御するため、バッテリ３の両端の電圧を検出する電圧検出回路５が設けられて、この電圧検出回路の出力が図示しないＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換されて、コントローラ７のマイクロプロセッサに入力されている。電圧検出回路５は、例えば、バッテリ３の両端の電圧を分圧して、該電圧に比例した電圧信号に変換する抵抗分圧回路により構成される。

本発明においては、磁石発電機１の出力を目標値に保つように制御するために、チョッパ制御とドライブ制御とを行う。ここでチョッパ制御とドライブ制御とについて説明しておく。

チョッパ制御は、磁石発電機１の出力電流を断続させることにより、磁石発電機の電機子コイルに誘起する電圧を昇圧する制御で、このチョッパ制御では、例えばインバータ回路のブリッジの下辺を構成するスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚを同時にオンオフさせるか、またはブリッジの上辺を構成するスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗを同時にオンオフさせることにより、磁石発電機の出力電流を断続させて、磁石発電機の出力を昇圧させる。

磁石発電機の整流出力でバッテリを充電するようにした発電装置において、インバータ回路の下辺のスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚを一定の周期Ｔ毎に所定のデューティ比で同時にオンオフさせることによりチョッパ制御を行った場合の充電電流対回転速度特性の一例を図１６に示した。図１６において、ＤＦはチョッパ制御におけるスイッチ素子のデューティ比を示したもので、デューティ比ＤＦは、チョッパ制御においてスイッチ素子をオン状態にする周期をＴ、スイッチ素子のオン期間をＴonとした場合、ＤＦ＝（Ｔon／Ｔ）×１００［％］で与えられる。この例では、バッテリ３の両端の電圧が１４［Ｖ］（一定）であるとしている。

図１６に示したように、デューティＤＦを変えることにより、各回転速度におけるバッテリの充電電流を変えることができるため、電圧検出回路５により検出された電圧（制御対象出力）とその目標値との偏差を無くすようにデューティ比ＤＦを制御して充電電流を制御することにより、バッテリの両端の電圧を目標値に保つ制御を行わせることができる。またバッテリの充電電流（発電機の出力電流）とその目標値との偏差を零にするようにデューティ比ＤＦを制御することにより、バッテリの充電電流を目標値に保つ制御を行わせることもできる。更に、バッテリの充電電流と負荷８に流れる負荷電流の和を発電機の出力電流として、該出力電流を目標値に保つように制御することもできる。

チョッパ制御による発電機の出力制御は、例えば次のようにして行われる。ここでバッテリ３の両端の電圧を１４［Ｖ］（一定）に保つように制御するものとし、図１７のＡ点のように、回転速度がＮoであるときに、デューティ比ＤＦ＝８０％、バッテリの充電電流がＩo、バッテリ電圧が１４［Ｖ］で運転が行われている状態で、バッテリの電圧が下がったときには、例えばデューティ比ＤＦを６０％に減少させることにより、充電電流をＩ1まで上昇させて、動作点をＢ点に移動させることによりバッテリ電圧を１４［Ｖ］に保つ。またＡ点で動作中にバッテリ電圧が１４［Ｖ］よりも高くなったときには、デューティ比ＤＦを９０％に増加させて充電電流をＩ2に減少させ、動作点をＣ点に移動させる。

また図１７において、Ａ点で動作中に回転速度がＮoからＮ1に低下したときには、動作点がＡ点からＤ点に移動する。この状態では、充電電流がＩoからＩ3まで減少し、充電電流が不足するため、デューティ比ＤＦを６０％まで減少させて充電電流をＩoまで増加させ、動作点をＥ点とする。

チョッパ制御においては、デューティ比の変化の方向と磁石発電機の出力電流の変化の方向との関係が一様ではなく、回転速度が比較的高い領域では、デューティ比を減少させると発電機の出力が増加するが、回転速度が低い領域では、デューティ比の減少に伴って磁石発電機の出力が減少したり増加したりする。デューティ比の変化の方向と磁石発電機の出力の変化の方向との関係が一通りでないと、制御が困難になるため、チョッパ制御を行うに当たっては、チョッパ制御を行った場合に磁石発電機の各回転速度において、該磁石発電機から最大の出力電流を取り出すことができるデューティ比を「最大出力デューティ比」として実験により予め求めておいて、該最大出力デューティ比と回転速度との関係を与える最大出力デューティ比演算マップをマイクロプロセッサのＲＯＭに記憶させておくのが好ましい。バッテリの電圧を１４Ｖ（一定）とした場合、最大出力デューティ比と回転速度との関係は例えば図２０の曲線ａのようになる。このようなマップを記憶させておけば、各回転速度において、デューティ比がこのマップから演算した出力最大デューティ比を超えないようにデューティ比を制御することにより、デューティ比を減少させたときに磁石発電機の出力電流が減少する領域が制御に使われるのを避けることができる。

図２０の曲線ｂは、各回転速度においてデューティ比ＤＦを出力最大デューティ比に等しく設定した場合に得られるバッテリの充電電流Ｉと回転速度との関係を与えるチョッパ制御による最大充電電流特性曲線である。また同図の曲線ｃは、チョッパ制御を行わずに磁石発電機の出力を整流回路を通してバッテリに供給した場合のバッテリ充電電流と回転速度との関係を与える非制御時充電電流特性曲線であり、出力最大デューティ比が０になる回転速度ＮA以上の領域で、チョッパ制御による最大充電電流特性曲線ｂと非制御時充電電流特性曲線ｃとが一致する。

上記のようなチョッパ制御を行えば、磁石発電機を大形に構成することなしに、該磁石発電機の低速回転時の出力電圧を高くして、バッテリの充電が開始される回転速度を低くすることができ、機関の低速運転時にもバッテリを充電することができる。

なおチョッパ制御を行った際の発電機出力対回転速度特性は、磁石発電機の仕様により異なる。磁石発電機の仕様によっては、チョッパ制御を行った際の発電機出力対回転速度特性が図２６に示すようになる場合もある。図２６に示した例では、バッテリの両端の電圧を１４［Ｖ］とし、デューティ比を０ないし９０％まで変化させている。

一方ドライブ制御は、電機子コイルＬｕないしＬｗの無負荷誘起電圧と周波数が等しい交流制御電圧を、整流回路の出力側に設けた電圧蓄積手段（今の例ではバッテリ３）からインバータ回路を通して電機子コイルＬｕないしＬｗに印加するようにインバータ回路を構成するスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚを制御して磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御である。

バッテリ３の両端の電圧を１４［Ｖ］（一定）として、交流制御電圧の位相角を変化させた場合のバッテリの充電電流Ｉと回転速度Ｎとの関係を与える特性の一例を図１８に示した。交流制御電圧は、電機子コイルＬｕないしＬｗの誘起電圧と周波数が等しい交流電圧で、交流制御電圧の位相角は電機子コイルＬｕないしＬｗの無負荷誘起電圧の位相を基準位相として、該基準位相に対して進み側または遅れ側に変化させられる。電機子コイルの無負荷誘起電圧と交流制御電圧との位相差を、交流制御電圧の位相角γとする。本明細書では、交流制御電圧の位相を基準位相に対して遅れ側に設定する場合の位相角を「＋」の数値で示し、交流制御電圧の位相を基準位相に対して進み側に設定する場合の位相角を「−」の数値で示す。図１８に示した例では、位相角γを電機子コイルの無負荷誘起電圧の位相に対して遅れ側に設定している。

回転速度が比較的高い領域では、交流制御電圧の位相角を遅れ側に変化させていくと、磁石発電機の出力を増加させることができ、交流制御電圧の位相角を進み側に変化させていくと、磁石発電機の出力を減少させることができる。

なお交流制御電圧の波形は、電機子コイルＬｕないしＬｗの無負荷誘起電圧の波形と同じでもよく、異なっていてもよい。例えば、交流制御電圧の正の半波及び負の半波の波形を矩形波状としてもよい。電機子コイルＬｕないしＬｗにその無負荷誘起電圧と異なる波形の交流制御電圧を印加すると、磁石発電機の出力電圧波形が歪むが、本発明が対象とする発電装置では、磁石発電機の出力を整流して負荷に与えるので、磁石発電機の出力波形が歪んでも差し支えない。

ドライブ制御により発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御は例えば次のようにして行う。ここでバッテリ３の両端の電圧を１４［Ｖ］に保つように制御するものとし、図１９のＡ点のように、回転速度がＮoであるときに、位相角γ＝３６°、充電電流がＩoで運転が行われている状態で、バッテリの電圧が１４［Ｖ］よりも下がったとする。このとき例えば位相角γを４８°まで増加させることにより、充電電流をＩ1まで上昇させて、動作点をＢ点に移動させることによりバッテリ電圧を１４［Ｖ］に保つ。またＡ点で動作中にバッテリ電圧が１４［Ｖ］よりも高くなったときには、位相角γを進み側に変化させて２４°とし、これにより充電電流をＩ2に減少させて動作点をＣ点に移動させる。

また図１９において、Ａ点で動作中に回転速度がＮoからＮ1に低下したときには、動作点がＡ点からＤ点に移動する。この状態では、充電電流がＩoからＩ3まで減少し、充電電流が不足するため、位相角γを遅れ側に変化させて４８°とし、充電電流をＩoまで増加させて、動作点をＥ点とする。

ドライブ制御においては、交流制御電圧の位相角γを遅らせたときに、発電機の出力が減少してしまう領域がある。位相角γの変化の方向と磁石発電機の出力の変化の方向との関係が一通りでないと制御が困難になるため、ドライブ制御を行うに当たっては、ドライブ制御を行った場合に磁石発電機の各回転速度において、該磁石発電機から最大の出力電流を取り出すことができるときの位相角を「最大出力位相角」として実験により予め求めておき、この最大出力位相角と回転速度との関係を与える最大出力位相角演算マップをマイクロプロセッサのＲＯＭに記憶させておくのが好ましい。このようなマップを記憶させておけば、各回転速度において、交流制御電圧の位相角を、このマップから演算した出力最大位相角よりも進み側に設定するように制御することにより、交流制御電圧の位相角を遅れ側に変化させたときに磁石発電機の出力が減少する領域が制御に使われるのを避けることができる。

電圧蓄積手段がバッテリである場合に、各回転速度において、交流制御電圧の位相角を上記最大出力位相角（最大の充電電流を流すことができる位相角）に設定したときに得られるバッテリの最大充電電流と回転速度との関係を与えるドライブ制御の最大充電電流特性曲線は、図２０の曲線ｄのようになる。

図２０から明らかなように、回転速度Ｎがある回転速度Ｎ1よりも低い回転速度領域では、チョッパ制御によった方が磁石発電機から大きな出力を取り出すことができ、該回転速度Ｎ1よりも高い回転速度領域では、ドライブ制御によった場合の方が磁石発電機から大きな出力を取り出すことができる。そこで本実施形態では、回転速度Ｎ1を設定速度として、回転速度が設定速度Ｎ1以下の領域ではチョッパ制御により発電機の制御対象出力を制御し、回転速度が設定速度Ｎ1を超える領域では、ドライブ制御により発電機の制御対象出力を制御する。このように、制御モードを切り換えた場合に得られる最大充電電流対回転速度特性は、図２１の曲線ａのようになる。図２１の曲線ｂは、図２０の曲線ｃと同様な非制御時の（整流回路の）充電電流特性曲線を示している。

このように制御すると、磁石発電機の低速回転領域から高速回転領域まで、磁石発電機から整流回路を通してバッテリに充電電流を供給する場合（曲線ｃ）に比べて磁石発電機から大きな出力を取り出すことができ、バッテリの充電が開始される回転速度を低くすることができるだけでなく、中高速回転領域で充電電流を十分に確保することができる。

コントローラ７を構成するマイクロプロセッサは、ＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶された所定のプログラムを実行することにより、パルサ６Ｂが出力するパルスが有する回転角度位置情報及び回転速度情報を用いて、図示しない内燃機関の点火装置や燃料噴射装置を制御するための手段を構成するとともに、電圧検出回路５から得られる磁石発電機の制御対象出力（この例では出力電圧＝バッテリの両端の電圧）を目標値に保つようにＡＣ／ＤＣ相互変換部４のインバータ回路を制御するための手段を構成する。

コントローラ７のマイクロコンピュータにより構成される各種の手段を含む、本実施形態に係わる発電装置の構成を図５に示した。同図において、１は磁石発電機、３はバッテリ（電圧蓄積手段）、４Ａ及び４ＢはそれぞれＡＣ／ＤＣ相互変換部４を構成する整流回路及びインバータ回路、５は電圧蓄積手段３の両端の電圧を磁石発電機の出力として検出する電圧検出回路である。

本発明においては、コントローラ７に、チョッパ制御手段２１と、ドライブ制御手段２２と、所定の制御条件に応じてチョッパ制御手段２１により磁石発電機１の出力を制御する状態とドライブ制御手段２２により磁石発電機１の出力を制御する状態とを切り換える制御モード切換手段２３とが設けられる。

ここで、チョッパ制御手段２１は、磁石発電機１から整流回路４Ａを通して流れる電流を所定のデューティ比で断続させるようにインバータ回路４Ｂを構成するスイッチ素子の一部をオンオフ制御して磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように制御する手段である。本実施形態のチョッパ制御手段２１は、電圧検出回路５により検出されたバッテリ３の両端の電圧と目標値との偏差を演算して、該偏差を零にするために必要なチョッパ制御のデューティ比を演算し、インバータ回路のブリッジの下辺を構成するスイッチ素子ＱｘないしＱｚを演算したデューティ比で同時にオンオフさせるようにこれらのスイッチ素子を制御することにより、バッテリ３の両端の電圧を目標値に一致させるように制御する。

またドライブ制御手段２２は、磁石発電機１の電機子コイルＬｕないしＬｗの無負荷誘起電圧と周波数が等しい交流制御電圧をバッテリ３からインバータ回路４Ｂを通して電機子コイルＬｕないしＬｗに印加するようにインバータ回路４Ｂを構成するスイッチ素子を制御して磁石発電機１の出力を目標値に保つように制御する手段である。本実施形態のドライブ制御手段２２は、電圧検出回路５により検出されたバッテリ３の両端の電圧とその目標値との偏差を演算するとともに、その偏差を零にするために必要な交流制御電圧の位相角を演算し、演算した位相角を有する交流制御電圧をインバータ回路４Ｂを通して磁石発電機の電機子コイルＬｕないしＬｗに印加するようにインバータ回路４Ｂのスイッチ素子をオンオフ制御することにより、バッテリの両端の電圧を目標値に一致させるように制御する。

制御モード切換手段２３は、チョッパ制御手段２１により磁石発電機１の出力を目標値に保つ制御を行う制御モード及びドライブ制御手段２２により磁石発電機１の出力を目標値に保つ制御を行う制御モードをそれぞれチョッパ制御モード及びドライブ制御モードとして、所定の制御モード切換条件に応じてこれらの制御モードを切り換える手段である。この制御モード切換手段２３は、少なくとも磁石発電機１の回転速度を制御モード切換条件として、磁石発電機１の回転速度が設定速度よりも低いときにはチョッパ制御モードで制御を行わせ、磁石発電機の回転速度が設定速度以上であるときにはドライブ制御モードで制御を行わせるように、制御モード切換条件に応じてチョッパ制御モードからドライブ制御モードへの切換と、ドライブ制御モードからチョッパ制御モードへの切換とを行う。

本実施形態の制御モード切換手段２３は、磁石発電機を起動した後、その回転速度が図２０及び図２１に示した設定速度Ｎ1に達するまでの間は、制御モードをチョッパ制御モードとし、回転速度が設定速度Ｎ1に達したときに制御モードをドライブ制御モードに切り換える。またドライブ制御モードで制御をしている状態で、回転速度が設定速度Ｎ1よりも低くなったときに制御モードをチョッパ制御モードに切り換える。

ここで図２２を用いて、制御モードを切り換える際の動作と、切換の際に生じる問題点について説明する。
図２２は、チョッパ制御時の充電電流対回転速度特性及びドライブ制御時の充電電流対回転速度特性がそれぞれ図１５及び図１８に示したようになる磁石発電機を用いて、回転速度が設定速度Ｎ1よりも低い領域でチョッパ制御を行い、設定速度Ｎ1以上の領域でドライブ制御を行ってバッテリの電圧を１４［Ｖ］に保つように制御する場合の制御特性の一例を示したものである。図２２においてＤＦ1ないしＤＦ3（ＤＦ1＜ＤＦ2＜ＤＦ3 ）はチョッパ制御のデューティ比を示し、γ1ないしγ4（γ1＜γ2＜γ3＜γ4）は、基準位相に対して遅れ側に設定されたドライブ制御の位相角を示している。

図２２において、交流制御電圧の位相角をγ2としてドライブ制御モードで制御を行っている状態で、回転速度が設定速度Ｎ1まで低下し、充電電流がＩoになったとする。このときデューティ比をＤＦ1としてチョッパ制御に移行すると、充電電流はＩoからＩ2までステップ状に増加し、これに伴ってバッテリの両端の電圧も上昇する。また充電電流がＩ2に増加することにより、磁石発電機の負荷トルクも急増する。

また交流制御電圧の位相角をγ4としてドライブ制御を行っている状態で回転速度がＮ1まで低下し、充電電流がＩ1になったときにデューティ比をＤＦ1としてチョッパ制御モードに切り換えた場合には、充電電流がＩ1からＩ2にステップ状に減少し、これに伴ってバッテリ電圧が低下するとともに、負荷トルクが急減する。チョッパ制御からドライブ制御に切り換えた際にも上記と同様に充電電流がステップ状に変化し、負荷トルクが急変する。

このように、回転速度が設定速度に達したときに制御モードを切り換えると充電電流が変動し、それに伴ってバッテリ電圧及び発電機の負荷トルクが変動するため、制御が不安定になり、負荷８に安定に電力を供給することができなくなることがある。そのため、制御モードを切り換える際には、充電電流（発電機の出力電流）を変動させないようにチョッパ制御のデューティ比及びドライブ制御の位相角を設定するのが好ましい。

そこで本実施形態では、図２０に示したように、チョッパ制御で得られる最大充電電流とドライブ制御で得られる最大充電電流との大小関係が逆転する回転速度Ｎ1を設定速度として、この設定速度で制御モードを切り換えるものとし、回転速度をこの設定速度に固定して、チョッパ制御のデューティ比を変化させることにより、設定速度Ｎ1における充電電流Ｉ対デューティ比ＤＦ特性を求める。また回転速度を設定速度Ｎ1に固定した状態でドライブ制御の位相角γを変化させることにより、設定速度Ｎ1における充電電流対位相角特性を求める。設定速度Ｎ1における充電電流Ｉ対デューティ比ＤＦ特性は図２３の曲線ａのようになる。また設定速度Ｎ1における充電電流Ｉ対位相角γ特性は図２３の曲線ｂのようになる。

本実施形態では、図２３に示した曲線ａの充電電流Ｉ対デューティ比ＤＦ特性をマップ化してデューティ比／充電電流演算マップとしてマイクロプロセッサの不揮発性メモリに記憶させておく。また図２３の曲線ｂの充電電流Ｉ対制御角γ特性をマップ化して、位相角／充電電流演算用マップとしてマイクロプロセッサの不揮発性メモリに記憶させておく。

そして、チョッパ制御により磁石発電機の制御対象出力を制御している状態で、回転速度が設定速度Ｎ1まで上昇したときには、図２３の曲線ａをマップ化したデューティ比／充電電流演算マップを、チョッパ制御の現在のデューティ比ＤＦ3に対して検索することにより、現在の充電電流Ｉoを演算し、この充電電流Ｉoに対して、図２３の曲線ｂをマップ化した位相角演算マップを検索することにより、制御モードの切換の前後において充電電流をＩoとするために必要な交流制御電圧の位相角γ2を演算する。この位相角を初期値としてドライブ制御に移行する。

またドライブ制御により磁石発電機の制御対象出力を制御している状態で、回転速度が設定速度Ｎ1まで低下したときには、図２３の曲線ｂをマップ化した位相角／充電電流演算マップをチョッパ制御の現在の位相角γ2に対して検索することにより、現在の充電電流Ｉoを演算し、この充電電流Ｉoに対して、図２３の曲線ａをマップ化したデューティ比／充電電流演算マップを検索することにより、制御モードの切換の前後において充電電流をＩoとするために必要なチョッパ制御のデューティ比ＤＦ3を演算する。このデューティ比を初期値として、チョッパ制御に移行する。

上記のようにして充電電流を変化させることなく、制御モードを切り換えるようにした発電装置の構成を図６に示した。同図において図５の各部と同等の部分にはそれぞれ同一の符号を付してある。この例では、磁石発電機の制御対象出力を検出する出力検出回路として電圧検出回路５が設けられている。また信号発生器６の出力パルスの発生間隔から磁石発電機１の回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段２４が設けられている。

回転速度検出手段２４は、例えば、パルサ６Ｂがリラクタ１２の回転方向の前端側のエッジを検出して第１のパルスを発生する間隔（磁石回転子１０が１回転するのに要する時間）を計数するタイマと、このタイマの計数値から回転速度を演算する回転速度演算手段とにより構成することができる。

図６に示した例では、制御モード切換手段２３が、チョッパ制御／ドライブ制御切換手段２３Ａと、ドライブ制御／チョッパ制御切換手段２３Ｂとにより構成されている。ここでチョッパ制御／ドライブ制御切換手段２３Ａは、チョッパ制御モードで制御が行われている状態で回転速度が設定速度に達した時にその時のチョッパ制御のデューティ比から磁石発電機の出力電流を推定する第１の発電機出力推定手段２３A1と、ドライブ制御モードによる制御の開始時に前記磁石発電機が出力する電流を前記第１の発電機出力推定手段により推定された出力電流に等しくするために必要な前記交流制御電圧の位相角を求める位相角演算手段２３A2と、この位相角演算手段により演算された位相角を交流制御電圧の位相角の初期値としてドライブ制御モードによる制御を開始させるドライブ制御開始手段２３A3とにより構成されている。

またドライブ制御／チョッパ制御切換手段２３Ｂは、ドライブ制御モードで制御が行われている状態で回転速度が設定速度に達した時にその時のドライブ制御の位相角から磁石発電機の出力電流を推定する第２の発電機出力推定手段２３B1と、チョッパ制御モードによる制御の開始時に磁石発電機が出力する電流を第２の発電機出力推定手段２３B1により推定された出力電流に等しくするために必要なチョッパ制御のデューティ比を求めるデューティ比演算手段２３B2と、このデューティ比演算手段により演算されたデューティ比をチョッパ制御のデューティ比の初期値としてチョッパ制御モードによる制御を開始させるチョッパ制御開始手段２３B3とにより構成されている。

図６のように制御モード切換手段２３を構成する場合にマイクロプロセッサに実行させるプログラムの要部のアルゴリズムを示すフローチャートを図１０に示した。図１０に示すルーチンは、十分に短く設定された一定の時間間隔で実行されるもので、このルーチンが開始されると、先ずステップ１で回転速度Ｎを読み込み、ステップ２でフラグが１にセットされているか否か（ドライブ制御が行われているか否か）を判定する。その結果フラグ１がセットされていない場合には、ステップ３に進んで回転速度Ｎが設定速度Ｎ1以上であるか否かを判定する。その結果回転速度が設定速度Ｎ1以上でない（設定速度Ｎ1よりも低い）と判定されたときには、ステップ４に進んで、ドライブ制御の現在の（制御モード切換直前の）位相角に対して図２３のマップを検索することにより、現在のバッテリの充電電流（発電機の出力電流）を推定し、更に推定した充電電流に等しい充電電流をこれから行うチョッパ制御の開始時に流すために必要なチョッパ制御のデューティ比を演算する。

次いでステップ５に進んで、ステップ４で演算したデューティ比をチョッパ制御のデューティ比の初期値として設定し、ステップ６でチョッパ制御を開始させる。その後ステップ７でフラグを０としてこのルーチンを終了する。ステップ３において、回転速度Ｎが設定速度Ｎ1以上であると判定されたときには、ステップ８に進んで現在のドライブ制御を継続させてこのルーチンを終了する。

図１０のルーチンのステップ２においてフラグが０である（現在チョッパ制御が行われている）と判定されたときには、ステップ９に進んで回転速度Ｎが設定速度よりも低いか否かを判定する。その結果、回転速度がＮ1よりも低いと判定されたときには、ステップ１０に進んで現在のチョッパ制御を継続させてこのルーチンを終了する。

ステップ９で回転速度Ｎが設定速度より低くない（設定速度以上である）と判定されたときには、ステップ１１に進んで、図２３のマップを用いて、チョッパ制御の現在のデューティ比から現在のバッテリの充電電流（磁石発電機の出力電流）を推定し、これから行うドライブ制御の開始時に推定した充電電流に等しい充電電流を流すために必要な交流制御電圧の位相角γを演算する。次いでステップ１１で演算した位相角γをステップ１２でドライブ制御の初期値して設定し、ステップ１３でドライブ制御を開始させる。その後ステップ１４でフラグを１にセットしてこのルーチンを終了する。

図１０に示したアルゴリズムによる場合には、ステップ９と、ステップ１１のデューティ比から充電電流を推定する過程とにより第１の発電機出力推定手段２３A1が構成され、ステップ１１で行う過程のうち、推定された充電電流に対して位相角を演算する過程により、位相角演算手段２３A2が構成される。またステップ１２及び１３によりドライブ制御開始手段２３A3が構成される。更にステップ３と、ステップ４の位相角から充電電流を推定する過程とにより、第２の発電機推定手段２３B1が構成され、ステップ４で行う過程のうち、推定された充電電流に対してデューティ比を演算する過程により、デューティ比演算手段２３B2が構成される。またステップ５及び６により、チョッパ制御開始手段２３B3が構成される。

ドライブ制御を行う際には、インバータ回路４Ｂにより交流制御電圧を生成するために、該交流制御電圧の基準位相（電機子コイルの無負荷誘起電圧の位相）を求める必要があるが、発電機の運転中にその無負荷誘起電圧の位相を検出することは困難である。そこで本実施形態では、磁石回転子とともに回転するリラクタを備えた信号発生用ロータ６Ａと、信号発生用ロータのリラクタのエッジを検出してパルスを発生するパルサ６Ｂとを有する信号発生器６が設けられ、この信号発生器のパルサが出力するパルスから電機子コイルの無負荷誘起電圧の位相を基準位相として検出して、該基準位相に対して交流制御電圧の位相角を定めるようにドライブ制御手段が構成される。

実際には、パルサ６Ｂが特定のパルス（無負荷誘起電圧の負の半波から正の半波に移行する際の零点に対して一定の位相関係を有するタイミングで発生するパルス）を発生するタイミングでタイマを起動して、該タイマに所定の時間を計測させることにより、各相の電機子コイルの無負荷誘起電圧の負の半波から正の半波に移行する際の零点（基準位相）に対して所定の位相角γを有するタイミングを検出し、このタイミングに零点が一致した交流電圧を発生させるようにインバータ回路４Ｂのスイッチ素子Ｑｕ〜ＱＷ及びＱｘ〜Ｑｚを制御することにより、所定の位相角γを有する交流制御電圧を発生させている。

上記のように、リラクタを有するロータとパルサとからなる信号発生器の出力を基準にして所定の位相角を有する交流制御電圧を発生させるようにすると、熱に弱い半導体センサを用いることなく、所定の位相角を有する交流制御電圧を発生させることができるため、内燃機関により磁石発電機を駆動する場合に有利である。しかしながら、本発明は、上記のように、リラクタを有するロータとパルサとからなる信号発生器を用いる場合に限定されるものではなく、例えば図２に示すように、磁石発電機１の各相の電機子コイルに対して磁石回転子の磁極の極性を検出して検出している磁極の極性に応じて異なるレベルを示す検出信号を出力するホールＩＣからなる位置センサＨｕないしＨｗを設けて、これらの位置センサが出力する検出信号ｈuないしｈwから電機子コイルの無負荷誘起電圧の位相を基準位相として検出して、該基準位相に対して前記交流制御電圧の位相角を定めるように、ドライブ制御手段を構成するようにしてもよい。

［第２の実施形態］
上記のように、制御モードをチョッパ制御モードからドライブ制御モードに切り換える際に、チョッパ制御のデューティ比から充電電流を推定して、推定した充電電流に等しい充電電流を流すために必要なドライブ制御の交流制御電圧の位相角の初期値を演算し、ドライブ制御からチョッパ制御に切り換える際に、ドライブ制御の交流制御電圧の位相角から充電電流を推定して、推定した充電電流に等しい充電電流を流すために必要なチョッパ制御のデューティ比の初期値を演算するようにすると、バッテリの両端の電圧（発電機の出力電圧）を検出して、検出した電圧を目標値に保つように制御する場合に、バッテリの充電電流を検出する電流検出回路を設ける必要がないため、構成を簡単にすることができる。

しかしながら、本発明はこのように構成する場合に限定されるものではなく、制御モードの切換時のバッテリの充電電流を検出して、その検出値から切換後に行うチョッパ制御のデューティ比の初期値またはドライブ制御の交流制御電圧の位相角の初期値を演算するようにしてもよい。このようにバッテリの充電電流を検出して、その検出値からデューティ比の初期値及び位相角の初期値を演算する場合には、図３に示したように、発電機の出力電流を検出する電流検出器１３を設けて、この電流検出器から得られる検出信号に基づいてチョッパ制御開始時のデューティ比の初期値及びドライブ制御開始時の位相角の初期値を演算するようにしてもよい。

図３に示したように電流検出器１３を設けて、電流検出器１３により検出された発電機の出力電流に基づいてチョッパ制御開始時のデューティ比の初期値及びドライブ制御開始時の位相角の初期値を演算する場合の制御モード切換手段の構成を図７に示した。即ちこの場合は、回転速度検出手段２４により検出された磁石発電機１の回転速度と、電流検出器１３により検出された電流値とが位相角演算手段２３C1に与えられ、この位相角演算手段とドライブ制御開始手段２３C2とによりチョッパ制御／ドライブ制御切換手段２３Ｃが構成されている。また回転速度検出手段２４により検出された回転速度と電流検出器１３により検出された電流値とがデューティ比演算手段２３D1に与えられ、このデューティ比演算手段２３D1とチョッパ制御開始手段２３D2とによりドライブ制御／チョッパ制御切換手段２３Ｄが構成されている。

位相角演算手段２３C1は、磁石発電機の回転速度が設定速度Ｎ1に等しくなったときに、電流検出器１３により検出された電流値に対して、図２３の曲線ｂに基づいて作成したマップを検索することにより、ドライブ制御モードに移行した際の磁石発電機の出力電流を出力検出回路により検出されている現在の出力電流に等しくするために必要な交流制御電圧の位相角γを演算する。ドライブ制御開始手段２３C2は、位相角演算手段２３C2により演算された位相角を交流制御電圧の位相角の初期値としてドライブ制御モードによる制御を開始させる。

デューティ比演算手段２３D1は、回転速度が設定速度Ｎ1に等しくなったときに、電流検出器１３により検出された電流値に対して、図２３の曲線ａに基づいて作成したマップを検索することにより、チョッパ制御モードに移行した際の磁石発電機の出力電流を、電流検出器により検出されている現在の出力電流に等しくするために必要なチョッパ制御のデューティ比ＤＦを演算する。チョッパ制御開始手段２３D2は、デューティ比演算手段により演算されたデューティ比を初期値としてチョッパ制御モードによる制御を開始させる。

図７に示したように制御モード切換手段を構成する場合に、マイクロプロセッサに実行させるプログラムの要部のアルゴリズムを示すフローチャートを図１１に示した。図１１に示したアルゴリズムによる場合には、先ずステップ１で回転速度Ｎを読み込み、ステップ２でフラグが１にセットされているか否か（ドライブ制御が行われているか否か）を判定する。その結果フラグ１がセットされている場合には、ステップ３に進んで回転速度Ｎが設定速度Ｎ1以上であるか否かを判定する。その結果回転速度が設定速度Ｎ1以上でない（設定速度より低い）と判定されたときには、ステップ４に進んで、電流検出器１３により検出された充電電流を読み込む。次いでステップ５に進み、読み込んだ充電電流に対して図２３のマップを検索して、これから行うチョッパ制御の開始時に、現在の充電電流に等しい充電電流を流すために必要なチョッパ制御のデューティ比を演算する。

次いで、ステップ５で演算したデューティ比を、ステップ６でチョッパ制御のデューティ比の初期値として設定し、ステップ７でチョッパ制御を開始させる。その後ステップ８でフラグを０としてこのルーチンを終了する。ステップ３において、回転速度Ｎが設定速度Ｎ1以上であると判定されたときには、ステップ９に進んで現在のドライブ制御を継続させてこのルーチンを終了する。

図１１のルーチンのステップ２においてフラグが０である（現在チョッパ制御が行われている）と判定されたときには、ステップ１０に進んで回転速度Ｎが設定速度Ｎ1よりも低いか否かを判定する。その結果、回転速度が設定速度Ｎ1よりも低いと判定されたときには、ステップ１１に進んで現在のチョッパ制御を継続させてこのルーチンを終了する。

ステップ１０で回転速度Ｎが設定速度Ｎ1よりも低くない（設定速度以上である）と判定されたときには、ステップ１２に進んで電流検出器が検出している充電電流を読み込む。次いでステップ１３に進んで、読み込まれた充電電流に対して図２３のマップを検索することにより、これから行うドライブ制御の開始時に（制御モード切換直後に）流す充電電流を現在の（制御モード切換直前の）充電電流に等しくするために必要な交流制御電圧の位相角γを演算する。次いでステップ１４に進んで、ステップ１３で演算した位相角γをドライブ制御の初期値として設定し、ステップ１５でドライブ制御を開始させる。その後ステップ１６でフラグを１にセットしてこのルーチンを終了する。

図１１に示したアルゴリズムによる場合には、ステップ１０ないし１３により図７の位相角演算手段２３C1が構成され、ステップ１４及び１５によりドライブ制御開始手段２３C2が構成される。更にステップ３ないし５により、デューティ比演算手段２３D1が構成され、ステップ６及び７により、チョッパ制御開始手段２３D2が構成される。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態では、磁石発電機１の回転速度が設定速度Ｎ1よりも低く、チョッパ制御モードによる制御が行われている状態で回転速度が設定速度以上になって磁石発電機１の出力が設定値未満になり、かつチョッパ制御のデューティ比が磁石発電機１の出力電流を最大にする値になったときに制御モードをドライブ制御モードに切り換え、回転速度が設定速度以上でドライブ制御モードによる制御が行われている状態で回転速度が設定速度Ｎ1よりも低くなって磁石発電機の制御対象出力が設定値未満になり、かつ交流制御電圧の位相角が磁石発電機の出力電流を最大にする値になったときに、制御モードをチョッパ制御モードに切り換えるように、制御モード切換手段２３が構成される。

上記の制御モード切換手段２３の構成例を図８に示した。この例では、制御モード切換手段２３が、マップ記憶手段２３Ｅと、チョッパ制御／ドライブ制御切換手段２３Ｆと、ドライブ制御／チョッパ制御切換手段２３Ｇとにより構成される。

マップ記憶手段２３Ｅは、 図２４に破線で示した曲線ａの関係から、チョッパ制御において各回転速度で磁石発電機が出力する最大電流を演算するチョッパ制御時最大出力電流演算用マップ２３E1と、図２４に実線で示されたような、磁石発電機の回転速度と磁石発電機の出力電流とドライブ制御の交流制御電圧の位相角との関係を与える位相角演算用マップ２３E2と、図２５に破線で示した曲線ａからドライブ制御において各回転速度で磁石発電機が出力する最大電流を演算するドライブ制御時最大出力電流演算用マップ２３E3と、図２５に実線で示されたような、磁石発電機の回転速度と磁石発電機の出力電流とチョッパ制御のデューティ比との関係を与えるデューティ比演算用マップ２３E4とを記憶している。

なお図２４に破線で示された曲線ａは、チョッパ制御において、各回転速度で得られる最大の充電電流を示したチョッパ制御の最大充電電流曲線であり、同図に実線で示された曲線群は、ドライブ制御における充電電流対回転速度特性を交流制御電圧の位相角をパラメータにとって示したものである。

また図２５に破線で示された曲線ａは、ドライブ制御において各回転速度で得られる最大の充電電流を示すドライブ制御の最大充電電流曲線であり、同図に実線で示された曲線群は、チョッパ制御おける充電電流対回転速度特性をチョッパ制御のデューティ比をパラメータにとって示したものである。

チョッパ制御／ドライブ制御切換手段２３Ｆは、チョッパ制御モードによる制御が行われている状態で回転速度が設定速度Ｎ1以上になって磁石発電機の制御対象出力が設定値未満になり、かつチョッパ制御のデューティ比が磁石発電機の出力電流を最大にする値になっていることを第１の制御モード切換条件として、この第１の制御モード切換条件が成立した時に回転速度に対してチョッパ制御時最大出力電流演算用マップ２３E1を検索することにより磁石発電機が出力している最大電流を演算するチョッパ制御時最大出力電流演算手段２３F1と、このチョッパ制御時出力電流演算手段により演算された最大出力電流と回転速度とに対して位相角演算用マップ２３E2を検索することにより、該最大出力電流に等しい電流をドライブ制御の開始時に磁石発電機から出力させるために必要な交流制御電圧の位相角を演算する位相角演算手段２３F2と、位相角演算手段２３F2により演算された位相角を交流制御電圧の位相角の初期値としてドライブ制御モードによる制御を開始させるドライブ制御開始手段２３F3とにより構成されている。

ドライブ制御／チョッパ制御切換手段２３Ｇは、ドライブ制御モードによる制御が行われている状態で回転速度が設定速度Ｎ1よりも低くなって磁石発電機の制御対象出力が設定値未満になり、かつドライブ制御の位相角が磁石発電機の出力電流を最大にする値になっていることを第２の制御モード切換条件として、この第２の制御モード切換条件が成立した時に回転速度に対してドライブ制御時最大出力電流演算用マップ２３E3を検索することにより磁石発電機が出力している最大電流を演算するドライブ制御時最大出力電流演算手段２３G1と、このドライブ制御時最大出力電流演算手段により演算された最大出力電流と回転速度とに対してデューティ比演算用マップ２３E4を検索することにより、該最大出力電流に等しい電流をチョッパ制御の開始時に磁石発電機から出力させるために必要なチョッパ制御のデューティ比を演算するデューティ比演算手段２３G2と、デューティ比演算手段２３G2により演算されたデューティ比をチョッパ制御のデューティ比の初期値としてチョッパ制御モードによる制御を開始させるチョッパ制御開始手段２３G3とにより構成されている。

図８のように制御モード切換手段を構成する場合にマイクロプロセッサに実行させるプログラムの要部のアルゴリズムを図１２に示した。このアルゴリズムによる場合には、先ずステップ１において回転速度Ｎを読み込み、ステップ２でフラグが１にセットされているか否かを判定する。その結果フラグが１でない場合（チョッパ制御が行われている場合）には、ステップ３に進んで回転速度Ｎが設定回転速度Ｎ1以上であるか否かを判定する。その結果回転速度が設定速度以上でない（設定速度Ｎ1よりも低い）と判定されたときには、ステップ４に進んでチョッパ制御をそのまま継続させてこのルーチンを終了する。ステップ３で回転速度Ｎが設定速度Ｎ1以上であると判定されたときには、ステップ５に進んで電圧検出回路５により検出されているバッテリ電圧（制御対象出力）Ｖを読み込み、ステップ６でバッテリ電圧Ｖが設定値Ｖoよりも低いか否かを判定する。その結果、バッテリ電圧が設定値よりも低いと判定されたときには、ステップ７で現在行われているチョッパ制御のデューティ比を読み込む。次いでステップ８で読み込んだデューティ比が充電電流を最大にするデューティ比（最大充電電流デューティ比）であるか否かを判定する。その結果、デューティ比が最大充電電流デューティ比でないときには、ステップ９に移行して最大充電電流デューティ比をチョッパ制御のデューティ比とし、ステップ４に進んでチョッパ制御を継続させる。

ステップ８でデューティ比が最大充電電流デューティ比であると判定されたときには、ステップ１０に進んで、図２４のチョッパ制御の最大充電電流曲線ａをマップ化した最大充電電流演算マップを回転速度Ｎに対して検索することにより現在の充電電流を求め、回転速度及び充電電流と交流制御電圧の位相角との間の関係を与える位相角演算用マップを求められた充電電流及び回転速度に対して検索することにより、現在の充電電流と等しい充電電流をドライブ制御の開始時に流すために必要な交流制御電圧の位相角を演算する。
その後ステップ１１に進んで演算された位相角をドライブ制御における位相角の初期値として設定し、ステップ１２でドライブ制御を開始させた後、ステップ１３でフラグを１にセットしてこのルーチンを終了する。

例えば、図２４において、チョッパ制御を行っている状態で、回転速度がＮ2まで上昇したときにバッテリ電圧が設定値Ｖoよりも低くなり、かつチョッパ制御のデューティ比が最大になった場合には、最大充電電流曲線ａをマップ化した充電電流演算マップを回転速度Ｎ2に対して検索することにより、現在の充電電流Ｉ2を求め、図２４に実線で示された曲線群をマップ化した位相角演算用マップを回転速度Ｎ2と充電電流Ｉ2に対して検索することにより、ドライブ制御の開始時に同じ充電電流Ｉ2を流すために必要な交流制御電圧の位相角γ（図示の例では３６°）を演算する。この位相角を初期値としてドライブ制御を開始させる。

図１２のステップ２でフラグが１にセットされている（ドライブ制御が行われている）と判定されたときには、ステップ１４に移行して、回転速度Ｎが設定回転速度Ｎ1よりも低いか否かを判定する。その結果回転速度が設定速度より低くない（設定速度Ｎ1以上である）と判定されたときには、ステップ１５に進んでドライブ制御をそのまま継続させてこのルーチンを終了する。ステップ１４で回転速度Ｎが設定速度Ｎ1よりも低いと判定されたときには、ステップ１６に進んで電圧検出回路５により検出されているバッテリ電圧（制御対象出力）Ｖを読み込み、ステップ１７でバッテリ電圧Ｖが設定値Ｖoよりも低いか否かを判定する。その結果、バッテリ電圧が設定値よりも低いと判定されたときには、ステップ１８で現在行われているドライブ制御の交流制御電圧の位相角が磁石発電機の出力電流を最大にする値（最大充電電流位相角）であるか否かを判定する。その結果、最大充電電流位相角でないと判定されたときには、ステップ１９で最大充電電流位相角を交流制御電圧の位相角とし、ステップ１５に進んでドライブ制御を継続させる。

ステップ１８で位相角が最大充電電流位相角であると判定されたときには、ステップ２０に進んで、図２５のドライブ制御の最大充電電流曲線ａをマップ化したドライブ制御時最大充電電流演算マップを回転速度Ｎに対して検索することにより最大充電電流（現在流れているはずの充電電流）を求め、回転速度及び充電電流とチョッパ制御のデューティ比との間の関係を与えるデューティ比演算用マップを求められた最大充電電流及び回転速度に対して検索することにより、現在の充電電流と等しい充電電流をチョッパ制御の開始時に流すために必要なチョッパ制御のデューティ比を演算する。その後ステップ２１に進んで演算されたデューティ比をチョッパ制御におけるデューティ比の初期値として設定し、ステップ２２でチョッパ制御を開始させた後、ステップ２３でフラグを０としてこのルーチンを終了する。

例えば、ドライブ制御を行っている状態で、図２５において回転速度がＮ2まで下降したときにバッテリ電圧が設定値Ｖoよりも低くなり、かつドライブ制御の交流制御電圧の位相角が最大充電電流位相角になった場合には、ドライブ制御時最大充電電流曲線ａをマップ化した充電電流演算マップを回転速度Ｎ2に対して検索することにより、現在の充電電流Ｉ2を求め、図２５に実線で示された曲線群をマップ化したデューティ比演算用マップを回転速度Ｎ2と充電電流Ｉ2とに対して検索することにより、チョッパ制御の開始時に同じ充電電流Ｉ2を流すために必要なチョッパ制御のデューティ比ＤＦ（図示の例では９０％）を演算する。このデューティ比を初期値としてチョッパ制御を開始させる。

図１２に示したアルゴリズムによる場合、ステップ１０の回転速度に対して最大出力電流演算用マップ２３E1を検索して最大充電電流を演算する過程により、チョッパ制御時最大出力電流演算手段２３F1が構成され、ステップ１０の位相角演算用マップ２３E2を用いて位相角を演算する過程により位相角演算手段２３F2が構成される。またステップ１１及び１２により、ドライブ制御開始手段２３F3が構成される。

更にステップ２０の回転速度に対して最大出力電流演算用マップ２３E3を検索して最大充電電流を演算する過程により、ドライブ制御時最大出力電流演算手段２３G1が構成され、ステップ２０のデューティ比演算用マップ２３E4を用いてデューティ比を演算する過程によりデューティ比演算手段２３G2が構成される。またステップ２１及び２２により、チョッパ制御開始手段２３G3が構成される。

［第４の実施形態」
上記第３の実施形態では、チョッパ制御からドライブ制御に切り換える際の交流制御電圧の位相角γ及びドライブ制御からチョッパ制御に切り換える際のチョッパ制御のデューティ比をマップ演算により求めるようにしたが、図２４及び図２５に示した特性を表す近似式を作成して、この近似式を用いて、チョッパ制御からドライブ制御に切り換える際の交流制御電圧の位相角γ及びドライブ制御からチョッパ制御に切り換える際のチョッパ制御のデューティ比ＤＦを求めるようにしてもよい。この場合の発電装置の構成は図８に示したものと同様である。

このように、近似式を用いて制御モード切換時の位相角及びデューティ比を演算する場合に、マイクロプロセッサに実行させるプログラムの要部のアルゴリズムを示すフローチャートを図１３に示した。このアルゴリズムによる場合には、先ずステップ１において回転速度Ｎを読み込み、ステップ２でフラグが１にセットされているか否かを判定する。その結果フラグが１でない場合（チョッパ制御が行われている場合）には、ステップ３に進んで回転速度Ｎが設定回転速度Ｎ1以上であるか否かを判定する。その結果回転速度が設定速度以上でない（設定速度Ｎ1よりも低い）と判定されたときには、ステップ４に進んでチョッパ制御をそのまま継続させてこのルーチンを終了する。ステップ３で回転速度Ｎが設定速度Ｎ1以上であると判定されたときには、ステップ５に進んで電圧検出回路５により検出されているバッテリ電圧（制御対象出力）Ｖを読み込み、ステップ６でバッテリ電圧Ｖが設定値Ｖoよりも低いか否かを判定する。その結果、バッテリ電圧が設定値よりも低いと判定されたときには、ステップ７で現在行われているチョッパ制御のデューティ比が最大充電電流デューティ比であるか否かを判定する。その結果デューティ比が最大充電電流デューティ比でないと判定されたときには、ステップ８に移行して最大充電電流デューティ比をチョッパ制御のデューティ比とし、ステップ４に進んでチョッパ制御を継続させる。

ステップ７でデューティ比が最大充電電流デューティ比であると判定されたときには、ステップ９に進んで、図２４のチョッパ制御の最大充電電流曲線ａを示す近似式を用いて、回転速度に対して最大充電電流を現在の充電電流として求め、次いでステップ１０で、回転速度及び充電電流と交流制御電圧の位相角との間の関係を与える図２４の曲線群に基づいて作成した近似式を用いて、回転速度及び最大充電電流に対して現在の充電電流と等しい充電電流をドライブ制御の開始時に流すために必要な交流制御電圧の位相角を演算する。

その後ステップ１１に進んで演算された位相角をドライブ制御における位相角の初期値として設定し、ステップ１２でドライブ制御を開始させた後、ステップ１３でフラグを１にセットしてこのルーチンを終了する。

図１３のステップ２でフラグが１にセットされている（ドライブ制御が行われている）と判定されたときには、ステップ１４に移行して、回転速度Ｎが設定回転速度Ｎ1よりも低いか否かを判定する。その結果回転速度が設定速度より低くない（設定速度Ｎ1以上である）と判定されたときには、ステップ１５に進んでドライブ制御をそのまま継続させてこのルーチンを終了する。ステップ１４で回転速度Ｎが設定速度Ｎ1よりも低いと判定されたときには、ステップ１６に進んで電圧検出回路５により検出されているバッテリ電圧（制御対象出力）Ｖを読み込み、ステップ１７でバッテリ電圧Ｖが設定値Ｖoよりも低いか否かを判定する。その結果、バッテリ電圧が設定値よりも低いと判定されたときには、ステップ１８に進んで現在行われているドライブ制御の交流制御電圧の位相角が磁石発電機の出力電流を最大にする値（最大充電電流位相角）であるか否かを判定する。その結果、最大充電電流位相角でないと判定されたときには、ステップ１９で最大充電電流位相角を交流制御電圧の位相角とし、ステップ１５に進んでドライブ制御を継続させる。

ステップ１８で位相角が最大充電電流位相角であると判定されたときには、ステップ２０に進んで、図２５のドライブ制御の最大充電電流曲線ａに基づいて作成した近似式を用いて、回転速度Ｎに対して最大充電電流（現在流れているはずの充電電流）を求め、ステップ２１で、回転速度及び充電電流とチョッパ制御のデューティ比との間の関係を与える図２５の特性に基づいて作成した近似式を用いて、ステップ２０で演算した充電電流と回転速度とに対して、その充電電流と等しい充電電流をチョッパ制御の開始時に流すために必要なチョッパ制御のデューティ比を演算する。

その後ステップ２２に進んで、演算された位相角をチョッパ制御におけるデューティ比の初期値として設定し、ステップ２３でチョッパ制御を開始させた後、ステップ２４でフラグを０としてこのルーチンを終了する。

図１３に示したアルゴリズムによる場合には、ステップ９により図８のチョッパ制御時最大出力電流演算手段２３F1が構成され、ステップ１０により位相角演算手段２３F2が構成される。またステップ１１及び１２により、ドライブ制御開始手段２３F3が構成される。更にステップ２０により図８のドライブ制御時最大出力電流演算手段２３G1が構成され、ステップ２１によりデューティ比演算手段２３G2が構成される。またステップ２１及び２２により、チョッパ制御開始手段２３G3が構成される。

［第５の実施形態］
上記の各実施形態では、ドライブ制御において、交流制御電圧の位相角を変化させているが、交流制御電圧の位相角を固定して、該交流制御電圧の平均値を変化させることによりドライブ制御を行わせるようにすることもできる。即ち、電機子コイルＬｕないしＬｗの無負荷誘起電圧と周波数が等しい交流制御電圧をバッテリ３（電圧蓄積手段）からインバータ回路４Ｂを通して電機子コイルに印加して、該交流制御電圧の位相角を設定位相角に固定した状態で該交流制御電圧の平均値を変化させることにより、磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行うべくインバータ回路を構成するスイッチ素子を制御するようにドライブ制御手段を構成することもできる。

この場合、制御モード切換手段は、チョッパ制御手段により磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モード及びドライブ制御手段により磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モードをそれぞれチョッパ制御モード及びドライブ制御モードとして、チョッパ制御モードにより磁石発電機の制御対象出力を制御し得る状態では制御モードをチョッパ制御モードとし、チョッパ制御モードで制御対象出力を制御し得ない状態になったときに制御モードをドライブ制御モードとするように、制御モードを切り換える。

このようにドライブ制御手段を構成する場合、交流制御電圧の設定位相角は、電機子コイルの無負荷誘起電圧の位相（基準位相）よりも進み側に設定するのが好ましい。このように交流制御電圧の位相角を基準位相角に対して進み側に固定すると、交流制御電圧の平均値の増加に伴って発電機の出力を減少させることができるため、磁石発電機の出力が増大する高速回転領域で、ドライブ制御モードで制御を行わせることにより、発電機の出力を抑制して、目標値に保つ制御を行わせることができる。

チョッパ制御を行ったときに磁石発電機の出力電流（この例ではバッテリの充電電流）対回転速度特性が、図２６に示したような特性を示す場合に、充電電流の目標値が例えば２０．０［Ａ］であったとすると、回転速度が７０００［ｒｐｍ］を超える領域では、デューティ比を０としても充電電流を目標値に等しくする制御を行うことができなくなるため、チョッパ制御のみを行わせた場合には、回転速度の上昇に伴って磁石発電機の出力が目標値を超えて増加していってしまう。

これに対し、高速回転領域で、ドライブ制御により磁石発電機の出力を制御するようにして、該ドライブ制御における交流制御電圧の位相角を無負荷誘起電圧の位相に対して進み側に設定した設定位相角に固定すると、交流制御電圧の平均値を増大させることによって磁石発電機の出力を抑制することができるため、高速回転領域で磁石発電機の出力を目標値に保つ制御を支障なく行わせることができる。

上記制御モード切換手段はまた、磁石発電機の起動時には制御モードを前記チョッパ制御モードとし、チョッパ制御モードで制御を行っている状態でデューティ比が０になり、かつ磁石発電機の制御対象出力が目標値を超えたときに制御モードをドライブ制御モードに切り換え、ドライブ制御モードで制御を行っている状態で交流制御電圧の各半波の平均値を０としても制御対象出力が目標値に達することができなくなったときに制御モードをチョッパ制御モードに切り換えるように構成することもできる。

磁石発電機の出力電流を制御対象出力とする場合を例にとって、上記のように制御モードを切り換える場合に、マイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図１４に示した。磁石発電機の出力電流を制御対象出力とする場合には、図４に示したように、磁石発電機の出力電流（バッテリの充電電流と負荷８を流れる電流との和の電流）を検出する電流検出器１３を設け、この電流検出器の出力をコントローラ７に入力する。

図４に示した例では、交流制御電圧の位相角を定めるための信号を得るために、磁石回転子１０の磁極の極性を検出するホールＩＣからなる位置センサＨｕないしＨｗが電機子コイルＬｕないしＬｗに対してそれぞれ設けられている。Ｕ相の電機子コイルＬｕに対して設けられた位置センサＨｕは、電機子コイルＬｕに誘起する無負荷誘起電圧が、負の半波から正の半波に移行する際の零点を迎えるタイミングよりも進んだタイミングで、ローレベルからハイレベルに立ち上がる位置検出信号ｈｕを出力し、Ｖ相の電機子コイルＬｖに対して設けられた位置センサＨｖは、電機子コイルＬｖに誘起する無負荷誘起電圧が負の半波から正の半波に移行する際の零点を迎えるタイミング（基準位相）よりも進んだタイミングでローレベルからハイレベルに立ち上がる位置検出信号ｈｖを出力するように設けられている。同様に、Ｗ相の電機子コイルＬｗに対して設けられた位置センサＨｗは、Ｖ相の電機子コイルＬｖに対して設けられた位置センサＨｖは、電機子コイルＬｗに誘起する無負荷誘起電圧が負の半波から正の半波に移行する際の零点を迎えるタイミング（基準位相）よりも進んだタイミングでローレベルからハイレベルに立ち上がる位置検出信号ｈｗを出力するように設けられている。

従って、位置検出信号ｈｕないしｈｗがそれぞれローレベルからハイレベルに立ち上がるタイミングでＵ相ないしＷ相の電機子コイルＬｕないしＬｗにそれぞれ印加する交流制御電圧の正の半波を立ち上がらせるようにインバータ回路を構成するスイッチ素子をオンオフ制御することにより、バッテリ３からインバータ回路を通して基準位相に対して進み側に設定された位相角を有する交流制御電圧を電機子コイルＬｕないしＬｗに印加することができる。

図１４に示したルーチンは、磁石発電機を起動して、チョッパ制御モードで磁石発電機の出力の制御を開始した後、一定の時間毎に実行されるもので、このルーチンが開始されると、先ずステップ１においてチョッパ制御のデューティ比が０［％］であるか否かを判定する。その結果、デューティ比が０［％］でない場合（チョッパ制御においてデューティ比を調整することにより磁石発電機の出力を調整し得る状態にあるとき）には、何もしないで（制御モードをチョッパ制御モードとしたままで）このルーチンを終了する。ステップ１でデューティ比が０［％］であると判定されたときには、ステップ２に進んで現在の制御モードがチョッパ制御モードであるか否かを判定する。その結果現在の制御モードがチョッパ制御モードである場合にはステップ３に進んで電流検出器１３により検出されている発電機の出力電流Ｉ（制御対象出力）が目標値Ｉ1を超えているか否かを判定し、この判定の結果、出力電流Ｉが目標値Ｉ1を超えていない場合には、制御モードを切り換えるこなくこのルーチンを終了する。ステップ３で出力電流Ｉが目標値Ｉ1を超えていると判定されたとき（回転速度の上昇などによりチョッパ制御では充電電流を目標値Ｉ1まで抑制することができなくなったとき）には、ステップ４に移行して、制御モードを位相角が固定されたドライブ制御モードに移行させる。

このドライブ制御モードでは、交流制御電圧の各半波の平均値を変化させることにより、磁石発電機１の出力電圧を目標値に近づける制御を行う。交流制御電圧の位相角が進み側に設定されているため、交流制御電圧の各半波の平均値を大きくすると磁石発電機の出力を抑制することができ、交流制御電圧の各半波の平均値を小さくすると磁石発電機の出力を増大させることができる。交流制御電圧の各半波の平均値を零にしたときにドライブ制御時の磁石発電機の出力電流が最大になり、交流制御電圧の各半波の平均値を最大にしたとき（最大値はバッテリ電圧により決まる）にドライブ制御時の磁石発電機の出力電流が最小になる。ドライブ制御時の磁石発電機の出力の調整範囲を大きくするため、発電機の回転速度が最高回転速度であるときに、交流制御電圧の各半波の平均値を最大にするまでの間に、磁石発電機の出力がほぼ０になるように、交流制御電圧の位相角を設定しておくのが好ましい。

交流制御電圧の平均値の制御を容易にするため、交流制御電圧の波形を、例えば図２７に示したように、その正負の半波を一定のＰＷＭ周期Ｔ毎に一定のデューティ比ＤＦで断続させることによりＰＷＭ変調した波形（図示の例では矩形波状の波形）として、該ＰＷＭ変調のデューティ比を変化させることにより交流制御電圧の平均値を変化させるようにドライブ制御手段を構成するのが好ましい。この場合デューティ比ＤＦは、オン期間をＴonとすると、ＤＦ＝Ｔon／Ｔで定義される。デューティ比ＤＦを０［％］としたときに交流制御電圧の正負の半波の平均値が零になり、デューティ比ＤＦを１００［％］としたときに、交流制御電圧の正負の半波の平均値が最大になる。

図１４のステップ１でチョッパ制御のデューティ比が０であると判定され、ステップ２において、現在の制御モードがチョッパ制御モードでないと判定されたときには、ステップ５に進んで出力電流Ｉが目標値Ｉ1よりも低いか否かを判定する。その結果、出力電流Ｉ1が目標値Ｉ1よりも低くないと判定されたときには、制御モードを切り換えることなく（ドライブ制御モードとしたままで）このルーチンを終了する。ステップ５で出力電流が目標値Ｉ1よりも低いと判定されたとき（回転速度の低下などによりドライブ制御では磁石発電機の出力を目標値に到達させることができなくなったとき）には、ステップ６に進んで、制御モードをチョッパ制御モードに移行させる。

図１４に示したアルゴリズムによる場合には、ステップ１により、チョッパ制御のデューティ比が０であるか否かを判定するデューティ比判定手段が構成され、ステップ２，３及び４により、チョッパ制御モードで制御が行われている状態でチョッパ制御のデューティ比が０になっていて、磁石発電機の制御対象出力が目標値を超えているときに制御モードをチョッパ制御モードからドライブ制御モードに切り換えるチョッパ制御／ドライブ制御切換手段が構成される。またステップ２，５及び６により、ドライブ制御モードで制御対象出力が目標値に達することができなくなったときに制御モードをチョッパ制御モードに切り換えるドライブ制御／チョッパ制御切換手段が構成される。

上記のように、チョッパ制御のデューティ比をほぼ０とし（発電機の整流出力の断続を行わずに）、ドライブ制御モードの交流制御電圧の各半波の平均値をほぼ０とした状態（交流制御電圧を印加しない状態）で、チョッパ制御モードからドライブ制御モードへの切換及びドライブ制御モードからチョッパ制御モードへの切換を行うように構成すると、チョッパ制御モードからドライブ制御モードに切り換える際、及びドライブ制御モードからチョッパ制御モードに切り換える際の発電装置の出力特性が、チョッパ制御もドライブ制御も行わずに、磁石発電機と整流回路のみにより発電装置を構成した場合の特性になるため、制御モードの切換の前後で発電機の出力電流がほとんど変化しないようにすることができる。そのため、制御モードの切換時にデューティ比や位相角の演算を行うことなく、発電機の出力電流が大きく変動するのを防いで、制御をスムースにつなげることができる。

上記の例において、出力電流の目標値Ｉ1は、負荷８を流れる電流とバッテリ３の充電電流の和の電流の目標値であるが、充電電流のみを検出するように電流検出器を設けて、充電電流を目標値に保つように制御を行わせるようにしてもよい。

また磁石発電機の出力電圧を検出して、該出力電圧を制御対象出力として制御するようにする場合にも、ドライブ制御において交流制御電圧の位相角を固定して、該交流制御電圧の正負の平均値を変化させることにより、制御対象出力を目標値に保つ制御を行わせることができる。

［第６の実施形態］
上記の実施形態では、交流制御電圧の位相角を固定して、その正負の半波の平均値を変化させることにより磁石発電機の出力を制御するドライブ制御手段と、チョッパ制御手段とを設けるようにしたが、図９に示したように、磁石発電機１から整流回路４Ａを通して流れる電流を所定のデューティ比で断続させるようにインバータ回路４Ｂを構成するスイッチ素子をオンオフ制御して磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように制御するチョッパ制御手段２１と、電機子コイルの無負荷誘起電圧と周波数が等しい交流制御電圧をバッテリ（電圧蓄積手段）３からインバータ回路４Ｂを通して電機子コイルに印加して、交流制御電圧の位相角を無負荷誘起電圧の位相角よりも進み側に設定された設定位相角に固定した状態で該交流制御電圧の各半波の平均値を変化させることにより磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように制御すべくインバータ回路４Ｂを構成するスイッチ素子を制御する第１のドライブ制御手段２２Ａと、電機子コイルの無負荷誘起電圧と周波数が等しい交流制御電圧を電圧蓄積手段からインバータ回路４Ｂを通して電機子コイルに印加して、該交流制御電圧の平均値を一定にした状態で該交流制御電圧の位相角を変化させることにより磁石発電機１の制御対象出力を目標値に保つように制御すべくインバータ回路４Ｂを構成するスイッチ素子を制御する第２のドライブ制御手段２２Ｂと、これらの制御手段による制御モードを切り換える制御モード切換手段２３とを設けることもできる。

この場合、制御モード切換手段２３は、チョッパ制御手段２１により磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モードをチョッパ制御モードとし、第１のドライブ制御手段２２Ａにより磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モード及び第２のドライブ制御手段２２Ｂにより磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モードをそれぞれ第１のドライブ制御モード及び第２のドライブ制御モードとして、磁石発電機１の起動時には制御モードをチョッパ制御モードとし、チョッパ制御モードで制御を行っている状態で磁石発電機１の制御対象出力が目標値を超え、デューティ比が０になったときに制御モードを第１のドライブ制御モードに切り換え、第１のドライブ制御モードで制御している状態で磁石発電機１の制御対象出力が目標値に達することができなくなったときに制御モードをチョッパ制御モードに切り換え、第１のドライブ制御モードで制御している状態で交流制御電圧の各半波の平均値を最大にしても磁石発電機の制御対象出力が目標値を超える状態になったときに制御モードを第２のドライブ制御モードに切り換え、第２のドライブ制御モードで制御を行っている状態で制御対象出力が目標値に達することができなくなったときに制御モードを第１のドライブ制御モードに切り換えるように構成される。

本実施形態において、制御モード切換手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図１５に示した。図１５に示したルーチンは、チョッパ制御モードで磁石発電機を起動した後、一定の時間毎に実行されるもので、このルーチンが開始されると、先ずステップ１で現在の制御モードがチョッパ制御モードであるか否かを判定する。その結果、現在の制御モードがチョッパ制御モードである場合には、ステップ２に進んで発電機の出力電流Ｉ（制御対象出力）が目標値Ｉ1を超えているか否かを判定する。この判定で出力電流Ｉが目標値Ｉ1を超えていると判定されたときには、ステップ３に進んでチョッパ制御のデューティ比ＤＦが０［％］になっているか否かを判定し、０［％］になっている場合には、ステップ４に進んで制御モードを第１のドライブ制御モードに切り換えた後このルーチンを終了する。

ステップ２で出力電流Ｉが目標値を超えていないと判定されたとき、及びステップ３でチョッパ制御のデューティ比が０［％］でないと判定されたとき（いずれもチョッパ制御による発電機出力の制御が可能な状態にあるとき）には、何もしないで（制御モードをチョッパ制御モードのままとして）このルーチンを終了する。

ステップ１で現在の制御モードがチョッパ制御モードでないと判定されたときには、ステップ５に進んで現在の制御モードが第１のドライブ制御モードであるか否かを判定する。その結果、現在の制御モードが第１のドライブ制御モードでないと判定されたときには、ステップ６に進んで磁石発電機の出力電流Ｉが目標値Ｉ1よりも小さいか否かを判定する。この判定で出力電流が目標値Ｉ1よりも小さくないと判定されたとき（第２のドライブ制御で制御が行われているとき）には、何もしないで（制御モードを第２のドライブ制御モードのままとして）このルーチンを終了する。

ステップ６で出力電流Ｉが目標値Ｉ1よりも小さいと判定されたときには、ステップ７に進んで第２のドライブ制御の制御位相角が第１のドライブ制御の設定位相角であるか否かを判定する。その結果、第１のドライブ制御の設定位相角でないと判定されたときには制御モードの切換をしないでこのルーチンを終了する。ステップ６で出力電流Ｉが目標値よりも小さいと判定され、ステップ７で第１のドライブ制御の設定位相角であると判定されたときには、ステップ８に進んで制御モードを第１のドライブ制御モードに切り換えてこのルーチンを終了する。

ステップ５において、現在の制御モードが第１ドライブ制御モードであると判定されたときには、次いでステップ９に進んで磁石発電機の出力電流Ｉが目標値よりも小さいか否かを判定する。この判定で出力電流Ｉが目標値Ｉ1よりも小さいと判定されたときには、ステップ１０に進んで交流制御電圧のＰＷＭ変調のデューティ比が０［％］であるか否か（交流制御電圧の各半波の平均値が０であるか否か）を判定し、その結果デューティ比が０［％］でないときには、制御モードを切り換えることなくこのルーチンを終了する。ステップ１０でデューティ比が０であると判定されたとき（回転速度の低下などにより、交流制御電圧の平均値を０としても磁石発電機の出力電流を目標値に到達させることができない状態にあるとき）には、ステップ１１に進んで制御モードをチョッパ制御モードに切り換える。

ステップ９で出力電流Ｉが目標値Ｉ1よりも小さくないと判定されたときには、ステップ１２に移行して、出力電流Ｉが目標値Ｉ1よりも大きいか否かを判定する。この判定の結果、出力電流Ｉが目標値Ｉ1よりも大きくないとき（出力電流が目標値に等しいとき）には、制御モードを切り換えることなく（第１のドライブ制御モードとしたままで）このルーチンを終了する。

ステップ１２で出力電流Ｉが目標値Ｉ1よりも大きいと判定されたときには、次いでステップ１３で第１のドライブ制御における交流制御電圧のＰＷＭ変調のデューティ比が１００％であるか否かを判定し、該デューティ比が１００［％］でない場合（第１のドライブ制御により磁石発電機の出力電流を抑制し得る状態にあるとき）には、制御モードを切り換えることなくこのルーチンを終了する。ステップ１３で交流制御電圧のＰＷＭ変調のデューティ比が１００［％］である（回転速度の上昇などにより第１のドライブ制御により発電機の出力電流を抑制することができない状態にある）と判定されたときには、ステップ１４に移行して、制御モードを第２のドライブ制御モードに切り換える。第２のドライブ制御モードでは、交流制御電圧のＰＷＭ変調のデューティ比を１００［％］として、該交流制御電圧の位相角を更に進角側に変化させることにより、磁石発電機の出力電流を抑制する制御を行わせることができる。

上記第５の実施形態及び第６の実施形態においても、交流制御電圧の位相角を定めるための信号を発生する信号発生器として、リラクタを有するロータとリラクタのエッジを検出してパルスを発生するパルサとを備えたもの（図１に示されたもの）を用いることができる。

上記の説明では、インバータ回路のブリッジの下辺を構成するスイッチ素子Ｑｘ〜Ｑｚを同時にオンオフさせることによりチョッパ制御を行わせるとしたが、インバータ回路のブリッジの上辺を構成するスイッチ素子Ｑｕ〜Ｑｗを同時にオンオフ制御することによりチョッパ制御を行わせるようにしてもよい。

上記の説明では、インバータ回路を構成するスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いているが、このスイッチ素子はオンオフ制御が可能なものであればよく、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴなどをインバータ回路を構成するスイッチ素子として用いることもできる。

磁石発電機の出力電圧を制御対象出力とする場合にも、図１５に示したアルゴリズムと同様のアルゴリズムで制御モード切換手段を構成することができる。

前記の各実施形態では、電圧蓄積手段としてバッテリを用いたが、コンデンサを電圧蓄積手段として用いてもよい。

本発明に係わる発電装置のハードウェアの構成例を示した回路図である。 本発明に係わる発電装置のハードウェアの他の構成例を示した回路図である。 本発明に係わる発電装置のハードウェアの更に他の構成例を示した回路図である。 本発明に係わる発電装置のハードウェアの更に他の構成例を示した回路図である。 本発明の第１の実施形態の制御部の構成を示したブロック図である。 図５の実施形態の制御部の更に具体的な構成例を示したブロック図である。 本発明の第２の実施形態の制御部の構成を示したブロック図である。 本発明の第３の実施形態及び第４の実施形態の制御部の構成を示したブロック図である。 本発明の第６の実施形態の制御部の構成を示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態において制御モード切換手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。 本発明の第２の実施形態において制御モード切換手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。 本発明の第３の実施形態において制御モード切換手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。 本発明の第４の実施形態において制御モード切換手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。 本発明の第５の実施形態において制御モード切換手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。 本発明の第６の実施形態において制御モード切換手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。 本発明に係わる発電装置において磁石発電機の整流出力でバッテリを充電する場合に、チョッパ制御を行った際の充電電流対回転速度特性を示したグラフである。 チョッパ制御における制御動作を説明するためのグラフである。 本発明に係わる発電装置において磁石発電機の整流出力でバッテリを充電する場合に、ドライブ制御を行った際の充電電流対回転速度特性を示したグラフである。 ドライブ制御における制御動作を説明するためのグラフである。 本発明の実施形態においてマイクロコンピュータのＲＯＭに記憶させておくマップの特性を示すグラフである。 制御モードを切り換えた場合に得られる最大充電電流対回転速度特性を示したグラフである。 本発明の実施形態の制御モードの切り換え動作を説明するためのグラフである。 設定速度における充電電流対デューティ比特性及び充電電流対位相角特性を示したグラフである。 本発明の実施形態において用いるマップの特性を示したグラフである。 本発明の実施形態において用いる他のマップの特性を示したグラフである。 発明に係わる発電装置において磁石発電機の整流出力でバッテリを充電する場合に、ドライブ制御を行った際の他の充電電流対回転速度特性を示したグラフである。 ドライブ制御で用いる交流制御電圧の波形の一例を示した波形図である。

符号の説明

１ 磁石発電機
２ 内燃機関
３ バッテリ
４ ＡＣ／ＤＣ相互変換部
４Ａ 整流回路
４Ｂ インバータ回路
５ 電圧検出回路
６ 信号発生器
６Ａ 信号発生用ロータ
６Ｂ パルサ
７ コントローラ
Ｑｕ〜Ｑｗ，Ｑｘ〜Ｑｚ インバータ回路を構成するスイッチ素子
Ｄｕ〜Ｄｗ，Ｄｘ〜Ｄｚ 整流回路を構成するダイオード

Claims (18)

1. 磁石回転子とｎ相（ｎは１以上の整数）の電機子コイルを有する固定子とを備えた磁石発電機と、電圧蓄積手段と、前記磁石発電機の交流出力を直流出力に変換して前記電圧蓄積手段に印加するｎ相ダイオードブリッジ全波整流回路と、ブリッジの各辺がスイッチ素子により構成されて直流側端子間に前記電圧蓄積手段が接続され、交流側端子が前記磁石発電機の出力端子に接続されたｎ相ブリッジ形のインバータ回路と、前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように前記インバータ回路のスイッチ素子を制御するコントローラとを備え、前記電圧蓄積手段の両端に負荷が接続される発電装置において、
   前記コントローラは、
   前記磁石発電機から前記整流回路を通して流れる電流を所定のデューティ比で断続させるように前記インバータ回路を構成するスイッチ素子の一部をオンオフ制御して前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように制御するチョッパ制御手段と、
   前記電機子コイルの無負荷誘起電圧と周波数が等しい交流制御電圧を前記電圧蓄積手段から前記インバータ回路を通して前記電機子コイルに印加するように前記インバータ回路を構成するスイッチ素子を制御して前記交流制御電圧の位相角を変化させることにより前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように制御するドライブ制御手段と、
   前記チョッパ制御手段により前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モード及び前記ドライブ制御手段により前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モードをそれぞれチョッパ制御モード及びドライブ制御モードとし、少なくとも前記磁石発電機の回転速度を制御モード切換条件として、前記磁石発電機の回転速度が低いときに前記チョッパ制御モードによる制御を行わせ、前記磁石発電機の回転速度が高いときに前記ドライブ制御モードによる制御を行わせるように、前記制御モード切換条件に応じて前記チョッパ制御モードから前記ドライブ制御モードへの切換と、前記ドライブ制御モードからチョッパ制御モードへの切換とを行う制御モード切換手段と、
   を具備してなる発電装置。
2. 前記制御モード切換手段は、
   前記チョッパ制御モードで制御が行われている状態で前記回転速度が前記設定速度に達したときに前記磁石発電機が出力している電流に等しい電流を前記ドライブ制御モードによる制御の開始時に前記磁石発電機から出力させるために必要な交流制御電圧の位相角を演算する位相角演算手段と、前記位相角演算手段により演算された位相角を交流制御電圧の位相角の初期値として前記ドライブ制御モードによる制御を開始させるドライブ制御開始手段とを有するチョッパ制御／ドライブ制御切換手段と、
   前記ドライブ制御モードで制御が行われている状態で前記回転速度が前記設定速度に達したときに前記磁石発電機が出力している電流に等しい電流を前記チョッパ制御モードによる制御の開始時に前記磁石発電機から出力させるために必要なチョッパ制御のデューティ比を演算するデューティ比演算手段と、前記デューティ比演算手段により演算されたデューティ比を初期値として前記チョッパ制御モードによる制御を開始させるチョッパ制御開始手段とを有するドライブ制御／チョッパ制御切換手段と、
   を備えている請求項１に記載の発電装置。
3. 前記制御モード切換手段は、
   前記チョッパ制御モードで制御が行われている状態で前記回転速度が前記設定速度に達した時にその時のチョッパ制御のデューティ比から前記磁石発電機の出力電流を推定する第１の発電機出力推定手段と、ドライブ制御モードによる制御の開始時に前記磁石発電機が出力する電流を前記第１の発電機出力推定手段により推定された出力電流に等しくするために必要な前記交流制御電圧の位相角を求める位相角演算手段と、前記位相角演算手段により演算された位相角を前記交流制御電圧の位相角の初期値として前記ドライブ制御モードによる制御を開始させるドライブ制御開始手段とを有するチョッパ制御／ドライブ制御切換手段と、
   前記ドライブ制御モードで制御が行われている状態で前記回転速度が前記設定速度に達した時にその時の交流制御電圧の位相角から前記磁石発電機の出力電流を推定する第２の発電機出力推定手段と、チョッパ制御モードによる制御の開始時に前記磁石発電機が出力する電流を前記第２の発電機出力推定手段により推定された出力電流に等しくするために必要なチョッパ制御のデューティ比を求めるデューティ比演算手段と、前記デューティ比演算手段により演算されたデューティ比を初期値として前記チョッパ制御モードによる制御を開始させるチョッパ制御開始手段とを有するドライブ制御／チョッパ制御切換手段と、
   を備えている請求項１に記載の発電装置。
4. 前記制御モード切換手段は、
   前記チョッパ制御モードによる制御が行われている状態で前記回転速度が前記設定速度以上になって前記磁石発電機の制御対象出力が設定値未満になり、かつ前記チョッパ制御のデューティ比が前記磁石発電機の出力電流を最大にする値になったときに前記制御モードをドライブ制御モードに切り換え、前記ドライブ制御モードによる制御が行われている状態で前記回転速度が前記設定速度よりも低くなって前記磁石発電機の制御対象出力が前記設定値未満になり、かつ前記交流制御電圧の位相角が前記磁石発電機の出力電流を最大にする値になったときに、前記制御モードをチョッパ制御モードに切り換えるように構成されている請求項１に記載の発電装置。
5. 前記制御モード切換手段は、
   チョッパ制御において各回転速度で前記磁石発電機が出力する最大電流を演算するチョッパ制御時最大出力電流演算用マップと、前記磁石発電機の回転速度と出力電流とドライブ制御の交流制御電圧の位相角との関係を与える位相角演算用マップと、ドライブ制御において各回転速度で磁石発電機が出力する最大電流を演算するドライブ制御時最大出力電流演算用マップと、前記磁石発電機の回転速度と出力電流とチョッパ制御のデューティ比との関係を与えるデューティ比演算用マップとを記憶したマップ記憶手段と、
   チョッパ制御モードによる制御が行われている状態で回転速度が設定速度以上になって磁石発電機の制御対象出力が設定値未満になり、かつチョッパ制御のデューティ比が磁石発電機の出力電流を最大にする値になっていることを第１の制御モード切換条件として、該第１の制御モード切換条件が成立した時に回転速度に対して前記チョッパ制御時最大出力電流演算用マップを検索することにより前記磁石発電機が出力している最大電流を演算するチョッパ制御時最大出力電流演算手段と、該チョッパ制御時出力電流演算手段により演算された最大出力電流と回転速度とに対して前記位相角演算用マップを検索することにより、該最大出力電流に等しい電流をドライブ制御の開始時に磁石発電機から出力させるために必要な交流制御電圧の位相角を演算する位相角演算手段と、前記位相角演算手段により演算された位相角を交流制御電圧の位相角の初期値としてドライブ制御モードによる制御を開始させるドライブ制御開始手段とを有するチョッパ制御／ドライブ制御切換手段と、
   ドライブ制御モードによる制御が行われている状態で回転速度が設定速度よりも低くなって前記磁石発電機の制御対象出力が設定値未満になり、かつドライブ制御の位相角が前記磁石発電機の出力電流を最大にする値になっていることを第２の制御モード切換条件として、該第２の制御モード切換条件が成立した時に回転速度に対して前記ドライブ制御時最大出力電流演算用マップを検索することにより前記磁石発電機が出力している最大電流を演算するドライブ制御時最大出力電流演算手段と、該ドライブ制御時最大出力電流演算手段により演算された最大出力電流と回転速度とに対して前記デューティ比演算用マップを検索することにより、該最大出力電流に等しい電流をチョッパ制御の開始時に磁石発電機から出力させるために必要なチョッパ制御のデューティ比を演算するデューティ比演算手段と、前記デューティ比演算手段により演算されたデューティ比をチョッパ制御のデューティ比の初期値としてチョッパ制御モードによる制御を開始させるチョッパ制御開始手段とを有するドライブ制御／チョッパ制御切換手段と、
   を備えている請求項１に記載の発電装置。
6. 磁石回転子とｎ相（ｎは１以上の整数）の電機子コイルを有する固定子とを備えた磁石発電機と、電圧蓄積手段と、前記磁石発電機の交流出力を直流出力に変換して前記電圧蓄積手段に印加するｎ相ダイオードブリッジ全波整流回路と、ブリッジの各辺がスイッチ素子により構成されて直流側端子間に前記電圧蓄積手段が接続され、交流側端子が前記磁石発電機の出力端子に接続されたｎ相ブリッジ形のインバータ回路と、前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように前記インバータ回路のスイッチ素子を制御するコントローラとを備え、前記電圧蓄積手段の両端に負荷が接続される発電装置において、
   前記コントローラは、
   前記磁石発電機から前記整流回路を通して流れる電流を所定のデューティ比で断続させるように前記インバータ回路を構成するスイッチ素子をオンオフ制御して前記磁石発電機の制御対象出力の変化に伴って前記スイッチ素子のオンオフ制御のデューティ比を変化させることにより前記制御対象出力を目標値に近づける制御を行うチョッパ制御手段と、
   前記電機子コイルの無負荷誘起電圧と周波数が等しい交流制御電圧を前記電圧蓄積手段から前記インバータ回路を通して前記電機子コイルに印加して、該交流制御電圧の位相角を設定位相角に固定した状態で、前記制御対象出力の変化に伴って前記交流制御電圧の各半波の平均値を変化させることにより前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行うように前記インバータ回路を構成するスイッチ素子を制御するドライブ制御手段と、
   前記チョッパ制御手段により前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モード及び前記ドライブ制御手段により前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モードをそれぞれチョッパ制御モード及びドライブ制御モードとして、前記チョッパ制御モードにより前記磁石発電機の制御対象出力を制御し得る状態では制御モードを前記チョッパ制御モードとし、前記チョッパ制御モードで前記制御対象出力を制御し得ない状態になったときに制御モードを前記ドライブ制御モードとするように、制御モードを切り換える制御モード切換手段と、
   を具備してなる発電装置。
7. 前記設定位相角は、前記電機子コイルの無負荷誘起電圧の位相角よりも進み側に設定され、
   前記制御モード切換手段は、前記磁石発電機の起動時には制御モードを前記チョッパ制御モードとし、前記チョッパ制御モードで制御を行っている状態で前記デューティ比が０になったときに制御モードを前記ドライブ制御モードに切り換え、前記ドライブ制御モードで制御を行っている状態で前記交流制御電圧の各半波の平均値を０としても前記制御対象出力が目標値に達することができなくなったときに制御モードを前記チョッパ制御モードに切り換えるように構成されている請求項６に記載の発電装置。
8. 前記設定位相角は、前記電機子コイルの無負荷誘起電圧の位相角よりも進み側に設定され、
   前記制御モード切換手段は、前記磁石発電機の起動時には制御モードを前記チョッパ制御モードとし、前記チョッパ制御モードで制御を行っている状態で前記デューティ比が０になり、かつ前記磁石発電機の制御対象出力が目標値を超えたときに制御モードを前記ドライブ制御モードに切り換え、前記ドライブ制御モードで制御を行っている状態で前記交流制御電圧の各半波の平均値を０としても前記制御対象出力が前記目標値に達することができなくなったときに制御モードを前記チョッパ制御モードに切り換えるように構成されている請求項６に記載の発電装置。
9. 前記ドライブ制御手段は、前記交流制御電圧の正負の半波を一定のＰＷＭ周期毎に一定のデューティ比で断続させることによりＰＷＭ変調した波形として、該ＰＷＭ変調のデューティ比を変化させることにより前記交流制御電圧の平均値を変化させるように構成されている請求項６，７または８に記載の発電装置。
10. 前記制御モード切換手段は、チョッパ制御のデューティ比をほぼ０とし、ドライブ制御モードの交流制御電圧のＰＷＭ変調のデューティ比をほぼ０とした状態で、チョッパ制御モードからドライブ制御モードへの切換及びドライブ制御モードからチョッパ制御モードへの切換を行うように構成されている請求項９に記載の発電装置。
11. 前記ドライブ制御モードによる制御において、前記回転速度が最高回転速度であるときに、前記交流制御電圧の各半波の平均値を最大にするまでの間に前記磁石発電機の出力電流が零になるように前記設定位相角が設定されている請求項６ないし１０のいずれか１つに記載の発電装置。
12. 前記磁石発電機の各相の電機子コイルに対して前記磁石回転子の磁極の極性を検出して検出している磁極の極性に応じて異なるレベルを示す検出信号を出力する位置センサが設けられ、
    前記ドライブ制御手段は、前記位置センサが出力する検出信号の発生位相を基準にして前記交流制御電圧の位相角を定めるように構成されている請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の発電装置。
13. 前記磁石回転子とともに回転するリラクタを備えた信号発生用ロータと、前記信号発生用ロータのリラクタのエッジを検出してパルスを発生するパルサとを有する信号発生器が設けられ、
    前記ドライブ制御手段は、前記信号発生器のパルサが出力するパルスの発生位相を基準にして前記交流制御電圧の位相角を定めるように構成されている請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の発電装置。
14. 磁石回転子とｎ相（ｎは１以上の整数）の電機子コイルを有する固定子とを備えた磁石発電機と、電圧蓄積手段と、前記磁石発電機の交流出力を直流出力に変換して前記電圧蓄積手段に印加するｎ相ダイオードブリッジ全波整流回路と、ブリッジの各辺がスイッチ素子により構成されて直流側端子間に前記電圧蓄積手段が接続され、交流側端子が前記磁石発電機の出力端子に接続されたｎ相ブリッジ形のインバータ回路と、前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように前記インバータ回路のスイッチ素子を制御するコントローラとを備え、前記電圧蓄積手段の両端に負荷が接続される発電装置において、
    前記コントローラは、
    前記磁石発電機から前記整流回路を通して流れる電流を所定のデューティ比で断続させるように前記インバータ回路を構成するスイッチ素子の一部をオンオフ制御して前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように制御するチョッパ制御手段と、
    前記電機子コイルの無負荷誘起電圧と周波数が等しい交流制御電圧を前記電圧蓄積手段から前記インバータ回路を通して前記電機子コイルに印加して、該交流制御電圧の位相角を前記無負荷誘起電圧の位相角よりも進み側に設定された設定位相角に固定した状態で該交流制御電圧の各半波の平均値を変化させることにより前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように制御すべく前記インバータ回路を構成するスイッチ素子を制御する第１のドライブ制御手段と、
    前記電機子コイルの無負荷誘起電圧と周波数が等しい交流制御電圧を前記電圧蓄積手段から前記インバータ回路を通して前記電機子コイルに印加して、該交流制御電圧の平均値を一定にした状態で該交流制御電圧の位相角を変化させることにより前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つように制御すべく前記インバータ回路を構成するスイッチ素子を制御する第２のドライブ制御手段と、
    前記チョッパ制御手段により前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モードをチョッパ制御モードとし、前記第１のドライブ制御手段により前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モード及び前記第２のドライブ制御手段により前記磁石発電機の制御対象出力を目標値に保つ制御を行う制御モードをそれぞれ第１のドライブ制御モード及び第２のドライブ制御モードとして、前記磁石発電機の起動時には制御モードをチョッパ制御モードとし、前記チョッパ制御モードで制御を行っている状態で前記磁石発電機の制御対象出力が目標値を超え、前記デューティ比が０になったときに前記制御モードを前記第１のドライブ制御モードに切り換え、前記第１のドライブ制御モードで制御している状態で前記磁石発電機の制御対象出力が目標値に達することができなくなったときに制御モードを前記チョッパ制御モードに切り換え、前記第１のドライブ制御モードで制御している状態で前記交流制御電圧の各半波の平均値を最大にしても前記磁石発電機の制御対象出力が前記目標値を超える状態になったときに制御モードを前記第２のドライブ制御モードに切り換え、前記第２のドライブ制御モードで制御を行っている状態で前記制御対象出力が目標値に達することができなくなったときに制御モードを前記第１のドライブ制御モードに切り換える制御モード切換手段と、
    を備えた発電装置。
15. 前記第１のドライブ制御手段は、前記交流制御電圧の正負の半波を一定のＰＷＭ周期毎に一定のデューティ比で断続させることによりＰＷＭ変調した波形として、該ＰＷＭ変調のデューティ比を変化させることにより前記交流制御電圧の各半波の平均値を変化させるように構成されている請求項１４に記載の発電装置。
16. 前記制御モード切換手段は、前記チョッパ制御のデューティ比をほぼ０とし、第１のドライブ制御モードの交流制御電圧のＰＷＭ変調のデューティ比をほぼ０とした状態で、チョッパ制御モードから第１のドライブ制御モードへの切換及び第１のドライブ制御モードからチョッパ制御モードへの切換を行い、ＰＷＭ変調のデューティ比をほぼ１００％とした状態で第１のドライブ制御モードから第２のドライブ制御モードへの切換及び第２のドライブ制御モードから第１のドライブ制御モードへの切換を行うように構成されている請求項１５に記載の発電装置。
17. 前記磁石発電機の各相の電機子コイルに対して前記磁石回転子の磁極の極性を検出して検出している磁極の極性に応じて異なるレベルを示す検出信号を出力する位置センサが設けられ、
    前記第２のドライブ制御手段は、前記位置センサが出力する検出信号の発生位相を基準にして前記交流制御電圧の位相角を定めるように構成されている請求項１４ないし１６のいずれか１つに記載の発電装置。
18. 前記磁石回転子とともに回転するリラクタを備えた信号発生用ロータと、前記信号発生用ロータのリラクタのエッジを検出してパルスを発生するパルサとを有する信号発生器が設けられ、
    前記第２のドライブ制御手段は、前記信号発生器のパルサが出力するパルスの発生位相を基準にして前記交流制御電圧の位相角を定めるように構成されている請求項１４ないし１６のいずれか１つに記載の発電装置。
    

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