(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転車用ダイナモで発電された電圧を充電するための充電装置であって、
充電素子と、
前記ダイナモ出力の一方の半周期において前記ダイナモ出力が供給されて充電される半波充電素子と、
前記ダイナモ出力の他方の半周期において前記半波充電素子に充電された電荷を前記充電素子に供給する第１充電回路と、
前記ダイナモ出力の他方の半周期において、前記半波充電素子の充電電圧が所定電圧以下になったとき、前記ダイナモ出力を前記充電素子に供給する第２充電回路と、
を備えた自転車用ダイナモの充電装置。
【請求項２】
前記第１充電回路及び第２充電回路と前記充電素子との間に配置され、前記充電素子の充電電圧が所定電圧以上になったときに前記第１及び第２充電回路と充電素子との間の接続を遮断するスイッチ回路をさらに備えた、請求項１に記載の自転車用ダイナモの充電装置。
【請求項３】
前記ダイナモ出力によって前記スイッチ回路を駆動制御するスイッチ駆動回路をさらに備えている、請求項２に記載の自転車用ダイナモの充電装置。
【請求項４】
前記スイッチ駆動回路は、
前記スイッチ回路にスイッチング電圧を供給するスイッチング用充電素子と、前記ダイナモ出力の一方の半周期において前記ダイナモ出力が供給されて充電されるスイッチング用半波充電素子と、
前記ダイナモ出力の他方の半周期において前記スイッチング用半波充電素子に充電された電荷を前記スイッチング用充電素子に供給するスイッチング用充電回路と、
を備えた請求項３に記載の自転車用ダイナモの充電装置。
【請求項５】
前記第１充電回路は前記半波充電素子と充電素子との間に接続された第１ダイオードを有している、請求項１から４のいずれかに記載の自転車用ダイナモの充電装置。
【請求項６】
前記半波充電素子と前記ダイナモとの間に設けられ、前記ダイナモ出力を前記半波充電素子に供給するための第２ダイオードをさらに備えている、請求項１から５のいずれかに記載の自転車用ダイナモの受電装置。
【請求項７】
前記第２充電回路は前記ダイナモと前記充電素子との間に接続された第３ダイオードを有している、請求項１から６のいずれかに記載の自転車用ダイナモの充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電装置、特に、自転車用ダイナモで発電された電圧を充電するための自転車用ダイナモの充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、自転車においても自動変速装置が提供されている。このような自転車においては、電動変速機が用いられ、この電動変速機を駆動するためにダイナモとダイナモで発電された電圧を充電するための充電システムとが設けられている。そして、ダイナモで発電される電圧は交流電圧であるため、半波整流あるいは全波整流が行われている。
【０００３】
しかし、自転車用ダイナモは走行速度によって発電電圧が増減し、低速時には十分な電圧を得ることができない。この場合には、十分な電圧を電気機器に供給することができず、機器が誤作動を起こすおそれがある。
そこで、倍電圧整流回路を構成し、安定した電力を得るようにしている（例えば特開２００２−２６２４７３号公報）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２６２４７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
自転車用ダイナモの充電装置においては、簡単な回路で安定した電力が得られるようにすることが望まれるが、図１に従来の簡単な回路構成の半波倍電圧回路を示す。
この半波倍電圧回路を有する充電回路は、充電素子としてのコンデンサＣ１と、自転車用ダイナモＧＥとコンデンサＣ１との間に接続された第１ダイオードＤ１及びＤ２と、２つのダイオードＤ１，Ｄ２の接続点とダイナモ１の第２端子との間に接続されたコンデンサＣ２とを有している。
【０００６】
この回路では、ダイナモＧＥの出力が負（−）の半周期において、ダイナモＧＥの出力がダイオードＤ２を介してコンデンサＣ２に充電される。そして、逆の半周期においては、コンデンサＣ２に蓄えられた電荷がダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に供給されてコンデンサＣ１が充電される。これにより、コンデンサＣ１の出力電圧Ｖ１として、ダイナモ１のピーク電圧よりも高い電圧を得ることができる。
【０００７】
しかし、自転車用のダイナモでは、その出力周波数が自転車の速度によって変化するので、コンデンサＣ２の最適な容量を決定するのが困難である。このコンデンサＣ２の容量によっては、コンデンサＣ２が放電される半周期において、逆極性の電荷がコンデンサＣ２に蓄積されてしまい、次の半周期においてコンデンサＣ２を充電するのに時間がかかり、効率良く充電を行うことができない。
【０００８】
本発明の課題は、走行速度が安定せず、ダイナモ出力が変化する場合でも、効率良く安定した充電が行えるようにすることにある。
本発明の別の課題は、簡単な回路構成で、効率良く安定した充電が行えるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る自転車用ダイナモの充電装置は、自転車用ダイナモで発電された電圧を充電するための装置であって、充電素子と、半波充電素子と、第１充電回路と、第２充電回路とを備えている。半波充電素子はダイナモ出力の一方の半周期においてダイナモ出力が供給されて充電される。第１充電回路はダイナモ出力の他方の半周期において半波充電素子に充電された電荷を充電素子に供給する。第２充電回路は、ダイナモ出力の他方の半周期において、半波充電素子の充電電圧が所定電圧以下になったとき、ダイナモ出力を充電素子に供給する。
【００１０】
この充電装置では、ダイナモ出力の一方の半周期において、ダイナモ出力は半波充電素子に充電される。そして、ダイナモ出力の他方の半周期においては、先に半波充電素子に充電された電荷が充電素子に供給される。また、この他方の半周期においては、半波充電素子の電荷が放電されて所定電圧以下になれば、ダイナモ出力が第２充電回路を介して充電素子に供給される。
【００１１】
ここでは、ダイナモ出力の他方の半周期において、充電素子は、まず半波充電素子に蓄積された電荷により充電される。また、自転車の速度が低い場合には、この半周期において半波充電素子の充電電圧が放電してしまう場合があるが、この場合は、第２充電回路を介してダイナモ出力が充電素子に与えられる。したがって、より高い充電電圧を安定して得られる。
【００１２】
請求項２に係る自転車用ダイナモの充電装置は、請求項１の充電装置において、第１充電回路及び第２充電回路と充電素子との間に配置され、充電素子の充電電圧が所定電圧以上になったときに第１及び第２充電回路と充電素子との間の接続を遮断するスイッチ回路をさらに備えている。
この場合は、充電素子への過充電を防止でき、充電素子を保護できる。
【００１３】
請求項３に係る自転車用ダイナモの充電装置は、請求項２の充電装置において、ダイナモ出力によってスイッチ回路を駆動制御するスイッチ駆動回路をさらに備えている。
ここでは、ダイナモ出力によってスイッチ回路が駆動されるので、電池等の別電源が不要となる。
【００１４】
請求項４に係る自転車用ダイナモの充電装置は、請求項３の充電装置において、スイッチ駆動回路は、スイッチング用充電素子と、スイッチング用半波充電素子と、スイッチング用充電回路とを備えている。スイッチング用充電素子はスイッチ回路にスイッチング電圧を供給する。スイッチング用半波充電素子はダイナモ出力の一方の半周期においてダイナモ出力が供給されて充電される。スイッチング用充電回路はダイナモ出力の他方の半周期においてスイッチング用半波充電素子に充電された電荷をスイッチング用充電素子に供給する。
【００１５】
この充電装置では、ダイナモ出力の一方の半周期において、ダイナモ出力によってスイッチング用半波充電素子が充電される。一方、ダイナモ出力の他方の半周期においては、スイッチング用半波充電素子に充電された電荷がスイッチング用充電素子に供給される。
ここでは、ダイナモ出力を用いて安定したスイッチング電圧を得ることができる。
【００１６】
請求項５に係る自転車用ダイナモの充電装置は、請求項１から４のいずれかの装置において、第１充電回路は半波充電素子と充電素子との間に接続された第１ダイオードを有している。
ここでは、半波充電素子の電荷は第１ダイオードを介して充電素子に与えられる。この場合は、回路構成が簡単で、電圧損失が少なくなる。
【００１７】
請求項６に係る自転車用ダイナモの充電装置は、請求項１から５のいずれかの装置において、半波充電素子とダイナモとの間に設けられ、ダイナモ出力を半波充電素子に供給するための第２ダイオードをさらに備えている。
ここでは、ダイナモ出力は第２ダイオードを介して半波充電素子に与えられ、半波充電素子が充電される。
【００１８】
請求項７に係る自転車用ダイナモの充電装置は、請求項１から６のいずれかの装置において、第２充電回路はダイナモと充電素子との間に接続された第３ダイオードを有している。
この装置では、ダイナモ出力の他方の半周期において、ダイナモ出力は第３ダイオードを介して充電素子に供給され、充電素子が充電される。このため、１つのダイオードのみを介して充電されることになり、損失が小さく、効率良く充電を行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
図２は本発明の第１実施形態が採用された自転車用ダイナモの充電装置を示したものである。この充電装置は、発電機であるダイナモＧＥの出力電圧を充電するための装置であり、充電素子としての第１コンデンサＣ１と、ダイナモＧＥの出力の一方の半周期において充電される半波充電素子としての第２コンデンサＣ２と、第１及び第２充電回路としてのダイオードＤ１，Ｄ３と、第２コンデンサＣ２を充電するための第２ダイオードＤ２とを有している。ダイナモＧＥは、例えば自転車の前輪のハブに内蔵されたハブダイナモである。
【００２０】
第２コンデンサＣ２は、一方の端子がダイナモＧＥに接続され、他方の端子が第１ダイオードＤ１を介して第１コンデンサＣ１に接続されている。第１ダイオードＤ１は、アノードが第２コンデンサＣ２に、カソードが第１コンデンサＣ１にそれぞれ接続されている。また、第２ダイオードＤ２は、アノードがダイナモＧＥに、カソードが第２コンデンサＣ２及び第１ダイオードＤ１のアノードにそれぞれ接続されている。さらに、第３ダイオードＤ３は、アノードがダイナモＧＥに、カソードが第１コンデンサＣ１にそれぞれ接続されている。
【００２１】
また、この充電装置は、第１コンデンサＣ１の充電電圧が所定電圧以上になったときに、第１コンデンサＣ１への電圧の供給を遮断するためのＦＥＴ（電解効果トランジスタ：スイッチ回路）Ｍ１を有している。このトランジスタＭ１は、第１ダイオードＤ１及び第３ダイオードＤ３のそれぞれのカソードと第１コンデンサＣ１との間に接続されている。そして、このトランジスタＭ１のゲート端子には、一定の制御電圧が印加されている。
【００２２】
次に動作について、図４の波形図を参考にして説明する。ここで、図４の波形図は、ダイナモＧＥの出力電圧波形（ＶGE：実線）と、第２コンデンサＣ２の両端の電圧波形（ＶC2：一点鎖線）と、第１ダイオードＤ１を流れる電流波形（ＩD1：二点鎖線）と、第３ダイオードＤ３を流れる電流波形（ＩD3：破線）とを模式的に示す図であり、横軸は時間である。
【００２３】
まず、ダイナモＧＥの出力が負の場合は、ダイナモＧＥの出力は第２ダイオードＤ２を介して第２コンデンサＣ２に与えられ、第２コンデンサＣ２が充電される。この場合の第２コンデンサＣ２の両端電圧波形が図４に示した波形ＶC2である。
次にダイナモＧＥの出力が正に移行すると、先の負の周期で第２コンデンサＣ２に充電されていた電荷が第１ダイオードＤ１を介して第１コンデンサＣ１に供給される。この場合の第１ダイオードＤ１を流れる電流ＩD1を図４の波形ＩD2に示している。
【００２４】
そして、第２コンデンサＣ２の電荷が放電されて第１ダイオードＤ１の両端の電位差が約０．６Ｖ以下になると、第１ダイオードＤ１はオフし、電流ＩD1はゼロになる。このタイミングでは、第２コンデンサＣ２が前述の場合とは逆の極性で充電され、第３ダイオードＤ３の両端電圧が約０．６Ｖ以上になるので、第３ダイオードＤ３がオンする。すなわち、図４のＰ点のタイミングで、第１ダイオードＤ１はオフするとともに、第３ダイオードＤ３がオンし、第３ダイオードＤ３を流れる電流ＩD3の波形は図４に示すようになる。したがって、ダイナモＧＥの出力は第３ダイオードＤ３を介して第１コンデンサＣ１に供給される。
【００２５】
このようにして、第１コンデンサＣ１にはダイナモＧＥの出力が充電される。ここで、トランジスタＭ１のゲートには一定の制御電圧が印加されており、したがって第１コンデンサＣ１の充電電圧が所定の電圧以上になり、トランジスタＭ１のゲート−ソース間の電位差が所定の電位差以下になると、トランジスタＭ１はオフとなる。したがって、コンデンサＣ１の過充電が防止される。
【００２６】
［第２実施形態］
図３に本発明の第２実施形態を示す。この実施形態では、第１コンデンサＣ１に十分な電圧が充電されていない場合に、別の電池等の電源を必要とすることなくトランジスタＭ１をオンするための回路が設けられている。すなわち、第１実施形態の回路において、第１コンデンサＣ１を充電するためにはトランジスタＭ１をオンしておく必要がある。このとき、トランジスタＭ１をオンさせるためには、第１コンデンサＣ１の両端電圧ＶC1にトランジスタＭ１をオンさせるための電圧を加えた電圧以上の制御電圧をトランジスタＭ１のゲートに印加しておく必要がある。しかし、第１コンデンサＣ１に十分な電圧が充電されていない段階では、このような制御電圧をトランジスタＭ１のゲートに印加することができず、別の電池等の電源が必要になる。
【００２７】
そこで、この第２実施形態では、トランジスタＭ１のゲートに印加する制御電圧を半波倍電圧回路を構成することによって作り出している。すなわち、第４コンデンサＣ４（スイッチング用充電素子）と、第３コンデンサＣ３（スイッチング用半波充電素子）と、第４及び第５ダイオードＤ４，Ｄ５と、抵抗Ｒ１とにより半波倍電圧回路が構成されている。第３コンデンサＣ３は、一方の端子がダイナモＧＥに、他方の端子が第４ダイオードＤ４のカソードにそれぞれ接続され、第４ダイオードＤ４のアノードはダイナモＧＥに接続されている。第３コンデンサＣ３と第４コンデンサＣ４との間には第５ダイオードＤ５が順方向に接続され、第５ダイオードＤ５には抵抗Ｒ２が直列に接続されている。また、第４コンデンサＣ４とトランジスタＭ１との間には抵抗Ｒ１が接続されている。
【００２８】
ここでは、トランジスタＭ１をオンするためには、第１コンデンサＣ１の両端電圧をＶC1、トランジスタＭ１をオンさせるための電圧をＶm1ON、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ1、抵抗Ｒ１を流れる電流をＩr1、第４コンデンサＣ４の両端電圧をＶC4とした場合、
ＶC1＋Ｖm1ON＋Ｒ1・Ｉr1≦ＶC4
を満たすようにそれぞれの仕様を決定する必要がある。そして、以上のように半波倍電圧回路を構成した上で、さらにトランジスタＭ１のゲートに、
Ｖ１＝ＶC1＝ＶCONT−Ｖm1ON
を満たすような制御電圧ＶCONTを印加することで、第１コンデンサＣ１の過充電を防止し、電圧Ｖ１を安定化することができる。
【００２９】
なお、他の回路構成は第１実施形態の回路と同様である。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明では、出力電圧が安定しない自転車用ダイナモにおいても、安定した充電電圧を簡単な構成の回路で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の自転車用ダイナモの充電装置の回路図。
【図２】本発明の第１実施形態による自転車用ダイナモの充電装置の回路図。
【図３】本発明の第２実施形態による自転車用ダイナモの充電装置の回路図。
【図４】第１実施形態の動作を説明するための電圧、電流波形図。
【符号の説明】
ＧＥ    ダイナモ
Ｃ１    第１コンデンサ（充電素子）
Ｃ２    第２コンデンサ（半波充電素子）
Ｃ３    第３コンデンサ（スイッチング用半波受電素子）
Ｃ４    第４コンデンサ（スイッチング用充電素子）
Ｄ１    第１ダイオード（第１充電回路）
Ｄ２    第２ダイオード
Ｄ３    第３ダイオード（第２充電回路）
Ｍ１    ＦＥＴ（スイッチ回路）
【図１】
0003645881.tif 000002
【図２】
0003645881.tif 000003
【図３】
0003645881.tif 000004
【図４】
0003645881.tif 000005