(57)【要約】【課題】エンジンの低回転域から高回転域の全域において電気損失を低減させられるようにする。【解決手段】エンジンで駆動される交流発電機１の出力を整流してバッテリＢを充電するためのバッテリの充電制御装置であって、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、発電電流を前記交流発電機に戻すショート方式と、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、前記交流発電機と前記バッテリとを遮断するオープン方式とを切り替え可能とし、制御回路１は、エンジン回転数Ｎeが閾値Ｎ未満のときはオープン方式とし、閾値Ｎ以上のときはショート方式に切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンで駆動される交流発電機の出力を整流してバッテリを充電するためのバッテリの充電制御装置であって、
バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、発電電流を前記交流発電機に戻すショート方式と、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、前記交流発電機と前記バッテリとを遮断するオープン方式とを切り替え可能としたことを特徴とするバッテリの充電制御装置。
【請求項２】
前記ショート方式と前記オープン方式との切り替えを制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリの充電制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、エンジン回転数が閾値未満のときは前記オープン方式とし、前記閾値以上のときは前記ショート方式に切り替えることを特徴とする請求項２に記載のバッテリの充電制御装置。
【請求項４】
前記交流発電機は、第１のコイル、第２のコイル及び第３のコイルをスター結線した三相式の交流発電機であり、
順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第１、第２のスイッチング手段が順方向を同一にして直列接続し、前記第１のコイルの一端が、順方向下流側にある前記第１のスイッチング手段と順方向上流側にある前記第２のスイッチング手段との間に接続し、
順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第３、第４のスイッチング手段が順方向を同一にして直列接続し、前記第２のコイルの一端が、順方向下流側にある前記第３のスイッチング手段と順方向上流側にある前記第４のスイッチング手段との間に接続し、
順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第５、第６のスイッチング手段が順方向を同一にして直列接続し、前記第３のコイルの一端が、順方向下流側にある前記第５のスイッチング手段と順方向上流側にある前記第６のスイッチング手段との間に接続し、
前記第１、第３、第５のスイッチング手段の順方向下流に正ラインが接続し、前記第２、第４、第６のスイッチング手段の順方向上流に接地ラインが接続し、これら正ラインと接地ラインとの間に前記バッテリが接続し、
前記第２のスイッチング手段には、順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第７のスイッチング手段が順方向を逆にして並列接続し、
前記第４のスイッチング手段には、順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第８のスイッチング手段が順方向を逆にして並列接続し、
前記第６のスイッチング手段には、順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第９のスイッチング手段が順方向を逆にして並列接続することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバッテリの充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンで駆動される交流発電機の出力を整流してバッテリを充電するためのバッテリの充電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動二輪車等の車両では、エンジンで駆動される交流発電機の出力を整流してバッテリを充電する。交流発電機としては、一般的に、図４、図５に示すように、３本のコイル２、３、４をスター結線した三相式の交流発電機１が用いられる。交流発電機１によるバッテリＢの充電は、レギュレートレクチファイアと呼ばれる、整流と電圧制御を受け持つ充電制御装置により制御される。
【０００３】
図４に、従来のバッテリの充電制御装置の構成を示す。
ダイオード１０１、１０２が順方向を同一にして直列接続し、コイル２の一端がダイオード１０１、１０２の間に接続する。同様に、ダイオード１０３、１０４が順方向を同一にして直列接続し、コイル３の一端がダイオード１０３、１０４の間に接続し、また、ダイオード１０５、１０６が順方向を同一にして直列接続し、コイル４の一端がダイオード１０５、１０６の間に接続する。
順方向下流側のダイオード１０１、１０３、１０５のカソード側には正ライン１０７が接続し、順方向上流側のダイオード１０２、１０４、１０６のアノード側には接地ライン１０８が接続する。正ライン１０７と接地ライン１０８との間にバッテリＢが接続し、ダイオード１０１、１０３、１０５の出力電流でバッテリＢの充電を行うようになっている。
ダイオード１０２にはサイリスタ１０９が順方向を逆にして並列接続する。同様に、ダイオード１０４にはサイリスタ１１０が順方向を逆にして並列接続し、また、ダイオード１６にはサイリスタ１１１が順方向を逆にして並列接続する。
サイリスタ１０９、１１０、１１１の各ゲートは制御回路１１２に接続し、制御回路１１２によりゲート電圧の制御が行われる。制御回路１１２は、バッテリ電圧を監視しており、バッテリ電圧が所定の電圧未満のときはサイリスタ１０９、１１０、１１１をオフにする。このとき、ダイオード１０１、１０３、１０５の出力電流でバッテリＢの充電が行われる（図中の実線の矢印を参照）。そして、制御回路１１２は、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、サイリスタ１０９、１１０、１１１をオンにして、余分な発電電流を発電機に戻す（図中の点線の矢印を参照）。
【０００４】
図４に示した充電制御装置がショート方式と呼ばれるのに対して、図５に示すようなオープン方式と呼ばれる充電制御装置も知られている。
サイリスタ２０１、２０２が順方向を同一にして直列接続し、コイル２の一端がサイリスタ２０１、２０２の間に接続する。同様に、サイリスタ２０３、２０４が順方向を同一にして直列接続し、コイル３の一端がサイリスタ２０３、２０４の間に接続し、また、サイリスタ２０５、２０６が順方向を同一にして直列接続し、コイル４の一端がサイリスタ２０５、２０６の間に接続する。
順方向下流側のサイリスタ２０１、２０３、２０５のカソード側には正ライン２０７が接続し、順方向上流側のサイリスタ２０２、２０４、２０６のアノード側には接地ライン２０８が接続する。正ライン２０７と接地ライン２０８との間にバッテリＢが接続し、サイリスタ２０１、２０３、２０５の出力電流でバッテリＢの充電を行うようになっている。
サイリスタ２０１〜２０６の各ゲートは制御回路２０９に接続し、制御回路２０９によりゲート電圧の制御が行われる。制御回路２０９は、バッテリ電圧を監視しており、バッテリ電圧が所定の電圧未満のときはサイリスタ２０１〜２０６をオンにする。このとき、サイリスタ２０１、２０３、２０５の出力電流でバッテリＢの充電が行われる（図中の実線の矢印を参照）。そして、制御回路２０９は、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、サイリスタ２０１〜２０６をオフにして、交流発電機１とバッテリＢとを遮断する（図中の点線の矢印を参照）、すなわち回路をオープンにする。
【０００５】
また、この種の技術として、例えば特許文献１には、多相の発電コイルによる発電電流を整流する複数のダイオードからなる整流ブリッジ回路において、１列がサイリスタに置き換えられ、発電コイルの有効コイル数を変えられるようにした発電機の出力切換回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第０１／０２９９５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発電機が発電する際に発生する電気損失は、主に発電出力、鉄損、銅損の３つの合計となる。発電出力とは、発電機が持っている発電出力による損失である。鉄損とは、ステータ内部に発生する渦電流とヒステリシス損による損失である。銅損とは、ステータに巻いてあるコイルに電流が流れることにより発生する損失である。
図４に示したショート方式では、常時発電しているため、発電出力、鉄損、銅損のすべての損失がある。そのため、図６の特性線（二点鎖線）に示すように、エンジンの低回転域から高回転域の全域において電気損失が比較的生じやすい。
それに対して、図５に示したオープン方式では、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、交流発電機１とバッテリＢとを遮断するのでコイルに電流が流れず銅損が減る。したがって図６の特性線（一点鎖線）に示すように、ショート方式と比較して、低〜中回転域での電気損失を低減させることができる。
しかしながら、オープン方式では、ステータに電流が流れないときに、磁石の磁束によりステータ内に渦電流が発生しやすくなり、その渦電流は高周波になるほど、すなわちエンジン回転数とともに増加する特性を有する。そのため、図６に示すように、特にエンジンの高回転域では鉄損が増大して、逆にショート方式と比較して電気損失が大きくなる現象が生じる。
【０００８】
なお、特許文献１に開示されている発電機の出力切換回路は、有効コイル数を変えて、発電機自体の発電ポテンシャルを切り換えることを目的とするものであり、本発明のようにショート方式とオープン方式とを切り替え可能とするものではない。
【０００９】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、エンジンの低回転域から高回転域の全域において電気損失を低減させられるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のバッテリの充電制御装置は、エンジンで駆動される交流発電機の出力を整流してバッテリを充電するためのバッテリの充電制御装置であって、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、発電電流を前記交流発電機に戻すショート方式と、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、前記交流発電機と前記バッテリとを遮断するオープン方式とを切り替え可能としたことを特徴とする。
また、本発明のバッテリの充電制御装置の他の特徴とするところは、前記ショート方式と前記オープン方式との切り替えを制御する制御手段を備えた点にある。前記制御手段は、エンジン回転数が閾値未満のときは前記オープン方式とし、前記閾値以上のときは前記ショート方式に切り替える。
また、本発明のバッテリの充電制御装置の他の特徴とするところは、前記交流発電機は、第１のコイル、第２のコイル及び第３のコイルをスター結線した三相式の交流発電機であり、
順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第１、第２のスイッチング手段が順方向を同一にして直列接続し、前記第１のコイルの一端が、順方向下流側にある前記第１のスイッチング手段と順方向上流側にある前記第２のスイッチング手段との間に接続し、順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第３、第４のスイッチング手段が順方向を同一にして直列接続し、前記第２のコイルの一端が、順方向下流側にある前記第３のスイッチング手段と順方向上流側にある前記第４のスイッチング手段との間に接続し、順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第５、第６のスイッチング手段が順方向を同一にして直列接続し、前記第３のコイルの一端が、順方向下流側にある前記第５のスイッチング手段と順方向上流側にある前記第６のスイッチング手段との間に接続し、前記第１、第３、第５のスイッチング手段の順方向下流に正ラインが接続し、前記第２、第４、第６のスイッチング手段の順方向上流に接地ラインが接続し、これら正ラインと接地ラインとの間に前記バッテリが接続し、前記第２のスイッチング手段には、順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第７のスイッチング手段が順方向を逆にして並列接続し、前記第４のスイッチング手段には、順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第８のスイッチング手段が順方向を逆にして並列接続し、前記第６のスイッチング手段には、順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第９のスイッチング手段が順方向を逆にして並列接続する点にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ショート方式とオープン方式とを切り替え可能としたので、エンジンの低回転域から高回転域の全域において電気損失を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るバッテリの充電制御装置の構成を示す図である。
【図２】制御回路による制御処理を示すフローチャートである。
【図３】実施形態におけるエンジン回転数と電気損失との関係を示す特性図である。
【図４】従来のショート方式のバッテリの充電制御装置の構成を示す図である。
【図５】従来のオープン方式のバッテリの充電制御装置の構成を示す図である。
【図６】ショート方式及びオープン方式でのエンジン回転数と電気損失との関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係るバッテリの充電制御装置の構成を示す。なお、三相式の交流発電機及びバッテリは従来のものと同じであるので、同一の符号を付して説明する。
サイリスタ５、６が順方向を同一にして直列接続し、コイル２の一端がサイリスタ５、６の間に接続する。同様に、サイリスタ７、８が順方向を同一にして直列接続し、コイル３の一端がサイリスタ７、８の間に接続し、また、サイリスタ９、１０が順方向を同一にして直列接続し、コイル４の一端がサイリスタ９、１０の間に接続する。
順方向下流側のサイリスタ５、７、９のカソード側には正ライン１１が接続し、順方向上流側のサイリスタ６、８、１０のアノード側には接地ライン１２が接続する。正ライン１１と接地ライン１２との間にバッテリＢが接続し、サイリスタ５、７、９の出力電流でバッテリＢの充電を行うようになっている。
サイリスタ６にはサイリスタ１３が順方向を逆にして並列接続する。同様に、サイリスタ８にはサイリスタ１４が順方向を逆にして並列接続し、また、サイリスタ１０にはサイリスタ１５が順方向を逆にして並列接続する。
サイリスタ１３、１４、１５の各ゲートは、ＩＣにより構成される制御回路１６に接続し、制御回路１６によりゲート電圧の制御が行われる。
【００１４】
図２は、制御回路１６による制御処理を示すフローチャートである。図２のフローチャートは、制御回路１６において例えば一定間隔で実行される。
ステップＳ１０１で、制御回路１６は、充電波形周期（充電時の電流波形或いは電圧波形の周期）に基づいてエンジン回転数Ｎeを演算する。なお、ここでは充電波形周期に基づいてエンジン回転数Ｎeを演算するとしたが、制御回路１６においてエンジン回転数Ｎeを知ることができればよく、その方式は問わない。
【００１５】
ステップＳ１０２で、制御回路１６は、ステップＳ１０１において演算したエンジン回転数Ｎeが予め設定された閾値Ｎ以上であるか否かを判定する。閾値Ｎは、交流発電機の実機試験等によりショート方式とオープン方式とで電気損失が逆転するエンジン回転数を予め把握して設定されたものである。
【００１６】
ステップＳ１０２においてエンジン回転数Ｎeが閾値Ｎ未満のときは、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３で、制御回路１６は、サイリスタ１３〜１５をオフに維持するとともに、サイリスタ５〜１０により充電制御を行う。すなわち、バッテリ電圧が所定の電圧未満のときはサイリスタ５〜１０をオンにするが、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、サイリスタ５〜１０をオフにして、交流発電機１とバッテリＢとを遮断する。このように、エンジン回転数Ｎeが閾値Ｎ未満の場合、オープン方式となる。
【００１７】
それに対して、ステップＳ１０２においてエンジン回転数Ｎeが閾値Ｎ以上のときは、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４で、制御回路１６は、サイリスタ５〜１０をオンに維持するとともに、サイリスタ１３〜１５により充電制御を行う。すなわち、バッテリ電圧が所定の電圧未満のときはサイリスタ１３〜１５をオフにするが、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、サイリスタ１３〜１５をオンにして、余分な発電電流を発電機に戻す。このように、エンジン回転数Ｎeが閾値Ｎ以上の場合、ショート方式となる。
【００１８】
以上のように、ショート方式とオープン方式とを切り替え可能として、エンジン回転数が閾値Ｎ未満のときはオープン方式とし、閾値以上のときはショート方式に切り替えることができる。これにより、図３の特性線（実線）に示すように、エンジンの低回転域から高回転域の全域において電気損失を低減させることができる。
【００１９】
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば上記実施形態では三相式の交流発電機を例にして説明したが、単相式の交流発電機を対象としても、多相式の交流発電機を対象としてもよい。
また、上記実施形態では本発明でいうスイッチング手段としてサイリスタを用いる例を説明したが、順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能であればサイリスタに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２０】
Ｂ：バッテリ、１：三相式の交流発電機、２〜４：コイル、５〜１０、１３〜１５：サイリスタ、１１：正ライン、１２：接地ライン、１６：制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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