(57)【要約】三相回路網で作動するバッテリー充電回路であって、バッテリー充電回路は、３つの二次巻線と並列接続された３つの直列ダイオード・ペアとを備えた三相幹線変圧器を有し、当該直列ダイオード・ペアのそれぞれの中央の相互接続線は、変圧器の３つの二次巻線のうちの対応する１つの二次巻線の端子に接続され、バッテリー充電回路は、３つの相似回路を有し、３つの相似回路は、それぞれ、各相に対応付けされ、３つの相似回路は、それぞれ、永久接続された電解コンデンサ（ＣＲ１、ＣＳ１、ＣＴ１）と、該コンデンサと並列されるダイオード（ＤＲ、ＤＳ、ＤＴ）を備え、相似回路の一端は、対応する相の二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の上記端子とは別の端子に接続され、相似回路の他端は、相互接続される。
2010525780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つの二次巻線と並列接続された３つの直列ダイオード・ペアとを備えた三相幹線変圧器を有し、前記直列ダイオード・ペアのそれぞれの中央の相互接続線が前記変圧器の前記３つの二次巻線のうちの対応する１つの二次巻線の端子に接続された、三相回路網で作動するバッテリー充電回路であって、
３つの相似回路であって、該３つの相似回路のそれぞれが前記相の１つと結合し、該３つの相似回路のそれぞれが永続的に接続された電解キャパシタ（ＣＲ１、ＣＳ１、ＣＴ１）、および、前記電解キャパシタと並列されたダイオード（ＤＲ、ＤＳ、ＤＴ）を備え、前記相似回路の一端が結合された相の前記二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の前記端子とは別の端子に接続され、前記相似回路の他端が相互接続された、３つの相似回路を有することを特徴とする、バッテリー充電回路。
【請求項２】
前記相似回路は、それぞれ、さらに、前記永続的に接続された電界キャパシタ（ＣＲ１、ＣＳ１、ＣＴ１）に対して並列的に、少なくとも１つの付加的電解キャパシタ（ＣＲ２、ＣＳ２、ＣＴ２）、ならびに、前記永続的に接続された電界キャパシタに対して並列的に、前記付加的電解キャパシタを接続および切断するための電子スイッチ（ＫＲ、ＫＳ、ＫＴ）を備え、
前記相似回路それぞれの合成キャパシタンスが実質的に同一である、請求項１に記載のバッテリー充電回路。
【請求項３】
前記電界キャパシタのキャパシタンスは、それぞれ、少なくとも１００μＦを有する、請求項１に記載のバッテリー充電回路。
【請求項４】
前記三相変圧器の前記二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）はそれぞれ、スイッチ（ＫＳＲ、ＫＳＳ、ＫＳＴ）を介して前記ダイオード・ペアと接続された、複数のタップ点を備え、
前記スイッチは同時に動作する、請求項１に記載のバッテリー充電回路。
【請求項５】
前記三相変圧器は、複数の一次巻線（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を備え、
前記一次巻線のそれぞれが、複数のタップ点を備える、請求項１に記載のバッテリー充電回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相回路網で作動するバッテリー充電回路に関し、当該充電回路は、３つの二次巻線と３つの並列接続された直列ダイオード・ペアとを備えた三相幹線変圧器を有し、当該直列ダイオード・ペアのそれぞれの中央の相互接続線が変圧器の３つの二次巻線のうちの対応する１つの二次巻線の端子に接続された充電回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、蓄電容量が高いバッテリーを充電する場合には商用三相幹線の給電が用いられる。実際、幾つかのタイプの三相バッテリー充電器が市場に出回っている。従来の手法においては、三相変圧器の二次相巻線の出力端子はそれぞれ、ＤＣ側で並列可能な、つまり、ＤＣ出力端子が相互接続される、ブリッジ整流器のそれぞれと接続され、そのようにして得られる直流電流電圧が、実際の充電の内容に応じて設計された従来のバッテリー充電器への給電に供される。
【０００３】
国際公開ＷＯ０１／０６６１４は、バッテリー充電回路を開示する。該回路では、瞬時充電電圧は、チャージされた電解コンデンサの電圧と、好ましくは幹線変圧器の二次巻線で構成される、励起されたインダクタンスと、のベクトル和である。当該回路は、交流幹線電圧の半周期の両方を利用して一様な高電流充電を実現する。出力電圧の成分の１つにチャージされたキャパシタの電圧が含まれることで、充電過程はフレキシブルなものになっている。なぜなら、充電されるべきバッテリーにおいて起こり得る短絡が当該回路の動作にダメージは及ぼすことはなく、充電過程は、バッテリーの端子電圧の値で十分にコントロールされるからである。該国際公開の図６は、３つの変圧器のそれぞれの二次巻線から給電される３つの充電回路を示す。それによれば、充電回路の１つは、永久接続され、他の２つの充電回路は、連帯してコントロールされる２組のサイリスタのよってアクティブになることができる。このような手法を用いて行う処理では充電エネルギの実際の需要に応じて充電電力を制御することが可能である。
【０００４】
当該手法には幾つかの利点があるが、１つの欠点は、そのような形態では三相幹線回路網で作動しないことにある。三相充電器が正しく動作するのは、参照文献の図１または図４に示されるように設計された３つの充電回路が、三相幹線の対応する相から給電を受けて使用され、充電器のＤＣ出力は、共に、バッテリーに接続される場合である。しかしながら、そのような三相充電器においては、各相について、電解コンデンサ・ペアおよびダイオード・ペアを使用しなければならない。（調節が必要な場合には、さらに、付加的なキャパシタ・ペア群と、対応する付加的キャパシタと接続させるための、対応する数の電子スイッチが必要である。）上記の構成要素のうち、高いキャパシタンス値を有する電解コンデンサは、サイズが大きく、かつ、高価であり、さらに、当該電解コンデンサは、半導体スイッチおよびダイオードに対し、高い順方向電流を与える。このような性質のため、充電回路自体の特性は好ましいものであるが、参照した単相バッテリー充電器への三相幹線回路網からの給電部はサイズが大きくなりやすく、かつ、コスト高にもつながる。
【０００５】
好都合にも、適用されるキャパシタのキャパシタンスを変化させることで、そのような充電回路を制御することが可能である。動作中に生じる非常に強い電流パルスを鑑みれば、付加的なキャパシタの挿入は、要求される電流ピークに対して僅かな制限しか生じさせないような特定種の半導体スイッチ回路を用いた場合にのみ、可能である。そのような特定種の半導体スイッチ回路については、国際公開ＷＯ２００５／０７８８８８に開示がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、瞬時充電電圧がキャパシタの電圧およびインダクタンスのベクトル和として供されるような先に参照した既知のバッテリー充電器にかかる好ましい基本特性を有し、かつ、三相幹線回路網から給電可能でかつ基本となる充電回路の部品点数を３倍した場合に必要な部品点数から部品点数を著しく減少させた、バッテリー充電回路を供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本目的は、三相回路網で作動するバッテリー充電回路であって、３つの二次巻線と並列接続された３つの直列ダイオード・ペアとを備えた三相幹線変圧器を有し、当該直列ダイオード・ペアのそれぞれの中央の相互接続線が変圧器の３つの二次巻線のうちの対応する１つの二次巻線の端子に接続されたバッテリー充電回路を供することで、達成される。本発明によれば、充電回路は、３つの相似回路を有し、３つの相似回路はそれぞれ、三相のうちの一相それぞれと結合され、３つの相似回路はそれぞれ、永久接続された電解コンデンサと、該コンデンサと並列されるダイオードを備え、相似回路の一端は、対応する相の二次巻線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の上記端子とは別の端子に接続され、相似回路の他端は、相互接続される。
【０００８】
好適な実施形態においては、各相似回路はさらに、永久接続されたキャパシタに対して並列な少なくとも１つの付加的電解コンデンサ、および、当該付加的電解コンデンサを接続および切断するための、対応する永久接続された電界コンデンサに並列な電子スイッチを備え、各相似回路における合成キャパシタンスは実質同一である。
【０００９】
各電解コンデンサのキャパシタンスは、少なくとも１００μＦを有することが好ましく、数千μＦを有してもよい。
【００１０】
充電電力の制御に関する観点からは、三相変圧器の各二次巻線は、複数のタップ点を備えることが好ましく、当該タップ点は、それぞれにスイッチを介して対応するダイオード・ペアと接続され、当該スイッチ群が同時に動作することが好ましい。
【００１１】
電圧制御の一方法として、それぞれが複数のタップ点を備える一次巻線を有する三相変圧器が用いられる。
【００１２】
本発明にかかる充電回路は、商用三相幹線回路網から高い蓄電容量を備えたバッテリーを充電するために最適な様相を提供し、かつ、サイズが小さくかつ同等の充電処理を行うために選択可能な従来のバッテリー充電器よりも低コストである。
【００１３】
以下、添付の図面を参照し、本発明を好適な実施形態と関係づけて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明にかかる好適なバッテリー充電器実施形態の回路図
【図２】動作の理解に役立つ略図（ａ、ｂ、ｃ）
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すバッテリー充電回路は、一次巻線Ｐ１、Ｐ２、および、Ｐ３、ならびに、二次巻線Ｓ１、Ｓ２、および、Ｓ３を備えた三相変圧器を有する。一次巻線Ｐ１、Ｐ２、および、Ｐ３は、スター回路として結線され、三相幹線回路網の相線Ｐｈ１、Ｐｈ２、および、Ｐｈ３に接続される。二次電圧を調整するため、二次巻線Ｓ１、Ｓ２、および、Ｓ３は、それぞれ、複数のタップ端子を備える。該端子は、多極スイッチＫと接続される。これらの多極スイッチは、共通制御で動作可能な素子である。スイッチＫは、幹線回路網の三相線Ｒ、Ｓ、および、Ｔと対応した、可動接点ＫＳＲ、ＫＳＳ、および、ＫＳＴを備える。相線Ｒに対応する可動接点ＫＳＲは、直列ダイオードＤＲ１およびＤＲ２に共通の接続線と接続され、可動接点ＫＳＳは、直列ダイオードＤＳ１およびＤＳ２に共通の線と接続され、最後に、可動接点ＫＳＴは、直列ダイオードＤＴ１およびＤＴ２に共通の線と接続される。３つのダイオード・ペアのそれぞれのもう一方の端子は相互に接続されて、充電すべきバッテリーＢの端子に接続される。
【００１６】
三相変圧器の二次巻線Ｓ１、Ｓ２、および、Ｓ３の、スイッチＫに接続される接点と反対側の端部の端子は、それぞれ、３つの相似回路の１つに接続される。各相似回路は、高キャパシタンス値を有する永久接続された電解コンデンサ（permanently connected electrolytic capacitor）と、当該永久キャパシタ（permanent capacitor）と並列に接続可能な複数の付加的電解コンデンサと、を備える。当該各回路においては、当該挿入可能なキャパシタは、単一のキャパシタおよび直列スイッチとして記号化されている。つまり、相線Ｒは、永久キャパシタＣＲ１、および、スイッチＫＲでオンオフ切換可能なキャパシタＣＲ２、ならびに、ダイオードＤＲと結合される。相線Ｓは、永久キャパシタＣＳ１、および、スイッチＫＳでオンオフ切換可能なキャパシタＣＳ２、ならびに、ダイオードＤＳと結合され、最後に、相線Ｔは、永久キャパシタＣＴ１、および、スイッチＫＴでオンオフ切換可能なキャパシタＣＴ２、ならびに、ダイオードＤＴと結合される。また、システムが最初に励起されて半導体スイッチ群と結合した制限素子（limiting elements）によってキャパシタが放電されているときは、永久キャパシタは電流上昇を制限するためのスイッチ群（不図示）とも結合される。
【００１７】
注記するが、スイッチＫＲ、ＫＳ、および、ＫＴは、一度にコントロールされることが重要である。そうすることで、３つの回路においてそれぞれ同一のキャパシタンス値がもたらされ、また、キャパシタンスが変更される場合にも、該変更を三相同時に生じさせることが可能になる。当該コントロールにかかるこれらスイッチは、先に参照した国際公開ＷＯ２００５／０７８８８８に記載されるように構成されることが望ましく、これらスイッチはそれぞれ初期電流上昇の急峻性（スティープネス（steepness））を制限する直列インダクタンスを備えることが好ましい。これら３つの回路の、二次巻線Ｓ１、Ｓ２、および、Ｓ３と接続される端子と反対側の端子は、相互接続される。
【００１８】
本発明による三相充電器の動作を理解するには、バッテリーＢを跨ぐ電圧が、各期間において、ダイオードのうち開放（open）している一方にかかる順方向バイアス電圧と、結びついた二次巻線における瞬時電圧と、挿入されたキャパシタにおける電圧と、の和であること、を考慮すればよい。２つの瞬時的な開放枝路において、電流が流れる方向は、同じでなければならない。このことは、図面に示すようにダイオードが接続されることによって保証される。瞬時的にアクティブな枝路の電圧がバッテリーの電圧を超過すると、電解コンデンサおよび関連する枝路の二次巻線に蓄えられたエネルギがバッテリーＢに急速にチャージされ、かつ、上述した電圧のバランスは永続的に確保される。当該充電（チャージ）の条件は、幹線電圧の各周期において３回満足され、当該充電区間の期間（流れ角（flowing angle））は、バッテリーＢにかかる電圧に、つまり受電状態に、大いに依存する。故に、本回路装置（circuit arrangement）は、ある意味、自動制御（自己調整的（self-regulating））であり、充電（チャージ）の時間は、バッテリーＢの電圧が最小のとき、つまりチャージに対する需要が最高のとき、全周期時間に対して長くなる。バッテリーの電圧の上昇に伴い（、つまり、蓄えられた電荷の量が増えるにしたがい）、周期のアクティブな充電区間はより短くなり、充電過程はより穏やかになる。図２のａ図、ｂ図、および、ｃ図は、アクティブな期間において優勢な電圧及び電流の方向性を示す図であり、瞬時的にアクティブな素子は、太線で示される。各周期の充電区間において、電流は２つの相のインダクタンスを流れ、常時、２つの電解コンデンサがエネルギを送る（受ける）。場合により、電流は、キャパシタに代わって、該キャパシタと並列接続されたダイオードを流れる。該ダイオードは、回路を閉じて電解コンデンサの極性が反転することを防止する。
【００１９】
本三相充電回路においては、電解コンデンサ、ダイオード、制御用スイッチの数は、先に述べた従来型の充電器構成において必要な素子数の半分で済む。
【００２０】
本発明による充電回路を用いれば、充電パラメータは複数通りに変更される。永久キャパシタ（permanent capacitors）ＣＲ１、ＣＳ１、および、ＣＴ１は、非常に高いキャパシタンスを有し、その値は、およそ１００乃至５０００μＦの間である。付加的キャパシタ（optional capacitors）は、同様に高いキャパシタンス値を有する。蓄電容量を増大させることによって、各周期においてバッテリーＢをチャージするのに用いられるエネルギを増やすことができる。スイッチＫＳＲ、ＫＳＳ、および、ＫＳＴの同時的動作により二次巻線Ｓ１、Ｓ２、および、Ｓ３にかかる電圧を変更することで、充電期間の継続期間を変化させることができる。充電電力もまた、一次巻線Ｐ１、Ｐ２、および、Ｐ３の励起を制御することで、変化させることができる。これは、幾つかの方法で可能である。励起の制御の最も単純な例としては、別のスイッチを用いて一次巻線に複数のタップ点を設け（不図示）、一次巻線におけるアクティブなターン（turn）の数を離散的ステップで変更すればよい。
【００２１】
本発明による三相充電回路は、高定格電力に加え、非常に簡単な回路構成を有し、高い蓄電容量を備えるバッテリーＢを充電するのに最適な充電環境を提供する。さらに別の利点としては、充電電力を制御可能であることと、大きなサイズの部品および付属品の点数を減じたことで非常に小さなサイズを実現したこと、がある。
【符号の説明】
【００２２】
Ｂ  ・・・・・  バッテリー
ＣＲ１  ・・・  永久キャパシタ（電解コンデンサ）
ＣＲ２  ・・・  オンオフ切換可能キャパシタ
ＣＳ１  ・・・  永久キャパシタ（電解コンデンサ）
ＣＳ２  ・・・  オンオフ切換可能キャパシタ
ＣＴ１  ・・・  永久キャパシタ（電解コンデンサ）
ＣＴ２  ・・・  オンオフ切換可能キャパシタ
ＤＲ  ・・・・  ダイオード
ＤＳ  ・・・・  ダイオード
ＤＴ  ・・・・  ダイオード
ＤＲ１  ・・・  直列ダイオード
ＤＲ２  ・・・  直列ダイオード
ＤＳ１  ・・・  直列ダイオード
ＤＳ２  ・・・  直列ダイオード
ＤＴ１  ・・・  直列ダイオード
ＤＴ２  ・・・  直列ダイオード
Ｋ  ・・・・・  多極スイッチ
ＫＲ  ・・・・  スイッチ
ＫＳ  ・・・・  スイッチ
ＫＴ  ・・・・  スイッチ
ＫＳＲ  ・・・  可動接点
ＫＳＳ  ・・・  可動接点
ＫＳＴ  ・・・  可動接点
Ｐ１  ・・・・  一次巻線
Ｐ２  ・・・・  一次巻線
Ｐ３  ・・・・  一次巻線
Ｓ１  ・・・・  二次巻線
Ｓ２  ・・・・  二次巻線
Ｓ３  ・・・・  二次巻線
Ｐｈ１  ・・・  相線
Ｐｈ２  ・・・  相線
Ｐｈ３  ・・・  相線
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ０１／０６６１４号パンフレット
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００５／０７８８８８号パンフレット
【図１】
2010525780.tif 000003
【図２ａ）】
2010525780.tif 000004
【図２ｂ）】
2010525780.tif 000005
【図２ｃ）】
2010525780.tif 000006
【国際調査報告】
2010525780.tif 000007
2010525780.tif 000008