(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相又は三相磁石式発電機において、上記発電機の出力を第一のスイッチング回路で整流し、この第一のスイッチング回路は上段及び下段にスイッチング素子を備え、上記上段のスイッチング素子の出力に第二のスイッチング回路を接続し、上記下段のスイッチング素子の出力に第三のスイッチング回路を接続してあり、上記第二のスイッチング回路の出力には高いバッテリ電圧のバッテリを、上記第三のスイッチング回路の出力には低いバッテリ電圧のバッテリをそれぞれ接続してあり、上記第二及び第三のスイッチング回路を動作させて、バッテリ電圧が高いバッテリから充電を開始し、一定のサイクルで高いバッテリと低いバッテリをそれぞれ充電し、これら二つのバッテリ電圧が定格電圧になるように制御する制御手段を備えてあることを特徴とする多出力バッテリ充電装置。
【請求項２】
上記制御手段として、上記二つのバッテリ電圧を検出し、上記単相又は三相磁石式発電機の出力電圧波形を正波形と負波形に分け、正波形区間においてはバッテリ電圧が高いバッテリを充電し、負波形区間においてはバッテリ電圧が低いバッテリを充電して二つのバッテリ電圧が定格電圧になるように制御することを特徴とする請求項１記載の多出力バッテリ充電装置。
【請求項３】
上記制御手段として、上記二つのバッテリ電圧を検出し、上記単相又は三相磁石式発電機の出力電圧波形の位相角を２つに割りふり、先の区間においてはバッテリ電圧が高いバッテリを充電し、後の区間においてはバッテリ電圧が低いバッテリを充電して二つのバッテリ電圧が定格電圧になるように制御することを特徴とする請求項１記載の多出力バッテリ充電装置。
【請求項４】
上記制御手段として、上記二つのバッテリ電圧を検出し、上記三相磁石式発電機の出力電圧波形の３つの相の先の２つの相（ｕ相、ｖ相）と後の１つの相（ｗ相）とに割りふり、上記先の２つの相においてはバッテリ電圧が高いバッテリを充電し、上記後の１つの相においてはバッテリ電圧が低いバッテリを充電して二つのバッテリ電圧が定格電圧になるように制御することを特徴とする請求項１記載の多出力バッテリ充電装置。
【請求項５】
上記第三のスイッチング回路と並列に第四のスイッチング回路を接続し、エンジン停止時において、上記バッテリ電圧が低いバッテリから上記第四のスイッチング回路を介して、上記発電機の発電コイルに通電し、上記第一のスイッチング回路でスイッチングすることにより上記バッテリ電圧が高いバッテリに充電させるように構成してあることを特徴とした請求項１乃至４のいずれかに記載の多出力バッテリ充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は単相又は三相の磁石式発電機により、複数のバッテリに充電する装置の充電分配制御方法と単相又は三相の磁石式発電機をモータとして駆動する方法に関するものである。又、三相のフィールド式発電機により、複数のバッテリに充電する装置の充電分配制御方法と三相のフィールド式発電機をモータとして駆動する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の装置は、図４に示すようにバッテリに充電する装置とモータとして駆動する装置及び１２Ｖバッテリに電圧変換する装置と別々に設けられており、それぞれ、バッテリの状態と発電機（モータ）の状態を監視し、制御していたので部品点数が多くなる原因となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
１つの磁石式発電機またはフィールド式発電機から異なった出力電圧を低回転から高回転まで出力して各バッテリにバランス良く充電し、かつ発電機をモータとして駆動できることをの目的としている。また、高電圧バッテリが電圧不足時発電コイルを使用し、昇圧電力を高電位バッテリに充電できることを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は単相又は三相の磁石式発電機の出力電圧波形を制御手段として各相毎にスイッチング素子をバッテリに直列に挿入し、１）単相又は三相の磁石式発電機の正波形出力と負波形出力を区別し、正負の出力波形に対し、優先度を設ける。２）単相又は三相の磁石式発電機の相の数を区別し、複数の出力に対し、優先度を設ける。３）単相又は三相磁石式発電機の正波形出力又は負波形出力の位相角度で区別し、複数の出力に対し、優先度を設けるこのことにより片方の出力に発電機のエネルギーが偏らないように出力させる。
【０００５】
本発明は三相フィールド式発電機の出力電圧波形を制御手段として第一及び第三のスイッチング素子を用い、発電機の出力を整流してバッテリに充電し、１）単相又は三相の磁石式発電機の正波形出力と負波形出力を区別し、正負の出力波形に対し、優先度を設ける。２）三相フィールド式発電機の相の数を区別し、複数の出力に対し、優先度を設ける。 ３）三相フィールド式発電機の正波形出力又は負波形出力の位相角度で区別し、複数の出力に対し、優先度を設けることにより片方の出力に発電機のエネルギーが偏らないように出力させる。
【０００６】
本発明は同期整流回路をモータ駆動するフルブリッジとして使用し、高電位バッテリから電源を供給し発電機をモータとして使用する。又、エンジン停止時、発電機兼のモータのコイルを昇圧コイルとして用い低電圧バッテリから高電位バッテリへスイッチング充電する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１に示す。１は三相磁石式発電機兼モータ、２は３６V用バッテリ、３は１２V用バッテリ、一は三相磁石式発電機兼モータを駆動するドライバ回路と発電出力を整流する同期整流回路を兼用した第一のスイッチング回路、二は一回路で整流された発電出力を３６V用バッテリに充電するための第二のスイッチング回路でバッテリ電圧制御回路とドライバで構成されている、三は一回路で整流された発電出力を１２V用バッテリに充電するための第三のスイッチング回路でバッテリ電圧制御回路とドライバで構成されている、四はエンジン停止時１２V用バッテリから三相磁石式発電機兼モータのコイルを利用し、３６V用バッテリに充電するための第四のスイッチング回路で導通制御回路とドライバで構成されている。
【０００８】
次に、これを動作するためにはまず、三相磁石式発電機兼モータを発電機として使用する場合は、エンジンが回転し発電出力がｕ，ｖ，ｗ各相に発生するとＡ点に図２に示すように交流は波形が印可される。この時一ａの同期位相検出回路で正波形を検出すると上段のスイッチング素子Ｑ１を導通し、下段のスイッチング素子Ｑ２を非導通する。また、負波形を検出すると上段のスイッチング素子Ｑ１を非導通し、下段のスイッチング素子Ｑ２を導通する。以下Ｂ、Ｃ点に交流波形が印可された場合も同様である。
【０００９】
このことにより、一ａの同期位相検出回路が動作するまでは各スイッチング素子の両端間のダイオードＤ１〜６を通して第二及び第三のスイッチング回路へ発電機出力電流が流れるが一ａの同期位相検出回路が動作するとダイオードＤ１〜６ではなく各スイッチング素子を通して発電機出力電流が流れるので各素子の飽和電圧が下げられるため第一のスイッチング回路の発熱損失が低下させることができる。次に第一のスイッチング回路で整流された発電機の出力を３６V用バッテリ及び１２V用バッテリの電圧状態により、第二及び第三のスイッチング回路をバッテリ電圧が規定電圧よりも低い場合は導通され、バッテリへ充電する。また、規定電圧より高い場合は非道通させて、バッテリへ充電させず、バッテリ電圧が常に一定電圧になるように制御される。
【００１０】
この時、３６V用バッテリ及び１２V用バッテリの状態により充電状態が不均衡にしないために、表１の３通りの充電方法がある。第一の波形優先タイプ方式は３６V用バッテリに は発電機の正出力波形を１２V用バッテリには発電機の負出力波形を満充電でない時に優先的に第二及び第三のスイッチング回路を動作させる。第二の位相角優先タイプ方式は半サイクルの発電機出力波形に対し、３６V用バッテリには発電機の出力波形の内０〜Θａｎｇｌまでを１２V用バッテリには発電機の出力波形をΘａｎｇｌ〜０までを満充電でない時に優先的に第二及び第三のスイッチング回路を動作させる。
【００１１】
第三の相分配優先タイプ方式は発電機出力波形に対し、３６V用バッテリには発電機の出力波形の３相分の内２相分を１２V用バッテリには発電機の出力波形の３相分の内残りの１相分を満充電でない時に優先的に第二及び第三のスイッチング回路を動作させる。
３６V用バッテリ又は１２V用バッテリが満充電でない時は表１のように第二及び第三のスイッチング回路を動作させることでバランス良く、３６V用バッテリ及び１２V用バッテリを充電できる。
【００１２】
【表１】
0004229533.tif 000002
【００１３】
次に、三相磁石式発電機兼モータをモータとして使用する場合は３６V用バッテリからの電圧を第二のスイッチング素子回路のスイッチング素子Q7，８，９を全て導通し、各ｕ，ｖ，ｗ相コイルに順次Q1→u相コイル→Q4, Q３→ｖ相コイル→Q６, Q３→ｗ相コイル→Q２に短時間電流を流し、過電流が流れない相を基点にして正規導通時間で回転磁界が発生するように各相に順次第一のスイッチング素子を通電していく。このことにより３６V用バッテリを電源として第一のスイッチング素子回路をフルブリッジドライバとして三相磁石式発電機兼モータを駆動できる。また、停止する時の逆起電力は第一及び第二のスイッチング素子回路を通して再び３６V用バッテリに回生充電される。
【００１４】
次に、三相磁石式発電機兼モータをエンジン停止時昇圧コイルとして使用する場合は第四のスイッチング素子回路（Ｑ１０、１１）を導通し、第二のスイッチング素子回路を全て導通し、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４を一定時間のスイッチングすることで三相磁石式発電機兼モータの各相のコイルに高電圧が発生しダイオードＤ１，Ｄ３を通して３６Ｖ用バッテリに充電される。このことにより３６Ｖ用バッテリはコンデンサ等でもエンジン起動時、１２Ｖ用バッテリから３６Ｖ用バッテリ代換コンデンサに充電し電源を確保でき、この電源をもとに三相磁石式発電機兼モータをモータとして駆動できる。
【００１５】
以上のことから、三相磁石式発電機兼モータを、多出力を設けてもバランスよくバッテリに充電できる。かつ、高電圧側が電圧不足及びバッテリ代替えコンデンサを使用しても三相磁石式発電機兼モータを昇コイルとして充電でき、モータ駆動が動作可能となる。また、充電機能とモータ駆動機能を兼ね備えることで回路を効率的に構成できる。
【００１６】
次に本発明の他の実施例を図３に示す。１は三相フィード式発電機兼モータ、２は３６V用バッテリ、３は１２V用バッテリ、一は三相フィード式発電機兼モータを駆動するドライバ回路と発電出力を整流する同期整流回路を兼用した第一のスイッチング回路、五は一回路で整流された発電出力を３６V用バッテリに直接一定電圧充電するための第五のスイッチング回路でフィードコイル制御回路とドライバで構成されている、三は一回路で整流された発電出力を１２V用バッテリに充電するための第三のスイッチング回路でバッテリ電圧制御回路とドライバで構成されている、四はエンジン停止時１２V用バッテリから三相フィールド式発電機兼モータのコイルを利用し、３６V用バッテリに充電するための第四のスイッチング回路で導通制御回路とドライバで構成されている。
【００１７】
次に、これを動作するためにはまず、三相フィード式発電機兼モータを発電機として使用する場合は、エンジンが回転し発電出力がｕ，ｖ，ｗ各相に発生するとＡ点に交流波形が印可される。この時一ａの同期位相検出回路で正波形を検出すると上段のスイッチング素子Ｑ１を導通し、下段のスイッチング素子Ｑ２を非導通する。また、負波形を検出すると上段のスイッチング素子Ｑ１を非導通し、下段のスイッチング素子Ｑ２を導通する。以下Ｂ、Ｃ点に交流波形が印可された場合も同様である。
【００１８】
このことにより、一ａの同期位相検出回路が動作するまでは各スイッチング素子の両端間のダイオードＤ１〜６を通して３６Ｖ用バッテリ及び第三のスイッチング回路へ発電機出力電流が流れるが一ａの同期位相検出回路が動作するとダイオードＤ１〜６ではなく各スイッチング素子を通して発電機出力電流が流れるので各素子の飽和電圧が下げられるので第一のスイッチング回路の発熱損失が低下させることができる。
【００１９】
次に第一のスイッチング回路で整流された発電機の出力は３６V用バッテリが一定電圧に充電されるように第五のスイッチング素子回路を通してフィードコイルを制御する。また、１２V用バッテリは電圧状態により、第三のスイッチング回路をバッテリ電圧が規定電圧よりも低い場合は導通され、バッテリへ充電する。また、規定電圧より高い場合は非道通させて、バッテリへ充電させず、バッテリ電圧が常に一定電圧になるように制御される。この時、３６V用バッテリ及び１２V用バッテリの状態により充電状態が不均衡にしないために、前記実施例（図１）と同様な充電方法がある。
【００２０】
第一の波形優先タイプ方式は３６V用バッテリには発電機の正出力波形を１２V用バッテリには発電機の負出力波形を満充電でない時に優先的に第一及び第三のスイッチング回路を動作させる。第二の位相角優先タイプ方式は半サイクルの発電機出力波形に対し、３６V用バッテリには発電機の出力波形の内０〜Θａｎｇｌまでを１２V用バッテリには発電機の出力波形をΘａｎｇｌ〜０までを満充電でない時に優先的に第一及び第三のスイッチング回路を動作させる。第三の相分配優先タイプ方式は発電機出力波形に対し、３６V用バッテリには発電機の出力波形の３相分の内２相分を１２V用バッテリには発電機の出力波形の３相分の内残りの１相分を満充電でない時に優先的に第一及び第三のスイッチング回路を動作させる。
【００２１】
３６V用バッテリ又は１２V用バッテリが満充電でない時は第五及び第三のスイッチン グ回路を動作させることでバランス良く、３６V用バッテリ及び１２V用バッテリを充電できる。
【００２２】
次に、三相フィールド式発電機兼モータをモータとして使用する場合は３６V用バッテリからの電圧を第五のスイッチング素子回路のスイッチング素子Q7導通し、各ｕ，ｖ，ｗ相コイルに順次Q1→u相コイル→Q4, Q３→ｖ相コイル→Q６, Q３→ｗ相コイル→Q２に短時間電流を流し、過電流が流れない相を基点にして正規導通時間で回転磁界が発生するように各相に順次第一のスイッチング素子を通電していく。このことにより３６V用バッテリを電源として第一のスイッチング素子回路をフルブリッジドライバとして三相フィールド式発電機兼モータを駆動できる。また、停止する時の逆起電力は第一のスイッチング素子回路を通して再び３６V用バッテリに回生充電される。
【００２３】
次に、三相フィールド式発電機兼モータをエンジン停止時昇圧コイルとして使用する場合は第四のスイッチング素子回路（Ｑ８，９）を導通し、第一のスイッチング素子回路を全て導通し、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４を一定時間のスイッチングすることで三相フィールド式発電機兼モータの各相のコイルに高電圧が発生しダイオードＤ１，Ｄ３を通して３６Ｖ用バッテリに充電される。このことにより３６Ｖ用バッテリはコンデンサ等でもエンジン起動時、１２Ｖ用バッテリから３６Ｖ用バッテリ代換コンデンサに充電し電源を確保でき、この電源をもとに三相フィールド式発電機兼モータをモータとして駆動できる。
【００２４】
以上のことから、三相フィールド式発電機兼モータを、多出力を設けてもバランスよくバッテリに充電できる。かつ、高電圧側が電圧不足及びバッテリ代替えコンデンサを使用しても三相フィールド式発電機兼モータを昇コイルとして充電でき、モータ駆動が動作可能となる。また、充電機能とモータ駆動機能を兼ね備えることで回路を効率的に構成できる。
【００２５】
【効果の説明】
本発明の構成をすることにより、発電機兼モータから複数の電圧の異なった出力が容易にバランスよく得られる。かつ、モータ駆動回路と組合わせることで充電回路部との共通部分が省略され、低電圧から高電圧バッテリに充電が可能になる。また、この発明をエンジン駆動による発電機を用いる装置に関し、多出力を必要とする構成、例えば、高電圧でモータを駆動し、低電圧でランプ等の通常の負荷を動作するものに応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例回路図
【図２】本発明実施例の同期整流タイミング波形図
【図３】本発明の他の実施例回路図
【図４】従来例
【符号の説明】
１．発電機兼モータ
２，３．バッテリ
一．第一のスイッチング回路
二．第二のスイッチング回路
三．第三のスイッチング回路
四．第四のスイッチング回路
五．第五のスイッチング回路
【図１】
0004229533.tif 000003
【図２】
0004229533.tif 000004
【図３】
0004229533.tif 000005
【図４】
0004229533.tif 000006