JP2004350441A - 自動車の電源回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】バッテリの充電不足などにおいても始動時にエンジン制御に必要な電源を供給する。
【解決手段】交流発電機１に２つのコイルＬ１・Ｌ２を設け、コイルＬ１の正電圧出力をバッテリ充電などに用い、負電圧出力をランプ６駆動用に用い、コイルＬ２の出力を全波整流器１１により全波整流してエンジン制御負荷１２・１３用に用いる。バッテリの充電端子２ｂと整流器１１との間にトランジスタＦＥＴ１を設け、制御回路９により制御する。エンジン制御負荷に必要な電源容量を第２のコイルのみで供給するように設定することができる。バッテリ充電不足時にキックにより始動するような小型自動二輪車において、第２のコイルの出力を全てエンジン制御系に用いることができるため、エンジン制御負荷に対してキッキング始動でも充分な電力を供給し得る。
【選択図】 図１
【解決手段】交流発電機１に２つのコイルＬ１・Ｌ２を設け、コイルＬ１の正電圧出力をバッテリ充電などに用い、負電圧出力をランプ６駆動用に用い、コイルＬ２の出力を全波整流器１１により全波整流してエンジン制御負荷１２・１３用に用いる。バッテリの充電端子２ｂと整流器１１との間にトランジスタＦＥＴ１を設け、制御回路９により制御する。エンジン制御負荷に必要な電源容量を第２のコイルのみで供給するように設定することができる。バッテリ充電不足時にキックにより始動するような小型自動二輪車において、第２のコイルの出力を全てエンジン制御系に用いることができるため、エンジン制御負荷に対してキッキング始動でも充分な電力を供給し得る。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の電源回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばエンジンに交流発電機を連結し、エンジン回転中に連動して回転する交流発電機の交流電圧によりバッテリを充電するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
例えば小型自動二輪車の電源回路を上記のように構成した一例を図４に示す。図において、交流発電機（ＡＣＧ）の電圧端子１ａにバッテリ電圧制御回路２の電源入力端子２ａが接続され、バッテリ電圧制御回路２の充電端子２ｂにはＤＣ負荷３とバッテリ４とが接続されている。
【０００４】
電圧制御回路２にあっては、電源入力端子２ａから充電端子２ｂに電流を流す向きにサイリスタＳＣＲ１が接続されている。サイリスタＳＣＲ１は、そのゲートに接続されたバッテリ電圧検出回路５により制御される。バッテリ電圧検出回路５は、充電端子２ｂの電圧（バッテリ電圧）を検出し、バッテリ電圧が所定の下限値よりも低下していたらサイリスタＳＣＲ１をオンさせるようになっている。
【０００５】
また、電源入力端子２ａにランプ点灯用サイリスタＳＣＲ２のカソードが接続され、サイリスタＳＣＲ２のアノードがランプ接続端子２ｃに接続されている。そのランプ接続端子２ｃには、一端を接地された例えば前照灯であるランプ６が接続されている。サイリスタＳＣＲ２は、そのゲートに接続されたランプ電圧検出回路７により制御される。ランプ電圧検出回路７は、ランプ接続端子２ｃの電圧（負電圧）を検出し、ランプ６が所定の電圧以上になったらサイリスタＳＣＲ２をオフさせて、ランプ６の点灯を制御するようになっている。
【０００６】
また、サイリスタＳＣＲ１と充電端子２ｂとのノードには、接地側に向けて電流を通す向きにされたダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１が接続されている。そのダイオードＤ１及びコンデンサＣ１のノードから外部のエンジン制御負荷８に電圧供給するための出力端子２ｄが取り出されている。エンジン制御負荷８は、近年のエンジン制御系の電子化に対応した各種電気部品により構成されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１４９５６２号公報（第３頁右欄、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、小型自動二輪車にあっては、小容量型のバッテリが用いられており、メンテナンス不足などからバッテリの電圧低下やバッテリラインの切断等のいよゆるバッテリ外れ状態になる場合がある。そのような場合でもエンジン始動が可能なように、エンジンを外部から回転可能にするキックペダルを設けている。
【０００９】
一方、近年の小型自動二輪車においても燃費向上の観点から上記したように電子制御化されたエンジン制御負荷８などが用いられるようになってきており、益々バッテリの負荷が増大する傾向にある。そのような状況下で、バッテリ外れの状態に陥るとエンジン始動がさらに困難になってしまうという問題がある。そして、バッテリの電圧不足状態の場合にはスタータによる始動が思うように行えず、キック始動することになり、その場合には交流発電機の回転速度も低いため、低い電圧しか発生しないこともあり、エンジン制御負荷８への十分な電圧を供給することができない。この対策として、上記したコンデンサＣ１が疑似安定化電源として用いられる。
【００１０】
上記バッテリの電圧不足状態の場合の端子２ｂの電位は図５の実線に示されるようになる。コンデンサＣ１は、その正電圧波形により充電されるが、波形消失区間（正の半波波形の間）ではエンジン制御負荷８を駆動するために放電するため、その電位は図の想像線に示されるようになる。したがって、エンジン制御負荷８の安定した駆動を確保するためにはコンデンサＣ１を大容量化する必要があるため、装置の大型化やコスト高になるという問題がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、バッテリの電圧不足などにおいても始動時にエンジン制御に必要な電源を供給し得ることを実現するために、本発明に於いては、エンジンにより駆動される交流発電機が、直流負荷とバッテリと交流負荷とを接続された第１のコイルと、整流回路を介してエンジン制御負荷を接続された第２のコイルとを有し、前記整流回路と前記バッテリとの間に前記第２のコイルにより前記バッテリを充電可能にするためのスイッチング手段を設けたものとした。
【００１２】
これによれば、第１のコイルによりバッテリを充電すると共に第２のコイルからもバッテリを充電することができるようにしたことにより、交流発電機の全てのコイルをバッテリの充電に使用することができる。また、負荷に応じて２つのコイルを設けた発電機においてコイルを無駄なく使用することができるため、各コイル別にその容量を設定することによりコイルを小型化できると共に、交流発電機ばかりでなく電源回路も小型化できる。
【００１３】
特に、前記バッテリの電圧不足を検出するためのバッテリ電圧検出手段を設け、前記バッテリ電圧検出手段により前記バッテリの電圧不足を検出した場合には前記スイッチング手段をオンにすると良い。これによれば、バッテリの電圧不足を検出することで、第２のコイルからの給電を効率良くバッテリに供給することができ、バッテリの電圧不足を速やかに解消し得る。
【００１４】
また、前記バッテリと前記エンジン制御負荷との間に前記バッテリから前記エンジン制御負荷に給電可能にするためのエンジン制御負荷給電回路を設けると良い。これによれば、バッテリ電圧が正常の場合には、始動時に即座にバッテリの充電電圧によりエンジン制御負荷へ給電することができるため、応答性の良い始動を行うことができる。
【００１５】
また、前記整流回路に過電圧防止回路が接続されていると良く、これによれば、始動後の通常運転時に第２のコイルから余剰出力が供給された場合でも過電圧を防止し得る。
【００１６】
また、前記第１のコイルと前記交流負荷との間に前記交流発電機の負電圧のみを前記交流負荷に供給する負電圧供給用スイッチング手段を設けると良い。これによれば、交流発電機の正電圧の全てをバッテリおよび直流負荷へ供給することができるため効率良い充電ができると共に、交流負荷の電圧変動をより一層抑制することができ、エンジン負荷へ速やかに給電することができ、始動性をより一層向上することができる。なお、第２のコイルを始動時エンジン制御専用電源として設計することによりその出力を小さくし得るため、過電圧防止回路の素子も小容量化することができ、回路を低廉化し得る。
【００１７】
さらに、前記負電圧供給用スイッチング手段が前記交流負荷に直列接続されたオープン制御素子であり、前記交流発電機の各突極に前記第１のコイルと前記第２のコイルとが積層状に巻かれていると良い。交流発電機の例えば過剰電圧を接地側に逃がしてしまうショートタイプのレギュレータに対して、オープン制御素子を用いて交流負荷を制御するなど発電機のコイルに電圧を留めるようにするオープンタイプのレギュレータでは銅損を減らしてエンジンに対するフリクションを軽減できる利点があるが、その反面鉄損が増えてしまう。それに対して、上記により、無通電の極が無くなるため鉄損の増加を抑えることができる。これにより、銅損を減らすと共に鉄損の影響を少なくすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明が適用された小型自動二輪車の電源回路を示す図である。なお、従来例で示した図４と同様の部分には同一の符号を付して、その詳しい説明を省略する。本バッテリ電圧制御回路２にあっても、電源入力端子２ａ・充電端子２ｂ・ランプ接続端子２ｃが設けられており、従来例と同様に、電源入力端子２ａには交流発電機１の電圧端子１ａが接続され、充電端子２ｂにはストップランプなどのＤＣ負荷３とバッテリ４とが接続されていると共に、ランプ接続端子２ｃには交流負荷としての例えば前照灯であるランプ６が接続されている。なお、サイリスタＳＣＲ１及びバッテリ電圧検出回路５により正電圧駆動回路が構成されており、負電圧供給用スイッチング手段であってオープン制御素子として用いられるサイリスタＳＣＲ２及びランプ電圧検出回路７により負電圧駆動回路が構成されている。
【００２０】
交流発電機１には、上記電圧端子１ａと接地との間に設けられた第１のコイルＬ１と、第１のコイルＬ１とは別個の第２のコイルＬ２とが設けられている。第２のコイルＬ２の両端は、例えば交流発電機１に一体化されている整流回路としての整流器１１の入力端子に接続されている。整流器１１の出力端子はバッテリ電圧制御回路２の整流入力端子２ｅに接続されている。
【００２１】
バッテリ電圧制御回路２には第２出力端子２ｆが設けられており、その第２出力端子２ｆには、エンジン制御負荷としてのＦＩ負荷１２及び制御回路（ＥＣＵ）９の各電源入力端子が接続されている。なお、ＦＩ負荷１２としては、点火プラグやイグニッションコイル、電子点火制御回路などがあり、制御回路（ＥＣＵ）９により制御されるようになっている。なお、制御回路９には、始動検出手段としてエンジン回転速度を検出するために交流発電機１に設けられたピックアップコイル１０からの回転速度検出信号が入力している。
【００２２】
また、本発明に基づくバッテリ電圧制御回路２にあっては、サイリスタＳＣＲ１及び充電端子２ｂのノードと整流入力端子２ｅとの間にはスイッチング手段としてのＦＥＴであって良いトランジスタＦＥＴ１が設けられている。このトランジスタＦＥＴ１のドレインは、整流入力端子２ｅと接続されていると共に接地側に向けて電流を通す向きのダイオードＤ１及び電源用コンデンサＣ１を介して接地されている。トランジスタＦＥＴ１のソースは充電端子２ｂに接続されている。なお、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ１のノードが第２出力端子２ｆと接続されている。また、トランジスタＦＥＴ１のオン／オフは制御回路９により制御される。このトランジスタＦＥＴ１の寄生ダイオードＤ２が、バッテリ４の充電電圧によりエンジン制御負荷（９・１２）に給電可能にするためのエンジン制御負荷給電回路として用いられる。
【００２３】
また、整流入力端子２ｅにはサイリスタＳＣＲ３のアノードが接続されており、そのカソードが接地されていると共に、そのゲートが制御回路９により制御されるようになっている。なお、制御回路９は、充電端子２ｂと接続されたラインによりバッテリ電圧を検出することができ、バッテリ電圧検出手段として用いられている。
【００２４】
次に、本発明に基づくバッテリ電圧制御回路２による制御要領について以下に示す。対象となる小型自動二輪車は、エンジンのクランクシャフトに係合可能なキックペダルをキックして始動が可能なものである。なお、図示例の説明ではスタータモータにより始動し得るものとするが、常にキック始動するものであっても良い。
【００２５】
バッテリ４の充電量が充分な場合には、図示されないスタータスイッチをオンすることにより、スタータモータによりエンジンを始動することができる。この場合には、エンジン制御負荷８の駆動に必要な電圧はバッテリ４から供給可能である。
【００２６】
それに対して、バッテリ４の充電量が低下したり、バッテリ外れが生じたりした場合のバッテリの電圧不足状態にはスタータモータでは始動できないため、上記したようにキックペダルをキックして始動するようにする。
【００２７】
本図示例にあっては、制御回路９にピックアップコイル１０からの回転速度信号が入力するようになっている。エンジン始動時であることを検出するためのしきい値Ｎ１（例えば１０００ｒｐｍ）を設定しておき、ピックアップコイル１０による回転速度検出値がＮ１以下の場合にはエンジン始動時であると判定する。さらに、制御回路９では充電端子２ｂの電圧を検出しており、これによりバッテリ４の電圧を検出し、例えばエンジン制御負荷８を駆動するのに充分なバッテリ電圧下限値を設定しておき、バッテリ４の電圧検出値がバッテリ電圧下限値以下の場合には電圧不足であると判定する。
【００２８】
制御回路９による制御について、図２のタイムチャートを参照して以下に示す。まず、バッテリ４の充電状態（電圧）を制御回路９で検出する。図ではバッテリ４の電圧不足（低電圧やバッテリ外れ）を検出した場合を示す。制御回路９により、ピックアップコイル１０からの信号に応じて回転速度Ｎを検出した時点（Ｎ検出）で上記しきい値Ｎ１以下であると判別した場合には、図２の（Ｎ≦Ｎ１）に対応する側に示されるようにトランジスタＦＥＴ１を一旦オフにする。
【００２９】
これにより、第２のコイルＬ２から出力されて整流入力端子２ｅにより全波整流された電源出力（図２の端子２ｅの波形）がバッテリ４の充電や本図示例におけるＤＣ負荷３の駆動に用いられることがないため、エンジン制御負荷（ＦＩ負荷１２および制御回路９）にのみ使用することができる。したがって、始動時のエンジン制御系に必要な電源容量を第２のコイルＬ２による出力で対応可能であり、バッテリ４などの負荷を考慮する必要がないため、エンジン制御負荷（ＦＩ負荷１２および制御回路９）に対する電源用コンデンサＣ１も小容量のものであって良く、それにより回路を低コスト化し得る。また、第２のコイルＬ２を、エンジン制御負荷（ＦＩ負荷１２および制御回路９）の電源用として専用化し得るため、始動時エンジン制御用として最適となるように設計することができる。これにより、電源回路の効率化を向上し得る。
【００３０】
本電源回路によれば、第１のコイルＬ１を用いて、図２の充電端子２ｂに示される正電圧出力をバッテリ４などに供給すると共に、図２のランプ接続端子２ｃに示される負電圧出力をランプ６に供給することから、始動時であってもそれらの駆動が可能である。
【００３１】
また、アイドリング回転速度以上であることを検出するためのしきい値Ｎ２（例えば１５００ｒｐｍ）を設定しておき、ピックアップコイル１０による回転速度検出値がＮ２以上の場合にはアイドリング以降（Ｎ≧Ｎ２）の通常運転状態であると制御回路９により判定することができる。なお、制御回路９によりバッテリ４の充電状態（電圧）を検出してバッテリ４が正常であると判定した場合にはトランジスタＦＥＴ１をオンにする。これにより、整流器１１の出力が充電端子２ｂにも供給されるようになり、通常運転状態時に必要な大電源容量に対応し得る。また、この状態では充電端子２ｂには全波整流の波形が供給されるため、従来例で示したような半波整流の波形によるものに対してより一層好適なＤＣ電源となると共に、能力が低下したバッテリ４に対する充電を増強することができる。
【００３２】
なお、高回転速度時に第２のコイルＬ２の出力が増大して過電圧状態になった場合には、その過電圧を制御回路９により電圧検出値で判別して、サイリスタＳＣＲ３をオンにすることにより対応し得る。上記したように第２のコイルＬ２の出力をエンジン制御負荷（ＦＩ負荷１２および制御回路９）の電源用としてコンパクト化することにより、このサイリスタＳＣＲ３も小容量化し得る。このようにして、電源回路の各部品を最適化することにより、全体のコンパクト化及び低廉化を促進し得る。
【００３３】
また、図３に第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２との巻き方の一例を示す。図に示されるように、交流発電機１の各突極（図では１つのみ示す）１４に、第１のコイルＬ１が巻かれ、その外周に積層状態に第２のコイルＬ２が巻かれている。このようにすることにより、各突極１４には無通電の極が無くなるため交流発電機１における鉄損の増加を抑えることができる。したがって、本図示例のように発電電圧をコイルに留めることができるオープンタイプのレギュレータにより交流発電機１の銅損を減らしてエンジンに対するフリクションを軽減できると共に、上記巻線構造により鉄損の影響を少なくすることができる。そのため、エンジン作動時に常に交流負荷（ランプ６）やエンジン制御負荷（ＦＩ負荷１２および制御回路９）に電流を流す本図示例のように構成された自動車の電源回路に上記構造を用いることによる効果は大である。
【００３４】
【発明の効果】
このように本発明によれば、交流発電機の全てのコイルをバッテリの充電に使用することができるため、負荷に応じて２つのコイルを設けた発電機においてコイルを無駄なく使用することができ、各コイル別にその容量を設定することによりコイルを小型化できると共に、交流発電機ばかりでなく電源回路も小型化できる。例えば、キック始動可能な小型自動二輪車においてバッテリが外れている場合にはキッキングによる低回転速度での交流発電機の出力を使用することになるが、第２のコイルによる出力をエンジン制御負荷にのみ使用することができるため、良好な始動性を確保することができる。また、バッテリの電圧不足においては、両コイルでバッテリを充電することができるため、充電効率をより一層高め得ると共に交流負荷への電圧変動も抑制することができる。
【００３５】
特に、バッテリの電圧不足を検出した場合にスイッチング手段をオンにすることにより、第２のコイルの出力をバッテリに供給することができ、バッテリの電圧不足を速やかに解消し得る。また、バッテリからエンジン制御負荷に給電可能にすることにより、バッテリ電圧が正常の場合には、始動時に即座にバッテリの充電電圧によりエンジン制御負荷へ給電することができるため、応答性の良い始動を行うことができる。
【００３６】
また、整流回路に過電圧防止回路を接続することにより、始動後の通常運転時に第２のコイルから余剰出力が供給された場合でも過電圧を防止し得る。なお、第２のコイルを始動時エンジン制御専用電源として設計することによりその出力を小さくし得るため、過電圧防止回路の素子も小容量化することができ、回路を低廉化し得る。
【００３７】
また、交流発電機の負電圧のみを交流負荷に供給することにより、交流発電機の正電圧の全てをバッテリおよび直流負荷へ供給することができるため効率良い充電ができると共に、交流負荷の電圧変動をより一層抑制することができ、エンジン負荷へ速やかに給電することができ、始動性をより一層向上することができる。なお、第２のコイルを始動時エンジン制御専用電源として設計することによりその出力を小さくし得るため、過電圧防止回路の素子も小容量化することができ、回路を低廉化し得る。
【００３８】
さらに、負電圧供給用スイッチング手段が交流負荷に直列接続されたオープン制御素子であって、交流発電機の各突極に第１のコイルと第２のコイルとを積層状に巻くことにより、無通電の極が無くなるため鉄損の増加を抑えることができる。これにより、負電圧を交流負荷に供給するようにしたオープンタイプのレギュレータによる銅損の減少と共に鉄損の影響を少なくすることができるため、エンジン作動時に常に交流負荷やエンジン制御負荷に電流を流すものに効果的に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された小型自動二輪車の電源回路を示す図。
【図２】制御要領を示すタイムチャート。
【図３】交流発電機の突極に巻いたコイルを示す模式図。
【図４】従来の電源回路を示す図。
【図５】従来の電源回路におけるバッテリ電圧不足時のコンデンサの電位を示す図。
【符号の説明】
１ 交流発電機
２ バッテリ電圧制御回路
３ ＤＣ負荷
４ バッテリ
５ バッテリ電圧検出回路
６ ランプ
７ ランプ電圧検出回路
９ 制御回路
１０ ピックアップコイル
１１ 整流器
１２ 第１のエンジン制御負荷
１３ 第２のエンジン制御負荷
Ｃ１ コンデンサ
ＦＥＴ１ トランジスタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の電源回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばエンジンに交流発電機を連結し、エンジン回転中に連動して回転する交流発電機の交流電圧によりバッテリを充電するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
例えば小型自動二輪車の電源回路を上記のように構成した一例を図４に示す。図において、交流発電機（ＡＣＧ）の電圧端子１ａにバッテリ電圧制御回路２の電源入力端子２ａが接続され、バッテリ電圧制御回路２の充電端子２ｂにはＤＣ負荷３とバッテリ４とが接続されている。
【０００４】
電圧制御回路２にあっては、電源入力端子２ａから充電端子２ｂに電流を流す向きにサイリスタＳＣＲ１が接続されている。サイリスタＳＣＲ１は、そのゲートに接続されたバッテリ電圧検出回路５により制御される。バッテリ電圧検出回路５は、充電端子２ｂの電圧（バッテリ電圧）を検出し、バッテリ電圧が所定の下限値よりも低下していたらサイリスタＳＣＲ１をオンさせるようになっている。
【０００５】
また、電源入力端子２ａにランプ点灯用サイリスタＳＣＲ２のカソードが接続され、サイリスタＳＣＲ２のアノードがランプ接続端子２ｃに接続されている。そのランプ接続端子２ｃには、一端を接地された例えば前照灯であるランプ６が接続されている。サイリスタＳＣＲ２は、そのゲートに接続されたランプ電圧検出回路７により制御される。ランプ電圧検出回路７は、ランプ接続端子２ｃの電圧（負電圧）を検出し、ランプ６が所定の電圧以上になったらサイリスタＳＣＲ２をオフさせて、ランプ６の点灯を制御するようになっている。
【０００６】
また、サイリスタＳＣＲ１と充電端子２ｂとのノードには、接地側に向けて電流を通す向きにされたダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１が接続されている。そのダイオードＤ１及びコンデンサＣ１のノードから外部のエンジン制御負荷８に電圧供給するための出力端子２ｄが取り出されている。エンジン制御負荷８は、近年のエンジン制御系の電子化に対応した各種電気部品により構成されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１４９５６２号公報（第３頁右欄、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、小型自動二輪車にあっては、小容量型のバッテリが用いられており、メンテナンス不足などからバッテリの電圧低下やバッテリラインの切断等のいよゆるバッテリ外れ状態になる場合がある。そのような場合でもエンジン始動が可能なように、エンジンを外部から回転可能にするキックペダルを設けている。
【０００９】
一方、近年の小型自動二輪車においても燃費向上の観点から上記したように電子制御化されたエンジン制御負荷８などが用いられるようになってきており、益々バッテリの負荷が増大する傾向にある。そのような状況下で、バッテリ外れの状態に陥るとエンジン始動がさらに困難になってしまうという問題がある。そして、バッテリの電圧不足状態の場合にはスタータによる始動が思うように行えず、キック始動することになり、その場合には交流発電機の回転速度も低いため、低い電圧しか発生しないこともあり、エンジン制御負荷８への十分な電圧を供給することができない。この対策として、上記したコンデンサＣ１が疑似安定化電源として用いられる。
【００１０】
上記バッテリの電圧不足状態の場合の端子２ｂの電位は図５の実線に示されるようになる。コンデンサＣ１は、その正電圧波形により充電されるが、波形消失区間（正の半波波形の間）ではエンジン制御負荷８を駆動するために放電するため、その電位は図の想像線に示されるようになる。したがって、エンジン制御負荷８の安定した駆動を確保するためにはコンデンサＣ１を大容量化する必要があるため、装置の大型化やコスト高になるという問題がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、バッテリの電圧不足などにおいても始動時にエンジン制御に必要な電源を供給し得ることを実現するために、本発明に於いては、エンジンにより駆動される交流発電機が、直流負荷とバッテリと交流負荷とを接続された第１のコイルと、整流回路を介してエンジン制御負荷を接続された第２のコイルとを有し、前記整流回路と前記バッテリとの間に前記第２のコイルにより前記バッテリを充電可能にするためのスイッチング手段を設けたものとした。
【００１２】
これによれば、第１のコイルによりバッテリを充電すると共に第２のコイルからもバッテリを充電することができるようにしたことにより、交流発電機の全てのコイルをバッテリの充電に使用することができる。また、負荷に応じて２つのコイルを設けた発電機においてコイルを無駄なく使用することができるため、各コイル別にその容量を設定することによりコイルを小型化できると共に、交流発電機ばかりでなく電源回路も小型化できる。
【００１３】
特に、前記バッテリの電圧不足を検出するためのバッテリ電圧検出手段を設け、前記バッテリ電圧検出手段により前記バッテリの電圧不足を検出した場合には前記スイッチング手段をオンにすると良い。これによれば、バッテリの電圧不足を検出することで、第２のコイルからの給電を効率良くバッテリに供給することができ、バッテリの電圧不足を速やかに解消し得る。
【００１４】
また、前記バッテリと前記エンジン制御負荷との間に前記バッテリから前記エンジン制御負荷に給電可能にするためのエンジン制御負荷給電回路を設けると良い。これによれば、バッテリ電圧が正常の場合には、始動時に即座にバッテリの充電電圧によりエンジン制御負荷へ給電することができるため、応答性の良い始動を行うことができる。
【００１５】
また、前記整流回路に過電圧防止回路が接続されていると良く、これによれば、始動後の通常運転時に第２のコイルから余剰出力が供給された場合でも過電圧を防止し得る。
【００１６】
また、前記第１のコイルと前記交流負荷との間に前記交流発電機の負電圧のみを前記交流負荷に供給する負電圧供給用スイッチング手段を設けると良い。これによれば、交流発電機の正電圧の全てをバッテリおよび直流負荷へ供給することができるため効率良い充電ができると共に、交流負荷の電圧変動をより一層抑制することができ、エンジン負荷へ速やかに給電することができ、始動性をより一層向上することができる。なお、第２のコイルを始動時エンジン制御専用電源として設計することによりその出力を小さくし得るため、過電圧防止回路の素子も小容量化することができ、回路を低廉化し得る。
【００１７】
さらに、前記負電圧供給用スイッチング手段が前記交流負荷に直列接続されたオープン制御素子であり、前記交流発電機の各突極に前記第１のコイルと前記第２のコイルとが積層状に巻かれていると良い。交流発電機の例えば過剰電圧を接地側に逃がしてしまうショートタイプのレギュレータに対して、オープン制御素子を用いて交流負荷を制御するなど発電機のコイルに電圧を留めるようにするオープンタイプのレギュレータでは銅損を減らしてエンジンに対するフリクションを軽減できる利点があるが、その反面鉄損が増えてしまう。それに対して、上記により、無通電の極が無くなるため鉄損の増加を抑えることができる。これにより、銅損を減らすと共に鉄損の影響を少なくすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明が適用された小型自動二輪車の電源回路を示す図である。なお、従来例で示した図４と同様の部分には同一の符号を付して、その詳しい説明を省略する。本バッテリ電圧制御回路２にあっても、電源入力端子２ａ・充電端子２ｂ・ランプ接続端子２ｃが設けられており、従来例と同様に、電源入力端子２ａには交流発電機１の電圧端子１ａが接続され、充電端子２ｂにはストップランプなどのＤＣ負荷３とバッテリ４とが接続されていると共に、ランプ接続端子２ｃには交流負荷としての例えば前照灯であるランプ６が接続されている。なお、サイリスタＳＣＲ１及びバッテリ電圧検出回路５により正電圧駆動回路が構成されており、負電圧供給用スイッチング手段であってオープン制御素子として用いられるサイリスタＳＣＲ２及びランプ電圧検出回路７により負電圧駆動回路が構成されている。
【００２０】
交流発電機１には、上記電圧端子１ａと接地との間に設けられた第１のコイルＬ１と、第１のコイルＬ１とは別個の第２のコイルＬ２とが設けられている。第２のコイルＬ２の両端は、例えば交流発電機１に一体化されている整流回路としての整流器１１の入力端子に接続されている。整流器１１の出力端子はバッテリ電圧制御回路２の整流入力端子２ｅに接続されている。
【００２１】
バッテリ電圧制御回路２には第２出力端子２ｆが設けられており、その第２出力端子２ｆには、エンジン制御負荷としてのＦＩ負荷１２及び制御回路（ＥＣＵ）９の各電源入力端子が接続されている。なお、ＦＩ負荷１２としては、点火プラグやイグニッションコイル、電子点火制御回路などがあり、制御回路（ＥＣＵ）９により制御されるようになっている。なお、制御回路９には、始動検出手段としてエンジン回転速度を検出するために交流発電機１に設けられたピックアップコイル１０からの回転速度検出信号が入力している。
【００２２】
また、本発明に基づくバッテリ電圧制御回路２にあっては、サイリスタＳＣＲ１及び充電端子２ｂのノードと整流入力端子２ｅとの間にはスイッチング手段としてのＦＥＴであって良いトランジスタＦＥＴ１が設けられている。このトランジスタＦＥＴ１のドレインは、整流入力端子２ｅと接続されていると共に接地側に向けて電流を通す向きのダイオードＤ１及び電源用コンデンサＣ１を介して接地されている。トランジスタＦＥＴ１のソースは充電端子２ｂに接続されている。なお、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ１のノードが第２出力端子２ｆと接続されている。また、トランジスタＦＥＴ１のオン／オフは制御回路９により制御される。このトランジスタＦＥＴ１の寄生ダイオードＤ２が、バッテリ４の充電電圧によりエンジン制御負荷（９・１２）に給電可能にするためのエンジン制御負荷給電回路として用いられる。
【００２３】
また、整流入力端子２ｅにはサイリスタＳＣＲ３のアノードが接続されており、そのカソードが接地されていると共に、そのゲートが制御回路９により制御されるようになっている。なお、制御回路９は、充電端子２ｂと接続されたラインによりバッテリ電圧を検出することができ、バッテリ電圧検出手段として用いられている。
【００２４】
次に、本発明に基づくバッテリ電圧制御回路２による制御要領について以下に示す。対象となる小型自動二輪車は、エンジンのクランクシャフトに係合可能なキックペダルをキックして始動が可能なものである。なお、図示例の説明ではスタータモータにより始動し得るものとするが、常にキック始動するものであっても良い。
【００２５】
バッテリ４の充電量が充分な場合には、図示されないスタータスイッチをオンすることにより、スタータモータによりエンジンを始動することができる。この場合には、エンジン制御負荷８の駆動に必要な電圧はバッテリ４から供給可能である。
【００２６】
それに対して、バッテリ４の充電量が低下したり、バッテリ外れが生じたりした場合のバッテリの電圧不足状態にはスタータモータでは始動できないため、上記したようにキックペダルをキックして始動するようにする。
【００２７】
本図示例にあっては、制御回路９にピックアップコイル１０からの回転速度信号が入力するようになっている。エンジン始動時であることを検出するためのしきい値Ｎ１（例えば１０００ｒｐｍ）を設定しておき、ピックアップコイル１０による回転速度検出値がＮ１以下の場合にはエンジン始動時であると判定する。さらに、制御回路９では充電端子２ｂの電圧を検出しており、これによりバッテリ４の電圧を検出し、例えばエンジン制御負荷８を駆動するのに充分なバッテリ電圧下限値を設定しておき、バッテリ４の電圧検出値がバッテリ電圧下限値以下の場合には電圧不足であると判定する。
【００２８】
制御回路９による制御について、図２のタイムチャートを参照して以下に示す。まず、バッテリ４の充電状態（電圧）を制御回路９で検出する。図ではバッテリ４の電圧不足（低電圧やバッテリ外れ）を検出した場合を示す。制御回路９により、ピックアップコイル１０からの信号に応じて回転速度Ｎを検出した時点（Ｎ検出）で上記しきい値Ｎ１以下であると判別した場合には、図２の（Ｎ≦Ｎ１）に対応する側に示されるようにトランジスタＦＥＴ１を一旦オフにする。
【００２９】
これにより、第２のコイルＬ２から出力されて整流入力端子２ｅにより全波整流された電源出力（図２の端子２ｅの波形）がバッテリ４の充電や本図示例におけるＤＣ負荷３の駆動に用いられることがないため、エンジン制御負荷（ＦＩ負荷１２および制御回路９）にのみ使用することができる。したがって、始動時のエンジン制御系に必要な電源容量を第２のコイルＬ２による出力で対応可能であり、バッテリ４などの負荷を考慮する必要がないため、エンジン制御負荷（ＦＩ負荷１２および制御回路９）に対する電源用コンデンサＣ１も小容量のものであって良く、それにより回路を低コスト化し得る。また、第２のコイルＬ２を、エンジン制御負荷（ＦＩ負荷１２および制御回路９）の電源用として専用化し得るため、始動時エンジン制御用として最適となるように設計することができる。これにより、電源回路の効率化を向上し得る。
【００３０】
本電源回路によれば、第１のコイルＬ１を用いて、図２の充電端子２ｂに示される正電圧出力をバッテリ４などに供給すると共に、図２のランプ接続端子２ｃに示される負電圧出力をランプ６に供給することから、始動時であってもそれらの駆動が可能である。
【００３１】
また、アイドリング回転速度以上であることを検出するためのしきい値Ｎ２（例えば１５００ｒｐｍ）を設定しておき、ピックアップコイル１０による回転速度検出値がＮ２以上の場合にはアイドリング以降（Ｎ≧Ｎ２）の通常運転状態であると制御回路９により判定することができる。なお、制御回路９によりバッテリ４の充電状態（電圧）を検出してバッテリ４が正常であると判定した場合にはトランジスタＦＥＴ１をオンにする。これにより、整流器１１の出力が充電端子２ｂにも供給されるようになり、通常運転状態時に必要な大電源容量に対応し得る。また、この状態では充電端子２ｂには全波整流の波形が供給されるため、従来例で示したような半波整流の波形によるものに対してより一層好適なＤＣ電源となると共に、能力が低下したバッテリ４に対する充電を増強することができる。
【００３２】
なお、高回転速度時に第２のコイルＬ２の出力が増大して過電圧状態になった場合には、その過電圧を制御回路９により電圧検出値で判別して、サイリスタＳＣＲ３をオンにすることにより対応し得る。上記したように第２のコイルＬ２の出力をエンジン制御負荷（ＦＩ負荷１２および制御回路９）の電源用としてコンパクト化することにより、このサイリスタＳＣＲ３も小容量化し得る。このようにして、電源回路の各部品を最適化することにより、全体のコンパクト化及び低廉化を促進し得る。
【００３３】
また、図３に第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２との巻き方の一例を示す。図に示されるように、交流発電機１の各突極（図では１つのみ示す）１４に、第１のコイルＬ１が巻かれ、その外周に積層状態に第２のコイルＬ２が巻かれている。このようにすることにより、各突極１４には無通電の極が無くなるため交流発電機１における鉄損の増加を抑えることができる。したがって、本図示例のように発電電圧をコイルに留めることができるオープンタイプのレギュレータにより交流発電機１の銅損を減らしてエンジンに対するフリクションを軽減できると共に、上記巻線構造により鉄損の影響を少なくすることができる。そのため、エンジン作動時に常に交流負荷（ランプ６）やエンジン制御負荷（ＦＩ負荷１２および制御回路９）に電流を流す本図示例のように構成された自動車の電源回路に上記構造を用いることによる効果は大である。
【００３４】
【発明の効果】
このように本発明によれば、交流発電機の全てのコイルをバッテリの充電に使用することができるため、負荷に応じて２つのコイルを設けた発電機においてコイルを無駄なく使用することができ、各コイル別にその容量を設定することによりコイルを小型化できると共に、交流発電機ばかりでなく電源回路も小型化できる。例えば、キック始動可能な小型自動二輪車においてバッテリが外れている場合にはキッキングによる低回転速度での交流発電機の出力を使用することになるが、第２のコイルによる出力をエンジン制御負荷にのみ使用することができるため、良好な始動性を確保することができる。また、バッテリの電圧不足においては、両コイルでバッテリを充電することができるため、充電効率をより一層高め得ると共に交流負荷への電圧変動も抑制することができる。
【００３５】
特に、バッテリの電圧不足を検出した場合にスイッチング手段をオンにすることにより、第２のコイルの出力をバッテリに供給することができ、バッテリの電圧不足を速やかに解消し得る。また、バッテリからエンジン制御負荷に給電可能にすることにより、バッテリ電圧が正常の場合には、始動時に即座にバッテリの充電電圧によりエンジン制御負荷へ給電することができるため、応答性の良い始動を行うことができる。
【００３６】
また、整流回路に過電圧防止回路を接続することにより、始動後の通常運転時に第２のコイルから余剰出力が供給された場合でも過電圧を防止し得る。なお、第２のコイルを始動時エンジン制御専用電源として設計することによりその出力を小さくし得るため、過電圧防止回路の素子も小容量化することができ、回路を低廉化し得る。
【００３７】
また、交流発電機の負電圧のみを交流負荷に供給することにより、交流発電機の正電圧の全てをバッテリおよび直流負荷へ供給することができるため効率良い充電ができると共に、交流負荷の電圧変動をより一層抑制することができ、エンジン負荷へ速やかに給電することができ、始動性をより一層向上することができる。なお、第２のコイルを始動時エンジン制御専用電源として設計することによりその出力を小さくし得るため、過電圧防止回路の素子も小容量化することができ、回路を低廉化し得る。
【００３８】
さらに、負電圧供給用スイッチング手段が交流負荷に直列接続されたオープン制御素子であって、交流発電機の各突極に第１のコイルと第２のコイルとを積層状に巻くことにより、無通電の極が無くなるため鉄損の増加を抑えることができる。これにより、負電圧を交流負荷に供給するようにしたオープンタイプのレギュレータによる銅損の減少と共に鉄損の影響を少なくすることができるため、エンジン作動時に常に交流負荷やエンジン制御負荷に電流を流すものに効果的に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された小型自動二輪車の電源回路を示す図。
【図２】制御要領を示すタイムチャート。
【図３】交流発電機の突極に巻いたコイルを示す模式図。
【図４】従来の電源回路を示す図。
【図５】従来の電源回路におけるバッテリ電圧不足時のコンデンサの電位を示す図。
【符号の説明】
１ 交流発電機
２ バッテリ電圧制御回路
３ ＤＣ負荷
４ バッテリ
５ バッテリ電圧検出回路
６ ランプ
７ ランプ電圧検出回路
９ 制御回路
１０ ピックアップコイル
１１ 整流器
１２ 第１のエンジン制御負荷
１３ 第２のエンジン制御負荷
Ｃ１ コンデンサ
ＦＥＴ１ トランジスタ
Claims (6)
- エンジンにより駆動される交流発電機が、直流負荷とバッテリと交流負荷とを接続された第１のコイルと、整流回路を介してエンジン制御負荷を接続された第２のコイルとを有し、
前記整流回路と前記バッテリとの間に前記第２のコイルにより前記バッテリを充電可能にするためのスイッチング手段を設けたことを特徴とする自動車の電源回路。 - 前記バッテリの電圧不足を検出するためのバッテリ電圧検出手段を設け、
前記バッテリ電圧検出手段により前記バッテリの電圧不足を検出した場合には前記スイッチング手段をオンにすることを特徴とする請求項１に記載の自動車の電源回路。 - 前記バッテリと前記エンジン制御負荷との間に前記バッテリから前記エンジン制御負荷に給電可能にするためのエンジン制御負荷給電回路を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動車の電源回路。
- 前記整流回路に過電圧防止回路が接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の自動車の電源回路。
- 前記第１のコイルと前記交流負荷との間に前記交流発電機の負電圧のみを前記交流負荷に供給する負電圧供給用スイッチング手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の自動車の電源回路。
- 前記負電圧供給用スイッチング手段が前記交流負荷に直列接続されたオープン制御素子であり、
前記交流発電機の各突極に前記第１のコイルと前記第２のコイルとが積層状に巻かれていることを特徴とする請求項５に記載の自動車の電源回路。
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