JP2011147278A

JP2011147278A - 鉛蓄電池の充電装置

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Publication number: JP2011147278A
Application number: JP2010006341A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Nishino; 修三西野
Original assignee: Daifuku Co Ltd
Current assignee: Daifuku Co Ltd
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2030-01-15
Also published as: JP5454781B2

Abstract

【課題】本発明は、簡易な装置構成でパルス充電方式を実現できる鉛蓄電池の充電装置を提供することを目的としたものである。
【解決手段】充電装置１０は、商用電源１１から供給される交流電流を半波整流する半波整流器２１と、半波整流器２１により半波整流された出力電流を所定周波数の高周波電流へ変換して出力する高周波発生回路２２と、高周波発生回路２２より前記高周波電流が供給される誘導コイル２３と、誘導コイル２３に対向して配置され、誘導コイル２３に発生する磁束により起電力が誘起される受電コイル２４と、受電コイル２４に並列に接続され、受電コイル２４とともに前記所定周波数で共振回路を形成する共振コンデンサ２５と、前記並列共振回路の出力電流を全波整流し、鉛蓄電池１２へ供給する全波整流器２７を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉛蓄電池の充電装置、特に移動体に搭載された鉛蓄電池に対して誘導線路から充電する充電装置に関するものである。

従来の鉛蓄電池への充電方法の一例が、特許文献１に開示されている。
この特許文献１に開示されている鉛蓄電池への充電方法は、“１．０Ｃ以上の比較的大きな定電流による急速充電方式では、十分な充電量を充電する前に電池電圧がガス発生電圧以上となり、酸素ガス及び水素ガスが発生して充電効率の低下とともに寿命特性の低下を引き起こすという不具合”を解消することを目的としており、その充電方法は、１．０Ｃ以上の定電流により、所定の通電時間Ｔ_１の間、鉛蓄電池を充電し、所定の停止時間Ｔ_２の間、前記鉛蓄電池の充電を停止するパルス充電であり、前記通電時間Ｔ_１を、０．００５秒以上０．１秒未満の範囲に、かつ、前記停止時間Ｔ_２を０．１秒未満に設定し、前記通電時間Ｔ₁と前記停止時間Ｔ₂とを、Ｔ_１≦Ｔ_２≦３Ｔ_１なる関係を満足するように設定している。前記パルスは、特許文献１の新規性喪失の例外として挙げた文献（平成１１年２月１０日電気学会全国大会委員会発行の「平成１１年電気学会全国大会講演論文集４」の“電気自動車用制御弁式鉛電池のパルス充電特性”）によると、完全な方形波として開示されている。

この充電方法によると、ある程度充電が進んだ状態では、通電中、分極成分により電圧の急激な上昇が起こってガス発生電圧以上となり、電極よりガス発生が起こって充電効率が低下するが、通電時間Ｔ₁及び停止時間Ｔ₂を短縮することによって分極成分による電圧上昇を抑制でき、効率良く充電させることが可能となる。

特許第４０６８２６８号公報

しかし、従来の特許文献１に開示されている鉛蓄電池への充電方法には、１．０Ｃ以上の定電流により通電時間Ｔ_１と停止時間Ｔ_２により規定されるパルスをどのように具体的に発生させるかについて、充電装置について開示されてない。すなわち、例えば、鉛蓄電池の１Ｃを通常の３０Ａとすると、３０Ａ以上（１．０Ｃ以上）、一例として５０Ａの電流を０．００５秒以上０．１秒未満の範囲で流し、かつ０．１秒未満停止する、完全な方形波のパルスを発生する充電装置は、とても複雑な回路構成となり、実際には安価な装置での実現は困難であり、極めて高価な装置になるという問題があった。

また鉛蓄電池には定格電流が異なる複数のタイプ（定格）があり、これらタイプに合わせて鉛蓄電池の充電電流を簡単に調整できることが望まれている。
そこで、本発明は、簡易な装置構成でパルス充電方式を実現でき、簡単に充電電流を調整できる鉛蓄電池の充電装置を提供することを目的としたものである。

前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、商用電源を使用して鉛蓄電池を充電する充電装置であって、
前記商用電源から供給される交流電流を半波整流する半波整流器と、前記半波整流器により半波整流された出力電流を所定周波数の高周波電流へ変換して出力する高周波発生回路と、前記高周波発生回路より前記高周波電流が供給される誘導コイルと、前記誘導コイルに対向して配置され、誘導コイルに発生する磁束により起電力が誘起される受電コイルと、前記受電コイルに並列に接続され、受電コイルとともに前記所定周波数で共振回路を形成する共振コンデンサと、前記並列共振回路の出力電流を全波整流し、前記鉛蓄電池へ供給する全波整流器を備えることを特徴とするものである。

上記構成によれば、半波整流器と高周波発生回路との間に平滑回路が存在しないことにより、高周波発生回路より誘導コイルへ、商用電源の周波数の半サイクル毎に半サイクルを空けて、半サイクルの電流波形を包絡線とする所定周波数の高周波電流が供給され、受電コイルには、この商用電源の周波数の半サイクルの電流波形を包絡線とする所定周波数の起電力が誘起され、並列共振回路の出力電流は、前記誘起される起電力に比例して、負荷の大小に無関係に増減し、ピーク電流が抑えられる。続いて全波整流器によって全波整流されることにより、全波整流器の出力電流の波形は、略商用電源の周波数の半サイクル毎に半サイクルを空けた波形となり、鉛蓄電池には商用周波数の半サイクルで充電が実行され、次の半サイクルでは充電は実行されない、半波ではあるが定電流ではない山なりの電流によるパルス充電方式が実現される。このパルス充電方式によって、鉛蓄電池の急速充電ができ、確実に鉛蓄電池の寿命を延長することができる。

また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記全波整流器から前記鉛蓄電池へは、ＤＣチョークを介して充電することを特徴とするものである。
上記構成によれば、全波整流器の高周波の出力電流はＤＣチョークの作用により流れ続けようとすることにより、鉛蓄電池へ出力される電流の波形は、高周波波形の包絡線の滑らかな商用電源の半サイクルの波形となり、ノイズの発生が防止される。

また請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明であって、前記共振回路と前記全波整流器との間に、絶縁トランスを配置し、前記絶縁トランスの一次巻線と二次巻線の巻線比により、前記鉛蓄電池へ供給する電流を設定することを特徴とするものである。

上記構成によれば、絶縁トランスの巻線比により、鉛蓄電池のパルス充電に最適な電流を実現することができる。また入力が高周波であるために、絶縁トランスは大きさ（サイズ）が小さく、安価なものを使用できる。

また請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明であって、前記誘導コイルと受電コイルとの間隔を可変することにより、前記鉛蓄電池へ供給する電流を可変することを特徴とするものである。

上記構成によれば、前記誘導コイルと受電コイルとの間隔の変化に応じて、受電コイルに誘起される起電力が変化し、これにより並列共振回路より発生する出力電流が変化することにより、鉛蓄電池への充電電流が可変する。よって、前記間隔を調整することにより、鉛蓄電池の容量（定格）に合わせて、ピーク電流および平均電流を調整することができる。

本発明の鉛蓄電池の充電装置は、半波整流器と高周波発生回路との間に平滑回路が存在しないことによって、高周波発生回路、誘導コイル、受電コイル、並列共振回路および全波整流器を介して、鉛蓄電池へ、略商用電源の周波数の半サイクル毎に半サイクルを空けた波形の電流が供給されることにより、鉛蓄電池を、商用周波数の半サイクルで充電し、次の半サイクルでは充電しない、半波ではあるが定電流ではない山なりの電流によるパルス充電方式で充電することができ、よって簡単な回路構成で、鉛蓄電池を急速充電ができ、さらに鉛蓄電池の寿命を延長することができる、という効果を有している。

本発明の実施の形態における鉛蓄電池の充電装置の基本回路図である。同鉛蓄電池の充電装置の特性図である。同鉛蓄電池の充電装置の詳細回路図である。同鉛蓄電池の充電装置の高周波発生回路の特性図である。同鉛蓄電池の充電装置の誘導コイルと受電コイルを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は誘導コイルと受電コイルを構成するフェライト部材の要部構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［基本回路］
図１は本発明の実施の形態における鉛蓄電池の充電装置の基本回路図である。

図１に示すように、鉛蓄電池の充電装置１０は、商用電源１１から給電されて鉛蓄電池１２を充電する装置であり、給電入力端子２０と、半波整流器２１と、高周波発生回路２２と、誘導コイル２３と、受電コイル２４と、共振コンデンサ２５と、絶縁トランス２６と、全波整流器２７と、ＤＣチョーク２８と、充電出力端子２９から構成されている。

すなわち、鉛蓄電池の充電装置１０は、
交流の商用電源１１に接続される給電入力端子２０と、
給電入力端子２０を介して商用電源１１から給電される交流電流を直流電流へと半波整流し、半波整流した直流電流を供給する半波整流器２１と、
半波整流器２１により半波整流された出力電流を所定周波数の高周波電流へ変換して出力する高周波発生回路２２と、
高周波発生回路２２より前記高周波電流が供給される誘導コイル２３と、
誘導コイル２３に対向して、そのギャップを調整可能に配置され、誘導コイル２３に発生する磁束により起電力が誘起される受電コイル２４と、
受電コイル２４に並列に接続され、受電コイル２４とともに前記所定周波数で並列共振回路を形成する共振コンデンサ２５と、
一次巻線の両端が共振コンデンサ２５の両端に接続され、一次巻線と二次巻線の巻線比により、鉛蓄電池１２へ供給する充電電流（例えば、３．０Ｃ）を設定する絶縁トランス（高周波トランス）２６と、
絶縁トランス２６の二次巻線の両端に接続され、絶縁トランス２６の出力電流を全波整流する全波整流器２７と、
一端が全波整流器２７のプラス出力端子に接続されたＤＣチョーク２８と、
一方のプラス出力端子がＤＣチョーク２８の他端に接続され、他方のマイナス出力端子が全波整流器２７のマイナスの出力端子に接続された充電出力端子２９により構成されている。

前記充電出力端子２９のプラス出力端子に、鉛蓄電池１２のプラス電極が接続され、前記充電出力端子２９のマイナス出力端子に、鉛蓄電池１２のマイナス電極が接続される。
上記充電装置１０の回路構成による作用を図２に示す特性図を参照しながら説明する。

充電を開始する前に、充電出力端子２９に、例えば、１．０Ｃが３０Ａの充電対象の鉛蓄電池１２を接続し、接続した鉛蓄電池１２の定格電流に合わせて誘導コイル２３と受電コイル２４との間のギャップを調整する。誘導コイル２３と受電コイル２４との間のギャップにより受電コイル２４に誘起される起電力が調整され、並列共振回路から出力される電流（誘起される起電力に応じて、負荷の大小に無関係に増減する電流）が調整される。例えば、一定のギャップで、且つ絶縁トランス２６の一次巻線と二次巻線の巻線比により１．０Ｃが３０Ａの鉛蓄電池１２へ供給する電流が設定されているとき｛例えば、３．０Ｃ＝９０Ａに設定されているとき｝、充電対象の鉛蓄電池１２の１．０Ｃが３０Ａより小さい場合、ギャップを広げ、３０Ａより大きい場合、ギャップを縮める。

そして、給電入力端子２０に商用電源１１を接続する。
１．充電装置１０の給電入力端子２０に商用電源１１が接続されると、交流電流が半波整流器２１へ供給され、半波整流器２１で半波整流された直流電流が高周波発生回路２２へ供給される。

２．高周波発生回路２２は、商用電源１１の周波数の半サイクル毎に半サイクルを空けて、半サイクルの波形を包絡線とする所定周波数（例えば、１０ｋＨｚ）の高周波電流を発生し、誘導コイル２３へ出力する。

３．誘導コイル２３により発生する磁束により、受電コイル２４には、商用電源１１の周波数の半サイクルの波形を包絡線とする前記所定周波数の起電力が誘起され、並列共振回路の出力電流は、誘起された起電力に比例して増減する。このとき、並列共振回路の作用により、負荷の大小に無関係に並列共振回路の出力電流は増減し、負荷が小さくなることにより出力電流が極端に大きくなることが防止され、負荷が変化しても、半波の電流で充電を続行でき、並列共振回路の出力電流のピーク電流が抑えられる。よって鉛蓄電池１２に充電する電流を最適な電流とすることが可能となり、目的の電流で充電できる。

４．並列共振回路より出力された電流は、絶縁トランス２６により鉛蓄電池１２へ供給する電流（例えば、３．０Ｃ）へ変換される。
５．全波整流器２７により所定周波数の電流が全波整流されることにより、全波整流器２７の出力電流の波形は、半波整流器２１の半波整流後の電圧と略同様の休止する商用周波数の波形を包絡線とする高周波の波形（略商用周波数の半サイクル毎に半サイクルを空けた波形）となり、続けてＤＣチョーク２８により電流が流れ続けようとする作用により、商用周波数の波形を包絡線とする高周波の電流が平滑されて、滑らかな半サイクルの波形となり、充電出力端子２９へ出力される。

６．鉛蓄電池１２ヘは、充電出力端子２９より略商用電源の周波数の半サイクル毎に滑らかな波形の半波電流が供給される。なお、次の半サイクルでは充電電流はゼロとなる。そして、鉛蓄電池１２には所定電流未満では充電は実行されないことから、半波電流の電流値が所定電流以上となると、鉛蓄電池１２に充電される。すなわち、ピーク電流が抑えられた商用周波数の半サイクルで充電が実行され、次の半サイクルでは充電が実行されない、半波ではあるが定電流ではない山なりの電流によるパルス充電方式で、鉛蓄電池１２が充電される。

以上のように、本実施の形態によれば、半波整流器２１と高周波発生回路２２との間に平滑回路が存在しないことにより、高周波発生回路２２、誘導コイル２３、受電コイル２４、共振コンデンサ２５、絶縁トランス２６、および全波整流器２７を介して、鉛蓄電池１２へ、商用電源１１の周波数の半サイクル毎に半サイクルを空けた波形の電流が供給され、鉛蓄電池１２には商用周波数の半サイクルで充電が実行され、鉛蓄電池１２に対する充電を、商用周波数の半サイクルの波形による、半波ではあるが定電流ではない山なりの電流によるパルス充電方式とすることができ、よって、簡単な回路構成で、鉛蓄電池１２を急速充電でき、さらに鉛蓄電池１２の寿命を延長することができる。

また本実施の形態によれば、ＤＣチョーク２８の作用により鉛蓄電池１２に滑らかな半サイクルの波形の半波電流を供給でき、ノイズの発生を回避できる。
また本実施の形態によれば、絶縁トランス２６により、充電対象の鉛蓄電池１２の定格電流に適応して充電電流（例えば、ピーク電流で９０Ａ）を供給することができる。

また本実施の形態によれば、非接触で絶縁トランス２６を使用することで、５０Ａとか１００Ａとかの大きな電流でパルスを発生する充電装置１０を、簡易な回路構成とすることができ、また絶縁トランス２６は、入力が高周波であることから大きさ（サイズ）が小さく安価な高周波トランスを使用でき、さらに半波整流器２１と高周波発生回路２２との間に平滑回路がなく平滑コンデンサを不要とすることができることにより、充電装置１０を、簡易な回路構成で、効率がよく、小さいサイズで、安価に実現することができる。

また本実施の形態によれば、絶縁トランス２６に設定した充電対象の鉛蓄電池１２とは定格電流が異なる鉛蓄電池１２が充電対象なった場合は、誘導コイル２３と受電コイル２４との間のギャップを調整することにより、最適な充電電流を供給することができる。すなわち、前記ギャップを調整することにより、鉛蓄電池１２の容量（定格）に合わせて、最適なピーク電流および平均電流に調整することができる。

なお、本実施の形態は、鉛蓄電池１２を主な充電対象としているが、パルス充電方式が充電として有効な蓄電池に適用できることはいうまでもない。
［詳細回路］
高周波発生回路２２について、具体的な回路構成を図３に示す。図３の高周波発生回路２２は、自励式のプッシュプル回路を構成しており、後述するトランジスタ３９，４０の駆動回路を不要としている。

高周波発生回路２２は、
半波整流器２１のプラス出力端子２１ａに一端が接続され、半波整流器２１より直流電流が供給されるＤＣチョーク３１と、
ＤＣチョーク３１の他端にセンタータップ２３ａが接続されたセンタータップ付き一次コイル３３、誘導コイル２３に接続された二次コイル３４、および整流器２１のマイナス出力端子２１ｂにセンタータップ３５ａが接続されたセンタータップ付き三次コイル３５からなる絶縁トランス３６と、
二次コイル３４の両端に並列接続され、誘導コイル２３と所定周波数で共振回路を形成する共振コンデンサ３７と、
前記センタータップ付き一次コイル３３の一端３３ｂと前記整流器２１のマイナス出力端子２１ｂとの間に接続された第１トランジスタ３９と、
前記センタータップ付き一次コイル３３の他端３３ｃと前記整流器２１のマイナス出力端子２１ｂとの間に接続された第２トランジスタ４０と、
アノードが、前記センタータップ付き一次コイル３３の他端３３ｃに接続された、例えば１０ｍＡに電流を一定とする第１定電流ダイオード４１と、
カソードが、前記第１定電流ダイオード４１のカソードおよび前記第１トランジスタ３９のゲートに接続され、アノードが、前記整流器２１のマイナス出力端子２１ｂに接続された第１ツェナーダイオード４３と、
アノードが、前記センタータップ付き一次コイル３３の一端３３ｂに接続された、例えば１０ｍＡに電流を一定とする第２定電流ダイオード４２と、
カソードが、前記第２定電流ダイオード４２のカソードおよび前記第２トランジスタ４０のゲートに接続され、アノードが、前記半波整流器２１のマイナス出力端子２１ｂに接続された第２ツェナーダイオード４４と、
アノードが、前記第１定電流ダイオード４１のカソードに接続され、カソードが、前記センタータップ付き一次コイル３３の他端３３ｃに接続された第１切換えダイオード４５と、
アノードが、前記第２定電流ダイオード４２のカソードに接続され、カソードが、前記センタータップ付き一次コイル３３の一端３３ｂに接続された第２切換えダイオード４６と、
第１トランジスタ３９のゲートへ電荷を供給する第１駆動回路４７と、
第２トランジスタ４０のゲートへ電荷を供給する第２駆動回路４８と、
第１トランジスタ３９のゲートへ急速に電荷を供給する第１進み回路４９と、
第２トランジスタ４０のゲートへ急速に電荷を供給する第２進み回路５０と、
これら部品が配置された空冷用の冷却フィン（図示せず）と
から構成されている。

前記絶縁トランス３６のセンタータップ付き一次コイル３３と、二次コイル３４と、センタータップ付三次コイル３５の巻線比は、センタータップ付き一次コイル３３の両端電圧がＡＣ２００Ｖとなる時、二次コイル３４の両端電圧が、例えば、ＡＣ４８０Ｖ、センタータップ付き三次コイル３５の両端電圧が大きく降圧するように、例えば４８Ｖとなるように設定されている。

また前記第１定電流ダイオード４１と前記第１ツェナーダイオード４３とにより、第１トランジスタ３９のゲートに電圧を印加し、第１トランジスタ３９をオン（導通）状態にする第１立ち上げ回路５１が構成され、また前記第２定電流ダイオード４２と前記第２ツェナーダイオード４４により、第２トランジスタ４０のゲートに電圧を印加し、第２トランジスタ４０をオン（導通）状態にする第２立ち上げ回路５２が構成されている。

また前記第１駆動回路４７は、
前記センタータップ付き三次コイル３５の一端３５ｂに、一端が接続された第１乗換え抵抗５７と、
アノードが、前記第１乗換え抵抗５７の他端に接続され、カソードが、第１定電流ダイオード４１のカソードおよび第１トランジスタ３９のゲートに接続された第１乗換えダイオード５８と
から構成され、
前記第２駆動回路４８は、
前記センタータップ付き三次コイル２５の他端に、一端が接続された第２乗換え抵抗５９と、
アノードが、前記第２乗換え抵抗５９の他端に接続され、カソードが、第２定電流ダイオード４２のカソードおよび第２トランジスタ４０のゲートに接続された第２乗換えダイオード６０と
から構成されている。

また前記第１進み回路４９は、
前記センタータップ付き三次コイル３５の一端３５ｂに、一端が接続された第１進み抵抗６１と、
一端が前記第１進み抵抗６１の他端に接続された第１進みコンデンサ６２と、
アノードが、前記第１進みコンデンサ６２の他端に接続され、カソードが、前記第１定電流ダイオード４１のカソードおよび第１トランジスタ３９のゲートに接続された第１進みダイオード６３と、
前記第１進みダイオード６３のアノードと前記整流器２１のマイナス出力端子２１ｂとの間に接続された第１抵抗６４と、
から構成され、
前記第２進み回路５０は、
前記センタータップ付き三次コイル３５の他端３５ｃに、一端が接続された第２進み抵抗６５と、
一端が前記第２進み抵抗６５の他端に接続された第２進みコンデンサ６６と、
アノードが、前記第２進みコンデンサ６６の他端に接続され、カソードが、前記第２定電流ダイオード４２のカソードおよび第２トランジスタ４０のゲートに接続された第２進みダイオード６７と、
前記第２進みダイオード６７のアノードと前記整流器２１のマイナス出力端子２１ｂとの間に接続された第２抵抗６８と
から構成されている。

また前記誘導コイル２３は、磁心を形成するフェライトコア部材に巻かれて給電ユニット６９が構成され、また前記受電コイル２４は、磁心を形成するフェライトコア部材に巻かれて受電ユニット６９が構成されている。

給電ユニット６９は、図５に示すように、
平板状のフェライトコア部材７１ａ，７１ｃ，７１ｄの組み合わせにより構成された側面形状がコ字状の第１フェライト７２と、
前記第１フェライト７２に対向して配置され、平板状のフェライトコア部材７１ａ，７１ｃ，７１ｄの組み合わせにより構成された側面形状がコ字状の第２フェライト７３と、
平板状のフェライトコア部材７１ｂにより構成され、前記第１フェライト７２の両側の各凸部を形成するフェライト７２ｃ，７２ｄの底部にそれぞれ位置するフェライト７２ａ，７２ｂと前記第２フェライト７３の両側の各凸部を形成するフェライト７３ｃ，７３ｄの底部にそれぞれ位置するフェライト７３ａ，７３ｂとの間をそれぞれ結合する第３フェライト７４（７４ａ，７４ｂ）と、
前記第１フェライト７２の両側の各凸部を形成するフェライト７２ｃ，７２ｄに巻かれた前記誘電コイル２３ａと、
前記誘電コイル２３ａと直列接続され、前記誘電コイル２３ａとは逆極性となるように、前記第２フェライト７３の両側の各凸部を形成するフェライト７３ｃ，７３ｄに巻かれた前記誘導コイル２３ｂと、
第１フェライト７２および第２フェライト７３を支持するアルミ製の床材７５と
から形成されている。誘電コイル２３ａと誘導コイル２３ｂとにより誘導コイル２３が形成されている。

上記給電ユニット６９の構成により、誘導コイル２３ａ，２３ｂに給電されると、磁束が発生し、その磁束経路は、図５に示すように、
第１フェライト７２の他方側の底部のフェライト７２ｂ−第１フェライト７２の一方側の底部のフェライト７２ａ−第１フェライト７２の一方側の凸部のフェライト７２ｃ−第１フェライト７２の他方側の凸部のフェライト７２ｄ−第１フェライト７２の他方側の底部のフェライト７２ｂと、
第１フェライト７２の一方側の底部のフェライト７２ａ−第１フェライト７２の一方側の凸部のフェライト７２ｃ−第２フェライト７３の一方側の凸部のフェライト７３ｃ−第２フェライト７３の一方側の底部のフェライト７３ａ−第３フェライト７４ａ−第１フェライト７２の一方側の底部のフェライト７２ａと、
第２フェライト７３の一方側の底部のフェライト７３ａ−第２フェライト７３の他方側の底部のフェライト７３ｂ−第２フェライト７３の他方側の凸部のフェライト７３ｄ−第２フェライト７３の一方側の凸部のフェライト７３ｃ−第２フェライトの一方側の底部のフェライト７３ａと、
第２フェライト７３の他方側の底部のフェライト７３ｂ−第２フェライト７３の他方側の凸部のフェライト７３ｄ−第１フェライト７２の他方側の凸部のフェライト７２ｄ−第１フェライト７２の他方側の底部のフェライト７２ｂ−第３フェライト７４ｂ−第２フェライト７３の他方側の底部のフェライト７３ｂと
の４通りに形成され、これら４通りの磁束経路によって給電ユニット６９から受電ユニット７０へ飛ぶ磁束を最大とすることができ、電力の伝送効率を向上させることができる。

また前記受電ユニット６９は、図５に示すように、
平板上のフェライトコア部材８１ａ，８１ｃ，８１ｄの組み合わせにより構成された側面形状がコ字状の第１フェライト８２と、
第１フェライト８２に対向して配置され、平板上のフェライトコア部材８１ａ，８１ｃ，８１ｄの組み合わせにより構成された側面形状がコ字状の第２フェライト８３と、
平板状のフェライトコア部材８１ｂにより構成され、第１フェライト８２の両側の各凸部を形成するフェライト８２ｃ，８２ｄの底部にそれぞれ位置するフェライト８２ａ，８２ｂと第２フェライト８３の両側の各凸部を形成するフェライト８３ｃ，８３ｄの底部にそれぞれ位置するフェライト８３ａ，８３ｂをそれぞれ結合する第３フェライト８４（８４ａ，８４ｂ）と、
第１フェライト８２の両側の各凸部を形成するフェライト８２ｃ，８２ｄに巻かれた受電コイル２４ａと、
受電コイル２４ａと並列接続され、受電コイル２４ａとは逆極性となるように、第２フェライト８３の両側の各凸部を形成するフェライト８３ｃ，８３ｄに巻かれた受電コイル２４ｂと、
第１フェライト８２および第２フェライト８３を支持するアルミ製の床材８５と
から形成されている。受電コイル２４ａと受電コイル２４ｂとにより、受電コイル２４が形成されている。

そして、図５に示すように、受電ユニット７０（受電コイル２４）は、受電ユニット７０の凸部の先端に配置された４つのフェライトコア部材８１が、給電ユニット６９の４つの凸部の先端に配置されたフェライトコア部材７１に対向するように配置される。

上記詳細回路の構成による動作を図４を用いて説明する。
１．充電装置１０が商用電源１１に接続されると、交流電流が半波整流器２１へ供給され、半端整流器２１で整流された直流電流が高周波発生回路２２のＤＣチョーク３１に供給される。この状態では、第１トランジスタ３９、第２トランジスタ４０ともにオフ（非導通）状態にある。

２．ＤＣチョーク３１に供給された直流電流は、部品の定格が同じでも、第１トランジスタ３９、第２トランジスタ４０の特性のバラツキなどで電流の流れやすさに差が出る。ここで、センタータップ付き一次コイル３３の他端３３ｃから第１定電流ダイオード４１を介して第１ツェナーダイオード４３に電流が流れて、第１トランジスタ３９のゲート電圧が、閾値電圧以上となり、第１トランジスタ３９が先にオン（導通）状態となるものとする（図４の第１トランジスタ２９のゲートがオンの状態）。

第１トランジスタ３９がオン（導通）状態となると、一次コイル３３の一端３３ｂから第１トランジスタ３９、整流器２１のマイナス出力端子２１ｂと電流が流れる。
すると、センタータップ付き一次コイル３３の一端３３ｂと第１トランジスタ３９のコレクタの接続点の電圧は略０Ｖとなるため、第２トランジスタ４０のゲートの電荷は、第２切換ダイオード４６を介して、センタータップ付き一次コイルの一端と第１トランジスタ３９のコレクタの接続点へと流れて放電され、第２トランジスタ４０は完全にオフ（非導通）状態となり、第２トランジスタ４０のゲート電圧が閾値電圧を越えることはない。

３．さらに、このとき、三次コイル３５には、一次コイル３３の一端３３ｂから第１トランジスタ３９、整流器２１のマイナス出力端子２１ｂと流れる電流によって一次コイル３３に発生する磁束により起電力が発生し、極性が逆なことから、一次コイル３３に流れる電流とは逆方向の誘導電流が流れ、この誘導電流は、三次コイル３５の他端３５ｃから第２進み抵抗６５、第２進みコンデンサ６６、第２抵抗６８、三次コイル３５のセンタータップ３５ａと流れ、第２の閉ループが形成されて第２進みコンデンサ６６に電荷が蓄えられ、同時に三次コイル３５の他端３５ｃから、第２進み抵抗６５、第２進みコンデンサ６６、第２進みダイオード６７、第２切換ダイオード４６を介して、センタータップ付き一次コイル３３の一端３３ｂと第１トランジスタ３９のコレクタの接続点へ流れ、さらに三次コイル３５の他端３５ｃから、第２乗換え抵抗５９、第２乗換えダイオード６０、第２切換ダイオード４６を介して、センタータップ付き一次コイル３３の一端３３ｂと第１トランジスタ３９のコレクタの接続点へ流れ、第２トランジスタ４０のゲート電圧が閾値電圧を超えることはない。

４．次に、センタータップ付き一次コイル３３に流れる第１トランジスタ３９の電流は、二次コイル３４を通じて、共振コンデンサ３７および誘導コイル２３（２３ａ，２３ｂ）に電流を供給し、共振コンデンサ３７および誘導コイル２３は、所定の周波数で共振を開始し、二次コイル３４の両端の電圧は、一定時間の後に逆転するので、これによってセンタータップ付き一次コイル３３の他端３３ｃの電圧が一端３３ｂの電圧より、低くなる。

５．そうすると、第１トランジスタ３９のゲートの電荷は、第１切換えダイオード４１、一次コイル３３の他端３３ｃへと流れ、第１トランジスタ３９のゲート電圧が閾値電圧を下回ると、第１トランジスタ３９がオフ（非導通）状態となり、同時に、前記第２の閉ループの第２進みコンデンサ６６に蓄えられた電荷は、第２進みダイオード６７を介して、急激に第２トランジスタ４０のゲートへ流れ、同時に、第２乗換え抵抗５９、第２乗換えダイオード６０を介して、第２トランジスタ４０のゲートと流れ、第２トランジスタ４０のゲート電圧が、急速に閾値電圧以上となり、第２トランジスタ４０がオン（導通）状態となる（図４に示す第２トランジスタ３０のゲートがオンの状態）。

第２トランジスタ４０がオン（導通）状態となると、一次コイル３３の他端３３ｃから第２トランジスタ４０、整流器２１のマイナス出力端子２１ｂと電流が流れる。
すると、センタータップ付き一次コイル３３の他端３３Ｃと第２トランジスタ４０のコレクタの接続点の電圧は略０Ｖとなるため、第１トランジスタ３９のゲートの電荷は第１切換ダイオード４５を介して、センタータップ付き一次コイル３３の他端３３Ｃと第２トランジスタ４０のコレクタの接続点へと流れ、放電され、第１トランジスタ３９は完全にオフ（非導通）状態となり、第１トランジスタ３９のゲート電圧が閾値電圧を越えることはない。

６．さらに、このとき、三次コイル３５には、一次コイル３３の他端３３ｃから第２トランジスタ４０、整流器２１のマイナス出力端子２１ｂと流れる電流によって一次コイル３３に発生する磁束により起電力が発生し、極性が逆なことから、一次コイル３３に流れる電流とは逆方向の誘導電流が流れ、この誘導電流は、三次コイル３５の一端３５ｂから第１進み抵抗６１、第１進みコンデンサ６２、第１抵抗６４、三次コイル３５のセンタータップ３５ａと流れ、第１の閉ループが形成されて第１進みコンデンサ６２に電荷が蓄えられ、同時に三次コイル３５の一端３５ｂから、第１進み抵抗６１、第１進みコンデンサ６２、第１進みダイオード６３、第１切換ダイオード４１を介して、センタータップ付き一次コイル３３の他端３３Ｃと第２トランジスタ４０のコレクタの接続点へ流れ、さらに三次コイル３５の一端３５ｂから、第１乗換え抵抗５７、第１乗換えダイオード５８、第１切換ダイオード４１を介して、センタータップ付き一次コイル３３の他端３３Ｃと第１トランジスタ３９のコレクタの接続点へ流れ、第１トランジスタ３９のゲート電圧が閾値電圧を超えることはない。

７．次に、センタータップ付き一次コイル３３に流れる第２トランジスタ４０の電流は、二次コイル３４を通じて、共振コンデンサ３７および誘導コイル２３（２３ａ，２３ｂ）に電流を供給し、共振コンデンサ３７および誘導コイル２３は、所定の周波数で共振し、二次コイル３４の両端の電圧は、一定時間の後に逆転するので、これによってセンタータップ付き一次コイル３３の一端３３ｂの電圧が他端３３ｃの電圧より、低くなる。

８．そうすると、第２トランジスタ４０のゲートの電荷は、第２切換えダイオード４６、一次コイル３３の一端３３ｂへと流れ、第２トランジスタ４０のゲート電圧が閾値電圧を下回ると、第２トランジスタ４０がオフ（非導通）状態となると同時に、前記第１の閉ループの第１進みコンデンサ６２に蓄えられていた電荷は、第１進みダイオード６３を介して、急激に第１トランジスタ３９のゲートへ流れ、同時に、第１乗換え抵抗５７、第１乗換えダイオード５８を介して、第１トランジスタ３９のゲートと流れ、第１トランジスタ３９のゲート電圧が、急速に閾値電圧以上となり、第１トランジスタ３９がオン（導通）状態となる。

以上の動作を繰り返すことにより発振する。
このように、第１トランジスタ３９と第２トランジスタ４０が交互にオン（導通）状態となり、その毎に、一次コイル３３に流れる電流の向きは逆になる。

９．これに伴い、二次コイル３４に交互に逆向きの電流が流れ、共振コンデンサ３７および誘導コイル２３（２３ａ，２３ｂ）からなる共振回路の周波数が、共振周波数（例えば、１２ｋＨｚ）のときに最も良く電流が良く流れることから、第１トランジスタ３９と第２トランジスタ４０は、前記共振周波数で交互に１８０゜ずれてスイッチングされる。すなわち、共振コンデンサ３７と誘導コイル２３からなる回路の共振周波数で自己発振し、この共振周波数の交流電流が誘導コイル２３に供給され、図４に示すように、一次コイル３３には、半波整流器２１から出力される半波電圧の波形を包絡線とする共振周波数の電圧が発生する。

このように、電力損失の原因となるＡＣ／ＤＣコンバータを設けることなく、誘導コイル２３へ商用電源１１から電力を供給でき、電力の伝送効率を向上させることができる。
１０．給電ユニット６９に対向する受電ユニット７０においては、誘導コイル２３に発生する磁束により、誘導コイル２３の周波数に共振する受電コイル２４に大きな起電力が発生する。

この起電力により受電コイル２４に並列に接続された絶縁トランス２６の一次巻線に交流電流が流れ、一次巻線に発生する電圧に対して巻線数の比により絶縁トランス２６の二次巻線に降圧された電圧が発生し、増加した交流電流が流れる。この交流電流は全波整流器２７へ供給され、この全波整流器２７で整流された直流電流は、ＤＣチョーク２８を介して鉛蓄電池１２へ流れ、鉛蓄電池１２が充電される。

このとき、上述したように、半波整流器２１の半波整流後の電圧と略同様の休止する商用周波数の半サイクルの波形となり、一方、鉛蓄電池１２には一定電流以上の電流のときしか充電は実行されず、商用周波数の半サイクルで充電されることにより、鉛蓄電池１２に対する充電がパルス充電となる。このように、半波ではあるが定電流ではない山なりの電流によるパルス充電方式となることにより、鉛蓄電池１２を急速充電でき、さらに鉛蓄電池１２の寿命を延長することができる。

このような詳細回路の構成によれば、交流の商用電源１１に直接接続しても、第１立ち上げ回路５１、第２立ち上げ回路５２、第１駆動回路４７、第２駆動回路４８、第１進み回路４９、および第２進み回路５０の作用により、第１トランジスタ３９または第２トランジスタ４０は、二次コイル３４に所定周波数で交流電流が流れるように、遅れることなく安定して交互に駆動されるために、前記第１トランジスタ３９と前記第２トランジスタ４０が同時にオフ（非導通）状態となる可能性が低減され、スイッチング動作の安定性を確保でき、電力の伝送効率を向上させることができる。

１０充電装置
１１商用電源
１２鉛蓄電池
２１半波整流器
２２高周波発生回路
２３誘導コイル
２４受電コイル
２５共振コンデンサ
２６絶縁トランス
２７全波整流器
２８ＤＣチョーク

Claims

商用電源を使用して鉛蓄電池を充電する充電装置であって、
前記商用電源から供給される交流電流を半波整流する半波整流器と、
前記半波整流器により半波整流された出力電流を所定周波数の高周波電流へ変換して出力する高周波発生回路と、
前記高周波発生回路より前記高周波電流が供給される誘導コイルと、
前記誘導コイルに対向して配置され、誘導コイルに発生する磁束により起電力が誘起される受電コイルと、
前記受電コイルに並列に接続され、受電コイルとともに前記所定周波数で共振回路を形成する共振コンデンサと、
前記並列共振回路の出力電流を全波整流し、前記鉛蓄電池へ供給する全波整流器
を備えることを特徴とする鉛蓄電池の充電装置。
前記全波整流器から前記鉛蓄電池へは、ＤＣチョークを介して充電すること
を特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池の充電装置。
前記共振回路と前記全波整流器との間に、絶縁トランスを配置し、前記絶縁トランスの一次巻線と二次巻線の巻線比により、前記鉛蓄電池へ供給する電流を設定すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉛蓄電池の充電装置。
前記誘導コイルと受電コイルとの間隔を可変することにより、前記鉛蓄電池へ供給する電流を可変すること
を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の鉛蓄電池の充電装置。