JP3573145B2

JP3573145B2 - 充電機

Info

Publication number: JP3573145B2
Application number: JP2002247311A
Authority: JP
Inventors: 彰寺島
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2017-12-24
Also published as: JP2003180039A; JPH11185828A; JP2003134688A

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、回転して発電する発電モータよりの出力電流を整流して充電を行う充電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、充電部に充電を行う充電機としては、図１０に示すように、手動などにて発電モータ１’を回転させ、回転により生じた発電モータ１’よりの交流電流を整流回路２’にて直流に整流し、この直流電流を二次電池３’に供給して充電を実施している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来の充電機においては、発電モータ１’と充電される二次電池３’とが、整流回路２’を介して直接接続されているため、発電モータ１’の回転を上げて行くと、これに伴って発電電圧が上昇し、その分、二次電池３’に供給される直流電流の量も増加してしまうことにより、より多くの負荷が発電モータ１’にかかるようになり、図１１に示されるように、発電モータ１’を回転させるための軸トルクが発電モータ１’の回転上昇とともに大きくなって、発電モータを回転させるには大きな力を必要とするという問題があった。
【０００４】
よって、本発明は上記した問題点に着目してなされたもので、発電モータの回転が上昇しても、発電モータを回転させるために大きな力を必要とせず、長く充電を実施することのできる充電機を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記した問題を解決するために、回転して発電する少なくとも１つの発電モータと、この発電モータよりの出力電流を整流する整流手段とを有し、この整流手段により整流された直流電流を充電部に充電する充電機において、前記整流手段と充電部との間に、発電モータの発電電圧が所定電圧に達した場合に充電部に供給される直流電流量を制限して発電モータにかかる発電負荷を低減する電流制限手段を設け、発電モータを回転させるために必要とする軸トルクを変更可能としたことを特徴としている。
この特徴によれば、発電モータの発電電圧が所定電圧に達した場合に充電部に供給される直流電流量が、電流制限手段において制限されるようになり、発電モータの発電電圧が所定電圧に達したときの回転数が更に上昇しても、発電モータにかかる負荷の上昇を低く抑えることができることから、発電モータを回転させるために要する軸トルクの上昇を低く抑えて、発電モータを回転させることができるようになる。
【０００６】
本発明の充電機は、前記電流制限手段により制限される直流電流量が、外部より設定可能とされていることが好ましい。
このようにすれば、外部より直流電流量を設定することにより、発電モータを回転させるために必要とする軸トルクを変更することができ、所望の負荷にて発電モータを回転させることができるようになる。
【０００７】
本発明の充電機は、前記発電モータよりの発電電圧を測定する電圧測定手段が設けられ、この電圧測定手段により測定された電圧に基づいて、前記充電部に供給される直流電流量が、前記電流制限手段により適宜制限されるようになっていることが好ましい。
このようにすれば、発電電力と発電モ−タの回転数とは、ほぼ比例関係にあることから、発電電力を測定することにより発電モ−タの回転数を予測でき、発電モ−タの回転数に合わせて、適宜直流電流量を制限することで、発電モータを回転させるために必要とする軸トルクを変更することができる。
【０００８】
本発明の充電機は、前記電流制限手段が、発電モータの軸トルクをほぼ一定とするように直流電流量を制限するようになっていることが好ましい。
このようにすれば、発電機の回転数によらず、ほぼ一定の負荷にて発電モータを回転させることができるようになり、発電モータを回転させる際に、回転数の増減に応じて充電電力が増減するようになる。
【０００９】
本発明の充電機は、回路電流を測定する電流測定手段が設けられ、前記電流制限手段によりこの回路電流が、発電モータの発電効率のピ−ク電流値と発電電力曲線のピ−ク電流値との間の電流値となるように制御されるようになっていることが好ましい。
このようにすれば、発電モータの発電効率と発電電力の高い電流値にて発電がなされる可能性がある。
【００１０】
本発明の充電機は、前記電流制限手段が、整流手段と充電部との接続を断続するトランジスタと、このトランジスタの断続を制御する制御部より成っていることが好ましい。
このようにすれば、簡便な構成にて電流制限手段を形成することができるようになるばかりか、電流制限の制御もトランジスタの駆動時間により容易に実施することができ、尚且つ電流制限におけるロスも少なくすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、本実施例の充電機を示す上面図であり、図２は、本実施例の充電機を示す背面図であり、図３は、本実施例の充電機の構成を示す断面図であり、図４は、本実施例の充電機の回路構成を示す回路図であり、図５は、本実施例の充電機に用いた電流制限回路の電流量の制限状況を示す模式図であり、図６は、本実施例の充電機に用いた発電モータの回転数と発電電圧との関係を示すグラフであり、図６は、毎分２５００回転時における本実施例の充電機に用いた発電モータの発電電流と発電効率および発電電力との関係を示す図であり、図７は、毎分５０００回転時における本実施例の充電機に用いた発電モータの発電電流と発電効率および発電電力との関係を示す図であり、図８は、本実施例の充電機における発電モータの回転数と回転レバーの軸トルクとの関係を示すグラフである。
【００１３】
本実施例の充電機１は、図１および図２に示されるような外観を有しており、上部ケース２の上面には、手動にて回転される回転レバー４が設けられ、その先端部には、回転自在とされた回転ノブ５が設けられている。
【００１４】
また、図２に示されるように、充電機１の背面には、充電する二次電池１０が４本格納可能とされた電池ケース７が設けられ、この二次電池１０が前記電池ケース７と当接する両端部には、電極板８が設けられており、これら上部ケース２と下部ケース３とは、ボルト９により接合、一体化されるようになっている。
【００１５】
また、充電機１の側面部には、後述する方法により回転レバー４の回転トルクを設定する設定スイッチ６が設けられている。
【００１６】
充電機１の内部には、図１および図３に示されるように、前記回転レバー４に連結され、シャシ１７に固定された回転軸１５を中心として回転自在とされた回転ギアＡ１１と、この回転ギアＡ１１に噛合し、連係して回転軸１６を中心に回転する小径の回転ギアＢ１２’と、この回転ギアＢ１２’と回転軸１６を同じくし、回転ギアＢ１２’に一体化されて回転する回転ギアＣ１２が設けられ、この回転ギアＣ１２に噛合し、連係して発電モータ１４を回転させるピニオンギア１３が設けられており、前記回転レバー４が回転されることにより、その回転を、増速して発電モータ１４に伝達し、発電がなされるようになっている。
【００１７】
また、本実施例の充電機１には、図１に示されるように、２つの発電モータ１４が内在されており、これら発電モータ１４は、回路基板１８に各々接続され、これら回路基板１８は前記電池ケース７に接続されている。
【００１８】
本実施例における充電機の回路構成は、図４に示されるようになっており、前記発電モータ１４は三層モータであって、発電モータ１４からは１２０度位相のずれた交流電流が、ダイオード等から構成される全波整流回路１９に出力され、これら発電モータ１４よりの交流電流が直流電流に変換されて出力される。
【００１９】
これら全波整流回路１９より出力される直流電流は、図４に示されるような、前記回路基板上に形成された電流制限手段としての電流制御回路により二次電池１０に供給される直流電流の電流量が制限されるようになっている。
【００２０】
これら図４に示される電流制御回路を説明すると、抵抗Ｒ１およびＲ２は、抵抗Ｒ２の両端部にかかる電圧に基づき、前記全波整流回路１９より出力される直流電圧を測定するための抵抗であり、コンデンサＣ１は、電界効果トランジスタＴ１による回路の開閉に伴うノイズを低減させるためのコンデンサであり、同様にＲ３およびＣ２は、前記電界効果トランジスタＴ１による電流のＯＮ／ＯＦＦに伴う高いスパイク電圧を防止するスナバ回路であり、電界効果トランジスタＴ１とコイルＬ１およびダイオードＤ１、コンデンサＣ３は、電界効果トランジスタＴ１が、駆動回路２０よりの信号に基づき、電流のＯＮ／ＯＦＦを実施することにより得られるパルス状の電流を平均化させて直流電流とする降圧コンバータ回路と同等の構成とされている。
【００２１】
また、抵抗Ｒ４およびＲ５は、抵抗Ｒ５の両端部にかかる電圧に基づき、二次電池に印加される電圧を測定するための抵抗であり、抵抗Ｒ６は、前記全波整流回路１９より出力され、電流制御回路に流入する電流値を測定するための微小な抵抗である。
【００２２】
また、この回路基板１８には、前記電界効果トランジスタＴ１を駆動する駆動回路２０の制御を実施するマイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）等から成る充電コントローラ２１が設けられており、この充電コントローラ２１内部には、前記駆動回路２０に所定の信号パルスを出力したり、前記設定スイッチ６からの入力信号を受け取るＩ／Ｏ部と、前記抵抗Ｒ２、Ｒ５、Ｒ６の両端にかかる電圧をＡ／Ｄ変換して検出するＡ／Ｄ変換部と、制御プログラム等が記憶された内部ＲＯＭと、これら各部の制御を実施する制御部が内在されており、これら各電圧値や設定スイッチ６からの入力に基づき、駆動回路２０への信号を制御して、電界効果トランジスタＴ１のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するようになっている。
【００２３】
前記電流制御回路の動作について図５に基づいて説明すると、図５（ａ）に示すように、まず全波整流回路１９より電流Ｉ０にて出力された直流電流は、電界効果トランジスタＴ１がＯＮ／ＯＦＦ動作をすることにより、図５（ｂ）に示すように、パルス状電流とされて電流量が制限され、このパルス状電流が前記したようにコイルＬ１およびコンデンサＣ３により平均化されて図５（ｃ）に示すような電流Ｉ１の直流電流とされて二次電池１０に供給されるようになり、この電界効果トランジスタＴ１のＯＮ／ＯＦＦの比率を制御することにより、電流量の制限の度合いを前記充電コントローラ２１がコントロールできるようになっている。
【００２４】
これら充電コントローラ２１が、電流量を制限度合いを決定する手法としては、本実施例において用いた発電モータ１４が、回転数と発電電圧とに図６に示されるような関係を有しており、本実施例では充電される二次電池がニッケル・カドミニュウム電池であるために、２セルで充電可能となるほぼ２．４Ｖ以上の発電電圧においては、発電電圧と発電モータ１４の回転数は、ほぼ比例関係にあることから、これら発電モータ１４からの発電電圧である全波整流回路１９よりの出力電圧を、前記抵抗Ｒ２の両端にかかる電圧を前記充電コントローラ２１がＡ／Ｄ変換部を介して検出することにより、充電コントローラ２１は発電モータ１４の回転数を検出できることができるようになっており、これら発電電圧による回転数の検出によって、各回転数における電界効果トランジスタＴ１のＯＮ／ＯＦＦの比率を前記制御プログラムに基づいて、発電電圧が高く、発電モータ１４の回転数が高い場合においては、電界効果トランジスタＴ１のＯＮ／ＯＦＦの比率を小さくなるように制御して、電界効果トランジスタＴ１を通過する電流量を制限することにより、発電モータ１４にかかる発電負荷を低減して、回転数が上昇しても回転レバー４のトルクが著しく上昇しないようになっている。
【００２５】
これら回転レバー４のトルクの変化のしかたは、本実施例の充電機１においては、前記設定スイッチ６により設定可能とされており、その設定内容は、ｓｔｅｐ１が自動設定で、回転レバー４の軸トルクは図９のグラフｃの曲線のように、発電モータ１４の回転が上昇しても、所定の回転である２５００回転以上においては軸トルクがほぼ一定となるように制御され、ｓｔｅｐ２が手動設定であり、図９のグラフｂの曲線のように、発電モータ１４の回転上昇とともに、除々に軸トルクが上昇するように制御され、ｓｔｅｐ３では、図９のグラフｄの曲線のように、発電モータ１４の回転上昇とともに軸トルクがやや減少するように制御され、回転レバー４の回転速度の上昇に伴う疲労感を、軸トルクを減少されることにより低減させられるように設定されている。
【００２６】
また、前記本実施例に用いた発電モータ１４は、各回転数における発電電流と発電効率および発電電力との関係は、図７および図８に示されるようになっており、各回転数において発電効率と発電電力とにピーク値を有することから、本実施例では、前記抵抗Ｒ６の電圧に基づいて検出される電界効果トランジスタＴ１を通過する電流量Ｉが、これら発電効率のピーク電流値Ｉ２および発電電力のピーク電流値Ｉ３の間の斜線部で示される範囲の電流値となるように、前記電界効果トランジスタＴ１のＯＮ／ＯＦＦの比率が制御されるようになっている。
【００２７】
このようにすることで、発電モータ１４の回転上昇に伴う回転レバー４の軸トルクの上昇を抑えながら、尚且つ発電モータ１４が高効率にて発電できる可能性をもって充電がなされるようになる。
【００２８】
また、本実施例との比較として、図４の回路図に破線２２にて示されるＳＷ１を有する回路を設け、前記電界効果トランジスタＴ１をＯＦＦ状態として充電を行った際の発電モータ１４の回転数と回転レバー４の軸トルクとの関係は、図９のグラフａの曲線のようになり、従来の充電機同様に発電モータ１４の回転上昇に伴って軸トルクも上昇し、非常に疲れやすいものであった。
【００２９】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても、本発明に含まれることは言うまでもない。
【００３０】
また、前記実施例においては、電流量を制限する手段として電界効果トランジスタＴ１を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の手法により電流制限を実施しても良い。
【００３１】
また、本実施例では、各抵抗にかかる電圧検出、測定を充電コントローラ２１内部のＡ／Ｄ変換部にて実施しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら電圧検出を他の検出回路等により実施しても良い。
【００３２】
また、本実施例では３相モータを２個使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これを単相モータとしたり、その個数をより多くしたりすること等は任意とされる。
【００３３】
また、本実施例においては、充電コントローラ２１としてＭＰＵ等を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら制御等を実施可能な制御回路等により制御を実施するようにしても良い。
【００３４】
また、本実施例では、充電される充電部に流れる電流量を測定してはいないが、これら充電部に流れる電流量を測定して、その充電状況を把握し、前記制御手段により、この電流量を制御して、充電状況に応じた緻密な充電制御が可能なようにしても良い。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は次の効果を奏する。
【００３６】
（ａ）請求項１の発明によれば、発電モータの発電電圧が所定電圧に達した場合に充電部に供給される直流電流量が、電流制限手段において制限されるようになり、発電モータの発電電圧が所定電圧に達したときの回転数が更に上昇しても、発電モータにかかる負荷の上昇を低く抑えることができることから、発電モータを回転させるために要する軸トルクの上昇を低く抑えて、発電モータを回転させることができるようになる。
【００３７】
（ｂ）請求項２の発明によれば、外部より直流電流量を設定することにより、発電モータを回転させるために必要とする軸トルクを変更することができ、所望の負荷にて発電モータを回転させることができるようになる。
【００３８】
（ｃ）請求項３の発明によれば、発電電力と発電モ−タの回転数とは、ほぼ比例関係にあることから、発電電力を測定することにより発電モ−タの回転数を予測でき、発電モ−タの回転数に合わせて、適宜直流電流量を制限することで、発電モータを回転させるために必要とする軸トルクを変更することができる。
【００３９】
（ｄ）請求項４の発明によれば、発電機の回転数によらず、ほぼ一定の負荷にて発電モータを回転させることができるようになり、発電モータを回転させる際に、回転数の増減に応じて充電電力が増減するようになる。
【００４０】
（ｅ）請求項５の発明によれば、発電モータの発電効率と発電電力の高い電流値にて発電がなされる可能性がある。
【００４１】
（ｆ）請求項６の発明によれば、簡便な構成にて電流制限手段を形成することができるようになるばかりか、電流制限の制御もトランジスタの駆動時間により容易に実施することができ、尚且つ電流制限におけるロスも少なくすることができる。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における充電機を示す上面図である。
【図２】本発明の実施例における充電機を示す背面図である。
【図３】本発明の実施例における充電機を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例における充電機の回路構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例における充電機に用いた電流制限回路の電流量の制限状況を示す模式図である。
【図６】本発明の実施例における充電機に用いた発電モ−タの回転数と発電電圧との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例における充電機に用いた発電モ−タの毎分２５００回転時の発電特性を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例における充電機に用いた発電モ−タの毎分５０００回転時の発電特性を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例における充電機の回転レバ−の軸トルクと回転数の関係を示すグラフである。
【図１０】従来の充電機の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の充電機における発電モ−タの軸トルクと回転数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
ｌ充電機（本体）
２上部ケース
３下部ケース
４回転レバー
５回転ノブ
６設定スイッチ
７電池ケース
８電極板
９ボルト
１０二次電池（充電部）
１１回転ギアＡ
１２回転ギアＢ
１２’ 回転ギアＣ
１３ピニオンギア
１４発電モータ
１５中心軸
１６中心軸
１７シャシ
１８回路基板
１９全波整流回路
２０駆動回路
２１充電コントローラ
２２配線（検証用）

Claims

回転して発電する少なくとも１つの発電モータと、この発電モータよりの出力電流を整流する整流手段とを有し、この整流手段により整流された直流電流を充電部に充電する充電機において、前記整流手段と充電部との間に、発電モータの発電電圧が所定電圧に達した場合に充電部に供給される直流電流量を制限して発電モータにかかる発電負荷を低減する電流制限手段を設け、発電モータを回転させるために必要とする軸トルクを変更可能としたことを特徴とする充電機。
前記電流制限手段により制限される直流電流量が、外部より設定可能とされている請求項１に記載の充電機。
前記発電モータよりの発電電圧を測定する電圧測定手段が設けられ、この電圧測定手段により測定された電圧に基づいて、前記充電部に供給される直流電流量が、前記電流制限手段により適宜制限されるようになっている請求項１または２に記載の充電機。
前記電流制限手段が、発電モータの軸トルクをほぼ一定とするように直流電流量を制限するようになっている請求項３に記載の充電機。
回路電流を測定する電流測定手段が設けられ、前記電流制限手段によりこの回路電流が、発電モータの発電効率のピ−ク電流値と発電電力曲線のピ−ク電流値との間の電流値となるように制御されるようになっている請求項１〜４のいずれかに記載の充電機。
前記電流制限手段が、整流手段と充電部との接続を断続するトランジスタと、このトランジスタの断続を制御する制御部より成っている請求項１〜５のいずれかに記載の充電機。