JP3938255B2 - 多出力バッテリ充電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁石式発電機等の単相交流発電機から複数の充電ユニットを介して複数個のバッテリを充電する多出力バッテリ充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバッテリ充電装置は、発電コイルに対し、１つの充電ルートしかなく複数の異なった電圧を得るためには最も電圧が高いものを中心に発電機の出力電圧を充電制御し、その充電された電圧Ｖ１を基に他の電圧の異なるも出力電圧Ｖ２をコンバータ等用いて変換している。
【０００３】
ここで図８に従来の多出力バッテリ充電回路の一例を示す。図中１は単相磁石式発電機、Iは２４Ｖ系バッテリ２を充電する充電ユニット、IIは１２Ｖバッテリ３を充電する充電ユニットIIIはバッテリ２の電圧検出回路、IVは後述するスイッチＳ１，Ｓ２にゲート信号を送出する制御回路である。この回路は先ず予め設定されたバッテリ２の電圧を満充電電圧Ｖ１（例２４Ｖ）になる如くサイリスタ等のスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２により発電機１の正波形出力及び負波形出力を夫々位相制御してバッテリ２を充電する。電圧検出回路IIIはツェナーダイオードＺ１等によりこのバッテリ電圧を検出し、規定値以下であればトランジスタＱ４（オフ）、トランジスタＱ３（オン）を介し、発電機１の出力波形が正波形のタイミングではダイオードＤ１、トランジスタＱ２、サイリスタＳ１のゲートの経路でゲート信号を与えサイリスタＳ１を導通する。一方負波形のタイミングでは同様にサイリスタＳ２を導通して、夫々バッテリ２を充電する。一方バッテリ電圧が規定電圧（満充電々圧）に達すると、トランジスタＱ４（オン）、トランジスタＱ３（オフ）を介し、夫々サイリスタＳ１，Ｓ２のゲート信号の送付を停止で該サイリスタＳ１，Ｓ２をオフとして充電停止とする。
【０００４】
この従来例では他方の充電ユニットIIは上述のように充電ユニット１の出力電圧（又はバッテリ２の電圧）を直流入力とする降圧型等のＤＣ−ＤＣコンバータ等により該電圧Ｖ１より低い電圧Ｖ２をバッテリ３に供給するように構成されているためにコンバータの構成に要する部品数が多くなるばかりか、１つの充電経路の出力から他の経路の入力と得るために主経路の充電精度に影響を及ぼす恐れがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする手段】
本発明は磁石式発電機の１つの出力に対し、コンバータ等の電圧変換装置を介さず、直接磁石式発電機の出力電圧を分配する事で異なった出力電圧を出力して各バッテリにバランス良く充電する装置を提供することである。
【０００６】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、１つの単相交流発電機と、該交流発電機の出力巻線間に接続された２つの充電ユニットと、該各充電ユニットに接続されたバッテリ又はコンデンサを有する多出力バッテリ充電装置において、該各充電ユニットの出力電圧はそれぞれ異なり、該各充電ユニットは、交流発電機の正波形出力端とバッテリの正極間に接続された第１のスイッチと、負波形出力端と該バッテリの正極間に接続された第２のスイッチと、該第１スイッチ及び第２スイッチを制御する第１の制御手段及び第２の制御手段と、バッテリ電圧検出手段を備え、且つ該第１の制御手段及び第２の制御手段は、夫々該バッテリ電圧検出手段の検出信号と該交流発電機の正波形出力又は負波形出力とのタイミング信号により夫々該第１スイッチ及び第２スイッチを制御すると共に、該各充電ユニットの第１の制御手段のタイミング信号を共通接続し、又第２の制御手段のタイミング信号を共通接続し、該交流発電機の正波形出力を高出力電圧の充電ユニットに備えたバッテリ又はコンデンサに給電し、負波形出力を低出力電圧の充電ユニットに備えたバッテリ又はコンデンサに給電する如く優先度を設けるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、１つの単相交流発電機と、該交流発電機の出力巻線間に接続された２つの充電ユニットと、該各充電ユニットに接続されたバッテリ又はコンデンサを有する多出力バッテリ充電装置において、該第１の充電ユニットは、交流発電機の正波形出力端とバッテリの正極間に接続された第１のスイッチと、負波形出力端と該バッテリの正極間に接続された第２のスイッチと、該第１スイッチ及び第２スイッチを制御する第１の制御手段及び第２の制御手段と、バッテリ電圧検出手段を備え、又、該他の充電ユニットは、交流発電機の巻線間に接続されブリッジ型整流回路と、該巻線間に接続され正波形出力を短絡する第１のスイッチ及び負波形出力を短絡する第２のスイッチと、該第１スイッチ及び第２スイッチを制御する論理回路と、バッテリ電圧検出手段を備え、且つ該第１の充電ユニットの第１の制御手段及び第２の制御手段は、夫々該バッテリ電圧検出手段の検出信号と該交流発電機の正波形出力又は負波形出力とのタイミング信号により夫々該第１スイッチ及び第２スイッチを制御し、又第２の充電ユニットは該論理回路により各該バッテリ電圧検出手段の検出信号の論理出力により該第１スイッチ及び第２スイッチを制御するようにし、該第２の充電ユニットの出力電圧を該第１の充電ユニットの出力電圧に比し高く設定したことを特徴とする。
【０００８】
本発明は上記のように構成されており、多出力バッテリ充電装置において、一系統の充電ユニットからコンバータ等を設けることなく他のバッテリを充電でき、構成が簡単であるばかりでなく各バッテリのうち未充電のバッテリを優先して充電し、又各バテリが未充電の場合は発電機の正波形出力で一方のバッテリを充電し、負波形出力で他方のバッテリを充電する等バランス良く充電できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１に示す。１は単相磁石式発電機、２は２４Ｖ用バッテリ、３は１２Ｖ用バッテリ、Iは２４Ｖ用バッテリ２を充電するための充電ユニット、IIは１２Ｖ用バッテリ３を充電するための充電ユニット回路、IIIａは２４Ｖ用バッテリ２の電圧を検出する回路、IIIｂは１２Ｖ用バッテリ３の電圧を検出する回路、IVａは２４Ｖ用バッテリの電圧が規定値より低い場合にサイリスタＳ１に優先的に点弧信号を出力する制御回路、Vａは１２Ｖ用バッテリ３の電圧が規定値より高い場合でなおかつ、２４Ｖ用バッテリ２の電圧が規定値より低い場合にサイリスタＳ２に点弧信号を出力する制御回路、VIａは単相磁石式発電機の充電巻線の正波形出力を２４Ｖ用バッテリ２に充電する回路、VIIａは単相磁石式発電機の充電巻線の負波形出力を２４Ｖ用バッテリ２に充電する回路。
【００１０】
次にIVｂは１２Ｖ用バッテリ３の電圧が規定値より低い場合にサイリスタＳ４に優先的に点弧信号を出力する制御回路、Vｂは２４Ｖ用バッテリ２の電圧が規定値より高い場合でなおかつ、１２Ｖ用バッテリ３の電圧が規定値より低い場合にサイリスタＳ３に点弧信号を出力する制御回路、VIｂは単相磁石式発電機の充電巻線の正波形出力を１２Ｖ用バッテリ３に充電する回路、VIIｂは単相磁石式発電機の充電巻線の負波形出力を１２Ｖ用バッテリ３に充電する回路、VIIIは単相磁石式発電機の充電巻線の正波形出力または負波形出力を各バッテリに充電する場合に上記VIａ，VIｂ，VIIａ，VIIｂの回路を通してループ形成するための回路である。
【００１１】
以下この実施例の動作について、図２乃至図６で示す各部動作波形図を参照して説明する。
（モード１）：バッテリ２，バッテリ３未充電状態先ず充電ユニットIにおいて、バッテリの電圧を検出する回路IIIａはバッテリ電圧が規定値以下のため、トランジスタＱ５が動作せず、トランジスタＱ４がＯＮ状態となる。また、同時にトランジスタＱ８をＯＮさせるのでトランジスタＱ７は動作することができない。したがって、発電機の正波形出力が発生するとトランジスタＱ１は動作してサイリスタS1を点弧させ、２４Ｖ用バッテリに充電される。しかし、充電ユニットIIのトランジスタＱ７は動作できないため、サイリスタＳ３は点弧せず、１２Ｖ用バッテリ３は充電されない。次に、発電機の負波形出力タイミングではバッテリの電圧を検出する回路IIIｂはバッテリ電圧が規定値以下のため、トランジスタＱ１０が動作せず、トランジスタＱ９がＯＮ状態になる。
【００１２】
また同時に、トランジスタＱ３をＯＮさせるのでトランジスタＱ２は動作することができない。したがって、発電機の負波形出力が発生するとトランジスタＱ６は動作してサイリスタＳ４を点弧させ、１２Ｖ用バッテリ１２を充電する。しかし、トランジスタＱ２は動作できないため、サイリスタＳ２は点弧させないので、２４Ｖ用バッテリ２は充電されない。図２に示すように正波形出力を２４Ｖ用のバッテリに優先的に充電させ、または負波形出力を１２Ｖ用バッテリに優先的に充電させるようにしている。
【００１３】
（モード２）：バッテリ２未充電、バッテリ３満充電状態発電機１の正波形出力タイミングの時は上記同様優先的に２４Ｖ用バッテリに充電される。しかし、発電機の負波形出力タイミングではバッテリの電圧を検出する回路IIIｂによりバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ１０が動作し、トランジスタＱ９がＯＦＦ状態になる。また、同時にトランジスタＱ３をＯＦＦさせるのでトランジスタＱ２は動作することができる。更にトランジスタＱ６は動作することができないため、発電機の負波形出力が発生してもトランジスタＱ６は動作せずサイリスタＳ４を点弧させないので、１２Ｖ用バッテリ３は充電されない。その分、トランジスタＱ２は動作するので、サイリスタＳ２は点弧させ、発電機の負波形出力タイミングでも２４Ｖ用バッテリ３は充電されることになる。この動作波形を図３に示す。
【００１４】
（モード３）：バッテリ２満充電、バッテリ３未充電状態発電機１の負波形出力タイミングの時は上記同様優先的に１２Ｖ用バッテリ３を充電する。しかし、発電機の正波形出力タイミングではバッテリの電圧を検出する回路IIIａによりバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ５が動作し、トランジスタＱ４がＯＦＦ状態になる。また、同時にトランジスタＱ８をＯＦＦさせるのでトランジスタＱ７は動作することができる。更にトランジスタＱ１は動作することができないため、発電機の正波形出力が発生してもトランジスタＱ１は動作せずサイリスタＳ１を点弧せず、２４Ｖ用バッテリ２は充電されない。その分、トランジスタＱ７は動作するので、サイリスタＳ４は点弧させ、発電機の正波形出力タイミングでも１２Ｖ用バッテリ３に充電されることになる。この動作波形を図４に示す。
【００１５】
（モード４）：バッテリ２，３満充電状態次に、バッテリ２及び３がそれぞれ満充電の時は、バッテリ２の電圧を検出する回路IIIａはバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ５が動作し、トランジスタＱ４がＯＦＦ状態になる。また、バッテリ３の電圧を検出する回路IIIｂはバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ１０が動作し、トランジスタＱ９がＯＦＦ状態になる。このため、トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ６，Ｑ７は動作できないので各出力１又は２に出力されないので全く２４Ｖ，１２Ｖ用バッテリには充電されない。この動作波形を図５に示す。
【００１６】
（モード５）：バッテリ２及び３満充電近傍状態まず、発電機の正波形出力のタイミング時では２４Ｖ用バッテリに充電されるほうが優先されるのでサイリスタＳ１が導通し、２４Ｖのバッテリに充電される。この時、図６のＡ点において２４Ｖバッテリが満充電になり、バッテリ２の電圧を検出する回路IIIａよりバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ５が動作し、トランジスタＱ４がＯＦＦ状態になる。また、同時にトランジスタＱ８をＯＦＦさせるのでトランジスタＱ７は動作することができるのでサイリスタＳ３を点弧させ、１２Ｖ用のバッテリ３を充電する。
【００１７】
このタイミング時には、発電機の正波形出力の電圧が２４Ｖ以下に低下するのでサイリスタＳ１は導通を停止し、１２Ｖ用バッテリ３のみ充電されることになる。発電機の負波形タイミングでは１２Ｖ用バッテリ３が規定値以下の場合は、１２Ｖ用に充電されるほうが優先されるのでサイリスタＳ４が導通し、途中で１２Ｖ用バッテリが満充電になり、規定電圧値以上になってもその負波形サイクルは１２Ｖ用バッテリに充電され続ける。しかし、負波形出力され始める時点Ｂで１２Ｖ用バッテリがまだ満充電状態の場合は、バッテリ３の電圧を検出する回路IIIｂよりバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ１０が動作し、トランジスタＱ９がＯＦＦ状態になる。したがって、サイリスタＳ３，Ｓ４共、点弧できず、１２Ｖ用バッテリは充電できない。
【００１８】
また、同時にトランジスタＱ３をＯＦＦさせるのでトランジスタＱ２は動作することができ、トランジスタＱ２はＯＮしてサイリスタＳ２を点弧させ、２４Ｖ用バッテリ２を充電する。この時、図６のＣ点において２４Ｖ用バッテリが満充電になり、バッテリ２の電圧を検出する回路IIIａによりバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ５が動作し、トランジスタＱ４がＯＦＦ状態になる。また、同時にトランジスタＱ８をＯＦＦさせるのでトランジスタＱ７は動作し、サイリスタＳ３を点弧させ、１２Ｖ用バッテリ３を充電する。このタイミング時には、発電機の負波形出力の電圧が２４Ｖ以下に低下するのでサイリスタＳ２は導通を停止し、１２Ｖ用バッテリのみ充電されることになる。
【００１９】
以上のことから、発電機の出力波形に優先順と充電が不要になった場合に相手側にエネルギーをバイバスする機能を設け、複数の出力を設けてもバランス良くバッテリに充電できる。又、上記の実施例では各充電回路において、バッテリが満充電の場合にサイリスタをオフして、発電機１の給電をカットする所謂オープン制御方式の充電回路（ユニット）を適用したことにより発電機の効率を向上できる。
【００２０】
以上の動作モードにおけるバッテリ２及び３とサイリスタＳ１〜Ｓ４の状態について下記表１に示す。
【表１】
【００２１】
次に、図７はこの発明の他の実施例を示す回路図で、図１と同一符号は同等部分を示す。この実施例では２４Ｖ系バッテリ２を充電する充電ユニット１において、発電機１の出力巻線間に接続されたブリッジ型整流回路ＲＥＣを介して、バッテリ２を充電し、又該整流回路ＲＥＣの正波形入力側及び負波形入力側のアームに夫々に短絡サイリスタＳ５及びＳ６を設け、電圧検出回路IIIａの出力により該サイリスタＳ５，Ｓ６を制御してバッテリ２の電圧を調整している。なお４は短絡回路、５はＮＡＮＤゲートＵ１及びアンドゲートＵ２より成る論理回路で、ＮＡＮＤゲートＵ１は、バッテリ２の電圧が規定値より高く、又バッテリ３の電圧が規定値より高い場合にサイリスタＳ５及びＳ６に点弧信号を送出する。又ＡＮＤゲートＵ１は、バッテリ２の電圧が規定値より低い場合にサイリスタＳ４の点弧信号を阻止する。
【００２２】
以下この回路の動作について説明する。
（モード１）：バッテリ２，３未充電状態バッテリ３の電圧を検出する回路IIIｂはバッテリ電圧が規定値以下のため、トランジスタＱ１０が動作せず、トランジスタＱ９がＯＮ状態になる。このため、サイリスタＳ４，Ｓ３は点弧する。また、バッテリ２の電圧を検出する回路IIIａはバッテリ電圧が規定値以下のため、トランジスタＱ１が動作せず、ＮＡＮＤ ＩＣ Ｕ１は出力されないのでサイリスタＳ５，Ｓ６が点弧しない。更にＡＮＤ ＩＣ Ｕ２は出力されるので、トランジスタＱ８が動作し、トランジスタＱ６がＯＦＦ状態になる。このため、サイリスタＳ４は点弧できない。これにより、発電機の正出力波形はブリッジダイオードＲＥＣを通して直接２４Ｖ用のバッテリ２を充電する。また、発電機の負出力波形はサイリスタＳ３を通して直接１２Ｖ用バッテリ３を充電する。この動作波形を図９に示す。
【００２３】
（モード２）：バッテリ２未充電、バッテリ３満充電状態バッテリ３の電圧を検出する回路IIIｂはバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ１０が動作し、トランジスタＱ９がＯＦＦ状態になる。このため、サイリスタＳ４，Ｓ３は点弧しない。また、バッテリ２の電圧を検出する回路IIIａはバッテリ電圧が規定値以下のため、トランジスタＱ１が動作せず、ＮＡＮＤＩＣ Ｕ１は出力されないのでサイリスタＳ５，Ｓ６は点弧しない。このため、発電機出力はブリッジダイオードＲＥＣを通して直接２４Ｖ用バッテリ２を充電する。この動作波形を図１０に示す。
【００２４】
（モード３）：バッテリ２満充電、バッテリ３未充電状態バッテリ３の電圧を検出する回路IIIｂはバッテリ電圧が規定値以下のため、トランジスタＱ１０が動作せず、トランジスタＱ９がＯＮ状態になる。このため、サイリスタＳ４，Ｓ３は点弧する。またバッテリ２の電圧を検出する回路IIIａはバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ１が動作し、ＮＡＮＤＩＣ Ｕ１は出力されないのでサイリスタＳ５，Ｓ６が点弧しない。更に、ＡＮＤ ＩＣ Ｕ２は出力されないので、このため、発電機出力はサイリスタＳ４，Ｓ３を通して直接１２Ｖ用バッテリ３を充電する。この動作波形を図１１に示す。
【００２５】
（モード４）：バッテリ２及び、バッテリ３満充電状態バッテリ電圧を検出する回路IIIｂはバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ１０が動作し、トランジスタＱ９がＯＦＦ状態になる。このため、サイリスタＳ４，Ｓ３は点弧しない。また、バッテリ２の電圧を検出する回路IIIａはバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ１が動作し、ＮＡＮＤＩＣ Ｕ１は出力されるのでサイリスタＳ５，Ｓ６が点弧して発電機出力を短絡し、各バッテリ充電をしない。この動作波形を図１２に示す。
【００２６】
（モード５）：バッテリ２及び３満充電近傍状態この状態では、正波形出力により整流回路ＲＥＣを通しバッテリ２を優先的に充電し、又発電機の負波形出力によりサイリスタ３を通し、バッテリ３を優先的に充電する。又、途中一方のバッテリ２又は３が満充電になると、この時の位相によりサイリスタ４，３又は整流回路ＲＥＣを介して他方のバッテリを充電する図１３のこの動作波形を示す。
【００２７】
以上の説明では充電ユニットしてオープン制御方式（図１）、及びオープン制御方式と短絡制御方式の組合わせ（図７）の他について説明したが、この他、短絡制御方式のみの組合せについても同様に実施できる。又バッテリの代わりにコンデンサを用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のことから、発電機の出力波形に優先順と充電が不要になった場合に発電機の出力波形を短絡する機能を設け、複数の出力を設けてもバランス良くバッテリに充電できる。又、本発明の構成をすることにより、発電機の一つの出力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。更に、本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】図１図示実施例における１２Ｖ，２４Ｖバッテリ共満充電でない場合の動作波形図
【図３】図１図示実施例における１２Ｖバッテリ満充電，２４Ｖバッテリ満充電でない場合の動作波形図
【図４】図１図示実施例における２４Ｖバッテリ満充電，１２Ｖバッテリ満充電でない場合の動作波形図
【図５】図１図示実施例における１２Ｖ，２４Ｖバッテリ共満充電の場合の動作波形図
【図６】図１図示実施例における１２Ｖ，２４Ｖバッテリ共満充電近傍の場合の動作波形図
【図７】本発明の他の実施例回路図
【図８】従来例
【図９】図７図示実施例における１２Ｖ，２４Ｖバッテリ共満充電でない場合の動作波形図
【図１０】図７図示実施例における１２Ｖバッテリ満充電，２４Ｖバッテリ満充電でない場合の動作波形図
【図１１】図７図示実施例における２４Ｖバッテリ満充電，１２Ｖバッテリ満充電でない場合の動作波形図
【図１２】図７図示実施例における１２Ｖ，２４Ｖバッテリ共満充電の場合の動作波形図
【図１３】図７図示実施例における１２Ｖ，２４Ｖバッテリ共満充電近傍の場合の動作波形図
【符号の説明】
I，II 充電ユニット
１ 単相交流発電機
２，３ バッテリ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６ スイッチ（サイリスタ）
ＲＥＣ ブリッジ型整流回路
IIIａ，IIIｂ バッテリ電圧検出回路
IVａ，IVｂ，Vａ，Vｂ 制御回路
４ 短絡回路
５ 論理回路
Ｕ１ ＮＡＮＤゲート回路
Ｕ２ ＡＮＤゲート回路
【発明の属する技術分野】
本発明は磁石式発電機等の単相交流発電機から複数の充電ユニットを介して複数個のバッテリを充電する多出力バッテリ充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバッテリ充電装置は、発電コイルに対し、１つの充電ルートしかなく複数の異なった電圧を得るためには最も電圧が高いものを中心に発電機の出力電圧を充電制御し、その充電された電圧Ｖ１を基に他の電圧の異なるも出力電圧Ｖ２をコンバータ等用いて変換している。
【０００３】
ここで図８に従来の多出力バッテリ充電回路の一例を示す。図中１は単相磁石式発電機、Iは２４Ｖ系バッテリ２を充電する充電ユニット、IIは１２Ｖバッテリ３を充電する充電ユニットIIIはバッテリ２の電圧検出回路、IVは後述するスイッチＳ１，Ｓ２にゲート信号を送出する制御回路である。この回路は先ず予め設定されたバッテリ２の電圧を満充電電圧Ｖ１（例２４Ｖ）になる如くサイリスタ等のスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２により発電機１の正波形出力及び負波形出力を夫々位相制御してバッテリ２を充電する。電圧検出回路IIIはツェナーダイオードＺ１等によりこのバッテリ電圧を検出し、規定値以下であればトランジスタＱ４（オフ）、トランジスタＱ３（オン）を介し、発電機１の出力波形が正波形のタイミングではダイオードＤ１、トランジスタＱ２、サイリスタＳ１のゲートの経路でゲート信号を与えサイリスタＳ１を導通する。一方負波形のタイミングでは同様にサイリスタＳ２を導通して、夫々バッテリ２を充電する。一方バッテリ電圧が規定電圧（満充電々圧）に達すると、トランジスタＱ４（オン）、トランジスタＱ３（オフ）を介し、夫々サイリスタＳ１，Ｓ２のゲート信号の送付を停止で該サイリスタＳ１，Ｓ２をオフとして充電停止とする。
【０００４】
この従来例では他方の充電ユニットIIは上述のように充電ユニット１の出力電圧（又はバッテリ２の電圧）を直流入力とする降圧型等のＤＣ−ＤＣコンバータ等により該電圧Ｖ１より低い電圧Ｖ２をバッテリ３に供給するように構成されているためにコンバータの構成に要する部品数が多くなるばかりか、１つの充電経路の出力から他の経路の入力と得るために主経路の充電精度に影響を及ぼす恐れがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする手段】
本発明は磁石式発電機の１つの出力に対し、コンバータ等の電圧変換装置を介さず、直接磁石式発電機の出力電圧を分配する事で異なった出力電圧を出力して各バッテリにバランス良く充電する装置を提供することである。
【０００６】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、１つの単相交流発電機と、該交流発電機の出力巻線間に接続された２つの充電ユニットと、該各充電ユニットに接続されたバッテリ又はコンデンサを有する多出力バッテリ充電装置において、該各充電ユニットの出力電圧はそれぞれ異なり、該各充電ユニットは、交流発電機の正波形出力端とバッテリの正極間に接続された第１のスイッチと、負波形出力端と該バッテリの正極間に接続された第２のスイッチと、該第１スイッチ及び第２スイッチを制御する第１の制御手段及び第２の制御手段と、バッテリ電圧検出手段を備え、且つ該第１の制御手段及び第２の制御手段は、夫々該バッテリ電圧検出手段の検出信号と該交流発電機の正波形出力又は負波形出力とのタイミング信号により夫々該第１スイッチ及び第２スイッチを制御すると共に、該各充電ユニットの第１の制御手段のタイミング信号を共通接続し、又第２の制御手段のタイミング信号を共通接続し、該交流発電機の正波形出力を高出力電圧の充電ユニットに備えたバッテリ又はコンデンサに給電し、負波形出力を低出力電圧の充電ユニットに備えたバッテリ又はコンデンサに給電する如く優先度を設けるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、１つの単相交流発電機と、該交流発電機の出力巻線間に接続された２つの充電ユニットと、該各充電ユニットに接続されたバッテリ又はコンデンサを有する多出力バッテリ充電装置において、該第１の充電ユニットは、交流発電機の正波形出力端とバッテリの正極間に接続された第１のスイッチと、負波形出力端と該バッテリの正極間に接続された第２のスイッチと、該第１スイッチ及び第２スイッチを制御する第１の制御手段及び第２の制御手段と、バッテリ電圧検出手段を備え、又、該他の充電ユニットは、交流発電機の巻線間に接続されブリッジ型整流回路と、該巻線間に接続され正波形出力を短絡する第１のスイッチ及び負波形出力を短絡する第２のスイッチと、該第１スイッチ及び第２スイッチを制御する論理回路と、バッテリ電圧検出手段を備え、且つ該第１の充電ユニットの第１の制御手段及び第２の制御手段は、夫々該バッテリ電圧検出手段の検出信号と該交流発電機の正波形出力又は負波形出力とのタイミング信号により夫々該第１スイッチ及び第２スイッチを制御し、又第２の充電ユニットは該論理回路により各該バッテリ電圧検出手段の検出信号の論理出力により該第１スイッチ及び第２スイッチを制御するようにし、該第２の充電ユニットの出力電圧を該第１の充電ユニットの出力電圧に比し高く設定したことを特徴とする。
【０００８】
本発明は上記のように構成されており、多出力バッテリ充電装置において、一系統の充電ユニットからコンバータ等を設けることなく他のバッテリを充電でき、構成が簡単であるばかりでなく各バッテリのうち未充電のバッテリを優先して充電し、又各バテリが未充電の場合は発電機の正波形出力で一方のバッテリを充電し、負波形出力で他方のバッテリを充電する等バランス良く充電できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１に示す。１は単相磁石式発電機、２は２４Ｖ用バッテリ、３は１２Ｖ用バッテリ、Iは２４Ｖ用バッテリ２を充電するための充電ユニット、IIは１２Ｖ用バッテリ３を充電するための充電ユニット回路、IIIａは２４Ｖ用バッテリ２の電圧を検出する回路、IIIｂは１２Ｖ用バッテリ３の電圧を検出する回路、IVａは２４Ｖ用バッテリの電圧が規定値より低い場合にサイリスタＳ１に優先的に点弧信号を出力する制御回路、Vａは１２Ｖ用バッテリ３の電圧が規定値より高い場合でなおかつ、２４Ｖ用バッテリ２の電圧が規定値より低い場合にサイリスタＳ２に点弧信号を出力する制御回路、VIａは単相磁石式発電機の充電巻線の正波形出力を２４Ｖ用バッテリ２に充電する回路、VIIａは単相磁石式発電機の充電巻線の負波形出力を２４Ｖ用バッテリ２に充電する回路。
【００１０】
次にIVｂは１２Ｖ用バッテリ３の電圧が規定値より低い場合にサイリスタＳ４に優先的に点弧信号を出力する制御回路、Vｂは２４Ｖ用バッテリ２の電圧が規定値より高い場合でなおかつ、１２Ｖ用バッテリ３の電圧が規定値より低い場合にサイリスタＳ３に点弧信号を出力する制御回路、VIｂは単相磁石式発電機の充電巻線の正波形出力を１２Ｖ用バッテリ３に充電する回路、VIIｂは単相磁石式発電機の充電巻線の負波形出力を１２Ｖ用バッテリ３に充電する回路、VIIIは単相磁石式発電機の充電巻線の正波形出力または負波形出力を各バッテリに充電する場合に上記VIａ，VIｂ，VIIａ，VIIｂの回路を通してループ形成するための回路である。
【００１１】
以下この実施例の動作について、図２乃至図６で示す各部動作波形図を参照して説明する。
（モード１）：バッテリ２，バッテリ３未充電状態先ず充電ユニットIにおいて、バッテリの電圧を検出する回路IIIａはバッテリ電圧が規定値以下のため、トランジスタＱ５が動作せず、トランジスタＱ４がＯＮ状態となる。また、同時にトランジスタＱ８をＯＮさせるのでトランジスタＱ７は動作することができない。したがって、発電機の正波形出力が発生するとトランジスタＱ１は動作してサイリスタS1を点弧させ、２４Ｖ用バッテリに充電される。しかし、充電ユニットIIのトランジスタＱ７は動作できないため、サイリスタＳ３は点弧せず、１２Ｖ用バッテリ３は充電されない。次に、発電機の負波形出力タイミングではバッテリの電圧を検出する回路IIIｂはバッテリ電圧が規定値以下のため、トランジスタＱ１０が動作せず、トランジスタＱ９がＯＮ状態になる。
【００１２】
また同時に、トランジスタＱ３をＯＮさせるのでトランジスタＱ２は動作することができない。したがって、発電機の負波形出力が発生するとトランジスタＱ６は動作してサイリスタＳ４を点弧させ、１２Ｖ用バッテリ１２を充電する。しかし、トランジスタＱ２は動作できないため、サイリスタＳ２は点弧させないので、２４Ｖ用バッテリ２は充電されない。図２に示すように正波形出力を２４Ｖ用のバッテリに優先的に充電させ、または負波形出力を１２Ｖ用バッテリに優先的に充電させるようにしている。
【００１３】
（モード２）：バッテリ２未充電、バッテリ３満充電状態発電機１の正波形出力タイミングの時は上記同様優先的に２４Ｖ用バッテリに充電される。しかし、発電機の負波形出力タイミングではバッテリの電圧を検出する回路IIIｂによりバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ１０が動作し、トランジスタＱ９がＯＦＦ状態になる。また、同時にトランジスタＱ３をＯＦＦさせるのでトランジスタＱ２は動作することができる。更にトランジスタＱ６は動作することができないため、発電機の負波形出力が発生してもトランジスタＱ６は動作せずサイリスタＳ４を点弧させないので、１２Ｖ用バッテリ３は充電されない。その分、トランジスタＱ２は動作するので、サイリスタＳ２は点弧させ、発電機の負波形出力タイミングでも２４Ｖ用バッテリ３は充電されることになる。この動作波形を図３に示す。
【００１４】
（モード３）：バッテリ２満充電、バッテリ３未充電状態発電機１の負波形出力タイミングの時は上記同様優先的に１２Ｖ用バッテリ３を充電する。しかし、発電機の正波形出力タイミングではバッテリの電圧を検出する回路IIIａによりバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ５が動作し、トランジスタＱ４がＯＦＦ状態になる。また、同時にトランジスタＱ８をＯＦＦさせるのでトランジスタＱ７は動作することができる。更にトランジスタＱ１は動作することができないため、発電機の正波形出力が発生してもトランジスタＱ１は動作せずサイリスタＳ１を点弧せず、２４Ｖ用バッテリ２は充電されない。その分、トランジスタＱ７は動作するので、サイリスタＳ４は点弧させ、発電機の正波形出力タイミングでも１２Ｖ用バッテリ３に充電されることになる。この動作波形を図４に示す。
【００１５】
（モード４）：バッテリ２，３満充電状態次に、バッテリ２及び３がそれぞれ満充電の時は、バッテリ２の電圧を検出する回路IIIａはバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ５が動作し、トランジスタＱ４がＯＦＦ状態になる。また、バッテリ３の電圧を検出する回路IIIｂはバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ１０が動作し、トランジスタＱ９がＯＦＦ状態になる。このため、トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ６，Ｑ７は動作できないので各出力１又は２に出力されないので全く２４Ｖ，１２Ｖ用バッテリには充電されない。この動作波形を図５に示す。
【００１６】
（モード５）：バッテリ２及び３満充電近傍状態まず、発電機の正波形出力のタイミング時では２４Ｖ用バッテリに充電されるほうが優先されるのでサイリスタＳ１が導通し、２４Ｖのバッテリに充電される。この時、図６のＡ点において２４Ｖバッテリが満充電になり、バッテリ２の電圧を検出する回路IIIａよりバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ５が動作し、トランジスタＱ４がＯＦＦ状態になる。また、同時にトランジスタＱ８をＯＦＦさせるのでトランジスタＱ７は動作することができるのでサイリスタＳ３を点弧させ、１２Ｖ用のバッテリ３を充電する。
【００１７】
このタイミング時には、発電機の正波形出力の電圧が２４Ｖ以下に低下するのでサイリスタＳ１は導通を停止し、１２Ｖ用バッテリ３のみ充電されることになる。発電機の負波形タイミングでは１２Ｖ用バッテリ３が規定値以下の場合は、１２Ｖ用に充電されるほうが優先されるのでサイリスタＳ４が導通し、途中で１２Ｖ用バッテリが満充電になり、規定電圧値以上になってもその負波形サイクルは１２Ｖ用バッテリに充電され続ける。しかし、負波形出力され始める時点Ｂで１２Ｖ用バッテリがまだ満充電状態の場合は、バッテリ３の電圧を検出する回路IIIｂよりバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ１０が動作し、トランジスタＱ９がＯＦＦ状態になる。したがって、サイリスタＳ３，Ｓ４共、点弧できず、１２Ｖ用バッテリは充電できない。
【００１８】
また、同時にトランジスタＱ３をＯＦＦさせるのでトランジスタＱ２は動作することができ、トランジスタＱ２はＯＮしてサイリスタＳ２を点弧させ、２４Ｖ用バッテリ２を充電する。この時、図６のＣ点において２４Ｖ用バッテリが満充電になり、バッテリ２の電圧を検出する回路IIIａによりバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ５が動作し、トランジスタＱ４がＯＦＦ状態になる。また、同時にトランジスタＱ８をＯＦＦさせるのでトランジスタＱ７は動作し、サイリスタＳ３を点弧させ、１２Ｖ用バッテリ３を充電する。このタイミング時には、発電機の負波形出力の電圧が２４Ｖ以下に低下するのでサイリスタＳ２は導通を停止し、１２Ｖ用バッテリのみ充電されることになる。
【００１９】
以上のことから、発電機の出力波形に優先順と充電が不要になった場合に相手側にエネルギーをバイバスする機能を設け、複数の出力を設けてもバランス良くバッテリに充電できる。又、上記の実施例では各充電回路において、バッテリが満充電の場合にサイリスタをオフして、発電機１の給電をカットする所謂オープン制御方式の充電回路（ユニット）を適用したことにより発電機の効率を向上できる。
【００２０】
以上の動作モードにおけるバッテリ２及び３とサイリスタＳ１〜Ｓ４の状態について下記表１に示す。
【表１】
次に、図７はこの発明の他の実施例を示す回路図で、図１と同一符号は同等部分を示す。この実施例では２４Ｖ系バッテリ２を充電する充電ユニット１において、発電機１の出力巻線間に接続されたブリッジ型整流回路ＲＥＣを介して、バッテリ２を充電し、又該整流回路ＲＥＣの正波形入力側及び負波形入力側のアームに夫々に短絡サイリスタＳ５及びＳ６を設け、電圧検出回路IIIａの出力により該サイリスタＳ５，Ｓ６を制御してバッテリ２の電圧を調整している。なお４は短絡回路、５はＮＡＮＤゲートＵ１及びアンドゲートＵ２より成る論理回路で、ＮＡＮＤゲートＵ１は、バッテリ２の電圧が規定値より高く、又バッテリ３の電圧が規定値より高い場合にサイリスタＳ５及びＳ６に点弧信号を送出する。又ＡＮＤゲートＵ１は、バッテリ２の電圧が規定値より低い場合にサイリスタＳ４の点弧信号を阻止する。
【００２２】
以下この回路の動作について説明する。
（モード１）：バッテリ２，３未充電状態バッテリ３の電圧を検出する回路IIIｂはバッテリ電圧が規定値以下のため、トランジスタＱ１０が動作せず、トランジスタＱ９がＯＮ状態になる。このため、サイリスタＳ４，Ｓ３は点弧する。また、バッテリ２の電圧を検出する回路IIIａはバッテリ電圧が規定値以下のため、トランジスタＱ１が動作せず、ＮＡＮＤ ＩＣ Ｕ１は出力されないのでサイリスタＳ５，Ｓ６が点弧しない。更にＡＮＤ ＩＣ Ｕ２は出力されるので、トランジスタＱ８が動作し、トランジスタＱ６がＯＦＦ状態になる。このため、サイリスタＳ４は点弧できない。これにより、発電機の正出力波形はブリッジダイオードＲＥＣを通して直接２４Ｖ用のバッテリ２を充電する。また、発電機の負出力波形はサイリスタＳ３を通して直接１２Ｖ用バッテリ３を充電する。この動作波形を図９に示す。
【００２３】
（モード２）：バッテリ２未充電、バッテリ３満充電状態バッテリ３の電圧を検出する回路IIIｂはバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ１０が動作し、トランジスタＱ９がＯＦＦ状態になる。このため、サイリスタＳ４，Ｓ３は点弧しない。また、バッテリ２の電圧を検出する回路IIIａはバッテリ電圧が規定値以下のため、トランジスタＱ１が動作せず、ＮＡＮＤＩＣ Ｕ１は出力されないのでサイリスタＳ５，Ｓ６は点弧しない。このため、発電機出力はブリッジダイオードＲＥＣを通して直接２４Ｖ用バッテリ２を充電する。この動作波形を図１０に示す。
【００２４】
（モード３）：バッテリ２満充電、バッテリ３未充電状態バッテリ３の電圧を検出する回路IIIｂはバッテリ電圧が規定値以下のため、トランジスタＱ１０が動作せず、トランジスタＱ９がＯＮ状態になる。このため、サイリスタＳ４，Ｓ３は点弧する。またバッテリ２の電圧を検出する回路IIIａはバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ１が動作し、ＮＡＮＤＩＣ Ｕ１は出力されないのでサイリスタＳ５，Ｓ６が点弧しない。更に、ＡＮＤ ＩＣ Ｕ２は出力されないので、このため、発電機出力はサイリスタＳ４，Ｓ３を通して直接１２Ｖ用バッテリ３を充電する。この動作波形を図１１に示す。
【００２５】
（モード４）：バッテリ２及び、バッテリ３満充電状態バッテリ電圧を検出する回路IIIｂはバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ１０が動作し、トランジスタＱ９がＯＦＦ状態になる。このため、サイリスタＳ４，Ｓ３は点弧しない。また、バッテリ２の電圧を検出する回路IIIａはバッテリ電圧が規定値以上のため、トランジスタＱ１が動作し、ＮＡＮＤＩＣ Ｕ１は出力されるのでサイリスタＳ５，Ｓ６が点弧して発電機出力を短絡し、各バッテリ充電をしない。この動作波形を図１２に示す。
【００２６】
（モード５）：バッテリ２及び３満充電近傍状態この状態では、正波形出力により整流回路ＲＥＣを通しバッテリ２を優先的に充電し、又発電機の負波形出力によりサイリスタ３を通し、バッテリ３を優先的に充電する。又、途中一方のバッテリ２又は３が満充電になると、この時の位相によりサイリスタ４，３又は整流回路ＲＥＣを介して他方のバッテリを充電する図１３のこの動作波形を示す。
【００２７】
以上の説明では充電ユニットしてオープン制御方式（図１）、及びオープン制御方式と短絡制御方式の組合わせ（図７）の他について説明したが、この他、短絡制御方式のみの組合せについても同様に実施できる。又バッテリの代わりにコンデンサを用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のことから、発電機の出力波形に優先順と充電が不要になった場合に発電機の出力波形を短絡する機能を設け、複数の出力を設けてもバランス良くバッテリに充電できる。又、本発明の構成をすることにより、発電機の一つの出力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。更に、本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】図１図示実施例における１２Ｖ，２４Ｖバッテリ共満充電でない場合の動作波形図
【図３】図１図示実施例における１２Ｖバッテリ満充電，２４Ｖバッテリ満充電でない場合の動作波形図
【図４】図１図示実施例における２４Ｖバッテリ満充電，１２Ｖバッテリ満充電でない場合の動作波形図
【図５】図１図示実施例における１２Ｖ，２４Ｖバッテリ共満充電の場合の動作波形図
【図６】図１図示実施例における１２Ｖ，２４Ｖバッテリ共満充電近傍の場合の動作波形図
【図７】本発明の他の実施例回路図
【図８】従来例
【図９】図７図示実施例における１２Ｖ，２４Ｖバッテリ共満充電でない場合の動作波形図
【図１０】図７図示実施例における１２Ｖバッテリ満充電，２４Ｖバッテリ満充電でない場合の動作波形図
【図１１】図７図示実施例における２４Ｖバッテリ満充電，１２Ｖバッテリ満充電でない場合の動作波形図
【図１２】図７図示実施例における１２Ｖ，２４Ｖバッテリ共満充電の場合の動作波形図
【図１３】図７図示実施例における１２Ｖ，２４Ｖバッテリ共満充電近傍の場合の動作波形図
【符号の説明】
I，II 充電ユニット
１ 単相交流発電機
２，３ バッテリ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６ スイッチ（サイリスタ）
ＲＥＣ ブリッジ型整流回路
IIIａ，IIIｂ バッテリ電圧検出回路
IVａ，IVｂ，Vａ，Vｂ 制御回路
４ 短絡回路
５ 論理回路
Ｕ１ ＮＡＮＤゲート回路
Ｕ２ ＡＮＤゲート回路
Claims (2)
- １つの単相交流発電機と、該交流発電機の出力巻線間に接続された２つの充電ユニットと、該各充電ユニットに接続されたバッテリ又はコンデンサを有する多出力バッテリ充電装置において、該各充電ユニットの出力電圧はそれぞれ異なり、該各充電ユニットは、交流発電機の正波形出力端とバッテリの正極間に接続された第１のスイッチと、負波形出力端と該バッテリの正極間に接続された第２のスイッチと、該第１スイッチ及び第２スイッチを制御する第１の制御手段及び第２の制御手段と、バッテリ電圧検出手段を備え、且つ該第１の制御手段及び第２の制御手段は、夫々該バッテリ電圧検出手段の検出信号と該交流発電機の正波形出力又は負波形出力とのタイミング信号により夫々該第１スイッチ及び第２スイッチを制御すると共に、該各充電ユニットの第１の制御手段のタイミング信号を共通接続し、又第２の制御手段のタイミング信号を共通接続し、該交流発電機の正波形出力を高出力電圧の充電ユニットに備えたバッテリ又はコンデンサに給電し、負波形出力を低出力電圧の充電ユニットに備えたバッテリ又はコンデンサに給電する如く優先度を設けるようにしたことを特徴とする多出力バッテリ充電装置。
- １つの単相交流発電機と、該交流発電機の出力巻線間に接続された２つの充電ユニットと、該各充電ユニットに接続されたバッテリ又はコンデンサを有する多出力バッテリ充電装置において、該第１の充電ユニットは、交流発電機の正波形出力端とバッテリの正極間に接続された第１のスイッチと、負波形出力端と該バッテリの正極間に接続された第２のスイッチと、該第１スイッチ及び第２スイッチを制御する第１の制御手段及び第２の制御手段と、バッテリ電圧検出手段を備え、又、該他の充電ユニットは、交流発電機の巻線間に接続されブリッジ型整流回路と、該巻線間に接続され正波形出力を短絡する第１のスイッチ及び負波形出力を短絡する第２のスイッチと、該第１スイッチ及び第２スイッチを制御する論理回路と、バッテリ電圧検出手段を備え、且つ該第１の充電ユニットの第１の制御手段及び第２の制御手段は、夫々該バッテリ電圧検出手段の検出信号と該交流発電機の正波形出力又は負波形出力とのタイミング信号により夫々該第１スイッチ及び第２スイッチを制御し、又第２の充電ユニットは該論理回路により各該バッテリ電圧検出手段の検出信号の論理出力により該第１スイッチ及び第２スイッチを制御するようにし、該第２の充電ユニットの出力電圧を該第１の充電ユニットの出力電圧に比し高く設定したことを特徴とする多出力バッテリ充電装置。
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