JP5626146B2 - バッテリ充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関などにより駆動される三相交流発電機の出力でバッテリを充電するバッテリ充電装置に関するものである。

内燃機関により駆動される三相交流発電機の出力でバッテリを充電するバッテリ充電装置として、特許文献１に示されているように、発電機の三相交流出力を整流し得た電流をバッテリに充電電流として供給する制御整流回路と、バッテリ電圧を設定値に保つために、バッテリ電圧に応じて制御整流回路のサイリスタのオンオフを制御するサイリスタ制御回路とを備えたものが用いられている。

図４はこの種のバッテリ充電装置の基本的な構成を示したもので、同図において、１は内燃機関により駆動される三相交流発電機、２′は交流発電機１の出力を整流する制御整流回路、３は交流発電機１の出力を制御整流回路２′により整流して得た直流出力で充電されるバッテリ、４はバッテリ３の両端にスイッチ５を介して接続された負荷である。また６′はバッテリ電圧ＶBが設定値よりも低いことからバッテリが充電を必要とする状態にあることを検出した時に充電指令信号Ｖｓｃを発生するバッテリ状態検出回路、７′はバッテリ状態検出回路６′が充電指令信号を発生しているときに制御整流回路２′のサイリスタにトリガ信号を供給するサイリスタ制御回路であり、制御整流回路２′と、バッテリ状態検出回路６′と、サイリスタ制御回路７′とにより充電制御装置８′が構成されている。

交流発電機１は三相の発電コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗを有していて、図５（Ａ）に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗ三相の交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを出力する。この例では、発電コイルＬｕ〜Ｌｗがスター結線されている。

制御整流回路２′は、アノードが共通接続されたダイオードＤｘないしＤｚと、ダイオードＤｘないしＤｚのカソードにそれぞれアノードが接続され、カソードが共通接続されたサイリスタＴｕないしＴｗとからなっている。この制御整流回路においては、サイリスタＴｕのアノードとダイオードＤｘのカソードとの接続点、サイリスＴｖのアノードとダイオードＤｙのカソードとの接続点及びサイリスタＴｗのアノードとダイオードＤｚのカソードとの接続点がそれぞれ三相の交流入力端子２ｕ，２ｖ及び２ｗとなっていて、これらの入力端子にそれぞれ発電機１のＵ，Ｖ及びＷ三相の出力端子１ｕ，１ｖ及び１ｗが接続されている。またサイリスタＴｕないしＴｗのカソードの共通接続点及びダイオードＤｘないしＤｚのアノードの共通接続点がそれぞれプラス側直流出力端子２ａ及びマイナス側直流出力端子２ｂとなっていて、これらの直流出力端子間にバッテリ３が接続されている。

バッテリ状態検出回路６′は、例えば図５（Ｂ）に示すように、時刻ｔ1でバッテリ電圧が設定値よりも低くなった時に充電指令信号Ｖｓｃを発生し、時刻ｔ2でバッテリ電圧が設定値以上になった時に充電指令信号Ｖｓｃの出力を停止する。

サイリスタ制御回路７′は、バッテリ状態検出回路６′から充電指令信号Ｖｓｃが与えられているときに、Ｕ，Ｖ，Ｗ三相の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗのそれぞれの正の半波の期間にサイリスタＴｕないしＴｗのゲートにトリガ信号Ｖｇを与える。

制御整流回路２′のサイリスタＴｕないしＴｗは、それぞれのアノードカソード間に順方向電圧が印加されている状態で制御信号供給回路７からトリガ信号Ｖｇが与えられたときにオン状態になってバッテリ３に充電電流を供給する。

図５に示された例では、充電指令信号Ｖｓｃが発生したときに、制御信号供給回路７′が、アノードカソード間に順方向電圧が印加されているサイリスタＴｖのゲートに制御信号Ｖｇを与えるため、サイリスタＴｖがオン状態になり、Ｖ相の発電コイルＬｖ−サイリスタＴｖ−バッテリ３−ダイオードＤｘ−Ｕ相の発電コイルＬｕ−Ｖ相の発電コイルＬｖの経路と、Ｖ相の発電コイルＬｖ−サイリスタＴｖ−バッテリ３−ダイオードＤｚ−Ｗ相の発電コイルＬｗ−Ｖ相の発電コイルＬｖの経路とでバッテリ３に充電電流Ｉｃ（図５Ｄ）が流れる。

また図示のように、発電機のＷ相の発電コイルの誘起電圧Ｖｗの正の半波が開始された時に未だ充電指令信号Ｖｓｃが発生していると、サイリスタ制御回路７′が、アノードカソード間に順方向電圧が印加されているサイリスタＴｗのゲートにトリガ信号を与えるため、サイリスタＴｗがオン状態になり、Ｗ相の発電コイルＬｗ−サイリスタＴｗ−バッテリ３−ダイオードＤｘ−Ｕ相の発電コイルＬｕ−Ｗ相の発電コイルＬｗの経路で充電電流Ｉｃが流れるようになる。

更に、Ｗ相の発電コイルＬｗの誘起電圧の正の半波の期間にＶ相の発電コイルの誘起電圧の負の半波が開始されると、Ｗ相の発電コイル１ｗ−サイリスタＴｗ−バッテリ３−ダイオードＤｙ−Ｖ相の発電コイルＬｖ−Ｗ相の発電コイルＬｗの経路でも充電電流が流れる。時刻ｔ3でＷ相の発電コイルの誘起電圧Ｖｗが正の半波から負の半波に移行すると、サイリスタＴｗのアノードカソード間に逆方向電圧が印加されるため、サイリスタＴｗは、そのアノード電流が保持電流以下になった時点でターンオフする。

図５に示した例において、バッテリ電圧を設定値まで上昇させるためには、同図（Ｃ）に示したように、時間ｔcの間バッテリに充電電流Ｉｃ′を流せばよいが、実際に流れる充電電流Ｉｃは、図５（Ｄ）に示したように、充電指令信号Ｖｓｃが消滅した時刻ｔ2でサイリスタＴｖに与えるトリガ信号Ｖｇを消滅させた後、Ｖ相の発電コイルＬｖの誘起電圧が負の半波を迎える時刻では零にすることができず、制御信号Ｓｇが消滅する時刻ｔ2の直前に正の半波が立ち上がった発電コイルＬｗの誘起電圧が負の半波に移行する時刻ｔ3までの間流れ続ける。この場合、時刻ｔ2からｔ3の期間無用な充電電流が流れ続けてバッテリ電圧を上昇させることになる。

上記のように、図４に示した従来のバッテリ充電装置では、充電指令信号Ｖｓｃが消滅した時刻ｔ2で、正の半波の期間にあるすべての相の発電コイルの誘起電圧が負の半波に移行するまでの間バッテリに充電電流が流れ続けるため、バッテリ電圧が充電を停止すべき値まで上昇して充電指令信号Ｖｓｃが消滅した後も長い期間に亘って無用な充電電流が流れ、この無用な充電電流がバッテリ電圧を上昇させて、バッテリ電圧の変動幅を大きくするという問題があった。

特開平８−２１４５９８号公報

上記のように、従来のバッテリ充電装置は、バッテリが充電を必要とする状態になったときに直ちにバッテリの充電を開始し、バッテリの充電が完了する直前に開始された特定の相の電機子コイルの正の半波が終了するまでの間バッテリに充電電流を流し続けるように構成されていた。そのため、従来のバッテリ充電装置によった場合には、バッテリの充電が完了した後に無用な充電電流が流れる期間が長くなり、その間バッテリ電圧が上昇するため、バッテリ電圧の変動幅が大きくなるという問題があった。

本発明の目的は、バッテリに無用な充電電流が流れる期間を短くして、バッテリ電圧の変動幅を狭くすることができるようにしたバッテリ充電装置を提供することにある。

本発明は、三相交流電圧を発生する交流発電機の出力でバッテリを充電するバッテリ充電装置に係わるものである。

本発明に係わるバッテリ充電装置は、バッテリの電圧からバッテリが充電を必要としているか否かを検出してバッテリが充電を必要としていることを検出したとき及びバッテリが充電を必要としていないことを検出したときにそれぞれ充電指令信号及び充電停止指令信号を発生するバッテリ状態検出回路と、上アーム側サイリスタ及び下アーム側サイリスタによりそれぞれブリッジの上側アーム及び下側アームが構成されて交流発電機の三相出力を全波整流してバッテリに充電電流を供給するフルブリッジ型の制御整流回路と、充電指令信号及び充電停止指令信号に応じて制御整流回路の各サイリスタを制御するサイリスタ制御回路とを備えている。

サイリスタ制御回路は、交流発電機が出力する三相の相電圧の内、充電指令信号が発生している間に負の半波から正の半波に移行した相電圧によりアノードカソード間に順方向電圧が印加された上アーム側サイリスタ、及び充電指令信号が発生している間に正の半波から負の半波に移行した相電圧によりアノードカソード間に順方向電圧が印加された下アーム側サイリスタのみをオン状態にして、交流発電機から制御整流回路を通してバッテリに充電電流を流すべく制御整流回路の上アーム側サイリスタ及び下アーム側サイリスタを制御するように構成されている。

上記のように構成すると、充電指令信号が発生した後、何れかの上アーム側サイリスタのアノードカソード間に順方向電圧が印加され、次いで何れかの下アーム側サイリスタのアノードカソード間に順方向電圧が印加された時にバッテリへの充電電流の供給が開始され、バッテリが充電を必要としない状態になって充電指令信号が消滅した時にオン状態にある上アーム側サイリスタのアノードカソード間に印加されている相電圧が正の半波から負の半波に移行して該上アーム側サイリスタがターンオフした時にバッテリへの充電電流の供給が停止される。

このように、本発明においては、充電指令信号が発生した時に直ちにバッテリへの充電電流の供給を開始するのではなく、充電指令信号が発生した時刻と、実際にバッテリへの充電電流の供給が開始される時刻との間に遅れ時間を持たせたので、バッテリに充電電流を流すトータルの時間を従来よりも短くすることができる。従って、バッテリに無用な充電電流が流れる時間を短くすることができ、従来のバッテリ充電装置によった場合に比べて、バッテリ電圧の変動幅を狭くすることができる。

本発明の好ましい態様では、上記サイリスタ制御回路が、制御整流回路の各上アーム側サイリスタを制御するために各上アーム側サイリスタに対して設けられた上アーム側サイリスタ制御回路と、制御整流回路の各下アーム側サイリスタを制御するために各下アーム側サイリスタに対して設けられた下アーム側サイリスタ制御回路とからなっている。

各上アーム側サイリスタ制御回路は、各上アーム側サイリスタのアノードゲート間に設けられて、交流発電機から各上アーム側サイリスタのアノードに印加される相電圧が正の半波にあるときに各上アーム側サイリスタのアノード側から駆動信号が供給されることによりオン状態になって、各上アーム側サイリスタのアノード側からゲートにトリガ信号を供給する上アーム側サイリスタトリガ用スイッチと、各上アーム側サイリスタトリガ用スイッチに駆動信号を供給する回路にアノードが結合されるとともにカソードが制御整流回路のマイナス側の直流出力端子に接続されて、オン状態にあるときに各上アーム側サイリスタトリガ用スイッチに供給される駆動信号を各上アーム側サイリスタトリガ用スイッチから側路する上アーム側駆動信号側路用サイリスタとを備えている。

各下アーム側サイリスタ制御回路は、各下アーム側サイリスタのアノードゲート間に設けられて、交流発電機から各下アーム側サイリスタのカソードに印加される相電圧が負の半波にあるときに各下アーム側サイリスタのアノード側から駆動信号が供給されることによりオン状態になって、各下アーム側サイリスタのカソード側からゲートにトリガ信号を供給する下アーム側サイリスタトリガ用スイッチと、各下アーム側サイリスタトリガ用スイッチに駆動信号を供給する回路にアノードが結合されるとともにカソードが各下アーム側サイリスタのカソードに接続されて、オン状態にあるときに各下アーム側サイリスタトリガ用スイッチに供給される駆動信号を各下アーム側サイリスタトリガ用スイッチから側路する下アーム側駆動信号側路用サイリスタとを備えている。

また上記バッテリ状態検出回路が充電停止指令信号を発生しているときに各上アーム側駆動信号側路用サイリスタ及び各下アーム側駆動信号側路用サイリスタに同時にトリガ信号を与えるトリガ信号供給回路が設けられている。

本発明によれば、充電指令信号が発生した時に直ちにバッテリへの充電電流の供給を開始するのではなく、充電指令信号が発生した時刻と、実際にバッテリへの充電電流の供給が開始される時刻との間に遅れ時間を持たせたので、バッテリに充電電流を流すトータルの時間を従来よりも短くすることができる。従って、バッテリに無用な充電電流が流れる時間を短くして、バッテリ電圧の変動幅を狭くすることができる。

本発明に係わるバッテリ充電装置の一実施形態の回路構成を示した回路図である。 (Ａ)は、図１の実施形態において発電機が出力する三相交流電圧の波形を示した波形図、（Ｂ）は同実施形態においてバッテリ状態検出信号が発生する指令信号を模式的に示した波形図、（Ｃ）は同実施形態においてバッテリ電圧が設定値に達するまでに流す必要がある充電電流の波形を模式的に示した波形図、（Ｄ）は同実施形態においてバッテリに実際に流れる実充電電流の波形を模式的に示した波形図である。 （Ａ）ないし（Ｄ）はそれぞれ図２（Ａ）ないし（Ｄ）と同様の波形図、（Ｅ）ないし（Ｊ）は図１の実施形態の制御整流回路の上アーム側サイリスタ及び下アーム側サイリスタのオンオフ動作を示したタイミングチャート、（Ｋ）ないし（Ｐ）は図１の実施形態に設けられている駆動信号側路用サイリスタのオンオフ動作を示したタイミングチャートである。 従来のバッテリ充電装置の構成を示した回路図である。 （Ａ）は、図４に示したバッテリ充電装置において発電機が出力する三相交流電圧の波形を示した波形図、（Ｂ）は同バッテリ充電装置に設けられているバッテリ状態検出回路が発生する指令信号を模式的に示した波形図、（Ｃ）は同バッテリ充電装置においてバッテリ電圧が設定値に達するまでに流す必要がある充電電流の波形を模式的に示した波形図、（Ｄ）は同バッテリ充電装置においてバッテリに実際に流れる充電電流の波形を模式的に示した波形図である。

以下図面を参照して本発明の一実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係わるバッテリ充電装置の一実施形態の構成を示したものである。同図において、１は内燃機関等の原動機により駆動されて三相交流電圧を出力する三相交流発電機、２は上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗと下アーム側サイリスタＴｘないしＴｗとにより構成されて、発電機１の出力を整流する制御整流回路、３は交流発電機１の出力を制御整流回路２により整流して得た直流出力で充電されるバッテリ、４はバッテリ３の両端にスイッチ５を介して接続された負荷である。また６はバッテリ３の電圧からバッテリ３が充電を必要としているか否かを検出してバッテリ３が充電を必要としていることを検出したとき及びバッテリ３が充電を必要としていないことを検出したときにそれぞれ充電指令信号及び充電停止指令信号を発生するバッテリ状態検出回路である。更に本実施形態においては、制御整流回路２を構成する各サイリスタに接続されたトランジスタＴＲｕないしＴＲｗ、ＴＲｘないしＴＲｚ及びサイリスタＳｕないしＳｗ，ＳｘないしＳｚを含む部品群により、充電指令信号及び充電停止指令信号に応じて制御整流回路２の各サイリスタを制御するサイリスタ制御回路９ｕ〜９ｗ及び９ｘ〜９ｚが構成されていて、制御整流回路２と、バッテリ状態検出回路６と、サイリスタ制御回路９ｕ〜９ｗ及び９ｘ〜９ｚとにより、充電制御装置８が構成され、この充電制御装置と、交流発電機１とによりバッテリ充電装置が構成されている。以下各部の構成を詳述する。

三相交流発電機１は、内燃機関等の原動機により駆動されて三相交流電圧を出力する発電機で、この発電機は、ロータの磁極が永久磁石により構成される磁石式交流発電機でもよく、界磁鉄心と該界磁鉄心に巻回された界磁巻線とにより界磁が構成される交流発電機(オルタネータ)でもよい。発電機１には、三相の発電コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗが設けられていて、これらの発電コイルが、図２（Ａ）に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗ三相の交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ及びＶｗを誘起する。この例では、発電コイルＬｕ〜Ｌｗがスター結線されている。

制御整流回路２は、カソードが共通接続された上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗによりブリッジの上側アームが構成され、サイリスタＴｕないしＴｗのアノードにそれぞれカソードが接続されるとともにアノードが共通接続された下アーム側サイリスタＴｘないしＴｗによりブリッジの下側アームが構成されたフルブリッジ型の三相全波整流回路からなっている。この制御整流回路においては、サイリスタＴｕのアノードとサイリスタＴｘのカソードとの接続点、サイリスＴｖのアノードとサイリスタＴｙのカソードとの接続点及びサイリスタＴｗのアノードとサイリスタＴｚのカソードとの接続点がそれぞれ三相の交流入力端子２ｕ，２ｖ及び２ｗとなっていて、これらの入力端子にそれぞれ発電機１のＵ，Ｖ及びＷ三相の出力端子１ｕ，１ｖ及び１ｗが接続されている。またサイリスタＴｕないしＴｗのカソードの共通接続点及びサイリスタＴｘないしＴｚのアノードの共通接続点がそれぞれプラス側直流出力端子２ａ及びマイナス側直流出力端子２ｂとなっていて、これらの直流出力端子２ａ，２ｂ間にバッテリ３が接続されている。

バッテリ状態検出回路６は、制御整流回路２のプラス側直流出力端子２ａに一端が接続された抵抗器Ｒ１と、抵抗器Ｒ１の他端にカソードが接続され、アノードが抵抗器Ｒ２を通して制御整流回路のマイナス側直流出力端子２ｂに接続されたツェナーダイオードＺＤと、制御整流回路２のプラス側直流出力端子２ａにエミッタが接続され、抵抗器Ｒ１とツェナーダイオードＺＤとの接続点にベースが接続されたＰＮＰトランジスタＴＲ１とにより構成されている。このバッテリ状態検出回路６は、バッテリ３の両端の電圧(バッテリ電圧）からバッテリが充電を必要とする状態にあることを検出したときにトランジスタＴＲ１をオフ状態に保つことにより充電指令信号を発生し、バッテリ電圧からバッテリ３が充電を必要としていないことを検出したときに、トランジスタＴＲ１をオン状態にすることにより充電停止指令信号を発生する。

本実施形態では、バッテリ電圧が設定値よりも低いときにバッテリが充電を必要としていることを検出し、バッテリ電圧が設定値以上であるときにバッテリが充電を必要としていないことを検出する。即ち、バッテリ電圧が設定値よりも低く、バッテリ３が充電を必要とするときには、ツェナーダイオードＺＤがオフ状態にあるため、トランジスタＴＲ１にベース電流が流れず、トランジスタＴＲ１がオフ状態を保持する。このときトランジスタＴＲ１のコレクタ(バッテリ状態検出回路の出力端子）の電位は零レベルを保持する。またバッテリ電圧が設定値以上になってバッテリが充電を必要としなくなったときには、ツェナーダイオードＺＤがオン状態になるため、トランジスタＴＲ１にベース電流が流れて、トランジスタＴＲ１がオン状態になり、バッテリ状態検出回路６の出力端子の電位が高レベルになる。本実施形態では、図２（Ｂ）に示したように、バッテリ状態検出回路の出力端子の電位が高レベルになっている状態を充電停止指令Ｖs1が発生している状態とし、図２（Ｂ）に示したように、バッテリ状態検出回路の出力端子の電位が零レベルになっている状態を充電指令信号Ｖs2が発生している状態としている。

制御整流回路２の上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗのそれぞれのアノードには、アノードをこれらのサイリスタのアノード側に向けたダイオードＤ1uないしＤ1wを通してＮＰＮトランジスタＴＲｕないしＴＲｗのコレクタが接続され、トランジスタＴＲｕないしＴＲｗのエミッタがそれぞれ抵抗器Ｒ1uないしＲ1wを通してサイリスタＴｕないしＴｗのゲートに接続されている。またトランジスタＴＲｕないしＴＲｗのコレクタにそれぞれ抵抗器Ｒ2uないしＲ2wを通してダイオードＤ2uないしＤ2wのアノードが接続され、ダイオードＤ2uないしＤ2wのカソードがそれぞれトランジスタＴＲｕないしＴＲｗのベースに接続されている。更に抵抗器Ｒ2uないしＲ2wとダイオードＤ2uないしＤ2wのアノードとの接続点にサイリスタＳｕないしＳｗのアノードが接続され、サイリスタＳｕないしＳｗのカソードが制御整流回路２のマイナス側直流出力端子２ｂに接続されている。

本実施形態では、ダイオードＤ1uないしＤ1wと抵抗器Ｒ2uないしＲ2wとダイオードＤ2uないしＤ2wとにより、交流発電機１から上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗのそれぞれのアノードに印加される相電圧が正の半波にあるときに、トランジスタＴｕないしＴｗをオン状態にするために、上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗのアノード側からトランジスタＴＲｕないしＴＲｗにベース電流（駆動信号）を供給する駆動信号供給回路が構成されている。トランジスタＴＲｕないしＴＲｗにより、上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗのそれぞれのアノード側からゲートにトリガ信号を供給する上アーム側サイリスタトリガ用スイッチが構成され、交流発電機１から上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗのそれぞれのアノードに印加される相電圧が正の半波にあるときに、トランジスタＴＲｕないしＴＲｗがオン状態になって、サイリスタＴｕないしＴｗのアノード側からゲートにトリガ信号を供給することにより、サイリスタＴｕないしＴｗをトリガするようになっている。

本実施形態ではまた、トランジスタＴＲｕないしＴＲｗに駆動信号を供給する回路を構成するダイオードＤ2uないしＤ2wと抵抗器Ｒ2uないしＲ2wとの接続点に、上アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｕないしＳｗのアノードが接続され、これらのサイリスタＳｕないしＳｗのカソードは制御整流回路のマイナス側直流出力端子に２ｂに接続されている。サイリスタＳｕないしＳｗのゲートには、バッテリ状態検出回路６のトランジスタＴＲ１のコレクタから抵抗ＲｕないしＲｗとダイオードＤｕないしＤｗとを通してトリガ信号が与えられる。

本実施形態では、トランジスタＴＲｕないしＴＲｗにより、上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗのそれぞれのアノードゲート間に設けられて、交流発電機１から上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗのアノードに印加される相電圧が正の半波にあるときに上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗのアノード側から駆動信号が供給されることによりオン状態になって、各上アーム側サイリスタのアノード側からゲートにトリガ信号を供給する上アーム側サイリスタトリガ用スイッチが構成されている。

またサイリスタＳｕないしＳｗは、上アーム側サイリスタトリガ用スイッチを構成するトランジスタＴＲｕないしＴＲｗに駆動信号を供給する回路にアノードが結合されるとともにカソードが制御整流回路２のマイナス側直流出力端子２ａに接続された上アーム側駆動信号側路用サイリスタであり、これらのサイリスタＳｕないしＳｗがオン状態にあるときに、対応するトランジスタＴＲｕないしＴＲｗ（上アーム側サイリスタトリガ用スイッチ）に供給される駆動信号（ベース電流）がトランジスタＴＲｕないしＴＲｗからから側路されることにより、トランジスタＴＲｕないしＴＲｗがオフ状態にされるようになっている。

本実施形態では、上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗのそれぞれに対して設けられたトランジスタＴＲｕないしＴＲｗ（上アーム側サイリスタトリガ用スイッチ）と、トランジスタＴＲｕないしＴＲｗにそれぞれ接続されたダイオードＤ1u〜Ｄ1w，Ｄ2u〜Ｄ2w及び抵抗器Ｒ1u〜Ｒ1w，Ｒ2u〜Ｒ2wと、上アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｕないしＳｗとにより、上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗをそれぞれ制御する上アーム側サイリスタ制御回路９ｕないし９ｗが構成されている。

制御整流回路２の下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚのそれぞれのアノードには、ＮＰＮトランジスタＴＲｘないしＴＲｚのコレクタが接続され、トランジスタＴＲｘないしＴＲｚのエミッタがそれぞれ抵抗器Ｒ1xないしＲ1zを通してサイリスタＴｘないしＴｚのゲートに接続されている。またトランジスタＴＲｘないしＴＲｚのコレクタベース間に抵抗器Ｒ2xないしＲ2zが接続され、抵抗器Ｒ2xないしＲ2zとトランジスタＴＲｘないしＴＲｚのベースとの接続点にサイリスタＳｘないしＳｚのアノードが接続されている。サイリスタＳｘないしＳｚのカソードは、下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚのカソードに接続されている。サイリスタＳｘないしＳｚのゲートには、バッテリ状態検出回路６のトランジスタＴＲ１のコレクタから抵抗ＲｘないしＲｚとダイオードＤｘないしＤｚとを通してトリガ信号が与えられる。

本実施形態では、トランジスタＴＲｘないしＴＲｚにより、下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚのそれぞれのアノード側からゲートにトリガ信号を供給する下アーム側サイリスタトリガ用スイッチが構成されている。また抵抗器Ｒ2xないしＲ2zにより、交流発電機１から下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚのそれぞれのカソードに印加される相電圧が負の半波にあるときに、トランジスタＴＲｘないしＴＲｚをオン状態にするために、下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚのアノード側からトランジスタＴＲｘないしＴＲｚにベース電流（駆動信号）を供給する駆動信号供給回路が構成され、交流発電機１から下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚのそれぞれのカソードに印加される相電圧が負の半波にあるときに、トランジスタＴＲｘないしＴＲｚがオン状態になってサイリスタＴｘないしＴｚのアノード側からゲートにトリガ信号を供給することにより、サイリスタＴｘないしＴｚをトリガするようになっている。

またサイリスタＳｘないしＳｚはそれぞれ、下アーム側サイリスタトリガ用スイッチを構成するトランジスタＴＲｘないしＴＲｚに駆動信号を供給する回路にアノードが結合されるとともにカソードが下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚのカソードに接続されて、オン状態にあるときにトランジスタＴＲｘないしＴＲｚに供給されるベース電流をそれぞれのトランジスタから側路する下アーム側駆動信号側路用サイリスタであり、これらのサイリスタＳｘないしＳｚがオン状態にあるときに、対応するトランジスタＴＲｘないしＴＲｚ（下アーム側サイリスタトリガ用スイッチ）に供給される駆動信号（ベース電流）がトランジスタＴＲｘないしＴＲｚからから側路されることにより、トランジスタＴＲｘないしＴＲｚがオフ状態にされるようになっている。

本実施形態では、下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚのそれぞれに対して設けられたトランジスタＴＲｘないしＴＲｚ （下アーム側サイリスタトリガ用スイッチ）と、トランジスタＴＲｘないしＴＲｚ にそれぞれ接続された抵抗器Ｒ1x〜Ｒ1z及びＲ2x〜Ｒ2zと、下アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｘ〜Ｓｚとにより、下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚをそれぞれ制御する下アーム側サイリスタ制御回路９ｘないし９ｚが構成されている。

また上記上アーム側サイリスタ制御回路９ｕ〜９ｗと、下アーム側サイリスタ制御回路９ｘないし９ｚとにより、サイリスタ制御回路が構成されている。このサイリスタ制御回路は、バッテリ状態検出回路６が充電指令信号を発生しているときに、交流発電機１が出力する三相の相電圧の内、充電指令信号が発生している間に負の半波から正の半波に移行した相電圧によりアノードカソード間に順方向電圧が印加された上アーム側サイリスタ、及び充電指令信号が発生している間に正の半波から負の半波に移行した相電圧によりアノードカソード間に順方向電圧が印加された下アーム側サイリスタのみをオン状態にして、交流発電機１から制御整流回路２を通してバッテリ３に充電電流を流すように、制御整流回路２の上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗ及び下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚを制御する。

更に、本実施形態では、抵抗器ＲｕないしＲｗ及びＲｘないしＲｚとダイオードＤｕないしＤｗ及びＤｘないしＤｚとにより、バッテリ状態検出回路が充電停止指令信号を発生しているときに各上アーム側駆動信号側路用サイリスタ及び各下アーム側駆動信号側路用サイリスタに同時にトリガ信号を与えるトリガ信号供給回路が構成されている。

本実施形態に係わるバッテリ充電装置の動作を図２及び図３を参照して説明する。本実施形態に係わるバッテリ充電装置において、交流発電機１は、電機子巻線ＬｕないしＬｗから図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示すように三相の交流発電機ＶｕないしＶｗを出力する。バッテリ３の両端の電圧が設定値以上であって、バッテリ３が充電を必要としていないときには、バッテリ状態検出回路６のツェナーダイオードＺＤがオン状態にあるため、トランジスタＴＲ１にベース電流が流れ、トランジスタＴＲ１がオン状態にある。このときバッテリ３からトランジスタＴＲ１のエミッタコレクタ間と抵抗器Ｒｕ〜ＲｗとダイオードＤｕ〜Ｄｗとを通して上アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｕ〜Ｓｗにトリガ信号が与えられるため、発電機１から上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗのアノードにそれぞれ印加される相電圧の正の半波の期間にあるときに、上アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｕ〜Ｓｗのうち、アノードカソード間に順方向電圧が印加されるサイリスタがオン状態になる。オン状態になった上アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｕ〜Ｓｗは、発電機１からアノードに印加される相電圧が正の半波の期間にある制御整流回路の上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗのゲートにトリガ信号を供給するトランジスタＴＲｕないしＴＲｗのベース電流をこれらのトランジスタから側路する。そのため、バッテリ３が充電を必要としていないとき（図２Ｂにおいて充電停止指令信号Ｖs1が発生しているとき）には、上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗにトリガ信号が供給されず、これらのサイリスタはオフ状態を保持する。

またバッテリ３が充電を必要としていない状態にあって、トランジスタＴＲ１がオン状態にあるときには、バッテリ３からトランジスタＴＲ１のエミッタコレクタ間と抵抗器Ｒｘ〜ＲｚとダイオードＤｘ〜Ｄｚとを通して下アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｘ〜Ｓｚにトリガ信号が与えられるため、発電機１から制御整流回路の下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚのカソードにそれぞれ印加される相電圧の負の半波の期間にあるときに、下アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｘ〜Ｓｚのうち、アノードカソード間に順方向電圧が印加されるサイリスタがオン状態になる。オン状態になった下アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｘ〜Ｓｚは、発電機１からアノードに印加される相電圧が正の半サイクルの期間にある制御整流回路の下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚのゲートにトリガ信号を供給するトランジスタＴＲｘないしＴＲｚのベース電流をこれらのトランジスタから側路する。そのため、バッテリ３が充電を必要としていないときには、制御整流回路の下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚにトリガ信号が供給されず、これらのサイリスタもオフ状態を保持する。

これに対し、図２（Ｂ）に示した時刻ｔ1でバッテリ３の両端の電圧が設定値よりも低くなって、バッテリが充電を必要とする状態になったときには、ツェナーダイオードＺＤがオフ状態になるため、トランジスタＴＲ１がオフ状態になり、バッテリ状態検出回路６は、図２（Ｂ）に示すように０レベルの充電指令信号Ｖs2が発生する状態になる。このとき上アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｕないしＳｗにトリガ信号が供給されないため、これらのサイリスタは、制御整流回路２の上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗのそれぞれのアノードに交流発電機から印加される相電圧が正の半波から負の半波に移行したときにオフ状態になる。上アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｕないしＳｗがオフ状態にあるときには、交流発電機１から制御整流回路２の上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗのアノードに印加される相電圧の正の半波の期間に、トランジスタＴＲｕないしＴＲｗを通して上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗにトリガ信号が与えられるため、これらのサイリスタＴｕないしＴｗは、発電機からアノードに印加される相電圧が負の半波から正の半波に移行した際にオン状態になる。

同様に、バッテリが充電を必要とする状態になったときには、下アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｘないしＳｚにトリガ信号が供給されないため、これらのサイリスタは、制御整流回路２の下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚのそれぞれのカソードに交流発電機から印加される相電圧が負の半波から正の半波に移行したときにオフ状態になる。下アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｘないしＳｚがオフ状態にあるときには、交流発電機１から制御整流回路２の下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚのカソードに印加される相電圧の負の半波の期間に、トランジスタＴＲｘないしＴＲｚを通して下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚにトリガ信号が与えられるため、これらのサイリスタＴｘないしＴｚは、発電機からカソードに印加される相電圧が正の半波から負の半波に移行した際にオン状態になる。

図２に示した時刻ｔ1でバッテリ充電指令信号Ｖs2が発生したときには、Ｖ相の相電圧Ｖｖが上アーム側サイリスタＴｖに順方向に印加されるが、このとき、上アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｖが未だオン状態にあり、上アーム側サイリスタＴｖにトリガ信号が供給されないため、上アーム側サイリスタＴｖはターンオンすることができない。そのため、時刻ｔ1で充電指令信号Ｖs2が発生してもバッテリ３には充電電流が供給されない。また時刻ｔ1において、Ｕ相の負の半波の相電圧により、下アーム側サイリスタＴｘにも順方向電圧が印加されるが、このとき下アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｘが未だオン状態にあって、下アーム側サイリスタＴｘにトリガ信号が供給されない状態にあるため、下アーム側サイリスタＴｘもオン状態になることができない。

時刻ｔ2でＷ相の相電圧Ｖｗが負の半波から正の半波に移行すると、上アーム側サイリスタＴｗに順方向電圧が印加され、またこのとき上アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｗが既にオフ状態になっているため、上アーム側サイリスタＴｗがターンオンし得る状態になるが、このときＵ相の相電圧Ｖｕが順方向に印加されている下アーム側サイリスタＴｕがオフ状態にあるため、上アーム側サイリスタＴｗは未だオン状態になることができない。

時刻ｔ3において、Ｖ相の相電圧Ｖｖが正の半波から負の半波に移行すると、Ｖ相の相電圧が順方向に印加される下アーム側サイリスタＴｙがターンオンするため、上アーム側サイリスタＴｗがターンオンし、発電コイルＬｗ−サイリスタＴｗ−バッテリ３−サイリスタＴｙ−発電コイルＬｖ−発電コイルＬｗの経路でバッテリに充電電流Ｉｃ（図２Ｄ）が流れる。尚図２（Ｃ）に示したＩｃ′は、バッテリの端子電圧を設定値に到達させるために流す必要がある充電電流を示している。

時刻ｔ4でバッテリ３の端子電圧が設定値に達すると、充電停止指令信号Ｖs1が発生するため、上アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｕないしＳｗ及び下アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｘないしＳｚにトリガ信号が供給されるようになるため、制御整流回路の上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗ及び下アーム側サイリスタＳｕないしＳｗにトリガ信号が供給されなくなり、これらのサイリスタは、それぞれに印加される電圧が逆方向に反転したときにターンオフする。図２に示した例では、時刻ｔ5で上側サイリスタＴｗに印加されているＷ相の相電圧が正の半波から負の半波に移行した時点でサイリスタＴｗがターンオフして充電電流Ｉｃを零にする。

参考のため、図２（Ａ）ないし（Ｄ）に示した動作が行なわれる際の制御整流回路２の上アーム側サイリスタＴｕないしＴｗ及び下アーム側サイリスタＴｘないしＴｚのオンオフ動作を図３（Ｅ）ないし（Ｊ）にそれぞれ示し、上アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｕないしＳｗ及び下アーム側駆動信号側路用サイリスタＳｘないしＳｚのオンオフ動作を図３（Ｋ）ないし（Ｐ）にそれぞれ示した。

上記のように、本発明に係わるバッテリ充電装置においては、時刻ｔ1で充電指令信号Ｖs2が発生した時に直ちにバッテリ３への充電電流の供給を開始するのではなく、充電指令信号が発生した時刻ｔ1と、実際にバッテリへの充電電流の供給が開始される時刻ｔ3との間に遅れ時間を持たせたので、バッテリ３に充電電流を流すトータルの時間を従来よりも短くすることができる。従って、バッテリ３に無用な充電電流が流れる時間を短くして、バッテリ電圧の変動幅を狭くすることができる。

上記の実施形態では、バッテリ電圧が設定値よりも低いときにバッテリが充電を必要としていることを検出し、バッテリ電圧が設定値以上であるときにバッテリが充電を必要としていないことを検出するようにバッテリ状態検出回路６を構成したが、バッテリ電圧が設定された範囲の下限値よりも低くなったときにバッテリが充電を必要としていることを検出し、バッテリ電圧が設定された範囲の上限値を超えたときにバッテリが充電を必要としていないことを検出するように、バッテリ状態検出回路６を構成してもよい。

１ 三相交流発電機
２ 制御整流回路
３ バッテリ
４ 負荷
５ スイッチ
６ バッテリ状態検出回路
８ 充電制御装置
９ｕ〜９ｗ 上アーム側サイリスタを制御するサイリスタ制御回路
９ｘ〜９ｚ 下アーム側サイリスタを制御するサイリスタ制御回路
Ｔｕ〜Ｔｗ 上アーム側サイリスタ
Ｔｘ〜Ｔｚ 下アーム側サイリスタ
Ｓｕ〜Ｓｗ 上アーム側駆動信号側路用サイリスタ
Ｓｘ〜Ｓｚ 下アーム側駆動信号側路用サイリスタ
ＴＲｕ〜ＴＲｗ トランジスタ（上アーム側サイリスタトリガ用スイッチ）
ＴＲｘ〜ＴＲｚ トランジスタ（下アーム側サイリスタトリガ用スイッチ）

Claims (2)

1. 三相交流電圧を発生する交流発電機の出力でバッテリを充電するバッテリ充電装置であって、
   前記バッテリの電圧から前記バッテリが充電を必要としているか否かを検出して前記バッテリが充電を必要としていることを検出したとき及び前記バッテリが充電を必要としていないことを検出したときにそれぞれ充電指令信号及び充電停止指令信号を発生するバッテリ状態検出回路と、
   上アーム側サイリスタ及び下アーム側サイリスタによりそれぞれブリッジの上側アーム及び下側アームが構成されて前記交流発電機の三相出力を全波整流して前記バッテリに充電電流を供給するフルブリッジ型の制御整流回路と、
   前記充電指令信号及び充電停止指令信号に応じて前記制御整流回路の各サイリスタを制御するサイリスタ制御回路とを備え、
   前記サイリスタ制御回路は、前記交流発電機が出力する三相の相電圧の内、前記充電指令信号が発生している間に負の半波から正の半波に移行した相電圧によりアノードカソード間に順方向電圧が印加された上アーム側サイリスタ、及び前記充電指令信号が発生している間に正の半波から負の半波に移行した相電圧によりアノードカソード間に順方向電圧が印加された下アーム側サイリスタのみをオン状態にして、前記交流発電機から前記制御整流回路を通して前記バッテリに充電電流を流すべく前記制御整流回路の上アーム側サイリスタ及び下アーム側サイリスタを制御するように構成されていること、
   を特徴とするバッテリ充電装置。
2. 前記サイリスタ制御回路は、制御整流回路の各上アーム側サイリスタを制御するために各上アーム側サイリスタに対して設けられた上アーム側サイリスタ制御回路と、制御整流回路の各下アーム側サイリスタを制御するために各下アーム側サイリスタに対して設けられた下アーム側サイリスタ制御回路とからなり、
   各上アーム側サイリスタ制御回路は、各上アーム側サイリスタのアノードゲート間に設けられて、前記交流発電機から各上アーム側サイリスタのアノードに印加される相電圧が正の半波にあるときに各上アーム側サイリスタのアノード側から駆動信号が供給されることによりオン状態になって、各上アーム側サイリスタのアノード側からゲートにトリガ信号を供給する上アーム側サイリスタトリガ用スイッチと、各上アーム側サイリスタトリガ用スイッチに駆動信号を供給する回路にアノードが結合されるとともにカソードが前記制御整流回路のマイナス側直流出力端子に接続されて、オン状態にあるときに各上アーム側サイリスタトリガ用スイッチに供給される駆動信号を各上アーム側サイリスタトリガ用スイッチから側路する上アーム側駆動信号側路用サイリスタとを備えてなり、
   各下アーム側サイリスタ制御回路は、各下アーム側サイリスタのアノードゲート間に設けられて、前記交流発電機から各下アーム側サイリスタのカソードに印加される相電圧が負の半波にあるときに各下アーム側サイリスタのアノード側から駆動信号が供給されることによりオン状態になって、各下アーム側サイリスタのカソード側からゲートにトリガ信号を供給する下アーム側サイリスタトリガ用スイッチと、各下アーム側サイリスタトリガ用スイッチに駆動信号を供給する回路にアノードが結合されるとともにカソードが各下アーム側サイリスタのカソードに接続されて、オン状態にあるときに各下アーム側サイリスタトリガ用スイッチに供給される駆動信号を各下アーム側サイリスタトリガ用スイッチから側路する下アーム側駆動信号側路用サイリスタとを備えていること、
   を特徴とする請求項１に記載のバッテリ充電装置。

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