JPH11225446A - バッテリ充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】整流回路をショットキバリアダイオードとＦＥ
Ｔとで構成することにより、低損失な二輪車用バッテリ
充電装置を実現することを目的とする。 【解決手段】永久磁石式三相交流発電機ＡＣＧを入力と
した整流回路は、プラス側にショットキバリアダイオ−
ド群（Ｄ１１〜Ｄ１３）を接続し、マイナス側にＦＥＴ
群（ＦＥＴ１〜ＦＥＴ３）を接続して構成する。ＦＥＴ
群（ＦＥＴ１〜ＦＥＴ３）は、交流入力電圧が負電位の
時にゲートに正バイアスを印加する。これにより、各Ｆ
ＥＴは、ボディダイオ−ド（Ｄ１４〜Ｄ１６）ではな
く、ＦＥＴ（ＦＥＴ１〜ＦＥＴ３）に整流電流が流れて
同期整流が行われる。したがって、整流ロスを低減する
事が出来る。また、バッテリＢが満充電の時は、全ての
ＦＥＴのゲートが同時に正バイアスされて、ＡＣＧの各
相が短絡され過充電が防止される。このときのＡＣＧ出
力は、例えばＡＣＧのＵ相−ＦＥＴ１−ＦＥＴ２−Ｖ相
のような短絡回路が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二輪車等に用いら
れる、永久磁石式三交流発電機を使用したバッテリ充電
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の二輪車用バッテリ充電システム
は、永久磁石式三相交流発電機を使用した、サイリスタ
ショート式のＲＥＧ／ＲＥＣが主流であり、その回路構
成は図１のようになっている。 （２）

【０００３】図１の回路において、バッテリ充電時は、
永久磁石式三相交流発電機（以下ＡＣＧという）の電流
は、ダイオードＤ１〜Ｄ３で整流され、バッテリ（Ｂ）
に充電されてダイオードＤ４〜Ｄ６よりＡＣＧに帰還さ
れる。

【０００４】やがて、バッテリが満充電になると、コン
トローラ（ＣＯＮＴ）がバッテリ電圧を検出して、ダイ
オードＤ４〜Ｄ６のそれぞれと逆並列に接続されたサイ
リスタ群Ｔ４〜Ｔ６をオンして、ＡＣＧを短絡して充電
を制御する。すなわち、ＡＣＧの各相は、Ｕ相−Ｔ４−
Ｄ５−Ｖ相、Ｖ相−Ｔ５−Ｄ６−Ｗ相、Ｗ相−Ｔ６−Ｄ
４−Ｕ相のル−トで短絡される。なお、ＡＣＧの出力イ
ンピ−ダンスは数オ−ム程度あり短絡しても問題はな
い。このように、ＡＣＧを短絡して充電を制御するた
め、比較的大きな熱ロスが発生して、システムの効率が
非常に悪くなるなどの問題がある。

【０００５】また、充電器としては、図２に示すように
制御整流機付三相全波整流方式の充電器がある。これ
は、三相サイリスタオープン式ＲＥＧ／ＲＥＣであり、
前述の無制御整流器方式の欠点を解消したものである。

【０００６】すなわち、バッテリ充電時はサイリスタＴ
１〜Ｔ３を位相制御してバッテリＢへ充電を行い、ダイ
オ−ドＤ４〜Ｄ６より電源に帰還される。

【０００７】そして、バッテリＢが満充電になると、バ
ッテリ電圧を検出してコントローラＣＯＮＴがサイリス
タＴ１〜Ｔ３をオフして充電量を制御する。

【０００８】この場合、サイリスタＴ１〜Ｔ３がオフす
るために、発電機ＡＣＧは無負荷となり、ＡＣＧ出力電
圧が上昇する。そして、エンジン回転数の上昇ととも
に、ＡＣＧ出力電圧および周波数が上昇し、結果的に発
電機の鉄損が激増し、バッテリ充電装置の効率が悪くな
ってしまう （３）

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、バッテリ充
電システムは必要なときに必要なだけ発電して充電す
る、いわゆる、界磁制御方式の発電システムが最良と考
えられている。しかし、二輪車のように発電機の外形に
制限を受けるような場合は、構造が簡単な永久磁石式交
流発電機が使用される場合が多い。しかし、永久磁石式
交流発電機の場合は発電量を制御することが出来ないの
で、発電機の出力をオープン或いはショートして、強制
的に制御する方法が行われている。このうち、図２のよ
うな、サイリスタなどによるオープン方式は一見都合が
良さそうに考えられる。しかし、現状では下記のような
技術的な問題点が多く、今後解決して行かなければなら
ない。

【００１０】すなわち、発電機の出力を充電時にオープ
ンすると、エンジンの負荷が急変するため乗車フィーリ
ングが非常に悪くなったり、あるいは、オープン式の位
相制御を行うことにより、或る回転域において異音（音
鳴り）が発生したりする等の欠点がある。さらに、発電
機のリアクタンス成分のために、電流が異常な遅れ力率
となり,サイリスタが制御不能となる場合がある。

【００１１】以上のことから、当面は、図１のようなシ
ョ−ト方式が主流を占めるものと思われる。しかし、こ
のような従来の方式ではダイオードやサイリスタの順方
向電圧降下が大きく、効率が低下するなどの問題があ
る。そこで、永久磁石式発電機を使用して、ショ−ト方
式のＲＥＧ／ＲＥＣを構成する場合、メイン素子の電圧
降下を出来るだけ低く抑えることが今後の課題である。

【００１３】例えば、図１のようなシリコンダイオード
＋ＳＣＲ方式においては、整流はダイオード、短絡はサ
イリスタ（ＳＣＲ）で行う方式であって、回路構成はシ
ンプルかつ安価であり、しかも信頼も高い。しかし、短
絡ロスが大きくなるという大きな欠点がある。 （４）

【００１４】本発明は、このような欠点を解決するため
になされたものである。すなわち、本発明の特徴は、３
相整流回路を構成するブリッジ回路のプラス側にショッ
トキバリアダイオードを使用し、マイナス側にＦＥＴを
使用することにある。ここで、マイナス側のＦＥＴは整
流を行うと同時に、満充電時には短絡回路として使う。
制御回路はやや複雑になるが、シリコンダイオード＋Ｓ
ＣＲ方式に比べて、損失は１／２〜１／３になるなどの
メリット面は大きい。したがって本発明は、比較的実現
が容易で、かつ効率アップの効果もある、ショットキバ
リアダイオード＋ＦＥＴ方式のバッテリ充電装置を提供
することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、永久磁石式三
相交流発電機（ＡＣＧ）を入力とし、三相全波整流回路
で整流された直流電圧によりバッテリ（Ｂ）を充電する
バッテリ充電装置において、三相全波整流回路が、プラ
ス側に接続されたショットキバリアダイオード群（Ｄ１
１、Ｄ１２、Ｄ１３）と、マイナス側に接続されたＦＥ
Ｔ群（ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３）とにより構成さ
れていることを特徴とするバッテリ充電装置である。

【００１６】そして、上記構成において、交流入力電圧
が負電位の時にＦＥＴ群（ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ
３）のゲートを、同期整流のタイミングにしたがって、
正バイアスすることを特徴とする。これによって、ショ
ットキバリアダイオードとＦＥＴの回路に整流電流が流
れるので、整流ロスを小さく抑えることが出来る。

【００１７】また本発明は、バッテリ（Ｂ）が満充電に
なった時、ＦＥＴ群の全てのＦＥＴ（ＦＥＴ１、ＦＥＴ
２，ＦＥＴ３）のゲートを、同時に正バイアスすること
を特徴とする。これによって、満充電時には、ＦＥＴと
別のアームのＦＥＴとによってＡＣＧの相間が短絡さ
れ、バッテリの過充電が防止される。したがって、短絡 （５） 時の半導体素子の電圧降下を低減させることが出来る。

【００１８】

【実施の形態】図３は、本発明の一実施形態を示す回路
図であり、図４は、この回路図の各部動作波形である。

【００１９】図３において、永久磁石式三相交流発電機
ＡＣＧの出力には、プラス側にショットキバリアダイオ
ード群Ｄ１１，Ｄ１２，，Ｄ１３が接続され、マイナス
側にはＦＥＴ群ＦＥＴ１、ＦＥＴ２，ＦＥＴ３が接続さ
れている。そして、このように構成された整流回路の出
力にはバッテリＢが接続されている。

【００２０】また、コントローラＣＯＮＴは、出力電圧
や永久磁石式三相交流発電機ＡＣＧの回転数を検出し
て、それぞれのＦＥＴにゲート信号を与えたり、または
停止するように構成されている。さらに、バッテリ充電
装置を構成する部品、例えば、永久磁石式三相交流発電
機ＡＣＧやバッテリＢ或いは整流回路を構成するショッ
トキバリアダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３やＦＥＴ
群のＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３の温度を検出して、
ＦＥＴ群にゲート信号を送出するように構成する事も出
来る。

【００２１】次に動作について、図３の回路図および図
４の動作波形図を用いて説明する。三相交流発電機ＡＣ
Ｇから発生した電流はＩBは、図の矢印のごとく流れて
ショットキバリアダイオードＤ１１〜Ｄ１３で整流さ
れ、バッテリＢを充電してＦＥＴ１〜ＦＥＴ３を逆導通
して流れ三相交流発電機ＡＣＧに戻る。

【００２２】このとき、図のＡ点の電位Ｖaは、図４の
波形図イのごとく変化するが、この波形に応じてＦＥＴ
１のゲート電圧信号を図のロのごとく変化させる。つま
り、Ａ点の電位Ｖａが、Ｖa＞０のときはＦＥＴ１はＯ
ＦＦとなる。そして、Ｖa＜０の時はＦＥＴ１はＯＮと
なる。したがって、ＦＥＴの逆低インピーダンス特性を （６） 利用した、一種の同期整流が行われる。

【００２３】やがて、バッテリＢが満充電になると、満
充電電圧を制御回路ＣＯＮＴが検出して、図の波形ハの
如く、全てのＦＥＴをＯＮ状態にして、三相交流発電機
ＡＣＧ出力を短絡状態にする。

【００２４】ＦＥＴの優れた点は、ゲートに正バイアス
を与えると、順、逆双方向共に低インピーダンスを示す
ことである。このときの導通抵抗をＲONといい、同期整
流用ＦＥＴの場合１０ｍオーム程度である。

【００２５】尚、制御回路ＣＯＮＴについても若干触れ
ておく。制御回路ＣＯＮＴは、発電機ＡＣＧから接続さ
れる各アームの電位（Ａ点電位）を検出し、整流用ＦＥ
Ｔを同期駆動すると共に、バッテリＢの充電状態を監視
する。このとき、バッテリＢには常に脈流が流れるため
リップル電圧が発生する。したがって、このリップル電
圧のために電圧検出回路がＯＮ／ＯＦＦを繰り返す場合
がある。このように、ＦＥＴに順電流が流れている時に
ＯＮ／ＯＦＦを繰り返すと、発電機ＡＣＧのリアクタン
ス成分のためにかなり大きなリアクション電圧が発生す
る。そして、このリアクション電圧により、ＦＥＴや電
子負荷を破損させる恐れがある。特に、このリアクショ
ン電圧はバッテリレスのときに問題となる。このため、
ＦＥＴは常にゼロクロス動作をしなければならない。し
たがって、制御回路ＣＯＮＴにはラッチ回路を設ける必
要があるが、本願とは直接関係ないので詳細は省略す
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明により、整流ロスや短絡ロスを低
減することが出来る。例えば、出力電流７Ａにおいて全
損失は５Ｗ程度であり、従来の１／３ぐらいに抑えるこ
とが出来た。特に、低ＲonのＦＥＴを使用することによ
り、２０ＡクラスのＲＥＧ／ＲＥＣにおいて、損失を従
来の１／３以下に低減することが出来るものと予想され
る。このため、常にバッテリ充電効率が高い状態で運転
することが出来る、二輪 （７） 車用のバッテリ充電装置を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の二輪車用バッテリ充電装置の一実施例回
路図（ＡＣＧショ−ト方式）。

【図２】従来の二輪車用バッテリ充電装置の他の実施例
回路図（ＡＣＧオ−プン方式）

【図３】本発明の二輪車用バッテリ充電装置の一実施例
回路図（ＡＣＧショ−ト方式）

【図４】図３の回路図における各部動作波形。

【符号の説明】

ＡＣＧ 永久磁石式三相交流発電機 Ｄ１〜Ｄ６ ダイオ−ド Ｔ１〜Ｔ６ サイリスタ Ｄ１１〜Ｄ１３ ショットキバリアダイオ−ド Ｄ１４〜Ｄ１６ ボディダイオ−ド ＦＥＴ１〜ＦＥＴ３ 電界効果トランジスタ ＣＯＮＴ 制御回路 Ｂ バッテリ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石式三相交流発電機（ＡＣＧ）を
   入力とし、三相全波整流回路で整流された直流電圧によ
   りバッテリ（Ｂ）を充電するバッテリ充電装置におい
   て、 前記三相全波整流回路は、プラス側に接続されたショッ
   トキバリアダイオード群（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３）
   と、マイナス側に接続されたＦＥＴ群（ＦＥＴ１、ＦＥ
   Ｔ２、ＦＥＴ３）とにより構成されていることを特徴と
   するバッテリ充電装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のバッテリ充電装置におい
   て、 交流入力電圧が負電位の時、前記ＦＥＴ群（ＦＥＴ１、
   ＦＥＴ２、ＦＥＴ３）のゲートを、同期整流のタイミン
   グにしたがって正バイアスすることを特徴とするバッテ
   リ充電装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のバッテリ充電装置におい
   て、 前記バッテリ（Ｂ）が満充電になった時、前記ＦＥＴ群
   の全てのＦＥＴ（ＦＥＴ１、ＦＥＴ２，ＦＥＴ３）のゲ
   ートを、同時に正バイアスすることを特徴とするバッテ
   リ充電装置。