JPS59122327A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は９発電機と蓄電池と電圧調整器とからなり、蓄
電池の充放電状況に応じて発電機の発電電圧を調整する
ようにした発電装置１こ関するものである。

従来より、自動車等Ｐこは、蓄電池と、これを充電する
とともに、負荷に電力を供給するための交流又は直流発
電機と、該発電機の発電電圧を調整するための電圧調整
器とからなる発電装置が積載されている。かかる従来の
電圧調整器は、チ１１ル式（接点式）あるいはＩＣ式と
呼はれるもので。

蓄電池の端子電圧が規定値を下回った場合に発電電圧を
高めるものである。この発電電力の一部は蓄電池の充電
に費される。しかし、該蓄電池は。

その蓄電量、電極あるいは電解液の温度等によって該蓄
電池の内部抵抗が変化しており、該蓄電池に一定電圧を
印加しても、該蓄電池の内部抵抗値によって充電不足を
こなったり、逆１こ過充電？こなったりする。

すなわち、蓄電池の温度が低い場合ｔこは、内部抵抗が
高くて、充電電流は流ｔ″１トこくくなる。逆１こ温度
が高い場合には、充電電流は流れやすくなる・蓄電池の
使用状況がこのようトこ通常の状態より大きくかけ離れ
た場合、従来の電圧調整器のよう１こ。

発電機の発電電圧によってきまる条件トこよ−て」該蓄
電池を充電すると、該蓄電池は充電不足あるいは過充電
となる。

その結果、該蓄電池は、その蓄電量が不足して。

その役目を果さなかったり、過充電のため電解液が減少
したりして、劣化する。

そこで１本発明者らは、上記従来の蓄電池充電用電圧調
整器の欠点を克服することを目的に、鋭意研究を重ねた
結果１本発明を為すＰこ至った。

本発明は５発電機と蓄電池と、該蓄電池の充電電圧を調
整する電圧調整器とを有する発電装置Ｆこおいて、上記
電圧調整器は、上記蓄電池の充電電気量および放電電気
量を測定する電気量ｆＡｌｌ定部ン。

（充電電気量／放電電気量）の値（以下（Ｃ／Ｄ）とい
う）を計算し、該（Ｃ／Ｄ）を、予め定めた設定［（以
下Ａという）と比較する演算部と、該演算部からの信号
により、上記発電機の発電電圧を調整する調整部とから
なることを特徴とする発電装置である。

本発明にかかる発電装置は、上記（Ｃ／Ｄ）を計算し、
Ａと比較することによって該発電装置内の蓄電池の充電
条件を決めるので、該蓄電池の充電が温度等の影響を受
けることなく正常に進行する。それ放談発電装置は温度
等が大きく変化する環境に於いても初期性能を長期間維
持できる特長を有する。

以下１本発明をより詳細トこ説明する。

本発明１こかかる発電装置は発電機と蓄電池と電圧調整
器を存する。

本発明ｔこおける発電機は、直流電圧を出力するもので
あり、具体的１こハ、直流発電機はもちろん。

交流発電機であって、その出力を整流器トこより直流１
こ変換するものでもよい。

また、該発電機は、内燃機関等の動力装置によって駆動
されるようになっている。また、該駆動装置は、自動車
等に載せる場合トこは、走行用駆動装置を兼用してもよ
い。

本発明における蓄電池は充放電の繰返しが可能な電池で
あり、具体的なものとしては、鉛−酸電池、ニッケルー
カドミウム電池等がある。

不発明にかかる発電装置は、上記発電機で発電した電力
を蓄電池に供給してこれを充電するとともに、該発電装
置をこ接続した負荷にも電力を供給するものである。

また１発を機が駆動されていないとぎにも、短時間では
あるが１発電機駆動装置あるいは負荷１こ電力を供給す
ることができる。発電機が駆動されていても発電してい
ないとぎは蓄電池から負荷に電力を供給する。それ故、
上記蓄電池を充電する作用は５本発明トこかかる発電装
置において重要な機能の一つである。本発明にかかる発
電装置における充電作用は、電圧調整器ｅこよって蓄電
池の充放電状況を検出して行ない、該蓄電池が過充電、
充電不足とならないように発電機の発電電圧を制御する
。

本発明における電圧調整器は蓄電池の充放電状況を検出
するための充電電気量および放電ｔＣ気量を測定する電
気量測定部と、上記両Ｗ、気量の比。

すなわち（Ｃ／Ｄ）、を計算するとともに、該（Ｃ／Ｄ
）を、別に定めた設定１１［Ａと比較し、その大小１こ
よ−て所定の信号を出力する演算部と、該演算部からの
信号によって発電機の発電電圧を調整する調整部とから
なる。

以下７本発明１こおける電圧調整器の各構成およびその
動作機能について説明する。

本発明における電気量測定部は、蓄電池の充電電気量お
よび放電電気量を検出するものである。

蓄電池１こ流ねる電流は、該蓄電池を出入りする電気量
の時間的変化を示すものであるから、該蓄電池の充放電
［気量は上記電流値を測定し１時間で積分して求めるの
がよい。

該電流値を測定するための装置構成としては、該蓄電池
と直列トこ接続した抵抗の端子間電圧を測定する構成、
あるいは、該蓄電池の配線の周囲に生ずる磁界から非接
触で測定する構成としてもよい。

前者の構成である抵抗を使用する構成は簡単で。

しかも部品点数も少なくてよい利点がある。しかし、該
抵抗は若干発熱し、電力損失を生じるので。

該発熱を少なくするため、該抵抗の館を測定精度の許す
限り小さくすることが望ましい。

一方、磁界を検出して電流を測定する構成は、蓄電池を
流れる電流による磁界を磁気抵抗素子等の磁気感応素子
１こより検出するようにしたものである。この構成の場
合には、前記直列抵抗も不要であるので、電力損失もな
く、シかも形状力；小さし九という利点がある。

上記電流値の測定において、直流は、充電時と放電時と
では、方向が逆であるため、充電電流と放電電流を別々
Ｆこ、しかも容易ｅこ測定できる。すなわち、蓄電池の
陽極端子から陰極端子の方向１こ流ｎる充電電流と、こ
れと逆方向の放電電流とを別々に測定できるようＣ乙な
っている。

次に、測定したそれぞｊの電流値を電気量Ｖこ変換する
ための積分回路１こ入力し９時間積分する。充放電電流
、そｎぞれの積分値は、蓄電池の充電電気量と放電電気
量トこ比例した量を表わ丁。該積分回路はアナログ量で
積分するものでも、ディジタｌし量で積分するものでも
よい。

ざらＰこ、上記充電電気量および放電電気量の比を、す
なわち（Ｃ／Ｄ）を演算部で計算する。

Ｕ演算部における計算値（Ｃ／Ｄ）は、蓄電池が蓄わえ
ている電気量の増減を表わすものである。

該演算部は、さらに（Ｃ／Ｄ）を、予め設定した値Ａと
比較し９両値の大小関係により、所定の信号を出力する
機能を有する。

なお、値Ａは発明者らの他の実験から１．０＜Ａ＜１．
４．の範囲が適当であることが明らかとなっている。

Ａを１．０未満の値Ｆこ設定した場合Ｆこは、蓄電池が
充電不足１こなり、１．４以上の値に設定した場合ンこ
は、該蓄電池は過充電となる。

本発明における調整部は、上記演算部からの信号によっ
て１発電機の発電電圧を制御するものである。該発電電
圧を制御する方式は、たとえは発電機のローターコイｆ
ｉ／Ｐ−供給する励磁電流を調整する方法９発電機のロ
ーター回転数を増減する方法等がよい。

次Ｅこ１本発明Ｆこかかる発電装置の一連の動作を説明
する。

まず、たとえば蓄電池から発電機用駆動装置Ｆこ電力を
供給して該駆動装置を始動し鬼５発電機のローターを回
転させる。このとき蓄電池は駆動用装置に電力を供給し
、たため、電気量測定部の放電電気量に対する積分値は
増加する。

また、該発電装置［こ接続した負荷に電力を供給する場
合もあり、放電電気量に対する積分値はさら１こ増加す
る。演算部では（Ｃ／Ｄ）を計算し、設定値Ａと比較す
る。その結果、（Ｃ／Ｄ）が設定値よりも小さい場合に
は、該演算部は調整部に発電電圧を上昇せしめる旨の信
号を出力する。該調整部は発電機の、たとえばローター
コイルに通電して９発電機の発電電圧を上昇せしめる。

すると。

発電機の出力端子は蓄電池？こも接続しであるので。

該蓄電池は充電される。そして、電気量測定部の充電電
気量に対する積分値が大きくなり（Ｃ／Ｄ）が設定値と
ほぼ等しくなるまで、この状態が継続する。

また、負荷の増減によっても、上記のように充電電気量
および放電電気量Ｅこ対する積分値が増加する。そして
、電圧調整部は（Ｃ／Ｄ）が設定値Ａに等しくなるよう
に発電電圧を制御する。

さらに１本発明にかかる発電装置を長期間運転し続ける
と、上記充ＩＥ電気量、放電電気量に対する積分値は増
加し、積分器が飽和する。こうなると発電電圧の制御が
正常［こ動作しなくなるので。

乞 器にリセット機能を設ける。

この場合、該積分器をリセットする時間間隔は発電装置
の運転状態によって自動的に決まる。

また、前述のように、（Ｃ／Ｄ）は、常に設定値へ［こ
ほぼ等しくなるよう１こ発電電圧を制御するよう１こ構
成しているので、前記積分器を数分から数日の間隔で１
強制的にリセットするようにしてもよい。

さらＹこ、゛本発明にかかる発電装置の発電機が。

該発電装置トこ接続した負荷１こ充分な電力を供給でき
ない場合トこは、蓄電池は放電状態となり、放電電気量
に対する積分値が増加する。そうすると。

積分器が飽和するか、または（Ｃ／Ｄ）が設定値Ａに等
しくならない事態が生じる。この場合には・発電機駆動
装置の回転数を積極的に上昇せしめ。

発電能力を高める機構を付加してもよい。

また、（Ｃ／Ｄ）が、設定値Ａ以下のとき１発電電圧が
高くなり、設定値Å以上のとき発電電圧が低くなるか又
は、零となる。すなわち９本発明Ｅこかかる発電装置の
出力電圧は、（Ｃ／Ｄ）の鎮によって、大きく変動する
。そこで、該出力電圧が変動するのを防止するためＦこ
５発電機の発電電圧の最高、最低を決める機能を持たせ
てもよい。これを実現させるためには、該発電機の励磁
コイルに流す電流を制御する回路を付加するのがよい。

以上、説明したように１本発明１こかかる発電装置の構
成要素の一つである蓄電池の電極、電解液の温度、負荷
の大小に拘らず、該蓄電池は過充電、充電不足とならず
、常トこ一定範囲内の電気量を蓄えることかでき、長期
間正常に動作する。それ故。

本発明１こかかる発電装置は、長期間初期性能を維持す
る特長を有する。

また、蓄電池は、常に公称容量に近い電気量を蓄電して
いるので、従来の電圧調整部を使用した場合より容量の
小さい蓄電池で充分その機能を持たせることが可能であ
る。その結果、本発明にかかる発電装置は、その重量、
容積が小さくなる特長をも有する。

以下３本発明にかかる実施例を説明する◇実施例１ 本実施例にかかる発電装置の回路構成を第１図に示す。

該発電装置は、整流器付き交流発電機１と、蓄電池２と
電圧調整部８とから構成した。

整流器付き交流発電機１は公称出力電圧２４ｖ。

電流３５Ａの能力を有するもので、ローターコイ／Ｌ／
ｌｌと、ステーターコイＡ／１２と１１個の整流器１８
と抵抗１４とから構成した。

蓄電池２は起電力が１２Ｖ、容量４０アンペア時の鉛−
酸蓄電池である。

電圧調整部８は電気量測定部８１と演算部８２と８１ｉ
９ｂから構成した。演算部３２は割算器３２１゜オペレ
ージ胛ナルアンプ８２２．基準ｔｉＩＡ（Ａ＝１０５）
設定用基準電池３２３とから構成した。

調整部３８は、トランジスタ８８１．３３２ｋ。

ダイオード８８３，３３４と抵抗３８５とから構成した
。

また、上記各構成要素の結合は次のようである。

まず、蓄電池２の負端子２１は抵抗５００を介して接地
シ、正端子２１！、発１！４ｆｉ！１１７）端子１００
１こ、およびスイッチ６００．抵抗５０２．）ｆイオー
ド５０１を介して端子１０１に接続した。

さらに蓄電池の負端子２１は電圧調整部８の端子８０１
に、！ＩＦＥ調整部３の端子３０４は抵抗５０２似に とスイッチ６００接続し、端子３０２，３０８は。

そＶぞれ発電機１の端子１０２，１０３に接続した。

発電機ｌの端子１０４．電圧調整部８の端子８０５を接
地した。

また、蓄電池２の端子２２ｔこは、スイッチ６０１を介
して負荷４を接続し、該負荷４の他端子を接地した。

該負荷は電圧１２，８ポルト用の２００ワツトの電球で
ある。発電機ｌのローターには最高出力１００罵力のガ
ソリン用内燃機関（図示せず）を接続した。

次に１本実施例にかかる発電装置の動作トしついて説明
する。

内燃機関の始動トこ際し、蓄電池２から該内燃機開始動
用セルモーター（図示せず）１こ電力を供給するととも
に、スイッチ６００をオンにして、該内燃機関で発電機
１のローターを回転せしめる。

このとき、蓄電池２Ｆこは、抵抗５００を通じて接地側
から蓄電池に向けて電流が流ねる。このとき端子３０１
の電位は接地側に対して負となり、オンデンサ８１３偽
とから構成する充！電気量に対する積分器の積分値Ｃは
針＃長茎である乞零各。

上記両積分器の積分子［ＣおよびＤを割算器３２１に入
力し、出力として（Ｃ／Ｄ）を求め、比較器トランジス
タ８３２をオフに、　（１（Ｃ／Ｄ　）　Ｉ＞ＩＡＩで
あればオンンこ）する。すると、端子８０４からダイオ
ード３３４．抵ａ３３５．）ワンジスタ８３１のエミッ
タを通って端子８０５へ電流が流れて、トランジスタ３
３１はオンとなる。その結０５へと電流が流れて、ステ
ータコイ／ｌ／ｌ　ｌこは起電力が発生し、端子１００
，１０２）こ直流電圧が発生し、蓄電池を充電するとと
もトこ、ローターコイ／ｌ／１こも電流を流す。さらに
ヌイッチ６０１をオンにすると負荷４にも電力が供給さ
れる。

走用の積分器の積分値Ｃが増加する。そして蓄電となり
、トランジスタ８８１がオフとなる。その結果、ロータ
ーコイルに電流が流れなくなり５発電電圧は低下する。

そして、蓄電池から負荷［こ電力が供給される。蓄電池
の放電が進むと放電電気量に対する積分値りが増加して
、前述のように発電電圧が増加する。

をオン１こしてリセットした。

該発電装置を常温雰囲気で５時間、零下２０℃の雰囲気
で５時間、４０℃の雰囲気で５時間運転したのち、蓄電
池２を完全放電して蓄電電気量を調査した。

その結果・蓄電池の電気量は、運転前に調整した電気量
とほとんど変化せず、過充電ｅこも、充電不足にもなっ
ていなかった。

また、蓄電池の電解液量もほとんど減少していなかった
。

実施例２ 本実施例は、実施例１の電気量測定部Ｓ１と演算部Ｓ２
をディジタ〃信号用素子を使用して構成したものである
。第２図に電圧調整部８のみを抜き出してその回路構成
を示す。

この回路の動作状況を説明する。まず、蓄電池を流れる
電流の方向トこよって、端子３０１には正又は負の電圧
が印加される。すなわち、蓄電池が充電される場合府号
、該端子３０１には正の電圧が印加され、ダイオード３
５２丸を通してアナログ一ディジタル変換器８５１車で
、ディジタル信号とナル。一方、クロック３６０から一
定時間毎）ｍ一定数のディジタル信号を出し、これと上
記ディ合 ジタル信号を掛は算し、カウンター３５４４で計数する
。この計数値は、蓄電池の充電電気量Ｐこ比例した量Ｃ
を表わす。

また、蓄電池が放電状態１こある場合Ｆこは、端子３０
１の電圧は負となり、核負の電圧信号をダイオード８５
２Ｂを通じてアナログ−ディジタル変換器３５１ｔでデ
ィジタル信号となる６、該ディジタμ信号とクロック８
６０からのディジタル信号Ｂで計数する。この計数値は
放電電気量［こ比例した量りを表わす。

さら１こ、（Ｃ／Ｄ）を求めるためＥこ上記カウンタ′ り８５４Ａ、３５４Ｂの出力を割算器３５５トこ入力す
る。該割算器３５５の出力をディジタル−アナログ変換
器８δ６に入力し、アナログ信号に変換して、設定値Ａ
（＝１．２５）としての基準電圧３３１のベース電流を
流す。

なお、カウンター３５４Ａ、８５４Ｂの出力をクロック
３６０からの信号によって５秒間隔で割算器３５５）こ
供給し７次の信号供給までの間、一定値を保持するよう
Ｅこなっている。

また、カウンター８５４Ａ　、３５４Ｂのいずわかがオ
ーバーフローした場合には１両カウンターを同時にリセ
ットして積分値を零Ｆこするように構成した。

以上のような動作をする電圧調整器８を有する発電装置
を実施例１と同様の条件下で運転した。

上記運転の結果、蓄電池は過充電又は充電不足となるこ
となく、正常に充放電を繰返した。

不実施例では、電圧調整器８の積分回路をディジタＩし
回路で構成したために１Ｍ分回路の動作精度がよ（なり
５発電電圧の制御が安定する特徴を有する。

実施例８ 本実施例は実施例２の電圧調整部８Ｆこ９発電機の最高
発電電圧制限部３４および最低発電電圧制限部８５を設
けて、負荷Ｐこかかる電圧の変動を少なくしたものであ
る。

本実施例の回路溝底を第８図に示す。

本発電装置の電圧調整部８は電気量測定部８１および演
算部３２）こよる電圧調整機能の他１こ７発電電圧の最
高製圧および最低電圧を制限する機能をも有する。

最高発電電圧制限部３４はダイオード３４１．抵抗３４
２，３４３．ツェナダイオード３４４から構成し、蓄電
池からダイオード３４１．：ｂ＃５−抵抗該ツェナダイ
オード３４４は発電電圧を規制する素子である。

一方、最低発電電圧制限部３δはツェナダイオード３５
１．）ランシフタ８５２．８５３とからなり、ツェナダ
イオード３５１が、最低光！電圧を規制する。

さらに調整部８３Ａは、前記最高発電電圧制限部８４お
よび最低発電電圧制限部８５を設けたためトこ、実施例
１および２のものと若干変更した。該調整部！９８Ａは
ダイオード３８，９，３３１．抵抗３３５　、）ワンジ
スタ３３Ａｌ　、８３Ａ２　。

３３Ａ８から構成した。発電機が正常な電圧を発生して
いるときは、最高発電電圧制限部３４のツェナダイオー
ド３４４はオフの状態であるから。

÷ トランジスタ３８Ａはオフの状態である。一方。

ツェナダイオード８５１は導通の状態となり、トランジ
スタ８５８はオン、トランジスタ３５２はオフをなる。

その結果、調整部ＢＡＡは、トランジスタ８８Ａ２の状
態によってトランジスタ８３圧を制御する。

一方２発！電圧が規定電圧を越えると、ツェナダイオー
ド８４４が導通となり、トランジスタ３３Ａ３がオンと
なる。すると、トランジスタ３３Ａｌはオフとなってロ
ーターコイ／Ｌ／１１の電流を遮断し２発電電圧が低下
する。

また１発電電圧が規定以下１こなると、トランジスタ３
５３がオフ、トランジスタ８５２がオン、トランジスタ
３３Ａ８がオフとなる。その結果、トランジスタ、！Ｉ
Ｉ！３ＡＩがオンとなってローターコイルに電流が流れ
１発電電圧が高くなる。

以上のような動作をする発電装置を実施例１と同様の条
件下で運転したところ、実施例２と同様蓄電池は過充電
、充電不足もなく正常な状態にあった。

また、動作中負荷１こかかる電圧変動も実施例１および
２に比べて約半分以下にできた。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は５本発明の実施例を示し、第１図は実
施例１の回路図で、電圧調整部をアナログ信号で処理す
る例、第２図は実施例２の電圧調整部を示す回路図で１
回路の大部分をディジタル信号で処理する例、第８図は
実施例３の回路図で実施例２に発電電圧の最高、最低鉱
を制限する回路を付加した例である。 ■・・・整流器付発電機、２・・・蓄電池。 ３・・・　電圧調整部、　　４・・・負荷。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発電機と蓄電池と、該蓄電池の充電電圧を調整する電圧
   調整器とを有する発電装置において。 上記電圧調整器は、上記蓄電池の充電電気量および放電
   電気量を測定する電気量測定部と、（充電電気量／放電
   電気量）の値を計算し、読値を予め定めた設定値と比較
   する演算部と、該演算部からの信号により上記発電機の
   発電電圧を調整する調整部とからなることを特徴とする
   発電装置。