WO2014020689A1 - バッテリ充電装置、および、バッテリ充電方法 - Google Patents

Abstract

　バッテリ電圧調整回路は、単相交流発電機から出力された発電機端子の出力電圧が負の極性の場合において、制御回路は、ランプ端子のランプ電圧の実効値又は平均値である比較値が目標電圧未満のときには、第１のスイッチ素子をオンする。一方、出力電圧が正の極性の場合において、制御回路は、比較値が目標電圧よりも低い閾値電圧未満ときには、第３のスイッチ素子をオンし、バッテリのバッテリ電圧が規定電圧未満のときには、第２のスイッチ素子をオンする。

Description

バッテリ充電装置、および、バッテリ充電方法

　本発明は、バッテリ充電装置、および、バッテリ充電方法に関する発明である。

　従来、バイクなどのエンジンにより駆動される発電機の交流電圧出力を用いて、バッテリを充電するための電源と、ヘッドライト等のランプを点灯するための電源を供給するバッテリ充電装置がある。

　ここで、図５は、従来のバッテリ充電システム１０００Ａの構成の一例を示す図である。また、図６は、図５に示す従来のバッテリ充電装置１００Ａの動作波形の一例を示す図である。

　図５に示すように、従来のバッテリ充電システム１０００Ａに用いられるバッテリ充電装置１００Ａは、接地との間に単相交流発電機Ａのコイルが接続される発電機端子ＴＡと、接地との間にランプＬが接続されるランプ端子ＴＬと、接地との間にバッテリＢが接続されるバッテリ端子ＴＢと、接地に接続される接地端子ＴＥと、第１のサイリスタＳ１と、第２のサイリスタＳ２と、を有する（例えば、特許４５９７１９４号、特許４４８０８１７号参照。）。

　第２のサイリスタＳ２は、発電機端子ＴＡの出力電圧が正の極性の場合において、バッテリＢのバッテリ電圧が規定電圧未満のときには、オンする。これにより、単相交流発電機Ａの出力電圧の正側の成分がバッテリＢに供給され、バッテリＢが充電される（図６のＸ）。このとき、出力電圧は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴと第２のサイリスタＳ２の電圧ＶＴ_Ｓ２との和になる。

　また、第１のサイリスタＳ１は、発電機端子ＴＡの出力電圧が負の極性の場合において、ランプＬのランプ電圧の実効値（または平均電圧）が目標電圧よりも低いときにオンする。これにより、単相交流発電機Ａの出力電圧の負側の成分がランプＬに供給される（図６のＹ）。

　ここで、例えば、単相交流発電機Ａの発電電力がランプＬの消費電力に対して十分大きくない場合、ランプＬの負荷が増加すると、ランプ電圧の実効電圧（または平均電圧）が低下する。そして、バッテリＢの充電のために第２のサイリスタＳ２のオン時間が長くなると、第１のサイリスタＳ１を経由してランプＬへ電源を十分に供給することができなくなる。すなわち、ランプＬの明るさが低下することになる。

　このように、従来のバッテリ充電装置１００Ａでは、ランプＬの負荷の変動等により、ランプＬの明るさが低下する場合がある。

　本発明の一態様に係る実施例に従ったバッテリ充電装置は、
　単相交流発電機によるバッテリの充電およびランプの電源供給を制御するバッテリ充電装置であって、
　接地との間に前記単相交流発電機のコイルが接続される発電機端子と、
　前記接地との間に前記ランプが接続されるランプ端子と、
　前記接地との間に前記バッテリが接続されるバッテリ端子と、
　前記ランプ端子に第１ノードが接続され、前記発電機端子に第２ノードが接続された第１のスイッチ素子と、
　前記発電機端子に第１ノードが接続され、前記バッテリ端子に第２ノードが接続された第２のスイッチ素子と、
　前記発電機端子に第１ノードが接続され、前記ランプ端子に第２ノードが接続された第３のスイッチ素子と、
　前記第１から第３のスイッチ素子のゲートに信号を出力して前記第１から第３のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、を備え、
　前記単相交流発電機から出力された前記発電機端子の出力電圧が第１極性の場合において、
　前記制御回路は、前記ランプ端子のランプ電圧の実効値又は平均値である比較値が目標電圧未満のときには、前記第１のスイッチ素子をオンし、
　一方、前記出力電圧が第２極性の場合において、
　前記制御回路は、前記比較値が前記目標電圧よりも低い閾値電圧未満ときには、前記第３のスイッチ素子をオンし、前記バッテリのバッテリ電圧が規定電圧未満のときには、前記第２のスイッチ素子をオンする
　ことを特徴とする。

　前記バッテリ充電装置において、
　前記第１のスイッチ素子は、第１のサイリスタであり、
　前記第２のスイッチ素子は、第２のサイリスタであり、
　前記第３のスイッチ素子は、第３のサイリスタであるようにしてもよい。

　前記バッテリ充電装置において、
　前記出力電圧の前記第１極性は、前記出力電圧の負の極性であり、
　前記出力電圧の前記第２極性は、前記出力電圧の正の極性であり、
　前記第１から第３のサイリスタの前記第１ノードは、アノードであり、
　前記第１から第３のサイリスタの前記第２ノードは、カソードであり、
　前記出力電圧が前記第１極性の場合において、
　前記制御回路は、
　前記第２のサイリスタおよび前記第３のサイリスタをオフし、
　前記比較値が前記目標電圧未満のときには、前記第１のサイリスタをオンし、一方、前記比較値が前記目標電圧以上のときには、前記第１のサイリスタをオフし、
　前記出力電圧が前記第２極性の場合において、
　前記制御回路は、
　前記第１のサイリスタをオフし、
　前記比較値が前記閾値電圧未満ときには、前記第３のサイリスタをオンし、一方、前記比較値が前記閾値電圧以上のときには、前記第３のサイリスタをオフし、
　前記バッテリのバッテリ電圧が前記規定電圧未満のときには、前記第２のサイリスタをオンし、一方、前記バッテリのバッテリ電圧が前記規定電圧以上のときには、前記第２のサイリスタをオフする
　ようにしてもよい。

　前記バッテリ充電装置において、
　前記第３のサイリスタのサイズは、前記第１のサイリスタのサイズよりも小さくしてもよい。

　前記バッテリ充電装置において、
　前記制御回路は、
　前記ランプ端子のランプ電圧を検出し、検出された前記ランプ電圧の実効値又は平均値である前記比較値を演算し出力する演算回路と、
　前記閾値電圧を生成し出力する閾値電圧生成回路と、
　差分電圧を生成し、前記閾値電圧に前記差分電圧を加算することにより得られた前記目標電圧を出力する差分電圧生成回路と、
　前記演算回路が出力した前記比較値と前記差分電圧生成回路が出力した前記目標電圧とを比較した結果、および前記出力電圧の極性に応じて、前記第１のスイッチ素子のゲートに信号を出力する第１の比較回路と、
　前記演算回路が出力した前記比較値と前記閾値電圧生成回路が出力した前記閾値電圧とを比較した結果、および前記出力電圧の極性に応じて、前記第３のスイッチ素子のゲートに信号を出力する第２の比較回路と、を有するようにしてもよい。

　前記バッテリ充電装置において、
　前記出力電圧が前記第１極性の場合において、
　前記第１の比較回路は、前記比較値が前記目標電圧未満のときには、前記第１のスイッチ素子をオンするように前記第１のスイッチ素子のゲートに信号を出力し、一方、前記比較値が前記目標電圧以上のときには、前記第１のスイッチ素子をオフするように前記第１のスイッチ素子のゲートに信号を出力し、
　前記第２の比較回路は、前記第３のスイッチ素子をオフするように前記第３のスイッチ素子のゲートに信号を出力し、
　前記出力電圧が前記第２極性の場合において、
　前記第１の比較回路は、前記第１のスイッチ素子をオフするように前記第１のスイッチ素子のゲートに信号を出力し、　前記第２の比較回路は、前記比較値が前記閾値電圧未満ときには、前記第３のスイッチ素子をオンするように前記第３のスイッチ素子のゲートに信号を出力し、一方、前記比較値が前記閾値電圧以上のときには、前記第３のスイッチ素子をオフする前記第３のスイッチ素子のゲートに信号を出力するようにしてもよい。

　本発明の一態様に係る実施例に従ったバッテリ充電方法は、
　単相交流発電機によるバッテリの充電およびランプの電源供給を制御するバッテリ充電装置であって、接地との間に前記単相交流発電機のコイルが接続される発電機端子と、前記接地との間に前記ランプが接続されるランプ端子と、前記接地との間に前記バッテリが接続されるバッテリ端子と、前記ランプ端子に第１ノードが接続され、前記発電機端子に第２ノードが接続された第１のスイッチ素子と、前記発電機端子に第１ノードが接続され、前記バッテリ端子に第２ノードが接続された第２のスイッチ素子と、前記発電機端子に第１ノードが接続され、前記ランプ端子に第２ノードが接続された第３のスイッチ素子と、を備えたバッテリ充電装置によるバッテリ充電方法であって、
　前記単相交流発電機から出力された前記発電機端子の出力電圧が第１極性の場合において、
　前記ランプ端子のランプ電圧の実効値又は平均値である比較値が目標電圧未満のときには、前記第１のスイッチ素子をオンし、
　一方、前記出力電圧が第２極性の場合において、
　前記比較値が前記目標電圧よりも低い閾値電圧未満ときには、前記第３のスイッチ素子をオンし、前記バッテリのバッテリ電圧が規定電圧未満のときには、前記第２のスイッチ素子をオンすることを特徴とする。

　本発明の一態様に係るバッテリ充電装置は、単相交流発電機によるバッテリの充電およびランプの電源供給を制御する。このバッテリ充電装置は、接地との間に単相交流発電機のコイルが接続される発電機端子と、接地との間にランプが接続されるランプ端子と、接地との間にバッテリが接続されるバッテリ端子と、発電機端子にカソードが接続され、ランプ端子にアノードが接続された第１のサイリスタと、発電機端子にアノードが接続され、バッテリ端子にカソードが接続された第２のサイリスタと、発電機端子にアノードが接続され、ランプ端子にカソードが接続された第３のサイリスタと、第１から第３のサイリスタの動作を制御する制御回路と、を備える。

　そして、単相交流発電機から出力された発電機端子の出力電圧が負の極性の場合において、制御回路は、ランプ端子のランプ電圧の実効値又は平均値である比較値が目標電圧未満のときには、第１のサイリスタをオンする。一方、出力電圧が正の極性の場合において、制御回路は、比較値が目標電圧よりも低い閾値電圧未満ときには、第３のサイリスタをオンし、バッテリのバッテリ電圧が規定電圧未満のときには、第２のサイリスタをオンする。

　これにより、単相交流発電機の出力電圧の正側の成分がバッテリに供給され、バッテリが充電される。また、単相交流発電機の出力電圧の負側の成分がランプに供給される。さらに、ランプ電圧の実効値又は平均値が閾値電圧未満ときには、単相交流発電機の出力電圧の正側の成分の少なくとも一部がランプに補助的に供給される。

　したがって、例えば、ランプの負荷が変動してランプ電圧の実効値又は平均値が低下した場合等に、より速くランプ電圧の実効値又は平均値を目標電圧に近づけることができる。

　すなわち、本発明の一態様に係るバッテリ充電装置によれば、単相交流発電機により、バッテリを充電しつつ、ランプの明るさの低下を抑制することができる。

図１は、本発明の一態様である実施例１に係るバッテリ充電システム１０００の構成の一例を示す図である。 図２は、図１に示すバッテリ充電装置１００の動作波形の一例を示す波形図である。 図３は、バッテリＢが満充電の状態における、単相交流発電機Ａの回転数とランプ電圧の実効値との関係の一例を示す図である。 図４は、バッテリＢが充電されている（バッテリ電圧が規定電圧未満の）状態における、単相交流発電機Ａの回転数とランプ電圧の実効値との関係の一例を示す図である。 図５は、従来のバッテリ充電システム１０００Ａの構成の一例を示す図である。 図６は、図５に示す従来のバッテリ充電装置１００Ａの動作波形の一例を示す図である。

　以下、本発明に係る各実施例について図面に基づいて説明する。なお、以下では、サイリスタのアノードを第１ノード、サイリスタのカソードを第２ノードとし、単相交流発電機の出力電圧の負の極性を第１極性、単相交流発電機の出力電圧の正の極性を第２極性として説明する。

　しかし、サイリスタのアノードを第２ノード、サイリスタのカソードを第１ノードとし、単相交流発電機の出力電圧の負の極性を第２極性、単相交流発電機の出力電圧の正の極性を第１極性としても同様に説明される。

　図１は、本発明の一態様である実施例１に係るバッテリ充電システム１０００の構成の一例を示す図である。

　図１に示すように、バッテリ充電システム１０００は、バッテリＢと、負荷Ｒと、単相交流発電機Ａと、バッテリ充電装置１００と、を備える。

　単相交流発電機Ａは、一端が接地に接続され且つ他端がバッテリ充電装置１００の発電機端子ＴＡに接続されたコイルを、有する。

　この単相交流発電機Ａは、バッテリＢを充電するとともにランプＬを点灯するための交流電圧を発生し、出力端子からこの交流電圧を供給するようになっている。

　この単相交流発電機Ａは、例えば、バイクのエンジンに直結駆動されるオルタネータである。

　バッテリＢは、＋端子（正側）と－端子（負側）を有し、これらの端子を介して充放電可能になっている。なお、このバッテリＢの負側は、接地に接続され、バッテリＢの正側がバッテリ充電装置１００のバッテリ端子ＴＢに接続されている。このバッテリＢは、例えば、バイクのバッテリである。

　ランプＬは、一端が接地に接続され且つ他端がバッテリ充電装置１００のランプ端子ＴＬに接続されている。このランプＬは、例えば、バイクのヘッドライト、テールランプ等のランプである。この場合、ハイビーム等の動作により、ランプＬの負荷が変動（増加）する。

　負荷Ｒは、接地とバッテリ端子ＴＢとの間に接続されるようになっている。この負荷Ｒは、例えば、バイクにおいて電源を必要とする機器等の車両負荷である。

　また、バッテリ充電装置１００は、単相交流発電機Ａの出力端子から出力される交流電流を整流し、単相交流発電機ＡによるバッテリＢの充電およびランプＬの点灯（電源供給）を制御するようになっている。

　ここで、バッテリ充電装置１００は、図１に示すように、例えば、発電機端子ＴＡと、ランプ端子ＴＬと、バッテリ端子ＴＢと、接地端子ＴＥと、第１のサイリスタ（第１のスイッチ素子）Ｓ１と、第２のサイリスタ（第２のスイッチ素子）Ｓ２と、第３のサイリスタ（第３のスイッチ素子）Ｓ３と、制御回路ＣＯＮと、を有する。

　発電機端子ＴＡは、接地との間に単相交流発電機Ａのコイルが接続されるようになっている。

　ランプ端子ＴＬは、接地との間にランプＬが接続されるようになっている。

　バッテリ端子ＴＢは、接地との間にバッテリＢが接続されるようになっている。

　接地端子ＴＥは、接地に接続されるようになっている。

　第１のサイリスタＳ１は、ランプ端子ＴＬにアノード（第１ノード）が接続され、発電機端子ＴＡにカソード（第２ノード）が接続されている。

　この第１のサイリスタＳ１は、後述のように、発電機端子ＴＡの出力電圧が負の極性（第１極性）の場合において、ランプＬのランプ電圧の実効値または平均値である比較値が目標電圧よりも低いときにオンする。これにより、単相交流発電機Ａの出力電圧の負側の成分がランプＬに供給される。

　第２のサイリスタＳ２は、発電機端子ＴＡにアノード（第１ノード）が接続され、バッテリ端子ＴＢにカソード（第２ノード）が接続されている。

　ここで、この第２のサイリスタＳ２は、後述のように、発電機端子ＴＡの出力電圧が正の極性（第２極性）の場合において、バッテリＢのバッテリ電圧が規定電圧未満のときには、オンする。これにより、単相交流発電機Ａの出力電圧の正側の成分がバッテリＢに供給され、バッテリＢが充電される。

　また、第２のサイリスタＳ２は、出力電圧が正の極性の場合において、バッテリＢのバッテリ電圧が規定電圧以上のときには、オフする。これにより、バッテリＢが過充電されないようになっている。

　第３のサイリスタＳ３は、発電機端子ＴＡにアノード（第１ノード）が接続され、ランプ端子ＴＬにカソード（第２ノード）が接続されている。

　ここで、この第３のサイリスタＳ３は、後述のように、後述のように、発電機端子ＴＡの出力電圧が正の極性の場合において、ランプＬのランプ電圧の実効値または平均値である比較値が閾値電圧よりも低いときのみにオンする。これにより、単相交流発電機Ａの出力電圧の正側の成分がランプＬに供給される。すなわち、本来バッテリＢに供給すべき出力電圧の正側の成分の少なくとも一部が、ランプＬに供給される。

　このように、第３のサイリスタＳ３は、ランプ電圧の実効値または平均値が閾値電圧よりも低いとき、ランプ電圧の実効値または平均値を目標電圧に近づけるために、補助的な動作をするものである。したがって、第３のサイリスタＳ３の能力は、第１のサイリスタＳ１の能力よりも小さくてもよい。

　そこで、バッテリ充電装置１００の回路面積を小さくするために、例えば、第３のサイリスタＳ３のサイズは、第１のサイリスタＳ１のサイズよりも小さくなるように設定される。

　また、制御回路ＣＯＮは、各端子ＴＡ、ＴＬ、ＴＢ、ＴＥの電圧に基づいて、第１から第３のサイリスタＳ１、Ｓ２、Ｓ３のゲートに信号を出力することにより、第１から第３のサイリスタＳ１、Ｓ２、Ｓ３の動作を制御するようになっている。

　この制御回路ＣＯＮは、例えば、バッテリ端子ＴＢと接地端子ＴＥの電圧に基づいて、バッテリＢのバッテリ電圧を検出するようになっている。

　また、制御回路ＣＯＮは、例えば、ランプ端子ＴＬと接地端子ＴＥの電圧に基づいて、ランプ端子ＴＬのランプ電圧の実効値又は平均値である比較値を演算するようになっている。例えば、制御回路ＣＯＮは、ランプ端子ＴＬと接地端子ＴＥとの間の電位差の実効値又は平均値を演算し、この演算した値を比較値として出力する。

　また、制御回路ＣＯＮは、例えば、発電機端子ＴＡと接地端子ＴＥの電圧に基づいて、発電機端子ＴＡの電圧（単相交流発電機Ａの出力電圧）の極性を検出するようになっている。例えば、制御回路ＣＯＮは、発電機端子ＴＡと接地端子ＴＥとの電位関係から、発電機端子ＴＡの電圧（単相交流発電機Ａの出力電圧）の極性を検出する。

　ここで、図１に示すように、この制御回路ＣＯＮは、演算回路ＡＣと、閾値電圧生成回路ＴＶＧと、差分電圧生成回路ＤＶＧと、第１の比較回路Ｃ１と、第２の比較回路Ｃ２と、バッテリ電圧調整回路ＢＣと、を有する。

　演算回路ＡＣは、ランプ端子ＴＬのランプ電圧を検出し、検出されたランプ電圧の実効値又は平均値である比較値を演算し出力するようになっている。

　閾値電圧生成回路ＴＶＧは、閾値電圧を生成し出力するようになっている。

　差分電圧生成回路ＤＶＧは、差分電圧を生成し、閾値電圧にこの差分電圧を加算することにより得られた目標電圧を出力するようになっている。

　第１の比較回路Ｃ１は、演算回路ＡＣが出力した比較値と差分電圧生成回路ＤＶＧが出力した目標電圧とを比較した結果、および発電機端子ＴＡの電圧（単相交流発電機Ａの出力電圧）の極性に応じて、第１のサイリスタＳ１のゲートに信号を出力するようになっている。

　例えば、出力電圧が負の極性の場合において、第１の比較回路Ｃ１は、比較値が目標電圧未満のときには、第１のサイリスタＳ１をオンするように第１のサイリスタＳ１のゲートに信号を出力し、一方、比較値が目標電圧以上のときには、第１のサイリスタＳ１をオフするように第１のサイリスタＳ１のゲートに信号を出力する。

　また、出力電圧が正の極性の場合において、第１の比較回路Ｃ１は、第１のサイリスタＳ１をオフするように第１のサイリスタＳ１のゲートに信号を出力する。

　第２の比較回路Ｃ２は、演算回路ＡＣが出力した比較値と閾値電圧生成回路ＴＶＧが出力した閾値電圧とを比較した結果、および発電機端子ＴＡの電圧（単相交流発電機Ａの出力電圧）の極性に応じて、第３のサイリスタＳ３のゲートに信号を出力するようになっている。

　例えば、出力電圧が負の極性の場合において、第２の比較回路Ｃ２は、第３のサイリスタＳ３をオフするように第３のサイリスタＳ３のゲートに信号を出力する。

　また、出力電圧が正の極性の場合において、第２の比較回路Ｃ２は、比較値が閾値電圧未満ときには、第３のサイリスタＳ３をオンするように第３のサイリスタＳ３のゲートに信号を出力し、一方、比較値が閾値電圧以上のときには、第３のサイリスタＳ３をオフする第３のサイリスタＳ３のゲートに信号を出力する。

　バッテリ電圧調整回路ＢＣは、バッテリ電圧および発電機端子ＴＡの電圧（単相交流発電機Ａの出力電圧）の極性に応じて、第２のサイリスタＳ２のゲートに信号を出力するようになっている。

　例えば、出力電圧が負の極性の場合において、バッテリ電圧調整回路ＢＣは、第２のサイリスタＳ２をオフするように第２のサイリスタＳ２のゲートに信号を出力する。

　また、出力電圧が正の極性の場合において、バッテリ電圧調整回路ＢＣは、バッテリ電圧が規定電圧未満のときには、第２のサイリスタＳ２をオンするように第２のサイリスタＳ２のゲートに信号を出力し、一方、バッテリ電圧が規定電圧以上のときには、第２のサイリスタＳ２をオフするように第２のサイリスタＳ２のゲートに信号を出力する。

　次に、以上のような構成を有するバッテリ充電システム１０００におけるバッテリ充電装置１００によるバッテリ充電方法の一例について、説明する。

　ここで、図２は、図１に示すバッテリ充電装置１００の動作波形の一例を示す波形図である。なお、図２においては、一例として、比較値にランプ電圧の実効値を用いた場合を記載しているが、比較値がランプ電圧の平均値であってもよい。

　図２に示すように、単相交流発電機Ａから出力された発電機端子ＴＡの出力電圧が負の極性の場合（例えば、時刻ｔ０～ｔ２）において、制御回路ＣＯＮは、ランプ端子ＴＬのランプ電圧の実効値である比較値が目標電圧未満であるので（時刻ｔ０）、第１のサイリスタＳ１をオンする（時刻ｔ１～ｔ２）。

　これにより、単相交流発電機Ａの出力電圧の負側の成分がランプＬに供給される。

　なお、この出力電圧が負の極性の場合（時刻ｔ０～ｔ２）において、制御回路ＣＯＮは、第２のサイリスタＳ２および第３のサイリスタＳ３をオフしている（時刻ｔ０～ｔ２）。

　その後、出力電圧が正の極性の場合（例えば、時刻ｔ２～ｔ４）において、制御回路ＣＯＮは、ここでは図示していないがバッテリＢのバッテリ電圧が規定電圧未満であるので、第２のサイリスタＳ２をオンする（時刻ｔ３～ｔ４）。このとき、出力電圧は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴと第２のサイリスタＳ２の電圧ＶＴ_Ｓ２との和になる。

　これにより、単相交流発電機Ａの出力電圧の正側の成分がバッテリＢに供給され、バッテリＢが充電される。

　さらに、この出力電圧が正の極性の場合（時刻ｔ２～ｔ４）において、制御回路ＣＯＮは、比較値（実効値）が閾値電圧以上であるので（時刻ｔ２）、第３のサイリスタＳ３をオフする（時刻ｔ２～ｔ４）。

　なお、この出力電圧が正の極性の場合（時刻ｔ２～ｔ４）において、制御回路ＣＯＮは、第１のサイリスタＳ１をオフする。

　その後、出力電圧が負の極性の場合（例えば、時刻ｔ４～ｔ５）において、制御回路ＣＯＮは、比較値（実効値）が目標電圧未満であるので（時刻ｔ４）には、第１のサイリスタＳ１をオンする（時刻ｔ４～ｔ５）。

　これにより、単相交流発電機Ａの出力電圧の負側の成分がランプＬに供給される。

　なお、この出力電圧が負の極性の場合において、制御回路ＣＯＮは、第２のサイリスタＳ２および第３のサイリスタＳ３をオフしている（時刻ｔ４～ｔ５）。

　その後、出力電圧が正の極性の場合（例えば、時刻ｔ５～ｔ８）において、制御回路ＣＯＮは、ここでは図示していないがバッテリＢのバッテリ電圧が規定電圧未満であるので、第２のサイリスタＳ２をオンする（時刻ｔ６～ｔ８）。

　これにより、単相交流発電機Ａの出力電圧の正側の成分がバッテリＢに供給され、バッテリＢが充電される。

　さらに、この出力電圧が正の極性の場合（時刻ｔ５～ｔ８）において、制御回路ＣＯＮは、比較値（実効値）が閾値電圧未満であるので（時刻ｔ５）、第３のサイリスタＳ３をオンする（時刻ｔ７～ｔ８）。

　これにより、単相交流発電機Ａの出力電圧の正側の成分がランプＬに供給される。結果として、ランプ電圧の実効値を目標電圧により近づけることができる。

　なお、この出力電圧が正の極性の場合（時刻ｔ５～ｔ８）において、制御回路ＣＯＮは、第１のサイリスタＳ１をオフする。

　なお、図２の例では図示していないが、出力電圧が正の極性の場合において、制御回路ＣＯＮは、バッテリＢのバッテリ電圧が規定電圧以上のときには、第２のサイリスタＳ２をオフする。これにより、バッテリＢが過充電されない。

　以降、バッテリ充電装置１００は同様の動作を繰り返すことにより、バッテリＢを規定電圧に充電しつつ、ランプ電圧の実効値または平均値を目標電圧近傍により近づけた状態に維持する。

　ここで、図３は、バッテリＢが満充電の状態における、単相交流発電機Ａの回転数とランプ電圧の実効値との関係の一例を示す図である。また、図４は、バッテリＢが充電されている（バッテリ電圧が規定電圧未満の）状態における、単相交流発電機Ａの回転数とランプ電圧の実効値との関係の一例を示す図である。

　図３、図４に示すように、従来のバッテリ充電装置１００Ａでは、単相交流発電機Ａの回転数が上昇して第１のサイリスタＳ１をオンする期間が短くなると、ランプ電圧の実効値が低下してしまう。

　このランプ電圧の実効値が低下する傾向は、ランプＬの消費電力が大きくなると、顕著になる。さらに、バッテリ電圧が規定電圧未満であり、第２のサイリスタＳ２がオンする期間が長くなる場合（図４）、この傾向は顕著になる。

　一方、実施例に係るバッテリ充電装置１００では、単相交流発電機Ａの回転数が上昇して第１のサイリスタＳ１をオンする期間が短くなっても、第３のサイリスタＳ３によりランプＬに電源を補助的に供給できるため、ランプ電圧の実効値はほとんど低下しない（図３、図４）。

　このように、実施例に係るバッテリ充電装置では、例えば、単相交流発電機Ａの発電電力がランプＬの消費電力に対して十分でなない場合でも、ランプ電圧の実効値の低下を抑制することができるといえる。

　以上のように、本発明の一態様に係るバッテリ充電装置は、単相交流発電機によるバッテリの充電およびランプの電源供給を制御する。このバッテリ充電装置は、接地との間に単相交流発電機のコイルが接続される発電機端子と、接地との間にランプが接続されるランプ端子と、接地との間にバッテリが接続されるバッテリ端子と、発電機端子にカソードが接続され、ランプ端子にアノードが接続された第１のサイリスタと、発電機端子にアノードが接続され、バッテリ端子にカソードが接続された第２のサイリスタと、発電機端子にアノードが接続され、ランプ端子にカソードが接続された第３のサイリスタと、第１から第３のサイリスタの動作を制御する制御回路と、を備える。

　そして、単相交流発電機から出力された発電機端子の出力電圧が負の極性の場合において、制御回路は、ランプ端子のランプ電圧の実効値又は平均値である比較値が目標電圧未満のときには、第１のサイリスタをオンする。一方、出力電圧が正の極性の場合において、制御回路は、比較値が目標電圧よりも低い閾値電圧未満ときには、第３のサイリスタをオンし、バッテリのバッテリ電圧が規定電圧未満のときには、第２のサイリスタをオンする。

　これにより、単相交流発電機の出力電圧の正側の成分がバッテリに供給され、バッテリが充電される。単相交流発電機の出力電圧の負側の成分がランプに供給される。さらに、ランプ電圧の実効値又は平均値が閾値電圧未満ときには、単相交流発電機の出力電圧の正側の成分の少なくとも一部がランプに補助的に供給される。

　したがって、例えば、ランプの負荷が変動してランプ電圧が低下した場合に、より速くランプ電圧を目標電圧に近づけることができる。

　すなわち、本発明の一態様に係るバッテリ充電装置によれば、単相交流発電機により、バッテリを充電しつつ、ランプの明るさの低下を抑制することができる。

　なお、実施例は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。

　また、既述のように、実施例では、サイリスタのアノードを第１ノード、サイリスタのカソードを第２ノードとし、単相交流発電機の出力電圧の負の極性を第１極性、単相交流発電機の出力電圧の正の極性を第２極性として説明した。

　すなわち、実施例では、出力電圧の負側の成分でランプに電源供給し、出力電圧の正側の成分でバッテリを充電しつつ補助的にランプに電源供給する場合について説明した。

　しかし、サイリスタのアノードを第２ノード、サイリスタのカソードを第１ノードとし、単相交流発電機の出力電圧の負の極性を第２極性、単相交流発電機の出力電圧の正の極性を第１極性としてよい。

　すなわち、出力電圧の正側の成分でランプに電源供給し、出力電圧の負側の成分でバッテリを充電しつつ補助的にランプに電源供給するようにしてもよい。

　また、実施例では、スイッチ素子をとしてサイリスタを選択した場合について説明したが、スイッチ素子としてＭＯＳトランジスタを選択するようにしてもよい。

Claims (7)

1. 　単相交流発電機によるバッテリの充電およびランプの電源供給を制御するバッテリ充電装置であって、
   　接地との間に前記単相交流発電機のコイルが接続される発電機端子と、
   　前記接地との間に前記ランプが接続されるランプ端子と、
   　前記接地との間に前記バッテリが接続されるバッテリ端子と、
   　前記ランプ端子に第１ノードが接続され、前記発電機端子に第２ノードが接続された第１のスイッチ素子と、
   　前記発電機端子に第１ノードが接続され、前記バッテリ端子に第２ノードが接続された第２のスイッチ素子と、
   　前記発電機端子に第１ノードが接続され、前記ランプ端子に第２ノードが接続された第３のスイッチ素子と、
   　前記第１から第３のスイッチ素子のゲートに信号を出力して前記第１から第３のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、を備え、
   　前記単相交流発電機から出力された前記発電機端子の出力電圧が第１極性の場合において、
   　前記制御回路は、前記ランプ端子のランプ電圧の実効値又は平均値である比較値が目標電圧未満のときには、前記第１のスイッチ素子をオンし、
   　一方、前記出力電圧が第２極性の場合において、
   　前記制御回路は、前記比較値が前記目標電圧よりも低い閾値電圧未満ときには、前記第３のスイッチ素子をオンし、前記バッテリのバッテリ電圧が規定電圧未満のときには、前記第２のスイッチ素子をオンする
   　ことを特徴とするバッテリ充電装置。
2. 　前記第１のスイッチ素子は、第１のサイリスタであり、
   　前記第２のスイッチ素子は、第２のサイリスタであり、
   　前記第３のスイッチ素子は、第３のサイリスタであ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。
3. 　前記出力電圧の前記第１極性は、前記出力電圧の負の極性であり、
   　前記出力電圧の前記第２極性は、前記出力電圧の正の極性であり、
   　前記第１から第３のサイリスタの前記第１ノードは、アノードであり、
   　前記第１から第３のサイリスタの前記第２ノードは、カソードであり、
   　前記出力電圧が前記第１極性の場合において、
   　前記制御回路は、
   　前記第２のサイリスタおよび前記第３のサイリスタをオフし、
   　前記比較値が前記目標電圧未満のときには、前記第１のサイリスタをオンし、一方、前記比較値が前記目標電圧以上のときには、前記第１のサイリスタをオフし、
   　前記出力電圧が前記第２極性の場合において、
   　前記制御回路は、
   　前記第１のサイリスタをオフし、
   　前記比較値が前記閾値電圧未満ときには、前記第３のサイリスタをオンし、一方、前記比較値が前記閾値電圧以上のときには、前記第３のサイリスタをオフし、
   　前記バッテリのバッテリ電圧が前記規定電圧未満のときには、前記第２のサイリスタをオンし、一方、前記バッテリのバッテリ電圧が前記規定電圧以上のときには、前記第２のサイリスタをオフする
   　ことを特徴とする請求項２に記載のバッテリ充電装置。
4. 　前記第３のサイリスタのサイズは、前記第１のサイリスタのサイズよりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のバッテリ充電装置。
5. 　前記制御回路は、
   　前記ランプ端子のランプ電圧を検出し、検出された前記ランプ電圧の実効値又は平均値である前記比較値を演算し出力する演算回路と、
   　前記閾値電圧を生成し出力する閾値電圧生成回路と、
   　差分電圧を生成し、前記閾値電圧に前記差分電圧を加算することにより得られた前記目標電圧を出力する差分電圧生成回路と、
   　前記演算回路が出力した前記比較値と前記差分電圧生成回路が出力した前記目標電圧とを比較した結果、および前記出力電圧の極性に応じて、前記第１のスイッチ素子のゲートに信号を出力する第１の比較回路と、
   　前記演算回路が出力した前記比較値と前記閾値電圧生成回路が出力した前記閾値電圧とを比較した結果、および前記出力電圧の極性に応じて、前記第３のスイッチ素子のゲートに信号を出力する第２の比較回路と、を有する
   　ことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ充電装置。
6. 　前記出力電圧が前記第１極性の場合において、
   　前記第１の比較回路は、前記比較値が前記目標電圧未満のときには、前記第１のスイッチ素子をオンするように前記第１のスイッチ素子のゲートに信号を出力し、一方、前記比較値が前記目標電圧以上のときには、前記第１のスイッチ素子をオフするように前記第１のスイッチ素子のゲートに信号を出力し、
   　前記第２の比較回路は、前記第３のスイッチ素子をオフするように前記第３のスイッチ素子のゲートに信号を出力し、
   　前記出力電圧が前記第２極性の場合において、
   　前記第１の比較回路は、前記第１のスイッチ素子をオフするように前記第１のスイッチ素子のゲートに信号を出力し、
   　前記第２の比較回路は、前記比較値が前記閾値電圧未満ときには、前記第３のスイッチ素子をオンするように前記第３のスイッチ素子のゲートに信号を出力し、一方、前記比較値が前記閾値電圧以上のときには、前記第３のスイッチ素子をオフする前記第３のスイッチ素子のゲートに信号を出力する
   　ことを特徴とする請求項５に記載のバッテリ充電装置。
7. 　単相交流発電機によるバッテリの充電およびランプの電源供給を制御するバッテリ充電装置であって、接地との間に前記単相交流発電機のコイルが接続される発電機端子と、前記接地との間に前記ランプが接続されるランプ端子と、前記接地との間に前記バッテリが接続されるバッテリ端子と、前記ランプ端子に第１ノードが接続され、前記発電機端子に第２ノードが接続された第１のスイッチ素子と、前記発電機端子に第１ノードが接続され、前記バッテリ端子に第２ノードが接続された第２のスイッチ素子と、前記発電機端子に第１ノードが接続され、前記ランプ端子に第２ノードが接続された第３のスイッチ素子と、を備えたバッテリ充電装置によるバッテリ充電方法であって、
   　前記単相交流発電機から出力された前記発電機端子の出力電圧が第１極性の場合において、
   　前記ランプ端子のランプ電圧の実効値又は平均値である比較値が目標電圧未満のときには、前記第１のスイッチ素子をオンし、
   　一方、前記出力電圧が第２極性の場合において、
   　前記比較値が前記目標電圧よりも低い閾値電圧未満ときには、前記第３のスイッチ素子をオンし、前記バッテリのバッテリ電圧が規定電圧未満のときには、前記第２のスイッチ素子をオンする
   　ことを特徴とするバッテリ充電方法。

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