JPS59169337A - 充電発電装置 - 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】 本発明は特に広範囲な回転数領域で使用される充電発電
装置に関する。

この種の充電発電装置として従来からよく知られている
ものに自動車用充電発電装置がある（昭和５６年４月１
５日ＣＱ出版社発行「実用電子回路ハンドブック２ＪＰ
４１６参照）。

この自動車用充電発電装置として一般に用いられている
ものを第１図面の簡単な説明する。

図において、１はバッテリ、２は交流同期発電機の固定
子となる電機子の電機子巻線、３は６個のダイオード３
ａ〜３ｆからなシミ様子巻線２に発生した交流を直流に
変換する整流回路、４はエンジン出力軸に連結されて回
転する交流同期発電機の回転子となる界磁の界磁巻線、
５はバッテリ端子電圧に応じて発電機の発電量を増減し
バッテリ端子電圧を一定に保持する電圧調整装置である
。

この充電発電装置の動作は、イグニッションスイッチ（
図示せず）をオンすると界磁巻線４に電流が流れる。こ
の状態で回転子が回転すると電機子巻線２に交流出力が
発生し、整流回路３で直流電流に変換されてバッテリ１
に充電されバッテリ１の端子電圧が上昇する。

そして、自動車の電気系統においてはある一定電圧に保
つ必要があるため、電圧調整装置５０作川用より、バッ
テリ端子電圧が高くなると界磁巻線４に流れる電流を減
少させて発電機出力を下げ、逆にバッテリ端子電圧が低
くなると界磁巻線４の電流を増大させて発電機出力を上
げるようにしている。

即ち、バッテリ端子電圧が上昇すると電圧調整装置５の
Ｐ点の電圧も上昇し、このＰ点の電圧がツェナダイオー
ド６ａのブレークオーバ電圧にダイオード６ｂ、６ｃの
順方向電圧を加えた値を越えるとツェナダイオード６ａ
及びダイオード６ｂ。

６ｃが導通しトランジスタ７力戸オンとなシトランジス
タフ向９はオフとなって界磁巻線４の電流が零になると
する。この時、界磁巻線４に逆起電力が発生しダイオー
ド１０を介して電流が流れるが徐々に減少していき、こ
れに伴なって発電機出力も減少する。逆に、バッテリ端
子電圧が低くなると、ツェナダイオード６ａが非導通と
なシトランジスタフがオフ、トランジスタ８，９がオン
となって界磁巻線４のインダクタンスによシミ流が徐為
に増加し発電機出力も増大する。このようにして、この
充電発電装置ではバッテリ１の端子電圧を一定に保って
充電するようになっている。

ところが、このような自動車用充電発電装置の場合、一
般の発電機のように発電機に発生し得る出力が発電機の
回転数に略比例するものではなく、その出力特性は第２
図中曲線Ａに示すようになっている。尚、直線Ｂは一般
発電機の場合を示す。

これは、発電機の出力電圧を一定に保つようになってお
シ、壕だ発電機の発生起電力がバッテリ端子電圧以下の
場合、言い換えれば発電機の回転数がある回転数以下の
場合にはバッテリ１への出力を得ることができないだめ
である。従って、この充電発電装置では、ある回転数（
第１図中Ｎｌで示す）のときのみその回転数における最
大出力能力に相当する出力を発生することができ、他の
回転数ではその回転数における最大出力能力以下の出力
しか発生ずることができない。

このため巻線の数を減らしたシ出力電圧を上げたシして
最大出力能力の得られる回転数Ｎ１を高くすれば、発電
装置の最大出力が増加し、同時に効率も向上するが、こ
うすると低回転領域での出力が低下し充電可能な回転数
領域が狭くなってしまい、自動車用として使用する場合
には不具合が生じる。従って、従来のものは止むを得ず
最大出力、効率は落ちても巻線数を多くして前記回転数
Ｎ！を低くして低回転時の出力を確保するようにしてい
た。

本発明は上記の実情に鑑みてなされたもので、バッテリ
充電用発電機及び電圧調整手段に加え、発電機の出力端
子間にバッテリと並列に接続され出力端子間を断続する
スイッチング手段と、スイッチング手段の作動を制御す
る制御手段と、バッテリから発電機及びスイッチング手
段方向への電流の流れをｌ＜ｌ’ｌ止する逆流防止手段
とを設けて４ず♂成し、発電機の発生電圧がバッテリ端
子電圧よりも低い時でもバッテリへの充電を可能とする
ことによシ、出力及び効率の高い充電発電装置を提供す
ることを目的とする。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。尚、従来と同一要素には同一符号を付して説明を省略
する。

第３図は本発明の１実施例を示す回路図である。

図中、１はバッテリ、２は電機子巻線、３は整流回路、
４は界磁巻線、５は電圧調整装置で、バッテリ端子電圧
をある設定値（例えば１４Ｖ）以下に制御するものであ
る。

３０は発電機の発生電圧に基づくバッテリ１の充電電圧
に応じたデユーティ比のパルスを発生し後述するスイッ
チング手段としてのトランジスタ２５をオン・オフ制御
する制御手段としての制御パルス発生装置であり、次の
ように構成されている。

１１は三角波発生回路、１２．Ｉ３はオープンコレクタ
出力のコンパレータで、コンノくレータ１２は三角波発
生回路１１の出力と図中ａ点の電圧を比較し、三角波発
生回路１１の方が高い時に°°Ｈ″レベルを出力する。

壕だ、コンパレータ１３は図中す点と０点の電圧を比較
しｂ点の方が高い時にＩＩ　ＨＩＩレベルを出力する。

そして、図中ｄ点の電圧がある設定値ＥＩＶ（例えば１
２．５Ｖ）のときに前記す点と０点のそれぞれの電圧が
等しくなるように抵抗１４．１５を設定しである。０点
の電圧は抵抗１６とツェナダイオード１７．！ニーで設
定しておシ、この電圧はバッテリ端子電圧が多少変化し
てもほとんど変化しない。また、ダイオード１８とコン
デンサ１９はトランジスタ２５のオン・オフ動作に伴な
ってバッテリ端子電圧が変動してもこのオン・オフ周期
内ではｄ点電圧を変動させずにバッテリ端子電圧の尖頭
値に相当する電圧に維持するためのものである。２０は
コンデンサ２１を充電するだめの抵抗、２２はａ点電圧
が一定電圧よシも下がらないようにするだめのプルアッ
プ抵抗、２３，２４（ｒｉそれぞれコンパレータ１２゜
１３のプルアップ抵抗であり、これら三角波発生装置１
１からプルアップ抵抗２４までで制御パルス発生装置３
０が構成されている。２５．２６はトランジスタで、ト
ランジスタ２５は前述したスイッチング手段を構成する
もので、発電機の出力端子間を断続させる。また、トラ
ンジスタ２６は前記トランジスタ２５のドライブ用であ
シ、制御パルス発生装置３０の出力端にベースが接続す
る。

抵抗２７はスイッチング時間を短縮するためのものであ
る。

また、ダイオード２８はトランジスタ２５がオン状態の
時にバッテリ１からトランジスタ２５の方向への電流の
流れを阻止する逆流防止手段としてのものである。

次に作用を説明する。

この充電発電装置では、発電機の回転数が低い領域では
制御パルス発生装置３０が動作し、前記回転数が高い領
域では電圧調整装置５が動作する。

また、これらの中間の回転数領域では両装置３０゜５が
動作しない。そして、電圧調整装置５が動作しない状態
は界磁巻線４に流れる電流が最大（バッテリ電圧を界磁
巻Ｉｔｉｉ４の直流抵抗で除した値）の状態である。

以下に制御パルス発生装置３０が動作する領域、即ちバ
ッテリ端子電圧よシ発電機の発生電圧が低い場合の作用
を説明する。

今、例えばａ点の電圧が６ｖだとする。一方、三角波発
生回路１１は常に一定の周波数で、かつ尖頭電圧値があ
る設定値（例えば９Ｖ）に設定された第４図に示すよう
な三角波を出力している。

従って、三角波発生回路１１の出方が６ｖを超えた時か
ら６ｖ以下になるまでの間コンパレータ１２の出力が″
Ｈ＃レベルとなるのでｅ点の電圧波形は第５図に示すよ
うになる。このｅ点電圧が高い時にはトランジスタ２５
．２６はオンとなり、低い時にはオフとなるので、トラ
ンジスタ２５はｅ点の電圧波形に基づき一定時間内でオ
ン・オフ動作する。このトランジスタ２５がオンするト
、発電機出力が短絡され短絡電流が流れる。このとき、
電機子巻線２のインダクタンスにょシミ流は徐々に増え
ていく。次にトランジスタ２５がオフとなると、短絡電
流の通路が遮断されるが、巻線のインダクタンスがある
ため、電流は急に零となることはできず、この電流が、
ダイオード２８を通してバッテリ１へ充電される。バッ
テリ端子電圧（７１：第６図に示すようなものとなる。

この充電作用によシバソテリ端子電圧の尖頭値は第６図
中のＥ　ｘｎａｘで与えられ、ｄ点電圧がＥｍａｘから
ダイオード１８の順方向電圧降下分を引いた値で与えら
れる。そして、Ｅｍａｘがある値を超えてｄ点電圧がＥ
ＩＶ（例えば１２．５Ｖ）より高くなるとｂ点電圧が０
点電圧よシ高くなり、コンパレータ１３の出力がＩＬ　
Ｈ”レベルとなりａ点を圧が上昇する。ａ点電圧が上昇
すればトランジスタ２５０オン時間が短くなシ、短絡電
流があまり増加しない間にオフとなってしまうので、充
電電流は小さくな９、Ｅｍａｘが低下する。Ｅｒｎ　ａ
ｘが低下しコンパレータ１３の出力がＩＩ　Ｉ、　７ル
ベルトナシａ点電圧が降下すればトランジスタ２５のオ
ン時間が長くなってＥｍａｘが上昇する。このようにし
てＥｍａ　ｘはある設定値（例えば１３．０〜１３．５
Ｖ程度）に制御される。その後、発電機の回転数が上昇
し、トランジスタ２５のオン時間が零であってもＥｍａ
ｘが前記設定値を超えてしまうようになった時にはトラ
ンジスタ２５はそのままオフ状態を維持する。この状態
は制御パルス発生装置３゜の作用がなくても充電可能な
状態である。

更に、発電機の回転数が上昇し、発電機の発生電圧が電
圧調整装置５の設定値を籟えるような状態になると、電
圧調整装置５が従来同様に動作して界磁巻線４の電流を
増減しバッテリ端子電圧が一定となるように制御される
。

このようにして、本実施例では、発電機の低回転領域か
らでも充電が行なえるので、発電機の巻線数を減らして
最大出力及び効率を高めることができると共に、発電機
を小型化できる。

次に第７図に別の実施例を示す。尚、前記実施例と同一
要素には同一符号を付して説明を省略する。

本実施例のものは前述の実施例と制御パルス発生装置の
構成が異なっている。

本実施例の制御パルス発生装置４０は、電機子巻線２に
発生する交流出力を入力として発電機回転数に比例した
周波数のパルスを発生するコンパレータ３１と、このコ
ンパレータ３１からの出力パルスの周波数に応じた電圧
値を出力するＦ／Ｖ変換器３２と、三角波発生回路１１
と、Ｆ／Ｖ変換器３２と三角波発生回路１１とのそれぞ
れの出力を比較し三角波発生回路１１の出力が高い時に
″Ｈ＃レベルを出力するコンパレータ３３とによシ構成
されている。

この構成によシ、発電機の回転数をＮとすると、トラン
ジスタ２５．２６は１−Ｎ−のデユーティ比Ｏ でオン・オフされる。ここで、前記Ｎｏは設定回転数を
示すもので、発電機の回転数Ｎがこの回転数ＮＯを超え
るとトランジスタ２５．２６はオフ状態に維持され、更
に上昇すると電圧調整装置５が動作して界磁電流を制御
しバッテリ端子電圧を一定に保つ。この実施例では、バ
ッテリ１に接続される負荷の大小に関係なく、制御パル
ス発生装置４０のパルス出力のデユーティ比は一定とな
る。

以上述べたように本発明によれば、発電機の発生電圧が
バッテリ端子電圧よシも低くなる発電機の低回転数領域
でも充電が可能となるので、この低回転数領域での発電
機性能を損なうことなく発電機の巻線数を減少させて最
大出力及び効率を向上でき、そして発電機を小型かつ軽
量にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の回路図、第２図は従来装置の出力特
性図、第３図は本発明の１実施例を示す回路図、第４図
は同上実施例の三角波発生回路の出力波形図、第５図は
同上実施例の制御ノくルス発生装置のｅ点電圧波形図、
第６図は制御ノ（ルス発生装置の出力状態に対応する）
くツテリ端子電圧変化を示す図、第７図は本発明の別の
実施例を示す回路図である。 １・・・バッテリ　　２・・・電機子巻線　　３・・・
整流回路　　４・・・界磁巻線　　５・・・電圧調整装
置３０．４０・・・制御パルス発生装置　　２５・・・
トランジスタ　　２８・・・逆流防止用ダイオード特　
許　出　願　人　日産自動車株式会社代理人弁理士笹　
島　富二雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. バッテリを充電する発電機と、前記バッテリ端子電圧に
   応じて前記発電機の発電量を増減しバッテリ端子電圧を
   一定に保持させる電圧調整手段と、前記発電機の出力端
   子間に前記バッテリと並列に接続され当該出力端子間を
   断続するスイッチング手段と、前記スイッチング手段の
   作動を制御する制御手段と、前記バッテリから発電機及
   びスイッチング手段方向への電流の流れを阻止する逆流
   防止手段とを備えたことを特徴とする充電発電装置。