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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6248023
(24)【登録日】2017年11月24日
(45)【発行日】2017年12月13日
(54)【発明の名称】バッテリ充電装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/12 20060101AFI20171204BHJP
H02J 7/14 20060101ALI20171204BHJP
H02P 9/04 20060101ALI20171204BHJP
【ＦＩ】
H02M7/12 G
H02J7/14 P
H02P9/04 M
【請求項の数】8
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2014-217303(P2014-217303)
(22)【出願日】2014年10月24日
(65)【公開番号】特開2016-86515(P2016-86515A)
(43)【公開日】2016年5月19日
【審査請求日】2017年1月24日
(73)【特許権者】
【識別番号】000001340
【氏名又は名称】マーレエレクトリックドライブズジャパン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100064469
【弁理士】
【氏名又は名称】菊池 新一
(74)【代理人】
【識別番号】100099612
【弁理士】
【氏名又は名称】菊池 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100073450
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 英俊
(72)【発明者】
【氏名】勝間田 昴
(72)【発明者】
【氏名】村松 秀一
(72)【発明者】
【氏名】浅利 真樹
(72)【発明者】
【氏名】玉川 智也
(72)【発明者】
【氏名】植木 昭成
【審査官】
麻生 哲朗
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００５−１９８４２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
実開昭６３−１７２２４１（ＪＰ，Ｕ）
【文献】
米国特許第３９３６７２３（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０２Ｍ ７／１２
Ｈ０２Ｊ ７／１４
Ｈ０２Ｐ ９／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
三相交流発電機と、上辺及び下辺の一方及び他方がそれぞれサイリスタ及びダイオードからなるレグを三相分有する混合ブリッジ回路からなっていて前記三相交流発電機の出力を整流してバッテリに供給するフルブリッジ型の制御整流回路と、前記制御整流回路の三相のレグにそれぞれ設けられている三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を前記バッテリの端子電圧に応じて制御するコントローラとを備えたバッテリ充電装置において、
前記コントローラは、前記バッテリの端子電圧が設定電圧以下であることが検出されたときに前記三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、前記バッテリの端子電圧が前記設定電圧を超えたことが検出されたときには、該バッテリの端子電圧が前記設定電圧を超えた後一定のトリガ停止猶予期間が経過した時に前記三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止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。
前記コントローラは、前記バッテリの端子電圧が設定電圧以下であることが検出されたときに前記三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、前記バッテリの端子電圧が前記設定電圧を超えたことが検出されたときには、該バッテリの端子電圧が前記設定電圧を超えた後一定のトリガ停止猶予期間が経過した時に前記三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止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。
【請求項2】
三相交流発電機と、上辺及び下辺の一方及び他方がそれぞれサイリスタ及びダイオードからなるレグを三相分有する混合ブリッジ回路からなっていて前記三相交流発電機の出力を整流してバッテリに供給するフルブリッジ型の制御整流回路と、前記制御整流回路の三相のレグにそれぞれ設けられている三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を前記バッテリの端子電圧に応じて制御するコントローラとを備えたバッテリ充電装置において、
前記コントローラは、
前記バッテリの端子電圧を検出するバッテリ電圧検出回路と、
前記バッテリ電圧検出回路により検出されたバッテリの端子電圧が設定電圧以下であるときにトリガ指令信号を発生し、前記バッテリ電圧検出回路により検出されたバッテリの端子電圧が前記設定電圧を超えたときに前記トリガ指令信号を消滅させるトリガ指令発生手段と、
前記トリガ指令発生手段がトリガ指令信号を発生したときに前記三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、前記トリガ指令信号が消滅したときには、一定のトリガ停止猶予期間が経過するのを待ってから前記三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するように構成されたタイマ機能付サイリスタトリガ回路と、
を備えていることを特徴とするバッテリ充電装置。
前記コントローラは、
前記バッテリの端子電圧を検出するバッテリ電圧検出回路と、
前記バッテリ電圧検出回路により検出されたバッテリの端子電圧が設定電圧以下であるときにトリガ指令信号を発生し、前記バッテリ電圧検出回路により検出されたバッテリの端子電圧が前記設定電圧を超えたときに前記トリガ指令信号を消滅させるトリガ指令発生手段と、
前記トリガ指令発生手段がトリガ指令信号を発生したときに前記三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、前記トリガ指令信号が消滅したときには、一定のトリガ停止猶予期間が経過するのを待ってから前記三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するように構成されたタイマ機能付サイリスタトリガ回路と、
を備えていることを特徴とするバッテリ充電装置。
【請求項3】
前記タイマ機能付サイリスタトリガ回路は、
前記三相のサイリスタのそれぞれのゲートカソード間に限流素子を通して並列に接続されて、前記トリガ指令信号が発生した時に該トリガ指令信号により放電阻止用ダイオードを通して充電されるタイマコンデンサを備え、
前記トリガ指令信号が消滅したときに前記タイマコンデンサに蓄積された電荷が前記限流素子と各サイリスタのゲートカソード間とを通して一定の時定数で放電することにより各サイリスタのゲートカソード間を通して閾値以上の電流が流れる期間が前記トリガ停止猶予期間となるように構成されていること、
を特徴とする請求項２に記載のバッテリ充電装置。
前記三相のサイリスタのそれぞれのゲートカソード間に限流素子を通して並列に接続されて、前記トリガ指令信号が発生した時に該トリガ指令信号により放電阻止用ダイオードを通して充電されるタイマコンデンサを備え、
前記トリガ指令信号が消滅したときに前記タイマコンデンサに蓄積された電荷が前記限流素子と各サイリスタのゲートカソード間とを通して一定の時定数で放電することにより各サイリスタのゲートカソード間を通して閾値以上の電流が流れる期間が前記トリガ停止猶予期間となるように構成されていること、
を特徴とする請求項２に記載のバッテリ充電装置。
【請求項4】
三相交流発電機と、上辺及び下辺の一方及び他方がそれぞれサイリスタ及びダイオードからなるレグを三相分有する混合ブリッジ回路からなっていて前記三相交流発電機の出力を整流してバッテリに供給するフルブリッジ型の制御整流回路と、前記制御整流回路の三相のレグにそれぞれ設けられている三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を前記バッテリの端子電圧に応じて制御するコントローラとを備えたバッテリ充電装置において、
前記コントローラは、前記バッテリの端子電圧が設定電圧以下であることが検出されたときに前記三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、前記バッテリの端子電圧が前記設定電圧を超えたことが検出され、かつ前記三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与えた時刻から設定されたトリガ停止猶予期間が既に経過していることが確認されたときに前記三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止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。
前記コントローラは、前記バッテリの端子電圧が設定電圧以下であることが検出されたときに前記三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、前記バッテリの端子電圧が前記設定電圧を超えたことが検出され、かつ前記三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与えた時刻から設定されたトリガ停止猶予期間が既に経過していることが確認されたときに前記三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止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。
【請求項5】
三相交流発電機と、上辺及び下辺の一方及び他方がそれぞれサイリスタ及びダイオードからなるレグを三相分有する混合ブリッジ回路からなっていて前記三相交流発電機の出力を整流してバッテリに供給するフルブリッジ型の制御整流回路と、前記制御整流回路の三相のレグにそれぞれ設けられている三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を前記バッテリの端子電圧に応じて制御するコントローラとを備えたバッテリ充電装置において、
前記コントローラは、
前記バッテリの端子電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、
前記サイリスタのトリガを停止するのを猶予するために前記三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与えた時刻の直後に設定されるトリガ停止猶予期間を決定する猶予期間決定手段と、
前記トリガ停止猶予期間を計測するための計測値がセットされたときに該計測値の計測を開始するタイマと、
前記バッテリ電圧検出手段により検出されたバッテリの端子電圧が設定電圧以下であるときにトリガ指令を発生し、前記バッテリ電圧検出手段により検出されたバッテリの端子電圧が設定電圧を超えているときにトリガ停止指令を発生するトリガ指令・トリガ停止指令発生手段と、
前記トリガ指令が発生したときに前記タイマにトリガ停止猶予期間を計測するための計測値をセットして該計測値の計測を開始させるタイマセット手段と、
前記トリガ指令が発生したときに前記三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、前記トリガ停止指令が発生し、かつ前記タイマが前記トリガ停止猶予期間を計測するための計測値の計測を完了していることが確認されたときに前記三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するトリガ信号供給回路と、
を具備したことを特徴とするバッテリ充電装置。
前記コントローラは、
前記バッテリの端子電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、
前記サイリスタのトリガを停止するのを猶予するために前記三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与えた時刻の直後に設定されるトリガ停止猶予期間を決定する猶予期間決定手段と、
前記トリガ停止猶予期間を計測するための計測値がセットされたときに該計測値の計測を開始するタイマと、
前記バッテリ電圧検出手段により検出されたバッテリの端子電圧が設定電圧以下であるときにトリガ指令を発生し、前記バッテリ電圧検出手段により検出されたバッテリの端子電圧が設定電圧を超えているときにトリガ停止指令を発生するトリガ指令・トリガ停止指令発生手段と、
前記トリガ指令が発生したときに前記タイマにトリガ停止猶予期間を計測するための計測値をセットして該計測値の計測を開始させるタイマセット手段と、
前記トリガ指令が発生したときに前記三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、前記トリガ停止指令が発生し、かつ前記タイマが前記トリガ停止猶予期間を計測するための計測値の計測を完了していることが確認されたときに前記三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するトリガ信号供給回路と、
を具備したことを特徴とするバッテリ充電装置。
【請求項6】
前記コントローラは、前記発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段を更に備え、
前記猶予期間決定手段は、前記回転速度検出手段により検出された回転速度に応じて前記トリガ停止猶予期間を設定するように構成されていること、
を特徴とする請求項５に記載のバッテリ充電装置。
前記猶予期間決定手段は、前記回転速度検出手段により検出された回転速度に応じて前記トリガ停止猶予期間を設定するように構成されていること、
を特徴とする請求項５に記載のバッテリ充電装置。
【請求項7】
前記猶予期間決定手段は、前記回転速度検出手段により検出された回転速度が設定速度未満のときに前記トリガ停止猶予期間を第１のトリガ停止猶予期間とし、前記回転速度検出手段により検出された回転速度が設定速度以上であるときに前記トリガ停止猶予期間を前記第１のトリガ停止猶予期間よりも長い第２のトリガ停止猶予期間とするように構成されていること、
を特徴とする請求項６に記載のバッテリ充電装置。
を特徴とする請求項６に記載のバッテリ充電装置。
【請求項8】
前記トリガ停止猶予期間は、前記三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与えて前記三相のサイリスタをオン状態にした際に生じる前記発電機の過渡状態が収まるのに要する時間以上に設定されていること、
を特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載のバッテリ充電装置。
を特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載のバッテリ充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、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。
【背景技術】
【0002】
特許文献１に示されているように、車両等に搭載されたエンジンなどの原動機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装置として、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供給するオープン式のバッテリ充電装置が広く用いられている。制御整流回路としては、上辺及び下辺の一方及び他方がそれぞれサイリスタ及び帰還ダイオードからなるレグを三相分備えた混合ブリッジ回路により構成されたフルブリッジ型の制御整流回路が多く用いられている。オープン式のバッテリ充電装置においては、バッテリの端子電圧が設定電圧以下のときに制御整流回路の三相のサイリスタをオン状態にすることにより、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し、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えたときに三相のサイリスタをオフ状態にして、発電機の出力端子間をオープン状態にすることにより、バッテリへの充電電流の供給を停止する。
【0003】
オープン式のバッテリ充電装置において、制御整流回路のサイリスタをオンオフ制御する方法としては、特許文献１に示されているように、バッテリの端子電圧が設定電圧以下になったときにＵ，Ｖ，Ｗ三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えたときに三相のサイリスタに与えていたトリガ信号を同時に除去する方法が広く採用されている。
【0004】
オープン式のバッテリ充電装置において、バッテリの電圧が設定電圧以下になった時に三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与えると、各サイリスタがそのアノードカソード間に順方向電圧が印加された時にターンオンしてバッテリに充電電流が供給される。バッテリに充電電流を流し始めた直後には、図９の左端に示すように、発電機の三相の交流出力電流Ｉu，Ｉv及びＩw の正負の半波の波高値がアンバランスになる過渡状態が生じるが、この過渡状態は時間ｔの経過に伴って収まっていく。
【0005】
バッテリの電圧が設定電圧を超えた時に三相のサイリスタに与えていたトリガ信号を同時に除去すると、トリガ信号を除去した時点でオフ状態にあったサイリスタは再トリガされることがなくなるが、トリガ信号を除去した時点でオン状態にあるサイリスタは、そのままオン状態を保持し、そのアノード電流が保持電流未満になった時点でターンオフする。またサイリスタが再トリガされることがない相の電流は、帰還ダイオードを通して流れる負の半波の電流が零になった時点で零になる。例えば、図１０に示すように、Ｕ相の電流Ｉｕが正の半波にある期間のタイミングｔａで三相のサイリスタに与えていたトリガ信号を同時に除去すると、Ｖ相及びＷ相のサイリスタは再トリガされることはないが、Ｕ相のサイリスタはオン状態を保持するため、Ｕ相の電流Ｉｕの正の半波が流れ続ける。Ｖ相の電流Ｉｖ及びＷ相の電流Ｉｗは、Ｖ相のサイリスタ及びＷ相のサイリスタにそれぞれ直列に接続されているＶ相及びＷ相の帰還ダイオードを通して流れていた負の半波の電流が零になった時点で消滅する。
【0006】
三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止した後にＵ相のサイリスタを通して流れる電流Ｉｕの正の半波の波形は、Ｖ相の帰還ダイオードを通して流れていたＶ相の電流Ｉｖの負の半波が零になった時点で三相交流波形から単相交流波形に切り替る。この単相交流波形の電流Ｉｕは、Ｗ相の帰還ダイオードを通して流れていた電流Ｉｗの負の半波が零になるまで流れ続ける。電流Ｉｕの波形が三相交流波形のままであったとした場合、電流Ｉｕは、図１０に破線で示した軌跡をたどって変化し、Ｗ相の電流Ｉｕの負の半波が零になる前に零になるが、実際には、単相交流波形に切り替った後Ｗ相の帰還ダイオードを通して流れていた電流Ｉｗの負の半波が零になるまで流れ続ける。そのため、電流Ｉｕが零になるタイミングは、電流Ｉｕの波形が三相交流波形のままであった場合に比べて、一定の遅延時間ｔｄだけ遅れ、この遅延時間ｔｄの分だけ、サイリスタの転流余裕時間（サイリスタを流れていた電流が零になった後、該サイリスタに再び順方向電圧が印加されるまでの時間）が短くなる。三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止した際にオン状態にあったサイリスタをターンオフして、バッテリへの充電電流の供給を停止させるためには、転流余裕時間がサイリスタのターンオフ時間（サイリスタをオン状態からオフ状態にするまでに要する時間）よりも長い必要がある。
【0007】
上記のように、三相のトリガ信号を消滅させたときにオン状態にあったサイリスタ（上記の例ではＵ相のサイリスタ）をターンオフさせる際には、その転流余裕時間が短くなるが、三相の交流出力電流の正負の半波の波高値がアンバランスになる過渡状態が発電機に生じていないときには、該サイリスタのターンオフを支障なく行わせることができる。図１１は、タイミングｔａで三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止した後、トリガ信号の供給を停止した際にオン状態にあったＵ相のサイリスタのターンオフに成功した場合の三相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの波形を示している。バッテリ電圧が設定電圧を超えたことが検出されて、三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止した際に、図１１のように、最後にオン状態にあったサイリスタのターンオフを支障なく行わせることができた場合には、以後バッテリの端子電圧が再度設定電圧以下になるまでの間バッテリへの充電電流の供給が停止されるため、バッテリが過充電状態になることはない。
【0008】
これに対し、バッテリへの充電電流の供給を開始した後、発電機の過渡状態が収まっていない状態でバッテリ電圧が設定電圧を超えたことが検出されて、三相のサイリスタへのトリガ信号の供給が停止した場合には、図１２に示すように、タイミングｔａで三相のサイリスタへのトリガ信号の供給が停止した後、最後にターンオフすべきサイリスタ（この例ではＵ相のサイリスタ）がターンオフすることができなくなって、トリガ信号の供給を停止した後もバッテリに充電電流が流れ続け、バッテリが過充電状態になることがある。このような状態は、特に発電機が高速回転しているときに起こり易い。
【0009】
上記のような問題が生じないようにするため、特許文献２に示されているように、サイリスタをトリガする位相を制御することにより、バッテリの充電を開始する際に生じる三相の出力電流のアンバランスを抑制するようにしたバッテリ充電装置が提案されている。このバッテリ充電装置によれば、バッテリの充電を開始する際に発電機の三相の出力電流にアンバランスが生じるのを抑制することができるため、バッテリの充電を開始した後、すぐにバッテリの電圧が設定電圧を超える状態が生じたときに、サイリスタのターンオフに失敗するのを防いで、バッテリの過充電を防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】実開昭６３−１７２２４１号公報
【特許文献2】特開２００７−６０８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
特許文献２に示された発明によった場合には、バッテリの過充電を防ぐことはできるが、制御整流回路のサイリスタを特定の位相でしかターンオンさせないようにしているため、三相交流発電機から最大出力を取り出すことができないという問題があり、サイリスタをトリガする位相を制御しない場合に比べて、発電機から取り出し得る出力が低下してしまうという問題があった。発電機から取り出すことができる出力が制限されると、同じバッテリを充電する場合に、より大形の発電機を用意することが必要になって、コストの上昇や装置の大型化を招くため、好ましくない。
【0012】
本発明の目的は、バッテリ電圧が設定電圧以下になってバッテリの充電が開始された際に生じた発電機の過渡状態が収まる前にバッテリ電圧が設定電圧を超えて、三相のサイリスタのトリガが停止した場合でも、サイリスタのターンオフを確実に行わせることができるようにして、過渡状態が生じるのを抑制するための位相制御を行わなう必要性をなくし、以て、発電機の出力の低下を招くことなく、バッテリの過充電を防ぐ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。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は、三相交流発電機と、上辺及び下辺の一方及び他方がそれぞれサイリスタ及びダイオードからなるレグを三相分有する混合ブリッジ回路からなっていて、三相交流発電機の出力を整流してバッテリに供給するフルブリッジ型の制御整流回路と、制御整流回路の三相のレグにそれぞれ設けられている三相のサイリスタへのトリガ信号の供給をバッテリの端子電圧に応じて制御するコントローラとを備えたバッテリ充電装置に適用する。本明細書には、前記の目的を達成するために、少なくとも以下に示す第１の発明ないし第８の発明が開示される。
【0014】
第１の発明 本明細書に開示された第１の発明においては、上記コントローラを、バッテリの端子電圧が設定電圧以下であることを検出したときに三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えたことを検出したときには、該バッテリの端子電圧が設定電圧を超えた後一定のトリガ停止猶予期間が経過した時に三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するように構成する。
【0015】
上記のようにコントローラを構成しておくと、トリガ停止猶予期間を適正な長さに設定しておくことにより、発電機の過渡状態が収まっていない状態でサイリスタへのトリガ信号の供給が停止されるのを防いで、サイリスタのターンオフを確実に行わせることができる。従って、バッテリの充電開始時に過渡状態が生じるのを抑制するための位相制御を行わなくてもサイリスタのターンオフを確実に行わせることができ、発電機の出力の低下を招くことなく、バッテリの過充電を防ぐことができる。
【0016】
第２の発明本明細書に開示された第２の発明においては、上記コントローラが、バッテリの端子電圧を検出するバッテリ電圧検出回路と、バッテリ電圧検出回路により検出されたバッテリの端子電圧が設定電圧以下であるときにトリガ指令信号を発生し、バッテリ電圧検出回路により検出されたバッテリの端子電圧が設定電圧を超えたときにトリガ指令信号を消滅させるトリガ指令発生手段と、トリガ指令発生手段がトリガ指令信号を発生したときに三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、トリガ指令信号が消滅したときには、一定のトリガ停止猶予期間が経過するのを待ってから前記三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するように構成されたタイマ機能付サイリスタトリガ回路とを備えている。
【0017】
第３の発明第３の発明は第２の発明に適用される。本発明においては、上記タイマ機能付サイリスタトリガ回路が、三相のサイリスタのそれぞれのゲートカソード間に限流素子を通して並列に接続されて、トリガ指令信号により放電阻止用ダイオードを通して充電されるタイマコンデンサを備えており、トリガ指令信号が消滅したときにタイマコンデンサに蓄積された電荷が限流素子と各サイリスタのゲートカソード間とを通して一定の時定数で放電することにより各サイリスタのゲートカソード間を通して閾値以上の電流が流れる期間が前記トリガ停止猶予期間となるように構成される。
【0018】
第４の発明第４の発明においては、上記コントローラが、バッテリの端子電圧が設定電圧以下であることが検出されたときに三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えたことが検出され、かつ三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与えた時刻から設定されたトリガ停止猶予期間が既に経過していることが確認されたときに三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するように構成される。
【0019】
上記のように構成した場合も、トリガ停止猶予期間を適正な長さに設定しておくことにより、発電機の過渡状態が収まっていない状態でサイリスタへのトリガ信号の供給が停止されるのを防いで、サイリスタのターンオフを確実に行わせることができる。
【0020】
前記第１の発明ないし第３の発明の何れかによった場合には、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えていることが検出されたときに必ずトリガ停止猶予期間の経過を待ってからサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するため、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えていることが検出された時点で既に発電機の過渡状態が収まっている場合でも、一定のトリガ停止猶予期間が経過するまでの間はサイリスタへのトリガ信号の供給が継続される。これに対し、第４の発明によった場合には、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えていることが検出された時点で既に発電機の過渡状態が収まっている場合に、トリガ停止猶予期間の経過を待つことなく直ちにサイリスタへのトリガ信号の供給を停止することができるため、バッテリの充電が完了した後にサイリスタに無用なトリガ信号が供給されるのを防いで、バッテリの充電制御をより適確に行わせることができる。
【0021】
第５の発明第５の発明は、第４の発明で用いるコントローラのより具体的な構成を明らかにしたもので、本発明においては、上記コントローラが、バッテリの端子電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、サイリスタのトリガを停止するのを猶予するために三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与えた時刻の直後に設定されるトリガ停止猶予期間を決定する猶予期間決定手段と、トリガ停止猶予期間を計測するための計測値がセットされたときに該計測値の計測を開始するタイマと、バッテリ電圧検出手段により検出されたバッテリの端子電圧が設定電圧以下であるときにトリガ指令を発生し、バッテリ電圧検出手段により検出されたバッテリの端子電圧が設定電圧を超えているときにトリガ停止指令を発生するトリガ指令・トリガ停止指令発生手段と、トリガ指令が発生したときにタイマにトリガ停止猶予期間を計測するための計測値をセットして該計測値の計測を開始させるタイマセット手段と、トリガ指令が発生したときに三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、トリガ停止指令が発生し、かつタイマが前記トリガ停止猶予期間を計測するための計測値の計測を完了していることが確認されたときに前記三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するトリガ信号供給回路とを備えることにより構成される。
【0022】
第６の発明第６の発明は第５の発明に適用されるもので、本発明においては、コントローラが、発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段を更に備え、猶予期間決定手段は、回転速度検出手段により検出された回転速度に応じてトリガ停止猶予期間を設定するように構成される。
【0023】
第７の発明第７の発明は、第６の発明に適用されるもので、本発明においては、回転速度検出手段により検出された回転速度が設定速度未満のときにトリガ停止猶予期間を第１のトリガ停止猶予期間とし、回転速度検出手段により検出された回転速度が設定速度以上であるときにトリガ停止猶予期間を第１のトリガ停止猶予期間よりも長い第２のトリガ停止猶予期間とするように猶予期間決定手段が構成される。
【0024】
第８の発明第８の発明は第１の発明ないし第７の発明の何れかに適用されるもので、本発明においては、上記トリガ停止猶予期間を、三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与えて三相のサイリスタをオン状態にした際に生じる発電機の過渡状態が収まるのに要する時間以上に設定する。
【発明の効果】
【0025】
本発明によれば、バッテリの端子電圧が設定電圧以下であることが検出されたときに三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えたことが検出されたときには、該バッテリの端子電圧が設定電圧を超えた後所定のトリガ停止猶予期間が経過した時に三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するようにコントローラを構成したので、トリガ停止猶予期間を適正な長さに設定しておくことにより、バッテリの充電を開始した際に生じた発電機の過渡状態が収まっていない状態でサイリスタのトリガが停止されるのを防いで、サイリスタのターンオフを確実に行わせることができる。従って、バッテリの充電開始時に過渡状態が生じるのを抑制するための位相制御を行うことなく、サイリスタのターンオフを確実に行わせることができ、発電機の出力の低下を招くことなく、バッテリの過充電を防ぐことができる。
【0026】
特に請求項４〜８に記載された発明によれば、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えたことが検出されたときに、三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与えた時刻から設定されたトリガ停止猶予期間が既に経過しているか否かを確認して、トリガ停止猶予期間が既に経過していることが確認されたときに三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するので、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えていることが検出された時点で既に発電機の過渡状態が収まっている場合には、トリガ停止猶予期間の経過を待つことなく直ちにサイリスタへのトリガ信号の供給を停止することができる。従って、バッテリの充電が完了した後にサイリスタに無用なトリガ信号が供給されるのを防いで、バッテリの充電制御をより適確に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の一実施形態のハードウェアの構成を主として示した回路図である。
【図2】本発明の一実施形態で用いるタイマ機能付サイリスタトリガ回路の構成例を示した回路図である。
【図3】本発明の一実施形態の全体的な構成を、ソフトウェア的に実現される構成要素をも含めて示したブロック図である。
【図4】本発明の一実施形態で用いるコントローラの構成を示したブロック図である。
【図5】本発明の一実施形態において、発電機から制御整流回路を通してバッテリに流れる充電電流の波形と、サイリスタのオンオフ動作と、バッテリ電圧が設定電圧以下であるか設定電圧を超えているかによって異なるレベルを示す調整電圧の波形と、三相のサイリスタのゲートに与えられるトリガ信号の波形とを時間を横軸にとって示した波形図である。
【図6】本発明の一実施形態においてコントローラを構成するためにマイクロコンピュータに実行させるプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図7】本発明の一実施形態において、コントローラに設ける回転速度検出手段を実現するためにマイクロコンピュータに実行させる回転速度演算処理のアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図8】本発明の一実施形態において、猶予期間決定手段とサイリスタトリガ手段とを実現するためにマイクロコンピュータに実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図9】オープン式バッテリ充電装置において、バッテリへの充電電流の供給を開始した際に過渡状態が生じる様子と、該過渡状態が収束するまでの様子とを示した波形図である。
【図10】制御整流回路の三相のサイリスタに与えていたトリガ信号を除去してサイリスタをターンオフさせる過程での三相の電流波形を示した波形図である。
【図11】制御整流回路の三相のサイリスタに与えていたトリガ信号を除去した際にオン状態にあったサイリスタのターンオフに成功した場合の電流波形を示した波形図である。
【図12】制御整流回路の三相のサイリスタに与えていたトリガ信号を除去した際にオン状態にあったサイリスタのターンオフに失敗した場合の電流波形を示した波形図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下図面を参照して本発明の実施形態につき詳細に説明する。第１の実施形態
図１は本発明の第１の実施形態のハードウェアの構成を主として示したもので、同図において１は、自動車等の車両に搭載されて、車両の駆動輪を回転させるエンジンにより駆動される三相交流発電機である。三相交流発電機１は、エンジンにより回転させられる磁石回転子などの回転子と、三相の発電コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗを有する固定子とを備えている。図示の例では、三相の発電コイルＬｕ〜Ｌｗが三相スター結線されて、その非中性点側の端部からＵ，Ｖ，Ｗ三相の出力端子１ｕ〜１ｗが導出されている。
【0029】
図１において、２はフルブリッジ型の制御整流回路、３は三相交流発電機１の出力で制御整流回路２を通して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の端子電圧に応じて制御整流回路２を制御するコントローラで、制御整流回路２とコントローラ６とが共通のケースに収容されることにより充電制御ユニット７が構成され、三相交流発電機１と充電制御ユニット７とによりバッテリ充電装置が構成されている。
【0030】
更に詳細に説明すると、制御整流回路２は、上辺及び下辺がそれぞれサイリスタＳｕ及びダイオードＤｕからなるＵ相のレグ２ｕと、上辺及び下辺がそれぞれサイリスタＳｖ及びダイオードＤｖからなるＶ相のレグ２ｖと、上辺及び下辺がそれぞれサイリスタＳｗ及びダイオードＤｗからなるＷ相のレグ２ｗとの三相分のレグを有して、これらのレグを互いに並列接続した構成を有する混合ブリッジ回路からなっている。制御整流回路２の各レグを構成するサイリスタ及びダイオードは、それぞれの順方向を同じ方向に向けた状態で直列に接続されていて、三相のレグ２ｕ〜２ｗのサイリスタＳｕ〜Ｓｗのカソードの共通接続点及びダイオードＤｕ〜Ｄｗのアノードの共通接続点がそれぞれプラス側出力端子及びマイナス側出力端子として充電制御ユニット７の直流出力端子７ａ及び７ｂに接続されている。
【0031】
コントローラ６は、バッテリ３の端子電圧が設定電圧以下であることが検出されたときに制御整流回路２の三相のサイリスタＳｕ〜Ｓｗに同時にトリガ信号を与え、バッテリ３の端子電圧が設定電圧を超えたことが検出されたときには、該バッテリの端子電圧が設定電圧を超えた後一定のトリガ停止猶予期間が経過した時に三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するように構成されている。本実施形態で用いるコンロローラ６は、タイマ機能付サイリスタトリガ回路６Ａと、タイマ付サイリスタトリガ回路６Ａを制御する制御部６Ｂとにより構成されている。
【0032】
タイマ機能付サイリスタトリガ回路６Ａは、例えば図２に示すように構成することができる。図２に示されたタイマ機能付サイリスタトリガ回路６Ａは、三相のサイリスタＳｕ〜Ｓｗのそれぞれのゲートに限流素子としての抵抗器Ｒt を通して一端が接続されるとともに、他端がサイリスタＳｕ〜Ｓｗのそれぞれのカソードに接続された（サイリスタのゲートカソード間に限流素子を通して並列に接続された）タイマコンデンサＣtと、タイマコンデンサＣt と抵抗器Ｒt との接続点とトリガ指令入力端子ｔとの間にアノードをトリガ指令入力端子ｔ側に向けて接続された放電阻止用ダイオードＤとにより構成されている。
【0033】
制御部６Ｂは、例えば、バッテリ３の端子電圧を検出するバッテリ電圧検出回路と、このバッテリ電圧検出回路によりバッテリの端子電圧が設定電圧以下であることが検出されたときにトリガ指令信号を発生し、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えたことが検出されたときにトリガ指令信号を消滅させるトリガ指令発生手段とを備えることにより構成される。
【0034】
上記バッテリ電圧検出回路は例えば、バッテリ３の両端の電圧（端子電圧）を分圧する抵抗分圧回路により構成することができる。またトリガ指令発生手段は、バッテリ電圧検出回路により検出された電圧が設定電圧以下になったときに零レベルから高レベルに立ち上がって、バッテリ電圧検出回路により検出された電圧が設定電圧以下になっている間高レベルを保持し、バッテリ電圧検出回路により検出された電圧が設定電圧を超えたときに高レベルから零レベルに低下して、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えている間零レベルを保持する矩形波信号を出力する回路により構成することができる。この場合、矩形波信号が高レベルを保持している期間が、トリガ指令信号が発生している期間となり、矩形波信号が零レベルを保持している期間が、トリガ指令信号が消滅している期間となる。
【0035】
図２に示されたタイマ機能付サイリスタトリガ回路６Ａにおいては、バッテリ３の端子電圧が設定電圧以下になって、制御部６Ｂからトリガ指令入力端子ｔに高レベルのトリガ指令信号が与えられたときに、タイマコンデンサＣｔがダイオードＤｔを通して瞬時に充電されるとともに、サイリスタＳｕ〜Ｓｗにトリガ信号が与えられる。またバッテリの端子電圧が設定値を超えて、制御部６Ｂから与えられていたトリガ指令信号が消滅すると、タイマコンデンサＣｔに蓄積されている電荷が抵抗器ＲｔとサイリスタＳｕ〜Ｓｗのゲートカソード間とを通して放電し、この放電により、サイリスタＳｕ〜Ｓｗのゲートカソード間を通して閾値以上の電流が流れている間、サイリスタＳｕ〜Ｓｗにトリガ信号が与えられた状態が維持される。即ち、タイマコンデンサＣｔの放電によりサイリスタＳｕ〜Ｓｗにトリガ信号が与えられている間、サイリスタＳｕ〜Ｓｗのトリガの停止が猶予される。本実施形態では、トリガ指令信号が消滅した後，タイマコンデンサＣｔに蓄積された電荷が限流素子と各サイリスタのゲートカソード間とを通して一定の時定数で放電することにより各サイリスタのゲートカソード間を通して閾値以上の電流が流れる期間が、トリガ停止猶予期間となる。
【0036】
上記トリガ停止猶予期間は、三相のサイリスタＳｕ〜Ｓｗに同時にトリガ信号を与えて三相のサイリスタＳｕ〜Ｓｗをオン状態にした際に生じる発電機１の過渡状態が収まるのに要する時間以上に設定するのが好ましい。
【0037】
本実施形態のようにコントローラ６を構成しておくと、トリガ停止猶予期間を適正な長さに設定しておくことにより、発電機１の過渡状態が収まっていない状態でサイリスタＳｕ〜Ｓｗへのトリガ信号の供給が停止されるのを防いで、サイリスタＳｕ〜Ｓｗのターンオフを確実に行わせることができる。従って、バッテリ３の充電開始時に過渡状態が生じるのを抑制するための位相制御を行わなくても各サイリスタのターンオフを確実に行わせることができ、発電機の出力の低下を招くことなく、バッテリの過充電を防ぐことができる。
【0038】
第２の実施形態第１の実施形態では，バッテリ３の端子電圧が設定電圧を超えた後一定のトリガ停止猶予期間が経過した時に三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するようにコントローラを構成したが、発電機の過渡状態は、三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与えてバッテリの充電を開始した際に発生するものであるから、サイリスタの転流の失敗を防ぐためにサイリスタのトリガの停止を猶予するのは、三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与えてバッテリの充電を開始した時点から所定のトリガ停止猶予期間（発電機の過渡状態が収まるのに必要な期間）が経過するまでの間だけでよい。バッテリの端子電圧が設定電圧を超えた時点で、発電機の過渡状態が既に収まっている場合には、サイリスタＳｕ〜Ｓｗへのトリガ信号の供給を直ちに停止しても何等問題がない。
【0039】
そこで、本発明の第２の実施形態では、バッテリ３の端子電圧が設定電圧以下であることが検出されたときに三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与え、バッテリ３の端子電圧が設定電圧を超えたことが検出され、かつ三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与えた時刻から設定されたトリガ停止猶予期間が既に経過していることが確認されたときに三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するようにコントローラ６を構成する。
【0040】
このように構成すると、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えていることが検出された時点で既に発電機の過渡状態が収まっている場合に、トリガ停止猶予期間の経過を待つことなく直ちにサイリスタへのトリガ信号の供給を停止することができるため、バッテリの充電が完了した後にサイリスタに無用なトリガ信号が供給されるのを防いで、バッテリの充電制御をより適確に行わせることができる。
【0041】
本実施形態で用いるコントローラ６も、図１に示したように、タイマ機能付サイリスタトリガ回路６Ａと、サイリスタトリガ回路６Ａを制御する制御部６Ｂとにより構成できる。この場合タイマ機能付サイリスタトリガ回路６Ａは、トリガ停止猶予期間を計測するタイマを備えていて、トリガ指令が与えられたときには直ちにサイリスタＳｕ〜Ｓｗにトリガ信号を与えるが、トリガ指令が消滅したときには、タイマが設定されたトリガ停止猶予期間の計測を完了するのを待ってから、サイリスタＳｕ〜Ｓｗへのトリガ信号の供給を停止する。
【0042】
また制御部６Ｂは、バッテリ３の電圧が設定電圧以下になったことを検出した時に三相のサイリスタＳｕ〜Ｓｗをトリガすることを指令するトリガ指令信号をサイリスタトリガ回路６Ａに与えるとともに、サイリスタトリガ回路６Ａに設けられているタイマにトリガ停止猶予期間を計測させるための計測値をセットしてその計測を開始させる。制御部６Ｂはまた、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えたことを検出した時にタイマ機能付サイリスタトリガ回路６Ａへのトリガ指令の供給を停止する。
【0043】
サイリスタトリガ回路６Ａは、制御部６Ｂからトリガ指令信号が与えられた時に三相のサイリスタＳｕ〜Ｓｗのゲートに同時にトリガ信号を与える。サイリスタトリガ回路６Ａはまた、制御部６Ｂから与えられていたトリガ指令信号が消滅した時にタイマがトリガ停止猶予期間の計測を完了しているか否かを確認して、タイマがトリガ停止猶予期間の計測を完了していないとき（バッテリの充電が開始された後発電機の過渡状態が収まっていないとき）には、サイリスタＳｕ〜Ｓｗにトリガ信号が与えられたままとし、トリガ停止指令が与えらられた時にタイマがトリガ停止猶予期間の計測を既に完了しているときには、直ちにサイリスタＳｕ〜Ｓｗへのトリガ信号の供給を停止する。
【0044】
上記制御部６Ｂは例えば図３に示したように、ＣＰＵ、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶装置、タイマの他、所定の入出力インターフェースやＡ／Ｄ変換器等を備えたマイクロコンピュータ６０１と、バッテリ３の端子電圧を検出してその検出出力をマイクロコンピュータ６０１のＡ／Ｄ変換器に与えるバッテリ電圧検出回路６０２と、発電機１の一相の交流出力電圧を検出する出力電圧検出回路６０３と、出力電圧検出回路６０３により検出される交流電圧の波形を該交流電圧の零クロス点でレベル変化を生じる矩形波信号に変換して、該矩形波信号をマイクロコンピュータの割込み入力端子ＩＮＴに与える波形整形回路６０４とにより構成される。
【0045】
波形整形回路６０４が出力する矩形波信号は例えば、交流電圧の波形が負の半波から正の半波に移行する際の零クロス点でＨレベル（ハイレベル）からＬレベル（ローレベル）へのレベル変化を示し，交流電圧の波形が正の半波から負の半波に移行する際の零クロス点でＬレベルからＨレベルへのレベル変化を示す矩形波信号である。この場合マイクロコンピュータは例えば、割込み入力端子ＩＮＴに入力された信号がＨレベルからＬレベルに変化したことを認識する毎に（交流電圧波形が負の半波から正の半波に移行する際の零クロス点を認識する毎に）、発電機の出力電圧の一周期に相当する時間と、発電機の出力電圧の１周期に相当する回転子の回転角度とから発電機の回転速度を演算する割込み処理を実行して、発電機の回転速度を検出する。
【0046】
マイクロコンピュータ６０１は、バッテリ電圧検出回路６０２により検出されたバッテリの端子電圧が設定電圧以下のときにトリガ指令を出力し、検出されたバッテリ電圧が設定電圧を超えているときにトリガ停止指令を出力するポートＡ１と、バッテリ電圧が設定電圧を超えていることが検出された時にサイリスタトリガ回路６Ａに設けられているタイマにトリガ停止猶予期間を計測させるために該タイマにセットする計測値を出力するポートＡ２とを備えている。マイクロコンピュータ６０１のポートＡ１から出力されるトリガ指令及びトリガ停止指令と、ポートＡ２から出力されるタイマの計測値はタイマ機能付サイリスタトリガ手段６Ａに入力される。マイクロコンピュータ６０１は、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、制御整流回路の三相のサイリスタＳｕ〜Ｓｗを制御するために必要な各種の手段を実現する。
【0047】
図４は、タイマ機能付サイリスタトリガ回路６Ａの構成と、制御部６Ｂを構成するためにマイクロコンピュータ６０１が実現する機能実現手段とを示したものである。図４において、１１はバッテリ電圧検出回路６０２の出力信号を読み込んでバッテリの端子電圧（バッテリ電圧）を検出するバッテリ電圧検出手段、１２はバッテリの設定電圧を記憶している設定電圧記憶手段である。定格電圧が１２ボルトのバッテリの場合、設定電圧は例えば、１４．５ボルトに設定される。
【0048】
また図４において、１３はトリガ指令・トリガ停止指令発生手段で、この手段は、バッテリ電圧検出手段１１により検出されたバッテリ電圧と設定電圧記憶手段１２から読み出した設定電圧とを比較して、バッテリ電圧検出手段により検出されたバッテリの端子電圧が設定電圧以下であるときにトリガ指令を発生し、バッテリ電圧検出手段により検出されたバッテリの端子電圧が設定電圧を超えているときにトリガ停止指令を発生する。トリガ指令は例えばＨレベル（ハイレベル）の信号であり、トリガ停止指令は例えばＬレベル（ローレベル）の信号である。
【0049】
１４は発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段で、この回転速度検出手段は、マイクロコンピュータの割込み入力端子ＩＮＴに発電機の出力電圧の所定の零クロス点を示すレベル変化が入力される毎に、発電機の出力電圧の一周期に相当する時間と、発電機の出力電圧の１周期に相当する回転子の回転角度とから発電機の回転速度を演算して、発電機の回転速度を検出する。
【0050】
１５は、サイリスタのトリガを停止するのを猶予するために三相のサイリスタに同時にトリガ信号を与えた時刻の直後に設定するトリガ停止猶予期間を決定する猶予期間決定手段である。本実施形態では、回転速度検出手段１４により検出された発電機の回転速度に応じてトリガ停止猶予期間を決定するように猶予期間決定手段１５が構成されている。
【0051】
また１６はタイマセット手段で、このタイマセット手段１６は、バッテリ電圧判定手段１３がトリガ指令を発生したときに、猶予期間決定手段１５により決定されたトリガ停止猶予期間を計測するための計測値をサイリスタトリガ手段６Ａ内のタイマにセットして、該タイマにその計測を開始させる。
【0052】
図４に示した例では、サイリスタトリガ手段６Ａが、トリガ信号供給回路６０５と、タイマ６０６とにより構成されている。タイマ６０６は、タイマセット手段１６により計測値がセットされたときに直ちにその計測を開始する。タイマ６０６は、例えば、セットされた計測値の計測を行っている間その出力端子の電位をＨレベル（ハイレベル）に保ち、セットされた計測値の計測を完了した時に出力端子の電位をＬレベル（ローレベル）に変化させる。タイマ６０６がこのように構成され、バッテリ電圧が設定電圧以下の時及び設定電圧を超えた時にそれぞれＨレベルのトリガ指令及びＬレベルのトリガ停止指令を発生するようにトリガ指令・トリガ停止指令発生手段１３が構成されている場合、トリガ信号供給回路６０５は、トリガ指令・トリガ停止指令発生手段１３からトリガ指令及びトリガ停止指令が与えられる入力端子と、タイマ６０６から信号が与えられる入力端子との２つの入力端子を有するオア回路により構成することができる。
【0053】
上記のように、トリガ信号供給回路６０５をオア回路により構成した場合、バッテリの端子電圧が設定電圧以下になって、トリガ指令・トリガ停止指令発生手段１３がＨレベルのトリガ指令を発生した時に、トリガ信号供給回路６０５から三相のサイリスタＳｕ〜ＳｗにＨレベルのトリガ信号が与えられてこれらのサイリスタがトリガされる。
【0054】
またバッテリの端子電圧が設定電圧を超えて、トリガ指令・トリガ停止指令発生手段１３がＬレベルのトリガ停止指令を発生したときに、タイマ６０６がトリガ停止猶予期間の計測を既に完了しているときには、タイマ６０６の出力がＬレベルになっていて、オア条件が成立しないため、トリガ信号供給回路６０５が三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止する。
【0055】
またバッテリ電圧が設定電圧を超えて、トリガ指令・トリガ停止指令発生手段１３がＬレベルのトリガ停止指令を発生したときに、タイマ６０６が未だトリガ停止猶予期間の計測を完了していない場合（発電機の過渡状態が収まっていない場合）には、タイマ６０６からトリガ信号供給回路６０５を構成するオア回路にＨレベルの信号が入力されるため、トリガ信号供給回路６０５が三相のサイリスタＳｕ〜ＳｗにＨレベルのトリガ信号を与え続ける。従って、発電機が過渡状態にあるときに三相のサイリスタへのトリガ信号の供給が停止して、サイリスタのターンオフに失敗する事態が生じるのを防ぐことができ、サイリスタのターンオフの失敗によりバッテリに充電電流が流れ続けてバッテリが過充電状態になるのを防ぐことができる。その後タイマ６０６がトリガ停止猶予期間の計測を完了すると（発電機の過渡状態が収まると）、タイマ６０６の出力がＬレベルになって、トリガ信号供給回路６０５を構成するオア回路のオア条件が成立しなくなり、サイリスタＳｕ〜Ｓｗへのトリガ信号の供給が停止する。このとき発電機の過渡状態は収まっているため、サイリスタＳｕ〜Ｓｗを確実にターンオフしてバッテリの過充電を防止することができる。
【0056】
バッテリの端子電圧が設定電圧以下になってサイリスタＳｕ〜Ｓｗをトリガしてバッテリに充電電流を供給した直後にバッテリの端子電圧が設定電圧を超える状態が生じた場合の動作を示す波形図を図５に示した。図５（Ａ）は、発電機１の三相の発電コイルに流れる電流Ｉｕ〜Ｉｗの波形を示し、（Ｂ）〜（Ｄ）は三相のサイリスタＳｕ〜Ｓｗのオンオフ動作を示している。また図５（Ｅ）はトリガ指令・トリガ停止指令発生手段１３が出力するトリガ指令及びトリガ停止指令を示し、図５（Ｆ）はサイリスタＳｕ〜Ｓｗに同時に与えられるトリガ信号を示している。
【0057】
図５に示した例では、タイミング[1]でバッテリ電圧が設定電圧以下になったため、三相のサイリスタにトリガ信号が与えられ、バッテリの充電が開始されている。バッテリの充電が開始された直後は、発電機の三相の発電コイルを流れる電流Ｉｕ〜Ｉｗの正の半波と負の半波の波高値がアンバランスになる過渡状態が生じている。図５に示した例では、発電機の過渡状態が生じている期間内のタイミング[2]でバッテリの端子電圧が設定電圧を超えたために、トリガ停止指令が発生している。このタイミング[2]でサイリスタＳｕ〜Ｓｗのトリガを停止すると、トリガを停止した時にオン状態にあったサイリスタ（図５に示した例ではサイリスタＳｕのターンオフに失敗するおそれがあり、万一サイリスタＳｕのターンオフに失敗すると、バッテリに充電電流が流れ続けてバッテリが過充電状態になる。このような状態は、発電機の回転速度が高い場合に起こり易い。
【0058】
そこで本発明においては、バッテリの充電を開始したタイミング[1]の直後に適正な長さを有するトリガ停止猶予期間Ｔｓを設定して、このトリガ停止猶予期間内にバッテリの端子電圧が設定電圧を超えてトリガ停止指令が発生した場合には、サイリスタＳｕ〜Ｓｗのトリガを停止せず、バッテリの充電が開始されたタイミングからトリガ停止猶予期間Ｔｓが経過したタイミング[3]でサイリスタＳｕ〜Ｓｗのトリガを停止する（トリガ信号の供給を停止する）。このように構成しておくと、サイリスタＳｕ〜Ｓｗのトリガを停止する時点では、発電機の過渡状態が収まっているため、サイリスタのターンオフを確実に行わせることができる。
【0059】
バッテリの充電を開始した後、発電機の過渡状態が収まっている状態でバッテリの端子電圧が設定電圧を超えてトリガ停止指令が発生した場合には、既にトリガ停止猶予期間Ｔｓの計測は完了しているので、サイリスタＳｕ〜Ｓｗのトリガは直ちに停止される。
【0060】
本実施形態において、図４に示した各手段を構成するためにマイクロコンピュータ６０１に実行させる処理のアルゴリズムを示したフローチャートを図６ないし図８に示した。図６はバッテリを充電することを指令するバッテリ充電指令が与えられたときに開始されるメインルーチンを示したものである。
【0061】
このメインルーチンが開始されると、先ずステップＳ１０１でマイクロコンピュータの各部の初期化を行い、ステップＳ１０２でマイクロコンピュータ内の計時用タイマを起動させる。次いでステップＳ１０３で割込みを許可し、ステップＳ１０４で充電指令が与えられているか否かを確認する。その結果充電指令が与えられていると判定された場合には、ステップＳ１０５でバッテリ電圧検出回路６０２が検出しているバッテリ電圧を読み込んで記憶させた後、ステップＳ１０６で発電機の出力電圧波形の零クロス点が検出されたか否かを判定する。その結果零クロス点が検出されたと判定された場合には、ステップＳ１０７に移行して回転速度演算処理を行う。
【0062】
またステップＳ１０６で発電機の零クロス点が検出されていないと判定されたときには、ステップＳ１０８に進んで、現在のタイミングがタイマ制御処理実行タイミング（タイマ制御処理を実行するタイミング）であるか否かを判定する。その結果、現在のタイミングがタイマ制御処理実行タイミングでないと判定されたときにはステップＳ１０４に戻る。ステップＳ１０８でタイマ制御処理実行タイミングであると判定された時にはステップＳ１０９に進んでタイマ制御処理を実行する。タイマ制御処理実行タイミングは、マイクロコンピュータ内の計時タイマが一定の微小時間を計測する毎に到来するタイミングである。ステップＳ１０４で充電指令が与えられていないと判定されたときには、以後何もしないでメインルーチンを終了する。
【0063】
図６のステップＳ１０７の回転速度演算処理は、図７に示したアルゴリズムにより行われる。図７に示した回転速度演算処理では、先ずステップＳ２０１で計時タイマの計測値ｔｘを読み込んで記憶した後、ステップＳ２０２で今回読み込んだ計測値ｔｘと前回読み込んだ計測値ｔｘ′との差Δｔ＝ｔｘ−ｔｘ′（発電機の出力電圧の１周期の長さ）を演算する。次いでステップＳ２０３でΔｔと発電機の各相の出力電圧の１周期に相当する回転子の回転角度Δθとから発電機の回転速度を演算して、その演算結果をＲＡＭに記憶し、図６のステップＳ１０８に復帰する。
【0064】
また図６のステップＳ１０９のタイマ制御処理は図８に示したアルゴリズムにより行う。図８に示したタイマ制御処理では、先ずステップＳ３０１でバッテリ電圧が設定電圧以下であるか否かを判定する。その結果、バッテリ電圧が設定電圧以下であると判定されたときには、ステップＳ３０２に進んでトリガ指令を発生して、該トリガ指令をトリガ信号供給回路６０５に与えた後、ステップＳ３０３で発電機の回転速度が設定速度であるか否かを判定する。設定速度は例えば、５０００rpmである。ステップＳ３０３で発電機の回転速度が設定速度であるか否かを判定した結果、発電機の回転速度が設定速度を超えていると判定されたときには、ステップＳ３０４に進んでタイマ機能付サイリスタトリガ回路のタイマ６０６に第１のトリガ停止猶予期間Ｔ１を計測するための計測値をセットして直ちにその計測を開始させた後、図６のステップＳ１０４に復帰する。またステップＳ３０３で発電機の回転速度が設定速度以下であると判定されたときには、ステップＳ３０５に進んで、タイマ付サイリスタトリガ手段のタイマ６０６に第２のトリガ停止猶予期間Ｔ２を計測するために必要な計測値をセットし、図６のステップＳ１０４に復帰する。図８のステップＳ３０１でバッテリ電圧が設定電圧を超えていると判定されたときにはステップＳ３０６に進んでトリガ停止指令を発生させて、該トリガ停止指令をトリガ信号供給回路６０５に与えた後、この処理を終了して図６のステップＳ１０４に復帰する。第１のトリガ停止猶予期間Ｔ１及び第２のトリガ停止猶予期間Ｔ２は、三相のサイリスタＳｕ〜Ｓｗに同時にトリガ信号を与えて三相のサイリスタをオン状態にした際に生じる発電機の過渡状態が収まるのに要する時間以上に設定するが、これら第１のトリガ停止猶予期間Ｔ１及び第２のトリガ停止猶予期間Ｔ２は実験的に決定する。例えば、発電機の設定速度が５０００rpmである場合、上記第１のトリガ停止猶予期間Ｔ１は、１００μsec以上の長さに設定され、第２のトリガ停止猶予期間Ｔ２は１００μse未満の長さに設定される。
【0065】
上記のアルゴリズムによる場合には、図８のステップＳ３０１，Ｓ３０２，Ｓ３０６を実行する過程によりトリガ指令・トリガ停止指令発生手段１３が構成され、図７のステップＳ２０１ないしステップＳ２０３を実行する過程により回転速度検出手段１４が構成される。また図８のステップＳ３０３〜Ｓ３０５を実行する過程により猶予期間決定手段１５とタイマセット手段１６とが構成される。
【0066】
上記の実施形態のように、バッテリの端子電圧が設定電圧以下であることが検出されたときに三相のサイリスタＳｕ〜Ｓｗに同時にトリガ信号を与え、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えたことが検出され、かつ三相のサイリスタＳｕ〜Ｓｗに同時にトリガ信号を与えた時刻から設定されたトリガ停止猶予期間Ｔｓが既に経過していることが確認されたときに三相のサイリスタへのトリガ信号の供給を同時に停止するようにコントローラを構成した場合も、トリガ停止猶予期間Ｔｓを適正な長さに設定しておくことにより、発電機の過渡状態が収まっていない状態でサイリスタへのトリガ信号の供給が停止されるのを防いで、サイリスタＳｕ〜Ｓｗのターンオフを確実に行わせることができる。従って、バッテリの充電開始時に過渡状態が生じるのを抑制するための位相制御を行わなくてもサイリスタのターンオフを確実に行わせることができ、発電機の出力の低下を招くことなく、バッテリの過充電を防ぐことができる。
【0067】
前記第１の実施形態のようにコントローラを構成した場合には、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えていることが検出されたときに必ずトリガ停止猶予期間の経過を待ってからサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するため、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えていることが検出された時点で既に発電機の過渡状態が収まっている場合でも、一定のトリガ停止猶予期間が経過するまでの間はサイリスタへのトリガ信号の供給が継続される。これに対し、本実施形態のようにコントローラを構成した場合には、バッテリの端子電圧が設定電圧を超えていることが検出された時点で既に発電機の過渡状態が収まっている場合に、トリガ停止猶予期間の経過を待つことなく直ちにサイリスタへのトリガ信号の供給を停止することができるため、バッテリの充電が完了した後にサイリスタに無用なトリガ信号が供給されるのを防いで、バッテリの充電制御をより適確に行わせることができる。
【0068】
上記の各実施形態では、制御整流回路２を構成する各レグのサイリスタが各レグの上辺に設けられているが、各レグの下辺にサイリスタを設け、上辺にダイオードを設ける場合にも本発明を適用することができる。
【0069】
上記第２の実施形態では、図４に示されているように、タイマ付サイリスタトリガ手段６Ａをトリガ信号供給回路６０５とタイマ６０６とにより構成したが、タイマ付サイリスタトリガ手段６Ａをマイクロコンピュータによりソフトウェア的に構成するようにしてもよい。
【0070】
上記第２の実施形態では、回転速度検出手段により検出された回転速度が設定速度未満のときにトリガ停止猶予期間を第１のトリガ停止猶予期間Ｔ１とし、回転速度検出手段により検出された回転速度が設定速度以上であるときにトリガ停止猶予期間を第１のトリガ停止猶予期間よりも長い第２のトリガ停止猶予期間Ｔ２とするように猶予期間決定手段を構成したが、本発明は、猶予期間決定手段をこのように構成する場合に限定されない。例えば、発電機の回転速度とトリガ停止猶予期間の最適な長さとの関係を与える猶予期間演算用テーブルを実験的に作成してメモリに記憶させておいて、回転速度検出手段により検出された回転速度に対してこのテーブルを検索することによりトリガ停止猶予期間を決定するように猶予期間決定手段を構成するようにしてもよい。
【0071】
上記第２の実施形態では、発電機の出力電圧波形の零クロス点が検出される周期から発電機の回転速度を検出するように回転速度検出手段を構成したが、発電機の出力電圧のピーク点を検出する回路を設けて、該ピーク点が検出される周期から発電機の回転速度を検出するように回転速度検出手段を構成してもよい。回転速度検出手段は、発電機の回転速度を検出できるものであればよく、発電機の出力波形から発電機の回転速度を検出する代わりに、発電機の回転速度情報を含む信号を出力するセンサを発電機に取り付けて、このセンサの出力から発電機の回転速度を検出するように構成してもよい。例えば、三相交流発電機１として、磁石式交流発電機を用いる場合には、磁石回転子の磁極の極性を検出するホールＩＣを発電機の固定子側に設けて、該ホールＩＣから得られる矩形波信号の周期から発電機の回転速度を検出するように回転速度検出手段を構成してもよい。また発電機がエンジンにより駆動される場合には、エンジンを制御する制御ユニット内に設けられている回転速度検出手段からエンジンの回転速度情報を取得して、この回転速度情報から発電機の回転速度を検出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0072】
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 コントローラ
６Ａ タイマ付サイリスタトリガ手段
６Ｂ 制御部
６０１ マイクロコンピュータ
６０２ バッテリ電圧検出回路
６０３ 出力電圧検出回路
６０４ 波形整形回路
６０５ トリガ信号供給回路
６０６ タイマ
７ 充電制御ユニット
１１ バッテリ電圧検出手段
１２ 設定電圧記憶手段
１３ トリガ指令・トリガ停止指令発生手段
１４ 回転速度検出手段
１５ 猶予期間決定手段
１６ タイマセット手段