特許 7446133 バッテリ充電装置、及び電流制御装置

(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】

(24)【登録日】2024-02-29

(45)【発行日】2024-03-08

(54)【発明の名称】バッテリ充電装置、及び電流制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/14 20060101AFI20240301BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20240301BHJP

   H02P 101/45 20150101ALN20240301BHJP

【ＦＩ】

H02J7/14 P

H02P9/04 M

H02P101:45

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020050149

(22)【出願日】2020-03-19

(65)【公開番号】P2021151128

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-03-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(72)【発明者】

【氏名】高嶋 豊隆

【審査官】宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００９／１３６４８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１４０２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－３１６６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－０８０３００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ７／１４－７／３２

Ｈ０２Ｐ９／００－９／４８

Ｈ０２Ｐ １０１／４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転子の回転に応じて発電し、発電した電力に応じた交流信号を出力する発電機と、
前記発電機が出力する前記交流信号を整流して充電電力としてバッテリに供給するスイッチング素子と、
前記交流信号の正負電圧の切り替えを判定する正負切替判定部と、
前記正負切替判定部の判定結果に基づいて、前記スイッチング素子の導通タイミングを示すトリガ信号を出力するトリガ出力部と、
前記交流信号の電圧を検出することで、前記回転子の回転数を検出し、検出した前記回転数が所定の閾値以上になった場合に、前記正負切替判定部に、前記交流信号の負電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させる正負判定制御部と
を備えることを特徴とするバッテリ充電装置。

【請求項2】

前記正負判定制御部は、
前記回転子の回転数の検出として、前記交流信号のうちの負電圧を検出する負電圧検出部と、
前記負電圧検出部が検出した前記負電圧の絶対値が所定の電圧以上である場合に、前記正負切替判定部に、前記交流信号の負電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させる負電圧維持部と
を備え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。

【請求項3】

前記トリガ出力部は、
前記正負切替判定部が、前記交流信号の正電圧と判定した期間に前記スイッチング素子を導通状態にするように、前記トリガ信号を出力する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバッテリ充電装置。

【請求項4】

前記正負判定制御部は、
前記回転数が所定の閾値以上になった場合に、前記スイッチング素子の電流定格値を超えないように定められた前記所定の期間、前記正負切替判定部に前記負電圧の判定を追加で維持させる
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバッテリ充電装置。

【請求項5】

前記スイッチング素子は、シリコン制御整流子であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のバッテリ充電装置。

【請求項6】

回転子の回転に応じて発電し、発電した電力に応じた交流信号を出力する発電機と、
前記発電機が出力する前記交流信号を整流して負荷部に供給するスイッチング素子と、
前記交流信号の正負電圧の切り替えを判定する正負切替判定部と、
前記交流信号の正負電圧のうちの第１極性の電圧を検出することで、前記回転子の回転数を検出し、検出した前記回転数が所定の閾値以上になった場合に、前記正負切替判定部に、前記交流信号の前記第１極性の電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させる正負判定制御部と、
前記正負切替判定部の判定結果のうち、前記第１極性の電圧と逆極性の電圧である第２極性の電圧の判定に基づいて、前記スイッチング素子の導通タイミングを示すトリガ信号を出力するトリガ出力部と
を備えることを特徴とする電流制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリ充電装置、及び電流制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動二輪車などの内燃機関の回転を利用して、バッテリを充電するバッテリ充電装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような従来のバッテリ充電装置では、発電機が出力する交流信号を、例えば、サイリスタなどのスイッチ素子により半波整流して、バッテリを充電していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－１２３２９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、例えば、自動二輪車において、近年、ＦＩ（Fuel Injection：電子制御燃料噴射装置）による電子制御やセンサの増加などにより、発電機及びバッテリに接続される負荷が増大している。しかしながら、上述した従来のバッテリ充電装置では、実用回転領域において発電機の出力電流を増加しようとすると、発電機が高回転時に過大な出力となり、スイッチング素子の電流定格値を高くする必要があった。

【0005】

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、接続される負荷の増大に対応させつつ、スイッチング素子の電流定格値を低減することができるバッテリ充電装置、及び電流制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記問題を解決するために、本発明の一態様は、回転子の回転に応じて発電し、発電した電力に応じた交流信号を出力する発電機と、前記発電機が出力する前記交流信号を整流して充電電力としてバッテリに供給するスイッチング素子と、前記交流信号の正負電圧の切り替えを判定する正負切替判定部と、前記正負切替判定部の判定結果に基づいて、前記スイッチング素子の導通タイミングを示すトリガ信号を出力するトリガ出力部と、前記交流信号の電圧を検出することで、前記回転子の回転数を検出し、検出した前記回転数が所定の閾値以上になった場合に、前記正負切替判定部に、前記交流信号の負電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させる正負判定制御部とを備えることを特徴とするバッテリ充電装置である。

【0007】

また、本発明の一態様は、上記のバッテリ充電装置において、前記正負判定制御部は、前記回転子の回転数の検出として、前記交流信号のうちの負電圧を検出する負電圧検出部と、前記負電圧検出部が検出した前記負電圧の絶対値が所定の電圧以上である場合に、前記正負切替判定部に、前記交流信号の負電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させる負電圧維持部とを備えることを特徴とする。

【0008】

また、本発明の一態様は、上記のバッテリ充電装置において、前記トリガ出力部は、前記正負切替判定部が、前記交流信号の正電圧と判定した期間に前記スイッチング素子を導通状態にするように、前記トリガ信号を出力することを特徴とする。

【0009】

また、本発明の一態様は、上記のバッテリ充電装置において、前記正負判定制御部は、前記回転数が所定の閾値以上になった場合に、前記スイッチング素子の電流定格値を超えないように定められた前記所定の期間、前記正負切替判定部に前記負電圧の判定を追加で維持させることを特徴とする。

【0010】

また、本発明の一態様は、上記のバッテリ充電装置において、前記スイッチング素子は、シリコン制御整流子であることを特徴とする。

【0011】

また、本発明の一態様は、回転子の回転に応じて発電し、発電した電力に応じた交流信号を出力する発電機と、前記発電機が出力する前記交流信号を整流して負荷部に供給するスイッチング素子と、前記交流信号の正負電圧の切り替えを判定する正負切替判定部と、前記交流信号の正負電圧のうちの第１極性の電圧を検出することで、前記回転子の回転数を検出し、検出した前記回転数が所定の閾値以上になった場合に、前記正負切替判定部に、前記交流信号の前記第１極性の電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させる正負判定制御部と、前記正負切替判定部の判定結果のうち、前記第１極性の電圧と逆極性の電圧である第２極性の電圧の判定に基づいて、前記スイッチング素子の導通タイミングを示すトリガ信号を出力するトリガ出力部とを備えることを特徴とする電流制御装置である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、発電機が、回転子の回転に応じて発電し、発電した電力に応じた交流信号を出力し、スイッチング素子が、発電機が出力する交流信号を整流して充電電力としてバッテリに供給する。正負切替判定部が、交流信号の正負電圧の切り替えを判定し、トリガ出力部が、正負切替判定部の判定結果に基づいて、スイッチング素子の導通タイミングを示すトリガ信号を出力する。そして、正負判定制御部が、交流信号の電圧を検出することで、回転子の回転数を検出し、検出した回転数が所定の閾値以上になった場合に、正負切替判定部に、前記交流信号の負電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させる。これにより、バッテリ充電装置では、回転数が所定の閾値以上になった場合に、所定の期間追加されて負電圧の期間と判定され、この所定の期間分、トリガ信号のスイッチング素子の導通期間が短くなり、充電電力が抑制される。そのため、バッテリ充電装置は、高回転時にスイッチング素子の電流定格値を超えないように制限することができ、接続される負荷の増大に対応させつつ、スイッチング素子の電流定格値を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態によるバッテリ充電装置の一例を示すブロック図である。

【図2】本実施形態によるバッテリ充電装置の動作の一例を示すタイムチャートである。

【図3】従来のバッテリ充電装置の動作の一例を示すタイムチャートである。

【図4】本実施形態における発電機の回転数と充電電流との関係の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の一実施形態によるバッテリ充電装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態によるバッテリ充電装置１の一例を示すブロック図である。

【0015】

図１に示すように、バッテリ充電装置１は、発電機２及びバッテリ３に接続され、サイリスタ（１１、１３）と、発光ダイオード部１２と、正負切替判定部１４と、トリガ出力部１５と、正負判定制御部１６とを備えている。

【0016】

バッテリ充電装置１は、例えば、自動二輪車などの車両に搭載され、発電機２で発電した交流電力を半波整流して、バッテリ３に充電する装置である。また、バッテリ充電装置１には、ダイオード４を介して、ＦＩ負荷部５が接続され、発電機２が発電した電力、又はバッテリ３の出力電力をＦＩ負荷部５に供給する。バッテリ充電装置１は、電流制御装置の一例である。

【0017】

発電機２は、例えば、単相磁石式交流発電機であり、回転子（不図示）の回転に応じて発電し、発電した電力に応じた交流信号を出力する。ここで、回転子は、例えば、自動二輪車の内燃機関（エンジン）の回転軸に接続されたクランクシャフトなどである。発電機２は、発電した電力に応じた交流信号を、電力供給線Ｌ１を介して、サイリスタ１３に接続されている。なお、本実施形態において、交流信号のうちの負電圧を第１極性の電圧とし、正電圧を第１極性の電圧と反対極性の電圧である第２極性の電圧とする。

【0018】

バッテリ３は、例えば、鉛蓄電池であり、＋（プラス）電極（正極）が、サイリスタ１３のカソード端子に接続されており、－（マイナス）電極（負極）が、グランド端子（グランド線Ｌ２）に接続されている。バッテリ３は、電力供給線Ｌ１及びサイリスタ１３を介して供給された発電機２の発電電力を充電するとともに、充電した電力を、ダイオード４を介して、ＦＩ負荷部５に供給する。

【0019】

ダイオード４は、アノード端子が、電力供給線Ｌ１に、カソード端子が、ＦＩ負荷部５にそれぞれ接続されており、ＦＩ負荷部５からの電流の逆流を防止する。

【0020】

ＦＩ負荷部５は、例えば、自動二輪車の電装部品であり、ＥＣＵ（Engine Control Unit）、フューエルポンプ、インジェクション、各種センサ類などである。ＦＩ負荷部５は、電力供給線Ｌ１とグランド線Ｌ２との間に接続され、ダイオード４を介して、電力供給線Ｌ１から発電機２の発電電力又はバッテリ３の出力電力を供給されて動作し、電力を消費する。

【0021】

サイリスタ１１は、アノード端子が発光ダイオード部１２（発光ダイオード１２Ａ）のカソード端子に、カソード端子が電力供給線Ｌ１に、ゲート端子（制御端子）がトリガ出力部１５が出力する制御信号線（制御信号Ｓ１の信号線）に、それぞれ接続されている。サイリスタ１１は、トリガ出力部１５が出力する制御信号Ｓ１によりオン状態（導通状態）になるか否かが制御され、発光ダイオード部１２の発光を制御する。

【0022】

発光ダイオード部１２は、例えば、自動二輪車のエンジン及び発電機２が動作していることを発光により表示する。発光ダイオード部１２は、サイリスタ１１がオン状態されると、電力供給線Ｌ１の交流信号が負電圧であるタイミングで電流が流れて発光する。すなわち、発光ダイオード部１２は、サイリスタ１１がオン状態、且つ、発電機２が出力する交流信号が負電圧である場合に、発光する。
また、発光ダイオード部１２は、直列に接続された発光ダイオード１２Ａと、発光ダイオード１２Ｂとを備える。

【0023】

発光ダイオード１２Ａは、アノード端子が発光ダイオード１２Ｂのカソード端子に、カソード端子が電力供給線Ｌ１に、それぞれ接続されている。
また、発光ダイオード１２Ｂは、アノード端子がグランド線Ｌ２に、カソード端子が、発光ダイオード１２Ａのアノード端子に、それぞれ接続されている

【0024】

サイリスタ１３（スイッチング素子）の一例は、発電機２が出力する交流信号を整流して充電電力としてバッテリ３に供給するシリコン制御整流子である。サイリスタ１３は、アノード端子が電力供給線Ｌ１に、カソード端子がバッテリ３の＋電極に、ゲート端子（制御端子）がトリガ出力部１５が出力する制御信号線（制御信号Ｓ２の信号線）に、それぞれ接続されている。サイリスタ１３は、トリガ出力部１５の制御信号Ｓ２によって、オン状態にされることで、電力供給線Ｌ１の交流信号の正電圧をバッテリ３の＋電極に供給して、バッテリ３を充電するとともに、ＦＩ負荷部５に動作電力を供給する。

【0025】

正負切替判定部１４は、発電機２が出力する交流信号の正負電圧の切り替えを判定する。正負切替判定部１４は、正負電圧の判定信号として、例えば、交流信号が正電圧の期間に、ハイ状態（Ｈｉｇｈ状態）を出力し、交流信号が負電圧の期間に、ロウ状態（Ｌｏｗ状態）を出力する。
正負切替判定部１４は、例えば、抵抗１４１～抵抗１４３と、コンデンサ１４４と、ツェナーダイオード１４５と、ツェナーダイオード１４６とを備えている。

【0026】

抵抗１４１～抵抗１４３は、電力供給線Ｌ１とグランド線Ｌ２との間に直列に接続される。抵抗１４１は、第１端子が電力供給線Ｌ１に、第２端子がノードＮ１に、それぞれ接続されている。また、抵抗１４２は、第１端子がノードＮ１に、第２端子がノードＮ２に、それぞれ接続されている。また、抵抗１４３は、第１端子がノードＮ２に、第２端子がグランド線Ｌ２に、それぞれ接続されている。

【0027】

コンデンサ１４４は、ノードＮ２とグランド線Ｌ２との間に、抵抗１４３と並列に接続されている。すなわち、コンデンサ１４４は、第１端子がノードＮ２に、第２端子がグランド線Ｌ２に、それぞれ接続されている。

【0028】

なお、抵抗１４１～抵抗１４３、及びコンデンサ１４４は、ノードＮ１及びノードＮ２において、発電機２が出力する交流信号の電圧を分圧して出力するとともに、ノードＮ２のノイズを除去するフィルタ回路として機能する。
ここで、ノードＮ１の電圧は、後述する正負判定制御部１６による交流信号の負電圧検出に用いられる。また、ノードＮ２の電圧は、正負切替判定部１４の出力信号として用いられる。

【0029】

ツェナーダイオード１４５とツェナーダイオード１４６とは、ノードＮ２とグランド線Ｌ２との間に、互いに逆方向に直列に接続されている。ツェナーダイオード１４５は、アノード端子がノードＮ２に、カソード端子がツェナーダイオード１４６のカソード端子に、それぞれ接続されている。また、ツェナーダイオード１４６は、アノード端子がグランド線Ｌ２に、カソード端子がツェナーダイオード１４５のカソード端子に、それぞれ接続されている。

【0030】

ツェナーダイオード１４５及びツェナーダイオード１４６は、逆方向に所定の電圧以上（アノード端子を基準に、カソード端子に所定の電圧以上）が印加された場合に、オン状態（導通状態）になり、所定の電圧未満が印加された場合に、オフ状態（非導通状態）になる。

【0031】

例えば、ノードＮ２に正電圧が印加されている状態では、ツェナーダイオード１４５は、順方向のバイアスでオン状態になる。また、この状態では、正電圧が絶対値が所定の電圧以上である場合に、ツェナーダイオード１４６は、オン状態になり、所定の電圧未満である場合に、オフ状態になることで、ノードＮ２の正電圧は、所定の電圧にクランプされる。

【0032】

また、例えば、ノードＮ２に負電圧が印加されている状態では、ツェナーダイオード１４６は、順方向のバイアスでオン状態になる。また、この状態では、負電圧が絶対値が所定の電圧以上である場合に、ツェナーダイオード１４５は、オン状態になり、所定の電圧未満である場合に、オフ状態になることで、ノードＮ２の負電圧は、負電圧の所定の電圧にクランプされる。

【0033】

このように、正負切替判定部１４は、正負電圧の判定信号を生成して、トリガ出力部１５に出力する。

【0034】

トリガ出力部１５は、正負切替判定部１４の判定結果に基づいて、サイリスタ１１及びサイリスタ１３の導通タイミングを示すトリガ信号（制御信号）を出力する。
トリガ出力部１５は、例えば、正負切替判定部１４が、交流信号の負電圧と判定した期間の一部期間（例えば、後半の所定の期間）に、サイリスタ１１をオン状態にするように、制御信号Ｓ１を出力する。

【0035】

具体的に、トリガ出力部１５は、サイリスタ１１をオン状態にする場合に、制御信号Ｓ１をハイ状態にし、サイリスタ１１をオフ状態にする場合に、制御信号Ｓ１をロウ状態にする。

【0036】

また、トリガ出力部１５は、例えば、正負切替判定部１４が、交流信号の正電圧（第２極性の電圧）と判定した期間にサイリスタ１３をオン状態にするように、トリガ信号（制御信号Ｓ２）を出力する。また、トリガ出力部１５は、例えば、正負切替判定部１４が、交流信号の負電圧と判定した期間にサイリスタ１３をオフ状態にするように、トリガ信号（制御信号Ｓ２）を出力する。すなわち、トリガ出力部１５は、正負切替判定部１４の判定結果のうち、正電圧（第２極性の電圧）の判定に基づいて、サイリスタ１３の導通タイミングを示すトリガ信号（制御信号Ｓ２）を出力する。

【0037】

具体的に、トリガ出力部１５は、サイリスタ１３をオン状態にする場合に、制御信号Ｓ２をハイ状態にし、サイリスタ１３をオフ状態にする場合に、制御信号Ｓ２をロウ状態にする。

【0038】

正負判定制御部１６は、発電機２が出力した交流信号の電圧を検出することで、回転子の回転数を検出し、検出した回転数が所定の閾値以上になった場合に、正負切替判定部１４に、交流信号の負電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させる。

【0039】

なお、発電機２が出力した交流信号の電圧及び電流は、回転子の回転数に応じて大きくなる。また、発電機２が出力した交流信号の正電圧は、サイリスタ１３がオン状態である場合に、バッテリ３の出力電圧にクランプ（固定）される。そのため、正負判定制御部１６は、発電機２が出力した交流信号のうちの負電圧を検出することで、回転子の回転数を検出する。

【0040】

すなわち、正負判定制御部１６は、発電機２が出力した交流信号のうちの負電圧（第１極性の電圧）を検出することで、回転子の回転数を検出し、検出した回転数が所定の閾値以上になった場合に、正負切替判定部１４に、交流信号の負電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させる。ここで、所定の期間は、例えば、回転数が所定の閾値以上になった場合に、サイリスタ１３の電流定格値を超えないように定められている。
また、正負判定制御部１６は、負電圧検出部１６１と、負電圧維持部１６２とを備える。

【0041】

負電圧検出部１６１は、回転子の回転数の検出として、発電機２が出力した交流信号のうちの負電圧を検出する。すなわち、負電圧検出部１６１は、交流信号を抵抗１４１～抵抗１４３により抵抗分圧したノードＮ１の負電圧を検出することで、回転子の回転数の検出する。

【0042】

負電圧維持部１６２は、負電圧検出部１６１が検出した負電圧の絶対値が所定の電圧以上である場合に、正負切替判定部１４に、交流信号の負電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させる。すなわち、負電圧維持部１６２は、負電圧検出部１６１が検出したノードＮ１の負電圧の絶対値が所定の電圧以上である場合に、ノードＮ１の電圧を調整して、正負切替判定部１４に、交流信号の負電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させる。例えば、負電圧維持部１６２は、ノードＮ２の電圧が交流信号の負電圧の判定をするように、所定の期間、ノードＮ１の負電圧を維持させる処理を実行する。
また、負電圧維持部１６２は、ノードＮ１の負電圧の絶対値が所定の電圧未満である場合に、特に何も行わず、ノードＮ１の電圧を調整を行わない。

【0043】

次に、図面を参照して、本実施形態によるバッテリ充電装置１の動作について説明する。
図２は、本実施形態によるバッテリ充電装置１の動作の一例を示すタイムチャートである。

【0044】

図２において、各グラフは、上から順に、発電機２の出力電圧、発電機２による充電電流（出力電流）、及び正負電圧の判定信号を示している。
また、波形Ｗ１は、サイリスタ１１及びサイリスタ１３をオン状態にしない場合の発電機２の出力電圧を示し、波形Ｗ２は、サイリスタ１１及びサイリスタ１３をオン状態にした場合の実際の発電機２の出力電圧（電力供給線Ｌ１の電圧）を示している。

【0045】

また、波形Ｗ３は、発電機２によるバッテリ３への充電電流（サイリスタ１３に流れる電流）を示しており、波形Ｗ３Ａ、波形Ｗ３Ｂ、及び波形Ｗ３Ｃの各波形は、この充電電流の部分波形を示している。
また、波形Ｗ４は、正負切替判定部１４が出力する判定信号の電圧波形を示している。
なお、各グラフの横軸は、時間を指名ている。

【0046】

図２において、発電機２の出力電圧が正電圧になると（波形Ｗ１を参照）、時刻Ｔ１において、正負切替判定部１４が正電圧と判定し、判定信号を所定の正電圧を出力する。これにより、トリガ出力部１５は、制御信号Ｓ２をハイ状態にし、サイリスタ１３がオン状態になるため、発電機２の出力電圧は、波形Ｗ２に示すように、バッテリ３の出力電圧にクランプ（固定）される。

【0047】

また、発電機２の出力電圧が負電圧になると（波形Ｗ２を参照）、時刻Ｔ２において、正負切替判定部１４が負電圧と判定し、判定信号を所定の負電圧を出力する。これにより、トリガ出力部１５は、制御信号Ｓ２をロウ状態にし、サイリスタ１３がオフ状態になるため、波形Ｗ２に示すように、発電機２の負電圧が出力される。なお、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間、波形Ｗ３Ａに示すように、サイリスタ１３を介して、バッテリ３に充電電流が供給される。

【0048】

また、時刻Ｔ２において、サイリスタ１３がオフ状態にされると、正負判定制御部１６の負電圧検出部１６１は、ノードＮ１により、発電機２が出力する交流信号の負電圧を検出する。そして、正負判定制御部１６の負電圧維持部１６２は、負電圧検出部１６１が検出した負電圧の絶対値が所定の電圧以上（閾値電圧ＭＶｔｈ以上）であるか否かを判定する。ここでは、負電圧の絶対値が所定の電圧未満（閾値電圧ＭＶｔｈ未満）であるため、負電圧維持部１６２は、何も行わない（交流信号の負電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させる処理を行わない）。

【0049】

次に、再び、発電機２の出力電圧が正電圧になると（波形Ｗ１を参照）、時刻Ｔ３において、正負切替判定部１４が正電圧と判定し、判定信号を所定の正電圧を出力する。これにより、トリガ出力部１５は、制御信号Ｓ２をハイ状態にし、サイリスタ１３がオン状態になるため、発電機２の出力電圧は、波形Ｗ２に示すように、バッテリ３の出力電圧にクランプ（固定）される。

【0050】

なお、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の負電圧の期間の後半の期間に、トリガ出力部１５は、制御信号Ｓ１をハイ状態にし、サイリスタ１１がオン状態になるため、発電機２の出力電圧は、波形Ｗ２に示すように、発光ダイオード部１２の発光によりクランプ（固定）される。

【0051】

また、再び、発電機２の出力電圧が負電圧になると（波形Ｗ２を参照）、時刻Ｔ４において、正負切替判定部１４が負電圧と判定し、判定信号を所定の負電圧を出力する。これにより、トリガ出力部１５は、制御信号Ｓ２をロウ状態にし、サイリスタ１３がオフ状態になるため、波形Ｗ２に示すように、発電機２の負電圧が出力される。なお、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の間、波形Ｗ３Ｂに示すように、サイリスタ１３を介して、バッテリ３に充電電流が供給される。

【0052】

また、時刻Ｔ４において、サイリスタ１３がオフ状態にされると、正負判定制御部１６の負電圧検出部１６１は、ノードＮ１により、発電機２が出力する交流信号の負電圧を検出する。そして、正負判定制御部１６の負電圧維持部１６２は、負電圧検出部１６１が検出した負電圧の絶対値が所定の電圧以上（閾値電圧ＭＶｔｈ以上）であるか否かを判定する。ここでは、負電圧の絶対値が所定の電圧以上（閾値電圧ＭＶｔｈ以上）であるため、負電圧維持部１６２は、交流信号の負電圧の判定を、所定の期間（期間ＴＲ１）、追加で維持させる処理を実行する。

【0053】

すなわち、負電圧維持部１６２は、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの期間ＴＲ１の間、追加で、交流信号の負電圧の判定を維持させる。これにより、正負切替判定部１４は、時刻Ｔ６において、負電圧から正電圧に判定信号を切り替える。トリガ出力部１５は、時刻Ｔ６において、制御信号Ｓ２をハイ状態にし、サイリスタ１３がオン状態になるため、発電機２の出力電圧は、波形Ｗ２に示すように、バッテリ３の出力電圧にクランプ（固定）される。

【0054】

また、再び、発電機２の出力電圧が負電圧になると（波形Ｗ２を参照）、時刻Ｔ７において、正負切替判定部１４が負電圧と判定し、判定信号を所定の負電圧を出力する。これにより、トリガ出力部１５は、制御信号Ｓ２をロウ状態にし、サイリスタ１３がオフ状態になるため、波形Ｗ２に示すように、発電機２の負電圧が出力される。なお、時刻Ｔ６から時刻Ｔ７の間、波形Ｗ３Ｃに示すように、サイリスタ１３を介して、バッテリ３に充電電流が供給される。ここでは、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６の期間ＴＲ１、交流信号の負電圧の判定が追加で維持されていたため、その分、波形Ｗ３Ｃの充電電流が制限される。

【0055】

また、時刻Ｔ７において、サイリスタ１３がオフ状態にされると、正負判定制御部１６の負電圧検出部１６１は、ノードＮ１により、発電機２が出力する交流信号の負電圧を検出する。そして、正負判定制御部１６の負電圧維持部１６２は、負電圧検出部１６１が検出した負電圧の絶対値が所定の電圧以上（閾値電圧ＭＶｔｈ以上）であるか否かを判定する。ここでは、負電圧の絶対値が所定の電圧以上（閾値電圧ＭＶｔｈ以上）であるため、負電圧維持部１６２は、交流信号の負電圧の判定を、所定の期間（期間ＴＲ１）、追加で維持させる処理を実行する。これにより、正負切替判定部１４は、時刻Ｔ８において、負電圧から正電圧に判定信号を切り替える。

【0056】

また、上述した本実施形態との比較のため、図３を参照して、正負判定制御部１６を備えない従来技術のバッテリ充電装置の動作について説明する。
図３は、従来のバッテリ充電装置の動作の一例を示すタイムチャートである。

【0057】

図３において、各グラフは、上述した図２と同様であり、波形Ｗ１１から波形Ｗ１４の各波形は、上述した図２に示す本実施形態における波形Ｗ１から波形Ｗ４の各波形に対応する。

【0058】

また、時刻Ｔ１１、時刻Ｔ１３、時刻Ｔ１５、及び時刻Ｔ１７が、負電圧から正電圧に判定信号が切り替わるタイミングであり、時刻Ｔ１２、時刻Ｔ１４、及び時刻Ｔ１６が、正電圧から負電圧に判定信号が切り替わるタイミングである。

【0059】

図３に示す従来のバッテリ充電装置では、正負判定制御部１６を備えないため、時刻Ｔ１５から時刻Ｔ１６における充電電流（波形Ｗ１３Ｃ）が制限されないため、図２に示す本実施形態によるバッテリ充電装置１に比べて大きくなり、サイリスタ１３の電流定格値を超えてしまう可能性がある。

【0060】

これに対して、本実施形態によるバッテリ充電装置１は、上述した図２の時刻Ｔ６から時刻Ｔ７の波形Ｗ４に示すように、正負判定制御部１６が、正負切替判定部１４に、交流信号の負電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させることで、サイリスタ１３のオン状態の期間を短くすることができる。そのため、バッテリ充電装置１は、上述した図２の波形Ｗ３Ｃに示すように、サイリスタ１３に流れる充電電流を制限することができる。

【0061】

また、図４は、本実施形態における発電機２の回転数と充電電流との関係の一例を示す図である。
図４において、横軸は、発電機２の回転数（ｒｐｍ：revolutions per minute）を示し、縦軸は、充電電流を示している。

【0062】

また、波形Ｗ５は、本実施形態における発電機２の回転数と充電電流との関係を示している。また、波形Ｗ１５は、比較のために、従来のバッテリ充電装置による発電機２の回転数と充電電流との関係を示している。

【0063】

図４の波形Ｗ１５に示すように、従来のバッテリ充電装置では、正負判定制御部１６を備えないため、回転数に応じて、充電電流が上昇し、サイリスタ１３の電流定格値Ａｒａｔを超えてしまう。これに対して、本実施形態によるバッテリ充電装置１では、正負判定制御部１６により充電電流が制限されるため、波形Ｗ５に示すように、サイリスタ１３の電流定格値Ａｒａｔを超えないように制限することができる。

【0064】

以上説明したように、本実施形態によるバッテリ充電装置１は、発電機２と、サイリスタ１３（スイッチング素子）と、正負切替判定部１４と、トリガ出力部１５と、正負判定制御部１６とを備える。発電機２は、回転子の回転に応じて発電し、発電した電力に応じた交流信号を出力する。サイリスタ１３は、発電機２が出力する交流信号を整流して充電電力としてバッテリ３に供給する。正負切替判定部１４は、交流信号の正負電圧の切り替えを判定する。トリガ出力部１５は、正負切替判定部１４の判定結果に基づいて、サイリスタ１３の導通タイミングを示すトリガ信号を出力する。正負判定制御部１６は、交流信号の電圧を検出することで、回転子の回転数を検出し、検出した回転数が所定の閾値以上になった場合に、正負切替判定部１４に、交流信号の負電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させる。なお、スイッチング素子は、シリコン制御整流子（例えば、サイリスタ１３）である。

【0065】

これにより、本実施形態によるバッテリ充電装置１は、回転数が所定の閾値以上になった場合に、所定の期間追加されて負電圧の期間と判定され、この所定の期間分（例えば、図２の期間ＴＲ１分）、トリガ信号（制御信号Ｓ２）のサイリスタ１３の導通期間（オン期間）が短くなり、充電電力が抑制される。そのため、本実施形態によるバッテリ充電装置１は、例えば、図４の波形Ｗ５に示すように、高回転時にサイリスタ１３の電流定格値Ａｒａｔを超えないように制限することができ、接続される負荷（例えば、ＦＩ負荷部５の電流）の増大に対応させつつ、サイリスタ１３の電流定格値Ａｒａｔを低減することができる。

【0066】

すなわち、本実施形態によるバッテリ充電装置１では、ＦＩ負荷部５の消費電力の増大に応じて、サイリスタ１３の電流定格値を大きくする必要がなく、電流定格値の大きい高価なサイリスタ１３を使用する必要がない。

【0067】

また、本実施形態では、正負判定制御部１６は、負電圧検出部１６１と、負電圧維持部１６２とを備える。負電圧検出部１６１は、回転子の回転数の検出として、交流信号のうちの負電圧を検出する。負電圧維持部１６２は、負電圧検出部１６１が検出した負電圧の絶対値が所定の電圧以上である場合に、正負切替判定部１４に、交流信号の負電圧の判定を、所定の期間（例えば、図２に示す期間ＴＲ１）、追加で維持させる。

【0068】

これにより、本実施形態によるバッテリ充電装置１は、負電圧を検出することで、簡易な構成のより適切に、ＦＩ負荷部５の増大に対応させつつ、サイリスタ１３の電流定格値Ａｒａｔを低減することができる。

【0069】

また、本実施形態では、トリガ出力部１５は、正負切替判定部１４が、交流信号の正電圧と判定した期間にサイリスタ１３をオン状態（導通状態）にするように、トリガ信号を出力する。

【0070】

これにより、本実施形態によるバッテリ充電装置１は、正負判定制御部１６が、交流信号の負電圧の判定を、所定の期間、追加で維持させることで、サイリスタ１３をオン状態（導通状態）の期間を容易に短くすることができ、容易に充電電力が抑制することができる。

【0071】

また、本実施形態では、正負判定制御部１６は、回転数が所定の閾値以上になった場合に、サイリスタ１３の電流定格値Ａｒａｔを超えないように定められた所定の期間、正負切替判定部１４に負電圧の判定を追加で維持させる。
これにより、本実施形態によるバッテリ充電装置１は、高回転時にサイリスタ１３の電流定格値Ａｒａｔを確実に超えないように制限することができる。

【0072】

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の実施形態において、正負判定制御部１６は、交流信号の負電圧を検出することで回転数を検出する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、正負判定制御部１６は、発電機２の交流信号の正電圧が、バッテリ３の出力電圧によりクランプされない期間がある場合には、交流信号の正電圧を検出することで回転数を検出するようにしてもよい。

【0073】

また、上記の実施形態において、スイッチング素子が、サイリスタ１３である例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）トランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、他のシリコン制御整流子などの他のスイッチング素子であってもよい。

【0074】

また、正負切替判定部１４の構成は、図１に示す回路に限定されるものではなく、他の構成（回路）であってもよい。
また、上記の実施形態において、発電機２は、単相磁石式交流発電機である例を説明したが、これに限定されるものではなく、複数相（例えば、３相など）の交流信号を出力する発電機であってもよいし、他の発電機であってもよい。

【0075】

また、上記の実施形態では、高回転時にサイリスタ１３の電流定格値Ａｒａｔを超えないように制限する例を説明したが、これに限定されるものではなく、サイリスタ１１についても同様に適用可能である。この場合、正電圧を第１の極性の電圧とし、負電圧を第２極性の電圧とする。さらに、この場合、正負判定制御部１６は、交流信号の正電圧（第１の極性）を検出することで、回転子の回転数を検出し、検出した回転数が所定の閾値以上になった場合に、正負切替判定部１４に、交流信号の正電圧（第１の極性）の判定を、所定の期間、追加で維持させる。そして、トリガ出力部１５は、正負切替判定部１４の判定結果のうち、負電圧（第２極性の電圧）の判定に基づいて、サイリスタ１１の導通タイミングを示すトリガ信号（制御信号Ｓ１）を出力する。

【0076】

これにより、バッテリ充電装置１は、回転数が所定の閾値以上になった場合に、所定の期間追加されて正電圧の期間と判定され、この所定の期間分、トリガ信号（制御信号Ｓ１）のサイリスタ１１の導通期間（オン期間）が短くなり、発光ダイオード部１２に流れる電流が抑制される。そのため、バッテリ充電装置１は、高回転時にサイリスタ１１の電流定格値を超えないように制限することができ、接続される負荷（例えば、発光ダイオード部１２の電流）の増大に対応させつつ、サイリスタ１１の電流定格値を低減することができる。

【0077】

以上説明したように、電流制御装置（例えば、バッテリ充電装置１）は、発電機２と、スイッチング素子（例えば、サイリスタ１３、又はサイリスタ１１）と、正負切替判定部１４と、正負判定制御部１６と、トリガ出力部１５とを備える。発電機２は、回転子の回転に応じて発電し、発電した電力に応じた交流信号を出力する。スイッチング素子（例えば、サイリスタ１３、又はサイリスタ１１）は、発電機２が出力する交流信号を整流して負荷部（例えば、バッテリ３及びＦＩ負荷部５、あるいは、発光ダイオード部１２）に供給する。正負切替判定部１４は、交流信号の正負電圧の切り替えを判定する。正負判定制御部１６は、交流信号の正負電圧のうちの第１極性の電圧（例えば、負電圧、又は正電圧）を検出することで、回転子の回転数を検出し、検出した回転数が所定の閾値以上になった場合に、正負切替判定部１４に、交流信号の第１極性の電圧（例えば、負電圧、又は正電圧）の判定を、所定の期間、追加で維持させる。トリガ出力部１５は、正負切替判定部１４の判定結果のうち、第１極性の電圧（例えば、負電圧、又は正電圧）と逆極性の電圧である第２極性の電圧（例えば、正電圧、又は負電圧）の判定に基づいて、スイッチング素子（例えば、サイリスタ１３、又はサイリスタ１１）の導通タイミングを示すトリガ信号を出力する。

【0078】

これにより、電流制御装置（例えば、バッテリ充電装置１）は、接続される負荷（例えば、バッテリ３及びＦＩ負荷部５の電流、あるいは、発光ダイオード部１２の電流）の増大に対応させつつ、スイッチング素子（例えば、サイリスタ１３、又はサイリスタ１１）の電流定格値を低減することができる。

【符号の説明】

【0079】

１ バッテリ充電装置
２ 発電機
３ バッテリ
４ ダイオード
５ ＦＩ負荷部
１１、１３ サイリスタ
１２ 発光ダイオード部
１２Ａ、１２Ｂ 発光ダイオード
１４ 正負切替判定部
１５ トリガ出力部
１６ 正負判定制御部
１４１、１４２、１４３ 抵抗
１４４ コンデンサ
１４５、１４６ ツェナーダイオード
１６１ 負電圧検出部
１６２ 負電圧維持部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】