自行車用充電控制電路的製作方法
2023-06-08 18:22:51
專利名稱：自行車用充電控制電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及自行車用充電控制電路，特別涉及從自行車用發電機中取得電力，進行對燈的點亮控制和對充電裝置的充電控制的自行車用充電控制電路。
背景技術：
在自行車中，為了點亮前燈等燈而裝有發電機，發電機發出的電力供給燈。對於該燈的點亮控制，提供有象特開平5-238447號公報和特開2000-62523號公報所示那樣的裝置。
在特開平5-238447號公報所示的裝置中，通過檢測電池兩端的電壓並與該檢測結果對應控制發電機的勵磁電流，可以減輕騎車人的身體疲勞，同時可以使燈的照度穩定。此外，在特開2000-62523號公報所示的裝置中，設置充電用電容器，當發電機的發電量少時，從充電用電容器向燈供給電力。
在最近的自行車中，作為由發電機驅動的設備，除了燈之外，還有用來使電動變速器變速的調節器和用來調整電動懸浮的阻尼力的調節器，或者還有自行車計算機(cycle computer)的指示器的背光燈等(將這些設備記作電動單元)。在這些電動單元中，當驅動電壓在規定電壓以下時，工作不穩定。例如，以作為調節器的電機為例，當驅動電壓便低時，會發生轉速變慢、不能以正常速度工作、或電動變速器在變速途中停止工作、電動懸浮的調節器中途不工作等故障。此外，當電動單元使用微機時，有時還會產生誤動作。進而，若是指示器背光燈，則會因照度不足而引起可見度降低。
這裡，當發電機的轉數相同時，因亮燈時與滅燈時比較，其電壓降低，故特別在設有前述那樣的電動單元的自行車中，得到穩定的充電電壓很重要。但是，在前述那樣的先有的裝置中，即使向燈供給穩定的電力，在電動單元一側也不能得到穩定的電力供給。
這裡，為了在持續點亮燈的同時向電動單元一側供給穩定的電力，有必要設置升壓器或升壓電路，存在裝置成本高的問題。
發明內容
本發明的課題是在點亮燈的同時向電動單元供給穩定的電力。
本發明第1方面的自行車充電用控制電路從自行車用發電機中取得電力，進行對燈的點亮控制和對充電裝置的充電控制，其特徵在於，包括設在發電機和燈之間的第1開關裝置；利用發電機充電的充電電池；設在發電機和充電電池之間的整流電路；檢測充電電池的充電電壓的充電電壓檢測裝置；與由充電電壓檢測裝置檢測出的充電電壓值對應控制上述第1開關裝置的通斷並向燈間歇地供給電力的控制裝置。
在該電路中，發電機的輸出經整流電路整流後供給充電電池。另一方面，發電機的輸出供給燈使燈點亮。這時，當充電電池的充電電壓在規定值之上時，發電機的輸出直接供給燈。但是，當充電電池的電壓低於規定值時，控制設在發電機和燈之間的第1開關，間歇地產生使因燈的負載引起的發電機內部的電壓降為0的狀態，從發電機的低轉速區得到充電所必要的電壓，而不需要特別的升壓電路。
在此，因優先利用發電機的低轉速區向充電電池充電，故可以抑制電動單元工作的不穩定。此外，因間歇地向燈供給電力，所以，雖然燈要發生閃爍，但通過提高閃爍頻率，可以使人的眼睛感覺不到。
本發明第2方面的自行車用充電控制電路的特徵是，在第1方面的電路中，控制裝置控制在發電機的輸出電壓的每半周期內接通或斷開向燈的電力供給。
在此，因在發電機的輸出的每半周期內進行控制，故用於控制的電路結構變得簡單。
本發明第3方面的自行車用充電控制電路的特徵是，在第1或第2方面的電路中，進而具有設在整流電路和充電電池之間的第2開關裝置和用來控制第2開關裝置通斷的第2開關控制裝置。
在此，當充電電池達到最高電壓時，使第2開關裝置斷開，可以防止因電壓繼續上升而使充電電池損壞和引起電動單元工作不穩定或損壞。
本發明第4方面的自行車用充電控制電路的特徵是，在第3方面的電路中，第2開關裝置是由加在其柵極上的電壓來控制其通斷的電晶體元件。此外，第2開關控制裝置包括利用發電機輸出的正半周期的電流充電的第1電容器和利用負半周期的電流及從第1電容器來的電流充電的第2電容器，該第2電容器同時對電晶體的柵極施加充電電壓。
在該電路中，第1電容器利用發電機的正半周期電流充電，第2電容器利用負半周期的電流及從第1電容器來的電流充電。因此，及時在低速區，第2電容器的充電電壓也很高，可以使構成第2開關裝置的電晶體工作穩定，可以充電電池的充電動作穩定。
本發明第5方面的自行車用充電控制電路的特徵是，在第1至第4任何一方面的電路中，充電電池是電容元件。這時，其耐久性較高，電動單元的壽命大約可長達10年之久。
本發明第6方面的自行車用充電控制電路的特徵是，在第1至第5任何一方面的電路中，第1開關裝置是利用加在其柵極上的電壓控制其通斷的電晶體元件。此外，控制裝置利用充電電池的充電電壓控制加在電晶體元件的柵極上的電壓。
這時，因開關裝置由電晶體元件構成，故體積小，重量輕且具有耐久性，開關速度也快。
圖1是本發明一實施形態採用的系統的原理圖。
圖2是上述系統的具體電路圖。
圖3是發電機和燈的電壓波形圖。
發明的
具體實施例方式
圖1示出本發明一實施形態採用的系統的原理圖。
該系統具有發電機1、整流電路2、作為電動單元的電源的蓄電裝置3、燈4和設在發電機1及燈4之間的開關5。
發電機1是內置於例如自行車的前輪轂中的輪轂發電機。整流電路2是用來對發電機1的輸出交流電壓進行整流的電路，是包含二極體等的電路。此外，蓄電裝置3是包含電容器和電晶體等的裝置，利用充電電壓進行開關5的通斷控制。
圖2示出將圖1所示的原理圖具體化後的電路圖。
象圖2所示的電路圖那樣，在發電機1(GE)上連接有第1電容器C1、第2電容器C2、第1二極體D1和第2二極體D2。
在這樣的的電路中，利用第1及第2電容器C1、C2和第1及第2二極體D1、D2構成倍壓整流電路。因此，在發電機1輸出的正半周期對第1電容器C1充電，在接下來的負半周期，利用第1電容器C1的充電電壓和發電機1的發電電壓之和的電壓對第2電容器C2充電。因此，第2電容器C2可以在低速狀態下得到高的充電電壓。因此，第2電容器C2起後述的第1及第3場效應電晶體FET1、FET3的驅動用電源的作用。
此外，在發電機1上還連接有作為整流電路的第3二極體D3，在該第3二極體D3的後級上，經第1場效應電晶體(以下單記作電晶體)FET1與作為充電電池的電容器C3連接。第1電晶體FET1的柵極經第1電阻R1與第2電容器C2連接。
在這樣的電路中，因二極體D3的作用，只有發電機1輸出中的負半周期的輸出經第1電晶體FET1對第3電容器C3充電。這時，為了對第3電容器C3進行充電，第1電晶體FET1必須導通，但第1電晶體FET1隻有柵極比源極高出規定的電位(例如2V)才會導通。這裡，因第1電晶體FET1的柵極施加第2電容器C2的電壓，故如前所述，即使在低速狀態下也可以得到足夠高的電壓，第1電晶體FET1處於穩定的導通狀態，第3電容器C3的充電動作穩定。
此外，在發電機1上串聯連接第2電晶體FET2、第3電晶體FET3(相當圖1的開關5)和燈4。再有，與第2電晶體FET2並聯示出的二極體D5及與第3電晶體FET3並聯示出的二極體D4分別是各電晶體FET2、FET3的寄生二極體。而且，第2電晶體FET2的柵極經第2電阻R2與第2電容器C2連接，第3電晶體FET3的柵極與控制電路10連接。此外，第3電晶體FET3的柵極與第3電阻R3並聯連接。這裡，控制電路10是用來控制第2及第3電晶體FET2、FET3的柵極電位的電路。
在這樣的電路構成中，可以利用控制電路10控制第1電晶體FET1的柵極電位，從而控制對第3電容器C3的充電，進而，與第3電容器C3的充電電壓對應控制第3電晶體FET3的柵極電位，從而控制第3電晶體FET3的導通截止。
此外，可以通過使第2電晶體FET2和第3電晶體FET3同時截止來使燈4完全熄滅。
其次，說明動作。
這裡，說明從所有的電容器都未充電的狀態開始的動作。
首先，在發電機1輸出的正半周期內，
①在發電機→D1→C1→發電機迴路①中流過電流，使第1電容器充電。因此，第1電容器C1兩端的電壓為(發電機輸出的峰值電壓-0.6V)V左右。
在接下來的負半周期內，②在發電機→C1→D2→C2→D5→發電機迴路②中流過電流，使第2電容器充電。這裡，供給第2電容器C2的電流是來自發電機1的電流加上第1電容器C1的充電電流。因此，即使在低速狀態下也可以對第2電容器C2進行充分的充電。而且，當第2電容器C2兩端的電壓變成{(C3兩端的電壓)+(可使FET1導通的柵極電壓)}時，第1電晶體FET1導通。此外，第2電晶體FET2也導通。因此，③在發電機→D3→FET1→C3→FET2→發電機迴路③中流過電流，開始對第3電容器充電。
這裡，只有在發電機輸出的負半周期內才可以以較高的穩定的電壓對第3電容器C3充電。而且，可以利用第2電容器C2使施加在第1電晶體FET1的柵極上的電壓穩定，所以，可以穩定地使第1電晶體FET1處於導通狀態。
在象以上那樣的狀態下，要想穩定地驅動其它電動單元，第3電容器C3兩端的電壓還不夠。因此，利用控制電路10控制施加在第3電晶體FET3的柵極上的電壓，使第3電晶體FET3仍然截止。
在這樣的狀態下，在正半周期內，如前所述，通過①在發電機→D1→C1→發電機迴路①中流過電流，使第1電容器充電，同時，通過④在發電機→FET2→D4→燈→發電機迴路④中流過電流，來點亮燈4。
而且，在負半周期內，②』在發電機→C1→D2→C2→FET2→發電機迴路②』中流過電流，同時，③在發電機→D3→FET1→C3→FET2→發電機迴路③中流過電流，使第2電容器C2和第3電容器C3充電。
反覆執行以上那樣的在發電機輸出的正半周期內使電流流過迴路①和④的動作以及在負半周期內使電流流過迴路②』和③的動作。
在圖3中，示出這時發電機輸出的波形(圖3(b))和施加在燈4上的電壓波形(圖3(a))。由這些圖可知，在發電機輸出的正半周期點亮燈4，在負半周期對作為充電電池的第3電容器C3充電。再有，在圖3(b)中，正的峰值電壓V1比負的峰值電壓V2低是因為由於燈的負載而使發電機具有內部電壓降的緣故。
當象以上那樣，對第3電容器C3反覆充電，第3電容器C3兩端的電壓變成能足夠驅動其它設備的電壓時，控制電路10使第3電晶體FET3導通。因此，⑤在發電機→燈→FET3→FET2→發電機迴路⑤中流過電流，點亮燈。在這樣的狀態下，燈4不是間歇地被點亮，而是在發電機輸出的正負半周期都被點亮。
再有，通過使第2電晶體FET2和第3電晶體FET3同時截止，可以使燈4完全熄滅。
在這樣的實施形態中，因3個電晶體FET1、2、3和第2、第3電容器C2、C3及控制電路10的GND電平是統一的地電平，故不需要特別的電路來統一這些元件的地電平，可以容易地對3個電晶體進行開關動作。
此外，因從第3電容器C3得到控制電路10的工作電力，故可以防止從發電機1來的高電壓加到控制電路10上，不需要用來保護控制電路10的電路。
象以上那樣，在本發明中，當充電電池的充電電壓低時，間歇地向燈供給電力，所以，可以一邊使燈點亮，一邊對充電電池進行充分的充電。
權利要求
1.一種自行車充電用控制電路，從自行車用發電機中取得電力，進行對燈的點亮控制和對充電裝置的充電控制，其特徵在於，包括設在上述發電機和燈之間的第1開關裝置；利用上述發電機充電的充電電池；設在上述發電機和充電電池之間的整流電路；檢測上述充電電池的充電電壓的充電電壓檢測裝置；與由上述充電電壓檢測裝置檢測出的充電電壓值對應控制上述第1開關裝置的通斷並向上述燈間歇地供給電力的控制裝置。
2.權利要求1記載的自行車用充電控制電路，其特徵在於上述控制裝置控制在上述發電機的輸出電壓的每半周期內接通或斷開向上述燈的電力供給。
3.權利要求1或2記載的自行車用充電控制電路，其特徵在於進而具有設在上述整流電路和充電電池之間的第2開關裝置和用來控制上述第2開關裝置通斷的第2開關控制裝置。
4.權利要求3記載的自行車用充電控制電路，其特徵在於上述第2開關裝置是由加在其柵極上的電壓來控制其通斷的電晶體元件，上述第2開關控制裝置包括利用上述發電機輸出的正半周期的電流充電的第1電容器和利用負半周期的電流及從上述第1電容器來的電流充電的第2電容器，該第2電容器同時對上述電晶體的柵極施加充電電壓。
5.權利要求1到4中任何一項記載的自行車用充電控制電路，其特徵在於上述充電電池是電容元件。
6.權利要求1到5中任何一項記載的自行車用充電控制電路，其特徵在於上述第1開關裝置是利用加在其柵極上的電壓控制其通斷的電晶體元件，上述控制裝置利用上述充電電池的充電電壓控制加在上述電晶體元件的柵極上的電壓。
全文摘要
本發明的目的是在點亮自行車用燈的同時向電動單元供給穩定的電力。該自行車充電用控制電路從發電機1中取得電力,進行對燈4的點亮控制和對充電裝置的充電控制,包括:設在發電機1和燈4之間的第1開關裝置5;利用發電機1充電的充電電池C3;設在發電機1和充電電池C3之間的整流電路2;檢測充電電池C3的充電電壓的充電電壓檢測裝置;與由充電電壓檢測裝置檢測出的充電電壓值對應控制第1開關裝置5的通斷並向燈間歇地供給電力的控制裝置。
文檔編號H02J7/14GK1373066SQ0210654
公開日2002年10月9日 申請日期2002年2月27日 優先權日2001年2月28日
發明者宇野公二 申請人:株式會社島野