專利名稱：自行車用發電機的過電壓防止裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及過電壓防止裝置，特別是，涉及防止過電壓作用到由 壓;方止裝置。、 '、，_、、，'_ 背景技術：
最近，在自行車中，也提供自動變速裝置。在這種自行車中，采 用電動變速器，為了驅動裝置電動變速器，設置發電機和將用發電機 的發電電壓充電用的充電系統。同時，在這種系統中的發電機， 一般 地，其發電電壓與自行車的速度(車輪的旋轉)成正比地增大，在高
速度時，發電電壓有時會超過ioov。從而，對于構成充電系統的元件
以及其它由發電機的發電電壓驅動的元件，其規格必須是能夠耐受高 電壓的。但是，能夠耐受高電壓的元件通用性差，而且成本高。
這里，對于前述自行車用的發電機所存在的問題，進行以下的詳 細描述。
通常，如圖1所示，發電機產生的電壓隨著發電機負載的電阻值及 車速的增加而增大。同時，例如，在高速行駛時，在將發電機與發電 機的負載的連接斷開的情況下，會產生非常高的電壓，在構成發電機 負載側的元件的耐電壓低時，有將元件破壞的危險。
此外，在對使發電機旋轉用的轉矩(下面簡單地稱之為轉矩)進 行研究時發現，通常，該轉矩具有伴隨著發電機的負載的電阻值的變
化而增減的特性。即，如圖2所示，在發電機負載的電阻值非常高的情 況下(在與發電機的連接斷開或者接近于斷開的情況下)，轉矩有與 發電機的旋轉速度成正比地增加的傾向，在發電機的負載電阻值非常 低的情況下(與發電機的連接短路或者接近于短路的情況下)，轉矩 有與發電機的旋轉速度成反比地咸少的傾向。出現這種傾向的原因， 主要在于發電機內部產生的渦流耗損。
如可以從圖2看出的，例如，在發電機與發電機的負載的連接斷開、 發電機的負載電阻值非常高的狀態下以高速行駛時，由于發電機產生高電壓，不僅在將發電機和發電機負載斷開的回路等中需要能夠耐高 電壓的元件，而且，騎車人蹬自行車的負荷也隨著速度的增加而加大。
發明內容
本發明的目的是，防止由自行車用發電機發電產生的高電壓作用 到負載側的元件等上。
本發明的另外一個目的是，在備有自行車用發電機的自行車中， 在高速行駛時，減輕使發電機旋轉所需的轉矩。
根據方案l所述的一種用于防止過電壓作用到由自行車發電機驅
動的負載上的裝置，其中該裝置包括檢測由所述發電機得到的操作 信號的檢測電路，其中所述操作信號相當于由所述發電機產生的電壓； 其中在檢測出來的所述操作信號超過規定的閾值時，所述檢測電路輸 出控制信號；以及與所述檢測電路操作耦合的控制電路，耦合在所述 發電機與所述負載之間，根據所述控制信號，控制輸送給所述負載的 電流。
在該裝置中，當車速增加，發電機的發電電壓超過規定閣值時， 將從發電機供應給負栽的電流旁路，控制向負載側供應的電流。從而， 可以抑制外加到負載側的過電壓，對于負載側的元件等無需使用高耐 壓用的元件，可以降低成本。此外，在車速增加將電流在發電機的兩 個輸出端之間旁路之后，轉矩特性變成圖2中的"發電機的負載的電阻 值非常低的情況，，的特性，從而，在高速行駛中，也可以減輕發電機 的轉矩。
根據方案2所述的自行車用發電機過電壓防止裝置，在方案l所述 的裝置中，電壓檢測機構利用發電機的輸出頻率檢測發電電壓。
由于發電機的發電電壓與發電機的輸出頻率成比例，所以，通過 檢測出該發電機的輸出頻率，可以檢測出發電電壓。
根據方案3所述的自行車用發電機過電壓防止裝置，在方案1或2所 述的裝置中，電壓檢測機構包含連接在發電機的兩個輸出端之間的齊 納二極管。
在該裝置中，當發電機發電電壓超過齊納二極管的擊穿電壓時， 電流流過齊納二極管。從而，令齊納二極管的擊穿電壓為閾值，可以 檢測出發電機的發電電壓是否超過閾值。在這種情況下，利用廉價的元件而且不伴隨著發熱，就可以檢測 出發電電壓。
根據方案4所述的自行車用發電機過電壓防止裝置，在方案3所述 的裝置中，電流旁路回路包括將通過連接到發電^li的兩個輸出端之間 的齊納二極管的電流輸入到閘極(gate)的閘流晶體管(thyristor )。
在該裝置中，當發電機的發電電壓超過齊納二極管的擊穿電壓時， 電流經由齊納二極管流過，該電流:帔輸入到閘流晶體管的閘極。這樣， 在此之前處于阻塞狀態(斷開)的閘流晶體管變成導通狀態(接通)， 借此，使發電機的兩個輸出端短路。從而，如前面所述，可以防止將 過電壓外加到發電機的負載側，并且可以防止在高速行駛時的轉矩的 增大。
這里，可以用廉價的元件構成電流旁路回路，并且可以不伴隨著 發熱將電流旁路。
根據方案5所述的自行車用發電機過電壓防止裝置，在方案1至4中 任何一個所述的裝置中，將電壓檢測機構和電流旁路回路配置在發電 機負載的內部。
這里，由于各結構部件配置在發電機負栽的內部，所以，與現有 技術相比，可以防止裝置主體所占有的空間加大。
根據方案6所述的自行車用發電機過電壓防止裝置，在方案1至4中 任何一個所述的裝置中，電壓檢測機構和電流旁路回路配置在發電機 和發電機的負載之間。
這里，可以將本裝置后加在現有的不配備過電壓防止裝置的系統 中，可以保護發電機負載側的元件。此外，可以減少高速行^_時的轉 矩。
根據方案7所述的自行車用發電機過電壓防止裝置，在方案1至4中 任何一個所述的裝置中，將電壓檢測機構和電流旁路回路配置在發電 機的內部。
這里，由于各結構部件配置在發電機的內部，所以，與現有技術 相比，可以防止裝置主體所占有的空間加大。
圖1、是表示在各車速發電機輸出電壓比與負載的關系的特性圖。圖2、是表示由于發電機的負栽的電阻值的不同的轉矩比與車速的 關系的特性圖。
圖3、是根據本發明的一種實施形式的系統的總體結構圖。 圖4、是在前述實施形式中過電壓防止裝置的框圖。 圖5、是前述過電壓防止裝置的回路圖。 圖6、是說明電壓監視回路的閾值用圖示。
圖7、是表示在前述實施形式的裝置中轉矩比與車速的關系的特性圖。
圖8、是表示前述實施形式的處理步驟的流程圖。 圖9、是根據本發明的實施形式的系統的總體結構圖。 圖10、是根據本發明的另外一種實施形式系統的總體結構圖。符號說明
1 過電壓防止裝置
2 發電機
3 發電機負載
5 電壓監—見回路
6 電流旁路回路 D2， D3 齊納二極管 TY1, TY2 閘流晶體管
具體實施方式
圖3、圖4及圖5表示根據本發明的一種實施形式的自行車用發電機 的過電壓防止裝置l。該裝置1是一種防止過電壓作用到負載3上的裝 置，其中，在負載3上外加有由發電機2發電產生的電壓，在該實施形 式中，該裝置被配置在發電機負載3的內部。
過電壓防止裝置l，具有電壓監視回路5，電流旁路回路6。電壓監 視回路5是檢測發電機2的發電電壓的回路，在發電機2的發電電壓超過 規定的閾值時輸出控制信號。此外，電流旁路回路6設置在發電機2和 發電機負載3之間，接收從電壓監^L回路5來的控制信號，將電流在發 電機輸出的兩端之間旁路，控制提供給負載3的電流。
圖5表示各回路的具體結構。由于發電機的輸出為交流波形，所以，如圖5所示，該裝置l由在 發電機輸出波形為正(+ )周期時起作用的正側回路la,以及在負(- ) 周期時起作用的負側回路lb構成。
正側回路la具有分別設置在發電機的第一輸出端子和第二輸出端 子之間的齊納二極管D2和閘流晶體管TY1。齊納二極管D2，在發電機的 第一輸出端子為正(+ )時，以成為反向的方式連接。同時，在該齊 納二極管D2上，串聯地連接二極管D1和電阻R1。 二極管D1在發電機2的 第一輸出端子和齊納二極管D2之間，以發電機2的第一輸出端子為正時 成為順方向的方式連接。此外，電阻R1連接在齊納二極管D2和發電機2 的第二輸出端子之間。這些二極管D1及電阻R1是為了保護閘流晶體管 TY1設置的。即，閘流晶體管的閘極和陰極之間的耐電壓在小型閘流晶 體管中大多比較低(大約士100V以內)，因此，二極管D1及電阻R1起著 保護閘極的作用。此外，閘流晶體管TY1以發電機2的第一輸出端子為 正時成為順方向方式連接在發電才幾2的第一及第二端子之間，通過齊納 二極管D2的電流的一部分作為閘極電流被輸入。
此外，負側回路lb與正側回路la的全部極性相反。即，負側回路 lb具有分別設置在發電機的兩個輸出端子之間的齊納二極管D3及閘流 晶體管TY2。同時，齊納二極管D3，在發電機的第二輸出端子為正時， 成為反向連接，在該齊納二極管D3上與前面所述一樣，串聯地連接有 用于保護閘流晶體管TY2的二極管D4和電阻R2。 二極管D4在發電機2的 第二輸出端子與齊納二極管D3之間，當發電機2的第二輸出端子為正 時，順方向連接。此外，電阻R2連接在齊納二極管D3和發電機2的第一 輸出端子之間。此外，閘流晶體管TY2在發電機2第二輸出端子為正時， 以成為順方向的方式連接在發電才幾2的兩個輸出端子之間，通過齊納二 極管D3的電流的一部分作為閘極電流被輸入。
作為構成上述回路的各齊納二極管D2、 D3，如圖6所示，選擇在發
特性交叉的點處擊穿(導通)，的規格。、 ' ''
下面對其動作進行說明。 首先，說明車速低的的情況。
在低速行駛的場合，發電機2的發電電壓低。這里，在發電機2的 第一輸出端子為正的周期，由齊納二極管D2及二極管D4將電流阻斷，并且，電流不流過各閘流晶體管TY1、 TY2的閘極，各閘流晶體管TY1、 TY2變成阻塞狀態(斷開)。此外，在反周期，即發電機2的笫二輸出 端子在正周期，由齊納二極管D3及二極管D1將電流阻斷，電流不流過 各閘流晶體管TY1、 TY2的閘極，各閘流晶體管TY1、 TY2變成阻塞狀態 (斷開)。從而，在以低速行駛的場合，從發電機2來的電流不被旁路 供應給發電機負載側。
在這種狀態下，由于發電機2的發電電壓低，所以，即使將該電壓 外加到發電機負載側，也不會產生破壞元件等問題。此外，由于電流 在旁路回路中不被旁路，所以轉矩特性如圖7所示，成為與"發電機負 載的電阻值非常高時"的特性相對應的特性。
另一方面，當車速增加，發電機2的發電電壓超過齊納二極管D2， D3的擊穿電壓時，在發電機2的第一輸出端子為正的周期內，在正側回 路la中，齊納二極管D2擊穿(接通)電流流過閘流晶體管TY1的閘極。 這時，閘流晶體管TY1成為導通狀態(接通)，由發電機2來的電流通 過閘流晶體管TY1被旁路。此外，在該發電機2的第一輸出端子在正周 期內，在負側回路lb上，由二極管D4將電流阻斷，閘流晶體管TY2不接 通。此外，反周期，即，在發電才幾2的第二輸出端子為正周期時。在負 側回路lb，齊納二極管D3接通，電流流過閘流晶體管TY2的閘極。這樣， 閘流晶體管TY2接通，從發電機2來的電流通過該閘流晶體管TY2被旁 路。此外，在負側回路la上，由二極管D1阻斷電流，閘流晶體管TY1不 接通。
這樣，當車速變成高速，發電機2的發電電壓超過齊納二極管D2、 D3的擊穿電壓時，由電流旁路回路6將從發電機2來的電流旁路，不供 應給發電機負載側。從而，可以避免過電壓外加到發電機負載側元件 上，發電機負載側的元件不是高耐壓的，也可以防止元件的損傷等。 此外，由于電流在電流旁路回路6中被旁路，所以，該電流旁路后的轉 矩特性，如圖7所示，成為與"發電機負載電阻值非常低的情況時，，的 特性相對應的特性。
圖8的流程圖表示以上所述的處理。
如該流程圖所示，在步驟S1，判斷發電機2的發電電壓是否超過設 定值，在步驟S2判斷發電電壓是否在設定值以下。這些判斷步驟S1， S2，相當于判斷發電電壓是否超過齊納二極管D2， D3的擊穿電壓。同時，在發電電壓低于設定值時，轉移到步驟S3，使流過電流旁路回路 的電流值減少。該步驟S3的處理，在電流旁路回路6中，各齊納二極管 D2， D3不擊穿，相對于各閘流晶體管TYl, TY2斷開的情況。另一方面， 當車速加快，電壓超過設定值時，轉移到步驟S4，使流過電流旁路回 路的電流值增加。該步驟S4的處理，在電流旁路回路6中，各齊納二極 管D2， D3接通，相當于各閘流晶體管TY1， TY2接通，使電流旁路的情 況。
這樣，在本實施形式中，當牟速變高發電機的發電電壓比規定的 閾值(具體地說，齊納二極管的擊穿電壓)高時，使從發電機2來的電 流旁路，限制向發電機負載的供應。從而，可以避免構成發電機負載 的元件的損傷，不必采用高耐電壓的元件，可以廉價地構成負載側的 回路。進而，轉矩特性，如圓7所示，在低速區域(圖7的范圍L)成為 "發電機負載的電阻值非常高的情況，，的特性，并且，在高速區域(圖 7的范圍H)，成為"發電機負載的電阻值非常低的情況"的特性，所 以，在全部速度區域內，轉矩都4艮小，減輕騎車人的負擔。 [其它實施形式]
(a) 由電壓檢測監視回路及電流旁路回路構成的本裝置的設置部 位并不受前述實施形式的限制。如圖9所示，也可以在發電機l和發電 機負載3之間設置另外的連接線。在這種情況下，可以在以后將本裝置 附加到沒有本裝置的現有的系統中，以期保護發電機負載側的元件， 并且縮小轉矩。此外，如圖10所示，也可以在發電機2的內部連接設置 發電裝置2a。在這種情況下，可以縮小具有本裝置的整個系統所占有 的空間。
(b) 在前述實施形式中，作為電壓檢測機構，利用齊納二極管直 接檢測發電電壓，但由于發電電壓與發電機的輸出的頻率成比例，所 以，也可以檢測頻率，判斷發電電壓是否超過規定的閾值。
發明的效果說明如下。
根據上述本發明，可以抑制由自行車用發電機發電產生的高電壓 作用到負載側的元件上，而且，可以減輕在高速行駛時使發電機旋轉 所需的轉矩。
權利要求
1.一種用于防止過電壓作用到由自行車發電機(2)驅動的負載(3)上的裝置(1)，其中該裝置包括檢測由所述發電機(2)得到的操作信號的檢測電路(5)，其中所述操作信號相當于由所述發電機(2)產生的電壓；其中在檢測出來的所述操作信號超過規定的閾值時，所述檢測電路(5)輸出控制信號；以及與所述檢測電路(5)操作耦合的控制電路(6)，耦合在所述發電機(2)與所述負載(3)之間，根據所述控制信號，控制輸送給所述負載(3)的電流。
2. 根據權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述控制電路(6) 根據所述控制信號使電流從所述負載(3 )分流。
3. 根據權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述檢測電路(5) 構造成用以檢測由所述發電機(2)產生的電壓。
4. 根據權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述檢測電路(5) 構造成用以檢測由所述發電才幾(2)產生的頻率。
5. 根據權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述檢測電路(5) 包括接收由所述發電機(2)得到的操作信號的齊納二極管。
6. 根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述齊納二極管提 供所述控制信號。
7. 根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述控制電路(6) 包括接收來自所述齊納二極管的所述控制信號的閘流晶體管。
8. 根據權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述控制電路(6) 包括接收來自所述檢測電路(5)的所述控制信號的閘流晶體管。
9. 根據權利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述控制信號施 加到所述閘流晶體管的閘極上。
10. 根據權利要求8或9所述的裝置，其特征在于，所述閘流晶體 管適于連接在所述發電機(2)的笫一和第二輸出端之間。
11. 根據權利要求5或10所述裝置，其特征在于，所述齊納二極管 適于連接在所述發電機(2)的笫一和第二輸出端之間。
12. 根據權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述檢測電路(5) 和所述控制電路(6)與所述負載(3)構造成一整體。
13. 根據權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述檢測電路(5) 和所述控制電路(6) —起適于連接在所述發電機(2)和所述負載(3) 之間。
14. 根據權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述檢測電路(5) 和所迷控制電路(6)與所述發電才幾(2)構造成一整體。
15. 根據權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述檢測電路(5) 包括檢測由所述發電機(2)的正周期得到的第一控制信號的正側檢測 回路；及檢測由所述發電機(2)的負周期得到的第二控制信號的負側檢測 回路；其中，所述控制電路(6)包括控制在所述發電機(2)的所述正周期期間輸送至所述負載(3) 的電流的正側控制回路(la);及控制在所述發電機(2)的所述負周期期間輸送至負載(3)的電 流的負側控制回路(lb)。
16. 根據權利要求15所述的裝置，其特征在于， 所述正側檢測回路包括提供正周期控制信號的第 一 齊納二極管； 所述負側檢測回路包括提供負周期控制信號的第二齊納二極管； 所述正側控制回路(la)包括接收正周期控制信號的第一閘流晶體管；所述負側控制回路(lb)包括接收負周期控制信號的第二閘流晶 體管。
17. 根據權利要求16所述的裝置，其特征在于， 所述第一齊納二極管將所述正周期控制信號提供至所述第一閘流晶體管的閘極；所述第二齊納二極管將所述負周期控制信號提供至所述第二閘流 晶體管的閘極。
全文摘要
一種自行車用發電機的過電壓防止裝置，用于防止過電壓作用到由自行車發電機(2)驅動的負載(3)上。其中該裝置包括檢測由發電機(2)得到的操作信號的檢測電路(5)，其中操作信號相當于由發電機(2)產生的電壓；其中在檢測出來的操作信號超過規定的閾值時，檢測電路(5)輸出控制信號；以及與檢測電路(5)操作耦合的控制電路(6)，耦合在發電機(2)與負載(3)之間，根據所述控制信號，控制輸送給負載(3)的電流。
文檔編號H02P9/48GK101635554SQ200910165920
公開日2010年1月27日 申請日期2003年7月9日 優先權日2002年7月10日
發明者北村智 申請人:株式會社島野