CN102545755A - 用于控制通过发动机的旋转动力驱动的发电机的控制器 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于控制发电机的控制器，在控制器中，电压控制器在初始励磁模式下操作成选择性地接通和断开开关以向场绕组供给作为初始励磁电流的励磁电流、并且在发电模式下操作成选择性地增大和减小供给到场绕组的励磁电流以将发电机的输出电压调整到目标值。模式转换判定器在电压控制器以初始励磁模式操作时基于所测量到的转子的转数、转子的阈值转数以及预设时段来判断是否将电压控制器的操作模式从初始励磁模式转换到发电模式，所述时段等于或长于发动机的旋转脉动周期的预期最大值。

Description

用于控制通过发动机的旋转动力驱动的发电机的控制器

技术领域

本公开涉及用于控制安装在机动车辆中的发电机的控制器，这些发电机通过从发动机供给的旋转动力驱动。

背景技术

在安装于机动车辆中的普通发电机中，当发电机的场绕组在发电机的转子由从机动车辆的内燃发动机(发动机)所供给的旋转动力转动的同时通过电压调节器被间歇地励磁时，旋转场绕组产生磁通量。所产生的磁通量将转子的多个场磁极磁化。多个磁化的场磁极的旋转产生磁通量，并且所产生的磁通量在多相电枢绕组内感生多相AC电压。在多相电枢绕组中感生的多相AC电压通过整流器整流，从而产生直流(DC)电压。

在对应于日本专利申请公开文献No.2003-79198的美国专利申请公开文献No.2003/0042809中公开了特定类型的这种发电机。在该专利公布文献中公开的三相交流发电机构造成将在单相绕组中感生的AC电压与阈值电压等级进行比较，由此产生脉冲，并通过在脉冲数量等于或高于预设数量时使场绕组开始具有励磁电流从而起动发电机。

发明内容

在冷起动过程中，发动机的点火导致较大的发动机转速脉动。因此，即使实际发动机转速——比如，实际平均发动机转速——较低时，在所述专利公开文献中公开的三相交流发电机仍然会因为发动机旋转的较大脉动使得脉冲数量可能等于或大于预设数量而开始以产生电力。尽管实际发动机转速较低，但是一旦三相交流发电机产生电力，三相交流发电机所需要的用来产生电力的转矩就会增大。转矩的增大会进一步使发动机转速减小，从而导致发动机可起动性劣化。发动机的这种劣化可导致发动机失速。

鉴于上述情况，本公开的一方面试图提供用于控制发电机的控制器。这些控制器设计为用以解决上述问题中的至少一个问题。

特别地，本公开的可选方面旨在提供即使在发动机旋转的脉动较大的情况下仍然能够提高发动机可起动性的控制器。

根据本公开的第一示例性方面，提供了一种用于控制发电机的控制器，发电机包括带有场绕组的转子、以及至少一相定子绕组，转子能够借助于从发动机供给的旋转动力旋转。控制器色括：与场绕组连接的开关；以及电压控制器，该电压控制器构造成在初始励磁模式下操作成选择性地接通和断开开关以向场绕组供给作为初始励磁电流的励磁电流、并且在发电模式下操作成选择性地增大和减小供给到场绕组的励磁电流以将发电机的输出电压调整到目标值。控制器包括：转数测量单元，该转数测量单元构造为基于在所述至少一相绕组内感生的相电压来测量转子的转数；以及模式转换判定器。该模式转换判定器构造为在电压控制器以初始励磁模式操作时基于所测量到的转子的转数、转子的阈值转数以及预设时段之间的关系来判断是否将电压控制器的操作模式从初始励磁模式转换到发电模式，所述时段等于或长于发动机的旋转脉动周期的预期最大值。

通过根据本公开第一示例性方面的控制器的构造，模式转换判定器可基于所测量到的转子的转数、转子的阈值转数以及等于或长于发动机的旋转脉动周期的预期最大值的预设时段来判断是否将电压控制器的操作模式从初始励磁模式转换到发电模式。

该构造可确定所测量到的转子的转数确实等于或高于阈值转数。因此，即使存在很大的发动机旋转脉动，仍然能够在所测量到的转子的转数确实已经等于或高于阈值转数之后才将电压控制器的操作模式从初始励磁模式转换到发电模式。这样防止发动机转速因发电模式所需的转矩增大而下降，从而提高了发动机的可起动性。

结合附图考虑以下说明将进一步了解本公开各个方面的上述和/或其他特征、和/或优点。本公开的多个方面可包括和/或不包括可适用的不同特征、和/或优点。另外，本公开的多个方面可结合其他可适用的实施方式的一个或更多个特征。对特定实施方式的特征和/或优点的描述不应当解释为限制其他实施方式或权利要求。

附图说明

从以下参考附图对实施方式的描述，本公开的其他方面将变得清楚，附图中：

图1是示意性地示出根据本公开实施方式的控制器和发电机的示例的电路图；

图2是示意性地示出由根据实施方式的控制器执行的基本操作流程的流程图；

图3是示意性地示出对应于图2中的操作的控制器操作正时的正时图；

图4是示意性地示出由根据实施方式的第一改型的控制器执行的操作流程的流程图；

图5是示意性地示出对应于图4中的操作的控制器操作正时的正时图；

图6是示意性地示出由根据实施方式的第二改型的控制器执行的操作流程的流程图；

图7是示意性地示出对应于图6中的操作的控制器操作正时的正时图；

图8是示意性地示出由根据实施方式的第三改型的控制器执行的操作流程的流程图；

图9是示意性地示出由根据实施方式的第四改型的控制器执行的操作流程的流程图；

图10是示意性地示出对应于图9中的操作的控制器操作正时的正时图；

图11是示意性地示出由根据实施方式的第五改型的控制器执行的操作流程的流程图；

图12是示意性地示出对应于图11中的操作的控制器操作正时的正时图；

图13是示意性地示出由根据实施方式的第六改型的控制器执行的操作流程的流程图；以及

图14是示意性地示出对应于图13中的操作的控制器操作正时的正时图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本公开的实施方式。附图中，相同的附图标记用于指示等同的相应部件。

参见附图，特别是参见图1，示出了根据本公开实施方式的用于控制安装在机动车辆中的发电机2的控制器1。在该实施方式中，使用三相发电机2作为该发电机2。

三相发电机2包括定子(电枢)绕组21、包括场绕组22的转子22M、以及全波整流器23。

定子绕组21例如缠绕在圆筒形定子芯内。例如，定子芯的横截面呈环形形状并且具有多个槽口，该多个槽口贯穿定子芯形成并以给定斜度周向地布置。定子绕组21缠绕在定子芯的槽口内。定子绕组21由以例如星型构造连接的X相、Y相和Z相绕组构成。X相、Y相和Z相绕组各自一端连接至共同的接头(中性点)，另一端连接至单独的端子。转子22M直接或间接地联接至安装在机动车辆内的发动机(内燃发动机)EN的曲轴。换而言之，转子22M的旋转可传递至发动机EN的曲轴作为旋转动力使得曲轴能够借助于该旋转动力旋转，并且曲轴的旋转可传递至转子22M作为旋转动力使得转子22M能够借助于该旋转动力旋转。

转子22M包括多个设置成面对定子芯的内周的场磁极和绕场磁极缠绕的场绕组22。场绕组22通过滑环SL或类似物与控制器1电连接。全波整流器23设置在定子绕组21与电池3之间，并整体上构造为三相全波整流器(桥电路)。全波整流器23操作为将在第一定子绕组21内感生的AC电压转换成DC电压。

具体地，全波整流器23包括三个高压侧(上臂)和低压侧(下臂)整流器模块(例如，图1中的二极管)对。每个高压侧和低压侧模块对彼此串接。一个对的高压侧整流器模块与低压侧整流器模块之间的连接点与单独的X相绕组端子连接。另外的一对的高压侧整流器模块与低压侧整流器模块之间的连接点与单独的Y相绕组端子连接，并且最后一对的高压侧整流器模块与低压侧整流器模块之间的连接点与单独的Z相绕组端子连接。

在发电机2中，当场绕组22通过控制器1在转子22M借助于从发动机EN供给的旋转动力旋转的同时被间歇地励磁时，旋转的场绕组22产生磁通量。所产生的磁通量使转子22M的多个场磁极磁化。多个磁化的场磁极的旋转产生磁通量，并且所产生的磁通量在三相定子绕组21中感生三相AC电压。三相定子绕组21中感生的三相AC电压通过全波整流器23进行整流，从而产生直流(DC)电压。该DC电压作为输出电压VB从发电机2经由输出端子B被输出至电池3以充到电池3中和/或输出至安装在机动车辆中的电气负载(未示出)。

发电机2还操作成通过全波整流器23将从电池3供给的DC电压转换成三相AC电压，并将三相AC电压施加于定子绕组21以由此产生使转子22M旋转的旋转动力(转矩)。转子22M的旋转使发动机EN的曲轴能够旋转。

控制器1充当电压调节器，其操作成例如通过增大或减小供给至场绕组22的励磁电流而将发电机2的输出电压VB调节至目标电压(调节电压)Vreg。控制器(电压调节器)1例如与发电机2并置，但是也可以结合在发电机2中。

如上所述，控制器1设计成控制供给至场绕组22的励磁电流，从而调节发电机2的输出电压VB(将全波整流器23的输出电压调节至目标电压Vreg)。

下面将对控制器1的详细结构的示例进行说明。

参见图1，控制器1包括MOSFET11、续流二极管12、用于测量电压的电阻器13、电压比较器14和17、旋转检测器15、发电开始/停止电路16、电压控制器18、电源19、以及温度检测单元30。

MOSFET11的一个端子(源极)与场绕组22相连，另一个端子(漏极)通过输出端子B与电池3相连。MOSFET11的控制端子(基极)与电压控制器18连接。MOSFET11操作成用以中断向场绕组22的励磁电流的供给。续流二极管12与MOSFET11的一个端子相连从而与场绕组22并联。续流二极管12操作成用以在MOSFET11断开的情况下使流过场绕组22的电流循环。

电阻器13的一端与定子绕组21的一相绕组(在本实施方式中为Y相绕组)的单独的端部相连，另一端接地。电阻器13充当用于测量在其两端上出现的电压(相电压)的测量器。电压比较器14具有非反向输入端子(+)、反向输入端子和输出端子。电压比较器14的非反向输入端子与一相绕组(Y相绕组)的单独的端部相连。预设基准电压Vref构造成持续地施加于比较器14的反向输入端子。比较器14的输出端子与旋转检测器15的输入端相连。

比较器14操作成将由电阻器13检测到的相电压与基准电压Vref进行比较，并当相电压高于基准电压Vref时以高电平输出信号。就相电压而言，正压和负压以与转子22M的旋转同步的方式交替出现在电阻器13上。换而言之，正压和负压的组周期性地出现在电阻器13上。为此，当相电压的正峰值设定为高于基准电压Vref时，来自比较器14的从高电平到低电平(或者从低电平到高电平)的输出信号的改变周期与相电压的周期相同。应当指出，可以设置由两个或更多个电阻器13构成的分压器代替所述电阻器13，而且可以将基于相电压的分压输入到比较器14的非反向输入端子。如果可以在不使用电阻器13的情况下使比较器14获得相电压，则可以省略电阻器13。

旋转检测器15操作成基于比较器14的输出信号检测发电机2的转子22M的转数。具体地，旋转检测器15操作成基于比较器14的输出信号测量相电压每个周期，并基于相电压的每个周期计算转子22M的转数。应当指出，因为发电机2的转子22M的转数与发动机转速成正比，所以检测转子22M的转数等同于检测发动机转速，通过控制器1基于检测到的转子22M的转数实施的各种操作等同于通过控制器1基于发动机转速实施的操作。

发电开始/停止电路16(开始/停止电路)16与发电机2的输出端子B相连，并与旋转检测器15和电压控制器18操作性地连接。发电开始/停止电路16操作成向电压控制器18输出指令以重新设定电压控制器18的初始励磁模式，从而当在等于或长于发动机转速脉动周期的预期最大值的时段内所测量的转子22M的转数的区间最小峰值持续等于或高于预设第一阈值数N1时使电压控制器18的操作模式进入发电模式以便开始发电。注意，稍后将说明电压控制器18的初始励磁模式和发电模式的意义。另外，应当指出，在发动机EN的起动期间发动机转速的脉动周期的预期最大值已经凭经验确定。

发电开始/停止电路16还操作成向电压控制器18输出指令以将电压控制器18的操作模式从发电模式切换至初始励磁模式。

电压比较器17具有非反向输入端子(+)、反向输入端子和输出端子。可变地确定的目标电压(调节电压)Vreg构造成输入至电压比较器17的反向输入端子。例如，目标电压Vreg的值可以确定为从外部ECU或内部电路输出。比较器17的反向输入端子与发电机2的输出端子B相连，使得发电机2的输出电压VB输入到比较器17的反向输入端子。比较器17的输出端子与电压控制器18相连。

比较器17操作成将输出电压VB与目标电压Vreg进行比较，并且在输出电压VB高于目标电压Vreg时以较高的低电平向电压控制器18输出信号或者在输出电压VB低于目标电压Vreg时以高电平向电压控制器18输出信号。应当指出，比较器17可设置有分压器，该分压器操作成给输出电压VB分压，而比较器17可将输出电压VB的分压值与目标电压Vreg进行比较。

在发电开始之前或在发电停止之后电压控制器18以初始励磁模式操作，以控制MOSFET11向场绕组22供给初始值的励磁电流，从而防止从电池3放电。在该实施方式中，电压控制器18在初始励磁模式下控制MOSFET11的占空因数以向场绕组22供给初始值的励磁电流。MOSFET11的占空因数一般指MOSFET11的连通时间与其每一个连通-断开周期的百分比(比率)。在该实施方式中，电压控制器18操作成在初始励磁模式下将MOSFET11的占空因数设定为较其全值(百分之百或接近于百分之百)低很多的初始值(百分比)。

电压控制器18还以发电模式操作以通过从初始值开始增大供给到场绕组22的励磁电流而开始发电。在该实施方式中，电压控制器18在发电模式下将MOSFET11的占空因数从其初始值逐渐地或急剧地增至全值。应当指出，在该实施方式中，从初始值开始增大供给至场绕组22的励磁电流被定义为开始发电。在开始发电之后，电压控制器18操作成例如通过调节MOSFET11的占空因数来增大或减小供给到场绕组22的励磁电流，从而将发电机2的输出电压VB调整为目标电压Vreg。

电源19通过端子IG与机动车辆的点火开关4相连，操作成产生用于包含在控制器1内的每个部件的操作电压，并且只要点火开关4处于接通状态就向包含在控制器1内的每个部件持续地供给操作电压。

温度测量单元30与发电开始/停止电路16相连，且操作成测量发动机EN周围的温度并向发电开始/停止电路16输出发动机EN周围的温度的测量值，作为发动机EN的环境温度。应当指出，对于根据该实施方式的温度测量单元30而言，需要判断发动机EN周围的温度是否高于介于正常温度与低温之间的预设阈值温度TE1。为此，就温度测量单元30而言，可以在与机动车辆内的发动机EN的环境温度相关联的部位处设置温度传感器，例如，设置在控制器1内或靠近控制器1设置的温度传感器。该温度传感器能够测量该部位处的温度，并向发电开始/停止电路16输出在该部位处的温度的测量值，作为发动机EN的环境温度。

应当指出，MOSFET11例如用作开关，电阻器13、电压比较器14和旋转检测器15的组例如用作旋转测量单元，发电开始/停止电路16例如用作模式切换判定器。

下文将参照附图2说明在发动机EN的起动期间控制器1的用于确定开始发电的基本操作。

当点火开关4接通从而起动控制器1的每个部件时，实施发动机EN的起动操作，在步骤100，电压控制器18以初始励磁模式操作从而控制MOSFET11向场绕组22供给初始值的励磁电流。响应于发动机EN的起动操作的开始，在步骤102，旋转检测器15基于输出信号的每个变化周期(相电压的每个周期)检测转子22M(发电机2)的转数。

接着，在步骤104，发电开始/停止电路16判断在当前预设时段T期间所测量的发电机2的转子22M的转数的区间最小峰值是否等于或高于第一阈值数N1，其中时段T等于或长于发动机EN的旋转脉动周期C的预期最大值。

当发电开始/停止电路16判定在时段T期间所测量到的发电机2的转子22M的转数的区间最小峰值低于第一阈值数N1(在步骤104为否)时，在步骤S106，电压控制器18就维持初始励磁模式，并且旋转检测器15继续步骤S102的对转子22M的转数的检测。即，在下一时段T内重复步骤S102和104的操作，直至在步骤104处的判断为肯定判断。

否则，当发电开始/停止电路16判定在时段T期间所测量到的发电机2的转子22M的转数的区间最小峰值等于或高于第一阈值数N1(在步骤104为是)时，在步骤S108，发电开始/停止电路16指示电压控制器18以将初始励磁模式重新设定为转换到发电模式。于是，在步骤108，电压控制器18以发电模式操作，以便通过从初始值开始增大供给到场绕组22的励磁电流而开始发电。在步骤108的操作使得能够将输出电压VB调整为目标电压Vreg。

图3示意性地图示了对应于图2中的操作的控制器1的操作正时。在图3中，竖直轴线代表与发动机转速相对应的转子22M的转数，而水平轴线代表自发动机EN起动开始时起经历的时间t。

如图3中所示，在每个时刻t1、t2和t3，因为在相应的时段T期间所测量到的发电机2的转子22M的转数的相应的区间最小峰值都低于第一阈值数N1，所以维持电压控制器18的初始励磁模式(见图2的步骤104和106)。

但是，在时刻t4，因为在相应的时段T期间所测量到的发电机2的转子22M的转数的相应的区间最小峰值高于第一阈值数N1，所以电压控制器18的操作模式在相应时段T的结束正时从初始励磁模式转换为发电模式，使得电压控制器18以发电模式操作，从而通过从初始值开始增大供给到场绕组22的励磁电流而开始发电(见步骤104和108)。

如上所述，根据该实施方式的控制器1使得能够在转子22M的转数可靠地等于或高于第一阈值数N1时开始发电，即使在发动机起动期间存在很大的发动机转速脉动亦如此。这样防止发动机转速降低，从而提高了发动机EN的可起动能力。特别是，根据本实施方式的控制器1构造成基于相电压的每个周期测量转子22M的转数。该构造能够使由于需要时间检测转子22M的转数而导致对开始发电的确定延迟的程度最小化，从而立刻从发电机2向电池3供电。

第一改型

将参照图4和5说明根据本公开实施方式的第一改型的控制器。

根据第一改型的控制器的结构和/或功能在以下几点上不同于控制器1的结构和/或功能。因此下面主要说明这些不同点。

下文将参照图4描述在发动机EN起动期间根据第一改型的控制器的用于确定开始发电的操作。在图2和4的流程图中，相同的操作(步骤)被配以相同的参考步骤编号，并且省略或简化对其的过多描述。

具体地，根据第一改型的控制器被编程为在执行步骤100的操作之前先执行以下步骤200到206的操作。因此，下文将完整地描述步骤200到206的操作。

当接通点火开关4从而起动控制器1的每个部件时，在步骤200，温度测量单元30测量发动机EN的环境温度，在步骤202，发电开始/停止电路16判断所测量的发动机EN的环境温度是否等于或高于预设的阈值温度TE1。

当判定所测量的发动机EN的环境温度低于预设的阈值温度TE1(在步骤202为否)时，发电开始/停止电路16判定发动机起动发生在低温范围内(换而言之，发动机起动为冷起动)。于是，在步骤204，发电开始/停止电路16将时段T1设定为时段T。例如，在步骤204，发电开始/停止电路16将与图2的步骤104中使用的时段T相同的值设定为时段T1。

否则，当判定所测量的发动机EN的环境温度等于或高于预设的阈值温度TE1(在步骤202为是)时，发电开始/停止电路16判定发动机起动发生在除去低温范围之外的正常温度范围内。于是，在步骤206，发电开始/停止电路16将时段T2设定为时段T。该时段T2短于时段T1。

在步骤200或206的操作之后，根据第一改型的控制器执行上述步骤100到步骤108的操作。应当指出，在第一改型中，控制器执行步骤200到206的操作，但是可以在步骤100到108的操作执行完毕后执行步骤200到206的操作，或者可以与步骤100到108的操作并行地执行步骤200到206的操作。

图5示意性地图示了对应于图4中的操作的控制器操作正时。如图5中所示，当发动机起动发生在低温范围内时，电压控制器18的操作模式在相应时段T1的结束正时从初始励磁模式转换为发电模式。相比之下，当发动机起动发生在正常温度范围内时，电压控制器18的操作模式在相应时段T2的结束正时从初始励磁模式转换为发电模式。该转换正时早于在低温范围内的发动机起动的转换正时。

也就是说，因为在低温范围内存在很大的发动机转速脉动，使得脉动周期的预期最大值增大，需要用于判断发电是否开始的时段T的值较长。相比之下，当发动机起动发生在正常温度范围内时，在正常温度范围内的发动机转速的脉动小于在低温范围内的发动机转速的脉动，使得与在低温范围内的发动机起动的脉动周期的预期最大值相比，在正常温度范围内的发动机起动的脉动周期的预期最大值有所减小。因此，用于判断发电是否开始的时段T的值可以设定得短于用于低温范围的时段T的值。

如上所述，根据第一改型的控制器构造成根据发动机EN的环境温度变化可变地设定时段T的值。这样的构造确保了开始发电所需的时长，该时长对于发动机EN的环境温度的每个值而言是最优化的。因此，除了在所述实施方式中实现的那些效果之外，这样还实现了在考虑发动机EN的环境温度的情况下进一步提高发动机EN的可起动能力的效果。

第二改型

将参照图6和7说明根据本公开实施方式的第二改型的控制器。

根据第二改型的控制器的结构和/或功能在以下几点上不同于控制器1的结构和/或功能。因此下面主要说明这些不同点。

下文将参照图6描述在发动机EN起动期间根据第二改型的控制器的用于确定开始发电的操作。在图2和6的流程图中，相同的操作(步骤)被配以相同的参考步骤编号，并且省略或简化对其的过多描述。

具体地，根据第二改型的控制器被编程为在步骤102与104的操作之间执行以下步骤300到304的操作。因此，下文将完整地描述步骤300到304的操作。

在测量发电机2的转子22M的转数之后，在步骤300，发电开始/停止电路16判断所测量的转数是否高于第二阈值数N2，该转数N2高于与所测量到的发电机2的转子22M的转数的区间最小峰值进行比较用的第一阈值数N1。

当判定所测量到的转数等于或低于第二阈值数N2(在步骤300为否)时，在步骤302，发电开始/停止电路16将时段T1设定为时段T。例如，在步骤302，发电开始/停止电路16将与图2的步骤104中使用的时段T相同的值设定为时段T1。

否则，当判定所测量到的转数高于第二阈值数N2(在步骤300为是)时，在步骤304，发电开始/停止电路16将时段T2设定为时段T。该时段T2短于时段T1。

在步骤302或304的操作之后，根据第二改型的控制器执行上述的步骤104至108的操作。

图7示意性地图示了对应于图6中的操作的控制器操作正时。如图7中所示，当发动机起动发生在正常温度范围内时，发电机2的转子22M的转数即发动机转速立即上升，使得转数超过第一阈值数N1而达到第二阈值数N2。此时，将用于判断发电开始的时段T从用于在低温范围内的发动机起动的值T1转换为用于在正常温度范围内的发动机起动的值T2。该值T2低于值T1。

因此，根据第二改型的控制器构造成当在开始发电之前转子22M的转数高于比第一阈值数N1高的第二阈值数N2时判定发动机起动发生在正常温度范围内，因而缩短用于确定开始发电的时段T。除了在所述实施方式中实现的那些效果之外，这样的构造还实现了在充分确保发动机EN在正常温度范围内的可起动能力的同时缩短开始发电所需的时间的效果。

第三改型

将参照图8说明根据本公开实施方式的第三改型的控制器。

根据第三改型的控制器的结构和/或功能在以下几点上不同于控制器1的结构和/或功能。因此下面主要说明这些不同点。

下文将参照图8描述在发动机EN起动期间根据第三改型的控制器的用于确定开始发电的操作。

当接通点火开关4从而起动控制器1的每个部件时，在步骤400，进行发动机EN的起动操作，并且电压控制器18以初始励磁模式操作以控制MOSFET11向场绕组22供给初始值的励磁电流。响应于发动机EN的起动操作的开始，在步骤402，发电开始/停止电路16将先前预备的用于计算相电压的周期数的计数值J设定为零初始状态值，并且在步骤404，旋转检测器15基于输出信号变化的每个周期(相电压的每个周期)检测转子22M(发电机2)的转数。

接着，在步骤406，发电开始/停止电路16判断所测量的发电机2的转子22M的转数是否等于或高于第一阈值数N1。

当发电开始/停止电路16判定所测量到的发电机2的转子22M的转数低于第一阈值数N1(在步骤406为否)时，在步骤S408，电压控制器18维持初始励磁模式，并且重复步骤S402到S406的操作，直至在步骤406的判定为“是”。

否则，当判定所测量到的发电机2的转子22M的转数等于或高于第一阈值数N1(在步骤406为是)时，在步骤410，发电开始/停止电路16给计数值j增加1。然后，在步骤412，发电开始/停止电路16将计数值j与对应于时段T的相电压周期的预设数n进行比较以由此判断计数值j是否高于对应于时段T的相电压的连续周期的预设数n，该时段T等于或长于发动机EN的旋转脉动周期C的预期最大值。

具体地，相电压的连续周期数n被设定为高于在发动机EN转动曲柄时对应于发动机EN内的空气-燃料混合物的爆震间隔的相电压周期数。

当发电开始/停止电路16判定计数值j等于或低于相电压的连续周期预设数n(在步骤412为否)时，在步骤414，电压控制器18维持初始励磁模式，并且重复步骤S404到S414的操作，直至在步骤412的判定为“是”。

否则，当判定计数值j高于相电压的连续周期预设数n(在步骤412为是)时，在步骤416，发电开始/停止电路16指令电压控制器18将初始励磁模式重新设定为转换到发电模式。于是，在步骤416，电压控制器18以发电模式操作从而通过从初始值开始增大供给到场绕组22的励磁电流而开始发电。在步骤416的操作使得能够将输出电压VB调整到目标电压Vreg。

具体地，当发动机起动发生在正常温度范围内时，发电机2的转子22M的转数、即发动机转速立刻上升，使得所测量到的转子22M的转数超过第一阈值数N1的次数变得高于对应于时段T的相电压的连续周期数n，该时段T等于或长于发动机EN的旋转脉动周期C的预期最大值(见步骤412)。

于是，电压控制器18以发电模式操作从而通过从初始值开始增大供给到场绕组22的励磁电流而开始发电(见步骤416)。

如上所述，根据第三改型的控制器构造成通过监测在相电压的n个连续周期内每个相电压周期的转子22M的转数来确定开始发电。除了在所述实施方式中实现的那些效果之外，这样的构造还实现了在充分确保发动机EN在正常温度范围内的可起动能力的同时简化确定开始发电的正时的效果。此外，因为根据第三改型的控制器构造成在判定计数值j高于相电压的预设周期数n之后立即确定开始发电的正时。该构造使得开始发电的时间短于根据所述实施方式的开始发电的时间。

应当指出，已经根据图4说明了用于根据发动机EN的环境温度可变地设定用来确定是否开始发电的时段T的第一改型，然而第一改型可与图8中所示的操作组合。

具体地，根据第一改型的控制器可编程为在图8的步骤400的操作之前执行图4的步骤200到206的操作。在这种情况下，发电开始/停止电路16判定发动机起动发生在低温范围内，于是在步骤204，将相电压的周期数n1设定为用于在低温范围内的发动机起动的相电压周期数n，数值n1等于相电压周期数n。

另外，发电开始/停止电路16判定发动机起动发生在正常温度范围内，于是在步骤206，将相电压周期数n2设定为用于在正常温度范围内的发动机起动的相电压周期数n，相电压周期数n2低于相电压周期数n1。

也就是说，因为在低温范围内具有较大的发动机转速脉动，使得脉动周期的预期最大值增大，需要用于判断是否开始发电的时段T的值较长，使得相位电压的周期数n的值被设定的较高。相比之下，当发动机起动发生在正常温度范围内时，在正常温度范围内的发动机转速的脉动小于在低温范围内的发动机转速的脉动，使得与用于在低温范围内的发动机起动的脉动周期的预期最大值相比，用于在正常温度范围内的发动机起动的脉动周期的预期最大值减小。因此，由于用于判断是否开始发电的时段T的值可以设定成短于用于低温范围的时段T的值，所以相电压的周期数n的值设定成低于用于低温范围的相电压的周期数n的值。

如上所述，根据第一改型和第三改型的组合的控制器构造为根据发动机EN的环境温度的变化可变地设定用于判断是否开始发电的相电压的周期数n的值。除第三改型的效果之外，这种构型还可进一步实现与第一改型所实现的效果同样的效果。

类似地，已经根据图6说明了用于在转子22M的转数快速上升时可变地设定判断是否开始发电用的时段T的第二改型，然而第二改型可以与图8中所示的操作组合。

具体地，根据第二改型的控制器可编程为在图8的步骤404到406的操作之间执行图6的步骤300到304的操作。在这种情况下，当判定所测量的转数等于或低于转数N2(在步骤300为是)时，在步骤302，发电开始/停止电路16将相电压周期数n1设定为相电压周期数n，该值n1等于相电压周期数n。

否则，当判定所测量转数高于转数N1(在步骤300为是)时，在步骤206，发电开始/停止电路16将相电压周期数n2设定为用于在正常温度范围内的发动机起动的相电压周期数n，相电压周期数n2低于相电压周期数n1。

也就是说，当发动机起动发生在正常温度范围内时，发电机2的转子22M的转数、即发动机转速立刻上升，使得转数超过第一阈值数N1到达第二阈值数N2。此时，用于确定开始发电的相电压周期数n从用于在低温范围内的发动机起动的值n1转换为用于在正常温度范围内的发动机起动的值n2，该值n2低于值n1。

因此，根据第二和第三改型的组合的控制器构造为当在开始发电之前转子22M的转数高于比第一阈值数N1大的转数N2时判定发动机起动发生在正常温度范围内，从而减少用于确定开始发电的相电压周期数n。除第三改型的效果之外，这种构型还可进一步实现与第二改型所实现的效果同样的效果。

第四改型

将参照图9和10说明根据本公开实施方式的第四改型的控制器。

根据第四改型的控制器的结构和/或功能在以下几点上不同于控制器1的结构和/或功能。因此下面主要说明这些不同点。

下文将参照图9描述在发动机EN起动期间根据第四改型的控制器的用于确定开始发电的操作。在图2和9的流程图中，相同的操作(步骤)被配以相同的参考步骤编号，并且省略或简化对其的过多描述。

具体地，根据第四改型的控制器编程为在执行步骤100的操作之前先执行以下步骤500到506的操作。因此，下文将完整地描述步骤500到506的操作。

当接通点火开关4从而起动控制器1的每个部件时，在步骤500，温度测量单元30测量发动机EN的环境温度，在步骤502，发电开始/停止电路16判断所测量的发动机EN的环境温度是否等于或高于预设的阈值温度TE2。

当判定所测量的发动机EN的环境温度低于预设的阈值温度TE2(在步骤502为否)时，发电开始/停止电路16判定发动机起动发生在低温范围内。于是，在步骤504，发电开始/停止电路16设定用于低温范围的转子22M的转数，该转子22M的转数等于在图2的步骤104中使用的第一阈值数N1。

否则，当判定所测量的发动机EN的环境温度等于或高于预设的阈值温度TE2(在步骤502为是)时，发电开始/停止电路16判定发动机起动发生正常温度范围内。于是，在步骤506，发电开始/停止电路16设定转子22M的第三阈值数N1’。该第三阈值数N1’小于第一阈值数N1。

在步骤504或506的操作之后，根据第四改型的控制器执行上述步骤100到步骤108的操作，同时在步骤104使用第一阈值数N1或第三阈值数N1’。应当指出，在第四改型中，控制器执行步骤500到506的操作，但是可以在步骤100到108的操作执行完毕后执行步骤500到506的操作，或者可以与步骤100到108的操作并行地执行步骤500到506的操作。阈值温度TE2可设定为等于或不同于在图4步骤202中所使用的阈值温度TE1。步骤500到506的操作可与图4的操作、图6的操作以及图8的操作中的一者进行组合。

图10示意性地图示了对应于图9中的操作的控制器操作正时。如图10中所示，当发动机起动发生在低温范围内时，电压控制器18的操作模式在时段TA的结束正时从初始励磁模式转换为发电模式，在时段TA内，在时段TA期间测量的转子22M的转数的区间最小峰值等于或高于第一阈值数N1。

相比之下，当发动机起动发生在正常温度范围内时，电压控制器18的操作模式在时段TB的结束正时从初始励磁模式转换为发电模式，在时段TB内，在时段TB期间测量的转子22M的转数的区间最小峰值等于或高于第三阈值数N1’，该转换正时早于用于在低温范围内的发动机起动的转换正时。

也就是说，因为在低温范围内存在很大的发动机转速脉动，使得脉动周期的预期最大值增大，需要用于判断发电是否开始的阈值数的值较大。相比之下，当发动机起动发生在正常温度范围内时，在正常温度范围内的发动机转速的脉动小于在低温范围内的发动机转速的脉动，使得与在低温范围内的发动机起动的脉动周期的预期最大值相比，在正常温度范围内的发动机起动的脉动周期的预期最大值有所减小。因此，用于判断发电是否开始的阈值数的值N1’可以设定为小于用于低温范围的阈值数的值N1。

如上所述，根据第四改型的控制器构造成当发动机起动发生在获得脉动很少的发动机EN稳定旋转的正常温度范围内时，缩短确定开始发电所需的时间。除了在所述实施方式中实现的那些效果之外，这样的构造实现了提高发动机EN在正常温度范围内的可起动能力的效果。另外，根据第四改型控制器构造为在发动机EN的旋转换得足够稳定之前防止开始发电。除了在所述实施方式中实现的那些效果之外，这样的构造实现了可靠地确保了在低温范围内的发动机EN可起动能力。

第五改型

将参照图11和12说明根据本公开实施方式的第五改型的控制器。

根据第五改型的控制器的结构和/或功能在以下几点上不同于控制器1的结构和/或功能。因此下面主要说明这些不同点。

下文将参照图11描述在发动机EN起动期间根据第五改型的控制器的用于确定开始发电的操作。在图2和11的流程图中，相同的操作(步骤)被配以相同的参考步骤编号，并且省略或简化对其的过多描述。

具体地，根据第五改型的控制器编程为在步骤102和104的操作之间执行以下步骤600到602的操作。因此，下文将完整地描述步骤600到602的操作。

在测量发电机2的转子22M的转数之后，在步骤600，发电开始/停止电路16计算在每个时段T3内转子22M的转数的平均测量值，其中时段T3等于或长于发动机转速脉动周期C的预期最大值。时段T3可以设定为等于或不同于步骤104中所使用的时段T。应当指出，如果步骤600中的操作执行正时不是计算转子22M的转数的平均测量值的正时，那么跳过步骤600的操作。

接着，在步骤602，发电开始/停止电路16判断每个时段T3的转子22M的转数的计算平均值与前一时段T3的该计算平均值相比的增长率是否等于或大于预设值A。当判定当前时段T3的转子22M的转数的计算平均值的增长率低于预设值A(在步骤602为否)时，发电开始/停止电路16转换到步骤104的操作并执行上述步骤104的判断。

否则，当判定每个时段T3的转子22M的转数的计算平均值的增长率等于或大于预设值A(在步骤602为是)时，在步骤108，发电开始/停止电路16立即转换到步骤108并指令电压控制器18重新设置初始励磁模式以转换到发电模式。于是，在上述步骤108，电压控制器18以发电模式操作从而通过从初始值开始增大供给到场绕组22的励磁电流而开始发电。

图12示意性地图示了对应于图11中的操作的控制器操作正时。如图12中所示，曲线图“a”图示出在正常温度范围内的转子22M的转数(发动机转速)的变化，曲线图“b”图示出在低温范围内的转子22M的转数(发动机转速)的变化。另外，点“c”代表在正常温度范围内的转子22M的转数(发动机转速)的平均测量值的变化。

参见图12，当在正常温度范围内发电机2的转子22M的转数、即发动机转速即刻上升时，在时段T3内的转子22M的转数(发动机转速)的相应平均测量值的增长率在发动机EN起动时上升为超过预设值A。在正时t20，根据第五实施方式的控制器构造为开始发电。

该构造使得与在相应的最小峰值超过第一阈值数N1之后等待经过相应的时段T的构造相比，发电开始得更早。除了在所述实施方式中实现的那些效果之外，这样的构造还实现了在充分确保发动机EN在正常温度范围内的可起动能力的同时加速在正常温度范围内开始发电的效果。步骤600和602的操作可与图4的操作、图6的操作、图8的操作以及图9的操作中的一者进行组合。

第六改型

将参照图13和14说明根据本公开实施方式的第六改型的控制器。

根据第六改型的控制器的结构和/或功能在以下几点上不同于控制器1的结构和/或功能。因此下面主要说明这些不同点。

下文将参照图13描述在发动机EN起动期间根据第六改型的控制器的用于确定开始发电的操作。在图2和13的流程图中，相同的操作(步骤)被配以相同的参考步骤编号，并且省略或简化对其的过多描述。

具体地，根据第六改型的控制器编程为在步骤102和104的操作之间执行以下步骤700到702的操作。因此，下文将完整地描述步骤700到702的操作。

在测量发电机2的转子22M的转数之后，在步骤700，发电开始/停止电路16计算在每个时段T4内由Vp表示的相电压增长率，其中时段T4等于或长于发动机转速脉动周期C的预期最大值。时段T4可以设定为等于或不同于步骤104中所使用的时段T。应当指出，如果步骤700中的操作执行正时不是计算相电压Vp的增量的正时，那么跳过步骤700的操作。

发电开始/停止电路16可以使用以下程序中的任何一个来计算在每个时段T4内的相电压增长率。

第一个程序是计算在每个时段T4内的相电压Vp的正峰值或峰峰值(振幅)的平均值，从而计算每个时段T4的计算平均值与前一时段T4的计算平均值相比的增长率。

第二个程序是简单地计算在每个时段T4内的相电压Vp的正峰值或相电压的从最小峰值(最小峰峰值)到最大峰值(最大峰峰值)的峰峰值(振幅)的增长率。

接着，在步骤702，发电开始/停止电路16判断当前时段T4的相电压Vp的增长率是否等于或高于预设值B。当判定当前时段T4的相电压Vp的增长率低于预设值B(在步骤702为否)时，发电开始/停止电路16转移到步骤104的操作并执行上述步骤104的判断。

否则，当判定当前时段T4的相电压Vp等于或高于预设值B(在步骤702为是)时，在步骤108，发电开始/停止电路16立即转移到步骤108并指令电压控制器18重新设置初始励磁模式以转换到发电模式。于是，在上述步骤108，电压控制器18以发电模式操作从而通过从初始值开始增大供给到场绕组22的励磁电流而开始发电。

图14示意性地图示了对应于图13中的操作的控制器操作正时。在图14中，曲线图“a”图示出在正常温度范围内的转子22M的转数(发动机转速)的变化，曲线图“b”图示出在低温范围内的转子22M的转数(发动机转速)的变化。另外，点“Vp”代表在正常温度范围内的相电压Vp的平均值的变化。

参见图14，当发电机2的转子22M的转数、即发动机转速在正常温度范围内即刻上升时，在时段T4A内的相电压Vp的相应平均值的增长率在发动机EN起动时上升为超过预设值B。根据第六实施方式的控制器构造为在正时t30开始发电。

该构造使得与在相应的最小峰值超过第一阈值数N1之后等待经过相应的时段T的构造相比，发电开始得更早。除了在所述实施方式中实现的那些效果之外，这样的构造还实现了在充分确保发动机EN在正常温度范围内的可起动能力的同时加速在正常温度范围内开始发电的效果。步骤700和702的操作可与图4的操作、图6的操作、图8的操作、图9的操作以及图11的操作中的一者进行组合。

在根据所述实施方式及其多个变型中的每一个的发电机2中，设置有用于场绕组22的三个整流器模块，但是可以设置可选数量的用于场绕组22的整流器模块。在根据所述实施方式及其多个变型中的每一个的发电机2中，可以设置MOS晶体管或其它类型的晶体管，作为整流器模块的高压侧(上臂)和低压侧(下臂)中的每一个。

尽管本文已经对本公开的说明性实施方式及其变型进行了描述，但是本公开并不局限于此处描述的实施方式及其变型，而是包括本领域技术人员基于本公开可以理解的任意和全部具有改型、删除、组合(例如，全部各种实施方式的方面的)、适应性修改和/或替代方式的实施方式。权利要求的范围应当基于权利要求中采用的语言广义地解释，并且其不限于本说明书中或在应用执行过程中描述的示例，这些示例应当理解为非排他性的。

Claims (14)

1.一种用于控制发电机的控制器，所述发电机包括带有场绕组的转子、以及至少一相定子绕组，所述转子能够借助于从发动机供给的旋转动力旋转，所述控制器包括：

与所述场绕组连接的开关；

电压控制器，所述电压控制器构造成：在初始励磁模式下操作成选择性地接通和断开所述开关以向所述场绕组供给作为初始励磁电流的励磁电流，并且在发电模式下操作成选择性地增减所要供给到所述场绕组的所述励磁电流以将所述发电机的输出电压调整到目标值；

转数测量单元，所述转数测量单元构造为基于在所述至少一相绕组内感生的相电压来测量所述转子的转数；以及

模式转换判定器，所述模式转换判定器构造为在所述电压控制器以所述初始励磁模式操作时基于所测量到的所述转子的转数、所述转子的阈值转数以及预设时段来判断是否将所述电压控制器的操作模式从所述初始励磁模式转换到所述发电模式，所述时段等于或长于所述发动机的旋转脉动周期的预期最大值。

2.如权利要求1所述的控制器，其中，所述模式转换判定器构造为当在所述时段期间所测量到的所述转子的转数的区间最小值等于或高于所述阈值转数时判定进行所述电压控制器的操作模式从所述初始励磁模式到所述发电模式的转换。

3.如权利要求2所述的控制器，其中，所述转数测量单元构造为基于所述相电压的每个周期测量所述转子的转数，并且所述模式转换判定器构造为当在所述时段期间所测量到的所述转子的转数等于高于所述阈值转数时判定进行所述电压控制器的操作模式从所述初始励磁模式到所述发电模式的转换。

4.如权利要求2所述的控制器，其中，所述模式转换判定器构造为：当所述发动机的环境温度等于或低于阈值温度时将所述预设时段设定为第一值，并且当所述发动机的所述环境温度高于所述阈值温度时将所述时段设定为第二值，所述第二值小于所述第一值。

5.如权利要求2所述的控制器，其中，所述模式转换判定器构造为当所测量到的转数达到第二阈值数时缩短所述时段，所述第二阈值数高于作为第一阈值数的阈值数。

6.如权利要求1所述的控制器，其中，所述转数测量单元构造为基于所述相电压的每个周期测量所述转子的转数，并且所述模式转换判定器构造为当在所述相电压的连续周期数范围内所测量到的所述转子的转数等于或高于所述阈值转数时判定进行所述电压控制器的操作模式从所述初始励磁模式到所述发电模式的转换，所述相电压的连续周期数对应于所述时段。

7.如权利要求6所述的控制器，其中，所述模式转换判定器构造为：当所述发动机的环境温度等于或低于阈值温度时将所述相电压的连续周期数设定为第一值，并且当所述发动机的所述环境温度高于所述阈值温度时将所述相电压的连续周期数设定为第二值，所述第二值低于所述第一值。

8.如权利要求6所述的控制器，其中，所述模式转换判定器构造为当所测量到的转数达到第二阈值数时减小所述相电压的连续周期数，所述第二阈值数高于作为第一阈值数的阈值数。

9.如权利要求6所述的控制器，其中，所述相电压的连续周期数被设定为高于与所述发动机内的空气-燃料混合物的爆震间隔相对应的所述相电压的周期数。

10.如权利要求1所述的控制器，其中，所述模式转换判定器构造为：当所述发动机的环境温度等于或低于阈值温度时将所述阈值转数设定为第一阈值数，并且当所述发动机的所述环境温度高于所述阈值温度时将所述阈值转数设定为第二阈值数，所述第二阈值数低于所述第一阈值数。

11.如权利要求2所述的控制器，其中，所述模式转换判定器构造为当所测量到的所述转子的转数的平均值的增长率等于或高于预设值时判定进行所述电压控制器的操作模式从所述初始励磁模式到所述发电模式的转换。

12.如权利要求6所述的控制器，其中，所述模式转换判定器构造为当所测量到的所述转子的转数的平均值的增长率等于或高于预设值时判定进行所述电压控制器的操作模式从所述初始励磁模式到所述发电模式的转换。

13.如权利要求2所述的控制器，其中，所述模式转换判定器构造为当所述相电压的增长率等于或高于预设值时判定进行所述电压控制器的操作模式从所述初始励磁模式到所述发电模式的转换。

14.如权利要求6所述的控制器，其中，所述模式转换判定器构造为当所述相电压的增长率等于或高于预设值时判定进行所述电压控制器的操作模式从所述初始励磁模式到所述发电模式的转换。

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