CN104380593A - 车用交流发电机的控制装置 - Google Patents

车用交流发电机的控制装置 Download PDF

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Abstract

一种车用交流发电机的控制装置，在搭载于车辆的内燃机的输出轴上经由转矩传递构件而连结有转子，所述车用交流发电机的控制装置具备励磁电流控制系统，该励磁电流控制系统能够进行控制以使得流过车用交流发电机(1)的励磁绕组(3)的励磁电流值(c)与励磁电流指示值(b)相一致，由此能够使车用交流发电机(1)的旋转转矩仅取决于转速有关，能够使内燃机的控制稳定化。

Description

车用交流发电机的控制装置
技术领域
本发明涉及对搭载在汽车等车辆上的交流发电机进行控制的、车用交流发电机的控制装置。
背景技术
众所周知，车用交流发电机的转子通过传送带等连结构件机械性地连结于内燃机的输出轴，在内燃机与车用交流发电机之间通过连结构件来传递转矩。因此，车用交流发电机的动作状态会对内燃机的运行状态产生不小的影响。以往，作为这种车用交流发电机的控制装置，提出了一种综合性地对车用交流发电机与内燃机进行控制的技术(例如参照专利文献1)。
图3是专利文献1所示的现有的车用交流发电机的控制装置的结构图。图3中，与车用交流发电机1一体设置的发电机控制装置2包括：对来自由ECU(Engine Control Unit：发电机控制单元)构成的外部单元7的外部指令进行接收的外部指令接收部8；将接收到的外部指令值转换成控制电压值的外部指令/电压转换部9；以及判断接收到的外部指令是有效还是无效的外部指令有效/无效判断部11。
另外，发电机控制装置2包括：不同于外部指令的、能够指示车用交流发电机1的输出电压的第2目标电压指示部10；将外部指令/控制电压转换部9的输出与第2目标电压指示部10的输出进行切换并提供至电压控制部6的选择器12；对由功率二极管构成的开关元件15的导通/截止期间进行控制从而对车用交流发电机1的励磁电流进行PWM控制的PWM控制部5；对车用交流发电机1的输出电压进行检测的电压检测部4；以及基于所检测出的车用交流发电机1的输出电压及来自选择器12的输出来对PWM控制部5发送PWM控制值的电压控制部6。
在电枢绕组13中感应出的交流输出电力经过整流装置14被转换成直流电，并被提供至励磁绕组3及大容量的电容器20。电容器20的输出电压经由DC/DC转换器21提供至车载电池21以及电负载22。
ECU即外部单元7检测出内燃机(未图示)的运行状态、机械负载的状态、以及电负载22的状态等，并基于这些检测结果等来计算车用交流发电机1的基准电压值，将对应于该计算出的基准电压值的外部指令发送至发电机控制装置2的外部指令接收部8。在由外部指令有效/无效判断部11判断外部指令为有效时，电压控制部6基于由电压检测部4检测出的车用交流发电机1的输出电压以及从外部指令/控制电压转换器9经由选择器12发送来的控制电压值，通过PWM控制部5对开关元件15进行导通截止控制，从而对励磁电流进行PWM控制，使得车用交流发电机1的输出电压与外部指令所指示的值相一致。
另一方面，在外部指令有效/无效判断部11判断外部指令为无效时，电压控制部6基于由电压检测部4检测出的车用交流发电机1的输出电压以及经由选择器12发送来的第2目标电压指示部10的输出，通过PWM控制部5对开关元件15进行导通截止控制，从而对励磁电流进行PWM控制，使得车用交流发电机1的输出电压与第2目标电压指示部的输出相一致。
根据如上那样构成的现有的车用交流发电机的控制装置，通过根据从外部单元7发送至发电机控制装置2的外部指令，来对车用交流发电机1的输出电压进行控制，从而能综合性地对内燃机与车用交流发电机1进行控制，以有利于内燃机控制的稳定化以及燃料消耗的改善。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3070788号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
通过根据车用交流发电机的发电量来进行换算，能够掌握该车用交流发电机的旋转转矩，但该换算需要利用车用交流发电机的电负载量、车用交流发电机的温度及转速等多种参数来进行运算。然而，难以利用ECU来瞬时地进行该运算。因此，上述以往的车用交流发电机的控制装置无法正确掌握车用交流发电机的旋转转矩并进行工作，无法说对于内燃机控制的稳定化或燃料消耗的改善一定是足够的。
另外，根据以往的车用交流发电机的控制装置，如上述那样对车用交流发电机的输出电压进行控制，但在再生制动时超过车载电池21的额定电压的容许范围而无法提高输出电压，从而无法有效地进行再生制动。此外，由于无法正确掌握车用交流发电机1的旋转转矩，因此在内燃机进行空转运行时车用交流发电机1的旋转转矩变为规定值以上的情况下，可能会引起发动机停止(发动机停车)。
本发明为解决现有的车用交流发电机的控制装置中的上述问题而得以完成，其目的在于提供一种能极大地有利于内燃机控制的稳定化的车用交流发电机的控制装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的车用交流发电机的控制装置在搭载于车辆的内燃机的输出轴上经由转矩传递构件而连结有转子，其特征在于，
具备励磁电流控制系统，该励磁电流控制系统能够基于励磁电流指示值对流过所述车用交流发电机的励磁绕组的励磁电流的值进行控制。
发明效果
根据本发明的车用交流发电机的控制装置，由于具备能够基于励磁电流指示值对流过车用交流发电机的励磁绕组的励磁电流的值进行控制的励磁电流控制系统，因此能使车用交流发电机的旋转转矩仅取决于转速有关，从而能使内燃机的控制稳定化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的车用交流发电机的控制装置的结构图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的车用交流发电机的控制装置中、由PWM信号构成的外部指令与励磁电流指示值之间的关系的映射的说明图。
图3是表示现有的车用交流发电机的控制装置的结构图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的车用交流发电机的控制装置的电路图，仅抽取本发明所涉及的部分来进行表示。图1中，车用交流发电机1具有：具备电枢绕组13的定子；以及具备励磁绕组3的转子。转子通过传送带等转矩传递构件(未图示)来与内燃机(未图示)的输出轴机械性地相连结，车用交流发电机1与内燃机以通过转矩传递构件传递旋转转矩的方式构成。车用交流发电机1的转子通过转矩传递构件由内燃机旋转驱动，由此在电枢绕组13中感应出3相交流电动势。
在电枢绕组13中感应出的3相交流电动势经过连接于B端子的整流装置14被转换成直流电，并被提供至励磁绕组3以及大容量的电容器20。电容器20的输出电压经由DC/DC转换器21提供至车载电池21以及电负载22。
搭载于车用交流发电机1的发电机控制装置2具备电压检测部4、PWM控制部5、电流检测部16、选择器12、电压控制部6、电流控制部17、目标电压指示部10、外部指令/励磁电流指示值转换部90、外部指令有效/无效判断部11、以及外部指令接收部9。另外，发电机控制装置2具备：与励磁绕组3并联连接的续流二极管19；以及与励磁绕组3串联连接的由功率二极管构成的开关元件15及电流检测用电阻18。发电控制装置2利用作为励磁电流传感器的电流检测用电阻18以及电流检测部16对流过励磁绕组3的励磁电流进行监视。
上述开关元件15、电流检测用电阻18、电流检测部16、PWM控制部5、励磁电流控制部17、外部指令/励磁电流指示值转换部90构成本发明的励磁电流控制系统。上述图3所示的现有的车用交流发电机的控制装置采用不对励磁电流值进行控制而仅由电压控制系统进行电压控制的结构，而图1所示的本发明的实施方式1中的车用交流发电机的控制装置采用添加有励磁电流值的控制功能的结构。
ECU即外部单元7检测出内燃机的运行状态、机械负载的状态、车载电池22的充电状态、以及电负载22的状态等，并基于这些检测结果等来计算车用交流发电机1的基准励磁电流值，将对应于上述计算出的基准励磁电流值的外部指令a发送至发电机控制装置2的外部指令接收部8。从外部单元7发送至发电机控制装置2的上述外部指令a例如由PWM信号构成。该PWM信号具备与所述基准励磁电流值对应的占空比DUTY(DUTY＝t/T；t是PWM信号的高电平期间，T是PWM信号的周期)。此外，外部指令a也可以由PWM信号以外的信号构成，以下说明中对由PWM信号构成的情况进行说明。
发电机控制装置2中的外部指令/励磁电流指示值转换部90将外部指令接收部8所接收到的外部指令a转换成励磁电流指示值b。图2是表示本发明的实施方式1所涉及的车用交流发电机的控制装置中的、由PWM信号构成的外部指令a与励磁电流指示值b之间的关系的映射的说明图，横轴表示作为外部指令a的PWM信号的占空比(％)，纵轴表示励磁电流指示值b(A)。
图2中，PWM信号的占空比为10[％]以上～小于90[％]时，PWM信号的占空比与励磁电流指示值b成正比关系，励磁电流指示值b与占空比10[％]以上～小于90[％]成正比为0A～7.5A。另一方面，占空比为0[％]以上～小于5[％]的范围D1是假定从外部单元7连接到发电机控制装置2的外部指令发送用线束发生断线等故障时的范围，占空比为5[％]以上～小于10[％]的范围D2、以及90[％]以上～小于95[％]的范围D3是用于吸收PWM信号的波形误差的范围，95[％]以上的范围D4是假定所述外部指令发送用线束发生接地故障等的范围。上述占空比的范围D1、D2中，励磁电流指示值b为0[A]，占空比的范围D3、D4中励磁电流指示值b为7.5A[A]，成为恒定值。
外部指令/励磁电流指示值转换部90基于图2所示的映射将作为外部指令接收部8所接收到的外部指令a的PWM信号的占空比转换成励磁电流指示值b，并提供至电流控制部17。励磁电流控制部17求出来自外部指令/励磁电流指示值转换部90的励磁电流指示值b与电流检测部16所检测出的励磁电流值c之间的偏差，生成用于使该偏差变为“0”的励磁电流控制值d。
电压控制部6求出来自目标电压指示部10的目标电压值e与电压检测部4所检测出的车用交流发电机1的输出电压值f之间的偏差，生成用于使该偏差变为“0”的电压控制值g。目标电压指示部10所产生的目标电压值e成为如后述那样的作为在判断外部指令a为无效时的故障安全值的控制值，例如设定为等于车载电池22的额定输出电压值、或稍许高于该值的电压值。
外部指令有效/无效判断部11判断外部指令接收部8所接收到的外部指令a是有效还是无效。根据作为外部指令a的PWM信号的占空比是否存在于上述图2所示的范围D1或范围D4的范围内来进行该判断，例如，若PWM信号的占空比存在于范围D1或范围D4内，则如上所述，由于是假定为连接至发电机控制装置2的外部指令发送用线束发生断线等故障、或者外部指令发送用线束发生接地故障等的情况，因此判断为外部指令a无效，而若PWM信号的占空比存在于范围D1或范围D4内，则判断为外部指令a有效。
选择器12在外部指令有效/无效判断部11的判断结果为“有效”的情况下，选择来自励磁电流控制部17的励磁电流控制值d，并提供给PWM控制部5，在判断结果为“无效”的情况下，选择来自电压控制部6的电压控制值g，并提供给PWM控制部5。PWM控制部5基于选择器12所选出的来自励磁电流控制部17的励磁电流控制值d、或者来自电压控制部6的电压控制值g，利用开关元件15对励磁电流值进行PWM控制。
本发明的实施方式1中的车用交流发电机的控制装置中，在外部指令有效/无效判断部11判断由外部指令接收部8提供的外部指令a为“有效”的情况下，选择器12选择由励磁电流控制部17所生成的励磁电流控制值d，并提供给PWM控制部5。PWM控制部5基于由励磁电流控制部17提供的励磁电流控制值d来决定开关元件15的导通/截止控制的占空比，并提供给开关元件15的基极。其结果是，励磁电流值c被控制成与外部指令a相一致。因此，在外部指令a恒定的情况下，励磁电流值c被控制成保持恒定。
励磁电流值与车用交流发电机的旋转转矩存在彼此相关的关系，因此若已知车用交流发电机的转速及励磁电流值，则能推算出车用交流发电机1的旋转转矩。如上所述，构成外部单元7的ECU能直接对车用交流发电机1的励磁电流值进行控制。ECU通过获知励磁电流值能正确掌握车用交流发电机1的旋转转矩，ECU能通过控制励磁电流值c来控制车用交流发电机1的旋转转矩。
如上所述，根据本发明的实施方式1的车用交流发电机的控制装置，能够基于励磁电流值来掌握车用交流发电机1的旋转转矩，从而控制励磁电流值c，因此在内燃机的空转运行时等不会引起发电机停车，能够极大有利于内燃机控制的稳定化、燃料消耗的改善。
此外，若外部指令有效/无效判断部11判断为从外部指令接收部8提供来的外部指令a为“无效”，则选择器12选择电压控制部6的电压控制值g来提供给PWM控制部5。由此，PWM控制部5基于电压控制部16的电压控制值g来决定开关元件15的导通/截止控制的占空比，并提供给开关元件15的基极。其结果是，车用交流发电机1被控制成与目标电压指示部10的目标电压值e相一致。
因此，即使因某种原因而使得来自外部单元7的外部指令a变为异常，但由于切换至如上所述由电压检测部4、电压控制部6以及目标电压指示部10构成的电压控制系统，因此，也能够防止发生过电压、无发电等重大功能故障。
上述本发明实施方式1的车用交流发电机的控制装置具有如下特征。
(1)一种车用交流发电机的控制装置，在搭载于车辆的内燃机的输出轴上经由转矩传递构件而连结有转子，其特征在于，具备励磁电流控制系统，该励磁电流控制系统能够进行控制以使得流过所述车用交流发电机1的励磁绕组3的励磁电流值c与励磁电流指示值b相一致。
根据采用上述结构的车用交流发电机的控制装置，能够使车用交流发电机1的旋转转矩仅取决于转速，能够使内燃机的控制稳定化。
(2)车用交流发电机的控制装置的特征在于，基于来自外部单元的外部指令a来生成所述励磁电流指示值b。
根据采用上述结构的车用交流发电机的控制装置，能够利用外部单元7来操作车用交流发电机1的旋转转矩，能够有效地进行再生控制等。
(3)车用交流发电机的控制装置的特征在于，所述励磁电流控制系统具备：电流检测部16，该电流检测部16检测出所述励磁电流的值；外部指令接收部8，该外部指令接收部8接收来自所述外部单元7的所述外部指令a；外部指令/励磁电流指示值转换部90，该外部指令/励磁电流指示值转换部90将接收到的所述外部指令a转换成所述励磁电流指示值b；以及励磁电流控制部17，该励磁电流控制部17基于所生成的所述励磁电流指示值b以及所检测出的所述励磁电流值c，来生成用于控制所述励磁电流的值的励磁电流控制值d，所述励磁电流控制系统基于所生成的所述励磁电流控制值d来控制所述励磁电流值c。
根据采用上述结构的车用交流发电机的控制装置，能够利用外部单元7来操作车用交流发电机1的旋转转矩，能够有效地进行再生控制等。
(4)车用交流发电机的控制装置的特征在于，具备：外部指令有效/无效判断部11，该外部指令有效/无效判断部11判断来自所述外部单元7的外部指令a是有效还是无效；以及电压控制系统，无论所述外部指令a如何，该电压控制系统都能够控制所述励磁电流值c，从而能控制车用交流发电机1的输出电压，在所述外部指令有效/无效判断部11判断所述外部指令a为有效时，利用所述励磁电流控制系统对所述励磁电流值c进行控制，在所述外部指令有效/无效判断部11判断所述外部指令a为无效时，利用所述电压控制系统对所述励磁电流值c进行控制。
根据采用上述结构的车用交流发电机的控制装置，能够利用外部单元来操作车用交流发电机1的旋转转矩，并能有效地进行再生控制等，并且，即使外部单元发生故障，也能向车辆提供稳定的电力。
(5)车用交流发电机的控制装置的特征在于，具备PWM控制部5，所述励磁电流值c由所述PWM控制部5进行PWM控制。
根据采用上述结构的车用交流发电机的控制装置，能够容易地控制励磁电流值c，使车用交流发电机1的旋转转矩仅取决于转速，能够使内燃机的控制稳定化。
(6)车用交流发电机的控制装置的特征在于，所述外部指令a由具备与基准励磁电流值相对应的占空比的PWM信号构成，所述外部指令/励磁电流指示值转换部90基于所述外部指令接收部8所接收到的所述PWM信号的占空比来生成所述励磁电流指示值b。
根据采用上述结构的车用交流发电机的控制装置，能够容易地利用外部单元7来操作车用交流发电机1的旋转转矩，能够有效地进行再生控制等。
另外，本发明可以在该发明的范围内对实施方式进行适当的变形、省略。
工业上的实用性
本发明能适用于汽车等的车用交流发电机的控制装置，进而适用于汽车产业领域。
标号说明
1 车用交流发电机
2 发动机控制装置
3 励磁绕组
4 电压检测部
5 PWM控制部
6 电压控制部
7 外部单元
8 外部指令接收部
90 外部指令/励磁电流指示值转换部
10 目标电压指示部
11 外部指令有效/无效判断部
12 选择器
13 电枢绕组
14 整流装置
15 开关元件
16 电流检测部
17 励磁电流控制部
18 电流检测用电阻
19 续流二极管
20 电容器
21 DC/DC转换器
22 车载电池
23 电负载
a  外部指令
b  励磁电流指示值
c  励磁电流值
d  励磁电流控制值
e  目标电压值
f  输出电压值
g  电压控制值

Claims (6)

1.一种车用交流发电机的控制装置，在搭载于车辆的内燃机的输出轴上经由转矩传递构件而连结有转子，其特征在于，
具备励磁电流控制系统，该励磁电流控制系统能够基于励磁电流指示值对流过所述车用交流发电机的励磁绕组的励磁电流值进行控制。
2.如权利要求1所述的车用交流发电机的控制装置，其特征在于，
基于来自外部单元的外部指令来生成所述励磁电流指示值。
3.如权利要求2所述的车用交流发电机的控制装置，其特征在于，
所述励磁电流控制系统具备：
电流检测部，该电流检测部检测出所述励磁电流值；
外部指令接收部，该外部指令接收部接收来自所述外部单元的所述外部指令；
外部指令/励磁电流指示值转换部，该外部指令/励磁电流指示值转换部将接收到的所述外部指令转换成所述励磁电流指示值；以及
电流控制部，该电流控制部基于所生成的所述励磁电流指示值及所检测出的所述励磁电流值，来生成用于控制所述励磁电流的值的励磁电流控制值，
所述励磁电流控制系统基于所生成的所述励磁电流控制值来控制所述励磁电流值。
4.如权利要求2或3所述的车用交流发电机的控制装置，其特征在于，具备：
外部指令有效/无效判断部，该外部指令有效/无效判断部判断来自所述外部单元的外部指令是有效还是无效；以及
电压控制系统，无论所述外部指令如何，该电压控制系统都能够控制所述励磁电流的值，从而能控制车用交流发电机的输出电压，
在所述外部指令有效/无效判断部判断所述外部指令为有效时，利用所述励磁电流控制系统对所述励磁电流值进行控制，
在所述外部指令有效/无效判断部判断所述外部指令为无效时，利用所述电压控制系统对所述励磁电流值进行控制。
5.如权利要求1至4的任一项所述的车用交流发电机的控制装置，其特征在于，
具备PWM控制部，
所述励磁电流值由所述PWM控制部进行PWM控制。
6.如权利要求3至5的任一项所述的车用交流发电机的控制装置，其特征在于，
所述外部指令由PWM信号构成，所述PWM信号具备与所述外部单元所计算出的基准励磁电流值相对应的占空比，
所述外部指令/励磁电流指示值转换部基于所述外部指令接收部所接收到的所述PWM信号的占空比来生成所述励磁电流指示值。
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