CN104428989B - 励磁绕组式旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种励磁绕组式旋转电机，该励磁绕组式旋转电机即使在进行励磁电流的限制的状态下，在车辆需要通常情况下的输出的状况下，也能在规定时间内解除励磁电流的限制。本发明包括：励磁电流限制部(140)，该励磁电流限制部(140)包含励磁电流限制指令部(143)，该励磁电流限制指令部(143)在励磁电流限制判定部(142)判定为判定值达到规定判定阈值的情况下，对励磁电流控制部(110)产生励磁电流限制指令，使得在规定的励磁电流限制时间Tlim的期间将励磁电流限制在规定允许值以下；以及励磁电流限制解除部(150)，该励磁电流限制解除部(150)对励磁电流限制部输出励磁电流限制解除指令，使得在规定的励磁电流限制解除时间TC的期间解除励磁电流的限制，励磁电流限制部在从励磁电流限制解除部接受到励磁电流限制解除指令的情况下，在规定的励磁电流限制解除时间的期间解除励磁电流的限制。

Description

励磁绕组式旋转电机
技术领域
本发明涉及主要搭载于车辆，且具有控制装置的励磁绕组式旋转电机。
背景技术
一般而言，车辆用旋转电机搭载于发动机室内。因此，车辆用旋转电机的使用温度成为极高的温度。此外，车辆用旋转电机的内部温度因车辆用旋转电机在进行发电及驱动等动作时产生的热量而进一步成为高温。因而，若因长时间的连续动作等而使车辆用旋转电机的温度过度上升，则可能会因为内部元器件的损坏等而导致车辆用旋转电机发生故障。
因此，在现有的车辆用交流发电机的输出控制方法及输出控制装置中，作为防止因温度上升而导致的车辆用交流发电机的故障的手段，提出了如下方法：测量交流发电机或其周围的温度，在检测到该温度超出预先设定的异常温度值的情况下，限制交流发电机输出电流来减轻控制装置的热负担(例如，参照专利文献1)。
然而，专利文献1所记载的车辆用交流发电机的输出控制方法及输出控制装置中，利用温度传感器检测车辆用交流发电机的温度，并限制励磁电流，由此来保护车辆用交流发电机使其温度不再上升。因此，需要搭载温度传感器，从而存在车辆用交流发电机的成本上升及需要改变结构的问题。
因此，专利文献2中，在流过励磁绕组的励磁电流在规定阈值以上的状态持续规定时间的情况下，通过将通电的励磁电流限制在不会因发热引起损坏的范围内，来防止过度的温度上升。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平8－9567号公报
专利文献2：日本专利特开2010-279085号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在相比通常情况对励磁电流进行限制的状态下，无法获得通常情况下的输出。因此，例如在用于发动机启动而搭载的旋转电机中，若在怠速停止后的发动机再启动时对励磁电流进行限制，则不能输出发动机启动所需的期望输出，因此发动机的再启动可能会失败，可能会对车辆的行动产生较大的影响。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种励磁绕组式旋转电机，该励磁绕组式旋转电机无需温度传感器，通过对流过励磁绕组的励磁电流进行限制来抑制温度上升，并且在发动机再启动时等、对车辆的行为的影响较大的、需要通常情况下的输出的状况下，能尽可能地输出通常情况下的输出。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的励磁绕组式旋转电机包括：电动发电机，该电动发电机具有励磁绕组；励磁电流检测部，该励磁电流检测部对流过所述励磁绕组的励磁电流进行检测；励磁电流控制部，该励磁电流控制部对所述励磁电流进行控制；励磁电流限制部，该励磁电流限制部包含励磁电流限制判定部及励磁电流限制指令部，该励磁电流限制判定部基于所述励磁电流检测部检测出的所述励磁电流来计算判定值，并对所述判定值是否达到规定判定阈值进行判定，该励磁电流限制指令部在所述励磁电流限制判定部判定为所述判定值达到所述规定判定阈值的情况下，对所述励磁电流控制部产生励磁电流限制指令，使得在规定的励磁电流限制时间的期间将所述励磁电流限制在规定允许值以下；以及励磁电流限制解除部，该励磁电流限制解除部对所述励磁电流限制部输出励磁电流限制解除指令，使得在规定的励磁电流限制解除时间的期间解除所述励磁电流的限制，所述励磁电流限制部在从所述励磁电流限制解除部接受到所述励磁电流限制解除指令的情况下，在所述规定的励磁电流限制解除时间的期间解除所述励磁电流的限制。
发明效果
根据本发明，能获得一种励磁绕组式旋转电机，该励磁绕组式旋转电机能对流过励磁绕组的励磁电流进行监视，并对励磁电流进行限制使得励磁绕组式旋转电机的温度不会过度上升，并且即使在进行励磁电流的限制的状态下，在车辆需要通常情况下的输出的状况下，也能在规定时间内解除励磁电流的限制。
附图说明
图1是将本发明的实施方式1所涉及的励磁绕组式旋转电机搭载于车辆时的简要结构图。
图2是本发明的实施方式1的励磁绕组式旋转电机的结构图。
图3是本发明的实施方式1的图2中的励磁电流限制部及励磁电流限制解除部的结构图。
图4是用于说明本发明的实施方式1所涉及的励磁电流限制部的动作的时序图。
图5是用于说明本发明的实施方式1所涉及的励磁电流限制部中对励磁电流进行限制时的动作的时序图。
图6是用于说明本发明的实施方式1所涉及的励磁电流限制部处于励磁电流限制过程中的动作的时序图。
具体实施方式
实施方式1.
下面，参照图1～图6对本发明的实施方式1所涉及的励磁绕组式旋转电机进行说明。
图1是表示将实施方式1所涉及的励磁绕组式旋转电机搭载于车辆时的简要结构图，如图所示，励磁绕组式旋转电机40经由传送带及滑轮等结合单元20和内燃机10相互连接。此外，蓄电池30与励磁绕组式旋转电机40电连接。
励磁绕组式旋转电机40有时不经由结合单元20而和内燃机10直接结合。并且，内燃机10并不局限于汽油发动机和柴油发动机中的任意一种。蓄电池30可以是励磁绕组式旋转电机40专用的，也可以与励磁绕组式旋转电机40以外的其它车辆用负载共用。
图2是励磁绕组式旋转电机的结构图。
如图2所示，励磁绕组式旋转电机大致由3部分构成。即：电动发电机50、功率转换部60及控制部70。功率转换部60连接有蓄电池30，接受来自外部的电力供给。
电动发电机50包括三相Y型连接或Δ型连接的电枢绕组51、励磁绕组52以及电流检测器53。另外，电动发电机50也可以使用三相以外的电枢绕组。
根据来自外部的动作指令即外部指令160进行转移的动作模式有停止、发电、驱动的动作模式。
功率转换部60为三相逆变器，其包括与励磁绕组52相连接的励磁绕组电流用开关元件61、续流二极管62及与电枢绕组51的各相相连接的功率转换用开关元件63a～63c、64a～64c。
控制部70由栅极驱动部80、驱动控制部90、发电控制部100、励磁电流控制部110、励磁电流检测部120、励磁电流指令部130、励磁电流限制部140、以及励磁电流限制解除部150构成。
栅极驱动部80基于从驱动控制部90、发电控制部100及励磁电流控制部110发送而来的针对电枢绕组51及励磁绕组52的导通/断开指令，来对励磁绕组电流用开关元件61和功率转换用开关元件63a～63c、64a～64c进行驱动，从而对电动发电机50进行驱动或发电控制。
此外，驱动控制部90对驱动电动发电机50时的功率转换用开关元件63a～63c、64a～64c的导通/断开时刻进行控制。
并且，发电控制部100在电动发电机50发电时，对进行同步整流时的功率转换用开关元件63a～63c、64a～64c的导通/断开时刻进行控制。
励磁电流检测部120利用电流检测器53对流过励磁绕组52的励磁电流I进行检测。励磁电流指令部130向励磁电流控制部110发送将励磁电流I作为控制目标的励磁电流指令值If。
励磁电流限制部140基于由励磁电流检测部120检测到的励磁电流I来判定是否对励磁电流I进行限制。其结果是，在判定为需要对励磁电流I进行限制的情况下，励磁电流限制部140向励磁电流控制部110发送励磁电流限制值Ilim。
励磁电流限制解除部150基于来自外部指令160的停止、发电、驱动的动作指令，对励磁电流限制部140指示解除励磁电流I的限制。
此处，励磁电流控制部110在从励磁电流限制部140接收到励磁电流限制值Ilim的情况下，将以励磁电流限制值Ilim作为控制目标值来对流过励磁绕组52的励磁电流I进行控制的信号发送到栅极驱动部80。
其中，在励磁电流指令值If小于励磁电流限制值Ilim的情况下，即处于励磁电流指令值If＜励磁电流限制值Ilim的关系的情况下，发送将励磁电流I控制为励磁电流指令值If的信号。
励磁电流控制部110在没有从励磁电流限制部140接收到励磁电流限制值Ilim的情况下，始终发送基于励磁电流指令值If来对流过励磁绕组52的励磁电流I进行控制的信号。
图3是励磁绕组式旋转电机的励磁电流限制部140及励磁电流限制解除部150的结构图。
励磁电流限制部140由存储部141、励磁电流限制判定部142及励磁电流限制指令部143构成。存储部141包括励磁电流阈值存储部141a、励磁电流积分阈值存储部141b、励磁电流限制值存储部141c、励磁电流限制时间存储部141d。
励磁电流限制判定部142具有励磁电流积分单元142a，励磁电流限制指令部143具有励磁电流限制时间测量单元143a。
此处，励磁电流阈值存储部141a中预先存储有第一励磁电流阈值Ith1、和设定为比第一励磁电流阈值Ith1小的值的第二励磁电流阈值Ith2。即，第一及第二励磁电流阈值Ith1、Ith2满足第一励磁电流阈值Ith1＞第二励磁电流阈值Ith2的关系。
励磁电流积分阈值存储部141b连接有励磁电流限制判定部142，并且预先存储有励磁电流积分阈值Sth。
励磁电流限制值存储部141c中预先存储有励磁电流限制值Ilim。励磁电流限制时间存储部141d中预先存储有励磁电流I的励磁电流限制时间Tlim。
并且，励磁电流限制解除部150由励磁电流限制解除时间存储部151和励磁电流限制解除指令部152构成。此外，励磁电流限制解除指令部152具有励磁电流限制解除时间测量单元152a。
励磁电流限制解除时间存储部151中预先存储有励磁电流限制解除时间TC，该励磁电流限制解除时间TC根据从励磁电流限制部140开始对励磁电流I进行限制起所经过的经过时间而设定。
该励磁电流限制解除时间TC被设定为在如下时间以下：在仅在限制经过时间对励磁电流I进行限制后的情况下，从该状态到可无限制地进行动作、即不会因过热而引起故障的时间。根据从开始对励磁电流I进行限制起经过的经过时间来进行设定，由此能够使得从限制开始起的经过时间越长，解除时间也越长。
接着，使用图4～图6对励磁绕组式旋转电机的动作的详细情况进行说明。
首先，参照图4对励磁电流限制判定部142的动作进行说明。
图4是表示励磁电流限制部140中励磁电流、励磁电流积分值的时间变化的时序图。
励磁电流限制判定部142在励磁电流I＞第一励磁电流阈值Ith1的情况下，将励磁电流I和第一励磁电流阈值Ith1之间的差分ΔI1与励磁电流积分值S相加(向正方向积分)。
反之，励磁电流限制判定部142在励磁电流I＜第二励磁电流阈值Ith2的情况下，从励磁电流积分值S减去第二励磁电流阈值Ith2和励磁电流I之间的差分ΔI2(向负方向积分)。
此外，励磁电流限制判定部142在励磁电流I≤第一励磁电流阈值Ith1、且励磁电流I≥第二励磁电流阈值Ith2的情况下，维持当前的励磁电流积分值S。
励磁电流限制判定部142在励磁电流积分值S＞励磁电流积分阈值Sth的情况下，判定为需要对励磁电流I进行限制。励磁电流限制判定部142将判定结果发送至励磁电流限制指令部143。
接着，参照图5对励磁电流限制判定部142的动作进行说明。
图5是表示励磁电流限制部140中对励磁电流进行限制时的励磁电流、励磁电流积分值及励磁电流限制时间计数器的时间变化的时序图。
在基于励磁电流限制判定部142的判定结果判定为需要对励磁电流I进行限制的情况下，励磁电流限制指令部143从励磁电流限制值存储部141c获取励磁电流限制值Ilim、从励磁电流限制时间存储部141d获取励磁电流限制时间Tlim，在励磁电流限制时间计数器Clim中设定励磁电流限制时间Tlim(参照下式)。
Clim＝Tlim
然后，励磁电流限制指令部143在励磁电流限制时间Tlim的期间，对励磁电流控制部110发送励磁电流限制值Ilim。由此，接收到励磁电流限制值Ilim的励磁电流控制部110将励磁电流I控制为励磁电流限制值Ilim的值(然而，在满足励磁电流指令值If＜励磁电流限制值Ilim的关系的期间为励磁电流指令值If的值)。
第二励磁电流阈值Ith2设定为使得在励磁绕组式旋转电机进行连续动作的情况下，励磁绕组式旋转电机40的温度处于正常范围内。此时的励磁电流限制值Ilim设定为第二励磁电流阈值Ith2以下。由此，能将励磁绕组式旋转电机40的温度更可靠地降低为能进行正常动作的温度。
另外，在励磁电流积分值S超过励磁电流积分阈值Sth的情况下，励磁电流限制判定部142将励磁电流积分值S清除，并设定为0(zero)。
励磁电流限制指令部143在从开始对励磁电流I进行限制起经过励磁电流限制时间Tlim的时刻，停止对励磁电流控制部110发送励磁电流限制值Ilim。即，解除励磁电流I的限制，并基于励磁电流指令值If来控制励磁电流I。
并且，参照图6对励磁电流限制解除部150的动作进行说明。
图6是表示在励磁电流限制部140的励磁电流限制过程中、从励磁电流限制解除部150接收到励磁电流限制解除指令时的励磁电流、励磁电流积分值、励磁电流限制时间计数器及励磁电流限制解除时间计数器的时间变化的时序图。
在利用励磁电流限制部140的动作对励磁电流I进行限制的状态下，与不进行限制的情况相比，发电、驱动的输出均有所降低。因此，若考虑例如像怠速停止时那样在发动机停止时对励磁电流I进行限制的情况，则由于不能产生原来发动机启动所需的期望转矩，因此可能无法使发动机再启动，从而可能会对车辆的行动造成较大的影响。
因此，励磁电流限制解除部150中，在对励磁电流I进行限制的状态下，当外部指令160是驱动指令时，接受来自励磁电流限制指令部143的励磁电流限制时间计数器Clim的值，读取出与该值相对应的励磁电流限制解除时间TC，利用限制解除时间测量单元152a在励磁电流限制解除时间TC的期间对励磁电流限制指令部143发送励磁电流限制解除指令。
励磁电流限制部140中，若从励磁电流限制解除部150接收到励磁电流限制解除指令，则解除励磁电流I的限制，以通常情况下的励磁电流值实施控制。由此，能以与不对电动发电机50进行限制的通常情况相同的状态来进行驱动或发电控制。
然而，在刚开始对励磁电流I进行限制后，假设如下情况，即：能以无限制状态进行动作的时间比例如用于发动机启动所需的时间短，从而会反复执行不必要的驱动动作的情况。因此，在励磁电流I的限制经过时间在规定时间以下的情况下，即在可解除励磁电流的限制的时间在例如发动机启动所需时间以下那样的区域中，也可以不进行励磁电流限制的解除(将励磁电流限制解除时间TC设定为0(zero))。
另外，此处励磁电流限制部140根据从开始对励磁电流I进行限制起经过的经过时间来改变励磁电流限制解除时间TC，但在例如励磁电流限制部140中的励磁电流限制时间Tlim设为可根据限制中的励磁电流I的值等而改变等情况下，也可以根据励磁电流I的限制剩余时间来进行设定。
此外，在外部指令160为发电的情况下，由于对车辆的行动的影响较小，因此，优先进行励磁电流的限制，为了防止限制时间不必要的延长，可以不发送励磁电流限制解除指令，也可以与驱动的情况相同地在励磁电流限制解除时间TC的期间发送励磁电流限制解除指令。
如上所述，本发明的励磁绕组式旋转电机的特征在于，包括：电动发电机50，该电动发电机50具有励磁绕组52；励磁电流检测部120，该励磁电流检测部120对流过励磁绕组52的励磁电流I进行检测；励磁电流控制部110，该励磁电流控制部110对励磁电流进行控制；励磁电流限制部140，该励磁电流限制部140包含励磁电流限制判定部142及励磁电流限制指令部143，该励磁电流限制判定部142基于励磁电流检测部120检测出的励磁电流I来计算判定值，并对判定值是否达到规定判定阈值进行判定，该励磁电流限制指令部143在励磁电流限制判定部142判定为判定值达到规定判定阈值的情况下，对励磁电流控制部110产生励磁电流限制指令，使得在规定的励磁电流限制时间Tlim的期间将励磁电流I限制在规定允许值以下；以及励磁电流限制解除部150，该励磁电流限制解除部150对励磁电流限制部140输出励磁电流限制解除指令，使得在规定的励磁电流限制解除时间TC的期间解除励磁电流I的限制，励磁电流限制部140在从励磁电流限制解除部150接受到励磁电流限制解除指令的情况下，在规定的励磁电流限制解除时间TC的期间解除励磁电流I的限制，因此，通过采用该结构，能获得如下显著效果，即：能获得一种励磁绕组式旋转电机，该励磁绕组式旋转电机在基于流过励磁绕组的励磁电流的检测结果来限制励磁电流，使得励磁绕组式旋转电机的温度不会过度上升的情况下，若基于来自外部的指令而判定为需要解除励磁电流的限制，则能够通过解除规定的时间限制，从而将对车辆的影响抑制在最小限度。
此外，本发明可以在该发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或对各实施方式进行适当的变形、省略。
标号说明
30 蓄电池
40 励磁绕组式旋转电机
50 电动发电机
52 励磁绕组
53 电流检测器
60 功率转换部
70 控制部
110 励磁电流控制部
120 励磁电流检测部
130 励磁电流指令部
140 励磁电流限制部
141 存储部
142 励磁电流限制判定部
143 励磁电流限制指令部
150 励磁电流限制解除部
151 励磁电流限制解除时间存储部
152 励磁电流限制解除指令部
160 外部指令

Claims (6)

1.一种励磁绕组式旋转电机，其特征在于，包括：
电动发电机，该电动发电机具有励磁绕组；
励磁电流检测部，该励磁电流检测部对流过所述励磁绕组的励磁电流进行检测；
励磁电流控制部，该励磁电流控制部对所述励磁电流进行控制；
励磁电流限制部，该励磁电流限制部包含励磁电流限制判定部及励磁电流限制指令部，所述励磁电流限制判定部基于所述励磁电流检测部检测出的所述励磁电流来计算判定值，并对所述判定值是否达到规定判定阈值进行判定，所述励磁电流限制指令部在所述励磁电流限制判定部判定为所述判定值达到所述规定判定阈值的情况下，对所述励磁电流控制部产生励磁电流限制指令，使得在规定的励磁电流限制时间的期间将所述励磁电流限制在规定允许值以下；以及
励磁电流限制解除部，该励磁电流限制解除部对所述励磁电流限制部输出励磁电流限制解除指令，使得在励磁电流限制解除时间的期间解除所述励磁电流的限制，
所述励磁电流限制解除时间根据从开始对所述励磁电流进行限制起所经过的经过时间而被设定为如下时间以下：在仅在所述经过时间对励磁电流进行了限制的情况下，从该状态到可无限制地进行动作、即不会因过热而引起故障的时间，
所述励磁电流限制部在从所述励磁电流限制解除部接受到所述励磁电流限制解除指令的情况下，在所述励磁电流限制解除时间的期间解除所述励磁电流的限制。
2.如权利要求1所述的励磁绕组式旋转电机，其特征在于，
所述励磁电流限制解除部根据从所述励磁电流限制部开始对所述励磁电流进行限制起经过的经过时间，来改变所述励磁电流限制解除时间。
3.如权利要求1或2所述的励磁绕组式旋转电机，其特征在于，
所述电动发电机具有根据来自外部的动作指令进行转移的至少一个以上的动作模式，
所述励磁电流限制解除部仅在所述动作指令是规定的动作模式的情况下，对所述励磁电流限制部指示在所述励磁电流限制解除时间的期间解除所述励磁电流的限制。
4.如权利要求3所述的励磁绕组式旋转电机，其特征在于，
所述规定的动作模式为所述电动发电机的驱动动作模式。
5.如权利要求1或2所述的励磁绕组式旋转电机，其特征在于，
在所述规定的励磁电流限制时间为规定时间以下的情况下，所述励磁电流限制解除部将所述励磁电流限制解除时间设定为零。
6.如权利要求1或2所述的励磁绕组式旋转电机，其特征在于，
所述励磁电流限制部将所述规定的励磁电流限制时间设为可根据限制过程中的所述励磁电流的值而改变。
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