CN1349302A - 同步发电机的输出控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种同步发电机的输出控制装置,要解决的课题是在低旋转区域中,在保持引擎旋转稳定的同时,增大发电量。由引擎转速判断部48检测出转子的转速,当引擎的转速处于低旋转区域中时,驱动装置46对整流器4进行滞后角通电控制,从而增加磁场磁通,增大发电量。驱动装置46响应转子角度传感器29检测出的磁极的极性变化,读出存储在滞后角量设定部49中的滞后角量,在定子线圈中进行滞后角通电。控制发电机的输出电压,使其在比稳压器的额定电压低的电压控制值VMax和VMin之间收敛。
Description
技术术领域
本发明涉及一种同步发动机的输出控制装置，特别涉及一种低旋转区域内发电量增大的同步发动机的输出控制装置。
背景技术
作为车辆用发电装置采用三相同步发电机，所发出的交流电经过三相全波整流器整流，用于电瓶的充电。在特开平9-19194号公报中公开的三相同步发电机中，定子线圈中流动着超前相位电流，由于该超前相位电流引起的电枢反作用的增磁作用，磁场磁通增加了，从而可增大输出(发电电压和输出电流)。
一般的发电机中设有限制输出电压的稳压器，使发电电能不超过所定值，通过该稳压器可停止发电。由于发电停止会使引擎上的负荷产生变化，特别是在低旋转区域中，会使引擎的旋转变得不稳定。而且如果发电量过大，在低旋转区域中，由于摩擦力增大，对引擎的旋转的影响也很大。
本发明的目的在于提供一种同步发电机的输出控制装置，在低旋转区域中，它可增大发电电能，并且不会使引擎的旋转不稳定。
发明内容
为了实现前述目的，本发明的第一个特征是，同步发电机的输出控制装置包括检测出发电机的转子的转速的检测机构、在定子线圈中进行滞后角通电从而增大前述发电机的发电量的通电机构、将前述发电机的输出电压限定在所定的额定电压的稳压器，其中前述滞后角通电是在前述转子的转速处于预定的低转速区域中时进行的，与此同时进行通电控制，将前述输出电压控制为比前述额定电压低的预定的电压控制值。
采用第一个特征，通过在定子线圈中进行滞后角通电，可增大发电的输出。而且，由于该滞后角通电是将输出电压控制为比稳压器的额定电压低的设定的电压控制值，因此在低旋转区域中，不启动稳压器工作即可稳定地增大发电量。
本发明的第二个特征是在前述滞后角通电，将通电滞后角的量维持在预定值上，通过改变通电负荷，将前述输出电压控制为前述预定的电压控制值。
而且，本发明的第三个特征是前述电压控制值设有预定的幅度，当前述输出电压达到该幅度的最大值时，稍微地减小前述通电负荷，当前述输出电压小于该幅度的最小值时，稍微地增大前述通电负荷，第四个特征是前述通电负荷是对应于前述发电机的转速而确定的。
采用第二～第四个特征，由于滞后角的定时是固定的，因此容易调整发电量，可提高调整的精度。
附图的简单说明
图1是表示本发明的一个实施例所述的输出控制装置的主要部件功能的框图。
图2是本发明一个实施例所述的启动装置兼发电机的剖视图。
图3是带有本发明的输出控制装置的自动两轮车的主要部件的电装系统图。
图4是表示ACG通电控制时的引擎转速和发电电流之间关系的图。
图5是表示滞后角发电区域中电瓶电压的变化的图。
图6是表示输出控制装置的处理的流程图。
图7是表示ACG通电控制时的定子线圈的相电流和转子角度传感器的输出的时刻的图。
图8是以引擎的转速为参数的通电负荷的表格。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的一个实施例。图2是本发明一个实施例所述的启动装置兼发电机的截面图。该启动装置兼发电机(以下称为“ACG”)1例如可搭载在小型摩托车式的自动两轮车的引擎上。ACG1带有缠绕有三相线圈(定子线圈)的定子50、连接在引擎的曲轴201的端部上并转动于定子50的外周的外转子60。外转子60带有连接在曲轴201上的杯状的转子罩63、容纳在转子罩63的内圆周面上的磁铁62。磁铁62沿圆周方向设置在转子座上。
安装外转子60，使衬套部60a的内周嵌合在曲轴201的前端锥部上，并贯通衬套部60a的中心，用旋入曲轴201的端部螺孔中的螺栓253来固定。设置在外转子60的内周侧的定子50通过螺栓279固定在曲轴箱202上。螺栓246将风扇280固定在外转子60上。与风扇280相邻地设有散热器282，散热器282被风扇罩281盖住。
传感器壳体28嵌入定子50的内周中，在该传感器壳体28内，沿外转子60的轮毂的外周等间距地设有转子角度传感器(磁极传感器)29和脉冲传感器(点火脉冲)30。转子角度传感器29是用于对ACG1的定子线圈进行通电控制的部件，是分别对应ACG1的U相、V相、W相中的每一个而设置的。另一方面，点火传感器30是用于控制引擎的点火的部件，只设有一个。转子角度传感器29和点火脉冲30由霍尔集成电路(IC)或抗磁(MR)元件构成均可。
转子角度传感器29和点火脉冲30的导线连接到基板31上，进而将电气配线32固定在基板31上。在外转子60的衬套部60a的外圆周部嵌入两段充磁的磁环33，以便分别向转子角度传感器29和点火脉冲30施加磁力作用。
将与定子50的磁极相对应、且在圆周方向上以30°的间隔交互排列的N极和S极形成在磁环33的与转子角度传感器29相对应的那一部分的充磁带上，与点火脉冲30相对应的磁环33的另一部分着磁带上在圆周方向的一个地方15°至40°的范围内形成有充磁部。
上述构成的ACG1在启动时可作为同步马达、由电瓶供给的电流驱动转动曲轴201并启动引擎，与此同时，ACG1在启动后还可作为同步发电机，输出的电流给电瓶充电，并且还可向各电装部供给电流。
图3是带有ACG1的输出控制装置的自动两轮车的主要部件的电装系统图。在该图中，ECU3上设有对ACG1所生成的三相交流电进行整流的全波整流器4和用于将全波整流器4的输出限制在预定的额定电压(额定工作电压：例如14.5V)的稳压器5。而且，ECU3带有发电控制部6，当引擎的转速处于预定的低旋转区域(下称“发电控制区域”)时，该发电控制部6进行控制，增加发电量。此外，发电控制部6可实现CPU的功能。前述转子角度传感器29和点火脉冲30也连接在ECU3上，其检测信号被输入ECU3中。
导火线圈21连接在ECU3上，导火线圈21的二次侧连接有点火火花塞22。节流阀传感器23、燃料传感器24、座椅开关25、怠速开关26、冷却水温传感器27均与ECU3连接，从各部件输出的检测信号被输入ECU3。
且启动继电器34、启动开关35、停止开关36，37、备用指示器38、燃料指示器39、速度传感器40、自动バイスタ41、及车头灯42均连接在ECU3上。车头灯42上设有减光转换器43。
电瓶2通过主保险丝44和主开关45向上述各部件供给电流。而电瓶2的回路既可以通过启动继电器34直接连接到ECU3上，另一方面也可以不通过主开关45，只通过主保险丝44而直接连接到ECU3上。
上述发电控制部6除了通常控制发电量(电压)的功能以外，根据本发明还具有对于前述ACG1的各相定子线圈，从电瓶2滞后角通电，以增加发电量(下称“ACG通电控制”)的功能。由此，所谓滞后角通电就是指根据前述转子角度传感器29检测出的前述充磁带33的磁极变化时的检测信号，延迟预定的通电相位角地在定子线圈中通电。但是，在低旋转区域中，借助于前述稳压器5的作用，可防止由于所产生的引擎负荷急变而造成的引擎旋转不稳定，因此可控制全波整流器4的输出电压(电瓶电压)，使其保持在额定电压以下的预定电压范围内。
图4是表示ACG进行通电控制时的引擎转速和发电电流之间关系的图。在该图中，引擎转速为1000rpm～3500rpm的区域被设定为发电控制区域，在这样的低旋转区域中，采用传统的控制方法的ACG1的发电电流(ACG输出)极小。因此，发电控制区域中，通过ACG通电控制可增加发电电流。增加的部分用虚线表示为“滞后角通电时”。由于将发电量控制为相当于常用负荷电流，因此即使在低旋转区域中，也可确保相当于消费电流量的发电量。
图5是表示滞后角发电区域中电瓶电压的变化的图。在该图中，用设定为额定电压(14.5V)以下的控制电压最大值VMax和控制电压最小值VMin限定的ACG控制电压范围来控制电瓶电压Vb。具体地说，将对应于定子线圈的通电滞后角量设为固定值(例如相位角为60°)，通过增减全波整流器4的通电负荷将电瓶电压Vb控制在ACG控制电压范围内。换言之，如果电瓶电压Vb达到控制电压最大值VMax，则将通电负荷降低预定的微小值(例如1％)，如果电瓶电压Vb小于控制电压最小值VMin，则将通电负荷增大同样的微小值。
图1是表示ACG通电控制装置的主要部件功能的框图。在该图中，全波整流器4带有与ACG1的定子线圈1U，1V，1W相连接的FET(一般为固体的转换元件)4a，4b，4c，4d，4e，4f，引擎启动时，驱动装置46接通FET4a～4f，ACG1作为同步发电机驱动，旋转前述曲轴201，另一方面，引擎启动后，相反地，由于引擎驱动外转子，起到同步发电机的作用，在FET4a～4f使发出的交流电整流，向电瓶2和电装负荷47供电。即使在引擎驱动形成的发电过程中，特别是引擎低速旋转时，根据本发明，由于向定子线圈进行滞后角通电，驱动装置46也可以控制FET4a～4f，增大发电量。滞后角通电控制将参照图7在后面描述。
引擎转速判断部48，例如根据点火脉冲30的检测信号和发电电压的频率信号等检测出引擎的转速，如果检测出的引擎转速位于预定的发电控制区域中，则向驱动装置46发出滞后角指令。驱动装置46响应滞后角指令，从滞后角量设定部49中读出预先设定的通电滞后角量，并进行滞后角通电。随后从负荷设定部51中读出通电负荷，送给驱动装置46。驱动装置46检测转子角度传感器29的磁极检测信号，即，在每次传感器29检测出对应于外转子60的磁极而形成的磁环33的充磁带时，检测到“接通”的开始信号。随后，输出从该信号开始延迟相当于通电滞后角的数量的部分，并与FET4a～4f对应的PWM控制信号。
电瓶电压判断部52将电瓶电压Vb与限定电压控制范围的前述控制电压最大值VMax和控制电压最小值VMin相比较，根据其比较结果，增减负荷设定部51所设定的通电负荷，使电瓶电压Vb保持在前述控制范围内。
图6是表示上述的输出控制装置的处理的流程图。在该图中，在步骤S1中判断引擎转速是否处于发电控制区域中。如上所述，发电控制区域设定为，例如1000rpm以上至3500rpm以下。如果引擎转速处于发电控制区域中，则进入步骤S2，判断表示引擎转速处于发电控制区域中的标志FACG是否被设置(＝1)。如果标志FACG没有被设置，则进入步骤S3，设置标志FACG(设为“1”)。设置了标志FACG后，进入步骤S4，将通电滞后角的量acgagl设为预定值ACGAGL。可预先适当地设定预定值ACGAGL，在本实施例中，例如，相位角为60°。接着在步骤S5中将通电负荷acduty设为初始值ACDUTY。前述初始值ACDUTY也可以预先适当地设定，在本实施例中，为例如40％。当步骤S3～S5结束时，进入步骤S7。如果前述步骤S2是肯定的，则跳过步骤S3～S5，进入步骤S7。而当引擎转速不处于前述发电控制区域中时，在步骤S6中将标志FACG复位(＝0)后，进入步骤S7。
在步骤S7中，判断标志FACG是否被设置。如果标志FACG被设置(＝1)，则在步骤S8中判断电瓶电压Vb是否超过控制电压最大值VMax。将控制电压最大值VMax设定为小于额定电压的值，例如13.5伏特。当电瓶电压Vb不超过控制电压最大值VMax时，进入步骤S9，判断电瓶电压Vb是否小于控制电压最小值VMin。将控制电压最小值VMin设定为例如，13.0伏特。在步骤S9中，当电瓶电压Vb不小于控制电压最小值VMin时，则判定进入设定为比稳压器的额定电压还低的值的ACG通电电压范围内，进入步骤S10，根据上述通电滞后角量acgagl和通电功率acduty，进行ACG通电控制。
在步骤S8中，当判定电瓶电压Vb超过控制电压最大值VMax时，进入步骤S11，将通电负荷acduty降低微小值DDUTY。微小值DDUTY例如是1％。而在步骤S9中，当判定电瓶电压Vb小于控制电压最小值VMin时，则进入步骤S12，将通电负荷acduty增大微小值DDUTY。步骤S11，S12的处理之后进入步骤S10。增大通电负荷acduty时和降低通电负荷时的前述微小值DDUTY也可以不同。也可以与控制电压最大值VMax或控制电压最小值VMin和现在值的差成比例地改变微小值DDUTY。
另一方面，在步骤S7中，如果标志FACG未被设置(＝0)，由于不处于发电控制区域，因此进入步骤S13，停止ACG通电控制。
图7是表示ACG通电控制时定子线圈的各相中流动的电流(相电流)与转子角度传感器29的输出的时刻的图。如图所示，不进行滞后角通电控制，通常情况下与转子角度传感器29的检测输出的正负(NS)变化发生响应，向定子线圈的U、V、W各相供给电流。另一方面，进行滞后角通电控制时，从转子角度传感器29的检测输出的正负(NS)变化时开始，仅延迟预定的滞后角的量d(＝60°)，向定子线圈的U、V、W各相供给电流。图7中，由于负荷断路，相位角T为180°，但是也可以根据负荷设定部51向驱动装置46供给的通电负荷，将通电角确定在180°以内。
图8是以引擎的转速，也就是发电机的转速为参数而设定的通电负荷的表格。检测出引擎的转速，参照图8就可以确定对应于引擎的转速的通电负荷。
在上述实施例中的外转子/内转子的方式中，外转子上设有永久磁铁作为产生磁场磁通的磁铁机构。但是，本发明可同样适用于在内转子上设有产生磁场磁通的磁铁机构的发电机和采用作为产生磁场磁通的磁铁机构的电磁铁的发电机。此外，由于通电滞后角的量acgagl不是固定值，可根据一般的负回归控制方法，进行比例、微分、积分及其复合控制。
由以上的说明可知，采用本发明的第一～四方面，在引擎的低旋转区域中，通常电压稳定器不动作也可以稳定地增大发电量。因而，在适用于由引擎驱动转子的车载发电机的情况下，怠速运转时，可减小引擎负荷的变动，从而使得引擎旋转的变动极小化，可使怠速运转稳定进行。采用本发明的第二～四方面，由于滞后角的定时固定为预先设定的值，因此可利用简单的结构方便地调整发电量，与此同时还可提高调整的精度。
Claims (4)
1.一种同步发电机的输出控制装置，它包括带有形成磁场磁通的磁铁机构的转子、和缠绕有产生发电输出的定子线圈的定子，该输出控制装置具有检测出前述转子的转速的检测机构、在前述定子线圈中进行滞后角通电，从而增大前述发电机的发电量的通电机构、将前述发电机的输出电压限定在所定的额定电压的稳压器，其特征在于，前述滞后角通电是在前述转子的转速处于预定的低转速区域中时进行的，与此同时进行通电控制，将前述输出电压控制为比前述额定电压低的预定的电压控制值。
2.一种如权利要求1所述的同步发电机的输出控制装置，其特征在于，前述滞后角通电是将通电滞后角的量维持在预定值上，通过改变通电负荷，将前述输出电压控制为前述预定的电压控制值。
3.一种如权利要求2所述的同步发电机的输出控制装置，其特征在于，前述电压控制值设有预定的幅度，当前述输出电压达到该幅度的最大值时，稍微地减小前述通电负荷，当前述输出电压小于该幅度的最小值时，稍微地增大前述通电负荷。
4.一种如权利要求2或3所述的同步发电机的输出控制装置，其特征在于，前述通电负荷是对应于前述发电机的转速而确定的。
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