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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft einen Ladegenerator, der in einem Fahrzeug angebracht ist, oder einen Generator/Motor für ein Fahrzeug und eine Steuervorrichtung dafür, und insbesondere Anordnungen zum Verhindern eines Überladens einer Fahrzeugbatterie.
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2. Stand der Technik
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Um mit zunehmenden elektrischen Lasten in Fahrzeugen zurechtzukommen und eine Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit durch ein Verringern von Gewicht zu erhöhen, sind bei Ladegeneratoren für Fahrzeuge ein erhöhter Ausgang und verringerte Größe und Gewicht erforderlich, und ein Weg, um diese Anforderungen zu erfüllen, besteht darin, das Magnetfeld des Generators mit einer Magnetisierungskraft zu ergänzen, die durch Permanentmagnete bereitgestellt ist, und dadurch einen Leckfluss zwischen den Magnetpolen verringert und einen elektrischen Fluss erhöht und einen Ausgang erhöht. Jedoch passiert es in einem Generator mit dieser Art eines Aufbaus, auch wenn kein Feldstrom fließt und der Generator nur mit dem Magnetfluss der Permanentmagnete bei hohen Geschwindigkeiten arbeitet, und wenn die elektrische Last klein ist, es manchmal, dass eine elektrische Energie, die die elektrische Last überschreitet, erzeugt wird, und die Batterie wird überladen und fehlerhaft, oder eine anormale Spannung wird an die elektrischen Lasten angelegt und führt in ihnen eine Fehlfunktion herbei.
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In diesem Zusammenhang sind Technologien, in einem Generator, der Permanentmagnete für sein Magnetfeld verwendet, zum Verringern der Energie, die bei hohen Geschwindigkeiten erzeugt wird, um dadurch zu verhindern, einer Fehlfunktion einer Batterie und elektrischer Lasten, die durch eine Überspannung herbeigeführt werden, vorgeschlagen wurden. Ein Beispiel davon ist die Technologie, die in dem Patentdokument 1 offenbart ist: In der Technologie, die in diesem Dokument offenbart ist, sind in einem Generator, der einen Rotor vom Klauenpoltyp aufweist, Permanentmagnete in einer Richtung derart magnetisiert, dass sie einen Leckfluss verringern, er zwischen den Magnetpolen des Rotorkerns eingeführt wird, der das Feld ausbildet; ist eine Kupplung zwischen einer Riemenscheibe, die den Rotor und die Rotorwelle antreibt, angeordnet, und wenn der Verbrennungsmotor über eine vorbestimmte Geschwindigkeit hinausgeht, läuft das Kupplungsäußere leer und das Kupplungsinnere und der Rotor halten eine vorbestimmte Geschwindigkeit aufrecht; und ist die Ausgangsspannung des Generators bei dieser vorbestimmten Geschwindigkeit ungefähr an die Batteriespannung angepasst.
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Und in dem Patentdokument 2 ist eine Technologie offenbart, worin in einem Generator, der einen Feldmotor aufweist, der mit Permanentmagneten aufgebaut ist, der Ausgang des Stators (Anker) eine Batterie vermöge eines Dreiphasen-Vollwellengleichrichters lädt; der Neutralpunkt der Dreiphasenrichtung des Ankers über eine Umschaltvorrichtung geerdet ist; diese Umschaltvorrichtung periodisch synchron zu der Drehung EIN- und AUS-geschaltet wird, um die Ankerspule wiederholt kurzzuschließen und neu anzuschließen, und eine Rücklaufspannung zu erzeugen; die Batterie mit dieser Rücklaufspannung beladen wird; und die Spezifikationen der Feldmagnete und der Ankerspule derart ausgeführt sind, dass dann, wenn kein EIN/AUS-Schalten der Schaltvorrichtung vorhanden ist, die Ausgangsspannung der Ankerspule die Batteriespannung auch bei einer maximalen Geschwindigkeit nicht überschreitet.
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Weiter ist in dem Patentdokument 3 eine Technologie offenbart, worin in einer Lichtmaschine für ein Fahrzeug, das Permanentmagnete aufweist, die in einer Richtung derart magnetisiert sind, dass sie einen Leckfluss verringern, der zwischen den Magnetpolen eines Rotors vom Klauenpoltyp eingeführt wird, wenn ein Feldstrom der Feldspule des Rotors nicht zugeführt wird, der größte Teil des Flusses der Permanentmagnete durch den Ankerkern kurzgeschlossen ist und ein sehr geringer Fluss dem Anker von den Magnetpolflächen zugeführt wird, und auf dieser Grundlage die Spezifikationen der Permanentmagnete auf eine Magnetisierungskraft eingestellt werden derart, dass der Generatorausgang bei einer maximalen Geschwindigkeit, wenn der Feldstrom Null gesetzt worden ist, im wesentlichen gleich dem normalen Lastanforderungswert des Fahrzeugs ist und diesen nicht überschreitet.
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- Patentdokument 1: JP 2000 - 92 800 A (Abs. 4, 1 und 2)
- Patentdokument 2: JP 2002 - 95 175 A (Abs. 3 und 4, 1)
- Patentdokument 3: JP 2 674 556 B2 (Abs. 2 und 3, 1 bis 4).
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In den oben beschriebenen Beispielen des verwandten Sachstandes sind mit der in dem Patentdokument 1 offenbarten Technologie, weil eine Kupplung an dem Generator bereitgestellt ist, erhöhte Kosten unvermeidbar, und um die vorbestimmte Geschwindigkeit herum, bei welcher die Kupplung AUS geht, geht die Kupplung AN und geht AUS wiederholt, so dass ein Problem einer Beständigkeit bleibt. Und die in dem Patentdokument 2 offenbarte Technologie ersetzt eine Grenze bezüglich der Ausgangscharakteristik.
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Auch in der in dem Patentdokument 3 offenbarten Technologie verbleibt, wenn, nachdem eine Anregung durch einen Feldstrom ausgeführt ist, der Feldstrom auf Null gebracht wird, ein Restmagnetismus in dem Feldkern, und auch wenn die Magnetisierungskraft der Permanentmagnete eingestellt worden ist, nimmt der Ausgang wegen dieses Restmagnetismus bei hohen Geschwindigkeiten zu. Insbesondere wird, wenn dieser Generator als ein Synchronmotor verwendet wird und als ein Ladegenerator mit Startermotor ausgeführt ist, der Anregungsstrom groß, und wenn der Rotorkern vom Klauenpoltyp durch eine plastische Deformation hergestellt wird, wird der Restmagnetismus auch groß und eine Ausgangsunterdrückung bei hohen Geschwindigkeiten wird schwierig, und es verbleibt eine Gefahr, dass die Batterie überladen wird.
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Aus
DE 101 62 214 A1 ist ein Fahrzeugmotor-/Generator auf der Grundlage einer Synchronmaschine vom Feldwicklungstyp bekannt, die zur Verbesserung der Maschinenstartqualität während einer Maschinenstartoperation den Feldstrom und den Ankerstrom steuert. Der Rotor weist einen Rotorkern mit zylinderförmiger Gestalt auf, sowie mit einer geraden Anzahl von Permanentmagneten, die in sich entlang einer axialen Richtung in dem Statorkern erstreckenden Magnetaufnahmeöffnungen gehalten werden. Außerdem enthält der Rotorkern magnetische Shuntteile in Form von Stiften aus einem weichmagnetischen Material. Im Feldschwächbetrieb wird der Strom durch die Feldwicklung auf einen niedrigen Wert oder auf Null reduziert, und auch der Feldschwächstrom, der in die Ankerwicklung fließt, kann auf einen niedrigen Wert oder auf Null reduziert werden.
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Aus
US 5,177,391 A ist es bekannt, den Feldstrom, der der Feldspule zugeführt wird, umzukehren, um zu erreichen, dass die Fahrzeugbatterie nicht überladen wird.
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Aus
DE 2 050 213 A ist ein Überspannungsschutz für Fahrzeug-Bordnetzanlagen bekannt, die von selbsterregten Klauenpol-Drehstromgeneratoren versorgt werden. Tritt bei einem äußeren Lastabwurf eine erhebliche Überspannung an der Maschine auf, wird durch Kurzschluss der Generatorstrom künstlich aufrecht erhalten, so dass Überspannungen die nachgeschalteten Verbraucher nicht gefährden können. Um eine Überladung der Batterie für den Fall, dass aufgrund eines Defekts im Spannungsregler der Generator ständig die volle Erregung erhält, zu verhindern, wird der Generator außerdem zeitverzögert kurzgeschlossen, wenn eine geringfügig über der Gasungsspannung der Batterie liegende Spannung länger als ein mittels eines Zeitverzögerungsglieds vorgegebenes Zeitintervall anliegt.
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Aus
DE 197 33 212 A1 ist ein Regelungsverfahren für einen Generator bekannt, bei dem der Ständerstrom gegenüber dem Erregerstrom nach Betrag und Phase so eingeprägt wird, dass die Ausgangsleistung im geforderten Drehzahlbereich optimiert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde ausgeführt, um diese Arten eines Problems zu lösen, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Drehmaschine für ein Fahrzeug unter Verwendung von sowohl eines Spulenfelds als auch eines Permanentmagnetfelds für ihr Magnetfeld bereitzustellen, mit welchem kein Überladen bei hohen Geschwindigkeiten auftritt.
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Eine elektrische Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß der Erfindung weist auf: einen Ankerkern, der einen Stator ausbildet, der eine Ankerspule aufweist, um eine Fahrzeugbatterie mit einer Ausgangsspannung zu laden; einen Rotorkern, der an der inneren Seite des Ankerkerns mit einem vorbestimmten Spalt dazwischen angeordnet ist und aus Magnetpolteilen, die als Klauenpole gebildet sind, so dass benachbarte Magnetpole unterschiedlich sind, und einem zylindrischen Teil ausgeführt ist, das eine Magnetspule trägt; und Permanentmagnete, die in der Magnetschaltung des Rotorkerns bereitgestellt sind, um dem Ankerkern einen Magnetfluss mit der Feldspule zuzuführen, und die Magnetkraft der Permanentmagnete bezüglich des Ankerkerns ist so eingestellt, dass, bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit, die Ausgangsspannung der Ankerspule, unmittelbar nachdem ein Feldstrom auf Null von einer maximalen Magnetisierungskraft, die von dem Feldstrom ausgeübt wird, zurückgebracht wird, die Ladespannung der Batterie nicht überschreitet.
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Und eine Steuervorrichtung einer elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß der Erfindung weist auf: eine elektrische Drehmaschine, die als ein Ladegenerator mit Startermotor arbeitet und einen Ankerkern aufweist, der einen Stator ausbildet, der eine Ankerspule aufweist, einen Rotorkern, der innerhalb des Ankerkerns angeordnet ist und Magnetpolteile, die als Klauenpole gebildet sind, so dass benachbarte Magnetpole unterschiedlich sind, und ein zylindrisches Teil aufweist, das eine Feldspule trägt, und Permanentmagnete, die in der Magnetschaltung des Rotorkerns bereitgestellt sind, um dem Ankerkern einen Magnetfluss mit der Feldspule zuzuführen; einen Spannungsregler zum Steuern der Ausgangsspannung der elektrischen Drehmaschine, wenn sie als ein Ladegenerator arbeitet, indem ein Feldstrom EIN- und AUS-geschaltet wird; einen Umrichter zum Konvertieren einer Energie von einer Fahrzeugbatterie, wenn die elektrische Drehmaschine als ein Startermotor arbeitet; und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Spannungsreglers und des Umrichters, und Schaltvorrichtungen des Umrichters schließen die Ankerspule kurz, wenn die elektrische Drehmaschine als ein Ladegenerator arbeitet und die Ausgangsspannung der Ankerspule bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit, wobei der Feldstrom auf Null ist, die Ladespannung der Batterie überschreitet.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
- 2 ein charakteristisches Diagramm, das die elektrische Drehmaschine für ein Fahrzeug der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
- 3 ein charakteristisches Diagramm, das eine elektrische Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
- 4 ein charakteristisches Diagramm, das eine elektrische Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
- 5 eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Rotors einer elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
- 6 ein charakteristisches Diagramm, das eine elektrische Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; und
- 7 ein Schaltungsdiagramm einer Steuervorrichtung einer elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste bevorzugte Ausführungsform
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1 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau einer elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und 2 ist ein charakteristisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen der magnetomotorischen Kraft eines Felds und einer Ausgangsspannung zeigt. In 1 ist ein Stator 1 einer elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug aus einem Ankerkern 3, der eine Ankerspule 2 aufweist, und Trägern 4 und 5 zum Halten des Ankerkerns 3 von links und rechts ausgebildet. Ein Bürstenhalter 6, ein Sensor 7 zum Erfassen einer Winkelposition, eine Platine 8, die einen Gleichrichter (nicht gezeigt) zum Gleichrichten des Ausgangs der Ankerspule 2 und einen Spannungsregler (nicht gezeigt) zum Steuern einer Ausgangsspannung trägt, und ein Anschluss 9 sind auf dem Träger 5 bereitgestellt, und der Ankerkern 3 und die Träger 4 und 5 sind durch Bolzen 10 verbunden.
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Ein Rotor 11 ist aus einer Motorwelle 14 ausgebildet, die an den Trägern 4 und 5 durch Lager 12 und 13 erhalten wird, eine Riemenscheibe 15 ist an der Rotorwelle 14 angebracht und wird über einen Zahnriemen von einem Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) angetrieben, ein Paar von Rotorkernen 16 und 17 sind an der Rotorwelle 14 befestigt, eine Feldspule 18 ist auf einen Spulenträger 18a auf zylindrischen Teilen 16a und 17a der Rotorkerne 16 und 17 gewickelt, ein Gleitring 19 zum Zuführen eines Feldstroms von Bürsten in dem Bürstenhalter 6 zu der Feldspule 18, und Kühlgebläse 20 und 21 sind an beiden Seiten der Rotorkerne 16 und 17 angebracht.
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Der Rotor 11 ist ein Rotor vom Klauenpoltyp, und die Rotorkerne 16 und 17 sind aus zylindrischen Teilen 16a und 17a ausgeführt, die die Feldspule 18 und klauenähnliche Magnetpolteile 16b und 17b tragen, die der inneren Seite des Ankerkerns 3 über einen vorbestimmten Spalt gegenüberstehen; die Polteile 16b und 17b sind in eine vorbestimmte Anzahl von Polen gebildet und passen zueinander, um so die äußere Seite der Feldspule 18 abzudecken, und die benachbarten Polteile 16b und 17b sind in einer festen Teilung mit vorbestimmten Beabstandungen dazwischen in der Umfangsrichtung angeordnet und werden von der Feldspule 18 magnetisiert, um so abwechselnd unterschiedliche Pole zu werden. Permanentmagnete 22 sind zwischen den benachbarten Polteilen 16b und 17b angeordnet, und die Permanentmagnete 22 werden magnetisiert, um so die gleichen Magnetpole wie die Magnetisierung der Polteile 16b und 17b durch die Feldspule 18 zu werden.
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In einer elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß dieser ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, verhindern die Permanentmagnete 22 einen Leckfluss von der Feldspule 18 zwischen den Polteilen 16b und 17b und magnetisieren die Polteile 16b und 17b in die gleichen Magnetpole wie die Feldspule 18, auch wenn der Feldstrom der Feldspule 18 Null ist. Und die Magnetisierungskraft dieser Permanentmagnete 22 an der Ankerspule 3 ist so eingestellt, dass, wenn die elektrische Drehmaschine sich bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit dreht, die Ausgangsspannung der Ankerspule 2 unmittelbar, nachdem der Feldstrom, der durch die Feldspule 18 fließt, von seinem Maximalwert auf Null zurückgekehrt ist, geringer als die Ladespannung der Fahrzeugbatterie ist, die von der elektrischen Drehmaschine geladen wird.
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Um dies unter Bezugnahme auf 2 zu erklären, zeigt 2 die Ausgangsspannung der Ankerspule 2 von dann, wenn bei einer konstanten Geschwindigkeit von einem Zustand, bei dem kein Restmagnetismus in den Polteilen 16b und 17b vorhanden ist, ein Feldstrom durch die Feldspule 18 geleitet wird und dann von der maximalen magnetomotorischen Kraft der Feldstrom auf Null verringert wird, und zeigt, dass unterhalb etwa des magnetischen Sättigungsbereiches der Magnetschaltung eine Hysterese in der Ausgangsspannung auftritt. Das heißt, auch wenn der Feldstrom Null gemacht wird, tritt eine erzeugte Spannung v1 aufgrund eines Restmagnetflusses auf, und folglich wird in einer elektrischen Drehmaschine, die mit Permanentmagneten 22 zwischen ihren Magnetpolen ausgestattet ist, der Magnetfluss aufgrund der Magnetisierungskraft der Permanentmagnete 22 zu diesem hinzugefügt, und oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit überschreitet die Ausgangsspannung der Ankerspule die Ladespannung der Batterie, und bei leichten Lasten wird die Batterie leicht überladen, was zu einer Überspannungs-Fehlfunktion der Batterie und/oder der Lasten führt.
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Diesbezüglich ist in der elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug dieser ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Magnetisierungskraft der Permanentmagnete 22 so eingestellt, dass bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit, die dadurch bestimmt wird, wie das Fahrzeug verwendet werden soll, wie in 2 gezeigt, die Ausgangsspannung der Ankerspule 2 unmittelbar, nachdem der Feldstrom auf Null von der maximalen Magnetisierungskraft, die unter dem Feldstrom ausgeübt wird, zurückgebracht wird, nicht die Ladespannung der Batterie überschreitet. Das heißt, dass, weil die Ladespannung der Batterie in einem Fahrzeug mit einem elektrischen 12 V-System 12,5 V beträgt, die Ausgangsspannung der Ankerspule 2 auf unterhalb 13,5 V eingestellt wird. Durch ein Einstellen der Magnetisierungskraft der Permanentmagnete 22 auf diese Weise kann eine elektrische Drehmaschine, die ein Überladen der Batterie verhindert und eine Überspannungs-Fehlfunktion elektrischer Lasten nicht herbeiführt und eine stabile elektrische Energie zuführt, erhalten werden.
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Zweite Bevorzugte Ausführungsform
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3 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Charakteristik bezüglich einer Geschwindigkeit der erzeugten Spannung einer elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt, in welcher der Aufbau der elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug in dieser Ausführungsform der gleiche wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform ist, wie in 1 gezeigt ist. Hier ist die Magnetisierungskraft der Permanentmagnete 22 so ausgeführt worden, dass, bei der maximalen Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors, die lastfreie Ausgangsspannung der Ankerspule 2, unmittelbar, nachdem der Feldstrom auf Null von der maximalen Magnetisierungskraft, die von dem Feldstrom ausgeübt wird, zurückgebracht wird, die Ladespannung der Batterie nicht überschreitet.
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3 zeigt diesen Zustand, und weil in einem Fahrzeug mit einem elektrischen 12 V-System die Ladespannung der Batterie normalerweise 13,5 V beträgt, wenn die maximale Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors mit 7.600 UpM angenommen wird und das Riemenscheibenverhältnis mit 2,5 angenommen wird, wird die Magnetisierungskraft der Permanentmagnete 22 so eingestellt, dass die erzeugte Spannung der Ankerspule 2 aufgrund des magnetischen Flusses der Permanentmagnete 22 bei der Geschwindigkeit der elektrischen Drehmaschine von 19.000 UpM unterhalb 13,5 V ist. Durch ein Einstellen, das auf diese Weise ausgeführt ist, wird es möglich, eine elektrische Drehmaschine für ein Fahrzeug zu erhalten, die ein Überladen der Batterie verhindert und eine Überspannungs-Fehlfunktion elektrischer Lasten auch bei einer maximalen Geschwindigkeit, unmittelbar, nachdem die Magnetisierungskraft, die von dem Feldstrom ausgeübt wird, ihren maximalen Wert erreicht hat, nicht herbeiführt.
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Dritte Bevorzugte Ausführungsform
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4 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Ausgangscharakteristik einer elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt, wobei der Aufbau der elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug in dieser Ausführungsform der gleiche wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform ist, die in 1 gezeigt ist. Die Magnetisierungskraft der Permanentmagnete 22 in dieser Ausführungsform wird auf die folgende Weise eingestellt. Das heißt, die Magnetisierungskraft der Permanentmagnete 22 wird so eingestellt, dass unmittelbar, nachdem der Feldstrom auf Null von der maximalen Magnetisierungskraft, die von dem Feldstrom ausgeübt wird, zurückgekehrt ist, wenn die Ankerspule 2 der elektrischen Drehmaschine einen Strom gleich dem Laststrom der minimalen elektrischen Lasten ausgibt, der notwendig ist, um den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs zu betreiben, wie etwa das Zündsystem, die Ausgangsspannung der Ankerspule 2 die Ladespannung der Batterie nicht überschreitet.
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4 zeigt dieses, und die Ausgangsspannung zu dem Laststrom der elektrischen Drehmaschine zeigt die Art einer abfallenden Charakteristik, die in 4 gezeigt ist. Weil in einem Fahrzeug mit einem elektrischen 12 V-System die Ladespannung normalerweise 13,5 V beträgt, wenn angenommen wird, dass der Strom, der von dem Verbrennungsmotor bei der maximalen Geschwindigkeit der elektrischen Drehmaschine gefordert wird, 5 A beträgt, wird die Magnetisierungskraft der Permanentmagnete 22 dann so eingestellt, dass unmittelbar, nachdem der Feldstrom auf Null von der maximalen Magnetisierungskraft, die von dem Feldstrom ausgeübt wird, zurückgekehrt ist, die Ausgangsspannung der Ankerspule 2 mit einem fließenden Laststrom von 5 A unterhalb 13,5 V ist. Durch ein Ausführen einer Einstellung auf diese Weise ist es möglich, eine Überspannungs-Fehlfunktion elektrischer Lasten zu verhindern, die durch ein Überladen der Batterie herbeigeführt wird, und den Ausgangs-Zunahmeeffekt der Permanentmagnete effektiv auszunutzen.
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Vierte Bevorzugte Ausführungsform
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5 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau des Rotors einer elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt, wobei Teilen, die die gleichen wie die Teile in der 1 der ersten bevorzugten Ausführungsform sind, die gleichen Bezugszeichen gegeben worden sind. Wie in der Figur gezeigt, sind klauenähnliche Polteile 16b und 17b in einer vorbestimmten Beabstandung auf Rotorkernen 16 und 17 angeordnet, und die Permanentmagnete 23 sind durch Magnethalteelemente 24 an beiden der Umfangsrichtungs-Seitenflächen jedes der Polteile 16b und 17b angebracht. Benachbarte Permanentmagnete 23, die zwischen den Polen angebracht sind, weisen einen Raum zwischen ihnen auf, und die Permanentmagnete 23 sind in einer derartigen Richtung magnetisiert, um eine Leckage eines Hauptflusses, der durch einen Feldstrom ausgeübt wird, zu verhindern.
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Wenn sie so aufgebaut sind, wird die Magnetisierungskraft der Permanentmagnete 23 abgeschwächt, weil ein Abstand zwischen benachbarten Permanentmagneten 23 vorhanden ist, der Fluss von den Permanentmagneten 23, der mit der Ankerspule 2 von den Polteilen 16b und 17b verkettet, ist klein, und die Ausgangsspannung der Ankerspule 2 bei hohen Geschwindigkeiten kann einfach auf einen Wert niedriger als die Ladespannung der Batterie eingestellt werden. Die Polteile 16b und 17b sind von den Rotorkernen 16 und 17 durch eine plastische Deformation gebildet, und ihre magnetischen Eigenschaften ändern sich in einer Richtung, derart, dass eine Hysterese zunimmt; jedoch ist es durch ein Einsetzen des Aufbaus dieser bevorzugten Ausführungsform möglich, ein Batterie-Überladen bei hohen Geschwindigkeiten zu verhindern, auch wenn die Hysterese groß ist.
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Fünfte Bevorzugte Ausführungsform
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6 ist ein charakteristisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer magnetomotorischen Feldkraft und einer Ausgangsspannung in einer elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und diese bevorzugte Ausführungsform betrifft das Einstellen der magnetomotorischen Kraft der Permanentmagnete 22, wenn die elektrische Drehmaschine für ein Fahrzeug der 1, die in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben ist, oder die elektrische Drehmaschine für ein Fahrzeug der 5, die in der fünften bevorzugten Ausführungsform beschrieben ist, als ein Ladegenerator mit Startermotor verwendet wird und als ein Ladegenerator verwendet wird, nachdem sie als ein Startermotor gearbeitet hat.
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In 6 zeigt die Charakteristik a, wie 2 der ersten bevorzugten Ausführungsform, bezüglich der magnetomotorischen Feldkraft die Ausgangsspannung der Ankerspule 2 von dann, bei einer festen Geschwindigkeit, wenn ein Feldstrom durch die Feldspule 18 von einem Zustand geleitet wird, wobei kein Restmagnetismus in den Polteilen 16b und 17b vorhanden ist. Wenn die elektrische Drehmaschine als ein Generator verwendet wird, ist der Feldstrom, der durch die Feldspule 18 geleitet wird, oben bei der magnetomotorischen Kraft f1 der 6, und wenn von der magnetomotorischen Kraft f1 der Feldstrom abgeschwächt wird, wird die Ausgangsspannung bezüglich der magnetomotorischen Feldkraft, wie durch die Charakteristik b gezeigt, aufgrund einer Hysterese, so dass dann, wenn der Feldstrom auf Null gebracht worden ist, eine Spannung v1 aufgrund eines Restflusses in der Ankerspule 2 auftritt.
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Wenn die elektrische Drehmaschine als ein Startermotor verwendet wird, um ein Antriebsdrehmoment zu erreichen, wird der Feldstrom, der durch die Feldspule 18 geleitet wird, auf die magnetomotorischen Kraft f2 in 6 verstärkt, und die Ausgangsspannung bezüglich der magnetomotorischen Feldkraft, wenn der Strom von der magnetomotorischen Kraft f2 abgeschwächt ist, wird wie durch die Charakteristik c gezeigt, aufgrund einer Hysterese, so dass bei einem Feldstrom = Null eine Spannung v2 aufgrund eines Restflusses in der Ankerspule 2 auftritt. Dementsprechend ist die erzeugte Spannung aufgrund eines Restflusses unmittelbar, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet wird, hoch, und um ein Batterie-Überladen bei hohen Geschwindigkeiten zu verhindern, sollte die Einstellung der magnetomotorischen Kraft der Permanentmagnete 22 derart sein, dass ihre erzeugte Spannung äquivalent zu nicht mehr als der Batterieladespannung - v2 ist.
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Sechste Bevorzugte Ausführungsform
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7 ist ein Überblicks-Schaltungsdiagramm, das eine Steuervorrichtung einer elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und in dieser bevorzugten Ausführungsform wird die elektrische Drehmaschine als ein Ladegenerator mit Startermotor wie in der fünften bevorzugten Ausführungsform verwendet. Die elektrische Drehmaschine 25 weist eine Dreiphasen-Ankerspule 2 und eine Feldspule 18 auf. Die Feldspule 18 empfängt eine Zufuhr eines Feldstroms von einer Fahrzeugbatterie 26; dieser Feldstrom wird durch einen Spannungsregler 27 gesteuert, und die Ausgangsspannung der Feldspule 2 wird dadurch gesteuert; und Permanentmagnete (nicht gezeigt) derart, wie sie in den ersten bis fünften bevorzugten Ausführungsformen beschrieben sind, sind in der Magnetschaltung des Felds bereitgestellt.
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Die Dreiphasen-Ankerspule 2 ist mit der Fahrzeugbatterie 26 über einen Energiekonverter 28 verbunden; wenn die elektrische Drehmaschine 25 als ein Ladegenerator arbeitet, wird die Fahrzeugbatterie 26 über eine Gruppe von Dioden 29 geladen, die eine Dreiphasen-Vollwellen-Gleichrichtungsschaltung des Energiekonverters 28 bilden; und wenn die elektrische Drehmaschine 25 als ein Startermotor arbeitet, wird Energie zu ihr von der Fahrzeugbatterie 26 über eine Gruppe von Transistoren 30 zugeführt, die einen Umrichter des Energiekonverters 28 bilden. Eine Steuereinrichtung 31 erfasst die Batteriespannung und führt dem Spannungsregler 27 zum EIN- und AUS-Schalten des Feldstroms ein Signal zu, und führt den Transistoren 30 ein PWM-Signal des Umrichters zum Steuern der A.C.-Energiezufuhr zu, die der elektrischen Drehmaschine 25 zugeführt wird, die als ein Startermotor dient. Ein Kondensator absorbiert Stromwelligkeiten und eine Diode 32 ist eine Schwungrad-Diode.
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Wie oben erwähnt, sind eine Feldspule 18 und Permanentmagnete (nicht gezeigt) in dem Magnetfeld bereitgestellt, und so würde, wenn die magnetomotorischen Kraft der Permanentmagnete nicht begrenzt würde, wie in den ersten bis fünften bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, die Ausgangsspannung der Ankerspule 2 die Ladespannung der Batterie überschreiten, wenn die Geschwindigkeit der elektrischen Drehmaschine 25 einen vorbestimmten Wert überschreitet, auch wenn der Drehstrom Null ist; jedoch wird in dieser bevorzugten Ausführungsform eine Überspannung der Batterie von der Steuereinrichtung 31 erfasst, und wenn erfasst wird, dass der Feldstrom des Dreiphasen-Umrichters des Energiekonverters 28 Null ist, wird beispielsweise ein EIN-Signal den Transistoren 30 der unteren Arme zugeführt, um die Ankerspule 2 kurzzuschließen und die Ausgangsspannung zu unterdrücken.
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Und wenn die Steuereinrichtung 31 eine Überspannung der Batterie erfasst, kann ein Strom in einer umgekehrten Richtung zu dem normalen Feldstrom durch die Ankerspule 18 geleitet werden, um das Feld abzuschwächen und die Ausgangsspannung der Ankerspule 2 zu unterdrücken. Durch ein Einsetzen eines derartigen Aufbaus ist es möglich, die Ladespannung der Batterie bei hohen Geschwindigkeiten zu unterdrücken, auch wenn die Unterdrückung der magnetomotorischen Kraft der Permanentmagnete, die in der Magnetschaltung des Felds bereitgestellt sind, unzureichend ist, oder wenn die magnetomotorischen Kraft nicht unterdrückt wird, und die Ausgangsspannung der elektrischen Drehmaschine 25 kann um einen Betrag angehoben werden, der der Unterdrückung der magnetomotorischen Kraft der Permanentmagnete entspricht, die nicht ausgeführt wird.
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Wie oben beschrieben, weist eine elektrische Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß dieser Erfindung einen Ankerkern, der einen Stator bildet, der eine Ankerspule aufweist, einen Rotorkern, der innerhalb des Ankerkerns angeordnet ist und aus Magnetpolteilen ausgeführt ist, die als klauenähnliche Pole mit unterschiedlichen benachbarten Polen und einem zylindrischen Teil gebildet sind, der eine Feldspule trägt, und Permanentmagnete auf, die in der Magnetschaltung des Magnetfeldkerns zum Zuführen eines Magnetflusses zu dem Ankerkern mit der Feldspule bereitgestellt sind, und die Magnetisierungskraft der Permanentmagnete bezüglich des Ankerkerns ist so eingestellt, dass, bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit, die Ausgangsspannung der Ankerspule unmittelbar, nachdem der Feldstrom auf Null von der maximalen Magnetisierungskraft, die von dem Feldstrom ausgeübt wird, zurückgebracht ist, die Ladespannung der Batterie nicht überschreitet; und folglich überschreitet, während eine Verbesserung in einem Ausgang aufgrund der Permanentmagnete erreicht wird, die Ausgangsspannung der elektrischen Drehmaschine die Ladespannung der Batterie nicht, auch wenn ein Restmagnetismus in der Magnetschaltung des Rotors vorhanden ist, ein Überladen der Batterie wird verhindert, eine Überspannungs-Fehlfunktion elektrischer Lasten wird vermieden, und eine elektrische Drehmaschine für ein Fahrzeug, die in der Lage ist, eine stabile Energieversorgung bereitzustellen, kann erhalten werden.
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Und eine Steuervorrichtung einer elektrischen Drehmaschine für ein Fahrzeug gemäß der Erfindung weist eine elektrische Drehmaschine auf, die als ein Ladegenerator und ein Startermotor arbeitet und aufweist: einen Ankerkern, der eine Ankerspule aufweist, einen Rotorkern, der eine Feldspule innerhalb des Ankerkerns angeordnet aufweist, und Permanentmagnete, die in der Magnetschaltung des Rotors bereitgestellt sind, um einen Magnetfluss an die Ankerspule mit der Feldspulen anzulegen; einen Spannungsregler zum Steuern der Ausgangsspannung, wenn die elektrische Drehmaschine als ein Generator arbeitet, indem der Feldstrom EIN- und AUS-geschaltet wird; einen Umrichter zum Konvertieren einer Energie von einer Fahrzeugbatterie, wenn die elektrische Drehmaschine als ein Motor arbeitet; und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Spannungsreglers und des Umrichters, und Schaltvorrichtungen des Umrichters werden gesteuert, um die Ankerspule kurzzuschließen, wenn die elektrische Drehmaschine als ein Ladegenerator arbeitet und bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit, mit dem Feldstrom auf Null, die Ausgangsspannung der Ankerspule die Ladespannung der Batterie überschreitet. Und folglich kann, während eine Verbesserung in einem Ausgang aufgrund der Permanentmagnete erreicht wird, ein Überladen der Batterie bei hohen Geschwindigkeiten unterdrückt werden; der Ausgang der elektrische Drehmaschine kann erhöht werden; ein Überladen der Batterie kann unterdrückt werden, auch wenn eine Steuerung des Feldstroms unmöglich wird; und es ist möglich, eine in hohem Maße zuverlässige Steuervorrichtung einer elektrische Drehmaschine für ein Fahrzeug zu erhalten.
