DE102005002376B4

DE102005002376B4 - Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102005002376B4
Application number: DE102005002376.2A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Kitamura; Yoshihito Asao
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: JP2005204482A; FR2867321A1; JP4425006B2; FR2867321B1; US6975080B2; DE102005002376A1; US20050156543A1

Abstract

Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug, umfassend:einen Anker (12) mit einem Anker-Kern (20) sowie einer Anker-Wicklung (21), die zur Erzeugung einer Ausgabe-Spannung um den Anker-Kern (20) herumgewickelt ist, um eine Batterie (26) aufzuladen;einen Rotor (8) mit einem Rotor-Kern (19) mit einer Feldwicklung (16), die hierum gewickelt ist, sowie Permanent-Magneten (22a, 22b) zum Zuführen eines magnetischen Flusses auf den Anker-Kern (20); undeinen Spannungs-Regelungsabschnitt (32), der die Ausgabe-Spannung des Ankers (12) durch Regeln des Feldstroms basierend auf dem Wert einer Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung (21) sowie dem Wert und der Richtung des Flusses des Feldstroms, der durch die Feld-Wicklung (16) hindurchfließt, einstellt;wobei wenn der Rotor (8) sich dreht, der Spannungs-Regelungsabschnitt (32) durch Regeln der Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung (21) auf eine einer Vielzahl von Regelungs-Spannungen, die gleich oder niedriger als eine Überspannung der Batterie (26) eingestellt sind, verhindert, dass ein Ausgabe-Strom von der Anker-Wicklung (21) zu der Batterie (26) abgegeben wird;wobei der Spannungs-Regelungsabschnitt den Feldstrom von einer normalen Zufuhrrichtung auf Null absenkt, und wenn die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung (21) die Regelungs-Spannung übersteigt, der Spannungs-Regelungsabschnitt die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung (21) durch umgekehrtes Erregen der Feld-Wicklung (16) zur Zufuhr eines umgekehrten Erregungsstroms hierauf auf die Regelungs-Spannung einregelt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem Rotor mit einem Permanent-Magneten zum Zuführen eines magnetischen Flusses auf einen Anker-Kern.
Beschreibung des Stands der Technik
In bekannten Kraftfahrzeug-Lichtmaschinen, die Permanentmagneten als Feldmagneten verwenden, lag eine Technik vor, die in der Lage ist, die Menge an elektrischer Energieerzeugung während der Hochgeschwindigkeits-Rotation einer Lichtmaschine derart zu reduzieren, dass die Zerstörung aufgrund einer Überspannung zu einer Batterie oder einer elektrischen Belastung verhindert wird. In einer solchen Technik wird ein Permanent-Magnet in einer Richtung magnetisiert, um einen Streufluss (leakage flux) zu reduzieren, zwischen den magnetischen Polen eines Klauenpol-Rotor eingesetzt, und die Spezifikation dieses Permanent-Magneten ist in einer solchen Weise eingestellt, dass er die Leistung der Lichtmaschine bei einer maximalen Rotationsgeschwindigkeit hiervon, wenn der Feldstrom einer Feld-Wicklung Null ist, eine magnetische Erregungskraft wird, die im Wesentlichen gleich ist und nicht den erforderlichen Wert für die Normal-Belastung eines Kraftfahrzeugs übersteigt (siehe beispielsweise die Veröffentlichung JP 2 674 556 B2 (Seiten 2 und 3, 1 bis 4)).
Jedoch entsteht bei der oben beschriebenen Kraftfahrzeug-Lichtmaschine das folgende Problem. Das ist, dass, wenn der Feldstrom nach der Erregung Null wird, da der Feldstrom durchgeführt wird, die Remanenz in einem Feld-Kern verbleibt und in diesem Fall, auch wenn die Erregungskraft aufgrund des Permanent-Magneten eingestellt wird, die Leistung der Lichtmaschine während der Hochgeschwindigkeits-Rotation hiervon bewirkt wird, unter der Aktion der Remanenz anzusteigen, so dass die Batterie in einen Zustand der Überspannung gebracht wird.
DE 694 20 743 T2 offenbart einen Wechselstromgenerator von der Art wie sie in Fahrzeugen verwendet werden, um elektrischen Strom zum Versorgen der Zubehörteile und zum Laden der Batterien zu erzeugen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen hybriden Wechselstromgenerator mit hohem Wirkungsgrad, bei dem das sich drehende Magnetfeld von einem Rotor erzeugt wird, der einen Permanentmagnet-Bereich und einen Wicklungs-Rotorbereich hat, die in Kombination wirken.
DE 43 07 907 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung der Generatorspannung in einem Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von Betriebszuständen. Insbesondere wird offenbart, die Generatorspannung beim Beschleunigen des Fahrzeugs zu erniedrigen, um den Fahrzeugmotor zu entlasten, und beim Abbremsen zu erhöhen, damit der Generator zur Aufladung der Batterie durch die Rekuperation von Bremsenergie mehr Leistung aufnehmen kann. Durch die an den Fahrzustand angepasste Sollwertvorgabe für die Generatorspannung wird der Leistungsfluss zwischen Generator, Verbraucher und Batterie auf sehr einfache Weise gesteuert.
DE 100 46 631 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung eines Generators in einem Kraftfahrzeug, in dem der Generator ein Bordnetz mit Verbrauchern und mindestens einer Batterie speist, wobei ein Regler die Generatorausgangsspannung auf den Wert einer Sollwertspannung einregelt. In einem Rekuperationsbereitschaftsmodus wird die Sollwertspannung in Abhängigkeit der Fahrzustandsgrößen so vorgegeben, dass beim Abbremsen oder im Schubbetrieb des Fahrzeugs elektrische Energie in das Bordnetz eingespeist wird. Erfindungsgemäß wird in Abhängigkeit von vorgegebenen Umschaltbedingungen zwischen dem Repkuperationsbereitschaftsmodus und einem Erholungsmodus umgeschaltet, wobei im Erholungsmodus die Sollwertspannung so vorgegeben wird, dass sich die Batterie regeneriert.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist dafür vorgesehen, das oben beschriebene Problem zu beseitigen und hat das Ziel, eine elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, das Verhalten der Lichtmaschine und den Verbrach des Kraftfahrzeugs zu verbessern, während die Verhinderung des Auftretens einer Überspannung sowie die Verbesserung ihrer Energieerzeugungs-Charakteristika zur gleichen Zeit erreicht wird.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, die einen Anker mit einem Anker-Kern sowie einer Anker-Wicklung, die um den Anker-Kern zur Erzeugung einer Ausgabe-Spannung herumgewickelt wird, um eine Batterie aufzuladen, beinhaltet; sowie einen Rotor mit einem Rotor-Kern mit einer Feld-Wicklung, die hierum herumgewickelt ist, und Permanent-Magneten zum Zuführen eines magnetischen Flusses zu dem Anker-Kern; und einen Spannungs-Regelungsabschnitt, der die Ausgabe-Spannung des Ankers durch Regeln des Feldstroms basierend auf dem Wert einer Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung sowie des Werts und der Richtung des Flusses des durch die Feld-Wicklung fließenden Feldstroms einstellt. Wenn sich der Rotor dreht, verhindert der Spannungs-Kontrollabschnitt durch Regeln der Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung auf einer Vielzahl von Regelungs-Spannungen, die gleich oder geringer als eine Überspannung der Batterie eingestellt sind einen Ausgabestrom von der Anker-Wicklung auf die Batterie.
Mit der elektrischen Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein vorteilhafter Effekt dahingehend erzielt werden, dass die Verhinderung der Überspannung sowie die Verbesserung der Energieerzeugungs-Charakteristik miteinander kompatibel sind und zur gleichen Zeit das Beschleunigungs-Verhalten und der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs verbessert werden können.
Die oben beschriebenen und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen klarer verdeutlicht.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines Auflade-Generators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die den detaillierten Aufbau eines Rotorteils des Aufladegenerators aus 1 zeigt.
3 ist ein Schaltdiagramm, welches ein Batterie-Aufladesystem mit den wesentlichen Abschnitten des Auflade-Generators aus 1 zeigt.
4 ist eine charakteristische Ansicht, die die Beziehung zwischen einer magnetomotorischen Feldkraft und einer Nicht-Belastungs-Ausgabespannung des Auflade-Generators gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine charakteristische Ansicht, die die Beziehung zwischen einer magnetomotorischen Feldkraft und einer Nicht-Belastungs-Ausgabespannung eines Auflade-Generators gemäß dem Stand der Technik mit einem Permanent-Magneten zeigt.
6 ist eine charakteristische Ansicht, die die Energieerzeugungs-Ausgabecharakteristika des Auflade-Generators aus 1 und des Auflade-Generators gemäß dem Stand der Technik zeigt.
7 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs sowie der Ausgabe-Spannung und dem Ausgabe-Strom des Auflade-Generators aus 1 zeigt.
8 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines Generatormotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Schaltdiagramm, welches ein System mit den wesentlichen Abschnitten des Generatormotors aus 8 zeigt.
10 ist eine charakteristische Ansicht, die die Drehmoment-Charakteristika des Generatormotors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eines Generatormotors gemäß dem Stand der Technik zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nunmehr werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Durch die folgenden Ausführungsformen und dargestellten Abbildungen der vorliegenden Erfindung hindurch werden gleiche oder korrespondierende Elemente oder Teil durch die gleichen Symbole gekennzeichnet.
Ausführungsform 1
Eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden basierend auf den beiliegenden Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines Auflade-Generators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist eine perspektivische Ansicht, die den detaillierten Aufbau eines Rotors aus 1 zeigt.
Wie in 1 gezeigt beinhaltet dieser Auflade-Generator, der ein Beispiel einer elektrischen Rotationsmaschine ist, ein Gehäuse, welches aus einem Paar von Auslegern 2, 3, die mittels Bolzen 1 (obwohl nur einer dargestellt ist) in eine integrale Einheit überführt wurden, eine Rotationswelle 7, die durch ein Paar von Lagern 4, 5 durch das Gehäuse abgestützt wird und eine Riemenscheibe 6 aufweist, die fest an einem Ende hiervon angebracht ist, einen Rotor 8 eines Klauenpol-Typs, der fest an der Rotationswelle 7 befestigt ist, Gleitringe 9, die fest an dem anderen Ende der Rotationswelle 7 zum Zuführen von Strom auf den Rotor 8 abgesichert sind, ein Paar von Luftkühlern 10, 11, die fest an den gegenüberliegenden Seitenoberflächen des Rotors 8 angebracht sind, einen Anker 12, der an den Auslegern 2, 3 fest abgesichert ist, einen Bürstenhalter 13, der ein Paar von Bürsten gleitbar an und entlang der Gleitringe 9 aufnimmt, eine Gleichrichter-Vorrichtung 14, die elektrisch mit dem Anker 12 zum Gleichrichten des Ausgabe-Stroms des Ankers 12 verbunden ist, sowie eine Spannungs-Regelungseinheit 15, die in den Bürstenhalter 13 zum Regeln der Ausgabe-Spannung des Ankers 12 eingesetzt ist.
Der Rotor 8 ist mit einer Feld-Wicklung 16 versehen, durch die elektrischer Strom hindurchtritt, um einen magnetischen Fluss zu erzeugen, sowie mit einem Rotor-Kern 19, der aus einem Paar von Pol-Kernkörpern 17, 18 ausgeformt ist, die derart angeordnet sind, dass sie die Feldwicklung 16 mit durch den magnetischen Fluss darin ausgeformten magnetischen Polen einschließen.
Der Rotor-Kern 19 weist zylindrische Abschnitte 17a, 18a mit einer durch eine Rolle 16a daran angeordneten Feld-Wicklung 16 sowie hakenförmige magnetische Polabschnitte 17b, 18b auf.
Die magnetischen Polabschnitte 17b, 18b sind derart vorgesehen, dass sie jeweils eine vorab bestimmte Anzahl magnetischer Pole ausbilden, und sie überschneiden abwechselnd einander, um so die äußere Durchmesserseite der Feld-Wicklung 16 abzudecken. Die magnetischen Polabschnitte 17b, 18b sind in umfänglicher Richtung mit einem vorgeschriebenen Abstand durch ein vorbestimmtes Intervall oder zwischen benachbarten Polabschnitten eingestellte Abstände abwechselnd angeordnet, so dass sie so magnetisiert sind, dass sie abwechselnd unterschiedliche oder entgegengesetzte Pole durch die Feld-Wicklung 16 werden. Permanent-Magneten 22a, 22b sind in Intervallen oder Abständen zwischen benachbarten Magnet-Polabschnitten 17b, 18b eingesetzt, um den Streufluss zu reduzieren.
Der Anker 12 ist aus einem Anker-Kern 20, durch den ein durch den Rotor 8 erzeugtes rotierendes Feld hindurchtritt, sowie eine Anker-Wicklung 21 mit drei Wicklungsabschnitten, die jeweils aus einem um einen korrespondierenden Kernabschnitt des Anker-Kerns 20 herumgewickelten Wicklungs-Abschnitt ausgeformt sind, und durch den ein Ausgabe-Strom fließt, zusammengesetzt.
3 ist ein Schaltdiagramm, das ein Batterie-Aufladesystem mit den wesentlichen Abschnitten des in den 1 und 2 dargestellten Auflade-Generators zeigt.
Wie in 3 gezeigt, beinhaltet das Batterie-Aufladesystem einen Spannungs-Regelungsabschnitt in der Form einer Spannungs-Regelungseinheit 15 zum Regeln einer Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung 21, ein ECU (Motor-Regelungs-Einheit) 23, das notwendige Informationen in die Spannungs-Regelungseinheit 15 eingibt, einen Feldstrom-Detektor 24, der ein Spannungssignal von einer Spannung, die mit dem Wert der Feldstrom-Ausgabe von dem Feldstrom-Regelungsschaltkreis 15b korrespondiert, ausgibt, eine Gleichrichter-Vorrichtung 14 zum Gleichrichten eines Ausgabe-Stroms der Anker-Wicklung 21, einen Kondensator 25, der parallel mit der Gleichrichter-Vorrichtung 14 verbunden ist, sowie eine Batterie 26, die mittels der durch die Gleichrichter-Vorrichtung 14 zugeführte Spannung aufgeladen wird.
In 3 kennzeichnet der Pfeil a die Richtung, in der ein Feldstrom einer positiven Richtung (der Richtung der Erregung) fließt und der Pfeil b kennzeichnet die Richtung, in der ein Feldstrom einer negativen Richtung (der Richtung entgegen der Erregung) fließt.
Die Spannungs-Regelungseinheit 15 ist mit einem Feldstrom-Regelungs-Berechnungs-Befehlsteil 15a und einem Feldstrom-Abschnitt in der Form eines Feldstrom-Regelungsschaltkreises 15b versehen, der einen Befehl oder eine Aufforderung von dem Feldstrom-Regelungs-Berechnungs-Befehlsteil 15a erhält, wodurch die Regelung der Magnitude und der Richtung des Flusses des Feldstroms erfolgt.
Das Feldstrom-Regelungs-Berechnungs-Befehlsteil 15a beinhaltet einen Spannungs-Detektionsabschnitt in der Form eines Spannungs-Detektionsschaltkreises 27 zum Detektieren der Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung 21, einen Feldstrom-Detektionsabschnitt in der Form eines Feldstrom-Detektions-Berechnungsschaltkreises 28 zum Detektieren des Werts und der Richtung des durch die Feld-Wicklung 16 hindurchfließenden Feldstroms basierend auf der Ausgabe des Feldstrom-Detektors 24, sowie eine Feldstrom-Befehls-Berechnungsteil in der Form eines Feldstrom-Befehls-Berechnungsschaltkreises 29 zum Berechnen des Werts und der Richtung des Feldstroms der auf die Feld-Wicklung 16 zugeführt werden muss, basierend auf dem Wert und der Richtung des Feldstroms, der durch den Feldstrom-Detektions-Berechnungsschaltkreis 28 die durch den Spannungs-Detektionsschaltkreis 27 detektierten Ausgabe-Spannung erfolgt.
Der Feldstrom-Regelungs-Berechnungs-Befehlsteil 15a erhält durch das ECU (Motor-Regelungs-Einheit) ein Signal, das in Übereinstimmung mit der Temperatur der Batterie bearbeitet wurde, die Spannung der Batterie, die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, die Drehgeschwindigkeit eines an dem Kraftfahrzeug installierten Motors, das Maß an Niederdrücken eines Gaspedals, die Schaltposition eines Getriebes, das Maß an Niederdrücken eines Bremspedals, sowie die Menge an erzeugtem Strom. Der Feldstrom-Regelungs-Berechnungs-Befehlsteil 15a korrigiert basierend auf der Temperatur der Batterie die Regelungs-Spannung in der Gleichrichter-Vorrichtung 14, so dass die Regelungs-Spannung in einen Bereich eingeregelt wird, in dem die Batterie nicht zu stark entladen oder überladen wird.
Zusätzlich detektiert der Feldstrom-Regelungs-Berechnungs-Befehlsteils 15a den Beginn der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs basierend auf zumindest einem der folgenden Parameter: das Maß, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Niederdrückens des Gaspedals.
Die Gleichrichter-Vorrichtung 14 ist durch Anordnen dreier Paare an in Serie miteinander gekoppelter Dioden 14a, 14b parallel zueinander aufgebaut. Die Wicklungs-Abschnitte der Anker-Wicklung 21 haben ihre einen Enden miteinander verbunden, um eine Y-Verbindung (Stern-Verbindung) auszubilden, und ihre anderen Enden durch jeweils einen Wechselstrom-Draht mit korrespondierenden Mittelpunkten der drei Paare an in Serie miteinander gekoppelten Dioden 14a, 14b. Die Batterie 26 und der Kondensator 25 sind parallel mit der Gleichrichter-Vorrichtung 14 verbunden, so dass der durch die Gleichrichter-Vorrichtung 14 gleichgerichtete Ausgabe-Strom der Anker-Wicklung 21 auf die Batterie 26 aufgegeben wird. D.h., wenn die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung 21 niedriger als die Spannung Vb der Batterie 26 ist, der durch die Gleichrichter-Vorrichtung 14 gleichgerichtete Ausgabe-Strom nicht von der Anker-Wicklung 21 zu dem Kondensator 25 und der Batterie 26 fließt.
Im Anschluss wird nunmehr der Betrieb des Auflade-Generators, wie er oben aufgebaut ist, beschrieben.
Wenn der Rotor 8 angetrieben wird, um sich bei einer vorab bestimmten Rotationsgeschwindigkeit zu drehen, wird die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung 21 direkt nachdem der Feld-Strom von dem Maximumwert auf Null zurückgekehrt ist, aufgrund der Magnetisierungskräfte der Permanent-Magneten 22a, 22b im Bezug auf den Anker-Kern 20 höher als die Regelungs-Spannung für die Batterie 26 während des normalen Betriebs oder während der Regeneration. Hierbei wird, wie bereits angemerkt, ein Überspannungs-Zustand der Ausgabe-Spannung beibehalten, wenn der Feld-Strom 16 im Zustand von Null verbleibt.
Dementsprechend wird in dem Auflade-Generator gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Richtung des Flusses des Feldstroms geregelt, um in der entgegengesetzten Richtung umgeschaltet zu werden, um so die magnetomotorische Feld-Kraft des Generators zu reduzieren. Für eine derartige Regelung ist eine Vielzahl von Regelungs-Spannungen derart vorgesehen, dass die Ausgabe-Spannung in Übereinstimmung mit dem Zweck der Regelung auf eine optimale Regelungs-Spannung eingeregelt werden kann.
Hierbei ist anzumerken, dass selbst wenn die Ausgabe-Spannung eine vorab bestimmte Regelungs-Spannung übersteigt, anstelle dessen der zu regelnde Feld-Strom, um von der normalen Zufuhr-Richtung abgesenkt zu werden, wie dies oben bereits beschrieben wurde, die Spannungs-Regelungseinheit 15 die Ausgabe-Spannung auf eine Regelungs-Spannung durch umgekehrtes Erregen der Feld-Wicklung 16 durch Zuführen eines umgekehrten Erregungsstroms auf die Feld-Wicklung 16 regelt. Dieser umgekehrte Erregungsstrom wird basierend auf der Ausgabe-Spannung und der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 8 direkt nach der magnetomotorischen Feldkraft aufgrund der Tatsache, dass der Feldstrom in Übereinstimmung mit der Kombination der Magnetisierungskräfte der Anker-Wicklung 21 von einer maximalen magnetomotorischen Feldkraft auf Null zurückgekehrt ist, der Feld-Wicklung 16 sowie der Permanent-Magneten 22a, 22b, festgelegt.
Im Anschluss wird der oben erwähnte Mechanismus in den 4 bis 6 durch Vergleich zwischen den Ausgabe-Spannungs-Charakteristika der Aufladungs-Generatoren gemäß der ersten Ausführungsform und denen gemäß dem Stand der Technik und der detaillierte Regelungsbetrieb des Auflade-Generators gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in 7 beschrieben.
4 ist eine charakteristische Ansicht, die die Beziehung zwischen der magnetomotorischen Feld-Kraft und der Nicht-Belastungs-Ausgabespannung des Auflade-Generators gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 4 stellt dar, dass die Nicht-Belastungs-Ausgabespannung der Anker-Wicklung 21 abnimmt, wenn der Feld-Strom von der maximalen magnetomotorischen Feldkraft durch Zuführen des Feld-Stroms auf die Feld-Wicklung 16 von dem Zustand mit keiner Remanenz oder Restmagnetismus in den magnetischen Polabschnitten 17b, 18b bei vorab bestimmter RotationsGeschwindigkeit (hier einer maximalen Geschwindigkeit) des Rotors 8 abgesenkt wird. Eine Hysterese entwickelt sich in der Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung 21, wenn die magnetomotorische Feldkraft im Wesentlichen unterhalb eines magnetischen Sättigungsbereichs des magnetischen Schaltkreises liegt.
Dies bedeutet, dass eine Spannung V1 aufgrund des magnetischen Rest-Flusses auch dann erzeugt wird, wenn der Feldstrom auf Null gesetzt wird, und mit dem Auflade-Generator, der Permanent-Magnete 22a, 22b aufweist, die zwischen den magnetischen Polen angeordnet sind, wobei der magnetische Fluss aufgrund der magnetischen Kräfte der Permanent-Magnete 22a, 22b zu dem magnetischen Restfluss addiert wird. Dementsprechend kann, wenn der Rotor 8 bei einer Geschwindigkeit rotiert, die größer als die vorab bestimmte Rotationsgeschwindigkeit ist, die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung 21 während des normalen Betriebs (im Anschluss als Normal-Regelungs-Spannung Vn bezeichnet) eine Kontroll-Spannung Vn sowie während des Regenerations-Betriebs (im Anschluss als Regenerations-Regelungs-Spannung bezeichnet) eine Regelungs-Spannung Vhigh übersteigen, so dass die Batterie 26 in einen Überspannungs-Zustand gebracht werden kann.
Jedoch kann auch in dem Fall keiner Belastung oder leichter Belastung, wie er in 4 gezeigt ist, die magnetomotorische Kraft auf eine relative und nicht so große gegenläufige magnetomotorische Erregungs-Kraft (beispielsweise eine gegenläufige magnetomotorische Erregungs-Kraft während der Regelung Vhigh, eine gegenläufige magnetomotorische Erregungs-Kraft während der Regelung Vn oder eine gegenläufige magnetomotorische Erregungs-Kraft während der Regelung Vlow) eingeregelt werden. Dies bedeutet, dass es durch Bewirken des Feld-Stroms in entgegengesetzter Richtung möglich ist, die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung 21 auf eine Arbeits-Regelungsspannung (Vhigh, Vn, oder Vlow) zu regeln, die keine Überspannung ist.
Hier ist die Beziehung zwischen der magnetomotorischen Feld-Kraft und der Ausgabe-Spannung bei Nichtbelastung bei einem Auflade-Generator gemäß dem Stand der Technik mit einem Permanent-Magneten in 5 als Beispiel für den Vergleich mit dem Auflade-Generator gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dem Auflade-Generator mit einem Permanent-Magneten gemäß dem Stand der Technik, wird, wenn der Auflade-Generator bei einer vorab bestimmten Rotationsgeschwindigkeit rotiert, wie dies in 5 gezeigt ist, eine Ausgabe-Spannung einer Anker-Wicklung direkt nach dem Hindurchfließen eines Feldstroms durch eine Feld-Wicklung von einem Maximalwert auf Null zurückgeführt, auf einen Wert unterhalb einer Normal-Regelungsspannung Vn für eine Batterie eingestellt. Dementsprechend wurde herausgefunden, dass keine Beschränkungen hinsichtlich der Art der Magnete, der Magnitude von deren Magnetisierungskräften und dergleichen bestehen und somit die Verbesserung der Energie-Erzeugungs-Leistungscharakteristika des Generators begrenzt ist.
Des Weiteren ist 6 eine charakteristische Ansicht, die die Energie-Erzeugungs-Leistungscharakteristika des Auflade-Generators gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie der des Auflade-Generators gemäß dem Stand der Technik zeigt.
Der Auflade-Generator gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung 21 auf eine gewünschte Regelungs-Spannung einregeln, um so die Erzeugung einer Überspannung durch Zuführen eines gegenläufigen Erregungsstroms auf die Feld-Wicklung 16, wie dies in 6 gezeigt ist, zu unterdrücken. Daher wird verständlich, dass es möglich wird, die Magnetisierungskräfte der Permanent-Magnete 22a, 22b in dieser Ausführungsform größer als die des Stands der Technik einzustellen, wodurch es möglich wird, die größte Energieerzeugungs-Leistung zu erzeugen.
In dem Auflade-Generator gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden, wie oben dargelegt, drei Regelungs-Spannungen eingestellt, d.h. die Normal-Regelungsspannung Vn für das normale Aufladen der Batterie 26, die die Belastung unterbrechende Regelungsspannung Vlow zur Reduzierung der Motorbelastung sowie die Regenerations-Regelungsspannung Vhigh zur regenerativen Aufladung der Batterie 26. In diesem Fall werden die Magnituden dieser Regelungsspannungen derart eingestellt, dass sie die Beziehungen Vhigh > Vn ≥ Vb > Vlow erfüllen, und die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung 21 wird während des normen Auflade-Betriebs auf die Normal-Regelungsspannung Vn, die die Belastung unterbrechende Regelungs-Spannung Vlow während der Unterbrechung der Motor-Belastung, sowie auf die Regenerations-Regelungsspannung Vhigh während der Verlangsamung des Kraftfahrzeugs eingeregelt.
Die 7(A) bis 7(C) sind Ansichten, die die Beziehung zwischen der Kraftfahrzeug-Geschwindigkeit, der Ausgabe-Spannung sowie dem Ausgabe-Strom des Auflade-Generators aus 1 zeigen, wobei 7(A) ein Beispiel der zeitlichen Veränderung der Zustände der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und der Abbremsung des Kraftfahrzeugs darstellt, 7(B) die Veränderung der Ausgabe-Spannung darstellt, wenn die Regelungs-Spannungs-Einheit 15 die Ausgabe-Spannung auf eine geeignete Regelungs-Spannung in Übereinstimmung mit den Zuständen der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und des Abbremsens des Kraftfahrzeugs, wie es in 7(A) dargestellt ist, darstellt, und 7(C) die Veränderung des erzeugten Ausgabe-Stroms darstellt, wenn die Ausgabe-Spannung auf die Regelungs-Spannungen aus 7(B) eingeregelt ist. Hierbei ist anzumerken, dass die ReferenzZeichen a bis 1 an den jeweiligen Punkten in den 7(A) bis 7(C) jeweils die gleichen Punkten in der Zeiteinstellung repräsentieren.
In 7(a) ist das Kraftfahrzeug in einem Stillstands-Zustand, bei dem der Motor von Punkt a bis Punkt b in einem Leerlauf-Zustand ist, und das Kraftfahrzeug wird von Punkt b bis Punkt c schrittweise von diesem Stillstands-Zustand beschleunigt, und fährt von Punkt c bis Punkt d mit einer konstanten Geschwindigkeit.
Zusätzlich wird in 7(B) die Ausgabe-Spannung vom Punkt a bis Punkt d auf die Normal-Regelungsspannung Vn eingeregelt.
Ebenso wird in 7(C) der Ausgabe-Strom vom Punkt a bis Punkt d konstant.
Des Weiteren ist das Kraftfahrzeug in 7(A) vom Punkt d bis Punkt e in einem schnellen Beschleunigungs-Zustand, fährt von Punkt e bis Punkt j bei einer konstanten hohen Geschwindigkeit, ist vom Punkt j bis Punkt k in einem Abbrems-Zustand und kehrt vom Punkt k bis Punkt 1 wieder zu einem Fahren bei einer konstanten Geschwindigkeit zurück.
Darüber hinaus wird in 7(B) der Beginn der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs bei Punkt d detektiert und die gegenläufige Erregung des Feldstroms wird derart durchgeführt, dass die Ausgabe-Spannung auf die die Belastung unterbrechende Regelungs-Spannung Vlow eingeregelt wird. Danach wird bei Punkt f, der nach einer vorab bestimmten Zeit nach dem Zeitpunkt e liegt, bei dem die Beschleunigung abgeschlossen wird, die Ausgabe-Spannung so geregelt, dass sie von der die Belastung unterbrechenden Regelungs-Spannung Vlow schrittweise auf die Normal-Regelungsspannung Vn ansteigt. Die Ausgabe-Spannung wird wieder auf einen konstanten Wert eingeregelt, d.h. die Normal-Regelungsspannung Vn von Punkt h bis Punkt j. Im Anschluss wird, wenn ermittelt wurde, dass das Kraftfahrzeug bei Punkt j beginnt abzubremsen, die Ausgabe-Spannung so eingeregelt, dass sie auf die Regenerations-Regelungsspannung Vhigh ansteigt. Nachdem das Abbremsen abgeschlossen wurde, wird die Ausgabe-Spannung wieder auf die Normal-Regelungsspannung Vn von Punkt k bis Punkt 1 zurückgeführt.
Ebenso nimmt in 7(C) der Ausgabe-Strom schnell von der Normal-Regelungsspannung Vn auf die die Belastung unterbrechende Regelungsspannung Vlow bei Punkt d ab und wurde bereits bei Punkt e unterbrochen. Danach wird der Ausgabe-Strom vom Zeitpunkt g, bei dem die Ausgabe-Spannung aus 7(B) in der Batterie-Spannung Vb wieder gespeichert wird, schrittweise abgegeben. Danach wird der Ausgabe-Strom von Punkt h bis Punkt j konstant. Am Punkt j steigt die Ausgabe-Spannung aus 7(B) auf die Regenerations-Regelungsspannung Vhigh an, so dass auch der Ausgabe-Strom dementsprechend ansteigt. Danach wird die Ausgabe-Spannung von Zeitpunkt k, bei dem das Abbremsen abgeschlossen wurde, wieder auf die Normal-Regelungsspannung Vn zurückgeführt und der Ausgabe-Strom wird ebenso bei einem konstanten Wert gehalten.
Hierbei ist anzumerken, dass, wenn die Ausgabe-Spannung von der die Belastung unterbrechenden Regelungsspannung Vlow auf die Normal-Regelungsspannung Vn zurückgeführt wird, diese schrittweise unter Vorgabe der vorab bestimmten Zeit umgeschaltet wird. Die vorab bestimmte Zeit wird automatisch basierend auf der Kraftfahrzeug-Geschwindigkeit, der Motor-Geschwindigkeit, der Schaltposition des Getriebes, sowie der Magnitude der elektrischen Belastung aus einer Karte, in der geeignete Werte vorab eingesetzt sind, oder aber durch Berechnung ausgewählt.
Wie oben beschrieben wird gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung 21 auf eine Regelungsspannung eingeregelt, die verhindert, dass ein Ausgabe-Strom von der Anker-Wicklung 21 ohne Erzeugen einer Überspannung unabhängig von den Magnetisierungskräften der Permanent-Magnete 22a, 22b in Bezug auf den Anker-Kern 20 und den magnetischen Restfluss direkt nachdem der Feldstrom von der maximalen magnetomotorischen Feldkraft aufgrund des Feldstrom auf Null zurückgeführt wurde, ausgegeben wird. Als Ergebnis dessen können die folgenden vorteilhaften Effekt erreicht werden. Dies sind zum einen, dass das Beschleunigungs-Verhalten des Kraftfahrzeugs verbessert wird und der Kraftstoffverbrauch sowie die Reichweite des Kraftfahrzeugs ebenso insgesamt verbessert werden können. Darüber hinaus kann die Erzeugung einer Überspannung unterdrückt werden, so dass Permanent-Magnete 22a, 22b mit großem Magnetisierungskräften installiert werden können, wodurch es möglich wird, die Energieerzeugungs-Charakteristika des Lade-Generators wesentlich zu verbessern.
Zusätzlich wird die Energie-Erzeugung unter Normal-Betrieb durchgeführt, um die Normal-Regelungsspannung Vn auszugeben, und wenn beispielsweise das Beschleunigungs-Verhalten des Kraftfahrzeugs verbessert werden soll, wird die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung 21 so geregelt, dass sie in die die Belastung unterbrechende Regelungsspannung Vlow umschaltet, welche durch Ermitteln des Startpunkts der Beschleunigung verhindert, dass ein Ausgabe-Strom von der Anker-Wicklung 21 ausgegeben wird. Als Ergebnis dessen kann das Beschleunigungs-Verhalten des Kraftfahrzeugs und der Kraftstoff-Verbrauch des Kraftfahrzeugs kann insgesamt verbessert werden.
Darüber hinaus kann, da der Beginn der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs basierend auf zumindest einem der folgenden Parameter ermittelt wird, die Intention des Fahrers schnell ermittelt werden, wodurch es möglich wird, die Regelung einer guten Antwort ohne Vorsehen eines unkomfortablen Sinneseindrucks auf den Fahrer durchzuführen: das Maß, die Geschwindigkeit sowie die Beschleunigung des Herunterdrückens des Gaspedals.
Des Weiteren wird während des regenerativen Aufladens der Batterie 26 die Regelungsspannung auf die Regenerations-Regelungsspannung Vhigh, die höher als die Normal-Regelungsspannung Vn ist, eingeregelt, so dass die Batterie auf effiziente Weise regenerativ aufgeladen werden kann.
Des Weiteren kann, da der Startpunkt des Abbremsens des Kraftfahrzeugs basierend auf zumindest einem der nachfolgenden Parameter bestimmt wird, die Intention des Fahrers genau und schnell ermittelt werden, wodurch es möglich wird, eine optimale Regelung ohne Vorsehen eines unkomfortablen Sinneseindrucks auf den Fahrer durchzuführen: das Maß und die Geschwindigkeit des Freigebens oder Loslassens des Gaspedals und das Maß des Niederdrückens des Bremspedals.
Zusätzlich kann, da die Regelungsspannung auf einen geeigneten Wert basierend auf der Batterietemperatur korrigiert wird, die Lebensdauer der Batterie 26 erhöht werden.
Darüber hinaus ist es möglich, die Erzeugung einer Überspannung innerhalb eines Bereichs der Rotationsgeschwindigkeit des Auflade-Generators, die mit der maximalen Rotationsgeschwindigkeit des Motors korrespondiert, zu unterdrücken.
Des Weiteren wird der gegenläufige Erregungs-Strom basierend auf der Ausgabe-Spannung und der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 8 direkt nachdem die magnetische Feldkraft aufgrund des Feld-Stroms von der maximalen magnetomotorischen Feldkraft auf Null in Übereinstimmung mit der Kombination der Magnetisierungskräfte der Anker-Wicklung 21, der Feld-Wicklung 16 sowie der Permanent-Magnete 22a, 22b zurückgeführt wurde, eingestellt. Als Ergebnis dessen wird es somit möglich, wenn die Ausgabe-Spannung schnell auf eine Ziel-Regelungsspannung umgeschaltet werden kann, eine schnelle und geeignete Regelung auf die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs durchzuführen.
Des Weiteren wird, wenn die Ausgabe-Spannung von der die Belastung unterbrechenden Regelungsspannung Vlow auf die Normal-Regelungsspannung Vn umgeschaltet wird, diese eingeregelt, um eine schrittweise Umschaltung zu erzeugen, so dass eine große Belastung nicht plötzlich auf den Motor aufgebracht wird, wodurch verhindert wird, dass Passagiere in dem Kraftfahrzeug einen Abbrems-Schock fühlen.
Zusätzlich kann die Zeit für die schrittweise Umschaltung auf einen geeigneten Wert in Übereinstimmung mit der Kraftfahrzeug-Geschwindigkeit, der Motor-Geschwindigkeit, der Schaltposition des Getriebes sowie der Magnitude der elektrischen Belastung eingestellt werden. Dementsprechend kann der Schock aufgrund des Umschaltens der Regelungsspannung weiter reduziert werden.
Ausführungsform 2
Ein Generator-Motor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch Umschalten zwischen dem Zustand, in dem er als ein elektrischer Motor für das Starten eines Motors und zum Unterstützen des Fahrens verwendet wird, und dem Zustand, in dem er als Auflade-Generator agiert, verwendet.
Hierbei ist anzumerken, dass die Symbole aus den 8 und 9, die in dieser zweiten Ausführungsform unten beschrieben werden, die gleichen wie in den 1 bis 3 in der ersten Ausführungsform sind und gleiche Funktionen aufweisen.
8 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau des Generator-Motors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 8, wird der Generator-Motor, der ein Beispiel einer elektrischen Rotationsmaschine ist, des Weiteren als einzelne konstuktionelle Elemente im Vergleich mit dem Auflade-Generator gemäß der ersten Ausführungsform mit einem Drehpositions-Detektor 30 vorgesehen, der die Rotationsposition des Rotors 8 detektiert, sowie mit einem 3-Phasen-Anschluss 31, der mit der Anker-Wicklung 21 verbunden ist.
9 ist ein Schaltdiagramm, das ein System mit den wesentlichen Bereichen des Generator-Motors, der in 8 dargestellt ist, zeigt.
In 9 beinhaltet dieses System einen Spannungs-Regelungsabschnitt in der Form einer Regelungs-Vorrichtung 32 zum Regeln der Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung 21, ein ECU (Motor-Regelungs-Einheit) 23, die die notwendige Information in die Regelungs-Vorrichtung 32 eingibt, eine Feld-Strom-Regelungs-Vorrichtung 33, die den Feld-Strom in Übereinstimmung mit einem Befehl oder einer Ausgabe von der Regelungs-Vorrichtung 32 einregelt, einen Feld-Strom-Detektor 24, der ein Spannungssignal einer Spannung ausgibt, die mit dem Wert der Feld-Strom-Ausgabe, von der Feld-Strom-Regelungsvorrichtung 33 korrespondiert, eine Gleichrichter-Vorrichtung 35 mit einem Umrichter-Modul 34 zum Gleichrichten des Ausgabe-Stroms der Anker-Wicklung 21, sowie einer Batterie 26, die durch die mittels der Gleichrichter-Vorrichtung 35 zugeführten Spannung aufgeladen wird.
Die Regelungs-Vorrichtung 32 dient dazu, die Magnitude und die Richtung des Flusses des durch die Feld-Wicklung 16 hindurchfließenden Feld-Strom durch Regelung der Feld-Strom-Regelungsvorrichtung 33 in geeigneter Weise einzustellen.
Das Umrichter-Modul 34 ist aus drei Sets zweier in Serie verbundener Paare parallel gekoppelter Umschaltelemente 34a und einer Diode 34b, die parallel zueinander angeordnet sind, aufgebaut. Die drei Anker-Wicklungen 21 haben ihre einen Enden miteinander verbunden, um eine Y-Verbindung (Stern-Verbindung) auszubilden, und ihre anderen Enden mit korrespondierenden Mittelpunkten (Verbindungspunkten) der drei Paare in Serie gekoppelter Umschalt-Elemente 34a, 34a durch jeweils einen Wechselstrom-Draht verbunden.
Der Umschalt-Betrieb jedes Umschalt-Elements 34a in dem Umrichter-Modul 34 wird durch die Regelungs-Vorrichtung 32 geregelt.
Nunmehr wird Bezug genommen auf den Betrieb des Generator-Motors, wie er oben gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Der Generator-Motor hat sowohl die Funktion eines Auflade-Generators als auch die eines elektrischen Motors und wird für den Leerlauf-StoppBetrieb eines Hybrid-Fahrzeugs usw. verwendet. Hier wird der Betrieb des Generator-Motors mit Bezug auf den Leerlauf-Stopp-Betrieb beschrieben.
Zuerst wird, wenn die Bedingung, einen Lehrlauf-Stoppbetrieb zu halten, gestartet wird, ein nicht dargestellter Motor gestoppt, und wenn die Bedingung, den Motor wieder zu starten erfüllt ist, eine Gleichstrom-Energie von der Batterie 26 zu der Umrichter-Einheit 35 geführt. Zu diesem Zeitpunkt regelt die Regelungs-Vorrichtung 32 die individuellen Umschaltelemente 34a des Umrichter-Moduls 34, um diese an- und auszuschalten, so dass Gleichstrom-Energie in eine 3-phasige elektrische Energie umgewandelt wird, welche dann durch einen Wechselstrom-Draht zu der Anker-Wicklung 21 des Ankers 12 zugeführt wird.
Als Ergebnis wird ein rotierendes Feld um die Feld-Wicklung 16 des Rotors 8, auf den ein Feld-Strom durch die Feld-Strom-Regelungsvorrichtung 33 zugeführt wird, erzeugt, wodurch der Rotor 8 zum Rotieren angetrieben wird. Die Rotationsenergie des Rotors 8 wird von der Riemenscheibe 6 (siehe 1) durch einen nicht dargestellten Energie-Übertragungsmechanismus übertragen, wodurch begonnen wird, den Motor zu drehen.
Wenn der Motor begonnen hat, sich zu drehen, wird die Rotationsenergie des Motors in entgegengesetzter Weise auf den Rotor 8 durch den Energie-Übertragungsmechanismus übertragen, wodurch der Rotor 8 angetrieben wird, sich zu drehen, wodurch eine 3-phasige Wechselstrom-Spannung in der Anker-Wicklung 21 induziert wird.
Zu diesem Zeitpunkt regelt die Regelungs-Vorrichtung 32 die jeweiligen Umschalt-Elemente 34a, um diese an- und auszuschalten, so dass die in der Anker-Wicklung 21 induzierte elektrische Wechselstrom-Energie in eine Gleichstrom-Energie überführt wird, wodurch die Batterie 26 aufgeladen wird.
Der nachfolgende Regelungsbetrieb, die Funktion und die vorteilhaften Effekte des Generator-Motors als Auflade-Generator sind ähnlich denen, wie sie mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben wurden.
10 ist eine charakteristische Ansicht, die die Energie-Erzeugungs-Ausgabe-Charakteristika des Generator-Motors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie der des Generator-Motors gemäß dem Stand der Technik darstellt.
In 10 stellen die Drehmoment-Charakteristik-Kurven, die darin für die jeweiligen Generator-Motoren dargestellt sind, „Stand der Technik (ohne ein Magnet)“, „Stand der Technik (mit Magneten)“ sowie die „zweite Ausführungsform (mit Magneten)“, die Magnete mit erhöhten magnetomotorischen Kräften aufweist, dar. Für diese Generator-Motoren wurden die Spezifikationen der Anker-Wicklungen in einer solchen Weise eingestellt, dass das Basis-Drehmoment (das höchste Drehmoment bei niedriger Rotationsgeschwindigkeit) für alle gleich war.
Aus 10 wird ersichtlich, dass die „zweite Ausführungsform mit Magneten“ nicht nur ein größeres Drehmoment bei gleicher Rotationsgeschwindigkeit erzielt, sondern ebenso ein Drehmoment bis zu einer höheren Rotationsgeschwindigkeit im Vergleich mit einem Generator-Motor gemäß dem Stand der Technik mit oder ohne Magneten erzeugt.
Wie oben beschrieben kann gemäß dem Generator-Motor der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht nur die Funktion des Startens des Motors zugefügt werden, sondern ebenso die Funktion, das Drehmoment des Motors derart zu unterstützen, dass sich das Kraftfahrzeug direkt nach dem Starten des Motors sanft bewegt, sowie die Funktion des Verbesserns der Beschleunigungs-Antwort des Kraftfahrzeugs.
Obwohl die Anker-Wicklung 21 in den jeweiligen oben beschriebenen Ausführungsformen so aufgebaut ist, dass sie eine 3-phasige Y-Verbindung ausformt, kann sie ebenso derart ausgeformt sein, dass sie eine 3-phasige Delta-Verbindung zur Verfügung stellt.
Des Weiteren ist die Anker-Wicklung 21, obwohl sie in den jeweiligen oben beschriebenen Ausführungsformen einen 3-phasigen Aufbau aufweist, nicht auf einen derartigen 3-phasigen Aufbau beschränkt, sondern kann ebenso eine Multi-Phasen-Wicklung mit mehr als 3 Phasen sein.

Claims

Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug, umfassend: einen Anker (12) mit einem Anker-Kern (20) sowie einer Anker-Wicklung (21), die zur Erzeugung einer Ausgabe-Spannung um den Anker-Kern (20) herumgewickelt ist, um eine Batterie (26) aufzuladen; einen Rotor (8) mit einem Rotor-Kern (19) mit einer Feldwicklung (16), die hierum gewickelt ist, sowie Permanent-Magneten (22a, 22b) zum Zuführen eines magnetischen Flusses auf den Anker-Kern (20); und einen Spannungs-Regelungsabschnitt (32), der die Ausgabe-Spannung des Ankers (12) durch Regeln des Feldstroms basierend auf dem Wert einer Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung (21) sowie dem Wert und der Richtung des Flusses des Feldstroms, der durch die Feld-Wicklung (16) hindurchfließt, einstellt; wobei wenn der Rotor (8) sich dreht, der Spannungs-Regelungsabschnitt (32) durch Regeln der Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung (21) auf eine einer Vielzahl von Regelungs-Spannungen, die gleich oder niedriger als eine Überspannung der Batterie (26) eingestellt sind, verhindert, dass ein Ausgabe-Strom von der Anker-Wicklung (21) zu der Batterie (26) abgegeben wird; wobei der Spannungs-Regelungsabschnitt den Feldstrom von einer normalen Zufuhrrichtung auf Null absenkt, und wenn die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung (21) die Regelungs-Spannung übersteigt, der Spannungs-Regelungsabschnitt die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung (21) durch umgekehrtes Erregen der Feld-Wicklung (16) zur Zufuhr eines umgekehrten Erregungsstroms hierauf auf die Regelungs-Spannung einregelt.
Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei der Spannungs-Regelungsabschnitt (32) beinhaltet: einen Spannungs-Detektionsabschnitt (27), der eine Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung (21) detektiert; einen Feldstrom-Detektionsabschnitt (28), der den Wert und die Richtung des durch die Feld-Wicklung (16) hindurchfließenden Feldstroms detektiert; einen Feldstrom-Befehls-Berechnungsabschnitt (29), der den Wert und die Richtung eines auf die Feld-Wicklung (16) zuzuführenden Feldstroms basierend auf der Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung (21), die durch den Spannungs-Detektionsabschnitt (27) detektiert wurde, sowie des Werts und der Richtung des Feldstroms, der durch den Feldstrom-Detektionsabschnitt (28) detektiert wurde, berechnet; und einen Feldstrom-Regelungsabschnitt (15b), der den durch die Feld-Wicklung (16) hindurchfließenden Strom basierend auf dem Resultat der Berechnung des Feldstrom-Befehls-Berechnungsabschnitt (29) regelt.
Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug, wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei die Vielzahl von Wicklungs-Spannungen zumindest eine die Belastung unterbrechende Regelungsspannung Vlow beinhaltet, um einen Ausgabe-Strom von der Anker-Wicklung (21) auf die Batterie (26) zu verhindern, sowie eine Normal-Regelungs-Spannung Vn, um eine normale Energieerzeugung durchzuführen, wobei die die Belastung unterbrechende Regelungsspannung Vlow und die Normal-Regelungsspannung Vn wie folgt festgelegt sind: $Vn \geq Vb > Vlow$
wobei Vb die Spannung der Batterie (26) repräsentiert; und die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung (21) geregelt wird, um in die die Belastung unterbrechende Regelungsspannung Vlow umzuschalten, wenn eine Belastung eines Motors, mit dem der Rotor (8) verbunden ist, reduziert wird.
Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug wie in Anspruch 3 beansprucht, wobei die Belastung auf den Motor reduziert wird, wenn das Kraftfahrzeug mit dem darin installierten Motor beginnt, zu beschleunigen.
Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug wie in Anspruch 4 beansprucht, wobei der Start der Beschleunigung dieses Kraftfahrzeugs basierend auf zumindest einem der folgenden Parameter detektiert wird: Maß, Geschwindigkeit sowie Beschleunigung des Niederdrückens eines Gaspedals.
Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug wie in einem der Ansprüche 3 bis 5 beansprucht, wobei die Vielzahl der Regelungsspannungen des Weiteren eine Regenerations-Regelungsspannung Vhigh beinhaltet, um die Batterie (26) zu regenerieren, wobei die Regenerations-Regelungsspannung Vhigh wie folgt festgelegt ist: $Vhigh > Vn \geq Vb > Vlow .$
Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug wie in Anspruch 6 beansprucht, wobei der Spannungs-Regelungsabschnitt regelt, die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung (21) in die Regenerations-Regelungsspannung Vhigh umzuschalten, wenn das Kraftfahrzeug beginnt, mit einem Ladezustand der Batterie (26) unterhalb eines vorab bestimmten Niveaus abzubremsen.
Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug wie in Anspruch 7 beansprucht, wobei der Startpunkt des Abbremsens des Kraftfahrzeugs basierend auf zumindest einem der nachfolgenden Parameter detektiert wird: Geschwindigkeit und Beschleunigung der Freigabe eines Gaspedals sowie Maß des Niederdrückens eines Bremspedals.
Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug wie in einem der Ansprüche 6 bis 8 beansprucht, wobei die Regelungs-Spannungen basierend auf der Temperatur der Batterie (26) korrigiert werden.
Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug, wie in einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht, wobei der umgekehrte Erregungsstrom basierend auf der Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung (21) sowie der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors (8) direkt nach einer magnetomotorischen Feldkraft als Folge der Rückkehr des Feldstroms von einer maximalen magnetomotorischen Feldkraft auf Null in Übereinstimmung mit einer Kombination von Magnetisierungskräften der Anker-Wicklung (21), der Feld-Wicklung (16) sowie der Permanent-Magneten (22a, 22b) eingestellt wird.
Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug, wie in Anspruch 3 beansprucht, wobei die Ausgabe-Spannung der Anker-Wicklung (21) geregelt wird, um eine schrittweise Umschaltung zu erzeugen, wenn von der die Belastung unterbrechenden Regelungs-Spannung Vlow zu der Normal-Regelungs-Spannung Vn zurückgekehrt wird.
Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug wie in Anspruch 11 beansprucht, wobei eine Einstellzeit für die schrittweise Umschaltung basierend auf zumindest einem der folgenden Parameter festgelegt wird: Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, Rotationsgeschwindigkeit des Motors, Schaltposition eines Getriebes, sowie Magnitude einer elektrischen Belastung.
Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug wie in einem der Ansprüche 1 bis 12 beansprucht, wobei der Rotor-Kern (19) magnetische Polabschnitte (17b, 18b) des Klauenpol-Typs aufweist.
Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug wie in Anspruch 13 beansprucht, wobei die Permanent-Magneten (22a, 22b) an gegenüberliegenden Seiten der magnetischen Polabschnitte (17b, 18b) angeordnet sind.
Elektrische Rotationsmaschine für ein Kraftfahrzeug wie in einem der Ansprüche 1 bis 14 beansprucht, wobei die elektrische Rotationsmaschine Funktionen sowohl des Aufladens des Generators sowie eines elektrischen Motors aufweist.