DE102007036997A1

DE102007036997A1 - Generator und Verfahren zur Regelung oder Steuerung eines Generators

Info

Publication number: DE102007036997A1
Application number: DE102007036997A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Wulff; Peter Dr. Dr. Konrad; Bernhard Dipl.-Ing. Ott
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-01-08
Filing date: 2007-08-06
Publication date: 2008-09-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Generator (G), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Rotor und mindestens einen Stator, wobei der Rotor durch einen Verbrennungsmotor über ein Getriebe, insbesondere einen Riementrieb (1), antreibbar ist, der Rotor Erregerwicklungen aufweist, die mit Erregerströmen (iE1-iE3) bestromt werden, die über eine erste Leistungselektronik (2) aus dem Bordnetzstrom (iB) erzeugt werden, wobei die Leistungselektronik (2) durch einen Generatorregler (3) angesteuert wird oder in den Generatorregler (3) integriert ist, der Stator Statorwicklungen aufweist, in denen jeweils eine Spannung durch Rotation des Rotors induzis3) durch eine zweite Leistungselektronik (5) gleichgerichtet werden, wobei mittels einer Einrichtung die Frequenz (f) der induzierten Statorspannung erfasst wird und das Generatormoment in Abhängigkeit einer erfassten Frequenzabweichung elektrisch geregelt oder gesteuert wird, wobei bei einer Zunahme der Frequenz (f) das Generatormoment erhöht wird und bei einer Abnahme der Frequenz (f) das Generatormoment reduziert wird, sowie ein Verfahren zum Regeln oder Steuern eines Generators (G).

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator und ein Verfahren zur Regelung oder Steuerung eines Generators gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Üblicherweise erfolgt in Kraftfahrzeugen die Kopplung zwischen Verbrennungsmotor und Generator über einen Riementrieb. Insbesondere durch Drehzahlungleichförmigkeiten des Verbrennungsmotors wird der Riementrieb zu Schwingungen angeregt, was zu einem Mikroschlupf führt. Dieser Mikroschlupf führt neben unerwünschten Geräuschen auch zu einem erhöhten Verschleiß des Riemens. Zur Entlastung des Riemens ist dabei bekannt, eine Freilaufriemenscheibe einzusetzen. Eine solche Freilaufriemenscheibe ist beispielsweise in der DE 102 58 907 A1 beschrieben. Ein Grundprinzip der Freilaufriemenscheiben ist die Dämpfung der Schwingungen des Riemens, indem diese eine Momentenübertragung auf die Generatorwelle nur in Drehrichtung, nicht aber entgegen der Drehrichtung erlauben. In Beschleunigungsphasen übt der Generator auf den Riementrieb eine Gegenkraft aus, in Bremsphasen ist die vom Generator auf den Riementrieb ausgeübte Kraft Null oder erheblich geringer.
Aus der DE 198 01 542 A1 ist ein Starter-Generator bekannt, der mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist, wobei der Rotor des Starter-Generators auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Zur Dämpfung von Drehschwingungen des Verbrennungsmotors an der Kurbelwelle weist die Vorrichtung eine Regelvorrichtung zur feldorientierten Regelung der Asynchronmaschine (Starter-Generator) in Abhängigkeit von der von einem Motorsteuergerät erfassten Betriebs-Drehzahl im Sinne einer Dämpfung von höherfrequenten Drehschwingungen auf, die der Betriebs-Drehzahl des Verbrennungsmotors, insbesondere bei dessen Leerlauf, überlagert sind.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen Generator zu schaffen, dessen Rotor über ein Getriebe, insbesondere einen Riementrieb mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist, der bei einem einfachen Aufbau Schwingungen im Getriebe reduziert, sowie ein zugehöriges Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Generators zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu umfasst der Generator mindestens einen Rotor und mindestens einen Stator, wobei der Rotor durch einen Verbrennungsmotor über ein Getriebe, insbesondere einen Riementrieb antreibbar bzw. angetrieben wird, wobei der Rotor Erregerwicklungen aufweist, die mit Erregerströmen bestromt werden, die über eine erste Leistungselektronik aus dem Bordnetzstrom erzeugt werden, wobei die erste Leistungselektronik durch einen Generatorregler angesteuert wird, der Stator Statorwicklungen aufweist, in denen jeweils eine Spannung durch Rotation des Rotors induziert wird, wobei die Statorströme durch eine zweite Leistungselektronik gleichgerichtet werden, wobei mittels einer Einrichtung die Frequenz der induzierten Statorspannung erfasst wird und das Generatormoment in Abhängigkeit einer erfassten Frequenzabweichung elektrisch geregelt oder gesteuert wird, wobei bei einer Zunahme der Frequenz das Generatormoment erhöht wird und bei einer Abnahme der Frequenz das Generatormoment reduziert wird. Hierdurch kann die Freilaufriemenscheibe entfallen und ihre Funktion durch eine rein elektrische Steuerung oder Regelung übernommen werden, mittels derer auf das Getriebe, insbesondere den Riemen eingewirkt und dieser entlastet wird. In Beschleunigungsphasen, detektierbar durch eine Zunahme der Frequenz der Statorspannung, wird das Moment des Generators auf einen applizierbaren großen Wert geregelt, in Bremsphasen, detektierbar durch eine Verringerung der Frequenz der Statorspannung, wird das Moment des Generators auf einen applizierbaren kleinen Wert geregelt oder gesteuert.
Die Steuerung oder Regelung des Generatormoments erfolgt vorzugsweise über eine Steuerung oder Regelung der Erregerströme und/oder der Statorströme. Die Steuerung oder Regelung der Erregerströme hat den Vorteil, dass üblicherweise die erste Leistungselektronik bereits mit Halbleiterschatten ausgebildet ist, so dass nur geringe Modifikationen in der Hardware notwendig sind. So kann die Regelung beispielsweise in den Generatorregler integriert werden. Eine Regelung der Statorströme hat den Vorteil, dass die Momente schneller erzeugbar sind, so dass auch schneller das Getriebe bzw. der Riemen entlastet wird.
Je nach dem, ob die Regelung oder Steuerung über die Erregerströme oder die Statorströme erfolgt, muss die erste oder die zweite Leistungselektronik mit Halbleiterschaltern, vorzugsweise MOS-FETs, ausgebildet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
1 eine schematische Anordnung zum Regeln eines Generators zur Entlastung des Riementriebs über die Erregerströme und
2 eine schematische Anordnung zum Regeln eines Generators zur Entlastung des Riementriebs über die Statorströme.
In der 1 ist eine Anordnung zum Regeln eines Generators G dargestellt, der über einen Riementrieb 1 mit einem Verbrennungsmotor M verbunden ist. Dabei treibt der Riementrieb 1 einen nicht separat dargestellten Rotor an, der vorzugsweise im Innern des Generators G angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Anordnung eine erste Leistungselektronik 2 und einen Generatorregler 3 sowie sechs Leistungsdioden D1–D6, die eine zweite Leistungselektronik 5 als Gleichrichter bilden. Auf dem Rotor sind nicht dargestellte Erregerwicklungen angeordnet, die über die erste Leistungselektronik 2 mit Erregerströmen i_E1–i_E3 bestromt werden, wobei hierzu der Bordnetzstrom i_B entsprechend gewandelt wird. Die Ansteuerung der ersten Leistungselektronik erfolgt dabei über den Generatorregler 3, dem unter anderem auch die Frequenz f einer Statorspannung zugeführt wird. Aufgrund der Rotation des Rotors werden in Statorwicklungen eines Stators Wechselspannungen induziert. Die resultierenden Statorströme i_S1–i_S3 werden dann durch die Dioden D1–D6 gleichgerichtet und speisen beispielsweise einen Strom in eine Batterie ein. Wird nun eine Änderung der Frequenz f der Statorspannungen erfasst, so lässt dies je nach Richtung der Änderung auf einen Brems- oder Beschleunigungsvorgang schließen. Um nun dem Mikroschlupf am Riementrieb entgegenzuwirken, verändert der Generatorregler 3 das Generatormoment durch eine Änderung der Erregerströme i_E1–i_E3. Dabei wird in Beschleunigungsphasen das Generatormoment erhöht, wozu beispielsweise die Erregerströme i_E1–i_E3 erhöht werden.
In der 2 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, wobei gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen wie in 1 aufweisen. Im Unterschied zur 1 sind die Leistungsdioden D1–D6 durch Halbleiterschalter S1–S6 ersetzt. Die Halbleiterschalter S1–S6 können dabei beispielsweise als MOS-FETs oder IGBTs ausgebildet sein.
Die Halbleiterschalter S1–S6 werden durch eine Einrichtung 4 in Abhängigkeit der Frequenz f der Statorspannungen angesteuert, wobei die Einrichtung 4 auch in den Generatorregler 3 integriert werden kann. Die Einrichtung 4 erfasst dabei die Änderungen der Frequenz f der Statorspannungen und erhöht bei zunehmender Frequenz f das Generatormoment, indem die Statorströme i_S1–i_S3 erhöht werden, wodurch der Riementrieb in Beschleunigungsphasen entlastet wird. Entsprechend erniedrigt die Einrichtung 4 die Statorströme i_S1–i_S3 in Bremsphasen, um so dem Mikroschlupf am Riementrieb entgegenzuwirken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10258907 A1 [0002]
- DE 19801542 A1 [0003]

Claims

Generator, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Rotor und mindestens einen Stator, wobei der Rotor durch einen Verbrennungsmotor über ein Getriebe, insbesondere einen Riementrieb antreibbar ist, der Rotor Erregerwicklungen aufweist, die mit Erregerströmen bestromt werden, die über eine erste Leistungselektronik aus dem Bordnetzstrom erzeugt werden, wobei die Leistungselektronik durch einen Generatorregler angesteuert wird oder in den Generatorregler integriert ist, der Stator Statorwicklungen aufweist, in denen jeweils eine Spannung durch Rotation des Rotors induziert wird, wobei die Statorströme durch eine zweite Leistungselektronik gleichgerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Einrichtung die Frequenz (f) der induzierten Statorspannung erfasst wird und das Generatormoment in Abhängigkeit einer erfassten Frequenzabweichung elektrisch geregelt oder gesteuert wird, wobei bei einer Zunahme der Frequenz (f) das Generatormoment erhöht wird und bei einer Abnahme der Frequenz (f) das Generatormoment reduziert wird.
Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung oder Steuerung des Generatormoments über eine Regelung oder Steuerung der Erregerströme (i_E1–i_E3) und/oder Statorströme (i_S1–i_S3) erfolgt.
Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Leistungselektronik (2, 5) mit Halbleiterschaltern (S1–S6) ausgebildet ist.
Verfahren zur Regelung oder Steuerung eines Generators (G), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Rotor und mindestens einen Stator, wobei der Rotor durch einen Verbrennungsmotor (M) über ein Getriebe, insbesondere einen Riementrieb (1) angetrieben wird, der Rotor Erregerwicklungen aufweist, die mit Erregerströmen (i_E1–i_E3) bestromt werden, die über eine erste Leistungselektronik (2) aus dem Bordnetzstrom (i_B) erzeugt werden, wobei die Leistungselektronik (2) durch einen Generatorregler (3) angesteuert wird, der Stator Statorwicklungen aufweist, in denen jeweils eine Spannung durch Rotation des Rotors induziert wird, wobei die Statorströme (i_S1–i_S3) durch eine zweite Leistungselektronik (5) gleichgerichtet werden, wobei mittels einer Einrichtung die Frequenz (f) der induzierten Statorspannung erfasst wird und das Generatormoment in Abhängigkeit einer erfassten Frequenzabweichung elektrisch geregelt oder gesteuert wird, um die Schwingungen des Getriebes zu dämpfen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung oder Regelung des Generatormoments über eine Steuerung oder Regelung der Erregerströme (i_E1–i_E3) und/oder Statorströme (i_S1–i_S3) erfolgt.