DE102011000833A1

DE102011000833A1 - Fahrzeuggenerator

Info

Publication number: DE102011000833A1
Application number: DE102011000833A
Authority: DE
Inventors: Harumi Horihata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2011-11-17
Also published as: CN102163951A; US8513924B2; JP2011176903A; CN102163951B; JP5510802B2; US20110204856A1

Abstract

Der Fahrzeuggenerator enthält eine Ankerwicklung, die eine Anzahl von Phasenwicklungen enthält, ferner einen Schaltabschnitt, der als Brückenschaltung ausgebildet ist, die eine Anzahl von Paaren aus einem oberen Zweig und einem unteren Zweig in Serienschaltung aufweist, um Spannungen gleichzurichten, die in den Phasenwicklungen induziert werden, wobei jeder der oberen und unteren Zweige aus einem Schaltelement in Parallelschaltung mit einer Diode gebildet ist, fernerhin einen Steuerabschnitt zur Steuerung der Ein-/Aus-Zeitgabe der Schaltelemente, sowie einen Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierudurchgangsdetektierung, um als Spannungs-Nulldurchgangspunkte Zeitpunkte zu detektieren, zu welchen mindestens eine der Spannungen von Leitung zu Leitung unter den Phasenwicklungen der Ankerwicklung die Polarität ändert. Der Steuerabschnitt ist so ausgebildet, dass er die Ein-/Aus-Steuerung der Schaltelemente auf der Basis der Spannungs-Nulldurchgadurchgangs-Detektierungsabschnitt detektiert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-37099 , eingereicht am 23. Februar 2010, wobei der gesamte Inhalt dieser Anmeldung hier durch Bezugnahme eingeführt sei.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeuggenerator, welcher auf einem Fahrzeug installiert ist, beispielsweise einem Personenwagen oder einem Lastkraftwagen.
2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Bekannt ist eine Leistungsumwandlungseinrichtung für Fahrzeuge mit einem Aufbau, bei welchem ein Leistungsumformungsabschnitt von Schaltelementen gebildet ist, deren Ein-/Aus-Zeitgaben in Entsprechung mit den Phasenspannungen einer Ankerwicklung eines Fahrzeuggenerators eingestellt werden. Es sei beispielsweise auf das japanische Patent Nr. 4275704 Bezug genommen. Bei dieser Leistungsumwandlungseinrichtung für Fahrzeuge werden die Ausschaltzeitgaben und die Einschaltzeitgaben der Schaltelemente durch Vergleich der Phasenspannungen mit einer vorbestimmten Schwellwertspannung bestimmt, welche höher als die Spannung einer Fahrzeugbatterie ist.
Die obengenannte herkömmliche Leistungsumwandlungseinrichtung für Fahrzeuge, bei welcher die Ausschaltzeitgaben der Schaltelemente auf der Basis der Phasenspannungen bestimmt werden, kann jedoch nicht den Gleichrichtungsbetrieb aufnehmen, bis die Phasenspannungen die vorbestimmte Schwellwertspannung erreichen. In einigen Fällen bedeutet dies ein Problem.
Wenn beispielsweise die Schaltelemente von MOSFETs gebildet sind, ist es möglich, den Ausgangsstrom des Fahrzeuggenerators durch Einstellung der Ausschaltperiode jedes Schaltelementes länger als eine Periode, in welcher ein Strom durch die Körperdiode des Schaltelementes fließt, zu erhöhen, um die Phase des Phasenstromes so zu steuern, dass ein Strom von der Fahrzeugbatterie in die Phasenwicklung über das Schaltelement über eine vorbestimmte Periode hin (elektrischer Winkel) fließt. Die obengenannte herkömmliche Leistungsumwandlungseinrichtung für Fahrzeuge kann jedoch nicht eine solche Phasensteuerung beginnen, während die Drehzahl des Fahrzeuggenerators so niedrig ist, dass die Phasenspannung nicht die Schwellwertspannung erreicht und demgemäß kann die Ein-/Aus-Steuerung der Schaltelemente nicht durchgeführt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft einen Fahrzeuggenerator, welcher Folgendes umfasst:
eine Ankerwicklung mit einer Anzahl von Phasenwicklungen;
einen als Brückenschaltung ausgebildeten Schaltabschnitt, der aus einer Anzahl von Paaren eines oberen Zweiges und eines unteren Zweiges, welche in Serie geschaltet sind, gebildet ist, um Spannungen gleichzurichten, welche in den Phasenwicklungen induziert werden, wobei jeder der oberen und unteren Zweige aus einem parallel zu einer Diode geschalteten Schaltelement gebildet ist;
einen Steuerabschnitt zur Steuerung der Ein-/Aus-Zeitgaben der Schaltelemente; und
einen Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt zur Durchführung einer Spannungs-Nulldurchgangsdetektierung zur Detektierung als Spannungs-Nulldurchgangspunkte solche Zeitpunkte, an welchen mindestens eine der Spannungen von Leitung zu Leitung unter den Phasenwicklungen der Ankerwicklungen die Polarität wechselt;
wobei der Steuerabschnitt so ausgebildet ist, dass er die Ein-/Aus-Steuerung der Schaltelemente auf der Basis der Spannungs-Nulldurchgangspunkte steuert, welche durch den Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt detektiert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeuggenerator geschaffen, der in der Lage ist, die Steuerung der Schaltelemente zur Gleichrichtung der Phasenspannungen, welche in seinen Phasenwicklungen induziert werden, zu beginnen, selbst wenn die Phasenspannungen ziemlich niedrig sind.
Andere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einschließlich der Zeichnungen und der Ansprüche.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den begleitenden Zeichnungen stellen dar:
1 ein Schaltbild, welches den Aufbau eines Fahrzeuggenerators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 eine beispielsweise Diagrammansicht, welche die Grenze zwischen einem synchronen Steuermodus und einem Phasensteuermodus des Fahrzeuggenerators gemäß der genannten Ausführungsform zeigt;
3 ein Diagramm, welches die Phasenspannung und den Phasenstrom darstellt, wenn der Fahrzeuggenerator in dem synchronen Steuermodus arbeitet;
4 ein Diagramm, welches die Phasenspannung und den Phasenstrom zeigt, wenn der Fahrzeuggenerator in dem Phasensteuermodus arbeitet;
5 ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels, bei welchem die Phasensteuerung durch Detektieren der Spannungs-Nulldurchgangspunkte zwischen den Ausgangsleitungen der U-Phasenwicklung und der V-Phasenwicklung einer Ankerwicklung des Fahrzeuggenerators gestartet wird;
6 ein Flussdiagramm, welches die Vorgehensweise zur Schaltung von der Phasensteuerung auf der Basis der Spannungs-Nulldurchgangspunkte zur Phasensteuerung auf der Basis der Strom-Nulldurchgangspunkte zeigt;
7 ein Diagramm zur Erläuterung, wie die Detektierung der Spannungs-Nulldurchgangspunkte unter Verwendung einer Schwellwertspannung durchgeführt wird;
8 ein Diagramm zur Erläuterung der Bedingungen für die Aufnahme der Phasensteuerung;
9 ein Schaltbild, welches einen Teil des Aufbaus des Fahrzeuggenerators zeigt, welcher so modifiziert ist, dass ein Steuerabschnitt für jede der Phasenwicklungen vorgesehen ist; und
10 ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels, bei welchem die Phasensteuerung durch Detektieren der Spannungs-Nulldurchgangspunkte einer Spannung von Leitung zu Leitung der anderen Ankerwicklung des Fahrzeuggenerators aufgenommen wird.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 ist ein Diagramm, welches den Aufbau eines Fahrzeuggenerators 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Wie in 1 dargestellt enthält der Fahrzeuggenerator 1 Ankerwicklungen 2 und 3, eine Feldwicklung 4, Schaltabschnitte 5 und 6, einen Steuerabschnitt 7, einen Treiberabschnitt 8, einen Strom-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 9, einen Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 und eine Spannungssteuerungseinrichtung 11. Der vorliegende Fahrzeuggenerator 1 führt einen Leistungserzeugungsbetrieb durch, bei welchem Wechselspannungen, welche in den Ankerwicklungen 2 und 3 induziert werden, durch die Schaltabschnitte 5 und 6 gleichgerichtet werden und einer Batterie 12 sowie verschiedenen elektrischen Verbrauchern (nicht dargestellt) zugeführt werden. Der Fahrzeuggenerator 1 kann so aufgebaut sein, dass er auch einen Leistungsantriebsbetrieb (Motorbetrieb) durchführt, bei welchem Gleichstromleistung, welche von der Batterie 12 geliefert wird, in eine Dreiphasen-Wechselspannung durch die Schaltabschnitte 5 und 6 umgewandelt und zu den Ankerwicklungen 2 und 3 geführt wird, um den Rotor (nicht dargestellt) des Fahrzeuggenerators 1 anzutreiben und in Umdrehung zu versetzen.
Die Ankerwicklung 2, welche eine mehrphasige Wicklung (im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine dreiphasige Wicklung) ist, ist um einen Ankerkern gewickelt, um einen Anker zu bilden. Die Wechselstromausgänge, welche in den jeweiligen Phasenwicklungen der Ankerwicklung 2 induziert werden, werden zu dem Schaltabschnitt 5 geliefert. Die Ankerwicklung 3, welche eine mehrphasige Wicklung ist (im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine dreiphasige Wicklung), ist um einen Ankerkern zur Bildung eines Ankers gewickelt. Die Ankerwicklungen 2 und 3 sind so gewickelt, dass sie eine gegenseitige Stellungsverschiebung von 30 elektrischen Graden haben. Die Wechselstromausgänge, welche in den jeweiligen Phasenwicklungen der Ankerwicklung 3 induziert werden, werden zu dem Schaltabschnitt 6 geführt. Die Feldwicklung 4 ist um die nicht gezeigten Magnetpole gewickelt, um den Rotor des Fahrzeuggenerators 1 zu bilden. Durch Führen eines Feldstromes zu der Feldwicklung 4 werden die magnetischen Pole magnetisiert.
Der Schaltabschnitt 5 ist als Brückenschaltung ausgebildet, welche zwischen die Ankerwicklung 2 und die Batterie 12 geschaltet ist, und enthält eine Anzahl (in der vorliegenden Ausführungsform drei) obere Zweige und eine Anzahl von (im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei) unteren Zweigen. Jeder dieser Zweige wird durch ein Schaltelement gebildet, das parallel zu einer Diode geschaltet ist. Genauer gesagt, die Ankerwicklung 2 enthält eine U-Phasenwicklung, eine V-Phasenwicklung und eine W-Phasenwicklung, welche miteinander in Stern geschaltet sind. Die U-Phasenwicklung ist mit einem Paar aus einem Schaltelement Q1 und einer Diode D1 als dem oberen Zweig, und einem Paar aus einem Schaltelement Q2 und einer Diode D2 als unteren Zweig verbunden. Die V-Phasenwicklung ist mit einem Paar aus einem Schaltelement Q3 und einer Diode D3 als dem oberen Zweig, und einem Paar aus einem Schaltelement Q4 und einer Diode D4 als dem unteren Zweig verbunden. Die W-Phasenwicklung ist mit einem Paar aus einem Schaltelement Q5 und einer Diode D5 als dem oberen Zweig und einem Paar aus einem Schaltelement Q6 und einer Diode D6 als dem unteren Zweig verbunden.
Der Schaltabschnitt 6 ist als Brückenschaltung ausgebildet, welche zwischen die Ankerwicklung 3 und die Batterie 12 geschaltet ist und eine Anzahl von (im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei) oberen Zweigen und einer Anzahl von (im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei) unteren Zweigen enthält. Jeder dieser Zweige ist aus einem Schaltelement gebildet, das parallel zu einer Diode geschaltet ist. Genauer gesagt enthält die Ankerwicklung 3 eine X-Phasenwicklung, eine Y-Phasenwicklung und eine Z-Phasenwicklung, welche miteinander in Stern geschaltet sind. Die X-Phasenwicklung ist mit einem Paar aus einem Schaltelement Q7 und einer Diode D7 als dem oberen Zweig, und einem Paar aus einem Schaltelement Q8 und einer Diode D8 als dem unteren Zweig verbunden. Die Y-Phasenwicklung ist mit einem Paar aus einem Schaltelement Q9 und einer Diode D9 als dem oberen Zweig, und einem Paar aus einem Schaltelement Q10 und einer Diode D10 als dem unteren Zweig verbunden. Die Z-Phasenwicklung ist mit einem Paar aus einem Schaltelement Q11 und einer Diode D11 als dem oberen Zweig, und einem Paar aus einem Schaltelement Q12 und einer Diode D12 als dem unteren Zweig verbunden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden als Schaltelemente Q1 bis Q12 MOSFETs verwendet, welche im Vergleich zu Dioden, welche normalerweise als Gleichrichterschaltung verwendet werden, geringere Verluste haben. In dem Falle der Verwendung solcher MOSFETs können parasitäre Dioden (Körperdioden) dieser MOSFETs als die Dioden D1 bis D12 verwendet werden.
Der Steuerabschnitt 7 bestimmt die Ein-/Aus-Zeitgaben der Schaltelemente Q1 bis Q12, welche in den Schaltabschnitten 5 und 6 enthalten sind. Der Treiberabschnitt 8 treibt die Schaltelemente Q1 bis Q12 in Entsprechung mit den Ein-/Aus-Zeitgaben, welche durch den Steuerabschnitt 7 bestimmt werden. Der Steuerabschnitt 7 kann durch ein Steuerprogramm verwirklicht werden, das durch eine darin enthaltene CPU durchgeführt wird. Der Steuerabschnitt 7 kann jedoch auch durch eine Hardwarelogik verwirklicht werden, die mit Schaltelementen aufgebaut wird.
Der Strom-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 9 detektiert als Strom-Nulldurchgangspunkte die Zeitpunkte, zu welchen die Phasenströme, welche durch die Schaltelemente Q1 bis Q12 und die parallel geschalteten Dioden fließen, ihre Richtung ändern, wenn die Schaltelemente Q1 bis Q12 sich im Einschaltzustand befinden. Der Strom-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 9 detektiert die Nulldurchgangspunkte einzeln für jeden der oberen und unteren Zweige der jeweiligen Phasenwicklungen.
Der Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 detektiert als Spannungs-Nulldurchgangspunkte die Zeitpunkte, zu welchen die Ausgangsspannungen zwischen Leitung und Leitung der Ankerwicklungen 2 und 3 ihre Polarität ändern. Der Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt detektiert die Spannungs-Nulldurchgangspunkte einzeln für jede der Ankerwicklungen 2 und 3. Nebenbei gesagt ist zwar der Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 mit den Schaltabschnitten 5 und 6 verbunden, doch kann er auch unmittelbar jeweils an die Ankerwicklungen 2 und 3 angeschaltet sein.
Die Spannungssteuereinrichtung 11 steuert den Feldstrom, der durch die Feldwicklung 4 geleitet wird, durch Ein-/Aus-Steuerung eines nicht dargestellten Schaltelementes. Beispielsweise steuert die Spannungssteuerungseinrichtung 11 den Feldstrom in solcher Weise, dass die Ausgangsspannung des Fahrzeuggenerators 1 oder die Batteriespannung auf einer vorbestimmten Regelspannung gehalten wird.
Als nächstes sei die Wirkungsweise des Fahrzeuggenerators 1 mit dem obenbeschriebenen Aufbau erläutert. Die Schaltelemente Q1 bis Q12 sind jeweils mit der Diode (Körperdiode) parallel geschaltet und demgemäß wird eine Gleichrichtung der induzierten Spannungen durchgeführt, selbst wenn die Schaltelemente nicht eingeschaltet sind, da die Phasenströme durch die Dioden fließen können. Vorliegend wird ein Modus, bei welchem diese Schaltelemente in Entsprechung mit den Leitperioden ihrer Dioden ein- und ausgeschaltet werden, als „synchroner Steuermodus” bezeichnet. Wenn jedes der Schaltelemente bis zu einer Zeit, welche später als die Leitperiode der zugehörigen Diode endet, eingeschaltet ist, dann tritt eine Erscheinung auf, bei welcher Batteriestrom aus der Batterie 12 durch das Schaltelement gezogen wird, wenn die Phasenspannung niedriger als die Klemmenspannung der Batterie 12 wird. Hier wird ein Modus, bei welchem jedes der Schaltelemente ein- und ausgeschaltet wird, um einen solchen abgezogenen Strom zu erzeugen, als „Phasensteuermodus” bezeichnet.
Der synchrone Steuermodus ist bezüglich des Leistungserzeugungswirkungsgrades dem Phasensteuermodus überlegen. Andererseits ermöglicht der Phasensteuermodus die Erzeugung eines größeren Ausgangsstromes im Vergleich zu dem synchronen Steuermodus. Demgemäß ist zu bevorzugen, dass der Fahrzeuggenerator 1 in dem Synchronsteuermodus arbeitet, wenn die erforderliche Menge der erzeugten Leistung (oder der Ausgangsstrom) klein ist, oder wenn die Drehzahl des Generators hoch ist, und dass der Fahrzeuggenerator im Phasensteuermodus arbeitet, wenn seine Drehzahl niedrig ist und die erforderliche Menge der erzeugten Leistung groß ist.
2 ist eine erläuternde Darstellung, welche die Grenze zwischen dem Synchronsteuermodus und dem Phasensteuermodus zeigt. In 2 repräsentiert die vertikale Achse den Ausgangsstrom des Fahrzeuggenerators 1, und die horizontale Achse repräsentiert die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1. Die Kurve a zeigt die Ausgangskennlinie des Fahrzeuggenerators 1, wenn er im Phasensteuermodus arbeitet, und die Kurve b zeigt die Ausgangskennlinie des Fahrzeuggenerators 1, wenn er im Synchronsteuermodus arbeitet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform arbeitet der Fahrzeuggenerator 1 in dem Synchronsteuermodus, wenn der Ausgangsstrom kleiner als oder gleich groß wie I1 ist, welcher erzielbar ist, wenn der Fahrzeuggenerator 1 im Synchronsteuermodus mit der Drehzahl von N1 arbeitet. Der Fahrzeuggenerator 1 arbeitet in dem Synchronsteuermodus auch, wenn seine Drehzahl höher als N2 ist, oberhalb welcher der Ausgangsstrom ausreichend groß wird, selbst wenn der Fahrzeuggenerator 1 im Synchronsteuermodus arbeitet, und es besteht kein wesentlicher Unterschied in dem Ausgangsstrom, wenn der Fahrzeuggenerator im Synchronsteuermodus oder im Phasensteuermodus arbeitet.
Im Folgenden wird erklärt, wie die Ein-/Aus-Zeitgaben der Schaltelemente sowohl für den Synchronsteuermodus als auch für den Phasensteuermodus eingestellt werden.
Zuerst sei die Erklärung für den Synchronsteuermodus gegeben. 3 ist ein Diagramm, welches die U-Phasenspannung und den U-Phasenstrom darstellt, wenn der Fahrzeuggenerator 1 im Synchronsteuermodus arbeitet. Der U-Phasenstrom kann in eine erste Komponente, welche durch das Schaltelement Q1 und die Diode D1 als dem oberen Zweig fließt, und eine zweite Komponente aufgeteilt werden, welche durch das Schaltelemente Q2 und die Diode D2 als dem unteren Zweig fließt. In 3 und der später behandelten 4 wird die erste Komponente als „Strom des oberen Zweiges”, und die zweite Komponente als „Strom des unteren Zweiges” bezeichnet. Weiter bezeichnet V_D in 3 und in der später behandelten 4 die Vorwärtsspannung der Diode, und V_SD bezeichnet die Source-Drain-Spannung des Schaltelementes, wenn es eingeschaltet ist.
In 3 ist die Ausschaltzeit A des Schaltelementes Q1 des oberen Zweiges entsprechend der U-Phasenwicklung auf eine Zeit nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer T1 oder T2 vom Zeitpunkt des vorausgegangenen Strom-Nulldurchgangspunktes B diesen oberen Zweiges, oder von der Zeit des jüngsten Strom-Nulldurchgangspunktes C des unteren Zweiges entsprechend derselben U-Phasenwicklung eingestellt. Diese vorbestimmte Zeitdauer T1 oder T2 kann als vorbestimmter elektrischer Winkel bezeichnet werden. In diesem Falle ist es zur Errechnung des vorbestimmten elektrischen Winkels notwendig, die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1 zu detektieren. In der vorliegenden Ausführungsform detektiert der Steuerabschnitt 7 die Drehzahl auf der Basis des Intervalls der Strom-Nulldurchgangspunkte des Stroms des oberen Zweiges, oder auf der Basis des Intervalls zwischen den Strom-Nulldurchgangspunkten des Stromes des oberen Zweiges und der Strom-Nulldurchgangspunkte des Stromes des unteren Zweiges, um die vorbestimmte Zeitdauer T1 oder T2 einzustellen. Nebenbei gesagt ist es möglich, Änderungen der Drehzahl durch Überwachung von Änderungen des Intervalls zwischen den Strom-Nulldurchgangspunkten für drei oder mehr Strom-Nulldurchgangspunkte zu detektieren, um die vorbestimmte Zeitdauer T1 oder T2 unter Berücksichtigung von Änderungen der Drehzahl genauer zu berechnen.
In gleicher Weise stellt der Steuerabschnitt 7 als Ausschaltzeitgabe des Schaltelementes Q2 des unteren Zweiges eine Zeit nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer ab der Zeit des vorausgegangenen Strom-Nulldurchgangspunktes dieses unteren Zweiges oder nach der Zeit des jüngsten Strom-Nulldurchgangspunktes des oberen Zweiges entsprechend derselben U-Phasenwicklung ein.
Die Einschaltzeitgabe D des Schaltelementes Q1 des oberen Zweiges entsprechend der U-Phasenwicklung wird auf eine Zeit nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer T3 ab der Zeit des jüngsten Strom-Nulldurchgangspunktes C des unteren Zweiges entsprechend der U-Phasenwicklung eingestellt. Diese vorbestimmte Zeitdauer T3 kann als vorbestimmter elektrischer Winkel betrachtet werden. Wie im obigen Falle ist es notwendig, die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1 zu detektieren, um den vorbestimmten elektrischen Winkel zu errechnen, und es ist möglich, die Einschaltzeitgabe genauer einzustellen, indem Änderungen der Drehzahl berücksichtigt werden.
In gleicher Weise stellt der Steuerabschnitt 7 als Einstellschaltzeit des Schaltelementes Q2 des unteren Zweiges eine Zeit nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer ab der Zeit des jüngsten Strom-Nulldurchgangspunktes des oberen Zweiges entsprechend derselben U-Phasenwicklung ein.
Es sei bemerkt, dass zwar die Einschaltzeit jedes der Schaltelemente Q1 und Q2 auf der Basis des jüngsten Strom-Nulldurchgangspunktes des anderen Zweiges in der vorliegenden Ausführungsform eingestellt wird, diese Zeit aber auch auf eine Zeit nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer T3' von der Zeit des Strom-Nulldurchgangspunktes dieses Zweiges eingestellt werden kann.
Die obige Erläuterung bezieht sich auf das Verfahren zur Bestimmung der Einschalt- und Ausschaltzeiten für die Schaltelemente Q1 und Q2 entsprechend der U-Phasenwicklung. Da die Zeitgaben der Schaltelemente Q3 bis Q12 der anderen Phasenwicklungen nach derselben Methode eingestellt werden können, seien Erläuterungen bezüglich der Zeitgaben für die Schaltelemente Q3 bis Q12 hier fortgelassen.
4 ist ein Diagramm, welches die Phasenspannung und den Phasenstrom (die U-Phasenspannung und den U-Phasenstrom in 4) zeigt, Wenn der Fahrzeuggenerator 1 in dem Phasensteuermodus arbeitet.
In 4 ist der Ausschaltzeitpunkt F des Schaltelementes Q1 des oberen Zweiges entsprechend der U-Phasenwicklung auf eine Zeit nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer T4 ab der Zeit des jüngsten Strom-Nulldurchgangspunktes Q dieses oberen Zweiges eingestellt. Die vorbestimmte Zeitdauer T4 wird abhängig von der Batteriespannung und der elektrischen Belastung (erforderlicher Ausgang) bestimmt. Wie in dem Falle des Synchronsteuermodus kann die vorbestimmte Zeitdauer T4 als ein vorbestimmter elektrischer Winkel angesehen werden, und es ist notwendig, die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1 zu detektieren, um den vorbestimmten elektrischen Winkel zu berechnen, damit die Einschalt- und Ausschalt-Zeitgaben unter Berücksichtigung von Veränderungen der Drehzahl genauer eingestellt werden können.
In gleicher Weise wird der Ausschaltzeitpunkt des Schaltelementes Q2 des unteren Zweiges auf eine Zeit nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer ab der Zeit des jüngsten Strom-Nulldurchgangspunktes dieses unteren Zweiges eingestellt.
Der Steuerabschnitt 7 bestimmt als Einschaltzeitpunkt H des Schaltelementes Q1 des oberen Zweiges entsprechend der U-Phasenwicklung eine Zeit nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer T5 ab der Zeit J, zu welcher das Schaltelement Q2 des unteren Zweiges entsprechend derselben U-Phasenwicklung ausgeschaltet wurde. Diese vorbestimmte Zeitdauer T5 ist eine Zeitmarge zur Sicherstellung der Abschaltung des Schaltelementes Q2 des gegenüberliegenden Zweiges, um einen Kurzschluss zwischen den oberen und unteren Zweigen zu verhindern. Wie bei der Einstellung der Ausschaltzeitgabe gemäß der obigen Beschreibung kann die vorbestimmte Zeitdauer T5 als vorbestimmter elektrischer Winkel angesehen werden, und es ist notwendig, die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1 zu detektieren, um den vorbestimmten elektrischen Winkel zu errechnen, damit die Einschaltzeit unter Berücksichtigung von Änderungen der Drehzahl genauer eingestellt werden kann.
Da die Ausschaltzeit des Schaltelementes Q2 des unteren Zweiges auf eine Zeit nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer T4 von dem jüngsten Strom-Nulldurchgangspunkt des unteren Zweiges eingestellt wird, kann gesagt werden, dass die Einschaltzeitgabe des Schaltelementes Q1 des oberen Zweiges auf eine Zeit nach Ablauf der Zeit T4 + T5 ab der Zeit des jüngsten Strom-Nulldurchgangspunktes K des unteren Zweiges eingestellt wird.
In gleicher Weise stellt der Steuerabschnitt 7 als Einschaltzeit des Schaltelementes Q2 des unteren Zweiges eine Zeit nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer ab der Zeit des jüngsten Strom-Nulldurchgangspunktes des oberen Zweiges entsprechend derselben U-Phasenwicklung ein.
Wenn zwischenzeitlich die Ausgangsspannung (die Phasenspannungen) des Fahrzeuggenerators 1 niedriger als eine vorbestimmte Spannung ist, ist es nicht möglich, Strom-Nulldurchgangspunkte entsprechend den jeweiligen Phasenwicklungen zu detektieren, da kein Strom durch die Schaltelemente und die Dioden fließt. Wenn der geforderte Strom klein ist, ist es möglich, mit der Schaltung vom Synchronsteuermodus zum Phasensteuermodus zuzuwarten, bis die Phasenspannungen hoch werden und ein Ausgangsstrom durch die Dioden erhalten wird. Wenn jedoch der geforderte Strom groß ist, ist vorzuziehen, dass der Fahrzeuggenerator 1 mit dem Betrieb im Phasensteuermodus von einer Drehzahl aus beginnt, welche so niedrig wie möglich ist. Die vorliegende Ausführungsform ist mit dem Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 versehen, um einen Start des Phasensteuermodus zu ermöglichen, um den Ausgangsstrom abziehen zu können, bevor der Ausgangsstrom durch die Dioden fließt.
Der Nulldurchgangsdetektierungsabschnitt 10 nimmt die Ausgangsspannung von Leitung zu Leitung der Ankerwicklung 2 (beispielsweise nimmt die Spannung zwischen einem Ende der U-Phasenwicklung und einem Ende der V-Phasenwicklung) auf, detektiert einen Spannungs-Nulldurchgangspunkt, bei welchem diese Spannung von Leitung zu Leitung in der Polarität (vom Positiven zum Negativen oder umgekehrt) wechselt, und gibt ein Ausgangssignal ab, welches das Detektierungsergebnis für den Steuerabschnitt 7 anzeigt. Weiter nimmt der Nulldurchgangsdetektierungsabschnitt 10 die Ausgangsspannung von Leitung zu Leitung der Ankerwicklung 3 (beispielsweise die Spannung zwischen einem Ende der X-Phasenwicklung und einem Ende der Y-Phasenwicklung) auf, detektiert einen Spannungs-Nulldurchgangspunkt, bei welchem diese Spannung von Leitung zu Leitung in der Polarität wechselt (vom Positiven zum Negativen oder umgekehrt) und gibt ein Signal an den Steuerabschnitt 7 ab, welches das Detektierungsergebnis anzeigt. Das Detektieren der Spannungs-Nulldurchgangspunkte wird durchgeführt, wenn die Phasenspannungen der Ankerwicklungen 2 und 3 niedriger als die Batteriespannungen sind und demgemäß kein Strom von den Schaltabschnitten 5 und 6 abgegeben wird und wenn sämtliche der Schaltelemente, welche in den Schaltabschnitten 5 und 6 enthalten sind, ausgeschaltet sind. Das Signal, welches das Detektierungsergebnis anzeigt, kann ein Impulssignal sein, welches zu der Zeit erzeugt wird, wenn die Polarität der Spannung von Leitung zu Leitung wechselt, oder kann ein Rechteckwellensignal sein, dessen Pegel in Entsprechung mit der Polarität der Spannung von Leitung zu Leitung eingestellt ist (beispielsweise ein hoher Pegel, wenn die Polarität positiv ist, und ein niedriger Pegel, wenn die Polarität negativ ist).
Der Steuerabschnitt 7 startet die Steuerung für den Phasensteuermodus, wenn die Einschaltzeiten (oder die Einschalt- und Ausschaltzeitgaben) der Schaltelemente, welche in den Schaltabschnitten 5 und 6 enthalten sind, in Entsprechung mit dem Signal eingestellt sind, welches von dem Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 empfangen wird. Ist einmal die Steuerung im Phasensteuermodus gestartet, dann wird danach die Phasensteuerung auf der Basis des Detektierungsergebnisses, welches von dem Strom-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 9 geliefert wird, durchgeführt.
5 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels, bei welchem die Phasensteuerung durch Detektieren von Spannungs-Nulldurchgangspunkten der Spannung zwischen den Ausgangsleitungen der U-Phasenwicklung und der V-Phasenwicklung gestartet wird. In 5 bezeichnet Vuw die Spannung zwischen den Ausgangsleitungen der U-Phasenwicklung und der V-Phasenwicklung als Spannung von Leitung zu Leitung, „U-Phase, oberer Zweig, Speisungsperiode” bezeichnet eine Periode, in welcher das Schaltelement Q1 des oberen Zweiges entsprechend der U-Phasenwicklung eingeschaltet ist, „U-Phase, unterer Zweig, Speisungsperiode” bezeichnet eine Periode, in welcher das Schaltelement Q2 des unteren Zweiges entsprechend der U-Phasenwicklung eingeschaltet ist, „V-Phase, oberer Zweig, Speisungsperiode” bezeichnet eine Periode, in welcher das Schaltelement Q3 des oberen Zweiges entsprechend der V-Phasenwicklung eingeschaltet ist, „V-Phase, unterer Zweig, Speisungsperiode” bezeichnet eine Periode, in welcher das Schaltelement Q4 des unteren Zweiges entsprechend der V-Phasenwicklung eingeschaltet ist, „W-Phase, oberer Zweig, Speisungsperiode” bezeichnet eine Periode, in welcher das Schaltelement Q5 des oberen Zweiges entsprechend der W-Phasenwicklung eingeschaltet ist, und schließlich bezeichnet „W-Phase, unterer Zweig, Speisungsperiode” eine Periode, in welcher das Schaltelement Q6 des unteren Zweiges entsprechend der W-Phasenwicklung eingeschaltet ist.
Das Schaltelement Q1 des oberen Zweiges und das Schaltelement Q2 des unteren Zweiges entsprechend der U-Phasenwicklung werden in folgender Reihenfolge gestartet.

(1) Der Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 detektiert einen der folgenden Zeitpunkte (a) bis (e) als Spannungs-Nulldurchgangspunkt: (a) Ein Zeitpunkt, wenn die Spannung Vuv von Leitung zu Leitung 0 V erreicht. (b) Ein Zeitpunkt, wenn die Spannung Vuv von Leitung zu Leitung eine vorbestimmte Spannung Va größer als 0 V erreicht. (c) Ein Zeitpunkt, wenn die Spannung Vuv von Leitung zu Leitung eine vorbestimmte Spannung Vb niedriger als 0 V erreicht. (d) Ein Zeitpunkt, wenn die Spannung Vuv von Leitung zu Leitung unter die vorbestimmte Spannung Vb fällt oder über die vorbestimmte Spannung Va ansteigt, oder wenn die Spannung Vuv von Leitung zu Leitung unter die vorbestimmte Spannung Va abfällt oder über die vorbestimmte Spannung Vb ansteigt. (e) Ein Zeitpunkt, wenn die laufende Zeit ta + (tb – ta)/2 wird, worin ta die Zeit ist, zu welcher die Spannung Vuv von Leitung zu Leitung unter den vorbestimmten Wert Va fällt, und tb die Zeit ist, zu welcher die Spannung Vuv von Leitung zu Leitung danach unter den vorbestimmten Wert Vb abfällt, oder wenn die laufende Zeit tb' + (ta' – tb')/2 wird, worin tb' die Zeit ist, zu welcher die Spannung Vuv von Leitung zu Leitung über den vorbestimmten Wert Vb ansteigt, und ta' die Zeit ist, zu welcher die Spannung Vuv von Leitung zu Leitung danach über den vorbestimmten Wert Va ansteigt.

Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Zeitgabe zum Start der Phasensteuerung basierend auf den Nulldurchgangspunkten eingestellt wird, welche auftreten, wenn die Spannung von Leitung zu Leitung sich erniedrigt, kann die Detektierung der Nulldurchgangspunkte nur durchgeführt werden, während sich die Spannung von Leitung zu Leitung erniedrigt.

(2) Der Steuerungsabschnitt 7 bestimmt die Periode T der Spannung von Leitung zu Leitung auf der Basis des Intervalls der detektierten Nulldurchgangspunkte.
(3) Der Steuerabschnitt 7 schaltet das Schaltelement Q1 des oberen Zweiges entsprechend der U-Phasenwicklung nach Ablauf eines elektrischen Winkels von 60° + α° (d. h., nach Ablauf einer Zeit von ((60° + α°)/360°) × T) ab der Zeit des Spannungs-Nulldurchgangspunktes P (siehe 5) ein, welcher detektiert wird, wenn die Spannung von Leitung zu Leitung sich erniedrigt. Vorliegend wird α innerhalb eines Bereiches von 0 < α < 60 je nach dem erforderlichen Ausgang eingstellt.
(4) Der Steuerabschnitt 7 schaltet das Schaltelement Q1 nach Ablauf eines elektrischen Winkels von 180° – β° (d. h., nach Ablauf der Zeit von ((180° – β)/360°) × T) ab der Zeit ab, zu welcher das Schaltelement Q1 eingeschaltet wurde. Vorliegend ist β ein marginaler Winkel zum Verhindern, dass die beiden Schaltelemente des oberen und des unteren Zweiges jeder Phasenwicklung gleichzeitig eingeschaltet sind, um hierdurch zu verhindern, dass die Anschlüsse der Batterie 12 kurzgeschlossen werden.
(5) Der Steuerabschnitt 7 schaltet das Schaltelement Q2 des unteren Zweiges entsprechend derselben U-Phasenwicklung nach Ablauf von β° als elektrischem Winkel ab der Zeit der Ausschaltung des Schaltelementes Q1 ein.
(6) Von da an schaltet der Steuerabschnitt 7 die Schaltelemente Q1 und Q2 abwechselnd mit einer Einschaltperiode von 180° – β° und einer Ausschaltperiode von β° ein und aus.

Die Schaltelemente Q3 und Q4 der oberen und unteren Zweige entsprechend der V-Phasenwicklung werden auch abwechselnd mit einer Einschaltperiode von 180° – β° und der Ausschaltperiode von β° in Entsprechung mit im Wesentlichen demselben Steuervorgang, wie er oben beschrieben wurde, eingeschaltet und ausgeschaltet. Die Zeitgabe der Einschaltung des Schaltelementes Q3 zum ersten Male wird jedoch auf eine Zeit nach Ablauf des elektrischen Winkels von 180° + α° ab der Zeit des Spannungs-Nulldurchgangspunktes P (siehe 5) eingestellt, wenn festgestellt wird, dass sich die Spannung Vuv von Leitung zu Leitung erniedrigt.
Auch die Schaltelemente Q5 und Q6 des oberen und unteren Zweiges entsprechend der W-Phasenwicklung werden abwechselnd mit der Einschaltperiode von 180° – β° und der Ausschaltperiode von β° in Entsprechung mit im Wesentlichen demselben Steuerverfahren, wie es oben beschrieben wurde, eingeschaltet und ausgeschaltet. Die Zeitgabe zur Einschaltung des Schaltelementes Q6 zum ersten Male wird jedoch auf eine Zeit nach Ablauf des elektrischen Winkels von 120° + α° ab der Zeit des Spannungs-Nulldurchgangspunktes P (siehe 5) eingestellt, welcher festgestellt wird, wenn sich die Spannung Vuv von Leitung zu Leitung erniedrigt.
Die Einschalt- und Ausschaltzeitgabe der Schaltelemente Q7 bis Q12 für die andere Ankerwicklung 3 werden in Entsprechung mit demselben Steuerverfahren wie für die Ankerwicklung 2 eingestellt, beispielsweise werden auf der Basis der Spannungs-Nulldurchgangspunkte der Spannung von Leitung zu Leitung der X-Phasenwicklung und der Y-Phasenwicklung eingestellt.
Nach dem Start der Phasensteuerung, bei welcher die Ein- und Ausschalt-Zeitgaben der jeweiligen Schaltelemente auf der Basis der detektierten Spannungs-Nulldurchgangspunkte eingestellt werden, wie dies oben beschrieben wurde, sei zu der unterschiedlichen Phasensteuerung übergegangen, bei welcher die Einschalt- und Ausschaltzeitgaben der jeweiligen Schaltelemente auf der Basis der detektierten Strom-Nulldurchgangspunkte eingestellt werden.
6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Schalten von der Phasensteuerung auf der Basis von Spannungs-Nulldurchgangspunkten zu der Phasensteuerung auf der Basis von Strom-Nulldurchgangspunkten zeigt. Die Spannung von Leitung zu Leitung wird durch den Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 (Schritt 100) detektiert und ein Nulldurchgangspunkt wird auf der Basis der detektierten Spannung von Leitung zu Leitung (Schritt 101) detektiert. Danach bestimmt der Steuerungsabschnitt 7, ob die Drehzahl N des Fahrzeuggenerators 1 eine Bezugsdrehzahl N' (Schritt S102) übersteigt oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung im Schritt 102 negativ ist, dann kehrt das Verfahren zu dem Schritt S101 zurück, um wiederum einen Spannungs-Nulldurchgangspunkt zu detektieren.
Wenn das Bestimmungsergebnis im Schritt 102 bestätigend oder positiv ist, dann schreitet das Verfahren zu dem Schritt 103 fort um festzustellen, ob die Wellenhöhe V der Spannung Vuv von Leitung zu Leitung eine Schwellwertspannung Vth überschreitet oder nicht. 7 ist ein Diagramm, welches erklärt, wie die Detektierung eines Spannungs-Nulldurchgangspunktes unter Verwendung der Schwellwertspannung Vth durchgeführt wird. Wie in 7 gezeigt, erhöht sich die Wellenhöhe V der Spannung Vuv von Leitung zu Leitung mit der Zeit (oder mit der Zunahme der Drehzahl oder des Feldstromes) von dem Beginn der Leistungserzeugung, und überschreitet die Schwellwertspannung Vth an einem bestimmten Zeitpunkt. Das Verfahren kehrt zu dem Schritt 101 zurück, um einen Spannungs-Nulldurchgangspunkt zu detektieren, bis die Wellenhöhe V der Spannung von Leitung zu Leitung die Schwellwertspannung Vth überschreitet, und das Bestimmungsergebnis in dem Schritt 103 bestätigend oder positiv wird.
Wenn das Bestimmungsergebnis in dem Schritt 103 bestätigend wird, dann schreitet das Verfahren zu dem Schritt 104 fort, um festzustellen, ob die Drehzahl stabil ist oder nicht. Diese Bestimmung wird durch Vergleich der gegenwärtig detektierten Drehzahl mit der Drehzahl durchgeführt, welche zuvor auf der Basis der Periode T detektiert worden war. Wenn das Bestimmungsergebnis in dem Schritt 104 negativ ist, dann kehrt das Verfahren zu dem Schritt 101 zurück, um wiederum einen Nulldurchgangspunkt zu detektieren.
Wenn das Bestimmungsergebnis in dem Schritt 104 bestätigend ist, dann startet der Steuerabschnitt 7 die Phasensteuerung auf der Basis des Spannungs-Nulldurchgangspunktes (Schritt 105).
Danach detektiert der Strom-Nulldurchgangspunktdetektierungsabschnitt 9 die Strom-Nulldurchgangspunkte (Schritt 106) und stellt fest, ob die Nulldurchgangspunktperiode stabil ist oder nicht (Schritt 107). Wenn das Bestimmungsergebnis im Schritt 107 negativ ist, dann schreitet das Verfahren zu dem Schritt 108 fort, um festzustellen, ob der Steuerabschnitt 7 einen Strom-Nulldurchgangspunkt (oder eine Strom-Nulldurchgangspunktperiode) n Male (n ist eine positive ganze Zahl) detektiert hat oder nicht. Das Verfahren kehrt zu dem Schritt 106 zurück, um einen Strom-Nulldurchgangspunkt zu detektieren, bis der Steuerabschnitt 7 einen Strom-Nulldurchgangspunkt n Male detektiert hat und das Bestimmungsergebnis im Schritt 108 bestätigend wird. Wenn das Bestimmungsergebnis im Schritt 108 bestätigend ist, d. h., wenn n Strom-Nulldurchgangspunkte detektiert worden sind und die Periode unstabil ist, dann kehrt das Verfahren zu dem Schritt 101 zurück, um wiederum den Vorgang der Spannungs-Nulldurchgangspunktdetektierung und die darauffolgenden Vorgänge durchzuführen.
Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis in dem Schritt 107 bestätigend ist, dann schreitet das Verfahren zu dem Schritt 109 fort, um die Phasensteuerung auf der Basis der Strom-Nulldurchgangspunkte zu beginnen.
8 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Bedingungen für den Beginn der Phasensteuerung. In 8 repräsentiert die senkrechte Koordinatenachse den Ausgangsstrom des Fahrzeuggenerators 1, und die horizontale Achse repräsentiert die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1. Die Kurve zeigt die Ausgangskennlinie des Fahrzeuggenerators 1 wenn er im Phasensteuermodus arbeitet, die Kurve b zeigt die Ausgangskennlinie des Fahrzeuggenerators 1, wenn er im synchronen Steuermodus arbeitet, und die Kurve c zeigt die Ausgangskennlinie des Fahrzeuggenerators 1, wenn der Gleichrichterbetrieb nur durch die Dioden (Diodengleichrichtungsmodus) durchgeführt wird. Weiter bedeutet N_o die Drehzahl, bei welcher der Ausgangsstrom ansteigt, wenn der Fahrzeuggenerator 1 im Diodengleichrichtermodus arbeitet, und N_o' bezeichnet die Drehzahl, bei welcher der Ausgangsstrom ansteigt, wenn der Fahrzeuggenerator 1 im Phasensteuermodus arbeitet.
Die Phasensteuerung auf der Basis des Detektierungsergebnisses durch den Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 beginnt, wenn der geforderte Ausgangsstrom größer als der Ausgangsstrom wird, der erreichbar ist, wenn der Fahrzeuggenerator 1 im Diodengleichrichtermodus arbeitet. Demgemäß muss der Phasensteuermodus gestartet werden, wenn die Drehzahl sich zwischen N_o und N_o' befindet. Da das Signal, welches von dem Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 ausgegeben wird, ein Signal ist, welches die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1 angibt, detektiert der Steuerabschnitt 7 die Drehzahl N des Fahrzeuggenerators 1 auf der Basis der Periode T der Nulldurchgangspunkte, welche durch den Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 detektiert wird, und führt den Vorgang zur Schaltung auf die Phasensteuerung auf der Basis der Nulldurchgangspunkte durch, wenn die detektierte Drehzahl N die Drehzahl N_o' Übersteigt, welche als die Bezugsdrehzahl N' in dem in 6 dargestellten Schritt 102 dient.
Die Feststellung, ob die detektierte Drehzahl N die Drehzahl N_o' überschreitet, kann in dem Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 durchgeführt werden. In diesem Falle gibt beispielsweise der Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 ein Signal, welches einen detektierten Spannungs-Nulldurchgangspunkt anzeigt, an den Steuerabschnitt 7 ab, nachdem festgestellt wurde, dass die detektierte Drehzahl N die Drehzahl N_o' überschreitet. In Abhängigkeit von dem Signal, welches von dem Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 ausgegeben worden ist, beginnt der Steuerabschnitt 7 den Betrieb zur Schaltung auf die Phasensteuerung basierend auf den Strom-Nulldurchgangspunkten.
Da die Wellenhöhe der Spannung von Leitung zu Leitung proportional zu der Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1 ansteigt, kann der Steuerabschnitt 7 so ausgebildet sein, dass er den Betrieb zur Schaltung auf die Phasensteuerung auf der Basis der Strom-Nulldurchgangspunkte beginnt, wenn die Wellenhöhe der Spannung von Leitung zu Leitung eine vorbestimmte Bezugsspannung überschreitet, welche gleich oder höher als die Schwellwertspannung Vth gemäß 7 eingestellt ist, ahne festzustellen, ob die detektierte Drehzahl N die Drehzahl N_o' überschreitet. In diesem Falle wird der in 6 gezeigte Schritt 102 weggelassen. Weiter kann der Steuerabschnitt 7 so ausgebildet sein, dass er den Betrieb zur Umschaltung auf die Phasensteuerung auf der Basis der Strom-Nulldurchgangspunkte nur auf der Basis der detektierten Drehzahl beginnt. In diesem Falle kann der Schritt 103 von 6 weggelassen werden.
Bei dem Kraftfahrzeuggenerator 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es, da Spannungs-Nulldurchgangspunkte der Spannung von Leitung zu Leitung jeder der Ankerwicklungen 2 und 3 durch den Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 detektiert werden, möglich, periodisch die Phasenspannungen zu detektieren, selbst wenn sie ziemlich niedrig sind, um die Ein-/Aus-Steuerung der Schaltelemente beginnen zu können, welche in den Schaltabschnitten 5 und 6 enthalten sind und mit den Ankerwicklungen 2 und 3 verbunden sind.
Der Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt führt die Detektierung der Spannungs-Nulldurchgangspunkte durch, wenn sämtliche der Schaltelemente ausgeschaltet sind. Dies ermöglicht es, die Steuerung der Schaltelemente vorzubereiten, bevor die Leistungserzeugung gestartet wird, um die Leistungserzeugung zur selben Zeit zu ermöglichen, wenn die Schaltelemente mit ihrer Steuerung beginnen.
Da weiter die Ein-/Aus-Steuerung der Schaltelemente auf der Basis der Spannungs-Nulldurchgangspunkte gestartet wird, wenn die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1 niedriger als die Drehzahl ist, bei welcher der Ausgangsstrom im Dioden-Gleichrichtungsmodus ansteigt, ist es möglich, den Ausgangsstrom vom Fahrzeuggenerator 1 so schnell aufzunehmen, dass er schon zur Verfügung steht bevor der Fahrzeuggenerator 1 im Dioden-Gleichrichtungsmodus startet.
Da weiter der Fahrzeuggenerator 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Phasen (Richtungen) der Phasenströme durch Detektieren der Strom-Nulldurchgangspunkte durch den Strom-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 9 detektiert, nachdem die Phasensteuerung auf der Basis des Detektierungsergebnisses durch den Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 beginnt, ist es möglich, die Phasen der Phasenströme genau zu steuern.
Da fernerhin die Ausschaltzeiten der Schaltelemente auf der Basis von Strom-Nulldurchgangspunkten eingestellt werden, zu welchen die in die jeweiligen Schaltelemente fließenden Ströme ihre Polarität (Richtung) in dem Phasensteuermodus ändern, ist es möglich, die Schaltelemente auszuschalten, nachdem die Ströme, welche in die Schaltelemente einfließen, ihre Richtung ändern (d. h., nachdem der Strom, welcher von der Batterie 12 in die Phasenwicklungen gezogen wird, beginnt), wodurch der Ausgangsstrom erhöht wird.
Selbstverständlich können vielerlei Modifikationen bei der obigen Ausführungsform vorgenommen werden, wie weiter unten beschrieben wird. In der Struktur gemäß 1 sind für die zwei Schaltabschnitte 5 und 6 eine Gruppe des Steuerabschnittes 7, ein Treiberabschnitt 8, ein Strom-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 9 und ein Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 vorgesehen. Es können jedoch auch eine Gruppe des Steuerabschnittes 7, des Treiberabschnittes 8, des Strom-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitts 9 und des Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitts 10 für jeden einzelnen der beiden Schaltabschnitte 5 und 6 vorgesehen sein, oder für jede der Phasenwicklungen vorgesehen sein.
9 ist ein Schaltbild eines Aufbaus, bei welchem eine Gruppe des Steuerabschnitts 7, des Treiberabschnitts 8, des Strom-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitts 9 und des Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitts 10 für jede einzelne der Phasenwicklungen vorgesehen ist. Bei diesem Aufbau ist eine Steuerschaltung 20, welche durch den Steuerabschnitt 7, den Treiberabschnitt 8, den Strom-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 9 und den Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 gebildet ist, für die Schaltelemente Q1 und Q2 und die Dioden D1 und D2 des oberen und des unteren Zweiges entsprechend der U-Phasenwicklung vorgesehen. Der Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 ist mit einem Ende der U-Phasenwicklung und einem Ende der V-Phasenwicklung verbunden und detektiert die Spannung zwischen diesen Wicklungen als die Spannung von Leitung zu Leitung des Fahrzeuggenerators 1. Es ist selbstverständlich möglich, die Spannung zwischen der U-Phasenwicklung und der W-Phasenwicklung anstatt der Spannung zwischen der U-Phasenwicklung und der V-Phasenwicklung zu detektieren oder sowohl die Spannungen zwischen der U-Phasenwicklung und der V-Phasenwicklung und zwischen der U-Phasenwicklung und der W-Phasenwicklung zu detektieren oder die Spannung zwischen V-Phasenwicklung und der W-Phasenwicklung zusätzlich zu diesen beiden Spannungen zu detektieren. Die Steuerschaltung 20 ist auch für jede der anderen Phasenwicklungen vorgesehen. Im Falle des Vorsehens der Steuerschaltung 20 für jede einzelne der Phasenwicklungen können, da die Steuerschaltung 20 und die Schaltelemente und Dioden der oberen und unteren Zweige modulweise als eine Halbleiterpackung vorgesehen werden können, die Herstellung und der Zusammenbau der Schaltabschnitte 5 und 6 und der Steuermechanismen einfacher gestaltet werden. Im Fall einer solchen modulweisen Ausbildung kann der Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt 10 für jede der Halbleiterpackungen, oder für eine der Halbleiterpackungen für beide oder jede der Ankerwicklungen 2 und 3 vorgesehen sein.
In der obigen Ausführungsform enthält der Fahrzeuggenerator 1 zwei Ankerwicklungen 2 und 3 und zwei Schaltabschnitte 5 und 6. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf einen Fahrzeuggenerator anwendbar, welcher eine Ankerwicklung und einen Schaltabschnitt enthält, und auch auf einen Fahrzeuggenerator, welcher drei oder mehr Gruppen von Ankerwicklungen und Schaltabschnitten enthält.
In der obenbeschriebenen Ausführungsform werden Spannungs-Nulldurchgangspunkte auf der Basis der Spannung zwischen zwei der Ausgangsleitungen für die Ankerwicklungen 2 oder 3 detektiert. Es können jedoch auch Spannungs-Nulldurchgangspunkte auf der Basis der Spannungen zwischen je zwei von allen drei Ausgangsleitungen detektiert werden, um die Detektierungsgenauigkeit der Spannungs-Nulldurchgangspunkte zu erhöhen.
In der obigen Ausführungsform wird die Ein-/Aus-Steuerung der Schaltelemente, welche in dem Schaltabschnitt 5 entsprechend der Ankerwicklung 2 enthalten sind, mit Bezug auf Spannungs-Nulldurchgangspunkte der Spannung von Leitung zu Leitung der U-Phasenwicklung und der V-Phasenwicklung der Ankerwicklung 2 begannen. Die Ein-/Aus-Steuerung (Phasensteuerung) kann jedoch mit Bezug auf Spannungs-Nulldurchgangspunkte der Spannung von Leitung zu Leitung der anderen Phasenwicklung 3 begonnen werden.
10 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels, bei welchem die Phasensteuerung mit Bezug auf Spannungs-Nulldurchgangspunkte der Spannung von Leitung zu Leitung der anderen Phasenwicklung 3 gestartet wird. Wie in 10 gezeigt ist der Aufwärts-Spannungs-Nulldurchgangspunkt Q, an welchem die Spannung Vzx von Leitung zu Leitung der Z-Phasenwicklung und der X-Phasenwicklung der Ankerwicklung 3 die Nulllinie nach Aufwärts überkreuzt, um 30° im elektrischen Winkel von dem Aufwärts-Spannungs-Nulldurchgangspunkt P der Spannung Vuv von Leitung zu Leitung der Ankerwicklung 2 verschoben. Demgemäß kann die erste Einschaltzeitgabe des Schaltelementes Q1 des oberen Zweiges entsprechend der U-Phasenwicklung (oder des Schaltelementes Q oder des Schaltelementes Q5) auf der Basis dieses Spannungs-Nulldurchgangspunktes Q eingestellt werden.
In der obigen Ausführungsform werden Strom-Nulldurchgangspunkte als Bezugspunkte zur Einstellung der Ein-/Aus-Zeitgaben der Schaltelemente Q1 und Q2 entsprechend der U-Phasenwicklung, und auch als Bezugspunkte zum Detektieren der Drehzahl und der Veränderungen der Drehzahl verwendet. Die Drehzahl und ihre Veränderung kann jedoch auf der Basis der Strom-Nulldurchgangspunkte der anderen Phase (der V-Phasenwicklung oder der W-Phasenwicklung, die in der eigenen Ankerwicklung 2 enthalten sind, oder der X-Phasenwicklung, der Y-Phasenwicklung oder der Z-Phasenwicklung, die in der anderen Ankerwicklung 3 enthalten sind), oder auf der Basis der Strom-Nulldurchgangspunkte ihrer eigenen Phase oder der anderen Phasen detektiert werden. In dem Falle der Einstellung der Ein-/Aus-Zeitgaben auf eine Zeit nach Ablauf einer vorbestimmen Zeitdauer von einem Zeitbezugspunkt aus ist es notwendig, die Drehzahl und ihre Veränderungen, wie oben beschrieben, zu berücksichtigen. Durch Verwendung der Strom-Nulldurchgangspunkte auch der anderen Phasen ist es möglich, die Detektierungsgenauigkeit der Drehzahl und ihrer Änderungen zu verbessern, um hierdurch die Genauigkeit der Einstellung der Ein-/Aus-Zeitgaben der Schaltelemente zu verbessern.
Die oben erläuterten bevorzugten Ausführungsformen sind Beispiele von Ausführungen der Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung, deren Gegenstand allein durch die anliegenden Ansprüche definiert ist. Es versteht sich, dass Modifikationen der bevorzugten Ausführungsformen dem Fachmann gegeben sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-37099 [0001]
JP 4275704 [0003]

Claims

Fahrzeuggenerator, welcher Folgendes umfasst: eine Ankerwicklung, welche eine Anzahl von Phasenwicklungen enthält; einen Schaltabschnitt, der als Brückenschaltung ausgebildet ist, die durch eine Anzahl von Paaren eines oberen Zweiges und eines unteren Zweiges in Serienschaltung gebildet ist, um Spannungen gleichzurichten, welche in den Phasenwicklungen induziert werden, wobei jeder obere Zweig und untere Zweig aus einem mit einer Diode parallel geschalteten Schaltelement gebildet ist; einen Steuerabschnitt zur Steuerung der Ein-/Aus-Zeitgaben der Schaltelemente; und einen Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt zur Durchführung von Spannungs-Nulldurchgangsdetektierungen zum Detektieren als Spannungs-Nulldurchgangspunkte solche Zeitpunkte, zu welchen mindestens eine der Spannungen von Leitung zu Leitung unter den Phasenwicklungen der Ankerwicklung die Polarität wechselt; wobei der Steuerabschnitt so ausgebildet ist, dass er die Ein-/Aus-Steuerung der Schaltelemente auf der Basis der Spannungs-Nulldurchgangspunkte startet, welche durch den Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt detektiert werden.
Fahrzeuggenerator nach Anspruch 1, bei welchem der Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt die Spannungs-Nulldurchgangsdetektierung durchführt, wenn Phasenspannungen der Phasenwicklungen niedriger als diejenige einer Fahrzeugbatterie sind, welche durch den Fahrzeuggenerator geladen wird.
Fahrzeuggenerator nach Anspruch 1, bei welchem der Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt die Spannungs-Nulldurchgangsdetektierung durchführt, wenn sämtliche Schaltelemente ausgeschaltet sind.
Fahrzeuggenerator nach Anspruch 1, bei welchem jedes der Schaltelemente durch ein MOSFET gebildet ist und der Steuerabschnitt die Ein-/Aus-Steuerung der Schaltelemente bei einer Drehzahl des Fahrzeuggenerators beginnt, welche niedriger als eine ansteigende Drehzahl des Fahrzeuggenerators ist, oberhalb welcher ein Ausgangsstrom des Fahrzeuggenerators durch Gleichrichtung durch parasitäre Dioden der MOSFETs erhalten werden kann.
Fahrzeuggenerator nach Anspruch 1, welcher weiter einen Strom-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt zur Durchführung einer Strom-Nulldurchgangsdetektierung aufweist, um als Strom-Nulldurchgangspunkte Zeitpunkte zu detektieren, zu welchen mindestens einer der Phasenströme der Ankerwicklung seine Polarität ändert, wobei der Steuerabschnitt so ausgebildet ist, dass er die Ein-/Aus-Steuerung der Schaltelemente auf der Basis der Strom-Nulldurchgangspunkte durchführt, welche durch den Strom-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt detektiert werden, anstatt die Steuerung auf der Basis der Spannungs-Nulldurchgangspunkte vorzunehmen, nachdem die Ein-/Aus-Steuerung der Schaltelemente auf der Basis der Spannungs-Nulldurchgangspunkte gestartet ist.
Fahrzeuggenerator nach Anspruch 1, bei welchem der Spannungs-Nulldurchgangs-Detektierungsabschnitt die Spannungs-Nulldurchgangsdetektierung für sämtliche der Phasenwicklungen der Ankerwicklung durchführt.