DE102011053838A1

DE102011053838A1 - Rotierende elektrische Maschine für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102011053838A1
Application number: DE102011053838A
Authority: DE
Inventors: Hideaki Nakayama; Harumi Horihata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2012-04-26
Also published as: US20120074914A1; FR2965425A1; JP2012070559A; US8564255B2; FR2965425B1; JP5569295B2

Abstract

Eine rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug weist auf: einen Schaltabschnitt mit oberen und unteren Armen, die jeweils aus einem Schaltelement bestehen, das parallel zu einer Diode geschaltet ist, um eine Wechselspannung, die in jeder der Phasenwicklungen der rotierenden elektrischen Maschine induziert wird, gleichzurichten, einen Einschaltzeitpunkt-Einstellungsabschnitt zum Einstellen eines Einschaltzeitpunkts für jedes einzelne Schaltelement, einen Ausschaltzeitpunkt-Einstellungsabschnitt zum Einstellen eines Ausschaltzeitpunkts für jedes einzelne Schaltelement, so dass, wenn ein Zeitraum ab Erreichen eines ersten Schwellenwerts durch eine Phasenspannung der Phasenwicklung bis zum Erreichen eines zweiten, vom ersten Schwellenwert verschiedenen Schwellenwerts durch die Phasenspannung als Leitungsperiode bezeichnet wird, ein Zeitraum im elektrischen Winkel ab Abschalten des Schaltelements bis zum Ende der Leitungsperiode dem angestrebten elektrischen Winkel gleich ist, der abhängig von der Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine eingestellt wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-213973 , eingereicht am 24. September 2010, deren Inhalt in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
TECHNISCHER HINTERGRUND
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in Fahrzeugen, die in ein Fahrzeug, beispielsweise einen PKW oder einen LKW, eingebaut ist.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Das Ausstatten eines Fahrzeuggenerators mit einer Leistungswandlungsvorrichtung, die einen Leistungswandlungsabschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltelementen aufweist, um die Ausgangsspannung des Fahrzeuggenerators gleichzurichten, ist bekannt. Siehe z. B. das japanische Patent Nr. 4275704 . Die in diesem Patent beschriebene Leistungswandlungsvorrichtung ist so gestaltet, dass jedes ihrer Schaltelemente derart gesteuert wird, dass der Diodenleitungszustand endet, nachdem eine vorgegebene AUS-Gewährleistungszeit ab einem Zeitpunkt, zu dem das Schaltelement ausgeschaltet wird, vergangen ist, so dass verhindert wird, dass ein Strom aus einer Fahrzeugbatterie zur Ankerwicklung des Fahrzeuggenerators fließt.
Jedoch hat die im oben genannten Patent beschriebene Leistungswandlungsvorrichtung den Nachteil, dass sie wegen der Sicherstellung der AUS-Zeit bzw. der AUS-Gewährleistungszeit einen großen Verlust zeigt, was zu einer Herabsetzung des Wirkungsgrades der Leistungserzeugung führt, Der Verlust während der AUS-Gewährleistungszeit, in der ein Strom durch die Diode fließt, ist größer als während eines Zeitraums, in dem ein Strom durch das eingeschaltete Schaltelement fließt. Um den Verlust zu verringern, wird vorzugsweise die AUS-Gewährleistungszeit verkürzt. Wenn die AUS-Gewährleistungszeit jedoch zu stark verkürzt wird, kann es passieren, dass ein Zeitpunkt, zu dem das Schaltelement ausgeschaltet wird, später liegt als ein Zeitpunkt, zu dem der Diodenleitungszustand endet.
KURZDARSTELLUNG
Das vorliegende Ausführungsbeispiel bildet eine rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in Fahrzeugen aus, die aufweist:
einen Schaltabschnitt, der eine Mehrzahl oberer und unterer Arme aufweist, die jeweils aus einem Schaltelement bestehen, das parallel mit einer Diode geschaltet ist und mit einer Entsprechenden aus einer Mehrzahl von Phasenwicklungen einer Ankerwicklung der rotierenden elektrischen Maschine derart verbunden ist, dass eine Brückenschaltung gebildet wird, die eine Wechselspannung gleichrichtet, die in jeder einzelnen Phasenwicklung induziert wird;
einen Einschaltzeitpunkt-Einstellungsabschnitt, um einen Einschaltzeitpunkt für jedes der Schaltelemente einzustellen;
einen Drehzahl-Berechnungsabschnitt, um eine Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine zu berechnen;
einen Einstellungsabschnitt für einen angestrebten elektrischen Winkel (elektrischer Ziel- oder Sollwinkel), der dafür ausgelegt ist, einen Wert für einen angestrebten elektrischen Winkel gemäß der vom Drehzahl-Berechnungsabschnitt berechneten Drehzahl für jeden der oberen und unteren Arme einzustellen, wobei der angestrebte elektrische Winkel einen als elektrischer Winkel ausgedrückten Zeitraum ab Ausschalten des Schaltelements bis zum Ende einer Leitungsperiode darstellt, wobei die Leitungsperiode einen Zeitraum ab Erreichen eines ersten Schwellenwerts durch eine Phasenspannung der Phasenwicklung bis zum Erreichen eines zweiten Schwellenwerts, der sich vom ersten Schwellenwert unterscheidet, durch die Phasenspannung darstellt;
einen Ausschaltzeitpunkt-Einstellungsabschnitt, der einen Ausschaltzeitpunkt jedes der Schaltelemente derart einstellt, dass der Zeitraum über einem elektrischen Winkel ab Ausschalten des Schaltelements bis zum Ende der Leitungsperiode dem Wert des angestrebten elektrischen Winkels gleich ist; und
einen Schaltelement-Treiberabschnitt, um jedes der Schaltelemente gemäß dem vom Einschaltzeitpunkt-Einstellungsabschnitt eingestellten Einschaltzeitpunkt und dem vom Ausschaltzeitpunkt-Einstellungsabschnitt eingestellten Ausschaltzeitpunkt anzusteuern.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug geschaffen, die in der Lage ist, einen Zeitraum zu verkürzen, über den ein Strom durch eine Diode fließt, die parallel zu einem Schaltelement für jeden oberen und unteren Arm geschaltet ist, wodurch eine Brückenschaltung ausgebildet ist, um eine Wechselspannung gleichzurichten, die an den einzelnen Phasenwicklungen einer rotierenden elektrischen Maschine erzeugt wird, um dadurch einen Gleichrichtungsverlust zu verringern und den Wirkungsgrad einer Leistungserzeugung zu verbessern.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung sowie aus den Zeichnungen und Ansprüchen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den beigefügten Zeichnungen sind:
1 eine Skizze, die den Aufbau eines Fahrzeuggenerators einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2 eine Skizze, die den Aufbau eines Gleichrichtermoduls zeigt, das in dem in 1 dargestellten Fahrzeuggenerator enthalten ist;
3 eine Skizze, die den Aufbau einer Steuerschaltung darstellt, die in dem in 2 dargestellten Gleichrichtermodul enthalten ist;
4 eine Skizze, die ein Beispiel für einen Spannungsvergleich durch einen V_DS-Erfassungsabschnitt des oberen MOS zeigt, der in der Steuerschaltung enthalten ist;
5 eine Skizze, die ein Beispiel für einen Spannungsvergleich durch einen V_DS-Erfassungsabschnitt des tiefen MOS zeigt, der in der Steuerschaltung enthalten ist;
6 eine Skizze, die Einzelheiten des Aufbaus eines Steuerabschnitts, der in der Steuerschaltung enthalten ist, zeigt;
7 ein Zeitschema einer Synchronsteuerung, die vom Steuerabschnitt durchgeführt wird;
8 eine Skizze, die ein Beispiel für eine Änderung des elektrischen Winkels von der Länge einer Einschaltperiode von im Gleichrichtermodul enthaltenen oberen und unteren Armen (MOS-Transistoren) zeigt, wenn das Fahrzeug stark beschleunigt;
9 eine Skizze, die ein Beispiel für eine Änderung des elektrischen Winkels der Länge einer Einschaltperiode der oberen und unteren Arme zeigt, wenn sich die Drehzahl des Verbrennungsmotors ändert;
10 eine Skizze, die ein Beispiel für eine Änderung des elektrischen Winkels der Länge einer Einschaltperiode der oberen und unteren Arme zeigt, wenn eine elektrische Last sich rasch ändert;
11 eine Skizze, die ein Beispiel für eine Änderung des elektrischen Winkels der Länge einer Einschaltperiode der oberen und unteren Arme zeigt, wenn Treiber, die in der Steuerschaltung enthalten sind, eine Ausschaltverzögerung aufweisen;
12 eine Skizze, die ein Beispiel für eine Änderung des elektrischen Winkels der Länge einer Einschaltperiode der oberen und unteren Arme wegen einer Kombination mehrerer Faktoren zeigt; und
13 eine Skizze, die den Aufbau einer Modifikation des Gleichrichtermoduls zeigt; und
14 eine Skizze, die den Aufbau einer Modifikation der Steuerschaltung zeigt.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 ist eine Skizze, die den Aufbau eines Fahrzeuggenerators 1 als einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Der Generator 1 weist zwei Statorwicklungen (Ankerwicklungen) 2 und 3, eine Feldwicklung 4, zwei Gleichrichtermodulgruppen 5 und 6 und eine Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 auf. Die beiden Gleichrichtermodulgruppen 5 und 6 stellen einen Schaltabschnitt dar.
Die Statorwicklung 2 ist als Mehrphasenwicklung (in dieser Ausführungsform als Dreiphasenwicklung, die X-Phasen-, Y-Phasen- und Z-Phasenwicklungen aufweist) um einen (nicht dargestellten) Statorkern gewickelt. Die Statorwicklung 3 ist als Mehrphasenwicklung (in dieser Ausführungsform als Dreiphasenwicklung, die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwicklungen aufweist) um den Statorkern gewickelt. Die Statorwicklungen 2 und 3 sind so auf dem Statorkern angeordnet, dass sie um einen elektrischen Winkel von 30 Grad zueinander versetzt sind. Die beiden Statorwicklungen 2 und 3 und der Statorkern stellen bilden einen Stator.
Die Feldwicklung 4 ist um Feldpole gewickelt, die einander gegenüber angeordnet sind, um einen Rotor innerhalb des Statorkerns zu bilden. Durch einen Strom, der zur Feldwicklung 4 fließt, werden die Feldpole magnetisiert. Eine Wechselspannung wird in jeder der Statorwicklungen 2 und 3 abhängig vom Drehfeld, das von den magnetisierten Feldpolen erzeugt wird, in den einzelnen Statorwicklungen induziert.
Die Gleichrichtermodulgruppe 5 ist mit der Statorwicklung 2 derart verbunden, dass eine dreiphasige Vollwellen-Gleichrichterschaltung (Brückenschaltung) gebildet wird zum Umwandeln der Wechselspannung, die in der Statorwicklung 2 induziert wird, in eine Gleichspannung. Die Gleichrichtermodulgruppe 5 weist Gleichrichtermodule 5X, 5Y und 5Z auf, die den drei Phasen der Statorwicklung 2 entsprechen. Das Gleichrichtermodul 5X ist mit der X-Phasenwicklung der Statorwicklung 2 verbunden. 5Y ist mit der Y-Phasenwicklung der Statorwicklung 2 verbunden. Das Gleichrichtermodul 5Z ist mit der Z-Phasenwicklung der Statorwicklung 2 verbunden.
Die Gleichrichtermodulgruppe 6 ist mit der Statorwicklung 3 derart verbunden, dass eine dreiphasige Vollwellen-Gleichrichterschaltung (Brückenschaltung) gebildet wird zum Umwandeln der Wechselspannung, die in der Statorwicklung 3 induziert wird, in Gleichspannung. Die Gleichrichtermodulgruppe 6 weist Gleichrichtermodule 6U, 6V und 6W auf, die den drei Phasen der Statorwicklung 3 entsprechen. Das Gleichrichtermodul 6U ist mit der U-Phasenwicklung der Statorwicklung 3 verbunden. Das Gleichrichtermodul 6V ist mit der V-Phasenwicklung der Statorwicklung 3 verbunden. Das Gleichrichtermodul 6W ist mit der W-Phasenwicklung der Statorwicklung 3 verbunden.
Die Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7, die zur Steuerung des Erregungsstroms da ist, der durch einen F-Anschluss zur Feldwicklung 4 fließt, steuert bzw. regelt die Ausgangsspannung V_B des Fahrzeuggenerators 1 (oder die Ausgangsspannung der einzelnen Gleichrichtermodule) auf eine Regelspannung V_reg. Beispielsweise arbeitet die Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 so, dass sie die Zufuhr des Feldstroms zur Feldwicklung 4 unterbricht, wenn die Ausgangsspannung V_B die Regelspannung V_reg überschreitet, und nimmt die Zufuhr des Feldstroms zur Feldwicklung 4 wieder auf, wenn die Ausgangsspannung V_B unter die Regelspannung V_reg sinkt. Die Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 ist über einen Kommunikationsanschluss L und eine Kommunikationsleitung mit einer externen ECU 8 verbunden, um eine serielle Zweiwegekommunikation mit der ECU 8 durchzuführen, um Kommunikationsmeldungen auszutauschen.
Nun wird der Aufbau des Gleichrichtermoduls 5X mit Bezug auf 2 im Einzelnen erläutert.
Die Gleichrichtermodule 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W sind genauso aufgebaut wie das Gleichrichtermodul 5X. Wie in 2 dargestellt, weist das Gleichrichtermodul 5X zwei MOS-Transistoren 50 und 51 sowie eine Steuerschaltung 54 auf. Der MOS-Transistor 50, der als oberer Arm (als hochseitiges Schaltelement) dient, ist an seinem Source mit der X-Phasenwicklung der Statorwicklung 2 verbunden und ist an seinem Drain über eine Ladeleitung 12 mit elektrischen Verbrauchern 10 und dem positiven Anschluss einer Batterie 9 verbunden. Der MOS-Transistor 51, der als unterer Arm (tiefseitiges Schaltelement) dient, ist an seinem Drain mit der X-Phasenwicklung der Statorwicklung 2 verbunden und ist an seinem Source mit dem negativen Anschluss der Batterie 9 (Masse) verbunden. Die serielle Schaltung der beiden MOS-Transistoren 50 und 51 ist über die positiven und negativen Anschlüsse der Batterie 9 hinweg verbunden, und die X-Phasenwicklung ist mit dem Verbindungsknoten der beiden MOS-Transistoren 50 und 51 verbunden. Eine Diode ist parallel mit dem Source-Drain-Weg jedes der MOS-Transistoren 50 und 51 verbunden. Diese Dioden werden von parasitischen Dioden (Body-Dioden) der MOS-Transistoren 50 und 51 verwirklicht. Jedoch können auch noch diskrete Dioden jeweils parallel mit den Source-Drain-Wegen der MOS-Transistoren 50 und 51 geschaltet sein. Zumindest einer der oberen und unteren Arme kann aus einem anderen Schaltelement als einem MOS-Transistor bestehen.
3 ist eine Skizze, die den Aufbau der Steuerschaltung 54 darstellt. Wie in 3 dargestellt, weist die Steuerschaltung 54 einen Steuerabschnitt 100, eine Leistungsversorgungsleitung 160, einen Ausgangsspannungs-Erfassungsabschnitt 110, einen V_DS-Erfassungsabschnitt 120 für den oberen MOS, einen V_DS-Erfassungsabschnitt 130 für den tiefen MOS, einen Temperaturmessungsabschnitt 150 und Treiber 170 und 172 auf.
Die Leistungsversorgung 160 wird zu einem Zeitpunkt, zu dem die Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 den Erregungsstrom zur Feldwicklung 4 liefert, aktiviert, um den Betrieb aufzunehmen, und wird zu einem Zeitpunkt, zu dem die Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 die Zufuhr des Erregungsstroms zur Feldwicklung 4 unterbricht, deaktiviert. Die Aktivierung und Deaktivierung der Leistungsversorgung 160 wird gemäß einem Befehl durchgeführt, der vom Steuerabschnitt 100 ausgegeben wird.
Der Treiber 170, der mit dem Gate des hochseitigen MOS-Transistors 50 an seinem Ausgangsanschluss G1 verbunden ist, erzeugt ein Ansteuerungssignal, um den MOS-Transistor 50 ein- und auszuschalten. Der Treiber 172, der mit dem Gate des unteren MOS-Transistors 51 an seinem Ausgangsanschluss G2 verbunden ist, erzeugt ein Ansteuerungssignal, um den MOS-Transistor 51 ein- und auszuschalten.
Der Ausgangsspannungs-Erfassungsabschnitt 110 besteht aus einem Differentialverstärker und einem A/D-Wandler zum Umwandeln der Ausgabe vom Differentialverstärker in digitale Daten, welche die Spannung des Ausgangsanschlusses (B-Anschlusses) des Generators 1 (oder des Gleichrichtermoduls 5X) anzeigen. Der A/D-Wandler kann im Steuerabschnitt 100 angeordnet sein.
Der V_DS-Erfassungsabschnitt 120 für den oberen MOS erfasst die Drain/Source-Spannung V_DS des hochseitigen MOS-Transistors 50, vergleicht die erfasste Drain/Source-Spannung V_DS mit einem vorgegebenen Schwellenwert und gibt ein Signal, welches das Vergleichsergebnis anzeigt, aus.
4 ist eine Skizze, die ein Beispiel für den Spannungsvergleich durch den V_DS-Erfassungsabschnitt 120 für den oberen MOS zeigt. In 4 stellt die horizontale Achse die Drain/Source-Spannung V_DS mit Bezug auf die Ausgangsspannung V_B auf der Drain-Seite dar, und die vertikale Achse stellt den Spannungspegel des Signals dar, das vom V_DS-Erfassungsabschnitt 120 für den oberen MOS ausgegeben wird. Wenn die Phasenspannung V_P die Ausgangsspannung V_B um mehr als 0,3 V übersteigt, wie in 4 dargestellt, ändert sich das Ausgangssignal des V_DS-Erfassungsabschnitts 120 für den oberen MOS vorn niedrigen Pegel (0 V) in den hohen Pegel (5 V), da die Spannung V_DS über 0,3 V steigt. Wenn danach die Phasenspannung V_P um mehr als 1,0 V unter die Ausgangsspannung V_B sinkt, ändert sich das Ausgangssignal des V_DS-Erfassungsabschnitts 120 für den oberen MOS vom belief Pegel in den tiefen Pegel, da die Spannung V_DS unter –0,1 V sinkt.
In dieser Ausführungsform ist die Spannung V10, die um 0,3 V höher ist als die Ausgangsspannung V_B (siehe 7) als eine erste Schwellenspannung eingestellt. Die erste Schwellenspannung, die dazu dient, den Beginn einer Diodenleitungsperiode zuverlässig zu erfassen, ist auf eine Spannung eingestellt, die höher ist als die Ausgangsspannung V_B plus die Drain/Source-Spannung V_DS des MOS-Transistors 50 im eingeschalteten Zustand, und niedriger als die Ausgangsspannung V_B plus die Vorwärts- oder Durchlassspannung V_F der Diode, die parallel zum MOS-Transistor 50 geschaltet ist. Ferner ist die Spannung V20, die um 1,0 V niedriger ist als die Ausgangsspannung VB (siehe 7) als zweite Schwellenspannung verwendet. Die zweite Schwellenspannung, die dazu dient, das Ende der Diodenleitungsperiode zuverlässig zu erfassen, ist auf eine Spannung eingestellt, die niedriger ist als die Ausgangsspannung V_B. Hierbei wird ein Zeitraum ab Erreichen der ersten Schwellenspannung durch die Phasenspannung V_P bis zum Erreichen der zweiten Schwellenspannung durch die Phasenspannung V_P als „Einschaltperiode” des oberen Arms bezeichnet. Die Einschaltperiode unterscheidet sich in ihrem Anfangszeitpunkt und Endzeitpunkt von der Diodenleitungsperiode, während der ein Strom tatsächlich durch die Diode fließt, wenn der MOS-Transistor 50 ausgeschaltet ist. Jedoch wird die Synchronsteuerung, die noch beschrieben wird, auf Basis dieser Einschaltperiode durchgeführt.
Der V_DS-Erfassungsabschnitt 130 für den tiefen MOS erfasst die Drain/Source-Spannung des tiefseitigen bzw. unteren MOS-Transistors 51, vergleicht die erfasste Drain/Source-Spannung mit einem vorgegebenen Schwellenwert und gibt ein Signal, welches das Vergleichsergebnis anzeigt, aus.
5 ist eine Skizze, die ein Beispiel für den Spannungsvergleich durch den V_DS-Erfassungsabschnitt 130 für den tiefen MOS zeigt. in 5 stellt die horizontale Achse die Drain/Source-Spannung V_DS in Bezug auf die Massenspannung V_GND dar, die der Spannung des negativen Batterieanschlusses gleich ist, und die vertikale Achse stellt den Spannungspegel des Signals dar, das vom V_DS-Erfassungsabschnitt 130 für den tiefen MOS ausgegeben wird. Wenn die Phasenspannung V_P um mehr als –0,3 V unter die Massenspannung V_GND sinkt, wie in 5 dargestellt, ändert sich das Ausgangssignal des V_DS-Erfassungsabschnitts 130 für den tiefen MOS vom schwachen Pegel (0 V) in den starken Pegel (5 V), da die Spannung V_DS unter –0,3 V sinkt. Wenn danach die Phasenspannung V_P um mehr als 1,0 V über die Massenspannung V_GND steigt, ändert sich das Ausgangssignal vom V_DS-Erfassungsabschnitt 130 für den tiefen MOS vom hohen Pegel in den niedrigen Pegel.
In dieser Ausführungsform wird die Spannung V11, die um 0,3 V niedriger ist als die Massenspannung V_GND (siehe 7) als eine erste Schwellenspannung eingestellt. Die erste Schwellenspannung, die dazu dient, den Beginn einer Diodenleitungsperiode zuverlässig zu erfassen, wird auf eine Spannung unterhalb der Massenspannung V_GND minus der Drain/Source-Spannung V_DS des eingeschalteten MOS-Transistors 51 und oberhalb der Massenspannung V_GND minus der Vorwärtsspannung V_F der Diode, die parallel zum MOS-Transistor 51 geschaltet ist, eingestellt. Ferner wird die Spannung V21, die um 1,0 V höher ist als die Ausgangsspannung V_B (siehe 8) als eine zweite Schwellenspannung verwendet. Die zweite Schwellenspannung, die dazu dient, das Ende einer Diodenleitungsperiode zuverlässig zu erfassen, ist auf eine Spannung eingestellt, die höher ist als die Massenspannung V_GND. Hier wird ein Zeitraum ab Erreichen der ersten Schwellenspannung durch die Phasenspannung V_P bis zum Erreichen des zweiten Schwellenwerts durch die Phasenspannung V_P als „Einschaltperiode” bezeichnet. Die Einschaltperiode unterscheidet sich in Bezug auf Startzeitpunkt und Endzeitpunkt von der Diodenleitungsperiode, wenn der MOS-Transistor 51 ausgeschaltet ist. Jedoch wird die noch zu beschreibende Synchronsteuerung auf Basis dieser Einschaltperiode durchgeführt.
Der Temperaturmessungsabschnitt 150 besteht aus einer Diode, die in der Nähe der MOS-Transistoren 50 und 51 oder des Steuerabschnitts 100 angeordnet ist, und einem A/D-Wandler zum Umwandeln der Vorwärtsspannung der Diode in digitale Daten. Da die Vorwärtsspannung der Diode temperaturabhängig ist, ist es möglich, die Temperatur in der Nähe der MOS-Transistoren 50 und 51 oder des Steuerabschnitts 100 auf Basis der Vorwärtsspannung zu bestimmen. Der A/D-Wandler oder der gesamte Temperaturmessungsabschnitt 150 kann innerhalb des Steuerabschnitts 100 angeordnet sein.
Der Steuerabschnitt 100 ist so gestaltet, dass er den Zeitpunkt für den Beginn einer synchronen Gleichrichtung bestimmt, die Einschalt-/Ausschaltzeitpunkte der MOS-Transistoren 50 und 51 für die Durchführung der synchronen Gleichrichtung einstellt, die Treiber 170 und 172 gemäß den Einschalt-/Ausschaltzeitpunkten der MOS-Transistoren 50 und 51 ansteuert, den Zeitpunkt zum Wechseln in den Lastabfallschutzbetrieb bestimmt und den Schutzbetrieb durchführt.
6 ist eine Skizze, die den Aufbau des Steuerabschnitts 100 im Einzelnen zeigt. Wie in 6 dargestellt, weist der Steuerabschnitt 100 einen Drehzahl-Berechnungsabschnitt 101, einen Synchronsteuerungsstart-Bestimmungsabschnitt 102, einen Bestimmungsabschnitt 103 für den Einschaltzeitpunkt des oberen MOS, einen Bestimmungsabschnitt 104 für den Einschaltzeitpunkt des tiefen MOS, einen Einstellungsabschnitt 105 für den angestrebten elektrischen Winkel, einen Berechnungsabschnitt 106 für einer T_FB-Zeit des oberen MOS, einen Berechnungsabschnitt 109 für einen Ausschaltzeitpunkt des tiefen MOS, einen Lastabfall-Bestimmungsabschnitt 111 und einen Bestimmungsabschnitt 112 für die Aktivierung/Deaktivierung der Leistungsversorgung auf. Die genannten Komponenten werden durch Betriebsprogramme implementiert, die in einem Speicher hinterlegt sind und die von einer CPU synchron mit einem Taktsignal gelesen und ausgeführt werden, das von einer Takterzeugungsschaltung erzeugt wird.
Nun wird der Betrieb des Gleichrichtermoduls 5X mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert.
(1) Bestimmung der Aktivierung/Deaktivierung der Leistungsversorgung:
Der Bestimmungsabschnitt 112 für die Aktivierung/Deaktivierung der Leistungsversorgung überwacht ein PWM-Signal (einen Erregungsstrom), das (der) durch den F-Anschluss der Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 zur Feldwicklung 4 geliefert wird, und befiehlt den Start der Leistungsversorgung 160, wenn das PWM-Signal für mehr als 30 Mikrosekunden kontinuierlich ausgegeben wird, und deren Unterbrechung, wenn das PWM-Signal für mehr als 1 Sekunde kontinuierlich unterbrochen ist. Da das Gleichrichtermodul 5X seinen Betrieb aufnimmt, wenn die Zufuhr des Erregungsstroms zur Feldwicklung 4 beginnt, und seinen Betrieb einstellt, wenn die Zufuhr des Erregungsstroms unterbrochen wird, das heißt, da das Gleichrichtermodul 5X nur dann in Betrieb ist, wenn der Fahrzeuggenerator 1 Leistung erzeugt, kann ein unnötiger Verbrauch von elektrischer Leistung vermieden werden.
(2) Synchronsteuerungsbetrieb:
7 ist ein Zeitschema der synchronen Gleichrichtungssteuerung, die vom Steuerabschnitt 100 durchgeführt wird. In 7 stellt „EINSCHALTPERIODE DES OBEREN ARMS” das Ausgangssignal des V_DS-Erfassungsabschnitts 120 des oberen MOS dar, stellt „EINSCHALTPERIODE DES HOHEN MOS” den Einschalt-/Ausschaltzeitpunkt des hochseitigen MOS-Transistors 50 dar, stellt „EINSCHALTPERIODE DES UNTEREN ARMS” das Ausgangssignal des V_DS-Erfassungsabschnitts 130 des tiefen MOS dar, und stellt „EINSCHALTPERIODE DES UNTEREN MOS” den Einschalt-/Ausschaltzeitpunkt des unteren MOS-Transistors 51 dar.
Der Bestimmungsabschnitt 103 für den Einschaltzeitpunkt des oberen MOS überwacht das Ausgangssignal (die Einschaltperiode des oberen Arms) des V_DS-Erfassungsabschnitts 120 des oberen MOS, bestimmt einen Anstieg dieses Ausgangssignals von einem tiefen Pegel auf einen hohen Pegel als einen Einschaltzeitpunkt des hochseitigen MOS-Transistors 50 und schickt im selben Augenblick einen Einschaltbefehl an den Treiber 170. Der Treiber 170 schaltet den MOS-Transistor 50 gemäß diesem Einschaltbefehl ein.
Der Berechnungsabschnitt 107 für den Ausschaltzeitpunkt des oberen MOS bestimmt einen Zeitpunkt nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit ab dem Einschalten des MOS-Transistors 50 als Ausschaltzeitpunkt des MOS-Transistors, und gibt im selben Augenblick einen Ausschaltbefehl aus. Der Treiber 170 schaltet den MOS-Transistor 50 gemäß diesem Ausschaltbefehl aus.
Die oben genannte vorgegebene Zeit wird jederzeit variabel so eingestellt, dass der Ausschaltzeitpunkt um einen elektrischen Sollwinkel früher liegt als der Zeitpunkt, zu dem die Einschaltperiode des oberen Arms endet (der Zeitpunkt, zu dem das Ausgangssignal des V_DS-Erfassungsabschnitts 120 für den oberen MOS vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel sinkt).
Der angestrebte elektrische Winkel ist ein Sicherheitsabstand, um zu gewährleisten, dass der Ausschaltzeitpunkt des MOS-Transistors 50 nicht später liegt als der Endzeitpunkt einer Diodenleitungsperiode, wenn eine Diodengleichrichtung durchgeführt wird, während der MOS-Transistor 50 ausgeschaltet bleibt. Der Einstellungsabschnitt 105 für den angestrebten elektrischen Winkel stellt den angestrebten elektrischen Winkel abhängig von der Drehzahl ein, die vom Drehzahl-Berechnungsabschnitt 101 berechnet wird. Der angestrebte elektrische Winkel wird in einem niedrigen Drehzahlbereich und einem hohen Drehzahlbereich auf einen größeren Wert eingestellt, und in einem mittleren Drehzahlbereich auf einen kleineren Wert eingestellt, wie noch zu beschreiben ist.
Der Drehzahl-Berechnungsabschnitt 101 berechnet die Drehzahl auf Basis einer Anstiegsperiode oder einer Abfallperiode des Ausgangssignals vom V_DS-Erfassungsabschnitt 130 für den tiefen MOS. Durch die Verwendung des Ausgangssignals des V_DS-Erfassungsabschnitts des tiefen MOS kann die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1 unabhängig von einer Änderung der Ausgangsspannung V_B des Fahrzeuggenerators zuverlässig berechnet werden.
Ebenso überwacht der Einschaltzeit-Bestimmungsabschnitt 104 für den tiefen MOS das Ausgangssignal (die Einschaltperiode des unteren Arms) des V_DS-Erfassungsabschnitts 130 des tiefen MOS, bestimmt einen Anstieg vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel des Ausgangssignals als Einschaltzeitpunkt für den unteren MOS-Transistor 51 und schickt im selben Augenblick einen Befehl an den Treiber 172. Der Treiber 172 schaltet den MOS-Transistor 51 gemäß diesem Einschaltbefehl aus.
Der Berechnungsabschnitt 109 für den Ausschaltzeitpunkt des tiefen MOS bestimmt den Zeitpunkt nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit ab dem Ausschalten des MOS-Transistors 51 als Ausschaltzeitpunkt und gibt im selben Augenblick einen Ausschaltbefehl aus. Der Treiber 172 schaltet den MOS-Transistor 51 gemäß diesem Ausschaltbefehl aus.
Die oben genannte vorgegebene Zeit wird jederzeit variabel so eingestellt, dass der Ausschaltzeitpunkt um einen angestrebten elektrischen Winkel früher liegt als der Zeitpunkt, zu dem die Einschaltperiode des unteren Arms endet (der Zeitpunkt, zu dem das Ausgangssignal des VDS-Erfassungsabschnitts 130 für den tiefen MOS vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel sinkt).
Der angestrebte elektrische Winkel ist ein Sicherheitsabstand, der gewährleisten soll, dass der Ausschaltzeitpunkt des MOS-Transistors 51 nicht später liegt als der Endzeitpunkt einer Diodenleitungsperiode, wenn eine Diodengleichrichtung durchgeführt wird, bei der die Gleichrichtung unter Verwendung der Diode durchgeführt wird, während der MOS-Transistor 51 ausgeschaltet bleibt.
Da der Endzeitpunkt der Einschaltperiode des oberen oder unteren Arms im Moment des Abschaltens des MOS-Transistors 50 oder 51 in der Tat nicht bekannt ist, erhöhen der Berechnungsabschnitt 107 für den Ausschaltzeitpunkt des oberen MOS und der Berechnungsabschnitt 109 für den Ausschaltzeitpunkt des tiefen MOS die Genauigkeit der Einstellung der Ausschaltzeitpunkte der MOS-Transistoren 50 und 51 durch Rückmelden von Daten, die einen halben Zyklus früher erhalten werden können.
Beispielsweise wird der Ausschaltzeitpunkt des hochseitigen MOS-Transistors 50 auf die folgende Weise eingestellt. Der T_FB-Zeitberechnungsabschnitt 108 für den tiefen MOS berechnet die Zeit T_FB2 (siehe 8) ab dem Augenblick, zu dem der untere MOS-Transistor 51 einen halben Zyklus zuvor abgeschaltet worden ist, bis zu dem Augenblick, zu dem die Einschaltperiode des unteren Arms geendet hat, und der Berechnungsabschnitt 107 für den Ausschaltzeitpunkt des unteren MOS berechnet einen Zeitunterschied ΔT durch Durchschneiden der Zeit T_FB2 mit dem angestrebten elektrischen Winkel. Wenn die Drehzahl stabil ist, ist der Zeitunterschied ΔT 0, da die Zeit T_FB2 dem angestrebten elektrischen Winkel gleich ist. Jedoch ist der Zeitunterschied ΔT aus verschiedenen Gründen wahrscheinlich nicht 0, unter anderem wegen (A) einer Änderung der Drehzahl wegen einer Beschleunigung oder Verlangsamung des Fahrzeugs, (B) einer Pulsation der Motordrehzahl, (C) einer Änderung der elektrischen Last, (D) einer Änderung der Periode eines Betriebstakts, der verwendet wird, damit die CPU Programme ausführt, um die verschiedenen Funktionen des Steuerabschnitts 100 auszuführen, und (E) einer Ausschaltverzögerung ab Ausgabe des Befehls zum Abschalten des MOS-Transistors 50 oder 51 an den Treiber 170 oder 172 bis zum tatsächlichen Abschalten des MOS-Transistors 50 oder 51.
Demgemäß korrigiert der Berechnungsabschnitt 107 für den Ausschaltzeitpunkt des oberen MOS die Einschaltperiode des tiefen MOS, die vom Berechnungsabschnitt 109 für den Ausschaltzeitpunkt des tiefen MOS einen halben Zyklus zuvor verwendet worden ist, auf Basis des Zeitunterschieds ΔT beim Einstellen der Einschaltperiode des oberen MOS, um den Ausschaltzeitpunkt des MOS-Transistors 50 zu bestimmen. Genauer wird die Einschaltperiode des oberen MOS gemäß dem folgenden Ausdruck eingestellt, wobei α ein Korrekturkoeffizient ist. Einschaltperiode des oberen MOS = Einschaltperiode des tiefen MOS einen halben Zyklus vorher + ΔT × α.
Ebenso wird der Ausschaltzeitpunkt des unteren MOS-Transistors 51 auf die folgende Weise eingestellt. Der T_FB-Zeitberechnungsabschnitt 106 für den oberen MOS berechnet die Zeit T_FBI (siehe 8) ab dem Augenblick, zu dem der hochseitige MOS-Transistor 50 einen halben Zyklus zuvor ausgeschaltet worden ist, bis zu dem Augenblick, zu dem die Einschaltperiode des oberen Arms endet, und der Berechnungsabschnitt 109 für den Ausschaltzeitpunkt des tiefen MOS berechnet einen Zeitunterschied ΔT durch Durchschneiden der Zeit T_FBI mit dem angestrebten elektrischen Winkel. Der Berechnungsabschnitt 109 für den Ausschaltzeitpunkt des tiefen MOS korrigiert die Einschaltperiode des oberen MOS, die vom Berechnungsabschnitt 107 für den Ausschaltzeitpunkt des oberen MOS einen halben Zyklus zuvor verwendet worden ist, auf Basis des Zeitunterschieds ΔT beim Einstellen der Einschaltperiode des tiefen MOS, um den Ausschaltzeitpunkt des MOS-Transistors 51 zu bestimmen. Genauer wird die Einschaltperiode des tiefen MOS gemäß dem folgenden Ausdruck eingestellt, wobei α ein Korrekturkoeffizient ist. Einschaltperiode des tiefen MOS = Einschaltperiode des oberen MOS einen halben Zyklus zuvor + ΔT × α.
Auf die oben beschriebene Weise werden der hochseitige MOS-Transistor 50 und der untere MOS-Transistor 51 in der gleichen Periode, in welcher die Diodengleichrichtung stattfindet, abwechselnd ein- und ausgeschaltet, um die verlustarme Gleichrichtung unter Verwendung der MOS-Transistoren 50 und 51 durchzuführen.
(3) Verfahren zum Einstellen des angestrebten elektrischen Winkels:
Nun wird ein Verfahren zum Einstellen des angestrebten elektrischen Winkels erläutert. Der angestrebte elektrische Winkel wird auf einen Wert eingestellt, der von der Drehzahl abhängt, da der Wert für den angestrebten elektrischen Winkel, der mindestens nötig ist, um die Synchronsteuerung so durchführen zu können, dass der Ausschaltzeitpunkt jedes der MOS-Transistoren 50 und 51 nicht später liegt als der Zeitpunkt, zu dem die Einschaltperiode des oberen Arms oder des unteren Arms endet, von der Drehzahl abhängt. Genauer wird der angestrebte elektrische Winkel abhängig von der Drehzahl variabel eingestellt, da der Zeitunterschied ΔT abhängig von verschiedenen Gründen wahrscheinlich nicht gleich 0 sein wird, unter anderem wegen (A) einer Änderung der Drehzahl aufgrund einer Beschleunigung oder Verlangsamung des Fahrzeugs, (B) einer Pulsation der Motordrehzahl, (C) einer Änderung der elektrischen Last, (D) einer Variation der Periode eines Betriebstakts, der von der CPU verwendet wird, um Programme auszuführen, mit denen die verschiedenen Funktionen des Steuerabschnitts 100 umgesetzt werden, und (E) einer Ausschaltverzögerung ab Ausgabe des Befehls zum Ausschalten des MOS-Transistors 50 oder 51 an den Treiber 170 oder 172 bis zum tatsächlichen Abschalten des MOS-Transistors 50 oder 51, wie oben beschrieben.
8 zeigt ein Beispiel für die Änderung des elektrischen Winkels von der Länge der Einschaltperiode des oberen Arms und der Einschaltperiode des unteren Arms, wenn das Fahrzeug stark beschleunigt wird, das heißt, wenn die Drehzahl schnell zunimmt (was dem oben genannten Fall (A) entspricht). In 8 stellt die horizontale Achse die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1 dar, und die vertikale Achse stellt eine Änderung des elektrischen Winkels von der Länge der Einschaltperiode des oberen Arms und der Einschaltperiode des unteren Arms dar, wenn die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1 in einer Sekunde von 2000 UpM auf 6000 UpM steigt. In 8 zeigt die durchgezogene Linie einen Fall, wo der Fahrzeuggenerator 1 einen 8-poligen Rotor aufweist, und die gepunktete Linie zeigt einen Fall, wo der Fahrzeuggenerator 1 einen 6-poligen Rotor aufweist.
Wie in 8 dargestellt, wird die Änderung der Einschaltperiode, die als elektrischer Winkel ausgedrückt wird, mit abnehmender Drehzahl größer und wird mit zunehmender Drehzahl kleiner. Somit muss der angestrebte elektrische Winkel auf einen größeren Wert eingestellt werden, wenn die Drehzahl niedriger ist, und auf einen kleineren Wert, wenn die Drehzahl höher ist.
9 ist ein Schema, das ein Beispiel für die Änderung des elektrischen Winkels von der Länge der Einschaltperiode des oberen Arms und der Einschaltperiode des unteren Arms zeigt, wenn die Motordrehzahl sich ändert (was dem oben genannten Fall (B) entspricht). In 9 stellt die horizontale Achse die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1 dar, und die vertikale Achse stellt eine Änderung des elektrischen Winkels von der Länge der Einschaltperiode des oberen Arms und der Einschaltperiode des unteren Arms dar, wenn die Motordrehzahl sich um ±40 UpM ändert, wenn man davon ausgeht, dass die Riemenscheibenübersetzung des Generators 2, 5 ist. In 9 zeigt die durchzogene Linie einen Fall, wo der Fahrzeuggenerator einen 8-poligen Rotor aufweist, und die gepunktete Linie zeigt einen Fall, wo der Fahrzeuggenerator 1 einen 6-poligen Rotor aufweist.
Wie in 9 dargestellt, wird die Änderung der Einschaltperiode im elektrischen Winkel größer, wenn die Drehzahl sinkt, und wird kleiner, wenn die Drehzahl steigt. Somit muss der angestrebte elektrische Winkel auf einen größeren Wert eingestellt werden, wenn die Drehzahl niedriger ist, und auf einen kleineren Wert, wenn die Drehzahl höher ist.
10 ist ein Schema, das ein Beispiel für eine Änderung des elektrischen Winkels von der Länge der Einschaltperiode des oberen Arms und der Einschaltperiode des unteren Arms zeigt, wenn die elektrische Last sich schnell ändert (was dem oben genannten Fall (C) entspricht). In 10 stellt die horizontale Achse die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1 dar, und die vertikale Achse stellt eine Änderung des elektrischen Winkels von der Länge der Einschaltperiode des oberen Arms und der Einschaltperiode des unteren Arms dar, wenn die elektrische Last 10 von 50 A abgeschaltet wird, was bewirkt, dass die Ausgangsspannung sich auf 13, bis 15,0 V ändert. In 10 zeigt die durchgezogene Link einen Fall, wo der Fahrzeuggenerator 1 einen 8-poligen Rotor aufweist, und die gepunktete Linie zeigt einen Fall, wo der Fahrzeuggenerator 1 einen 6-poligen Rotor aufweist.
Wie in 10 dargestellt, wird die Änderung der Länge der als elektrischer Winkel ausgedrückten Einschaltperiode größer, wenn die Drehzahl sinkt, und wird kleiner, wenn die Drehzahl steigt. Somit muss der angestrebte elektrische Winkel auf einen größeren Wert eingestellt werden, wenn die Drehzahl niedriger ist, und auf einen kleineren Wert, wenn die Drehzahl höher ist.
11 ist ein Schema, das ein Beispiel für die Änderung des elektrischen Winkels von der Länge der Einschaltperiode des oberen Arms und der Einschaltperiode des unteren Arms zeigt, wenn eine Ausschaltverzögerung in den Treibern 170 und 172 vorliegt (was den oben genannten Fall (E) entspricht). In 11 stellt die horizontale Achse die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1 dar, und die vertikale Achse stellt die Änderung des elektrischen Winkels von der Länge der Einschaltperiode des oberen Arms und der Einschaltperiode des unteren Arms dar, wenn eine Ausschaltverzögerung von 15 Mikrosekunden zwischen dem Augenblick, in dem der Treiber 170 oder 172 den Abschaltbefehl erhält, und dem Augenblick, zu dem der Treiber 170 oder 172 tatsächlich ausschaltet, vorliegt. In 11 zeigt die durchgezogene Linie einen Fall, wo der Fahrzeuggenerator 1 einen 8-poligen Rotor aufweist, und die gepunktete Linie zeigt einen Fall, wo der Fahrzeuggenerator 1 einen 6-poligen Rotor aufweist.
Wie in 11 dargestellt, wird die Änderung der Einschaltdauer im elektrischen Winkel kleiner, wenn die Drehzahl sinkt, und wird größer, wenn die Drehzahl steigt. Somit muss der angestrebte elektrische Winkel auf einen kleineren Wert eingestellt werden, wenn die Drehzahl niedriger ist, und auf einen größeren Wert, wenn die Drehzahl höher ist.
Anders als oben beschrieben muss eine Änderung des Taktzyklus in Betracht gezogen werden (was dem oben genannten Fall (D) entspricht). Wenn beispielsweise ein Systemtakt von 2 MHz mit einer Genauigkeit von ±β verwendet wird, d. h. wenn der Taktzyklus eine Änderung β % zeigt, wird die Änderung sowohl der Einschaltdauer des oberen Arms als auch der Einschaltdauer des unteren Arms größer, wenn die Drehzahl steigt, und wird kleiner, wenn die Drehzahl sinkt. Der Grund dafür ist, dass die Genauigkeit des Takts zwar nicht mit der Drehzahl in Beziehung steht, aber die Änderung des Takts einen größeren Anteil an der Änderung der Einschaltdauer hat, wenn die Drehzahl größer ist, weil die als elektrischer Winkel ausgedrückte Dauer eines Zyklus der Phasenspannung V_P abnimmt, wenn die Drehzahl steigt. Somit muss der angestrebte elektrische Winkel auf einen kleineren Wert eingestellt werden, wenn die Drehzahl niedriger ist, und auf einen größeren Wert wenn die Drehzahl höher ist.
12 ist ein Schema, das ein Beispiel für die Änderung einer Änderung des elektrischen Winkels von der Länge der Einschaltperiode des oberen Arms und der Einschaltperiode des unteren Arms wegen einer Kombination verschiedener Faktoren zeigt. In 12 stellt die horizontale Achse die Drehzahl des Fahrzeuggenerators 1 dar, und die vertikale Achse stellt einen integrierten Wert der Änderung des elektrischen Winkels von der Länge der Einschaltperiode des oberen Arms und der Einschaltperiode des unteren Arms für jeden einzelnen von verschiedenen Faktoren dar, die den Fällen (A) bis (E) entsprechen. In 12 zeigt die Linie S einen Fall, wo der Rotor ein 8-poliger Rotor ist.
Wenn man die verschiedenen Faktoren, die den Fällen (A) bis (E) entsprechen, kombiniert, ist die Änderung des elektrischen Winkels der Einschaltperiode im niedrigen Drehzahlbereich und im hohen Drehzahlbereich größer und im mittleren Drehzahlbereich kleiner, wie aus 12 hervorgeht. Somit stellt der Einstellungsabschnitt 105 für den angestrebten elektrischen Winkel den angestrebten elektrischen Winkel im niedrigen Drehzahlbereich und im hohen Drehzahlbereich auf einen höheren Wert und im mittleren Drehzahlbereich auf einen niedrigeren Wert ein. In 12 zeigen die Linien P und Q integrierte Werte im elektrischen Winkel an, der auf die oben beschriebene Art eingestellt wird. Genauer zeigt die Linie P den integrierten Wert im elektrischen Winkel in einem Fall, wo der angestrebte elektrische Winkel auf einen Wert eingestellt wird, der sich entsprechend der Drehzahl kontinuierlich ändert. In diesem Fall kann der unterste Wert des angestrebten elektrischen Winkels entsprechend der Drehzahl eingestellt werden. Die Linie Q zeigt die integrierten Werte im elektrischen Winkel in einem Fall, wo der angestrebte elektrische Winkel auf einen Wert eingestellt wird, der sich gemäß der Drehzahl stufenweise ändert. In diesem Fall kann der Aufbau, der nötig ist, um den angestrebten elektrischen Winkel variabel einzustellen, vereinfacht werden, da eine Mehrzahl von Werten für den angestrebten elektrischen Winkel, die verschiedenen Drehzahlwerten entsprechen, vorab beispielsweise in Form eines Kennfelds gespeichert werden können.
Wie oben beschrieben, ist der Fahrzeuggenerator 1 so gestaltet, dass er den Wert des angestrebten elektrischen Winkels gemäß der Drehzahl variabel einstellt, so dass ein gewisser Zeitraum, während dessen ein Strom durch die Diode fließt, nachdem der MOS-Transistor 50 oder 51 ausgeschaltet wurde, sichergestellt werden und außerdem verkürzt werden kann, weswegen der Diodengleichrichtungsverlust verringert werden kann, was den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung verbessert. Genauer kann durch Einstellen des Werts für den angestrebten elektrischen Winkel auf einen größeren Wert im niedrigen Drehzahlbereich und im hohen Drehzahlbereich und auf einen kleineren Wert im mittleren Drehzahlbereich eine Verringerung des Verlusts und eine Verbesserung des Wirkungsgrads der Leistungserzeugung für jeden Drehzahlbereich erreicht werden.
Durch kontinuierliches Ändern des Werts des angestrebten elektrischen Winkels kann außerdem der unterste Wert für den angestrebten elektrischen Winkel abhängig von der Drehzahl unterschiedlich eingestellt werden, um den Verlust zu minimieren und den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung zu maximieren. Wenn der angestrebte elektrische Winkel entsprechend der Drehzahl stufenweise geändert wird, kann der Aufbau, der nötig ist, um den angestrebten elektrischen Winkel variabel einzustellen, vereinfacht werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Wert für den angestrebten elektrischen Winkel entsprechend der Drehzahl variabel eingestellt. Jedoch kann der angestrebte elektrische Winkel gemäß einer Kombination aus der Drehzahl und der Temperatur oder dem Ausgangsstrom variabel eingestellt werden, wie nachstehend beschrieben wird.
Im Allgemeinen wird eine Änderung der Periode eines Takts, der von einem Taktgenerator erzeugt wird, größer, wenn die Temperatur steigt. In einem Fall, wo ein Taktgenerator im Gleichrichtermodul 5X aufgenommen ist, kann angenommen werden, dass die Temperatur, die vom Temperaturmessungsabschnitt 150 erfasst wird, die Temperatur des Taktgenerators anzeigt. Wenn der Einstellungsabschnitt 105 für den angestrebten elektrischen Winkel den angestrebten elektrischen Winkel auf einen größeren Wert einstellt, wenn die Temperatur, die vom Temperaturmessungsabschnitt 150 erfasst wird, höher ist, und der angestrebte elektrische Winkel zunimmt, wenn die Drehzahl steigt, und auf einen kleineren Wert einstellt, wenn die Temperatur, die vom Temperaturmessungsabschnitt 150 erfasst wird, niedriger ist, kann der Wert des angestrebten elektrischen Winkels unter Berücksichtigung der Wirkung der Temperatur besser eingestellt werden, um dadurch den Verlust weiter zu verringern und den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung weiter zu verbessern.
Im Allgemeinen werden Anstieg und Abfall der Phasenspannung V steil, wenn der Ausgangsstrom stärker wird, und flach, wenn der Ausgangsstrom schwächer wird. Wie oben erläutert, sind die Zeitpunkte, zu denen die Einschaltperiode des oberen Arms und ein Zeitpunkt, zu dem ein Stromfluss durch die Diode, die parallel zum MOS-Transistor 50 geschaltet ist, unterbrochen wird, verschieden voneinander. Dieser Unterschied ist größer, wenn der Ausgangsstrom kleiner ist und somit Anstieg und Abfall der Phasenspannung V_P flacher sind. Wenn der Einstellungsabschnitt 105 für den angestrebten elektrischen Winkel den angestrebten elektrischen Winkel auf einen größeren Wert einstellt, wenn der Ausgangsstrom schwächer ist, und auf einen kleineren Wert, wenn der Ausgangsstrom stärker ist, kann der Wert für den angestrebten elektrischen Winkel unter Berücksichtigung der Auswirkung einer Änderung des Ausgangsstroms besser eingestellt werden, was den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung weiter verbessert. Die Stärke bzw. Größe des Ausgangsstroms kann auf Basis des Tastverhältnisses des PWM-Signals erfasst werden, das durch den F-Anschluss der Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 an die Feldwicklung ausgegeben wird. Alternativ dazu kann die Größe des Ausgangsstroms auf Basis der Spannung über einem Stromerfassungswiderstand erfasst werden, der zwischen das Source des MOS-Transistors 51 und den negativen Anschluss der Batterie 9 geschaltet ist. 13 ist ein Schema, das den Aufbau des Gleichrichtermoduls 5X zeigt, das so modifiziert ist, dass es einen Stromerfassungswiderstand 55 aufweist. 14 ist ein Schema, das den Aufbau der Steuerschaltung 54 zeigt, die so modifiziert ist, dass sie einen Stromerfassungsabschnitt 152 aufweist, der dafür ausgelegt ist, die Größe des Ausgangsstroms auf Basis der Spannung über dem Stromerfassungswiderstand 55 zu erfassen. Es ist auch möglich, die Größe des Ausgangsstroms durch Erfassen der Größe des Stroms, der durch die Ladeleitung 12 oder den Ausgangsanschluss fließt, unter Verwendung eines Stromsensors zu erfassen.
Selbstverständlich können verschiedenen Modifikationen an der oben beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden, wie nachstehend beschrieben. Der Einstellungsabschnitt 105 für den angestrebten elektrischen Winkel kann so gestaltet sein, dass er den Wert des angestrebten elektrischen Winkels erhöht, wenn die Häufigkeit, mit welcher der Zeitpunkt, zu dem die Leitungsperiode (die Einschaltperiode des oberen Arms) endet, später liegt als der Zeitpunkt, zu dem der MOS-Transistor 50 oder 51 ausgeschaltet wird, über einem vorgegebenen Wert liegt. Dadurch kann eine Änderung der Steuerung vorgenommen werden, um die Häufigkeit, mit welcher der Zeitpunkt, zu dem der MOS-Transistor 50 oder 51 ausgeschaltet wird, aus irgendeinem Grund später liegt als der Zeitpunkt, zu dem die Leitungsperiode endet, zu verringern
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der angestrebte elektrische Winkel in den niedrigen und hohen Drehzahlbereichen auf einen größeren Wert eingestellt, und im mittleren Drehzahlbereich auf einen kleineren Wert. Jedoch kann der angestrebte elektrische Winkel zwischen dem niedrigen Drehzahlbereich und dem mittleren Drehzahlbereich oder zwischen dem mittleren Drehzahlbereich und dem hohen Drehzahlbereich unterschiedlich eingestellt werden.
Genauer kann der Einstellungsabschnitt 105 für den angestrebten elektrischen Winkel so gestaltet sein, dass er den angestrebten elektrischen Winkel auf einen größeren Wert einstellt, wenn die Drehzahl, die vom Drehzahl-Berechnungsabschnitt 101 berechnet wird, innerhalb des niedrigen Drehzahlbereichs liegt, und auf einen kleineren Wert, wenn die Drehzahl im mittleren Drehzahlbereich liegt. Dadurch kann der angestrebte elektrische Winkel abhängig von der Drehzahl richtig eingestellt werden, um einen geringen Verlust und einen hohen Wirkungsgrad der Leistungserzeugung bis hinauf zum mittleren Drehzahlbereich zu erreichen. In diesem Fall kann der Wert des angestrebten elektrischen Winkels mit der Zunahme der Drehzahl im hohen Drehzahlbereich erhöht werden, wie in 12 dargestellt.
Alternativ dazu kann der Einstellungsabschnitt 105 für den angestrebten elektrischen Winkel so gestaltet sein, dass der angestrebte elektrische Winkel auf einen größeren Wert eingestellt wird, wenn die Drehzahl, die vom Drehzahl-Berechnungsabschnitt 101 berechnet wird, innerhalb des hohen Drehzahlbereichs liegt, und auf einen kleineren Wert, wenn die Drehzahl im mittleren Drehzahlbereich liegt. Dadurch kann der angestrebte elektrische Winkel abhängig von der Drehzahl richtig eingestellt werden, um einen niedrigen Verlust und einen hohen Wirkungsgrad oberhalb des mittleren Drehzahlbereichs zu erreichen. In diesem Fall kann der Wert des angestrebten elektrischen Winkels mit einer Zunahme der Drehzahl im niedrigen Drehzahlbereich erhöht werden, wie in 12 dargestellt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform weist der Fahrzeuggenerator 1 die beiden Statorwicklungen 2 und 3 und zwei Gleichrichtermodulgruppen 5 und 6 auf. Jedoch ist die vorliegende Erfindung auch auf einen Fahrzeuggenerator anwendbar, der eine einzige Statorwicklung und eine einzige Gleichrichtermodulgruppe aufweist.
Die oben beschriebene Ausführungsform ist dafür ausgelegt, eine Gleichrichtung (Leistungserzeugung) unter Verwendung der Gleichrichtermodule durchzuführen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung auch auf einen Fall anwendbar, wo der Fahrzeuggenerator 1 durch Ändern der Ein-/Ausschaltzeitpunkte der MOS-Transistoren 50 und 51 so, dass ein Gleichstrom, der von der Batterie 9 geliefert wird, in einen Wechselstrom umgewandelt und den Statorwicklungen 2 und 3 zugeführt wird, als Motor fungiert.
In der oben beschriebenen Ausführungsform weist jede der beiden Gleichrichtermodulgruppen 5 und 6 die drei Gleichrichtermodule auf. Jedoch muss die Zahl der Gleichrichtermodule, die in jedem Gleichrichtermodul enthalten sind, nicht gleich drei sein.
Die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen sollen der Erläuterung der Erfindung der vorliegenden Anmeldung dienen, die nur durch die angefügten Ansprüche beschrieben wird. Es sei klargestellt, dass Modifikationen der bevorzugten Ausführungsformen, die einem Fachmann einfallen können, durchgeführt werden können.
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

JP 2010-213973 [0001]
JP 4275704 [0003]

Claims

Rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug, aufweisend: einen Schaltabschnitt, der eine Mehrzahl von oberen und unteren Armen aufweist, die jeweils aus einem Schaltelement bestehen, das parallel mit einer Diode geschaltet ist und mit einer Entsprechenden aus einer Mehrzahl von Phasenwicklungen einer Ankerwicklung der rotierenden elektrischen Maschine so verbunden ist, dass eine Brückenschaltung gebildet wird, um eine Wechselspannung, die in den einzelnen Phasenwicklungen induziert wird, gleichzurichten; einen Einschaltzeitpunkt-Einstellungsabschnitt zum Einstellen eines Einschaltzeitpunkts für jedes der Schaltelemente; einen Drehzahl-Berechnungsabschnitt zum Berechnen einer Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine; einen Einstellungsabschnitt für einen angestrebten elektrischen Winkel, der so gestaltet ist, dass er einen Wert eines angestrebten elektrischen Winkels gemäß der Drehzahl, die vom Drehzahl-Berechnungsabschnitt berechnet wird, für jeden der oberen und unteren Anne einstellt, wobei der angestrebte elektrische Winkel einen als elektrischer Winkel ausgedrückten Zeitraum ab Ausschalten des Schaltelements bis zum Ende einer Leitungsperiode darstellt, wobei die Leitungsperiode einen Zeitraum ab Erreichen eines ersten Schwellenwerts durch eine Phasenspannung bis zum Erreichen eines zweiten, vom ersten Schwellenwert verschiedenen Schwellenwerts durch die Phasenspannung darstellt; einen Ausschaltzeitpunkt-Einstellungsabschnitt zum Einstellen eines Ausschaltzeitpunkts für jedes der Schaltelemente, so dass der als elektrischer Winkel ausgedrückte Zeitraum ab Ausschalten des Schaltelements bis zum Ende der Leitungsperiode dem Wert des angestrebten elektrischen Winkels gleich ist; und einen Schaltelement-Ansteuerungsabschnitt zum Ansteuern jedes der Schaltelemente gemäß dem Einschaltzeitpunkt, der vom Einschaltzeitpunkt-Einstellungsabschnitt eingestellt wird, und dem Ausschaltzeitpunkt, der vom Ausschaltzeitpunkt-Einstellungsabschnitt eingestellt wird.
Rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Einstellungsabschnitt für den angestrebten elektrischen Winkel den angestrebten elektrischen Winkel auf einen größeren Wert einstellt, wenn die vom Drehzahl-Berechnungsabschnitt berechnete Drehzahl innerhalb eines niedrigen Drehzahlbereichs oder eines hohen Drehzahlbereichs liegt, und auf einen kleineren Wert, wenn die vom Drehzahl-Berechnungsabschnitt berechnete Drehzahl innerhalb eines mittleren Drehzahlbereichs liegt.
Rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Einstellungsabschnitt für den angestrebten elektrischen Winkel den angestrebten elektrischen Winkel auf einen größeren Wert einstellt, wenn die vom Drehzahl-Berechnungsabschnitt berechnete Drehzahl innerhalb eines niedrigen Drehzahlbereichs liegt, und auf einen kleineren Wert, wenn die vom Drehzahl-Berechnungsabschnitt berechnete Drehzahl innerhalb eines mittleren Drehzahlbereichs liegt.
Rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Einstellungsabschnitt für den angestrebten elektrischen Winkel den angestrebten elektrischen Winkel auf einen größeren Wert einstellt, wenn die vom Drehzahl-Berechnungsabschnitt berechnete Drehzahl innerhalb eines hohen Drehzahlbereichs liegt, und auf einen kleineren Wert, wenn die vom Drehzahl-Berechnungsabschnitt berechnete Drehzahl innerhalb eines mittleren Drehzahlbereichs liegt.
Rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner einen Temperaturmessungsabschnitt aufweisend zum Messen einer Temperatur in der Nähe der rotierenden elektrischen Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug, wobei der Einstellungsabschnitt für den angestrebten elektrischen Winkel so gestaltet ist, dass er den angestrebten elektrischen Winkel auf einen Wert setzt, der abhängig ist von der Temperatur, die vom Temperaturmessungsabschnitt gemessen wird.
Rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei der Einstellungsabschnitt für den angestrebten elektrischen Winkel den angestrebten elektrischen Winkel für einen hohen Drehzahlbereich der rotierenden elektrischen Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug auf einen größeren Wert einstellt, wenn die Temperatur, die vom Temperaturmessungsabschnitt gemessen wird, höher ist und der angestrebte elektrische Winkel mit einer Zunahme der Drehzahl größer wird, und für den hohen Drehzahlbereich auf einen kleineren Wert einstellt, wenn die vom Temperaturmessungsabschnitt gemessene Temperatur niedriger ist.
Rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Einstellungsabschnitt für den angestrebten elektrischen Winkel den angestrebten elektrischen Winkel auf einen Wert einstellt, der von einer Größe eines Ausgangsstroms der Ankerwicklung der rotierenden elektrischen Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug abhängt.
Rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Einstellungsabschnitt für den angestrebten elektrischen Winkel den angestrebten elektrischen Winkel auf einen kleineren Wert einstellt, wenn der Ausgangsstrom stärker ist, und auf einen größeren Wert, wenn der Ausgangsstrom schwächer ist.
Rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei der Einstellungsabschnitt für den angestrebten elektrischen Winkel die Größe des Ausgangsstroms auf Basis eines Tastverhältnisses eines Erregungsstroms bestimmt, der zu einer Feldwicklung der rotierenden elektrischen Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug fließt.
Rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug nach Anspruch 7, ferner einen Ausgangsstrom-Erfassungsabschnitt zum Erfassen eines Werts für den Ausgangsstrom aufweisend, wobei der Einstellungsabschnitt für den angestrebten elektrischen Winkel dafür ausgelegt ist, die Größe des Ausgangsstroms auf Basis eines Erfassungsergebnisses vom Ausgangsstrom-Erfassungsabschnitt zu bestimmen.
Rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Einstellungsabschnitt für den angestrebten elektrischen Winkel den Wert des angestrebten elektrischen Winkels auf kontinuierliche Weise Variabel einstellt.
Rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Einstellungsabschnitt für den angestrebten elektrischen Winkel den Wert des angestrebten elektrischen Winkels stufenweise variabel einstellt.
Rotierende elektrische Maschine zur Verwendung in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Einstellungsabschnitt für den angestrebten elektrischen Winkel so gestaltet ist, dass er den Wert des angestrebten elektrischen Winkels erhöht, wenn eine Häufigkeit, mit der ein Zeitpunkt, zu dem das Schaltelement ausgeschaltet wird, später liegt als ein Zeitpunkt, zu dem die Leitungsperiode endet, eine vorgegebene Häufigkeit überschreitet.