DE102013109347A1

DE102013109347A1 - Drehende elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013109347A1
Application number: DE201310109347
Authority: DE
Inventors: Takatoshi Inokuchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2014-03-06
Also published as: JP5751227B2; JP2014053978A

Abstract

Ein Wechselstromgenerator (Alternator) weist Gleichrichtermodule auf, von denen jedes Modul einen Steuerabschnitt, Ansteuerungen, usw. aufweist. Der Steuerabschnitt weist einen Zeiteinstellabschnitt zur vollständigen Einschaltung eines MOS-Tr eines unteren Zweigs und einen Zeiteinstellabschnitt zur unvollständigen Einschaltung eines MOS-Tr eines unteren Zweigs, usw. auf. Der Zeiteinstellabschnitt zur vollständigen Einschaltung des MOS-Tr des oberen Zweigs bestimmt eine Einschaltzeit der MOS-Tren. Der Zeiteinstellabschnitt zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Tr des oberen Zweigs bestimmt eine Schaltzeit, die vor einer Abschlusszeit einer Leistungszufuhrdauer liegt, und eine Ausschaltzeit, zu der eine Phasenspannung einer Phasenwicklung einen dritten Schwellwert erreicht. Die Leistungszufuhrdauer läuft ab einer Zeit, zu der die Phasenspannung der Phasenwicklung einen ersten Schwellwert erreicht, bis zu einer Zeit, zu der die Phasenspannung der Phasenwicklung einen zweiten Schwellwert erreicht. Die Ansteuerung steuert den entsprechenden MOS-Tr zu der bestimmten Einschaltzeit, zu der bestimmten Schaltzeit und zu der bestimmten Ausschaltzeit an.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft drehende elektrische Maschinen wie beispielsweise einen Wechselstromgenerator (bzw. Alternator) zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, beispielsweise PKWs und LKWs.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Es gibt verschiedene Typen von drehenden elektrischen Maschinen zur Verwendung in Kraftfahrzeugen. Beispielsweise veröffentlichte die Offenlegungsschrift des japanischen Patents JP 2012-70559 eine herkömmliche drehende elektrische Maschine mit einem Schaltabschnitt. Der Schaltabschnitt setzt sich aus Schaltelementen zusammen. Die drehende elektrische Maschine ist mit einer Batterie verbunden, die an einem Kraftfahrzeug angebracht ist und sie erzeugt eine elektrische Leistung durch Nutzung einer Rotationsleistung, die von einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs übertragen wird. Die drehende elektrische Maschine führt die erzeugte elektrische Leistung der Batterie in dem Kraftfahrzeug zu. Der Schaltabschnitt schaltet die Schaltelemente ein und aus, um einen Wechselstrom, der in dem Wechselstromgenerator erzeugt wird, zu einem Gleichstrom gleichzurichten. Jedes der Schaltelemente weist eine parallel geschaltete Diode auf. Insbesondere hält der Schaltabschnitt eine Diodengleichrichtdauer aufrecht. Die Diodengleichrichtdauer läuft an, wenn die Schaltelemente ausgeschaltet werden. Der Schaltabschnitt bestimmt eine nächste Ausschaltzeit basierend auf einer Dauer, die ab einer Zeit, zu der die Dioden ausgeschaltet sind, bis zu einer Zeit läuft, zu der die Diodengleichrichtdauer abgelaufen ist. Zu der bestimmten nächsten Ausschaltzeit werden die Schaltelemente ausgeschaltet. Diese Steuerung ermöglicht es, basierend auf der Frequenz einer Drehung, d. h. einer Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine die Diodengleichrichtdauer mit einer optimalen Zeit zu bestimmen.
Es besteht die Möglichkeit, dass sich eine Ausschaltzeit der Schaltelemente stark verzögert, wenn eine Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine extrem abweicht, oder durch ein Rauschen eine fehlerhafte Diodengleichrichtdauer auftritt, wobei die fehlerhafte Diodengleichrichtdauer gegenüber einer Dauer ab einer Zeit, zu der die Dioden ausgeschaltet sind, bis zur Abschlusszeit der Diodengleichrichtdauer, verzögert ist. Demzufolge fließt ein großer Strom von der Batterie zu einer Ankerwicklung der drehenden elektrischen Maschine. Hierdurch wird eine Effizienz der elektrischen Leistungserzeugung der drehenden elektrischen Maschine herabgesetzt. Danach wird eine große Stoßspannung erzeugt, wenn die Schaltelemente in einem Zustand ausgeschaltet werden, bei dem ein solcher großer Strom an der Ankerwicklung zugeführt wird. Im schlimmsten Fall werden die Schaltelemente durch eine solche große Stoßspannung beschädigt. Es ist möglich, die Stoßspannung leicht zu senken, indem die Zeit zum Ausschalten der Schaltelemente vorverlegt wird und die Diodengleichrichtdauer länger eingestellt wird. Da jedoch der Gleichrichtverlust, der erzeugt wird, wenn ein Strom in die Dioden fließt, welche die Schaltelemente bilden, größer als der Gleichrichtverlust ist, der erzeugt wird, wenn ein Strom in MOS-Transistoren fließt, welche die Schaltelemente bilden, ist es nicht empfehlenswert die Diodengleichrichtdauer zu verlängern.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher ist es wünschenswert, eine drehende elektrische Maschine zu schaffen, die eine Zufuhr eines großen Stroms von einer Batterie zu einer Ankerwicklung verhindern kann, wenn eine Zeitverzögerung zum Ausschalten der Schaltelemente auftritt, und eine Abnahme der Effizienz der elektrischen Leistungserzeugung verhindern kann.
Eine beispielgebende Ausführungsform stellt eine drehende elektrische Maschine zur Verwendung in Fahrzeugen bereit. Die drehende elektrische Maschine ist ein Wechselstromgenerator (bzw. Alternator) mit Ankerwicklungen und Schaltabschnitten. Jede der Ankerwicklungen weist nicht weniger als zwei Phasenwicklungen auf. Die Schaltabschnitte richten eine induzierte Spannung der Ankerwicklungen gleich. Jeder der Schaltabschnitte weist Schaltelemente, einen Steuerabschnitt und Schaltelement-Ansteuerabschnitte auf. Die Schaltelemente bilden eine Brückenschaltung. Die Brückenschaltung weist eine Mehrzahl von oberen Zweigen und unteren Zweigen auf. Jeder der oberen Zweige und der unteren Zweige weist die Schaltelemente auf. Jedes der Schaltelemente ist zu einer Diode parallel geschaltet. Der Steuerabschnitt weist einen ersten Zeiteinstellabschnitt und einen zweiten Zeiteinstellabschnitt auf. Der erste Zeiteinstellabschnitt bestimmt eine Einschaltzeit der Schaltelemente. Der zweite Zeiteinstellabschnitt bestimmt eine Schaltzeit, zu der ein Leitungszustand der Schaltelemente vor einer elektrischen Leistungszufuhrdauer umgeschaltet wird. Die elektrische Leistungszufuhrdauer wird ab einer Zeit, zu der eine Phasenspannung der Phasenwicklung der Ankerwicklungen einen ersten Schwellwert erreicht, bis zu einer Zeit, zu der die Phasenspannung der Phasenwicklung der Ankerwicklungen einen zweiten Schwellwert erreicht, bestimmt. Der zweite Zeiteinstellabschnitt bestimmt eine Ausstellzeit der Schaltelemente, zu der die Phasenspannung der Phasenwicklung der Ankerwicklungen einen dritten Schwellwert erreicht. Die Schaltelemente werden zur Ausschaltzeit der Schaltelemente ausgeschaltet. Die Schaltelement-Ansteuerabschnitte empfangen ein Anweisungssignal, das basierend auf der Einschaltzeit der Schaltelemente, die durch den ersten Zeiteinstellabschnitt bestimmt wird, und auf der Schaltzeit und der Ausschaltzeit, die durch den zweiten Zeiteinstellabschnitt bestimmt wird, von dem Steuerabschnitt erzeugt wird. Die Schaltelement-Ansteuerabschnitte steuern die Schaltelement-Ansteuerabschnitte basierend auf dem empfangenen Anweisungssignal an, das von dem Steuerabschnitt übertragen wird.
Bei dem Aufbau der drehenden elektrischen Maschine mit dem zuvor beschriebenen Aufbau, der nachstehend ausführlich beschrieben wird, ist es auf Grund dessen, dass die Schaltelemente basierend auf den Phasenspannungen der Phasenwicklung der Ankerwicklungen zuverlässig ausgeschaltet werden können, möglich, eine Zufuhr eines Stroms von einer Batterie zu der Ankerwicklung der drehenden elektrischen Maschine zu verhindern, selbst wenn eine erhebliche Abweichung der Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine auftritt und eine Zeit zum Einschalten der MOS-Transistoren durch ein Rauschen verzögert wird. Dies ermöglicht es, die Effizienz der elektrischen Leistungserzeugung der drehenden elektrischen Maschine zu erhöhen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte, nicht beschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mittels eines Beispiels mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Ansicht ist, die einen schematischen Aufbau eines Wechselstromgenerators 1 als eine drehende elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Ansicht, die einen Aufbau eines Gleichrichtermoduls 5X in dem Wechselstromgenerator 1 in 1 zeigt;
3 eine Ansicht, die einen genauen Aufbau einer Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X in dem Wechselstromgenerator 1 in 1 zeigt;
4 eine Ansicht, die ein konkretes Beispiel von Spannungswerten zeigt, die durch einen Erfassungsabschnitt 120 des oberen Zweigs MOS V_DS in der Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X in dem Wechselstromgenerator 1, der in 1 gezeigt ist, erfasst werden;
5 eine Ansicht, die konkrete Beispiele von Spannungen zeigt, die durch einen Erfassungsabschnitt 130 des unteren Zweigs MOS V_DS in der Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X in dem Wechselstromgenerator 1, der in 1 gezeigt ist, erfasst werden;
6 eine Ansicht ist, die einen genauen Aufbau eines Steuerabschnitts 100 in der Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X in dem Wechselstromgenerator 1, der in 1 gezeigt ist, zeigt;
7 eine Ansicht ist, die einen Zeitablauf eines synchronen Steuerbetriebs zeigt, der durch den Steuerabschnitt 100 in der Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X in dem Wechselstromgenerator 1, der in 1 gezeigt ist, ausgeführt wird;
8 eine Ansicht ist, die eine Abweichung eines elektrischen Winkels (Grad), d. h. ein Verhältnis zwischen der Drehzahl (U/min) und dem elektrischen Winkel des Wechselstromgenerators 1 zeigt, wenn ein Fahrzeug plötzlich beschleunigt (eine Drehzahl (U/min) des Wechselstromgenerators 1 plötzlich ansteigt);
9 eine Ansicht ist, die eine Abweichung des elektrischen Winkels (Grad), d. h. das Verhältnis zwischen der Drehzahl (U/min) und dem elektrischen Winkel des Wechselstromgenerators 1 zeigt, wenn eine Drehzahl einer Verbrennungsmaschine, die in dem Fahrzeug angebracht ist, innerhalb eines Bereichs von ±40 U/min variiert;
10 eine Ansicht ist, die eine Abweichung des elektrischen Winkels (Grad), d. h. das Verhältnis zwischen der Drehzahl (U/min) und dem elektrischen Winkel des Wechselstromgenerators 1 zeigt, wenn eine elektrische Last plötzlich variiert;
11 eine Ansicht ist, die eine Abweichung des elektrischen Winkels (Grad), d. h. das Verhältnis zwischen der Drehzahl (U/min) und dem elektrischen Winkel des Wechselstromgenerators 1 zeigt, wenn ein Treiber 170, 172 in der Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X des Wechselstromgenerators 1 eine Ausschaltverzögerung verursacht;
12 eine Ansicht ist, die eine Abweichung des elektrischen Winkels (Grad), d. h. das Verhältnis zwischen der Drehzahl (U/min) und dem elektrischen Winkel des Wechselstromgenerators 1 zeigt, wenn eine Kombination eines Falls A bis zu einem Fall E auftritt.
13 eine Ansicht ist, die eine Modifikation 5X-1 des Gleichrichtermoduls 5X in dem Wechselstromgenerator 1, der in 1 gezeigt ist, zeigt;
14 eine Ansicht ist, die eine Modifikation 54-1 der Steuerschaltung 54 in dem Wechselstromgenerator 1, der in 1 gezeigt ist, zeigt; und
15 eine Ansicht ist, die eine Modifikation 100-1 des Steuerabschnitts 100 in der Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X in dem Wechselstromgenerator 1, der in 1 gezeigt ist, zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der Nachfolgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen beziehen sich in den verschiedenen Diagrammen gleiche Bezugszeichen oder Ziffern durchgehend auf gleiche oder äquivalente Bauteile.
Beispielgebende Ausführungsform
Es folgt eine Beschreibung eines Wechselstromgenerators 1 als drehende elektrische Maschine gemäß einer beispielgebenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 15.
1 ist eine Ansicht, die einen schematischen Aufbau des Wechselstromgenerators 1 als eine drehende elektrische Maschine gemäß einer beispielgebenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Wechselstromgenerator 1 wird für Kraftfahrzeuge verwendet. Wie in 1 gezeigt ist, setzt sich der Wechselstromgenerator 1 aus zwei Statorwicklungen (Ankerwicklungen) 2 und 3, einer Feldwicklung 4, zwei Gleichrichtermodulgruppen 5 und 6 und einer elektrischen Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 zusammen. Die zwei Gleichrichtermodulgruppen 5 und 6 entsprechen Schaltabschnitten.
Die Statorwicklung 2 als eine der Statorwicklungen ist eine Mehrphasenwicklung, die sich beispielsweise aus einer X-Phasenwicklung einer Y-Phasenwicklung und einer Z-Phasenwicklung zusammensetzt. Die Statorwicklung 2 ist um einen Statorkern (nicht dargestellt) gewickelt. In ähnlicher Weise ist die Statorwicklung 3 eine Mehrphasenwicklung, die sich beispielsweise aus einer U-Phasenwicklung, einer V-Phasenwicklung und einer W-Phasenwicklung zusammensetzt. Die Statorwicklung 3 ist an einer Position, die um einen elektrischen Winkel von 30 Grad verzögert ist, um den Statorkern gewickelt. Der Stator in dem Wechselstromgenerator 1 gemäß der beispielgebenden Ausführungsform setzt sich aus den Statorwicklungen 2 und 3 und dem Statorkern zusammen.
Die Feldwicklung 4 ist auf die Feldpole (nicht dargestellt) gewickelt. Die Feldpole sind so angeordnet, dass sie einer inneren Umfangsseite des Statorkerns gegenüberliegen. Die Feldwicklungen 4 bilden einen Rotor. Wenn ein Feldstrom an den Feldwicklungen 4 zugeführt wird, wird die Feldwicklung 4 magnetisiert. Wenn die Feldwicklung 4 magnetisiert ist, wird ein drehendes magnetisches Feld in der Feldwicklung 4 in dem Rotor gebildet, und die Statorwicklungen 2 und 3 erzeugen durch das drehende elektrische Feld einen Wechselstrom(AC)-Feld.
Andererseits ist die Gleichrichtermodulgruppe 5, die eine der zwei Gleichrichtermodulgruppen 5 und 6 ist, mit der Statorwicklung 2 verbunden, um eine dreiphasige Voll-Wellen-Gleichrichterschaltung (oder eine Brückenschaltung) zu bilden. Die Gleichrichtermodulgruppe 5 wandelt einen Wechselstrom, der in der Statorwicklung 2 induziert wird, in einen Gleichstrom um. Die Gleichrichtermodulgruppe 5 setzt sich aus Gleichrichtermodulen 5X, 5Y und 5Z zusammen, die den Phasen der Statorwicklung 2 entsprechen. Die Anzahl der Gleichrichtermodule in der Gleichrichtermodulgruppe 5 entspricht der Anzahl der Phasen in der Statorwicklung 2. Wenn beispielsweise die Statorwicklung 2 eine dreiphasige Wicklung ist, ist die Anzahl der Gleichrichtermodule in der Gleichrichtermodulgruppe 5 gleich drei. Wenn beispielsweise die Statorwicklung 2 eine zweiphasige Wicklung ist, ist die Anzahl der Gleichrichtermodule in der Gleichrichtermodulgruppe 5 gleich zwei. Das Gleichrichtermodul 5X ist mit der X-Phasenwicklung der Statorwicklung 2 verbunden. Das Gleichrichtermodul 5Y ist mit der Y-Phasenwicklung der Statorwicklung 2 verbunden. Das Gleichrichtermodul 5Z ist mit der Z-Phasenwicklung der Statorwicklung 2 verbunden.
Andererseits ist die Gleichrichtermodulgruppe 6 mit der Statorwicklung 3 verbunden, um eine dreiphasige Voll-Wellen-Gleichrichterschaltung, d. h. eine Brückenschaltung, zu bilden. Die Gleichrichtermodulgruppe 6 wandelt einen Wechselstrom, der in der Statorwicklung 3 injiziert wird, in einen Gleichstrom um. Die Gleichrichtermodulgruppe 6 setzt sich aus Gleichrichtermodulen 6U, 6V und 6Z zusammen, die den Phasen der Statorwicklung 3 entsprechen. Die Anzahl der Gleichrichtermodule in der Gleichrichtermodulgruppe 6 entspricht der Anzahl der Phasen der Statorwicklung 3. Wenn beispielsweise die Statorwicklung 3 eine dreiphasige Wicklung ist, ist die Anzahl der Gleichrichtermodule in der Gleichrichtermodulgruppe 6 gleich drei, und wenn die Statorwicklung 3 eine zweiphasige Wicklung ist, ist die Anzahl der Gleichrichtermodule in der Gleichrichtermodulgruppe 6 gleich zwei.
Das Gleichrichtermodul 6U ist mit der U-Phasenwicklung in der Statorwicklung 3 verbunden. Das Gleichrichtermodul 6V ist mit der V-Phasenwicklung in der Statorwicklung 3 verbunden. Das Gleichrichtermodul 6W ist mit der W-Phasenwicklung in der Statorwicklung 3 verbunden.
Ein Anschluss F der elektrischen Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 ist mit der Feldwicklung 4 des Rotors verbunden. Die elektrische Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 dient als eine Erregungssteuerschaltung. Die elektrische Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 passt einen Erregerstrom an, der durch den Anschluss F der Feldwicklung 4 so zugeführt werden soll, dass die Ausgangsspannung V_B (als Ausgangsspannung von jedem Gleichrichtermodul) in dem Wechselstromgenerator 1 gleich eine eingestellte Spannung V_reg einnimmt. Beispielsweise unterdrückt die elektrische Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 die Zufuhr des Feldstroms zu der Feldwicklung 4 des Rotors, wenn die Ausgangsspannung V_B größer als die eingestellte Spannung V_reg wird. Andererseits lässt die elektrische Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 die Zufuhr des Feldstroms zu der Feldwicklung 4 des Rotors zu, wenn die Ausgangsspannung V_B kleiner als die eingestellte Spannung V_reg wird. Somit passt die elektrische Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 die Ausgangsspannungsvorrichtung V_B so an, dass die Ausgangsspannung V_B die eingestellte Spannung V_reg einnimmt.
Ferner ist die elektrische Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 durch einen Kommunikationsanschluss L und eine Kommunikationsleitung mit einer elektrischen Steuereinheit (ECU) 8 verbunden. Die ECU 8 dient als eine externe Steuervorrichtung. Um Daten zu übertragen, führen die elektrische Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 und die ECU 8 unter Verwendung eines local interconnect network(LIN)-Protokolls einen local interconnect network(LIN)-Kommunikation als eine bidirektionale serielle Kommunikation aus.
Der Wechselstromgenerator 1 gemäß der beispielgebenden Ausführungsform weist den zuvor beschriebenen Aufbau auf. Es folgt eine Beschreibung des genauen Aufbaus der Gleichrichtermodule 5X, usw. Da die Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W denselben Aufbau haben, wird der Aufbau des Gleichrichtermoduls 5X beschrieben.
2 ist eine Ansicht, die einen Aufbau des Gleichrichtermoduls 5X in dem Wechselstromgenerator 1, der in 1 gezeigt ist, zeigt. Wie in 2 gezeigt ist, setzt sich das Gleichrichtermodul 5X aus zwei MOS-Transistoren 50 und 51 und einer Steuerschaltung 54 zusammen. Ein Source-Anschluss des MOS-Transistors 50 ist mit der X-Phasenwicklung der Statorwicklung 2 verbunden. Ein Drain-Anschluss des MOS-Transistors 50 ist durch die Ladeleitung 12 mit elektrischen Lasten und einem positiven Anschluss der Batterie 9 verbunden. Das heißt, der MOS-Transistor 50 ist ein Schaltelement, das zu dem oberen Zweig (einer Oberspannungsseite) der Brückenschaltung gehört.
Ein Drain-Anschluss des MOS-Transistors 51 ist mit der X-Phasenwicklung der Statorwicklung 2 verbunden. Ein Source-Anschluss des MOS-Transistors 51 ist mit einem negativen Anschluss (oder einen Masseanschluss) der Batterie 9 verbunden. Das heißt, der MOS-Transistor 51 ist ein Schaltelement, das zu dem unteren Zweig (einer Unterspannungsseite) der Brückenschaltung gehört.
Eine Gleichstromschaltung, die sich aus den zwei MOS-Transistoren 50 und 51 zusammensetzt, ist zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss der Batterie 9 angeordnet. Ein Verbindungsknoten zwischen den MOS-Transistoren 50 und 51 ist mit der X-Phasenwicklung verbunden.
Eine Diode ist mit jedem der MOS-Transistoren 50 und 51 in Parallelschaltung verbunden. Das heißt, die Diode ist zwischen dem Source-Anschluss und dem Drain-Anschluss von jedem der MOS-Transistoren 50 und 51 verbunden. Diese Diode ist eine parasitäre Diode (oder eine Bodydiode). Es ist ebenso möglich, eine andere Diode in Parallelschaltung zu jedem der MOS-Transistoren 50 und 51 anzuordnen. Weiterhin ist es möglich, dass sich zumindest einer von dem oberen Zweig und dem unteren Zweig aus anderen Schaltelementen als MOS-Transistoren zusammensetzt.
3 ist eine Ansicht, die einen genauen Aufbau einer Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X in dem Wechselstromgenerator 1, der in 1 gezeigt ist, zeigt. Wie in 3 gezeigt ist, setzt sich die Steuerschaltung 54 aus einem Steuerabschnitt 100, einer elektrischen Leistungsquelle 160, einem Ausgangsspannungs-Erfassungsabschnitt 110, einem Erfassungsabschnitt 120 des oberen Zweigs MOS V_DS, einem Erfassungsabschnitt 130 des unteren Zweigs MOS V_DS, einem Temperaturerfassungsabschnitt 150, einem Treiber 170 und einem Treiber 172 zusammen.
Die elektrische Leistungsquelle 160 in der Steuerschaltung 54 beginnt einen Betrieb zu einer Zeit, wenn die elektrische Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 der Feldwicklung 4 des Rotors einen Erregerstrom zuführt. Die elektrische Leistungsquelle 160 führt an jedem der Bauteile in der Steuerschaltung 54 eine Betriebsspannung zu. Die elektrische Leistungsquelle 160 stoppt eine Zufuhr der Betriebsspannung an jedem der Bauteile der Steuerschaltung 54, wenn die elektrische Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 die Zufuhr des Erregerstroms zu der Feldwicklung 4 des Rotors anhält. Der Betrieb der elektrischen Leistungsquelle 160 wird basierend auf einem Anweisungssignal, das von dem Steuerabschnitt 100 übertragen wird, angefangen und angehalten.
Ein Ausgangsanschluss (G1) des Treibers 170 ist mit einem Gate-Anschluss des MOS-Transistors 50 an der Oberspannungsseite (an dem oberen Zweig) verbunden. Der Treiber 170 erzeugt ein Ansteuersignal und gibt dieses aus, um den MOS-Transistor 50 ein- und auszuschalten. In ähnlicher Weise ist der Ausgangsanschluss (G2) des Treibers 172 mit einem Gate-Anschluss des MOS-Transistors 51 an der Unterspannungsseite (an dem unteren Zweig) verbunden. Der Treiber 172 erzeugt ein Ansteuersignal und gibt dieses aus, um den MOS-Transistor 51 ein- und auszuschalten.
Jeder der MOS-Transistoren 50 und 51 weist zwei Zustände auf. Einer ist ein vollständig eingeschalteter Zustand, bei dem ein Pfad zwischen einer Source und einem Drain von jedem der MOS-Transistoren 50 und 51 einen geringen Widerstand aufweist. Der vollständig eingeschaltete Zustand des MOS-Transistors entspricht einem leitenden Zustand eines gewöhnlichen Schaltelements.
Andererseits besteht ein unvollständig eingeschalteter Zustand, bei dem der Pfad zwischen der Source und dem Drain von jedem der MOS-Transistoren 50 und 51 einen hohen Widerstandswert aufweist. Bei dem vollständig eingeschalteten Zustand weist jeder der MOS-Transistoren 50 und 51 eine niedrige Spannung im Vergleich zu der Gate-Spannung in dem vollständig eingeschalteten Zustand des MOS-Transistors auf.
Der unvollständig eingeschaltete Zustand verwendet die Gate-Spannung derart, dass eine Spannung zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss von jedem der MOS-Transistoren 50 und 51 niedriger als eine Durchlassspannung wird, die von einer Diodengleichrichtung verwendet wird. Beispielsweise wird ein Ansteuersignal zum Einstellen einer Gate-Spannung erzeugt, sodass die Spannung V_DS zwischen dem Drain und der Source des MOS-Transistors gleich einer Spannung von 0,1 V (als konstante Volt-Spannung) wird.
Um die Spannung V_DS zwischen dem Drain und der Source des MOS-Transistors an die Spannung von 0,1 V anzupassen, ist es ausreichend, die Gate-Spannung so anzupassen, dass eine Phasenspannung gleich einen ersten Schwellwert einnimmt, und das Ansteuersignal zu erzeugen, um die MOS-Transistoren 50 und 51 anzusteuern. Ein solches Ansteuersignal, das dem unvollständigen eingeschalteten Zustand entspricht, ist ein Beispiel. Da die Spannung V_DS zwischen dem Drain und der Source des MOS-Transistors niedriger als die Durchlassspannung wird, wenn die Diodengleichrichtung ausgeführt wird, ist es möglich, die Gate-Spannung konstant zu halten während die Spannung V_DS zwischen dem Drain und der Source des MOS-Transistors variiert.
Der Ausgangsspannungs-Erfassungsabschnitt 110 setzt sich aus einem Differentialverstärker und einer Analog-zu-Digital-(AD)-Wandlereinheit zusammen. Die AD-Wandlereinheit wandelt eine analoge Ausgabe dieses Differentialverstärkers in digitale Daten um. Der Ausgangsspannungs-Erfassungsabschnitt 110 gibt Daten aus, die einer Spannung an dem Ausgangsanschluss B des Wechselstromgenerators 1 (oder dem Gleichrichtermodul 5X) entsprechen. Es ist ebenso akzeptabel die AD-Wandlereinheit seitens des Steuerabschnitts 100 anzuordnen.
Der Erfassungsabschnitt 120 des oberen Zweigs MOS V_DS erfasst eine Spannung zwischen dem Drain und der Source des MOS-Transistors 50 an der Oberspannungsseite und vergleicht die erfasste Spannung mit einem vorbestimmten Schwellwert, und erzeugt ein Vergleichssignal, das dem Vergleichsergebnis entspricht, und gibt dieses aus.
4 ist eine Ansicht, die ein konkretes Beispiel von Spannungswerten zeigt, die durch den Erfassungsabschnitt 120 des oberen Zweigs MOS V_DS in der Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X des Wechselstromgenerators 1, das in 1 gezeigt ist, erfasst werden. Wie in 4 gezeigt ist, zeigt eine horizontale Achse die Spannung V_DS zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss des MOS-Transistors, die eine Differenz zu einer Ausgangsspannung V_B des Drains des MOS-Transistors ist. Die vertikale Achse in 4 zeigt einen Spannungspegel eines Signals an, das von dem Erfassungsabschnitt 120 des oberen Zweigs MOS V_DS übertragen wird.
Wie in 4 gezeigt ist, wird die Spannung V_DS zwischen dem Drain und der Source des MOS-Transistors nicht kleiner als 0,1 V, wenn die Phasenspannung V_P um nicht weniger als 0,1 V höher als die Ausgangsspannung V_B wird. In diesem Fall wird das Ausgangsspannungssignal des Erfassungsabschnitts 120 des oberen Zweigs MOS V_DS von einem Unterspannungspegel (0 V) auf einen Oberspannungspegel (5 V) umgeschaltet. Danach gibt der Erfassungsabschnitt 120 des oberen Zweigs MOS V_DS den Unterspannungspegel (0 V) anstelle des Oberspannungspegels (5 V) aus, da die Spannung V_DS zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss des MOS-Transistors 0 V wird, wenn die Phasenspannung V_P die Ausgangsspannung V_B einnimmt.
7 ist eine Ansicht, die einen Zeitablauf eines synchronen Steuerbetriebs zeigt, der durch den Steuerabschnitt 100 in der Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X in dem Wechselstromgenerator 1, der in 1 gezeigt ist, ausgeführt wird. Beispielsweise entspricht ein in 7 gezeigtes Bezugssymbol V10, das um 0,1 V höher als die Ausgangsspannung V_B ist, einem ersten Schwellwert. Insbesondere wird der erste Schwellwert dazu verwendet, die Startzeit, zu der die elektrische Leistungszufuhrdauer der Diodengleichrichtung beginnt, zuverlässig zu erfassen. Der erste Schwellwert ist größer als ein Wert, der durch Addieren der Ausgangsspannung V_B und der Spannung V_DS zwischen dem Drain und der Source des MOS-Transistors erlangt wird, und kleiner als ein Wert, der durch Addieren der Ausgangsspannung V_B und der Durchlassspannung V_F der Diode, die mit dem MOS-Transistor 50 in Parallelschaltung verbunden ist, erlangt wird.
Der zweite Schwellwert entspricht der Spannung, die durch das in 7 gezeigte Bezugszeichen V20 bezeichnet wird, und die gleich groß mit der Ausgangsspannung V_B ist. Der zweite Schwellwert wird verwendet, um eine Zeit, zu der die elektrische Leistungszufuhrdauer der Diodengleichrichtung abgeschlossen ist, zuverlässig zu erfassen. Der zweite Schwellwert ist so eingestellt, dass er die Ausgangsspannung V_B einnimmt oder niedriger als die Ausgangsspannung V_B ist.
Eine Einschaltdauer des oberen Zweigs (an der Oberspannungsseite) läuft ab einer ersten Zeit, wenn die Phasenspannung V_P den ersten Schwellwert erreicht, bis zu einer zweiten Zeit, wenn die Phasenspannung V_P den zweiten Schwellwert nach der ersten Zeit erreicht.
Die Einschaltdauer des oberen Zweigs entspricht der elektrischen Leistungszufuhrdauer, die in den Ansprüchen verwendet wird.
Obwohl eine Startzeit und eine Endzeit der Einschaltdauer gegenüber einer Startzeit und einer Endzeit der Diodenleistungszufuhrdauer versetzt ist, in der elektrische Leistung an der Diode zugeführt wird, wenn der MOS-Transistor 50 eingeschaltet ist, führt die Steuerschaltung 54 den synchronen Steuerbetrieb basierend auf der Einschaltdauer aus.
Der Erfassungsabschnitt 130 des unteren Zweigs MOS V_DS in der Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X erfasst die Spannung V_DS zwischen dem Drain und der Source des MOS-Transistors 51 an der Unterspannungsseite. Der Erfassungsabschnitt 130 des unteren Zweigs MOS V_DS vergleicht die erfasste Spannung V_DS mit dem vorbestimmten Schwellwert und erzeugt ein Vergleichssignal, das dem Vergleichsergebnis entspricht.
5 ist eine Ansicht, die ein konkretes Beispiel der Spannungswerte zeigt, die durch einen Erfassungsabschnitt 130 des unteren Zweigs MOS V_DS in der Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X in dem Wechselstromgenerator 1, der in 1 gezeigt ist, erfasst werden. Die horizontale Achse in 5 zeigt die Spannung V_DS zwischen dem Drain und der Source des MOS-Transistors 51, die eine Differenz zu einer Masseanschlussspannung V_GND als eine Spannung an einem negativen Elektrodenanschluss an der Drain-Seite der Batterie 9 zeigt. Die vertikale Achse in 5 zeigt einen Spannungspegel des Signals, das von dem Erfassungsabschnitt 130 des unteren Zweigs MOS V_DS übertragen wird.
Wie in 5 gezeigt ist, wird das Ausgangssignal, das von dem Erfassungsabschnitt 130 des unteren Zweigs MOS V_DS übertragen wird, von einem niedrigen Spannungspegel (0 V) auf einen hohen Spannungspegel (5 V) umgeschaltet, da die Spannung V_DS zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss des MOS-Transistors 51 nicht größer als –0,1 V wird, wenn die Phasenspannung V_P um nicht mehr als 0,1 V kleiner als die Massespannung V_GND wird. Da die Spannung V_DS zwischen dem Drain und der Source des MOS-Transistors 51 0 V wird, wenn die Phasenspannung V_P die Massespannung V_GND einnimmt, wird danach das Ausgangssignal, das von dem Erfassungsabschnitt 130 des unteren Zweigs MOS V_DS übertragen wird, von dem hohen Spannungspegel (H = 5 V) auf den niedrigen Spannungspegel (L = 0 V) umgeschaltet.
Der in 7 gezeigte Spannungswert V11, der um 0,1 V niedriger als die Massespannung V_GND ist, entspricht dem ersten Schwellwert. Der erste Schwellwert wird verwendet, um die Zeit, zu der die Diodenleistungszufuhrdauer beginnt, zuverlässig zu erfassen. Der erste Schwellwert V11 ist niedriger als derjenige Wert, der durch Subtrahieren der Spannung V_DS zwischen dem Drain und der Source des MOS-Transistors 51 in dem eingeschalteten Zustand von der Massespannung V_GND erlangt wird. Ferner ist der erste Schwellwert V11 höher als derjenige Wert, der durch Subtrahieren der Durchlassspannung V_F der Diode, die mit dem MOS-Transistor 51 in Parallelschaltung verbunden ist, von der Massespannung V_GND erlangt wird.
Der Spannungswert 21, der gleich mit der Ausgangsspannung V_B ist, wie zuvor beschrieben wurde, entspricht dem zweiten Schwellwert. Der zweite Schwellwert wird verwendet, um die Zeit, zu der die Diodenleistungszufuhrdauer abgeschlossen ist, zuverlässig zu erfassen. Der zweite Schwellwert V21 ist höher oder gleich der Massespannung V_GND. Eine Einschaltdauer des unteren Zweigs ist als eine Dauer definiert, die ab einer Zeit läuft, wenn die Phasenspannung V_P den ersten Schwellwert V11 erreicht, bis zu einer Zeit, wenn die Phasenspannung V_P den zweiten Schwellwert V21 erreicht. Die Einschaltdauer des unteren Zweigs entspricht der elektrischen Leistungszufuhrdauer, die in den Ansprüchen verwendet wird. Die Einschaltdauer des unteren Zweigs unterscheidet sich in einer Startzeit und einer Abschlusszeit von der Diodenleistungszufuhrdauer. Während der Diodenleistungszufuhrdauer wird tatsächlich eine elektrische Leistung an der Diode zugeführt, wenn der MOS-Transistor 51 ausgeschaltet ist. Allerdings wird der synchrone Gleichrichtungsbetrieb in der beispielgebenden Ausführungsform basierend auf der Einschaltdauer des unteren Zweigs ausgeführt.
Der Temperaturerfassungsabschnitt 150 in der Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X setzt sich beispielsweise aus einer Diode und einem Analog-zu-Digital-Wandler (AD-Wandler) zusammen. Die Diode ist in der Nähe der MOS-Transistoren 50 und 51 und dem Steuerabschnitt 100 angeordnet. Der AD-Wandler wandelt eine Durchlassspannung der Diode in digitale Daten um. Da die Durchlassspannung der Diode eine temperaturabhängige Charakteristik aufweist, ist es möglich, eine Temperatur in dem Bereich nahe der MOS-Transistoren 50 und 51, usw. zu erfassen. Es ist möglich, den AD-Wandler oder den gesamten Temperaturerfassungsabschnitt 150 einschließlich des AD-Wandlers in dem Steuerabschnitt 100 anzuordnen.
Der Steuerabschnitt 100 beurteilt die Zeit zum Starten des synchronen Gleichrichtungsbetriebs und bestimmt die Einschalt-/Ausschaltzeit zum Ein- und Ausschalten der MOS-Transistoren 50 und 51, um den synchronen Gleichrichtungsbetrieb auszuführen. Zudem weist der Steuerabschnitt 100 die Treiber 170 und 172 jeweils basierend auf der Einschalt-/Ausschaltzeit dazu an, den Betrieb der MOS-Transistoren 50 und 51 anzusteuern. Weiterhin bestimmt der Steuerabschnitt 100 die Zeit zum Ausführen eines Lastabfallschutzbetriebs, und führt den Lastabfallschutzbetrieb basierend auf der bestimmten Zeit aus.
6 ist eine Ansicht, die einen genauen Aufbau des Steuerabschnitts 100 in der Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X in dem Wechselstromgenerator 1, der in 1 gezeigt ist, zeigt.
Wie in 6 gezeigt ist, setzt sich der Steuerabschnitt 100 aus einem Drehzahlberechnungsabschnitt 101, einem synchronen SteuerstartBeurteilungsabschnitt 102, einem Zeitbeurteilungsabschnitt 103 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs, einem Zeitbeurteilungsabschnitt 104 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs, einem elektrischen Sollwinkel-Einstellabschnitt 105, einem Zeitberechnungsabschnitt 106 des MOS-Transistors T_FB des oberen Zweigs, einem Zeitberechnungsabschnitt 107 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs, einem Zeitberechnungsabschnitt 108 des MOS-Transistors T_FB des unteren Zweigs, einem Zeitberechnungsabschnitt 109 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs, einem Lastabfall-Beurteilungsabschnitt 111, einem Beurteilungsabschnitt 112 zur Ein-/Ausschaltung der elektrischen Leistung, einem Zeitbeurteilungsabschnitt 113 der Ausschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs und einem Zeitbeurteilungsabschnitt 114 der Ausschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs zusammen. Die Funktionen dieser Abschnitte 101 bis 114 werden durch Softwareprogramme umgesetzt, die beispielsweise in einem Speicherabschnitt (nicht dargestellt) gespeichert sind. Die CPU in dem Steuerabschnitt 100 liest die in dem Speicherabschnitt gespeicherten Softwareprogramme aus und rührt die Softwareprogramme synchron mit einem Taktsignal aus, das durch eine Taktsignalerzeugungsschaltung erzeugt wird. Ein genauer Betrieb von jedem der Abschnitte 101 bis 114 in dem Steuerabschnitt 100 wird später beschrieben.
Der Zeitbeurteilungsabschnitt 103 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs und der Beurteilungsabschnitt 104 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs entsprechen dem in den Ansprüchen verwendeten „ersten Zeiteinstellabschnitt”.
Der Zeitberechnungsabschnitt 107 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs, der Zeitberechnungsabschnitt 109 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs, der Zeitberuteilungsabschnitt 113 der Ausschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs und der Zeitbeurteilungsabschnitt 114 der Ausschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs entsprechen dem in den Ansprüchen verwendeten „zweiten Zeiteinstellabschnitt”.
Der Treiber 170 und der Treiber 172 entsprechen dem in den Ansprüchen verwendeten „Schaltelementansteuerabschnitt”.
Nachstehend folgt eine Beschreibung des Betriebs des Gleichrichtermoduls 5X in dem Wechselstromgenerator 1 gemäß der beispielgebenden Ausführungsform mit diesem Aufbau.
(1) Beurteilung zum Starten und Stoppen der Leistungszufuhr von der elektrischen Leistungsquelle 160.
Der Beurteilungsabschnitt 112 der Ein-/Ausschaltung der Leistungszufuhr überwacht das Auftreten eines pulsweiten Modulations-(PWM)-Signals (ein Erregerstrom), der von der elektrischen Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 durch den Anschluss F der elektrischen Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung zu der Feldwicklung 7 zu der Feldwicklung 4 des Rotors übertragen wird.
Wenn die elektrische Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 eine Zufuhr des PWM-Signals zu der Feldwicklung 4 des Rotors über 30 μm fortführt, weist der Beurteilungsabschnitt 112 der Ein-/Ausschaltung der elektrischen Leistung die elektrische Leistungsquelle 160 dazu an, ein Zuführen der elektrischen Leistung zu beginnen.
Wenn andererseits die elektrische Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 eine Zufuhr des PWM-Signals (Erregerstrom) zu der Feldwicklung 4 des Rotors über eine Minute stoppt, weist der Beurteilungsabschnitt 112 der Ein-/Ausschaltung der elektrischen Leistung die elektrische Leistungsquelle 160 dazu an, ein Zuführen der elektrischen Leistung zu stoppen.
Wenn die elektrische Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 damit beginnt, das PWM-Signal (Erregerstrom) an der Feldwicklung 4 des Rotors zuzuführen, beginnt das Gleichrichtermodul 5X, usw. den Betrieb. Die elektrische Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 stoppt ein Zuführen des PWM-Signals (Erregerstrom) der Feldwicklung 4 des Rotors, wobei das Gleichrichtermodul 5X, usw. den Betrieb beginnt. Demzufolge ist es möglich, einen elektrischen Leistungsverbrauch zu unterdrücken, da das Gleichrichtermodul 5, usw. nur dann betrieben wird, wenn der Wechselstromgenerator 1 elektrische Leistung erzeugt.
(2) Synchroner Steuerbetrieb
In 7 zeigt die Einschaltdauer des oberen Zweigs das Ausgangssignal an, das von dem Erfassungsabschnitt 120 des oberen Zweigs MOS V_DS übertragen wird. Die vollständige Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs zeigt die Zeit an, zu welcher der MOS-Transistor 50 an der Oberspannungsseite vollständig eingeschaltet ist. Die unvollständige Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs zeigt die Zeit an, zu welcher der MOS-Transistor 50 an der Oberspannungsseite unvollständig eingeschaltet ist. Die Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs zeigt die Gesamtzeit der vollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs und der unvollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs.
Andererseits zeigt die Einschaltdauer des unteren Zweigs das Ausgangssignal an, das von dem Erfassungsabschnitt 130 des unteren Zweigs MOS V_DS übertragen wird. Die vollständige Einschaltdauer des MOS-Transistors des unteren Zweigs zeigt die Zeit an, zu welcher der MOS-Transistor 51 an der Unterspannungsseite vollständig eingeschaltet ist. Die unvollständige Einschaltdauer des MOS-Transistors des unteren Zweigs zeigt die Zeit an, zu welcher der MOS-Transistor 51 an der Unterspannungsseite unvollständig eingeschaltet ist. Die Einschaltdauer des MOS-Transistors des unteren Zweigs zeigt die Gesamtzeit der unvollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des unteren Zweigs und der vollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des unteren Zweigs an.
Die Bezugszeichen T_FB1 und T_FB2, ein elektrischer Sollwinkel und das Bezugszeichen ΔT werden später beschrieben.
Der Zeitbeurteilungsabschnitt 103 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs überwacht das Ausgangssignal (Einschaltdauer des oberen Zweigs), das von dem Erfassungsabschnitt 120 des oberen Zweigs MOS V_DS übertragen wird. Der Zeitbeurteilungsabschnitt 103 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs beurteilt die Zeit, zu welcher der MOS-Transistor 50 an der Oberspannungsseite vollständig eingeschaltet ist, wenn das überwachte Ausgangssignal von dem Unterspannungspegel auf den Oberspannungspegel umgeschaltet wird. Wenn das überwachte Ausgangssignal von dem Unterspannungspegel auf den Oberspannungspegel umgeschaltet wird, erzeugt der Zeitbeurteilungsabschnitt 103 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs das Befehlssignal und überträgt dieses an den Treiber 170. Wenn der Treiber 170 das Befehlssignal empfängt, das von dem Zeitbeurteilungsabschnitt 103 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs übertragen wird, schaltet dieser den MOS-Transistor 50 an der Oberspannungsseite ein.
Wenn ab der Zeit, zu welcher der MOS-Transistor 50 vollständig eingeschaltet ist, eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, beurteilt der Zeitberechnungsabschnitt 107 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs die Zeit, zu welcher der MOS-Transistor 50 unvollständig eingeschaltet wird, und er überträgt ein Befehlssignal an den Treiber 170. Wenn der Treiber 170 das Befehlssignal empfängt, das von dem Zeitberechnungsabschnitt 107 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs übertragen wird, schaltet dieser von dem vollständig eingeschalteten Zustand des MOS-Transistors 50 auf den unvollständig eingeschalteten Zustand des MOS-Transistors 50 um.
Die vorbestimmte Zeitdauer, zu der die vollständige Einschaltdauer auf die unvollständige Einschaltdauer umgeschaltet wird, wird jedes Mal angepasst, so dass die vorbestimmte Zeitdauer gegenüber der Abschlusszeit (zu der Zeit, zu der das Ausgangssignal des Erfassungsabschnitts 120 des oberen Zweigs MOS V_DS von dem Oberspannungspegel auf den Unterspannungspegel umgeschaltet wird) der Einschaltdauer des oberen Zweigs um den elektrischen Sollwinkel vorverlegt ist.
Unter Berücksichtigung des Falls, dass der Diodengleichrichtbetrieb durch die Diode ausgeführt wird während der MOS-Transistor 50 immer ausgeschaltet ist, ist der elektrische Sollwinkel eine Toleranz, um zu verhindern, dass die Abschlusszeit der vollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs gegenüber der Abschlusszeit der elektrischen Leistungszufuhrdauer in dem Diodengleichrichterbetrieb nicht verzögert ist. Der elektrische Sollwinkel-Einstellabschnitt 105 bestimmt den elektrischen Sollwinkel. Der elektrische Sollwinkel-Einstellabschnitt 105 bestimmt den elektrischen Sollwinkel basierend auf der Drehzahl, die durch den Drehzahlberechnungsabschnitt 101 berechnet wird. Ein großer Wert des elektrischen Sollwinkels wird während einem niedrigen Drehzahlbereich und einem hohen Drehzahlbereich verwendet. Andererseits wird ein kleiner Wert des elektrischen Sollwinkels, im Vergleich zum hohen Wert des elektrischen Sollwinkels, während einem mittleren Drehzahlbereich zwischen dem niedrigen Drehzahlbereich und dem hohen Drehzahlbereich verwendet. Nachstehend wird ein Verfahren f erklärt, mit dem der elektrische Sollwinkel bestimmt wird, welcher der Drehzahl entspricht.
Der Drehzahlberechnungsabschnitt 101 berechnet die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 basierend auf einer ansteigenden Dauer oder einer fallenden Dauer des Ausgangssignals, das von dem Erfassungsabschnitt 130 des unteren Zweigs MOS V_DS übertragen wird. Der Drehzahlberechnungsabschnitt 101 kann die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 unter Verwendung des Ausgangssignals des Erfassungsabschnitts 130 des unteren Zweigs MOS V_DS ungeachtet der Abweichung des Ausgangssignals V_B des Wechselstromgenerators 1 stabil berechnen.
Der Zeitbeurteilungsabschnitt 113 der Ausschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs überwacht das Ausgangssignal (Einschaltdauer des oberen Zweigs) des Erfassungsabschnitts 120 des oberen Zweigs MOS V_DS. Der Zeitbeurteilungsabschnitt 113 der Ausschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs beurteilt als Zeit zum Ausschalten des MOS-Transistors 50 an der Oberspannungsseite eine Zeit, zu der das Ausgangssignal des Zeitbeurteilungsabschnitts 113 der Ausschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs von einem Oberspannungspegel auf einen Unterspannungspegel umgeschaltet wird. Wenn diese Zeit erfasst wird, überträgt der Zeitbeurteilungsabschnitt 113 der Ausschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs ein Befehlssignal an den Treiber 170. Wenn der Treiber 170 das Befehlssignal empfängt, das von dem Zeitbeurteilungsabschnitt 113 der Ausschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs übertragen wird, schaltet dieser den MOS-Transistor 50 an der Oberspannungsseite (oberer Zweig) aus. Obwohl in diesem Fall die Zeit, zu welcher der Treiber 170 den MOS-Transistor 50 ausschaltet, unter Verwendung des zweiten Schwellwerts (der zur Erfassung der Abschlusszeit der Einschaltzeit des oberen Zweigs verwendet wird, d. h. die Zeit, wenn das Ausgangssignal des Erfassungsabschnitts 120 des oberen Zweigs MOS V_DS von dem Oberspannungspegel auf den Unterspannungspegel umgeschaltet wird) bestimmt wird, ist es möglich, einen dritten Schwellwert zu verwenden, der sich von dem zweiten Schwellwert unterscheidet, um die Zeit zu bestimmen, zu welcher der Treiber 170 den MOS-Transistor 50 ausschaltet. Es wird bevorzugt, dass der dritte Schwellwert nicht größer als die Spannung der Batterie 9 ist.
Ähnlich wie der Zeitbeurteilungsabschnitt 103 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs überwacht der Zeitbeurteilungsabschnitt 104 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs das Ausgangssignal (in der Einschaltdauer des unteren Zweigs), das von dem Erfassungsabschnitt 130 des unteren Zweigs MOS V_DS übertragen wird. Der Zeitbeurteilungsabschnitt 104 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs beurteilt die Zeit, zu welcher der MOS-Transistors 51 an der Unterspannungsseite vollständig eingeschaltet wird, wenn das überwachte Ausgangssignal von dem Unterspannungspegel auf den Oberspannungspegel umgeschaltet wird. Wenn das überwachte Ausgangssignal von dem Unterspannungspegel auf den Oberspannungspegel umgeschaltet wird, erzeugt der Zeitbeurteilungsabschnitt 104 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs das Befehlssignal und überträgt dieses an den Treiber 172. Wenn der Treiber 172 das Befehlssignal empfängt, das von dem Zeitbeurteilungsabschnitt 104 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs übertragen wird, schaltet dieser den MOS-Transistor 51 an der Unterspannungsseite ein.
Der Zeitberechnungsabschnitt 109 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs bestimmt die Zeit, die ab einer Zeit abgelaufen ist, zu welcher der MOS-Transistor 51 für eine vorbestimmte Zeitdauer vollständig eingeschaltet wird, als die unvollständige Einschaltzeit des MOS-Transistors 51. Der Zeitberechnungsabschnitt 109 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs überträgt ein Befehlssignal an den Treiber 172. Wenn der Treiber 172 das Befehlssignal empfängt, das von dem Zeitberechnungsabschnitt 109 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs übertragen wird, schaltet dieser den Zustand des MOS-Transistors 51 von dem vollständig eingeschalteten Zustand in den unvollständig eingeschalteten Zustand um. Diese ”unvollständige Einschaltzeit” des MOS-Transistors entspricht der in den Ansprüchen verwendeten ”Schaltzeit”.
Die vorbestimmte Zeitdauer, zu der die vollständige Einschaltdauer auf die unvollständige Einschaltdauer umgeschaltet wird, wird jedes Mal angepasst, so dass die vorbestimmte Zeitdauer gegenüber der Abschlusszeit (zu der Zeit, zu der Ausgangssignal des Erfassungsabschnitts 130 des unteren Zweigs MOS V_DS von dem Oberspannungspegel auf den Unterspannungspegel umgeschaltet wird) der Einschaltdauer des oberen Zweigs um den elektrischen Sollwinkel vorverlegt ist.
Unter Berücksichtigung des Falls, in dem der Diodengleichrichtungsbetrieb durch die Diode ausgeführt wird, während der MOS-Transistor 51 immer ausgeschaltet ist, ist der elektrische Sollwinkel eine Toleranz, um zu verhindern, dass die Abschlusszeit der vollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs gegenüber der Abschlusszeit der elektrischen Leistungszufuhrdauer in dem Diodengleichrichtungsbetrieb nicht verzögert ist. Der elektrische Sollwinkel-Einstellabschnitt 105 bestimmt den elektrischen Sollwinkel.
Der Zeitbeurteilungsabschnitt 114 der Ausschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs überwacht das Ausgangssignal (in der Einschaltdauer des unteren Zweigs) des Erfassungsabschnitts 130 des unteren Zweigs MOS V_DS. Der Zeitbeurteilungsabschnitt 114 der Ausschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs beurteilt als Zeit, zu welcher der MOS-Transistor 51 an der Unterspannungsseite eingeschaltet wird, eine Zeit, zu der das Ausgangssignal des Zeitbeurteilungsabschnitts 114 der Ausschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs von dem Oberspannungspegel auf den Unterspannungspegel umgeschaltet wird. Wenn diese Zeit erfasst ist, überträgt der Zeitbeurteilungsabschnitt 114 der Ausschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs ein Befehlssignal an den Treiber 172. Wenn der Treiber 172 das Befehlssignal empfängt, das von dem Zeitbeurteilungsabschnitt 114 der Ausschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs übertragen wird, schaltet dieser den MOS-Transistor 51 an der Unterspannungsseite (an dem unteren Zweig) aus.
Obwohl in diesem Fall die Zeit, zu welcher der Treiber den MOS-Transistor 51 ausschaltet, unter Verwendung des zweiten Schwellwerts (der zur Erfassung der Abschlusszeit der Einschaltdauer des unteren Zweigs, d. h. derjenigen Zeit, zu der das Ausgangssignal des Erfassungsabschnitts 130 des unteren Zweigs MOS V_DS von dem Oberspannungspegel auf den Unterspannungspegel umgeschaltet wird) bestimmt wird, ist es möglich, den dritten Schwellwert zu verwenden, der sich von dem zweiten Schwellwert unterscheidet, um die Zeit zu bestimmen zu welcher der Treiber 172 den MOS-Transistor 51 ausschaltet. Es wird bevorzugt, dass der dritte Schwellwert nicht kleiner als die Massespannung ist.
Da im Übrigen die Abschlusszeit der Einschaltdauer des oberen Zweigs und die Abschlusszeit der Einschaltdauer des unteren Zweigs zu der Zeit, zu der die MOS-Transistoren 50 und 51 von dem vollständig eingeschalteten Zustand in den unvollständig eingeschalteten Zustand umgeschaltet werden, nicht bekannt sind, verwendet der Zeitberechnungsabschnitt 107 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs und der Zeitberechnungsabschnitt 109 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs Informationen, die durch eine Rückkopplung eine halber Dauer vorher erlangt werden, um die Genauigkeit der Schaltzeit, zu welcher der Zustand der MOS-Transistoren 50 und 51 von dem vollständig eingeschalteten Zustand in den unvollständig eingeschalteten Zustand umgeschaltet wird, zu verbessern.
Beispielsweise wird die Zeit, zu welcher der Zustand des MOS-Transistors 50 an der Oberspannungsseite auf den unvollständig eingeschalteten Zustand umgeschaltet wird, durch das folgende Verfahren bestimmt.
Der Zeitberechnungsabschnitt 108 des MOS-Transistors T_FB des unteren Zweigs berechnet die Zeit T_FB2 (siehe 7), die ab einer Zeit läuft, zu welcher der MOS-Transistor 51 an der Unterspannungsseite auf den unvollständig eingeschalteten Zustand umgeschaltet wird, bis zu der Abschlusszeit der Einschaltdauer des unteren Zweigs. Der Zeitberechnungsabschnitt 107 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs berechnet eine Differenz ΔT durch Subtrahieren des elektrischen Sollwinkels von der berechneten Zeit T_FB2.
Wenn sich der Wechselstromgenerator 1 stabil dreht, wird die Differenz ΔT null (ΔT = 0), da die berechnete Zeit T_FB2 mit dem elektrischen Sollwinkel gleich ist. Allerdings kann die Differenz ΔT nicht null werden (ΔT ≠ 0), da die folgenden Fälle (A) bis (E) bestehen:

(A) Abweichung der Umdrehungen des Wechselstromgenerators 1, die durch eine Beschleunigung und Entschleunigung eines Fahrzeugs verursacht werden;
(B) Pulsieren einer Verbrennungsmaschine des Fahrzeugs;
(C) Abweichung von elektrischen Lasten;
(D) Abweichung eines Betriebstaktsignals, wenn eine zentrale Verarbeitungseinheit in dem Steuerabschnitt 100 eine vorbestimmte Programmsoftware ausführt, um die Funktion des Steuerabschnitts 100 umzusetzen; und
(E) Unterschied zwischen der Zeit, zu welcher der Steuerabschnitt 100 das Befehlssignal an die Treiber 170 und 172 überträgt, um die MOS-Transistoren 170 und 172 auszuschalten, und der Zeit, zu der die MOS-Transistoren tatsächlich ausgeschaltet werden.

Damit die Differenz ΔT null wird (ΔT = 0), bestimmt der Zeitberechnungsabschnitt 107 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs die Schaltzeit des MOS-Transistors 50, zu welcher der MOS-Transistor 50 auf die vollständige Einschaltdauer des oberen Zweigs umgeschaltet wird, in dem die vollständige Einschaltdauer des MOS-Transistors des unteren Zweigs, die von dem Zeitberechnungsabschnitt 109 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs verwendet wird, basierend auf der Differenz ΔT eine halbe Dauer vorher kompensiert wird. Insbesondere wenn ein Kompensationskoeffizient α verwendet wird, kann die vollständige Einschaltdauer des oberen Zweigs durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: Vollständige Einschaltdauer des oberen Zweigs = Vollständige Einschaltdauer des MOS-Transistors des unteren Zweigs + ΔT·α.
Ähnlich wie das zuvor beschriebene Verfahren zum Bestimmen der Schaltzeit, wird die Ausschaltzeit des MOS-Transistors 51 des unteren Zweigs wie folgt bestimmt.
Der Zeitberechnungsabschnitt 106 des MOS-Transistors T_FB des unteren Zweigs berechnet die Zeit T_FB1 (siehe 7), die ab der Zeit läuft, zu welcher der MOS-Transistor 51 an der Oberspannungsseite eine halbe Dauer vorher auf den unvollständig eingeschalteten Zustand umgeschaltet wird, bis zu der Abschlusszeit der Einschaltdauer des oberen Zweigs. Der Zeitberechnungsabschnitt 109 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs berechnet die Differenz ΔT durch Subtrahieren des elektrischen Sollwinkels von der berechneten Zeit T_FB1. Der Zeitberechnungsabschnitt 109 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs bestimmt die Schaltzeit, zu welcher der Zustand des MOS-Transistors 51 auf den unvollständig eingeschalteten Zustand umgeschaltet wird, indem die vollständige Einschaltdauer des vollständigen MOS-Transistors des oberen Zweigs, die von dem Zeitberechnungsabschnitt 107 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs verwendet wird, basierend auf der Differenz ΔT eine halbe Dauer vorher kompensiert wird. Insbesondere, wenn der Kompensationskoeffizient α verwendet wird, kann die vollständige Einschaltdauer des unteren Zweigs durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: Vollständige Einschaltdauer des unteren Zweigs = Vollständige Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs + ΔT·α.
Wie zuvor ausführlich beschrieben wurde, wird der MOS-Transistor 50 an der Oberspannungsseite und der MOS-Transistor 51 an der Unterspannungsseite für dieselbe Dauer des Diodengleichrichtungsbetriebs abwechselnd eingeschaltet. Die Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W in dem Wechselstromgenerator 1 gemäß der beispielgebenden Ausführungsform können den Gleichrichtungsbetrieb unter Verwendung des MOS-Transistors 50 an der Oberspannungsseite und des MOS-Transistors 51 an der Unterspannungsseite mit wenig Verlust ausführen.
(3) Verfahren zum Bestimmen des elektrischen Sollwinkels
Als Nächstes folgt eine Beschreibung des Verfahrens zum Bestimmen des elektrischen Sollwinkels. Der elektrische Sollwinkel wird so bestimmt, dass er der Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 entspricht, da ein minimaler elektrischer Sollwinkel (als minimaler Wert) von der Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 abhängt, wobei der minimale elektrische Sollwinkel erforderlich ist, um die synchrone Steuerung so auszuführen, dass die Zeit, zu der die MOS-Transistoren 50 und 51 unvollständig eingeschaltet werden, nicht gegenüber der Abschlusszeit der Einschaltdauer des oberen Zweigs oder der Einschaltdauer des unteren Zweigs verzögert ist.
Insbesondere wird der elektrische Zielwinkel durch die folgenden Fälle (A) bis (E) basierend auf der Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 angepasst, wie zuvor beschrieben ist:

(A) Abweichung der Umdrehungen des Wechselstromgenerators 1 durch eine Beschleunigung und Entschleunigung eines Fahrzeugs;
(B) Pulsieren einer Verbrennungsmaschine des Fahrzeugs;
(C) Abweichung von elektrischen Lasten;
(D) Abweichung eines Betriebstaktsignals, wenn eine zentrale Verarbeitungseinheit in der Steuereinheit 100 eine vorbestimmte Programmsoftware ausführt, um die Funktion des Steuerabschnitts 100 umzusetzen; und
(E) Unterschied zwischen der Zeit, zu welcher der Steuerabschnitt 100 das Befehlssignal an die Treiber 170 und 172 überträgt, um die MOS-Transistoren 170 und 172 auszuschalten, und der Zeit, zu der die MOS-Transistoren tatsächlich ausgeschaltet werden.

8 ist eine Ansicht, die eine Abweichung des elektrischen Winkels (Grad) zeigt, d. h. ein Verhältnis zwischen der Drehzahl (U/min) und dem elektrischen Winkel des Wechselstromgenerators 1, wenn das Fahrzeug plötzlich beschleunigt wird (die Drehzahl (U/min) des Wechselstromgenerators 1 plötzlich ansteigt).
8 zeigt den Fall (A). Die horizontale Achse in 8 zeigt die Drehzahl (U/min) des Wechselstromgenerators 1. Die vertikale Achse in 8 zeigt den elektrischen Winkel (Grad), der die Abweichung der Einschaltdauer des oberen Zweigs und der Einschaltdauer des unteren Zweigs zeigt, wenn die Drehzahl des Wechselstromgenerators von 2000 U/min auf 16000 U/min ansteigt. 8 zeigt die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 lediglich innerhalb eines bestimmten Bereichs von 1000 U/min bis 8000 U/min. In 8 zeigt die durchgezogene Linie die Charakteristik an, wenn der Rotor des Wechselstromgenerators 1 acht Pole aufweist, und die gepunktete Linie zeigt die Charakteristik an, wenn der Rotor des Wechselstromgenerators 1 sechs Pole aufweist.
Wie in 8 gezeigt ist, nimmt die Abweichung der Einschaltdauer, die durch den elektrischen Winkel ausgedrückt wird, umso mehr zu, je mehr die Drehzahl abnimmt. Andererseits nimmt die Abweichung der Einschaltdauer, die durch den elektrischen Winkel ausgedrückt wird, umso mehr ab, je mehr die Drehzahl zunimmt. Demzufolge ist es erforderlich, einen großen elektrischen Sollwinkel zu verwenden, wenn die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 in einen niedrigen Drehzahlbereich eintritt, und einen niedrigen elektrischen Sollwinkel zu verwenden, wenn die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 in einen hohen Drehzahlbereich eintritt.
9 ist eine Ansicht, die eine Abweichung des elektrischen Winkels (Grad), d. h., das Verhältnis zwischen der Drehzahl (U/min) und dem elektrischen Winkel des Wechselstromgenerators 1 zeigt, wenn eine Drehzahl der Verbrennungsmaschine, die an dem Fahrzeug angebracht ist, innerhalb eines Bereichs von ±40 U/min abweicht.
9 zeigt den Fall (B). Die horizontale Achse in 9 zeigt die Drehzahl (U/min) des Wechselstromgenerators 1. Die vertikale Achse in 9 zeigt den elektrischen Winkel (Grad), der die Abweichung der Einschaltdauer des oberen Zweigs und der Einschaltdauer des unteren Zweigs zeigt, wenn die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 von 2000 U/min auf 16000 U/min ansteigt, und ein Riemenscheibenverhältnis 2,5 beträgt. 9 zeigt die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 lediglich innerhalb eines bestimmten Bereichs von 1500 U/min bis 4000 U/min. Ähnlich wie in 8 zeigt die durchgezogene Linie in 9 die Charakteristik, wenn der Rotor des Wechselstromgenerators 1 acht Pole aufweist, und die gepunktete Linie in 9 zeigt die Charakteristik an, wenn der Rotor des Wechselstromgenerators 1 sechs Pole aufweist.
Wie in 9 gezeigt ist, nimmt die Abweichung der Einschaltdauer, die durch den elektrischen Winkel ausgedrückt wird, umso mehr zu, je mehr die Drehzahl abnimmt. Andererseits nimmt die Abweichung der Einschaltdauer, die durch den elektrischen Winkel ausgedrückt wird, umso mehr ab, je mehr die Drehzahl zunimmt. Demzufolge ist es erforderlich, einen großen elektrischen Sollwinkel zu verwenden, wenn die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 abnimmt, d. h. sich innerhalb des niedrigen Geschwindigkeitsbereichs befindet, und einen niedrigen elektrischen Sollwinkel zu verwenden, wenn die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 zunimmt, d. h. innerhalb eines hohen Drehzahlbereichs liegt.
10 ist eine Ansicht, die eine Abweichung des elektrischen Winkels (Grad), d. h. das Verhältnis zwischen der Drehzahl (U/min) und dem elektrischen Winkel des Wechselstromgenerators 1 zeigt, wenn eine elektrische Last plötzlich abweicht.
10 zeigt den Fall (C). Die horizontale Achse in 10 zeigt die Drehzahl (U/min) des Wechselstromgenerators 1. Die vertikale Achse in 10 zeigt den elektrischen Winkel (Grad), der die Abweichung der Einschaltdauer des oberen Zweigs und der Einschaltdauer des unteren Zweigs zeigt, wenn eine elektrische Last von 50 A getrennt ist und die Ausgangsspannung V_B des Wechselstromgenerators 1 innerhalb eines Bereichs von 13,5 V bis 14,0 V variiert. 10 zeigt die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 innerhalb eines bestimmten Bereichs von 0 U/min bis 12000 U/min. Ähnlich wie in den Fällen, die in 8 und 9 gezeigt sind, zeigt die durchgezogene Linie in 10 die Charakteristik an, wenn der Rotor des Wechselstromgenerators 1 acht Pole aufweist, und die gepunktete Linie in 10 zeigt die Charakteristik, wenn der Rotor des Wechselstromgenerators 1 sechs Pole aufweist.
Wie in 10 gezeigt ist, nimmt die Abweichung der Einschaltdauer, die durch den elektrischen Winkel ausgedrückt wird, umso mehr zu, je mehr die Drehzahl abnimmt. Andererseits nimmt die Abweichung der Einschaltdauer, die durch den elektrischen Winkel ausgedrückt wird, umso mehr ab, je mehr die Drehzahl zunimmt. Demzufolge ist es erforderlich, einen großen elektrischen Sollwinkel zu verwenden, wenn die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 abnimmt, d. h. innerhalb des niedrigen Drehzahlbereichs liegt, und einen kleinen elektrischen Sollwinkel zu verwenden, wenn die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 zunimmt, d. h. innerhalb des hohen Drehzahlbereichs liegt.
11 ist eine Ansicht, die eine Abweichung des elektrischen Winkels (Grad), d. h. das Verhältnis zwischen der Drehzahl (U/min) und dem elektrischen Winkel des Wechselstromgenerators 1 zeigt, wenn ein Treiber 170, 172 in der Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X des Wechselstromgenerators 1 eine Ausschaltverzögerung verursacht.
11 zeigt den Fall (E). Die horizontale Achse in 11 zeigt die Drehzahl (U/min) des Wechselstromgenerators 1. 11 zeigt die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 innerhalb eines bestimmten Bereichs von 0 U/min bis 20000 U/min und mehr. Die vertikale Achse in 11 zeigt den elektrischen Winkel (Grad), der die Abweichung der Einschaltdauer des oberen Zweigs und der Einschaltdauer des unteren Zweigs zeigt, wenn eine Ausschaltverzögerung 15 μs beträgt, wobei die Ausschaltverzögerung eine Differenz zwischen der Zeit ist, zu welcher der Steuerabschnitt 100 die Treiber 170 und 172 dazu anweist, die MOS-Transistoren auszuschalten, und der Zeit, zu welcher die MOS-Transistoren tatsächlich ausgeschaltet werden, und der elektrische Winkel die Abweichung der Einschaltdauer des oberen Zweigs und die Einschaltdauer des unteren Zweigs zeigt.
Ähnlich wie bei dem Fall, der in 8, 9 und 10 gezeigt ist, zeigt die durchgezogene Linie in 11 die Charakteristik an, wenn der Rotor des Wechselstromgenerators 1 acht Pole aufweist, und die gepunktete Linie in 11 zeigt die Charakteristik an, wenn der Rotor des Wechselstromgenerators 1 sechs Pole aufweist.
Wie in 11 gezeigt ist, nimmt die Abweichung der Einschaltdauer, die durch den elektrischen Winkel ausgedrückt ist, umso mehr ab, je mehr die Drehzahl abnimmt. Andererseits nimmt die Abweichung der Einschaltdauer, die durch den elektrischen Winkel ausgedrückt ist, umso mehr zu, je mehr die Drehzahl zunimmt. Demzufolge ist es erforderlich, einen kleinen elektrischen Sollwinkel zu verwenden, wenn die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 abnimmt, d. h. innerhalb eines niedrigen Drehzahlbereichs liegt, und einen großen elektrischen Sollwinkel zu verwenden, wenn die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 zunimmt, d. h. innerhalb eines hohen Drehzahlbereichs liegt.
Ferner ist es erforderlich, die Abweichung der Taktsignaldauer (die dem Fall (D) entspricht) zu berücksichtigen.
Beispielsweise gilt in dem Fall, bei dem der Steuerabschnitt 100 ein Taktsignal als Systemtaktsignal von 2 MHz mit einer Genauigkeit von ±β%, d. h. einer Abweichungsgenauigkeit von β% verwendet, dass die Abweichung der Einschaltdauer des oberen Zweigs und der Einschaltdauer des unteren Zweigs umso mehr zunimmt, je mehr die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 zunimmt. Andererseits nimmt die Abweichung der Einschaltdauer des oberen Zweigs und der Einschaltdauer des unteren Zweigs umso mehr ab, je mehr die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 abnimmt.
Dieses Phänomen erhöht ein Verhältnis der Abweichung des Taktsignals, das in der Einschaltdauer in Anspruch genommen wird, da eine Zeitlänge von einer Dauer des elektrischen Winkels der Phasenspannung V_P in einem hohen Drehzahlbereich mehr zunimmt, obwohl das Systemtaktsignal ungeachtet der Abweichung der Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 mit hoher Genauigkeit stabil erzeugt wird. Demzufolge ist es erforderlich, den elektrischen Sollwinkel in einem niedrigen Drehzahlbereich des Wechselstromgenerators 1 stärker zu erhöhen, und den elektrischen Sollwinkel in einem hohen Drehzahlbereich des Wechselstromgenerators 1 stärker zu senken.
12 ist einen Ansicht, die eine Abweichung des elektrischen Winkels (Grad), d. h. das Verhältnis zwischen der Drehzahl (U/min) und dem elektrischen Winkel (Grad) des Wechselstromgenerators 1 zeigt, wenn eine Kombination des Falls (A) und des Falls (E) auftritt.
Die horizontale Achse in 12 zeigt die Drehzahl (U/min) des Wechselstromgenerators 1. 12 zeigt die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 innerhalb eines bestimmten Bereichs von 0 U/min bis 20000 U/min und mehr. Die vertikale Achse in 12 zeigt den elektrischen Winkel (Grad), der einen gesammelten Wert der Abweichung des elektrischen Winkels zeigt, der durch die Fälle (A) bis (E) verursacht wird. Der Buchstabe S, der in 12 gezeigt ist, zeigt einen gesammelten Wert der Abweichung des elektrischen Winkels, wenn der Rotor des Wechselstromgenerators 1 acht Pole aufweist.
Wie in 12 gezeigt ist, nimmt die Abweichung des elektrischen Winkels innerhalb des niedrigen Drehzahlbereichs und des hohen Drehzahlbereichs des Wechselstromgenerators 1 erheblich zu, wenn eine Kombination der Faktoren berücksichtigt wird, die den Fällen (A) bis (E) entspricht. Andererseits nimmt die Abweichung des elektrischen Winkels innerhalb des mittleren Drehzahlbereichs zwischen dem niedrigen Drehzahlbereich und dem hohen Drehzahlbereich ab. In dieser Hinsicht erhöht der elektrische Sollwinkel-Einstellabschnitt 105 den elektrischen Sollwinkel, wenn die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 innerhalb des niedrigen Drehzahlbereichs und des hohen Drehzahlbereichs liegt. Andererseits senkt der elektrische Sollwinkel-Einstellabschnitt 105 den elektrischen Sollwinkel, wenn die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 innerhalb des mittleren niedrigen Drehzahlbereichs liegt.
Die Bezugszeichen P und Q, die in 2 gezeigt sind, zeigen elektrische Sollwinkel an, die durch den elektrischen Sollwinkel-Einstellabschnitt 105 angepasst werden. Das heißt, der elektrische Sollwinkel, der durch das Bezugszeichen P bezeichnet ist, wird fortlaufend gemäß der Änderung der Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 geändert. In diesem Fall, der durch das Bezugszeichen P bezeichnet ist, ist es möglich, den minimalen elektrischen Sollwinkel zu nehmen, welcher der Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 entspricht.
Andererseits wird der elektrische Sollwinkel, der durch das Bezugszeichen Q bezeichnet ist, schrittweise übereinstimmend mit der Änderung der Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 geändert. Bei diesem Fall, der durch das Bezugszeichen Q bezeichnet ist, ist es möglich, den elektrischen Sollwinkel übereinstimmend mit der Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 unter Verwendung einer Tabelle einfach anzupassen, in der sich eine Mehrzahl von Werten hinsichtlich des elektrischen Sollwinkels befindet, welcher der Drehzahl der Lichtmaschine entspricht, die schrittweise geändert wird.
Wie zuvor ausführlich beschrieben wurde, ermöglicht es die Lichtmaschine 1 gemäß der beispielgebenden Ausführungsform, die MOS-Transistoren 50 und 51 basierend auf der Phasenspannung TP zuverlässig ein- und auszuschalten und es ist möglich, die Zufuhr eines Stroms von der Batterie 9 zu der Feldwicklung 4 des Rotors zu verhindern, selbst wenn eine übermäßige Abweichung der Drehzahl auftritt und eine Zeit zum Einschalten des MOS-Transistors durch eine Störung verzögert ist.
In dem Steuerabschnitt 100 der Steuerschaltung 54 in jedem der Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W in dem Wechselstromgenerator 1 gemäß der beispielgebenden Ausführungsform verwendet zudem der Zeitbeurteilungsabschnitt 103 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs den dritten Schwellwert, der nicht größer als die Spannung der Batterie 9 ist, wenn die Ausschaltzeit des MOS-Transistors 50 des unteren Zweigs beurteilt wird. Wenn die Ausschaltzeit des MOS-Transistors 51 des unteren Zweigs beurteilt wird, verwendet der zweite Beurteilungsabschnitt 104 der vollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs ferner den dritten Schwellwert, der nicht kleiner als die Massespannung ist. Dies ermöglicht es, die Abschlusszeit der Gleichrichtungsdauer zuverlässig zu erfassen.
Wenn der zweite Schwellwert als der dritte Schwellwert verwendet wird (wenn der dritte Schwellwert gleich dem zweiten Schwellwert ist, mit dem die Abschlusszeit der elektrischen Zufuhrdauer der Diodengleichrichtung erfasst wird), kann zudem die Lichtmaschine 1 einen einfachen Aufbau aufweisen, da sich die Anzahl der Schaltungen zum Erfassen einer Spannung verringert.
Die elektrische Leistungszufuhrdauer, die ab der Zeit, zu der die Phasenspannung den ersten Schwellwert überschreitet, bis zu der Zeit läuft, zu der die Phasenspannung den zweiten Schwellwert erreicht, variiert übereinstimmend mit der Änderung der Drehzahl des Wechselstromgenerators 1. Demzufolge ist es möglich, die Schaltzeit (welche die Zeit ist, zu welcher der MOS-Transistor in die unvollständig eingeschaltete Dauer eintritt) übereinstimmend mit der Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 anzupassen. Dies ermöglicht es, den Verlust zu verringern, der verursacht wird nachdem die MOS-Transistoren 50 und 51 in den unvollständig eingeschalteten Zustand umgeschaltet sind.
Ferner ist es möglich, den Gleichrichtungsbetrieb unter Verwendung der MOS-Transistoren 50 und 51 während der gesamten elektrischen Leistungsversorgungsdauer zuverlässig auszuführen, da der Steuerabschnitt 100 die MOS-Transistoren 50 und 51 in der unvollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs und der unvollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des unteren Zweigs ansteuert, wobei die unvollständige Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs nach dem vollständig eingeschalteten Zustand des MOS-Transistors des oberen Zweigs beginnt, und die unvollständige Einschaltdauer des MOS-Transistors des unteren Zweigs nach dem vollständig eingeschalteten Zustand des MOS-Transistors des unteren Zweigs beginnt. Dieser Aufbau ermöglicht es, einen Gleichrichtungsverlust im Vergleich mit dem Gleichrichtungsbetrieb unter Verwendung der Dioden zu verringern, und die Effizienz der elektrischen Leistungserzeugung zu erhöhen. Insbesondere ist es während der unvollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs und der unvollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des unteren Zweigs möglich, einen Gleichrichtungsverlust unter Verwendung einer konstanten Spannung V_DS (beispielsweise 0,1 V) zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss des MOS-Transistors zuverlässig zu verringern.
Es ist möglich, die Anzahl der Schaltungen zum Erfassen der Spannung zu verringern und unter Verwendung des ersten Schwellwerts, mit dem der Steuerabschnitt 100 die Startzeit der elektrischen Leistungszufuhr beurteilt, und unter Verwendung einer konstanten Spannung V_DS (beispielsweise 0,1 V) zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss des MOS-Transistors während der unvollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs und der unvollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des unteren Zweigs, einen einfachen Aufbau bereitzustellen.
Weiterhin ist es möglich, den Verlust zu reduzieren, der während der unvollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs und der unvollständigen Einschaltdauer des unteren Zweigs erzeugt wird, und die Effizienz der elektrischen Leistungserzeugung zu erhöhen, da der Steuerabschnitt 100 die Dauer verringert, die ab der Zeit läuft, zu welcher der Zustand der MOS-Transistoren 50 und 51 auf vollständig ausgeschaltet umgeschaltet werden, bis zu der unvollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs und der unvollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des unteren Zweigs. Insbesondere erhöht der Steuerabschnitt 100 den elektrischen Sollwinkel in dem niedrigen Drehzahlbereich und in dem hohen Drehzahlbereich, und andererseits senkt er den elektrischen Sollwinkel in dem mittleren Drehzahlbereich zwischen dem niedrigen Drehzahlbereich und dem hohen Drehzahlbereich. Diese Steuerung ermöglicht es, einen optimalen elektrischen Sollwinkel übereinstimmend mit der Drehzahl der Lichtmaschine zu verwenden, und den Verlust zu verringern und die Effizienz der elektrischen Leistungserzeugung in jedem Drehzahlbereich zu erhöhen.
Weiterhin ist eine Übereinstimmung zwischen einem minimalen Wert des elektrischen Sollwinkels und der Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 möglich, da der Steuerabschnitt 100 den elektrischen Sollwinkel kontinuierlich ändern kann. Daher ermöglicht diese Steuerung den Verlust soweit wie möglich zu verringern und eine maximale Effizienz der elektrischen Leistungserzeugung in jedem Drehzahlbereich zu schaffen. Da ferner der Steuerabschnitt 100 den elektrischen Zielwinkel schrittweise ändert, kann die Lichtmaschine 1 einen einfachen Schaltungsaufbau aufweisen, der zum Anpassen des elektrischen Sollwinkels erforderlich ist.
Obwohl im Übrigen der Steuerabschnitt 100 des Wechselstromgenerators 1 den elektrischen Sollwinkel übereinstimmend mit der Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 anpasst, ist das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, den elektrischen Sollwinkel basierend auf einer Kombination der Drehzahl, einer Temperatur und einem Ausgangsstrom des Wechselstromgenerators 1 anzupassen.
Wenn beispielsweise eine Umgebungstemperatur stärker ansteigt, verändert sich die Dauer des Systemtaktsignals, das durch den Taktsignalgenerator erzeugt wird, umso deutlicher. Wenn das Gleichrichtermodul 5X mit dem Taktsignalgenerator ausgestattet ist, ist es möglich, dass die Temperatur, die durch den Temperaturerfassungsabschnitt 150 erfasst wird, gleich der Temperatur des Taktsignalgenerators ist.
Der elektrische Sollwinkel-Einstellabschnitt 105 passt den elektrischen Sollwinkel so ein, dass der elektrische Sollwinkel einen großen Wert aufweist, wenn die Temperatur, die durch den Temperaturerfassungsabschnitt 150 erfasst wird, hoch ist und der elektrische Sollwinkel übereinstimmend mit der Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 abnimmt, und andererseits weist der elektrische Sollwinkel einen kleinen Wert auf, wenn die Temperatur, die durch den Temperaturerfassungsabschnitt 150 erfasst wird, abnimmt. Somit kann der Steuerabschnitt 100 unter Berücksichtigung der Temperaturinformationen einen optimalen elektrischen Sollwinkel schaffen und den Verlust senken und die Effizienz der elektrischen Leistungserzeugung erhöhen.
Im Allgemeinen steigt oder sinkt die Phasenspannung V_P umso drastischer, je mehr der Ausgangsstrom des Wechselstromgenerators 1 ansteigt, und andererseits steigt und sinkt die Phasenspannung V_P umso ruhiger, je mehr der Ausgangsstrom des Wechselstromgenerators 1 sinkt. Weil sich die Abschlusszeit der Einschaltdauer des oberen Arms, wie zuvor beschrieben ist, von der Zeit unterscheidet, zu der ein parallel geschalteter Strom zu dem MOS-Transistor tatsächlich gestoppt wird, nimmt die Größe der Differenz zu, wenn sich die Phasenspannung V_P ruhig ändert. Der elektrische Sollwinkel-Einstellabschnitt 105 erhöht den elektrischen Sollwinkel, wenn der Ausgangsstrom des Wechselstromgenerators 1 klein wird, und senkt andererseits den elektrischen Sollwinkel, wenn der Ausgangsstrom des Wechselstromgenerators 1 größer wird. Demzufolge kann der Steuerabschnitt 100 durch Hinzufügen eines Einflussfaktors, der durch die Änderung des Ausgangsstroms verursacht wird, weiterhin einen optimalen elektrischen Sollwinkel bestimmen, und den Verlust weiter senken und die Effizienz der elektrischen Leistungserzeugung weiter erhöhen.
Es ist möglich, die Größe des Ausgangsstroms des Wechselstromgenerators 1 zu kennen, indem das Abtastverhältnis des PWM-Signals, das von dem Anschluss F der elektrischen Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung 7 zu der Feldwicklung 4 übertragen wird, überwacht wird. Anstatt dessen ist es ebenso möglich den Ausgangsstrom des Wechselstromgenerators 1 basierend auf der Spannung zwischen beiden Enden eines Stromerfassungswiderstands zu erfassen, der beispielsweise zwischen der Source des MOS-Transistors 51 und dem Erdungsanschluss E angeordnet ist, wie in 2 gezeigt ist.
13 ist eine Ansicht, die eine Modifikation 5X-1 des Gleichrichtermoduls 5X in der in 1 gezeigten Lichtmaschine 1 zeigt. 13 zeigt einen Aufbau des Gleichrichtermoduls 5X-1 als Modifikation, bei der ein Stromerfassungswiderstand 55 zwischen der Source des MOS-Transistors 51 und dem Erdungsanschluss E angeordnet ist.
14 ist eine Ansicht, die eine Modifikation 54-1 der Steuerschaltung 54 der in 1 gezeigten Lichtmaschine 1 zeigt.
Wie in 14 gezeigt ist, ist die Ausgangsstrom-Erfassungsschaltung 152 zu der in 3 gezeigten Steuerschaltung 54 hinzugefügt. Die Ausgangsstrom-Erfassungsschaltung 152 erfasst den Ausgangsstrom basierend auf der Spannung zwischen beiden Enden des Stromerfassungswiderstands 55. Bei diesem Aufbau wird die Größe des Ausgangsstroms basierend auf dem Strom erfasst, der durch den MOS-Transistor 51 in dem Gleichrichtermoduls 5X-1 fließt. Anstelle dieses Aufbaus ist es ebenso möglich, den Ausgangsstrom basierend auf demjenigen Strom zu erfassen, der durch die Ladeleitung 12 oder den Ausgangsanschluss des Wechselstromgenerators 1 fließt.
Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die beispielgebende Ausführungsform und die zuvor beschriebenen Modifikationen beschränkt. Beispielsweise kann die Lichtmaschine 1 verschiedene Aufbauten innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung aufweisen.
15 ist eine Ansicht, die eine Modifikation 100-1 des Steuerabschnitts 100 in der Steuerschaltung 54 in dem Gleichrichtermodul 5X der in 1 gezeigten Lichtmaschine zeigt.
Bei der zuvor beschriebenen beispielgebenden Ausführungsform wird beispielsweise die Schaltzeit der MOS-Transistoren 50 und 51 von der vollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs/unteren Zweigs auf die unvollständige Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs/unteren Zweigs umgeschaltet. Allerdings ist das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht hierauf beschränkt. Wie in 15 gezeigt ist, ist es beispielsweise möglich, dass die Umschaltzeit der MOS-Transistoren 50 und 51 von der unvollständigen Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs/unteren Zweigs auf die unvollständige Einschaltdauer des MOS-Transistors des oberen Zweigs/unteren Zweigs umgeschaltet wird.
Bei dem in 15 gezeigten Aufbau wird der Zeitberechnungsabschnitt 107 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs im Vergleich zu dem in 6 gezeigten Aufbau durch einen Zeitberechnungsabschnitt 107A zur Ausschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs ersetzt, und der Zeitberechnungsabschnitt 109 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs wird durch einen Zeitberechnungsabschnitt 109A zur Ausschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs ersetzt.
Der Zeitberechnungsabschnitt 107A zur Ausschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs führt dieselbe Berechnung des Zeitberechnungsabschnitts 107 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs aus. Somit bestimmt der Zeitberechnungsabschnitt 107A zur Ausschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs eine Ausschaltzeit des MOS-Transistors 50, erzeugt ein Befehlssignal basierend auf der bestimmten Ausschaltzeit und überträgt das Befehlssignal an den Treiber 170. Ähnlich wie der Zeitberechnungsabschnitt 107A zur Ausschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs führt der Zeitberechnungsabschnitt 109A zur Ausschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs dieselbe Berechnung wie der Zeitberechnungsabschnitt 109 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs aus. Somit bestimmt der Zeitberechnungsabschnitt 109A zur Ausschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs eine Ausschaltzeit des MOS-Transistors 51, erzeugt ein Befehlssignal basierend auf der bestimmten Ausschaltzeit und überträgt das Befehlssignal an den Treiber 172.
Während dem üblichen Betrieb werden, mit Ausnahme einer überschüssigen Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 und einem anormalen Zustand der durch Rauschen verursacht wird, die MOS-Transistoren 50 und 51 basierend auf der Ausschaltzeit, die durch den Zeitberechnungsabschnitt 107A zur Ausschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs und den Zeitberechnungsabschnitt 109A zur Ausschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs bestimmt wird, ein-/ausgeschaltet.
Wenn andererseits die Ausschaltzeit im Fall der überschüssigen Drehzahl oder des anormalen Zustands gegenüber der Abflusszeit der elektrischen Leistungszufuhrdauer verzögert ist, werden die MOS-Transistoren 50 und 51 basierend auf der Ausschaltzeit, die durch den Zeitbeurteilungsabschnitt 113 der Ausschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs und dem Zeitbeurteilungsabschnitt 114 der Ausschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs bestimmt wird, ausgeschaltet. Der Aufbau des Wechselstromgenerators 1 ermöglicht es, eine Zufuhr eines Stroms zu der Feldwicklung 4 des Rotors zuverlässig zu verhindern, selbst wenn die Zeit gegenüber der korrekten Zeit verschoben ist.
Ferner kann der elektrische Sollwinkel-Einstellabschnitt 105 den elektrischen Sollwinkel erhöhen, wenn die Auftrittshäufigkeit einer Zeitverzögerung zunimmt, wobei die Zeitverzögerung eine Differenz ist zwischen der unvollständigen Einschaltzeit, die durch den Zeitberechnungsabschnitt 107 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des oberen Zweigs und durch den Zeitberechnungsabschnitt 109 zur unvollständigen Einschaltung des MOS-Transistors des unteren Zweigs bestimmt wird, und sich von der Zeit der elektrischen Leistungszufuhrdauer (wie die Einschaltdauer des oberen Zweigs, die Einschaltdauer des unteren Zweigs) unterscheidet. Diese Steuerung ermöglicht es, die MOS-Transistoren 50 und 51 vor der Abschlusszeit der elektrischen Leistungszufuhrdauer schnell abzuschalten, selbst wenn die Zeitverzögerung oft auftritt, wobei einige Gründe die Verzögerung der Ausschaltzeit der MOS-Transistoren 50 und 51 bewirken können.
Bei dem Aufbau des Wechselstromgenerators 1 gemäß der zuvor beschriebenen beispielgebenden Ausführungsform passt der Steuerabschnitt 100 den elektrischen Sollwinkel so an, dass während dem niedrigen Drehzahlbereich und dem hohen Drehzahlbereich des Wechselstromgenerators 1 ein großer Wert des elektrischen Sollwinkels verwendet wird. Andererseits wird ein kleiner Wert des elektrischen Sollwinkels verwendet, wenn der Drehzahlbereich des Wechselstromgenerators 1 in dem mittleren Drehzahlbereich liegt, der sich zwischen dem niedrigen Drehzahlbereich und dem hohen Drehzahlbereich befindet. Allerdings ist das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Es ist möglich, den elektrischen Sollwinkel basierend auf dem Verhältnis zwischen dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich und dem mittleren Geschwindigkeitsbereich oder dem Verhältnis zwischen dem mittleren Geschwindigkeitsbereich und dem hohen Geschwindigkeitsbereich anzupassen.
Wenn insbesondere die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 beispielsweise in den niedrigen Geschwindigkeitsbereich, dem mittleren Geschwindigkeitsbereich und dem hohen Geschwindigkeitsbereich aufgeteilt wird, erhöht der elektrische Sollwinkel-Einstellabschnitt 105 den elektrischen Sollwinkel, wenn die Drehzahl, die durch den Drehzahl-Berechnungsabschnitt 101 berechnet wird, in dem niedrigen Drehzahlbereich liegt, und er senkt den elektrischen Sollwinkel, wenn die Drehzahl, die durch den Drehzahl-Berechnungsabschnitt 101 berechnet wird, in dem mittleren Drehzahlbereich liegt. Diese Steuerung ermöglicht es, einen optimalen elektrischen Sollwinkel für jede Drehzahl innerhalb des niedrigen Drehzahlbereichs des mittleren Drehzahlbereichs zu bestimmen, und es ist möglich, den Verlust zu senken und die Effizienz der elektrischen Leistungserzeugung innerhalb des niedrigen Drehzahlbereichs und des mittleren Drehzahlbereichs zu erhöhen. Ähnlich wie in dem Fall, der in 12 gezeigt ist, ist es mit dieser Steuerung möglich, den elektrischen Sollwinkel zu erhöhen, oder einen konstanten elektrischen Winkel übereinstimmend mit einer Zunahme der Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 zu verwenden, wenn die Drehzahl der Lichtmaschine innerhalb des hohen Drehzahlbereichs liegt.
Wenn andererseits die Drehzahl des Wechselstromgenerators 1 in den niedrigen Geschwindigkeitsbereich, den mittleren Geschwindigkeitsbereich und den hohen Geschwindigkeitsbereich aufgeteilt wird, erhöht der elektrische Sollwinkel-Einstellabschnitt 105 den elektrischen Sollwinkel, wenn die Drehzahl, die durch den Drehzahl-Berechnungsabschnitt 101 berechnet wird, in dem hohen Drehzahlbereich liegt, und senkt den elektrischen Sollwinkel, wenn die Drehzahl, die durch den Drehzahlberechnungsabschnitt 101 berechnet wird, in dem mittleren Drehzahlbereich liegt. Diese Steuerung ermöglicht es, einen optimalen elektrischen Sollwinkel für jede Drehzahl zu bestimmen, die innerhalb der Drehzahl liegt, die größer als der mittlere Drehzahlbereich ist, und es ist möglich, den Verlust zu senken und die Effizienz der elektrischen Leistungserzeugung innerhalb der Drehzahl, die nicht kleiner als der mittlere Drehzahlbereich ist, erhöhen. Mit dieser Steuerung ist es möglich, den Verlust zu senken und die Effizienz der elektrischen Leistungserzeugung in der Drehzahl, die nicht kleiner als der mittlere Drehzahlbereich ist, zu erhöhen. In diesem Fall ist es möglich, dass der elektrische Sollwinkel erhöht wird oder, ähnlich zu der beispielgebenden Ausführungsform, die in 12 gezeigt ist, übereinstimmend mit der Abnahme der Drehzahl einen konstanten Wert innerhalb des niedrigen Drehzahlbereichs einnimmt.
Bei dem Aufbau des Wechselstromgenerators 1 gemäß der zuvor beschriebenen beispielgebenden Ausführungsform weist die Lichtmaschine 1 die zwei Statorwicklungen 2 und 3 und die zwei Gleichrichtermodulgruppen 5 und 6 auf. Allerdings ist das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Es ist möglich, das Konzept der vorliegenden Erfindung auf eine Lichtmaschine anzuwenden, welche die einzelne Statorwicklung 2 und die einzelne Gleichrichtermodulgruppe 6 aufweist.
Bei dem Aufbau des Wechselstromgenerators 1 gemäß der zuvor beschriebenen beispielgebenden Ausführungsform führt jede der Gleichrichtermodulgruppen 5X, usw. den Gleichrichtungsbetrieb aus. Allerdings ist das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Es ist möglich, das Konzept der vorliegenden Erfindung auf eine Lichtmaschine anzuwenden, bei der ein Gleichstrom von der Batterie 6 durch Änderung der Ein- und Ausschaltzeit der MOS-Transistoren 50 und 51 als Wechselstrom zugeführt wird, und der Wechselstrom den Statorwicklungen 2 und 3 zugeführt wird, um den elektrischen Drehungsbetrieb auszuführen.
Bei dem Aufbau des Wechselstromgenerators 1 gemäß der zuvor beschriebenen beispielgebenden Ausführungsform weist jede der zwei Gleichrichtermodulgruppen 5 und 6 drei Gleichrichtermodule auf. Allerdings ist das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf diesem Aufbau beschränkt. Es ist möglich, dass jede Gleichrichtermodulgruppe eine Mehrzahl von Gleichrichtermodulen aufweist, die sich von drei unterscheidet.
(Gewerbliche Anwendbarkeit)
Wie zuvor beschrieben wurde, ist es mit dem Wechselstromgenerator 1 gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Schaltelemente, d. h. MOS-Transistoren basierend auf der Phasenspannung zuverlässig ein- und auszuschalten. Daher ist es möglich, eine Stromzufuhr von der Batterie 9 zu der Feldwicklung zu verhindern, selbst wenn die Schaltzeit der MOS-Transistoren durch eine erhebliche Abweichung der Drehzahl und/oder einer Störung verzögert ist. Dies ermöglicht es, die Effizienz der elektrischen Leistungserzeugung des Wechselstromgenerators 1 zu erhöhen.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, versteht es sich für den Fachmann, dass im Lichte der Gesamtoffenbarung und der Lehre im Einzelnen verschiedene Modifikationen und Alternativen entwickelt werden können. Daher sind die offenbarten genauen Anordnungen lediglich zur Darstellung gedacht und nicht zur Beschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung, deren volle Breite sich aus den nachfolgenden Ansprüchen und deren Äquivalenten ergibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-70559 [0002]

Claims

Drehende elektrische Maschine (1) für Fahrzeuge, aufweisend: Ankerwicklungen (2, 3), die nicht weniger als zwei Phasenwicklungen aufweisen, und Schaltabschnitte (5, 6) zum Gleichrichtung einer induzierten Spannung der Ankerwicklungen (2, 3), wobei jeder der Schaltabschnitte (5, 6) aufweist: Schaltelemente (50, 51); einen Steuerabschnitt (100); und Schaltelement-Ansteuerabschnitte (170, 172), wobei die Schaltelemente (50, 51) eine Brückenschaltung bilden, und die Brückenschaltung eine Mehrzahl von oberen Zweigen und unteren Zweigen aufweist, wobei jeder der oberen Zweige und der unteren Zweige die Schaltelemente (50, 51) aufweist, und jedes der Schaltelemente (50, 51) in Parallelschaltung mit einer Diode verbunden ist, und wobei der Steuerabschnitt (100) aufweist: einen ersten Zeiteinstellabschnitt (103, 104); und einen zweiten Zeiteinstellabschnitt (107, 109, 113, 114), wobei der erste Zeiteinstellabschnitt (103, 104) eine Einschaltzeit der Schaltelemente (50, 51) bestimmt, der zweite Zeiteinstellabschnitt (107, 109, 113, 114) eine Schaltzeit bestimmt, zu der ein Leitungszustand der Schaltelemente (50, 51) vor einer elektrischen Leistungszufuhrdauer umgeschaltet wird, wobei die elektrische Leistungszufuhrdauer ab einer Zeit, zu der eine Phasenspannung der Phasenwicklung der Ankerwicklungen (2, 3) einen ersten Schwellwert erreicht, bis zu einer Zeit, zu der die Phasenspannung der Phasenwicklung der Ankerwicklungen (2, 3) einen zweiten Schwellwert erreicht, bestimmt wird, der zweite Zeiteinstellabschnitt (107, 109, 113, 114) eine Ausschaltzeit der Schaltelemente (50, 51) bestimmt, zu der die Phasenspannung der Phasenwicklung der Ankerwicklungen (2, 3) einen dritten Schwellwert erreicht, wobei die Schaltelemente (50, 51) zu der Ausschaltzeit der Schaltelemente (50, 51) ausgeschaltet werden, und die Schaltelement-Ansteuerabschnitte (170, 172) ein Befehlssignal empfangen, das basierend auf der Einschaltzeit der Schaltelemente (50, 51), die durch den ersten Zeiteinstellabschnitt (103, 104) bestimmt wird, und auf der Schaltzeit und der Ausschaltzeit, die durch den zweiten Zeiteinstellabschnitt (107, 109, 113, 114) bestimmt wird, von dem Steuerabschnitt (100) erzeugt wird, und die Schaltelement-Ansteuerabschnitte (170, 172) die Schaltelement-Ansteuerabschnitte (170, 172) basierend auf dem empfangenen Befehlssignal ansteuern, das von dem Steuerabschnitt (100) übertragen wird.
Drehende elektrische Maschine (1) für Fahrzeuge nach Anspruch 1, wobei der dritte Schwellwert entweder nicht größer als eine Spannung einer Batterie (9) ist, die mit dem Wechselstromgenerator (1) verbunden ist, oder nicht kleiner als eine Massespannung ist.
Drehende elektrische Maschine (1) für Fahrzeuge nach Anspruch 1 oder 2, wobei der dritte Schwellwert gleich groß mit einem zweiten Schwellwert ist.
Drehende elektrische Maschine (1) für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, ferner aufweisend einen Drehzahl-Berechnungsabschnitt (101) zum Berechnen einer Drehzahl des Wechselstromgenerators (1), wobei der zweite Zeiteinstellabschnitt (107, 109, 113, 114) die Schaltzeit basierend auf der Drehzahl des Wechselstromgenerators (1) bestimmt, die durch den Drehzahl-Berechnungsabschnitt (101) berechnet wird.
Drehende elektrische Maschine (1) für Fahrzeuge nach Anspruch 4, wobei der zweite Zeiteinstellabschnitt (107, 109, 113, 114) die Schaltzeit bestimmt, die gegenüber einer Abschlusszeit der elektrischen Leistungszufuhrdauer um einen elektrischen Soll-Winkel vorverlegt ist, der durch einen elektrischen Soll-Winkel-Einstellabschnitt (105) basierend auf der Drehzahl des Wechselstromgenerators (1) bestimmt wird, die durch den Drehzahl-Berechnungsabschnitt (101) berechnet wird.
Drehende elektrische Maschine (1) für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Zustand der Schaltelemente (50, 51) zu der Schaltzeit von einem eingeschalteten Zustand in einen ausgeschalteten Zustand umgeschaltet wird.
Drehende elektrische Maschine (1) für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schaltelemente (50, 51) einen ersten eingeschalteten Zustand und einen zweiten eingeschalteten Zustand aufweisen, wobei beide Endanschlüsse von jedem der Schaltelemente (50, 51) in dem ersten eingeschalteten Zustand einen erste Spannung aufweisen, und die beiden Endanschlüsse von jedem der Schaltelemente (50, 51) in dem zweiten eingeschalteten Zustand eine zweite Spannung aufweisen, wobei die zweite Spannung höher als die erste Spannung ist, und die zweite Spannung niedriger als eine Durchlassspannung der Diode ist, die mit jedem der Schaltelemente (50, 51) in Parallelschaltung verbunden ist, und der Zustand der Schaltelemente (50, 51) zu der Schaltzeit von dem ersten eingeschalteten Zustand in den zweiten eingeschalteten Zustand umgeschaltet wird.
Drehende elektrische Maschine (1) für Fahrzeuge nach Anspruch 7, wobei die Spannung zwischen den Endanschlüssen von jedem der Schaltelemente (50, 51) während dem zweiten eingeschalteten Zustand einen konstanten Wert aufweist.
Drehende elektrische Maschine (1) für Fahrzeuge nach Anspruch 8, wobei der Steuerabschnitt (100) die Spannung zwischen den Endanschlüssen von jedem der Schaltelemente (50, 51) so anpasst, dass die Phasenspannung der Phasenwicklung der Ankerwicklungen (2, 3) die erste Schwellwertspannung einnimmt.