DE19548362A1

DE19548362A1 - Control system for AC generator in vehicle

Info

Publication number: DE19548362A1
Application number: DE19548362A
Authority: DE
Inventors: Arthur Roland Sundeen; Claire Jun Alton George De; Thomas Andrew Radomski
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1996-07-11
Also published as: FR2729018A1

Abstract

The vehicle has a Lundell-type three-phase AC generator (610) which may be driven by the engine. It has a field coil (620) forming part of the rotor driven by the engine (625) and a delta connected stator winding (615) connected to a rectifier (630). It is connected to a variety of accessories and electrical loads (670). A regulator system (680,621) controls the current fed to the generator field coil. It measures the voltage (650) output from the rectifier and adjusts the field excitation current accordingly. The field current may be limited to a given value.

Description

Diese Erfindung betrifft ein elektrisches System eines Motor fahrzeuges und insbesondere eine Vorrichtung zum Steuern des Ausgangs eines Fahrzeugwechselstromerzeugers, um die Aus gangsleistungsfähigkeit zu verbessern und die Wechselstrom erzeugerkomponenten vor thermischer Beschädigung zu schützen.This invention relates to an electrical system of an engine vehicle and in particular a device for controlling the Output of a vehicle alternator to the off to improve gearing performance and the alternating current components before thermal damage protect.

Ein typisches elektrisches System eines Motorfahrzeuges weist einen spannungsregulierten Wechselstromerzeuger der Lundell-Art auf, der drehbar mit der Fahrzeugmaschine gekop pelt ist, um Energie für elektrische Lasten des Fahrzeuges, einschließlich Beleuchtung, Instrumentierung, Energiezube hör, etc. zu liefern. Wenn die Kapazität des Wechselstrom erzeugers ausreicht, die Lasten zu befriedigen, wird die Systemspannung auf eine gewünschte Regulierungsspannung gesteuert, welche größer als die Batterieanschlußspannung ist, indem der der Feldspule zugeführte Strom so gesteuert wird, daß er ausreicht, die gewünschte Regulierungsspannung aufrechtzuerhalten. Daher versorgt während einer derartigen Regulierung der Wechselstromerzeuger die Lasten und der Batterieladezustand wird aufrechterhaltene. Wenn jedoch die Kapazität des Wechselstromerzeugers nicht ausreicht, die Lasten zu befriedigen, wird die Batterie aufgefordert, die Differenz auszugleichen und ihr Ladungszustand wird verrin gert. Eine derartige Regulierung ist nicht möglich, wenn die Lastanforderungen die Wechselstromerzeugerkapazität über schreiten, und die Systemspannung wird daher im wesentlichen die Batterieanschlußspannung gemäß dem davon gezogenen Strom. Das System arbeitet dann mit einem maximalen Feldstrom, der der Feldspule gemäß dem Spulenwiderstand und der vorhandenen Batteriespannung zugeführt wird. A typical electrical system of a motor vehicle features a voltage regulated alternator which Lundell-Art, which is rotatably coupled to the vehicle machine pelt is to provide energy for vehicle electrical loads, including lighting, instrumentation, energy supplies listen, etc. to deliver. If the capacity of the alternating current sufficient to satisfy the burdens, the System voltage to a desired regulation voltage controlled, which is greater than the battery supply voltage is controlled by the current supplied to the field coil that it is sufficient, the desired regulatory tension maintain. Therefore supplied during such Regulating the alternator's loads and loads Battery state of charge is maintained. However, if the AC generator capacity is insufficient To satisfy loads, the battery is prompted to Compensate for difference and their charge state is reduced device. Such regulation is not possible if the Load requirements exceed the alternator capacity step, and the system voltage will therefore essentially the battery supply voltage in accordance with that drawn Electricity. The system then works at a maximum Field current, that of the field coil according to the coil resistance and the existing battery voltage is supplied.

Da die Kapazität des Wechselstromerzeugers mit abnehmender Drehgeschwindigkeit abnimmt, ist ein derartiger Maximalfeld strombetrieb in stark belasteten elektrischen Systemen wäh rend Perioden von Fahrzeugleerlauf und bei anderem Betrieb mit niedriger Maschinengeschwindigkeit ein übliches Ereig nis. Es ist daher erwünscht, den Wechselstromerzeugerausgang bei Betrieb mit niedriger Maschinengeschwindigkeit zu vergrö ßern. Jedoch ist die Kapazität des Wechselstromerzeugers bei Leerlauf durch mehrere Faktoren begrenzt. Unter ihnen ist die maximale erlaubbare Drehgeschwindigkeit des Wechselstrom erzeugers, welcher für maximale Maschinengeschwindigkeit und gemäß einem typischen Riemenscheibenverhältnis von näherungs weise 3 : 1 kalibriert ist, wie es in der Technik bekannt ist. Die maximale Leerlaufdrehgeschwindigkeit hängt daher von diesen Faktoren ab und ist dadurch begrenzt.As the capacity of the alternator decreases Rotation speed decreases, is such a maximum field current operation in heavily loaded electrical systems periods of vehicle idling and other operations a common event with low machine speed nis. It is therefore desirable to have the alternator output increase when operating at low machine speed eat. However, the capacity of the alternator is at Idling is limited by several factors. Among them is the maximum permissible rotational speed of the alternating current producer, which for maximum machine speed and according to a typical approximate pulley ratio is calibrated 3: 1 as is known in the art. The maximum idle speed therefore depends on these factors and is therefore limited.

Ein anderer Ausgangsbegrenzungsfaktor, und einer, der die Er findung betrifft, sind Wechselstromerzeugerkomponententempe raturen. Bei bestimmten Geschwindigkeiten im mittleren Bereich ist es notwendig, die Ausgangsströme unter jene zu begrenzen, die theoretisch durch die Arbeitsmaschine liefer bar sind, da diese höheren Ströme zu übermäßigen Komponenten temperaturen führen können. Es ist hierzu notwendig, daß der Konstrukteur eine Feldspule auswählt, welche, wenn sie bei der gewünschten Regulierungsspannung während eines derar tigen Betriebes im mittleren Geschwindigkeitsbereich voll mit Energie beaufschlagt wird, zu Ausgangsströmen führt, die kleiner als jene sind, die bekannt sind, thermische Beschädi gung an Wechselstromerzeugerkomponenten hervorzurufen. Dies beeinflußt die bei niedrigen Geschwindigkeiten erhältliche Kapazität negativ, da der Magnetkreis des Wechselstromerzeu gers bei der niedrigen Batteriespannung selbst mit maximalem Feldstrom niemals vollständig gesättigt wird. Another output limiting factor, and one that the Er relates to alternator component temp fittings. At certain speeds in the middle It is necessary to cut the output currents among those too limit that theoretically deliver through the work machine are bar because these higher currents become excessive components can lead to temperatures. It is necessary that the Designer chooses a field coil, which, if at the desired regulation voltage during one of these full operation in the medium speed range energized, leads to output currents that are smaller than those known, thermal damage generation of alternator components. This affects the available at low speeds Capacitance negative because the magnetic circuit of the AC generator gers at the low battery voltage even with maximum Field current is never fully saturated.

Entsprechend sorgt die Erfindung für einen besseren Ausgang bei niedrigen und hohen Geschwindigkeiten und verhindert Überhitzen von kritischen Komponenten in dem Wechselstrom erzeuger während Geschwindigkeiten im mittleren Bereich. Ein Wechselstromerzeugerausgangssteuersystem mit Merkmalen der Erfindung weist einen Wechselstromerzeuger mit einem Magnet rotor und einen Feldspulenaufbau auf, der mit einem Feld spulenstrom bei im wesentlichen Systemspannung versorgt wird. Der Feldspulenstrom kann während bestimmter Rotor geschwindigkeiten einen Ausgangsstrom erzeugen, der zu thermischer Überlast des Wechselstromerzeugers führt. Es sind Mittel zum Steuern des Feldspulenstromes bis zu einem Vollfeldspulenstrom in Abhängigkeit von einem Vergleich einer gemessenen Systemspannung mit einer vorbestimmten Regulierungsspannung vorgesehen. Der Feldspulenstrom wird vergrößert, wenn die gemessene Systemspannung unter der vorbestimmten Regulierungsspannung liegt, und wird verrin gert, wenn die gemessene Systemspannung über einer vorbe stimmten Regulierungsspannung liegt. Die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromerzeuges wird wahrgenommen und der Feld spulenstrom wird weiter in Abhängigkeit davon gesteuert, um dem Strom durch die Feldspule auf weniger als den Vollfeld spulenstrom zu begrenzen, wenn die Drehgeschwindigkeit inner halb eines vorbestimmten Bereiches von Drehgeschwindigkeiten liegt, entsprechend der begrenzten Wärmedissipation des Wech selstromerzeugers.Accordingly, the invention provides a better outcome at low and high speeds and prevents Overheating critical components in the AC generator during speeds in the middle range. On Alternator output control system with features of Invention has an alternator with a magnet rotor and a field coil assembly on that with a field coil current is supplied at essentially system voltage becomes. The field coil current can be during certain rotor speeds produce an output current that is too thermal overload of the alternator leads. It are means for controlling the field coil current up to one Full field coil current depending on a comparison a measured system voltage with a predetermined Regulation voltage provided. The field coil current is increases when the measured system voltage is below the predetermined regulation voltage, and is reduced if the measured system voltage is above a agreed regulatory tension. The speed of rotation of the alternator is perceived and the field coil current is further controlled depending on the current through the field coil to less than the full field limit coil current when the speed of rotation is internal half a predetermined range of rotational speeds lies, corresponding to the limited heat dissipation of the change generator.

Die Erfindung wird im folgenden beispielshaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:The invention is illustrated below by way of example Drawing described; in this shows:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Temperatur charakteristiken von Wechselstromerzeuger komponenten über der Wechselstromerzeuger geschwindigkeit; Fig. 1 is a graphical representation of the temperature characteristics of alternator components over the alternator speed;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Ausgangs stromcharakteristiken des Wechselstromerzeu gers über der Wechselstromerzeugergeschwin digkeit für zwei Wechselstromerzeuger mit un terschiedlichen Feldspulencharakteristiken; Fig. 2 is a graphical representation of the output current characteristics of the AC generator over the AC generator speed for two AC generators with different field coil characteristics;

Fig. 3 ein Schema eines herkömmlichen elektrischen Systems eines Fahrzeuges einschließlich eines Wechselstromerzeugers und einer Re gulierungsvorrichtung, das zur Implementie rung der Erfindung anpaßbar ist; Fig. 3 is a schematic of a conventional electrical system of a vehicle including a gulierungsvorrichtung alternator and Re, that is to imple tion of the invention can be adapted;

Fig. 4 bestimmte Modifikationen einer bekannten Re gulierungsvorrichtung zum Ausführen der Steuerung der Erfindung. Fig. 4, certain modifications to a known Re gulierungsvorrichtung to the invention for carrying out the control.

Der begrenzende Faktor der Ausgangskapazität, der durch die Erfindung angesprochen wird, ist die Wechselstromerzeuger komponententemperatur. Diese Komponenten umfassen über wiegend verschiedene elektronische Komponenten, wie die Gleichrichterbrücke, den Spannungsregulator und die Stator- (Ausgangs)-Wicklungen. Signifikante Wärmemengen bei hohen Stromausgängen müssen dissipiert werden, damit keine Kompo nentenbeschädigung auftritt. Wegen Zielen, wie volumetrische und Abmessungsminimierung der Wechselstromerzeugerpackung und begrenztem Luftstrom über temperaturempfindlichen Kompo nenten bei Geschwindigkeiten im mittleren Bereich, leidet die Fähigkeit des Wechselstromerzeugers, Wärme zu dissi pieren und thermische Beschädigung zu vermeiden. Beispiels weise in einer typischen Sechs-Dioden-Brückenanordnung, wo ein herkömmlicher Wechselstromerzeuger üblicherweise bis zu 100 Ampere Strom zuführen kann, liegt die als Wärme dissi pierte Energie allein infolge der Verluste bei der Brücke in der Nähe von 200 Watt. Da die der Brücke zugeordnete Wärme senke in Übereinstimmung mit Packungszielen erwünschtermaßen minimiert ist, und die Luftzirkulation darüber gleichermaßen wegen der gleichen Ziele verringert ist, wird die Herausfor derung, unerwünschte Wärme zu entfernen, noch schwieriger.The limiting factor of output capacity, which by the Invention addressed is the alternator component temperature. These components include over weighing various electronic components like that Rectifier bridge, the voltage regulator and the stator (Output) windings. Significant amounts of heat at high Current outputs must be dissipated so that no compo damage occurs. Because of goals like volumetric and minimizing the size of the alternator pack and limited airflow via temperature sensitive compo at speeds in the middle range, suffers the ability of the alternator to dissipate heat and avoid thermal damage. Example wise in a typical six-diode bridge arrangement where a conventional alternator usually up to Can supply 100 amps of electricity, which is called heat dissi energy only due to the losses at the bridge in close to 200 watts. Because the heat associated with the bridge desirably in accordance with pack goals is minimized, and air circulation over it equally because of the same goals is reduced, the challenge removal of unwanted heat is even more difficult.

Eine typische Kurve von Wechselstromerzeugerkomponententempe ratur über Wechselstromerzeugergeschwindigkeit ist in Fig. 1 dargestellt und demonstriert Wärmecharakteristiken, die in den meisten modernen Automobilwechselstromerzeugern gefunden werden. Wie aus einer Prüfung der Figur ersichtlich, sind die Generatortemperaturen bei Geschwindigkeiten im mittleren Bereich zwischen den mit S1 (geringe Geschwindigkeit) und S2 (hohe Geschwindigkeit) bezeichneten Geschwindigkeiten am höchsten. Die genauen Wechselstromerzeugergeschwindigkeiten S1 und S2 werden von der einen Konstruktion zu der anderen variieren, aber die grundsätzliche Form der Temperaturant wort längs dem Kontinuum von Wechselstromerzeugergeschwindig keit bleibt gleich. Das heißt, die maximalen Komponenten temperaturen werden bei Betriebsgeschwindigkeiten im mittle ren Bereich erfahren. Niedergeschwindigkeitsbetrieb im Bereich links von S1 in der Figur ist durch abnehmende Kompo nententemperatur mit abnehmender Geschwindigkeit gekenn zeichnet. Hochgeschwindigkeitsbetrieb in dem Bereich rechts von S2 in der Figur ist durch abnehmende Komponententempera tur mit zunehmender Geschwindigkeit gekennzeichnet. In dem Niedergeschwindigkeitsbereich wird die Tatsache, daß der Wechselstromerzeugerausgangsstrom durch eine Kombination der niedrigen Geschwindigkeit und der niedrigen Batteriesystem spannung begrenzt ist, zu einem geringeren thermischen Beitrag bei der Brücke von den geringeren dort gleichgerich teten Strömen führen. Bei den höheren Geschwindigkeiten sind die vergrößerte Luftzirkulation durch herkömmliche an die Rotorwelle gekoppelte Gebläse oder Lüfter und die Strom selbstbegrenzungscharakteristiken des Wechselstromerzeugers für die günstiger abnehmenden Temperaturen, wenn die Geschwindigkeit zunimmt, verantwortlich. A typical curve of alternator component temperature versus alternator speed is shown in FIG. 1 and demonstrates thermal characteristics found in most modern automotive alternators. As can be seen from an examination of the figure, the generator temperatures are highest at speeds in the middle range between the speeds designated S1 (low speed) and S2 (high speed). The exact alternator speeds S1 and S2 will vary from one design to the other, but the basic form of the temperature response will remain the same along the continuum of alternator speed. This means that the maximum component temperatures are experienced at operating speeds in the medium range. Low-speed operation in the area to the left of S1 in the figure is characterized by decreasing component temperature with decreasing speed. High speed operation in the area to the right of S2 in the figure is characterized by decreasing component temperature with increasing speed. In the low speed range, the fact that the alternator output current is limited by a combination of the low speed and low battery system voltage will result in a lower thermal contribution to the bridge from the lower currents rectified there. At the higher speeds, the increased air circulation due to conventional blowers or fans coupled to the rotor shaft and the alternator's current self-limiting characteristics are responsible for the more favorable decreasing temperatures as the speed increases.

In Fig. 3 ist ein Schema eines typischen elektrischen Sy stems eines Automobils mit einem Wechselstromerzeuger und einer Steuerung dafür dargestellt. Ein elektrisches System eines Fahrzeuges, im wesentlichen wie in Fig. 3 dargestellt, umfaßt einen Wechselstromerzeuger der Lundell-Art, der allge mein durch Zahl 610 bezeichnet ist. Der Wechselstromerzeuger weist eine Dreiphasen-Delta-Geschaltete-Statorwicklung 615 und eine drehbare Feldwicklung 620 auf. Die Feldwicklung 620 ist ein Teil eines Rotoraufbaus, welcher drehbar durch die Maschine 625 des Motorfahrzeuges angetrieben wird. Der Wechselstromerzeuger wird mit einer höheren Geschwindigkeit als die Maschinengeschwindigkeit durch einen Riemen und Riemenscheiben auf eine bekannte Weise angetrieben.In Fig. 3 is a schematic of a typical electrical system of an automobile with an alternator and a controller therefor is shown. An electrical system of a vehicle, substantially as shown in Fig. 3, includes an Lundell-type alternator, generally designated by the number 610 . The alternator has a three-phase delta switched stator winding 615 and a rotatable field winding 620 . The field winding 620 is part of a rotor assembly that is rotatably driven by the engine 625 of the motor vehicle. The alternator is driven at a higher speed than the machine speed by a belt and pulleys in a known manner.

Die Ausgangsanschlüsse A, B und C der Dreiphasen-Statorwick lungen sind mit jeweiligen Wechselstromeingangsanschlüssen eines Dreiphasen-Ganzwellen-Brückengleichrichters, allgemein durch Zahl 630 bezeichnet, verbunden. Der Brückengleichrich ter 630 weist einen Gleichstrommaßeanschluß 635, der mit Fahrzeugmasse gekoppelt ist, und einen Gleichstromausgangs anschluß 637 auf, der mit einem Leiter 638 zum Aufladen von Batterie 640 und zum Versorgen verschiedener durch den Wider stand 670 dargestellter Fahrzeuglasten gekoppelt ist. Die Batterie 640 ist eine herkömmliche 12 Volt-Autobatterie mit einem positiven Anschluß 641, der mit einem Leiter 638 gekoppelt ist, und einem negativen Anschluß 643, der mit Fahrzeugmasse gekoppelt ist.The output terminals A, B and C of the three-phase stator windings are connected to respective AC input terminals of a three-phase full-wave bridge rectifier, generally designated by number 630 . The bridge rectifier 630 has a DC ground connection 635 , which is coupled to vehicle ground, and a DC output connection 637 , which is coupled to a conductor 638 for charging battery 640 and for supplying various vehicle loads represented by the resistance 670 . Battery 640 is a conventional 12 volt car battery having a positive terminal 641 coupled to a conductor 638 and a negative terminal 643 coupled to vehicle ground.

Der Gleichstromausgangsanschluß ist weiter mit Schalter 621 und Regulator 680 zum Steuern der Feldspulen-620-energiebe aufschlagung gekoppelt. Es wird hierin angenommen, daß der Schalter 621 ein Halbleiterschalter ist, der durch ein puls breitenmoduliertes (PWM) Signal auf Leitung 624 gesteuert wird, das durch Regulator 680 gemäß einer überwachten System spannung über Leitung 650 generiert wird. Eine derartige PWM-Steuerung ist allgemein bekannt, wobei besondere Details einer derartigen Steuerung in dem U.S.-Patent Nr. 4 636 706, von Bowman et al und dem Zessionär der Erfindung zugewiesen, dargelegt ist. Die Regulierungssteuerung, die in Bowmann et al gezeigt ist, bildet die Basis für die Steuerung, die in der bevorzugten Ausführungsform, wie nachher beschrieben, verwendet wird, und ist hierin durch Bezug enthalten. Eine detaillierte Beschreibung des schematisch dargestellten elek trischen Systems eines Automobils kann darin gefunden wer den.The DC output connector is further coupled to switch 621 and regulator 680 to control the field coil 620 power supply. It is assumed herein that switch 621 is a semiconductor switch that is controlled by a pulse width modulated (PWM) signal on line 624 that is generated by regulator 680 according to a monitored system voltage over line 650 . Such a PWM controller is well known, and particular details of such a controller are set forth in U.S. Patent No. 4,636,706, assigned to Bowman et al and the assignee of the invention. The regulation control shown in Bowmann et al forms the basis for the control used in the preferred embodiment as described below and is incorporated herein by reference. A detailed description of the schematically illustrated electrical system of an automobile can be found in it.

Nach Fig. 2 stellt der untere Linienzug 23 den charakteristi schen Ausgangsstrom eines herkömmlich konstruierten Wechsel stromerzeugers dar. Geschwindigkeiten im mittleren Bereich sind zwischen den Punkten S1 und S2 gezeigt und entsprechen einem Temperaturbegrenzungsbetriebsbereich, wie vorher beschrieben. Die Geschwindigkeiten S1 und S2 begrenzen dadurch auch niedrige und hohe Geschwindigkeitsbereiche links bzw. rechts davon.According to FIG. 2, the lower trace 23 charac the rule output current of a conventionally constructed alternator is. Speeds in the central region are shown between the points S1 and S2, and correspond to a temperature limit operating region, as described previously. The speeds S1 and S2 thereby also limit low and high speed ranges to the left and right of them.

Beginnend mit der Geschwindigkeit im mittleren Bereich wird eine regulierte Systemspannung mit einer voll mit Energie beaufschlagten Feldspule angenommen. Das heißt, der Feldspu le wird Strom gemäß der maximal erlaubbaren Pulsbreitenmodu lation bei einer regulierten Spannung von im wesentlichen 14 Volt zugeführt. Dies entspricht im wesentlichen einem 100%- Tastverhältnis des PWM-Signals, das die Feldspulenschaltele mente steuert. Der Linienzug 23A zwischen S1 und S2 stellt daher den maximalen Ausgangsstrom dar. Dieser maximale Aus gangsstrom darf jenen nicht überschreiten, welcher thermi sche Beschädigung an Wechselstromerzeugerkomponenten hervor rufen würde, und bestimmt daher die Auswahl einer herkömmli chen Feldspule, welche bei regulierter Spannung und maxi maler Pulsbreitenmodulation innerhalb der Geschwindigkeit im mittleren Bereich von Natur aus den Ausgangsstrom bei einem vorbestimmten maximal tolerierbaren Wert begrenzt. Dieser Wert wird natürlich mit der besonderen Wechselstromerzeuger konstruktion und -anwendung variieren.Starting with the speed in the middle range, a regulated system voltage with a fully charged field coil is assumed. That is, the field coil is supplied with current in accordance with the maximum permissible pulse width modulation at a regulated voltage of essentially 14 volts. This corresponds essentially to a 100% duty cycle of the PWM signal that controls the Feldspulenschaltele elements. The 23 A line between S1 and S2 therefore represents the maximum output current. This maximum output current must not exceed that which would cause thermal damage to alternator components, and therefore determines the selection of a conventional field coil, which with regulated voltage and maxi Painter pulse width modulation naturally limits the output current at a predetermined maximum tolerable value within the speed in the middle range. This value will of course vary with the particular alternator design and application.

Wenn man sich nach links von S1 auf Linienzug 23 bewegt und die gleiche elektrische Last- und Stromanforderung annimmt, wird eine Batteriesystemspannung angenommen. Natürlich ist die Batteriesystemspannung im wesentlichen gleich der bela steten Batterieanschlußspannung. Typischerweise ist diese Spannung im wesentlichen 10% bis 20% kleiner als die regu lierte Spannung. Die Feldspule wird bei maximaler Pulsbrei tenmodulation bei Batteriesystemspannung mit Energie beauf schlagt und daher ist der Magnetkreis des Wechselstromerzeu gers bei einem gleichermaßen geringeren Sättigungsgrad betreibbar, als dem im Geschwindigkeitsbereich im mittleren Bereich, welcher, wie vorher beschrieben, infolge der Kompo nententemperaturerwägungen begrenzt ist. Da maximaler Feld strom bei der niedrigeren Batteriesystemspannung angenommen wird, entspricht der Linienzug dem maximal von dem Wechsel stromerzeuger mit der ausgewählten Feldspule gelieferten Strom.If one moves to the left of S1 on line 23 and accepts the same electrical load and current requirement, a battery system voltage is assumed. Of course, the battery system voltage is substantially equal to the loaded battery terminal voltage. Typically, this voltage is substantially 10% to 20% less than the regulated voltage. The field coil is energized at maximum pulse width modulation with battery system voltage and therefore the magnetic circuit of the alternator can be operated at an equally lower degree of saturation than that in the speed range in the middle range, which, as previously described, is limited due to component temperature considerations. Since maximum field current is assumed at the lower battery system voltage, the line corresponds to the maximum current supplied by the alternating current generator with the selected field coil.

Gemäß der Erfindung wird eine Feldspule mit niedrigeren elek trischen Widerstandscharakteristiken (Niederspannungsfeldspu le) für die herkömmliche Feldspule substituiert. Im wesentli chen sind äquivalente Magnetkreissättigungen bei niedrigeren Spannungen, die über der Niederspannungsfeldspule eingeprägt werden, gegenüber der herkömmlichen Feldspule erreichbar. Oder alternativ ausgedrückt, ist die Magnetkreissättigung für eine Niederspannungsfeldspule größer als für eine her kömmliche Feldspule pro daran angelegter Spannungseinheit. Mit der Annahme fortfahrend, daß Geschwindigkeiten über S1 durch regulierte Systemspannung und Geschwindigkeiten unter S1 durch Batteriesystemspannung gekennzeichnet sind, führt eine direkte Substitution einer Niederspannungsfeldspule in dem Wechselstromerzeuger einen maximalen Stromausgang über dem Bereich von Betriebsgeschwindigkeiten herbei, wie durch den oberen Linienzug 25 in Fig. 2 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß der Stromausgang größer ist, als der, der durch die Verwendung einer herkömmlichen Feldspule über dem gesamten Betriebsgeschwindigkeitsbereich erhältlich ist. Wenn man sich jedoch erinnert, daß die Auswahl der Feldspule durch den maximal tolerierbaren Ausgangsstrom bei Geschwin digkeiten im mittleren Bereich diktiert wird, wird die Auswahl einer derartigen Niederspannungsfeldspule mit den Konstruktionszielen der Verhinderung thermischer Überlast unvereinbar sein. Eine derartige Niederspannungsfeldspule würde zu unannehmbar hohen Stromausgängen für eine äquiva lente, regulierte Systemspannung bei Geschwindigkeiten im mittleren Bereich und natürlich zu unannehmbar hohen Kom ponententemperaturen führen.According to the invention, a field coil with lower electrical resistance characteristics (low voltage field coil) is substituted for the conventional field coil. Essentially, equivalent magnetic circuit saturations at lower voltages, which are impressed over the low-voltage field coil, can be achieved compared to the conventional field coil. Or expressed alternatively, the magnetic circuit saturation for a low-voltage field coil is greater than for a conventional field coil per voltage unit applied to it. Continuing with the assumption that speeds above S1 are characterized by regulated system voltage and speeds below S1 by battery system voltage, direct substitution of a low voltage field coil in the alternator produces maximum current output over the range of operating speeds, as indicated by top line 25 in FIG. 2 shown. It can be seen that the current output is greater than that available through the use of a conventional field coil over the entire operating speed range. However, if one remembers that the selection of the field coil is dictated by the maximum tolerable output current at speeds in the middle range, the selection of such a low voltage field coil will be inconsistent with the design goals of preventing thermal overload. Such a low-voltage field coil would lead to unacceptably high current outputs for an equiva lent, regulated system voltage at speeds in the medium range and of course to unacceptably high component temperatures.

Die Steuerung der Erfindung sorgt für eine vergrößerte Strom kapazität des Wechselstromerzeugers bei niedrigen Wechsel stromerzeugerdrehgeschwindigkeiten gegenüber herkömmlichen Wechselstromerzeugersystemen, während auch der Stromausgang in den kritischen temperaturempfindlichen Geschwindigkeiten im mittleren Bereich begrenzt wird. Wenn wieder Fig. 2 geprüft wird, führt die Erfindung ein maximales Stromaus gangsprofil gemäß Teilen sowohl des unteren Linienzuges 23 einer herkömmlichen Feldspule als auch des oberen Linien zuges 25 einer Niederspannungsfeldspule herbei. Der resultie rende Stromausgang über einem Geschwindigkeitsprofil wird im wesentlichen durch die Verkettung des Teils 25A des oberen Linienzuges 25 mit der Geschwindigkeitsbegrenzung im mittle ren Bereich S1, dem Teil 23A des unteren Linienzuges durch Geschwindigkeiten im mittleren Bereich von S1 bis S2 und dem Teil 25B des oberen Linienzuges 25 von der mittleren Geschwindigkeitsbegrenzung S2 zu allen höheren Betriebsge schwindigkeiten dargestellt. Die schraffierte Fläche 27 innerhalb des Geschwindigkeitsbereichs im mittleren Bereich zwischen den oberen 25 und unteren 23 Linienzügen ist eine Fläche potentiellen aber unerwünschten Betriebes, welchen die Steuerung der Erfindung vermeidet.The control of the invention provides for increased power capacity of the alternator at low alternator speeds over conventional alternator systems, while also limiting the current output in the mid range critical temperature sensitive speeds. If again Fig. 2 is checked, the invention of the lower parts of both polyline 23 performs a maximum Stromaus transition profile in accordance with a conventional field coil and the upper lines coating 25 of a low voltage field coil induced. The resulting current output over a speed profile is essentially by the concatenation of part 25 A of the upper line 25 with the speed limit in the central area S1, the part 23 A of the lower line by speeds in the central area from S1 to S2 and the part 25th B of the upper line 25 shown by the average speed limit S2 to all higher operating speeds. The hatched area 27 within the speed range in the middle area between the upper 25 and lower 23 lines is an area of potential but undesirable operation which the control of the invention avoids.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Niederspan nungsfeldspule in Verbindung mit einem digital gesteuerten Spannungsregulator angewendet. Die Feldspule in der Erfin dung ist eine Niederspannungsfeldspule und liefert daher innerhalb der Geschwindigkeiten im mittleren Bereich nicht die gleichen inhärenten Ausgangsstrombegrenzungscharakteri stiken, die bisher durch herkömmliche Wechselstromerzeuger angewendet wurden. Die Steuerung der Erfindung spricht eher auf einen Bereich von Geschwindigkeiten an, um die Erregung der Niederspannungsfeldspule unterhalb einer Potentialer regung zu verringern und/oder zu begrenzen, wodurch der Stromausgang auf einen Wert begrenzt wird, der kleiner als ein Wert ist, der potentiell mit der Niederspannungsfeldspu le erhältlich ist. Außerhalb der Geschwindigkeiten im mittle ren Bereich erlaubt die Steuerung eine Erregung der Nieder spannungsfeldspule über die, die innerhalb der Geschwindig keit im mittleren Bereich erlaubt ist, um dadurch den Strom ausgang über maximale Werte hinaus zu vergrößern, die bisher durch die Charakteristiken herkömmlicher Feldspulen diktiert wurden.In a preferred embodiment, a low chip field coil in connection with a digitally controlled Voltage regulator applied. The field coil in the Erfin dung is a low-voltage field coil and therefore supplies not within the mid-range speeds the same inherent output current limiting characteristics stiken, which were previously used by conventional alternators were applied. The control of the invention speaks rather to a range of speeds to excitement the low-voltage field coil below a potential to reduce and / or limit excitation, whereby the Current output is limited to a value that is less than is a value that is potentially associated with the low voltage field spu le is available. Outside the speeds in the middle The control system allows excitation of the low voltage field coil over those within the speed speed is allowed in the middle area, thereby reducing the current to increase the output beyond maximum values, which was previously the case dictated by the characteristics of conventional field coils were.

Die Hardware-Konfiguration von Bowman et al wird hierin als die Basis für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet. Es ist jedoch verständlich, daß eine Anzahl von alternativen Regulierungsschemata, die pulsbreitenmodulierte Feldspulenstromsteuerung oder andere Verfahren von Feldspu lenstromsteuerung verwenden, leicht in der Technik durch einen Fachmann angepaßt werden können, um die Erfindung anzu wenden. Die folgende Beschreibung bemüht sich, eine Wiederho lung der Inhalte von Bowman et al auf einem Minimum zu hal ten. Bowman et al wird modifiziert, um eine Niederspannungs feldspule zu umfassen, und wird gemäß in Fig. 4 hiervon ge zeigten Merkmalen, wie unten beschrieben, weiter modifi ziert.The Bowman et al hardware configuration is used herein as the basis for a preferred embodiment of the invention. However, it is to be understood that a number of alternative regulation schemes using pulse width modulated field coil current control or other methods of field coil current control can easily be adapted in the art by those skilled in the art to practice the invention. The following description seeks to keep repetition of the contents of Bowman et al to a minimum. Bowman et al is modified to include a low voltage field coil and is described in accordance with features shown in FIG. 4 as described below , further modified.

In Fig. 4 sind Modifikationen des Schaltkreises von Fig. 6 in Bowman et al zum Ausführen der Erfindung dargestellt. Jeg liches in Fig. 4 mit einer vorangestellten Ziffer gekenn zeichnete Merkmal entspricht einem ähnlichen, aber nicht mit vorangestellten Ziffern versehenen, numerierten Element in Bowman, das zum Ausführen der Erfindung modifiziert ist. Jedes numerisch über 500 gekennzeichnete Merkmal ist ein Merkmal, das in Zusammenwirkung dem Schaltkreis in Fig. 6 von Bowman et al zum Ausführen der Erfindung hinzugefügt wurde. Andere mit Zeichen in Fig. 4 gekennzeichnete Merk male, die auch in Fig. 6 von Bowman et al erscheinen, ent sprechen den gleichen Merkmalen in Fig. 6 von Bowman et al und werden wiederholt zur Klarheit und zum Verständnis der prinzipiellen Wirkungen beim Ausführen der Erfindung darge stellt. FIG. 4 shows modifications to the circuit of FIG. 6 in Bowman et al for carrying out the invention. Any feature marked with a leading digit in FIG. 4 corresponds to a similar, but not prefixed, numbered element in Bowman modified to implement the invention. Each feature numbered numerically over 500 is a feature that, in cooperation, has been added to the circuitry of Figure 6 by Bowman et al to practice the invention. Other features marked with characters in FIG. 4, which also appear in FIG. 6 by Bowman et al, correspond to the same features in FIG. 6 by Bowman et al and are repeated for clarity and for understanding the principle effects when carrying out the Invention Darge represents.

Beginnend in der oberen rechten Ecke von Fig. 4 ist ein Zäh ler 270 mit Ausgängen Q₆-Q₄ teilweise dargestellt. Benach bart zum Zähler 270 befindet sich ein Flip-Flop 310′, wel ches von Flip-Flop 310 in Fig. 6 von Bowman et al modifi ziert ist, um einen Gleichstrom-Rücksetz-Anschluß R zu umfas sen. Der Ausgang des Einstellpunktvergleichers auf Leitung 110 wird an den D-Anschluß von Flip-Flop 310′ angelegt. Das Flip-Flop 310′ ist mit einem Leiter 312 verbunden und der Q-Anschluß von Flip-Flop 310′ ist mit einem UP-Anschluß des Hoch-Runter-Zählers 270 durch Leiter 314 verbunden. Der logi sche Pegel (relativ hoch oder high bzw. relativ niedrig oder low) auf Leitung 314 ist derart, um den Zähler 270 in einen hochzählenden Modus, wenn die Generatorspannung unter dem gewünschten regulierten Wert liegt, und in einen herunterzäh lenden Modus zu setzen, wenn die Generatorspannung über dem regulierten Wert liegt. Zusätzlich jedoch, wenn der Gleich strom-Rücksetz-Anschluß R von Flip-Flop 310′ high ist, wird der D-Eingang davon überlagert und der logische Pegel (high oder low) auf Leitung 314 ist derart, daß er den Zähler 270 in einen herunterzählenden Modus setzt.Starting in the upper right corner of FIG. 4, a counter 270 with outputs Q₆-Q₄ is partially shown. Next to the counter 270 there is a flip-flop 310 ', which is modified by flip-flop 310 in Fig. 6 by Bowman et al, to include a DC reset terminal R. The output of the set point comparator on line 110 is applied to the D terminal of flip-flop 310 '. The flip-flop 310 'is connected to a conductor 312 and the Q connection of flip-flop 310 ' is connected to an UP connection of the up-down counter 270 by conductor 314 . The logic level (relatively high or high or relatively low or low) on line 314 is such as to put the counter 270 in an up-counting mode when the generator voltage is below the desired regulated value and in a down-counting mode, if the generator voltage is above the regulated value. In addition, however, when the DC reset terminal R of flip-flop 310 'is high, the D input thereof is superimposed and the logic level (high or low) on line 314 is such that it counts the 270 into one counting mode sets.

Die Ausgangsanschlüsse Q₆-Q₄ von Zähler 270 sind als drei Eingänge für ein UND-Gatter mit vier Eingängen 517 verbun den. Der Ausgang von UND-Gatter 517 ist mit dem Gleichstrom- Rücksetz-Anschluß R von Flip-Flop 310′ verbunden. Der vierte Eingang zu dem UND-Gatter 517 ist mit dem "HOT-SPEED"-Signal auf Leitung 515 verbunden, welches den logischen High-Zu stand annimmt, wenn die Wechselstromerzeugergeschwindigkeit zwischen S1 und S2 liegt, wie nachstehend beschrieben.The output terminals Q₆-Q₄ of counter 270 are connected as three inputs for an AND gate with four inputs 517 . The output of AND gate 517 is connected to the DC reset terminal R of flip-flop 310 '. The fourth input to AND gate 517 is connected to the "HOT SPEED" signal on line 515 , which assumes logic high when the alternator speed is between S1 and S2, as described below.

Flip-Flops 414 und 406 sind mit den Eingängen von einem NICHT-UND-Gatter 501 verbunden. Der Ausgang des NICHT-UND- Gatters 501 ist mit dem Trigger-Flip-Flop 511 verbunden. Die Flip-Flops 511 und 509 sind sogenannte langsame Flip-Flops, da sie den logischen Pegel (high oder low) feststellen, der an den Leiter 513 angelegt wird. Aus diesem Grund ist Q-An schluß von Flip-Flop 509 mit dem Leiter 513 verbunden. Der R-Anschluß von Flip-Flop 511 ist mit Leitung 422 verbunden. Das Flip-Flop 509 ist mit Leitung 442 gekoppelt und dadurch durch den Q-Ausgang von Flip-Flop 436 getriggert. Das Signal auf Leitung 513 ist ein Niedergeschwindigkeitssignal, das im wesentlichen 2300 U/min bei dem Wechselstromerzeuger ent spricht, welche niedrige Geschwindigkeit als die untere Grenze S1 der Geschwindigkeit im mittleren Bereich betrach tet wird.Flip-flops 414 and 406 are connected to the inputs of a NAND gate 501 . The output of the NAND gate 501 is connected to the trigger flip-flop 511 . The flip-flops 511 and 509 are so-called slow flip-flops because they determine the logic level (high or low) that is applied to the conductor 513 . For this reason, the Q terminal of flip-flop 509 is connected to conductor 513 . The R terminal of flip-flop 511 is connected to line 422 . The flip-flop 509 is coupled to line 442 and thereby triggered by the Q output of flip-flop 436 . The signal on line 513 is a low speed signal which speaks substantially 2300 rpm at the alternator, which low speed is considered as the lower limit S1 of the speed in the middle range.

Der Leiter 513 ist als ein Eingang mit UND-Gatter 505 verbun den. Der Q-Anschluß von Flip-Flop 420 (Leiter 114) ist durch Inverter 503 als der andere Eingang mit UND-Gatter 505 ver bunden. Dies ist ein Hochgeschwindigkeitssignal, das im we sentlichen 3000 U/min bei dem Wechselstromerzeuger ent spricht, welche Hochgeschwindigkeit als die obere Grenze S2 der Geschwindigkeit im mittleren Bereich betrachtet wird. Diese Eingänge und Torsteuerung wirken, um ein logisches High-Signal auf Leitung 515, das HOT-SPEED-Signal, nur dann zu generieren, wenn die Geschwindigkeit des Wechselstrom erzeugers zwischen S1 und S2 liegt. Daher zeigt ein auf High-Pegel liegendes HOT-SPEED-Signal eine Betriebsgeschwin digkeit im mittleren Bereich des Wechselstromerzeugers an. Geschwindigkeiten unter S1 führen zu einem logischen Low-Pe gelsignal auf Leitung 513 und daher zu einem logischen Low- Pegelsignal auf Leitung 515. Geschwindigkeiten über S2 füh ren zu einem logischen High-Pegelsignal beim dem Q-Anschluß von Flip-Flop 420 und daher zu einem logischen Low-Pegel signaleingang zu UND-Gatter 505 infolge von Inverter 503, was auch zu einem logischen Low-Pegelsignal auf Leitung 515 führt. Bei Geschwindigkeiten unter S2 und über S1 sind beide Eingänge zu UND-Gatter 505 high, was zu einem High-Signal auf Leitung 515 führt. Das Signal auf Leitung 515 gibt daher UND-Gatter 517 nur während eines Betriebes im mittleren Geschwindigkeitsbereich frei.The conductor 513 is connected as an input to the AND gate 505 . The Q terminal of flip-flop 420 (conductor 114 ) is connected through inverter 503 as the other input to AND gate 505 . This is a high speed signal which speaks substantially 3000 rpm in the alternator, which high speed is considered as the upper limit S2 of the speed in the middle range. These inputs and gate control act to generate a logic high signal on line 515 , the HOT SPEED signal, only when the speed of the alternator is between S1 and S2. Therefore, a HOT SPEED signal at a high level indicates an operating speed in the central area of the alternator. Speeds below S1 result in a logic low level signal on line 513 and therefore in a logic low level signal on line 515 . Speeds above S2 result in a logic high level signal at the Q connection of flip-flop 420 and therefore in a logic low level signal input to AND gate 505 due to inverter 503 , which also results in a logic low level signal on line 515 leads. At speeds below S2 and above S1, both inputs to AND gate 505 are high, resulting in a high signal on line 515 . The signal on line 515 therefore only enables AND gate 517 during middle speed operation.

Die Hochgeschwindigkeits- und Niedergeschwindigkeitsschwel len, S1 und S2, wie sie durch Signale auf Leitungen 513 bzw. 114 dargestellt werden, sind beispielhaft angegeben und kön nen variiert werden, um die besondere Wechselstromerzeuger- und Maschinenkombination einschließlich dem Geschwindigkeits verhältnis zwischen der Maschine und dem Wechselstromerzeu ger einer besonderen Anwendung anzupassen.The high-speed and low-speed thresholds, S1 and S2, as represented by signals on lines 513 and 114 , respectively, are given by way of example and can be varied to accommodate the particular alternator and machine combination, including the speed relationship between the machine and the alternator to adapt to a special application.

Die zusätzlichen und modifizierten Elemente wirken zusammen, um zudem der Regulatorsteuerung von Bowman et al einen fünften Betriebsmodus hinzuzufügen. Dieser fünfte Betriebs modus wirkt nur in dem Betrieb im mittleren Geschwindigkeits bereich. Er wirkt, um das Hochzählen von dem Hoch-Runter- Zähler 270 bei einem vorbestimmten oberen Wert mittels UND-Gatter 517 und Flip-Flop 310′ zu stoppen, wobei auf die Kombination hierin als "Hot speed-Klemme" Bezug genommen wird. Aus diesem Grund wird, wenn der Betrieb im mittleren Geschwindigkeitsbereich erfolgt, dem Zähler nicht erlaubt, zu einem vollen Zustand hochzuzählen, und wenn er zu der durch die Hot-speed-Klemme erlaubten Größe hochzählt, wird die Größe derart sein, daß das Tastverhältnis der Feldspan nung 112/128 x 100 Prozent oder ungefähr 87,5% betragen kann. Natürlich können andere Klemmgrenzen durch Auswählen von geeigneten Bitkombinationen aus den Q₆-Q₀-Ausgängen von Hoch-Runter-Zähler 270 gewählt werden. Außerhalb der Ge schwindigkeit im mittleren Bereich ist die Hot-speed-Klemme infolge eines Low-Signals auf Leitung 515 gesperrt.The additional and modified elements work together to also add a fifth mode of operation to the Bowman et al regulator controller. This fifth operating mode only works in the medium speed range. It acts to stop the count-up from the up-down counter 270 at a predetermined upper value by means of the AND gate 517 and flip-flop 310 ', the combination being referred to herein as a "hot speed clamp". For this reason, if the operation is in the medium speed range, the counter is not allowed to count up to a full state, and if it counts up to the size allowed by the hot speed terminal, the size will be such that the duty cycle of the Field voltage can be 112/128 x 100 percent or approximately 87.5%. Of course, other clamping limits can be selected by selecting appropriate bit combinations from the Q₆-Q₀ outputs of up-down counter 270 . Outside the Ge speed in the middle range, the hot-speed terminal is blocked due to a low signal on line 515 .

Wenn zuerst in den Geschwindigkeitsbereich im mittleren Bereich zwischen S1 und S2 eingetreten wird, kann ein Tast verhältnis vorhanden sein, das größer als 87,5% ist; mit anderen Worten kann der Hoch-Runter-Zähler den maximalen gewünschten Wert übersteigen. Der Gleichstrom-Rücksetz- Anschluß R von Flip-Flop 310′ wird in diesem Moment infolge der Hochgeschwindigkeitsklemme auf high gehalten. Dem Hoch- Runter-Zähler 270 wird aus diesem Grund erlaubt, nur solange herunterzuzählen, wie die Zählung darin gleich dem maximal erwünschten Wert ist oder diesen übersteigt, ungeachtet ob die Systemspannung über oder unter dem gewünschten regulier ten Wert liegt. Dies wird das Tastverhältnis auf die geeig neten gewünschten 87,5% bringen.If the speed range in the middle between S1 and S2 is entered first, there may be a duty cycle that is greater than 87.5%; in other words, the up-down counter may exceed the maximum desired value. The DC reset terminal R of flip-flop 310 'is held high at this moment due to the high-speed terminal. For this reason, the up-down counter 270 is allowed to count down only as long as the count therein is equal to or exceeds the maximum desired value, regardless of whether the system voltage is above or below the desired regulated value. This will bring the duty cycle to the appropriate 87.5% desired.

Außerhalb der Geschwindigkeit im mittleren Bereich wird die Regulatorsteuerung von Bowman et al nicht durch die Zusätze und Überarbeitungen der Schaltung bewirkt. Daher wird dem Tastverhältnis unter und über den Geschwindigkeiten S1 bzw. S2 erlaubt, auf seinen höchsten Wert zuzunehmen, der durch die obere Klemme erlaubt ist, die hierin nicht aber in Bowman et al detailliert ausgeführt ist. Durch den Einschluß der Niederspannungsfeldspule in dem Wechselstromerzeuger liefert dies eine vergrößerte Erregung über diejenige durch eine herkömmliche Feldspule hinaus. Der Stromausgang ist daher bei diesen Geschwindigkeiten verbessert.Outside the speed in the middle, the Regulator control by Bowman et al not through the additives and reworked the circuit. Therefore, the Duty cycle below and above the speeds S1 or S2 allows to increase to its highest value, that of the upper clamp is permitted, but not here Bowman et al is detailed. By inclusion the low voltage field coil in the alternator this provides an increased arousal over that a conventional field coil. The current output is therefore improved at these speeds.

Es kann nun verstanden werden, daß die bei Geschwindigkeiten unter den vorbestimmten Geschwindigkeiten im mittleren Bereich erhältlichen Ströme über jenen liegen, die vorher mit einer herkömmlichen Feldspule und -steuerung erhältlich waren. Es kann weiter verstanden werden, daß die bei Ge schwindigkeiten größer als die vorbestimmten Geschwindigkei ten im mittleren Bereich erhältlichen Ströme gleichermaßen über jenen liegen, die vorher mit einer herkömmlichen Feld spule und -steuerung erhältlich waren. Jedoch begrenzt die Steuerung der Erfindung die Erregung der Niederspannungs feldspule der Erfindung, um dadurch thermische Überlastströ me während Geschwindigkeiten im mittleren Bereich zu verhin dern.It can now be understood that at speeds below the predetermined speeds in the middle Range of available currents are above those previously available with a conventional field coil and control were. It can be further understood that the Ge speeds greater than the predetermined speed currents available in the middle range equally lie above those previously with a conventional field coil and control were available. However, that limits Control of the invention the excitation of the low voltage Field coil of the invention, thereby thermal overload currents me while avoiding mid-range speeds other.

Während die Erfindung bezüglich einer bevorzugten Ausfüh rungsform, wie hierin offenbart, ausgeführt worden ist, ist daran zu denken, daß verschiedene Modifikationen oder Ände rungen für einen Fachmann ersichtlich sein werden und daher die Ausführungsform nur als ein Beispiel und nicht als eine Begrenzung betrachtet werden soll. Entsprechend ist beabsich tigt, daß die Erfindung alle Alternativen, Modifikationen und Variationen umfaßt, die in den Schutzbereich der beige fügten Ansprüche fallen.While the invention relates to a preferred embodiment form as disclosed herein remember that various modifications or changes will be apparent to a person skilled in the art and therefore the embodiment only as an example and not as one Limitation should be considered. It is accordingly tigt that the invention all alternatives, modifications and includes variations that fall within the scope of the beige added claims fall.

Zusammengefaßt weist ein elektrisches System eines Motorfahr zeuges einen Wechselstromerzeuger 610 der Lundell-Art auf, wobei eine Feldspule 620 mit einem Strom bis zu einem Voll feldspulenstrom versorgt wird. Der Wechselstromerzeuger kann thermische Überlast während bestimmter Drehgeschwindigkeiten bei weniger als dem Vollfeldspulenstrom infolge der Ausgangs ströme erfahren, welche nicht angemessen thermisch gehand habt werden können. Eine Feldspulenstromsteuerung 680 sorgt für eine Begrenzung des Feldspulenstromes während der begrenzten Drehgeschwindigkeiten, um dadurch thermische Überlast zu verhindern, und für Vollfeldspulenstrom während anderer Drehgeschwindigkeiten, um den Stromausgang zu verbessern.In summary, an electrical system of a motor vehicle has an alternator 610 of the Lundell type, with a field coil 620 being supplied with a current up to a full field coil current. The alternator may experience thermal overload during certain rotational speeds at less than the full field coil current due to the output currents that cannot be adequately handled thermally. A field coil current controller 680 limits the field coil current during the limited rotation speeds, thereby preventing thermal overload, and for full field coil current during other rotation speeds, in order to improve the current output.

Claims

1. An apparatus for controlling the output of an alternator ( 610 ) having a field coil ( 620 ), an output winding ( 615 ) and a rectifier ( 630 ) coupled to vehicle loads ( 670 ), the alternator being rotatable with one Vehicle ( 625 ) machine is coupled, the field coil is supplied with an excitation current by a system voltage that does not exceed a regulated standard system voltage during the alternator rotation, the excitation current and the alternator rotation to an output current through the output winding ( 615 ) and the rectifier ( 630 ) to supply vehicle loads ( 670 ) at system voltage, the device comprising:
a field coil ( 620 ) that will normally cause thermal overload of the alternator ( 610 ) due to excessive output current if the excitation current supplied to the field coil ( 620 ) is greater than a limiting excitation current at certain alternator speeds (<51, <52) ;

Field coil current control means ( 680 , 621 ) for supplying the excitation current to the field coil up to a maximum field coil current which is greater than the limiting excitation current, depending on a comparison of a measured system voltage ( 650 ) with a predetermined regulation voltage, the field coil current control means ( 680, 621) act to the excitation current to increase when the measured system voltage (650) un ter the predetermined regulation voltage, and to reduce the excitation current, if the measured Sy stemspannung (650) overlying the measured system voltage; and
Means ( 505-513 ) for sensing the rotational speed of the alternator, the field coil current control means responsive to the rotational speed of the alternator to adjust the excitation current through the field coil ( 620 ) to the limiting excitation current at the particular alternator rotational speeds (<51, <52) to limit.

2. The apparatus of claim 2, wherein the determined alternator rotational speeds include a range of rotational speeds below a maximum alternator rotational speed ( 52 ) and above a minimum alternator rotational speed ( 51 ).

3. Apparatus according to claim 2, wherein the field coil current control means ( 680 ) reduces the excitation current when the excitation current exceeds the limiting excitation current and the rotational speed of the alternator is at the certain alternator rotational speeds regardless of the measured system voltage.

4. An apparatus for controlling the output of an alternator ( 610 ) having a field winding ( 620 ) and an output winding ( 615 ), the alternator being rotatably coupled to a vehicle engine ( 625 ), and the vehicle loads ( 670 ) current at a system voltage, the device comprising:
a field coil ( 620 ) which can be energized in accordance with an excitation current supplied there;
Field coil current control means ( 680 , 621 ) for controlling the excitation current supplied to the field coil ( 620 );
System voltage sensing means ( 680 );
Means for sensing the rotational speed of the alternator ( 505-513 );
wherein the field coil current control means ( 686 , 621 ) is capable of controlling the excitation current supplied in the field coil ( 620 ) within an available range of excitation currents between a minimum excitation current and a maximum excitation current, the field coil ( 620 ) being characterized by a A tendency to create thermal conditions within the alternator ( 610 ) that are likely to damage it when supplied with an excitation current greater than a limiting excitation current between the minimum and maximum excitation currents at certain alternator speed (<51, <52), and in that the field coil current control means responds at the particular alternator rotational speeds ( 51 , 82 ) to control the excitation current supplied to the field coil between the minimum excitation current and the limiting excitation current.

5. Device for controlling the output of an alternating current generator ( 610 ), which has a field winding ( 620 ) and an output winding ( 615 ), wherein the alternating current generator ( 610 ) is rotatably coupled to a vehicle machine ( 625 ) and the vehicle loads current at one System voltage supplies, the device comprising:
a field coil ( 620 ) characterized by a tendency to generate thermal overload of the alternator ( 610 ) when supplied with an excitation current greater than a limiting excitation current at certain alternator speeds (<51, <52) ;
Field coil current control means ( 680 , 621 ) for supplying the excitation current to the field coil ( 620 ) up to a maximum field coil current which is greater than the limiting excitation current, depending on a comparison of a measured system voltage ( 650 ) with a predetermined regulation voltage, the Field coil current control means act to increase the excitation current when the measured system voltage is below the predetermined regulation voltage and to decrease the excitation current when the measured system voltage is above the measured system voltage; and
Means ( 509-513 ) for sensing the rotational speed of the alternator, the field coil current control means responsive to the rotational speed of the alternator to limit the excitation current through the field coil to the limiting excitation current when the alternator is at the particular alternator rotational speeds (<51, <52).