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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Alternator bzw. Wechselstromgenerator
zur Verwendung in eine Fahrzeug wie einem Pkw oder einem Lkw.
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2. Beschreibung des einschlägigen Stands
der Technik
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Ein
Spannungsregler wird zum Steuern einer Ausgangsleistung eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators
bzw. -alternators verwendet. Einige Arten von herkömmlichen
Spannungsreglern weisen eine Funktion auf, um ein Einschalten eines
Schlüsselschalters
zu erfassen. Ein solcher Spannungsregler initiiert die Zuführung eines
Erregerstroms zu einem Wechselstromgenerator bei einer Erfassung
des Einschaltens des Schlüsselschalters.
Normalerweise ist es erforderlich, Signalleitungen zum Erfassen
des Schlüsselschalterbetriebs
bereitzustellen.
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Um
den Schlüsselschalterbetrieb
ohne Verwendung der Signalleitungen zu erfassen schlägt die JP-U-62-44698
eine Technologie zum Erfassen einer Initiierung einer Umdrehung
eines Wechselstromgenerators basierend auf einer Frequenz einer
Spannung vor, die in einer Ankerwicklung aufgrund eines Restmagnetismus
in Feldpolen induziert wird. Auf diese Weise wird erfasst, ob der
Alternator gestartet worden ist, d. h. ob der Motor angelassen wird.
Bei der Erfassung der Inbetriebnahme des Wechselstromgenerators
wird der Feldwicklung des Wechselstromgenerators ein Erregerstrom
zugeführt.
Es bestand jedoch die Anforderung, einen Spannungspegel zu erhöhen, der
durch den Restmagnetismus induziert worden ist, weil der Betrag
des Restmagnetismus gering ist. In der US-4,409,539 ist ein Vorschlag zur
Verbesserung der magnetischen Eigenschaften der Feldpole durch Glühen der
Feldpole enthalten. Ferner offenbaren die JP-A-3-215200 und die JP-A-8-503308
eine Technologie zur Erfassung einer Initiierung der Motorumdrehung
basierend auf einer Leitungsspannung, die in den Ankerwicklungen
von zwei unterschiedlichen Phasen induziert wird.
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Man
hat sich jedoch herausgestellt, dass bei diesen herkömmlichen
Technologien jeweils Probleme vorliegen. Bei der US-4,409,539 nimmt
ein Magnetwiderstand zu und nimmt dadurch die Ausgangsleistung des
Wechselstromgenerators in seinem Normalbetrieb ab, obwohl der Restmagnetismus
verbessert wird. Dementsprechend müssen die Abmessungen des Wechselstromgenerators
vergrößert werden,
um die Ausgangsleistung beizubehalten. Ferner ist ein großer Abmessungen
aufweisender Hochofen notwendig, um den Glühvorgang auszuführen, was zu
einem Anstieg der Fertigungskosten führt.
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Gemäß der in
der JP-A-8-503308 offenbarten Technologie wird ein Widerstand mit
einer Phasenwicklung verbunden, die sich von einer Phasenwicklung
unterscheidet, mit der die induzierte Spannung erfasst wird, und
die Phasenwicklung, mit der der Widerstand verbunden ist, wird durch
den Widerstand geerdet, um dadurch einen geschlossen Strom- bzw.
Schaltkreis zu bilden. Außerdem
liegt in einer negativen Halbwelle ein negatives Potential an einem
Widerstand an. Das bedeutet, dass eine so genannte Leitungsspannung
in Dreiphasen-Wicklungen am Widerstand anliegt. Um das negative
Potential zu erfassen, ist ein komplexer Schaltkreis zur Bereitstellung
eines negativen Referenzpotentials erforderlich, was einen Anstieg
der Fertigungskosten zur Folge hat. Dementsprechend ist nur ein
positives Potential, das in einer positiven Halbwelle erscheint, praktisch
erfassbar. Die in der positiven Halbwelle auftretende Spannung kann
in der in dieser Offenlegungsschrift offenbarten Technologie nicht
verstärkt werden.
Daher muss zur Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit eine Erfassungsschwelle
gesenkt werden. Wird jedoch die Erfassungsschwelle gesenkt, nimmt
ein Signal-Rauschverhältnis (S/N-Verhältnis) aufgrund
des Einflusses eines Leckstroms ab, der von einer im Fahrzeug befindlichen
Batterie in den Wechselstromgenerator fließt. Dabei wird es schwierig,
das Signal exakt zu erfassen, das eine Initiierung der Umdrehung
anzeigt. Die US-5,376,876 und US-6,147,474 schlagen die Aufhebung
des Einflusses des Leckstroms vor, indem der Schwellenpegel einer
Ankerspannung entsprechend geändert wird.
Um jedoch den Schwellenpegel zu ändern,
ist es notwendig, für
diese Funktion eine logische Schaltung hinzuzufügen.
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Bei
der in der JP-A-3-215200 offenbarten Vorrichtung wird ein Potentialunterschied
zwischen zwei Phasen potentialfrei von der Masse erfasst. Es besteht
jedoch die Möglichkeit,
dass der Erfassungsschaltkreis aufgrund einer großen in den
Erfassungsschaltkreis fließenden
Strommenge beschädigt
wird, wenn der Wechselstromgenerator beginnt, Leistung zu erzeugen.
Es ist erforderlich, einen Schutzschaltkreis bereitzustellen, wie
z. B. einen Strombegrenzer oder einen Schaltschaltkreis zum Abfangen
des Stroms, um vorstehendes Problem zu vermeiden. Es ist nicht vorteilhaft,
einen solchen Schutzschaltkreis bereitzustellen, da er dafür sorgt,
dass der Erfassungsschaltkreis aufwendig und teuer wird. Insbesondere
wenn der Schaltschaltkreis verwendet wird, ist es erforderlich den
Schaltschaltkreis mit einer angemessenen Stromkapazität zu versehen
und bezüglich
einer durch Abfangen des Stroms erzeugten Stoßspannung Gegenmaßnahmen
zu ergreifen.
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Die
US-5,602,470 offenbart eine Schaltungs- bzw. Schaltkreisanordnung
zum Starten einer Erfassung des Dreiphasen-Generators. In einer
Schaltungsanordung zum Messen eines Startens der Umdrehung eines
Generators mit einer Erregerwicklung und Dreiphasenwicklungen, regelt
ein Spannungsregler eine Ausgangsspannung des Generators durch Beeinflussen
eines Erregerstroms, wobei die Dreiphasenwicklungen an einem Punkt
miteinander verbunden sind, eine der Phasenwicklungen über einen
ersten Widerstand auf Masse geschaltet ist, eine andere Phasenwicklung über einen
zweiten Widerstand auf Masse geschaltet ist und eine Spannung am
ersten Widerstand als eine drehzahlabhängige Wechselstromspannung
bewertet wird, wobei diese Spannung mit einer Schwellenspannung
verglichen wird, und das Starten der Umdrehung des Generators erfasst
wird, wenn die gemessene Spannung die Schwellenspannung überschreitet.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die vorstehende Problematik zugrunde,
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Wechselstromgenerator
zu schaffen, bei dem eine Initiierung der Umdrehung des Wechselstromgenerators
durch eine einfache Struktur ohne Verwendung von Signalleitungen
zum Erfassen des Einschaltens eines Schlüsselschalters ordnungsgemäß erfasst wird.
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Der
Wechselstromgenerator weist einen Rotor, einen feststehenden Anker,
einen Gleichrichter und einen Spannungsregler auf. Der Rotor weist mehrere
Feldpole und eine Rotorwicklung auf, der ein Erregerstrom zugeführt wird.
Der Anker weist mehrphasige Ankerwicklungen, wie z. B. Dreiphasen-Wicklungen
auf. Ein Wechselstrom wird in dem Anker in einem rotierenden Feld
des Rotors erzeugt. Der Gleichrichter führt eine Gleichrichtung des
Wechselstroms in einen Gleichstrom aus, der eine im Fahrzeug befindliche
Batterie auflädt.
Der Spannungsregler steuert die Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators
durch Steuern eines Erregerstroms, der der Feldwicklung zugeführt wird.
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Um
eine Initiierung der Rotorumdrehung zu erfassen, ohne Signalleitungen
zum Erfassen eines Betriebs eines Schlüsselschalters zu verwenden,
ist ein Widerstand mit einer der Phasenwicklungen verbunden, z.
B. einer Y-Phasenwicklung. Bei einer Initiierung der Rotorumdrehung
liegt am Widerstand eine Spannung an, die ohne Zuführen des
Erregerstroms durch einen Restmagnetismus induziert wird. Ein Pegel
der induzierten Spannung ist jedoch niedrig, weil der Betrag des
Restmagnetismus gering ist. Zur Erhöhung der am Widerstand anliegenden
Spannung auf einen ausreichenden Pegelwert, um die Initiierung der
Rotorumdrehung genau zu erfassen, wird ein Kondensator zwischen
einer weiteren Phasenwicklung, z. B. eine Z-Phasenwicklung, und
einen negativen Anschluss bzw. eine negative Klemme des Gleichrichters
verbunden. Der in einer negativen Halbwellenperiode aufgeladenen
Kondensator wird in der nachfolgenden positiven Halbwellenperiode entladen,
um dadurch die am Widerstand anliegende Spannung zu erhöhen.
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Die
am Widerstand anliegende Spannung wird mit einer Schwellenspannung
oder eine Referenzspannung verglichen. Es wird bestimmt, dass die Rotorumdrehung
initiiert wird, wenn die am Widerstand anliegende Spannung höher wird
als die Schwellenspannung. Da die am Widerstand anliegende Spannung
auf einen ausreichenden Pegelwert erhöht wird, wird die Initiierung
der Umdrehung exakt erfasst, ohne den Schwellenspannungswert zu
senken. Bei der Erfassung der Initiierung der Umdrehung, wird die
Zuführung
des Erregerstroms zur Feldwicklung gestartet, und anschließend wird
der Erregerstrom durch den Spannungsregler gesteuert, um die Ausgangsleistung
des Wechselstromgenerators auf einem gewünschten Pegel zu halten.
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Neben
der Erfassung des Spannungspegelwerts wird eine vorzugsweise Frequenz
der am Widerstand anliegenden Spannung mit einer Referenzfrequenz
verglichen, und eine Initiierung der Rotorumdrehung wird erfasst,
wenn der Spannungspegelwert die Schwelle erreicht und die Frequenz
eine vorbestimmte Frequenz überschreitet.
Es besteht die Möglichkeit,
dass der Spannungspegel durch einen Leckstrom beeinflußt werden
kann, der von der im Fahrzeug befindlichen Batterie zum Widerstand durch
die Ankerwicklungen strömt.
Eine Initiierung der Rotorumdrehung wird durch Erfassen von sowohl dem
Spannungspegelwert als auch der Frequenz genauer erfasst. Eine Impedanz
des Kondensators in einem Frequenzbereich entsprechend einer Leerlaufdrehzahl
des Fahrzeugmotors wird bevorzugt auf einen Pegelwert eingestellt,
der niedriger ist als ein Widerstandswert des Widerstands. Auf diese
Weise kann der Kondensator ausreichend aufgeladen werden, um den
am Widerstand anliegenden Spannungspegel zu erhöhen.
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Der
Gleichrichter kann aus Zener-Dioden gebildet sein. In diesem Fall
wird die Impedanz des Kondensators nicht eingestellt, um die am
Widerstand anliegende Spannung auf einen Pegelwert oder Wert zu
erhöhen,
der eine Zener-Spannung (eine Durchbruchspannung in der inversen
Richtung) übersteigt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Initiierung einer Umdrehung durch eine einfache Schaltkreisstruktur
ohne Verwendung von Signalleitungen zum Erfassen des Schlüsselschaltbetriebs exakt
erfasst.
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Weiter
Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der
bevorzugten Ausführungsform,
die nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben
ist, ohne weiteres verständlich.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine gesamte Schaltkreisstruktur eines Wechselstromgenerators
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2 eine
Ersatzschaltung, die einen Strom darstellt, der durch einen Kondensator
und einen Widerstand in einer negativen Halbwelle fließt;
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3 ist
ein Graph, der eine über
einem Widerstand anliegende Spannung in der negativen Halbwelle
darstellt;
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4 ist
eine Ersatzschaltung, die einen Strom darstellt, der in einer positiven
Halbwelle durch den Kondensator und den Widerstand fließt;
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5 ist
ein Graph, der eine Spannung darstellt, die in der positiven Halbwelle
am Widerstand anliegt;
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6 ist
ein Graph, der eine am Widerstand anliegende Spannung einschließlich einer
Spannung darstellt, die durch den Kondensator erhöht wird;
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7 ist
ein Graph, der eine am Widerstand anliegende Spannung darstellt,
wenn ein Widerstand anstelle des Kondensators verwendet wird; und
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8 ist
ein Schaltkreisdiagramm, der einen Teil eines Wechselstromgenerators
aufzeigt, der einen Gleichrichter unter Verwendung von Zener-Dioden
aufweist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, weist ein Fahrzeug-Wechselstromgenerator 1 Ankerwicklungen 2,
einen Gleichrichter 3, eine Feldwicklung 4 und
einen Spannungsregler 5 auf. Bei den Ankerwicklungen 2 handelt
es sich um Mehrphasenwicklungen, z. B. Dreiphasen-Wicklungen, die
auf einen Ankerkern gewickelt sind. Der in den Ankerwicklungen 2 erzeugte
Wechselstrom wird dem Gleichrichter 3 zugeführt. Ein
Kondensator 21 ist mit einer Ausgangsklemme einer Phasenwicklung
der Ankerwicklungen 2, z. B. einer Z-Phasenwicklung, verbunden.
Bei dem Gleichrichter 3 handelt es sich um einen Zweiweggleichrichter,
der aus sechs Dioden gebildet ist. Der Gleichrichter 3 sorgt
für eine Gleichrichtung
des Wechselstroms, der von den Ankerwicklungen 2 bereitgestellt
wird, in einen Gleichstrom. Die Feldwicklung 4 ist auf
Feldpole eines Rotors gewickelt. Ein Feldstrom wird der Feldwicklung 4 zugeführt, um
ein Magnetfeld zu erzeugen, das die Ankerwicklungen 2 verbindet.
Der Spannungsregler 5 steuert eine Ausgangsspannung des
Wechselstromgenerators auf eine vorbestimmte Spannung Vreg.
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Der
Spannungsregler 5 besteht aus einem Leistungstransistor 51,
einer stromzirkulierenden Diode 52, einem Widerstand 53,
Spannungskomparatoren 54, 57, einem digitalen
Zähler 55,
einem Tiefpassfilter (LPF) 56 und einer UND-Schaltung 58.
Der Leistungstransistor 51, der mit der Feldwicklung 4 in Reihe
geschaltet ist, schaltet den Feldstrom, der der Feldwicklung 4 zugeführt wird,
ein- und aus. Der Widerstand 53 ist zwischen einer Ausgangsklemme
von einer anderen Phasenwicklung mit Ausnahme der Phasenwicklung,
mit der der Kondensator 21 verbunden ist, z. B. eine Y-Phasenwicklung und
Masse verbunden. Ein Widerstandswert des Widerstands 53 ist auf einen
Pegelwert eingestellt, der höher
ist als eine Impedanz des Kondensators bei einer Grund-Wechselstromfrequenz
in der Nähe
einer Leerlaufdrehzahl des Fahrzeugmotors.
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Der
Spannungskomparator 54 vergleicht die Y-Phasen-Ausgangsspannung
(der Widerstand ist mit der Y-Phase verbunden) mit einer ersten
Schwellenspannung V1 und gibt eine Pulsspannung mit der gleichen
Frequenz aus wie die der Y-Phasenausgangsspannung.
Der digitale Zähler 55 zählt die
Anzahl der Pulse, die von dem Spannungskomparator 54 zugeführt werden,
und führt
eine Ausgangsspannung im H-Zustand zu, wenn die gezählte Anzahl
von Impulsen in einer vorbestimmten Zeitdauer größer ist als eine vorbestimmte
Anzahl. Das Tiefpassfilter 56, das beispielsweise aus einem
C-R- (einem Kondensator-Widerstand-) Schaltkreis besteht, eliminiert
die Hochfrequenzkomponenten, die in der Wechselstromgenerator-Ausgangsspannung
umfasst sind. Der Spannungskomparator 57 vergleicht die
Ausgangsspannung, die von dem Tiefpassfilter 56 zugeführt wird,
mit einer zweiten Schwellenspannung V2. Der UND-Schaltkreis 58 gibt eine logische
Multiplikation des Ausgangssignals des Komparators 57 und des
Ausgangssignals des digitalen Zählers 55 aus.
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Nun
wird der Betrieb des vorstehend beschriebenen Wechselstromgenerators
bzw. Alternators 1 erörtert.
Wenn der Rotor beim Anlassen des Motors seine Umdrehungsbewegung
startet, wird in jeder Phasenwicklung der Ankerwicklungen 2 eine Spannung
induziert. Eine Spannung Py wird einem Ende des Widerstands 53 zugeführt, und
die Spannung nimmt gemäß dem Anstieg
der Drehzahl des Rotors allmählich
zu. Wenn die Spannung Py die erste vorbestimmte Schwellenspannung
V1 überschreitet,
gibt der Komparator 54 ein Hochpegelsignal als ein pulsierendes
Signal aus, das die Drehzahl des Rotors darstellt. Der digitale
Zähler 55 zählt die
Anzahl der Pulse in dem von dem Komparator 54 zugeführten Signal.
Wenn die Anzahl der Pulse, die durch den digitalen Zähler 55 gezählt werden,
die Anzahl der Pulse erreicht, die der Leerlaufdrehzahl des Motors
entsprechen, gibt der digitale Zähler 55 ein Hochpegelsignal
aus.
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Der
UND-Schaltkreis 58 gibt das gleiche Signal aus, das von
dem Spannungskomparator 57 zugeführt wird, wenn es sich bei
dem von dem digitalen Zähler 55 zuge führten Signal
um ein Hochpegelsignal handelt. Wenn die Wechselstromgenerator-Ausgangsspannung
S, die von dem Tiefpassfilter 56 zugeführt wird, niedriger ist als
die zweite Schwellenspannung V2, wird der Leistungstransistor 51 leitfähig, um
dadurch der Feldwicklung 4 einen Erregerstrom zuzuführen. Wenn
die Wechselstromgenerator-Ausgangsspannung
S, die von dem Tiefpassfilter 56 zugeführt wird, höher ist als die zweite Schwellenspannung
V2, wird der Leistungstransistor 51 nichtleitend, um dadurch
die Erregerstromversorgung der Feldwicklung 4 zu beenden.
Die Erregerstromsteuerung durch den Leistungstransistor 51 wird
initiiert, wenn die Drehzahl des Rotors einen vorbestimmten Pegelwert
erreicht, d. h. den Leerlaufdrehzahlpegelwert. In anderen Worten
kann der Start des Motors durch den Schaltkreis erfasst werden,
der in dem Spannungsregler 5 umfasst ist, ohne den Betrieb
des Schlüsselschalters
direkt zu erfassen. Auf diese Weise kann auf die Signalleitungen
zum Erfassen des Schlüsselschalterbetriebs
verzichtet werden und dadurch die Leitungsführungen in dem Fahrzeug vereinfacht
werden.
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Die
Auswirkungen des Kondensators 21, der mit einer Phasenwicklung
(z. B. Z-Phasenwicklung) verbunden
ist, wird unter Bezugnahme auf 2–6 erörtert. 2 zeigte
eine Ersatzschaltung, die aus dem Komparator 21, einer
Diode 31 auf der negativen Seite, dem Widerstand 53 und
den Ankerwicklungen 2 besteht. Der Strom I11,
I12, der während einer negativen Halbwellenperiode
(einer Periode "a", die in 3 gezeigt
ist) durch die Ersatzschaltung fließt, ist durch die Pfeile in 2 gezeigt.
Der Strom wird in den Ankerwicklungen 2 aufgrund des Restmagnetismus
in den Feldpolen induziert. 3 zeigt
eine am Widerstand 53 während
der negativen Halbwellenperiode "a" anliegende Spannung.
Der Strom I21, I22,
der während
einer positiven Halbwellenperiode durch die Ersatzschaltung fließt (eine
Periode "b", die in 5 gezeigt
ist), die der negativen Halbwellenperiode "a" folgt,
wird durch die Pfeile in 4 gezeigt. In 5 ist
eine Spannung, die am Widerstand 53 während der positiven Halbwellenperiode "b" auftritt, ist gezeigt. Eine Spannung ΔVp, die durch
den Kondensator 21 erhöht
wird, ist in 6 gezeigt.
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In
der negativen Halbwellenperiode fließt der Strom I11,
I12 in der in 2 gezeigten
Richtung und lädt
den Kondensator 21 auf. Der Kondensator 21 wird
jedoch meistens durch den Strom I11 aufgeladen, weil
ein Vorwärtswiderstand
der Diode 31 auf der negativen Seite niedriger ist als
der Widerstandswert des Widerstands 53. Dementsprechend
wird die Spannung am Widerstand 53 auf einen Wert von etwa
minus 0,7 Volt (–0,7
Volt) geklemmt, was einem Abfall der Vorwärtsspannung der Diode 31 auf
der negativen Seite entspricht. In der Ersatzschaltung liegt folgende
Beziehung vor: I12 × R = –0,7 Volt, wobei R ein Widerstandswert
des Widerstands 53 ist. Ein Potential am Punkt "A" ist Q/C-Volt, weil ein Potentialunterschied
Q/C am Kondensator 21 anliegt, wo die in dem Kondensator
gespeicherte Spannung Q ist und eine Kapazität des Kondensators 21C ist.
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In
der positiven Halbwellenperiode "b", die der negativen
Halbwellenperiode folgt, fließen
der Strom I21 aufgrund einer positiven Spannung,
die durch den Restmagnetismus induziert wird, und der Strom I22, der den Kondensator 21 entlädt, der
in der vorhergehenden positiven Halbwellenperiode aufgeladen wurde,
in den in 4 gezeigten Richtungen. Dementsprechend
wird ein Potential an einer positiven Klemme des Widerstands 53 durch
eine aufgeladene Spannung des Kondensators 21 erhöht, wie
in 5 gezeigt ist. Dies ist darin begründet, dass
eine bestimmte Zeitdauer erforderlich ist, um die in dem Kondensator 21 gespeicherten
Ladungen zu entladen, und die am Kondensator 21 anliegende
Spannung erreicht nicht den Wert von null Volt, wenn die Polarität der induzierten
Spannung umgekehrt wird. Dementsprechend wird das Potential an der
positiven Klemme des Widerstands 52 auf einem Potential beibehalten,
das durch die Kondensatorladungen für eine Periode bzw. Zeitdauer
erhöht
wird, in der die Ladungen bleiben. In anderen Worten wird die Spannung "e" Volt, die durch den Restmagnetismus
in der Z-Phasenwicklung induziert wird, um Q/C-Volt erhöht. Das
heißt,
dass die Spannung am Widerstand 53 zu (e + Q/C)-Volt wird.
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Das
vorstehende Phänomen
kann auch wie folgt erklärt
werden. Da der Strom in einer Menge von (I21 +
I22) durch den Widerstand 53 fließt, beträgt ein Spannungsabfall
am Widerstand 53: (I21 + I22) × R, wobei
R ein Widerstandswert des Widerstands 53 ist.
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Die
Spannung am Widerstand 53 steigt an um ΔVp = (I22 × R). 6 zeigt
die Spannung am Kondensator 53, die um ΔVp erhöht wird. Wenn ein Widerstand
anstelle des Kondensators 21 verwendet wird, wird die Spannung
am Widerstand 53 nicht erhöht, weil der Widerstand 53 keine
Ladungen speichert und dessen Klemmenspannung unmittelbar abfällt, wenn
die Polarität
der induzierten Spannung umgekehrt wird. 7 zeigt
die Spannung am Widerstand 53 in einem Fall, in dem anstelle
des Kondensators 21 ein Widerstand verwendet wird. Die
Spannung ΔVp,
die durch den Kondensator 21 hinzugefügt wird, wird der Spannung
am Widerstand 53 nicht hinzugefügt.
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Wie
vorstehend beschrieben, funktionieren Ladungen, die in dem Kondensator 21 gespeichert sind,
durch eine kleine Strommenge, die durch den Restmagnetismus induziert
wird, um die Spannung am Widerstand 53 zu erhöhen. Insbesondere
in Anbetracht einer Wellenform der induzierten Spannung in der Phasenwicklung
(Z-Phasenwicklung),
mit der der Kondensator 21 verbunden ist, werden Ladungen,
die in dem Kondensator 21 in der negativen Halbwellenperiode "a" gespeichert werden, in der nachfolgenden
positiven Halbwellenperiode "b" entladen, wodurch
eine Strommenge, die durch den Widerstand 53 fließt, erhöht wird.
Die Spannung am Widerstand 53 steigt durch den erhöhten Strom
an. Eine Initiierung der Rotorumdrehung bei einer Drehzahl, die
der Motorleerlaufdrehzahl entspricht oder niedriger ist, kann durch
Vergleichen der Spannung am Widerstand 53 mit der ersten
Schwellenspannung V1 erfasst werden, ohne den Pegelwert der Schwellenspannung
zu senken. Auf diese Weise kann eine Initiierung der Umdrehung ohne
weiteres erfasst werden, ohne einen neuen Logikschaltkreis hinzuzufügen und
ohne Signalleitungen zum Erfassen des Einschaltens des Schlüsselschalters
zu verwenden.
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Die
Spannung Δ Vp,
die durch den Kondensator 21 erhöht wird, nimmt gemäß dem Anstieg
des von dem Kondensator 21 zum Widerstand 53 in
der positiven Halbwellenperiode zugeführten Stroms zu. Das S/N-Verhältnis beim
Erfassen der Initiierung der Umdrehung kann verbessert werden, in
dem der Kondensatorstrom, der von dem Kondensator 21 zugeführt wird,
erhöht
wird. Durch Senken der ersten Schwellenspannung V1 besteht die Möglichkeit,
die Initiierung der Umdrehung zu erfassen, selbst wenn die Spannung
am Widerstand 53 durch den Kondensator 21 nicht
deutlich erhöht
wird. Es ist jedoch nicht wünschenswert,
die erste Schwellenspannung V1 zu senken, weil das S/N-Verhältnis beim
Erfassen der Initiierung der Rotation zurückgeht.
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Da
der Kondensatorstrom verringert wird, wenn eine Wechselstromimpedanz
des Kondensators 21 groß ist, erweist es sich als
effektiv, die Kondensatorimpedanz auf einen niedrigen Pegelwert einzustellen,
um einen großen
Kondensatorstrom zu erhalten. Es hat sicher herausgestellt, dass
ein ausreichend hoher Kondensatorstrom erhalten werden kann, indem
bewirkt wird, dass die Kondensatorimpedanz in einem Frequenzbereich
entsprechend der Leerlaufdrehzahl kleiner wird als der Widerstandswert
R des Widerstands 53. Auf diese Weise wird die Spannung
am Widerstand 53 durch den Kondensator 21 ausreichend
erhöht,
und die Initiierung einer Umdrehung wird erfasst, ohne die erste
Schwellenspannung V1 zu senken.
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Die
Beziehung zwischen der Kondensatorimpedanz und dem Widerstand R
wird eingehender erläutert.
Die vorstehend erörterte
Beziehung wird durch die Formel: 1/ω0·C < R oder 1/ω0 < CR
ausgedrückt,
wobei wo für
eine elektrische Winkelgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators
in der Nähe
der Leerlaufdrehzahl steht. Diese Formel zeigt, dass eine Dämpfungszeitkonstante
CR eines geschlossenen Schaltkreises, der aus dem Kondensator 21,
der eine Kapazität
C aufweist, und dem Widerstand mit dem Widerstandswert R besteht,
größer ist als
ein Kehrwert der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω0. Dies bedeutet, dass der Wert von CR so eingestellt
werden muss, dass die in dem Kondensator 21 gespeicherten
Ladungen nicht in zu kurzer Zeit entladen werden. Wenn die Ladungen
schnell entladen werden, kann die Spannung am Widerstand 53 nicht
auf einen ausreichenden Pegelwert erhöht werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorliegende Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann auf verschiedene Weise modifiziert werden. Der Gleichrichter 3,
der in der vorstehenden Ausführungsform
aus normalen Dioden besteht, kann beispielsweise durch Zener-Dioden
gebildet werden, die in 8 gezeigt sind. In diesem Fall
wird jedoch der Energieverbrauch in den Zener-Dioden hoch, und die Zener-Dioden werden übermäßig erwärmt, wenn
die Ausgangsspannung der Ankerwicklungen 2 eine Zener-Spannung
(eine inverse Durchbruchspannung) der Zener-Diode überschreitet.
Insbesondere bei der in 1 gezeigten Struktur kann die
Spannung der Y-Phasenwicklung
erhöht
werden, selbst wenn der Feldwicklung 4 ein Erregerstrom
zugeführt
wird, und die induzierte Spannung in der Y-Phasenwicklung steigt
im Verhältnis
zur Drehzahl des Rotors an. Wenn dementsprechend die Y-Phasenspannung
die Zener-Spannung
bei einer hohen Drehzahl überschreitet,
ist es notwendig, eine Gegenmaßnahme bereitzustellen,
um die induzierte Spannung zu verringern. Als Gegenmaßnahme könnte beispielsweise die
Möglichkeit
bestehen, die Feldpole bei einer umgekehrten Polarität zu magnetisieren,
um den Betrag eines verbindenden Magnetflusses zu verringern. Um
diese Gegenmaßnahme
jedoch in die Tat umzusetzen, ist ein sogenannter H-Brücken-Inverter
erforderlich, der den Schaltkreis komplex und sperrig macht. Um
all diese Schwierigkeiten bei der Verwendung der Zener-Dioden zu
vermeiden, wird die Kapazität
des Kondensators 21 auf einen Wert eingestellt, der bewirkt,
dass die Spannung am Widerstand 53 bei einer maximalen
Drehzahl des Rotors, in einer Situation, in der dem Rotor kein Erregerstrom
zugeführt wird,
niedriger wird als die Zener-Spannung.
Auf diese Weise können
die Vorteile der vorliegenden Erfindung ohne Ergreifung von speziellen
Gegenmaßnahmen
in dem Schaltkreis unter Verwendung der Zener-Dioden erhalten werden.
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Obwohl
die Pulssignale, die die Drehzahl anzeigen, in der vorstehenden
Ausführungsform
durch den digitalen Zähler 55 gezählt werden,
kann die Drehzahl durch einen Frequenzspannungswandler in ein analoges
Signal umgewandelt werden. Ferner ist es natürlich möglich, die Ankerwicklungen
in der Δ-Schaltung
auszubilden, obwohl die Ankerwicklungen 2 in der vorstehenden
Ausführungsform
in einer Y-Schaltung verbunden sind.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die vorstehende bevorzugte
Ausführungsform
dargestellt und beschrieben worden ist, ist es für Fachleute offensichtlich,
dass an Form und Detail Veränderungen
vorgenommen werden können, ohne
vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, der in den angehängten Ansprüchen definiert ist.