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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuerungsgerät einer
fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen Maschine, das an einem Fahrzeug angebracht
ist, um als ein Startermotor zur Zeit des Startens einer internen
Brennkraftmaschine und als ein Generator nach dem Starten der internen
Brennkraftmaschine zu agieren. Die Erfindung bezieht sich auch auf
ein Steuerungsverfahren der fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen
Maschine.
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2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN
TECHNIK
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JP 200209891 A offenbart
ein Gerät
und ein Verfahren zum Steuern einer fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen
Maschine einer internen Brennkraftmaschine, wobei wenn die dynamo-elektrische
Maschine als ein Ladegenerator für
die Batterieaufladung agiert, eine Zielspannung unter normalen Betriebsbedingungen
erzeugt wird durch Steuern eines Feldstromes, und unter den Bedingungen,
dass die Motorengeschwindigkeit der internen Brennkraftmaschine
gesenkt wird und eine durch die dynamo-elektrische Maschine erzeugte
Spannung nicht den Zielwert erreicht, eine Leistung erzeugt wird
durch Anwenden eines Kompensationsstromes für die Phasenkontrolle der Batterien
an der Ankerspule der dynamo-elektrische Maschine.
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In
einer internen Verbrennungskraftmaschine, die in einem Fahrzeug
montiert ist, wird oft verlangt, dass die Anzahl von an der internen
Verbrennungskraftmaschine angebrachten Teile reduzieren wird und
genügend
Raum für
einen Motor gesichert wird. Für
dieses Erfordernis kann ein Motordynamo (hiernach als eine dynamo-elektrische
Maschine bezeichnet) verwendet werden, der in der Lage ist, sowohl
als ein Startermotor zum Starten der internen Brennkraftmaschine
als auch als ein Generator zum Laden von Batterien zu agieren. Dynamo-elektrische Maschinen
für die
Verwendung in Fahrzeugen können
in zwei Typen klassifiziert werden. Eine ist eine dynamo-elektrische
Maschine, die in sogenannten Hybrid-Fahrzeugen eingesetzt wird und
direkt mit einer Kurbelwelle der internen Brennkraftmaschine gekoppelt
ist zum Starten der internen Brennkraftmaschine und Antreiben des
Fahrzeugs, wie in dem offengelegten japanischen Patent (nicht recheriert)
Nr. 140004/1997 offenbart. Eine andere ist eine dynamo-elektrische
Maschine, die lediglich die Funktion zum Starten der internen Brennkraftmaschine
aufweist, wie im japanischen offengelegten (nicht recherierten)
Patent Nr. 247857/1995 offenbart. Vom Blickpunkt des Sicherns von
genügend
Raum im Motorraum, wird die Letztere im allgemeinen eingesetzt, die
lediglich die Startfunktion aufweist, und in diesem Fall sind die
interne Brennkraftmaschine und die dynamo-elektrische Maschine miteinander über einen Riemen
oder eine Kette verbunden und in praktischen Gebrauch verwendet
werden.
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In
einer solchen dynamo-elektrischen Maschine werden gewöhnlich ein
dreiphasiger Synchronmotor und ein Generator eingesetzt. In dem
Fall der Verwendung der dynamo-elektrischen Maschine als ein Motor
wird Energie von einer fahrzeugseitigen Batterie über einen
Wechselrichter zugeführt.
In dem Wechselrichter werden Transistoren (IGBT) oder dergleichen
normalerweise als Schaltelemente verwendet. Die Schaltelemente sind
in der Form einer dreiphasigen Brücke verbunden und sind durch
ein PWM-Signal oder dergleichen gesteuert, wodurch die dynamo-elektrische
Maschine mit einem dreiphasigen Wechselstrom versorgt wird. Dioden
sind antiparallel mit dem Schaltelement verbunden, um einen Gleichrichter-Schaltkreis
zu bilden, wie in dem erwähnten
offengelegten japanischen Patent (nicht recheriert) Nr. 140004/1997
offenbart ist. Im Fall der Verwendung der dynamo-elektrischen Maschine
als ein Generator wird der Ausgangsstromsgenerator durch den Gleichrichter-Schaltkreis
gleichgerichtet und lädt
die Batterien.
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In
dem Fall der Verwendung der dynamo-elektrischen Maschine als ein
Motor werden im erwähnten
Stand der Technik die Schaltelemente durch ein PWM-Signal gesteuert,
um die dynamo-elektrischen Maschine mit einem Wechselstrom zu versorgen.
In dem Fall der Verwendung der dynamo-elektrischen Maschine als
ein Generator werden andererseits die Feldströme gesteuert, um die dynamo-elektrischen
Maschine als ein Generator einer konstanten Spannung zu verwenden.
Es ist anzumerken, dass in der erwähnten konventionellen Anordnung
beide Eigenschaften als ein Motor und als ein Generator wenig ausgeprägt sind
verglichen mit einer Anordnung, in der ein Startermotor und ein
Ladegenerator separat angeordnet sind. Im technischen Gebiet des
synchronen Generators ist eine Technik zum Steuern einer erzeugten
Spannung bekannt, in der eine erzeugte Spannung gesteuert wird durch
Anwendung eines phasengesteuerten Kompensationsstromes von einem
Wechselrichter an eine Ankerspule. Anwendung einer solchen Steuerungstechnik
auf eine fahrzeugseitige dynamo-elektrischen Maschine kann bestimmt
wirksam sein vom Blickpunkt der Verbesserung der Leistungsfähigkeit bei
einer niedrigen Geschwindigkeit. Jedoch wird die fahrzeugseitige
dynamo-elektrischen Maschine über einen
weiten Rotationsbereich in der aktuellen Verwendung betrieben, und
deshalb entstehen verschiedene Nachteile beim Einsatz der erwähnten Steuerungstechnik.
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Beispielsweise
wird hier vorgeschlagen, dass ein Modus zum Erzeugen einer Energie
durch Anwenden eines phasengesteuerten Kompensationsstroms für einen
Wechselrichter an eine Ankerspule als „Wechselrichtererzeugungsmodus" bezeichnet wird.
In dem Fall, dass solch ein Wechselrichtererzeugungsmodus auf eine fahrzeugseitige dynamo-elektrischen
Maschine angewendet wird, wenn die erzeugte Spannung der Ankerspule
einen bestimmten Pegel erreicht, wird aufgrund der Erhöhung der
Rotationsgeschwindigkeit die Anwendung des Kompensationsstromes
unmöglich.
Eventuell fällt
die Spannungssteuerung in einen untauglichen Zustand. Da die fahrzeugseitige
dynamo-elektrischen Maschine verwendet wird, während die Rotationsgeschwindigkeit
durch die interne Brennkraftmaschine erhöht wird, wird darüber hinaus
die Spannungssteuerung untauglich im Bereich von relativ niedrigen
Rotationsgeschwindigkeiten.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht zum Lösen der oben diskutierten Probleme
und hat ein Ziel der Bereitstellung eines Steuerungsgeräts und eines
Steuerungsverfahrens einer fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen
Maschine, in der eine Funktion als ein Startermotor und eine Funktion
als ein Ladegenerator wirksam gesteuert werden können durch Wechseln vom Wechselrichtererzeugungsmodus
zur normalen Erzeugung in Reaktion auf die Rotationsgeschwindigkeit
der dynamo-elektrischen Maschine, und Eliminierung von Problemen, die
mit einem solchen Wechsel verbunden sind.
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Um
das vorangegangene Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Steuerungsgerät
gemäß Anspruch
1 und ein Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 4 bereitgestellt.
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Weitere
Verbesserungen des Steuerungsgeräts
und des Steuerungsverfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und
3 und in den Unteransprüchen 5
und 6 jeweils spezifiziert.
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Im
genaueren enthält
das Steuerungsgerät: eine
Ankerspule und eine Feldspule; eine dynamo-elektrischen Maschine
zum Agieren als ein Startermotor und als ein Ladegenerator, das
mit einer fahrzeugseitigen Brennkraftmaschine kombiniert ist; Schaltelemente,
die brückenverbunden
sind; einen Wechselrichter zum Zuführen eines Wechselstroms zur
Ankerspule der dynamo-elektrischen Maschine; ein Feldstromsteuerungsmittel
zum Steuern eines Stromes der Feldspule; und Steuerungsmittel zum Anwenden
eines PWM-Signals an die Schaltelemente des Wechselrichters und
Steuerung des Stromes, mit der die Feldspule versorgt wird. In dem
Fall, dass die dynamo-elektrischen Maschine als ein Ladegenerator
agiert, wenn eine Rotationsgeschwindigkeit der dynamo-elektrischen
Maschine nicht höher
ist als ein vorbestimmter Wert, erzeugt das Steuerungsmittel eine
Energie durch Anwendung eines Kompensationsstromes für die Phasensteuerung
von dem Wechselrichter an die Ankerspule. Wenn eine Rotationsgeschwindigkeit
der dynamo-elektrischen Maschine nicht niedriger ist als ein vorbestimmter
Wert, stoppt andererseits das Steuerungsmittel den Betrieb des Wechselrichters.
Somit erzeugt die Steuerung des Stroms, der in die Feldspule durch
das Feldstromsteuerungsmittel angewendet wird, eine vorbestimmte
Zielspannung.
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Als
ein Ergebnis einer solchen Anordnung ist es nun möglich, eine
Ausgangsleistung von der dynamo-elektrischen Maschine zu erhalten,
die genügt zum
Abdecken eines breiten Rotationsbereichs von einem Niedriggeschwindigkeits-Rotationsbereich
zu einem Hochgeschwindigkeits-Rotationsbereich, wodurch es möglich wird,
die Batterie sanft bzw. gleichmäßig zu laden.
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Ein
Verfahren zur Steuerung einer fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen
Maschine gemäß der Erfindung
ist die Steuerung einer fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen Maschine,
die an einer internen Brennkraftmaschine für Fahrzeuge befestigt ist,
die als ein Startermotor zur Zeit des Starts der internen Brennkraftmaschine
agiert und als ein Ladegenerator nach Starten der internen Brennkraftmaschine
agiert. In dem Fall, dass die dynamo-elektrischen Maschine als ein
Ladegenerator agiert, wird unter normalen Betriebsbedingungen eine
Zielspannung durch Steuerung eines Feldstromes erzeugt. Unter den
Bedingungen, dass die Motorgeschwindigkeit der internen Brennkraftmaschine
erniedrigt wird, und ein Spannung, die durch die dynamo-elektrischen
Maschine erzeugt wird, nicht die Zielspannung erreicht, wird andererseits
eine Leistung erzeugt durch Anwenden eines Kompensationsstromes
für die
Phasensteuerung von den fahrzeugseitigen Batterien an eine Ankerspule
der dynamo-elektrischen Maschine über einen Wechselrichter.
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Als
ein Ergebnis ist es möglich,
ein Steuerungsverfahren einer fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen
Maschine zu erhalten, das in der Lage ist, eine Ausgangsleistung
von der dynamo-elektrischen Maschine zu extrahieren, die genügt, um einen
weiten Rotationsbereich von einem Niedriggeschwindigkeits-Rotationsbereich
zu einem Hochgeschwindigkeits-Rotationsbereich abzudecken.
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Andere
Ziele, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden ersichtlich
im Verlauf der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen, die einen Teil der vorliegenden Anmeldung bilden,
sind gleiche Bezugszeichen für
gleiche Teile bestimmt.
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1 ist
ein schematisches Schaltkreisdiagramm zum Erklären eines Steuerungsgeräts und eines
Steuerungsverfahrens einer fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen
Maschine gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein schematisches Diagramm zum Erklären des Betriebs in dem Steuerungsgerät und des
Steuerungsverfahrens der fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen Maschine
gemäß der Ausführungsform
1 der Erfindung.
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3 ist
ein schematisches Diagramm zum Erklären des Betriebs in dem Steuerungsgerät und des
Steuerungsverfahrens der fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen Maschine
gemäß der Ausführungsform
2 der Erfindung.
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4 ist
ein schematisches Diagramm zum Erklären des Betriebs in dem Steuerungsgerät und des
Steuerungsverfahrens der fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen Maschine
gemäß der Ausführungsform
2 der Erfindung.
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5 ist
ein schematisches Diagramm zum Erklären des Betriebs in dem Steuerungsgerät und des
Steuerungsverfahrens der fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen Maschine
gemäß der Ausführungsform
3 der Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsform 1.
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1 und 2 sind
für die
Erklärung
eines Steuerungsgeräts
und eines Steuerungsverfahrens einer fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen
Maschine gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung. 1 ist ein
schematisches Verbindungsdiagramm des fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen Maschine
und des Steuerungsgeräts,
und 2 ist ein erklärendes
Diagramm, das ein Beispiel einer Betriebssequenz zeigt.
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Bezugnehmend
auf 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine
dynamo-elektrischen Maschine, die an einer internen Brennkraftmaschine
für das Fahrzeug
(nicht dargestellt) angebracht ist, und die dynamo-elektrischen
Maschine 1 ist mit der internen Brennkraftmaschine über Riemen,
Ketten oder dergleichen verbunden. Die dynamo-elektrischen Maschine
wird verwendet als ein Startermotor zum Starten der internen Brennkraftmaschine
(nicht dargestellt) und als ein Ladegenerator zum Laden der fahrzeugseitigen
Batterien 2. Die dynamo-elektrischen Maschine ist ein Synchrongenerator,
der aus einem Stator, der eine dreiphasige Ankerspule 3 aufweist, und
einem Rotor, der eine Feldspule 4 aufweist, besteht. Ein
Feldstrom wird von den Batterien 2 der Feldspule 4 über das
Feldspulensteuerungsmittel 5 zugeführt. Zur Zeit der Energieerzeugung
steuert das Feldstromsteuerungsmittel 5 einen Feldstrom,
wodurch eine Ausgangsspannung der Ankerspule 3 auf eine
Zielspannung gesteuert wird, und führt eine weitere Steuerung
des Feldstromes, wie in den späteren Ausführungsformen
1 bis 3 beschrieben wird, aus.
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Eine
Steuerungseinheit 7 steuert die dynamo-elektrischen Maschine 1.
Die Steuereinheit 7 enthält: einen Wechselrichterschaltkreis,
in dem Schaltelemente 8 bis 13, sowie IGBT, dreiphasig
brückenverbunden
sind; Dioden 14 bis 19, die antiparallel mit jedem
Schaltelement 8 bis 13 verbunden sind, wodurch
ein Gleichrichterschaltkreis gebildet wird; Stromermittlungsmittel 20 bis 22 für jede Phase;
Antriebsmittel 23 zum Antreiben jedes Schaltelements 8 bis 13 des
Wechselrichterschaltkreises durch ein PWM-Signal; ein Steuerungsmittel 24 zum
Steuern einer Funktion der dynamo-elektrischen Maschine als ein
Startergenerator, und einer Funktion als ein Ladegenerator durch
Eingeben von Stromwerten von den Stromermittlungsmitteln 20 bis 22 für jede Phase und
einer Drehposition der dynamo-elektrischen Maschine, die durch einen
Drehpositionssensor 26 ermittelt wird.
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In
der Kombination des Wechselrichterschaltkreises und des Gleichrichterschaltkreises
bilden das Schaltelement 8 und die Diode 14 einen
oberen Arm einer U-Phase, und das Schaltelement 9 und die
Diode 15 bilden einen unteren Arm einer U-Phase. Auf diese
Weise bilden das Schaltelement 10 und die Diode 16 einen
oberen Arm einer V-Phase, und das Schaltelement 11 und
die Diode 17 bilden einen unteren Arm einer V-Phase. Auf
die gleiche Weise bilden das Schaltelement 12 und die Diode 18 einen oberen
Arm einer W-Phase, und das Schaltelement 13 und die Diode 19 bilden
einen unteren Arm einer W-Phase. Knotenpunkte bzw. Verbindungen
zwischen den oberen und unteren Armen jeder Phase sind mit der Ankerspule 3 für jede Phase
verbunden. Zusätzlich
glättet
ein Kondensator 25 den Strom des Wechselrichterschaltkreises,
und der Drehpositionssensor 26 misst eine Drehposition
des Rotors der dynamo-elektrischen Maschine 1 wie oben
beschrieben.
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In
dem Steuerungsgerät
der fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform
1 des oberen Aufbaus bringt zur Zeit des Startens der internen Brennkraftmaschine das
Steuerungsmittel 26 das Antriebsmittel 23 in Betrieb
und gibt ein PWM-Signal an die Schaltelemente 8 bis 13.
Das PWM-Signal stimmt mit einer Drehposition der dynamo-elektrischen
Maschine 1 überein, die
durch den Drehpositionssensor 26 bestimmt ist. Daher wird
die dynamo-elektrischen Maschine 1 als ein Synchronmotor
angetrieben. Nachdem die interne Brennkraftmaschine gestartet ist,
agiert die dynamo-elektrischen Maschine als ein Synchrongenerator.
Wenn die Drehgeschwindigkeit niedriger ist als ein vorbestimmtes
Niveau, verursacht das Steuerungsmittel 24, dass die Schaltelemente 8 bis 13 so arbeiten,
einen Kompensationsstrom der Ankerspule 3 zuzuführen. Der
Kompensationsstrom steuert die Ausgabe der dynamo-elektrischen Maschine 1 auf solch
eine Weise, dass eine Phase des erzeugten Stroms, der in die Ankerspule 3 fließt und mit
der Last der Batterie 2 übereinstimmt, gleich sein kann
entweder mit einem führenden
Strom (starkes Feld) oder einem nacheilenden Strom (schwaches Feld).
Dieser Steuerungszustand wird im folgenden als „Wechselrichtererzeugungsmodus" bezeichnet.
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Wenn
die Drehgeschwindigkeit der dynamo-elektrischen Maschine 1 einen
vorbestimmten Wert übersteigt,
der ein Drehgeschwindigkeitsniveau erreicht, das genügt zum Erhalten
einer benötigten erzeugten
Spannung, bestimmt das Steuerungsmittel 24, dass die erzeugte
Spannung der Ankerspule 3 den vorbestimmten Wert übersteigt
und stoppt den Betrieb der Schaltelemente 8 bis 13,
d.h., den Betrieb des Wechselrichters. Zur selben Zeit steuert das Steuerungsmittel 24 die
dynamo-elektrischen Maschine 1, so dass die dynamo-elektrischen
Maschine 1 die Batterie 2 lädt, während diese auf eine Zielspannung
gesteuert wird durch Betrieb des Feldstromsteuerungsmittels 5.
Dieser Steuerungszustand wird im folgenden als „normaler Erzeugungsmodus" bezeichnet. Sowohl
im Wechselrichtererzeugungsmodus als auch im normalen Erzeugungsmodus
lädt die
Ausgabe der dynamo-elektrischen Maschine die Batterie 2,
die zusammengesetzt ist aus den Dioden 14 bis 19, über ein
Zweiweggleichrichter-Schaltkreis.
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Die
Betriebssequenz in 2 zeigt den erwähnten Betriebsprozess.
D. h., wenn das Startsignal zur Zeit t11 AN geschaltet wird, wird
ein Drehmoment-Befehlswert zum Starten der internen Brennkraftmaschine
von dem Steuerungsmittel 24 ausgegeben. Daher wird ein
PWM-Signal, das ein vorbestimmtes Einschaltverhältnis aufweist, an den Wechselrichter-Schaltkreis
geliefert, wodurch die dynamo-elektrischen Maschine als ein Synchronmotor agiert.
Wenn zur Zeit t12 bestimmt wird, dass der Start der internen Brennkraftmaschine
beendet wurde, wird der Drehmoment-Befehl von dem Steuerungsmittel 24 auf
einen negativen Wert geschaltet. In Übereinstimmung mit diesem negativen
Drehmoment-Befehlswert wird das PWM-Signal von dem Antriebs-Mittel 23 auf
Kompensationsstrom an die Ankerspule 3 geschaltet. Der
Kompensationsstrom wird gesteuert in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit der
dynamo-elektrischen Maschine 1 und der Last der Batterie 2.
In dem Fall, dass die Drehgeschwindigkeit der dynamo-elektrischen
Maschine 1 sich erhöht
und eine erzeugte Spannung einen vorbestimmten Wert zur Zeit t13 übersteigt,
wird der Modus in den normalen Erzeugungsmodus geschaltet. Daher wird
der Drehmoment-Befehlswert von dem Steuerungsmittel 24 Null,
wodurch der Feldstrom durch das Feldstromsteuerungsmittel 5 gesteuert
wird. Zusätzlich
bedeutet ein positiver Drehmoments-Befehlswert einen Strombefehl
für den
Motor, ein negativer Drehmoments-Befehlswert bedeutet ein Strom-Befehl
im Wechselrichter-Erzeugungsmodus, und Null bedeutet einen Befehl
zum Stoppen des Betriebs des Wechselrichters.
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Wenn
die dynamo-elektrische Maschine als ein Energie erzeugender Motor
agiert, ist es mit Blick auf befriedigende Motoreigenschaften zur
Zeit des Starts sicher, dass die Energieerzeugungseigenschaften,
und im besonderen die Energieerzeugungseigenschaften zur Zeit einer
niedrigen Drehgeschwindigkeit, geopfert werden müssen. Durch die bis hierher
ausgeführten
Steuerungen wird es möglich,
die Batterie 2 von dem niedrigen Drehgeschwindigkeitsbereich
aus zu laden. Zu der Zeit, wenn die Drehgeschwindigkeit gesteigert
wird, wodurch die Spannung gesteigert wird, die durch die dynamo-elektrischen
Maschine 1 erzeugt wird, und es unmöglich macht, den Kompensationsstrom
vom Wechselrichter zur Ankerspule 3 zuzuführen, unterbricht
das Steuerungsmittel 24 das Weitergeben des PWM-Signals
vom Antriebsmittel 23 zu jedem Schaltelement 8-13,
und schaltet zur Energieerzeugung unter der Steuerung durch die
Feldstromsteuerungsmittel 5. Demzufolge ist nun möglich, die
Batterie 2 sanft zu laden, und dabei einen weiten Drehbereich von
einem Niedriggeschwindigkeits-Drehbereich zu einem Hochgeschwindigkeits-Drehbereich
abzudecken.
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Ausführungsform 2.
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3 und 4 zeigen
ein Beispiel der Betriebssequenz, um das Steuerungsgerät und das Steuerungsverfahren
der fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen Maschine gemäß Ausführungsform 2
der Erfindung zu erklären.
Bei dem Ereignis, dass die Drehgeschwindigkeit der dynamo-elektrischen Maschine 1,
die in der vorangegangenen Ausführungsform
1 beschrieben wurde, während
des Energieerzeugungsbetriebes fluktuiert, wodurch die erzeugte
Spannung auch fluktuiert und einen vorbestimmten Wert übersteigt
oder unterschreitet, findet ein Wechsel zwischen dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus
und dem normalen Erzeugungsmodus statt. Diese Ausführungsform
2 will diese Probleme lösen,
die schnell auftauchen im Fall des Ausführens des Schaltens zwischen
dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus und dem normalen Erzeugungsmodus.
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Die
Betriebssequenz in 3 zeigt ein Steuerungsbeispiel,
das zur Zeit des Übergangs
von dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus zum normalen Erzeugungsmodus
gemacht wurde. In solch einem Übergang
vom Wechselrichter-Erzeugungsmodus zum normalen Erzeugungsmodus
wird ein PWM-Signal, das vom Antriebsmittel 23 zu jedem
Schaltelement 8 oder 13 geliefert wird, unterbrochen,
um Wechselrichter-Erzeugungsmodus zu verlassen. Wenn jedoch der
Strom, der zur Ankerspule 3 geliefert wird, im Zustand
eines schwachen Feldes ist, wird als eine Folge der Unterbrechung
dieses schwachen Feldes eine Spannung erzeugt, die mit einer Rotationsgeschwindigkeit
der dynamo-elektrischen Maschine 1 übereinstimmt. Folglich wird
eine hohe Spannung temporär
an die Schaltkreiselemente, so wie die Schaltelemente 8 bis 13,
angelegt, was zu einem Überspannungs-Ausfall
führen
kann.
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Wie
in 3 gezeigt, wird in der Steuerung gemäß dieser
Ausführungsform
zur Zeit des Übergangs
von einem Wechselrichter-Erzeugungsmodus zu einem normalen Erzeugungsmodus
zuerst ein Befehl zum Schalten des Feldstromes auf Null von dem Steuerungsmittel 24 bei
t31 ausgegeben. Daher unterbricht das Feldstromsteuerungsmittel 5 den
Feldstrom. Wie in den Zeichnungen gezeigt, wird der Feldstrom Null,
nachdem eine Zeit durchlaufen wurde, die mit einer Zeitkonstanten
der Feldspule 4 übereinstimmt.
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Anschließend wird
der Drehmoment-Befehlswert von dem Steuerungsmittel bei t32 Null,
wodurch das PWM-Signal von dem Antriebsmittel 23 unterbrochen
wird. Nachdem das PWM-Signal bei t33 unterbrochen wurde, steigert
das Steuerungsmittel 24 allmählich den Feldstrom durch Betreiben
des Feldstromsteuerungsmittels 5, und der Übergang zum
normalen Erzeugungsmodus wird bei t34 beendet.
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Zu
der Zeit des Übergangs
vom Wechselrichter-Erzeugungsmodus zum normalen Erzeugungsmodus,
wird auf diese Weise das PWM-Signal unterbrochen, nachdem der Feldstrom
für eine
Zeit unterbrochen wurde, die länger
ist als die Zeitkonstante der Feldspule 4. Folglich senkt
sich die erzeugte Spannung der dynamo-elektrischen Maschine 1 genügend. Deshalb
kann der Übergang
zum Energieerzeugungsmodus ausgeführt werden ohne irgendeinen überspannungsausfall
der Schaltkreis-Elemente zu erzeugen, selbst wenn das schwache Feld
des Wechselrichters unterbrochen wird.
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Die
Betriebssequenz in 4 zeigt einen Übergang
vom normalen Erzeugungsmodus zum Wechselrichter-Erzeugungsmodus.
Zur Zeit des Übergangs
wird zuerst ein Befehl zum Schalten des Feldstromes auf Null von
dem Steuerungsmittel 24 bei t42 ausgegeben, wodurch das
Stromfeldsteuerungsmittel 5 den Feldstrom unterbricht.
In dem Zustand, wo der Feldstrom Null ist, wird folglich ein PWM-Signal
vom Antriebsmittel 23 bei t42 ausgegeben, wodurch eine
Anwendung des Stroms auf die Ankerspule 3 gestartet wird.
Somit wird das Feld bei t43 wieder AN geschaltet. Ein Drehmoment-Befehl von
dem Steuerungsmittel 24 wird bei t44 ausgegeben, und der
Wechselrichter steuert einen Strom der Ankerspule 3 gemäß dem Drehmoment-Befehl.
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Zu
der Zeit des Übergangs
vom normalen Erzeugungsmodus zum Wechselrichter-Erzeugungsmodus,
wenn eine durch die dynamo-elektrischen Maschine 1 erzeugte
Spannung hoch ist, kann kein Strom von dem Wechselrichter an die
Ankerspule 3 angewendet werden, wodurch in eine Steuerungsunfähigkeit
erreicht wird. Jedoch wird in dieser Ausführungsform ein durch die dynamo-elektrischen
Maschine 1 erzeugte Spannung durch die Sicherung einer
Periode der Unterbrechung des Feldstromes zur Zeit des Schaltens
erniedrigt, wie oben beschrieben. Als ein Ergebnis kann eine Stromkompensation
vom Wechselrichter an die Ankerspule 3 zugeführt werden,
und die Steuerungsunfähigkeit
kann vermieden werden.
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Ausführungsform 3.
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5 zeigt
ein Beispiel der Betriebssequenz zum Erklären des Steuerungsgeräts und des
Steuerungsverfahrens der fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen Maschine
gemäß Ausführungsform
3 der Erfindung. Diese Ausführungsform
will die Startleistungsfähigkeit
im Fall der Verwendung der dynamo-elektrischen Maschine 1 als
ein Startermotor einer internen Brennkraftmaschine verbessern.
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In
der in 5 gezeigten Betriebssequenz wird, wenn ein Startsignal
AN ist, zuerst ein Feldbefehl durch das Steuerungsmittel 24 ausgegeben.
Dieser Befehl wird so gesetzt, dass eine magnetomotorische Kraft
größer ist
als der normale Feldstrom (eingestufter Wert des Feldstroms), wodurch
ein Zustand erreicht wird, in dem die magnetomotorische Kraft und
der magnetische Fluss, der durch die Feldspule 4 erzeugt
wird, erhöht
werden. Anschließend
wird ein positiver Drehmoment-Befehlswert von dem Steuerungsmittel 24 bei
t52 ausgegeben, und ein Ausgangssignal (PWM-Signal) wird zu jedem
Schaltelement 8 bis 13 geliefert. Es ist auch
vorzuziehen, dass t51 und t52 zur selben Zeit kommen. Auf dieser
Weise wird ein Startdrehmoment der dynamo-elektrischen Maschine
erhöht,
und die interne Brennkraftmaschine wird früher gestartet.
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Wenn
eine vorbestimmte Zeit von t52 verstreicht und man zu t53 kommt,
wird der Feldstrom auf einen normalen Stromwert (eingestufter Wert) während der
Periode von t53 zu t54 zurückgenommen.
Wenn der Start der internen Brennkraftmaschine bei t55 beendet ist,
wird der Feldstrom auf einen Feldstromwert gesteuert, der für die Energieerzeugung
geeignet ist, und die dynamo-elektrischen Maschine 1 kommt
zu einem Zustand des Wechselrichter-Erzeugungsmodus. Wenn die dynamo-elektrischen
Maschine 1 als ein Energieerzeugungsmotor agiert, ist es
sicherlich schwierig, sowohl befriedigende Starteigenschaften als
auch befriedigende Energieerzeugungseigenschaften zu erreichen.
Aber durch Ausführen
der oben beschriebenen Steuerung kann ein Drehmoment zur Zeit des
Startens genügend
groß sein,
so dass eine interne Brennkraftmaschine auf alle Fälle früher gestartet
werden kann.
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Wenn
das Startsignal AN ist bei der erwähnten t51, ist das Eintreten
in den Startbetrieb lediglich möglich
für die
Bedingung, dass eine Drehgeschwindigkeit der internen Brennkraftmaschine
nicht höher ist
als ein vorbestimmter Wert. Wenn eine Drehgeschwindigkeit der internen
Brennkraftmaschine einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird folglich das Steuerungsmittel 24 so
gebildet, dass kein Ausgangssignal zu irgendeinem Schaltelement 8 bis 13 geliefert
wird, selbst wenn das Startsignal AN ist. Ein solcher Aufbau verhindert
jegliche unnötige
Anwendung eines Stroms auf die dynamo-elektrischen Maschine 1 während des
Betriebs der internen Brennkraftmaschine aufgrund einer fehlerhaften
Manipulation. Als ein Ergebnis ist es möglich, vorübergehend einen Ausfall-Unfall
bei einem Teil, wie einem Mechanismus zum Kombinieren zwischen einer
internen Brennkraftmaschine und der dynamo-elektrischen Maschine 1,
zu verhindern.
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Zu
der Zeit des Wechselns von einer Energieerzeugung durch Anwendung
eines Stroms durch den Wechselrichter zu einer Energieerzeugung
einer Zielspannung durch Steuerung des Feldstromes, sowohl zur Zeit
des Wechselns von einer Energieerzeugung einer Zielspannung durch
Steuerung des Feldstromes zu einer Energieerzeugung durch Anwendung
eines Stromes durch den Wechselrichter, unterbricht das Steuerungsmittel
vorzugsweise den Feldstrom für
eine vorbestimmte Zeit.
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Selbst
wenn die Anwendung des Stroms ein schwaches Feld ist, ist es als
eine Folge möglich,
die Schaltkreiselemente vor einem Überstromausfall aufgrund der
Unterbrechung des Feldstromes zu verhindern, weshalb ein Steuerungsgerät, das in
der Lage ist, Steuerungsunfähigkeit
zu verhindern, erhalten werden kann.
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Wenn
die dynamo-elektrischen Maschine als ein Startermotor agiert, steuert
das Steuerungsmittel bevorzugt das Feldstromsteuerungsmittel, um
den Feldstrom auf einen nicht niedrigeren als einen eingestuften
Wert zu erhöhen.
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Als
eine Folge ist es möglich,
die Leistungsfähigkeit
des Energieerzeugungsmotors genügend zu
kompensieren, wodurch das Startdrehmoment genügend erhöht wird, und eine dynamo-elektrischen Maschine
erhalten wird, die in der Lage ist, die interne Brennkraftmaschine
auf jeden Fall früh
zu starten.
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Wenn
die dynamo-elektrischen Maschine als ein Startermotor agiert, detektiert
das Steuerungsmittel vorzugsweise eine Drehgeschwindigkeit der dynamo-elektrischen
Maschine, und es wird keine Energie der dynamo-elektrischen Maschine
zugeführt
mit der Folge, dass die Rotationsgeschwindigkeit vor Anschalten
der Leistung einen vorbestimmten Wert übersteigt.
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Als
eine Folge ist es möglich,
jede nicht notwendige Anwendung eines Stroms an die dynamo-elektrischen
Maschine aufgrund einer fehlerhaften Manipulation zu verhindern,
und vorübergehend einen
Ausfall-Unfall an einem Teil, sowie einem Mechanismus für die Kombination
zwischen einer internen Brennkraftmaschine und der dynamo-elektrischen
Maschine, zu verhindern.
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Darüber hinaus
weist das erwähnte
Steuerungsverfahren einer fahrzeugseitigen dynamo-elektrischen Maschine
gemäß der Erfindung
folgende Eigenschaften und Vorteile auf.
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Zu
der Zeit des Wechselns von einer Energieerzeugung durch Anwendung
eines Stroms durch den Wechselrichter zu einer Energieerzeugung
einer Zielspannung durch Steuerung des Feldstromes, sowohl zur Zeit
des Wechselns von einer Energieerzeugung einer Zielspannung durch
Steuerung des Feldstromes zu einer Energieerzeugung durch Anwendung
eines Stroms durch den Wechselrichter, wird der Feldstrom vorzugsweise
für eine
vorbestimmte Zeit unterbrochen, und das Wechseln wird ausgeführt, nachdem
die Spannung gefallen ist, die durch die dynamo-elektrischen Maschine
erzeugt wurde.
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Selbst
wenn die Anwendung des Stroms ein schwaches Feld ist, ist es als
ein Ergebnis möglich, die
Schaltkreiselemente vor einem Überstromausfall aufgrund
der Unterbrechung des Feldstromes zu verhindern, weshalb ein Steuerungsgerät erhalten
werden kann, das in der Lage ist, Steuerungsunfähigkeit zu verhindern.
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Wenn
die dynamo-elektrischen Maschine als ein Startermotor zum Starten
einer internen Brennkraftmaschine agiert, wird die Feldstromsteuerung vorzugsweise
erhöht
auf einen nicht niedrigeren als einen eingestuften Wert.
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Als
ein Ergebnis ist es möglich,
ein großes Startdrehmoment
zu erhalten, und ein Steuerungsverfahren zu erreichen, das in der
Lage ist, die interne Brennkraftmaschine auf jeden Fall früh zu starten.
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Wenn
die dynamo-elektrischen Maschine als ein Startermotor agiert, wird
ferner vorzugsweise eine Drehgeschwindigkeit der dynamo-elektrischen Maschine
ermittelt, und die dynamo-elektrischen Maschine agiert nicht als
ein Startermotor in dem Ereignis, dass die Rotationsgeschwindigkeit
einen vorbestimmten Wert übersteigt.
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Als
ein Ergebnis ist es möglich,
jegliche nicht notwendige Anwendung eines Stroms an die dynamo-elektrischen
Maschine zu verhindern, und vorübergehend
einen Ausfall-Unfall eines Teils sowie einen Mechanismus zur Kombination
zwischen einer internen Brennkraftmaschine und der dynamo-elektrischen
Maschine, zu verhindern.