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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Verfahren
zum Steuern einer elektrischen rotierenden Maschine für ein Fahrzeug, bei
dem die elektrische rotierende Maschine als ein Startermotor wirkt,
wenn eine Brennkraftmaschine gestartet wird, und als ein Generator
wirkt, nachdem die Brennkraftmaschine gestartet wurde.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Es
ist ein neuerlicher Trend, dass ein System, bei dem eine Brennkraftmaschine
beim Anhalten des Fahrzeugs (z. B. Leerlaufhalt) anhält, zunehmend
in Fahrzeugen eingeführt
wurde, in Anbetracht der Verringerung der Kohlendioxid-Emission und Verbesserung
beim Kraftstoffverbrauch. In jenen Fahrzeugen erhöht sich
zwangsläufig
die Anzahl von Startvorgängen
der Brennkraftmaschine. Es wird deshalb bevorzugt, einen kombinierten
Startermotor/Ladegenerator einzuführen, bei dem die Brennkraftmaschine
und die elektrische rotierende Maschine zu allen Zeiten kombiniert
sind und weniger Geräusche
erzeugt werden, verglichen mit einem herkömmlichen Startermotor, der
durch Eingriff eines Antriebsrads mit einem Ringgetriebe (Schwungrad-Startergetriebe)
betrieben wird. Zum Beispiel offenbart die
japanische Patentveröffentlichung (ungeprüft) Nr.
261419/1994 ein Hybrid-Auto, das mit einer Motorvorrichtung
läuft,
die durch elektrische Leistung angetrieben wird, welche von einem
durch eine Brennkraftmaschine angetriebenen Generator zugeführt wird,
bei der dieser Generator als ein Startermotor funktioniert.
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Bei
der in dieser
japanischen
Patentveröffentlichung
(ungeprüft)
Nr. 261419/1994 offenbarten Technik, funktioniert der Generator
auch als ein Startermotor, was Raum zum Montieren eines Startermotors
spart. Wenn eine am Fahrzeug angebrachte Batterie eine elektrische
Leistung an den Startermotor zuführt,
wird die elektrische Leistung von einem Wechselrichter zugeführt, der
elektrische Leistung an die Fahrzeug-Antriebsmotorvorrichtung zuführt, und es
ist deshalb notwendig das Zuführen
von elektrischer Leistung an die Fahrzeug-Antriebsmotorvorrichtung
temporär
anzuhalten. Um einen durch ein derartiges Anhalten verursachten
Stoß zu
verhindern und die während
des Laufens des Fahrzeugs erzeugte elektrische Versorgung wiederaufzunehmen,
wird die Brennkraftmaschine durch den Startermotor lediglich gestartet,
wenn eine Änderung
der Last der Fahrzeug-Antriebsmotorvorrichtung
klein ist.
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Die
vorangehende Technik ist besonders für Hybrid-Autos und ist nicht
notwendig für
andere Fahrzeuge als die Hybrid-Autos.
In dem vorangehenden Fall, wo der kombinierte Startermotor/Ladegenerator (nachstehend
als elektrische rotierende Maschine bezeichnet) für den Zweck
der Geräuschverringerung
und Raumeinsparung verwendet wird, erfordert die elektrische rotierende
Maschine jedoch ein Drehmoment und eine Rotationsgeschwindigkeit
zum Starten der Brennkraftmaschine. Folglich werden, um diese Motor
(vorrichtungs) charakteristika innerhalb eines begrenzten Raums
zu erhalten, die Generatorcharakteristika geopfert und es ist nicht
möglich eine
Ladespannung für
die am Fahrzeug angebrachte Batterie zu erhalten, wenn sich die
elektrische rotierende Maschine bei einer geringen Geschwindigkeit
dreht. Wenn die elektrische rotierende Maschine als ein Ladegenerator
verwendet wird, ist es deshalb notwendig ein Umschalten zwischen
einem Wechselrichter-(Leistungs-)Erzeugungsmodus, in dem eine spannungserhöhende Zerhackersteuerung
der erzeugten Spannung ausgeführt
wird, durch Aufbringen eines phasengesteuerten Wechselstroms von
einem Wechselrichter auf die Ankerwicklung, und einem Wechselstromgenerator-(Leistungs-)Erzeugungsmodus
durchzuführen,
in dem eine vorbestimmte Zielspannung durch Aufbringen eines Feldstroms
erhalten wird.
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Diese
Umschaltung zwischen dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus und dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
wird durch ein Verfahren ausgeführt,
wie in der Form von Betriebscharakteristika in den 5 und 6 gezeigt. 5 zeigt einen
Fall, wo der Leistungserzeugungsmodus aus dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus
in den Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
umgeschaltet (verschoben) wird, und 6 zeigt
einen Fall wo der Leistungserzeugungsmodus von dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
in den Wechselrichter-Erzeugungsmodus
umgeschaltet wird. Unter Bezugnahme auf 5, in dem
Fall wo der Leistungserzeugungsmodus aus dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus
in den Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
umgeschaltet wird, wenn eine Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen
rotierenden Maschine einen vorbestimmten Wert erreicht hat, wird
ein Befehl zum Ändern
des Feldstroms auf 0 bei t11 der Zeitbasis gegeben, und der Feldstrom wird über eine
Zeitkonstante von einer Feldspule auf 0 geändert, wie in der Zeichnung
gezeigt. Nachfolgend wird ein Drehmomentbefehlswert 0 bei t12, und ein
Wechselrichter-Antriebssignal,
um den Wechselstrom aufzubringen, wird „aus". Der Feldstrom wird graduell von t13
erhöht,
und die Umschaltung in den Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
ist bei t14 abgeschlossen.
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Andererseits,
in dem Fall wo der Leistungserzeugungsmodus von dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
in den Wechselrichter-Erzeugungsmodus umgeschaltet wird, unter Bezugnahme auf 6,
wenn die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen rotierenden Maschine
einen vorbestimmten Wert erreicht hat, wird ein Befehl zum Ändern des
Feldstroms auf 0 bei t21 der Zeitbasis gegeben, und der Feldstrom
wird über
die Zeitkonstante der Feldspule auf 0 geändert. Nachfolgend wird das Wechselrichter-Antriebssignal,
um den Wechselstrom auf eine Ankerwicklung aufzubringen, „ein" bei t22, in dem
Zustand, dass der Drehmomentbefehlswert 0 ist, womit ein Aufbringen
des Wechselstroms begonnen wird. Das Feld wird wieder „ein" bei t23. Ein Drehmomentbefehl
wird bei t24 gegeben, und der Wechselrichter steuert den Wechselstrom
gemäß diesem
Drehmomentbefehl. Die Umschaltung in den Wechselrichter-Erzeugungsmodus
ist bei t35 abgeschlossen.
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Bei
dem herkömmlichen
Steuersystem der obigen Anordnung wird, wenn der Leistungserzeugungsmodus
wie oben beschrieben umgeschaltet wird, der Feldstrom unterbrochen
und nach der Umschaltung wiedererlangt, und es ist deshalb möglich Störungen,
wie beispielsweise das Zerbrechen eines Schaltungselements aufgrund
anormaler Spannung, zu verhindern, wobei es eine Unmöglichkeit
ist, den Wechselstrom aufzubringen, aufgrund der durch die elektrische
rotierende Maschine erzeugten Spannung. In dem Fall des Ausführens irgendeiner
dieser zwei Umschaltungen des Leistungserzeugungsmodus bei einer
vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit, wenn die Antriebsbedingung
in einen Zustand gelangt, dass eine Motorgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine
bei einer spezifischen Rotationsgeschwindigkeit gehalten wird, findet
jedoch die Umschaltung zwischen einem Leistungserzeugungsmodus und
einem anderen häufig
statt. Somit wird der Feldstrom unterbrochen und eine Leistungserzeugung
wird unerwünscht
jedes Mal unterbrochen, wenn der Leistungserzeugungsmodus umgeschaltet wird.
Dies bringt die am Fahrzeug angebrachte Batterie dazu ihr Gleichgewicht
zwischen Aufladen und Entladen zu verlieren, was zu einer Erniedrigung
der Leistungsquellenspannung führt.
Außerdem
variiert das Antriebsdrehmoment, das von der elektrischen rotierenden
Maschine erfordert wird, abhängig
von dem Leistungserzeugungsmodus, sogar falls die elektrische Last
die gleiche ist. Folglich wird die Umschaltung des Leistungserzeugungsmodus
von einer Änderung
der Motorgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine begleitet, was schließlich zum
Auftreten eines Stoßes
bzw. Schlags führt.
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US 6,252,381 B1 beschreibt
ein Verfahren zum Regeln eines Generators mit einer Erregerspule und
Ständerwicklungen,
die mit Verbrauchern über zumindest
einen Impuls-Wechselrichter verbunden sind. Oberhalb einer vorbestimmten
Geschwindigkeit kann die Leistung durch den Einfluss lediglich des
Erregerstroms geregelt werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde ausgeführt um das oben diskutierte
Problem zu lösen,
und hat eine Aufgabe eine Vorrichtung und ein Verfahren zu erhalten,
zum Steuern einer elektrischen rotierenden Maschine für ein Fahrzeug,
bei welcher der Leistungserzeugungsmodus während des Antreibens der Brennkraftmaschine
bei einer spezifischen Rotationsgeschwindigkeit nicht häufig umgeschaltet
wird, und wobei ein Stoß,
der zum Zeitpunkt des Umschaltens des Energie- bzw. Leistungserzeugungsmodus erzeugt
wird, verringert oder vermindert ist.
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Um
die vorangehende Aufgabe zu erfüllen, umfasst
eine Steuervorrichtung zum Steuern einer elektrischen rotierenden
Maschine für
ein Fahrzeug gemäß der Erfindung:
eine elektrische rotierende Maschine mit einer Ankerwicklung und
einer Feldspule, wobei sie mit einer Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug
verbunden ist und als ein Startermotor sowie ein Ladegenerator funktioniert;
einen Wechselrichter bzw. Inverter zum Zuführen eines Wechselstroms an
die Ankerwicklung der elektrischen rotierenden Maschine; eine Feldstrom-Steuereinrichtung zum
Steuern eines elektrischen Stroms der Feldspule; und eine Steuereinrichtung.
Wenn die elektrische rotierende Maschine als ein Ladegenerator funktioniert,
führt diese
Steuereinrichtung eine Steuerung durch, so dass dass Leistung in
einem Wechselrichter-Erzeugungsmodus erzeugt wird, bei dem ein phasengesteuerter
Wechselstrom von dem Wechselrichter auf die erwähnte Ankerwicklung aufgebracht
wird, und wobei eine erzeugte Spannung einer spannungserhöhenden Zerhackersteuerung
ausgesetzt ist, in einem Rotationsbereich mit niedriger Geschwindigkeit,
und dass Leistung in einem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
erzeugt wird, durch Steuern des elektrischen Stroms der Feldspule,
in einem Rotationsbereich mit hoher Geschwindigkeit. Bei der erwähnten Steuervorrichtung
ist eine Hysterese eingerichtet bzw. festgelegt zwischen einer Rotationsgeschwindigkeit,
die von dem Wechselrichter- Erzeugungsmodus
in den Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus umgeschaltet wird,
und einer Rotationsgeschwindigkeit, die von dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
in den Wechselrichter-Erzeugungsmodus umgeschaltet wird, unter der
durch die Steuereinrichtung durchgeführten Steuerung. Eine zweite
Rotationsgeschwindigkeit, bei welcher der Erzeugungsmodus von dem
Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus in den Wechselrichter-Erzeugungsmodus
umgeschaltet wird, ist niedriger als die eine Rotationsgeschwindigkeit,
bei welcher die Erzeugung von dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus
in den Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus umgeschaltet wird.
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Folglich
ist es möglich
ein häufiges
Umschalten des Leistungserzeugungsmodus zu vermeiden, sogar falls
die Brennkraftmaschine bei einer spezifischen Rotationsgeschwindigkeit
betrieben wird, abhängig
von Fahrbedingungen des Fahrzeugs. Des Weiteren ist es möglich eine
ungenügende
Aufladung zu verhindern, die auftritt, wenn der Leistungserzeugungsmodus
umgeschaltet wird, und ein häufiges Auftreten
von Stößen aufgrund
einer Änderung
der Motorgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine wird verringert.
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Bei
einem Steuerverfahren zum Steuern einer elektrischen rotierenden
Maschine für
ein Fahrzeug gemäß der Erfindung,
wenn die elektrische rotierende Maschine, die mit einer Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug
verbunden ist und als ein Startermotor sowie ein Ladegenerator funktioniert,
als ein Ladegenerator wirkt, wird Leistung in einem Wechselrichter-Erzeugungsmodus erzeugt,
bei dem ein phasengesteuerter Wechselstrom von dem Wechselrichter
auf eine Ankerwicklung der elektrischen rotierenden Maschine aufgebracht
wird, und wobei eine erzeugte Spannung einer spannungserhöhenden Zerhackersteuerung
ausgesetzt ist, in einem Rotationsbereich mit niedriger Geschwindigkeit,
und es wird Leistung in einem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
erzeugt, bei dem ein elektrischer Strom einer Feldspule der elektrischen
rotierenden Maschine gesteuert wird, in einem Rotationsbereich mit
hoher Geschwindigkeit. Das Steuerverfahren umfasst die Schritte
des Umschaltens des Leistungserzeugungsmodus von dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus
in den Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
bei einer ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit, wenn die
Rotationsgeschwindigkeit erhöht
wird, und des Umschaltens des Leistungserzeugungsmodus von dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
in den Wechselrichter-Erzeugungsmodus bei einer zweiten vorbestimmten
Rotationsgeschwindigkeit, wenn die Rotationsgeschwindigkeit verringert
wird. Somit wird eine Differenz zwischen der ersten vorbestimmten
Rotationsgeschwindigkeit und der zweiten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit
begründet.
Die zweite vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit ist niedriger als
die erste vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit.
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Folglich
ist es möglich
ein häufiges
Umschalten des Leistungserzeugungsmodus zu vermeiden, sogar falls
die Brennkraftmaschine bei einer spezifischen Rotationsgeschwindigkeit
betrieben wird. Des Weiteren ist es möglich eine ungenügende Aufladung zu
verhindern, die auftritt, wenn der Leistungserzeugungsmodus umgeschaltet
wird, und ein häufiges Auftreten
von Stößen aufgrund
einer Änderung
der Motorgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine wird verringert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Schaltbild zum Erläutern einer Steuervorrichtung
zum Steuern einer elektrischen rotierenden Maschine für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Kennfeld zum Erläutern
der Steuervorrichtung zum Steuern einer elektrischen rotierenden
Maschine für
ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform
1 der Erfindung.
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3 ist
ein Kennfeld zum Erläutern
einer Steuervorrichtung zum Steuern einer elektrischen rotierenden
Maschine für
ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform
2 der Erfindung.
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4 ist
ein Kennfeld zum Erläutern
einer Steuervorrichtung zum Steuern einer elektrischen rotierenden Maschine
für ein
Fahrzeug gemäß Ausführungsform
3 der Erfindung.
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5 ist
ein Zeitdiagramm zum Erläutern
einer Steuerung der elektrischen rotierenden Maschine für ein Fahrzeug.
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6 ist
ein Zeitdiagramm zum Erläutern
einer Steuerung der elektrischen rotierenden Maschine für ein Fahrzeug.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Ausführungsform
1
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Die 1 und 2 sind
Zeichnungen zum Erläutern
einer Steuervorrichtung und eines Steuerverfahrens zum Steuern einer
elektrischen rotierenden Maschine für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung. 1 ist ein schematisches
Schaltbild der elektrischen rotierenden Maschine für ein Fahrzeug
und der Steuervorrichtung zum Steuern der elektrischen rotierenden Maschine,
und 2 ist ein Kennfeld zum Erläutern des Betriebs. Unter Bezugnahme
auf 1, ist das Bezugszeichen 1 eine elektrische
rotierende Maschine, die mit einer am Fahrzeug angebrachten Brennkraftmaschine
verbunden ist und als ein Startermotor zum Starten der nicht gezeigten
Brennkraftmaschine sowie als ein Ladegenerator zum (Auf-)Laden einer am
Fahrzeug angebrachten Batterie 2 funktioniert. Die elektrische
rotierende Maschine 1 umfasst einen Stator mit zum Beispiel
einer dreiphasigen Ankerwicklung 3 und einen Rotor mit
einer Feldspule 4. Die Feldspule 4 wird mit einem
Feldstrom von der Batterie 2 durch eine Feldstrom-Steuereinrichtung 5 versorgt.
Wenn eine Leistung erzeugt wird, steuert die Feldstrom-Steuereinrichtung 5 einen
Feldstrom, so dass eine Ausgangsspannung der Ankerwicklung 3 eine
Zielspannung ist.
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Eine
Steuereinheit 7 steuert die elektrische rotierende Maschine 1.
Die Steuereinheit 7 umfasst eine Wechselrichter-Schaltung, in der
Schaltelemente 8 bis 13, wie beispielsweise IGBT,
in einer dreiphasigen Brückenverbindung
verbunden sind, und Dioden 14 bis 19, die mit
den Schaltelementen 8 bis 13 jeweils in einer
Rücken-an-Rücken-Verbindung
verbunden sind und einen Gleichrichter bilden. Die Steuereinheit 7 umfasst
auch eine Stromerfassungseinrichtung 20 bis 22 zum
Erfassen des Stroms von jeder Phase, und eine Antriebseinrichtung 23 zum
Antreiben der Schaltelemente 8 bis 13 der Wechselrichter-Schaltung durch ein
PWM-Signal. Die Steuereinheit 7 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 24 zum Eingeben
eines Stromwerts von der Stromerfassungseinrichtung 20 bis 22 zum
Erfassen des Stroms von jeder Phase und einer Rotationsposition
der elektrischen rotierenden Maschine, die durch einen Drehpositionssensor 26 erfasst
wird, und steuert die Funktion als ein Startermotor und diejenige
als ein Ladegenerator, die durch die elektrische rotierende Maschine 1 durchgeführt wird.
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Bei
der Wechselrichter-Schaltung und dem Gleichrichter, bilden das Schaltelement 8 und
die Diode 14 einen oberen Arm der U-Phase, das Schaltelement 9 und
die Diode 15 bilden einen unteren Arm der U-Phase, das
Schaltelement 10 und die Diode 16 bilden einen
oberen Arm der V-Phase, das Schaltelement 11 und die Diode 17 bilden
einen unteren Arm der V-Phase, das Schaltelement 12 und
die Diode 18 bilden einen oberen Arm der W-Phase und das Schaltelement 13 und
die Diode 19 bilden einen unteren Arm der W-Phase. Ein
Verbindungspunkt (Verbindungsstelle) zwischen dem oberen Arm und
dem unteren Arm bei jeder Phase ist mit der Ankerwicklung 3 von
jeder Phase der elektrischen rotierende Maschine 1 verbunden.
Ein Kondensator 25 glättet den
elektrischen Strom der Wechselrichter-Schaltung, und der Drehpositionssensor 26 misst
die Rotationsposition des Rotors der elektrischen rotierenden Maschine 1,
wie oben erwähnt.
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Bei
der Vorrichtung zum Steuern einer elektrischen rotierenden Maschine
für ein
Fahrzeug gemäß Ausführungsform
1 der Erfindung mit der obigen Beschaffenheit, wenn eine Brennkraftmaschine
gestartet wird, bewirkt die Steuereinrichtung 24, dass die
Antriebseinrichtung 23 betrieben wird. Ein PWM-Signal,
das der durch den Drehpositionssensor 26 erfassten Rotationsposition
der elektrischen rotierenden Maschine 1 entspricht, wird
an die Schaltelemente 8 bis 13 gegeben, wodurch
die elektrische rotierende Maschine 1 als ein Synchronmotor
angetrieben wird. Nach dem Starten der Brennkraftmaschine, wirkt
die elektrische rotierende Maschine 1 als ein Synchrongenerator.
Wenn die Rotationsgeschwindigkeit nicht höher als ein vorbestimmter Wert
ist, bewirkt die Steuereinrichtung 24, dass die Schaltelemente 8 bis 13 betrieben
bzw. betätigt
werden, und versorgt die Ankerwicklung 3 mit einem phasengesteuerten
Wechselstrom, wie später
beschrieben wird. In diesem Rotationsbereich bringt der Wechselrichter
den phasengesteuerten Wechselstrom auf die Ankerwicklung der elektrischen
rotierenden Maschine auf, und eine erzeugte Spannung wird einer
spannungserhöhenden
Zerhackersteuerung ausgesetzt, womit ein Ausgang bzw. eine Ausgangsleistung
der elektrischen rotierenden Maschine 1 gesteuert wird. Eine
Leistungserzeugung unter dieser Bedingung wird nachstehend als Wechselrichter-Erzeugungsmodus
bezeichnet.
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Wenn
die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen rotierenden Maschine 1 höher als
der vorbestimmte Wert ist und eine Rotationsgeschwindigkeit erreicht,
die es ermöglicht,
eine ausreichende erzeugte Spannung zu erhalten, erfasst die Steuereinrichtung 24 eine
derartige Bedingung. Bei einer derartigen Erfassung, hält die Steuereinrichtung 24 den
Betrieb der Schaltelemente 8 bis 13 an, d. h.
den Betrieb des Wechselrichters. Ferner nimmt die Steuereinrichtung 24 eine
Steuerung vor, so dass die elektrische rotierende Maschine 1 die
Batterie 2 lädt, während die
Ausgangsspannung durch die Feldstrom-Steuereinrichtung 5 an
die Zielspannung angepasst wird. Eine Leistungserzeugung unter dieser Bedingung
wird nachstehend als ein Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus bezeichnet.
Sowohl in dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus als auch dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus wird
die Batterie 2 mit dem Ausgang der elektrischen rotierenden
Maschine 1 über
den Vollwellengleichrichter geladen, der die Dioden 14 bis 19 umfasst.
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Die
Steuereinrichtung 24 schaltet den Leistungserzeugungsmodus
zwischen dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus
und dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus gemäß der Rotationsgeschwindigkeit
der elektrischen rotierenden Maschine um. Nun wird der Betrieb der
Steuereinrichtung 24 bei dieser Ausführungsform nachstehend unter
Bezugnahme auf das Kennfeld in 2 beschrieben. Unter
Bezugnahme auf 2, deutet die Achse der Abzisse
eine Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen rotierenden Maschine 1 an,
und die Achse der Ordinate deutet eine erzeugte Ausgabe an. Eine
Kurve A deutet eine Ausgangscharakteristik in dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus
an, und eine Kurve B deutet eine Ausgangscharakteristik in dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus an.
In dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
erzeugt der Feldstrom, der durch die Feldspule 4 fließt, Leistung.
In dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus wird die Ausgabe in dem Rotationsbereich
mit niedriger Geschwindigkeit durch eine spannungserhöhende Zerhackersteuerung
des Wechselrichters erhöht. Das
Ausgangscharakteristikum des Wechselstromgenerator Erzeugungsmodus
und das Ausgangscharakteristikum des Wechselrichter-Erzeugungsmodus kreuzen
einander an einem Punkt C.
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Folglich
ist, in dem Rotationsbereich mit niedriger Geschwindigkeit, die
Ausgabe in dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus
höher als
diejenige in dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus, und deshalb
wird Leistung in dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus erzeugt. Wenn
die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen rotierenden Maschine 1 erhöht ist,
schaltet die Steuereinrichtung 24 den Leistungserzeugungsmodus
in den Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
an einem Punkt Y1 in 2 um, und Leistung wird in dem
Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus innerhalb des Rotationsbereiches
mit hoher Geschwindigkeit erzeugt. Andererseits, wenn die Rotationsgeschwindigkeit
der elektrischen rotierenden Maschine 1 erniedrigt ist, schaltet
die Steuereinrichtung 24 den Leistungserzeugungsmodus in
den Wechselrichter-Erzeugungsmodus an einem Punkt Z1 in 2 um.
Diese Umschaltungen werden durch die Steuereinrichtung 24 auf
der Basis der Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen rotierenden
Maschine 1 oder der durch die Steuereinrichtung 24 erfassten
Ausgangsspannung ausgeführt.
Eine Differenz wird in der Rotationsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt
des Umschaltens des Leistungserzeugungsmodus begründet, davon
abhängig,
ob die Rotationsgeschwindigkeit erhöht oder erniedrigt wird, und
eine Hysterese wird eingerichtet bzw. festgelegt.
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Wie
in der vorangehenden Beschreibung über die zu lösenden Probleme
erwähnt,
wird zum Zeitpunkt des Umschaltens des Leistungserzeugungsmodus
der Feldstrom für
einen vorbestimmten Zeitraum unterbrochen. Dies ist so, um Störungen, wie
beispielsweise ein Zerbrechen von Schaltungselementen, aufgrund
einer anormalen Spannung zu vermeiden, wobei es eine Unmöglichkeit
ist, den Wechselstrom aufzubringen, aufgrund der durch die elektrische
rotierende Maschine 1 erzeugten Spannung. Als eine Folge
einer derartigen Unterbrechung, wird die am Fahrzeug angebrachte
Batterie 2 nicht ausreichend aufgeladen und ein Stoß wird aufgrund des
Umschaltens des Leistungserzeugungsmodus erzeugt. Wie oben beschrieben,
wird jedoch bei dieser Ausführungsform
ein Umschalten des Leistungserzeugungsmodus ausgeführt, wobei
eine Hysterese bei der Rotationsgeschwindigkeit sichergestellt wird, abhängig davon,
ob die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen rotierenden Maschine 1 erhöht ist oder
diejenige der elektrischen rotierenden Maschine 1 erniedrigt
ist. Folglich, sogar falls sich der Betrieb mit einer spezifischen
Rotationsgeschwindigkeit (zum Beispiel der Punkt C) fortsetzt, bewirken
kleine Änderungen
nicht eine häufige
Umschaltung des Leistungserzeugungsmodus. Es ist deshalb möglich den
Stoß zu
verhindern, der durch eine Änderung
der Motorgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine verursacht wird,
welcher auftreten könnte,
falls der Leistungserzeugungsmodus häufig umgeschaltet wird. Ein
ungenügendes
Aufladen und so weiter werden auch verhindert.
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Ausführungsform
2
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3 ist
ein Kennfeld zum Erläutern
eines Betriebs einer Steuervorrichtung und eines Steuerverfahrens
zum Steuern einer elektrischen rotierenden Maschine für ein Fahrzeug
gemäß Ausführungsform
2 der Erfindung. Die Steuervorrichtung und das Steuerverfahren zum
Steuern einer elektrischen rotierenden Maschine für ein Fahrzeug
gemäß dieser Ausführungsform
unterscheidet sich von derjenigen bei der vorangehenden Ausführungsform
1 in dem Gesichtspunkt der Bedingungen des Umschaltens des Leistungserzeugungsmodus,
das durch die Steuereinrichtung 24 ausgeführt wird.
In 3 deuten die Linien D beziehungsweise E Beträge einer elektrischen
Last an der elektrischen rotierenden Maschine 1 an.
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In
dem Fall wo die elektrische Last an der elektrischen rotierenden
Maschine 1 eine Teillast ist und in einem Zustand der Linie
D ist, erfasst die Steuereinrichtung 24 einen Betrag der
Last durch die Stromerfassungseinrichtung 20 bis 22.
Wenn die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen rotierenden Maschine 1 erhöht wird,
wird der Leistungserzeugungsmodus von dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus
in den Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus an einem Punkt Y2 in
der Zeichnung umgeschaltet. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen
rotierenden Maschine 1 erniedrigt wird, wird der Energieerzeugungsmodus
von dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
in den Wechselrichter-Erzeugungsmodus an einem Punkt Z2 in der Zeichnung
umgeschaltet. Falls der Betrag der elektrischen Last in dem Zustand
der Linie E kleiner als die Linie D ist, wird der Leistungserzeugungsmodus
an einem Punkt Y3 in der Zeichnung umgeschaltet, wenn die Rotationsgeschwindigkeit
der elektrischen rotierenden Maschine 1 erhöht wird,
und der Leistungserzeugungsmodus wird an einem Punkt Z3 in der Zeichnung
umgeschaltet, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen
rotierenden Maschine 1 erniedrigt wird.
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Eine
Leistungserzeugungseffizienz ist in dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus
gering, verglichen mit dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus.
Mit anderen Worten, wenn im Wechselrichter-Erzeugungsmodus der gleiche
Betrag an Leistung erzeugt wird, wird mehr Energie verbraucht und
ein Antriebsdrehmoment der elektrischen rotierenden Maschine 1 ist größer. Ein
Steuern der Rotationsgeschwindigkeit beim Umschalten des Leistungserzeugungsmodus,
der sich dem Betrag der elektrischen Last anpasst, wie oben beschrieben, macht
es jedoch möglich
eine geeignete Rotationsgeschwindigkeit beim Umschalten des Leistungserzeugungsmodus,
der sich dem Betrag der Last anpasst, auszuwählen. Folglich, ebenso wie
bei der vorangehenden Ausführungsform
1, wird es möglich ein
häufiges
Umschalten des Leistungserzeugungsmodus zu unterdrücken und
das Auftreten eines Stoßes
aufgrund einer Änderung
der Motorgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Des
Weiteren wird es möglich
die Umschaltung in den Wechselrichter-Erzeugungsmodus zu unterdrücken, in dem
eine Energieumwandlungseffizienz in dem Rotationsbereich mit niedriger
Geschwindigkeit gering ist, wodurch eine Motorgeschwindigkeit der
Brennkraftmaschine stabilisiert wird und ein Kraftstoffverbrauch
verbessert wird.
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Ausführungsform
3
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4 ist
ein Kennfeld zum Erläutern
eines Betriebs einer Steuervorrichtung zum Steuern einer elektrischen
rotierenden Maschine für
ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform
3 der Erfindung. Die Steuervorrichtung zum Steuern einer elektrischen
rotierenden Maschine für
ein Fahrzeug gemäß dieser Ausführungsform
unterscheidet sich von derjenigen bei der vorangehenden Ausführungsform
1 oder Ausführungsform
2 in dem Gesichtspunkt der Bedingungen des Umschaltens des Leistungserzeugungsmodus,
das durch die Steuereinrichtung 24 ausgeführt wird.
Nun auf 4 Bezug nehmend, deutet eine
Linie F einen Betrag einer elektrischen Last an der elektrischen
rotierenden Maschine 1 an, und ein Punkt G deutet einen
Schnittpunkt des Betrags der elektrischen Last F und dem Ausgangscharakteristikum
der elektrischen rotierenden Maschine 1 in dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
an.
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Bei
dieser Ausführungsform,
wenn die elektrische Last an der elektrischen rotierenden Maschine 1 eine
Teillast ist und in einem Zustand der Linie F in 4 ist,
erfasst die Steuereinrichtung 24 einen Betrag der Last
durch die Stromerfassungseinrichtung 20 bis 22.
Wenn die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen rotierenden Maschine 1 erhöht wird, wird
der Leistungserzeugungsmodus von dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus
in den Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
an einem Punkt Y4 in der Zeichnung umgeschaltet, und wenn die Rotationsgeschwindigkeit
der elektrischen rotierenden Maschine 1 erniedrigt wird,
wird der Energieerzeugungsmodus von dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus in
den Wechselrichter-Erzeugungsmodus an einem Punkt Z4 umgeschaltet.
Der Punkt Z4, an dem der Leistungserzeugungsmodus von dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus in den
Wechselrichter-Erzeugungsmodus umgeschaltet wird, ist so ausgewählt, dass
die Rotationsgeschwindigkeit höher
ist als, oder zumindest die Gleiche ist wie, der Schnittpunkt G,
wo das Ausgangscharakteristikum der elektrischen rotierenden Maschine 1 in
dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus und der Betrag der elektrischen
Last F einander kreuzen.
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Die
Steuereinrichtung 24 legt den Punkt des Umschaltens des
Leistungserzeugungsmodus wie oben beschrieben fest. Folglich, ebenso
wie bei der vorangehenden Ausführungsform
1, ist es möglich ein
häufiges
Umschalten des Leistungserzeugungsmodus zu unterdrücken und
das Auftreten eines Stoßes
aufgrund einer Änderung
der Motorgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Des
Weiteren wird, wenn die Motorgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine
erniedrigt wird, der Leistungserzeugungsmodus in den Wechselrichter-Erzeugungsmodus umgeschaltet,
bevor ein Ausgang der elektrischen rotierenden Maschine 1 in
dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus unter den Betrag der elektrischen
Last erniedrigt ist. Folglich ist es möglich einen Mangelzustand beim
Leistungserzeugungsbetrag bezüglich
der elektrischen Last zu verhindern, und eine Abnahme der Energieversorgungsspannung
aufgrund eines Mangelzustands beim Laden zu verhindern.
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Ausführungsform
4
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Eine
Steuervorrichtung zum Steuern einer elektrischen rotierenden Maschine
für ein
Fahrzeug gemäß Ausführungsform
4 der Erfindung unterscheidet sich von denjenigen bei den vorangehenden
Ausführungsformen
1 bis 3 in dem Gesichtspunkt, dass der Feldstrom, der an die Feldspule 4 aufgebracht wird,
zum Zeitpunkt des Umschaltens des Leistungserzeugungsmodus temporär angehalten
wird, abhängig
davon, ob eine Motorgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine erhöht oder
erniedrigt wird. Nach der Umschaltung des Leistungserzeugungsmodus
erhöht
die Steuereinrichtung 24 graduell den Feldstrom mit einem
vorbestimmten Gradienten. Als eine Folge der oben beschriebenen
Steuerung, erhöht
sich das Antriebsdrehmoment der elektrischen rotierenden Maschine 1 graduell
zum Zeitpunkt des Umschaltens des Leistungserzeugungsmodus.
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Ausführungsform
5
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Eine
Steuervorrichtung zum Steuern einer elektrischen rotierenden Maschine
für ein
Fahrzeug gemäß Ausführungsform
5 der Erfindung unterscheidet sich von denjenigen bei den vorangehenden
Ausführungsformen
1 bis 3 in dem folgenden Gesichtspunkt. Das heißt, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der
Brennkraftmaschine erhöht
oder erniedrigt wird und der Leistungserzeugungsmodus umgeschaltet wird,
zum Zeitpunkt, wenn die Rotationsgeschwindigkeit nahezu an die Umschaltungsrotationsgeschwindigkeit
kommt, wird der Leistungserzeugungsmodus durch Steuern des auf die
Feldspule 4 aufgebrachten Feldstroms und des auf die Ankerwicklung 3 aufgebrachten
Wechselstroms umgeschaltet, so dass das Antriebsdrehmoment der elektrischen
rotierenden Maschine 1 in dem Wechselstromgenerator-Erzeugungsmodus
und das Antriebsdrehmoment der elektrischen rotierenden Maschine 1 in
dem Wechselrichter-Erzeugungsmodus annähernd die gleichen sind, oder
eine Differenz wird zwischen ihnen verringert, beim Zustand, dass
der erzeugte Ausgang der gleiche ist. Wegen der oben beschriebenen
Steuerung ist es möglich,
einen Stoß aufgrund
einer Änderung der
Rotation, der zum Zeitpunkt des Umschaltens der Leistungserzeugung
auftreten könnte,
erheblich zu absorbieren.