DE69016708T2

DE69016708T2 - Steuergerät für einen Fahrzeugwechselstromgenerator.

Info

Publication number: DE69016708T2
Application number: DE69016708T
Authority: DE
Inventors: Shiro Iwatani; Yutaka Kitamura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-07-13
Filing date: 1990-07-13
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2010-07-14
Also published as: EP0408055A2; US5061889A; DE69016708D1; JPH0349599A; JP2576233B2; EP0408055A3; EP0408055B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Wechselstrom-Fahrzeuggenerator.
Ein Beispiel einer herkömmlichen Steuervorrichtung für einen Wechselstrom-Fahrzeuggenerator ist so wie in Figur 5 gezeigt. In dem Fall der in Figur 5 gezeigten Steuervorrichtung hat ein Wechselstromgenerator 1 eine Ankerspule 101 und ein Feldspule 102. Ein Gleichrichter 2 zum Gleichrichten von Wechselstrom-Ausgabespannungen ist verbunden mit dem Wechselstromgenerator 1. Der Gleichrichter 2 hat einen Hauptausgabeanschluß 201, einen Hilfsausgabeanschluß 202 und einen Masseanschluß 203. Ein Ende der Feldspule 102 ist mit einem Spannungsregler 3 verbunden. Der Spannungsregler 3 umfaßt: Spannungsteilerwiderstände 301 und 302 zur Spannungserfassung; einen Steuertransistor 304, dessen Basiselektrode verbunden ist über eine Zenerdiode 301 mit dem Verbindungspunkt der zwei Spannungsteilerwiderstände 301 und 302; einen Leistungstransistor 305, der durch den Transistor 304 gesteuert ist; einen Widerstand 306 und eine Unterdrückungsdiode 307.
Der Hauptausgabeanschluß 201 des Gleichrichters 2 ist mit einer Batterie 4 verbunden. Das andere Ende der Feldspule 102 ist über einen Anfangserregungswiderstand 6 und einen Schlüsselschalter 5 mit dem positiven Anschluß der Batterie 4 verbunden.
Der positive Anschluß der Batterie 4 ist über einen Lastschalter 8 mit einer elektrischen Fahrzeuglast 7 verbunden.
Die so entworfene herkömmliche Steuervorrichtung arbeitet folgendermaßen: Wenn der Schlüsselschalter 5 eingschaltet wird, fließt ein Anfangserregungsstrom in der Feldspule 102 durch den Anfangserregungswiderstand 6, so daß die Feldspule zunächst in ein extern erregten Zustand gesetzt wird. Wenn der Feldstrom fließt und der Generator 1 angetrieben ist, fängt eine Leistungserzeugung an, eine Wechselstrom-Spannung über der Ankerspule 101 zu induzieren. Und die Feldspule 102 wird errregt durch die Spannung, die vorgesehen wird durch den Hilfsausganganschluß 202 des Generator 1, so daß die vorherige in den selbst erregten Zustand gesetzt wird.
Die an der Ankerspule 101 induzierte Wechselstrom-Spannung wird gleichgerichtet durch den Gleichrichter 2 und wird angelegt an die Batterie 4 zum Laden der letzteren 4. Falls bei diesem Betrieb die Ausgabespannung des Generator niedriger ist als ein vorher bestimmter Wert, ist die Spannung, die vorgesehen wird durch die Spannungsteilerwiderstände 301 und 302 ebenfalls niedrig. Dementsprechend ist die Zenerdiode 303 nicht leitend, und der Steuertransistor 304 ist ebenfalls nicht leitend, so daß der Leistungstransistor leitend ist. Daraus resultierend ist der Feldstrom, der in der Feldspule 301 ist, erhöht, und die Ausgabespannung des Generators 1 ist dementsprechend erhöht. Wenn andererseits die Ausgabespannung des Generators 1 höher ist als der vorbestimmte Wert, ist die Spannung, die vorgesehen wird durch die Spannungsteilerwiderstände 301 und 302 ebenfalls hoch. Daher wird die Zenerdiode leitend gemacht, und der Steuertransistor 304 wird ebenfalls leitend gemacht, so daß der Leistungstransistor 305 nicht leitend gemacht wird. Deshalb ist Feldstrom erniedrigt, und die Ausgabespannung des Generators 1 ist dementsprechend abgesenkt. Die oben beschriebenen Operationen werden wiederholt ausgeführt, bis die Ausgabespannung des Generators 1 den vorher bestimmten Wert erreicht. Die Unterdrückungsdiode 307 dient zum Absorbieren des an der Feldspule 302 induzierten Spannungsstoßes.
In diesem Fall hängt die maximale Ausgabe des Generators ab von seiner Drehgeschwindigkeit wie angedeutet durch eine charakteristische Kurve "a" (unterbrochene Linien) in Figur 4; und die Ausgabe ist gesättigt bei Drehgeschwindigkeiten von etwa 5000 UpM und höher. Der Kreuzungspunkt der Generatorausgabe zur gesamten elektrischen Fahrzeuglast, angedeutet durch eine charakteristische Kurve "d" (Zwei- Punkt-Ketten Linie) ist im allgemeinen eingestellt bei 2500 UpM.
Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Steuervorrichtung wird beim Start der Leistungserzeugung die Feldspule erregt durch die Ausgabespannung des Generators 1; d.h. wird selbst erregt. Wie oben beschrieben wurde, schafft die maximale Ausgabe des Generators die charakteristische Kurve "a" in Figur 4, welche abhängt von der Drehgeschwindigkeit des Generators, und der Kreuzungspunkt der Generatorausgabe zur gesamten elektrische Fahrzeuglast, angedeutet durch die charakteristische Kurve "d", ist eingestellt bei etwa 2500 UpM. Deshalb gibt es, wenn der Geschwindigkeitsbereich der Rotation geteilt wird in einen Hochgeschwindigkeitsbereich und einen Niedriggeschwindigkeitsbereich bezüglich etwa 2500 UpM als eine Grenzlinie, falls die Frequenz des Betriebs im Hochgeschwindigkeitsbereich ausgeglichen ist mit der iin Niedriggeschwindigkeitsbereich oder die vorherige höher ist als die letztere, kein Problem angesichts des Ausgleichs des Ladens und Entladens der Batterie. Falls jedoch die die Betriebsfrequenz im Niedriggeschwindigkeitsbereich von niedriger als 2500 UpM erhöht wird wie im Fall eines Verkehrstaus, dann wird die Ausgabe des Generators wahrscheinlichermaßen unzureichend; d.h. die Batterie wird wahrscheinlicher Weise nicht hinreichend geladen. Insbesondere, wenn das Fahrzeug bei niedriger Geschwindigkeit in der Nacht betrieben wird unter Benutzung der Scheinwerfer, so daß die elektrische Last hoch ist, kann die Batterie ihren Geist aufgeben, um den Motor zu stoppen.
Die GB-A-2 034 135 offenbart eine Wechselstrom- Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung, bei der eine Hilfs- Gleichstromspannung eines ausgewählten Pegels erzeugt wird, wenn die Spannung, die angelegt ist über eine Feldwicklung, abnimmt in der Größe auf einen vorausgewählten reduzierten Pegel, wie bestimmt durch einen Komparator.
Die Hilfsspannung ist verbunden in der Feldwicklungs- Energieversorgungsschaltung in Reihenschaltungs- Hilfsbeziehung mit der Erzeugungssystem-Ausgabespannung und wird erzeugt durch einen Wechselstrom-Wechselstromkonverter einschließlich eines Rechteckwellen-Impulsgenerators, der mit einem Transformator und einer Gleichrichterbrücke verbunden ist.
Die GB-A-2 068 660 offenbart eine Wechselstrom- Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung, welche den Feldstrom- Hochgeschwindigkeitsbereich begrenzt, welche es erlaubt, einen höheren Feldstrom in dem Niedriggeschwindigskeitsbereich zu entwerfen, und zwar durch Modifizieren der Feldteilparameter beim Anlegen der Generator- oder Batterie- Ausgabe an die Feldspule.
Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Schwierigkeiten bei einer herkömmlichen Wechselstrom-Fahrzeuggenerator- Steuervorrichtung zu eliminieren. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wechsestrom- Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung zu schaffen, welche effektiv die Schwierigkeit eliminieren kann, daß, wenn der Wechselstrom-Fahrzeuggenerator bei niedriger Geschwindigkeit und unter Überlast betrieben wird, seine Ausgabe unzureichend ist, so daß die Batterie nicht hinreichend geladen werden kann und ihren Geist aufgeben kann.
Eine Wechselstrom-Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt die Merkmale des Anspruches 1.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgelistet.
Bei der Steuervorrichtung nach der Erfindung wird, wenn die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators in dem Bereich niedriger Geschwindigkeiten ist, die durch die Feldspulenanregungs-Leistungsquelle erhöhte Anregungsspannung angelegt an die Feldspule zum Steigern der Ausgabe des Generators. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Generators im Hochgeschwindigkeitsbereich ist, wird die maximale Leitungsrate des Schaltelements, die angepaßt ist zum Steuern des Feldstroms, begrenzt gemäß der Drehgeschwindigkeit des Wechselstrom-Generators, so daß die Ausgabe des Generators auf einen vorbestimmten Pegel begrenzt ist.
Die Figuren zeigen im einzelnen:
Figure 1 ein Schaltungsdiagramm zum Zeigen eines Beispiels einer Steuervorrichtung für einen Wechselstrom- Fahrzeuggenerator nach der Erfindung;
Figur 2 ein charakteristisches Diagramm zum Zeigen der Ausgabespannung eines Frequenz-Spannungs-Konverters in der Steuervorrichtung
Figur 3 ein charakteristisches Diagramm zum Zeigen der maximalen Leitungsrate eines Leistungstransistors der Steuervorrichtung;
Figur 4 ein charakteristisches Diagramm für eine Beschreibung in der Ausgabe des Generators; und
Figur 5 ein Schaltungsdiagramm zum Zeigen einer herkömmlichen Steuervorrichtung für ein Wechselstrom- Fahrzeuggenerator.
Figur 1 ist ein Schaltungsdiagramm zum Zeigen eines Beispiels einer Steuervorrichtung für einen Wechseltstrom- Fahrzeuggenerator nach der vorliegenden Erfindung. Wie in Figur 1 gezeigt, ist ein Wechselstrom-Generator 1 eine Ankerspule 101 und eine Feldspule 102, mit der ein Gleichrichter 2 verbunden ist. Der Gleichrichter 2 hat einen Ausgangsanschluß 201 und einen Masseanschluß 202. Der Ausgangsanschluß 201 des Gleichrichters 2 ist mit einer Batterie 4 verbunden. Ein Ende der Feldspule 102 ist verbunden mit einem Spannungsregler 3. Der letztere umfaßt: Spannungsteilerwiderstände 301 und 302 zur Spannungserfassung; einen Steuertransistor 304, dessen Basis über eine Zenerdiode 303 verbunden ist mit dem Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände 301 und 302; einen Leistungstransistor 305, der durch den Steuertransistor 304 gesteuert wird; einen Widerstand 306; und eine Unterdrückungsdiode 307. Das andere Ende der Feldspule 102 ist über einen Wechselstrom-Wechselstrom- Konverter 10 (später beschriben) und einen Schlüselschalter 5 verbunden mit dem Ausgabeanschluß des Gleichrichters 2. Der Ausgabeanschluß des Gleichrichters 2 ist über Lastschalter 8 mit einer elektrischen Fahrzeuglast 7 verbunden. Die Steuervorrichtung umfaßt weiterhin einen Feldstrombegrenzer 9, der beinhaltet: einen Widerstand 901 und eine Zenerdiode 902, welche eine Konstantspannungsquelle (A) bildet; einen Frequenz-Spannung-Konverter 903 zum Wandeln der Frequenz einer Einzelphasenausgabe des Generators 1, welche der Drehgeschwindigkeit davon entspricht, in eine Spannung; Spannungsteilerwiderstände 905 und 906 zum Klammern der Ausgabespannung des Konverter 903, d.h. die Spannung am Punkt (B) auf einen vorbestimmten Wert; eine Diode 907; einen Widerstand 904; einen Sägezahnwellen- Generator 908 zum Erzeugen eines Sägezahn-Spannungssignals mit einer konstanten Periode; und einen Komparator 909 zum Vergleich des Sägezahnsignals, d.h. der Spannung am Punkt (C) in Figur 1 mit der Ausgabe des oben beschriebenen Konverters 903, d.h. der Spannung am Punkt (B). Der Ausgabeanschluß des Komparators 909 im Feldstrombegrenzer 9 ist verbunden mit der Basis des oben beschriebenen Leistungstransistor 305.
Der zuvor erwähnte Wechselstrom-Wechselstrom-Konverter 10, der mit der Feldspule 102 verbunden ist, hebt die Generatorausgabespannung von 12V auf 24V, und er ist eine Leistungsquelle zum Erregen der Feldspule 102.
Der Betrieb der so konstruierten Steuervorrichtung wird beschrieben werden.
Der Betrieb vom Einschalten des Schlüsselschalters 5 zur Leistungserzeugung, und die Spannungsreglungsoperation sind die gleiche, wie die bei der herkömmlichen Steuervorrichtung, die in Figur 5 gezeigt ist. Bezüglich der Spannungsbreite des Sägezahnsignals, das ausgegeben wird von den Sägezahnwellengenerator 908, d.h. die Spannungsbreite, (V&sub1; - V&sub3;) am Punkt (C) setzt der Feldstrombegrenzer 9 die Ausgabespannung des Frequenz-Spannung-Konverters 903; d.h. die Spannung am Punkt B in solch einer Weise, daß die Spannung am Punkt (B) V&sub1; ist für eine Generator- Drehgeschwindigkeit 1500 UpM, und V&sub2; ist zwischen V&sub1; und V&sub3; für 3000 UpM und klammert sie auf V&sub2; für mehr als 3000 UpM. Deshalb ist die maximale Leitungsrate des Leistungstransistors 305, der durch den Komparator 309 gesteuert wird, wie gezeigt in Figur 3, 100% für die Generatordrehgeschwindigkeiten bis 1500 UpM, 50% für die Generatordrehgeschwindigkeiten höher als 3000 UpM, und sie wird linear verschoben von 100% auf 50%, wenn die Generatordrehgeschwindigkeit ansteigt von 1500 UpM auf 3000 UpM. Daher ist die Generatormaximumausgabe, die begrenzt wird durch den Feldstrom, welcher gesteuert wird durch den Leistungstransistor, so, wie angedeutet durch eine charakteristische Kurve "b" (durchgezogene Linie) in Figur 4. Eine charakterisitische Kurve "c" (Ein-Punkt-Kettenlinie) in Figur 4 zeigt eine Generatormaximumausgabe an, die vorgesehen ist in dem Fall, in dem die Erregungsspannung nur erhöht wird von 12V auf 24V. In diesem Fall. In diesem Fall ist die Generatormaximumausgabe etwa zweimal so groß wie die bei der herkömmlichen Steuervorrichtung, welche angedeutet ist durch die charakteristische Kurve "a". Dementsprechend kann, wenn die Drehgeschwindigkeit des Generators in dem Niedriggeschwindigkeitsbereich liegt die Generatormaximumausgabe hinreichend die gegebene Last abdecken; wenn sie jedoch in dem Hochgeschwindigkeitsbereich ist, ist die Generatormaximumausgabe übermäßig hoch, d.h. die Steuervorrichtung ist niedrig in ihrer Effizienz. Andererseits ist im Fall der Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, wie klar erscheint aus der charakteristischen Kurve "b (durchgezogene Linie), der Kreuzungspunkt zur gesamten elektrischen Fahrzeuglast (charakteristische Kurve "d") niedriger als 1500 UpM, was eine Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine ist und in der Praxis nicht der Kreuzungspunkt zur gesamten elektrischen Fahrzeuglast sein kann. Somit deckt bei der Steuerungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung die Ausgabe hinreichend die Last ab, wenn die Generatorgeschwindigkeit in dem Niedriggeschwindigkeitsbereich ist; und wenn die Generatorgeschwindigkeit in dem Hochgeschwindigkeitsbereich ist, wird die Ausgabe so gesteuert, daß sie nicht höher gesteigert werden kann als erforderlich.
Wie oben beschrieben wird bei der Steuervorrichtung nach der Erfindung die Feldspule extern zu allen Zeiten erregt, und eine Erregungsspannung höher als zumindest die Ausgabespannung des Wechselstromgenerators wird angelegt an die Feldspule, was die Schwierigkeit eliminiert, daß, wenn die Geschwindigkeit des Generators in dem Niedriggeschwindigkeitsbereich ist, die Ausgabe des Generators unzureichend ist. Dementsprechend werden die Schwierigkeiten jedenfalls eliminiert, daß die Batterie nicht hinreichend geladen wird, und daß die Batterie ihren Geist aufgibt, um den Motor zu stoppen. Weiterhin begrenzt bei der Steuervorrichtung nach der Erfindung der Feldstrombegrenzer die maximale Leitungsrate des Schaltungselements zum Steuern des Feldstroms gemäß der Drehgeschwindigkeit des Generators, was die Schwierigkeit eliminiert, daß, wenn die Generatorgeschwindigkeit im Hochgeschwindigkeitsbereich ist, die Ausgabe übermäßig erhöht ist. Somit ist die Steuervorrichtung hoch in ihrer Effizienz. Dementsprechend deckt die Steuervorrichtung die Last bei allen Bereichen der Drehgeschwindigkeit ab; mit anderen Worten ist es bei der Steuervorrichtung nicht notwendig, zu bestimmen, ob der Generator in einem Hochgeschwindigkeits-Betriebsmodus oder in einem Niedriggeschwindigkeits-Betriebsmodus ist.

Claims

1. Wechselstrom-Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung mit:

a) einem Wechselstrom-Generator (1) einschließlich einer Feldspule (102);

b) einem Gleichrichter (2) zum Gleichrichten einer Wechselstromausgabe des Wechselstromgenerators (1);

c) einer Batterie (4), die mit einem Ausgabeanschluß des Gleichrichters (2) verbunden ist;

d) einer Feldspulenerregungs-Leistungsquelle (10), die mit der Feldspule (102) und der Batterie (4) verbunden ist, zum Schaffen einer Anregungsspannung über der Feldspule (102), welche höher ist als die gleichgerichtete Ausgabespannung des Wechselstrom-Generators (1);

e) einem Spannungsregler (3) zum Erfassen einer Anschlußspannung des Gleichrichter (2) oder der Batterie (4) und Steuern eines Feldstroms durch die Feldspule (102), der resultiert von der höheren Anregungsspannung über der Feldspule, durch Betreiben einer Schalteinrichtung (304, 305), die in Reihe verbunden ist mit der Feldspule (102), abhängig von der erfaßten Anschlußspannung, zum Einstellen der gleichgerichteten Ausgabespannung des Wechselstromgenerators (1) auf einen vorbestimmten Spannungswert;

dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin umfaßt:

f) einen Feldstrombegrenzer (9) zum Steuern einer maximalen Leitungsrate der Schalteinrichtung (304, 305) zum Steuern des Feldstroms an die Feldspule (102) gemäß einer Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators (1), so daß unterhalb einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit die maximale Leitungsrate die volle Leitungsrate ist und die Generator-Maximumausgabecharakteristik (c) der der höheren Erregungsspannung entspricht und daß oberhalb der vorbestimmten Drehgeschwindigkeit die maximale Leitungsrate schrittweise reduziert wird, so daß die übermäßig hohe Generator-Maximumausgabe, die herrührt von der höheren Erregungsspannung, begrenzt wird durch die reduzierte Maximumleitungsrate.

2. Wechselstrom-Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldstrombegrenzer (9)

- die Maximumleitungsrate von einer vollen Leitungsrate auf eine zweite Rate absenkt mit ansteigenden Drehgeschwindigkeiten, wenn die Drehgeschwindigkeit größer ist als der erste Geschwindigkeitswert und kleiner ist als ein zweiter Geschwindigkeitswert; und

- die Maximumleitungsrate auch die zweite Leitungsrate setzt, wenn die Drehgeschwindigkeit größer ist als der zweite Geschwindigkeitswert.