DE69217007T2

DE69217007T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Filterung der Welligkeit einer Lichtmaschine mit synchroner Abtastung

Info

Publication number: DE69217007T2
Application number: DE69217007T
Authority: DE
Inventors: Scott L Falater
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics Inc
Current assignee: STMicroelectronics lnc USA
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1992-11-25
Publication date: 1997-06-05
Anticipated expiration: 2012-11-26
Also published as: EP0545617B1; JP3469602B2; DE69217007D1; JPH05308800A; EP0545617A1; US5389870A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in einer Filterschaltung zur Verwendung in Verbindung mit Synchrongeneratoren bzw. Wechselstromgeneratoren der in Kraftfahrzeug- oder Fahrzeuganwendungen verwendeten Art, und, insbesondere auf Verbesserungen in Verfahren und Vorrichtungen zum Filtern des Wechselspannungsanteils in einem vielphasigen Synchron- bzw. Wechselstromgenerator in einem Fahrzeugsystem, das synchrone Abtasttechnologien einsetzt.
Die meisten modernen elektrischen Systeme von Kraftfahrzeugen und Fahrzeugen setzen Synchron- bzw. Wechselstromgeneratoren ein, die durch die Fahrzeugmaschine angetrieben werden, um elektrische Energie für die elektrischen Schaltungen des Fahrzeugs hervorzubringen, wie auch um die Batterie des Fahrzeugs zu laden. Solche Synchron- bzw. Drehstromgeneratoren weisen im allgemeinen mehrere Statorwindungen bzw. -spulen und eine auf einem Rotor aufgebaute Synchron-bzw. Wechselstromgeneratorfeldspule bzw. -wicklung auf. Üblicherweise ist das Ausgangssignal eines Synchron- bzw. Wechselstromgenerators ein dreiphasiges AC-Signal, das durch ein Trio von Diodenpaaren gleichgerichtet wird. Das sich ergebende Ausgangssignal zu dem Fahrzeug weist einen damit verbundenen Wechselspannungsanteil auf. Der Wechselspannungsanteil verursacht in dem Fahrzeug einige Probleme, von denen das offensichtlichste ein Pfeifen- bzw. Rauschen in dem Radio ist, wenn sehr schwache Stationen abgestimmt werden. Der Wechselspannungsanteil verursacht auch für den Spannungsregler des Synchron- bzw. Wechselstromgenerators Probleme. Die Ausgangsspannung von den Synchron- bzw. Wechsel- oder Drehstromgenerator wird allgemein auf Genauigkeiten von etwa 0,1 V festgelegt, wobei jedoch der Wechselspannungsanteil in amerikanischen Autos größer als 5 V und in europäischen Anwendungen noch höher sein kann, insbesondere wo die Batterie an einem entfernten Platz ist, wie etwa in dem Kofferraum des Fahrzeugs.
Ein Hauptproblem, das mit den Konstruktionen von Spannungsreglern verbunden ist, ist das Filtern des Wechselspannungsanteils, um es zu ermöglichen, die tatsächliche Systemspannung genau zu messen. Es ist der übliche Versuch, einen analogen Tiefpaßfilter zu verwenden, wobei zumindest ein Kondensator erforderlich ist, der bezüglich der integrierten Schaltung, die die Meß- und Regelfunktionen durchführt, extern ist. Die meisten Regeleinrichtungen werden unmittelbar auf dem Drehstrombzw. Wechselstromgenerator aufgebaut, und sind deshalb von dem Standpunkt der Temperatur und den Vibrationen in einer sehr ungastlichen Umgebung plaziert. Solche Bedingungen erfordern es, daß für die beste Zuverlässigkeit eine minimale Anzahl von Bestandteilen verwendet wird.
Das US-Patent Nr.4,872,127 offenbart ein mikrogesteuertes Phasensteuersystem, indem der Ausgang einer AC-Quelle einer Gleichrichterbrücke zugeführt wird, wobei die Gleichrichterbrücke durch eine Schaltung gesteuert wird, die den Übergangspunkt zwischen Phasen des Ausgangssignals der AC-Quelle erfaßt. Dort existiert kein Versuch, die mit einem Fahrzeugsystem verbundenen Probleme wie oben beschrieben, anzugehen.
Das US-Patent Nr. 4,599,552 offenbart eine Spannungsregelschaltung, die eine Integratorschaltung enthält, die die Spannung über jeden negativen Halbzyklus des Generatorausgangs integriert. Dieses Dokument betrifft nicht Fahrzeugsysteme und unternimmt keinen Versuch, die damit verbundenen und oben ausgeführten Probleme zu lösen.
Angesichts des obigen ist es deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Filter zur Verwendung in Verbindung mit einem Kraftfahrzeugwechselstromgenerator zur Verfügung zu stellen, um den Wechselspannungsanteil beim Messen des Spannungsausgangs des Wechselstromgenerators zu verringern.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, welche das Erfordernis nach analogen Filtern von dem Meßkanal eines Kraftfahrzeugsynchron- bzw. -wechselstromgenerators verringert oder beseitigt.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung der beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, die sich automatisch dem Betriebsmode und -geschwindigkeit des Synchron- bzw. Wechselstromgenerators anpassen, mit dem es bzw. er verwendet wird.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden dem Fachmann im Stand der Technik aus der folgenden im einzelnen dargelegten Beschreibung ersichtlich, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Darstellungen und den beigeschlossenen Ansprüchen gelesen wird.
Eine Schaltung zum Verringern des Wechselspannungsanteils in einem Ausgangssignal eines mehrphasigen Synchron- bzw. Wechselstromgenerators in einem Fahrzeugsystem wird vorgestellt, das eine Regeischaltung hat, die das Ausgangssignal des Synchron- bzw. Wechselstromgenerators regelt. Die Schaltung enthält einen Schalter, der in Serie zwischen einer Systemspannung und der Regeischaltung angeschlossen ist, und Mittel, um den Schalter bei einer vorbestimmten Phase der Spannung von zumindest einer der Statorwicklungen bzw. -spulen des Synchron- bzw. Wechselstromgenerators zu schließen. Die Mittel zum Schließen des Schalters arbeiten, um den Schalter bei einem Leitungsumschaltpunkt über die Statorwindungen bzw. -spulen synchron zu einer Spannungswellenform von zumindest einer der Statorwicklungen bzw. -spulen zu schließen, und werden zeitlich gesteuert, um zur Anwendung für die Regeleinrichtung eine gefaltete Wellenform zu erzeugen. Das Ausgangssignal des Schalters wird an einen Integrator angelegt, um die Ausgangsspannung von dem Synchron- bzw. Wechselstromgenerator während einer gesamten Zeitzyklusperiode einer der Wicklungen bzw. Spulen der Statorspulen für die Anwendung in der Regeleinrichtung zu integrieren.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltung in einem Fahrzeugsystem zur Verfügung gestellt, um den Wechselspannungsanteil in einem Ausgang eines vielphasigen Synchron- bzw. Drehstromgenerators zu verringern, der eine Wechselstrom- bzw. Drehstromfeldwicklung bzw. -spule und mehrere Statorwicklungen bzw. -windungen hat, wobei das Fahrzeugsystem eine Regeischaltung hat, die einen Ausgang zum Übergeben eines Signals an eine Wechsel- bzw. Drehstromfeldwicklung bzw. -windung hat, um den Ausgang des Wechsel- bzw. Drehstromgenerators zu regeln, gekennzeichnet durch: Einen Schalter, der in Serie zwischen einer Systembatteriespannung und der Regelschaltung angeschlossen ist; wobei der Schalter angeschlossen ist, um ein Signal zu empfangen, das durch eine der Statorwicklungen bzw. -windungen erzeugt wird, um momentan in Reaktion auf eine Spannungswellenform von der einen der Statorwindungen bzw. -wicklungen bei einer vorbestimmten Phase der Spannung der einen der Statorwindungen bzw. -wicklungen bei einem Leitungsumschaltpunkt unter den Statorwicklungen bzw. -windungen geschlossen zu werden.
Ein Verfahren zum Verringern des Wechselspannungsanteils in einem Ausgangssignal eines vielphasigen Synchron- bzw. Wechselstromgenerators in einem Fahrzeug wird ebenfalls vorgestellt. Gemäß dem Verfahren wird ein Schalter zur Verfügung gestellt, der in Serie zwischen einer Systemspannung und einer Spannungsregelschaltung angeschlossen ist. Der Schalter wird bei einer vorbestimmten Phase der Spannung von zumindest einer der Statorwicklungen bzw. -windungen des Synchronbzw. Wechselstromgenerators geschlossen.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verringerung des Wechselspannungsanteils in einem Ausgangssignal eines vielphasigen bzw. mehrphasigen Synchron- bzw. Wechselstromgenerators zur Verfügung gestellt, der eine Wechselstrornfeldwindung bzw. -wicklung und mehrere Statorwicklungen bzw. -windungen in einem Fahrzeug hat, das eine Systembattenespannung und eine Spannungsregelschaltung hat, dadurch gekennzeichnet, daß: ein Schalter zur Verfügung gestellt wird, der in Serie zwischen der Systemspannung und der Spannungsregelschaltung angeschlossen ist; ein Signal erzeugt wird, das anzeigt, wenn die Leitung zwischen einer ersten und einer zweiten der Statorwicklungen bzw. -windungen schaltet; wobei in Reaktion auf das Signal die Systembatteriespannung und die Spannungsregelschaltung durch momentanes Schließen des Schalters bei einer vorbestimmten Phase der Spannung von einer der Statorwicklungen bzw. -windungen des Synchron- bzw. Wechselstromgenerators zu einer Zeit verbunden werden, zu der die Leitung zwischen den Statorwicklungen bzw. -windungen geschaltet wird; und wobei das Ausgangssignal des Synchron- bzw. Wechselstromgenerators geregelt wird, indem ein Ausgang der Spannungsregelschaltung an die Synchron- bzw. Wechselstromgeneratorfeldwicklung bzw. -windung angelegt wird.
Die Erfindung wird in der beigefügten Darstellung wiedergegeben, in der:
Figur 1 ein schematisches elektrisches Diagramm einer Schaltung zum Filtern des Wechselspannungsanteils in einem Ausgang bzw. Ausgangssignal eines vielphasigen oder mehrphasigen Fahrzeugsynchron- bzw. wechselstromgenerators gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist.
Figur 2 ein Vergleich von Spannungswellenformen ist, die durch einen Fahrzeugwechselstromgenerator (durchgezogene Linie) erzeugt worden sind und die durch eine Einzelstator-Spannungsphasenmeßeinrichtung (gestrichelte Linie) erzeugt worden sind.
Die Figur 1 zeigt eine Wechselstrorngenerator-Wechselspannungsanteil-Filterschaltung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Schaltung 10 umfaßt mehrere von "Y" -angeschlossenen Statorwicklungen bzw. -windungen, die AC-Ausgangswellenformen erzeugen, die in einem Gleichrichtungsnetzwerk 11 gleichgerichtet werden. Das Gleichrichtungsnetzwerk 11 umfaßt drei Diodenpaarsätze, wobei die gemeinschaftlich angeschlossenen Anoden von diesen den negativen Ausgang erzeugen und die gemeinschaftlich angeschlossenen Kathoden von diesen den positiven Ausgang erzeugen, um an das elektrische System des Fahrzeugs (nicht gezeigt), mit dem die Schaltung 10 zum Einsatz gelangt, angelegt zu werden. Die jeweiligen Spulen der Statorwicklungen bzw. -windungen sind an die jeweiligen Anoden- und Kathodenanschlüsse der Diodenpaare in dem Gleichrichtungsnetzwerk 11, wie gezeigt, angeschlossen. Die Wellenform der Spannung, die an dem Plus- und Minusanschlüssen 15 und 16 erzeugt wird, wird durch die durchgezogene Kurve in Figur 2 dargestellt.
Eine der Leitungen 13, die eine der Spulen des Statoraufbaus 12 an einen Anoden- Kathoden-Anschluß einer der Gleichrichterpaare anschließt, wird verwendet, um die durch den Statorwicklungs- bzw. windungsaufbau 12 erzeugte Spannung zu messen bzw. zu fühlen. Die Spannungswellenform, die an der Linie 13 zu erkennen ist, wird durch die Wellenform der gestrichelten Linie, die in Figur 2 gezeigt wird, erkannt. Die Statorspannung kann zum Beispiel von einer der Statorspulen an einer Leitung 13 erhalten werden, die an den Anschluß zwischen den Dioden einer Diodenanordnung des allgemein in Verbindung mit den meisten Wechselstromgeneratorarten eingesetzten Types angeschlossen wird. Ein derartiger Abtastknoten kommt typischerweise in den meisten Wechselstromgeneratorsystemen vor, um zum Beispiel "keine Drehung" für den Rotor zu signalisieren, um ein gebrochenes Antriebsband oder andere derartige Probleme anzuzeigen.
Eine Schaltung wird eingesetzt, die das an der Leitung 13 erzeugte Signal verwendet, um den Wechselspannungsanteil zu minirnieren, der an den Ausgangsanschlüssen 15 und 16 erzeugt wird. Die Schaltung enthält einen Schalter 20, der durch das Signal an der Leitung 13 geöffnet und geschlossen wird. Der Schalter 20 kann zum Beispiel ein 1[albleiterleistungsschalttransistor oder eine andere zweckmäßige Einrichtung sein. Der Schalter 20 ist an einer Seite an die Systemspannung am Knoten 21 angeschlossen. Die Systemspannung kann die an einem Ende des Batteriekontakts (nicht gezeigt) auftauchende Spannung umfassen. Die andere Seite des Schalters 20 ist an eine Regelschaltung 24 angeschlossen, um einen Ausgang am Knoten 26 zu entwickeln, die von der Wechselstromgeneratorfeldwicklung abgegeben wird. Die Regeischaltung 24 kann zum Beispiel eine Abtast-Halteschaltung oder dergleichen sein, wobei der derartige Schaltungen im Stand der Technik bekannt sind und hier nicht im einzelnen beschrieben werden.
Der Betrieb des Schalters 20 der Schaltung ist so aufgebaut, daß der Schalter 20 zu einer bestimmten Zeit während des Zyklus der an der Leitung 13 erkennbaren Welle geschlossen ist. Insbesondere ist die Schaltung 20 so angeordnet, daß sie für einen Augenblick bzw. momentan zu einer Zeit, wenn die Spannung an der Leitung 13 die Überschaltspannung 31 erreicht, geschlossen, wenn das Ausgangssignal, das den Ausgangsknoten 15 und 16 übergeben wird, von einer Spule zu der Spule geschaltet wird, an die die Leitung 13 angeschlossen ist. Folglich wird die Regelschaltung 24 so aufgebaut, daß sie die Spannung, die unmittelbar bzw. unverzüglich an den Umschaltpunkt 31 auftritt, bis zu dem nächsten auftretenden Umschaltpunkt 31' bei dem nächsten Zyklus entlang der an der Leitung 13 zu erkennenden Wellenform halten kann.
Obwohl die Erfindung mit einem bestimmten Maß an Genauigkeit beschrieben und dargestellt worden ist, ist es verständlich, daß die vorliegende Offenbarung lediglich beispielshaft vorgenommen worden ist, und daß zahlreiche Änderungen in der Kombination und der Anordnung von Teilen durch die Fachleute im Stand der Technik durchgeführt werden können, ohne sich von dem Bereich der beigefügten Ansprüche zu entfernen.

Claims

1. Schaltung in einem Fahrzeugsystem zur Verringerung des Wechselspannungsanteils in einem Ausgang bzw. Ausgangssignal von einem vielphasigen Synchronbzw. Wechselstromgenerator, der eine Synchron- bzw. Wechselstromgeneratorfeldwicklung bzw. -windung und mehrere Statorwicklungen bzw. -windungen (12) hat, wobei das Fahrzeugsystem eine Regelschaltung (24) hat, die einen Ausgang (26) hat, um ein Signal zu der Synchron- bzw. Wechselstromgeneratorfeldwicklung bzw. -windung auszugeben, um den Ausgang des Synchron- bzw. Wechselstromgenerators zu regeln, gekennzeichnet durch:

einen Schalter (20), der in Serie zwischen einer Systembatteriespannung (21) und der Regeischaltung (24) angeschlossen ist;

wobei der Schalter (20) angeschlossen ist, um ein Signal zu empfangen, das durch eine der Statorwicklungen bzw. -windungen (12) erzeugt worden ist, um für einen Augenblick bzw. momentan in Reaktion auf eine Spannungswellenform von der einen der Statorwindungen bzw. -wicklungen bei einer vorbestimmten Phase der Spannung von der einen der Statorwicklungen bzw. -windungen (12) bei einem Leitungsumschaltpunkt unter den Statorwindungen bzw. -wicklungen geschlossen zu werden.

2. Schaltung nach Anspruch 1, in der der Schalter (20) zeitlich gesteuert wird, um geschlossen zu sein, um eine gefaltete Wellenform zum Anlegen an die Regelschaltung (24) zu erzeugen.

3. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, die ferner eine Integrationsschaltung aufweist, urn eine Eingangsspannung zu der Regeischaltung (24) zu integrieren.

4. Schaltung nach Anspruch 3, in der die Integrationseinrichtung die Eingangsspannung während einem festen Teil einer Zeitzyklusperiode der einen der Statorwicklungen bzw. -windungen (12) integriert.

5. Schaltung nach Anspruch 3, in der der Integrator die Eingangsspannung während einer gesamten Zeitzyklusperiode der einen der Statorwicklungen bzw. -windungen (12) integriert.

6. Verfahren zum Verringern des Wechselspannungsanteils in einem Ausgangssignal eines vielphasigen Synchron- bzw. Wechselstromgenerators, der eine Synchron- bzw. Wechselstromgeneratorfeldwicklung bzw. -windung und rnehrere Statorwicklungen bzw. -windungen (12) in einem Fahrzeug hat, das eine Systembatteriespannung (21) und eine Spannungsregelschaltung (24) hat, gekennzeichnet durch:

ein Schalter wird zur Verfügung gestellt, der in Serie zwischen der Systemspannung und der Spannungsregelschaltung angeschlossen ist;

ein Signal wird erzeugt, das anzeigt, wenn die Leitung zwischen einer ersten und einer zweiten der Statorwindungen bzw. wicklungen (12) schaltet bzw. umschaltet;

in Reaktion auf das Signal werden die Systembatteriespannung (21) und die Spannungsregelschaltung (24) verbunden, indem für einen Augenblick bzw. momentan der Schalter bei einer vorbestimmten Phase der Spannung von einer der Statorwicklungen bzw. -windungen des Synchron- bzw. Drehstromgenerators zu einer Zeit geschlossen wird, zu der die Leitung zwischen den Statorwicklungen bzw. -windungen (12) umschaltet; und

wobei der Ausgang des Synchron- bzw. Wechselstromgenerators durch Übergeben eines Ausgangs (26) der Spannungsregelschaltung (24) an die Synchronbzw. Wechselstromgeneratorfe[dwindung bzw. -wicklung geregelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, das ferner aufweist, daß eine Eingangsspannung mit der Spannungsregelschaltung (24) integriert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, das ferner aufweist, daß eine Eingangsspannung mit der Spannungsregelschaltung (24) während eines festen Teils einer gesamten Zeitzyklusdauer von einer der Statorwicklungen bzw. -windungen (12) integriert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, das ferner aufweist, daß eine Eingangsspannung zu der Spannungsregelschaltung (24) während einer gesamten Zeitzyklusdauer von einer der Statorwicklungen bzw. -windungen (12) integriert wird.