ITTO20010961A1 - OUTPUT CONTROL UNIT FOR SYNCHRONOUS GENERATOR. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Unità di controllo di uscita per generatore sincrono" DESCRIPTION of the industrial invention entitled: "Output control unit for synchronous generator"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad una unità di controllo in uscita per un motore sincrono e più in particolare a una unità dì controllo in uscita per un motore sincrono adatto per aumentare l'energia generata in una zona di bassi numeri di giri. The present invention relates to an output control unit for a synchronous motor and more particularly to an output control unit for a synchronous motor suitable for increasing the energy generated in a low speed area.
Il generatore per veicoli qui utilizzato è un generatore sincrono trifase e una corrente alternata da esso generata viene rettificata per mezzo di un rettificatore trifase a onda piena da usare per caricare una batteria. In un generatore sincrono trifase descritto nel brevetto giapponese lasciato aperto n. 19194/1997, una corrente con anticipo di fase può passare in bobine di uno statore e un flusso di campo viene aumentato in modo da aumentare una uscita (tensione generata e corrente di uscita chiusa per mezzo della magnetizzazione basata sulla reazione dell'indotto che viene provocata dalla corrente con anticipo di fase. The vehicle generator used here is a three-phase synchronous generator and an alternating current generated by it is rectified by means of a three-phase full-wave rectifier to be used to charge a battery. In a three-phase synchronous generator described in the Japanese patent left open no. 19194/1997, a phase advance current can pass in coils of a stator and a field flux is increased in order to increase an output (voltage generated and output current closed by means of magnetization based on the reaction of the armature which is caused by the phase advance current.
In generale un generatore è provvisto di un regolatore che riduce la tensione di uscita in modo da impedire che l'uscita generata superi un valore prestabilito. La generazione dell'energia elettrica viene arrestata dal funzionamento del regolatore. Quando la generazione della potenza di arresta si verifica una variazione del carico in un motore per cui il numero di giri del motore diventano instabili particolarmente nella zona di basso numero di giri. Inoltre se l'uscita generata è eccessiva l'aumento dell'attrito che ne risulta in una zona di basso numero di giri influenza notevolmente il numero di giri del motore. In general, a generator is equipped with a regulator that reduces the output voltage so as to prevent the generated output from exceeding a predetermined value. Electricity generation is stopped by the operation of the regulator. When the generation of the stopping power there is a variation of the load in an engine whereby the number of revolutions of the motor becomes unstable particularly in the low number of revolutions area. Furthermore, if the output generated is excessive, the resulting increase in friction in an area of low rpm greatly influences the number of revolutions of the engine.
Uno scopo della presente invenzione è quello di fornire una unità dì controllo di uscita per un generatore sincrono la quale sia in grado di aumentare una uscita generata senza rendere instabile il numero di giri di un motore in una zona di bassa numero di giri. An object of the present invention is to provide an output control unit for a synchronous generator which is capable of increasing a generated output without making the rpm of an engine unstable in a low rpm region.
Per raggiungere lo scopo sopra citato, la presente invenzione è in primo luogo caratterizzata da una unità di controllo di uscita per un generatore sincrono che comprende un mezzo per rilevare il numero di giri di un rotore del generatore, un mezzo di attivazione per gli avvolgimenti dello statore che vengono energizzati con ritardo per aumentare l'energia generata dal generatore e un regolatore impiegato per ridurre una tensione di uscita del generatore fino ad una tensione di regolazione nella quale l'energia applicata con ritardo viene applicata quando il numero dei giri del rotore si trova in una zona di basso numero di giri e viene effettuata in modo da controllare la tensione di uscita fino ad un valore prestabilito di controllo della tensione il quale è inferiore alla tensione di regolazione. To achieve the aforementioned object, the present invention is firstly characterized by an output control unit for a synchronous generator which comprises a means for detecting the number of revolutions of a generator rotor, an activation means for the windings of the generator. stator which are energized with delay to increase the energy generated by the generator and a regulator used to reduce an output voltage of the generator to a regulation voltage in which the energy applied with delay is applied when the number of revolutions of the rotor is it is located in an area of low number of revolutions and is carried out in such a way as to control the output voltage up to a predetermined voltage control value which is lower than the regulation voltage.
Secondo questa prima caratteristica l'uscita generata viene aumentata attivando il ritardo gli avvolgimenti dello statore. Dal momento che questa attivazione con ritardo viene effettuata in modo da controllare la tensione di uscita fino a un valore della tensione che viene impostato minore della tensione di regolazione del regolatore, l'energia generata può venire aumentata in modo stabile senza che il regolatore funzioni in una zona di basso numero di giri. According to this first characteristic, the generated output is increased by activating the delay of the stator windings. Since this delayed activation is performed to control the output voltage down to a voltage value that is set lower than the regulator's regulation voltage, the generated energy can be steadily increased without the regulator running in an area of low rpm.
La presente invenzione è secondariamente caratterizzata dal fatto che nell'attivazione con ritardo la tensione di uscita viene controllata fino al valore prestabilito della pressione di controllo modificando l'attivazione e mantenendo una quantità di ritardo di attivazione secondo un valore prestabilito. The present invention is secondarily characterized in that in delayed activation the output voltage is controlled up to the predetermined value of the control pressure by modifying the activation and maintaining an amount of activation delay according to a predetermined value.
La presente invenzione in terzo luogo è caratterizzata dal fatto che il valore di controllo della tensione ha un intervallo prestabilito che la attivazione viene leggermente ridotta quando la tensione di uscita arriva al valore massimo dell'intervallo e viene leggermente aumentata quando la tensione di uscita scende fino ad un valore non superiore ad un valore minimo dell'intervallo. Inoltre la presente invenzione è caratterizzata in quarto luogo dal fatto che l'attività di attivazione viene determinata in relazione al numero dei giri del generatore. The present invention is thirdly characterized by the fact that the voltage control value has a predetermined range that the activation is slightly reduced when the output voltage reaches the maximum value of the range and is slightly increased when the output voltage drops to to a value not exceeding a minimum value of the interval. Furthermore, the present invention is characterized in the fourth place by the fact that the activation activity is determined in relation to the number of revolutions of the generator.
In relazione alle caratteristiche comprese tra la seconda e la quarta poiché il tempo di ritardo è fissato è facile regolare l'energia generata e la precisione della regolazione può venire aumentata. In relation to the characteristics between the second and the fourth, since the delay time is fixed, it is easy to adjust the energy generated and the precision of the adjustment can be increased.
Verrà ora descritta una esecuzione della presente invenzione con riferimento ai disegni. An embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings.
La figura 1 è uno schema a blocchi che mostra le funzioni di parti principali di una unità di controllo di uscita secondo una esecuzione della presente invenzione; Figure 1 is a block diagram showing the functions of main parts of an output control unit according to an embodiment of the present invention;
la figura 2 è una vista -in sezione di un insieme combinato di starter/generatore relativo all'esecuzione; Figure 2 is a sectional view of a combined starter / generator assembly relating to the execution;
la figura 3 è uno schema che mostra l'applicazione principale ad un motore elettrico di un veicolo motorizzato a due ruote che presenta l'unità di controllo di uscita che comprende la presente invenzione; Figure 3 is a diagram showing the main application to an electric motor of a two-wheeled motorized vehicle which has the output control unit comprising the present invention;
la figura 4 mostra la relazione che ha la velocità del motore e la corrente elettrica generata in un controllo dell'attivazione ACG; Figure 4 shows the relationship between the speed of the motor and the electric current generated in an ACG activation control;
la figura 5 mostra una variazione della tensione della batteria in una zona di generazione con potenza con ritardo; figure 5 shows a variation of the battery voltage in a generation zone with delayed power;
la figura 6 è uno schema di flusso che mostra le operazioni svolte dalla unità di controllo di uscita; Figure 6 is a flow chart showing the operations performed by the output control unit;
la figura 7 mostra il tempo che intercorre tra le correnti di fase che passano nelle bobine dello statore e le uscite dei sensori dell'angolo del rotore nel controllo dell’attivazione ACG; e la figura 8 è una tabella che mostra i valori dell'attivazione impiegando la velocità del motore come parametro. Figure 7 shows the time that elapses between the phase currents passing through the stator coils and the outputs of the rotor angle sensors in the ACG activation control; and Figure 8 is a table showing the activation values using the motor speed as a parameter.
La figura 2 è una vista in sezione di uno starter/generatore combinato relativo ad una esecuzione della presente invenzione. Lo starter/generatore combinato (indicati nel seguito con il termine "ACG", indicati in 1 è montato ad esempio su di un motore di un veicolo a due ruote tipo scooter. Il ACG 1 ha uno statore 50 con avvolgimenti trifase (bobine di statori) montati su di esso e un rotore interno 60 collegato ad una parete di estremità di un albero 201 di un motore e adattati in modo da ruotare lungo una periferia esterna dello statore 50. Il rotore esterno 60 ha un involucro 63 del rotore a forma di tazza collegato all'albero motore 201 e magneti 62 che sono disposti su di una superficie della periferia interna dell'involucro 63 del rotore in una direzione circonferenziale di un giogo del rotore. Figure 2 is a sectional view of a combined starter / generator relating to an embodiment of the present invention. The combined starter / generator (indicated below with the term "ACG", indicated in 1 is mounted for example on an engine of a two-wheeled vehicle type scooter. The ACG 1 has a stator 50 with three-phase windings (coils of stators ) mounted thereon and an inner rotor 60 connected to an end wall of a shaft 201 of a motor and adapted to rotate along an outer periphery of the stator 50. The outer rotor 60 has a rotor casing 63 in the shape of a cup connected to the drive shaft 201 and magnets 62 which are disposed on a surface of the inner periphery of the rotor housing 63 in a circumferential direction of a rotor yoke.
Il rotore esterno 60 è montato tramite l'accoppiamento in una periferia interna di una parte 60a di un mozzo su di una parte di estremità anteriore conica dell'albero motore 201 ed è fissato con un bullone 253 che viene inserito attraverso il centro della parte 60a del mozzo in un foro filettato nella parte di estremità dell'albero motore 201. Lo statore 50 che è disposto su di un lato della periferia interna del rotore esterno 60 è fissato ad un basamento 202 del motore con bulloni 279. Inoltre un ventilatore 280 è fissato al rotore esterno 60 con bulloni 246. In posizione adiacente al ventilatore 280 si trova un radiatore 282 il quale è coperto da un coperchio 281. The outer rotor 60 is mounted by coupling in an inner periphery of a part 60a of a hub on a conical front end part of the drive shaft 201 and is secured with a bolt 253 which is inserted through the center of the part 60a of the hub into a threaded hole in the end portion of the drive shaft 201. The stator 50 which is disposed on one side of the inner periphery of the outer rotor 60 is fixed to a crankcase 202 of the motor with bolts 279. Furthermore, a fan 280 is fixed to the external rotor 60 with bolts 246. In a position adjacent to the fan 280 there is a radiator 282 which is covered by a cover 281.
Un involucro 28 per un sensore è montato in una zona periferica interna dello statore 50. All'interno dell'involucro 28 del sensore sono disposti sensori dell'angolo del rotore (sensori con poli magnetici) 29 e un sensore pulsante (sensore pulsante di accensione) 30 situati a distanze uguali lungo una periferia esterna di una borchia del rotore esterno 60. I sensori 29 dell'angolo del rotore vengono impiegati per attivare il controllo delle bobine dello statore del ACG 1 e tre di tali sensori 29 degli angoli del rotore sono disposti in modo corrispondenti alle fasi U, V e W rispettivamente dell'ACG. D'altra parte l'elemento pulsante 30 di accensione serve per comandare l'accensione del motore e viene impiegato soltanto un tale tipo di elemento pulsante 30 di accensione. I sensori 29 dell'angolo del rotore e l'elemento pulsante 30 di accensione possono essere formati ciascuno da un elemento Hall IC o da un elemento come riluttan-za magnetica (MR). Fili di conduzione dei sensori 29 dell'angolo del rotore e dell'elemento pulsante 30 di accensione sono collegati ad un substrato 31 e ad un gruppo di fili 32 che è collegato al substrato 31. Un anello magnetico 33 è montato su di una periferia esterna della borchia 60a del rotore esterno 60 e l'anello magnetico 33 viene magnetizzato in due stadi in modo da esercitare una azione magnetica su ciascuno dei sensori 29 dell'angolo del rotore e dell'elemento pulsante 30 di accensione. A housing 28 for a sensor is mounted in an internal peripheral zone of the stator 50. Inside the sensor housing 28 there are rotor angle sensors (sensors with magnetic poles) 29 and a pulsating sensor (ignition button sensor ) 30 located at equal distances along an outer periphery of an outer rotor boss 60. The rotor angle sensors 29 are used to activate the control of the ACG 1 stator coils and three such rotor angle sensors 29 are arranged in a manner corresponding to the phases U, V and W respectively of the ACG. On the other hand, the ignition button 30 serves to control the ignition of the engine and only such a type of ignition button 30 is used. The rotor angle sensors 29 and the firing button 30 may each be formed of a Hall element IC or an element such as magnetic reluctance (MR). Conducting wires of the sensors 29 of the angle of the rotor and of the firing button 30 are connected to a substrate 31 and to a group of wires 32 which is connected to the substrate 31. A magnetic ring 33 is mounted on an external periphery of the boss 60a of the external rotor 60 and the magnetic ring 33 is magnetized in two stages so as to exert a magnetic action on each of the sensors 29 of the rotor angle and of the ignition pulsating element 30.
In una zona magnetizzata dell'anello magnetico 33 corrispondente ai sensori 29 dell'angolo del rotore sono formati poli N e S situati alternativamente a intervalli di 30° in senso circonferenziale e corrispondenti ai poli magnetici dello statore 50. Nell'altra zona magnetizzata dell'anello magnetico 33 che corrisponde all'elemento pulsante 30 di accensione si forma una parte magnetizzata in senso circonferenziale entro un intervallo compreso tra 15° e 40°. In a magnetized zone of the magnetic ring 33 corresponding to the sensors 29 of the angle of the rotor, poles N and S are formed, located alternately at intervals of 30 ° in the circumferential direction and corresponding to the magnetic poles of the stator 50. In the other magnetized zone of the magnetic ring 33 which corresponds to the ignition pulsating element 30, a circumferentially magnetized part is formed within an interval comprised between 15 ° and 40 °.
Il ACG 1 formato come sopra funziona come motore sincrono al momento dell’avviamento e viene trascinato da una corrente elettrica alimentata da una batteria la quale provoca la rotazione dell’albero 201 del rotore e quindi produce l'avviamento del rotore. Dopo 1'avvenuto avviamento del rotore il ACG 1 funziona come un generatore sincrono, carica la batteria con una corrente elettrica generata e fornisce la corrente elettrica a vari dispositivi elettrici. The ACG 1 formed as above works as a synchronous motor at the time of starting and is driven by an electric current powered by a battery which causes the rotation of the shaft 201 of the rotor and therefore produces the starting of the rotor. After the rotor has been started, the ACG 1 operates as a synchronous generator, charges the battery with a generated electric current and supplies the electric current to various electric devices.
La figura 3 è uno schema che mostra un impianto elettrico fondamentale installato in un veicolo a motore su due ruote e che presenta una unità di controllo di uscita per il ACG 1. Nella stessa figura viene impiegato un ECU (unità di controllo elettrica) 3 con un rettificatore 4 a onda piena per rettificare una corrente alternata trifase generata nel ACG 1 ed un regolatore 5 per ridurre una uscita del rettificatore 4 a onda piena fino ad una tensione di regolazione prestabilita (tensione di funzionamento del regolatore: ad esempio 14,5 V). Il ECU 3 è inoltre provvisto di un elemento di controllo 6 di generazione di potenza il quale esegue il controllo per aumentare energia generata quando il numero dei giri del motore si trova in una zona di numeri di giri bassa prestabilita ("zona di controllo della generazione di potenza" chiamata nel seguito). L'elemento di controllo 6 della generazione di potenza viene impiegato con l'aggiunta della funzione di un CPU. I sensori 29 dell'angolo del rotore e l'elemento pulsante 30 di accensione sono anch'essi collegati al ECU 3 e i loro segnali rilevati sono introdotti nel ECU 3. Figure 3 is a schematic showing a basic electrical system installed in a two wheel motor vehicle and featuring an output control unit for the ACG 1. In the same figure an ECU (electrical control unit) 3 is employed with a full-wave rectifier 4 to rectify a three-phase alternating current generated in the ACG 1 and a regulator 5 to reduce an output of the full-wave rectifier 4 to a predetermined regulation voltage (regulator operating voltage: for example 14.5 V ). The ECU 3 is also provided with a power generation control element 6 which performs the control to increase the energy generated when the engine rpm is in a predetermined low rpm zone ("generation control zone of power "called hereafter). The power generation control element 6 is used with the addition of the function of a CPU. The rotor angle sensors 29 and the ignition button 30 are also connected to the ECU 3 and their detected signals are introduced into the ECU 3.
Una bobina di accensione 21 è collegata al ECU 3 ed una candela di accensione 22 è collegata ad un lato secondario della bobina di accensione 21. Al ECU 3 è anche collegato un sensore 23 della valvola, un sensore 24 del combustibile, un interruttore 25 per il sedile, un interruttore 26 del funzionamento in folle e un sensore 27 della temperatura dell'acqua di raffreddamento e i loro segnali rilevati vengono introdotti nel ECU 3. An ignition coil 21 is connected to the ECU 3 and a spark plug 22 is connected to a secondary side of the ignition coil 21. Also connected to the ECU 3 is a valve sensor 23, a fuel sensor 24, a switch 25 for the seat, a neutral operation switch 26 and a cooling water temperature sensor 27 and their detected signals are introduced into the ECU 3.
E' anche collegato al ECU 3 un relè di avviamento 34, un interruttore di avviamento 35, interruttori di arresto 36 e 37 e un indicatore di arresto temporaneo 38, un indicatore di livello combustibile 39, un sensore di velocità 40, un dispositivo di avviamento automatico 41 e un proiettore 42. Un interruttore 43 per una luce smorzata è disposto nel proiettore 42. Also connected to the ECU 3 are a starter relay 34, a starter switch 35, stop switches 36 and 37 and a temporary stop indicator 38, a fuel level indicator 39, a speed sensor 40, a starter device 41 and a headlamp 42. A switch 43 for a dimmed light is disposed in the headlamp 42.
Una corrente elettrica viene alimentata alle diverse parti di cui sopra proveniente da una batteria 2 mediante un fusibile principale 44 e un interruttore principale 45. La batteria 2 è collegata direttamente al ECU 3 tramite un relè di avviamento 34 e ha un circuito per mezzo del quale essa è collegata al ECU 3 tramite un fusibile principale 44 solamente senza passare per l'interruttore principale 45. An electric current is supplied to the different parts mentioned above coming from a battery 2 by means of a main fuse 44 and a main switch 45. The battery 2 is connected directly to the ECU 3 via a starting relay 34 and has a circuit by means of which it is connected to the ECU 3 by means of a main fuse 44 only without passing through the main switch 45.
L'elemento di controllo 6 di generazione della potenza oltre alla funzione ordinaria di controllare l'energia generata (tensione chiusa) ha la funzione di attivare con ritardo le bobine dello statore nelle tre fasi ACG1 dalla batteria 2 per aumentare l'energia generata ("controllo di attivazione dell'ACG" indicato nel seguito). Il termine "attivazione con ritardo" significa che si esegue un ritardo corrispondente ad un angolo elettrico prestabilito da un segnale di rilevazione ottenuto da uno qualsiasi dei sensori 29 dell'angolo del rotore nel momento in cui una polarità cambia in una zona magnetizzata dell'anello magnetico 33 e di attivare le bobine dello statore. Tuttavia, per impedire una rotazione instabile del rotore a causa di una brusca variazione del carico del motore che viene indotto dal funzionamento del regolatore in una zona di basso numero di giri, si esegue un controllo per cui una tensione di uscita - (tensione della batteria) del rettificatore 4 a onda piena si trova all'interno di un intervallo di tensione prestabilito che non supera quello della tensione di regolazione. In addition to the ordinary function of controlling the generated energy (closed voltage), the power generation control element 6 has the function of delaying the stator coils in the three phases ACG1 from battery 2 to increase the generated energy (" ACG activation control "indicated below). The term "delayed activation" means that a delay is performed corresponding to a predetermined electrical angle by a detection signal obtained from any of the rotor angle sensors 29 when a polarity changes in a magnetized area of the ring magnetic 33 and to activate the stator coils. However, in order to prevent unstable rotation of the rotor due to a sudden change in the motor load which is induced by the operation of the regulator in a low speed area, a check is carried out for which an output voltage - (battery voltage ) of the full wave rectifier 4 is within a predetermined voltage range which does not exceed that of the regulation voltage.
La figura 4 mostra una relazione tra la velocità del motore e una corrente elettrica generata rilevata quando viene effettuato il controllo dell'attivazione ACG. Nella stessa figura un intervallo di velocità del rotore compreso tra 1000 e 3500 giri al minuto viene impostato come un intervallo di controllo della generazione di potenza. In una tale zona con basso numero di giri una corrente elettrica generata (uscita ACG) del ACG 1 ottenuta con il metodo di controllo tradizionale è molto ridotta. Quindi la corrente elettrica generata viene aumentata tramite il controllo di attivazione del ACG nell'intervallo di controllo della generazione della potenza. Questo incremento viene chiamato "attivazione con ritardo" ed è indicato con una linea tratteggiata nella figura. Realizzando il controllo in modo che l'energia generata corrisponda ad una normale corrente di carico è possibile garantire che una energia generata corrisponde ad una quantità di corrente consumata anche nella zona con basso numero di giri. Figure 4 shows a relationship between motor speed and a generated electrical current detected when the ACG activation check is performed. In the same figure, a rotor speed range between 1000 and 3500 rpm is set as a power generation control range. In such an area with a low number of revolutions, an electric current generated (ACG output) of the ACG 1 obtained with the traditional control method is very small. Then the generated electric current is increased by the activation control of the ACG in the power generation control range. This increment is called "delayed activation" and is indicated with a dashed line in the figure. By making the control so that the energy generated corresponds to a normal load current, it is possible to guarantee that a generated energy corresponds to a quantity of current consumed even in the area with a low number of revolutions.
La figura 5 mostra in che modo la tensione della batteria cambia in una zona di generazione di potenza con ritardo. Nella stessa figura, la tensione VD della batteria è controllata in un intervallo di tensione di controllo del ACG che è definito sia da un valore massimo VMax della tensione di controllo impostato al di sotto della tensione di regolazione (14,5 V) sia di un valore minimo della tensione di controllo VMin. Più in particolare una quantità di attivazione con ritardo per le bobine dello statore viene fissata (ad esempio pari a 60° in termini di un angolo elettrico) e l'attivazione del rettificatore 4 a onda piena viene aumentata o diminuita in modo da controllare la tensione VB della batteria secondo un valore che rientra al di sotto dell'intervallo della tensione di controllo del ACG. Più in particolare, quando la tensione VB della batteria arriva al valore massimo VMax della tensione di controllo si riduce l'attivazione secondo un valore molto ridotto prestabilito (ad esempio pari a 1%) mentre quando la tensione VB della batteria scende fino al valore minimo VMìn della tensione di controllo si aumenta l'attivazione secondo lo stesso valore molto ridotto indicato sopra. Figure 5 shows how the battery voltage changes in a delayed power generation zone. In the same figure, the battery voltage VD is controlled in a control voltage range of the ACG which is defined by both a maximum value VMax of the control voltage set below the regulation voltage (14.5 V) and a minimum value of the control voltage VMin. More specifically a delayed activation amount for the stator coils is set (e.g. equal to 60 ° in terms of an electrical angle) and the activation of the full wave rectifier 4 is increased or decreased so as to control the voltage. VB of the battery according to a value that is below the ACG control voltage range. More specifically, when the battery voltage VB reaches the maximum value VMax of the control voltage, activation is reduced according to a very small predetermined value (for example equal to 1%) while when the battery voltage VB drops to the minimum value VMìn of the control voltage the activation is increased according to the same very small value indicated above.
La Figura 1 è uno schema a blocchi che mostra le funzioni delle parti principali della unità di controllo di attivazione del ACG. Figure 1 is a block diagram showing the functions of the main parts of the ACG activation control unit.
Nella stessa figura, il rettificatore 4 a onda piena è provvisto dì FET (elementi di commutazione genericamente solidi) 4a, 4b, 4c, 4d, 4e e 4f che sono collegati alle bobine 1U, IV e 1W dello statore del AGC 1. Nel momento in cui il motore viene avviato i FET da 4a a 4f sono azionati da un comando 46 in modo da comandare il ACG 1 come un motore sincrono e questo produce la rotazione dell'albero 201 del rotore, mentre dopo l'avviamento del motore il rotore esterno viceversa viene trascinato dal motore e funziona come un motore sincrono per cui la corrente alternata generata viene rettificata dai FET da 4a a 4f e la corrente risultante viene alimentata alla batteria 2 e ad un carico elettrico applicato 47. Durante la generazione della potenza a seguito del funzionamento del motore e in particolare nella zona di basso numero di giri del motore i FET da 4a a 4f sono inoltre controllati dal comando 46 in modo che l'attivazione con ritardo sulle bobine dello statore viene effettuata in conformità con la presente invenzione e quindi aumenta l'energia generata. Per quanto riguarda il controllo dell'attivazione con ritardo esso verrà descritto nel seguito con riferimento alla Figura 7. In the same figure, the full wave rectifier 4 is provided with FETs (generically solid switching elements) 4a, 4b, 4c, 4d, 4e and 4f which are connected to the coils 1U, IV and 1W of the stator of the AGC 1. At the moment in which the motor is started the FETs 4a to 4f are actuated by a command 46 so as to drive the ACG 1 as a synchronous motor and this produces the rotation of the shaft 201 of the rotor, while after starting the motor the rotor vice versa, it is driven by the motor and works as a synchronous motor so that the alternating current generated is rectified by the FETs from 4a to 4f and the resulting current is fed to the battery 2 and to an applied electrical load 47. During the generation of the power following of the motor operation and in particular in the area of low number of revolutions of the motor, the FETs from 4a to 4f are also controlled by the command 46 so that the activation with delay on the stator coils is carried out in accordance with with the present invention and thus increases the energy generated. As regards the delayed activation control, it will be described below with reference to Figure 7.
Una unità 48 di rilevazione della velocità del motore rileva una velocità del motore sulla base ad esempio di un segnale di rilevazione ricavato dall'elemento pulsante 30 di accensione o un segnale di frequenza di una tensione generata e fornisce un comando con ritardo al comando 46 se la velocità del motore rilevata rientra in un intervallo prestabilito di controllo della generazione della potenza. In risposta a questo comando di ritardo il comando 46 rileva mediante lettura una quantità di ritardo di attivazione prestabilita da una unità 49 di regolazione di questa quantità e attiva con ritardo le bobine dello statore. L'entità dell'attivazione viene rilevata mediante lettura dall'unità 51 di regolazione e viene alimentata al comando 46. Il comando 46 rileva un segnale di rilevazione del polo magnetico fornito da ciascun sensore 29 dell’angolo del rotore ossia un segnale che aumenta ogni volta che il sensore 39 rileva una parte della zona magnetizzata nell'anello magnetico 33 formato in corrispondenza ai poli magnetici del rotore esterno 60. Poi il comando 46 esegue un ritardo corrispondente alla quantità del ritardo di attivazione dal momento in cui il segnale aumenta ed emette un segnale di controllo PWM ai FET 4a-4f. An engine speed detection unit 48 detects an engine speed based, for example, on a detection signal obtained from the ignition button 30 or a frequency signal of a generated voltage and provides a delayed command to the command 46 if the detected engine speed is within a predetermined power generation control range. In response to this delay command, the command 46 detects by reading an amount of activation delay predetermined by a unit 49 for adjusting this amount and activates the stator coils with delay. The extent of the activation is detected by reading from the adjustment unit 51 and is fed to the command 46. The command 46 detects a magnetic pole detection signal supplied by each rotor angle sensor 29, i.e. a signal which increases every once the sensor 39 detects a part of the magnetized area in the magnetic ring 33 formed in correspondence with the magnetic poles of the external rotor 60. Then the command 46 executes a delay corresponding to the amount of the activation delay from the moment in which the signal increases and emits a PWM control signal to the FETs 4a-4f.
Una unità 52 di rilevazione della tensione della batteria confronta la tensione della batteria Vb con il valore massimo VMax della tensione di controllo e con il valore minimo VMin della tensione di controllo i quali definiscono entrambi l'intervallo delle tensioni di controllo e sulla base del risultato del confronto aumenta o diminuisce l'entità dell'attivazione impostata nella relativa unità di regolazione 51 in modo che la tensione Vb della batteria scende al di sotto dell'intervallo di controllo sopra indicato. A battery voltage detection unit 52 compares the battery voltage Vb with the maximum value VMax of the control voltage and with the minimum value VMin of the control voltage which both define the range of the control voltages and on the basis of the result of the comparison increases or decreases the amount of activation set in the relative adjustment unit 51 so that the battery voltage Vb falls below the control interval indicated above.
La figura 6 è uno schema del flusso che mostra le operazioni eseguite dall'unità di controllo di uscita descritta in precedenza. Nella stessa figura si giudica nell'operazione SI se la velocità del motore rientra o meno nella zona di controllo della generazione di potenza. Come è stato indicato in precedenza, la zona di controllo della generazione di potenza viene impostata ad esempio entro un intervallo compreso tra 1000 e 3500 giri al minuto. Se la velocità del motore si trova nella zona di controllo della generazione di potenza il flusso del processo avanza fino all'operazione S2 nella quale viene effettuato un controllo per vedere se è stato impostato (= 1) una bandierina FACG che indica che la velocità del motore rientra nella zona di controllo della generazione di potenza. Se la risposta è negativa il flusso avanza fino alla operazione S3 per impostare la bandierina FACG (impostata in "1"). Quando è stata impostata la bandiera FACG il flusso procede fino all'operazione S4 nella quale un valore del ritardo di attivazione ACGAGL viene impostato secondo un valore prestabilito ACGAGL. Il valore prestabilito ACGAGL può venire impostato secondo un valore adatto in anticipo, ad esempio con un anticipo di 60° in relazione ad un angolo elettrico di questa esecuzione. Nella operazione S5 seguente si imposta un valore dell'attivazione ACDUTY secondo un valore iniziale ACDUTY. Il valore iniziale ACDUTY può anch'esso venire impostato secondo un valore appropriato in anticipo ad esempio secondo 40% in questa esecuzione. Se le operazioni delle fasi da S3 a S5 sono terminate il flusso avanza fino all'operazione S7. Figure 6 is a flow chart showing the operations performed by the output control unit described above. In the same figure it is judged in the SI operation whether the motor speed falls within the power generation control zone or not. As indicated above, the power generation control zone is set, for example, within a range of between 1000 and 3500 revolutions per minute. If the motor speed is in the power generation control zone the process flow advances to operation S2 where a check is made to see if a flag FACG has been set (= 1) indicating that the speed of the engine falls within the power generation control zone. If the answer is negative, the flow advances to operation S3 to set the FACG flag (set to "1"). When the FACG flag has been set, the flow proceeds up to the S4 operation in which a value of the ACGAGL activation delay is set according to a pre-established ACGAGL value. The ACGAGL preset value can be set according to a suitable value in advance, for example with an advance of 60 ° in relation to an electrical angle of this execution. In the following S5 operation, an ACDUTY activation value is set according to an initial ACDUTY value. The initial ACDUTY value can also be set to an appropriate value in advance such as 40% in this run. If the operations of phases S3 to S5 are finished, the flow advances to the S7 instruction.
Inoltre, se la risposta nella operazione S2 è affermativa le operazioni da S3 a S5 vengono saltate e il flusso avanza fino all'operazione S7 inoltre se la velocità del motore non rientra nella zona di controllo della generazione di potenza si imposta nuovamente la bandierina FACG (= 0) nella operazione S6 e poi il flusso avanza fino all'operazione S7. Furthermore, if the answer in the S2 operation is affirmative, the operations from S3 to S5 are skipped and the flow advances to the S7 operation also if the motor speed is outside the power generation control zone the FACG flag is set again ( = 0) in instruction S6 and then the flow advances to instruction S7.
Nella operazione S7 si fa un controllo per vedere se la bandierina FACG è impostata o no. se la bandierina FACG è impostata (= 1), si giudica nella operazione S8 se la tensione Vb della batteria non è inferiore alla tensione al valore massimo VMax della tensione di controllo. Il valore massimo VMax della tensione di controllo viene impostato secondo un valore inferiore a quello della tensione di regolazione ad esempio di 13,5 V. Se la risposta nella operazione S8 è negativa il flusso avanza fino all'operazione S9 nella quale si esegue un controllo per vedere se la tensione Vb della batteria non è maggiore al valore minimo VMin della tensione di controllo il quale valore è impostato ad esempio su 13,0 V. Se la risposta nell'operazione S9 è negativa si giudica che la tensione della batteria rientra nell'intervallo di tensione di attivazione del ACG che viene impostato minore della tensione di regolazione del regolatore. Poi il flusso avanza fino all'operazione SIO nel quale si esegue il controllo dell'attivazione del ACG in conformità con la quantità ACGAGL del ritardo di attivazione e ACDUTY dell'entità dell'attivazione. In S7 operation a check is made to see if the FACG flag is set or not. if the flag FACG is set (= 1), it is judged in operation S8 whether the voltage Vb of the battery is not lower than the voltage at the maximum value VMax of the control voltage. The maximum value VMax of the control voltage is set according to a value lower than that of the regulation voltage, for example 13.5 V. If the response in the S8 operation is negative, the flow advances up to the S9 operation in which a check is carried out. to see if the battery voltage Vb is not greater than the minimum value VMin of the control voltage which value is set for example to 13.0 V. If the response in the S9 operation is negative, it is judged that the battery voltage falls within the 'ACG activation voltage range that is set lower than the regulator regulation voltage. Then the flow advances to the SIO operation in which the ACG activation control is performed in accordance with the ACGAGL amount of the activation delay and ACDUTY of the activation entity.
Se si giudica nell'operazione S8 che la tensione Vb della batteria non è inferiore al valore massimo VMax della tensione di controllo, il flusso avanza fino all'operazione SII nella quale il valore ACDUTY dell'attivazione viene ridotto secondo un valore molto piccolo DDUTY il quale valore è pari ad esempio a 1%. Se si giudica nell'operazione S9 che la tensione Vb della batteria non è superiore al valore minimo VMin della tensione di controllo il flusso avanza fino all'operazione S12 nella quale il valore ACDUTY della attivazione viene aumentato secondo il valore molto piccolo DDUTY. Dopo aver eseguito le operazioni SII e S12 il flusso avanza fino alla operazione SIO. Il valore molto ridotto DDUTY usato per aumentare il valore ACDUTY di attivazione e che è stato usato per ridurre il valore ACDUTY non devono essere sempre uguali l'uno all'altro. Il valore molto piccolo DDUTY può venire cambiato in proporzione alla differenza tra il valore massimo o minimo VMax o VMin della tensione di controllo e il valore attuale. If it is judged in operation S8 that the battery voltage Vb is not less than the maximum value VMax of the control voltage, the flow advances up to operation SII in which the ACDUTY value of the activation is reduced according to a very small value DDUTY the which value is for example 1%. If it is judged in operation S9 that the battery voltage Vb is not higher than the minimum value VMin of the control voltage, the flow advances up to operation S12 in which the ACDUTY value of the activation is increased according to the very small value DDUTY. After performing the SII and S12 operations, the flow advances to the SIO operation. The very small DDUTY value used to increase the activation ACDUTY value and which was used to reduce the ACDUTY value need not always be the same as each other. The very small value DDUTY can be changed in proportion to the difference between the maximum or minimum value VMax or VMin of the control voltage and the actual value.
D'altra parte se la bandierina FCG non è impostata (= 0) nella operazione S7 dal momento che la velocità del motore non rientra nella zona di controllo della generazione di potenza, il flusso avanza fino all'operazione S13 in modo da arrestare il controllo di attivazione del ACG. On the other hand if the flag FCG is not set (= 0) in the S7 operation since the motor speed is outside the power generation control zone, the flow advances to the S13 operation so as to stop the control activation of the ACG.
La Figura 7 mostra una relazione temporale tra le correnti elettriche (correnti di fase) che passano nelle tre fasi delle bobine dello statore nel controllo dell'attivazione ACG e le uscite dei sensori 29 dell'angolo del rotore. Come è illustrata nella stessa figura in una condizione normale nella quale non viene effettuato il controllo dell'attivazione con ritardo una corrente elettrica viene alimentata a ciascuna delle fasi U, V e W delle bobine dello statore in risposta alle variazioni positive-negative (NS) delle uscite rilevate fornite dai sensori 29 dell’angolo del rotore. D'altra parte nel caso in cui si effettua il controllo di attivazione con ritardo una corrente elettrica viene alimentata a ciascuna delle fasi U, V e W delle bobine dello statore con un ritardo che corrisponde ad una quantità di ritardo prestabilita d (= 60°) dal momento in cui si verifica una variazione positiva-negativa (NS) nella uscita rilevata fornita da ciascun sensore 29 dell’angolo del rotore. Nella figura 7 si ha un angolo di ritardo R risultante dalla interruzione dell'attivazione e pari a 180° ma esso può venire determinato all'interno di 180° dall'attività di attivazione alimentata all'unità di regolazione 51 al comando 46. Figure 7 shows a time relationship between the electrical currents (phase currents) passing in the three phases of the stator coils in the ACG activation control and the outputs of the rotor angle sensors 29. As illustrated in the same figure in a normal condition in which the delayed activation control is not carried out an electric current is supplied to each of the U, V and W phases of the stator coils in response to positive-negative (NS) variations. of the sensed outputs provided by the rotor angle sensors 29. On the other hand, in the case in which the activation control with delay is carried out, an electric current is supplied to each of the phases U, V and W of the stator coils with a delay corresponding to a predetermined amount of delay d (= 60 ° ) from the moment in which a positive-negative variation (NS) occurs in the detected output supplied by each sensor 29 of the angle of the rotor. In figure 7 there is a delay angle R resulting from the interruption of the activation and equal to 180 ° but it can be determined within 180 ° by the activation activity supplied to the regulating unit 51 to the command 46.
La figura 8 è una tabella che indica i valori dell'attivazione nella quale sono riportati la velocità del motore ossia il numero dei giri del generatore a guisa di parametro. Una attivazione viene determinata in conformità con una velocità rilevata del motore e con riferimento alla Figura 8. Figure 8 is a table indicating the activation values in which the engine speed or the number of revolutions of the generator are reported as a parameter. An activation is determined in accordance with a detected engine speed and with reference to Figure 8.
Nella esecuzione di cui sopra viene impiegato un sistema con un rotore esterno e un rotore interno nei quali magneti permanenti impiegati come elementi magnetici che generano il flusso del campo sono disposti nel rotore esterno. Tuttavia la presente invenzione si può anche applicare a un generatore nel quale gli elementi magnetici che generano il flusso del campo sono disposti in un rotore interno oppure un generatore che impiega elettromagneti quali elementi magnetici di generazione del flusso del campo. Inoltre senza impiegare un valore fisso per la quantità ACGADL del ritardo di attivazione si può effettuare un controllo proporzionale differenziale o integrale oppure una combinazione di questi in conformità con un procedimento di controllo tradizionale con feedback negativo. In the above embodiment, a system with an external rotor and an internal rotor is employed in which permanent magnets used as magnetic elements that generate the flux of the field are arranged in the external rotor. However, the present invention can also be applied to a generator in which the magnetic elements which generate the flux of the field are arranged in an internal rotor or a generator which uses electromagnets as magnetic elements for generating the flux of the field. Furthermore, without using a fixed value for the ACGADL amount of the activation delay, a proportional differential or integral control or a combination of these can be carried out in accordance with a conventional control method with negative feedback.
Come risulta chiaro dalla descrizione di cui sopra in conformità con l'invenzione definita nelle rivendicazioni da 1 a 3 è possibile aumentare stabilmente l'energia generata senza il funzionamento di un normale tipo di regolatore di tensione in una zona con basso numero di giri. Di conseguenza, quando l'invenzione viene applicata ad un generatore impiegato in un veicolo nel quale un rotore è trascinato da un motore è possibile ridurre la variazione del carico del motore ad esempio durante la condizione in folle e quindi si può ridurre al minimo la variazione del numero di giri del motore e stabilizzare la funzione al minimo. Secondo l'invenzione definita nelle rivendicazioni da 2 a 4 dal momento che il tempo del ritardo è fissato ad un valore prestabilito è possibile regolare agevolmente l'energia generata con una semplice configurazione ed è possibile migliorare la precisione della regolazione. As is clear from the above description in accordance with the invention defined in claims 1 to 3, it is possible to stably increase the energy generated without the operation of a normal type of voltage regulator in a low-speed zone. Consequently, when the invention is applied to a generator used in a vehicle in which a rotor is driven by an engine, it is possible to reduce the variation of the engine load for example during the neutral condition and therefore the variation can be minimized. of the number of revolutions of the engine and stabilize the function at idle. According to the invention defined in claims 2 to 4, since the delay time is fixed at a predetermined value, it is possible to easily regulate the energy generated with a simple configuration and it is possible to improve the precision of the regulation.
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