JP4327713B2 - 電気機械における制御電子装置に給電するための回路装置 - Google Patents

Description

本発明は独立請求項の上位概念による電気機械の制御電子装置に給電するための回路装置から出発し、殊にバッテリを欠く動作時においても機能する、自動車におけるスタータ・ジェネレータのための給電回路に関する。

従来技術
通常の場合、自動車には２つの電気機械が使用される。すなわち自動車のエンジンによって駆動されて、搭載電源網負荷の給電およびバッテリの充電のための電気的なエネルギを形成するジェネレータと、バッテリからエネルギが供給される電動機として動作し、かつ始動時には自動車のエンジンを必要とされる最小回転数にするスタータとが使用される。しかしながら、スタータ・ジェネレータとして構成されており、エンジン始動も電気的なエネルギの形成も実行する単一の電気機械を有するシステムも公知である。

そのようなスタータ・ジェネレータは例えばフライホイール・スタータ・ジェネレータであるか、クランクシャフト・スタータ・ジェネレータであり、これらはエンジンのクランクシャフトと直接的に接続されている。ここで使用されるスタータ・ジェネレータは、制御整流器ブリッジ、殊にパルス変換器ブリッジを備えたパルス電力変換器を含む電力用電子装置を介して車両バッテリと接続することができるオルタネータである。パルス整流器の制御は制御電子装置を用いて行われる。

電気機械が例えば永久励振型の同期機械であれば、機械が回転すると電圧が形成される。この電圧は電子装置が起動されているか否かに依存しない。このことは同期機械の回転数が相応に高い場合には、許容電圧を超過することになりかねず、スタータ・ジェネレータの電子装置ならびに搭載電源網電子装置が損傷する恐れのある危険が生じる。

スタータ・ジェネレータを備えた車両搭載電源網、ならびにパルス整流器ブリッジを介して車両バッテリと接続することができるそのようなスタータ・ジェネレータを制御するための方法が例えばＤＥ １９７ ３３ ２１２ Ａ１に記載されている。この公知のシステムでは電力変換ブリッジのパルス整流素子は制御電子装置を用いて適切に、ジェネレータ動作時に最適なジェネレータ制御が行われ、したがって最大電力が生じるように制御される。同時にパルス整流素子を適切に制御することによって、始動時に電気機械が電気的なエネルギをバッテリから取り出すことができ、したがって電動機として動作し、車両エンジンを始動回転数へと加速させることができることが保証されている。

車両バッテリは車両の駆動中に損傷する、もしくはバッテリが好適でない状態によって大幅に放電される可能性があるので、このような場合に存在するいわゆるバッテリを欠く動作時には電気機械の電子装置はもはや給電されないという危険が生じる。この場合において、回転する電気機械に接続されているスイッチング素子が短絡している状態では制御電子装置に給電を行うことができる中間回路電圧は存在しない。したがって、制御電子装置に給電が行われなければ、電気機械に接続されているスイッチング素子の短絡が維持されない可能性があるという危険が生じる。その結果、ジェネレータ動作時の電気機械の出力電圧の制御不能な上昇が生じる。このことは電気機械ないしスタータ・ジェネレータの電子装置および搭載電源網自体における損傷を生じかねない。

したがって本発明の課題は、バッテリを欠く動作時に、回転する電気機械に接続されているスイッチング素子が短絡している状態において電気機械、殊にスタータ・ジェネレータの電子装置の給電を保証することにある。この課題は、請求項１に示されている回路装置を用いて解決される。

発明の利点
請求項１の特徴を有する、電気機械、殊にスタータ・ジェネレータの制御電子装置に給電するための本発明による回路装置は、バッテリを欠く動作時に、回転する電気機械に接続されているスイッチング素子が短絡している状態において制御電子装置への電圧供給が保証されるという利点を有する。この利点は、電気機械の位相電流が供給される受動的な変圧回路が使用されることにより達成される。この受動的な変圧回路は付加的に、回路の煩雑性が僅かであるという特別な利点を有し、また極僅かな構成素子しか必要としない。

殊に有利には、原則的に回路に給電するために静止電流は流れず、回路を遮断することができる。このさらなる利点は従属請求項に記載されている措置によって達成される。

図面
本発明の実施例を図面に示し、以下の記述において詳細に説明する。ここで、
図１はロウサイドスイッチが短絡している制御ブリッジを有する電気機械を示し、
図２は電気機械における制御電子装置に給電するための本発明による回路装置を示し、
図３は変圧器の実施形態の一例を示す。

図１には概略的に、電気機械１０のための電圧供給回路が概略的に示されており、この電圧供給回路においては直流電圧が電気機械１０のスイッチング可能なブリッジ１１を介して供給される。スイッチング可能なブリッジは例えば電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）または相応のパルス整流素子などの３つのハイサイドスイッチング素子１２、１３、１４および３つのロウサイドスイッチング素子１５、１６、１７を含み、またアースから離れた側において例えば４２ボルトの電圧が供給される。電気機械１０は通常の場合、制御整流器ブリッジに接続されている。電気機械１０のコイルは図１においては示されていない。

整流器ブリッジのスイッチング素子は制御電子装置１８を用いて適切に制御される。制御電子装置１８に対する電圧供給は通常動作時にはバッテリ１９から、必要に応じて適切な電圧変換器を介して行われる。図１に示されている短絡した場合においてはロウサイドスイッチング素子１５、１６、１７が制御（短絡）されており、これらのロウサイドスイッチング素子１５、１６、１７はアースとの導通接続を形成している。そのようなロウサイドスイッチング素子１５、１６、１７の制御を可能にするためには、ロウサイドスイッチング素子のゲートには、本発明によればバッテリに障害が発生した際に電気機械の位相電流から形成される電圧が印加されていなければならない。この電圧は補助電圧ＶＨとして表されており、通常時には制御電子装置１８から供給される制御電圧ＶＳの箇所においてスイッチング素子１５、１６、１７に供給される。

図２には電気機械において制御電子装置に給電するため、ないし補助電圧ＶＨを形成するための詳細な回路装置が示されており、この回路装置は重要な構成要素として変圧回路２０を有する。電気機械１０は３つの位相コイル２２、２３、２４を含み、この変圧回路２０を介して出力段２１と接続されている。出力段２１は例えば図１の制御ブリッジ１１に相当するが、ここでは電気機械の位相コイルに対して２つのトランジスタＴ１およびＴ２のみが示されている。

２つのトランジスタＴ１とＴ２との間の接続点、すなわち位相端子Ｐｈは変圧器ＵＥを介して相応の位相コイル、例えば電気機械１０の位相コイル２３と接続されている。さらに変圧回路２０は、一次コイルＰおよび二次コイルＳを備えた導電分離されている変圧器ＵＥの他に、ダイオードＤ、コンデンサＣおよびトランジスタＴ３ならびに線形調整器Ｌを有する。

短絡時には、図１によるロウサイドスイッチ１５、１６、１７ないし図２によるトランジスタＴ２は、それぞれのトランジスタのゲートに電圧が印加されるように制御される、すなわち電圧が供給される。このとき該当するトランジスタは導通状態にある。変圧器ＵＥの一次側を介してほぼ正弦波状の電流ＩＰが流れる。これによって変圧器ＵＥの二次側に相応の交流電圧が誘導される。この交流電圧はダイオードＤおよびコンデンサＣを介して整流される。整流された電圧は線形調整器Ｌに供給され、この線形調整器Ｌは電圧を安定化し、出力側において安定化された補助電圧ＶＨを供給する。

通常はターンオンされているトランジスタ（ノーマリオン型トランジスタ）Ｔ３を用いることにより、必要が無い場合、つまり相応の所定の前提条件が存在しない限りは遮断することができ、したがって制止電流は流れない。

変圧器ＵＥは例えばリングコアＲＫとして実施することができる。一次側の位相電流ＩＰはリングコアＲＫの中心孔を通過するよう流れる。二次側ＳのコイルＷはリングコアＲＫに巻かれる。図３は変圧器ＵＥの可能な実施形態である。

ロウサイドスイッチが短絡している制御ブリッジを有する電気機械である。 電気機械における制御電子装置に給電するための本発明による回路装置である。 変圧器の実施形態の一例である。

Claims (9)

1. 位相コイルが制御スイッチを備えた出力段と接続されている電気機械における制御電子装置に給電するための回路装置において、
   前記出力段（２１）と前記電気機械（１０）との間に変圧回路（２０）が設けられており、該変圧回路（２０）には前記電気機械の位相電流（ＩＰ）が供給され、該位相電流（ＩＰ）から補助電圧（ＶＨ）が形成され、該補助電圧（ＶＨ）を所定の条件時に前記出力段（２１）の１つまたは複数の前記ロウサイドスイッチ（１５）、（１６）、（１７）の給電に使用し、前記電気機械（１０）は永久励振型の機械であり、前記出力段（２１）は制御整流器ブリッジであり、前記ロウサイドスイッチは前記補助電圧（ＶＨ）によって、アースとの導通接続が生じるように制御されることを特徴とする、制御電子装置に給電するための回路装置。
2. 前記変圧回路（２０）の変圧器（ＵＥ）の一次側（Ｐ）は、前記電気機械（１０）の位相コイル（２３）と接続されている、請求項１記載の電気機械における制御電子装置に給電するための回路装置。
3. 前記変圧器（ＵＥ）の二次側（Ｓ）は所定の条件時に制御可能なスイッチング素子を用いて接続または遮断可能である、請求項１または２記載の電気機械における制御電子装置に給電するための回路装置。
4. 前記制御可能なスイッチング素子はノーマリオン型トランジスタ（Ｔ３）である、請求項３記載の電気機械における制御電子装置に給電するための回路装置。
5. 前記所定の条件はバッテリの欠陥、または故障、または放電のうちの少なくとも１つを含む、請求項４記載の電気機械における制御電子装置に給電するための回路装置。
6. 前記変圧器（ＵＥ）には線形調整器（Ｌ）が後置接続されており、該線形調整器（Ｌ）には前記二次コイル（Ｓ）の整流された電圧が供給される、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気機械における制御電子装置に給電するための回路装置。
7. 前記変圧器（ＵＥ）の前記二次コイルにはダイオード（Ｄ）およびコンデンサ（Ｃ）が配属されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の電気機械における制御電子装置に給電するための回路装置。
8. 前記変圧器（ＵＥ）はリングコア（ＲＫ）として構成されており、前記位相電流（ＩＰ）は中心孔を通過するよう流れ、前記二次側（Ｓ）のコイル（Ｗ）は前記リングコア（ＲＫ）に巻かれている、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機械における制御電子装置に給電するための回路装置。
9. 前記電気機械（１０）はスタータ・ジェネレータである、請求項１から８までのいずれか１項記載の電気機械における制御電子装置に給電するための回路装置。

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