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Dokumentenidentifikation DE102006017008A1 12.04.2007
Titel Steuervorrichtung für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator
Anmelder Mitsubishi Denki K.K., Tokyo, JP
Erfinder Nishimura, Shinji, Tokyo/Tokio, JP;
Miyaji, Wakaki, Tokyo/Tokio, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Anmeldedatum 11.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006017008
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse H02P 9/10(2006.01)A, F, I, 20060411, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02P 9/48(2006.01)A, L, I, 20060411, B, H, DE   
Zusammenfassung Bei einer Steuervorrichtung für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator können ihre Zuverlässigkeit verbessert und ihre Kosten reduziert werden, indem sie einen einen Feldstrom einer Rotorspule mit einer einfachen Schaltung dämpft. Die Vorrichtung enthält eine Ankerspule, eine Gleichrichterschaltung, eine Rotorspule und eine Spannungssteuerschaltung. Die Gleichrichterschaltung hat einen Wechselstrom-Eingangsanschluss, einen positiven und einen negativen Ausgangsanschluss. Die Spannungssteuerschaltung steuert eine Erzeugungsspannung derart, dass sie im Wesentlichen konstant ist, indem sie einen Feldstrom unterbricht, wenn eine Erzeugungsspannung eine erste vorbestimmte Spannung übersteigt, während sie den Feldstrom durchlässt, wenn die Erzeugungsspannung gleich der oder niedriger als die erste vorbestimmte Spannung ist. Eine Zirkulationsschaltung mit einer Diode und einem Stromdämpfungselement dient zum Zirkulieren des Feldstroms auf seine Unterbrechung hin. Eine Kurzschlussschaltung schließt das Stromdämpfungselement kurz. Eine Kurzschluss-Steuerschaltung öffnet die Kurzschlussschaltung, wenn die Erzeugungsspannung eine zweite vorbestimmte Spannung übersteigt.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator und insbesondere eine neue Technik zum Erreichen einer verbesserten Zuverlässigkeit und einer Kostenreduzierung.

Eine bekannte Steuervorrichtung für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator arbeitet, um den Wechselstromgenerator derart zu schalten, dass er mit einer Schaltung verbunden wird, die aufgrund eines Feldstroms Energie verbraucht, und zwar durch die Verwendung eines Widerstands, einer Diode, etc., um den Feldstrom schnell zu reduzieren (siehe beispielsweise ein erstes Patentdokument (offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2003-174799)).

Bei einer solchen bekannten Steuervorrichtung für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator werden eine erste Dämpfungsschaltung und eine zweite nicht dämpfende Schaltung durch die Verwendung zweier Schalter umgeschaltet von einer zur anderen, was in einem derartigen Problem resultiert, dass die Struktur der Steuervorrichtung kompliziert und teuer wird.

Zusätzlich gibt es deshalb, weil die erste und die zweite Schaltung jeweils Dioden haben, ein weiteres derartiges Problem, dass die Anzahl von Komponententeilen bzw. Bauelementen erhöht wird, was die Steuervorrichtung noch teurer macht.

Darüber hinaus wird es dann, wenn die zwei Schalter gleichzeitig ausgeschaltet werden, eine derartige Möglichkeit geben, dass die Steuervorrichtung durch eine Überspannung zerstört werden könnte, so dass es ein weiteres derartiges Problem gibt, das eine zusätzliche Schaltung erforderlich ist, um dies zu vermeiden, was die Struktur der Steuervorrichtung noch komplizierter macht.

Demgemäß soll die vorliegende Erfindung die verschiedenen Probleme lösen, die oben angegeben sind, und hat als ihre Aufgabe, eine Steuervorrichtung für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator zu erhalten, der eine Verbesserung bezüglich der Zuverlässigkeit und der Reduzierung bezüglich der Kosten erreichen kann, indem es möglich gemacht wird, einen Feldstrom einer Rotorspule mit der Verwendung einer einfachen Schaltung zu dämpfen.

Unter Berücksichtigung der obigen Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Steuervorrichtung für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator zur Verfügung gestellt, wobei der Fahrzeug-Wechselstromgenerator folgendes enthält: eine Ankerspule, die um einen Statorkern gewickelt ist, eine Gleichrichterschaltung, die mit der Ankerspule verbunden ist, einen Rotor, der auf eine derartige Weise angeordnet ist, dass er sich relativ zu der Ankerspule dreht, eine Rotorspule zum Erregen eines Magnetpols des Rotors zu einer N-Polarität und einer S-Polarität und eine Spannungssteuerschaltung, die eine Energieerzeugungsspannung, die von der Gleichrichterschaltung ausgegeben wird, derart steuert, dass sie im Wesentlichen konstant ist. Die Gleichrichterschaltung hat einen Wechselstrom-Eingangsanschluss zum Hereinnehmen einer in der Ankerspule erzeugten Wechselspannung für ihre Gleichrichtung in einen Gleichstrom, einen positiven Ausgangsanschluss zum Ausgeben einer positiven Gleichspannung und einen negativen Ausgangsanschluss zum Ausgeben einer negativen Gleichspannung. Die Spannungssteuerschaltung steuert die Energieerzeugungsspannung derart, dass sie im Wesentlichen konstant ist, indem sie einen Feldstrom der Rotorspule unterbricht, wenn die Energieerzeugungsspannung eine erste vorbestimmte Spannung übersteigt, während sie den Feldstrom durchlässt, wenn die Energieerzeugungsspannung gleich der oder niedriger als die erste vorbestimmte Spannung ist. Die Spannungssteuerschaltung enthält eine Zirkulationsschaltung, die aus einer Reihenschaltung besteht, die eine Diode und ein Stromdämpfungselement aufweist, das den Feldstrom auf seine Unterbrechung hin zirkuliert, eine Kurzschlussschaltung, die das Stromdämpfungselement kurzschließt, und eine Kurzschluss-Steuerschaltung, die die Kurzschlussschaltung öffnet, wenn die Energieerzeugungsspannung eine zweite vorbestimmte Spannung übersteigt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Feldstrom der Rotorspule mit einer einfachen Schaltung zu dämpfen, wodurch die Zuverlässigkeit der Steuervorrichtung verbessert werden kann und deren Herstellungskosten reduziert werden können.

Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet aus der folgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, genommen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, schneller klar werden.

Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnung.

1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Steuervorrichtung für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konzeptmäßig zeigt.

Nun wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben werden, während auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.

Ausführungsbeispiel 1

1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Steuervorrichtung für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konzeptmäßig zeigt.

In 1 ist die Steuervorrichtung für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator (die hierin nachfolgend auch Wechselstromgenerator-Steuervorrichtung genannt wird), die allgemein mit einem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, mit einer Batterie 1 verbunden, die an Bord oder am Fahrzeug angebracht ist. Eine elektrische Last 2, die eine Vielfalt von Arten von Vorrichtungen an Bord aufweist, ist an die Batterie 1 angeschlossen. Die Wechselstromgenerator-Steuervorrichtung 10 dient zum Steuern einer Spannung (die hierin nachfolgend Energieerzeugungsspannung genannt wird), die durch den Wechselstromgenerator gemäß der elektrischen Last 2 erzeugt wird, die durch Ein/Ausschalten jeder Vorrichtung an Bord variiert.

Die Wechselstromgenerator-Steuervorrichtung 10 enthält eine Dreiphasen-Ankerspule 12, die um einen Statorkern 11 gewickelt ist, eine Gleichrichterschaltung 13, die an die Ankerspule 12 angeschlossen ist, einen Rotor 14, der auf eine derartige Weise angeordnet ist, dass er relativ zur Ankerspule 12 drehbar ist, eine Rotorspule 15, die mit ihrem einen Ende am Rotor 14 angeschlossen ist, um einen Magnetpol des Rotors 14 zu einer N-Polarität und einer S-Polarität zu erregen, und eine Spannungssteuerschaltung 100 zum Steuern einer von der Gleichrichterschaltung 13 ausgegebenen Energieerzeugungsspannung VG auf eine derartige Weise, dass sie im Wesentlichen konstant ist.

Die Gleichrichterschaltung 13 hat einen Wechselstrom-Eingangsanschluss A zum Hereinnehmen einer in der Ankerspule 12 erzeugten Wechselspannung zur Gleichrichtung in einen Gleichstrom, einen positiven Ausgangsanschluss B zum Ausgeben einer positiven Gleichspannung, einen negativen Ausgangsanschluss C zum Ausgeben einer negativen Gleichspannung und eine Vielzahl (z.B. drei Paare) von Dioden D, die zwischen dem positiven Ausgangsanschluss B und dem negativen Ausgangsanschluss C eingefügt sind.

Der Rotor 14 und die Rotorspule 15 sind durch ein Paar von Schleifringen 16 und ein Paar von Bürsten 17 drehbar gelagert.

Die Spannungssteuerschaltung 100 enthält einen Leistungstransistor 101 in der Form eines MOSFET zum Ein- und Ausschalten eines Feldstroms iF der Rotorspule 15 und einen ersten Komparator 102 zum Ein- und Ausschalten des Leistungstransistors 101.

Im ersten Komparator 102 wird die Energieerzeugungsspannung VG (die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 13) über einen Eingangswiderstand 107 zu einem invertierenden Eingangsanschluss (-) eingegeben und wird eine erste vorbestimmte Spannung VR1, die eine Vergleichsreferenz wird, zu einem nicht invertierenden Eingangsanschluss (+) eingegeben. Der erste Komparator 102 steuert die Energieerzeugungsspannung VG derart, dass sie im Wesentlichen konstant ist, indem sie den Feldstrom iF unterbricht, wenn die Energieerzeugungsspannung VG die erste vorbestimmte Spannung VR übersteigt, während sie den Feldstrom iF durchlässt oder zuführt, wenn die Energieerzeugungsspannung VG gleich der oder niedriger als die erste vorbestimmte Spannung VR1 ist.

Die Spannungssteuerschaltung 100 enthält eine Rückführ- oder Zirkulationsschaltung in der Form einer Reihenschaltung, die eine Diode 103 und einen Widerstand (ein Stromdämpfungselement) 104 aufweist, einen normalerweise geschlossenen Schalter (eine Kurzschlussschaltung) 105 zum Kurzschließen des Widerstands 104 und einen zweiten Komparator (eine Kurzschluss-Steuerschaltung) 106 zum Steuern des Öffnens (Ausschaltens) des Schalters 105. Die Zirkulationsschaltung mit der Diode 103 und dem Widerstand 104 dient zum Zirkulieren oder Rückführen bzw. Zurückbringen des Feldstroms iF, wenn der Feldstrom iF unterbrochen wird.

Im zweiten Komparator 106 wird die Energieerzeugungsspannung VG über den Eingangswiderstand 107 zu einem nicht invertierenden Eingangsanschluss (-) eingegeben und wird eine zweite vorbestimmte Spannung (VR2), die eine Vergleichsreferenz wird, zu einem nicht invertierenden Eingangsanschluss (+) eingegeben. Wenn die Energieerzeugungsspannung VG die zweite vorbestimmte Spannung VR2 übersteigt, öffnet der zweite Komparator 106 den Schalter 105 oder schaltet ihn aus. Hier ist zu beachten, dass die zweite vorbestimmte Spannung VR2 auf höher als die erste vorbestimmte Spannung VR1 eingestellt ist.

Als Nächstes wird auf einen spezifischen Steuerbetrieb gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dieser vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wie es in 1 gezeigt ist.

Der Widerstand 104 der Zirkulationsschaltung ist normalerweise durch den normalerweise geschlossenen Schalter 105 kurzgeschlossen, wie es dargestellt ist. wenn die Energieerzeugungsspannung VG gleich der oder niedriger als die erste vorbestimmte Spannung VR1 ist, schaltet der erste Komparator 102 in der Spannungssteuerschaltung 100 den Leistungstransistor 101 ein, wodurch veranlasst wird, dass der Feldstrom iF durch die Rotorspule 15 fließt, wohingegen dann, wenn die Energieerzeugungsspannung VG die erste vorbestimmte Spannung VR1 übersteigt, der erste Komparator 102 den Leistungstransistor 101 ausschaltet, um dadurch den Feldstrom iF zu reduzieren. Das heißt, dass dann, wenn der Leistungstransistor 101 ausgeschaltet wird, der Widerstand 104 der Zirkulationsschaltung kurzgeschlossen wird, wodurch ein Rück- oder Zirkulationsstrom durch den Schalter 105 und die Diode 103 fließt, um dadurch den Feldstrom iF nach und nach zu dämpfen.

Wenn sich darauf folgend die Energieerzeugungsspannung VG auf die erste vorbestimmte Spannung VR1 oder darunter erniedrigt, schaltet der erste Komparator 102 den Leistungstransistor 101 wieder ein, wodurch der Feldstrom iF erhöht wird, um die Energieerzeugungsspannung VG zu erhöhen.

Hier ist zu beachten, dass der Zirkulationsstrom, der zu einer normalen Zeit fließt, niemals durch den kurzgeschlossenen Widerstand 104 läuft, so dass ein Stromverlust unterdrückt werden kann. Der oben angegebene normale Betrieb der Steuervorrichtung 100 ist gleich demjenigen des vorgenannten bekannten Wechselstromgenerators.

Wenn andererseits die Energieerzeugungsspannung VG beispielsweise aufgrund einer Unterbrechung der elektrischen Last 2 schnell derart erhöht wird, dass sie größer als die zweite vorbestimmte Spannung VR2 (> VR1) ist, wird nicht nur der Leistungstransistor 101 durch den ersten Komparator 102ausgeschaltet, sondern wird auch der Schalter 105, der den Widerstand 104 kurzschließt, gleichzeitig durch ein Ausgangssignal des zweiten Komparators 106 ausgeschaltet. Als Ergebnis fließt der Zirkulationsstrom durch den Widerstand 104 und die Diode 103, so dass er schneller als zu der Zeit eines normalen Betriebs gedämpft wird.

Somit ist es nur durch Steuern zum Ein/Ausschalten des einzigen Schalters 105 möglich, zu der Zeit eines Ausschaltens der elektrischen Last 2 den Wechselstromgenerator in einen Betrieb eines schnellen Dämpfens des Feldstroms iF zu schalten, während sein Betrieb hoher Effizienz wie beim bekannten Wechselstromgenerator beibehalten wird. Demgemäß ist es möglich, den Feldstrom iF der Rotorspule 15 mit der Verwendung einer einfachen Schaltung zu dämpfen, wodurch die Zuverlässigkeit der Steuervorrichtung 10 verbessert werden kann und gleichzeitig ihre Herstellungskosten reduziert werden können.

Zusätzlich ist die zweite vorbestimmte Spannung VR2 des zweiten Komparators 106 (der Kurzschluss-Steuervorrichtung), die eine Bestimmungsreferenz wird, auf höher als die erste vorbestimmte Spannung VR1 eingestellt, so dass sichergestellt ist, dass der Schalter 105 (die Kurzschlussschaltung) eingeschaltet (kurzgeschlossen) gehalten wird, wenn der Wechselstromgenerator in einem normalen Einsatz ist. Als Folge davon kann die Hitzeerzeugung und ein Verlust des Widerstands 104 (des Dämpfungselements) vermieden werden, wodurch ein Beibehalten einer hohen Effizienz des Wechselstromgenerators möglich gemacht wird.

Obwohl der Schalter 105, der mechanisch geöffnet und geschlossen wird, als die Kurzschlussschaltung des Widerstands 104 verwendet wird, kann statt dessen ein Halbleiterschalter verwendet werden.

Darüber hinaus kann, obwohl der Widerstand 104 als das Dämpfungselement in der Zirkulationsschaltung verwendet wird, statt dessen eine Zenerdiode verwendet werden.

Während die Erfindung in Bezug auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen innerhalb des Sinngehalts und Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche ausgeführt werden kann.


Anspruch[de]
Steuervorrichtung für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator, wobei der Fahrzeug-Wechselstromgenerator folgendes enthält:

eine Ankerspule (12), die um einen Statorkern (11) gewickelt ist;

eine Gleichrichterschaltung (13), die mit der Ankerspule (12) verbunden ist;

einen Rotor (14), der auf derartige Weise angeordnet ist, dass er relativ zur Ankerspule (12) drehbar ist;

eine Rotorspule (15) zum Erregen eines Magnetpols des Rotors (14) zu einer N-Polarität und einer S-Polarität; und

eine Spannungssteuerschaltung (100), die eine von der Gleichrichterschaltung (13) ausgegebene Energieerzeugungsspannung (VG) derart steuert, dass sie im Wesentlichen konstant ist;

wobei die Gleichrichterschaltung (13) einen Wechselstrom-Eingangsanschluss (A) zum Hereinnehmen einer in der Ankerspule (12) erzeugten Wechselspannung zu seiner Gleichrichtung in einem Gleichstrom, einen positiven Ausgangsanschluss (B) zum Ausgeben einer positiven Gleichspannung und einen negativen Ausgangsanschluss (C) zum Ausgeben einer negativen Gleichspannung hat;

die Spannungssteuerschaltung (100) die Energieerzeugungsspannung (VG) derart steuert, dass sie im Wesentlichen konstant ist, indem sie einen Feldstrom (iF) der Rotorspule (15) unterbricht, wenn die Energieerzeugungsspannung (VG) eine erste vorbestimmte Spannung (VR1) übersteigt, während sie den Feldstrom (iF) durchlässt, wenn die Energieerzeugungsspannung (VG) gleich der oder kleiner als die erste vorbestimmte Spannung (VR1) ist;

wobei die Spannungssteuerschaltung (100) folgendes aufweist:

eine Zirkulationsschaltung, die aus einer Reihenschaltung mit einer Diode (103) und einem Stromdämpfungselement (104) besteht und den Feldstrom (iF) auf seine Unterbrechung hin zirkuliert;

eine Kurzschlussschaltung (105), die das Stromdämpfungselement (104) kurzschließt; und

eine Kurzschluss-Steuerschaltung (106), die die Kurzschlussschaltung (105) öffnet, wenn die Energieerzeugungsspannung (VG) eine zweite vorbestimmte Spannung (VR2) übersteigt.
Steuervorrichtung für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator nach Anspruch 1 wobei die zweite vorbestimmte Spannung (VR2) auf höher als die erste vorbestimmte Spannung (VR1) eingestellt ist.






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