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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Maschinenanlasser
und ein Maschinenstartverfahren, welches dafür geeignet ist, um eine Brennkraftmaschine
zu starten, die in einen bewegbaren Körper wie beispielsweise einem
Fahrzeug installiert ist.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Es
ist weit verbreitet bekannt, einen Maschinenanlasser (oder kurz
einen Anlasser) mit einer Motorschaltung und einem Schalter-Schaltkreis
auszurüsten.
Die Motorschaltung erzeugt ein Ausgangsdrehmoment durch Interaktion
zwischen einer Ankerwicklung und einer Feldwicklung, die den Motorschaltkreis
bilden. Die Schalter-Schaltung steuert einen Ein-Aus-Betrieb des
Motorschaltkreises. Wenn ein elektromagnetischer Schalter, der den
Schalter-Schaltkreis bildet, eingeschaltet wird, nämlich geschlossen
wird, fließt
Strom in den Motorschaltkreis und der Motorschaltkreis erzeugt dadurch
ein Ausgangsdrehmoment und gibt dieses ab. Ein Kleinzahnrad, welches
auf der Seite des Maschinenanlassers platziert ist, gelangt in Eingriff
mit einem Ringzahnrad, welches auf der Maschinenseite platziert
ist und die Maschine wird dadurch beziehungsweise durch das Ausgangsdrehmoment
des Motorschaltkreises in Drehung versetzt. Das heißt das erzeugte Ausgangsdrehmoment
von dem Motorschaltkreis wird auf die Maschine über das Kleinzahnrad und das Ringzahnrad übertragen
und die Maschine startet dadurch.
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Jedoch
ist die herkömmliche
Technik zur Durchführung
des Ein-Aus-Betriebes des Motorschaltkreises unter Verwendung des
elektromagnetischen Schalters mit verschiedenen Nachteilen behaftet:
Es
erfolgt eine Beschädigung
der elektrischen Kontakte des elektromagnetischen Schalters, verursacht durch
den Ein-Aus-Schaltzyklus für
eine große Strommenge;
es
entstehen Schaltoperationsgeräusche,
verursacht durch die Kontaktgabe der elektrischen Kontakte des elektromagnetischen
Schalters;
es entstehen Funktionsstörungen des Maschinenanlassers,
verursacht durch einen EIN-Ausfall und einen AUS-Ausfall des elektromagnetischen
Schalters, wobei der EIN-Ausfall
bedeutet, dass der EIN-Zustand des elektromagnetischen Schalters
oder der Steuerelemente kontinuierlich aufrecht erhalten wird, selbst
wenn kein elektrisches Signal eingespeist wird, welches den EIN-Zustand
angibt, und wobei ein AUS-Ausfall bedeutet, dass der AUS-Zustand
des elektromagnetischen Schalters oder der Steuerelemente kontinuierlich
beibehalten wird und zwar selbst dann, wenn die Eingangsgrößen kein
elektrisches Signal enthalten, welches den AUS-Zustand angibt; und
es
erfolgt eine schwerwiegende mechanische Beschädigung des Getriebes beziehungsweise
der Zahnräder,
die an den Maschinenanlasser mit der Brennkraftmaschine in Eingriff
gelangen, verursacht durch ein großes Ausgangsdrehmoment des
Maschinenanlassers, in welchen eine große Menge an Strom fließt.
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Um
eine mechanische Zerstörung
oder Beschädigung
der in Eingriff gelangenden Zahnräder zu vermeiden entsprechend
einem der oben aufgeführten
Nachteile, die beim Stand der Technik auftreten, ist ein Patentdokument
entsprechend der offengelegten japanischen Patenveröffentlichung
Nummer
JP 2003-139029 bekannt.
Bei dieser herkömmlichen Technik
sind Steuerelemente in den Schalter-Schaltkreis inkorporiert, um
die Größe des Ausgangsdrehmomentes
des Maschinenanlassers einzustellen und die elektrische Energie,
die den Motorschaltkreis zuzuführen
ist, wird durch eine PWM- Steuerung
(Impulsbreitenmodulation) geändert.
Da jedoch solch eine herkömmliche
Technik einen elektromagnetischen Schalter enthält, der mit den Steuerelementen in
Reihe geschaltet ist, ist es erforderlich, den elektromagnetischen
Schalter einzuschalten, wenn der Motorschaltkreis arbeitet. Diese
Konfiguration verursacht eine Kontaktbeschädigung an den elektrischen Kontakten
und auch eine Geräuschentwicklung,
verursacht durch die Schalteroperation. Wenn der AUS-Fehler an einem
der Elemente gemäß dem elektromagnetischen
Schalter und den Steuerelementen auftritt, kann keine elektrische
Energie dem Motorschaltkreis zugeführt werden und der Maschinenanlasser
kann nicht arbeiten. Es ist daher erforderlich, die Zuverlässigkeit
eines Maschinenanlassers zu verbessern.
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Aus
der
DE 102 49 381
A1 ist ein Maschinenanlassersystem bekannt, welches aus
einem Anlassermotor und einer Spannungssteuereinheit besteht. Dem
Anlassermotor wird über
einen elektromagnetischen Schalter zum Ein- und Ausschalten eines
Stromes Energie zugeführt.
Um eine Drehkraft zu erzeugen, wird eine Erregerschaltung mit Hilfe
des elektromagnetischen Schalters geschlossen, wobei ein Anker des
Anlassermotors von einer Batterie aus erregt wird. Die Steuerspannungseinheit
wird von der Batterie mit Strom versorgt und steuert eine Impulsbreitenmodulation
der Batteriespannung, die an den Anlassermotor mittels einer Steuerschaltung
angelegt wird.
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Die
DE 102 03 147 A1 offenbart
ein Maschinenanlassersystem mit einer Tastverhältnis-gesteuerten Schaltvorrichtung, welches
eine Stromschaltvorrichtung zum Ansteuern eines Ankerstromes, ein Überbrückungsrelais,
um elektrisch die Stromschaltvorrichtung zu überbrücken oder kurz zuschließen und
eine elektronische Steuerschaltung aufweist. Die Stromschaltvorrichtung
und das Relais sind parallel geschaltet und werden von der elektronischen
Steuerschaltung basierend auf einem Maschinenzustandssignal angesteuert.
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Eine
Startervorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine ist aus
der
DE 195 32 484
A1 bekannt, welche mit einem über ein Starterrelais mit einer
Spannungsquelle verbindbaren und der Brennkraftmaschine zum Andrehen
in Eingriff bringbaren Startermotor und einer elektronischen Einrichtung zum
Ansteuern des Starterrelais ausgebildet ist.
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Die
DE 198 11 176 A1 zeigt
eine Anordnung und ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Maschine,
welche einen Startermotor aufweist, welcher von einem zentralen
Steuergerät
angesteuert wird. Ein Starterrelais besitzt eine Relaisspule, die zwischen
dem Steuergerät
und dem Startermotor geschaltet ist, und einen von der Relaisspule
ansteuerbaren Schalter zwischen dem Anlasser und Klemme
30 des
Kraftfahrzeuges.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Maschinenanlasser
und ein Maschinenstartverfahren zu schaffen, welche die Fähigkeit
haben beziehungsweise bieten, Schwierigkeiten in der Funktion des
Maschinenanlassers zu reduzieren, die durch Ausfälle von Steuerelementen und
eines elektromagnetischen Schalters verursacht werden, welche einen
Schalter-Schaltkreis in dem Maschinenanlasser binden, um dadurch
die Zuverlässigkeit
des Maschinenanlassers zu erhöhen,
und ein entsprechendes Start-Verfahren anzugeben.
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Um
die genannte Aufgabe zu lösen,
schafft die vorliegende Erfindung einen Maschinenanlasser mit einem
Motorschaltkreis und einen Schalter-Schaltkreis gemäss den Merkmalen
des Patentanspruchs 1.
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Der
Motorschaltkreis umfasst eine Ankerwicklung und eine Feldwicklung.
Der Motorschaltkreis ist so konfiguriert, um ein Ausgangsdrehmoment
durch eine Interaktion zwischen der Ankerwicklung und der Feldwicklung
zu erzeugen. Der Schalter-Schaltkreis
umfasst wenigstens zwei Steuerelemente, die mit dem Motorschaltkreis
in Reihe geschaltet sind. Der Schalter-Schaltkreis ist so konfiguriert,
um eine Ein-Aus-Operation
der Zufuhr einer spezifizierten elektrischen Energie von einer elektrischen
Energieversorgungsquelle zu dem Motorschaltkreis vorzunehmen. Es
ist daher für
den Schalter-Schaltkreis möglich,
Elektrizität
zu dem Motorschaltkreis zuzuführen
und zwar ohne Verwendung des elektromagnetischen Schalters. Dies
kann die herkömmlichen
Nachteile beseitigen, die durch einen Ein-Aus-Betrieb des elektromagnetischen
Schal ters unter einer Bedingung verursacht werden, dass die Strommenge
geändert
wird, die durch den Motorschaltkreis fließt, und zwar durch die PWM-Steuerung
(Impulsbreitenmodulation). Das heißt die vorliegende Erfindung
kann die herkömmlichen
Problem lösen:
eine Beschädigung
oder Zerstörung
der elektrischen Kontakte, verursacht durch den Ein-Aus-Schalter-Zyklus
mit einer großen
Strommenge; und die Schaltoperation-bedingten Geräusche, die durch die Kontaktierungsoperation
der elektrischen Kontakte des elektromagnetischen Schalters verursacht
werden. Selbst wenn ferner eines der Steuerelemente in den EIN-Ausfall
fällt,
kann der Maschinenanlasser normal seine Startfunktion durchführen indem
er die Ein-Aus-Operation der anderen Steuerelemente durchführt, die
nicht in den EIN-Ausfall fallen. Dies erhöht die gesamte Zuverlässigkeit des
Maschinenanlassers.
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Wenn
eines der zwei Steuerelemente in den AUS-Ausfall fällt, wird
die Stromzufuhr zu dem Motorschaltkreis gehalten und daher arbeitet
der Maschinenanlasser nicht, das heißt, er hält an. Wenn im Gegensatz dazu
der Maschinenanlasser eine Konfiguration besitzt, bei der das zusätzliche
Steuerelement oder der elektromagnetische Schalter mit zwei Steuerelementen
parallel geschaltet ist, kann der Maschinenanlasser seinen Betrieb
starten indem das zusätzliche
Steuerelement oder der elektromagnetische Schalter eingeschaltet
wird und zwar selbst dann, wenn eines der Steuerelemente in den AUS-Ausfall
fällt.
Diese Konfiguration kann die Zuverlässigkeit des Maschinenanlassers
erhöhen. Wenn
der elektromagnetische Schalter mit dem Steuerelement parallel geschaltet
ist kann der elektromagnetische Schalter, da die Frequenz der Ein-Aus-Operation
des elektromagnetischen Schalters abgesenkt wird und zwar verglichen
mit der Konfiguration des herkömmlichen
Maschinenanlassers, aus einer Vorrichtung gebildet werden, die kostengünstig ist
und eine geringe Lebensdauer besitzt.
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Gemäß der Kennlinie
oder Charakteristik des Maschinenanlassers wird das Ausgangsdrehmoment
gemäß der Zunahme
des magnetischen Flusses erhöht
und die Drehzahl des Motors wird entsprechend der Abnahme des magnetischen
Flusses erhöht.
Im Gegensatz dazu ist bei einer konkreten Anwendung des Maschinenanlassers
ein hohes Ausgangsdrehmoment während
einer Anfangsdrehung des Motors erforderlich und zwar dann, wenn
die Drehung des Motors startet und es ist im Gegensatz dazu ausreichend,
ein schwaches Ausgangsdrehmoment zuzuführen, um den Motor kontinuierlich
zu drehen und zwar nachdem die Drehzahl des Motors eine spezifizierte
Zahl überschreitet.
Da der Maschinenanlasser die Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweist, ist es möglich,
elektrische Energie zu einem der Steuerelemente zuzuführen und zwar
durch Einschalten des zusätzlichen
Steuerelements nach der anfänglichen
Drehperiode des Motors. Es wird demzufolge möglich, die Größe des magnetischen
Flusses zu reduzieren, indem die elektrische Energie zu lediglich
einer der kleinen Wicklungen zugeführt wird, die die Feldwicklung
bilden und zwar während
einer hohen Umdrehung des Motors und es ist dabei nicht erforderlich,
ein großes
Ausgangsdrehmoment zur Verfügung
zu haben und zwar nach der anfänglichen
Drehperiode des Motors. Als ein Ergebnis ist es möglich, eine
schnelle Startoperation für
die Maschine zu realisieren, die in einem Fahrzeug installiert ist,
da die Drehzahl des Motors einfach in einer einfachen Weise erhöht werden kann.
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Ferner
umfasst der Maschinenanlasser gemäß der vorliegenden Erfindung
eine EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung, die so konfiguriert ist, um
das Auftreten des EIN-Ausfalls
in einem der Steuerelemente zu beurteilen in dem ein elektrisches
Signal zu dem anderen Steuerelement in den Steuerelementen zugeführt wird.
Es wird dadurch möglich,
in einfacher Weise das Auftreten des EIN-Fehlers in den Steuerelementen
zu detektieren.
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Darüber hinaus
umfasst der Maschinenanlasser gemäß der vorliegenden Erfindung
ferner eine EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung, die das Auftreten
des EIN-Ausfalls in dem anderen Steuerelement beurteilt und zwar
durch Zuführen
des elektrischen Signals zu dem einen Steuerelement und durch Überwachen
von einer der Größen gemäß einer Klemmenspannung
und einem Klemmenstrom des Schalter-Schaltkreises vor oder bei der
Initialisierung der elektrischen Energiezufuhr zu dem Motorschaltkreis.
Es wird dadurch möglich,
das Auftreten des EIN-Ausfalls in den Steuerelementen vor dem Start der
Maschine zu detektieren.
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Ferner
speist gemäß der vorliegenden
Erfindung eines der zwei Steuerelemente das elektrische Signal ein,
welches von einer Niedriggeschwindigkeit-Schalter-Schaltung übertragen
wird, und das andere Steuerelement speist das elektrische Signal
ein, welches von einer Hochgeschwindigkeit-Schalter-Schaltung übertragen
wird und zwar unter der Steuerung der EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung. Es
wird dadurch möglich,
die Menge des Stromes, der durch den Motorschaltkreis fließt basierend
auf der PWM-Steuerung
zu ändern
oder einzustellen, um einen Hochgeschwindigkeit-Schaltvorgang für lediglich
eines der zwei Steuerelemente durchzuführen. Es wird ferner dadurch
möglich,
die Startfunktion des Maschinenanlassers dadurch zu realisieren
indem die Niedriggeschwindigkeit-Schaltoperation des anderen Steuerelements
in einer einfachen Weise durchgeführt wird.
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Darüber hinaus
ist gemäß der vorliegenden Erfindung
der Motorschaltkreis auf der Seite der elektrischen Stromversorgungsquelle
angeordnet, also verschieden von der Seite der Schalter-Schaltung. Das
heißt,
der Maschinenanlasser besitzt eine niedrigseitige Antriebskonfiguration,
bei welcher der Motorschaltkreis auf der elektrischen Energieversorgungsseite
platziert ist anstatt auf der Seite der Schalter-Schaltung. Bei
der niedrigseitigen Antriebskonfiguration, die in dem Maschinenanlasser
eingebaut beziehungsweise in diesem realisiert ist wird beispielsweise
dann, wenn das Steuerelement aus einem N-Kanaltyp Feldeffekttransistor
(FET) gebildet wird, die Quellenspannung des N-Kanaltyp FET zu einem
Massepotenzial oder Erdpotenzial. Die Betriebsspannung zum Einschalten
des Steuerelements wird zu einer Spannung, die auf der Erdungsspannung
(UND) basiert. Da somit die Betriebsspannung des Steuerelements
nicht geändert
wird und zwar selbst dann nicht, wenn die Spannung der elektrischen
Stromversorgungsquelle ansteigt, ist es leicht möglich die Spannung der elektrischen
Stromversorgungsquelle zu erhöhen,
um ein höheres
Ausgangsdrehmoment des Maschinenanlassers zu erzielen.
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Darüber hinaus
ist gemäß der vorliegenden Erfindung
der Spannungspegel der elektrischen Stromversorgungsquelle höher als
der Betriebsspannungspegel der Steuerelemente. Wenn der Maschinenanlasser
die niedrigseitige Antriebskonfiguration besitzt, wird es möglich, die
Steuerelemente selbst dann zu schalten, wenn der Spannungspegel
der elektrischen Stromversorgungsquelle höher liegt als die Betriebsspannung
der Steuerelemente.
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Ferner
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Störgeräusch-Eliminator
so konfiguriert, um Störgeräusche zu
eliminieren, die während
des Schaltvorganges erzeugt werden, und dieser ist mit wenigstens
einem der Steuerelemente in Reihe geschaltet. Beispielsweise wird
bei der Konfiguration, bei welcher der Störsignal-Eliminator zwischen
der elektrischen Stromversorgungsquelle und Masse oder Erde (GND)
platziert ist und nicht an die Steuerelemente in Reihe geschaltet
ist, die Spannung der elektrischen Stromversorgungsquelle direkt
an den Störsignal-Eliminator
angelegt und zwar ungeachtet des Ein-Aus-Zustandes der Steuerelemente.
Im Gegensatz dazu wird es gemäß der Konfiguration
des Maschinenanlassers nach der vorliegenden Erfindung, da der Störsignal-Eliminator
in Reihe zu wenigstens einem der Steuerelemente geschaltet ist,
möglich
die Größe der Spannung
der elektrischen Stromversorgungsquelle zu reduzieren, die an den
Störsignal-Eliminator
angelegt wird, wenn das Steuerelement, welches mit dem Störsignal-Eliminator
in Reihe geschaltet ist, ausgeschaltet wird. Es wird dadurch möglich, die
Lebensdauer des Störsignal-Eliminators
zu erhöhen.
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Ferner
besitzt der Maschinenanlasser gemäß der vorliegenden Erfindung
eine AUS-Ausfall-Beurteilungseinrichtung, die so konfiguriert ist, um
das Auftreten des AUS-Ausfalls in wenigstens einem der Steuerelemente
zu beurteilen und zwar durch Zufuhr eines elektrischen Signals zu
beiden der Steuerelemente und durch Überwachen von einer der Größen gemäß der Klemmenspannung
und des Stromes der Schalter-Schaltung
vor oder bei der Initialisierung der elektrischen Energiezufuhr
zu dem Motorschaltkreis. Es wird dadurch möglich, in einfacher Weise das
Auftreten des AUS-Ausfalls in wenigstens einem der zwei Steuerelemente
zu detektieren.
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Darüber hinaus
besitzt der Maschinenanlasser gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Magnetfeld-Reduktions-Zeitsteuerung-Instruktionseinrichtung
die dafür
konfiguriert ist, um eine EIN-Zeit zu generieren, um eine Vorrichtung
gemäß dem zusätzlichen Steuerelement
und dem elektromagnetischen Schalter einzuschalten, basierend auf
einem oder mehreren der folgenden Parameter: (a) der Menge oder
Größe der elektrischen
Energie, die dem Motorschaltkreis zuzuführen ist; (b) der Größe der Spannung,
die an den Motorschaltkreis angelegt wird; (c) die verstrichene
Zeit, die von der Initialisierung der Zufuhr der elektrischen Energie
zu dem Motorschaltkreis gezählt
wird; und (d) der Drehzahl des Motors, der durch den Motorschaltkreis
angetrieben wird.
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Gemäß dem Maschinenstartverfahren
der vorliegenden Erfindung wird dann, wenn detektiert wird oder
beurteilt wird, dass der AUS-Ausfall in wenigstens einem der Steuerelemente
aufgetreten ist, die Ein-Aus-Operation der elektrischen Energie,
die zu dem Motorschaltkreis von der elektrischen Stromversorgungsquelle
zugeführt
wird, durch Verwendung des zusätzlichen
Elements oder des elektromagnetischen Schalters durchgeführt. Das
Verfahren veranschaulicht eine konkrete Verarbeitungsweise für den Maschinenanlasser,
wenn der AUS-Ausfall in wenigstens einem der Steuerelemente auftritt.
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Ferner
werden gemäß dem Maschinenstartverfahren
nach der vorliegenden Erfindung eine der Vorrichtungen gemäß dem zusätzlichen
Steuerelement und dem elektromagnetischen Schalter eingeschaltet
und zwar nachdem beide Steuerelemente eingeschaltet worden sind.
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Es
gibt einen Fall, bei dem ein Start des Maschinenanlassers unter
Verwendung des zusätzlichen
Steuerelements oder des elektromagnetischen Schalters erforderlich
ist und zwar selbst dann, wenn beide Steuerelemente nicht einem
Ausfall unterliegen. In solch einem Fall, wird die elektrische Energie, wenn
die zwei Steuerelemente zuerst eingeschaltet wurden und das zusätzliche
Steuerelement oder der elektromagnetische Schalter dann eingeschaltet
wurde während
Strom durch die zwei Steuerelemente fließt, zu beiden Elementen und
zwar den zwei Steuerelementen und auch dem zusätzlichen Steuerelement oder
dem elektromagnetischen Schalter parallel zugeführt. Dies kann die Größe eines
Stoßstromes
reduzieren, der in das zusätzliche
Steuerelement oder den elektromagnetischen Schalter fließt. Wenn
der elektromagnetische Schalter ausgewählt wird und zwar anstelle
des zusätzlichen
Steuerelements, wird es möglich
einen Abrieb der elektrischen Kontakte des elektromagnetischen Schalters
zu verhindern, und zwar aufgrund der Reduzierung der Frequenz des
Stoßstromes.
Somit führt
das Maschinenstartverfahren der vorliegenden Erfindung zu einer bemerkenswerten
Wirkung.
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Ferner
wird bei dem Maschinenstartverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
der AUS-Zustandes des Steuerelementes in den zwei Steuerelementen
aufrecht gehalten, welches mit dem zusätzlichen Steuerelement oder
dem elektromagnetischen Schalter parallel geschaltet ist, während das
zusätzliche
Steuerelement oder der elektromagnetische Schalter eingeschaltet
wird. Während
dem Einschaltzustand des zusätzlichen
Steuerelements oder des elektromagnetischen Schalters (im Folgenden
wird dieser Zustand als „elektromagnetische
Schalterverbindung" bezeichnet)
erfolgt folgendes: Während
der Einschaltzustand des Steuerelements gehalten wird, welches mit
dem elektromagnetischen Schalter parallel geschaltet ist, wird eine
Spannungsdifferenz an beiden Enden der kleinen Wicklung erzeugt,
zu welcher der Strom fließt.
Aufgrund eines schwachen Stromes, der dadurch durch die andere kleine
Wicklung fließt,
wird ein exzessiver Magnetfluss darin erzeugt. In diesem Zustand
wird es durch Halten des Ausschalt-Zustandes des Steuerelements,
welches mit dem elektromagnetischen Schalter parallel geschaltet
ist, möglich,
das Erzeugen eines übermäßigen Magnetflusses
in der anderen kleinen Wicklung während des Einschaltzustandes
des elektromagnetischen Schalters zu verhindern. Es wird somit möglich, das
Erzeugen des magnetischen Flusses effizient zu reduzieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
wird im Folgenden eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung anhand eines Beispiels unter Hinweis auf
die beigefügten
Zeichnungen erläutert,
in welchen zeigen:
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1 ein
Schaltungsdiagramm des Maschinenanlassers gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2A bis 2G Zeitsteuerdiagramme, die
den Betrieb des Maschinenanlassers wiedergeben, wobei kein Ausfall
in den Steuerelementen auftritt entsprechend der Ausführungsform,
die in 1 gezeigt ist;
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3A bis 3G Zeitsteuerdiagramme, die
den Betrieb des Maschinenanlassers veranschaulichen, wobei ein EIN-Ausfall
in den Steuerelementen auftritt, entsprechend der Ausführungsform, die
in 1 gezeigt ist;
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4A bis 4G Zeitsteuerdiagramme, die
den Betrieb des Maschinenanlassers veranschaulichen, wobei ein AUS-Ausfall
in den Steuerelementen aufgetreten ist, entsprechend der Ausführungsform,
die in 1 gezeigt ist;
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5A bis 5C Zeitsteuerdiagramme, die
den Betrieb des Maschinenanlassers wiedergeben, wobei ein elektromagnetischer
Schalter die Möglichkeit
bietet, elektrische Energie zu einem Motorschaltkreis zuzuführen, wenn
kein Ausfall oder Fehler in den Steuerelementen aufgetreten ist,
entsprechend der Ausführungsform
nach 1; und
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6 eine
andere Schaltungskonfiguration des Maschinenanlassers gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In
der nachfolgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen
bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder Bezugsnummern gleiche oder äquivalente
Komponententeile durchgehend in mehreren Diagrammen.
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Ausführungsform
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Es
folgt nun eine Beschreibung der Konfiguration des Maschinenanlassers
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf 1.
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Der
Maschinenanlasser und das Maschinenstartverfahren gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden bei einer Brennkraftmaschine angewendet,
die an einem bewegbaren Körper
wie beispielsweise einem Fahrzeug montiert oder installiert ist.
Der Maschinenanlasser 1 umfasst einen Motorschaltkreis 4,
einen Schalter-Schaltkreis 6, verschiedene Arten von Antriebs-
oder Treiberschaltungen 8, 9, 10 und 11,
eine Maschinensteuervorrichtung (ECU) 13, einen Störsignal-Eliminator 14 und
andere Komponenten (nicht gezeigt). Der Motorschaltkreis 4 besteht
aus einer Ankerwicklung 2 und einer Feldwicklung 3 und
erzeugt ein Ausgangsdrehmoment durch die Wechselwirkung zwischen
der Ankerwicklung 2 und der Feldwicklung 3. Der
Schalter-Schaltkreis 6 führt eine Ein-Aus-Operation
der Energiezufuhr von einer elektrischen Stromversorgungsquelle 5 durch,
die eine spezifizierte Spannungsgröße besitzt, und zwar zu dem
Motorschaltkreis 4. Die Treiberschaltungen 8, 9, 10 und 11 geben
elektrische Steuersignale an entsprechende Steuerelemente aus, die
den Schalter-Schaltkreis 6 bilden. Die ECU 13 überträgt die Steuersignale
zu den Treiberschaltungen 8, 9, 10 und 11,
so dass die Treiberschaltungen 8, 9, 10 und 11 Steuersignale
erzeugen und ausgeben und zwar zu den entsprechenden Steuerelementen
in dem Schalter-Schaltkreis 6. Der Störsignal-Eliminator 14 beseitigt
Störgeräusche oder
Störsignale
auf Übertragungsleitungen
in dem Maschinenanlasser 1.
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Wenn
verschiedene Schalter in dem Schalter-Schaltkreis 6 inkorporiert
sind und diese eingeschaltet werden, wird elektrische Energie zu
dem Motorschaltkreis 4 zugeführt und der Motorschaltkreis 4 erzeugt
sein Ausgangsdrehmoment. Durch den Empfang des Ausgangsdrehmoments
von dem Motorschaltkreis 4 gelangt ein Kleinzahnrad, welches auf
der Seite des Maschinenanlassers 1 platziert ist, in Eingriff,
mit einem Ringzahnrad, welches auf der Seite der Brennkraftmaschine
platziert ist (aus den Zeichnungen weggelassen). Die Maschine fängt daher
an, sich zu drehen.
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Der
Motorschaltkreis 4 bildet einen Motor, der in dem Maschinenanlasser 1 eingebaut
ist und zwar mit der Ankerwicklung 2, die an einem Rotor platziert
ist, und der Feldwicklung 3, die an einem Stator platziert
ist.
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Die
Ankerwicklung 2 ist elektrisch mit der Feldwicklung 3 durch
Kontaktgabe eines Kommutators, der auf der Seite der Ankerwicklung 2 platziert ist,
wobei die Kontaktgabe über
eine Bürste
erfolgt, die auf der Seite der Feldwicklung 3 ausgebildet
oder vorgesehen ist. In dem Motorschaltkreis 4 besteht
die Feldwicklung 3 aus einem Paar von kleinen Wicklungen 16 und 17,
die in Reihe geschaltet sind.
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Die
Schalter-Schaltung 6 besitzt ein Paar von Steuerelementen 19 und 20,
einen elektromagnetischen Schalter 21, der zu einem Paar
der Steuerelemente 19 und 20 parallel geschaltet
ist, und ein Steuerelement 22. Ein Anschluss des Steuerelements 22 ist
mit einen Verbindungsknotenpunkt A zwischen den kleinen Wicklungen 16 und 17 angeschlossen,
und der andere Anschluss des Steuerelements 22 ist mit
einem Verbindungsknotenpunkt B zwischen den Steuerelementen 19 und 20 angeschlossen.
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Die
Schalter-Schaltung 6 ist geerdet und zwar ist sie mit Erde
oder Masse verbunden, wenn man einen Vergleich mit der Motorschaltung 4 vornimmt.
Das heißt,
der Maschinenanlasser 1 der Ausführungsform ist konfigurationsmäßig so angepasst, dass
die Motorschaltung 4 auf der Seite der elektrischen Stromversorgungsquelle 5 platziert
ist, verschieden von der Position der Seite der Schalter-Schaltung 6.
Diese Konfiguration wird als "Niedrigseite-Treiberkonfiguration" bezeichnet.
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Jedes
der Steuerelemente 19, 20 und 22 ist aus
einem N Kanal-Feldeffekttransistor (N-Kanal FET) gebildet. Wenn
der Maschinenanlasser 1 an die Niedrigseite-Treiberkonfiguration
angepasst ist, wird die Stromversorgungsquellenspannung von jedem der
Steuerelemente 19, 20 und 22 geerdet
(GND).
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Jede
der Treiberschaltungen 8, 9 und 11 gibt ein
elektrisches Signal an das entsprechende Steuerelement 19, 20 und 22 in
der Schalter-Schaltung 6 aus, so dass diese Steuerelemente 19, 20 und 22 eingeschaltet
werden. Mit anderen Worten, wenn jede Treiberschaltung 8, 9 und 11 das
elektrische Signal überträgt, empfängt der
Gate-Anschluss von jedem Steuerelement 19, 20 und 22 eine
spezifische Spannung des elektrischen Signals. Wenn die Gate-Spannung
die spezifische Spannung erreicht, wird jedes Steuerelement 19, 20 und 22 eingeschaltet.
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Die
Betriebsspannung von jedem der Steuerelemente 19, 20 und 22 basiert
auf der Erdungsspannung oder Masse-Spannung, da die Stromversorgungsspannung
geerdet ist (GND).
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Die
Spannung der Stromversorgungsquelle 5 ist höher als
die Betriebsspannung von jedem der Steuerelemente 19, 20 und 22.
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Die
Treiberschaltung 8 ist so ausgelegt und ist als eine Hochgeschwindigkeits-Schalter-Schaltung
realisiert, und im Gegensatz dazu sind die Treiberschaltungen 9 und 11 als
Niedriggeschwindigkeits-Schalter-Schaltungen ausgebildet. Da somit
die Treiberschaltung 8 das PWM-Signal als elektrisches Signal
ausgeben kann, kann die Größe der Stromversorgungszufuhr
zu der Motorschaltung 4 unter der PWM-Steuerung gesteuert
werden. Die Freilauf-Diode (flywheel diode) 24 absorbiert
eine induzierte Spannung, die durch die PWM-Steuerung verursacht wird.
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Die
Treiberschaltung 10 gibt einen Strom aus, so dass dieser
durch die Solenoidwicklung fließt, welche
den elektromagnetischen Schalter 21 bildet.
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Die
ECU 13 gibt Befehlssignale an die Treiberschaltungen 8, 9, 10 und 11 aus,
um elektrische Signale zu den Steuerelementen 19, 20 und 22 und zu
dem elektromagnetischen Schalter 21 auszugeben. Das heißt, wenn
die ECU 13 die Befehle generiert und die Befehle zu den
Treiberschaltungen 8, 9, 10 und 11 überträgt, empfangen
die Treiber schaltungen 8, 9, 10 und 11 diese
Befehle und erzeugen dann die elektrischen Signale, die sie ausgeben
und zwar für
die Steuerelemente 19, 20 und 22 und
für den elektromagnetischen
Schalter 21 entsprechend den empfangenen Befehlen, so dass
diese Steuerelemente 19, 20 und 22 und
der elektromagnetische Schalter 21 eingeschaltet werden.
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Im
Allgemeinen umfasst die ECU 13 eine zentrale Verarbeitungseinheit
(allgemein unter der Bezeichnung CPU bekannt), die so konfiguriert
ist, um eine Steuerverarbeitung und eine arithmetische Verarbeitung
durchzuführen,
umfasst eine Speicherschaltung wie beispielsweise einen Nur-Lese-Speicher
(auch unter der Bezeichnung ROM bekannt) und einen Speicher mit
wahlfreiem Zugriff (auch unter der Bezeichnung RAM bekannt) die
so konfiguriert sind, um verschiedene Arten von Programmen und Datenelementen
zu speichern, enthält
ferner eine Eingangsschaltung und eine Ausgangsschaltung und ähnliches,
wie sie auf dem Markt verfügbar sind.
Die detaillierte Konfiguration der ECU 13 ist gut bekannt
und eine Erläuterung
derselben wird daher hier weggelassen.
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Die
ECU 13 wirkt als eine EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung,
die so konfiguriert ist, um zu beurteilen, ob eines der Steuerelemente 19 und 20 ausfällt oder
auch nicht ausfällt,
indem der Befehl zu einer der Treiberschaltungen 8 und 9 übertragen
wird, so dass diese das elektrische Signal generiert und zu dem
Ziel-Steuerelement überträgt. Im Folgenden
bedeutet ein EIN-Ausfall, dass der EIN-Zustand des elektromagnetischen
Schalters oder des Steuerelements kontinuierlich aufrechterhalten
wird, selbst wenn kein elektrisches Signal, welches den EIN-Zustand
anzeigt, eingespeist wird.
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Die
ECU 13 steuert als EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung
die Treiberschaltung 9 in solcher Weise, dass diese das
elektrische Signal für
das Steuerelement 20 liefert und zwar vor der Initialisierung
der Stromzufuhr zu der Motorschaltung 4, und die EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung überwacht die
Klemmenspannung der Schalter-Schaltung 6, sie überwacht
nämlich
die Spannung an dem Verbindungsknotenpunkt C. Die EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung
kann daher beurteilen, ob das Steuerelement 19 in den EIN-Ausfall
gefallen ist oder nicht und zwar entsprechend der detektierten Spannung
an dem Verbindungsknotenpunkt C.
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Die
ECU 13 steuert die Treiberschaltung 8 und 10,
so dass diese die elektrischen Signale jeweils zu den Steuerelementen 19 und 20 zuführen, und
die ECU 13 kann beurteilen, ob wenigstens eines der Steuerelemente 19 und 20 in
den AUS-Ausfall gelangt sind oder nicht. Das heißt die ECU 13 wirkt ferner
als eine AUS-Ausfall-Beurteilungseinrichtung. Der AUS-Ausfall bedeutet,
dass der AUS-Zustand der Steuerelemente 19, 20 und 22 oder
des elektromagnetischen Schalters 21 kontinuierlich aufrechterhalten
wird, selbst wenn kein elektrisches Signal eingespeist wird, welches
den AUS-Zustand anzeigt.
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Wenn
beurteilt wird, dass der AUS-Ausfall in wenigstens einem der Steuerelemente 19 und 20 aufgetreten
ist, überträgt die ECU 13 einen
Befehl zu den Treiberschaltungen 8 und 9, um die Übertragung der
elektrischen Signale zu den Steuerelementen 19 und 20 zu
stoppen und liefert ferner einen Befehl zu der Treiberschaltung 10,
um den Strom in den elektromagnetischen Schalter 21 fließen zu lassen.
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Die
ECU 13 führt
eine Ein-Aus-Operation der elektrischen Energiezufuhr der Stromversorgung 5 zu
der Motorschaltung 4 durch, wenn beurteilt wird, dass der
AUS-Ausfall in wenigstens
einem der Steuerelemente 19 und 20 aufgetreten
ist.
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Darüber hinaus
gibt es einen Fall, bei dem die ECU 13 die Ein-Aus-Operation
der elektrischen Energiezufuhr von der Stromversorgungsquelle 5 zu der
Motorschaltung 4 ausführen
muss und zwar unter Verwendung des elektromagnetischen Schalters 21, wenn
beurteilt wird, dass kein AUS-Ausfall weder in dem Steuerelement 19 noch
in dem Steuerelement 20 aufgetreten ist. In solch einem
Fall überträgt die ECU 13 einen
Befehl zu der Treiberschaltung 10, so dass der elektromagnetische
Schalter 21 eingeschaltet wird nachdem die ECU 13 den
Befehl zu der Treiberschaltung 8 und der Treiberschaltung 9 geliefert hat,
um die Steuerelemente 19 und 20 einzuschalten.
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Ferner
wirkt die ECU 13 auch als eine Magnetfeld-Reduktions-Zeitsteuerung-Befehlsgabeeinrichtung,
die für
die Treiberschaltung 11 einen Zeitsteuerwert liefert, um
das Steuerelement 22 entsprechend einem Parameter einzuschalten,
der aus der elektrischen Energie bestimmt wird, welche der Motorschaltung 4 zugeführt wird,
entsprechend der Spannung, die an die Motorschaltung 4 angelegt wird,
entsprechend der verstrichenen Zeit, die von der Initialisierungszeit
der Stromzufuhr zu der Motorschaltung 4 gezählt wurde,
und der Drehzahl des Motors in der Motorschaltung 4.
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Die
ECU 13 erzeugt als Magnetfeld-Reduzierungs-Zeitsteuerung-Befehlsgabeeinrichtung
den Befehl und überträgt diesen
zu der Treiberschaltung 11, so dass das Steuerelement 22 eingeschaltet
wird und zwar nach dem Verstreichen der Drehstartperiode des Motors
in der Motorschaltung 4, die ein hohes Ausgangsdrehmoment
erfordert (nämlich
einen hohen Betrag eines magnetischen Flusses erfordert). Dadurch
wird die Feldwicklung 3 in den Zustand gemäß einem
schwachen Magnetfluss verschoben, in welchem Strom lediglich durch
die kleine Wicklung 16 fließt, und zwar von dem starken
magnetischen Fluss-Zustand, bei dem Strom durch beide kleine Wicklungen 16 und 17 in
der Feldwicklung 3 fließt.
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Die
ECU 13 überträgt den Befehl
zu der Treiberschaltung 11, um das Steuerelement 22 während dieses
Zustand-Übergangs
von einem stark magnetischen Flusszustand zu einem schwach magnetischen
Flusszustand einzuschalten, und liefert ferner den Befehl zu der
Treiberschaltung 8, so dass das Steuerelement 19 ausgeschaltet
wird. Danach setzt das Steuerelement 19 seinen AUS-Zustand
fort.
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Der
Störsignal-Eliminator 14 ist
aus einem Elektrolyt-Kondensator gebildet, um ein Beispiel zu nennen,
welcher Störsignale
wie beispielsweise Schaltgeräusche
absorbiert, die während
der PWM-Steuerungsoperation erzeugt werden. Der Störsignal-Eliminator 14 ist
mit dem Steuerelement 20 in Reihe geschaltet und ist mit
dem Steuerelement 19 parallel geschaltet.
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(Betriebsweise des Maschinenanlassers
und des Maschinenstartverfahrens gemäß der Ausführungsform)
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Es
folgt nun eine Beschreibung des Betriebes des Maschinenanlassers 1 der
Ausführungsform unter
Hinweis auf die 2A bis 2G, die 3A bis 3G,
die 4A bis 4G und
die 5A bis 5C.
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Zunächst wird
der Betrieb der Steuerelemente 19 und 20, die
nicht fehlerhaft sind, unter Hinweis auf die 2A bis 2G beschrieben.
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Bei
dem anfänglichen
Zustand der Maschine (nicht gezeigt), wobei alle die Steuerelemente 19, 20, 22 und
der elektromagnetische Schalter 21 am Fahrzeug montiert
sind, befinden sich in dem AUS-Zustand, dass heißt sie sind nicht in Betrieb.
Wenn beispielsweise der Fahrer den Maschinenschlüssel des Fahrzeugs einführt, wird
der Zündschalter
dadurch eingeschaltet, so dass die ECU 13 den Befehl zu
der Treiberschaltung 9 überträgt, um das
Steuerelement 20 einzuschalten (bei t0 in 2A).
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Als
nächstes überträgt die ECU 13 den
Befehl zu der Treiberschaltung 8 und die Treiberschaltung 8 gibt
die PWM-Signale aus, so dass das Steuerelement 19 die PWM-Steuerung hinsichtlich
des Betrages der elektrischen Energie initialisiert, die zu der
Motorschaltung 4 zugeführt
wird (bei t1 in 2B). Dabei wird die Zufuhr der
elektrischen Energie zu der Motorschaltung 4 aufrechterhalten
(während
des Zeitraums t1 bis t2 in 2F), und
die Drehzahl des Motors in der Motorschaltung 4 steigt
an (während
des Zeitraums t1 bis t2 in 2G). Die Spannung
an dem Verbindungsknotenpunkt C wird von dem Spannungspegel der
Stromversorgungsquelle auf den Erdungsspannungspegel verschoben und
zwar bei der Initialisierung der PWM-Steuerung, die durch das Steuerelement 19 ausgeführt wird
(bei t1 in 2C).
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Wenn
die Drehzahl des Motors einen spezifizierten Schwellenwert erreicht
(bei t2 in 2G), hält die ECU 13 die Übertragung
des elektrischen Signals zu der Treiberschaltung 8 an,
um das Steuerelement 19 auszuschalten (bei t2 in 2B)
und überträgt einen
Befehl zu der Treiberschaltung 11 um das Steuerelement 22 einzuschalten
(bei t2 in 2D).
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Dadurch
wird der Zustand gemäß einem starken
magnetischen Fluss, bei dem elektrische Energie beiden kleinen Wicklungen 16 und 17 zugeführt wird,
zu dem Zustand gemäß einem
schwachen magnetischen Fluss verschoben, bei dem elektrische Energie
lediglich der kleinen Wicklung 16 zugeführt wird. Als ein Ergebnis
wird die Drehzahl des Motors erhöht
(siehe die Zeitperiode von t2 bis t3 in 2G).
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Dann
wird das Kleinzahnrad in engen Eingriff mit dem Ringzahnrad gebracht,
so dass die Maschine (nicht gezeigt) mit ihrer Drehung beginnt und
zwar durch den Motor des Maschinenanlassers 1. Bei einer
Zündung
der Maschine (bei t3 in den 2A bis 2G)
stoppt die ECU 13 die Übertragung
des Befehls zu der Treiberschaltung 11, um das Steuerelement 22 auszuschalten
(bei t4 in 2D). Der Zufuhrbetrag an elektrischer
Energie, der zu der Motorschaltung 4 zugeführt wird,
wird dadurch zu Null und die Umdrehungszahl des Motors fällt ab.
Wenn das Steuerelement 22 ausgeschaltet wird, wird das Spannungspotenzial
an dem Verbindungsknotenpunkt C auf den Spannungspegel der Stromversorgungsquelle
vom Massepotenzialpegel aus verschoben.
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Schließlich schaltet
die ECU 13 die Übertragung
des Befehls zu der Treiberschaltung 9 ab, um das Steuerelement 20 AUS
zu schalten.
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Als
nächstes
folgt eine Beschreibung des Betriebes des Maschinenanlassers und
des Maschinenstartverfahrens, wenn der EIN-Ausfall in dem Steuerelement 19 erfolgt,
und zwar unter Hinweis auf die 3A bis 3G.
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Wenn
in einem Anfangszustand der Fahrer den Maschinenschlüssel des
Fahrzeugs einführt, wird
der Zündschalter
eingeschaltet und die ECU 13 erzeugt einen Befehl, den
sie zu der Treiberschaltung 9 überträgt, um das Steuerelement 20 einzuschalten (bei
t0 in 3A). Wenn zu diesem Zeitpunkt
das Steuerelement 19 sich in dem EIN-Ausfall befindet, da
sich nämlich
das Steuerelement 19 dann immer in dem EIN-Zustand befin det,
wird der Spannungspegel an dem Verbindungsknotenpunkt C auf den
Massespannungspegel (GND) verschoben und zwar unmittelbar nachfolgend
auf das Einschalten des Steuerelements 20 (bei t0 in 3C).
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Da
die ECU 13 den Spannungspegel an dem Verbindungsknotenpunkt
C immer überwacht,
kann die ECU 13 die Änderung
des Spannungspegels an dem Verbindungsknotenpunkt C von dem Spannungspegel
der Stromversorgungsquelle auf den Erdungs-Spannungspegel (GND) detektieren. Wenn dann
ein EIN-Ausfall des Steuerelements 19 beurteilt wird, beziehungsweise
festgestellt wird, und zwar durch Detektieren der Spannungsänderung
auf den Erdungsspannungspegel (GND), hält die ECU 13 unmittelbar
die Übertragung
des Befehls zu der Treiberschaltung 9 an, um das Steuerelement 20 auszuschalten
(bei te in 3A).
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Der
Spannungspegel an dem Verbindungsknotenpunkt C wird dadurch auf
den Spannungspegel der Stromversorgungsquelle von dem Massepotenzial
(GND) her zurückgeführt.
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Ferner überträgt die ECU 13 den
Befehl zu der Treiberschaltung 10, um den elektromagnetischen
Schalter 21 einzuschalten (bei "tr" in 3E), um
elektrische Energie der Motorschaltung 4 zuzuführen. Beim
Zünden
der Maschine (bei t3 in den 3A bis 3G)
hält die
ECU 13 die Übertragung des
Befehls zu der Treiberschaltung 10 an, um den elektromagnetischen
Schalter 21 auszuschalten (bei t4 in 3E).
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Als
nächstes
folgt eine Beschreibung des Betriebes des Maschinenanlassers und
des Maschinenstartverfahrens, wenn ein AUS-Ausfall in einem der
Steuerelemente 19 und 20 auftritt, unter Hinweis auf
die 4A bis 4G.
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Bei
dem folgenden Fall tritt bei dem Anfangszustand kein AUS-Ausfall
der beiden Steuerelemente 19 und 20 auf und eines
der Steuerelemente 19 und 20 fällt dann in den AUS-Ausfall
nachdem die Steuerelemente 19 und 20 eingeschaltet
worden sind und elektrische Energie der Motorschaltung 4 zugeführt worden
ist.
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Wenn
zuerst die Steuerelemente 19 und 20 eingeschaltet
werden (bei t0 in 4A und bei t1 in 4B),
wird die spezifizierte elektrische Energie der Motorschaltung 4 unter
der PWM-Steuerung zugeführt
und die Drehzahl des Motors steigt an. Wenn eines der Steuerelemente 19 und 20 in
den AUS-Ausfall fällt
(zu dem Zeitpunkt "te" in 4)
und zwar während
der Erhöhung
der Drehzahl des Motors, fällt
die Drehzahl des Motors plötzlich
ab, da die Zufuhr der elektrischen Energie zu dem Motorkreis 4 zu
Null wird, nämlich
die Zufuhr gestoppt wird (bei "te" in 4F)
ungeachtet der Übertragung
der elektrischen Signale von den Treiberschaltungen 8 und 9 zu
den Steuerelementen 19 und 20 (siehe hierzu "te" in 4A und 4B).
Obwohl der Spannungspegel an dem Verbindungsknotenpunkt C einmal
von dem Spannungspegel der Stromversorgungsquelle auch Massepotenzial
(GND) verschoben wird (bei t1 in 4C) und
zwar durch das Einschalten der Steuerelemente 19 und 20,
wird der Spannungspegel an dem Verbindungsknotenpunkt C auf den
Spannungspegel der Stromversorgungsquelle von dem Massepotenzial
(GND) aus zurückgeführt und
zwar aufgrund des Auftretens des AUS-Ausfalls des Steuerelements 19 (zum
Zeitpunkt "te" in 4C).
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Beim
Detektieren der Spannungsänderung des
Massespannungspegels beziehungsweise des Massepotenzials (GND) auf
den Spannungspegel der Stromversorgungsquelle, beurteilt die ECU 13, dass
eines der Steuerelemente 19 und 20 in den AUS-Ausfall
gefallen ist. Wenn das Auftreten des AUS-Ausfalls oder AUS-Fehlers
beurteilt wird, hält die
ECU 13 die Übertragung
der Befehle zu den Treiberschaltungen 8 und 9 an
(bei "tr" in den 4A und 4B),
um beide Steuerelemente 19 und 20 auszuschalten,
und die ECU 13 überträgt einen
Befehl zu der Treiberschaltung 10, um den elektromagnetischen
Schalter 21 einzuschalten (bei "tr" in 4E). Die
Zufuhr der elektrischen Energie zu der Motorschaltung 4 wird
dadurch neu gestartet und die Drehung des Motors nimmt erneut zu.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Spannungspegel an dem Verbindungsknotenpunkt
C erneut auf das Massepotenzial (GND) von dem Spannungspegel der
Stromversorgungsquelle aus verschoben.
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Somit
steuert die ECU 13 die elektrische Energiezufuhr zu der
Motorschaltung 4 unter Verwendung des elektromagnetischen
Schalters 21. Beim Zünden
der Maschine (bei t3 in den 4A bis 4G),
hält die
ECU 13 die Übertragung
des Befehls zu der Treiberschaltung 10 an (bei t4 in 4E),
um den elektromagnetischen Schalter 21 auszuschalten.
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Als
nächstes
folgt eine Beschreibung des Betriebes bei einem Fall, bei welchem
die elektrische Energiezufuhr zu der Motorschaltung 4 mit
Hilfe des elektromagnetischen Schalters 21 durchgeführt wird, wenn
kein Ausfall oder Fehler in den beiden Steuerelementen 19 und 20 auftritt,
unter Hinweis auf die 5A bis 5C.
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Bei
solch einem Fall überträgt die ECU 13 Befehle
zu den Treiberschaltungen 8 und 9, um die Steuerelemente 19 und 20 einzuschalten,
und es wird elektrische Energie dem elektromagnetischen Schalter 21 zugeführt (bei
tr in 5B).
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Während der
EIN-Zustand von den beiden Steuerelementen 19 und 20 aufrechterhalten
wird, überträgt die ECU 13 einen
Befehl zu der Treiberschaltung 10, um den elektromagnetischen
Schalter 21 einzuschalten (bei "tr" in 5B).
Die ECU 13 hält dann
die Übertragung
der Befehle zu den zwei Treiberschaltungen 8 und 9 nicht
mehr aufrecht (bei "tb" in 5A),
so dass die Steuerelemente 19 und 20 ausgeschaltet
werden.
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Das
heißt,
die ECU 13 steuert den Stromfluss, so dass der Strom, der
zu der Motorschaltung 4 fließen soll, zu den Steuerelementen 19 und 20 zeitweilig
umgeleitet wird. Danach steuert die ECU 13 den Vorgang
in solcher Weise, dass Strom durch beide Einrichtungen gemäß dem elektromagnetischen
Schalter 21 und den Steuerelementen 19 und 20 zeitweilig
fließt,
und schließlich
werden die Steuerelemente 19 und 20 ausgeschaltet,
wobei Strom lediglich durch den elektromagnetischen Schalter 21 fließt.
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(Wirkungen der vorliegenden Erfindung)
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Wie
weiter oben in Einzelheiten beschrieben wurde, führt die vorliegende Erfindung
zu den folgenden Wirkungen:
Die Schalter-Schaltung 6 in
dem Maschinenanlasser gemäß der bevorzugten
Ausführungsform,
die in 1 gezeigt ist, ist mit den zwei Steuerelementen 19 und 20 ausgerüstet, die
zu der Motorschaltung 4 in Reihe geschaltet sind. Daher
kann der Maschinenanlasser 1 eine Zufuhr der elektrischen
Energie zu dem Motorschaltkreis 4 durchführen, ohne
den elektromagnetischen Schalter 21 zu betätigen. Demzufolge
kann der Maschinenanlasser 1 und kann das Maschinenstartverfahren
der vorliegenden Erfindung die folgenden herkömmlichen Probleme lösen: Verhinderung,
dass die elektrischen Kontakte beschädigt oder zerstört werden,
verursacht durch den EIN-AUS-Schaltzyklus bei einer großen Strommenge in
dem elektromagnetischen Schalter 21, Beseitigung von Schaltbetrieb-Störsignalen,
verursacht durch den Ein-Aus-Betrieb der elektrischen Kontakte.
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Ferner
besitzt der Maschinenanlasser 1 der vorliegenden Erfindung
die Funktions-Fähigkeit,
die Maschine zu starten und zwar durch Ausführen der Ein-Aus-Operation
von einem der Steuerelemente 19 und 20, selbst
wenn das andere Steuerelement sich in dem AUS-Ausfallzustand befindet.
Dies kann die Zuverlässigkeit
des Maschinenanlassers 1 erhöhen, und zwar verglichen mit
einem herkömmlichen
Maschinenanlasser, wobei eines der Steuerelemente 19 und 20 elektrisch
an die Motorschaltung 4 angeschlossen wird, wenn sich das
andere in dem EIN-Ausfallzustand befindet beziehungsweise in diesen
Zustand gelangt.
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Ferner
wirkt die ECU 13 als eine EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung,
die so konfiguriert ist, um zu beurteilen, ob das Steuerelement 19 in
den EIN-Ausfallzustand fällt
oder nicht, indem sie ein elektrisches Signal zu dem Steuerelement 19 unter einem
Zustand zuführt,
bei dem kein elektrisches Signal zu dem Steuerelement 19 zugeführt wird,
nachdem der Zündschalter
eingeschaltet worden ist. Es kann nämlich die EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung,
das heißt
die ECU 13 das Auftreten des EIN-Ausfallzustandes bei dem
Steuerelement 19 beurteilen, während diese den Spannungspegel
an dem Verbindungsknotenpunkt C überwacht.
Es ist dadurch möglich,
in einfacher Weise das Auftreten des EIN-Ausfalls oder EIN-Ausfallzustandes
bei dem Steuerelement 19 nach dem Start der Maschine zu detektieren.
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Darüber hinaus
wird die Treiberschaltung 8 als ein Hochgeschwindigkeits-Schaltelement,
welches so konfiguriert ist, um das elektrische Signal zu dem Steuerelement 19 auszugeben.
Die Treiberschaltung 9 wirkt als ein Niedriggeschwindigkeits-Schaltelement,
welches so konfiguriert ist, um das elektrische Signal zu dem Steuerelement 20 auszugeben.
Somit kann die Konfiguration der Treiberschaltung 8 als
Hochgeschwindigkeits-Schalt-Schaltung den Betrag der elektrischen
Energie ändern, welcher
zu der Motorschaltung 4 durch die PWM-Steuerung zugeführt wird.
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Ferner
ist die Motorschaltung 4 an der Stromversorgungsquelle 5 eingebaut
und nicht an dem Schalter-Schaltkreis 6, das heißt, der
Maschinenanlasser 1 nach der vorliegenden Erfindung bildet
einen niedrigseitigen Antriebsmechanismus. Da dadurch die Stromversorgungsspannung
von jedem der Steuerelemente 19, 20 und 22 aus
der Erdungsspannung oder Massepotential (GND) besteht, wird die
Betriebsspannung der Steuerelemente 19, 20 und 22 auf
der Grundlage des Massepotentials (GND) gemessen. Da demzufolge
die Betriebsspannung der Steuerelemente 19, 20 und 22 sich
nicht ändert
und zwar selbst dann nicht, wenn sich die Spannung der Stromversorgungsquelle 5 erhöht, ist
es in einfacher Weise möglich,
die Spannung der Stromversorgungsquelle 5 zu erhöhen, um
die Ausgangsleistung des Maschinenanlassers 1 zu erhöhen.
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Ferner
erfolgt die Einstellung in solcher Weise, dass die Spannung der
Stromversorgungsquelle 5 höher ist als die Betriebsspannung
der Steuerelemente 19, 20 und 22. Das
heißt,
da der Maschinenanlasser 8 eine Niedrigseiten-Treiberkonfiguration aufweist
beziehungsweise an diese angepasst ist, wird es möglich, die
Steuerelemente 9, 20 und 22 einzuschalten,
selbst wenn die Stromversorgungsquelle 5 eine höhere Spannung
aufweist als die Betriebsspannung der Steuerelemente 19, 20 und 22. Es
wird dadurch möglich,
den Maschinenanlasser 1 bei einer hohen Betriebsgeschwindigkeit
zu betreiben und zwar durch das Erhöhen der Spannung der Stromversorgungsquelle 5.
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Darüber hinaus
ist der Störsignal-Eliminator 14 elektrisch
mit dem Steuerelement 20 in Reihe geschaltet. Wenn der
Störsignal-Eliminator 14 beispielsweise
an dem Maschinenanlasser eingebaut ist, so dass der Störsignal-Eliminator 14 zwischen
der Stromversorgungsquelle 5 und der Erdungsspannung beziehungsweise
Massepotenzial (GND) platziert ist, werden die Steuerelemente 19 und 20 nicht miteinander
in Reihe geschaltet, so dass diese Konfiguration die Spannung der
Stromversorgungsquelle 5 benutzt und zwar ungeachtet dem
Ein-Aus-Zustand der Steuerelemente 19 und 20.
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Wenn
im Gegensatz dazu bei der Konfiguration des Maschinenanlassers 1 der
vorliegenden Erfindung, bei der der Störsignal-Eliminator 14 in
Reihe mit wenigstens einem der Steuerelemente 19 und 20 geschaltet
ist (es ist nämlich
der Störsignal-Eliminator 14 mit
dem Steuerelement 20 bei der Ausführungsform in Reihe geschaltet,
die in 1 gezeigt ist), und wenn das Steuerelement 20,
welches mit dem Störsignal-Eliminator 14 in
Reihe geschaltet ist, ausgeschaltet wird, wird der Betrag der Spannung der
Stromversorgungsquelle 5, die an den Strörsignal-Eliminator 14 angelegt
wird, gemindert. Dies kann dann die Lebensdauer des Störsignal-Eliminators 14 erhöhen.
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Ferner
ist bei der Schalter-Schaltung 6 der elektromagnetische
Schalter 21 mit den Steuerelementen 19 und 20 parallel
geschaltet.
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Wenn
eines der Steuerelemente 19 und 20 in den AUS-Ausfallzustand
fällt und
zwar bei der herkömmlichen
Konfiguration des Maschinenanlassers, wird keine elektrische Energie
der Motorschaltung 4 zugeführt, so dass der Maschinenanlasser 1 nicht
arbeiten kann.
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Da
im Gegensatz dazu der Maschinenanlasser 1 der vorliegenden
Erfindung eine Konfiguration aufweist, bei der der elektromagnetische
Schalter 21 zu den Steuerelementen 19 und 20 parallel
geschaltet ist, wird es möglich,
den Maschinenanlasser 1 dadurch zu starten, indem der elektromagnetische Schalter 21 eingeschaltet
wird, selbst wenn eines der Steuerelemente 19 und 20 in
den AUS-Ausfallzustand fällt.
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Darüber hinaus
ist es auch möglich,
den elektromagnetischen Schalter 21 mit einer niedrigen Haltbarkeit
zu versehen, da die Konfiguration des Maschinenanlassers 1 nach
der vorliegenden Erfindung die Zahl der Ein-Aus-Operationen des
elektromagnetischen Schalters 21 reduzieren kann und zwar
verglichen mit der herkömmlichen
Konfiguration eines Maschinenanlassers.
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Ferner
wirkt die ECU 13 als eine AUS-Ausfall-Beurteilungseinrichtung,
die so konfiguriert ist, um zu beurteilen, ob wenigstens eines der
Steuerelemente 19 und 20 in den AUS-Ausfallzustand
gefallen ist oder nicht indem sie elektrische Signale zu den Steuerelementen 19 und 20 zuführt. Es
wird dadurch möglich,
in einfacher Weise das Auftreten des AUS-Ausfallzustandes in wenigstens
einem der Steuerelemente 19 und 20 zu detektieren.
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Ferner
kann die ECU 13 den elektromagnetischen Schalter 21 einschalten,
nachdem sie beide Steuerelemente 19 und 20 eingeschaltet
hat.
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In
einem Fall, bei dem der Maschinenanlasser 1 durch den elektromagnetischen
Schalter 21 gestartet werden muss, wird selbst dann, wenn
beide Einrichtungen gemäß den Steuerelementen 19 und 20 nicht
in einen Ausfallzustand fallen, elektrische Energie der Stromversorgungsquelle
beiden Steuerelementen 19 und 20 und dem elektromagnetischen Schalter 21 zugeführt und
zwar parallel durch das Einschalten des elektromagnetischen Schalters 21 unter
dem Einschaltzustand von beiden Steuerelementen 19 und 20.
Es wird dadurch möglich,
die Menge des Stromes zu reduzieren, der durch den elektromagnetischen
Schalter 21 fließt, ähnlich dem Stromwert 1r5,
der in 5C gezeigt ist, der kleiner ist
als der Strom Ir3, welcher in 3F gezeigt
ist, und der Strom Ir4 der in 4F gezeigt
ist.
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Darüber hinaus
ist die Feldwicklung 3 aus zwei kleinen Wicklungen 16 und 17 gebildet,
die in Reihe geschaltet sind, und das Steuerelement 22 ist mit
dem Verbin dungsknotenpunkt B zwischen den zwei Steuerelementen 19 und 20 und
dem Verbindungsknotenpunkt A zwischen den kleinen Wicklungen 16 und 17 angeschlossen.
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Die
Charakteristik des Maschinenanlassers 1 verläuft in solcher
Weise, dass dessen Ausgangsdrehmoment entsprechend einer Zunahme
des magnetischen Flusses ansteigt und dass die Drehzahl des Motors
entsprechend der Abnahme des magnetischen Flusses zunimmt.
-
Bei
einem konkreten Betrieb des Maschinenanlassers 1 erfordert
der Initialisierungszustand der Drehung des Motors ein hohes Ausgangsdrehmoment.
Nach dem Erreichen einer hohen Drehzahl benötigt der Motor ein kleines
Ausgangsdrehmoment. Demzufolge wird bei dem Maschinenanlasser 1 der vorliegenden
Erfindung das Steuerelement 22 EIN geschaltet und zwar
nach dem Verstreichen des Anfangszustandes der Drehung des Motors,
so dass elektrische Energie lediglich der kleinen Wicklung 16 zugeführt werden
kann. Daher liefert die Konfiguration des Maschinenanlassers 1 der
vorliegenden Erfindung elektrische Energie zu beiden Wicklungen
gemäß den kleinen
Wicklungen 16 und 17 in einem Anfangsdrehzustand
des Motors, um einen starken magnetischen Fluss zu generieren, und
liefert dann elektrische Energie lediglich zu der kleinen Wicklung 16 und
zwar nach dem Verstreichen der Anfangsdrehung beziehungsweise des
Anfangsdrehzustandes des Motors, um den magnetischen Fluss zu reduzieren,
da die Drehzahl des Motors angemessen hoch geworden ist und kein
großes
Ausgangsdrehmoment dabei erforderlich ist, nachdem der anfängliche
Drehzustand des Motors erreicht worden ist. Als ein Ergebnis wird
es möglich,
die Drehzahl des Motors nach dem Verstreichen des Anfangsdrehzustandes zu
erhöhen
und die Maschine schnell zu starten.
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Da
ferner der Maschinenanlasser 1 der vorliegenden Erfindung
eine Konfiguration aufweist, bei der das Steuerelement 22 an
den Verbindungsknotenpunkt B angeschlossen ist, kann das Steuerelement 20 gemeinsam
in beiden Fällen
verwendet werden, wobei eines elektrische Energie zu beiden kleinen
Wicklungen 16 und 17 zuführt, und wobei das andere elektrische
Energie lediglich zu der kleinen Wicklung 16 zuführt. Als
ein Ergebnis kann selbst dann, wenn eines der Steuerelemente 19 und 22 in den
EIN-Ausfallzustand fällt,
der Ein-Aus-Betrieb der elektrischen Energiezufuhr von der Stromversorgungsquelle 5 zu
der Motorschaltung 4 unter Verwendung des Steuerelements 20 durchgeführt werden.
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Ferner
wird während
des Einschaltzustandes des Steuerelements 22 das Steuerelement 19 in dem
Ausschaltzustand gehalten. Wenn das Steuerelement 19 in
dem EIN-Zustand
gehalten wird und zwar während
des EIN-Zustandes des Steuerelements 22, wird eine Spannungsdifferenz
zwischen den beiden Enden der kleinen Wicklung 17 durch
das Vorhandensein eines Verdrahtungswiderstandes erzeugt und es
fließt
ein kleiner Strom durch die kleine Wicklung 17 und die
kleine Wicklung 17 generiert einen zusätzlichen magnetischen Fluss.
Um das Erzeugen des zusätzlichen
magnetischen Flusses zu vermeiden, wird das Steuerelement 19 während des EIN-Zustandes
des Steuerelements 22 gehalten beziehungsweise in seinem
EIN-Zustand gehalten. Dies kann den Gesamtbetrag des magnetischen Flusses
in dem Motorschaltkreis 4 effizient reduzieren.
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(Modifizierte Ausführungsbeispiele)
-
Bei
der weiter oben in Einzelheiten beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
ist der elektromagnetische Schalter 21 parallel zu den
Steuerelementen 19 und 20 geschaltet. Jedoch ist
das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben erläuterte Konfiguration
beschränkt.
Es ist beispielsweise möglich,
eine Konfiguration zu realisieren, bei der ein N-Kanal FET anstelle
des elektromagnetischen Schalters 21 verwendet wird. Das
heißt,
es wird der N-Kanal FET parallel zu den Steuerelementen 19 und 20 geschaltet
(von denen jedes ebenfalls aus einem N-Kanal FET gebildet ist),
und zwar anstelle der Verwendung des elektromagnetischen Schalters 21.
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Ferner
besitzt die bevorzugte Ausführungsform,
die weiter oben beschrieben wurde, eine Konfiguration, bei der das
Steuerelement 22 zwischen dem Verbindungsknotenpunkt A
der kleinen Wicklungen 16 und 17 und dem Verbindungsknotenpunkt
B zwischen den Steuerelementen 19 und 20 angeschlossen
ist. Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf
die oben erläuterte
Konfiguration beschränkt.
Es ist beispielsweise möglich,
eine andere Konfiguration zu realisieren, bei welcher der elektromagnetische
Schalter 21 zwischen dem Verbindungsknotenpunkt A und dem
Verbindungsknotenpunkt B angeschlossen ist anstelle des Steuerelements 22.
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Darüber hinaus
ist der Maschinenanlasser 1 nach der Ausführungsform
der Erfindung, wie sie in 1 gezeigt
ist, an die Niedrigseiten-Treiberkonfiguration angepasst. Jedoch
ist das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebene Konfiguration
beschränkt.
Es ist beispielsweise möglich,
eine hochseitige Treiberkonfiguration zu realisieren, wie sie in 6 gezeigt
ist, wobei ein Schalter-Schaltkreis 606 (entsprechend der
Schalter-Schaltung 6 in 1) auf der
Stromversorgungsquellenseite angeordnet ist, und nicht auf der Motorschaltungsseite 4.
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In 6 ist
die Schalter-Schaltung 606 bei der elektrischen Stromversorgungsquelle 5 angeordnet
und zwar verglichen mit der Konfiguration, die in 1 gezeigt
ist, bei der diese auf der Seite der Motorschaltung 4 angeordnet
ist. Ähnlich
der Konfiguration, wie sie in 1 gezeigt
ist, umfasst die Schalter-Schaltung 606 zwei Steuerelemente 619 und 620, wobei
ein elektromagnetischer Schalter 621 parallel zu den zwei
Steuerelementen 619 und 620 geschaltet ist und
das zusätzliche
Steuerelement 622 vorhanden ist. Ein Anschluss des zusätzlichen
Steuerelements 622 ist mit dem Verbindungsknotenpunkt A zwischen
den kleinen Wicklungen 16 und 17 in der Motorschaltung 4 verbunden,
und der andere Anschluss des zusätzlichen
Steuerelements 622 ist mit dem Verbindungsknotenpunkt B
zwischen den Steuerelementen 619 und 620 verbunden.
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Die
Schalter-Schaltung 606 die in 6 gezeigt
ist, ist auf der Seite der elektrischen Stromversorgungsquelle 5 platziert
und nicht auf der Seite der Motorschaltung 4, die bei Masse-
oder Erdpotenzial (GND) platziert ist. Das heißt, der Maschinenanlasser 1 der
in 6 gezeigten Ausführungsform ist an eine Konfiguration
angepasst, bei der die Motorschaltung 4 auf der Seite des
Massepotenzials oder Erdung (GND) platziert ist und nicht auf der
Seite der Position der Schalter-Schaltung 6. Diese Konfiguration
wird als "Hochseiten-Treiberkonfiguration" bezeichnet. Wenn
der Maschinenanlasser 1 die Hochseiten-Treiberkonfiguration
aufweist oder an diese angepasst ist, ist es zu bevorzugen, eine
Hochtreibschaltung (booster circuit) (nicht gezeigt) für die Treiberschaltung 8, 9 und 11 vorzusehen.
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Die
EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung der bevorzugten Ausführungsform
beurteilt das Auftreten des EIN-Ausfalls bei dem Steuerelement 19 durch Überwachen
des Spannungspegels an dem Verbindungsknotenpunkt C, wenn das elektrische
Signal zu dem Steuerelement 20 bei der Initialisierung
der elektrischen Energiezufuhr zu der Motorschaltung 4 übertragen
wird. Jedoch ist das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf
die oben beschriebene Konfiguration beschränkt. Beispielsweise kann die
EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung
das Auftreten des EIN-Ausfalls bei dem Steuerelement 20 dadurch
beurteilen, indem sie den Spannungspegel an dem Verbindungsknotenpunkt
C überwacht
während
sie das elektrische Signal zu dem Steuerelement 19 überträgt.
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Ferner
beurteilt die EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung der bevorzugten
Ausführungsform auch
das Auftreten des EIN-Ausfalls, wenn die elektrische Energie zu
der Motorschaltung 4 zugeführt wird. Jedoch ist das Konzept
gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht auf die zuvor angesprochene Konfiguration beschränkt. Es
ist beispielsweise möglich,
dass die EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung das Auftreten des EIN-Ausfalls durch Betätigen der ECU 13 beurteilt
und zwar während
die Maschine stoppt, das heißt,
bevor elektrische Energie zu der Motorschaltung 4 zugeführt wird.
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Obwohl
ferner die EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung der bevorzugten Ausführungsform
das Auftreten des EIN-Ausfalls dadurch beurteilt, indem sie den
Spannungspegel an dem Verbindungsknotenpunkt C überwacht und detektiert, ist
es auch möglich
das Auftreten des EIN-Ausfalls dadurch zu beurteilen, indem sie
die Strommenge überwacht,
die durch den Verbindungsknotenpunkt C fließt (nämlich den Klemmenstrom der
Schalter-Schaltung 6).
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Bei
der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform trifft die Beurteilungsart
auf den Fall zu, bei dem der AUS-Ausfall auftritt, nachdem elektrische
Energie zu der Motorschaltung 4 zugeführt wurde. In ähnlicher
Weise kann die AUS-Ausfall-Beurteilungseinrichtung
den AUS-Ausfall beurteilen, der auftritt, bevor elektrische Energie
zu der Motorschaltung 4 zugeführt wird.
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Ferner
beurteilt die AUS-Ausfall-Beurteilungseinrichtung nach der bevorzugten
Ausführungsform
das Auftreten des Aus-Ausfalls bei der Initialisierung der elektrischen
Energiezufuhr zu der Motorschaltung 4, wobei es aber ebenso
für die
AUS-Ausfall-Beurteilungseinrichtung möglich ist, das Auftreten des
AUS-Ausfalls oder AUS-Fehlers zu beurteilen, bevor eine Zufuhr der
elektrischen Energie zu der Motorschaltung 4 initialisiert
wird, nämlich
während
des Anhaltezustandes der Maschine. Ferner wird bei der Konfiguration
des Maschinenanlassers 1 der bevorzugten Ausführungsform
Strom, der durch die Steuerelemente 19 und 20 fließt im Voraus
umgeleitet, um einen stoßförmigen Strom
zu vermeiden, der beim Einschalten des elektromagnetischen Schalters 21 erzeugt
wird, wenn elektrische Energie zu dem Motorschaltkreis 4 zugeführt wird,
selbst wenn kein Ausfall oder Fehler in den Steuerelementen 19 und 20 auftritt.
Jedoch ist das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf diese
Konfiguration beschränkt.
Es ist beispielsweise möglich,
den Betrag des Stromes zu reduzieren, der durch das Einschalten
des elektromagnetischen Schalters 21 erzeugt wird, indem
der Strom, welcher durch die Steuerelemente 19 und 20 fließt, im Voraus
umgeleitet wird, selbst wenn wenigstens eines der Steuerelemente 19 und 20 in
den EIN-Ausfallzustand fällt.
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(Die beste Art die vorliegende Erfindung
auszuführen)
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Der
Maschinenanlasser umfasst gemäß der besten
Art, um die vorliegende Erfindung auszuführen, eine Motorschaltung und
eine Schalter-Schaltung, wobei die Motorschaltung eine Ankerwicklung und
eine Feldwicklung umfasst und so konfiguriert ist, um ein Ausgangsdrehmoment
zu generieren und zwar durch eine Interaktion zwischen der Ankerwicklung
und der Feldwicklung. Die Schalter-Schaltung umfasst wenigstens
zwei Steuerelemente, die mit der Motorschaltung in Reihe geschaltet
sind, und sie ist so konfiguriert, um eine Ein-Aus-Operation zum
Zuführen
einer spezifizierten elektrischen Energie von einer elektrischen
Stromversorgungsquelle zu der Motorschaltung durchzuführen.
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Ferner
umfasst der Maschinenanlasser gemäß der besten Art, um die vorliegende
Erfindung auszuführen,
die EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung, die dafür konfiguriert ist, um das
Auftreten des EIN-Ausfalls in einem der Steuerelementen zu beurteilen
und zwar durch Zuführen
eines elektrischen Signals zu dem anderen Steuerelement in den Steuerelementen.
Bei dem Maschinenanlasser beurteilt die EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung
das Auftreten des EIN-Ausfallzustandes in dem anderen Steuerelement
durch Zuführen
des elektrischen Signals zu dem einen Steuerelement und durch Überwachen von
einer der Spannungen gemäß einer
Klemmenspannung der und eines Klemmenstromes der Schalter-Schaltung
bevor oder bei der Initialisierung der elektrischen Energiezufuhr
zu der Motorschaltung.
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Bei
der besten Art, die vorliegende Erfindung auszuführen, gibt eines der zwei Steuerelemente
das elektrische Signal ein, welches von einer Niedrig-Schalt-Schaltung übertragen
wird, und das andere Steuerelement gibt das elektrische Signal ein,
welches von einer Hoch-Schalt-Schaltung übertragen wird und zwar unter
der Steuerung der EIN-Ausfall-Beurteilungseinrichtung. Es ist ferner
zu bevorzugen, dass die Motorschaltung auf der Seite der elektrischen
Energieversorgungsquelle angeordnet wird, im Gegensatz zur Seite
der Schalter-Schaltung. Es ist ferner auch zu bevorzugen, dass ein
Spannungspegel der elektrischen Stromversorgungsquelle höher ist
als der Betriebsspannungspegel der Steuerelemente. Ferner ist es
auch zu bevorzugen, dass der Maschinenanlasser einen Störsignal-Eliminator
aufweist, der so konfiguriert ist, um Störsignale zu beseitigen und
der mit wenigstens einem der Steuerelemente in Reihe geschaltet
ist. Bei dem Maschinenanlasser umfasst die Schalter-Schaltung ferner
ein zusätzliches
Steuerelement und einen elektromagnetischen Schalter, der zu den
zwei Steuerelementen parallel geschaltet ist.
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Bei
der besten Art, die vorliegende Erfindung auszuführen, ist ferner der Maschinenanlasser
mit der AUS-Ausfall-Beurteilungseinrichtung ausgestattet, die so
konfiguriert ist, um das Auftreten eines AUS-Ausfalls in wenigstens
einem der Steuerelemente zu beurteilen, indem ein elektrisches Signal beiden
Steuerelementen zugeführt
wird und indem eine der Größen gemäß der Klemmenspannung
und der Klemmenstrom der Schalter-Schaltung überwacht wird und zwar vor
oder bei der Initialisierung der elektrischen Energiezufuhr zu der
Motorschaltung. Es ist zu bevorzugen, dass die Feldwicklung aus
mindestens nicht weniger als zwei kleinen Wicklungen besteht, die
miteinander in Reihe geschaltet sind und dass eine der Einrichtungen
gemäß dem zusätzlichen
Steuerelement und dem elektromagnetischen Schalter zwischen einem
Verbindungsknotenpunkt zwischen den zwei kleinen Wicklungen und
einem Verbindungsknotenpunkt zwischen den zwei Steuerelementen angeschlossen
ist.
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Bei
der besten Art, die vorliegende Erfindung auszuführen, umfasst der Maschinenanlasser
ferner eine Magnetfeld-Reduzierung-Zeitsteuer-Befehlsgabeeinrichtung, die so konfiguriert
ist, um eine EIN-Zeit zum EIN-Schalten von einer der Einrichtungen
gemäß dem zusätzlichen
Steuerelement und dem elektromagnetischen Schalter zu erzeugen und zwar
basierend auf nicht weniger als einem ausgewählten Parameter und zwar aus
den folgenden Parametern: (a) den Betrag der elektrischen Energie, der
zu der Motorschaltung zugeführt
wird; (b) der Größe der Spannung,
die an die Motorschaltung angelegt wird; (c) der verstrichenen Zeit,
die von der Initialisierung der elektrischen Energiezufuhr zu der Motorschaltung
an gezählt
wurde; und (d) der Drehzahl des Motors, der durch die Motorschaltung
angetrieben wird.
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Das
Maschinenstartverfahren gemäß der besten
Art, um die vorliegende Erfindung auszuführen, verwendet den Maschinenanlasser
nach der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren umfasst einen Schritt
gemäß der Ausführung einer
Ein-Aus-Operation der elektrischen Energie die zu der Motorschaltung
von der Stromversorgungsquelle aus zugeführt wird und zwar durch eine
der Einrichtungen gemäß dem zusätzlichen
Steuerelement und dem elektromagnetischen Schalter, wenn die AUS-Ausfall-Beurteilungs einrichtung
das Auftreten des AUS-Ausfalls in wenigstens einem der zwei Steuerelemente
beurteilt.
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Ferner
umfasst das Maschinenstartverfahren einen Schritt gemäß einem
EIN-Schalten von
einer der Einrichtungen gemäß dem zusätzlichen
Steuerelement und dem elektromagnetischen Schalter nachdem beide
Steuerelemente EIN-geschaltet wurden.
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Darüber hinaus
umfasst das Maschinenstartverfahren einen Schritt gemäß Aufrechterhalten
des AUS-Zustandes des Steuerelements in den zwei Steuerelementen,
welches zu dem zusätzlichen Steuerelement
oder dem elektromagnetischen Schalter parallel geschaltet ist während das
zusätzliche
Steuerelement oder der elektromagnetische Schalter EIN-geschaltet
ist.