DE102011054375A1

DE102011054375A1 - Drehende elektrische Maschine für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011054375A1
Application number: DE102011054375A
Authority: DE
Inventors: Harumi Horihata; Hideaki Nakayama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2012-04-26
Also published as: JP2012090454A; JP5573587B2; US20120098503A1; US8710807B2

Abstract

Ein Generator weist eine Feldspule eines Rotors, eine Antriebsspule eines Stators, eine Steuervorrichtung, die einen Erregerstrom zu der Feldspule zuführt, wenn eine Umdrehung des Rotors erfasst wird, und eine Steuerschaltung, die abwechselnd einen Transistor eines oberen Zweigs und einen Transistor eines unteren Zweigs in einen Ein-Zustand in einem Gleichrichtermodul einstellt, um eine Phasenspannung zu erzeugen, auf. Die Steuervorrichtung erfasst die Umdrehung anhand einer periodischen Veränderung eines Vorzeichens der Differenz zwischen der Phasenspannung und einer Referenzspannung. Wenn das Gleichrichtermodul überhitzt ist, stellt die Steuerschaltung den Transistor des oberen Zweigs in den Aus-Zustand und den Transistor des unteren Zweigs in den Ein-Zustand, um die Phasenspannung annähernd zu fixieren, die Steuervorrichtung erfasst keine Umdrehung und stoppt das Zuführen des Erregerstroms, und das Gleichrichtermodul erzeugt keine Phasenspannung um die Temperatur des Gleichrichtermoduls zu vermindern.

Description

QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der und beansprucht die Priorität der vorherigen japanischen Patentanmeldung JP 2010-235616 , eingereicht am 20. Oktober 2010, so dass auf deren Inhalt Bezug genommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen eine drehende elektrische Maschine, die auf einem Fahrzeug wie z. B. einem Personenkraftwagen oder einem Lastkraftwagen montiert ist, und insbesondere eine drehende elektrische Maschine, die einen Betrieb zum Schützen von in der Maschine vorgesehenen Gleichrichtermodulen vor Überhitzung durchführt.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine Steuervorrichtung zum Steuern eines elektrischen Motors ist bereits bekannt (z. B., veröffentlichte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2000-324893 ). Diese Steuervorrichtung erfasst die Temperatur eines Schaltelements, das in einem Halbleiter zur elektrischen Leistungsumwandlung ausgebildet ist, durch Erfassen der Durchlassspannung einer Diode des Schaltelements, und steuert das Schaltelement, in einen Aus-Zustand eingestellt zu sein, wenn beurteilt wird, dass das Schaltelement überhitzt ist.
Ferner ist auch eine Steuervorrichtung für einen Synchron-Leistungsgenerator eines Fahrzeugs bekannt (siehe z. B. die veröffentlichte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer H09-19194 ). Diese Steuervorrichtung erfasst die Temperatur einer Feldspule des Generators und steuert die Feldspule derart, dass ein Feldstrom reduziert wird, wenn die erfasste Temperatur einen vorbestimmten Wert überschreitet. Darüber hinaus ist auch eine Steuervorrichtung für eine Lichtmaschine bzw. einen Generator eines Fahrzeugs bekannt (siehe z. B. die veröffentlichte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer H08-336239 ). Diese Steuervorrichtung erfasst die Temperatur des Generators durch Erfassen eines Feldstroms des Generators und steuert den Generator derart, dass der Feldstrom reduziert wird, wenn die Temperatur des Generators einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Ferner ist auch eine automatische Spannungseinstellvorrichtung für einen Generator bekannt (siehe z. B. die veröffentlichte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer H08-140400 ). Diese Einstellvorrichtung verwendet eine Zenerdiode mit einer Funktion zur Temperaturkompensation, wobei die Zenerdiode eine Referenzspannung abhängig von der Temperatur des Generators erzeugt.
Der in der JP 2000-324893 offenbarte Stand der Technik betrifft die Steuerung des Elektromotors. Daher kann dieser Stand der Technik nicht zur Steuerung eines Leistungsgenerators verwendet werden, der für ein Fahrzeug verwendet wird, in welchem beim Stromgleichrichtungsbetrieb unter Verwendung von Schaltelementen, die aus Metalloxidhalbleitertransistoren (MOS-Transistoren) ausgebildet sind, verwendet werden. Genauer gesagt fließt, selbst wenn eine Steuervorrichtung ein aus den MOS-Transistoren ausgebildetes Schaltelement steuert, ausgeschaltet zu sein, ein elektrischer Strom immer noch durch eine parasitäre Diode, die um die Transistoren ausgebildet ist. Daher wird Wärme bzw. Hitze, die während des Aus-Zustands des Schaltelements erzeugt wird, höher als eine Hitze, die während des Ein-Zustands des Schaltelements erzeugt wird. Das heißt, selbst wenn das Schaltelement ausgeschaltet ist bzw. wird, um eine Wärme zu reduzieren, die im Schaltelement übermäßig erzeugt wird, kann die Steuervorrichtung nicht verhindern, dass das Schaltelement durch die parasitäre Diode überhitzt wird.
Bei dem Stand der Technik, der durch die Veröffentlichung H09-19194 , die Veröffentlichung H08-336239 und die Veröffentlichung H08-140400 offenbart wird, wird der Feldstrom basierend auf der Temperatur der Feldspule oder dergleichen eingestellt. Allerdings, selbst wenn dieses Einstellverfahren des Feldstroms für einen Generator eines Fahrzeugs verwendet wird, kann die Steuervorrichtung nicht verhindern, dass der Gleichrichter überhitzt wird. Genauer gesagt zeigt die erfasste Temperatur nicht genau die Temperatur der MOS-Transistoren an, wo die erfasste Temperatur im Stand der Technik, offenbart in den vorstehend beschriebenen Veröffentlichungen, im Grunde mit der Temperatur der MOS-Transistoren, die den Gleichrichter ausbilden, in Verbindung steht. Daher kann die Steuervorrichtung nicht verhindern, dass die MOS-Transistoren überhitzt werden. Ferner können viele MOS-Transistoren als Gleichrichter des Generators des Fahrzeugs verwendet werden. Da sich Funktionen der MOS-Transistoren im Gleichrichter voneinander unterscheiden, ist es nicht möglich oder sehr schwierig, zu verhindern, dass die MOS-Transistoren überhitzen, während verschiedene Funktionen der MOS-Transistoren berücksichtigt werden.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher ist es erforderlich, eine drehende elektrische Maschine für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche MOS-Transistoren, die in einem Gleichrichter enthalten sind, zuverlässig vor Überhitzung, die in den MOS-Transistoren verursacht wird, schützt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist eine drehende elektrische Maschine für ein Fahrzeug mit einer Feldspule eines Rotors, einer Ankerspule eines Stators, die eine mehrphasige Spule ausbildet, einer Schalteinheit, die aus einer Brückenschaltung mit einem Schaltelement eines oberen Zweigs und einem Schaltelement eines unteren Zweigs ausgebildet ist, einer Schaltsteuereinheit, einer Generatorsteuervorrichtung, einer Temperaturerfassungseinheit und einer Überhitzungsschutzeinheit vorgesehen. Die Feldspule magnetisiert magnetische Feldpole des Rotors in Reaktion auf einen Erregerstrom, der durch die Feldspule fließt und erzeugt durch die Umdrehung des Rotors und die magnetisierten magnetischen Feldpole ein drehendes magnetisches Feld, wobei die Ankerspule eine Wechselspannung erzeugt, die durch das drehende magnetische Feld induziert wird. Die Schalteinheit richtet die Wechselspannung, die in der Ankerspule induziert wird, gleich. Die Schaltsteuereinheit steuert jedes der Schaltelemente der Schalteinheit in einen Ein-Zustand oder einen Aus-Zustand. Die Generatorsteuervorrichtung steuert den Erregerstrom, der zur Feldspule geleitet wird, um eine Ausgangsspannung der Schalteinheit zu steuern, erfasst die Umdrehung des Rotors von einer Phasenspannung der Wechselspannung der Ankerspule, und stoppt oder reduziert das Zuführen des Erregerstroms zur Feldspule, wenn keine Umdrehung des Rotors oder ein Stopp der Umdrehung des Rotors erfasst wird. Die Temperaturerfassungseinheit erfasst eine Temperatur der Schalteinheit. Die Überhitzungsschutzeinheit führt einen Überhitzungsschutzbetrieb durch, wenn erfasst wird, dass die Temperatur der Schalteinheit, die durch die Temperaturerfassungseinheit erfasst wird, ein Überhitzen der Schalteinheit anzeigt, um eines der Schaltelemente der oberen und unteren Zweige bzw. des oberen und unteren Zweigs in den Ein-Zustand und das andere Schaltelement in den Aus-Zustand einzustellen.
Mit diesem Aufbau der drehenden elektrischen Maschine stellt die Überhitzungsschutzeinheit eines der Schaltelemente der oberen und unteren Zweige in den Ein-Zustand, während das andere Schaltelement in den Aus-Zustand geschaltet wird, wenn die Schalteinheit in den Überhitzungszustand eingestellt wird. Daher wird die Phasenspannung auf einen niedrigeren Wert oder einen höheren Wert der Phasenspannung festgelegt bzw. fixiert. Wenn elektrische Leistung der Ausgangsspannung, die im Generator erzeugt wird, in einer Batterie aufgenommen wird, wird die Spannung des niedrigeren Werts am negativen Elektrodenanschluss der Batterie und die Spannung des höheren Werts am positiven Elektrodenanschluss der Batterie angelegt. Daher erfasst die Generatorsteuervorrichtung keine Umdrehung des Rotors oder einen Stopp der Umdrehung des Rotors und stoppt oder reduziert das Zuführen des Erregerstroms zur Feldspule.
Demnach kann die Überhitzungsschutzeinheit den Überhitzungsschutzbetrieb für die Schalteinheit derart durchführen, dass die Transistoren der Schalteinheit zuverlässig vor einer Überhitzung durch die Schalteinheit geschützt werden. Ferner braucht der Generator keine Verbindungsleitung zur Benachrichtigung des Auftretens der Überhitzung zur Generatorsteuervorrichtung, so dass die Verdrahtung bzw. Verkabelung und der Aufbau des Generators vereinfacht werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt einen Aufbau eines Generators für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 zeigt einen Aufbau einer Steuervorrichtung des Generators, der in 1 dargestellt ist;
3 zeigt einen Aufbau eines Gleichrichtermoduls des Generators, der in 1 dargestellt ist;
4 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung des in 3 dargestellten Gleichrichtermoduls;
5 stellt einen Signalpegel einer oberen MOS-V_DS-Erfassungseinheit, die in 8 dargestellt ist, dar;
6 stellt einen Signalpegel einer unteren MOS-V_DS-Erfassungseinheit, die in 8 dargestellt ist, dar;
7 stellt einen Signalpegel einer Temperaturerfassungseinheit, die in 8 dargestellt ist, dar;
8 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuereinheit der Steuerschaltung, die in 4 dargestellt ist;
9 zeigt ein Zeitdiagramm von Ein-Dauern bei einer Synchronsteuerung der Steuereinheit, die in 8 dargestellt ist;
10 zeigt ein Blockdiagramm der Steuerschaltung, die zum Entscheiden eines Starts der Synchronsteuerung erforderlich ist;
11 zeigt ein Zeitdiagramm, das einen Betriebszeitpunkt bei der Entscheidung eines Starts der Synchronsteuerung darstellt;
12 zeigt einen Kurvenverlauf einer X-Phasenspannung, die erhalten wird, wenn der Aus-Zeitpunkt eines Transistors eines unteren Zweigs verzögert ist;
13 zeigt die Beziehung bzw. das Verhältnis zwischen einer Veränderung einer Ausgangsspannung und der Länge einer Ein-Dauer eines oberen Zweigs;
14 zeigt ein Blockdiagramm eines Bereichs, der erforderlich ist, um die Entscheidung eines Stopps der Synchronsteuerung durchzuführen;
15A zeigt einen Kurvenverlauf der X-Phasenspannung, wenn kein Transistor in einem Überhitzungszustand eingestellt ist;
15B zeigt einen Kurvenverlauf einer X-Phasenspannung, wenn sich ein Überhitzungsschutzblock im Überhitzungsschutzbetrieb befindet;
15C zeigt einen Kurvenverlauf einer X-Phasenspannung, wenn eine Drain-Source-Spannung eines Transistors des unteren Zweigs verstärkt wird;
16 zeigt ein Blockdiagramm eines Überhitzungsschutzblocks der Steuereinheit, die in 8 dargestellt ist;
17 zeigt eine Draufsicht eines Gleichrichtermoduls, das an einen hinteren Rahmen gemäß der ersten Modifikation der Ausführungsform angeordnet ist;
18 zeigt eine Seitenansicht eines Gleichrichtermoduls gemäß der ersten Modifikation;
19 zeigt ein Blockdiagramm eines Gleichrichtermoduls, das erforderlich ist, um ein Spannungssignal zu empfangen und zu senden, das das Auftreten einer Überhitzung anzeigt, gemäß der zweiten Modifikation der Ausführungsform; und
20 zeigt ein Blockdiagramm eines Gleichrichtermoduls, das erforderlich ist, um gemäß einer dritten Modifikation der Ausführungsform Informationen zu empfangen und zu senden, die das Auftreten einer Überhitzung anzeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die vorliegende Erfindung wird hiernach bezüglich den beigefügten Figuren beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen in der gesamten Beschreibung gleiche Teile, Einheiten oder Elemente kennzeichnen, solange dies nicht anders dargestellt ist.
1 zeigt eine Ansicht, die einen Aufbau eines Generators für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform darstellt. Wie in 1 dargestellt, weist ein Generator 1 zwei Statorspulen (d. h., Ankerspulen) 2 und 3, eine Feldspule 4, eine Gleichrichtermodulgruppe 5, die mit der Statorspule 2 korrespondiert, eine Gleichrichtermodulgruppe 6, die mit der Statorspule 3 korrespondiert, und eine Generatorsteuervorrichtung 7 auf. Die Gleichrichtermodulgruppen 5 und 6 kennzeichnen eine Schalteinheit.
Die Statorspule 2 ist eine mehrphasige Spule (z. B. eine dreiphasige Spule, die aus einer X-Phasenspule, einer Y-Phasenspule und einer Z-Phasenspule besteht). Diese Spule 2 ist um einen zylindrisch geformten Statorkern (nicht dargestellt) gewickelt. Die andere Statorspule 3 ist eine mehrphasige Spule (z. B. eine dreiphasige Spule, die aus einer U-Phasenspule, V-Phasenspule und einer W-Phasenspule besteht). Diese Spule 3 ist um einen Statorkern gewickelt, so dass die Position der Spule 3 von der Position der Spule 2 um 30° des elektrischen Winkels verschoben ist. Ein Stator des Generators 1 besteht aus den Spulen 2 und 3 und dem Statorkern.
Die Feldspule 4 ist um magnetische Feldpole (nicht dargestellt) derart gewickelt, dass sie der Innenumfangsfläche des Statorkerns gegenüberliegt. Die Spule 4 und die magnetischen Pole bilden einen Rotor des Generators 1. Wenn ein Erregerstrom durch die Spule 4 fließt, während der Rotor durch eine externe Kraft gedreht wird, werden die magnetischen Feldpole derart magnetisiert, dass sie ein drehendes magnetisches Feld ausbilden, und die Statorspulen 2 und 3 erzeugen oder induzieren eine dreiphasige Wechselstrom-(ac)-Spannung in jeder der Statorspulen 2 und 3.
Die Gleichrichtermodulgruppe 5 ist mit der Statorspule 2 verbunden und die Modulgruppe 5 und die Spule 2 bilden eine dreiphasige vollwellige Gleichrichterschaltung (d. h., eine Brückenschaltung) aus, so dass die ac-Spannung, die in der Spule 2 in eine Gleichstrom-(dc)-Spannung gewandelt wird. Die Modulgruppe 5 weist Gleichrichtermodule 5X, 5Y und 5Z auf, deren Anzahl gleich der Anzahl von Phasen des Wechselstroms ist, der in der Spule 2 induziert wird. Das Modul 5X ist mit einem Ausgangsanschluss der X-Phasenspule der Spule 2, das Modul 5Y ist mit einem Ausgangsanschluss der Y-Phasenspule der Spule 2, und das Modul 5Z ist mit einem Ausgangsanschluss der Z-Phasenspule der Spule 2 verbunden.
Die Gleichrichtermodulgruppe 6 ist mit der Statorspule 3 verbunden und die Modulgruppe 6 und die Spule 3 bilden eine weitere dreiphasige vollwellige Gleichrichterschaltung (d. h., eine weitere Brückenschaltung) aus, um die ac-Spannung, die in der Spule 3 induziert wird, in eine dc-Spannung zu konvertieren. Die Modulgruppe 6 weist Gleichrichtermodule 6U, 6V und 6W auf, deren Anzahl gleich der Anzahl von Phasen eines Wechselstroms ist, der in der Spule 3 induziert wird. Das Modul 6U ist mit einem Ausgangsanschluss der U-Phasenspule der Spule 3, das Modul 6V ist mit einem Ausgangsanschluss der V-Phasenspule der Spule 3 und das Modul 6W ist mit einem Ausgangsanschluss der W-Phasenspule der Spule 3 verbunden.
Die Steuervorrichtung 7 ist mit der Feldspule 4 durch einen F-Anschluss verbunden und agiert als Erregersteuerschaltung zum Steuern eines Erregerstroms, der durch die Spule 4 fließt. Die Vorrichtung 7 steuert den Erregerstrom derart, dass eine Ausgangsspannung V_B des Generators 1 auf einen regulierten Spannungswert Vreg reguliert wird. Die Spannung V_B kennzeichnet die Summe von Phasenspannungen aller gleichgerichteter Module 5X bis 5Z und 6U bis 6W. Wenn z. B. erfasst wird, dass die Spannung V_B höher als der Spannungswert Vreg wird, stoppt die Vorrichtung 7 das Zuführen des Erregerstroms zur Spule 4. Wenn hingegen erfasst wird, dass die Spannung V_B niedriger als der Spannungswert Vreg wird, startet die Vorrichtung 7 das Zuführen des Erregerstroms zur Spule 4. Daher steuert die Vorrichtung 7 den Erregerstrom derart, dass die Spannung V_B auf den Spannungswert Vreg geregelt wird. Ferner erfasst die Vorrichtung 7 eine Maschinengeschwindigkeit des Generators 1 (oder die Anzahl der Umdrehungen des Rotors) von einer der Phasenspannungen (z. B. der X-Phasenspannung) der Statorspulen 2 und 3, und stoppt oder reduziert die Zufuhr des Erregerstroms zur Feldspule 4, wenn das Stoppen der Umdrehung des Rotors (d. h. die Anzahl der Umdrehungen des Rotors ist im Wesentlichen gleich Null) oder keine Umdrehung des Rotors erfasst wird. Darüber hinaus ist die Steuervorrichtung 7 mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 8 verbunden, die als externe Steuervorrichtung funktioniert, und zwar durch einen Kommunikationsanschluss L und eine Signalleitung einer seriellen Kommunikation bzw. einer Reihenschaltung, um eine zweiwegige serielle Kommunikation (z. B. eine lokale Zwischenverbindungsnetzwerk-(LIN, englisch: Local Interconnect Network)-Kommunikation unter Verwendung eines LIN-Protokolls) mit der ECU 8 durchzuführen und Kommunikationsnachrichten von/zu der ECU 8 zu empfangen und zu senden.
2 zeigt eine Ansicht, die einen Aufbau der Steuervorrichtung 7 im Detail darstellt. Wie in 2 dargestellt, weist die Steuervorrichtung 7 einen MOS-Transistor 71, eine Diode 72 für den zirkulierenden Strom, Widerstände 73 und 74, eine Spannungsverteilungsschaltung 75, eine Erregerstromsteuerschaltung 76, eine Umdrehungserfassungsschaltung 77 und eine Kommunikationsschaltung 78 auf.
Die Kommunikationsschaltung 78 führt die serielle Kommunikation mit der ECU 8 durch. Somit kann die Steuervorrichtung 7 Daten der geregelten Spannung Vreg und dergleichen, die von der ECU 8 gesendet werden, empfangen.
Die Widerstände 73 und 74 bilden eine Spannungsverteilungsschaltung aus, welche eine aufgeteilte Spannung erzeugt, die durch Teilen der Ausgangsspannung V_B, die im Generator 1 erzeugt wird, erhalten wird, und legt die aufgeteilte Spannung an der Vergleichsschaltung 75 an. Die Schaltung 75 empfängt die geregelte Spannung Vreg von der Schaltung 78 und vergleicht die geteilte Spannung bzw. Teilspannung mit einer Referenzspannung entsprechend der geregelten Spannung Vreg. Wenn z. B. das Vergleichsergebnis anzeigt, dass die Teilspannung gleich oder niedriger als die Referenzspannung ist, gibt die Schaltung 75 ein Signal aus, das auf einen hohen Pegel eingestellt ist (hiernach als Hochpegelsignal bezeichnet). Wenn die geteilte Spannung hingegen höher als die Referenzspannung ist, gibt die Schaltung 75 ein Signal aus, das auf einen niedrigen Pegel eingestellt ist (hiernach als Niederpegelsignal bezeichnet).
Die Steuerschaltung 76 erzeugt ein Pulsweitenmodulations-(PWM)-Signal mit einer Ansteuereinschaltdauer, die basierend auf dem verglichenen Ergebnis der Vergleichsschaltung 75 bestimmt ist, legt das PWM-Signal am Gate des MOS-Transistors 71 an, und steuert den MOS-Transistor 71 ein- bzw. ausgeschaltet zu sein. Um eine schnelle Veränderung eines Ausgangsstroms des Generators 1 zu unterdrücken, kann die Steuerschaltung 76 eine graduelle Erregersteuerung oder dergleichen zum graduellen Verändern des Erregerstroms durchführen.
Die Erfassungsschaltung 77 ist z. B. mit der X-Phasenspule der Statorspule 2 durch einen P-Anschluss verbunden, um die X-Phasenspannung Vp, die sich über die Zeit periodisch verändert, am Ende der X-Phasenspule zu erfassen. Die X-Phasenspannung Vp verändert sich über die Zeit in jeder Wiederholungsdauer entsprechend dem Zyklus der Phasenspannung Vp. Die Schaltung 77 erfasst eine periodische Veränderung im Vergleichsergebnis (d. h., ein großes und ein kleines Verhältnis) zwischen der X-Phasenspannung Vp und einer Referenzspannung Vref, die für eine Umdrehungserfassung voreingestellt ist (d. h., eine periodische Veränderung im positiven oder negativen Bereich einer Differenz zwischen der Spannung Vp und der Referenzspannung Vref), um zu erfassen, ob sich der Rotor dreht oder nicht. Während des Normalbetriebs, in welchem weder im Gleichrichtermodul 5X noch in der Spule 2 ein Kurzschlussfehler auftritt, wird die X-Phasenspannung Vp mit einer vorbestimmten Amplitude während der elektrischen Leistungserzeugung am P-Anschluss angelegt. Die Referenzspannung Vref wird derart eingestellt, dass die X-Phasenspannung Vp die Referenzspannung Vref periodisch überschreitet und niedriger als die Referenzspannung Vref wird. Daher erfasst die Erfassungsschaltung 77 eine periodische Veränderung im Bereich der Differenz zwischen der Spannung Vp und der Referenzspannung Vref. Wenn die periodische Veränderung erfasst wird, beurteilt die Erfassungsschaltung 77, dass die Umdrehung des Rotors erfasst ist. Demnach kann die Schaltung 77 die Umdrehung des Rotors während der Normalbetriebsdauer zuverlässig erfassen. Wenn hingegen keine periodische Veränderung erfasst wird, beurteilt die Erfassungsschaltung 77, dass keine Umdrehung des Rotors erfasst wird.
Die Steuerschaltung 76 empfängt das Umdrehungserfassungsergebnis der Schaltung 77. Während der Umdrehung des Rotors gibt die Schaltung 76 ein erstes PWM-Signal an den Transistor 71 aus, um den Erregerstrom zur Feldspule 4 durch den Transistor 71 zuzuführen. Die Schaltung 76 stellt die Betriebszeit bzw. die Einschaltdauer des ersten PWM-Signals so ein, dass der Erregerstrom auf einen erforderlichen Pegel der Leistungserzeugung eingestellt wird. Wenn hingegen die Schaltung 77 im Wesentlichen keine Umdrehung des Rotors erfasst, oder erfasst, dass die Umdrehung des Rotors gestoppt ist, gibt die Schaltung 76 ein zweites PWM-Signal aus, um die Zufuhr des Erregerstroms zu stoppen oder zu reduzieren. Die Schaltung 76 stellt die Einschaltdauer des zweiten PWM-Signals auf Null oder einen Wert nahe Null ein, um die Leistungserzeugung zu reduzieren oder zu stoppen.
Nachfolgend wird bezüglich 3 stellvertretend für die Module das Gleichrichtermodul 5X beschrieben.
3 zeigt eine Ansicht, die den Aufbau des Gleichrichtermoduls 5X darstellt. Die weiteren Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W weisen den gleichen Aufbau und die gleich Funktion wie das Modul 5X auf. Wie in 3 dargestellt, weist das Modul 5X einen MOS-Transistor 50 des oberen Zweigs (oder einer Hochspannungsseite), einen MOS-Transistor 51 des unteren Zweigs (oder einer Niederspannungsseite) und eine Steuerschaltung 54 (d. h. eine Schaltsteuereinheit) auf. Die Quelle bzw. Source des Transistors 50 ist mit der X-Phasenspule der Statorspule 2 verbunden, während der Drain des Transistors 50 mit dem positiven Elektrodenanschluss der Batterie 9 und Stromverbrauchern 10 durch eine Ladeleitung 12 (siehe 1) verbunden ist. Der Transistor 50 bildet ein Schaltelement des oberen Zweigs aus. Der Drain des Transistors 51 ist mit der X-Phasenspule der Statorspule 2 verbunden, während die Source des Transistors 51 derart geerdet ist, dass sie mit dem negativen Elektrodenanschluss der Batterie 9 elektrisch verbunden ist. Der Transistor 51 bildet ein Schaltelement des unteren Zweigs aus. Daher ist eine Reihenschaltung, die aus den Transistoren 50 und 51 ausgebildet ist, zwischen den positiven und negativen Elektrodenanschlüssen der Batterie 9 angeordnet, und die X-Phasenspule ist mit dem Verbindungspunkt der Transistoren 50 und 51 verbunden. Ferner ist eine Diode mit der Source und dem Drain von jedem der Transistoren 50 und 51 parallel zum Transistor verbunden. Diese Diode ist als parasitäre Diode (d. h. eine Körperdiode) des entsprechenden Transistors ausgebildet. Jedoch kann auch eine reale Diode mit jedem Transistor parallel dazu als zusätzliche Komponente verbunden sein. Darüber hinaus kann zumindest einer von dem oberen und dem unteren Zweig aus Schaltelementen, die sich von den MOS-Transistoren unterscheiden, ausgebildet sein.
4 zeigt ein Blockdiagramm der Steuerschaltung 54. Wie in 4 dargestellt, weist die Steuerschaltung 54 des Gleichrichtermoduls 5X eine Steuereinheit 100, eine Leistungsquelle 160, eine Ausgangsspannungserfassungseinheit 110, eine obere MOS-V_DS-Erfassungseinheit 120, eine untere MOS-V_DS-Erfassungseinheit 130, eine obere MOS-Kurzschlussfehlerbestätigungseinheit 140 (d. h., eine Kurzschlussfehlerbestätigungseinheit), eine untere MOS-V_DS-Verstärkungseinheit 142, eine Stromführungssrichtungsentscheidungseinheit 144, eine Temperaturerfassungseinheit 150 und Treiber bzw. Ansteuervorrichtungen 170 und 172 auf.
Der Betrieb der Leistungsquelle 160 wird zu einem Zeitpunkt gestartet, in welchem der Erregerstrom von der Steuervorrichtung 7 zur Feldspule 4 zugeführt wird. Die Quelle 160 legt eine Betriebsspannung an jeder Komponente der Schaltung 54 an. Die Leistungsquelle 160 stoppt das Anlegen einer Betriebsspannung zu einem Zeitpunkt, in welchem das Zuführen des Erregerstroms gestoppt wird. Das Starten und Stoppen der Leistungszufuhr von der Quelle 160 wird in Reaktion auf eine Anweisung durchgeführt, die von der Steuereinheit 100 gesendet wird.
Ein Ausgangsanschluss G1 des Treibers 170 ist mit dem Gate G des Transistors 50 des oberen Zweigs verbunden, und der Treiber 170 erzeugt ein Ansteuersignal zum wiederholenden Einschalten und Ausschalten des Transistors 50. Auf die gleiche Weise wird ein Ausgangsanschluss G2 des Treibers 172 mit dem Gate G des Transistors 170 des unteren Zweigs verbunden, und der Treiber 172 erzeugt ein Ansteuersignal, um den Transistor 51 wiederholend ein- und auszuschalten.
Die Erfassungseinheit 110 besteht z. B. aus einem Differentialverstärker und einem Analog/Digital-Wandler zum Konvertieren der Ausgabe dieses Verstärkers in digitale Daten. Die Einheit 110 gibt Daten aus, die die Spannung eines B-Anschlusses (d. h. eine Ausgangsspannung) des Generators 1 (oder des Moduls 5X) anzeigt. Der Analog/Digital-Wandler kann in der Steuereinheit 100 angeordnet sein.
Die Erfassungseinheit 120 erfasst eine Spannung V_DS, die eine elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Drain und der Source des Transistors 50 des oberen Zweigs darstellt, die erfasste Spannung V_DS mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht, und ein Signal ausgibt, das ein großes bzw. kleines Verhältnis (d. h., ein Ergebnis des Vergleichs) zwischen der Spannung V_DS und dem Schwellenwert anzeigt. 5 stellt einen Signalkegel der Erfassungseinheit 21 dar. In 5 wird die erfasste Spannung V_DS, die durch Subtrahieren des elektrischen Potentials am Drain von dem elektrischen Potential an der Quelle erhalten wird, über die X-Achse angezeigt und der Spannungspegel des Signals, das von der Erfassungseinheit 120 ausgegeben wird, über die Y-Achse. Wie in 5 dargestellt, wenn die Phasenspannung Vp der X-Phasenspule an der Source des Transistors 50 um 0,3 V oder mehr größer als die Ausgangsspannung V_B wird, wird die Spannung V_DS größer oder gleich als 0,3 V. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ausgabesignal der Erfassungseinheit 120 von einem niedrigen Pegel (z. B. 0 V) auf einen hohen Pegel (z. B. 5 V) verändert. Danach, wenn die Phasenspannung Vp um 1,0 V oder mehr niedriger als die Ausgangsspannung V_B wird, wird die Spannung V_DS niedriger oder gleich –1,0 V. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ausgabesignal der Erfassungseinheit 120 von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel verändert.
Der Wert, der um 0,3 V höher als die Ausgangsspannung V_B ist, wird bezüglich des Transistors 50 als erster oberer Schwellenwert V10 definiert (siehe 9), wobei dieser Wert V10 dem Signal der Erfassungseinheit 120 entspricht, wenn es auf den hohen Pegel verändert wird. Dieser Schwellenwert V10 wird verwendet, um zuverlässig einen Startzeitpunkt einer Diodenstromführungssdauer zu erfassen, bei welchem elektrischer Strom durch die Diode entsprechend dem Transistor 50 fließt. Der Schwellenwert V10 wird so eingestellt, dass er höher als ein Wert ist, welcher durch Addieren der Spannung V_DS des Transistors 50, eingestellt in den Ein-Zustand, mit der Ausgangsspannung V_B erhalten wird, und niedriger als ein Wert, welcher durch Addieren einer Durchlassspannung VF der Diode entsprechend dem Transistor 50 mit der Ausgangsspannung V_B erhalten wird.
Ferner wird der Wert, der um 1,0 V niedriger als die Ausgangsspannung V_B ist, als ein zweiter oberer Schwellenwert V20 bezüglich dem Transistor 50 (siehe 9) definiert, wobei dieser Wert V20 dem Signal der Erfassungseinheit 120 entspricht, das auf den unteren Kegel verändert wird. Dieser Schwellenwert V20 wird verwendet, um einen Endzeitpunkt der Diodenstromführungssdauer der Diode entsprechend dem Transistor 50 zuverlässig zu erfassen. Daher wird der Schwellenwert V20 derart eingestellt, dass er niedriger als die Ausgangsspannung V_B ist. Eine Zeitdauer, von einem Zeitpunkt, bei welchem die ansteigende Phasenspannung Vp den ersten Schwellenwert V10 erreicht, bis zu einem Zeitpunkt, bei welchem die abfallende Phasenspannung Vp den zweiten Schwellenwert V20 erreicht, wird als eine Ein-Zustand-Dauer des oberen Zweigs (hiernach als Ein-Dauer des oberen Zweigs) eingestellt. Obwohl der Startzeitpunkt und der Endzeitpunkt dieser Ein-Dauer des oberen Zweigs von Endzeitpunkt und Startzeitpunkt der Diodenstromführungssdauer, in welcher elektrischer Strom tatsächlich durch die Diode, die mit dem Transistor 50 korrespondiert, während des Aus-Zustands des Transistors 50, fließt, verschoben sind, führt die Steuereinheit 100 eine Synchron-Gleichrichtungssteuerung basierend auf der Ein-Dauer des oberen Zweigs durch.
Die Erfassungseinheit 130 erfasst eine Spannung V_DS, die eine elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Drain und der Source des Transistors 51 des unteren Zweigs darstellt, vergleicht die erfasste Spannung V_DS des Transistors 51 mit einem vorbestimmten Schwellenwert und gibt ein Signal aus, das das große und kleine Verhältnis zwischen der Spannung V_DS und dem Schwellenwert anzeigt. 6 stellt einen Signalpegel der Erfassungseinheit 130 dar. In 6 ist die erfasste Spannung V_DS, die durch Subtrahieren der Grundspannung V_GND des Masseanschlusses (d. h., des negativen Elektrodenanschlusses) der Batterie 9, die im Wesentlichen mit der Source des Transistors 51 verbunden ist, von der Phasenspannung Vp der X-Phasenspule, am Drain des Transistors 51 erhalten wird, durch die X-Achse angezeigt, und der Spannungspegel des Signals, das von der Erfassungseinheit 130 ausgegeben wird, durch die Y-Achse angezeigt. Wie in 6 dargestellt, wenn die Phasenspannung Vp (kennzeichnet die Spannung des Drains des Transistors 51) der X-Phasenspule um 0,3 V oder mehr niedriger als die Grundspannung bzw. Massespannung V_GND wird, wird die Spannung V_DS niedriger oder gleich –0,3 V. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ausgangssignal der Erfassungseinheit 130 von dem niedrigen Pegel (0 V) auf den hohen Pegel (5 V) verändert. Danach, wenn die Phasenspannung Vp um 1,0 V oder mehr höher als die Massespannung V_DND wird, wird die Spannung V_DS größer oder gleich 1,0 V. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ausgangssignal der Erfassungseinheit 130 von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel verändert.
Der Wert, der um 0,3 V niedriger als die Massespannung V_GND ist, wird als ein erster unterer Schwellenwert V11 definiert (siehe 9), wobei dieser Wert V11 dem Signal der Erfassungseinheit 130 entspricht, das auf den hohen Pegel verändert wird. Dieser Schwellenwert V11 des Transistors 51 wird verwendet, um einen Startzeitpunkt einer Diodenstromführungssdauer der Diode entsprechend dem Transistor 51 genau zu erfassen. Der Schwellenwert V11 wird derart eingestellt, dass er niedriger als ein Wert ist, welcher durch Subtrahieren der Spannung V_DS des Transistors 51, eingestellt in den Ein-Zustand, von der Massespannung V_GND, erhalten wird, und höher als ein Wert, welcher durch Subtrahieren einer Durchlassspannung VF der mit dem Transistor 51 korrespondierenden Diode von der Massespannung V_GND, erhalten wird.
Ferner wird der Wert, der um 1,0 V größer als die Massespannung V_GND ist, als ein zweiter unterer Schwellenwert V21 definiert (siehe 9), wobei dieser Wert V21 dem Signal der Erfassungseinheit 130 entspricht, das auf den unteren Pegel verändert wird. Dieser Schwellenwert V21 des Transistors 51 wird verwendet, um einen Endzeitpunkt der Diodenstromführungssdauer der Diode, die mit dem Transistor 51 korrespondiert, genau zu erfassen. Daher wird der Schwellenwert V21 derart eingestellt, dass er höher als die Massespannung V_GND ist. Eine Zeitdauer von einem Zeitpunkt, bei welchem die abfallende Phasenspannung Vp den ersten Schwellenwert V11 erreicht, bis zu einem Zeitpunkt, bei welchem die ansteigende Phasenspannung Vp den zweiten Schwellenwert V21 erreicht, wird als eine Ein-Zustand-Dauer des unteren Zweigs (hiernach als Ein-Dauer des unteren Zweigs) eingestellt. Obwohl der Startzeitpunkt und der Endzeitpunkt dieser Ein-Dauer des unteren Zweigs von dem Endzeitpunkt und dem Startzeitpunkt der Diodenstromführungssdauer, in welcher tatsächlich elektrischer Strom durch die Diode, die mit dem Transistor 51 korrespondiert, während des Aus-Zustands des Transistors 51 fließt, verschoben sind, führt die Steuereinheit 100 die Synchron-Gleichrichtungssteuerung basierend auf der Ein-Dauer des unteren Zweigs durch.
Die Temperaturerfassungseinheit 150 erfasst eine Temperatur der Transistoren 50 und 51 basierend auf Durchlassspannungen der Dioden, die nahe den Transistoren 50 und 51 angeordnet sind. Wenn beurteilt wird, dass die erfasste Temperatur hoch ist, gibt die Erfassungseinheit 150 ein Signal eines hohen Pegels aus. Wenn die erfasste Temperatur hingegen niedrig ist, gibt die Erfassungseinheit 150 ein Signal eines niedrigen Pegels aus. Die Erfassungseinheit 150 kann in der Steuereinheit 100 angeordnet sein.
7 stellt einen Signalpegel der Erfassungseinheit 50 dar. In 7 ist die Temperatur auf einer X-Achse angezeigt. Der Spannungspegel des Signals, das von der Erfassungseinheit 150 ausgegeben wird, ist auf der Y-Achse angezeigt. Wie in 7 dargestellt, wenn die Temperatur, die durch die Erfassungseinheit 150 erfasst wird, auf 200 Grad Celsius (°C) oder mehr angehoben wird, wird das Signal, das von der Einheit 150 ausgegeben wird, von dem niedrigen Pegel (0 V) auf den hohen Pegel (5 V) verändert. Danach, wenn die Temperatur auf 170°C oder niedriger vermindert wird, wird das Signal vom hohen Pegel (5 V) auf den niedrigen Pegel (0 V) verändert.
Die Bestätigungseinheit 140 beurteilt oder bestätigt, ob ein Kurzschlussfehler zwischen dem Drain und der Source des Transistors 50 des oberen Zweigs aufgetreten ist oder nicht. Dieser Kurzschlussfehler enthält einen Fehler, der im Transistor 50 selbst auftritt. Ferner enthält dieser Kurzschlussfehler einen Fehler, welcher im Treiber bzw. der Ansteuervorrichtung 170 auftritt, so dass der Transistor 50 ständig in den Ein-Zustand geschaltet ist. Wenn weder im Treiber 170 noch im Transistor 50 ein Fehler auftritt, wird die Phasenspannung Vp zwischen der Ausgangsspannung V_B und der Massespannung V_GND periodisch verändert. Wenn der Drain und die Source des Transistors 50 hingegen ständig kurzgeschlossen sind, ist die Phasenspannung des Vp stets auf einen Wert fixiert, der nahe der Ausgangsspannung V_B ist. Wenn erfasst wird, dass die Phasenspannung Vp periodisch verändert wird, bestätigt die Bestätigungseinheit 140, dass kein Kurzschluss zwischen dem Drain und der Source des Transistors 50 auftritt und gibt ein Signal eines niedrigen Pegels aus. Wenn hingegen bestätigt wird, dass ein Kurschlussfehler zwischen dem Drain und der Source des Transistors 50 aufgetreten ist, gibt die Bestätigungseinheit 150 ein Signal eines hohen Pegels aus.
Die Verstärkungseinheit 142 verstärkt die Spannung V_DS zwischen dem Drain und der Source des Transistors 51, der in dem Ein-Zustand eingestellt ist. Die Entscheidungseinheit 144 vergleicht die Spannung V_DS, die durch die Einheit 142 mit einem vorbestimmten Schwellenwert verstärkt ist, und entscheidet eine Stromführungssrichtung des Stroms, der durch den Transistor 150 fließt, basierend auf dem Vergleichsergebnis.
Die Steuereinheit 100 entscheidet einen Startzeitpunkt eines Betriebs für eine Synchron-Gleichrichtungssteuerung und einen Endzeitpunkt des Synchron-Gleichrichtungsbetriebs, stellt einen Ein-Zeitpunkt und einen Aus-Zeitpunkt von jedem der Transistoren 50 und 51 ein, um den Synchron-Gleichrichtungsbetrieb durchzuführen, und weist die Treiber 170 und 172 an, den Antriebs- bzw. Ansteuerbetrieb von jedem der Transistoren 50 und 51 im Ein-Zeitpunkt des entsprechenden Transistors zu starten und den Ansteuerbetrieb von jedem der Transistoren 50 und 51 im Aus-Zeitpunkt des entsprechenden Transistors zu beenden. Ferner entscheidet die Steuereinheit 100 einen Zeitpunkt, bei welchem das Gleichrichtermodul 5X in einen Load-Dump-Schutzbetrieb übertragen wird, bei welchem das Gleichrichtermodul 5X vor einem Load-Dump geschützt wird, der im Gleichrichtermodul 5X auftritt, entscheidet einen Zeitpunkt, bei welchem das Gleichrichtermodul 5X in einen Überhitzungsschutzbetrieb übertragen bzw. versetzt wird, bei welchem das Gleichrichtermodul 5X vor einer Überhitzung geschützt wird, die im Gleichrichtermodul 5X auftritt, und versetzt das Gleichrichtermodul 5X in den Zustand des Load-Dump-Schutzbetriebs oder den Zustand des Überhitzungsschutzbetriebs zum entsprechenden bestimmten bzw. entschiedenen Zeitpunkt.
8 zeigt ein Blockdiagranmm der Steuereinheit 100. Wie in 8 dargestellt, weist die Steuereinheit 100 einen Maschinengeschwindigkeitsberechnungsblock 101, einen Synchron-Gleichrichtungssteuerungsstartentscheidungsblock 102, einen Ein-Zeitpunkt-Beurteilungsblock 103 eines oberen MOS, einen Ein-Zeitpunkt-Beurteilungsblock 104 eines unteren MOS, einen Einstellblock 105 zum Einstellen eines elektrischen Sollwinkels, einen T_FB-Dauer-Berechnungsblock 106 eines oberen MOS, einen Aus-Zeitpunkt-Berechnungsblock 107 eines oberen MOS, einen T_FB-Dauer-Berechnungsblock 108 eines unteren MOS, einen Aus-Zeitpunkt-Berechnungsblock 109 eines unteren MOS, und einen Leistungsquellenstart- und -stoppanweisungsblock 112. Eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) führt Funktionen dieser Blöcke durch, während vorher eingestellte Computerprogramme, die in einem Speicher oder dergleichen gespeichert sind, ausgeführt werden. Wobei auch eine Hardwarekomponente betätigt werden kann, um die Funktion von jedem Block durchzuführen.
Mit diesem Aufbau des Gleichrichtermoduls 5X wird nachfolgend ein Betrieb dieses Moduls 5X beschrieben.
(1) Die Beurteilung zum Starten und Stoppen der Leistungsquelle
Der Anweisungsblock 112 zeichnet stets einen Erregerstrom auf, der durch den F-Anschluss der Steuervorrichtung 7 in die Spule 4 fließt. Der Erregerstrom wird der Feldspule 4 in Reaktion auf ein PWM-Signal zugeführt, das am Gate des Transistors 71 angelegt wird. Wenn erfasst, wird, dass die Steuervorrichtung 7 das Ausgeben des Erregerstroms für 30 μs (3 × 10^–5 s) in Reaktion auf die 30 μs Fortührung des PWM-Signals fortführt, weist der Anweisungsblock 112 die Leistungsquelle 160 an, das Ausgeben elektrischer Leistung an die Komponenten der Steuerschaltung 54 zu starten. Wenn hingegen erfasst wird, dass in Reaktion auf das einsekündige Ausbleiben eines PWM-Signals für eine Sekunde kein Erregerstrom fortgeführt wird, weist der Einweisungsblock 112 die Leistungsquelle 160 an, das Ausgeben elektrischer Leistung zu stoppen. Alternativ überwacht der Anweisungsblock 112 die Ausgangsspannung V_B des Generators 1. Wenn erfasst wird, dass die Ausgangsspannung V_B niedriger als eine Referenzspannung (z. B. 5 V) wird, beurteilt der Einweisungsblock 112, dass ein Fehler basierend auf einer niedrigen Ausgangsspannung aufgetreten ist, und weist die Leistungsquelle 160 an, das Ausgeben elektrischer Leistung zu stoppen. Daher beginnt der Betrieb des Moduls 5X dann, wenn die Steuervorrichtung 7 beginnt, den Erregerstrom zur Feldspule 4 zu geben, und der Betrieb des Moduls 5X wird gestoppt, wenn die Zufuhr des Erregerstroms gestoppt wird. Demnach können die Module 5X bis 5Y und 6U bis 6W nur während der Leistungserzeugung des Generators 1 betrieben werden, so dass ein übermäßiger Konsum elektrischer Leistung vermindert werden kann.
(2) Synchron-Gleichrichtungssteuerung
Eine Synchron-Gleichrichtungssteuerung (hiernach als Synchronsteuerung bezeichnet), die durch die Steuereinheit 100 durchgeführt wird, wird nachfolgend beschrieben.
9 zeigt ein Zeitdiagramm von Ein-Dauern einer Synchronsteuerung. In 9 zeigt jede der Ein-Dauern Pua des oberen Zweigs eine Zeitdauer, in welcher das Ausgangssignal der Erfassungseinheit 120 auf einen hohen Pegel eingestellt ist. Ein Startzeitpunkt und ein Endzeitpunkt von jeder der oberen MOS-Ein-Dauern Pum zeigt einen Ein-Zeitpunkt und einen Aus-Zeitpunkt des Transistors 50 des oberen Zweigs entsprechend an. Jede der Ein-Dauern Pla des unteren Zweigs zeigt eine Zeitdauer an, in der das Ausgangssignal der Erfassungseinheit 130 auf den hohen Pegel eingestellt ist. Ein Startzeitpunkt und ein Endzeitpunkt von jeder der unteren MOS-Ein-Dauern Tim zeigt einen Ein-Zeitpunkt und einen Aus-Zeitpunkt des Transistors 150 des unteren Zweigs entsprechend an.
Wie in 8 und 9 dargestellt, zeichnet der Beurteilungsblock 103 das Ausgangssignal der Erfassungseinheit 120 abhängig von der Drain-Source-Spannung V_DS des Transistors 50 auf. Dieses Ausgangssignal zeigt Ein-Dauern Pua des oberen Zweigs ans. Wenn eine Führungskante bzw. vordere Kante erfasst wird, bei welcher dieses Ausgangssignal vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel verändert wird, beurteilt der Beurteilungsblock 103, dass der Zeitpunkt zu dieser Führungskante ein Ein-Zeitpunkt des Transistors 50 ist und sendet eine Anweisung an den Treiber 170. In Reaktion auf diese Anweisung schaltet der Treiber 170 den Transistor 50 ein.
Der Berechnungsblock 107 berechnet einen Zeitpunkt, der seit einer vorbestimmten Dauer nach dem Einschalten des Transistors 50 vergangen ist, bestimmt diesen berechnete Zeitpunkt als Aus-Zeitpunkt des Transistors 50, und sendet eine Anweisung, die dem Treiber 170 diesen Aus-Zeitpunkt anzeigt. In Reaktion auf diese Anweisung schaltet der Treiber 170 den Transistor 50 im Aus-Zeitpunkt aus. Die vorbestimmte Dauer, die zum Bestimmen des Aus-Zeitpunkts des Transistors 50 in Block 107 verwendet wird, wird derart veränderbar eingestellt, dass der Aus-Zeitpunkt vor dem Endzeitpunkt der entsprechenden Ein-Dauer Pua des oberen Zweigs um einen elektrischen Sollwinkel Ta ist. Der Endzeitpunkt der Ein-Dauer Pua des oberen Zweigs ist gleich einer Zeit bzw. einem Zeitpunkt der abfallenden Kante bzw. des abfallenden Verlaufs, bei welchem das Ausgangssignal der Erfassungseinheit 120 vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel verändert wird.
Wenn eine Diodengleichrichtung, bei welcher elektrischer Strom durch die mit dem Transistors 50 korrespondierende Diode fließt, ohne durch den Transistor 50 zu fließen, der stets in den Aus-Zustand eingestellt ist, durchgeführt wird, funktioniert der Winkel Ta als Grenze, dass verhindert wird, dass der Aus-Zeitpunkt des Transistors 50 nach dem Endzeitpunkt der Diodenstromführungssdauer für die Diodengleichrichtung ist. Der Einstellblock 105 stellt den Winkel Ta abhängig von der Maschinengeschwindigkeit ein, die durch den Berechnungsblock 101 berechnet wird. Dieser elektrische Sollwinkel Ta kann auf einen konstanten Wert eingestellt sein, unabhängig von der Maschinengeschwindigkeit. Allerdings ist es bevorzugt, dass der Winkel Ta auf einen hohen Pegel eingestellt wird, wenn die Maschinengeschwindigkeit niedrig oder so hoch ist, dass sich die Maschine 1 in einem Niedriggeschwindigkeitsbereich oder einem Hochgeschwindigkeitsbereich befindet, und bevorzugt auf einen niedrigen Wert eingestellt, wenn die Maschinengeschwindigkeit in einem Zwischenbereich zwischen dem Niedergeschwindigkeitsbereich und dem Hochgeschwindigkeitsbereich angesiedelt ist.
Der Berechnungsblock 101 berechnet die Maschinengeschwindigkeit unter Verwendung eines Zyklus einer Führungskante oder eines Zyklus einer abfallenden Kante des Signals, das von der Erfassungseinheit 130 ausgegeben wird. Das Ausgangssignal der Erfassungseinheit 130 hängt von der Drain-Source-Spannung V_DS des Transistors 150 ab. Da die Maschinengeschwindigkeit unter Verwendung des Ausgangssignals der Erfassungseinheit 130 berechnet wird, kann die Maschinengeschwindigkeit stabil erfasst werden unabhängig von einer Veränderung in der Ausgangsspannung V_B des Generators 1.
Auf die gleiche Weise zeichnet der Beurteilungsblock 104 das Ausgangssignal der Erfassungseinheit 130 abhängig von der Drain-Source-Spannung V_DS des Transistors 51 auf. Dieses Ausgangssignal zeigt Ein-Dauern Pla eines unteren Zweigs an. Wenn eine Führungs- bzw. Anstiegskante erfasst wird, bei welcher dieses Ausgangssignal von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel verändert wird, beurteilt der Beurteilungsblock 104, dass der Zeitpunkt dieser Führungskante ein Ein-Zeitpunkt des Transistors 51 ist, und sendet eine Anweisung an den Treiber 172. In Reaktion auf diese Anweisung schaltet der Treiber 172 den Transistor 51 ein.
Der Berechnungsblock 109 berechnet einen Zeitpunkt, der seit einer vorbestimmten Dauer nach dem Einschalten des Transistors 51 vergangen ist, bestimmt diesen berechneten Zeitpunkt als einen Aus-Zeitpunkt des Transistors 51 und sendet eine Anweisung, die diesen Aus-Zeitpunkt anzeigt, an den Treiber 172. In Reaktion auf diese Anweisung schaltet der Treiber 172 den Transistor 51 im Aus-Zeitpunkt des Transistors 51 aus. Die vorbestimmte Dauer, die zur Berechnung dieses Aus-Zeitpunkts im Block 109 verwendet wird, wird derart veränderbar eingestellt, dass der Aus-Zeitpunkt um einen elektrischen Sollwinkel Ta vor dem Endzeitpunkt der entsprechenden Ein-Dauer Pla des unteren Zweigs ist. Der Endzeitpunkt der Ein-Dauer Pla des unteren Zweigs ist gleich einem Zeitpunkt der abfallenden Kante, bei welcher das Ausgangssignal der Erfassungseinheit 130 von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel verändert wird.
Wenn eine Diodengleichrichtung, bei welcher elektrischer Strom durch die Diode entsprechend des Transistors 51 fließt, ohne durch den Transistor 51 zu fließen, der stets in den Aus-Zustand eingestellt ist, durchgeführt wird, funktioniert der Winkel Ta als Grenze zum Verhindern, dass der Aus-Zeitpunkt des Transistors 51 später als der Endzeitpunkt der Diodenstromführungssdauer für die Diodengleichrichtung ist. Der Einstellungsblock 105 stellt diesen Winkel Ta abhängig von der Maschinengeschwindigkeit ein, die durch den Berechnungsblock 101 berechnet wird.
Bei dem tatsächlichen Betrieb, bei einem Zeitpunkt, in dem der Transistor 50 oder 51 ausgeschaltet ist, kann die Steuereinheit 100 nicht den Endzeitpunkt der Ein-Dauer Pua oder Pla des oberen oder unteren Zweigs messen. Daher verwenden die Berechnungsblöcke 107 und 109 die Endzeitpunkte der Ein-Dauern Pua und Pla des oberen und unteren Zweigs, die bereits vor einer Hälfte der Wiederholungsdauer (bezeichnet die Dauer, die dem Zyklus des elektrischen Winkels entspricht) der X-Phasenspannung Vp beendet sind, als die Endzeitpunkte der Ein-Dauern Pua und Pla des oberen und unteren Zweigs, in der vorliegenden Wiederholungsdauer der X-Phasenspannung Vp. Daher kann die Genauigkeit beim Einstellen bei sowohl dem Aus-Zeitpunkt des Transistors 50 als auch dem Aus-Zeitpunkt des Transistors 51 erhöht werden.
Zum Beispiel wird der Aus-Zeitpunkt des Transistors 50 des oberen Zweigs wie folgt eingestellt. Der Berechnungsblock 108 berechnet eine Dauer (durch den elektrischen Winkel angezeigt) T_FB2 vom Aus-Zeitpunkt des Transistors 51 des unteren Zweigs, der bereits vor der Hälfte der Wiederholungsdauer vorbei ist, bis zu dem Endzeitpunkt der Ein-Dauer Pla des unteren Zweigs. Der Berechnungsblock 107 berechnet eine Dauerdifferenz ΔT durch Subtrahieren des elektrischen Sollwinkels Ta von der Dauer T_FB2. Wenn die Maschinengeschwindigkeit stabil ist, wird die Dauer T_FB2 gleich dem Winkel Ta, und ΔT = 0 ist erfüllt. Die Maschinengeschwindigkeit wird jedoch häufig durch Beschleunigung und Abbremsen des Fahrzeugs, eine Pulsation bei der Umdrehung des Rotors, eine Veränderung der elektrischen Leistung, die durch die Stromverbraucher 10 verbraucht wird, eine Veränderung des Taktzyklus im Betrieb der Steuereinheit 100, die durch das Ausführen von Computerprogrammen ausgestaltet ist, eine Ausschaltverzögerung vom Ausgeben der Aus-Verzögerung zum Treiber 170 oder 172 zum tatsächlichen Ausschalten des Transistors 50 oder 51, und dergleichen verändert.
In dieser Ausführungsform korrigiert der Berechnungsblock 107 die untere MOS-Ein-Dauer Plm, die im Berechnungsblock 109 vor der halben Wiederholungsdauer verwendet wird, basierend auf der Differenz ΔT, und stellt die obere MOS-Ein-Dauer Pum unter Verwendung der korrigierten Dauer Plm ein, um den Aus-Zeitpunkt des Transistors 50 zu bestimmen. Genauer gesagt bestimmt der Berechnungsblock 107 einen Korrekturfaktor α (> 0) und stellt die Dauer Pum gemäß der nachfolgenden Gleichung ein. (obere MOS-Ein-Dauer Pum) = (untere MOS-Ein-Dauer Plm vor der halben Wiederholungsdauer) + ΔT × α
Bei dem in 9 dargestellten Beispiel sind eine erste Dauer Pum, eine Dauer Plm und eine zweite Dauer Pum nach der ersten Dauer Pum über eine Wiederholungsperiode in dieser Reihenfolge eingestellt. Wenn die zweite Dauer Pum unter Verwendung der Dauer Plm und der Differenz ΔT eingestellt wird, wird diese Differenz ΔT negativ. Daher wird die zweite Dauer Pum kürzer als die Dauer Plm.
Auf die gleiche Weise wird der Aus-Zeitpunkt des Transistors 51 des unteren Zweigs wie folgt eingestellt. Der Berechnungsblock 106 berechnet eine Dauer (durch den elektrischen Winkel angezeigt) T_FB1 vom Aus-Zeitpunkt des Transistors 50 des oberen Zweigs, der bereits vor der halben Wiederholungsdauer beendet ist, zum Endzeitpunkt der Ein-Dauer Pua des oberen Zweigs. Der Berechnungsblock 109 berechnet eine Dauerdifferenz ΔT durch Subtrahieren des elektrischen Sollwinkels Ta von der Dauer T_FB1. Der Berechnungsblock 109 korrigiert die Ein-Dauer Pum des oberen MOS bzw. die obere MOS-Ein-Dauer Pum, die im Berechnungsblock 107 vor der halben Wiederholungsdauer verwendet wird, basierend auf der Differenz ΔT, und stellt die Ein-Dauer Plm des unteren MOS bzw. die untere MOS-Ein-Dauer Plm unter Verwendung des unteren MOS unter Verwendung der korrigierten Dauer Pum ein, um den Aus-Zeitpunkt des Transistors 51 zu bestimmen. Genauer gesagt bestimmt der Berechnungsblock 109 den Korrekturfaktor α und stellt die Dauer Plm gemäß der nachfolgenden Gleichung ein. (untere MOS-Ein-Dauer Tlm) = (obere MOS-Ein-Dauer Pum vor der halben Wiederholungsdauer) + ΔT × α
In dem in 9 dargestellten Beispiel wird diese Differenz ΔT positiv, wenn die Dauer Plm, die der ersten Dauer Pum folgt, unter Verwendung der ersten Dauer Pum und der Differenz ΔT eingestellt wird. Daher wird die Dauer Plm länger als die erste Dauer Tum.
Wie vorstehend beschrieben werden der Transistor 50 des oberen Zweigs und der Transistor 51 des unteren Zweigs abwechselnd in den Ein-Zustand im gleichen Veränderungszyklus, wie der Veränderungszyklus bei der Diodengleichrichtung, eingestellt. Demgemäß kann der Schaltbetrieb für die Synchronsteuerung im Generator 1 bei einem niedrigen Verlust elektrischer Leistung durchgeführt werden, die im Generator 1 unter Verwendung der MOS-Transistoren der Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W, die durch die Transistoren 50 und 51 dargestellt sind, erzeugt wird.
(3) Beurteilung eines Starts der Synchronsteuerung
Als nächstes wird die Entscheidung eines Starts der Synchronsteuerung beschrieben. Kurz nach dem Start des Betriebs der Gleichrichtermodule, die durch das Gleichrichtermodul 5X dargestellt sind, oder nach dem Stopp der Synchronsteuerung, die durch das Auftreten eines Fehlers oder einer Fehlfunktion im Generator 1 verursacht wird, wird der Betrieb des Generators 1 basierend auf der Synchronsteuerung gestartet, wenn vorbestimmte Bedingungen für einen Start der Synchronsteuerung erfüllt sind. Der Entscheidungsblock 102 beurteilt, ob Bedingungen für einen Start der Synchronsteuerung erfüllt sind oder nicht. Wenn beurteilt wird, dass die Bedingungen erfüllt sind, entscheidet der Entscheidungsblock 102, dass ein Start der Synchronsteuerung stattfindet, und sendet eine Benachrichtigung, die einen Start der Synchronsteuerung anzeigt, an die Beurteilungsblöcke 103 und 104. Danach wird die vorstehend beschriebene Synchronsteuerung durchgerührt und die Transistoren 50 und 51, die für die MOS-Transistoren der Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W stehen, werden abwechselnd in den Ein-Zustand eingestellt.
Bedingungen für einen Start der Synchronsteuerung sind wie folgt.
(C1) Erste Startbedingung: Die Anzahl der Ein-Dauern Pua des oberen Zweigs und der Ein-Dauern Pla des unteren Zweigs (siehe 9), die in einer Phasenspannung, die durch die X-Phasenspannung Vp dargestellt ist, nacheinander auftreten, erreicht 32. Wenn der Rotor acht magnetische Pole aufweist, kennzeichnet diese Anzahl nacheinander auftretender Male zwei Umdrehungen des Rotors, ausgedrückt durch den mechanischen Winkel. Die Anzahl nacheinander auftretender Male kann entsprechend einer Umdrehung 16 Mal sein, ein Wert entsprechend drei Umdrehungen oder mehr, oder ein Wert entsprechend Umdrehungen, deren Anzahl sich von einer Ganzzahl unterscheidet.
(C2) Zweite Startbedingung: Die Ausgangsspannung V_B befindet sich in einem normalen Bereich höher als 7 V und niedriger als 18 V. Dieser Bereich entspricht einem Fahrzeugsystem, das eine Spannung von 12 V verwendet. Die untere Grenze von 7 V oder die obere Grenze von 18 V kann jedoch auch entsprechend geändert werden. In einem Fall, in dem der Generator 1 für ein Fahrzeugsystem verwendet wird, das eine Spannung von 24 V oder dergleichen verwendet, ist es erforderlich, die untere und obere Grenze entsprechend auf die erzeugte Spannung, die in dem Fahrzeugsystem verwendet wird, anzupassen.
(C3) Dritte Startbedingung: Keiner der MOS-Transistoren der Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W, die durch die Transistoren 50 und 51 dargestellt sind, wird in den Überhitzungszustand eingestellt.
(C4) Vierte Startbedingung: Keiner der MOS-Transistoren der Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W, die durch die Transistoren 50 und 51 dargestellt sind, wird zum Load-Dump-Schutz betrieben.
(C5) Fünfte Startbedingung: Eine Veränderung oder Fluktuation der Ausgangsspannung V_B ist kleiner als 0,5 V pro 200 μs. Wenn die Synchronsteuerung gestartet wird, hängt der zulässige Wert dieser Veränderung von den Komponenten des Generators 1 oder Computerprogrammen ab. Daher kann der zulässige Wert, der für die Entscheidung eines Starts der Synchronsteuerung verwendet wird, entsprechend basierend auf den Komponenten oder dergleichen verändert werden.
(C6) Sechste Startbedingung: Die Dauern T_FB1 und T_FB2 sind zusammen länger als 5 μs. Das Verhältnis zwischen der unteren Grenze der Dauern T_FB1 und T_FB2 und dem Auftreten eines Fehlers oder einer Fehlfunktion hängt von der Verursachung des Fehlers oder der Fehlfunktion ab. Daher kann die untere Grenze von 15 μs basierend auf der Verursachung eines Fehlers oder einer Fehlfunktion entsprechend verändert werden. Ferner wird in dieser Ausführungsform die Berechnung der Dauern T_FB1 und T_FB2 im Berechnungsblock 106 und 108 während der Synchronsteuerung obenstehend beschrieben. Vor einem Start der Synchronsteuerung werden jedoch die Dauern T_FB1 und T_FB2 außerdem im Berechnungsblock 106 und 108 derart berechnet, dass der Entscheidungsblock 102 einen Start der Synchronsteuerung unter Verwendung der Dauern T_FB1 und T_FB2 entscheidet.
10 zeigt ein Blockdiagramm von Blöcken und Einheiten der Steuerschaltung 54, die zum Entscheiden eines Starts der Synchronsteuerung erforderlich sind. Wie in 8 und 10 dargestellt, weist die Steuerschaltung 54 ferner einen Load-Dump-Beurteilungsblock 111 und einen Überhitzungsschutzblock (in den Ansprüchen als Überhitzungsschutzeinheit bezeichnet) 123 auf. Wie in 10 dargestellt, weist die Steuerschaltung 54 ferner einen V_B-Bereichsbeurteilungsblock 113, einen V_B-Veränderungsbeurteilungsblock 114 und einen T_FB-Dauer-Beurteilungsblock 115 auf. Die Blöcke und Einheiten 101, 102, 110, 111, 113, 114, 115, 120, 123 und 130 werden verwendet, um einen Start der Synchronsteuerung zu entscheiden. Wenn der Ausgangsanschluss B des Generators 1 von der Ladeleitung 12 getrennt wird, oder wenn ein Batterieanschluss von der positiven Elektrode der Batterie 9 getrennt wird, wird eine Stoßspannung erzeugt, um in der Ausgangsspannung V_B enthalten zu sein, und die Ausgangsspannung V_B überschreitet den Pegel von 20 V. Dieses Phänomen wird als Load-Dump bezeichnet.
Der Beurteilungsblock 111 beurteilt, ob die Ausgangsspannung V_B, die in der Erfassungseinheit 110 erfasst wird, den Pegel von 20 V aufgrund des Auftretens des Load-Dumps überschreitet oder nicht (vierte Startbedingung). Wenn die Ausgangsspannung V_B den Pegel von 20 V überschreitet, beurteilt der Beurteilungsblock 111, dass ein Load-Dump im Generator 1 aufgetreten ist, und startet einen Load-Dump-Schutzbetrieb. In diesem Betrieb sendet der Beurteilungsblock 111 eine Load-Dump-Schutzanweisung zu den Treibern 170 und 172. In Reaktion auf diese Anweisung schaltet der Treiber 170 den Transistor 50 des oberen Zweigs aus, um den Transistor 50 im Aus-Zustand zu halten, und der Treiber 172 schaltet den Transistor 51 des unteren Zweigs ein, um den Transistor 51 im Ein-Zustand zu halten. Somit wird die Ausgangsspannung V_B, die in der Erfassungseinheit 110 erfasst wird, verringert.
Danach, wenn die Ausgangsspannung V_B auf 17 V oder weniger verringert wird, beurteilt der Beurteilungsblock 111, dass der Load-Dump verschwunden ist, und beendet den Load-Dump-Schutzbetrieb. Um eine erneute Stoßspannung, die in der Ausgangsspannung V_B enthalten ist, in Reaktion auf das Einschalten und das Ausschalten der Transistoren 50 und 51, das beim Startzeitpunkt und Endzeitpunkt des Load-Dump-Schutzbetriebs durchgeführt wird, zu vermeiden, startet und beendet der Beurteilungsblock 111 den Load-Dump-Schutzbetrieb während einer Ein-Dauer Pla des unteren Zweigs (siehe 9). Ferner, während des Load-Dump-Schutzbetriebs, stellt der Beurteilungsblock 111 ein LD-Flag in den Ein-Zustand ein, und gibt ein Signal eines hohen Pegels aus, das dem Entscheidungsblock 102 das LD-Flag des Ein-Zustands anzeigt. Wenn der Beurteilungsblock 111 den Load-Dump-Schutzbetrieb beendet, stellt der Beurteilungsblock 111 das LD-Flag in den Aus-Zustand, und gibt ein Signal eines niedrigen Pegels aus, das den Aus-Zustand des LD-Flags dem Entscheidungsblock 102 anzeigt.
Der Beurteilungsblock 113 beurteilt, ob sich die Ausgangsspannung V_B, die in der Erfassungseinheit 110 erfasst wird, in einem Spannungsbereich von 7 V bis 18 V befindet oder nicht (zweite Startbedingung). Wenn sich die Spannung V_B in dem Bereich befindet, beurteilt ein Beurteilungsblock 113, dass sich die Ausgangsspannung V_B in einem Normalbereich befindet, stellt ein Spannungsbereichsflag in den Aus-Zustand und gibt ein Signal eines niedrigen Pegels aus, das dem Entscheidungsblock 102 das Spannungsbereichsflag des Aus-Zustands anzeigt. Wenn hingegen die Spannung V_B außerhalb des Bereichs (V_B < 7 V, oder V_B > 18 V) ist, beurteilt der Beurteilungsblock 113, dass die Ausgangsspannung V_B abnormal ist, stellt ein Spannungsbereichsflag in einen Ein-Zustand ein, und gibt ein Signal eines hohen Pegels aus, das dem Entscheidungsblock 102 das Spannungsbereichsflag des Ein-Zustands anzeigt.
Der Beurteilungsblock 114 beurteilt, ob eine Veränderung oder Fluktuation der Ausgangsspannung V_B, die in der Erfassungseinheit 110 erfasst wird, kleiner als ein vorbestimmter Pegelveränderungswert von 0,5 V/200 μs ist oder nicht (fünfte Startbedingung). Wenn die Veränderung kleiner als 0,5 V/200 μs ist, beurteilt der Beurteilungsblock 114, dass die Ausgangsspannung V_B ausreichend stabil ist, stellt ein Spannungsveränderungsflag den Aus-Zustand und gibt ein Signal eines niedrigen Pegels aus, das dem Entscheidungsblock 102 das Spannungsveränderungsflag des Aus-Zustands anzeigt. Wenn hingegen die Veränderung gleich oder größer als 0,5 V/200 μs ist, beurteilt der Beurteilungsblock 114, dass eine Veränderung oder Fluktuation bei der Ausgangsspannung V_B aufgetreten ist, stellt das Spannungsveränderungsflag in den Ein-Zustand ein, und gibt ein Signal eines hohen Pegels aus, das dem Entscheidungsblock 102 das Spannungsveränderungsflag des Ein-Zustands anzeigt.
Der Beurteilungsblock 115 beurteilt, oh jede der Dauern T_FB1 und T_FB2, die in den Berechnungsblöcken 106 und 108 berechnet werden, länger als 15 μs ist oder nicht (sechste Startbedingung). Wenn die Dauern T_FB1 und T_FB2 zusammen länger als 15 μs sind, beurteilt der Beurteilungsblock 115, dass kein Fehler auftritt, stellt ein T_FB-Dauer-Flag in den Aus-Zustand und gibt ein Signal eines niedrigen Pegels aus, das den Entscheidungsblock 102 das T_FB-Dauer-Flag eines Aus-Zustands anzeigt. Wenn hingegen zumindest eine der Dauern T_FB1 und T_FB2 gleich oder kürzer als 15 μs ist, beurteilt der Beurteilungsblock 115, dass ein Fehler auftritt, stellt ein T_FB-Dauer-Flag in den Ein-Zustand, und gibt ein Signal eines hohen Pegels aus, das den Entscheidungsblock 102 ein T_FB-Dauer-Flag eines Ein-Zustands anzeigt.
Der Überhitzungsschutzblock 123 beurteilt anhand des Temperatursignals der Erfassungseinheit 150 (siehe 8), ob die Transistoren 50 und 51 in einem Überhitzungszustand eingestellt überhitzt sind oder nicht (dritte Startbedingung). Wenn zumindest einer der Transistoren 50 und 51 überhitzt ist, beurteilt der Schutzblock 132, dass das Gleichrichtermodul 5X überhitzt ist, und führt einen Überhitzungsschutzbetrieb durch. Dieser Betrieb wird später im Detail beschrieben. Ferner stellt der Schutzblock 123 ein Überhitzungsflag in den Ein-Zustand, um das Überhitzen des Gleichrichtermoduls 5X anzuzeigen, und sendet ein Signal eines hohen Pegels, das dem Entscheidungsblock 102 ein Überhitzungsflag eines Ein-Zustands anzeigt. Wenn hingegen ein Transistor überhitzt ist, stellt der Schutzblock 123 das Überhitzungsflag in den Aus-Zustand und sendet ein Signal eines niedrigen Pegels, das den Entscheidungsblock 102 an das Überhitzungsflag des Aus-Zustands anzeigt.
In dieser Ausführungsform weist die Steuerschaltung 54 die Blöcke 113 bis 115 von dem Block 102 getrennt auf. Der Block 102 kann jedoch auch die Funktionen der Blöcke 113 bis 115 durchführen. Ferner, wenn die ersten bis sechsten Startbedingungen für einen Start der Synchronsteuerung erfüllt sind, entscheidet der Entscheidungsblock 102 einen Start der Synchronsteuerung, und der Generator 1 wird basierend auf dieser Steuerung betrieben. Wenn jedoch die erste Startbedingung und zumindest eine der zweiten bis sechsten Startbedingungen erfüllt sind, kann der Entscheidungsblock 102 auch einen Start der Synchronsteuerung entscheiden, um den Generator 1 in der Synchronsteuerung zu betreiben.
11 zeigt ein Zeitdiagramm, das einen Betriebszeitpunkt bei der Entscheidung eines Starts der Synchronsteuerung darstellt. In 11 zeigt ein Zählerwert die Anzahl der Führungskanten bzw. ansteigenden Kanten (oder Startzeiten) von Ein-Dauern Pua eines oberen Zweigs und Ein-Dauern Pla eines unteren Zweigs, die nacheinander in der Phasenspannung Vp auftreten, an. Das T_FB-Dauer-Flag zeigt den Pegel des Signals an, das von dem Beurteilungsblock 115 ausgegeben wird. Das Spannungsbereichsflag zeigt den Pegel des Signals an, das von dem Beurteilungsblock 113 ausgegeben wird. Das LD-Flag zeigt den Pegel des Signals an, das von dem Beurteilungsblock 111 ausgegeben wird. Das Überhitzungsflag zeigt den Pegel des Signals an, das von dem Schutzblock 123 angegeben wird. Das Spannungsveränderungsflag zeigt den Pegel des Signals an, das von dem Beurteilungsblock 114 ausgegeben wird.
Der Entscheidungsblock 102 führt einen Zählbetrieb derart durch, dass ein Zählerwert in Synchronisation mit jeder der Führungskanten von Ein-Dauern Pua des oberen Zweigs und Ein-Dauern Pla des unteren Zweigs, die nacheinander auftreten, um 1 erhöht wird. Wenn der Zählerwert 32 erreicht, beurteilt der Entscheidungsblock 102, dass die ersten bis sechsten Startbedingungen für einen Start der Synchronsteuerung erfüllt sind, entscheidet die Synchronsteuerung zu starten und sendet ein Signal eines niedrigen Pegels, das einen Start der Synchronsteuerung anzeigt, zu den Beurteilungsblöcken 103 und 104. In Reaktion auf dieses Signal eines niedrigen Pegels schalten die Beurteilungsblöcke 103 und 104 die Transistoren 50 und 51 durch die Treiber 170 und 172 abwechselnd ein, um die Synchronsteuerung zu starten.
Der Entscheidungsblock 102 führt den Zählbetrieb basierend auf der Bedingung fort, dass das Zeitintervall zwischen den Führungskanten einer Ein-Dauer Pua eines oberen Zweigs und einer Ein-Dauer Pla eines unteren Zweigs, die benachbart sind, gleich oder kürzer als eine Wiederholungsdauer (oder die Dauer entsprechend eines Zyklus im elektrischen Winkel) der X-Phasenspannung Vp ist, während die Flags, die von den Blöcken 115, 113, 111, 123 und 114 ausgegeben werden, zusammen auf den niedrigen Pegel eingestellt werden. Wenn hingegen der Entscheidungsblock 102 erfasst, bevor der Zählerwert 32 erreicht, dass das Zeitintervall zwischen den Führungskanten der Ein-Dauer Pua des oberen Zweigs und der Ein-Dauer Pla des unteren Zweigs länger als eine Wiederholungsdauer ist, oder erfasst, dass zumindest eines der Flags der Blöcke 115, 113, 111, 123 und 114 auf den hohen Pegel eingestellt ist, stellt der Entscheidungsblock 102 den Zählerwert auf Null zurück und startet den Zellbetrieb neu, wenn die Bedingung für die Fortführung des Zählbetriebs erfüllt ist.
(4) Beurteilung eines Stopps der Synchronsteuerung
Nachfolgend wird die Entscheidung eines Stopps der Synchronsteuerung, die im Generator 1 durchgeführt wird, beschrieben. Wie in 8 dargestellt, weist die Steuerschaltung 54 ferner einen Beurteilungsblock 121 für einen abnormalen Aus-Zeitpunkt und einen Entscheidungsblock 122 für einen Synchronsteuerungsstopp auf. Der Entscheidungsblock 122 beurteilt, ob die Bedingungen für einen Stopp der Synchronsteuerung erfüllt sind oder nicht. Wenn beurteilt wird, dass diese Bedingungen erfüllt sind, entscheidet der Entscheidungsblock 122, die Synchronsteuerung zu stoppen, und sendet eine Benachrichtigung, die den Blöcken 102, 103, 104, 107 und 109 den Stopp der Synchronsteuerung anzeigt. Danach wird der Stopp der Synchronsteuerung fortgeführt, bis der Entscheidungsblock 102 entscheidet, die Synchronsteuerung zu starten.
Für einen Stopp der Synchronsteuerung sind die fünf nachfolgenden Bedingungen gegeben.
(C11) Erste Stoppbedingung: Eine festgelegte Zeitdauer von einem Aus-Zeitpunkt des Transistors 51, eingestellt im Berechnungsblock 109, bis zu einem Zeitpunkt, bei welchem die Phasenspannung Vp angestiegen ist, nachdem dieser Aus-Zeitpunkt den ersten Schwellenwert V10 erreicht, der für eine Entscheidung zu einem nächsten Ein-Zeitpunkt des Transistors 50 verwendet wird, ist kürzer als eine vorbestimmte Zeitdauer.
Diese vorbestimmte Dauer wird so eingestellt, dass sie von einer Zeitverschiebung von einer Zeit, bei welcher der Berechnungsblock 109 den Treiber 172 anweist, den Transistor 51 auszuschalten, zu einer Zeit, bei welcher der Treiber 172 den Transistor 51 tatsächlich ausschaltet, abhängig zu sein. Genauer gesagt, schaltet der Treiber 172 den Transistor 51 durch eine Antriebsleistung bzw. eine Ansteuerleistung aus, und die vorbestimmte Dauer wird basierend auf dieser Ansteuerleistung des Treibers 172 eingestellt. Wenn die erste Stoppbedingung erfüllt ist, da die festgelegte Dauer kürzer als die vorbestimmte Dauer ist, beurteilt der Beurteilungsblock 121, dass eine Abnormalität oder eine Verzögerung des Aus-Zeitpunkts des Transistors 51 aufgetreten ist und gibt ein Signal eines hohen Pegels an den Entscheidungsblock 122 aus. In einem anderen Fall gibt der Beurteilungsblock 122 ein Signal eines niedrigen Pegels an den Entscheidungsblock 122 aus.
12 zeigt eine Ansicht, die einen Kurvenverlauf der X-Phasenspannung Vp darstellt, der erhalten wird, wenn der Aus-Zeitpunkt des Transistors 51 verzögert ist. Wie in 12 dargestellt, ist der Aus-Zeitpunkt des Transistors 51, der im Berechnungsblock 109 eingestellt ist, verzögert, um nach dem Endzeitpunkt der entsprechenden bzw. korrespondierenden Dauer Pla des unteren Zweigs zu sein, und elektrischer Strom, der durch den Transistor 51 fließt, wird zum Endzeitpunkt der Ein-Dauer Pla des unteren Zweigs so gestoppt oder unterbrochen, dass eine Stoßspannung S in der Phasenspannung Vp erzeugt wird. Diese Stoßspannung S wird gleich nach dem Ausschalten des Transistors 51 erzeugt. Eine Zeitdauer von einem Zeitpunkt, bei welchem der Berechnungsblock 109 den Treiber 172 anweist, den Transistor 51 auszuschalten, bis zu einem Zeitpunkt, bei welchem der Treiber 172 den Transistor 51 tatsächlich ausschaltet, wird als die Dauer T0 eingestellt. Um das Erzeugen der Stoßspannung S, die durch die Ausschaltverzögerung verursacht wird, zu erfassen, wird die vorbestimmte Dauer um einen Wert β derart länger als die Dauer T0 eingestellt, dass der Treiber 172 tatsächlich den Transistor 51 ausschaltet, wenn eine Dauer T0 + β vergangen ist, nachdem der Berechnungsblock 109 den Treiber 172 anweist, den Transistor 51 auszuschalten. Dabei ist es erforderlich, dass dieses β kürzer als eine Zeitdauer von der vergangenen Dauer T0 bis zu einem Zeitpunkt, bei welchem die Phasenspannung Vt, die die Stoßspannung S enthält, auf den ersten Schwellenwert V10 angehoben wird, ist, wenn die Synchronsteuerung ohne einem abnormalen Auslasszeitpunkt normal durchgeführt wird.
(C12) Zweite Stoppbedingung: Eine festgelegte Zeitdauer von einem Aus-Zeitpunkt des Transistors 50, der im Berechnungsblock 107 eingestellt ist, bis zu einer Zeit bzw. einem Zeitpunkt, bei welchem die Phasenspannung Vp, die nach diesem Aus-Zeitpunkt abgefallen ist, den zweiten oberen Schwellenwert V20 erreicht, der für eine Entscheidung eines nächsten Ein-Zeitpunkts des Transistors 51 verwendet wird, ist kürzer als eine vorbestimmte Zeitdauer.
Diese vorbestimmte Zeitdauer wird abhängig von einer Zeitverschiebung von eifern Zeitpunkt eingestellt, bei welchem der Berechnungsblock 107 den Treiber 170 anweist, den Transistor 50 auszuschalten, bis zu einem Zeitpunkt, bei welchem der Treiber 170 den Transistor 50 tatsächlich ausschaltet. Genauer gesagt schaltet der Treiber 170 den Transistor 50 mittels einer Ansteuerleistung aus, und die vorbestimmte Dauer wird basierend auf dieser Ansteuerleistung des Treibers 170 eingestellt. Wenn diese zweite Stoppbedingung erfüllt ist, da die festgelegte Dauer kurzer als die vorbestimmte Dauer ist, beurteilt der Beurteilungsblock 121, dass eine Abnormalität oder eine Verzögerung bei den Aus-Zeitpunkt des Transistors 50 auftritt und gibt eine an den Entscheidungsblock 122 ein Signal eines hohen Pegels aus. In einem anderen Fall gibt der Beurteilungsblock 121 an den Entscheidungsblock 122 ein Signal eines niedrigen Pegels aus.
Die vorbestimmten Dauern für die ersten und zweiten Stoppbedingungen können gleich sein oder sich voneinander unterscheiden. Da diese vorbestimmten Dauern basierend auf der Ansteuerleistung der Treiber 170 und 172 eingestellt werden, ist es bevorzugt, dass jede der vorbestimmten Dauern konstant ist, unabhängig von der Maschinengeschwindigkeit.
(C13) Dritte Stoppbedingung: Eine Veränderung der Fluktuation der Ausgangsspannung V_B ist größer als 0,5 V/200 μs. In dem Fall der Fortführung der Synchronsteuerung hängt der zulässige Wert dieser Veränderung von den Komponenten des Generators 1 oder den Computerprogrammen ab. Daher kann der zulässige Wert, der für die Entscheidung eines Stopps der Synchronsteuerung verwendet wird, basierend auf diesen Komponenten oder dergleichen verändert werden. Die Voraussetzung zum entsprechenden Verändern des zulässigen Werts wird nachfolgend bezüglich 13 beschrieben.
13 zeigt eine Ansicht, die das Verhältnis zwischen einer Veränderung der Ausgangsspannung V_B und der Länge einer Ein-Dauer Pua eines oberen Zweigs darstellt. Wie in 13 dargestellt, wenn die Ausgangsspannung z. B. plötzlich von 150A auf 15A abfällt, wird die Ausgangsspannung V_B über die Zeit erhöht, und die Länge der Ein-Dauer des oberen Zweigs wird von T10 entsprechend der normalen Ausgangsspannung V_B auf T11 und T12 verkürzt (T10 > T11 > T12), und zwar in dieser Reihenfolge. Auf die gleiche Weise wird in Reaktion auf eine Veränderung oder Fluktuation der Ausgangsspannung V_B die Länge der Ein-Dauer des unteren Zweigs über die Zeit verkürzt.
Da die Längen der Ein-Dauern des oberen und unteren Zweigs in Reaktion auf eine Veränderung der Ausgangsspannung V_B über die Zeit verkürzt werden, angenommen, dass die Aus-Zeitpunkte der Transistoren 50 und 51 ohne Berücksichtigung einer Veränderung der Ausgangsspannung V_B eingestellt werden, werden die Aus-Zeitpunkte der Transistoren 50 und 51 eingestellt, später als die Endzeitpunkte der entsprechenden Ein-Dauern des oberen und unteren Zweigs zu sein. Um dieses Problem zu vermeiden, wird der zulässige Wert, der angemessen verändert wird, verwendet.
Der zuverlässig veränderte zulässige Wert wird auch verwendet, um ein Starten der Synchronsteuerung zu entscheiden. Der zulässige Wert zum Starten der Synchronsteuerung kann sich vom zulässigen Wert zum Stoppen der Synchronsteuerung unterscheiden.
(C14) Vierte Stoppbedingung: Der Generator 1 ist nun in dem Zustand des Load-Dump-Schutzes gesetzt.
(C15) Fünfte Stoppbedingung: Die Transistoren 50 und 51 sind nun in den Überhitzungszustand eingestellt.
14 zeigt ein Blockdiagramm eines Bereichs, der zum Durchführen der Entscheidung zum Stoppen der Synchronsteuerung erforderlich ist. Komponenten, die in 14 dargestellt sind, ausgenommen vom Beurteilungsblock 114, werden entsprechend den Komponenten, die in 8 dargestellt sind, verwendet. Der Beurteilungsblock 114, der in 10 dargestellt ist, zur Entscheidung eines Starts der Synchronsteuerung wird auch für die Entscheidung eines Stopps der Synchronsteuerung verwendet.
Wie in 14 dargestellt, wenn der Beurteilungsblock 121 beurteilt, dass die erste oder zweite Stoppbedingung (C11) oder (C12) erfüllt ist, gibt der Beurteilungsblock 121 ein Signal eines hohen Pegels an den Entscheidungsblock 122 aus. Wenn der Beurteilungsblock 114 beurteilt, dass die dritte Stoppbedingung (C13) erfüllt ist, da eine Veränderung oder Fluktuation in der Ausgangsspannung V_B größer als 0,5 V/200 μs ist, gibt der Beurteilungsblock 114 ein Signal eines hohen Pegels an den Entscheidungsblock 122 aus. Wenn der Beurteilungsblock 111 beurteilt, dass die vierte Stoppbedingung (C14) erfüllt ist, da der Generator 1 in den Zustand des Load-Dump-Schutzes eingestellt ist, gibt der Beurteilungsblock 111 ein Signal eines hohen Pegels an den Entscheidungsblock 122 aus. Wenn der Schutzblock 123 beurteilt, dass die fünfte Stoppbedingung (C15) erfüllt ist, da das Überhitzungsflag in den Ein-Zustand eingestellt ist, gibt der Schutzblock 123 ein Signal eines hohen Pegels aus, das dem Entscheidungsblock 122 ein Überhitzungsflag des Ein-Zustands anzeigt.
Wenn zumindest eines der Signale, die von den Blöcken 121, 114, 111 und 123 ausgegeben werden, auf den hohen Pegel eingestellt wird, beurteilt der Entscheidungsblock 122, dass die Bedingungen für einen Stopp der Synchronsteuerung erfüllt sind, entscheidet einen Stopp dieser Steuerung und sendet eine Anweisung, die einen Stopp der Synchronsteuerung anzeigt, an den Beurteilungsblock 102, die Entscheidungsblöcke 103 und 104 und die Berechnungsblöcke 107 und 109, dargestellt in 8.
(5) Überhitzungsschutzbetrieb
Ein Überhitzungsschutzbetrieb, der im Schutzblock 123 durchgeführt wird, wird nachfolgend beschrieben. Bei dieser Ausführungsform, wenn der Schutzblock 123 das Temperatursignal des hohen Pegels empfängt, das das Auftreten der Überhitzung in den Transistoren 50 und 51 anzeigt, von der Erfassungseinheit 110, führt der Schutzblock 123 einen Überhitzungsschutzbetrieb durch Anweisen des Treibers 170 durch, um den Transistor 50 zwangsweise auszuschalten und den Transistor 50 im Aus-Zustand zu halten, und durch Anweisen des Treibers 172 den Transistor 51 zwangsweise einzuschalten und den Transistor 51 im Ein-Zustand zu halten.
15A zeigt eine Ansicht, die einen Kurvenverlauf der Phasenspannung Vp darstellt, wenn kein Transistor im Überhitzungszustand eingestellt ist. 15B zeigt eine Ansicht, die einen Kurvenverlauf der Phasenspannung Vp darstellt, wenn der Schutzblock 123 sich im Überhitzungsschutzbetrieb befindet. 15C zeigt eine Ansicht, die einen Kurvenverlauf der Phasenspannung Vp darstellt, wenn die Drain-Source-Spannung V_DS des Transistors 51 des unteren Zweigs verstärkt wird.
Bei dem Normalbetrieb während der Synchronsteuerung, wie in 15A dargestellt, erreicht die Phasenspannung Vp einen Wert (hiernach als Obergrenze bezeichnet) nahe der Ausgangsspannung V_B (d. h., die Spannung an der positiven Elektrode der Batterie 9) und erreicht einen Wert (hiernach als Untergrenze bezeichnet) nahe der Masseanschlussspannung V_GND. Die Phasenspannung Vp wird zwischen der Obergrenze und der Untergrenze periodisch verändert.
Während des Überhitzungsschutzbetriebs, wie in 15B dargestellt, da der Transistor 50 zwangsweise in den Aus-Zustand eingestellt wird und der Transistor 51 zwangsweise in den Ein-Zustand eingestellt wird, wird die Phasenspannung Vp hingegen im Bereich von dem Wert (V_GND – V_DS51) um die Drain-Source-Spannung V_DS51 des in den Ein-Zustand eingestellten Transistors 51 niedriger als die Masseanschlussspannung V_GND auf den Wert (V_GND + V_DS51) um die Spannung V_DS51 höher als die Spannung V_GND periodisch verändert, während die Phasenspannung Vp auf die Spannung V_GND gemittelt wird. Im Beispiel, das in 15B dargestellt ist, ist die Drain-Source-Spannung V_DS des Transistors 51, der in den Ein-Zustand eingestellt ist, gleich 0,1 V. Diese Drain-Source-Spannung V_DS ist abhängig von den Spezifikationen des Transistors 51, der Gate-Spannung, die am Transistor 51 angelegt wird und dergleichen, veränderbar.
Wie in 15C dargestellt, verstärkt die Verstärkungseinheit 142, die in 4 dargestellt ist, die Drain-Source-Spannung V_DS des Transistors 51, der in den Ein-Zustand eingestellt ist, fünf Mal, um die Spannung V_DS im Bereich von –0,5 V bis +0,5 V periodisch zu verändern. Die Entscheidungseinheit 144 vergleicht die Spannung V_DS, die durch die Einheit 142 mit einem Sehwellenspannungswert von +0,35 V verstärkt ist. Wenn die Schwellenwertspannung höher als die verstärkte Spannung V_DS in einem Zeitbereich W ist, gibt die Entscheidungseinheit 144 ein Signal eines hohen Pegels an den Schutzblock 123 aus. In einem anderen Fall gibt die Entscheidungseinheit 144 ein Signal eines niedrigen Pegels an den Schutzblock 123 aus.
Wie in 15C dargestellt, stimmt der Bereich W, der periodisch eingestellt ist, fast mit einer unteren MOS-Ein-Dauer Plm überein, in welcher der Transistor 51 in den Ein-Zustand eingestellt wird. Bei dieser Ausführungsform werden der Startzeitpunkt und der Endzeitpunkt des Überhitzungsschutzbetriebs in den Bereich W eingestellt. Wenn der Schutzblock 123 den Transistor 51 in einer bestimmten Zeit des Zeitfensters W einschaltet, um den Überhitzungsschutzbetrieb zu starten, fließt elektrischer Strom durch den Transistor 51 in Flussrichtung, welche gleich der Durchlassrichtung der Diode, die mit dem Transistor 51 korrespondiert, ist. Daher kann die Erzeugung einer Stoßspannung zum Startzeitpunkt des Überhitzungsschutzbetriebs unterdrückt werden. Ferner, wenn der Schutzblock 123 den Transistor 51 bei einem Zeitpunkt des Bereichs W ausschaltet, um den Überhitzungsschutzbetrieb zu beenden, ist die Flussrichtung des Stroms, der durch die Diode fließt, die mit dem Transistor 51 korrespondiert, kurz nach dem Ausschalten des Transistors 51 gleich der Flussrichtung des Stromflusses durch den Transistor 51 kurz vor dem Ausschalten des Transistors 51. Daher kann die Erzeugung eines Stoßspannung zum Zeitpunkt des Überhitzungsschutzbetriebs unterdrückt bzw. vermindert werden.
Der Schwellenwert-Spannungswert, der in der Entscheidungseinheit 144 verwendet wird, kann entlang einer Hysteresis-Schleife verändert werden. Zum Beispiel wird der Schwellenwert-Spannungswert auf +0,35 V erhöht, kurz nachdem die verstärkte Drain-Source-Spannung V_DS niedriger als der Schwellenwert-Spannungswert wird. Demgegenüber wird, kurz nachdem die verstärkte Spannung V_DS höher als der Schwellenwert-Spannungswert wird, die Schwellenwertspannung auf +0,30 V vermindert. Daher kann, selbst wenn die verstärkte Spannung V_DS nahe dem Schwellenwert-Spannungswert verändert wird, die Entscheidungseinheit 144 verhindern, dass sich die Flussrichtung zu häufig ändert.
Die Referenzspannung Vref, die in der Erfassungsschaltung 77 der Steuervorrichtung 7, dargestellt in 2, verwendet wird, ist auf einen Wert höher als die Drain-Source-Spannung V_DS des Transistors 51, der im Ein-Zustand eingestellt ist, voreingestellt. Während des Normalbetriebs des Generators 1 überschreitet die Phasenspannung Vp periodisch die Referenzspannung Vref, so dass die Erfassungsschaltung 77 die Umdrehung des Rotors erfassen kann. Wenn hingegen der Schutzblock 123 den Überhitzungsschutzbetrieb durch Halten des Transistors 50, der in den Aus-Zustand eingestellt ist, und Halten des Transistors 51, der in den Ein-Zustand eingestellt ist, durchführt, verändert sich die Phasenspannung Vp im Bereich der Drain-Source-Spannung V_DS periodisch (siehe 15B). Daher kann die Steuervorrichtung 7 die Umdrehung des Rotors nicht aus dem Vergleich zwischen der Phasenspannung Vp und der Referenzspannung Vref erfassen. Wenn keine Umdrehung des Rotors oder ein Stoppen der Umdrehung erfasst wird, stoppt die Steuervorrichtung 7 die Zufuhr eines Erregerstroms zur Feldspule 4 oder reduziert diesen. Daher wird die elektrische Leistungserzeugung des Generators 1 gestoppt oder unterdrückt, und eine Wärme bzw. Hitze, die durch den Leistungsgenerator erzeugt wird, wird unterdrückt bzw. vermindert. Ferner wird, nachdem die Leistungserzeugung gestoppt oder unterdrückt worden ist, der Rotor des Generators 1 für eine gewisse Zeit durch das Trägheitsmoment immer noch mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht. Daher werden auch Kühlventilatoren, die am Rotor angebracht sind, mit dem Rotor derart gedreht, dass sie die Gleichrichter-Modulgruppen 5 und 6 schnell abkühlen. Demnach kann der Überhitzungsschutzbetrieb, der durch den Schutzblock 123 durchgeführt wird, die Gleichrichter-Modulgruppen 5 und 6 davor schützen, durch die Überhitzung einen Fehler aufzuweisen oder zerstört zu werden.
16 zeigt ein Blockdiagramm des Schutzblocks 123. Wie in 16 dargestellt, weist der Schutzblock 123 zum Durchführen des Überhitzungsschutzbetriebs einen Überhitzungszustands-Übertragungs-Beurteilungsbereich 124, einen Überhitzungsschutz-Startentscheidungsbereich 125, einen periodischen Timer 126, einen Rückstell-Entscheidungsbereich 127 und einen Begrenzungstimer 128 auf.
Wenn die Erfassungseinheit 150 erfasst, dass die Temperatur der Transistoren 50 und 51 200 Grad Celsius (°C) überschreitet, verändert die Bestimmungseinheit 150 ein Temperatursignal von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel und gibt dieses Signal des hohen Pegels zu dem Beurteilungsbereich 124 und zu den Entscheidungsbereichen 125 und 127 aus. Der Beurteilungsbereich 124 beurteilt anhand des Signals des hohen Pegels, dass der Generator 1 in den Überhitzungszustand gesetzt worden ist, und stellt ein Überhitzungs-Flag bei einem hohen Pegel ein und gibt ein Signal eines hohen Pegels an den Entscheidungsblock 122 aus.
Ferner entscheidet der Entscheidungsbereich 125 in Reaktion auf die Veränderung des Temperatursignals von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel einen Start des Überhitzungsschutzbetriebs. Anschließend, unter der Bedingung, dass der Entscheidungsbereich 125 bestätigt, dass das ausgegebene Signal von der Bestätigungseinheit 140 auf den niedrigen Pegel gesetzt worden ist, da kein Kurzschluss-Fehler aufgetreten ist, gibt der Entscheidungsbereich 125 an die Treiber 170 und 172 eine Anweisung aus, die einen Start des Überhitzungsschutzbetriebs anzeigt, zu einem festgelegten Zeitpunkt, bei welchem die Entscheidungseinheit 144 das Signal des hohen Pegels ausgibt, und teilt dem Entscheidungsbereich 125 mit, dass die vorliegende Zeit das Zeitfenster W ist (siehe 15C), das passend für den Überhitzungsschutzbetrieb ist. In Reaktion auf diese Anweisung schaltet der Treiber 170 den Transistor 50 aus, um den Transistor 50 in dem Aus-Zustand zu halten, und der Treiber 172 schaltet den Transistor 51 ein, um den Transistor 51 in dem Ein-Zustand zu halten. Daher wird die Phasenspannung Vp in einem engen Bereich periodisch verändert, während die Phasenspannung Vp bei der Masse-Anschlussspannung V_GND gemittelt wird.
Der Timer 126 beginnt mit der Messung einer vergangenen Zeitdauer, welche von einem Wechsel bzw. einer Veränderung des Signals von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel beginnt, das von der Entscheidungseinheit 144 ausgegeben wird. Wenn die vergangene Zeit ein Viertel der Wiederholungsdauer (entspricht einem Zyklus der Spannung Vp) der Phasenspannung Vp erreicht, gibt der Timer 126 ein Time-up-Signal an den Entscheidungsbereich 127 aus.
Wenn die Temperatur der Transistoren 50 und 51 durch den Überhitzungsschutzbetrieb auf 170°C oder niedriger abgesunken ist, verändert die Bestimmungseinheit 150 das Temperatursignal von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel und gibt dieses Signal an den Beurteilungsbereich 124, die Entscheidungsbereiche 125 und 127 und den Timer 128 aus.
Der Timer 128 beginnt das Messen einer vergangenen Zeitdauer, welche von einem Wechsel bzw. einer Veränderung des Signals, das von der Erfassungseinheit 150 ausgegeben wird, von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel, beginnt. Wenn die vergangene Zeit zwei Wiederholungsdauern der Phasenspannung Vp erreicht, gibt der Timer 128 ein Time-up-Signal an den Entscheidungsbereich 127 aus.
Ferner beurteilt der Entscheidungsbereich 127 in Reaktion auf das Signal des niedrigen Pegels der Erfassungseinheit 150, dass die Überhitzung der Transistoren 50 und 51 beendet ist, entscheidet das Ende des Überhitzungsschutzbetriebs und entscheidet die Rückkehr zum Normalbetrieb. Genauer gesagt entscheidet der Entscheidungsbereich 127, in Reaktion auf das Signal des niedrigen Pegels, die Ausgabezeit des Time-up-Signals, das vom Timer 126 gesendet wurde, als einen Endzeitpunkt des Überhitzungsschutzbetriebs. Wenn kein Signal vom Timer 126 empfangen wird, entscheidet der Entscheidungsbereich 127 die Ausgabezeit des Time-up-Signals, das von dem Timer 128 gesendet wurde, als einen Endzeitpunkt des Überhitzungsschutzbetriebs. Anschließend sendet der Entscheidungsbereich 127 eine Benachrichtigung, die diesen Endzeitpunkt dem Beurteilungsbereich 124 anzeigt. In Reaktion auf diese Benachrichtigung stellt der Beurteilungsbereich 124 das Überhitzungs-Flag auf den Aus-Zustand zurück und gibt ein Signal eines niedrigen Pegels, das das Aus-Zustands-Flag anzeigt, an den Entscheidungsblock 122 aus. Ferner sendet der Entscheidungsbereich 127, der den Endzeitpunkt des Überhitzungsschutzbetriebs entscheidet, eine Anweisung an die Treiber 170 und 172. In Reaktion auf diese Anweisung schalten die Treiber 170 und 172 die Transistoren 50 und 51 aus, um die Transistoren 50 und 51 zusammen in den Aus-Zustand einzustellen.
Da die vergangene Zeit in dem Timer 126 mit dem Start des Zeitbereichs W, dargestellt in 15C, beginnt, stellt der Entscheidungsbereich 127 den Endzeitpunkt des Überhitzungsschutzbetriebs auf eine Zeit ein, bei der ein Viertel der Wiederholungsdauer der Phasenspannung Vp vom Start des Zeitbereichs W vergangen ist. Daher kann der Überhitzungsschutzbetrieb zuverlässig während der Diodenstrom-Übertragungsdauer beendet werden, in welcher elektrischer Strom durch die Diode, die mit dem Transistor 51 korrespondiert, fließt. Demgemäß wird keine Stoßspannung, die durch das Ausschalten des Transistors 51 erhalten wird, erzeugt oder in der Phasenspannung Vp enthalten. Das Viertel der Wiederholungsdauer der Phasenspannung Vp, das vergangen ist, bis der Timer 126 ein Time-up-Signal ausgibt, kann verändert werden.
Das Time-up-Signal des Timers 128 wird an den Entscheidungsbereich 127 gesendet, um einem Fehler bei der Entscheidung des Entscheidungsbereichs 127, der basierend auf sowohl dem Signal der Entscheidungseinheit 144 als auch auf dem Time-up-Signal des Timers 126 auftreten kann, entgegen zu wirken. Wenn zum Beispiel ein Fehler im Timer 126 auftritt, wird kein Signal von dem Timer 126 zum Entscheidungsbereich 127 gesendet. Daher, angenommen, dass vom Timer 128 kein Signal zum Entscheidungsbereich 127 gesendet wird, kann der Entscheidungsbereich 127 nicht den Endzeitpunkt des Überhitzungsschutzbetriebs bestimmen. In dieser Ausführungsform hingegen, da der Entscheidungsbereich 127 den Endzeitpunkt des Überhitzungsschutzbetriebs unter Verwendung des Time-up-Signals des Timers 128 entscheiden kann, kann der Entscheidungsbereich 127 den Überhitzungsschutzbetrieb bei dem Endzeitpunkt zwingend beenden. Die zwei Wiederholungsdauern der Phasenspannung Vp, die vergangen sind, bis der Timer 128 ein Time-up-Signal ausgegeben hat, können verändert werden.
Wenn, wie vorstehend beschrieben, in Generator 1 gemäß dem Generator 1 das Modul 5X, das für die Module 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W steht, überhitzt ist, ist der Transistor 51 des unteren Zweigs in den Ein-Zustand eingestellt, der Transistor 50 des oberen Zweigs ist in den Aus-Zustand eingestellt, und die Phasenspannung Vp ist in den Bereich der Drain-Source-Spannung V_DS des Transistors 51 eingestellt, der in den Ein-Zustand eingestellt ist, um die Phasenspannung Vp nahe der Masseanschlussspannung V_GND zu platzieren. Daher kann die Steuervorrichtung 7 die Umdrehung des Rotors nicht erfassen, und die Steuervorrichtung 7 stoppt oder reduziert die Zufuhr des Erregerstroms zur Feldspule 4 in Reaktion auf keine Erfassung der Umdrehung, um die Hitze, die in Modul 5X erzeugt wird, zu verhindern oder zu reduzieren. Demgemäß kann das Modul 5X zuverlässig und schnell aus dem Überhitzungszustand gebracht werden, um das Modul 5X vor Überhitzung zu schützen. Ferner ist keine Verbindungsleitung bzw. Kommunikationsleitung zum Benachrichtigen bzw. Übermitteln des Überhitzungszustands des Moduls 5X zur Steuervorrichtung 7 erforderlich, so dass die Verdrahtung bzw. Verkabelung und der Aufbau des Generators 1 vereinfacht werden kann.
Genauer gesagt werden die Transistoren des unteren Zweigs, die durch den Transistor 51 dargestellt sind, mit der Körpererde des Fahrzeugs verbunden, und die Phasenspannung Vp, die durch den in dem Ein-Zustand befindlichen Transistor 51 bestimmt wird, kann während des Überhitzungsschutzbetriebs nahe der Masseanschlussspannung V_GND fixiert bzw. festgelegt werden. Demnach kann die Erfassung der Umdrehung des Rotors basierend auf der Phasenspannung Vp gestoppt werden.
Ferner, da der Schutzblock 123 den Überhitzungsschutzbetrieb startet, nachdem die Bestätigungseinheit 140 bestätigt, dass kein Kurzschluss auftritt, kann der Generator 1 zuverlässig verhindern, dass ein Kurzschluss zwischen den Anschlüssen der Batterie 9 durch die Transistoren 50 und 51 verursacht wird. Darüber hinaus, da jedes der Gleichrichtermodule einen Aufbau zum Überhitzungsschutz aufweist, kann der Überhitzungsschutz für jedes der Gleichrichtermodule durchgeführt werden.
Im Generator 1 gemäß dieser Ausführungsform ist jedes der Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W mit der Temperaturerfassungseinheit 150 und dem Überhitzungsschutzblock 123 vorgesehen, und jedes der Gleichrichtermodule führt den Überhitzungsschutzbetrieb durch, wenn beurteilt wird, dass das Modul überhitzt ist. Wenn daher die Temperatur der gesamten Gleichrichtermodule erhöht ist, beginnt jedes Gleichrichtermodul den Überhitzungsschutzbetrieb zu einem Startzeitpunkt, welcher unabhängig von den Startzeitpunkten der Überhitzungsschutzbetriebe, die in den anderen Gleichrichtermodulen durchgeführt werden, bestimmt wird. In diesem Fall, wenn das Gleichrichtermodul 5X, das mit der X-Phasenspule korrespondiert, die für die Umdrehungserfassung verwendet wird, die durch die Steuervorrichtung 7 durchgeführt wird, mit dem Überhitzungsschutzbetrieb beginnt, stoppt die Vorrichtung 7 die Zufuhr des Erregerstroms zur Feldspule 4 oder reduziert diesen.
In dieser Ausführungsform schaltet das Modul 5X den Transistor 50 des oberen Zweigs aus, um den Transistor 50 im Aus-Zustand zu halten, während der Transistor 51 des unteren Zweigs eingeschaltet wird, um den Transistor 51 im Ein-Zustand zu halten, wenn das Gleichrichtermodul 5X das Auftreten einer Überhitzung erfasst. Wenn jedoch das Gleichrichtermodul 5X das Auftreten einer Überhitzung erfasst, kann das Modul 5X den Transistor 50 einschalten, um den Transistor 50 in dem Ein-Zustand zu halten, während der Transistor 51 ausgeschaltet wird, um den Transistor-Zustand im Aus-Zustand zu halten. In diesem Fall wird die Phasenspannung Vp im engen Bereich des Wertes (V_B – V_DS50) niedriger als die Ausgangsspannung V_B um die Drain-Source-Spannung V_DS50 des Transistors 50, der in den Ein-Zustand eingestellt ist, bis zu dem Wert (V_B + V_DS50), der um die Spannung V_DS50 höher als die Ausgangsspannung V_B ist, periodisch verändert, während die Phasenspannung Vp auf die Ausgangsspannung V_B gemittelt wird.
Als Nächstes werden Modifikationen dieser Ausführungsform beschrieben. Bei Modifikationen, wenn eines der Gleichrichtermodule erfasst oder beurteilt, dass dieses Modul in den Überhitzungszustand versetzt wurde, da das Auftreten einer Überhitzung in diesem Modul stattgefunden hat, beginnen alle Gleichrichtermodule die Überhitzungsschutzbetriebe annähernd gleichzeitig, um den Generator 1 vor der Hitze, die in dem überhitzten Modul erzeugt wird, zu schützen.
ERSTE MODIFIKATION
Der Generator 1 weist ein gemeinsames Hitzeverteilungselement auf, an welchem jedes der Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W befestigt ist. Wenn in einem der Gleichrichtermodule eine Überhitzung aufgetreten ist, wird eine Wärme bzw. Hitze, die im überhitzten Gleichrichtermodul erzeugt wurde, schnell auf die anderen Gleichrichtermodule durch das Hitzeverteilungselement übertragen. Jedes der anderen Gleichrichtermodule, das die übertragene Hitze aufnimmt, beginnt mit dem Überhitzungsschutzbetrieb, um die Temperatur des Gleichrichtermoduls zu verringern. Daher beginnt nicht nur ein Gleichrichtermodul, in welchem die Überhitzung aufgetreten ist, sondern jedes der weiteren Gleichrichtermodule mit dem Überhitzungsschutzbetrieb in Reaktion auf das Auftreten der Überhitzung, die durch das Hitzeverteilungselement übertragen wird.
Demnach kann der Unterschied der Startzeiten der Überhitzungsschutzbetriebe, die in allen Gleichrichtermodulen durchgeführt werden, reduziert werden. Das heißt, da die Erfassungseinheit 150 (siehe 16) in allen Gleichrichtermodulen das Auftreten der Überhitzung annähernd gleichzeitig erfassen kann, können alle Gleichrichtermodule die Überhitzungsschutzbetriebe annähernd gleichzeitig starten, um den Generator 1 vor der Hitze, die im überhitzten Modul erzeugt wird, zu schützen.
Ferner ist keine Verbindungsleitung zum Benachrichtigen des Auftretens der Überhitzung erforderlich, da es nicht erforderlich ist, den anderen Gleichrichtermodulen das Auftreten der Überhitzung in einem Gleichrichtermodul mitzuteilen. Demnach kann die Verdrahtung und der Aufbau des Generators 1 vereinfacht werden.
17 zeigt eine Draufsicht der Gleichrichtermodule, die an einem hinteren Rahmen gemäß der ersten Modifikation der Ausführungsform angebracht sind. 18 zeigt eine Seitenansicht des Gleichrichtermoduls 5X gemäß der ersten Modifikation. Wie in 17 dargestellt, ist jedes der Gleichrichtermodule an einem hinteren Rahmen 60 des Generators 1 befestigt. Der Rahmen 60 besteht aus einem Material (z. B. Aluminium) mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit. Die Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W sind auf einer Oberfläche des Rahmens 60 in gleichen Abständen angeordnet. Wie in 18 dargestellt, weist das Gleichrichtermodul 5X, das für die Gleichrichtermodule steht, die Transistoren 50 und 51, die Steuerschaltung 54 und einen direkt am Rahmen 60 angeordneten Kühlkörper 52 auf. Der Kühlkörper 52 kann indirekt am Rahmen 60 durch ein Klebemittel mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit angeordnet sein. Wenn Wärme von einem anderen Gleichrichtermodul durch den Rahmen 60 übertragen wird, nimmt der Kühlkörper 52 die Wärme so auf, dass die Temperatur des Gleichrichtermoduls 5X ansteigt. Wenn hingegen eine Überhitzung im Modul 5X aufgetreten ist, nimmt der Kühlkörper 52 Hitze der Transistoren 50 und 51 und der Steuerschaltung 54 auf und überträgt die Hitze durch den Rahmen 60 auf die anderen Module.
Wie vorstehend beschrieben, sind die Überhitzungsschutzblöcke 123 der Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W miteinander verbunden, wobei jeder der Blöcke 123 Informationen sendet, die anzeigen, dass der Block 123 nun den Überhitzungsschutzbetrieb durchführt, und zwar an die anderen Überhitzungsschutzblöcke 123, und empfängt Informationen von dem einen der anderen Überhitzungsschutzblöcke 123, die anzeigen, dass einer der anderen Überhitzungsschutzblöcke 123 nun den Überhitzungsschutzbetrieb durchführt.
Demgemäß kann Hitze eines Gleichrichtermoduls, in welchem die Überhitzung aufgetreten ist, effizient und schnell zu den anderen Gleichrichtermodulen durch bzw. über den Rahmen 60 übertragen werden, wobei alle Gleichrichtermodule die Überhitzungsschutzbetriebe annähernd gleichzeitig starten können, um den Generator 1 vor einer Hitze, die in dem überhitzten Modul erzeugt wird, zu schützen.
Bei dieser Modifikation wird der hintere Rahmen 60 als Hitzeverteilungselement verwendet. Jedoch kann auch eine Hitzeverteilungsplatte aus Aluminium oder Kupfer als das Hitzeverteilungselement im Generator 1 zusätzlich zum Rahmen 60 derart angeordnet sein, dass die Gleichrichtermodule an dieser Platte befestigt sind.
ZWEITE MODIFIKATION
Die Überhitzungsschutzblöcke 123 der Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W sind miteinander durch eine gemeinsame Verbindungsleitung verbunden. Ein Spannungssignal, das anzeigt, dass zumindest eines der Gleichrichtermodule nun den Überhitzungsschutzbetrieb durchführt, wird von diesem Modul zu den anderen Gleichrichtermodulen durch die Verbindungsleitung gesendet.
19 zeigt ein Blockdiagramm eines Gleichrichtermoduls, das erforderlich ist, um ein Spannungssignal zu empfangen und zu senden, das das Auftreten einer Überhitzung gemäß der zweiten Modifikation dieser Ausführungsform anzeigt. Wie in 19 dargestellt, weist der Generator 1 eine Verbindungsleitung 240, einen Pull-up-Widerstand 242, durch welchen die Verbindungsleitung 240 auf den hohen Pegel gezogen wird, eine Verbindungsleitungsansteuereinheit 200, die in jedem Gleichrichtermodul angeordnet ist, und eine Überwachungseinheit 210 für verschiedene Phasen, die in jedem Gleichrichtermodul angeordnet ist, auf. Die Verbindungsleitung 240 ist mit einem Fehleranschluss ERR der Ansteuereinheit 200 von jedem Gleichrichtermodul verbunden, und die Ansteuereinheiten 200 der Gleichrichtermodule sind miteinander durch die Verbindungsleitung 240 verbunden. Die Ansteuereinheit 200 von jedem Gleichrichtermodul steuert die Verbindungsleitung 240 in Reaktion auf das Signal des hohen Pegels an (d. h., das Überhitzungs-Flag, das in den Ein-Zustand eingestellt ist), das von dem Beurteilungsbereich 124 ausgegeben wird. Die Ansteuereinheit 200 weist einen Bipolar-Transistor 201 und einen Widerstand 202 auf, die mit dem Sammler bzw. Kollektor des Transistors 201 verbunden sind.
Wenn in einem Gleichrichtermodul 5X, das für die Gleichrichtermodule steht, eine Überhitzung aufgetreten ist, gibt der Beurteilungsbereich 124 des Gleichrichtermoduls 5X ein Signal eines hohen Pegels aus, das ein Überhitzungs-Flag des Ein-Zustands zur Basis des Transistors 201 anzeigt, wird der Transistor 201 eingeschaltet, und die Verbindungsleitung 240 steht mit der Erde über dem Widerstand 202 und dem Transistor 201 des Gleichrichtermoduls 5X in Verbindung, um auf einen niedrigen Pegel eingestellt zu sein. Daher kann die Verbindungsleitung 240 den niedrigen Pegel in Reaktion auf das Auftreten einer Überhitzung in einem der Gleichrichter-Module halten.
Die Überwachungseinheit 210 des Moduls 5X weist einen Spannungs-Verteilungsblock auf, der aus zwei Widerstanden 211 und 212 besteht, die in Reihe geschaltet sind, einen Spannungskomparator 213 zum Vergleichen einer erfassten Spannung bei einem Verbindungspunkt zwischen dem Transistor 201 und dem Widerstand 202 mit einer Referenzspannung bei einem Verbindungspunkt zwischen Widerständen 211 und 212, und einen Beurteilungsblock 214 von verschiedenen Phasen zum Beurteilen des Vergleichs des Komparators 213, ob eine Überhitzung in zumindest einem der weiteren bzw. anderen Gleichrichtermodule aufgetreten ist oder nicht.
Wenn in zumindest einem der anderen Gleichrichtermodule eine Überhitzung aufgetreten ist, wird die Verbindungsleitung 240 auf einen niedrigen Pegel eingestellt, eine Erfassungsspannung bei einem Verbindungspunkt zwischen dem Transistor 201 und dem Widerstand 202 wird vermindert, um niedriger als die Referenzspannung zu sein, und der Komparator 213 gibt ein Signal eines hohen Pegels in Reaktion auf die erfasste Spannung niedriger als die Referenzspannung aus. Der Beurteilungsblock 214 empfängt das Signal von dem Beurteilungsbereich 124, das zusätzlich zu dem Signal des Komparators 213 ausgegeben wird, und führt die Beurteilung basierend auf dem Signal des Komparators 213 und dem Signal des Beurteilungsbereichs 124 durch, dass die Überhitzung in zumindest einem der anderen Gleichrichtermodule aufgetreten ist.
Genauer gesagt, wenn der Beurteilungsblock 214 von dem Beurteilungsbereich 124 ein Signal eines niedrigen Pegels empfängt, das kein Auftreten einer Überhitzung in dem Modul 5X anzeigt, erkennt der Beurteilungsblock 214, dass die Verbindungsleitung 240 aufgrund des Auftretens einer Überhitzung in einem der anderen Gleichrichtermodule auf den niedrigen Pegel eingestellt ist, und der Beurteilungsbereich 124 beurteilt, dass das Überhitzen in zumindest einem der anderen Gleichrichtermodule aufgetreten ist. Daher gibt der Beurteilungsblock 214 ein Signal eines hohen Pegels aus, das den Überhitzungszustand, der in einem der anderen Gleichrichtermodule eingestellt ist, anzeigt. Wenn der Beurteilungsblock 214 hingegen ein Signal eines hohen Pegels von dem Beurteilungsbereich 124 empfängt, das das Auftreten der Überhitzung im Modul 5X anzeigt, erkennt der Beurteilungsblock 214, dass die Verbindungsleitung 240 auf den niedrigen Pegel aufgrund des Auftretens einer Überhitzung im Gleichrichtermodul 5X eingestellt ist, und hält das Ausgeben eines Signals eines niedrigen Pegels. Daher kann der Beurteilungsblock 214 nur die Beurteilung über das Auftreten der Überhitzung in den anderen Gleichrichtermodulen, die nicht das Gleichrichtermodul 5X sind, durchführen.
Der Generator 1 weist ferner eine ODER-Schaltung 230 zum Ausgeben eines Signals eines hohen Pegels auf, um den Beurteilungsbereichen 125 und 127 und dem Timer 128 in Reaktion auf das Signal des hohen Pegels der Erfassungseinheit 150 oder des Beurteilungsbereichs 214 anzuzeigen, dass eine Überhitzung in einem der Gleichrichtermodule aufgetreten ist. Wenn die ODER-Schaltung 230 von dem Beurteilungsblock 214 das Signal des hohen Pegels empfängt, das anzeigt, dass eine Überhitzung in einem der anderen Gleichrichtermodule aufgetreten ist, oder das Signal des hohen Pegels von der Erfassungseinheit 150, den Beurteilungsbereichen 125 und 127 empfängt, das anzeigt, dass die Überhitzung in dem Gleichrichtermodul 5X auftritt, und der Timer 128 ein Signal eines hohen Pegels von der ODER-Schaltung 230 empfängt, das anzeigt, dass eine Überhitzung in dem Gleichrichtermodul aufgetreten ist, führt der Schutzblock 123 den Überhitzungsschutzbetrieb auf die gleiche Weise wie in der Ausführungsform durch. Wenn hingegen kein Signal eines hohen Pegels in der ODER-Schaltung 230 empfangen wird, wird kein Überhitzungsschutzbetrieb durch den Schutzblock 123 durchgeführt.
Wie vorstehend beschrieben, sind die Überhitzungsschutzblöcke 123 der Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W miteinander verbunden, und jeder der Blöcke 123 sendet Informationen an die anderen Überhitzungsschutzblöcke 123, die anzeigen, dass der Block 123 nun den Überhitzungsschutzbetrieb durchführt, und empfängt Informationen, die anzeigen, dass einer der anderen Überhitzungsschutzblöcke 123 nun den Überhitzungsschutz durchführt, von dem einen der anderen Überhitzungsschutzblöcke 123.
Demnach kann ein beliebiges festgelegtes Gleichrichtermodul, in welchem keine Überhitzung auftritt, in den Zustand des Überhitzungsschutzbetriebs in Reaktion auf das Auftreten einer Überhitzung in einem der anderen Gleichrichtermodule auf die gleiche Weise übertragen werden, wie dies der Fall ist, wenn eine Überhitzung in dem festgelegten Gleichrichtermodul auftritt.
Ferner können, wenn eines der Gleichrichtermodule beurteilt, dass dieses Modul aufgrund des Auftretens einer Überhitzung in diesem Modul in den Überhitzungszustand verändert wurde, alle Gleichrichtermodule die Überhitzungsschutzbetriebe annähernd gleichzeitig ausführen, um den Generator 1 vor einer Hitze zu schützen, die in dem überhitzten Modul erzeugt wird.
Bei dieser Modifikation kann die Verbindungsleitung 240 mit der Signalleitung verbunden werden, welche die Vorrichtung 7 und die ECU 8 verbindet, ohne mit dem Pull-up-Widerstand 242 verbunden zu sein. Ein Signal eines hohen Pegels wird stets zwischen der Vorrichtung 7 und der ECU 8 durch die Signalleitung übertragen. In diesem Fall, wenn das Modul 5X in den Normalzustand eingestellt wird, ohne dass eine Überhitzung auftritt, wird die Verbindungsleitung 240 vorübergehend auf den niedrigen Pegel eingestellt. Der Beurteilungsbereich 124 kann jedoch einfach den niedrigen Pegel, der sukzessive in der Verbindungsleitung 240 aufgrund des Auftretens einer Überhitzung in einem anderen Gleichrichtermodul eingestellt ist, von dem niedrigen Pegel unterscheiden, der in der Verbindungsleitung 240 vorübergehend eingestellt ist. Daher kann der Beurteilungsbereich 124 zuverlässig beurteilen, ob eine Überhitzung in einem der anderen Gleichrichtermodule aufgetreten ist oder nicht.
Bei dem in 19 dargestellten Beispiel wird die Verbindungsleitung 240 durch den Pull-up-Widerstand 242 angezogen, der mit einer Hochspannungs-Quellenleitung verbunden ist, und in Reaktion auf das Auftreten einer Überhitzung in einem der Gleichrichtermodule auf den niedrigen Pegel eingestellt. Die Verbindungsleitung 240, die durch den Pull-down-Widerstand auf den niedrigen Pegel eingestellt ist, kann jedoch in Reaktion auf das Auftreten einer Überhitzung in einem der Gleichrichtermodule auf den hohen Pegel übertragen werden. In diesem Fall ist der Emitter des Transistors 201 mit einer Hochspannungs-Quellenleitung verbunden.
DRITTE MODIFIKATION
Die Überhitzungsschutzblöcke 123 der Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W sind miteinander durch die Signalleitung verbunden, die die Vorrichtung 7 und die ECU 8 verbindet, wobei Informationen, die anzeigen, dass ein Gleichrichtermodul nun den Überhitzungsschutzbetrieb durchführt, von diesem Gleichrichtermodul zu den anderen Gleichrichtermodulen durch die Signalleitung gesendet werden.
20 zeigt ein Blockdiagramm eines Gleichrichtermoduls, das zum Empfangen und Senden von Informationen, die das Auftreten der Überhitzung gemäß der dritten Modifikation dieser Ausführungsform anzeigen, erforderlich ist. Wie in 20 dargestellt, weist der Generator 1 eine Kommunikationsleitung 190, eine Kommunikationsschaltung 180, die in jedem Gleichrichtermodul angeordnet ist, eine Empfangs- und Sendeeinheit 250 von Überhitzungsinformationen, die in jedem Gleichrichtermodul angeordnet ist, und die ODER-Schaltung 230, die in jedem Gleichrichtermodul angeordnet ist, auf. Die Kommunikationsschaltungen 180 der Module werden durch die Kommunikationsleitung 190 miteinander verbunden, und die Leitung 190 ist mit einem Kommunikationsanschluss verbunden, der die Vorrichtung 7 und die ECU 8 verbindet. Jede Kommunikationsschaltung 180 führt eine Zwei-Wege-Kommunikation bzw. -Verbindung oder eine serielle Kommunikation durch, zum Beispiel unter Verwendung eines LIN(englisch: Local Interconnect Network)-Protokolls, mit den anderen Schaltungen 180, der Steuervorrichtung 7 und der ECU 8 durch die Kommunikationsleitung 190, um eine Kommunikationsnachricht zu empfangen oder zu senden.
Wenn die Empfangs- und Sendeeinheit 250 des Gleichrichtermoduls 5X von dem Beurteilungsbereich 124 ein Signal eines hohen Pegels empfängt, das das Überhitzungs-Flag, das in den Ein-Zustand eingestellt ist, anzeigt, sendet die Einheit 250 den anderen Gleichrichtermodulen durch die Kommunikationsschaltung 180 und die Leitung 190 Informationen, die anzeigen, dass die Überhitzung in dem Gleichrichtermodul 5X aufgetreten ist. Ferner, wenn die Einheit 250 Informationen von der Leitung 190 durch die Kommunikationsschaltung 180 empfängt, die anzeigen, dass ein Überhitzen in einem der anderen Gleichrichtermodule aufgetreten ist, gibt die Einheit 250 an die ODER-Schaltung 230 ein Signal eines hohen Pegels aus.
Wenn die ODER-Schaltung 230 ein Signal eines hohen Pegels von der Erfassungseinheit 150 oder der Einheit 250 empfängt, gibt die ODER-Schaltung 230 an die Beurteilungsbereiche 125 und 127 und den Timer 128 ein Signal eines hohen Pegels aus.
Wie vorstehend beschrieben, sind die Überhitzungsschutzblöcke 123 der Gleichrichtermodule 5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W miteinander verbunden, und jeder der Blöcke 123 sendet Informationen an die anderen Überhitzungsschutzblöcke 123, die anzeigen, dass der Block 123 nun den Überhitzungsschutzbetrieb durchführt, und empfängt Informationen von dem einen der anderen Überhitzungsschutzblöcke 123, die anzeigen, dass einer der anderen Überhitzungsschutzblöcke 123 nun den Überhitzungsschutzbetrieb durchführt.
Demgemäß kann ein festgelegtes Gleichrichtermodul, in welchem keine Überhitzung auftritt, in einen Zustand des Überhitzungsschutzbetriebs in Reaktion auf das Auftreten einer Überhitzung eines der anderen Gleichrichtermodule versetzt werden, und zwar auf die gleiche Weise wie in einem Fall, in dem die Überhitzung in dem festgelegten Gleichrichtermodul auftritt.
Ferner, wenn eines der Gleichrichtermodule beurteilt, dass dieses Modul aufgrund des Auftretens einer Überhitzung in diesem Modul in den Überhitzungszustand versetzt worden ist, können alle Gleichrichtermodule die Überhitzungsschutzbetriebe annähernd gleichzeitig starten, um den Generator 1 vor Hitze zu schützen, die in dem überhitzten Modul erzeugt wird.
Diese Ausführungsform und diese Modifikationen sollten nicht als die vorliegende Erfindung auf bestimmte Strukturen der Ausfürungsform und der Modifikationen einschränkend betrachtet werden, und die Struktur bzw. der Aufbau dieser Erfindung kann mit der bzw. dem, was aus dem Stand der Technik bekannt ist, kombiniert werden. Zum Beispiel kann in dieser Ausführungsform zum Zwecke des Unterdrückens des Auftretens einer Stoßspannung der Ein- oder Aus-Zeitpunkt des Transistors 51 des unteren Zweigs justiert bzw. eingestellt werden. Um jedoch den Überhitzungsschutzbetrieb durchzuführen, ist die Einstellung bzw. Justierung des Ein- oder Aus-Zeitpunkts des Transistors 51 nicht zwangsweise erforderlich. In diesem Fall wird keines von der Bestätigungseinheit 140, der Verstärkereinheit 142, der Entscheidungseinheit 144, des Beurteilungsbereichs 127 und des Timers 126 und 127 in einem Gleichrichtermodul des Generators 1 benötigt.
Ferner erfasst in der Ausführungsform und in den Modifikationen jedes der Gleichrichtermodule entsprechend den jeweiligen Phasen der Statorspulen 2 und 3 das Auftreten einer Überhitzung und führt den Überhitzungsschutzbetrieb durch. Jedoch kann jedes der Gleichrichtermodule entsprechend den jeweiligen Statorspulen 2 und 3 das Auftreten einer Überhitzung erfassen, um den Überhitzungsschutzbetrieb durchzuführen, oder ein Gleichrichtermodul, das mit den Statorspulen 2 und 3 korrespondiert, kann das Auftreten einer Überhitzung erfassen, um den Überhitzungsschutzbetrieb durchzuführen. Auf diese Weise sind in der ersten Modifikation der Transistor 50 des oberen Zweigs und der Transistor 51 des unteren Zweigs an der Platte 60 für jede der Phasen der Statorspulen 2 und 3 angeordnet.
Darüber hinaus werden in der Ausführungsform der erste Schwellenwert V10 (siehe 9), der verwendet wird, um den Ein-Zeitpunkt des Transistors 50 einzustellen, und der erste Schwellenwert V11 (siehe 9), der verwendet wird, um den Ein-Zeitpunkt des Transistors 51 einzustellen, auch verwendet, um eine Abnormalität im Aus-Zeitpunkt von jedem der Transistoren 50 und 51 (siehe 12) zu beurteilen. Jedoch können ein zweiter oberer Schwellenwert V20 (siehe 9), der verwendet wird, um den End-Zeitpunkt der Diodenstrom-Übertragungsdauer der Diode, die mit dem Transistor 50 verbunden ist, zu erfassen, und der zweite Schwellenwert V21 (siehe 9), der verwendet wird, um den End-Zeitpunkt der Diodenstrom-Übertragungsdauer der Diode, die mit dem Transistor 51 verbunden ist, zu erfassen, verwendet werden, um eine Abnormalität im Aus-Zeitpunkt von jedem der Transistoren 50 und 51 zu beurteilen. In diesem Fall, wenn eine Zeitdauer vom Aus-Zeitpunkt des Transistors 50 zum End-Zeitpunkt der Ein-Dauer Pua des oberen Zweigs, bei welcher das Ausgangssignal der oberen MOS-V_DS-Erfassungseinheit 120 von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel verändert wird, in einer Wiederholungsdauer kürzer als ein vorbestimmter Wert ist, beurteilt der Beurteilungsblock 121 eines Abnormalität-Aus-Zeitpunkt, dass der Aus-Zeitpunkt des Transistors 50 abnormal ist. Ferner, wenn eine Zeitdauer von dem Aus-Zeitpunkt des Transistors 51 zum End-Zeitpunkt der Ein-Dauer Pla des unteren Zweigs, bei welcher das Ausgangssignal der unteren MOS-V_DS-Erfassungseinheit 130 von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel verändert wird, in einer Wiederholungsdauer kürzer als ein vorbestimmter Wert ist, beurteilt der Beurteilungsblock 121, dass der Aus-Zeitpunkt des Transistors 51 abnormal ist. Daher kann unter Verwendung der zweiten Schwellenwerte V20 und V21 der Generator 1 zuverlässig die Abnormalität im Aus-Zeitpunkt vor dem Auftreten einer Stoßspannung erfassen, die durch den Aus-Zeitpunkt des Transistors 50 oder 51, der abnormal eingestellt ist, verursacht wird, oder während einer Zeitdauer, in welcher eine verursachte Stoßspannung niedrig ist.
Ferner weist in der Ausführungsform der Generator 1 zwei Statorspulen 2 und 3 und zwei Gleichrichtermodulgruppen 5 und 6 auf. Der Generator 1 kann jedoch auch nur eine einzelne Statorspule und eine einzelne Gleichrichtermodulgruppe aufweisen.
Außerdem weist in der Ausführungsform jede der Gleichrichtermodulgruppen 5 und 6 drei Gleichrichtermodule entsprechend den jeweiligen Phasen auf. Allerdings kann auch jede der Gleichrichtermodulgruppen 5 und 6 eine Mehrzahl von Gleichrichtermodulen aufweisen, deren Anzahl von drei abweichen kann.
Wie vorstehend beschrieben, erfasst der Generator 1 in der Ausführungsform und den Modifikationen, dass die Phasenspannung Vp den Schwellenwert kurz nach dem Aus-Zeitpunkt des Transistors 50 oder 51 oder vor einer vorbestimmten Zeitdauer, die nach dem Aus-Zeitpunkt des Transistors 50 oder 51 vergangen ist, erreicht. Daher kann der Generator 1 bestätigen, dass der Aus-Zeitpunkt des Transistors 50 oder 51 derart verspätet ist, dass er nach der Diodenstrom-Übertragungsdauer ist, und der Generator 1 kann zuverlässig die Abnormalität im Aus-Zeitpunkt des Transistors 50 oder 51 erfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-235616 [0001]
JP 2000-324893 [0003, 0005]
JP 09-19194 [0004, 0006]
JP 08-336239 [0004, 0006]
JP 08-140400 [0004, 0006]

Claims

Drehende elektrische Maschine (1) für ein Fahrzeug mit: einer Feldspule (4) eines Rotors, welche magnetische Feldspulenpole des Rotors in Reaktion auf einen Erregerstrom, der durch die Feldspule fließt, magnetisiert und durch die Umdrehung des Rotors und die magnetisierten magnetischen Feldpole ein drehendes magnetisches Feld erzeugt; einer Ankerspule (2, 3) eines Stators, die eine mehrphasige Spule ausbildet, welche Wechselspannung erzeugt, die durch das drehende magnetische Feld induziert wird; einer Schalteinheit (5, 6), die aus einer Brückenschaltung mit einem Schaltelement (50) eines oberen Zweigs und einem Schaltelement (51) eines unteren Zweigs ausgebildet ist, welche die Wechselspannung, die in der Ankerspule induziert wird, zu einer Ausgangsspannung gleichrichtet; einer Schaltsteuereinheit (54), welche jedes der Schaltelemente (50, 51) der Schalteinheit (5, 6) steuert, daß es einen Ein-Zustand oder einen Aus-Zustand einnimmt; einer Generatorsteuervorrichtung (7), welche den Erregerstrom, der zur Feldspule zugeführt wird, steuert, um die Ausgangsspannung der Schalteinheit zu steuern, sowie die Umdrehung des Rotors von einer Phasenspannung der Wechselspannung der Ankerspule erfasst, und das Zuführen des Erregerstroms zur Feldspule stoppt oder reduziert, wenn keine Umdrehung des Rotors oder ein Stopp der Umdrehung des Rotors erfasst wird; einer Temperaturerfassungseinheit (150), welche eine Temperatur der Schalteinheit erfasst; und einer Überhitzungsschutzeinheit (123), welche einen Überhitzungsschutzbetrieb durchführt, wenn erfasst wird, dass die Temperatur der Schalteinheit, die durch die Temperaturerfassungseinheit erfasst wird, ein Überhitzen der Schalteinheit anzeigt, um eines der Schaltelemente des oberen und unteren Zweigs in den Ein-Zustand und das andere Schaltelement in den Aus-Zustand einzustellen.
Maschine nach Anspruch 1, wobei die Überhitzungsschutzeinheit das Schaltelement des unteren Zweigs in den Ein-Zustand einstellt und das Schaltelement des oberen Zweigs in den Aus-Zustand einstellt.
Maschine nach Anspruch 1, wobei die Schaltelemente des oberen und unteren Zweigs in der Schalteinheit eine Phasenspannung, die die Wechselspannung ausbildet, gleichrichten, wobei periodisch zwischen einem großen und einem kleinen Verhältnis zwischen der Phasenspannung und einer Referenzspannung gewechselt wird, wenn der Rotor gedreht wird, wobei die Generatorsteuervorrichtung die Umdrehung des Rotors anhand einer periodischen Veränderung des Verhältnisses erfasst, und wobei das Verhältnis fixiert ist, wenn die Überhitzungsschutzeinheit eines der Schaltelemente des oberen und unteren Zweigs in den Ein-Zustand einstellt.
Maschine nach Anspruch 1, ferner mit: einer Kurzschlussfehlerbestätigungseinheit (140), welche bestätigt, ob ein Kurzschluss im anderen Schaltelement aufgetreten ist oder nicht, das im Überhitzungsschutzbetrieb durch die Überhitzungsschutzeinheit in den Aus-Zustand einzustellen ist, und die Überhitzungsschutzeinheit den Überhitzungsschutzbetrieb startet, wenn die Kurzschlussfehlerbestätigungseinheit bestätigt, dass kein Kurzschluss auftritt.
Maschine nach Anspruch 1, wobei die Überhitzungsschutzeinheit eines der Schaltelemente in einem festgelegten Zeitpunkt einschaltet, in welchem die Erzeugung einer Überspannung aufgrund des Einschalten des Schaltelements unterdrückt wird, um das Schaltelement in den Ein-Zustand einzustellen.
Maschine nach Anspruch 5, wobei die Schalteinheit eine Diode aufweist, die mit dem Schaltelement verbunden ist, das durch die Überhitzungsschutzeinheit in den Ein-Zustand eingestellt ist, und wobei elektrischer Strom durch das Schaltelement, das durch die Überhitzungsschutzeinheit im festgelegten Zeitpunkt in den Ein-Zustand eingestellt ist, in eine Flussrichtung fließt, welche gleich der Durchlassrichtung der Diode ist.
Maschine nach Anspruch 1, wobei die Überhitzungsschutzeinheit das Schaltelement, das durch die Überhitzungsschutzeinheit im Überhitzungsschutzbetrieb in einem festgelegten Zeitpunkt, in welchem die Erzeugung einer Überspannung aufgrund des Ausschaltens des Schaltelements unterdrückt wird, ausschaltet, wenn die Temperatur der Schaltelemente, die durch die Temperaturerfassungseinheit erfasst wird, kein Überhitzen der Schaltelemente anzeigt.
Maschine nach Anspruch 7, wobei die Schalteinheit eine Diode aufweist, die mit dem Schaltelement verbunden ist, das durch die Überhitzungsschutzeinheit im Überhitzungsschutzbetrieb in den Ein-Zustand eingestellt ist, und durch welches elektrischer Strom in Flussrichtung fließt, wobei elektrischer Strom durch die Diode in die gleiche Flussrichtung fließt, wenn das Schaltelement, das durch die Überhitzungsschutzeinheit im Überhitzungsschutzbetrieb in den Ein-Zustand eingestellt ist, im festgelegten Zeitpunkt ausgeschaltet ist.
Maschine nach Anspruch 1, wobei die Schalteinheit eine Mehrzahl von Gleichrichtermodulen (5X, 5Y, 5Z, 6U, 6V, 6W) aufweist, die mit entsprechenden Ausgangsanschlüssen der Ankerspule korrespondieren, wobei jedes der Gleichrichtermodule ein Schaltelement des oberen Zweigs, ein Schaltelement des unteren Zweigs, sowie die Temperaturerfassungseinheit zum Erfassen der Temperatur des Gleichrichtermoduls und die Überhitzungsschutzeinheit aufweist, und jede der Überhitzungsschutzeinheiten den Überhitzungsschutzbetrieb für das entsprechende Gleichrichtermodul durchführt, wenn erfasst wird, dass die Temperatur des Gleichrichtermoduls, die durch die korrespondierende Temperaturerfassungseinheit erfasst wird, eine Überhitzung des Gleichrichtermoduls anzeigt.
Maschine nach Anspruch 9, wobei die Überhitzungsschutzeinheiten der Gleichrichtermodule miteinander verbunden sind, und jede der Überhitzungsschutzeinheiten zu anderen Überhitzungsschutzeinheiten Informationen sendet, die anzeigen, dass die Überhitzungsschutzeinheit nun den Überhitzungsschutzbetrieb durchführt, und Informationen, die anzeigen, dass eine der anderen Überhitzungsschutzeinheiten nun den Überhitzungsschutzbetrieb durchführt, von der einen der anderen Überhitzungsschutzeinheiten empfängt.
Maschine nach Anspruch 10, wobei die Gleichrichtermodule entsprechende Kommunikationsschaltungen aufweisen, die miteinander so verbunden sind, dass sie miteinander kommunizieren, das Senden und der Empfang der Informationen durch die Kommunikationsschaltungen durchgeführt werden, und jede der Überhitzungsschutzeinheiten den Überhitzungsschutzbetrieb in Reaktion auf den Empfang der Informationen, die anzeigen, dass eines der anderen Gleichrichtermodule nun den Überhitzungsschutzbetrieb durchführt, von dem einen der anderen Gleichrichtermodule durch die Kommunikationsschaltungen, durchführt.
Maschine nach Anspruch 10, ferner mit: einer Verbindungsleitung (240), durch welche die Gleichrichtermodule miteinander verbunden sind, wobei jedes der Gleichrichtermodule eine Verbindungsleitungsansteuereinheit (200) aufweist, welche einen Spannungspegel der Verbindungsleitung auf einen festgelegten Wert einstellt, wenn das Gleichrichtermodul gerade den Überhitzungsschutzbetrieb durchführt, und eine Überwachungseinheit (210) zum Überwachen von verschiedenen Phasen den Spannungspegel der Verbindungsleitung überwacht, und in Reaktion auf den Spannungspegel der Verbindungsleitung, der auf den festgelegten Wert eingestellt ist, erfasst, dass eines der anderen Gleichrichtermodule gerade den Überhitzungsschutzbetrieb durchführt, und wobei die Überhitzungsschutzeinheit in jedem der Gleichrichtermodule den Überhitzungsschutzbetrieb durchführt, wenn die korrespondierende Überwachungseinheit für die verschiedenen Phasen erfasst, das eines der anderen Gleichrichtermodule gerade den Überhitzungsschutzbetrieb durchführt.
Maschine nach Anspruch 9, wobei die Gleichrichtermodule an einem gemeinsamen Hitzeverteilungselement fixiert sind.