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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen
Fahrzeug-Wechselstromgenerator und insbesondere eine neue Technik
zum Erreichen einer verbesserten Zuverlässigkeit und einer Kostenreduzierung.
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Eine
bekannte Steuervorrichtung für
einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator
arbeitet, um den Wechselstromgenerator derart zu schalten, dass
er mit einer Schaltung verbunden wird, die aufgrund eines Feldstroms
Energie verbraucht, und zwar durch die Verwendung eines Widerstands,
einer Diode, etc., um den Feldstrom schnell zu reduzieren (siehe beispielsweise
ein erstes Patentdokument (offengelegte japanische Patentanmeldung
Nr. 2003-174799)).
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Bei
einer solchen bekannten Steuervorrichtung für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator werden
eine erste Dämpfungsschaltung
und eine zweite nicht dämpfende
Schaltung durch die Verwendung zweier Schalter umgeschaltet von
einer zur anderen, was in einem derartigen Problem resultiert, dass
die Struktur der Steuervorrichtung kompliziert und teuer wird.
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Zusätzlich gibt
es deshalb, weil die erste und die zweite Schaltung jeweils Dioden
haben, ein weiteres derartiges Problem, dass die Anzahl von Komponententeilen
bzw. Bauelementen erhöht
wird, was die Steuervorrichtung noch teurer macht.
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Darüber hinaus
wird es dann, wenn die zwei Schalter gleichzeitig ausgeschaltet
werden, eine derartige Möglichkeit
geben, dass die Steuervorrichtung durch eine Überspannung zerstört werden
könnte,
so dass es ein weiteres derartiges Problem gibt, das eine zusätzliche
Schaltung erforderlich ist, um dies zu vermeiden, was die Struktur
der Steuervorrichtung noch komplizierter macht.
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Demgemäß soll die
vorliegende Erfindung die verschiedenen Probleme lösen, die
oben angegeben sind, und hat als ihre Aufgabe, eine Steuervorrichtung
für einen
Fahrzeug-Wechselstromgenerator zu
erhalten, der eine Verbesserung bezüglich der Zuverlässigkeit
und der Reduzierung bezüglich
der Kosten erreichen kann, indem es möglich gemacht wird, einen Feldstrom
einer Rotorspule mit der Verwendung einer einfachen Schaltung zu
dämpfen.
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Unter
Berücksichtigung
der obigen Aufgabe wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Steuervorrichtung für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator
zur Verfügung
gestellt, wobei der Fahrzeug-Wechselstromgenerator folgendes enthält: eine Ankerspule,
die um einen Statorkern gewickelt ist, eine Gleichrichterschaltung,
die mit der Ankerspule verbunden ist, einen Rotor, der auf eine
derartige Weise angeordnet ist, dass er sich relativ zu der Ankerspule
dreht, eine Rotorspule zum Erregen eines Magnetpols des Rotors zu
einer N-Polarität
und einer S-Polarität
und eine Spannungssteuerschaltung, die eine Energieerzeugungsspannung,
die von der Gleichrichterschaltung ausgegeben wird, derart steuert,
dass sie im Wesentlichen konstant ist. Die Gleichrichterschaltung hat
einen Wechselstrom-Eingangsanschluss zum Hereinnehmen einer in der
Ankerspule erzeugten Wechselspannung für ihre Gleichrichtung in einen
Gleichstrom, einen positiven Ausgangsanschluss zum Ausgeben einer
positiven Gleichspannung und einen negativen Ausgangsanschluss zum
Ausgeben einer negativen Gleichspannung. Die Spannungssteuerschaltung
steuert die Energieerzeugungsspannung derart, dass sie im Wesentlichen
konstant ist, indem sie einen Feldstrom der Rotorspule unterbricht,
wenn die Energieerzeugungsspannung eine erste vorbestimmte Spannung übersteigt,
während
sie den Feldstrom durchlässt, wenn
die Energieerzeugungsspannung gleich der oder niedriger als die
erste vorbestimmte Spannung ist. Die Spannungssteuerschaltung enthält eine
Zirkulationsschaltung, die aus einer Reihenschaltung besteht, die
eine Diode und ein Stromdämpfungselement
aufweist, das den Feldstrom auf seine Unterbrechung hin zirkuliert,
eine Kurzschlussschaltung, die das Stromdämpfungselement kurzschließt, und eine
Kurzschluss-Steuerschaltung, die die Kurzschlussschaltung öffnet, wenn
die Energieerzeugungsspannung eine zweite vorbestimmte Spannung übersteigt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
den Feldstrom der Rotorspule mit einer einfachen Schaltung zu dämpfen, wodurch
die Zuverlässigkeit
der Steuervorrichtung verbessert werden kann und deren Herstellungskosten
reduziert werden können.
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Die
obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet aus der folgenden detaillierten
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung, genommen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen,
schneller klar werden.
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Es
folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnung.
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1 ist
ein Schaltungsdiagramm, das eine Steuervorrichtung für einen
Fahrzeug-Wechselstromgenerator
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung konzeptmäßig zeigt.
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Nun
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben werden, während auf
die beigefügte
Zeichnung Bezug genommen wird.
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Ausführungsbeispiel 1
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1 ist
ein Schaltungsdiagramm, das eine Steuervorrichtung für einen
Fahrzeug-Wechselstromgenerator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung konzeptmäßig zeigt.
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In 1 ist
die Steuervorrichtung für
einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator
(die hierin nachfolgend auch Wechselstromgenerator-Steuervorrichtung
genannt wird), die allgemein mit einem Bezugszeichen 10 bezeichnet
ist, mit einer Batterie 1 verbunden, die an Bord oder am
Fahrzeug angebracht ist. Eine elektrische Last 2, die eine
Vielfalt von Arten von Vorrichtungen an Bord aufweist, ist an die
Batterie 1 angeschlossen. Die Wechselstromgenerator-Steuervorrichtung 10 dient
zum Steuern einer Spannung (die hierin nachfolgend Energieerzeugungsspannung
genannt wird), die durch den Wechselstromgenerator gemäß der elektrischen
Last 2 erzeugt wird, die durch Ein/Ausschalten jeder Vorrichtung
an Bord variiert.
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Die
Wechselstromgenerator-Steuervorrichtung 10 enthält eine
Dreiphasen-Ankerspule 12, die um einen Statorkern 11 gewickelt
ist, eine Gleichrichterschaltung 13, die an die Ankerspule 12 angeschlossen
ist, einen Rotor 14, der auf eine derartige Weise angeordnet
ist, dass er relativ zur Ankerspule 12 drehbar ist, eine
Rotorspule 15, die mit ihrem einen Ende am Rotor 14 angeschlossen
ist, um einen Magnetpol des Rotors 14 zu einer N-Polarität und einer
S-Polarität
zu erregen, und eine Spannungssteuerschaltung 100 zum Steuern
einer von der Gleichrichterschaltung 13 ausgegebenen Energieerzeugungsspannung
VG auf eine derartige Weise, dass sie im Wesentlichen konstant ist.
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Die
Gleichrichterschaltung 13 hat einen Wechselstrom-Eingangsanschluss
A zum Hereinnehmen einer in der Ankerspule 12 erzeugten
Wechselspannung zur Gleichrichtung in einen Gleichstrom, einen positiven
Ausgangsanschluss B zum Ausgeben einer positiven Gleichspannung,
einen negativen Ausgangsanschluss C zum Ausgeben einer negativen
Gleichspannung und eine Vielzahl (z.B. drei Paare) von Dioden D,
die zwischen dem positiven Ausgangsanschluss B und dem negativen
Ausgangsanschluss C eingefügt
sind.
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Der
Rotor 14 und die Rotorspule 15 sind durch ein
Paar von Schleifringen 16 und ein Paar von Bürsten 17 drehbar
gelagert.
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Die
Spannungssteuerschaltung 100 enthält einen Leistungstransistor 101 in
der Form eines MOSFET zum Ein- und Ausschalten eines Feldstroms
iF der Rotorspule 15 und einen ersten Komparator 102 zum
Ein- und Ausschalten des Leistungstransistors 101.
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Im
ersten Komparator 102 wird die Energieerzeugungsspannung
VG (die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 13) über einen
Eingangswiderstand 107 zu einem invertierenden Eingangsanschluss
(-) eingegeben und wird eine erste vorbestimmte Spannung VR1, die
eine Vergleichsreferenz wird, zu einem nicht invertierenden Eingangsanschluss
(+) eingegeben. Der erste Komparator 102 steuert die Energieerzeugungsspannung
VG derart, dass sie im Wesentlichen konstant ist, indem sie den Feldstrom
iF unterbricht, wenn die Energieerzeugungsspannung VG die erste
vorbestimmte Spannung VR übersteigt,
während
sie den Feldstrom iF durchlässt
oder zuführt,
wenn die Energieerzeugungsspannung VG gleich der oder niedriger
als die erste vorbestimmte Spannung VR1 ist.
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Die
Spannungssteuerschaltung 100 enthält eine Rückführ- oder Zirkulationsschaltung
in der Form einer Reihenschaltung, die eine Diode 103 und einen
Widerstand (ein Stromdämpfungselement) 104 aufweist,
einen normalerweise geschlossenen Schalter (eine Kurzschlussschaltung) 105 zum
Kurzschließen
des Widerstands 104 und einen zweiten Komparator (eine
Kurzschluss-Steuerschaltung) 106 zum Steuern des Öffnens (Ausschaltens)
des Schalters 105. Die Zirkulationsschaltung mit der Diode 103 und dem
Widerstand 104 dient zum Zirkulieren oder Rückführen bzw.
Zurückbringen
des Feldstroms iF, wenn der Feldstrom iF unterbrochen wird.
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Im
zweiten Komparator 106 wird die Energieerzeugungsspannung
VG über
den Eingangswiderstand 107 zu einem nicht invertierenden
Eingangsanschluss (-) eingegeben und wird eine zweite vorbestimmte
Spannung (VR2), die eine Vergleichsreferenz wird, zu einem nicht
invertierenden Eingangsanschluss (+) eingegeben. Wenn die Energieerzeugungsspannung
VG die zweite vorbestimmte Spannung VR2 übersteigt, öffnet der zweite Komparator 106 den
Schalter 105 oder schaltet ihn aus. Hier ist zu beachten,
dass die zweite vorbestimmte Spannung VR2 auf höher als die erste vorbestimmte Spannung
VR1 eingestellt ist.
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Als
Nächstes
wird auf einen spezifischen Steuerbetrieb gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
dieser vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wie es in 1 gezeigt
ist.
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Der
Widerstand 104 der Zirkulationsschaltung ist normalerweise
durch den normalerweise geschlossenen Schalter 105 kurzgeschlossen,
wie es dargestellt ist. wenn die Energieerzeugungsspannung VG gleich
der oder niedriger als die erste vorbestimmte Spannung VR1 ist,
schaltet der erste Komparator 102 in der Spannungssteuerschaltung 100 den
Leistungstransistor 101 ein, wodurch veranlasst wird, dass
der Feldstrom iF durch die Rotorspule 15 fließt, wohingegen
dann, wenn die Energieerzeugungsspannung VG die erste vorbestimmte
Spannung VR1 übersteigt,
der erste Komparator 102 den Leistungstransistor 101 ausschaltet,
um dadurch den Feldstrom iF zu reduzieren. Das heißt, dass
dann, wenn der Leistungstransistor 101 ausgeschaltet wird, der
Widerstand 104 der Zirkulationsschaltung kurzgeschlossen
wird, wodurch ein Rück-
oder Zirkulationsstrom durch den Schalter 105 und die Diode 103 fließt, um dadurch
den Feldstrom iF nach und nach zu dämpfen.
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Wenn
sich darauf folgend die Energieerzeugungsspannung VG auf die erste
vorbestimmte Spannung VR1 oder darunter erniedrigt, schaltet der erste
Komparator 102 den Leistungstransistor 101 wieder
ein, wodurch der Feldstrom iF erhöht wird, um die Energieerzeugungsspannung
VG zu erhöhen.
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Hier
ist zu beachten, dass der Zirkulationsstrom, der zu einer normalen
Zeit fließt,
niemals durch den kurzgeschlossenen Widerstand 104 läuft, so
dass ein Stromverlust unterdrückt
werden kann. Der oben angegebene normale Betrieb der Steuervorrichtung 100 ist
gleich demjenigen des vorgenannten bekannten Wechselstromgenerators.
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Wenn
andererseits die Energieerzeugungsspannung VG beispielsweise aufgrund
einer Unterbrechung der elektrischen Last 2 schnell derart
erhöht
wird, dass sie größer als
die zweite vorbestimmte Spannung VR2 (> VR1) ist, wird nicht nur der Leistungstransistor 101 durch
den ersten Komparator 102 ausgeschaltet, sondern wird auch
der Schalter 105, der den Widerstand 104 kurzschließt, gleichzeitig
durch ein Ausgangssignal des zweiten Komparators 106 ausgeschaltet.
Als Ergebnis fließt
der Zirkulationsstrom durch den Widerstand 104 und die
Diode 103, so dass er schneller als zu der Zeit eines normalen
Betriebs gedämpft
wird.
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Somit
ist es nur durch Steuern zum Ein/Ausschalten des einzigen Schalters 105 möglich, zu
der Zeit eines Ausschaltens der elektrischen Last 2 den Wechselstromgenerator
in einen Betrieb eines schnellen Dämpfens des Feldstroms iF zu
schalten, während
sein Betrieb hoher Effizienz wie beim bekannten Wechselstromgenerator
beibehalten wird. Demgemäß ist es
möglich,
den Feldstrom iF der Rotorspule 15 mit der Verwendung einer
einfachen Schaltung zu dämpfen,
wodurch die Zuverlässigkeit der
Steuervorrichtung 10 verbessert werden kann und gleichzeitig
ihre Herstellungskosten reduziert werden können.
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Zusätzlich ist
die zweite vorbestimmte Spannung VR2 des zweiten Komparators 106 (der
Kurzschluss-Steuervorrichtung), die eine Bestimmungsreferenz wird,
auf höher
als die erste vorbestimmte Spannung VR1 eingestellt, so dass sichergestellt
ist, dass der Schalter 105 (die Kurzschlussschaltung) eingeschaltet
(kurzgeschlossen) gehalten wird, wenn der Wechselstromgenerator
in einem normalen Einsatz ist. Als Folge davon kann die Hitzeerzeugung und
ein Verlust des Widerstands 104 (des Dämpfungselements) vermieden
werden, wodurch ein Beibehalten einer hohen Effizienz des Wechselstromgenerators
möglich
gemacht wird.
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Obwohl
der Schalter 105, der mechanisch geöffnet und geschlossen wird,
als die Kurzschlussschaltung des Widerstands 104 verwendet
wird, kann statt dessen ein Halbleiterschalter verwendet werden.
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Darüber hinaus
kann, obwohl der Widerstand 104 als das Dämpfungselement
in der Zirkulationsschaltung verwendet wird, statt dessen eine Zenerdiode
verwendet werden.
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Während die
Erfindung in Bezug auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben
worden ist, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass die Erfindung
mit Modifikationen innerhalb des Sinngehalts und Schutzumfangs der
beigefügten
Ansprüche
ausgeführt
werden kann.