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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselstromerzeugungsvorrichtung
für ein
Fahrzeug nach Anspruch 1.
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In
der Druckschrift
US
5,270,575 A ist eine Wechselstromerzeugungsvorrichtung
offenbart, die die Merkmale des Oberbegriffs nach Anspruch 1 aufweist.
Bei dieser bekannten Wechselstromerzeugungsvorrichtung ist eine
Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe des dazugehörigen Fahrzeugs
vorgesehen.
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Vom
Standpunkt des globalen Umweltschutzes aus gesehen, sind herkömmlicherweise
eine Reduktion von Abgas und eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs
wesentliche Ziele, die es zu erreichen gilt. Während des Fahren befinden sich
Fahrzeuge oft im Leerlaufzustand, wo der Motor nicht zum Antrieb
des Fahrzeugs beiträgt.
Angesichts der vorstehenden Problematik besteht eine Tendenz, die Motordrehzahl
in diesem Leerlaufzustand (die nachstehend als Leerlaufdrehzahl
bezeichnet wird) auf einen relativ niedrigen Wert einzustellen.
Das Reduzieren der Leerlaufdrehzahl stoßt aufgrund einer erhöhten Reibung
auf Schwierigkeiten, wenn die Motorumdrehung stabilisiert wird,
wobei dieses Problem bei Dieselmotoren auffällig ist. Ferner wird aufgrund
einer in dem Steuerungssystem des Verbrennungsmotors bewirkten Verzögerung eine
langfristige zyklische Fluktuation der Motordrehung in Erscheinung treten.
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Der
Zustand der niedrigen Leerlaufdrehzahl, der in bezug auf die Motordrehung
eine unerwünschte
Fluktuation bewirkt, kann als ein Überschwingzustand im Leerlauf
bezeichnet werden. 4 zeigt das Verhalten des Kfz-Wechselstromgenerators
in einem solchen niedrigen Leerlaufdrehzahlzustand.
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Es
wird nun davon ausgegangen, daß die Motordrehzahl
im Leerlauf-Überschwingzustand
zurückgeht.
In diesem Fall verringert sich die Drehzahl des Fahrzeug-Wechselstromgenerators
entsprechend mit der sich reduzierenden Motordrehzahl. In einem
Zustand, in dem der Fahrzeug-Wechselstromgenerator für eine konstante
elektrische Last arbeitet, nimmt das Soll-Antriebsdrehmoment des
Fahrzeug-Wechselstromgenerators bei abnehmender Motordrehzahl zu.
Dabei fördert
das erhöhte
Antriebsdrehmoment des Fahrzeug-Wechselstromgenerators in unerwünschter
Weise eine Verringerung der Motordrehzahl. Wenn jedoch die Motordrehzahl im
Gegensatz dazu ansteigt, nimmt das Soll-Antriebsdrehmoment des Fahrzeug-Wechselstromgenerators
bei ansteigender Motordrehzahl ab. Dabei sorgt das verringerte Antriebsdrehmoment
des Fahrzeug-Wechselstromgenerators in unerwünschter Weise für einen
Anstieg der Motordrehzahl.
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Zur
Lösung
des vorstehend beschriebenen Problems, bei dem das Auftreten des
störenden Überschwingens
der Motordrehzahl bei dieser Art von Fahrzeug-Wechselstromgenerators
gefördert wird,
offenbart die japanische Patentanmeldung 7-72585 eine Einwegkupplung,
die bei einer Antriebsriemenscheibe des Wechselstromgenerators angeordnet
ist. Die mit einer Riemenscheibe ausgestattete Einwegkupplung arbeitet
in folgender Weise:
Wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors
abnimmt (d. h. in einem Abbremszustand), wird eine Groß-Klein-Beziehung
zwischen einem Trägheitsmoment
des Wechselstromgenerators und einem Ausgangsdrehmoment, das anhand
des Motordrehmoments erzeugt wird, vorübergehend umgekehrt. In diesem
Fall wird die Einwegkupplung in einen ausgerückten Zustand versetzt, so
daß das
Ausmaß der Motordrehzahlverringerung
unterdrückt
werden kann. Die unerwünschte
Fluktuation der Motordrehzahl kann entsprechend unterdrückt werden.
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Die
vom Erfinder dieser Anmeldung durchgeführten Untersuchungen und Tests
haben ergeben, daß die
vorstehend beschriebene, mit einer Einwegkupplung ausgestattete
Riemenscheibe keine zufriedenstellenden Effekte bei der Unterdrückung der
Mo tordrehzahl-Fluktuation, die bei dem Fahrzeug-Wechselstromgenerators
auftritt, erzielen kann.
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Das
Problem des mit einer Einwegkupplung ausgestatteten Fahrzeug-Wechselstromgenerators wird
unter Bezugnahme auf 7 näher erläutert.
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Ein
außen
angeordnetes Rad 33 einer Einwegkupplung wird über einen
Riemen von einer Anlaß-
bzw. Kurbelriemenscheibe (nicht gezeigt) mitgenommen. Ein Kupplungsabschnitt,
der Freilauf- und Rollenbauteile und ein Federbauteil (die nicht
gezeigt sind) aufweist, rückt
ein innen angeordnetes Rad 31 und das außen angeordnete
Rad 33 selektiv ein und aus.
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Ein
Antriebsdrehmoment τ1
des Verbrennungsmotors wirkt auf das außen angeordnete Rad 33 ein.
Ein Antriebsdrehmoment τ2
des Fahrzeug-Wechselstromgenerators, das als Leistungserzeugungsdrehmoment
bezeichnet wird, wirkt auf das innen angeordnete Rad 31 in
einer Richtung entgegengesetzt zu dem Motordrehmoment τ1 ein. Ferner bewirkt
die Trägheit
eines Wechselstromgenerator-Rotors ein Trägheitsmoment τ3, das ebenfalls
auf das innen angeordnete Rad 31 einwirkt. Das Trägheitsmoment τ3 ändert seine
Richtung gemäß der Änderung
der Drehung des innen angeordneten Rads 31. Die Richtung
des Trägheitsmoments τ3 ist mit
der des Wechselstromgenerator-Antriebsdrehmoments τ2 identisch,
wenn die Drehzahl des innen angeordneten Rads 31 ansteigt,
und wird umgekehrt, wenn diese abnimmt. Das Ein- und Ausrücken der Einwegkupplung
ist so konzipiert, daß es
gemäß der Groß-Klein-Beziehung
zwischen diesen drei Drehmomenten bestimmt werden kann.
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Es
wird nun angenommen, daß die
Richtungen der Drehmomente τ1, τ2 und τ3, die in 7 gezeigt
sind, positiv sind, während ω1 die Drehzahl
des innen angeordneten Rads 31 darstellt, und ω2 die Drehzahl
des außen
angeordneten Rads 33 darstellt. Die Einwegkupplung ist
eingerückt,
wenn τ1 ≥ τ3 – τ2 (wo ω1 = ω2), und
ist ausgerückt,
wenn τ1 < τ3 – τ2.
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In
dem Moment, wenn die Motordrehzahl beginnt, sich in bezug auf die
Beschleunigungsdrehzahl oder konstante Drehzahl zu verringern, nimmt
das Drehmoment τ1
entsprechend ab. In diesem Fall übersteigt
das Trägheitsmoment τ3 des Fahrzeug-Wechselstromgenerators
das Motorantriebsdrehmoment τ1,
das in derselben Richtung angreift wie das des Trägheitsmoments τ3. Es ergibt
sich der vorstehende Zustand τ1 < τ3 – τ2. Somit
wird die Einwegkupplung ausgerückt.
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Anschließend nimmt
die Drehzahl des Fahrzeug-Wechselstromgenerators aufgrund des Leistungserzeugungsdrehmoments τ2 sowie des
Reibungsverlusts am Lagerabschnitt und des Windverlusts am Kühlgebläse ab.
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Wenn
die Drehzahl des Fahrzeug-Wechselstromgenerators beginnt abzunehmen,
nimmt das vorstehend beschriebene Leistungserzeugungsdrehmoment τ2 entsprechend
zu. Dadurch wird die Drehzahl des Wechselstromgenerators zwangsweise
und sofort verringert. Das zusammengesetzte Drehmoment, das auf
das innen angeordnete Rad 31 einwirkt, wird bald mit dem
Drehmoment abgeglichen, das auf das außen angeordnete Rad 33 einwirkt.
Daher wird die Einwegkupplung in Kürze eingerückt.
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Entsprechend
den neuesten, kompakten Hochleistungs-Fahrzeug-Wechselstromgeneratoren ist
das Leistungserzeugungsdrehmoment τ2 während des ausgerückten Zustands
der Einwegkupplung größer als
das Trägheitsmoment τ3. Daher nimmt
die Drehzahl des Wechselstromgenerator-Rotors rasch ab, und die
Einwegkupplung wird innerhalb kurzer Zeit, nachdem die Einwegkupplung
einmal ausgerückt
worden war, wieder eingerückt,
selbst wenn die Motordrehzahl abnimmt oder ganz zu Anfang einer
Beschleunigung in bezug auf ihre geringste Drehzahl steht (bei der
die Anstiegsrate der Drehzahl gering ist).
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Dabei
kann der vorstehend beschriebene, herkömmliche Fahrzeug-Wechselstromgenerator keinen
zufriedenstellenden Effekt erzielen, obwohl die Einwegkupplung extra
dafür vorgesehen
ist, den Verbrennungsmotor von dem Lastdrehmoment des Fahrzeug-Wechselstromgenerators
zu befreien, wenn der Verbrennungsmotor abnimmt.
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Ein
Erhöhen
der Trägheitsmasse
des Fahrzeug-Wechselstromgenerators ist wirksam, um das vorstehend
beschriebene Problem zu lösen,
da die Drehzahl des Fahrzeug-Wechselstromgenerators nicht
so rasch abnehmen wird. Jedoch wird Anstieg von Größe und Gewicht
des Fahrzeug-Wechselstromgenerators ein weiteres Problem herbeiführen, das
gelöst
werden muß.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts
der vorstehenden Probleme des Stands der Technik, ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Wechselstromerzeugungsvorrichtung
für ein
Fahrzeug zu schaffen, die in der Lage ist, die Fluktuation der Motordrehzahl
angemessen zu unterdrücken,
ohne daß Größe und Gewicht
eines mit einer Einwegkupplung ausgestatteten Fahrzeug-Wechselstromgenerators,
der an einem Verbrennungsmotor angebracht ist, zunehmen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die vorstehende Aufgabe durch die Merkmale nach Anspruch
1 gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Wechselstromerzeugungsvorrichtung
sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Entsprechend
dieser Anordnung wird es ohne Zunahme von Größe und Gewicht des Fahrzeug-Wechselstromgenerators
möglich,
zu verhindern, daß die
Drehzahl des Fahrzeug-Wechselstromgenerators sich während eines
ausgerückten
Zustands der Einwegkupplung rasch verringert. Somit wird es möglich, die
Fluktuation der Motordrehung angemessen zu unterdrücken, wenn
der mit einer Einwegkupplung ausgestattete Fahrzeug-Wechselstromgenerators
an einem Verbrennungsmotor angebracht ist.
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In
anderen Worten sorgt die vorliegende Erfindung für die Lösung der nachstehenden Probleme.
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Während des
ausgerückten
Zustands der Einwegkupplung nimmt nämlich die Drehzahl des Fahrzeug-Wechselstromgenerators,
d. h. die Drehzahl des innen angeordneten Rads der Kupplung, aufgrund
des Leistungserzeugungsdrehmoments ab. Selbst wenn der Verbrennungsmotor
dabei langsamer wird oder ganz zu Anfang einer Beschleunigung befindet,
wird dabei die Einwegkupplung erneut eingerückt wird, um das Lastdrehmoment
des Verbrennungsmotors zu erhöhen.
Dies führt
zu einer unerwünschten
Verringerung der Drehzahl während
des Verlangsamungszeitraums des Verbrennungsmotors und behindert
den Aufbau einer Beschleunigung ganz zu Anfang des Beschleunigungszeitraums
oder in einer Situation, wo die Beschleunigungsrate gering ist.
Daher ist der Verbrennungsmotor einer deutlichen, bei der Drehzahl
auftretenden Fluktuation ausgesetzt. Eine derart unerwünschte Fluktuation
der Motordrehzahl führt
zu einer Beeinträchtigung
der Motorsteuerung.
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Das
Feld des Wechselstromgenerators kann jedoch gemäß der Wechselstromerzeugungsvorrichtung
für einen
Fahrzeug-Wechselstromgenerator der vorliegenden Erfindung gemäß dem eingerückten/ausgerückten Zustand
der Kupplung gesteuert werden, so daß der Motor in angemessenen
Bedingungen für
die Steuerung beibehalten werden kann.
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Gemäß der Wechselstromerzeugungsvorrichtung
für einen
Fahrzeug-Wechselstromgenerator der vorliegenden Erfindung ist es
zu bevorzugen, daß die
Einwegkupplung eine Leistungseingangsabschnitt zum Aufnehmen einer
Antriebsleistung von dem Verbrennungsmotor und einen Leistungsausgangsabschnitt
aufweist, der mit einem Rotor des Fahrzeug-Wechselstromgenerators
mechanisch verbunden ist, der eine Mehrzahl von Feldpolen aufweist.
Die Erfassungseinrichtung erfaßt
eine Drehzahl des Leistungsausgangsabschnitts basierend auf einer
Frequenzkomponente einer Ausgangsspannung einer Multiphasen-Ankerwicklung
des Fahrzeug-Wechselstromgenerators. Zudem vergleicht die Steuerungseinrichtung
die Drehzahl des Leistungsausgangsabschnitts mit einer Drehzahl
des Leistungseingangsabschnitts und beurteilt, ob sich die Einwegkupplung
in dem eingerückten
Zustand befindet, wenn die Drehzahl des Leistungsausgangs abschnitts
gleich der Drehzahl des Leistungseingangsabschnitts ist, und beurteilt,
ob die Einwegkupplung sich in dem ausgerückten Zustand befindet, wenn
die Drehzahl des Leistungsausgangsabschnitts nicht gleich der Drehzahl
des Leistungseingangsabschnitts ist.
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Diese
Anordnung ermöglicht
eine Unterscheidung zwischen dem eingerückten Zustand und dem ausgerückten Zustand
der Kupplung durch Verwenden einer einfachen Vergleichsschaltung
und hinreichend bekannten F-V-Wandlern.
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Gemäß der Wechselstromerzeugungsvorrichtung
für ein
Fahrzeug der vorliegenden Erfindung ist es zu bevorzugen, daß die Einwegkupplung
einen außen
angeordneten Radabschnitt, der den Leistungseingangsabschnitt bildet,
einen innen angeordneten Radabschnitt, der koaxial mit dem außen angeordneten
Radabschnitt angeordnet ist und den Leistungsausgangsabschnitt bildet,
und einen Kupplungsabschnitt aufweist, der den außen angeordneten
Radabschnitt und den innen angeordneten Radabschnitt selektiv einrückt oder
ausrückt.
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Diese
Anordnung ermöglicht
es, die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors ohne weiteres aufzunehmen,
indem eine Riemenscheibe oder ein Zahnradabschnitt auf einem äußeren Umfang
eines außen
angeordneten Radabschnitts ausgebildet wird, wodurch eine extrem
kompakte Kupplungsvorrichtung für
den Fahrzeug-Wechselstromgenerator realisiert wird.
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Gemäß der Wechselstromerzeugungsvorrichtung
für ein
Fahrzeug der vorliegenden Erfindung ist es zu bevorzugen, daß der Fahrzeug-Wechselstromgenerator
eine Feldwicklung aufweist, und die Steuereinrichtung der Schalteinrichtung
zugeordnet ist, die mit der Feldwicklung für eine Stromversorgung der
Feldwicklung mit einer Ein-Aus-Steuerung der
Leistung in Reihe geschaltet ist. Die Steuereinrichtung schließt die Schalteinrichtung,
wenn die Einwegkupplung sich in dem eingerückten Zustand befindet, und öffnet die
Schalteinrichtung, wenn die Einwegkupplung sich im ausgerückten Zustand
befindet.
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Diese
Anordnung ermöglicht
es, die gewünschten
Betriebsabläufe
zuverlässig
zu realisieren. Insbesondere, wenn sich die Einwegkupplung in dem
eingerückten
Zustand befindet, wird der Erregerstrom der Feldwicklung erhöht, um das
elektrische Leistungserzeugungsdrehmoment zu erhöhen, wodurch unterdrückt wird,
daß die
Drehzahl des Verbrennungsmotors rasch ansteigt. Wenn sich die Einwegkupplung
in dem ausgerückten
Zustand befindet, wird der Erregerstrom der Feldwicklung verringert, um
das elektrische Leistungserzeugungsdrehmoment zu verringern, wodurch
verhindert wird, daß die Drehzahl
des Verbrennungsmotors rasch abnimmt.
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Es
ist zu bevorzugen, daß ein
elektrisches Signal, das den eingerückten Zustand und den ausgerückten Zustand
der Einwegkupplung voneinander unterscheidet, als ein Ein-/Aus-Signal
der Schalteinrichtung dient, die die Zufuhr des Erregerstroms steuert.
Dadurch wird ermöglicht,
das Einrücken/Ausrücken der
Einwegkupplung mit dem Ein-/Aus-Betrieb der Schalteinrichtung zuverlässig zu
synchronisieren. Somit wird es möglich,
die Fluktuation der Motordrehzahl mit einer extrem hohen Frequenz
als Reaktion auf die Drehmomentvariation, die bei jedem Hub des
Verbrennungsmotors bewirkt wird, sofort zu unterdrücken, wodurch
die Motorsteuerung vereinfacht und die Vibration unterdrückt wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der nachstehenden, ausführlichen Beschreibung zusammen
mit der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert:
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1 ist
ein Blockdiagramm, das die Schaltungsanordnung für die Leistungserzeugungssteuerung
eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist
eine Teilquerschnittsansicht, die einen Fahrzeug-Wechselstromgenerators
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und die entlang einer Achse dieses Fahrzeug-Wechselstromgenerators
erstellt wurde, darstellt;
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3 ist
ein Zeitdiagramm, das eine Leistungserzeugungssteuerung des Fahrzeug-Wechselstromgenerators
gemäß der ersten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt;
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4 ist
ein Zeitdiagramm, das eine zyklische Fluktuation darstellt, die
bei der Motordrehzahl in Erscheinung tritt;
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5 ist
ein Zeitdiagramm, das eine Leistungserzeugungssteuerung eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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6 ist
ein Blockdiagramm, das die Schaltungsanordnung für die Leistungserzeugungssteuerung
für einen
Fahrzeug-Wechselstromgenerator gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 ist
ein Diagramm, das einen Mechanismus für eine Einwegkupplung darstellt,
die an einem Fahrzeug-Wechselstromgenerator angebracht ist;
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8 ist
ein Schaltungsdiagramm, das einen Spannungssteller gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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9 ist
ein Zeitdiagramm, das den Betrieb des Spannungsstellers, der in 8 gezeigt
ist, darstellt;
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10 ist
ein Blockdiagramm, das die Schaltungsanordnung für die Leistungserzeugungssteuerung
eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend
werden Einzelheiten zu der Wechselstromerzeugungsvorrichtung für ein Fahrzeug
gemäß den bevorzugten
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung erläutert.
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Erste Ausführungsform
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2 ist
eine Teilquerschnittsansicht, die einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator 100 gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt und die entlang einer Achse
dieses Fahrzeug-Wechselstromgenerators 100 erstellt wurde.
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Der
Fahrzeug-Wechselstromgenerator 100 weist einen Anker 1 auf,
in dem ein darin koaxial angeordneter Rotor 2 untergebracht
ist. Der Rotor 2 weist Feldpole 21 auf. Eine Feldwicklung 22 ist
um die Feldpole 21 gewickelt, die mit einer Drehwelle 23 verbunden
und sicher an derselben befestigt sind. Eine Einwegkupplung weist
ein innen angeordnetes Rad 31 auf, das an der Drehwelle 23 mittels
einer Mutter 32 befestigt ist. Ein außen angeordneten Rad 33 der
Einwegkupplung wird über
einen Riemen von einer Kurbel- bzw. Anlaßriemenscheibe (nicht gezeigt)
mitgenommen, um durch einen (nicht gezeigten) Motor angetrieben
zu werden. Der äußere Umfangsbereich
des außen
angeordneten Rads 33 dient als eine Riemenscheibe. Ein
zu einer zylindrischen Form konfigurierter Kupplungsabschnitt 34 führt eine Drehmomentübertragung
in nur eine Richtung von dem außen
angeordneten Rad 33 zu dem innen angeordneten Rad aus.
In anderen Worten wird kein Drehmoment über den Kupplungsabschnitt 34 in
die entgegengesetzte Richtung von dem innen angeordneten Rad 31 zum
außen
angeordneten Rad 33 übertragen.
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Bezüglich der
praktischen Anordnung bezüglich
jeweils des innen angeordneten Rads 31, des außen angeordneten
Rads 33 und des Kupplungsabschnitts 34 gibt es
verschiedene Typen von herkömmlicherweise
hinreichend bekannten Komponenten und Teilen, wie jenen, die in
einen Motorstarter eingebaut sind.
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Ein
Positionsdetektor 4 erfaßt eine Drehposition des außen angeordneten
Rads 33. Um eine Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators
anzupassen, wird der über
die Feldwicklung 22 fließende Feldstrom durch einen
Regler 5 einer Ein-Aus-Steuerung unterzogen. Ein Gleichrichter 6 wandelt
eine durch den Anker 1 erzeugte Wechselspannungsleistung
in eine Gleichspannungsleistung um. Eine Anschlußklemme 7 ist mit
einer positiven Polrippe des Gleichrichters 6 verbunden.
Eine Bürste 8,
die zwischen der Feldwicklung 22 und dem Regler 5 angeordnet
ist, führt
der Feldwicklung 22 einen Erregerstrom zu. Eine hintere
Abdeckung 9 schützt
diese elektrischen Bauteile vor der Umgebung.
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Anschließend erfolgt
eine Erläuterung
des Betriebs der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf ein
Blockdiagramm, das in 1 gezeigt ist.
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Der
Regler 5 erfaßt
einen Augenblickswert (analogen Wert) einer einphasigen Spannung 11 der Ankerwicklung 1.
Die Ankerwicklung 1 induziert eine Wechselspannung als
Reaktion auf die Drehung der Feldpole 21. Wenn 2p für die Gesamtanzahl
der Feldpole 21 und Nalt (UpM) für eine mechanische Drehzahl
des Rotors steht, wird die Frequenz der induzierten Wechselspannung
ausgedrückt
durch f = p·x
Nalt/60 (Hz)
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Ein
Komparator 51 vergleicht die einphasige Spannung 11 der
Ankerwicklung 1 mit einem entsprechenden Schwellenwert
zur Binärisierung
und erzeugt ein Rechteckenwellen-Pulssignal mit der vorstehend beschriebenen
Frequenz. Ein erster F-V-Wandler 52 empfängt das
Rechteckenwellen-Pulssignal, das von dem Komparator 51 erzeugt wird,
und erzeugt eine Gleichspannung, deren Wert proportional zur Drehzahl des
Rotors 2 ist. Der Wert dieser Gleichspannung stellt eine
Drehzahl ω1
des innen angeordneten Rads 31 dar (d. h. des Rotors 2).
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Ein
Positionsdetektor 4, der in der Nähe des außen angeordneten Rads 33 vorgesehen
ist, erzeugt ein Rechteckwellen-Pulssignal, dessen Frequenz proportional
zur der Drehzahl des außen
angeordneten Rads 33 ist. Ein zweiter F-V-Wandler 53 empfängt das
Rechteckwellen-Pulssignal, das von dem Positionsdetektor 4 erzeugt
wird, und erzeugt eine Gleichspannung, deren Wert proportional zur Drehzahl
des außen
angeordneten Rads 33 ist. Der Wert dieser Gleichstromspannung
stellt eine Drehzahl ω2
des außen
angeordneten Rads dar. Bei dem Positionsdetektor 4 dieser
Ausführungsform
handelt es sich beispielsweise um einen herkömmlichen Drehzahldetektor,
wie z. B. einen photoelektrischen Sensor oder einen Halbleitersensor.
Alternativ kann auf den Positionsdetektor 4 verzichtet
werden, wenn die Drehzahl ω2
des außen
angeordneten Rads 33 basierend auf der Motordrehzahl und
einem Riemenscheibenverhältnis
zwischen der Anlaß-
bzw. Kurbelriemenscheibe und dem außen angeordneten Rad 33 berechnet
wird. Ein Komparator 54 des Reglers 5 vergleicht
zwei Gleichstromspannungen, die die Drehzahlen ω1 bzw. ω2 darstellen.
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Ein
Spannungssteller 55 ist vorgesehen, um eine geregelte Spannung
Vreg für
den Leerlaufzustand einzustellen, wenn die Drehzahlen ω2 des außen angeordneten
Rads 33 nicht größer ist
als ein vorbestimmter Wert. Der Spannungssteller 55 stellt die
geregelte Spannung Vreg auf einen ersten Sollwert ein, z. B. 14,5
V, wenn die Einwegkupplung eingerückt ist (d. h. ω1 = ω2).
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Ferner
stellt der Spannungssteller 55 die geregelte Spannung Vreg
auf einen zweiten Sollwert, z. B. 12,5 V, ein, die niedriger ist
als der erste Sollwert, wenn die Einwegkupplung ausgerückt ist
(d. h. ω1 > ω2).
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Eine
Batteriespannung Vbatt wird über
ein Tiefpaßfilter 56 in
eine negative Anschlußklemme
eines Komparators 57 eingegeben. Eine positive Anschlußklemme
des Komparators 57 empfängt
die geregelte Spannung Vreg, die von dem Spannungssteller 55 erzeugt
wird. Der Komparator 57 erzeugt ein Aussignal für einen
Transistor 58, wenn die Batteriespannung Vbatt größer ist
als die geregelte Spannung (d. h., Vbatt > Vreg) und erzeugt ein Einsignal für den Transistor 58,
wenn die Batteriespannung Vbatt geringer ist als die geregelte Spannung
(d. h. Vbatt < Vreg).
Der Transistor 58 empfängt
eine Leistungsspannung durch eine B-Klemme und steuert den Feldstrom über eine
F-Klemme 60 des
Reglers 5. Eine Schwungraddiode 59, die durch
eine E-Klemme auf Masse geschaltet ist, zirkuliert den Feldstrom während des
Aus-Zustands des Transistors 58. Die F-Klemme 60 ist
mit der Feldwicklung 22 über die Bürste 8 verbunden.
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Gemäß einem
Fahrzeug-Wechselstromgenerator mit einer Nennspannung von 12 V ist
die Batteriespannung Vbatt normalerweise innerhalb eines Bereichs
von 12 V bis 14 V einstellbar. Beim Einstellen der geregelten Spannung
Vreg auf 14,5 V, wird der Ladebetrieb z. B. solange fortgesetzt,
bis die Batteriespannung Vbatt 14,5 V erreicht. Beim Einstellen der
geregelten Spannung Vreg auf 12,5 V wird die Leistungserzeugung
unterdrückt,
sobald die Batteriespannung Vbatt 12,5 V erreicht hat. Da sich die
offene Klemmenspannung der Batterie normalerweise in einem Bereich
von 12 V bis 12,5 V bewegt, erreicht die Klemmenspannung der Batterie
normalerweise 12,5 V. Somit wird die Leistungserzeugung innerhalb eines
kurzen Zeitraums gestoppt. Wenn der Fahrzeug-Wechselstromgenerator 100 eine
elektrische Leistung erzeugt, wirkt ein Antriebsdrehmoment (d. h.
ein Leistungserzeugungsdrehmoment) proportional zu dem über die
Ankerwicklung fließenden
Strom auf das innen angeordnete Rad 31 ein.
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Wie
vorstehend beschrieben wird gemäß der ersten
Ausführungsform
die Leistungserzeugungsmenge während
des ausgerückten
Zustands der Einwegkupplung im Vergleich zu der Leistungserzeugungsmenge
während
des eingerückten
Zustands verringert. Somit wird das Leistungserzeugungsdrehmoment τ2, das auf
das innen angeordnete Rad 31 einwirkt (das die Drehung
des Wechselstromgenerators steuert), während des ausgerückten Zustands der
Einwegkupplung gering. Die Verringerung der Drehzahl des innen angeordneten
Rads 31 wird entsprechend unterdrückt. Folglich wird es unmöglich, den
Einrück-Steuerzeitpunkt
der Einwegkupplung zu verzögern,
bis die Drehzahl des Verbrennungsmotors ausreichend angestiegen
ist (d. h. bis das Verbrennungs drehmoment τ1 ausreichend angestiegen ist).
Somit wird es möglich,
die Fluktuation ΔN3,
die bei der Motordrehzahl in Erscheinung tritt, im Vergleich zu
der herkömmlichen
Fluktuation ΔN1
oder ΔN2
angemessen zu unterdrücken,
wie in 4 gezeigt ist.
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Wenn
ferner die Einwegkupplung zu Beginn eines ansteigenden Zustands
der Motordrehzahl eingerückt
wird, steigt die Motorlast plötzlich
an. Dadurch wird der herkömmliche
Motor gezwungen, eine große
Menge Kraftstoff zu verbrauchen, um die Motordrehzahl auf den Sollwert
zurückzuversetzen.
Gemäß der ersten
Ausführungsform
wird jedoch das Einrücken
der Einwegkupplung verzögert,
bis die Motordrehzahl nahezu auf den Sollwert zurückversetzt
worden ist. Daher muß der
Motor bei der ersten Ausführungsform
nicht übermäßig Kraftstoff
verbrauchen, um die Solldrehzahl rasch zurückzuversetzen.
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Der
Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung ist nicht auf Dieselmotoren
beschränkt. Daher
kann die vorliegende Erfindung auch auf Benzinmotoren angewendet
werden.
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Ferner
kann anstatt des vorstehend beschriebenen Schaltens des Sollwerts
für die
geregelte Spannung Vreg, die Leistungserzeugungssteuerung durch
lineares Verändern
des Sollwerts für
die geregelte Spannung Vreg oder basierend auf der Tastverhältnissteuerung
des Feldstromsteuerungstransistors 58 ausgeführt werden.
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3 zeigt
den Unterschied beim Betrieb zwischen dem Fahrzeuggenerator gemäß der ersten Ausführungsform
und einem herkömmlichen
Wechselstromgenerator mit einer Einwegkupplung. Gemäß der ersten
Ausführungsform
wird die vorstehende Leistungserzeugungssteuerung synchron mit dem Einwegkupplungsbetrieb
ausgeführt.
Daher kann die Kupplung-Aus-Zeit ausgedehnt werden, wie in 3 gezeigt
ist. Der freie Zeitraum, während
dem der Motor von der Last des Wechselstromgenerators befreit ist,
kann ausgedehnt werden. Wenn der Anstieg der Motordrehzahl in diesem
freien Zeitraum unterdrückt wird,
spricht die erste Ausführungsform
umgehend auf eine derartige Unterdrückung an. Ferner konzentriert
sich die erste Ausführungsform
auf den Kupplung-Ein-Zeit, um mit der Spitzenzeitraum des Motordrehmoments
zu einer Übereinstimmung
zu gelangen. Dies ist dabei wirksam, die Fluktuation des Motordrehmoments
zu reduzieren.
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Zweite Ausführungsform
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Eine
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 5 erläutert.
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Die
zweite Ausführungsform
ist der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform dahingehend ähnlich,
daß die
geregelte Spannung Vreg auf einen höheren Wert, z. B. 15,5 V, in
dem Moment eingestellt wird, in dem die Einwegkupplung eingerückt wird
oder unmittelbar danach. Die zweite Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Sollwert
für die
geregelte Spannung Vreg im Verlauf der Zeit allmählich reduziert wird.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
führt der
Fahrzeug-Wechselstromgenerator 100 eine volle Erzeugung
der elektrischen Leistung in dem Moment aus, in dem die Einwegkupplung
eingerückt
wird oder unmittelbar danach. In diesem Zustand wirkt ein maximiertes
Bremsmoment auf den Motor ein, um den Anstieg der Motordrehzahl
angemessen zu unterdrücken.
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Anstatt
die geregelte Spannung Vreg auf dem gleichen Wert (15,5 V) beizubehalten,
verringert anschließend
die zweite Ausführungsform
den Sollwert der geregelten Spannung Vreg während des eingerückten Zustands
des Einwegkupplung allmählich.
Dies ist wirksam, um zu verhindern, daß die Batterie übermäßig aufgeladen
wird. Dementsprechend kann die Lebensdauer der Batterie verlängert werden.
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Die
zweite Ausführungsform
unterdrückt
die Leistungserzeugung während
des Kupplung-Aus-Zeit. Die Motorsteuerungsvorrichtung kann die Motordrehzahl
umgehend auf einen Sollwert zurückversetzen.
Insbesondere weist der Motor eine große Trägheit auf und neigt nach dem
Erreichen einer Solldrehzahl, wenn er ausreichend beschleunigt hat,
dazu, ein Überschwingen
zu bewirken.
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Daher
erhöht
die zweite Ausführungsform die
Leistungserzeugungsmenge des Wechselstromgenerators unmittelbar
in dem Moment, in dem die Einwegkupplung eingerückt wird (d. h. in dem Moment,
in dem die Motordrehzahl nahezu auf die Solldrehzahl zurückversetzt
worden ist), um das Motorbremsmoment zu verbessern. Somit entsteht
die Möglichkeit,
das vorstehend beschriebene Überschwingen
der Motordrehzahl zu unterdrücken,
wodurch die Motordrehzahl stabilisiert wird.
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8 zeigt
eine Schaltungsanordnung eines Spannungsstellers gemäß der zweiten
Ausführungsform. 9 ist
ein Zeitdiagramm, das Signalveränderungen
des Spannungsstellers in 8 darstellt.
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Ein
Spannungssteller 551 entspricht dem Spannungssteller 55,
der in 1 gezeigt ist, und weist daher dieselbe Eingangs-/Ausgangs-Beziehung
auf, wie in 1 gezeigt ist. Eine Anschlußklemme 5510 empfängt ein
Vergleichsergebnis zwischen der Drehzahl ω1 des innen angeordneten Rads 31 und
der Drehzahl ω2
des außen
angeordneten Rads 33, das von dem Komparator 54 erzeugt wird.
Nun geht man davon aus, daß der
Komparator 54 ein H-Ausgangssignal erzeugt, wenn ω1 = ω2, und ein
L-Ausgangssignal, wenn ω1 < ω2. Zwei
in Reihe geschaltete Widerstände 5511 (=
R1) und 5512 (= R2) dividieren gemeinsam die Leistungsspannung
in einen ersten Referenzwert Vreg1 von näherungsweise 15,5 V. Zwei in
Reihe geschaltete Widerstände 5513 (=
R3) und 5514 (= R4) dividieren gemeinsam die Leistungsspannung
in einen zweiten Referenzwert Vreg2 von näherungsweise 14,5 V auf. Zwei
in Reihe geschaltete Widerstände 5515 (=
R5) und 5516 (= R6) dividieren gemeinsam die Leistungsspannung
in einen dritten Referenzwert Vreg3 von näherungsweise 12,5 V auf.
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Ein
Widerstand 5517 und ein Kondensator 5518 bilden
zusammen ein Filter zum allmählichen Verändern der
geregelten Spannung Vreg vom ersten Referenzwert Vreg1 (≈15,5 V) in
den zweiten Referenzwert Vreg2 (≈14,5
V). Wenn R7 den Widerstands wert des Widerstands 5517 und
C1 den Kapazitätswert
des Kondensators 5518 darstellt, ändert sich die geregelte Spannung
Vreg mit einer Zeitkonstante C1·R7.
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Ein
Umrichter 5519 erzeugt ein inverses Ausgangssignal des
Komparators 54, das als ein Gate-Treibersignal für einen
Schalter 5521 dient. Ein Schalter 5520 erzeugt
die geregelte Spannung Vreg, die allmählich vom ersten Referenzwert
Vreg1 (≈15,5 V)
auf den zweiten Referenzwert Vreg2 (≈14,5 V) reduziert. Ein Schalter 5521,
dessen Betrieb sich in ausschließlicher Beziehung mit dem des
Schalters 5520 befindet, erzeugt die geregelte Spannung
Vreg, die gleich dem dritten Referenzwert Vreg3 (≈12,5 V) ist.
Eine Ausgangsleitung 5522 erzeugt ein Ausgangssignal des
Spannungsstellers 551. Dieses Ausgangssignal wird dem Komparator 57 zugeführt.
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Wenn
die Einwegkupplung eingerückt
ist (d. h. ω1
= ω2),
empfängt
die Eingangsklemme 5510 ein H-Signal. Die Schalter 5520 und 5523 schalten
sich ein, während
sich der Schalter 5521 ausschaltet. Die geregelte Spannung
Vreg wird einmal auf die höhere Spannung
Vreg1 (≈15,5
V) geschaltet. Danach verringert sich die geregelte Spannung Vreg
aufgrund der Funktion des Filters im Verlauf der Zeit allmählich auf
den Wert des zweiten Referenzwerts Vreg2 (≈14,5 V).
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Wenn
die Einwegkupplung hingegen ausgerückt ist (d. h. ω1 < ω2), wird
die geregelte Spannung Vreg auf den konstanten Wert des dritten
Referenzwerts Vreg3 (≈12,5
V) eingestellt, um die Leistungserzeugung zu unterdrücken.
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Dritte Ausführungsform
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Eine
dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 6 erläutert.
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Wenn
der Fahrzeug-Wechselstromgenerator 100 durch den Motor
angetrieben wird, nimmt die Drehzahl des innen angeordneten Rads 31 (d.
h. des Rotors des Wechselstromgenerators) ab, nachdem die Einwegkupplung
ausgerückt
worden ist.
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Dementsprechend
wird die einphasige Spannung des innen angeordneten Rads 31,
die von der P-Klemme erhalten wird, durch den Komparator 51 und
den F-V-Wandler 52 in der gleichen Weise verarbeitet, wie
in 1 offenbart ist, um eine Gleichspannung zu erhalten,
deren Wert proportional zur Drehzahl ω1 des innen angeordneten Rads 31 ist. Eine
Differenzierschaltung 501 erzeugt ein Differentialsignal
der Gleichstromspannung, die von dem F-V-Wandler 52 ausgegeben
wird. Ein Komparator 502, der mit einer Ausgangsklemme
der Differenzierschaltung 501 verbunden ist, beurteilt,
ob die Einwegkupplung sich in dem ausgerückten Zustand befindet, wenn
das Zeichen des Differentialsignals minus ist.
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Die
geregelte Spannung Vrg wird durch einen Schaltkreis 61 geschaltet.
Wenn die Ausgangsspannung der Differenzierschaltung 501 minus
ist, führt
der Schaltkreis 61 dem Komparator 57 eine geregelte
Spannung Vreg mit einem kleinen Wert Vreg3 (≈12,5) zu. Wenn die Ausgangsspannung
der Differenzierschaltung 510 plus ist, führt der
Schaltkreis 61 dem Komparator 57 eine geregelte
Spannung Vreg mit einem großen
Wert Vreg2 (≈14,5
V) zu.
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Gemäß der dritten
Ausführungsform
kann auf den Positionsdetektor 4 für das außen angeordnete Rad 33 verzichtet
werden. Somit entsteht die Möglichkeit,
einen herausragenden Fahrzeug-Wechselstromgenerator zu realisieren,
der kostenlos und zudem in der Lage ist, für eine höchst zuverlässige Steuerung für eine Leistungserzeugung
zu sorgen.
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Vierte Ausführungsform
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Eine
vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 10 erläutert.
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Die
vierte Ausführungsform
weist den Komparator 51, den ersten F-V-Wandler 52,
den zweiten F-V-Wandler 53, den Tiefpaßfilter 56, den Leistungstransistor 58 und
die Schwungraddiode 59 auf, die strukturell wie funktionell
mit denen der ersten Ausführungsform
identisch sind, die in 1 offenbart ist.
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Eine
Beurteilungsschaltung 61 beurteilt, ob die Drehzahl ω2 des außen angeordneten
Rads 33 gleich der internen Drehzahl ω1 des innen angeordneten Rads 31 ist.
Die Beurteilungsschaltung 61 erzeugt ein H-Signal, wenn ω1 = ω2. Ein Komparator 62 beurteilt,
ob die Drehzahl ω2
des außen
angeordneten Rads 33 gleich einem vorbestimmten Wert ist oder
demgegenüber
größer ist.
Ein UND-Gate 63 erzeugt das Ausgangssignal der Beurteilungsschaltung 61 als
Reaktion auf das Ausgangssignal des Komparators 62. Insbesondere
wenn die Drehzahl ω2
des außen
angeordneten Rads 33 kleiner wird als der vorbestimmte
Wert, erzeugt der Komparator 62 ein H-Signal. Somit wird
das Ausgangssignal der Beurteilungsschaltung 61 dem Leistungstransistor 58 über eine
ODER-Schaltung 66 zugeführt.
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Ein
Komparator 64 vergleicht die Batteriespannung Vbatt mit
einer vorbestimmten geregelten Spannung Vreg. Ein UND-Gate 65 erzeugt
das Ausgangssignal des Komparators 64 als Reaktion auf
ein Ausgangssignal eines Umrichters 67. Insbesondere wenn
die Drehzahl ω2
des außen
angeordneten Rads 33 kleiner wird als der vorbestimmte
Wert, erzeugt der Umrichter 67 ein L-Signal. Somit wird
das Ausgangssignal des Komparators 64 dem Leistungstransistor 58 nicht über die
ODER-Schaltung 66 zugeführt.
Die ODER-Schaltung 66 funktioniert als eine Einrichtung
zum Berechnen einer logischen Summe der Ausgangssignale der beiden
UND-Gates 63 und 65. Als Reaktion auf das Ausgangssignal
des ODER-Gate 66 schaltet der Leistungstransistor 58 den
Feldstrom aus und ein.
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Die
vorstehend beschriebene vierte Ausführungsform arbeitet wie folgt.
Wenn die Drehzahl ω2 des
außen
angeordneten Rads 33 niedriger ist als der vorbestimmte
Wert (z. B. Leerlaufdrehzahl des Motors), führt der Komparator 62 dem
UND-Gate 63 ein H-Signal
zu, um die Ausgangssignalübertragung der
Beurteilungsschaltung 61 wirksam zu machen. In der Zwischenzeit
führt der
Umrichter 67 dem UND-Gate 65 ein L-Signal zu,
um die Ausgangssignalübertragung
des Komparators 64 unwirksam zu machen.
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Wenn
die Drehzahl nämlich
niedriger ist als der vorbestimmte Wert, wird das Vergleichsergebnis zwischen
der geregelten Spannung Vreg und der Batteriespannung Vbatt unwirksam
gemacht. Die Ein-/Aus-Steuerung des Leistungstransistors 58 ist ausschließlich von
dem eingerückten/ausgerückten Zustand
der Einwegkupplung abhängig.
Der Leistungstransistor 58 schaltet sich während des
eingerückten
Zustands der Einwegkupplung ein (d. h. ω1 = ω2), und schaltet sich während des
ausgerückten
Zustands der Einwegkupplung ab (d. h. ω1 < ω2).
Entsprechend dieser Steuerung wird es möglich, eine herausragende Leistungserzeugungs-
und Drehmomentregelung bzw. -steuerung zu realisieren, die in der
Lage ist, die Fluktuation der Motordrehzahl als Reaktion auf die
bei jedem Hub des Motors bewirkte Drehmomentvariation zu unterdrücken.
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Wenn
die Drehzahl den vorbestimmten Wert überschreitet, erzeugt der Komparator 62 ein
L-Signal, um das Ausgangssignal der Beurteilungsschaltung 61 unwirksam
zu machen. Die Ein-/Aus-Steuerung des Leistungstransistors 58 ist,
in Anbetracht der Situation, daß die
Motordrehzahl auf einen ausreichend hohen Wert angestiegen ist,
ausschließlich von
dem Vergleichsergebnis zwischen der Batteriespannung Vbatt und der
geregelten Spannung Vreg abhängig.
In anderen Worten ist die Fluktuation der Drehzahl, die durch ein
Einrücken/Ausrücken der Einwegkupplung
herbeigeführt
wird, bei ausreichend hohem Motordrehzahlzustand nicht mehr störend ist und
somit vernachlässigbar.
Vielmehr sollte die Steuerung unter Berücksichtigung der übermäßigen Aufladung
der Batterie ausgeführt
werden, die bewirkt wird, wenn die Leistungserzeugungsfähigkeit
erhöht wird.
Zu diesem Zweck schaltet sich der Leistungstransistor 58 ab,
wenn die Batteriespannung Vbatt die vorbestimmte geregelte Spannung
Vreg überschreitet,
und schaltet sich ein, wenn die Batteriespannung Vbatt kleiner wird
als die vorbestimmte geregelte Spannung Vreg. Somit verhindert die
vierte Ausführungsform
ohne weiters, daß die
Batterie übermäßig aufgeladen
wird.
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Die
vorliegenden Ausführungsformen,
die beschrieben wurden, sollen nur zur Veranschaulichung dienen
und stellen keine Einschränkung
dar, da der Schutzbereich der Erfindung durch die angehängten Ansprüche und
nicht durch die ihnen vorangegangene Beschreibung definiert ist.
Alle Änderungen,
die in den Schutzbereich der Erfindung bzw. dessen Entsprechungen
fallen, sollen daher durch die Ansprüche umfaßt sein.