DE69713641T2

DE69713641T2 - Alternator für Kraftfahrzeug angewendet als Generator und als elektrischer Motor zum Anlassen des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE69713641T2
Application number: DE69713641T
Authority: DE
Inventors: Alfred Permuy
Original assignee: Valeo Electronique SA
Current assignee: Valeo Electronique SA
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: ES2179283T3; EP0793013A1; EP0793013B1; FR2745445B1; DE69713641D1; US6002219A; FR2745445A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Alternator für ein Kraftfahrzeug, der als Generator und als Elektromotor für das Anlassen des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs verwendet wird.
Herkömmlicherweise handelt es sich bei einem Kraftfahrzeuganlasser um einen Gleichstrom-Elektromotor, dessen Aufgabe darin besteht, beim Anlassen die Welle des Verbrennungsmotors beispielsweise über ein verschiebbar gelagertes Ritzel anzutreiben, das mit einem an der besagten Welle angebrachten Anlaßzahnkranz in Eingriff kommt.
Es ist bekanntlich einfach möglich, einen Verbrennungsmotor dadurch anzulassen, daß sein Anlasser durch Kurzschließen des Zündschalters des Fahrzeugs angetrieben wird.
Um dieses Problem zu lösen, ist es bekannt, die Fahrzeuge mit Sperrsystemen auszurüsten, die das Anlassen des Verbrennungsmotors verhindern, solange kein kodiertes Freigabesignal empfangen wird, beispielsweise durch einen die Einspritzung des besagten Motors steuernden Rechner.
Die Einspritzrechner sind jedoch noch nicht sehr verbreitet, so daß zum gegenwärtigen Zeitpunkt erst wenige Fahrzeuge mit derartigen Sperrsystemen ausgerüstet sind.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine andere Art von Sperrsystem vorzuschlagen.
Es ist seit langem bekannt, daß die Möglichkeit besteht, einen Generator - unabhängig davon, ob es sich um die Ausführung als Dynamomaschine oder als Wechselstromgenerator handelt - als Elektromotor zu betreiben.
Insbesondere ist bereits vorgeschlagen worden, Generatoren im Elektromotorbetrieb zu verwenden, um die Anlasser des Verbrennungsmotors zu ersetzen.
Zur Veranschaulichung kann auf die Patentanmeldung FR-2.722.738 verwiesen werden, in der Hybridmotoren beschrieben werden, die zusätzlich zum Elektromotor einen an der Welle des Verbrennungsmotors gelagerten Alternator umfassen. Dieser Alternator erfüllt drei Funktionen: Er dient zur Abbremsung des Elektromotors durch Antrieb des Verbrennungsmotors während der Verzögerungsphasen des Fahrzeugs; außerdem erfüllt er seine herkömmliche Aufgabe als Wechselstromgenerator und lädt die Fahrzeugbatterie auf, wenn er durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird; und schließlich dient er zum Antrieb des Verbrennungsmotors, um ihn anzulassen.
Dazu dient die Gleichrichterbrücke am Ausgang des Läufers des Alternators außerdem als Steuerungsbrücke zum Steuern der Phasen des Alternators, wobei jede Diode einem Transistor zugeordnet ist, der einen zwischen seiner Kathode und seiner Anode parallelgeschalteten Unterbrecher bildet.
Die verschiedenen Transistoren der so gebildeten Brückenschaltung werden im Motorbetrieb nach Abläufen gesteuert, welche die Funktionsweise des Alternators als Elektromotor ermöglichen.
Wenn der Alternator als Generator verwendet wird, werden die Transistoren geöffnet, und der Strom am Ausgang des Alternators wird durch die Dioden gleichgerichtet.
Die Erfindung schlägt ihrerseits einen Alternator für ein Kraftfahrzeug vor, der einerseits als Generator und andererseits als Elektromotor für das Anlassen des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs verwendet wird, welcher einen Rotor mit Spulen und einen Stator mit mehreren Phasen umfaßt, die mit einer Brücke mit Dioden und Unterbrechern zum, Gleichrichten und Steuern der besagten Phasen verbunden sind, sowie eine Steuerungseinheit mit Mitteln zum Steuern der besagten Unterbrecher, wobei die besagte Steuerungseinheit Mittel zum Steuern der Unterbrecher synchron in bezug auf den Übergang von Dioden von einem Zustand in einen anderen und so zum Steuern der Phasen des Stators bei Motorbetrieb umfaßt, dadurch gekennzeichnet, die Steuerungseinheit Mittel zum Erkennen eines kodierten Signals umfaßt, das durch Sendemittel im Innern des Fahrzeugs übertragen wurde, wobei die besagte Steuerungseinheit die Phasen des Stators für das Anfassen des Verbrennungsmotors nur dann ansteuert, wenn sie von den besagten Sendemitteln ein kodiertes Signal empfängt, das dieses Anlassen freigibt.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung. Diese Beschreibung dient nur zur Veranschaulichung und hat keine einschränkende Wirkung. Sie ist unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen zu lesen. Darin · zeigen im einzelnen:
- Fig. 1 ein Schaltbild zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Alternators;
- die Fig. 2a und 2d die Veranschaulichung eines Steuerungsablaufs im Motorbetrieb des Alternators von Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine rotierende Drehstrommaschine dargestellt, die den eigentlichen Alternator bildet, ferner eine Steuerungs- und Gleichrichterbrücke 2 sowie eine Einheit 3 zur Steuerung dieser Brücke 2.
Wie dies an sich bekannt ist, umfaßt die als Alternator dienende rotierende Maschine 1:
- einen Rotor mit Spulen 4, der die Erregerwicklung bildet, die mit zwei Ringen und zwei Kohlebürsten verbunden ist, durch die der Erregerstrom (in der Größenordnung von einigen Ampere) zugeleitet wird;
- einen Stator 5 mit mehreren Spulen, die den Läufer bilden und die in dem häufigsten Fall einer Drehstromschaltung in Stern- oder Dreieckschaltung geschaltet sind und die im Alternatorbetrieb an die Gleichrichterbrücke 2 die umgewandelte elektrische Leistung liefern (einige Dutzend Ampere mit einer Spannung in der Größenordnung der Batteriespannung).
Die Brücke 2 ist mit den verschiedenen Phasen des Läufers 5 verbunden und zwischen der Masse und einer Speiseklemme der Fahrzeugbatterie 5 geschaltet. Sie besteht aus einer Mehrzahl von Dioden 6, weiche die Gleichrichterbrücke bilden, sowie aus einer Mehrzahl von Unterbrechern wie etwa Transistoren 7, die an den Dioden 6 parallelgeschaltet sind und die die verschiedenen Phasen des Alternators steuern.
Im Motorbetrieb arbeiten die Dioden als Freilaufdioden, während sie im Generatorbetrieb als Gleichrichterbrücke arbeiten.
Bei den Transistoren 7 handelt es sich vorteilhafterweise um MOSFET- Transistoren. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß derartige Transistoren konstruktionsmäßig eine Diode zwischen ihrem Drain und ihrer Source enthalten. Sie ermöglichen infolgedessen die Ausführung der Brücke zum Gleichrichten und Steuern der Phasen lediglich mit Transistorbauelementen, die sowohl eine Funktion als Unterbrecher wie auch als Freilaufdioden erfüllen.
Die Funktionsweise eines derartigen Alternators im Motorbetrieb erfolgt, indem ein Gleichstrom in der Erregerwicklung 4 vorgegeben wird und indem an den Phasen des Stators 5 um 120º phasenverschobene Signale, idealerweise sinusförmige, gegebenenfalls aber auch trapezförmige oder Rechtecksignale abgegeben werden.
In den Fig. 2a, 2b und 2c ist ein Beispiel für den Steuerungsablauf der Unterbrecher, welche die Transistoren 7 bilden, durch Rechtecksignale veranschaulicht worden, die durch die Steuerungseinheit abgegeben werden. Die in diesen beiden Figuren veranschaulichten Signale A, B, C sind Signale zum Ansteuern derjenigen der Transistoren 7 der Brücke 2, die mit der Masse verbunden sind. Die Signale A', B', C', welche die anderen, das heißt die mit der Batterie verbundenen Transistoren ansteuern, sind im Verhältnis zu diesen Signalen A, B, C umgekehrte Signale, wobei keine Überlagerung mit diesen besteht.
Dies ist in Fig. 2d veranschaulicht worden, in der das Signal C' dargestellt worden ist, das den Transistor ansteuert, der mit dem durch das Signal C angesteuerten Transistor verbunden ist.
Bei einer derartigen Ansteuerung führt der Rotor 4 eine Umdrehung aus, wenn jede der Phasen eine Anzahl von Perioden gleich der Anzahl der Polpaare des Rotors (zum Beispiel 8) beschreibt.
Dieser Motorbetrieb wird verwendet, um beim Anlassen den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs anzutreiben, wodurch im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen der Anlasser und der Anlaßzahnkranz des Fahrzeugs sowie die üblicherweise mit dem Anlasser verbundene Leistungsverkabelung entfallen können.
Um ein solches Anlassen des Verbrennungsmotors auszuführen, sind die Signale zur Ansteuerung der Transistoren 7 vorteilhafterweise Signale mit veränderlicher Frequenz, deren Frequenz ansteigend durch die Einheit 3 geregelt wird, um jedes Außertrittfallen des Rotors 4 im Verhältnis zu dem durch den Stator 5 gebildeten magnetischen Drehfeld zu verhindern.
Die Frequenzregelung wird beispielsweise durch die Einheit 3 so definiert, daß für den Alternator ein Drehzahlprofil gewährleistet ist, welches das Anlassen des Verbrennungsmotors ermöglicht.
Erfindungsgemäß umfaßt die Steuerungseinheit 3 Mittel zum Erkennen eines kodierten Signals, das das Anlassen des Verbrennungsmotors freigibt. Dieses Signal wird durch Sendemittel im Innern des Fahrzeugs an die Einheit 3 übertragen. Die Einheit 3 steuert die Transistoren 7 zum Anlassen des Verbrennungsmotors nur dann an, wenn sie dieses kodierte Signal empfängt. Infolgedessen bilden die Steuerungseinheit 3 und die Sendemittel, die den Freigabekode an die besagte Einheit übertragen, ein Sperrsystem zum Sperren des Verbrennungsmotors.
Die Sendemittel bestehen beispielsweise aus einer Sendeeinheit, die mit einer am Armaturenbrett des Fahrzeugs angebrachten Zahlentastatur verbunden ist, an welcher der Fahrer seinen Kode vor der Betätigung des Zündschlüssels 11 des Fahrzeugs eingibt, um das Anlassen des Verbrennungsmotors zu bewirken.
Als Variante können die Sendemittel auch aus einer Einheit bestehen, an die der Freigabekode drahtlos über eine durch den Fahrer betätigte Fernbedienung übertragen wird, was beispielsweise beim Öffnen der Türen erfolgt.
Unmittelbar nach dem Anlassen des Motors steuert die Einheit 3 die Transistoren 7 an, um den Betrieb im Alternatormodus herbeizuführen.
Dazu steuert in einer Ausführungsart der Erfindung die Einheit 3 die Transistoren 7 so an, daß sie an den Anschlüssen aller Dioden geöffnet sind.
Die Bückenschaltung 2 ist dann eine herkömmliche Gleichrichterbrücke.
In einer anderen möglichen Ausführungsart werden die Transistoren 7 so angesteuert, daß die durchgeschalteten Dioden kurzgeschlossen werden. Sie sind nur an den Anschlüssen der nicht durchgeschalteten Dioden geöffnet.
Es fließt dann kein Strom mehr in den durchgeschalteten Dioden, so daß die auf diese Weise herbeigeführten. Kurzschlüsse dort eine Verringerung der Verluste ermöglichen.
Um die Ansteuerung der Transistoren 7 im Verhältnis zum Übergang vom durchgeschalteten zum nicht durchgeschalteten Zustand der Dioden 6 zu synchronisieren, ist die Einheit 3 mit Mitteln verbunden, um den Übergang der Dioden 6 von einem Zustand zum anderen zu erfassen. Diese Mittel bestehen beispielsweise aus einem Sensor, etwa aus einem Hall-Elements, zum Messen der Winkelposition des Rotors 4 im Verhältnis zum Stator 5.
Ein derartiger Sensor kann außerdem verwendet werden, um die Drehzahl des Rotors zu bestimmen, beispielsweise durch Zählen von Impulsen in einem gegebenen Zeitfenster, damit die Einheit 3 das Anlassen des Verbrennungsmotors erfassen und dadurch von der Funktionsweise im Motorbetrieb zur Funktionsweise im Generatorbetrieb übergehen kann.
Im übrigen sind, wie dies ebenfalls an sich bekannt ist, Mittel 9 zur Spannungsregelung vorgesehen, deren Aufgabe darin besteht, die Batteriespannung auf einer angemessenen Höhe zu halten.
Außerdem ist ein Unterbrecher 10, zum Beispiel ebenfalls vom Typ MOSFET, vorgesehen, dessen durchgeschalteter oder gesperrter Zustand durch die Steuerungseinheit 3 angesteuert wird. Dieser Unterbrecher 3 hat die Aufgabe, den Regler im Motorbetrieb kurzzuschließen, so daß der Läufer 5 dann direkt durch die Batteriespannung erregt wird.

Claims

1. Alternator für ein Kraftfahrzeug, der einerseits als Generator und andererseits als Elektromotor für das Anlassen des Verbrennubgsmotors des Fahrzeugs verwendet wird, welcher einen Rotor (4) mit Spulen und einen Stator (5) mit mehreren Phasen umfasst, die mit einer Brücke (2) mit Dioden (6) und Unterbrechern (7) zum Gleichrichten und Steuern der Phasen verbunden sind, sowie einer Steuerungseinheit (3) mit Mitteln zum Steuern der Unterbrecher (7) synchron in Bezug auf den Übergang von Dioden von einem Zustand in einen andern und so zum Steuern der Phasen des Stators bei Motorbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (3) Mittel zum Wiedererkennen eines kodierten Signals umfasst, das durch Sendemittel in dem Fahrzeug übertragen wurde, wobei die Einheit die Phasen des Stators für das Anlassen des Verbrennungsmotors ansteuert, wenn sie von den Sendemitteln ein codiertes Signal empfängt, durch das das Anlassen zugelassen wird.

2. Alternator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrecher (7) MOSFET-Transistoren sind, die Dioden enthalten.

3. Alternator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Sensor zum Messen der Winkelposition des Rotors (4) umfasst.

4. Alternator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (3) Mittel umfasst, um in dem gegebenen Zeitfenster die Anzahl der Drehungen des Rotors (4) zu berechnen und daraus das Anlassen der Wärmekraftmaschine abzuleiten.