(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の巻き線及び１つの励磁巻き線を有する三相交流発電機用の相電圧評価付きの電圧調整器であって、少なくとも１つの相電圧の検出及び評価のための手段を有し、そして、励磁巻き線を流れる励磁電流の制御に際して、検出された相電圧を考慮するための手段を有している当該の電圧調整器において、
相電圧がウインドコンパレータに供給されるように構成されており、該ウインドコンパレータの限界値は、可変であり、相電圧が限界値の１つに達すると、当該の限界値の変化が行われ、そして、相電圧の周波数に依存する出力信号が発生されるようにし、前記の出力信号は、例えば、限界値の変化ごとにレベル変化を呈するように構成されていることを特徴とする三相交流発電機用の相電圧評価付きの電圧調整器。
【請求項２】
三相交流発電機の制御用の電圧調整器において、出力信号（ＶＣＬ）の同種の信号側縁の間隔から発電機の回転数が求められるように構成されていることを特徴とする請求の範囲１記載の電圧調整器。
【請求項３】
三相交流発電機の制御用の電圧調整器において、ウインドコンパレータの限界値に対する電圧追従制御が電圧追従制御回路を用いて行われ、ここで電圧追従制御回路は、ウインドコンパレータから信号を受け取り、該信号により、電圧上昇、電圧安定化又は電圧低減を行わせるものであることを特徴とする請求の範囲１又は２記載の電圧調整器。
【請求項４】
三相交流発電機の制御用の電圧調整器において、
電圧追従制御回路は、カウンタを有し、該カウンタは、ウインドコンパレータから制御信号Ｕｐ，Ｓｔｏｐ，Ｄｏｗｎを受け取り、それのカウンタ状態が補助電圧発生のためのＡ／Ｄ変換器を用いて評価されるようにし、ここで補助電圧はウインドコンパレータの上下限の限界値に影響するようにしたことを特徴とする請求の範囲３記載の電圧調整器。
【請求項５】
三相交流発電機の制御用の電圧調整器において、
電圧追従制御手段は、２つの回路素子ないしスイッチング素子を有し、該回路素子ないしスイッチング素子を介してコンデンサが電流の供給により充電されるか、又は電流を放出せしめられ、又は一定の電位に保持されるようにしたことを特徴とする請求の範囲３記載の電圧調整器。
【請求項６】
三相交流発電機の制御用の電圧調整器において、
定電圧源が設けられており、該定電圧源は、コンデンサと接続されており、そして、次のように設けられている、即ち、定電圧源と、コンデンサとの間の接続点にて、下限限界値電圧が取出され、定電圧源の反対の側で上限の限界値電圧が取出可能であることを特徴とする請求の範囲５記載の電圧調整器。
【請求項７】
三相交流発電機の制御用の電圧調整器において、
フリップフロップＦＦが設けられており、このフリップフロップＦＦのＳ-入力側は、Ｕｐ制御信号の発生の際セットされ、それのＲ-入力側は、Ｄｏｗｎ信号の発生の際制御され、それのＤクロック出力側にて出力信号が生じ、そして、前記出力信号はＶＣＬ信号として発電機の回転数の検出のため評価可能であることを特徴とする請求の範囲１から６までのうち１項記載の電圧調整器。
【発明の詳細な説明】
本発明は、独立形式の請求の範囲の上位概念による、複数の巻き線及び１つの励磁巻き線を有する三相交流発電機用の相電圧評価付きの電圧調整器に関する。
従来技術
自動車では電気エネルギの発生のため通常三相交流発電機が使用され、この三相交流発電機の出力電圧が電圧調整器を用いて励磁電流の適当な制御により一定値へ制御され得る。励磁電流は従来の三相交流発電機の場合励磁ダイオードを介して形成される。三相交流発電機ーここでは発電機用制御器が励磁ダイオードの節減のため直接電池供給端子Ｂ+1にて作動されるーでは、検出回路が必要とされ、この検出回路は、回転している発電機と停止している発電機とを区別できる。この区別は必要である、それというのは、発電機の回転を識別すると調整器は、前励磁から、本来の制御状態へ切換わらなければならないからである。発電機が回転してるか、停止しているか識別するため、例えば、発電機の相端子に現れる電圧を評価しなければならない。この電圧は、直流電圧成分と、これに重畳された交流電圧成分とからなり、その直流電圧成分は、実質的に、例えば、整流器ダイオードの遮断電流及び負荷抵抗を介して相評価回路により求められる。前記の重畳された交流電圧成分の振幅は発電機の励磁と回転数に依存し、それの回転数は直接発電機の回転周波数と相関する。発電機の回転の始めに信頼性のあるそれの評価を達成するには小さいＡＣ振幅を有する信号を未知のＤＣ電位について
評価することが必要である。
従って、実施された従来手法では遮断電流の補償、従ってＤＣ成分の補償が電流シンクを用いて行われた。この手法は、所要の作動確実性を達成していない、それというのは老化及び汚損故に当該の電流シンクに対する実際的な限界値が存在していないからである。
外部励磁三相交流発電機の回転数の測定のため、ないし発電機が回転しているか、停止しているかを識別するための回路装置は、例えばＤＥＯＳ４３２７４８５に記載されている。この公知の回路装置では、相巻き線にて取出された相電圧ーこれは回転数依存の交流電圧成分を有するーが、回転数決定のため評価される。分解能の改善のため、ないし発電機の回転開始の識別の信頼性の向上のため、他の相巻き線が抵抗を介してアースと接続されている。それにより、分圧器が得られ、ここには両相巻き線間の縦続電圧が現れる。前記の縦続電圧は、１つの相電圧だけより大であり、従って発電機の回転開始の一層信頼性のある識別を許容する。縦続電圧が所定の限界値を越えると、回転開始が識別される。
ＥＰ０４０８４３６から公知の電圧調整器は三相交流発電機の２つの異なる相電圧を評価する回路を有する。２つの相電圧間の差から、三相交流発電機の回転数が求められる。発電機の回転開始は比較的迅速に識別され得、勿論、公知の電圧調整器は、２つの相端子が必要であるという欠点がある。
発明の利点
本発明の三相交流発電機用の相電圧評価付きの調整器が、請求項１の構成要件により公知の手段に比して有する利点とするところは、発電機制御において求められる相電圧の考慮及び相電圧の特に信頼性があり、ノイズに強い評価が可能であり、このことは有利には、場合により存在する直流電圧レベルにより障害を受けることがないことである。ここで特に有利にはたんに１つの相電圧が評価され、その結果、１つの第２の相端子を省き得る。
それらの利点は次のようにして得られる、即ち発電機の相信号が評価され、この相信号がウインドコンパレータを用いて評価されるのである。ここで上下限の限界値がその都度次のように変化される、即ち、電圧上昇の際、上限の限界値へ到達すると、当該の上限限界値の上昇が行われ、そして、電圧の低下及び下限の限界値への到達の際、当該の限界値の低下が行われる。両スイッチング点は、周波数依存の評価信号の形成のため使用され、そのように求められた周波数から発電機の回転数が求められる。
本発明のさらなる利点はサブクレームに特定された手段により達成される。このサブクレームは、殊に有利に、上又は下限限界値に対する電圧追従制御手段の有利な構成に係わる。相電圧から求められた発電機回転数を用いて最適の電圧制御を実現できる、それというのは一方では発電機が停止しているか、又は回転しているかを迅速に識別出来、その結果回転開始の直ぐ後で前励磁ないし予励磁から本来の制御状態へ移行できるからである。本来の制御状態の期間中発電機回転数をその都度考慮できる。
図面
本発明の１実施例が図示してあり、以下詳述する各図は次の通りである。図１は、車載電源及び相電圧評価と組合せての三相交流発電機の本発明の主要構成部分を表す。図２及び図３は、電圧追従制御手段のための２つの回路手法を示し、図４には種々の条件に対するシミュレートされた信号経過を示す。
図１には、相巻き線Ｕ，Ｖ，Ｗを有する三相交流発電機が示してあり、それらの相巻き線Ｕ，Ｖ，Ｗは、１つの中央点Ｍｐにて相互に接続されている。相巻き線Ｕ，Ｖ，Ｗは、端子ｕ，ｖ，ｗを介して整流器ブリッジＧＬのダイオードないしツェナーダイオードＤ１〜Ｄ６と接続されている。整流器ブリッジＧＬは、端子Ｂ+を介して電池の正極と接続され、端子Ｂ-を介して電池Ｂの負極ないしアースと接続されている。相巻き線Ｕ，Ｖ，Ｗには相電圧Ｕｕ，Ｕｖ，Ｕｗが加わる。相電圧のうちの１つ、例えばＵｖを、発電機の回転開始の識別のため、ないし発電機回転数の決定のため評価するものである。
相電圧の評価が、回路ブロックＰＨにて行われ、この回路ブロックＰＨは別個の回路として、又は電圧調整器Ｒの構成部分として構成され得るが、いずれにしろ電圧調整器Ｒと接続されている。電圧調整器Ｒは通常のように、励磁電流ＩEに影響し、この励磁電流ＩEは、発電機の励磁巻き線Eを流れる。励磁巻き線Eは図１に示す実施例では直接発電機の端子Ｂ+ないし電池Ｂの正極に接続されている。励磁ダイオードは、その種の発電機システムでは必要ない。相電圧の評価のためブロックＰＨには相電圧ＵPHが入力側ＥＩＮを介して供給される。
回路ブロックＰＨは比較器ないしコンパレータＶ１及びＶ２からなり、これらはブロックＦkと共に１つのウインドコンパレータを形成する。コンパレータＶ１，Ｖ２では相電圧ＵPHが上限の限界値Ｕosないし、下限の限界値Ｕｕsと比較される。相電圧が上限の限界値Ｕosより大の場合ウインドコンパレータは、カウント過程ＵＰをトリガし、このカウント過程によりブロックＳＮーここでは電圧追従制御が生ぜしめられるー電圧上昇が実施される。上限の限界値及び下限の限界値双方が、高められる。ウインドコンパレータにて相電圧比較により相電圧がウインド領域内に位置することが明らかになったときウインドコンパレータからストップ信号が送出され、そのとき、電圧追従制御が抑圧される。相電圧が下限限界値USを下回ると、ウインドコンパレータはＤｏｗｎーカウント信号を送出し、そして、上限限界値も下限限界値も低下される。電圧追従制御手段ＳＮのクロック出力側ＴＡからは矩形信号が送出され、該矩形信号は、その都度、電圧追従制御の開始の際、それのレベルを変え、結局発電機回転数に就いての情報を含むようになり、この情報は、評価可能であり、例えば電圧調整器に供給される。そこで、電圧調整器は、それの制御ストラテディを求められた回転数に依存し設定する。電圧追従制御手段に対する精確な切換条件を図４に関連して説明する。
図２及び３には電圧追従制御手段ＳＮの２つの構成が示してある。図２の第１例ではｎビットアップーダウンカウンタＺが設けられており、このカウンタＺは、ウインドコンパレータにより信号Ｕｐ、Ｓｔｏｐ、Ｄｏｗｎで制御される。要するに制御に応じてカウンタはアップ又はダウンカウントするか、又は一定のカウント値に保たれる。カウンタＺのカウンタ状態はＤ／Ａ変換器ＤＡＣにてアナログ電圧に変換され、このアナログ電圧は、上限限界値を越えるとカウンタＺのカウント方向がＵｐにセットされ、そして、カウンタ状態、従って補助電圧が所定のクロックレートを介して次の程度高められる、即ち、相電圧が再び上限限界値を下回る程度高められる。Ｄｏｗｎへのカウント方向の切換は、相電圧が下限限界値を下回るとはじめて行われ、ここで留意すべきことは下限限界値が高くセッティングされたということである。電圧追従制御は、補助電圧の生成と称され得る。ここで補助電圧は限界値シフトのため２つの限界値に重畳される。
前述の限界値切換を図４を用いて次に説明する；相電圧が上限限界値Ｕｏｓに達すると、上限限界値Ｕｏｓは高くセッティングされる。それというのは、ウインドコンパレータは、カウンタＺをして、カウントアップをさせるからである。それと同時に電圧調整器を介して、下限限界値は高くセッティングされる。ここで、領域１にて、下限限界値が比較的わずかに高められる。それというのは、回路は、それの下方のストッパのところに位置するからである。下限限界値Ｕｕｓに相応する値への相電圧ＵPHの低下の後、両限界値は、それのもとの値へ戻される。相電圧が次に上限限界値に達すると、限界値は再び高くセッティングされ、そして、下限限界値へ到達の後、再びリセットされる。
限界値を高くセッティングすると、フリップフロップＦＦーこれはカウンタＺのＵｐ入力側と接続されているーのセット入力側がセッティングされる。戻り操作すると、フリップフロップＦＦのリセットが行われ、従って、フリップフロップＦＦの出力側にＶＣＬ評価信号ＴＡが得られ、このＶＣＬのパルス間隔、例えば後縁が評価され、当該のパルス間隔は、精確に相電圧の周波数に対する尺度を成す。評価信号ＴＡは各限界値変ごとにレベル遷移を呈する。
図４の領域２，３，４では上下限限界値に到達の際相電圧がその都度限界値シフトをトリガする例が示してある。領域２では先ず上限限界値に到達し、到達後、両限界値が高められる。相電圧が再び下限限界値に低下すると、両限界値はそれのもとの値に低下され、そして、低下された限界値に達するとカウンタＺは、Ｄｏｗｎ信号を受け取る。それにより両限界値は、同一の値だけ低められる。要するに相電圧が限界値のうちの１つに達すると、限界値シフトは基本的にトリガされる。
領域３にて示す信号経過では相電圧は先ず下限限界値に達する。それによりカウンタに先ずＤｏｗｎ信号が供給され、そのカウンタはダウンカウントし、それにより両限界値は先ず低下される。低下された上限限界値へ到達の後、再びもとの限界値へ戻らされ、そして、当該の限界値に到達の際、さらなる限界値増大が行われ、ここでその都度上限及び下限限界値が同じｊ程度変化される。
４に示す領域では、回路は、上方のストッパのところに位置する。その際相信号は、極めて高い直列電流レベルのところに位置していて、限界値増大はもはや行われ得ず、ただ、下限限界値への到達の際低下が行われる。ＶＣＬ信号ＴＡの評価はなお可能である。
ＶＣＬ信号ＴＡを用いて、既述のように一方では、発電機が回転しているか、停止しているかが識別される。ＣＬ信号の同種の側縁の時間間隔の測定により発電機の回転数を決定できる。この回転数が調整器に供給されると調整器は制御に際して発電機回転数を共に考慮できる。
図３には電圧追従制御の第２の手法が示してある。評価信号ＴＡの生成は、図２の例におけると同じである。この手法ではカウンタは、付加接続可能な電流源により置換される。ウインドコンパレータから信号が送出されると、コンデンサＣは電流Ｉの供給により充電され、そして下限限界値は高められる。下限及び上限限界値間の差は、電圧源−これは電圧Ｕｐを送出する−を用いて一定に維持される、換言すれば上限限界値は、下限限界値と同じ程度高められる。ウインドコンパレータがＤｏｗｎ信号を送出すると、コンデンサは相応に放電され、限界値は低下される。ストップ信号が加わっている限り限界値は一定に保たれる。
本発明の相電圧評価手段を一般的に周期的電圧の評価のため使用する場合、交流成分を場合により存在する直流電圧成分から分離することが有利に可能であり、純然たる交流電圧が評価可能である。電圧評価のそのような使用は、例えば周期的評価信号を有するセンサの場合、例えば、回転する歯付きディスクをスキャンするクランク／カムシャフトセンサの場合である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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