專利名稱：車輛發(fā)電機(jī)的扭矩計算單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于計算車輛發(fā)電機(jī)的驅(qū)動扭矩的扭矩計算單元。
背景技術(shù)：
最近，一種所謂的基于扭矩的控制已經(jīng)適于用來控制車輛的發(fā)動機(jī)，使得改進(jìn)燃料經(jīng)濟(jì)性。因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有必要控制除了車輛驅(qū)動扭矩以外的操作各種附件的帶驅(qū)動扭矩。因?yàn)楦郊坏能囕v發(fā)電機(jī)需要高增速比來驅(qū)動，所以該車輛發(fā)電機(jī)的驅(qū)動扭矩控制優(yōu)先于其它附件。
通常，車輛發(fā)電機(jī)在較寬范圍的轉(zhuǎn)速和環(huán)境溫度下工作。因此，使用扭矩圖來計算驅(qū)動扭矩，該扭矩圖提供了供應(yīng)到車輛發(fā)電機(jī)的勵磁線圈的勵磁電流相對于各種溫度的占空比的數(shù)據(jù)，如在JP-A-Sho62-254699、JP-A-Hei 8-240134和JP-A-Hei 10-4698中所公開的。該驅(qū)動扭矩還可以通過使用效率圖來計算，該效率圖提供效率相對于車輛發(fā)電機(jī)的輸出功率級別的數(shù)據(jù)。在這樣的情況下，該驅(qū)動扭矩可以從相應(yīng)于檢測的車輛發(fā)電機(jī)的功率級別的效率來計算，如在JP-A-Hei 10-210679和JP-A-2001-292501中所公開的。
這樣，在上述已有技術(shù)中，有必要提供大存儲容量來計算驅(qū)動扭矩。此外，有必要為不同的車輛提供不同的存儲器。考慮到產(chǎn)品成本和生產(chǎn)力，這樣做是不實(shí)際或者不經(jīng)濟(jì)的。
JP-B-2855714公開了另一種使用控制圖的技術(shù)，其中，控制信號從存儲在根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制圖中的數(shù)據(jù)來選擇。然而，精確計算該驅(qū)動扭矩是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題產(chǎn)生了本發(fā)明，且本發(fā)明的一個目的是提供一種用于車輛發(fā)電機(jī)的扭矩計算單元，其可以以相當(dāng)小的存儲器容量來精確計算驅(qū)動扭矩。
根據(jù)本發(fā)明的一個主要特征，車輛發(fā)電機(jī)的扭矩計算單元包括用于檢測涉及供應(yīng)到勵磁線圈的電流的勵磁電流值的勵磁電流檢測裝置、用于檢測涉及電樞繞組的輸出電流的輸出電流值的輸出電流檢測裝置；用于檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢測裝置，以及用于從勵磁電流值、輸出電流值和轉(zhuǎn)速來計算發(fā)電機(jī)的驅(qū)動扭矩的扭矩計算裝置。最好該勵磁電流檢測裝置從施加到勵磁線圈的電壓和勵磁電流變換元件的開-關(guān)率來計算勵磁電流的值。該勵磁電流變換元件可以是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，其具有檢測流過其的電流的功能。可以圍繞電樞繞組的一端設(shè)置螺線管，其中，該輸出電流檢測裝置從施加到螺線管的電壓來計算輸出電流值。
上述的扭矩計算單元的特征在于包括具有縫隙的C形磁心和插入該縫隙的磁傳感器，這樣，該輸出電流檢測裝置從磁傳感器的輸出信號計算輸出電流。該轉(zhuǎn)速檢測裝置可以從在電樞繞組中感應(yīng)的電壓的基頻來計算轉(zhuǎn)速。
上述的扭矩計算單元的特征在于包括存儲轉(zhuǎn)子的慣性力矩的數(shù)據(jù)的存儲器和用于從在電樞繞組中感應(yīng)的電壓來計算轉(zhuǎn)速的加速度的裝置，這樣，該扭矩計算裝置從該加速度和轉(zhuǎn)子的慣性力矩來計算發(fā)電機(jī)的慣性扭矩。


通過研究下面的詳細(xì)說明書、附加的權(quán)利要求書和附圖，本發(fā)明的其它目的、特征和特性，以及本發(fā)明的相關(guān)部分的功能將更加清楚。圖中圖1是說明具有根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的扭矩計算單元的車輛交流發(fā)電機(jī)的框圖；圖2是示出在交流發(fā)電機(jī)的功率管和勵磁線圈的結(jié)點(diǎn)處的電壓的電壓波形圖；圖3是示出在結(jié)點(diǎn)處的電壓的占空比和施加到勵磁線圈的勵磁電流的勵磁電流相稱值之間的關(guān)系圖；圖4是示出在交流發(fā)電機(jī)的相位繞組中產(chǎn)生的相位電壓脈沖頻率和交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系圖；圖5是圍繞B端子的交流發(fā)電機(jī)的一部分的透視圖；圖6是圍繞B端子設(shè)置的電流傳感器的透視圖；圖7是改進(jìn)的電流檢測電路的電路圖；以及圖8是說明具有根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的扭矩計算單元的車輛交流發(fā)電機(jī)的框圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1-7來描述具有根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的扭矩計算單元的車輛交流發(fā)電機(jī)。
如圖1所示，車輛交流發(fā)電機(jī)1包括電樞繞組2、整流單元3、勵磁線圈4、發(fā)電機(jī)控制裝置5和電流傳感器6。該電樞繞組2由三相繞組構(gòu)成，其產(chǎn)生的輸出電壓由整流單元3整流。當(dāng)勵磁電流施加到勵磁線圈4時，勵磁線圈4產(chǎn)生磁場。發(fā)電機(jī)控制裝置5將交流發(fā)電機(jī)1的輸出電壓調(diào)整到預(yù)定的調(diào)整電壓Vreg。發(fā)電機(jī)控制裝置5從勵磁電流、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)輸出電流計算交流發(fā)電機(jī)的驅(qū)動扭矩。電流傳感器6檢測交流發(fā)電機(jī)1的輸出電流。該交流發(fā)電機(jī)1的B端子連接到車輛電池9。
該發(fā)電機(jī)控制裝置5包括功率管51、續(xù)流二極管52、電壓調(diào)整單元53和扭矩計算單元54。該功率管51串聯(lián)連接到勵磁線圈4，以打開和關(guān)閉施加到勵磁線圈4的勵磁電流。續(xù)流二極管52與勵磁線圈4并聯(lián)連接，以在功率管51關(guān)閉時從勵磁線圈循環(huán)通過其的勵磁電流。電壓調(diào)整單元53檢測B端子的電壓，且控制功率管51的打開和關(guān)閉，使得B端子的電壓可以調(diào)整到預(yù)定調(diào)整電壓Vreg。如果B端子的電壓高于調(diào)整電壓Vreg，該電壓調(diào)整單元53關(guān)閉功率管51，以降低發(fā)電機(jī)的輸出電壓。相反，如果B端子的電壓低于調(diào)整電壓Vreg，該電壓調(diào)整單元打開功率管51，以增加發(fā)電機(jī)的輸出電壓。
扭矩計算單元54包括用于計算勵磁電流的勵磁電流計算電路55、用于計算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計算電路56、輸出電流計算電路57和扭矩計算電路58。
接下來描述扭矩計算單元54的工作。
勵磁電流計算當(dāng)發(fā)電機(jī)控制裝置5控制功率管51打開和關(guān)閉勵磁電流時，具有如圖2所示的占空比t/T的電壓波形在功率管51和勵磁線圈4的結(jié)點(diǎn)處檢測。如圖3所示，該占空比與施加到勵磁線圈4的勵磁電流的勵磁電流相稱值F成比例。因此，接下來的表達(dá)式可以給出勵磁電流值IrIr＝F·Vr/Rf (1)
其中Vr是施加到勵磁線圈的電壓，Rf是勵磁線圈4的電阻。
順便提及，Vr近似等于或者稍微小于交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓(所小的值為功率管51的源極和漏極之間的電壓降)。盡管當(dāng)交流發(fā)電機(jī)的環(huán)境溫度改變時電阻Rf改變，但是通過下面的表達(dá)式可以計算勵磁電流的精確值Rf＝(Kr+T1)/(Kr+To)·Ro (2)其中Kr是表示溫度和電阻之間關(guān)系的常數(shù)，T1是目前的環(huán)境溫度，To是基礎(chǔ)溫度，以及Ro是勵磁線圈4在基礎(chǔ)溫度下的電阻。
勵磁電流計算電路55根據(jù)如圖3所示的圖來計算相應(yīng)于在功率管51和勵磁線圈4的結(jié)點(diǎn)處檢測的電壓信號的占空比的勵磁電流相稱值。此后，該勵磁電流計算電路55通過使用表達(dá)式(1)和(2)來計算勵磁電流值Ir。
轉(zhuǎn)速計算交流發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速從該電樞繞組2的一相繞組中感應(yīng)的相電壓Vp的頻率來計算。相電壓Vp具有50％的占空比和與交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速成比例的頻率。該轉(zhuǎn)速計算電路56將相電壓Vp轉(zhuǎn)化為具有與交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速成比例的頻率的脈沖信號，如圖4所示。順便提及，圖4舉例了具有12磁極(或者6對N-S極)的交流發(fā)電機(jī)的脈沖信號。
輸出電流計算如圖5和6所示，B端子由絕緣套7從交流發(fā)電機(jī)1的框架和其它部分絕緣。絕緣套7包括插入模制的C形磁心61，該磁心61具有縫隙62和插入縫隙62的磁傳感器63。該C形磁心61由軟磁材料制成，諸如78-鐵鎳合金，使得當(dāng)輸出電流流過B端子時可以收集磁通量。該磁傳感器63由霍耳元件、磁致電阻元件或者磁致阻抗元件制成，且當(dāng)它檢測到磁通量時提供電信號。這樣，容易將該磁傳感器安裝到交流發(fā)電機(jī)中。
該輸出電流計算電路57接收來自磁傳感器63的電信號，且計算交流發(fā)電機(jī)1的輸出電流Io。
發(fā)電機(jī)驅(qū)動扭矩計算在計算了勵磁電流值Ir以后，計算轉(zhuǎn)速N和輸出電流值Io，通過使用以下表達(dá)式來計算驅(qū)動扭矩TT＝(k1·Ir2+M·Ir·Io+k2·Io2)/N (3)
其中k1是涉及勵磁線圈4的自感的常數(shù)，M是涉及勵磁線圈4和電樞繞組2之間的互感的常數(shù)，k2是涉及電樞繞組2的自感的常數(shù)。
因?yàn)檗D(zhuǎn)速N、勵磁電流值Ir、輸出電流值Io是在實(shí)時基礎(chǔ)上計算的，所以扭矩計算單元53的存儲器只需要存儲k1、k2和M的數(shù)據(jù)。
扭矩計算電路58通過使用表達(dá)式(3)，從分別由勵磁電流計算電路55、轉(zhuǎn)速計算電路56和輸出電流計算電路57提供的勵磁電流值Ir、轉(zhuǎn)速N、輸出電流Io和從扭矩計算單元54的存儲器讀取的三個常數(shù)k1、k2和M來計算驅(qū)動扭矩。
這樣，圖的存儲容量可以很大地減少。上述的計算不會受該磁路的直流(DC)磁飽和的影響。
勵磁電流Ir的量可以以不同的方法檢測。
例如，電流檢測電阻與勵磁線圈串聯(lián)連接，使得跨過該電流檢測電阻檢測電壓降，如圖7所示。在這樣的情況下，功率管51由包括串聯(lián)連接的內(nèi)阻的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管51A代替?？邕^該內(nèi)阻的電壓降由放大器59放大。扭矩計算電路58接收放大器59的輸出信號，且計算勵磁電流值Ir。
纏繞在圓柱形的磁心上的磁螺線管還可以適于檢測輸出電流的量Io。在這樣的情況下，電樞繞組2和整流單元3之間的導(dǎo)體的一部分插入圓柱形的磁心以檢測由輸出電流產(chǎn)生的磁通量。該圓柱形的磁心應(yīng)該具有足夠的截面積，以沒有飽和地通過最大的磁通量。
在電樞繞組是三相對稱繞組的情況下，輸出電流(dc)的值Idc和相電流的幅度Ip之間的關(guān)系如下表示。
Idc＝0.955·Ip上述的檢測方法可以減少由溫度變化引起的誤差。
如果慣性力矩J的數(shù)據(jù)存儲在存儲器中，那么通過使用以下表達(dá)式，交流發(fā)電機(jī)1的慣性扭矩T2可以從旋轉(zhuǎn)的加速度N’來計算。
T2＝J·N’因此，通過將驅(qū)動扭矩T和慣性扭矩加和可以給出交流發(fā)電機(jī)的總扭矩Ttot。通過使用總扭矩Ttot的發(fā)動機(jī)控制對于穩(wěn)定發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)是有效的。
可以使用發(fā)動機(jī)控制單元來執(zhí)行總扭矩控制。在這樣的情況下，勵磁電流、輸出電流和轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)通過串行通信協(xié)議(例如，控制器區(qū)域網(wǎng)路)傳送到發(fā)動機(jī)控制單元。該系統(tǒng)可以減少通信誤差和通信延遲。
參考圖8描述具有根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的扭矩計算單元的車輛交流發(fā)電機(jī)，其中，和第一實(shí)施例相同的標(biāo)號表示第一實(shí)施例的相同的或者大致相同的部分、部件或者元件。
如圖8所示，車輛交流發(fā)電機(jī)1包括電樞繞組2、整流單元3、勵磁線圈4、發(fā)電機(jī)控制裝置5和電流傳感器600。該電流傳感器600包括環(huán)形芯601和圍繞該芯纏繞的檢測線圈602，且該電流傳感器600設(shè)置在交流發(fā)電機(jī)1和電池9之間的輸電線上，或者圍繞該電樞繞組2的輸出端子設(shè)置。因此，該檢測線圈602提供與流過該輸電線或者該輸出端子的要被檢測的電流相關(guān)的信號電壓，且該信號電壓輸入到輸出計算電路57。
該發(fā)電機(jī)控制裝置5包括功率管51、續(xù)流二極管52、電壓調(diào)整單元53和扭矩計算單元540。該扭矩計算單元540包括用于計算勵磁電流的勵磁電流計算電路550、用于計算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計算電路56、輸出電流計算電路57和扭矩計算電路58。
該勵磁電流計算電路550計算施加到勵磁線圈4的電壓、供給到勵磁線圈4的電流的占空比，以及供應(yīng)到勵磁線圈4的電流的量，該量根據(jù)環(huán)境溫度改變。該勵磁電流計算電路550包括電壓檢測電路55a、占空比檢測電路55b、溫度檢測電路55c和計算電路55d。
該電壓檢測電路55a從該發(fā)電機(jī)的輸出電壓檢測施加到勵磁線圈4的電壓。該占空比檢測電路55b檢測勵磁電流的占空比。該溫度檢測電路55c包括溫度傳感器和計算電路，以直接地或者間接地檢測勵磁線圈4的溫度。該計算電路55d計算供應(yīng)到勵磁線圈4的電流的量。
在本發(fā)明的上述描述中，參考本發(fā)明的特定實(shí)施例公開了本發(fā)明。然而，在不偏離在后附的權(quán)利要求書中所提出的本發(fā)明的范圍的情況下，很明顯可以對本發(fā)明的特定實(shí)施例進(jìn)行各種改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種包括轉(zhuǎn)子、電樞繞組(2)、勵磁線圈(4)和勵磁電流變換元件(51)的車輛發(fā)電機(jī)的扭矩計算單元(54)，該扭矩計算單元包括用于檢測涉及供應(yīng)到勵磁線圈(4)的電流的勵磁電流值的勵磁電流檢測裝置(55)；用于檢測涉及電樞繞組(2)的輸出電流的輸出電流值的輸出電流檢測裝置(57)；以及用于檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢測裝置(56)，其特征在于用于從勵磁電流值、輸出電流值和轉(zhuǎn)速來計算發(fā)電機(jī)的驅(qū)動扭矩的扭矩計算裝置(58)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩計算單元，其特征在于所述勵磁電流檢測裝置(57)從施加到勵磁線圈(4)的電壓和勵磁電流變換元件(51)的開-關(guān)率來計算勵磁電流的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩計算單元，其特征在于所述勵磁電流變換元件(51)是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其具有檢測流過其中的電流的功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩計算單元，其特征在于包括圍繞該電樞繞組的一端設(shè)置的螺線管，其中，所述輸出電流檢測裝置(57)從施加到該螺線管的電壓來計算輸出電流的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩計算單元，其特征在于包括具有縫隙(62)的C形磁心(61)和插入該縫隙的磁傳感器(63)，其中，所述輸出電流檢測裝置從所述磁傳感器(63)的輸出信號計算輸出電流值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩計算單元，其特征在于所述轉(zhuǎn)速檢測裝置從在所述電樞繞組(2)中感應(yīng)的電壓的基頻來計算轉(zhuǎn)速。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩計算單元，其特征在于包括存儲轉(zhuǎn)子的慣性力矩的數(shù)據(jù)的存儲器和用于從在電樞繞組中感應(yīng)的電壓來計算轉(zhuǎn)速的加速度的裝置，其中，所述扭矩計算裝置從該加速度和轉(zhuǎn)子的慣性力矩來計算發(fā)電機(jī)的慣性扭矩。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩計算單元，其特征在于所述勵磁電流檢測裝置還包括用于檢測勵磁線圈的溫度的裝置，其中，所述勵磁電流檢測裝置從施加到該勵磁線圈的電壓、該勵磁電流變換元件的開-關(guān)率和該勵磁線圈的溫度來計算勵磁電流的值。
全文摘要
一種包括轉(zhuǎn)子、電樞繞組、勵磁線圈(4)和勵磁電流變換元件的車輛發(fā)電機(jī)的扭矩計算單元(54)。該扭矩計算單元包括勵磁電流檢測電路(55)、輸出電流檢測電路(57)和轉(zhuǎn)速檢測電路(56)，用于從勵磁電流、輸出電流和轉(zhuǎn)速來計算發(fā)電機(jī)的驅(qū)動扭矩的扭矩計算電路(58)。
文檔編號H02P9/00GK1522887SQ20041000352
公開日2004年8月25日 申請日期2004年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月29日
發(fā)明者谷口真 申請人:株式會社電裝