用于在交流发电机中防止故障状况的安全电路和刷柄制造技术

本发明专利技术涉及用于在交流发电机中防止故障状况的安全电路和刷柄，具体提供了用于交流发电机的故障保护电路，其用于防止交流发电机中诸如延长全电场状况的故障。故障保护电路包括安全开关，当会在由电短路引起的全电场状况期间发生的交流发电机输出电压变得太高时或者当在交流发电机中检测到一些其他故障时打开安全开关。该安全开关的打开断开了馈送激励电流控制开关的电源电压。激励电流控制开关通常调整提供给交流发电机中的转子的激励电流，以调整从交流发电机输出的电压。通过设置为交流发电机中的转子激励断开电源电压的安全开关，可以防止交流发电机输出电压达到会损伤电系统中的设备以及耦合至交流发电机的电池的过量电平。

Safety circuit and brush handle for preventing fault condition in AC generator

The invention relates to a method for preventing safety circuit and handle fault conditions in AC generator, specifically provided for fault protection circuit of AC generator, which is used to prevent the extension of the full field conditions such as fault in AC generator. Fault protection circuit comprises a safety switch, when the alternator output voltage will occur during the whole field condition caused by electrical shorting becomes too high or when some other fault detection in AC generator when the safety switch open. The opening of the safety switch disconnects the power supply voltage of the current control switch. The excitation current control switch is normally adjusted to provide the excitation current to the rotor in the alternator to adjust the output voltage from the alternator. By setting for the rotor alternator excitation disconnect safety switch power supply voltage, can prevent the alternator output voltage reaches the level of excess damage in the system of electric power equipment and coupled to the alternator battery.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于在交流发电机中防止或缓解故障状况的安全电路、刷柄(brush holder)和方法。
技术介绍
汽车电系统要求向车辆内的各种设备提供电能。这些设备通常包括电起动机、引擎点火系统、电控制单元(计算机)、前灯和各种配件。通过电池将电能提供给这些设备(负载)，其中最常用的类型为12V铅酸电池。当车辆的引擎不运行时，电池通常是初级的或者仅仅是电能源，而当引擎运行时，电池和交流发电机通常都提供电能。交流发电机将引擎生成的机械能量转换为用于满足各种电设备的需求并对电池充电的电能。为了在电池中保持足够的充电状态以及避免损伤该电池(或过充电)或各种电设备，交流发电机必须在相当窄的范围内生成输出电压。为了支持典型的12V电池和相关的电系统，交流发电机应该提供14.0至14.6V的范围内的输出，理想电压约为14.2V。使用一些类型的电压调节来控制来自交流发电机的电压输出。通过控制流过交流发电机的转子中的绕组的电流量来调节用于最常用交流发电机的输出电压。与转子的旋转速度相结合，该电流确定流过起动机绕组的感生电流，该电流在被整流之后产生交流发电机的输出电压。通过感测来自交流发电机的输出电压来完成电压调节，并且使用感测电压来确定适当激励电流提供给转子。提供给转子的激励电流的控制经由适当地切换向转子提供电流的电源电压(例如，电池电压)来完成。这种切换典型地通过功率
晶体管来执行，其中功率晶体管被激励控制信号所控制。可通过交流发电机内的控制器结合由控制器执行的电压调节和/或通过交流发电机外的电子控制单元(ECU)来生成激励控制信号。如果故障引起交流发电机中的“全电场”状况，则发生潜在的安全问题。当电源电压变得直接连接至转子以使转子的激励电流不再受交流发电机内的控制器和相关联的电压调节的限制时，发生这种问题。这些故障导致不受控的交流发电机电压输出，这可能会达到损伤电池(或对其过充电)或连接至电系统的其他设备的过量电平。上述问题的一个解决方案是在检测到“全电场”状况时将交流发电机输出与电池和电系统的其他部件断开。然而，交流发电机输出相对较高的电流(例如在50-200安培的范围内)，这使得这种输出的切换难以实施和/或过于昂贵。另一个建议的解决方案实施通过中断控制信号(例如，从交流发电机的控制器到控制转子激励电流的开关)实现的安全功能。这种解决方案解决了控制器本身的故障、由控制器的输入(例如，不正确的感测电压)引起的故障或者控制激励电流控制开关的信号的故障。然而，上述补救措施没能解决通过发生在激励控制开关周围的短路所引起的全电场状况的情况，即，电源电压直接电短路至转子输入的情况。期望一种用于解决通过这些故障引起的全电场状况的故障保护电路和方法。
技术实现思路
根据故障保护电路的实施例，该故障保护电路包括激励电流开关和安全开关。激励电流开关控制提供给交流发电机的转子的电流的量。该电流量确定从交流发电机输出的电压，因此可用于调节输出电压。安全开关设置在激励电流开关及其电源电压之间，使得安全开关可以在检测到故障状况时(例如在交流发电机的全电场状况
期间)将电源电压与激励电流开关断开。根据用于交流发电机的刷柄的实施例，该刷柄包括固定刷子的壳体、激励电流开关和安全开关。刷子被配置为将激励电流传导至交流发电机内的转子。激励电流开关根据控制激励电流开关的激励电流控制信号经由刷子向转子提供激励电流，以调节交流发电机的输出电压。安全开关电串联连接在激励电流开关及其电源电压之间，使得安全开关可响应于接收到存在故障状况的指示将电源电压与激励电流开关断开。根据用于缓解交流发电机的故障状况的交流发电机的方法，该方法包括：使用激励电流开关向交流发电机的转子提供激励电流；响应于检测到交流发电机中的故障状况，通过打开电串联连接在激励电流开关及其电源电压之间的安全开关将电源电压与激励电流开关断开。本领域技术人员在阅读以下详细描述并参照附图的基础上可以意识到附加特征和优势。附图说明附图中的元件没有必要按比例绘制。类似的参考标号表示对应的类似部分。所示各个实施例的特征可以组合，除非它们相互排除。在附图中示出并在以下说明书中描述实施例。图1示出了包括设置在交流发电机内的安全开关的车辆电系统的高级框图。图2示出了包括安全开关的交流发电机的框图。图3示出了可以结合到交流发电机中的包括安全开关的故障保护电路的实施例的框图。图4示出了包括安全开关的故障保护电路的可选实施例的框图，其中该实施例包括监控电路。图5示出了结合安全开关的刷柄。图6示出了用于通过将电源电压与驱动交流发电机中的转子的
激励电流开关断开来缓解交流发电机的故障状况的方法。具体实施方式本文描述的实施例用于避免或缓解故障状况，诸如交流发电机中的不受控全电场状况以及交流发电机输出处的相关过电压情况。这不是在交流发电机的输出上添加大且昂贵的开关来实现的。为了解决可导致全电场状况的各种故障状况(包括电源电压(例如，电池电压)和馈送交流发电机转子的输入之间的短路)，添加安全开关，其被配置为将电源电压与激励控制开关断开，其中激励控制开关向交流发电机的转子提供激励电流。图1提供了典型的汽车电系统100的高级框图。系统100包括各种车辆负载110、电池130和交流发电机140。车辆负载110包括电子控制单元(ECU)120。交流发电机140包括安全开关150，其被配置为断开馈送交流发电机的转子的激励电流以防止交流发电机140的输出处的故障状况，诸如过电压情况。图2示出了交流发电机140的框图。交流发电机控制器210向交流发电机140的转子230提供激励电流。转子230通过机械装置(例如，耦合至运行引擎的驱动带)来旋转。旋转转子230创建磁场，其在交流发电机140的定子240的绕组中引发电流。典型的定子具有三个绕组(如图2所示)，使得生成三个交流(AC)输出。通常使用二极管构造的整流器220将来自定子240的绕组的定相AC电流转换为直流(DC)输出。DC输出应适合于对电池130充电以及向各种车辆负载110提供电能。要求电压调节以将交流发电机140的输出电压(例如，Vbat)维持在适当电平。通过转子230的旋转速度以及由交流发电机控制器210提供给转子230的激励电流(EXC)来确定交流发电机输出电压。在第一结构中，交流发电机控制器210通过感测交流发电机输出电压(其在图2中也为电池电压Vbat)并设置激励电流以保持期望的设置电压(Vset)来执行电压调节。在第一结构中，可以通过ECU 120
向交流发电机控制器210提供设置电压Vset。在第二结构中，ECU 120主要用于电压调节。在第二结构中，ECU 120感测电压Vbat并向交流发电机控制器210发送命令交流发电机控制器210设置用于转子230的特定激励电流(EXC)的消息。交流发电机140还包括安全开关150，其可用于将电源电压(例如，Vbat)与将激励电流驱动至转子230的电路装置断开。安全开关150将在下面更详细地描述为故障(例如，过电压)保护电路的一部分。图2示出了设置在刷柄200上的交流发电机控制器210和安全开关150。虽然这是用于包括这些元件的便利且优选的放置，但应该理解，交流发电机控制器210和安全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于交流发电机的故障保护电路，包括：第一开关，具有电连接至电源电压的第一端、电连接至所述交流发电机中的转子的第二端以及第三端，其中所述第一开关被配置为根据施加给所述第三端的激励电流控制信号和所述电源电压向所述转子提供激励电流，以调节所述交流发电机的输出电压；以及第二开关，电串联连接在所述第一开关的第一端与所述电源电压之间，所述第二开关被配置为响应于接收到故障指示信号将所述电源电压与所述第一开关的第一端断开。

【技术特征摘要】
2015.06.10 US 14/735,8311.一种用于交流发电机的故障保护电路，包括：第一开关，具有电连接至电源电压的第一端、电连接至所述交流发电机中的转子的第二端以及第三端，其中所述第一开关被配置为根据施加给所述第三端的激励电流控制信号和所述电源电压向所述转子提供激励电流，以调节所述交流发电机的输出电压；以及第二开关，电串联连接在所述第一开关的第一端与所述电源电压之间，所述第二开关被配置为响应于接收到故障指示信号将所述电源电压与所述第一开关的第一端断开。2.根据权利要求1所述的故障保护电路，其中所述故障指示信号是指示所述交流发电机的输出电压超过预定限制的过电压指示信号。3.根据权利要求1所述的故障保护电路，其中所述故障指示信号表示所述第一开关的第一端和第二端之间存在高阻短路。4.根据权利要求1所述的故障保护电路，还包括：交流发电机控制器电路，包括被配置为生成所述激励电流控制信号的激励电流控制器。5.根据权利要求4所述的故障保护电路，其中所述交流发电机控制器电路还包括监控电路，所述监控电路被配置为检测故障状况并响应于该检测生成所述故障指示信号。6.根据权利要求5所述的故障保护电路，其中所述监控电路与所述交流发电机控制器电路设置在不同的半导体管芯中。7.根据权利要求5所述的故障保护电路，其中所述监控电路与所述第二开关设置在同一半导体管芯中。8.根据权利要求4所述的故障保护电路，其中通过所述交流发电机控制器电路从电子控制单元(ECU)接收所述故障指示信号。9.根据权利要求4所述的故障保护电路，还包括：通信接口电路，被配置为从电子控制单元(ECU)接收所述故
\t障指示信号并将所述故障指示信号发送至所述第二开关，其中所述通信接口电路与所述交流发电机控制器电路设置在不同的半导体管芯上。10.根据权利要求9所述的故障保护电路，其中通过所述通信接口电路在串行总线上接收所述故障指示信号。11.根据权利要求9所述的故障保护电路，其中通过所述通信接口电路在专用线上接收所述故障指示信号，其中所述专用线与共享串行总线分开，所述ECU在所述共享串行总线上与所述交流发电机控制器电路通信。12.根据权利要求1所述的故障保护电路，其中所述激励电流控制信号是脉宽调制(PWM)信号。13.根据权利要求1所述的故障保护电路，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·格雷夫林，C·塞得尔，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE