永磁交流发电机的控制器制造技术

本发明专利技术是一种其中控制永磁交流发电机和提供较准确的电压调整的控制系统。该控制系统可包括下列中的一个或多个：（１）用于整流和调整交流发电机的输出电压的整流系统，（２）对助推型调整器用作电源的整流器／限制器，（３）多模式整流器／限制器，（４）ＤＣ－ＡＣ逆变器桥路，和（５）用于系统中使则会在电源开关中作为热散发的开关能量最小化的电源开关。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在机械能和电能之间转换的机器，特别是涉及适合汽车使用的小型永磁高功率交流发电机和该发动机的电压和电流控制系统。
技术介绍
交流发电机通常包括安装在旋转轴上并相对于固定的定子同心地设置的转子。转子通常设置在定子中。然而，定子也可以同心地定位在转子中。诸如发动机或涡轮机之类的外部能量源通常直接或通过诸如传动带之类的中间系统驱动旋转元件。定子和转子具有一连串的磁极。转子和定子都产生与另一结构磁极上的线圈相互作用的磁场。当磁场与线圈相交时，产生提供给合适的负荷的电场。通常将感应的电场(通常称为电压源)施加至整流器(有时是稳压整流器)并作为直流输出电源提供。在某些例子中，将稳压直流输出信号施加至直流一交流逆变器以提供交流输出。传统地，运用于汽车应用中的交流发电机通常包括安装在引擎外部的外壳；安装在外壳中的具有三相线圈的定子，可旋转地支撑在定子内外壳中的带驱动爪极式(例如伦德尔式)转子。然而，为了增加功率输出，必须显著地增加传统交流发电机的尺寸。因此，车辆中的空间限制很可能使得该交流发电机很难用于高输出(例如5KW)的应用中，例如用于为空调、冰箱或通信设备供电。另外，带线圈的爪极式转子较重(通常包括交流发电机总重量的四分之三)，产生相当大的惯性。在每次引擎加速时，该惯性实际上对引擎呈现一负荷。这容易降低引擎的效率，引起额外的燃料消耗。另外，该惯性可能在诸如电或混合机车之类的应用中有问题。混合机车利用汽油引擎以例如30Kph的预定阈值以上的速度(在汽油引擎最有效时通常对应于RPM的范围)来驱动车辆。类似地，在所谓的“轻度混合”中，当司机踩下油门踏板时，采用启动器发电机来提供初始助推脉冲，便于当车辆停止行驶时关闭车辆引擎以节省燃料和减少排放。该轻度混合系统通常考虑使用高电压(例如42伏)电系统。在该系统中的交流发动机必须能将电池再充电至足够的电平以驱动启动器发电机提供连续停止之间的初始助推脉冲，特别是在停停走走的交通中。因此，需要较高功率、低惯性的交流发电机。通常，为控制和驱动系统、空调和车内电器供电需要额外的电源，特别是对诸如致冷、建筑应用和军事应用之类用于娱乐、工业运输应用的车辆。例如，在汽车工业中存在一种采用智能电的而非机械或液压的控制和驱动系统以减少车辆引擎上的电力负荷和节约燃料。例如可以结合驾驶伺服机构(通常只有在需要驾驶纠正时起作用)、减震器(使用反馈来将减震器的硬度调节至公路和速度条件)和空调(以维持恒温所需的最小速度操作压缩机)运用该系统。该电力控制和驱动系统易于增加对车辆电力系统的要求。类似地，希望车载致冷系统是电驱动的。例如，以可变的速度(独立于车辆引擎rpm)驱动致冷系统可以提高效率。另外，通过电力驱动系统，连接各元件(例如压缩机(在引擎上)、冷凝器(曝露在空气中)和蒸发单元(位于冷隔箱))的软管可以由类似于家用电冰箱或空调的电驱动密封系统来代替。因此，希望在该应用中的车辆电力系统能为电驱动单元提供必要的功率电平。还特别需求“去除和替换”高功率交流发电机来改装现有的车辆。通常在车辆的引擎隔箱中只提供有限的空间来容纳交流发电机。除非替换交流发电机可装入可用的空间，如果可以的话，安装非常复杂，通常需要去除诸如散热器、缓冲器等主要元件并安装额外的支架、带和硬件。因此，希望替换交流发电机可适合原来提供的空间，并与原来的硬件接合。通常，永磁交流发电机是熟知的。该交流发电机使用永久磁铁来产生必要的磁场。永磁交流发电机常常比传统的绕线磁极式发电机轻得多且小得多。在1997年4月29日颁发给斯科特等人的美国专利5,625,276、在1998年1月6日颁发给斯科特等人的美国专利5,705,917、1999年3月23日颁发给斯科特等人的美国专利5,705,917、1999年7月27日颁发给斯科特等人的美国专利5,92,611、2000年3月7日颁发给斯科特等人的美国专6,034,511和2002年8月27日颁发给斯科特等人的美国专利6,441,522中，都描述了永磁交流发电机的例子。可以通过采用“外部”永磁转子和“内部”定子来实现特别轻巧和紧凑的永磁交流发电机。转子包括具有设置在汽缸内表面上的高能量永久磁铁的空心汽缸外壳。定子同心地设置在转子外壳中。转子绕定子旋转使来自转子磁铁的磁通量与定子线圈相互作用并在定子线圈中感应电流。在例如上述1998年1月6日颁发给斯科特等人的美国专利5,705,917和1999年7月27日颁发给斯科特等人的美国专利5,92,611中，描述了该交流发电机的例子。由永磁交流发电机提供的功率根据转子的速度变化显著。在许多应用中，由于例如汽车的发动机速度变化或负载特性的变化，转子的速度常常改变。因此，通常采用电子控制系统。在上述1997年4月29日颁发给斯科特等人的美国专利5,625,276中，描述了永磁交流发电机及其控制系统的一个例子。在2000年1月25日颁发给安德森等人的美国专利6,018,200中，描述了其它控制系统的例子。汽车应用中，非常需要适应宽范围的转子速度。例如，大柴油卡车引擎从空转时的600RPM至2600RPM的公路速度，偶尔冲到3000RPM，这时引擎用来减慢卡车的速度。因此，永磁交流发电机系统经受5∶1的RPM变化。轻型柴油机在例如从600-4000RPM的较宽的范围内运行。和汽油车辆引擎一起使用的交流发电机必须适应例如从600-6500RPM的更宽的范围。另外，交流发电机必须适应负荷的变化，即从无负荷到全负荷。因此，和汽油车辆引擎一起使用的永磁交流发电机的输出电压可以经受12∶1的变化。因此，如果要求传统的永磁交流发电机提供工作电压(例如12伏特)同时以给定的负荷空转，则它提供多倍工作电压，例如该电压的十(10)倍，在全引擎RPM时具有该负荷例如120伏特。当空转时的电压为120V，例如用于电驱动空调或通信设备，全引擎RPM时的电压是例如1200V。该电压电平很难达到，实际上控制起来很危险。另外，这种电压和电流的极端变化可能需要更昂贵的元件；为对高引擎RPM(例如公路速度)产生的高电压和电流设计的元件比为较适中的电压设计的元件贵得多。为适应来自永磁交流发电机的输出电压的宽范围进行了各种尝试。例如，上述斯科特等人的美国专利5,625,276描述了一种选择性地激活单个线圈实现希望的输出的控制器。这些线圈可以完全并联的结构连接以在较低的电压电平提供高电流，或串联连接以提供高电压容量。随着驱动RPM增加，各个线圈实际上从操作电路断开以控制输出电压和/或电流。然而，特别在诸如机动车之类的小型高功率、高传动比应用中，线圈之间的转换跃迁具有有害效果，特别是在RPM范围的高端。其它尝试包括控制交流发电机的RPM，从而独立于引擎RPM控制其电压。在于1987年9月22日颁发给Dishner的美国专利4,695,776中，描述了这种尝试的一个例子。这些方案常包括，需要维护和易磨损的大型机械元件。其它尝试包括转用交流发电机产生的一部分磁通量来调节输出电压。在于1989年12月5日颁发给Gokhale的美国专利4,885,493中，描述了一个系统的例子。然而，磁通量转用通常需要额外的机械元件，并且可能反应慢。还已知一种机动车电气系统，它包括用于以由模式而定的传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种响应于较高最大电平变化电压的交流输入信号用于生成具有预定输出电压的经调整的ＤＣ输出信号的系统，该系统包括：整流器，用于从输入信号产生具有预定初始最大电压的整流的ＤＣ信号，所述初始最大电压是相对于所述预定输出电压的高电压；调整器，用于从整流的ＤＣ信号产生处于预定中间电压的经调整的ＤＣ信号，所述预定中间电压是相对于所述预定输出电压的高电压；和至少一个ＤＣ－ＤＣ转换器，用于从经调整的更高的电压ＤＣ信号产生具有所述预定输出电压的经调整的ＤＣ输出信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：F夸兹，H斯考特，S考奇，
申请(专利权)人：磁应用股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]