永磁发电机的控制器制造技术

本发明专利技术的发电机包括一用来调节所述发电机输出的控制系统。所述发电机，诸如永磁发电机，包括多个绕组。对于大电流应用来说，诸绕组是并联的。对于高电压应用来说，诸绕组的每个三相组是串联的。各绕组可以有选择地并独立地被所述控制系统所驱动，以获得所需的输出电流或电压。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
永磁发电机的控制器专利技术背景本专利技术一般涉及发电机，更具体地说，涉及永磁发电机以及用于这类发电机的电压和电流控制系统。发电机有着各种广泛的应用。小型发电机通常可用于汽车发电系统、便携型机器以及应急系统等。类似地，大型发电机可为大型设备、结构和居住区提供电力。由于有着种种广泛的应用和需求，所以对发电机的研制仍在继续之中，以便能为更多的场合提供更多和更高质量的电力。无论其尺寸和应用如何，发电机通常包括一安装在转轴上并且相对一固定的定子同心设置的转子。或者，可在一转动的定子中同心地设置一固定的转子。转动元件通常是由一外部能源，例如电动机或叶轮机来驱动的。定子和转子都具有一系列的磁极。转子或者定子产生的磁场与处在其它结构的磁极上的诸绕组产生相互作用。当磁场切割绕组时便可产生电流，于是就可向一合适的负载供电。通常把感应电流供给一桥式整流器，有时加以稳流，并且作为一输出电流供给负载。虽然在便携型装置中一般不用交流输出，但还是可以通过把直流信号施加于一逆变器而获得交流输出。永磁发电机，顾名思义，是利用永磁铁来产生所需磁场。永磁发电机旨在比传统的线绕式磁场发电机(wound field generators)更为轻便和小巧。由永磁发电机所供给的电力比较难于调节和控制。首先，由这种发电机所供给的电压会随着转子速度的变化而发生很大变化。在很多场合下，转子的速度会因为例如汽车发动机速度的变化，或者是因为负载特性的变化而发生变化。此外，永磁发电机的电压会随输送电流相反地变化，即，当电流增加时电压下降。电压的这些变化对传统的负载而言通常是不能接受的，必须被严格地控制。这在汽车应用领域显得更为突出。例如，汽车发动机的空转速度通常在600RPM左右。然而，当发动机在公路上运行时其速度可高一个数量级，例如6000RPM左右。因此，如果一个传统的永磁交流发电机需要在空转时提供例如12伏特的工作电压，那么它在全速发动时就会提供一个大约10倍于此的电压，例如120伏特。如果空转时的电压是120V(例如用于空调的电力驱动)，那么全速发动的电压就会是1200伏特。这样的电压电平实际上处理起来是非常困难和危险的。此外，电压和电流的极端变化需要用较昂贵的元件，与中等额定电压的元-->件相比，额定成在高发动机转速(例如公路速度)下所产生的高压和大电流的元件是非常昂贵的。因此，汽车一般采用爪极型交流发电机，与相应的永磁铁交流发电机相比，爪极型交流发电机显然是既大且重，而且爪极型交流发电机还存在着一定的尺寸限制，因此在高输出的场合下，例如5kw(为空调或冰柜供电)，这种发电机很难使用。此外，爪极型交流发电机对电压调节也是非常不利的，因为它需要调制旋转磁场。这样的调制会影响所有的绕组。因此，很难实现对电压的调节和对各绕组的控制。在永磁发电机的其它应用场合也出现了类似问题。例如，希望在电焊机中使用永磁发电机，但是电焊机通常需要有一个特别的电流-电压关系。例如，电弧焊机需要电流和电压呈反坡关系，而金属惰性气体(MIG)电焊机(线进给式电焊机)需要恒定的电压和变化的电流，而钨惰性气体电焊机(TIG)则需要恒定的电流和变化的电压。由于永磁发电机的输出取决于发电机的速度，所以它们通常不适于电焊机场合，对于能进行多种形式电焊的多用途电焊机而言尤其如此。专利技术概要本专利技术提供了一种无论速度和电流如何波动，均能提供稳定电压的发电机。该发电机重量轻、体积小而且适用于高输出的场合。根据本专利技术的一个方面，为发电机配置了一个能选择性地激活各别绕组以实现所需输出的控制器。诸绕组可以以完全并联的方式联接以在相对较低的电压下提供较大的电流，或者是串联连接以提供较高的电压。根据本专利技术的另一方面，所述控制器能根据系统的参数，例如电流或温度来改变发电机的电力输出。例如，可以设置一个能防止电流过载或系统过热的限制性特征。根据本专利技术的另一方面，所述控制器能改变诸绕组被激活和去激活的次序。改变激活的次序是为了在诸绕组中获得最优的热量分布。本专利技术的另一方面在于，提供一种能响应较大范围的输入驱动转速而产生多种稳定直流干线电压的系统。这样的系统在多模式电焊机中特别有用。本专利技术的另一方面在于，提供一种能产生多种稳定直流干线电压以及一交流信号的系统。本专利技术的另一方面在于，提供一种控制多相系统整流器电桥中所用的SCR点火角的特别好的方法。根据本专利技术的还有一个方面，采用了一种相对较为简单的微机，以对多种SCR产生输出信号。    -->根据本专利技术的还有一个方面，可根据负载执行节流控制，以利于节省燃料并减少噪声。附图的简要说明下面将结合附图详细描述本专利技术，附图中相同的标号表示相同的元件。图1是根据本专利技术各不同方面的一示意性发电机系统的框图；图2是一根据本专利技术的便携式发电机系统的局剖侧视图；图3是一根据本专利技术的局部绕线定子的侧面示意图，它在一个12极系统中采用了一个单极绕组；图4是一根据本专利技术的局部绕线定子的侧面示意图，它在一个12极系统中采用了一个三极绕组；图5是一根据本专利技术的完整绕线定子的侧面示意图，它在一个12极系统中采用了三极的绕组；    图6A、6B和6C分别是根据本专利技术一个方面的12极转子的前视图、侧面剖视图以及分解的前视图；图7是各元件和传感器连接的示意框图；图8是一适用于电流相对较大而电压相对较低场合的数字控制开关电路的电路图；图9是一适用于电压相对较高而电流相对较小场合的模拟控制开关电路的电路图；图1O是一数字控制电路的示意图，该电路中包括了一微处理器；图11是一基于微处理器的数字控制电路的示意图；图12是一模拟控制电路的示意图，该电路中包括分立逻辑元件；图13是一用来产生参考电压的分压电路的示意图；图14是一分压器的示意图，该分压器具有能改变诸绕组之激活状况的诸开关；图15是一用来产生多种稳定直流干线电压和一交流输出的多线圈系统的示意框图；图15A是适用于图15系统的一个过零检测器的示意图；图16A是由极性相反的第一和第二脉冲所模拟的正弦波的示意图；图16B是由叠加脉冲组所模拟的正弦波的示意图；图17是另一种基于微处理器的数字控制电路的示意图；图18是图17中微处理器所采用的固定功能寄存器的示意图；图19是图17中微处理器所采用的变量寄存器的示意图；图20是由图17中微处理器执行的一“主”程序的功能流程图；-->图21是由图17中微处理器执行的一“IRQ0”(in)程序的功能流程图；图22是由图17中微处理器执行的一“IRQ2”(in)程序的功能流程图；图23是由图17中微处理器执行的一“计时器0”程序的功能流程图；图23A是由图17中微处理器执行的一“逆变器修正”程序的功能流程图；图24是由图17中微处理器执行的一过零子程序的功能流程图；图25是由图17中微处理器执行的一串行输出程序的功能流程图；图26是由图17中微处理器执行的一“计时器1”程序的功能流程图；图27是由图17中微处理器执行的一电力输出子程序的功能流程图；图28是由图17中微处理器执行的一“按钮”程序的功能流程图；图29是由图17中微处理器执行的一“节流”(THROTTLE)程序的功能流程图；图30A和30B是说明在由图17中微处理器执行的相应程序中节流控制的示意图；图31是适用于图15所示系统的一电力逆变器的示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于发电机的控制系统，所述发电机具有多个能产生电力的绕组和一用来将负载连接至诸绕组以接收所述电力的连接器，所述控制系统包括：多个开关，其特征在于，每一开关都连接在其中一个发电机绕组和负载连接器之间，因此所述开关可以将诸绕组连接和不连 接到负载连接器上；以及一与多个所述开关相连、用来有选择地驱动和不驱动所述开关的控制器。

【技术特征摘要】
US 1994-10-11 08/322,012;US 1995-1-1 08/370,5771.一种用于发电机的控制系统，所述发电机具有多个能产生电力的绕组和一用来将负载连接至诸绕组以接收所述电力的连接器，所述控制系统包括：多个开关，其特征在于，每一开关都连接在其中一个发电机绕组和负载连接器之间，因此所述开关可以将诸绕组连接和不连接到负载连接器上；以及一与多个所述开关相连、用来有选择地驱动和不驱动所述开关的控制器。2.如权利要求1所述的控制系统，它还包括一对所述发电机的工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈罗德C斯考特，威廉J安德森，
申请(专利权)人：科尔曼电力配套股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]