具有負載突降保護的旋轉(zhuǎn)電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及具有負載突降保護的旋轉(zhuǎn)電機。
【背景技術(shù)】
[0002]—種類型的發(fā)電機對轉(zhuǎn)子的場繞組(field winding)進行通電，以基于根據(jù)被通電的場繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)場在定子的多相定子繞組中感生AC電壓。一種類型的發(fā)電機還使用整流器將AC電壓整流成要提供至DC電池的DC電壓，該整流器包括以橋形配置連接的M0S晶體管。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]雖然這樣的包括整流器的發(fā)電機從其輸出端子生成DC電壓，但是連接至輸出端子的電負載快速減小和/或DC電池與輸出端子斷開連接可能產(chǎn)生在定子繞組中引起的負載突降，直到場電流充分減少為止，其中，該整流器包括以橋形配置連接的M0S晶體管?；谪撦d突降的過電壓可能從輸出端子施加至連接至輸出端子的電負載和/或整流器，從而導致這些部件出現(xiàn)故障。
[0004]為了解決過電壓的生成，已知在日本專利申請公布第2012-19655號中公開的發(fā)電機。具體地，這樣的發(fā)電機在該發(fā)電機的輸出電壓變成過電壓時接通整流器的至少一個下臂M0S晶體管。這減小了發(fā)電機的輸出電壓。發(fā)電機在受控定時斷開至少一個下臂M0S晶體管，從而減小輸出端子處的過電壓。這保護整流器和/或電負載避免遭受過電壓。
[0005]假定連接至輸出端子的電負載需要較高的電流值并且/或者低電容電容器并聯(lián)連接至輸出端子。該假定可能導致緊接在至少一個下臂M0S晶體管導通之后輸出端子處的輸出電壓快速減小。已知的發(fā)電機不能解決緊接在至少一個下臂M0S晶體管導通之后輸出端子處的輸出電壓的這樣的快速減小。因此，存在下述需求:穩(wěn)定地保持至少一個下臂M0S晶體管的導通狀態(tài)，直到期望對基于至少一個下臂M0S晶體管的斷開的浪涌(surge)進行抑制的適當定時為止。
[0006]鑒于上述狀況，本公開內(nèi)容的一個方面尋求提供能夠解決上述問題的旋轉(zhuǎn)電機。
[0007]具體地，本公開內(nèi)容的可替選方面旨在提供下述這樣的旋轉(zhuǎn)電機，所述旋轉(zhuǎn)電機中的每個旋轉(zhuǎn)電機能夠穩(wěn)定地對基于先前導通的至少一個開關(guān)元件的斷開的浪涌進行抑制，以減小旋轉(zhuǎn)電機的輸出的過電壓。
[0008]根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)電機。該旋轉(zhuǎn)電機包括多相定子繞組和整流器，該整流器包括彼此串聯(lián)連接的一對上臂整流元件和下臂整流元件。整流器被配置成將在多相定子繞組中感生的相電壓整流為發(fā)電機的輸出電壓。上臂整流元件和下臂整流元件中的至少一個整流元件為開關(guān)元件。旋轉(zhuǎn)電機包括確定器和開關(guān)電路，該確定器被配置成確定旋轉(zhuǎn)電機的輸出電壓是否超過閾值電壓。開關(guān)電路被配置成當確定旋轉(zhuǎn)電機的輸出電壓超過閾值電壓時，接通構(gòu)成上臂整流元件和下臂整流元件中的任何一個整流元件的開關(guān)元件。開關(guān)電路被配置成即使輸出電壓減小至預定電平，也使開關(guān)元件保持接通狀態(tài)，直到用于對開關(guān)元件關(guān)斷時的浪涌進行抑制的預定關(guān)斷定時到來為止。開關(guān)電路被配置成響應(yīng)于預定關(guān)斷定時何時到來而關(guān)斷開關(guān)元件。
[0009]即使由于例如連接至旋轉(zhuǎn)電機的輸出的一個或多個電負載所需的電流較高和/或連接至旋轉(zhuǎn)電機的輸出的電容較低而引起的負載突降的發(fā)生使得輸出電壓快速下降至預定電平，根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性方面的旋轉(zhuǎn)電機的該配置也能防止接通的開關(guān)元件斷開，直到用于抑制關(guān)斷開關(guān)元件時的浪涌的預定關(guān)斷定時到來為止。這抑制了由于開關(guān)元件在預定關(guān)斷定時的關(guān)斷而引起的浪涌。
[0010]根據(jù)以下結(jié)合附圖的描述將會進一步理解本公開內(nèi)容的各個方面的以上特征和/或其他特征以及/或者優(yōu)點。本公開內(nèi)容的各個方面在適用的情況下可以包括和/或排除不同的特征和/或優(yōu)點。此外，本公開內(nèi)容的各個方面在適用的情況下可以結(jié)合其他實施例的一個或多個特征。不應(yīng)當將對具體實施例的特征和/或優(yōu)點的描述解釋為對其他實施例或權(quán)利要求進行限制。
【附圖說明】
[0011]根據(jù)以下參照附圖對實施例的描述，本公開內(nèi)容的其他方面將變得明顯，在附圖中:
[0012]圖1是示意性地示出根據(jù)本公開內(nèi)容的第一實施例的發(fā)電機的系統(tǒng)配置的示例的電路圖；
[0013]圖2是示意性地示出圖1所示的針對U相繞組的整流器模塊的結(jié)構(gòu)的示例的電路圖；
[0014]圖3是示意性地示出圖1所示的調(diào)節(jié)器(regulator)的框圖；
[0015]圖4是示意性地示出當在根據(jù)第一實施例的發(fā)電機中發(fā)生負載突降時發(fā)電機的操作的示例的流程圖；
[0016]圖5是示意性地示出在根據(jù)第一實施例的發(fā)電機中發(fā)生負載突降的情況下的下述變化的時序圖:發(fā)電機的輸出電壓如何變化、從過電壓確定器輸出的脈沖信號如何變化、從經(jīng)過時間確定器輸出的脈沖信號如何變化以及U相電壓如何變化；
[0017]圖6是示意性地示出根據(jù)本公開內(nèi)容的第二實施例的發(fā)電機的針對U相繞組的整流器模塊的結(jié)構(gòu)的示例的電路圖；
[0018]圖7是詳細地示出圖6所示的第一 LD保護器和第二 LD保護器中的每個LD保護器的結(jié)構(gòu)的示例的電路圖；
[0019]圖8是示意性地示出當在根據(jù)第二實施例的發(fā)電機中發(fā)生負載突降時發(fā)電機的操作的示例的流程圖；
[0020]圖9是示意性地示出在根據(jù)本公開內(nèi)容的第三實施例的發(fā)電機中發(fā)生負載突降的情況下的下述變化的時序圖:發(fā)電機的輸出電壓如何變化、從過電壓確定器輸出的脈沖信號如何變化、U相電壓如何變化以及V相電壓如何變化；
[0021]圖10是示意性地示出根據(jù)第三實施例的發(fā)電機的針對V相繞組和W相繞組中的每一個的整流器模塊的結(jié)構(gòu)的示例的電路圖；以及
[0022]圖11是示意性地示出在根據(jù)第四實施例的發(fā)電機中發(fā)生負載突降的情況下的下述變化的時序圖:根據(jù)本公開內(nèi)容的第四實施例的發(fā)電機的輸出電壓如何變化、從過電壓確定器輸出的脈沖信號如何變化、U相電壓如何變化、針對U相繞組的整流器模塊的通信端子處的電勢如何變化以及V相電壓如何變化。
【具體實施方式】
[0023]在下文中，將參照附圖描述本公開內(nèi)容的實施例。在附圖中，使用相同的附圖標記來標識對應(yīng)的相同部件。
[0024]第一實施例
[0025]參照附圖，具體地參照圖1，示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的第一實施例的三相發(fā)電機1 ;發(fā)電機1為旋轉(zhuǎn)電機的不例。根據(jù)第一實施例的發(fā)電機1安裝在機動車輛中。
[0026]發(fā)電機1包括:轉(zhuǎn)子2M，其包括場繞組2，即激勵繞組；定子繞組3 ;整流器4 ;調(diào)節(jié)器5，其用于控制對場繞組2的通電；串聯(lián)連接的齊納(Zener) 二極管6 ;以及電容器7。
[0027]發(fā)電機1可操作用于經(jīng)由整流器4將在定子繞組3中感生的交流(AC)電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓，并且經(jīng)由充電線12和輸出端子B將DC電壓提供至電池9以對發(fā)電機1中的電池9進行充電，并且/或者經(jīng)由充電線12和輸出端子B將DC電壓提供至安裝在機動車輛中的電負載10和電負載11。
[0028]發(fā)電機1還可操作用于經(jīng)由整流器4將從電池9提供的DC電壓轉(zhuǎn)換成三相AC電壓，并且將三相AC電壓施加至定子繞組3，從而生成用以使轉(zhuǎn)子2M旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)動力(扭矩)。例如，轉(zhuǎn)子2M經(jīng)由帶直接或間接聯(lián)接至安裝在機動車輛中的內(nèi)燃機(簡稱為發(fā)動機)的曲軸，以使得所生成的旋轉(zhuǎn)動力使發(fā)動機的曲軸轉(zhuǎn)動。
[0029]定子繞組3為例如作為多相定子繞組的示例的三相定子繞組。定子繞組3纏繞在圓柱形定子芯內(nèi)或周圍。例如，定子芯在的橫截面為環(huán)形形狀，并且該定子芯具有穿過其形成且沿圓周以給定的間距布置的多個槽。定子繞組3纏繞在定子芯的槽內(nèi)。定子繞組3和定子芯構(gòu)成發(fā)電機1的定子。
[0030]定子繞組3包括例如以星形配置連接的U相繞組、V相繞組和W相繞組。U相繞組、V相繞組和W相繞組各自具有連接至共同結(jié)點(中性點)的一端以及用作輸出端的另一端。
[0031 ] 轉(zhuǎn)子2M附接至例如旋轉(zhuǎn)軸(未示出)，并且例如可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在定子芯中。旋轉(zhuǎn)軸的一端直接或間接鏈接至發(fā)動機的曲軸，以使得轉(zhuǎn)子2M和旋轉(zhuǎn)軸由發(fā)動機可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動。換言之，轉(zhuǎn)子2M的旋轉(zhuǎn)可以作為旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)移至發(fā)動機的曲軸，以使得可以通過旋轉(zhuǎn)動力使曲軸旋轉(zhuǎn)。
[0032]轉(zhuǎn)子2M包括被設(shè)置成面對定子芯的內(nèi)周的多個場磁極，并且場繞組2纏繞在場磁極中或周圍。場繞組2經(jīng)由例如滑環(huán)(slip ring)等電連接至調(diào)節(jié)器5。當由調(diào)節(jié)器5通電時，場繞組2在轉(zhuǎn)子2M旋轉(zhuǎn)時使具有替選的北極和南極的場磁極磁化，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。注意，作為轉(zhuǎn)子2M，可以使用包括永磁體的轉(zhuǎn)子或者用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的凸極轉(zhuǎn)子。旋轉(zhuǎn)磁場在定子繞組3中感生AC電壓。
[0033]整流器4連接至定子繞組3并且被設(shè)置在定子繞組3與電池9之間?？傮w而言，整流器4被構(gòu)建為三相全波整流器(橋式電路)。整流器4可操作用于將在定子繞組中感生的三相AC電壓(即三相AC電流)轉(zhuǎn)換成DC電壓(即直流電流)。
[0034]整流器4包括數(shù)量(諸如，三個)與定子繞組3的相的數(shù)量對應(yīng)的整流器棋塊41、42和43。整流器模塊41連接至定子繞組3中的U相繞組的輸出端，整流器模塊42連接至定子繞組3中的V相繞組的輸出端，并且整流器模塊43連接至定子繞組3中的W相繞組的輸出端。
[0035]三個整流器模塊41、42和43中的每個整流器模塊與調(diào)節(jié)器5經(jīng)由其通信端子C以及通信線RC彼此可通信地連接。
[0036]調(diào)節(jié)器5具有連接至場繞組2的端子F。用作例如激勵電流控制器的調(diào)節(jié)器5根據(jù)整流器4的整流輸出電壓來控制要提供至場繞組2的激勵電流(S卩，場電流(fieldcurrent)) ο這將發(fā)電機1的輸出電壓Vb ( S卩，每個整流器模塊的輸出電壓)調(diào)節(jié)為目標調(diào)節(jié)電壓Vreg。例如，目標調(diào)節(jié)電壓Vreg被設(shè)置成高于電池電壓，即從電池9輸出的DC電壓。
[0037]例如，當輸出電壓Vb變得高于目標調(diào)節(jié)電壓Vreg時，調(diào)節(jié)器5停止對場繞組2提供激勵電流，或者減小提供至場繞組2的激勵電流的值。當輸出電壓Vb變得低于目標調(diào)節(jié)電壓Vreg時，調(diào)節(jié)器5重新開始對場繞組2提供場電流，或者增大提供至場繞組2的場電流的值。調(diào)節(jié)器5的這些操作將輸出電壓Vb調(diào)節(jié)成遵循目標調(diào)節(jié)電壓Vreg。
[0038]調(diào)節(jié)器5經(jīng)由通信線LIN和發(fā)電機1的通信端子L可通信地連接至EOT 8，即外部控制器。調(diào)節(jié)器5可操作用于與EOT 8進行串聯(lián)雙向通信，諸如根據(jù)LIN協(xié)議的局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)通信。調(diào)節(jié)器5的這些通信將通信消息發(fā)送至EOT 8以及/或者從EOT 8接收通信消息。調(diào)節(jié)器5可以被設(shè)計成根據(jù)其他通信協(xié)議中的一種通信協(xié)議(諸如控制器局域網(wǎng)(CAN)協(xié)議)來將通信消息發(fā)送至ECU 8以及/或者從ECU 8接收通信消息。
[0039]串聯(lián)連接的齊納二極管6以與各整流器模塊41、42和43并聯(lián)的方式連接在發(fā)電機1的輸出端子B與發(fā)電機1的公共信號地線GND之間。
[0040]具體地，串聯(lián)連接的齊納二極管6的陰極連接至發(fā)電機1的輸出端子B，并且串聯(lián)連接的齊納二極管6的陽極連接至公共信號地線GND。串聯(lián)連接的齊納二極管6具有預定擊穿電壓，該預定擊穿電壓被設(shè)置為高于隨后描述的預定的第一閾值電壓\DH，并且等于或低于第一 M0S晶體管60和第二 M0S晶體管61中的每個M0S晶體管的預定擊穿電壓；M0S晶體管60和61包括在整流器模塊41、42和43中的每個整流器模塊中。該設(shè)置允許由于負載突降的發(fā)生而引起的、在輸出端子B處暫時發(fā)生的高于第一閾值電壓V_的過電壓使得齊納二極管6在第一 M0S晶體管60和第二 M0S晶體管61中的每個M0S晶體管擊穿之前擊穿。串聯(lián)連接的齊納二極管6所使用的齊納二極管的數(shù)量和特性被確定為滿足上述的串聯(lián)連接的齊納二極管6的擊穿條件。
[0041]電容器7以與各整流器模塊41、42和43并聯(lián)的方式連接在發(fā)電機1的輸出端子B和公共信號地線GND之間。電容器7可操作用于抑制或吸收在發(fā)電機1的輸出端子B中出現(xiàn)的噪聲。
[0042]接著，在下文中，將詳細描述根據(jù)第一實施例的整流器模塊41、42和43中的每個整流器模塊的結(jié)構(gòu)的示例。整流器模塊41、42和43基本上具有相同的結(jié)構(gòu)，因此，代表性地描述整流器模塊41的結(jié)構(gòu)，并且省略對其他整流器模塊42和43的結(jié)構(gòu)的詳細描述。
[0043]參照圖2，針對U相繞組的整流器模塊41包括端子T1、T2、P和C。整流器模塊41還包括上述的第一 M0S晶體管60和第二 M0S晶體管61、升壓器62、M0S控制器63、第一負載突降(LD)保護器64Α和第二負載突降(LD)保護器64Β、二極管70、電容器71以及電阻器74至76。端子T1連接至發(fā)電機1的輸出端子B，端子T2連接至公共信號地線GND，并且端子P連接至對應(yīng)的繞組(即U相繞組)的輸出端子。
[0044]第一 M0S晶體管60的源極連接至U相繞組的輸出端，并且漏極經(jīng)由充電線12連接至電池9的正極端子和電負載10 (參見圖1)。第一 M0S晶體管60到電池9的正極端子的連接將第一 M0S晶體管60用作上臂(，即高側(cè))開關(guān)元件。
[0045]此外，第二 M0S晶體管61的漏極連接至U相繞組的輸出端，并且源極經(jīng)由發(fā)電機1的公共信號地線GND連接至電池9的負極端子。第二 M0S晶體管61到電池9的負極端子的連接使得將第二 M0S晶體管61用作下臂(即，低側(cè))開關(guān)元件。
[0046]本征二極管(換言之，體二極管)60a固有地設(shè)置在第一 M0S晶體管60中以與第一M0S晶體管60反并聯(lián)連接。也就是說，本征二極管60a的陽極連接至第一 M0S晶體管60的源極，并且陰極連接至第一 M0S晶體管60的漏極。
[0047]本征二極管(換言之，體二極管)61a固有地設(shè)置在第二 M0S晶體管61中以與第二M0S晶體管61反并聯(lián)連接。也就是說，本征二極管61a的陽極連接至第二 M0S晶體管61的源極，并且陰極連接至第二 M0S晶體管61的漏板。