能够检测开关中的故障的旋转电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于生成电力和/或传送动力的旋转电机，并且更特别地，涉及能够检测开关中的故障(即异常)的这种旋转电机。
【背景技术】
[0002]旋转电机中的一种类型的旋转电机包括:定子的至少一相定子绕组；转子的场绕组；整流器，该整流器包括作为至少一个整流元件的至少一个切换元件；以及调节器，至少一相定子绕组的输出端连接至该调节器。调节器进行例如如下发电任务。具体地，在转子旋转时，调节器对转子的场绕组进行供电以使转子的磁极磁化，由此生成旋转磁场。旋转磁场在至少一相定子绕组中感生至少一相AC电力。调节器控制至少一个切换元件的开-关操作，因此将至少一相AC电力整流成DC电力，从而输出DC电力。
[0003]特别地，在日本专利申请公开N0.2012-90454中公开的这种类型的旋转电机的调节器基于至少一相定子绕组两端的至少一相电压来检测转子的旋转，并且基于对转子的旋转的检测结果来控制如何对场绕组进行供电。调节器经由通信线连接至用作外部控制器的E⑶。该连接允许E⑶指示调节器以:
[0004](I)开始发电任务
[0005](2)在发电任务期间控制从旋转电机输出的DC电力的水平。
【发明内容】
[0006]至少一相定子绕组的输出端连接至专利文献2012-90454中所公开的旋转电机的调节器。该连接允许调节器检测转子的旋转，并且基于对转子的旋转的检测结果来控制如何对场绕组进行供电。
[0007]交替地接通和断开整流器的至少一个切换元件可以生成高电压即浪涌，该高电压可以叠加在至少一相定子绕组的输出端处的电压上。由于交替地接通和断开至少一个切换元件而引起的过高的浪涌可以使调节器发生故障。
[0008]偶然的通信故障或通信噪声可能使得外部控制器(例如ECU)不能开始发电任务或者在发电任务期间不能控制从旋转电机输出的DC电力的水平。
[0009]鉴于上述情况，本发明的一个方面寻求提供一种旋转电机，该旋转电机被设计成解决以上提出的应当改进的点。
[0010]具体地，本发明的替选方面旨在提供下述这样的旋转电机，该旋转电机能够在没有外部指令的情况下可靠地开始将激励电流提供至定子绕组以开始发电任务，其中，在发电任务期间不会发生来自浪涌的影响。
[0011]根据本发明的示例性方面，提供有一种旋转电机。该旋转电机包括:定子绕组，该定子绕组具有输出端；转子，该转子包括激励绕组；开关，该开关连接至定子绕组的输出端；以及调制信号生成器。调制信号生成器被配置成基于定子绕组的输出端处的电压的变化来生成包括指示转子的旋转的信息的调制信号并且输出该调制信号。旋转电机包括整流单元，该整流单元被配置成交替地接通和断开开关，以对定子绕组的输出端处的电压进行整流，从而生成整流后的电压。旋转电机包括激励电流提供电路，该激励电流提供电路经由通信线可通信地连接至调制信号生成器，并且该激励电流提供电路被配置成:在从调制信号生成器输出的调制信号经由通信线被输入至激励电流提供电路时开始将激励电流提供至转子的激励绕组，以在定子绕组中感生旋转磁场。
[0012]旋转电机的激励电流提供单元被配置成:在从调制信号生成器输出的调制信号经由通信线被输入至激励电流提供单元时，开始将激励电流提供至转子的激励绕组。该配置消除了下述需求:将定子绕组的输出端直接连接至激励电流提供单元；定子绕组的输出端具有由于开关的切换而产生浪涌的叠加的高风险。该消除防止激励电流提供单元由于这样的浪涌而发生故障。
[0013]鉴于以下描述连同附图，将会进一步理解本公开内容的各个方面的以上和/或其他特征和/或优点。本公开内容的各个方面根据需要可以包括和/或排除不同的特征和/或优点。此外，本公开内容的各个方面根据需要可以组合其他实施方式的一个或更多个特征。对特定实施方式的特征和/或优点的描述不应当理解为限制其他实施方式或权利要求。
【附图说明】
[0014]参照附图根据以下对实施方式的描述，本公开内容的其他方面将会变得明显，在附图中:
[0015]图1是示意性示出根据本公开内容的第一实施方式的发电机的系统配置的示例的电路图；
[0016]图2是示意性示出针对图1所示的U相绕组的整流器模块的结构的示例的电路图；
[0017]图3是示意性示出图2所示的整流器模块的通信电路的框图；
[0018]图4是示意性示出由通信电路生成的第一 PffM信号的示例的图；
[0019]图5是示意性示出由通信电路生成的第二 PffM信号的示例的图；
[0020]图6是示意性示出第一 PffM信号和第二 PWM信号中的每个信号的频率与发电机的转子的旋转速度之间的关系的曲线图；
[0021]图7是示意性示出由通信电路生成的第三PffM信号的示例的图；
[0022]图8是示意性示出针对图1所示的V相绕组和W相绕组中的每个相绕组的整流器模块的结构的示例的电路图；
[0023]图9是示意性示出图1所示的调节器的结构的示例的电路图；
[0024]图10是示意性示出由通信电路生成的第四PWM信号的示例的图；
[0025]图11是示意性示出由图9所示的调节器的确定器执行的短路故障检测程序的示例的流程图；
[0026]图12是示意性示出根据本公开内容的第二实施方式的发电机的系统配置的示例的电路图；
[0027]图13是示意性示出针对图12所示的U相绕组的整流器模块的结构的示例的电路图；
[0028]图14是示意性示出根据本公开内容的第三实施方式的发电机的系统配置的示例的电路图；
[0029]图15是示意性示出针对图12所示的U相绕组和V相绕组的第一整流器模块的结构的示例的电路图；
[0030]图16是示意性示出根据第一实施方式至第三实施方式中的每个实施方式的变型的在第二 PWM信号的占空因数与整流器模块的MOS晶体管中选定的MOS晶体管的温度之间的关系的不例的曲线图；以及
[0031]图17是示意性示出由根据第一实施方式至第三实施方式中的每个实施方式的另一变型的通信电路生成的第一 PWM信号的示例的图。
【具体实施方式】
[0032]在下文中，将参照附图描述本公开内容的实施方式。在附图中，使用相同的附图标记来标识对应的相同部件。
[0033]第一实施方式
[0034]参照附图，特别是图1，示出了根据本公开内容的第一实施方式的三相发电机I ;发电机I为旋转电机的不例。根据第一实施方式的发电机I安装在机动车辆中。
[0035]发电机I包括:转子2M，该转子2M包括场绕组2，即激励绕组；定子绕组3 ;整流器4 ;调节器5，该调节器5用于控制对场绕组2的供电；串联的齐纳(Zener) 二极管6 ;以及电容器7。
[0036]发电机I可操作成经由整流器4将在定子绕组3中感生的交流(AC)电压转换成DC电压，并且经由充电线12和输出端子B将DC电压提供至电池9以对发电机I中的电池9进行充电，并且/或者经由充电线12和输出端子B将DC电压提供至安装在机动车辆中的电负载10。
[0037]发电机I还可操作成经由整流器4将从电池9提供的DC电压转换成三相AC电压，并且将三相AC电压提供至定子绕组3，从而生成使转子2M旋转的旋转力(扭矩)。例如，转子2M经由带子直接或间接连接至安装在机动车辆中的内燃发动机(简称为发动机)的曲轴，以使得所生成的旋转力使发动机的曲轴转动。
[0038]定子绕组3为例如三相定子绕组作为多相定子绕组的示例。定子绕组3缠绕和围绕圆柱形定子芯。例如，定子芯在其横截面中具有环形形状，并且穿过该定子芯形成有多个槽，多个槽沿圆周以特定间隔布置。定子绕组3缠绕定子芯的槽。定子绕组3和定子芯构成发电机I的定子。
[0039]定子绕组3包括例如在星形配置中连接的U相绕组、V相绕组和W相绕组。U相绕组、V相绕组和W相绕组各自具有连接至共用节点(中性点)的一端，并且其他端用作输出端。
[0040]转子2M附接至例如旋转轴(未示出)，并且例如以旋转的形式设置在定子芯中。旋转轴的一端直接或间接链接至发动机的曲轴，以使得转子2M和旋转轴被发动机旋转地驱动。换言之，转子2M的旋转可以作为旋转力转移至发动机的曲轴，以使得曲轴可以被旋转力旋转。
[0041 ] 转子2M包括被设置成面对定子芯的内周的多个场磁极，并且场绕组2缠绕或围绕场磁极。场绕组2经由集电环等电连接至调节器5。当被调节器5供电时，场绕组2在转子2M旋转的情况下使具有可替选的北极和南极的场磁极磁化，从而生成旋转磁场。注意，作为转子2M，可以使用包括永磁体的转子或者用于生成旋转磁场的凸极转子。旋转磁场在定子绕组3中感生AC电压。
[0042]整流器4连接至定子绕组3并且被设置在定子绕组3与电池9之间。总体而言，整流器4被构建为三相全波整流器(桥电路)。整流器4可操作成将在定子绕组中感生的三相AC电压(即三相AC电流)转换成DC电压(即直流电流)。
[0043]整流器4包括与定子绕组3的相的数目对应的数目(例如三个)的整流器模块，即整流器模块41、整流器模块42和整流器模块43。整流器模块41连接至定子绕组3中的U相绕组的输出端，整流器模块42连接至定子绕组3中的V相绕组的输出端，并且整流器模块43连接至定子绕组3中的W相绕组的输出端。
[0044]三个整流器模块(即整流器模块41、整流器模块42和整流器模块43)中的每个整流器模块与调节器5经由用作第一通信线的通信线RC彼此可通信地连接。
[0045]调节器5具有连接至场绕组2的端子F。被设计成激励电流提供单元的调节器5根据整流器4的整流输出电压来控制要被提供至场绕组2的激励电流(即场电流)，从而将发电机I的输出电压Vb (即每个整流器模块的输出电压)调节成目标调节电压Vreg，目标调节电压Vreg例如被设置成比电池电压(即从电池9输出的DC电压)高。
[0046]例如，当输出电压Vb变得高于目标调节电压Vreg时，调节器5停止对场绕组2提供激励电流，或者减小提供至场绕组2的激励电流的值。当输出电压Vb变得低于目标调节电压Vreg时，调节器5重新开始对场绕组2提供场电流，或者增大提供至场绕组2的场电流的值。调节器5的这些操作将输出电压Vb调节成目标调节电压Vreg。
[0047]调节器5经由通信线和发电机I的通信端子L可通信地连接至E⑶8 (即外部控制器)。调节器5可操作成使用ECU 8进行串联双向通信，例如根据LIN协议的本地互联网(LIN)通信，从而将通信消息发送至E⑶8并且/或者接收来自E⑶8的通信消息。调节器5可以被设计成根据其他通信协议中的一个通信协议(例如控制器区域网(CAN)协议)来将通信消息发送至E⑶8并且/或者接收来自E⑶8的通信消息。
[0048]串联齐纳二极管6以与每个整流器模块(即整流器模块41、整流器模块42和整流器模块43)平行的方式连接在发电机I的输出端子B与发电机I的公共信号地线之间。
[0049]具体地，串联齐纳二极管20的阴极连接至发电机I的输出端子B，并且串联齐纳二极管20的阳极连接至公共信号地线。串联齐纳二极管20可操作成吸收由于例如甩负荷而引起的瞬间高浪涌，从而保护整流器模块，即整流器模块41、整流器模块42和整流器模块43 ο
[0050]电容器7以与每个整流器模块(即整流器模块41、整流器模块42和整流器模块43)平行的的方式连接在发电机I的输出端子B和公共信号地线之间。电容器7可操作成抑制或吸收在发电机I的输出端子B中发生的噪声。
[0051]接着，在下文中，将描述根据第一实施方式的整流器模块41、整流器模块42和整流器模块43中的每个整流器模块的结构的示例。
[0052]参照图2，针对U相绕组的整流器模块41包括用作开关的第一 MOS晶体管60和第二 MOS晶体管61、第一温度传感器62和第二温度传感器63、整流控制器64以及电流传感器69。
[0053]第一 MOS晶体管60的源极连接至U相绕组的输出端，并且漏极经由充电线12连接至电池9的正极端子和电负载10 (参见图1)。第一 MOS晶体管60至电池9的正极端子的连接将第一 MOS晶体管60用作上臂(即高侧切换元件)。
[0054]此外，第二 MOS晶体管61的漏极连接至U相绕组的输出端，并且源极经由发电机I的公共信号地线连接至电池9的负极端子。第二 MOS晶体管61至电池9的负极端子的连接将第二 MOS晶体管61用作下臂(即低侧切换元件)。
[0055]本征二极管60a(换言之，体二极管)固有地设置在第一 MOS晶体管60中以与第一MOS晶体管60反并行连接。也就是说，本征二极管60a的阳极连接至第一 MOS晶体管60的源极，并且阴极连接至第一 MOS晶体管60的漏极。
[0056]本征二极管61a(换言之，体二极管)固有地设置在第二 MOS晶体管61中以与第二MOS晶体管61反并行连接。也就是说，本征二极管61a的阳极连接至第二 MOS晶体管61的源极，并且阴极连接至第二 MOS晶体管61的漏极。
[0057]换言之，第一 MOS晶体管60和第二 MOS晶体管61经由连接点彼此串联连接，并且U相绕组的输出端连接至位于第一 MOS晶体管60的源极与第二 MOS晶体管61的漏极之间的连接点。
[0058]注意，可以以与第一 MOS晶体管60和