具有负载突降保护的旋转电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及具有负载突降保护的旋转电机。
【背景技术】
[0002]—种类型的发电机对转子的场绕组(field winding)进行通电，以基于根据被通电的场绕组产生的旋转场在定子的多相定子绕组中感生AC电压。一种类型的发电机还使用整流器将AC电压整流成要提供至DC电池的DC电压，该整流器包括以桥形配置连接的M0S晶体管。
【发明内容】
[0003]虽然这样的包括整流器的发电机从其输出端子生成DC电压，但是连接至输出端子的电负载快速减小和/或DC电池与输出端子断开连接可能产生在定子绕组中引起的负载突降，直到场电流充分减少为止，其中，该整流器包括以桥形配置连接的M0S晶体管。基于负载突降的过电压可能从输出端子施加至连接至输出端子的电负载和/或整流器，从而导致这些部件出现故障。
[0004]为了解决过电压的生成，已知在日本专利申请公布第2012-19655号中公开的发电机。具体地，这样的发电机在该发电机的输出电压变成过电压时接通整流器的至少一个下臂M0S晶体管。这减小了发电机的输出电压。发电机在受控定时断开至少一个下臂M0S晶体管，从而减小输出端子处的过电压。这保护整流器和/或电负载避免遭受过电压。
[0005]假定连接至输出端子的电负载需要较高的电流值并且/或者低电容电容器并联连接至输出端子。该假定可能导致紧接在至少一个下臂M0S晶体管导通之后输出端子处的输出电压快速减小。已知的发电机不能解决紧接在至少一个下臂M0S晶体管导通之后输出端子处的输出电压的这样的快速减小。因此，存在下述需求:稳定地保持至少一个下臂M0S晶体管的导通状态，直到期望对基于至少一个下臂M0S晶体管的断开的浪涌(surge)进行抑制的适当定时为止。
[0006]鉴于上述状况，本公开内容的一个方面寻求提供能够解决上述问题的旋转电机。
[0007]具体地，本公开内容的可替选方面旨在提供下述这样的旋转电机，所述旋转电机中的每个旋转电机能够稳定地对基于先前导通的至少一个开关元件的断开的浪涌进行抑制，以减小旋转电机的输出的过电压。
[0008]根据本公开内容的示例性方面，提供了一种旋转电机。该旋转电机包括多相定子绕组和整流器，该整流器包括彼此串联连接的一对上臂整流元件和下臂整流元件。整流器被配置成将在多相定子绕组中感生的相电压整流为发电机的输出电压。上臂整流元件和下臂整流元件中的至少一个整流元件为开关元件。旋转电机包括确定器和开关电路，该确定器被配置成确定旋转电机的输出电压是否超过阈值电压。开关电路被配置成当确定旋转电机的输出电压超过阈值电压时，接通构成上臂整流元件和下臂整流元件中的任何一个整流元件的开关元件。开关电路被配置成即使输出电压减小至预定电平，也使开关元件保持接通状态，直到用于对开关元件关断时的浪涌进行抑制的预定关断定时到来为止。开关电路被配置成响应于预定关断定时何时到来而关断开关元件。
[0009]即使由于例如连接至旋转电机的输出的一个或多个电负载所需的电流较高和/或连接至旋转电机的输出的电容较低而引起的负载突降的发生使得输出电压快速下降至预定电平，根据本公开内容的示例性方面的旋转电机的该配置也能防止接通的开关元件断开，直到用于抑制关断开关元件时的浪涌的预定关断定时到来为止。这抑制了由于开关元件在预定关断定时的关断而引起的浪涌。
[0010]根据以下结合附图的描述将会进一步理解本公开内容的各个方面的以上特征和/或其他特征以及/或者优点。本公开内容的各个方面在适用的情况下可以包括和/或排除不同的特征和/或优点。此外，本公开内容的各个方面在适用的情况下可以结合其他实施例的一个或多个特征。不应当将对具体实施例的特征和/或优点的描述解释为对其他实施例或权利要求进行限制。
【附图说明】
[0011]根据以下参照附图对实施例的描述，本公开内容的其他方面将变得明显，在附图中:
[0012]图1是示意性地示出根据本公开内容的第一实施例的发电机的系统配置的示例的电路图；
[0013]图2是示意性地示出图1所示的针对U相绕组的整流器模块的结构的示例的电路图；
[0014]图3是示意性地示出图1所示的调节器(regulator)的框图；
[0015]图4是示意性地示出当在根据第一实施例的发电机中发生负载突降时发电机的操作的示例的流程图；
[0016]图5是示意性地示出在根据第一实施例的发电机中发生负载突降的情况下的下述变化的时序图:发电机的输出电压如何变化、从过电压确定器输出的脉冲信号如何变化、从经过时间确定器输出的脉冲信号如何变化以及U相电压如何变化；
[0017]图6是示意性地示出根据本公开内容的第二实施例的发电机的针对U相绕组的整流器模块的结构的示例的电路图；
[0018]图7是详细地示出图6所示的第一 LD保护器和第二 LD保护器中的每个LD保护器的结构的示例的电路图；
[0019]图8是示意性地示出当在根据第二实施例的发电机中发生负载突降时发电机的操作的示例的流程图；
[0020]图9是示意性地示出在根据本公开内容的第三实施例的发电机中发生负载突降的情况下的下述变化的时序图:发电机的输出电压如何变化、从过电压确定器输出的脉冲信号如何变化、U相电压如何变化以及V相电压如何变化；
[0021]图10是示意性地示出根据第三实施例的发电机的针对V相绕组和W相绕组中的每一个的整流器模块的结构的示例的电路图；以及
[0022]图11是示意性地示出在根据第四实施例的发电机中发生负载突降的情况下的下述变化的时序图:根据本公开内容的第四实施例的发电机的输出电压如何变化、从过电压确定器输出的脉冲信号如何变化、U相电压如何变化、针对U相绕组的整流器模块的通信端子处的电势如何变化以及V相电压如何变化。
【具体实施方式】
[0023]在下文中，将参照附图描述本公开内容的实施例。在附图中，使用相同的附图标记来标识对应的相同部件。
[0024]第一实施例
[0025]参照附图，具体地参照图1，示出了根据本公开内容的第一实施例的三相发电机1 ;发电机1为旋转电机的不例。根据第一实施例的发电机1安装在机动车辆中。
[0026]发电机1包括:转子2M，其包括场绕组2，即激励绕组；定子绕组3 ;整流器4 ;调节器5，其用于控制对场绕组2的通电；串联连接的齐纳(Zener) 二极管6 ;以及电容器7。
[0027]发电机1可操作用于经由整流器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1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和电负载11。
[0028]发电机1还可操作用于经由整流器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电压施加至定子绕组3，从而生成用以使转子2M旋转的旋转动力(扭矩)。例如，转子2M经由带直接或间接联接至安装在机动车辆中的内燃机(简称为发动机)的曲轴，以使得所生成的旋转动力使发动机的曲轴转动。
[0029]定子绕组3为例如作为多相定子绕组的示例的三相定子绕组。定子绕组3缠绕在圆柱形定子芯内或周围。例如，定子芯在的横截面为环形形状，并且该定子芯具有穿过其形成且沿圆周以给定的间距布置的多个槽。定子绕组3缠绕在定子芯的槽内。定子绕组3和定子芯构成发电机1的定子。
[0030]定子绕组3包括例如以星形配置连接的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同结点(中性点)的一端以及用作输出端的另一端。
[0031 ] 转子2M附接至例如旋转轴(未示出)，并且例如可旋转地设置在定子芯中。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和旋转轴由发动机可旋转地驱动。换言之，转子2M的旋转可以作为旋转动力转移至发动机的曲轴，以使得可以通过旋转动力使曲轴旋转。
[0032]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缠绕在场磁极中或周围。场绕组2经由例如滑环(slip ring)等电连接至调节器5。当由调节器5通电时，场绕组2在转子2M旋转时使具有替选的北极和南极的场磁极磁化，从而产生旋转磁场。注意，作为转子2M，可以使用包括永磁体的转子或者用于产生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。
[0033]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(桥式电路)。整流器4可操作用于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)。
[0034]整流器4包括数量(诸如，三个)与定子绕组3的相的数量对应的整流器棋块41、42和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。
[0035]三个整流器模块41、42和43中的每个整流器模块与调节器5经由其通信端子C以及通信线RC彼此可通信地连接。
[0036]调节器5具有连接至场绕组2的端子F。用作例如激励电流控制器的调节器5根据整流器4的整流输出电压来控制要提供至场绕组2的激励电流(S卩，场电流(fieldcurrent)) ο这将发电机1的输出电压Vb ( S卩，每个整流器模块的输出电压)调节为目标调节电压Vreg。例如，目标调节电压Vreg被设置成高于电池电压，即从电池9输出的DC电压。
[0037]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调节成遵循目标调节电压Vreg。
[0038]调节器5经由通信线LIN和发电机1的通信端子L可通信地连接至EOT 8，即外部控制器。调节器5可操作用于与EOT 8进行串联双向通信，诸如根据LIN协议的局域互联网络(LIN)通信。调节器5的这些通信将通信消息发送至EOT 8以及/或者从EOT 8接收通信消息。调节器5可以被设计成根据其他通信协议中的一种通信协议(诸如控制器局域网(CAN)协议)来将通信消息发送至ECU 8以及/或者从ECU 8接收通信消息。
[0039]串联连接的齐纳二极管6以与各整流器模块41、42和43并联的方式连接在发电机1的输出端子B与发电机1的公共信号地线GND之间。
[0040]具体地，串联连接的齐纳二极管6的阴极连接至发电机1的输出端子B，并且串联连接的齐纳二极管6的阳极连接至公共信号地线GND。串联连接的齐纳二极管6具有预定击穿电压，该预定击穿电压被设置为高于随后描述的预定的第一阈值电压\DH，并且等于或低于第一 M0S晶体管60和第二 M0S晶体管61中的每个M0S晶体管的预定击穿电压；M0S晶体管60和61包括在整流器模块41、42和43中的每个整流器模块中。该设置允许由于负载突降的发生而引起的、在输出端子B处暂时发生的高于第一阈值电压V_的过电压使得齐纳二极管6在第一 M0S晶体管60和第二 M0S晶体管61中的每个M0S晶体管击穿之前击穿。串联连接的齐纳二极管6所使用的齐纳二极管的数量和特性被确定为满足上述的串联连接的齐纳二极管6的击穿条件。
[0041]电容器7以与各整流器模块41、42和43并联的方式连接在发电机1的输出端子B和公共信号地线GND之间。电容器7可操作用于抑制或吸收在发电机1的输出端子B中出现的噪声。
[0042]接着，在下文中，将详细描述根据第一实施例的整流器模块41、42和43中的每个整流器模块的结构的示例。整流器模块41、42和43基本上具有相同的结构，因此，代表性地描述整流器模块41的结构，并且省略对其他整流器模块42和43的结构的详细描述。
[0043]参照图2，针对U相绕组的整流器模块41包括端子T1、T2、P和C。整流器模块41还包括上述的第一 M0S晶体管60和第二 M0S晶体管61、升压器62、M0S控制器63、第一负载突降(LD)保护器64Α和第二负载突降(LD)保护器64Β、二极管70、电容器71以及电阻器74至76。端子T1连接至发电机1的输出端子B，端子T2连接至公共信号地线GND，并且端子P连接至对应的绕组(即U相绕组)的输出端子。
[0044]第一 M0S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 M0S晶体管60到电池9的正极端子的连接将第一 M0S晶体管60用作上臂(，即高侧)开关元件。
[0045]此外，第二 M0S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1的公共信号地线GND连接至电池9的负极端子。第二 M0S晶体管61到电池9的负极端子的连接使得将第二 M0S晶体管61用作下臂(即，低侧)开关元件。
[0046]本征二极管(换言之，体二极管)60a固有地设置在第一 M0S晶体管60中以与第一M0S晶体管60反并联连接。也就是说，本征二极管60a的阳极连接至第一 M0S晶体管60的源极，并且阴极连接至第一 M0S晶体管60的漏极。
[0047]本征二极管(换言之，体二极管)61a固有地设置在第二 M0S晶体管61中以与第二M0S晶体管61反并联连接。也就是说，本征二极管61a的阳极连接至第二 M0S晶体管61的源极，并且阴极连接至第二 M0S晶体管61的漏板。