一种永磁发电机及其电压调节器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种永磁发电机及其电压调节器，包括两组基准电路、两组采样电路、两组触发电路、两组整流电路和永磁发电机。高压触发电路和低压触发电路的目标稳压值和导通饱和程度不同，高压触发电路的稳压值高于低压触发电路；发电机的各相电枢绕组为两股并绕后再将两股分开串联，各相绕组的尾端接低压整流电路的晶闸管负极，各相绕组的首端串联二极管后接在一起作为正极，各相绕组的中点接高压整流电路。永磁发电机低速运行时利用低压整流电路对各相全部绕组对外整流输出，永磁发电机高速运行时利用高压整流电路对各相的一半绕组对外整流输出，由于高压整流电路所连接的电枢绕组匝数少，因此高速运行时电动势小，内阻也较小，可以实现永磁发电机输出电压的调节。
【专利说明】一种永磁发电机及其电压调节器
【技术领域】
[0001]本发明提供一种永磁发电机及其电压调节器，属于汽车电机【技术领域】。
【背景技术】
[0002]永磁发电机的输出电压是随转速变化而变化的，转速低时输出电压低，转速高时输出电压高，为使输出电压相对稳定，在已有的技术中，采用机械电阻法、电子短路法、电子串联法、并联可控外电阻能量随机泄放法等稳压措施。
[0003]由于发电机的相电压与转速和电枢绕组匝数成正比，其输出电压还与负载有关。当发电机处于高速小负荷运转时，其输出电压过高，即使是采用斩波控制方式，其单个波形导通瞬间的电势依然较高。因此，设计一种永磁发电机及其电压调节器，在低速时使用全部的电枢绕组匝数，在高速时使用部分或一半电枢绕组匝数，即可在提高低速电压的基础上降低高速时的电压，达到提高发电机稳压性能的要求。
[0004]在相近的研究文献中，授权的发明专利:一种借助于线圈抽头的高效能发电机，专利号:201210001986.5,发明了一种一种借助于线圈抽头的高效能发电机,其每相线圈绕组由至少四匝头尾相连的单匝线圈组成，每匝线圈设有头、中、尾部抽头，这种带抽头的发电机可以实现针对不同的工况采用不同的匝数，具有阻转矩小、发电效率高的优点。申请号为200910095492.6的中国发明专利:自稳压永磁交流发电机及其方法，公开了一种自稳压永磁交流发电机及其方法，它的线圈绕组两端的主引出线与切换控制电路连接，线圈绕组的部分线圈单匝设有抽头，抽头也与切换控制电路连接，输出电压监测电路反馈连接切换控制电路，切换控制电路每隔一定的时间周期根据输出电压监测电路的信号对比额定电压选择不同的抽头对线圈绕组两端的主引出线电压进行叠加，使发电机的输出端输出额定电压。这种带有切换电路的控制方式切换时会产生电火花，不能实现瞬间不断地切换。授权的发明专利:三相半波可控整流稳压式电子调节器，专利号:031118658，发明了一种三相半波可控整流稳压电子调节器，该技术已获得推广应用。其基准点路、采样电路、触发电路和整流电路之间的连接关系已属于公开技术。但是，该发明在发电机高速运转时依然存在一定的脉动电压过高的缺陷，这主要是因为高速时相电压过高，即使晶闸管导通角很小，也会使得导通时刻的瞬时电压过高，这会使得在高速小负载时可能存在烧灯泡的现象。由于发电机的相电压与转速和匝数成正比，因此，设计一种与变匝数发电机匹配的电压调节器，在低速时使用较多的电枢绕组匝数，在高速时使用一半电枢绕组匝数，即可在提高低速电压的基础上降低高速时的电压。
[0005]本发明通过设计高压和低压两组控制电路，实现两组不同的目标稳压值和导通饱和程度；永磁发电机低速运行时利用低压整流电路对各相全部绕组对外整流输出，高速运行时利用高压整流电路对各相的一半绕组对外整流输出，这种方式既提高了低速输出电压，又提高了高速时的输出功率。目前国内外未检索到相似的申请。本发明在两种稳压值河道同程度的控制电路、全部电枢绕组和一半电枢绕组的整流输出方法、全部电枢绕组和一半电枢绕组切换方法上具有创造性。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是设计一种能克服上述缺陷，能通过自动变换实际使用的电枢绕组匝数的车用永磁发电机及其电压调节器。其技术内容为:
一种永磁发电机及其电压调节器，包括高压基准电路、低压基准电路、高压采样电路、低压采样电路、高压触发电路、低压触发电路、高压整流电路、低压整流电路和永磁发电机，其特征在于:
所述高压基准电路由第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第一电容(C1)组成，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串联后分别接在正极和负极上，高压电容(C1)与第一电阻(R1)并联；所述低压基准电路由第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第一电容(C2)组成，第三电阻(R3)和第四电阻(R4)串联后分别接在正极和负极上，负极接地，第二电容(C2)与第五电阻(R5)串联后再连接在第三电阻(R3)的两端；
所述高压采样电路由第一稳压管(DW1)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和第一三极管(T1)组成，第一稳压管(Dwi)和第六电阻(R6)串联后接在第一三极管(T1)的基极上，第一稳压管(Dwi)正极接第一电阻(Rl)和第二电阻(R2)的接点，第一三极管(T1)的发射极接在正极上，第一三极管(T1)的集电极通过第七电阻(R7)接地；低压采样电路由第二稳压管(DW2)、第九电阻(R9)、第十电阻(Rltl)和第三三极管(T3)组成，第二稳压管(Dw2)和第九电阻(R9)串联后接在第三三极管(T3)的基极上，第二稳压管(Dw2)的正极接第三电阻(R3)和第四电阻(R4)的接点，第三三极管(T3)的发射极接在正极上，第三三极管(T3)的集电极通过第十电阻(Rltl)接地；
所述高压触发电路由第二三极管(T2)、第八电阻(R8)、第一二极管(D1)和第二二极管(D2)组成，第二三极管(T2)的发射极接在正极上，第二三极管(T2)的集电极通过第八电阻(R8)接第一二极管(D1)和第二二极管(D2)的正极，第一二极管(D1)和第二二极管(D2)的负极分别接第三晶闸管(Q3)和第四晶闸管(Q4)的控制极；低压触发电路由第四三极管(Τ4)、第十一电阻(Rn)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)组成，第四三极管(T4)的发射极接在正极上，第四三极管(T4)的集电极通过第十一电阻(R11)接第三二极管(D3)和第四二极管(D4)的正极，第三二极管(D3)和第四二极管(D4)的负极分别接第一晶闸管(Q1)和第二晶闸管(Q2)的控制极；
所述永磁发电机有两相电枢绕组，各相电枢绕组为两股并绕后再将两股分开串联组成一相，A相绕组的尾端接第一晶闸管(Q1)的负极和第五二极管(D5)的正极，B相绕组的尾端接第二晶闸管(Q2)的负极和第七二极管(D7)的正极，A相绕组和B相绕组的首端分别接第六二极管(D6)和第八二极管(D8)的正极，第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)和第八二极管(D8)的负极接正极，A相绕组和B相绕组的中点分别接第三晶闸管(Q3)和第四晶闸管(Q4)的负极；
所述高压整流电路由第三晶闸管(Q3)和第四晶闸管(Q4)组成，所述低压整流电路由第一晶闸管(Q1)和第二晶闸管(Q2)组成，第一晶闸管(Q1X第二晶闸管(Q2)、第三晶闸管(Q3)和第四晶闸管(Q4)的正极接地；
通过采用不同的基准电路阻值或不同稳压值的稳压二极管，使得低压触发电路的目标稳压值比高压触发电路的目标稳压值稍低，高压触发电路的目标稳压值为蓄电池正常的充电电压，低压触发电路的目标稳压值小于蓄电池正常的充电电压但大于蓄电池静止电动势；第六电阻(R6)的阻值大于第九电阻(R9)的阻值，第七电阻(R7)的阻值小于第十电阻(Rltl)的阻值，第二三极管(T2)饱和导通的程度大于第四三极管(T4)。
[0007]如上所述一种永磁发电机及其电压调节器，其特征在于电枢绕组和整流电路采用三相或四相绕组和整流电路。
[0008]本发明的技术方案与现有技术相比，具有以下优点:
1.永磁发电机低速运行时主要依靠低压整流电路对全绕组的电动势进行整流输出；永磁发电机高速运行时会切断低压整流电路，并依靠高压整流电路对一半的电枢绕组的电动势进行整流输出，由于高压整流电路所连接的电枢绕组匝数仅为低压整流电路的一半，因此高速运行时的电动势相对较低，内阻也较小，可以提高永磁发电机高速运行时的输出功率；
2.高压触发电路和低压触发电路的目标稳压值和导通饱和程度不同，高压触发电路的目标稳压值比低压触发电路的稍高，一旦达到高压触发电路的目标稳压值，低压整流电路便因没有触发电流而自动关闭；
3.低压触发电路的目标稳压值也高于蓄电池工作电压(传统的汽车蓄电池12.6V)，低压触发电路工作时，也可以为蓄电池充电，而且此时充电电压较低，充电电流小，适合永磁发电机低速的输出特性；
4.高压触发电路的目标稳压值为标准的蓄电池充电电压(传统的汽车蓄电池14.4V)，高压触发电路工作时充电电流大，适合永磁发电机高速的输出特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明实施例的电路图；
图2是本发明实施例采用简化基准电路时的电路图；
图3是本发明实施例采用三相绕组和整流电路时的电路图。
【具体实施方式】
[0010]图1是本发明实施例的电路图，包括高压基准电路、低压基准电路、高压采样电路、低压采样电路、高压触发电路、低压触发电路、高压整流电路、低压整流电路和永磁发电机，发电机采用两相绕组和整流电路。
[0011]所述高压基准电路由第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第一电容(C1)组成，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串联后分别接在正极和负极上，高压电容(C1)与第一电阻(R1)并联；所述低压基准电路由第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第一电容(C2)组成，第三电阻(R3)和第四电阻(R4)串联后分别接在正极和负极上，第二电容(C2)与第五电阻(R5)串联后再连接在第三电阻(R3)的两端。
[0012]所述高压采样电路由第一稳压管(DW1)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和第一三极管(T1)组成，第一稳压管(Dwi)和第六电阻(R6)串联后接在第一三极管(T1)的基极上，第一三极管(T1)的发射极接在正极上，第一三极管(T1)的集电极通过第七电阻(R7)接地；低压采样电路由第二稳压管(DW2)、第九电阻(R9)、第十电阻(Rltl)和第三三极管(T3)组成，第二稳压管(Dw2)和第九电阻(R9)串联后接在第三三极管(T3)的基极上，第三三极管(T3)的发射极接在正极上，第三三极管(T3)的集电极通过第十电阻(Rltl)接地。
[0013]所述高压触发电路由第二三极管(T2)、第八电阻(R8)、第一二极管(D1)和第二二极管(D2)组成，第二三极管(T2)的发射极接在正极上，第二三极管(T2)的集电极通过第八电阻(R8)接第一二极管(D1)和第二二极管(D2)的正极，第一二极管(D1)和第二二极管(D2)的负极分别接第三晶闸管(Q3)和第四晶闸管(Q4)的控制极；低压触发电路由第四三极管(Τ4)、第十一电阻(Rn)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)组成，第四三极管(T4)的发射极接在正极上，第四三极管(T4)的集电极通过第十一电阻(R11)接第三二极管(D3)和第四二极管(D4)的正极，第三二极管(D3)和第四二极管(D4)的负极分别接第一晶闸管(Q1)和第二晶闸管(Q2)的控制极。
[0014]所述永磁发电机有两相电枢绕组，各相电枢绕组为两股并绕后再将两股分开串联组成一相，A相绕组的尾端接第一晶闸管(Q1)的负极和第五二极管(D5)的正极，B相绕组的尾端接第二晶闸管(Q2)的负极和第七二极管(D7)的正极，A相绕组和B相绕组的首端分别接第六二极管(D6)和第八二极管(D8)的正极，第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)和第八二极管(D8)的负极接正极，A相绕组和B相绕组的中点分别接第三晶闸管(Q3)和第四晶闸管(Q4)的负极。
[0015]所述高压整流电路由第三晶闸管(Q3)和第四晶闸管(Q4)组成，所述低压整流电路由第一晶闸管(Q1)和第二晶闸管(Q2)组成，第一晶闸管(Q1X第二晶闸管(Q2)、第三晶闸管(Q3)和第四晶闸管(Q4)的正极接地。
[0016]通过采用不同的基准电路阻值或不同稳压值的稳压二极管，使得低压触发电路的目标稳压值比高压触发电路的目标稳压值稍低，高压触发电路的目标稳压值为蓄电池正常的充电电压，为例，以12V铅酸蓄电池为例，高压目标稳压值为14.4V。低压触发电路的目标稳压值小于蓄电池正常的充电电压但大于蓄电池静止电动势，以12V铅酸蓄电池为例，低压目标稳压值应大于12.7V并小于14.4V。第六电阻(R6)的阻值大于第九电阻(R9)的阻值，第七电阻(R7)的阻值小于第十电阻(RlO)的阻值，第二三极管(T2)饱和导通的程度大于第四三极管(T4)。
[0017]图2是本发明采用简化基准电路时的电路图。该电路的两个采样电路采用一个基准电路，通过采用不同稳压值的稳压二极管，达到分别控制两组整流电路的效果。
[0018]图3是本发明实施例采用三相绕组和整流电路时的电路图。与图1所采用的两相半波整流电路不同，本图所示的电枢绕组和整流电路采用三相绕组和整流电路。同理，本发明的技术也适用于四相以上的发电机。
[0019]其工作原理为:当发电机低速运转时，由于转速低，输出电压小于目标稳压值，第一三极管和第三三极管处于截止状态，第二三极管和第四三极管导通，第一晶闸管(Q1)、第二晶闸管(Q2)、第三晶闸管(Q3)和第四晶闸管(Q4)被触发导通，但由于低压整流电路所接的电压更低，因此低压整流电路起作用，系统输出直流电。
[0020]随着发电机转速的升高，输出电压也随着升高，当输出电压大于低压目标稳压值但小于高压目标稳压值时，第三三极管导通，第四三极管截止，不再向第一晶闸管(Ql)和第二晶闸管(Q2)提供触发电流，但由于此时输出电压小于高压目标稳压值，因此高压触发电路仍然导通，第三晶闸管(Q3)和第四晶闸管(Q4)依旧会导通，因此永磁发电机高速运行时会切断低压整流电路，并依靠高压整流电路对外输出，由于低压整流电路所连接的电枢绕组匝数少，因此电动势相对较低，内阻也较小，可以实现永磁发电机高速弱磁调压。
[0021]如果输出电压高于高压目标稳压值，则第四三极管和第二二极管都截止，高压整流电路和低压整流电路都因无触发电流而截止，晶闸管续流至无正向电压时截止，输出电压下降。当输出电压下降到低于高压目标稳压值时，高压整流电路恢复导通，周而复始，保证发电机输出电压稳定的直流电。
【权利要求】
1.一种永磁发电机及其电压调节器，包括高压基准电路、低压基准电路、高压采样电路、低压采样电路、高压触发电路、低压触发电路、高压整流电路、低压整流电路和永磁发电机，其特征在于: 所述高压基准电路由第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第一电容(C1)组成，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串联后分别接在正极和负极上，高压电容(C1)与第一电阻(R1)并联；所述低压基准电路由第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第一电容(C2)组成，第三电阻(R3)和第四电阻(R4)串联后分别接在正极和负极上，负极接地，第二电容(C2)与第五电阻(R5)串联后再连接在第三电阻(R3)的两端； 所述高压采样电路由第一稳压管(DW1)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和第一三极管(T1)组成，第一稳压管(Dwi)和第六电阻(R6)串联后接在第一三极管(T1)的基极上，第一稳压管(Dwi)正极接第一电阻(Rl)和第二电阻(R2)的接点，第一三极管(T1)的发射极接在正极上，第一三极管(T1)的集电极通过第七电阻(R7)接地；低压采样电路由第二稳压管(DW2)、第九电阻(R9)、第十电阻(Rltl)和第三三极管(T3)组成，第二稳压管(Dw2)和第九电阻(R9)串联后接在第三三极管(T3)的基极上，第二稳压管(Dw2)的正极接第三电阻(R3)和第四电阻(R4)的接点，第三三极管(T3)的发射极接在正极上，第三三极管(T3)的集电极通过第十电阻(Rltl)接地； 所述高压触发电路由第二三极管(T2)、第八电阻(R8)、第一二极管(D1)和第二二极管(D2)组成，第二三极管(T2)的发射极接在正极上，第二三极管(T2)的集电极通过第八电阻(R8)接第一二极管(D1)和第二二极管(D2)的正极，第一二极管(D1)和第二二极管(D2)的负极分别接第三晶闸管(Q3)和第四晶闸管(Q4)的控制极；低压触发电路由第四三极管(Τ4)、第十一电阻(Rn)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)组成，第四三极管(T4)的发射极接在正极上，第四三极管(T4)的集电极通过第十一电阻(R11)接第三二极管(D3)和第四二极管(D4)的正极，第三二极管(D3)和第四二极管(D4)的负极分别接第一晶闸管(Q1)和第二晶闸管(Q2)的控制极； 所述永磁发电机有两相电枢绕组，各相电枢绕组为两股并绕后再将两股分开串联组成一相，A相绕组的尾端接第一晶闸管(Q1)的负极和第五二极管(D5)的正极，B相绕组的尾端接第二晶闸管(Q2)的负极和第七二极管(D7)的正极，A相绕组和B相绕组的首端分别接第六二极管(D6)和第八二极管(D8)的正极，第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)和第八二极管(D8)的负极接正极，A相绕组和B相绕组的中点分别接第三晶闸管(Q3)和第四晶闸管(Q4)的负极； 所述高压整流电路由第三晶闸管(Q3)和第四晶闸管(Q4)组成，所述低压整流电路由第一晶闸管(Q1)和第二晶闸管(Q2)组成，第一晶闸管(Q1X第二晶闸管(Q2)、第三晶闸管(Q3)和第四晶闸管(Q4)的正极接地； 通过采用不同的基准电路阻值或不同稳压值的稳压二极管，使得低压触发电路的目标稳压值比高压触发电路的目标稳压值稍低，高压触发电路的目标稳压值为蓄电池正常的充电电压，低压触发电路的目标稳压值小于蓄电池正常的充电电压，但大于蓄电池静止电动势；第六电阻(R6)的阻值大于第九电阻(R9)的阻值，第七电阻(R7)的阻值小于第十电阻(Rltl)的阻值，第二三极管(T2)饱和导通的程度大于第四三极管(T4)。
2.如权利要求1所述一种永磁发电机及其电压调节器，其特征在于电枢绕组和整流电路采用三相或四相绕组`和整流电路。
【文档编号】H02P9/48GK103780178SQ201410075441
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】史立伟, 张学义, 陈祥菁 申请人:山东理工大学