CN101728916A

CN101728916A - 双控整流汽车永磁发电机

Info

Publication number: CN101728916A
Application number: CN200810172943A
Authority: CN
Inventors: 陈国弟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-25
Filing date: 2008-10-25
Publication date: 2010-06-09

Abstract

一种双控整流汽车永磁发电机，主要由后罩盖、双三相半控桥式整流器、稳压控制电路、后轴承、后端盖、定子、永磁转子、前端盖、前轴承和皮带轮组成，其特征在于：高匝数定子三相绕组L1和低匝数定子三相绕组L2的外特性曲线交于K点，K点对应的转速为n_k，当发电机的工作转速在n_K以下时，稳压控制电路使可控硅SCR4～SCR6处于关断状态，并根据发电机转速和负载的变化自动调整可控硅SCR1～SCR3的导通角，使发电机输出电压稳定；当发电机的工作转速达到n_K以上时，稳压控制电路使可控硅SCR1～SCR3处于关断状态，并根据发电机转速和负载的变化自动调整可控硅SCR4～SCR6的导通角，使发电机输出电压稳定。本技术发明的双控整流汽车永磁发电机具有较高的平均效率。

Description

双控整流汽车永磁发电机

技术领域

本技术发明涉及汽车永磁发电机。

背景技术

现有汽车永磁发电机的定子都只有一套三相绕组，接成星形(Y形)或三角形(△形)连接后再经由整流二极管和单向可控硅组成的三相半控桥式整流器整流稳压，输出电压稳定的直流电给汽车的用电器供电和给蓄电池充电。它的输出特性(电流——转速特性)如附图1曲线I所示，曲线中刚开始输出电流的转速n₀称为零电流转速，而与额定转速n_R对应的输出电流I_R称为额定电流。汽车永磁发电机的零电流转速n₀一般在1000r/min左右，额定转速n_R＝6000r/min，n₀和I_R都是汽车永磁发电机必须满足的重要指标，为了满足零电流转速的要求，定子绕组的匝数要足够多，在发电机工作转速达到额定转速n_R以上时，由于发电机内阻抗大幅度增加，内阻损耗增大，使得发电机的效率降低，因此，现有汽车永磁发电机的平均效率只有40％～45％。作为用户，一方面希望发电机有好的低速充电性能，另一方面又希望发电机在中高速范围工作时有大的电流输出能力和高的效率，现有的汽车永磁发电机只有一套绕组和一个整流器，发电机的体积和重量又不可能做得太大，所以无法实现既兼顾用户对发电机高、低速特性的要求，又能使发电机具有有较高的平均效率。

发明内容

本技术发明的目的是克服现有汽车永磁发电机平均效率低的不足，提出一种双控整流汽车永磁发电机的技术方案，根据发电机工作转速范围的变化自动实现高匝数绕组工作与低匝数绕组工作或者星形绕组工作与三角形绕组工作之间的切换，使汽车永磁发电机在不同的工作转速段都拥有较高的效率。

本技术发明的目的是这样实现的：一种双控整流汽车永磁发电机，主要由后罩盖、双三相半控桥式整流器、稳压控制电路、后轴承、后端盖、定子、永磁转子、前端盖、前轴承和皮带轮组成，在定子中布置有两套三相绕组L1和L2，绕组L1是高匝数绕组，它的匝数根据用户对发电机低速充电性能的要求来确定，它的输出特性(电流——转速特性)对应附图1的曲线I，L2是低匝数绕组，它的匝数根据用户对发电机高速电流输出能力的要求来确定，它的输出特性对应于附图1的曲线II，定子中的两套绕组也可以是L1和L2的匝数相同但L1为星形连接L2为三角形连接的三相绕组，绕组的匝数以L1满足用户对发电机低速充电性能的要求来确定，绕组L1和L2所具有的外特性曲线相交于K点，K点对应的转速为n_k；整流二极管VD1～VD3和单相可控硅SCR1～SCR3构成三相半控桥式整流器Q1，整流二极管VD4～VD6和单相可控硅SCR4～SCR6构成三相半控桥式整流器Q2，三相半控桥式整流器Q1和Q2并联连接组成双三相半控桥式整流器，双三相半控桥式整流器可以是整流二极管为共阴极连接而单向可控硅为共阳极连接的结构形式，也可以是整流二极管为共阳极连接而单向可控硅为共阴极连接的结构形式；定子绕组L1与三相半控桥式整流器Q1连接，定子绕组L2与三相半控桥式整流器Q2连接；稳压控制电路中设有发电机转速采样电路、电压采样电路以及触发控制电路，稳压控制电路的“正极”端接发电机输出正极B+，稳压控制电路的“负极”端接发电机的负极，稳压控制电路的“触发控制”端子分别与单向可控硅SCR1～SCR3和SCR4～SCR6的控制极连接；稳压控制电路通过采集发电机的输出直流电压和转速信号，以n_k为分界点，对单向可控硅的工作状态作如下控制：当发电机的工作转速在n_K以下时，稳压控制电路使单向可控硅SCR4～SCR6处于关断状态，并根据发电机转速和负载的变化，自动调整单向可控硅SCR1～SCR3的导通角，使发电机输出电压稳定的直流电能；此时的发电机实际上是以绕组L1为工作绕组，经三相半控桥式整流器Q1整流稳压的汽车永磁发电机，其输出特性对应于附图1曲线I中K点以下部分；当发电机的工作转速达到n_K以上时，稳压控制电路使可控硅SCR1～SCR3处于关断状态，并根据发电机转速和负载的变化，自动调整单向可控硅SCR4～SCR6的导通角，使发电机输出电压稳定的直流电能，此时的发电机实际上是以绕组L2为工作绕组，经三相半控桥式整流器Q2整流稳压的汽车永磁发电机，其输出特性对应于附图1曲线II中K点以上部分，因此，发电机总的输出特性就是附图1曲线I中n₀到K点部分和附图1曲线II中K点以上部分的叠加，即附图2所示的双控整流汽车永磁发电机输出特性曲线。由于两套定子绕组的匝数分别是针对发电机高、低速特性的要求来确定的，既兼顾了用户对发电机高、低速特性的要求，又使发电机在不同的工作转速段都能获得较高的效率。

本技术发明产生的有益效果是：

1.通过合理选择两套定子绕组的匝数，就可以实现对汽车永磁发电机高、低速特性的兼顾，提高了设计的灵活性。

2.本技术发明的双控整流汽车永磁发电机效率高，用以替代现有汽车交流发电机和汽车永磁发电机可节约大量汽车燃油，取得较高的经济效益和社会效益。

3.采用电子控制技术，切换速度快、精度高、体积小、工作可靠，可以很方便地布置在发电机内部，适合批量生产。

4.发电机在中、高速范围工作时，由于是以低匝数绕组为工作绕组，定子绕组阻抗小，发热量小，效率高，轴承和皮带轮的负荷小，发电机工作更加可靠。

附图说明

附图1是高匝数绕组(或星形绕组)和低匝数绕组(或三角形绕组)的汽车永磁发电机的外特性曲线对比图。

附图2是双控整流汽车永磁发电机外特性曲线图。

附图3是双控整流汽车永磁发电机结构图。

附图4是双控整流汽车永磁发电机第1实施例的电气原理图。

附图5是双控整流汽车永磁发电机第2实施例的电气原理图。

附图6是双控整流汽车永磁发电机第3实施例的电气原理图。

附图7是双控整流汽车永磁发电机第4实施例的电气原理图。

附图1和附图2中：曲线I是高匝数绕组(或星形绕组)的汽车永磁发电机的外特性曲线，曲线II是低匝数绕组(或三角形绕组)的汽车永磁发电机的外特性曲线，K是曲线I和曲线II的交点，K点对应的转速是n_k。

附图3中：1.发电机后罩盖，2.双三相半控桥式整流器，3.稳压控制电路，4.后轴承，5.后端盖，6.定子，7.永磁转子，8.前端盖，9.前轴承，10.皮带轮。

附图4和附图6中：L1是高匝数三相定子绕组，L2是低匝数三相定子绕组，由整流二极管VD1～VD3和单相可控硅SCR1～SCR3组成三相半控桥式整流器Q1，由整流二极管VD4～VD6和单相可控硅SCR4～SCR6组成三相半控桥式整流器Q2，B+是发电机正极输出端子。

附图5和附图7中：L1和L2是匝数相同的三相定子绕组，L1是星形连接，L2是三角形连接，由整流二极管VDI～VD3和单相可控硅SCRI～SCR3组成三相半控桥式整流器Q1，由整流二极管VD4～VD6和单相可控硅SCR4～SCR6组成三相半控桥式整流器Q2，B+是发电机正极输出端子。

具体实施方式

附图4～附图7给出了附图3所示结构的双控整流汽车永磁发电机的4种具体实施例的电原理图。

下面结合附图详细说明本技术发明的双控整流汽车永磁发电机的具体实施方式：

实施例1：

附图4是附图3所示结构的双控整流汽车永磁发电机第1实施例的电气原理图，绕组L1是高匝数绕组，它的匝数根据用户对发电机低速充电性能的要求来确定，它的输出特性(电流——转速特性)对应附图1的曲线I，L2是低匝数绕组，它的匝数根据用户对发电机高速电流输出能力的要求来确定，它的输出特性对应于附图1的曲线II，绕组L1和L2所具有的外特性曲线相交于K点，K点对应的转速为n_k；共阴极连接的整流二极管VD1～VD3和共阳极连接的单相可控硅SCR1～SCR3构成三相半控桥式整流器Q1，共阴极连接的整流二极管VD4～VD6和共阳极连接的单相可控硅SCR4～SCR6构成三相半控桥式整流器Q2，三相半控桥式整流器Q1和Q2并联连接组成双三相半控桥式整流器2，定子绕组L1与三相半控桥式整流器Q1连接，定子绕组L2与三相半控桥式整流器Q2连接；稳压控制电路的“正极”端接发电机输出正极B+，稳压控制电路的“负极”端接发电机的负极，稳压控制电路的“触发控制”端子分别与单向可控硅SCR1～SCR3和SCR4～SCR6的控制极连接，稳压控制电路采集发电机三相绕组L2中的一相的频率信号作为发电机转速信号，以转速n_k时该相绕组产生的频率为基准频率，将实测频率与基准频率进行比较，也实际上就实现了发电机工作转速与转速n_K之间的比较，当发电机的工作转速在n_K以下时，稳压控制电路使单向可控硅SCR4～SCR6处于关断状态，并根据发电机转速和负载的变化，自动调整单向可控硅SCR1～SCR3的导通角，使发电机输出电压稳定的直流电能；此时的发电机实际上是以绕组L1为工作绕组，经三相半控桥式整流器Q1整流稳压的汽车永磁发电机，其输出特性对应于附图1曲线I中K点以下部分；当发电机的工作转速达到n_K以上时，稳压控制电路使可控硅SCR1～SCR3处于关断状态，并根据发电机转速和负载的变化，自动调整单向可控硅SCR4～SCR6的导通角，使发电机输出电压稳定的直流电能，此时的发电机实际上是以绕组L2为工作绕组，经三相半控桥式整流器Q2整流稳压的汽车永磁发电机，其输出特性对应于附图1曲线II中K点以上部分，因此，发电机总的输出特性就是附图1曲线I中n₀到K点部分和附图1曲线II中K点以上部分的叠加，即附图2所示的双控整流汽车永磁发电机输出特性曲线，从而实现了根据发电机工作转速范围的变化自动进行高匝数绕组工作和低匝数绕组工作的切换。

实施例2：

附图5是附图3所示结构的双控整流汽车永磁发电机第二实施例的电气原理图，定子中的两套绕组L1和L2的匝数相同，L1为星形连接，L2为三角形连接，绕组的匝数以L1满足用户对发电机低速充电性能的要求来确定，绕组L1的输出特性(电流——转速特性)对应附图1的曲线I，绕组L2的输出特性对应于附图1的曲线II，绕组L1和L2所具有的外特性曲线相交于K点，K点对应的转速为n_k；共阴极连接的整流二极管VD1～VD3和共阳极连接的单相可控硅SCR1～SCR3构成三相半控桥式整流器Q1，共阴极连接的整流二极管VD4～VD6和共阳极连接的单相可控硅SCR4～SCR6构成三相半控桥式整流器Q2，三相半控桥式整流器Q1和Q2并联连接组成双三相半控桥式整流器2，定子绕组L1与三相半控桥式整流器Q1连接，定子绕组L2与三相半控桥式整流器Q2连接；稳压控制电路的“正极”端接发电机输出正极B+，稳压控制电路的“负极”端接发电机的负极，稳压控制电路的“触发控制”端子分别与单向可控硅SCR1～SCR3和SCR4～SCR6的控制极连接，L3是独立于L1和L2的一相定子绕组，由于永磁转子7的磁场是恒定的，所以绕组L3产生的空载电压与发电机工作转速成正比，将绕组L3在发电机转速为n_K时产生的空载电压设定为基准电压，将L3上的实测电压与基准电压进行比较，也实际上就实现了发电机工作转速与转速n_K之间的比较，当发电机的工作转速在n_K以下时，稳压控制电路使单向可控硅SCR4～SCR6处于关断状态，并根据发电机转速和负载的变化，自动调整单向可控硅SCR1～SCR3的导通角，使发电机输出电压稳定的直流电能；此时的发电机实际上是以绕组L1为工作绕组，经三相半控桥式整流器Q1整流稳压的汽车永磁发电机，其输出特性对应于附图1曲线I中K点以下部分；当发电机的工作转速达到n_K以上时，稳压控制电路使可控硅SCR1～SCR3处于关断状态，并根据发电机转速和负载的变化，自动调整单向可控硅SCR4～SCR6的导通角，使发电机输出电压稳定的直流电能，此时的发电机实际上是以绕组L2为工作绕组，经三相半控桥式整流器Q2整流稳压的汽车永磁发电机，其输出特性对应于附图1曲线II中K点以上部分，因此，发电机总的输出特性就是附图1曲线I中n₀到K点部分和附图1曲线II中K点以上部分的叠加，即附图2所示的双控整流汽车永磁发电机输出特性曲线，从而实现了根据发电机工作转速范围的变化自动进行星形绕组工作和三角形绕组工作的切换。

附图6是实施例3的电原理图，它的整流二极管VD12～VD3、VD4～VD6是共阳极连接，可控硅SCR1～SCR3、SCR4～SCR6是共阴极连接，其余部分工作原理和产生的效果与实施例1相同。

附图7是实施例4的电原理图，它的整流二极管VD12～VD3、VD4～VD6是共阳极连接，可控硅SCR1～SCR3、SCR4～SCR6是共阴极连接，其余部分工作原理和产生的效果与实施例2相同。

Claims

1.一种双控整流汽车永磁发电机，主要由后罩盖、双三相半控桥式整流器、稳压控制电路、后轴承、后端盖、定子、永磁转子、前端盖、前轴承和皮带轮组成，其特征在于：定子中布置有两套匝数不同或匝数相同但分别是星形连接和三角形连接的三相绕组L1和L2，绕组L1和L2所具有的外特性曲线相交于K点，K点对应的转速为n_k；整流二极管VD1～VD3和单相可控硅SCR1～SCR3构成三相半控桥式整流器Q1，整流二极管VD4～VD6和单相可控硅SCR4～SCR6构成三相半控桥式整流器Q2，三相半控桥式整流器Q1和Q2并联连接组成双三相半控桥式整流器，定子绕组L1与三相半控桥式整流器Q1连接，定子绕组L2与三相半控桥式整流器Q2连接；稳压控制电路中设有发电机转速采样电路、电压采样电路以及触发控制电路，稳压控制电路的“正极”端接发电机输出正极B+，稳压控制电路的“负极”端接发电机的负极，稳压控制电路的“触发控制”端子分别与单向可控硅SCR1～SCR3和SCR4～SCR6的控制极连接；稳压控制电路通过采集发电机的输出直流电压和转速信号，以n_k为分界点，对单向可控硅的工作状态作如下控制：当发电机的工作转速在n_K以下时，稳压控制电路使单向可控硅SCR4～SCR6处于关断状态，并根据发电机转速和负载的变化，自动调整单向可控硅SCR1～SCR3的导通角，使发电机输出电压稳定的直流电能；当发电机的工作转速达到n_K以上时，稳压控制电路使可控硅SCR1～SCR3处于关断状态，并根据发电机转速和负载的变化，自动调整单向可控硅SCR4～SCR6的导通角，使发电机输出电压稳定的直流电能。

2.根据权利要求1所述的双控整流汽车永磁发电机，其特征在于：定子中布置有两套三相绕组L1和L2，其中L1是高匝数三相绕组，它的匝数根据用户对发电机低速充电性能的要求来确定，L2是低匝数三相绕组，它的匝数根据用户对发电机高速电流输出能力的要求来确定。

3.根据权利要求1所述的双控整流汽车永磁发电机，其特征在于：定子中的两套三相绕组L1和L2的匝数相同，但L1为星形连接，L2为三角形连接，绕组的匝数以L1满足用户对发电机低速充电性能的要求来确定。

4.根据权利要求1所述的双控整流汽车永磁发电机，其特征在于：双三相半控桥式整流器中的单向可控硅是共阳极连接，整流二极管是共阴极连接。

5.根据权利要求1所述的双控整流汽车永磁发电机，其特征在于：双三相半控桥式整流器中的单向可控硅是共阴极连接，整流二极管是共阳极连接。