CN103296838A - 多整流发电机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多整流发电机系统，在原有14V交流发电机的基础上，将原来一组三相绕组增加为若干组，同时增加顺次串联的若干组三相整流电路，且若干组三相整流电路与新的14V交流发电机的三相绕组直接连接，因而在IC电压调节器和励磁绕组串联额作用下，不需要增加发电机外部电子元器件和线路连接，仅需提高整流和调压的性能参数，就能将原有14V交流发电机直接升级为42V以上发电机系统，实现了对外的42V以上电压的输出，提高了发电机输出电压，降低了电路电流，增强了电气安全性和可靠性；进一步地，通过设置中性点二极管，提高了发电机系统的效率。

Description

多整流发电机系统

技术领域

本发明涉及发电机制造技术领域，尤其涉及一种多整流发电机系统。

背景技术

随着电子和计算机技术的快速发展，汽车电子不断取代传统产品，而且汽车电器配备也越来越多，使得现代汽车用电量需求日益攀升。早在二十世纪六十年代，由于汽车上的用电设备不多，汽车电路的电压标准只有6V；随着汽车上的用电设备的增加，为了不增大汽车电路的电流，汽车电路的电压标准提高到12V。进入二十一世纪，汽车电器的用电量早已超过1kW，这样汽车电路的电流已经超过100A，如此高的电流使得汽车线路损耗增大，器件发热严重，汽车线束接口安全性和可靠性下降，同时，12V电压不能满足先进汽车电子技术和汽车电子控制技术的需要，使这些新技术无法在现代汽车上得到实施和应用，影响了汽车性能进一步提高，因而出现了14V电压。当前汽车上使用的汽车交流发电机，其动力源自汽车发动机，通过皮带轮将汽车发动机曲轴的旋转运动传递到汽车交流发电机的转子上，根据电磁原理从而使汽车交流发电机发出电能。在几十年的汽车产业发展中，14V汽车交流发电机装置与汽车发动机的连接关系中已经固定下来，结构设计技术成熟，同时汽车交流发电机产能相对稳定。

然而，根据统计，在各种燃油发动机汽车中，由于汽车电子电器、电子技术和电子控制技术的不断应用，汽车用电量正在以每年4％的增幅上升。因此，为了降低汽车电路的电流，必须进一步提高汽车电路的电压标准。在这种情况下，各大汽车研发机构和汽车企业也开始研发新的汽车供配电标准和协议。目前汽车行业已经将42/36V汽车电源系统标准作为汽车电气的发展方向，开始在不少汽车新产品中得到应用，并逐渐成为汽车电源系统的新标准。因此，42V汽车发电机装置是先进汽车电源系统的重要标志，成为发达国家和各大汽车电子生产企业技术竞争的目标。其中，汽车交流发电机装置就必须从原来的14V更新换代到42V。

然而现有技术中从原来的14V更新换代到42V的更新换代过程存在以下缺陷：

一方面，大量使用的14V汽车交流发电机本身存在不能满足42/36V汽车电器的发展的一些不足或缺点：第一，现代汽车用电设备不断增加，用电量增大，根据电量公式P＝VI，汽车电路标准电压V＝12伏特，只能提高汽车电路的电流I，按照目前汽车用电量的提高速度，汽车电路的电流往往要超过100A，这样过大电流使得汽车电路的导线增粗增重，损耗增加，汽车电路和汽车电器发热严重；第二，汽车电器的布置和连接需要大量的线束和接头，由于汽车电源系统采用的是并联连接和负极搭铁，因此对线束和接头的要求较高，14V汽车交流发电机装置发电量的增大使得这些线束和接头以及负极搭铁处安全性和可靠性下降；第三，制约了汽车电子控制技术的发展，由于新一代汽车动力启动调节技术、电动制动系统、电动转向系统和电加热式三元催化转换技术均需要较大的电能供给，因此不能在装配有14V汽车交流发电机的汽车上得以应用和实现，最终影响了汽车技术和汽车性能的进一步提高。

另一方面，在现有的14V汽车交流发电机技术中，汽车交流发电机装置的结构、功能、品种均有很大改进和革新。原来用的触点式的晶体管式电压调节器已改为集成电路调压器，能内置于发电机装成一体，有利于小型轻量化；原来使用的6管硅整流器改为8管，继后又增加3只小功率、专为励磁电路提供激磁电流用的辅助二极管，发展成11管。最近，城市客车普遍存在的低速运转导致蓄电池放电频繁的缺点，6相绕组/串并自动切换的17管整流器成功解决了零电流转速偏高、蓄电池使用寿命短等关键问题。因此，在14V汽车交流发电机装置中，这些新技术仍然具有一定的使用价值和技术优势。如果新一代的42V汽车发电机装置直接淘汰14V汽车交流发电机，更改汽车发动机与汽车发电机连接的结构设计方案，将使原有14V汽车交流发电机生产线和生产设备大量浪费，严重影响汽车电源系统生产和供求的体系和价格，导致汽车生产的动荡。

因此，需要一种新的多整流发电机系统，以避免上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多整流发电机系统，在原有14V交流发电机基础上，增加发电量，有效输出42V以上电压，节约更新换代成本。

为解决上述问题，本发明提出一种多整流发电机系统，包括：三相绕组和若干组三相整流电路；所述三相绕组包括14V交流发电机的原三相绕组以及在所述原三相绕组上增加的多组新增三相绕组；所述若干组三相整流电路顺次串联形成串联支路，串联支路的始末端分别为多整流发电机系统的正极输出端和负极输出端；且每组三相整流电路的三相端与所述三相绕组的三相端连接。

进一步的，所述多整流发电机系统还包括由一只正极管和一只负极管串联而成的中性点二极管，所述正极管接在所述三相绕组的中性点和所述正极输出端之间，所述负极管接在所述三相绕组的中性点和负极输出端之间。

进一步的，所有新增三相绕组通过在14V交流发电机的原三相绕组上依次增加绕组匝数并引出接线头而形成，所述原三相绕组和新增三相绕组串联输出。

进一步的，所述若干组三相整流电路的三相端与所述三相绕组引出的接线头一一对应相接。

进一步的，所述多整流发电机系统还包括励磁绕组、IC电压调节器和若干三管式励磁二极管；所述IC电压调节器与所述励磁绕组串联在所述正极输出端和负极输出端之间，且所述IC电压调节器接所述正极输出端，所述励磁绕组接所述负极输出端；所述若干三管式励磁二极管与若干三相整流电路一一对应，且每组三管式励磁二极管的各负极端连接其对应的三相整流电路的三相端，各正极端并接至所述IC电压调节器。

进一步的，将每个三相整流电路用于串联的两端引出而形成多整流发电机系统其他的正极输出端和负极输出端，以使所述多整流发电机系统输出多种电压。

进一步的，每组三相整流电路的三相端均与最外侧的新增三相绕组引出的接线头相接。

进一步的，所述多整流发电机系统还包括励磁绕组、IC电压调节器和一三管式励磁二极管；所述IC电压调节器与所述励磁绕组串联在所述正极输出端和负极输出端之间，且所述IC电压调节器接所述正极输出端，所述励磁绕组接所述负极输出端；所述三管式励磁二极管的负极分别接最外侧的三相绕组的引出的接线头，正极并联后接所述IC电压调节器。

进一步的，所述三相整流电路的个数为三个，所述多整流发电机系统为三整流发电机系统。

进一步的，所述负极输出端直接搭铁。

与现有技术相比，本发明的多整流发电机系统，将交流发电机原有三相绕组由一组增加为若干组，同时增加串联的若干组三相整流电路，且若干组三相整流电路与新的14V交流发电机的三相绕组直接连接，因而在IC电压调节器和励磁绕组串联额作用下，不需要增加发电机外部电子元器件和线路连接，仅需提高整流和调压的性能参数，就能将原有14V交流发电机直接升级为42V以上发电机系统，实现了对外的42V以上电压的输出，提高了发电机输出电压，降低了电路电流，增强了电气安全性和可靠性；进一步地，通过设置中性点二极管，提高了发电机系统的效率。

附图说明

图1是本发明实施例一的多整流发电机系统的内部电路示意图；

图2是本发明实施例二的多整流发电机系统的内部电路示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想是公开一种多整流发电机系统，在原有14V交流发电机的基础上，增加依次串联的若干组三相整流电路，且若干组三相整流电路与14V交流发电机的三相绕组直接连接，因而在IC电压调节器和励磁绕组串联额作用下，不需要增加发电机外部电子元器件和线路连接，仅需提高整流和调压的性能参数，就能将原有14V交流发电机直接升级为42V以上发电机系统，实现了对外的42V以上电压的输出，提高了发电机输出电压，降低了电路电流，增强了电气安全性和可靠性。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应认为只是局限在所述的实施例。

实施例一

请参考图1，本实施例提供一种三整流发电机系统，包括：14V交流发电机的原三相绕组100以及在所述原三相绕组100上增加的两组新增三相绕组101、102，三组三相整流电路111、112、113，一组三管式励磁二极管12，一个IC电压调节器13，一个励磁绕组14和一组中性点二极管16。

本实施例中，所述新增三相绕组101、102为在14V交流发电机的原三相绕组100上依次增加绕组匝数并引出接线头而形成，所述原三相绕组100和新增三相绕组101、102串联输出。

本实施例中，三组三相整流电路111、112、113均为六只二极管组成的三相全波桥式整流电路，三组三相整流电路111、112、113顺次串联形成串联支路，如图1中所示，三相整流电路111的上三只二极管的正极并联在一起的一端连接三相整流电路112的下三只二极管的负极并联在一起的一端，三相整流电路112的上三只二极管的正极并联在一起的一端连接三相整流电路113的下三只二极管的负极并联在一起的一端，串联支路的始末端（始端为三相整流电路113的上三只二极管的正极并联在一起的一端，末端为三相整流电路111的下三只二极管的负极并联在一起的一端）分别为多整流发电机系统的正极输出端151和负极输出端152，也就是原三相绕组100和新增三相绕组101、102串联而成的新三相绕组经三组三相整流电路111、112、113整流后的三负极端并接在一起形成负极输出端152，串联而成的新的三相绕组经三组三相整流电路111、112、113整流后的三正极端并接在一起形成正极输出端151。每组三相整流电路的三相端与14V交流发电机的新增三相绕组102的三相端连接。本实施例的三整流发电机系统为内搭铁型发电机系统，所述负极输出端152直接搭铁，即负极输出端152与发电机系统的壳体直接相连。

本实施例中，所述IC电压调节器13与所述励磁绕组14串联在所述正极输出端151和负极输出端152之间，所述IC电压调节器13接所述正极输出端151，所述励磁绕组14接所述负极输出端152；三管式励磁二极管12由三只二极管构成，三只二极管的负极分别接新增三相绕组102的三相端（引出的接线头），正极并联后接所述IC电压调节器13，可以使得整个三整流发电机系统对外稳定输出42V或更高的直流电压，满足汽各种燃油发动机汽车中的汽车交流发电机产品、以内燃机为动力的特种车辆、工程机械等配套的汽车交流发电机产品以及载运工具运用工程中的船舶、航空等发电机产品的用电需求。

由此可见，本实施例的三整流发电机系统为永磁式发电机，其串联的三组全桥式整流电路111、112、113与14V交流发电机的新增三相绕组102直接连接，因而不需要增加汽车发电机外部电子元器件和线路连接，仅需通过调节IC电压调节器13来调整励磁电流，既可以将14V交流发电机直接升级为42V以上发电机系统，实现了对外的42V以上电压稳定输出，最终提高了汽车发电机输出电压，降低了汽车电路的电流，增强了汽车电气的安全性和可靠性。

本实施例中，一组中性点二极管16由一只正极管和一只负极管串联而成，所述正极管接在所述三相绕组10的中性点和所述正极输出端151之间，所述负极管接在所述三相绕组10的中性点和负极输出端152之间。加装中性点二极管的发电机在结构不变的情况下可以提高发电机的功率10%～15%。

在本发明的其他实施例中，也可以是不设置三管式励磁二极管以及电压调节器等组件，形成励磁式发电机。

实施例二

请参考图2，本实施例提供一种三整流发电机系统，包括：三组三相绕组，三组三相整流电路211、212、213，一组三管式励磁二极管22，一个IC电压调节器23，一个励磁绕组24和一组中性点二极管26。

本实施例中，三组三相绕组与所述三组三相整流电路211、212、213一一对应，三组子三相绕组分别为14V交流发电机的原三相绕组200以及在14V交流发电机的原三相绕组200上依次增加绕组匝数并引出接线头而形成新增三相绕组201、202，所述原三相绕组200和新增三相绕组201、202串联输出，每组三相整流电路的三相端分别与其对应的三相绕组引出的接线头相接。即如图2中所示，原三相绕组200的引出的接线头与三相整流电路211的三相端相接，新增三相绕组201与三相整流电路212的三相端相接，新增三相绕组202与三相整流电路213的三相端相接。

本实施例中，三组三相整流电路211、212、213均为六只二极管组成的三相全桥式整流电路，三组三相整流电路211、212、213与三组三相绕组一一对应，并顺次串联形成串联支路，串联支路的始末端分别为多整流发电机系统的正极输出端251和负极输出端252，即原三相绕组200和新增三相绕组201、202串联而成的新三相绕组经三组三相整流电路211、212、213整流后的三负极端（如图2中三相整流电路211的下三只二极管的负极端）并接在一起形成负极输出端252，原三相绕组10经三组三相整流电路211、212、213整流后的三正极端（如图2中三相整流电路213的上三只二极管的正极端）并接在一起形成正极输出端251。本实施例的三整流发电机系统为内搭铁型发电机系统，所述负极输出端252直接搭铁，即负极输出端252与发电机系统的壳体直接相连。

本实施例中，所述IC电压调节器23与所述励磁绕组24串联在正极输出端251和负极输出端252之间，所述IC电压调节器23接所述正极输出端251，所述励磁绕组24接所述负极输出端252；三管式励磁二极管22由三只二极管构成，三只二极管的负极分别接新增三相绕组202的三相端（引出的接线头），正极并联后接所述IC电压调节器23，所述IC电压调节器23可以使得整个三整流发电机系统在正极输出端对外稳定输出42V标准直流电压，以满足汽各种燃油发动机汽车中的汽车交流发电机产品、以内燃机为动力的特种车辆、工程机械等配套的汽车交流发电机产品以及载运工具运用工程中的船舶、航空等发电机产品的用电需求。

本实施例中的三整流发电机系统，在不改变原有汽车发动机与14V汽车交流发电机的连接关系和机械结构的情况下，通过在汽车交流发电机内部设计一个串联的三组三相整流电路，将14V汽车交流发电机的三相绕组从原有的一组增加到三组，每组三相绕组所发出的三相交流电压分别与其对应的一组三相整流电路相连接，然后三组三相整流电路进行串联，在低速范围内，由于发电机转速低，三组三相绕组的串联输出，提高了发电机的输出电压，使发电机低速充电性能大大提高；在高速范围内，随着发电机转速的增大，串接的三相绕组的感抗增大，内压降增大，再加上电枢反应加强，使输出电压下降。这时原三相绕组200因内压降较小，产生的感应电流相对较大，确保高速下的功率输出。因而本实施例中的三整流发电机系统不需要增加汽车发电机外部电子元器件和线路连接，仅需通过调节IC电压调节器来调整励磁电流，既可以将14V交流发电机直接升级为42V以上发电机系统，实现了对外的42V以上电压稳定输出，最终提高了汽车发电机输出电压，降低了汽车电路的电流，增强了汽车电气的安全性和可靠性。

本实施例中，一组中性点二极管26由一只正极管和一只负极管串联而成，所述正极管接在原三相绕组200的中性点和所述正极输出端251之间，所述负极管接在原三相绕组200的中性点和负极输出端252之间。加装中性点二极管的发电机在结构不变的情况下可以提高发电机的功率10%～15%。

在本发明的其他实施例中，多整流发电机系统也可以包括若干三管式励磁二极管，所述若干三管式励磁二极管与若干三相整流电路一一对应，且每组三管式励磁二极管的负极连接其对应的三相整流电路的三相端，正极并联后接所述IC电压调节器。这种方式相当于每个三相整流电路与其对应的三管式励磁二极管组成9管交流发电机基本单元。

在本发明的其他实施例中，所有三相整流电路的三相端也可以均接到最外侧的子三相绕组引出的接线头上。例如图2中三组三相整流电路211、212、213的三相端均接到新增三相绕组202引出的接线头上。

在本发明的其他实施例中，将每个三相整流电路用于串联的两端引出而形成多整流发电机系统其他的正极输出端和负极输出端，以使所述多整流发电机系统输出多种电压。请参考图2，在三组三相整流电路211、212、213的各自的正串联端（上三只二极管的正极并联端）和负串联端（下三只二极管的负极并联端）分别引出发动机系统的正极输出端和负极输出端，可以获得其他的输出电压，将多整流发电机系统进一步改进为多电压输出的发电机系统。

综上所述，本发明的多整流发电机系统，将原来一组三相绕组增加为若干组，同时增加串联的若干组三相整流电路，且若干组三相整流电路与新的14V交流发电机的三相绕组直接连接，因而在IC电压调节器和励磁绕组串联额作用下，不需要增加发电机外部电子元器件和线路连接，仅需提高整流和调压的性能参数，就能将原有14V交流发电机直接升级为42V以上发电机系统，实现了对外的42V以上电压的输出，提高了发电机输出电压，降低了电路电流，增强了电气安全性和可靠性；进一步地，通过设置中性点二极管，提高了发电机系统的效率。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种多整流发电机系统，其特征在于，包括：三相绕组和若干组三相整流电路；所述三相绕组包括14V交流发电机的原三相绕组以及在所述原三相绕组上增加的多组新增三相绕组；所述若干组三相整流电路顺次串联形成串联支路，串联支路的始末端分别为多整流发电机系统的正极输出端和负极输出端；且每组三相整流电路的三相端与所述三相绕组的三相端连接。

2.如权利要求1所述的多整流发电机系统，其特征在于，所述多整流发电机系统还包括由一只正极管和一只负极管串联而成的中性点二极管，所述正极管接在所述三相绕组的中性点和所述正极输出端之间，所述负极管接在所述三相绕组的中性点和负极输出端之间。

3.如权利要求1所述的多整流发电机系统，其特征在于，所有新增三相绕组通过在14V交流发电机的原三相绕组上依次增加绕组匝数并引出接线头而形成，所述原三相绕组和新增三相绕组串联输出。

4.如权利要求3所述的多整流发电机系统，其特征在于，所述若干组三相整流电路的三相端与所述三相绕组引出的接线头一一对应相接。

5.如权利要求4所述的多整流发电机系统，其特征在于，所述多整流发电机系统还包括励磁绕组、IC电压调节器和若干三管式励磁二极管；所述IC电压调节器与所述励磁绕组串联在所述正极输出端和负极输出端之间，且所述IC电压调节器接所述正极输出端，所述励磁绕组接所述负极输出端；所述若干三管式励磁二极管与若干三相整流电路一一对应，且每组三管式励磁二极管的各负极端连接其对应的三相整流电路的三相端，各正极端并接至所述IC电压调节器。

6.如权利要求5所述的多整流发电机系统，其特征在于，将每个三相整流电路用于串联的两端引出而形成多整流发电机系统其他的正极输出端和负极输出端，以使所述多整流发电机系统输出多种电压。

7.如权利要求3所述的多整流发电机系统，其特征在于，每组三相整流电路的三相端均与最外侧的新增三相绕组引出的接线头相接。

8.如权利要求7所述的多整流发电机系统，其特征在于，所述多整流发电机系统还包括励磁绕组、IC电压调节器和一三管式励磁二极管；所述IC电压调节器与所述励磁绕组串联在所述正极输出端和负极输出端之间，且所述IC电压调节器接所述正极输出端，所述励磁绕组接所述负极输出端；所述三管式励磁二极管的负极分别接最外侧的三相绕组的引出的接线头，正极并联后接所述IC电压调节器。

9.如权利要求1至8中任一项所述的多整流发电机系统，其特征在于，所述三相整流电路的个数为三个，所述多整流发电机系统为三整流发电机系统。

10.如权利要求1至8中任一项所述的多整流发电机系统，其特征在于，所述负极输出端直接搭铁。

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