CN103580589B - 用于机动车辆的电旋转机器 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车辆的电旋转机器。交流发电机具有整流模块组。整流模块组形成桥电路。整流模块组具有甩负荷保护判定部，用于监测整流模块组的输出电压。当监测到的输出电压超过第一阈值电压时，甩负荷保护判定部向控制部提供指令以在预定延迟时间已经过去的时刻打开在桥电路的下臂中的MOS晶体管。当第二阈值电压小于第一阈值电压并且在监测到的输出电压超过第一阈值电压之后监测到的输出电压小于第二阈值电压时，甩负荷保护判定部向控制电路提供指令以在MOS晶体管在预定时间长度内关闭之后打开下臂中的MOS晶体管。

Description

用于机动车辆的电旋转机器
技术领域
本发明涉及一种安装至诸如客车和货车的机动车辆的电旋转机器或者交流发电机。
背景技术
安装至机动车辆的交流发电机通过从机动车辆的内燃机上传输的驱动力发电。交流发电机的输出端子通过充电线路连接至安装至机动车辆的电池的端子。交流发电机通过充电线路将产生的电力供应至电池。交流发电机还通过其它线路将产生的电力供应至安装至机动车辆的多个电力负荷。当充电线路从交流发电机的输出端子或者电池的端子上断开同时交流发电机运转时，即在发电过程中，产生高瞬态高压。此瞬态电压被称作甩负荷。当充电线路断开发生时，产生的高瞬态电压如甩负荷达到例如100伏特。因此，安装至机动车辆的电力负荷和交流发电机中的多个部件经常被产生的甩负荷波动破坏。为了保护电力负荷和交流发电机中的多个部件不受此高瞬态电压破坏，需要具有抵抗甩负荷波动的反措施。
为了解决此问题，传统技术已经公开了甩负荷保护装置的多个类型。例如，日本专利特开公开号JP H09-219938公开了一种用于机动车辆的交流发电机，其中，用于交流发电机的整流部中的桥电路的下臂包括作为转换元件的MOS晶体管。当甩负荷发生并且交流发电机的输出电压超过参考电压时，MOS晶体管同步打开。这能够执行甩负荷保护操作，当甩负荷发生时，甩负荷保护操作抑制交流发电机中的高输出电压的产生。但是，在JP H09-219938中公开的传统交流发电机的结构中，当在桥电路的下臂中作为转换元件的MOS晶体管打开之后，交流发电机的输出电压减小到不超过参考电压时，桥电路的下臂中的MOS晶体管中的每一个再次关闭从而再次执行常规整流操作。
顺便提及，在如前述的JP H09-219938中公开的传统交流发电机的结构中，所计算出的从交流发电机的实际输出电压超过参考电压的时间至甩负荷保护装置执行甩负荷保护操作的时间存在延迟时间。另外，还需要具有低通滤波器从而消除噪音并且防止甩负荷保护装置执行由噪音引起的不正确的操作。另外，除了上述延迟时间之外，需要考虑交流发电机中的内电路部件的响应时间。在直到MOS晶体管打开的延迟时间内，储存在交流发电机的定子中的能量输出至交流发电机的输出端子，并且此输出的能量突然增大用于消除噪音的电容器的路端电压。因此，在桥电路和内电路中的MOS晶体管被交流发电机的增大的路端电压损坏。这降低了交流发电机的可靠性。在桥电路中的MOS晶体管在甩负荷保护操作过程中打开之后，因为从定子上供应的输出的能量受到阻止并且MOS晶体管的控制电路和交流发电机的控制电路消耗交流发电机的输出电压，当交流发电机的输出电压减小至不超过预定电压时，甩负荷保护电路停止甩负荷保护操作的执行。重复甩负荷保护操作的执行和甩负荷保护操作的停止直到储存在定子中的能量消减。但是，当连接至交流发电机的输出端子的电容器具有小电容时，重复地执行甩负荷保护操作和停止甩负荷保护操作的重复次数增加，因此，能量损耗增加。因此，会损坏桥电路中的MOS晶体管。具体地，当充电线路从交流发电机的输出端子断开时，这种损坏极易发生。因此，交流发电机十分需要具有当甩负荷发生时能够保护作为转换元件的MOS晶体管免受损坏的反措施装置。
发明内容
因此，需要供应一种用于机动车辆的交流发电机，其能够当甩负荷发生在交流发电机中时快速地防止交流发电机中的高压产生。
示例性的实施方式提供电旋转机器，其包括作为定子绕组的电枢绕组、作为整流模块组的转换部、以及场控制部。场控制部具有电容器。电枢绕组具有不少于两个的相绕组。转换部形成桥电路。桥电路包括上臂和下臂。下臂包括转换元件。下臂中的转换元件中的每一个并联至二极管。转换部接收由电枢绕组感应的电压并且对由电枢绕组感应的电压进行整流。场控制部中的电容器并联至转换部的输出端子。转换部包括控制部和甩负荷保护判定部。控制部控制转换元件中的每一个的打开操作和关闭操作。甩负荷保护判定部通过下述方式来执行甩负荷保护操 作：监测转换部的输出电压，在从转换部的监测出的输出电压超过第一阈值电压的时间已经过去了预定延迟时间的时刻指示控制部打开下臂中的转换部；以及当在转换部的监测出的输出电压超过第一阈值电压之后转换部的监测出的输出电压小于第二阈值电压时，在下臂中的转换元件在预定时间长度内关闭之后指示控制部打开下臂中的转换元件。
因为控制部使用这样的预定时间长度，其中当转换部的监测出的输出电压在甩负荷保护操作过程中超过第一阈值电压时、转换部中的桥电路的下臂中的转换元件在预定时间长度内关闭，所以通过将预定时间长度调整为最适宜的时间长度能够减小转换部的输出电压的增量。这能够快速地防止当甩负荷发生时输出电压增大。这能够防止将高电压长时间供应至转换元件并且能够长期增加由转换部中的转换元件执行的整流操作的可靠性。
附图说明
参照附图，通过示例的方式对本发明的优选的非限制性的实施方式进行描述，附图中：
图1为示出根据本发明的示例性的实施方式的用于机动车辆中的交流发电机的结构的视图；
图2为示出根据本发明的示例性的实施方式的交流发电机中的场控制部的详细结构的视图；
图3为示出根据本发明的示例性的实施方式的交流发电机中的整流模块的结构的视图；
图4为示出根据本发明的示例性的实施方式的交流发电机中的整流模块中的控制电路的详细结构的视图；
图5为示出根据本发明的示例性的实施方式的交流发电机中的控制电路中的甩负荷保护判定部的详细结构的视图；
图6为示出从甩负荷发生的时间至执行常规整流操作的时间的过渡状态的视图；
图7为示出根据本发明的示例性的实施方式的交流发电机中的相电 压的视图；
图8为示出当甩负荷发生时由控制电路执行的甩负荷保护操作的时序图的视图；
图9为示出当甩负荷发生时由根据第一示例性的实施方式的交流发电机中的控制电路执行的甩负荷保护操作的另一时序图的视图；
图10为示出当甩负荷发生时由根据第一示例性的实施方式的交流发电机中的控制电路执行的甩负荷保护操作的另一时序图的视图；以及
图11为示出根据本发明的示例性的实施方式的交流发电机中的场控制部的改型的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本发明的多个实施方式进行描述。在多个实施方式的下列描述中，在贯穿多个视图中，相同的附图标记代表相同的部件。
示例性的实施方式
根据参照图1至图10的示例性的实施方式，对作为用于机动车辆中的电旋转机器的交流发电机1进行描述。
图1为示出根据示例性的实施方式的用于机动车辆的交流发电机1的结构的视图。如图1中所示，交流发电机1包括两个定子绕组（或者电枢绕组）2和3和场绕组4、两个整流模块组5和6、场控制部7、齐纳二极管20和30、以及二极管22（作为限流元件）。齐纳二极管20对应于权利要求中使用的第一齐纳二极管。二极管22对应于权利要求中使用的限流元件。两个整流模块组5和6分别对应于转换部。
作为定子绕组中的一个的定子绕组2是多相绕组，多相绕组例如包括X相绕组、Y相绕组以及Z相绕组。定子绕组2围绕定子芯（未示出）缠绕。类似地，定子绕组3是多相绕组，多相绕组例如包括U相绕组、V相绕组以及W相绕组。定子绕组3围绕定子芯缠绕在滞后30°的电角的位置处。根据示例性的实施方式的交流发电机1中的定子包括定子绕组2和3和定子芯。
场绕组4缠绕在场磁极（未示出）上。场磁极设置为面对定子芯的内周侧。场绕组4形成转子。当场电流供应至场绕组4时，场绕组4磁化。当场绕组4磁化时，旋转磁场产生在转子中的场绕组4中，并且定子绕组2和3通过旋转磁场产生交流场。
另一方面，是两个整流模块组5和6中的一个的整流模块组5连接至定子绕组2以形成三相全波整流电路（或者桥电路）。整流模块组5将定子绕组2中感应的交流电转换成直流电。整流模块组5包括整流模块5X、5Y以及5Z，整流模块5X、5Y以及5Z对应于定子绕组2的相。整流模块组5中的整流模块的数量对应于定子绕组2的相的数量。例如，当定子绕组2是三相绕组时，整流模块组5中的整流模块的数量是三。例如，当定子绕组2是两相绕组时，整流模块组5中的整流模块的数量是二。
整流模块5X连接至定子绕组2中的X相绕组。整流模块5Y连接至定子绕组2中的Y相绕组。整流模块5Z连接至定子绕组2中的Z相绕组。
另一方面，整流模块组6连接至定子绕组3以形成三相全波整流电路（桥电路）。整流模块组6将定子绕组3中感应的交流电转换成直流电。整流模块组6包括整流模块6U、6V以及6W，整流模块6U、6V以及6W对应于定子绕组3的相。整流模块组6中的整流模块的数量对应于定子绕组3的相的数量。例如，当定子绕组3是三相绕组时，整流模块组6中的整流模块的数量是三，并且当定子绕组3是两相绕组时，整流模块组6中的整流模块的数量是二。
整流模块6U连接至定子绕组3中的U相绕组。整流模块6V连接至定子绕组3中的V相绕组。整流模块6W连接至定子绕组3中的W相绕组。
场控制电路7的端子F连接至场绕组4。场控制电路7基于整流模块组5和6的输出电压调整供应至场绕组4的场电流使得交流发电机1中的输出电压VB（作为每个整流模块的输出电压）等于调整电压Vreg。例如，当输出电压VB不小于调整电压Vreg时，场控制电路7阻止场电流供应至场绕组4。另一方面，当输出电压VB小于调整电压Vreg时，场控制电路7允许场电流供应至场绕组4。
场控制电路7的端子P连接至定子绕组。场控制电路7基于供应至场控制电路7的端子P的相电压中的一个（例如，X相的相电压）检测转子的旋转速度。
当检测到转子停止时，场控制电路7减小供应至场绕组4的场电流。特别地，场控制电路7将场电流调整为例如约2A的值。
另外，场控制电路7通过通信端子L和通信线路连接至作为电子控制单元（ECU）8的外部控制装置。为了传输数据，场控制电路7和ECU8能通过使用本地互联网络（LIN）协议执行本地互联网路（LIN）通信作为双向串行通信。
齐纳二极管20并联至整流模块组5和6的输出端。特别地，交流发电机1的输出端子连接至齐纳二极管20的阴极端子，并且交流发电机1的接地端子连接至齐纳二极管20的阳极端子。齐纳二极管20串联至二极管22。当交流发电机1的输出端子反向连接至电池9时，二极管22用作能够阻止电流的限流元件。限制电流的方向是当二极管22的阳极电子连接至交流发电机1的输出端子时的方向。
在图1中示出的结构中，虽然二极管22连接至交流发电机1的输出端子侧，但是能具有齐纳二极管20连接至交流发电机1的输出端子侧的结构。即，能由齐纳二极管20取代适当位置处的二极管22。
齐纳二极管30连接在接地端子与场控制电路7的端子P之间使得场控制电路7的端子P连接至齐纳二极管30的阴极端子。
齐纳二极管30的布置使得能具有在桥电路的下臂侧中的转换元件和齐纳二极管22并联的结构，其中，此转换元件对应于连接至场控制电路7的端子P的定子绕组中的一个相绕组（例如，X相绕组）。
齐纳二极管20和齐纳二极管30具有齐纳电压，齐纳电压小于转换元件的耐受电压和场控制电路7的耐受电压。齐纳二极管20对应于权利要求中使用的第一齐纳二极管并且齐纳二极管30对应于权利要求中使用的第二齐纳二极管。
图2为示出根据示例性的实施方式的交流发电机1中的场控制部7的详细结构的视图。
如图2中所示，场控制电路7包括MOS晶体管71、续流二极管72、电阻73和74、电压比较电路75、场电流控制电路76、旋转检测电路77、通信电路78、电力电路79以及电容器80。场控制电路7通过通信电路78与ECU8连通。例如，场控制电路7能接收数据，例如从ECU8上传输的调整电压Vreg。
电阻73和74形成分压器电路。分压器电路分离由交流发电机1产生的电压，并且将分压输出至电压比较电路75。
电压比较电路75将从包括电阻73和74的分压电路上供应的分压与通过通信电路78从ECU8上传输的调整电压Vreg进行比较。例如，当比较结果显示调整电压Vreg高于分压时，电压比较电路75产生并且输出高压电平信号。另一方面，当比较结果显示分压高于调整电压Vreg时，电压比较电路75产生并且输出低压电平信号。
场电流控制电路76基于脉宽调制（PWM）信号指示MOS晶体管71打开和关闭。PMW信号具有驱动功，驱动功基于电压比较电路75的输出（对应于比较结果）进行确定。为了抑制输出电流的快速变化，场控制电路76能逐渐地改变场电流。
旋转检测电路77通过端子P连接至定子绕组2的X相绕组。旋转检测电路77基于在X相绕组的端部处的相电压VP检测转子的旋转。特别地，旋转检测电路77基于相电压与用于旋转检测的参考电压之间的差的周期变化检测转子的旋转。
因为在没有故障发生在整流模块5X和定子绕组2中的常规操作过程中相电压VP在场控制电路7的P端子处输出，所以场电流控制电路76能基于相电压VP检测转子的旋转。
场电流控制电路76输入从旋转检测电路77上传输的旋转检测结果。场电流控制电路76在由旋转检测电路77执行的旋转检测操作过程中产生并且输出PWM信号从而供应场绕组4所必需的场电流。但是，当转子的旋转的停止状态在不小于预定时间长度（或者预定时间间隔）的时间长度内持续时，场电流控制电路76产生并且输出必要的PWM信号使得场电流具有对应于最初励磁状态的值。
电力电路79将操作电压供应至场控制电路7中的电路中的每一个。 噪音经常进入整流模块组5和6的输出端子。电容器8消除此噪音。例如，电容器8具有约1μF的电容。
根据示例性的实施方式的交流发电机1具有上述的结构。现将对整流模块5X等的详细结构进行描述。因为整流模块5X、5Y、5Z、6U、6V以及6W具有相同结构，所以将对整流模块5X的结构进行描述。
图3为示出根据示例性的实施方式的交流发电机1中的整流模块5X的结构的视图。如图3中所示，整流模块5X包括两个MOS晶体管50和51以及控制电路54。MOS晶体管50的源端子连接至定子绕组2的X相绕组。MOS晶体管50的漏端子通过充电线路12连接至电力负荷和电池9的正端子。即，MOS晶体管50是属于桥电路的上臂（上侧）的转换元件。
MOS晶体管51的漏端子连接至定子绕组2的X相绕组。MOS晶体管51的源端子连接至电池9的负端子（或者地线）。即，MOS晶体管51是属于桥电路的下臂（下侧）的转换元件。
二极管并联至MOS晶体管50和51中的每一个。即，二极管连接在MOS晶体管50和51中的每一个的源端子与漏端子之间。此二极管是寄生二极管（体二极管）。还能并联于MOS晶体管50和51中的每一个设置另一二极管。另外，上臂和下臂中的至少一者可以包括转换元件而不是MOS晶体管。
图4为示出根据示例性的实施方式的交流发电机中的整流模块5X中的控制电路54的详细结构的视图。如图4中所示，控制电路5包括控制部100、电源102、电池电压检测部110、操作检测部120和130、甩负荷保护判定部140、温度检测部150、驱动器170、驱动器172、以及通信电路180。
在内燃机（未示出）开始燃烧后，当预定电压在定子绕组2的X相绕组处产生时，电源102开始操作。电源102将电力供应至控制电路54中的部件中的每一个。控制电路54执行与传统交流发电机中的控制电路的操作相同的相同操作。
驱动器170的输出端子（G1）连接至在高压侧（上臂）中的MOS晶体管50的门端子。驱动器170产生并且输出驱动信号从而打开和关 闭MOS晶体管50。类似地，驱动器172的输出端子（G2）连接至低压侧（下臂）中的MOS晶体管51的门端子。驱动器172产生并且输出驱动信号从而打开和关闭MOS晶体管51。
电池电压检测部110包括微分放大器和将此微分放大器的模拟输出转换成数字数据的模拟-数字（AD）转换单元。电池电压检测部110输出对应于在电池9的正端子处的电压的数据。电池9通过充电线路12连接至交流发电机1的输出端子。
操作检测部120包括微分放大器和将此微分放大器的模拟输出转换成数字数据的模拟-数字（AD）转换单元。操作检测部120输出与高压侧中的MOS晶体管50的源端子与漏端子之间的电压（如在图3和图4中示出的端子B与端子C之间的电压）对应的数据。基于从操作检测部120传输的数据，控制部100监测MOS晶体管50中的每一个的操作状态，控制MOS晶体管50的操作并且检测MOS晶体管50的故障。MOS晶体管50的操作状态对应于驱动器170的操作状态。
操作检测部130包括微分放大器和将此微分放大器的模拟输出转换成数字数据的模拟-数字转换单元。操作检测部130输出对应于在低压侧中的MOS晶体管51的源端子与漏端子之间的电压（如图3和图4中示出的端子C与端子D之间的电压）的数据。基于从操作检测部130上传输的数据，控制部100监测MOS晶体管51中的每一个的操作状态，控制MOS晶体管51的操作并且检测MOS晶体管51的故障。MOS晶体管51的操作状态对应于驱动器172的操作状态。
甩负荷保护判定部140监测在交流发电机1的端子B（或者整流模块组5和6）处的输出电压，并且当端子B处的输出电压超过第一阈值电压V1（例如，20V）时，产生并且输出指示信号从而执行甩负荷保护操作，其中，基于第一阈值电压V1检测甩负荷现象。在执行甩负荷保护操作之后，当端子B处的输出电压小于第二阈值电压V2（例如，16.5V）时，甩负荷保护判定部140产生并且输出指示信号从而停止甩负荷保护操作，其中，第二阈值电压V2小于第一阈值电压V1。
基于由甩负荷保护判定部140传输的指示信号，控制部100迅速地执行甩负荷保护操作，并且在解除甩负荷保护操作后执行整流操作。接下来将对关于甩负荷保护判定部140的结构和甩负荷保护操作的具体 说明进行描述。
温度检测部150包括恒功率源、二极管、微分放大器以及模拟-数字（AD）转换器。AD转换器将微分放大器的模拟输出转换成数字数据。温度检测部150产生并且输出对应于此二极管的正向电压降的数据。二极管的正向电压降根据周围温度变化而改变。
通信电路180具有用于场控制部7的通信电路78的相同功能。通信电路180连接至在场控制部7与ECU8之间的通信端子L和通信线路。通信电路180通过使用LIN协议与ECU8执行串行通信（或者LIN通信）。
接下来，现将参照图5对通过甩负荷保护判定部140的甩负荷保护操作进行描述。
图5为示出根据示例性的实施方式的交流发电机1中的控制电路54中的甩负荷保护判定部140的详细结构的视图。如图5中所示，甩负荷保护判定部140包括端子B电压检测部141、阈值电压判定部142、保护模式判定部146、以及信号产生部147。
端子B电压检测部141检测交流发电机1（或者整流模块组5和6）的输出电压VB（在端子B处的电压）。阈值电压判定部142将由电压检测部141检测的输出电压VB与第一阈值电压V1、第二阈值电压V2、以及第三阈值电压V3中的每一个进行比较，并且输出比较结构。阈值电压判定部142包括第一阈值电压V1判定部143、第二阈值电压V2判定部144以及第三阈值电压V3判定部145。
第一阈值电压V1检测部143将输出电压VB与第一阈值电压V1进行比较。当比较结果显示VB＞V1时，第一阈值电压V1检测部143产生并且输出关于比较结果的信号（例如，高压电平信号）。第一阈值电压V1用于检测当交流发电机1的输出端子与输出端子12断开，并且输出电压VB突然增大时产生的甩负荷现象的发生。例如，当电池9是具有12V的额定电压的铅酸电池时，第一阈值电压V1是20V。
控制部100接收从第一阈值电压V1判定部143上传输的输出信号。当甩负荷现象发生时，即当从第一阈值电压V1判定部143上传输的输出信号从低压电平变为高压电平时，控制部100指示驱动器170关闭在 高压侧中的MOS晶体管50，并且指示驱动器180打开在低压侧中的MOS晶体管51。这能启动甩负荷保护操作并且减小高于第一阈值电压V1的输出电压VB。
第二阈值电压V2检测部144将输出电压VB与第二阈值电压V2进行比较。当比较结果显示VB＜V2时，第二阈值电压V2检测部144产生并且输出关于比较结果的信号（例如，高压电位信号）。第二阈值电压V2用于检测在甩负荷保护操作开始后，输出电压VB减小。例如，第二阈值电压V2是16.5V，其小于第一阈值电压V1（=20V）。
信号产生部147接收从第二阈值电压V2判定部144上传输的输出信号。当接收信息显示从第二阈值电压V2判定部144上传输的输出信号从低压电平转换至高压电平并且输出电压VB小于第二阈值电压V2时，信号产生部147产生并且输出在预定时间长度内具有高压电平的脉冲信号。控制部100接收从在接收的脉冲信号的高压电平过程中防止甩负荷保护操作的执行的信号产生部147传输的脉冲信号。即，控制部100指示驱动器172在预定时间长度内关闭低压侧中的MOS晶体管51（并且保持在高压侧中的MOS晶体管50的关闭状态）。在预定时间长度过去之后，控制部100指示驱动器172打开在低压侧中的MOS晶体管51。接下来，将对在预定时间长度内产生高压电平的脉冲信号的方法进行描述。
第三阈值电压V3检测部145将输出电压VB与第三阈值电压V3进行比较。当比较结果显示VB＜V3时，第三阈值电压V3检测部145产生并且输出关于比较结果的信号（例如，高压电平信号）。第三阈值电压V3用于检测甩负荷保护操作完成的时间。基于紧接着在控制部100响应于从信号发生部147传输的脉冲信号而指示驱动器172在预定时间长度内关闭MOS晶体管51之后检测到的输出电压VB，第三阈值电压V3判定部145执行电压比较操作。仅在预定时间长度内MOS晶体管51的关闭状态的结束之后，控制部100告知第三阈值电压V3判定部145时机。当接收到从控制部100传输的此时机时，第三阈值电压V3判定部145启动电压比较操作，即将输出电压VB与第三阈值电压V3进行比较。
保护模式判定部146判定是否执行了甩负荷保护操作。特别地，当输出信号的电平从高压电平转换成低压电平时，保护模式判定部146判 定开始执行甩负荷保护操作。保护模式部146将判定结果传输至第三阈值电压V3判定部145。当第三阈值电压V3判定部145的输出信号的电平从低压电平转换成高压电平时，保护模式判定部146检测到结束了甩负荷保护操作的执行。
第三阈值电压V3小于第一阈值电压V1并且不小于第二阈值电压V2。第三阈值电压V3和第二阈值电压V2可以具有相同电压电平。此情形能够使用第三阈值电压V3判定部145作为第二阈值电压V2判定部144，或者使用第二阈值电压V2判定部144作为第三阈值电压V3判定部145。因此，根据示例性的实施方式的交流发电机1能具有简单结构。
图6为示出从甩负荷发生的时间到通常整流操作执行的时间的过渡状态的视图。图7为示出根据示例性的实施方式的交流发电机1中的相电压的改变的视图。
在图6中示出的过渡状态中，整流状态S1显示当没有甩负荷发生时的整流操作。在下列说明中，电池9的路端电压由附图标记Vbatt表示并且当MOS晶体管50和51同时打开时，MOS晶体管中的每一个的源端子与漏端子之间的电压由附图标记α表示，如图7中所示。例如，在没有甩负荷发生的常规状态中，同步整流操作如下进行执行。当X相绕组的相电压Vx超过电压“Vbatt+α”时，高压侧中的MOS晶体管50打开。另一方面，当X相绕组的相电压Vx小于电压“-α”时，低压侧中的MOS晶体管51打开。
前述的整流操作能将交流发电机1的输出电压VB调整为调整电压Vreg（例如，14.5V）。第一阈值电压V1判定部143将交流发电机1的输出电压VB与第一阈值电压V1进行比较，同时同步整流操作如由图6中的附图标记S2所示进行执行。
在前述情况中，当交流发电机1的输出端子与充电线路12断开时，甩负荷发生，其中，交流发电机1的定子绕组2和3的每个相电压暂时增大。因为当甩负荷发生时交流发电机1的输出电压VB大于第一阈值电压V1，所以第一阈值电压V1判定部143产生并且输出高压电平信号从而开始执行甩负荷保护操作。当接收到从第一阈值电压V1判定部143传输的高压电平信号时，控制部100指示驱动器170关闭在高压侧（上 臂）中的MOS晶体管50，并且指示驱动器172打开在低压侧（下臂）中的MOS晶体管51，如图6中示出的附图标记S3所示。
顺便提及，所计算的从第一阈值电压V1判定部143的输出信号从低压电平转换成高压电平的时间到控制部100指示驱动器172打开MOS晶体管50的时间存在时间延迟Tr。
图8为示出当甩负荷发生时由控制部100执行的甩负荷保护操作的时序图的视图。图8示出了如前述的（在第一次发生处的）时间延迟Tr。因此，在从第一阈值电压V1判定部143转换成高压电平的时间计算的延迟时间Tr过去之后，MOS晶体管50关闭并且MOS晶体管51打开。
因为交流发电机1的输出电压VB进一步增大直到MOS晶体管51打开的时间，由于齐纳二极管20连接至交流发电机1的输出端子，所以当交流发电机1的输出电压VB达到齐纳二极管20的齐纳电压时，交流发电机1的输出电压VB保持不变。更具体地，当从交流发电机1的输出电压减去二极管22的正向电压计算的电压达到二极管20的齐纳电压时，交流发电机1的输出电压VB保持不变。此所保持的交流发电机1的输出电压由图8中示出的齐纳二极管中的附图标记“ON”表示。
在低压侧（下臂）中的MOS晶体管51打开之后，交流发电机1的输出电压VB减小。在此情况中，第二阈值电压V2判定部144将输出电压Vb与第二阈值电压V2进行比较（见图6中示出的状态S4）。当检测结果显示交流发电机1的输出电压VB小于第二阈值电压V2时，第二阈值电压V2判定部144将比较结果输出至信号产生部147。
当接收到从第二阈值电压V2判定部144上传输的比较结果时，信号产生部147产生并且输出脉冲信号，该脉冲信号在预定时间长度内具有高压电平。
当接收到从信号产生部147上传输的脉冲信号时，控制部100指示驱动器172在由接收到的脉冲信号表示的预定时间长度内关闭在低压侧（下臂）中的MOS晶体管51，并且在预定时间长度过去之后指示驱动器172打开低压侧（下臂）中的MOS晶体管（见图6中示出的状态S5）。
顺便提及，所计算的从信号产生部147输出脉冲信号的时间至在控制部100指示驱动器172关闭MOS晶体管51之后控制部100指示驱动器172打开MOS晶体管51的时间存在时间延迟Tr。图8示出了（在第二次发生处的）时间延迟Tr。但是，（在第一次发生处的）时间延迟Tr可以不同于（在图8中的第二此发生处的）时间延迟Tr。
另外，MOS晶体管51关闭的预定时间长度由附图标记T0表示。在预定时间长度T0过去之后，第三阈值电压V3判定部145将紧接着在预定时间长度T0过去之后交流发电机1的输出电压VB与第三阈值电压V3进行比较（见图6中示出的状态S6）。
因为当MOS晶体管51在低压侧（下臂）中关闭时（在此时，高压侧（上臂）中的MOS晶体管51关闭）电流穿过并联于MOS晶体管51设置的二极管直到当甩负荷发生时积累在定子中的能量消减，所以交流发电机1的输出电压VB增大。在此情形中，在预定时间长度T0内MOS晶体管51关闭之后交流发电机1的输出电压VB降低，继续甩负荷保护操作。
另一方面，当甩负荷发生时储存在定子中的能量消减时，因为在紧接着于预定时间长度T0内MOS晶体管51关闭之后输出电压VB小于第三阈值电压V3，所以返回常规整流操作。
现将对低压侧中的MOS晶体管关闭所处的预定时间长度进行描述。
在示例性的实施方式中，基于紧接着在MOS晶体管51低压侧（下臂）在预定时间长度内关闭之后交流发电机1的输出电压VB，信号产生部147调整MOS晶体管51关闭所处的预定时间长度。这可以基于在甩负荷过程中增大的输出电压VB的量调整最适宜的时间长度从而精确地关闭在低压侧（下臂）中的MOS晶体管51。在此情形中，预定时间长度的最小值小于预定时间延迟Tr。与在检测到交流发电机1的输出电压VB之后低压侧（下臂）中的MOS晶体管51打开的情形相比，这能够快速地打开MOS晶体管51并且防止输出电压VB通过延迟MOS晶体管51打开的时间而增大。特别地，信号产生部147通过下列方法（a）、（b）以及（c）确定预定时间长度。（a）紧接着低压侧（下臂）中的MOS晶体管51在预定时间长度内关闭之后，当交流发电机1的输 出电压VB不小于第一阈值电压V1时，预定时间长度T0设定成小于时间延迟Tr的值（见图8）。当与在检测交流发电机1的输出电压VB超过第一阈值电压V1之后低压侧（下臂）中的MOS晶体管51打开的情形相比时，这能够快速地打开在低压侧（下臂）中的MOS晶体管51。这能够防止通过打开低压侧（下臂）中的MOS晶体管5的时间延迟而使交流发电机1的输出电压VB增大。
图9为示出当甩负荷发生时由根据第一示例性的实施方式的交流发电机1中的控制部100执行的甩负荷保护操作的另一时序图的视图。
（2）紧接着在低压侧（下臂）中的MOS晶体管51在预定时间长度内关闭之后，当交流发电机1的输出电压VB不小于第一阈值电压V1时，预定时间长度T0设定成不超过前次使用的预定时间长度T0的一半的值（见图9）。具体地，预定时间长度T0具有下限值。当交流发电机1的输出电压VB小于预定时间长度T0的下限值时，下限值用作预定时间长度T0。这能够检测低压侧（下臂）中的MOS晶体管51再次打开的时机并且发送此时机。因此，能防止通过延迟低压侧（下臂）中的MOS晶体管51打开的时间而使交流发电机1的输出电压VB增大。
图10为示出当甩负荷发生时由根据示例性的实施方式的交流发电机1中的控制部100执行的甩负荷保护操作的另一时序图的视图。
（3）紧接着在低压侧（下臂）中的MOS晶体管51在预定时间长度内关闭之后，当交流发电机1的输出电压VB在第一阈值电压V1与第二阈值电压V2之间的范围内时，预定时间长度T0设定成前次预定时间长度T0的两倍的值（见图10）。当低压侧（下臂）中的MOS晶体管51再次打开的时机过于提前时，能延迟此时机。这能获得低压侧（下臂）中的MOS晶体管51关闭的充分时间长度，并且抑制交流发电机1的输出电压VB的增大。
能选择前述方法（1）和方法（2）中的一个，并且将方法（3）与方法（1）和方法（2）中的一个结合。
如上文具体描述，根据示例性的实施方式的交流发电机1使用预定时间长度从而在当交流发电机1的输出电压VB超过第一阈值电压V1时执行甩负荷保护操作之后当交流发电机1的输出电压VB小于第二阈值电压V2时关闭在低压侧（下臂）中的MOS晶体管51。因此，能抑 制输出电压VB再次增大并且尽可能地同时在MOS晶体管51关闭时保持输出电压VB。还能快速地结束当甩负荷现象发生时在交流发电机1的输出端子B处的高压的产生。
因为长期防止高压供应到MOS晶体管50和51和场控制部7，所以这能提供交流发电机1的高可靠性。特别地，通过重复地打开在低压侧（下臂）中的MOS晶体管51能可靠地减小当甩负荷发生时在交流发电机1的输出端子B处产生的高压。
另外，因为甩负荷保护操作在紧接着低压侧（下臂）中的MOS晶体管51在预定时间长度内关闭之后交流发电机1的输出电压VB小于第三阈值电压V3的时间结束，所以能在储存在定子中的能量消减的最适宜的时机处结束甩负荷保护操作。具体地，当第三阈值电压V3等于第二阈值电压V2，即控制部100使用第二阈值电压V2作为第三阈值电压V3时，因为第三阈值电压V3判定部145和第二阈值电压判定部144具有相同结构，因此，根据示例性的实施方式的交流发电机1能具有简单的结构。
另外，因为齐纳二极管20具有小于MOS晶体管50等等的耐受电压的齐纳电压，并且齐纳二极管20并联至整流模块组5和6，所以齐纳二极管20能接收交流发电机1的超额输出电压，并且这能抑制由产生的热能所增加的MOS晶体管50等的温度。具体地，因为二极管22串联至齐纳二极管20从而防止当电池9反向连接至交流发电机1时的电流流动，所以能防止当电池9反向连接至交流发电机1时较大电流流经齐纳二极管20。
另外，因为齐纳二极管30具有小于MOS晶体管50等的耐受电压的齐纳电压，并且齐纳二极管30连接至场控制部7的端子P，所以能可靠地防止当甩负荷发生时高压从定子绕组的相绕组上供应至场控制部7的高压。
本发明的原理不限制于前述的示例性的实施方式。交流发电机1能具有多种改型。例如，根据前述的示例性的实施方式的交流发电机1具有两个定子绕组2和3和两个整流模块组5和6。但是，能将交流发电机1的原理应用于包括一个定子绕组2和一个整流模块组5的交流发电机。
另外，以前的描述说明了整流模块5X、5Y、5Z等中的每一个执行整流操作（或者发电操作）的情形。但是，本发明的原理不限制于此结构。能将电池9的直流电转换成交流电并且将转换的交流电供应到定子绕组2和3从而执行交流发电机1。
根据示例性的实施方式的交流发电机1具有整流模块组5和6中的每一个包括三个整流模块的前述结构。但是，本发明的原理不限制于此结构。整流模块组5和6中的每一个能具有除了三个整流模块的多个整流模块。
根据示例性的实施方式的交流发电机1具有图5中示出的甩负荷保护判定电路140设置到整流模块中的每一个的前述结构。在此结构中，能具有通常由整流模块组5和6所使用的一个端子B电压检测部141和一个阈值电压判定部142。另外，能具有能够控制所有整流模块的同步整流操作的控制装置，而不是每一个整流模块执行对应相绕组的同步整流操作的结构。
根据示例性的实施方式的交流发电机1具有其中桥电路中的上臂（高压侧）和下臂（低压侧）中的每一个包括MOS晶体管的前述结构。但是，本发明的原理不限制于此结构。桥电路的下臂能具有MOS晶体管并且上臂能具有二极管。
图11为示出根据示例性的实施方式的交流发电机1中的场控制部7的改型的视图。根据示例性的实施方式的交流发电机1具有齐纳二极管20和二极管22设置在场控制部7外面的前述结构。但是，本发明的原理不限制于此结构。如图11中所示，能将齐纳二极管20和30和二极管22或者齐纳二极管20和30和二极管22中的至少一个设置在场控制部7的内侧。此结构能将场控制部7的内侧中的齐纳二极管20和30和二极管22形成为整体电路。
即，交流发电机1能具有简单结构，因为不需要如单个零件设置齐纳二极管20和30和二极管22中的每一个。
另外，根据示例性的实施方式的交流发电机1具有其中电容器80设置在场控制部7的内侧的前述结构。但是，本发明的原理不限制于此结构。能在场控制部7的外侧处形成电容器80。
（工业应用）
如上文具体描述，根据本发明的示例性的实施方式，控制部100使用预定时间长度，其中在当交流发电机1的输出电压VB超过第一阈值电压V1时执行甩负荷保护操作之后，当交流发电机1的输出电压VB不超过第二与之电压V2时在低压侧（下臂）中的MOS晶体管在预定时间长度内关闭。另外，在整流模块中的每一个中的控制电路54中的控制部100将预定时间长度调整为最适宜的值从而抑制在转换元件关闭时交流发电机1的输出电压的任何增大。这能迅速地防止当甩负荷发生时在交流发电机1的输出端子B处的高压产生。
尽管已对本发明的特定实施方式进行具体描述，但是，对于本领域的普通技术人员显而易见的是，可以根据本公开的全部教导开发这些细节的多种改型和变化。因此，公开的特定布置仅是说明性的并且不限制本发明的范围，本发明的范围将由随附权利要求和其等价物的全部范围所给定。

Claims (13)

1.一种电旋转机器(1)，包括：
电枢绕组(2、3)，所述电枢绕组(2、3)具有不少于两个的相绕组；
转换部(5、6)，所述转换部(5、6)包括桥电路，所述桥电路包括上臂和下臂，所述下臂包括转换元件(51)，所述下臂中的每一个所述转换元件(51)并联至二极管，并且所述转换部(5、6)构造成接收由所述电枢绕组(2、3)感应的电压并且对由所述电枢绕组(2、3)感应的电压进行整流；以及
电容器(80)，所述电容器(80)并联至所述转换部(5、6)的输出端子，
其中，所述转换部(5、6)包括：
控制部(100)，所述控制部(100)构造成控制每一个所述转换元件(51)的打开操作和关闭操作；和
甩负荷保护判定部(140)，所述甩负荷保护判定部(140)构造成通过下述方式来执行甩负荷保护操作：
监测所述转换部(5、6)的输出电压，在从所述转换部(5、6)的监测到的所述输出电压超过第一阈值电压(V1)开始已经过去了预定延迟时间的时刻指示所述控制部(100)打开所述下臂中的所述转换元件(51)；以及当在所述转换部(5、6)的监测到的所述输出电压超过所述第一阈值电压之后所述转换部(5、6)的监测到的所述输出电压变得小于第二阈值电压(V2)时，在所述下臂中的所述转换元件(51)在预定时间长度内关闭之后指示所述控制部(100)打开所述下臂中的所述转换元件(51)。
2.根据权利要求1所述的电旋转机器，其中，在所述下臂中的所述转换元件(51)在所述预定时间长度内关闭之后，所述甩负荷保护判定部(140)在指示所述控制部(100)打开所述转换元件(51)之后监测所述转换部(5、6)的所述输出电压，以及在当所述转换部(5、6)的监测出的所述输出电压变得小于所述第二阈值电压(V2)时所述转换元件(51)在所述预定时间长度内关闭之后，所述甩负荷保护判定部(140)指示所述控制部(100)打开所述下臂中的所述转换元件(51)。
3.根据权利要求1所述的电旋转机器，其中，所述甩负荷保护判定部(140)基于紧接着在所述转换元件(51)于所述预定时间长度内关闭之后所述转换部(5、6)的监测出的所述输出电压调整所述预定时间长度。
4.根据权利要求3所述的电旋转机器，其中，紧接着在所述转换元件(51)于所述预定时间长度内关闭之后、当所述转换部(5、6)的监测出的所述输出电压变得不小于所述第一阈值电压(V1)时，所述甩负荷保护判定部(140)将所述预定时间长度减少至不超过所述预定延迟时间的值。
5.根据权利要求3所述的电旋转机器，其中，紧接着在所述转换元件(51)于所述预定时间长度内关闭之后、当所述转换部(5、6)的监测到的所述输出电压变得不小于所述第一阈值电压(V1)时，所述甩负荷保护判定部(140)将所述预定时间长度减少至不超过前次使用的所述预定时间长度的一半的值；以及当减小的所述预定时间长度小于预定下限值时，所述甩负荷保护判定部(140)使用所述预定下限值。
6.根据权利要求3所述的电旋转机器，其中，紧接着在所述转换元件(51)于所述预定时间长度内关闭之后、当所述转换部(5、6)的监测出的所述输出电压在所述第一阈值电压(V1)与所述第二阈值电压(V2)之间的范围内时，所述甩负荷保护判定部(140)将所述预定时间长度增大至不超过前次使用的所述预定时间长度的两倍的值。
7.根据权利要求3所述的电旋转机器，其中，所述预定时间长度的最小值短于所述预定延迟时间。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电旋转机器，其中，紧接着在所述转换元件(51)于所述预定时间长度内关闭之后、当所述转换部(5、6)的监测出的所述输出电压变得小于第三阈值电压(V3)时，所述甩负荷保护判定部(140)结束所述甩负荷保护操作的执行，其中，所述第三阈值电压(V3)小于所述第一阈值电压(V1)并且不小于所述第二阈值电压(V2)。
9.根据权利要求8所述的电旋转机器，其中，所述第三阈值电压(V3)等于所述第二阈值电压(V2)。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的电旋转机器，其还包括第一齐纳二极管(20)，所述第一齐纳二极管(20)并联于所述转换部(5、6)的输出部设置，其中，所述齐纳二极管(20)的耐受电压小于每个所述转换元件(51)的耐受电压。
11.根据权利要求10所述的电旋转机器，其中，所述第一齐纳二极管(20)串联至限流元件(22)，当电池(9)反向连接至所述转换部(5、6)的所述输出端子时，所述限流元件(22)能够限制电流流动。
12.根据权利要求10所述的电旋转机器，还包括场绕组(4)和场控制部(7)，所述场控制部(7)构造成基于所述转换部(5、6)的监测出的所述输出电压调整供应至所述场绕组(4)的场电流，其中，所述电容器(80)和所述第一齐纳二极管(20)设置在所述场控制部(7)中。
13.根据权利要求1至7中任一项所述的电旋转机器，还包括：
场绕组(4)；
场控制部(7)，所述场控制部(7)构造成基于所述转换部(5、6)的监测出的所述输出电压调整供应至所述场绕组(4)的场电流；以及
第二齐纳二极管(30)，所述第二齐纳二极管(30)具有齐纳电压，所述齐纳电压小于所述转换元件(51)的耐受电压和所述场控制部(7)的耐受电压，并且所述第二齐纳二极管(30)并联至与连接至所述场控制部(7)的所述相绕组对应的所述下臂中的所述转换元件(51)。
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