CN104380565A - 电压调节装置和装备有这样的装置的激励旋转电机 - Google Patents

Abstract

根据本发明的电压调节装置(3)能够装备机动车辆中的旋转电机(1)，诸如交流发电机。该装置包括标准电压调节器(30)，该调节器设计为，通过控制提供到旋转电机的激励电流(Iex)而将车载电源网络的DC电压调节至第一设定点值(V1)。根据本发明，该装置还包括调节器适配器件(31)，其连接在车辆的车载电源网络和调节器之间，以与调节器一起允许将车载电源网络的DC电压(Vb1)调节至第二设定点电压(V2)，所述第二设定点电压大于第一设定点电压(V1)，调节器针对该第一设定点电压设计。调节装置适于调节大于12V的车载电源电压，诸如24或48V。

Description

电压调节装置和装备有这样的装置的激励旋转电机

技术领域

本发明大体涉及旋转激励电机的领域，特别是用于机动车辆的旋转电机。更特别地，本发明涉及一种电压调节装置，其可调节旋转激励电机的输出电压，所述电机诸如交流发电机。根据本发明的调节装置设计为用于高于12V(诸如24V或48V)的车载电源电压的调节。

背景技术

通常，用于机动车辆的交流发电机包括感应器和定子，所述感应器以设置有激励线圈的转子的形式旋转，所述定子设置有多个定子线圈。当转子旋转时，定子线圈提供交流电压，所述交流电压被整流以获得直流电压。该直流电压被调节，从而为车辆的车载电源网络提供稳定的直流电压，以为电池充电和供给连接至网络的消耗装置。交流发电机的输出电压的调节通过调整在转子线圈中流通的激励电流而被执行。对于恒定旋转速度和电荷，交流发电机对激励电流变化的响应被其固有通带限制，该固有通带大致取决于其机电特性。输出电压必须被调节为在由车辆制造商限定的操作范围(旋转速度和电荷的范围)内保持稳定性。为此目的，交流发电机的输出电压被控制激励电流的调节装置测量且与设定值持续地比较，以最小化或消除被测量的输出电压和设定值之间的误差。

对于在轻型机动车辆(诸如汽车)中的应用，交流发电机的输出电压通常被调节为大约14V的值，以为车辆的12V电池充电和供给车载网络。机动车辆部件制造商已经开发了大量这些调节器(称为12V调节器)，以满足车辆制造商的需要。这些调节器通常在ASIC电路周围构造，且引起可观的开发成本。

在减少机动车辆的能量消耗和减少CO₂排放的背景下，可期望实施实现可能增加的能源表现的新方案。增加车载网络的标称电压是机动车辆制造商趋于的方向。特别地，车载网络的标称电压的该增加允许电流的减少且因而由焦耳效应产生的损失的减少。

在“轻度混合”、“全混合动力”或“全电动”类型的电气化车辆中，较高车载电压针对再生制动系统和旋转电机实现可能的改进性能。制造商已经引入了具有两个带不同电压的电源网络的架构，具有例如第一12V网络(称为“低电压网络”)和第二48V网络(称为“高电压网络”)。第一12V车载网络为机动车辆中的常规12V消耗装置供电，诸如照明、仪表板、导航电器装置、和音频/视频读取器等。第二48V车载网络为电牵引机供电，并接收来自再生制动的电能。两个车载网络可每一个都并入能量存储装置，诸如电池，例如用于第一网络的12V铅电池和用于第二网络的48V锂离子电池。DC-DC转换器可还设置在车载网络的架构中，以形成用于网络之间的能量传递的桥。取决于架构，能量产生装置分布在两个车载网络上，或集中在网络中的一个或另一个上，其中能量借助DC-DC转换器传递。

在当今技术变化时代，零件制造商必须满足各种需求，并提出用于不同标称电压值的交流发电机。实际上，制造商关于电网的架构和它们的标称电压的方案仍距令人满意相去甚远。关于具有非标准标称电压的电机的某些投资因此遭受不足财政收益的风险，特别地，它们与并入电压调节器中的ASIC相关，其开发成本较高。

另外，还有以下问题，机动车辆零件制造商必须展示反应，以在机动车辆工业的非常有竞争力的背景下以减少的时间标度提出可行方案。

发明内容

根据第一方面，本发明涉及一种电压调节装置，其装备机动车辆中的旋转电机，诸如交流发电机，所述装置包括标准电压调节器，调节器设计为，通过控制供给到所述旋转电机的激励电流而将直流车载电源电压调节至设定值。

根据本发明，电压调节装置还包括调节器适配器件，其连接在车辆的车载电源网络和调节器之间，以与调节器一起允许将所述车载电源网络的直流电压调节至第二设定电压，所述第二设定电压大于所述第一设定电压，所述调节器针对所述第一设定电压设计。

根据另一特征，调节器适配器件包括电压适配电路，所述电压适配电路接收车载电源网络的所述直流电压作为输入，并供应减少的直流电压作为输出，所述减少的直流电压被施加至调节器，并用于通过电压供给调节器，车载网络的直流电压对所述减少的直流电压的比大致等于第二设定电压对第一设定电压的比。

根据特定实施例，电压适配电路包括第一双极晶体管，该第一双极晶体管作为发射极输出器安装，并形成具有低阻抗并供给所述减少的直流电压的电压源。

根据另一特征，电压适配电路包括第二双极晶体管，该第二双极晶体管作为二极管安装在所述第一双极晶体管的基电极的水平处，以补偿第一双极晶体管的温度，且使所述减少的直流电压的温度稳定。

根据又一特征，调节器适配器件包括电子开关和至少一个激活控制电路，电子开关具有根据由激活控制电路供给的命令来激活或禁止所述电压适配电路的功能。

根据特定实施例，激活控制电路包括当车辆的接触开关闭合时供给激活命令的电路，激活命令引起电子开关的闭合以及所述电压适配电路的相继激活。

根据另一特定实施例，激活控制电路包括当相电压在旋转电机的定子线圈中被检测到时供给激活命令的电路，激活命令引起电子开关的闭合以及所述电压适配电路的相继激活。

根据又一特定实施例，激活控制电路包括当激活指令借助位于电压调节装置和车辆的电子控制单元之间的通信链接被接收时供给激活命令的电路，激活命令引起电子开关的闭合以及所述电压适配电路的相继激活。

根据另一方面，本发明涉及一种机动车辆中的旋转电机，诸如交流发电机，包括定子、设置有激励线圈的转子、电压整流电路和电压调节装置。根据本发明，旋转电机包括如上简述的电压调节装置。

附图说明

本发明的其它方面和优势将从阅读借助非限制性示例提供的本发明的特定实施例的以下详细描述以及参考附图而更清楚，在附图中：

图1是根据本发明的交流发电机的实施例的后部部分的示意性横截面图；

图2是根据图1的实施例的交流发电机的总体电气框图；和

图3是根据本发明的电压调节装置的实施例的电气过程图。

具体实施方式

参考图1和2，根据本发明的交流发电机1以常规方式包括定子S和转子R，以及安装在交流发电机的后支承件水平处的电压整流装置2和电压调节装置3。

在该实施例中，定子S为三相类型，并包括三个以三角形安装的定子线圈。转子R被热机旋转，且包括激励线圈We。

电压整流装置2在该情况下为同步整流类型，并包括MOSFET功率晶体管，所述晶体管用作理想二极管，即，具有与硅二极管相比较非常低的电压阈值。MOSFET晶体管可被电子电路控制，所述电子电路本身是已知的，且未在图2中示出。

电压整流装置2具有两个输出端子，具有正电极性和负电极性，分别连接至车辆装备的电池BAT的正端子B+和负端子B-。电池BAT在该情况下为48V铅电池，其供给车辆的48V车载电源网络。电压整流装置2供给被整流的直流电压，所述被整流的直流电压借助电压整流装置2被调节。

如图1所示，电压调节装置3制造为电刷保持器电压调节器的形式，其并入电刷B1、B2，所述电刷分别与集电环C1、C2电接触。集电环C1、C2由铜制成，且电连接至激励绕组We的端部。以常规方式，交流发电机1的电压调节通过控制在线圈We中流通的激励电流Iex获得。电流Iex的PWM(脉冲宽度调制)通过电压调节装置3根据车载网络的实际电压Vb1和电压调节装置3的调节设定电压V2之间的误差而被调制。

如图2所示，电压调节装置3大致包括电压调节器30和调节器适配装置31。

在本发明的精神下，电压调节器30是可获得的标准调节器，其形成零件制造商的目录的零件，但其设计被重做，以便将调节器适配装置31的部件并入其电刷保持器类型的壳体中，且因此获得具有低开发成本的电压调节装置3。

电压调节器39，作为可从目录获得的调节器，已经被设计为将交流发电机的输出电压调节至低于设定值V2的设定值V1，设定值V1是电压调节装置3必须将交流发电机的输出电压调节到的设定值。在本发明的该实施例中，调节器30通常为12V调节器，而电压调节装置3必须将电压Vb1调节至48V。

以常规方式，电压调节器30包括MOSFET类型的功率晶体管，所述功率晶体管确保切断供给激励线圈We的电流Iex的PWM。如图2所示，调节器30具有电压供给输入端Vs和电压调节环路输入端FB1。当用在12V交流发电机中时，该调节器30会使其输入端Vs和FB1在端子B+处连接在一起，以电压Vb1'＝12V。在本发明的情况下，输入端Vs和FB1在调节器适配装置31的输出端SR处连接在一起。

调节器适配装置31还包括电压调节环路输入端FB2、激活输入端RV1、三个激活输入端RV2、和激活输入端RV3。通信连接COM也被设置，以允许车辆的电子控制单元(未示出)和电压调节装置3之间的命令和状态信息的交换。

激活输入端RV1、RV2和RV3允许调节器适配装置31的所谓的备用(standby)模式，在此期间，调节器适配装置31进入睡眠模式，且消耗极少电流。

交流发电机1的装置和电路的组件连接至共用接地端，即，端子B-，所述端子B-本身连接至车辆底盘。

下文中更特别地参考图3详细描述调节器适配装置31。

如图3所示，调节器适配装置31大致包括电压适配电路310、电子激活开关311、和三个激活控制电路312、313和314。

电压适配电路310包括以线性模式工作的NPN晶体管Q1、作为二极管安装的NPN晶体管Q2、和两个电阻器R1、R2。

晶体管Q1作为发射极输出器安装，以具有低输出阻抗。晶体管Q1的集电极连接至端子B+。晶体管Q1的发射极电极连接至调节器适配装置31的输出端SR。晶体管Q1的基电极借助与电阻器R2串联的晶体管Q2连接至接地端。电阻器R1包括连接至晶体管Q1的基极的第一端和借助电子开关311连接至端子B+的第二端。

晶体管Q2作为二极管安装，且包括在晶体管Q1的基极处连接在一起的集电极和基电极。晶体管Q2的发射极借助电阻器R2连接至接地端。作为二极管安装在晶体管Q1的基极的水平处的晶体管Q2允许对晶体管Q1的温度的补偿，且抵抗装置31的输出端SR处的电压根据温度的变化。

电子激活开关311以开关模式工作，并控制晶体管Q1以导通模式或以阻断模式工作。电子开关311大致包括PNP晶体管Q3以及电阻器R3和R4。开关311的输入端E1和输出端S1，对应于晶体管Q3的发射极和集电极，分别连接至端子B+和电路310的电阻器R1的第二端。电子开关311还包括控制端子C1，所述控制端子C1借助电阻器R4连接至晶体管Q3的基电极，并接收作为输入的激活信号AV。电阻器R3和R4的第一端在晶体管Q3的基极处连接在一起。电阻器R3和R4的第二端分别连接至端子E1和C1。

信号AV由激活控制电路312、313和314的各输出端产生，所述输出端与有线的OR逻辑连接。当控制端子C1处于由信号AV限定的接地电势(逻辑级“0”)时，电子开关311处于闭合状态，在闭合状态下，开关311的输入端E1和输出端S1端子借助处于饱和状态下的晶体管Q3电连接。当控制端子C1处于由信号AV限定的端子B+的电势Vb1(逻辑级“1”)时，电子开关311处于断开状态，在断开状态下，开关311的输入端E1和输出端S1端子通过处于阻断状态下的晶体管Q3电断开连接。信号AV的逻辑级“0”(接地)借助处于“开启”状态下的开路集电极晶体管Q4、Q5和Q6获得，存在于激活控制电路312、313和314的输出端处。当开路集电极晶体管Q4、Q5和Q6所有三个均处于阻断状态下时，信号AV的逻辑级“1”(电势Vb1)通过开关311的电阻器R3和R4在端子C1和晶体管Q3的基极上设定。

当电子开关311处于闭合状态下时，电压Vb1供给晶体管Q1的极化电路，所述极化电路由电阻器R1、R2和作为二极管安装的晶体管Q2形成。电压适配电路310则被激活，且晶体管Q1将电压Vb2供给至输出端SR，所述电压Vb2大致等于：

Vb2＝Vb1.R2/(R1+R2)–Vbe，

已知Vbe是晶体管Q1的发射极-基极电压(大约0.6V)，处于饱和状态下的晶体管Q3的集电极-发射极电压可忽略。

根据本发明，电阻器R1和R2被确定为获得电压比RT＝Vb2/Vb1，其大致等于调节器30的设定电压和装置3的设定电压的比，即，大致等于比V1/V2。在这里描述的实施例中，该比RT大约为4，其中V1和V2分别等于12V和48V。

当电子开关311处于断开状态下时，功率不被供给到晶体管Q1的极化电路，且电压适配电路310则被禁止以减少装置3的电流消耗。

电子开关311的闭合/断开被激活控制电路312、313和314控制。控制开关311的断开的信号AV是激活控制信号CA1、CA2和CA3上的OR逻辑功能的结果，所述激活控制信号由激活控制电路312、313和314供给。

当车辆的接触钥匙(开关S1)被激活时，激活控制电路312用于命令装置31的激活的目的。接触钥匙的开关S1连接至装置31的激活输入端RV1。当开关S1闭合时，电路312由电压Vb1供给。电压Vb1借助电阻器R6在电路312的NPN晶体管Q5的基极中产生电流。该基极电流引起晶体管Q5的饱和，且信号AV随后切换至逻辑状态“0”。信号AV的该逻辑状态“0”控制电压适配电路310的供给和装置31的激活。

当相电压出现在定子S的定子线圈中时，激活控制电路313用于命令装置31的激活的目的。这些相电压施加至装置31的激活输入端RV2。非零相电压的存在指示转子S旋转。激活控制电路312因此在检测中提供冗余，例如在当故障电路312未检测接触钥匙S1的激活时的情况下。在电路313中，相电压由二极管DR通过单向交流整流，且被添加在电阻器R8的第一端的水平处。电阻器R8的第二端连接至电阻器R5和R9的第一端、电容器C1的第一端、和齐纳二极管DZ1的阴极。部件R9和C1的第二端、以及二极管DZ1的阳极连接至接地端。电阻器R5的第二端连接至NPN晶体管Q4的基电极。二极管DR、电容器C1和齐纳二极管DZ1形成峰值检测电路，具有被齐纳二极管DZ1引入的水平限制。相电压可具有的可变且较高的幅度使得水平限制为必要的。

当相电压在电路313中被检测到，则存在于电路313中的直流检测电压引起电流在晶体管Q4的基极中流通，所述晶体管Q4的发射极连接至接地端。该基极电流引起晶体管Q4的饱和，且信号AV随后切换至逻辑状态“0”。信号AV的该逻辑状态“0”控制至电压适配电路310的供给和装置31的激活。

当激活指令借助通信连接COM被接收时，激活控制电路314用于命令装置31的激活的目的。该类型的激活指令可被车辆的电子控制单元传输，例如为了迫使电压至调节器30的供给，并允许控制单元和调节器30之间的通信。激活控制电路314可因此例如允许控制单元和调节器30之间在没有接触的情况下的通信，即使在车辆停止的情况下。

从通信连接COM获得的指令信号施加至装置31的激活输入端RV3。在电路314中，指令接收电路3140对指令信号进行解码，并当需要装置3的激活时供给处于激活逻辑状态“1”下的激活命令CA3。处于状态“1”下的激活命令CA3引起电流通入到NPN晶体管Q6的基极中，所述NPN晶体管Q6的发射极连接至接地端。该基极电流引起晶体管Q6的饱和，且信号AV随后切换至逻辑状态“0”。信号AV的该逻辑状态“0”控制电压适配电路310的供给和装置31的激活。将意识到，本发明不限于之前描述的特定实施例。本领域技术人员可根据应用设想其他实施例，且所述实施例仍保留在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种电压调节装置(3)，其装备机动车辆中的旋转电机(1)，所述旋转电机例如交流发电机，所述装置(3)包括标准电压调节器(30)，所述调节器(30)设计为，通过控制供给到所述旋转电机(1)的激励电流(Iex)而将直流车载电源电压调节至设定值(V1)，其特征在于，该装置还包括调节器适配器件(31)，该调节器适配器件(31)连接在车辆的车载电源网络和所述调节器(30)之间，以与所述调节器(30)一起允许将所述车载电源网络的直流电压(Vb1)调节至第二设定电压(V2)，所述第二设定电压大于所述第一设定电压(V1)，所述调节器针对所述第一设定电压设计。

2.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，所述调节器适配器件(31)包括电压适配电路(310)，所述电压适配电路(310)接收所述车载电源网络的所述直流电压(Vb1)作为输入，并供应减少的直流电压(Vb2)作为输出，所述减少的直流电压(Vb2)被施加至所述调节器(30)的调节环路输入端(FB1)，并用于通过电压供给所述调节器(30)，车载网络的所述直流电压(Vb1)对所述减少的直流电压(Vb2)的比大致等于所述第二设定电压(V2)对所述第一设定电压(V1)的比。

3.根据权利要求2所述的电压调节装置，其特征在于，所述电压适配电路(310)包括第一双极晶体管(Q1)，该第一双极晶体管作为发射极输出器安装，并形成具有低阻抗并供给所述减少的直流电压(Vb2)的电压源。

4.根据权利要求3所述的电压调节装置，其特征在于，所述电压适配电路(310)包括第二双极晶体管(Q2)，该第二双极晶体管作为二极管安装在所述第一双极晶体管(Q1)的基电极的水平处，以补偿所述第一双极晶体管(Q1)的温度，且使所述减少的直流电压(Vb2)的温度稳定。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的电压调节装置，其特征在于，所述调节器适配器件(31)包括电子开关(311)和至少一个激活控制电路(312、313、314)，所述电子开关(311)具有根据由所述激活控制电路(312、313、314)供给的命令(AV)来激活或禁止所述电压适配电路(310)的功能。

6.根据权利要求5所述的电压调节装置，其特征在于，所述至少一个激活控制电路(312、313、314)包括当车辆的接触开关(S1、RV1)闭合时供给激活命令(CA1、AV)的电路(312)，所述激活命令(CA1、AV)引起所述电子开关(311)的闭合以及所述电压适配电路(310)的相继激活。

7.根据权利要求5或6所述的电压调节装置，其特征在于，所述至少一个激活控制电路(312、313、314)包括当相电压(RV2)在所示旋转电机的定子线圈中被检测到时供给激活命令(CA2、AV)的电路(313)，所述激活命令(CA2、AV)引起所述电子开关(311)的闭合以及所述电压适配电路(310)的相继激活。

8.根据权利要求5、6或7所述的电压调节装置，其特征在于，所述至少一个激活控制电路(312、313、314)包括当激活指令(RV3)借助位于所述电压调节装置(3)和所述车辆的电子控制单元之间的通信链接(COM)被接收时供给激活命令(CA3、AV)的电路(314)，所述激活命令(CA3、AV)引起所述电子开关(311)的闭合以及所述电压适配电路(310)的相继激活。

9.一种位于机动车辆中的旋转电机，例如交流发电机，包括定子(S)、设置有激励线圈(We)的转子(R)、电压整流电路(2)和电压调节装置(3)，其特征在于，所述电压调节装置(3)是根据权利要求1至8中任一项所述的装置。

10.根据权利要求9所述的旋转电机，其特征在于，所述电压整流电路(2)为具有同步整流的类型，且包含MOSFET类型的功率晶体管桥。