CN105024492B - 一种无电瓶交流发电机及其欠压保护装置 - Google Patents

Abstract

一种无电瓶交流发电机及其欠压保护装置，该无电瓶交流发电机包括欠压保护装置，该欠压保护装置设置在所述无电瓶交流发电机的调节器内，所述欠压保护装置包括一过载保护机构，所述过载保护机构分别与所述无电瓶交流发电机的输出端、所述无电瓶交流发电机的供电单元和所述无电瓶交流发电机的励磁开关连接，以控制所述无电瓶交流发电机励磁及输出电压。本发明具有欠压保护功能，可在发电机输出端出现异常时，避免发电机由于蓄电池的持续励磁而继续运转，从而保护交流发电机及车载用电器。

Description

一种无电瓶交流发电机及其欠压保护装置

技术领域

本发明涉及一种车用交流发电机，特别是一种具有欠压保护功能的无电瓶交流发电机及其欠压保护装置。

背景技术

无电瓶交流发电机一般指在应用中仅为车载电器尤其为大功率电器供电，而不作为为车载蓄电池充电使用的交流发电机。在使用过程中，车载蓄电池持续为无电瓶发电机提供励磁电流，从而保证发电机正常供电，但是由于失去对发电机输出电压的监测，一旦发电机输出端出现异常，如发生对地短路、负载过大等问题，由于蓄电池持续励磁，无法及时切断励磁电流，发电机仍然持续运转、处于对外发电状态，从而导致发电机输出端外接导线过流、过热、继而烧毁，甚至可能引起冒烟、起火等危险。若使用中未发现上述情况，则会导致非常严重的后果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无电瓶交流发电机及其欠压保护装置，可在发电机输出端出现异常时，避免发电机由于蓄电池的持续励磁而继续运转，从而保护交流发电机及车载用电器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于无电瓶交流发电机的欠压保护装置，设置在所述无电瓶交流发电机的调节器内，其中，所述欠压保护装置包括一过载保护机构，所述过载保护机构分别与所述无电瓶交流发电机的输出端、所述无电瓶交流发电机的供电单元和所述无电瓶交流发电机的励磁开关连接，以控制所述无电瓶交流发电机励磁及输出电压。

上述的欠压保护装置，其中，所述过载保护机构包括：

至少一电压检测单元，与所述无电瓶交流发电机的输出端连接，用于检测所述无电瓶交流发电机的输出端电压并与一设定值比较；

至少一过载保护控制单元，分别与所述励磁开关及所述无电瓶交流发电机的励磁控制电路连接，用于所述电压检测单元检测到所述输出端电压过载时，强制断开所述励磁开关；

至少一控制开关强制关闭单元，分别与所述电压检测单元和所述过载保护控制单元连接，用于所述电压检测单元检测到所述输出端电压过载时，导通所述过载保护控制单元；

至少一供电单元，与所述过载保护控制单元连接，用于控制所述过载保护控制单元闭合导通。

上述的欠压保护装置，其中，所述过载保护机构还包括：

至少一滤波单元，设置在所述电压检测单元之后并分别与所述电压检测单元和所述控制开关强制关闭单元连接，用于稳定所述控制开关强制关闭单元的控制端输入电压。

上述的欠压保护装置，其中，所述过载保护机构还包括：

至少一过载保护延迟单元，分别与所述控制开关强制关闭单元、过载保护控制单元和供电单元连接，用于所述电压检测单元检测到所述输出端电压低于所述设定值时进行时间延迟，以避免所述无电瓶交流发电机启动时的过保护。

上述的欠压保护装置，其中，所述过载保护延迟单元包括互相连接的至少一第一电阻和至少一电容，所述电阻分别与所述供电单元、所述控制开关强制关闭单元及所述过载保护控制单元连接，所述电容分别与所述控制开关强制关闭单元及所述过载保护控制单元连接。

上述的欠压保护装置，其中，所述控制开关强制关闭单元包括至少一开关元件，所述开关元件为第一场效应管。

上述的欠压保护装置，其中，所述过载保护控制单元包括至少一稳压管、一第二电阻和一第二场效应管，所述稳压管与所述过载保护延迟单元及所述第二场效应管连接，所述第二电阻与所述稳压管连接，所述第二场效应管的漏极与所述励磁开关的栅极连接。

上述的欠压保护装置，其中，所述励磁控制电路与所述供电单元集成于一集成电路板上。

上述的欠压保护装置，其中，所述电压检测单元为一稳压二极管。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种具有上述的欠压保护装置的无电瓶交流发电机。

本发明的技术效果在于：

本发明具有欠压保护功能，可在发电机输出端出现异常时，避免发电机由于蓄电池的持续励磁而继续运转，从而保护交流发电机及车载用电器。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一实施例的无电瓶交流发电机结构示意图；

图2为本发明一实施例的欠压保护装置电路原理图；

图3为本发明一实施例的过载保护电路图；

图4为本发明一实施例的过载保护流程图。

其中，附图标记

1 前端盖

2 后端盖

3 转子总成

4 定子总成

5 整流组件总成

6 电压调节器

7 欠压保护装置

71 过载保护机构

711 电压检测单元

712 过载保护控制单元

ZD1 稳压管

R2 第二电阻

Q2 第二场效应管

713 控制开关强制关闭单元

Q1 第一场效应管

714 供电单元

715 滤波单元

716 过载保护延迟单元

R1 第一电阻

C1 电容

8 励磁控制电路

9 输出端

10 励磁开关

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1，图1为本发明一实施例的无电瓶交流发电机结构示意图。本发明的无电瓶交流发电机，包括安装在前端盖1和后端盖2之间的转子总成3、定子总成4、整流组件总成5和电压调节器6，还包括一欠压保护装置7，设置在所述无电瓶交流发电机的电压调节器6内，其中，前端盖1与后端盖2使用螺栓连接，共同支撑发电机各分总成，转子总成3利用电磁感应原理，通入一励磁电流，在随发电机旋转过程中，产生感生磁场，定子总成4利用电磁感应原理，感应有转子总成3生成的磁场，进而产生感生电压，电压调节器6控制转子总成3中的励磁电流，同时调节定子总成4感生电压并转化为稳定的适合车载用电器使用的输出电压，输出端9用于提供客户接口，整流组件总成5将定子总成4产生的三相交流电整流为一仅具有微小纹波的近似直流电。其中，电压调节器6主要具有两个功能，一是作为励磁控制部件，根据外部励磁信号或内部转速信号来确定发电机上励磁电路是否接通，二是作为整个发电机对外输出的控制部件，将经过整流组件整流后的近似直流电，调整为车载用电器可以正常工作的特定输出电压，通常为满足12V/24V系统应用要求。电压调节器6可为单独零件，通过机械连接部件连接于电压调节器总成，也可为一厚膜电路、集成电路等嵌入电压调节器总成，并预留相应引接线，以便与交流发电机相关输入输出部件连接。电压调节器总成可通过螺栓、螺钉等紧固件连接于交流发电机上，也可通过插接器直接插于交流发电机上，方便进行维修更换。所述无电瓶交流发电机的其他各部分结构、组成、相互位置关系、连接关系及工作原理等均为较成熟的现有技术，故在此不做赘述，下面仅对本发明的欠压保护装置7予以详细说明。

参见图2，图2为本发明一实施例的欠压保护装置电路原理图。所述欠压保护装置7包括一过载保护机构71，所述过载保护机构71分别与所述无电瓶交流发电机的输出端9、所述无电瓶交流发电机的供电单元714和所述无电瓶交流发电机的励磁开关10连接，以控制所述无电瓶交流发电机励磁及输出电压。其中，所述过载保护机构71包括：至少一电压检测单元711，如稳压二极管，与所述无电瓶交流发电机的输出端9连接，用于检测所述无电瓶交流发电机的输出端9电压并与一设定值比较；至少一过载保护控制单元712，分别与所述励磁开关10及所述无电瓶交流发电机的励磁控制电路8连接，用于所述电压检测单元711检测到所述输出端9电压过载时，强制断开所述励磁开关10；至少一控制开关强制关闭单元713，如三极管、场效应管、达林顿管，分别与所述电压检测单元711和所述过载保护控制单元712连接，用于所述电压检测单元711检测到所述输出端9电压过载时，导通所述过载保护控制单元712；至少一供电单元714，该供电单元714可由蓄电池提供输入，利用如电容等元件，与所述过载保护控制单元712连接，用于控制所述过载保护控制单元712闭合导通。

考虑到发电机的输出电压实质上是由交流电经过全桥或半桥整流后输出近似的直流点，因此会存在一定的纹波，因此在本实施例中，所述过载保护机构71还可包括：至少一滤波单元715，如简单的常用RC电路，设置在所述电压检测单元711之后并分别与所述电压检测单元711和所述控制开关强制关闭单元713连接，用于稳定所述控制开关强制关闭单元713的控制端输入电压。

如果仅采用过载保护机构71进行过载监控及保护，可能引起过保护故障，因为过载保护的依据是发电机输出电压的检测结果，那么当发电机刚刚开始旋转，发电机输出尚未达到保护电压时，由于过载保护的供电单元714已经与蓄电池建立了连接，因此会因过载保护机构71的检测结果——未达到保护电压，从而切断本应继续的励磁回路，发电机无法正常启动。因此，所述过载保护机构71还可包括：至少一过载保护延迟单元716，如具有适当的阻抗的电阻及电容，分别与所述控制开关强制关闭单元713、过载保护控制单元712和供电单元714连接，用于所述电压检测单元711检测到所述输出端9电压低于所述设定值时进行时间延迟，以避免所述无电瓶交流发电机启动时的过保护。

参见图3，图3为本发明一实施例的过载保护电路图。所述过载保护延迟单元716包括互相连接的至少一第一电阻R1和至少一电容C1，所述第一电阻R1分别与所述供电单元714、所述控制开关强制关闭单元713及所述过载保护控制单元连接，所述电容C1分别与所述控制开关强制关闭单元713及所述过载保护控制单元712连接。其中，所述控制开关强制关闭单元713包括至少一开关元件，所述开关元件优选为第一场效应管Q1。所述过载保护控制单元712包括至少一稳压管ZD1、一第二电阻R2和一第二场效应管Q2，所述稳压管ZD1与所述过载保护延迟单元716及所述第二场效应管Q2连接，所述第二电阻R2与所述稳压管ZD1连接，所述第二场效应管Q2的漏极与所述励磁开关10的栅极连接。所述电压检测单元711优选为一稳压二极管。本实施例中，所述励磁控制电路8与所述供电单元714集成于一集成电路板上。

参见图4，图4为本发明一实施例的过载保护流程图。过载保护机构71的电路嵌在电压调节器6电路中，从发电机输出端9检测电压信号，保护功能开启(过载保护控制开关导通)时，强制对励磁开关10进行断开操作；整个电压调节器6的励磁端IG、输出端9B+、电刷端F及接地端E与交流发电机整机连接，从而达到控制发电机励磁及输出电压的目的。图2中所示的励磁控制电路8与开关供电单元714集成于IC8，在具体实施时考虑到IC端口占用情况，可单独提取出电路，并非必须采用IC集成方式，但本发明所保护的内容应不局限于此处集成问题，所有相关的电路归属变化应属于本发明的保护范围。

无电瓶发电机输出电压经过电压检测单元711诸如稳压二极管检测，当发电机正常工作时时，由于为24V系统，发电机输出电压在27V左右，充分考虑到输出稳定性，此处将保护电压预设值设置在18V，可根据不同系统对该设定保护电压进行调整。正常工作时该电压检测单元711中涉及的稳压二极管处于反向导通状态，随后经过滤波单元715，向控制开关强制关闭单元713中输入一稳定电压值U2。

图3所示具体说明过载保护电路中延迟功能。该控制开关强制关闭单元713至少包含一个开关元件(优选为第一场效应管Q1)，可对经过滤波后的输入电压进行分压调整以适合该第一场效应管Q1的开关特性，此时假定控制开关强制关闭单元713输入电压U2为调整完毕的开关电压，第一场效应管Q1导通，因此由供电单元714中输入的电压U1经由过载保护延迟单元716中的电阻R1及导通的Q1与地(负极)形成回路，并保持过载保护控制单元712中的稳压管ZD1截止，同时场效应管Q2栅极处于低电位，对励磁开关10栅极电压无影响，励磁开关10按照励磁控制电路8输入电压U4进行导通或断开。

当图2所示发电机输出电压低于18V时，即发生等效过载现象，则由于应用于电压检测单元711的稳压二极管处于截止状态，因此控制开关强制关闭单元713中的场效应管Q1处于断开状态，无法将过载保护延迟单元716关闭，因此供电单元714向过载保护延迟单元716输入高电位，此时电容C1处于充电状态，将与供电单元714形成电容C1充电回路，电阻R1设置为适当阻抗用以放慢电容C1充电速度以达到保护延迟作用，当电容C1电量达到过载保护控制单元712中的稳压管ZD1的导通电压时，ZD1导通，供电单元714的输入电压经由电阻R1、稳压二极管ZD1及电阻R2形成供电回路，此时电阻R1与电阻R2可设置为适应场效应管开关特性的阻值，使得第二场效应管Q2栅极处于高电位，则第二场效应管Q2导通，由于第二场效应管Q2的漏极与励磁开关10的栅极连接，因此励磁开关10栅极被置于低电位，强制断开，从而切断无电瓶交流发电机的励磁回路，达到过载保护的目的，实现整车防护提升。

过载保护机构71可作为电压调节器6的一部分，也可独立成为一个外部控制部件，但无论以哪种状态存在，必然与电压调节器6上的励磁开关10的控制端(以场效应管为例，应为励磁开关10的栅极)进行电连接，同时连接整体式交流发电机的输出端9进行信号检测，以达到出现过载异常时及时截断励磁电流的目的。同时过载保护机构71中的过载保护延迟单元716需要一供电部件提供高电位，该供电需求可由电压调节器6提供，也可由其他供电单元如车载供电控制诸如电瓶等提供，因此供电单元714的连接并不作为过载保护机构71与电压调节器6的必然连接部分进行限定和要求。虽然在本实施例中，供电单元714是嵌入电压调节器6中，然而从本质上看，该供电的能量仍来自整车供电控制诸如电瓶等。

本实施例中，检测电压值可采用一个相应规格的稳压二极管，接于发电机负载输出端9，当输出电压高于18V时，该稳压管ZD1始终保持导通状态，且导通电压为18V即整个过载保护电路工作电压为18V。而控制开关强制关闭单元713的作用是通过发电机正常工作时产生的高电位保持控制开关强制关闭单元713中的开关(本实施例中使用场效应管)的漏源极导通，进而使得过载保护延迟单元716失去延时功能，仅保留阻抗部分，用以降低供电单元714流入漏源极间的电流，同时使得供电单元714无法提供过载保护控制单元712开启所需的高电位，过载保护控制单元712(本实施例中使用场效应管)由于供电单元714单向导通元件的阻隔，栅极一直处于低电位状态，过载保护控制单元712保持断开状态，因此不会对整个发电机的励磁产生影响；但当输出电压下降至18V以下时，检测电压元件——稳压二极管无法保持接通状态，即出现过载状态时，交流发电机系统无法提供保持控制开关强制关闭单元713闭合导通的高电位输入，无法截断供电单元714向过载保护延迟单元716的储能元件(电容C1)提供高电位用以充电并形成完整电路，设置延迟时间过后，过载保护控制单元712中的供电单元714单向导通元件(稳压二极管)反向导通，向过载保护控制单元712栅极处提供高电位，因此过载保护控制单元712导通，而励磁开关10栅极与过载保护控制单元712的漏极相连，在导通状态下，励磁开关10栅极被置于低电位，将励磁开关10强制断开，从而保护交流发电机系统。可见，本发明具有欠压保护功能，可在发电机输出端出现异常时，避免发电机由于蓄电池的持续励磁而继续运转，从而保护交流发电机及车载用电器。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于无电瓶交流发电机的欠压保护装置，设置在所述无电瓶交流发电机的调节器内，其特征在于，所述欠压保护装置包括一过载保护机构，所述过载保护机构分别与所述无电瓶交流发电机的输出端、所述无电瓶交流发电机的供电单元和所述无电瓶交流发电机的励磁开关连接，以控制所述无电瓶交流发电机励磁及输出电压；

其中，所述过载保护机构包括：

至少一电压检测单元，与所述无电瓶交流发电机的输出端连接，用于检测所述无电瓶交流发电机的输出端电压并与一设定值比较；

至少一过载保护控制单元，分别与所述励磁开关及所述无电瓶交流发电机的励磁控制电路连接，用于所述电压检测单元检测到所述输出端电压过载时，强制断开所述励磁开关；

至少一控制开关强制关闭单元，分别与所述电压检测单元和所述过载保护控制单元连接，用于所述电压检测单元检测到所述输出端电压过载时，导通所述过载保护控制单元；

至少一供电单元，与所述过载保护控制单元连接，用于控制所述过载保护控制单元闭合导通；

至少一滤波单元，设置在所述电压检测单元之后并分别与所述电压检测单元和所述控制开关强制关闭单元连接，用于稳定所述控制开关强制关闭单元的控制端输入电压；以及

至少一过载保护延迟单元，分别与所述控制开关强制关闭单元、过载保护控制单元和供电单元连接，用于所述电压检测单元检测到所述输出端电压低于所述设定值时进行时间延迟，以避免所述无电瓶交流发电机启动时的过保护。

2.如权利要求1所述的欠压保护装置，其特征在于，所述过载保护延迟单元包括互相连接的至少一第一电阻和至少一电容，所述第一电阻分别与所述供电单元、所述控制开关强制关闭单元及所述过载保护控制单元连接，所述电容分别与所述控制开关强制关闭单元及所述过载保护控制单元连接。

3.如权利要求2所述的欠压保护装置，其特征在于，所述控制开关强制关闭单元包括至少一开关元件，所述开关元件为第一场效应管。

4.如权利要求3所述的欠压保护装置，其特征在于，所述过载保护控制单元包括至少一稳压管、一第二电阻和一第二场效应管，所述稳压管与所述过载保护延迟单元及所述第二场效应管连接，所述第二电阻与所述稳压管连接，所述第二场效应管的漏极与所述励磁开关的栅极连接。

5.如权利要求4所述的欠压保护装置，其特征在于，所述励磁控制电路与所述供电单元集成于一集成电路板上。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的欠压保护装置，其特征在于，所述电压检测单元为一稳压二极管。

7.一种具有上述权利要求1-6中任意一项所述的欠压保护装置的无电瓶交流发电机。