CN107688138B - 用于检测电力系统中的电刷火花的电路和方法及电力系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于检测电力系统中的电刷火花的电路和方法及电力系统。在一些示例中，检测电路被配置成基于来自电力系统的电信号来检测电力系统中的电刷火花。检测电路还被配置成响应于对电刷火花的检测而设置位。

Description

用于检测电力系统中的电刷火花的电路和方法及电力系统

技术领域

本公开内容涉及具有电刷的电力系统，例如，交流发电机、发电机和电动机。

背景技术

交流发电机是由机械能产生交流(“AC”)电信号的机器。交流发电机可以以被称为转子的旋转轴的形式接收机械能。转子可以产生磁场，其使电流在交流发电机的被称为定子的静止部分中流动。转子有两种主要的方式来产生磁场。首先，转子可以包含产生与转子一起旋转的磁场的永磁体。使用永磁体的交流发电机可称为磁电机。其次，转子可以通过使电流通过转子内的绕组而产生磁场。

交流发电机可以包含向转子提供激励电流以产生通过转子内的绕组的电流的电刷。电刷可以具有将电刷按压在转子上的电刷架。如果电刷接触转子，则电刷可以与转子传导电流。如果电刷与转子之间存在间隙，则由于电刷与马达之间的电位差产生的跨越间隙的电弧而可能会发生电刷火花(brushfire)。

类似的配置可以存在于其他电力系统中，例如，电动机和发电机。发电机可以以与交流发电机相似的原理工作，将机械能转换成电能。电动机可将电能转换成机械能。发电机(electric generator)和电动机可以包括转轴和将电流传导至转轴的电刷。

发明内容

本公开内容描述了用于检测电路的技术，检测电路被配置成基于来自电力系统的电信号来检测电力系统中的电刷火花。检测电路还被配置成响应于对电刷火花的检测而设置位。

在一些示例中，一种方法包括基于来自电力系统的电信号来检测在电力系统中的电刷火花。该方法还包括响应于对电刷火花的检测而设置位。

在一些示例中，一种系统包括转轴和被配置成与转轴传导电的一个或更多个电刷。该系统还包括控制单元和检测电路，检测电路被配置成基于电信号检测在转轴与一个或更多个电刷之间的电刷火花。检测电路还被配置成响应于对电刷火花的检测而设置位。

在附图和下面的描述中阐述一个或更多个示例的细节。其他特征、目的和优点将从说明书和附图以及权利要求书中变得明显。

附图说明

图1是根据本公开内容的一些示例的包括交流发电机、电源和引擎的系统的概念框图和电路图；

图2是根据本公开内容的一些示例的包括交流发电机、电源和引擎控制单元的系统的概念框图和电路图；

图3是根据本公开内容的一些示例的在电刷与转子之间产生的电刷火花的概念框图；

图4是根据本公开内容的一些示例的可以指示电刷火花的两个电信号曲线图的图形比较；

图5是根据本公开内容的一些示例的检测电路的概念框图和电路图；

图6是根据本公开内容的一些示例的耦合至天线的检测电路的概念框图和电路图；

图7示出了根据本公开内容的一些示例的展现指示电刷火花的一个或更多个特征的输出的诊断用户界面；

图8是示出根据本公开内容的一些示例的用于检测电刷火花的示例过程的流程图；

图9是根据本公开内容的一些示例的与引擎控制单元通信的交流发电机控制IC的概念框图；

图10是根据本公开内容的一些示例的电刷架外部的交流发电机控制IC的概念框图；

图11是根据本公开内容的一些示例的具有集成的基于接触的电刷火花检测器的交流发电机控制IC的概念框图；

图12是根据本公开内容的一些示例的具有集成无线电刷火花检测器的交流发电机控制IC的概念框图；

图13是根据本公开内容的一些示例的具有分立的无线电刷火花检测器的交流发电机控制IC的概念框图；

图14是根据本公开内容的一些示例的具有评估单元的交流发电机控制IC的概念框图；

图15是示出根据本公开内容的一些示例的用于验证电刷火花的示例过程的流程图。

具体实施方式

电刷火花可能损坏包括电刷的电力系统内的组件。例如，电刷火花可能引起高电磁辐射，这可能影响附近组件的性能。电刷火花也可能引起通过转子的激励电流的尖峰。此外，电刷火花会降低交流发电机可以提供给电池和系统内的其他电负载的输出电压。

诸如交流发电机这样的电力系统可以被设计成能够承受由电刷火花引起的激励电流的尖峰。交流发电机设计的变化可能会使电刷更加耐疲劳，并且可能使交流发电机更能抵抗由电刷火花引起的潜在损坏。特别地，交流发电机控制IC可被设计成能够承受激励引脚处的尖锐电压尖峰。尽管如此，这些设计只能减轻电刷火花的潜在损害，而无法防止未来的电刷火花。用户可以通过更换有缺陷的电刷来防止未来的电刷火花，但是除非有用户可获得的指示电刷火花的诊断信息，否则用户无法意识到电刷出故障。

在交流发电机的工作期间，如果在交流发电机内发生电刷火花，则检测交流发电机或另一电力系统中的电刷火花可能是困难的。本公开内容描述了用于检测、监测和报告在诸如交流发电机、发电机或电动机之类的电力系统内的称为电刷火花的、流经机械连接的电流的意外中断的技术。在一些示例中，这些技术可以包括感测由电刷火花产生的电信号并向用户报告电刷火花。系统可以通过检测电场、磁场或其组合，或通过检测电流的高度变化，来检测由于电刷与滑环之间的断开而引起的火花。火花检测器可以检测耦合的干扰并且可以验证指示可能电刷火花的限定的签名电信号的重复。利用这些技术，诊断系统可以向用户通知电刷火花，使得用户能够更换出故障的电刷或电刷架以防止对交流发电机和附近组件的进一步损坏。

图1是根据本公开内容的一些示例的包括交流发电机4、电源6和引擎8的系统2的概念框图和电路图。系统2可以是将机械能转换成电能的任何机电系统，例如机动车辆、发电机、机车、船舶或任意其他机电系统。系统2可以包括图1未示出的其他组件。

交流发电机4可以将机械能转换成用于系统2的电能。在一些示例中，交流发电机4可以是用于将机械能转换成电能的类似机器，例如电机、磁电机或发电机。在一些示例中，交流发电机4可以是用于将电能转换成机械能的机器，例如电动机。

交流发电机4可以以诸如曲轴的转轴形式从引擎8接收机械能。引擎8可以经由皮带轮和/或皮带、通过转轴的角速度来控制交流发电机的速度。例如，转轴可以具有每分钟1500转的角速度(“RPM”)，这可以使交流发电机4以成比例的角速度工作，也许是引擎RPM的三倍。引擎8可以是内燃机、混合燃烧电引擎或任意其他合适的引擎。

交流发电机4可以向电源6和负载10输出电能。电源6可以是电池或电能存储装置。当系统2启动时，电源6可以提供初始量的电能来启动引擎8和交流发电机4。在引擎8的工作期间，交流发电机4可以将来自引擎8的机械能转换成电能以对电源6充电。

负载10可以包括系统2内的消耗电能的任何子系统。在系统2是机动车辆的一些示例中，负载10可以包括加热和冷却、无线电和视频显示、转向辅助、电动窗和其他子系统。交流发电机4可以产生AC电信号，并且利用整流器桥12将AC信号转换成直流(“DC”)信号以传送至电源6和负载10。

交流发电机4可以包括具有若干用于输入和输出的引脚的交流发电机控制集成电路(“IC”)14。这些引脚可以包括激励引脚(“EXC”)、局部互连网络引脚(“LIN”)、接地引脚(“GND”)、相引脚(“PH”)和电池引脚(“VBA”)。

通过EXC引脚，交流发电机控制IC 14可以通过改变称作激励电流的电信号来调节交流发电机4的输出电压。交流发电机控制IC 14可以使用脉冲宽度调制(“PWM”)控制电压信号来改变激励电流。EXC引脚可以连接至转子16中的一个或更多个线圈或绕组，使得激励电流行进通过转子16。EXC引脚可以经由一个或更多个电刷(图1中未示出)连接至转子16。

交流发电机4可以具有一个或更多个用于将激励电流传送至转子16的电刷。电刷火花可以发生在电刷与转子16之间的界面处，如下文更全面地描述的。电刷火花可能由于许多原因而发生，包括变形的电刷或有故障的电刷架。当发生电刷火花时，交流发电机控制IC 14可以在EXC引脚处接收电信号。交流发电机控制IC 14可以基于电信号检测电刷火花并且设置位，诸如引擎控制单元(“ECU”)22。在一些示例中，交流发电机控制IC 14可以包括用于读取指示电刷火花的位的控制单元，或者ECU 22可以读取该位。

交流发电机控制IC 14上的LIN引脚可以通过LIN总线20连接至ECU 22。在机动车辆的应用中，LIN总线20可以连接至机动车辆中的其他组件，例如方向盘、座椅、空调以及其他组件。如果系统2不是机动车辆系统，则系统2仍然可以包括交流发电机控制IC 14与ECU22之间的类似于LIN总线20的连接。

交流发电机控制IC 14上的GND引脚可以连接至系统2内的参考地面。在一些示例中，参考地面可以对应于车辆底盘的电位或系统2中的一些其他合适材料的电位。交流发电机4可以经由接地连接28连接至参考地面。术语“参考地面”通常是指任何已知的参考电压或电位，并且不一定对应于任何特定的电压电平。

交流发电机控制IC 14上的PH引脚可以连接至定子绕组18的两个或更多个相。交流发电机控制IC 14可以经由PH引脚来监测定子绕组18的两相或更多相。在一些示例中，PH引脚可以直接连接至定子绕组18，定子绕组18可以包括三个相。定子绕组18可以基于由转子16产生的旋转磁场将电流传导至整流器桥12。定子绕组18可以将具有一个或更多个相的AC信号传送至整流器桥12，整流器桥12可将AC信号转换成DC信号。电容器24可以在DC信号沿着电池线26行进时使DC信号平滑，以对电源6充电或向负载10传送电力。

交流发电机控制IC 14的VBA引脚可以连接至电池线26。交流发电机控制IC 14可以测量电池线26上的电压，并且调节交流发电机控制IC 14经由EXC引脚传送至转子16的激励电流。因此，交流发电机控制IC 14可以形成闭环反馈网络，由此交流发电机控制IC 14通过调节激励电流来以精确的值调节电池线26上的电压。

交流发电机控制IC 14可以经由EXC引脚或经由另一个源来感测交流发电机4中的电刷火花。在转子16中或在转子16与一个或更多个电刷(图1中未示出)之间的连接处或附近可能发生电刷火花。交流发电机控制IC 14可以通过经由EXC引脚接收来自交流发电机4中的转子16的信号来检测电刷火花。在一些示例中，交流发电机控制IC 14可以使用天线(图1中未示出)来检测由电刷火花产生的电磁信号。

响应于对电刷火花的检测，交流发电机控制IC 14可以在存储器装置(图1中未示出)中设置位，例如错误标志，以指示对电刷火花的检测。响应于对电刷火花的检测，交流发电机控制IC 14可以在诸如状态寄存器、触发器或状态机的存储器装置中设置位。位可以包括指示电刷火花的一个或更多个特征的多个位，例如检测到的电刷火花的峰值幅度、持续时间、频率或数目。

在一些示例中，控制单元可以从交流发电机控制IC 14读取位。控制单元(例如，ECU 22)可以通过请求来自交流发电机控制IC 14的位的状态来用作主动装置。交流发电机控制IC 14可以通过用指示位的状态的信号响应控制单元，来用作从动装置，该信号可以指示是否发生了电刷火花。指示位的状态的信号可以是从交流发电机控制IC 14被传输至控制单元的数据和/或电信号。位可以指示交流发电机控制IC 14的状态。

在没有检测电路的情况下，系统2可能无法识别或检测交流发电机4内的电刷火花，除非电刷火花阻止交流发电机4向电池线26输出适当的电压。电刷火花可以在电池线26处降低来自交流发电机4的输出电压。在一些示例中，电源6可以具有十二伏额定值，并且对电源6充电可能从电池线26需要至少十三伏或十四伏。因此，如果交流发电机4没有在电池线26处提供适当的电压，则交流发电机控制IC 14可以通过感测在VBA引脚处的输出电压来检测电刷火花。然而，电池线26处的电压可能由于除电刷火花以外的许多原因而降低，使得交流发电机控制IC 14难以确定电池线26处的下降电压的原因。

然而，电刷火花可能不会将由交流发电机4产生的最大可用功率或输出电压显著降低到电池线26。在一些示例中，由交流发电机4产生的最大可用功率可以在交流发电机的输出电压之前降低。因此，用于检测电刷火花和向用户报告电刷火花的其他技术对于交流发电机4可能是有益的。即使电刷火花不阻止交流发电机4输出适当的电压，电刷火花也可能损坏交流发电机4和附近的组件。电刷火花可能产生电磁波，并且引起损坏交流发电机4和附近的组件的不稳定的激励电流。因此，即使电刷火花基本上不降低电池线26上的电压，检测电路检测电刷火花也是有益的。

图2是根据本公开内容的一些示例的包括交流发电机4、电源6和引擎控制单元22的系统40的概念框图和电路图。系统40可以是包括将机械能转换成电能的电力系统的任何机电系统，例如机动车辆、发电机、机车、船舶或任意其他的机电系统。系统40可以类似于图1中的系统2，并且可以包括图2中未示出的其他组件。

交流发电机控制IC 14和电刷44A可以位于电刷架42中，电刷架42可以位于交流发电机4内。交流发电机4还可以包括转子16、定子绕组18和整流器桥12。交流发电机控制IC14可以与图1中的交流发电机控制IC 14类似地包括若干引脚，例如EXC、LIN、GND和VBA。

两个或多个电刷可以将激励电流从交流发电机控制IC 14传送至转子16。一个或更多个加载弹簧的电刷架42可以将每个电刷按压在转子16上。交流发电机控制IC 14的EXC引脚可以连接至两个或更多个电刷，例如电刷44A，而GND引脚可以连接至电刷44B。在交流发电机控制IC 14内部，EXC引脚可以经由电容器48连接至开关46A、46B和电刷火花检测电路50。

开关46A和46B可以是基于控制信号传导电力的晶体管或任意其他合适的模拟或数字装置。开关46A可以基于在开关46A的控制节点(例如，栅极或基极)处的控制信号，将电力从VBA引脚传导至EXC引脚。VBA引脚可以连接至交流发电机4的输出。开关46B可以基于控制信号从GND引脚向EXC引脚传导电力。通过接通和断开，开关46A和46B可以通过电刷44A调节传送至转子16的激励电流。

当在电刷44A和44B之一处发生电刷火花时，交流发电机控制IC 14可以接收指示交流发电机控制IC 14的EXC引脚处的电刷火花的电信号。电刷火花检测电路50可以经由电容器48从EXC引脚接收指示电刷火花的信号。电容器48可以是可选滤波器电路的一部分，滤波器电路区分电信号以阻挡低频信号并且允许较高频率信号通过。电刷火花可以快速启动和停止，在EXC引脚处产生高频信号。结果，电容器48可以允许指示电刷火花的信号通过，同时阻挡其他信号。

作为电容器48的替代或补充，电刷火花检测电路50可以通过天线52检测指示电刷火花的信号。天线52可以包括具有一个或更多个绕组的偶极结构或环形结构。天线52可以包括能够检测诸如电场、磁场或其组合的电磁场的任何结构。电刷火花可能产生传播到天线52的电磁波。天线52可以接收电磁波并且将电磁波转换成电信号。天线52然后可以将电信号传送至电刷火花检测电路50。天线52或电容器48，或者天线52和/或电容器48的组合或修改可以检测交流发电机4中的电刷火花。在一些示例中，电刷火花检测电路50可以连接至天线52或电容器48中的一个，而不是两者。

电刷火花检测电路50可以包括滤波器电路以区分与电刷火花相关联的电信号和其他电信号。例如，电刷火花检测电路50可以包括去抖动电路以区分电刷火花和其他电信号以及与电刷火花不相关联的电磁波。

当电刷火花检测电路50检测电刷火花时，交流发电机控制IC 14可以在存储器装置中设置位，例如错误标志，以标记事件。交流发电机控制IC 14可以为ECU 22设置位以通过LIN总线、CAN总线或另一种通信模式来读取。可以包括交流发电机相关软件(“SW”)56的ECU 22中的微芯片54可以读取交流发电机控制IC 14中的位的状态。位可以包括与位相关的数据和/或关于电刷火花的错误标志，以及交流发电机控制IC 14中的其他错误标志。ECU22可访问存储器装置以确定电刷火花检测电路50是否设置了错误标志。

ECU 22可以将指示电刷火花的诊断信息输出到机载诊断装置58，机载诊断装置58可以包括用户界面。机载诊断装置58可以经由用户界面向用户通知电刷火花。机载诊断装置58可以在检查期间或者在系统40是机动车辆系统的情况下在车库访问期间向机械师提供故障读出。故障读出可以包括与由交流发电机控制IC 14设置到ECU 22的错误标志有关的数据。

图3是根据本公开内容的一些示例的在电刷44A与转子16之间产生的电刷火花60的概念框图。转子16可以在适当位置旋转，而电刷架42和电刷44A可以是静止的。取决于电力系统和电刷，电刷44A可以向转子16传导电流或从转子16接收电流。在交流发电机的示例中，转子16可以包括一个或更多个内部绕组，其传导激励电流并产生旋转磁场。

电刷架42可以利用弹簧将电刷44A按压在转子16上。当电刷44A与转子16接触时，电刷44A可以向转子16传导激励电流或者从转子16传导激励电流。如果在电刷44A与转子16之间存在间隙，则可能由于电刷44A或电刷架42的缺陷，在电刷44A与转子16之间会出现电位差。取决于电位差、间隙的大小以及其他因素，可能会发生电刷火花60。

电刷火花60可以是跨越空气或电刷44A与转子16之间的另一绝缘材料的电弧。电刷火花60可以基于电刷火花60的一个或更多个特征产生电磁波，所述特征例如是电刷火花60的持续时间或电刷火花60中的电流或电压的峰值幅度。电刷火花60还会影响正在行进经过电刷44A和转子16的激励电流。电刷火花60可能引起激励电流的幅度的尖峰。

图4是根据本公开内容的一些示例的可以指示电刷火花的两个电信号曲线图70、76的图形比较。曲线图70可以描绘具有三个脉冲的电信号。曲线图70的纵轴可以表示电流或电压的幅度。曲线图70、76的横轴表示时间。

AC波72可以表示指示电刷火花的电信号或由电刷火花产生的电信号。电刷火花可能会在交流发电机控制IC的EXC引脚处产生非常高且陡峭的电压峰值。正常工作时，EXC引脚处的电压可以是稳定的。在一些示例中，由AC波72描绘的电信号可以行进经过电刷44A到交流发电机控制IC 14。AC波72还可以是来自接收由电刷火花产生的电磁波的天线的电信号。对于曲线图70中的每个脉冲，AC波72可以增加幅度，然后在峰值之后降低幅度。如曲线图70所示，每个脉冲可以具有上升时间和下降时间。

平滑曲线74可以是AC波72的幅度的平滑近似。平滑曲线74可以在AC波72经过滤波器电路之后产生。滤波器电路可以包括AC/DC转换器和/或具有时间常数的阻抗元件。

曲线图76描绘了曲线图70中每个脉冲的宽度的示例。曲线图76中的每个脉冲描绘了平滑曲线74超过阈值幅度的持续时间。曲线图76还描绘了曲线图70中的脉冲的脉冲重复时间。脉冲重复时间可以测量电刷火花的频率。曲线图76中的脉冲宽度可以通过平滑曲线74的幅度高于阈值量的时间量来被测量。

图5是根据本公开内容的一些示例的检测电路80的概念框图和电路图。检测电路80可以位于交流发电机控制IC内、电刷架内、电池线上、交流发电机或电力系统内或者其他合适位置处。检测电路80可以包含被配置成接收并检测来自检测器82的指示电刷火花的电信号的电路。检测电路80还可以被配置成测量电信号的一个或更多个特征，例如，电信号的峰值幅度、持续时间或频率。电信号的特征还可以包括激励电流、极对数或转子的转速。检测电路80可以包含AC/DC转换器84和阻抗元件86。

检测器82可以是天线或滤波器电路，例如图2中的天线52或电容器48。天线52可以是非接触检测器，并且电容器48可以是基于接触的检测器。检测器82可以位于检测电路80的外部。作为天线，检测器82可以位于距电刷适当的距离处，以便接收来自电刷火花的电磁波。作为滤波器电路，检测器82可以包含连接至交流发电机控制IC的EXC引脚的电容器。EXC引脚可以接收来自电刷的电信号，并且检测器82可以对电信号进行过滤或区分并且将电信号传送至检测电路82。在一些示例中，检测器82可以连接至EXC引脚、内部节点、VBA引脚或电池线，或者连接至激励开关的栅极端子。检测器82可以位于交流发电机控制IC中、电刷架中或者靠近电刷，例如在电刷架的顶部上。检测器82可以在交流发电机外部，例如电池线上、在ECU上或者在交流发电机控制IC上的接收耦合信号的任何节点或块处，例如到EXC引脚的栅极驱动器。检测器82可以连接至交流发电机控制IC内的一个或更多个内部功率开关的栅极。

检测电路80内的AC/DC转换器84可以将来自高频AC信号的电信号转换成低频信号。如图4所示，进入的电信号可以是限定随时间变化的信号幅度的正弦波形，例如AC波72。AC/DC转换器84可以将电信号转换成限定类似于AC信号幅度的信号幅度的低频信号。

阻抗元件86可以平滑AC/DC转换器84输出的低频信号。阻抗元件86可以基于阻抗元件86的电阻和电抗产生时间常数，阻抗元件86可以耦合至诸如交流发电机控制IC的GND引脚的参考地面。如果阻抗元件86包含与组件88、90、92、94并联的电阻器和电容器，则时间常数可以与阻抗元件86的电阻和电容的乘积成比例。如图4所示，AC/DC转换器84和阻抗元件86可输出具有相对短的上升时间和相对长的下降时间的类似于鲨鱼翅片的低频信号，例如平滑曲线74。输出低频信号可以基于输入AC电信号，如图4所示的AC波72。同时，AC/DC转换器84和阻抗元件86可以用作滤波器电路或平滑电路。在一些示例中，阻抗元件86可以是峰值检测器88和/或包络检测器90的一部分。阻抗元件86可以耦合或不耦合在AC/DC转换器84与峰值检测器88、包络检测器90、周期检测器92和事件计数器94之间。

峰值检测器88、包络检测器90、周期检测器92和事件计数器94可以确定并存储电刷火花的一个或更多个特征。峰值检测器88可以确定通过检测电路80接收的每个电信号的峰值幅度。包络检测器90可以确定通过检测电路80接收的每个电信号的持续时间。周期检测器92可以确定通过检测电路80接收的电信号之间的时间段。电信号之间的时间段可以与图4中的脉冲重复时间相同。时间可能与电刷火花频率有关。事件计数器94可以存储通过检测电路80接收的电信号数的运行计数。事件计数器94可以使用阈值幅度或持续时间来确定每个电信号是否指示电刷火花。用于检测电刷火花的阈值可以使用峰值检测器88、包络检测器90、周期检测器92和事件计数器94，并且阈值可以是可调节的。

控制单元96或检测电路80可以将与电刷火花的一个或更多个特征相关的数据存储在存储器装置98中。在一些示例中，控制单元96可以位于交流发电机控制IC或引擎控制单元中。检测电路80可以响应于对电刷火花的检测而设置位。位可以包括指示电刷火花的一个或更多个特征的诊断信息。控制单元96可以读取位并且将指示电刷火花的诊断信息输出到用户界面。用户界面可以是扫描系统中的组件并向用户显示信息的诊断工具。

存储器装置98可以被配置成存储与电刷火花和在电力系统中其他事件有关的错误标志。存储器装置98还可以存储与电刷火花相关的位或警报。错误标志、警报和/或位可以包括与一个或更多个电刷火花的一个或更多个特征有关的信息，例如电刷火花的峰值幅度、持续时间、频率和数目。存储器装置98可以包括易失性存储器或非易失性存储器。

图6是根据本公开内容的一些示例的耦合至天线102的检测电路104的概念框图和电路图。集成电路100可以包括天线102和检测电路104。在一些示例中，天线102可以位于集成电路100的外部。集成电路100可以位于交流发电机控制IC中、电池线上或者用于检测由电刷火花产生的电磁波的另一适当位置处。

如图6所示，天线102可以位于集成电路100上。天线102可以类似于图2中的天线52或图5中的检测器82。天线102可以耦合至检测电路104，使得天线102可以将电信号传输至检测电路104。检测电路104可以类似于图2中的电刷火花检测电路50或图5中的检测电路80。天线102可以接收由电刷火花产生的电磁波，并且天线102可以将电磁波转换成电信号。天线102然后可以将电信号传输至检测电路104，其中AC/DC转换器和阻抗元件可以将电信号转换成平滑的低频信号，如参照图5所描述的。检测电路104可以以与图5中的检测电路80类似的方式工作。

图7示出了根据本公开内容的一些示例的展现指示电刷火花的一个或更多个特征的输出的诊断用户界面110。诊断用户界面110可以从机载诊断系统接收信息。诊断用户界面110是用于使用户接收来自电力系统的诊断信息的装置的示例。诊断用户界面110可以包括与电力系统或较大系统中的其他组件有关的信息。在一些示例中，如果电力系统是交流发电机，并且较大的系统是机动车辆，则诊断用户界面110可以包括与交流发电机、引擎、电池和机动车辆内的其他组件的性能有关的信息。在一些示例中，用户可以通过空中(over-the-air)更新来接收诊断信息，而不是通过直接连接至电力系统的诊断工具。空中更新可以促进用户与电力系统之间的诸如诊断信息之类的信息的无线交换。

电刷火花的一个或更多个特征可以包括每个电刷火花的峰值幅度、电刷火花的持续时间、电刷火花的频率或电刷火花的数目。如图7所示，诊断用户界面110可以向用户报告故障信息112。故障信息112可以指示用户如何对电力系统中的可能的故障做出反应。例如，故障频率可以指示在所有驱动循环期间发生给定故障的次数。特别地，故障频率可以指示总体上或自上次诊断输出以来发生了多少次电刷火花。如果故障频率为11，则故障可能自上次诊断输出以来发生了11次。

故障优先级可以指示故障状况对用户的严重性或重要性。例如，故障优先级一可以指示对可操作性具有强烈影响的状况，使得用户应当立即停止操作系统。故障优先级二可以指示需要即时服务预约的状况。故障优先级三可以指示不需要即时服务预约但应在下次服务预约时予以纠正的状况。

图8是示出根据本公开内容的一些示例的由检测电路实现的用于检测电刷火花并设置位的示例性技术120的流程图。从图5中的检测电路80的角度描述技术120，然而诸如图2中的电刷火花检测电路50和图6中的检测电路104这样的其他组件也可以执行类似的技术。

图8的技术120包括基于来自电力系统的电信号来检测电力系统中的电刷火花(122)。电刷火花可以产生电信号并且将电信号发送到交流发电机控制IC的EXC引脚。交流发电机控制IC可以包括滤波器电路以对电信号进行调制或滤波并将电信号传送至检测电路80。电刷火花还可以产生电磁波，天线可以接收电磁波并且将电磁波转换成电信号。天线可以将电信号发送到检测电路80。

技术120还可以包括响应于对电刷火花的检测而设置位(124)。位可以包括指示电刷火花的一个或更多个特征的诊断信息。控制单元96可以将指示电刷火花的诊断信息输出到用户界面。用户界面可以是扫描系统中的组件并且向用户显示信息的诊断工具。

图9是根据本公开内容的一些示例的与引擎控制单元22通信的交流发电机控制IC14的概念框图。发电机控制IC 14可以通过通信(com)单元132和COM引脚与ECU 22通信。ECU22可以通过COM引脚在时间光栅(time raster)中或根据故障引脚的请求而提取或读取在交流发电机控制IC 14中的位。

爪极发电机130可以包括转子16和定子绕组18。爪极发电机130在操作上可以类似于图2中的交流发电机4。

图10是根据本公开内容的一些示例的电刷架42外部的交流发电机控制IC 14的概念框图。发电机控制IC 14可以用两个激励(EXC_1和EXC_2)引脚附接至印刷电路板140。激励引脚可以连接至电刷架42中的电刷44A、44B。

图11是根据本公开内容的一些示例的具有集成的基于接触的电刷火花检测器48的交流发电机控制IC 14的概念框图。集成的基于接触的电刷火花检测器48可以包括耦合至交流发电机控制IC 14的EXC引脚的电容器。发电机150可以包括交流发电机控制IC 14。在一些示例中，发电机150可以是具有电刷的任何电力系统。

图12是根据本公开内容的一些示例的具有集成无线电刷火花检测器52的交流发电机控制IC 14的概念框图。发电机160可以包括连接至交流发电机控制IC 14内的集成无线电刷火花检测器52的电刷火花检测电路50。检测器52可以包括线圈天线、偶极天线或用于感测电磁信号的任何装置。

图13是根据本公开内容的一些示例的具有分立的无线电刷火花检测器52的交流发电机控制IC 14的概念框图。发电机170可以包括在交流发电机控制IC 14外部的分立的无线电刷检测器52。

图14是根据本公开内容的一些示例的具有评估单元180的交流发电机控制IC 14的概念框图。发电机控制IC 14可以使用从任何引脚接收的操作信息来检测电刷火花并且验证可能的电刷火花的检测。交流发电机控制IC 14可以通过测量来自引脚的操作信息和内部存储的数据来检验、验证或加强对可能的电刷火花的检测。操作信息可以包括通过转子的负载电流、转子的转速、一个或更多个定子电流的占空比、状态机数据或存储在存储器中的关于过去事件的数据、交流发电机4的极对数以及其他IC输入引脚信息。发电机控制IC14可以通过将测量的操作信息与一个或更多个阈值进行比较来验证电刷火花检测。电刷火花的检测可以仅在某些条件下有效，例如在某种工作模式下或高于某一负载电流。发电机控制IC 14还可以测量IC或电刷架42的温度，或者采用火花的光学检测来检测或验证电刷火花。发电机控制IC 14可以使用从引脚接收的操作信息来在设置位或错误标志之前验证电刷火花检测。使用多种数据源和多种检测方法可以改善对电刷火花的检测并减少误报。

评估单元180可以组合来自无线检测器和基于接触的检测器的信息以及操作信息以检测电刷火花。交流发电机控制单元182可以定义激励电流并向评估单元180提供操作信息。ECU 22可以通过COM单元132读取交流发电机控制IC 14中的位或错误标志，并且将位或错误标志存储在ECU 22中的存储器中。

图15是示出根据本公开内容的一些示例的用于验证电刷火花的示例过程190的流程图。从图5中的评估单元180的角度描述过程190，然而诸如图2中的电刷火花检测电路50和图6中的检测电路104这样的其他组件也可以执行类似的技术。

图15的过程190包括检测电刷火花(192)。检测器82可以接收电信号并且将该信号提供给电刷火花检测电路50。

图15的过程190还包括使用诸如占空比、工作状态、负载电流和/或速度信息这样的操作信息来验证电刷火花(194)。如果评估单元180验证没有电刷火花，则过程190返回到检测电刷火花的初始阶段。如果评估单元180验证有电刷火花，则评估单元180将交流发电机控制IC 14中的用于ECU 22的电刷火花标志设置为读取(196)。

评估单元180可以通过区分由电刷火花引起的电磁干扰与在没有电刷火花的情况下发生的电磁干扰来防止或减少伪干扰检测。评估单元180可以包括以(基于接触的)电子信号滤波电路和/或无线检测能力(即，天线)的形式的适当的检测硬件。由于交流发电机控制IC 14可能不会立即响应于电刷火花事件，因此电刷火花检测电路50可以采用几秒到几个小时的检测窗。

以下编号的示例说明了本公开内容的一个或更多个方面。

示例1.一种被配置成基于来自电力系统的电信号来检测电力系统中的电刷火花的检测电路。所述检测电路还被配置成响应于对电刷火花的检测而设置位。

示例2.示例1的检测电路，其中，检测电路耦合至被配置成接收由电刷火花产生的电磁波的天线。天线还被配置成将电磁波转换成电信号并且将电信号传送至检测电路。

示例3.示例1-2的任意组合的检测电路，其中，天线和检测电路位于电力系统中的电刷架中。电刷架被配置成将电刷按压在电力系统中的转子上，并且电力系统包括交流发电机、发电机或电动机。

示例4.示例1-3的任意组合的检测电路，其中，检测电路耦合至包括电容器的滤波器电路。滤波器电路被配置成接收指示电刷火花的电信号、对电信号进行滤波以及将电信号传送至检测电路。

示例5.示例1-4的任意组合的检测电路，其中，滤波器电路和检测电路位于电力系统中的电刷架中。电刷架被配置成将电刷按压在电力系统中的转子上，并且其中，电力系统包括交流发电机、发电机或电动机。

示例6.示例1-5的任意组合的检测电路，其中，检测电路被配置成通过至少接收来自电力系统的电信号以及测量电信号的一个或更多个特征来检测电刷火花。一个或更多个特征包括电信号的峰值幅度、电信号的持续时间或电信号的频率。

示例7.示例1-6的任意组合的检测电路，还包括AC/DC转换器以及被配置成建立时间常数的阻抗元件，其中，阻抗元件耦合在AC/DC转换器与参考地面之间。

示例8.示例1-7的任意组合的检测电路，还被配置成响应于对电刷火花的检测、通过至少在存储器装置中设置错误标志来设置位。位指示电刷火花的一个或更多个特征，包括电刷火花的持续时间、电刷火花的频率或电刷火花的数目。

示例9.一种方法包括：基于来自电力系统的电信号来检测电力系统中的电刷火花；以及响应于对电刷火花的检测而设置位。

示例10.示例9的方法，其中，检测电刷火花包括：通过天线接收由电刷火花产生的电磁波；以及通过天线将电磁波转换成电信号。

示例11.示例9-10的任意组合的方法，其中，检测电刷火花包括：通过包括电容器的滤波器电路来接收电信号；以及通过滤波器电路对电信号进行滤波。

示例12.示例9-11的任意组合的方法，其中，设置位包括响应于对电刷火花的检测而在存储器装置中设置错误标志，方法还包括通过控制单元并且基于对错误标志的读取而向用户界面输出指示电刷火花的诊断信息，其中，诊断信息包括电刷火花的峰值幅度或电刷火花的数目。

示例13.示例9-12的任意组合的方法，其中，检测电刷火花包括：将电信号转换成平滑的信号；以及测量电信号的一个或更多个特征，其中，一个或更多个特征包括电信号的峰值幅度、电信号的持续时间或电信号的频率。

示例14.一种系统，包括：转轴；一个或更多个电刷，其被配置成与转轴传导电；控制单元；以及检测电路，其被配置成基于电信号检测在转轴与一个或更多个电刷之间的电刷火花。检测电路还被配置成响应于对电刷火花的检测而设置位。

示例15.示例14的系统，还包括耦合至检测电路的天线。天线被配置成：接收由电刷火花产生的电磁波；将电磁波转换成电信号；以及将电信号传送至检测电路。

示例16.示例14-15的任意组合的系统，还包括滤波器电路，滤波器电路耦合至检测电路并且耦合至一个或更多个电刷中的至少一个电刷，其中滤波器电路包括电容器。滤波器电路被配置成：接收来自至少一个电刷的指示电刷火花的电信号；对电信号进行滤波；以及将电信号传送至检测电路。

示例17.示例14-16的任意组合的系统，其中，检测电路被配置成响应于对电刷火花的检测、通过在存储器装置中至少设置错误标志来设置位。

示例18.示例14-17的任意组合的系统，其中，控制单元被配置成：读取位；以及向用户界面输出指示电刷火花的诊断信息，其中诊断信息包括电刷火花的峰值幅度或者电刷火花的数目。

示例19.示例14-18的任意组合的系统，其中，检测电路被配置成通过至少测量电信号的一个或更多个特征来检测电刷火花，其中一个或更多个特征包括电信号的峰值幅度、电信号的持续时间或者电信号的频率。

示例20.示例14-19的任意组合的系统，其中，检测电路还包括被配置成接收电信号的AC/DC转换器，以及被配置成建立时间常数的阻抗元件，其中阻抗元件耦合在AC/DC转换器与参考地面之间。

示例21.一种控制器，其被配置成：读取由电刷火花检测电路或交流发电机控制电路存储的位，并且响应于对位的读取而生成标识电刷火花的发生的警报。

示例22.示例21的控制器，其中，控制器被配置成通过向用户界面至少输出指示电刷火花的诊断信息来生成警报，其中诊断信息包括电刷火花的峰值幅度或电刷火花的数目。

示例23.示例1-8的任意组合的检测电路，其中，检测电路被配置成通过至少测量指示负载电流、转速、占空比、状态机状态、极对数或引脚输入信息中至少之一的操作信息来检测电刷火花。

示例24.示例1-8或23的任意组合的检测电路，还被配置成通过将所测量的操作信息与阈值进行比较来验证检测到的电刷火花。

本公开内容中描述的技术可以至少部分地以硬件、软件、固件或其任意组合的形式实现。例如，所描述的技术的各个方面可以在一个或更多个处理器内实现，包括一个或更多个微处理器、数字信号处理器(DSP)，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或任意其他等效的集成的或分立的逻辑电路，以及这些组件的任意组合。术语“处理器”或“处理电路”通常可以指单独的或与其他逻辑电路或任意其他等效电路组合的前述逻辑电路中的任何一个。包括硬件的控制单元还可以执行本公开内容的一种或多种技术。

这样的硬件、软件和固件可以在相同设备内或在独立的设备内实现，以支持本公开内容中描述的各种技术。此外，所描述的单元、模块或组件中的任何一个可以被一起实现或单独实现为分立但可互操作的逻辑设备。如模块或单元的不同特征的描述旨在突出不同的功能方面，但并不意味着这些模块或单元必须通过单独的硬件、固件或软件组件来实现。相反，与一个或更多个模块或单元相关联的功能可以通过单独的硬件、固件或软件组件执行，或者被集成在公共或单独的硬件、固件或软件组件中。

本公开内容中描述的技术也可以在包括用指令编码的计算机可读存储介质的制品中被体现或编码。被嵌入或被编码在包括用指令编码的计算机可读存储介质的制品中的指令可以使一个或更多个可编程处理器或其他处理器例如当被包括或被编码在计算机可读存储介质中的指令由一个或更多个处理器执行时实现本文所述的一种或多种技术。计算机可读存储介质可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存存储器、硬盘、光盘ROM(CD-ROM)、软盘、磁带盒、磁介质、光学介质或其他计算机可读介质。在一些示例中，制品可以包括一个或更多个计算机可读存储介质。

在一些示例中，计算机可读存储介质可以包括非暂时性介质。术语“非暂时性”可以指示存储介质没有被体现在载波或传播信号中。在某些示例中，非暂时性存储介质可以存储会随时间变化(例如，在RAM或高速缓存中)的数据。

已经描述了本公开内容的各种示例。设想了所描述的系统、操作或功能的任意组合。这些和其他示例在所附权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种用于电力系统的控制电路，包括：

检测电路，其耦合至天线，其中，所述天线被配置成：

接收由所述电力系统中的电刷火花产生的电磁波；

将所述电磁波转换为电信号；和

将所述电信号传送至所述检测电路，

其中，所述检测电路被配置成基于所述电信号来检测所述电刷火花，以及

其中，所述检测电路被配置成响应于对所述电刷火花的检测、通过至少在存储器装置中设置错误标志来设置位，所述错误标志指示所述电刷火花的一个或更多个特征，所述电刷火花的一个或更多个特征包括所述电刷火花的持续时间、所述电刷火花的频率或所述电刷火花的数目。

2.根据权利要求1所述的控制电路，

其中，所述天线位于所述控制电路中。

3.根据权利要求1所述的控制电路，

其中，所述天线位于所述电力系统中的电刷架中；

其中，所述电刷架被配置成将电刷按压在所述电力系统中的转子上；并且

其中，所述电力系统包括发电机或电动机。

4.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述检测电路耦合至包括电容器的滤波器电路，其中，所述滤波器电路被配置成：

接收指示所述电刷火花的所述电信号；

对所述电信号滤波；和

将所述电信号传送至所述检测电路。

5.根据权利要求4所述的控制电路，其中，所述滤波器电路位于所述电力系统中的电刷架中。

6.根据权利要求1所述的控制电路，其中：

所述检测电路还被配置成从控制单元接收对所述位的请求；并且

所述检测电路被配置成通过至少向所述控制单元传送状态来向所述控制单元输出指示所述位的状态的信号。

7.根据权利要求1所述的控制电路，

其中，所述检测电路位于所述电力系统的电刷架中；

其中，所述电刷架被配置成将电刷按压在所述电力系统中的转子上；并且

其中，所述电力系统包括发电机或电动机。

8.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述检测电路被配置成通过至少以下步骤来检测所述电刷火花：

接收来自所述电力系统的所述电信号；以及

测量所述电信号的一个或更多个特征，其中，所述电信号的一个或更多个特征包括所述电信号的峰值幅度、所述电信号的持续时间或所述电信号的频率。

9.根据权利要求1所述的控制电路，还包括：

AC/DC转换器；以及

被配置成建立时间常数的阻抗元件，其中，所述阻抗元件耦合在所述AC/DC转换器与参考地之间。

10.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述检测电路被配置成通过至少测量操作信息来检测所述电刷火花，其中所述操作信息指示负载电流、转速、占空比、状态机状态、极对数或引脚输入信息中的至少之一。

11.根据权利要求1所述的控制电路，还被配置成通过将所测量的操作信息与阈值进行比较来验证所检测到的电刷火花。

12.根据权利要求3或7所述的控制电路，其中，所述发电机包括交流发电机。

13.一种用于检测电力系统中的电刷火花的方法，包括：

通过天线接收由所述电力系统中的电刷火花产生的电磁波；

通过所述天线将所述电磁波转换成电信号；

基于所述电信号来检测所述电刷火花；以及

响应于对所述电刷火花的检测而设置位，

其中，设置所述位包括在存储器装置中设置错误标志，所述方法还包括：

通过控制单元并且基于对所述错误标志的读取来向用户界面输出指示所述电刷火花的诊断信息，其中，所述诊断信息包括所述电刷火花的峰值幅度或电刷火花的数目。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，对所述电刷火花的检测包括：

通过包括电容器的滤波器电路来接收所述电信号；以及

通过所述滤波器电路对所述电信号进行滤波。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，检测所述电刷火花包括：

将所述电信号转换成平滑信号；以及

测量所述电信号的一个或更多个特征，其中，所述电信号的一个或更多个特征包括所述电信号的峰值幅度、所述电信号的持续时间或所述电信号的频率。

16.一种用于检测电刷火花的电力系统，包括：

转轴；

一个或更多个电刷，其被配置成与所述转轴传导电；

控制单元；

检测电路；和

天线，所述天线耦合至所述检测电路并且被配置成：

接收由所述转轴与所述一个或更多个电刷之间的电刷火花所产生的电磁波，

将所述电磁波转换成电信号；和

将所述电信号传送至所述检测电路，

其中，所述检测电路被配置成基于所述电信号来检测所述电刷火花，

其中，所述检测电路还被配置成响应于对所述电刷火花的检测而设置位，以及

其中，所述控制单元被配置成：

读取所述位；以及

向用户界面输出指示所述电刷火花的诊断信息，其中，所述诊断信息包括所述电刷火花的峰值幅度或所述电刷火花的数目。

17.根据权利要求16所述的电力系统，还包括电刷架，所述电刷架被配置成将所述一个或更多个电刷按压在所述转轴上，其中，所述天线位于所述电刷架中。

18.根据权利要求16所述的电力系统，还包括：

滤波器电路，其耦合至所述检测电路并且耦合至所述一个或更多个电刷中的至少一个电刷，其中，所述滤波器电路包括电容器，

其中，所述滤波器电路被配置成：

接收来自所述至少一个电刷的指示所述电刷火花的所述电信号；

对所述电信号进行滤波；以及

将所述电信号传送至所述检测电路。

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