CN111133672B - 交流发电机系统 - Google Patents

交流发电机系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111133672B
CN111133672B CN201880058530.8A CN201880058530A CN111133672B CN 111133672 B CN111133672 B CN 111133672B CN 201880058530 A CN201880058530 A CN 201880058530A CN 111133672 B CN111133672 B CN 111133672B
Authority
CN
China
Prior art keywords
redundant
voltage regulator
alternator
main
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880058530.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111133672A (zh
Inventor
J·安德森
G·斯维多夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Geely Automobile Research and Development Co Ltd
Original Assignee
Ningbo Geely Automobile Research and Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Geely Automobile Research and Development Co Ltd filed Critical Ningbo Geely Automobile Research and Development Co Ltd
Publication of CN111133672A publication Critical patent/CN111133672A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111133672B publication Critical patent/CN111133672B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/48—Arrangements for obtaining a constant output value at varying speed of the generator, e.g. on vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B60R16/033—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for characterised by the use of electrical cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00308—Overvoltage protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/16—Regulation of the charging current or voltage by variation of field
    • H02J7/24—Regulation of the charging current or voltage by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/02—Details
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Abstract

本公开内容涉及一种交流发电机系统(3，130)，包括：交流发电机(5，150)，其具有定子和转子，定子具有至少一个固定绕组，转子具有用于产生交流电的可旋转的励磁线圈(4，140)；主电压调节器(7，170)，其具有主控制器(72，172)和被配置成能够控制通过励磁线圈(4，140)的电流的主功率开关(75，175)；冗余电压调节器(8，180)，其具有冗余控制器(82，182)和被配置成能够控制通过励磁线圈(4，140)的电流的冗余功率开关(85，185)。主功率开关(75，175)、励磁线圈(4，140)和冗余功率开关(85，185)以所述顺序串联连接。本公开内容还涉及一种用于为电气系统供电的电源，其包括电池(11)和所述交流发电机系统(3，130)，以及涉及一种包括这种电源的车辆。

Description

交流发电机系统
技术领域
本公开内容涉及一种交流发电机系统，其包括交流发电机，该交流发电机包括具有至少一个固定绕组的定子和具有用于产生交流电的可旋转的励磁线圈的转子。本公开内容还涉及一种用于包括这种交流发电机系统的电气系统的电源，以及包括诸如这种电源的车辆。根据本公开内容的交流发电机系统可以在各种技术应用中用于提供电流，例如应用于电池充电和/或通用电源中。
根据本公开内容的交流发电机系统将主要参照具有12伏电池的内燃机车辆来加以说明，但是根据本公开内容的交流发电机系统可以用于许多不同的应用中，例如汽车、诸如卡车和公交车的重型车辆、作业机械、越野车、空中飞行器、轨道车辆、船舶、摩托车，等等，并且可具有许多不同的电压水平，诸如例如24伏、48伏，等等。
背景技术
在例如内燃机车辆中，电气系统具有由内燃机驱动并向车辆的电气零部件供应电流以及向车辆的电池供电以充电的交流发电机。交流发电机也可被称为发电机，并且汽车中的交流发电机的主要类型当今是同步AC(交流)发电机。通常情况下，即使在所有电气零部件的高电流消耗下，这种交流发电机仍具有足够的供电能力以同时对电池充电。
交流发电机系统通常包括具有带至少一个固定绕组的定子和具有可旋转的励磁线圈的转子的交流发电机。通过励磁线圈(也可称之为激励绕组)的电流能够被调节以用于控制交流发电机的输出电压。交流发电机系统的故障因而可能导致超过目标输出电压的增大的输出电压。这类故障可被称为过电压故障。
为了处理过电压故障，交流发电机系统被设计成在最坏的情况下将过电压限制到预定的最大过电压水平，并且设定电气部件要求，规定车辆中的所有电气零部件必须在被供给该预定的最大过电压水平时继续完全正常地运行一段预定的时间。
例如，常规的12伏交流发电机系统中一种最坏情况下的过电压故障可能引起约18-20伏的输出电压。于是，电气零部件要求规定车辆中的所有电气部件必须在被提供以例如18伏的电压时能够完全正常的运行例如60分钟。
根据电气零部件所具有的类型功能，该电气零部件要求可以是不同的。例如，最高的电气零部件要求可以仅与功能重要性的最高类别相关，例如车辆中的诸如制动、转向、前照明，等等。
过电压导致电气零部件上的增大的电压降，并进而增大了功耗。因此，必须选取电气零部件，以处理由最大过电压水平产生的增大的功耗。
例如，对于线性电路而言，功耗与电压降的增大呈平方的关系，并且该设计必须不超过在最大过电压水平下的最高允许温度。事实上，功耗可能增加高达数倍。线性的12V输出电源调节器在16V电源供给的情形下具有约4V的压降，在20V电源供给的情形下具有约8V的压降，这意味着功耗在20V时增大4倍。如果线性调节器的电压输出更低，情况甚至会更糟。
对于开关调节器或输出驱动器，功耗发生在开关切换本身，例如参考电压是16V的FET晶体管在20V时的功耗增大至少60％至150％，这取决于FET的类型和栅极驱动电路。因此，电气应用(例如汽车)中的大部分功率半导体必须被设计成能够承受大约18V-20V的最大过电压水平，并且能够处理增大的功率耗散。必须添加散热片并且必须有足够的冷却。这会增大半导体器件的实际尺寸和硅面积。此外，机械尺寸和散热片与功率组件的重量相关。
由上述说明可清楚地了解，提供一种能够解决过电压问题的电气系统会增加电气零部件的成本和为提供这种电气系统的工作量，并且趋势是在各种应用(尤其例如车辆)中的电气应用在不远的将来会迅速增长。
文献EP 1 303 023 A2公开了一种用于车辆的能量供应装置，其具有用于避免过电压的冗余交流发电机调节机制。然而，尽管这一解决方案在一些情况下工作良好，但仍有改进性能的空间。
发明内容
本公开内容的总体目的在于提供一种低成本的交流发电机系统，其进一步降低了自交流发电机系统提供的过电压的风险。由于自交流发电机系统提供的过电压的风险得到充分降低，有可能大大降低对于电气零部件的要求，并进而显著降低电气系统的成本。
在下文中可清楚看到，通过如所附独立权利要求中所限定的交流发电机系统可实现这一目的及其他目的。在相关的从属权利要求中记载了一些示例性实施方式的细节和进一步的可选特征。
根据本公开内容的第一方面，提供了一种交流发电机系统，其包括具有带至少一个固定绕组的定子和具有用于产生交流电的可旋转励磁线圈的转子的交流发电机；具有主控制器和被配置为能够控制通过励磁线圈的电流的主功率开关的主电压调节器；和具有冗余控制器和被配置为能够控制通过所述励磁线圈的电流的冗余功率开关的冗余电压调节器，其中所述主功率开关、所述励磁线圈和所述冗余功率开关以此顺序串联连接。
通过提供具有两个独立的电压调节器的交流发电机系统，其中的每个电压调节器具有其自身的电子控制器和功率开关，进一步增强了交流发电机系统的输出电压调节的稳定性和可靠性。尤其是，通过提供主电压调节器和冗余电压调节器，而且每个电压调节器自身是完全正常运行的，在主电压调节器内发生的单个故障将不会影响冗余电压调节器的功能，从而实现更稳定耐久且可靠的交流发电机系统。
例如，主控制器的软件或硬件故障将不会必然地影响冗余电压调节器。此外，通过具有两个分开的电压调节器，即主电压调节器和冗余电压调节器，每个电压调节器可具有独立的电连接装置。例如，每个电压调节器可以具有各自的通信总线连接、电源连接、输出电压感测连接、调节器输出连接、相位检测连接、接地装置，等等。由此，涉及与主电压调节器相关联的所述导体故障或上述导体的电连接装置的故障，将不会必然地影响冗余调节器的功能。
此外，通过将主功率开关、励磁线圈和冗余功率开关以此顺序串联连接，确保了主控制器和主功率开关之间电连接的故障不会对冗余电压调节器的功能造成负面影响。
此外，所述串联连接与分离且独立的主电压调节器和冗余电压调节器相结合，能够在主功率开关的过度转向的情况下通过冗余电压调节器自动切换到交流发电机输出电压调节。
主电压调节器和冗余电压调节器可以是相同的电压调节器。它们还可以优选地选自标准调节器，以降低成本。
EP 1 303 023 A2中的电压控制器包括控制第一和第二功率开关T1、T2的单个电子控制器2，其中单个控制器连续监测和比较交流发电机的供电电压和发给第一功率开关T1的控制信号。当单个控制器通过真实性检查检测到故障时，该单个控制器控制第二功率开关接管电压调节。然而，该单个控制器软件或硬件的故障或关键电连接装置2a、2c、2e、2l中的任何一个的故障将导致整个交流发电机系统的故障。
在一种示例性实施方式中，冗余电压调节器具有高于主电压调节器的输出电压调节设定值的输出电压调节设定值。这种配置使得能够在主功率开关因为任何缘由而过度转向的情况下通过冗余电压调节器自动接管电压调节。
例如，当忽略考虑环境温度、电池荷电状态、瞬时电流消耗等的临时电压水平调节时，主电压调节器可具有14.0伏的输出电压调节设定值。通过将冗余电压调节器的输出电压调节设定值设定为例如14.2伏，由于交流发电机系统的实际输出电压将为低于14.2伏的14.0伏，只要主电压调节器完全正常运行而无故障，冗余控制器将控制冗余功率开关持续处于完全导通状态。然而，一旦主电压调节器发生故障，导致交流发电机系统的实际输出电压超过14.2伏，冗余控制器将自动控制冗余功率开关以限制流过励磁线圈的电流，从而自动将交流发电机系统的实际输出电压降至14.2伏。因此，主电压调节器和冗余电压调节器都被配置为能够持续地并且同时地控制通过励磁线圈的电流，但是冗余电压调节器具有高于主电压调节器的输出电压调节设定值的输出电压调节设定值。
优选地，通知驾驶员和/或车队管理服务和/或维修服务中心由冗余电压调节器接管了电压调节。
在一种示例性实施方式中，所述冗余电压调节器的输出电压调节设定值相比于所述主电压调节器的输出电压调节设定值高出的范围在0.1-3.0伏或1-20％，具体地高出范围在0.1-1.0伏或1-7％，更具体地高出范围在0.2-0.7伏或0.2-0.5％的范围。
在一种示例性实施方式中，主电压调节器和冗余电压调节器均被配置为在交流发电机系统的正常运行中同时运行，其中，由于交流发电机系统的输出电压低于冗余电压调节器的预定输出电压调节设定值，因此只要主电压调节器完全正常的运行，冗余功率开关就被控制为处于完全导通状态，并且其中，当主电压调节器因故障而过激励励磁线圈时，所述冗余电压调节器根据冗余电压调节器的输出电压调节设定值自动接管对交流发电机系统的输出电压的控制。电压调节的自动接管是有利的，因为冗余电压调节器此后不依赖于附加的上级控制信号的功能性，而上级控制信号本身可能变得功能紊乱，进而导致有潜在损坏性的交流发电机系统输出过电压。
在一种示例性实施方式中，冗余控制器被配置为能够独立于主控制器或主功率开关的状态或动作来控制冗余功率开关。由此，由冗余控制器提供提高的自主电压控制水平，从而降低单个故障导致输出过电压的风险。
在一种示例性实施方式中，主电压调节器的电接地装置与冗余电压调节器的电接地装置分离且隔开。具有独立且分离的电连接装置和电导体，使得单个电连接故障或单个电导体故障将导致主电压调节器和冗余电压调节器均发生故障的风险得以减小。
在一种示例性实施方式中，主电压调节器的电压端子与冗余电压调节器的电压端子分离且隔开。具有独立且分离的电端子和电导体，使得单个电连接故障或单个电导体故障将导致主电压调节器和冗余电压调节器均发生故障的风险得以减小。
在一种示例性实施方式中，冗余电压调节器的电压端子位于交流发电机壳体的电池正极端子处，或者位于与交流发电机壳体的电池正极端子相同的整体结构件之内。主电压调节器通常通过附接在整流电路的输出处或类似的位于交流发电机内的某个地方的感测位置处的感测电缆来检测和监控瞬时电压输出。为了避免感测位置和主控制器之间受损的或其他不良的电连接也会影响冗余电压调节器的电压控制的风险，将冗余电压调节器的电压端子置于交流发电机壳体的电池正极端子处或者置于与交流发电机壳体的电池正极端子相同的整体结构件之内会是有利的。由此，避免了由于常见的电连接故障或常见的发生故障的电导体而导致的单个故障。
在一种示例性实施方式中，主电压调节器和冗余电压调节器中的每一个均包括单独的通信连接。这样，确保了每个单独的电压控制器接收正确的信息并且不以任何方式依赖于其他电压调节器的功能。
在一种示例性实施方式中，交流发电机系统还包括连接至主电压调节器的通信连接装置和连接至冗余电压调节器的通信连接装置的通信硬件节点。通过将通信硬件节点连接至每个电压调节器的通信连接装置，确保了每个单独的电压控制器接收正确的信息并且不以任何方式依赖于其他电压调节器的功能。
可替代地，交流发电机系统还包括连接至主电压调节器的通信连接装置的主通信硬件节点，以及连接至冗余电压调节器的通信连接装置的冗余通信硬件节点。通过采用连接至每个电压调节器的单独的通信硬件节点，降低了单个通信硬件节点中的故障将影响两个电压调节器的风险。
进一步可替代地，交流发电机系统还包括交流发电机壳体通信端子，该交流发电机壳体通信端子连接至主电压调节器的通信连接装置且连接至冗余电压调节器的通信连接装置，并被配置为用于连接外部通信硬件节点。这样，确保了每个单独的电压控制器独立于其它电压调节器的正确功能，却可用于与外部通信硬件节点通信。
作为更进一步的可替代方案，交流发电机系统还包括交流发电机壳体主通信端子和交流发电机壳体冗余通信端子，其中交流发电机壳体主通信端子连接至主电压调节器的通信连接装置并且被配置为用于连接外部主硬件节点，交流发电机壳体冗余通信端子连接至冗余电压调节器的通信连接装置并被配置为用于连接外部冗余硬件节点。通过使用连接至每个电压调节器的独立的通信硬件节点，降低了单个通信硬件节点中的故障将影响两个电压调节器的风险。
在一种示例性实施方式中，交流发电机、主电压调节器和冗余电压调节器位于单个交流发电机壳体内。由此，可以提供紧凑且稳定耐用的交流发电机系统。
在一种示例性实施方式中，主电压调节器和冗余电压调节器中的每一个都包括在单独连接处连接至定子的单个绕组的相位检测连接装置。具有单独且分离的电连接和电导体，使得单个电连接故障或单个电导体故障将导致主电压调节器和冗余电压调节器均发生故障的风险得以减小。
在一种示例性实施方式中，所述主功率开关的第一连接装置连接至所述交流发电机的主调节器电压端子，而所述主功率开关的第二连接装置在正励磁线圈侧连接至所述励磁线圈，并且其中，所述冗余功率开关的第一连接装置在负励磁线圈侧连接至所述励磁线圈，而所述冗余功率开关的第二连接装置连接至所述交流发电机的接地装置或电池负极端子。可替代地，所述冗余功率开关的第一连接装置连接至所述交流发电机的主调节器电压端子，而所述冗余功率开关的第二连接装置在正励磁线圈侧连接至所述励磁线圈，并且其中，所述主功率开关的第一连接装置在负励磁线圈侧连接至所述励磁线圈上，而所述主功率开关的第二连接装置连接至所述交流发电机的接地装置或电池负极端子。所述主功率开关、所述励磁线圈和所述冗余功率开关以此顺序串联连接。然而，根据具体的情况，以电流方向来看，可以改变主功率开关和冗余功率开关在励磁线圈之前或之后的位置。
根据本公开内容的另一方面，提供了一种用于电气系统的电源，所述电源包括连接至至少一个负载的电池和如上所述的交流发电机系统，其中电池的正极端子连接至交流发电机壳体的电池正极端子。
根据本公开内容的另外一个方面，提供了一种包括如上所述的电源的车辆，特别是道路车辆或越野车辆，诸如汽车、卡车、公交车、飞行器或船舶。
当研究所附权利要求和以下说明时，本公开内容的进一步特征和优点将变得显而易见。在不脱离本公开内容的范围的情况下，本领域技术人员能够认识到可以通过组合本公开内容的不同特征，以创造不同于下文中描述的那些实施方式的其他实施方式。
附图说明
通过以下说明性及非限制性的详细的描述和附图可容易地理解本公开内容的各种示例性实施方式，包括其特定的特征和示例性的优点，其中：
图1示意性地示出了12伏或24伏的交流发电机系统的示例性实施方式；以及
图2示意性地示出了与组合的高低压电气系统连接的高压交流发电机系统的示例性实施方式。
具体实施方式
图1示意性地示出了具有发电机系统3的车辆电气系统1原理的一种示例性实施方式，其中用于当今车辆中的最常见类型的发电机为交流发电机系统3。这实际上是同步AC(交流)发电机，其被构造为能够通过电池的正、负极端子32、31而在轿车上提供约12V(伏)的DC(直流)输出，或者在卡车和类似的重型车辆中提供约24V的DC输出。交流发电机系统3的转子通常由车辆的内燃机通过转速被提升2-4倍之间的皮带驱动。
示意性地，在车辆电气系统1的图示中仅示出了几个电气功能和电气负载。所示出的电气功能被限定为12V或24V电池11形式的蓄电系统、用于接通或断开高电负载13的电气开关12、与点火开关14串联并被配置为用于接通和断开正常负载16的附加负载开关15、通信硬件节点19和充电故障指示灯18，其中，通信硬件节点19例如是LIN(局部互连网)的主节点19。可使用的替代性通信系统例如是FlexRay和CAN。
基本上，交流发电机系统3在相对低的转子转速下提供较高的功率输出，并具有输出比电池充电和电负载能量消耗二者所需更大的电流的能力。交流发电机系统3的输出电压水平可通过调节流过转子的励磁线圈4的直流激励电流加以控制。励磁线圈也可被称为励磁激励绕组。可变的激励电流在励磁线圈4周围产生可变的磁场，这一磁场在三相定子绕组5中的每一个中产生AC电流。
当转子的励磁线圈4被激励并被驱动旋转时，三相定子绕组5因而共同产生三相AC电流。随后，AC电流被转换成通过正稳压整流二极管61和负稳压整流二极管62的直流电流。
虽然本公开内容示出了三相AC电流，但并不限制于该相数。根据本公开内容的交流发电机可以同样地配备有五相交流发电机或任何其它数量的相。虽然五相交流发电机比三相交流发电机昂贵一些，但五相交流发电机的优点是输出电压中的纹波较小，而这可以降低其他电气部件中对于滤波的要求，这将稍稍降低它们的成本。此外，在图1中示出了Y形缠绕的定子，但在本公开内容中Y形缠绕的定子和三角形卷绕的定子是相当的。
如图1所示，由交流发电机系统3通过正电池端子32向车辆电池1提供经调节的电压和电流，而车辆电池1接地至其自身的接地装置2。
交流发电机、主电压调节器7和冗余电压调节器8可以优选地位于单个交流发电机壳体内，用以提供紧凑且稳固耐用的交流发电机系统。
除非在例如起动电机或高负载13的短激活期间，电池11例如可以正常持续充电。当车辆内燃机的转速低且数个电负载总体上消耗较多电力时，也可能暂时出现过低的充电电流。
此外，车辆可以控制交流发电机系统3，从而例如暂时降低输出电压，使得电池充电暂时停止，以便降低二氧化碳排放和燃料消耗。
通过将交流发电机系统的输出电压调节至固定水平，充电电流和电负载电流都受到限制。但是如果在输出电压调节中发生故障，导致转子的励磁线圈4的激励水平过高，其结果是过高的输出电压水平，这也被称为过电压。过电压对电池11和所有的电负载都有极大的破坏性，使得电池11和所有电负载有发生故障或在最坏的情况下被损毁的高风险。
因此，ISO16750_2(国际标准组织)对车辆有以下要求，即要求所有电气部件应当能够经受18V达到60分钟(对于轿车而言)。对于卡车，该要求为经受36V达60分钟。然而，采用能够承受比被配置为正常运行的电源电压水平的、约为12V-14V的目标运行电源电压水平显著更高的电源电压水平(例如约18V-20V)的电气部件，会使得电气部件的成本较高。
根据本公开内容的交流发电机系统目的在于完全消除过电压的风险，或者至少一定程度上降低过电压的风险，以使得过电压风险可以被认为是不存在的。这将使得允许使用不太昂贵的、能够承受较低的电源电压水平的电气部件，而没有电气部件发生故障或损毁的风险。
根据本公开内容的交流发电机系统通过提供具有冗余电压调节器8的交流发电机系统来解决过电压问题。
如图1所示，交流发电机系统3包括具有三个固定绕组5的定子、具有用于产生交流电的可旋转的励磁线圈4的转子、主电压调节器7和冗余电压调节器8的交流发电机，其中，主电压调节器7具有主控制器72和被配置为能够控制通过励磁线圈4的电流的主功率开关75，冗余电压调节器8具有冗余控制器82和被配置为能够控制通过励磁线圈4的电流的冗余功率开关85。其中，主功率开关75、励磁线圈4和冗余功率开关85以此顺序串联连接。
主功率开关75和冗余功率开关85可以例如是功率晶体管，诸如PNP或FET晶体管。
主控制器72和冗余控制器82中的每一个都可以例如以例如呈微处理器或ASIC(专用集成电路)的形式实现在单个IC(集成电路)上。呈IC形式的每个控制器72、82也可以与相应的功率开关75、85一起被装配到公共基板上。
主控制器72和冗余控制器82中的每一个通常至少包括中央处理单元、存储器、A/D转换器和用于与外部电气设备/部件通信的一个或多个输入/输出端口，其中该处理单元被配置为能够根据存储在存储器中的指令处理经由输入端口接收的输入数据并经由输出端口提供处理结果。
因此，控制例如主控制器72和冗余控制器82中的每一个的输出电压调节设定值的信息，可被本地存储于每个控制器72、82的存储器中，从而使得主控制器72和冗余控制器82中的每一个的输出电压调节设定值很大程度上彼此独立地得到处理，进而避免控制或设定主控制器72的输出电压调节设定值的错误或其他不正确信息影响对于冗余控制器82的输出电压调节设定值的控制或设定。
冗余控制器82被配置为能够独立于主控制器72或主功率开关75的状态或动作而控制冗余功率开关85。这意味着，例如，冗余控制器82被配置为能够独立于主控制器72或主功率开关75的运行状态、运行模式和动作而维持相同的预定控制策略和相同的预定输出电压调节设定值。
换句话说，仅因主控制器72或主功率开关75的突发的运行失效或故障，例如由于温度过高、过电流或过电压、电离辐射、机械冲击、应力或碰撞、电路开路或短路等等，冗余控制器82将不会改变其预定的操作模式、操作设置、控制策略或输出电压调节设定值。主控制器72和冗余控制器82因而被配置为能够分立地并且彼此独立地连续操作，用以避免任何类型的故障负面影响主电压调节器7和冗余电压调节器8，从而确保交流发电机系统的输出电压调节的高水平的运行的冗余性。
主功率开关75的第一连接装置连接至交流发电机的主调节器电压端子63，并且主功率开关75的第二连接装置在正励磁线圈侧41连接至励磁线圈4。冗余功率开关85的第一连接装置在负励磁线圈侧42连接至励磁线圈4，并且冗余功率开关85的第二连接装置连接至交流发电机系统3的接地装置81或电池负极端子31。
由此，由主功率开关75控制正励磁线圈侧41，由冗余功率开关85控制负励磁线圈侧42。这一配置意味着主电压调节器7和冗余电压调节器8的调节器控制彼此相互独立。
作为图1中图示内容的替代方案，冗余功率开关85的第一连接装置可以连接至交流发电机的电池正极端子32，而冗余功率开关85的第二连接装置可以在正励磁线圈侧41连接至正励磁线圈。主功率开关75的第一连接装置可以在负励磁线圈侧42连接至励磁线圈4，并且主功率开关85的第二连接装置可以连接至交流发电机的接地装置81或电池负极端子37。
冗余电压调节器8可以具有比主电压调节器7的输出电压调节设定值更高的输出电压调节设定值。
通过在12V电子系统中选择比主调节器7的输出电压调节设定值高大约0.3V的冗余调节器8的输出电压调节设定值，在24V系统中选择比主调节器7的输出电压调节设定值高大约0.5V的冗余调节器8的输出电压调节设定值，主调节器7通常控制电池正极端子32处的电压输出水平。
具体地，冗余电压调节器8可以具有这样的输出电压调节设定值，即，该值比主电压调节器7的输出电压调节设定值高出0.1-3.0伏或1-20％的范围，具体可以高出0.1-1.0伏或1-7％的范围，更具体地可高出0.2-0.7伏或0.2-0.5％的范围。
冗余电压调节器8可以具有与充电故障指示灯18相连的单独连接装置。
只要主调节器7中没有出现故障，冗余调节器8就会持续地导通，仅仅是因为冗余控制器82读取到低于冗余电压调节器8的设定值的实际输出电压值。这形成呈功率晶体管形式的饱和或完全导通的冗余功率开关85。
通常，主电压调节器8中引起过高的激励水平并由此招致增大的输出电压的任何类型的故障随后都将由冗余电压调节器7自动地加以限制。
换句话说，当交流发电机系统发生任何类型的如下所述的故障时，即，该故障致使主电压调节器8产生流过励磁线圈4的电流而引发过高的励磁水平并由此使得输出电压相比于主电压调节器8的输出电压调节设定值，达到稍高于冗余电压调节器7的输出电压调节设定值，冗余电压调节器7将立即且自动地接管对于通过励磁线圈4的电流的主动调节，从而使得交流发电机系统的实际输出电压等于冗余电压调节器7的输出电压调节设定值。此后，交流发电机系统的输出电压将保持在与冗余电压调节器8的输出电压调节设定值相对应的电压水平上，并至少保持至交流发电机系统被修复为止。
由此，在主电压调节器7发生故障的情形下，交流发电机系统的输出电压将仅仅从与主电压调节器7的输出电压调节设定值相对应的电压水平上升至与冗余电压调节器8的输出电压调节设定值相对应的电压水平。因此，在主电压调节器7发生故障的情形下，交流发电机系统的输出电压将不会上升超过与冗余电压调节器8的输出电压调节设定值对应的电压水平。
主电压调节器的一种可能的故障是例如由于过热或来自主控制器72的错误的控制器信号7D而引发的主功率开关75被旁路连通或短路。这一类型的故障可由根据本公开内容的交流发电机系统的冗余电压调节器解决。
主控制器72的错误控制器信号7D产生的另一可能原因可能是主电压调节器7的接地装置71发生故障。主调节器7中的内部接地网70连接至交流发电机系统中的合适的接地装置71，优选地连接至交流发电机系统的壳体。另外，冗余电压调节器8也具有内部接地网80，该内部接地网80连接至交流发电机的接地装置81，例如交流发电机系统的壳体。冗余电压调节器8的接地装置81优选地为独立的连接装置，其与主电压调节器7的接地装置71彼此物理分离并隔开，以避免任何常见原因的问题。
如图1所示，交流发电机的电池负极端子31在内部连接至通常为铝的金属壳体37。因此，其具有非常好的导电性能以及冷却能力。因此，电池负极端子31连接至车身或底盘接地装置2。通常，将编织物用作电池负极端子31与车身或底盘接地装置2之间的接地连接装置。
主控制器72的错误控制器信号7D产生的另一可能原因可能是失灵的电源供应连接和/或输出电压感测信号连接。主电压调节器7的组合的电源和输出电压的感测信号可以经由连接至主调节器电压端子63的电压感测装置76来提供，该主调节器电压端子63应是在物理上封闭的并适用于主调节器7。为了避免由在主调节器电压端子63处的电连接故障而引起的常见故障，冗余调节器电压端子33应被用于冗余电压调节器8的组合的电源和输出电压的感测信号。冗余调节器电压端子33应连接至冗余电压调节器8的电压感测装置86，并且冗余调节器电压端子33应该与主调节器电压端子63在物理上分离且隔开。此外，主调节器7的电源连接装置和/或输出电压感测信号连接装置76应通过单独的、独立的且唯一的导体连接至主调节器电压端子63，并且冗余调节器8的电源连接装置和/或输出电压感测信号连接装置86应通过另一单独的、独立的且唯一的导体连接至冗余调节器电压端子33。这样，用于主调节器7的供电的电导体或导体连接装置的故障将不会不利地影响用于给冗余调节器8的供电的电导体或导体连接装置的功能和运行。由此，单个电连接故障或单个电导体故障导致主电压调节器和冗余电压调节器均出现故障的风险得以消除。
冗余电压调节器8的电压端子33应当优选地位于交流发电机壳体的电池正极端子32处，或者位于与交流发电机壳体的电池正极端子32相同的整体结构件内。由此，可以消除冗余电压调节器8的电压端子33与交流发电机壳体的电池正极端子32之间的电连接受损或其他不良电连接的风险。由此，冗余电压调节器8的功能与主调节器电压端子63的质量无关。
主控制器72和相关联的诊断电子设备被配置成能够经由主控制器72的主AC相位信号连接装置7C检测在定子的V相51处的AC电压相位信号。主AC相位信号被用于检测用于基于激励剩磁的自启动的振幅或用于AC频率或交流发电机速度检测的振幅。
具有相同的功能的冗余控制器82和相关联的诊断电子设备被配置为能够经由冗余控制器72的第二AC相位信号连接装置8C检测在定子的W相52处的AC电压相位信号。重要的是，两个不同的相V、W被连接，因此任何电连接或相关导体的单个故障不会导致调节器7、8中的共同故障。
在基本的且较便宜的交流发电机中没有LIN单元，是经由交流发电机端子34通过充电指示灯8来通知驾驶员出现充电故障。该信号来自相应的调节器7、8，来自控制器和诊断电子设备72、82以及经由二极管或有线的输出78、88的内部信号7A、8A。这种或有线的构造由两个二极管77、87实现，这意味着如果只有一个调节器7、8发生故障，则充电指示灯18将被打开。在内燃机起动期间，来自点火开关网17并通过灯的电流发挥作用以激励交流发电机的励磁线圈4。
主电压调节器7和冗余电压调节器8的另一种可能发生的常见故障可能是公共通信连接的故障。本公开内容的交流发电机系统通过为主电压调节器7和冗余电压调节器8中的每一个设置单独的通信连接装置79、89来解决这种可能的故障。
图1所示的示例性实施方式中的交流发电机系统3包括交流发电机壳体通信端子35，交流发电机壳体通信端子35连接至主电压调节器7的通信连接装置79和冗余电压调节器8的通信连接装置89。外部通信硬件节点19连接至交流发电机壳体通信端子35，用于与主电压调节器7和冗余电压调节器8建立通信。
外部通信硬件节点19可以例如是LIN主节点19，并且主电压调节器7和冗余电压调节器8中的每一个都可以包括LIN从节点74、84，LIN从节点74、84可以经由主电压调节器的通信连接装置79和冗余电压调节器的通信连接装置89连接至LIN主节点19。
通常，自/至主电压调节器7和冗余电压调节器8的每个单独的通信连接装置79、89的通信包括与外部通信硬件节点19的数字通信，诸如例如通过串行通信协议进行的数字通信。
根据本公开内容的交流发电机系统的有利特征在于，如果主电压调节器7将对故障的检测传递至上级电子控制器，并且由于冗余电压调节器8的较高的输出电压调节设定值，冗余电压调节器已自动地接管对交流发电机系统3的输出电压的调节，上级电子控制器可以通过将冗余电压调节器8的输出电压调节设定值降低到与主电压调节器7在故障发生之前所具有的相同的设定值而作出响应。这种方案的优点在于，交流发电机系统3的运行可以继续而不会增大对任何其他电气部件的风险或加剧任何其他电气部件的损坏，并且交流发电机系统3完全可用。
错误消息优选地被提交给驾驶员、运营商、车队服务管理、服务维修中心等等需要该服务的单位，等等。主电压调节器7和冗余电压调节器8与上级电在控制器之间的通信借助于外部通信节点19和主电压调节器7、冗余电压调节器8中的每一个的通信节点74、84来执行。
出于诊断和合理性的目的，每个电压调节器7、8可以具有诊断反馈装置7E、8E，通过该诊断反馈装置可以检测每个调节器的占空比，并且可能经由LIN从节点74、84转发到上级ECU，用于提供交流发电机的电力负载状态。
优选地，在转子线圈4的正、负绕组侧41、42之间设置反激或续流二极管43。该二极管43优选地被集成在主电压调节器7中。
以上公开内容主要涉及一种交流发电机。然而，在老的和廉价的汽车中已经使用了直流发电机。这些直流发电机包括碳刷和非常常见的用于控制通过激励转子线圈的电流的机电调节器，以获得稳定的输出电压水平
图2示意性地公开了例如用于车辆的，与组合的高压和低压电气系统9、110连接的高压交流发电机系统130的示例性实施例。
高压交流发电机系统130具有与主、冗余电压调节器170、180组合的激励励磁线圈140，所述主电压调节器170和冗余电压调节器170、180被配置为能够向高压电气系统9提供经调节的高电压输出。高压电气系统9还经由DC/DC转换器91连接至低压电气系统110。
高电压电气系统9和低压电气系统110的具体电压水平可以根据所需应用的具体要求加以选择。高压电气系统9的电压水平可以是低压电气系统110的整数倍。
具体而言，高压电气系统9可以是48V系统，而低压电气系统110可以是12V系统。高压交流发电机系统130的电压输出可以为约48V，并且可能达到约52V的最大充电电压。
低压电气系统110可替代地为24V电气系统，从而使其特别适用于卡车电气系统。
在以下说明中描述了本公开内容的一个示例性实施例，其中高压交流发电机系统130和高压电气系统9是48V系统，而低压电气系统110是12V系统。然而，根据本公开内容的高压交流发电机系统130、高压电气系统9和低压电气系统110同样适用于其它电压水平。
与混合的48V和12V电气系统9、110相结合的48V交流发电机系统130具有能够向高功率电负载提供48V电源供应的优点，从而使得必然有更小的电流从电导体流过。功率P等于电压U乘以电流I(P＝U*I)。因此，通过增大所提供的电压水平，在保持相同水平的功率的同时，可以相同程度地减小所提供的电流水平。较小的电流使得能够使用更小、更低成本且重量更轻的电导体。
图2的组合的48V和21V电气系统8，110可以例如有利地被应用于轿车中，以满足未来更低的二氧化碳排放水平的要求。
图2的48V电气系统可以例如用于向诸如内燃机的起动电机之类的高功率负载913供电。使用具有与在12V系统中使用的功率相同的48V起动器电机将把电流消耗降低四倍。这意味着在相同因素下，线束面积可以减小，这使得导线和电机两者所用的铜较少且重量更轻。另一优点在于，在布线和电气部件本身两方面都提高了效率。
高负载电气部件的进一步示例是电动A/C压缩机(空调)、PTC空气加热器(正温度系数元件)、前窗加热器、发动机冷却风扇，等等。
48V电气系统9的接地装置92优选地并不与12V电气系统110的接地装置2一样连接到车身或底盘处的相同的物理接地螺栓。在电学方面，48V电气系统9的接地装置92和12V电气系统110的接地装置2具有基本相同的接地电势，但是通过避免采用公共接地装置，48V电气系统9或12V电气系统110中的任何一个的故障都不会影响另一个。
如图2所示，有两种电池：低电压电池11，诸如常规的12V或24V电池；以及48V电池911。48V电池911优选地为锂离子电池类型，而低压电池11可以是传统的铅酸类型电池。
通过DC/DC转换器91能实现从48V电气系统9到12V电气系统110的电力的传递。48V电气系统9还包括12V正极端子93。
由于48V交流发电机系统130连接至48V电气系统9，先前描述的过电压问题仅适合48V电气系统9以及连接至48V电气系统9的电负载913。可以利用DC/DC转换器91防止来自48V交流发电机系统130的过电压进入12V电气系统110。
以与参考图1进行公开的12V系统1相同的方式，48V交流发电机系统130包括冗余电压调节器180，如果故障使得主电压调节器170产生过高的激励场，该冗余电压调节器180将自动接管对流过励磁线圈140的电流的控制，并且因此也自动接管对转子的激励场的控制。
以与上面参考图1进行描述的12V交流发电机系统3相同的方式，励磁场水平通常由主功率开关175调节，主功率开关175由主控制器172控制。晶体管175的内部短路或参考图1所述的电子设备故障或任何其它问题，或者类似的故障，可能导致过高的激励电平，使得在48V电池正极端子132处提供过电压。
由于冗余电压调节器180的输出电压调节设定值比主电压调节器170的输出电压调节设定值高大约0.8V，只要48V交流发电机系统的输出电压处于主电压调节器170的输出电压调节设定值，冗余电压调节器180的功率开关185就通常持续导通。因此，一旦48V交流发电机系统的实际输出电压超过主电压调节器170的输出电压调节设定值0.8V，冗余电压调节器控制器180就会自动接管电压输出调节，从而使得潜在的有害过电压实际上不会发生。
为了避免单个故障影响主电压调节器170和冗余电压调节器180的功能性，在这一实施例中还可采用如上面参照图1描述的实施例中所描述的相同措施。具体地，冗余电压调节器180的接地装置181优选地是独立的装置，其与主电压调节器170的接地装置分离且隔开。冗余调节器电压端子(图2中未示出)应连接至冗余电压调节器180的电压感测装置，并且冗余调节器电压端子应与主调节器电压端子分离且隔开。冗余电压调节器180的电压端子(未示出)应该优选地位于交流发电机壳体的电池正极端子132处，或者位于与交流发电机壳体的电池正极端子132相同的整体结构件内，主控制器172和冗余控制器182被配置为能够检测在各自的定子相位处的AC电压相位信号，其中重要的是连接两个不同的相，并且主电压调节器170和冗余电压调节器180中的每一个都设有单独的通信连接装置。
在48V电池正极端子132处提供的输出电压也是由在三相定子绕组150中产生的AC通过旋转的励磁线圈140和相关联的激励水平产生，并随后在整流器单元160中转换为DC。应注意的是，每个单独的整流器的齐纳电压水平(Zener voltage level)必须适应48V系统9，这意味着在60至70V的范围内的某处存在所谓的齐纳拐点(Zener knee)。
整流器单元160的接地优选地通过在单独的内部接地37处对壳体接地而实现，这内部接地37又连接至电池负极端子131的输出。
与12V系统相比，在48V系统9中，高负载开关912需要有更进一步的电隔离且更加坚固的连接器壳体。因此，在12V系统1中保留有大部分负载16、复杂的ECU、以及点火开关14和大多数其他电气功能。
此外，48V/12V系统110中的LIN主节点19以与12V系统1中相同的方式设置。LIN主节点19通过交流发电机壳体通信端子35通信或传输信号至交流发电机系统130或自交流发电机系统130通信或传输信号。
权利要求书中提及的附图标记不应被视为限制由权利要求保护的主题的范围，并且附图标记的唯一作用在于使权利要求更容易理解。
本说明书中的用词“一”、“一个”可以表示一个，但也可与“至少一个”或“一个或多个”的含义一致。术语“约”一般表示提及的数值加上或减去10％，或更具体地是加上或减去5％。在权利要求书中使用的术语“或”，除非明确表示其仅指可替代的方案，否则其表示“和/或”的意思。使用权利要求书中的项。
术语“包括”、“包含”、“有”、“具有”、“含有”、“含”等为开放式的用词。因此，“包括”、“包含”、“有”例如一个或多个步骤或元件的一种方法或装置，其具有一个或多个步骤或元件，但不限于仅具有这一个或多个元件。
本公开内容的交流发电机系统可以以其他特定形式体现，而不背离其精神或本质特征。可以理解的是，上述示例的各种特征可以混合并匹配，以形成各种其他的替代方案。因此，所描述的实施方式在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。因此，本公开内容的范围由所附权利要求而非前述说明书来表示。在所附权利要求的等效的含义和范围内的所有改变都将被包括在其保护范围内。
附图标记说明
1 车辆电气系统的原理
2 至车身或底盘的接地装置
3 交流发电机
4 励磁线圈
5 三相固定绕组
7 主调节器
8 第二调节器
9 在12/48V系统中的48V系统
11 电池
12 用于高负载的开关
13 高负载(例如起动电机)
14 点火开关
15 附加负载开关
16 正常电负载
17 点火开关网
18 充电指示灯
19 LIN主节点
31 电池负极端子
32 电池正极端子
33 冗余调节器电压端子
34 充电指示灯端子
35 交流发电机通信端子
37 至壳体的内部接地
41 正励磁线圈侧和主调节器输出
42 负励磁线圈侧和第二调节器输出
43 反激或续流二极管
51 主AC相连接点(例如，V相)
52 第二AC相连接点(例如，W相)
61 正稳压整流二极管
62 负稳压整流二极管
63 主调节器电压端子
70 内部接地连接点
71 接地连接点
72 主控制器
74 LIN从节点
75 主功率开关
76 电源和电压感测连接点
77 二极管或有线的输出
78 主指示器输出
79 主电压调节器通信连接点
7A 内部指示器信号连接点
7B 内部通信信号连接点
7C 主AC相位信号连接点
7D 至功率晶体管的控制器信号输出连接点
7E 调节器输出的诊断反馈连接点
80 内部接地连接点
81 接地连接点，分立地
82 具有诊断的冗余控制器
84 LIN从节点
85 冗余功率开关
86 电源和电压感测连接点
87 二极管或有线的输出
88 第二指示器输出
89 冗余电压调节器的通信连接处
8A 内部指示器信号连接点
8B 内部通信信号连接点
8C 第二AC相位信号连接点
8D 至功率晶体管的控制器信号输出连接点
8E 调节器输出的诊断反馈连接点
91 48V系统和12V系统间的DC/DC转换器
92 至车身或底盘上的48V接地连接点
93 12V正极端子
110 12/48V系统中的12V系统
119 LIN主节点或充电指示灯
130 48V交流发电机系统
131 48V的电池负极端子
132 48V的电池正极端子
136 通信总线或充电指示灯端子
140 48V励磁线圈
150 48V固定绕组
160 稳压整流二极管单元
170 48V主调节器
172 具有诊断的控制器
175 功率开关，PNP或FET晶体管
180 48V冗余调节器
181 接地连接点，分立地
182 具有诊断的控制器
185 功率开关，NPN或FET晶体管
911 高电压电池
912 用于高电负载的开关
913 高电负载

Claims (17)

1.一种交流发电机系统(3，130)，其包括：
交流发电机(5，150)，所述交流发电机(5，150)具有定子和转子，所述定子具有至少一个固定绕组，所述转子具有用于产生交流电的可旋转的励磁线圈(4，140)；
主电压调节器(7，170)，所述主电压调节器(7，170)具有主控制器(72，172)和主功率开关(75，175)，所述主功率开关(75，175)被配置为控制通过所述励磁线圈(4，140)的电流；
冗余电压调节器(8，180)，所述冗余电压调节器(8，180)具有冗余控制器(82，182)和冗余功率开关(85，185)，所述冗余功率开关(85，185)被配置为控制通过所述励磁线圈(4，140)的电流；
其中，所述主功率开关(75，175)、所述励磁线圈(4，140)和所述冗余功率开关(85，185)以此顺序串联连接，
其中，所述冗余控制器(8，180)被配置为独立于所述主控制器(72，172)或主功率开关(75，175)的状态或动作而控制所述冗余功率开关(85，185)，并且
其中，所述主电压调节器(7，170)的电接地连接点(71)与所述冗余电压调节器(8，180)的电接地连接点(81，181)物理分离并在物理上隔开。
2.根据权利要求1所述的交流发电机系统，其中，所述冗余电压调节器(8，180)具有高于所述主电压调节器(7，170)的输出电压调节的设定点的输出电压调节的设定点。
3.根据权利要求1所述的交流发电机系统，其中，所述冗余电压调节器(8，180)的输出电压调节的设定点比所述主电压调节器(7，170)的输出电压调节的设定点高出0.1-3.0伏或1-20％的范围。
4.根据权利要求3所述的交流发电机系统，其中，所述冗余电压调节器(8，180)的输出电压调节的设定点比所述主电压调节器(7，170)的输出电压调节的设定点高出0.1-1.0伏或1-7％的范围。
5.根据权利要求3所述的交流发电机系统，其中，所述冗余电压调节器(8，180)的输出电压调节的设定点比所述主电压调节器(7，170)的输出电压调节的设定点高出0.2-0.7伏或0.2-0.5％的范围。
6.根据权利要求1所述的交流发电机系统，其中，所述主电压调节器和所述冗余电压调节器(7，8，170，180)均被配置为在所述交流发电机系统的正常运行中同时运行，其中，
由于所述交流发电机系统(3，130)的输出电压低于所述冗余电压调节器(8，180)的预定的输出电压调节的设定点，因此只要所述主电压调节器(7，170)功能完全，所述冗余功率开关(85，185)被控制为处于导通状态，并且其中，
当所述主电压调节器(7，170)因故障而过激励所述励磁线圈(4，140)时，所述冗余电压调节器(8，180)根据所述冗余电压调节器(8，180)的输出电压调节的设定点自动接管对所述交流发电机系统(3，130)的输出电压的控制。
7.根据权利要求1所述的交流发电机系统，其中，所述主电压调节器(7，170)的电压端子(63)与所述冗余电压调节器(8，180)的电压端子(33)分离且隔开。
8.根据权利要求1所述的交流发电机系统，其中，所述冗余电压调节器(8，180)的电压端子(33)位于所述交流发电机的壳体的电池正极端子(32，132)处，或者与所述电池正极端子(32，132)位于相同的单个结构件之内。
9.根据权利要求1所述的交流发电机系统，其中，所述主电压调节器和所述冗余电压调节器(7，8，170，180)中的每一个包括单独的通信连接点(79，89)。
10.根据权利要求9所述的交流发电机系统，其中，所述交流发电机系统还包括：
通信硬件节点(19)，所述通信硬件节点(19)连接至所述主电压调节器(7，170)的通信连接点(79)以及所述冗余电压调节器(8，180)的通信连接点(89)；或者
主通信硬件节点及冗余通信硬件节点，所述主通信硬件节点连接至所述主电压调节器(7，170)的通信连接点(79)，所述冗余通信硬件节点连接至所述冗余电压调节器(8，180)的通信连接点(89)；或者
交流发电机壳体通信端子(35)，所述交流发电机壳体通信端子(35)连接至所述主电压调节器(7，170)的通信连接点(79)以及所述冗余电压调节器(8，180)的通信连接点(89)，并被配置为用于连接外部通信硬件节点(19)；或者
交流发电机壳体主通信端子及交流发电机壳体冗余通信端子，所述交流发电机壳体主通信端子连接至所述主电压调节器(7，170)的通信连接点(79)并被配置为用于连接外部主硬件节点，所述交流发电机壳体冗余通信端子连接至所述冗余电压调节器(8，180)的通信连接点(89)并被配置为用于连接外部冗余硬件节点。
11.根据权利要求1所述的交流发电机系统，其中，所述交流发电机、所述主电压调节器(7，170)和所述冗余电压调节器(8，180)位于单个交流发电机壳体内。
12.根据权利要求1所述的交流发电机系统，其中，所述主电压调节器和所述冗余电压调节器(7，8，170，180)中的每一个包括在各自连接点(51，52)处连接至所述定子(5，150)的单独的绕组的相位检测连接。
13.根据前述权利要求中任一项所述的交流发电机系统，其中，所述主功率开关(75，175)的第一连接点连接至所述交流发电机的电池正极端子(32，132)，所述主功率开关(75，175)的第二连接点在正励磁线圈侧(41)连接至所述励磁线圈(4，140)，并且其中，所述冗余功率开关(85，185)的第一连接点在负励磁线圈侧(42)连接至所述励磁线圈(4，140)，所述冗余功率开关(85，185)的第二连接点连接至所述交流发电机的接地连接点(81，181)或电池负极端子(31，131)；或者，
其中，所述冗余功率开关(85，185)的第一连接点连接至所述交流发电机的电池正极端子(32，132)，所述冗余功率开关(85，185)的第二连接点在正励磁线圈侧(41)连接至所述励磁线圈(4，140)，并且其中，所述主功率开关(75，175)的第一连接点在负励磁线圈侧(42)处连接至所述励磁线圈(4，140)，所述主功率开关(75，175)的第二连接点连接至所述交流发电机的接地连接点(81，181)或电池负极端子(31，131)。
14.用于电气系统的电源，所述电源包括连接至少一个负载(13，16)及根据前述权利要求中任一项所述的交流发电机系统(3，130)的电池(11)，其中，所述电池(11)的正极端子连接至所述交流发电机的壳体的电池正极端子(32，132)。
15.一种包括根据权利要求14所述的电源的交通工具。
16.根据权利要求15所述的交通工具，其中，所述交通工具为道路车辆、越野车辆、飞行器或船舶。
17.根据权利要求15所述的交通工具，其中，所述交通工具为汽车、卡车或公交车。
CN201880058530.8A 2017-09-13 2018-09-12 交流发电机系统 Active CN111133672B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17190840.3A EP3457521B1 (en) 2017-09-13 2017-09-13 An alternator system
EP17190840.3 2017-09-13
PCT/CN2018/105295 WO2019052481A1 (en) 2017-09-13 2018-09-12 ALTERNATOR SYSTEM

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111133672A CN111133672A (zh) 2020-05-08
CN111133672B true CN111133672B (zh) 2023-10-03

Family

ID=59895112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880058530.8A Active CN111133672B (zh) 2017-09-13 2018-09-12 交流发电机系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11469696B2 (zh)
EP (1) EP3457521B1 (zh)
CN (1) CN111133672B (zh)
WO (1) WO2019052481A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10644558B2 (en) * 2016-12-14 2020-05-05 Transportation Ip Holdings, Llc System, method, and apparatus for stator and alternator for electric machine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE874160A (fr) * 1978-02-27 1979-05-29 Sure Power Products Regulateur de tension avec etage de sortie electriquement isole
US6294899B1 (en) * 1999-08-30 2001-09-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Control system for an alternating current generator
CN101018036A (zh) * 2006-12-29 2007-08-15 山东齐鲁电机制造有限公司 带保护装置的发电机无刷励磁调节器
CN101364744A (zh) * 2007-08-10 2009-02-11 株式会社电装 用于控制车辆中产生的电力的设备

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3710226A (en) * 1971-03-25 1973-01-09 Eltra Corp Generator with multiple voltage regulators
JPH03222825A (ja) 1990-01-27 1991-10-01 Hitachi Ltd 車体振動低減装置
DE10150380A1 (de) 2001-10-11 2003-04-17 Bosch Gmbh Robert Energieversorgung für Kraftfahrzeuge mit redundanter Generatorregelung
DE102004062032A1 (de) 2004-12-23 2006-07-13 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung zur schnellen Reduzierung eines induzierten Stroms
JP4570982B2 (ja) 2005-02-25 2010-10-27 日立オートモティブシステムズ株式会社 発電制御装置及び発電装置
WO2007032074A1 (ja) * 2005-09-15 2007-03-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 車両用交流発電機の制御装置
DE102007033357A1 (de) * 2007-07-16 2009-01-22 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Regelung eines Kraftfahrzeuggenerators
DE102008011224A1 (de) * 2008-02-26 2009-08-27 Robert Bosch Gmbh Generatorvorrichtung mit Überspannungsüberwachung
US8080980B2 (en) * 2009-03-11 2011-12-20 Remy Technologies, L.L.C. Alternator regulator with automatic regulation dependent on system voltage
WO2014024317A1 (ja) * 2012-08-10 2014-02-13 トヨタ自動車株式会社 オルタネータ制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE874160A (fr) * 1978-02-27 1979-05-29 Sure Power Products Regulateur de tension avec etage de sortie electriquement isole
US4224562A (en) * 1978-02-27 1980-09-23 Sure Power Products, Inc. Voltage regulator with electrically isolated output stage
US6294899B1 (en) * 1999-08-30 2001-09-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Control system for an alternating current generator
CN101018036A (zh) * 2006-12-29 2007-08-15 山东齐鲁电机制造有限公司 带保护装置的发电机无刷励磁调节器
CN101364744A (zh) * 2007-08-10 2009-02-11 株式会社电装 用于控制车辆中产生的电力的设备

Also Published As

Publication number Publication date
US20200204096A1 (en) 2020-06-25
CN111133672A (zh) 2020-05-08
WO2019052481A1 (en) 2019-03-21
US11469696B2 (en) 2022-10-11
EP3457521A1 (en) 2019-03-20
EP3457521B1 (en) 2021-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0777309B1 (en) Generating apparatus for vehicle
US10279761B2 (en) Vehicle power-supply device
US7629776B2 (en) Control and power module for a rotating electrical machine
US9774281B2 (en) Motor drive device
JP3992017B2 (ja) 車両用発電システム
US9694769B2 (en) Smart power distribution unit
US7196497B2 (en) Vehicle-mounted electrical generating system in which field current of electric generator supplying power to high-voltage system is derived from supply voltage of low-voltage system
JP3299398B2 (ja) 車両用交流発電機の出力制御装置
CN109641615B (zh) 电动助力转向装置
JP6586905B2 (ja) 車両電源装置
CN103373302B (zh) 机动车辆车载电网、发电机装置和运行车载电网的方法
US20110057630A1 (en) Vehicular Alternator, and Rectifier of Vehicular Alternator
JP2002010515A (ja) 車両用発電機の電圧制御装置
JP3661630B2 (ja) ハイブリッド車の駆動装置及びその制御方法
CN111133672B (zh) 交流发电机系统
US10056752B2 (en) Rotary electric machine for a vehicle
US7679219B2 (en) Power supply device
US20190214844A1 (en) Redundant power supply
JP6252362B2 (ja) 駆動システム
WO2013035424A1 (ja) 車両用電動補機装置
CN112109695A (zh) 混合动力车辆的发动机起动系统及控制该系统的方法
JP3885771B2 (ja) 電源システム
JP3763126B2 (ja) 負荷駆動装置
CN110460324B (zh) 用于半导体开关的抑制电路
KR102056744B1 (ko) 차량 교류발전기용 고장 진단 회로

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant