CN1445905A - 具有转速检测装置的车辆交流发电机 - Google Patents
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Abstract
具有不同数目磁极的两种车辆交流发电机具有一个共同的控制器(3)，该控制器用于根据一个相位线圈中所感应的电压的频率来检测转速。控制器(3)包括频率－脉冲转换电路(8)，其用于提供频率数倍于该相位线圈中所感应的电压频率的脉冲信号。频率－脉冲转换电路形成在一个IC芯片上，从而可通过改变该IC芯片中的一部分以便较为容易地改变脉冲信号的脉冲数，从而根据交流发电机所产生的电压的任何一个频率来准确地检测出转速。
Description
〔技术领域〕
本发明涉及一种用于车辆，例如卡车、客车或其它类似车辆的交流发电机。
〔背景技术〕
增大车辆发电机的输出功率以便可操作各种控制装置，同时必须保持车辆发电机的尺寸尽可能的小，以便于将其布置在包括各种控制装置的发动机舱中。
为了增大交流发电机的输出功率，可将车辆交流发电机的磁极数目从12增大到14或16。由于具有不同数目磁极的交流发电机可使用很多共同的部分和/或部件，因此，这种变化不会使生产成本增大很多。
已知可根据转子的转速来控制交流发电机的输出功率。转速可通过转速检测装置从交流发电机的相位线圈中由剩磁所感应的电压来进行检测。相位电压转换成具有一定频率的脉冲信号，并由此而计算出转速。
如果磁极数目变化，频率与转速之比也发生变化。因此，不可能将普通的旋转检测装置用于具有不同数目磁极的交流发电机中。
〔发明内容〕
本发明的主要目的是提供一种具有改进的转速检测装置的车辆交流发电机，在组装时或组装之后，该转速检测装置可根据磁极的数目来进行调整。
根据本发明的一个特点，车辆交流发电机包括一个控制器，该控制器具有用于根据相位线圈中感应的电压频率来检测转子转速的装置。该控制器包括频率-脉冲转换电路，该频率-脉冲转换电路用于提供频率数倍于相位线圈感应电压频率的脉冲信号。检测装置根据脉冲信号检测转速。频率-脉冲转换电路可应用于至少两种具有不同数目磁极的交流发电机来检测转速。
最好，脉冲信号的频率是相位线圈感应电压频率的7倍。交流发电机的频率-脉冲转换电路由波形整形部分和脉冲倍增部分构成。因此，电压转换成具有主频率的矩形波电压信号，该信号又转换成具有是主频率的预定倍数的脉冲的脉冲信号。为此，脉冲倍增部分由6个串联的脉冲上升级构成，每个上升级增加一个在延迟预定时间的输入脉冲信号的脉冲的上升边形成的脉冲，其为级的序数×延迟时间。
脉冲信号的频率可以是相位线圈感应电压频率的4倍。在此情况下，脉冲倍增部分由3个串联的脉冲上升级构成，每个上升级增加一个在延迟预定时间的输入脉冲信号的脉冲的上升边形成的脉冲，其为级的序数×延迟时间。在此情况下，3个脉冲上升级可用于具有6对磁极的交流发电机，或者在一个脉冲上升级是无效的情况下可用于具有8对磁极的另一个交流发电机。因此，不必改变转速检测装置。
上述控制器的频率-脉冲转换电路由用于产生基本时钟信号的时钟和多个串联分频电路构成。基本时钟信号所具有的频率可使得最后一个上升级的输出信号的周期小于相位线圈感应电压最大周期的一半。由于上升的脉冲不会相互重叠，因此，脉冲倍增部分可准确地进行工作。
频率-脉冲转换电路提供脉冲信号，该脉冲信号的脉冲周期根据转速检测装置发出的倍增指令信号来确定。转速检测装置根据由输入脉冲信号频率计算的转子的转速来确定脉冲周期，因此，转子转速越大，脉冲周期就越短，转速越低，脉冲周期就越长。这就提高了电路的抗噪性。
根据本发明的另一个特点，本发明提供一种制造两种交流发电机的方法，每种交流发电机具有一个由转速检测装置和频率-脉冲转换电路构成的控制器。该方法包括一个在IC芯片上形成用于较大数目P1对磁极的频率-脉冲转换电路的步骤，一个通过改变IC芯片的一部分使频率-脉冲转换电路的一部分无效连接以便将频率-脉冲转换电路，改变成IC芯片上用于较少数目P2对磁极的修正的频率-脉冲转换电路，从而将N1改变为N2的步骤，其中，N2为P1×N1/P2。转速检测装置可形成于一个不同于频率-脉冲转换电路的IC芯片上，形成转速检测装置的IC芯片在不作任何变化的情况下可用于不同种类的交流发电机。但是，转速检测装置可与所述频率-脉冲转换电路一起集成在IC芯片上。最好，P1×N1或P2×P2是P1和P2的最小公倍数。
在上述方法中，频率-脉冲转换电路包括波形整形部分、脉冲倍增部分和脉冲减小部分。波形整形部分将相位线圈中的感应电压形成具有一定频率的矩形波电压信号。脉冲倍增部分提供脉冲信号，该脉冲信号具有矩形波电压信号频率预定倍数的脉冲，脉冲减小部分提供脉冲信号，该脉冲信号具有由脉冲倍增部分所提供的脉冲信号的一部分脉冲。
频率一脉冲转换电路通过以下的步骤形成：
一个形成用于输出脉冲倍增部分提供的脉冲信号的第一频率-脉冲转换电路和用于将脉冲信号或矩形波信号的这部分脉冲输出到转速检测装置的第二频率-脉冲转换电路的步骤；
一个将第一频率-脉冲转换电路安装到一个交流发电机的第一控制器上的步骤；
一个将第二频率-脉冲转换电路安装到其它交流发电机的第二控制器上的步骤。
因此，由倍增部分提供的要作用到一个交流发电机上的频率可通过脉冲减小部分来减小，从而可方便地将其用于其它的交流发电机上。
在上述方法中，脉冲倍增部分最好包括多个串联的脉冲上升级，每个上升级增加一个在延迟预定时间的输入脉冲信号的脉冲的上升边形成的脉冲，其为级的序数×延迟时间。该方法还包括一个改变串联脉冲上升级以便形成第一频率-脉冲转换电路和第二频率-脉冲转换电路的步骤，一个将第一频率-脉冲转换电路安装到一个交流发电机的第一控制器上的步骤，和一个将第二频率-脉冲转换电路安装到其它交流发电机的第二控制器上的步骤。
〔附图说明〕
本发明的其它目的、特点和特征以及本发明有关部件的功能可从下面的详细描述以及所附的权利要求书和附图中清楚地看出。其中：
图1是本发明第一实施例的车辆交流发电机的电路示意图；
图2是图1中所示的频率-脉冲转换电路的电路图；
图3是显示频率-脉冲转换电路工作过程的定时图；
图4是一种变化的频率-脉冲转换电路的电路图；
图5是一种变化的频率-脉冲转换电路的电路图；
图6是一种变化的频率-脉冲转换电路的电路图；
图7是本发明第二实施例的交流发电机主体部分的电路图；
图8是图6所示调压电路的工作流程图；
图9是旋转速度与时钟频率的关系图。
〔具体实施方式〕
如图1所示，车辆交流发电装置1，也称为交流发电机，其包括发电机2和控制发电机2的控制器3。
发电机2包括三相定子线圈4、由二极管电桥电路构成的整流装置5和具有多个(P个)爪形磁极(claw poles)的转子以及由爪形磁极包围的励磁线圈6。发电机2并不限于上述形式的发电机。发电机2也可以是永久磁铁型三相同步发电机或磁阻型三相同步发电机。
控制器3控制流入到励磁线圈6中的励磁电流，以便在预定的电压范围内调节交流发电机的输出电压。控制器3包括恒压电源电路7、频率-脉冲转换电路8和调压电路9。控制器3具有一个通过电键开关10连接到电池11正极端的IG端子、一个通过灯12连接到电池11正极端的L端子、一个连接到电池11正极端的B端子、一个连接到三相定子线圈4的相位线圈输出端的P端子和一个连接到励磁线圈6端部的F端子。
当电键开关10接通时，恒压电源电路7输出控制器3的恒定电压Vcc。恒定电压Vcc由B端子提供的电压构成。频率-脉冲转换电路8由波形整形电路81和脉冲倍增部分82构成。波形整形电路81包括电阻811和比较器812，并将P端子的电压(后面将称为P电压)转换为脉冲信号。波形整形电路81将P电压波形整形成效率系数大约为50％的矩形波信号或脉冲信号P0。
脉冲倍增部分82可增大由频率-脉冲转换部分81输出的矩形波电压信号或脉冲信号的频率。
调压电路9根据与脉冲倍增部分82输出的脉冲数目成比例的转速信号来提供或切断励磁电流。当调压电路9检测发电机2故障并控制励磁电流以便在目标电压范围内调节电池11的端电压时，还启动警报灯12。
如图2所示，脉冲倍增部分82包括由6个串联的D触发电路构成的延迟移位寄存器821、产生具有主频率的时钟脉冲信号的时钟电路822、分配时钟脉冲信号主频率的分频电路823和6个串联的“异或”(后面将称为EX-OR)逻辑电路824。
第一级EX-OR电路824输出信号P1，信号P1是P0和第一级D触发电路820的输出信号的“异或”信号。第二级EX-OR电路824输出信号P2，信号P2是信号P1和第二级D触发电路820的输出信号的“异或”信号。与上述相同，其它级EX-OR电路824分别输出信号P3、P4、P5和P6，这些信号是输出信号P2、P3、P4和P5以及与EX-OR电路820的级数相对应级的D触发电路820的输出信号的“异或”信号。
因此，如图3所示，最后一级EX-OR电路820输出的信号P6的频率是信号P0频率的7倍。第5级EX-OR电路820输出的信号P5的频率是信号P0频率的6倍。
如果将该电路用于具有带12个磁极或6对磁极的转子的交流发电机，就采用脉冲信号P6。另外，如果将该电路用于具有带14个磁极或7对磁极的转子的交流发电机，就采用脉冲信号P5。
在制造脉冲倍增部分82的IC芯片过程中，通过改变布线模板就可方便地改变放大倍数7或6。在图2中，在制造IC芯片过程中，该IC芯片包括用于具有带6对磁极的转子的交流发电机的频率-脉冲转换电路8，实线825表示用于连接频率-脉冲转换电路8的输出端826和最后一级EX-OR电路824的输出端的布线模板中的引线。
因此，通过布线模板，就可将频率-脉冲转换电路8的输出端如实线825所示连接到最后一级EX-OR电路824的输出端，或者如虚线827所示连接到第5级(倒数第2级)EX-OR电路824的输出端，从而可方便地选择放大倍数7或6。如果使用虚线827表示的模板，就可将连接在电源与最后一级EX-OR电路824和最后一级D触发电路820之间的电源线切断。
还可通过改变IC芯片与固定IC芯片的IC块的接线端的连接区域之间所形成的连接形式，来改变频率-脉冲转换电路8的放大倍数。如果接线端由引线架构成，还可形成短路金属区域，这样如果需要，连接引线就可连接到短路金属区域。
上述连接可通过改变安装频率-脉冲转换电路8的IC芯片的引线架的布线形式来进行。只通过改变用于冲铜板的冲模的形状，就可改变引线架的布线形式。
因此，在发电机具有12个磁极的情况下，可由输出电压获得每个周期具有7个脉冲的脉冲信号P6，在发电机具有14个磁极的情况下，可由输出电压获得每个周期具有6个脉冲的脉冲信号P5。因此，每个机械周期可获得具有上述数目磁极的最小公倍数42个脉冲的脉冲信号。因此，不必改变频率-脉冲转换电路8的内部结构。
如果脉冲倍增部分的倍数是n，如图3所示，触发电路820输出信号的延迟时间T2最好不超过脉冲信号P0或相位电压(P电压)的半周期的1/n，从而即使在转速突然改变的情况下，也可使检波延迟最小。
如图4所示，最后一级EX-OR电路824的输入端可如实线所示连接到最后一级D触发电路820的输出端，或者如虚线所示接地。通过改变布线模板就可进行这种选择。如果如虚线所示进行连接，就可省掉最后一级D触发电路820的电源线。
如果脉冲倍增部分82用于具有12个磁极的交流发电机或具有16个磁极的交流发电机，由于6(对磁极，也就是12个磁极)和8(对磁极，也就是16个磁极)的最小公倍数是24，因此，如图5所示，脉冲倍增部分82可由3个D触发电路820和3个EX-OR电路824构成。如果这是用于具有12个磁极的交流发电机，可都使用3级D触发电路820和EX-OR电路824。另外，如果用于具有16个磁极的发电机，就使用两级D触发电路820和相应的EX-OR电路824。在此情况下，最后一级D触发电路820和EX-OR电路824将是无效的。
如图6所示，通过将分频电路830插入到脉冲倍增部分82和频率转换电路8的输出端826之间，就可改变频率-脉冲转换电路8的放大倍数。通过将脉冲倍增部分82和输出端826之间的连接路线从一个(实线)变为另一个(虚线)，就可改变放大倍数。
还可通过加入一个或多个脉冲倍增部分82来改变频率-脉冲转换电路8的放大倍数。所增加的倍增部分可选择性地进行连接或断开，以便于提供所需要的放大倍数。
还可通过设置闩锁电路或数字电路来改变频率-脉冲转换电路8的放大倍数。可通过计算机和软件来提供脉冲倍增部分82。
参照图7-9将说明本发明第二实施例的交流发电机。
如图7所示，脉冲倍增部分82包括变频分频电路823’而不是图2中所示的分频电路823。脉冲周期由调压电路9的指令信号Sn进行控制。变频分频电路823’由计数器或寄存器构成，其每次累计一次达到数目X的基本时钟脉冲的脉冲数，就输出一个脉冲电压。数目X根据调压电路9发出的控制信号(倍增指令信号)来进行设定，下面将进行描述。
如图8所示，在S100计算输入到调压电路9的脉冲数，以便在S102计算转速。然后，在S104设定适当的放大倍数X(X＝6-10)。在S106中，提供与适当的放大倍数X相对应的3位指令信号，并用于变频分频电路823’。放大倍数X对应于X倍于基本时钟脉冲周期的周期(或在适当的级数分配的脉冲的周期)。
如图9所示，可控制输入调压电路9的脉冲信号的周期在低转速范围不能太短，或在高转速范围不能太长。因此，即使转速突然变化，也可准确低检测出转速。
基本时钟脉冲的频率最好是交流发电机输出电压最大频率的100倍或更多倍。例如，具有16个磁极的交流发电机在20000rpm下输出电压的频率为2.67kHz。因此，基本时钟脉冲的频率应当是267kHz或更大，最好是1MHz。D触发电路820的延迟时间T2不应当超过交流发电机相位电压周期的1/2n。
在前面的描述中，已结合其特定实施例对本发明进行了描述。但显然根据本发明的这些特定实施例还可做出各种的改进和变型，而这都不会脱离本发明所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种车辆交流发电机(2)，其包括多个磁极、三个相位线圈(4)、一个与所述定子线圈相连的用于提供直流电压的整流装置(5)和一个控制器(3)，该控制器具有用于根据一个所述相位线圈中感应的电压频率来检测所述转子转速的装置(9)，其特征在于：
所述控制器(3)包括频率-脉冲转换电路(8)，该频率-脉冲转换电路用于提供频率数倍于一个所述相位线圈中感应的所述电压频率的脉冲信号；以及
所述装置根据所述脉冲信号检测转速。
2.根据权利要求1所述的交流发电机，其特征在于：
所述脉冲信号的频率是一个所述相位线圈中感应的所述电压频率的7倍；
所述频率-脉冲转换电路(8)包括波形整形部分(81)和脉冲倍增部分(82)，所述波形整形部分用于将一个所述相位线圈中感应的所述电压转换成具有一定频率的矩形波电压信号，所述脉冲倍增部分用于提供具有所述频率的预定倍数脉冲的脉冲信号；以及
所述脉冲倍增部分(82)包括6个串联的脉冲上升级(820、824)，每个上升级增加一个在延迟预定时间的输入脉冲信号的脉冲的上升边形成的脉冲，其为级的序数×延迟时间。
3.根据权利要求1所述的交流发电机，其特征在于：
所述脉冲信号的频率是一个所述相位线圈中感应的所述电压频率的4倍；
所述频率-脉冲转换电路包括波形整形部分(81)和脉冲倍增部分，所述波形整形部分用于将一个所述相位线圈中感应的所述电压转换成具有一定频率的矩形波电压信号，所述脉冲倍增部分用于提供具有所述频率的预定倍数脉冲的脉冲信号；以及
所述脉冲倍增部分(图5)包括3个串联的脉冲上升级，每个上升级增大一个在延迟预定时间的输入脉冲信号的脉冲的上升边形成的脉冲，其为级的序数×延迟时间。
4.根据权利要求3所述的交流发电机，其特征在于：
所述频率-脉冲转换电路包括用于产生基本时钟信号的时钟(822)和多个串联分频电路(820)；以及
所述基本时钟信号所具有的频率可使得最后一个所述脉冲上升级的输出信号侧缘的累积持续时间小于一个所述相位线圈中感应的所述电压最大周期的一半周期。
5.根据权利要求1所述的交流发电机，其特征在于：
所述频率-脉冲转换电路提供所述脉冲信号，该脉冲信号的脉冲周期根据从所述装置发出的倍增指令信号来确定；
所述装置根据由输入的所述脉冲信号频率计算的转子的转速来确定所述脉冲周期，因此，所述转子转速越大，所述脉冲周期就越短，转速越低，脉冲周期就越长。
6.一种制造两种交流发电机的方法，该交流发电机包括不同数目P1、P2个磁极、三个相位线圈(4)、一个整流装置(5)和一个控制器(3)，该控制器具有用于根据一个所述相位线圈中感应的电压频率来检测所述转子转速的装置，其中，所述控制器包括频率-脉冲转换电路(8)，该频率-脉冲转换电路用于提供频率为一个所述相位线圈中所感应的所述电压频率的N1倍的脉冲信号，且所述装置根据所述脉冲信号检测转速，所述方法的特征在于，其包括：
一个在IC芯片上形成用于较大数目P1对磁极的所述频率-脉冲转换电路的步骤，
一个通过改变所述IC芯片的一部分使所述频率-脉冲转换电路的一部分无效连接，以便将所述频率-脉冲转换电路改变成所述IC芯片上用于较少数目P2对磁极的修正的频率-脉冲转换电路，从而将N1改变为N2的步骤，其中，N2为P1×N1/P2。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
P1×N1或P2×P2是P1和P2的最小公倍数。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述装置与所述频率-脉冲转换电路一起集成在所述IC芯片上。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
所述频率-脉冲转换电路(8)包括波形整形部分(81)、脉冲倍增部分(82)和脉冲减小部分，所述波形整形部分将一个所述相位线圈中感应的所述电压形成为具有一定频率的矩形波电压信号，所述脉冲倍增部分提供脉冲信号，该脉冲信号具有所述频率的预定倍数的脉冲，所述脉冲减小部分提供具有所述脉冲信号的一部分所述脉冲的脉冲信号，
形成所述频率-脉冲转换电路的所述步骤包括：
一个通过改变所述脉冲倍增部分的布线模板或连接形式来形成第一频率-脉冲转换电路的步骤；
一个通过改变所述脉冲减小部分的布线模板或连接形式来形成第二频率-脉冲转换电路的步骤；
一个将所述第一频率-脉冲转换电路安装到一个交流发电机的第一控制器上的步骤；以及
一个将所述第二频率-脉冲转换电路安装到其它所述交流发电机的第二控制器上的步骤。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
所述频率-脉冲转换电路(8)包括波形整形部分(81)和脉冲倍增部分(82)，所述波形整形部分用于将一个所述相位线圈中感应的所述电压形成具有一定频率的矩形波电压信号，所述脉冲倍增部分用于提供具有所述频率的预定倍数脉冲的脉冲信号，其中，所述脉冲倍增部分包括多个串联的脉冲上升级(820、824)，每个上升级增加一个在延迟预定时间的输入脉冲信号的脉冲的上升边形成的脉冲，其为级的序数×延迟时间，
该方法还包括：一个改变所述多个串联脉冲上升级以便形成第一频率-脉冲转换电路和第二频率-脉冲转换电路的步骤；
一个将所述第一频率-脉冲转换电路安装到一个所述交流发电机的所述第一控制器上的步骤；以及
和一个将所述第二频率-脉冲转换电路安装到其它交流发电机的第二控制器上的步骤。
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