CN1702954A

CN1702954A - 发电机

Info

Publication number: CN1702954A
Application number: CN200510072023.4A
Authority: CN
Inventors: 中川义德; 井上智夫; 室野井和文
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2005-05-26
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2025-05-26
Also published as: US7068524B2; US20050264266A1; JP4341836B2; CN100426655C; JP2005341719A

Abstract

本发明提供了一种可以简单、可靠地检测具有由输出绕组和整流电路构成的多个电源单元的发电机的异常的机构。具有多个电源单元，这多个电源单元包括：相互独立地卷绕在同一铁芯上的多个输出绕组(L1～L4)；与输出绕组的各相连接的整流电路(2～5)。电源单元产生合并的输出。控制机构(33～35)对整流电路进行控制，使输出电压与目标电压(Vref)一致。功率比较部(39)在根据整流电路(2～5)的合计电流(I)和目标电压(Vref)而算出的合计功率(W)达到功率目标值(Wref)时，针对这以上的合计电流的上升，使目标电压(Vref)降低，从而抑制整流电路(2～5)的输出。并且，在合计电流(I)超过电流上限值(ILMT)的情况下，停止产生门控脉冲。

Description

发电机

技术领域

本发明涉及发电机，特别涉及能够输出较大容量的直流电，而且能够在过载区进行适当保护的发电机。

背景技术

由发动机等驱动的发电机一直以来作为室外作业或休闲活动等使用的电气设备的电源而被广泛应用。并且近年来，也应用于计算机用无停电电源装置、所谓UPS的后备电源等中，用途逐渐扩展。在构成这种发电机来作为直流输出用发电机的情况下，存在要求机体小型、且可以提供较低电压、较大电流的倾向。在要求这种大电流输出的发电机中，输出绕组的线径变大，而且关于绕组之间的绝缘，也必须对绝缘耐压和绝缘材料的材质等的选择进行更高标准的考虑。

因此本申请人提出了一种能够减小输出绕组的线径，并且能够减小功率元件的容量的发电机(实用新型注册第2511843号)。在该注册实用新型的设计中，利用相互独立地缠绕在同一铁芯上的多个输出绕组和与该多个输出绕组连接的可控硅桥式整流电路形成相互独立的多个电源单元，并联连接各个电源单元的输出来进行组合。

专利文献1：实用新型注册公报第2511843号公报

在上述专利文献1所公开的装置中，由于并联连接共用功率发生源的多个电源单元，因此当分别对多个电源单元讲求针对过载的保护策略时，存在着无法避免结构复杂化的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解除上述问题点、并能简单可靠地进行过载区中的保护的发电机。

为了达到上述目的，本发明的发电机中形成有相互独立的多个电源单元，该多个电源单元具有：相互独立地缠绕在同一铁芯上的多个输出绕组；以及由与这些多个输出绕组的各相连接的带有控制端子的整流元件构成的整流电路，为了合并这些多个电源单元的输出，将这些多个电源单元并联连接，本发明的发电机的第1特征在于，具备：控制机构，其对所述整流电路进行控制，以使输出电压与目标电压一致；功率判断机构，其检测根据各整流电路的输出电流的合计值以及所述目标电压而算出的合计功率是否达到了预定的功率值；目标电压降低机构，当所述功率判断机构检测出所述合计功率达到了预定功率值时，针对这以上的所述输出电流合计值的上升，降低所述目标电压。

另外，本发明的发电机的第2特征在于，具备：过电流保护机构，其在所述输出电流合计值大于等于预定的上限电流值的情况下，使所述整流电路的输出停止；逆流防止二极管，其设置在合并所述整流电路的输出而形成的输出线的至少一对之间，用于在负载反极性连接时短接来自负载侧的逆流电流；熔断器，其设置在所述二极管与所述合并输出线的输出端子之间，容许所述上限电流值。

根据第1特征，当独立的多个整流电路的输出功率的合计值达到预定功率值时，针对这以上的输出电流合计值的上升，判断为过功率，从而降低目标电压。由于控制整流电路使输出电压为目标电压，因此整流电路的输出电压随着目标电压的降低而降低，可以将输出功率的上限维持在预定值。因此，即使在要求大的负载电流的过载区中，也可以简单、可靠地进行该保护。

根据第2特征，万一蓄电池等的负载反极性地连接到输出端子上，也可以通过逆流防止二极管而使短路电流在合并输出线之间流动，从而使熔断器熔断，切断短路电流。因此，可以防止来自负载侧的短路电流流入到容许电流设定得比输出线小的整流电路侧的元件或布线中。另外，可以构成为在熔断器熔断前就切断来自整流电路侧的输出电流，从而昂贵的熔断器只在反极性连接时动作。

这样，根据本发明，可以使输出功率维持恒定，可以从过电流和负载反接等方面简单、可靠地保护整流电路。

附图说明

图1是表示本发明一个实施方式的发电机的主要部分的连接图(之一)。

图2是表示本发明一个实施方式的发电机的主要部分的连接图(之二)。

图3是表示本发明一个实施方式的发电机的控制部的主要功能的方框图。

图4是针对过电流的处置的流程图。

图5是本发明一个实施方式的发电机的输出特性的图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的一个实施方式进行详细说明。图1是本发明一个实施方式的移动型发电机的主要结构图。在图1中，将相互独立的4个输出绕组L1、L2、L3、L4和独立于这些输出绕组L1～L4的辅助绕组L5缠绕在一个定子铁芯(未图示)的凸极上而构成发电机主体的定子1。输出绕组L1～L4使用匝数和线径相同的绕组。即规格相同。

定子1配置在发电机主体的中心，一般在其外周设置有具有多个被配置成环状的磁铁的转子，即外转子。该转子与驱动源(在此假定为发动机)连接，由发动机驱动而沿定子1的外周旋转。

输出绕组L1～L4分别与由带有控制端子的整流元件(可控硅)和二极管构成的三相整流桥电路2、3、4、5连接。图中的表示可控硅和二极管的符号是众所周知的，为了避免附图的烦杂，未对它们标注标号。在三相整流桥电路2～5的输出侧，分别设有平滑用电容器6、7、8、9。三相整流桥电路2～5的正侧输出线合并成一根后与正侧输出端子10连接，负侧输出线合并成一根后与负侧输出端子11连接。

在所述各正侧输出线上，在合并成一根以前的位置上分别设置有分流器12、13、14、15。将分流器12～15的各自两端的电位差作为表示三相整流桥电路2～5的各输出电流Id1、Id2、Id3、Id4的信号输入给微计算机，即控制器(参照图2)16。将所述各电容器6～9的两端电位差作为三相整流桥电路2～5的各自的输出电压Vd1、Vd2、Vd3、Vd4输入给控制器16。

在所述各正侧输出线合并成1根的线上设有熔断器17。对于熔断器17，选择容许三相整流桥电路2～5的各输出电流的合计值的最大值(后述的电流上限值ILMT)的熔断器。在合并成1根的所述正侧输出线的熔断器17的上游侧与所述4根负侧输出线中的至少1根(在图1中表示2根)线之间设有二极管18。利用该二极管18，例如在作为负载的蓄电池19错误地正负反接的情况下，来自负载侧的电流经由该二极管18在合并成1根的输出线之间流动。因此，防止电流从反接的负载流入到与该输出线相比容许电流较小的各三相整流桥电路2～5侧。

正侧和负侧的输出端子10、11上连接有蓄电池19和UPS20，UPS20的输出侧与未图示的电子设备(例如计算机系统)连接。UPS20例如与商用交流电源21连接，蓄电池19使用该商用交流电源21时常地进行充电(浮动充电)。本实施方式的移动型发电机与UPS20连接，在商用交流电源21停电时等向UPS20和蓄电池19提供电力。另外，作为蓄电池19，构成为可以选择连接不同的额定电压，例如48伏和36伏。

图2是控制器与其外围部分的连接图。辅助绕组L5与恒压电路22连接。恒压电路22包括正负(正5伏和负5伏)的三端子稳压器221、222，根据辅助绕组L5的电压产生稳定的正负各5伏的直流电源电压。该直流电源电压被作为控制器16的电源来使用。另外，将辅助绕组L5的输出波形作为发电机主体的所述转子的旋转检测用信号提供给控制器16。控制器16上连接有用于存储控制器16所使用的数据的EEP-ROM23。

控制器16输出用于对图1所示的三相整流桥电路2、3、4、5的各可控硅进行导通/截止控制的可控硅控制信号(门控脉冲)16a、16b、16c。该门控脉冲16a～16c被提供给所述各可控硅的门控端子，即控制端子。三相整流桥电路2～5具有与输出绕组L1～L4的U、V、W各相对应的三个可控硅，与各相对应的可控硅由三相整流桥电路2～5共用的这些门控脉冲16a～16c控制。因此，利用门控脉冲16a～16c相互同步地控制三相整流桥电路2～5。

为了利用未图示的步进电动机对驱动所述外转子的发动机的油门进行开闭控制，控制器16向该步进电动机输出电动机驱动信号16d、16e、16f、16g。

输出开关24是用于使本实施方式中的移动型发电机的发电输出停止的开关，当持续按压该输出开关24规定时间时，根据该开关24的接通信号16h，停止门控脉冲16a～16c，从而停止电力的输出。但是，在输出开关24的该操作中，只是停止发电输出，仅靠该输出开关24的操作不能使发动机停止。

电压切换开关25是用于根据所连接的负载(蓄电池19等)来设定输出电压的开关。例如，当电压切换开关25接通(切换信号16i接通)时，作为输出电压被设定为36伏，当电压切换开关25断开(切换信号16i断开)时，作为输出电压被设定为48伏。

设置了输出显示灯26、过载显示灯27和油位告警显示灯28。油位告警显示灯28经由油位告警电路29与控制器16连接。输出显示灯26在发电电力输出中点亮。过载显示灯27在过载时即过电流或过电压时点亮。

设置了晶体管式电磁点火装置的电路部(以下称为点火电路)30。晶体管式电磁点火装置的主要部分可以使用周知的结构。点火电路30的接地线与油位告警电路29的接地线一起连接到控制器16的端子G。点火电路30的另一根线与点火装置的线圈部31连接。线圈部31的次级侧与火花塞32连接。油位告警电路29的另一端子与控制器16的端子LS连接。控制器16的端子G与端子LS构成为可以在控制器16的内部短接以使点火停止。

说明上述发电机主体的动作。使用与作为发电机主体的驱动源的发动机连接的反冲起动器进行起动。当牵引反冲起动器时，发动机的曲轴旋转，与曲轴连接的转子旋转，辅助线圈L5产生电压，恒压电路21利用该电压形成规定电压。当向控制器16施加该电压时可以开始控制。

当利用反冲起动器使发动机旋转时，利用所述点火装置给发动机点火，从而起动发电机。发电机主体的绕组L1～L4和L5分别开始发电，所产生的电力被合并，从输出端子10、11作为发电电力输出。该电力被提供给蓄电池19和UPS20。

当输出发电电力时，输出显示灯26点亮。另外，过电流或过电压时，过载显示灯27点亮。并且，在利用公知的方法判定发动机的油减少到基准值以下时，油位告警电路29动作，从而油位告警显示灯28点亮。例如，油位告警电路29是构成为根据来自端子LS的信号使电流流入油位告警显示灯28的开关电路。并且，在油减少时，或后述的发电系统异常时，控制器16在控制器16的内部将端子LS和端子G短接，从而停止点火。

在本实施方式中，这样合并(即重叠)包括绕组和整流电路的4个发电部(电源单元)的输出来作为最终的输出。并且，在各个电源单元产生异常的情况下，进行如下的处理。

图3是表示用于异常处理的控制器16的功能的方框图。将发电机的输出电压(端子10、11之间的电压)Vout的目标值Vref预先设定和存储在电压设定部33中。目标值Vref根据电压切换开关25的切换而进行切换。在偏差算出部34中，算出输出电压Vout相对于从电压设定部33输入的目标值Vref的偏差ΔV。输出电压Vout可以用所述电压Vd1～Vd4中的任意一个代表。算出的偏差ΔV被输入给门控脉冲生成部35。门控脉冲生成部35具有决定与该偏差ΔV成比例的增益、以消除偏差ΔV的比例控制功能。并且，门控脉冲生成部35根据该增益决定可控硅的导通角，并生成与该导通角对应的门控脉冲。该门控脉冲被提供给三相整流桥电路2～5，从而同时控制三相整流桥电路2～5的可控硅。

电流合计部36合计三相整流桥电路2～5的分流器12～15所检测出的输出电流Id1～Id4。功率计算部37根据合计的电流I和输出电压的目标值Vref算出输出功率。在功率设定部38中预先设定功率上限目标值Wref。功率比较部39将算出的输出功率W与功率上限目标值Wref进行比较，当输出功率W达到功率上限目标值Wref时，将该时刻的合计电流值读入到电流比较部41中。并且，在以后检测到超过该读入的合计电流值的合计电流时，由于是过功率，因此向电压设定部33输出降低电压目标值Vref的指令。响应于该降低指令，降低电压设定部33的目标值Vref。降低幅度预先设定。由此，改变门控脉冲使可控硅的导通角变小，把输出功率维持在不超过功率上限目标值Wref的状态。

进一步，在电流合计部36所合计的电流I大于等于电流上限值ILMT的情况下，切断部40停止电桥电路的输出。即，停止门控脉冲生成部35的可控硅控制信号(＝门控脉冲)的输出。

图4是表示针对过电流的输出停止处理的流程图。在该图中，在步骤S1中，读入合计电流I的值。在步骤S2中，判断合计电流I是否大于等于电流上限值ILMT。上限值ILMT例如为80安培。如果该判断为肯定的，则进入到步骤S3，复位计时器(＝0)。将该计时器设定为例如以5秒来进行计时。在步骤S4中，递增计时器的值。在步骤S5中，判断计时器是否向上进行了计时(经过了5秒)。在计时器向上进行了计时的情况下，进入到步骤S6，在此，判断合计电流I是否大于等于电流上限值ILMT。如果步骤S6为肯定，则进入到步骤S7，停止门控脉冲的输出。在步骤S2或步骤S6为否定的情况下，不进入到步骤S7而持续门控脉冲的供给。

在步骤S5为否定的情况下，即在设定为5秒的计时器进行向上计时之前，进入到步骤S8。在步骤S8中，与步骤S6同样，判断合计电流I是否大于等于电流上限值ILMT。即，在经过计时器中设定的时间之前，继续进行合计电流I的判断。如果该步骤S8为肯定，则返回到步骤4，递增计时器。在步骤5中，根据更新后的计时器值，判断是否经过了预定时间。

如果步骤S8为否定，即合计电流I小于电流上限值ILMT，则进入到步骤S9，递减计时器，并进入到步骤S10。在步骤S10中，判断计时器是否返回到“0”。

在计时器未返回到“0”的情况下，从步骤S10进入到步骤S11，判断合计电流I是否大于等于电流上限值ILMT。如果步骤S11为肯定，则返回到步骤S4，递增计时器。然后，在步骤S5中，根据更新后的计时器值判断是否经过了预定时间。

如果步骤S11为否定，则进入到步骤S9。在步骤S9中，递减计时器，其结果，在步骤S10为肯定的情况下，即在合计电流I小于电流上限值ILMT而使计时器值直接返回“0”的情况下，结束该流程图的处理，返回到未图示的主程序。

根据步骤S7，在停止了对三相整流桥电路2～5的门控脉冲供给时，所述过载显示灯27进行闪烁动作，以表示异常。另外，构成为一旦在发电机的输出停止的情况下，只通过暂时停止发电机驱动用的发动机并进行再次起动的操作，即可进行发电机的输出。

图5是表示如上控制的本实施方式的移动型发电机的输出特性的图。在该实施方式中，根据负载进行额定运转从而获得2段输出电压(52.5伏和39.5伏)，并且控制输出电压和输出电流使最大输出不超过3千瓦。即，在输出电流I小于60安培时，根据负载将输出电压Vout维持在52.5伏或39.5伏。在输出电流I上升到大于等于60安培的区域(当输出电压设定为39.5伏时，上升到大于等于70安培的区域)中，根据输出电流的上升使输出电压Vout降低，使输出不超过3千瓦。并且，在输出电流I达到80安培时停止输出。即输出电压Vout降低到0。

Claims

1.一种发电机，形成有相互独立的多个电源单元，该多个电源单元具有：相互独立地缠绕在同一铁芯上的多个输出绕组；由与这些多个输出绕组的各相连接的带有控制端子的整流元件构成的整流电路，这些多个电源单元被并联连接以合并各自的输出，所述发电机的特征在于，具有：

电压检测机构，其检测所述整流电路各自的输出电压；

电流检测机构，其检测所述整流电路各自的输出电流；

控制机构，其对所述整流电路进行控制，以使输出电压与目标电压一致；

功率判断机构，其检测根据所述电流检测机构检测出的各整流电路的输出电流的合计值以及所述目标电压而算出的合计功率是否达到预定的功率值；以及

目标电压降低机构，当所述功率判断机构检测出所述合计功率达到了预定功率值时，针对这以上的所述输出电流合计值的上升，降低所述目标电压。

2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，具备：

过电流保护机构，其在所述输出电流合计值大于等于预定的上限电流值的情况下，停止所述整流电路的输出；

逆流防止二极管，其设置在合并所述整流电路的输出的输出线的至少一对之间，用于在负载反极性连接时短接来自负载侧的逆流电流；以及

熔断器，其设置在所述二极管与所述合并的输出线的输出端子之间，容许所述上限电流值。