專利名稱：永磁式交流發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的控制器和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁發(fā)電機(jī)和電動機(jī)，其具有控制器以通過控制在從電力線分出的控制側(cè)提供的開關(guān)的導(dǎo)通/切斷來維持恒定的電壓，該永磁發(fā)電機(jī)和電動機(jī)包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子在周緣側(cè)上安裝有多個永磁部件以在定子外殼內(nèi)轉(zhuǎn)動；定子，該定子圍繞在轉(zhuǎn)子的外周緣周圍設(shè)置；定子功率線圈，該定子功率線圈包含功率側(cè)的功率螺線管線圈和控制側(cè)的螺線管線圈；用于控制的開關(guān)；以及用于恒定地保持電壓的控制器，此外使用三相整流器以改變功率線圈的中性(neutral)點(diǎn)并通過開關(guān)的導(dǎo)通/切斷來控制電流流量。
背景技術(shù)：
迄今為止，提高發(fā)電機(jī)中的效率已成為節(jié)能需求中的一個大問題。在發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)中，電磁鐵主要用于轉(zhuǎn)子，其通過在安裝于轉(zhuǎn)子中的線圈中流過一定量的電流而產(chǎn)生磁力。 他們非常清楚，由于不需要使用電流來產(chǎn)生磁力，因此通過使用永磁式轉(zhuǎn)子使發(fā)電機(jī)的效率提高。然而，將磁式(PM)發(fā)電機(jī)用于例如通過恒定電壓驅(qū)動許多電氣設(shè)備的車輛是困難的，因?yàn)樗a(chǎn)生的電壓隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速改變而向上和向下改變。原因是必須將磁力減小至更小的值以在較高轉(zhuǎn)速下維持恒定電壓，然而磁力是無法改變的。然而，許多研究者試圖研制出即使轉(zhuǎn)速改變也能獲得恒定電壓的PM發(fā)電機(jī)。然后，AC電功率暫時轉(zhuǎn)變?yōu)镈C電流，通過高頻率對DC電流進(jìn)行開關(guān)并控制開關(guān)脈沖的寬度以滿足一預(yù)先設(shè)定的電壓，這就是所謂的DC-DC轉(zhuǎn)換器或相位控制的轉(zhuǎn)換器。由于使用大尺寸晶體管以使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的所有大量電流流過，該系統(tǒng)非常昂貴、尺寸大并且效率低。S卩，盡管由于非常強(qiáng)的磁力而具有小尺寸，但由于結(jié)構(gòu)非常簡單并且所產(chǎn)生的功率非常大，PM發(fā)電機(jī)用于車輛和風(fēng)輪機(jī)并且最近已處于增長中。在PM發(fā)電機(jī)中，即便電動機(jī)使用PM發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的電功率，電動機(jī)也可響應(yīng)電壓的改變，然而在對許多電氣設(shè)備使用電功率和連接蓄電池的情形下需要恒定地控制電壓。許多研究者已著手研究如何在PM發(fā)電機(jī)中恒定地控制電壓，并由GM研發(fā)出使用開關(guān)調(diào)節(jié)器恒定地控制電壓的方法，然而這種系統(tǒng)存在例如大尺寸控制器、昂貴和低效率的大問題。用于驅(qū)動電動機(jī)的逆變器用于混合動力車輛和電動車輛，該逆變器系統(tǒng)用于常見系統(tǒng)中的相位控制轉(zhuǎn)換器以恒定地控制電壓。相位控制轉(zhuǎn)換器的控制器通過截?cái)嚯姽β实牟ㄐ蝸砜刂齐妷海绱穗娏鞑ㄐ魏碗妷翰ㄐ沃g的重疊間隔改變，其結(jié)果是負(fù)載的功率因數(shù)減小，這是該系統(tǒng)存在的問題。為了恒定地產(chǎn)生電壓，應(yīng)當(dāng)在使用大尺寸功率晶體管的開關(guān)調(diào)節(jié)器中對電壓作出斬波，其結(jié)果是系統(tǒng)尺寸、冷卻系統(tǒng)和成本的增加。進(jìn)入功率晶體管的較大電流更容易導(dǎo)致?lián)舸?。由于較大電流流量使晶體管的溫度上升，因此高電壓使晶體管的發(fā)射極和集電極之間的絕緣擊穿，因此，流入晶體管的電流量越少，系統(tǒng)就變得越好越便宜。例如,在具有用于混合動力車輛和電動車輛的永磁轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī)中，必須在高轉(zhuǎn)速下降低電壓，并且必須在低轉(zhuǎn)速下升高電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)換器控制電壓時，需要使用反向斬波電路或升壓斬波電路，并且控制器變得非常復(fù)雜和昂貴。另一方面，當(dāng)對電功率進(jìn)行斬波時有時會產(chǎn)生電流尖峰，并且該尖峰引發(fā)無線電波中的干擾的觸發(fā)，由此噪聲的對策成為非常困難的問題。許多研究者在研究當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加時減少永磁鐵磁力的方法。例如，已研發(fā)出使用無功功率的控制器，這種控制器需要大尺寸的轉(zhuǎn)換器和電抗器，另一方面，已研發(fā)出除并聯(lián)的功率線圈外還具有沿相反方向纏繞的線圈的發(fā)電機(jī)，這類發(fā)電機(jī)不需要機(jī)械控制系統(tǒng)并且由于零部件量較少而結(jié)構(gòu)簡單，據(jù)說其功率線圈具有可靠性和極好的電壓控制能力?，F(xiàn)有的PM發(fā)電機(jī)由具有繞組線圈的定子、安裝有永磁鐵零件的轉(zhuǎn)子和控制線圈構(gòu)成，該控制線圈從逆變器提供電流并且該電流沿目視方向流入控制線圈以減小進(jìn)入定子的磁力以及電壓，該文件在日本專利申請公告No. 2004-320972中披露。此外，提出實(shí)現(xiàn)高效率的發(fā)電機(jī)。現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)由具有繞組線圈的定子以及具有永磁鐵零件和鐵心的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，于是控制器通過使用磁阻功率使磁力減小，該磁阻功率在非對稱位置上產(chǎn)生磁力，如日本專利申請公告No. 2003-245000中披露的那樣。其它專利公開了包括安裝永磁鐵零件的轉(zhuǎn)子、具有線圈的定子以及相對于PM磁路以直角設(shè)置的次級磁性線圈，以控制功率的電壓或電流，如日本專利申請公告No. 2006-529076所披露的那樣。此外，定子的繞組線圈由通過較少數(shù)量繞組纏繞的功率線圈、具有較大數(shù)量繞組的控制線圈以及串聯(lián)的螺線管線圈構(gòu)成，并且開關(guān)設(shè)置在功率線圈和控制線圈之間，而控制器在功率線圈的電壓高于預(yù)先設(shè)定的電壓時增加流入控制線圈內(nèi)的電流，在該電壓低于預(yù)先設(shè)定的電壓時減小電流，如日本專利申請公告No. 4227189中描述的那樣。然而，通過使用前述方法響應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加至較高值而減弱永磁鐵的磁力是非常困難的，并且這些技術(shù)尚未在實(shí)踐使用中實(shí)現(xiàn)。另一方面，DC-DC轉(zhuǎn)換器用于混合動力車輛,在該系統(tǒng)中,來自發(fā)電機(jī)的DC電功率整流的AC電流通過控制器被斬波并轉(zhuǎn)變成具有一預(yù)先設(shè)定的恒定電壓的DC功率，此外，DC功率通過使用逆變器改變至AC功率。然而，將這些系統(tǒng)普及到汽車市場中受到該系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和大尺寸的影響。具體地說，當(dāng)電壓通過用于混合動力車輛的相位控制系統(tǒng)而減小時，負(fù)載的功率因數(shù)減小，并且恢復(fù)制動能量的效率降低。另一方面，能量問題最近變得越來越嚴(yán)峻，并且傳統(tǒng)車輛中的電能損耗迅速增加，在傳統(tǒng)車輛中尚無法容許Lundell式發(fā)電機(jī)中大約50%的效率。結(jié)果，在社會情境中非常需要一種具有簡單的結(jié)構(gòu)和簡單和確定的控制器的發(fā)電機(jī)。許多研究者研發(fā)出這樣的發(fā)電機(jī)該發(fā)電機(jī)具有纏繞有兩種類型的線圈的定子并且線圈的一側(cè)通過使電流流過而控制磁力以產(chǎn)生沿相反方向的磁力。為了減少流入定子的PM力磁通，由從逆變器流過的電流產(chǎn)生的磁通需要與PM磁通具有相似形狀，然而這些技術(shù)是非常困難的。此外，與PM磁通相反的那些電磁通使PM材料的磁力減小并且它們遭受與發(fā)電機(jī)一樣的麻煩。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:專利2004_320972
專利文獻(xiàn)2:專利2OO3-M5OOO專利文獻(xiàn)3:專利2006_529076專利文獻(xiàn)4 專利4227189發(fā)明概述
技術(shù)問題本發(fā)明的發(fā)明人制造出在日本專利登記No. 4227189中描述的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)并在日本的神奈川縣的研究中心對其作了多次研究。結(jié)果，發(fā)明人確信發(fā)電機(jī)的電壓通過使用少量控制電流被控制在預(yù)先設(shè)定的電壓，這種手法不使用任何磁力控制器并且在永磁鐵系統(tǒng)中沒有發(fā)現(xiàn)磁力減小。特別地，該系統(tǒng)在將電壓控制在流入14V或24V的低電壓狀況下具有良好的效果。然而，當(dāng)發(fā)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)下電壓在200V-AC的發(fā)電機(jī)中增加過快時，需要具有高耐壓的晶體管(FET)。S卩，定子中纏繞的繞組線圈由具有小繞組數(shù)量的功率線圈和具有大繞組數(shù)量的控制線圈構(gòu)成，并且控制開關(guān)設(shè)置在這兩種線圈之間，此外，控制器響應(yīng)電壓傳感器的檢測信號恒定地控制功率線圈中產(chǎn)生的電壓，所述電壓傳感器安裝在輸出端，并且開關(guān)使功率線圈中產(chǎn)生的一部分電流流至控制線圈。在增加控制線圈的繞組數(shù)以減小控制電流的情形下，控制線圈中產(chǎn)生的電壓增加。另一方面，必須增加線圈的繞組數(shù)以增加線圈電感，從而減少用于控制的電流量，這種現(xiàn)象是矛盾的。因此，避免PM發(fā)電機(jī)中在發(fā)電機(jī)高轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的電壓增加至非常高是很困難的。例如，在200VPM發(fā)電機(jī)中，電動勢中的電壓在2000rpm下增加220V (AC)，在4000rpm下增加440V，并在6000rpm下增加660V。由于功率線圈的電壓值是有效值，峰值電壓是有效電壓的1. 4倍。然而，當(dāng)控制線圈繞組數(shù)被設(shè)定為功率線圈繞組數(shù)的4倍時，控制線圈的電壓在6000rpm下增加2640V，并且很難用于是IGBT和FET的常見晶體管。結(jié)果，應(yīng)當(dāng)對控制器使用提供如此高電壓晶體管的昂貴晶體管，因此控制器的成本也增加地很厲害，這是很大的問題。(耐受2600V的較高電壓的晶體管的成本是普通晶體管的100倍)此外，由于需要在三相發(fā)電機(jī)的每個相上設(shè)置昂貴的晶體管，因此控制器的成本增加地非常厲害，這是一個大問題。本發(fā)明的目的在于，功率線圈、功率線圈側(cè)的螺線管線圈、控制線圈側(cè)的螺線管線圈以及由三相整流器和晶體管開關(guān)構(gòu)成的開關(guān)被串聯(lián)以使系統(tǒng)簡化，同時，增加功率線圈線路的電感而不增加功率線圈內(nèi)的繞組數(shù)以減小控制電流量，并且控制器可在發(fā)電機(jī)的較低和較高轉(zhuǎn)速下控制預(yù)先設(shè)定的電壓。由于開關(guān)晶體管連接在整流器的DC端子并且該小尺寸晶體管通過控制開關(guān)的導(dǎo)通/切斷使功率線圈中產(chǎn)生的一部分電流量流至控制側(cè)的螺線管線圈，由此響應(yīng)來自用于檢測由功率線圈產(chǎn)生的電壓的傳感器的檢測信號將所產(chǎn)生的電壓控制在一預(yù)先設(shè)定的電壓。另一方面，通過采用改變功率線圈的繞組數(shù)的方法將峰值電壓控制在低電壓。結(jié)果，能對控制器使用便宜的晶體管并減少晶體管數(shù)目，并因此大量減少控制器系統(tǒng)的成本。
問題的解決方案為了達(dá)成這個計(jì)劃，根據(jù)本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)的控制器包括轉(zhuǎn)子軸，該轉(zhuǎn)子軸由外殼可轉(zhuǎn)動地支承；轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子固定于轉(zhuǎn)子軸并在外周緣側(cè)安裝有多個永磁鐵部件；以及定子，該定子設(shè)置在轉(zhuǎn)子外側(cè)并在通過星形連接的三相AC發(fā)電機(jī)中纏繞有繞組線圈，其中用于功率線圈的定子的繞組線圈以及設(shè)置在不與轉(zhuǎn)子的磁通相互作用的位置處的功率線圈側(cè)的螺線管線圈和控制側(cè)的螺旋管線圈串聯(lián)，并且功率端子設(shè)置在至少功率線圈側(cè)的螺線管線圈和控制側(cè)的螺線管線圈之間，并且控制側(cè)的螺線管線圈的端部連接有構(gòu)成中性點(diǎn)的三相整流器，并且開關(guān)被連接于整流器的DC端子，用于使功率線圈中產(chǎn)生的一部分電流量流至控制側(cè)的螺線管線圈，從而通過占空比控制而控制開關(guān)的導(dǎo)通/切斷來控制流入控制側(cè)的螺線管線圈的電流量以響應(yīng)來自用于檢測由功率線圈產(chǎn)生的電壓的傳感器的檢 測信號來將所產(chǎn)生的電壓控制在預(yù)先設(shè)定的電壓。這里，在根據(jù)本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)的控制器中，三相整流器優(yōu)選地是由二極管構(gòu)成的全橋功率轉(zhuǎn)換器，并且控制側(cè)的螺線管線圈的多個端子在整流器的兩個二極管之間與U、V、W相的每根線連接。此外，在根據(jù)本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)的控制器中，控制器優(yōu)選地通過占空比控制來調(diào)整流入控制側(cè)的螺線管線圈的電流量以通過控制開關(guān)的導(dǎo)通/切斷控制流入控制側(cè)的螺線管線圈的電流量，由此響應(yīng)來自用于檢測由功率線圈產(chǎn)生的電壓的傳感器的檢測信號而將產(chǎn)生的電壓控制在預(yù)先設(shè)定的電壓，此外當(dāng)由檢測所產(chǎn)生的電壓的傳感器檢測到的產(chǎn)生電壓高于預(yù)先設(shè)定的電壓時，通過控制器增加電流量，而當(dāng)所產(chǎn)生的電壓低于預(yù)先設(shè)定的電壓時，通過控制器減小電流量。另外，在根據(jù)本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)的控制器中，優(yōu)選地在功率線圈的起點(diǎn)和半程上設(shè)置三相發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)的多個端子，以使中性點(diǎn)可改變并提供多個中性開關(guān)以控制中性開關(guān)的導(dǎo)通/切斷，從而使所產(chǎn)生的電流量流入中性點(diǎn)，此外，控制器響應(yīng)來自用于檢測預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的傳感器的檢測信號控制中性開關(guān)的導(dǎo)通/切斷。此外，在根據(jù)本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)的控制器中，優(yōu)選地提供三相整流器以使中性開關(guān)改變中性點(diǎn)，并且設(shè)置在功率線圈的起點(diǎn)和半程上的端子連接于整流器中的每個相U、V、W的二極管之間的線路作為中性點(diǎn)，并且中性開關(guān)與用于切換中性開關(guān)的導(dǎo)通/切斷的整流器DC端子相連，并且控制器響應(yīng)來自用于檢測預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的傳感器的檢測信號而控制中性開關(guān)的導(dǎo)通/切斷。此外，在根據(jù)本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)的控制器中，三相整流器優(yōu)選地是由二極管構(gòu)成的全橋功率轉(zhuǎn)換器，并且設(shè)置在功率線圈的起點(diǎn)和半程上的端子連接于整流器中的每個相U、V、W的二極管之間的線路作為中性點(diǎn)。此外，在根據(jù)本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)的控制器中，功率線圈的繞組數(shù)優(yōu)選地由多個繞組數(shù)Tl、T2、…、Tn構(gòu)成，并且該功率線圈的繞組數(shù)具有下列不等關(guān)系T1〈T1+T2〈T1+T2+……+Τη，并且中性點(diǎn)的端子設(shè)置在功率線圈的起點(diǎn)和半程上，并且該端子與全橋功率轉(zhuǎn)換器中的每個相U、V、W的二極管之間的線路連接，第一、第二……第η個中性開關(guān)與整流器的DC端子相連，并且控制器控制中性開關(guān)的導(dǎo)通/切斷以響應(yīng)來自用于檢測預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的傳感器的檢測信號而改變中性點(diǎn)。 此外，在根據(jù)本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)的控制器中，控制器優(yōu)選地響應(yīng)來自用于檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的傳感器的檢測信號執(zhí)行控制，從而當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速時，通過小數(shù)量繞組線圈側(cè)的功率線圈的中性開關(guān)被導(dǎo)通，同時通過大數(shù)量繞組線圈側(cè)的功率線圈被切斷，以防止在較高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生較高的電壓。此外，在根據(jù)本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)的控制器中，優(yōu)選的是，其中與功率線圈側(cè)的螺線管線圈和功率線圈之間的功率線連接的多個供電端子與多個供電開關(guān)連接，以使電動機(jī)驅(qū)動器與多個供電端子連接并且供電開關(guān)的另一端通過控制器與功率側(cè)的蓄電池相連，此夕卜，控制器將一定電流量從蓄電池提供給功率線圈以通過與電流量同步的相位定時和供電開關(guān)受控制的導(dǎo)通/切斷為電動機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)。此外，在根據(jù)本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)的控制器中，控制器優(yōu)選地通過控制中性開關(guān)的導(dǎo)通/切斷響應(yīng)于來自用于檢測電動機(jī)中的負(fù)載數(shù)量級的傳感器的檢測信號執(zhí)行對電流量的控制，即控制器響應(yīng)于電動機(jī)中所需要的驅(qū)動力功率調(diào)整從蓄電池流入功率線圈的電流量。此外，在根據(jù)本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)的控制器中，控制器優(yōu)選地響應(yīng)來自用于檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的傳感器的檢測信號執(zhí)行控制，由此當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速時，通過小數(shù)量的繞組線圈一側(cè)的功率線圈的中性開關(guān)被導(dǎo)通，同時通過大數(shù)量繞組線圈一側(cè)的功率線圈的中性開關(guān)被切斷以防止在較高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生較高的電壓，并且當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于預(yù)先設(shè)置的轉(zhuǎn)速時，通過大數(shù)量繞組線圈側(cè)的功率線圈的中性開關(guān)被導(dǎo)通，同時通過小數(shù)量繞組線圈一側(cè)的功率線圈的中性開關(guān)被切斷；然后控制器通過響應(yīng)所需的驅(qū)動馬力控制中性開關(guān)的導(dǎo)通/切斷來控制從蓄電池流入功率線圈的電流量，即控制器使中性開關(guān)既具有改變中性點(diǎn)的功能又具有調(diào)整電流量的功能。此外，在根據(jù)本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)的控制器中，當(dāng)控制器響應(yīng)于來自功率線圈電流泄漏和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的傳感器的檢測信號檢測到功率線圈中的反?，F(xiàn)象或關(guān)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的反常高轉(zhuǎn)速時，控制器優(yōu)選地對所有中性開關(guān)執(zhí)行控制以使這些中性開關(guān)切斷。發(fā)明的有益效果包含發(fā)電機(jī)的定子中纏繞的功率線圈的永磁發(fā)電機(jī)的控制器、螺線管線圈設(shè)置在不與轉(zhuǎn)子的磁通相互作用的位置的功率側(cè)具有較大繞組數(shù)的螺線管線圈和控制側(cè)具有小繞組數(shù)的螺線管線圈彼此串聯(lián)連接。另外，對功率側(cè)線圈提供功率線圈和功率側(cè)的螺線管線圈，并對控制側(cè)提供控制側(cè)的螺線管線圈，此外，這些線圈串聯(lián)連接以減少流入控制線圈的電流，所述控制線圈使用主要通過控制線圈的互感效應(yīng)降低電壓的特征(下降特征)。結(jié)果，功率線圈的繞組數(shù)不增加而線圈中的電感總量增加以減少控制電流量并維持功率線圈中的恒定電壓?？偟貋碚f，在發(fā)電機(jī)中，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加地越高，在無負(fù)載狀態(tài)下發(fā)電機(jī)的電動勢電壓增加地越大，然而電流量增加地越大，則電壓變得越小，并且其中一個電流在O伏電流收斂，這種現(xiàn)象在發(fā)電機(jī)中被稱為下降特征。在使電流量流至與兩螺線管線圈相連的功率線圈的情形下，收斂電流減小至非常小的值，然而當(dāng)控制器使電流量流入僅具有功率側(cè)螺線管線圈的功率線圈時收斂的電流量沒有那么小，這種特征在圖2中示出。當(dāng)功率線圈的電壓在較高速下較高且控制器使較少電流流入控制線圈時，功率線圈的端子的電壓降低至小值，這使用相反電動勢現(xiàn)象，即控制器通過控制開關(guān)的導(dǎo)通/切斷控制較少電流量流入控制側(cè)的螺線管線圈以響應(yīng)于來自傳感器的檢測信號將所產(chǎn)生的電壓控制在預(yù)先設(shè)定的電壓。這種系統(tǒng)能控制電壓的上升和下降并保持預(yù)先設(shè)定的穩(wěn)定電壓。前面理論的原理如圖3所示。功率線圈的電動勢電壓因永磁力效應(yīng)而增加,其電動勢的電壓從A點(diǎn)增加至BO點(diǎn)。當(dāng)一電流量通過整流器流入功率線圈、功率線圈側(cè)的螺線管線圈和控制側(cè)的螺線管線圈時，功率端子點(diǎn)處的電壓因功率線圈和功率側(cè)螺線管線圈的電阻減小至點(diǎn)C，且隨后電壓因控制側(cè)的螺線管線圈的電阻降低至點(diǎn)D。因此，當(dāng)功率線圈側(cè)和控制側(cè)螺線管線圈彼此連接時，我們能通過在小電流量下的占空比控制而控制開關(guān)的導(dǎo)通/切斷來得到BO和O之間的必要電壓。功率側(cè)和控制側(cè)的螺線管線圈的互感作用以減少用于有效控制的電流量。換句話說，當(dāng)設(shè)定NI是功率線圈的螺線管線圈的繞組數(shù)而N2是控制側(cè)的螺線管線圈的繞組數(shù)時,功率線圈側(cè)的螺線管線圈的電感為L1 = m*A*Nl2*/l且控制側(cè)的螺線管線圈的電感為L2=m*A*N22/l，而在與兩個螺線管線圈串聯(lián)連接的情形下，所連接的兩個線圈的
電感為L3=m*A*(Nl+N2)2/l并且L3的值是L1值的兩倍或更高。因此，如果將該電壓施加于串聯(lián)連接的螺線管線圈，則電壓和電流量之間的關(guān)系的表達(dá)式將如下一方程所示。[數(shù)學(xué)式I]E=I · 2 31 · f · L3/IOOO結(jié)果，相比將同一電壓施加于僅功率側(cè)的螺線管線圈的電流量，流入兩線圈的電流量被減少1/2至1/5。方程中使用的標(biāo)記如下1是螺線管線圈鐵心的磁極長度，A是螺線管線圈鐵心的面積，而“m”是螺線管線圈鐵心的磁導(dǎo)率。電壓增加與功率線圈的繞組增加成比例，而電壓減小由流過的電流量乘以功率線圈的阻抗和流過的電流量乘以功率線圈側(cè)的螺線管線圈的電阻得到的值。因此，當(dāng)控制器使一電流量流入控制側(cè)的螺線管線圈時，功率線圈端子處的電壓降低并通過控制開關(guān)的導(dǎo)通/切斷來控制功率線圈端子的電壓，由此將產(chǎn)生的電壓控制在預(yù)先設(shè)定的電壓，所述開關(guān)設(shè)置在整流器的DC端子上。此外，為在本發(fā)明中控制電壓，將三相整流器設(shè)置在控制側(cè)的U、V、W相的螺線管線圈端部的中性點(diǎn)，該中性點(diǎn)對應(yīng)于圖3所示的點(diǎn)D，并且螺線管線圈端部的端子連接于整流器中的二極管之間的線路，并隨后在整流器的DC端子上提供晶體管開關(guān)，結(jié)果，只需要一個開關(guān)用來控制電壓。此外，由于開關(guān)設(shè)置在中性點(diǎn)，當(dāng)電流量流入開關(guān)時，開關(guān)位置處的電壓為零。當(dāng)控制器斷開時，螺線管線圈端部的端子處的電壓如圖3所示地增加至B0，然而開關(guān)位置處的電壓安排在Bo和C伏之間并由整流器整流，并且所安排的電壓變得低于電動勢電壓。當(dāng)在切換后產(chǎn)生電壓火花時，電壓從O伏開始增加，然后必須控制電壓的峰值，然而電壓火花可被小型緩沖電路吸收。然后，將討論關(guān)于電動勢電壓以及電路電壓因螺線管線圈和功率線圈的電阻而降低的理論方程。計(jì)算電壓的方程圖示如下。[數(shù)學(xué)式2]I)電動勢的電壓E0 = 4. 44 · Φ · f · Ws ......(I)[數(shù)學(xué)式3]2)功率線圈的端子處的電壓
E = E0-E1-E2 = E0-11 · (R12+(2 Ji · f · Ln/1000)2)1/2-12 · (R22+ (2 Ji · f · L31/1000)2) 1/2......(2)[數(shù)學(xué)式4]3)流入控制側(cè)螺線管線圈的電流量I2 = (E0-11 · (R12+(2 · f · Ln/1000)2) 1/2} / (R22+(2 π · f · L31/1000)2) 1/2
[數(shù)學(xué)式5]在方程中使用的標(biāo)記如下所示。Etl:電動勢的電壓E :功率線圈的端子電壓El :當(dāng)電流I1流入功率線圈時的電壓降低E2 :當(dāng)電流I2流入功率線圈、功率線圈側(cè)和控制側(cè)的螺線管線圈時的電壓降低Φ :磁力f:產(chǎn)生電壓的頻率Ws:功率線圈的繞組數(shù)I1 :功率線圈的電流I2 :流過螺線管線圈和功率線圈的電流R1 :功率線圈與功率側(cè)螺線管線圈的電阻之和R2 :功率線圈和兩種螺線管線圈的電阻之和L11 :功率線圈和功率側(cè)螺線管線圈的電感之和L31 :功率線圈和螺線管線圈的互感的電感之和這里，功率線圈的繞組數(shù)增加地越大，則在O伏下收斂的電流量越小，然而，功率線圈的繞組數(shù)增加地越大，則電動勢電壓增加地越大。優(yōu)選地，在O伏收斂的電流量小并維持電動勢中的低電壓。根據(jù)計(jì)算I)和2)，在電感L1、L2、L3和L11增加地較大的情形下，控制的電流量可較少地下降。因此，增加設(shè)置在定子外側(cè)的螺線管線圈是非常有效的，該螺線管線圈設(shè)置在不與轉(zhuǎn)子的磁通相互作用的位置。然而，當(dāng)為了減少流入控制開關(guān)的電流量而使L11的電感增加地過大時，功率電壓的降低將多得多。那么，由兩種螺線管線圈構(gòu)成的互感的效果是非常有用的。計(jì)算功率端子處和螺線管線圈端部的電壓，以使功率端子的電壓是從電動勢電壓推導(dǎo)出電流量和電感L11的乘積，并且控制側(cè)的中性點(diǎn)的電壓被降至O伏。隨著功率線圈的較大繞組數(shù)增加，電動勢的較大電壓增加，要求設(shè)置在不與轉(zhuǎn)子的磁通相互作用的位置處具有大電感的螺線管線圈減小功率端子處的電壓。在對汽車電動機(jī)使用發(fā)電機(jī)的情形下，需要使電動機(jī)在低速狀態(tài)下具有大扭矩的特征，并且在高速下維持在小扭矩。為了獲得電動機(jī)中前面提到的特征，提供一種中性開關(guān)，該中性開關(guān)可改變功率線圈的繞組數(shù)并響應(yīng)于來自用于檢測預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的傳感器的檢測信號來控制開關(guān)的導(dǎo)通/切斷。此外，需要控制電動機(jī)驅(qū)動的所要求負(fù)載條件并將用于改變功率線圈的繞組數(shù)的中性開關(guān)用于高頻導(dǎo)通/切斷切換以控制電流量的流動。結(jié)果，控制器能將電動機(jī)控制在驅(qū)動負(fù)載和轉(zhuǎn)速所要求的狀態(tài)下。圖4示出在改變功率線圈繞組數(shù)和負(fù)載的控制特征通過導(dǎo)通/切斷切換中性開關(guān)切換電流量的情形下扭矩的驅(qū)動特征。
然后，在根據(jù)本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)的控制器中，連接于功率側(cè)的螺線管線圈和功率線圈的控制側(cè)螺線管線圈端子與三相整流器連接，并且例如功率晶體管之類的開關(guān)設(shè)置在整流器的DC端子處，其通過占空比和控制來控制開關(guān)的導(dǎo)通/切斷，由此將產(chǎn)生的電壓控制在預(yù)先設(shè)定的電壓，結(jié)果由于三相整流器非常便宜并容易獲得從而使控制器變得非常簡單和非常便宜，這是電子設(shè)備非常有益的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于對于控制器不需要使用對于高電壓具有高電阻的大尺寸晶體管和流過大電流量的電容并且不需要大量開關(guān)部件，結(jié)果可能在這種系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)大量成本削減。此外，由三相整流器和晶體管構(gòu)成的中性開關(guān)連接在功率線圈中的繞組線圈的半程和起點(diǎn)處的端子，由此能夠改變電流量的流過點(diǎn)，并且控制器響應(yīng)于來自用于檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的傳感器的檢測信號執(zhí)行控制，以便當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速時，較大數(shù)量繞組線圈側(cè)的功率線圈的中性開關(guān)導(dǎo)通，同時較小數(shù)量繞組線圈側(cè)的功率線圈的中性開關(guān)切斷，結(jié)果，控制器使轉(zhuǎn)子在極低轉(zhuǎn)速下的電動勢電壓和功率增加。此外，在對電動機(jī)使用發(fā)電機(jī)的情形下，控制器通過響應(yīng)于來自用于檢測預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的傳感器的檢測信號改變設(shè)置在功率線圈半程和起點(diǎn)處的多個中性開關(guān)的位置而改變功率線圈的繞組數(shù)，該系統(tǒng)有益于通過使電流量從蓄電池流入具有大繞組數(shù)線圈的功率線圈而增加驅(qū)動扭矩，這是因?yàn)榇蟮拇帕Ξa(chǎn)生在大繞組數(shù)目的線圈中。另一方面，當(dāng)控制器使電流量從蓄電池流入具有小繞組數(shù)量的功率線圈時，只有很小的磁力產(chǎn)生并且驅(qū)動扭矩減小，然而驅(qū)動轉(zhuǎn)速增加地更高。該系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)一樣。在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)可將電壓保持在較低狀態(tài)并提高功率晶體管的持久性和可靠性，因此該系統(tǒng)有益于在低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下提高電動勢電壓以增加低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的電功率。結(jié)果，能得到即使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加地過大也能在該電動勢下控制中等電壓的發(fā)電機(jī)。另一方面，當(dāng)控制器響應(yīng)于來自關(guān)于功率線圈的電流泄漏和轉(zhuǎn)速的傳感器的檢測信號檢測到功率線圈中的反?，F(xiàn)象或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的反常高速時，中性開關(guān)控制系統(tǒng)對于控制器對所有中性開關(guān)執(zhí)行控制以切斷的系統(tǒng)的安全性具有有利功能。附圖簡述

圖1是主視圖(A)和側(cè)視圖(B)，并在該圖中示出根據(jù)本發(fā)明具有控制器的發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。圖2是以曲線圖示出的功率線圈和增設(shè)有螺線管線圈的功率線圈的發(fā)電機(jī)中的電壓和電流的特征。圖3是各個線圈位置的電壓以及描述根據(jù)本圖所示本發(fā)明一個方面的發(fā)電機(jī)和控制器中的電路連接的一個例子的布線圖。圖4是當(dāng)改變功率線圈的繞組數(shù)和控制電流量以控制電動機(jī)的負(fù)載狀態(tài)時的扭矩曲線。圖5是永磁發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的控制電路的一個例子。
圖6是附圖中示出的控制器工作在圖3所示電動機(jī)的流程圖。圖7是附圖中示出的控制器工作在圖3所示發(fā)電機(jī)的流程圖。圖8是工作在圖3所示的控制電路的螺線管線圈的結(jié)構(gòu)。 [實(shí)施例的描述]下面參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的功率線圈的繞組線圈控制電壓的發(fā)電機(jī)進(jìn)行描述。通過如圖1所示地繞組線圈控制電壓的永磁發(fā)電機(jī)，包括定子外殼34，該定子外殼34是對分成外殼3、5的一對外殼；轉(zhuǎn)子軸1，該轉(zhuǎn)子軸I藉由一對軸向相對的球軸承4支承在外殼3、5內(nèi)以轉(zhuǎn)動；多極永磁鐵部件7構(gòu)成的轉(zhuǎn)子35，其中一對以上的永磁鐵零件沿圓周設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸I周圍；定子2，該定子2設(shè)置在轉(zhuǎn)子35的外周緣周圍。定子2包括定子鐵心36，并通過配置在定子鐵心36中的電磁線圈8卷繞。驅(qū)動例如滑輪之類的設(shè)備被固定于轉(zhuǎn)子軸I的端部，這在圖1中未示出。轉(zhuǎn)子軸I包括配置在轉(zhuǎn)子軸I上的磁導(dǎo)部件37，并軸向地安裝由一個以上的永磁鐵零件構(gòu)成的永磁鐵部件7。此外，在永磁鐵部件7的外周周圍設(shè)置有第一加固件40，以保持永磁鐵部件7不會由于高離心力從轉(zhuǎn)子35上脫落，加固部件40由樹脂制成的高抗拉纖維構(gòu)成。轉(zhuǎn)子35夾緊在軸向相對的背襯板38和凸緣之間并通過例如緊固件之類的螺母整合地固定。在發(fā)電機(jī)中，整流器15、397和螺旋管線圈被設(shè)置在前外殼3的外側(cè)。螺線管線圈位于定子外側(cè)，這意味著螺線管線圈141、142被設(shè)置在不與轉(zhuǎn)子的磁通相互作用的位置。然而設(shè)置的位置是沒有限制的，例如可將其設(shè)置在外殼或電動機(jī)外殼內(nèi)，如果該位置不與轉(zhuǎn)子的磁通相互作用的話。定子線圈8纏繞在定子鐵心36的狹槽內(nèi)，該定子線圈8嵌入在梳齒之間并且例如樹脂之類的非磁性材料被插入到狹槽的間隙中以固定定子線圈8。在說明書中，由定子線圈構(gòu)成的功率線圈包括功率線圈10和功率線圈11、12，如圖5所示，并且三相整流器394設(shè)置在三相交流發(fā)電機(jī)的中性位置并且每個相61-U、61-V和61-W的端子與整流器394中的二極管之間的線路連接，并且晶體管391的開關(guān)設(shè)置在整流器394的DC端子上，并且功率線圈側(cè)的繞組線圈由功率線圈和功率側(cè)141的螺線管線圈構(gòu)成。另一方面，控制側(cè)的繞組線圈由螺線管線圈142構(gòu)成。繞組線圈的系統(tǒng)由功率側(cè)的繞組線圈和控制側(cè)的繞組線圈構(gòu)成，并且在本發(fā)明中就是這樣稱呼的。圖5所示的標(biāo)志143是控制線圈側(cè)的螺線管線圈142的中性點(diǎn)而圖5所示的標(biāo)志144是功率線圈的中性點(diǎn)，當(dāng)開關(guān)392或393導(dǎo)通時，中性點(diǎn)從391側(cè)改變位置至392 或 392 側(cè)。在實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)制的通過本發(fā)明產(chǎn)生的控制器的一個例子將在后面參照圖5進(jìn)行說明。由功率線圈10、11和12構(gòu)成的定子線圈8例如纏繞在定子鐵心36的狹槽中，并且功率線圈10、11、功率線圈12以及螺線管線圈141串聯(lián)地連接于螺線管線圈142，這是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個例子，并且線圈線連接于諸如星形連接的三個相，該線圈也連接于作為起點(diǎn)的中性開關(guān)394。功率端子41連接于螺線管線圈141的端點(diǎn)9。由三相整流器394構(gòu)成的中性開關(guān)連接于功率線圈61-U、61-V和61-W的起點(diǎn)，并且中性開關(guān)391連接于整流器394的DC端子，而其它中性開關(guān)392、393設(shè)置在整流器395、396上，并且整流器與整流器395中的多個端子62-U、62-V和62-W連接，而整流器396中的端子63_U、63_V和63-W取自功率線圈10、11和功率線圈12之間的功率線圈線路。功率開關(guān)53串聯(lián)地連接于線路41連接的整流器之后的端子、整流器15和負(fù)載17?？墒剐铍姵?4與負(fù)載17并聯(lián)地連接。與線路U-41、V-41和W-41連接的三個端子連接于整流器15，在整流器15中產(chǎn)生的三相和DC電功率被送至單相的負(fù)載17。電壓16的傳感器和蓄電池54與負(fù)載17并聯(lián)地設(shè)置，并且轉(zhuǎn)速28和由永磁鐵部件7產(chǎn)生的極性位置的傳感器被設(shè)置在轉(zhuǎn)子35附近。另一方面，從電壓16和負(fù)載17的傳感器以及轉(zhuǎn)速和位置傳感器28送出的信號被輸入到控制器18，然后控制器18將斷開和閉合信號送至控制開關(guān)13、中性開關(guān)391、392、393以及功率開關(guān)53和電動機(jī)驅(qū)動開關(guān)56以恒定地控制電壓和電動機(jī)驅(qū)動。功率線圈的繞組數(shù)由設(shè)置在功率線圈10、11和12之間的端子處的中性開關(guān)391、392和393的導(dǎo)通/切斷切換而改變。此外，可使蓄電池與負(fù)載并聯(lián)連接。螺線管線圈141與功率線圈12的端部連接，并且螺線管線圈141的最末端子與功率端子41和螺線管線圈42連接。為了保持設(shè)置在整流器397的DC端子處的控制開關(guān)13上的小程度電壓振幅并使螺線管線圈64-U、64-V和64-W的端部連接于整流器397中的二極管之間的端子以切換電流量，螺線管線圈142、141串聯(lián)地連接于功率線圈10、11和12，因?yàn)槁菥€管線圈141、142由于由螺線管線圈141、142構(gòu)成的大互感而使流入螺線管線圈142的電流急劇減少，即使負(fù)載17和轉(zhuǎn)子35轉(zhuǎn)速是快速改變的。因此，設(shè)置螺線管線圈141、142是本發(fā)明一個非常重要的組成部分。另一方面，當(dāng)在功率線上設(shè)置控制開關(guān)時，開關(guān)之后的電壓擺動非常厲害，因此控制開關(guān)13被設(shè)置在整流器397的DC端子處。當(dāng)晶體管接收具有高電壓的尖峰時，很容易導(dǎo)致在功率線上設(shè)置控制開關(guān)的系統(tǒng)中的控制開關(guān)的擊穿，且隨后控制開關(guān)13設(shè)置在三相整流器之后。由于控制開關(guān)在本發(fā)明的系統(tǒng)中從六個縮減至一個，因?yàn)檎髌鞒杀痉浅１阋耍瑢?shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的成本降低。為使功率線的電壓穩(wěn)定，在螺線管線圈141、142的端子之間設(shè)置電容器是非常有效的。設(shè)置電容器使功率端子41的電壓和負(fù)載狀態(tài)下的DC功率增加并穩(wěn)定。在對電動機(jī)使用發(fā)電機(jī)的情形下，控制器切斷開關(guān)53、13并使驅(qū)動電動機(jī)的開關(guān)56和中性開關(guān)391導(dǎo)通，并因此控制器通過檢測傳感器28捕獲轉(zhuǎn)子I上的相位位置并通過開關(guān)56使電流量以同步的定時從蓄電池541流入功率線圈。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速較低時，控制器18為使用功率線圈10、11和12而選擇中性開關(guān)391的導(dǎo)通位置，并隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速增加而選擇中性開關(guān)392、393的導(dǎo)通位置，結(jié)果，控制器可改變電動機(jī)系統(tǒng)中的驅(qū)動扭矩的特征，比如圖4中示出的傳動扭矩。然而，這需要改變扭矩值并且控制器控制開關(guān)的導(dǎo)通/切斷(斬波控制)以使電動機(jī)的驅(qū)動扭矩被控制在根據(jù)驅(qū)動的必需值設(shè)定的負(fù)載。發(fā)電機(jī)的控制器通過控制開關(guān)13的導(dǎo)通/切斷來控制流入螺線管線圈142的電流，開關(guān)13可改變斷開時間以使所產(chǎn)生的電壓被控制在預(yù)先設(shè)定的電壓。這里，為了減少流入螺線管線圈142的電流量，使用螺線管線圈141、142中的互感效應(yīng)，因此，那些螺線管線圈被纏繞在同一螺線管鐵心55中，如圖8所示。結(jié)果，當(dāng)線圈141、142串聯(lián)連接時，在一定電流量流入螺線管線圈的情形下，互感增加地非常厲害并且電阻增加地非常厲害。當(dāng)少量電流流入螺線管線圈時，在功率線41端子處的電壓減少地非常厲害，并且在切換整流器397處的開關(guān)13的導(dǎo)通/切斷之后的平均電壓被控制在預(yù)先設(shè)定的電壓。如果一電流量流入控制側(cè)，由于通過螺線管線圈141、142的電感在電壓降中消耗的電功率是無功功率，因此電功率損耗非常小。圖2所示的電壓和電流的特征顯示出，如果控制器使電流量Al流入螺線管線圈142側(cè)，則電壓減為0，那么用于控制的最大電流量是Al安培。為了獲得預(yù)先設(shè)定的電壓，控制器通過占空比控制設(shè)定開關(guān)12的導(dǎo)通時間，其中安培數(shù)在2000rpm 下是 A21 而在 4000rpm 下是 A22。在發(fā)電機(jī)的控制器中，用于控制電壓的開關(guān)13被設(shè)置在與螺線管線圈141和螺線管線圈142連接的線圈線的末端，而功率線圈10、11和12串聯(lián)，那么其位置是非常重要的因素。控制器的將來是功率線圈10、11和12所產(chǎn)生的電壓在開關(guān)13的切斷狀態(tài)下增加600V或更高，并且在開關(guān)13的導(dǎo)通狀態(tài)下電壓由于螺線管線圈的電感降至更低或O伏，并且導(dǎo)通、切斷狀態(tài)下的平均電壓變得等于預(yù)先設(shè)定的電壓。另一方面，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加至非常高或減小至非常低時，可通過切換功率線圈10、11和12的繞組數(shù)來改變所產(chǎn)生的電壓的特征，這是通過切換中性開關(guān)391、392和393來實(shí)現(xiàn)的。結(jié)果，能通過使用功率線圈中的繞組數(shù)改變系統(tǒng)來獲得來自較低轉(zhuǎn)速和較高轉(zhuǎn)速的合適功率和電壓。該系統(tǒng)在制動能量恢復(fù)系統(tǒng)上對電動車輛非常有效。圖5所示的控制器的操作被討論如下，并且控制器的流程圖在圖6和圖7中示出。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加至大約6000rpm或更高時，功率線圈12的末端的電壓上升至大約1000伏。然后，控制器通過從開關(guān)391的導(dǎo)通至開關(guān)392或開關(guān)393的導(dǎo)通的改變來控制中性點(diǎn)的改變。在開關(guān)393導(dǎo)通的情形下，功率線圈12被用來產(chǎn)生電動勢電壓，結(jié)果，該電動勢電壓維持在較低電壓并由于通過將設(shè)置在不與轉(zhuǎn)子磁通相互作用的位置處的螺線管線圈141、142連接而得到的大互感，流至螺線管線圈142的電流量被減小至非常小的值，此外，在螺線管141末端和功率端子9的節(jié)點(diǎn)處的電壓被降至100伏以下，該電壓由于螺線管線圈141的電感效應(yīng)而降低。因此，在這種情況下沒有任何因素會產(chǎn)生大的浪涌或電壓火花?？偟貋碚f，具有高電壓的電流量被導(dǎo)通/切斷，開關(guān)通過電壓火花而被擊穿。然而，由于開關(guān)13設(shè)置在整流器397的DC端子處，該整流器設(shè)置在三相發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)，因此開關(guān)13擊穿的麻煩很難發(fā)生，這是因?yàn)檎髌鞯腄C端子處的電壓很低?？刂破骺刂屏魅腴_關(guān)13的電流量以當(dāng)產(chǎn)生電壓高于預(yù)先設(shè)定的電壓時使開關(guān)的導(dǎo)通時間增力口，并當(dāng)產(chǎn)生電壓低于預(yù)先設(shè)定的電壓時使導(dǎo)通時間減少，所述預(yù)先設(shè)定的電壓是通過電壓傳感器16檢測的。那么，由于開關(guān)13被設(shè)置在整流器397的DC端子并且整流器397連接于螺線管線圈142、螺線管線圈141和功率線圈12，因此通過在開關(guān)13中的導(dǎo)通/切斷產(chǎn)生的脈沖波通過電路被整平。當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低時，控制器使中性開關(guān)391導(dǎo)通并使中性開關(guān)392、393切斷以使用繞組線圈10、11和12，此時狀態(tài)返回至初始狀態(tài)。例如談及繞組線圈的使用，繞組線圈11、12用于正常速度狀態(tài)，那么在例如450rpm或800rpm的極低轉(zhuǎn)速下使用繞組線圈IOUl和12，結(jié)果電壓增加并且能夠獲得充足的功率。即使控制器實(shí)現(xiàn)對中性開關(guān)的導(dǎo)通或切斷的控制，也可使用一個控制開關(guān)13來控制預(yù)先設(shè)定的電壓。功率線圈中的繞組數(shù)的改變系統(tǒng)可用于電動機(jī)驅(qū)動，這實(shí)現(xiàn)與傳動機(jī)構(gòu)相同的功能。此外，不限于僅使用三個中性開關(guān)，并可增加或減少開關(guān)的數(shù)目。如圖5所示的發(fā)電機(jī)電路的控制動作將在下面如圖6和圖7所示的流程圖中予以討論?？刂破?8在系統(tǒng)起動后檢測發(fā)電機(jī)或電動機(jī)的驅(qū)動功能(步驟S10)，并且如果系統(tǒng)用于發(fā)電機(jī)，則控制器執(zhí)行程序的順序?？刂破?8在起動器開關(guān)工作后檢測發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和產(chǎn)生的電壓(步驟S22)，并檢查發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速N是否低于之前確定的預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速NI (步驟S23)。當(dāng)該轉(zhuǎn)速N低于NI時，中性開關(guān)392、393切斷而中性開關(guān)391導(dǎo)通(步驟333)。如果轉(zhuǎn)速N高于NI (步驟S23)，控制器進(jìn)入下一步驟S24，此時控制器檢查發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來判斷轉(zhuǎn)速N是否大于N2(步驟S24)。當(dāng)轉(zhuǎn)速N大于N2時(步驟S24)，控制器將開關(guān)393設(shè)定在導(dǎo)通狀態(tài)并將開關(guān)391、392設(shè)定在切斷狀態(tài)(步驟S26)。如果轉(zhuǎn)速N低于N2 (步驟S24)，則控制器控制開關(guān)391、382切斷狀態(tài)，并將開關(guān)392設(shè)定在導(dǎo)通位置(步驟S25)。在控制(步驟S25、S26和S333)之后，控制器18通過傳感器16檢查負(fù)載電壓以判斷是否電壓落在(Vl+/-a) (+/_:+或-)的電壓容限內(nèi)，并且當(dāng)電壓V大于在容限中預(yù)先設(shè)定的電壓較高電平的(Vl+a)時，控制側(cè)的螺線管線圈142的電壓增加(步驟S35)。如果電壓V小于(Vl+a)，則控制器使控制器進(jìn)至步驟S39。在控制步驟S35之后，控制器檢查電壓以判斷電壓V是否小于(Vl+a)(步驟S36)。如果不是，控制器將控制移動至步驟S35，如果是，控制器進(jìn)至下一步驟S37。當(dāng)電壓V大于作為預(yù)先設(shè)定電壓在容限內(nèi)的下限的(Vl-a)(步驟S37)時，控制器18在dt微秒內(nèi)保持控制狀態(tài)不變(步驟S38)，然后控制器使控制回到步驟SlO前面的起點(diǎn)(圖6中的點(diǎn)“A”)。如果電壓V小于(Vl-a)，則控制器使步驟進(jìn)至步驟S41。在步驟S34之后且電壓V小于(Vl+a)，控制器進(jìn)至(步驟S39)。如果電壓V在(步驟S39)大于(Vl-a)，控制器18在dt微秒內(nèi)保持控制狀態(tài)不變(步驟S40)，然后控制器使控制回到步驟SlO前面的起點(diǎn)(圖6中的點(diǎn)“A”)。如果電壓V小于(Vl-a)，則控制進(jìn)至(步驟S41)。如果電壓V在(步驟S37)小于(Vl-a)，則控制器使控制流程圖進(jìn)至(步驟S41)以通過開關(guān)13減少流入控制側(cè)的螺線管線圈142的電流量(步驟S41)。在減少電流量之后，控制器檢查電壓(步驟S42)并且如果電壓V大于(Vl-a)，控制器18在dt微秒內(nèi)使控制狀態(tài)保持不變(步驟S43)。如果(在步驟S42)電壓V小于(Vl-a)，則控制器使控制返回到(步驟S41)。當(dāng)對電動機(jī)使用發(fā)電機(jī)系統(tǒng)時，控制器通過圖6所示的電路控制系統(tǒng)。在通過通過檢測使用數(shù)量級的信號而對電動機(jī)使用發(fā)電機(jī)(步驟S10)的情形下，控制器將開關(guān)56、391控制在導(dǎo)通位置(步驟Sll)并檢查電動機(jī)的速度(步驟S12)?？刂破鳈z查速度N是否大于預(yù)先設(shè)定的NI (步驟S13)，如果是，則控制前進(jìn)至(步驟S33)并且如果速度N小于N2，則控制前進(jìn)至(步驟S331)?？刂破髟?步驟S331)使開關(guān)392導(dǎo)通并使開關(guān)391、393切斷。在(步驟S331)操作之后，控制器進(jìn)至B位置。在(步驟S13)速度N小于NI，控制器進(jìn)至(步驟S14)并在(步驟S14)在傳感器28中測量負(fù)載水平L，并且控制器在(步驟S15)檢測預(yù)先設(shè)定的負(fù)載LI并且負(fù)載L大于(Ll+b)(步驟S16)，(Ll+b)是允許范圍(Ll+/-b)的上限，控制器在(步驟S17)減少開關(guān)導(dǎo)通的占空比。在執(zhí)行操作(步驟S17)之后，控制器檢查負(fù)載L且負(fù)載L是否小于(Ll+b)(步驟S18)，如果是，控制器進(jìn)至步驟(S19)，并檢查負(fù)載L是否大于(Ll-b)并隨后將控制狀態(tài)保持不變長達(dá)dt微秒，控制器使控制進(jìn)至A位置。如果在(步驟S16)負(fù)載L小于(Ll+b)，控制進(jìn)至(步驟S19)，并且如果在(步驟S18)負(fù)載L大于(Ll-b)，則控制進(jìn)至(步驟S17)，而如果負(fù)載L小于(Ll_b)，則控制進(jìn)至(步驟S21)，并且在增加開關(guān)導(dǎo)通的占空比的控制之后，控制進(jìn)至(步驟S19)。
權(quán)利要求
1.一種永磁發(fā)電機(jī)的控制器,包括 由外殼可轉(zhuǎn)動地支承的轉(zhuǎn)子軸； 固定于所述轉(zhuǎn)子軸并在外周緣側(cè)安裝有多個永磁鐵部件的轉(zhuǎn)子；以及 設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子外側(cè)并在通過星形連接的三相AC發(fā)電機(jī)中纏繞有繞組線圈的定子； 其中用于功率線圈的定子的繞組線圈以及設(shè)置在不與轉(zhuǎn)子的磁通相互作用的位置處的功率線圈側(cè)的螺線管線圈和控制側(cè)的螺旋管線圈串聯(lián)，并且功率端子設(shè)置在至少功率線圈側(cè)的螺線管線圈和控制側(cè)的螺線管線圈之間，并且控制側(cè)的螺線管線圈的端部連接有構(gòu)成中性點(diǎn)的三相整流器，并且開關(guān)被連接于整流器的DC端子，用于使功率線圈中產(chǎn)生的一部分電流量流至控制側(cè)的螺線管線圈，從而通過占空比控制而控制開關(guān)的導(dǎo)通/切斷來控制流入控制側(cè)的螺線管線圈的電流量以響應(yīng)來自用于檢測由功率線圈產(chǎn)生的電壓的傳感器的檢測信號來將所產(chǎn)生的電壓控制在預(yù)先設(shè)定的電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的永磁發(fā)電機(jī)的控制器，其特征在于，所述三相整流器是由二極管構(gòu)成的全橋功率轉(zhuǎn)換器，并且控制側(cè)的螺線管線圈的多個端子在所述整流器的兩個二極管之間與U、V、W相的每根線連接。
3.如權(quán)利要求1、2所述的永磁發(fā)電機(jī)的控制器，其特征在于，所述控制器通過占空比控制來調(diào)整流入控制側(cè)的螺線管線圈的電流量以通過控制開關(guān)的導(dǎo)通/切斷控制流入控制側(cè)的螺線管線圈的電流量，由此響應(yīng)于來自用于檢測由功率線圈產(chǎn)生的電壓的傳感器的檢測信號而將產(chǎn)生的電壓控制在預(yù)先設(shè)定的電壓，此外當(dāng)由檢測所產(chǎn)生的電壓的傳感器檢測到的產(chǎn)生電壓高于預(yù)先設(shè)定的電壓時，通過控制器增加電流量，并當(dāng)所產(chǎn)生的電壓低于預(yù)先設(shè)定的電壓時，通過控制器減小電流量。
4.如權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的永磁發(fā)電機(jī)的控制器，其特征在于，在功率線圈的起點(diǎn)和半程處設(shè)置三相發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)的多個端子，以使中性點(diǎn)可改變并提供多個中性開關(guān)以控制中性開關(guān)的導(dǎo)通/切斷，從而使所產(chǎn)生的電流量流入中性點(diǎn)，此外，控制器響應(yīng)于來自用于檢測預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的傳感器的檢測信號控制中性開關(guān)的導(dǎo)通/切斷。
5.如權(quán)利要求4所述的永磁發(fā)電機(jī)的控制器，其特征在于，提供三相整流器以使中性開關(guān)改變中性點(diǎn)，并且設(shè)置在功率線圈的起點(diǎn)和半程上的端子連接于整流器中的每個相U、V、W的二極管之間的線路作為中性點(diǎn)，并且中性開關(guān)與用于切換中性開關(guān)的導(dǎo)通/切斷的整流器DC端子相連，并且控制器響應(yīng)于來自用于檢測預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的傳感器的檢測信號而控制中性開關(guān)的導(dǎo)通/切斷。
6.如權(quán)利要求5所述的永磁發(fā)電機(jī)的控制器，其特征在于，所述三相整流器是由二極管構(gòu)成的全橋功率轉(zhuǎn)換器，并且設(shè)置在功率線圈的起點(diǎn)和半程上的端子連接于整流器中的每個相U、V、W的二極管之間的線路作為中性點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求4-6中任何一項(xiàng)所述的永磁發(fā)電機(jī)的控制器，其特征在于，所述功率線圈的繞組數(shù)由多個繞組數(shù)T1、T2、……、Τη構(gòu)成，并且所述功率線圈的繞組數(shù)具有下列不等關(guān)系Τ1〈Τ1+Τ2〈Τ1+Τ2+……+Τη，并且中性點(diǎn)的端子設(shè)置在功率線圈的起點(diǎn)和半程上，并且所述端子與全橋功率轉(zhuǎn)換器中的每個相U、V、W的二極管之間的線路連接，第一、第二……第η個中性開關(guān)與整流器的DC端子相連，并且控制器控制中性開關(guān)的導(dǎo)通/切斷以響應(yīng)來自用于檢測預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的傳感器的檢測信號而改變中性點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求4-7中任何一項(xiàng)所述的永磁發(fā)電機(jī)的控制器，其特征在于，所述控制器響應(yīng)來自用于檢測轉(zhuǎn)子速度的傳感器的檢測信號執(zhí)行控制，從而當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于預(yù)先設(shè)定的速度時，通過小數(shù)量繞組線圈側(cè)的功率線圈的中性開關(guān)被導(dǎo)通，同時通過大數(shù)量繞組線圈側(cè)的功率線圈被切斷，以防止在較高轉(zhuǎn)子速度下產(chǎn)生較高的電壓。
9.如權(quán)利要求4-8中任何一項(xiàng)所述的永磁發(fā)電機(jī)的控制器，其特征在于，與功率線圈側(cè)的螺線管線圈和功率線圈之間的功率線連接的多個供電端子與多個供電開關(guān)連接，以使電動機(jī)驅(qū)動器與多個供電端子連接并且供電開關(guān)的另一端通過控制器與功率側(cè)的蓄電池相連，此外，所述控制器將一定電流量從蓄電池提供給功率線圈以通過與電流量同步的相位定時和供電開關(guān)受控制的導(dǎo)通/切斷為電動機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)。
10.如權(quán)利要求9所述的永磁發(fā)電機(jī)的控制器，其特征在于，所述控制器通過控制中性開關(guān)的導(dǎo)通/切斷響應(yīng)于來自用于檢測電動機(jī)中的負(fù)載數(shù)量級的傳感器的檢測信號執(zhí)行對電流量的控制，即控制器響應(yīng)于電動機(jī)中所需要的驅(qū)動力功率調(diào)整從蓄電池流入功率線圈的電流量。
11.如權(quán)利要求9所述的永磁發(fā)電機(jī)的控制器，其特征在于，所述控制器響應(yīng)于來自用于檢測轉(zhuǎn)子速度的傳感器的檢測信號執(zhí)行控制，由此當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于預(yù)先設(shè)定的速度時，通過小數(shù)量的繞組線圈側(cè)的功率線圈的中性開關(guān)被導(dǎo)通，同時通過大數(shù)量繞組線圈側(cè)的功率線圈的中性開關(guān)被切斷以防止在較高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生較高的電壓，并且當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于預(yù)先設(shè)置的速度時，通過大數(shù)量繞組線圈側(cè)的功率線圈的中性開關(guān)被導(dǎo)通，同時通過小數(shù)量繞組線圈側(cè)的功率線圈的中性開關(guān)被截止；然后所述控制器通過響應(yīng)所需的驅(qū)動馬力控制中性開關(guān)的導(dǎo)通/截止來控制從蓄電池流入功率線圈的電流量，即控制器使中性開關(guān)既具有改變中性點(diǎn)的功能又具有調(diào)整電流量的功能。
12.如權(quán)利要求4-11中任何一項(xiàng)所述的永磁發(fā)電機(jī)的控制器，其特征在于，當(dāng)控制器響應(yīng)來自功率線圈的電流泄漏和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的傳感器的檢測信號檢測到功率線圈中的反?，F(xiàn)象或關(guān)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的反常高速時，所述控制器對所有中性開關(guān)執(zhí)行控制以使其被切斷。
全文摘要
設(shè)置在不與轉(zhuǎn)子磁通相互作用的位置的螺線管線圈被用來增加控制線圈系統(tǒng)的電感，以通過使較少電流量流入開關(guān)而控制所產(chǎn)生的電壓，該系統(tǒng)不需要增加功率線圈的繞組數(shù)。在具有安裝永磁鐵零件的轉(zhuǎn)子和設(shè)置在轉(zhuǎn)子外側(cè)的定子的發(fā)電機(jī)中，功率線圈10、11的定子的繞組線圈以及設(shè)置在不與轉(zhuǎn)子的磁通相互作用的位置處的功率線圈側(cè)141的螺線管線圈和控制側(cè)142的螺線管線圈串聯(lián)，并且功率端子設(shè)置在至少功率線圈側(cè)的螺線管線圈和控制側(cè)的螺線管線圈之間，并且使功率線圈中產(chǎn)生的電流量的一部分流至控制側(cè)142的螺線管線圈的開關(guān)以通過控制開關(guān)13的導(dǎo)通/切斷來控制流入控制側(cè)142的螺線管線圈的電流量，該開關(guān)13設(shè)置在整流器143的DC端子上，整流器143與螺線管線圈142串聯(lián)以響應(yīng)來自用于檢測由功率線圈產(chǎn)生的電壓的傳感器16的檢測信號將所產(chǎn)生的電壓控制在預(yù)先設(shè)定的電壓，通過控制器18執(zhí)行控制。另一方面，中性開關(guān)391、392用于增加發(fā)電機(jī)和電動機(jī)中的控制范圍。
文檔編號H02K21/14GK103026614SQ201180034439
公開日2013年4月3日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者河村英男 申請人:河村 英男, 河村　雅代