一種用于機動車的交流發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種用于機動車的交流發(fā)電機，交流發(fā)電機包括轉(zhuǎn)子、定子繞組、整流橋、電壓控制裝置以及蓄電池，電壓控制裝置包括相信號監(jiān)測單元、微處理器和磁場回路開關(guān)管。相信號監(jiān)測單元與定子繞組的各相端分別電連接；微處理器與相信號監(jiān)測單元電連接；磁場回路開關(guān)管與轉(zhuǎn)子和微處理器電連接；其中，相信號監(jiān)測單元監(jiān)測定子繞組的各相端電信號，當(dāng)至少一個相信號是異常相信號時，微處理器關(guān)閉磁場回路開關(guān)管，交流發(fā)電機停止發(fā)電。本實用新型可以在整流橋的任意至少一個整流二極管擊穿短路時，能快速關(guān)閉磁場回路開關(guān)管起自我保護，避免二極管擊穿短路后，發(fā)電機長時間運行導(dǎo)致定子繞組高溫?zé)龤А?br> 【專利說明】—種用于機動車的交流發(fā)電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種交流發(fā)電機，具體地說，是涉及一種用于機動車的具有自我保護功能的交流發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，用于機動車的交流發(fā)電機，其電壓控制裝置具有充電指示燈端、與車輛ECU連接端、一個供測量發(fā)電機轉(zhuǎn)速的相端等端子，具有過壓、欠壓警示和/或保護功能，輸出小直流供車用繼電器使用等功能，能比較好的實現(xiàn)發(fā)電機的自我保護以及車輛用電器的保護。但是，如圖1中，當(dāng)發(fā)電機的整流橋3的整流二極管(正管或負管)出現(xiàn)擊穿短路時，發(fā)電機的定子繞組4會流過大電流，從而燒毀失效，嚴重影響車輛的正常使用。現(xiàn)有發(fā)電機沒有對該故障進行探測并防止定子繞組4失效的功能。
[0003]現(xiàn)有機動車交流發(fā)電機的整流橋3的整流二極管由于分組導(dǎo)致的二極管過電流不一致，加上在正負極散熱板上的壓裝差異，導(dǎo)致某個二極管的過電流高于其他二極管，這個二極管的長時間大電流，導(dǎo)致二極管自身溫升過高而被擊穿失效。另外，二極管自身的質(zhì)量問題也是導(dǎo)致二極管被早期擊穿失效的原因之一。尤其是炎熱的夏天，發(fā)電機運行環(huán)境溫度高，加上車上用電量增加，發(fā)電機長時間滿負荷工作，導(dǎo)致二極管長時間在高溫環(huán)境下持續(xù)經(jīng)過大電流而被擊穿失效。
[0004]上述整流二極管擊穿，會對定子繞組4造成嚴重損害:整流二極管擊穿后，本該輸出的電流通過擊穿的二極管回流到定子繞組4，導(dǎo)致定子繞組4內(nèi)部電流過大，發(fā)熱量急劇上升，定子繞組4的絕緣層、槽絕緣紙等高溫熔化失效，定子繞組4燒毀。
[0005]如圖2，當(dāng)與4a相端相連的正整流管3al短路后，從二極管3a2和3a3流出的電流從3al返流至定子繞組4，由于定子繞組4的阻值很小，導(dǎo)致與4a相端連接的兩個繞組電流過大，使這兩個繞組的絕緣層高溫氧化變黑，最終導(dǎo)致絕緣層熔化失效，定子繞組4失效。
[0006]同理，當(dāng)4a相端的負整流管短路后，定子繞組4內(nèi)部形成大電流環(huán)流，也能將定子繞組4燒毀。
[0007]從質(zhì)量反饋也能驗證這點，在失效后早期的定子繞組4，三角形連接的定子繞組4，其與被擊穿的二極管相連兩相繞組發(fā)黑，而另一相繞組完好，星形連接的定子繞組4，其與被擊穿的二極管相連的一相繞組發(fā)黑，而另兩相繞組完好。
[0008]由于上述高溫定子繞組4的絕緣材料熔化，定子繞組4會冒煙，發(fā)電機無法正常供電；定子繞組4冒煙失效后停車，熔化的絕緣材料會環(huán)繞轉(zhuǎn)子爪極的外圈，停車后，絕緣材料冷卻，導(dǎo)致將轉(zhuǎn)子抱死，發(fā)電機皮帶輪上的皮帶無法轉(zhuǎn)動。
[0009]假設(shè)整流橋3上連接定子4a相的負整流二極管短路失效后，4a相端的電流和電壓的波形分別如圖3a和圖3b。
[0010]從電流波形來看，短路后4a相端的電流振幅增大為短路前的2倍，且電流基準值偏離原基準值，最大值變成原來的4倍。
[0011]從電壓波形來看，短路后4a相端的電壓變成了低電壓。[0012]假設(shè)整流橋上連接定子4a相端的正整流二極管短路失效后，4a相端的電流和電壓的波形分別如圖3c和圖3d:
[0013]從電流波形來看，短路后4a相端的電流振幅增大為短路前的2.5倍，且基準值偏離原基準值，最大值變成原來的5倍。
[0014]從電壓波形來看，短路后4a相端的電壓瞬間變成了高電壓。
實用新型內(nèi)容
[0015]本實用新型的目的是解決現(xiàn)有的車用交流發(fā)電機在整流二極管擊穿短路時無法自我保護的問題，提供一種車用交流發(fā)電機，該發(fā)電機可以在整流橋的任意至少一個整流二極管擊穿短路時，能關(guān)閉磁場回路開關(guān)管起自我保護，避免二極管擊穿短路后，發(fā)電機長時間運行導(dǎo)致定子繞組高溫?zé)龤А?br> [0016]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的用于機動車的交流發(fā)電機，包括提供旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)子、產(chǎn)生交流電的定子繞組、將交流電整流成直流電的整流橋、電壓控制裝置以及蓄電池，所述電壓控制裝置包括:
[0017]相信號監(jiān)測單元，與所述定子繞組的各相端分別電連接；
[0018]微處理器，與所述相信號監(jiān)測單元電連接；以及
[0019]磁場回路開關(guān)管，與所述轉(zhuǎn)子和所述微處理器電連接。
[0020]上述的用于機動車的交流發(fā)電機，其中，所述磁場回路開關(guān)管為MOS管或達林頓管。
[0021]上述的用于機動車的交流發(fā)電機，其中，所述定子繞組連接呈三角形。
[0022]上述的用于機動車的交流發(fā)電機，其中，所述定子繞組連接呈星形。
[0023]上述的用于機動車的交流發(fā)電機，其中，還包括電容盒和負載控制開關(guān)，所述電容盒和所述負載控制開關(guān)連接在與所述蓄電池和所述發(fā)電機的B+輸出端之間。
[0024]上述的用于機動車的交流發(fā)電機，其中，還包括激磁二極管，所述激磁二極管的正極與所述定子繞組的相端電連接，所述激磁二極管的負極形成激磁端。
[0025]上述的用于機動車的交流發(fā)電機，其中，所述激磁二極管的數(shù)量與所述定子繞組的相端數(shù)量相對應(yīng)，且所述激磁二極管與所述定子繞組的相端一一對應(yīng)連接。
[0026]上述的用于機動車的交流發(fā)電機，其中，所述整流橋包括正整流管和負整流管，所述定子繞組的相端連接在所述正整流管和所述負整流管之間。
[0027]本實用新型的有益功效在于，應(yīng)用上述電壓控制裝置的發(fā)電機，在運行過程中二極管短路或客戶接線過程中誤將相信號W端與發(fā)電機B+端或B-端短接，導(dǎo)致的定子繞組長時間處于大電流環(huán)流狀態(tài)而燒毀的故障，提高了發(fā)電機的可靠性。
[0028]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細描述，但不作為對本實用新型的限定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為現(xiàn)有交流發(fā)電機接線圖；
[0031]圖2為圖1中3a 二極管短路后發(fā)電機內(nèi)部環(huán)流電流流向示意圖；[0032]圖3a為4a相端對發(fā)電機B-端短路時4a相端的電流波形圖；
[0033]圖3b為4a相端對發(fā)電機B-端短路時4a相端的電壓波形圖；
[0034]圖3c為4a相端對發(fā)電機B+端短路時4a相端的電流波形圖；
[0035]圖3d為4a相端對發(fā)電機B+端短路時4a相端的電壓波形圖；
[0036]圖4為本實用新型第一實施例交流發(fā)電機的接線圖；
[0037]圖5為本實用新型第一實施例交流發(fā)電機及電壓控制裝置方塊圖；
[0038]圖6為本實用新型第二實施例交流發(fā)電機及電壓控制裝置方塊圖；
[0039]圖7為本實用新型第三實施例交流發(fā)電機及電壓控制裝置方塊圖；
[0040]圖8為本實用新型第一實施例6a相端對B+短路保護測試波形圖；
[0041]圖9為本實用新型第一實施例6a相端對B-短路保護測試波形圖。
[0042]其中，附圖標記
[0043]3整流橋
[0044]3a正整流管
[0045]3b負整流管
[0046]4定子繞組
[0047]5定子繞組
[0048]5a、5b、5c定子繞組的三個相端
[0049]6整流橋
[0050]6a正整流管
[0051]6b負整流管
[0052]7a、7b、7c 連接線
[0053]8 轉(zhuǎn)子
[0054]9電壓控制裝置
[0055]10相信號監(jiān)測單元
[0056]11微處理器
[0057]12磁場回路開關(guān)管
[0058]13續(xù)流二極管
[0059]14充電指示燈
[0060]15點火開關(guān)
[0061]16蓄電池
[0062]17車用電氣負載
[0063]18電容盒
[0064]19負載控制開關(guān)
[0065]20蓄電池
[0066]21a、21b、21c 激磁二極管
【具體實施方式】
[0067]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型技術(shù)方案進行詳細的描述，以更進一步了解本實用新型的目的、方案及功效，但并非作為本實用新型所附權(quán)利要求保護范圍的限制。
[0068]本實用新型的用于機動車的交流發(fā)電機，包括提供旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)子、產(chǎn)生交流電的定子繞組、將交流電整流成直流電的整流橋、電壓控制裝置以及蓄電池，電壓控制裝置包括相信號監(jiān)測單元、微處理器和磁場回路開關(guān)管。其中，相信號監(jiān)測單元與定子繞組的各相端分別電連接；微處理器與相信號監(jiān)測單元電連接；磁場回路開關(guān)管與轉(zhuǎn)子和微處理器電連接。當(dāng)相信號監(jiān)測單元監(jiān)測定子繞組的各相端電信號，當(dāng)至少一個相信號出現(xiàn)異常相信號時，微處理器關(guān)閉磁場回路開關(guān)管，交流發(fā)電機停止發(fā)電。交流發(fā)電機的電壓控制裝置與發(fā)電機的輸出端和激磁線圈相連，電壓控制裝置具有多個相端信號監(jiān)測連線，將定子繞組的各個相端信號實時反饋到電壓控制裝置內(nèi)部的相信號監(jiān)測單元。當(dāng)相端信號出現(xiàn)異常時，本實用新型的相信號監(jiān)測單元向控制磁場回路開關(guān)管的微處理器發(fā)出信號，微處理器將磁場回路開關(guān)管關(guān)閉，避免長時間在異常狀態(tài)下導(dǎo)致定子繞組高溫損壞的情況。
[0069]其中，相信號監(jiān)測單元監(jiān)測所述定子繞組的各相端的頻率信號或電壓信號。磁場回路開關(guān)管為MOS管或達林頓管。
[0070]如圖4和圖5所不,相信號監(jiān)測單兀10由5a、5b、5c三個相端輸入信號，出現(xiàn)信號異常時，相信號監(jiān)測單元10輸出異常信號給微處理器11，微處理器11將磁場回路開關(guān)管12關(guān)閉。
[0071]異常相信號包括周期發(fā)生變化的相信號(電機轉(zhuǎn)速不變的情況下)或振幅發(fā)生變化的相信號。微處理器11對從相信號監(jiān)測單兀10檢測的5a、5b、5c三個相端輸入的信號判別是否為正常信號的原則是:
[0072]當(dāng)5a、5b、5c三個相端輸入的信號同時均為振幅不變的周期波動信號時為正常；
[0073]當(dāng)5a、5b、5c三個相端輸入的信號至少一個相端出現(xiàn)上述正常信號以外的信號時，判斷為異常信號。
[0074]以下舉出不同實施例進行說明。
[0075]第一實施例:
[0076]在圖4、圖5所揭示的本實用新型的一種【具體實施方式】中，本實用新型提供的交流發(fā)電機包括:定子繞組5、整流橋6、轉(zhuǎn)子8和電壓控制裝置9。電壓控制裝置9中包含一個相信號監(jiān)測單元10，三根導(dǎo)線7a、7b、7c—端分別連接定子繞組5的三個相端5a、5b、5c，另一端連接相信號監(jiān)測單元10，相信號監(jiān)測單元10和磁場回路開關(guān)管12共同與微處理器11電連接，蓄電池16與發(fā)電機B+端相連，17為車用電氣負載。電壓控制裝置9還包括微處理器11和磁場回路開關(guān)管12，微處理器11與相信號監(jiān)測單元10電連接；磁場回路開關(guān)管12與轉(zhuǎn)子8電連接。本實用新型提供的交流發(fā)電機還包括續(xù)流二極管13、充電指示燈14和點火開關(guān)15。其中，續(xù)流二極管13與轉(zhuǎn)子8相連，充電指示燈14和點火開關(guān)15連接在微處理器11和發(fā)電機B+端之間。
[0077]故障情況一:發(fā)電機在正常運行過程中突然發(fā)生整流橋6的至少一個正整流二極管短路故障，或是發(fā)電機的相輸出栓突然對B+端短接，此時5a、5b、5c其中至少有一端正弦交流電壓信號突變成B+端的電瓶電壓，此端電壓持續(xù)為電瓶電壓，此時相信號監(jiān)測單元10判定該信號為異常信號，微處理器11在很短的時間內(nèi)將磁場回路開關(guān)管12關(guān)閉，磁場消失，發(fā)電機停止發(fā)電。
[0078]如圖8為故障情況一所述電壓控制裝置實例的測試波形，圖中上部分波形為電機的磁場電壓波形，下部分為電機的相端波形。相端對B+短路后，該相端的電壓信號突變成高電壓，如圖中下部分的相端波形；磁場電壓波形在相端波形突變后80ms (圖中Λ t)時突變成了 0V，即此時切斷了磁場回路，如圖中上部分波形變成了 0V。
[0079]故障情況二:發(fā)電機在正常運行過程中突然發(fā)生整流橋6的至少一個負整流二極管短路故障，或是發(fā)電機的相輸出栓突然對B-端短接，此時5a、5b、5c其中至少有一端正弦交流電壓信號突變成B-端的低電壓信號，此端電壓持續(xù)為低電壓信號，此時相信號監(jiān)測單元10判定該信號為異常信號，微處理器11在很短的時間內(nèi)將磁場回路開關(guān)管12關(guān)閉，磁場消失，發(fā)電機停止發(fā)電。
[0080]如圖9為故障情況二所述電壓控制裝置實例的測試波形，圖中上部分波形為電機的磁場電壓波形，下部分為電機的相端波形。相端對B-短路后，該相端的電壓信號突變成低電壓，如圖中下部分的相端波形；磁場電壓波形在相端波形突變后30ms (圖中Λ t)時突變成了 0V，即此時切斷了磁場回路，如圖中上部分波形變成了 0V。
[0081]上述兩種故障情況，電壓控制裝置9從相信號出現(xiàn)異常到其關(guān)閉磁場回路開關(guān)管12的時間遠小于異常出現(xiàn)后定子繞組5溫度快速上升的時間，能避免定子溫度快速上升導(dǎo)致定子燒毀。
[0082]第二實施例:
[0083]如圖6揭示本實用新型的另一種實施方式，此實施例與第一實施例的差異在于:第一實施例包括正極連接發(fā)電機B+端的蓄電池16,而第二實施例使用電容盒18置于發(fā)電機B+端與蓄電池20之間，并在蓄電池20和電容盒18之間增加一負載控制開關(guān)19，也即為無電瓶應(yīng)用。具體為包括:定子繞組5，整流橋6，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)子8，電壓控制裝置9，電壓控制裝置9中包含一個相信號監(jiān)測單元10，三根導(dǎo)線7a、7b、7c —端分別連接定子三個相端5a、5b、5c，另一端連接相信號監(jiān)測單元10，相信號監(jiān)測單元10和磁場回路開關(guān)管12共同與微處理器11相連，與發(fā)電機B+端相連的18為電容盒，用于對B+端的電壓進行濾波，電容盒18的另一端與負載控制開關(guān)19相連，負載控制開關(guān)19另一端為蓄電池20。
[0084]電容盒18的基本工作原理為:當(dāng)用戶閉合負載控制開關(guān)19后，蓄電池20通過電容盒18提供發(fā)電機激磁電流使發(fā)電機開始發(fā)電，當(dāng)發(fā)電機開始正常發(fā)電后，電容盒18對B+端電壓進行濾波。
[0085]故障情況一:發(fā)電機在正常運行過程中突然發(fā)生整流橋6的至少一個正整流二極管短路故障，或是發(fā)電機的相輸出栓突然對B+端短接，此時5a、5b、5c其中至少有一端正弦交流電壓信號突變成高電位，隨后逐漸減弱直至低電壓。此時相信號監(jiān)測單元10判定該信號為異常信號，微處理器11在很短的時間內(nèi)將磁場回路開關(guān)管12關(guān)閉。
[0086]故障情況二:發(fā)電機在正常運行過程中突然發(fā)生整流橋6的至少一個負整流二極管短路故障，或是發(fā)電機的相輸出栓突然對B-端短接，此時5a、5b、5c其中至少有一端正弦交流電壓信號突變成B-端的電壓，此端電壓持續(xù)為低電壓信號，此時相信號監(jiān)測單元10判定該信號為異常信號，微處理器11在很短的時間內(nèi)將磁場回路開關(guān)管12關(guān)閉。
[0087]實施方式三:
[0088]圖7所揭示的本實用新型的第三種【具體實施方式】中，本實用新型提供的交流發(fā)電機包括:定子繞組5、整流橋6、產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)子8和電壓控制裝置9，電壓控制裝置9中包含一個相信號監(jiān)測單元10，三根導(dǎo)線7a、7b、7c —端分別連接定子三個相端5a、5b、5c，另一端連接電壓控制裝置相信號監(jiān)測單元10，相信號監(jiān)測單元10和磁場回路開關(guān)管12共同與微處理器11電連接，蓄電池16與發(fā)電機B+端相連，17為車用電氣負載，21a、21b、21c為激磁二極管，這三個激磁二極管的正極與定子繞組5的三個相端5c、5a、5b相連,負極連接在一起形成D+激磁端，發(fā)電機完成它勵磁階段后，通過這三個激磁二極管21a、21b、21c產(chǎn)生的電流來維持發(fā)電機的正常供電。
[0089]故障情況:發(fā)電機在正常運行過程中突然發(fā)生至少一個正激磁二極管短路故障，或是發(fā)電機的相輸出栓突然對B+端短接，此時5a、5b、5c其中至少有一端正弦交流電壓信號突變成B+端的電池電壓，此端電壓持續(xù)為電瓶電壓，此時相信號監(jiān)測單元10判定該信號為異常信號，微處理器11在很短的時間內(nèi)將磁場回路開關(guān)管12關(guān)閉。
[0090]從上述本實用新型提供的不同實施方式中可以看出，應(yīng)用本實用新型提供發(fā)電機及其電壓控制裝置，可在發(fā)電機至少一整流二極管或激磁二極管出現(xiàn)擊穿短接的故障，或是發(fā)電機供用戶使用的相端誤接到發(fā)電機的B+端或B-端或D+端時，都能快速的關(guān)閉磁場回路開關(guān)管12，避免發(fā)電機的定子繞組5經(jīng)長時間高溫而損壞，提高了發(fā)電機的可靠性。
[0091]上述各實施例中，定子繞組的接法包括三角形連接和星形連接。但是，本實用新型的用于機動車的發(fā)電機的相端不限于三個，三個以上的定子相端同樣可以依據(jù)此種方法設(shè)置電壓控制裝置，以實現(xiàn)當(dāng)相信號監(jiān)測單元監(jiān)測出至少一個相信號出現(xiàn)異常時，微處理器在很短的時間內(nèi)關(guān)閉磁場回路開關(guān)管，進而使發(fā)電機不發(fā)電，保護發(fā)電機不受損害。
[0092]本實用新型的整流橋可包括正整流管和負整流管，定子繞組的相端連接在正整流管和負整流管之間。
[0093]當(dāng)然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實用新型作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實用新型所附的權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于機動車的交流發(fā)電機，包括提供旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)子、產(chǎn)生交流電的定子繞組、將交流電整流成直流電的整流橋、電壓控制裝置以及蓄電池，其特征在于，所述電壓控制裝置包括: 相信號監(jiān)測單元，與所述定子繞組的各相端分別電連接； 微處理器，與所述相信號監(jiān)測單元電連接；以及 磁場回路開關(guān)管，與所述轉(zhuǎn)子和所述微處理器電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于機動車的交流發(fā)電機，其特征在于，所述磁場回路開關(guān)管為MOS管或達林頓管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于機動車的交流發(fā)電機，其特征在于，所述定子繞組連接呈二角形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于機動車的交流發(fā)電機，其特征在于，所述定子繞組連接呈星形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于機動車的交流發(fā)電機，其特征在于，還包括電容盒和負載控制開關(guān)，所述電容盒和所述負載控制開關(guān)連接在與所述蓄電池和所述發(fā)電機的B+輸出端之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于機動車的交流發(fā)電機，其特征在于，還包括激磁二極管，所述激磁二極管的正極與所述定子繞組的相端電連接，所述激磁二極管的負極形成激磁端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于機動車的交流發(fā)電機，其特征在于，所述激磁二極管的數(shù)量與所述定子繞組的相端數(shù)量相對應(yīng)，且所述激磁二極管與所述定子繞組的相端一一對應(yīng)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于機動車的交流發(fā)電機，其特征在于，所述整流橋包括正整流管和負整流管，所述定子繞組的相端連接在所述正整流管和所述負整流管之間。
【文檔編號】H02H7/06GK203734289SQ201420062581
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月12日
【發(fā)明者】董建強, 董大虎, 侯志剛, 李寧寧, 劉傳康 申請人:北京佩特來電器有限公司