專(zhuān)利名稱(chēng)：操作發(fā)電機(jī)的方法及實(shí)施該方法的電路的制作方法
在圖8及

圖10中以簡(jiǎn)化方式概要地示出了一種公知的大功率發(fā)電機(jī)。該發(fā)電機(jī)具有一個(gè)六極的定子1及它激式轉(zhuǎn)子2。定子繞組3a、3b被布置在定子1的各極上，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在所述繞組中感應(yīng)出電壓。設(shè)置了兩種類(lèi)型的定子繞組3a、3b，即具有細(xì)導(dǎo)線(xiàn)及多圈數(shù)的第一定子繞組3a和具有粗導(dǎo)線(xiàn)及圈數(shù)為第一定子繞組3a圈數(shù)的一半的第二定子繞組3b。
第一定子繞組3a的尺寸的選取截面尺寸，使得它們的電流輸出在約1000rpm(轉(zhuǎn)/分)時(shí)開(kāi)始。由于它們的截面尺寸及它們的圈數(shù)，它們的電流輸出被限制為在8000rpm時(shí)約35A(圖9中虛線(xiàn))。
第二定子繞組3b僅在約2000rpm時(shí)開(kāi)始輸出電流，但被設(shè)計(jì)來(lái)輸出大電流。在全激勵(lì)時(shí)，它們?cè)诩s8000rpm時(shí)允許流過(guò)高達(dá)75A的電流。
如圖10中表示的電路圖所示，各個(gè)類(lèi)型的繞組并聯(lián)地連接，其結(jié)果是，在兩種類(lèi)型的定子繞組3a,3b中產(chǎn)生的電流相加起來(lái)。因此，最大電流輸出為35A+75A，這就是說(shuō)該發(fā)電機(jī)可獲得共110A的電流輸出。
該發(fā)電機(jī)以小結(jié)構(gòu)尺寸獲得了大功率輸出，在其工作電流上升到約60安培時(shí)僅發(fā)生相對(duì)輕微發(fā)熱，因?yàn)榈诙ㄗ永@組3b僅負(fù)荷最大電流的一半。
該發(fā)電機(jī)不適用于低于1000rpm的轉(zhuǎn)速，因?yàn)榘l(fā)出的電壓太小，以致不能在負(fù)載上引起相應(yīng)的電流。如果第一定子繞組3a設(shè)計(jì)得在例如轉(zhuǎn)速為500rpm時(shí)它們產(chǎn)生足夠的電壓輸出，則它們的圈數(shù)必將明顯地增加，并必須使用相對(duì)地更細(xì)的導(dǎo)線(xiàn)。其結(jié)果是，電流上限將急劇地下降，及這些線(xiàn)圈的輸出對(duì)額定工作時(shí)的總電流將起不到明顯的作用。
在具有手動(dòng)起動(dòng)裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如船用發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，在起動(dòng)階段期間例如僅產(chǎn)生非常低的轉(zhuǎn)速、如150rpm。這類(lèi)“小型”發(fā)動(dòng)機(jī)裝有電子控制器和/或噴射裝置，結(jié)果是，即使使用了手動(dòng)起動(dòng)裝置也必須提供電池，因?yàn)樵?50rpm時(shí)公知發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)產(chǎn)生約10伏的足夠高的電壓，以便能使這些電裝置，尤其是電噴裝置工作。
如果該發(fā)動(dòng)機(jī)這樣地設(shè)計(jì)，即它在150rpm時(shí)已能產(chǎn)生出10伏電壓，則在低轉(zhuǎn)速時(shí)將輸出合適的電壓值，但因?yàn)檩敵鲭妷赫扔谵D(zhuǎn)速，例如，在6500rpm時(shí)這將產(chǎn)生出430伏的電壓。用于如此高的電壓下的元件是很昂貴的。在發(fā)動(dòng)機(jī)用于機(jī)動(dòng)車(chē)的情況下，將借助于專(zhuān)門(mén)的調(diào)節(jié)裝置使電壓調(diào)節(jié)到所需值。但是這種電壓調(diào)節(jié)意味著可觀的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)付出，尤其是為了調(diào)節(jié)這種幅度范圍的電壓。
本發(fā)明所基于的目的是，提供一種操作發(fā)電機(jī)的方法，它能使發(fā)電機(jī)甚至工作在非常低的轉(zhuǎn)速上，并在此情況下，發(fā)電機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)出的電壓也能使用從市場(chǎng)上可得到的元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。最好，根據(jù)本發(fā)明的方法使發(fā)電機(jī)從150rpm的低轉(zhuǎn)速開(kāi)始工作成為可能。此外，本發(fā)明的目的還在于，提供一種用于發(fā)電機(jī)的電路，它能使發(fā)電機(jī)工作在大的轉(zhuǎn)速范圍上，并尤其是工作在低轉(zhuǎn)速上。
該目的是借助具有權(quán)利要求1中特征的方法及具有權(quán)利要求5和13中特征的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明的方法，發(fā)電機(jī)的發(fā)電繞組在低轉(zhuǎn)速時(shí)相串聯(lián)，其結(jié)果是繞組中感應(yīng)電壓相加。在高轉(zhuǎn)速時(shí)，這些發(fā)電繞組相并聯(lián)，其結(jié)果是繞組中感應(yīng)電流相加起來(lái)，而發(fā)電機(jī)的總輸出電壓得以下降。
從并聯(lián)電路到串聯(lián)電路的轉(zhuǎn)換是本發(fā)明的基本原理，因?yàn)檩敵鲭妷嚎山璐艘院?jiǎn)單方式保持在所需范圍內(nèi)。
以下將參照附圖以例子方式對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的解釋?zhuān)綀D以簡(jiǎn)化方式概要地表示圖1表示根據(jù)本發(fā)明使用6個(gè)直流發(fā)電機(jī)單元的方法的概要圖；圖2概要地表示一個(gè)DC發(fā)電機(jī)單元的結(jié)構(gòu)；圖3表示可實(shí)施本發(fā)明方法的一種電路；圖4表示一種改進(jìn)型電路；圖5表示根據(jù)本發(fā)明方法工作并具有四個(gè)電路級(jí)的發(fā)電機(jī)電壓曲線(xiàn)圖；圖6表示不用有源開(kāi)關(guān)元件的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；圖7表示另一不用有源開(kāi)關(guān)元件的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；圖8概要地表示公知發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子；圖9表示圖8中發(fā)電機(jī)的電流輸出曲線(xiàn)圖；圖10表示圖8中所示發(fā)電機(jī)工作時(shí)使用的電路。
使用根據(jù)本發(fā)明的方法，發(fā)電機(jī)以這樣的方式工作，即它們輸出的輸出電壓處于預(yù)定范圍內(nèi)，而不用復(fù)雜的電壓調(diào)節(jié)器。
正如眾知的，發(fā)電機(jī)包括靜止的定子1和轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子2。發(fā)電機(jī)繞組3通常設(shè)置在定子1上，當(dāng)轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在所述繞組中感應(yīng)出電壓。
為了便于說(shuō)明本發(fā)明原理，將考慮連接于一個(gè)DC發(fā)電機(jī)單元4的三個(gè)發(fā)電機(jī)繞組3(圖2)。
每個(gè)產(chǎn)生電壓的三個(gè)繞組的相位根據(jù)三相電彼此偏移120°。三個(gè)繞組3被連接在由6個(gè)二極管構(gòu)成的三相整流器上，所述整流器本身是公知的。因此，該DC發(fā)電機(jī)單元4構(gòu)成一個(gè)直流電源，它在發(fā)電機(jī)工作期間發(fā)出電流ICG及電壓UGG。
根據(jù)本發(fā)明的方法，這些DC發(fā)電機(jī)單元4在發(fā)電機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)串聯(lián)連接，及在增高轉(zhuǎn)速時(shí)分級(jí)地并聯(lián)連接。圖1表示使用四個(gè)電路級(jí)Ⅰ-Ⅳ的根據(jù)本發(fā)明的方法，其中示出6個(gè)DC發(fā)電機(jī)單元4，它們?cè)谒?個(gè)DC發(fā)電機(jī)單元4直接串聯(lián)的電路情況下產(chǎn)生UG=6UGG的總發(fā)電機(jī)電壓(=第一電路級(jí)Ⅰ)。
如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速增加，則在單個(gè)DC發(fā)電機(jī)單元4中發(fā)出的電壓也增加。因此第一電路級(jí)Ⅰ的直接串聯(lián)電路轉(zhuǎn)換成每支路有三個(gè)DC發(fā)電機(jī)單元4的并聯(lián)電路(=第二電路極Ⅱ)，結(jié)果是總電壓變?yōu)閁G=3UGG。作為其后果，隨著轉(zhuǎn)速上升而上升的各個(gè)DC發(fā)電機(jī)單元4的總電壓下降了。
在電壓進(jìn)一步升高的情況下，6個(gè)DC發(fā)電機(jī)單元4并聯(lián)連接成相應(yīng)的三對(duì)DC發(fā)電機(jī)單元4(=第三電路級(jí)Ⅲ)。在此情況下產(chǎn)生出發(fā)電機(jī)總電壓UG=2UGG。
在最后電路級(jí)Ⅳ中，所有的DC發(fā)電機(jī)單元均并聯(lián)連接，結(jié)果是總電壓UG=1UGG。
其DC發(fā)電機(jī)單元4或繞組根據(jù)圖1中所示四個(gè)電路級(jí)Ⅰ-Ⅳ連接的發(fā)電機(jī)電壓曲線(xiàn)U表示在圖5中，并同時(shí)注上了發(fā)電機(jī)工作時(shí)的轉(zhuǎn)速N。
如圖1中所示，發(fā)電機(jī)以四個(gè)電路級(jí)Ⅰ-Ⅵ操作，在第一電路級(jí)Ⅰ期間情況為，發(fā)電機(jī)電壓UG隨轉(zhuǎn)速增高非常陡地上升，因?yàn)樗械腄C發(fā)電機(jī)單元4均串聯(lián)連接。在約150rpm時(shí)已獲得10伏電壓。在電壓值約30伏時(shí)，作出到第二電路級(jí)Ⅱ的轉(zhuǎn)換，結(jié)果是發(fā)電機(jī)電壓U急劇地下降到約25伏。
然后，電壓再隨著轉(zhuǎn)速的升高而上升，約在35伏時(shí)作出到下一電路級(jí)Ⅲ的轉(zhuǎn)換，結(jié)果是，發(fā)電機(jī)電壓再下降到例如約25伏的值。
至最后電路級(jí)Ⅳ的轉(zhuǎn)換是在約40伏時(shí)作出的，結(jié)果是發(fā)電機(jī)電壓再次下降到約25伏。在接近6000rpm時(shí)獲得約40伏的最大電壓值。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法僅通過(guò)轉(zhuǎn)換DC發(fā)電機(jī)單元4的連接，使得將發(fā)電機(jī)輸出電壓保持在譬如約20至40伏的預(yù)定范圍內(nèi)成為可能。由于在低轉(zhuǎn)速時(shí)多個(gè)DC發(fā)電機(jī)單元4串聯(lián)地連接，在非常低的轉(zhuǎn)速、譬如150rpm時(shí)，就已獲得能使電裝置、尤其是電噴裝置或噴射泵及類(lèi)似裝置工作的輸出電壓。
在圖3中表示出適用于根據(jù)本發(fā)明方法的一種電路。
該電路具有兩根主導(dǎo)線(xiàn)5,6，在它們之間布置著DC發(fā)電機(jī)單元4。各DC發(fā)電機(jī)單元4用其正輸出端經(jīng)由各自的支線(xiàn)7連接到主導(dǎo)線(xiàn)5，及用其負(fù)輸出端經(jīng)由各自支線(xiàn)8連接到另一主導(dǎo)線(xiàn)6。
在支線(xiàn)7、8中分別設(shè)置了支線(xiàn)開(kāi)關(guān)9、10，它們能截?cái)喔鱾€(gè)支線(xiàn)7、8中流過(guò)的電流。與DC發(fā)電機(jī)單元4的正輸出端相連接的每個(gè)支線(xiàn)7經(jīng)由各自的交叉連接線(xiàn)11連接到另外一個(gè)、最好相鄰的一個(gè)DC發(fā)電機(jī)單元4的負(fù)輸出端。因此該交叉連接線(xiàn)11使一個(gè)DC發(fā)電機(jī)單元4的正輸出端連接到另一相鄰DC發(fā)電機(jī)單元的負(fù)輸出端。在每種情況下，交叉連接線(xiàn)11布置在兩DC發(fā)電機(jī)單元4及各自支線(xiàn)開(kāi)關(guān)9、10之間的區(qū)域中的支線(xiàn)7、8上。在每個(gè)交叉連接線(xiàn)11中設(shè)置一個(gè)開(kāi)關(guān)12。
在該電路中，通過(guò)使設(shè)置在兩相鄰DC發(fā)電機(jī)單元4之間的交叉連接線(xiàn)11中的開(kāi)關(guān)12閉合，并必須使連接于該交叉連接線(xiàn)11的支線(xiàn)7、8上的支線(xiàn)開(kāi)關(guān)9、10斷開(kāi)，兩個(gè)相鄰DC發(fā)電機(jī)單元4將相應(yīng)形成串聯(lián)。以此方式，可使任何所需數(shù)目的DC發(fā)電機(jī)單元4形成串聯(lián)，串聯(lián)連接的各DC發(fā)電機(jī)單元4在它們外側(cè)的兩DC發(fā)電機(jī)單元4上通過(guò)相應(yīng)的支線(xiàn)7、8并借助兩個(gè)支線(xiàn)開(kāi)關(guān)9、10連接到主導(dǎo)線(xiàn)5、6上。
如果所有交叉連接線(xiàn)11的開(kāi)關(guān)12均斷開(kāi)，并相應(yīng)地，所有支線(xiàn)開(kāi)關(guān)9、10均閉合，則所有DC發(fā)電機(jī)單元4并聯(lián)連接。這相應(yīng)于根據(jù)圖1的第四電路級(jí)Ⅳ。
在本發(fā)明的一個(gè)簡(jiǎn)化實(shí)施例(圖4)中，所有支線(xiàn)的支線(xiàn)開(kāi)關(guān)9、10被二極管13取代。僅是最外側(cè)的DC發(fā)電機(jī)單元4上無(wú)交叉連接線(xiàn)11側(cè)的支線(xiàn)7、8構(gòu)成無(wú)開(kāi)關(guān)或二極管的連續(xù)導(dǎo)線(xiàn)。各個(gè)開(kāi)關(guān)12被相繼地以字母A至E表示。
如果一個(gè)開(kāi)關(guān)12閉合，則與此開(kāi)關(guān)12相鄰的DC發(fā)電機(jī)單元4通過(guò)其中設(shè)有該開(kāi)關(guān)12的交叉連接線(xiàn)11串聯(lián)地連接。升高的電壓電位使最靠近(高電位)的二極管導(dǎo)通，由此升高了主導(dǎo)線(xiàn)5、6間的電位差。所有其它二極管自動(dòng)地關(guān)斷。因此，所有其它二極管13成為截?cái)嗔硗獠⒙?lián)支路電流的無(wú)源開(kāi)關(guān)元件。
如果開(kāi)關(guān)12再被斷開(kāi)，電流將再流過(guò)二極管13，與該開(kāi)關(guān)12相鄰的DC發(fā)電機(jī)單元4再并聯(lián)在主導(dǎo)線(xiàn)5、6之間。
當(dāng)開(kāi)關(guān)12閉合時(shí)，二極管13附帶地防止發(fā)電機(jī)單元4通過(guò)一根主導(dǎo)線(xiàn)5、6及一根交叉連接線(xiàn)11形成短路。
對(duì)于圖1所示的電路級(jí)Ⅰ-Ⅳ，將各開(kāi)關(guān)(A至E)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)列在下表中，電路級(jí)/開(kāi)關(guān) A B CDEⅠ 1 1 111Ⅱ 1 1 011Ⅲ 1 0 101Ⅳ 0 0 000表1在電路級(jí)Ⅰ中，所有開(kāi)關(guān)A至E閉合，結(jié)果是電流從負(fù)主導(dǎo)線(xiàn)6流出經(jīng)過(guò)第一DC發(fā)電機(jī)單元4.1再通過(guò)所有交叉線(xiàn)11及DC發(fā)電機(jī)單元4.2至4.5直至最后的DC發(fā)電機(jī)單元4.6，并在那里流入正主導(dǎo)線(xiàn)5。所有DC發(fā)電機(jī)單元4.1至4.6形成串聯(lián)連接。
在第二電路級(jí)Ⅱ中，僅是中間開(kāi)關(guān)C斷開(kāi)，結(jié)果是DC發(fā)電機(jī)單元4.1至4.3和4.4至4.6分別形成串聯(lián)，而這兩個(gè)串聯(lián)連接的DC發(fā)電機(jī)單元并聯(lián)地連接在兩個(gè)主導(dǎo)線(xiàn)5、6之間。
在第三電路級(jí)Ⅲ中，每第二開(kāi)關(guān)A、C、E閉合，結(jié)果是DC發(fā)電機(jī)單元成對(duì)地(4.1,4.2),(4.3,4.4),(4.5,4.6)串聯(lián)連接，及這些DC發(fā)電機(jī)單元對(duì)并聯(lián)地連接在主導(dǎo)線(xiàn)5、6之間。
在第四電路級(jí)Ⅳ中，所有的開(kāi)關(guān)打開(kāi)，結(jié)果是所有DC發(fā)電機(jī)單元4.1至4.6彼此并聯(lián)地連接。
驅(qū)動(dòng)各個(gè)開(kāi)關(guān)的控制電路是有一個(gè)電壓比較器，該電壓比較器測(cè)量由單個(gè)DC發(fā)電機(jī)單元4產(chǎn)生的電壓UGG，并作為測(cè)量電壓UGG的函數(shù)在三個(gè)數(shù)字輸出通道K1、K2、K3上輸出以下數(shù)字狀態(tài)K1K2K3電路狀態(tài)UGG＜6.7V1 1 1Ⅰ6.7V＜UGG≤13.3V 0 1 1Ⅱ13.3V＜UGG≤20.0V0 0 1Ⅲ20.0V＜UGG0 0 0Ⅳ表2表2中規(guī)定的電壓范圍相應(yīng)于電路狀態(tài)Ⅰ至Ⅳ，結(jié)果是，通道K1至K3的數(shù)字狀態(tài)可通過(guò)簡(jiǎn)單的邏輯電路轉(zhuǎn)換成各個(gè)開(kāi)關(guān)A至E的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
必須由該電路滿(mǎn)足的邏輯表規(guī)定如下，其輸入值由K1,K2及K3給出，及開(kāi)關(guān)A至E的開(kāi)關(guān)狀態(tài)給出其輸出值K1K2K3=ABCDE0 0 0 000000 0 1 101010 1 1 110111 1 1 11111表3由此產(chǎn)生出以下用于邏輯電路的等式A=K3B=K2C=(K1 xor K2)xor K3D=K2E=K4C也可以用NAND(與非)門(mén)來(lái)表示C=(((1 NAND K1)NAND K2)NAND K3)NAND1
在以上解釋的本發(fā)明說(shuō)明中，在每種情況下DC發(fā)電機(jī)單元根據(jù)所需電壓進(jìn)行連接。但是，對(duì)于本發(fā)明方法的實(shí)施，不一定要在發(fā)電機(jī)中設(shè)置DC發(fā)電機(jī)單元，而也可使發(fā)電機(jī)繞組直接地串聯(lián)，以取代DC發(fā)電機(jī)單元，并假設(shè)這些繞組產(chǎn)生相同或至少相似相位的電壓。
在本發(fā)明以下說(shuō)明中，各個(gè)繞組進(jìn)行連接，并預(yù)先假定這些繞組產(chǎn)生類(lèi)似相位的電壓。同樣可以使各個(gè)繞組由DC發(fā)電機(jī)單元替代，后者相應(yīng)地包含任何所需繞組系統(tǒng)或電流源。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明的另一電路，它無(wú)需有源開(kāi)關(guān)。
該電路也具有兩個(gè)主導(dǎo)線(xiàn)5、6，在其之間延伸著多個(gè)支線(xiàn)20.1至20.3。在每個(gè)支線(xiàn)20.1至20.3中設(shè)有兩個(gè)二極管21.1至21.6。發(fā)電機(jī)繞組22及23分別布置在支線(xiàn)20.1至20.3之間，在所述發(fā)電機(jī)繞組上感應(yīng)出電壓，及所述發(fā)電機(jī)繞組連接在支線(xiàn)20.1至20.3之間的二極管21.1至21.6之間的區(qū)域中，第一繞組22布置在第一及第二支線(xiàn)20.1,20.2之間，及第二繞組23布置在第二及第三支線(xiàn)20.2,20.3之間。因此繞組22及23形成連續(xù)的串聯(lián)電路。
第一繞組22由相對(duì)粗的導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成并具有N圈。第二繞組23具有2N圈并因而由相對(duì)細(xì)的導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成。
如果發(fā)電機(jī)工作，則在繞組22、23、24中感應(yīng)出各自電壓U22,U23。因?yàn)殡妷赫扔谌?shù)，以下等式成立U23=2U22。
如果發(fā)電機(jī)工作在低轉(zhuǎn)速，則電流從主導(dǎo)線(xiàn)6經(jīng)由二極管21.2、第一繞組22、第二繞組23及二極管21.5流入主導(dǎo)線(xiàn)5。各繞組上的部分電壓相加，產(chǎn)生出UG=3U22的總電壓。施加到圖6中所示繞組相的電流路徑在右手側(cè)形成正極及在左手側(cè)形成負(fù)極。對(duì)于相反的相，電流路徑為經(jīng)由二極管21.6、繞組24、23、22及二極管21.1。由這種本身公知方式的裝置獲得了整流。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，在以下本發(fā)明的說(shuō)明中僅考慮在繞組右手側(cè)產(chǎn)生正極的相。
如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增大，則由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓UG上升，并使流經(jīng)繞組的電流上升。由于繞組23是由細(xì)導(dǎo)線(xiàn)繞制的，它首先達(dá)到極限電流，這就是說(shuō)，流過(guò)繞組23的電流不能再增大。
由繞組23產(chǎn)生的電壓下落到零伏及由它產(chǎn)生的電流流經(jīng)二極管21.5到主導(dǎo)線(xiàn)5、再經(jīng)過(guò)負(fù)載到主導(dǎo)線(xiàn)6、及經(jīng)過(guò)二極管21.2到繞組22并返回繞組23。因?yàn)樵诶@組23上的合成電壓幾乎為零伏，其合成功耗可視為忽略不計(jì)?？扇缦碌赜?jì)算PV=IG*dUDiode+Ricoil*I2G，式中PV=功耗IG=繞組極限電流dUDiode=二極管差分電壓=UDiode21.3-UDiode21.5Ricoil=繞組內(nèi)電阻。
根據(jù)本發(fā)明的方法是由該不使用有源開(kāi)關(guān)的電路實(shí)現(xiàn)的。通常，有源開(kāi)關(guān)是晶體管，它甚至在導(dǎo)通狀態(tài)也產(chǎn)生壓降并由此產(chǎn)生電壓損失。在該無(wú)源地操作的電路情況下，在低轉(zhuǎn)速時(shí)僅在電流路徑中接有少數(shù)的電阻元件，結(jié)果獲得最大輸出電壓。繞組本身也起到開(kāi)關(guān)作用，在達(dá)到極限電流后所述繞組的電壓消失。
原則上，該電路可以正好用兩個(gè)不同的繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)，在此情況下，重要的是兩個(gè)不同的繞組在發(fā)電機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)構(gòu)成串聯(lián)電路，并結(jié)果使它們的電壓加在一起。為此目的，必須使兩個(gè)不同的繞組串聯(lián)地連接，并使這兩個(gè)繞組的兩端及中心各經(jīng)由兩個(gè)二極管以整流電路方式連接到兩根主導(dǎo)線(xiàn)上。
繞組的數(shù)目可按需要增加，在每種情況下相似相的繞組或DC發(fā)電機(jī)單元能以此方式相互連接。
圖7概要地表示根據(jù)本發(fā)明電路的另一實(shí)施例。
它在結(jié)構(gòu)上相應(yīng)于圖6中所示的電路，設(shè)置了四個(gè)繞組31至34，結(jié)果是需要總共五個(gè)支線(xiàn)20.1至20.5及十個(gè)二極管21.1至21.10。繞組31、33用相對(duì)粗的導(dǎo)線(xiàn)繞制并具有n和2n圈。繞組32、34用較細(xì)導(dǎo)線(xiàn)繞制并具有3n及4n圈。因此，在該電路中，具有小圈數(shù)的繞組及具有大圈數(shù)的繞組這樣的布置，即它們彼此交替地排列。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，這四個(gè)繞組形成串聯(lián)電路。在升高轉(zhuǎn)速時(shí)，具有最多圈數(shù)的繞組32首先達(dá)到其極限電流，結(jié)果是它的電壓消失。
在具有最多圈數(shù)的繞組32的極限電流被達(dá)到后，從而繞組31與串聯(lián)的繞組33和34形成并聯(lián)電路，在這些繞組上產(chǎn)生的交變電壓被同時(shí)地整流。如果轉(zhuǎn)速及負(fù)載繼續(xù)上升，繞組34上的電壓也以已知方式消失。因此，現(xiàn)在僅是繞組31和33并聯(lián)地連接，電壓再回到所需范圍中。
因此，圖6,7中所示電路能使根據(jù)本發(fā)明的方法不用有源開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
與傳統(tǒng)中使用的發(fā)電機(jī)相比較，根據(jù)本發(fā)明的方法具有明顯增高的效率，因?yàn)樵摪l(fā)電機(jī)的輸出電壓可在寬轉(zhuǎn)速范圍上保持其所需電壓，而無(wú)明顯的功耗，并隨轉(zhuǎn)速的上升可輸出愈來(lái)愈大的電流。
權(quán)利要求
1．一種操作具有多個(gè)發(fā)電機(jī)繞組的發(fā)電機(jī)的方法，在該發(fā)電機(jī)繞組中感應(yīng)出電壓，其特征在于，在低轉(zhuǎn)速和/或以低電壓輸出時(shí)，至少二個(gè)發(fā)電機(jī)繞組串聯(lián)地連接，而在較高轉(zhuǎn)速和/或單個(gè)發(fā)電機(jī)繞組以較高電壓輸出時(shí)，所述單個(gè)發(fā)電機(jī)繞組并聯(lián)連接，其結(jié)果發(fā)電機(jī)的總電壓減少，而所能提供的電流增加。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在低轉(zhuǎn)速和/或以低電壓輸出時(shí)，多個(gè)發(fā)電機(jī)繞組串聯(lián)地連接，當(dāng)轉(zhuǎn)速逐漸增大和/或電壓輸出逐漸升高時(shí)，所述發(fā)電機(jī)繞組從所述串聯(lián)電路分級(jí)地變?yōu)椴⒙?lián)電路。
3．根據(jù)權(quán)利要求1和/或2所述的方法，其特征在于，使用直流發(fā)電機(jī)單元替換所述的單個(gè)發(fā)電機(jī)繞組，每個(gè)直流發(fā)電機(jī)單元包括具有n個(gè)繞組的繞組系統(tǒng)，該n個(gè)繞組的每一個(gè)產(chǎn)生360°/n的電壓分量的相位偏移，由一個(gè)適合的整流器對(duì)該n個(gè)繞組進(jìn)行整流。
4．根據(jù)權(quán)利要求1和/或2所述的方法，其特征在于，使用其它的有源電壓源例如太陽(yáng)能電池、電池等替換所述的繞組，所述有源電壓源不供給穩(wěn)恒電壓，但其負(fù)載需要近似穩(wěn)恒的電壓。
5．一種實(shí)施權(quán)利要求1至4中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述方法的電路，所述方法用于操作具有可變輸出電壓的電流源，其特征在于，至少二個(gè)電流源通過(guò)二個(gè)支線(xiàn)(7,8)并聯(lián)連接在二個(gè)主導(dǎo)線(xiàn)(5,6)上，所述二個(gè)電流源通過(guò)一個(gè)交叉連接線(xiàn)(11)在其相反極的輸出端連接，其中，交叉連接線(xiàn)(11)在每種情況下與電流源的支線(xiàn)(7,8)之一連接，在交叉連接線(xiàn)上設(shè)置一個(gè)開(kāi)關(guān)(12)，在交叉連接線(xiàn)(11)的連接點(diǎn)和所述主導(dǎo)線(xiàn)(5,6)之一之間的區(qū)域中的所述支線(xiàn)(7,8)上設(shè)置各自的支線(xiàn)開(kāi)關(guān)(9,10)，從而使電流源能以串聯(lián)或并聯(lián)連接。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，所述電流源是在其中感應(yīng)出相同相位的電壓的發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)繞組。
7．根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，所述電流源是直流發(fā)電機(jī)單元(4)，其中，所述直流發(fā)電機(jī)單元(4)由n個(gè)發(fā)電機(jī)繞組構(gòu)成，在所述n個(gè)發(fā)電機(jī)繞組的每一個(gè)中感應(yīng)出相位偏移為360°/n的電壓，所述n個(gè)發(fā)電機(jī)繞組與一個(gè)適合的整流器連接用于輸出直流電流。
8．根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，所述電流源是太陽(yáng)能電池、電池或其它相似物。
9．根據(jù)權(quán)利要求5至8中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的電路，其特征在于，多個(gè)電流源在每種情況下通過(guò)二個(gè)支線(xiàn)(7,8)并聯(lián)連接在二個(gè)主導(dǎo)線(xiàn)(5,6)，所述二個(gè)電流源通過(guò)一個(gè)交叉連接線(xiàn)(11)在其相反極的輸出端成對(duì)連接，其中，交叉連接線(xiàn)(11)在每種情況下與電流源的支線(xiàn)(7,8)之一連接，在交叉連接線(xiàn)(11)上設(shè)置一個(gè)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)(12)，在所述交叉連接線(xiàn)的連接點(diǎn)和所述主導(dǎo)線(xiàn)(5,6)之一之間的區(qū)域中的所述支線(xiàn)(7,8)上設(shè)置各自的支線(xiàn)開(kāi)關(guān)(9,10)，從而使電流源能以串聯(lián)或并聯(lián)連接。
10．根據(jù)權(quán)利要求5至9之一所述的電路，其特征在于，在所述連接線(xiàn)上的開(kāi)關(guān)(12)和所述支線(xiàn)開(kāi)關(guān)(9,10)為晶體管、電子開(kāi)關(guān)、晶閘管、繼電器、或機(jī)械開(kāi)關(guān)。
11．根據(jù)權(quán)利要求5至9之一所述的電路，其特征在于，在所述連接線(xiàn)上的開(kāi)關(guān)(12)是晶體管或晶閘管；所述支線(xiàn)開(kāi)關(guān)(9,10)是二極管。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，其特征在于設(shè)置一個(gè)用于測(cè)量電流源產(chǎn)生的電壓的電壓比較器，所述電壓比較器有一個(gè)數(shù)字輸出端，在該輸出端輸出數(shù)字信號(hào)確定該測(cè)量的電壓是否屬于多個(gè)預(yù)定的電壓范圍中的一個(gè)；設(shè)置一個(gè)邏輯電路，將所述電壓比較器的數(shù)字輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述開(kāi)關(guān)(12)的預(yù)定的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在這種情況下，所述電流源隨著所測(cè)量的電壓的增加，從直接串聯(lián)電路分級(jí)地變?yōu)椴⒙?lián)電路。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路，其特征在于，只將由單一的電流源產(chǎn)生的電壓提供給所述電壓比較器，并被所述電壓比較器測(cè)量。
14．一個(gè)實(shí)施權(quán)利要求1至3中的一項(xiàng)或多項(xiàng)權(quán)利要求所述操作發(fā)電機(jī)方法的電路，其特征在于至少二個(gè)發(fā)電機(jī)繞組(22,23,24；31,32,33,34)串聯(lián)連接；二根主導(dǎo)線(xiàn)(5,6)相對(duì)于所述發(fā)電機(jī)繞組(22,23,24；31,31,34)并行地設(shè)置；所述發(fā)電機(jī)繞組(22,23,24；31,32,33,34)在兩側(cè)通過(guò)各自的支線(xiàn)(20.1至20.5)連接在主導(dǎo)線(xiàn)(5,6)，各自的二極管(21.1至21.10)或晶閘管設(shè)置在支線(xiàn)(20.1至20.5)上，所述二極管(21.1至21.10)或晶閘管相同地定向使電流從一根主導(dǎo)線(xiàn)(6)流到二根主導(dǎo)線(xiàn)的另一根，所述發(fā)電機(jī)繞組(22,23,24；31至34)中的至少二個(gè)被設(shè)計(jì)成具有不同的極限電流。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其特征在于，所述串聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)繞組(22,23；31至34)在每種情況下是在其中感應(yīng)出相同相位的電壓的繞組。
16．根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其特征在于，所述串聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)繞組(22,23,24；31至34)在每種情況下是用于構(gòu)成直流發(fā)電機(jī)單元(4)的n個(gè)發(fā)電機(jī)繞組，在每個(gè)發(fā)電機(jī)繞組中感應(yīng)出相位偏移為360°/n的電壓，該n個(gè)發(fā)電機(jī)繞組與三相整流器連接，用于輸出直流電流。
17．根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)繞組具有不同的極限電流。
18．根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)繞組由不同粗度和不同圈數(shù)的導(dǎo)線(xiàn)繞制。
19．根據(jù)權(quán)利要求14至18中的一項(xiàng)或多項(xiàng)權(quán)利要求所述的電路，其特征在于，設(shè)置了用粗線(xiàn)以少的圈數(shù)繞制的繞組(31,33)，和用細(xì)線(xiàn)以多的圈數(shù)繞制的繞組(32,34)，它們?cè)O(shè)置成相互交替，使得具有較小極限電流的繞組設(shè)置在二個(gè)具有較大極限電流的繞組之間。
20．根據(jù)權(quán)利要求6至19之一所述的電路，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)被設(shè)計(jì)成自激發(fā)式發(fā)電機(jī)、它激式發(fā)電機(jī)或它激和自激混合式發(fā)電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操作發(fā)電機(jī)的方法,該發(fā)電機(jī)具有多個(gè)感應(yīng)電壓的發(fā)電機(jī)繞組。在低轉(zhuǎn)速和/或低電壓輸出時(shí),至少兩個(gè)發(fā)電機(jī)繞組串聯(lián),而在高轉(zhuǎn)速和/或各個(gè)發(fā)電機(jī)繞組高電壓輸出時(shí),各發(fā)電機(jī)繞組并聯(lián),結(jié)果使發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓下降。結(jié)果,發(fā)電機(jī)總電壓以簡(jiǎn)單方式保持在預(yù)定范圍內(nèi),而無(wú)需為此使用復(fù)雜的電壓調(diào)節(jié)器。此外,在低轉(zhuǎn)速時(shí)能獲得使電裝置、尤其是燃油噴射裝置工作的高輸出電壓。根據(jù)本發(fā)明的方法同樣能很好地用于其它有源電壓源,例如太陽(yáng)能電池、蓄電池等,它們不提供恒定的電壓,但其負(fù)載需要接近恒定的電壓。
文檔編號(hào)H02K3/28GK1225201SQ97196298
公開(kāi)日1999年8月4日 申請(qǐng)日期1997年7月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月4日
發(fā)明者K·巴特施 申請(qǐng)人:費(fèi)希特股份有限公司