[发明专利]用于可控整流器的脉冲发生器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求对2005年2月2日提交的美国临时申请No.60/649,720的优先权。

技术领域

本发明涉及用于在机械能与电能之间进行转换的诸如无刷AC发电机的机器的电压和电流控制系统，尤其涉及紧凑型永磁体大功率交流发电机的控制系统，诸如适于汽车用的紧凑型永磁体大功率交流发电机。

背景技术

交流发电机通常包括安装在旋转轴上并相对于固定定子同轴设置的转子。转子通常被置于定子内部。然而，定子可有选择地同轴设置在转子内部。诸如电机或涡轮机的外部能源一般直接或者经由诸如传动带的中间系统来驱动旋转元件。定子和转子两者都具有一系列磁极。转子或定子产生磁场，该磁场与另一结构的磁极上的绕组相互作用。当磁场被绕组截断时，产生提供给适当负载的电场。通常将感生电场(一般称为电压源)施加到整流器-有时也加以调节，并且用作DC输出电源。通常将感生电流施加到整流器-有时也加以调节，并且提供为DC输出电源。在一些实例中，经调节的DC输出信号被施加到DC-AC逆变器以提供AC输出。

按照惯例，机动车辆应用中所采用的交流发电机通常包括：外壳，安装在发动机的外部；具有3相绕组的定子，装在外壳中；皮带传动爪极型(例如伦德尔式(Lundell))转子，可旋转地支承于外壳中的定子内。然而，为了增加功率输出，必须显著增加常规交流发电机的大小。因此，车辆中的空间限制往往使得难以在诸如对空调、致冷或通信装置供电的诸如5kW的大输出应用中使用这种交流发电机。

另外，承载绕组的爪极型转子相对较重(常常构成重达交流发电机的总重的四分之三)，并且产生相当大的惯性。实际上，每次发动机被加速时，这种惯性就对发动机形成负载。这往往降低发动机的效率，从而导致附加燃料消耗。另外，这种惯性在诸如电气或混合机动车的应用中可能会产生问题。混合机动车利用汽油发动机来以例如30Kph(通常与汽油发动机最有效的RPM范围相对应)的高于预定阈值的速率推进车辆。类似地，在所谓“轻度混合”中，采用起动器-发电机在驾驶员压下加速器踏板时提供一个初始推进脉冲，从而便于在交通中车辆停止时关闭车辆发动机以节省燃料并降低排放。这种轻度混合系统通常考虑使用高压(例如42伏特)电气系统。这种系统中的交流发电机必须能够使蓄电池再充电至足以驱动起动器-发电机在连续停止之间-特别是在启停之间提供初始推进脉冲的程度。因而，需要相对大功率低惯性的交流发电机。

通常，需要用于向车辆中的控制和驱动系统、空调装置和附属设备供电的附加电源。这对用于娱乐、诸如致冷的工业运输应用、建筑应用和军事应用的车辆而言是特别切实的。

例如，机动车行业中的一种趋势是采用智能电气的而不是机械或液压的控制和驱动系统来降低车辆发动机上的功率负载和增长燃料经济性。例如，可结合转向伺服机构(通常仅在要求转向校正时有效)、减震器(使用反馈来根据道路和速度情况调节减震器的刚度)和空调装置(以维持恒温所需的最小速度操作压缩机)来使用这种系统。这种电控制和驱动系统的使用往往提高了对车辆电源系统的要求。

类似地，期望汽车致冷系统可被电驱动。例如，以可变速度驱动致冷系统(不依赖于车辆发动机的每分钟转数rpm)可提高效率。另外，使用电驱动系统，连接有例如压缩机(在发动机上)、冷凝器(设置成暴露于空气)和蒸发单元(位于冷冻室中)的各种元件的软管可被替换成与家用冰箱或空调装置相似的电驱动密封系统。因此，期望这种应用中的车辆电源系统能向电驱动单元提供所必需的功率电平。

还特别需要一种“拆换”大功率交流发电机来改进现有车辆。通常仅在车辆的发动机舱内提供有限空间来容纳交流发电机。除非替换交流发电机能装在此可用空间内，否则即使如果可能安装也是相当复杂的，而且通常需要拆卸诸如散热器、保险杆等的主要元件并安装附加支架、传动带和配件。因此，期望替换交流发电机能装在所提供的原有空间内，并且连接原有配件。

通常，永磁体交流发电机是众所周知的。这种交流发电机使用永磁体来生成必需磁场。永磁体发电机往往比传统绕线磁极式发电机更轻更小得多。在1997年4月29日授予Scott等人的美国专利5,625,276、1998年1月6日授予Scott等人的美国专利5,705,917、1999年3月23日授予Scott等人的美国专利5,886,504、1999年7月27日授予Scott等人的美国专利5,92,611、2000年3月7日授予Scott等人的美国专利6,034,511、2002年8月27日授予Scott的美国专利6,411,522中描述了永磁体交流发电机的多个示例。