[发明专利]一种低速可全功率输出的汽车交流发电机及其控制方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种低速可全功率输出的汽车交流发电机及其控制方法，所述装置包含增速控制装置和汽车交流发电机本体。

背景技术：

发动机通过皮带将动力传递给汽车交流发电机，速比通常是固定值，在1∶2～1∶4之间。车辆行驶中，随着发动机转速的变化，发电机转速通常在1500rpm～12000rpm间变化。汽车交流发电机的转换能量密度(每千克质量所转换的能量)随着发电机转速的上升而提高，在车辆怠速时，发电机输出电流只有额定值的40％左右。^【1】

城市车辆(特别是公交车)的发动机经常运行在怠速和低速工况，在夏季有空调等大负荷用电器工作时，如果发电机的输出不能满足车辆用电器需求，则会有较大风险导致电瓶亏电故障。所以车辆在匹配发电机时的原则是，发电机在怠速时的输出要满足车辆主要用电器的需求；这就使得因怠速时发电机不能输出额定值而必须匹配更大功率的发电机，发电机的有效使用功率远低于额定功率。

有一种带齿轮增速机构的发电机，通过行星齿轮或者偏置齿轮对发动机皮带轮传递的转速进行二次增速，可以有效提高发电机的传动比，使车辆怠速和低速时的发电机转速得到提升。^【2】但由于速比仍是固定值，为了保证轴承寿命，速比受限于发电机最高工作转速，速比通常不能超过1∶5。

发电机的效率特性对转速有峰值，过了峰值后效率下降；通常发电机最高效率点在发电机转速2000rpm左右，而发电机的额定功率在6000转左右。发电机的损耗是随着转速升高而增加的。^【3】由于速比是固定值，且发动机的转速随路况一直在变化，发电机只有很少的时间能够运行在高效范围。

1.[德]康拉德·莱夫(Konrad Reif)主编，孙泽昌等译.BOSCH汽车电气与电子.北京：北京理工大学出版社，2014.8，第二十一章，图21-2-2

2.锦州汉拿电机有限公司.带有行星齿轮的发电机：中国，ZL200820232396.2[P].2008-12-26[2009-12-09]

3.汽车交流发电机对车辆的适应性研究，《上海汽车》2008.1，ISSN 1007-4554/CN31-1684/U

发明内容：

本发明是着眼于解决上述技术课题而构思的，其目的在于使车用交流发电机在发动机的怠速状态即可输出额定功率，同时在发动机高速状态时发电机不至于超速而导致轴承故障；另外，还可以实现在发电机负载满足时始终运行在高效区，达到节能目的。

为了达到上述目的，本发明提供一种具有增速控制装置和发电机模块的车用交流发电机。其中，增速控制装置包含离合器总成、增速机构、控制模块。

此外，在上述发明中，齿轮增速机构可以是行星齿轮增速结构，或者普通圆柱齿轮增速结构。

而且，在上述各项发明中，离合器可以是干式电磁离合器，或者磁粉式电磁离合器。

而且，在上述发明中，增速控制装置通过增速机构的外壳和发电机的外壳固定在一起。

而且，在上述发明中，增速机构外壳上安装有转速传感器，控制模块可以通过该传感器获得离合器皮带轮的转速。

而且，在上述发明中，控制模块通过引线连接到发电机的整流组件，该引线组件中包含正极、地线、W端、反映发电机负载率的DFM信号线，使得控制模块可以实时获得发电机的电压，可以通过W端信号计算出发电机的转子转速，以及通过DFM信号线获得发电机的负载率。

而且，在上述发明中，当增速机构为行星齿轮增速机构时，行星齿轮的太阳轮压装固定在发电机的转子轴上。

此外，在上述发明中，通过合理设置增速机构的速比，可以使在发动机怠速时，发电机转子转速即达到额定输出转速，可以输出额定电流值。

此外，在上述发明中，控制模块可以固定在发电机的外壳上，也可以单独固定在车辆其他位置。

此外，在上述所有发明中，控制模块可以通过监控离合器皮带轮的转速和发电机转子转速，以及发电机负载率，来计算离合器脱离和结合的时机，实现当车辆电器负载较小时发电机始终工作在高效区的功能。

此外，在上述所有发明中，控制模块可以通过监控发电机转子转速， 来计算离合器脱离的时机，当发电机转子转速达到设定的上限时，使离合器分开，实现发电机转速不超速。