[发明专利]交流发电机系统

说明书

本公开内容涉及一种交流发电机系统(3，130)，包括：交流发电机(5，150)，其具有定子和转子，定子具有至少一个固定绕组，转子具有用于产生交流电的可旋转的励磁线圈(4，140)；主电压调节器(7，170)，其具有主控制器(72，172)和被配置成能够控制通过励磁线圈(4，140)的电流的主功率开关(75，175)；冗余电压调节器(8，180)，其具有冗余控制器(82，182)和被配置成能够控制通过励磁线圈(4，140)的电流的冗余功率开关(85，185)。主功率开关(75，175)、励磁线圈(4，140)和冗余功率开关(85，185)以所述顺序串联连接。本公开内容还涉及一种用于为电气系统供电的电源，其包括电池(11)和所述交流发电机系统(3，130)，以及涉及一种包括这种电源的车辆。

技术领域

本公开内容涉及一种交流发电机系统，其包括交流发电机，该交流发电机包括具有至少一个固定绕组的定子和具有用于产生交流电的可旋转的励磁线圈的转子。本公开内容还涉及一种用于包括这种交流发电机系统的电气系统的电源，以及包括诸如这种电源的车辆。根据本公开内容的交流发电机系统可以在各种技术应用中用于提供电流，例如应用于电池充电和/或通用电源中。

根据本公开内容的交流发电机系统将主要参照具有12伏电池的内燃机车辆来加以说明，但是根据本公开内容的交流发电机系统可以用于许多不同的应用中，例如汽车、诸如卡车和公交车的重型车辆、作业机械、越野车、空中飞行器、轨道车辆、船舶、摩托车，等等，并且可具有许多不同的电压水平，诸如例如24伏、48伏，等等。

背景技术

在例如内燃机车辆中，电气系统具有由内燃机驱动并向车辆的电气零部件供应电流以及向车辆的电池供电以充电的交流发电机。交流发电机也可被称为发电机，并且汽车中的交流发电机的主要类型当今是同步AC(交流)发电机。通常情况下，即使在所有电气零部件的高电流消耗下，这种交流发电机仍具有足够的供电能力以同时对电池充电。

交流发电机系统通常包括具有带至少一个固定绕组的定子和具有可旋转的励磁线圈的转子的交流发电机。通过励磁线圈(也可称之为激励绕组)的电流能够被调节以用于控制交流发电机的输出电压。交流发电机系统的故障因而可能导致超过目标输出电压的增大的输出电压。这类故障可被称为过电压故障。

为了处理过电压故障，交流发电机系统被设计成在最坏的情况下将过电压限制到预定的最大过电压水平，并且设定电气部件要求，规定车辆中的所有电气零部件必须在被供给该预定的最大过电压水平时继续完全正常地运行一段预定的时间。

例如，常规的12伏交流发电机系统中一种最坏情况下的过电压故障可能引起约18-20伏的输出电压。于是，电气零部件要求规定车辆中的所有电气部件必须在被提供以例如18伏的电压时能够完全正常的运行例如60分钟。

根据电气零部件所具有的类型功能，该电气零部件要求可以是不同的。例如，最高的电气零部件要求可以仅与功能重要性的最高类别相关，例如车辆中的诸如制动、转向、前照明，等等。

过电压导致电气零部件上的增大的电压降，并进而增大了功耗。因此，必须选取电气零部件，以处理由最大过电压水平产生的增大的功耗。

例如，对于线性电路而言，功耗与电压降的增大呈平方的关系，并且该设计必须不超过在最大过电压水平下的最高允许温度。事实上，功耗可能增加高达数倍。线性的12V输出电源调节器在16V电源供给的情形下具有约4V的压降，在20V电源供给的情形下具有约8V的压降，这意味着功耗在20V时增大4倍。如果线性调节器的电压输出更低，情况甚至会更糟。

对于开关调节器或输出驱动器，功耗发生在开关切换本身，例如参考电压是16V的FET晶体管在20V时的功耗增大至少60％至150％，这取决于FET的类型和栅极驱动电路。因此，电气应用(例如汽车)中的大部分功率半导体必须被设计成能够承受大约18V-20V的最大过电压水平，并且能够处理增大的功率耗散。必须添加散热片并且必须有足够的冷却。这会增大半导体器件的实际尺寸和硅面积。此外，机械尺寸和散热片与功率组件的重量相关。