[发明专利]同步发电装置及其激励控制方法

说明书

本发明涉及一种具有同步发电机的同步发电装置，更具体地说，涉及一种对例如车辆上使用的同步发电机的定子绕组施加超前的相电流的同步发电装置及其激励控制方法。

一般例如用于车辆的同步发电装置具有三相交流发电机(所谓交流发电机)。该装置使用内装的三相全波整流器对产生的电压整流，然后用整流电压为蓄电池充电。

随着现在要求发动机室小型化以及在发动机室内设备安装密度的增加，使交流发电机的环境温度升高。在具有磁场绕组的交流发电机中，在低速范围内，此时固定于转子的冷却风扇的性能低，由磁场电流引起的热而导致的磁场绕组的温升可能失去控制。这可能使磁场电流减小，减小发电机输出功率并减少绝缘树脂的寿命。

尤其对具有Lundell型转子的体积小的功率输出大的交流发电机这一问题极为严重。因为一般的Lundell型转子的结构使得磁极铁心基本上包围着磁场绕组因而妨碍了热辐射，使热量集聚在绕组内，因而引起可观的温升。

本发明的目的在于提供一种同步发电装置和激励控制方法，用于阻止磁场绕组型转子的温升并增加功率输出。

本发明的另一个目的在于，提供一种同步发电装置和激励控制方法，使得在低速时能减少磁场绕组的温升并在高速时能保证高功率输出。

按照本发明的一个方面，一种同步发电装置，产生为蓄电池充电的电能，该同步发电装置包括：

同步发电机，具有转子，围绕转子绕有磁场绕组用来形成磁场磁通，以及定子，围绕定子绕有用于发电的定子绕组；

控制装置，用于控制磁场绕组的磁场电流，从而控制同步发电机的发电状态；

转速检测装置，用来检测关于发电机转速的物理量；以及

其特征在于所述控制装置接收由所述转速检测装置所测得的物理量，包括超前相位电流提供装置，用来在发电机的转速低于预定转速时从蓄电池向处在预定低转速范围内的定子绕组提供超前相位电流，该超前相位电流的相位是相对于定子绕组的输出电压超前的，以及借助于磁场绕组和定子绕组形成磁场磁通，并在发电机的转速高于预定转速时超前相位电流提供装置减少处于预定高转速范围内的超前相位电流，使得主要由磁场绕组形成磁场磁通。结果，对于给定功率输出的所需磁场电流被减小，并抑制在低速范围内磁场绕组的温升。

超前的相电流最好以这样的方向施加，即在半导体开关元件的整流操作期间，通过调整导通周期使其流入定子绕组。

对于超前的相电流的相控，最好检测转子的旋转相角，从而控制半导体开关元件截止的时刻。

为了在输出增加和发热增加之间进行平衡，最好在低转速范围和高转速范围之间确定一个边界转速，其值为上升转速(例如500rpm-1000rpm)的二至四倍，在此转速下发出的电压超过预定的电池电压。

最好检测磁场绕组的温度，使在高温时与在低温时相比超前相电流较大而磁场电流较小，从而使得在限制输出电流减小的同时可以减小磁场绕组的温度。根据本发明的又一个方面，一种用于同步发电装置的激磁控制方法，该方法控制流过同步发电机的磁场绕组的磁场电流从而控制定子绕组的发电输出，所述方法包括下列步骤：

检测关于同步发电机的转速的物理量；

根据检测到的转速，向定子绕组供给超前相位电流，所述超前相位电流的相位相对于定子绕组的输出电压超前，当发电机的转速低于预定转速时，在预定低转速范围内除了磁场绕组所形成的磁场磁通之外，还使定子绕组产生磁场磁通；以及

当发电机的转速高于预定转速时，减少供给定子绕组的超前相位的电流，使得在预定高转速范围内，主要由磁场绕组形成磁场磁通。

按照本发明的另一个方面，一种同步发电装置，产生对直流电源充电的电能，该同步发电装置包括：

同步发电机，具有转子，围绕转子绕有磁场绕组，用来形成磁场磁通，以及定子，围绕定子绕有定子绕组，用来发电；

双向导通开关电路，包括多个高压侧开关，用于把直流电源的高电平端各自和相应的定子绕组端子相连，以及多个低压侧开关，用于把直流电源的低电平端和相应的定子绕组端子相连；

控制电路，用于控制高压侧开关和低压侧开关的开关操作，以控制定子绕组的电枢电流；

电流检测装置，用于检测关于电枢电流的物理量；

其特征在于控制电路根据关于电枢电流的物理量，确定向定子绕组供给超前相位电流的开始时刻和结束时刻该超前相位电流的相位是相对于定子绕组的输出电压超前的。

最好高压侧开关在从流过高压侧开关的电流从流出的方向变为流入的方向起的一预定的时间长度之后被截止。