能夠檢測開關中的故障的旋轉電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于生成電力和/或傳送動力的旋轉電機，并且更特別地，涉及能夠檢測開關中的故障(即異常)的這種旋轉電機。
【背景技術】
[0002]旋轉電機中的一種類型的旋轉電機包括:定子的至少一相定子繞組；轉子的場繞組；整流器，該整流器包括作為至少一個整流元件的至少一個切換元件；以及調(diào)節(jié)器，至少一相定子繞組的輸出端連接至該調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器進行例如如下發(fā)電任務。具體地，在轉子旋轉時，調(diào)節(jié)器對轉子的場繞組進行供電以使轉子的磁極磁化，由此生成旋轉磁場。旋轉磁場在至少一相定子繞組中感生至少一相AC電力。調(diào)節(jié)器控制至少一個切換元件的開-關操作，因此將至少一相AC電力整流成DC電力，從而輸出DC電力。
[0003]特別地，在日本專利申請公開N0.2012-90454中公開的這種類型的旋轉電機的調(diào)節(jié)器基于至少一相定子繞組兩端的至少一相電壓來檢測轉子的旋轉，并且基于對轉子的旋轉的檢測結果來控制如何對場繞組進行供電。調(diào)節(jié)器經(jīng)由通信線連接至用作外部控制器的E⑶。該連接允許E⑶指示調(diào)節(jié)器以:
[0004](I)開始發(fā)電任務
[0005](2)在發(fā)電任務期間控制從旋轉電機輸出的DC電力的水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]至少一相定子繞組的輸出端連接至專利文獻2012-90454中所公開的旋轉電機的調(diào)節(jié)器。該連接允許調(diào)節(jié)器檢測轉子的旋轉，并且基于對轉子的旋轉的檢測結果來控制如何對場繞組進行供電。
[0007]交替地接通和斷開整流器的至少一個切換元件可以生成高電壓即浪涌，該高電壓可以疊加在至少一相定子繞組的輸出端處的電壓上。由于交替地接通和斷開至少一個切換元件而引起的過高的浪涌可以使調(diào)節(jié)器發(fā)生故障。
[0008]偶然的通信故障或通信噪聲可能使得外部控制器(例如ECU)不能開始發(fā)電任務或者在發(fā)電任務期間不能控制從旋轉電機輸出的DC電力的水平。
[0009]鑒于上述情況，本發(fā)明的一個方面尋求提供一種旋轉電機，該旋轉電機被設計成解決以上提出的應當改進的點。
[0010]具體地，本發(fā)明的替選方面旨在提供下述這樣的旋轉電機，該旋轉電機能夠在沒有外部指令的情況下可靠地開始將激勵電流提供至定子繞組以開始發(fā)電任務，其中，在發(fā)電任務期間不會發(fā)生來自浪涌的影響。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，提供有一種旋轉電機。該旋轉電機包括:定子繞組，該定子繞組具有輸出端；轉子，該轉子包括激勵繞組；開關，該開關連接至定子繞組的輸出端；以及調(diào)制信號生成器。調(diào)制信號生成器被配置成基于定子繞組的輸出端處的電壓的變化來生成包括指示轉子的旋轉的信息的調(diào)制信號并且輸出該調(diào)制信號。旋轉電機包括整流單元，該整流單元被配置成交替地接通和斷開開關，以對定子繞組的輸出端處的電壓進行整流，從而生成整流后的電壓。旋轉電機包括激勵電流提供電路，該激勵電流提供電路經(jīng)由通信線可通信地連接至調(diào)制信號生成器，并且該激勵電流提供電路被配置成:在從調(diào)制信號生成器輸出的調(diào)制信號經(jīng)由通信線被輸入至激勵電流提供電路時開始將激勵電流提供至轉子的激勵繞組，以在定子繞組中感生旋轉磁場。
[0012]旋轉電機的激勵電流提供單元被配置成:在從調(diào)制信號生成器輸出的調(diào)制信號經(jīng)由通信線被輸入至激勵電流提供單元時，開始將激勵電流提供至轉子的激勵繞組。該配置消除了下述需求:將定子繞組的輸出端直接連接至激勵電流提供單元；定子繞組的輸出端具有由于開關的切換而產(chǎn)生浪涌的疊加的高風險。該消除防止激勵電流提供單元由于這樣的浪涌而發(fā)生故障。
[0013]鑒于以下描述連同附圖，將會進一步理解本公開內(nèi)容的各個方面的以上和/或其他特征和/或優(yōu)點。本公開內(nèi)容的各個方面根據(jù)需要可以包括和/或排除不同的特征和/或優(yōu)點。此外，本公開內(nèi)容的各個方面根據(jù)需要可以組合其他實施方式的一個或更多個特征。對特定實施方式的特征和/或優(yōu)點的描述不應當理解為限制其他實施方式或權利要求。
【附圖說明】
[0014]參照附圖根據(jù)以下對實施方式的描述，本公開內(nèi)容的其他方面將會變得明顯，在附圖中:
[0015]圖1是示意性示出根據(jù)本公開內(nèi)容的第一實施方式的發(fā)電機的系統(tǒng)配置的示例的電路圖；
[0016]圖2是示意性示出針對圖1所示的U相繞組的整流器模塊的結構的示例的電路圖；
[0017]圖3是示意性示出圖2所示的整流器模塊的通信電路的框圖；
[0018]圖4是示意性示出由通信電路生成的第一 PffM信號的示例的圖；
[0019]圖5是示意性示出由通信電路生成的第二 PffM信號的示例的圖；
[0020]圖6是示意性示出第一 PffM信號和第二 PWM信號中的每個信號的頻率與發(fā)電機的轉子的旋轉速度之間的關系的曲線圖；
[0021]圖7是示意性示出由通信電路生成的第三PffM信號的示例的圖；
[0022]圖8是示意性示出針對圖1所示的V相繞組和W相繞組中的每個相繞組的整流器模塊的結構的示例的電路圖；
[0023]圖9是示意性示出圖1所示的調(diào)節(jié)器的結構的示例的電路圖；
[0024]圖10是示意性示出由通信電路生成的第四PWM信號的示例的圖；
[0025]圖11是示意性示出由圖9所示的調(diào)節(jié)器的確定器執(zhí)行的短路故障檢測程序的示例的流程圖；
[0026]圖12是示意性示出根據(jù)本公開內(nèi)容的第二實施方式的發(fā)電機的系統(tǒng)配置的示例的電路圖；
[0027]圖13是示意性示出針對圖12所示的U相繞組的整流器模塊的結構的示例的電路圖；
[0028]圖14是示意性示出根據(jù)本公開內(nèi)容的第三實施方式的發(fā)電機的系統(tǒng)配置的示例的電路圖；
[0029]圖15是示意性示出針對圖12所示的U相繞組和V相繞組的第一整流器模塊的結構的示例的電路圖；
[0030]圖16是示意性示出根據(jù)第一實施方式至第三實施方式中的每個實施方式的變型的在第二 PWM信號的占空因數(shù)與整流器模塊的MOS晶體管中選定的MOS晶體管的溫度之間的關系的不例的曲線圖；以及
[0031]圖17是示意性示出由根據(jù)第一實施方式至第三實施方式中的每個實施方式的另一變型的通信電路生成的第一 PWM信號的示例的圖。
【具體實施方式】
[0032]在下文中，將參照附圖描述本公開內(nèi)容的實施方式。在附圖中，使用相同的附圖標記來標識對應的相同部件。
[0033]第一實施方式
[0034]參照附圖，特別是圖1，示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的第一實施方式的三相發(fā)電機I ;發(fā)電機I為旋轉電機的不例。根據(jù)第一實施方式的發(fā)電機I安裝在機動車輛中。
[0035]發(fā)電機I包括:轉子2M，該轉子2M包括場繞組2，即激勵繞組；定子繞組3 ;整流器4 ;調(diào)節(jié)器5，該調(diào)節(jié)器5用于控制對場繞組2的供電；串聯(lián)的齊納(Zener) 二極管6 ;以及電容器7。
[0036]發(fā)電機I可操作成經(jīng)由整流器4將在定子繞組3中感生的交流(AC)電壓轉換成DC電壓，并且經(jīng)由充電線12和輸出端子B將DC電壓提供至電池9以對發(fā)電機I中的電池9進行充電，并且/或者經(jīng)由充電線12和輸出端子B將DC電壓提供至安裝在機動車輛中的電負載10。
[0037]發(fā)電機I還可操作成經(jīng)由整流器4將從電池9提供的DC電壓轉換成三相AC電壓，并且將三相AC電壓提供至定子繞組3，從而生成使轉子2M旋轉的旋轉力(扭矩)。例如，轉子2M經(jīng)由帶子直接或間接連接至安裝在機動車輛中的內(nèi)燃發(fā)動機(簡稱為發(fā)動機)的曲軸，以使得所生成的旋轉力使發(fā)動機的曲軸轉動。
[0038]定子繞組3為例如三相定子繞組作為多相定子繞組的示例。定子繞組3纏繞和圍繞圓柱形定子芯。例如，定子芯在其橫截面中具有環(huán)形形狀，并且穿過該定子芯形成有多個槽，多個槽沿圓周以特定間隔布置。定子繞組3纏繞定子芯的槽。定子繞組3和定子芯構成發(fā)電機I的定子。
[0039]定子繞組3包括例如在星形配置中連接的U相繞組、V相繞組和W相繞組。U相繞組、V相繞組和W相繞組各自具有連接至共用節(jié)點(中性點)的一端，并且其他端用作輸出端。
[0040]轉子2M附接至例如旋轉軸(未示出)，并且例如以旋轉的形式設置在定子芯中。旋轉軸的一端直接或間接鏈接至發(fā)動機的曲軸，以使得轉子2M和旋轉軸被發(fā)動機旋轉地驅動。換言之，轉子2M的旋轉可以作為旋轉力轉移至發(fā)動機的曲軸，以使得曲軸可以被旋轉力旋轉。
[0041 ] 轉子2M包括被設置成面對定子芯的內(nèi)周的多個場磁極，并且場繞組2纏繞或圍繞場磁極。場繞組2經(jīng)由集電環(huán)等電連接至調(diào)節(jié)器5。當被調(diào)節(jié)器5供電時，場繞組2在轉子2M旋轉的情況下使具有可替選的北極和南極的場磁極磁化，從而生成旋轉磁場。注意，作為轉子2M，可以使用包括永磁體的轉子或者用于生成旋轉磁場的凸極轉子。旋轉磁場在定子繞組3中感生AC電壓。
[0042]整流器4連接至定子繞組3并且被設置在定子繞組3與電池9之間。總體而言，整流器4被構建為三相全波整流器(橋電路)。整流器4可操作成將在定子繞組中感生的三相AC電壓(即三相AC電流)轉換成DC電壓(即直流電流)。
[0043]整流器4包括與定子繞組3的相的數(shù)目對應的數(shù)目(例如三個)的整流器模塊，即整流器模塊41、整流器模塊42和整流器模塊43。整流器模塊41連接至定子繞組3中的U相繞組的輸出端，整流器模塊42連接至定子繞組3中的V相繞組的輸出端，并且整流器模塊43連接至定子繞組3中的W相繞組的輸出端。
[0044]三個整流器模塊(即整流器模塊41、整流器模塊42和整流器模塊43)中的每個整流器模塊與調(diào)節(jié)器5經(jīng)由用作第一通信線的通信線RC彼此可通信地連接。
[0045]調(diào)節(jié)器5具有連接至場繞組2的端子F。被設計成激勵電流提供單元的調(diào)節(jié)器5根據(jù)整流器4的整流輸出電壓來控制要被提供至場繞組2的激勵電流(即場電流)，從而將發(fā)電機I的輸出電壓Vb (即每個整流器模塊的輸出電壓)調(diào)節(jié)成目標調(diào)節(jié)電壓Vreg，目標調(diào)節(jié)電壓Vreg例如被設置成比電池電壓(即從電池9輸出的DC電壓)高。
[0046]例如，當輸出電壓Vb變得高于目標調(diào)節(jié)電壓Vreg時，調(diào)節(jié)器5停止對場繞組2提供激勵電流，或者減小提供至場繞組2的激勵電流的值。當輸出電壓Vb變得低于目標調(diào)節(jié)電壓Vreg時，調(diào)節(jié)器5重新開始對場繞組2提供場電流，或者增大提供至場繞組2的場電流的值。調(diào)節(jié)器5的這些操作將輸出電壓Vb調(diào)節(jié)成目標調(diào)節(jié)電壓Vreg。
[0047]調(diào)節(jié)器5經(jīng)由通信線和發(fā)電機I的通信端子L可通信地連接至E⑶8 (即外部控制器)。調(diào)節(jié)器5可操作成使用ECU 8進行串聯(lián)雙向通信，例如根據(jù)LIN協(xié)議的本地互聯(lián)網(wǎng)(LIN)通信，從而將通信消息發(fā)送至E⑶8并且/或者接收來自E⑶8的通信消息。調(diào)節(jié)器5可以被設計成根據(jù)其他通信協(xié)議中的一個通信協(xié)議(例如控制器區(qū)域網(wǎng)(CAN)協(xié)議)來將通信消息發(fā)送至E⑶8并且/或者接收來自E⑶8的通信消息。
[0048]串聯(lián)齊納二極管6以與每個整流器模塊(即整流器模塊41、整流器模塊42和整流器模塊43)平行的方式連接在發(fā)電機I的輸出端子B與發(fā)電機I的公共信號地線之間。
[0049]具體地，串聯(lián)齊納二極管20的陰極連接至發(fā)電機I的輸出端子B，并且串聯(lián)齊納二極管20的陽極連接至公共信號地線。串聯(lián)齊納二極管20可操作成吸收由于例如甩負荷而引起的瞬間高浪涌，從而保護整流器模塊，即整流器模塊41、整流器模塊42和整流器模塊43 ο
[0050]電容器7以與每個整流器模塊(即整流器模塊41、整流器模塊42和整流器模塊43)平行的的方式連接在發(fā)電機I的輸出端子B和公共信號地線之間。電容器7可操作成抑制或吸收在發(fā)電機I的輸出端子B中發(fā)生的噪聲。
[0051]接著，在下文中，將描述根據(jù)第一實施方式的整流器模塊41、整流器模塊42和整流器模塊43中的每個整流器模塊的結構的示例。
[0052]參照圖2，針對U相繞組的整流器模塊41包括用作開關的第一 MOS晶體管60和第二 MOS晶體管61、第一溫度傳感器62和第二溫度傳感器63、整流控制器64以及電流傳感器69。
[0053]第一 MOS晶體管60的源極連接至U相繞組的輸出端，并且漏極經(jīng)由充電線12連接至電池9的正極端子和電負載10 (參見圖1)。第一 MOS晶體管60至電池9的正極端子的連接將第一 MOS晶體管60用作上臂(即高側切換元件)。
[0054]此外，第二 MOS晶體管61的漏極連接至U相繞組的輸出端，并且源極經(jīng)由發(fā)電機I的公共信號地線連接至電池9的負極端子。第二 MOS晶體管61至電池9的負極端子的連接將第二 MOS晶體管61用作下臂(即低側切換元件)。
[0055]本征二極管60a(換言之，體二極管)固有地設置在第一 MOS晶體管60中以與第一MOS晶體管60反并行連接。也就是說，本征二極管60a的陽極連接至第一 MOS晶體管60的源極，并且陰極連接至第一 MOS晶體管60的漏極。
[0056]本征二極管61a(換言之，體二極管)固有地設置在第二 MOS晶體管61中以與第二MOS晶體管61反并行連接。也就是說，本征二極管61a的陽極連接至第二 MOS晶體管61的源極，并且陰極連接至第二 MOS晶體管61的漏極。
[0057]換言之，第一 MOS晶體管60和第二 MOS晶體管61經(jīng)由連接點彼此串聯(lián)連接，并且U相繞組的輸出端連接至位于第一 MOS晶體管60的源極與第二 MOS晶體管61的漏極之間的連接點。
[0058]注意，可以以與第一 MOS晶體管60和