技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種低速可全功率輸出的汽車交流發(fā)電機(jī)及其控制方法，所述裝置包含增速控制裝置和汽車交流發(fā)電機(jī)本體。

背景技術(shù)：
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發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶將動(dòng)力傳遞給汽車交流發(fā)電機(jī)，速比通常是固定值，在1∶2～1∶4之間。車輛行駛中，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速通常在1500rpm～12000rpm間變化。汽車交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)換能量密度(每千克質(zhì)量所轉(zhuǎn)換的能量)隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的上升而提高，在車輛怠速時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出電流只有額定值的40％左右。^【1】

城市車輛(特別是公交車)的發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常運(yùn)行在怠速和低速工況，在夏季有空調(diào)等大負(fù)荷用電器工作時(shí)，如果發(fā)電機(jī)的輸出不能滿足車輛用電器需求，則會(huì)有較大風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致電瓶虧電故障。所以車輛在匹配發(fā)電機(jī)時(shí)的原則是，發(fā)電機(jī)在怠速時(shí)的輸出要滿足車輛主要用電器的需求；這就使得因怠速時(shí)發(fā)電機(jī)不能輸出額定值而必須匹配更大功率的發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的有效使用功率遠(yuǎn)低于額定功率。

有一種帶齒輪增速機(jī)構(gòu)的發(fā)電機(jī)，通過行星齒輪或者偏置齒輪對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶輪傳遞的轉(zhuǎn)速進(jìn)行二次增速，可以有效提高發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)比，使車輛怠速和低速時(shí)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速得到提升。^【2】但由于速比仍是固定值，為了保證軸承壽命，速比受限于發(fā)電機(jī)最高工作轉(zhuǎn)速，速比通常不能超過1∶5。

發(fā)電機(jī)的效率特性對(duì)轉(zhuǎn)速有峰值，過了峰值后效率下降；通常發(fā)電機(jī)最高效率點(diǎn)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速2000rpm左右，而發(fā)電機(jī)的額定功率在6000轉(zhuǎn)左右。發(fā)電機(jī)的損耗是隨著轉(zhuǎn)速升高而增加的。^【3】由于速比是固定值，且發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨路況一直在變化，發(fā)電機(jī)只有很少的時(shí)間能夠運(yùn)行在高效范圍。

1.[德]康拉德·萊夫(konradreif)主編，孫澤昌等譯.bosch汽車電氣與電子.北京：北京理工大學(xué)出版社，2014.8，第二十一章，圖21-2-2

2.錦州漢拿電機(jī)有限公司.帶有行星齒輪的發(fā)電機(jī)：中國，zl200820232396.2[p].2008-12-26[2009-12-09]

3.汽車交流發(fā)電機(jī)對(duì)車輛的適應(yīng)性研究，《上海汽車》2008.1，issn1007-4554/cn31-1684/u

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明是著眼于解決上述技術(shù)課題而構(gòu)思的，其目的在于使車用交流發(fā)電機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速狀態(tài)即可輸出額定功率，同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)高速狀態(tài)時(shí)發(fā)電機(jī)不至于超速而導(dǎo)致軸承故障；另外，還可以實(shí)現(xiàn)在發(fā)電機(jī)負(fù)載滿足時(shí)始終運(yùn)行在高效區(qū)，達(dá)到節(jié)能目的。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種具有增速控制裝置和發(fā)電機(jī)模塊的車用交流發(fā)電機(jī)。其中，增速控制裝置包含離合器總成、增速機(jī)構(gòu)、控制模塊。

此外，在上述發(fā)明中，齒輪增速機(jī)構(gòu)可以是行星齒輪增速結(jié)構(gòu)，或者普通圓柱齒輪增速結(jié)構(gòu)。

而且，在上述各項(xiàng)發(fā)明中，離合器可以是干式電磁離合器，或者磁粉式電磁離合器。

而且，在上述發(fā)明中，增速控制裝置通過增速機(jī)構(gòu)的外殼和發(fā)電機(jī)的外殼固定在一起。

而且，在上述發(fā)明中，增速機(jī)構(gòu)外殼上安裝有轉(zhuǎn)速傳感器，控制模塊可以通過該傳感器獲得離合器皮帶輪的轉(zhuǎn)速。

而且，在上述發(fā)明中，控制模塊通過引線連接到發(fā)電機(jī)的整流組件，該引線組件中包含正極、地線、w端、反映發(fā)電機(jī)負(fù)載率的dfm信號(hào)線，使得控制模塊可以實(shí)時(shí)獲得發(fā)電機(jī)的電壓，可以通過w端信號(hào)計(jì)算出發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，以及通過dfm信號(hào)線獲得發(fā)電機(jī)的負(fù)載率。

而且，在上述發(fā)明中，當(dāng)增速機(jī)構(gòu)為行星齒輪增速機(jī)構(gòu)時(shí)，行星齒輪的太陽輪壓裝固定在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上。

此外，在上述發(fā)明中，通過合理設(shè)置增速機(jī)構(gòu)的速比，可以使在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速即達(dá)到額定輸出轉(zhuǎn)速，可以輸出額定電流值。

此外，在上述發(fā)明中，控制模塊可以固定在發(fā)電機(jī)的外殼上，也可以單獨(dú)固定在車輛其他位置。

此外，在上述所有發(fā)明中，控制模塊可以通過監(jiān)控離合器皮帶輪的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，以及發(fā)電機(jī)負(fù)載率，來計(jì)算離合器脫離和結(jié)合的時(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)車輛電器負(fù)載較小時(shí)發(fā)電機(jī)始終工作在高效區(qū)的功能。

此外，在上述所有發(fā)明中，控制模塊可以通過監(jiān)控發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，來計(jì)算離合器脫離的時(shí)機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定的上限時(shí)，使離合器分開，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不超速。

此外，在上述所有發(fā)明中，控制模塊可以通過監(jiān)控離合器皮帶輪轉(zhuǎn)速來識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)成功前，離合器處于分離狀態(tài)，降低啟動(dòng)過程中的阻力，利于發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)；發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)成功后，離合器結(jié)合，發(fā)電機(jī)開始發(fā)電。

附圖說明：

圖1為表示本發(fā)明的一個(gè)示例的裝配圖。

圖2為表示應(yīng)用了本發(fā)明的車用交流發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)框圖。

圖3為控制模塊中發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控程序框圖。

圖4為控制模塊中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子超速監(jiān)控程序框圖。

圖5為控制模塊中發(fā)電機(jī)負(fù)載狀態(tài)監(jiān)控程序框圖。

圖6為控制模塊中離合器控制程序框圖。

圖7為本發(fā)明的電性能特性曲線示意圖。

具體實(shí)施方式：

以下根據(jù)圖中所示的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的裝配圖。

根據(jù)圖1所示，本發(fā)明由增速控制裝置和交流發(fā)電機(jī)6組成，增速控制裝置包含電磁離合器、行星增速機(jī)構(gòu)8和控制模塊4組成。行星增速機(jī)構(gòu)8安裝固定在發(fā)電機(jī)6的前端蓋上。

電磁離合器由定子總成1、皮帶輪總成9和吸盤總成11組成。吸盤總成11同行星增速機(jī)構(gòu)8的轉(zhuǎn)臂10固定在一起。

行星增速機(jī)構(gòu)8的太陽輪12壓裝固定在發(fā)電機(jī)6的轉(zhuǎn)子軸7上。

轉(zhuǎn)速傳感器2固定在行星增速機(jī)構(gòu)外8的殼上，并同電磁離合器的定子線圈一起通過線束插件3和控制模塊4相連。線束插件3包含電磁離合器控制線和傳感器信號(hào)線。

控制模塊4通過線束5和發(fā)電機(jī)6的整流橋相連，線束5包含發(fā)電機(jī)正極線、負(fù)極線、w端信號(hào)線，以及發(fā)電機(jī)負(fù)載dfm信號(hào)線。

圖2為應(yīng)用了本發(fā)明的車用交流發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)框圖。發(fā)動(dòng)機(jī)13的曲軸皮帶輪14通過皮帶15同離合器皮帶輪9相連，行星齒輪增速機(jī)構(gòu)8的太陽輪12同發(fā)電機(jī)6的轉(zhuǎn)子軸7固定在一起。

車輛起動(dòng)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)13的曲軸皮帶輪14通過皮帶15拖動(dòng)皮帶輪9旋轉(zhuǎn)，此時(shí)離合器16是分離狀態(tài)，皮帶輪9空轉(zhuǎn)，動(dòng)力并不傳遞到發(fā)電機(jī)6，這樣可以減小發(fā)動(dòng)機(jī)13的起動(dòng)力矩，使之更容易起動(dòng)。當(dāng)車輛起動(dòng)成功后，電子控制模塊4給離合器定子1的線圈通電，離合器16吸合，動(dòng)力通過皮帶輪9、吸盤總成11、轉(zhuǎn)臂10、行星輪12依次傳遞，最終帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子7旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)開始發(fā)電。

由于有行星增速機(jī)構(gòu)8存在，在車輛怠速時(shí)，發(fā)電機(jī)7的轉(zhuǎn)子即可達(dá)到額定輸出的轉(zhuǎn)速，使得發(fā)電機(jī)6在車輛怠速時(shí)即可輸出額定值電流。

電子控制模塊4通過轉(zhuǎn)速傳感器2獲得皮帶輪9的轉(zhuǎn)速信號(hào)，從而根據(jù)曲軸皮帶輪14和皮帶輪9的速比可以計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

電子控制模塊4通過連接在發(fā)電機(jī)整流橋上的線束5獲得發(fā)電機(jī)的輸出電壓、發(fā)電機(jī)的負(fù)載信號(hào)、發(fā)電機(jī)w端信號(hào)。

圖3為控制模塊中發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控程序框圖。f為發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，“f＝0”表示發(fā)動(dòng)機(jī)為熄火狀態(tài)，“f＝1”表示發(fā)動(dòng)機(jī)為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。n為皮帶輪9的轉(zhuǎn)速參數(shù)，n0為設(shè)定的判斷發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的皮帶輪9的轉(zhuǎn)速常數(shù)。當(dāng)控制模塊通電后，根據(jù)圖3所示程序流程對(duì)f進(jìn)行賦值。

圖4為控制模塊中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子超速監(jiān)控程序框圖。z為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子超速狀態(tài)參數(shù)，“z＝1”表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未超過工作上限，“z＝0”表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過工作上限。n1為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，n2為設(shè)定的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子工作上限轉(zhuǎn)速，n3為發(fā)電機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)速。當(dāng)控制模塊通電后，根據(jù)圖4所示程序流程對(duì)z進(jìn)行賦值。

圖5為控制模塊中發(fā)電機(jī)負(fù)載狀態(tài)監(jiān)控程序框圖。d為負(fù)載狀態(tài)參數(shù)，d1為發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)負(fù)載值，d2為設(shè)定負(fù)載門檻值。“d＝1”表示負(fù)載高于設(shè)定值，“d＝0”表示負(fù)載低于設(shè)定值。當(dāng)控制模塊通電后，根據(jù)圖4所示程序流程對(duì)d進(jìn)行賦值。

圖6為控制模塊中離合器控制程序框圖。l為離合器動(dòng)作指令參數(shù)，“l(fā)＝1”表示離合器吸合，“l(fā)＝0”表示離合器斷開。n4為設(shè)定的發(fā)電機(jī)高效率工作區(qū)轉(zhuǎn)速。當(dāng)控制模塊通電后，根據(jù)圖4所示程序流程對(duì)l進(jìn)行賦值，同時(shí)，當(dāng)l＝0時(shí)控制離合器斷開，當(dāng)l＝1時(shí)控制離合器吸合。

圖7為本發(fā)明的電性能特性曲線示意圖。17為本發(fā)明電流輸出特性曲線，18為傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)輸出特性曲線，19為發(fā)電機(jī)效率曲線，20為發(fā)電機(jī)高效工作區(qū)域。

基于本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)和控制方法，本發(fā)明所示車用交流發(fā)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)的功能有：當(dāng)車輛起動(dòng)時(shí)，電磁離合器處于分開狀態(tài)，避免了起動(dòng)過程中發(fā)電機(jī)消耗功率，有利于車輛的起動(dòng)。同時(shí)，由于行星增速機(jī)構(gòu)的存在，在車輛怠速時(shí)，發(fā)電機(jī)即可輸出額定電流，實(shí)現(xiàn)低速時(shí)全功率輸出。同時(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載較小時(shí)，可以控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子始終運(yùn)轉(zhuǎn)在高效轉(zhuǎn)速區(qū)，降低能耗。同時(shí)，當(dāng)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過工作上限時(shí)，電磁離合器分離，保護(hù)發(fā)電機(jī)避免因超速而導(dǎo)致軸承故障。

在附圖和說明書中對(duì)應(yīng)的構(gòu)件使用的參考標(biāo)號(hào)如下：

1定子總成

2轉(zhuǎn)速傳感器

3線束插件

4控制模塊

5線束

6交流發(fā)電機(jī)

7發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸

8行星增速機(jī)構(gòu)

9皮帶輪總成

10轉(zhuǎn)臂

11吸盤總成

12太陽輪

13發(fā)動(dòng)機(jī)

14曲軸皮帶輪

15皮帶

16離合器總成。