专利名称：发生负载切断时控制旋转电机的方法、以及相应控制和电源模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及在发生负载切断(dump)时控制连接到电气系统(具体地， 机动车辆的机动车电气系统)的旋转电机的方法，以及适配为实现该方法的 用于此电机的控制和电源模块。
背景技术：
在机动车辆中，机动车电气系统用来为机动车上安装的多个电气设备供 电。由至少一个电池来提供该供电。通过利用旋转电机从通过机动车的热机 的旋转产生的能量来为电池充电。通过利用旋转电机在最广泛的可能的意义 上的意思是，用于产生直流输出电流以便为机动车电气系统供电的任何单相 或多相旋转电机。它可以具体地为交流发电机或交流发电机起动机。
如果电负载突然与机动车电气系统或与电池或与这二者断开，则发生众 所周知的负载切断的现象，这引起机动车电气系统中的过电压。所发生的是， 因为在该电机中用于调节产生的电流的系统不能足够快速地跟随着负载切 断而进行动作，所以即使机动车电气系统所处的一侧的电流消耗已经下降， 该电机仍继续产生相同的输出电流。
传统上，才几动车的电池为14伏电池。原则上，由于它的j氐内阻，它将 在发生负载切断时机动车的机动车电气系统中产生的电压峰值限制到大约 17伏。从而，该电池吸收小的过电压。然而，在发生电池断开时(例如由于 供电电缆中断时)，机动车电气系统中可能发生非常高的过电压。所发生的 是，由该电机产生的电流为连接到机动车电气系统的电容(包括寄生电容) 充电，因此引起^L动车电气系统上的直流电压的大的上升。
存在此过电压损害由该机动车电气系统供电的这些电气设备的风险。这 就是为什么所有机动车的各种电气设备被定制为能够承受大约32伏的最高 电压的原因，其对应于大约20伏的过电压。
存在各已知解决方案来使得机动车电气系统上的电压限制于最大允许 的电压，即机动车的这些电气设备在没有被损害的风险的情况下能够承受的最高电压。
专利申请FR 2874765中说明的解决方案考虑机动车中将来的42伏电池 的使用，因为具有高能耗的电气设备的数量增加的趋势使得这成为必需的 了。事实是，在将来的欧洲标准(还在编写中)中规定的技术规范下，连接 到机动车的电气系统的这些电气设备将或许不得不定制为以高达48伏的电 压工作，并且能够承受58伏的最高电压(对应于仅仅10伏的过电压)。
在传统的基本结构中，具有多个相绕组的旋转电机的控制和电源模块包
括
-电源电路，包括预定与多个相绕组相关联的多个臂(arm)，和 画控制电路， 一皮构造为当该电机工作在标称模式(nominal mode )时4乘作 该电源电^各，
此外，在文献FR 2874765中描述的解决方案还顺序地提出了如下的工 作时的控制电路的构造
-监^L电源电^^的输出电压，
-当输出电压达到第一阈值电平时，将该电源电^各的至少一个臂锁定在
导通状态，以使得该电机工作在降级模式，
-当输出电压达到第二阈值电平时，将该电机返回到标称模式下的操作。 但是，此基于输出电压而返回到标称工作模式的准则具有缺点在于，它
不能表示旋转式电机的磁性方面的状态的实际变化，而这是使得电气系统上
的负载切断能够被有效补偿的唯一方面。
发明内容
因此，本发明目标是緩和此缺点。
它所涉及的正是在发生负载切断时控制连接到电气系统的旋转电机的 方法。
此电机包括，以本质上已知的方式被布置为 -多个相绕组，
-电源电路，包括多个臂，每个臂由桥接开关形成，这些臂预定与该相 绕组相关联，当该桥接开关处于标称工作模式时，该电源电路能够以等于标 称电压的输出电压为该电气系统供电，
-励石兹绕组，激励电流流过该励/磁绕组，该激励电流在励石兹回路(magnetic
5exciting circuit)中产生磁通量，
-电子控制和调节电路，其操作该电源电路并控制该激励电流。
根据本发明的控制方法有利地是现有技术中的已知类型的，其包括当 输出电压超过比标称电压高的预定电压阔值时，将该电源电路的至少一个臂 中的桥接开关锁定在导通状态，但是显著地与申请FR 2874765中公开的方 法相反，与输出电压无关地返回到桥接开关的标称工作模式。
优选地在至少等于该励磁回路的去》兹时间的预定延迟之后返回到该桥 接开关的标称工作模式。
可替换地，优选地当激励电流下降到预定电流阈值以下时返回到该桥接 开关的标称工作模式。
再次可替换地，有利地在至少等于该励磁回路的去磁时间的时间段之后 并且当该激励电流下降到预定电流阈值以下时，返回到该桥接开关的标称工 作模式。
在根据本发明的控制方法中，从该电源电路还包括用于存储能量的装置 的事实中获得益处。
优选地，在机动车辆的机动车电气系统上发生负载切断时，实现根据本 发明的旋转电机的控制方法。
本发明还涉及用于连接到电气系统的旋转电机的控制和电源模块，此电 机具有多个相绕组和一个励;兹绕组，激励电流流过该励一磁绕组，该激励电流 在励》兹回路中产生;兹通量。
该控制和电源模块包括以本质上已知的方式被配置如下的 -电源电路，包括多个臂，每个臂由桥接开关形成，这些臂预定与该相 绕组相关联，当该桥接开关处于标称工作模式时，该电源电路能够以等于标 称电压的输出电压为该电气系统供电，
-电子控制和调节电路，其操作该电源电路并控制该激励电流，该电子 电路还包括一装置，用于当输出电压超过比该标称电压高的预定电压阈值 时，将该电源电路的至少 一个臂中的桥接开关锁定在导通状态。
根据本发明，此控制和调节模块还包括与该输出电压无关地返回到该桥 接开关的标称工作模式的装置。
这些返回装置优选地在至少等于该励磁回路的去磁时间的预定延迟之 后动作。选地在该激励电流下降到预定电流阈值以下 时动作。
再次可替换地，这些返回装置有利地在至少等于该励^磁回路的去^兹时间 的时间段之后并且当该激励电流下降到预定电流阈值以下时动作。
根据本发明的控制和电源模块的电源电路还优选地包括用于存储能量 的装置。
本发明还涉及包括上述控制和电源模块的旋转电机。
与对本领域技术人员显而易见的现有技术相比，上面说明的主要细节将
带来本发明提供的优点。
在以下描述中结合附图给出本发明的详细描述。应当注意，这些附图的 唯一目的是解释说明书的主题，并且它们不以任何方式构成对本发明的范围 的限制。
图l是预期提供机动车辆的自产生电能的、包括被称为"14+X"类型的 交流发电机起动机的微混合系统的一般示意图。
图2a、 2b和2c分别示出了在发生负载切断时"14+X"类型的机动车电 气系统中的电压随时间的变化、交流发电机起动机产生的电流的变化、在相 同环境下激励电流的变化。
具体实施例方式
本发明的优选实施例特别好地被适配为如图1所示的微混合系统1。 微混合系统1包括旋转电机，其在一方面向所谓的"14+X"机动车电力
系统(即，标称值Vn的系统电压Vres大于14V)提供电能，另一方面，向
可逆的直流/直流转换器2提供电能，该直流/直流转换器2为该机动车的标
准12V电气系统连接的车辆用蓄电池3供电。
微混合系统1还包括电子控制单元4，其与CAN型的机动车总线5接
口连接，该机动车总线与该旋转电机的电子控制和调节电路7交换信息6。 旋转电机优选地为三相电机，其定子8包括相绕组9。 励磁回路形成该电机的转子10并且包括励磁绕组11，其激励电流Iexc
由电子控制和调节电路7控制。相绕组9连接到属于电源电路的可逆的交流/直流转换器12。
该转换器12由电子控制和调节电路7根据来自于用于转子IO的位置的 传感器15的信号14、以在"14+X"系统的标称电压Vn下为属于电源电路 的超级电容器16充电的方式来操作13。
在三相电机的优选情况下，转换器12包括三个臂，预定每个臂与三相 绕组9的相应绕组相关联。
每个臂由桥接开关形成，该桥接开关在标称工作模式下作为同步整流器 而工作。
如图2a所示，在电气系统上发生负载切断时，来自于交流/直流转换器 的输出电压Vres突然增加而没有系统1的基于激励电流Iexc的控制的调节， 该调节足够控制由于激励电路的时间常数而引起的过电压。
为了使得过电压能够被快速控制， 一旦在时间t0输出电压Vres达到电 压阈值Vs,则电桥中的开关被切换到导通状态。
此时相绕组9被短路，馈送给电气系统的电流Ires变为零，如图2b所示。
如图2c所示的激励电流Iexc从时间t0时起的下降是由调节系统的正常 操作引起的。
一旦检测到过电压，则调节系统将标称激励电流In恢复到零，但是转 子10的去》兹只能在时间间隔At后实现，该时间间隔At对应于用于电才几的》兹 性方面的有效的状态变化(B点)的励》兹回3各10的响应时间。在实践中， 该时间间隔At大约为300 ms量级。
因而，在至少等于时间间隔At的预定延迟之后，在tl的时候，才返回 到作为同步整流器的桥接开关的标称工作模式。
该延迟或者利用电子控制和调节电路7中的专用继电器电路实现，或者 利用合适的微软件来实现。
在一个变型中，当在点B激励电流Iexc下降到预定电流阈值Is以下时， 才返回到桥接开关的标称工作模式，也如图2c所示。该电流阈值优选地大 约为1 A量级。
在该变形中，激励电流与阈值电流的比较由控制和调节电路7或者利用 特定的比较电路或者利用微软件的适配来执行。
在另 一个变形中，电子控制和调节电路7组合关于预定电流阈值Is与激励电流Iexc相交的信息和关于至少等于去磁时间At的时间段的到期的信息， 以确定返回到桥接开关的标称工作模式的时间11 。
当过电压现象结束时(图2a中的A点)，在相绕组9的短路的整个时间 段期间，由可逆的直流/直流转换器2从电池3执行电气系统上的标称电压 Vn的保持。
不用说本发明不是仅仅局限于上述优选实施例。
具体地，在与输出电压Vres无关且除了上述那些准则的其它准则的情 况下，也可以返回到桥接开关的标称工作模式，这样的准则是，例如当励磁 绕组11的端子处的电压低于预定阈值电平时。
其励;兹回路形成转子10并且其相绕组9形成定子8的三相旋转电机的 示例不限制这二者之一，以上描述将没有任何基本改变地同样应用于定子和 转子交换角色且相的数目增加的旋转电机中。
因而，本发明实际上覆盖落入由以下权利要求书定义的范围内的所有可 能的变形实施例。
权利要求
1.在发生负载切断时连接到电气系统的旋转电机的控制方法，所述电机包括-多个相绕组(9)，-电源电路(12，16)，包括多个臂，每个臂由桥接开关形成，这些臂预定与所述相绕组(9)相关联，当所述桥接开关处于标称工作模式时，所述电源电路(12，16)能够以等于标称电压(Vn)的输出电压(Vres)为所述电气系统供电，-励磁绕组(11)，激励电流(Iexc)流过该励磁绕组，该激励电流在励磁回路(10)中产生磁通量，-电子控制和调节电路(7)，其操作所述电源电路(12，16)并控制所述激励电流(Iexc)，以及所述方法是如下类型的，其包括当所述输出电压(Vres)超过比所述标称电压(Vn)高的预定电压阈值(Vs)时，将所述电源电路(12，16)的至少一个臂中的所述桥接开关锁定在导通状态，其特征在于，与所述输出电压(Vres)无关地返回到所述桥接开关的所述标称工作模式。
2. 根据权利要求1所述的旋转电机的控制方法，其特征在于，在至少等 于所述励石兹回路(IO)的去磁时间(At)的预定延迟之后，返回到所述桥接 开关的所述标称工作模式。
3. 根据权利要求1所述的旋转电机的控制方法，其特征在于，当所述激 励电流(Iexc)下降到预定电流阈值(Is)以下时，返回到所述桥接开关的 所述标称工作^^莫式。
4. 根据权利要求1所述的旋转电机的控制方法，其特征在于，在至少等 于所述励磁回路的去/f兹时间(At)的时间段之后以及当所述激励电流(Iexc ) 下降到预定电流阈值(Is)以下时，返回到所述桥接开关的所述标称工作模 式。
5. 根据前述权利要求1至4中任一权利要求所述的旋转电机的控制方 法，其特征在于，所述电源电路(12， 16)还包括用于存储能量的装置(16)。
6. 根据前述权利要求1至5中任一权利要求所述的旋转电机的控制方法，其特征在于，所述电气系统为机动车辆的机动车电气系统。
7. —种连接到电气系统的旋转电机的控制和电源模块(7, 12, 16)，所 述电才几具有多个相绕组(9)和一个励,兹绕组(11)，激励电流(Iexc)流过 该励磁绕组，该激励电流在励磁回路(10)中产生磁通量，所述模块(7， 12, 16):-电源电路(12, 16)，包括多个臂，每个臂由桥接开关形成，这些臂预 定与所述相绕组(9)相关联,当所述桥接开关处于标称工作;溪式时，所述 电源电路(12, 16)能够以等于标称电压(Vn)的输出电压(Vres)为所述 电气系统供电，-电子控制和调节电路(7),其操作所述电源电路(12, 16)并控制所 述激励电流(Iexc),所述电子电路(7)还包括一装置，用于当所述输出 电压(Vres)超过比所述标称电压(Vn)高的预定电压阈值时，将所述电源 电路(12, 16)的至少一个臂中的所述桥接开关锁定在导通状态，其特征在于，所述模块还包括用于与所述输出电压(Vres)无关地返回 到所述桥接开关的标称工作模式的装置。
8. 根据权利要求7所述的旋转电机的控制和电源模块(7, 12, 16)，其 特征在于，所述返回装置在至少等于所述励磁回路(10)的去磁时间(At) 的预定延迟之后动作。
9. 根据权利要求7所述的旋转电机的控制和电源模块(7, 12, 16),其 特征在于，所述返回装置当所述激励电流(Iexc)下降到预定电流阈值(Is) 以下时动作。
10. 根据权利要求7所述的旋转电机的控制和电源模块(7, 12, 16), 其特征在于，所述返回装置在至少等于所述励》兹回i 各(10)的去》兹时间(At) 的时间段之后以及当所述激励电流(Iexc)下降到预定电流阈值(Is)以下 时动作。
11. 根据前述权利要求7至10中任一权利要求所述的旋转电机的控制和 电源模块(7, 12, 16)，其特征在于，所述电源电路还包括用于存储能量的 装置(16)。
12. 包括根据前述权利要求7至11中任一权利要求所述的控制和电源模 块(7, 12, 16)的旋转电机。
全文摘要
本发明的方法在旋转电机中实现，所述电机包括多个相绕组(9)；电源电路(12，16)，包括多个臂，每个臂由桥接开关形成，以及当所述桥接开关处于标称工作模式时，所述电源电路(12，16)能够以等于标称电压的输出电压(Vres)为电气网络供电；励磁绕组(11)，激励电流(Iexc)流过该励磁绕组，该激励电流在励磁回路(10)中产生磁通量；和电子控制和调节电路(7)，其操作所述电源电路并控制所述激励电流。当所述输出电压(Vres)超过比所述标称电压(Vn)高的预定电压阈值(Vs)时，所述方法将所述电源电路的至少一个臂中的所述电桥锁定在导通状态。与所述输出电压无关地返回到所述电桥的标称工作模式。
文档编号H02P9/10GK101682287SQ200880019348
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月21日 优先权日2007年6月8日
发明者迈克尔·切明 申请人:法雷奥电机设备公司