專利名稱：發電機的輸出電壓控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有發電線圈、勵磁線圈和磁場線圈的交流發電機的輸出電壓控制裝 置，特別涉及適于對輸出電壓波形的失真進行改善的發電機的輸出電壓控制裝置。
背景技術：
作為發電機的輸出電壓控制裝置，例如如專利文獻1所示，公知了這樣的交流發 電機用自動電壓調整器，其具有卷繞在定子側的發電線圈和勵磁線圈；卷繞在通過驅動源 而旋轉的轉子上的磁場線圈；以及對在所述勵磁線圈中產生的電流進行整流而提供給所 述磁場線圈的整流器，該交流發電機用自動電壓調整器通過控制提供給所述勵磁線圈的電 流，由此將從發電線圈輸出的電壓保持為預先設定的電壓。在這種輸出電壓控制裝置中，作為改善從發電線圈輸出的輸出電壓波形的失真的 技術，以波形改善為目的，對定子線圈的各槽的線圈數進行調整，將輸出波形設計為接近正 弦波，或者應用扭斜和制動線圈。所謂扭斜，例如如專利文獻2所示，是以下形狀在同步電機和感應電機等中，以 改善作為電動機的轉矩脈動和作為發電機的波形為目的，在扭轉了槽或轉子的狀態下對電 磁鋼板進行了層疊。通過應用該扭斜，抑制與線圈交鏈的磁通量的急劇變化，從而具有降低 轉矩脈動和改善發電電壓的波形的效果。所謂制動線圈，例如如專利文獻3所示，是以下線圈在轉子磁極上等間隔地設置 幾個相同形狀的槽，插入相同形狀的銅條或黃銅條等導體條，并將其兩端焊接成短路環，由 此形成。在凸極形旋轉發電機的凸極磁極鐵心上，出于防止振蕩、消除反相電流等目的配 備了制動線圈，但可以通過以錯開凸極磁極鐵心的中心的方式配備制動線圈來改善電壓波 形。專利文獻1日本特開平8-140400號公報專利文獻2日本特開2004-248422號公報專利文獻3日本特開平4_17四33號公報但是，關于上述的以改善波形為目的的線圈調整，是在某個確定的負荷條件下的 調整，因此在發電機的負荷率不同的情況下，有時會產生失真率沒被改善或惡化的負荷條 件。此外，在實施扭斜和制動線圈時需要制造技術能力，存在制造成本升高的問題。即，作為發電機的輸出電壓控制裝置，期望在任意的負荷條件下都有效、且不提高 制造成本的失真率改善方法。
發明內容
本發明正是鑒于上述實際情況而提出的，其目的在于提供一種發電機的輸出電壓 控制裝置，在改善交流發電機的輸出波形的失真時，具有通用性且能廉價地實現。用于達到上述目的的第1方面的發明是一種發電機(1)的輸出電壓控制裝置，該發電機具有卷繞在定子側的發電線圈( 和勵磁線圈(3)；卷繞在通過驅動源而旋轉的轉 子(4)上的磁場線圈(5)；以及整流器(12)，其對由所述勵磁線圈C3)產生的電流進行整流 而提供給所述磁場線圈( ，其第1特征在于，該發電機的輸出電壓控制裝置具有磁場電流驅動單元00)，其通過調整PWM信號輸出的驅動定時而使磁場電流流入 所述磁場線圈(5)。第2方面的發明在第1方面的發電機的輸出電壓控制裝置中，具有以下的第2特 征，所述磁場電流驅動單元00)具備以下部件而構成電壓檢測部(22)，其檢測在所述發電線圈O)中產生的輸出電壓；基準波記錄部(21)，其記錄失真率為0%的正弦波作為基準波；比較部(23)，其對所述輸出電壓與所述基準波進行比較；以及驅動部(M)，其根據所述比較部的結果來增減所述PWM信號輸出的驅動定 時。第3方面的發明在第2方面的發電機的輸出電壓控制裝置中，具有以下的第3特 征，所述比較部03)與所述發電機(1)的點火定時同步地進行輸出電壓與基準波的 比較。第4方面的發明在第1方面的發電機的輸出電壓控制裝置中，具有以下的第4特 征，所述磁場電流驅動單元00)具有映射數據記錄部(25)，所述映射數據記錄部[25]從根據所述發電機(1)的各種運轉條件而預先計算出的失真率的數據中，記錄失真率 最小的PWM驅動定時，作為所述各種運轉條件的內部數據，所述磁場電流驅動單元00)根據所述發電機(1)的各種運轉條件，參照所述內部 數據來確定所述磁場電流的驅動定時。第5方面的發明在第4方面的發電機的輸出電壓控制裝置中，具有以下的第5特 征，與發電機(1)的點火定時同步地確定磁場電流的驅動定時，該磁場電流的驅動定 時是根據所述發電機(1)的各種運轉條件參照內部數據而確定的。根據具有第1特征的本發明，在磁場電流流入磁場線圈( 時，由磁場電流驅動單 元00)調整PWM信號輸出的驅動定時，因此可以按照校正波形失真的定時使磁場電流驅動 的PWM開始相位一致，能夠將輸出電壓的失真率調整為最小點。根據具有第2特征的本發明，對從發電機(1)輸出的輸出電壓與所記錄的基準電 壓進行比較，以使得其差為最小的方式增減PWM信號輸出的驅動定時并控制磁場電流，由 此能夠改善輸出電壓的失真率。根據具有第3特征的本發明，與發電機(1)的點火定時同步地進行輸出電壓與基 準波的比較，由此能夠按照固定周期來改善輸出電壓的失真率。根據具有第4特征的本發明，根據發電機(1)的運轉狀況，利用預先記錄在映射數 據記錄部0 中的失真率為最小的內部數據，確定PWM驅動定時并控制磁場電流，由此能 夠改善輸出電壓的失真率。
根據具有第5特征的本發明，與發電機(1)的點火定時同步地確定磁場電流的驅 動定時，該磁場電流的驅動定時是參照內部數據來確定的，由此能夠按照固定周期改善輸 出電壓的失真率。
圖1是包含本發明的一個實施方式的輸出電壓控制裝置的發電機的主要部分結 構說明圖。圖2是示出本發明的輸出電壓控制裝置所確定的相對于發電機輸出電壓波形的 PWM信號定時的磁場驅動定時圖。圖3是用于得到本發明的輸出電壓控制裝置的磁場驅動定時的流程圖。圖4是示出交流發電機中的與各負荷相對的PWM相位與輸出電壓失真率之間的相 關關系的曲線圖。圖5是示出本發明的輸出電壓控制裝置中的磁場電流驅動電路的另一結構例的 框圖。標號說明1 發電機；2 發電線圈；3 勵磁線圈；4 轉子；5 磁場線圈；6 永久磁鐵；7 飛 輪；8 永久磁鐵；9 發動機相位檢測線圈；10 自動電壓調整器(AVR) ；12 整流器；14 續 流二極管(flywheel diode) ；20:磁場電流驅動電路(磁場電流驅動單元)；21 基準波 記錄部；22 電壓檢測部；23 比較部；24 驅動部；25 映射數據記錄部；26 運轉條件檢測 部；27 映射數據選擇部。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明本發明。圖1是包含本發明的一個實施方式的輸出控制 裝置的發電機的主要部分結構說明圖。發電機1是公知的交流發電機，具有設置在定子側的發電線圈2和勵磁線圈3， 以及卷繞在轉子4上的磁場線圈5。在轉子4上安裝有用于產生勵磁電流的永久磁鐵6。轉子4將發動機(未圖示)的旋轉作為驅動源而同步旋轉。在經由曲軸而相對于 該轉子4同步旋轉的發動機側的飛輪7上，安裝有永久磁鐵8，通過設置在飛輪7附近的發 動機相位檢測線圈9檢測發動機相位角，由此檢測發動機的點火定時。磁場線圈5經由電刷11與自動電壓調整器(AVR) 10連接。自動電壓調整器10具 有整流器12，其輸入側與勵磁線圈3的兩端連接；電容器13，其設置在整流器12與接地之 間并用于使整流器12的輸出電壓平滑化；續流二極管14，其與磁場線圈5并聯連接；晶體 管15，其通過導通/截止控制而使磁場電流流入磁場線圈5 ；以及磁場電流驅動電路(磁場 電流驅動單元)20，其對磁場電流進行PWM控制。磁場線圈5的一端與整流器12的輸出側 連接，磁場線圈5的另一端與晶體管15的集電極側連接。續流二極管14是為了以下目的而設置的，S卩，吸收在對流入磁場線圈5的磁場電 流進行PWM控制時的通電停止時產生的浪涌電壓，并使磁場電流平滑化。磁場電流驅動電路20具有基準波記錄部21，其預先記錄作為基準的正弦波(基 準波)；電壓檢測部22，其對發電機1的輸出電壓波形進行檢測；比較部23，其對基準波和輸出電壓波形進行比較；以及驅動部對，其對晶體管15施加驅動信號。基準波記錄部21預先對失真率為0%的正弦波進行運算，并記錄為基準波。電壓檢測部22通過與發電線圈2連接，檢測發電機1的輸出電壓。比較部23運算基準波與輸出電壓波形之差δ。基準波與輸出電壓波形之差δ用 δ =/ (輸出電壓-基準正弦波)dt表示，相當于圖2所示的輸出電壓波形的斜線部分面 積。在由比較部23進行的基準波與輸出電壓波形之差δ的運算(輸出電壓和基準波 的比較)中，通過安裝在飛輪7上的永久磁鐵8檢測發動機相位角(點火定時)作為基準 定時To (圖2中的發動機相位檢測信號)，磁場驅動PWM的開始定時Tf是對以基準定時To 為基準的延遲進行控制而確定的。對于由比較部23進行的基準波與輸出電壓波形之差δ的運算定時，通過輸入來 自發動機相位檢測線圈9的基準定時，每隔1次發動機的點火定時進行運算設定，由此與點 火定時同步地運算基準波與輸出電壓波形之差S。在驅動部M中，以使得基準波與輸出電壓波形之差δ最小的方式增加或減少磁 場驅動定時Tf，由此調整PWM信號輸出的驅動定時，并對晶體管15的基極施加PWM信號，由 此進行晶體管15的導通/截止控制，使磁場電流流入磁場線圈5。根據圖3所示的流程圖對磁場驅動定時Tf進行增減。通過使磁場驅動PWM的開始定時Tf相對于基準定時To延遲來控制磁場電流。預 先設定TfO作為相對于基準定時To的延遲量的初始值。首先，在運算定時(第1次的點火定時)，運算基準波與輸出電壓波形之差δη(步 驟 31)。接著，將TfO加上設定值dt而得的值設為新的磁場驅動定時Tf (步驟3 ，TfO為 相對于基準定時I10的延遲量的初始值，設定值dt為預先設定的常數。在下一個運算定時(第3次的點火定時)，運算基準波與輸出電壓波形之差 (步驟 33)。比較δ n和δ n+1 (步驟；34)，當δ n較大時用δ n+1置換δ n(步驟35)，將對上一次 的運算定時(運算S μ時)的Tf加上預先設定的設定值dt而得到的值設為新的磁場驅 動定時Tf (步驟32)。比較3 和δη+1 (步驟；34)，當δη+1較大時用δ n+1置換δ n(步驟36)，將對上一次 的運算定時(運算S μ時)的Tf減去預先設定的設定值dt而得到的值設為新的磁場驅 動定時Tf (步驟37)。以后，通過重復進行該作業，由此逐一(每隔1次點火定時)調整(增加或減少) 用于磁場電流控制的PWM信號的驅動定時Tf，以使基準波與輸出電壓波形之差δ成為最 小。接著，對圖1所示的磁場電流驅動電路20的動作進行說明。當通過發動機等使轉子4旋轉時，由于永久磁鐵6的磁場而在勵磁線圈3中感應 出電流。該電流被整流器8整流而作為直流勵磁電流提供給磁場線圈5。在上述發電機1中，當電流流入磁場線圈5而在發電線圈2中感應出電流時，由于 該電流產生的磁場而在磁場線圈5中感應出反電動勢。該反電動勢使流入磁場線圈5的電6流增減，因此發電線圈2的輸出發生變動。在發電線圈2中產生的電壓(發電機1的輸出電壓)是根據流入磁場線圈5的電 流而確定的。此外，公知了輸出電壓的失真率由于對磁場電流進行控制的PWM信號的相位 (定時)而變化。此夕卜，在將非正弦波交流電壓的直流分量設為％、VpV2、V3···(各有效值)時，失真 率)為全部諧波與基波之比，通過下式計算。式1
權利要求
1.一種發電機(1)的輸出電壓控制裝置，該發電機具有卷繞在定子側的發電線圈 ⑵和勵磁線圈⑶；卷繞在通過驅動源而旋轉的轉子⑷上的磁場線圈(5)；以及整流器 (12)，其對由所述勵磁線圈C3)產生的電流進行整流而提供給所述磁場線圈(5)，其特征在 于，該發電機的輸出電壓控制裝置具有磁場電流驅動單元(20)，其通過調整PWM信號輸出的驅動定時而使磁場電流流入所述 磁場線圈(5)。
2.根據權利要求1所述的發電機的輸出電壓控制裝置，其中，所述磁場電流驅動單元00)具備以下部件而構成電壓檢測部(22)，其檢測在所述發電線圈(2)中產生的輸出電壓；基準波記錄部(21)，其記錄失真率為0%的正弦波作為基準波；比較部(23)，其對所述輸出電壓與所述基準波進行比較；以及驅動部(M)，其根據所述比較部的結果來增減所述PWM信號輸出的驅動定時。
3.根據權利要求2所述的發電機的輸出電壓控制裝置，其中，所述比較部與所述 發電機(1)的點火定時同步地進行輸出電壓與基準波的比較。
4.根據權利要求1所述的發電機的輸出電壓控制裝置，其中，所述磁場電流驅動單元00)具有映射數據記錄部(25)，所述映射數據記錄部05)從 根據所述發電機(1)的各種運轉條件而預先計算出的失真率數據中，記錄失真率最小的 PWM驅動定時，作為所述各種運轉條件的內部數據，所述磁場電流驅動單元OO)根據所述發電機(1)的各種運轉條件，參照所述內部數據 來確定所述磁場電流的驅動定時。
5.根據權利要求4所述的發電機的輸出電壓控制裝置，其中，與發電機(1)的點火定時 同步地確定磁場電流的驅動定時，該磁場電流的驅動定時是根據所述發電機(1)的各種運 轉條件參照內部數據而確定的。
全文摘要
本發明提供一種發電機的輸出電壓控制裝置，其在改善交流發電機的輸出波形的失真時，具有通用性且能廉價實現。該發電機具有卷繞在定子側的發電線圈(2)和勵磁線圈(3)；卷繞在通過驅動源而旋轉的轉子(4)上的磁場線圈(5)；以及整流器(12)，其對由勵磁線圈(3)產生的電流進行整流而提供給磁場線圈(5)，該發電機的輸出電壓控制裝置具有磁場電流驅動電路(20)，所述磁場電流驅動電路(20)對在發電線圈(2)中產生的輸出電壓與失真率為0％的基準波進行比較，并根據其結果由驅動部(24)對PWM信號輸出的驅動定時進行調整，使磁場電流流入磁場線圈(5)。
文檔編號H02P9/30GK102045018SQ201010516019
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月18日 優先權日2009年10月19日
發明者中田泰弘, 前田河稔 申請人:本田技研工業株式會社