本公開涉及對具有有源橋式整流器的發(fā)電機(jī)的控制。

背景技術(shù)：

此章節(jié)的陳述僅旨在提供與本公開相關(guān)的背景信息。因此，這些陳述不是為了構(gòu)成對現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。

車輛采用發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生電能，其中發(fā)電機(jī)由耦合至車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的皮帶驅(qū)動(dòng)。汽車發(fā)電機(jī)通常采用具有三相或多相定子繞組、爪極轉(zhuǎn)子上的DC勵(lì)磁繞組的AC同步電機(jī)、調(diào)壓器和二極管橋式整流器，以產(chǎn)生DC輸出。同步電機(jī)的勵(lì)磁電流由調(diào)壓器進(jìn)行控制，以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的DC輸出電壓。對于給定發(fā)電機(jī)，有時(shí)候已在爪極裝置中采用永磁體，以增加發(fā)電機(jī)功率輸出和效率。

高效發(fā)電機(jī)通常采用降低銅損的成型導(dǎo)體定子繞組、降低鐵損的較薄的定子疊片、低摩擦軸承、疊片轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和永磁勵(lì)磁。

如上所述，已知的發(fā)電機(jī)組件通常采用二極管電橋來將AC電流轉(zhuǎn)換成DC電流，其中二極管的導(dǎo)通取決于穿過三相線圈或多相線圈的電流的傳輸方向。

三相二極管橋式整流器將AC電流轉(zhuǎn)換成DC電流，其中二極管的導(dǎo)通取決于穿過三相線圈或多相線圈的電流的傳輸方向。三相電機(jī)通常需要六個(gè)二極管，n相電機(jī)通常需要許多數(shù)量為相數(shù)的兩倍的二極管。已知發(fā)電機(jī)系統(tǒng)包括采用低導(dǎo)通電阻開關(guān)(諸如，MOSFET開關(guān))的有源橋式整流器，用于將來自于發(fā)電機(jī)的AC電流轉(zhuǎn)換成DC電流。

在具有有源橋式整流器的已知高效發(fā)電機(jī)中，相電壓與電流之間的相角是固定的，因此，對于給定的發(fā)電機(jī)速度和輸出電壓而言，最大輸出電流/功率也是固定的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)電機(jī)系統(tǒng)包括包括多個(gè)電樞線圈的AC電機(jī)和電耦合至電樞線圈的整流器電路。整流器電路包括多個(gè)開關(guān)。發(fā)電機(jī)系統(tǒng)另外包括電耦合至控制電路的傳感器裝置。傳感器裝置被配置成確定AC電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置?？刂齐娐反_定AC電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的期望相角，并且向整流器電路提供控制信號以打開和關(guān)閉開關(guān)，以將AC信號轉(zhuǎn)換為DC信號，并且控制AC電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置以實(shí)現(xiàn)期望相角。

附圖說明

現(xiàn)將參考附圖以示例的方式對一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例包括采用MOSFET開關(guān)和轉(zhuǎn)子位置反饋的有源整流器電橋的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的示意圖；

圖2(a)是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于選擇性地打開和關(guān)閉圖1的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的MOSFET開關(guān)的過程的流程圖；

圖2(b)是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于選擇性地打開和關(guān)閉圖1的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的MOSFET開關(guān)的過程的流程圖；

圖3-1以圖示的方式示出了在12伏特電壓下的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在0度、15度和30度的相角中的每一個(gè)角度中的輸出功率以及具有二極管橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率；

圖3-2以圖示的方式示出了在13伏特電壓下的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在0度、15度和30度的相角中的每一個(gè)角度中的輸出功率以及具有二極管橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率；

圖3-3以圖示的方式示出了在14伏特電壓下的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在0度、15度和30度的相角中的每一個(gè)角度中的輸出功率以及具有二極管橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率；

圖3-4以圖示的方式示出了在15伏特電壓下的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在0度、15度和30度的相角中的每一個(gè)角度中的輸出功率以及具有二極管橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率；

圖4-1以圖示的方式示出了具有15度相角控制的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)相較于不具有相角控制的帶有有源橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在一定電壓范圍下的輸出功率的增加；

圖4-2以圖示的方式示出了具有30度相角控制的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)相較于不具有相角控制的帶有有源橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在一定電壓范圍下的輸出功率的增加；

圖5-1以圖示的方式示出了以1800RPM運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的具有和不具有相位超前的電壓控制；及

圖5-2以圖示的方式示出了以3000RPM運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的具有和不具有相位超前的電壓控制。

具體實(shí)施方式

下文中關(guān)于本發(fā)明(其涉及一種控制采用有源整流器電橋的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的裝置和方法)的實(shí)施例的討論本質(zhì)上僅僅是示例性的，其決不意在限制本發(fā)明或其應(yīng)用或用途。

現(xiàn)參照附圖，其中附圖僅僅旨在示出某些示例性實(shí)施例，而無意限制某些示例性實(shí)施例。圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括三相繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)12，諸如爪極電機(jī)，其在電機(jī)12的轉(zhuǎn)子56中具有場線圈58，且在電機(jī)12的定子54中具有三相AC同步電樞線圈。在另一示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)10可包括多相繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)。在本非限制性實(shí)施例中，電機(jī)12為倫德爾(Lundell)式電機(jī)。永磁體可在爪極之間并入電機(jī)12的轉(zhuǎn)子56中，以將附加通量提供給場線圈58產(chǎn)生的通量，其中總通量負(fù)責(zé)在電樞線圈中產(chǎn)生電壓。

系統(tǒng)10還包括調(diào)節(jié)DC電壓V_dc15的調(diào)壓器14，該DC電壓Vdc15通過整流所產(chǎn)生的AC電壓而在系統(tǒng)10的正軌16與負(fù)軌18之間產(chǎn)生。DC電壓用于驅(qū)動(dòng)車輛中的DC載荷20，并為車輛電池22充電，其中電阻Rbat為電池22的內(nèi)電阻。調(diào)壓器14為電機(jī)12內(nèi)的場線圈58提供脈寬調(diào)制(PWM)控制。特別地，調(diào)壓器14將信號提供給MOSFET開關(guān)24，其允許將所控制電流送至場線圈58。

系統(tǒng)10包括具有多個(gè)二極管28、30、32、34、36和38的反相器/整流器電路26，該多個(gè)二極管28、30、32、34、36和38傳遞并阻止電流以將來自電樞線圈的AC電流整流成DC電流，以操作載荷20，并為車輛電池22充電。反相器/整流器電路26還包括多個(gè)MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50，該多個(gè)MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50跨接耦合二極管28、30、32、34、36和38上，并在二極管導(dǎo)通時(shí)(即在電流沿著正向偏置方向流過二極管時(shí))，在二極管周圍提供低電阻電流通路。開關(guān)控制電路52結(jié)合二極管28、30、32、34、36或38是否導(dǎo)通的情況來控制開關(guān)40、42、44、46、48和50的打開或關(guān)閉。二極管28、30、32、34、36和38在相應(yīng)的MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50內(nèi)可為一體化本體-漏極二極管。另外，二極管28、30、32、34、36和38在遭遇超過反向擊穿電壓的反向過電壓時(shí)可為具有鉗壓能力的穩(wěn)壓二極管。

由電路26中的節(jié)點(diǎn)A51、B53和C55標(biāo)識的定子端子和電池接地或負(fù)軌18之間的相對地電壓V_A41、V_B43和V_C45被輸入到控制電路52中，以確定打開/關(guān)閉MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50的控制信號。可采用分壓器電路來將節(jié)點(diǎn)A51、B53和C55與接地軌18之間的相電壓分至適用于控制電路52的電平。該信息允許控制電路52得知要關(guān)閉開關(guān)40、42、44、46、48和50中的哪一個(gè)來提供電流整流。特別地，在適當(dāng)?shù)亩O管28、30、32、34、36和38導(dǎo)通以提供整流時(shí)，與該二極管28、30、32、34、36和38相關(guān)聯(lián)的開關(guān)40、42、44、46、48和50被關(guān)閉來提供繞過二極管28、30、32、34、36和38的低電流通路。來自于控制電路52的輸出線路被應(yīng)用至MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50的柵極端子上，以提供關(guān)閉開關(guān)的信號。

在已知的使用包括MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50的有源橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50的打開點(diǎn)和關(guān)閉點(diǎn)都可被控制以在來自電機(jī)12的輸出波形的正半周期和負(fù)半周期期間通過將相間電壓與預(yù)定的上閾值電平和下閾值電平進(jìn)行比較來提供整流。用于MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50的控制電路52還使用相對地電壓V_A41、V_B43和V_C45中的一個(gè)或多個(gè)的頻率來檢測發(fā)電機(jī)速度(RPM)。對于低于預(yù)定閾值的發(fā)電機(jī)速度，MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50的切換被禁用，以防止電池22通過發(fā)電機(jī)繞組發(fā)生不期望的放電。

在圖1的示例性實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10的繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)12進(jìn)一步將轉(zhuǎn)子位置反饋11提供至控制電路52。因此，MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50可作為同步整流器被控制，而且能夠使用轉(zhuǎn)子位置反饋11對其進(jìn)行控制以產(chǎn)生增加的輸出功率。轉(zhuǎn)子位置反饋11可通過直接或間接轉(zhuǎn)子位置感測能力進(jìn)行提供。在圖1的示例性實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子位置傳感器13可包括在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10中，以提供轉(zhuǎn)子位置反饋11。示例性轉(zhuǎn)子位置感測能力(諸如，轉(zhuǎn)子位置傳感器13)可包括數(shù)字或模擬霍爾效應(yīng)傳感器?；魻栃?yīng)傳感器可具有預(yù)定的分辨率，例如，15°的電分辨率?？刂齐娐?2可通過使用轉(zhuǎn)子位置反饋11來控制用作同步整流器的有源橋式整流器的MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50，以產(chǎn)生增加的高效發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10的輸出功率。通過調(diào)整電機(jī)12的相電流與端子或感應(yīng)電壓之間的相角，能夠在優(yōu)選的運(yùn)行速度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)更大的輸出DC電流以及更大的輸出功率。

通過使用轉(zhuǎn)子位置反饋11來控制用作同步整流器的有源橋式整流器的MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50的該方法提供了許多優(yōu)于已知的具有有源橋式整流器的高效發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢。在這些已知的不具有相角控制的使用有源橋式整流器的發(fā)電機(jī)中，相電壓與電流之間的相角是固定的，因此，對于給定的發(fā)電機(jī)速度和輸出電壓而言，最大輸出電流/功率也是固定的。通過使用轉(zhuǎn)子位置反饋11來控制用作同步整流器的有源橋式整流器的MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50，使得能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)選的速度范圍內(nèi)更大的最大電流和功率輸出、更高水平的能量回收以及快速的扭矩和電壓響應(yīng)。另外，該方法可允許發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10的潛在小型化來降低成本，并通過更好的電荷平衡來改善充電系統(tǒng)的可靠性，而且還可降低電池保修成本。

MOSFET控制電路52接收來自于電機(jī)12上的轉(zhuǎn)子位置傳感器13的轉(zhuǎn)子位置反饋11。轉(zhuǎn)子位置反饋11可提供電機(jī)12的相電流與端子或感應(yīng)電壓之間的實(shí)際相關(guān)系(相角)。相角可通過控制MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50的切換瞬間相對于相電壓進(jìn)行控制。在圖1的示例性實(shí)施例中，MOSFET控制電路52可利用查找表來確定用于電機(jī)12的轉(zhuǎn)子位置的最佳控制角，并且基于轉(zhuǎn)子位置反饋11來控制MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50以實(shí)現(xiàn)用于電機(jī)12的轉(zhuǎn)子位置的最佳控制角。查找表可用來確定最佳控制角，例如，相角，其中對于任何給定的發(fā)電機(jī)速度和電壓，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10在該相角處具有最大的輸出功率。在示例性實(shí)施例中，在較低發(fā)電機(jī)速度下，較大的相角可產(chǎn)生較大的輸出功率，而在較高發(fā)電機(jī)速度下，則會失去較大的相角所帶來的益處。在另一實(shí)施例中，可基于實(shí)現(xiàn)增長的效率而非輸出功率，使用查找表來確定相角。具有相角控制的同步整流器在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10中的使用可另外地用來實(shí)現(xiàn)更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，例如，對傳遞至電機(jī)12的電壓指令或扭矩指令的改變做出響應(yīng)?？苫趯?shí)現(xiàn)期望目標(biāo)，確定電機(jī)的相電流與端子或感應(yīng)電壓之間的期望相角，期望目標(biāo)包括在優(yōu)選的運(yùn)行速度范圍內(nèi)增加輸出DC電流和功率、實(shí)現(xiàn)比在不具有相角控制的情況下所實(shí)現(xiàn)的扭矩響應(yīng)更快的扭矩響應(yīng)以及實(shí)現(xiàn)比在不具有相角控制的情況下所實(shí)現(xiàn)的電壓響應(yīng)更快的電壓響應(yīng)。

控制模塊、模塊、控制、控制器、控制單元、控制電路、處理器和類似術(shù)語指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序或例程的中央處理單元(優(yōu)選地為微處理器)以及相關(guān)聯(lián)的存儲器和儲存器(只讀存儲器、可編程只讀存儲器、隨機(jī)存取存儲器、硬盤驅(qū)動(dòng)器等等)、組合邏輯電路、輸入/輸出電路和裝置、適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)節(jié)和緩沖電路和其它提供所述功能的部件中的一個(gè)或多個(gè)的任一個(gè)或各種組合。軟件、固件、程序、指令、例程、代碼、算法和類似術(shù)語指的是任何包括校準(zhǔn)和查找表的指令組?？刂颇K具有執(zhí)行以提供期望功能的控制例程組。例程由，諸如，中央處理單元執(zhí)行，且可操作用來監(jiān)測來自于感測裝置和其它聯(lián)網(wǎng)控制模塊的輸入，并執(zhí)行控制與診斷例程來控制致動(dòng)器的運(yùn)行。例程可以有規(guī)律的時(shí)間間隔來執(zhí)行，例如，在不間斷的發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛運(yùn)行期間，間隔為每100微秒、3.125、6.25、12.5、25和100毫秒?？蛇x地，例程可響應(yīng)于事件的發(fā)生來執(zhí)行。

圖2(a)至圖2(b)是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于切換MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50來提供電流整流的操作的流程圖60。在方框62處，例程初始化校準(zhǔn)參數(shù)，并禁用(打開)MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50。校準(zhǔn)參數(shù)可包括下文討論的由控制電路52使用的電壓閾值和最小RPM，以及發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10的運(yùn)行所需的其它系統(tǒng)參數(shù)。

然后在方框64處，例程測量各相與電池接地之間的電壓，以獲得用于輸入至控制電路52的相對地電壓V_A41、V_B43和V_C45。相對地電壓V_A41、V_B43和V_C45可能需要衰減或縮小到適用于控制電路52中的數(shù)字電路的電平。然后在方框66處，例程通過相對地電壓V_A41、V_B43和V_C45將相間電壓V_AB、V_BA、V_BC、V_CB、V_CA和V_AC分別計(jì)算為V_A-V_B、V_B-V_A、V_B-V_C、V_C-V_B、V_C-V_A和V_A-V_C。由于V_BA＝-V_AB，V_CB＝-V_BC且V_AC＝-V_CA，還可直接通過V_AB、V_BC和V_CA來計(jì)算V_BA、V_CB和V_AC。還可直接使用差分放大器或其它合適的裝置來測量相間電壓。

在方框66處，例程還使用，例如，相對地電壓V_A41、V_B43和V_C45中的一個(gè)或多個(gè)的頻率或相間電壓V_AB、V_BC和V_CA中的一個(gè)或多個(gè)的頻率來確定電機(jī)12的速度。然后，在判定菱形68處，例程確定電機(jī)12的RPM是否大于預(yù)定閾值RPMTH，如果電機(jī)12的RPM不大于預(yù)定閾值RPMTH，則返回至用于初始化校準(zhǔn)參數(shù)的方框62處。如果電機(jī)12的速度低于預(yù)定RPM，則例程防止打開MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50，以防止電池22通過電機(jī)繞組發(fā)生不期望的放電。

在判定菱形68處，如果電機(jī)12的速度大于閾值RPMTH，則在方框70處例程將用于每個(gè)MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50的相間電壓與預(yù)定閾值電壓V_TH1+和V_TH1-進(jìn)行比較。如果特定的相間電壓高于閾值電壓V_TH1+，則例程將關(guān)閉與該相間電壓相關(guān)聯(lián)的開關(guān)40、42、44、46、48和50。如果用于MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50的特定相間電壓低于閾值V_TH1-，則控制電路52將使得該開關(guān)被打開。一旦特定MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50被打開或關(guān)閉，其將停留在該位置中，直至閾值被超過來改變其狀態(tài)。閾值電壓V_TH1+和V_TH1-被選取，使得特定MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50將被打開或關(guān)閉以跟隨相關(guān)聯(lián)二極管的導(dǎo)通。在一個(gè)實(shí)施例中，閾值電壓V_TH1+在Vdc±1V的范圍內(nèi)，或在V_dc至V_dc+0.25V的范圍內(nèi)，其中V_dc為正軌16與負(fù)軌18之間的電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，閾值電壓V_TH1-在±1V的范圍內(nèi)，或在-10mV至+10mV的范圍內(nèi)。

MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50中每個(gè)開關(guān)的每個(gè)相間電壓比較分別顯示在單獨(dú)的通道72、82、92、102、112和122上。在判定菱形74處，例程確定特定MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50的相間電壓是否大于預(yù)定閾值電壓V_TH1+。在相應(yīng)判定菱形74、84、94、104、114和124處，如果相間電壓大于閾值電壓V_TH1+，那么在相應(yīng)方框76、86、96、106、116和126處，例程關(guān)閉該特定MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50。否則，例程將MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50保持在其先前狀態(tài)下。然后，在判定菱形78、88、98、108、118和128處，例程確定相間電壓是否小于閾值電壓V_TH1-，如果相間電壓小于閾值電壓V_TH1-，那么在方框80、90、100、110、120和130處打開MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50。否則，MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50保持在其先前狀態(tài)下。然后在方框132處，所有輸出信號被發(fā)送至MOSFET開關(guān)40、42、44、46、48和50，并且過程在點(diǎn)134處返回至方框64。

可以設(shè)想的是，調(diào)壓功能和MOSFET控制功能可各自由單獨(dú)的電子控制電路來提供或者兩種功能可被集成到單一電子控制電路中?？墒褂秒x散和/集成電路、微控制器、數(shù)字信號處理器或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)的組合來實(shí)施電子控制電路。

通過使用以上所討論的MOSFET開關(guān)及控制方法，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10具有許多優(yōu)于那些采用僅二極管整流器電橋的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。具體地是，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10具有顯著降低的發(fā)電機(jī)整流損耗、顯著降低的散熱器運(yùn)行溫度，可通過由于熱負(fù)荷的降低而減少風(fēng)扇空氣流來降低風(fēng)扇損失及噪音，提高了發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10的整體效率、并且提高了車輛燃料經(jīng)濟(jì)性。

圖3-1以圖示的方式示出了在12伏特的電壓下發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率305的曲線圖301。水平軸306以RPM為單位示出發(fā)電機(jī)速度。垂直軸305以瓦特為單位示出輸出功率。線段307示出了具有同步整流器和繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的0度相角的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。線段308示出了具有同步整流器和繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的15度相角的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。線段309示出了具有同步整流器和繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的30度相角的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。線段310示出了具有二極管橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。在低發(fā)電機(jī)速度306下，輸出功率305在30度相角309下被示出為最高。隨著發(fā)電機(jī)速度306接近5000RPM，以15度相角308運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)被示出為產(chǎn)生更高的輸出功率305。隨著發(fā)電機(jī)速度306超過10000RPM，以0度相角307運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)被示出為產(chǎn)生最高輸出功率305。

圖3-2以圖示的方式示出了在13伏特的電壓下發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率305的曲線圖302。水平軸306以RPM為單位示出發(fā)電機(jī)速度。垂直軸305以瓦特為單位示出輸出功率。線段311示出了具有同步整流器和繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的0度相角的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。線段312示出了具有同步整流器和繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的15度相角的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。線段313示出了具有同步整流器和繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的30度相角的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。線段314示出了具有二極管橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。在低發(fā)電機(jī)速度306下，輸出功率305在30度相角313下被示出為最高。隨著發(fā)電機(jī)速度306接近5000RPM，以15度相角312運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)被示出為產(chǎn)生更高的輸出功率305。隨著發(fā)電機(jī)速度306超過10000RPM，以0度相角311運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)被示出為產(chǎn)生最高輸出功率305。

圖3-3以圖示的方式示出了在14伏特的電壓下發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率305的曲線圖303。水平軸306以RPM為單位示出發(fā)電機(jī)速度。垂直軸305以瓦特為單位示出輸出功率。線段315示出了具有同步整流器和繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的0度相角的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。線段316示出了具有同步整流器和繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的15度相角的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。線段317示出了具有同步整流器和繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的30度相角的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。線段318示出了具有二極管橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。在低發(fā)電機(jī)速度306下，輸出功率305在30度相角317下被示出為最高。隨著發(fā)電機(jī)速度306接近5000RPM，以15度相角316運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)被示出為產(chǎn)生更高的輸出功率305。隨著發(fā)電機(jī)速度306超過10000RPM，以0度相角315運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)被示出為產(chǎn)生最高輸出功率305。

圖3-4以圖示的方式示出了在15伏特的電壓下發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率305的曲線圖304。水平軸306以RPM為單位示出發(fā)電機(jī)速度。垂直軸305以瓦特為單位示出輸出功率。線段319示出了具有同步整流器和繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的0度相角的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。線段320示出了具有同步整流器和繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的15度相角的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。線段321示出了具有同步整流器和繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的30度相角的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。線段322示出了具有二極管橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)速度306下的輸出功率305。在低發(fā)電機(jī)速度306下，輸出功率305在30度相角321下被示出為最高。隨著發(fā)電機(jī)速度306接近5000RPM，以15度相角320運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)被示出為產(chǎn)生更高的輸出功率305。隨著發(fā)電機(jī)速度306超過10000RPM，以0度相角319運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)被示出為產(chǎn)生最高輸出功率305。

圖4-1以圖示的方式示出了曲線圖401，其示出了具有同步整流器并在一系列電壓下以15度相角控制運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率的增加。繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的相角滯后15度。垂直軸405以瓦特為單位示出發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率的增加。將輸出功率405的增加與不具有相角控制的帶有有源橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行比較。水平軸406以RPM為單位示出發(fā)電機(jī)速度。輸出功率的增加是針對具有同步整流器并在一系列電壓中的每一個(gè)下運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)而示出。曲線圖407示出了在12V電壓下以滯后15度相角運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率405的增加。曲線圖408示出了在13V電壓下以滯后15度相角運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率405的增加。曲線圖409示出了在14V電壓下以滯后15度相角運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率405的增加。曲線圖410示出了在15V電壓下以滯后15度相角運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率405的增加。垂直線段403示出了在電壓407、408、409和410中的每一個(gè)下功率405的增加為零時(shí)的發(fā)電機(jī)速度406。在電壓407、408、409和410中的每一個(gè)下，在發(fā)電機(jī)速度403之前的低發(fā)電機(jī)速度406下，具有同步整流器的發(fā)電機(jī)的輸出功率示出了相對于不具有相角控制的帶有有源橋式整流器的發(fā)電機(jī)的顯著增加。在低運(yùn)行速度下以所提出的使用同步整流器進(jìn)行相角控制的方法增加輸出可用來改進(jìn)電池的電荷平衡。這另外實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的潛在小型化，從而可降低成本。

圖4-2以圖示的方式示出了曲線圖402，其示出了具有同步整流器并在一系列電壓下以30度相角控制運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率的增加。繞線轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的相電流與感應(yīng)電壓之間的相角滯后30度。垂直軸405以瓦特為單位示出發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率的增加。將輸出功率405的增加與不具有相角控制的帶有有源橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行比較。水平軸406以RPM為單位示出發(fā)電機(jī)速度。輸出功率的增加是針對具有同步整流器并在一系列電壓中的每一個(gè)下運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)而示出。曲線圖411示出了在12V電壓下以滯后30度相角運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率405的增加。曲線圖412示出了在13V電壓下以滯后30度相角運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率405的增加。曲線圖413示出了在14V電壓下以滯后30度相角運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率405的增加。曲線圖414示出了在15V電壓下以滯后30度相角運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率405的增加。垂直線段404示出了在電壓411、412、413和414中的每一個(gè)下功率405的增加為零時(shí)的發(fā)電機(jī)速度406。在電壓411、412、413和414中的每一個(gè)下，在發(fā)電機(jī)速度404之前的低發(fā)電機(jī)速度406下，具有同步整流器的發(fā)電機(jī)的輸出功率示出了相對于不具有相角控制的帶有有源橋式整流器的發(fā)電機(jī)的顯著增加。在低運(yùn)行速度下以所提出的使用同步整流器進(jìn)行相角控制的方法增加輸出可用來改進(jìn)電池的電荷平衡。這另外實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的潛在小型化，從而可降低成本。

圖5-1以圖示的方式示出了曲線圖501，其示出了以1800RPM運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中具有和不具有相位超前兩者的電壓控制。水平軸506以秒為單位示出時(shí)間。垂直軸505以伏特為單位示出電壓。曲線圖507示出了具有二極管橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的隨時(shí)間506變化的電壓505。曲線圖508示出了具有同步整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的隨時(shí)間506變化的電壓505。曲線圖509示出了具有相角控制的帶有同步整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的隨時(shí)間506變化的電壓505。在1秒的時(shí)間處，電壓命令503被設(shè)置為13.8V。在2秒的時(shí)間處，電壓命令503下降至12V。由曲線圖509示出的所提出相角控制方法實(shí)現(xiàn)了對于在2秒時(shí)間點(diǎn)處從13.8V至12V的電壓命令503的階躍變化的顯著更快響應(yīng)。

圖5-2以圖示的方式示出了曲線圖502，其示出了以3000RPM運(yùn)行的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中具有和不具有相位超前兩者的電壓控制。水平軸506以秒為單位示出時(shí)間。垂直軸505以伏特為單位示出電壓。曲線圖511示出了具有二極管橋式整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的隨時(shí)間506變化的電壓505。曲線圖512示出了具有同步整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的隨時(shí)間506變化的電壓505。曲線圖513示出了具有相角控制的帶有同步整流器的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的隨時(shí)間506變化的電壓505。在1秒的時(shí)間處，電壓命令503被設(shè)置為13.8V。在2秒的時(shí)間處，電壓命令503下降至12V。由曲線圖513示出的所提出相角控制方法實(shí)現(xiàn)了對于在2秒時(shí)間點(diǎn)處從13.8V至12V的電壓命令503的階躍變化的顯著更快響應(yīng)。

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