專利名稱：：用于永磁發(fā)電機(jī)中的電壓調(diào)節(jié)的降壓/升壓方法用于永磁發(fā)電機(jī)中的電壓調(diào)節(jié)的降壓/升壓方法本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00610126378.1、申請(qǐng)日為2006年7月19日、發(fā)明名稱為“用于永磁發(fā)電機(jī)中的電壓調(diào)節(jié)的降壓/升壓方法”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
：永磁發(fā)電機(jī)(PMG)用來(lái)將機(jī)械能，通常是旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。典型的永磁發(fā)電機(jī)從原動(dòng)機(jī)接收機(jī)械能。原動(dòng)機(jī)可以是例如航空器的燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)。原動(dòng)機(jī)引起PMG中的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由在轉(zhuǎn)子中的永磁體產(chǎn)生的磁通量就會(huì)在定子繞組中感應(yīng)出一個(gè)電動(dòng)勢(shì)電壓。在每個(gè)線圈上感應(yīng)的電壓累積作為輸出電壓提供給負(fù)載。由PMG產(chǎn)生的輸出電壓既依賴于原動(dòng)機(jī)的速度，也依賴于負(fù)載的總體阻抗。那就是說(shuō)，當(dāng)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有一個(gè)下降，繼而引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，定子繞組感應(yīng)的輸出電壓就會(huì)有一個(gè)下降。而原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，相應(yīng)定子線圈感應(yīng)的輸出電壓也會(huì)有一個(gè)升高。同樣地，負(fù)載阻抗的降低會(huì)引起PMG的輸出電壓的升高，而負(fù)載阻抗的升高則會(huì)引起PMG的輸出電壓的降低。在許多應(yīng)用中，PMG的輸出電壓的變化是不能接受的。然而，精確控制原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或者負(fù)載阻抗也不總是可能的。在一些應(yīng)用中，更理想的是在原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或負(fù)載阻抗變化的情況下保持PMG輸出電壓的基本穩(wěn)定。在其他應(yīng)用中，更理想的是能在不必修正原動(dòng)機(jī)速度或負(fù)載阻抗的情況下控制PMG的輸出電壓。
發(fā)明內(nèi)容一方面，本發(fā)明是一個(gè)可調(diào)節(jié)輸出電壓的永磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個(gè)原動(dòng)機(jī)、一個(gè)具有連接原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的PMG，一個(gè)具有定子齒的定子，以及纏繞在定子齒上且被分成多個(gè)子線圈的定子線圈。降壓/升壓電壓同選定的子線圈相連接，其中在選定的子線圈中施加降壓/升壓來(lái)升高或降低輸出電壓?？刂破鞅O(jiān)測(cè)輸出電壓并基于監(jiān)測(cè)的輸出電壓選擇性地施加降壓/升壓電壓到子線圈。另一方面，本發(fā)明提出一種保持永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓的方法。該方法包括產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓，其中定子線圈被分成多個(gè)子線圈，選定的子線圈被連接在一起以產(chǎn)生輸出電壓。輸出電壓的變化可以被監(jiān)測(cè)，同時(shí)基于監(jiān)測(cè)到的輸出電壓，將降壓/升壓電壓施加到?jīng)]有連接以產(chǎn)生輸出電壓的子線圈，從而升高或降低輸出電壓。圖1是本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的功能方塊圖，該系統(tǒng)可以保持恒定的輸出電壓。圖2是剖視圖，顯示了本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。圖3是電路圖，顯示了第一種結(jié)構(gòu)連接的PMG的定子線圈，其中第一子線圈串聯(lián)連接，第二子線圈串聯(lián)連接。圖4A-4C是電路圖，顯示了對(duì)于連接第一種結(jié)構(gòu)的PMG的第二子線圈不施加電壓、施加一個(gè)升壓電壓或施加一個(gè)降壓電壓的效果。圖5是電路圖，顯示了第二種結(jié)構(gòu)連接的PMG的定子線圈，其中第一子線圈與第二子線圈串聯(lián)連接。圖6是電路圖，顯示了第二種結(jié)構(gòu)連接的PMG的第一和第二子線圈的效果。圖7是電路圖，顯示PMG的定子線圈被分成三個(gè)子線圈。具體實(shí)施例方式圖1顯示了本發(fā)明永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例，其中包括原動(dòng)機(jī)12，永磁發(fā)電機(jī)(PMG)14，三相輸出電壓VoA，VoB和VoC，負(fù)載16，控制器18，開關(guān)陣列19，和降壓/升壓電壓源20。原動(dòng)機(jī)12與PMG14相連，給PMG14提供旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。PMG14將原動(dòng)機(jī)12提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，并將其輸出到負(fù)載16上，其顯示為三相輸出電壓VoA，VoB，VoC(統(tǒng)一稱為“輸出電壓Vo”)。在PMG14的外部有兩個(gè)變量影響輸出電壓Vo。第一個(gè)是原動(dòng)機(jī)12的旋轉(zhuǎn)速度。如果原動(dòng)機(jī)12旋轉(zhuǎn)得更快，輸出電壓Vo就會(huì)上升。如果原動(dòng)機(jī)12旋轉(zhuǎn)得更慢，輸出電壓Vo就會(huì)下降。影響輸出電壓Vo的第二個(gè)變量就是負(fù)載16的阻抗。如果負(fù)載16的阻抗升高，則由PMG14提供的輸出電壓Vo就會(huì)下降。如果負(fù)載16的阻抗降低，則由PMG14提供的輸出電壓Vo就會(huì)上升。在很多應(yīng)用中，原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)載阻抗都不是容易被控制的。本發(fā)明提出了一個(gè)系統(tǒng)和方法，其能在原動(dòng)機(jī)12的轉(zhuǎn)速和負(fù)載16的阻抗變化的情況下保持相對(duì)恒定的輸出電壓Vo。為了保持一個(gè)恒定的輸出電壓Vo，控制器18監(jiān)測(cè)輸出電壓Vo。如果探測(cè)到了輸出電壓Vo的變化，控制器18就會(huì)有選擇地操作開關(guān)陣列19中的多個(gè)開關(guān)(如圖3、5和7所示)來(lái)配置定子線圈(如圖2-7所示)，從而有效調(diào)節(jié)輸出電壓Vo。每一個(gè)定子線圈都被分為兩個(gè)或多個(gè)子線圈。依據(jù)所探測(cè)到的輸出電壓Vo，控制器18控制開關(guān)陣列19中的開關(guān)與子線圈連接成很多可能結(jié)構(gòu)中的一種，從而得到理想的輸出電壓。控制器18同時(shí)負(fù)責(zé)控制降壓/升壓電壓Vbb何時(shí)以及如何施加到PMG14的子線圈上。當(dāng)降壓/升壓電壓Vbb施加于子線圈上時(shí)，可以用來(lái)降壓(降低)或者升壓(升高)輸出電壓Vo，就如其名字那樣。有幾種方法可以產(chǎn)生降壓/升壓電壓Vbb。在每個(gè)實(shí)施例中，降壓/升壓電壓都保持在和輸出電壓Vo相同的頻率。下面將詳細(xì)討論其原因，但是如果在降壓/升壓電壓和輸出電壓Vo之間沒有一致的頻率，就不能保持電壓恒定。依據(jù)操作(降壓或升壓)，降壓/升壓電壓可以與輸出電壓Vo同相(在升壓的情況下)，也可以與輸出電壓Vo保持180°的相位差(在降壓的情況下)。在一個(gè)實(shí)施例中，一部分輸出電壓Vo通過控制器19和開關(guān)陣列20反饋給PMG14的子線圈。這種布置保證了降壓/升壓電壓Vbb的頻率和輸出電壓Vo—致。在另外的一個(gè)實(shí)施例中，除了位于PMG14中的定子線圈組(圖2所示)，第二組定子線圈(未示出)用來(lái)從原動(dòng)機(jī)12提供的機(jī)械能中產(chǎn)生電壓。當(dāng)原動(dòng)機(jī)12旋轉(zhuǎn)時(shí)，PMG14中的定子線圈同第二組定子線圈一起產(chǎn)生電壓。由于原動(dòng)機(jī)12的頻率同PMG14中的定子組和第二組定子是一致的，所以由PMG14和第二組定子線圈產(chǎn)生的電壓的頻率也是相同的。在這兩種實(shí)施例中，降壓/升壓電壓Vbb都與輸出電壓Vo同相。通過切換連接降壓/升壓電壓Vbb到選定子線圈的輸入導(dǎo)線，降壓/升壓電壓的相位可以被改變180度。因而，在一個(gè)升壓操作中，由上述方法之一產(chǎn)生的降壓/升壓電壓Vbb被傳輸?shù)竭x定的子線圈上，并和輸出電壓Vo保持同相。而在一個(gè)降壓操作中，由上述方法之一產(chǎn)生的降壓/升壓電壓Vbb被傳輸?shù)竭x定的子線圈上，并和輸出電壓Vbb保持一個(gè)180度的相位差。圖2顯示了本發(fā)明的永磁發(fā)電機(jī)14的另一個(gè)實(shí)施例，包括定子22，轉(zhuǎn)子24，和連接轉(zhuǎn)子24到原動(dòng)機(jī)12的軸26(在圖1中示出)。轉(zhuǎn)子24包括多個(gè)極P1-P24，使之成為一個(gè)24極的轉(zhuǎn)子。定子22包括多個(gè)定子槽S1-S36，使之成為一個(gè)36槽的定子。每個(gè)相鄰組的槽，例如Sl和S2，組成了一個(gè)定子齒，其上纏繞著線圈或繞組(此例中是線圈CAl)。由于PMG14的輸出是三相電源，因此有三組電氣絕緣的線圈。為了顯示方便，圖2僅僅示出了產(chǎn)生輸出電壓VoA(在圖1中為三相電源的一相)的一組線圈CA1-CA12。線圈CAl纏繞在定子槽Sl和S2之間的定子齒上。線圈CA2纏繞在定子槽S4和S5之間的定子齒上。線圈CA3纏繞在定子槽S7和S8之間的定子齒上，如此類推。為了使效率最大化，線圈組CA1-CA12在定子22周圍等距離分布。線圈CA1-CA12的等距分布和槽/極/相位比0.5(36個(gè)槽/24個(gè)極/3相)的配置，使CA1-CA12的每個(gè)線圈受到極P1-P24產(chǎn)生的磁通量的相同的幅度和方向，從而使輸出電壓VoA最大化。其他兩組線圈(圖中未示出)在槽S1-S36之間剩余的定子齒上纏繞成相同的樣式，從而產(chǎn)生另外兩相功率VoB和VoC。如圖3-7所示和上面討論的那樣，每個(gè)線圈CA1-CA12(和產(chǎn)生輸出電壓VoB和VoC的線圈)被分成多個(gè)子線圈，且都可以以多種結(jié)構(gòu)連接來(lái)升高或者降低輸出電壓Vo。原動(dòng)機(jī)12提供的旋轉(zhuǎn)通過軸26傳送到轉(zhuǎn)子24。因而，原動(dòng)機(jī)12引起轉(zhuǎn)子24和其上的磁極P1-P24跟著旋轉(zhuǎn)。多個(gè)線圈CA1-CA12上的電壓由磁極P1-P24的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生，而產(chǎn)生的磁通量也被線圈CA1-CA12經(jīng)歷。每個(gè)相鄰磁極必須是不同極性的。舉例而言，如果磁極P2是個(gè)磁場(chǎng)北極，那么磁極Pl和P3都必須是磁場(chǎng)南極。由相鄰磁極產(chǎn)生的磁通量部分穿過在定子22中的多個(gè)線圈CA1-CA12(和未示出的那些線圈)。當(dāng)轉(zhuǎn)子24旋轉(zhuǎn)時(shí)，穿過CA1-CA12的磁通量發(fā)生變化，在CA1-CA12的每個(gè)線圈就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)電壓。正像圖3-7所示的那樣，線圈CA1-CA12被分成子線圈。依據(jù)不同子線圈的連接方式，輸出電壓VoA可以根據(jù)所期望的被調(diào)節(jié)。由多個(gè)線圈產(chǎn)生的輸出電壓Vo可以被描述為下列方程，假設(shè)輸出電壓沒有連接負(fù)載Vo=4.44X(頻率)X(匝數(shù))X(磁通量)X(面積X10_8)方程1方程1表示影響輸出電壓Vo的變量。每個(gè)變量都與電壓直接相關(guān)，因而頻率、匝數(shù)、磁通量或者面積增加，輸出電壓16的值就會(huì)升高。同樣的，如果任何一個(gè)變量值減少，輸出電壓16的值也會(huì)降低。頻率與原動(dòng)機(jī)12的轉(zhuǎn)速有關(guān)系，而面積指的是線圈CA1-CA12的每一個(gè)的橫截面積。原動(dòng)機(jī)的頻率獨(dú)立于PMG14之外，而且在本發(fā)明中不能被直接控制。同樣，面積在本發(fā)明中也保持一個(gè)恒定值。如此，只有匝數(shù)和磁通量作為剩下的變量可以影響輸出電壓Vo。匝數(shù)指的是組成每個(gè)線圈CA1-CA12的電線卷繞的次數(shù)。本發(fā)明的一個(gè)方面，控制器18可以有選擇地調(diào)節(jié)子線圈是如何連接的。這就使得控制器18能調(diào)整有助于產(chǎn)生輸出電壓Vo的線圈的匝數(shù)。同樣地，磁通量指的是磁通量穿過每個(gè)線圈CA1-CA12的密度。正如圖3-7所示，本發(fā)明可以有選擇地改變每個(gè)線圈的磁通量的密度，通過有選擇地將降壓/升壓電壓Vbb加到子線圈上，從而改變輸出電壓16。圖3-7顯示了一些方法，通過這些方法，不僅線圈C1-C12，而且其他兩相中對(duì)應(yīng)功能的線圈都可以被連接來(lái)改變產(chǎn)生的輸出電壓。圖3顯示線圈CA1-CA12，每個(gè)線圈被分成第一子線圈CAla_CA12a和第二子線圈CAlb-CA12b。例如，線圈CAl被分成第一子線圈CAla和第二子線圈CAlb，線圈CA2被分成第一子線圈CA2a和第二子線圈CA2b。為了保持在根據(jù)選定的特定結(jié)構(gòu)下的每個(gè)線圈CA1-CA12之間產(chǎn)生的電壓相同，多個(gè)第一子線圈CAla-CA12a中的每一個(gè)的匝數(shù)都是相同的，多個(gè)第二子線圈CAlb-CA12b中的每一個(gè)的匝數(shù)也是相同的。例如，在該實(shí)施例中，第一子線圈CAla-CA12a和線圈CA1-CA12的匝數(shù)比是0.61。那就是說(shuō)，線圈CA1-CA12被劃分成第一子線圈CAla-CA12a包括匝數(shù)的60%，而第二子線圈Alb_CA12b包括匝數(shù)的剩下40%。處于簡(jiǎn)化的目的，這個(gè)實(shí)施例示出了每個(gè)線圈都被分為兩個(gè)子線圈。多個(gè)開關(guān)SW1_SW36(通稱SW)允許第一和第二子線圈可以被連接成多種不同結(jié)構(gòu)。在圖3顯示的實(shí)施例中，開關(guān)SWl與第一子線圈CAla相連，而開關(guān)SW2和SW3則與第二子線圈CAlb相連。同樣地，開關(guān)SW4與第一子線圈CA2a相連，而開關(guān)SW5和SW6則與第二子線圈CA2b相連。每個(gè)開關(guān)SW都可以在兩種可能的連接方式中選擇其中之一。和每個(gè)開關(guān)SW相關(guān)聯(lián)的連接都在圖3和圖5中用“1”或“2”標(biāo)明。第一種結(jié)構(gòu)中，如圖3所示，開關(guān)SW被置于在用“1”標(biāo)識(shí)的第一位置。第二種結(jié)構(gòu)中，如圖5所示，開關(guān)SW被置于用“2”標(biāo)識(shí)的第二位置。通過將開關(guān)SW設(shè)置在第一位置，第一子線圈CAla-CA12a是彼此串聯(lián)連接。例如，第一子線圈CAla與第一子線圈CA2a通過開關(guān)SWl串聯(lián)在一起。同樣地，如果開關(guān)SW在第一位置下，第二子線圈CAlb-CA12b是彼此串聯(lián)連接。例如，第二子線圈CAlb與第二子線圈CA2b通過開關(guān)SW3和SW5串聯(lián)在一起。降壓/升壓電壓源Vbb也與第二子線圈CAlb-CA12b串聯(lián)在一起。如圖3所示，降壓/升壓電壓Vbb通過開關(guān)SW2與第二子線圈CAlb連接，通過開關(guān)SW36與第二子線圈CA12b連接。當(dāng)多個(gè)開關(guān)SW置于第一位置時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓依賴于降壓/升壓電壓Vbb的施加。降壓/升壓電壓Vbb可以有三種施加方式一種是沒有施加降壓/升壓電壓的情況(如圖4A所示)；一種是施加降壓/升壓電壓使得第二子線圈中產(chǎn)生的磁通量增加第一子線圈中的磁通量(如圖4B所示)；還有一種是施加降壓/升壓電壓使得第二子線圈中產(chǎn)生的磁通量減少第一子線圈中的磁通量(如圖4C所示)。將開關(guān)SW置于第二位置時(shí)(如圖5所示)，第一子線圈CAla-CA12a和第二子線圈CAlb_CA12b互相串聯(lián)在一起，從而增加了可以用來(lái)產(chǎn)生輸出電壓VoA的總匝數(shù)，使得輸出電壓VoA按方程1得到一個(gè)增加。這些結(jié)構(gòu)中的每一種將在下面詳細(xì)討論。圖4A顯示了無(wú)外加降壓/升壓電壓Vbb到多個(gè)第二子線圈CAlb_CA12b的情況。由于互相串聯(lián)在一起的多個(gè)第二子線圈CAlb-CA12b上沒有外加降壓/升壓電壓Vbb，因此在第二子線圈CAlb-CA12b中沒有磁通量產(chǎn)生。因?yàn)榈诙泳€圈CAlb-CA12b中沒有磁通量產(chǎn)生，所以就對(duì)由第一子線圈CAla-CA12a產(chǎn)生的輸出電壓沒有影響。多個(gè)磁極P1_P24(如圖2所示)產(chǎn)生的磁通量穿過第一子線圈CAla-CA12a，從而在每個(gè)第一子線圈中產(chǎn)生電壓。由于每個(gè)第一子線圈CAla-CA12a都是串聯(lián)連接，而且經(jīng)過每個(gè)子線圈的磁通量在每個(gè)子線圈中都是沿著同一方向，因此產(chǎn)生的輸出電壓VoA就是第一子線圈CAla-CA12a中的每一個(gè)所產(chǎn)生的電壓的疊加值。這種子線圈的結(jié)構(gòu)，連同沒有任何降壓/升壓電壓Vbb，被稱為是正常操作。這個(gè)結(jié)構(gòu)中，盡管原動(dòng)機(jī)12的轉(zhuǎn)速(如圖1示)或負(fù)載16的阻抗(如圖1示)會(huì)有變化，但是輸出電壓16也能被調(diào)節(jié)。那就是說(shuō)，輸出電壓Vo可以按需要升高或降低來(lái)抵消外界變化帶來(lái)的升高或降低。圖4B顯示了一個(gè)實(shí)施例，其中開關(guān)SW又被連接在第一位置，第一子線圈CAIa-CA12a串聯(lián)在一起，第二子線圈CAlb_CA12b與降壓/升壓電壓Vbb串聯(lián)在一起。然而，圖4B中，降壓/升壓電壓Vbb被施加在第二子線圈CAlb-CA12b中，從而對(duì)輸出電壓VoB產(chǎn)生升壓效應(yīng)。施加的降壓/升壓電壓Vbb與輸出電壓VoA的相位一致，從而使得第二子線圈CAlb-CA12b中產(chǎn)生的磁通量與轉(zhuǎn)子24產(chǎn)生的磁通量在方向上相同(如圖2所示)。當(dāng)轉(zhuǎn)子24沿著磁極P1-P24旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈CA1-CA12受到的磁通量改變方向，導(dǎo)致交變電流源的產(chǎn)生。為了使降壓/升壓電壓Vbb能一致地增加子線圈CAla-CA12a中的磁通量，降壓/升壓電壓Vbb必須與輸出電壓VoA保持在同樣的頻率。上面已經(jīng)討論了保持降壓/升壓電壓Vbb的合適頻率的幾種方法。在第一子線圈CAla_CA12a和第二子線圈CAlb_CA12b中的磁通量的附加特性被在圖4B中位于相鄰每個(gè)子線圈上的箭頭標(biāo)明。第二子線圈CAlb-CA12b中產(chǎn)生的磁通量會(huì)增加第一子線圈CAla_CA12a中磁通量的凈值，因此增加輸出電壓VoA的值。值得重視的是，盡管第一子線圈CAla和第二子線圈CAlb在圖3-7中都被示為電氣分離的元件，但它們每個(gè)也都是線圈CAl的子部分，且線圈CAl是纏繞在單一一個(gè)定子齒上。因此，第一子線圈CAla和第二子線圈CAlb是通過纏繞線圈CAl的定子齒耦合在一起的。第二子線圈CAlb-CA12b中產(chǎn)生的磁通量會(huì)影響第一子線圈CAla-CA12a中的磁通量。正如上述方程1所示，增加第一子線圈CAla受到的磁通量會(huì)引起第一子線圈CAla所產(chǎn)生的電壓的增加。因此，相比于圖4A中產(chǎn)生的輸出電壓，通過在圖4B中所示的開關(guān)結(jié)構(gòu)和降壓/升壓電壓Vbb所產(chǎn)生的輸出電壓就會(huì)導(dǎo)致輸出電壓VoA的增加。對(duì)圖4A和4B而言，能產(chǎn)生輸出電壓VoA的線圈數(shù)量是一樣的，然而，圖4B的實(shí)施例中，由于第一子線圈CAla-CA12a中產(chǎn)生有附加的磁通量，所以產(chǎn)生更大的輸出電壓VoA。由其他線圈(未示出)產(chǎn)生的輸出電壓VoB和VoC也是一樣的。圖4C表示將開關(guān)SW連接第一位置，同時(shí)將一個(gè)降壓電壓施加到第二子線圈CAlb-CA12b的情況。降壓/升壓電壓Vbb被施加以使得第二子線圈CAlb-CA12b中產(chǎn)生的磁通量與轉(zhuǎn)子24產(chǎn)生和第一子線圈CAla-CA12a受到的磁通量在方向上相反(如圖2所示)。這就需要降壓/升壓電壓Vbb與輸出電壓Vo保持同樣的頻率。然而，為了使降壓/升壓電壓Vbb能降低第一子線圈CAla-CA12a受到的磁通量，降壓/升壓電壓Vbb的相位被設(shè)置成與輸出電壓VoA有一個(gè)180度的相位差(也就是反相)。在一個(gè)實(shí)施例中，通過切換連接降壓/升壓電壓Vbb至第二子線圈CAlb-CA12b的導(dǎo)線來(lái)改變降壓/升壓電壓Vbb的相位。與第一和第二子線圈相鄰的方向箭頭表明第二子線圈中CAlb-CA12b中的磁通量是如何對(duì)抗第一子線圈CAla-CA12a受到的磁通量的。第二子線圈CAlb_CA12b中產(chǎn)生的磁通量消減了第一子線圈CAla-CA12a中的磁通量，因而也降低了輸出電壓VoA。如上所述，第二子線圈CAlb中產(chǎn)生的磁通量沿著定子齒傳送，從而影響第一子線圈CAla。通過使用降壓/升壓電壓Vbb在第二子線圈CAlb-CA12b中產(chǎn)生反向磁通量，降低了第一子線圈CAla-CA12a中的磁通量，從而降低了輸出電壓VoA。如方程1所示，降低第一子線圈CAla受到的磁通量會(huì)引起第一子線圈CAla所產(chǎn)生的電壓下降。因此，相比于圖4A中的輸出電壓，輸出電壓VoA降低了。對(duì)于圖4A-4C而言，能產(chǎn)生輸出電壓VoA的線圈數(shù)量是一樣的，然而，在圖4C所示的實(shí)施例中，由于第一子線圈CAla-CA12a中產(chǎn)生較少的磁通量，因此導(dǎo)致輸出電壓VoA下降。盡管本發(fā)明可以用來(lái)保持一個(gè)恒定的輸出電壓Vo，但是如果我們假設(shè)負(fù)載16的阻抗和原動(dòng)機(jī)12的轉(zhuǎn)速保持不變，且不同結(jié)構(gòu)對(duì)輸出電壓Vo的影響可以揭示出來(lái)，那么我們就更容易理解這項(xiàng)發(fā)明的機(jī)理。舉例而言，假設(shè)線圈CA1-CA12(不考慮子線圈的結(jié)構(gòu))能在原動(dòng)機(jī)12的當(dāng)前頻率和負(fù)載16的阻抗下產(chǎn)生IOOV(rms)的輸出電壓Vo，進(jìn)一步，假設(shè)第一子線圈CAla-CA12a占構(gòu)成線圈CA1-CA12的繞組匝數(shù)的80%(第一子線圈與線圈匝數(shù)比為0.81)。在這些假設(shè)下，如果第一子線圈CAla-CA12a和第二子線圈CAlb_CA12b按照第一種結(jié)構(gòu)連接在一起，同時(shí)按圖4A所示沒有外加降壓/升壓電壓Vbb，那么第一子線圈CAIa-CA12a將產(chǎn)生80V(rms)的輸出電壓VoA。如果降壓/升壓電壓Vbb如圖4B所示施加到第二子線圈CAlb-CA12b上，就會(huì)引起第一子線圈CAla-CA12a受到的磁通量的增加，從而產(chǎn)生IOOV的輸出電壓VoA。同樣地，如果降壓/升壓電壓Vbb如圖4C所示施加到第二子線圈CAlb-CA12b上，就會(huì)引起第一子線圈CAla-CA12a受到的磁通量的凈減，從而產(chǎn)生60V的輸出電壓VoA。圖5顯示了一個(gè)實(shí)施例，其中開關(guān)SW1-SW36按照第二種結(jié)構(gòu)連接在一起(每個(gè)開關(guān)都被置于“2”標(biāo)識(shí)的位置)，從而將第一子線圈CAla-CA12a與第二子線圈CAlb_CA12b串聯(lián)在一起。那就是說(shuō)，第一子線圈CAla與第二子線圈CAlb通過開關(guān)SWl和SW2串聯(lián)在一起。第二子線圈CAlb與下一個(gè)第一子線圈CA2a通過開關(guān)SW3串聯(lián)在一起。降壓/升壓電壓Vbb在這種結(jié)構(gòu)中沒有任何連接。由于每個(gè)子線圈都是串聯(lián)的，這種結(jié)構(gòu)的操作本質(zhì)上就如同線圈CA1-CA12。也就是，第一子線圈CAla和第二子線圈CAlb就像CAl—樣工作。同樣，第一子線圈CA2a和第二子線圈CA2b也如同CA2—樣工作。圖6表示將第一子線圈CAla_CA12a與第二子線圈CAlb_CA12b串聯(lián)的影響。在這種結(jié)構(gòu)中，盡管降壓/升壓電壓Vbb沒有在多個(gè)第二子線圈CAlb-CA12b中產(chǎn)生磁通量，但是由于增加了附加的線圈匝數(shù)，PMG14產(chǎn)生的輸出電壓Vo也會(huì)增加。依據(jù)方程1所指出，輸出電壓Vo與匝數(shù)直接相關(guān)，當(dāng)匝數(shù)增加時(shí)，輸出電壓VoA也會(huì)增加。在圖6的實(shí)施例中，第二子線圈CAlb-CA12b與第一子線圈CAla-CA12a串聯(lián)在一起，增加了用來(lái)產(chǎn)生輸出電壓VoA的線圈匝數(shù)。而增加線圈匝數(shù)就會(huì)提高輸出電壓VoA的值。使用上述的數(shù)字示例，假設(shè)線圈CA1-CA12能在原動(dòng)機(jī)12的當(dāng)前頻率和負(fù)載16的當(dāng)前阻抗下產(chǎn)生IOOV(rms)的電壓。通過將第一子線圈CAla_CA12a與CAlb_CA12b串聯(lián)，用來(lái)產(chǎn)生輸出電壓VoA的繞組數(shù)量與組成線圈CA1-CA12的繞組數(shù)量相同，結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)IOOV(rms)的輸出電壓VoA。如圖3-6所示，可以通過調(diào)節(jié)穿過子線圈用于產(chǎn)生輸出電壓Vo的磁通量，或者也可以通過調(diào)節(jié)產(chǎn)生輸出電壓Vo的繞組數(shù)來(lái)改變或保持輸出電壓Vo。然而，也正如圖3-6所示，在調(diào)節(jié)輸出電壓Vo上，將線圈分成兩個(gè)子線圈只能提供有限的靈活性。通過增加每個(gè)線圈CA1-CA12中的子線圈的數(shù)量，可以調(diào)節(jié)更理想的輸出電壓VoA。例如，圖7所示為線圈CA1-CA12被分成三組子線圈，第一子線圈CAla_CA12a，第二子線圈CAlb-CA12b，第三子線圈CAlc-CA12c。簡(jiǎn)單起見，子線圈都被連接到開關(guān)陣列19而不是單個(gè)開關(guān)上。降壓/升壓電壓Vbb也通過開關(guān)陣列19施加到選定的子線圈上。這就使得降壓/升壓電壓Vbb可以被施加到多于一組的子線圈上。簡(jiǎn)單起見，我們?cè)偌僭O(shè)每個(gè)線圈CA1-CA12由100匝組成。例如，第一子線圈CAla-CA12a有60匝，第二子線圈CAlb-CA12b有30匝，第三子線圈CAlc-CA12c由剩下的10匝組成。通過外加降壓/升壓電壓Vbb來(lái)降低或升高輸出電壓的機(jī)理，與通過增加或減少用來(lái)產(chǎn)生輸出電壓Vo的子線圈數(shù)量(也就是匝數(shù))進(jìn)而降低或升高輸出電壓的機(jī)理，二者其實(shí)是一樣的，就像上面例子討論過的那樣。差別僅在于，結(jié)構(gòu)的數(shù)量增加了，因而輸出電壓Vo的調(diào)節(jié)能力也增大了。例如，如果僅僅第一子線圈CAla_CA12a串聯(lián)連接，且沒有外加降壓/升壓電壓Vbb,那么在我們的數(shù)字示例中，第一子線圈CAla-CA12a就會(huì)產(chǎn)生60V(rms)的輸出電壓VoA0通過有選擇地連接第二子線圈CAlb-CA12b或者第三子線圈CAlc_CA12c，并且施加降壓/升壓電壓Vbb，輸出電壓VoA就可以被嚴(yán)密控制。正如圖7所示，由于降壓/升壓電壓Vbb根據(jù)條件被施加到不同的子線圈上，降壓/升壓電壓Vbb連接到開關(guān)陣列19中的開關(guān)，從而使控制器18能夠選擇被施加了降壓/升壓電壓Vbb的子線圈，并且控制降壓/升壓電壓Vbb被施加時(shí)的相位。下述的表1列舉了一些例子，顯示將子線圈連接成不同結(jié)構(gòu)是如何影響輸出電壓VoA的，盡管在操作中，本發(fā)明能夠意不同結(jié)構(gòu)連接子線圈以便在轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化的情況下保持實(shí)質(zhì)恒定的輸出電壓VoA。表1理想輸出電壓VoA子線圈的配置降壓/升壓電壓20V(rms)第一子線圈單獨(dú)串聯(lián)連接，降壓電壓施加到串聯(lián)的^第二和第三子線圈互相串聯(lián)第二和第三子線圈上30V(rms)第一子線圈單獨(dú)串聯(lián)連接，降壓電壓施加到第二子^第二子線圈單獨(dú)串聯(lián)連接，線圈上第三子線圈沒有使用40V(rms)第一和第三子線圈互相串聯(lián)降壓電壓施加到第二子^第二子線圈單獨(dú)串聯(lián)連接線圈上50V(rms)第一子線圈單獨(dú)串聯(lián)連接，降壓電壓施加到第三子^第三子線圈單獨(dú)串聯(lián)連接，線圈上第二子線圈沒有使用60V(rms)第一子線圈單獨(dú)串聯(lián)連接，沒有施加降壓/升壓電壓第二和第三子線圈沒有使用70V(rms)第一和第三子線圈互相串聯(lián)沒有施加降壓/升壓電壓第二子線圈沒有使用80V(rms)第一和第二子線圈互相串聯(lián)降壓電壓施加到第三子^第三子線圈單獨(dú)串聯(lián)連接線圈上<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從這個(gè)例子看出，將線圈CA1-CA12分成三組子線圈在控制輸出電壓VoA方面提供了更大的靈活性，因此可以保持一個(gè)實(shí)質(zhì)恒定的輸出電壓VoA(對(duì)于輸出電壓VoB和VoC亦然)。上面描述了一個(gè)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和方法，其中定子線圈至少被細(xì)分成了兩個(gè)子線圈。其他的實(shí)施例中，定子線圈可以被細(xì)分成兩個(gè)以上的子線圈，從而可以實(shí)現(xiàn)更多的結(jié)構(gòu)選擇。該調(diào)節(jié)方法使用了控制器，來(lái)有選擇地控制多個(gè)開關(guān)以連接不同結(jié)構(gòu)下的子線圈的數(shù)量(使得用來(lái)產(chǎn)生輸出電壓的匝數(shù)變化)，也能有選擇地應(yīng)用降壓/升壓電壓來(lái)增加或減少對(duì)產(chǎn)生輸出電壓的部分線圈所受到的磁通量?？刂破骷扔脕?lái)配置子線圈，也用來(lái)施加適當(dāng)?shù)慕祲?升壓電壓，使得可以將PMG的輸出電壓調(diào)節(jié)到一個(gè)期望值。例如，如果輸出電壓開始由于原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加或連接PMG的負(fù)載阻抗的減少而導(dǎo)致升高，控制器就可以設(shè)定子線圈的數(shù)量和降壓/升壓電壓值，從而降低PMG的輸出電壓。其他的實(shí)施例中，也可能需要的是有選擇地增加或減少PMG的輸出電壓，而不是保持一個(gè)恒定的電壓電平。權(quán)利要求一種用于永磁發(fā)電機(jī)(PMG)的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該永磁發(fā)電機(jī)具有被分成多個(gè)子線圈的定子線圈，該電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括用于監(jiān)測(cè)由選擇的PMG的子線圈所產(chǎn)生的輸出電壓的裝置；和用于基于監(jiān)測(cè)的輸出電壓，將降壓/升壓電壓施加到?jīng)]有被連接到用于產(chǎn)生輸出電壓的子線圈的那些子線圈，以便有選擇地增加或減小輸出電壓的裝置。2.權(quán)利要求1的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中將降壓/升壓電壓與輸出電壓同相位地施加到子線圈上，以便提高或增加輸出電壓。3.權(quán)利要求1的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中將降壓/升壓電壓與輸出電壓有180度相位差地施加到子線圈上，以便降低或減小輸出電壓。4.權(quán)利要求1的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生降壓/升壓電壓的裝置。5.權(quán)利要求4的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中用于產(chǎn)生降壓/升壓電壓的裝置包括PMG中的第二定子，其產(chǎn)生一個(gè)與輸出電壓同頻率的降壓/升壓電壓。6.權(quán)利要求1的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中每個(gè)定子線圈中的子線圈包括多匝，而且一個(gè)定子線圈中的每個(gè)子線圈都有不同的匝數(shù)。7.權(quán)利要求1的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括開關(guān)陣列，其具有用于有選擇地將子線圈以多種結(jié)構(gòu)連接的多個(gè)開關(guān)。8.權(quán)利要求7的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于基于監(jiān)測(cè)的輸出電壓，控制開關(guān)陣列中的多個(gè)開關(guān)以有選擇地將子線圈以多種結(jié)構(gòu)中的一種連接在一起的裝置。9.權(quán)利要求7的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中控制多個(gè)開關(guān)以將選定的子線圈與用于產(chǎn)生輸出電壓的子線圈串聯(lián)連接，以便有選擇地增加輸出電壓。10.權(quán)利要求1的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中用于監(jiān)測(cè)由選擇的PMG的子線圈所產(chǎn)生的輸出電壓的裝置包括被連接以監(jiān)測(cè)由選擇的子線圈產(chǎn)生的輸出電壓的控制器。11.權(quán)利要求1的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中用于施加降壓/升壓電壓的裝置包括基于監(jiān)測(cè)的輸出電壓使得降壓/升壓電壓被施加到子線圈上的控制器。12.權(quán)利要求11中的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中控制器使得降壓/升壓電壓被與輸出電壓有一個(gè)180度的相位差地施加到子線圈上，以便減小輸出電壓。13.權(quán)利要求11中的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中控制器使得降壓/升壓電壓被與輸出電壓同相位地施加到子線圈上，以便增加輸出電壓。全文摘要用于永磁發(fā)電機(jī)中的電壓調(diào)節(jié)的降壓/升壓方法，電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持了永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓在一個(gè)基本恒定的電平上。永磁發(fā)電機(jī)中的定子線圈被分成多個(gè)子線圈。通過施加降低/升高的電壓到選定的子線圈上，從而使得永磁發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的輸出電壓升高或者降低。與子線圈相連的多個(gè)開關(guān)使子線圈可以連接成多種不同的結(jié)構(gòu)。將子線圈連接成一種特定結(jié)構(gòu)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)的輸出電壓將降低/升高電壓施加到選定的子線圈上，從而使電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)能保持一個(gè)基本恒定的輸出電壓。文檔編號(hào)H02P9/48GK101807876SQ20101014466公開日2010年8月18日申請(qǐng)日期2006年7月19日優(yōu)先權(quán)日2005年7月20日發(fā)明者G·H·塞費(fèi)爾尼克,M·J·夏申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