Un método para la regulación de un generador eléctrico que comprende un origen del campo (108) y un primer y un segundo devanado de generación de potencia (110,

112) para suministrar intensidad a la primera y segunda salida (126, 128), respectivamente, comprendiendo dicho método: (a) la conducción de intensidad entre el primer devanado de generación de potencia (110) y la primera salida (126) cuando la primera tensión de salida cae por debajo de un primer umbral; (b) conducir intensidad entre el segundo devanado de generación de potencia (112) y la segunda salida (128) cuando la segunda tensión de salida cae por debajo de un segundo umbral; (c) el aumento de la intensidad a través del origen del campo (108) cuando una cualquiera de la primera y segunda tensiones de salida cae por debajo de los umbrales respectivos, (d) disminuir la intensidad a través del origen del campo (108) cuando (i) la primera tensión de salida excede el primer umbral y (ii) la segunda tensión de salida excede el segundo umbral (e) interrumpir la intensidad entre el primer devanado de generación de potencia (110) y la primera salida (126) cuando la primera tensión de salida excede el primer umbral; y (f) interrumpir la intensidad entre el segundo devanado de generación de potencia (112) y la segunda salida (128) cuando la segunda tensión de salida excede el segundo umbral

Antecedentes

Esta invención se refiere a un generador eléctrico tal como un alternador que sea capaz de proporcionar corriente en dos tensiones separadas.

Un vehículo moderno usa un alternador para alimentar al sistema eléctrico del vehículo y para recargar una batería que proporciona energía eléctrica de reserva cuando el motor del vehículo no está funcionando o cuando no hay una energía eléctrica suficiente desde el alternador. El alternador incluye un devanado de campo, devanados de estator y un eje de rotación que es accionado por el motor a través de alguna disposición. Se usan rectificadores para convertir la corriente alterna generada por los devanados del estator en corriente continua para la carga de la batería y otras cargas eléctricas. El regulador detecta la tensión de salida del alternador y controla la intensidad del devanado de campo para mantener una tensión constante de acuerdo con la referencia de tensión interna del regulador cuando las cargas eléctricas externas se añaden y eliminan, dentro de los límites de la capacidad de potencia de salida del alternador. Esto se consigue en general haciendo que circule intensidad a través del devanado de campo cuando la tensión de salida cae por debajo de la tensión de referencia y deteniendo la circulación de la intensidad a través del devanado de campo cuando la tensión de salida se eleva por encima de la tensión de referencia.

La tensión de referencia apropiada del regulador se determina por la tensión de carga de la batería necesaria para la aplicación particular y el sistema eléctrico del vehículo se diseña típicamente para funcionar a esta tensión. La tensión de referencia se diseña frecuentemente con compensación de temperatura porque es deseable para la carga de la batería que la tensión de carga disminuya cuando aumenta la temperatura de la batería. La intensidad de salida del alternador se produce en los devanados del estator cuando el devanado de campo está conduciendo intensidad y el eje del alternador está girando.

Algunos vehículos que emplean motores de tracción eléctricos para accionar el vehículo también usan sistemas eléctricos de automoción convencionales para iluminación y sistemas electrónicos que funcionan o bien a 14 voltios

o bien a 28 voltios. La potencia eléctrica para los motores de tracción se deriva típicamente de un generador principal accionado por un motor de combustión interna. Se usa una batería de potencia a 84 voltios para arrancar el motor de combustión interna y para activar el campo del generador principal. Durante el funcionamiento normal, la potencia eléctrica o bien a 14 voltios o a 28 voltios es necesaria para dar energía al sistema eléctrico del automóvil y se necesita la potencia eléctrica a 84 voltios para mantener las baterías de arranque del motor totalmente cargadas.

Los alternadores de doble tensión de técnicas anteriores ofrecen a menudo una salida a 14 voltios y 28 voltios porque estas dos tensiones son las que se encuentran más comúnmente en los sistemas eléctricos de automoción. Estos sistemas emplean típicamente un estator común alimentado por una bobina de campo para generar la potencia de salida para las dos tensiones que comparten una tierra común. Como ejemplo de una disposición típica, la bobina de campo se controla en respuesta solamente a la salida de 28 voltios, sin control del rectificador en la alimentación de 28 voltios y la alimentación de 14 voltios se controla por medio del rectificador conmutado tal como un rectificador controlado de silicio (SCR o tiristor).

Una desventaja potencial de esta disposición de estator común es que la potencia de salida en la salida de tensión más elevada (por ejemplo 28 voltios) puede no estar disponible a bajas velocidades en el eje. Esta disparidad en la potencia de salida con bajas velocidades en el eje puede ser aceptable si no hay una diferencia significativa entre las dos tensiones de salida y si la potencia de salida en ambas tensiones está disponible para la velocidad del eje más baja en funcionamiento normal. Sin embargo, cuando difieren las dos tensiones de salida y la diferencia entre ellas aumenta en magnitud (por ejemplo 28 voltios -14 voltios = 14 voltios, mientras que 84 voltios -28 voltios = 56 voltios), la salida a la tensión más elevada puede no estar disponible excepto a una velocidad en el eje del alternador elevada. Por ejemplo, un alternador con estator común accionado por un motor que funcione a la velocidad de ralentí del motor puede tener alguna corriente de salida en 28 voltios pero ninguna corriente de salida a 84 voltios, a menos que la velocidad del motor se aumente significativamente.

No es evidente que nadie haya acometido todos los problemas anteriores en el diseño de un alternador o una regulación de tensión. Sin embargo, se han propuesto varios sistemas que mencionan algunos aspectos de los problemas anteriores. Por ejemplo, Mashino y col., Patente de Estados Unidos Nº 4.788.486, propone un sistema de limitación de potencia para un vehículo que incluye un devanado de campo que genera un campo magnético giratorio para inducir tensiones en corriente alterna (AC) en un par de conjuntos de devanados de armadura que comparten una tierra común. Las tensiones en corriente alterna del devanado de armadura se convierten por los dos grupos de rectificadores en las respectivas tensiones en corriente continua que a su vez cargan un par de baterías en serie. Un primer regulador de tensión controla la intensidad del devanado de campo para regular la primera tensión de batería. Un segundo regulador de tensión regula la segunda tensión de batería mediante la conexión y desconexión de la segunda batería del grupo de rectificadores. Mashino no describe la conmutación o control independiente de los grupos de rectificadores. Ni el segundo regulador de tensión ni la segunda batería parecen tener ningún efecto sobre el devanado de campo, que se excita inicialmente y posteriormente se autoexcita y modula de acuerdo con el valor de la primera batería.

Abukawa, y col., Patente de Estados Unidos Nº 5.033.565 propone un generador que genera dos tensiones de salida. Un devanado de campo, sensible a una intensidad de excitación predeterminada suministrada desde un regulador de tensión, induce tensiones trifásicas en corriente alterna en un par de devanados de la armadura. La primera y la segunda tensiones en corriente continua se generan en un par de terminales de salida a partir de las tensiones en corriente alterna por los dos grupos de rectificadores. Abukawa y col., no considera esquemas de regulación de tensión más allá de suministrar una intensidad de excitación predeterminada. Ninguno de los grupos de rectificadores está controlado por el regulador de tensión, que no se ilustra. Los devanados de la armadura se muestran que están en estrecha proximidad mecánica alrededor del eje de accionamiento en la Figura 2 de Abukawa y parecen ser de la variedad de tierra común. La tensión de salida en corriente continua parece ser puesta tierra en común en todas las realizaciones representativas del generador.

Baumgartner y col., Patente de Estados Unidos Nº 3.793.534 propone un generador que emplea un par de estatores idénticamente diseñados, devanados en estrecha proximidad mecánica para intentar generar dos tensiones de salida idénticas. Un devanado de campo suministra el campo del alternador. Un regulador de tensión convencional general mantiene la tensión de excitación apropiada a través del devanado de campo a una velocidad del motor por encima del ralentí bajo para las salidas en corriente alterna de los estatores que proporcionarán las salidas en corriente continua que son tan equivalentes entre sí como sea posible en respuesta a cargas equilibradas y no equilibradas. Parece ser un objetivo del diseño que las salidas en tensión continua se mantengan esencialmente idénticas en magnitud y que los estatores sean idénticos en tamaño y función. El regulador de tensión no controla ningún grupo de rectificadores.

El documento DE 197523241 describe un generador que tiene un devanado de estator doblemente cableado y dos controladores de tensión diseñados de acuerdo con un principio de fallo seguro y se suministran de modo redundante.

Sumario

Existe actualmente una necesidad de un sistema de generador eléctrico (tal como un alternador) que sea capaz de generar salida eléctrica en dos tensiones de salida controladas independientemente. Preferiblemente, este generador es capaz de controlar independientemente tensiones de salida que sean significativamente diferentes en magnitud.... [Seguir leyendo]

1. Un método para la regulación de un generador eléctrico que comprende un origen del campo (108) y un primer y un segundo devanado de generación de potencia (110, 112) para suministrar intensidad a la primera y segunda salida (126, 128), respectivamente, comprendiendo dicho método:

(a) la conducción de intensidad entre el primer devanado de generación de potencia (110) y la primera salida

(126) cuando la primera tensión de salida cae por debajo de un primer umbral;

(b) conducir intensidad entre el segundo devanado de generación de potencia (112) y la segunda salida (128) cuando la segunda tensión de salida cae por debajo de un segundo umbral;

(c) el aumento de la intensidad a través del origen del campo (108) cuando una cualquiera de la primera y segunda tensiones de salida cae por debajo de los umbrales respectivos,

(d) disminuir la intensidad a través del origen del campo (108) cuando

(i) la primera tensión de salida excede el primer umbral y

(ii) la segunda tensión de salida excede el segundo umbral

(e) interrumpir la intensidad entre el primer devanado de generación de potencia (110) y la primera salida (126) cuando la primera tensión de salida excede el primer umbral; y

(f) interrumpir la intensidad entre el segundo devanado de generación de potencia (112) y la segunda salida

(128) cuando la segunda tensión de salida excede el segundo umbral.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la primera y segunda salidas (126, 128) están aisladas eléctricamente entre sí y en el que las etapas (a) y (b) comprenden la conducción de intensidades en corriente continua entre los respectivos devanados de generación de potencia (110, 112) y la respectiva salida (126, 128).

3. El método de la reivindicación 2, en el que el origen del campo (108) comprende un devanado de campo.

4. El método de la reivindicación 1, en el que la primera y segunda salida (126, 128) comprenden cada una un par de conductores respectivos en el que la primera y segunda salida (126, 128) están aisladas eléctricamente entre sí, y en el que las etapas (a) y (b) comprenden la conducción de intensidades en corriente continua entre los respectivos devanados de generación de potencia (110, 112) y las salidas respectivas (126, 128).

5. Un generador eléctrico de tensión múltiple que comprende:

un origen del campo (108); un primer y un segundo devanados de generación de potencia (110, 112) para suministrar intensidad a las respectivas primera y segunda salidas (126, 128); un regulador de tensión (106) que comprende: primeros medios para la conducción de intensidad entre el primer devanado de generación de potencia (110) y la primera salida (126) cuando la primera tensión de salida cae por debajo de un primer umbral; segundos medios para la conducción de intensidad entre el segundo devanado de generación de potencia (112) y la segunda salida (128) cuando la segunda tensión de salida cae por debajo de un segundo umbral; medios para aumentar la intensidad a través del origen del campo (108) cuando una cualquiera de la primera y segunda tensiones de salida cae por debajo de los umbrales respectivos y para disminuir la intensidad a través del origen del campo (108) cuando ambas de la primera y segunda tensiones de salida exceden los respectivos umbrales; medios para interrumpir la intensidad entre el primer devanado de generación de potencia (110) y la primera salida (126) cuando la primera tensión de salida excede el primer umbral; y medios para interrumpir la intensidad entre el segundo devanado de generación de potencia (112) y la segunda salida (128) cuando la segunda tensión de salida excede el segundo umbral.

6. El generador eléctrico de tensiones múltiples de la reivindicación 5, en el que el origen del campo (108) comprende un devanado de campo.