本发明涉及轻型便携式发电机。

一般说来，人们已经知道便携式直流发电机。便携式发电机一般包含一个普 通的用柴油或汽油作动力的引擎，引擎的转轴与发电机相连。发电机包括一个定 子，和用来与引擎转轴一起旋转的转子。转子产生磁场。当磁场与定子上的绕组 相交时，就感应出电流。通常把感应电流加于桥式整流器，有时经稳压，并提供 作为输出。现有技术的发电机例子包括Generac G1000(950瓦，49磅)、Honda EX1000(1000瓦，57磅)和Yamaha EF1000(1000瓦，55磅)。虽然便携式装置 通常没有交流输出，但可以通过向逆变器施加直流信号来提供交流输出。

谈到便携式，现有技术的发电机装置要么既重又笨；要么不能提供足够用于 普通用途的持续功率。此外，现有技术的装置通常要么提供较小电流和较高电压 (例如115伏)的输出，要么提供较低电压、较大电流的输出(例如，在25到200 安培下为12或24伏特)，重量近似为40至65磅，干重。但是，在许多情况下， 要求既具有高电压小电流输出(例如灯光或电动工具的应用场合)，又具有低电压 大电流输出(例如由某人用背带容易携带的装置对电池充电或突然启动车辆的应 用场合)。

发明概述

本发明提供一种真正重量轻的发电机，这种发电机能够提供足够用于普通用 途的持续功率。按照本发明的一个方面，采用转子实现轻型发电机，转子使用高 能积(energy product)永久磁铁。

按照本发明的另一个方面，转子直接安装在引擎转轴上。转子与引擎耦合足 够紧，从而可保持定子和转子之间的空气隙，除了引擎中通常采用的那些以外， 不用轴承。

按照本发明的另一个方面，转子是一种多极设计，其中，一半的极由高密度 磁铁组成，而另一半极由中间极(consequence pole)组成，从而使高密度磁铁得到 最大使用。

按照本发明的另一个方面，采用多绕组定子，以提供低电压、大电流输出(例 如用于电池充电)和高电压小电流、输出(例如用于灯光和电动工具)。

按照本发明的另一个方面，可以提供两种可选的电压、大电流输出(例如12 伏和24伏)。

按照本发明的另一个方面，发电机功率输出对转子重量的比值超过每磅150 或200瓦/磅，更好的是500瓦/磅，再好的是700瓦/磅，最好的是800瓦/磅。

附图简述

下面参见附图来描述本发明，图中，相同的标号表示相同的元件。

图1是按照本发明的轻型发电机组的图；

图2是图1所示发电机组的侧面局部剖视图；

图3是图1所示发电机、支架和安装板的部件分解视图；

图4是图1所示发电机组的发电装置的部件分解视图；

图5是局部切开发电机装置机壳和控制电路板的图；

图5A示出的是另一种形式的发电机装置机壳的内部；

图6是定子绕组的示意图；

图7A是定子绕组和控制电路的示意框图；

图7B是图1所示发电机组的控制电路示意方框图；

图7C是控制电路的示意图；

图8A、8B、8C和8D是按照本发明一个方面的转子的正视图、侧面剖视图 和部件分解正视图；

图9是包含一逆变器的控制电路方框示意图；

图9A揭示的是图9中电流的合适的稳流器；

图10是图9所示电路的信号提供处的三相稳压器、单相桥；

图11是合适的逆变器控制部分的示意图；

图11A-11F是逆变器运行的示意的存储器映射(memory map)和流程图；

图12是基本电力变换器的示意图；

图13是图9中采用图12所示基本电力变换器的图9的逆变器的输出波形图；

图14是严密模拟正弦波形的输出波形图；

图15和15A是在产生图14所示波形时采用的另一种辅助绕组电路的示意 图；

图16是适于用来产生图14所示波形的电力变换电路的示意图；

图17是用来产生图14所示波形的另一种电力变换电路的示意图；

图18A和18B是各种状态下扼流控制的示意描述图；

图19A和19B分别是采用外转子的另一种发电机的部件分解侧面剖视图和外 转子的俯视图。

较佳典型实施例的详细描述

参见图1和图2，按照本发明的轻型便携式发电机包含引擎12、高输出小型 发电机装置14和安装支架16。

从图2和图3可以看到，引擎12包括从凸肩42向外延伸的转轴200。引擎 12可以是任何一种能够使转轴旋转的高马力重量比的小型高RPM(每分钟转 数)的引擎。在该较佳实施例中，引擎12是一个2.0马力、二冲程内燃机，具有 3立方英寸的排气量，重71/2磅，如Tecumseh TC300。

现在参见图1、2和3，支架1 6提供用于引擎12和发电机装置14的轻型公 共固定件。支架16是用轻而硬的导电、导热材料(如铝)恰当形成的。在本较佳 实施例中，将铝板弯曲，以给出支架16的底座部分162、垂直部分164和把手 部分166。在离某一端预定距离处将铝板弯曲，形成底座162，和垂直向上的部 分164。把手166包含从垂直部分164起弯曲而覆盖底座162的第一部分167； 垂直部分168；以及最好成一定角度的朝前的凸缘169；由这些部分形成一个便 于操作者携带的手指可以伸入的槽170。

如果需要，把手166上可以配置一条带子或一盏灯。例如，在把手166的凸 缘的任一侧上形成容纳带子18的夹箍的各小孔172。通过把手166的凸缘形成 安装探照灯的各个小孔172A。

正如下文中将要描述的那样，引擎12和发电机装置14安装在支架垂直部分 164的相对侧上。从图2和图3可以看到，引擎12安装在垂直部分164上，覆盖 底座162。

安装板204介于引擎12和支架垂直部分164之间，向垂直部分164提供结构 强度，并提供将引擎12和定子210安装到支架16上的媒介。为了便于安装引擎 12和定子210，板204还包括第一组和第二组小孔309和310。小孔309的位置 与支架垂直部分164中的相应小孔311(埋头孔)以及发动机法兰202中的螺孔313 对准。用预定个数(例如，4个)穿过垂直部分164中的小孔311和安装板204 的孔309螺钉308(图3)，将引擎12适当固定到垂直部分164上，并旋入发动机 法兰202上的孔313内。如图3所示，如果需要，安装板204可以向上延伸到垂 直部分164和把手166之间的支架16的弯曲部分，用来增加垂直部分168安装可 选的探照灯的机械强度。如果需要，可以在底座162的远端，在底座162和发动 机12之间配置一安装块206(软橡皮块较合适)，以吸收振动。如果需要，在底座 162中可以提供矩形孔，用以容纳可选的锁定附件。如前所述，对于小孔310恰 当攻螺纹，以便安装发电机定子210。因此，板204是用足够厚的硬材料(诸如 10号板(10-guage plate))形成的，以便容纳螺孔310。

现在参见图2、3和4，发电机装置14最好包含一定子210、转子220、风 扇轴延ta部分230、风扇240和电子控制电路250，所有这些部件都位于机壳 260和顶板282内。

定子210与引擎转轴200同心，与支架垂直部分164偏移一定的距离。更具 体地说，定子210固定安装在支架垂直部分164(因此也就是引擎12)上，并用螺 栓212与引擎转轴200保持同心。用各垫圈214保持与垂直部分164的偏移。螺 栓212通过定子210、垫圈214和支架164中的小孔延伸，并旋入板204中的孔 内。正如前文中指出的那样，板204提供了安装定子210的结构完整性。

正如后文中将结合图6和7A作更全面讨论的那样，定子210最好包括一三相 绕组的极性，以产生第一和第二低电压大电流输出，例如，高电压小电流输出， 绕制时，最好每相的各个绕组归在一起，并同时围绕一层状铁心绕制，作为一个 单元，以提供特别优越的散热特性。

简略参见图6，定子210包含两个三相绕组，和一个与每个三相绕组中的第 一相绕制在一起的单相控制绕组。更确切地说，定子210包括第一和第二三相星 形绕组602和604，和单相中心绕组605(与第一相绕组绕制在一起)。第一绕组 602恰当地提供高电压小电流输出，并且是由相当小的直径形成的，例如24号线。 绕组604恰当地提供各低电压(例如12和24伏)、大电流输出。绕组604的每一 相恰当地包括由抽头确定的以提供第一低电压(例如12伏)大电流输出的第一部 分606，和从中取得第二低电压(例如24伏)大电流输出的第二部分608。绕组606 和608最好是用多根24号线，在公共绝缘套内并联形成。绕组606的有效线径 近似为绕组608的有效线径的两倍(例如分别为15和18号线)。绕组602和604 每一相的各个绕组包括对应于与特定绕组相应的电压输出的预定圈数。绕组606 和608的累积圈数提供第二低电压大电流输出，例如24伏。例如，在本较佳实 施例中，12伏绕组606包括5圈，24伏绕组608再包括4圈(总有效圈数为9 圈)，而高电压(例如115瓦)绕组602在每一相中包括总圈数29圈。

实际装配中，相应于高电压的各绕组，以及每一相(以及第一相中的控制绕组) 的第一和第二低电压归成一组，作为一个单元，并一起绕制在一层状铁心上，作 为一个单元。以这种方式将各绕组紧密绕制在一起，保持有效的热接触，并拥有 相同的空间。这种结构特别具有几个方面的优点：单个定子产生多个电压；从任 一绕组可以得到最大瓦数输出；并且不用的绕组用作正在工作的绕组的热沉。各 绕组的紧密靠近有效地使整个机壳散发正在工作的绕组所产生的热。

转子220安装在引擎转轴200上，与定子210同轴，与定子210隔开一相当 小的预定空气隙242，例如，在0.020到0.060英寸的范围内，并且最好为0.030 英寸。具体说来，引擎转轴200容纳在转子220中的中心轴孔内。销子403(图4) 确保转子220与转轴的正旋转。转轴200上的垫圈404使转子220与定子210轴 向对准。

转子220最好是一个永久磁铁转子，重量足够轻，可以保持与定子210轴向 对，并紧贴定子210(即空气隙242小于近似0.060英寸)旋转，而不必使用通常引 擎12中另外还包括的轴承。转子220恰当地显示出，发电机输出功率对转子重 量(单位为瓦/磅)的比值超过150或200，更好一些超过500，再好一些超过 700，最好的情况是超过800。较佳实施例清楚地显示出，发电机输出功率对转 子重量的比值在每磅800到900瓦的范围内。例如，对于一个2千瓦的装置，转 子220的恰当重量不超过约2.40磅。类似的情况是，对于一个900瓦的装置，转 子220的重量最好不超过1.06磅。正如将结合图8作更全面讨论的那样，在较佳 实施例中，这可以通过采用高能积磁铁以及中间极来实现。

与转轴200轴向对齐的风扇延长部分230用来使风扇240与转轴200耦连。 延长部分230恰当包含一通常为圆柱体的231，柱体的两端232和234的直径减 小(见图2)，并且中间沿轴向有一个孔。把减小直径端232容纳在转子220的中孔 内，柱体231形成的台阶紧靠在转子220的前端面上。安装风扇240使之与转轴 200一起旋转，以产生使发电机装置的各个元件特别是定子210和电子控制电路 250冷却的气流。风扇240恰当地包括安装在轮毂408上的多个(例如5个)叶片。 轮毂408恰当地包括一中孔410，通常该孔截面与延长部分230的一端236一致， 例如，轮毂408包括与平406对应的平412。风扇240安装在延长部分230 上， 与转轴200一起旋转；风扇240是由重量相当轻的塑料(例如Celcon)恰当形成的。 延长部分230的一端234容纳在风扇240的中孔410内。延长端平406与中孔410 中的平坦部分412配合，确保风扇240与转轴230的正确旋转。

转子220、延长部分230和风扇240作为一个单元，用螺栓414以及张力构 件(如垫圈416和开缝垫圈418)固定到引擎转轴200上。螺栓414穿过垫圈416 和418、再穿过风扇轴延长部分230，并与引擎转轴200一端中的轴向孔420螺 纹啮合。张力构件趋向于防止螺栓414与转轴200脱开。

机壳260和顶板282一起将定子210、转子220、风扇240和控制电路250 罩住。顶板282从支架垂直部分164垂直延伸，通过螺栓、铆钉或焊接恰当固定 到垂直部分164上。机壳260恰当(例如用螺栓)固定到顶板282和支架16上。正 如在下文中作更全面讨论的那样，机壳260是用重量相当轻的导电导热材料形成 的，并恰当用作电路250的接地，以及有助于冷却的热沉。

现在参见图3、4和5，机壳260、顶板282和支架垂直部分164一起构成一 个封闭结构，在该封闭结构的预定位置处有一些预定孔(例如栅格)，构成气流通 道，以有助于发电机14元件的冷却。具体说来，栅格320(在图3和图4中看得 最清楚)形成在支架164的垂直部分上。机壳260包括正面422和各侧面424和 426(从图4和图5看得最清楚)以及底面428。第一种栅格430和第二种更小的小 孔系列432形成在前面422的预定位置处。通过侧面424恰当形成另外两组小孔 434和436，并且如果需要，通过侧面426形成一组小孔436。栅格430一般与 风扇240对齐。工作时，风扇240通过栅格430将空气吸入机壳内，在机壳内部 形成正压，并迫使空气通过垂直部分164上的栅格320和小孔432、434、436 和436A流出栅格320。小孔432、434和436的设置是关键的，用以使气流流 过特定的热敏元件。另外，风扇240自身的动作产生沿离开风扇240翼梢的径向 气流。特定的热敏元件最好放置在风扇240产生的径向气流中，例如，用于热敏 电子元件的热沉500置于径向偏离但轴向对齐的位置。热沉500可以做成各种形 状和排列(见图5A)。由于气流随所需要的不同而不同，采用将风扇与发动机转轴 200直接耦连特别有利引擎的rpm越高，产生的功率越大，并且同时，元件产生 的热量也越大。但是，引擎的rpm增大时，风扇240产生的气流也增大，以适应 产生的附加热量。

控制电路250对来自定子绕组的信号进行整流。控制电路250可以包含任意 的合适整流电路，将来自定子210的信号转换成合适的直流信号。参见图5和图 5A，控制电路250恰当地包含与热沉500(图5A中为500A)一起工作的第一全波 桥式整流器706(高电压小电流)；熔断丝501；合适的开关704以及第二整流器 700(高电压小电流)。控制电路250与合适的普通双联插座702；三刀双掷开关704 以及正负接线端子703和705一起恰当工作。控制电路250的元件和配合工作的 元件可以以各种方式布置在机壳250内。图5和图5A示出其中两种排列方式。

参见图5A，整流器706和熔断丝501可以恰当地排列在面422上。整流器706 恰当地包含一二极管桥，其规格可以承受比引擎12的功率极限范围内能够产生 的输出更大的短路输出。熔断丝501例如在电池充电运行期间避免整流器706的 二极管在接线端子703和705处的反极性连接。

插座702和端子703和705恰当地贯穿延伸，并且开关704安装在侧壁424 上。然而端子703和705可以根据需要布置在机壳260上的任何一个地方，以适 合控制电路250中采用的元件的特定结构和位置。例如，当正端子703如图5A 那样位于侧壁424的上部，而负端子705在侧壁的下部时，则可以将相对位置颠 倒(见图1和5)。

整流器700可以安装在侧壁424上，或者根据需要形成一个单独的组件安装 在插座702的后背上。

正如下文中将要讨论的那样，正端子703由合适的绝缘垫圈504与侧壁424 电绝缘。负端子705与侧壁424电(并且机械)连接在一起。正如将要讨论的那样， 机壳260同时用作电路250各元件的电接地和热沉。

现在再看图7A，高电压小电流绕组602与三相桥700恰当连接在一起。整流 器700的输出与双联插座702连接在一起。绕组604(即来自绕组606和608的) 各低电压大电流输出施加到三刀双掷开关704的各个掷端上。开关614的各个刀 与控制电路250(整流器706；图5A)相连，在端子703和705处提供低电压大电 流输出。

工作时，引擎12使转轴200旋转，并且转子220和风扇240同时旋转。转子 220的旋转在定子210的绕组中产生感应电流。

定子210的各输出有选择地施加到控制电路250上，控制电路250对信号进 行恰当地整流，在用于诸如电池充电的正负输出端子703和705处提供所要求的 低电压大电流输出信号，以及用来向普通电动工具、照明灯等供电的高电压小电 流双联插座702。

图7A和7B中，控制电路250可以按照需要包含各种电路，以提供除熔断丝 501以外的某些保护功能，或用来代替熔断丝501。保护电路有利地放在印刷电 路板250A上(图5)。特别参照图7B和7C，在这样的控制电路中，整流器706 最好是可控硅(SCR)控制的，即正二极管块708和包含SCR形成的与合适的 控制电路712一起工作的负二极管块710。接着，控制电路712与各传感电路(例 如反极性传感器，以及启动传感器716和停止运行传感器718一起工作。

当反极性传感器714检测到反极性电压超过一预定电平，即在输出端子703 和705两端超过负0.6伏特时，它将使控制电路712停止运行。所以，在充电操 作期间，如果端子703和705的引线连接到电池错误的极性端时，装置将停止运 行。

启动传感器716和停止运行传感器718检测输出端子703和705两端(例如来 自电池)的电压，并且仅当电压超过预定阈值(例如150毫伏)时启动控制电路 712。这样，如果输出端子与电池断开，则装置就停止运行，以避免因无意连接 而产生的火花或短路。

如果需要，可以提供瞬时开关S1，来取消保护性能，以便将电力提供给完全 没有充电的电池，或者将电力提供给没有电池的负载。

现在参见图7C，整流器706的负块恰当地包含从控制电路712接收控制信号 的3个SCR。控制电路712有选择地启动SCR 704，使电流能够流过电路的负极。 控制电路712恰当地包含晶体管Q1和Q4、电阻器R2和R3，以及瞬时作用开 关S1。晶体管Q4由检测电路有选择地正向偏置。在没有检测到反极性的情况下， 当对晶体管Q4作正向偏置时，Q1通过分压器链联电阻器R2和R3接通，而启 动SCR704。

反极性传感器714在输出端子703和705处检测到反极性连接时，使控制电 路712停止运行。在较佳实施例中，反极性传感器714包含电阻器R4、R5、 R6和R11，二极管CR7和晶体管Q2和Q3。例如，通过与要被充电的电池的反 极性连接，端子703和706两端相当小的反极性电压使二极管CR7正向偏置。当 二极管CR7的正向偏置超过一定的电平(例如600毫伏)时，在分压器链R5和R6 两端提供一基极驱动，使晶体管Q3接通。晶体管Q3的集电极与晶体管Q2的基 极耦连。当晶体管Q3接通时，晶体管Q2停止，并且同时，控制电路712中的晶 体管Q1，使整流器706停止工作。

启动传感器716实际上仅在端子703和705与电池连接以后，才启动控制电 路，以避免产生放电或无意的短路。启动传感器716恰当地包含电容器C2、电 阻器R1、R10和R16、二极管CR5和齐纳二极管CR4。当二极管CR5被正向 偏置到超过预定阈值(例如600毫伏)时，电压施加到齐纳二极管CR4的阴极。当 电压克服二极管的齐纳电压时，电压就施加到包含电阻器R10和控制电路712中 的电阻器R9的两端，提供用于控制电路712中的晶体管Q4的偏置电压。这样又 启动晶体管Q1，因而也启动整流器706。如果端子703处的电压落到600毫伏 以下时，如同短路的情况那样，则晶体管Q4关断，使晶体管Q1关断，并使整流 器706中的SCR CR1、CR2和CR3停止工作。电阻器R1和电容器C2包含用于 抗噪声度的滤波器。

当电流下降时，停止传感器(过压传感器)718检测到电压的上升，并因此使整 流器706停止。这样，当断开端子703和705时，有效地断开大电流输出。停止 运行传感器718包含齐纳二极管Z1和Z2、电容器C1、电阻器R7和R12以及 晶体管Q5。取决于选择哪一个低电压大电流绕组(例如12伏或24伏)，有选择地 将齐纳二极管Z2切换进和切换出电路。当电压跨过二极管CR5施加到齐纳二极 管Z1或Z2的阴极时，齐纳电压(例如，对于齐纳二极管Z2，22伏对用于齐纳 二极管Z118伏)就施加到包含电阻器R7和R12的分压器两端，接通晶体管Q5。 接着又使晶体管Q4和控制电路712停止工作，并使SCR块710。

按照本发明的另一个方面，为了使装置的重量轻，机壳280既用作电接地， 同时又用作各电路元件的热沉。现在参见图7B、7C和图4和图5，块710的 SCR704的正极直接与机壳260相连。具体说来，SCR704的正极电、热连接到 机壳260(例如壁422)。负端子705电、机连接到机壳260(即机壳260的侧壁424)， 因而也通过机壳电连接到SCR704的正极。端子705恰当地包括一个穿过侧壁424 延伸的接线柱(图1和图4)。因此，机壳260既用作电接地，又用作热沉。块708 中正二极管的负极电、热连接到热沉500(图5A中500A)，并从该处连接到端子 703。端子703的接线柱延伸穿过机壳260的侧壁424中的小孔502，并用绝缘 垫圈504与机壳电绝缘。同时将机壳260用作电接地和热沉，避免了每一组二极 管使用单独热沉的必要性。

正如在前文中指出的那样，转子220最好是重量足够轻的永久磁铁转子，并 且该转子可以保持与定子210轴向对齐并相对于定子210旋转，而除引擎12中 通常包括的轴承以外不必再包含任何轴承。在本较佳实施例中，这是通过采用高 能积磁铁和中间极来实现的。参见图8、8A、8B和8C，转子220最好包含一 个一般呈圆盘形的铁心800，铁心800将高能积磁铁802的一极支承在其圆形表 面上。磁铁802最好位于圆形表面中的803内，铁心800的交错部分 (intervening)包含中间极802。

磁铁802包括外表面808和内表面810(图8A中810A)。磁铁802位于嵌入部 分803内，其内表面810(810A)贴在铁心800的相应表面805(805A)上，与相邻中 间极806偏离预定缝隙812。

磁铁802最好包含高能积磁铁，具有至少在5千高斯数量级的磁通密度，由 稀土合金，如钕铁硼或钐钴适当地形成。这些稀土合金极其昂贵，因此要求使所 用材料量最小。然而同时又要求产生相当高的磁通密度。在较佳实施例中，磁铁 802相当薄，例如，厚度为1/10英寸数量级，但面积相当大，例如3/4英寸乘以 约1英寸，以使所用高能积磁铁的量为最小。

按照本发明的一个方面，对于给定的总磁铁，使装置的整个大小以及所用高 能积磁性材料的量为最小。具体说来，磁铁表面808的面积大于中间极表面806 的面积一个近似为永久磁铁产生的磁通密度与中间极允许磁通密度之比值。所 以，通过使永久磁铁相对于中间极的面积为最大，对于给定总磁通量，要求直径 更小的铁心。对于给定的总磁通量，直径更小的铁心导致重量更轻、所需磁铁材 料更少。

内表面810(图8C)与嵌入部分803的相应嵌八表面805最好沿与磁铁外表面 808和中间极806外表面同心的半径弯曲。每一磁铁802和相邻中间极806之间 留有间隙812。间隙812最好比转子和定子之间的空气隙242(图2)足够大，例如 大5到6倍，从而确保大多数磁能引入定子中，而不是穿过间隙812。

用粘结剂将磁铁802恰当地固定在铁心800上。如果需要，可以用一种非金 属材料(例如玻璃纤维带)缠绕转子220，以确保磁铁802能克服因旋转产生的离 心力的影响。

磁铁内表面810、810A和相应的镶边内表面805和805A可以取任何结构， 只要它们相互一致即可。例如参见图8D，磁铁802的内表面810A与铁心800 上的配合面805A可以取平面形。这样，已经确定要求包括凹口814，该凹口在 磁铁中间极空气隙812附近的表面805(a)下沿径向延伸。已经发现，凹口814使 得从转子220引至定子内的磁通量增加。

如果需要，可以将发电机装置14改成产生交流信号。参见图9，115伏交流 信号可以通过下述方式提供：用更高电压的绕组(例如150伏绕组)替换高电压小 电流绕组602；用额定电压为更高的模拟电路904替换三相桥700；并将直流信 号施加到合适的逆变器906上。

三相稳压器904在直流轨道(rail)905A、905B上产生足以产生所要求的交流 电压的某一电平(如150伏直流)的输出电压。直流轨道905A、905B相对于系统 接地(例如机壳260)恰当浮动，以便按照UL标准使逆变器906接地。

逆变器906在插座702处产生一输出信号915，该输出信号模拟具有预定频 率的正弦波。逆变器906最好是一个变频逆变器，并恰当地包括控制部分908和 电力变换部分910。一般情况下，控制部分908产生提供给电力变换部分910的 开关控制信号，电力变换部分910负责将直流轨道电压提供给插座702的各个端 子。施加直流轨道信号产生输出信号915，该输出信号具有模拟(例如与所要求的 交流信号具有相同的RMS值)所要求的交流信号(例如，在美国为120V、60Hz； 在欧洲为_________V、50Hz)的预定波形。由桥式整流器912和稳压器914从控 制绕组605恰当引出用于逆变器控制部分910的稳定电压(例如15V，5V)。

使用变频逆变器在许多方面特别有利。因为交流信号是由逆变器906综合产 生的，所以交流信号不受引擎12的rpm的影响。因此，可以调节逆变器906， 在各种预定的频率下(在美国为60Hz，在大多数欧洲国家为50Hz)提供全功率。

另外，通过改变作为负载电流的函数的输出频率以适应对负载的特殊临时要 求，可以使装置10能与比通常联用的装置大得多的装置联用。特别是，已经确 定，启动大的电动机(比如，空调机上的制冷压缩机)所所需的电流比一旦启动以 后保持电动机运行所需的电流安大得多。当负载(例如电动机)引入比系统的额定 输出大的电流时，施加到逆变器906上的直流轨道电压趋于下降。已经确定，通 过减小作为例如与电压的下降成正比的交流输出信号的频率，装置10可以用来 启动通常需要大得多的发电机启动的电动机，并使之保持运行。在降低施加信号 的频率将有效地降低要启动的电动机(例如压缩机)的工作RPM。这就降低了电动 机上的负载，并降低了启动电动机所需的电流。例如，当电压下降到预定电平(例 如约110伏)以下时，频率下降，最好线性跟踪电压下降到约30Hz和50伏。一 旦电动机运行了起来，电动机流入的电流减小，直流轨道电压升高，并恢复到正 常的运行频率。例如，按照本发明的2千瓦发电机能够启动并保持13,000btu的 (英国热量单位)空调机，而这在以前，为了适应启动负载，却需要4千瓦或5 千瓦的发电机。

相反，因为可以在不减小频率的情况下降低引擎12的速率，所以，引擎12 的速率可以按照取得的输出而变化。因此，如果只有一部分系统容量被利用，可 以使引擎减速或不工作。更具体地说，可以采用电压反馈控制，来控制引擎的速 率。所以，引擎的速率随负载而变，使噪声下降，并提高了燃料的经济效益。

正如前文中指出的那样，稳压器904产生直流轨道信号，提供给逆变器906。 参见图10，合适的稳压器904包含：整流器桥1002；调整电容器(levelling capacitor)C21；比较器1004和光隔离器1006。整流器桥1002是由二极管D28、 D29和D30和SCRTH1、TH2和TH3恰当形成的。比较器1004恰当地包含晶体 管Q13和Q15以及由电阻器R21和R23形成的分压器。

来自三相交流发电机绕组902的输出引线(J6、J7和J8)将三相输入信号提供 给桥1002。这些交流发电机输出信号按照引擎的RPM是电压和频率可变的。比 较器1004有选择地启动光隔离器1006，接通SCRTH1、TH2和TH3，在直流 轨道905A和905B上产生经稳压输出。

本质上，比较器1004提供有源反馈，将轨道电压保持在预定的电平上(例如 150伏)。取得轨道电压的标记，并与一参考电压(稳压器914提供的经稳压调整的 直流电压)。当轨道电压下降到规定电压(例如150伏)以下时，比较器1004启动 光隔离器1006，接通SCR TH1-TH3。

由桥式整流器912和稳压器914从控制605恰当地产生稳定的电源电压(例如 15V，5V)。桥式整流器912恰当地包含常规的单相二极管电桥。稳压器914恰 当地包含普通的稳压器件Vrl和Vr2(例如Motorola 78LXX系列三引线稳压器 件)，在合适的电平(例如Vrl 15V，Vr25V)下提供经稳压调整的直流输出，用 于逆变器控制908(15V)、SCR TH1、TH2和TH3(5V)，以及用来产生用于比较 器1004的参考信号(5V)。

如前所述，控制部分908产生开关控制信号给电力变换部分910。参见图11， 逆变器控制部分908恰当地包含：合适的微机1102；合适的数/模(D/A)转换器 1104；具有预定谐振频率(例如4兆赫)的合适晶体；合适的反馈信号接口电路1108 和1115以及合适的组合逻辑电路1110。

微机1102就是普通的微机，如Ziolog Z86E04，包括内部随机存取存储器 (RAM)，计数器和寄存器(可以按照标准技术将它们构筑在RAM内)，另外还有能 够产生中断的内部比较器以及在与微机的各输出端(插脚)处用来控制输出信号的 端口寄存器。(为便于查阅，相应的端口寄存器有时用同音词来表述。)具体地说， 微机包括两个内部比较器，第一个比较器将插脚8处施加的电压与在插脚10处 施加的电压作比较，第二个比较器将在插脚9处施加的电压与在插脚10处施加 的电压作比较(插脚10处施加的电压是公共参考信号)。正如下文中将说明的那 样，公共参考信号是由D/A转换器1104产生的受控斜坡(ramp)电压。

微机1102产生一个计数(A至D，图11A)，该计数反映在插脚1-4和15- 18。D/A转换器1104(确切地说是一个与微机1102的插脚1-4和15-18相连 的R2R电阻阶梯(ladder))产生反映该计数的斜坡参考电压。跨于R2R阶梯的电压 经滤波，并作为公共比较器参考电压施加到微机插脚10处。正如将要描述的那 样，采用将各个参数(例如输出信号915电压(插脚8)的标记、电源电压或过电流(插 脚9)的标记)与斜坡电压作的比较，以产生这些参数或给定功能的数字标记；参 数与参考电压相等时，计数A/D的瞬时值表示该参数电压的值。这些比较也用来 有选择地启动中断功能。

微机1102受恰当中断驱动；产生各中断信号以实现预定的功能。例如，响应 于下述比较结果产生中断：D/A斜坡参考信号与来自接口1108的输出信号标记 (开关循环频率调整)的比较；D/A斜坡参考信号与输出电流的标记、电流检测信 号(ISEN)(过电流保护)以及电源电压的标记(在功率晶体管门阈值保护以下)的比 较；以及来自内部时钟的计数与各控制参数(插脚12和13处产生的开关脉冲的脉 冲宽度和这些脉冲之间的停滞时间)的比较。

另外，微机1102与组合逻辑电路1110恰当配合工作，产生各开关信号 LHRL(左高右低)和RHLL(右高左低)，提供给电力变换部分910，响应于这些信 号，电力变换部分910对输出端子L1和L2施加受控的直流轨道电压。更具体地 说，微机1102在插脚12和13处产生脉冲宽度、相对定时和重复率受到控制的 可选的脉冲。这些脉冲用电流检测(ISEN)反馈信号选通，产生开关信号LHRL和 RHLL。如果需要，微机1102和组合逻辑电路1110也可以产生别的开关信号 HIV(BOOST)和CHARGE，以及GOV，提供给电力变换部分910，以实现输出 信号915的有利成形。微机1102的运行将结合图11A-11F作更全面的描述。

适于用作与A/D转换器1104产生的斜坡参考信号作比较的输出信号915的电 压标记由反馈信号接口电路1108提供。反馈信号接口电路1108包含：与输出端 子L1和L2相连的单相二极管桥1112；合适的低通滤波电路(例如，电阻器R29 和R30以及电容器C7)；齐纳二极管Z1；第二低通滤波电路1116(例如电阻器R8 和R14以及电容器C18)。在输出端子L1和L2处提供的输出信号915施加到桥 1112上，产生平均直流信号。直流信号经滤波器1114和1116以及齐纳二极管 Z1滤波、平滑和限幅，并施加至分压器(R8，R14)，产生与输出915的平均电压 成正比的信号，该信号施加在微机1102的插脚8上，用作与参考斜坡信号的比 较。

表示处在电源电压阈值电平和过电流状态下的信号由第二反馈接口电路1115 提供。更具体地说，电源914稳压器VR1产生的15伏电源电压施加到由齐纳二 极管Z5和电阻器R26组成的分压器的两端，用以产生表示电源电压水电平的信 号。该信号施加到微机1102的插脚19上，用来与参考斜坡信号作比较。另外， 表示电力变换器910产生的输出信号电流大小的信号(ISEN)通过隔离二极管D1 施加到微机1102的1009。本质上，如果电源电压电平降低到预定最小值以下， 或者输出电流超过预定的最大值，则产生中断，使电力变换器910停止运行，并 防止其元件被损坏。

电力变换部分910响应于来自控制部分908的开关控制信号LHRL和 RHLL(以及如果使用的话，别的开关信号HIV(BOOST)和CHARGE)，有选择地 将直流轨道电压施加到插座702的各个端子(L1，L2)，产生具有预定波形的输出 信号915。参见图12，一恰当的基本的电力变换电路910A包含：各高侧隔离电 力开关电路1202和1204；各低侧不隔离电力开关电路1206和1208以及电流传 感器放大器1210。

高侧隔离电力开关电路1202和1204以及低侧不隔离电力开关电路1206和 1208中的每一个包括一个功率晶体管(分别为Q1、Q2、Q3和Q4)，以及一个 按照开关信号LHRL和RHLL使功率晶体管接通或断开的合适的启动电路。电力 开关电路1202-1208互联成H结构：高侧隔离电源开关电路1202-1204分别 限定通向在高侧端子1203处电连接在一起的输出端子L1和L2的受控电流路径 (例如，功率晶体管Q1和Q2的漏极地端子1203处连接)；而低侧不隔离电力开 关电路1206和1208分别限定通向分别在低侧端子1207电连接在一起的输出端 子L1和L2的受控电流路径(例如，功率晶体管Q3和Q4的源极端子1207处连接。 在图12所示的基本结构中，高侧端子1203连接到正轨道905A，而低侧端子1207 通过隔离二极管D7连接到负轨道905B。

电力开关电路1202-1208有效地作为用电子电路控制的双刀、双掷开关而 运行，响应于开关控制信号LHRL和RHLL而将直流轨道有选择地连接到端子L1 和L2。更具体地说，把开关信号LHRL施加到高侧隔离驱动器1202和低侧不隔 离驱动器1208，而把开关信号RHLL施加到高侧隔离驱动器1204和低侧不隔离 驱动器1206。当LHRH为预定状态(例如低状态)时，高侧端子L1由驱动器1202 连接到正直流轨道905A，而低侧端子L2由驱动器1208连接到负直流轨道 905B。相反，当RHLL为一预定状态(例如低状态)时，高侧端子L1由驱动器1204 连接到负直流轨道905B，而低侧端子L2由驱动器1206连接到正直流轨道 905A。通过交替产生开关信号LHRL和RHLL，可以如图13所示产生模拟正弦 波它具有由一对驱动器的断开(时刻T1)与相对的一对驱动器接通(时刻T2)之间时 间间隔(“停滞时间”)控制的RMS值。与电压电平成一定关系的停滞时间的控制 提供了一个与所要求正弦波的RMS值近似相等的RMS值。

人们要求当相关开关信号LHRL、RHLL改变状态时，隔离驱动器1202和 1204的启动电路快速使相关的功率晶体管Q1、Q2进入饱和状态，以使开关间 隔内的功耗为最小。提供有利的接通和断开特性的特别经济的启动电路包含：电 阻器R13(R19)；NPN晶体管Q9(Q10)；二极管D2(D3)；电容器C4(C2)和电阻器 R9(R15)和R6(R10)。如果需要，可以把电容器C8(C10)和C6(C9)连接在功率晶体 管Q1(Q2)的漏极与源极以及栅极与源极之间，以防止任何高频振荡，并且可把齐 纳二极管Z4(Z7)连接在功率晶体管Q1(Q2)的漏极和源极之间，以限制栅极电压 不超过预定值(例如15V)。

在较佳实施例中，启动时控制信号LHRL和RHLL处在低电平，不启动时处 在高电平。当相关的控制信号LHRL(RHLL)不启动为(即为高电平)时，晶体管 Q9(Q10)导通。这实际上是将功率晶体管Q1(Q2)的栅极接地，并使其不导通。但 是，从15V电源到二极管D2(D3)和电阻器R6(R10)产生一条电流通路；因而在电 阻器R6(R10)上产生15V的电压降。由于晶体管Q9(Q10)导通，电容器C4(C2)与 电阻器R6(R10)实际上并联，并且因此充电到超过使功率晶体管Q1(Q2)进入饱和 所必需的阈值栅极电压(例如8V)的某一电平(约15V)。

当相关的控制信号LHRL(RHLL)改变成启动状态(即变低)时，晶体管Q9(Q10) 不导通。这实际上是使功率晶体管Q1(Q2)的栅极处在15V，并使其导通。当功 率晶体管Q1(Q2)导通时，该器件呈现出很小的电阻，源电压接近漏极电压(例如 150伏)，因而假设电容器C4(C2)的负端呈现接近轨道电压(150伏)的电压。由于 电容器C4(C2)已经充电到接近15伏，所以，电容器正侧处在接近轨道电压加上 充电电压(即165伏)的电压。这实际上是对二极管D2(D3)反向偏置，从而二极管 不导通，并有效地阻挡了15伏电源。然而，由于电容器C4(C2)相应充电到在所 设置的功率晶体管Q1饱和阈值栅电压以上的某一电平，所以晶体管Q1继续导 通。源电压(15伏)的电平和电容器C4(C2)初始充电达到的电平被选来将功率晶体 管Q1(Q2)初始置为硬全导通。但是，一旦二极管D2被阻断，电容器C2就开始 通过电阻器R9(R10)放电。选择电容器C4(C2)和电阻器R9(R10)的时间常数，使 得在相关的控制信号LHRL(RHLL)改变状态时的那一刻，电容器C4上的电荷(因 此栅极电压)接近(仅稍稍超过)功率晶体管Q1(Q2)的阈值。在频率改变的那些系统 中，选择时间常数使得栅极电压接近(略高于)在系统要运行的最低频率处的阈 值。当相关的控制信号RHRL(RHLL)初始取不启动状态(即变高)时，晶体管 Q9(Q10)再次导通，使晶体管(Q2)的栅极接地，并关断晶体管Q1(Q2)，并重复该 循环。通过使电容器C4(C9)放电到接近阈值电压的某一点(放掉多余的电荷)，使 功率晶体管Q1(Q2)的关断速率增大。

由电流检测放大器1210产生表示提供给反馈接口电路1115的输出电流大小 (ISEN)的反馈信号。放大器1210简单地包含电阻器R3，和组成放大器的一个晶 体管Q13。如果跨于电阻器R3两端的电压超过某一预定极限，那么由电阻器R3 通过功率晶体管Q1-Q4的电流，晶体管Q13导通，有效地将ISEN信号引向地。 如前所述，ISEN信号作为栅极控制被有效地施加到组合逻辑电路1110(图11中 的“与非”门U7A、U7B和U7C)，有效地禁止那些栅极。另外，如前所述，它 还有效地在1009处将电压拉至零，产生中断。

所要求的正弦波输出的更接近的近似可以通过对输出信号915的波形来整形 实现。这可以通过产生一辅助信号并且通过启动的高侧功率晶体管可控地将该辅 助信号施加到相关的输出端来实现。得到的波形示于图14。

辅助(升绕组，boost)信号可以以几种方式来形成。例如，升压信号可以通过 加在定子210中的辅助绕组来产生，参见图14、15、15A和16，附加绕组903 可以与绕组902一起，以大体相同的间距缠绕在定子210上。绕组903与普通的 三相二极管桥1502配合工作，产生具有预定电压(例如70V)的中间正轨道905C。 为了产生图14所示的模拟正弦波，有源端子(L1，L2)有效地依次连至中间正轨 道905c以及正轨道905a。

中间轨道电压可以替换电绕组902提供的正轨道电压，或者是添加。例如， 参见图15，可以独立建立起中间正轨道和正轨道电压，比如，绕组903产生中 间轨道电压，而绕组902大体独立于绕组903产生全部正轨道电压。然而如果需 要，绕组903和902可以用来配合在正轨道905a处产生所要求的电压。简略地参 看图15A，在这样一种结构中，绕组903可以包括预定个数的与所要求的电压和 中间轨道905c对应的绕组，二极管桥1502可以介于稳压器904和负轨道905B 之间。提供绕组902A，该绕组与绕组902对应，但包括与中间轨道905c处所要 求的电压和正轨道905a处的电压(例如150伏)之间的差值对应的预定圈数。

参见图16，中间电压(70V)轨道905c通过合适的隔离二极管D4与基本电力 变换器910A的高侧端子1203相连(即，与高侧隔离电力开关1202和1204的功 率晶体管(FET)Q1和Q2的漏极相连)。高电压(例如150V)正轨道通过升压电路 1600有选择地与基本电力变换电路910A的高侧端子1203耦连。升压电路1600 与高侧的隔离电力开关电路1202和1204大体相同，包括FETQ5，和一个相关 的启动电路。但是，升压电路1600响应于来自控制部分908(来自图11中的“与 非门”U7C，与微机1102的插脚11处的信号对应)的控制信号HIV。升压电路 FETQ％的漏极与高电压正轨道905A相连。功率晶体管的源极通过隔离二极管 D3与高侧电力开关电路1202和1204中功率晶体管Q1和Q2的漏极相连。如果 需要，可以提供反极性回扫二极管(flyback diode)D6。

在不增加因例如在输出信号停滞时间(dead time)期间产生的能量的辅助绕组 的情况下也可以产生辅助(升压)电压。这实际上是通过将在输出信号停滞时间内 产生的能量存储到某一电容器内(否则就浪费了)，并可控地使电容器放电从而产 生升压脉冲。具体地说，简略参见附图11，图中示出的是一由HIV(BOOST)控制 信号反相的独立控制信号，即，在下一个二分之一周期内，在从升压脉冲的后沿 (T3)到升压脉冲的上升沿的那些时间间隔内为有效。CHARGE信号施加到使 电容充电或放电以产生升压脉冲的受控蓄电/放电电路1710。电路1701合适地包 含NPN晶体管Q16、FETQ6和电容器C19。CHARGE控制信号施加到晶体管 Q16的基极。当启动充电信号(例如为低电压)时，FETQ6导通，有效地使电容器 C19与正轨道905C相连。(用停滞时间能量来产生升压脉冲使得可以采用更低的 轨道电压。)当启动HIV(BOOST)控制信号并因此不启动控制信号CHARGE时， FETQ6不导通，而且电容器C19附加地向基本电力变换器910A的高侧端子1203 放电，以提供升压脉冲。

如前所述，微机1102产生计数(插脚1-4和15-18)，从该计数，由D/A 转换器产生斜坡参考信号，产生开关脉冲(插脚11-13)提供给组合逻辑电路 1110，从组合逻辑电路1110得到提供给电力变换部分910的开关控制信号(以控 制由电力变换部分910向输出端子L1和L2施加直流轨道电压)。按照来自接口 1108(插脚8)的输出信号915的标记与参考斜坡(插脚10)的比较来调整开关循环的 频率；以及按照来自内部时钟的计数与各控制参数的比较来调整开关脉冲的脉冲 宽度和脉冲之间的停滞时间。根据插脚9处反映的过电流或电源电压不足的情 况，停止电力变换。

更具体地说，参见图11和11A，微机1102包含多个内部寄存器和计数器： 模/数计数(ATOD)；各内部定时器，定时器1和定时器2；周期计数(COUNT)； 分别用来存储输出电压和栅极电压(电源电压)标记的各寄存器(RVALU和 GVALU)；指出输出频率的二分之一周期的计数(CPS)；指出开关脉冲后沿(图 14中T1)的计数(PWM)；指出输出频率时基的计数(BASE)；FET输出启动标志 (DUMMY)；和在插脚11-13处指出开关脉冲输出图形的寄存器(FETMASK)； 具有与每一中断对应的一比特的中断允许寄存器(INIT)以及分别对应于插脚11 -13和插脚1-4和15-18的端口寄存器P0和P2。另外，如果采用阶梯形 输出信号，则还有指出阶梯上升沿(TB)和阶梯后沿(T4)的计数(SECND)器， 对阶梯亦进行确定。如果需要，处理器还可以包括一中断优先级寄存器，以指定 各个中断的相对优先级。

参见图11和图11A-11F，微机1102通过具有预定个数(例如4个)中断驱动 子程序的连续主循环(简单跑道)程序，恰当地执行这些操作。基本循环路程序执 行D/A转换器1104的运算。各种其他功能受中断驱动。

现在参见图11B，当电力第一次施加到微机时，各定时器、寄存器和端口初 始化(步骤11)。初始化以后，微机1102恰当地执行设施D/A转换器1904的运算 的连续主循环，以及产生参考斜坡。D/A转换器1104实际上产生从0伏到5伏 的受控斜坡电压。更具体地说，使A/D计数ATOD递增(步骤1912)，然后进行测 试，以确定是否发生的翻转；计数器ATOD恰当地从0运行到256，然后翻转到 零(步骤1914)。假设没有发生翻转，则将ATOD计数装到与插脚1-4和15- 18(与ATOD转换器1904连接)对应的端口P2，并再次使ATOD递增(重复步骤 1912)。如果发生了翻转，则修改中断允许寄存器INIT的内容，用以允许各个中 断(步骤1918)：中断IRQ0(过电流/电源电压不足中断)和中断IRQ2(输出电压中 断)。正如将要说明的那样，每一斜坡循环只允许出现过电流中断IRQ0和输出电 压中断IRQ2一次，以避免虚假计数。

由中断IRQ0启动电源电压电平不足和过电流保护功能。当插脚9处的电压(电 源电压/FET栅极电压和ISEN过电流信号)等于参考斜坡时，产生IRQ0。除非是 在过电流的情况下(当ISEN使插脚9接地，即0伏时)，计数是指示施加到电力变 换器910的FETQ1-Q4的栅极的供电电压(例如标称15伏)的指示。参见图 11C，当产生中断IRQ0时，计数ATOD的值与寄存器GVALU的内容取平均， 并将该平均值装入寄存器GVALU内，以保持供电电压电平运行平均值的标记(步 骤1920)。随后，对GVALU是否处在合理范围内，例如，供电电压至少等于由 功率晶体管栅极看到的最小的逻辑高电压(步骤1922)。

视GVALU的内容是否位于合理范围内的情况而定，或者清除FET启动标志 (DUMMY)以使电力变换器910(步骤1924)，或者设置该标志以启动电力变换器 910(步骤1926)。随后，调整中断允许寄存器(INIT)的内容以禁止中断IRQ0(步骤 1928)，并实施从中断的返回(步骤1930)。如前所述，在下一个斜坡循环开始时， 将中断允许寄存器INIT设置成再允许中断IRQ0)。

响应于每次参考斜坡超过微机1102插脚处提供的输出电压的标记时产生的中 断IRQ2，实施平均整流输出电压的测量。参见图11D，当产生中断IRQ2时， 将ATOD计数(ATOD)加到寄存器RVALU内，随后将和数除以二，在寄存器 RVALU内产生表示输出电压运行平均值的计数(步骤1932)。调整输入允许寄存 器(INIT)，以对于剩余的斜坡循环禁止IRQ2(步骤1934)；在下一个斜坡循环开始 时再允许中断IRQ2(步骤1918)。随后实施从中断的返回(步骤1936)。

通过改变开关控制输出寄存器的内容(FETMASK)，控制在微机1102的插脚 11-13处产生的开关信号的状态。按照第一时间间隔定时器(定时器1)的内容所 反映的预定频率，周期地改变FET状态。例如，对于60Hz的输出频率，产生中 断IRQ4，例如，每8.2毫秒。参见图11E，当产生定时器1中断IRQ4时测试 FET输出允许标志(DUMMY)(步骤1938)。如果标志指示FET已经停止工作，(例 如，由于过电流或电源电压不足情况)，则清除开关控制输出寄存器FETMASK， 以关断(或停止运行)电力变换器910的FET(步骤1940)，并实施从中断的返回(步 骤1942)。

假设FET没有停止运行，则使循环计数(COUNT)递增(步骤1944)，接着对各 参数进行测试，以判定并设置电力变换器FET的合适状态。根据表示开关脉冲后 沿(图13中的T1)的计数PWM初始测试循环计数(步骤1946)。如果循环计数已 经达到了脉宽计数PWM，则关断电力变换器910中的FETQ1-Q4，例如端口 寄存器(清除与插脚11到13对应的PO)(步骤1948)。

随后，根据表示输出信号频率二分之一周期的计数(CPS)测试循环计数(步骤 1950)。如果循环计数已经达到二分之一循环计数CPS，则使电力变换器910中 各对FET的状态(LHRL和RHLL)反转(与开关控制输出寄存器FETMASK中的位 相补)(步骤1952)，并将FETMASK的内容装入与插脚11到13对应的端口寄存器 PO内(步骤1954)。随后清除循环计数(计数1956)，并实施从中断的返回(步骤 1958)。如果循环计数小于二分之一周期参数CPS，则实施从中断的返回(步骤 1958)。

如果系统采用基本的电力变换器910(图12)，并且发现循环计数小于脉宽参数 PWM，则实施从中断的返回。但是，如果想要更接近地模拟正弦波，即如图14 所示在输出信号中提供多个台阶，例如，采用图16或17所示的电力变换电路， 那么，根据高电压脉冲的边沿测试循环计数，以控制在产生HIV(BOOST)和 CHARGE控制信号的插脚11处产生开关信号。具体说来，如果循环计数大于或 等于沿计数SECND，则根据与高压脉冲的后沿SECOND(图14中的T4)对应的计 数SECND，初始测试循环计数，有效地使相应的升压电路停止运行，例如，清 除对应于插脚11的端口寄存器PO中的位(步骤1962)，并实施从中断的返回(步 骤1964)。

如果循环计数小于后沿计数SECND，那么就根据对应于高电压脉冲的上升沿 (图14中的T3)的计数，再次测试循环计数(步骤1956)。

如果循环计数(已经被确定为小于对应于后沿T4的计数)大于或等于与高电压 脉冲上升沿对应的计数，则启动升压电路1600，例如，设置对应于插脚11的端 口寄存器PO中的位(步骤1968)，并实施从中断的返回(步骤1970)。

如果循环计数小于与升压脉冲上升沿对应的计数，则实施从中断的返回(步骤 1972)。在输出信号中采用增加的台阶，在根据第一台阶脉冲后沿(步骤1960)和第 一台阶脉冲上升沿(步骤1966)之间进行的按照那些脉冲后根据沿和上升沿进 行的测试之间恰当地进行循环计数的介入测试。

按照输出电压的测量值周期地(较合适的是额定输出频率的每两个周期，例 如，32.256毫秒(对于60Hz近似为32.32毫秒))调整输出信号的频率和其他参 数。本质上，频率、脉宽和停滞时间参数(后沿T1与二分之一周期点T2之间的 时间差)是变化的，以适应瞬态重负载(即，电动机启动)。本质上，如果输出电压 下降到预先确定的最小值之下，则频率减小，并调整输出波形参数，以向负载提 供附加功率。产生周期性中断IRQ5以后，测试FET输出允许标志(DUMMY)(步 骤1974)。如果没有允许输出，则在步骤1975期间判断FET，并实施从中断的返 回。

假设允许了FET输出，则根据与确定为不能接受的低值(例如，180伏(UL低 电压数值))电压对应的预定最小值，测试输出电压标记RVALU。(步骤1976)如 果输出电压小于或等于最小电压，则假设该装置遇到了不寻常的负载(例如，处在 启动状态下的压缩机马达)。因此，输出信号的频率递降的方式下降到某一预定最 小值(例如30Hz)，并且输出波形参数因此而改变，使通向负载的电流最大。

更具体地说，使表示指定输出频率时基的计数(在对相应于所要求的输出频率 (例如60Hz)的计数(例如4)初始化期间)递增1(步骤1978)，以有效地降低输出频 率。根据预定最小值(例如30Hz)检查频率，并假设该频率位于允许范围内，则调 整脉宽和停滞时间以反映频率的变化，例如，调整脉宽和停滞时间从而保持其比 值不变(步骤1982)。例如，将对应于高电压脉冲上升沿的计数(FIRST)设置成经调 整的BASE计数；随后，将对应于高电压脉冲在沿的计数(SECND)设置成等于上 升沿计数(FIRST)的5倍；将对应于基座形脉冲(pedestal pulse)后沿沿(T1)的 (PWM)的计数设置成是BASE计数的7倍，并将对应于二分之一周期的计数(CPS) 设置成是经调整的BASE计数的8倍。在调整了输出波形参数(步骤1982)以后， 实施从中断的返回(步骤1984)。

如上所述，建立起最小频率(例如30Hz)。因此，如果实施BASE计数会引起 频率下降到最小值以下，则在实施输出波形参数调整(步骤1982)之前将BASE计 数复位至与最小值对应的计数。

一旦非寻常负载情况被消除，即，克服了启动惯性，则由于输出频率和波形 的变化，会表现出输出电压的上升。一旦测量值RVALU达到某一预定值(例如 122伏)，则假设中止。因此，假设输出电压的测量值RVALU大于最小电压(例如 108伏)，则按照被认为表示从非寻常负载情况(例如122伏)恢复的预定最大电压 测试测量的输出电压(RVALU)(步骤1988)。随后，使频率递增，直到达到所要求 的输出频率(例如60Hz)。

更具体地说，如果测得的输出值大于预定最小值(例如108伏)，并小于预定最 大(恢复)电压，则实施从中断的返回(步骤1984)。(实施调整参数步骤1982，但 是，由于BASE计数未被调整，所以数值不变。)

但是，如果测得值大于预定最大(恢复)电压(例如122伏)，则频率BASE计数 (BASE)递减(步骤1990)，而有效地增大了输出频率。随后，根据所要求的频率来 测试频率，即，按照与所要求的频率(例如60Hz)对应的计数测试BASE计数(步 骤1992)。假设频率是在该范围内，则调整输出波形参数以计及频率的变化(步骤 1982)，并实施从中断的返回(步骤1984)。如果递减使BASE计数与大于所要求频 率的某一频率对应，则在实施调整参数(步骤1982)之前，将BASE计数设置成与 所要求频率对应的计数(步骤1994)。

如前所述，由于可以在不减小频率的情况下降低引擎12的速率，所以可以引 擎12减速，或者在只有一部分系统容量被取出的情况下使其停机。简略参见图 11，微机1102在插脚15处产生用于负载用量控制器(load demand governor)的控 制信号。当插脚15处的信号为高时，晶体管15导通，启动电磁控制器，它与引 擎12的油门一起工作。参见图18A和18B，恰当地产生油门控制信号GOV，作 为平均负载输出电压(RVALU)的函数。在稳定状态下(图18A)，引擎被恰当地减 速。然而，当输出电压减小一预定值时，产生控制器信号进行加大油门，并增大 引擎12的RPM。一特别有利的负载用量控制器包含一柱形磁铁1800，该磁铁 沿长度方向被磁化，由铝镍钴合金恰当形成，与一非磁性推杆1802(例如用尼龙 形成)配合工作，以及缠绕在合适的芯子(例如用铸造用尼龙(cast nylon)形成)上的 绕组1801。推杆1802与油门杆臂1803配合。弹簧1806使油门杆臂压到停机位 置上。

在插脚15处产生信号时，晶体管Q12导通，通过绕组1801形成电流通路， 产生与柱形磁铁1800的磁相互作用。绕组1801和磁铁1800之间的磁相互作用 使得磁铁1800顶着弹簧1806偏置向前移动，使引擎12加大油门(RPM增大)。

微机1102的插脚15处产生的控制信号经恰当脉宽调制。脉宽越宽，提供给 绕组1801的功率就越大，并且同时，磁铁18、推杆1802和油门臂1803的运动 也越大。如果需要，在绕组1801两端可以提供回扫二极管1804。

在某些情况下，通过使用围绕在内部配置的定子周边旋转而配置的部转子， 可以获得重量和尺寸方面的好处。参见图19(a)和19(b)，一外部转子1100包含一 用软磁材料制成并具有内部腔体1104的柱形壳体1102。交替的永久磁铁802和 中间极1106位于壳体1102的内侧壁上。如果需要，在壳体1102的内侧壁上可 以形成各叶片(扇叶)1108，便于冷却。与此类似，壳体1102的上部大体敞开，它 包括各横撑1110和一中心轮毂1112，提供与马达转轴200的连接。如果需要， 可以将横撑1110做成扇叶，便于进行内部腔体1104的冷却。

定子1114恰当地包含层状铁心1116，和各绕组1118。绕组1118呈前面描 述的恰当形状。铁心1116包括中央轴向通孔。

定子1114由固定件1122固定在引擎202上。固定件包括一个具有内孔1126 的中心的轴向心柱1124，

组装时，通过孔1126将固定件1122与具有引擎转轴200的引擎202用螺栓 连接。孔1126的直径略比马达转轴200的直径大。从而马达转轴200可以在其 内部自由旋转。定子1114位于固定件1122上，心柱1124容纳在定子1114的中 央孔1322内。柱体1124恰当地实现与孔1322的静配合，当然在需要时，也可 以采用粘结剂。

转子1100经定子1114放置，并与引擎转轴200固定。定子1114容纳在腔体 1104的内部。轮毂1112包括与马达转轴200中的端纹的轴向孔1130配合的中心 孔1128。螺栓1302穿过孔1128，并在带螺纹孔1130内啮合，从而将转子1100 与转轴200固定而与之一起旋转。

外部转子1100和内部定子1114提供了一种特别小型的发电机装置。在某些 情况下，整个组件可以配置在小引擎的飞轮和永磁区内，从而提供没有原始外部 元件的发电机。另外，可以将组件并入一拉缆(pull cable)起动机(starter)内。如图 19(a)所示，拉缆组件和恰当包括轮棘和弹簧型单向离合器(overriding spring-type clutch)和滑轮1328的经轮毂1112上，与转子1100轴向对齐与之并固定。拉出绳 索时，滑轮旋转，实现与转子1100的同时旋转。

应当理解，图中示出的各个连接装置和连接方式是用单线绘出的，但这并非 意味着是某种限制，实际上可以包含本领域中所理解的多种连接方式或连接装 置。与此类似，图中，为了清晰起见，省去各种电源连接和各种控制线以及类似 的各种元件。另外，上述描述是本发明的较佳典型实施例，本发明并非仅限于所 示的特定形式。如权利要求中所表示的那样，在本发明的范围内设置和安排元件 时可作种种改变。

发明背景