Fahrzeuglichtmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine zum Betrieb auf Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, ver wendbare Lichtmaschine mit einem Spannungsregler, der an die Lichtmaschine mit Hilfe einer mehradrigen Kabelverbindung und einer mehrpoligen, aus Stecker und Muffe bestehenden Kupplungseinrichtung an geschlossen ist.
Bei derartigen Lichtmaschinen soll der gesamte von der Lichtmaschine gelieferte und den zum Teil sehr niederohmigen Verbrauchern zugeführte Last strom nicht über die Regeleinrichtung geführt werden, weil der Laststrom zu einer erheblichen Wärme entwicklung im Regler und daher zu Regelungenauig keiten führen würde. Ausserdem muss zwischen den Ausgangsklemmen der Lichtmaschine und der mit ihr zusammenarbeitenden Batterie eine Einrichtung vorgesehen werden, die eine Entladung der Batterie bei stillstehender oder ungenügend erregter Licht maschine über die Wicklungen der Lichtmaschine verhindert. Hierzu eignet sich besonders gut ein Halb leitergleichrichter, der jedoch aus Gründen seiner hohen Temperaturempfindlichkeit im Kühlluftstrom der Lichtmaschine angeordnet werden muss.
Darüber hinaus ist es erwünscht, die Regeleinrichtung bei beschränkten Einbauverhältnissen getrennt von der Lichtmaschine an einem hierfür geeignet erscheinen den Platz, beispielsweise an der Spritzwand des Kraftfahrzeugs, zu befestigen. Diese Aufgaben lassen sich bei einer Lichtmaschine der eingangs beschrie benen Art in einfacher Weise lösen, wenn einer der beiden Kupplungsteile auf dem Gehäuse der Licht maschine befestigt ist. Eine besonders zweckmässige Anordnung ergibt sich, wenn gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung der auf der Lichtmaschine sitzende Kupplungsteil als Tragkörper für eine ge trennt montierbare, zur Regeleinrichtung gehörende Baugruppe ausgebildet ist.
Diese kann den vom Last- Strom der Lichtmaschine durchflossenen Gleichrichter und einen mit diesem in Reihe liegenden, ebenfalls vom Laststrom durchflossenen niederohmigen Wider stand umfassen, an dem eine zur Strombegrenzung bzw. Stromregelung erforderliche Steuerspannung er zeugt und über die Kabelverbindung dem Regler zugeführt wird.
2weckmässigerweise wird der auf der Licht maschine sitzende Kupplungsteil über einem Aus schnitt im Lichtmaschinengehäuse angeordnet und mit einem angeformten Ansatz versehen, der durch den Ausschnitt hindurch ins Innere des Licht maschinengehäuses hineinragt und an seinem in dem Gehäuseinnenraum liegenden Abschnitt den Gleich richter und den niederohmigen Widerstand trägt. Diese beiden Schaltelemente werden dann vom Kühl luftstrom der Lichtmaschine gekühlt und können demzufolge wesentlich kleiner bemessen werden.
Weitere Einzelheiten und zweckmässige Weiterbil dungen gemäss der Erfindung sind nachstehend an hand von zwei Ausführungsbeispielen näher beschrie ben und erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 eine Kraftfahrzeuglichtmaschine im Längs schnitt mit einem angeschlossenen Spannungsregler, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Lichtmaschine nach Fig. 1 und Fig. 3 das elektrische Schaltbild der Lichtmaschine nach Fig. 1 und 2; Fig.4 zeigt einen Querschnitt durch eine als zweites Ausführungsbeispiel dienende andere Licht maschine und Fig.5 eine radiale Draufsicht auf die Licht maschine nach Fig. 4.
Die zum Betrieb auf einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug bestimmte Lichtmaschine nach Fig. 1 enthält in ihrem rohrförmigen Gehäuse 10 einen über eine Riemenscheibe 11 antreibbaren Anker 12, auf dessen Welle 13 ein Lüfterrad 14 sitzt. In dem zwischen dem Lüfterrad 14 und der Riemenscheibe 11 angeordneten Lagerschild 15 sind Durchbrechun- gen 16 angeordnet. Durch diese wird der bei L angedeutete Kühlluftstrom vom Lüfterrad 14 nach aussen abgeführt.
Der Kühlluftstrom tritt durch Ein lassöffnungen 17 im zweiten Lagerschild 18, der in der Nähe des Kollektors 19 angeordnet ist, in den Gehäuseinnenraum ein.
Die Lichtmaschine ist dazu bestimmt, eine in Fig. 3 bei 20 angedeutete Pufferbatterie von 12,6 V mit einem ausreichenden Ladestrom zu versorgen und ausserdem an nicht dargestellte, parallel zur Batterie anschliessbare Verbraucher einen Last strom JL zu liefern, der jedoch einen durch die Baugrösse der Lichtmaschine festgelegten Höchst wert nicht überschreiten darf. Damit die Licht maschine trotz der stark schwankenden Antriebs drehzahlen und der unterschiedlichen hohen Bela stung eine möglichst gleichbleibende Spannung zu liefern vermag, ist ein in Fig. 1 und 3 bei 21 angedeu teter Regler vorgesehen, der ein elektromagnetisches Relais enthält.
Dieses hat zwei Wicklungen, nämlich eine Spannungswicklung 22 und eine Stromwicklung 23 sowie ein im Ruhezustand geschlossenes Kon taktpaar 24, 25, das in den Erregerstromkreis der Lichtmaschine eingeschaltet ist. Der Erregerstrom kreis der Lichtmaschine führt von der in Fig. 3 mit b bezeichneten Plusbürste über eine in Fig. 1 nicht näher dargestellte Erregerwicklung 26 und einen mit dieser in Reihe geschalteten Widerstand 27 zur Masse und von dort zu der mit a bezeichneten Minus klemme.
Die Ruhekontakte des Reglers schliessen den Vorwiderstand 27 so lange kurz, bis der dann sich einstellende, über die Erregerwicklung 26 gehende Erregerstrom eine genügend grosse Ausgangsspan nung zwischen den Lichtmaschinenbürsten <I>a</I> und<I>b</I> hervorruft, wenn die Lichtmaschine mit einer ge nügend hohen Drehzahl angetrieben wird.
Der Spannungsregler ist mit der Lichtmaschine über ein vieradriges Kabel 28 verbunden, das mit einem Muffenstück 29 an ein erfindungsgemäss auf dem Lichtmaschinengehäuse befestigtes Steckerstück 30 angeschlossen ist, das zusammen mit der Muffe 29 eine lösbare Kupplungseinrichtung bildet. Der in Fig.2 näher dargestellte Steckerteil ist aus Isolier stoff gepresst und dient als Tragkörper für eine getrennt montierbare Baugruppe, die zu der Regel einrichtung gehört.
Zu der Baugruppe gehört eine gemäss dem Schalt bild nach Fig. 3 zwischen der Plusbürste b und dem Pluspol der Batterie 20 angeordnete Siliziumdiode 32, deren Ableitungselektrode als Schraubenbolzen 33 ausgebildet ist und zur Befestigung einer nicht dar gestellten Verbindungsleitung zur Batterie 20 dient. Die andere Elektrode der Diode 32 ist mit einer Leitung 34 an einen Anschlussdraht 35 geführt, der zusammen mit einem Steckerstift 36 im Isolierpress- Stoff des Steckers 30 sitzt.
Ausser dem Steckerstift 36 enthält der Kupplungsteil 30 noch drei weitere Steckerstifte 37, 38 und 39, von denen jeder ebenfalls mit einem Leitungsstück verbunden ist, das an der gegen den Gehäuseinnenraum vorspringenden Unter seite des Steckerkörpers endigt. Zwischen dem Lei tungsstück 35 und dem mit diesem verbundenen Anschlussdraht 34 der Diode 32 einerseits und einem mit dem Steckerstift 37 verbundenen Anschlussdraht 40 ist ein Steuerwiderstand 42 so angeordnet, dass er von dem beim Betrieb der Lichtmaschine entstehen den Luftstrom bestrichen wird.
Dieser Steuerwider stand ist in Reihe mit der den Rückstrom verhindern den Diode 32 zwischen die Plusbürste b und die vom Bolzen 33 der Diode 32 gebildete Anschlussklemme eingeschaltet. Wie Fig. 3 erkennen lässt, führen zwei Kabeladern 44 und 45 des vieradrigen Kabels 28 zur Stromspule 23 des Relais 21. In Reihe mit der Stromspule ist ein Halbleiterwiderstand 46 geschaltet, der aus hochdotiertem, einen p-n-Übergang enthalten den Germanium hergestellt ist und einen stark aus geprägten, bei 0,3 V liegenden Knick in seiner Strom spannungslinie hat.
Dieser Halbleiter bewirkt, dass nur ein kleiner Steuerstrom über die Stromspule 23 fliesst, solange der vom Laststrom JL am Steuer widerstand 42 erzeugte Spannungsabfall UL kleiner als 0,3 V bleibt, dagegen einen starken Steuerstrom fliessen lässt, wenn dieser Wert überschritten wird. In Anpassung an den durch die Baugrösse der Licht maschine festgelegten Höchstwert des Laststromes JL hat der Widerstand 42 einen Wert von 0,01 Ohm und liefert daher den für den Stromregelungseinsatz erforderlichen Spannungsabfall von 0,3 V bei einer Laststromstärke von 30 A.
Der dann über den Halb leiterwiderstand 46 und die Stromspule 23 fliessende Steuerstrom unterstützt das von der Spannungsspule 22 des Relais erzeugte Magnetfeld und bewirkt, dass die Ausgangsspannung der Lichtmaschine auf einen um so weiter unter ihrem Sollwert von 12,6 V liegen den Wert der Ausgangsspannung eingeregelt wird, je weiter der Laststrom JL über seinen zulässigen Höchstwert anzusteigen droht.
In gleicher Weise wie der Steuerwiderstand 42 ist auch der mit der Erregerwicklung 23 in Reihe liegende Vorschaltwiderstand 27, der durch die Kon takte 24, 25 des Relais periodisch kurzgeschlossen und beim Überschreiten der Sollspannung wieder zur Wirkung gebracht wird, an der gegen den Innenraum des Lichtmaschinengehäuses 10 gerichteten Stirnseite des Steckergehäuses 30 angeordnet und dem Kühl luftstrom der Lichtmaschine ausgesetzt.
Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 der Steckerteil vollständig aus Isolierstoff her gestellt ist und die Diode 32 daher ohne besondere Isolierung in diesem Steckerteil befestigt werden kann, ist bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 ein aus Metall gepresstes Steckergehäuse 60 vorgesehen, auf dem eine in gleicher Weise wie die Diode 32 des ersten Ausführungsbeispiels den Rückstrom verhindernde Siliziumdiode 61 befestigt ist.
Die Diode 61 hat einen etwa quadratischen, als Ableitungselektrode dienenden Fuss 62, der unter Zwischenlage eines nur etwa 0,05 mm starken Glimmerplättchens 63 mit Nieten 64 gegen das Steckergehäuse 60 so festgespannt ist, dass sich ein sehr guter Wärmeübergang ergibt.
Auf diese Weise lässt sich ein so kleiner thermischer übergangswider- stand von dem Diodengehäuse zum Steckergehäuse 60 erzielen, dass nur etwa 0,5,0 QW Verlustleistung auftreten und die Diode beim zulässigen Höchst strom sich nur auf eine 20 C über der Temperatur des Lichtmaschinengehäuses liegende Temperatur er wärmt.
Wie beim vorher beschriebenen Ausführungsbei spiel enthält der Steckerteil vier Steckerstifte 74, 75, 76, 77, die jedoch abweichend vom vorher beschrie benen Ausführungsbeispiel ziemlich weit über ihren in das metallische Steckergehäuse eingepressten Iso- lierkörper 78 in Richtung auf die Lichtmaschinen welle vorstehen.
Zur Ausnutzung des Kühlluftstroms der Lichtmaschine ist ebenfalls ein Steuerwiderstand 8, der in gleicher Weise wie der Steuerwiderstand 39 beansprucht ist, an der Unterseite des Steckerteils befestigt und mit der zur Diode 61 gehenden Zufüh rungselektrode 81 verbunden. Der besondere Vor teil der beschriebenen Steckerausbildung erlaubt es, die für den Anschluss und die Wirkungsweise des Reglers erforderlichen Bauteile an diesem Kupplungs stück zu befestigen. Für eine Mengenfertigung ergibt dies eine ungestörte Bandmontage, da in diesem Fall die Zusammensetzung der Lichtmaschine getrennt von dem Aufbau des Steckerteils und der Regelein richtung erfolgen kann.
Darüber hinaus wird durch die zusätzliche Kühlung der auf dem Kupplungsteil sit zenden Schaltelemente eine wesentlich höhere Be lastung bzw. eine entsprechend verminderte Bemes sung möglich.
Vehicle alternator The invention relates to an alternator which can be used for operation on vehicles, in particular motor vehicles, with a voltage regulator which is connected to the alternator with the aid of a multi-core cable connection and a multi-pole coupling device consisting of a plug and socket.
In such alternators, the entire load current supplied by the alternator and supplied to the sometimes very low-resistance loads should not be passed through the control device, because the load current would lead to considerable heat development in the controller and therefore to control inaccuracies. In addition, a device must be provided between the output terminals of the alternator and the battery working with it, which prevents the battery from discharging via the windings of the alternator when the alternator is stationary or insufficiently excited. A semi-conductor rectifier is particularly suitable for this purpose, but for reasons of its high temperature sensitivity it must be arranged in the cooling air flow of the alternator.
In addition, in the case of restricted installation conditions, it is desirable to attach the control device separately from the alternator at a location that appears suitable for this purpose, for example on the bulkhead of the motor vehicle. These tasks can be solved in a simple manner in an alternator of the type described enclosed when one of the two coupling parts is attached to the housing of the alternator. A particularly expedient arrangement is obtained when, according to a further embodiment of the invention, the coupling part seated on the alternator is designed as a support body for an assembly belonging to the control device that can be separately mounted.
This can include the rectifier through which the load current of the alternator flows and a low-resistance resistor in series with this, also through which the load current flows, at which a control voltage required for current limitation or current regulation is generated and fed to the controller via the cable connection.
2weckmässigerweise the coupling part seated on the alternator is arranged over a cutout in the alternator housing and provided with an integrally formed extension that protrudes through the cutout into the interior of the alternator housing and carries the rectifier and the low-resistance resistor on its section located in the interior of the housing . These two switching elements are then cooled by the flow of cooling air from the alternator and can therefore be made much smaller.
Further details and expedient developments according to the invention are described and explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments.
1 shows a motor vehicle alternator in longitudinal section with a connected voltage regulator, FIG. 2 shows a cross section through the alternator according to FIG. 1 and FIG. 3 shows the electrical circuit diagram of the alternator according to FIGS. 1 and 2; FIG. 4 shows a cross section through another alternator serving as a second exemplary embodiment, and FIG. 5 shows a radial top view of the alternator according to FIG. 4.
The alternator according to FIG. 1 intended for operation on a motor vehicle, not shown, contains in its tubular housing 10 an armature 12 which can be driven via a belt pulley 11 and on whose shaft 13 a fan wheel 14 is seated. In the end shield 15 arranged between the fan wheel 14 and the belt pulley 11, openings 16 are arranged. Through this the cooling air flow indicated at L is carried away from the fan wheel 14 to the outside.
The cooling air flow passes through an inlet openings 17 in the second bearing plate 18, which is arranged in the vicinity of the collector 19, into the interior of the housing.
The alternator is intended to supply a buffer battery of 12.6 V, indicated at 20 in FIG. 3, with sufficient charging current and also to supply a load current JL to consumers not shown, which can be connected in parallel to the battery, but which is one due to the size the maximum value specified for the alternator So that the alternator is able to deliver a voltage that is as constant as possible despite the fluctuating drive speeds and the different high loading stung, a controller in Fig. 1 and 3 at 21 is provided which contains an electromagnetic relay.
This has two windings, namely a voltage winding 22 and a current winding 23 and a pair of contacts 24, 25, which is closed in the idle state and which is switched into the excitation circuit of the alternator. The excitation circuit of the alternator leads from the plus brush designated in Fig. 3 with b through an excitation winding 26, not shown in Fig. 1 and a resistor 27 connected in series with this to ground and from there to the minus terminal denoted by a.
The normally closed contacts of the regulator short-circuit the series resistor 27 until the excitation current that then arises and passes through the excitation winding 26 causes a sufficiently large output voltage between the alternator brushes <I> a </I> and <I> b </I> when the alternator is driven at a sufficiently high speed.
The voltage regulator is connected to the alternator via a four-wire cable 28, which is connected with a sleeve piece 29 to a connector piece 30 fastened according to the invention to the alternator housing, which together with the sleeve 29 forms a releasable coupling device. The plug part shown in more detail in Figure 2 is pressed from insulating material and serves as a support body for a separately mountable assembly that belongs to the control device.
The assembly includes a according to the circuit diagram of FIG. 3 between the plus brush b and the plus pole of the battery 20 arranged silicon diode 32, the discharge electrode is designed as a screw bolt 33 and is used to attach a connecting line to the battery 20 is not provided. The other electrode of the diode 32 is led by a line 34 to a connecting wire 35 which, together with a plug pin 36, is seated in the pressed insulating material of the plug 30.
In addition to the plug pin 36, the coupling part 30 also contains three further plug pins 37, 38 and 39, each of which is also connected to a line piece which ends at the lower side of the plug body protruding towards the housing interior. A control resistor 42 is arranged between the line piece 35 and the connecting wire 34 of the diode 32 connected to it on the one hand and a connecting wire 40 connected to the plug pin 37 so that it is swept by the air flow generated during operation of the alternator.
This control resistor was in series with the reverse current prevent the diode 32 between the plus brush b and the terminal formed by the bolt 33 of the diode 32 is switched on. As FIG. 3 shows, two cable cores 44 and 45 of the four-core cable 28 lead to the current coil 23 of the relay 21. A semiconductor resistor 46 is connected in series with the current coil, which is made of highly doped, a pn junction containing germanium and a has a strong kink in its current voltage line at 0.3 V.
This semiconductor causes only a small control current to flow through the current coil 23, as long as the voltage drop UL generated by the load current JL at the control resistor 42 remains less than 0.3 V, but allows a strong control current to flow if this value is exceeded. In adaptation to the maximum value of the load current JL determined by the size of the alternator, the resistor 42 has a value of 0.01 Ohm and therefore supplies the voltage drop of 0.3 V required for the current control use at a load current of 30 A.
The control current then flowing through the semiconductor resistor 46 and the current coil 23 supports the magnetic field generated by the voltage coil 22 of the relay and causes the output voltage of the alternator to be the value of the output voltage which is all the more below its target value of 12.6 V. the further the load current JL threatens to rise above its maximum permissible value.
In the same way as the control resistor 42 is the series resistor 27 with the excitation winding 23, which is periodically short-circuited by the contacts 24, 25 of the relay and is brought into effect again when the target voltage is exceeded, on the against the interior of the alternator housing 10 facing end face of the connector housing 30 arranged and exposed to the cooling air flow of the alternator.
While in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 3 the plug part is made entirely of insulating material and the diode 32 can therefore be fastened in this plug part without special insulation, in the exemplary embodiment according to FIGS. 4 and 5 a plug housing 60 pressed from metal is used is provided on which a reverse current preventing silicon diode 61 is attached in the same way as the diode 32 of the first embodiment.
The diode 61 has an approximately square foot 62 serving as a discharge electrode, which is clamped against the connector housing 60 with rivets 64, with an only 0.05 mm thick mica plate 63 in between, so that a very good heat transfer results.
In this way, such a small thermal contact resistance from the diode housing to the connector housing 60 can be achieved that only about 0.5.0 QW power loss occurs and the diode at the maximum permissible current is only 20 C above the temperature of the alternator housing Temperature he warms.
As in the previously described Ausführungsbei game, the connector part contains four connector pins 74, 75, 76, 77, which, however, unlike the previously described embodiment enclosed, protrude quite far beyond their insulating body 78 pressed into the metallic connector housing in the direction of the alternator shaft.
To utilize the cooling air flow of the alternator, a control resistor 8, which is claimed in the same way as the control resistor 39, is attached to the underside of the plug part and connected to the supply electrode 81 going to the diode 61. The special part before the connector training described allows the components required for the connection and operation of the controller to be attached to this coupling piece. For volume production, this results in an undisturbed assembly line, since in this case the assembly of the alternator can be done separately from the structure of the plug part and the regulating device.
In addition, the additional cooling of the switching elements sitting on the coupling part enables a significantly higher load or a correspondingly reduced dimensioning.