DE10134104A1 - Stromversorgungsschaltung für Maschinenanlasser - Google Patents
Stromversorgungsschaltung für MaschinenanlasserInfo
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Abstract
Bei einer Stromversorgungsschaltung für Anlasser (1) ist eine Induktanzwicklung (10) in Reihe oder ist ein Kondensator (11) parallel mit bzw. zu einem Anlassermotor (2) geschaltet, um den Anstieg eines Stromes, welcher dem Anlassermotor (2) zugeführt wird, zu verlangsamen. Der Strom, der in einem Magnetschalter (3) bei Auftreten eines Prellvorganges des Magnetschalters (3) fließt, wird abgesenkt. Somit schaltet der Magnetschalter (3) selbst zum Zeitpunkt des Auftretens der Prellverzögerungen auf Grund einer Zunahme in der Induktivität einer Anziehwicklung (3a) einen kleinen Strom ein und aus, der durch den Prellvorgang verursacht wird, und damit wird das Erzeugen von Geräuschen, die sich aus dem Prellvorgang ergeben, unterdrückt. Es kann das Erzeugen eines Lichtbogens in dem Magnetschalter (3) auf Grund des Prellens unterdrückt werden und es wird die Zuverlässigkeit des Magnetschalters (3) erhöht.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungsschaltung für Anlasser, die
Maschinen antreiben.
Bei herkömmlichen Fahrzeugen treibt ein Anlasser eine Maschine solange an, bis die
Maschine gemäß einer Luftbrennstoffgemisch-Verbrennung arbeitet. Der Betrieb der
Maschine wird im Leerlaufzustand gehalten, wenn sich das Fahrzeug im Ruhezustand
an Verkehrsampeln befindet. Es wird ein wirtschaftlich arbeitendes System zunehmend
in den letzten Jahren verwendet, um die Maschine anzuhalten, wenn das Fahrzeug an
Verkehrsampeln steht, so daß die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Brennstoffes und
der Abgasemission verbessert werden.
Bei dem wirtschaftlich arbeitenden System befinden sich sehr häufig ein Radio und an
dere elektrische Vorrichtungen in Betrieb, wenn der Anlasser automatisch die Maschine
wieder startet, und zwar bei dem Fahrzeugruhezustand an Verkehrsampeln. Der Anlas
ser wird dann einer hohen Belastung bei der Anfangsstufe des Antreibens des Anlassers
unterworfen, da die Maschine eine hohe stationäre Trägheit besitzt. Der Strom steigt
übermäßig an, wie dies durch die ausgezogene Linie A in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn als
Ergebnis der Anlasser von dem Fahrzeugrestzustand aus wieder gestartet wird, fließt ein
übermäßig hoher Strom bei der Anfangsstufe und beeinflußt das Radio und andere
elektrische Vorrichtungen, die sich zu diesem Zeitpunkt in Betrieb befinden.
Für den Fall, daß ein Anlasser darüber hinaus so konstruiert ist, daß er mit einer hohen
Spannung arbeitet, steigt die Zahl der Windungen der Anzugswicklung eines Magnet
schalters an, der die Stromversorgung des Anlassermotors steuert, was zu einer Zu
nahme in der Induktanz der Anzugswicklung (pull-in coil) des Magnetschalters führt.
Dies führt zu einer Verzögerung in der Einschaltzeit des Magnetschalters.
Wenn der Magnetschalter eingeschaltet wird, schlägt ein bewegbarer Kontakt gegen
einen feststehenden Kontakt und springt dabei. Jedoch erfolgt der Spring- oder
Prellvorgang mit einer zeitlichen Verzögerung, und zwar auf Grund der Zunahme in der
Induktanz der Anzugswicklung des Magnetschalters. Wenn der Anlasser nicht vom Typ
mit einer hohen Spannung ist, ist die Induktanz der Anzugswicklung des Magnetschal
ters niedrig. Als ein Ergebnis wird der Magnetschalter schnell eingeschaltet und das
Springen oder Prellen tritt an einer Position α in Fig. 3 auf. Wenn jedoch der Anlasser
so konstruiert ist, daß er mit einer hohen Spannung arbeitet, wird die Einschaltzeit des
Magnetschalters verzögert und das Springen tritt an der Position β in Fig. 3 auf.
Wenn sich der Zeitpunkt des Springens so verzögert, wie dies durch β angezeigt ist,
schaltet der Magnetschalter den hohen Strom ein und aus, indem er springt, was das
Erzeugen eines elektrischen Lichtbogens an den Kontaktanschlüssen des Magnetschal
ters zur Folge hat. Der Lichtbogen erzeugt ein Geräusch und verursacht ein Abschmel
zen der Kontaktanschlüsse, was dann zu einer niedrigen Zuverlässigkeit des Magnet
schalters führt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Strom zu reduzieren, der dann
zugeführt wird, wenn ein Anlasser zu Beginn angetrieben wird, so daß die Zuverlässig
keit eines Magnetschalters verbessert wird und Geräusche, die bei dem Springen erzeugt
werden, reduziert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Stromversorgungsschaltung für Anlas
ser einen Anlassermotor zum Anlassen einer Maschine, einen Magnetschalter zum Ein
schalten und zum Ausschalten eines Stromes, der dem Anlassermotor zugeführt wird,
und eine den Anstieg verlangsamende Vorrichtung, um eine Geschwindigkeit des An
stiegs des Stromes zu verlangsamen, der dem Anlassermotor zugeführt wird.
Die den Anstieg verlangsamende Vorrichtung kann aus einer Induktanzwicklung be
stehen, die in Reihe mit dem Anlassermotor geschaltet ist und welche die Geschwindig
keit des Anstiegs des Stromes verlangsamt, und zwar auf Grund der Induktivität der
Induktanzwicklung. Die den Anstieg verlangsamende Vorrichtung kann alternativ aus
einem Kondensator bestehen, der parallel zu dem Anlassermotor geschaltet ist und der
die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes mit Hilfe der Kapazität des Kondensators
verlangsamt. In bevorzugter Weise befriedigt eine Zeitdauer, die für den Strom erfor
derlich ist, um einen Spitzenwert zu erreichen, wenn der dem Anlassermotor zugeführte
Strom verlangsamt wird, die Beziehung T ≦ (10/12) V, worin T die Zeitdauer angibt
und V eine Antriebsspannung für den Anlassermotor angibt.
Die oben genannten Ziele und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Hin
weis auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm einer Stromversorgungsschaltung für Anlasser
gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Graphen, der einen Spitzenstrom zeigt, welcher einem Anlasser bei
der ersten Ausführungsform und bei einem Anlasser nach dem Stand der
Technik zugeführt wird;
Fig. 3 einen Graphen, der eine Position gemäß dem Auftreten eines Springens in
dem Anlasser bei der ersten Ausführungsform und bei dem herkömmli
chen Anlasser veranschaulicht;
Fig. 4A und 4B Schaltungsdiagramme von Stromversorgungsschaltungen für Anlasser
gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Stators eines Anlassermotors, der bei der
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung wird unter Hinweis auf verschiedene Ausführungsformen
und Abwandlungen beschrieben, bei denen gleiche oder ähnliche Teile mit den gleichen
oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind.
Gemäß Fig. 1 besitzt ein Anlasser 1 einen Anlassermotor 2 zum Antreiben einer Ma
schine und einen Magnetschalter 3, um die Stromversorgung zu dem Anlassermotor 2
einzuschalten und auszuschalten. Der Anlassermotor 2 besitzt einen Anker 4 mit einer
Ankerwicklung (nicht gezeigt) und einer direkt gewickelten Feldwicklung 5, die in
Reihe mit dem Anker 4 geschaltet ist. Der Anlassermotor 2 ist von einem bekannten
Typ, der Drehmoment zum Anlassen der Maschine erzeugt, wenn ein Strom von einer
im Fahrzeug montierten Batterie 6 über dem Magnetschalter 3 zugeführt wird.
Eine Anziehwicklung 3a und eine Haltewicklung 3b des Magnetschalters 3 sind an die
Batterie 6 über ein Anlasserrelais 7 angeschlossen. Eine Relaiswicklung 7a des Anlas
serrelais 7 ist mit der Batterie 6 über einen Schlüsselschalter 8 verbunden.
Wenn der Schlüsselschalter 8 eingeschaltet wird, das heißt, wenn der Schlüsselschalter
8 in eine Anlaßposition gedreht wird, wird die Relaiswicklung 7a des Anlasserrelais 7
mit einem Strom versorgt. Das Anlasserrelais 7, welches einen normalerweise offenen
bewegbaren Kontakt aufweist, wird eingeschaltet. Die Anziehwicklung 3a und die Hal
tewicklung 3b des Magnetschalters 3 werden mit Strom versorgt. Dann wird der Mag
netschalter 3, der einen normalerweise offenen bewegbaren Kontakt besitzt, einge
schaltet. Es fließt dann ein hoher Strom in den Anlassermotor 2 und treibt die Maschine
zum Drehen an.
In dem Anlasser 1 ist eine Induktanzwicklung 10 in Reihe mit dem Anlassermotor 2
geschaltet (dem Anker 4 und der Feldwicklung 5). Diese Induktanzwicklung 10 arbeitet
derart, um die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes zu verlangsamen, welcher dem
Anlassermotor 2 zugeführt wird. Diese Induktanzwicklung 10 reduziert die Anstiegsrate
des Stromes, welcher dem Anlassermotor 2 zugeführt wird, und zwar auf Grund ihrer
Induktivität.
Wenn bei dieser Ausführungsform der Schlüsselschalter 8 in die Anlaßposition gedreht
wird, um die Maschine anzulassen, wird das Anlasserrelais 7 eingeschaltet, um den
Strom der Anzugswicklung 3a und der Haltewicklung 3b zuzuführen. Der Strom wird
zuerst dem Anlassermotor 2 über die Anzugswicklung 3a und die Induktanzwicklung 10
zugeführt, da die Anzugswicklung 3a in Reihe mit der Induktanzwicklung 10 geschaltet
ist. Der bewegbare Kontakt des Magnetschalters 3 kontaktiert nachfolgend vollständig
die Schalteranschlüsse (feststehenden Kontakt). Als ein Ergebnis fließt ein hoher Strom
aus der Batterie 6 zu dem Anlassermotor 2 über die Induktanzwicklung 10, wobei die
Anzugswicklung 3a umgangen wird.
Wenn die Induktivität der Anzugswicklung 3a groß ist, da nämlich der Anlasser 1 so
ausgelegt ist, daß er mit einer hohen Spannung arbeitet, wird die Einschaltzeit des Mag
netschalters 3 durch eine Zunahme in der Induktivität bei der Anfangsstufe des Antrei
bens des Anlassers verzögert. Bei der herkömmlichen Stromversorgungsschaltung tritt
ein Springen oder Prellen auf (Position α in Fig. 3), und zwar durch das Einschalten des
Magnetschalters 3, wenn der schnelle Strom, der durch die elektrische Zeitkonstante des
Anlassers 1 festgelegt wird, zunimmt.
Jedoch ist gemäß der ersten Ausführungsform die Induktanzwicklung 10 in Reihe mit
dem Anlassermotor 2 geschaltet, um die Anstiegsgeschwindigkeit des schnellen Stro
mes zu verlangsamen, wie dies durch die strichlierte Linie B1 in Fig. 3 gezeigt ist. Der
Strom, der in dem Magnetschalter 3 fließt, wird zu dem Zeitpunkt des Springvorganges
niedrig gehalten (Position γ in Fig. 3).
Somit schaltet der Magnetschalter 3 selbst dann, wenn das Auftreten des Springens auf
Grund der hohen Induktivität der Anzugswicklung 3a verzögert wird, einen kleinen
Strom ein und aus, und zwar auf Grund des Springvorganges, wie dies an der Position γ
in Fig. 3 gezeigt ist. Als ein Ergebnis wird das Erzeugen eines Lichtbogens an den
Kontaktanschlüssen des Magnetschalters 3 unterdrückt und es wird das Geräusch, wel
ches durch das Springen verursacht wird, reduziert. Die Induktanzwicklung 10 absor
biert die erzeugten Geräusche und es wird somit die Geräuschentwicklung, die durch
den Magnetschalter 3 hervorgerufen wird, reduziert.
Da ferner das Erzeugen eines Lichtbogens auf Grund des Springens an den Kontaktan
schlüssen des Magnetschalters 3 unterdrückt wird, werden die Schalterkontakte vor ei
nem Anschmelzen geschützt und auch vor einer Zerstörung geschützt, was zu einer
Verbesserung in der Zuverlässigkeit des Magnetschalters 3 führt.
Darüber hinaus wird der Anlasser 1 einer übermäßigen Last ausgesetzt, und zwar bei der
Anfangsstufe des Anlassers 1, da dieser die Maschine antreibt, die eine hohe stationäre
Trägheit besitzt. Es wird auf Grund des plötzlichen Stromes ein Spitzenstrom und eine
Gegen-EMK erzeugt. Jedoch wird die Anstiegsgeschwindigkeit des plötzlichen Stromes
verlangsamt, wie dies durch die strichlierten Linien A1 und A2 in Fig. 2 gezeigt ist, da
nämlich die Induktanzwicklung 10 in Reihe mit dem Anlassermotor 2 geschaltet ist.
Somit kann der Strom bei der Anfangsstufe des Antreibens des Anlassers 1 reduziert
werden.
Die Induktivität der Induktanzwicklung 10 wird in Einklang mit der Induktivität der
Anziehwicklung 3a eingestellt, die der Wicklung des Magnetschalters 3 entspricht. Das
heißt, die Zeitperiode für das Verlangsamen der Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes,
der an den Anlassermotor 2 angelegt wird, länger eingestellt als die Induktivität der An
ziehwicklung 3a zunimmt. Spezifischer ausgedrückt, wird die Induktivität der Induk
tanzwicklung 10 so eingestellt, um die Anstiegsgeschwindigkeit des plötzlichen Stro
mes zu verlangsamen, entsprechend der Zunahme der Induktivität der Anzugswicklung
3a.
Geeignete Werte für die Verlangsamung des Anstiegs des Stromes mit Hilfe der Induk
tanzwicklung 10 werden in der folgenden Weise ermittelt.
Die Induktivität der Induktanzwicklung 10 bei dieser Ausführungsform wird auf einen
Wert festgelegt, der die Gleichung T ≦ (10/12) V befriedigt. Hierbei wird die Zeitperi
ode vom Beginn der Stromzufuhr zum Anlassermotor 2 bis zum Anstieg des Stromes
auf den Spitzenwert durch T msec wiedergegeben (Fig. 2), und die Anlasserantriebs
spannung ist durch V wiedergegeben.
Bei dieser Ausführungsform, bei welcher die Antriebsspannung des Anlassermotors von
der im Fahrzeug montierten Batterie 6 stammt, wird die Induktivität so eingestellt, daß
die Zeitperiode T, die erforderlich ist, damit der Strom auf den Spitzenwert ansteigen
kann, kleiner wird als 10 msec, wenn die Spannung der im Fahrzeug montierten Batterie
6 gleich 12 V beträgt.
Der Wert des Stromes, der in dem Magnetschalter 3 zum Zeitpunkt des Auftretens des
Springens oder Prellens fließt, kann durch diese Einstellung reduziert werden, und zwar
selbst dann, wenn die Antriebsspannung des Anlassermotors zunimmt. Der Magnet
schalter 3 schaltet einen kleinen Strom auf Grund des Springens oder Prellens ein und
aus. Als ein Ergebnis wird das Erzeugen eines Lichtbogens an den Anschlüssen des
Magnetschalters 3 ungeachtet der Größe der Antriebsspannung des Anlassermotors un
terdrückt. Die Anschlüsse werden vor einem Anschmelzen und vor einer Zerstörung
geschützt, was zu einer Verbesserung in der Zuverlässigkeit des Magnetschalters 3
führt. Ferner wird auch die Geräuschentwicklung, die sich aus dem Prellvorgang oder
Springvorgang ergibt, unterdrückt.
Bei dieser Ausführungsform, die in Fig. 4A gezeigt ist, ist ein Kondensator 11 parallel
zu dem Anlassermotor 2 geschaltet, so daß die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes,
welcher dem Anlassermotor 2 zugeführt wird, durch die Kapazität des Kondensators
verlangsamt wird.
Die zweite Ausführungsform kann mit der oben erläuterten ersten Ausführungsform
kombiniert werden. Das heißt, es kann, wie in Fig. 4B gezeigt ist, die Induktanzwick
lung 10 in Reihe mit dem Anlassermotor 2 geschaltet werden und es kann der Konden
sator 11 parallel zum Anlassermotor 2 geschaltet werden. Die Induktivität und die Ka
pazität können klein eingestellt werden. In diesem Fall wird die Geräuschentwicklung
noch stärker unterdrückt, da nämlich ein LC-Filter durch die Induktanzwicklung 10 und
den Kondensator 11 gebildet wird.
Bei dieser Ausführungsform, die bei der ersten und bei der zweiten Ausführungsform
realisiert oder angewendet werden kann, ist die Induktanzwicklung 10 um Permanent
magnete 12 gewickelt, die an dem Stator des Anlassermotors 2 montiert sind. Das heißt,
der Permanentmagnet 12 des Anlassermotors 2 wird auch als Eisenkern der Induk
tanzwicklung 10 verwendet. In diesem Fall kann der Anlasser 1, der die Induk
tanzwicklung 10 enthält, in der Größe klein ausgeführt werden und auch mit geringem
Gewicht ausgeführt werden, wodurch Kosten reduziert werden, da der Permanent
magnet 12 gemeinsam durch die Induktanzwicklung 10 und den Anlassermotor 2 ver
wendet wird.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind auf Fälle gerichtet, bei denen der An
lasser 1 dadurch angetrieben wird, indem der Schlüsselschalter 8 manipuliert wird. Es
kann jedoch auch eine elektronische Steuereinheit (ECU) getrennt von dem Schlüssel
schalter 8 vorgesehen sein, um den Anlasser 1 anzutreiben. Das heißt, die vorliegende
Erfindung kann auf das wirtschaftlich laufende System angewendet werden, bei dem der
Magnetschalter 3 durch die ECU gesteuert wird, um automatisch den Antrieb des An
lassers 1 zum Anlassen der Maschine aus dem Ruhezustand heraus zu starten.
Claims (7)
1. Stromversorgungsschaltung für Anlasser (1), mit:
einem Anlassermotor (2) zum Anlassen einer Maschine;
einem Magnetschalter (3) zum Einschalten und zum Ausschalten eines Stromes, der dem Anlassermotor (2) zugeführt wird; und
eine einen Anstieg verlangsamende Einrichtung (10, 11), die an den Anlasser motor (2) angeschlossen ist, um eine Anstiegsgeschwindigkeit des dem Anlas sermotor (2) zugeführten Stromes zu verlangsamen.
einem Anlassermotor (2) zum Anlassen einer Maschine;
einem Magnetschalter (3) zum Einschalten und zum Ausschalten eines Stromes, der dem Anlassermotor (2) zugeführt wird; und
eine einen Anstieg verlangsamende Einrichtung (10, 11), die an den Anlasser motor (2) angeschlossen ist, um eine Anstiegsgeschwindigkeit des dem Anlas sermotor (2) zugeführten Stromes zu verlangsamen.
2. Stromversorgungsschaltung für Anlasser (1) nach Anspruch 1,
bei der die Einrichtung (10, 11) zum Verlangsamen des Anstiegs eine Induk
tanzwicklung (10) enthält, die in Reihe mit dem Anlassermotor (2) geschaltet ist,
um die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes, welcher dem Anlassermotor (2)
zugeführt wird, zu verlangsamen.
3. Stromversorgungsschaltung für Anlasser (1) nach Anspruch 2,
bei der der Anlassermotor (2) einen Permanentmagneten (12) enthält und bei der
die Induktanzwicklung (10) um den Permanentmagneten (12) gewickelt ist.
4. Stromversorgungsschaltung für Anlasser (1) nach irgendeinem der Ansprüche 1
bis 3,
bei der die Einrichtung (10, 11) zum Verlangsamen des Anstiegs einen Konden
sator (11) enthält, der parallel zu dem Anlassermotor (2) geschaltet ist, um die
Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes zu verlangsamen, welcher dem Anlasser
motor (2) zugeführt wird.
5. Stromversorgungsschaltung für Anlasser (1) nach irgendeinem der Ansprüche 1
bis 4,
bei der eine Zeitperiode (T) zum Verlangsamen des Stromes, welcher dem An
lassermotor (2) zugeführt wird, mit Hilfe der Einrichtung (10, 11) zum Verlang
samen des Anstieges proportional zu einer Zunahme in der Induktivität einer
Wicklung (3a) des Magnetschalters (3) zunimmt.
6. Stromversorgungsschaltung für Anlasser (1) nach irgendeinem der Ansprüche 1
bis 4,
bei der eine Zeitperiode (T), die erforderlich ist, damit der dem Anlassermotor
(2) zugeführte Strom einen Spitzenwert erreicht, wenn der dem Anlassermotor
(2) zugeführte Strom durch die Einrichtung (10, 11) zum Verlangsamen des An
stiegs verlangsamt wird, die Bedingung befriedigt: T ≦ (10/12) V, worin V eine
Antriebsspannung für den Anlassermotor (2) bedeutet.
7. Stromversorgungsschaltung für Anlasser (1) nach irgendeinem der Ansprüche 1
bis 4,
bei der der Magnetschalter (3) eine Anzugswicklung (pull-in coil) (3a) und eine
Haltewicklung (3b) enthält, und bei der die Anzugswicklung (3a) in Reihe zu
dem Anlassermotor (2) geschaltet ist, so daß der zu dem Anlassermotor (2)
fließende Strom durch diese hindurch bei einer Anfangsstufe des Antreibens des
Anlassermotors (2) zugeführt wird.
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