DE102004041510A1

DE102004041510A1 - Drehstromgenerator

Info

Publication number: DE102004041510A1
Application number: DE102004041510A
Authority: DE
Inventors: Herbert Labitzke; Gert Wolf; Reinhard Meyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-02
Also published as: CN101010850B; CN101010850A; US20100244555A1; WO2006024578A1; EP1784905A1; JP2008511276A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehstromgenerator mit einer zwischen einem ersten Spannungswert und einem zweiten Spannungswert einstellbaren Ausgangsspannung. Der erste Spannungswert ist zur Versorgung von Bordnetzverbrauchern eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Der zweite Spannungswert ist größer als der erste Spannungswert. Der Drehstromgenerator weist einen Stator auf, um dessen Zähne eine Drehstromwicklung gewickelt ist, deren Stränge in zwischen den Zähnen befindlichen Nuten positioniert sind. Zur Gewährleistung eines ausgewogenen Leistungsverhältnisses in den verschiedenen Spannungsebenen weist jeder Strang eine vorgegebene Anzahl von Leitern pro Nut auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehstromgenerator sowie eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, welche einen derartigen Drehstromgenerator aufweist.
Drehstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge sind üblicherweise derart ausgelegt, dass sie die Leistungsanforderungen innerhalb einer Spannungsebene, beispielsweise 14 V, und eines Drehzahlkollektives möglichst gut erfüllen.
Weiterhin ist es bereits bekannt, dass Generatoren, die für eine erste Betriebsspannung von beispielsweise 14 V ausgelegt sind, auf einer zweiten Betriebsspannung, die höher ist als die erste Betriebsspannung, eine höhere Leistung bei deutlich verbessertem Wirkungsgrad abgeben können.
Ferner ist es bereits bekannt, dass sich die Angehdrehzahl eines Generators mit steigender Betriebsspannung erhöht. Unter Angehdrehzahl versteht man diejenige Drehzahl, bei der der Generator damit beginnt, Strom abzugeben.

Aus der DE 100 42 524 A1 ist eine Spannungsversorgungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die ein von einem ersten Generator mit elektrischer Energie versorgbares Bordnetz und ein zweites, von einem zweiten Generator mit elektrischer Energie versorgbares Zusatznetz aufweist. Dem zweiten Generator ist eine Steuereinrichtung zum Bewirken einer Energieabgabe zugeordnet und ein Kon densator als elektrischer, hochstromfähiger Energiespeicher nachgeschaltet. Dabei ist über die Steuereinrichtung eine elektrische Energieabgabe des zweiten Generators in Abhängigkeit vom Betriebszustand und/oder des Energiebedarfs bewirkbar.

Aus der DE 100 42 532 A1 ist eine Zweispannungsversorgungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Bei dieser ist einem Generator zum Erzeugen elektrischer Energie ein Generatorregler zugeordnet. Die vom Generator ableitbare elektrische Generatorspannung ist über einen ersten Anschluss zum Ableiten einer ersten elektrischen Spannung einem veränderbaren Ohmschen Widerstand zuführbar. Dem veränderbaren Ohmschen Widerstand sind ein zweiter Anschluss zum Ableiten der Bordnetzspannung sowie der Generatorregler nachgeschaltet.

Vorteile der Erfindung

Ein Drehstromgenerator mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen weist ein ausgewogenes Leistungsverhältnis zwischen den beiden Spannungsebenen auf. Insbesondere zeichnet er sich durch niedrige Angehdrehzahlen aus. Der Drehstromgenerator gemäß der Erfindung zeichnet sich weiterhin durch einen hohen Wirkungsgrad aus.

Beim Gesamtsystem handelt es sich vorzugsweise um das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, welches außer dem bereits genannten Drehstromgenerator eine erste Bordnetzverbrauchergruppe und eine zweite Bordnetzverbrauchergruppe aufweist. Die erste Bordnetzverbrauchergruppe wird über eine zwischen dem Drehstromgenerator und der ersten Bordnetzverbrauchergruppe vorgesehene Einrichtung, bei der es sich vorzugsweise um einen Längsregler handelt, mit einer Nennspannung versorgt, die dem ersten Spannungswert entspricht. Diese Nennspannung beträgt vorzugsweise 14 V oder – beim Vorliegen von Nutzfahrzeugen – 28 V. Die zweite Bordnetzverbrauchergruppe wird direkt aus dem Drehstromgenerator mit einer zweiten Spannung versorgt, die größer ist als die erste Nennspannung und vorzugsweise 42 V beträgt oder gleich der ersten Nennspannung ist.

Die Ausgangsspannung des Generators wird vorzugsweise von einer Steuereinheit eingestellt, die auch dem Längsregler Steuersignale zuführt. Diese Steuereinheit kann auch im Längsregler integriert sein.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
Zeichnung
Die 1 zeigt eine Blockdarstellung eines Bordnetzes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die 2 zeigt eine Blockdarstellung eines Bordnetzes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die 3 zeigt verschiedene Verschaltungsarten der Drehstromwicklung eines Drehstromgenerators. Die 4 zeigt eine Teilansicht des Stators eines Drehstromgenerators. Die 5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der Generatorleistung in Abhängigkeit von der Zahl der Leiter pro Nut.
Beschreibung
Die 1 zeigt eine Blockdarstellung eines Bordnetzes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das dargestellte Bordnetz weist einen Generator 1 auf, der von einem Regler 2 angesteuert wird. Der Regler 2 seinerseits ist mit einer Steuerung 3 verbunden und bezieht von dieser Steuerbefehle für den Betrieb des Generators 1.
Die Ausgangsspannung des Generators 1 ist durch die Steuerbefehle der Steuerung 3 zwischen einem ersten Spannungswert und einem zweiten Spannungswert einstellbar.
Der erste Spannungswert ist kleiner als 14 V. Der zweite Spannungswert ist vorzugsweise größer als 36 V.
Der Generator 1 ist ausgangsseitig mit einem Bordnetzverbraucher 4 verbunden, bei welchem es sich um einen 42 V-Verbraucher handelt. Weiterhin ist der Generator 1 mit einem Längsregler 5 verbunden, der ebenfalls von der Steuerung 3 mit Steuersignalen beaufschlagt wird. Die Steuerung 3 und der Längsregler 5 können – wie es in der 1 durch die gestrichelten Linien angedeutet ist – als bauliche Einheit realisiert sein. Am Ausgang des Längsreglers 5 liegt das übliche Bordnetz des Kraftfahrzeugs vor, welchem eine Batterie 6 und ein Bordnetzverbraucher 8 angehören. Bei letzterem handelt es sich um einen 12 V-Verbraucher. Optional ist ein weiterer Generator 7 vorgesehen. Bei der Batterie 6 handelt es sich vorzugsweise um einen 12 V-Bleiakkumulator. Der Längsregler 5 stellt an seinem Ausgang eine konstante Spannung von etwa 14 Volt zur Verfügung, die zur Aufladung des Bleiakkumulators 6 und zur Versorgung des 12 V-Verbrauchers 8 dient.
Die in der 1 dargestellte Vorrichtung dient nach alledem dazu, bestimmte Verbraucher, beispielsweise eine elektrische Heizung und das Motorkühlergebläse, an einer höheren bzw. variablen Spannung zu betreiben, die im Bereich zwischen 14 V und 42 V frei wählbar ist, und gleichzeitig das übrige Bordnetz über den Längsregler 5 mit 14 V zu versorgen.
Eine alternative Verwendungsmöglichkeit der Vorrichtung gemäß der 1 besteht bei Nutzfahrzeugen. Bei diesen Nutzfahrzeugen beträgt der erste Spannungswert, mit welchem das übrige Bordnetz versorgt wird, 28 V. Folglich wird bei dieser alternativen Verwendung am Ausgang des Längsreglers 5 eine Versorgungsgleichspannung von 28 V zur Verfügung gestellt. Der Generator 1 arbeitet bei dieser alternativen Verwendungsmöglichkeit in einem Spannungsbereich zwischen 28 V und 42 V.
Um in den genannten Spannungsbereichen optimal arbeiten zu können, ist der Generator 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in charakteristischer Weise ausgelegt. Diese Auslegung des Generators wird unten im Zusammenhang mit den 3–5 näher erläutert.
Die 2 zeigt eine Blockdarstellung eines Bordnetzes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Das in der 2 dargestellte Bordnetz weist einen Generator 1 auf, der von einem Regler 2 angesteuert wird. Der Regler 2 ist seinerseits mit einer Steuerung 3 verbunden und bezieht von dieser Steuerbefehle für den Betrieb des Generators 1.
Die Ausgangsspannung des Generators 1 ist durch die Steuerbefehle der Steuerung 3 zwischen einem ersten Spannungswert und einem zweiten Spannungswert einstellbar. Der erste Spannungswert ist kleiner als 14 V. Der zweite Spannungswert ist vorzugsweise größer als 36 V.
Der Generator 1 ist ausgangsseitig mit einer Schaltvorrichtung 9 verbunden. Diese Schaltvorrichtung, der Steuersignale von der Steuerung 3 zugeführt werden, weist eine Schalteinheit 9a und einen Schalter 9b auf. Der Wechselkontakt des Schalters 9b ist mit dem Generator 1 verbunden. An den Anschluss a des Schalters 9b ist ein herkömmliches Teilbordnetz angeschlossen, von welchem in der 2 eine Batterie 6 und ein an einen Schalter 13 angeschlossener 12V-Verbraucher 14 dargestellt sind. Der Anschluss b des Schalters 9b ist mit einem Schalter 10 verbunden, in Reihe zu welchem ein Lüftermotor 11 angeordnet ist. Der Lüftermotor 11 wird bei geschlossenem Schalter 10 mit einer Gleichspannung, die vorzugsweise zwischen 14 V und 42 V liegt, aus dem Generator 1 versorgt. Parallel zu der Reihenschaltung aus dem Schalter 10 und dem Lüftermotor 11 ist ein weiterer Verbraucher angeordnet, der ebenfalls mit einer variablen Spannung versorgt werden kann. Die Steuerung 3 steuert während des Fahrbetriebes die Umschaltung des Schalters 9b derart, dass diejenigen Bauteile, die Energie benötigen, mit dem Generator 1 verbunden werden. Befindet sich der Schalter 9b in seiner Schaltstellung a, dann wird das herkömmliche 14V-Bordnetz aus dem Generator 1 und ggf. von dem optionalen Generator 7 mit einer Versorgungsgleichspannung von 14 V versorgt. Befindet sich der Schalter 9b hingegen in seiner Schaltstellung b, dann werden die 42V-Verbraucher 11 und/oder 12 aus dem Generator 1 mit einer Versorgungsgleichspannung von bis zu 42 V versorgt, während ggf. das 14V-Bordnetz von dem optionalen Generator 7 versorgt wird.
Um in beiden vorgenannten Spannungsbereichen optimal arbeiten zu können, ist der Generator 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in charakteristischer Weise ausgelegt. Die Auslegung des Generators wird nachfolgend im Zusammenhang mit den 3–5 näher erläutert.
Der Generator gemäß der Erfindung ist ein Drehstromgenerator. Dieser weist einen Stator auf, um dessen Zähne eine Drehstromwicklung gewickelt ist, deren Stränge in zwischen den Zähnen befindlichen Nuten positioniert sind. Die Drehstromwicklung kann verschiedene Verschaltungsarten aufweisen. Diese werden nachfolgend anhand der 3 erläutert.
Die 3a zeigt eine Dreieckschaltung der Drehstromwicklung. Bei dieser sind die Stränge dreieckförmig miteinander verschaltet, wobei der elektrische Winkel zwischen benachbarten Strängen jeweils ca. 120° beträgt.
Die 3b zeigt eine Sternschaltung der Drehstromwicklung. Bei dieser sind die Stränge sternförmig miteinander verschaltet, wobei der elektrische Winkel zwischen benachbarten Strängen jeweils ca. 120° beträgt.
Die 3c zeigt eine Doppeldreieckschaltung der Drehstromwicklung. Diese besteht aus zwei in den Stator gewickelten gleichen, jedoch im Stator galvanisch voneinander getrennten Teilwicklungen, deren Stränge jeweils dreieckförmig verschaltet sind und gleichphasig zueinander im Stator angeordnet sind. Dies ist dadurch realisiert, dass der Stator bzw. das Statorpaket eine Nutzahl aufweist, die genau so hoch ist wie beim Vorliegen der in der 3a gezeigten einfachen Dreieckschaltung. In die gleichen Nuten des Stators werden zwei parallele identische Wicklungen gelegt, aber jeweils separat zu einem Dreieck-System verschaltet. Hierdurch erhält man eine symmetrische Ausnutzung der Gleichrichterdioden der beiden Systeme.
Die 3d zeigt eine weitere Doppeldreieckschaltung der Drehstromwicklung. Diese besteht aus zwei in den Stator gewickelten, jedoch im Stator galvanisch voneinander getrennten Teilwicklungen, deren Stränge jeweils dreieckförmig verschaltet sind und um ca. 30° elektrisch zueinander versetzt im Stator angeordnet sind. Dies ist dadurch realisiert, dass der Stator bzw. das Statorpaket eine Nutzahl aufweist, die doppelt so hoch ist wie beim Vorliegen der in der 3a gezeigten einfachen Dreieckschaltung. Zwischen zwei Nuten, die mit Strängen der ersten Dreieckschaltung belegt sind, liegt jeweils eine Nut, die mit einem Strang der zweiten Dreieckschaltung belegt ist.
Die 3e zeigt eine Doppelsternschaltung der Drehstromwicklung. Diese besteht aus zwei in den Stator gewickelten gleichen, jedoch im Stator galvanisch voneinander getrennten Teilwicklungen, deren Stränge jeweils sternförmig verschaltet sind und gleichphasig zueinander im Stator angeordnet sind. Dies ist dadurch realisiert, dass der Stator bzw. das Statorpaket eine Nutzahl aufweist, die genau so hoch ist wie beim Vorliegen der in der 3b gezeigten einfachen Sternschaltung. In die gleichen Nuten des Stators werden zwei parallele identische Wicklungen gelegt, aber jeweils separat zu einem Stern-System verschaltet. Hierdurch erhält man eine symmetrische Ausnutzung der Gleichrichterdioden der beiden Systeme.
Die 3f zeigt eine Doppelsternschaltung der Drehstromwicklung. Diese besteht aus zwei in den Stator gewickelten gleichen, jedoch im Stator galvanisch voneinander getrennten Teilwicklungen, deren Stränge jeweils sternförmig verschaltet sind und um ca. 30° elektrisch zueinander versetzt im Stator angeordnet sind. Dies ist dadurch realisiert, dass der Stator bzw. das Statorpaket eine Nutzahl aufweist, die doppelt so hoch ist wie beim Vorliegen der in der 3b gezeigten einfachen Sternschaltung. Zwischen zwei Nuten, die mit Strängen der ersten Sternschaltung belegt sind, liegt jeweils eine Nut, die mit einem Strang der zweiten Sternschaltung belegt ist.
Die 4 zeigt eine Teilansicht des Stators eines Drehstromgenerators gemäß der Erfindung. Aus dieser Darstellung geht hervor, dass der Stator 16 eine Vielzahl von Zähnen 17 aufweist. Liegt ein 12-poliger Drehstromgenerator vor, dann beträgt im Falle einer Realisierung gemäß 3a, 3b, 3c oder 3e die Gesamtzahl der Zähne 36. Im Falle einer Realisierung gemäß 3d oder 3f beträgt die Gesamtzahl der Zähne 72. Liegt ein 8-poliger Drehstromgenerator vor, dann beträgt im Falle einer Realisierung gemäß 3a, 3b, 3c oder 3e die Gesamtzahl der Zähne 48. Im Falle einer Realisierung gemäß 3d oder 3f beträgt die Gesamtzahl der Zähne 96. Um die Zähne 17 des Stators 16 ist eine Drehstromwicklung gewickelt, deren Stränge 18.1, 18.2 und 18.3 in zwischen den Zähnen 17 befindlichen Nuten 15 des Stators positioniert sind. Jeder dieser Stränge 18.1, 18.2 und 18.3 weist eine vorgegebene Anzahl von Drähten 19 auf.
Ein Leiter ist im Folgenden definiert als:

– ein Leiter ist ein zur elektrischen Stromleitung vorgesehenes Bauelement;
– ein Leiter ist der Teil einer Windung, der in der Nut liegt;
– der Querschnitt eines Leiters kann auf einen oder mehrere Drähte (Paralleldrahtzahl a) aufgeteilt werden;
– zwei miteinander verbundene Leiter, die im Abstand einer Polteilung voneinander entfernt sind, ergeben eine Windung;
– die Gesamtheit aller in Reihe geschalteten, örtlich konzentrierten Windungen einer Wicklung mit hinsichtlich der elektrischen Grundvorgänge zeitgleicher elektrischer Wirksamkeit nennt man Spule;
– bei Einschichtschleifenwicklungen hat jeder Wicklungsstrang je Polpaar p eine Spule.

Die Anzahl z der Leiter pro Nut entspricht der Spulenwindungszahl. Die Anzahl der Drähte 19 in einer Nut ergibt sich demnach aus der Anzahl z der Leiter pro Nut multipliziert mit der Anzahl a paralleler Drähte je Leiter. Die Anzahl z der Leiter pro Nut wird derart gewählt, dass der Drehstromgenerator ein ausgewogenes Leistungsverhältnis zwischen den Spannungsebenen 14V und 42V bzw. bei NKW zwischen 28V und 42V aufweist. Weiterhin ist die genannte vorgegebene Anzahl z der Leiter pro Nut auch derart gewählt, dass die Angehdrehzahl des Generators im 42V-Betrieb möglichst niedrig liegt. Ferner ist die vorgegebene Anzahl der Leiter pro Nut abhängig von der Verschaltungsart der Drehstromwicklung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist beim Vorliegen von Einlochwicklungen die Anzahl z der Leiter pro Nut in Abhängigkeit von der Verschaltungsart der Drehstromwicklung wie folgt gewählt:

– wenn der erste Spannungswert 14 V beträgt: Dreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 10 Doppeldreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 10 Sternschaltung 2 ≤ z ≤ 8 Doppelsternschaltung 2 ≤ z ≤ 8
– wenn der erste Spannungswert 28 V beträgt: Dreieckschaltung 7 ≤ z ≤ 17 Doppeldreieckschaltung 7 ≤ z ≤ 17 Sternschaltung 4 ≤ z ≤ 10 Doppelsternschaltung 4 ≤ z ≤ 10.

Weiterhin ist gemäß der vorliegenden Erfindung beim Vorliegen von Zweilochwicklungen die Anzahl z der Leiter pro Nut in Abhängigkeit von der Verschaltungsart der Drehstromwicklung wie folgt gewählt:

– wenn der erste Spannungswert 14 V beträgt: Dreieckschaltung 3 ≤ z ≤ 6 Doppeldreieckschaltung 3 ≤ z ≤ 6 Sternschaltung 1 ≤ z ≤ 5 Doppelsternschaltung 1 ≤ z ≤ 5
– wenn der erste Spannungswert 28 V beträgt: Dreieckschaltung 4 ≤ z ≤ 9 Doppeldreieckschaltung 4 ≤ z ≤ 9 Sternschaltung 2 ≤ z ≤ 6 Doppelsternschaltung 2 ≤ z ≤ 6.

Besonders gute Ergebnisse werden dann erreicht, wenn beim Vorliegen von Einlochwicklungen die Anzahl z der Leiter pro Nut in Abhängigkeit von der Verschaltungsart der Drehstromwicklung wie folgt gewählt ist:

– wenn der erste Spannungswert 14 V beträgt: Dreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 7 Doppeldreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 7 Sternschaltung 2 ≤ z ≤ 5 Doppelsternschaltung 2 ≤ z ≤ 5
– wenn der erste Spannungswert 28 V beträgt: Dreieckschaltung 7 ≤ z ≤ 13 Doppeldreieckschaltung 7 ≤ z ≤ 13 Sternschaltung 4 ≤ z ≤ 7 Doppelsternschaltung 4 ≤ z ≤ 7

Besonders gute Ergebnisse werden dann erreicht, wenn beim Vorliegen von Zweilochwicklungen die Anzahl z der Leiter pro Nut in Abhängigkeit von der Verschaltungsart der Drehstromwicklung wie folgt gewählt ist:

– wenn der erste Spannungswert 14 V beträgt: Dreieckschaltung 3 ≤ z ≤ 4 Doppeldreieckschaltung 3 ≤ z ≤ 4 Sternschaltung 1 ≤ z ≤ 4 Doppelsternschaltung 1 ≤ z ≤ 4
– wenn der erste Spannungswert 28 V beträgt: Dreieckschaltung 4 ≤ z ≤ 7 Doppeldreieckschaltung 4 ≤ z ≤ 7 Sternschaltung 2 ≤ z ≤ 4 Doppelsternschaltung 2 ≤ z ≤ 4

In besonders bevorzugter Weise ist beim Vorliegen von Einlochwicklungen die Anzahl z der Leiter pro Nut in Abhängigkeit von der Verschaltungsart der Drehstromwicklung wie folgt gewählt:

– wenn der erste Spannungswert 14 V beträgt: Dreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 6 Doppeldreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 6 Sternschaltung 3 ≤ z ≤ 4 Doppelsternschaltung 3 ≤ z ≤ 4
– wenn der erste Spannungswert 28 V beträgt: Dreieckschaltung 7 ≤ z ≤ 10 Doppeldreieckschaltung 7 ≤ z ≤ 10 Sternschaltung 5 ≤ z ≤ 7 Doppelsternschaltung 5 ≤ z ≤ 7.

In besonders bevorzugter Weise ist beim Vorliegen von Zweilochwicklungen die Anzahl z der Leiter pro Nut in Abhängigkeit von der Verschaltungsart der Drehstromwicklung wie folgt gewählt:

– wenn der erste Spannungswert 14 V beträgt: Dreieckschaltung 3 ≤ z ≤ 4 Doppeldreieckschaltung 3 ≤ z ≤ 4 Sternschaltung 2 ≤ z ≤ 3 Doppelsternschaltung 2 ≤ z ≤ 3
– wenn der erste Spannungswert 28 V beträgt: Dreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 6 Doppeldreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 6 Sternschaltung 3 ≤ z ≤ 4 Doppelsternschaltung 3 ≤ z ≤ 4.

Einlochwicklungen liegen dann vor, wenn gilt: N = 2·p·m,wobei N die Nutzahl des Stators, p die Polpaarzahl und m die Anzahl der Stränge der Ständerwicklung ist.
Zweilochwicklungen liegen dann vor, wenn gilt: N = 4·p·m,wobei N die Nutzahl des Stators, p die Polpaarzahl und m die Strangzahl des Ständers ist und wenn in mindestens zwei benachbarten Nuten Leiter desselben Stranges liegen.
Die 5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der Generatorleistung P_el in Abhängigkeit von der Zahl z der Leiter pro Nut. Dabei beschreibt die Kurve a den Verlauf der Generatorleistung P_el, wenn der Generator in einem ersten Spannungsbereich arbeitet, der bei 13,5 V liegt, und die Kurve b den Verlauf der Generatorleistung P_el, wenn der Generator in einem zweiten Spannungsbereich arbeitet, der bei 40,5 V liegt.
Die Kurven a und b wurden gemessen bei einem Generator, dessen Statorinnendurchmesser 112 mm beträgt, dessen Drehstromwicklung im Sinne einer Dreieckschaltung nach 3a gewickelt ist, dessen Drehzahl 3000 Umdrehungen pro Minute beträgt und dessen Kupferfüllfaktor bei etwa 60% liegt. Unter Kupferfüllfaktor wird dabei der Quotient aus der Gesamt-Kupferquerschnittsfläche aller Drähte in einer Nut und der Querschnittsfläche einer Nut verstanden.
Aus der Kurve a geht hervor, dass die Generatorleistung im ersten Spannungsbereich von 13,5 V bei einer Verwendung von drei Leitern pro Nut etwa 2,0 KW beträgt, bei einer Verwendung von zwölf Leitern pro Nut etwa 1,0 KW beträgt und für dazwischenliegende Leiterzahlen einen im Wesentlichen linear abfallenden Verlauf hat. Die Kurve b zeigt, dass die Generatorleistung im zweiten Spannungsbereich von 40,5 V bei einer Verwendung von drei oder vier Leitern pro Nut noch Null ist, für Leiterzahlen pro Nut von vier bis acht stark zunimmt und für Leiterzahlen pro Nut, die größer als acht sind, nur noch geringfügig ansteigt.
Bei den in den Patentansprüchen angegebenen Leiterzahlen pro Nut ist berücksichtigt, dass der Generator in einem Großteil der Betriebszeit in der ersten Spannungsebene arbeitet, d. h. bei ca. 14 V bei herkömmlichen PKWs und bei ca. 28 V beim Vorliegen von Nutzfahrzeugen, und dass die höhere Spannung von 42 V nur in einem geringen Teil der Betriebszeit benötigt wird. Letzteres ist insbesondere dann der Fall, wenn der Motor noch kalt ist und aufgeheizt werden muss. Aus diesem Grund wurden die Leiterzahlen pro Nut derart gewählt, dass die Stromkennlinie und der Wirkungsgrad des Generators vorrangig in der ersten Spannungsebene optimiert sind, aber noch eine ausreichende Leistungsfähigkeit bis zur zweiten Spannungsebene vorliegt.

1: Generator
2: Regler
3: Steuerung
4: Zweite Bordnetzverbrauchergruppe
5: Längsregler – Spannungsanpassungskompo
: nente
6: Batterie
7: Generator
8: Erste Bordnetzverbrauchergruppe
9: Schaltvorrichtung
9a: Schalteinheit
9b: Schalter
10: Schalter
11: Lüftermotor
12: 14–42V-Verbraucher
13: Schalter
14: 14V-Verbraucher
15: Nuten
16: Stator
17: Zähne
18.1, 18.2, 18.3: Drähte jeweils eines Stranges
19: Drähte

Claims

Drehstromgenerator mit einer zwischen einem ersten Spannungswert und einem zweiten Spannungswert einstellbaren Ausgangsspannung, wobei der erste Spannungswert zur Versorgung von Bordnetzverbrauchern eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist und der zweite Spannungswert größer ist als der erste Spannungswert, wobei der Drehstromgenerator einen Stator aufweist, um dessen Zähne eine Drehstromwicklung gewickelt ist, deren Stränge in zwischen den Zähnen befindlichen Nuten positioniert sind, wobei jeder Strang eine Anzahl von Leitern pro Nut aufweist, – wobei beim Vorliegen von Einlochwicklungen die Anzahl (z) der Leiter pro Nut in Abhängigkeit von der Verschaltungsart der Drehstromwicklung wie folgt gewählt ist. – wenn der erste Spannungswert 14 V beträgt: Dreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 10 Doppeldreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 10 Sternschaltung 2 ≤ z ≤ 8 Doppelsternschaltung 2 ≤ z ≤ 8 – wenn der erste Spannungswert 28 V beträgt: Dreieckschaltung 7 ≤ z ≤ 17 Doppeldreieckschaltung 7 ≤ z ≤ 17 Sternschaltung 4 ≤ z ≤ 10 Doppelsternschaltung 4 ≤ z ≤ 10, – und wobei beim Vorliegen von Zweilochwicklungen die Anzahl (z) der Leiter pro Nut in Abhängigkeit von der Verschaltungsart der Drehstromwicklung wie folgt gewählt ist: – wenn der erste Spannungswert 14 V beträgt: Dreieckschaltung 3 ≤ z ≤ 6 Doppeldreieckschaltung 3 ≤ z ≤ 6 Sternschaltung 1 ≤ z ≤ 5 Doppelsternschaltung 1 ≤ z ≤ 5 – wenn der erste Spannungswert 28 V beträgt: Dreieckschaltung 4 ≤ z ≤ 9 Doppeldreieckschaltung 4 ≤ z ≤ 9 Sternschaltung 2 ≤ z ≤ 6 Doppelsternschaltung 2 ≤ z ≤ 6
Drehstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (z) der Leiter pro Nut in Abhängigkeit von der Verschaltungsart der Drehstromwicklung beim Vorliegen von Einlochwicklungen wie folgt gewählt ist: – wenn der erste Spannungswert 14 V beträgt: Dreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 7 Doppeldreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 7 Sternschaltung 2 ≤ z ≤ 5 Doppelsternschaltung 2 ≤ z ≤ 5 – wenn der erste Spannungswert 28 V beträgt: Dreieckschaltung 7 ≤ z ≤ 13 Doppeldreieckschaltung 7 ≤ z ≤ 13 Sternschaltung 4 ≤ z ≤ 7 Doppelsternschaltung 4 ≤ z ≤ 7 und wobei beim Vorliegen von Zweilochwicklungen die Anzahl (z) der Leiter pro Nut in Abhängigkeit von der Verschaltungsart der Drehstromwicklung wie folgt gewählt ist: – wenn der erste Spannungswert 14 V beträgt: Dreieckschaltung 3 ≤ z ≤ 4 Doppeldreieckschaltung 3 ≤ z ≤ 4 Sternschaltung 1 ≤ z ≤ 4 Doppelsternschaltung 1 ≤ z ≤ 4 – wenn der erste Spannungswert 28 V beträgt: Dreieckschaltung 4 ≤ z ≤ 7 Doppeldreieckschaltung 4 ≤ z ≤ 7 Sternschaltung 2 ≤ z ≤ 4 Doppelsternschaltung 2 ≤ z ≤ 4
Drehstromgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (z) der Leiter pro Nut in Abhängigkeit von der Verschaltungsart der Drehstromwicklung beim Vorliegen von Einlochwicklungen wie folgt gewählt ist: – wenn der erste Spannungswert 14 V beträgt: Dreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 6 Doppeldreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 6 Sternschaltung 3 ≤ z ≤ 4 Doppelsternschaltung 3 ≤ z ≤ 4 – wenn der erste Spannungswert 28 V beträgt: Dreieckschaltung 7 ≤ z ≤ 10 Doppeldreieckschaltung 7 ≤ z ≤ 10 Sternschaltung 5 ≤ z ≤ 7 Doppelsternschaltung 5 ≤ z ≤ 7 und wobei beim Vorliegen von Zweilochwicklungen die Anzahl (z) der Leiter pro Nut in Abhängigkeit von der Verschaltungsart der Drehstromwicklung wie folgt gewählt ist: – wenn der erste Spannungswert 14 V beträgt: Dreieckschaltung 3 ≤ z ≤ 4 Doppeldreieckschaltung 3 ≤ z ≤ 4 Sternschaltung 2 ≤ z ≤ 3 Doppelsternschaltung 2 ≤ z ≤ 3 – wenn der erste Spannungswert 28 V beträgt: Dreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 6 Doppeldreieckschaltung 5 ≤ z ≤ 6 Sternschaltung 3 ≤ z ≤ 4 Doppelsternschaltung 3 ≤ z ≤ 4
Drehstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutfüllfaktor zwischen 45% und 70% liegt.
Drehstromgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutfüllfaktor zwischen 50 und 70% liegt.
Drehstromgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutfüllfaktor zwischen 55 und 70% liegt.
Drehstromgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutfüllfaktor zwischen 60 und 70% liegt.
Drehstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spannungswert 42 V beträgt.
Drehstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Anzahl (n) seiner Pole gilt: 10 ≤ n ≤ 18.
Drehstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Ausgangsspannung mittels eines Reglers (2) einstellbar ist.
Drehstromgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler am Generator montiert ist.
Drehstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung der Ausgangsspannung über der zweiten Spannungsebene Zenerdioden eingesetzt werden.
Drehstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der größte vorgebbare Spannungswert um mindestens 8 V größer ist als der kleinste vorgebbare Spannungswert.
Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, mit – einem Drehstromgenerator nach einem der Ansprüche 1–13, – einem ersten Bordnetzverbraucher (8, 14), der über eine zwischen dem Drehstromgenerator (1) und dem ersten Bordnetzverbraucher vorgesehene Einrichtung (5, 9) mit einer Nennspannung versorgt wird, die dem ersten Spannungswert entspricht und – einem zweiten Bordnetzverbraucher (4, 12), der direkt aus dem Drehstromgenerator (1) mit einer zweiten Nennspannung versorgt wird, die größer als die erste Nennspannung ist.
Bordnetz nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Drehstromgenerator (1) und dem ersten Bordnetzverbraucher (8) vorgesehene Einrichtung (15) ein Längsregler ist (1).
Bordnetz nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Drehstromgenerator (1) und dem ersten Bordnetzverbraucher (14) vorgesehene Einrichtung eine Schaltvorrichtung (9) ist (2).
Bordnetz nach einem der Ansprüche 14–16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Versorgung des ersten Bordnetzverbrauchers ein weiterer, zusätzlicher Generator (7) vorgesehen ist.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 14–17, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinheit (3) aufweist, die dem Regler (2) des Generators (1) Steuersignale zur Einstellung der Ausgangsspannung des Generators zuführt.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 15–18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) dem Längsregler (5) Steuersignale zuführt.
Bordnetz nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit und der Längsregler eine bauliche Einheit bilden.
Bordnetz nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit der Schaltvorrichtung (9) Umschaltsignale zuführt.
Bordnetz nach einem der Ansprüche 14–21, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spannungswert um mindestens 8 V größer ist als der erste Spannungswert.