DE102006042593A1

DE102006042593A1 - Generator für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102006042593A1
Application number: DE102006042593A
Authority: DE
Inventors: Takuzou Kariya Mukai; Shin Kariya Kusase
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: CN1933299A; US7429802B2; FR2893778A1; JP2007082283A; DE102006042593B4; US20070057514A1

Abstract

Der Generator für Fahrzeuge enthält einen ersten Rotorkern, welcher eine erste darum gewickelte Feldspule aufweist, einen zweiten Rotorkern, welcher eine zweite darum gewickelte Feldspule aufweist, eine Drehwelle, welche durch einen Fahrzeugverbrennungsmotor riemenangetrieben wird, wobei der erste und zweite Rotorkern in Tandemanordnung an der Drehwelle montiert sind, einen Statorkern, welcher eine darum gewickelte Statorspule aufweist und radial außerhalb des ersten und zweiten Rotorkerns angeordnet ist, um einen Umfangsspalt bei dem ersten und zweiten Rotorkern auszubilden. Die erste und zweite Feldspule sind im wesentlichen parallel miteinander verbunden, wenn von einer externen Feldstromversorgungsquelle aus betrachtet, welche Feldströme an die erste und zweite Feldspule bereitstellt.

Description

QUERBEZUG ZU VERWANDTER ANMELDUNG
Diese Anmeldung betrifft die am 12. September 2005 eingereichte japanische Patentanmeldung Nummer 2005-263662, deren Inhalt hierin durch Bezug aufgenommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Generator für Fahrzeuge und insbesondere einen Generator für Fahrzeuge, welcher Rotorkerne in Tandemanordnung enthält, von welchen jeder klauenförmige Magnetpolkerne aufweist, um welche eine Feldspule gewickelt ist.

Ein Generator für Fahrzeuge, welcher einen Rotoraufbau in Tandemanordnung aufweist, in welchem zwei Rotoren vom Lundell-Typ in Tandemanordnung verbunden sind (dieser kann nachstehend als ein Generator für Fahrzeuge in Tandemanordnung bezeichnet sein) wie z.B. in den offen gelegten japanischen Patentanmeldungen JP 01-157251 , JP 05-137295 und JP 05-308751 offenbart ist, gilt als bekannt. Ein solcher Rotoraufbau in Tandemanordnung ermöglicht es, einen kompakten und kostengünstigen Generator für Fahrzeuge vorzusehen, welcher in der Lage ist, zwei unterschiedliche Erzeugungsspannungen auszugeben, die individuell geregelt werden können. Der Rotoraufbau in Tandemanordnung ermöglicht es mit anderen Worten, die Herstellungs- und Einbaukosten eines Generators für Fahrzeuge im Vergleich zu einem Fall, in welchem zwei unterschiedliche Generatoren für Fahrzeuge separat verbaut werden, sehr zu verringern.

Ein solcher Generator für Fahrzeuge in Tandemanordnung weist jedoch ein Problem auf, daß eine Regelgeschwindigkeit seiner Erzeugungsspannung gering ist, da die Erregerschaltung des Rotoraufbaus vom Landell-Typ, in welchem eine Feldspule, die eine hohe Wicklungsanzahl aufweist, die um klauenförmige Polkerne gewickelt ist, eine beträchtlich hohe Induktanz aufweist und dementsprechend eine beträchtlich hohe Erregungszeitkonstante aufweist. Dies macht es schwierig, die Erzeugungsspannung durch Einstellung eines Erregerstroms auf ihrer Zielregelspannung zu halten, wenn ein Stromverbrauch einer elektrischen Last schnell variiert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält der Generator für Fahrzeuge:
Einen ersten Rotorkern, welcher eine erste darum gewickelte Feldspule aufweist;
einen zweiten Rotorkern, welcher eine zweite darum gewickelte Feldspule aufweist;
eine Drehwelle, welche durch einen Fahrzeugverbrennungsmotor riemen-angetrieben wird, wobei der erste und zweite Rotorkern in einer Tandemanordnung an der Drehwelle montiert sind;
einen Statorkern, welcher eine darum gewickelte Statorspule aufweist, und radial außerhalb des ersten und des zweiten Rotorkerns derart angeordnet ist, dass ein umlaufender, bzw. umfangseitiger Spalt mit dem ersten und dem zweiten Rotorkern ausgebildet wird;
wobei die erste und die zweite Feldspule im Wesentlichen parallel zueinander verbunden sind, wenn von einer externen Feldstromversorgungsquelle aus betrachtet, welche Feldströme an die erste und zweite Feldspule liefert.

Entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung, gemäß welchem Feldspulen eines Generators für Fahrzeuge, welcher den Rotoraufbau in Tandemanordnung aufweist, in Bezug auf eine Erregerstromquelle parallel verbunden sind, ist es möglich, dass Ausgabesteuer-Ansprechverhalten des Generators für Fahrzeuge stark zu verbessern, da die Erregungsinduktanz der gesamten Erregerschaltung des Generators für Fahrzeuge verglichen mit einem herkömmlichen Fall, in welchem Feldspulen eines Generators für Fahrzeuge in Bezug auf eine Erregerstromquelle in Reihe verbunden sind, wesentlich verringert werden kann. Darüber hinaus kann jede Feldspule einen Ampere-Wicklungswert (Erregungsinduktanz) aufweisen, welcher hoch genug ist, um einen erforderlichen magnetischen Fluss zu erzeugen, ohne einen Feldstrom zu erhöhen, der durch diese fließt, da es nicht notwendig ist, die Wicklungszahl jeder der Feldspulen zu verringern.

Im Übrigen sind in einem herkömmlichen Generator für Fahrzeuge, welcher den Rotoraufbau in Tandemanordnung aufweist, eine Vielzahl von Feldspulen in Reihe verbunden, um die Gesamterregungsinduktanz dieser Spulen zu erhöhen, um ein Senken des Feldstroms zu ermöglichen, so dass ein Temperaturanstieg der Feldspulen unterdrückt werden kann. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat doch bemerkt, dass in einem Generator für Fahrzeuge, welcher den Rotoraufbau in Tandemanordnung aufweist, das Verringern des Feldstroms weniger wichtig ist, da in dem Rotoraufbau in Tandemanordnung die Feldspulen an unterschiedlichen Stellen angeordnet sind und von unterschiedlichen klauenförmigen Polkernen umgeben sind und die Feldspulen dementsprechend adäquat gekühlt werden können. Im Anbetracht dieser Tatsache sind in der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl der Feldspulen nicht in Reihe sondern parallel verbunden, um die Gesamtinduktanz der Feldspulen zu verringern, um das Ausgabesteueransprechverhalten des Generators für Fahrzeuge zu verbessern.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält der Generator für Fahrzeuge:
einen Rotorkern, welcher eine darum gewickelte Feldspule ausweist;
eine Drehwelle, welche durch einen Fahrzeugverbrennungsmotor riemen-angetrieben wird, wobei der Rotorkern an der Drehwelle montiert ist;
einen Statorkern, welcher eine darum gewickelte Statorspule aufweist, und radial außerhalb des Rotorkerns angeordnet ist, um so einen umlaufenden Spalt mit dem Rotorkern auszubilden;
einen Gleichrichter, welcher eine in der Statorspule induzierte Wechselspannung in eine Gleichspannung gleichrichtet, durch welche eine Fahrzeugbatterie geladen wird; und
einen Regler, welcher das Anlegen einer Erregerspannung an die Feldspule EIN-AUS-steuert;
wobei der Regler derart konfiguriert ist, dass dieser die Erregerspannung durch Hochtransformieren einer Ausgabespannung der Fahrzeugbatterie erzeugt.

Entsprechend dem weiteren Aspekt der Erfindung, gemäß welchem an eine Feldspule eines Generators für Fahrzeuge eine Erregerspannung angelegt wird, die durch Hochtransformieren einer Ausgangsspannung einer Fahrzeugbatterie erzeugt ist, die durch einen Generator für Fahrzeuge geladen wird, ist es möglich, den Feldstrom verglichen zu einem herkömmlichen Fall, in welchem an eine Feldspule eine Ausgangsspannung einer Fahrzeugbatterie angelegt wird, schnell zu erhöhen oder zu senken. Entsprechend dem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Ausgabesteueransprechverhalten eines Generators für Fahrzeuge dementsprechend stark verbessert werden, ohne hohe Kosten zu verursachen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung, einschließlich den Zeichnungen und Ansprüchen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine schematische Querschnittsansicht eines Generators für Fahrzeuge entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Querschnittsansicht eines herkömmlichen Generators für Fahrzeuge, welcher einen Rotoraufbau vom Lundell-Typ aufweist;
3 eine graphische Darstellung, welche Messergebnisse eines Leistungserzeugungsmoments zum Zeitpunkt des Beginns der Leistungserzeugung für sowohl den Generator für Fahrzeuge der ersten Ausführungsform, als auch den herkömmlichen Generator für Fahrzeuge zeigt;
4 eine graphische Darstellung, welche Messergebnisse eines Leistungserzeugungsmoments zum Zeitpunkt der Beendigung der Leistungserzeugung für sowohl den Generator für Fahrzeuge der ersten Ausführungsform, als auch den herkömmlichen Generator für Fahrzeuge zeigt;
5 eine schematische Querschnittsansicht eines Generators für Fahrzeuge entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
6 einen Schaltplan, welcher einen elektrischen Aufbau des Generators für Fahrzeuge entsprechend der zweiten Ausführungsform zeigt;
7 einen Schaltplan, welcher einen elektrischen Aufbau eines Generators für Fahrzeuge entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
8 einen Schaltplan, welcher einen elektrischen Aufbau eines Generators für Fahrzeuge entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
9 einen Schaltplan, welcher einen elektrischen Aufbau eines Generators für Fahrzeuge entsprechend einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Generators für Fahrzeuge entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Gehäuse, das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine erste Rotorsektion, das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine zweite Rotorsektion, das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Drehwelle, das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Riemenscheibe, das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Statorkern, das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Statorspule, das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Gleichrichter, das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Regler, und das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Schleifringvorrichtung.
Das Gehäuse 1 wird durch ein Frontgehäuse 1a und ein Heckgehäuse 1b gebildet, welche aneinander durch eine Durchgangsschraube befestigt sind. Die Drehwelle 4 ist durch das Gehäuse 1 mittels Lagern gelagert. Die Riemenscheibe 5 ist an dem frontseitigen Ende der Drehwelle 4 befestigt, welche von dem Gehäuse 1 hervorsteht. Der Gleichrichter 8, der Regler 9 und die Schleifringvorrichtung 10 sind an dem Heckgehäuse 1b im hinteren Bereich der zweiten Rotorsektion 3 befestigt.
Die erste Rotorsektion 2 enthält einen Rotorkern 21 vom Lundell-Typ , welcher an der Drehwelle 4 verbaut ist, sowie eine um den Rotorkern 21 gewickelte Feldspule 22. Der Rotorkern 21 ist durch ein paar von klauenförmigen Polkernen gebildet (nachstehend als Klauenabschnitte bezeichnet). Die zweite Rotorsektion 3 enthält einen Rotorkern 31 vom Lundell-Typ, welcher an der Drehwelle 4 im hinteren Bereich der ersten Rotorsektion 2 verbaut ist, sowie eine um den Rotorkern 31 gewickelte Feldspule 32. Der Rotorkern 31 ist durch ein paar von klauenförmigen Polkernen (die nachstehend als Klauenabschnitte bezeichnet sein können) gebildet.
Da der Aufbau eines solchen Rotorkerns vom Lundell-Typ bekannt ist, erfolgt an dieser Stelle keine weitere Beschreibung der Rotorkerne 21, 31. Aus demselben Grund erfolgt ebenfalls keine weitere Beschreibung des Gleichrichters 8, des Reglers 9 und der Schleifringvorrichtung 10.
Der Statorkern 6, um welchen die Statorspule 7 gewickelt ist, wird in der Axialrichtung zwischen dem Frontgehäuse 1a und dem Heckgehäuse 1b gehalten, und liegt den Rotorkernen 21, 31 derart gegenüber, dass ein umlaufender elektromagnetischer Spalt zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Statorkerns 6 und den radial äußeren Oberflächen der Klauenabschnitte der Rotorkerne 21, 31 ausgebildet ist. Der magnetische Feldfluss in dem Rotorkern 21, welcher durch die Feldspule 22 erzeugt wird, und der magnetische Feldfluss in dem Rotorkern 31, welcher durch die Feldspule 32 erzeugt wird, verbinden dementsprechend die gemeinsame Statorspule 7. Die Richtungen der Erregerströme, welche jeweils zu den Feldspulen 22, 32 verlaufen, werden derart bestimmt, dass die Klauenabschnitte der Rotorkerne 21, 31, welche in derselben Umfangsposition angeordnet sind, so erregt werden, dass sie die gleiche magnetische Polarität aufweisen.
Die beiden Enden der Feldspule 22 sind jeweils mit einem Paar von Schleifringen 11, 12 der Schleifringvorrichtung 10 durch eine Spulenzuführung 221 verbunden. Die beiden Enden der Feldspule 32 sind ebenfalls jeweils mit den Schleifringen 11, 12 der Schleifringvorrichtung 10 durch eine Spulenzuführung 321 verbunden. Die Feldspule 22 und die Feldspule 32 sind dementsprechend, wenn von der Seite der Schleifringe 11, 12 aus betrachtet parallel geschaltet. Dies ermöglicht es, die Erregungsinduktanz der Erregerschaltung von der Seite der Schleifringe 11, 12 aus gesehen zu verringern, während eine hohe Wicklungszahl der Feldspulen 22, 32 sichergestellt wird. Demzufolge können die Werte der Erregerströme, d.h. die Beträge der magnetischen Feldflüsse prompt geändert werden und dementsprechend kann der Wert des Ausgabestroms des Generators für Fahrzeuge und des Lastmoments des Generators für Fahrzeuge, welcher eine positive Korrelation mit dem Ausgabestrom aufweist, prompt geändert werden.
Die Merkmale des Generators für Fahrzeuge, welcher den oben beschriebenen Rotoraufbau in Tandemanordnung aufweist, sind nachstehend ausführlich im Vergleich zu einem herkömmlichen in 2 gezeigtem Generator für Fahrzeuge, welcher einen Rotoraufbau vom Lundell-Typ aufweist, beschrieben. Es wird hier angenommen, dass der Rotordurchmesser und die Axiallänge des Rotors des in 1 gezeigten Generators für Fahrzeuge denen des in 2 gezeigten Generators für Fahrzeuge gleichen.
Da der Betrag von jedem der magnetischen Feldflüsse in den in 1 gezeigten Rotorkernen 21 und 31 die Hälfte des Betrags des magnetischen Feldflusses in dem in 2 gezeigten Rotorkern 1001 sein kann, können der Radius der Nabenabschnitte und die radiale Höhe der Klauenabschnitte der Rotorkerne 21, 31 wesentlich kleiner als die des Rotorkerns 1001 ausgeführt sein. Da der Raum (angegeben durch X in 1) zum Unterbringen der Feldspulen in dem in 1 gezeigten Rotoraufbau in Tandemanordnung durch die verringerte Masse des Rotoreisenkerns dementsprechend vergrößert werden kann, kann dieser Raum in etwa doppelt so groß als der Raum (angegeben durch X in 2) zum Unterbringen der Feldspule in dem in 2 gezeigten herkömmlichen Rotoraufbau ausgeführt sein.
In dem in 2 gezeigten herkömmlichen Rotoraufbau ist der Betrag des maximalen magnetischen Flusses Φ_max durch die Gleichung Φ_max = N –i_max/R gegeben, wenn die Wicklungsanzahl der Feldspule 1002 N der gesamte magnetische Widerstand der durch die Feldspule 1002 erregten magnetischen Schaltungen R und der Betrag des maximalen Erregerstroms der Feldspule 1002 i_max ist. Wie oben beschrieben kann der durch die Feldspule 22 in dem in 1 gezeigten Rotoraufbau in Tandemanordnung maximal zu erzeugende Betrag des magnetischen Flusses die Hälfte des durch die Feldspule 1002 in dem in 2 gezeigtem herkömmlichen Rotoraufbau zu erzeugenden Betrages des maximalen magnetischen Flusses sein. In dem in 1 gezeigten Rotoraufbau in Tandemanordnung ist der gesamte magnetische Widerstand R' der durch die Feldspule 22 erregten magnetischen Schaltung gleich der Summe eines magnetischen Widerstands Rg eines Verbund- bzw. Gesamtspaltes zweier elektromagnetischer Spalte, einem magnetischen Widerstand Rr des Rotorkerns 21 und eines magnetischen Widerstands Rs des Statorkerns 6. Der magnetische Widerstand R' der durch die Feldspule 22 erregten magnetischen Schaltung gleicht etwa 2R, da ihre Querschnittsfläche in den elektromagnetischen Spalten etwa die Hälfte der der durch die Feldspule 1002 erregten, in 2 gezeigten magnetischen Schaltung ist, und dementsprechend ist der magnetische Widerstand Rg des Verbundspaltes der durch die Feldspule 22 erregten magnetischen Schaltung etwa das Doppelte von dem der durch die Feldspule 1002 erregten magnetischen Schaltung.
Wenn die Wicklungsanzahl N und der Betrag des maximalen Erregerstroms der in 1 gezeigten Feldspule 22 demjenigen der in 2 gezeigten Feldspule 1002 gleichen, erzeugt die Feldspule 22 daher einen magnetischen Feldfluss, dessen Betrag etwa die Hälfte von dem durch die Feldspule 1002 erzeugten Betrag ist, und die Summe der Beträge der maximalen magnetischen Flüsse, welche durch die Feldspulen 22, 32 erzeugt werden, ist gleich dem Betrag des maximalen magnetischen Flusses Φ_max, welcher allein durch die Feldspule 1002 erzeugt wird. Die maximale Ausgangsleistung des in 1 gezeigten Generators für Fahrzeuge gleicht dementsprechend der maximalen Ausgabeleistung des in 2 gezeigten Generators für Fahrzeuge.
Die Induktanz der in 2 gezeigten Feldspule 1002 ist N × N/R, während die Induktanz der in 1 gezeigten Feldspule 22N × N/R' = N × N/2R ist. Wenn die Induktanz der Feldspule 22 gleich der Induktanz der Feldspule 32 ist, und diese parallel zueinander geschaltet sind, gleicht die Gesamtinduktanz dieser Feldspulen 22, 23 von der Seite der Schleifringe 11, 12 aus betrachtet der Hälfte der Induktanz der Feldspule 22, d.h. einem Viertel der Induktanz der Feldspule 1002.
Wie anhand der obigen Beschreibung ersichtlich ist es möglich, durch zueinander paralleles Schalten der Feldspulen 22 und 32 die Erregungsinduktanz des Rotorkerns vom Lundell-Typ, welcher die Rotorstruktur in Tandemanordnung aufweist, beträchtlich zu verringern, während die Ausgangsleistung unverändert beibehalten wird.
Mit anderen Worten kann entsprechend dieser Ausführungsform der Gehäuseraum der Feldspule verglichen mit dem in 2 gezeigten herkömmlichen Generator für Fahrzeuge beträchtlich vergrößert werden. Die erreichbare Vergrößerung des Gehäuseraums der Feldspule wird in dieser Ausführungsform verwendet, um die Wicklungszahlen der Feldspulen 22, 32 zu erhöhen. Diese Feldspulen 22, 32 sind parallel geschaltet, um ihre Gesamterregungsinduktanz, von der Seite der Schleifringe 11, 12 betrachtet zu verringern, so dass die Zeitkonstante der Erregungsschaltung verringert wird, um dadurch die Ausgabesteuerantwort bzw. -ansprechverhalten des Generators für Fahrzeuge zu verbessern. Zusätzlich können entsprechend dieser Ausführungsform die Mannstunden zum Verbinden der Spulenzuführungen zwischen den Feldspulen und den Schleifringen verringert werden, da die Spulenzuführungen 221, 321 direkt mit den Schleifringen 11, 12 verbunden werden können, und es deshalb nicht notwendig ist, den Rotoraufbau in Tandemanordnung mit einem Relaisanschluss für die Verbindung zwischen den Feldspulen 22, 32 zu versehen.
3 ist eine graphische Darstellung, welche Messergebnisse des Leistungserzeugungsdrehmoments (das Drehmoment, welches zum Antreiben des Generators für Fahrzeuge notwendig ist) zum Zeitpunkt des Beginns der Leistungserzeugung für jeden der Generatoren für Fahrzeuge dieser Ausführungsform, welcher den in 1 gezeigten Rotoraufbau in Tandemanordnung aufweist, in welchem die Feldspulen parallel geschaltet sind, sowie für den herkömmlichen Generator für Fahrzeuge zeigt, welcher den in 2 gezeigten herkömmlichen Rotoraufbau aufweist. In dieser graphischen Dar stellung stellt die durchgezogene Kurve die zeitliche Änderung des Erzeugungsdrehmoments des Generators für Fahrzeuge dieser Ausführungsform dar, und die unterbrochene Kurve stellt die zeitliche Änderung des Erzeugungsdrehmoments des herkömmlichen Generators für Fahrzeuge dar. Wie anhand dieser graphischen Darstellung ersichtlich ist, beträgt die Zeitdauer, bis das Erzeugungsdrehmoment 63% seines Maximalwertes in dem Generator für Fahrzeuge dieser Ausführungsform erreicht, etwa ein Drittel von der bei dem herkömmlichen Generator für Fahrzeuge.
4 ist eine graphische Darstellung, welche Messergebnisse des Leistungserzeugungsdrehmoments zum Zeitpunkt der Beendigung der Leistungserzeugung für jeden Fahrzeuggenerator dieser Ausführungsform, welcher den in 1 gezeigten Rotoraufbau in Tandemanordnung aufweist, sowie für den herkömmlichen Generator für Fahrzeuge zeigt, welcher den in 2 gezeigten herkömmlichen Rotoraufbau aufweist. In dieser graphischen Darstellung stellt die durchgezogene Kurve die zeitliche Änderung des Erzeugungsdrehmoments des Generators für Fahrzeuge dieser Ausführungsform dar, und die unterbrochene Kurve stellt die zeitliche Änderung des Erzeugungsdrehmoments des herkömmlichen Generators für Fahrzeuge dar. Wie anhand dieser graphischen Darstellung ersichtlich ist, beträgt die Zeitdauer innerhalb welcher das Erzeugungsdrehmoment auf 37% seines Maximalwertes (100% Wert) bei dem Generator für Fahrzeuge dieser Ausführungsform fällt, etwa ein Drittel der bei dem herkömmlichen Generator für Fahrzeuge.
Die magnetische Polarität der heckseitigen Klauenabschnitte des Rotorkerns 21 ist in dieser Ausführungsform die gleiche wie die magnetische Polarität der frontseitigen Klauenabschnitte des Rotorkerns 31. Diese können entgegengesetzt zueinander gegenteilig sein. In diesem Fall ist die Richtung des magnetischen Flusses in einem säulenartigen Abschnitt 23 des Rotorkerns 21 zu der Richtung des magnetischen Flusses in einem säulenartigen Abschnitt 33 des Rotorkerns 31 entgegengesetzt ausgebildet.
Die Umfangspositionen der heckseitigen Klauenabschnitte des Rotorkerns 21 werden vorzugsweise relativ zu den Umfangspositionen der frontseitigen Klauenab schnitte des Rotorkerns 31 um einen Magnetpolabstand verschoben, so dass die axiale Breite des heckseitigen säulenförmigen Abschnitts 23 des Rotorkerns 21, sowie die axiale Breite des frontseitigen säulenförmigen Abschnitt 33 des Rotorkerns 31 klein ausfallen können, um dadurch den Gehäuseraum der Feldspule weiter zu vergrößern.
Die parallel geschalteten Feldspulen 22, 32 werden in dieser Ausführungsform mit den Feldströmen von einer Fahrzeugbatterie (nicht gezeigt) durch die Schleifringe 11, 12 der Schleifringvorrichtung 10 versorgt, und die Feldströme, welche jeweils in die Feldspulen 22, 32 fließen, werden durch ein in dem Regler 9 enthaltenes gemeinsames Schaltelement EIN/AUS – gesteuert.
Alternativ können diese einzeln durch Verwenden von zwei Schaltelementen EIN/AUS – gesteuert werden. In diesem Fall sind die Feldspulen 22, 32, falls die beiden Schaltelemente synchron gesteuert werden, miteinander parallel geschaltet, wenn von der Seite der Schleifringe 11, 12 aus betrachtet. Die beiden Schaltelemente können auf der Gehäuseseite montiert sein, obwohl es in diesem Fall notwendig ist, dass die Schleifringvorrichtung 10 drei Schleifringe aufweist.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Generators für Fahrzeuge entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die zweite Ausführungsform weist einen dreihub- (three-throw-) Rotoraufbau in Tandemanordnung auf, in welchem ein weiterer Rotorkern 100 von Lundell-Typ zu den in 1 gezeigen Rotorkernen 21, 31, hinzugefügt ist. In 5 bezeichnet das Bezugszeichen 101 eine um den Rotorkern 100 vom Lundell-Typ gewickelte Feldspule, bezeichnet das Bezugszeichen 60 einen Statorkern, bezeichnet das Bezugszeichen 70 bezeichnet eine um den Statorkern gewickelte Statorspule. Das Stator-Rotorpaar, welches durch die Rotorkerne 21, 31 vom Lundell-Typ, die Feldspulen 22, 32 den Statorkern 6 und die Statorspule 7 gebildet ist, wird hier als ein erstes Stator-Rotorpaar 300 bezeich net, und das Stator-Rotorpaar, welches durch den Rotorkern 100 vom Lundell-Typ, die Feldspule 101, den Statorkern 60, sowie die Statorspule 70 gebildet ist, wird als ein zweites Stator-Rotorpaar 200 bezeichnet.
6 ist ein Schaltplan, welcher einen elektrischen Aufbau des Generators für Fahrzeuge der zweiten Ausführungsform zeigt. Wie in dieser Figur gezeigt ist, versorgt das zweite Stator-Rotorpaar 200 eine Fahrzeugbatterie 400 und eine allgemeine Last 500 durch einen Gleichrichter 80 mit elektrischer Leistung. Ein Regler 90 führt eine EIN/AUS – Regelung eines Erregerstroms, welcher in die Feldspule 101 fließt, derart durch, dass er die Spannung der Batterie 400 konstant hält.
Das erste Stator-Rotorpaar 300 stellt jedoch andererseits durch den Gleichrichter 8 elektrische Leistung an eine Schnellreaktionslast 600 bereit, für welche es erforderlich ist, schnell zu reagieren beziehungsweise anzusprechen. Ein Signal, welches den Zustand der Schnellreaktionslast 600 angibt, sowie ein durch eine externe elektronische Steuereinheit (nicht angezeigt) erzeugter Ansteuerbefehl werden in den Regler 9 eingegeben. Der Regler 9 führt eine EIN/AUS – Steuerung des Erregerstroms, welcher von der Batterie 400 in die Feldspulen 22, 32 fließt, in Übereinstimmung mit dem Ansteuerbefehl durch. In der zweiten Ausführungsform ist es möglich, die Welligkeit in der Erzeugungsspannung, welche an die Batterie 400 angelegt wird, zu verringern, da das erste Stator-Rotorpaar 300, welches die hohe Ausgabesteuerreaktionsgeschwindigkeit aufweist, elektrische Leistung lediglich an die Schnellreaktionslast 600 bereitstellt, für welche es erforderlich ist, mit hoher Geschwindigkeit zu reagieren.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
7 ist ein Schaltplan, welcher einen elektrischen Aufbau eines Generators für Fahrzeuge entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass ein Gleichspannungswandler 900 vom Chopper-Typ zum Hochtransformie ren der Spannung der Batterie 400 vorgesehen ist, und an die Feldspulen 22, 32 diese hochtransformierte Spannung in der dritten Ausführungsform angelegt wird. Der Gleichspannungswandler 900 wird durch die Transistoren 91, 92, sowie eine Drossel 93 zur Akkumulation von magnetischer Energie gebildet.
Die Transistoren 91, 92 des Gleichspannungswandlers 900 werden bei einer bestimmten Frequenz durch den Regler 9 ein- und ausgeschaltet. Das Spannungs-Hochtransformations-Verhältnis des Gleichspannungswandlers 900 wird durch die Tastverhältnisse der Transistoren bestimmt. Wenn der Transistor 92 eingeschaltet ist, und der Transistor 91 ausgeschaltet ist, wird magnetische Energie in der Drossel 93 ackummuliert. Wenn daraufhin folgend der Transistor 92 ausgeschaltet ist und der Transisotor 91 eingeschaltet ist, wird an die Feldspulen 22, 32 die hochtransformierte Spannung angelegt. Entsprechend der dritten Ausführungsform kann das Leistungsversorgungs-Ansprechverhalten auf die Schnellreaktionslast 600 leicht verbessert werden, da die Erregerstrom-Zunahmerate, wenn die Feldströme beginnen, in die Feldspule 22, 32 zu fließen, sowie die Erregerstrom-Senkungsrate wenn die Feldströme aufhören, in die Feldspulen 22, 32 zu fließen, erhöht werden können. In der dritten Ausführungsform können die Feldspulen 22, 32 im übrigen durch eine einzelne Feldspule ersetzt werden.
In einem Fall, in welchem zusätzlich zu der Batterie 400 eine unterschiedliche Fahrzeugbatterie montiert ist, deren Ausgangsspannung höher als die der Batterie 400 ist, um von dieser die Errregerströme an die Feldspulen 22, 32 bereitzustellen, kann der Gleichspannungswandler 900 wegfallen.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
8 ist ein Schaltplan, welcher einen elektrischen Aufbau eines Generators für Fahrzeuge entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 7 gezeigten dritten Ausführungsform darin, dass eine Schwingungsreduzierungsschaltung 2000 und ein elektrischer Glättungskondensator 3000 vom Doppelschicht-Typ, welcher eine hohe Kapazität aufweist, in der vierten Ausführungsform zusätzlich vorgesehen sind.
Die Schwingungsreduzierungsschaltung 2000 dient dem Reduzieren einer Schwingung des Verbrennungsmotors und einer Fahrzeugschwingung, welche durch die Schwingung des Verbrennungsmotors verursacht wird, durch Steuern der Phase des Leistungserzeugungsdrehmoments des Generators für Fahrzeuge, welcher mit dem Verbrennungsmotor durch einen Riemen-Riemenscheibe-Mechanismus gekoppelt ist, welcher die Drehmomentübertragung dazwischen ermöglicht. Die Schwingungsreduzierungsschaltung 2000 steuert insbesondere das Leistungserzeugungsdrehmoment derart, dass das Leistungserzeugungsdrehmoment und das Drehmoment des Verbrennungsmotors in gegensätzlicher Phase zueinander variieren.
Wenn die Schwingungsreduzierungsschaltung 2000 ein Signal von außen empfängt, welches eine Wellenform des Ausgangsdrehmoments des Verbrennungsmotors angibt, erzeugt diese ein Leistungserzeugungsbefehlssignal, dessen Phase gegensätzlich zu der Phase der Wellenform des Ausgangsdrehmoments des Verbrennungsmotors ist, und legt diese an die Gates der Transistoren 91, 92 des Gleichstromwandlers 900 an, in Folge dessen die Phase der Feldströme, und dementsprechend die Phase des Leistungserzeugungsmoments gegensätzlich zu der des Ausgangsdrehmoments des Verbrennungsmotors wird. Der elektrische Glättungskondensator 3000 vom Doppelschicht-Typ dient dem Absorbieren der Welligkeit in der Ausgangsspannung des Generator für Fahrzeuge, welche durch die oben beschriebene Schwingungsreduzierungssteuerung verursacht wird, um zu verhindern, dass sich der Zustand der Batterie 400 früh verschlechtert.
FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
9 ist ein Schaltplan, welcher einen elektrischen Aufbau eines Generators für Fahrzeuge entsprechend einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 8 gezeigten vierten Ausführungs form darin, dass die Schwingungsreduzierungsschaltung 2000 durch eine Drehmomentdifferenz-Absorbierungsschaltung 4000 ersetzt wird.
Die Drehmomentdifferenz-Absorbierungsschaltung 4000 dient dem Absorbieren von Schlägen beziehungsweise Stößen auf Grund einer Drehmomentvariation in dem gesamten Betriebsmechanismus eines Fahrzeugs, insbesondere einer abrupten Änderung des Betriebslastmoments, durch Einstellen des Leistungserzeugungsmoments des Generators für Fahrzeuge, welcher mit einem Fahrzeugverbrennungsmotor durch einen Riemen-Riemenscheibe-Mechanismus gekoppelt ist, der die Drehmomentübertragung zwischen diesen ermöglicht, in Übereinstimmung mit einer (später beschriebenen) Drehmomentdifferenz.
Wenn ein Signal, welches ein Betriebslastmoment angibt, dass z.B. anhand von einem Wert der Radbeschleunigung etc. bestimmt werden kann, sowie ein Signal, welches ein Ausgangsdrehmoment eines Verbrennungsmotors angibt, in die Drehmomentdifferenz-Absorbierungsschaltung 4000 eingegeben werden, bestimmt diese, ob die Drehmomentdifferenz zwischen dem Teil des Ausgangsdrehmoments des Motors, welcher zum Antrieb von Rädern verwendet wird, und dem Betriebslastmoment in einem bestimmten erlaubten Bereich ist, welcher in Abhängigkeit von einer Gaspedalstellung bestimmt wird. Falls die Drehmomentdifferenz-Absorbierungsschaltung 4000 bestimmt, dass die Drehmomentdifferenz außerhalb des erlaubten Bereichs liegt, stellt diese die Werte des Erregerstroms, welcher in die Feldspulen 22, 32 fließt, derart ein, dass die Drehmomentdifferenz sich in den erlaubten Bereich bewegt.
Um die Berechnungen in der Drehmomentdifferenz-Absorbierungsschaltung 4000 zu vereinfachen, kann die fünfte Ausführungsform derart konfiguriert sein, dass eine abrupte Änderung des Betriebslastmoments erfasst wird, und die Erregerströme, welche in die Feldspulen 22, 32 fließen, derart eingestellt werden, dass der Effekt der abrupten Änderung des Betriebslastmoments auf den Motor verringert wird, wenn sie bestimmt, dass die erfasste abrupte Änderung außerhalb eines bestimmten erlaubten Bereiches liegt. Diese Konfiguration ermöglicht es, das Ausgangsdrehmoment des Motors schnell zu verringern, wenn es zu einem Schlupf der Räder kommt und das Betriebslastmoment dementsprechend schnell abnimmt.
Es ist selbstverständlich, dass verschiedenen Modifikationen an den oben beschriebenen Ausführungsformen ausgeführt werden können. In der vierten und fünften Ausführungsform kann z.B. an die Feldspulen 22, 32 eine Hochspannung einer Hochspannungsbatterie angelegt werden, anstatt dass an diese die hochtransformierte Spannung, die von dem Gleichstromwandler 900 ausgegeben wird, angelegt wird.
Im übrigen bezeichnet das Bezugszeichen Df in den 6-9 eine Flywheel-Diode.
Die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen sind für die Erfindung der vorliegenden Anmeldung beispielhaft, welche ausschließlich durch die nachstehend beigefügten Ansprüche beschrieben ist. Es sollte ersichtlich sein, dass Modifikationen der bevorzugten Ausführungsformen durchgeführt werden können, wie sie einem Fachmann sinnvoll erscheinen.

Claims

Generator für Fahrzeuge, aufweisend: einen ersten Rotorkern, welcher eine erste darum gewickelte Feldspule aufweist; einen zweiten Rotorkern, welcher eine zweite darum gewickelte Feldspule aufweist; eine Drehwelle, welche durch einen Fahrzeugmotor riemen-angetrieben wird, wobei der erste und zweite Rotorkern in Tandemanordnung an der Drehwelle montiert sind; einen Statorkern, welcher eine darum gewickelte Statorspule aufweist, und radial außerhalb des ersten und zweiten Rotorkerns angeordnet ist, um so einen umfangseitigen Spalt bei dem ersten und zweiten Rotorkern auszubilden; wobei die erste und zweite Feldspule im wesentlichen parallel zueinander geschaltet sind, wenn von einer externen Feldstromversorgungsquelle aus betrachtet, welche Feldströme an die erste und zweite Feldspule bereitstellt.
Generator für Fahrzeuge nach Anspruch 1, wobei sowohl der erste als auch der zweite Rotorkern eine Vielzahl von klauenförmigen Polkernabschnitten aufweist.
Generator für Fahrzeuge nach Anspruch 1, ferner einen gemeinsamen Regler aufweisend, welcher die Feldströme, die an die erste und zweite Feldspule bereitgestellt werden, EIN/AUS-steuert.
Generator für Fahrzeuge nach Anspruch 1, ferner zwei Regler aufweisend, welche die Feldströme, die an die erste und zweite Feldspule bereitgestellt werden, individuell EIN/AUS-steuert.
Generator für Fahrzeuge nach Anspruch 1, ferner eine Schwingungsreduzierungsschaltung aufweisend, welche derart konfiguriert ist, dass diese die so Feldströme einstellt, dass die Feldströme und ein Ausgabedrehmoment des Fahrzeugmotors in entgegengesetzter Phase variieren.
Generator für Fahrzeuge nach Anspruch 1, ferner eine Drehmomentdifferenz-Absorbierungsschaltung aufweisend, welche derart konfiguriert ist, dass diese die Feldströme so einstellt, dass eine Differenz zwischen dem Radantriebsmoment, das von dem Fahrzeugmotor abgegeben wird, und einem Betriebslastmoment eines Fahrzeugs, an das der Fahrzeugmotor montiert ist, in einem bestimmten Bereich gehalten wird.
Generator für Fahrzeuge, aufweisend: einen ersten Rotorkern, welcher eine erste darum gewickelte Feldspule aufweist; einen zweiten Rotorkern, welcher eine zweite darum gewickelte Feldspule aufweist; einen dritten Rotorkern, welcher eine dritte darum gewickelte Feldspule aufweist; eine Drehwelle, welche durch einen Fahrzeugmotor riemenangetrieben ist, wobei der erste, zweite und dritte Rotorkern in Tandemanordnung an der Drehwelle montiert ist; einen ersten Statorkern, welcher eine erste darum gewickelte Statorspule aufweist; und radial außerhalb des ersten und zweiten Rotorkerns angeordnet ist, um so einen umfangseitigen Spalt mit dem ersten und zweiten Rotorkern auszubilden; einen zweiten Statorkern, welcher eine zweite darum gewickelte Statorspule aufweist, und radial außerhalb des dritten Rotorkerns angeordnet ist, um so einen umfangseitigen Spalt mit dem dritten Rotorkern auszubilden; wobei die erste und zweite Feldspule im wesentlichen parallel zueinander geschaltet sind, wenn von einer externen Feldstromversorgungsquelle aus betrachtet, welche Feldströme an die erste und zweite Feldspule bereitstellt.
Generator für Fahrzeuge nach Anspruch 7, wobei der erste, zweite und dritte Rotorkern jeder eine Vielzahl von klauenförmigen Polkernabschnitten aufweist.
Generator für Fahrzeuge nach Anspruch 7, ferner einen gemeinsamen Regler aufweisend, welcher die an die erste und zweite Feldspule bereitgestellten Feldströme EIN/AUS-steuert.
Generator für Fahrzeuge nach Anspruch 7, ferner zwei Regler aufweisend, welche die an die erste und zweite Feldspule bereitgestellten Feldströme individuell EIN/AUS-steuert.
Generator für Fahrzeuge, aufweisend: einen Rotorkern, welcher eine darum gewickelte Feldspule aufweist; eine Drehwelle, welche durch einen Fahrzeugmotor riemen-angetrieben ist, wobei der Rotorkern an der Drehwelle montiert ist; einen Statorkern, welcher eine darum gewickelte Statorspule aufweist, und radial außerhalb des Rotorkerns angeordnet ist, um so einen umfangseitigen Spalt bei mit dem Rotorkern auszubilden; einen Gleichrichter, welcher eine in der Statorspule induzierte Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt, durch die die Fahrzeugbatterie geladen wird; und einen Regler, welcher das Anlegen einer Regelspannung an die Feldspule EIN/AUS-steuert; wobei der Regler derart konfiguriert ist, dass dieser die Erregerspannung durch Hochtransformieren einer Ausgangsspannung der Fahrzeugbatterie erzeugt.
Generator für Fahrzeuge nach Anspruch 11, wobei der Regler einen Gleichstromwandler vom Zerhackertyp zum Hochtransformieren der Ausgangsspannung der Fahrzeugbatterie enthält.
Generator für Fahrzeuge nach Anspruch 11, ferner eine Schwingungsreduzierungsschaltung aufweisend, welche derart konfiguriert ist, dass diese die Erre gerspannung so einstellt, dass die Erregerspannung und ein Ausgangsdrehmoment des Fahrzeugmotors in gegensätzlicher Phase variieren.
Generator für Fahrzeuge nach Anspruch 11, ferner eine Drehmomentdifferenz-Absorbierungsschaltung aufweisend, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Erregerspannung so einstellt, dass eine Differenz zwischen dem Radantriebsmoment, das von dem Fahrzeugmotor abgegeben wird, und einem Betriebslastmoment eines Fahrzeugs, an das der Fahrzeugmotor montiert ist, in einem bestimmten Bereich gehalten wird.