DE2231576A1 - AC GENERATOR - Google Patents
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Description
Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmusterhilf sanmeldungAttachment to
Patent and
Utility model registration
ROBi1JlT BOSCH GkBH, 7 Stuttgart ROBi 1 JlT BOSCH GkBH, 7 Stuttgart
Die Erfindung "bezieht sich auf einen Viechseistromgenerator
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Wechselstromgeneratoren
für" die Versorgung einer Batterieladeeinrichtung und weiteren Verbrauchern in Kraftfahrzeugen werden in einem sehr weiten
Drehzahlbereich betrieben. Dabei soll jedoch ihre Ausgangsspannung stets konstant sein. Wie man aus der bekannten
Generator-Kennlinie entnehmen kann, steigt bei einer konstanten Ausgangsspannung der erreichbare Ausgangsstrom eines Generators
etwa in Form einer liegenden Parabel mit steigender Drehzahl zunächst stark an. Im höheren Drehzahlbereich nimmt
der erzielbare Ausgangsstrom jedoch nur noch wenig zu. DerThe invention "relates to a pet electricity generator
according to the genre of the main claim. Alternators for "supplying a battery charger and other consumers in motor vehicles are operated in a very wide speed range. However, their output voltage should always be constant. As can be seen from the known generator characteristic, the achievable output current of a generator increases with a constant output voltage in the form of a horizontal parabola, it initially increases strongly with increasing speed. In the higher speed range, however, the achievable output current increases only slightly
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Ausgangsstrom wird also begrenzt. Erhöht man die Windungszahl . Je Phase der Ständerwicklung bei einem Generator, so setzt zwar der Ausgangsstrcin schon bei einer. niedrigeren Läuferdrehzahl ein, es lassen sich dafür aber nur kleinere Ausgangsströine im oberen Drehzahlbereich erzielen. Man ist daher gezwungen, einen Kompromiß' zu schließen dahingehend, daß ein Generator schon in unteren Drehzahlbereich einen ausreichenden Ausgangsstrcm liefern kann, ίκ oberen Drehzahlbereich aber ebenfalls einen möglichst großen Ausgangsstrom aufweist. Die Erfahrung hat gezeigt, daß Generatoren, die im unteren Drehzahlbereich die geste.1 !ton Leistungsforderungen erfüllen, im oberen Drehzablbereich unter" don schon im unteren Drehzahlbereich erreichten Betriebstemperaturen arbeiten. Dies ist ein Hinweis darauf, daß diese Generatoren im oberen Drehzahlbereich nicht voll ausgenützt sind.Output current is therefore limited. If you increase the number of turns. For each phase of the stator winding in a generator, the output current already sets in one. A lower rotor speed, but only smaller output currents in the upper speed range can be achieved. One is therefore forced to make a compromise to the effect that a generator can deliver a sufficient output current even in the lower speed range, but also has the highest possible output current in the upper speed range. Experience has shown that generators who meet the geste.1! Ton power demands in the lower speed range, in the upper Drehzablbereich under "don already in the lower speed range reached operating temperatures to work. This is an indication that these generators are not fully exploited in the upper speed range are.
Es sind schon Anordnungen bekannt geworden, bei denen die Ständerwicklung abhängig von der Lauferclrehzahl von einer Dreieckschaltung in eine Sternschaltung umgeschaltet v.'ird. Es sind auch Anordnungen bekannt geworden, bei denen die einzelnen Wicklungen des Ständers von einer Sternschaltung in eine Reihenschaltung umgeschaltet werden. Diese Anordnungen bedingen einen verhältnismäßig heben Aufwand an Schaltmitteln. Außerdem treten beim Umschalten hohe Spannungsspitzen auf. Die Spannungsspitzen erreichen Werte, die ein .Vielfaches der Kennspannung des Generators betragen. Dadurch können die bekannten Folgen wie Windungsschluß und Masseschluß auftreten, beim nochmaligen Umschalten können sogar die Gleichrichterdioden zerstört werden.Arrangements are already known in which the stator winding depending on the rotor speed of a delta connection switched to a star connection v.'ird. There are also orders become known in which the individual windings of the stator switched from a star connection to a series connection will. These arrangements require a relatively high expenditure on switching means. In addition, when switching high occur Voltage peaks. The voltage peaks reach values that a multiple of the generator's characteristic voltage. Through this The known consequences such as shorted turns and shorted to ground can occur, and when switching over again, the rectifier diodes can even occur be destroyed.
Die Erfindung befaßt sich mit Möglichkeiten, die Leistung und den Wirkungsgrad von Wechselstromgeneratoren im oberen Drehzahlbereich durch eine Änderung von Windungszahl Je Phase während des Betriebs zu verbessern, und weist die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs auf.The invention is concerned with possibilities, the performance and the efficiency of alternators in the upper speed range by changing the number of turns per phase during operation to improve, and has the characterizing features of the main claim.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Generators möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments and improvements of the generator specified in the main claim are possible.
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Die Erfindung ermöglicht eine bessere Energieversorgung von Kraftfahrzeugen, der Generator weist einen höheren Wirkungsgrad als die bisher üblichen Generatoren auf. Erfindungsgemäße Generatoren sind auch zur Versorgung von Verbrauchern, insbesondere mit konstantem Gleichstrom-Verbrauch, außerhalb des Kraftfahrzeugs oder.in Verbindung mit einer getrennten Antriebsmaschine, beispielsweise für Zwecke des Campings, für elektrische Werkzeuge oder für Notstromversorgungsanlagen, geeignet. Die Generatoranordnungen sind billig herzustellen, und zwar vor allem deshalb, weil ein breiterer Toleranzbereich bei der Fertigung zugelassen werden kann und weil mehrere Teile in rohbesrbeitetem Zustand verwendet werden können. Dies gilt auch bei der Verwendung von Schaltern ohne mechanische Kontakte, wie steuerbaren Gleichrichtern oder Transduktoren. Allen AusführungsbeispielenThe invention enables a better energy supply of motor vehicles, the generator has a higher efficiency than the generators customary up to now. According to the invention Generators are also used to supply consumers, in particular with constant direct current consumption, outside the motor vehicle or in connection with a separate drive machine, for example for Purposes of camping, for electrical tools or for emergency power supply systems, suitable. The generator assemblies are inexpensive to manufacture, mainly because a A wider range of tolerances can be permitted in production and because several parts are used in a rough machined state can be. This also applies when using switches without mechanical contacts, such as controllable rectifiers or Transducers. All exemplary embodiments
des erfindungs gemäß en Generators is.t gemeinsam, daß bei gleicher Ausgangsleistung ein kleineres Volumen und ein kleineres Gewicht als bei den bisher üblichen Generatoren erforderlich ist. Daraus ergeben sich bessere Einbaumöglichkeiten, insbesondere in Kraftfahrzeugen.of the generator according to the invention is.t in common that with the same Output power a smaller volume and a smaller weight than required for the generators that have been customary up to now is. This results in better installation options, especially in motor vehicles.
Mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Generators sind,in der Zeichnung dargestellt und im zugehörigen Text beschrieben. Several embodiments of the generator according to the invention are shown in the drawing and described in the accompanying text.
In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Generators aufgezeichnet, und zwar in Figur 1a ein Einphasengenerator und in Figur 1b ein Drehstromgenerator. Gleiche Schaltelemente sind in der ganzen Zeichnung mit den gleich Bezugszeichen versehen. Die Generatoren nach Figur 1 weisen in bekannter Weise Plusdioden 1' und 1!I sowie Minusdioden 21 und 2'' auf. Weiterhin sind Erregerdioden 3' und 3ft vorgesehen.A first exemplary embodiment of a generator according to the invention is shown in FIG. 1, namely a single-phase generator in FIG. 1a and a three-phase generator in FIG. 1b. The same switching elements are provided with the same reference symbols throughout the drawing. The generators according to FIG. 1 have plus diodes 1 'and 1 ! I and minus diodes 2 1 and 2 ″ in a known manner. Furthermore, exciter diodes 3 'and 3 ft are provided.
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Der Generator enthält eine Phasenwicklungsanordnung 4 und eine Erregerwicklung 5. Die Erregerwicklung 5 ist über einen Spannungsregler 6 an die Erregerdioden 3', 3Jt angeschlossen. Ein Zündschalter 7 ist während des Betriebs des Kraftfahrzeugs, in den der erfindungsgemäße Generator eingebaut ist, geschlossen; eine Ladekontrollampe 8 zeigt die ordnungsgemäße Punktion der Generatoranordnung an. Die Verbraucher 9 des Kraftfahrzeugs sind mit Hilfe eines Lastschalters 12 an die Generatoranordnung anschaltbar; üblicherweise ist auch .eine Batterie 10 im Kraftfahrzeug vorgesehen.The generator contains a phase winding arrangement 4 and an exciter winding 5. The exciter winding 5 is connected to the exciter diodes 3 ', 3 Jt via a voltage regulator 6. An ignition switch 7 is closed during operation of the motor vehicle in which the generator according to the invention is installed; a charge control lamp 8 indicates the proper puncture of the generator arrangement. The consumers 9 of the motor vehicle can be connected to the generator arrangement with the aid of a load switch 12; Usually, a battery 10 is also provided in the motor vehicle.
Bei dem Einpb.asengen.erator nach Figur 1a ist das eine Ende der einzigen Wicklung der Phasenwicklungsanordnung 4 an die Verbindungsleitung zwischen der Kathode der Minusdiode 2·' und der Anode der Plusdiode 1'' sowie an die Anode der Erregerdiode 3t! angeschlossen. Die Phasenwicklung 4 ist mit einer Anzapfung 11 versehen, die an die Verbindungsleitung zwischen der Kathode einer weiteren Minusdiode 2 und der Anode einer weiteren Plusdiode 1 sowie an die Anode einer weiteren Erregerdiode 3 angeschlossen ist. Das andere Ende der Phasenwicklung 4 führt zu einer Schaltvorrichtung 13. Die Schaltvorrichtung 13 weist einen mechanischen Schalter mit einer Schaltbrücke und einem ersten und zweiten Schaltkontakt auf. Der erste Schaltkontakt liegt an der Verbindungsleitung zwischen der Kathode der Minusdiode 2' und der Anode der Plusdiode 1' sowie an der Anode der Erregerdiode 3'. Der zweite Schaltkontakt liegt an dem anderen Ende der Phasenwicklung 4.In the Einpb.asengen.erator according to Figure 1a, one end of the single winding of the phase winding arrangement 4 to the connection line between the cathode of the negative diode 2 'and the anode of the positive diode 1''and to the anode of the exciter diode 3 t! connected. The phase winding 4 is provided with a tap 11 which is connected to the connection line between the cathode of a further negative diode 2 and the anode of a further positive diode 1 and to the anode of a further exciter diode 3. The other end of the phase winding 4 leads to a switching device 13. The switching device 13 has a mechanical switch with a switching bridge and a first and second switching contact. The first switching contact is on the connection line between the cathode of the negative diode 2 'and the anode of the positive diode 1' and on the anode of the exciter diode 3 '. The second switching contact is at the other end of the phase winding 4.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1b ist - im Gegensatz zu Figur 1a - ein Drehstromgenerator dargestellt; dabei unterscheidet sich die Schaltungsanordnung im wesentlichen nur durch die Verwendung von Drehstrom-Brückengleichrichtern für die Versorgung der Verbraucher 9 und der Batterie 10 sowie zum SpeisenIn the embodiment of Figure 1b is - in contrast to Figure 1a - a three-phase generator is shown; the circuit arrangement differs essentially only in that the use of three-phase bridge rectifiers for the supply of consumers 9 and the battery 10 as well as for feeding
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der Erregerwicklung 5· Die Schaltvorrichtung 13 rs4;^dein Verwendungszweck entsprechend mit drei Schaltbrücken versehen, die gleichzeitig schaltbar sind. In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1b sind die drei Wicklungen der PhasenwicklungsanOrdnung 'M im Stern geschaltet.of the excitation winding 5 · The switching device 13 rs4; ^ provided with three switching bridges according to the purpose of use, which can be switched at the same time. In the exemplary embodiment according to FIG. 1b, the three windings of the phase winding arrangement M are star-connected.
Im unteren Drehzahlbereich sind der oder die Schalter der Schaltvorrichtung 13 geschlossen. Dabei können die Dioden 11, 2',1", .2" und 31: 3" stromführend sein. Wenn die Schaltbrücke der Schaltvorrichtung 13 von der Schaltkontakten abgehoben ist, dann ist nur der Teil der Phasenwicklung Jl wirksam, der zwischen dem einen Ende und derlVnzapfung 11 liegt. Dabei können dann die Dioden 1, 2, 1", 2" und 3, 3" stromführend sein.In the lower speed range, the switch or switches of the switching device 13 are closed. The diodes 1 1 , 2 ', 1 ", .2" and 3 1 : 3 "can be live. If the switching bridge of the switching device 13 is lifted from the switching contacts, then only that part of the phase winding J l is effective that between one end and the tap 11. The diodes 1, 2, 1 ", 2" and 3, 3 "can then be live.
Solange der oder die Schaltor der Schaltvorrichtung 13 geschlossen sind, sind die Dioden 1, 2, 3 nicht stromführend. Diese Dioden 1, 2, 3 sind aber bereits an die Anzapfungen 11 angeschlossen und sind zu einer Stromübernahme bereit. In dem Augenblick, in dem der oder die Schalter der Schaltvorrichtung 13 geöffnet werden, könner. die Dioden 1, 2, 3 den Strom sofort übernehmen. Damit wird der gefährliche Nachteil der bekannten Vorrichtungen vermieden, daß •beim Umschalten hohe Spannungsspitzen auftreten.As long as the gate or gate of the switching device 13 is closed are, the diodes 1, 2, 3 are not energized. However, these diodes 1, 2, 3 are already connected to the taps 11 and are ready to take over power. The moment the or the switch of the switching device 13 can be opened, can. the diodes 1, 2, 3 take over the current immediately. This becomes the The dangerous disadvantage of the known devices avoided that • high voltage peaks occur when switching.
Die Ausführungsbeispiele in Figur 2 unterscheiden sich von den Ausführungsbeispielen in Figur 1 dadurch, daß die Schaltvorrichtung 13 einen dritten Schaltkontakt aufweist, der an die Anzapfung 11 angeschlossen ist. Im höheren Drehzahlbereich hebt die Schaltbrücke vom zweiten Schaltkontakt ab und verbindet den ersten Schaltkontakt mit dem dritten Schaltkontakt. Im höheren Drehzahlbereich werden damit die Dioden 11, 2', 3' zu den Dioden 1, 2, 3 parallelgeschaltet.The exemplary embodiments in FIG. 2 differ from the exemplary embodiments in FIG. 1 in that the switching device 13 has a third switching contact which is connected to the tap 11. In the higher speed range, the switching bridge lifts off the second switching contact and connects the first switching contact with the third switching contact. In the higher speed range, the diodes 1 1 , 2 ', 3' are connected in parallel to the diodes 1, 2, 3.
In den Ausführungsbeispielen nach Figur 3 sind Sparschaltungen gezeigt. Die Sparschaltung . nach Figur 3 unterscheidet sich von der Schaltung nach Figur 2 dadurch, daß die Erregerdioden 3 eingespart, also weggelassen sind.In the exemplary embodiments according to FIG. 3, there are economy circuits shown. The economy circuit. according to Figure 3 differs from the circuit according to Figure 2 in that the exciter diodes 3 saved, so are omitted.
In Figur 3c ist ein weiteres Beispiel eines Drehstromgenerators in Sternschaltung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel un-In Figure 3c is another example of a three-phase generator shown in star connection. This embodiment un-
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Robert Bosch GmbH
StuttgartRobert Bosch GMBH
Stuttgart
terscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2b dadurch, daß die dritten Schaltkontakte der Schaltvorrichtungen 13 untereinander und mit dem Sternpunkt der Phasenwicklungsanordnung 4 leitend verbunden sind. Im oberenDrehzahlbereich, in dem die Schaltbrücke die ersten Schaltkontakte mit den dirtten Schaltkontakten verbindet, werden die Dioden 11, 2f, 31 jeweils an den Sternpunkt angeschlossen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß im höheren Drehzahlbereich die Dioden 1 ', 2' 3' zum Vermindern des Einflußes der Oberschwingungen, insbesondere der dritten Oberschwingung, benützt werden.Γΐη den Ausführungsbeispielen nach Figur 4 ist die Phasenwicklungsanordnung 4 im Ständer des Generators in zwei Hälften Xp-Up und X1-U. bei einem Einphasengenerator und in jeweils zwei Hälften Xp-Up und X1-U,,, X9-Vp und X-i-V.. sowie Zp-Wr, und Z,-\L bei einem Dreiphasengenerator aufgeteilt. Um die gleichen elektrischen und thermischen Werten dieser Wicklungshälften zu erreichen, ist die Wicklung vorzugsweise als Zweidrahtwicklung ausgeführt. Die Phasenwicklung 4 ist an der Anzapfung 11 also unterbrochen. Die Wicklungsanschlüsse Up, Vp, Wp liegen an den zweiten Schaltkontakten μη& die Wicklungsanschlüsse X. , Y., Z. an den ersten Schaltkontakten unter der Schaltbrücke der Schaltvorrichtung 13. Der dritte .Schaltkontakt der Schaltvorrichtung 13 ist bei einem Einphasengenerator nach Figur 4, an das eine Wicklungsende Xp der Phasenwicklungsanordnung 4 angeschlossen, die dritten Schaltkontakte bei einem Dreiphasengenerator sind untereinander leitend verbunden und können - müssen aber nicht - außer- · dem an den Sternpunkt der Phasenwicklungsanordnung 4 angeschlossen sein.differs from the exemplary embodiment according to FIG. 2b in that the third switching contacts of the switching devices 13 are conductively connected to one another and to the star point of the phase winding arrangement 4. In the upper speed range, in which the switching bridge connects the first switching contacts with the third switching contacts, the diodes 1 1 , 2 f , 3 1 are each connected to the star point. This arrangement has the advantage that in the higher speed range the diodes 1 ', 2' 3 'are used to reduce the influence of the harmonics, in particular the third harmonic. In the exemplary embodiments according to FIG Halves Xp-Up and X 1 -U. for a single-phase generator and divided into two halves each, Xp-Up and X 1 -U ,,, X 9 -Vp and XiV .. as well as Zp-Wr, and Z, - \ L for a three-phase generator. In order to achieve the same electrical and thermal values of these winding halves, the winding is preferably designed as a two-wire winding. The phase winding 4 is therefore interrupted at the tap 11. The winding connections Up, Vp, Wp are connected to the second switching contacts μη & the winding connections X., Y., Z. are connected to the first switching contacts under the switching bridge of the switching device 13. The third switching contact of the switching device 13 is in a single-phase generator according to FIG one winding end Xp of the phase winding arrangement 4 is connected, the third switching contacts in a three-phase generator are conductively connected to one another and can - but need not - also be connected to the star point of the phase winding arrangement 4.
Im unteren Drehzahlbereich sind die Phasenwicklungen in Serie geschaltet, so daß die volle Wicklung der Wicklungsanordnung wirksam ist; das ist beim Einphasengenerator nach Figur 4a dieIn the lower speed range, the phase windings are in series switched so that the full winding of the winding assembly is effective; this is the case with the single-phase generator according to FIG. 4a
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Wicklung Xp-U1 und beim Dreiphasengenerator nach !Figur 4b die Wieklung Xg-U1» Y2~V1 und Z?""W1 * Im πη^ΘΓΘη Drehzahlbereich arbeitet dann die Wicklung mit den Dioden 1', 2!; i", 2tf; 3», 311 (Figur 4a) bzw.'mit den Dioden 1', 2', 3' (Figur 4b) zusammen. Im höheren Drehzahlbereich, wenn also die jeweilige Schaltbrücke den ersten mit dem dritten Schaltkontakt verbindet', ^^^die Wicklungshälften der Phasenwicklungsanordnung 4 in Parallelbetrieb. Folgende Wicklungsteile arbeiten mit folgenden Dioden zusammen: Wicklung TJ1-X1 mit Dioden. 1 f, 2', 1", 2", 3', 3>f; Wicklung U2""X2 mit Moden 1» 2> 1''» 2"> 5I!, 3; bei einem Dreiphasengenerator Wicklung U1 V1 W1 mit Dioden 1', 2', 3' und Up Vp Wp mit Dioden 1, 2, 3. Die Schaltkontakte der Schaltvorrichtung 13 v/erden nur durch den halben Strom beansprucht.Winding Xp-U 1 and in the case of the three-phase generator according to FIG. 4b, the weighting Xg-U 1 » Y 2 ~ V 1 and Z ?"" W 1 * In the πη ^ ΘΓΘη speed range, the winding then works with the diodes 1 ', 2 ! ; i ", 2 tf ; 3», 3 11 (Figure 4a) or 'with the diodes 1', 2 ', 3' (Figure 4b) together. In the higher speed range, when the respective switching bridge connects the first to the third switching contact connects', ^^^ the winding halves of the phase winding arrangement 4 in parallel operation. The following winding parts work together with the following diodes: Winding TJ 1 -X 1 with diodes. 1 f , 2 ', 1 ", 2", 3', 3 >f; Winding U 2 "" X 2 with modes 1 » 2 > 1 " » 2 "> 5 I! , 3; in a three-phase generator winding U 1 V 1 W 1 with diodes 1 ', 2', 3 'and Up Vp Wp with diodes 1, 2, 3. The switching contacts of the switching device 13 v / earth only used by half the current.
In Figur 6 sind Lösungen angegeben, den mechanischen Schalter der Schaltvorrichtung 13 durch einen elektronischen Schalter zu ersetzen. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 5 kann die Schaltvorrichtung 13 durch eine Schaltvorrichtung 14 ersetzt werden, die als Schaltelemente Thyristoren enthält.In Figure 6 solutions are given, the mechanical switch the switching device 13 to be replaced by an electronic switch. In the exemplary embodiments of FIGS. 1 to 5 the switching device 13 can be replaced by a switching device 14 which contains thyristors as switching elements.
Figur 7 zeigt, wie statt der mechanischen Schalter der Schaltvorrichtung 13 in einer weiteren Schaltvorrichtung 15 Transduktoren verwendbar sind.Figure 7 shows how instead of the mechanical switch of the switching device 13 in a further switching device 15 transducers are usable.
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Claims (16)
Robert Bosch GmbH II. 9*5- 9 -
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