DE2437276A1 - Wechselstromgenerator - Google Patents

Description

• Anlage zur Patent- und Gebrauchsmusterhilfs-Anmeldung Wechselstromgenerator Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselstromgenerator 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. Gemäss der bekannten Generator-Kennlinie 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; der Ausgangsstrom wird also begrenzt. Erhöht man die Windungszahl je Phase der Ständerwicklung bei einem Generator, so setzt zwar der Ausgangsstrom schon bei einer niedrigeren Läuferdrehzahl ein, es lassen sich dafür aber nur kleinere Ausgangsströme im oberen Drehzahlbereich erzielen. Man ist daher gezwungen, einen Kompromiss zu schliessen dahingehend, dass ein Generator schon im unteren Drehzahlbereich einen ausreichenden Ausgangsstrom liefern kann, im oberen Drehzahlbereich aber ebenfalls einen möglichst grossen Ausgangsstrom aufweist. Die Erfahrung hat gezeigt, dass Generatoren, die im unteren Drehzahlbereich die gestellten Leistungsforderungen erfüllen, im oberen Drehzahlbereich unterhalb der schon im unteren Drehzahlbereich erreichten Betriebstemperaturen arbeiten. Dies ist ein Hinweis darauf, dass diese Generatoren im oberen Drehzahlbereich nicht voll ausgenützt sind.
• Es sinn schon Anordnungen bekannt geworden, bei denen die Ständerwicklung abhängig von der Läuferdrehzahl von einer Dreieckschaltung in eine Sternschaltung umgeschaltet wird.
• 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 hohen Aufwand an Schaltmitteln. Ausserdem treten beim Umschalten hohe Spannungsspitzen auf. Die Spannungsspitzen erreichen Werte, die ein Vielfaches der Nennspannung des Generators betragen. Dadurch können die bekannten Folgen wie Windungsschluss und Masseschluss auftreten, bei mehrmaligen Umschaltvorgängen können sogar die Gleichrichterdioden zerstört werden. Die Erfindung zeigt Möglichkeiten, die Leistung und den Wirkungsgrad von Wechselstromgeneratoren im oberen Drehzahlbereich durch eine Änderung der effektiven Windungszahl je Phase während des Betriebs zu verbessernfund weist die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs auf.
• Durch die inden Unteransprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im-Hauptanspruch angegebenen Generators möglich.
• Die Erfindung ermöglicht eine bessere Energieversorgung von Kraftfahrzeugen als bisher; der Generator weist einen höheren Wirkungsgrad als die bisher üblichen Generatoren auf. Erfindungsgemässe Generatoren sind auch zur Versorgung von Verbrauchern ausserhalb eines Kraftfahrzeugs oder in Verbindung mit einer getrennten Antriebsmaschine, beispielsweise für Campingzwecke, 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 einem nur roh bearbeiteten Zustand verwendet werden können. Dies gilt auch für die Verwendung von Schaltern Qhne mechanische Kontakte, wie steuerbaren Gleichrichtern oder Transduktoren.
• Allen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemässen Generators ist gemeinsam, dass bei einer gleichen Ausgangsleistung ein kleineres Volumen und ein kleineres Gewicht als bei den gebräuchlichen Generatoren erforderlich ist. Daraus ergeben sich bessere Einbaumöglichkeiten, insbesondere in Kraftfahrzeugen.
• Durch die Wicklungsumschaltung im oberen Drehzahlbereich - es sind dann weniger Windungen eingeschaltet - ergibt sich eine Leistungssteigerung des Generators im oberen Drehzahlbereich. Gleichzeitig wird wegen der kleineren thermischen Verluste ein höherer Wirkungsgrad erreicht.
• Die erfindungsgemässe Anordnung ist billig und einfach. Die Umschaltvorrichtung schaltet nur, wenn die beiden Parameter Generatordrehzahl und Generatorstrom einen vorbestimmten Wert über- oder unterschritten haben; die Umschaltvorrichtung wird dadurch geschont. Wollte man mit herkömmlichen Generatoren einen ähnlichen Kennlinienverlauf verwirklichen, so müsste mandie Abmessungen des Generators, wie Aussenlänge und/oder Durchmesser und/oder Durchflutungswege, ändern; dies ist aber besonders bei einer Serienfertigung sehr kostspielig.
• Die erfindungsgemässe Anordnung lässt sich schliesslich sowohl bei Schleifringgeneratoren als auch bei schleifringlosen Synchrongeneratoren verwenden.
• Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Generators sind in der Zeichnung dargestellt und im zugehörigen Text beschrieben.
• In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Generators aufgezeichnet, und zwar in Fig. ia die vollständige Schaltungsanordnung. Die Generatoren nach Fig. 1 weisen ion bekannter Weise Plusdioden 1 sowie Minusdioden 2 auf. Weiterhin sind Erregerdioden 3 vorgesehen. Der Generator enthält eine Phasenwicklungsanordnung 4 und eine Erregerwicklung 5. Die Erregerwicklung 5 ist über einen Spannungsregler 6 an die Erregerdioden 3 angeschlossen. Ein Zündschalter 7 ist während des Betriebs des Kraftfahrzeugs, in den der erfindungsgemässe Generator eingebaut ist, geschlossen; eine Ladekontrollampe 8 zeigt die ordnungsgemässe Funktion 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.
• Bei dem Generator nach Fig. 1 sind die einen Enden der Wicklungsstränge der Phasenwicklungsanordnung 4 zu einem Sternpunkt zusammengeschaltet. Die anderen Enden der Wicklungsstränge der Phasenwicklungsanordnung 4 sind in bekannter Weise an die Anoden der Erregerdioden 3 und an die Anoden der Plusdioden 1 geführt. Ausserdem sind die anderen Enden der Wicklungsstränge der Phasenwicklung 4 über Schaltkontakte einer Schaltvorrichtung 13 an die Kathoden der Plusdioden 2 gelegt. Die einzelnen Wicklungsstränge der Phasenwicklung 4 weisen Anzapfungen 11 auf, diese Anzapfungen 11 sind mit den Kathoden von weiteren Minusdioden 2' verbunden. Die Schaltvorrichtung 13 ist -im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1-durch ein Relais 15 mit den Anschlüssen 14 steuerbar.
• In den Fig. 1b und lc sind die Schaltzustände in Abhängigkeit vom Schaltzustand der Schaltvorrichtung 13 im einzelnen dargestellt.
• Fig. 1b zeigt den Zustand der Schaltung bei geringen Drehzahlen des Generators nach Fig. 1. Es ist leicht zu sehen, dass es sich hier um eine ganz gewöhnliche Schaltungsanordnung eines Generators mit nachgeschaltetem Gleichrichter handelt. Die einen Enden der Phasenwicklung 4 sind zum Stern zusammengeschaltet, die anderen Enden der Phasenwicklung 4 lien an der Drehstrombrücke mit den Plusdioden 1 und den Minusdioden 2 sowie an den Erregerdioden 3.
• Fig. lc zeigt den Schaltungszustand im höheren Drehzahlbereich. Jetzt liegen die anderen Enden der Phasenwicklung 4 lediglich an den Anoden der Plusdioden 1 und der Erregerdiode 3. Die Funktion der Minusdioden 2 ist jetzt durch die weiteren Minusdioden 2' übernommen, deren Kathoden jeweils an einer der Anzapfungen 11 der Phasenwicklung 4 liegen.
• In den Fig. 2 und 3 sind weitere Ausführungsbeispiele dargestellt. In Fig. 2 ist die mit Hilfe des Relais 15 gesteuerte Schal tvorri chtung 13 durch eine transduktorgesteuerte Vorrichtung ersetzt. Fig. 3 zeigt, wie anstelle der Minusdioden 2 in Kombination mit der Schaltvorrichtung 13 eine Anordnung mit steuerbaren Gleichrichtern 2" gesetzt werden kann. Die'steuerbaren Gleichrichter 2" erfüllen somit sowohl eine Aufgabe als Gleichrichter als auch eine Aufgabe als Schaltvorrichtung.

Claims (6)

Ansprüche

1. Wechselstromgenerator, insbesondere Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge, mit einer Phasenwicklungsanordnung, vorzugsweise im Ständer, mit einer der Phasenwicklungsanordnung nachgeschalteten, Plusdioden, Minusdioden und ggf. Erregerdioden enthaltenden, Gleichrichteranordnung und mit einer Vorrichtung zum Erregen einer im Generator enthaltenen Erregerwicklungsanordnung, wobei die Stränge der Phasenwicklungsanordnung mit einer Anzapfung versehen sind und die Anzapfung an den Anodenanschluss der zugehörigen Plusdiode angeschlossen ist, mit weiteren Minusdioden und mit einer Schaltvorrichtung, die mit der Phasenwicklungsanordnung und mit der Gleichrichteranordnung in Wirkungsverbindung steht und in Abhängigkeit von äusseren Parametern, vorzugsweise von der Drehzahl des Läufers oder von der Temperatur der Phasenwicklungsanordnung oder des Ständers oder von dem Generatorstrom oder von mehreren dieser Parameter gleichzeitig, schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (13) wenigstens eine Schaltstrecke aufweist, die in der Zuleitung zur Kathode einer Minusdiode (2) liegt.

2. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1 für einen Drehstrom-Generator, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (13) drei Schaltstrecken aufweist, von denen äe eine in einer Zuleitung zur Kathode einer der Minusdioden (2) liegt.

3. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (13) wenigstens einen mechanischen Schalter enthält, der durch ein Relais (15) steuerbar ist.

4. Wechselstromgenerator nach -Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (13) wenigstens einen Transduktor enthält.

5. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, däss die Minusdioden (2) als steuerbare Gleichrichter ( 2" ) ausgebildet sind und die Funktion der Schaltvorrichtung (13) durch diese steuerbaren Gleichrichter ( 2" ) ausgeführt wird.

6. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Minusdioden ( 2" ) an Anzapfungen (11) der Phasenwicklungsanordnung (4) angeschlossen sind.

L e e r s e i t e