DE2600035C3

DE2600035C3 - Elektrischer Stromrichtergenerator mit wenigstens einer Feldwicklung und wenigstens einer Ankerwicklung

Info

Publication number: DE2600035C3
Application number: DE2600035A
Authority: DE
Inventors: Serge Jean Henri Paris Thomas
Original assignee: Motorola Automobile SA
Current assignee: Motorola Automobile SA
Priority date: 1975-01-09
Filing date: 1976-01-02
Publication date: 1978-11-23
Also published as: BR7600032A; DE2600035A1; IT1052906B; GB1513270A; ES444161A1; DE2660017B1; JPS56171570U; CA1081776A; SE7513983L; US4163187A; ZA76124B; FR2297513A1; DE2600035B2; FR2297513B1; JPS5195209A; SE419922B

Description

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len und die relative Größe des Drahtes dargestellt sind, jedoch die relative Anzahl der Windungen in jeder Spule nicht berücksichtigt ist. ■ ■ \

Fig. 4 eine zweite Ausfühnungsfonn eines Generators, .... ■; ;^: ../, ' .. ν·;·^! ■ ■' .

Fig. 5 einen Plan einer Wicklung[einer Phase der Ausführungsform gemäß: FEg. 4,. wobei wiederum lediglich die Position, der Spulen; veranschaülTcnt. ist,

Fig. 6 eine weitere Ausfühningsform des Geneiators, und

Fig. 7 einen Plan einer Wicklung einer Phase der AusführungsforniigenaäßiFig. 6, wobei wiederum lediglich die Position der Spulen; veranschaulicht ist

Gemäß FLg-. 1 der Zeichnung ist eine typische Kurve 10 eines Ausgamgsstroms (in Ampere); über der Drehzahl für einen: herkömmlichen Generator dargestellt. Die Einschaltgesdiwindigkeit 11 liegt im Bereich von etwa Ϊ000 U/min, und' die Ausgangsströme ins Bereich des Punktes 12 liegen etwas oberhalb von 60 Ampere. Die Kurve 13 ist eine Ausga^gskurve f ür eine Wicklung des in der Fiig. 2 dargestellten Generators, wobei die Einschaltgeschwindigkeit ebenfalls im Punkt 11 liegt.. Die Kurve 14 ist eine Ausgangskurve für eine zweite Wicklung des Generators in der Fig.. 2, wobei die Einschaltgeschwindigkeit im Punkt 15 liegt Die Kurve 16 ist die Summe aus- den Kurven 13- und 14 und stellt ein typisches Ausgangssignal¹ eines erfindungsgemäßen Generators dar. Diese Kurven werden nachfolgend im- einzelnen näher erläutert.

Die Fig. 2 zeigt einen im Dreieck geschalteten Wicklungsteil; Γ7. Der Wicklüngsteili17 hat wesentlich mehr Windungen aus. dünnerem: Draht, als dies bei herkömmlichen Generatoren üblich war. Für diesen Wicklungsteil werden jedoch nur die Hälfte der Elementarmagnetkreise verwendet. Ein Elementarmagnetkreis entspricht einer Polteilung. In der anderen Hälfte der Elementarmagnetkreise ist ein anderer Wicklungsteil 18 angeordnet, welcher halb so viele Windungen pro Elementarmagnetkreis hat wie der Wicklungsteil 17, wobei jedoch ein Draht mit dem doppelten Querschnitt verwendet ist Als typische Zahlen können 26 Windungen aus Draht mit einem Durchmesser von 0,92 mm; in einem Elementarmagnetkreis in dem WickJungsteil17 und 13 Windungen aus Draht mit einem Durchmesser von 1,3 mm in einem Elementarmagnetkreis dem Wicklungsteil 18 angesehen werden. Die Verteilung der Elementarmagnetkreise jedes Wicklungsteils kann in beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise sequentiell oder alternierend. Jeder Wicklungsteil 17 und 18 hat jeweils seinen eigenen Vollweggleichrichter 20 bzw. 21. Die zwei Gleichrichter sind parallel geschaltet, und eine durch einen Regler 23 gespeiste Feldspule 22 ist parallel zu dem gemeinsamen Ausgang angeordnet.

Die Fig. 3 zeigt einen Plan für eine mögliche Auslegung der Wicklung einer Phase der Fig. 2. Hier ist der Stator 24 mit dem Wicklungsteil 17 und dem Wicklungsteil 18 für eine Phase dargestellt. Die nicht dargestellten Wicklungsteile für die anderen Phasen wurden ähnlich ausgebildet und angeordnet sein, jedoch mifaeiner Verschiebung von jeweils 120 elektrischen Grad.

Die in der Fig. 1 dargestellte Kurve 13 ergibt sich aus dem Wicklungsteil 17. Dieser Wicklungsteil liefert den niedrigen Einschaltpunkt bei etwa 1000 U/min, der Ausgangsstrom liegt jedoch im Bereich von mehr als 30 Ampere. Der Wicklungsteil 18 beginnt einen Beitrag zu dem Ausgangsstrom des Generators zu liefern, wenn etwa 2000 U/min eBeicht sind, wie es in der Kurve 14 derFig. I veranschaulicht ist Er liefert jedoch etwa 60 Ampere bei maximalem AusgangssignaL Die Kurve 16 der Fig. I ergibt sich aus einer Zusammensetzung der Kurven 13 und 14, und sie stellt das tatsächliche Ausgangssignal des erfindungsgenuäßen Generators dar. Die" Kurve 10 ist ein Vergleichsausgangssignal für einenGenerator, welcher 13 Windungem aus Draht mit einem Durchmesser von 1,3 nun in jedem der sechs Elementarmagnetkreise aufweist

Obwohl das Volumenund das Gewicht des Kupferdrahtes dasselbe wie in dem herkömmlichen Generator gemäß der Kurve 10 sind, ist die Aufheizung durch den Joule-Effekt für die erfindungsgemäße Anordnung geringer, und zwar bis zu wenigstens 8000 U/ mi». Wenn der Widerstand der drei Phasen des herkömmlichen; Generators nach der Kurve 10 mit R bezeichnet wird, hat der Wicklungsteil 17 gemäß Fig. 2 einen Widerstand von 2 R, da die Anzahl der Windungen dieselbe- ist wie in dem herkömmlichen Generator,, während! der Draht den halben Querschnitt hat Der Wickhsngsteil 18 hat nur halb so viele Windungen wie der herkömmliche Generator und verwendet denselben Drahtquerschnitt, so daß sein Widerstand einen Wert von. 0,5 R aufweist Bei beispielsweise 8000^: U/min: sind die PR-Verluste für den herkömmlichen Generator (siehe Kurve 10 der Fig. 1) gleich R X 62² = 3844 R₇ und der entsprechende Wert für eine Ausführungsform gemäß der Erfindung (Kurven 13, 14 der Fig. 1) beträgt
(2ÄX 31²) + (0,5 R X 60²) = 3722 R.
Bei 1000 U/min sind die Verluste, welche durch Lagerreibung, Windungshysteresis und den Joule-Effekt verursacht werden, im wesentlichen bei dem herkömmlichen und dem erfindungsgemäßen Generator gleich. Die maximale Stromausbeute ist um etwa die Hälfte gesteigert (von 62 auf 90 Ampere). Der Wirkungsgrad (rR-Verlust/Energieausbeute) geht von 28% auf etwa 41%.

Die Fig. 4ist ein Schaltschema einer weiteren Generator-Ausführungsform mit zwei getrennten Dreieckschaltungen. Der Wicklungsteil 25 mit niedrigem Einschaltpunkt nimmt nur die Hälfte der Elementarmagnetkreise ein, und die Anzahl der Windungen bleibt unverändert. In diesem Falle ist eine geringere Drahtstärke bei diesem Wicklungsteil vorhanden. Der Wicklungsteil 26 mit hohem Ausgangsstrom hat nur neun Windungen pro Elementarmagnetkreis, er verwendet jedoch alle sechs Elementarmagnetkreise. Somit überlappen in jeder Phase drei Abschnitte des Wicklungsteils 26 die drei Abschnitte des Wicklungsteils 25, und das Ausgangssignal wird durch gegenseitige Induktion hervorgerufen. Die zwei Dreieckan-Ordnungen sind nicht direkt verbunden, und jede Anordnung hat ihren eigenen Gleichrichter 20 bzw. 21. Die Feldspule und ihr zugehöriger Regler sind nicht dargestellt. Die Fig. 5 zeigt den Plan für eine mögliche Auslegung der Wicklung des Ausführungsbeispiels der Fig. 4.

Die Fig. 6 zeigt eine weitere Generator-Ausführungsform, bei welcher der Wicklungsteil 27 mit hohem Ausgangssignal einige Windungen aus dickem Draht in jedem Elementarmagnetkreis verwendet. Der Wicklungsteil 28 mit niedrigem Einschaltpunkt verwendet mehr Windungen aus dünnerem Draht in nur der Hälfte der Elementarmagnetkreise. In dieser Ausführungsform trägt jedoch nicht nur die gegensei-

tige Induktion zwischen den Windungen des Wicklungsteils 28 und den Windungen des Wicklungsteils 27 zur Entstehung eines Ausgangssignals bei, welche teilweise gemeinsame Nuten haben, sondern der Wicklungsteil 28 weist am Mittelpunkt jeder Phase des Wicklungsteils 27 einen Abgriff auf. Dieser bringt jede Phase des Wicklungsteils 28 in Reihe mit einer Hälfte einer Phase des Wicklungsteils 27, so daß eine andere Ausgangscharakteristik entsteht. Die Spannungen jeder Phase des Wicklungsteils 28 addieren sich jeweils zu denjenigen der Abschnitte des Wicklungsteils 27. Die Wicklungsteile 27 und 28 können mit Gleichrichtern 20 bzw. 21 verbunden sein, wie es in der Fig. 6 dargestellt ist, diese Anschlüsse können jedoch auch im Hinblick auf eine gewünschte Diodenbelastung verändert werden. Die Fig. 7 zeigt einen Plan für eine mögliche Auslegung einer Phase der Wicklung der Fig. 6.

Hierzu 2 Blatt Zcichnuniicn

Claims

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen

Patentansprüche: Stromrichtergenerator mit wenigstens einer Feldwicklung, und wenigstens einer Ankerwicklung, die

1. Elektrischer Stromrichtergenerator mit we- - relativ zueinander bewegbar sind und von denen eine nigstens einer Feldwicklung und wenigstens einer 5 mindestens aus zwei Wicklungsteilen gebildet ist, deAnkerwicklung, die relativ zueinander bewegbar ren Enden jeweils an, der Wechselstfomseite eines jesind und von denen eine mindestens aus zwei weils dem Wicklungsabschnitt zugeordneten Gleicn-Wicklungsteilen gebildet ist, deren Enden jeweils richters fest angeschlossen smd, wobei die Gleichander Wechselstromseite eines jeweils dem Wick- Stromseiten der Gleichrichter zueinander parallel lungsabschnitt zugeordneten Gleichrichters fest ip geschaltet sind.

angeschlossen sind, wobei die Gleichstromseiten Ein derartiger Stromrichtergenerator ist aus der

der Gleichrichter zueinander parallel geschaltet DT-OS 1563361 bekannt

sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wick- Weiterhin ist aus der US-PS 3160772 eine Genelungsteile (17, 18; 25, 26; 28, 27) voneinander ratoranoednung bekannt, die unterschiedliche Leiterunterschiedliche Windungszahlen und Leiter- 15 querschnitte aufweist. Bei dieser bekannten Anordquerschnitte aufweisen und der Wicklungsteil (17; nung dienen die unterschiedlichen Querschnitte dem 25; 28) mit dem geringeren Leiterquerschnitt die Zweck, bei zwei verschiedenen Ausgangsspannungen höhere Windungszahl hat. jeweils eine optimale ^Leistung zu liefern. Während

?«. Elektrischer Stromrichtergenerator nach der Generator mit konstanter Geschwindigkeit läuft,

Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. der er- 20 sollen: für verschiedene Lasten unterschiedliche Aus-

ste und der zweite Wicklungsteil (17,18; 25, 26; gangsspahnungen geliefert werden, und es soll dabei

28,27) jeweils mehrphasig in einer solchen Rkh- zugleich für eine bestimmte Ausgangsspannung eine

rung gewickelt sind, 'daß die Ausgangssignale sich optimale Leistung gewährleistet sein,

addieren. AGt den bekannten Einrichtungen ist es nicht mög-

3. Elektrischer Stromrichtergenerator nach 25 lieh, die Generatorcharakteristik bei unterschiedli-Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede chen Drehzahlen in gewünschter Weise zu verändern, mehrphasige Wicklung eine Dreiphasen-Wick- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen lung ist. elektrischen Stromrichtergenerator der eingangs nä-

4. Elektrischer Stromrichtergenerator nach ei- her genannten Art zu schaffen, dessen Charakteristik nem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- 30 derart gestaltet ist, daß bei einer besonders geringen kennzeichnet, daß der erste Wicklungsteil (17) Einschaltgeschwindigkeit zugleich ein außerordent- und der zweite Wicklungsteil (18) in getrennten lieh hoher Ausgangsstrom gewährleistet ist.
Nuten des Stators (24) angeordnet sind (Fig. 3). Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen Strom-

5. Elektrischer Stromrichtergenerator nach richtergenerator der-eingangs genannten Art nach der Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die 35 Erfindung dadurch gelöst, daß die Wicklungsteile Nuten des ersten Wicklungsteils (17) jeweils mit voneinander unterschiedliche Windungszahlen und den Nuten des zweiten Wicklungsteils (18) ab- Leiterquerschnitte aufweisen und der Wicklungsteil wechseln (Fig. 3). mit dem geringeren Leiterquerschnitt die höhere

6. Elektrischer Stromrichtergenerator nach ei- Windungszahl hat.

nem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich- 40 Gemäß der Erfindung ist der wesentliche techni-

net, daß wenigstens einige Windungen des zweiten sehe Fortschritt erzielbar, daß insbesondere für die

Wicklungsteils (26) in denselben Nuten wie die bei Kraftfahrzeugen an einen Stromrichtergenerator

Windungen des ersten Wicklungsteils (25) ange- gestellten Anforderungen durch eine kompakte Ma-

ordnet sind (Fig. 4, 5). schine erfüllt werden können, welche im wesentlichen

7. Elektrischer Stromrichtergenerator nach 45 darin bestehen, daß der Generator bereits bei einer Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenig- verhältnismäßig geringen Drehzahl der Maschine die stens einige Windungen des Wicklungsteils (27) Stromversorgung des Fahrzeuges von der Batterie mit dem größeren Leiterquerschnitt benachbart zu übernimmt. Dabei erweist sich der erfindungsgemäße den Windungen des Wicklungsteils (28) mit dem Generator insbesondere bei Kraftfahrzeugen dadurch kleineren Leiterquerschnitt angeordnet sind, daß 50 besonders vorteilhaft, daß er nur einen geringen die Windungen jeder Phase des Wicklungsteils Raumbedarf und ein geringes Gewicht aufweist. Wei-(28) mit dem kleineren Leiterquerschnitt in einer terhin ist es bei dem erfindungsgemäßen Generator Reihenschaltung mit einem Teil der Windungen von Vorteil, daß trotz der geringen Einschaltgeder entsprechenden Phase des Wicklungsteils (27) schwindigkeit im Bereich hoher Drehzahlen ein vermit dem größeren Leiterquerschnitt angeordnet 55 hältnismäßig starker Strom geliefert wird.

sind, daß die Reihenschaltungen mit der einen Weiterhin ist gemäß der Erfindung der Vorteil er-

Gleichrichtereinrichtung (20) verbunden sind, daß reichbar, daß der Wirkungsgrad der Maschine erhebdie übrigen Windungen jeder Phase des Wick- Hch gesteigert wird.

lungsteils (27) mit dem größeren Leiterquerschnitt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes

mit einem Ende an dem Verbindungspunkt zwi- 60 werden nachfolgend an Hand der Zeichnung besehen dem Wicklungsteil (28) mit dem kleineren schrieben. Es zeigt

Leiterquerschnitt und dem Teil des Wicklungsteils Fig. 1 eine grafische Darstellung, in welcher als

(27) mit dem größeren Leiterquerschnitt ange- Ausgangssignal der Strom über der Drehzahl aufgeschlossen sind und mit dem anderen Ende an die tragen ist,

andere Gleichrichtereinrichtung (21) angeschlos- 65 Fig. 2 eine schematische Darstellung der Schaltung sen sind (Fig. 6, 7). eines Generators,

Fig. 3 einen Plan einer Wicklung einer Phase der Schaltung gemäß Fig. 2, wobei die Position der Spu-