DE29507430U1

DE29507430U1 - Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE29507430U1
Application number: DE29507430U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-05-04
Filing date: 1995-05-04
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2005-05-05

Description

G 8417 DE

Werner Gneiting

Maybachstraße 7

72636 Frickenhausen

Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft einen Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge mit einem in den Stromkreis der Erregerwicklung des Generators eingeschalteten Spannungsregler zur Beeinflussung des Erregerstroms in Abhängigkeit von der Generatorspannung.

Solche Drehstromgeneratoren werden heutzutage in nahezu allen Kraftfahrzeugen zur Deckung des Verbrauchs elektrischer Energie der Fahrzeuge eingesetzt. Diese Generatoren zeichnen sich durch eine Leistungsabgabe schon bei Motorleerlauf, eine hohe Maximaldrehzahl und geringen Verschleiß aus. Bei fast sämtlichen Typen von Drehstromgeneratoren werden die Wechselspannungen der feststehenden Dreiphasenständerwicklungen durch drei oder auch sechs Leistungsdioden in Doppelwegschaltungen gleichgerichtet und in die Kraftfahrzeugbatterie gespeist. Die Dioden verhindern dabei gleichzeitig eine Entladung der Batterie bei geringer Generatorspannung über den Generator. Der umlaufenden, vom Verbrennungsmotor meistens über Keilriemen angetriebenen Erregerwicklung wird über Schleifringe und Kohlebürsten Gleichstrom zugeführt. Beim Starten des Motors ist zunächst eine Vorerregung des Generators durch Fremdstrom aus der Batterie erforderlich. Jedoch schon unterhalb der Leerlaufdrehzahl tritt Selbsterregung ein. Der Erregerstrom wird dabei über drei zusätzliche Erregerdioden aus dem Ständerstrom abgezweigt. Bei Erreichen einer Generatorausgangsspannung von

• &diams; · ·

G 8417 DE - 2 -

etwa 7 V, 14 V oder 28 V je nach der Bordnetznenngleichspannung 6 V, 12 V und 24 V des Fahrzeugs stellt der in den Erregerkreis eingeschaltete Spannungsregler den Erregerstrom derart ein, daß die Generatorausgangsspannung unabhängig von Belastung und Drehzahl weiterhin konstant bleibt. Da bei den herkömmlichen Drehstromgeneratoren der Spannungsregler jedoch in den Erregerstromkreis eingeschaltet, also mit dem gemeinsamen Ausgang der drei Erregerdioden und nicht mit dem Batterieausgang des Generators verbunden ist, richtet sich der Spannungsregler bei der Einstellung des Erregerstroms nicht nach der Generatorausgangsspannung sondern nach der Spannung am Erregerstromausgang. Wird dem Generator jedoch durch entsprechende Verbraucher im Fahrzeug Strom entzogen, so liegt die Generatorausgangsspannung deutlich unterhalb der am Erregerstromausgang gemessenen Spannung. Dies führt dazu, daß der Spannungsregler den Erregerstrom bereits vorzeitig abschaltet, so daß die Batterie also nicht auf ihre Nennspannung aufgeladen werden kann. Hieraus resultieren Startschwierigkeiten des Fahrzeugs. Bei Fahrzeugen mit vielen Verbrauchern von elektrischem Strom, wie dies insbesondere bei hochwertig ausgestatteten Reisebussen sowie Lastkraftwagen der Fall ist, kann es auch zum Liegenbleiben der Fahrzeuge nach einem Zwischenhalt während der Fahrt kommen.

Zur Abhilfe dieses Problems schlägt die Erfindung einen Drehstromgenerator der eingangs genannten Art vor, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß in den Spannungsreglerstromkreis mindestens ein Bauelement mit einer diodenähnlichen Kennlinie oder ein vorzugsweise regelbarer Widerstand zur Verschiebung des Arbeitspünkts des Spannungsreglers eingeschaltet ist. Durch den Einsatz einer Diode oder eines vergleichbaren Baulements oder auch durch einen Widerstand wird der Arbeitspunkt des Spannungsreglers zu einer höheren Spannung hin verschoben. Hierdurch kann ein vorzeitiges Zurückregeln des Erregerstroms durch den Spannungsregler vermieden werden. Eine Diode oder ein ähnliches Bauelement, beispiels-

G 8417 DE - 3 -

weise eine Transistorstrecke, haben zudem den Vorteil, daß eine zusätzliche Glättung der gleichgerichteten Spannungen der Ständerwicklungen vorgenommen wird. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit der Funktionsweise des Spannungsreglers deutlich erhöht. Auch bei Verwendung eines Widerstands tritt eine Arbeitspunktverschiebung des Spannungsreglers auf. Bei Einsatz eines konstanten Widerstands kann im Sommer jedoch das Problem auftreten, daß die Batterie bei den herrschenden Temperaturen mit einer zu hohen Spannung geladen wird und durch überhitzung platzt. Insofern sollte der Widerstand temperaturabhängig regelbar sein.

Für den Einbauort des oder der zusätzlichen Elemente zur Arbeitspunktverschiebung des Spannungsreglers gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Sie können vor dem Eingang oder nach dem Ausgang des Spannungsreglers eingeschaltet oder aber auch direkt im Spannungsregler integriert sein. Aber auch eine Integration dieser zusätzlichen Bauelemente direkt im Generator ist möglich.

Die zweifellos eleganteste Möglichkeit einer exakten Spannungsregelung des Erregerstroms kann dadurch erzielt werden, daß der Eingang des Spannungsreglers mit der positiven Ausgangsklemme des Generators oder mit dem Pluspol des Bordnetzes verbunden ist. Der Spannungsregler erhält dann an seinem Eingang direkt die Ausgangsspannung des Generators bzw. die Verbraucherspannung. Bei einer Verbindung des Eingangs des Spannungsreglers mit der positiven Ausgangsklemme des Generators, der direkt mit dem Pluspol der Batterie verbunden ist, kann zweckmäßxgerweise ein Gleichrichterbauelement zwischengeschaltet werden, um eine Entladung der Batterie zu verhindern.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehstromgenerators näher erläutert.

G 8417 DE - 4 -

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Dreh

stromgenerators ;

Fig. 2 die Drehzahlabhängigkeit des Ausgangsstroms

eines Drehstromgenerators nach Fig. 1 mit und ohne Zusatzdiode.

In Fig. 1 ist durch einen ersten strichpunktierten Kasten 10 der eigentliche Drehstromgenerator, durch einen zweiten strichpunktierten Kasten ein Spannungsregler 11 sowie durch einen dritten strichpunktierten Kasten eine Batterie 12 und ebenfalls strichpunktiert umrandet ein überspannungsschutzgerät 13 gezeigt. Vom Drehstromgenerator 10 sind drei Ständerwicklungen U, V und W sowie die Erregerwicklung 14 gezeigt. Die Spannungen an den drei Ständerwicklungen U, V und W werden über sechs Leistungsdioden 15 bis 20 gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Spannung wird über einen Ausgang B⁺ über eine Sicherung 21 der Batterie 12 sowie Verbrauchern 25 im Kraftfahrzeug zugeführt. Im Generator 10 sind außerdem drei Erregerdioden 30, 31 und 32 eingezeichnet, die über den Ausgang D* des Generators einen Teil des Ständerstroms als Erregerstrom an den Spannungsregler 11 und von diesem zur Erregerwicklung 14 leiten. Bei herkömmlichen Drehstromgeneratoren ist dabei der Eingang E des Spannungsreglers 11 direkt mit dem Erregerstromausgang D⁺ des Generators verbunden. Hierbei ist klar, daß der Spannungsregler 11, der den Erregerstrom eigentlich nach der am Ausgang B* des Generators anliegenden Äusgangsspannung regeln sollte, die Größe der Ausgangsspannung gar nicht erhält, sondern eine Regelung nach der an der Klemme D⁺ anliegenden Spannung vornimmt. Beim erfindungsgemäßen Drehstromgenerator ist nun zwischen der Ausgangsklemme D⁺ des Generators und im Eingang E des Spannungsreglers 11 eine Diode 40 zwischengeschaltet, die eine Verschiebung des Arbeitspunkts des Spannungsreglers 11 bewirkt und gleichzeitig eine weitere

G 8417 DE - 5 -

Glättung der gleichgerichteten Spannung an der Klemme D⁺ des Generators vornimmt.

Die Auswirkungen, die der Einbau dieser zusätzlichen Diode 40 auf die Ausgangscharakteristik des Drehstromgenerators 10 ausübt, ist dem Diagramm aus Fig. 2 zu entnehmen. In diesem Diagramm ist der Ausgangsstrom I des Generators 10 in Abhängigkeit von der Drehzahl U des Motors dargestellt. Dabei hat der hier vermessene Drehstromgenerator eine Nennstromstärke von 55 A. Gestrichelt eingezeichnet ist eine Kurve 41, wie sie sich bei einem Drehstromgenerator ohne Zusatzdiode 40 ergibt. Es ist deutlich das Abknicken der Kennlinie bei etwa 26 A und 2000 Umdrehungen zu erkennen. Erst bei einer Drehzahl von etwa 3000 Umdrehungen/Min, beginnt wieder ein linearer Verlauf der Kennlinie, der sich allmählich, aber erst im Bereich von 5000 bis 6000 Umdrehungen/Min., der Nennstromstärke von 55 A annähert. Durch dieses Abknicken der Kennlinie ist gezeigt, daß aufgrund der fehlerhaften Spannungsregelung der Ausgangsstrom des Generators vorzeitig begrenzt wird. Dies führt einmal zu einem mangelnden Ladestrom für die Fahrzeugbatterie und zum anderen zu einer mangelnden Stromversorgung bei sehr vielen eingeschalteten Stromverbrauchern im Fahrzeug. Bei Einbau einer Zusatzdiode 40 ergibt sich die durchgezogene Kennlinie 42. Es ist deutlich zu erkennen, daß diese Kennlinie nicht mehr abknickt sondern in einem weiten Bereich nahezu linear verläuft. Bereits bei etwa 3000 Umdrehungen/Min, erreicht der Drehstromgenerator jetzt seine Nennstromstärke von 55 A. Der Ladestrom für die Batterie bzw. der maximal entnehmbare Strom für Endverbraucher im Kraftfahrzeug ist im gesamten Betriebsbereich des Fahrzeugs ausreichend groß. Dennoch werden zu hohe Ladeströme, die zu einer Zerstörung der Batterie führen könnten, nach wie vor durch den Spannungsregler zuverlässig vermieden. Die Vorteile der in Fig. 1 illustrierten Maßnahme zur Arbeitspunktverschiebung des Spannungsreglers liegen also auf der Hand.

Claims

G 8417 DE - 6 - Schutzansprüche :

1. Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge mit einem in den Stromkreis der Erregerwicklung des Generators eingeschalteten Spannungsregler zur Beeinflussung des Erregerstroms in Abhängigkeit von der Generatorspannung, dadurch gekennzeichnet, daß in den Spannungsreglerstromkreis mindestens ein Bauelement (40) mit einer diodenähnlichen Kennlinie oder ein vorzugsweise regelbarer Widerstand zur Verschiebung des Arbeitspunkts des Spannungsreglers (11) eingeschaltet ist.

2. Drehstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine diodenähnliche Bauelement (40) oder der regelbare Widerstand vor dem Eingang (E) des Spannungsreglers (11) eingeschaltet ist.

3. Drehstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das diodenähnliche Bauelement (40) oder der regelbare Widerstand nach dem Ausgang des Spannungsreglers (11) eingeschaltet ist.

4. Drehstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das diodenähnliche Bauelement (40) oder der regelbare Widerstand im Spannungsregler (11) integriert ist.

5. Drehstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das diodenähnliche Bauelement (40) oder der regelbare Widerstand im Generator (10) integriert ist.

G 8417 DE - 7 -

6. Drehstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (40) in den Spannungsreglerstromkreis eingeschaltet ist,

7. Drehstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Transistorstrecke in den Spannungsreglerstromkreis eingeschaltet ist.

8. Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge mit einem in den Stromkreis der Erregerwicklung des Generators eingeschalteten Spannungsregler zur Beeinflussung des Erregerstroms in Abhängigkeit von der Generatorspannung, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (E) des Spannungsreglers (11) mit der positiven Ausgangsklemme (B⁺) des Generators (10) oder mit dem Pluspol des Bordnetzes verbunden ist.