DE3152263C2 - Ladegenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ladegenerator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der GB-PS 9 51 365 ist bereits ein Ladegenerator mit einem auf einer Welle fest angebrachten Rotor bekannt. Dieser bekannte Ladegenerator enthält eine über ein Schleifring- und ein Bürstenpaar gespeiste Feldwicklung und einen Stator, der eine Statorwicklung aufweist, die mit einer Gleichrichtereinrichtung verbunden ist, wel­ che an einem Gleichstromausgangsanschluß angeschlossen ist.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht dieses bekannten Lade­ generators. In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 den Rotor, der einander gegenübergestellte Magnetpole 2 auf­ weist, nämlich N- und S-Pole, die in wechselnder Folge über den Umfang angeordnet sind, eine Feldwicklung 3 A für die Magnetisierung der einander gegenübergestellten Magnet­ pole 2, einen Feldkern 4, der innerhalb der Feldwicklung 3 A angeordnet ist und auf dem die Feldwicklung 3 A aufge­ wickelt ist. Bezugsziffer 5 bezeichnet eine Rotorwelle, auf der der Rotor 1 fest aufsitzt. Die Rotorwelle 5 läuft in Lagern 6 und 7 an beiden Enden. Bezugsziffer 8 bezeich­ net ein Paar von Schleifringen, die fest auf der Welle 5 sitzen und mit der Feldwicklung 3 A verbunden sind. Bezugs­ ziffer 5 bezeichnet ein Paar von Bürsten, die auf dem Schleifringpaar 8 schleifen; 10 einen Bürstenhalter zum Halten des Paares der Bürsten 9; und 11 einen Ständer, der einen Ankerkern 11 a enthält, der über einen engen Spalt den einander gegenüberstehenden Magnetpolen 2 gegenüberge­ stellt ist und eine auf den Ankerkern 11 a gewickelte Anker­ wicklung 11 b enthält, die in Drei-Phasen-Sternschaltung ge­ schaltet ist. Bezugsziffer 12 bezeichnet eine Gleichrich­ tervorrichtung, in der ein in der Ankerwicklung 11 b erzeug­ ter Wechselstrom einer Vollwellengleichrichtung unterwor­ fen wird; 13 einen Lüfter, der zusammen mit deiner Keilrie­ menscheibe 15 mit einer Mutter 14 fest auf die Welle 5 auf­ gesetzt ist; 16 einen vorderen Gehäusedeckel, der das La­ ger 6 an einem Ende des Ständers 11 enthält; 17 einen hin­ teren Gehäusedeckel, in dem das Lager 7, das andere Ende des Ständers 11, der Bürstenhalter 10 und die Gleichrich­ tervorrichtung 12 befestigt sind; 18 einen Spannungsreg­ ler in einem Gehäuse 10 a, das mit dem Bürstenhalter 10 ein­ stückig und auf dessen Rückseite angebracht ist; 19 eine mit der Gleichrichtereinrichtung 12 verbundene Gleich­ stromausgangsklemme; und 20 den gesamten Ladegenerator, der aus den beschriebenen Bauteilen zusammengesetzt ist.

Wenn der Ladegenerator 20 in einem Fahrzeug eingebaut ist, hat die Schaltung den in der Fig. 2 gezeigten Auf­ bau. In Fig. 2 bezeichnet Bezugsziffer 21 eine Hilfs­ gleichrichtervorrichtung, über die der Feldwicklung 3 A ein Erregerstrom zugeführt wird; 22 eine Anfangserregerklemme, über die ein Anfangserregerstrom fließt; 23 eine Ladean­ zeigelampe; 24 einen Anfangserregerwiderstand, der zur Ladeanzeigelampe 23 parallel geschaltet ist; 25 einen Schlüsselschalter; 26 eine Batterie; und 27 eine Gleich­ stromlast wie etwa einen Gleichstrommotor oder eine Lampe. Die Arbeitsweise des so gestalteten Ladegenerators ist wie folgt:

Wenn der Schlüsselschalter 25 geschlossen ist, wird Erre­ gerstrom von der Batterie 26 über die Ladeanzeigelampe 23 und den Anfangserregerwiderstand 24 zur Feldwicklung 3 A ge­ leitet. In diesem Zustand leuchtet die Ladeanzeigelampe 23 auf und zeigt den Nicht-Ladezustand an, d. h. die Tatsache, daß Erregerstrom von der Batterie 26 an die Feldwicklung 3 A abgegeben wird. Wenn dagegen der Motor des Fahrzeugs (nicht gezeigt) gestartet ist, wird der Rotor 1 über die Riemenscheibe 15 durch den Antriebsriemen angetrieben. Da­ durch wird ein umlaufendes Magnetfeld entwickelt, und es wird eine bestimmte Wechselstromausgangsleistung in der An­ kerwicklung 11 b erzeugt. Die Wechselstromausgangsleistung wird in eine Gleichstromausgangsleistung umgewandelt, in­ dem sie einer Vollwellengleichrichtung in der Gleichrich­ tereinrichtung 12 unterworfen wird. Wenn die Drehzahl des Motors steigt, steigt die Spannung an der Anfangserreger­ klemme 22 auf die Spannung der Batterie 26, es fließt kein Strom in der Ladeanzeigelampe 23 und durch den Anfangserre­ gerwiderstand 24. Damit zeigt die Ladeanzeigelampe 23 an, daß der Ladegenerator 30 erregt worden ist. Danach wird Er­ regerstrom durch die Hilfsgleichrichtervorrichtung 21 von der Ankerwicklung 11 b zugeführt. Wenn die Drehzahl des Mo­ tors weiter ansteigt, wird Gleichstromausgangsleistung über die Gleichstromausgangsklemme an die Batterie 26 im Fahrzeug und an die Gleichstromlast, einen Gleichstrommo­ tor oder eine Lampe, abgegeben. Der Spannungsregler 18 hält dabei die Spannung der Gleichstromausgangsklemme 19 auf einem bestimmten Wert, indem er den Erregerstrom, der der Feldwicklung 3 A zugeführt wird, ein- und abschaltet.

Da der beschriebene Ladegenerator nur Gleichstromausgangs­ leistung von z. B. 12 V oder 24 V abgibt, hat er aus fol­ genden Gründen Nachteile:

• 1. Der Generator kann keine Wechselstromleistung an eine Wechselstromlast abgeben, beispielsweise eine Wechselstrom­ abtaueinrichtung an Front- oder Heckscheibe eines Fahr­ zeugs, an eine Wechselstromhochspannungslampe oder einen Induktionsmotor, der in einem zukünftigen Fahrzeug instal­ liert sein kann.
• 2. Wenn es erforderlich ist, von einem Fahrzeug Energie für eine elektrische Einrichtung wie z. B. einen elektri­ schen Kochtopf, einen elektrischen Ofen oder eine elektri­ sche Kocheinrichtung abzunehmen, die 100 V Wechselspannung benötigt, muß ein spezieller Spannungsumsetzer vorgesehen werden.
• 3. Wenn beabsichtigt ist, die Systemspannung des Fahrzeugs anstelle des unter Ziffer 2. beschriebenen Spannungsumset­ zers zu verwenden, dann muß die unter 2. genannte elektri­ sche Einrichtung so modifiziert werden, daß sie an die Systemspannung des Fahrzeugs angepaßt ist.

Aus der FR-PS 13 60 344 ist ein Synchronmotor ohne Bür­ sten bekannt. Bei diesem bekannten Synchronmotor sind zwei gleichartige Rotorteile sowie gleichartige zugehöri­ ge Statorteile vorgesehen. Diese bekannte Vorrichtung dient ausschließlich zur Erzeugung eines Wechselstromes.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Ladegenerator der angegebenen Gattung zu schaffen, der nicht nur Gleichstrom abgeben kann, sondern darüber hinaus in der Lage ist, eine Wechselspannung zu erzeugen, ohne daß hierbei ein gesonderter Wechselspannungsgenera­ tor zur Anwendung kommen soll. Hierbei soll ohne Schleif­ ringe und Bürsten auf der Wechselstromseite ausgekommen werden.

Diese Aufgabe wid durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Ein Ladegenerator mit den Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung hat die folgenden Wirkungen:

• 1. Gleich wie ein herkömmlicher Ladegenerator kann der er­ findungsgemäße Ladegenerator Gleichstromenergie an Batte­ rien, Gleichstrommotoren, Lampen, usw. abgeben. Außerdem kann der Ladegenerator Hochspannungswechselstromleistung an Wechselstromscheibendefroster, Hochspannungslampen usw. abgeben, die in zukünftigen Automobilen installiert sein können.
• 2. Wenn an geeigneter Stelle in einem Fahrzeug oder der­ gleichen eine Einphasensteckdose installiert wird, und die Drehzahl des Ladegenerators auf einen geeigneten Wert ein­ gestellt wird, kann an der Einphasensteckdose eine 100 V- Wechselspannung abgenommen werden. Der Ladegenerator kann damit also an elektrische Geräte von 100 V-Wechselspannung wie einen elektrischen Topf, einen elektrischen Ofen, eine elektrische Kocheinrichtung und einen elektrischen Lötkol­ ben 100 V Wechselspannung abgeben.
• 3. Der induktorartige Rotor befindet sich an der Wechsel­ stromausgangsseite, Schleifringe und Bürsten sind nicht erforderlich, und die axialen Abmessungen können geringer sein als bei einem System, bei dem zwei gewöhnliche Roto­ ren in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind.
• 4. Wenn eine Gehäuseschale so ausgebildet ist, daß der Ladegenerator genauso wie ein bisher üblicher Ladegenerator am Motor eines Fahrzeugs oder dergleichen befestigt wer­ den kann, kann der übliche Ladegenerator einfach durch ei­ nen erfindungsgemäßen Ladegenerator ersetzt werden, so daß der Motor deswegen nicht abgeändert zu werden braucht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines herkömmlichen Ladegenerators,

Fig. 2 ein Schaltbild des herkömmlichen Ladegenera­ tors, der in einem Fahrzeug oder dergleichen eingebaut ist,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung, die einen Ladegenera­ tor gemäß einer Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung wiedergibt, und

Fig. 4 ein Schaltbild des in einem Fahrzeug oder der­ gleichen eingebauten Ladegenerators mit Merk­ malen nach der Erfindung.

Fig. 3 stellt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Ladegenerator dar. In der Fig. 3 bezeichnet die Bezugszif­ fer 28 einen Induktionsrotor, der auf der Welle 5 derart befestigt ist, daß er einem ersten Rotor 1 benachbart ist. Der Induktionsrotor 28 weist einander gegenüberstehen­ de Magnetpole 2, einen magnetisch isolierenden Ring 29, ge­ genübergestellte Magnetpolringe 30 und einen Feldkern 4 auf. Die Bezugsziffer 31 bezeichnet einen Befestigungsrahmen, auf dem die Induktionsfeldwicklung 3 B aufgewickelt ist. Der Feldwicklungsrahmen 31 hat an seiner inneren Wand gegenüber dem Induktionsrotor 28 einen schmalen Luftspalt. Be­ zugsziffer 32 bezeichnet einen Induktionsstator, der den Induktionsrotor 28 mit einem Zwischenluftspalt außen um­ gibt. Der Induktionsstator 32 besteht aus einem zweiten Ankerkern 32 a und einer Induktionswicklung 32 b, die auf dem Ankerkern 32 a in dreiphasiger Sternschaltung gewickelt ist. Bezugsziffer 33 bezeichnet einen Dreiphasenwechselstromaus­ gangsanschluß, der mit der Induktionswicklung 32 b verbun­ den ist; 34 ein Zwischengehäuseteil zwischen dem ersten und dem zweiten Stator 11 bzw. 32; und 35 einen Ladegenerator, der aus den oben beschriebenen Komponenten besteht. Die Win­ dungszahl der Induktionswicklung 32 b ist wesentlich größer als die der ersten Wicklung 11 b, um eine ausreichend hohe Spannung zu bekommen.

Wenn der beschriebene Ladegenerator in ein Fahrzeug oder dergleichen eingebaut ist, liegt eine elektrische Schal­ tung gemäß Fig. 4 vor. In Fig. 4 bezeichnet 36 einen nor­ malerweise offenen Schalter; 37 eine Dreiphasenwechsel­ stromlast wie einen Dreiphasenwechselstrom-Scheibendefros­ ter; 38 eine Einphasenwechselstromlast wie eine Hochspan­ nungslampe; und 39 eine Einphasenwechselstromsteckdose, die an geeigneter Stelle am Fahrzeug oder dergleichen ange­ bracht ist.

Die Arbeitsweise des in der beschriebenen Weise aufgebau­ ten Ladegenerators ist folgende.

Wenn der Schlüsselschalter 25 geschlossen wird, liefert die Batterie 26 Erregerstrom über die Ladeanzeigelampe 23 und den Anfangserregerwiderstand 24, welcher über die An­ fangserregerklemme 22, die Bürsten 9 und die Schleifringe 8 zur Feldwicklung 3 A fließt. Bei diesem Vorgang leuchtet die Ladeanzeigelampe auf und zeigt somit an, daß nicht geladen wird, d. h., daß Erregerstrom von der Batterie 26 in die Feldwicklung 3 A fließt. Wenn andererseits der Mo­ tor des Fahrzeugs (nicht gezeigt) gestartet ist, dreht sich die Welle 5. Dadurch wird ein umlaufendes Magnetfeld er­ zeugt, das in der ersten Wicklung 11 b eine Wechselspan­ nung hervorruft. Nach Vollwellengleichrichtung der Wechsel­ stromleistung in der Gleichrichtereinrichtung 12 wird an den Gleichstromausgangsklemmen 19 Gleichstrom bereitgestellt.

Wenn die Motordrehzahl erhöht wird, bis die Spannung an der Anfangserregerklemme 22 gleich der Spannung der Batterie 26 wird, hört der Stromfluß durch die Ladeanzeigelampe 23 und den Anfangserregerwiderstand 24 auf; die Lampe 23 leuchtet dann nicht mehr und zeigt damit an, daß der Ladegenerator 35 erregt ist. Der Erregerstrom der Feldwicklung 3 A wird dann über den Hilfsgleichrichter 21 von der ersten Wicklung 11 b zugeführt. Gleichstromenergie fließt über die Gleichstromklemme 19 zur Batterie 26 und zur Gleich­ stromlast 27. Der Spannungsregler 18 hält die Spannung an der Gleichstromausgangsklemme 19 auf einem bestimmten Wert, indem der Erregerstrom, der der Feldwicklung 3 A zuge­ führt wird, intermittierend gesteuert wird.

Wenn der normalerweise offene Schalter 36 geschlossen wird, fließt Erregerstrom durch diesen Schalter 36 zur Induktions- Feldwicklung 38. Die Welle 5 dreht sich weiterhin, so daß der Induktionsrotor 28 ein umlaufendes Magnetfeld er­ zeugt und damit in der Induktionswicklung 32 B eine be­ stimmte Wechselspannung hervorgebracht wird. Wechselstrom­ ausgangsleistung wird über den Wechselstromausgangs­ anschluß 33 an die Dreiphasenwechselstromlast oder die Einpha­ senwechselstromlast abgegeben. Die Spannung an den Polen der Einphasenwechselstromsteckdose kann durch geeignete Steuerung der Drehzahl der Motorwelle auf 100 V Wechselspan­ nung eingestellt werden. Wechselstromleistung kann dann an elektrische Geräte für 100 V Wechselspannung wie einen elek­ trischen Topf, einen elektrischen Ofen, eine elektrische Kocheinrichtung oder einen elektrischen Lötkolben abgegeben werden.

Aus der Beschreibung geht hervor, daß gemäß der Erfindung der Induktionsrotor und die Feldwicklung und der zwei­ te Stator so angeordnet sind, daß enge Luftspalte zwischen Feldwicklung und Innenwand des Rotors und zwischen zweitem Stator und Außenwand des Rotors auftreten und die Teile ne­ ben den Bauteilen des gewöhnlichen Gleichstromladegenera­ tors angeordnet sind. Der kompakte Ladegenerator kann folg­ lich Wechselstromenergie liefern.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Span­ nungsregler in den Ladegenerator 35 eingebaut; gleiche Wir­ kungen werden jedoch erzielt, wenn der Spannungsregler 18 separat vorgesehen ist. Bei der beschriebenen Ausführungs­ form haben die erste und die zweite Wicklung 11 b bzw. 32 b eine dreiphasige Steuerschaltung; die Zahl der Phasen und ihre Schaltung kann jedoch nach Belieben gewählt werden. Beim Ausführungsbeispiel ist außerdem die Zahl der Pole des Rotors 1 und des Induktionsrotors 28 nicht angegeben, was bedeutet, das die Polzahl nach Belieben gewählt werden kann.

Die Erfindung ist besonders zur Verwendung in einem Fahrzeug oder dergleichen geeignet.

Claims (1)

1. Ladegenerator mit einem auf einer Welle fest ange­ brachten ersten Rotor, mit einer über ein Schleif­ ring- und ein Bürstenpaar gespeisten Feldwicklung und mit einem Stator, der eine Statorwicklung auf­ weist, die mit einer Gleichrichtereinrichtung verbunden ist, welche an einen Gleichstromausgangsan­ schluß angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätz­ lich ein Induktionsrotor (28) vorgesehen ist, der auf der Rotorwelle (5) benachbart zum ersten Rotor (1) befestigt ist, daß der Induktionsrotor (28) ohne Bürsten- und Schleifringverbindung ausgebildet ist, daß eine wahlweise einschaltbare Induktionsfeldwick­ lung (38) gegenüber der zugewandten Innenseite des Induktionsrotors (28) an einem feststehenden Gehäuse­ teil (16) des Ladegenerators befestigt ist, daß ein Induktionsstator (32) gegenüber der Außenseite des Induktionsrotors (28) vorgesehen ist, wobei der In­ duktionsstator (32) eine Induktionswicklung (32 B) aufweist, und daß ein Wechselstromausgangsanschluß (33) vorgesehen ist, welcher mit der Induktionswick­ lung (32 B) des Induktionsstators (32) verbunden ist, wobei die Windungszahl der Induktionswicklung (32 B) größer ist als die der ersten Wicklung (11 B) des ersten Stators (11).