DE3227602A1

DE3227602A1 - Wechselstromgenerator, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3227602A1
Application number: DE19823227602
Authority: DE
Inventors: Gianpiero Bussero Milano Rodari
Original assignee: Marelli Autronica SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 1981-07-23
Filing date: 1982-07-23
Publication date: 1983-02-10
Also published as: ES267133Y; FR2510319B1; US4456870A; FR2510319A1; ES267133U; IT1144426B; IT8168026A0; DE3227602C2

Description

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Patentanwälte 23. Juli 1982

Dipl. Ing. H. Weldonann, Dip!. Phys. Dr. K. Find»

Dipl. Ing. F. A. V/oitann, Dip!. Cl.$a. i*. Hufe«

Dr.-Ing. H. Lis!a

Möhljtrafi« 22,8000 München 85

MABEHiI AUTRCITIOA S.p.A.

Via PaMo Filzi 1 ^WA

Pavia / Italien

Wechselstromgenerator, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft einen Wechselstromgenerator der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art.

Die von einem solchen Generator bei sehr hohen Drehzahlen des Motors und damit des Rotors abgebbare Stromstärke ist bekanntlich durch die Windungszahl der Wicklungen begrenzt. Damit ein Wechselstromgenerator bei sehr hohen Drehzahlen einen sehr starken Strom abgeben kann, darf seine Induktionswicklung nur wenige Windungen besitzen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Stromabgabe bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten unbefriedigend ist. Um auch bei niedrigen Drehzahlen ausreichende Stromstärken zu erhalten, wären nämlich Wicklungen mit vielen Windungen erforderlich.

Zur Realisierung von Wechselstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge, die bei hohen Drehzahlen starke Ströme und bei niedrigen Drehzahlen noch ausreichend starke Ströme liefern können, wurde vorgeschlagen, die Induktionswicklung in zwei Halbwicklungen zu unterteilen, die bei niedrigen Drehzahlen zueinander in Reihe und bei den anderen Drehzahlen zueinander parallel geschaltet werden.

In Fig. 1 ist ein herkömmlicher Wechselstromgenerator dieser Art dargestellt. Mit 1und 2 sind zwei Halbwicklungen einer dreiphasigen Induktionswicklung bezeichnet, die im Stern geschaltet sind. Die Anschlüsse der Halbwicklung 1 sind mit den Eingangsanschlüssen einer ersten Doppelweg-

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gleichrichterschaltung 3 z.B. in Form einer Grätzbrücke, verbunden. Analog sind die Anschlüsse der Halbwicklung 2 mit den Eingangsanschlüssen einer zweiten Gleichrichterschaltung 4 verbunden, die ebenfalls als Grätzbrücke ausgebildet ist. Zwei Dioden 5 und 6 sind mit den Gleichrichterschaltungen 3 bzw. 4 in Reihe geschaltet. Der die Gleichrichterschaltung 3 und die Diode 5 enthaltende Stromzweig ist mit dem die Diode 6 und die Gleichriehterschaltung 4 enthaltenden Stromkreis parallelgesehaltet. Diese beiden Stromzweige liegen zwischen zwei Anschlußklemmen 7 und 8, an denen beim Betrieb die von dem Generator erzeugte und von den Gleichrichterschaltungen 3 und 4 gleichgerichtete Spannung als Ausgangsspannung verfügbar ist. Mit 9 ist ein Relais bezeichnet, das ein bewegliches Kontaktglied 10 und eine Erregerwicklung 11 besitzt. Letztere ist mit einem Steuerkreis 12 verbunden. Der Steuerkreis 12 umfaßt Sensoren zur Ermittlung der Drehgeschwindigkeit des Motors sowie Komparatoren, welche der Wicklung 11 einen Erregungsstrom liefern, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors unter einem vorbestimmten Wert liegt. In diesem Fall bewirkt die Erregung der Spule das Schließen des beweglichen Kontaktgliedes 10, was zur Folge hat, daß die Anode der Diode 5 mit Kathode der Diode 6 verbunden ist. In diesem Schaltzustand sind die Halbwicklungen 1 und 2 über den Kontakt 10 zueinander in Reihe geschaltet, und die Dioden 5 und 6 führen keinen Strom. Der Kontakt 10 wird von einem Strom durchflossen, der beträchtliche Werte annehmen kann.

Wenn die Drehzahl des Motors einen vorbestimmten Wert überschreitet, bewirkt der Steuerkreis 12'die Aberregung des Relais 9 und damit das Öffnen des Kontaktes TO. In diesem Schaltzustand sind die Halbwicklungen 1 und 2 zueinander parallel geschaltet.

In Fig. 2 ist der Verlauf des von einem Generator abgebbaren maximalen Stromes I als Funktion der Drehzahl η (Umdrehungen pro Zeiteinheit) wiedergegeben. Die Kurve A bezieht

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sich auf einen Wechselstromgenerator, dessen Induktionswicklung viele Windungen besitzt, während sich die Kurve B auf einen Wechselstromgenerator bezieht, dessen Induktionswicklung eine geringere Windungszahl besitzt. Für den in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Wechselstromgenerator wird die charakteristische Kurve (für Werte n, die kleiner sind als η ) hingegen durch den ersten Abschnitt der Kurve A von Fig. 2 und (für Werte n, die größer sind als η ) von dem zweiten Abschnitt der Kurve B repräsentiert. Der Wert η stellt die Drehzahl dar, bei der das Relais 9 betätigt wird. Wenn das Relais 9 erregt ist und somit die Halbwicklungen 1 und 2 zueinander in Reihe geschaltet sind, entsprechen sie einer Wicklung mit vielen Windungen. Wenn das Relais 9 nicht erregt ist, so sind die Halbwicklungen zueinander parallelgeschaltet und entsprechen einer einzigen Wicklung mit geringerer Windungszahl.

Der in Fig. 1 dargestellte herkömmliche Wechselstromgenerator besitzt einige Nachteile: Hierzu gehört vor allem die Tatsache, daß das Relais 9 in der Lage sein muß, einen vergleichsweise hohen Gleichstrom mechanisch zu unterbrechen. Daraus resultieren die bekannten Nachteile elektromechanischer Schalter wie z.B. die Möglichkeit der Ausbildung von Lichtbogen, das Kleben der Kontakte, langsame Schaltgeschwindigkeit uswi Das Relais kann nicht ohne weiteres durch einen Halbleiterschalter, z.B. einem Thyristor, ersetzt werden, da es zur Unterbrechung von Gleichströmen und nicht von Wechselströmen bestimmt ist.

An zweiter Stelle ist zu erwähnen, daß die Dioden 5 und 6, die dann leitend sind, wenn die Halbwicklungen 1 und 2 zueinander parallelgeschaltet sind, von Gleichströmen beträchtlicher Intensität durchflossen werden. Daraus ergibt sich der Nachteil hoher Verlustleistung und nicht unerheblicher Kosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,einen Wechselstrom-

-o

generator der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art so auszubilden, daß die vorangehend genannten Nachteile vermieden sind.

Diese Aufgabe wird durch einen Wechselstromgenerator mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 stellt - wie bereits erwähnt - einen Wechselstromgenerator gemäß dem Stand der Technik dar,

Fig. 2 zeigt - wie bereits erwähnt - ein kartesisches Diagramm, das den Verlauf des von einem Wechselstromgenerator abgebbaren maximalen Stromes I als Funktion der auf der Abszissenachse aufgetragenen Drehzahl η wiedergibt,

Fig. 3 zeigt ein Schaltschema eines Wechselstromgenerators gemäß der Erfindung.

Bei dem in Fig. 3-dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die beiden Hälften 1 und 2 der Induktionswicklung eines Wechselstromgenerators mit Anschlußklemmen A, B, C bzw. A', B¹, C versehen, die mit den Eingangsanschlüssen eines ersten bzw. eines zweiten Grätzbrückengleichrichters 3 bzw. 4 verbunden sind, wobei letztere parallel zueinander zwischen zwei Ausgangsklemmen 7 und 8 geschaltet sind. Mit 14 sind drei Thyristoren bezeichnet, deren Anoden jeweils mit einem Anschluß der ersten Halbwicklung 1 und deren Kathode jeweils mit einem Anschluß der anderen Halbwicklung 2 verbunden sind. Die Steuerelektroden der Thyristoren 14 sind mit einem Steuerkreis 112 herkömmlicher Art verbunden, über welchen die Thyristoren 14 gezündet werden, wenn diejDrehzahl des

Kraftfahrzeugmotors unter einem vorbestimmten Wert liegt.

Die Halbwicklungen 1 und 2 sind dreiphasig, insbesondere ist die Halbwicklung 2 zur Halbwicklung 1 "gegenphasig". Mit anderen Worten: Die Phasen der beiden Halbwicklungen haben entgegengesetzte Zyklusrichtungen.

Um die beiden Halbwicklungen 1 und 2 mit Hilfe der Thyristoren 14 miteinander verbinden zu können, muß vermieden werden, daß ungleichnamige Phasen miteinander verbunden werden, (da anderenfalls der sie verbindende Thyristor niemals leitend werden könnte). Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel ist folgende Verbindung realisiert:

A, B, C --·· C , A¹ , B' .

Eine andere mögliche Verbindungsart wäre z.B. folgende:

Folgende Verbindungsarten müssen hingegen vermieden werden

A, B, C —+ A¹ , C , B¹ ,

A, B, C —*· B¹ , A' , C usw.

Der in Fig. 3 dargestellte Wechselstromgenerator arbeitet in folgender Weise:

Wenn die Drehzahl des Kraftfahrzeugmotors unter einem vorbestimmten Wert liegt, veranlaßt der Steuerkreis 112 das Zünden der Thyristoren 14. Hierdurch werden die Halbwicklungen 1 und 2 zueinander in Reihe geschaltet, derart daß die in ihnen erzeugten elektromotorischen Kräfte sich summieren, wobei sie zueinander in Phase sind. Die zueinander in Reihe geschalteten Halbwicklungen 1 und 2 entsprechen einer einzigen Wicklung mit entsprechend hoher Windungszahl. Daher erfolgt die Stromabgabe des Wechselstromgene-

rators bei niedrigen Motordrehzahlen im wesentlichen entsprechend dem ersten Abschnitt der Kurve A in Fig. 2.

Wenn die Drehzahl des Kraftfahrzeugmotors den vorbestimmten Wert übersteigt, bewirkt die Steuerschaltung 112 das Löschen der Thyristoren 14. Infolgedessen sind die Halbwicklungen 1 und 2 nunmehr zueinander parallelgeschaltet und entsprechen einer einzigen Wicklung mit im Vergleich zu der vorangehend geschilderten Situation geringerer Windungszahl. Unter diesen Umständen erfolgt die Stromabgabe von Seiten des Wechselstromgenerators gemäß dem zweiten Abschnitt der charakteristischen Kurve B in Fig. 2.

Der Generator gemäß der Erfindung besitzt verschiedene Vorteile: Vor allem werden alle Nachteile vermieden, die den bisher bei herkömmlichen Wechselstromgeneratoren verwendeten elektromechanischen Schaltvorrichtungen anhaften. Ferner sind im Vergleich zu der in Fig. 1 dargestellten Lösung die Sperrdioden 5 und 6 eliminiert, welche - wie erwähnt beträchtliche Verlust- und Wärmeprobleme verursachen.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorangehend beschriebene ausführungsbeispiel beschränkt. So könnan beispielsweise an Stelle der in Sternschaltung betriebenen dreiphasigen Halbwicklungen 1 und 2 dreiphasige Halbwicklungen verwendet werden, die in Dreieckschaltung betrieben sind.

Die Thyristoren können durch Leistungs-MOS-Schalter ersetzt sein.

Außerdem gelten die vorangehend für einen dreiphasigen Wechselstromgenerator gegebenen Erläuterungen mit für den einschlägigen Fachmann offenkundigen Vereinfachungen auch für einphasige Wechselstromgeneratoren.

Leerseite

Claims

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Patentansprüche

f1.]Wechselstromgenerator, insbesondere für Kraftfahrzeuge, V^>-' - mit einer Induktionswicklung, die in zwei Halbwicklungen (1, 2) unterteilt ist, deren jede mit den Eingangsklemmen jeweils einer Doppelweggleichrichterschaltung (3, 4) verbunden ist,

- sowie mit zwischen zwei Schaltzuständen umsteuerbaren mit den genannten Gleichrichterschaltungen (3, 4) verbundenen Schaltmitteln, welche in einem ersten Schaltzustand die genannten Halbwicklungen (1, 2) in Reihenschaltung und in einem zweiten Schaltzustand in Parallelschaltung miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schaltmittel Halbleiterschalter (14) umfassen, deren jeder einen Anschluß einer Halbwicklung (1) mit einem entsprechenden Anschluß der anderen Halbwicklung (2) verbindet, derart, daß die in den Halbwicklungen (1, 2) erzeugten elektromotorischen Kräfte sich gleichphasig summieren, wenn die genannten Halbleiterschalter (14) sich in ihrem ersten Schaltzustand befinden.
2. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschalter Thyristoren (14) umfassen,· deren jeder mit seiner Anode mit einem Anschluß (A, B, C) eine Halbwicklung (1) und mit seiner Kathode mit einem nichtgleichnamigen Anschluß (C, A¹, B') der anderen Halbwicklung (2) verbunden ist, und daß die Steuerelektroden der Thyristoren (14) mit einer Steuerschaltung (112) verbunden sind, über welche die Thyristoren (14) gezündet werden, wenn die Drehzahl des Kraftfahrzeugmotors unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt,
3. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschalter Leistungs-MOS-Schalter umfassen.