DE3437613A1

DE3437613A1 - Hilfsstromversorgung fuer elektrische arbeitsfahrzeuge

Info

Publication number: DE3437613A1
Application number: DE3437613A
Authority: DE
Inventors: James Joseph Richland Mich. Bauer; Bhupen Chimanlal Battle Creek Mich. Gandhi; George Joseph Battle Creek Mich. Trusock
Original assignee: Clark Equipment Co
Current assignee: Doosan Bobcat North America Inc
Priority date: 1983-11-09
Filing date: 1984-10-13
Publication date: 1985-05-15
Also published as: AU3449484A; CA1213022A; ES537185A0; JPS60113601A; GB8427831D0; ES8507052A1; FR2554652A1; AU565258B2; KR850003635A; FR2554652B1; ZA847897B; US4500819A; MX157555A; GB2150369B; GB2150369A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hilfsstromversorgung für elektrische Gleichstromsysteme, die zwei verschiedene Spannungen in dem System benötigen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung, auf ein elektrisches Gleichstromsystem, in welchem ein Gleichstrommotor während des Betriebs als Generator verwendet wird.

. Viele industrielle Arbeitsfahrzeuge, insbesondere elektrische Hublader, arbeiten mit Batterien von 36 oder 48 Volt zum Betrieb des Fahrmotors. Einige elektrische Fahrzeuge besitzen auch 72 Volt-Batterien. In solchen Fahrzeugen ist die Batteriespannung für eine Stromversorgung von Hilfseinrichtungen wie Fahrzeugscheinwerfer, Hupe, hydraulische Magnetventile u.dgl. zu hoch. Solche Fahrzeuge benötigen eine HilfsStromversorgung niedriger Spannung, vorzugsweise

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12 Volt, da dann viele übliche Komponenten aus der AutomobilIndustrie, wie Lampen und Hupen, verwendet werden können und zu geringeren Kosten erhältlich sind als entsprechende Komponenten für höhere
Spannungen.

Es sind schon elektrische Arbeitsfahrzeuge
mit einer HilfsStromversorgung bekannt, die eine
Spannung aufweisen, die niedriger als die Batteriespannung ist. Bei einer derartiger Hilfsstromversorgung ist ein einen Spannungsabfall erzeugender Widerstand mit der Batterie in Reihe geschaltet und liefert eine niedrigere Spannung für die Hilfskomponenten Diese Anordnung hat jedoch Leistungsverluste, und die von den Widerständen abgegebene Hitze kann unzuträglich sein. Es ist auch Stand der Technik, die Hauptbatterie im Innern anzuzapfen, um eine Spannungsquelle geringerer Spannung zu schaffen; diese Technik ist jedoch nicht akzeptabel, weil eine ungleichmäßige Beanspruchung der Batteriezellen für die Batterie schädlich ist. Es sind auch elektronische Stromversorgungen bekannt, die eine höhere Gleichspannung auf einen gewünschten Wert herabsetzen. Derartige Stromversorgungen sind jedoch kostspielig, insbesondere, wenn eine große Leistung gefordert wird.
Auch benötigt eine elektronische Stromversorgung
zusätzlichen Platz auf dem Fahrzeug.

In Anwendungsfällen, die eine relativ hohe
-Leistung erfordern, ist die Gleichspannungsumformung mit Hilfe eines rotierenden Umformers bekannt. Ein solcher Umformer ist in der US-PS 693 o98 Ball beschrieben und umfaßt eine dynamoelektrische Maschine mit einem von einem separaten Motor angetriebenen Anker. Die Ankerwicklung ist mit einem Kommutator verbunden, der einen Satz von Primärbürsten aufweist, die mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sind.

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Ein Satz von Sekundärbürsten wirkt mit dem Kommutator zusammen/ um an dem umlaufenden Umformer eine Ausgangsspannung abzunehmen.

Ein Drehumformer ist auch in der US-PS 3 8 75 495 Middlebrook beschrieben. Dieser Umformer umfaßt eine dynamoelektrische Maschine mit einem Satz von'Primärbürsten/ die mit einer Spannungsquelle verbunden sind, die die 'Maschine als Gleichspannungsmotor betreibt. Es sind parallel zu den Ausgangsanschlüssen zwei Sätze von Sekundärbürsten angeschlossen, die eine Ausgangsspannung des Umformers ergeben. Die beiden Sätze von Sekundärbürsten können veränderlich in einer dem Satz von Primärbürsten entgegengesetzten Winkelstellung von Hand oder mittels einer automatischen Servosteuerung positioniert werden.

Ein Hauptziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten HilfsStromversorgung für ein elektrisches Arbeitsfahrzeug.

Erfindungsgemäß ist ein elektrisches Arbeitsfahrzeug mit einer HilfsStromversorgung mit einer niedrigeren Gleichspannung als die Batteriespannung des Fahrzeugs versehen, indem ein Gleichspannungsmotor dazu herangezogen wird, während des Betriebs eine Generatorspannung abzugeben. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß auf dem Kommutator eines durch die Batterie betriebenen Motors eine Hilfsbürste vorgesehen wird und eine reduzierte Spannung zwischen der Hilfsbürste und einer der Motorbürsten abgenommen wird.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung, wird die HilfsStromversorgung auf einem elektrischen Fahrzeug durch einen Pumpenmotor gebildet; der Pumpenmotor und der Fahrmotor werden von der Batterie des Fahrzeugs betrieben; auf dem Kommutator des Pumpenmotors ist in einer festen Anordnung zwischen zwei Motorbürsten eine Hilfsbürste angeordnet. Ein elektrischer Verbraucher-

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kreis, der eine niedrigere Spannung als die Batteriespannung erfordert, ist zwischen der Hilfsbürste und einer der Motorbürsten angeschlossen. Die Hilfsbürste ist in einer Position fest angeordnet, die die durch den Hilfsverbraucherkreis benötigte niedere Spannung ergibt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes elektrisches Arbeitsfahrzeug;

Fig. 2 zeigt eine schematische Wiedergabe des Kommutators und der Bürsten einer Ankerwicklung;

Fig. 3 zeigt die Bürstenanordnung mit einer einzelnen Hilfsbürste;

Fig. 4 zeigt die Bürstenanordnung mit zwei parallel geschalteten Hilfsbürsten.

In der Zeichnung ist als beispielsweise Ausführungsform der Erfindung eine HilfsStromversorgung eines elektrischen Arbeitsfahrzeuges wiedergegeben. Die Erfindung ist für eine Vielzahl von unterschiedliehenrVerBfaucherkreisen anwendbar und kann auch in anderen Anwendungsfällen eingesetzt werden.

Das Schaltbild der Fig. 1 gibt ein elektrisches Arbeitsfahrzeug wieder. Ein typisches Beispiel ist ein Hublader. Das Fahrzeug umfaßt einen Gleichstrom-Fahrmotor 1o, der aus einer Speicherbatterie 12 von 36 Volt betrieben wird. Der Fahrmotor 1o ist mit der Speicherbatterie 12 über einen Ein/Ausschalter 14 und einen Fahrtregler 16 verbunden. Der Fahrtregler 16 umfaßt einen Betriebsartwähler 18, mittels dessen der Fahrer Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt einstellen bzw. den Antrieb in die Neutralstellung oder die Parkstellung bringen kann. Der Fahrtregler 16 umfaßt auch

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die Geschwindigkeitssteuerung für den Fahrmotor mit einem Beschleunigungspedal 22, welches durch den Fahrer betätigt wird.

Das Fahrzeug umfaßt auch eine Servolenkung 24 und ein hydraulisches System 26 zur Betätigung einer Gabel oder eine anderen Lasthandhabungseinrichtung des Fahrzeuges. Das hydraulische System 26 wird mit Druckflüssigkeit über eine Pumpe 28 versorgt, die durch einen Gleichstrommotor 32 angetrieben wird. Der Gleichstrommotor 32 wird mit der Batteriespannung über den Ein/Ausschalter 14 betrieben.

Die Servolenkung 24 wird von Hand über das Lenkrad 34 gesteuert und betätigt die lenkbaren Räder 36 des Fahrzeuges. Die Servolenkung 24 erhält Druckflüssigkeit von einer Pumpe 38, die von einem Gleichstrommotor 42 angetrieben wird. Der Gleichstrommotor 4 2 wird direkt von der Batterie 12 über den Ein/Ausschalter 14 betrieben.

Das Fahrzeug umfaßt einen Hilfsverbraucherkreis 44, der eine Gleichspannung von beispielsweise 12 Volt '" erfordert, welche niedriger als die der Batterie 12. Der Hilfsverbraucherkreis 44 umfaßt beispielsweise die Scheinwerfer des Fahrzeugs, Rückleuchten und Rückfahrscheinwerfer, die Hupe, ein umlaufendes Warnlicht und der Steuerkreis für hydraulische Ventile. Alle diese Hilfsvorrichtungen erfordern 12 Volt. Der Hilfsverbraucherkreis 44 ist elektrisch mit dem Anker des Gleichstrommotors 4 2 verbunden, der als Hilfsstromquelle fungiert, wie nachstehend beschrieben wird.

Fig. 2 stellt den elektrischen Schalterkreis des Motors 42 dar. In dem Ausführungsbeispiel ist der . Motor 42 ein vierpoliger Gleichstrommotor mit einer Schleifenwicklung. Die Erfindung ist jedoch wohl gemerkt für jeden Gleichstrommcter verwendbar; der Motor

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kann ein Hauptschlußmotor_/ ein Nebenschlußmotor oder ein Cömpoundmotor sein und auch ein Permanentmagnetfeld aufweisen. Auch kann die Ankerwicklung beliebig ausgeführt und außer als Schleifenwicklung auch als Viellenwicklung ausgeführt sein.

Der Motor 42 ist in Fig. 2 schematisch in vereinfachter Form mit einer Abwicklung der Ankerwicklung 52 dargestellt. Der Motor besitzt vier Pole 54, 56, und 6o, die Einfachheit halber als Kreise dargestellt sind. Die Ankerwicklung 52 ist eine Schleifenwicklung mit 2o Spulen. Der Motor 42 besitzt einen Kommutator mit zwanzig Segmenten, von denen jedes mit einem Ende eines Paars einander benachbarter Spulen verbunden ist. Der Motor ist mit einem ersten Paar von Bürsten 6 6 und 68 versehen, die um 18o elektrische bzw. 9o mechanische Grade gegeneinander versetzt sind. Der Motor besitzt noch ein zweites Paar von Bürsten 72 und 74, die 18o elektrische Grade gegeneinander versetzt sind, wobei die Bürste 72 um 18o elektrische Grade gegenüber der Bürste 68 versetzt ist. Die Bürsten 66 und 72 sind parallel zum positiven Anschluß der Batterie 12 und die Bürsten 68 und 74 parallel zum negativen Anschluß der Batterie geschaltet. Wie durch die Pfeile angedeutet, fließt der Strom in die Bürsten 66 und 72 hinein und bei den Bürsten 68 und 74 wieder heraus.

Um nun eine Spannung abzunehmen, die geringer als die Batteriespannung ist, ist zwischen den Bürsten und 68 eine Hilfsbürste 76 vorgesehen. Die Bürste ist mit einem.Anschluß des Hilfsverbraucherkreises verbunden. Der andere Anschluß des Hilfsverbraucherkreises liegt an dem negativen Pol der Batterie 12 über eine geerdete Leitung, wie in Fig. 2 dargestellt.

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Wenn im Betrieb die Spannung der Batterie 12 an die Bürsten des Motors angelegt wird, werden die Wicklungen des Ankers beaufschlagt, um das durch die Belastung des Motors erforderte Drehmoment zu entwickeln. Beim Betrieb des Motors entwickeln der Wicklungen des Ankers eine Gegenspannung, die der an die Wicklung angelegten Spannung entgegengesetzt und im wesentlichen gleich ist. So ist die an den Bürsten 66 und 72 erscheinende Spannung derjenigen an dem positiven Pol der Batterie 12 im wesentlichen gleich und die Spannung an den Bürsten 78 und 74 derjenigen am negativen Pol der Battterie bzw. der Masse gleich. Die Spannung, die an irgendeinem Segment des ^! Kommutators zwischen den Bürsten 66 und 68 gegenüber dem negativen Pol der Batterie oder der Masse erscheint, ist geringer als die an dem Kommutatorsegment, an welchem die Bürste 66 angreift. Die Spannung an einem dazwischengelegenen Kommutatorsegment ist ungefähr proportional der Winkelversetzung des Kommutatorsegments gegenüber dem in Anlage an der Bürste 68 befindlichen Kommutatorsegment. Wenn daher die Hilfsbürste 76 um ungefähr 6o elektrische Grad gegenüber der Kommutatorbürste 68 versetzt ist, beträgt die an der Hilfsbürste 76 entwickelte Spannung ungeführ 12 Volt.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Hilfsstromversorgung entsprechend Fig. 2. Fig. 3 läßt einen Gleichstrommotor mit einer reihengeschalteten Feldwicklung und einen Kommutator mit 36 Segmenten erkennen. Die nicht dargestellte Ankerwicklung kann jede übliche Ausbildung haben. Der Motor umfaßt ein erstes Bürstenpaar 86 und 88 und ein zweites Bürstenpaar 92 und 94. Zwischen den Bürsten 94 und 86 ist in einer mittleren Stellung

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eine Hilfsbürste 96 so angeordnet, daß sie eine Spannung von ungefähr 12 Volt gegenüber der Bürste 94 und dem negativen Pol der Batterie 12 entwickelt. Der Hilfsverbraucherkreis 44 umfaßt in der Darstellung eine Lampe 1o2 und eine Hupe 1o4, die mit 12 Volt arbeiten sollen.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des Hilfsverbraucherkreises, der dem der Fig. 3 ähnlich ist mit der Ausnahme, daß die Stromversorgung für eine höhere Strombelastungsfähigkeit ausgelegt ist. Hierzu ist an einer Stelle zwischen den Bürsten 88 und 92 in einer festen Stellung eine zweite Hilfsbürste 98 derart angeordnet, daß sie eine Spannung von ungefähr 12 Volt gegenüber der Bürste 88 und dem negativen Pol der Batterie entwickelt. Die Hilfsbürsten 96 und 98 sind parallel an den positiven Ausgang 1o6 der HilfsStromversorgung angeschlossen, während die Motorbürsten 88 und 94 parallel an dem negativen Ausgang 1o8 der HilfsStromversorgung liegen.

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Claims

Patentansprüche.:...,. .

1. Elektrische Hilfsstromversorgung für ein Arbeitsfahrzeug mit einem elektrischen Fahrmotor (1o), mit einer Speicherbatterie (12) zum Antrieb des Fahrmotors, mit einem hydraulischen System mit einer Pumpe (38) und einem Gleichstrommotor (42) zuir. Antrieb der Pumpe, wobei der Fahrmotor und der Gleichstrommotor an die Batterie angeschlossen sind und der Gleichstrommotor eine Ankerwicklung (52) und einen mit der Ankerwicklung verbundenen Kommutator (63) mit wenigstens einem mit dem Kommutator (63) zusammenwirkenden Bürstenpaar (88,94) umfaßt und ein elektrischer Hilfsverbraucherkreis (44) vorgesehen ist, der eine niedrigere Spannung als diejenige der Batterie erfordert, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kommutator (6 3) an einer Stelle zwischen deir. Bürstenpaar (88,94). eine Hilfsbürste (96) zusammenwirkt, daß der Hilfsverbraucherkreis (44) zwischen der Hilfsbürste (96) und einer der Bürsten des Bürstenpaars (88,94) liegt und daß die Hilfsbürste (96) in

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einer Stellung festgelegt ist, die die für den Hilfsverbraucherkreis (44) erforderliche Spannung ergibt.

2. HilfsStromversorgung nach Anspruch 1, bei welcher der Gleichstrommotor (4 2) mehrere Bürstenpaare (88,94;86,92) umfaßt, die mit dem Kommutator

(63) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hilfsbürsten (96,98) mit dem Kommutator

(63) zusammenwirken, daß jede Hilfsbürste (96,98) an einer Stelle zwischen einem Bürstenpaar (88,94; 86,92) angeordnet ist, daß die Hilfsbürsten (96,98) und die entsprechenden Bürsten (88,94;86,92) der Bürstenpaare elektrisch miteinander verbunden sind und daß der Hilfsverbraucherkreis (44) zwischen den Hilfsbürsten (96,98) und den entsprechenden Bürsten (88,94;86,92) liegt.

3. HilfsStromversorgung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Ankerwicklung mehrfache Spulen und der Kommutator (63) eine entsprechende Anzahl von Kommutatorstegen umfaßt, die mit den jeweiligen Spulen der Ankerwicklung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsbürste (76) mit dem Kommutator (6 3) an einer Stelle zwischen dem Bürstenpaar (66,68) zusammenwirkt, daß die Anzahl der Kommutatorstege zwischen der Hilfsbürste (76) und einer Bürste des Bürstenpaars (66,68) die Spannung aufweist, die für den Hilfsverbraucherkreis (44) erforderlich ist.