DE4428573A1

DE4428573A1 - Generator zur Erzeugung elektrischer Energie

Info

Publication number: DE4428573A1
Application number: DE19944428573
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Winkler; Bodo Dipl Ing Odendall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1994-08-12
Publication date: 1996-02-15

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Generator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Erzeugung elektrischer Energie in einem Fahrzeug und insbesondere einen Drehstromgenerator für Fahrzeuge ohne Erregerdi oden.

In der Broschüre "Generatoren" der Firma Bosch (herausgegeben von der Robert Bosch GmbH, zweite Ausgabe, August 1993) ist auf S. 23 in Bild 44 ein Drehstrom-Generator offenbart, der keine Erregerdioden aufweist, son dern lediglich 6 eine Drehstrom-Brückenschaltung bildende Dioden. Bei allen bisher bekannten Drehstrom-Generatoren ist neben dem Ausgangsan schluß des Generators ein weiterer Anschluß erforderlich, der über eine zum Zündschloß führende Leitung nach dem Starten ein der Motordrehzahl pro portionales Signal empfängt. Bei derartigen Generatoren ist es daher erfor derlich, den Generator mit einem weiteren Anschluß zu versehen und eine Leitung vom Zündschloß bis zu diesem Anschluß des Generators zu ziehen.

Der Empfang des Signals "Motor läuft" über diese Leitung bewirkt, daß zu nächst ein Vorerregerstrom durch die am Rotor des Generatoren ange brachte Erregerspule fließt. Dieser Vorerregerstrom bewirkt wiederum, daß ein auswertefähiges Signals in eine der Ständerwicklungen induziert wird. Dieser Vorerregerstrom dient also zur Erzeugung eines Signals in den Stän derwicklungen, daß dem Regler über eine Leitung zugeführt wird. Erst wenn dieses Signal einen bestimmten Pegel erreicht, fließt durch die Erregerspule ein Erregerstrom, der größer als der Vorerregerstrom ist. Erst wenn der durch die Erregerspule fließende Strom allmählich auf den Wert des Erre gerstroms ansteigt, ist die Spannung am Ausgangsanschluß des Generators größer als die Batteriespannung, was ein Laden der Batterie durch den Generator ermöglicht.

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Generator geschaffen werden, des sen Einbau in das Fahrzeug einfacher und kostengünstiger ist.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß man einen Generator mit den Merk malen des Anspruchs 1 schafft. Der erfindungsgemäße Generator zur Er zeugung elektrischer Energie in einem Fahrzeug besitzt einen ersten Aus gangsanschluß und einen Masseanschluß, eine am Rotor angebrachte Erregerwicklung, eine oder mehrere Ständerwicklungen, eine aus mehreren Dioden bestehende Drehstrom-Brückenschaltung und einen Regler mit mehreren Anschlüssen.

Im Unterschied zu dem bekannten Generator verfügt die Erregerwicklung des erfindungsgemäßen Generators über einen Restmagnetismus, der so groß ist, daß bei Rotation der Erregerwicklung ein auswertefähiges Dreh zahlsignal in den Ständerwicklungen erzeugt wird. Dieses Drehzahlsignal wird einer Schaltung im Regler zugeführt, die ein Schließen des Erreger stromkreises bewirkt, wenn die Amplitude des Drehzahlsignals einen bestimmten Wert überschreitet.

Die Steuerung des Generators beim Starten erfordert also im Unterschied zu bekannten Steuerungsverfahren keinen Vorerregerstrom, der unmittelbar nach Empfang des Signals "Motor läuft" durch die Erregerspule zu fließen beginnt. Der erfindungsgemäße Generator wird wie in Anspruch 5 angege ben gesteuert. Der Erregerstromkreis bleibt zunächst so lange unterbrochen, bis die Drehzahl des Generators ausreichend hoch ist, um ein auswertefähi ges Drehzahlsignal in den Ständerspulen zu erzeugen. Erst wenn die Ampli tude des Drehzahlsignals einen bestimmten Wert überschreitet, wird der Erregerstromkreis geschlossen.

Vorteilhafter Weise ist bei dem erfindungsgemäßen Generator also ein wei terer Generatoranschluß, der über eine Leitung mit dem Zündschalter ver bunden ist, um das Signal "Motor läuft" zu empfangen, nicht erforderlich. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dank des Restmagne tismus der Erregerspule ein Vorerregerstrom nicht mehr notwendig, was zur Vereinfachung der Schaltungsanordnung im Generator führt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Generators ist darin zu sehen, daß dank des Restmagnetismus der Erregerspule bereits bei einer niedrigen Motordrehzahl ein auswertefähiges Drehzahlsignal erzeugt wird. Ein auswertefähiges Drehzahlsignal liegt bereits, wie in Unteranspruch 3 ange geben, bei 500 U/min. vor.

Außerdem ist der Regler des erfindungsgemäßen Generators, wie in An spruch 4 angegeben, über seine Anschlüsse nur noch mit Einrichtungen, die innerhalb des Generators angeordnet sind, elektrisch verbunden. Dadurch wird die Anzahl der Leitungen und Generatoranschlüsse, die zum Einbau des Generators in das Fahrzeug notwendig sind, reduziert.

Der Restmagnetismus der Erregerspule ermöglicht es ferner, daß der Erre gerstromkreis, wie in Anspruch 2 angegeben, erst geschlossen wird, wenn die Drehzahl des Rotors des Generators einen bestimmten Wert erreicht.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Generator im Detail anhand der Zeichnungen beschreiben, in denen:

Fig. 1 die Schaltungsanordnung eines bekannten Generators zeigt und

Fig. 2 die Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Generators zeigt.

In Fig. 1 ist die Schaltungsanordnung eines im Fachhandel erhältlichen Drehstrom-Generators 1 dargestellt. Der Generator 1 weist neben dem Mas seanschluß zwei weitere Anschlüsse auf: einen Ausgangsanschluß B+, der mit dem Pluspol einer Fahrzeugbatterie 5 verbunden ist, und einen An schluß E, der über eine Leitung und eine Kontrollampe 3 mit dem Zünd schalter 4 verbunden ist.

Der Drehstrom-Generator umfaßt einen Ständer (Stator) mit drei Ständer wicklungen u, v, w, die eine Sternschaltung bilden, und einen Läufer (Rotor), an den eine Erregerwicklung d angebracht ist. Die Enden der Ständerwick lungen u, v, w sind über eine Drehstrom-Brückenschaltung mit den Aus gangsanschlüssen B+ einerseits und der Masse andererseits verbunden. Die Drehstrom-Brückenschaltung besteht aus zwei Diodengruppen b, c. Durch die Drehstrom-Brückenschaltung wird die dreiphasige, vom Generator 1 erzeugte Wechselspannung gleichgerichtet.

Die Schaltungsanordnung des Generators 1 umfaßt einen Hauptstromkreis (durch dicke Linien gekennzeichnet) und einen Erregerstromkreis. Kurz nach dem Starten des Motors liegt am Anschluß E des Generators 1 das Signal "Motor läuft" an. Dieses Signal bewirkt, daß der Erregerstromkreis geschlossen wird und ein Vorerregerstrom durch die Erregerspule d fließt. Der Vorerregerstrom fließt vom Pluspol der Fahrzeugbatterie über den Anschluß B+ des Generators 1 in die Erregerspule d und von der Erregerspule d über Anschlüsse DF und D- des Reglers R zur Masse. Der Vorerregerstrom erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld in der Erregerspule D, daß ein Drehzahlsingal die Ständerspulen u, v, w induziert. Erst wenn die Amplitude des Drehzahlsignals einen bestimmten Wert erreicht, steigt der Strom durch die Erregerspule an, bis ein voller Erregerstrom I_E erreicht wird. Der Regler R sorgt dafür, daß der Erre gerstrom I_E im wesentlichen konstant bleibt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Generator ist ein Vorer regerstrom nicht erforderlich. Denn der erfindungsgemäße Generator 1 ist mit einer am Rotor angebrachten Erregerwicklung d′ ausgerüstet, deren Rest magnetismus (Remanenz) so groß ist, daß bei Rotation der Erregerwicklung d′ mit einer bestimmten Drehzahl ein auswertefähiges Drehzahlsignal in Ständerwicklungen u, v, w induziert wird.

Zum besseren Verständnis sei darauf hingewiesen, daß für gleiche Elemen te der Schaltungsanordnungen aus Fig. 1 und Fig. 2 die selben Bezugszei chen benutzt wurden. Der erfindungsgemäße Generator 1 besteht im we sentlichen aus der über einen Restmagnetismus verfügenden Erregerwick lung d′ einem Regler R mit mehreren Anschlüssen, D+, DF, D- und A, in dem eine drehzahlgesteuerten Schaltung S untergebracht ist, und einer Dreh strom-Brückenschaltung, die zwei Diodengruppen b, c umfaßt. Über den Anschluß A empfängt die Schaltung S ein drehzahlabhängiges Signal, daß in die Ständewicklungen u, v, w induziert wird, wenn sich die Erregerwicklung d′ dreht. Nach dem Starten des Fahrzeugmotors ist der Erregerstromkreis (durch dicke Linien gekennzeichnet) zunächst unterbrochen. Erst wenn der Rotor des Generators eine bestimmte Drehzahl erreicht, ist die Amplitude des in die Ständerwicklungen induzierten Drehzahlsignals so groß, daß sie ein Schließen des Erregerstromkreises bewirkt. Unmittelbar nach dem Schließen des Erregerstromkreises mittels der drehzahlgesteuerten Schaltung S fließt ein Erregerstrom I_E durch den Erregerstromkreis. Dieser Erregerstrom wird dann durch den Regler R im wesentlichen konstant gehalten.

Folglich fließt erst dann ein Erregerstrom zur Selberregung des Generators durch die Erregerspule, wenn eine gewünschte Drehzahl des Motors erreicht wird. Dadurch ist auch gewährleistet, daß der Motor beim Starten nicht durch das durch den Erregerstrom verursachte Bremsmoment des Genera tors 1 belastet wird.

Eine Vorerregung ist beim erfindungsgemäßen Generator 1 nicht notwendig, da die Erregerwicklung d′ über einen Restmagnetismus verfügt, der so ge wählt ist, daß bei einer Motordrehzahl zwischen 500 und 1000 U/min. ein auswertefähiges Drehzahlsignal in die Ständerspule induziert wird. Für die Erzeugung des Drehzahlsignals wird beim erfindungsgemäßen Generator die durch die Remanenz der Erregerspule in die Ständerspulen u, v, w indu zierte Wechselspannung verwendet.

Claims

1. Generator (1) zur Erzeugung elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeug, der einen Ausgangsanschluß (B+) und einen Masseanschluß (B-), eine am Rotor angebrachte Erregerwicklung (d′), eine oder mehrere Ständerwicklungen (u, v, w), eine aus mehreren Dioden (b, c) bestehende Drehstrom-Brückenschaltung und einen Regler (R) mit mehreren Anschlüssen (D+, DF, A, D-) aufweist, wobei die Erregerwicklung den Ausgangsanschluß (B+) über eine Schaltung (S) im Regler (R) mit dem Masseanschluß (B-) elektrisch verbindet und so einen Erregerstromkreis bildet, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Erregerwicklung (d′) über einen Restmagnetismus verfügt, der so gewählt ist, daß bei Rotation der Erregerwicklung (d′) ein auswerte fähiges Drehzahlsignal in den Ständerwicklungen erzeugt wird.

2. Generator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (S) derart arbeitet, daß die Erregerspule (d′) erst dann mit der Masse elektrisch verbunden wird, wenn die Amplitude des Drehzahlsignals einen bestimmten Grenzwert überschreitet.

3. Generator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert der Amplitude des Drehzahlsignals bei einer Motordrehzahl überschritten wird, die zwischen 500 und 1000 U/min. liegt.

4. Generator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (R) über seine Anschlüsse nur mit Einrichtungen, die innerhalb des Generators (1) angeordnet sind, elektrisch verbunden ist.

5. Verfahren zur Steuerung eines Generators, der sämtliche in Anspruch 1 angegebene Merkmale aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

- nach dem Starten des Motors so lange kein Strom durch den Er regerstromkreis fließt, solange die Amplitude des durch die Erreger wicklung (d′) induzierten Drehzahlsignals unterhalb eines be stimmten Grenzwertes liegt, und
- der Erregerstromkreis geschlossen wird und ein Erregerstrom (I_E) durch die Erregenwicklung zur Masse fließt, wenn die Amplitude des Drehzahlsignals oberhalb des Grenzwertes liegt.