DE642748C

DE642748C - Vehicle drive with internal combustion engine and electrical transmission

Info

Publication number: DE642748C
Application number: DEA69064D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Koeppen
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1933-03-25
Filing date: 1933-03-25
Publication date: 1937-03-13

Description

Brennkraftmaschinen, arbeiten bekanntlich nur innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereiches' mit ihrem besten Wirkungsgrad. Man ist infolgedessen stets bestrebt, die Leistung von Brennkraftmaschinen möglichst gleichbleibend zu "halten. Bei Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen und elektrischer Übertragung war eine volle Ausnutzung der Leistung der Brennkraftmaschine bei allen Geschwindigkeiten des Fahrzeuges nicht -möglich. Bei steigendem Strombedarf des Antriebes sinkt die Drehzahl der Brennkraftmaschine, so daß auch ihre Leistung vermindert wird.Internal combustion engines are known to work only within a certain speed range with their best efficiency. As a result, efforts are always made to maximize the performance of internal combustion engines to be kept constant. In vehicles with internal combustion engines and electrical transmission was a full utilization of the power of the internal combustion engine at all speeds of the vehicle is not possible. With increasing power requirements of the drive the speed of the internal combustion engine drops, so that its performance is also reduced.

Die Lösung der Aufgabe, auch bei schwankender Belastung stets mit dem Höchstwert des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine zu arbeiten, ist bereits verschiedentlich in Angriff genommen worden. Man hat in diesem Bestreben versucht, die Charakteristik des Häuptgenerators dadurch zu beeinflussen, daß man zwei auf einer Welle sitzende und von einem Hilfsverbrennungsmotor angetriebene Erregermaschinen vorgesehen hat, die in Reihe geschaltet sind und von denen eine mit einer Gegenverbundwicklung versehen ist. Weiterhin hat man den Weg eingeschlagen, die Kennlinie des Haxrptgenerators durch Strom- oder Spannungsrelais zu beeinflussen, die bei bestimmten Stromstärken oder Spannungen den Widerstand im Erregerstrom kreis des Generators vergrößern oder vermindern. Diese Lösungen sind jedoch sehr unvollkommen,· denn sie haben entweder den Nachteil, daß mehrere Erregermaschinen nebst einer Antriebsmaschine notwendig sind oder daß 'die erstrebte Hyperbelcharakteristik des Hauptgenerators nur in einzelnen Punkten oder ganz engen Bereichen tatsächlich erreicht· wird.The solution to the task, always with the maximum value, even with fluctuating loads the efficiency of the internal combustion engine to work, is already various in Been attacked. In this endeavor one has tried the characteristic of the main generator by having two sitting on a shaft and has provided excitation machines driven by an internal combustion engine, which are connected in series and one of which is provided with a mating composite winding. Furthermore, the path has been taken, the characteristic of the Haxrptgenerator through To influence current or voltage relays, the resistance in the excitation current at certain currents or voltages increase or decrease the generator circuit. However, these solutions are very imperfect, because they either have the disadvantage that several exciter machines in addition to a drive machine are necessary or that 'the desired hyperbolic characteristic of the main generator only in individual points or in very narrow areas is reached.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und bezweckt eine solche Durchbildung des Hauptgenerators-, daß der Verlauf der Spannungsstromkennlinie im mittleren Arbeitsbereich hyperbolisch ist. Dies wird erfindungsgemäß 'dadurch erreicht, daß der Hauptgenerator mit Spaltpolen ausgerüstet wird, bei denen der eine Teilpol eine eigenerregte und eine Verbundwicklung trägt, während der andere Teilpol eine eigenerregte und eine Gegenverbundwicklung besitzt. Dabei ist es gleichgültig, ob die Pole in Richtung des Ankerumfanges oder in Richtung der Achse geteilt sind.The invention avoids these disadvantages and aims at such a development of the Main generator - that the course of the voltage current characteristic in the middle working range is hyperbolic. According to the invention, this is achieved in that the main generator is equipped with split poles, in which one part of the pole is a self-excited and One composite winding carries, while the other partial pole has a self-excited and a counter-composite winding owns. It does not matter whether the poles are in the direction of the armature circumference or are divided in the direction of the axis.

Die Verwendung von Spaltpolmaschinen an sich ist bekannt, jedoch beschränkt sich die bisherige Anwendung dieser Maschinen auf die Verwendung als Erregermaschinen für Generatoren, die mit konstantem Strom arbeiten sollen. Dadurch wird bezweckt, bei plötzlichen Änderungen der Belastung des Hauptgenerators die Erregung augenblicklichThe use of shaded pole machines is known per se, but is limited the previous application of these machines to use as excitation machines for generators that should work with constant current. The purpose of this is at Sudden changes in the load on the main generator set the excitement instantly

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dr-Ing, Hans Koeppen in Berlin-Friedenau,Dr-Ing, Hans Koeppen in Berlin-Friedenau,

so weit zu beeinflussen, daß die Stromstärke des Hauptgenerators gleichbleibt.to influence so far that the amperage of the main generator remains the same.

Auch ist bereits vorgeschlagen worden, die Erregermaschine mit Spaltpolen zwecks Er S zielung einer idealen Schaulinie zu versehen während zum gleichen Zwecke beim Erfindungsgegenstand der Generator in dieser Weise ausgebildet wird.It has also already been proposed that the exciter with shaded poles for the purpose of He S aim to provide an ideal sight line while for the same purpose with the subject matter of the invention the generator is designed in this way.

Bei der Erfindung handelt es sich um die to Erzielung einer bestimmten Stromspannungscharakteristik, die einen solchen Verlauf haben soll, daß die Belastung der den Hauptgenerator antreibenden Brennkraftmaschine über einen möglichst großen Arbeitsbereich unverändert bleibt. Die Lösung dieser Aufgabe wird auf eine sehr einfache und vollkommene Weise, insbesondere ohne Verwendung zusätzlicher Schalt- oder Regelapparate, erzielt. Außerdem fällt die bei den bekannten Schaltungen erforderliche Erregermaschine oder Erregerbatterie fort, wodurch die ganze Kraftanlage weitgehendst vereinfacht und verbilligt wird.The invention concerns the achievement of a certain voltage characteristic, which should have such a course that the load on the main generator driving internal combustion engine unchanged over the largest possible working area remain. The solution to this problem is in a very simple and perfect way, in particular without the use of additional Switching or regulating apparatus achieved. In addition, it does not apply to the known circuits required exciter or exciter battery continues, making the whole Power plant is largely simplified and cheaper.

Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung.The drawing illustrates two exemplary embodiments of the invention.

Abb. ι zeigt schematisch einen zweipoligenFig. Ι shows schematically a two-pole

Hauptgenerator mit in Richtung des Anker-Main generator with in the direction of the armature

* umfanges geteilten Polen, der zwei Motoren antreibt.* Extensive divided poles, the two engines drives.

Abb. 2 zeigt ebenfalls einen zweipoligen Hauptgenerator, jedoch mit axial geteilten Polen.Fig. 2 also shows a two-pole main generator, but with an axially split one Poland.

Abb. 3 zeigt ein Schaltschema für den Hauptgenerator nach Abb. 1 und 2. Abb. 4 zeigt die Entstehung der hyperbolischen Spannungslinie des Hauptgenerators gemäß der Erfindung.Fig. 3 shows a circuit diagram for the main generator according to Figs. 1 and 2. Fig. 4 shows the creation of the hyperbolic voltage line of the main generator according to the invention.

Bei dem Hauptgenerator nach Abb. 1 besteht der 'eine Pol aus den Teilen i^a und i^b, der zweite aus den Teilen 2^a und %^b. Die Teile i^a und 2^a sind die Hauptpole, während die Teile i^b und 2^b die Zusatzpole sind. Gemäß Abb. 3 sind die Wicklungen 7 und 8 (7^a, 7^b und 8«, 8^δ in Abb. 1 und 2) in Reihe geschaltete Nebenschlußwicklungen der beiden Pole. Diese Wicklungen sind an den Bürsten 3 des Ankers 4 angeschlossen. Die Wicklungen 9 und 10 (bzw. 9°, g^b und io^a, 10*) der Pole sind vom Hauptstrom durchflössen. Die Nebenschlußwicklungen 7 und 8 sind in vier in Reihe geschaltete Teile 7", S^a, 7^b, S^b unterteilt, die sich auf die beiden Haupt- und Zusatzpole verteilen.In the main generator according to Fig. 1, one pole consists of parts i ^a and i ^b , the second of parts 2 ^a and % ^b . Parts i ^a and 2 ^a are the main poles, while parts i ^b and 2 ^b are the auxiliary poles. According to Fig. 3, the windings 7 and 8 (7 ^a , 7 ^b and 8 ″, 8 ^δ in Fig. 1 and 2) are shunt windings of the two poles connected in series. These windings are connected to the brushes 3 of the armature 4. The windings 9 and 10 (or 9 °, g ^b and io ^a , 10 *) of the poles are traversed by the main current. The shunt windings 7 and 8 are divided into four series-connected parts 7 ″, S ^a , 7 ^b , S ^b , which are distributed over the two main and additional poles.

Die Hauptstromwicklungen 9 und 10 verteilen sich auf die Hauptpole i^a und 2« als Verbundwicklungen ψ und g^b und auf die Zusatzpole i⁶ und 2^b als Gegen verb undwicklungen der Polteile i^a und i^a im gleichen Sinne wie die Nebenschlußwicklungen 7" und 7^Ä, während die Gegenverbundwicklungen der Polteile i^b und 2¹' im entgegengesetzten Sinne zu den Nebenschlußwicklungen 8^a und 8^b wirken. Die von dem Hauptgenerator angetriebenen Fahrmotoren sind mit 5 in Abb. 1 bezeichnet. Die Pole dieses Hauptgenerators . sind in Richtung des Ankerumfanges aufgeteilt. The main current windings 9 and 10 are distributed over the main poles i ^a and 2 «as composite windings ψ and g ^b and on the additional poles i ⁶ and 2 ^b as counter-verb and windings of the pole parts i ^a and i ^a in the same sense as the shunt windings 7" and 7 ^Ä , while the counter-composite windings of the pole parts i ^b and 2 ¹ 'act in the opposite direction to the shunt ^{windings 8 a} and 8 ^b . The traction motors driven by the main generator are denoted by 5 in Fig. 1. The poles of this main generator are in the direction divided by the anchor circumference.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 sind die Pole in axialer Richtung aufgeteilt. Die entsprechenden Teile sind mit den gleieben Bezugszeichen versehen. 6 ist die Brennkraftmaschine. In the embodiment according to Fig. 2, the poles are divided in the axial direction. The corresponding parts are provided with the same reference numerals. 6 is the internal combustion engine.

Abb. 4 zeigt im oberen rechten Quadranten α die Spannungslinie bei verschiedenen Stromstärken des Hauptgenerators, und zwar bei o, i, 2, 3 und 4 Amp., wie sie von den Hauptpolen i^a und 2° erzeugt werden. Im rechten unteren Quadranten b ist die Spannungslinie aufgetragen, die von den Zusatzpolen i^b und 2* erzeugt wird. Im linken oberen Quadranten c ist die Spannungslinie des Hauptgenerators in Abhängigkeit von den Strömen o, 1, 2, 3, 4 Amp. veranschaulicht. Die Linie IaJ zeigt die Spannungslinie, die entstehen würde, wenn nur die Polteile i" und 2" auf den Anker 4 des Hauptgenerators einwirken würden. Die Spannungslinie e entsteht durch die gemeinsame Wirkung der Polteile i°, 2° und i^b, 2*. Diese Kennlinien entstehen auf folgende Weise:In the upper right quadrant α, Fig. 4 shows the voltage line at different current intensities of the main generator, namely at o, i, 2, 3 and 4 Amp., As they are generated by the main poles i ^a and 2 °. The voltage line generated by the additional poles i ^b and 2 * is plotted in the lower right quadrant b. In the upper left quadrant c , the voltage line of the main generator is illustrated as a function of the currents o, 1, 2, 3, 4 Amp. The line IaJ shows the voltage line that would arise if only the pole parts i " and 2" were to act on the armature 4 of the main generator. The tension line e is created by the joint action of the pole parts i °, 2 ° and i ^b , 2 *. These characteristics are created in the following way:

Würde der Hauptgenerator ein reiner Nebenschlußgenerator sein, so würde die zugehörige Spannungslinie nach der Linie / verlaufen. Diese Spannungslinie läßt sich leicht aus den Spannungslinien des Hauptgenerators bei den verschiedenen Stromstärken aufzeichnen. Die Linie g im Quadranten α schneidet die Spannungslinien des Hauptgenerators an verschiedenen Punkten. Diese Punkte stellen die Punkte der Spannungslinie/ im Quadrantenc dar, da hierbei eine Proportionalität zwischen der Generatorspannung und dem Strom im Nebenschlußfeld des Hauptgenerators besteht. Durch Aufbringung einer Verbundwicklung wird die Wirkung der Nebenschlußwicklung verstärkt, so daß beispielsweise bei einem Generatorstrom IV eine zusätzliche Wirkung von h Amp.-Windungen hinzukommt. Ein derartiger eigenerregter Generator mit Verbundwicklung würde eine Spannungslinie/ in Abhängigkeit von den Amp.-Windungen ergeben. Die zugehörige Spannungslinie in Abhängigkeit vom Generatorstrom wird durch die bereits erwähnte Linie d im Quadranten c dargestellt. «5If the main generator were to be a pure shunt generator, the associated voltage line would run along the line /. This voltage line can easily be plotted from the voltage lines of the main generator at the various currents. The line g in quadrant α intersects the voltage lines of the main generator at different points. These points represent the points of the voltage line / in the quadrantc, since there is a proportionality between the generator voltage and the current in the shunt field of the main generator. By applying a composite winding, the effect of the shunt winding is increased, so that, for example, with a generator current IV, there is an additional effect of h amp. Turns. Such a self-excited generator with composite winding would produce a voltage line / as a function of the amp. Turns. The associated voltage line as a function of the generator current is represented by the already mentioned line d in quadrant c . «5

Gemäß der Erfindung tritt zu dieser Wirkung der Eigenerregung und der Verbundwicklung der Polteile i^a und z" noch die Wirkung der Polteile i⁶ und τΡ hinzu. Beispielsweise beträgt bei 1 Amp. die Wirkung der Nebenschlußwicklung 7°, 7^b auf den Polteilen I" und 2^a t Amp.-Windungen, während dieAccording to the invention, in addition to this effect of the self-excitation and the composite winding of the pole parts i ^a and z " , the effect of the pole parts i ⁶ and τΡ is added. For example, at 1 Amp. The effect of the shunt winding is 7 °, 7 ^b on the pole parts I" and 2 ^a t amp. turns while the

Verbundwicklung g^a, g^b k Amp.-Windungen beisteuert. Durch diese beiden Wicklungen würde z. B. eine Generatorspannung von etwa 63 o/o erreicht werden. Da durch die Nebenschlußwicklungen 8° und 8* der gleiche Strom fließt wie durch die Wicklungen 7" und J^b, so muß zwischen der Generatorspannung und diesem Nebenschlußstrom eine Proportionalität vorhanden sein, d.h. der Spannungspunkt m Composite winding g ^a , g ^b k Amp. Turns contributed. By these two windings z. B. a generator voltage of about 63 o / o can be achieved. Since the same current flows through the shunt windings 8 ° and 8 * as through the windings 7 " and J ^b , there must be proportionality between the generator voltage and this shunt current, ie the voltage point m

ίο muß auf der Proportionalitätsgeraden g liegen. Dies ist möglich, wenn die Polteile i^b und 2^δ durch die Gegenverbundwicklung io^c und ι o⁶ eine derartige Spannung erzeugen, daß sie bei Zusammenwirken mit der obigen 630/oigen Generatorspannung die Spannung m ergibt. Die Gegenamp.-Windungen, beispielsweise bei 1 Amp., sind im Quadranten & eingetragen worden. Die von den PoI-teilen i^b und 2⁶ erzeugte Spannung ist negativ und gleich n. Diese Spannung ti wirkt der durch die Polteüe i", 2° erzeugten Generatorspannung von 63 o/o entgegen, so daß der Hauptgenerator bei 1 Amp. eine Spannung m abgibt.ίο must lie on the proportional line g. This is possible if the pole parts i ^b and 2 ^δ generate such a voltage through ^{the mating composite winding io c} and ι o ⁶ that it results in the voltage m when interacting with the above 630 / oigen generator voltage. The counter-amp turns, for example 1 amp, have been entered in the & quadrant. The share POI from the i ^b and 2 ⁶ generated voltage is negative and equal to n. This voltage ti counteracts through the Polteüe i ", 2 ° generated generator voltage of 63 o / o, so that the main generator at 1 amp., A Voltage m emits.

In gleicher Weise können die Spannungspunkte für die Stromstärken II, III, IV ermittelt werden. Auch hier liegen wiederum die durch die Wirkung der Nebenschluß wicklungen erzeugten Spannungen auf der Pr ο portionalitätsgeraden g. . Beispielsweise beträgt die Spannung für 2 Amp. ο Volt, während die Spannung für 3 Amp. ρ Volt beträgt. Die von den Polteilen i^b und 2^& erzeugten-negativen Zusatzspannungen betragen q und /¹VoIt.The voltage points for the currents II, III, IV can be determined in the same way. Again, the tensions generated by the action of the shunt windings are on the proportionality straight line g. . For example, the voltage for 2 amps is ο volts, while the voltage for 3 amps is ρ volts. The negative additional voltages generated by the pole parts i ^b and 2 ^& are q and / ¹ VoIt.

Bei ο Amp.-Generatorstrom sind die Wirkungen der Verbundwicklungen ψ und g^b und der Gegenverbundwicklungen 10^s und io⁶ aufgehoben. Die hierbei von den Polteilen i^aund2^a erzeugte Spannung beträgt sVolt, die von den Polteilen i⁶ und 2^b erzeugte Spannung ^VoIt, so daß bei ο Amp.-Generatorstrom eine Gesamtspannung von α Volt erzeugt wird. Hieraus folgt, daß eine derartige Maschine im Hauptarbeitsbereich, d. h. etwa zwischen I und IV, eine auf den o-Punkt bezogene konvexe Generatorspannungslinie erzeugt.With ο Amp. Generator current, the effects of the composite windings ψ and g ^b and the counter- ^{composite windings 10 s} and io ^{6 are} canceled. The voltage generated by the pole parts i ^a and 2 ^a is sVolt, the voltage generated by the pole parts i ⁶ and 2 ^b ^ VoIt, so that a total voltage of α volts is generated with ο Amp. Generator current. From this it follows that such a machine generates a convex generator voltage line related to the o-point in the main working area, ie between I and IV.

Man kann auch an Stelle der Verbundwicklungen auf den Polen i« und 2« eine fremdgespeiste Reizwicklung aufbringen, die bei Anfahren die Nebenschlußwicklungen 7^a und 7^δ unterstützen, so daß der Aufbau des Feldes gewährleistet ist und somit die jetzt als reine Nebenschlußmaschine arbeitenden Polteile i" und 2° stabil macht.It is also possible in place of the composite windings i on the poles "and 2" apply an externally supplied stimulus winding at starting the shunt coils 7 ^a and 7 ^δ support, so that the structure of the field is assured and thus the now operating as a pure shunt engine pole parts i " and makes 2 ° stable.

Claims

Patent claims:

1. Vehicle drive with internal combustion engine and electrical transmission with approximate hyperbolic course of the voltage current characteristic in the middle working range for the purpose of constant and full utilization of the engine power, characterized in that the one part of each pole is called the Spaltpolmas'cnine executed main generator has a self-excited or separately excited and a compound winding, the other pole part has a self-excited or externally excited and a counter-compound winding.

2. Drive according to claim 1, characterized characterized in that the poles are divided in the direction of the armature circumference.

3. Drive according to claim i, characterized in that the poles in the direction the axis are divided.

4. Drive according to claim 1 to 3, characterized in that the composite winding is replaced by a stimulus winding during the approach of the vehicle.

For this purpose ι sheet of drawings