DE68905450T2 - Wechselstromgeneratorsystem fuer kraftfahrzeuge. - Google Patents
Wechselstromgeneratorsystem fuer kraftfahrzeuge.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Wechselstromgeneratorsysteme für Kraftfahrzeuge und im besonderen solche Systeme, die für die Verwendung mit Lasten geeignet sind, die einen hohen Leistungsbedarf haben.
- In der US-Patentschrift 4 678 982, die an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung abgetreten wurde, ist ein Transformator so mit den Ständerwicklungen des Wechselstromgenerators eines Fahrzeugs gekoppelt, daß der Spannungsregler den Wechselstromgenerator zwingt, bei einer erhöhten Spannung zu arbeiten, wodurch eine höhere Ausgangsleistung von dem Wechselstromgenerator realisiert wird. Die Oberspannungsleistung wird zwischen den Ständerwicklungen und dem Transformator abgegriffen und dazu verwendet, eine elektrische Heizung zur Ergänzung der Hauptheizung des Fahrzeuges zu betreiben, während sie gleichzeitig die normale 14-Volt-Leistung an die normalen elektrischen Lasten wie Scheinwerfer, Radio usw. liefert.
- Ein nach dem obengenannten Patent hergestelltes System unterliegt jedoch einer möglichen Beschränkung. D.h., falls ein Ausfall in den Relais auftritt, die den Transformator in und aus dem System schalten, könnte die Verbindung des Wechselstromgenerators mit dem System unterbrochen werden, was dazu führt, daß die Batterie in Anspruch genommen wird, um die Leistung für die normalen elektrischen Lasten zu liefern. Falls dies nicht umgehend korrigiert würde, würde sich die Batterie in der Folge übermäßig schnell entleeren.
- Die US-Patentschrift 4 692 684 offenbart ein weiteres Wechselstromgeneratorsystem für ein Kraftfahrzeug, um sowohl an die normalen 14-Volt-Lasten des Autos Energie zu liefern als auch, mit einer wesentlich höheren Gleichspannung, an eine Windschutzscheibenheizung. Dieses System weist einen Gleichrichter für die hohe Gleichstromlast auf sowie einen Abwärtstransformator und einen zweiten Gleichrichter für die Niederspannungslasten. Ein Wählschalter ist zum Anschließen oder Unterbrechen der Ober- und Niederspannungslasten vorgesehen, um die Generatorausgangsspannung auf ein hohes oder niedriges Niveau zu steuern und die Niederspannungslasten entweder durch den ersten oder den zweiten Gleichrichter zu versorgen.
- Eine Aufgabe dieser Erfindung liegt darin, ein verbessertes Wechselstromgeneratorsystem für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, um zusätzlich zu den normalen 14-Volt-Autolasten die Energie für eine Windschutzscheibenheizung sowie für eine ergänzende Innenraumheizung zu liefern. Eine weitere Aufgabe liegt in der Bereitstellung eines Wechselstromgeneratorsystems, das eine hohe Energie für Heizeinrichtungen liefert, relativ kostengünstig und dennoch höchst zuverlässig ist und den Normalbetrieb des Fahrzeugs nicht stört.
- Kurz gesagt, erfindungsgemäß sind ein Aufwärts- und ein Abwärtstransformator mit den Ständerwicklungen des Wechselstromgenerators des Fahrzeugs so gekoppelt, daß der Spannungsregler den Wechselstromgenerator zwingt, zumindest bei bestimmten, ausgewählten Betriebsarten mit erhöhter Spannung zu arbeiten, um vom Generator einen höheren Ausgang zu realisieren.
- Nach einem Merkmal der Erfindung sind drei Spannungsniveaus vorgesehen, um die normalen 14-Volt-Lasten des Autos, eine Hochleistungswindschutzscheibenheizung (z.B. 75 V) und eine ergänzende Innenraumheizung (z.B. eine 32-Volt-PTC-Heizung) zu erregen.
- Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sieht eine Betriebsart des Systems eine Niederspannungsversorgung (z.B. 32 V) für die Warmhaltefunktion einer 75-Volt-Heizung vor.
- Darüber hinaus sieht ein anderes Merkmal der Erfindung eine Sicherungseinrichtung vor, um sicherzustellen, daß selbst bei einer Schalterfehlfunktion beim Schalten auf die verschiedenen, ausgewählten Betriebsarten die 14-Volt-Versorgung der normalen Autolasten fortgeführt wird.
- Weitere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und Einzelheiten des durch diese Erfindung vorgesehenen Wechselstromgeneratorsystems erscheinen in der folgenden, detaillierten Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen; darin ist
- Fig. 1 ein schematisches Diagramm, das ein Wechselstromgeneratorsystem zeigt, wie es mit normalen Autolasten, einer zusätzlichen PTC-Autoheizung und einer Windschutzscheibenheizung verwendet wird;
- Fig. 2 ein Graph, der für einige Generatordrehzahlen eines typischen Wechselstromgenerators für ein Kraftfahrzeug die Spannung gegen Strom aufzeigt, und
- Fig. 3 ein Graph, der für die gleichen Generatordrehzahlen und den gleichen Wechselstromgenerator wie den in Fig. 2 verwendeten die Leistung gegen Strom aufzeigt.
- Unter Bezug auf die Zeichnungen, bezieht sich das Zeichen 10 allgemein auf ein nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestelltes Wechselstromgeneratorsystem. Ein herkömmlicher Wechselstromgenerator 12 für ein Kraftfahrzeug weist drei in Dreieckschaltung verbundene Ständerwicklungen 14, 16, 18 auf, wobei die Ausgangsleitung 20 zwischen die Wicklungen l4, 16, die Ausgangsleitung 22 zwischen die Wicklungen 14, 18 und die Ausgangsleitung 24 zwischen die Wicklungen 16, 18 geschaltet ist. Eine Feldwicklung 26, die durch den Fahrzeugmotor gedreht werden kann, ist in bekannter Weise angrenzend an die Ständerwicklungen angeordnet, so daß der Gleichstrom, der bei Drehung veranlaßt wird, durch die Feldwicklung 26 fließt, einen Strom in den Ständerwicklungen erzeugt. Die Leitungen 22, 22, 24 sind mit einem ersten Gleichrichter 30 verbunden, der eine Ausgangsleitung 32 aufweist, die über einen ersten Schalter SW 1 mit der Leitung 34 verbunden ist, die mit dem Regler 36 gekoppelt ist. Die Ausgangsleitungen 20, 22, 24 sind auch jeweils mit den Leitungen 20', 22', 24' verbunden, die mit einem Aufwärts- und Abwärtstransformator 38 gekoppelt sind, der einen spannungserhöhenden Abschnitt 38a und einen spannungserniedrigenden Abschnitt 38b aufweist. Es versteht sich, daß, falls dies gewünscht wird, getrennte Aufwärts- und Abwärtstransformatoren verwendet werden, und nicht die in der Figur angegebene kombinierte Einheit. Wie gezeigt, weist der spannungserhöhende Abschnitt 38a Ausgangsleitungen 40, 42, 44 auf, die über einen Schalter SW2 mit einem zweiten Gleichrichter 46 verbunden sind. Der Schalter SW2 ist in zwei Ausgangsleitungen 42, 44 gezeigt; er könnte jedoch wahlweise in allen drei Leitungen vorgesehen sein. Falls dies gewünscht ist, könnte der Schalter außerdem in den Gleichstromausgang 48 gesetzt werden. Der Ausgang 48 ist mit einer Widerstandsheizung für die Windschutzscheibe verbunden, z.B. einer 75-Volt-Gleichspannungsheizung 49.
- Der spannungserniedrigende Abschnitt 38b weist Ausgangsleitungen 50, 52, 54 auf, die mit einem dritten Gleichrichter 56 verbunden sind, der eine Gleichstromausgangsleitung 58 aufweist, die mit der Leitung 34 verbunden ist. Die Leitung 34 ist mit der Batterie 60 und den normalen ohmschen Autolasten 62 verbunden.
- Die Gleichstromausgangsleitung 32 von dem Gleichrichter 30 ist über den Schalter SW3 auch mit einer elektrischen Widerstandsheizung 64 verbunden, bevorzugt einer selbstregelnden Heizung mit positivem Temperaturkoffizienten (PTC), die als ergänzende Innenraumheizung dient. Eine geeignete Heizung ist z.B. in der US-Patentschrift Nr. 4 264 888 gezeigt und beschrieben und weist ein keramisches Material, wie z.B. mit Bariumtitanat dotiertes Lanthan auf, bei dem das Material ein abruptes, anormales Ansteigen im Widerstand zeigen kann, wenn es auf eine vorgewählte Temperatur erhitzt wird. Die Heizung ist mit mehreren, parallel verlaufenden Durchgängen ausgebildet, durch welche die zu erhitzende Luft geleitet wird. Falls dies gewünscht ist, kann eine Steuerschaltung 66 mit dem System eingesetzt werden, um geeignete Eingaben anzunehmen, wie den manuellen Startschalter, die Wassertemperatur usw., und geeignete Ausgaben zu liefern, wie Steuerung der Leerlaufdrehzahl, Steuerung der Gebläsedrehzahl, Ein- und Ausschalten der Schalter SWI, SW2 und SW3.
- Das oben beschriebene System sieht in Abhängigkeit von den in der folgenden Tabelle 1 veranschaulichten Schalterstellungen eine Anzahl von Betriebsarten vor. SCHALTERSTELLUNGEN BETRIEBSARTEN BETRIEBSARTEN SCHALTER SPANNUNGEN GLEICHR. Volle Leistung an geheizte Scheibe Volle Leistung an PCT Wagen heizung Niedrige Leistung an geheizte Scheibe Normaler Wagenbetrieb 14 V
- Die obengenannten Werte basieren auf einem 2,3:1-Aufwärts- und einem 2,3:1-Abwärtstransformator 38 und sind angenäherte, gleichgerichtete Gleichstromäguivalenzwerte. Ist beispielsweise in der Tabelle 3PH 32 V angegeben, dann bedeutet dies eine Dreiphasen-Wechselspannung, die etwa 32 Volt Gleichspannung nach der Gleichrichtung äquivalent ist. Es sei bemerkt, daß die Werte der Transformationsverhältnisse, der Spannungen etc. nach Wunsch optimiert werden können. Ist der Schalter SW 1 geöffnet, dann wird die 14-Volt-Gleichspannung an die Autolasten durch den 2,3:1-Abwärtstransformator 38b und den Gleichrichter 56 geliefert. Dies bedeutet, daß der Wechselstromgenerator 12 bei 32 V im Hochleistungsausgang seiner Strom-Spannungskurven (Fig. 2) arbeitet, wenn der Schalter SW1 geöffnet ist. In dieser Betriebsart kann an die Windschutzscheibenheizung 49 (z.B. bei 75 V) oder die zusätzliche PTC-Heizung 64 (z.B. bei 32 V) eine höhere Leistung geliefert werden, solange die Drehzahl des Wechselstromgenerators hoch genug ist.
- Ist der Schalter SW 1 geschlossen, dann arbeitet der Wechselstromgenerator 12 normal bei 14 Volt Nennausgang. Unter dieser Bedingung wird ein Warmhaltemerkmal bereitgestellt (niedrigere Leistung an die Windschutzscheibenheizung 49), bei dem die 14 Volt auf 32 Volt hinauftransformiert werden, indem der Schalter SW 2 geschlossen wird, wobei der Schalter SW1 geschlossen ist. Wenn der Schalter SW1 geschlossen ist, dann liefert der Abwärtstransformator 38b an den Gleichrichter 56 eine so niedrige Spannung (z.B. 6 Volt Dreiphasen-Wechselpannung), daß er abgeschaltet wird, wobei die gesamte 14-Volt-Energie an die Autolasten durch den Gleichrichter 30 läuft.
- Die Schalter SW1, SW2 und SW3 können Relais sein, die durch Befehle von der Steuerschaltung 66 angetrieben sind, und die im unbelasteten Zustand durch eine Befehlsfolge geschaltet werden können, die die Generatorfeldspannung 26 momentan abschaltet. Es wurde oben bereits erwähnt, daß die Steuerschaltung 66 verschiedene Eingänge, wie den manuellen Startschalter, die Wassertemperatur etc. annehmen kann und verschieden Ausgänge liefern kann, wie die Leerlaufdrehzahlsteuerung, die Gebläsedrehzahlsteuerung, das Ein- und Ausschalten der Schalter SW1, SW2 und SW3.
- Ein erfindungsgemäß hergestelltes System kann 2 kW an die Innenraum- und/oder Windschutzscheibenheizung liefern, während 1 kW an Fahrzeuglasten von 14-Volt-Gleichspannung geliefert werden, solange die Drehzahl des Wechselstromgenerators konstant gehalten wird. Vorteilhaft ist es immer noch möglich, an die Fahrzeuglasten die normale 14-Volt-Versorgung zu liefern, wenn sich der Schalter SW1 aufgrund eines Ausfalls nicht mehr öffnet oder schließt, wodurch ein Erschöpfen der Batterie verhindert wird; dies wieder solange als eine geeignete Drehzahl für den Wechselstromgenerator aufrechterhalten wird.
- Obwohl die Heizungen 49 und 64 geerdet dargestellt wird, versteht sich, daß sie gegebenenfalls unter Verwendung eines Zweidrahteingangs einen positiven und einen negativen Gleichstromanschluß aufweisen könnten. Außerdem versteht sich, daß ein geeigneter kapazitiver Schutz für die mehreren, in der Schaltung gezeigten Bauteile vorgesehen ist.
- Es versteht sich, daß das bevorzugte Ausführungsbeispiel des neuen und verbesserten Wechselstromgeneratorsystems zwar zur Veranschaulichung der Erfindung im einzelnen beschrieben wurde, daß aber beabsichtigt ist, alle Modifikationen und alle dem beschriebenen gleichwertigen Ausführungsbeispiele zu umfassen, die in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen.
Claims (10)
1. Wechselstromgeneratorsystem für ein Kraftfahrzeug mit
einem Motor und mehreren elektrischen Lasten (62), wobei das
System einen Wechselstromgenerator (12) mit einer
Feldwicklung (26) umfaßt, die von dem Motor angetrieben wird, um für
solche Lasten elektrische Energie bereitzustellen, einen
Spannungsregler (36) zum Steuern des Erregens der
Feldwicklung, eine Batterie (60), um gegebenenfalls die von dem
Wechselstromgenerator (12) gelieferte elektrische Energie zu
ergänzen und den Motor beim Anlassen durchzudrehen, wobei der
Wechselstromgenerator (12) einen Ständer mit drei Wicklungen
(14, 16, 18) aufweist, wobei die Wicklungen (14, 16, 18)
zusammengekoppelt sind, um eine Dreiphasenausgang auf drei
Ausgangsleitungen (20, 22, 24) zu liefern, wobei die
Ausgangsleitungen (20, 22, 24) mit einem ersten Gleichrichter (30)
verbunden sind, der eine Gleichstromausgangsleitung (32)
aufweist, die über einen ersten Schalter (SW1) mit einer
Schaltung verbunden ist, die die mehreren elektrischen Lasten (62)
und die Batterie (60) umfaßt, wobei die drei
Ausgangsleitungen (20, 22, 24) auch mit einem Aufwärtstransfomator (38a)
und einem Abwärtstransformator (38b) gekoppelt sind, wobei
der Ausgang (40, 42, 44) des Aufwärtstransformators (38a) mit
einem zweiten Gleichrichter (46) verbunden ist, wobei der
Ausgang (48) des zweiten Gleichrichters (46) mit einer
Windschutzscheibenheizung (49) gekoppelt ist, und wobei ein
zweiter Schalter (SW2) mit dem Ausgang des Aufwärtstransformators
(38a) gekoppelt ist und in der Lage ist, den Ausgang des
Aufwärtstransformators (38a) an- und abzuschalten, wobei der
Ausgang des Abwärtstransformators (38b) mit einem dritten
Gleichrichter (56) verbunden ist, dessen Ausgang (58)
seinerseits mit den elektrischen Lasten (62) und der Batterie (60)
verbunden ist, wobei der dritte Gleichrichter (56)
abschaltbar ist, wenn der Ausgang (50, 52, 54) des
Abwärtstransformators
(38b) unter einem ausgewählten Minimalwert liegt, wobei
die Gleichstromausgangsleitung (32) über einen dritten
Schalter (SW3) auch mit einer elektrischen Widerstandsheizung (64)
verbunden ist, und wobei der mit der Batterie (60) verbundene
Spannungsregler (36) das Erregerniveau des Wechselfeldes
steuert, um ein ausgewähltes Spannungsniveau in der Schaltung
bereitzustellen.
2. Wechselstromgeneratorsystem nach Anspruch 1, bei welchem
der Regler (36) den Wechselstromgenerator (12) regeln kann,
um über den Abwärtstransformator (38b) ca. 14 V in der
Schaltung mit den mehreren elektrischen Lasten (62)
bereitzustellen, und der Aufwärtstransformator (38a) das Äquivalent von
ca. 75 Volt Gleichspannung liefert, wenn der erste Schalter
(SW1) geöffnet ist.
3. Wechselstromgeneratorsystem nach Anspruch 1, bei welchem
der Regler (36) den Wechselstromgenerator (12) regeln kann,
um in der Schaltung mit den mehreren elektrischen Lasten (62)
über den ersten Gleichrichter (30) ca. 14 V bereitzustellen,
wenn der erste Schalter (SW1) geschlossen ist und der
Abwärtstransformator (38b) weniger als den ausgewählten
Minimalwert bereitstellt.
4. Wechselstromgeneratorsystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Regler (36) den Wechselstromgenerator
(12) regeln kann, um in der Schaltung mit den mehreren
elektrischen Lasten (62) über den ersten Gleichrichter (30) ca.
14 V bereitzustellen, wenn der erste und der zweite Schalter
(SW1, SW2) geschlossen sind und der dritte Schalter (SW3)
geöffnet ist, und wenn der Abwärtstransformator (38a) weniger
als den ausgewählten Minimalwert bereitstellt und der
Aufwärtstransformator (38a) das Äquivalent von ca. 32 Volt
Gleichspannung bereitstellt.
5. Wechselstromgeneratorsystem nach Anspruch 4, bei welchem
die Windschutzscheibenheizung (49) für etwa 75 Volt
Gleichspannung ausgelegt ist.
6. Wechselstromgeneratorsystem nach Anspruch 1, bei welchem
die volle Leistung an die Windschutzscheibenheizung (49)
angelegt wird, wenn der erste und der dritte Schalter (SW1,
SW3) geöffnet sind und der zweite Schalter (SW2) geschlossen
ist.
7. Wechselstromgeneratorsystem nach Anspruch 1, bei welchem
die volle Leistung an die elektrische Widerstandsheizung (64)
angelegt wird, wenn der erste und der zweite Schalter (SW1,
SW2) geöffnet sind und der dritte Schalter (SW3) geschlossen
ist.
8. Wechselstromgeneratorsystem nach Anspruch 1, bei welchem
eine niedrige Leistung an die Windschutzscheibenheizung (49)
angelegt wird, wenn der erste und der zweite Schalter (SW1,
SW2) geschlossen sind und der dritte Schalter (SW3) geöffnet
ist.
9. Wechselstromgeneratorsystem nach Anspruch 1, bei welchem
keine Leistung an die Windschutzscheibenheizung (49) und die
elektrische Widerstandsheizung (64) angelegt wird und eine
normale, geregelte Spannung an die elektrischen Lasten (62)
angelegt wird, wenn der erste Schalter (SW1) geschlossen ist
und der zweite und der dritte Schalter (SW2, SW3) geöffnet
sind.
10. Kraftfahrzeug mit einem Motor und mehreren elektrischen
Lasten (49; 62; 64) sowie mit einem
Wechselstromgeneratorsystem nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welchem der
Wechselstromgenerator (12) durch den Motor angetrieben wird
und die elektrischen Lasten (49; 62; 64) so geschaltet sind,
daß sie durch das Wechselstromgeneratorsystem betrieben
werden können.
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