DE69100245T2 - Wechselstromgeneratoranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wechselstromgenerator für eine Verbrennungskraftmaschine.
• Der Regler eines Wechselstromgenerators zur Verwendung in Verbindung mit Verbrennungskraftmaschinen arbeitet typischerweise so, daß durch den Wechselstromgenerator erzeugter Strom von Wechselstrom in Gleichstrom gleichgerichtet wird, so daß eine Batterie, die in einem Fahrzeug wie einem Automobil, einem Aufsitzmäher, einem Flugzeug, einem Traktor oder dergleichen verwendet wird, geladen werden kann. Anschließend schützt der Regler die Batterie vor Überladung. Die Batterie liefert ferner Gleichstrom direkt an die Scheinwerfer oder andere Lampen eines Fahrzeugs sowie zu weiteren Einrichtungen wie einem Radio, Zündspule, Bremslichtern und dergleichen.
• Normalerweise umfaßt der Regler eine Vielzahl einzelner diskreter elektrischer Bauelemente, die zur Bildung einer gewünschten Schaltung kombiniert und in einem außerhalb und getrennt von dem Wechselstromgenerator angebrachten Gehäuse oder Kasten untergebracht sind. Der Regler kann entweder am Fahrzeugrahmen (Automobil, Aufsitzmäher, Flugzeuge, Traktoren etc.) oder an der Maschine selbst vorgefunden werden. Daher erfordern Regler eigene Montagezeit und -arbeit. Häufig erfordern Regler ferner spezielle Montagehalterungen und/oder Befestigungen je nach der speziellen Maschinenkonstruktion, was die relativen Kosten eines solchen Teils erhöht.
• Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Aufnahme von Bauelementen einer Maschinenschaltung (wie einer Reglerschaltung) durch den Stator eines Wechselstromgenerators für eine Verbrennungskraftmaschine bereit. Ein Wechselstromgenerator mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 ist in der US-A-4 915 068 offenbart.
• Erfindungsgemäß ist ein Wechselstromgenerator für eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, mit
• einem Stator mit wenigstens einer Spule, die mit einem durch Magneten auf einem drehbaren Schwungrad erzeugten bewegten Magnetfeld zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangsstroms in der Spule zusammenwirken kann, und mit einem feststehenden kreisförmigen Ring mit einer radialen Innenfläche und einer radialen Außenfläche, die eine zylindrische Fläche definieren;
• einer Maschinenschaltung zur Überwachung eines gewünschten Maschinenparameters; und mit einer Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Maschinenschaltung an dem Stator,
• dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung einen Bügel aufweist, der die Maschinenschaltung so trägt, daß die Befestigung des Bügels radial außerhalb der zylindrischen Fläche, Bauteile der Maschinenschaltung aber radial innerhalb der zylindrischen Fläche liegen.
• Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Verkleinerung der Außenkontur der Maschine, speziell ihrer Höhe oder Breite, da ein separater Kasten oder ein Modul-Gehäuse für z.B. die Regler- oder eine Ladekontroll-Schaltung nicht außerhalb der Maschine vorzusehen ist. Ferner ergeben sich eine höhere Zuverlässigkeit aus weniger Verbindungen und Leitungen und eine gleichbleibende hohe Qualität infolge des kühleren Betriebs der Schaltung, insbesondere bei Kleinmaschinen-Anwendungen, da z. B. die vom Schwungrad erzeugte Luftströmung den Stator und die Bauelemente der Reglerschaltung kühlt im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren mit einer Wärmeleitung durch den Reglerkasten oder das Reglergehäuse.
• Die Maschinenschaltung kann aus einer Vielzahl diskreter Bauelemente oder integrierter Schaltungen zusammengesetzt sein und kann jede Art von Maschinenüberwachungs-Schaltungen umfassen, die bei Verbrennungskraftmaschinen verwendet werden, wie eine mit der Spule zur Regelung des Ausgangsstroms verbundene Reglerschaltung und/oder eine Sicherheits-Unterbrechungsschaltung und/oder eine Öldruck-Startschaltung und/oder eine Drehzahlmesser-Schaltung und/oder eine Maschinenstunden-Meßschaltung und/oder eine Maschinenüberhitzungs-Schaltung.
• Vorzugsweise wird die vorliegende Erfindung bei kleinen Verbrennungskraftmaschinen der in Rasen- und Gartengeräten benutzten Art verwendet, die Halbwellen- als auch Vollwellen- Regler/Stator-Schaltungen haben. Eine Reglerschaltung als Maschinenschaltung kann ferner eine Ladekontroll-Schaltung aufweisen. Solch eine Schaltung wird verwendet, um eine rote Lampe einzuschalten, wenn die Batteriespannung unter einer eingestellten Spannung (z.B. 12 Volt) liegt, oder um eine grüne Lampe einzuschalten, wenn die Batteriespannung oberhalb der eingestellten Spannung liegt.
• Die vorliegende Erfindung soll im folgenden anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, wobei
• Figur 1 - eine perspektivische Darstellung eines Stators eines nicht erfindungsgemäßen Wechselstromgenerators für eine Verbrennungskraftmaschine zeigt;
• Figur 2 - im Aufriß eine vergrößerte Teil-Seitenansicht des Stators gemäß Figur 1 entlang der Ebene der Linie 2-2 in Figur 1 ist und die Anordnung der Bauelemente eines Reglers zeigt;
• Figur 3 - einen schematischen Schaltplan einer Halbwellenregler/Stator-Schaltung zeigt;
• Figur 4 - eine Ansicht ähnlich Figur 2 zeigt, wobei die Bauelemente des Reglers integrierte Schaltungen sind;
• Figur 5 - einen schematischen Schaltplan einer Vollwellenregler/Stator-Schaltung zeigt;
• Figur 6 - einen schematischen Schaltplan einer anderen Vollwellenregler/Stator-Schaltung zeigt;
• Figur 7 - eine Draufsicht auf einen Stator eines Wechselstromgenerators für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Bauelemente eines Reglers auf einem Bügel angeordnet sind, der an dem Stator montiert ist;
• Figur 8 - im Aufriß eine Teil-Seitenansicht des Bügels und der Regler-Bauelemente aus Figur 7 zeigt;
• Figur 9 - im Aufriß eine Seitenansicht einer anderen Bügelanordnung für das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 ist;
• Figur 10 - eine Draufsicht auf den Stator eines Wechselstromgenerators für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist mit einem Regler in Form einer Leiterplatte;
• Figur 11 - eine vergrößerte Teil-Seitenansicht zeigt, die den Einbau der Leiterplatte gemäß Figur 10 am Stator darstellt.
• In den Zeichnungen zeigt Figur 1 einen als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Stator eines Wechselstromgenerators für eine Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt). Dabei sollte insbesondere beachtet werden, daß der Begriff "Wechselstromgenerator", wie er hier verwendet wird, nicht nur Wechselstrom-Generatoren, sondern auch andere in Verbindung mit Verbrennungskraftmaschinen verwendete Generatoren umfaßt.
• Auch wenn Figur 1 eine bestimmte Konstruktion eines mit einem solchen Wechselstromgenerator verwendeten Stators zeigt, ist klarzustellen, daß Figur 1 nur beispielhaft ist für eine dieser Konstruktionen.
• Der Stator 1 weist einen feststehenden kreisförmigen Ring 2 mit einer Innenfläche 3 und einer Außenfläche 4 auf. Der Stator 1 ist typischerweise stationär konzentrisch zu der Drehachse einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle einer Maschine angeordnet. Wie am besten in Figur 1 erkennbar, weist der Stator 1 eine Vielzahl von beabstandeten Wicklungen oder Drahtspulen 5 auf, die auf dem Umfang um die Außenfläche 4 angeordnet sind. Die Spulen 5 wirken in üblicher Weise mit einem bewegten Magnetfeld zusammen, um in ihnen einen elektrischen Ausgangsstrom zu erzeugen. Das Magnetfeld wird typischerweise durch eine Vielzahl rotierender Magnete 6 (von denen nur einer in Figur 1 dargestellt ist) erzeugt, die gegenüberliegend und konzentrisch zu den Drahtspulen 5 angeordnet sind. Wie am besten in Figur 1 zu erkennen, sind rotierende Magnete 6 auf eine Innenfläche 7 eines sich drehenden Schwungrades 8 montiert (dargestellt in strichpunktierten Linien). Das Schwungrad 8 ist mit der Kurbelwelle der Maschine in irgendeiner üblichen Weise verbunden und weist typischerweise die Form einer Topfscheibe auf, so daß die Magneten 6 wie üblich gegenüber von den Drahtspulen 5 angeordnet sein können. Der Stator 1 weist ferner vier aus der Außenfläche 4 herausragende und mit dieser einstückige Anschlußflächen 9 auf, die zur stationären Befestigung des Stators 1 an der Maschine mit Hilfe von Schrauben 10 dienen.
• Der Wechselstromgenerator in Figur 3 weist einen Regler auf, dessen schematische Schaltung mit dem Bezugszeichen 11 gekennzeichnet ist. Der Regler 11 kann von jeder üblichen Bauart und in Form von diskreten Bauelementen (Figur 3) oder integrierten Schaltungen (Figur 4) ausgeführt sein. Der Regler 11 gemäß Figur 3 dient nur zur Erläuterung und zeigt einen Schaltplan einer Halbwellenregler/Stator-Schaltung mit einer Ladekontroll-Schaltung, die eine optionale Zusatzschaltung bei vielen Reglerschaltungen ist. Insbesondere zeigt Figur 3 eine Schaltung mit einer Vielzahl diskreter Bauelemente, die mit einer Drahtspule 5 verbunden sind, um in dieser den Ausgangsstrom zu regeln. Im einzelnen weisen die diskreten Bauelemente einen 100 V/12 A RMS Silizium-Thyristor 12 auf, der mit einem Anschluß der Spule 5 zusammen mit einer 1 A/600 V Diode 13, einer zweiten 1 A/600 V Diode 14 und einer mit dem anderen Anschluß der Spule 5 verbundenen 14 V/1 W Zenerdiode 15 verbunden ist. Ferner ist ein 100 X/1 W Widerstand 25 über den Silizium-Thyristor 12 und die Diode 13 geschaltet, so daß die eine Seite des Widerstandes zwischen die Anode des Silizium-Thyristors 12 und die Spule 5 und die andere Seite zwischen Diode 13 und Diode 14 geschaltet ist. Wie bereits erwähnt, ist die in Figur 3 dargestellte Schaltung üblich und dient nur zur Erläuterung, da auch andere Schaltungen möglich sind. Eine solche andere Schaltung ist in Figur 4 dargestellt, wo ein Teil der diskreten Bauelemente der Reglerschaltung gemäß Figur 3 durch integrierte Schaltungen 16 und 26 ersetzt ist, die jeweils in Aufnahmen 27 und 28 montiert sind.
• In Figur 2 ist die Art und Weise dargestellt, in der die Bauelemente des Reglers 11 direkt an dem Stator 1 befestigt sind. Wie gezeigt sind die Bauelemente 12 - 15 und 25 in Längsrichtung zueinander ausgerichtet und so montiert, daß sie sich an der Außenfläche 4 des Stators 1 anlehnen oder abstützen. Um die Bauelemente des Reglers 11 sicher an dem Stator 1 zu befestigen, ist ein Ende der Reglerschaltung an einem Anschluß 17 befestigt, der wiederum an einer der Anschlußflächen 9 durch eine Schraubbefestigung 18 angebracht ist. Das andere Ende mit der Befestigungslasche des Silizium-Thyristors 12 der Reglerschaltung ist ähnlich an einer anderen Anschlußfläche 9 über eine Schraubbefestigung 20 angebracht. Ein Kleber, z. B. ein Epoxydharz 21, kann ebenfalls mit oder ohne Befestigungselemente 18, 20 verwendet werden, um den Regler 11 an dem Stator 1 zu befestigen. Das Epoxydharz 21 klebt nicht nur die Bauelemente des Reglers 11 an die Außenfläche 4 des Stators 1, sondern unterdrückt auch Schwingungen der verschiedenen Bauelemente, um Schwingungsbrüche der Bauelemente oder der Verbindungsdrähte dazwischen zu vermeiden.
• Gemäß Figur 3 weist der Regler 11 einen gepolten Stecker 22 auf zur Verbindung des Ausgangsstroms von den Spulen 5 mit einer Ladekontrollampe 24, die in üblicher Weise durch eine Ladekontrollschaltung 19 angesteuert wird. Die Schaltung 19 ist eine standardmäßige optionale Ergänzungsschaltung, die fertig von verschiedenen Anbietern wie der Wells Corp. oder der Tympanium Corp. erhältlich ist, was allgemein bekannt ist. Der Stecker 22 ist gepolt, um fehlerhafte Verbindungen zu vermeiden. Daher stellt der Stecker 22 die einzige externe Verbindung von dem Stator 1 dar. Typischerweise wird der durch den Regler 11 geregelte Ausgangsstrom der Spulen 5 zur Lieferung eines Batterie-Ladestroms verwendet, und daher führt einer der beiden Stecker-Anschlüsse zur Batterie 23. Der andere Anschluß des Steckers 22 führt direkt zur Ladekontrollampe 24. Andere Ausstattungsteile, wie Scheinwerfer 29, können direkt oder über einen Schalter 30 mit der Batterie 23 verbunden werden.
• Es ist zu bemerken, daß andere Maschinen-Überwachungsschaltungen zusätzlich zur Reglerschaltung 11 ebenfalls direkt an dem Stator 1 befestigt werden können. Solche Schaltungen können z. B. Sicherheits-Unterbrechungsschaltungen, Öldruck-Startschaltungen, Drehzahlmesser-Schaltungen, Maschinenstunden-Meßschaltungen, Überhitzungsschaltungen und andere ähnliche Schaltungen umfassen. Sicherheits-Unterbrechungsschaltungen sind allgemein bekannt und umfassen solche, die die Maschine eines Rasenmähers auf Loslassen des Griffes eines handgeführten Mähers oder bei Verlassen des Sitzes eines Aufsitzmähers ausschalten. Ein typisches Beispiel ist offenbart in Kronich et al US-Patent No. 4,394,893. Öldruck-Startschaltungen sind ebenfalls allgemein bekannt und umfassen solche, die die Maschine nach Feststellung eines niedrigen Öldrucks abschalten, jedoch das Wiederstarten erlauben, wenn normaler Öldruck gemessen wird. Drehzahlmesser-Schaltungen sind ebenfalls allgemein bekannt und umfassen typischerweise solche, die die Maschinendrehzahl messen und anzeigen. Maschinenstunden-Meßschaltungen sind allgemein bekannt und werden verwendet, um die Anzahl der tatsächlichen Betriebsstunden einer Maschine zu zählen und anzuzeigen. Schließlich sind Überhitzungs-Schaltungen ebenfalls allgemein bekannt und werden typischerweise verwendet, um eine Maschine abzustellen, abzuregeln oder um eine rote Warnlampe einzuschalten, wenn die Maschine heißer als bei einer erwünschten Temperatur läuft.
• In Figur 5 ist eine Prinzipschaltung einer Vollwellenregler/Stator-Schaltung dargestellt. Im einzelnen zeigt Figur 5 eine Schaltung mit einer Vielzahl diskreter Bauelemente, die mit einer Drahtspule 40 verbunden sind und den Ausgangsstrom in dieser regeln. Die diskreten Bauelemente umfassen einen 100 V/12 A RMS Silizium-Thyristor 41, der mit einem Anschluß der Spule 40 mit einer 1 A/600 V Diode 42, einer zweiten 1 A/600 V Diode 43 und einer mit Erde verbundenen 14 V/1 W Zenerdiode 44 verbunden ist. Ferner ist ein 100 X/1 W Widerstand 45 über Silizium-Thyristor 41 und Diode 42 so geschaltet, daß der Widerstand auf einer Seite zwischen der Anode des Silizium-Thyristors 41 und Spule 40 und auf seiner anderen Seite zwischen Diode 42 und Diode 43 geschaltet ist. Eine zu der eben beschriebenen identische Schaltung ist an dem gegenüberliegenden Anschluß der Spule 40 angeschlossen und umfaßt einen Silizium- Thyristor 46, Dioden 47 und 48, eine Zenerdiode 49 und einen Widerstand 50. Wie zuvor bemerkt ist die in Figur 5 dargestellte Schaltung üblich und nur zur Erläuterung beschrieben, da andere Anordnungen möglich sind.
• In Figur 6 ist ein anderer Schaltplan für eine andere Vollwellenregler/Stator-Schaltung dargestellt. Im einzelnen zeigt Figur 6 eine Schaltung mit einer Vielzahl von diskreten Bauelementen, die mit einer Drahtspule 51 zur Regelung des Ausgangsstroms in dieser verbunden sind. Die diskreten Bauelemente umfassen im einzelnen die identische, zuvor in Zusammenhang mit Figur 5 beschriebene Halbwellenschaltung, die mit einem Anschluß der Spule 51 verbunden ist und einen Silizium-Thyristor 52, Dioden 53 und 54, eine Zenerdiode 55 und einen Widerstand 56 aufweist. Auf gleiche Weise ist eine identische Halbwellenschaltung mit einem Silizium-Thyristor 57, Dioden 58 und 59, Zenerdiode 60 und Widerstand 61 mit dem anderen Anschluß der Spule 51 verbunden. Ferner sind die Kathoden der Silizium- Thyristoren 52 und 57 zusammengeschaltet, und die Anoden sind über Dioden 62 und 63 verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden, wie sie allgemein bekannt ist.
• In Figur 7 ist ein Stator 64 dargestellt, der im Aufbau identisch ist mit dem Stator 1 in Figur 1. Der Stator 64 weist einen feststehenden kreisförmigen Ring 65 mit einer radialen Innenfläche 66 und einer radialen Außenfläche 67 auf. Der Ring 65 umfaßt ferner einen hochstehenden Ringflansch 68, der eine mit dem Bezugszeichen 69 versehene zylindrische Fläche definiert, die konzentrisch zur Drehachse einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle einer Maschine angeordnet ist. Der Stator 64 weist ferner vier sich radial auswärts von der Fläche 67 erstreckende, mit dem Ring 65 einstückige Anschlußflächen 70 auf, die zur stationären Befestigung des Stators 64 und zur Befestigung einer Reglerschaltung auf dem Stator 64 dienen. Bei dieser Ausführungsform ist die Reglerschaltung in Form diskreter Bauelemente zur Verbindung mit dem zentralen Abschnitt 71 eines Bügels 72 angeordnet. Wie am besten in Figur 8 zu sehen umfaßt der Bügel 72 einen zentralen Abschnitt 71, der an seinen jeweils gegenüberliegenden Enden einstückig mit einem Paar L-förmiger Endstücke 73, 74 verbunden ist. Ein Paar Schrauben 75, 76 ragen jeweils durch die Endstücke 73, 74, um den Bügel 72 am Stator 64 zu befestigen. Wie am besten in Figur 7 zu sehen, sind die Endstücke 73, 74 gegenüber dem zentralen Abschnitt 71 leicht angewinkelt, so daß der zentrale Abschnitt 71 und die Bauelemente der Reglerschaltung radial innerhalb, die Befestigung des Bügels 72 jedoch radial außerhalb der zylindrischen Fläche 69 angeordnet ist.
• Figur 9 zeigt eine andere Methode zur Befestigung der Bauelemente der Reglerschaltung an dem Stator 64. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich der Bügel 77 zwischen benachbarten Anschlußflächen 70 und ist nach oben von der Oberseite der Anschlußflächen 70 beabstandet, so daß sich der Bügel durch ein Paar Abstandshalter 78, 79 über den oberen Rand des Flansches 68 erstreckt. Ein Abstandshalter 78 oder 79 ist neben den gegenüberliegenden Enden des Bügels 77 angeordnet und nimmt eine durch ihn hindurchragende Schraube 80 oder 81 auf zur Befestigung des Bügels 77 am Stator 64. Die Bauelemente der Reglerschaltung sind wiederum innerhalb, die Befestigung des Bügels 77 jedoch außerhalb der zylindrischen Fläche 69 angeordnet.
• Figur 10 zeigt eine andere Methode der Befestigung einer Reglerschaltung am Stator 82. Der Stator 82 ist wiederum identisch mit den zuvor beschriebenen Statoren 64 und 2. Bei dieser Ausführungsform sind jedoch die unüblichen Bauelemente der Reglerschaltung auf einer Leiterplatte 83 angebracht. Die Leiterplatte 83 wiederum ist am Stator 82 über einen Silizium- Thyristor 84 befestigt. Der Silizium-Thyristor 84 kann einer der zuvor beschriebenen Silizium-Thyristoren 41, 46, 52 oder 57 sein. Wie am besten in Figur 11 zu sehen ist, weist der Silizium-Thyristor 84 eine Vielzahl von Anschlußfahnen 85 auf, die sich durch die Leiterplatte 83 erstrecken und mit dieser auf übliche Weise verlötet sind. Der Silizium-Thyristor 84 umfaßt ferner eine an seiner Seite angebrachte Befestigungsplatte 86 mit einer darin gebildeten Öffnung 87 zur Aufnahme einer Schraube 88 zur Befestigung der Leiterplatte 83 auf einer von vier Anschlußflächen 89, die vom Stator 82 vorstehen. Daher sind, wie am besten in Figur 10 zu sehen, Leiterplatte 83 und Bauelemente der Reglerschaltung radial innerhalb der zylindrischen Fläche 90 angeordnet, während die jeweilige Befestigungsanordnung radial außerhalb der Fläche 90 liegt.

Claims (7)

1. Wechselstromgenerator für eine Verbrennungskraftmaschine mit

einem Stator (64 oder 82) mit wenigstens einer Spule (5), die mit einem durch Magneten (6) auf einem drehbaren Schwungrad (8) erzeugten bewegten Magnetfeld zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangsstroms in der Spule zusammenwirken kann, und mit einem feststehenden kreisförmigen Ring (65) mit einer radialen Innenfläche (66) und einer radialen Außenfläche (67), die eine zylindrische Flache (69 oder 90) definieren;

einer Maschinenschaltung (11) zur Überwachung eines gewünschten Maschinenparameters; und mit

einer Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Maschinenschaltung an dem Stator,

dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung einen Bügel (72 oder 77 oder 86) aufweist, der die Maschinenschaltung so trägt, daß die Befestigung des Bügels radial außerhalb der zylindrischen Fläche, Bauteile der Maschinenschaltung aber radial innerhalb der zylindrischen Fläche liegen.

2. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, bei der die Maschinenschaltung eine mit der Spule (5) verbundene Reglerschaltung (11) zur Regelung des Ausgangsstroms aufweist.

3. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Maschinenschaltung eine Sicherheits-Unterbrecherschaltung aufweist.

4. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Maschinenschaltung eine Öldruck- Startschaltung aufweist.

5. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Maschinenschaltung eine Drehzahlmesser-Schaltung aufweist.

6. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Maschinenschaltung eine Maschinenstunden-Meßschaltung aufweist.

7. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Maschinenschaltung eine Maschinenüberhitzungs-Schaltung aufweist.