JP2005506822A - 高められた出力電力を有するオルタネータ - Google Patents
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Abstract
本発明は、複数の固定子巻線と、該固定子巻線に接続されている整流器装置と、励磁巻線と、オルタネータレギュレータと、電圧上昇作用をする付加回路とを有しているオルタネータに関する。この付加回路は、オルタネータに集積された、受動作動されるブースター回路であり、該ブースター回路は制御される素子を有していない。
Description
【技術分野】
【０００１】
従来の技術
公知のクローポール型オルタネータでは、励磁のためのエネルギーはそれぞれの自動車の搭載電源から取り出される。このことは、スイッチングされる半導体をスイッチエレメントとして有しているオルタネータレギュレータを使用して行われる。オルタネータレギュレータは励磁電圧を０Ｖと搭載電源電圧との間で調整設定する。このことは、オルタネータレギュレータＲの、搭載電源ＢＮとオルタネータの励磁巻線ＷＥとの間での位置決めを表すための線図である図１に示されている。
【０００２】
図２には、オルタネータレギュレータＲ、励磁巻線ＷＥ、整流器装置Ｇおよび固定子巻線ＷＳを有している公知のオルタネータ回路が示されている。固定子巻線はスター結線を形成しかつ図示されていない回転子に関して相互にそれぞれ１２０°ずつずらされている。整流器装置に接続されているこれらの巻線始端はアルファベットＵ，Ｖ，Ｗによって示されている。回転子が回転すると、これら固定子巻線のそれぞれには交番電圧が生成される。生成される３つの交番電圧は相互に１２０°ずつずらされている。
【０００３】
ＤＥ１９６３４０９６Ａから、高められた出力電力を有する電圧供給システムが公知であるが、ここでは外部の制御信号を用いて、所要電流が高められたと信号報知されるとき、高められた出力電力が生成される。この公知のシステムはオルタネータを有しており、該オルタネータの巻線は整流器を介して車両搭載電源網に対する給電電圧を供給する。更に、オルタネータは励磁巻線を含んでおり、これを通って電圧レギュレータによって影響を及ぼすことができる励磁電流が流れる。励磁巻線は前以て決めることができる時間の間、給電電圧に対して高められた電圧によって作動可能である。この高められた電圧は、オルタネータにおいて付加的な巻線を整流器に付加接続することによってまたはオルタネータに配属されている直流電圧変換器によって生成される。その際オルタネータの調整は、オルタネータの出力電圧が搭載電源レベルに留まるように、制御されるトランジスタを有している電圧レギュレータによって行われる。
【０００４】
発明の利点
これに対して、請求項１に記載されているように、本発明により、オルタネータの改善された磁気利用の意味において励磁巻線の巻き線端部におけるリップル特性が容量的な電圧上昇のために利用されるオルタネータの高められた出力電力が実現される。このことはコスト面で有利には、トランジスタを有していない受動の付加回路により行われる。このために、例えば電圧逓倍のための直流電圧変換器を使用する回路トポロジーと比較して電磁適合性に関して利点が実現されることになる。
【０００５】
更に、請求された手法では付加的な必要な構成部分の、オルタネータへの簡単かつコスト面で有利な組み込みが可能である。
【０００６】
能動的に制御されるすべての付加回路に比べて、能動制御される素子が必要でないという利点が生じる。従来のダイオードおよびコンデンサが使用可能である。更に飽和効果は発生しない。本発明の付加回路の動作は短絡および無負荷耐性である。
【０００７】
更なる電圧上昇は有利な手法では、カスケード接続の使用によって実現することができる。
【０００８】
図面
次に本発明を図３〜図８に基づいて例を挙げ詳細に説明する。図３は本発明の第１実施例の付加回路の配置構成を示すための略図である。図４は本発明の第２実施例の付加回路の配置構成を示すための略図である。図５は本発明の付加回路の実施例を示している。図６は本発明のオルタネータ回路の第１実施例を示している。図７は本発明のオルタネータ回路の第２実施例を示している。図８は固定子巻線の巻線タップにおける電圧経過を示すための線図である。
【０００９】
実施例の説明
本発明によれば、有利にはクローポール型オルタネータであるオルタネータにおいて受動素子しか有していない付加回路が挿入され、この使用によりオルタネータの励磁巻線で降下する励磁電圧の持ち上げが実現される。これにより、励磁巻線を流れる励磁電流、ひいてはオルタネータによって使用することができる出力電力も高められる。
【００１０】
本発明の付加回路によって、例えばオルタネータの出力電圧の２倍化または３倍化を実現することができる。オルタネータの出力電圧の一層の上昇はカスケード接続の付加的な使用によって可能である。
【００１１】
図３には、本発明の第１実施例による付加回路の配置構成を示すためのスケッチが示されている。この第１実施例では付加回路ＺＳ１の第１接続端子は１４Ｖの搭載電源網に接続されておりかつ第２の接続端子はオルタネータレギュレータＲを介して励磁電圧ＷＥのアースとは反対側の接続端子に接続されている。励磁電圧ＷＥの他方の接続端子はアースＧＮＤに直接接続されている。更に、付加回路ＺＳ１は、２次巻線に接続されている接続端子Ｕ，Ｖ，Ｗを有している。
【００１２】
図４には、本発明の第２実施例の付加回路の配置構成を示すためのスケッチが示されている。この第２実施例では付加回路ＺＳ２の第１接続端子は１４Ｖの搭載電源網に接続されておりかつ第２の接続端子はオルタネータレギュレータＲを介して励磁巻線ＷＥのアースとは反対側の接続端子に接続されている。更に、付加回路ＺＳ２は励磁巻線ＷＥのアース側の接続端子とアースＧＮＤとの間の接続線にまで延びている。更に、付加回路ＺＳ２は、２次巻線に接続されている接続端子Ｕ，Ｖ，Ｗを有している。
【００１３】
図５には、図３との関連において使用することができるような付加回路ＺＳ１の実施例が示されている。この付加回路は１４Ｖ接続端子と図３のオルタネータレギュレータＲとの間に配置されている受動作動されるブースター回路である。このブースター回路は３つの信号分岐の並列回路を有しており、その際それぞれの信号分岐は直列接続された２つのダイオードを含んでいる。第１の信号分岐の２つのダイオード間の接続点はコンデンサを介して接続端子Ｕに接続可能である。第２の信号分岐の２つのダイオード間の接続点はコンデンサを介して接続端子Ｖに接続可能である。第３の信号分岐の２つのダイオード間の接続点はコンデンサを介して接続端子Ｗに接続可能である。
【００１４】
図示されていない択一的な実施形態では、付加回路は２つの信号分岐の並列回路だけかまたはそもそも１つの信号分岐しか有しておらず、その際これら信号分岐のそれぞれは図５に示されている信号分岐の１つと同じように構成されている。
【００１５】
図５のブースター回路をこのクローポール型オルタネータに使用するとき、図６に図示の装置が生じる。これは本発明のオルタネータ回路の第１実施例を表している。
【００１６】
更に、このようなブースター回路を付加的に、励磁巻線ＷＥのアース側の接続端子とアースとの間の接続分岐に使用するのであれば、図７に図示の装置が生じる。これは本発明のオルタネータ回路に対する第２実施例である。この実施例は図４の基本配置構成に基づいている。
【００１７】
タップＵ，Ｖ，Ｗにおける巻線電圧の経過はこの巻線ストランドの１つに対して図８に図示されている。この図で、横軸に沿って時間が、縦軸に沿って電圧が示されている。巻線電圧が近似的に矩形形状をとっていることが明らかである。
【００１８】
次に、オルタネータのストランドに基づいて図６の実施例における電圧上昇回路の機能を説明する。まずタップＵには−０．７Ｖの電圧が加わっている。このことは、このタップＵがダイオードを介してアースＧＮＤに接続されていることによるが、この場合このダイオードは０．７Ｖの順電圧を有している。
【００１９】
付加回路のダイオードを介して搭載電源網に接続されている、Ｕストランドに配置されているコンデンサに１４Ｖの電圧が生じる。搭載電源からダイオードを介してコンデンサへ電流が流れている。これによりタップＵでの電位が、搭載電源網電圧とダイオードの順電圧との和に相応する値、すなわち値（ＵＢＮ＋０．７Ｖ）に上昇する。このことは、コンデンサの電荷の増加に対応している。
【００２０】
引き続いて、コンデンサの電荷は付加回路の第２のダイオードを介して励磁回路に流れる。これにより、タップＵにおける電位は再びー０．７Ｖに低下する。連続的に繰り返されるこの過程は１２０°ずつ時間をずらされてストランドＵ，Ｖ，Ｗにおいて行われる。
【００２１】
例として励磁電流Ｉｅｒｒ＝８Ａおよび励磁電圧Ｕｅｒｒ＝２４Ｖの場合を考える。コンデンサのエネルギー送出は次のように計算される。
【００２２】
【数１】
【００２３】
ブースター回路の電力に対しては次式が成り立つ：
【００２４】
【数２】
【００２５】
これにより次式が得られる：
【００２６】
【数３】
【００２７】
境界条件が変化すると別の値が生じる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】オルタネータレギュレータＲの、搭載電源ＢＮとオルタネータの励磁巻線ＷＥとの間での位置決めを表す線図
【図２】オルタネータレギュレータＲ、励磁巻線ＷＥ、整流器装置Ｇおよび固定子巻線ＷＳを有している公知のオルタネータ回路
【図３】本発明の第１実施例の付加回路の配置構成を示すための略図
【図４】本発明の第２実施例の付加回路の配置構成を示す略図
【図５】本発明の付加回路の実施例を示す図
【図６】本発明のオルタネータ回路の第１実施例を示す図
【図７】本発明のオルタネータ回路の第２実施例を示す図
【図８】固定子巻線の巻線タップにおける電圧経過を示す線図
【０００１】
従来の技術
公知のクローポール型オルタネータでは、励磁のためのエネルギーはそれぞれの自動車の搭載電源から取り出される。このことは、スイッチングされる半導体をスイッチエレメントとして有しているオルタネータレギュレータを使用して行われる。オルタネータレギュレータは励磁電圧を０Ｖと搭載電源電圧との間で調整設定する。このことは、オルタネータレギュレータＲの、搭載電源ＢＮとオルタネータの励磁巻線ＷＥとの間での位置決めを表すための線図である図１に示されている。
【０００２】
図２には、オルタネータレギュレータＲ、励磁巻線ＷＥ、整流器装置Ｇおよび固定子巻線ＷＳを有している公知のオルタネータ回路が示されている。固定子巻線はスター結線を形成しかつ図示されていない回転子に関して相互にそれぞれ１２０°ずつずらされている。整流器装置に接続されているこれらの巻線始端はアルファベットＵ，Ｖ，Ｗによって示されている。回転子が回転すると、これら固定子巻線のそれぞれには交番電圧が生成される。生成される３つの交番電圧は相互に１２０°ずつずらされている。
【０００３】
ＤＥ１９６３４０９６Ａから、高められた出力電力を有する電圧供給システムが公知であるが、ここでは外部の制御信号を用いて、所要電流が高められたと信号報知されるとき、高められた出力電力が生成される。この公知のシステムはオルタネータを有しており、該オルタネータの巻線は整流器を介して車両搭載電源網に対する給電電圧を供給する。更に、オルタネータは励磁巻線を含んでおり、これを通って電圧レギュレータによって影響を及ぼすことができる励磁電流が流れる。励磁巻線は前以て決めることができる時間の間、給電電圧に対して高められた電圧によって作動可能である。この高められた電圧は、オルタネータにおいて付加的な巻線を整流器に付加接続することによってまたはオルタネータに配属されている直流電圧変換器によって生成される。その際オルタネータの調整は、オルタネータの出力電圧が搭載電源レベルに留まるように、制御されるトランジスタを有している電圧レギュレータによって行われる。
【０００４】
発明の利点
これに対して、請求項１に記載されているように、本発明により、オルタネータの改善された磁気利用の意味において励磁巻線の巻き線端部におけるリップル特性が容量的な電圧上昇のために利用されるオルタネータの高められた出力電力が実現される。このことはコスト面で有利には、トランジスタを有していない受動の付加回路により行われる。このために、例えば電圧逓倍のための直流電圧変換器を使用する回路トポロジーと比較して電磁適合性に関して利点が実現されることになる。
【０００５】
更に、請求された手法では付加的な必要な構成部分の、オルタネータへの簡単かつコスト面で有利な組み込みが可能である。
【０００６】
能動的に制御されるすべての付加回路に比べて、能動制御される素子が必要でないという利点が生じる。従来のダイオードおよびコンデンサが使用可能である。更に飽和効果は発生しない。本発明の付加回路の動作は短絡および無負荷耐性である。
【０００７】
更なる電圧上昇は有利な手法では、カスケード接続の使用によって実現することができる。
【０００８】
図面
次に本発明を図３〜図８に基づいて例を挙げ詳細に説明する。図３は本発明の第１実施例の付加回路の配置構成を示すための略図である。図４は本発明の第２実施例の付加回路の配置構成を示すための略図である。図５は本発明の付加回路の実施例を示している。図６は本発明のオルタネータ回路の第１実施例を示している。図７は本発明のオルタネータ回路の第２実施例を示している。図８は固定子巻線の巻線タップにおける電圧経過を示すための線図である。
【０００９】
実施例の説明
本発明によれば、有利にはクローポール型オルタネータであるオルタネータにおいて受動素子しか有していない付加回路が挿入され、この使用によりオルタネータの励磁巻線で降下する励磁電圧の持ち上げが実現される。これにより、励磁巻線を流れる励磁電流、ひいてはオルタネータによって使用することができる出力電力も高められる。
【００１０】
本発明の付加回路によって、例えばオルタネータの出力電圧の２倍化または３倍化を実現することができる。オルタネータの出力電圧の一層の上昇はカスケード接続の付加的な使用によって可能である。
【００１１】
図３には、本発明の第１実施例による付加回路の配置構成を示すためのスケッチが示されている。この第１実施例では付加回路ＺＳ１の第１接続端子は１４Ｖの搭載電源網に接続されておりかつ第２の接続端子はオルタネータレギュレータＲを介して励磁電圧ＷＥのアースとは反対側の接続端子に接続されている。励磁電圧ＷＥの他方の接続端子はアースＧＮＤに直接接続されている。更に、付加回路ＺＳ１は、２次巻線に接続されている接続端子Ｕ，Ｖ，Ｗを有している。
【００１２】
図４には、本発明の第２実施例の付加回路の配置構成を示すためのスケッチが示されている。この第２実施例では付加回路ＺＳ２の第１接続端子は１４Ｖの搭載電源網に接続されておりかつ第２の接続端子はオルタネータレギュレータＲを介して励磁巻線ＷＥのアースとは反対側の接続端子に接続されている。更に、付加回路ＺＳ２は励磁巻線ＷＥのアース側の接続端子とアースＧＮＤとの間の接続線にまで延びている。更に、付加回路ＺＳ２は、２次巻線に接続されている接続端子Ｕ，Ｖ，Ｗを有している。
【００１３】
図５には、図３との関連において使用することができるような付加回路ＺＳ１の実施例が示されている。この付加回路は１４Ｖ接続端子と図３のオルタネータレギュレータＲとの間に配置されている受動作動されるブースター回路である。このブースター回路は３つの信号分岐の並列回路を有しており、その際それぞれの信号分岐は直列接続された２つのダイオードを含んでいる。第１の信号分岐の２つのダイオード間の接続点はコンデンサを介して接続端子Ｕに接続可能である。第２の信号分岐の２つのダイオード間の接続点はコンデンサを介して接続端子Ｖに接続可能である。第３の信号分岐の２つのダイオード間の接続点はコンデンサを介して接続端子Ｗに接続可能である。
【００１４】
図示されていない択一的な実施形態では、付加回路は２つの信号分岐の並列回路だけかまたはそもそも１つの信号分岐しか有しておらず、その際これら信号分岐のそれぞれは図５に示されている信号分岐の１つと同じように構成されている。
【００１５】
図５のブースター回路をこのクローポール型オルタネータに使用するとき、図６に図示の装置が生じる。これは本発明のオルタネータ回路の第１実施例を表している。
【００１６】
更に、このようなブースター回路を付加的に、励磁巻線ＷＥのアース側の接続端子とアースとの間の接続分岐に使用するのであれば、図７に図示の装置が生じる。これは本発明のオルタネータ回路に対する第２実施例である。この実施例は図４の基本配置構成に基づいている。
【００１７】
タップＵ，Ｖ，Ｗにおける巻線電圧の経過はこの巻線ストランドの１つに対して図８に図示されている。この図で、横軸に沿って時間が、縦軸に沿って電圧が示されている。巻線電圧が近似的に矩形形状をとっていることが明らかである。
【００１８】
次に、オルタネータのストランドに基づいて図６の実施例における電圧上昇回路の機能を説明する。まずタップＵには−０．７Ｖの電圧が加わっている。このことは、このタップＵがダイオードを介してアースＧＮＤに接続されていることによるが、この場合このダイオードは０．７Ｖの順電圧を有している。
【００１９】
付加回路のダイオードを介して搭載電源網に接続されている、Ｕストランドに配置されているコンデンサに１４Ｖの電圧が生じる。搭載電源からダイオードを介してコンデンサへ電流が流れている。これによりタップＵでの電位が、搭載電源網電圧とダイオードの順電圧との和に相応する値、すなわち値（ＵＢＮ＋０．７Ｖ）に上昇する。このことは、コンデンサの電荷の増加に対応している。
【００２０】
引き続いて、コンデンサの電荷は付加回路の第２のダイオードを介して励磁回路に流れる。これにより、タップＵにおける電位は再びー０．７Ｖに低下する。連続的に繰り返されるこの過程は１２０°ずつ時間をずらされてストランドＵ，Ｖ，Ｗにおいて行われる。
【００２１】
例として励磁電流Ｉｅｒｒ＝８Ａおよび励磁電圧Ｕｅｒｒ＝２４Ｖの場合を考える。コンデンサのエネルギー送出は次のように計算される。
【００２２】
【数１】
ブースター回路の電力に対しては次式が成り立つ：
【００２４】
【数２】
これにより次式が得られる：
【００２６】
【数３】
境界条件が変化すると別の値が生じる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】オルタネータレギュレータＲの、搭載電源ＢＮとオルタネータの励磁巻線ＷＥとの間での位置決めを表す線図
【図２】オルタネータレギュレータＲ、励磁巻線ＷＥ、整流器装置Ｇおよび固定子巻線ＷＳを有している公知のオルタネータ回路
【図３】本発明の第１実施例の付加回路の配置構成を示すための略図
【図４】本発明の第２実施例の付加回路の配置構成を示す略図
【図５】本発明の付加回路の実施例を示す図
【図６】本発明のオルタネータ回路の第１実施例を示す図
【図７】本発明のオルタネータ回路の第２実施例を示す図
【図８】固定子巻線の巻線タップにおける電圧経過を示す線図
Claims (5)
- 複数の固定子巻線（ＷＳ）と、
該固定子巻線に接続されている整流器装置（Ｇ）と、
励磁巻線（ＷＥ）と、
オルタネータレギュレータ（Ｒ）と、
電圧上昇作用をする付加回路と
を有しているオルタネータにおいて、
前記付加回路（ＺＳ１；ＺＳ２）はオルタネータに集積された、受動作動されるブースター回路であり、該ブースター回路は制御される素子を有していない
ことを特徴とするオルタネータ。 - 前記付加回路（ＺＳ１；ＺＳ２）はもっぱら、ダイオードとコンデンサとから成っている
請求項１記載のオルタネータ。 - 前記付加回路は１つ、２つまたは３つの信号分岐を有しており、ここでそれぞれの信号分岐は直列に接続された２つのダイオードを含んでおりかつ２つのダイオード間の接続点はそれぞれ１つのコンデンサを介して固定子巻線（ＷＳ）の１つに接続されている
請求項１または２記載のオルタネータ。 - 前記付加回路（ＺＳ１）は搭載電源網と励磁巻線（ＷＥ）のアースとは反対側の接続端子との間に介挿されている（図６）
請求項１から３までのいずれか１項記載のオルタネータ。 - 前記付加回路（ＺＳ２）は３つの信号分岐の２つの並列回路を有しており、ここでそれぞれの信号分岐は直列接続された２つのダイオードを含んでおりかつ２つのダイオード間の接続点はそれぞれ１つのコンデンサを介して固定子巻線の１つに接続されており、かつ３つの信号分岐の並列回路の１つは搭載電源網と励磁巻線（ＷＥ）のアースとは反対側の接続端子との間に介挿されておりかつ３つの信号分岐の別の並列回路は励磁巻線（ＷＥ）のアースの方の側の接続端子とアースとの間に介挿されている（図７）
請求項１から４までのいずれか１項記載のオルタネータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10150373A DE10150373A1 (de) | 2001-10-11 | 2001-10-11 | Drehstromgenerator mit erhöhter Ausgangsleistung |
| PCT/DE2002/003795 WO2003034583A1 (de) | 2001-10-11 | 2002-10-08 | Drehstromgenerator mit erhöhter ausgangsleistung |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2005506822A true JP2005506822A (ja) | 2005-03-03 |
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Family
ID=7702273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003537191A Expired - Fee Related JP4365214B2 (ja) | 2001-10-11 | 2002-10-08 | 高められた出力電力を有するオルタネータ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1436890A1 (ja) |
| JP (1) | JP4365214B2 (ja) |
| KR (1) | KR20040050072A (ja) |
| DE (1) | DE10150373A1 (ja) |
| WO (1) | WO2003034583A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005354853A (ja) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | バッテリー充電装置及び電源装置 |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| EP2659116B1 (en) * | 2010-12-29 | 2015-10-14 | Magna Powertrain of America, Inc. | Integrated generator and motor pump |
| DE102017204091A1 (de) | 2017-03-13 | 2018-09-13 | Seg Automotive Germany Gmbh | Schaltvorrichtung zum Schalten eines elektrischen Erregerstroms für eine elektrische Maschine mit einem Läufer |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4092712A (en) * | 1977-05-27 | 1978-05-30 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Regulated high efficiency, lightweight capacitor-diode multiplier dc to dc converter |
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