DE3142878A1 - On-board power supply generator for vehicles - Google Patents

On-board power supply generator for vehicles

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Abstract

A three-phase generator (1) for supplying a vehicle on-board power supply, whose excitation coil (16) is operated at a voltage which is higher than the battery voltage (UB). <IMAGE>

Description

Bordnetzgenerator für FahrzeugeOn-board power supply generator for vehicles

Die Erfindung betrifft einen Drehstromgenerator zur Versorgung eines Fahrzeug-Bordnetzes, dessen Drehstromwicklungen über Gleichrichter die Versorgungsspannungen für einen einen elektronischen Schalter enthaltenden Spannungsregler und eine von diesem gesteuerte Erregerspule sowie für eine Sammlerbatterie liefern.The invention relates to a three-phase generator for supplying a Vehicle electrical system, the three-phase windings of which supply voltages via rectifier for a voltage regulator including an electronic switch and one of deliver this controlled excitation coil as well as for a collector battery.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei gleichen baulichen Abmessungen des Generators, insbesondere bei gleichen Läuferaußenabmessungen des Generators eine höhere Generatorleistung zu erzielen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Schalter des Spannungsreglers und die mit ihm in Reihe liegende Erregerspule an einer gegenüber der Batteriespannung erhöhten Spannung betrieben wird. In einer bevorzugten Ausführungsform können zwei voneinander getrennte Drehstromwicklungen vorgesehen sein, wobei jeweils in den einzelnen, zur Aufnahme der Drehstromwicklungen bestimmten Nuten eines Blechpakets sowohl eine als auch eine zweite Drehstromwicklung untergebracht sind. Für jede der beiden Drehstromwicklungen ist eine getrennte sechspulsige Gleichrichterbrücke vorgesehen, wobei die für den Hauptstrom des Generators ausgelegte Gleichrichterbrücke unmittelbar mit der Fahrzeugbatterie verbunden ist und die lediglich für den maximalen Erreger strom ausgelegte zweite Gleichrichterbrücke unmittelbar mit einem Wicklungsende der Erregerwicklung verbunden ist.The invention is based on the object with the same structural dimensions of the generator, especially with the same external rotor dimensions of the generator to achieve a higher generator output. According to the invention, this object is achieved suggested that the switch of the voltage regulator and the one in series with it The excitation coil is operated at a voltage that is higher than the battery voltage will. In a preferred embodiment, two separate three-phase windings can be used be provided, in each case in the individual, for receiving the three-phase windings certain grooves of a laminated core both one and one second Three-phase winding are housed. For each of the two three-phase windings is a separate six-pulse rectifier bridge is provided, the one for the main current rectifier bridge designed for the generator directly with the vehicle battery is connected and the second, which is only designed for the maximum excitation current Rectifier bridge connected directly to one end of the field winding is.

Die Erfindung ist nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele beschrieben, welche in der Zeichnung dargestellt sind.The invention is illustrated below with the aid of various exemplary embodiments described, which are shown in the drawing.

Beim ersten Ausführungsbeispiel, das in Figur 1 in seinem axialen Längsschnitt und in Figur 2 in seinem elektrischen Schaltschema wiedergegeben ist, handelt es sich um einen Drehstromgenerator zum Betrieb einer Gleichstrom-Bordnetzanlage eines im übrigen nicht dargestellten Kraftfahrzeuges, welches durch eine ebenfalls nicht wiedergegebene Brennkraftmaschine angetrieben wird.In the first embodiment, shown in Figure 1 in its axial Longitudinal section and is shown in Figure 2 in its electrical circuit diagram, is a three-phase generator for operating a direct current on-board electrical system an otherwise not shown motor vehicle, which by a likewise not shown internal combustion engine is driven.

Bei dem eigengelagerten Drehstromgenerator 1 umfaßt das A-Lagerschild 2 eine erste Bohrung 3 und eine zweite Bohrung 4 für die Schwenkarmbefestigung des Generators 1, wobei angrenzend an ein erstes Läuferwellenlager 5 im A-Lagerschild 2 außen das Lüfterrad 6 und die Riemenscheibe 7 für den Antrieb des Rotors angeordnet sind. Das Ständerblechpaket 8 trägt eine dreiphasige Hauptwicklung 9 und eine ebenfalls dreiphasige Hilfswicklung 10 und sitzt beidseitig in Einpässen 11 und 12 des A-Lagerschildes 2 sowie des B-Lagerschildes 13. Der Rotor ist insgesamt mit 14 bezeichnet; er umfaßt die beiden Klauenpolhälften 15a und 15b sowie die Erregerwicklung 16" gelagert auf der Läuferwelle 17, die auf der dem Antriebs--lager gegenüberliegend-en Seite in einem weiteren Lager 18 des B-Lagerschildes-gehalten ist.In the case of the three-phase generator 1 with its own bearings, the A-end shield includes 2 a first bore 3 and a second bore 4 for the swivel arm attachment of the Generator 1, being adjacent to a first rotor shaft bearing 5 in the A-end shield 2 arranged outside the fan wheel 6 and the pulley 7 for driving the rotor are. The stator core 8 carries a three-phase main winding 9 and one as well three-phase auxiliary winding 10 and sits on both sides in passages 11 and 12 of the A-end shield 2 and the B-end shield 13. The rotor is designated as a whole with 14; he embraces the two claw pole halves 15a and 15b as well as the excitation winding 16 ″ mounted on the rotor shaft 17, which is on the opposite side of the drive bearing Page is held in another bearing 18 of the B-end shield.

Wie aus dem in Figur 3 dargestellten Abschnitt des Ständers 8 hervorgeht, liegen in den bei 81 angedeuteten Nuten des Ständers am Nutgrund jeweils die aus dünnem Draht hergestellten Leiter der Hilfswicklung 10 und die Leiter der Hauptwicklung 9, die für den vorgesehenen Laststrom des Generators berechnet ist. Eine Anordnung der Hilfswicklung zum Nutschlitz hin ist auch denkbar. Diese Wicklungen sind gleichmäßig über den Umfang des Ständerblechpaketes 8 verteilt und werden von dem im Rotor 14 erzeugten Gleich-Magnetfeld induziert, welches von dem die Erregerwicklung 16 durchfließenden Erregerstrom hervorgerufen wird. As can be seen from the section of the stand 8 shown in Figure 3, are in each of the slots indicated at 81 of the stator on the groove base Thin wire made conductors of the auxiliary winding 10 and the conductors of the main winding 9, which is calculated for the intended load current of the generator. An arrangement the auxiliary winding towards the slot is also conceivable. These windings are even Distributed over the circumference of the stator core 8 and are of the rotor 14 generated direct magnetic field induced, which of the field winding 16 flowing through Excitation current is caused.

Die Phasenwicklungen der Hauptwicklung 9 sind mit einem sechspulsigen Gleichrichter 20 verbunden, von welchem eine Minusleitung 21 und eine Plusleitung 22 zu einer Starterbatterie 30 führt. Die Batterie 30 hat eine für Personenkraftwagen übliche Spannung von 12,6 Volt und benötigt eine Ladespannung von etwa 14 Volt. The phase windings of the main winding 9 are six-pulse Rectifier 20 connected, of which a negative line 21 and a positive line 22 leads to a starter battery 30. The battery 30 has one for passenger cars Usual voltage of 12.6 volts and requires a charging voltage of around 14 volts.

Die einzelnen Phasen der Hilfswicklung 10 sind mit einer höheren, etwa der doppelten Windungszahl der Hauptwicklungen 9 ausgeführt und sind mit den Anschlüssen eines sechspulsigen Gleichrichters 26 verbunden, dessen eine Brückenhälfte mit der Minusleitung 21 und dessen zweite Brückenhälfte mit der Verbindungsleitung 27 verbunden ist, die eine Lade-Kontroll-Lampe 31 und ein Wicklungsende der Erregerwicklung 16 verbindet. Das andere Wicklungsende der Erregerwicklung 16 liegt im Hauptstrompfad eines Leistungstransistors ug » der zu einem Spannungsregler 33 gehört. Dieser ist eine strichpunktiert angedeutete Verbindungsleitung 34 und einen in Fahrbetrieb geschlossenen Zündschalter 19 mit der Plusleitung 22 verbunden und bewirkt, daß der, die Erregerwicklung 16 durchfließende Erregerstrom in Abhängigkeit von der jeweiligen Antriebsdrehzahl des Generator und des Strombedarfs der an die Batterie 30 angeschlossenen Verbraucher (Zündung, Scheinwerfer, Signallampen usw.) jeweils so geregelt wird, daß die Ladespannung der Bordnetz-Batterie 30 nicht überschritten und nicht wesentlich unterschritten wird. The individual phases of the auxiliary winding 10 are with a higher, about twice the number of turns of the main windings 9 and are with the Connections of a six-pulse rectifier 26, one bridge half of which with the negative line 21 and its second bridge half with the connecting line 27 is connected, the one charge control lamp 31 and one winding end of the excitation winding 16 connects. The other winding end of the excitation winding 16 is in the main current path one Power transistor ug »belonging to a voltage regulator 33. This is one Connecting line 34 indicated by dash-dotted lines and one that is closed when the vehicle is in motion Ignition switch 19 is connected to the positive lead 22 and causes the, the excitation winding 16 excitation current flowing through depending on the respective drive speed the generator and the power requirement of the consumers connected to the battery 30 (Ignition, headlights, signal lamps, etc.) is regulated so that the charging voltage the on-board power supply battery 30 is not exceeded and not significantly fallen below will.

Um eine hohe, bei den gegebenen Rotoraußenabmessungen gesteigerte Erregerdurchflutung zu erzielen, ist die Windungszahl der Erregerwicklung 16 zusammen mit deren Widerstand so gewählt, daß die zwischen der Leitung 27 und der gemeinsamen Minusleitung 21 hinter den Gleichrichtern 26 entstehende Erregerspannung wesentlich über der gleichgerichteten Ausgangs spannung des Generators zwischen den beiden Hauptstromleitungen 21 und 22 liegt. Damit diese hohe Erregerspannung sich nicht auf das Bordnetz auswirken kann, ist zwischen der Kontroll-Lampe 31 und dem Zündschalter 19 eine Entkopplungsdiode 35 vorgesehen.Increased by a high, given the given outer rotor dimensions To achieve excitation flow, the number of turns of the excitation winding 16 together with the resistance chosen so that between the line 27 and the common Negative line 21 behind the rectifiers 26 resulting excitation voltage is essential above the rectified output voltage of the generator between the two Main power lines 21 and 22 is located. So that this high excitation voltage does not can affect the electrical system is between the control lamp 31 and the ignition switch 19 a decoupling diode 35 is provided.

Bei der Inbetriebnahme des Generators ist eine Selbsterregung nach Schließen des Zündschalters 19 über die Entkopplungsdiode 35 und die Lampe 31 möglich.When starting up the generator there is a self-excitation It is possible to close the ignition switch 19 via the decoupling diode 35 and the lamp 31.

Durch die vorgeschlagene Lösung des Betriebs des Erregersystems mit höherer Spannung kann die Erregerwicklung 16 bei geeigneter Wahl des Widerstands der Erregerwicklung mit deutlich höherer Stromdichte als bei üblichem Betrieb beaufschlagt werden'was bei gleichem Wickelraum eine wesentliche Steigerung der Erregerdurchflutung und damit der Leistung des Generators zur Folge hat Beimzweiten Ausführungsbeispiel, dessen Schaltbild in Figur 4 wiedergegeben ist, wird ebenfalls eine dreiphasige EilSswicklung 10 verwendet, deren einzelne, nicht näher bezeichnete Phasenanschlüsse mit einer Vollwellen-Drehstrombrücke 26 verbunden sind. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Gleichrichter 26 mit der Plusleitung 22 der Hauptstromdioden 20 über den Zündschalter 19 derart verbindbar, daß die an der Erregerwicklung 16 und dem Leistungstransistor des Reglers 33 wirksame Erreger spannung der Summe aus der Batteriespannung U3 und der an dem Brücken-Gleichrichter 26 erzeugten HilSsspannung UH entspricht. Da die Hauptwicklungen 9 und die Hilfwicklungen 10 auf dem Stande 8 gegeneinander isoliert sind, kann der Istwert für den Regler 33 zwischen der Plusleitung 22 und der Minusleitung 21 abgegriffen werden! Auf diese Weise kann der Regler trotz der erhöhten Erregerspannung die Lsdespannung für die Batterie 30 konstant halten.By the proposed solution of the operation of the excitation system with Higher voltage can be achieved by the excitation winding 16 with a suitable choice of resistance the excitation winding with a significantly higher current density than usual Operation are acted upon, which is a significant increase with the same changing space the excitation flow and thus the performance of the generator Embodiment, the circuit diagram of which is shown in Figure 4, is also a three-phase EilSswindung 10 used, the individual, unspecified Phase connections are connected to a full-wave three-phase bridge 26. In contrast in the first embodiment, the rectifiers 26 are connected to the positive line 22 of the main current diodes 20 can be connected via the ignition switch 19 in such a way that the on the excitation winding 16 and the power transistor of the regulator 33 effective exciter voltage of the sum of the battery voltage U3 and that at the bridge rectifier 26 generated auxiliary voltage UH corresponds. Since the main windings 9 and the auxiliary windings 10 are isolated from each other on the stand 8, the actual value for the controller 33 can be tapped between the positive line 22 and the negative line 21! To this In this way, despite the increased excitation voltage, the controller can reduce the voltage for the Keep battery 30 constant.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 enthält das Erregersystem einen Gleichstromhochnetzsteller 42, der die zwischen den beiden Ausgangsleitungen 21 und 22 des Generators wirksame Spannung U1 in eine höhere Gleichspannung U2 umwandelt, welche wie beim ersten Ausführungsbeispiel durch eine Verbindungsleitung 27 der Erregerwicklung 16 und der Kontroll-Lampe 31 sowie der Entkopplungsdiode 35 zugeführt wird. Auch in diesem Falle wird durch die gegenüber der Batteriespannung stark erhöhte Erreger spannung U2 eine wesentlich stärkeres Magnetfeld bei unveränderten Abmessungen des Rotors 14 erzeugt, das zu einer hohen Steigerung der Generatorausgangsleistung führt.In the embodiment of Figure 5, the excitation system includes one DC high-voltage power supply 42, which connects the two output lines 21 and 22 of the generator converts the effective voltage U1 into a higher DC voltage U2, which as in the first embodiment by a connecting line 27 of Excitation winding 16 and the control lamp 31 and the decoupling diode 35 are supplied will. In this case, too, the battery voltage is greatly increased Excitation voltage U2 has a much stronger magnetic field with unchanged dimensions of the rotor 14 is generated, which leads to a high increase in the generator output power leads.

Claims (6)

Anspruche 1. Drehstromgenerator zur Versorgung eines Fahrzeug-Bordnetzes dessen Drehstromwicklungen über Gleichrichter die Betriebsspannung für einen, einen elektronischen Schalter enthaltenden Spannungsregler und für eine von diesem gespeiste Erregerspule, sowie für eine zum Betrieb des Fahrzeuges bestimmte Sammlerbatterie liefern, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter des Spannungsreglers und die mit ihm in Reihe liegende Erregerspule an einer gegenüber der Batteriespannung erhöhten Spannung betrieben werden.Claims 1. Three-phase generator for supplying a vehicle electrical system its three-phase windings via rectifier the operating voltage for one, one electronic switch containing voltage regulator and for one fed by this Excitation coil, as well as for a collector battery intended to operate the vehicle deliver, characterized in that the switch of the voltage regulator and the with him in series with the excitation coil at an increased voltage compared to the battery Voltage operated. 2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Nuten (81) des Ständers zur Hauptwicklung (9) gehörende Wicklungsteile als auch zur Hilfswicklung (10) gehörende Wicklungsteile untergebracht sind.2. Generator according to claim 1, characterized in that in the grooves (81) of the stator to the main winding (9) belonging winding parts as well as to the auxiliary winding (10) belonging winding parts are housed. 3. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Brücken-Gleichrichter (26) der Hilfswicklung (10) entstehende Spannung (UH) in Reihe zu der an dem Brücken-H Gleiehrichter (20) der Hauptwicklung (9) entstehenden BatterielaGespannung (UB) geschaltet ist.3. Generator according to claim 2, characterized in that the on the Bridge rectifier (26) of the auxiliary winding (10) resulting voltage (UH) in series to the battery charge voltage arising at the bridge H rectifier (20) of the main winding (9) (UB) is switched. 4. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hälfte des mit den Hilfswicklungen (10) verbundenen Gleichrichters (26) über eine gemeinsame Leitung mit der Batterie (30) verbunden sind.4. Generator according to claim 3, characterized in that one half of the rectifier (26) connected to the auxiliary windings (10) via a common Line connected to the battery (30). 5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Hälfte des mit den Hilfswicklungen (10) verbundenen Hilfs-Brückengleichrichters (26) über eine gemeinsame Leitung (27) mit einem der beiden Wicklungsenden der Erregerwicklung und mit einer Kontroll-Lampe (31) sowie einer mit dieser in Reihe liegenden Entkopplungsdiode (35) verbunden sind.5. Generator according to claim 4, characterized in that the other Half of the auxiliary bridge rectifier connected to the auxiliary windings (10) (26) via a common line (27) to one of the two winding ends of the excitation winding and with a control lamp (31) and a decoupling diode lying in series with it (35) are connected. 6. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (16) aus einem mit der Batteriespannung an seinem Eingang verbundenen Hochsetzsteller (42) der an seinem Ausgang eine gegenüber der Batteriespannung wesentlich erhöhte Gleichspannung (U2) liefert, gespeist wird.6. Generator according to claim 1, characterized in that the excitation winding (16) from a step-up converter connected to the battery voltage at its input (42) which at its output is significantly higher than the battery voltage DC voltage (U2) delivers, is fed.
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