DE1151591B

DE1151591B - AC, especially three-phase alternator for motor vehicles

Info

Publication number: DE1151591B
Application number: DEB59438A
Authority: DE
Inventors: Hermann Mittag
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1960-09-20
Filing date: 1960-09-20
Publication date: 1963-07-18
Also published as: GB989492A; GB989493A

Description

Wechselstrom-, insbesondere Drehstromlichtmaschine für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine zum Betrieb auf Kraftfahrzeugen bestimmte Wechselstrom-, insbesondere Drehstromlichtmaschine mit Erregung über Gleichrichter und mit einer über mindestens einen weiteren Gleichrichter an die Wechselstromwicklung bzw. an die Drehstromwicklungen angeschlossenen Sammlerbatterie, an welche die Erregerwicklung zur Sicherstellung der Selbsterregung bei Anlauf des Generators aus dem Stillstand heraus anschaltbar ist mit Hilfe eines Schalters (Zünd- oder Fahrschalters), der zum Fahrbetrieb in seine Schließstellung gebracht werden muß und dabei zwangläufig die Erregerwicklung über einen Spannungsregler an die Batterie anschließt.Alternating current, in particular three-phase alternator for motor vehicles The invention relates to an alternating current, in particular three-phase alternator with excitation via rectifier and with a via at least one further rectifier to the alternating current winding or to the three-phase windings connected collector battery to which the excitation winding to ensure self-excitation when starting the generator from standstill can be switched on with the help of a switch (ignition or drive switch), the must be brought into its closed position for driving and inevitably connects the excitation winding to the battery via a voltage regulator.

Bei bekannten Drehstromlichtmaschinen, deren Wechselstromwicklungen über je drei Gleichrichter mit einer an Masse angeschlossenen Minusleitung und einer Plusleitung verbunden sind, kann die mit der Erregerwicklung verbundene Plusleitung über einen Zündschalter, der zum Starten der Brennkraftmaschine in seine Schließstellung gebracht werden muß, an die Batterie angeschlossen werden. In diesem Falle arbeitet die Lichtmaschine mit Fremderregung, und bei unterhalb des Sollwertes liegender Spannung der Lichtmaschine fließt dann über deren Erregerwicklung ein hoher, nur durch den Gleichstromwiderstand dieser Wicklung begrenzter Erregerstrom, der rasch zur Beschädigung der Wicklung führen kann, wenn bei eingeschalteter Zündung die Brennkraftmaschine beispielsweise infolge Brennstoffmangels stehenbleibt oder aus anderen Gründen beim Starten nicht anspringt. Der hohe, die Fremderregung ergebende Erregerstrom ist außerdem beim Starten im Winter oder bei nur schwach geladener Batterie unerwünscht, da er die Zündleistung beeinträchtigt. Vor allem hat jedoch die Fremderregung den Nachteil, daß infolge des hohen aus der Batterie entnommenen Erregerstromes sämtliche Gleichrichter gefährdet sind, wenn auch nur ein einziger von ihnen aus irgendwelchen Gründen zerstört wird und ausfällt. Diese Umstände lassen es, zweckmäßig erscheinen, Lichtmaschinen der eingangs beschriebenen Art nicht mit Fremderregung, sondern mit Selbsterregung zu betreiben.In known three-phase alternators, their alternating current windings via three rectifiers each with a negative lead and one connected to ground Plus line are connected, the plus line connected to the excitation winding via an ignition switch, which is in its closed position to start the internal combustion engine must be brought to the battery. In this case it works the alternator with external excitation, and below the setpoint value The voltage of the alternator then flows through its excitation winding a high, only Excitation current limited by the direct current resistance of this winding, which rapidly can damage the winding if the Internal combustion engine stops or stops, for example due to a lack of fuel other reasons does not start at startup. The high one that gives rise to the excitement of others Excitation current is also when starting in winter or when only weakly charged Battery undesirable as it impairs ignition performance. Most of all, however, has the external excitation has the disadvantage that as a result of the high level taken from the battery Excitation current, all rectifiers are endangered, even if only a single one is destroyed by them for whatever reasons and fails. Let these circumstances it seems appropriate not to use alternators of the type described at the beginning External excitation, but to operate with self-excitement.

Bei dieser Betriebsart ist es jedoch möglich, daß während eines längeren Stillstandes der Lichtmaschine die in ihren Eisenteilen remanente Magnetkraft so geschwächt wird, daß sich die Lichtmaschine nicht oder nur sehr langsam erregt, weil die zur Gleichrichtung des Erregerstromes vorgesehenen Gleichrichter bei einer Lichtmasch-inenspannung, die kleiner als der Schwellwert dieser Gleichrichter ist, praktisch keinen Strom durchlassen. Wenn zur Erregung der Lichtmaschine ein mit Transistoren bestückter Schnellregler verwendet wird, sind seither besondere Schaltmaßnahmen erforderlich gewesen, um die Selbsterregung des Generators beim Anlauf aus dem Stillstand heraus sicherzustellen. Es ist in diesem Fall bereits eine Anordnung bekannt, bei der ein Schaltkantaktpaar auf einem elektromagnetischen Rückstromschalter vorgesehen ist, das so lange geschlossen ist und dabei den im Erregerstromkreis liegenden Leistungstransistor des Reglers überbrückt, bis die Generatorspannung annähernd auf den Sollwert angestiegen ist. Die Verwendung von elektromagnetischen Schaltern ist jedoch in vielen Fällen unerwünscht, weil sie bei den im Stadtfahrbetrieb häufig vorkommenden niedrigen Drehzahlen zum Rattern neigen und. dann den Regler in unzulässiger Weise beeinflussen.In this operating mode, however, it is possible that during a longer period of time When the alternator comes to a standstill, the magnetic force remanent in its iron parts is weakened so that the alternator does not excite or only excites very slowly, because the rectifier provided for rectifying the excitation current at a Alternator voltage that is less than the threshold value of this rectifier, practically no current pass. When to energize the alternator one with Transistors equipped fast regulators are used, have been special switching measures since then been required to self-excite the generator when starting from standstill out to ensure. In this case, an arrangement is already known which a pair of switching contacts is provided on an electromagnetic reverse current switch is, which is closed for so long and thereby the power transistor lying in the excitation circuit of the controller is bridged until the generator voltage has risen approximately to the setpoint is. However, the use of electromagnetic switches is common in many cases undesirable because they are often low in city driving Rotational speeds tend to chatter and. then influence the controller in an impermissible manner.

Eine wesentlich einfachere Anordnung, bei welcher das oben geschilderte vorteilhafte Betriebsverhalten bei Selbsterregung erzielt und andererseits eine Anfangserregung beim Anlauf des Generators aus dem Stillstand heraus sichergestellt wird, ergibt sich, wenn gemäß der Erfindung von der Reihenschaltung aus Erregerwicklung und Regler zum Schalter ein Widerstand führt und parallel zu dem Widerstand und dem Schalter wenigstens ein Gleichrichter vorgesehen ist, der bei unter der Batteriespannung liegender Lichtmaschinenspannung in seiner Sperrichtung beansprucht wird.A much simpler arrangement in which the above advantageous operating behavior achieved with self-excitation and on the other hand a Initial excitation ensured when starting the generator from standstill is obtained if, according to the invention, from the series circuit of excitation winding and regulator leads to the switch and a resistor in parallel with the resistor and the switch is provided at least one rectifier, which is below the battery voltage lying alternator voltage is claimed in its reverse direction.

Der mit dem Schalter in Reihe liegende Widerstand soll so bemessen sein, daß der beim Schließen des Schalters aus der Battsrie über den Widurgtäpd und den Regler der Erregerwicklung zufließen& die Anfangserregung ergebende Strom zwar klein bleibt, aber mindestestens ein desj@nlgQn Wertes erreicht, den der Erregerstrom bei Lrerlaufdreh@ zahl der antreibenden Brennkraftmaschine haben muß, damit die unbelastete Lichtmaschine sich auf den Sollwert erregen kann.The resistance in series with the switch should be dimensioned in this way be that of closing the switch from the Battsrie over the Widurgtäpd and the regulator of the excitation winding flow & the initial excitation The resulting current remains small, but at least reaches a desj @ nlgQn value, the excitation current at Lrerlaufdreh @ speed of the driving internal combustion engine must have so that the unloaded alternator can excite itself to the setpoint.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Drehstromnaschine in der Ansicht, Fig. 2 den olektrischen Schaltplan dieser Lichtmaschine und Fig. 3 den Schaltplan einer anderen Lichtmaschine, die mit einer Batterie zusammenarbeitet.The invention is illustrated below with reference to two in the drawing Embodiments described and explained in more detail. 1 shows a three-phase machine in the view, FIG. 2 the electrical circuit diagram of this alternator and FIG. 3 shows the circuit diagram of another alternator that works with a battery.

Die Lichtmaschine nach Fig. 1 enthält in ihrem zylindrIsehen Gehäuse 10 drei gleichmäßig über ihren Umfang verteilte, in Fig. 1 nicht dargestellte, jedoch in Fig. 2 bei 11, 12 und 13 angedeutete Ständerwicklungen. Auf der eine Keilriemenscheibe 14 tragenden Lichtmaschinenwelle 15 sitzt ein nicht dargestellter Anker. Dieser trägt eine in Fig. 2 bei 16 angedeutete Erregerwicklung.The alternator of Fig. 1 contains in its cylindrical housing 10 three evenly distributed over its circumference, not shown in FIG. 1, however stator windings indicated at 11, 12 and 13 in FIG. On the one V-belt pulley 14 supporting alternator shaft 15 sits an armature, not shown. This carries an excitation winding indicated at 16 in FIG.

Die Drehstromwicklungen 11, 12 und 13 sind untereinander in Sternschaltung verbunden. Jedes der Wicklungsenden der Drehstromwicklungen liegt an dem Verbindungspunkt je eines Gleichrichterpaares 17, 18 bzw. 19, 20 bzw. 21, 22. Alle diese Gleichrichter sind in einem von der Kühlluft der Lichtmaschine durchströmten Gehäuse 101 untergebracht, das den Lagerschild für das dem Antrieb abgekehrte Ende der Ankerwelle bildet. Die Zuleitungselektroden der Gleichrichter 17, 19, 21 sind miteinander verbunden und über eine gemeinsame Minusleitung 23 an den Minuspol einer 6-V-Batterie 24 angeschlossen. Die Ableitungselektroden der Gleichrichter 18, 20 und 22 stehen reit einer gemeinsamen Plusleitung 25 in Verbindung, die über eine für den vollen Lichtmaschinenlaststrom bemessene Germaniumdiode 26 an den Pluspol der Batterie 24 führt. Außerdem ist ein elektromagnetisches Spannungsrelais 27 vorgesehen, dessen Spannungsspule 28 über eine Leitung 29 mit der Minusleitung 23 und mit der Plusleitung 25 über eine Leitung 30 in Verbindung steht. Es enthält außerdem ein Ruhekontaktpaar, das aus einem Schaltarm 31 und einem mit diesem zusammenarbeitenden feststehenden Kontakt 32 besteht. Der Schaltarm wird durch eine nicht dargestellte Rüchstellfeder in seiner Schließlage gehalten, solange die zwischen der Minusleitung 23 und der Plusleitung 25 herrschende, von den Wechselstromwicklungen 11, 12, und 13 über die Gleichrichter 17 bis 22 gelieferte Spannung unterhalb eines durch die Federspannung festgelegten Sollwertes von etwa 6,8 V bleibt oder diesen Wert unterschreitet. Er gelangt in die Offenstellung, sobald das von dem über die Spannungswicklung 28 fließenden Strom erzeugte Magnetfeld die Federspannung übei@viegt und dabei einen mit dem Schaltarm 31 gekoppelten, in der Zeichnung nicht dargestellten Anker anzuziehen vermag.The three-phase windings 11, 12 and 13 are connected to one another in a star connection. Each of the winding ends of the three-phase windings is at the connection point of a pair of rectifiers 17, 18 or 19, 20 or 21, 22. All these rectifiers are housed in a housing 101 through which the cooling air of the alternator flows and which holds the end shield for the drive facing away Forms the end of the armature shaft. The lead electrodes of the rectifiers 17, 19, 21 are connected to one another and connected to the negative pole of a 6 V battery 24 via a common negative line 23. The discharge electrodes of the rectifiers 18, 20 and 22 are connected to a common positive line 25, which leads to the positive pole of the battery 24 via a germanium diode 26, which is dimensioned for the full alternator load current. In addition, an electromagnetic voltage relay 27 is provided, the voltage coil 28 of which is connected to the negative line 23 via a line 29 and to the positive line 25 via a line 30. It also contains a pair of normally closed contacts, which consists of a switching arm 31 and a stationary contact 32 cooperating with the latter. The switching arm is held in its closed position by a return spring, not shown, as long as the voltage between the negative line 23 and the positive line 25, supplied by the alternating current windings 11, 12 and 13 via the rectifiers 17 to 22, is below a setpoint of remains around 6.8 V or falls below this value. It moves into the open position as soon as the magnetic field generated by the current flowing through the voltage winding 28 overcomes the spring tension and is able to attract an armature, not shown in the drawing, coupled to the switching arm 31.

Da die als Rückstromschalter wirkende Germaniumdiode 26 beim .Anlauf des Generators keinen Erregerstrom über die dann geschlossenen Reglerkontakte 31, 32 der Erregerwicklung 16 aus der Batterie 24 zugießen Zßt, kann eine Selbsterregung des Generatgrs nur dann erfolgen, wenn das in den Eisenteilen der Lichtmaschine vorhandene remanente Magnetfeld so groß und die Antriebsdrehzahl der Lichtmaschine so hoch liegt, daß die in den Wechselstramwieklungen 11, 12 und 13 induzierten Spannungen mindegtens die Größe des Schwellwertes der Gleichrichter 17 bis 22 erreichen. Um jedoch bereits bei niedrigen, geringfügig über der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine liegenden Drehzahlen eine ausreichende Erregung der Lichtmaschine sicherzustellen, ist erfindungsgemäß die als Rückstromschalter dienende Diode 26 durch einen Widerstand 33 und einen mit dieser in Reihe geschalteten, beim Betrieb der Brennkraftmaschine sich in seiner Schließstellung befindenden Zündschalter 34, 35 überbrückt. Der Widerstand 33 ist an die von der Plusleitung 25 zum Reglerkontakt 32 führende Leitung 30 angeschlossen und so bemessen, daß zur Unterstützung der Selbsterregung der Erregerwicklung 16 ein Erregerstrom zufließen kann, der mindestens ein Zwanzigstel desjenigen Wertes beträgt, den der Erregerstrom J,, bei geschlossenen Reglerkontakten haben muß, damit die unbelastete Lichtmaschine sich bei Leerlaufdrehzahl der antreibenden Brennkraftmaschine auf den Sollwert von 6,8 V erregen kann. Auf diese Weise entsteht beim Anfahren ein kleines elektromagnetisches Feld im Anker der Lichtmaschine, das auch bei niedrigen Drehzahlen ausreicht, um den Schwellwert der Gleichrichter 17 bis 22 -ni überwinden, Bei Verwendung einer derartigen Vorerregung besteht jedoch bei Lichtmaschinen, die mit stark wechselnden Drehzahlen angetrieben werden, die Gefahr, daß die Lichtmaschine bei hohen Antriebsdrehzahlen und abgeschalteter Belastung durch den Regler nicht auf ihrem Sollwert gehalten werden kann, weil dann der über den Widerstand 33 gießende Erregerstrom eine zu große Erregung der Lichtmaschine ergeben würde. Daher ist der Widerstand 33 nicht unmittelbar mit der Erregerwicklung 16 verbunden, sondern an den feststehenden Kontakt 32 des Reglers 27 geführt, so daß der bei geschlossenem Zündschalter 34, 35 über diesen Widerstand fließende Strom von den Reglerkontakten unterbrochen werden kann, wenn die zwsichen den Ausgangsleitungen 23 und 25 entstehende Lichtmaschinenspannung über ihren Sollwert ansteigt.Since the germanium diode 26, which acts as a reverse current switch, does not supply any excitation current via the closed controller contacts 31, 32 of the excitation winding 16 from the battery 24 when the generator starts up, the generator can only self-excite if the remanent present in the iron parts of the alternator The magnetic field is so large and the drive speed of the alternator is so high that the voltages induced in the alternating currents 11, 12 and 13 reach at least the size of the threshold value of the rectifiers 17 to 22. However, in order to ensure sufficient excitation of the alternator even at low speeds, which are slightly above the idling speed of the internal combustion engine, according to the invention the diode 26 serving as a reverse current switch is connected to a resistor 33 and a resistor 33 connected in series with it and is in its closed position when the internal combustion engine is in operation Ignition switch 34, 35 bridged. The resistor 33 is connected to the line 30 leading from the positive line 25 to the regulator contact 32 and is dimensioned so that an excitation current can flow to support the self-excitation of the excitation winding 16 which is at least one twentieth of the value that the excitation current J ,, when closed Must have regulator contacts so that the unloaded alternator can excite itself to the nominal value of 6.8 V when the driving internal combustion engine is idling. In this way, when starting up, a small electromagnetic field arises in the armature of the alternator, which is sufficient, even at low speeds, to overcome the threshold value of the rectifiers 17 to 22 -ni there is a risk that the generator cannot be kept at its setpoint value by the controller at high drive speeds and the load is switched off, because then the excitation current pouring through the resistor 33 would result in excessive excitation of the generator. Therefore, the resistor 33 is not directly connected to the excitation winding 16, but led to the fixed contact 32 of the controller 27 so that the current flowing through this resistor when the ignition switch 34, 35 is closed can be interrupted by the controller contacts when the between the output lines 23 and 25 resulting alternator voltage rises above its nominal value.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 enthält die Lichtmaschine 40 ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel drei feststehende Drehstrorrrwicklungen 41, 42 und 43, eine mit dem nicht dargestellten Anker umlaufende Erregerwicklung 46 und drei nicht näher bezeichnete Gleichrichterpaare, die in einem gemeinsamen Gehäuse 47 untergebracht sind und dazu dienen, die bei 44 angedeutete Batterie sowie eine Reihe von licht dargestellten, an diese. anschließbaren Verbrauchern mit Strom zu versorgen. Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ist in die von den Gleichrichtern im Gehäuse 47 zur Plusklemme der Batterie führende Plusleitung 45 keine als Rückstromschalter dienende Diode eingeschaltet. Die für die selbsterregende Lichtmaschine erforderliche Gleichstromanregung wird vielmehr von drei an je eine der Drehstromwicklungen 41, 42 und 43 angeschlossenen Gleichrichtern 51, 52 und 53 geliefert, deren Ableitungselektroden an eine gemeinsame Leitung 54 an @eschlossen sind. Zwischen der mit einem ihrer beiclan Wicklungsenden an die Minusklemme der Batterie angeschlossenen Erregerwicklung 46 und der Leitung 54 ist ein Spannungsregler 55 vorgesehen, der sowold ein elektromagnetischer Kontaktregler als auch ein bekannter, mit Transistoren bestückter Spannungsregler sein kann. Damit sich trotz der verhältnismäßig hohen Schwellwerte der Gleichrichter 51, 52 und 53 die Lichtmaschine auch bei niedrigen Drehzahlen auf ihre Sollspannung erregen kann, ist zwischL-n der Leitung 54 bzw. dem Regler 55 und der Plusklemme der Batterie 44 wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ein Widerstand 56 vorgesehen. Dieser läßt über den im Ruhezustand Stromleitenden Regler 55 und die Erregerwicklung 46 aus der Batterie einen Erregerstrom J,, fließen, sobald der mit ihm in Reihe liegende Zündschalter 57 zum Anwerfen der Brennlraftmaschine geschlossen wird. Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird der über den Widerstand 56 fließende, die Vorerregung des Generators ergebende Erregerstrom dann durch den Regler 55 unterbrochen, wenn die Lichtmaschine ihren Sollwert erreicht bzw. überschreitet.In the second embodiment according to FIG. 3, the alternator contains 40 as well as three fixed three-phase current windings in the first embodiment 41, 42 and 43, a rotating excitation winding with the armature, not shown 46 and three unspecified rectifier pairs, which are in a common Housing 47 are housed and serve the battery indicated at 44 as well a number of light depicted on this. connectable consumers with electricity to supply. Notwithstanding the embodiment of FIGS. 1 and 2 is in that of the rectifiers in the housing 47 to the positive terminal of the battery 45 no diode serving as a reverse current switch switched on. The one for the self-exciting Alternator required DC excitation is rather from three to one each the three-phase windings 41, 42 and 43 connected to rectifiers 51, 52 and 53, whose lead electrodes are connected to a common line 54 are. Between the with one of your beiclan winding ends to the minus terminal of the Battery connected field winding 46 and the line 54 a voltage regulator 55 is provided which is an electromagnetic contact regulator as well as a well-known voltage regulator equipped with transistors. In order to despite the relatively high threshold values of the rectifiers 51, 52 and 53 can excite the alternator to its nominal voltage even at low speeds, is between L-n of the line 54 or the controller 55 and the positive terminal of the battery 44 as in the embodiment of FIG. 2, a resistor 56 is provided. This leaves the regulator 55, which conducts current in the idle state, and the excitation winding 46 an excitation current J ,, flow from the battery as soon as the one in series with it Ignition switch 57 is closed to start the internal combustion engine. As in the exemplary embodiment According to FIG. 2, the one flowing through the resistor 56 is the pre-excitation of the generator The resulting excitation current is then interrupted by the controller 55 when the alternator reaches or exceeds its setpoint.

An Stelle eines Zündschalters kann bei zum Antrieb der Lichtmaschine dienenden Dieselbrennkraftmaschinen irgendein anderer elektrischer Schalter verwendet werden, der zum Betrieb der Brennkraftmaschine in seine Schließstellung gebracht werden muß.Instead of an ignition switch, you can drive the alternator any other electrical switch is used for diesel internal combustion engines are brought into its closed position to operate the internal combustion engine must become.

Der besondere Vorteil der beschriebenen Anordnungen liegt darin, daß man durch geeignete Wahl der Größe der Widerstände 33, 57 bereits bei sehr niedrigen Drehzahlen eine genügende Erregung der Lichtmaschine sicherstellen kann und in diesem Fall auch beim Stadtfahrbetrieb eine rasche Nachladung der Batterie im unteren Drehzahlbereich erhält.The particular advantage of the arrangements described is that one by suitable choice of the size of the resistors 33, 57 already at very low Speeds can ensure sufficient excitation of the alternator and in this This is also the case when the battery is quickly recharged in the lower speed range when driving in town receives.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. AC, in particular three-phase alternator intended for operation on motor vehicles, with excitation via a rectifier and with a collector battery connected to the AC winding or the three-phase windings via at least one additional rectifier, to which the excitation winding is used to ensure self-excitation when the generator starts up can be switched on from standstill with the help of a switch (ignition or drive switch), which must be brought into its closed position for driving operation and inevitably the excitation winding via a voltage regulator to the. Connected battery, characterized in that a resistor (33, 56) leads from the series circuit of excitation winding (16, 46) and regulator (27, 55) to switch (34, 57) and that at least one resistor and switch parallel to it Rectifier (26) is provided, which is loaded in its reverse direction when the alternator voltage is below the battery voltage.

2. Alternator according to claim 1, characterized in that the excitation winding via a rectifier with one of the alternating current windings is connected, with each of the AC windings over each. one of two more Rectifiers connected to both poles of the battery. Considered References: U.S. Patent No. 2,817,830.