DE1763762A1 - Batterieladeeinrichtung mit Permanentmagnetgenerator - Google Patents

Description

H- ND 32
29.7.1968 Ohr/Sz

Anlage zur

Patentanmeldung

Nippon Denso Co., Ltd., Kariya, Aichi (Japan)

Batterieladeeinrichtxing mit Permanentmagnetgenerator

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Batterieladeeinrichtung mit einem mit Permanentmagnet erregten Wechselstromgenerator, die mit stark wechselnder Drehzahl und Belastung betrieben wird, und be- λ trifft eine besondere Ausbildung der Spannungsregelung.

Bei den bisher gebräuchlichen Batterieladeeinrichtungen mit Permanentmagnetgeneratoren, die in der Hauptsache in Zweiradfahrzeugen für das Laden der im Fahrzeug eingebauten Batterie verwendet werden, ändert sich je nach der Eöu.q der Drehzahl die erzeugte Spannung in weiten Grenzen. Man muß daher, wenn man die Ausgangsspannung des genannten Generators gleichrichtet und zum Laden einer Batterie verwendet, damit rechnen, daß bei hohen Drehzahlen oder bei geringer Belastung des Bordnetzes die Batterie überladen wird. Um diese Zerstörungsgefahr auszuschalten,

109843/0435

Nippon Denso Co., Ltd. R. ND 32 Chr/Sz

Kariya, Aichi

pflegt man die Ausgangsspannung des Permanentmagnetgenerators durch einen Spannungsregler konstant zu halten.

Es ist schon eine Batterieladeeinrichtung mit einem Permanentmagnetgenerator bekannt, die eine Mehrzahl von Läuferwicklungen aufweist, von denen mindestens eine mittels eines gesteuerten Gleichrichters kurzgeschlossen werden kann. Durch intermittierendes Kurzschließen der Läuferwicklung hält die mit dem gesteuerten Gleichrichter versehene Regeleinrichtung die Ausgangsspannung der Batterieladeeinrichtung weitgehend konstant. Bei Vollastbetrieb - beispielsweise bei Nacht, wenn auch die Hauptscheinwerfer eingeschaltet sind sind sämtliche Läuferwicklungen des Permanentmagnetgenerators eingeschaltet. In diesem Fall schließt der gesteuerte Gleichrichter der Regeleinrichtung sämtliche Läuferwicklungen während des Regelvorgangs kurz. Während des Kurzschlusses erzeugen aber die Läuferwicklungen eine äußerst starke Gegenspannung, die die Permanentmagnete entmagnetisieren kann. Um den Einfluß dieser von den Läuferwicklungen erzeugten Gegenspannung zu vermindern, müssen die Abmessungen der Permanentmagnete und des Läufers sehr groß gewählt werden, was den Nachteil großer Abmessungen und hoher Fertigungskosten mit sich bringt. Oa der bei einer solchen Batterieladeeinrichtung verwendete gesteuerte Gleichrichter bei Vollast einen sehr großen Strom schalten muß, muß man auch für diese Gleichrichter sehr teure und große T?ypen verwenden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Nachteile zu beseitigen und eine einfache Batterieladeeinrichtung mit kleinen Abmessungen zu schaffen. Nach der Erfindung wird dies bei einer eingangs erwähnten Batterieladeeinrichtung mit Permanentmagnetgenerator dadurch erreicht, daß die Läuferwicklung des Generators in eine Mehrzahl von Wicklungsgruppen aufgeteilt ist und daß - in Reihe mit wenigstens einer Wicklungsgruppe geschaltet - eine Steuerschaltungsanordnung vorgesehen i3t, deren Einfluß auf die vom Generator erzeugte Spannung von eben dieser Spannung abhängig ist.

109843/0435 ■ - 3 -

Nippon Denso Co., Ltd. R. ND 32 Ghr/Sz

Kariya, Aichi

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Batterieladeeinrichtung wird erzielt, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Läuferwicklung in eine erste und eine zweite Wicklungsgruppe aufgeteilt ist, wobei die Vicklungsgruppen einseitig an eine gemeinsame Leitung angeschlossen sind, und wenn der fühlende Teil der 3teuerschaltungsanordnung an die Ausgangsklemmen der Batterieladeeinrichtung und■ der steuernde Teil der Steuersahaltungsanordnung an das von der gemeinsamen Leitung abgekehrte Ende der ersten Wicklungsgruppe angeschlossen ist.

Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Batterieladeeinrichtung mit Permanentmagnetgenerator, und

Fig. 2 eine erläuternde Schaltungsvariante zu einer Batterieladeeinrichtung nach Fig. 1.

Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in Fig. 1 und Fig. mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In Fig. 1 enthält ein Generator 10*)eine erste Wicklungs gruppe 11 und eine zweite Wicklungsgruppe 12; je ein Ende dieser Wicklungsgruppen ist an eine gemeinsame Leitung 13 angeschlossen. Die gemeinsame Leitung 13 führt zu dem ersten Wechsel Spannungsanschluß 14· eines ersten Brückengleichrichters 15· Das freie Ende der zweiten Wicklungsgruppe 12 ist über einen ersten Tag/Nachtschalter 16 an den zweiten Wechselstromanschluß 17 des ersten Brückengleichrichters 15 angeschlossen. Von den beiden Wechselstromanschlüssen und 17 des ersten Brückengleichrichters 15 führend die entsprechenden Gleichrichterelemente 18 und 19 an den Minusanschluß des Brükkengleichrichters, der seinerseits mit der Minusklemme 21 der Batterieladeeinrichtung verbunden ist; von den beiden Wechselstroman-

*) - dessen zugehöriger, zur Erregung dienender Permanentmagnet in der Zeichnung nicht dargestellt ist - - M- -

1098^3/0435

Nippon Dens ο Go., Ltd. R. ND 32 Clir/Sz

Kariya, Aichi

Schlüssen 14 und 17 des ersten Brückengleichrichters 15 führen die entsprechenden Gleichrichterelemente 22 und 23 an den Plusanschluß des Gleichrichters, der mit der Flusklemme 24 der Batterieladeeinrichtung verbunden ist. Zwischen der Minusklemme 21 und der Plusklemme 24 liegt in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine Batterie 25.

Zwischen der Plusklemme 24 und der Minusklemme 21 liegt - über einen zweiten Tag/Nachtschalter 26 - eine große Last 27· Der Schalter 26 ist mit dem Schalter 16 mechanisch gekuppelt, die große Last 27 ist in der Hauptsache bei Nacht vorhanden und stellt Geräte wie Hauptscheinwerfer und andere dar. Über einen dritten Schalter 28, den Zündschalter, ist eine kleine Last 29 - etwa eine Zündspule an die Klemmen 21 und 24 der Batterie angeschlossen. Sowohl der zweite Schalter 26 als auch der dritte Schalter 28 liegen am Pluspol 24 der Batterie 25» zwischen dem Schalter 28 und der kleinen Last 29 liegt der Verbindungspunkt 51. Vom Verbindungspunkt 31 führt ein erster Spannungsteilerwiderstand 32 an einen Verbindungspunkt 33, von dort ein zweiter Spannungsteilerwiderstand 34 an die Minusklemme 21. An den Verbindungspunkt 33 ist die Kathode einer Zenerdiode 35 angeschlossen, an die Anode dieser Zenerdiode ist die Anode einer Diode 36 angeschlossen, und die Kathode dieser Diode ist mit dem Gitter eines Thyristors 37 verbunden. Die Kathode des Thyristors liegt an der Minusklemme 21, die Anode an einem Verbindungspunkt 38. Die beiden Widerstände 32 und 34, die Zenerdiode 35, die Diode 36 sowie der Thyristor 37 bilden zusammen die Steuerschaltungsanordnung 39· Zwischen dem Verbindungspunkt 38, der der Wechselstromanschluß des zweiten Brückengleichrichters 40 ist, und dem Verbindungspunkt 31 liegt das zugehörige Gleichrichterelement 42, zwischen dem Verbindungspunkt 38 und.der Minusklemme 21 das zugehörige Gleichrichterelement 41.

Fig. 2 dient zur Erläuterung der Wirkungsweise des zweiten Brückengleichrichters 40. Ein vollständiger Brückengleichrichter müßte an sich aus vier Gleichrichterelementen 19, 23, 41, 42 aufgebaut sein.

- 5 109843/0435

Nippon Denso Co., Ltd. l·:. ND 32 Chr/Sz

Kariya, Aichi

Man "sieht jedoch, daß die Gleichrichterelemente 19, 23 des zweiten Brückengleichrichters parallel zu den entsprechenden Gleichrichterelementen 19, 25 des ersten Brückengleichrichters geschaltet sind. Man kann also diese Elemente 19, 23 zusammenfassen und für die beiden Brückengleichrichter als gemeinsamen. Bestandteil vorsehen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. sei zunächst angenommen, daß die erfindungsgemäße Batterieladeeinrichtung bei Tag betrieben werde. Der erste Tag/Nachtschalter 16 und der zweite Tag/Nachtschalter 26 sind dann geöffnet. Sobald der Zündschalter 28 geschlossen ist, fließt ein Gtrom von der Plus- M klemme 24 der Batterie 25 über den Zündschalter 28 und die kleine Last 29 zur Minusklemme 21 der Batterie 25· Außerdem fließt ein Strom vom Pluspol der Klemme 24- über den Zündschalter 28, den ^l/erbindungspunkt 31 und über die beiden Spannungr,teilerwiderstände 32 und 33 der Steuerschaltungsanordnung 39 zum Minuspunkt 21 der Batterie 25· Dadurch liegt an der Zenerdiode 35 eine von den beiden Spannungsteilerwiderständen 32 und 34 bestimmte und von der Spannung der Batterie 25 abhängige Teilspannung. Die Werte der Widerstände 32 und 34 sind so gewählt, daß die jetzt an der Zenerdioce anliegende Teilspannung kleiner ist als die Zenerspannung. Wenn infolge des Anlaufens der den Wechselstromgenerator treibenden Brennkraftmaschine, die in Fig. 1 nicht dargestellt ist, die alo Feldmagnet dienenden Permanentmagnete sich drehen, dann wird in ier f ersten Wicklungsgruppe 11 eine Wechselspannung erzeugt, die durch den aus den Gleichrichterelementen 19, 23, 41, 42 bestehenden zweiten Brückengleichrichter gleichgerichtet wird und die Batterie 2^cj auflädt. Wenn infolge dieses Ladevorgangs die Klemmenspannung der Batterie 25 ansteigt und die von den Spannungsteilerwiderständen 32 und 34 herrührende Teilspannung die Summe aus der Zenerspannung der Zenerdiode 35, der Durchlaßspannung der Diode 36 und der Zündspannung zwischen Gitter und Kathode des Thyristors 37 übersteigt, dann wird die Zenerdiode 35 leitend, und über die Diode 36 fließt ein Strom in das Gitter des Thyristors 37, der ebenfalls leitend wird. Infolgedessen fließt bei der positiven Halbwelle der von der ersten Wicklungsgruppe 11 erzeugten Spannung vom Verbindungspunkt 38 ein Kurz-

109843/0435 " ⁶ "

— Οι

Nippon Denso Co., Ltd. _% R. ND 32 Ghr/Lz

Kariya, Aichi

schlußstrom direkt über den Thyristor 37, das Gleichrichterelement und die gemeinsame Leitung 13 zurück in die erste Wicklungsgruppe Die in der ersten Wicklungsgruppe 11 erzeugte Spannung sinkt nahezu auf 0 V ab. In der darauffolgenden Halbwelle kehrt sich .Ii ο Polarität der von der ersten Wicklungsgruppe 11 erzeugten Spannung um und es fließt ein Strom über die gemeinsame Leitung 13 durch das Gleichrichterelement 23 der ersten Brückengleichrichteranordnung 15 über die Batterie 25, das Gleichrichterelement 41 der zweiten Brückengleichrichteranordnung 40 zurück zur ersten Wicklungsgruppe 11; die Batterie 25 wird in diesem Zeitabschnitt aufgeladen. Dabei liegt an der Kathode des Thyristors 37 ein positiveres Potential als an der Anode, der Thyristor 37 wird deshalb nichtleitend. Von da an wird weiterhin jeweils in derjenigen Halbwelle, in welcher die Polarität der von der ersten Wicklungsgruppe 11 erzeugten Spannung positiv ist, der Thyristor 37 leitet. Diese Maßnahmen bringen die Ausgangsspannung der Batterieladeeinrichtung also zum oinken.

Wenn die Ausgangsspannung der Batterieladeeinrichtung nun unter einen bestimmten vorgegebenen Wert absinkt, das heißt wenn die iib^r der Zenerdiode 35 abfallende, vom Spannungsteiler 32, 33 herrührende Teilspannung kleiner wird als die Zenerspannung, dann wird die Zenerdiode 35 wieder nichtleitend. Damit zündet dann auch der Thyristor nicht mehr, und die Steuerschaltungsanordnung 31 kehrt wieder in den anfänglichen Zustand zurück. Sobald die Batteriespannunc, aLso die Ausgangsspannung der Batterieladeeinrichtung, wieder zu stark ansteigt, wiederholt sich dieses Regelspiel von neuem.

Bei einer Nachtfahrt sind die Tag/Nacht-Schalter 16 und 26 geschlossen und die zweite·, große Last 27 ist ebenfalls in an den Verbraucherkreis angeschlossen. Nach wie vor wird die von der ersten Wicklungsgruppe 11 erzeugte Spannung in der oben beschriebenen Weise mittels des Brückengleichrichters 19, 2^_Λ 41, 42 gleichgerichtet und die Batterie 25 aufgeladen. Dazu wird die von dor zweiten Wicklungsgruppe 12 erzeugte Spannung im Brückengleichrichter 15 gleichgerichtet , der gleichgerichtete Strom lädt die Batterie 25 eben-

- 7 -109843/0435

Nippon Denso Co., Ltd. R. ND 32 Chr/Sz

Kariya, Aichi

falls auf. Die erste Wieklungsgruppe 11 und die zweite Wicklungsgruppe 12 arbeiten also wie Generatoren, die mit getrennten Brükkengleichrientern ausgerüstet sind; durch die Parallelschaltung der beiden Generatoren erhöht sich der Ausgangsstrom der Batterieladeeinrichtung. Wenn die Ausgangsspannung der Batterieladeeinrichtung einen ganz bestimmten vorgeschriebenen Wert überschreitet, dann zündet, wie in der oben beschriebenen Weise, der Thyristor 3?, die erste Wicklungsgruppe 11 wird während der positiven Halbwelle kurzgeschlossen und die Ausgangsspannung der Batterieladeeinrichtung sinkt demzufolge ab. Da jedoch die von der ersten Wicklungs- ^ gruppe 11 und die von der zweiten Wicklungsgruppe 12 erzeugten Spannungen .jeweils für sich gleichgerichtet werden - wenn auch die Gleichrichterelemente 19 und 23 von den beiden Zweiweggleichrichtern 15 und 40 gemeinsamen ausgenützt werden - so fließt selbst dann im Thyristor 37 kein erhöhter Strom, wenn dieser die erste Wicklungsgruppe 11 kurzschließt. Der Thyristor 37 muß also nur für den Strom ausgelegt werden, der beim Kurzschluß der ersten Wicklungsgruppe 11 fließen kann.

In der vorliegenden erfindungsgemäßen Batterieladeeinrichtung ist die Lauferwicklung in mehrere Wicklungsgruppen aufgeteilt, von denen nur eine bei zu stark ansteigender Spannung kurzgeschlossen wird. Diesen Kurzschluß besorgt ein Thyristor, der abhängig von J der Ausgangsspannung der Batterieladeeinrichtung zündet. Weil dieser Thyristor nur eine einzige Wicklungsgruppe kurzschließt und dieser Kurzschlußvorgang zum Regeln der Ausgangsspannung der gesamten Batterieladeeinrichtung dient, muß dieser Thyristor nur einen kleinen Strom schalten und kann deshalb sehr klein und billig gewählt werden. Auf diese Weise kann man eine sehr kleine und sehr billige Batterieladeeinrichtung mit einem mit Permanentmagnet erregten Wechselstromgenerator aufbauen, die weder bei hohen Drehzahlen noch bei niederer Last eine Überladung der Batterie befürchten läßt. Außerdem läßt sich die Entmagnetisierung der die Feldmagnete darstellenden Permanentmagnete durch die von der Läuferwicklung erzeugte Gegenspannung auf ein äußerst geringes Maß herabdrücken.

Claims (8)

1. Nippon Denso Co., Ltd. · R. NB 32 Chr/3z

   Kariya, Aichi

   Ansprüche

   ΓΙ J Batterieladeeinrichtung mit e^nem mit Permanentmagnet crrof'tori Wechselstromgenerator, die mit stark wechselnder Drehzahl und Belastung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwicklung (11, 12) des Generators (10) in eine Mehrzahl von Wicklungsgruppen (11, 12) aufgeteilt ist und daß - in Heine mit wenigstens einer Wicklungsgruppe (11) geschaltet - eine Steuer.-schaltungsanordnung (39) vorgesehen ist, deren Einfluß auT eic vom Generator (10) erzeugte Spannung von eben dieser Spannung abhängig ist.
2. 2. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ,jeder der Wicklungs gruppen (11, 12) je oine Brückengi·-·. .ohrichteranordnung (40, 15) nachgeschaltet ist.
3. 3. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsgruppen (11, 12) einseitig an eine gemeinsame Leitung (13) angeschlossen und die Brückengleichrichteriinordnungen (40, 15) als Brückengleichrichter ausgebildet sind und daß die an die gemeinsame Leitung (13) angeschlossenen Gleich-

   ■ richterzweige (18, 19) als den einzelnen Brückengleichrichtßranordnungen (40, 15) gemeinsamer Bestandteil in nur einfacher Ausführung vorgesehen sind.

   - 2

   Nippon Dent:ο Go., Ltd. ** K. NTj

   Kariya, Aichi
4. 4. Batterieladeeinri.ch.tung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwicklung (11, 12) in eine erste (11) und eine zweite (12) Wicklungsgruppe aufgeteilt ist und daß der fühlende Teil der Steuerschaltungsanordnung (39) an die Ausgang'wclemmer» der Batterieladeeinrichtung und der steuernde Teil der Steuerschal tungs anordnung (39) an das von der gemeinsamen Leitung (1>) abgekehrte Ende (38) der ersten Wicklungsgruppe (11) angeschlossen ist.
5. 5- Batterieladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltungsanordnung (39) digitales Schaltverhalten aufweist.
6. 6. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltungsanordnung (39) als digitales Schaltelement vorzugsweise einen Thyristor (37) enthält, dessen Kathode an der Minusklemme (21) der Batterieladeeinrichtung, λ-£sen Anode an das von der gemeinsamen Leitung (13) abgeK>ⁱhrfce Znc.e (33" der ersten Wicklungsgruppe (11) und dessen Gitter an u-ine von der Batteriespannung beeinflußte Spannungsteileranordnunp; (>2, 33, 15, 36) angeschlossen ist.
7. 7. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, da£ die SpannungsteileranOrdnung (32, 33, 35, 36) Schwellwertcharakter besitzt.

   109843/0435

   Nippon Denso Go., Ltd. V , R. ND 3? Chr/3z

   Kariya, Aichi
8. 8. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteileranordnung (32, 53, 35, 36) eine Seriennchaltung aus zwei Widerständen (32, 33) enthält, die mit dem einen Ende an die Minusklemme (21) und mit dem anderen Ende an die Plusklemme (24) der Batterieladeeinrichtung angeschlossen ist, und daß zwischen dem Verbindungspunkt (33) dieser beiden " Widerstände (32, 34) und dem Gitter des Thyristors (37) die Seri'Anschaltung eines Elements mit Durchbruchcharakteristik, vorzugsweise eine Zenerdiode (35)» und eines Richtleiters, vorzugsweise eine Halbleiterdiode (36), angeordnet ist, wobei die Kathode der Zenerdiode (35) dem Verbindungspunkt (33) der beiden Widerstände (32, 33) und die Kathode der Diode (36) dein Gitter des Thyristors (37) zugekehrt ist.

   9· Batterieladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemmen (21, 24) der Batterieladeeinrichtung mit einer ersten, kleinen Last (29) und über einen dritten Schalter (28) mit einer Batterie (25) verbindbar sind und daß das von der gemeinsamen Leitung (13) abgekehrte Ende der zweiten Wicklungsgruppe (12) über einen ersten Schalter (16) mit der zugehörigen Gleichrichteranordnung (15) und die Ausgangsklommen (21, 24) der Batterieladeeinrichtung über einen mit dem ersten Schalter (16) gekuppelten zweiten Schalter (26) mit einer zweiten, großen Last (27) verbindbar sind.

   109843/043*