DE4009280A1 - Wechselstrommaschine mit integralem staender und regler, insbesondere fuer fahrzeuge mit verbrennungsmotoren - Google Patents
Wechselstrommaschine mit integralem staender und regler, insbesondere fuer fahrzeuge mit verbrennungsmotorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Wechselstrommaschine, beispielsweise
einen Wechselstromgenerator, mit integralem Ständer und Regler,
insbesondere für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren.
Der Regler einer Wechselstrommaschine, die in Verbindung mit
Verbrennungsmotoren verwendet wird, funktioniert üblicherweise
so, daß er den von der Wechselstrommaschine erzeugten Strom aus
Wechselstrom in Gleichstrom gleichrichtet, so daß die Batterie
in einem Fahrzeug, beispielsweise einem Kraftfahrzeug, einem
Rasenmäher, einem Flugzeug, einer Zugmaschine oder dergleichen
wieder geladen werden kann. Außerdem funktioniert der Regler in
der Weise, daß er eine Überladung der Batterie verhindert. Die
Batterie hat die Funktion, den Gleichstrom direkt den
Scheinwerfern oder anderen Lampen eines Fahrzeugs sowie anderen
Zusatzeinrichtungen zuzuführen, beispielsweise einem Radio,
Bremslichtern, Magneten oder dergleichen.
Normalerweise weist ein Regler eine Vielzahl von einzelnen
diskreten elektrischen Bauteilen auf, die miteinander zur
Bildung einer gewünschten Schaltung kombiniert und in einem
Gehäuse oder Kasten enthalten sind, der außerhalb und getrennt
von der Wechselstrommaschine montiert ist. Der Regler befindet
sich entweder am Fahrzeugrahmen, beispielsweise bei einem
Kraftfahrzeug, Rasenmäher, Flugzeug, Traktor oder dergleichen,
oder am Motor selbst.
Infolgedessen sind für den Regler individuelle Montagezeiten
und -arbeiten erforderlich. Häufig erfordern solche Regler
auch spezielle Montageklammern und/oder Befestigungsteile in
Abhängigkeit von der speziellen Ausgestaltung des Motors, was
die relativen Kosten einer solchen Anordnung erhöht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Wechselstrommaschine
mit integralem Ständer und Regler anzugeben, die einen
vereinfachten Aufbau hat und gleichwohl einen zuverlässigen
Betrieb gewährleistet.
Gemäß der Erfindung sind die einzelnen diskreten elektrischen
Bauteile einer Motorüberwachungsschaltung, vorzugsweise eines
Reglers, direkt am Ständer der Wechselstrommaschine für einen
Verbrennungsmotor montiert. Die Vorteile einer solchen
Anbringung der Schaltungskomponenten, insbesondere der
Reglerschaltungskomponenten, direkt am Ständer beinhalten
zahlreiche Kostenvorteile, wie z.B. Einsparungen bei den
Befestigungsteilen, der Montagezeit und der Montagearbeit, die
Beseitigung von speziellen Montageklammern sowie speziellen
Gebläsegehäusen, die sonst für Regler erforderlich sind, die
bei Kleinmotoren, wie z.B. Rasenmähern erforderlich sind, die
Beseitigung von unnötigen Verdrahtungen und Verbindern sowie
den Zeit- und Montageaufwand zum Zusammenbauen von solchen
Komponenten, sowie den Wegfall des Reglergehäuses und von
Vergußmaterial.
Ein weiterer, besonderer Vorteil gemäß der Erfindung besteht
darin, daß sie den Gesamtumfang der Motoranordnung
reduziert, insbesondere in der Höhe oder Breite, da ein
separates Gehäuse oder ein Modulgehäuse beispielsweise für die
Reglerschaltung oder die Ladeanzeigeschaltung nicht außerhalb
des Motors vorgesehen zu sein braucht.
Weiterhin ergibt sich eine höhere Zuverlässigkeit aufgrund der
geringeren Anzahl von Verbindungen und Drähten, und die hohe
Qualität im Betrieb wird auch beibehalten aufgrund eines
kühleren Betriebes der Schaltung, insbesondere bei
Kleinmotoranwendungen. Beispielsweise kühlt umgewälzte Luft
von dem Schwungrad die Ständer- und Reglerkomponenten
verglichen mit herkömmlichen Methoden, die eine Wärmeleitung
durch das Reglergehäuse mit sich bringen.
Die Schaltungskomponenten können an dem Ständer mit
Befestigungseinrichtungen angebracht werden, beispielsweise
mit Nieten, Schrauben, Bolzen oder mit Klebstoffen,
beispielsweise einem Epoxyharz, welches zumindest einen Teil
der Schaltungskomponenten bedeckt. Die Verwendung von
Epoxyharz beseitigt auch übermäßige Schwingungen der
Schaltungskomponenten, so daß Ausfälle aufgrund von Brüchen,
die durch Vibrationen verursacht sind, entfallen. Weiterhin
kann die Schaltung selbst aus einer Vielzahl von diskreten
Komponenten oder integrierten Schaltungschips bestehen und
jede Art von Motorüberwachungsschaltung aufweisen, die bei
einem Verbrennungsmotor verwendet wird.
Vorzugsweise wird die Erfindung verwendet bei kleinen
Verbrennungsmotoren von dem Typ, der bei Rasen- und
Gartenbearbeitungsgeräten verwendet wird, die sowohl Halbweg-
als auch Vollweg-Regler bzw. Ständerschaltungen aufweisen. Der
Regler kann auch eine Ladeanzeigeschaltung umfassen. Eine
solche Schaltung wird verwendet, um eine rote Lampe
einzuschalten, wenn die Batteriespannung unterhalb einer
vorgegebenen Spannung, beispielsweise 12 Volt liegt, oder um
eine grüne Lampe einzuschalten, wenn die Batteriespannung
oberhalb der vorgegebenen Spannung liegt.
Andere Motorüberwachungsschaltungen können ebenfalls direkt am
Ständer montiert werden. Solche Schaltungen können
beispielsweise Sicherheits-Unterbrechungsschaltungen, Öldruck-
Startschaltungen, Tachometerschaltungen,
Motorzeitmeßschaltungen, Überhitzungsschaltungen sowie andere
Schaltungsanordnungen umfassen.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer
Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von
Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen
zeigen in
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ständers einer
Wechselstrommaschine für einen Verbrennungsmotor mit einem
Regler gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine vergrößerte Teilseitenansicht des Ständers längs
der Ebene, die durch die Pfeile mit den Linien 2-2 in Fig. 1
definiert ist, um die Anordnung der Komponenten des Reglers zu
erläutern;
Fig. 3 ein schematisches Schaltbild zur Erläuterung einer
Halbweg-Regler/Ständer-Schaltung; und in
Fig. 4 eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung zur Erläuterung
einer zweiten Ausführungsform, wobei die Komponenten des
Reglers als integrierte Schaltungen ausgebildet sind.
Im folgenden wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, die
einen Ständer 1 einer Wechselstrommaschine für einen nicht
dargestellten Verbrennungsmotor zeigt. Es darf darauf
hingewiesen werden, daß der Ausdruck "Wechselstrommaschine"
allgemein zu verstehen ist und beispielsweise eine
Lichtmaschine, einen Wechselstromgenerator, einen
Drehstromgenerator oder einen Synchrongenerator umfaßt, die im
Zusammenhang mit Verbrennungsmotoren zur Anwendung gelangen.
Obwohl Fig. 1 nur eine spezielle Ausgestaltung eines Ständers
1 zeigt, der bei einer solchen Wechselstrommaschine verwendet
wird, versteht es sich von selbst, daß auch zahlreiche andere
Ausgestaltungen von Ständern verwendet werden können, wobei
Fig. 1 lediglich eine spezielle Ausführungsform zeigt.
Der Ständer 1 weist ein stationäres ringförmiges Teil 2 mit
einer Innenoberfläche 3 und einer Außenoberfläche 4 auf. Der
Ständer 1 ist üblicherweise in einer stationären Stellung
konzentrisch mit der Drehachse einer nicht dargestellten
Kurbelwelle des Motors montiert. Wie am deutlichsten in Fig. 1
dargestellt, weist der Ständer 1 eine Vielzahl von
beabstandeten Wicklungen oder Drahtspulen 5 auf, die in
Umfangsrichtung um die Außenoberfläche 4 verteilt angeordnet
sind.
Die Spulen 5 sind zweckmäßigerweise in Reihe geschaltet und
wirken in herkömmlicher Weise mit einem sich bewegenden
Magnetfeld zusammen, um darin eine elektrische
Ausgangsspannung bzw. infolgedessen einen Ausgangsstrom zu
erzeugen. Das Magnetfeld wird üblicherweise gebildet durch
eine Vielzahl von rotierenden Magneten 6, von denen nur einer
in Fig. 1 angedeutet ist und die den Drahtspulen 5
gegenüberliegend angeordnet und konzentrisch mit diesen
vorgesehen sind.
Wie am deutlichsten in Fig. 1 dargestellt, sind die
rotierenden Magneten 6 auf einer Innenoberfläche 7 eines sich
drehenden Schwungrades 8 montiert, das strichliert in Fig. 1
angedeutet ist. Das Schwungrad 8 ist mit der Kurbelwelle des
Motors in herkömmlicher Weise verbunden und hat typischerweise
die Gestalt einer Schale, so daß die Magneten 6 gegenüber den
Drahtspulen 5 angeordnet sein können, wie es üblich ist. Der
Ständer 1 umfaßt ferner vier Anschlußflächen oder
Anschlußbereiche 9, die von der Außenoberfläche 4 vorstehen
und integral mit dieser ausgebildet sind, wobei sie eine
Einrichtung bilden, um den Ständer 1 mit Schrauben 10 in einer
stationären Position auf dem Motor zu montieren.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, umfaßt die Wechselstrommaschine
einen Regler, dessen Schaltungsaufbau mit dem Bezugszeichen 11
allgemein bezeichnet ist. Der Regler 11 kann von jeder
herkömmlichen Bauart sein, beispielsweise in Form von
diskreten Komponenten vorliegen, wie es Fig. 3 zeigt.
Alternativ dazu kann der Regler 11 in Form von integrierten
Schaltungschips ausgebildet sein, wie es Fig. 4 zeigt. Der
Regler 11 gemäß Fig. 3 ist lediglich beispielhaft zu
verstehen, wobei Fig. 3 eine Schaltungsanordnung für eine
Halbweg-Regler/Ständer-Schaltung mit einer eingebauten
Ladeanzeigeschaltung zeigt, welche eine wahlweise vorgesehene
Zusatzschaltung in vielen Reglerschaltungen darstellt.
Genauer gesagt, Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung mit
einer Vielzahl von diskreten Bauteilen, die an eine Wicklung
oder Drahtspule 5 angeschlossen sind, um den darin fließenden
Ausgangsstrom zu regeln. Genauer gesagt, die diskreten
Bauteile des Reglers 11 umfassen einen siliziumgesteuerten
Gleichrichter 12, beispielsweise ausgelegt für 100 Volt und 12
Ampere effektive Stromstärke, der an dem einen Anschluß der
Spule 5 angeschlossen ist; eine Diode 13, beispielsweise
ausgelegt für eine Stromstärke von 1 Ampere und 600 Volt; eine
zweite Diode 14, z.B. ausgelegt für 1 Ampere und 600 Volt,
sowie eine Zenerdiode 15, z.B. ausgelegt für 14 Volt und 1
Watt, die an den anderen Anschluß der Spule 5 angeschlossen
ist.
Außerdem ist ein Widerstand 25, beispielsweise ausgelegt mit
100 Ohm für eine Leistung von 1 Watt, parallelgeschaltet zum
siliziumgesteuerten Gleichrichter 12 und zur Diode 13
vorgesehen, so daß er auf der einen Seite zwischen der Anode
des siliziumgesteuerten Gleichrichters 12 und der Spule 5 und
auf der anderen Seite zwischen der Diode 13 und der Diode 14
angeschlossen ist. Wie oben bereits erwähnt, ist die Schaltung
gemäß Fig. 3 von herkömmlichem Aufbau und lediglich
beispielhaft beschrieben, da auch andere Ausgestaltungen
möglich sind. Eine solche andere Ausgestaltung ist in Fig. 4
angedeutet, wo ein Teil der diskreten Bauteile des Reglers
gemäß Fig. 3 ersetzt sind durch integrierte Schaltungschips 16
und 26, die in entsprechenden Aufnahmegehäusen 27 bzw. 28
untergebracht sind.
Im folgenden wird auf Fig. 2 Bezug genommen, in der die
Komponenten oder Bauteile des Reglers 11 direkt am Ständer 1
montiert sind. In der dargestellten Weise sind die Bauteile 12
bis 15 und 25 in Längsrichtung zueinander angeordnet und so
montiert, daß sie mit der Außenoberfläche 4 des Ständers 1 in
Eingriff stehen oder gegen diese anliegen. Um die Komponenten
des Reglers 11 am Ständer 1 sicher zu befestigen, ist das eine
Ende des Reglers 11 an einem Anschluß 17 angebracht, der
seinerseits an dem einen Anschlußbereich 9 mit einer
Befestigungsschraube 18 montiert ist.
Das andere Ende des Reglers, welches den Anschluß des
siliziumgesteuerten Gleichrichters 12 des Reglers 11 umfaßt,
ist in gleicher Weise mit einer Befestigungsschraube 20 an
einem anderen Anschlußbereich 9 montiert. Ein Klebstoff,
beispielsweise ein Epoxyharz 21, kann ebenfalls mit oder ohne
Befestigungseinrichtungen 18 und 20 verwendet werden, um den
Regler 11 am Ständer 1 zu montieren und zu befestigen. Das
Epoxyharz 21 befestigt die Bauteile des Reglers 11 nicht nur
in klebender Weise an der Außenoberfläche des Ständers 1,
sondern eliminiert auch Schwingungen der verschiedenen
Komponenten, um einen Bruch der Bauteile oder Drähte zwischen
ihnen aufgrund von Vibrationen oder Schwingungen zu
verhindern.
Wie in Fig. 3 dargestellt, umfaßt der Regler 11 einen gepolten
Stecker 22, um den Ausgangsstrom von den Spulen 5 an eine
Ladeanzeigelampe 24 anzuschließen, die in herkömmlicher Weise
von einer Ladeanzeigeschaltung 19 gesteuert wird. Diese
Ladeanzeigeschaltung 19 ist eine wahlweise vorgesehene
zusätzliche Standardschaltung, die von zahlreichen Herstellern
im Handel erhältlich ist, beispielsweise von den Firmen Wells
Corporation oder Tympanium Corporation, wie es hinlänglich
bekannt ist. Der Stecker 22 ist gepolt, um einen falschen
Anschluß zu verhindern.
Somit stellt der Stecker 22 die einzige äußere Verbindung vom
Ständer 1 dar. In üblicher Weise kann der Ausgangsstrom von
den Spulen 5, der vom Regler 11 geregelt wird, verwendet
werden, um den Batterieladestrom zu liefern, und daher führt
der eine Anschluß der beiden Verbindungsstifte des Steckers zu
einer Batterie 23. Der andere Stift oder Anschluß des Steckers
22 führt direkt zur Ladeanzeigelampe 24. Andere
Zusatzeinrichtungen, wie z.B. Scheinwerfer 29, können direkt
oder über einen Schalter 30 an die Batterie 23 angeschlossen
werden.
Es darf darauf hingewiesen werden, daß auch andere
Motorüberwachungsschaltungen zusätzlich zum Regler 11 direkt
am Ständer 1 montiert werden können. Solche Schaltungen können
beispielsweise Sicherheits-Verriegelungsschaltungen oder
Unterbrechungsschaltungen, Öldruck-Startschaltungen,
Tachometerschaltungen, Motorzeitmeßschaltungen, Überhitzungs-
Schutzschaltungen und andere ähnliche Schaltungsanordnungen
umfassen.
Sicherheits-Verriegelungsschaltungen oder Sicherheits-
Unterbrechungsschaltungen sind hinlänglich bekannt und
umfassen solche, welche den Motor eines Rasenmähers
abschalten, wenn der Griff eines von hinten geführten
Rasenmähers losgelassen wird oder wenn man vom Sitz eines
Rasenmähers absteigt oder herunterfällt, auf dem der
Bedienungsmann mitfährt. Ein typisches Beispiel ist in der US
PS 43 94 893 beschrieben. Öldruck-Startschaltungen sind
ebenfalls bekannt und umfassen solche, welche den Motor
abschalten beim Feststellen eines niedrigen Öldruckes, die
aber ein erneutes Starten ermöglichen, wenn ein normaler
Öldruck festgestellt wird.
Tachometerschaltungen sind ebenfalls bekannt und umfassen
üblicherweise solche, welche die Motordrehzahl messen und
anzeigen. Motorzeitmeßschaltungen sind ebenfalls bekannt und
werden verwendet, um die Anzahl von Stunden zu zählen und
anzuzeigen, die ein Motor tatsächlich in Betrieb gewesen ist.
Schließlich sind Überhitzungs-Schutzschaltungen hinlänglich
bekannt und werden üblicherweise verwendet, um einen Motor
abzuschalten oder eine rote Warnlampe einzuschalten, wenn ein
Motor heißer wird als eine vorgegebene, gewünschte
Grenztemperatur.
Claims (24)
1. Wechselstrommaschine für einen Verbrennungsmotor,
gekennzeichnet durch
- - eine Ständereinrichtung (1 bis 4), umfassend mindestens eine Spulenanordnung (5), die mit einem sich bewegenden Magnetfeld (6) zusammenwirkt, um in der Spulenanordnung (5) einen elektrischen Ausgangsstrom zu erzeugen;
- - einen Regler (11), der an die Spulenanordnung (5) angeschlossen ist, um den Ausgangsstrom zu regeln;
- - eine Montageeinrichtung (9, 10, 18, 20; 21, 27, 28), um den Regler (11) an der Ständereinrichtung (1 bis 4) zu montieren.
2. Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ständereinrichtung (1 bis 4) ein stationäres
ringförmiges Teil (2) mit einer Innenoberfläche (3) und einer
Außenoberfläche (4) aufweist, wobei die Spulenanordnung (5) an
der Außenoberfläche (4) montiert ist.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spulenanordnung (5) eine Vielzahl von beabstandeten
Drahtspulen aufweist, die in Umfangsrichtung um die
Außenoberfläche (4) herum verteilt angeordnet sind.
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das bewegliche Magnetfeld von einer Vielzahl von
rotierenden Magneten (6) gebildet wird, die den Drahtspulen (5)
gegenüberliegend angeordnet und konzentrisch mit diesen
vorgesehen sind.
5. Maschine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die rotierenden Magneten auf einer Innenoberfläche eines
rotierenden Schwungrades (8) montiert sind.
6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Regler (11) eine Schaltung mit einer Vielzahl von
diskreten Bauteilen (12 bis 15, 25) aufweist, die an die
Spulenanordnung (5) angeschlossen sind, um den Ausgangsstrom zu
regeln.
7. Maschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die diskreten Bauteile (12 bis 15, 25) eine Vielzahl von
Dioden (13, 14, 15) und mindestens einen Widerstand (25)
umfassen, die mit Drahtverbindungen verbunden sind, welche sich
zwischen ihnen erstrecken.
8. Maschine nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die diskreten Bauteile (12 bis 15, 25) in Längsrichtung
zueinander am Ständer angebracht sind.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Montageeinrichtung Befestigungsteile (18, 20) aufweist,
die sich in die Ständereinrichtung (1 bis 4) hinein erstrecken.
10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Montageeinrichtung ein Harz (21) aufweist, welches
zumindest einen Teil der Schaltungsanordnung (11) überdeckt, um
die Schaltungsanordnung (11) an der Ständereinrichtung (1 bis
4) in klebender Weise zu befestigen.
11. Maschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Harz (21) aus einem Epoxymaterial besteht.
12. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Regler (11) einen Steckverbinder (22) aufweist, um den
Ausgangsstrom an eine gewünschte Zusatzeinrichtung
anzuschließen.
13. Maschine nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stecker (22) gepolt ist.
14. Maschine nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzeinrichtung eine Batterie (23) aufweist.
15. Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzeinrichtung eine Lampe (24, 29) umfaßt.
16. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Regler (11) eine Schaltungsanordnung mit mindestens
einem integrierten Schaltungschip (16, 26) aufweist, der an die
Spulenanordnung (5) angeschlossen ist, um den Ausgangsstrom zu
regeln.
17. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Regler (11) eine Ladeanzeigeschaltung (19) umfaßt.
18. Wechselstrommaschine für einen Verbrennungsmotor,
gekennzeichnet durch
- - eine Ständereinrichtung (1 bis 4) mit mindestens einer Spulenanordnung (5), die mit einem sich bewegenden Magnetfeld (6) zusammenwirkt, um in der Spulenanordnung (5) einen elektrischen Ausgangsstrom zu erzeugen;
- - eine Motorschaltungsanordnung (11, 19), um einen gewünschten Motorparameter zu überwachen; und
- - eine Montageeinrichtung (9, 10, 18, 20; 21; 27, 28), um die Motorschaltungsanordnung an der Ständereinrichtung (1 bis 4) anzubringen.
19. Maschine nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Motorschaltungsanordnung eine Reglerschaltung (11)
aufweist, die an die Spulenanordnung (5) angeschlossen ist, um
den Ausgangsstrom zu regeln.
20. Maschine nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Motorschaltungsanordnung eine Sicherheits-
Unterbrechungsschaltung umfaßt.
21. Maschine nach einem der Ansprüche 18 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Motorschaltungsanordnung eine Öldruck-Startschaltung
umfaßt.
22. Maschine nach einem der Ansprüche 18 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Motorschaltungsanordnung eine Tachometerschaltung
umfaßt.
23. Maschine nach einem der Ansprüche 18 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Motorschaltungsanordnung eine Motorzeitmeßschaltung
umfaßt.
24. Maschine nach einem der Ansprüche 18 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Motorschaltungsanordnung eine Motorüberhitzungs-
Schutzschaltung umfaßt.
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