DE1563106C3 - DC starter generator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Anlasser-Generator nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs. The invention relates to a direct current starter generator according to the preamble of the claim.

Ein solcher Anlasser-Generator ist bekannt durch die GB-PS 7 01 121 oder durch das JA-Gbm 16 938/1964. Dort ist zum Laden einer Bleibatterie ein Spannungsregler zur Verhinderung einer Batterieüberladung vorgesehen. Ein derartiger Regler ist teuer und nicht wartungsfrei. Such a starter-generator is known from GB-PS 7 01 121 or from JA-Gbm 16 938/1964. A voltage regulator to prevent battery overcharging is provided there for charging a lead-acid battery. Such a regulator is expensive and not maintenance-free.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gleichstrom-Anlasser-Generator zu schaffen, der beim Generatörbetrieb ohne einen Spannungsregler den abgegebenen Strom auf ein vorgesehenes Niveau begrenzt.The object of the invention is to provide a direct current starter generator to create the output during generator operation without a voltage regulator Current limited to a designated level.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs.The solution to this problem consists in the characteristic Features of the claim.

Der Vorteil der Erfindung liegt einmal in dem einfacheren, billigeren und betriebssichereren Aufbau der Anlage und darin, daß unmittelbar nach dem Anlassen des Verbrennungsmotors die der Batterie entnommene Energie mit hohem Ladestrom wieder zugeführt wird. Bis zum Erreichen der Betriebstemperatur der Nebenschlußfeldwicklung nimmt die Ladestromstärke auf einen dann konstant bleibenden Wert ab, bei dem ein Überladen der Batterie vermieden ist.The advantage of the invention lies in the simpler, cheaper and more reliable structure of the Plant and that immediately after starting the internal combustion engine, the battery removed Energy is supplied again with a high charging current. Until the operating temperature of the shunt field winding is reached the charging current strength then decreases to a constant value at which a Overcharging the battery is avoided.

Grundsätzlich tritt diese Wirkung auch dann ein, wenn der Anlasser-Generator im Motorbetrieb für einen anderen Zweck als das Anlassen einer Brennkraftmaschine verwendet wird.In principle, this effect also occurs when the starter generator is in engine operation for is used for a purpose other than starting an internal combustion engine.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar istThe drawing shows an embodiment of the invention, namely is

F i g. 1 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Gleichstrom-Anlasser-Generator mit abgenommenem Deckel,F i g. 1 is a plan view of the DC starter generator according to the invention with the removed Lid,

F i g. 2 ein Schaltbild des beim erfindungsgemäßen Generator verwendeten elektrischen Stromkreises,F i g. 2 is a circuit diagram of the electrical circuit used in the generator according to the invention,

F i g. 3 eine graphische Darstellung, in der der Anfangsausgangsstrom über der Drehzahl unmittelbar nach dem Anlassen der Maschine aufgetragen ist, undF i g. 3 is a graph showing the initial output current is plotted against the speed immediately after starting the machine, and

F i g. 4 eine graphische Darstellung, in der der Ausgangsstrom über der Betriebszeit aufgetragen ist.F i g. 4 shows a graph in which the output current is plotted against the operating time.

Der in F i g. 1 in einer Draufsicht dargestellte Anlasser-Generator 11 ist mit den üblichen, in Bürstenhaltern 71 liegenden Bürsten 70a und 70b versehen, die einen Kontakt mit dem Kommutator 59 herstellen können. Die Bürsten sind an der Bürstenplatte 73 befestigt, die etwa durch nicht dargestellte Schrauben mit der Oberseite des Generatorgehäuses verbunden sein kann.The in F i g. 1 shown in a plan view starter generator 11 is provided with the usual lying in brush holders 71 brushes 70a and 70b, which can make contact with the commutator 59th The brushes are attached to the brush plate 73, which can be connected to the top of the generator housing, for example by screws (not shown).

Von der Bürstenplatte aus ragen mehrere an ihr befestigte Stützpfosten nach oben, an denen eine Diodenkühlfläche 76 durch Schrauben 77 angebracht ist. Auf der Kühlfläche ist eine Sperrdiode 79 befestigt.From the brush plate, several support posts attached to it protrude upwards, on which a diode cooling surface 76 is attached by screws 77. A blocking diode 79 is attached to the cooling surface.

Die ganze Vorrichtung kann mit einem Deckel versehen sein, der nicht dargestellt ist. Ein elektromagnetischer Anlasserschalter 80 ist durch einen Bügel 81 mit Schrauben 82 mit dem Generatorgehäuse verbunden.The entire device can be provided with a cover, which is not shown. An electromagnetic starter switch 80 is connected to the generator housing by a bracket 81 with screws 82.

Nach F i g. 2 liegt die Bürste 70a über einen Draht 85 an Masse 84. Ein Pol der Batterie 86 ist durch einen Draht 87 mit einem Draht 85 verbunden.According to FIG. 2, the brush 70a is connected to ground 84 via a wire 85. One pole of the battery 86 is connected to a wire 85 by a wire 87 .

Ein Ende der Reihenschlußfeldwicklung ist durch einen Draht 88 mit der Bürste 706 verbunden, während das andere Ende der Reihenschlußfeldwicklung über einen Draht 89 mit einem festen Kontaktstück 90 des elektromagnetischen Anlasserschalters 80 verbunden ist. Ein Ende der Nebenschlußfeldwicklung ist durch einen Draht 91 mit dem Draht 85 verbunden und ihr anderes Ende ist durch einen Draht 92 mit dem Draht 89 verbunden. Diese Anordnung ist eine bekannte Anschlußart für Doppelschlußgeneratoren. Der andere Pol der Batterie 86 steht über einen Draht 94 mit dem anderen festen Kontaktstück 95 des Anlasserschalters 80 in Verbindung. Eine Sperrdiode 79 ist über einen Draht 96 an den Draht 92 und über einen Draht 97 an den Draht 94 angeschlossen.One end of the series field winding is connected by a wire 88 to the brush 706, while the other end of the series field winding is connected by a wire 89 to a fixed contact piece 90 of the electromagnetic starter switch 80. One end of the shunt field winding is connected to the wire 85 by a wire 91 and the other end thereof is connected to the wire 89 by a wire 92 . This arrangement is a known type of connection for double circuit generators. The other pole of the battery 86 is connected to the other fixed contact piece 95 of the starter switch 80 via a wire 94. A blocking diode 79 is connected to wire 92 by wire 96 and to wire 94 by wire 97.

Der Anlasserschalter 80 besitzt ein bewegliches Kontaktstück 99, das von einem Elektromagneten 100 betätigt wird. Der Elektromagnet ist seinerseits mit einem Anker 101 versehen, an dem das bewegliche Kontaktstück 99 befestigt ist. Eine Zugspule 102 betätigt den Anker. Ein Ende der Zugspule 102 ist durch einen Draht 103 mit dem von der Batterie kommenden Draht 94 verbunden, während das andere Ende der Zugspule 102 durch einen Draht 104 mit einem festen Kontaktstück 105 eines Handsteuer-Schalters 106 verbunden ist. Der Schalter 106 besitzt ein bewegliches Kontaktstück 107, das durch einen Draht 108 an Masse 109 liegt. Der Draht 104 ist somit mit dem beweglichen Kontaktstück 107 und der Draht 108 mit dem festen Kontaktstück 105 verbunden, wenn der Schalter 106 geschlossen ist.The starter switch 80 has a movable contact piece 99 which is actuated by an electromagnet 100. The electromagnet is in turn provided with an armature 101 to which the movable contact piece 99 is attached. A pull coil 102 operates the armature. One end of the pull coil 102 is connected by a wire 103 to the wire 94 coming from the battery, while the other end of the pull coil 102 is connected by a wire 104 to a fixed contact piece 105 of a manual control switch 106 . The switch 106 has a movable contact piece 107 which is connected to ground 109 by a wire 108 . The wire 104 is thus connected to the movable contact piece 107 and the wire 108 is connected to the fixed contact piece 105 when the switch 106 is closed.

Für die Feldwicklungen stehen sechs Pole zur Verfügung. Die Nebenschlußfeldwicklung besitzt pro Polstück 125 Windungen. Für die Nebenschlußfeldwicklung ist ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,64 Millimeter verwendet.Six poles are available for the field windings. The shunt field winding has per pole piece 125 turns. For the shunt field winding is a copper wire with a diameter of 0.64 millimeter used.

Wenn die Brennkraftmaschine mit der der Anlasser-Generator zusammenarbeitet, angelassen werden soll, wird der Handsteuer-Schalter 106 geschlossen, wodurch die Zugspule 102 erregt wird, die darauf den Anker 101 nach unten zieht. Durch diese Bewegung des Ankers überbrückt das bewegliche Kontaktstück 99 des Anlasserschalters die festen Kontaktstücke 90 und 95, wodurch der Anlasser-Generator als Motor arbeitet und die Brennkraftmaschine dreht und startet. Bei öffnen des Handsteuer-Schalters 106 wird die Erregung des Elektromagneten 100 unterbrochen, und das bewegliche Kontaktstück 99 entfernt sich von den festenWhen the internal combustion engine with which the starter-generator works is to be started, the manual control switch 106 is closed, whereby the pull coil 102 is energized, which then pulls the armature 101 downwards. As a result of this movement of the armature, the movable contact piece 99 of the starter switch bridges the fixed contact pieces 90 and 95, as a result of which the starter-generator works as a motor and the internal combustion engine rotates and starts. When the manual control switch 106 is opened, the excitation of the electromagnet 100 is interrupted and the movable contact piece 99 moves away from the fixed ones

Kontaktstücken 90 und 95, wodurch der Anlasserschalter 80 geöffnet wird. Nun beginnt die Generatorwirkung des Anlasser-Generators 11, der der Batterie 86 über die jeweiligen Verbindungsleitungen Strom zuführt. Die Sperrdiode 79 ermöglicht ein Fließen von Strom vom Anlasser-Generator zur Batterie, sie verhindert aber einen umgekehrten Stromfluß von der Batterie zum Anlasser-Generator. Der Anlasserschalter 80 ist dabei geöffnet, so daß der Strom von der Batterie über den Draht 94, den Anlasserschalter 80 und den Draht 89 nicht zum Anlasser-Generator fließen kann.Contact pieces 90 and 95, whereby the starter switch 80 is opened. The generator effect now begins of the starter generator 11, which supplies power to the battery 86 via the respective connecting lines. The blocking diode 79 allows current to flow from the starter-generator to the battery, it prevents it but a reverse current flow from the battery to the starter generator. The starter switch 80 is open so that the current from the battery via the wire 94, the starter switch 80 and wire 89 cannot flow to the starter generator.

In F i g. 3 gibt die Kurve 120 den Ausgangsstrom eines herkömmlichen Generators an, während die Kurve 121 die Beziehung zwischen Ladestrom und Drehzahl, d. h. also den Ausgangsstrom eines Generators, entsprechend der Erfindung angibt. Die Brennkraftmaschine wird mit einer im wesentlichen konstanten Drehzahl von 6000 Umdrehungen pro Minute betrieben. In Fig. 3, curve 120 indicates the output current of a conventional generator, while curve 121 the relationship between charging current and speed, i.e. H. i.e. the output current of a generator, indicating according to the invention. The internal combustion engine runs at a substantially constant Speed of 6000 revolutions per minute operated.

Bei der Ladestromkennlinie 120 wirken die von der Reihen- und Nebenschlußfeldwicklung erzeugten Magnetfeldkräfte in entgegengesetzter Richtung auf den Anker ein, wenn durch den Ankerkreis Ladestrom fließt. Die Gegenwirkung des Reihenschlußfeldes zum Nebenschlußfeld ist dem Ladestrom proportional. Wenn kein Strom fließt, tritt wenig Gegenwirkung vom Reihenschlußfeld auf, aber mit zunehmendem Ladestrom wirkt das Reihenschlußfeld dem Nebenschlußfeld in steigendem Maße entgegen, wodurch die Kennlinie des Ladestroms über der Ankerdrehzahl flacher verläuft und schließlich etwa konstant bleibt. .The magnetic field forces generated by the series and shunt field windings act on the charging current characteristic curve 120 in the opposite direction on the armature when charging current through the armature circuit flows. The counteraction of the series field to the shunt field is proportional to the charging current. When no current is flowing, there is little counteraction from the series field, but with increasing charging current the series field counteracts the shunt field to an increasing extent, whereby the characteristic curve of the charging current is flatter above the armature speed and ultimately remains approximately constant. .

Die Rückstromsperre ist durch die Diode 79 gebildet, die in Serie mit solcher Polung zum Ladestromkreis geschaltet ist, daß Ladestrom in die Batterie fließen kann, wenn die Generatorspannung höher als die Batteriespannung ist, und daß der Stromfluß von der Batterie zum Generator unterbrochen wird, wenn die Generatorspannung niedriger als die Batteriespannung ist.The non-return valve is formed by the diode 79, which is connected in series with such polarity to the charging circuit is connected so that charging current can flow into the battery when the generator voltage is higher than the battery voltage is, and that the flow of current from the battery to the generator is interrupted when the generator voltage is lower than the battery voltage.

Die Kurve 122 in F i g. 4 zeigt, wie sich der Ladestrom mit der Zeit auf einen vorbestimmten Wert erniedrigt. Dies tritt dann ein, wenn die vom Nebenschlußstrom hervorgerufene Erwärmung des Nebenschlußfeldes den Wicklungswiderstand (Temperaturkoeffizient des Widerstandes von Kupfer) vergrößert, was eine Verminderung des Nebenschlußstroms zur Folge hat. Die Temperatur-Strom-Stabilisierung der Nebenschlußfeldwicklung wird von der Auswahl der Windungszahl und der Drahtstärke bestimmt und bestimmt ihrerseits die Verminderung des Ladestroms. Für unterschiedliche Leistungen von Anlasser-Generatoren bestimmen die Nebenschlußfeldwicklungsparameter, die Wärmeströmungswege zu den Polstücken, die Jochabschnitte und die Umgebungstemperatur die Stabilisationstemperatur der Nebenschlußfeldwicklung.The curve 122 in FIG. 4 shows how the charging current decreases to a predetermined value over time. This occurs when the heating of the shunt field caused by the shunt current the winding resistance (temperature coefficient of resistance of copper) increases, which results in a reduction in the shunt current. The temperature-current stabilization of the shunt field winding is determined by the selection of the number of turns and the wire size and in turn determines the reduction in the charging current. For different The powers of starter-generators determine the shunt field development parameters, the Heat flow paths to the pole pieces, the yoke sections and the ambient temperature, the stabilization temperature the shunt field winding.

Der höhere Ladestrom unmittelbar nach dem Start ist vorteilhaft, weil er die der Batterie entnommene Anlaßenergie schnell ersetzt. Die Stärke der Ladung fällt dann auf einen sicheren, stetigen Ladepegel zurück. Als weiterer Vorteil der Ladestromsteuerung durch Temperaturstabilisierung der Feldwicklung erweist sich die Änderung der Lademenge durch die Umgebungstemperatur. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen, bei denen die chemischen Reaktionen in der Batterie mit verminderter Stärke ablaufen, ist eine längere Zeit zur Erreichung der Temperaturstabilisierung erforderlich, und die Stabilisationstemperatur ist niedriger, woraus sich ein stärkerer Ladestrom ergibt, der so die Einflüsse der Umgebungstemperatur auf die Batterie ausgleicht. Dasselbe gilt für hohe Umgebungstemperaturen, bei denen die chemische Aktivität der Batterie vergrößert ist und die Feldtemperaturstabilisierung schneller und bei einer höheren Temperatur erreicht wird, wodurch der Ladestrom weiter verringert wird.The higher charging current immediately after the start is advantageous because it uses the starting energy drawn from the battery replaced quickly. The strength of the charge then falls back to a safe, steady charge level. When Another advantage of the charging current control through temperature stabilization of the field winding turns out to be the Change in the charge amount due to the ambient temperature. At low ambient temperatures, at the chemical reactions in the battery take place with reduced strength, is a longer time to Achievement of temperature stabilization is required, and the stabilization temperature is lower, from which the result is a higher charging current, which compensates for the effects of the ambient temperature on the battery. The same applies to high ambient temperatures, at which the chemical activity of the battery increases is and the field temperature stabilization is achieved faster and at a higher temperature, whereby the charging current is further reduced.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Gleichstrom-Anlasser-Generator, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer Doppelschlußfeldwicklung, dessen eine Ausgangsklemme mit einem Pol einer Batterie und dessen andere Ausgangsklemme über eine einen Rückstrom von der Batterie zum Anlasser-Generator unterbindende Sperrdiode mit dem anderen Pol der Batterie verbunden ist, sowie mit einem parallel zu der Sperrdiode liegenden Anlasserschalter zum wahlweisen Schließen eines Stromkreises von der Batterie zum Anlasser-Generator unter Umgehung der Sperrdiode, bei dem die Nebenschlußfeldwicklung aus einem Drahtmaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtstärke der Nebenschlußfeldwicklung in bezug auf den gewünschten Ausgangsstrom und die Betriebstemperatur derart klein gewählt ist, daß sich ohne Anwendung eines Reglers innerhalb einer bestimmten Zeitspanne nach Beginn des Generatorbetriebes eine Absenkung des Erregerstromes und damit eine Stabilisierung der Generator-Spannung und des Batterieladestromes ergibt.DC starter generator, especially for an internal combustion engine, with a double-circuit field winding, one output terminal of which has one pole of a battery and the other output terminal of which has a reverse current of the battery to the starter generator preventing blocking diode with the other pole of the battery is connected, as well as with a parallel to the blocking diode starter switch for optional Closing a circuit from the battery to the starter generator bypassing the Blocking diode in which the shunt field winding is made from a wire material with a positive temperature coefficient consists, characterized in that the wire size of the shunt field winding so small in relation to the desired output current and the operating temperature it is selected that within a certain period of time without using a controller Beginning of generator operation, a reduction in the excitation current and thus a stabilization of the Generator voltage and the battery charging current.