DE19852388A1

DE19852388A1 - Drehstromgenerator für die Stromversorgung an einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19852388A1
Application number: DE1998152388
Authority: DE
Inventors: Frank Kraemer
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2000-05-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehstromgenerator für die Stromversorgung an einem Kraftfahrzeug, mit einer Ständerwicklung, die drei im Stern geschaltete Wicklungsstränge (U, V, W) aufweist, wobei jeder Wicklungsstrang (U, V, W) wenigstens in zwei Teilstränge (U1, U2; V1, V2; W1, W2) unterteilt ist und Schaltelemente (I, II) vorgesehen sind, die jeweils so mit den beiden Teilwicklungen (U1, U2; V1, V2; W1, W2) eines Wicklungsstranges (U, V, W) verschaltet sind, daß diese in Reihe oder parallel zueinander schaltbar sind.

Description

Die in Fahrzeugen zu installierende elektrische Leistung muß im Hinblick auf die zunehmende Zahl von elektrisch zu betrei benden Einrichtungen in einem Fahrzeug, die der Sicherheit aber auch dem Komfort dienen, erhöht werden. Die Bereitstel lung der elektrischen Energie kann bisher nur durch einen von der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs angetriebenen Bordgene rator erfolgen, der heute üblicherweise als Drehstrom- Klauenpolgenerator ausgeführt ist und der entsprechend der gewünschten Erhöhung der elektrischen Leistung auch einen hö heren Teil der Antriebsleistung von der Verbrennungskraftma schine abfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehstromge nerator für diesen Anwendungsfall zu entwickeln, der bei er heblich höherem Wirkungsgrad zu einer Reduzierung der mecha nischen Antriebsleistung führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Dreh stromgenerator für die Stromversorgung an einem Kraftfahr zeug, mit einer Ständerwicklung, die drei im Stern geschalte te Wicklungsstränge aufweist, wobei jeder Wicklungsstrang in wenigstens zwei Teilwicklungen geteilt ist und Schaltelemente vorgesehen sind, die jeweils so mit den beiden Teilwicklungen eines Wicklungsstranges verschaltet sind, daß diese in Reihe oder parallel zueinander schaltbar sind. Bei diesem Aufbau eines Drehstromgenerators, insbesondere eines Drehstrom- Klauenpolgenerators, wird mit Vorteil ausgenutzt, daß die Charakteristik der Spannungsinduktion in der Ständerwicklung maßgeblich durch die Zahl der Windungen und die Kupfermasse bestimmt wird. Werden nun die drei Wicklungsstränge einer Ständerwicklung jeweils in wenigstens zwei Teilwicklungen ge teilt und jeweils durch entsprechende Schaltelemente so mit einander gekoppelt, daß sie entweder in Reihe oder parallel geschaltet werden können, kann eine Betriebsanpassung an un terschiedliche Anforderungen erreicht werden. Im Falle der Parallelschaltung der gleichphasigen Wicklungsstränge wird eine Wirkungsgraderhöhung infolge der Drahtquerschnittserwei terung und demzufolge der Absenkung der Ohm'schen Verluste gegenüber einer festverschalteten Ständerwicklung erreicht.

Werden über die Schaltelemente die beiden Teilwicklungen ei nes jeden Wicklungsstranges in Reihe geschaltet, dann bedeu tet dies eine hohe Windungszahl und dementsprechend eine Spannungserzeugung bei bereits niedrigen Drehzahlen, aber mit geringem Maximalstrom. Werden dagegen die beiden Teilwicklun gen der Wicklungsstränge parallel geschaltet, dann bedeutet dies eine geringe Windungszahl. Das führt zu einem späten An sprechen des Generators aber zu einem hohen Maximalstrom. Da mit ist die Möglichkeit gegeben, über die ohnehin vorhandene Motorsteuerung oder aber auch über andere Steuerungseinrich tungen betriebspunktabhängig die jeweils geforderte Leistungs charakteristik des Drehstromgenerators einzuschalten.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder Wicklungsstrang in vier Teilwicklungen unterteilt ist, wobei zwei Teilwicklungen unveränderbar parallel zuein ander geschaltet sind und zwei Teilwicklungen wahlweise par allel oder in Reihe zueinander schaltbar sind. Diese Schal tungsanordnung bietet besonders günstige Anpassungsmöglich keiten an die Betriebserfordernisse in der Stromversorgung eines Kraftfahrzeugs.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltungsbild eines Drehstromgenerators mit einer im Stern geschalteten Ständerwicklung,

Fig. 2 qualitativ für eine Ständerwicklung mit unter schiedlicher Windungszahl die Abhängigkeit der Stromhöhe von der Generatordrehzahl,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung den in zwei Teilwick lungen geteilten Wicklungsstrang V aus Fig. 1,

Fig. 4 eine Abwicklung einer im Stern geschalteten Stän derwicklung mit jeweils geteilten Wicklungssträngen U, V, W, in Reihenschaltung,

Fig. 5 die Ständerwicklung gem. Fig. 4 in Parallelschal tung,

Fig. 6 eine Abwicklung einer Ständerwicklung mit jeweils vierfach unterteilten Wicklungssträngen in Reihen schaltung,

Fig. 7 die Ständerwicklung gem. Fig. 6 in Parallelschal tung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Schaltungsbild eines Dreh stromgenerators ist der Stromfluß für eine gegebene Stellung des auf die Wicklungsstränge U und V einwirkenden Rotorfeldes dargestellt. Mit weiterer Drehung des Rotorfeldes wechselt seine Einwirkung auf die Wicklungsstränge V und W und dann anschließend auf die Wicklungsstränge W und U, wobei jeweils sich die Stromrichtung umkehrt. Durch die Dioden 1 ist si chergestellt, daß der Stromfluß immer nur in einer Richtung erfolgt.

In Fig. 2 ist nun schematisch für eine Spule der Verlauf der Abhängigkeit des Stromes I von der Generatordrehzahl n prin zipiell für eine Spule mit kleiner Wicklungszahl, beispiels weise w₁ = 1x und eine Spule mit großer Wicklungszahl w₂ = 2x dargestellt. Durch die Wicklungszahlen soll für die Prinzip darstellung lediglich dargestellt werden, daß die Wicklungs zahlen im Verhältnis von 1 zu 2 vorgegeben sind. Beide Spulen weisen jedoch die gleiche Kupfermasse und die gleiche Draht stärke auf.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, ergibt sich bei der kleinen Win dungszahl w₁ ein spätes Ansprechen des Generators mit einem hohen Maximalstrom. Bei der hohen Windungszahl w₂ ergibt sich ein frühes Ansprechen, jedoch mit einem geringen Maximal strom.

Werden nun die Wicklungsstränge U, V, W, wie in Fig. 3 für den Wicklungsstrang V angedeutet, in zwei gleich große Teil wicklungen V1 und V2 unterteilt, dann besteht die Möglich keit, bei einer wahlweisen Verschaltung der Teilwicklungen V1 und V2 und entsprechend auch der Teilwicklungen U1 und U2 so wie W1 und W2, in Reihenschaltung oder Parallelschaltung ent sprechend dem in Fig. 2 prinzipiell dargestellten Betriebs verhalten schon bei geringen Drehzahlen einen verhältnismäßig hohen Strom zu erzeugen und bei hohen Drehzahlen eine nahezu doppelt so hohen Strom zu erzeugen, so daß durch ein be triebspunktabhängiges Umschalten den Betriebsanforderungen entsprochen werden kann.

In Fig. 4 ist in einer "Abwicklung" die Ständerwicklung eines Generators mit seinen Wicklungssträngen U, V und W darge stellt, wobei die einzelnen Wicklungsstränge in jeweils gleich große Teilwicklungen unterteilt sind. Die einzelnen Teilwicklungen können nun über zwei Schalter I und II wahl weise in jedem Wicklungsstrang für sich in Reihenschaltung, wie in Fig. 4 dargestellt und in Parallelschaltung, wie in Fig. 5 dargestellt, entsprechend den betrieblichen Anforde rungen verschaltet werden.

In Fig. 6 und 7 ist eine abgewandelte Aufteilung der Wick lungsstränge dargestellt. Hierbei sind die einzelnen Wick lungsstränge U, V, W in jeweils vier gleich große Teilwick lungen U1, U2, U3 und U4 und entsprechend auch für V und W unterteilt. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß die Teilwicklungen U1 und U2 über die Schalteranordnung I und II, wie anhand von Fig. 4 und 5 beschrieben, wahlweise in Reihen schaltung und Parallelschaltung zueinander verschaltet werden können.

Die Teilwicklungen U3 und U4 sind fest in Parallelschaltung verschaltet, entsprechend auch die weiteren Teilwicklungen der Wicklungsstränge V und W.

Mit einer derartigen Schaltungsanordnung ist gewährleistet, daß entsprechend der Prinzipdarstellung gem. Fig. 2 für einen Wicklungsstrang über die Teilwicklungen U3 und U4, also über zwei Spulen mit niedriger Wicklungszahl ein hoher Maximal strom bei spätem Ansprechen des Generators zur Verfügung ge stellt wird. Über die wahlweise Schaltung der beiden Teil wicklungen U1 und U2 und entsprechend auch der Teilwicklungen der Wicklungsstränge V und W läßt sich dann die in Fig. 6 dargestellte Reihenschaltung der Teilwicklungen und die in Fig. 7 dargestellte Parallelschaltung der Teilwicklungen ver wirklichen.

Claims

1. Drehstromgenerator für die Stromversorgung an einem Kraft fahrzeug, mit einer Ständerwicklung, die drei im Stern ge schaltete Wicklungsstränge (U, V, W) aufweist, wobei jeder Wicklungsstrang (U, V, W) wenigstens zwei Teilstränge (U1, U2; V1, V2; W1, W2) unterteilt ist und Schaltelemente (I, II) vorgesehen sind, die jeweils so mit den beiden Teilwicklungen (U1, U2; V1, V2; W1, W2) eines Wicklungsstranges (U, V, W) verschaltet sind, daß diese in Reihe oder parallel zueinander schaltbar sind.

2. Drehstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß jeder Wicklungsstrang (U, V, W) in vier Teilwicklun gen unterteilt ist, wobei zwei Teilwicklungen unveränderbar parallel zueinander geschaltet sind und zwei Teilwicklungen wahlweise parallel oder in Reihe zueinander schaltbar sind.