DE3049305A1

DE3049305A1 - Einstellvorrichtung fuer die ausgangsspannung von in fahrzeugen angebrachten generatoren

Info

Publication number: DE3049305A1
Application number: DE19803049305
Authority: DE
Inventors: Youji Higashiyamato Tokyo Matsuyama
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1979-12-29
Filing date: 1980-12-29
Publication date: 1981-09-17
Also published as: FR2472864B1; JPS56101151U; FR2472864A1; GB2068660A; GB2068660B; US4368417A; DE3049305C2

Description

Dipl.-lng. H. MITSCHERLICH D-8000 MÜNCHEN 22

Dipi.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Dr. re, not. W. KÖRBER H> (089, ' 29 66 84

Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS PATENTANWÄLTE

HONDA GIKEN KOGYO KABUSHIKI KAISHA
8-go, 27-ban_r Jingumae 6-chome,
Shibuya-ku
Tokio / Japan

Einstellvorrichtung für die Ausgangsspannung von in Fahrzeugen angebrachten Generatoren

Die Erfindung betrifft eine Einstellvorrichtung für die Ausgangsspannung fremderregter Generatoren, die durch einen Motor angetrieben -werden, welcher in Fahrzeugen wie zum Beispiel PKWs und Motorrädern angeordnet ist.

Wenn der Erregerstrom einer Erregerspule konstant eingestellt ist, nimmt im allgemeinen der Ausgangsstrom eines fremderregten Generators mit der Umlaufgeschwindigkeit des Motors zu, bis diese Geschwindigkeit einen vorbestimmten Wert erreicht, wie durch Kurve A in Figur 3 angedeutet, und bleibt dann konstant. Bei herkömmlichen Einstellvorrichtungen für die Ausgangsspannung der fremderregten Generatoren wird ein Stromfluß in die Erregerspule zugelassen, wenn die Batteriespannung kleiner ist als ein voreingestellter Wert, und der Strom unterbrochen, wenn die Batteriespannung größer ist als der voreingestellte Wert. Daher erzeugt der Generator Strom mit seiner größten Leistung, wenn die in der Batterie gespeicherte Elektrizitätsmenge kleiner ist als die Hälfte der Nennkapazität, während der Motor mit hoher Geschwindigkeit läuft. Daher steigt die Temperatur des Generators aufgrund von Selbsterhitzung übermäßig und verschlechtert die Lebensdauer seiner Einzelteile.

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In Anbetracht dessen wurde die Erfindung ersonnen. Und zwar ist der Gegenstand der Erfindung die Schaffung einer Einstellvorrichtung für die Ausgangsspannung, welche den Generator so steuert, daß seine Ausgangsspannung abnimmt mit der Zunahme der Umlaufgeschwindigkeit im Hochgeschwindigkeitsbereich, um dadurch das elektrische Laden geeignet zu beschränken und damit einen übermäßigen Temperaturanstieg durch Selbsterhitzung des Generators zu vermeiden, wenn die Batterie hohe Ladeströme benötigt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung;

Figur 2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtungτ und

Figur 3 ein Diagramm mit Ausgangsstrom-Kennlinien eines Generators relativ zur Umlaufgeschwindigkeit des Motors, wobei Kurve A die herkömmliche Kennlinie, Kurve B die Kennlinie gemäß der ersten Ausführungsform und Kurve C die Kennlinie gemäß der zweiten Ausführungsform wiedergeben.

Bei der ersten Ausführungsform in Figur 1 besteht ein fremderregter Generator aus einer Statorspule (1), einer Erregerspule 2, einem durch den Motor angetriebenen Rotor sowie einem Gleichrichter 3. Die Erregerspule 2 und der Gleichrichter sind über einen Hauptschalter 4 mit einer Batterie 5 verbunden .

Ein erster npn-Schalttransistor 6 ist mit der Erdungsseite der Erregerspule 2 verbunden, ein Widerstand 7 ist mit der Basis des Transistors 6 verbunden, um eine Vorspannung an ihn anzulegen, und der Widerstand 7 ist über einen zweiten npn-Schalttransistor 8 geerdet.

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Ferner sind Spannungsteilungswiderstände 9, 10 zur Erzeugung einer Vorspannung mit der Basis des zweiten Schalttransistors 8 verbunden, und eine Zenerdiode 11 ist zwischen die Basis des zweiten Transistors 8 und die Spannungsteilungswiderstände eingefügt. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Widerstand zur Einstellung der Vorspannung.

Ein Oszillator 13 und ein Signalgenerator 14 sind mit der Basis des zweiten Schalttransistors 8 verbunden.

Der Signalgenerator 14 weist eine Eingangsklemme 15 auf zur Lieferung von Ausgangssignalen von dem Generator oder von einem anderen Signalgenerator, der mit der Kurbelwelle des Motors gekoppelt ist. An der Eingangsklemme 15 liegt ein Signal a an mit einer sinusförmigen Wellenform und einer Frequenz, die der Umlaufgeschwindigkeit des Motors proportional ist. Die Signale a werden durch eine Diode 16 gleichgerichtet, durch einen Transistor 17 in Rechteckwellen umgeformt und in differenzierte Wellenformen umgewandelt durch eine Differenzierschaltung 20, die aus einem Kondensator und einem Widerstand 19 besteht. Schließlich werden aus den Signalen der differenzierten Wellenformen Signale b einer negativen Wellenform durch eine Diode 21 erzeugt und als Ausgangssignale des Signalgenerators 14 geliefert.

Der Oszillator 13 besteht aus einem monostabilen Multivibrator 22, der die Signale b als Eingangssignale erhält, einem ersten Signalinverter 23 zum Invertieren und Stabilisieren der Ausgangssignale des Multivibrators 22 sowie einem zweiten Signalinverter 24 zum Wiederinvertieren der Ausgangssignale des Signalinverters 23. Im Normalzustand, wenn kein Eingangssignal vorhanden ist, bleibt ein erster Transistor 25. in dem Multivibrator 22 leitend, und ein zweiter Transistor 25₂ bleibt nichtleitend. Bei Erhalt des Ausgangssignals b des Signalgenerators 14 über die Basis wird der erste Transistor 25^ nichtleitend gemacht, und der

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zweite Transistor 25- wird leitend gemacht. Die Transistoren 25.. und 25„ kehren dann in ihre Anfangszustände zurück nach einer vorbestimmten Zeit t (zum Beispiel 1,5 ms), die durch die Zeitkonstante eines Kondensators 26 und eines Widerstandes 27 bestimmt wird.

Polglich liefert der erste Transistor 25. bei Erhalt jedes Signals b ein Impulssignal c vorbestimmter Dauer t über den Kollektor. Das Ausgangssignal wird durch den ersten Signalinverter 23 invertiert und wird durch den zweiten Signalinverter 24 wieder invertiert. Schließlich wird das Signal c als Ausgangssignal des Oszillators 13 geliefert und der Basis des zweiten Schalttransistors 8 zugeführt.

In der so aufgebauten Vorrichtung wird bei geschlossenem Hauptschalter 4 an die Basis des ersten Schalttransistors 6 über den Widerstand 7 eine Vorspannung angelegt. Der Transistor 6 wird leitend gemacht, und die Erregerspule 2 wird mit einem Strom beschickt und erregt. Wenn der die Erregerspule 2 aufweisende Rotor durch den Motor gedreht wird, wird in der Statorspule 1 ein Wechselstrom erzeugt; dieser wird durch einen Gleichrichter 3 in einen Gleichstrom gleichgerichtet und der Batterie 5 zugeführt. Wenn die Batterie 5 elektrisch geladen wird, steigt die Batteriespannung allmählich an. Wenn die durch die Widerstände 9, 10 geteilte Spannung größer wird als eine Spannung, die durch die Zenerdiode 11 festgelegt ist, wird die Vorspannung über die Zenerdiode 11 an die Basis des zweiten Schalttransistors 8 angelegt, und der Transistor 8 wird leitend gemacht. Daher wird das Basispotential des ersten Schalttransistors 6 vermindert. Und zwar wird der Transistor 6 nichtleitend gemacht und unterbricht den Strom, der in die Erregerspule 2 fließt. Dementsprechend hört die Statorspule 1 auf, Elektrizität zu erzeugen. Daher erzeugt der Generator Strom, wenn die Batteriespannung kleiner ist als die durch die Widerstände 9, und durch die Zenerdiode 11 festgelegte Spannung, und hört

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auf, Strom zu erzeugen, wenn die Batteriespannung größer ist als die festgelegte Spannung.

Wenn der Motor läuft, werden Impulssignale b durch den Signalgenerator 14 in einer der Umlaufgeschwindigkeit des Motors entsprechenden Anzahl erzeugt und dem Oszillator 13 zugeführt, welcher Rechteckwellenimpulse c entsprechend den Impulssignalen b erzeugt. Die Rechteckwellenimpulse c werden der Basis des zweiten Schalttransistors 8 zugeführt. Daher wird der Transistor 8 bei Erhalt jedes Impulses c leitend gemacht und veranlaßt, daß der erste Transistor 6 nichtleitend gemacht wird, so daß der in die Erregerspule 2 fließende Strom unterbrochen wird.

Die Frequenz der durch den Oszillator 13 erzeugten Rechteckwellenimpulse c, das heißt, die Anzahl von Impulsen je Zeiteinheit, ist der Umlaufgeschwindigkeit des Motors proportional. Daher wird die Zeitdauer, während der der zweite Schalttransistor 8 innerhalb der Zeitperiode leitend bleibt, also die Dauer, während der der erste Schalttransistor 6 nichtleitend bleibt, mit der Zunahme der Umlaufgeschwindigkeit des Motors verlängert, und der in die Erregerspule 2 fließende Erregerstrom wird vermindert. Diese Tendenz wird besonders auffällig, wenn der Motor mit hoher Geschwindigkeit läuft. Dementsprechend nimmt der Ausgangsstrom des Generators mit der Zunahme der Umlaufgeschwindigkeit des Motors ab, nachdem ein Maximalwert erreicht worden ist, wie durch die Kurve B in Figur 3 angedeutet.

Der Ausgangsstrom kann also mit dem Anstieg der Motorgeschwindigkeit in dem Hochgeschwindigkeitsbereich vermindert werden aufgrund der Wirkung der Unterbrechung des Erregerstromes, welche auf den Ausgangsimpulsen des Oszillators beruht. Folglich wird verhindert, daß die Batterie stark geladen wird, wenn der Motor mit hoher Geschwindigkeit läuft. Anders ausgedrückt wird die Selbsterhit^ung des Generators beschränkt und verhindert, daß er übermäßig hsiß wird,

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Figur 2 stellt eine zweite Ausfülrrungsform dar, welche aus der erwähnten ersten Ausführungsform sowie dem Aufbau besteht, der nachfolgend erwähnt wird. Und zwar ist ein Frequenz-Spannungsumsetzer 29 über einen dritten Signalinverter 28 mit dem Kollektor des zweiten Transistors 25₂ des monostabilen Multivibrators 22 verbunden, ein aus einer Schmittschaltung bestehender Komparator 30 ist mit dem Umsetzer verbunden, und ein Gatterschaltkreis 31 ist mit dem Komparator 30 verbunden. Der Gatterschaltkreis 31 ist in einer Signalschaltung vorgesehen, welche den Oszillator 13 mit dem zweiten Schalttransistor 8 verbindet.

Hier bilden der Leitzustand und der nichtleitende Zustand des ersten und des zweiten Transistors 25., 25- in dem inonostabilen Multivibrator 22 immer eine inverse Beziehung. Also entspricht das am Kollektor des zweiten Transistors 25-erzeugte Ausgangssignal demjenigen, welches durch Invertieren des Ausgangssignal am Kollektor des ersten Transistors 25,. erhalten wird. Das Ausgangssignal des zweiten Transistors 25„ wird durch den dritten Signalinverter 28 invertiert. Folglich werden von dem dritten Signalinverter 28 Ausgangssignale d erzeugt, welche die gleiche Wellenform und Frequenz wie die Ausgangssignale c des ersten Transistors 2S₁ aufweisen. Die Signale d dienen als zweite Ausgangssignale des Oszillators 13 und werden als Eingangssignale dem Frequenz-Spannungs-Umsetzer 29 der nächsten Stufe zugeführt.

Der Umsetzer 29 besteht aus einem Kondensator 32 und einem Widerstand 33, welche die Eingangssignale d in Spannungs-Wellenformen e entsprechend der Frequenz der Signale d umwandeln. Da die zweiten Ausgangssignale d des Oszillators eine Frequenz haben, die der Umlaufgeschwindigkeit des Motors proportional ist, wird die Ausgangsspannung des Umsetzers 29 der Umlaufgeschwindigkeit des Motors proportional.

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Das Ausgangssignal e des Umsetzers 29 wird dem Komparator zugeführt, in welchem ein erster Transistor 34.. nichtleitend gemacht wird, wenn das Eingangssignal e eine kleine Spannung hat. Daher wird ein zweiter Transistor 34« über Widerstände 35^ , 35« , 35., mit Strom beschickt und leitend gemacht, wodurch ein dritter Transistor 34- mit einem Basisstrom beschickt und leitend gemacht wird. In diesem Fall erhält der erste Transistor 34., eine konstante, durch Widerstände 35^, und 35c bestimmte Spannung. Daher wird der erste Transistor 34^ nichtleitend gehalten, bis die Spannung der Eingangssignale e größer wird als die Emitterspannung des ersten Transistors 34^. Folglich werden der zweite und der dritte Transistor 34₂ bzw. 34_ leitend gehalten, und der Transistor in dem Gatterschaltkreis 31 wird durch das Ausgangssignal von dem Kollektor des dritten Transistors 34₃ leitend gemacht. Die ersten Ausgangssignale c des Oszillators 13 werden in dem Gatterschaltkreis 31 kurzgeschlossen und nicht dem Schalttransistor 8 zugeführt.

Wenn jetzt die Umlaufgeschwindigkeit des Motors über den festgelegten Wert ansteigt und die Spannung der Ausgangssignale e des Umsetzers 29 größer wird als die Emitterspannung des ersten Transistors 34- des Komparators 30, wird der Transistor 34η leitend gemacht, der zweite und der dritte Transistor 34_ bzw. 34., werden nichtleitend gemacht, und der Transistor in dem Gatterschaltkreis 31 wird nichtleitend gemacht. Dementsprechend werden die ersten Ausgangssignale c des Oszillators 13 nicht in dem Gatterschaltkreis 31 kurzgeschlossen, sondern werden der Basis des zweiten Schalttransistors 8 zugeführt. Von diesem Moment an wird der in die Erregerspule 2 fließende Erregerstrom vermindert mit der Zunahme der Umlaufgeschwindigkeit des Motors aufgrund des gleichen Vorgangs wie bei der vorerwähnten ersten Ausführungsform. Wie durch die Kurve C in Figur 3 angedeutet, nimmt daher der Ausgangsstrom des Generators überhaupt nicht

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ab, bis die Motorgeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert Nx erreicht, welcher der Emitterspannung entspricht, das heißt, der Schwellenspannung des ersten Transistors 34., des !Comparators 30, aber beginnt abzunehmen, wenn die vorbestimmte Laufgeschwindigkeit Nx überschritten wird. Daher wird der Erzeugungs-Wirkungsgrad des Generators nicht vermindert, wenn der Motor mit niedriger bis mittlerer Geschwindigkeit läuft.

Der Patentanwalt

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Claims

HONDA GIKEN KOGYO KABUSHIKI KAISHA
8-go, 27-ban, Jingumae 6-chome,
Shibuya-ku
Tokio / Japan

Ansprüche:

Einstellvorrichtung für die Ausgangsspannung von in Fahrzeugen angebrachten Generatoren, die antriebsmäßig mit einem Motor verbunden sind und eine Erregerspule aufweisen, mit einer Batterie, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung, die in einem elektrischen Schaltkreis vorgesehen ist, welcher die Erregerspule (2) mit der Batterie (5) verbindet und tätig ist, um den Schaltkreis bei Erhalt eines Eingangssignals zu öffnen, eine betriebsmäßig mit dem Motor gekoppelte Signaleinrichtung (14) zur Erzeugung elektrischer Signale (b) mit einer Frequenz, die der Umlaufgeschwindigkeit des Motors entspricht, sowie einem Oszillator (13), der die Ausgangssignale (b) der Signaleinrichtung (14) in Impulssignale (c) vorbestimmter Dauer mit einer der Umlaufgeschwindigkeit des Motors proportionalen Frequenz umwandelt und die Impulssignale (c) der Schaltungseinrichtung als Eingangssignale zuführt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen ersten Schalttransistor (6) in dem Schaltkreis umfaßt, ferner einen zweiten Schalttransistor (8) zur Steuerung der Basisspannung des ersten Schalttransistors (6), um ihn leitend oder nichtleitend zu machen, einen mit der Batterie (5) verbundenen Spannungig·- teilungswiderstand (9,10) sowie eine Zenerdiode (11) in der Verbindung des Spannungsteilungswiderstandes (9,10) mit der Basis des zweiten Schalttransistors (8).

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3. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (13) einen monostabilen Multivibrator (22) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gatterschaltkreis (3I)₁ der in einer Signalschaltung vorgesehen ist, welche den Oszillator (13) mit der Schalteinrichtung verbindet, sowie eine Steuervorrichtung zur Steuerung des Gatterschaltkreises (31) in der Weise, daß die Ausgangssignale (c) des Oszillators (13) gesperrt werden, bis die Umlaufgeschwindigkeit des Motors einen vorbestimmten Wert erreicht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung einen Frequenz-Spannungs-Umsetzer (29) zur Umwandlung der Frequenz von Ausgangssignalen (d) des Oszillators (13) in eine Spannung umfaßt sowie einen Komparator (30), der tätig wird, um dem Gatterschaltkreis (31) ein Signal zuzuführen, um auf diese Weise die der Schalteinrichtung zugeführten Ausgangssignale (c) des Oszillators (13) zu sperren, wenn die Ausgangsspannung des Umsetzers (29) niedriger als der vorbestimmte Pegel ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (30) eine Schmitt-Schaltung umfaßt.

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