DE3402288A1

DE3402288A1 - Generator fuer fahrzeuge mit einem zu einer steuereinrichtung gehoerenden spannungsregler

Info

Publication number: DE3402288A1
Application number: DE19843402288
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dyken van; Wunibald 7141 Schwieberdingen Frey; Rainer 7016 Gerlingen Leunig; Friedhelm Dipl.-Ing. 7132 Illingen Meyer; Erwin 7140 Ludwigsburg Wiedner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-09-21
Filing date: 1984-01-24
Publication date: 1985-04-04
Also published as: ES8505795A1; ES536141A0; EP0156832A1; WO1985001398A1

Description

R. 18959 IP
13.1.198U Go/Wl

ROBERT BOSCH GMBK, TOOO Stuttgart 1

Generator für Fahrzeuge mit einem zu einer Steuereinrichtung gehörenden Spannungsregler

Die Erfindung betrifft einen Generator nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Die bisher für derartige Generatoren verwendeten Spannungsregler enthalten in der Regel zwei in einer Darlington-Schaltung miteinander verbundene Leistungstransistoren-, über welche der die Erregerwicklung des Generators durchfließende Erregerstrom geführt ist. Diese wechseln in einem von der jeweiligen Höhe der Generatorspannung abhängigen Takt ihren Leitungszustand und werden von einem Transistor gesteuert, der meistens über eine Zenerdiode mit dem Gleichspannung führenden Ausgang des Generators verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Gene- | rator der eingangs beschriebenen Art, dessen Vorerregung ]' durch die Generatorkontrollampe ermöglicht wird, für den Regler eirien erweiterten Funktionsbereich vorzusehen, wobei das den jeweiligen Betriebszustand des Generators bei Stillstand oder ungenügender Erregung aufleuchtende Signalelement

- a£ - η. 18959 IP

als Light-Emitting-Diode (LED) oder als Liq,uid-Crystal-Diode (LCD) ausgebildet sein kann. Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen vorgesehen. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung in ihrem Schaltbild dargestellt und nachstehend im einzelnen näher beschrieben.

Der in Figur 1 dargestellten Generator ist zum Betrieb auf Kraftfahrzeugen bestimmt und arbeitet mit einem Regler zusammen, der einen erweiterten Funktionsbereich aufweist. Im einzelnen weist der Generator eine umlaufende Erregerwicklung 1 und drei im Stern verbundene, jeweils um 120 versetzte, in einem feststehenden Ständer angeordnete Wechselspannungswicklungen 2, 3 und h auf, die von dem Magnetfeld der Erregerwicklung durchsetzt werden. Die in diesen Wicklungen erzeugte Wechselspannungen sind an eine aus sechs Laststromdioden gebildete Brückenschaltung angeschlossen. Jeweils eine Plusdiode 5 und eine Minusdiode β bildet ein Laststromdiodenpaar, wobei an die mit der Anode der Plusdiode verbundene Kathode der Minusdiode eines Laststromdiodenpaares eine der drei Wechselspannungswicklungen 2, 3, h angeschlossen ist. Dabei sind die Plusdioden 5 mit ihren Kathoden zusammengefaßt und an eine gemeinsame Anschlußklemme B+ angeschlossen, die mit dem Pluspol einer Fahrzeugbatterie 10 verbunden ist, während die untereinander verbundenen Anoden der Minusdioden 6 an eine gemeinsame Minusleitung 11 angeschlossen und zum Minuspol der Batterie 10 und der mit dieser verbundenen Anschlußklemme D- geführt sind.

- ? - R. 18959

An die Wechselspannungswicklungen 2, 3 und h des Generators sind drei Steuerdioden J, 8 und 9 angeschlossen, deren Kathoden untereinander mit einer Steuerleitung 12 verbunden sind, die zu einem mit D+ bezeichneten Eingang eines Spannungsreglers 13 geführt ist. Der Regler ist mit unterbrochenen Linien umrahmt und enthält zwei in einer Darlington-Schaltung 16 verbundene, im einzelnen nicht näher bezeichnete Leistungstransistoren, die dazu dienen, der Feldwicklung 1 über die Erregerleitung 151 einen getakteten Erregerstrom zuzuführen. Außerdem erhält der Spannungsregler 13 die vorzugsweise als IC-Schaltkreis ausgebildete Regeleinrichtung mit Signaltransistor schaltung 20, die den Spannungs-Istwert über die Leitung 12 mißt, mit dem intern gebildeten Sollwert vergleicht und danach die Darlington-Schaltung 16 über die Basisleitung 51 ansteuert. Ist die über die Leitung 12 gemessene Spannung zu hoch, wird die Darlington-Schaltung 16 gesperrt. Ist die Spannung zu niedrig, wird die Darlington-Schaltung leitend.

Der Sollwert ist nahezu konstant. Er wird temperaturabhängig beeinflußt. Bei Kälte wird auf eine höhere Spannung (= höhere Ladespannung der Batterie), bei Wärme auf eine niedrigere . Spannung (= niedrigere Ladespannung der Batterie) geregelt. Maßgebend ist die Temperatur am Regler 13, die im allgemeinen von der Temperatur an der Batterie 10 abweicht.

Durch die Regeleinrichtung mit Signaltransistorschaltung 20 wird die Signallampe SL mit Masse 11 verbunden oder von ' Masse getrennt.

Die Funktion ist wie folgt:

- K - H- 13959

Wird der Zündschalter ZS geschlossen, so leuchtet einerseits die Signallampe SL, da sie über die Signaltransistorschaltung 21 mit Masse verbunden ist, andererseits fließt ein Vorerregerstrom über die Leitung 151, die Feldwicklung 1 und die Darlington-Schaltung 16 zur Masse 11. Die Regeleinrichtung 20 erkennt über die Leitung 12, daß noch keine Spannung induziert wird (Generatorläufer dreht sich nicht) und begrenzt im Zusammenwirken mit der Darlington-Schaltung 16 den Vorerreger strom, z.B. auf 0,5A. Dieser Wert ist frei wählbar und wird so festgelegt, daß die Batterie bei Stillstand nicht unnötig entladen wird, jedoch die Erregung des Generators sicher erfolgen kann.

Wird anschließend der Motor gestartet, wird der Generatorläufer gedreht und eine Spannung induziert, die an 12 von der Regeleinrichtung 20 gemessen wird. Die Darlington-Schaltung wird jetzt voll leitend, und die übliche Regelfunktion im Zusammenwirken Generator/Regler beginnt. Gleichzeitig wird die Transistorschaltung 20 angesteuert und die Signale SL erlöschen.

Prinzipiell kann diese Schaltung jedoch auch so abgewandelt werden, daß die Signallampe beispielsweise im Armaturenbrett des Fahrzeugs an Masse gelegt wird und von der Signaltransistor schaltung 20 Plusspannung erhält. Die Plusspannung kann z.B. in der Höhe der Spannung der 3atterie 10 liegen und beispielsweise 10 bis 15 V betragen oder nur einen Teil dieser Spannungswerte ausmachen. Beim Auführungsbeispiel nach Figur 1 ist zwischen dem Regler 13 und dem zur Zuführung des Erregerstromes dienenden Bürstenhalter 22 eine Reihe von Verbindungsklemmen vorgesehen, zu denen die mit dem Ende der Erregerwicklung 1 verbundene Feldklemme DF gehört, die mit den Darlington-Transistoren 16 und zwei Dioden 23 und 2h verbunden ist.

- tf - R. 18959 IP

Bei der als zweites Ausführungsbeispiel in Figur 2 wiedergegebenen Generator-Anlage stimmt eine Vielzahl von elektrischen Bauelementen mit denjenigen nach Figur 1 überein. Für diese Bauelemente sind gleiche Bezugszeichen wie in Figur 1 verwendet. Außerdem ist jedoch eine Beeinflussung der von der Regeleinrichtung 20 eingestellten Generatorausgangsspannung an der Klemme B+ in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur der Batterie 10 vorgesehen. Hierzu dient ein mit der Batterie in wärmeleitender Verbindung stehender, temperaturabhängiger Widerstand RT, der an seinem einen Ende mit der Masseleitung 11 über eine nicht näher bezeichnete Klemme des Bürstenhalters 22 in Verbindung steht und mit seinem anderen Ende an eine mit T bezeichnete Eingang 3 klemme des Spannungsreglers 13 geführt ist.. Der temperaturabhängige Widerstand RT kann auch durch eine entsprechende Halbleiterschaltung ersetzt werden.

In dem in Figur 3 wiedergegebenen Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels sind die mit den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen übereinstimmenden Bauteile mit gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 und 2 versehen. Die Vorerregung erfolgt hier über den Widerstand RV.

Bei ausgeschaltetem Zündschalter ZS ist die Darlingtonschaltung 16 nicht leitend, d.h. es fließt kein Strom vom Generator B+, über RV, die Leitung 12, Feldwicklung 1 und Transistor schaltung 16 nach Masse.

Wird der Zündschalter ZS geschlossen, erkennt die Regeleinrichtung 20 über das Signalelement SL, die Leitung L2, die Leitung S2 den Schaltzustand des Zündschalters. Über die Basisleitung 51 wird die Darlington-Schaltung 16 leitend. Der Vor erregerstrom fließt.

ΛΟ·

- jtf - R. 18959 IP

Außerdem leuchtet das Signalelement SL, weil die Regeleinrichtung 20 die Signaltransistor schaltung 21 leitend nach Masse 11 geschaltet hat.

Wenn der Motor gestartet wird, wird aufgrund der Läuferdrehzahl und des durch die Feldwicklung 1 fließenden Stromes in der Ständerwicklung eine Spannung induziert.

Es "beginnt, die übliche Regelfunktion. Die Signallampe SL erli seht.

Die Ausführungsvariante nach Figur k unterscheidet sich von dem vorher "beschriebenen Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß der als Temperaturfühler dienende temperaturabhängige Widerstand RT, den mit der Batterie 10 in wärmeleitender Verbindung steht, mit einem seiner Anschlußenden an Erreger- bzw. Sensing-Leitung 12 angeschlossen ist und mit seinem anderen Anschlußende mit der Regeleinrichtung 20 verbunden ist. Im Gegensatz zu der in Figur k dargestellten Variante kann der Temperaturfühler bei entsprechender Auslegung von RT und der Regeleinrichtung 20 anstatt an D+ auch an Masse 11 gelegt werden (sinngemäß wie Figur 2).

Bei den in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen einer Generatoranlage sind im Gegensatz zu den vorher beschriebenen keine Erregerdioden vorgesehen. Der Erregerstrom wird vielmehr der Plusklemme B+ der Batterie 10 entnommen, wobei die zum Regler eingang B+ führende Verbindungsleitung gleichzeitig auch die Erregerwicklung 1 des Generators bei dessen Betrieb mit Strom versorgt, wenn und solang jeweils die Leistungstransistoren 16 des Reglers stromleitend sind. Um bei Stillstand des Generators

- J - R- 18959 IP

und ausgeschalteter Zündung (Zündschalter ZS geöffnet) einen unnötigen Entnahmestrom aus der Batterie 10 zu vermeiden, muß in diesem Falle die Regeleinrichtung 20 über die Leitung 52 die jeweilige Stellung des Zündschalters abtasten können und bei offenem Zündschalter dafür sorgen, daß die Leistungstransistor en 16 gesperrt sind.

Mit Hilfe der Eingangsklemme WL kann die Regeleinrichtung 20 erkennen, ob sich der Generator dreht (= Spannung vorhanden) oder steht (= Spannung nicht vorhanden). Entsprechend wird die Signaltransistorschaltung 21 angesteuert und das Signalelement SL leuchtet oder leuchtet nicht.

WL ist dazu mit einer der drei Wechselspannungswicklungen 2, 3 oder U des Generators verbunden.

Die Steuerung -kann bei eingelegtem Zündschalter ZS derart verfeinert werden, daß bei stehendem Ge-nerator nur ein reduzierter Srregerstrom fließt. Die Reduzierung des Srregerstromes kann dabei durch Takten der Darlington-Schaltung 16 erreicht werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Transistor 16 in seinem aktiven Bereich zu betreiben, in welchem er einen verhältnismäßig großen Durchgangswiderstand hat. Die Ansteuerung erfolgt jeweils durch die Regeleinrichtung 20.

Während in Figur 1 bis k der Spannungsistwert über die Leitung 12 der Regeleinrichtung 20 zugeführt wird, kommt hier der Spannungsistwert über die Leitung B+.

Das Signal über die Leitung WL ermöglicht auch eine weitergehende Auswertung.

3402283

R. 13959 IP

Soll beim Beschleunigen des Motors die Leistungsaufnahme des Generators reduziert werden, dann kann das über WL ' erreicht werden.

Die Frequenz der Spannung an WL ist drehzahlabhängig. Eine Motordrehzahländerung bewirkt eine entsprechende Frequenzänderung .

Eine erweiterte Regeleinrichtung 20 kann nun erkennen, ob die Frequenzänderung innerhalb eines vorgegebenen Fensters liegt und der Generator zu entregen ist. In diesem Fall wird über die Basisleitung 51 die Darlington-Schaltung 1o gesperrt.

Bei der Generatoranlage nach Figur β ist als Temperaturfühler ein temperaturabhängiger Widerstand RT vorgesehen, welcher in unmittelbarer wärmeleitender Verbindung mit der Batterie 10 steht und einerseits mit der Batterieplusklemme B+ und andererseits mit der Steuerklemme T des Spannungsreglers 13 verbunden ist. An dieser Batterieklemme B+ kann der Spannungsistwert des Generators für die Regeleinrichtung 20 abgenommen werden, wodurch sich eine Reduzierung der Zahl der Anschlußklemmen des Generators bzw. seines Reglers ergibt.

In Figur 7 ist eine besonders für Kleinserien interessante Variante wiedergegeben, bei welcher alle Regel- und Steuerfunktionen im Modul'30 eines Steuergeräts ST zusammengefaßt sind. Ein solches Steuergerät kann wie in Figur 7 dargestellt drei bis fünf Anschlußklemmen A1 bis A5 für eine ebenso große Anzahl von Verbindungsleitungen aufweisen, von denen zwei (A2 und Al+) mit den Wicklungsenden der

3402283 • Ji2>-

- β - R. 18959

Erregerwicklung 1 verbunden sind. Mindestens ein weiterer Anschluß (AU, Ap₃ Αβ oder Αβ) dient zur Einspeisung des Spannungsistwertes der Generatorausgangsspannung. Beim dargestellten Auführungsbeispiel sind außerdem zwei weitere Anschlußklemmen AT, A8 für den mit der Batterie 10 in wärmeleitender Verbindung stehenden, als Temperaturfühler dienenden Widerstand RT vorgesehen. Schließlich können weitere Anschlußklemmen vorgesehen sein, z.B. " A9, Αβ, mit welchen die Signallampe SL bzw. der verbrauchernahe Kontakt 15 des Zündschalters verbunden sind. Im Ausführungsbeispiel· nach Figur T brauchen der Generator und sein zur Stromzuführung zur Erregerwicklung 1 dienenden Bürstenhalter nur die notwendige Anzahl von Anschlüssen aufzuweisen. Besonders vorteilhaft ist es, daß in das Steuergerät SG ein der jeweiligen Aufgabenstellung im Aufgabenumfang entsprechendes Regler element auswechselbar eingesetzt werden kann. Dabei kann das Steuergerät ST im Motorraum des Fahrzeugs untergebracht werden oder auch mit der Batterie wärmeleitender Verbindung stehen und damit gleich die Temperaturfühlerfunktion übernehmen.

Die Schaltungen nach den Figuren 1 bis T ermöglichen den Anschluß vo.n LCD-Anzeigen. Außerdem ist eine gute Vorerregung des Generators gewährleistet. Der IC der Regeleinrichtung 20 bzw. des Moduls 30 bei Figur T kann so gestaltet werden, daß mit Hilfe der Signallampe auch eine _jf Fehleranzeige z.B. bei Keilriemenbruch, bei Unterspannung oder bei Überspannung erfolgen kann.

Die Ausführungsbeispiele nach Figur 1, 2 und Figur 5, 6 bieten außerdem die Möglichkeit, mit einer ergänzten, im Inneren des Reglers anzubringenden Schaltung (Erweite-

Vf-

R. 18959 IP

rung der Regeleinrichtung 20) eine zusätzliche Sicherung dadurch zu erreichen, daß bei leitend defektem Regler ein von der Darlington-Sqhaltung 16 nach M'as se -.Süh-re-nder Bond-

i
draht 53 durchgetrennt wird, derart, daß eine Überladung der Batterie vermieden wird. Die zum Durchtrennen erforderliche Energie kann über die) Klemme 15 oder B+ zugeführt werden.

Λ5

- Leersei te -

Claims

R. 13959 IP
13.1. 1931+ Go/Wl

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Ansprüche

!./Generator zum Betrieb auf Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, mit einem durch eine Erregerwicklung erzeugten Magnetfeld und mehreren vom Magnetfeld durchsetzten "Wechselspannungsvicklungen· und mit mehreren, mindestens einen Teil des Generatorlast stromes führenden Last stromgleichrichtern, von denen jeweils einer zwischen einer der Wechselspannungswicklungen und einem der beiden Pole einer Batterie, vorzugsweise deren Pluspol liegt und mit einem zum Betrieb des Fahrzeugs in seinem Schließzustand bringbaren Schalter sowie mit einem zu einer Steuereinrichtung gehörenden Regler, der beim Betrieb des Generators den über die Erregerwicklung fließenden Erregerstrom des Generators beeinflußt und dabei die Generator-Ausgangsspannung bestimmt, und mit einem bei stillstehendem oder ungenügend erregtem Generator aufleuchtenden Signalelement, dadurch gekennzeichnet, daß ein steuerbarer Halbleiter, insbesondere ein IC-Schaltkreis in der Steuereinrichtung vorgesehen ist, der zur Feststellung des jeweiligen Schaltungszustandes des Schalters (ZS) mit diesem verbunden ist und in Abhängigkeit von diesem Schaltungszustand seine Leitfähigkeit ändert, wobei er den das Signalelement (SL) durchfließenden Strom beeinflußt.

2. Generator nach Anspruch 1, mit einem an den verbrauchernahen Kontakt des Schalters (ZS) angeschlossenen, bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs einschaltbaren Verbraucher und

- 2 - R. 18959 IP

mit einem an die Batterie angeschlossenen Festkontakt des Schalters j dadurch gekennzeichnet, daß mit dem verbrauchernahen Kontakt (15) eine zur Steuereinrichtung führende Leitung (151) verbunden ist.

3. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den verbrauchernahen Kontakt (15) des Schalters (ZS ) das Signalelement (SL) über einen Leitungsabschnitt (L1) verbunden und an den steuerbaren Halbleiter (H) über einen zweiten Leitungsabschnitt (L2) angeschlossen ist (Figur 1 ) .

h. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlosenem Schalter (ZS) der Transistor (TL) leitend ist und das Signalelement (SL) mit dem vorzugsweise an Masse liegenden, zweiten Pol der Batterie verbindet .

5. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis U, dadurch gekennzeichnet, daß für die Vorerregung des Generators dessen Erregerwicklung (1) mit dem Pluspol (B+) der Batterie verbunden ist.

6. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß für die Vorerregung des Generators dessen Erregerwicklung (1) mit dem Pluspol (B+) der Batterie über einen Widerstand verbunden ist.

7· Generator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Wechselspannungswicklungen Erregerdioden verbunden sind, deren von den Wicklungen abgekehrte Elektroden an eine Eingangsklemme (D+) des Reglers geführt s ind.

-3- R. 16959 IP

8. Generator nach Anspruch T₅ dadurch gekennzeichnet, daß an dem Verbindungspunkt (D+) der Erregerdioden die Ist-Spannung für den Regler abgenommen ist.

9. Generator und Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalelement die Vorerregung nicht beeinflußt.

10. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturabhängiger Widerstand (RT) vorgesehen ist, der an einem zur temperaturabhängigen Spannungssteuerung dienenden Eingang (T) des Reglers (13) angeschlossen ist.

11. Generator nach Anspruch 1O₅ dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (RT) am anderen Ende mit der Istspannung (B+ oder D+) verbunden ist.

12. Generator nach Anspruch 10 oder 11,- dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (RT) mit der Batterie in wärmeleitender Verbindung steht.

13. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das den Regler enthaltende Steuergerät mindestens drei vorzugsweise fünf Eingangsklemmen enthält, von denen mindestens eine (P) für den Anschluß der Phasenwechselspannung einer Wechselspannungswicklung dient, und außerdem wengistens zwei, vorzugsweise vier weitere Anschlüsse enthält, von denen einer für die Anschlußleitung des Signalemements und einer für den Betriebsschalter (Z5) vorgesehen ist.

- It - R. 13959 IP

lit. Generator nach einem der Ansprüche 1 "bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der im Steuergerät enthaltene Regler in diesem auswechselbar befestigt ist.

15· Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß beim Beschleunigen des Motors die Erregung des Generators unterbrochen wird durch Auswahl der Frequenzänderung (Figur 5 und 6).

16. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 1 it, dadurch gekennzeichnet, daß bei leitend defektem Regler ein Ton der Darlington-Schaltung (ΐβ) nach Masse führender Banddraht (53) durchgetrennt wird (Figuren 1, 2, 5, β).