SE516243C2 - Anordning innefattande en generator och en kylanordning samt metod för kylning av en generator - Google Patents

Description

20 25 30 516 243 2 motsvara till fläkten för att förhållande driftsfallen dimensioneras maximal uteffekt hos generatorn, i kylförmåga. Detta sätt att dimensionera fläkten, för' att klara värsta driftsfall ger dock upphov till problem i det att fläkten ger upphov till oönskade ljud och att den dessutom ökar de totala förlusterna hos generatorn, d.v.s. den minskar generatorns verkningsgrad. Ju fortare generatorn roterar, desto högre oljud och högre förluster uppstår på grund av fläkten.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN: Ett ändamål med den föreliggande uppfinningen är således att åstadkomma en förbättrad generator samt metod för kylning av en generator, varvid förlustvärmen kan ventileras bort på ett tillfredsställande vis, men där man ändå erhåller en lägre ljudnivå och en högre verkningsgrad hos generatorn. Detta ändamål uppnås genom en anordning av i inledningen nämnt slag, vars kännetecknande särdrag framgår av det efterföljande patentkravet 1, samt genom en metod av i inledningen nämnt slag, vars kännetecknande särdrag framgår av det efterföljande patentkravet 4.

Genom att utnyttja en relativt liten kylanordning som är dimensionerad. efter en förlustenergi hos generatorn som uppstår en viss tid efter en kallstart, när generatorn har gått från en initial märklast till en lägre effekt vid kontinuerlig drift, kan en hög verkningsgrad erhållas hos generatorn. Dessutom, fås endast litet buller, samt en snabb uppvärmning av generatorn.

Enligt en viss utföringsform detekteras generatorns temperatur, och om temperaturen vid generatorn överskrider 10 15 20 25 30 516 243 3 en viss högsta tillåten gränstemperatur kan magnetiseringsströmmen till generatorns rotor begränsas till en nivå som svarar mot en värmeutveckling i generatorn som kan kylas bort av kylanordningen under den fortsatta driften.

Genom. uppfinningen uppnås att vid en kallstart kan en mycket hög ström genereras av generatorn, utan att stora förluster och störande oljud erhålles. När sedan generatorn blir varm och strömbehovet minskar, kan generatorns utvecklade värme kylas av den befintliga kylanordningen.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare med hänvisning till de bifogade figurerna, där är ett kretsschema över ett elektriskt system vilket figur 1 enligt den föreliggande uppfinningen, system innefattar en växelströmsgenerator, och som visar sambandet mellan figur 2 är ett diagram generatorns spänning och temperatur.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM: I figur 1 visas ett kretsschema över ett elektriskt system enligt den föreliggande uppfinningen. Systemet utnyttjas motorfordon och innefattar en kallad företrädesvis i ett växelströmsgenerator (nedan "generator") vars huvudsakliga beståndsdelar utgörs av en magnetiseringslindning 1, tre statorlindningar 2, 3, 4 samt en likriktare i form av sex dioder 5, 6, 7, 8, 9, 10. 10 15 20 25 30 516 243 4 Till systemet hör även en kondensator 11 som syftar till att absorbera spänningsspikar i samband med likriktarfunktionen. Magnetiseringslindningen 1 är anordnad på en rotor och statorlindningarna är anordnade på en stator. När rotorn roteras alstras en växelström i statorlindningarna 2, 3, 4. Denna växelström likriktas i likriktaren 5 - 10. Generatorns funktion är i. sig känd, och beskrivs därför inte närmare i detalj.

Det elektriska systemet innefattar en spänningsregulator 12 till vilken finns ansluten en temperatursensor 13.

Temperatursensorn 13 avger en signal som utgör ett mätt på temperaturen T i anslutning till generatorn. Denna signal levereras till spänningsregulatorn 12.

Generatorns utgângsspänning matas ut pâ en utgângskontakt 14 som är ansluten till ett batteri 15, vilket företrädesvis utgörs av motorfordonets normala startbatteri. Generatorns utgângskontakt 14 är också ansluten till ett antal elektriska laster i fordonet, vilka här symboliskt markeras med endast en variabel last 16. Batteriet 15 och lasten 16 är vidare anslutna till en jordningspunkt 17. anslutet mellan Vid start av Ett tändningslås 18 finns spänningsregulatorn 12 och batteriet 15. fordonet kan spänningsregulatorn 12 aktiveras genom. att tändlåset 18 och indikator 19 anordnad. tändningslàset 18 vrids om. Mellan spänningsregulatorn 12 finns en Indikatorn 19, som företrädesvis utgörs av en glödlampa eller en lysdiod, indikerar att tändlàset 18 har slagits på. 10 15 20 25 30 516 243 5 Vidare innefattar anordningen enligt uppfinningen en anslutning 20 mellan spänningsregulatorn 12 och en av statorlindningarna (i detta fallet statorlindningen 4).

Med hjälp av denna anslutning 20 kan spänningsregulatorn genererade 12 känna av en av faserna hos den växelspänningen och härigenom förses med ett mått på rotorns varvtal. Ändamålet med spänningsregulatorn 12 är att styra generatorns 1 utspänning så att den upprätthålls huvudsakligen konstant, oberoende av generatorns belastning och ström. För detta ändamål är spänningsregulatorn 12 inrättad att leverera en ström till magnetiseringslindningen 1. Denna ström styr graden av magnetisering hos generatorns rotor. Härigenom kan generatorns utspänning varieras som en funktion av strömmen genom nmgnetiseringslindningen 1” Storleken hos nämnda ström kan styras beroende av generatorns utspänning, d.v.s. spänningen på utgången 14, samt beroende av temperaturen T. Spänningsregulatorn 12 kan på fälttransistor vars känt sätt innefatta en (ej visad) ledtid kan styras. Härigenonl kan storleken på strömmen genom magnetiseringslindningen 1 regleras. Fälttransistorn styrs företrädesvis med hjälp av pulsviddsmodulerning, varvid en minskning av moduleringens "duty cycle" ger en minskning av strömmen genom magnetiseringslindningen 1.

Den temperatur- och spänningsberoende regleringen i regulatorn 12 'visas schematiskt i. diagrammet i. figur 2, som visar sambandet mellan regulatorns 12 temperatur T och spänningen U på generatorns utgàngskontakt 14. Sambandet 10 15 20 25 30 516 243 e enligt diagrammet anger ett spänningsintervall inom vilket generatorns utspänning U kan variera vid en viss given temperatur T. Denna variation styrs genom regleringen av regulatorn 12.

Spänningsregleringen går till på så vis att regulatorn 12 först känner av generatorns utspänning, d.v.s. den spänning som föreligger på utgången 14. Detta sker via en anslutning som finns kopplad från utgången 14 till regulatorn 12 (se figur 1). Alternativt kan anslutningen 20 från den ena statorlindningen. 4 utnyttjas för detta ändamål. Det aktuella spänningsvärdet, det s.k. "ärvärdet", jämförs i regulatorn 12 med ett förutbestämt börvärde. Börvärdet beror av den aktuella temperaturen T, i enlighet med diagrammet i figur 2, och bestäms som ett huvudsakligen "mitt i" det spänningsvärde som ligger spänningsintervall som svarar mot en viss temperatur.

Skillnaden mellan ärvärdet och börvärdet genererar en signal i spänningsregulatorn 12 som styr strömmen genom rotorns magnetiseringslindning 1. När ärvärdet är lägre än regulatorn 12 strömmen Detta börvärdet ökar genom magnetiseringslindningen 1. görs genom att regulatorn 12 ökar ledtiden för en fälttransistor som är ansluten i serie med magnetiseringslindningen 1. Detta medför att generatorns utspänning på utgångskontakten 14 ökar. Om ärvärdet är högre än börvärdet minskas strömmen genom magnetiseringslindningen 1. Genom regleringen i regulatorn 12 förses batteriet 15 med en optimal spänning för återladdning, dock utan att spänningen blir så hög att man riskerar gasning i batteriet 15.

I systemet ingår företrädesvis en kylanordning i form av 10 15 20 25 30 516 24.3 7 en fläkt som är anordnad på rotorn så att fläkten roterar när rotorn roterar. På så vis kan hela generatoranordningen inklusive regulatorn 12 kylas ned när generatorn är i drift. Eftersom fläktar för generatorer är i sig förut kända beskrivs de inte i detalj.

Enligt uppfinningen kan dock fläkten göras förhållandevis liten till formatet, d.v.s. den kan utformas så att den har en relativt liten kylverkan, av skäl som framgår nedan.

Uppfinningens funktionssätt kommer nu att beskrivas. När fordonets tändningslås 18 vrids om. och (den ej visade) förbränningsmotorn startas kommer generatorn att aktiveras. Detta medför att en växelström genereras i statorlindningarna 2, 3, 4 och likriktas i likriktaren 5- 10. Den likriktade utspänningen levereras till batteriet 15 och lasten 16. Vidare känner' regulatorn 12 av denna utspänning, via anslutningen mellan regulatorn 12 och kontakten 14. Till regulatorn 12 levereras också med hjälp värde på av temperatursensorn 13 ett generatorns temperatur T. styr härvid storleken på till Regulatorn 12 strömmen magnetiseringslindningen 1, så att generatorns spänning följer det samband som visas i figur 2.

Efterhand kommer generatorn att alstra förlustenergi, vilket gör att den ivärms upp. Detta leder till att den måste kylas. Eftersom uppfinningen innefattar en fläkt av med en relativt liten relativt små dimensioner, d.v.s. fläktverkan, kommer endast en liten del av värmen att kylas bort i detta inledande skede. Pâ så vis kan en hög 10 15 20 25 30 516 243 8 verkningsgrad. upprätthällas under detta skede. Dessutom alstras endast mycket litet oljud från fläkten, eftersom denna är relativt liten.

Vid en kallstart av fordonet föreligger en maximal belastning av generatorn, eftersom ett flertal av fordonets elförbrukare _ (t.ex. elektriska uppvärmningsanordningar för fönsterrutor och stolar) då är inkopplade. Generatorn kan då utveckla sin maximala uteffekt. relativt små dimensioner, d.v.s. den har en förhållandevis liten kyleffekt.

Fläkten som 'utgör en del av uppfinningerz har Detta gör att generatorns temperatur T stiger relativt snabbt vid en kallstart, d.v.s. temperaturen T stiger snabbare än om en konventionell fläkt hade använts.

Efterhand kommer generatorns temperatur T att öka tills den börjar närma sig en maximalt tillåten gränstemperatur Tg, d.v.s. en temperatur vid vilken de i generatorn ingående komponenterna kan ta skada. Samtidigt som temperaturen ÉF ökar kommer också en. del elförbrukare i fordonet att bort, eftersom vissa successivt kopplas elförbrukare (t.ex. eluppvärmningsanordningar för fönsterrutor) endast behöver vara inkopplade direkt efter start av fordonet. Detta leder till att fordonets elbehov minskar (d.v.s. generatorns uteffekt minskar). Detta medför i sin tur att generatorns förlusteffekt och därmed också dess kylbehov minskar. En viss tid efter start kommer således generatorns effektbehov att ha minskat till ett värde som motsvarar en kontinuerlig drift av fordonet.

Detta "fortvarighetsvärde" är av storleksordningen 35% av generatorns maximala effekt. Fläkten som utgör en del av 10 15 20 25 30 516 243 9 uppfinningen är dimensionerad för att leverera en kyleffekt som krävs för det kylbehov som föreligger just i detta läge. Detta gör att generatorn vid normal drift aldrig uppnår sin gränstemperatur Tg. I stället kommer temperaturen att stabilisera sig på ett värde som ligger något under gränstemperaturen Tg.

Vid konventionella generatorer är fläkten dimensionerad så att den då kyler bort till detta är fläkten efter generatorns märklast, förlusteffekt. I motsats faktum att generatorns uppfinningen baserad på det inte behöver kyla bort så stor förlusteffekt vid generatorns maximala lnärklast. Fläkten kyler* bort den förlusteffekt som föreligger när de elförbrukare som i puincip endast utnyttjas vid en kallstart har kopplats bort.

I vissa driftsfall kan det trots allt finnas en risk att generatorns temperatur T kommer att öka tills den når det maximalt tillåtna värdet Tg, d.v.s. ett gränsvärde som motsvarar en högsta tillåten temperatur som generatorn kan ha utan att de ingående komponenterna riskerar att skadas.

Om gränstemperaturen Tg uppnås kommer detta att detekteras av regulatorn 12, vilken då minskar strömmen till rotorns magnetiseringslindning ]. till en nivå som nmmsvarar den värmemängd som fläkten "klarar av" att kyla bort (d.v.s. strömmen minskas till en nivå som motsvarar en effekt från generatorn där generatorns temperatur ligger under nämnda gränstemperatur Tg). Regleringen följer fortfarande sambandet enligt figur 2 (under förutsättning att generatorns kapacitet räcker till) men strömmen maximeras till ett värde som motsvarar gränstemperaturen Tg. 10 15 20 25 30 51.6 243 10 Strömmen till magnetiseringslindningen 1 kommer att styras till en nivå som motsvarar en ström ut från generatorn där en relativt låg värmemängd utvecklas, närmare bestämt en värmenivå som inte är skadlig för komponenterna i generatorn. Denna värmenivâ kan variera för olika typer av generatorer.

Genom uppfinningen ges en generatorfunktion med en högre verkningsgrad och med en lägre nivå av störande oljud från generatorn. I det fall att ett stort antal elförbrukare är en mycket hög ström vid i drift i fordonet krävs kallstarter. I moderna personbilar kan det nödvändiga strömbehovet för de inkopplade strömförbrukarna vara c:a samband med kallt klimat. Den 200 A i start i förhållandevis lilla fläkten kommer att dimensioneras för att kyla bort förlusteffekt från generatorn vid ett jämviktsläge som uppnås vid en tidpunkt då strömbehovet i fordonet har gått ner, d.v.s. då exempelvis kupén har värmts upp och rutorna har gjorts fria från frost.

Härigenom möjliggörs ett effektivt utnyttjande av generatorn när det föreligger ett särskilt stort strömbehov.

Uppfinningen har sin huvudsakliga tillämpning i. samband med motorfordon, men kan utnyttjas vid generatorer i andra sammanhang. I uppfinningen utnyttjas en temperatursensor 13 som kan utgöras av en separat sensoranordning som är ansluten till regulatorn 12, eller som alternativt kan utgöras av en eller flera dioder som ingår i regulatorn 12 utnyttjas såsom och vars temperaturkänslighet temperaturavkännande organ. I det fall att en separat temperatursensor~ används kan. denna. placeras vid, en 'viss 10 15 20 25 516 243 1 1 komponent' som är anordnad i eller i anslutning till generatorn och som är särskilt temperaturkänslig.

Vidare kan olika typer av kylning utnyttjas i samband med uppfinningen. Förutom fläktar kan vatten- och luftkylning utnyttjas. Ingen kylanordning alls behövs i. de fall där strömmen till magnetiseringslindningen 1 regleras ned till ett värde som motsvarar en mycket låg värmeutveckling hos generatorn.

Enligt en tänkbar variant av “uppfinningen kan strömmen till magnetiseringslindningen l styras som en funktion av generatorns varvtal. Detta kan uppnås genom att anordna en varvtalsmätare i. samband med generatorn eller genom att utnyttja ett mått på generatorns varvtal via anslutningen 20. Denna reglering' baseras på att det dels finns ett bestämt samband mellan en generators varvtal och temperatur, samt att en kall generator genererar en högre ström än en varm generator p.g.a. att resistansen i statorlindningarna ändras med temperaturen.

Slutligen gäller att generatorn inte behöver vara försedd Detta gäller i de fall där kraftig för att kyla bort med någon temperatursensor. fläkten är tillräckligt förlusteffekten med en god marginal till gränstemperaturen Tg.

Claims (4)

10 15 20 25 30 516 243 12 PATENTKRAV :

1. Anordning innefattande generator som vid drift alstrar en spänning över åtminstone en elektrisk last (15, 16), innefattande en regulator (12) för reglering av spänningen från generatorn samt en kylanordning för kylning av förlusteffekt från generatorn, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda kylanordning utgörs av en fläkt som är dimensionerad för kylning av en effekt som motsvarar en förlusteffekt från generatorn vid ett fortvarighetstillstând med en relativt låg belastning av generatorn som råder efter en. minskning av generatorns effekt till följd elektrisk last (16) som utnyttjas vid en initial, av bortkoppling av åtminstone en relativt hög belastning av generatorn.

2. Anordning enligt patentkrav 1, vidare innefattande en (13) för mätning av en temperatur (T) i (12) är temperatursensor anslutning till generatorn, varvid regulatorn inrättad att mata en ström till magnetiseringslindningen (1) i (T), k ä n n e t e c k n a d (12) detektering huruvida värden från det temperaturavkännande beroende av temperaturen för reglering av spänningen från generatorn, innefattar organ för d ä r a v , att regulatorn organet (13) överskrider ett gränsvärde (Tg) som motsvarar maximalt tillåtna samt att (12) generatorns temperatur, regulatorn innefattar strömmatningsorgan som i. det fall att gränsvärdet (Tg) överskrids är inrättat att mata en ström till magnetiseringslindningen (1) vars strömstyrka motsvarar en värmeutveckling hos generatorn vid vilken dess maximalt tillåtna temperatur underskrids. 10 15 20 25 516 243 13

3. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda fläkt har dimensioner som väljes så att fläkten tillhandahåller kylning som är tillräcklig för att generatorns temperatur ej skall överskrida ett gränsvärde (Tg) som motsvarar generatorns maximalt tillåtna temperatur.

4. Metod för kylning av en generator för ett fordon försett med en förbränningsmotor, innefattande: alstring av en spänning över åtminstone en elektrisk last (15, 16) med hjälp av generatorn, reglering av spänningen från generatorn med hjälp av en regulator (12), samt kylning av förlusteffekt från generatorn med hjälp av en kylanordning, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att metoden innefattar: kylning av endast en begränsad del av generatorns förlusteffekt med nämnda kylanordning vid en initial, relativt högt belastning av generatorn i samband med en start av fordonets motorn, samt kylning av en större del av generatorns förlusteffekt vid ett fortvarighetstillstånd med en relativt låg belastning av generatorn som råder efter en minskning av generatorns levererade effekt till följd av (16) bortkoppling av åtminstone en elektrisk last som huvudsakligen används i samband med start av nämnda motor.