DE19856652A1

DE19856652A1 - Current generator esp. for electric supply of vehicle illumination at bicycles with coil unit for fixing at bicycle frame and at least one magnet unit fixed at magnet wheel

Info

Publication number: DE19856652A1
Application number: DE19856652A
Authority: DE
Inventors: Michael Mueller; Werner Schuessler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 2000-02-17
Also published as: DE29814394U1

Abstract

The current generator has a coil unit (11) for fixing to a bicycle frame (6), and at least one magnet unit (17) for fixing at a bicycle wheel (1). The magnet unit (17) induces a voltage into the coil unit (11) as it moves past the coil. Each magnet unit has two permanent magnets (18,19), connected with a magnetisable yoke (20), which lie with opposed poles at the yoke (20). Each coil unit (11) has two coils (12,13) seating on a magnetisable yoke (14).

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromgenerator für ein Fahrzeug, insbesondere zur elektrischen Versorgung der Fahrzeugbeleuchtung an Fahrrädern.The invention relates to a power generator for a vehicle, especially for the electrical supply of vehicle lighting on bicycles.

Bei Kraftfahrzeugen werden zur Erzeugung der Energie üblicherweise Lichtmaschinen eingesetzt, welche über einen Keilriemen angetrieben sind. Diese mechanische Verbindung unterliegt jedoch Verschleiß und hat durch Reibung hervorgerufene Verluste.In motor vehicles are used to generate energy Usually alternators are used, which have a V-belts are driven. This mechanical connection however, is subject to wear and tear due to friction losses incurred.

Bei Fahrrädern sind Dynamos weit verbreitet, welche am Fahrradreifen mit einem Rollenkopf anliegen, der die Drehbewegung des Rades auf einen Generator des Dynamos überträgt. Die Benutzung eines derartigen Dynamos verlangt von dem Fahrradfahrer einen erheblichen Mehraufwand an Kraft, da das mit einer starken Feder gegen das Laufrad gepreßte Kopfrad des Dynamos mitgedreht werden muß. Die Benutzung des Dynamos führt außerdem zu einem Verschleiß des Reifens. Bei schlechten Wetterverhältnissen, wie Regen oder Schnee, bei denen ein funktionierender Dynamo besonders wichtig ist, kann es aber vorkommen, daß das Kopfrad des Dynamos den mechanischen Kontakt zu dem Reifen verliert, das Kopfrad also nur noch an dem Reifen entlangrutscht, anstatt zu drehen, was dazu führt, daß die Beleuchtung des Fahrrades ausfällt.Dynamos are widespread in bicycles Bicycle tires with a roller head that fit the Rotation of the wheel on a generator of the dynamo transmits. The use of such a dynamo requires the cyclist a lot of extra effort, because that head wheel pressed against the impeller with a strong spring Dynamos must be rotated. The use of the dynamo leads also wear the tire. With bad ones Weather conditions, such as rain or snow, in which a working dynamo is particularly important, but it can occur that the head wheel of the dynamo mechanical contact loses to the tire, so the top wheel only on the tire slides along instead of spinning, causing the Bicycle lighting fails.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromgenerator für ein Fahrzeug zu schaffen, der die Übertragung der Drehbewegung eines Fahrzeugrades auf den Stromgenerator verbessert.The invention has for its object a current generator to create for a vehicle that is transferring the Rotary movement of a vehicle wheel on the electricity generator improved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of Claim 1 solved.

Die Erfindung schlägt einen berührungslos arbeitenden Stromgenerator vor, der nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion arbeitet. Der Stromgenerator hat eine Spuleneinheit, die an dem Fahrzeugrahmen zu befestigen ist und mindestens eine an einem Fahrzeugrad zu befestigende Magneteinheit. Jedesmal wenn die Magneteinheit die Spuleneinheit passiert, induziert sie in der Spuleneinheit eine Spannung, welche dann einen an die Spuleneinheit angeschlossenen Verbraucher des Fahrzeuges, wie beispielsweise die Fahrzeugbeleuchtung, versorgt. Da die bewegten und die festen Bestandteile des erfindungsgemäßen Stromgenerators durch das Prinzip der elektromagnetischen Induktion, und nicht mechanisch gekoppelt sind, arbeitet der Stromgenerator auch bei ungünstigen Witterungsbedingungen, wie Schnee oder Regen, zuverlässig. Der Stromgenerator arbeitet im Gegensatz zu herkömmlichen Fahrraddynamos sehr leise, deren lästige Geräuschentwicklung zusammen mit dem erhöhten Kraftaufwand einige Radfahrer dazu veranlaßt, den Dynamo abzuschalten, was zu einer Gefährdung der Radfahrer führt. Des weiteren ist der Stromgenerator einfach an dem Fahrzeug anzubringen. Bei einem Fahrrad werden die Magneteinheiten an den Speichen befestigt, wobei die Magneteinheiten vorzugsweise in Speichenreflektoren integriert sind. Die Spuleneinheit wird ein fach an der Fahrradgabel befestigt.The invention proposes a contactless working Electricity generator before, based on the principle of electromagnetic Induction works. The power generator has a coil unit, which is to be attached to the vehicle frame and at least one magnet unit to be attached to a vehicle wheel. Every time when the magnet unit passes the coil unit, it induces in the coil unit a voltage, which then one to the Coil unit connected consumers of the vehicle, such as for example, the vehicle lighting. Since the moved and the fixed components of the invention Electricity generator through the principle of electromagnetic Induction, and not mechanically coupled, the works Electricity generator even in unfavorable weather conditions, such as Snow or rain, reliable. The electricity generator works in Contrary to conventional bicycle dynamos, very quiet annoying noise together with the increased Forcing some cyclists to use the dynamo switch off, which puts cyclists at risk. Of furthermore, the power generator is simply on the vehicle to attach. On a bicycle, the magnet units are attached to the Spokes attached, the magnetic units preferably in Spoke reflectors are integrated. The coil unit turns on fastened to the bicycle fork.

Die Spuleneinheit kann zwei auf einem U-förmigen magne tisierbaren Joch sitzende Spulen aufweisen und die Magneteinheit kann aus zwei mit einem magnetisierbaren Joch verbundenen Permanentmagneten bestehen, wobei die beiden Permanentmagneten mit unterschiedlichen Polen an dem Joch anliegen. Diese Jochan ordnung erhöht den magnetischen Fluß durch den Stromgenerator und damit die in den Spulen induzierte Spannung. Mit Hilfe der Joche kann also pro Radumdrehung eine größere Energiemenge erzeugt werden.The coil unit can have two on a U-shaped magnet have adjustable yoke seated coils and the magnet unit can consist of two connected with a magnetizable yoke Permanent magnets exist, the two permanent magnets with different poles on the yoke. This Jochan order increases the magnetic flux through the power generator and thus the voltage induced in the coils. With the help of Yokes can therefore generate a larger amount of energy per wheel revolution be generated.

Vorzugsweise sind die beiden Permanentmagneten auf einer Umfangslinie des Fahrzeugrades hintereinander angeordnet, so daß die beiden Permanentmagneten gleichzeitig an der jeweiligen Spule vorbeigeführt werden. Es ist aber auch möglich, die Permanentmagneten entlang einer radial verlaufenden Linie an dem Fahrzeugrad anzubringen, was jedoch zu Laufzeitunterschieden zwischen dem radial innenliegenden und dem radial außenliegenden Magneten und damit zu einer Verringerung der induzierten Spannung führt.The two permanent magnets are preferably on one Circumferential line of the vehicle wheel arranged one behind the other, so that the two permanent magnets on the respective one at the same time The coil. But it is also possible that Permanent magnets along a radial line on the Attach vehicle wheel, which, however, to runtime differences between the radially inner and the radially outer Magnets and thus a reduction in the induced Tension leads.

Die Form der induzierten Spannung - dies kann je nach Anordnung von Magneten und Spulen Gleich- oder Wechselspannung sein - hängt davon ab, wieviele Magneteinheiten auf dem Fahrzeugrad angebracht sind. Passiert eine Magneteinheit die Spuleneinheit, so wird in der Spuleneinheit eine Spannung in Form einer einzigen Sinuswelle oder Sinushalbwelle induziert. Bis das nächste Magnetelement das Spulenelement passiert, beträgt die induzierte Spannung Null. Sind die Scheitelwerte dieser unregelmäßigen induzierten Leistung groß genug gegenüber der tatsächlich verbrauchten Leistung, d. h. ist der zeitliche Mittelwert der induzierten Leistung größer oder gleich dem zeitlichen Mittelwert der verbrauchten Leistung, können die Spannungsspitzen der induzierten Spannung in einem Energiespeicher, wie einem Kondensator oder einem Akkumulator, zwischengespeichert werden, so daß sie von dort dem Verbraucher zugeführt werden, wenn die induzierte Spannung gleich Null ist.The shape of the induced voltage - this can vary depending on the arrangement of magnets and coils be direct or alternating voltage - depends on how many magnet units on the vehicle wheel are attached. If a magnet unit passes the coil unit, so a voltage in the form of a single sine wave or sine half wave induced. Until that the next magnetic element passes the coil element, is the induced voltage zero. Are the peak values of this irregular induced power large enough compared to that power actually consumed, i.e. H. is the temporal Mean induced power greater than or equal to time average of the power consumed, the Voltage peaks of the induced voltage in one Energy storage, such as a capacitor or an accumulator, be cached so that they can be sent to the consumer from there be supplied when the induced voltage is zero.

Die Zeitbereiche, in denen keine Spannung induziert wird, können aber auch verringert werden, indem die Anzahl der Magneteinheiten erhöht wird. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen zwei Magneteinheiten gleich dem Abstand zwischen den beiden Spulen der Spuleneinheit. Dadurch ist der zeitliche Verlauf der induzierten Spannung optimiert, denn durch das Vorbei führen der mit Spulenabstand voneinander und in ihrer Magnetisierung alternierend angeordneten Permanentmagneten wird eine annähernd sinusförmige Spannung ohne Aussetzer induziert.The time periods in which no voltage is induced can but can also be reduced by the number of Magnet units is increased. The distance is preferably between two magnet units equal to the distance between the two coils of the coil unit. This is the temporal Optimized curve of the induced voltage, because by the Pass the with the coil spacing from each other and in their Magnetization is arranged alternately permanent magnets an approximately sinusoidal voltage without dropouts.

Eine weitere Lösung der genannten Aufgabe ist im Patentanspruch 6 angegeben. Hierbei sind am Fahrzeugrad ausschließlich Rückschlußteile angebracht und keine Permanentmagnete. Die Rückschlußteile brauchen lediglich aus magnetisierbarem Material zu bestehen, vorzugsweise aus Ferrit. Dieses Material sollte eine geringe Hysterese aufweisen. Ein Vorteil besteht darin, daß auf dem Rad nur kleine Massen abgebracht werden müssen. Gegenüber der ersten Variante besteht ein weiterer Vorteil darin, daß die Anzahl der benötigten Permanentmagnete verringert wird, wodurch die Kosten für den Stromgenerator ermäßigt werden.Another solution to the stated problem is in the claim 6 specified. Here are on the vehicle wheel exclusively Inference parts attached and no permanent magnets. The Inference parts only need to be made of magnetizable material to consist, preferably of ferrite. This material should have a low hysteresis. One advantage is that only small masses have to be removed on the bike. There is another advantage over the first variant in that the number of permanent magnets required is reduced is, which reduces the cost of the power generator.

Der Stromgenerator kann eine elektrische Schaltung enthalten, die einen lichtempfindlichen Einschalter aufweist, der unterhalb eines Lichtschwellwertes die Fahrzeugbeleuchtung automatisch einschaltet, indem eine elektrische Verbindung zwischen der Fahrzeugbeleuchtung und der Spuleneinheit oder einem Energiespeicher hergestellt wird. Dieser lichtempfindliche Einschalter erhöht die Sicherheit im Straßenverkehr, da der Führer des Fahrzeuges nicht vergessen kann, die Fahrzeugbe leuchtung einzuschalten, was z. B. häufig in Tunnels der Fall ist.The current generator can contain an electrical circuit, which has a light-sensitive switch that is below the vehicle lighting automatically turns on by making an electrical connection between the Vehicle lighting and the coil unit or one Energy storage is manufactured. This photosensitive Switching on increases the safety on the road because the Driver of the vehicle can not forget the vehicle Turn on lighting what z. B. often the case in tunnels is.

Der Stromgenerator kann auch Energie für ein Standlicht bereitstellen, wenn er einen Energiespeicher aufweist. Das Standlicht ist insbesondere für Fahrräder von Bedeutung, die an dunklen Ampeln oftmals nicht erkannt werden.The power generator can also use energy for a parking light provide if it has an energy storage. The Parking lights are particularly important for bicycles that are dark traffic lights are often not recognized.

Die Schaltung des Stromgenerators kann des weiteren einen Betriebswahlschalter aufweisen, der in einer Dauerlicht- Schaltposition die Fahrzeugbeleuchtung mit dem Energiespeicher verbindet und in einer Blinklicht-Schaltposition den Energiespeicher überbrückt, so daß die Fahrzeugbeleuchtung, die dann vorzugsweise aus Leuchtdioden besteht, direkt mit der Spuleneinheit verbunden ist. In diesem Fall wird die Fahrzeugbeleuchtung, vorzugsweise nur das Rücklicht, blinkend betrieben, wobei die Blinkfrequenz von der Drehzahl des Fahr zeugrades und der Anzahl der Magneteinheiten abhängt.The circuit of the current generator can also be one Have mode selector switch, which is in a continuous light Switch position the vehicle lighting with the energy storage connects and in a flashing light switch position Energy storage bridges so that the vehicle lighting, the then preferably consists of LEDs, directly with the Coil unit is connected. In this case the Vehicle lighting, preferably only the rear light, flashing operated, the flashing frequency from the speed of the drive Tool wheel and the number of magnet units depends.

Zusätzlich kann die Schaltung noch einen Standlichtschalter aufweisen, der automatisch schaltet, wenn keine Spannung in die Spuleneinheit induziert wird. Der Schaltvorgang kann auch zeitverzögert ausgelöst werden, so daß der Standlichtschalter bei Verwendung von wenigen Magneteinheiten und bei sehr langsamer Fahrt nicht sofort schaltet. In geschaltetem Zustand überbrückt der Standlichtschalter den Betriebswahlschalter, so daß bei stehendem Fahrzeug die Fahrzeugbeleuchtung auf jeden Fall mit dem Energiespeicher der Schaltung verbunden ist, und zwar unabhängig davon, ob der Betriebswahlschalter in der Blinklicht- oder in der Dauerlicht-Schaltposition ist. Dadurch ist sichergestellt, daß auch bei Blinklichtbetrieb, bei dem die Fahrzeugbeleuchtung ja direkt mit der Spuleneinheit verbunden ist, die Fahrzeugbeleuchtung bei Stillstand in den von dem Energiespeicher gespeisten Standlichtmodus übergeht. In addition, the circuit can also have a parking light switch which automatically switches when there is no voltage in the Coil unit is induced. The switching process can also are triggered with a time delay, so that the parking light switch when using a few magnet units and very slow driving does not immediately switch. When switched the parking light switch bridges the mode selector switch, see above that when the vehicle is stationary, the vehicle lights on everyone Case is connected to the energy storage of the circuit, and regardless of whether the mode selector switch in the Flashing light or in the permanent light switch position. Thereby it is ensured that even with flashing light operation, in which the Vehicle lighting yes directly connected to the coil unit is the vehicle lighting at a standstill in the of the Parking light fed energy storage passes over.

Die Schaltung des Stromgenerators kann auch gleichzeitig als Tachometer genutzt werden, da anhand des Passierens der Magneteinheiten an der Spuleneinheit die Drehzahl des Fahrzeugrades bestimmt werden kann, woraus die Schaltung die Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet.The circuit of the current generator can also be used simultaneously Speedometer can be used because the passing of the Magnet units on the coil unit the speed of the Vehicle wheel can be determined, from which the circuit Vehicle speed calculated.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are described below the drawings explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 den Vorderbereich eines Fahrrades mit einer ersten Ausführungsform eines daran befestigten Stromgenerators, Fig. 1 shows the front portion of a bicycle with a first embodiment of a power generator attached thereto,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung gemäß II-II aus Fig. 1 zu einem späteren Zeitpunkt als in Fig. 1, Fig. 2 is a sectional view according to II-II in Fig. 1 at a later stage than in Fig. 1,

Fig. 3 die Schaltung des Stromgenerators, Fig. 3 shows the circuit of the current generator,

Fig. 4 den Vorderbereich eines Fahrrades mit einer zweiten Ausführungsform eines daran befestigten Stromgenerators, Fig. 4 shows the front portion of a bicycle with a second embodiment of a power generator attached thereto,

Fig. 5 eine Darstellung gemäß V-V aus Fig. 4 und Fig. 5 is a representation according to VV from Fig. 4 and

Fig. 6 den gleichen Grundaufbau wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5, jedoch mit radial orientierten Rückschlußteilen und radial ausgerichteter Spuleneinheit. Fig. 6 shows the same basic structure as in the embodiment according to FIGS. 4 and 5, but with radially oriented yoke parts and radially oriented coil unit.

Fig. 1 zeigt das vordere Laufrad 1 eines Fahrrades. Das Laufrad 1 besteht aus einer Felge 2, auf welcher ein Mantel 3 montiert ist. Die Felge 2 ist über Speichen 4 mit einer Nabe 5 verbunden. Fig. 1 shows the front wheel 1 of a bicycle. The impeller 1 consists of a rim 2 on which a casing 3 is mounted. The rim 2 is connected to a hub 5 via spokes 4 .

Die Nabe 5 ist in einer Gabel 6 des nicht komplett dargestellten Rahmens des Fahrrades gehalten.The hub 5 is held in a fork 6 of the frame of the bicycle, which is not shown completely.

Anhand der Fig. 1 und 2 wird nun der Stromgenerator 10 beschrieben. Eine Spuleneinheit 11 des Stromgenerators 10 ist an der Gabel 6 befestigt und weist eine erste Spule 12 und eine zweite Spule 13 auf. Die beiden Spulen 12 und 13 sitzen auf zwei Schenkeln 14a, 14b eines U-förmigen magnetisierbaren Jochs 14, das aus Generatorblechen besteht. Die beiden Spulen 12 und 13 sind in Reihe geschaltet, wobei jede der beiden Spulen 12 und 13 einen Anschluß 15 bzw. 16 aufweist. Das Rohr der Gabel 6, welches üblicherweise mit einer isolierenden Lackschicht versehen ist, wird für den Stromgenerator 10 weder elektrisch noch magnetisch genutzt.Referring to Figs. 1 and 2, the current generator 10 is now described. A coil unit 11 of the current generator 10 is fastened to the fork 6 and has a first coil 12 and a second coil 13 . The two coils 12 and 13 sit on two legs 14 a, 14 b of a U-shaped magnetizable yoke 14 , which consists of generator sheets. The two coils 12 and 13 are connected in series, each of the two coils 12 and 13 having a connection 15 and 16 , respectively. The tube of the fork 6 , which is usually provided with an insulating lacquer layer, is used neither electrically nor magnetically for the current generator 10 .

An den Speichen 4 des Laufrades 1 sind mehrere umfangsmäßig verteilt angeordnete Magneteinheiten 17 des Stromgenerators 10 befestigt. Jede Magneteinheit 17 besteht aus einem ersten Permanentmagneten 18 und einem zweiten Permanentmagneten 19, welche über ein streifenförmiges magnetisierbares Joch 20 miteinander verbunden sind. Dabei liegt der erste Permanentmagnet 18 mit seinem Nordpol N und der zweite Permanentmagnet 19 mit seinem Südpol S an dem Joch 20 an, so daß die beiden Permanentmagneten 18, 19 mit entgegengesetzten Polungen in Richtung der Spuleneinheit 11 zeigen.A plurality of circumferentially distributed magnet units 17 of the current generator 10 are fastened to the spokes 4 of the impeller 1 . Each magnet unit 17 consists of a first permanent magnet 18 and a second permanent magnet 19 , which are connected to one another via a strip-shaped magnetizable yoke 20 . The first permanent magnet 18 with its north pole N and the second permanent magnet 19 with its south pole S bear against the yoke 20 , so that the two permanent magnets 18 , 19 point with opposite polarities in the direction of the coil unit 11 .

Die Längen der beiden Joche 14 und 20 sind etwa gleich, so daß im Überdeckungszustand von Spuleneinheit 11 und Magneteinheit 17 die beiden Permanentmagneten 18 und 19 sich genau vor den Stirnseiten der beiden Schenkel 14a und 14b des Jochs 14 befinden. Die Breite, d. h. die Erstreckung in radialer Richtung, der Schenkel 14a, 14b des Jochs 14 und der beiden Permanentmagneten 18 und 19 ist im Vergleich zu der Breite der beiden Spulen 12 und 13 klein, insbesondere etwa ein Drittel. Dies bewirkt, daß sich die beiden Permanentmagneten 18, 19 relativ lange im Bereich der beiden Spulen 12 und 13 befinden, wodurch die von den beiden Permanentmagneten 18, 19 in den Spulen 12, 13 induzierte Spannung hoch ist. Die beiden Joche 14, 20 sind vom Material und den Abmessungen derart ausgelegt, daß sie nicht in die magnetische Sättigung übergehen, was zu einer Vergrößerung des magnetischen Widerstandes und damit zu einer Verringerung der induzierten Spannung führen würde.The lengths of the two yokes 14 and 20 are approximately the same, so that when the coil unit 11 and the magnet unit 17 overlap, the two permanent magnets 18 and 19 are located exactly in front of the end faces of the two legs 14 a and 14 b of the yoke 14 . The width, ie the extension in the radial direction, of the legs 14 a, 14 b of the yoke 14 and of the two permanent magnets 18 and 19 is small, in particular about a third, in comparison to the width of the two coils 12 and 13 . This causes the two permanent magnets 18 , 19 to be in the region of the two coils 12 and 13 for a relatively long time, as a result of which the voltage induced by the two permanent magnets 18 , 19 in the coils 12 , 13 is high. The material and dimensions of the two yokes 14 , 20 are designed such that they do not pass into magnetic saturation, which would lead to an increase in the magnetic resistance and thus to a reduction in the induced voltage.

Die Spuleneinheit 11 ist derart an der Gabel 6 befestigt, daß die beiden Spulen 12 und 13 hintereinander auf einer gedachten Umfangslinie des Laufrades 1 liegen. Die Magneteinheiten 17, von denen beispielhaft vier dargestellt sind, wobei auch mehr oder weniger verwendet werden können, sind entlang der gleichen ge dachten Umfangslinie an dem Laufrad 1 befestigt. Die Magneteinheiten 17 sind dabei in der gleichen Ausrichtung an dem Laufrad 1 befestigt, so daß die einzelnen Permanentmagneten alternierend zueinander angeordnet sind, d. h. daß sich die an der Spuleneinheit 11 passierenden magnetischen Polaritäten immer abwechseln. So folgt auf einen magnetischen Südpol stets ein magnetischer Nordpol. Durch diese ständige Umpolung wird eine Restmagnetisierung des Jochs 14 der Spuleneinheit 11 vermieden, die die induzierte Spannung senken würde.The coil unit 11 is attached to the fork 6 such that the two coils 12 and 13 lie one behind the other on an imaginary circumferential line of the impeller 1 . The magnet units 17 , four of which are shown by way of example, and more or less can also be used, are fastened to the impeller 1 along the same circumferential line. The magnet units 17 are fastened to the impeller 1 in the same orientation, so that the individual permanent magnets are arranged alternately to one another, ie the magnetic polarities that pass through the coil unit 11 always alternate. A magnetic south pole is always followed by a magnetic north pole. This constant polarity reversal prevents a residual magnetization of the yoke 14 of the coil unit 11 , which would lower the induced voltage.

In ihrer Länge, d. h. in ihrer Erstreckung parallel zu der Drehachse des Laufrades 1, sind die Schenkel 14a, 14b des Jochs 14 der Spuleneinheit 11 und die Permanentmagnete 18, 19 derart bemessen, daß bei dem in der Fig. 2 gezeigten Überdeckungszustand nur ein schmaler Luftspalt zwischen den Schenkeln 14a, 14b und den Permanentmagneten 18, 19 verbleibt.In their length, ie in their extension parallel to the axis of rotation of the impeller 1 , the legs 14 a, 14 b of the yoke 14 of the coil unit 11 and the permanent magnets 18 , 19 are dimensioned such that in the overlap condition shown in FIG. 2 only a narrow air gap between the legs 14 a, 14 b and the permanent magnets 18 , 19 remains.

Bei dem Betrieb des Stromgenerators 10 werden die Ma gneteinheiten 17 in Pfeilrichtung (Fig. 2) von dem sich bewegenden Laufrad 1 des Fahrrades an der Spuleneinheit 11 vorbeibewegt. Befindet sich eine Magneteinheit 17 im Überdeckungszustand mit der Spuleneinheit 11, so verläuft ein ringförmiger magnetischer Fluß durch die beiden Joche 14, 20 und die beiden Permanentmagnete 18, 19. Der magnetische Fluß erzeugt in den um die Jochschenkel 14a bzw. 14b gewickelten Spulen 12 ,13 eine Induktionsspannung. Die beiden Spulen 12, 13 sind derart ge wickelt, daß die in den beiden Spulenkörpern induzierten Teilspannungen sich addieren, so daß an den Klemmen 15, 16 die induzierte Gesamtspannung abgegriffen werden kann. Die induzierte Spannung besteht aus sinusförmigen Einzelimpulsen, zwischen denen die Induktionsspannung den Wert Null hat. Die Dauer des Null-Bereiches entspricht derjenigen Zeitdauer, während der keine Magneteinheit 17 an der Spuleneinheit 11 vorbeigeführt wird. An den Klemmen 15, 16 liegt eine Wechselspan nung an, die Null-Bereiche aufweist, d. h. zeitliche Abschnitte, in denen der Wert der induzierten Spannung Null beträgt. Die Anzahl der Null-Bereiche kann verringert werden, wenn mehr Magneteinheiten 17 in das Laufrad 1 eingesetzt werden. Außerdem werden die Null-Bereiche verkürzt, wenn die Geschwindigkeit erhöht wird, da dann die vorhandenen Magneteinheiten 17 schneller an der Spuleneinheit 11 vorbeigeführt werden. Auf jeden Fall hat die induzierte Spannung zeitliche Bereiche, in denen sie Null ist. Daher blinkt eine Fahrradbeleuchtung, wenn man sie direkt an die Klemmen 15, 16 anschließt.During the operation of the power generator 10 , the magnetic units 17 are moved past the coil unit 11 in the direction of the arrow ( FIG. 2) by the moving wheel 1 of the bicycle. If a magnet unit 17 is in the overlapping state with the coil unit 11 , an annular magnetic flux runs through the two yokes 14 , 20 and the two permanent magnets 18 , 19 . The magnetic flux generates an induction voltage in the coils 12 , 13 wound around the yoke legs 14 a and 14 b. The two coils 12 , 13 are wound in such a way that the partial voltages induced in the two bobbins add up, so that the induced total voltage can be tapped at the terminals 15 , 16 . The induced voltage consists of sinusoidal individual pulses, between which the induction voltage has the value zero. The duration of the zero range corresponds to the period of time during which no magnet unit 17 is guided past the coil unit 11 . At the terminals 15 , 16 there is an AC voltage which has zero ranges, ie time periods in which the value of the induced voltage is zero. The number of zero ranges can be reduced if more magnet units 17 are inserted into the impeller 1 . In addition, the zero ranges are shortened when the speed is increased, since the existing magnet units 17 are then guided past the coil unit 11 more quickly. In any case, the induced voltage has time ranges in which it is zero. Therefore, a bicycle light flashes when you connect it directly to terminals 15 , 16 .

Anhand von Fig. 3 wird eine Schaltung 21 erläutet, welche an die Klemmen 15, 16 der Spuleneinheit 11 anschließbar ist. Die Schaltung 21 kann z. B. in das Vorderlicht des Fahrrades integriert werden.A circuit 21 which can be connected to the terminals 15 , 16 of the coil unit 11 is explained with reference to FIG. 3. The circuit 21 may e.g. B. be integrated into the front light of the bicycle.

Im Eingangsbereich weist die Schaltung 21 einen Gleichrichter GR in Form einer Gleichrichterbrücke auf. Der Gleichrichter GR wandelt die negativen Halbwellen der induzierten Spannung in positive Halbwellen um, so daß hinter dem Gleichrichter GR eine gewellte Gleichspannung vorliegt, die bereichsweise den Wert Null annimmt. Aus dem Gleichrichter GR führt eine Masseleitung 22 und eine Konstantleitung 23 sowie eine Pulsleitung 24 heraus. In the input area, the circuit 21 has a rectifier GR in the form of a rectifier bridge. The rectifier GR converts the negative half-waves of the induced voltage into positive half-waves, so that behind the rectifier GR there is a rippled DC voltage which in some areas assumes the value zero. A ground line 22 and a constant line 23 and a pulse line 24 lead out of the rectifier GR.

In die Konstantleitung 23 ist eine Schutzdiode D1 geschaltet, welche verhindert, daß Ströme in den Gleichrichter GR zurück fließen. Hinter der Diode D1 ist ein Ausgleichskondensator C1 parallel zu den Ausgängen des Gleichrichters GR geschaltet. Dahinter ist in der Konstantleitung 23 ein Spannungsregler IC geschaltet, der auch an die Masseleitung angeschlossen ist. Der Spannungsregler IC stellt eine positive Gleichspannung in Höhe von 6 V ein. Hinter dem Spannungsregler IC ist ein Akkumulator BAT parallelgeschaltet, der von der induzierten Spannung aufgeladen wird und bei Bedarf, d. h. wenn das Fahrzeugrad stillsteht oder wenn gerade keine Magneteinheit 17 die Spuleneinheit 11 passiert, den sich an den Akkumulator BAT anschließenden Logikteil der Schaltung 21 mit Spannung versorgt.A protective diode D1 is connected in the constant line 23 , which prevents currents flowing back into the rectifier GR. A compensating capacitor C1 is connected in parallel with the outputs of the rectifier GR behind the diode D1. Behind it, a voltage regulator IC is connected in the constant line 23 , which is also connected to the ground line. The voltage regulator IC sets a positive DC voltage of 6 V. An accumulator BAT is connected in parallel behind the voltage regulator IC, which is charged by the induced voltage and, if necessary, ie when the vehicle wheel is stationary or when no magnet unit 17 is passing the coil unit 11 , the logic part of the circuit 21 connected to the accumulator BAT with voltage provided.

Ein Einschaltzweig 25 ist zwischen der Masseleitung 22 und der Konstantleitung 23 parallel zu dem Akkumulator BAT geschaltet. In dem Einschaltzweig 25 befindet sich ein Ein-Schalter PT bzw. S1. Der Ein-Schalter PT ist ein Phototransistor, der leitend wird, wenn das einfallende Licht einen gewissen Schwellwert unterschreitet, der also bei Dunkelheit automatisch schaltet. Der Schalter S1 ist handbetätigt und überbrückt in seiner Stellung "1" den Ein-Schalter PT und ist in seiner Schaltposition "0" in Reihe mit dem Ein-Schalter PT geschaltet, so daß der Ein-Schalter S1 keine elektrische Funktion hat. Wird der Ein-Schalter PT aufgrund geringen Lichteinfalls leitend oder ist der Ein-Schalter S1 in der Schaltstellung "1", liegt eine Schaltspannung an dem Basiseingang eines in der Masseleitung 22 angeordneten Transistors T1 an, so daß dieser leitend wird. Wenn der Transistor T1 sperrt, d. h. wenn keiner der beiden Ein- Schalter PT, S1 aktiviert ist, trennt der Transistor T1 die Masseleitung 22 auf. Bei leitendem Transistor T1 hingegen liegt eine Spannung über dem parallelgeschalteten ersten Lampenzweig 26 an, der eine Vorderlampe L enthält, so daß diese leuchtet. Die Vorderlampe L leuchtet stetig, da Spannungspausen in der induzierten Spannung über den Akkumulator BAT abgepuffert werden.A switch-on branch 25 is connected between the ground line 22 and the constant line 23 in parallel to the accumulator BAT. There is an on switch PT or S1 in the switch-on branch 25 . The on-switch PT is a phototransistor which becomes conductive when the incident light falls below a certain threshold value, which therefore switches automatically in the dark. The switch S1 is manually operated and bridges the on switch PT in its position "1" and is connected in series with the on switch PT in its switch position "0", so that the on switch S1 has no electrical function. If the on-switch PT becomes conductive due to the low incidence of light or if the on-switch S1 is in the switch position "1", a switching voltage is present at the base input of a transistor T1 arranged in the ground line 22 , so that it becomes conductive. If the transistor T1 blocks, ie if neither of the two on-switches PT, S1 is activated, the transistor T1 disconnects the ground line 22 . With the transistor T1 on the other hand, a voltage is present across the parallel connected first lamp branch 26 , which contains a front lamp L, so that it lights up. The front lamp L lights up continuously since voltage pauses in the induced voltage are buffered by the battery BAT.

Zwischen dem Gleichrichter GR und der Diode D1 befindet sich ein Knotenpunkt, in dem von der Konstantleitung 23 die Pulsleitung 24 abzweigt. Der Unterschied zwischen der Konstantleitung 23 und der Pulsleitung 24 besteht darin, daß die Konstantleitung 23 über den Akkumulator BAT abgepuffert ist, so daß dort eine konstante Gleichspannung in Höhe von 6 V abgegriffen werden kann, während über die Pulsleitung 24 direkt auf den Ausgang des Gleichrichters GR zugegriffen wird, so daß dort eine wellige Spannung abgegriffen werden kann, die bereichsweise den Wert "0" annimmt.A node is located between the rectifier GR and the diode D1, in which the pulse line 24 branches off from the constant line 23 . The difference between the constant line 23 and the pulse line 24 is that the constant line 23 is buffered via the battery BAT, so that a constant DC voltage of 6 V can be tapped there, while via the pulse line 24 directly to the output of the rectifier GR is accessed so that a rippled voltage can be tapped there, which assumes the value "0" in some areas.

In einem zweiten Lampenzweig 27, der parallel zu dem ersten Lampenzweig 26 angeordnet ist, befindet sich ein von Hand be tätigbarer Betriebswahlschalter S2. In seiner Blinklicht- Schaltposition "1" verbindet er den zweiten Lampenzweig 27 mit der Pulsleitung 24 und in seiner Dauerlicht-Schaltposition "0" verbindet er den zweiten Lampenzweig 27 mit der Konstantleitung 23. In dem zweiten Lampenzweig befindet sich ein Widerstand R2 zur Verringerung der Spannung und ein aus mehreren Leuchtdioden bestehendes Rücklicht LED1, LED2. Je nach Stellung des Betriebswahlschalters S2 wird das Rücklicht LED1, LED2 entweder mit konstanter Spannung (Dauerlicht-Schalterposition "0") oder mit einer pulsierenden Spannung versorgt (Blinklicht-Schal terstellung "1"), wobei das Rücklicht LED1, LED2 blinkend betrieben wird. Die Frequenz des Blinkens hängt von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Anordnung der Magneteinheiten 17 ab.In a second lamp branch 27 , which is arranged parallel to the first lamp branch 26 , there is a manually operated mode selector switch S2. In its flashing light switch position "1" it connects the second lamp branch 27 to the pulse line 24 and in its continuous light switch position "0" it connects the second lamp branch 27 to the constant line 23 . In the second lamp branch there is a resistor R2 for reducing the voltage and a rear light LED1, LED2 consisting of several light-emitting diodes. Depending on the position of the operating selector switch S2, the rear light LED1, LED2 is either supplied with a constant voltage (permanent light switch position "0") or with a pulsating voltage (flashing light switch position "1"), the rear light LED1, LED2 being operated flashing. The frequency of the flashing depends on the vehicle speed and the arrangement of the magnet units 17 .

Parallelgeschaltet zu dem Betriebswahlschalter S2 befindet sich eine Steuerschaltung 28 mit einem Standlichtschalter, der aus der Abblockdiode D2, dem Kondensator C2, den Widerständen R3, R4, R5 und den Transistoren T2, T3, T4 besteht. Der Transistor T2 ist zwischen die Konstantleitung 23 und dem das Rücklicht LED1, LED2 enthaltenden zweiten Lampenzweig 27 geschaltet, derart, daß er in leitendem Zustand den Betriebswahlschalter S2 überbrückt, so daß das Rücklicht LED1, LED2 mit der Spannung aus dem Akkumulator BAT versorgt wird, und zwar unabhängig von der Schalterstellung des Betriebswahlschalters S2. Der Transistor T2 schaltet automatisch, wenn die Spannung an der zweiten positiven Leitung 24 Null wird.Connected in parallel with the mode selector switch S2 is a control circuit 28 with a parking light switch, which consists of the blocking diode D2, the capacitor C2, the resistors R3, R4, R5 and the transistors T2, T3, T4. The transistor T2 is connected between the constant line 23 and the second lamp branch 27 containing the rear light LED1, LED2, in such a way that it bridges the mode selector switch S2 in the conductive state, so that the rear light LED1, LED2 is supplied with the voltage from the battery BAT, regardless of the switch position of the mode selector switch S2. The transistor T2 switches automatically when the voltage on the second positive line 24 becomes zero.

Liegt eine induzierte Spannung an den Klemmen 15, 16 der Schaltung 21 an, so wird der Kondensator C2 aufgeladen und der Transistor T3 schaltet. Die beiden Transistoren T3, T4 bilden eine Inverterschaltung, so daß der Transistor T4 in diesem Zustand nicht schaltet, was dazu führt, daß auch der Transistor T2 nicht schaltet. Liegt keine induzierte Spannung mehr an den Klemmen 15, 16 der Schaltung 21 an, entlädt sich zunächst der Kondensator C2, wobei die Zeitkonstante durch die Werte des Kondensators C2 und des Widerstandes R3 bestimmt wird. Ist der Kondensator C2 entladen, sperrt der Transistor T3, was dazu führt, daß sowohl der Transistor T4 als auch der Transistor T2 schalten, so daß das Rücklicht LED1, LED2 mit der Spannung aus dem Akkumulator BAT versorgt wird. Die Zeitkonstante für den Entladevorgang des Transistors T2 ist derart bemessen, daß etwa erst nach 1 sec. der Standlichtmodus eingeschaltet wird. Dadurch wird verhindert, daß das Standlicht in den Pausen zwischen dem Passieren zweier Magneteinheiten 17 an der Spuleneinheit 11 eingeschaltet wird.If an induced voltage is present at the terminals 15 , 16 of the circuit 21 , the capacitor C2 is charged and the transistor T3 switches. The two transistors T3, T4 form an inverter circuit so that the transistor T4 does not switch in this state, which means that the transistor T2 does not switch either. If there is no longer any induced voltage at the terminals 15 , 16 of the circuit 21 , the capacitor C2 initially discharges, the time constant being determined by the values of the capacitor C2 and the resistor R3. If the capacitor C2 is discharged, the transistor T3 blocks, which means that both the transistor T4 and the transistor T2 switch, so that the rear light LED1, LED2 is supplied with the voltage from the battery BAT. The time constant for the discharge process of the transistor T2 is dimensioned such that the parking light mode is only switched on after about 1 second. This prevents the parking light from being switched on in the pauses between the passage of two magnet units 17 on the coil unit 11 .

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 ist eine Spuleneinheit 11 an der das Laufrad 1 lagernden Gabel 6 befestigt. Die Spuleneinheit 11 weist auch hier ein U-förmiges Joch 14 mit zwei Schenkeln auf, auf denen Spulen 12, 13 sitzen. An jedem der Schenkel ist spaltfrei ein Permanentmagnet 18 bzw. 19 angebracht. Diese Magnete 18, 19 erzeugen in dem Joch einen Magnetfluß, der jedoch nur dann einen geschlossenen Kreis bilden kann, wenn die Magnete durch ein Rückschlußteil 30 überbrückt werden. Entsprechende Rückschlußteile 30 in Form von Platten oder Streifen sind an dem Laufrad 1 befestigt. Diese Rückschlußteile bestehen aus magnetisierbarem Material von geringer Remanenz. Jedesmal, wenn ein Rückschlußteil 30 die beiden Magnete 18, 19 magnetisch verbindet, wird infolge der Änderung des magnetischen Flusses in den Spulen eine Spannung induziert. An dem Laufrad 1 werden also nur Rückschlußteile 30 benötigt, die magnetisierbar sind, jedoch keine Permanentmagnete. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind sowohl das Joch 14 der Spuleneinheit 11 als auch die Rückschlußteile 30 tangential zum Laufrad 1 angeordnet.In the embodiment of FIGS . 4 and 5, a coil unit 11 is attached to the fork 6 supporting the impeller 1 . The coil unit 11 also has a U-shaped yoke 14 with two legs on which coils 12 , 13 are seated. A permanent magnet 18 or 19 is attached to each of the legs without a gap. These magnets 18 , 19 generate a magnetic flux in the yoke, which, however, can only form a closed circuit if the magnets are bridged by a yoke part 30 . Corresponding yoke parts 30 in the form of plates or strips are attached to the impeller 1 . These inference parts consist of magnetizable material with low remanence. Every time a yoke part 30 magnetically connects the two magnets 18 , 19 , a voltage is induced in the coils due to the change in the magnetic flux. On the impeller 1 , therefore, only yoke parts 30 are required that can be magnetized, but no permanent magnets. As is apparent from Fig. 1, both the yoke 14 are arranged to the coil unit 11 and the yoke portions 30 tangential to the impeller 1.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 sind die Rückschlußteile 30 und das Joch 14 der Spuleneinheit 11 dagegen radial zum Laufrad 1 ausgerichtet. Hierbei werden die Rückschlußteile beim Passieren der Magnete 18,19 nicht mehr ummagnetisiert, sondern jedesmal mit gleicher Magnetisierungsrichtung erregt. Somit können die Rückschlußteile 30 an dem Laufrad aus Vollmaterial bestehen. Nach jedem Umlauf erfolgt eine neuerliche Magnetisierung der Rückschlußteile mit gleicher Magnetisierungsrichtung, so daß diese Magnetisierungsteile eine größere Remanenz haben können. Dagegen kann das Joch 14 aus einem Material mit geringer Hysterese und Remanenz bestehen.In the embodiment of FIG. 6, the yoke parts 30 and the yoke 14 of the coil unit 11, on the other hand, are aligned radially with respect to the impeller 1 . Here, the yoke parts are no longer remagnetized as they pass the magnets 18 , 19 , but each time excited with the same direction of magnetization. Thus, the yoke parts 30 on the impeller can be made of solid material. After each revolution, the yoke parts are magnetized again with the same direction of magnetization, so that these magnetization parts can have a greater remanence. In contrast, the yoke 14 can consist of a material with low hysteresis and remanence.

Der erfindungsgemäße Stromgenerator ist nicht nur für Fahrzeuge geeignet. Vielmehr betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, die als Stromgenerator oder als Motor ausgebildet sein kann und bei der ein Rad mehrere axial ausgerichtete Magnete oder Eisenkerne trägt, die an axial ausgerichteten Magneteinheiten entlangbewegt werden. Die Achsen der Magneteinheiten (Spulen) sind parallel zu der Drehachse ausgerichtet.The power generator according to the invention is not only for vehicles suitable. Rather, the invention relates to an electrical Machine designed as a power generator or as a motor can and in which a wheel has several axially aligned magnets or carries iron cores that are axially aligned Magnet units are moved along. The axes of the Magnet units (coils) are parallel to the axis of rotation aligned.

Claims

1. Power generator for a vehicle, with a coil unit ( 11 ) to be attached to the vehicle frame ( 6 ) and at least one magnet unit ( 17 ) to be attached to a vehicle wheel ( 1 ), the magnet unit ( 17 ) passing through the coil unit ( 11 ) in this induces a voltage.

2. Power generator according to claim 1, characterized in that each magnet unit ( 17 ) has two with a magnetizable yoke ( 20 ) connected permanent magnets ( 18 , 19 ) which bear on the yoke ( 20 ) with opposite poles, and that each coil unit ( 11 ) has two coils ( 12 , 13 ) seated on a magnetizable yoke ( 14 ).

3. Power generator according to claim 2, characterized in that the two permanent magnets ( 18 , 19 ) of a magnet unit ( 17 ) are arranged one behind the other on a circumferential line of the vehicle wheel ( 1 ) and that the two coils ( 12 , 13 ) of the coil unit ( 11 ) are arranged one behind the other on an axially offset line of the same circumference on the vehicle.

4. Power generator according to claim 3, characterized in that the two permanent magnets ( 18 , 19 ) of the magnet unit ( 17 ) have the same distance from each other as the yoke legs ( 14 a, 14 b) of the coil unit ( 11 ) on which the coils ( 12 , 13 ) sit.

5. Current generator according to claim 4, characterized in that the distance between two magnet units ( 17 ) is equal to the distance between the two yoke legs ( 14 a, 14 b) of the coil unit ( 11 ).

6. current generator for a vehicle, with a coil unit ( 11 ) to be attached to the vehicle frame, which has a magnetizable yoke ( 14 ) with two yoke legs, at least one magnet ( 18 , 19 ) that generates a magnetic field in the yoke ( 14 ), and with yoke parts ( 30 ) to be fastened to a vehicle wheel ( 1 ), which bridge the yoke legs when passing through the coil unit ( 11 ).

7. Power generator according to claim 6, characterized in that the yoke ( 14 ) of the coil unit ( 11 ) and the yoke parts ( 30 ) with respect to the vehicle wheel ( 1 ) are aligned substantially tangentially.

8. Power generator according to claim 6, characterized in that the yoke ( 14 ) of the coil unit ( 11 ) and the yoke parts ( 30 ) with respect to the vehicle wheel ( 1 ) are aligned substantially radially.

9. Power generator according to one of claims 1-8, characterized in that the magnet units ( 17 ) and the yoke parts are formed in spoke reflectors for bicycles.

10. Current generator according to one of claims 1-9, characterized by a circuit ( 21 ) which contains a light-sensitive switch (PT) which electrically connects the coil unit ( 11 ) with the vehicle lighting (L, LED1, LED2) below a light threshold.

11. Current generator according to any one of claims 1-10, characterized by a circuit ( 21 ), which has a rechargeable by the induced voltage energy storage (BAT) to enable parking lights, to which the vehicle lighting (L, LED1, LED2) is connected .

12. Current generator according to claim 1-11, characterized in that the circuit ( 21 ) has a mode selector switch (S2) which bridges the energy store (BAT), so that the vehicle lighting (LED1, LED2) directly connected to the coil unit ( 11 ) is, whereby the vehicle lighting (LED1, LED2) can be operated flashing.

13. Current generator according to claim 12, characterized in that the circuit ( 21 ) has a parking light switch (T2, T3, T4, R3, R4, R5, C2) which connects the vehicle lighting (LED1, LED2) with the energy store (BAT) , when the coil unit ( 11 ) supplies no voltage, so that when the mode selector switch (S2) is in the flashing light switch position, the vehicle lighting (LED1, LED2) is supplied with energy.

14. Power generator according to one of claims 1-13, characterized by a circuit which determines the speed of the vehicle wheel ( 1 ) and thus the speed of the vehicle by passing a magnet unit ( 17 ) on the coil unit ( 11 ).