Stromerzeuger, insbesondere für Fahr- und Krafträder. Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromerzeuger, insbesondere für Fahr- und Krafträder, mit Vielpolanordnung eines Ro tors und einem magnetischen Kreis, der einer seits einen nicht veränderlichen, anderseits einen durch Zähne veränderlichen Luftspalt besitzt.
Man hat diese Fahrraddynamomaschinen bisher in Wechselpolbauart gebaut. Die Wechselpolmaschinen sind jedoch im Aufbau kompliziert und benötigen einen ziemlich gro ssen Raumbedarf, insbesondere im Durch messer.
Demgegenüber haben Gleichpolmaschinen zwar einen einfachen Aufbau, konnten aber bisher nicht so kleinen Abmessungen wie sie für Fährraddynamomaschinen notwendig sind, gebaut werden, da sie keine genügende Lei stung abgeben konnten.
Die Erfindung bezweckt eine Fahrrad- dynämomaschine als Gleichpolmaschine mit der notwendigen Leistungsabgabe herstellen zu können und eine kleine Maschine ein- facher Bauart zu schaffen. Zu diesem Zweck ist nach der Erfindung bei der Gleichpol- maschine die Breite der Zähne auf dem Rotor und auf dem Stator kleiner als deren halbe Teilung.
Bei einer Gleichpolmaschine wird die zur Spannungserzeugung notwendige Flussände rung durch Schwankungen der Stärke eines in seiner Richtung gleichbleibenden magneti schen Feldes erzeugt. Solche Änderungen können nur durch stark unterschiedliche ma gnetische Widerstände erzeugt werden, die wiederum durch verschieden lange Luftwege gebildet werden müssen. Bei kleinen viel- poligen Maschinen, bei denen die Polbreite schon fast von der gleichen Grössenordnung wie .die Länge des kleinsten technisch her stellbaren Luftspaltes ist, kann diese Fluss änderung durch die oben angegebenen Mittel erreicht werden.
Die Induktivität, die zur Spannungsregelung notwendig ist, lässt sich sehr leicht unterbringen, so dass die volle Ausregelung der Spannung möglich ist, die dann über einen verhältnismässig grossen Ge- schwindigkeitsbereich konstant ist.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispie len dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Fahrraddynamomaschine, die in der Fahrrad nabe zentrisch zur Achse eingebaut ist, Fig. 2 einen Schnitt in Richtung II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt in Richtung III-III der Fig. 1, Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine an dere Ausführungsform, Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine wei tere Ausführungsform, Fig. 6 einen Querschnitt in Richtung IV-IV zur Fig. 5, Fig. 7, 8 und 9 andere Ausführungsfor men, Fig. 10 einen Längsschnitt durch einen Stromerzeuger der aus abgestuften Blechen zusammengesetzt ist, Fig. 11 einen Querschnitt in Richtung V-V der Fig. 10.
In den Fig. 1, 2 und 3 ist auf der Fahr radnabe 1 ein Statur 2 befestigt, während der Rotor 3 als äusserer Mantel der Fahrrad nabe ausgebildet ist und durch Kugel- oder Rollenlager 4 drehbar gelagert ist. Die Spei chen des Rades sind mit 5 bezeichnet. Die eine Seite des Rotors bezw. Stators ist mit Zähnen 6 und 7 versehen, während die an dere Seite zylindrisch ausgebildet ist, so dass an dieser Stelle ein konstanter Luftspalt vor handen ist. Zwischen den beiden Seiten des Stators befindet sich eine Induktionsspule 8, von welcher die Klemmenspannung abgenom men wird.
Die Breite der Zähne 6 und 7 ist wesentlich kleiner als die halbe Teilung Bei Verwendung magnetischer Werk stoffe geringer Koerzitivkraft kann der Kern (Statur) 2 oder der Mantel (Rotor) 3 oder beide als axial magnetisierte Dauermagnete ausgebildet werden. In diesem Falle besteht der mit 9 bezeichnete Ring, der in den Kern 2 auf der einen Seite eingesetzt ist, aus Weicheisen, oder er besteht mit dem Kern 2 aus einem Stück. Es besteht auch die Mög lichkeit, dass der Mantel 3 als Dauermagnet ausgebildet ist, während der Kern 2 und der Ring 9 aus Weicheisen bestehen. Ebenso kön nen auch der Kern 2 sowie der Ring 9 als Dauermagnet ausgebildet sein, während der Mantel 3 aus Weicheisen besteht.
Es ist so dann auch möglich, dass lediglich der Ring 9 aus einem Magnetwerkstoff grosser Koer- zitivkraft besteht und radial magnetisiert ist, während die Teile 2 und 3 aus Weicheisen bestehen. Die Verwendung von Magnetwerk stoffen grosser Koerzitivkraft ergibt im all gemeinen bessere Wirkungen bei grossem Querschnitt und kleiner Länge.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausfüh rungsform ist der Statur ebenfalls mit<B>271</B> und der Rotor mit 3 bezeichnet. In diesem Falle dient ein Dauermagnet 10, der radial magnetisiert ist, zur Induzierung zweier Spu len 11 und 12. Die Zähne des Stators sind mit 13 und 14 bezeichnet. Zwischen ihnen liegen die Spulen 11 und 12, und zwischen den Spulen liegt wiederum der Dauermagnet 10. Die Zähne des Rotors 3 sind mit 15 und 16 bezeichnet. Die Breite der Zähne 13 und 14 des Stators und der Zähne 15 und 16 des Rotors ist kleiner als deren halbe Teilung.
Die Zähne 15 und 16 (Fig. 4) sind gegen einander um eine halbe Teilung versetzt, wie es auch in der Fig. 6 für die Zähne 17 und 18 des Stators nach Fig. 5 angedeutet ist, so dass die erzeugten Spannungen bei glei chem Wicklungssinn der Spulen um 180 phasenverschoben, bei ungleichem Wicklungs sinn dagegen gleichphasig sind. Zwischen den Zähnen 15 und 16 befindet sich ein zylin drischer Teil, der dem Ringmagneten gegen übersteht.
In der einzelnen Spule wird bei der Anordnung nach Fig. 4 bei sonst gleichen Verhältnissen wie in Fig. 1 eine höhere Spannung induziert, da sich der magnetische Fluss 4 direkt im Verhältnis der magnetischen Widerstände der Luftspalte der Zahnkränze ändert (bei Vernachlässigung des Widerstan des in Weicheisen), während die Flussände- rung bei der Anordnung nach Fig. 1 im Verhältnis der Änderung des magnetischen Gesamtwiderstandes, also unter Einschluss des Dauermagneten erfolgt.
Diese vergrösserte Flussänderung kann auch bei nur einer Spule bei der Anordnung nach Fig. 5 erreicht werden. Der Stator 2 hat hier zwei um eine halbe Teilung versetzte Zahnkränze 17 und 18, sowie eine zwischen diesen angeordnete Spule 19. Ausserdem be sitzt der Stator einen radial magnetisierten Ringmagneten 20, der auf dem einen Ende des Stators aufgesetzt ist. Der Rotor 3 be sitzt über die beiden Zahnkränze 17 und 18 hindurchgehende Zähne 21 und ist an seinem dem Ringmagneten 20 gegenüberstehenden Ende 22 zylindrisch ausgebildet. Die Breite der Zähne 17 und 18 des Stators 2 und der Zähne 21 des Rotors 3 ist ebenfalls kleiner als deren halbe Teilung.
Der Dauermagnet kann hier auch ohne weiteres durch eine in der Ringnut 23 untergebrachten, nicht ge zeichneten Magnetwicklung ersetzt werden, wobei dann der Teil 20 aus Weicheisen be stehen muss. In der Fig. 7 ist eine weitere Ausfüh rungsform dargestellt, bei, der ein Magnet-. ring 24 mt einem gezahnten Weicheisenring 25 versehen ist. Der Ring 24 ist auf einem Flansch 26 befestigt. Der Magnet ist in die sem Falle als Rotor zu betrachten, der sich gegenüber einem aus Weicheisen bestehenden Teil 27 dreht. Der Magnet greift in die Ringnut 28 des Teils 27 ein, in welcher auch die Spule 29 angeordnet ist.
Der Stator 27 ist an seinem grösseren Durchmesser mit Zäh nen 30 versehen, die den Zähnen 25 des Magneten 24 gegenüberstehen, Die innere Seite der Ringnut 28 sowie des Ringmagne ten 24 ist zylindrisch ausgebildet, so dass an dieser Stelle ein konstanter Luftspalt ent steht, der mit 31 bezeichnet ist. Die Breite der Zähne 25 des als Rotor wirkenden Ring magneten 24 und der Zähne 30 des Stators 27 ist auch bei dieser Ausführungsform klei ner als deren halbe Teilung. Diese Bauart hat den Vorteil, dass sich am Aussenumfange des Ringmagneten bezw. des Stators 27 mehr Zähne unterbringen lassen als innen, In der in Fig. 8 dargestellten Ausfüh rungsform ist der flache zylindrische Magnet 32 axial magnetisiert.
Er liegt zentrisch zur Drehachse und wird von der Wicklung 33 umgeben. Der Stator 34 besitzt Zähne 35, die den. Zähnen 36 des Rotors 37 gegenüber stehen. Diese Zähne sind radial gerichtet. Die Breite der Zähne 35 des Stators 34 und der Zähne 36 des Rotors ist kleiner als deren halbe Teilung. Diese Bauart hat den Vor teil, einer äusserst flachen Bauart der Dy namomaschine. Der gleichbleibende Luftspalt entsteht gegenüber dem Dauermagneten 32. Es besteht auch die Möglichkeit, den Teil 37 als Dauermagneten auszubilden und die Teile 32 und 34 aus einem Weicheisenstück anzu fertigen. In diesem Falle würden die Zähne 36 des Rotors 37 aus Weicheisen bestehen, die nachträglich in dem Dauermagneten ein gesetzt sind, so wie es bereits in der Fig. 7 beispielsweise dargestellt ist.
In der Fig. 9 ist eine weitere Ausfüh rungsform dargestellt, bei der der Stator 38 mit einseitigen Zähnen 39 versehen ist. Der Rotor 40 besitzt Zähne 41, die den Zähnen 39 gegenüberstehen und ist aus zwei Teilen zusammengesetzt, zwischen denen sich der Magnetkörper 42 befindet, der als Ring magnet ausgebildet und axial magnetisiert ist. Der gleichbleibende Luftspalt entsteht zwi schen den zylindrischen Teilen des Rotors 38 und des Stators 40. Er ist mit 43 bezeichnet.
Die Breite der Zähne 39 des Stators 38 und der Zähne 41 des Rotors 40 ist auch bei dieser Ausführungsform kleiner als deren halbe Teilung.
Die zur Regelung erforderliche Induktivi- tat der Wicklung ist bei den Anordnungen mit Magneten grossen Querschnittes und klei ner Länge leicht zu erreichen. Sie ist beson ders gross bei den. Anordnungen nach Fig. 4 und 5, da hier der von der Spule erzeugte magnetische Wechselfluss am Dauermagneten vorbeigeführt wird und so der magnetische greis hierfür einen besonders kleinen Wider stand besitzt.
In den besprochenen Ausführungsformen ist die zur Regelung erforderliche Induktivi- tät durch die Wicklung und den magneti schen Kreis des Stromerzeugers gegeben. Man kann die Abmessungen der -Maschinen dadurch wesentlich verkleinern, dass man sie zunächst nur im Hinblick auf die erforder liche Stromerzeugung konstruiert und die zur angenäherten Konstanthaltung der Span nung notwendige Induktivität in einer be sonderen Drosselspule erzeugt. Es kann zwi schen den Stromerzeuger und den Verbrau cher eine zusätzliche Drosselspule geschaltet werden, die entweder im Gehäuse des Strom erzeugers oder im Gehäuse des Verbrauchers oder auch in einem besonderen Gehäuse unter gebracht -erden kann.
Durch diese Drossel spule kann die Induktivität des Stromkreises unabhängig von derjenigen des Stromerzeu gers auf einen beliebig hohen 'Wert gebracht werden. Die Unterschiede der Klemmenspan nungen der Stromerzeuger, die sich durch Bearbeitungsungenauigkeiten und Verschie denheit der Werkstoffe ergeben, können durch diese Zusatzdrossel dadurch ausgeglichen werden, dass man entweder aus einer genü gend grossen Zahl mit dem Streuungsbereich entsprechenden Induktivitätswerten eine pas sende Spule auswählt oder die Spule mit An- za.pfungen versieht und so die erforderliche Induktivität einstellt.
In den massiven Eisenkernen entstehen beim Betrieb des Stromerzeugers Wirbel ströme, die bei den niedrigen Frequenzen, zum Beispiel der Fernsprechinduktoren, un schädlich sind, bei hohen Frequenzen dagegen den Wirkungsgrad so stark herabsetzen, dass sie durch die bekannten Mittel der Unter teilung des Eisenkernes herabgesetzt werden müssen, wie es in Fig. 10 und 11 dargestellt ist. Zur Verringerung des magnetischen Wi derstandes wird der sektorförmige Raum zwi schen den die Zähne bildenden Blechen 45 durch in ihrer Breite abgestufte anliegende Bleche 44- ausgefüllt, die zweckmässig durch Punktschweissen befestigt sind. Die Zwischen räume zwischen den Blechen können mit Iso liermasse ausgefüllt werden.
Die gegenüber liegenden Zähne werden aus Blechen 46 ge bildet, die ebenfalls durch seitlich anliegende Bleche verstärkt sind. Es lassen sich auch durch Verwendung eines Stromerzeugers der beschriebenen Bauart kleine und leichte Kur belinduktoren ohne Zahnräder herstellen.