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Magnetelektrischer Wechselstromerzeuger Es sind magnetelektrische
Wechselstromerzeuger bekannt, die in der Nabe des Vorderrades eines Fahrrades angebracht
sind und durch die Bewegung des Rades angetrieben werden, wodurch der für die Beleuchtung
der Fahrradlampen nötige Strom erzeugt wird.
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Diese Wechselstromerzeuger gehören zum Typ der elektromagnetischen
Stromerzeuger, bei denen der Dauermagnet, d. h. der Erzeuger des Flusses, wie auch
die Induktionsspulen feststehen, während der drehbare Teil Elemente trägt, die die
Richtung der Kraftlinien bestimmen, die zwischen einem Maximum und Minimum des elektrischen
Stromflusses schwanken. Dieser wird durch den Dauermagnet erzeugt, der den Luftspalt
zwischen dem festen und dem beweglichen Teil ohne Richtungsänderung durchdringen
muß. Bei diesen Wechselstromerzeugern weisen die zahnradartig ausgebildeten Dauermagnetsysteme,
die einander benachbart sind, eine gegenseitige Verschiebung um die Hälfte eines
Zahnintervalls auf, wodurch eine Verdoppelung der Frequenz erfolgt und somit eine
Spannung erzeugt wird, die hauptsächlich bei schwachen Strömen verwendbar ist.
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Der erfindungsgemäße Wechselstromerzeuger ist ein kleiner elektromagnetischer
Apparat, der sich durch einen geringen Raumbedarf in der Nabe des Vorderrades des
Fahrrades, in der er angebracht ist, auszeichnet.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetelektrischen Wechselstromerzeuger
mit ruhenden Dauermagneten, ruhender Ankerwicklung und umlaufenden Kraftlinienleitstücken,
die wie die Pole des Dauermagnets zahnradartig ausgebildet sind, während die Zähne
benachbarter Dauermagnetsysteme um eine halbe Zahnteilung gegeneinander versetzt
sind.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Dauermagnet in zwei rohrförmige
Teile aufgeteilt ist, die axial nebeneinanderliegen und die an ihren Stirnseiten
mit scheibenförmigen, am ganzen Kreisumfang gezahnten Polen versehen sind, wobei
die Zähne der Pole des einen Teils um die Hälfte eines Zahnintervalls gegenüber
den Zähnen der Pole des anderen Teils verschoben sind.
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Nachfolgend wird an Hand der Zeichnung ein nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt die Anordnung des Stromerzeugers auf dem Vorderrad eines
Fahrrades; Fig. 2 zeigt die Frequenzfolge des Stromes in zwei hintereinanderliegenden
Magnetteilen; Fig.3 zeigt im Längsschnitt die Einzelheiten des Naben-Stromerzeugers;
Fig. 4 ist ein Querschnitt gemäß der Linie MN-OP der Fig. 3 ; Fig.5 ist ein Diagramm
mit rechtwinkligen Koordinaten@ das in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit
für ein praktisches Ausführungsbeispiel die Frequenz des Stromes, die Leerlaufspannung
und die Arbeitsspannung angibt.
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Aus den Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, daß der Ständer des Naben-Stromerzeugers
aus zwei zylindrischen Magneten a1 und a2 mit einer mittleren Bohrüng besteht, deren
Stirnflächen jeweils Nord- und Südpole sind. Diese Magnete können zweckmäßig anisotrop
mit bevorzugter Richtung und parallel zur Achse verlaufender Magnetkraft sein, die
beispielsweise im Handel unter der Bezeichnung »TICONAL« bekannt sind. Sie sind
an beiden Stirnseiten mit Polscheiben b1 und b2 aus Weicheisen versehen, die vorzugsweise
aus zusammengefäßten Blechen bestehen. Die Bleche, die flache Scheiben mit einer
mittleren Öffnung sind, können derart gepreßt sein, daß sie sich ineinanderschachteln
lassen und finit dem 'Magnet' mit ihren Kanten`urid nicht mit ihren Seitenflächen
in Berührung stehen. Diese Polscheiben haben eine große Zähnezahl. In einer Versuchsvorrichtung,
welcher die Kurven der Fig. 5 entsprechen, haben die Scheiben 36 Zähne.
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Die Magnete sind von Ringen cl Und c2 aus Weicheisen umgeben, die
längs einer Mantellinie geschlitzt sind und deren axiale Länge um annähernd 1 mm
kleiner ist als diejenige der Magnete. Der innere Durchmesser der Ringe ist einige
Millimeter größer als der äußere Durchmesser der Magnete. Sie sind zweckmäßig zwischen
Nietköpfen d der Polscheiben festgeklemmt, durch welche sie auf die Achse und der
Länge nach zentriert werden: Die Breite des
Schlitzes der Ringe
kann gering sein und etwa einige Millimeter betragen. Ihr Zweck besteht nur darin,
das Fließen der von den Änderungen des Flusses induzierten Ströme zu verhindern.
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Die Magnete, Polscheiben .und Ringe werden gegen einen Bund der Achse
e durch eine Gewindemutter f aus nicht magnetisierbarem Werkstoff zusammengedrückt,
und zwischen die beiden Hälften ist ein Abstandsring g aus Hartaluminium eingesetzt.
Mit Hilfe einer äußeren Vorrichtung werden die Polscheiben eines jeden Magnets derart
gerichtet, daß deren Zähne einander axial genau gegenüberstehen, wogegen die beiden
Polscheibenpaare genau um eine halbe Zahnteilung gegeneinander versetzt sind, so
daß die Zähne des einen Paares den Lücken des andern Paares gegenüberstehen. Nach
dem Festspannen der Gewindemutter f können die beiden Lagerflächen
Mal
und h" der Achse sowie die Umfangflächen der Polscheiben genau zentrisch
bearbeitet werden. Eine Spule i wird auf die beiden Ringe cl und c2 zweiteilig gewickelt,
und der Sinn der Wicklung wird beim Übergang von einem Ring zum anderen umgekehrt.
Ein Ende der Spule wird an eine Polscheibe festgelötet, wodurch ein Pol mit Masse
verbunden wird. Das andere Ende wird durch eine Lötstelle mit einem isolierten Leiter
j verbunden, der durch eine Nut k
des Magnets a1, dann durch eine Nut
der Achse, ein Loch und eine Bohrung dieser Achse geführt wird. Auf das entsprechende
Ende der Achse ist eine Kappe l geschraubt, durch welche der äußere Stromleiter
m mit dem inneren Leiter j in Berührung gebracht wird, der den zweiten Pol der Spule
bildet.
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Erst nach dem Wickeln der Spule erfolgt das Magnetisieren. Hierzu
wird das Ganze zwischen den beiden Polen eines Elektromagnets angeordnet. Die Magnete
werden somit nach dem Einbauen magnetisiert. Sie erhalten dadurch eine höhere Induktionskraft,
als wenn sie einzeln magnetisiert und dann eingebaut werden. Die Induktionskraft
bleibt die gleiche, solange die Gewindemutter f nicht gelöst wird. Gerade dadurch
ist es möglich, den Ständer ein- und auszubauen, ohne die Magnete neu zu magnetisieren.
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Der Läufer des Naben-Stromerzeugers besteht aus einem Magnetstahlrohr
n, in dessen Innenumfang Längsrippen ausgeschnitten sind, deren Zahl gleich ist
derjenigen der Polscheibenzähne. Die Bohrung dieses Rohres dient zur Aufnahme des
Ständers mit einem möglichst kleinen Luftspalt. Auf die Enden des Rohres sind zwei
Hartaluminiumflansche o aufgeklemmt, die auf dem Umfang mit Löchern zur Aufnahme
der Radspeichen versehen sind.
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Zwei Scheiben p, die zweckmäßig aus Hartaluminium bestehen, sind jeweils
mit einer genau zentrischen Bohrung und einem ebenfalls zentrischen Schulteransatz
versehen. Die Bohrungen dienen zur Aufnahme der Kugellager q, und
q" die auf die Achse e geschoben sind. Die kreisförmigen Schulteransätze
greifen über die Rippen des Rohres n, so daß die Bohrung dieses Rohres genau auf
die Achse zentriert ist.
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Der Naben-Stromerzeuger kann durch Filzdichtungen in den Kugellagern
dicht abgeschlossen werden. Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Wechselstromerzeugers
soll nun an Hand der Fig. 2 beschrieben werden. Der Fluß 0, der vom Dauermagnet
a1 ausgeht, teilt sich in zwei Teilflüsse auf; der eine, (, tritt durch das Kraftlinienleitstück
n und der andere, i, durch den Weicheisenring cl, wodurch ein solcher magnetischer
Nebenschluß entsteht, daß der wirksame Fluß in der Spule i gleich 0-7, d. h. = (
ist. Der Fluß 99 ist ein Maximum, wenn die Zähne der Polstücke des Dauermagnets
a1 sich mit denen des Kraftlinienleitstückes n decken und so einen leichten Durchgang
ermöglichen; er erreicht das Minimum, wenn die Zähne der Polstücke b1 des Dauermagnets
a1 sich in entgegengesetzter Stellung von denen des Kraftlinienleitstückes n befinden
und so den Durchgang hemmen. Der Fluß 99 schwankt also periodisch während der Drehung
des Kraftlinienleitstückes n zwischen einem Maximum und einem Minimum, wobei eine
elektromotorische Kraft in dem entsprechenden Teil der Spule i. erzeugt wird. Ebenso
ist es beim Dauermagnet a2, mit dem einzigen Unterschied, daß die in dem entsprechenden
Teil der Spule induzierte elektromotorische Kraft eine Phasenverschiebung gegenüber
der im anderen Teil der Spule i erzeugten aufweist.
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Es genügt also, daß die beiden Teile der Spule i aus der gleichen
Spulenwicklung bestehen, die in den zwei Richtungen verschieden gewickelt sind,
so daß sich die elektromotorischen Kräfte dieser Spulen so ergänzen, um den Stromfluß
in der Wicklung durchgehen zu lassen. Es muß noch erwähnt werden, daß - wie bei
bestimmten elektromagnetischen Kleinmaschinen des bekannten Typs - die Weicheisenringe
cl und c2 einen magnetischen Nebenschluß bilden und so die Spannung unabhängig von
der Drehungsgeschwindigkeit des Kraftlinienleitstückes machen.
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Die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielten Resultate sind
graphisch durch die Kennlinien in Fig. 5 wiedergegeben, die experimentell aufgestellt
wurden und die in Beziehung setzt: Die Geschwindigkeit in km/Std. eines Fahrrades
mit einem Vorderrad von 66 cm Durchmesser, die Frequenz der elektromotorischen Kräfte
in Perioden pro Sekunde, die Leerlaufspannung Ein Volt und die Lastspannung U1,
ebenfalls in Volt, entsprechend der Aufspaltung des Wechselstroms auf zwei Glühlampen
von 6 V- 0,35 Amp. und 6 V - 0,10 Amp., die parallel geschaltet sind. Die Linie
U2 gibt die Lastspannung des auf dieselben Lampen abgezweigten Wechselstroms wieder
unter Zwischenschaltung eines elektrochemischen Kondensators von 100 Mikrofarad
- 25 V.
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Der Vergleich der beiden Linien U1 und U2 ergibt den Vorteil der Zwischenschaltung
des Kondensators im Hinblick auf eine möglichst gute Konstanz der Spannung, die
mit diesem Kondensator bei allen Geschwindigkeiten des Fahrrades von 13 km/Std.
an zwischen 5 und 6 V stehenbleibt.
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Die an sich bekannte Montage eines solchen Kondensators in Verbindung
mit dem erfindungsgemäßen Wechselstromerzeuger ist daher wesentlich für die Erzielung
aller Vorzüge dieses Wechselstromerzeugers.