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Stromerzeuger, insbesondere zur Beleuchtung von Kraftfahrzeugen Die
Erfindung betrifft einen Stromerzeuger mit veränderlicher Drehzahl, und zwar insbesondere
für Kraftfahrzeuge, insbesondere Motorräder, zur Zündung des Motors und/oder zur
Beleuchtung des Fahrzeugs.
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Sie bezweckt einen derartigen Stromerzeuger so auszubilden, daß er
besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen der Praxis entspricht, und daß
insbesondere die Spannung des von ihm gelieferten Stromes weniger von seiner Drehgeschwindigkeit
abhängt.
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Es wurden bereits Stromerzeuger vorgeschlagen, bei denen der rotierende
Teil aus einem Ringmagnet besteht, der sich bei zunehmender Tourenzahl so verformt,
daß sich die für die Größe des magnetischen Flusses maßgebenden Luftspalte zwischen
Rotor und Stator vergrößern. Da diese Ringmagnete jedoch aus magnetischem Stoff
bestehen und infolgedessen nur eine vernachlässigbar geringe Elastizität aufweisen,
so konnte das angestrebte Ziel, nämlich die Unabhängigkeit der erzeugten Spannung
von der Drehzahl. nur in unvollkommener Weise erreicht werden.
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Eine zufriedenstellende Lösung dieser Aufgabe wird nun dadurch erreicht,
daß ein Stromerzeuger, insbesondere zur Beleuchtung von Kraftfahrzeugen, z. B. Motorrädern,
mit einem außerhalb des Stators umlaufenden Feldmagnet, der aus einer bestimmten
Anzahl von Permanentmagneten besteht, deren Abstand von den polaren Massen des Stators
sich im gleichen Sinne wie deren Drehgeschwindigkeit ändert, so daß der Einfluß
dieser Geschwindigkeit auf die Spannung des gelieferten Stromes vermindert wird,
gemäß der Erfindung so ausgebildet ist, daß die Permanentmagnete paarweise an elastischen
Stützen aus ferromagnetischem Material angebracht sind, wobei diese Stützen nur
mit ihrem mittleren Teil an dem Rotor befestigt sind.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber
erläutert.
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Fig. 1 und 2 zeigen ein erfindungsgemäßes magnetisches Schwungrad
im Schnitt längs der Linie 1-I der Fig. 2 bzw. 11-II der Fig. 1, wobei seine Teile
die geringen Drehzahlen entsprechende Stellung einnehmen; Fig. 3 und 4 zeigen zwei
Einzelheiten der Fig. 1 in der hohen Drehzahlen entsprechenden Stellung.
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Das Magnetschwungrad enthält ein Induktorsystem mit Dauermagneten,
welches von einem sich drehenden Halter oder Rotor getragen wird, sowie ein induziertes
System, welches von einem festen Halter oder Stator getragen und durch die Spulen
zur Zündung des Motors und/oder zur Beleuchtung des Fahrzeugs gebildet wird.
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Bekanntlich ist die Spannung des von einem gewöhnlichen Magnetschwungrad
erzeugten Stroms eine wachsende Funktion der Drehzahl seines Rotors, welche der
Drehzahl des Motors oder der Geschwindigkeit des Fahrzeugs proportional ist.
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Nun muß die Zündung bei niedrigen Drehzahlen des Motors zur Erleichterung
des Anspringens desselben eine möglichst große Spannung haben, während bei hohen
Drehzahlen eine zu hohe Spannung nutzlos und sogar schädlich ist.
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Andererseits muß für die Beleuchtung die Spannung möglichst konstant
bleiben, um eine Überlastung der Glühbirnen bei großen Geschwindigkeiten zu vermeiden,
wobei jedoch bei geringen Geschwindigkeiten eine hinreichende Beleuchtung sichergestellt
sein muß.
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Die Erfindung schlägt eine einfache wirksame Lösung für die obige
Aufgabe der Spannungsregulierung vor. Hierfür wird erfindungsgemäß das Magnetschwungrad
so ausgebildet, daß bei einer Zunahme der relativen Drehgeschwindigkeit zwischen
dem induzierenden und ,dem induzierten System wenigstens eines dieser Systeme, und
vorzugsweise nur das -induzierende System, an seineirr Halter so verformt wird,
daß der auf .das induzierte System wirkende Magnetfluß abnimmt, und umgekehrt.
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Zur Steuerung dieser Verformung wird eine beim Betrieb der Maschine
auftretende physikalische Größe benutzt, welche vorzugsweise die in geeigneten Teilen
des Rotors sich auswirkende Fliehkraft ist.
Es sei zunächst daran
erinnert. daß das induzierte System derartiger Stromerzeuger im allgemeinen wenigstens
eine Spule aufweist, weiche auf einen Kern aus einem ferromagnetischen Werkstoff
aufgewickelt ist und dessen Enden von dem Rotor getragenen Polschuhen in geringer
Entfernung (oder mit einem kleinen Luftspalt) gegenüberliegen. Diese Polschuhe sind
paarweise über nachstehend Polverbindungen genannte Teile aus ferromagnetischem
Werkstoff miteinander vereinigt.
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Gemäß einer ersten Lösung der Erfindung wird das induzierende System
so ausgebildet, daß der Luftspalt zunimmt, wenn die Drehzahl zunimmt, und umgekehrt.
In dem häufigsten Fall, daß dieser Luftspalt radial liegt, werden die Polverbindungen
des Rotors so angeordnet, daß die Polschuhe entgegen der Eigenelastizität der Polverbindungen
radial von den Enden der Kerne des induzierenden Systems entfernt werden, wobei
zweckmäßig Anschläge zur Begrenzung der Verstellungen der Polschuhe in beiden Richtungen
vorgesehen sind.
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Gemäß einer zweiten Lösung der Erfindung werden in dem mittleren Abschnitt
der Polverbindung Nuten oder Hohlräume angebracht, welche den Querschnitt dieses
mittleren Abschnitts örtlich verringern, und in diesen Nuten oder Hohlräumen wird
ein Block aus einem magnetischen Werkstoff untergebracht, welcher. wenn er sich
mit den Wänden dieser Nuten oder Hohlräume in Berührung befindet, die Kontinuität
des Magnetfeldes gewährleistet, wobei die durch die Polverbindung und diesen Block
gebildete Anordnung so ausgebildet wird, daß der Block wenigstens teilweise von
diesen Wänden abgehoben wird, wenn die Drehzahl des Rotors einen vorausbestimmten
Wert erreicht oder überschreitet, wodurch eine Unterbrechung :der Kraftlinien an
der Stelle dieser Nuten oder Hohlräume entsteht.
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Zweckmäßig wird eine Ausführungsform benutzt, welche in der in der
Zeichnung angegebenen Weise die beiden obigen Lösungen kombiniert.
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Der Rotor wird durch einen Träger 1 aus einem nicht ferromagnetischen
Werkstoff, z. B. Zinkspritzguß, gebildet und ist durch Arme 2 mit einer auf einer
Welle zu befestigenden Nabe 3 verbunden. Die Nabe 3 erhält außen die Form eines
Nockens, damit sie mit einem von dem Stator getragenen Unterbrecher 4 zusammenwirken
kann.
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Das induzierende System wird durch vier flache Magnete 5 gebildet,
welche vorzugsweise aus Ferrit und in der zu ihrer größten Oberfläche senkrechten
Richtung magnetisiert sind, wobei die Polaritäten sich fortschreitend ändern. Die
Magnete sind paarweise durch Polverbindungen 6 miteinander vereinigt und tragen
Polschuhe 7, welche ebenfalls aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehen und
den von den Magneten erzeugten Magnetfluß gleichmäßig auf das induzierte System
verteilen sollen. Die Magnete 5, die Polverbindungen 6 und die Polschuhe 7 werden
durch Schrauben 8 zusammengehalten.
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Das induzierte System enthält z. B. zwei Spulen 9, welche auf Kerne
10 mit Köpfen aufgewickelt sind, deren Außenflächen in einen gedachten Zylinder
eingeschrieben sind, dessen Durchmesser etwas kleiner als der eines gedachten Zylinders
ist. in welchen die Innenflächen der Polschuhe 7 eingeschrieben sind, so daß in
der Ruhestellung ein kleiner Luftspalt e entsteht (Fig.3).
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Erfindungsgemäß werden nun die Polverbindungen 6 nur an ihrem mittleren
Abschnitt an dem Rotor 1 befestigt, und die Kenngrößen dieser Polverbindungen (Art
des sie bildenden ferromagnetischen Werkstoffs, Querschnitt usw.) werden so bestimmt,
daß von einer vorausbestimmten Drehzahl an die auf sie wirkende Fliehkraft durch
elastische Verformung ihre Enden radial so abspreizt, daß der Luftspalt in der bei
e1 (Fig. 3) angedeuteten Weise vergrößert wird.
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Hierfür wird jede Polverbindung 6 an dem Körper 1 des Rotors durch
eine einzige Schraube 11 befestigt, welche den mittleren Abschnitt der Polverbindung
6 in einer durch das Vorhandensein einer Höhlung 12 geschwächten Zone durchdringt,
und in dieser Höhlung wird ein Teil 13 aus ferromagnetischem Werkstoff angeordnet,
welcher sich genau der Form dieser Höhlung anschmiegt, wenn die Polverbindung 6
sich in der Ruhestellung befindet. Dieser Teil 13 wird von der Schraube 11
durchdrungen.
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Zur Begrenzung der- Verformungen der Polverbindungen 6 wird zweckmäßig
der Körper des Rotors 1 mit Hörnern 14 versehen, welche seitlich zwischen die Enden
der Polverbindungen 6 und der Polschuhe 7 greifen.
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Das Magnetschwungrad arbeitet folgendermaßen. Bei der Inbetriebsetzung
des Motors des Fahrzeugs mit niedriger Drehzahl geht jeder Polschuh 7 an den Spulenkernen
10 in einer geringsten Entfernung e vorbei, welche durch die normalen möglichen
Bearbeitungstoleranzen bestimmt ist. jede Polverbindung 6 legt sich infolge einer
geringen ihr konstruktionsgemäß gegebenen Vorspannung gegen die Hörner 14.
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Nach Maßgabe der Zunahme fler Drehzahl des Rotors wirkt die Fliehkraft
auf die durch die schweren Massen 5, 6 und 7 gebildete Anordnung, welche sie nach
außen abzuspreizen sucht, so daß sich zu einem gegebenen Zeitpunkt die Enden der
Polverbindungen 6 von. den Hörnern 14 des Rotors abheben, wodurch der Abstand zwischen
den Polschuhen 7 und den Spulenkernen 10 zunimmt (Fig. 3) und der in jeder Spule
induzierte Fluß infolge der Vergrößerung des Luftspalts abnimmt.
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Die Verformung einer jeden Polverbindung 6 erfolgt durch Schwenkung
um die Befestigungsschraube 11, und wenn sich die Enden der Polverbindung von den
Hörnern 14 abheben, tritt ein gewisser Zwischenraum zwischen dem Teil 13 aus ferromagnetischem
Werkstoff und der Polverbindung 6 auf, wodurch der von jedem Magnetpaar 5 übergehende
Fluß ebenfalls verringert wird (Fig. 4).
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Wenn die Drehzahl einen gewissen Grenzwert überschreitet, stoßen die
Enden der Polschuhe 7 gegen die Hörner 14 des Rotors, wodurch die Vergrößerung des
Luftspalts begrenzt und ein Bruch der Polverbindungen 6 verhindert wird.