DE202022102768U1 - Electromagnetic current generator for a wheel - Google Patents

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    • F03G7/08Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine

Abstract

Elektromagnetischer Stromgenerator (1), der einen drehbar gelagerten Stator (3) mit einem exzentrischen Massenschwerpunkt (21) und einen relativ zu dem Stator (3) drehbaren Rotor (4) aufweist, und der derart an einem Rad (17) eines mittels des Rades (17) bewegbaren Objektes montierbar ist, dass sich beim Drehen des Rades (17) der Rotor (4) relativ zu dem Stator (3) dreht und dadurch der Stromgenerator (1) in einem Generatormodus Strom erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromgenerator (1) folgendes umfasst:
- Ein erstes Mittel, das zum Erkennen, ob sich der Stator (3) überschlägt, ausgebildet ist, umfassend
- ein Mittel zum Bestimmen der Drehzahl des Rades (17) und/oder des Rotors (4),
- ein Mittel zum Bestimmen der Differenzdrehzahl des Rotors (4) gegenüber dem Stator (3),
- ein Mittel zum Vergleichen der bestimmten Drehzahl des Rades (17) und/oder des Rotors (4) und der bestimmten Differenzdrehzahl des Rotors (4) gegenüber dem Stator (3), und
- ein Mittel zum Erkennen des Überschlagens des Stators (3) daraus, dass die bestimmte Drehzahl des Rades (17) und/oder des Rotors (4) um mehr als einen insbesondere benutzerdefinierten ersten Schwellenwert von der bestimmten Differenzdrehzahl des Rotors (4) gegenüber dem Stator (3) abweicht,
- und ein zweites Mittel, das dazu ausgebildet ist, für den Fall, dass von dem ersten Mittel ein Überschlagen des Stators (3) erkannt wird, das Überschlagen des Stators (3) zu beenden, indem der Rotor (4) derart mit Strom beaufschlagt wird, dass der Stator (3) hierdurch beschleunigt wird.

Figure DE202022102768U1_0000
Electromagnetic current generator (1), which has a rotatably mounted stator (3) with an eccentric center of mass (21) and a rotor (4) which can be rotated relative to the stator (3), and which is mounted on a wheel (17) in this way by means of the wheel (17) movable object can be mounted, that when the wheel (17) turns, the rotor (4) rotates relative to the stator (3) and the power generator (1) thereby generates power in a generator mode, characterized in that the power generator ( 1) includes the following:
- A first means, which is designed to detect whether the stator (3) is overturning, comprising
- a means for determining the speed of the wheel (17) and/or the rotor (4),
- a means for determining the differential speed of the rotor (4) compared to the stator (3),
- a means for comparing the determined speed of the wheel (17) and/or the rotor (4) and the determined differential speed of the rotor (4) with respect to the stator (3), and
- A means for detecting the overturning of the stator (3) from the fact that the determined speed of the wheel (17) and / or the rotor (4) by more than a user-defined first threshold value of the determined differential speed of the rotor (4) compared to the stator (3) deviates,
- and a second means which is designed to end the flashing of the stator (3) in the event that the first means detects a flashover of the stator (3) by applying current to the rotor (4) in this way is that the stator (3) is thereby accelerated.
Figure DE202022102768U1_0000

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromgenerator auf dem Gebiet der Gewinnung elektrischer Energie aus der Drehbewegung eines Rades, durch dessen Abrollen ein Objekt bewegt wird, wobei der elektromagnetische Stromgenerator derart an einem Rad montiert ist, dass sich beim Drehen des Rades ein Rotor des Stromgenerators relativ zu dessen Stator dreht und dadurch der Stromgenerator Strom erzeugt.The invention relates to a power generator in the field of generating electrical energy from the rotary motion of a wheel, the rolling of which moves an object, the electromagnetic power generator being mounted on a wheel in such a way that when the wheel turns, a rotor of the power generator rotates relatively rotates to its stator and thereby the power generator generates electricity.

Ein elektromagnetischer Stromgenerator Sinne der Erfindung ist ein elektrischer Generator, also eine elektrische Maschine, die Bewegungsenergie, im vorliegenden Fall die Bewegungsenergie (Rotationsenergie) des Rades bzw. die kinetische Energie des von dem Rad bewegten Objektes, unter Anwendung der elektromagnetischen Induktion in elektrische Energie wandelt. Ein solcher Stromgenerator wird auch als Dynamo bezeichnet. Die mechanische Leistung wird dem Generator zumeist in Form der Drehung einer mechanischen Welle zugeführt. Im Inneren des Generators befinden sich in einer beispielhaften ersten Variante in konzentrisch gelagerter Anordnung ein feststehender Stator (auch Stator-Gehäuse oder Ständer genannt) und ein relativ zu dem Stator drehbarer, von der Welle angetriebener Rotor (auch Läufer genannt). Üblicherweise weist der Rotor einen oder mehrere Dauermagnete oder einen oder mehrere Elektromagnete (auch Feldspule oder Erregerwicklung genannt) auf, um ein magnetisches Gleichfeld zu erzeugen, und der Stator eine oder mehrere Leiterwicklungen. Wenn der Rotor gegenüber dem feststehenden Stator-Gehäuse gedreht wird, wird durch das umlaufende magnetische Gleichfeld des Rotors in den Leiterwicklungen des Stators eine elektrische Spannung induziert, im Ergebnis also elektrischer Strom erzeugt.An electromagnetic power generator according to the invention is an electrical generator, i.e. an electrical machine that converts kinetic energy, in this case the kinetic energy (rotational energy) of the wheel or the kinetic energy of the object moved by the wheel, into electrical energy using electromagnetic induction . Such a power generator is also called a dynamo. The mechanical power is usually supplied to the generator in the form of the rotation of a mechanical shaft. Inside the generator, in an exemplary first variant, there is a concentrically mounted arrangement of a fixed stator (also called stator housing or stand) and a rotor (also called rotor) that can rotate relative to the stator and is driven by the shaft. The rotor usually has one or more permanent magnets or one or more electromagnets (also called field coils or excitation windings) in order to generate a constant magnetic field, and the stator has one or more conductor windings. When the rotor is turned relative to the stationary stator housing, an electrical voltage is induced in the conductor windings of the stator by the circulating DC magnetic field of the rotor, which means that electrical current is generated as a result.

Da es dabei nur auf die relative Drehbewegung zwischen Rotor und Stator ankommt, kann in gleichwirkenden Ausführungsformen auch mittels der Welle oder eines anderen Antriebs der Stator mit den Leiterwicklungen gegenüber einem feststehenden Rotor, der ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, gedreht werden. In diesem Fall wird dann gegenüber der ersten Variante der Rotor zu einem Stator, der einen oder mehrere Dauermagnete oder einen oder mehrere Elektromagnete (auch Feldspule oder Erregerwicklung genannt) aufweist, um ein magnetisches Gleichfeld zu erzeugen, und der Stator wird zu einem Rotor, der eine oder mehrere Leiterwicklungen aufweist und gegenüber dem Stator rotiert wird. In beiden Fällen wird durch die relative Drehbewegung zwischen Rotor und Stator bzw. durch das umlaufende magnetische Gleichfeld (von Rotor oder Stator) in den Leiterwicklungen (von Stator bzw. Rotor) eine elektrische Spannung induziert, also elektrischer Strom erzeugt.Since only the relative rotational movement between rotor and stator is important, in embodiments with the same effect, the stator with the conductor windings can also be rotated with respect to a stationary rotor, which generates a magnetic constant field, by means of the shaft or another drive. In this case, compared to the first variant, the rotor becomes a stator that has one or more permanent magnets or one or more electromagnets (also called field coils or excitation windings) in order to generate a DC magnetic field, and the stator becomes a rotor that has one or more conductor windings and is rotated with respect to the stator. In both cases, an electrical voltage is induced in the conductor windings (of the stator or rotor) by the relative rotational movement between the rotor and stator or by the circulating DC magnetic field (of the rotor or stator), i.e. electric current is generated.

Bei einem sich drehenden Rad eines mittels des Rades bewegten Objektes, insbesondere bei sich relativ zu einer Fahrzeugkarosserie drehenden Rädern eines Kraftfahrzeuges, wird für manche praktischen Anwendungen die Bereitstellung elektrischer Energie in bzw. an dem sich drehenden Rad für einen elektrischen Verbraucher benötigt, um eine Funktion zu realisieren oder zu ermöglichen, die elektrische Energie verbraucht. Ein erstes Beispiel ist die Stromversorgung von in oder an dem drehenden Rad angebrachten Sensoren, die diverse Parameter messen, z.B. Reifendruck, Temperatur oder Umdrehungsgeschwindigkeit, oder Signale senden. Ein anderes Beispiel ist eine an dem Rad angebrachte elektrische Beleuchtung, die dauerhaft leuchtet, zum Beispiel aus Designgründen, oder die vorübergehend leuchtet, zum Beispiel zum Realisieren einer „Coming Home“-Funktion, die das Beleuchten des Rades nach dem Anhalten des Fahrzeuges beim Erreichen des Ankunftszieles für eine definierte Zeit beim Aussteigen aus dem Fahrzeug vorsieht.With a rotating wheel of an object moved by means of the wheel, in particular with the wheels of a motor vehicle rotating relative to a vehicle body, the provision of electrical energy in or on the rotating wheel for an electrical consumer is required for some practical applications in order to function to realize or enable that consumes electrical energy. A first example is the power supply of sensors installed in or on the rotating wheel, which measure various parameters, e.g. tire pressure, temperature or rotational speed, or send signals. Another example is an electric light attached to the wheel that lights up permanently, for example for design reasons, or lights up temporarily, for example to implement a "coming home" function, which involves illuminating the wheel after the vehicle has stopped when it reaches it of the arrival destination for a defined time when exiting the vehicle.

Bei anderen Anwendungen soll eine kurz aufleuchtende optische Anzeige oder ein Warnsignal realisiert werden, beispielsweise um verschiedene Fahrmodi des Fahrzeugs (wie autonomer oder manueller Fahrmodus) anzuzeigen oder ein seitliches Warn- oder Bremslicht zu realisieren, die Fahrrichtung oder das Einlegen des Rückwärtsgangs anzuzeigen oder ein optisches Warnsignal zu generieren, beispielsweise bei einem Unfall des Fahrzeugs oder bei einem Einsatzfahrzeug. Ein weiterer Anwendungsfall kann die Stromversorgung eines elektrisch betriebenen mechanischen Aktuators sein, der beispielsweise dazu dient, die Zwischenräume zwischen Speichen eines Rades durch Abdeckungen zu schließen, um den Luftwiderstand des Rades zu reduzieren und/oder im Bremsfall zu öffnen, um die Bremse zu kühlen.In other applications, an optical display or a warning signal that lights up briefly should be implemented, for example to display different driving modes of the vehicle (such as autonomous or manual driving mode) or to implement a side warning or brake light, to display the direction of travel or the engagement of reverse gear or an optical one To generate a warning signal, for example in the event of an accident of the vehicle or in an emergency vehicle. Another application can be the power supply of an electrically operated mechanical actuator, which is used, for example, to close the gaps between the spokes of a wheel with covers in order to reduce the air resistance of the wheel and/or to open them when braking to cool the brakes.

Es ist technisch aufwändig und nachteilig, hierzu elektrische Energie von außerhalb des sich drehenden Rades, beispielsweise von der Fahrzeugkarosserie, an das drehende Rad zu übertragen, etwa per Kabel oder Schleifkontakte. Im Stand der Technik sind daher Systeme bekannt, die elektrische Energie in der Nabe eines Fahrzeugrades aus einem Energiespeicher zur Verfügung stellen, ohne dass konstruktive Änderungen am Rad oder der Radabdeckung notwendig sind und die vom Grundaufbau her auf verschiedene Räder passen. Bei diesen Systemen wird die elektrische Energie aus Batterien bereitgestellt. Nachteilig hierbei ist, dass das System nicht wartungsfrei ist, weil sich die Batterie mit der Zeit entlädt, sodass nach einer gewissen Zeit der Nutzung die Batterie entleert ist und für die weitere Nutzung des Systems ausgetauscht werden muss. Das bedeutet einen Mehraufwand für den Anwender, keine Ausfallsicherheit und zusätzliche Anforderungen hinsichtlich der Konstruktion solcher Systeme.It is technically complex and disadvantageous for this purpose to transmit electrical energy from outside the rotating wheel, for example from the vehicle body, to the rotating wheel, for example by cable or sliding contacts. Systems are therefore known in the prior art that make electrical energy available in the hub of a vehicle wheel from an energy storage device without requiring structural changes to the wheel or the wheel cover and which, in terms of their basic design, fit on different wheels. In these systems, the electrical energy is provided by batteries. The disadvantage here is that the system is not maintenance-free because the battery discharges over time, so that after a certain period of use the battery is empty and has to be replaced in order to continue using the system. This means additional work for the user, no reliability and additional requirements with regard to the construction of such systems.

Daher wurde für derartige Anwendungen vorgeschlagen, die elektrische Energie in dem Rad selbst zu erzeugen, und zwar mittels eines in dem Rad angeordneten elektromagnetischen Stromgenerators, der im Fahrbetrieb die elektrische Energie aus der Drehbewegung des Rades gewinnt. Derartige Systeme sind für solche Anwendungen besser geeignet, da sie weitgehend wartungsfrei sein können, beispielsweise, wenn die von dem elektromagnetischen Stromgenerator erzeugte elektrische Energie in einem wieder aufladbaren Akkumulator gespeichert wird, der in dem Rad angeordnet ist.It was therefore proposed for such applications to generate the electrical energy in the wheel itself, specifically by means of an electromagnetic power generator arranged in the wheel, which during driving operation obtains the electrical energy from the rotary movement of the wheel. Such systems are better suited for such applications since they can be largely maintenance-free, for example if the electrical energy generated by the electromagnetic power generator is stored in a rechargeable accumulator which is arranged in the wheel.

Ein in bzw. an dem Rad angeordneter elektromagnetischer Stromgenerator kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Eine erste Variante erfordert eine konstruktive oder fertigungstechnische Modifikation des Rades selbst, was unvorteilhaft und aufwändig ist und die Einsatzmöglichkeit stark beschränkt, da entsprechende Systeme oder Module nur in den speziell hierfür angepassten Rädern verwendet werden können. Bei einer zweiten Variante wird ein entsprechendes System oder Modul als zusätzliches Bauteil an dem Rad montiert, beispielsweise wie eine Radabdeckung, die radial und umfangsmäßig die axiale Stirnseite eines Rades ganz oder teilweise abgedeckt. Radabdeckungen, die Energie erzeugende Module beinhalten, sind beispielsweise in den Dokumenten DE 20 2018 000 319 U1 und US 2014/0043839 A1 beschrieben. Die Realisierung in Form einer Radabdeckung weist aber ebenfalls Nachteile auf, die sich beispielsweise aus der radialen Neigung oder daraus ergeben, dass die elektrischen und elektronischen Bauelemente äußeren Einflüssen ausgesetzt sind. Ferner erfordern sie einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand für ihre Befestigung am Rad und ihre Einsatzmöglichkeiten an Rädern sind aufgrund der Befestigungserfordernisse und der geometrischen Gegebenheiten beschränkt.An electromagnetic current generator arranged in or on the wheel can be implemented in different ways. A first variant requires a constructive or production-related modification of the wheel itself, which is disadvantageous and complex and severely limits the possibility of use, since corresponding systems or modules can only be used in wheels specially adapted for this purpose. In a second variant, a corresponding system or module is mounted on the wheel as an additional component, for example like a wheel cover, which completely or partially covers the axial end face of a wheel radially and circumferentially. For example, wheel covers that include energy generating modules are in the documents DE 20 2018 000 319 U1 and US 2014/0043839 A1 described. However, the implementation in the form of a wheel cover also has disadvantages, which result, for example, from the radial inclination or from the fact that the electrical and electronic components are exposed to external influences. Furthermore, they require an additional design effort for their attachment to the wheel and their possible uses on wheels are limited due to the attachment requirements and the geometric conditions.

Aus dem Dokument DE 20 2018 000 629 U1 ist ein an dem Rad angebrachter elektromagnetischer Stromgenerator bekannt, der in dem zylindrischen Hohlraum der Nabe des Rades angeordnet ist und an vielen Rädern unterschiedlicher Bauart ohne erhöhten Mehraufwand hinsichtlich Konstruktion, Fertigung und Kosten eingesetzt werden kann. Ein entsprechendes Modul mit einem derartigen Stromgenerator kann leicht an ein bestimmtes Rad angepasst werden, d.h. ein bestimmtes Rad kann ohne oder ohne wesentliche Veränderung des Rades mit einem entsprechend angepassten Modul nachgerüstet werden, was wesentlich unaufwändiger als das Anpassen von Rädern ist. Dabei können vorzugsweise der Grundaufbau, die grundlegenden Bestandteile und verschiedene Bauteile solcher Systeme oder Module immer gleich sein, mit Ausnahme des Gehäuses, das für ein bestimmtes Rad unaufwändig spezifisch ausgestaltet sein kann. Ein entsprechendes Modul kann die praktischen Anforderungen hinsichtlich Festigkeit im Fahrbetrieb, Schutz vor Wasser, z.B. Spritzwasser und Feuchtigkeit, sowie niedrige und hohe Temperaturen erfüllen.From the document DE 20 2018 000 629 U1 a wheel-mounted electromagnetic power generator is known, which is arranged in the cylindrical cavity of the hub of the wheel and can be used on many wheels of different types without increased additional effort in terms of design, manufacture and costs. A corresponding module with such a power generator can easily be adapted to a specific wheel, ie a specific wheel can be retrofitted with a correspondingly adapted module without or without any significant modification of the wheel, which is significantly less complicated than adapting wheels. In this case, the basic structure, the basic components and various components of such systems or modules can preferably always be the same, with the exception of the housing, which can be specifically designed for a specific wheel in an uncomplicated manner. A corresponding module can meet the practical requirements in terms of strength when driving, protection against water, eg splash water and moisture, as well as low and high temperatures.

Der in diesem Dokument beschriebene elektromagnetische Stromgenerator entspricht der zweiten, eingangs beschriebenen Variante, mit einem drehbar gelagerten Stator mit einem exzentrischen Massenschwerpunkt in Form eines Pendels mit Dauermagneten und einem Rotor mit mindestens einer Spule. Der Rotor wird mittelbar von dem Rad gedreht, nämlich aufgrund der Radnabe, mit der er drehfest verbunden ist, sodass der Rotor sich beim Abrollen des Rades gemeinsam mit dem Rad dreht, und der Stator ist relativ zum Rotor frei drehbar angeordnet. Der Stator ist nicht kreissymmetrisch ausgebildet, sondern weist lediglich über einen Teilumfang ein radial ausgreifendes Gewichtsteil auf, was eine exzentrische Anordnung des Massenschwerpunkts des Stators radial außerhalb der Drehachse des Stators zur Folge hat. Mit dem Rotor ist drehfest ein elektrischer Schaltkreis mit einer Energiesteuerung und einem aufladbaren Akkumulator verbunden, wobei der elektrische Schaltkreis einerseits mit dem Stromgenerator und andererseits mit dem aufladbaren Akkumulator verbunden ist. Das Gehäuse des Systems besteht aus zwei Teilen und beinhaltet des Weiteren einen elektrischen Verbraucher, der mit dem elektrischen Schaltkreis, dem aufladbaren Akkumulator und dem Stromgenerator verbunden ist.The electromagnetic power generator described in this document corresponds to the second variant described at the outset, with a rotatably mounted stator with an eccentric center of mass in the form of a pendulum with permanent magnets and a rotor with at least one coil. The rotor is rotated indirectly by the wheel, namely by virtue of the wheel hub to which it is non-rotatably connected, so that when the wheel rolls the rotor rotates together with the wheel, and the stator is arranged to rotate freely relative to the rotor. The stator is not designed to be circularly symmetrical, but has a radially projecting weight part only over part of the circumference, which results in an eccentric arrangement of the center of mass of the stator radially outside the axis of rotation of the stator. An electrical circuit with an energy controller and a chargeable accumulator is connected to the rotor in a rotationally fixed manner, the electrical circuit being connected on the one hand to the current generator and on the other hand to the chargeable accumulator. The body of the system consists of two parts and also includes an electrical load connected to the electrical circuit, the rechargeable battery and the power generator.

Vorteilhaft bei diesem bekannten, in der Radnabe angeordneten Stromgenerator ist, dass die elektrische Energie im Fahrbetrieb des mit dem Rad bewegten Objektes in dem sich drehenden Rad selbst gewonnen und dort in einem aufladbaren Akkumulator zwischengespeichert wird. Das System ist somit wartungsfrei und ausfallsicher, da keine Batterie getauscht werden muss. Des Weiteren muss keine elektrische Energie an das sich drehende Rad mittels Kabel oder ähnlichem geleitet werden.The advantage of this known power generator arranged in the wheel hub is that the electrical energy when the object being moved with the wheel is being driven is obtained in the rotating wheel itself and is temporarily stored there in a chargeable accumulator. The system is therefore maintenance-free and fail-safe, since no battery needs to be replaced. Furthermore, no electrical energy has to be conducted to the rotating wheel by means of cables or the like.

In der Ruhestellung, d.h. wenn der Stromgenerator keinen elektrischen Strom erzeugt, wird der als Pendel ausgebildete, drehbar gelagerte Stator aufgrund seines exzentrischen Massenschwerpunkts durch die Schwerkraft in eine Ruhestellung nach unten gedreht und dort gehalten. Im Generatorbetrieb, d.h. wenn der Stromgenetor elektrischen Strom erzeugt, wird der Stator aus dieser Ruhestellung so weit in eine Arbeitsstellung gedreht, bis das aufgrund der Schwerkraft hervorgerufene Drehmoment am Stator dem durch die elektromagnetische Induktion hervorgerufenen Drehmoment des Stromgenerators am Stator entspricht. Bei regulärem Betrieb ist die Auslenkung des Stators aus der Ruhestellung praktisch statisch bzw. konstant und wird von dem durch die elektromagnetische Induktion hervorgerufenen Drehmoment des Stromgenerators am Stator bestimmt. Im regulären Betrieb des Stromgenerators, d.h. im stromerzeugenden Generatormodus, rotiert bzw. überschlägt sich der Stator nicht, während sich der Rotor zusammen mit dem Rad dreht, sondern wird lediglich aus seiner Ruhestellung in eine Arbeitsstellung ausgelenkt, in der das durch den exzentrischen Massenschwerpunkt des Stators gegebene Drehmoment am Stator dem durch die Stromerzeugung gegebenen Drehmoment des Stromgenerators am Stator entspricht. Der Stator wird dabei durch die Schwerkraft in der ausgelenkten Arbeitsstellung mit einem gewissen Auslenkungswinkel gegenüber der vertikalen Ruhestellung gehalten, in der der Stator das notwendige Gegendrehmoment für den drehenden Rotor aufbringt.In the rest position, ie when the power generator is not generating any electricity, the rotatably mounted stator, designed as a pendulum, is rotated downwards by gravity into a rest position and held there due to its eccentric center of mass. In generator mode, ie when the Stromgenerator generates electricity, the stator is rotated from this rest position into a working position until the torque caused by gravity on the stator corresponds to the torque caused by electromagnetic induction of the current generator on the stator. During regular operation, the deflection of the stator from the rest position is practically static or constant and is determined by the torque generated by the electromagnetic induction of the current generator on the stator. In regular operation of the power generator, i.e. in the power-generating generator mode, the stator does not rotate or roll over while the rotor rotates together with the wheel, but is merely deflected from its rest position to a working position in which this is caused by the eccentric center of gravity of the stator given torque at the stator corresponds to the torque given by the power generation of the power generator at the stator. The stator is held by gravity in the deflected working position with a certain deflection angle compared to the vertical rest position, in which the stator applies the necessary counter-torque for the rotating rotor.

Im Rahmen der Erfindung wurde jedoch gefunden, dass es im realen Fahrbetrieb des rollenden Rades zu einem Überschlagen (Durchgehen, Durchdrehen) des frei drehbar gelagerten Stators kommen kann, wobei der Stator nicht mehr aufgrund der Schwerkraft in einem gewissen Winkelbereich gehalten wird, sondern eine unerwünschte und unkontrollierte Rotation stattfindet. Es wurde gefunden, dass bei einem Rad eines Kraftfahrzeuges dieser Effekt schon bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von ca. 60-80 km/h auftreten kann. Auslöser für das Überschlagen des Stators ist zumeist eine im Fahrbetrieb kurz auf den Stator einwirkende zusätzliche Beschleunigung, beispielsweise beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit, beim Bremsen oder beim Beschleunigen des Fahrzeugs, beim abrupten Lenken oder beim Auftreten von Stößen, beispielsweise beim Überfahren einer Bodenwelle oder durch Unebenheiten der Fahrbahn.In the context of the invention, however, it was found that in real driving operation of the rolling wheel, the freely rotatably mounted stator can roll over (spin, spin), with the stator no longer being held in a certain angular range due to gravity, but an undesirable one and uncontrolled rotation takes place. It has been found that this effect can already occur on a motor vehicle wheel at a vehicle speed of approx. 60-80 km/h. The trigger for the overturning of the stator is usually an additional acceleration that acts briefly on the stator while driving, for example when driving at high speed, when braking or accelerating the vehicle, when steering abruptly or when impacts occur, for example when driving over a bump or through bumps in the roadway.

Die zusätzlich auf den Stator einwirkende Beschleunigung führt dazu, dass er seine vorgesehene Arbeitsstellung nicht halten kann, sondern noch weiter ausgelenkt wird. Da ab einer Auslenkung des Stators von 90° gegenüber der vertikalen Ruhestellung das durch die Schwerkraft erzeugte Drehmoment des Stators mit weiter zunehmendem Winkel wieder abnimmt, führt das zumeist dazu, dass der Stator über 180° gegenüber der Ruhestellung ausgelenkt wird, also sich überschlägt. Im Rahmen der Erfindung wurde ferner gefunden, dass ein sich überschlagender Stator im Fahrbetrieb dann nach dem Abklingen der zusätzlichen Beschleunigung zumeist nicht von selbst wieder in die Arbeitsstellung zurückkehrt, in der das Drehmoment am Stator aufgrund der Schwerkraft und das Drehmoment am Stator aufgrund der Induktion im Gleichgewicht sind, sondern sich permanent weiter überschlägt und rotiert, und zwar so lange, bis das Rad zum Stillstand kommt oder sich sehr langsam dreht und der Stator in seine statische Ruhe- bzw. Arbeitsstellung zurückgekehrt.The additional acceleration acting on the stator means that it cannot maintain its intended working position, but is deflected even further. Since the stator torque generated by gravity decreases again with increasing angle from a stator deflection of 90° compared to the vertical rest position, this usually leads to the stator being deflected more than 180° compared to the rest position, i.e. overturning. Within the scope of the invention, it was also found that when the vehicle is being driven, a stator that is overturning usually does not automatically return to the working position after the additional acceleration has subsided, in which the torque on the stator due to gravity and the torque on the stator due to induction in the equilibrium, but continues to flip and rotate continuously until the wheel comes to rest or rotates very slowly and the stator has returned to its static rest or operative position.

Ein solches Überschlagen des Stators hat gravierende Nachteile. Beim Rotieren des Rades im regulären Betrieb ergibt sich zwischen dem rotierenden Rotor und dem statisch ausgelenkten Stator eine relative Winkelgeschwindigkeit bzw. Drehzahl, die proportional zur Geschwindigkeit des mit dem Rad rollenden Fahrzeugs ist. Im Fehlerfall, also beim Überschlagen des Stators, reduziert sich diese relative Winkelgeschwindigkeit abrupt. Im ungünstigsten Fall ist bei dem rotierenden Rad die Drehzahl des Stators gleich der Drehzahl des Rotors, d.h. die relative Winkelgeschwindigkeit bzw. die Differenzdrehzahl zwischen Stator und Rotor reduziert sich auf null. Es besteht dann keine Relativbewegung zwischen Stator und Rotor und aufgrund des Ausbleibens der elektromagnetischen Induktion wird kein Strom erzeugt.Such a flashover of the stator has serious disadvantages. When the wheel rotates in regular operation, a relative angular velocity or rotational speed results between the rotating rotor and the statically deflected stator, which is proportional to the speed of the vehicle rolling with the wheel. In the event of a fault, i.e. when the stator overturns, this relative angular velocity is reduced abruptly. In the worst case, the speed of the stator is the same as the speed of the rotor when the wheel is rotating, i.e. the relative angular speed or the differential speed between the stator and the rotor is reduced to zero. There is then no relative movement between the stator and the rotor and no current is generated due to the absence of electromagnetic induction.

Beim Überschlagen des Stators kann der Stromgenerator somit seine grundlegende Funktion als Stromlieferant nur noch verringert oder gar nicht mehr erfüllen. Ferner kann die mechanische Belastung beim Überschlagen des Stators zu Schäden an dem Stromgenerator führen. Zudem erzeugt ein sich überschlagender Stator aufgrund seines exzentrischen Massenschwerpunkts, durch den er im Generatorbetrieb mittels der Schwerkraft statisch in einem bestimmten Drehwinkel gehalten wird, eine Unwucht, die der Fahrer des Fahrzeugs eventuell spürt und möglicherweise dadurch irritiert wird.When the stator overturns, the power generator can only perform its basic function as a power supplier to a reduced extent or no longer at all. Furthermore, the mechanical stress when the stator overturns can lead to damage to the power generator. In addition, due to its eccentric center of gravity, which causes it to be held statically at a certain angle of rotation during generator operation by gravity, a tumbling stator creates an imbalance that the driver of the vehicle may feel and may be confused by.

Um das Überschlagen des Stators zu vermeiden, könnte man daran denken, den Stator groß und schwer auszulegen, damit er aufgrund der größeren Masse bis zu einer höheren Geschwindigkeit die Arbeitsstellung beibehalten kann und träger und unempfindlicher auf zusätzliche Beschleunigungen reagiert. Diese Vorgehensweise ist jedoch nachteilig, denn durch einen schwereren Stator erhöht sich das Gewicht des gesamten Moduls mit dem Stromgenerator und der Stator benötigt mehr Bauraum, sodass für andere Bauteile, wie den Rotor oder einen wieder aufladbaren Akkumulator weniger Bauraum verbleibt. Der Bauraum in der Radnabe ist jedoch aufgrund der designerischen Gestaltung des Rades in der Regel sehr beschränkt und das Verkleinern von Bauteilen wie dem Akkumulator oder dem Rotor hätte Nachteile. Ein schwerer Stator weist darüber hinaus den Nachteil auf, dass er nach dem Überschlagen aufgrund seiner größeren Trägheit viel länger braucht als ein leichterer Stator, bis er wieder in die Ruhe- oder Arbeitsstellung zurückkehrt. Ferner hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, dass im Fahrbetrieb Situationen auftreten, in denen sich der Stator überschlägt, egal wie groß und schwer er gestaltet ist, z.B. bei stärkeren Fahrbahnunebenheiten wie Bodenwellen. Insgesamt ist das Vergrößern der Masse des Stators somit keine geeignete Maßnahme, um das Überschlagen des Stators zu verhindern.In order to prevent the stator from overturning, one could think of designing the stator to be large and heavy so that it can maintain the working position up to a higher speed due to the greater mass and react more slowly and less sensitively to additional accelerations. However, this procedure is disadvantageous because a heavier stator increases the weight of the entire module with the power generator and the stator requires more space, leaving less space for other components such as the rotor or a rechargeable battery. However, the installation space in the wheel hub is generally very limited due to the design of the wheel, and reducing the size of components such as the accumulator or the rotor would have disadvantages. A heavier stator also has the disadvantage that after overturning it takes much longer than a lighter stator to return to the rest or working position because of its greater inertia. Furthermore, it has been shown within the scope of the invention that situations occur during driving operation in which the stator rolls over, no matter how large and heavy it is designed, for example in the case of severe bumps in the roadway like bumps. Overall, increasing the mass of the stator is therefore not a suitable measure to prevent the stator from overturning.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Stromgenerator mit einem drehbar gelagerten Stator mit einem exzentrischen Massenschwerpunkt und einem Rotor, wobei der Stromgenerator an dem Rad eines mittels des Rades bewegbaren Objektes anbringbar und vorzugsweise in dem zylindrischen Hohlraum der Nabe des Rades anordenbar ist, zu schaffen, bei dem durch geeignete Mittel in der praktischen Anwendung sichergestellt wird, dass die grundlegende Funktion des Stromgenerators als Stromlieferant besser gewährleistet wird.Based on this state of the art, the object of the present invention is to provide an electromagnetic power generator with a rotatably mounted stator with an eccentric center of gravity and a rotor, the power generator being attachable to the wheel of an object that can be moved by means of the wheel and preferably in the cylindrical cavity of the Hub of the wheel can be arranged to create, in which it is ensured by suitable means in practical application that the basic function of the power generator is better guaranteed as a power supplier.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stromgenerator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mit zugehörigen Zeichnungen.According to the invention, this object is achieved by a power generator having the features of patent claim 1 . Configurations, developments and uses of the invention result from the dependent claims and the following description with associated drawings.

Der erfindungsgemäße elektromagnetische Stromgenerator, der einen drehbar gelagerten Stator mit einem exzentrischen Massenschwerpunkt und einen relativ zu dem Stator drehbaren Rotor aufweist und der derart an einem Rad eines mittels des Rades bewegbaren Objektes montierbar ist, dass sich beim Drehen des Rades der Rotor relativ zu dem Stator dreht und dadurch der Stromgenerator in einem Generatormodus Strom erzeugt, weist die Besonderheit auf, dass der Stromgenerator folgendes umfasst:

  • - Ein erstes Mittel, das zum Erkennen, ob sich der Stator überschlägt, ausgebildet ist, umfassend
  • - ein Mittel zum Bestimmen der Drehzahl des Rades und/oder des Rotors,
  • - ein Mittel zum Bestimmen der Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator,
  • - ein Mittel zum Vergleichen der bestimmten Drehzahl des Rades und/oder des Rotors und der bestimmten Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator, und
  • - ein Mittel zum Erkennen des Überschlagens des Stators daraus, dass die bestimmte Drehzahl des Rades und/oder des Rotors um mehr als einen insbesondere benutzerdefinierten ersten Schwellenwert von der bestimmten Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator abweicht,
  • - und ein zweites Mittel, das dazu ausgebildet ist, für den Fall, dass von dem ersten Mittel ein Überschlagen des Stators erkannt wird, das Überschlagen des Stators zu beenden, indem der Rotor derart mit Strom beaufschlagt wird, dass der Stator hierdurch beschleunigt wird.
The electromagnetic current generator according to the invention, which has a rotatably mounted stator with an eccentric center of mass and a rotor which can be rotated relative to the stator and which can be mounted on a wheel of an object which can be moved by means of the wheel in such a way that when the wheel is rotated, the rotor moves relative to the stator rotates and as a result the power generator generates power in a generator mode, has the special feature that the power generator includes the following:
  • - A first means, which is designed to detect whether the stator is overturning, comprising
  • - a means for determining the rotational speed of the wheel and/or the rotor,
  • - a means for determining the differential speed of the rotor relative to the stator,
  • - a means for comparing the determined speed of the wheel and/or the rotor and the determined differential speed of the rotor with respect to the stator, and
  • - a means for detecting the overturning of the stator from the fact that the determined speed of the wheel and/or the rotor deviates by more than a, in particular, user-defined first threshold value from the determined differential speed of the rotor compared to the stator,
  • - and a second means, which is designed to end the rollover of the stator in the event that the first means detects a rollover of the stator by applying current to the rotor in such a way that the stator is thereby accelerated.

Die Erfindung wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit anhand der Bestimmung von Drehzahlen n beschrieben. Selbstverständlich ist es in äquivalenter Weise möglich, anstelle einer oder aller genannter Drehzahlen eine entsprechende Winkelgeschwindigkeit ω zu bestimmen, d.h. zu messen oder aus der zugehörigen Drehzahl n zu berechnen (ω=2πn).Das Gleiche gilt für Geschwindigkeiten, die aus den Drehzahlen bestimmbar sind und in äquivalenter Weise anstelle letzterer verwendet werden können.The invention is described without loss of generality based on the determination of speeds n. Of course, it is possible in an equivalent way to determine a corresponding angular velocity ω instead of one or all of the speeds mentioned, i.e. to measure it or to calculate it from the associated speed n (ω=2πn). The same applies to speeds that can be determined from the speeds and can equivalently be used in place of the latter.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass es weder praktisch möglich noch für den realen Betrieb bedeutsam ist, das Überschlagen des Stators im Fahrbetrieb des rotierenden Rades generell zu verhindern, wie es beispielsweise mit einem sehr schweren Stator vergeblich versucht wurde, sondern dass die Aufgabe dadurch gelöst wird, dass das Überschlagen des Stators schnell detektiert und wirksam beendet wird, der rotierende Stator also quasi eingefangen und ein permanentes Rotieren des Stators unterbunden wird. Auf diese Weise wird zwar zugelassen, dass es zu einem Überschlagen des Stators kommen kann, aber ein längeres oder andauerndes Überschlagen des Stators im Fahrbetrieb des rotierenden Rades wird verhindert. Dadurch wird die grundlegende Funktion des Stromgenerators als Stromlieferant sichergestellt, die durch ein allenfalls gelegentliches oder kurzzeitiges Überschlagen des Stators praktisch nicht bedeutsam beeinträchtigt wird.In the context of the invention, it was recognized that it is neither practically possible nor important for real operation to generally prevent the stator from rolling over while the rotating wheel is being driven, as was tried in vain with a very heavy stator, for example, but that the task is thereby is solved in that the overturning of the stator is quickly detected and effectively ended, the rotating stator is thus quasi caught and a permanent rotation of the stator is prevented. This allows the stator to roll over, but prevents the stator from rolling over for a longer period of time while the rotating wheel is in operation. This ensures the basic function of the power generator as a power supplier, which is practically not significantly affected by any occasional or brief overturning of the stator.

Die Erfindung richtet sich somit insbesondere auf das möglichst schnelle Einfangen des drehbar gelagerten Stators im Falle seines Überschlagens, wodurch er auch im fortwährenden Fahrbetrieb des von dem Rad bewegten Objektes möglichst rasch wieder in den statischen Gleichgewichtszustand der Arbeitsstellung gebracht wird und der Stromgenerator Strom erzeugen kann. Zum Einfangen des sich überschlagenden Stators wird der Rotor mit Strom beaufschlagt oder angesteuert. Dadurch wird vorzugsweise der Stromgenerator aus dem Generatormodus, in dem im Rotor, insbesondere in Leiterwicklungen des Rotors, Strom erzeugt wird, in einen Motormodus umgeschaltet, in dem vom Rotor, insbesondere von den mit Strom beaufschlagten Leiterwicklungen des Rotors, ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugt wird, durch das der sich überschlagende Stator angetrieben und durch das aktive Eingreifen mittels der Stromzuführung zu dem Rotor wieder in eine insbesondere stationäre Arbeitsstellung gebracht wird, beispielsweise in die ursprüngliche Arbeitsstellung vor dem Überschlagen, so dass der Stromgenerator dann wieder elektrische Energie erzeugen kann.The invention is therefore particularly aimed at catching the rotatably mounted stator as quickly as possible in the event of it overturning, whereby it is brought back into the static state of equilibrium of the working position as quickly as possible, even when the object being moved by the wheel is in continuous operation, and the power generator can generate power. To catch the overturning stator, current is applied or driven to the rotor. As a result, the current generator is preferably switched from the generator mode, in which current is generated in the rotor, in particular in the conductor windings of the rotor, to a motor mode in which an electromagnetic rotating field is generated by the rotor, in particular by the conductor windings of the rotor to which current is applied, driven by the overturning stator and by the active intervention by means of the power supply to the rotor back into a particular stationary work position tion is brought, for example, in the original working position before the rollover, so that the power generator can then generate electrical energy again.

Das erfindungsgemäße Beschleunigen des sich überschlagenden Stators durch Stromzuführen zu dem Rotor, um den sich überschlagenden Stator wieder in eine insbesondere statische Arbeitsstellung einzufangen, ist somit im Ergebnis eine negative Beschleunigung, d.h. ein Abbremsen des sich überschlagenden, rotierenden Stators in eine stationäre Arbeitsstellung. Nach dem Stand der Technik erfordert ein solches Einfangen, oder auch Zurücksetzen des Stators bislang zwingend ein nicht zu kurzes Stillstehen des Rades bzw. Fahrzeugs. Mit der Erfindung kann dagegen das Überschlagen des sich im Fehlerfall überschlagenden Stators umgehend und zuverlässig erkannt werden und das Einfangen während des Fahrbetriebs automatisiert erfolgen. Die Energieerzeugung durch den Stromgenerator im Speziellen wie auch der Betrieb des Fahrzeugs im Allgemeinen werden damit auch durch einen sich überschlagenden Stator nicht wesentlich beeinträchtigt.Accelerating the overturning stator according to the invention by supplying current to the rotor in order to recapture the overturning stator into a particularly static working position is thus in effect a negative acceleration, i.e. decelerating the overturning rotating stator into a stationary working position. According to the state of the art, such a capture or resetting of the stator has hitherto required the wheel or vehicle not to stand still for too long. With the invention, on the other hand, the overturning of the stator, which is overturning in the event of a fault, can be recognized immediately and reliably and caught during driving operation can take place automatically. The generation of energy by the power generator in particular, as well as the operation of the vehicle in general, are therefore not significantly impaired by a stator that is overturning.

Vereinfacht zusammengefasst betrifft die Erfindung einen elektromagnetischen Stromgenerator für ein Rad, insbesondere für ein Fahrzeug. Der Stromgenerator umfasst einen drehbar gelagerten Stator, der durch seinen exzentrischen Massenschwerpunkt in einer Gleichgewichtslage gehalten wird, und einen sich in dem Stator drehenden, von dem Rad angetriebenen Rotor. Um in einem beispielsweise durch Stöße ausgelösten Fehlerfall einen sich überschlagenden, unerwünscht rotierenden Stator wieder einzufangen, wird vorgeschlagen, dem Rotor Strom zuzuführen.In simplified form, the invention relates to an electromagnetic power generator for a wheel, in particular for a vehicle. The power generator includes a rotatably mounted stator held in an equilibrium position by its eccentric center of mass, and a rotor rotating in the stator and driven by the wheel. In order to catch an overturning, undesirably rotating stator in the event of a fault caused, for example, by shocks, it is proposed to supply current to the rotor.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird ein Mittel vorgeschlagen, das dazu ausgebildet ist, dass der Rotor im Motormodus derart mit Strom beaufschlagt wird, dass er ein magnetisches Drehfeld erzeugt, das sich mit der bestimmten Drehzahl des Rades und/oder des Rotors oder der bestimmten Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator dreht. In diesem Fall beschleunigt das magnetische Drehfeld des Rotors, das als antreibende Motorkraft auf den Stator einwirkt, den sich überschlagenden Stator solange, bis sich der Stator nicht mehr überschlägt. Die bestimmte Drehzahl des Rades und/oder des Rotors wird also genutzt, um mit dieser Frequenz ein elektrisches Drehfeld an den Stromgenerator im Motormodus anzulegen und die daraus resultierende mechanische Antriebskraft beschleunigt den sich überschlagenden, rotierenden Stator bis zu seinem relativen Stillstand zum Schwerefeld. Dieser Ablauf erfolgt vorzugsweise in einer Regelschleife, in der der erste und der zweite Schritt ständig wiederholt werden und die Frequenz, mit der der Rotor im Motormodus zum Antreiben des Stators angesteuert wird, dynamisch geregelt wird.According to an advantageous development, a means is proposed that is designed so that the rotor is supplied with current in motor mode in such a way that it generates a rotating magnetic field that changes with the determined speed of the wheel and/or the rotor or the determined differential speed of the Rotor rotates relative to the stator. In this case, the rotating magnetic field of the rotor, which acts as the driving motor force on the stator, accelerates the overturning stator until the stator no longer overturns. The specific speed of the wheel and/or the rotor is therefore used to apply an electric rotating field to the power generator in motor mode with this frequency and the resulting mechanical driving force accelerates the overturning, rotating stator until it comes to a standstill relative to the gravitational field. This sequence preferably takes place in a control loop in which the first and the second step are constantly repeated and the frequency with which the rotor is controlled in motor mode for driving the stator is dynamically controlled.

Der Zeitpunkt, zu dem aus dem Motormodus zurück in den Generatormodus geschaltet wird, kann auf verschiedene Weise festgelegt werden. Beispielsweise kann geprüft werden, ob der Stator wieder seine Sollposition erreicht hat. Hierzu wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Mittel vorgeschlagen, das dazu ausgebilet ist, dass der Rotor insbesondere im Motormodus so lange mit Strom beaufschlagt wird, bis die Drehzahl des Rades und/oder des Rotors um weniger als einen insbesondere benutzerdefinierten zweiten Schwellenwert von der Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator abweicht. Der zweite Schwellenwert kann gleich oder verschieden zu dem ersten Schwellenwert sein.The point in time at which the motor mode is switched back to the generator mode can be determined in various ways. For example, it can be checked whether the stator has reached its target position again. For this purpose, according to a preferred embodiment, a means is proposed which is designed so that the rotor, in particular in motor mode, is supplied with current until the speed of the wheel and/or the rotor deviates by less than a second, in particular, user-defined threshold value from the differential speed of the Rotor differs from the stator. The second threshold can be the same as or different from the first threshold.

In anderen Ausführungsformen kann das Zurückschalten zeitgesteuert erfolgen. Hierzu kann ein Mittel vorgesehen sein, das dazu ausgebildet ist, dass der Rotor insbesondere im Motormodus des Stromgenerators während einer vorgegebenen Zeitdauer mit Strom beaufschlagt wird und danach der Stromgenerator in den Generatormodus zurückgeschaltet wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann dabei ein Mittel vorgesehen sein, das dazu ausgebildet ist, dass die vorgegebene Zeitdauer des Motormodus in Abhängigkeit von der bestimmten Drehzahl des Rades und/oder des Rotors und/oder von der Geschwindigkeit des mit dem Rad bewegten Objektes gewählt wird und dabei ein vordefiniertes oder programmiertes Kennfeld verwendet wird, in dem die vorgegebene Zeitdauer des Motormodus des Stromgenerators in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rades bzw. des Rotors oder der Geschwindigkeit des mit dem Rad bewegten Objektes festgelegt ist. Hierdurch können beispielsweise Erfahrungswerte berücksichtigt oder der Regelungsaufwand vereinfacht werden.In other embodiments, the switch back may be time controlled. For this purpose, a means can be provided which is designed so that current is applied to the rotor, in particular when the current generator is in motor mode, for a predetermined period of time and the current generator is then switched back to generator mode. According to an advantageous development, a means can be provided that is designed to ensure that the specified time duration of the motor mode is selected as a function of the specific speed of the wheel and/or the rotor and/or the speed of the object moved by the wheel and in this case, a predefined or programmed characteristic map is used, in which the predetermined time duration of the motor mode of the current generator is defined as a function of the speed of the wheel or of the rotor or the speed of the object moving with the wheel. In this way, for example, empirical values can be taken into account or the control effort can be simplified.

Gemäß einem vorteilhaften Merkmal kann ein Mittel vorgesehen sein, das dazu ausgebildet ist, dass nachdem der Rotor mit Strom beaufschlagt wird, insbesondere der Stromgenerator in den Motormodus umgeschaltet wird, eine insbesondere benutzerdefinierte Pausenzeit abgewartet wird und erst nach dem Verstreichen der Pausenzeit der Stromgenerator in den Generatormodus zum Erzeugen von Strom geschaltet und dem Stromgenerator Strom entnommen wird. In dieser Pausen- oder Wartezeit kann sich der aus dem Überschlagen eingefangene und in eine Arbeitsstellung zurückgestellte Stator einschwingen und der Stromgenerator kann sich insgesamt in diesem Status stabilisieren. Während der Pausenzeit kann das Mittel dazu ausgebildet sein, dass der Rotor entweder nicht oder mit einem geringen Strom, insbesondere mit einem geringeren Strom als maximal möglich, beaufschlagt wird. Vorzugsweise ist das Mittel dazu ausgebildet, dass in der Pausenzeit kein Strom aus dem Stromgenerator, d. h. aus den Leiterwicklungen des Rotors entnommen wird. Die Pausenzeit kann fest vorgegebenen sein, insbesondere zwischen 0,1 s und 20 s, bevorzugt zwischen 0,2 s und 10 s und besonders bevorzugt zwischen 0,5 s und 5 s betragen. Die Pausenzeit kann auch von der Geschwindigkeit des mit dem Rad bewegten Objektes oder von der Drehzahl des Rotors und/oder des Rades abhängen und aus dieser abgeleitet werden, insbesondere zwischen 0,5 und 1000, bevorzugt zwischen 10 und 500 und besonders bevorzugt zwischen 20 und 100 mal der Dauer einer Umdrehung des Rades und/oder des Rotors betragen.According to an advantageous feature, a means can be provided which is designed so that after the rotor is supplied with current, in particular the current generator is switched to motor mode, a user-defined pause time is awaited and only after the pause time has elapsed does the current generator switch to the Switched generator mode for generating electricity and the power generator current is taken. During this pause or waiting time, the stator, which has been caught from the overturning and returned to a working position, can settle down and the power generator as a whole can stabilize in this state. During the pause time, the means can be designed so that the rotor is either not charged or charged with a low current, in particular with a lower current than the maximum possible. before The means is preferably designed such that no current is drawn from the current generator, ie from the conductor windings of the rotor, during the pause time. The pause time can be fixed, in particular between 0.1 s and 20 s, preferably between 0.2 s and 10 s and particularly preferably between 0.5 s and 5 s. The pause time can also depend on the speed of the object moved by the wheel or on the speed of the rotor and/or the wheel and can be derived from this, in particular between 0.5 and 1000, preferably between 10 and 500 and particularly preferably between 20 and 100 times the duration of one revolution of the wheel and/or rotor.

In vorteilhaften Ausführungsformen kann der grundlegende Aufbau des erfindungsgemäßen Stromgenerators als Synchronmaschine oder als Asynchronmaschine ausgebildet sein, um das Umschalten von dem Generatormodus in den Motormodus zu realisieren. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist die Ausbildung als bürstenloser, elektronisch kommutierter Gleichstrommotor (Brushless-DC-Motor, BL-DC, EC-Motor). Ein EC-Motor ist ein Synchronmotor, der mittels einer Umrichterelektronik wie ein Gleichstrommotor angesteuert werden kann.In advantageous embodiments, the basic structure of the current generator according to the invention can be designed as a synchronous machine or as an asynchronous machine in order to switch from generator mode to motor mode. A particularly advantageous embodiment is the design as a brushless, electronically commutated direct current motor (brushless DC motor, BL-DC, EC motor). An EC motor is a synchronous motor that can be controlled like a DC motor by means of converter electronics.

Das Überschlagen des Stators wird dadurch erkannt, dass beim Überschlagen die bestimmte Drehzahl des Rades und/oder des Rotors um mehr als den ersten Schwellenwert von der bestimmten Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator abweicht. In diesem Fall ist beispielsweise die bestimmte Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator um mehr als den ersten Schwellenwert kleiner als die bestimmte Drehzahl des Rades und/oder des Rotors, sodass der Stromgenerator Strom mit einer Frequenz erzeugt, die kleiner als die Drehzahl des Rades und/oder des Rotors (gegenüber der Radachse) ist. Dies ist der in der Praxis beim Überschlagen des Stators häufigste Fall, der dann auftritt, wenn der im Generatormodus arbeitende, in die Arbeitsstellung ausgelenkte Stator durch eine zusätzlich einwirkende Beschleunigung, beispielsweise aufgrund eines Stoßes, noch weiter ausgelenkt wird und dann das durch die Schwerkraft erzeugte Drehmoment am Stator nicht mehr ausreicht, um das elektrische Gegendrehmoment des Stromgenerators am Stator auszugleichen und sich im Gleichgewicht zu halten. In diesem Fall überschlägt sich dann der Stator in die gegenüber der Drehung des Rades und/oder des Rotors des Rotors entgegengesetzte Richtung, d.h. die Drehzahl des Rades und/oder des Rotors ist größer als die Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator. Wenn dann der Rotor derart mit Strom beaufschlagt wird, dass der Stator hierdurch beschleunigt wird, wird der sich überschlagende Stator entgegen seiner Drehrichtung beschleunigt, um ihn in eine statische Arbeitsstellung zu bringen.The overturning of the stator is detected by the fact that the determined rotational speed of the wheel and/or the rotor deviates by more than the first threshold value from the determined differential rotational speed of the rotor compared to the stator during the overturning. In this case, for example, the determined speed difference between the rotor and the stator is lower than the determined speed of the wheel and/or the rotor by more than the first threshold value, so that the current generator generates current with a frequency that is lower than the speed of the wheel and/or or the rotor (opposite the wheel axle). This is the most common case in practice when the stator overturns, which occurs when the stator, working in generator mode and deflected into the working position, is deflected even further by an additional acceleration, for example due to a shock, and then the one generated by gravity Torque on the stator is no longer sufficient to compensate for the electrical counter-torque of the power generator on the stator and to keep itself in balance. In this case, the stator overturns in the opposite direction to the rotation of the wheel and/or the rotor of the rotor, i.e. the speed of the wheel and/or the rotor is greater than the differential speed of the rotor compared to the stator. If current is then applied to the rotor in such a way that the stator is thereby accelerated, the overturning stator is accelerated in the opposite direction to its direction of rotation in order to bring it into a static working position.

Es kann aber auch sein, dass sich der im Generatormodus arbeitende, in die Arbeitsstellung ausgelenkte Stator durch die zusätzlich einwirkende Beschleunigung, beispielsweise aufgrund eines Stoßes, in die Richtung überschlägt, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, in die er von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung ausgelenkt wurde. In diesem Fall überschlägt sich dann der Stator in die gleiche Drehrichtung, in der sich das Rad und/oder des Rotors der Rotor dreht, d.h. die Drehzahl des Rades und/oder des Rotors ist kleiner als die Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator. Wenn dann der Rotor derart mit Strom beaufschlagt wird, dass der Stator hierdurch beschleunigt wird, wird der sich überschlagende Stator entgegen seiner Drehrichtung beschleunigt, um ihn in eine statische Arbeitsstellung zu bringen.However, it can also happen that the stator, which is working in generator mode and has been deflected into the working position, overturns in the direction opposite to the direction in which it moves from the rest position to the working position due to the additional acceleration, for example due to a shock was deflected. In this case, the stator overturns in the same direction of rotation in which the wheel and/or the rotor rotates, i.e. the speed of the wheel and/or the rotor is less than the speed difference between the rotor and the stator. If current is then applied to the rotor in such a way that the stator is thereby accelerated, the overturning stator is accelerated in the opposite direction to its direction of rotation in order to bring it into a static working position.

In der praktischen Anwendung der Erfindung können beide Fälle beispielsweise dadurch berücksichtigt werden, dass beim Vergleichen der bestimmten Drehzahl des Rades und/oder des Rotors oder des Rotors mit der bestimmten Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator auf den Absolutwert dieses Vergleichswertes abgestellt wird. Man kann aber auch das Vorzeichen des Vergleichswertes berücksichtigen, um bei einem positiven oder negativen Vergleichswert den ersten Schwellenwert mit einem hierzu korrespondierenden Vorzeichen zu setzen.In the practical application of the invention, both cases can be taken into account, for example, by using the absolute value of this comparison value when comparing the determined speed of the wheel and/or the rotor or the rotor with the determined speed difference between the rotor and the stator. However, the sign of the comparison value can also be taken into account in order to set the first threshold value with a sign that corresponds to this in the case of a positive or negative comparison value.

Im theoretischen Idealfall ist der erste Schwellenwert, bei dessen Überschreiten in dem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens auf ein Überschlagen des Stators geschlossen und der zweite Schritt des Einfangens durch Bestromen des Rotors eingeleitet wird, null, d.h. schon beim Ermitteln einer geringsten Abweichung der bestimmten Drehzahl des Rades und/oder des Rotors von der bestimmten Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator wird auf das Vorliegen eines Überschlagens des Stators geschlossen. In der praktischen Anwendung muss jedoch eine gewisse Toleranz zugelassen werden. Dies beruht beispielsweise auf Toleranzen der Messgenauigkeit der zum Ermitteln der Drehzahlen verwendeten Verfahren oder Sensoren oder darauf, dass der Stator in der Arbeitsstellung geringfügige Bewegungen um seine statische Gleichgewichtsstellung oder aus dieser heraus in eine andere Gleichgewichtsstellung ausführt, die beispielsweise durch Erschütterungen oder Lastwechsel bedingt sind und in der Regel nicht zu einem Überschlagen führen.In the theoretical ideal case, the first threshold value, when it is exceeded in the first step of the method according to the invention, it is concluded that the stator is overturning and the second step of capturing is initiated by energizing the rotor, is zero, i.e. already when the smallest deviation of the specific speed of the rotor is determined Wheel and/or the rotor from the determined speed difference between the rotor and the stator, it is concluded that the stator is overturning. In practical application, however, a certain tolerance must be allowed. This is based, for example, on tolerances in the measurement accuracy of the methods or sensors used to determine the speeds or on the fact that the stator in the working position makes slight movements around its static equilibrium position or out of it into another equilibrium position, which are caused, for example, by vibrations or load changes and usually do not lead to a rollover.

Dasselbe gilt für den zweiten Schwellenwert, bei dessen Unterschreiten detektiert wird, dass das Überschlagen des Stators beendet ist, wonach der Rotor nicht mehr zum Beschleunigen des Stators mit Strom beaufschlagt wird und der Stromgenerator von dem Motormodus in den Generatormodus zurückkehrt. Der zweite Schwellenwert kann, muss aber nicht derselbe wie der erste Schwellenwert sein.The same applies to the second threshold below which it is detected that the overturning of the stator is over, after which the rotor is no longer energized to accelerate the stator and the power generator returns from motor mode to generator mode. The second threshold may or may not be the same as the first threshold.

In vorteilhaften Ausführungsformen kann daher ein Mittel vorgesehen sein, das dazu ausgebildet ist, dass mindestens einer der Schwellenwerte einen fest vorgegebenen, von Null abweichenden Wert hat, insbesondere zwischen 0,1/s und 20/s, bevorzugt zwischen 0,2/s und 10/s und besonders bevorzugt zwischen 0,5/s und 5/s.In advantageous embodiments, a means can therefore be provided which is designed so that at least one of the threshold values has a fixed value that differs from zero, in particular between 0.1/s and 20/s, preferably between 0.2/s and 10/s and more preferably between 0.5/s and 5/s.

In anderen vorteilhaften Ausführungsformen kann ein Mittel vorgesehen sein, das dazu ausgebildet ist, dass mindestens einer der Schwellenwerte einen von Null abweichenden Wert hat, der von der Geschwindigkeit des mit dem Rad bewegten Objektes oder von der Drehzahl des Rotorsund/oder des Rades abhängt und aus dieser abgeleitet wird, insbesondere einem prozentualen Teil der Drehzahl des Rades und/oder des Rotors entspricht.In other advantageous embodiments, a means can be provided which is designed so that at least one of the threshold values has a non-zero value which depends on the speed of the object moved with the wheel or on the rotational speed of the rotor and/or the wheel and off this is derived, in particular corresponds to a percentage of the speed of the wheel and / or the rotor.

Der erfindungsgemäße Stromgenerator ist derart an einem Rad montierbar, dass sich beim Drehen des Rades der Rotor relativ zu dem Stator dreht. Der Rotor ist folglich mit dem Rad fest verbunden, beispielsweise mit der Nabe des Rades, daher ist in diesem Fall die Drehzahl des Rotors gleich der Drehzahl des Rades bzw. der Drehzahl der Felge des Rades. Die Drehzahl des Rotors kann somit nicht nur direkt an dem Rotor selbst gemessen, sondern auch über die Drehzahl des Rades oder der Felge bestimmt werden. In vorteilhaften Ausführungsformen kann ein Mittel vorgesehen sein, das dazu ausgebildet ist, dass die Drehzahl des Rades bzw. des Rotors auf mindestens eine der folgenden Weisen bestimmt wird:

  • - Verwendung eines Drehzahlsensors, der die Drehzahl misst,
  • - Verwendung eines Beschleunigungssensors, der die Größe der Zentrifugalbeschleunigung oder die Frequenz der Richtungsänderung gegenüber der Schwerkraft misst,
  • - Verwendung eines Magnetfeldsensors, der die Frequenz der Richtungsänderung gegenüber dem Erdmagnetfeld oder gegenüber einem Referenzmagneten misst,
  • - Verwendung eines induktiven Sensors,
  • - Verwendung eines Ultraschallsensors,
  • - Verwendung eines optischen Sensors,
  • - Verwendung eines exzentrisch ausgerichteten Mikrofons zum Erfassen von Abrollgeräuschen des Rades.
The current generator according to the invention can be mounted on a wheel in such a way that the rotor rotates relative to the stator when the wheel rotates. The rotor is therefore firmly connected to the wheel, for example to the hub of the wheel, so in this case the speed of the rotor is equal to the speed of the wheel or the speed of the rim of the wheel. The speed of the rotor can thus not only be measured directly on the rotor itself, but also determined via the speed of the wheel or rim. In advantageous embodiments, a means can be provided which is designed to determine the speed of the wheel or rotor in at least one of the following ways:
  • - Use of a speed sensor that measures the speed,
  • - use of an accelerometer that measures the magnitude of centrifugal acceleration or the frequency of change of direction versus gravity,
  • - Use of a magnetic field sensor that measures the frequency of the change in direction in relation to the earth's magnetic field or in relation to a reference magnet,
  • - use of an inductive sensor,
  • - use of an ultrasonic sensor,
  • - use of an optical sensor,
  • - Use of an off-centre microphone to capture wheel noise.

In bevorzugten Ausführungsformen kann ein Mittel vorgesehen sein, das dazu ausgebildet ist, dass die Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator auf mindestens eine der folgenden Weisen bestimmt wird:

  • - Bestimmung des zeitlichen Abstandes der Nulldurchgänge des von dem Rotor erzeugten Stromes oder mindestens einer Phase des Stromes,
  • - Verwendung eines Drehzahlsensors, beispielsweise eines Hallsensors, der die Differenzdrehzahl misst.
In preferred embodiments, a means can be provided which is designed to determine the speed difference between the rotor and the stator in at least one of the following ways:
  • - Determination of the time interval between the zero crossings of the current generated by the rotor or at least one phase of the current,
  • - Use of a speed sensor, for example a Hall sensor, which measures the differential speed.

Der von den Leiterwicklungen des Rotors im Generatormodus erzeugte Strom hat einen sinusförmigen Verlauf, dessen Frequenz durch die Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator gegeben ist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor beispielsweise drei Spulenpaare auf, die jeweils eine Phase erzeugen. Zum Bestimmen der Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator kann ein Mittel vorgesehen sein, das dazu ausgebildet ist, dass die Nulldurchgänge der sinusförmigen Spannung einer Phase des Stromgenerators ermittelt und deren zeitlicher Abstand erfasst werden. Aus dem zeitlichen Abstand der Nulldurchgänge bzw. der Frequenz der Nulldurchgänge kann die Frequenz der Phase und somit die Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator ermittelt werden.The current generated by the conductor windings of the rotor in generator mode has a sinusoidal shape, the frequency of which is given by the speed difference between the rotor and the stator. In a preferred embodiment, the rotor has, for example, three pairs of coils, each of which generates a phase. In order to determine the speed difference between the rotor and the stator, a means can be provided which is designed to determine the zero crossings of the sinusoidal voltage of a phase of the current generator and to record their time interval. The frequency of the phase and thus the speed difference between the rotor and the stator can be determined from the time interval between the zero crossings and the frequency of the zero crossings.

Die Erfindung eignet sich grundsätzlich zur Anwendung bei jeder Art von Rad, mit dem ein Objekt bewegt wird. Dabei ist es egal, ob es sich um ein Rad handelt, das zum Bewegen des Objektes motorisch angetrieben wird oder das beim Bewegen des Objektes passiv mitläuft, also durch das Bewegen des Objektes in Rotation versetzt wird. Auch hinsichtlich des bewegten Objektes besteht generell keine Einschränkung. Es kann beispielsweise ein Rad eines auf oder an einer Schiene bewegten Objektes, z.B. eines Schienenfahrzeuges (z.B. Lokomotive, Waggon, Achterbahn) oder einer schienengebundenen Transportvorrichtung (z.B. einer Elektrohängebahn), oder insbesondere eines Straßenfahrzeuges (z.B. Auto, Motorrad, Fahrrad), oder ein anderes Rad, z.B. einer Transportkarre, sein. Ein bevorzugter Anwendungsbereich ist die Verwendung bei einem Rad eines Kraftfahrzeuges, insbesondere einem Leichtmetallrad. Vorzugsweise ist das mittels des Rades bewegte Objekt ein Fahrzeug.In principle, the invention is suitable for use with any type of wheel with which an object is moved. It does not matter whether it is a wheel that is motor-driven to move the object or that runs passively when the object is moved, i.e. is set in rotation by the moving of the object. There are also generally no restrictions with regard to the moving object. For example, it can be a wheel of an object moving on or along a rail, e.g. a rail vehicle (e.g. locomotive, wagon, roller coaster) or a rail-bound transport device (e.g. an electric monorail), or in particular a road vehicle (e.g. car, motorcycle, bicycle), or a another wheel, e.g. a transport cart. A preferred area of application is use in a motor vehicle wheel, in particular a light-alloy wheel. The object moved by means of the wheel is preferably a vehicle.

Ein zweiter erfindungsgemäßer Aspekt, der in Kombination mit oder auch unabhängig von dem vorstehend erläuterten ersten erfindungsgemäßen Aspekt des Einfangens eines durchgehenden Stators angewendet werden kann, richtet sich darauf, die Häufigkeit des Auftretens des Überschlagens des Stators durch geeignete Maßnahmen zu verringern. Hierzu wird bei einem elektromagnetischen Stromgenerator, der einen drehbar gelagerten Stator mit einem exzentrischen Massenschwerpunkt und einen relativ zu dem Stator drehbaren Rotor aufweist und der derart an einem Rad eines mittels des Rades bewegbaren Objektes montierbar ist, dass sich beim Drehen des Rades der Rotor relativ zu dem Stator dreht und dadurch der Stromgenerator Strom erzeugt, gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Aspekt insbesondere vorgeschlagen, dass ein Mittel vorgesehen ist, das dazu ausgebildet ist, dass der von dem Stromgenerator in einem Generatormodus abgegebene Strom mittels einer Lastregelung derart geregelt wird, dass er unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes bleibt.A second aspect of the invention, which can be used in combination with or also independently of the above-explained first aspect of the invention of catching a continuous stator, is aimed at reducing the frequency of occurrence of the overturning of the stator by suitable measures gladly. For this purpose, in an electromagnetic power generator, which has a rotatably mounted stator with an eccentric center of mass and a rotor that can be rotated relative to the stator and which can be mounted on a wheel of an object that can be moved by means of the wheel in such a way that when the wheel is rotated, the rotor rotates relative to rotates the stator and the current generator thereby generates current, according to the second aspect of the invention it is proposed in particular that a means is provided which is designed so that the current delivered by the current generator in a generator mode is regulated by means of load control in such a way that it is below a specified limit remains.

Im regulären Betrieb des Stromgenerators, d.h. im stromerzeugenden Generatormodus, dreht bzw. überschlägt sich der Stator wie bereits gesagt nicht, während sich der Rotor zusammen mit dem Rad dreht, sondern wird lediglich aus seiner Ruhestellung in eine nahezu statische Arbeitsstellung ausgelenkt, in der das durch den exzentrischen Massenschwerpunkt des Stators gegebene Drehmoment am Stator dem durch die Stromerzeugung des Stromgenerators gegebenen Drehmoment am Stator entspricht. Der zweite erfindungsgemäße Aspekt beruht auf der Erkenntnis, dass der Stromgenerator unempfindlicher gegenüber ein Überschlagen auslösenden Einflüssen ist, wenn im Generatormodus des Stromgenerators die Auslenkung des Stators aus seiner senkrechten Ruhestellung in die Arbeitsstellung weniger als 90°, vorzugsweise weniger als 60°, insbesondere zwischen 30° bis 60° beträgt.In regular operation of the power generator, i.e. in the power-generating generator mode, the stator, as already mentioned, does not rotate or roll over while the rotor rotates together with the wheel, but is merely deflected from its rest position into an almost static working position in which the torque at the stator given by the eccentric center of gravity of the stator corresponds to the torque at the stator given by the current generation of the current generator. The second aspect of the invention is based on the finding that the power generator is less sensitive to influences that trigger a rollover if, in the generator mode of the power generator, the deflection of the stator from its vertical rest position to the working position is less than 90°, preferably less than 60°, in particular between 30 ° to 60°.

Der zweite erfindungsgemäße Aspekt richtet sich somit auf die Ansteuerung oder Regelung des Stromgenerators im normalen Generatorbetrieb in der Weise, dass der Stator um nicht mehr als ca. 90° gegenüber der Vertikalen ausgelenkt wird. Ohne Lastregelung würde mit größer werdender Geschwindigkeit des von dem Rad bewegten Objektes, also mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit, die Auslenkung des Stators zunehmen und irgendwann ein Überschlagen des Stators erfolgen. Durch die Lastregelung wird die Stromentnahme jedoch derart reduziert, dass die Auslenkung des Stators auch bei hoher Drehzahl des Rades begrenzt wird, ohne dass sie mit größer werdender Drehzahl des Rades zunimmt.The second aspect according to the invention is thus aimed at the activation or regulation of the current generator in normal generator operation in such a way that the stator is deflected by no more than approximately 90° with respect to the vertical. Without load control, the deflection of the stator would increase with increasing speed of the object moved by the wheel, ie with increasing driving speed, and at some point the stator would roll over. However, the current draw is reduced by the load control in such a way that the deflection of the stator is limited even at a high speed of the wheel, without it increasing as the speed of the wheel increases.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Lastregelung ein Mittel, das insbesondere zur Durchführung der folgenden Schritte ausgebildet ist:

  • - Einen ersten Schritt zum Bestimmen einer für eine momentane Geschwindigkeit des mit dem Rad bewegten Objektes charakteristischen Drehzahl, aus der abgeleitet werden kann, wie groß die momentan maximal von dem Stromgenerator ohne Lastregelung erzeugbare elektrische Leistung ist,
  • - einen zweiten Schritt, in dem geprüft wird, ob die bestimmte charakteristische Drehzahl größer als eine, insbesondere benutzerdefinierte, Einschaltschwelle ist,
  • - falls der zweite Schritt positiv beantwortet wird, einen dritten Schritt, in dem dem Stromgenerator eine insbesondere benutzerdefinierte elektrische Last entnommen wird, und einen vierten Schritt, in dem die charakteristische Drehzahl wieder bestimmt wird, sowie einen fünften Schritt, in dem geprüft wird, ob diese charakteristische Drehzahl kleiner als eine insbesondere benutzerdefinierte Ausschaltschwelle ist,
  • - falls der fünfte Schritt negativ beantwortet wird, einen sechsten Schritt, in dem die Generatorlast, d.h. der von dem Stromgenerator abgegebene Strom, in Abhängigkeit von der charakteristischen Drehzahl geregelt wird,
  • - falls der fünfte Schritt positiv beantwortet wird, einen alternativen sechsten Schritt, in dem die Generatorlast abgeschaltet wird.
In an advantageous embodiment, the load control includes a means that is designed in particular to carry out the following steps:
  • - A first step for determining a speed that is characteristic of a current speed of the object moving with the wheel, from which it can be derived how large the current maximum electrical power that can be generated by the current generator without load control is,
  • - a second step in which it is checked whether the determined characteristic speed is greater than a switch-on threshold, in particular a user-defined one,
  • - if the answer to the second step is affirmative, a third step in which an electrical load, in particular a user-defined one, is taken from the current generator, and a fourth step in which the characteristic speed is determined again, and a fifth step in which it is checked whether this characteristic speed is lower than a, in particular, user-defined switch-off threshold,
  • - if the fifth step is answered in the negative, a sixth step in which the generator load, ie the current delivered by the current generator, is controlled as a function of the characteristic speed,
  • - if the fifth step is answered in the affirmative, an alternative sixth step in which the generator load is switched off.

Dieses Ablaufschema wird vorzugsweise in einer Regeldauerschleife ausgeführt, wobei die Regelung vorzugsweise nur einsetzt, wenn die von dem Stromgenerator abgegebene elektrische Last die Einschaltschwelle überschreitet und die Ausschaltschwelle nicht unterschreitet. Die Anwendung der Einschaltschwelle verhindert, dass die Lastregelung schon bei kleinen elektrischen Lasten störend eingreift, und die Anwendung der Ausschaltschwelle verhindert, dass sich die Lastregelung mit einer hohen Frequenz alternierend ein- und ausschaltet. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Ausschaltschwelle kleiner als die Einschaltschwelle.This flowchart is preferably executed in a control duration loop, with the control preferably only starting when the electrical load delivered by the current generator exceeds the switch-on threshold and does not fall below the switch-off threshold. The use of the switch-on threshold prevents the load control from interfering even with small electrical loads, and the use of the switch-off threshold prevents the load control from switching on and off alternately with a high frequency. In preferred embodiments, the switch-off threshold is lower than the switch-on threshold.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Mittel vorzugweise dazu ausgebildet sein, dass die in dem dritten Schritt dem Stromgenerator entnommene Last so eingestellt wird, dass es sich nur um eine geringe elektrische Last handelt. Eine geringe elektrische Last in diesem Sinne kann vorzugsweise eine elektrische Last sein, die erheblich kleiner als die maximal von dem Stromgenerator erzeugbare elektrische Leistung ist, beispielsweise 0,5 % bis 20 %, vorzugsweise 1 % bis 10 % und besonders bevorzugt 2 % bis 5 % der maximalen Leistung beträgt, oder die erheblich kleiner als die im aktuellen Betriebszustand des Stromgenerators erzeugbare elektrische Leistung ist, beispielsweise 0,5 % bis 20 %, vorzugsweise 1 % bis 10 % und besonders bevorzugt 2 % bis 5 % dieser Leistung beträgt.In an advantageous embodiment, the means can preferably be designed such that the load drawn from the power generator in the third step is adjusted in such a way that it is only a small electrical load. A low electrical load in this sense can preferably be an electrical load that is considerably smaller than the maximum electrical power that can be generated by the power generator, for example 0.5% to 20%, preferably 1% to 10% and particularly preferably 2% to 5% % of the maximum power is, or which is considerably smaller than the electrical power that can be generated in the current operating state of the power generator, for example 0.5% to 20%, preferably 1% to 10% and particularly preferably 2% to 5% of this power.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann das Mittel dazu ausgebildet sein, dass als charakteristische Drehzahl die Drehzahl des Rades und/oder des Rotors oder die Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator bestimmt wird. Da im Generatorbetrieb bei sich nicht überschlagendem Stator die Drehzahl des Rades näherungsweise mit der Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator korrespondiert, kann das Mittel dazu ausgebildet sein, dass der von dem Stromgenerator abgegebene Strom in vorteilhaften Ausführungsformen in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rades und/oder des Rotors oder der Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator geregelt wird. Aus beiden Größen kann abgeleitet werden, wie groß die momentan maximal von dem Stromgenerator ohne Lastregelung erzeugbare elektrische Leistung ist.In a further advantageous embodiment, the means can be designed so that the speed of the wheel and / or as a characteristic speed of the rotor or the speed difference between the rotor and the stator is determined. Since in generator mode the speed of the wheel corresponds approximately to the speed difference between the rotor and the stator when the stator is not overturning, the means can be designed so that the current output by the current generator is, in advantageous embodiments, dependent on the speed of the wheel and/or of the rotor or the speed difference between the rotor and the stator. From both variables it can be derived how large the current maximum electrical power that can be generated by the current generator without load regulation is.

Die Bestimmung der Drehzahl des Rades und/oder des Rotors und/oder der Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator kann bei der Lastregelung auf die gleiche Weise, d.h. mit den gleichen Verfahren und/oder Sensoren wie beim Einfangen des Stators erfolgen. In bevorzugten Ausführungsformen wird bei der Lastregelung die Drehzahl des Rades und/oder des Rotors und/oder die Differenzdrehzahl des Rotors gegenüber dem Stator auf genau dieselbe Weise wie beim Einfangen des Stators durchgeführt, sodass bei der Lastregelung hierfür kein zusätzlicher baulicher Aufwand erforderlich ist.Determining the rotational speed of the wheel and/or the rotor and/or the differential rotational speed of the rotor with respect to the stator can be carried out in the same way, i.e. using the same methods and/or sensors, as in the case of stator capture. In preferred embodiments, the speed of the wheel and/or the rotor and/or the differential speed of the rotor relative to the stator is carried out in exactly the same way as when the stator is caught in the load control, so that no additional structural effort is required for the load control.

In vorteilhaften Ausführungsformen kann das Mittel dazu ausgebildet sein, dass in dem sechsten Schritt, in dem die Generatorlast, d.h. der von dem Stromgenerator abgegebene Strom, mittels der Lastregelung geregelt wird, die Lastregelung gemäß einer vorgegebenen Charakteristik des Stromgenerators durchgeführt und dabei ein vordefiniertes oder programmiertes Kennfeld verwendet wird, in dem die elektrische Leistung des Stromgenerators im Generatormodus in Abhängigkeit von der charakteristischen Größe oder der Geschwindigkeit des mit dem Rad bewegten Objektes festgelegt ist.In advantageous embodiments, the means can be designed so that in the sixth step, in which the generator load, i.e. the current delivered by the power generator, is controlled by means of the load control, the load control is carried out according to a predetermined characteristic of the power generator and a predefined or programmed one Map is used in which the electrical power of the current generator in generator mode is set depending on the characteristic size or the speed of the moving object with the wheel.

In vorteilhaften Ausführungsformen weist der Stromgenerator ein Gehäuse auf, mit dem er an einem Rad montierbar ist, wobei das Gehäuse vorzugsweise in einen zylindrischen Hohlraum der Nabe des Rades einsetzbar ist und/oder das Gehäuse an das Rad angepasst ist. Der Stator ist vorzugsweise konzentrisch zum Rotor angeordnet.In advantageous embodiments, the power generator has a housing with which it can be mounted on a wheel, the housing preferably being able to be inserted into a cylindrical cavity in the hub of the wheel and/or the housing being adapted to the wheel. The stator is preferably arranged concentrically to the rotor.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Rad, insbesondere für ein Fahrzeug, insbesondere ein Leichtmetallrad, mit einer Nabe, die einen zylindrischen Hohlraum aufweist, wobei in dem zylindrischen Hohlraum der Nabe ein erfindungsgemäßer elektromagnetischer Stromgenerator angeordnet ist.A preferred embodiment of the invention is a wheel, in particular for a vehicle, in particular a light metal wheel, with a hub that has a cylindrical cavity, with an electromagnetic current generator according to the invention being arranged in the cylindrical cavity of the hub.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen erläutert sind.Further advantages and features of the invention result from the claims and the following description, in which exemplary embodiments of the invention are explained in detail with reference to the drawings.

Die darin beschriebenen Besonderheiten können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Gleiche oder gleich wirkende Teile werden in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nur einmal beschrieben, auch wenn sie bei anderen Ausführungsformen vorteilhaft eingesetzt werden können. Es zeigen:

  • 1 eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stromgenerators,
  • 2 eine perspektivische Ansicht zu 1,
  • 3 einen Vollschnitt zu 2 in isometrischer Darstellung,
  • 4 den Vollschnitt der 2 in Seitenansicht,
  • 5 eine perspektivische Ansicht eines Rades mit dem Stromgenerator gemäß 1f,
  • 6 einen radialen Vollschnitt zu 5,
  • 7 eine schematische Darstellung der Auslenkung des Stators im Generatormodus des Stromgenerators gemäß 1,
  • 8 ein beispielhaftes Ablaufschema einer Steuerung des Stromgenerators beim Wiedereinfangen eines sich überschlagenden Stators,
  • 9 ein Diagramm im Generatormodus des Stromgenerators,
  • 10 ein beispielhaftes Ablaufschema der Regelung des Stromgenerators mit einer Lastregelung im Generatormodus,
  • 11 eine Kennlinie zum Realisieren einer Lastregelung des Stromgenerators und
  • 12 ein Blockschaltbild des Stromgenerators.
The special features described therein can be used individually or in combination with one another in order to create preferred embodiments of the invention. Parts that are the same or have the same effect are denoted by the same reference symbols in the various figures and are usually only described once, even if they can be used to advantage in other embodiments. Show it:
  • 1 an exploded view of an embodiment of a power generator according to the invention,
  • 2 a perspective view 1 ,
  • 3 a full cut 2 in isometric view,
  • 4 the full cut of 2 in side view,
  • 5 a perspective view of a wheel with the power generator according to 1f ,
  • 6 a radial full cut 5 ,
  • 7 a schematic representation of the deflection of the stator in the generator mode of the current generator according to FIG 1 ,
  • 8th an exemplary flow chart of a control of the power generator when recapturing an overturning stator,
  • 9 a diagram in generator mode of the power generator,
  • 10 an exemplary flow chart of the control of the power generator with a load control in generator mode,
  • 11 a characteristic for realizing a load control of the power generator and
  • 12 a block diagram of the power generator.

Die 1 veranschaulicht in einer Explosionsdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromgenerators 1 mit einem Gehäuse 2 und allen zugehörigen Komponenten, um ein vollständiges Modul zu bilden, das beispielsweise in den zylindrischen Hohlraum einer Nabe 19 eines Rades 17 eingesetzt werden kann. Der Aufbau des Stromgenerators 1 gemäß 1 entspricht weitgehend dem des aus dem Dokument DE 20 2018 000 629 U1 bekannten Stromgenerators 1 und weist zusätzlich die Besonderheit auf, dass er als Weiterentwicklung des bekannten Stromgenerators 1 Mittel umfasst, um den drehbar gelagerten Stator 3 im Falle seines Überschlagens einzufangen und den von dem Stromgenerator 1 abgegebenen Strom mittels einer Lastregelung zu regeln.the 1 Fig. 13 illustrates in an exploded view an embodiment of a power generator 1 according to the invention comprising a housing 2 and all the associated components to form a complete module which can be inserted into the cylindrical cavity of a hub 19 of a wheel 17, for example. The structure of the power generator 1 according to 1 largely corresponds to that of the document DE 20 2018 000 629 U1 known power generator 1 and also has the special feature that it comprises a further development of the known power generator 1 means to capture the rotatably mounted stator 3 in the event of its overturning and to regulate the current delivered by the current generator 1 by means of load control.

Das Kernstück des Stromgenerators 1 bilden ein drehbar gelagerter Stator 3 mit einem exzentrischen Massenschwerpunkt und ein relativ zu dem Stator 3 drehbarer Rotor 4, der konzentrisch zu dem Stator 3 angeordnet ist. Der Stator 3 besteht aus ferromagnetischem Material oder ist über seinen Umfang mit Dauermagneten bestückt. Der Stator 3 ist mittels eines Kugellagers 5 relativ zu dem Rotor 4 frei drehbar angeordnet und weist über einen Teilumfang ein radial ausgreifendes Gewichtsteil 6 auf, das einen exzentrischen Massenschwerpunkt des Stators 3 zur Folge hat, sodass sich der Stator 3 im Normalfall nicht mit dem sich drehenden Rad 17 dreht, in das der Stromgenerator 1 montiert ist, sondern aufgrund der Schwerkraft im Wesentlichen vertikal nach unten ausgerichtet bleibt. Der Rotor 4 ist mit Leiterwicklungen bestückt, beispielsweise in 1 mit drei Spulenpaaren. Wenn die Leiterwicklungen des Rotors 4 mit dem Rotor 4 in dem Stator 3 rotiert werden, wird in ihnen eine Spannung induziert und der Stromgenerator 1 erzeugt Strom.The core of the power generator 1 is formed by a rotatably mounted stator 3 with an eccentric center of mass and a rotor 4 that can rotate relative to the stator 3 and is arranged concentrically to the stator 3 . The stator 3 consists of ferromagnetic material or is equipped with permanent magnets over its circumference. The stator 3 is arranged to be freely rotatable relative to the rotor 4 by means of a ball bearing 5 and has a radially protruding weight part 6 over a partial circumference, which results in an eccentric center of mass of the stator 3, so that the stator 3 normally does not move with the rotating wheel 17 in which the power generator 1 is mounted, but remains oriented substantially vertically downwards due to gravity. The rotor 4 is equipped with conductor windings, for example in 1 with three pairs of coils. When the conductor windings of the rotor 4 are rotated with the rotor 4 in the stator 3, a voltage is induced in them and the power generator 1 generates power.

Der Stator 3 und der Rotor 4 sind in einem Gehäuse 2 des Stromgenerators 1 angeordnet, das einen Haltering umfasst, der auf einer axial unteren, in 1 hinteren Seite mit einem Gehäuserückdeckel 7 und auf einer axial oberen, in 1 vorderen Seite mit einem Gehäusevorderdeckel 8 verschlossen ist. Der Gehäuserückdeckel 7 trägt eine zentrale axiale Lagerungsachse 9, die sich beim Drehen des Gehäuses 2 bzw. des Gehäuserückdeckels 7 in gleicher Weise mit dreht. Auf der Lagerungsachse 9 sind das Kugellager 5 für den Stator 3 und der Rotor 4 angeordnet. Der Stator 3 kann sich mittels des Kugellagers 5 auf der Lagerungsachse 9 drehen und dadurch in einer festen Stellung im Raum bleiben, wenn sich das Gehäuse 2 dreht. Der Rotor 4 ist dagegen nicht drehbar auf der Lagerungsachse 9 angeordnet, sodass er sich beim Drehen des Gehäuses 2 mit diesem mit dreht.The stator 3 and the rotor 4 are arranged in a housing 2 of the power generator 1, which comprises a retaining ring which is mounted on an axially lower, in 1 rear side with a rear housing cover 7 and on an axially upper, in 1 front side is closed with a front cover 8 housing. The rear housing cover 7 carries a central axial bearing axis 9 which rotates in the same way when the housing 2 or the rear housing cover 7 is rotated. The ball bearing 5 for the stator 3 and the rotor 4 are arranged on the bearing axis 9 . The stator 3 can rotate on the bearing axle 9 by means of the ball bearing 5 and thereby remain in a fixed position in space when the housing 2 rotates. In contrast, the rotor 4 is arranged in a non-rotatable manner on the bearing axis 9, so that when the housing 2 rotates, it rotates with the latter.

Zum elektrischen Kontaktieren der Spulen des Rotors 4 dient eine Spulenplatine 10 mit einem Kontaktstück 11, das die elektrische Verbindung zu einer Elektronikplatine 12 herstellt, die auf einer Platte 13 angeordnet ist, die als Grundträger dient oder einen mittels des Stromgenerators 1 wieder aufladbaren elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einen Akkumulator (ein Lithium-Ionen-Akkumulator oder ein anderer Typ) oder einen Kondensator, enthalten kann, mit dem die von dem Stromgenerator 1 erzeugte elektrische Energie zur Stromversorgung eines Verbrauchers zwischengespeichert wird. Auf dem Gehäusevorderdeckel 8 ist ein Zierdeckel 14 angebracht und alle Teile werden durch eine axiale Schraube 15 mit zugehörigem Gegenstück 16 zusammengehalten.A coil circuit board 10 with a contact piece 11 is used to electrically contact the coils of the rotor 4, which produces the electrical connection to an electronic circuit board 12, which is arranged on a plate 13, which serves as a base support or an electrical energy storage device that can be recharged by means of the current generator 1. for example, an accumulator (a lithium-ion accumulator or another type) or a capacitor, with which the electrical energy generated by the power generator 1 for powering a consumer is temporarily stored. A decorative cover 14 is attached to the housing front cover 8 and all parts are held together by an axial screw 15 with the associated counterpart 16 .

Wenn das Gehäuse 2 drehfest mit dem Rad 17 verbunden ist, beispielsweise in den Hohlraum der Nabe 19 des Rades 17 eingesetzt ist, kann der in dem Gehäuse 2 angeordnete Stromgenerator 1 beim Drehen des Rades 17 elektrischen Strom erzeugen und bereitstellen, ohne dass eine bauliche Veränderung an dem Rad 17 erforderlich ist. Beim Drehen des Rades 17 dreht sich der Rotor 4 mit dem Rad 17 mit, sodass sich beim Drehen des Rades 17 der Rotor 4 relativ zu dem Stator 3 dreht und dadurch der Stromgenerator 1 Strom erzeugt. Dabei wird der Stator 3 stationär aus seiner Ruhestellung in eine Arbeitsstellung ausgelenkt und der Stromgenerator 1 erzeugt aus dem Drehen des Rades 17 unmittelbar in dem Rad 17 zur Verfügung stehende elektrische Energie.If the housing 2 is non-rotatably connected to the wheel 17, for example inserted into the cavity of the hub 19 of the wheel 17, the current generator 1 arranged in the housing 2 can generate and provide electric power when the wheel 17 rotates, without a structural change on the wheel 17 is required. When the wheel 17 turns, the rotor 4 turns with the wheel 17 so that when the wheel 17 turns, the rotor 4 turns relative to the stator 3 and the power generator 1 thereby generates power. The stator 3 is stationary deflected from its rest position into a working position and the power generator 1 generates electrical energy that is directly available in the wheel 17 from the rotation of the wheel 17 .

Der Stator 3 ist aufgrund der Lagerung durch das Kugellager 5 frei drehbar, was erforderlich ist, damit er sich nicht mit dem drehenden Rad 17 mit dreht, sondern in einer stationären Arbeitsstellung verbleibt. Durch äußere Einflüsse, beispielsweise Erschütterungen, kann es jedoch dazu kommen, dass sich der Stator 3 überschlägt, also in unerwünschte Rotation versetzt wird. Die Erfindung richtet sich darauf, den drehbar gelagerten Stator 3 im Falle seines Überschlagens einzufangen, sowie insbesondere in weiterer Ausgestaltung den von dem Stromgenerator 1 abgegebenen Strom mittels einer Lastregelung zu regeln, um den Stromgenerator 1 unempfindlicher gegen für das Überschlagen auslösende Einflüsse zu machen. Die Erfindung wird im Wesentlichen durch Funktionen realisiert, die von der Elektronikplatine 12 bereitgestellt werden. Diese betreffen insbesondere das Einfangen des drehbar gelagerten Stators 3 im Falle seines Überschlagens oder das Regeln des von dem Stromgenerator 1 abgegebenen Stromes mittels einer Lastregelung.The stator 3 is freely rotatable due to the bearing by the ball bearing 5, which is necessary so that it does not rotate with the rotating wheel 17, but remains in a stationary working position. However, external influences, for example vibrations, can result in the stator 3 overturning, ie being set in undesired rotation. The invention is aimed at catching the rotatably mounted stator 3 in the event of it overturning and, in particular, in a further embodiment, at regulating the current delivered by the power generator 1 by means of load control in order to make the power generator 1 less sensitive to the influences that trigger the overturning. The invention is essentially implemented by functions that are provided by the electronics board 12 . These relate in particular to the capture of the rotatably mounted stator 3 in the event of it overturning or the regulation of the current delivered by the current generator 1 by means of load regulation.

Die Elektronikplatine 12 oder andere Bauelemente des Stromgenerators 1 können insbesondere einzelne oder mehrere der folgenden Komponenten umfassen:

  • - Ein Mittel, das zum Erkennen, ob sich der Stator 3 überschlägt, ausgebildet ist,
  • - ein Mittel zum Bestimmen der Drehzahl des Rades und/oder des Rotors,
  • - ein Mittel zum Bestimmen der Differenzdrehzahl des Rotors 4 gegenüber dem Stator 3,
  • - ein Mittel zum Vergleichen der bestimmten Drehzahl des Rades und/oder des Rotors und der bestimmten Differenzdrehzahl des Rotors 4 gegenüber dem Stator 3,
  • - ein Mittel, das zum Erkennen des Überschlagens des Stators 3 daraus ausgestaltet ist, dass die bestimmte Drehzahl des Rades und/oder des Rotors um mehr als einen insbesondere benutzerdefinierten ersten Schwellenwert von der bestimmten Differenzdrehzahl des Rotors 4 gegenüber dem Stator 3 abweicht,
  • - ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, für den Fall, dass von dem ersten Mittel ein Überschlagen des Stators 3 erkannt wird, das Überschlagen des Stators 3 zu beenden, indem der Rotor 4 derart mit Strom beaufschlagt wird, dass der Stator 3 hierdurch beschleunigt wird, beispielsweise während einer vorgegebenen Zeitdauer oder bis die Drehzahl des Rades und/oder des Rotors um weniger als einen insbesondere benutzerdefinierten zweiten Schwellenwert von der Differenzdrehzahl des Rotors 4 gegenüber dem Stator 3 abweicht,
  • - ein Mittel, mit dem der Stromgenerator 1 aus dem Generatormodus, in dem in den Leiterwicklungen des Rotors 4 Strom erzeugt wird, in einen Motormodus umgeschaltet wird, in dem von den mit Strom beaufschlagten Leiterwicklungen des Rotors 4 ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugt wird, durch das der sich überschlagende, drehende Stator 3 angetrieben und mittels der Stromzuführung zu dem Rotor 4 wieder in eine stationäre Arbeitsstellung gebracht wird, wobei vorzugsweise der Rotor 4 im Motormodus derart mit Strom beaufschlagt wird, dass er ein magnetisches Drehfeld erzeugt, das sich mit der bestimmten Drehzahl des Rades bzw. des Rotors oder der bestimmten Differenzdrehzahl des Rotors 4 gegenüber dem Stator 1 dreht,
  • - ein Mittel zum Bestimmen einer für eine momentane Geschwindigkeit des mit dem Rad bewegten Objektes charakteristischen Drehzahl, aus der abgeleitet werden kann, wie groß die momentan maximal von dem Stromgenerator 1 ohne Lastregelung erzeugbare elektrische Leistung ist,
  • - ein Mittel zum Prüfen, ob die bestimmte charakteristische Drehzahl größer als eine insbesondere benutzerdefinierte Einschaltschwelle ist,
  • - ein Mittel zum Entnehmen einer elektrischen Last aus dem Stromgenerator 1,
  • - ein Mittel zum Prüfen, ob die bestimmte charakteristische Drehzahl kleiner als eine, insbesondere benutzerdefinierte, Ausschaltschwelle ist,
  • - ein Mittel zum Regeln des von dem Stromgenerator 1 abgegebenen Stromes in Abhängigkeit von der charakteristischen Drehzahl,
  • - ein Mittel zum Abschalten der Generatorlast,
  • - ein Mittel zum Stabilisieren oder Regeln der von dem Stromgenerator 1 erzeugten elektrischen Spannung,
  • - ein Mittel zum Speichern der von dem Stromgenerator erzeugten elektrischen Energie,
  • - ein Mittel zum Ansteuern des Stromgenerators 1 im Generatormodus und
  • - ein Mittel zum Ansteuern des Stromgenerators 1 im Motormodus.
The electronic circuit board 12 or other components of the power generator 1 can in particular include one or more of the following components:
  • - A means designed to detect whether the stator 3 rolls over,
  • - a means for determining the rotational speed of the wheel and/or the rotor,
  • - a means for determining the differential speed of the rotor 4 compared to the stator 3,
  • - a means for comparing the determined speed of the wheel and/or the rotor and the determined differential speed of the rotor 4 with respect to the stator 3,
  • - A means that is designed to detect the overturning of the stator 3 from the fact that the specific speed of the wheel and / or the rotor by more than a particular user-defined first threshold value of the determined speed difference between the rotor 4 and the stator 3 differs,
  • - a means which is designed to stop the rollover of the stator 3 in the event that the first means detects a rollover of the stator 3 by applying current to the rotor 4 in such a way that the stator 3 thereby accelerates is, for example during a predetermined period of time or until the speed of the wheel and/or the rotor deviates by less than a second threshold value, which is in particular user-defined, from the speed difference between the rotor 4 and the stator 3,
  • - a means by which the current generator 1 is switched from the generator mode, in which current is generated in the conductor windings of the rotor 4, to a motor mode, in which a rotating electromagnetic field is generated from the conductor windings of the rotor 4 to which current is applied, through which the overturning, rotating stator 3 is driven and brought back into a stationary working position by means of the power supply to the rotor 4, with the rotor 4 preferably being supplied with current in motor mode in such a way that it generates a rotating magnetic field that moves at the specific speed of the wheel or the rotor or the determined differential speed of the rotor 4 rotates in relation to the stator 1,
  • - a means for determining a speed that is characteristic of a current speed of the object moving with the wheel, from which it can be derived how large the current maximum electrical power that can be generated by the current generator 1 without load control is,
  • - a means for checking whether the determined characteristic speed is greater than a particular user-defined switch-on threshold,
  • - a means for extracting an electrical load from the power generator 1,
  • - a means for checking whether the determined characteristic speed is less than a, in particular user-defined, switch-off threshold,
  • - a means for controlling the current delivered by the current generator 1 as a function of the characteristic speed,
  • - a means of shutting down the generator load,
  • - a means for stabilizing or regulating the electrical voltage generated by the power generator 1,
  • - a means for storing the electrical energy generated by the power generator,
  • - a means for driving the current generator 1 in generator mode and
  • - a means for driving the power generator 1 in motor mode.

Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Stromgenerators 1 von 1, die 3 einen Vollschnitt zu 2 in isometrischer Darstellung und die 4 einen Vollschnitt zu 2 in Seitenansicht. the 2 shows a perspective view of the power generator 1 of FIG 1 , the 3 a full cut 2 in isometric representation and the 4 a full cut 2 in side view.

Die 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Rades 17 mit einem erfindungsgemäßen Stromgenerator 1. Bei dem beispielhaft dargestellten Rad 17 handelt es sich um ein gebräuchliches Leichtmetallrad eines Kraftfahrzeuges mit einer Felge 18, auf die ein nicht dargestellter Reifen aufgezogen werden kann. Das Rad 17 umfasst eine radial zentriert angeordnete Nabe 19, die hierzu koaxiale Felge 18 und ein sich zwischen Felge 18 und Nabe 19 erstreckendes Radialteil. Das Radialteil kann beispielsweise eine Radscheibe, auch mit Unterbrechungen, sein oder aus mehreren über den Umfang des Rades verteilten Radspeichen 20 bestehen, die sich radial von der Nabe 19 zur Felge 18 hin erstrecken, beispielsweise fünf oder sieben Radspeichen 20, die bevorzugt in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind.the 5 shows a perspective view of the wheel 17 with a power generator 1 according to the invention. The wheel 17 shown by way of example is a conventional alloy wheel of a motor vehicle with a rim 18 onto which a tire (not shown) can be fitted. The wheel 17 comprises a radially centered hub 19 , the rim 18 coaxial thereto and a radial part extending between the rim 18 and the hub 19 . The radial part can, for example, be a wheel disc, also with interruptions, or consist of several wheel spokes 20 distributed over the circumference of the wheel, which extend radially from the hub 19 to the rim 18, for example five or seven wheel spokes 20, which are preferably evenly spaced in the circumferential direction are distributed.

Die Nabe 19 ist hohlzylindrisch ausgebildet. Wenn das Rad 17 an die Achse eines Fahrzeugs montiert ist, ragt die Fahrzeugwelle in den Hohlraum der Nabe 19, wobei das Rad 17 mittels durch die Nabe 19 umgebende Durchbrüche hindurchgesteckter Verbindungsschrauben mit einer mit der Achse des Fahrzeugs fest verbundenen Befestigungsscheibe verbunden ist, so dass beim Drehen der Welle des Fahrzeugs das Rad 17 ebenfalls in Drehung versetzt wird bzw. bei einem nicht angetriebenen Rad 17 sich das Rad 17 auf der Achse drehen kann, wenn sich das Fahrzeug bewegt.The hub 19 is designed as a hollow cylinder. When the wheel 17 is mounted on the axle of a vehicle, the vehicle shaft protrudes into the cavity of the hub 19, the wheel 17 being connected to a fastening disc firmly connected to the axle of the vehicle by means of connecting screws inserted through openings surrounding the hub 19, so that when the shaft of the vehicle is rotated, the wheel 17 is also set in rotation or, in the case of a non-driven wheel 17, the wheel 17 can rotate on the axle when the vehicle is moving.

Der Stromgenerator 1 weist gemäß 5 ein Gehäuse 2 auf, mit dem er an dem Rad 17 montiert ist, wobei das Gehäuse 2 in einen zylindrischen Hohlraum der Nabe 19 des Rades 17 eingesetzt ist und an das Rad 17 angepasst ist. Die Anpassung des Gehäuses 2 an das Rad 17 kann das Design und/oder die Konstruktion bzw. die Abmessungen des Rades 17, der Nabe 19 oder des Hohlraumes betreffen. Der Stromgenerator 1 bildet eine autonome, d.h. von einer äußeren Energiezufuhr unabhängige Einheit bzw. ein Modul, das für die Verwendung an vielen unterschiedlichen Felgen 18 bzw. Rädern 17 geeignet ist.The power generator 1 has according to 5 a housing 2 with which it is mounted on the wheel 17, the housing 2 being inserted in a cylindrical cavity of the hub 19 of the wheel 17 and fitted to the wheel 17. The adaptation of the housing 2 to the wheel 17 can concern the design and/or the construction or the dimensions of the wheel 17, the hub 19 or the cavity. The power generator 1 forms an autonomous unit or a module, ie one that is independent of an external energy supply, and is suitable for use on many different rims 18 or wheels 17 .

Der Stromgenerator 1 kann auch für seine Verwendung bei beliebiger Drehrichtung des Rades 17 ausgebildet sein, beispielsweise für die Räder 17 eines Fahrzeuges sowohl an der linken als auch an der rechten Fahrzeugseite. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Drehrichtung des Rades 17, insbesondere bei der Vorwärtsfahrt des damit bewegten Objektes, mittels der Elektronikplatine 12 oder eines Sensors automatisch erkannt und ausgewertet wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Stromgenerator 1 zum Einsatz bei zwei verschiedenen Drehrichtungen und damit für den Einsatz auf der linken sowie rechten Fahrzeugseite ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform kann dabei ein Vier-Quadranten-Betrieb realisiert werden, der die Parameter Generatormodus, Motormodus, Linkslauf und Rechtslauf berücksichtigt und bei dem die Drehrichtung damit automatisch erkannt wird.The power generator 1 can also be used with any direction of rotation of the wheel 17 be formed, for example, for the wheels 17 of a vehicle both on the left and on the right side of the vehicle. Provision can be made for the direction of rotation of the wheel 17 to be automatically detected and evaluated by means of the electronic circuit board 12 or a sensor, in particular when the object being moved with it is traveling forwards. For example, it can be provided that the power generator 1 is designed for use in two different directions of rotation and thus for use on the left and right side of the vehicle. In a preferred embodiment, four-quadrant operation can be implemented that takes into account the parameters generator mode, motor mode, counterclockwise rotation and clockwise rotation and in which the direction of rotation is thus automatically recognized.

Bei dem beispielhaft in 5 dargestellten Rad 17 ist der elektromagnetische Stromgenerator 1 in dem zylindrischen Hohlraum der Nabe 19 angeordnet. Er umfasst wie bereits gesagt den Zierdeckel 14, der als Nabenkappe dient, einen geringen Teil der äußeren Höhe des Hohlraums einnimmt und mit dem er im axial außen liegenden Bereich des Hohlraums im Zentrum der Nabe 19 drehfest eingesetzt ist. Wenn sich das Rad 17 dreht, drehen sich mit gleicher Drehzahl wie das Rad 17 der Zierdeckel 14, das Gehäuse 2 mit Gehäusevorderdeckel 8 und Gehäuserückdeckel 7, die Elektronikplatine 12, die Platte 13, die Spulenplatine 10 und der Rotor 4 mit den Leiterwicklungen bzw. Spulenpaaren, während der relativ zu dem Rotor 4 frei drehbare Stator 3 aufgrund seines aufgrund des Gewichtsteils 6 exzentrisch angeordneten Schwerpunkts durch die Erdanziehung in einer festen statischen Position relativ zur Ausrichtung der Gravitationskraft bleibt.In the case of the example in 5 wheel 17 shown, the electromagnetic power generator 1 is arranged in the cylindrical cavity of the hub 19. As already mentioned, it includes the decorative cover 14, which serves as a hub cap, occupies a small part of the outer height of the cavity and with which it is inserted in the axially outer region of the cavity in the center of the hub 19 in a rotationally fixed manner. When the wheel 17 rotates, the decorative cover 14, the housing 2 with the front cover 8 and the rear cover 7, the electronic circuit board 12, the plate 13, the coil circuit board 10 and the rotor 4 with the conductor windings or Pairs of coils, while the stator 3, which is freely rotatable relative to the rotor 4, remains in a fixed static position relative to the orientation of the gravitational force due to its eccentrically arranged center of gravity due to the weight part 6.

Durch das Drehen des Rotors 4 in dem Stator 3 beim Drehen des Rades 17 wird in dem Rotor 4 elektrischer Strom erzeugt, der über die Elektronikplatine 12 gesteuert in dem Rad 17 einem elektrischen Verbraucher oder einem wieder aufladbaren elektrischen Energiespeicher zugeführt werden kann. Auf diese Weise kann an oder in dem Rad 17, das sich an einem Fahrzeug dreht, ohne Notwendigkeit der Veränderung des Rades 17 und ohne großen Aufwand elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden, die allein aus dem Drehen des Rades 17 gewonnen wird. Der Stromgenerator 1 stellt somit einen Energie-Harvester dar, d.h. ein Bauteil, das Energie nutzbar macht, die in der Einsatzumgebung des Bauteils verfügbar ist.By turning the rotor 4 in the stator 3 when the wheel 17 turns, electric current is generated in the rotor 4, which can be controlled via the electronic circuit board 12 in the wheel 17 and supplied to an electrical consumer or a rechargeable electrical energy store. In this way, electrical energy can be made available on or in the wheel 17, which turns on a vehicle, without the need to change the wheel 17 and without great effort, which energy is obtained solely from the turning of the wheel 17. The power generator 1 thus represents an energy harvester, i.e. a component that harnesses energy that is available in the environment in which the component is used.

Die 6 zeigt einen radialen Vollschnitt des in 5 dargestellten Rades 17 mit Stromgenerator 1.the 6 shows a full radial section of the in 5 shown wheel 17 with power generator 1.

Die 7 veranschaulicht in einer schematischen Darstellung die Auslenkung des Stators 3 im Generatormodus des Stromgenerators 1, d.h. bei der Stromerzeugung in einem sich drehenden Rad 17. Wenn sich das mit dem Rad 17 bewegte Objekt mit der Geschwindigkeit v bewegt, dreht sich das Rad 17 mit der zugehörigen Drehzahl n.Rad bzw. der Winkelgeschwindigkeit ω.Rad. Mit derselben Drehzahl n.Rotor = n.Rad dreht sich auch der Rotor 4 des Stromgenerators 1 mit den Spulenpaaren. Der Stator 3 hat einen exzentrischen Massenschwerpunkt 21 und ist frei drehbar gelagert. Wenn der Stator 3 gedreht wird, verändert sich der Auslenkungswinkel β seines Massenschwerpunktes 21. Zur Veranschaulichung ist der Stator 3 in 7 als ausschwingendes Pendel 22 veranschaulicht.the 7 shows a schematic representation of the deflection of the stator 3 in the generator mode of the power generator 1, ie when generating power in a rotating wheel 17. If the object moving with the wheel 17 moves at the speed v, the wheel 17 rotates with the associated Speed n.Rad or the angular velocity ω.Rad. The rotor 4 of the current generator 1 with the coil pairs also rotates at the same speed n.Rotor = n.Rad. The stator 3 has an eccentric center of mass 21 and is freely rotatably mounted. When the stator 3 is rotated, the deflection angle β of its center of mass 21 changes 7 illustrated as swinging pendulum 22.

In der Ruhestellung, d.h. wenn das Rad 17 und der Rotor 4 stehen und der Stromgenerator 1 keinen elektrischen Strom erzeugt, wird der als Pendel 22 ausgebildete, drehbar gelagerte Stator 3 aufgrund seines exzentrischen Massenschwerpunkts 21 durch die Schwerkraft in eine vertikale Ruhestellung nach unten gedreht und dort gehalten. Der Auslenkungswinkel β beträgt dann 0°. Im Generatorbetrieb, d.h. wenn sich das Rad 17 und der der Rotor 4 drehen, erzeugt der Stromgenetor 1 elektrischen Strom bzw. elektrische Leistung. Dabei bewirkt der Rotor 4 auf den Stator 3 ein korrespondierendes Drehmoment M.Gen des Stromgenerators 1, durch das der Stator 3 aus der Ruhestellung um den Auslenkungswinkel β so weit in eine Arbeitsstellung gedreht wird, bis das durch die Gewichtskraft bewirkte Drehmoment M.Stator des Stators 3 dem durch die Induktion bewirkte Drehmoment M.Gen des Stromgenerators 1 entspricht, die an dem Stator 3 bzw. Pendel 22 wirkende Schwerkraft also das Gegendrehmoment zu dem Drehmoment M.Gen des Stromgenerators 1 bereitstellt. In der Arbeitsstellung ist also M .Stator = M .Gen

Figure DE202022102768U1_0001
mit

  • M.Stator = Gegendrehmoment des Stators
  • M.Gen = Drehmoment des Generators
In the rest position, i.e. when the wheel 17 and the rotor 4 are stationary and the power generator 1 is not generating any electricity, the rotatably mounted stator 3, designed as a pendulum 22, is rotated downwards by gravity into a vertical rest position due to its eccentric center of mass 21 and held there. The deflection angle β is then 0°. In the generator mode, ie when the wheel 17 and the rotor 4 rotate, the power generator 1 generates electrical current or electrical power. The rotor 4 causes a corresponding torque M.Gen of the power generator 1 on the stator 3, through which the stator 3 is rotated from the rest position by the deflection angle β into a working position until the torque M.Stator caused by the weight force of the Stators 3 corresponds to the torque M.Gen of the power generator 1 caused by the induction, that is, the force of gravity acting on the stator 3 or pendulum 22 provides the counter-torque to the torque M.Gen of the power generator 1 . So in the working position M .Stator = M .Gene
Figure DE202022102768U1_0001
With
  • M.Stator = counter torque of the stator
  • M.Gen = Torque of the generator

Aus dieser Gleichung folgt, dass sich im Gleichgewicht der Auslenkungswinkel β des Stators 3 derart einstellt, dass folgende Beziehung gilt: r × m .Stator × g × sin β= ( U × I ) / ω .  Rad

Figure DE202022102768U1_0002
mit

  • r = Abstand des exzentrischen Massenschwerpunkts des Stators von seiner Drehachse
  • m.Stator = Masse des Stators (des Pendels)
  • g = Erdbeschleunigung
  • β = Auslenkungswinkel des Stators aus der Ruhestellung
  • U = elektrische Spannung des Stromgenerators
  • I = elektrischer Strom des Stromgenerators
  • ω.Rad = Winkelgeschwindigkeit des Rades bzw. des Rotors
It follows from this equation that the deflection angle β of the stator 3 is set in equilibrium in such a way that the following relationship applies: right × m .Stator × G × sin β= ( u × I ) / ω . wheel
Figure DE202022102768U1_0002
With
  • r = distance of the eccentric center of mass of the stator from its axis of rotation
  • m.Stator = mass of the stator (of the pendulum)
  • g = acceleration due to gravity
  • β = deflection angle of the stator from the rest position
  • U = electrical voltage of the power generator
  • I = electric current of the power generator
  • ω.Rad = angular velocity of the wheel or rotor

Im regulären Betrieb ist die Auslenkung des Stators 3 aus der Ruhestellung nahezu statisch bzw. konstant und wird von dem aufgrund der Induktion bewirkten Drehmoment M.Gen des Stromgenerators 1 bestimmt. Durch im Fahrbetrieb einwirkende Störungen kann es jedoch dazu kommen, dass der Stator 3 aus der Arbeitsstellung derart ausgelenkt wird, dass er sich überschlägt, also ungewollt und unkontrolliert zu rotieren beginnt. Durch das erfindungsgemäße Einfangen des Stators 3 wird das Auftreten dieses Überschlagens im Fehlerfall erkannt und das Überschlagen beendet.In regular operation, the deflection of the stator 3 from the rest position is almost static or constant and is determined by the torque M.Gen of the current generator 1 caused by the induction. However, disturbances occurring during driving operation can result in the stator 3 being deflected from the working position in such a way that it rolls over, ie begins to rotate unintentionally and in an uncontrolled manner. As a result of the stator 3 being caught according to the invention, the occurrence of this flashover in the event of a fault is detected and the flashover is ended.

Die 8 zeigt ein beispielhaftes Ablaufschema eines Verfahrens zum Betreiben des Stromgenerators 1 beim Wiedereinfangen des sich überschlagenden Stators 3. Nach dem Initialisieren 23 der Steuerung wird in einem ersten Schritt S1 die Drehzahl n.Rad des Rades 17 und/oder des Rotors 4 relativ zur feststehenden Radachse bestimmt. Dies erfolgt mit einem Mittel S1.M zum Bestimmen des Systemstatus im Generatormodus beispielsweise durch Auslesen und Auswerten von Daten eines hierzu verbauten Drehzahl- oder Beschleunigungssensors oder einer alternativen Komponente.the 8th shows an exemplary flowchart of a method for operating the power generator 1 when recapturing the overturning stator 3. After the initialization 23 of the controller, the speed n.Rad of the wheel 17 and/or the rotor 4 relative to the fixed wheel axle is determined in a first step S1 . This is done with a means S1.M for determining the system status in the generator mode, for example by reading out and evaluating data from a speed or acceleration sensor installed for this purpose, or from an alternative component.

Im nächsten Schritt wird in einer Abfrage A1 überprüft, ob sich das Rad 17 dreht, d.h. ob die Drehzahl n.Rad des Rades 17 oder die entsprechende Drehzahl n.Rotor des Rotors 4 größer als Null ist. Falls die Antwort ja ist, wird im nachfolgenden Schritt S2 die Differenzdrehzahl n.Diff des Rotors 4 gegenüber dem Stator 3 bestimmt. Dies erfolgt mit einem Mittel S2.M zum Bestimmen des Systemstatus im Generatormodus beispielsweise durch das Bestimmen des zeitlichen Abstands der Nulldurchgänge der sinusförmigen Spannung einer Stromphase des Rotors 4, woraus die Differenzdrehzahl n.Diff ermittelt werden kann. Alternativ kommt auch das Nutzen von Signalen eines im Rad 17 verbauten Hallsensors in Frage.In the next step, a query A1 is used to check whether the wheel 17 is rotating, i.e. whether the speed n.Rad of the wheel 17 or the corresponding speed n.Rotor of the rotor 4 is greater than zero. If the answer is yes, the speed difference n.Diff of the rotor 4 in relation to the stator 3 is determined in the subsequent step S2. This is done with a means S2.M for determining the system status in generator mode, for example by determining the time interval between the zero crossings of the sinusoidal voltage of a current phase of rotor 4, from which differential speed n.Diff can be determined. Alternatively, signals from a Hall sensor installed in the wheel 17 can also be used.

Im nächsten Schritt wird in einer Abfrage A2 die bestimmte Drehzahl n.Rad des Rades 17 und/oder die bestimmte Drehzahl n.Rotor des Rotors 4 mit der bestimmten Differenzdrehzahl n.Diff des Rotors 4 gegenüber dem Stator 3 verglichen und überprüft, ob beide Werte übereinstimmen oder um mehr als einen ersten Schwellenwert voneinander abweichen. Der erste Schwellenwert ist insbesondere benutzerdefiniert festlegbar. Falls die beiden Werte innerhalb der durch den ersten Schwellenwert vorgegebenen Toleranz gleich sind, besteht kein Fehlerfall und der Stator 3 hat sich nicht überschlagen. Der Stromgenerator 1 verbleibt dann weiterhin im Generatormodus GM. In diesem kann von dem Stromgenerator 1 eine Generatorlast GL mit Strom versorgt werden und optional eine weiter unter erläuterte Lastregelung GLR des Stromgenerators 1 durchgeführt werden. Das Verfahren zum Erkennen und Beenden des Überschlagens des Stators 3 wird dabei in einer Schleife ständig wiederholt, was in dem Ablaufdiagramm durch eine Rückkehr zu dem ersten Schritt S1 veranschaulicht ist.In the next step, in a query A2, the specific speed n.Rad of the wheel 17 and/or the specific speed n.Rotor of the rotor 4 is compared with the specific speed difference n.Diff of the rotor 4 compared to the stator 3 and it is checked whether both values match or differ by more than a first threshold. In particular, the first threshold value can be defined in a user-defined manner. If the two values are the same within the tolerance specified by the first threshold value, there is no fault and the stator 3 has not rolled over. The current generator 1 then remains in generator mode GM. In this, a generator load GL can be supplied with electricity by the electricity generator 1 and, optionally, load regulation GLR of the electricity generator 1, which is explained further below, can be carried out. The method for detecting and ending the overturning of the stator 3 is continuously repeated in a loop, which is illustrated in the flow chart by a return to the first step S1.

Falls in der Abfrage A2 dagegen festgestellt wird, dass die beiden Werte um mehr als die durch den ersten Schwellenwert vorgegebenen Toleranz voneinander abweichen, d.h. beispielsweise wenn die Differenzdrehzahl n.Diff des Rotors 4 gegenüber dem Stator 3 kleiner als die Drehzahl des Rades 17 und/oder des Rotors 4 ist, wird daraus geschlossen, dass ein Fehlerfall vorliegt und sich der Stator 3 überschlägt, und die Schritte zum Beenden des Überschlagens des Stators 3 und Wiedereinfangen des Stators 3 werden eingeleitet. Zum Beenden des Überschlagens des Stators 3 wird dann in dem Umschaltschritt S3 der Stromgenerator 1 von dem Generatormodus GM in den Motormodus umgeschaltet, wozu als Mittel S3.M zunächst das Abschalten der Generatorlast GL dient. In dem folgenden Beschleunigungsschritt S4 wird der Rotor 4 derart bestromt, dass der Stator 3 hierdurch beschleunigt wird. Das erfolgt bevorzugt in der Weise, dass dem Rotor 4 derart Strom zugeführt wird, dass er ein magnetisches Drehfeld erzeugt, das sich mit der bestimmten Drehzahl n.Rad des Rades 17 und/oder des Rotors 4 oder der bestimmten Differenzdrehzahl n.Diff des Rotors 4 gegenüber dem Stator 3 dreht. Der Rotor 4 wird so lange bestromt, bis die Position des Stators 3 wieder stationär ist, er sich also nicht mehr relativ zur Radachse dreht, sondern gegenüber der Radachse stillsteht, und damit die relative Drehzahl n.Diff zwischen Stator 3 und Rotor 4 wieder mit der Drehzahl n.Rad des Rades 17 und/oder des Rotors 4 in Einklang steht. Das Mittel S4.M in dem Beschleunigungsschritt S4 dient somit zum Hochfahren der Drehzahl des Stators 3 über die vordefinierte Charakteristik des Stromgenerators 1.If, on the other hand, it is determined in query A2 that the two values deviate from one another by more than the tolerance specified by the first threshold value, i.e. for example if the differential speed n.Diff of the rotor 4 compared to the stator 3 is less than the speed of the wheel 17 and/or or the rotor 4, it is concluded that there is a fault and the stator 3 is overturning, and the steps of stopping the overturning of the stator 3 and recapturing the stator 3 are initiated. To end the overturning of the stator 3, the current generator 1 is then switched over from the generator mode GM to the motor mode in the switching step S3, for which purpose the means S3.M initially switch off the generator load GL. In the following acceleration step S4, the rotor 4 is energized in such a way that the stator 3 is thereby accelerated. This is preferably done in such a way that the rotor 4 is supplied with current in such a way that it generates a rotating magnetic field that changes with the specific speed n.Rad of the wheel 17 and/or the rotor 4 or the specific differential speed n.Diff of the rotor 4 relative to the stator 3 rotates. The rotor 4 is energized until the position of the stator 3 is stationary again, i.e. it no longer rotates relative to the wheel axle but stands still relative to the wheel axle, and thus the relative speed n.Diff between the stator 3 and rotor 4 again the speed n.Rad of the wheel 17 and/or the rotor 4 is consistent. The means S4.M in the acceleration step S4 is therefore used to increase the speed of the stator 3 via the predefined characteristic of the current generator 1.

Im Anschluss an den Beschleunigungsschritt S4 wird ein Warteschritt S5 durchgeführt, in dem während einer Wartezeit von beispielsweise 5 s der Stromgenerator 1 nicht bestromt wird, damit sich der Stator 3 einschwingen kann. Als zugehöriges Mittel S5.M dient das Abschalten der Bestromung des Stromgenerators 1 im Motormodus. Alternativ oder zusätzlich zu dem Warteschritt S5 kann auch eine Abfrage durchgeführt werden, ob die Drehzahl des Rades 17 und/oder des Rotors 4 um weniger als einen zweiten Schwellenwert von der bestimmten Differenzdrehzahl n.Diff des Rotors 4 gegenüber dem Stator 3 abweicht. Der zweite Schwellenwert kann ebenfalls benutzerdefiniert festlegbar sein und der erste und der zweite Schwellenwert können gleich oder verschieden sein. Nachdem der Stator 3 mit Erfolg wieder eingefangen wurde, erfolgt in dem Umschaltschritt S6 das automatische Umschalten aus dem Motormodus in den Generatormodus GM und der reguläre, fehlerfreie Betrieb des Stromgenerators 1 wird fortgesetzt. Auch in diesem Fall werden die einzelnen Schritte wiederholt, d.h. das Ablaufschema wird fortgesetzt in Schleifen durchlaufen.Following the acceleration step S4, a waiting step S5 is carried out, in which the current generator 1 is not supplied with current during a waiting time of, for example, 5 s so that the stator 3 can settle down. Switching off the current supply to the current generator 1 in the motor mode serves as the associated means S5.M. As an alternative or in addition to the waiting step S5, a query can also be carried out as to whether the speed of the wheel 17 and/or the rotor 4 deviates by less than a second threshold value from the determined speed difference n.Diff of the rotor 4 in relation to the stator 3. The second threshold may also be user-definable and the first and second thresholds may be the same or different. After the stator 3 has been successfully recaptured, automatic switching from the motor mode to the generator mode GM takes place in switching step S6, and the regular, error-free operation of the power generator 1 is continued. In this case, too, the individual steps are repeated, ie the flowchart continues to run through in loops.

Das in 9 in Ergänzung zu der 7 dargestellte Diagramm stellt das im Generatorbetrieb GM zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 3 entstehende Drehmoment M.Gen des Stromgenerators 1 und die korrespondierende Stellung des Stators 3, d.h. den Auslenkungswinkel β des Stators 3 aus der Ruhestellung, jeweils in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs qualitativ dar. Die durchgezogene waagrechte Linie im Diagramm zeigt das maximal zulässige Drehmoment M.Gen.max des Stromgenerators 1. Die gestrichelte Linie zeigt das Drehmoment M.Gen.o des Stromgenerators 1, wie es sich ohne Eingriff, Steuerung oder Regelung ergeben würde. Die Doppellinie zeigt den Auslenkungswinkel β.o des Stators 3, wie er sich ohne Eingriff, Steuerung oder Regelung einstellen würde. Beim Erreichen der Grenzgeschwindigkeit v.max beträgt der Auslenkungswinkel β=90°, d.h. das Pendel 22 befindet sich in der waagrechten Stellung. In dieser Stellung erreicht das Gegendrehmoment M.Stator des Stators 3 sein Maximum und wird mit weiter zunehmendem Auslenkungswinkel β wieder kleiner. Eine Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit v über die Grenzgeschwindigkeit v.max hinaus hätte deshalb ohne weitere Regelung ein Überschlagen des Stators 3 zur Folge, wobei der Stator 3 in unkontrollierte Rotation um seine Drehachse gerät.This in 9 in addition to the 7 The diagram shown represents the torque M.Gen of the current generator 1 occurring between the rotor 4 and the stator 3 during generator operation GM and the corresponding position of the stator 3, i.e. the deflection angle β of the stator 3 from the rest position, each as a function of the speed v des Vehicle qualitatively. The solid horizontal line in the diagram shows the maximum permissible torque M.Gen.max of the power generator 1. The dashed line shows the torque M.Gen.o of the power generator 1 as it would result without intervention, control or regulation . The double line shows the deflection angle β.o of the stator 3 as it would occur without intervention, open-loop or closed-loop control. When the limit speed v.max is reached, the deflection angle is β=90°, ie the pendulum 22 is in the horizontal position. In this position, the counter-torque M.Stator of the stator 3 reaches its maximum and becomes smaller again as the deflection angle β continues to increase. Without further control, an increase in the vehicle speed v above the limit speed v.max would therefore result in the stator 3 overturning, with the stator 3 starting to rotate about its axis of rotation in an uncontrolled manner.

Im Ergebnis sollte ab einer gewissen Geschwindigkeit v des Fahrzeugs bzw. der korrespondierenden Drehzahl n.Rad des Rades 17 die von dem Stromgenerator 1 abgegebene elektrische Leistung, d.h. der Strom des Stromgenerators 1 nicht mehr zunehmen, damit der Stator 3 nicht so weit ausgelenkt wird, dass er nicht mehr das erforderliche Gegendrehmoment bereitstellen kann. Die Dreifachlinie zeigt den Verlauf des entsprechend mittels einer Lastregelung geregelten Drehmoments M.Gen.m des Stromgenerators 1 für den Grenzfall, dass für den maximal zulässigen Auslenkungswinkel β der Grenzwert von 90° angenommen wird. Bevorzugt wird die Lastregelung derart durchgeführt, dass im Fahrbetrieb des Rades 17 die maximale Auslenkung des Stators 3 um den Auslenkungswinkel β aus seiner senkrechten Ruhestellung in die Arbeitsstellung maximal 90° beträgt.As a result, from a certain speed v of the vehicle or the corresponding speed n.Rad of the wheel 17, the electrical power output by the power generator 1, i.e. the current of the power generator 1, should no longer increase so that the stator 3 is not deflected so far that it can no longer provide the required counter-torque. The triple line shows the profile of the torque M.Gen.m of the current generator 1, which is controlled accordingly by means of a load control, for the limit case in which the limit value of 90° is assumed for the maximum permissible deflection angle β. The load control is preferably carried out in such a way that when the wheel 17 is in motion, the maximum deflection of the stator 3 by the deflection angle β from its vertical rest position to the working position is a maximum of 90°.

Die 10 zeigt ein beispielhaftes Ablaufschema der Lastregelung des Stromgenerators 1, die dazu dient, die Häufigkeit des Überschlagens des Stators 3 zu begrenzen.the 10 shows an exemplary flow chart of the load control of the power generator 1, which is used to limit the frequency of overturning of the stator 3.

Nach dem Initialisieren 23 der Steuerung wird in einem ersten Schritt T1 eine für die momentane Geschwindigkeit v des mit dem Rad 17 bewegten Objektes charakteristische Drehzahl bestimmt, aus der abgeleitet werden kann, wie groß die momentan maximal von dem Stromgenerator 1 ohne Lastregelung erzeugbare elektrische Leistung ist. Diese bestimmte charakteristische Drehzahl kann insbesondere die Drehzahl n.Rad des Rades und/oder des Rotors 4 relativ zur feststehenden Radachse oder die Differenzdrehzahl n.Diff des Rotors 4 gegenüber dem Stator 3 sein. Die Bestimmung erfolgt mit einem Mittel T1.M zum Bestimmen des Systemstatus beispielsweise durch das Bestimmen des zeitlichen Abstands der Nulldurchgänge der sinusförmigen Spannung einer Phase des Rotors 4, woraus die Differenzdrehzahl n.Diff ermittelt werden kann. Alternativ kommt auch die Nutzung von Signalen eines im Rad 17 verbauten Hallsensors in Frage.After the initialization 23 of the controller, in a first step T1, a rotational speed characteristic of the instantaneous speed v of the object moving with the wheel 17 is determined, from which it can be derived how large the instantaneous maximum electrical power that can be generated by the current generator 1 without load control is . This specific characteristic speed can in particular be the speed n.Rad of the wheel and/or the rotor 4 relative to the stationary wheel axle or the differential speed n.Diff of the rotor 4 in relation to the stator 3 . The determination is made with a means T1.M for determining the system status, for example by determining the time interval between the zero crossings of the sinusoidal voltage of a phase of the rotor 4, from which the differential speed n.Diff can be determined. Alternatively, the use of signals from a Hall sensor installed in the wheel 17 can also be considered.

Im nächsten Schritt wird in einer Abfrage B1 überprüft, ob die bestimmte charakteristische Drehzahl größer als eine benutzerdefinierte Einschaltschwelle ist. Falls die Antwort ja ist, wird im nachfolgenden Schritt T2 dem Stromgenerator 1 eine elektrische Last entnommen. Diese Last ist vorzugsweise gering, d.h. erheblich kleiner als die maximal von dem Stromgenerator erzeugbare elektrische Leistung als die im aktuellen Betriebszustand des Stromgenerators erzeugbare elektrische Leistung. Als Mittel T2.M hierzu dient eine Stromgenerator-Lastregelung, die eine minimale Stromentnahme einstellt. Im darauffolgenden Schritt T3 wird die charakteristische Drehzahl erneut bestimmt. Die Bestimmung erfolgt mit einem Mittel T3.M zum Bestimmen des Lastregelung-Systemstatus, beispielsweise durch das Bestimmen des zeitlichen Abstands der Nulldurchgänge der sinusförmigen Spannung einer Phase des Rotors 4. In der sich daran anschließenden Abfrage B2 wird dann geprüft, ob diese charakteristische Drehzahl kleiner als eine Ausschaltschwelle ist.In the next step, a query B1 checks whether the determined characteristic speed is greater than a user-defined switch-on threshold. If the answer is yes, an electrical load is taken from the power generator 1 in the subsequent step T2. This load is preferably low, i.e. significantly smaller than the maximum electrical power that can be generated by the power generator than the electrical power that can be generated in the current operating state of the power generator. A current generator load control, which sets a minimum current draw, serves as a means T2.M for this purpose. In the subsequent step T3, the characteristic speed is determined again. The determination is made with a means T3.M for determining the load control system status, for example by determining the time interval between the zero crossings of the sinusoidal voltage of a phase of the rotor 4. In the subsequent query B2, it is then checked whether this characteristic speed is lower than a turn-off threshold.

Falls die Antwort in der Abfrage B2 ja ist, wird in einem Schritt T4 die Generatorlast ausgeschaltet und das Verfahren kehrt zu dem Schritt T1 zurück. Ist die Antwort in der Abfrage B2 dagegen nein, wird in einem Schritt T5 die Generatorlast, d.h. der von dem Stromgenerator 1 abgegebene Strom, in Abhängigkeit von der charakteristischen Drehzahl geregelt. Die Lastregelung erfolgt somit entsprechend der vordefinierten Charakteristik des Stromgenerators 1 im Generatormodus. Als Mittel T5.M hierzu dient eine Stromgenerator-Lastregelung, vorzugsweise unter Verwendung eines vordefinierten oder programmierten Kennfeldes mit der Charakteristik des Stromgenerators 1. Mittels der Lastregelung kann im Generatormodus der Strom des Stromgenerators 1 und somit das Drehmoment des Stromgenerators 1 geregelt werden. Dabei kehrt das Verfahren in einer Regelschleife zu dem Schritt T3 zurück.If the answer to query B2 is yes, the generator load is switched off in a step T4 and the method returns to step T1. If, on the other hand, the answer to query B2 is no, in a step T5 the generator load, ie the current delivered by the current generator 1, is regulated as a function of the characteristic speed. The load regulation thus takes place in accordance with the predefined characteristics of the current generator 1 in the generator mode. A power generator load control is used as a means T5.M for this purpose, preferably using a predefined or programmed characteristic diagram with the characteristics of the power generator 1. By means of the load control, in Genera Tormodus the current of the power generator 1 and thus the torque of the power generator 1 are regulated. The method then returns to step T3 in a control loop.

Mittels der Lastregelung kann somit ein unzulässig hohes Generatordrehmoment zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 3 vermieden werden, das ohne Lastregelung zu einem Überschlagen des Stators 3 führen würde, wie anhand der 9 erläutert wurde. Die Lastregelung erfolgt dabei in der Weise, dass im Generatormodus der Auslenkungswinkel des Stators 3 auf einen Grenzwert von weniger als 90° begrenzt wird. Ab einer bestimmten Geschwindigkeit v des Fahrzeugs bzw. ab der korrespondierenden Drehzahl des Rades 17 bzw. des Rotors 3 begrenzt die Lastregelung die elektrische Leistung des Stromgenerators 1, um die maximale Auslenkung des Stators 3 im Generatormodus zu beschränken.An impermissibly high generator torque between the rotor 4 and the stator 3 can thus be avoided by means of the load control, which would lead to a rollover of the stator 3 without load control, as shown in FIG 9 was explained. The load regulation takes place in such a way that the deflection angle of the stator 3 is limited to a limit value of less than 90° in the generator mode. From a certain speed v of the vehicle or from the corresponding speed of the wheel 17 or the rotor 3, the load control limits the electrical power of the current generator 1 in order to limit the maximum deflection of the stator 3 in generator mode.

Im Rahmen der Erfindung wurde gefunden, dass die Lastregelung bevorzugt derart erfolgt, dass im Fahrbetrieb des Rades 17 die maximale Auslenkung des Stators 3 um den Auslenkungswinkel β aus seiner senkrechten Ruhestellung in die Arbeitsstellung maximal 90° beträgt. Der Stromgenerator 1 ist dann unempfindlicher gegenüber ein Überschlagen auslösende Einflüsse, ohne dass durch die Lastregelung das Drehmoment zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 3 und somit die von dem Stromgenerator 1 erzeugte elektrische Leistung zu stark beschränkt wird.It was found within the scope of the invention that the load control preferably takes place in such a way that when the wheel 17 is in motion, the maximum deflection of the stator 3 by the deflection angle β from its vertical rest position to the working position is a maximum of 90°. The power generator 1 is then less sensitive to influences that trigger overturning, without the torque between the rotor 4 and the stator 3 and thus the electrical power generated by the power generator 1 being restricted too severely by the load control.

Die beschriebene Lastregelung des Stromgenerators 1 kann auch ohne das Verfahren zum Wiedereinfangen eines sich überschlagenden Stators 3 eingesetzt werden. In bevorzugten Ausführungsformen wird jedoch die Lastregelung in Kombination mit dem Wiedereinfangen des Stators 3 im Falle seines Überschlagens eingesetzt. Dies liegt daran, dass die Lastregelung grundsätzlich die von dem Stromgenerator 1 erzeugte elektrische Leistung beschränkt. Um eine möglichst hohe Energieausbeute zu erzielen, sollte diese Leistungsbeschränkung möglichst gering ausfallen. Wenn die Lastregelung ohne das Verfahren zum Erkennen und Beenden des Überschlagens durchgeführt wird, muss die elektrische Leistung des Stromgenerators 1 in hohem Maße beschränkt werden, um ein Überschlagen des Stators 3 weitestgehend zu vermeiden. Wenn die Lastregelung dagegen in Kombination mit dem Verfahren zum Erkennen und Beenden des Überschlagens angewendet wird, braucht die elektrische Leistung des Stromgenerators 1 in weitaus geringerem Maße beschränkt werden. In diesem Fall kann ein gelegentliches Überschlagen des Stators 3 in Kauf genommen werden, da das Überschlagen nicht fortdauert, sondern der Stator 3 umgehend wieder eingefangen wird. Bei einer Kombination der Lastregelung mit dem Wiedereinfangen kann der Stromgenerator 1 somit in einem optimierten Bereich arbeiten, in dem eine höhere Energieausbeute als bei alleiniger Lastregelung erzielt wird.The load control of the power generator 1 described can also be used without the method for recapturing a stator 3 that has overturned. However, in preferred embodiments, the load regulation is used in combination with the recapture of the stator 3 in the event of its overturning. This is because the load regulation basically limits the electrical power generated by the power generator 1 . In order to achieve the highest possible energy yield, this power limitation should be as small as possible. If the load control is performed without the flashover detection and termination method, the electric power of the power generator 1 must be restricted to a large extent in order to prevent the stator 3 from flashover as much as possible. On the other hand, when the load control is used in combination with the rollover detecting and stopping method, the electric power of the power generator 1 needs to be restricted to a much lesser extent. In this case, an occasional overturning of the stator 3 can be accepted since the overturning does not continue, but the stator 3 is immediately caught again. With a combination of load regulation with recapture, the current generator 1 can thus work in an optimized range in which a higher energy yield is achieved than with sole load regulation.

Die 11 zeigt als Ausführungsbeispiel eines Kennfeldes, das bei der in 10 veranschaulichten Lastregelung verwendet wird, eine zum Realisieren der Lastregelung des Stromgenerators 1 im Generatormodus verwendete Kennlinie 24, die programmiert oder abgespeichert ist. In dem Diagramm ist die die geregelte elektrische Ausgangsleistung P des Stromgenerators 1 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v qualitativ dargestellt. Der Ladestrom für einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einen Akkumulator, wird mittels eines Ladereglers für den linearen Bereich der Kurve des Kennfelds proportional zur Ausgangsleistung P des Stromgenerators 1 eingestellt. Die aufgenommene Leistung des Ladereglers entspricht der Ausgangsleistung des Generators P. Die Spannung am Laderegler wird im gesamten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs konstant gehalten, während die Ausgangsspannung des Stromgenerators mit ansteigender Fahrzeuggeschwindigkeit v zunimmt. Im Ergebnis resultieren daraus abweichende Werte für den Strom des Stromgenerators 1 und den vom Laderegler abgegebenen Ladestrom.the 11 shows as an exemplary embodiment of a map that is used in the in 10 illustrated load regulation is used, a characteristic curve 24 used for realizing the load regulation of the current generator 1 in the generator mode, which is programmed or stored. The diagram qualitatively shows the controlled electrical output power P of the power generator 1 as a function of the vehicle speed v. The charging current for an electrical energy store, for example an accumulator, is set proportionally to the output power P of the current generator 1 by means of a charge controller for the linear range of the curve of the characteristics map. The power consumed by the charge controller corresponds to the output power of the generator P. The voltage at the charge controller is kept constant throughout the vehicle's speed range, while the output voltage of the current generator increases with increasing vehicle speed v. As a result, different values result for the current of the current generator 1 and the charging current delivered by the charge controller.

Die 12 zeigt eine blockschaltbildartige Prinzipdarstellung des elektrischen, elektronischen oder elektrotechnischen Aufbaus des Gesamtsystems bei einem Stromgenerator 1. Darin sind jeweils der Energiefluss und der Datenfluss zwischen den einzelnen Teilsystemen und Komponenten dargestellt. Kern- und Knotenpunkt ist eine Steuerung 30, in der alle Systemdaten zusammengeführt und verarbeitet werden und die die Systemkomponenten ansteuert. Sie umfasst vorzugsweise einen Mikroprozessor oder Microcontroller 31. Die Steuerung 30 empfängt Daten aus der Bestimmung 32 der Drehzahl des Rades 17 und/oder des Rotors 4, beispielsweise von einem Beschleunigungssensor 33, und aus der Bestimmung 34 der Differenzdrehzahl zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 3, beispielsweise mittels der Auswertung 35 von Nulldurchgängen einer Stromphase der Generatorspannung. Mit diesen Daten kann das Wiedereinfangen des sich überschlagenden Stators 3 oder die Lastregelung durchgeführt werden. Über die Motoransteuerung 36 des Stromgenerators 1, beispielsweise einen EC-Motortreiber 37, kann der Rotor 4 des Stromgenerators 1 angesteuert werden. Die ausgangsseitige Spannungsstabilisierung 38 des Stromgenerators 1 dient zum Gleichrichten und Stabilisieren der vorzugsweise dreiphasigen Ausgangsspannung des Stromgenerators 1. Sie umfasst beispielsweise einen B6-Gleichrichter 39 und einen Auf-/Abwärtswandler 40.the 12 shows a block diagram-like basic representation of the electrical, electronic or electrotechnical structure of the overall system in a power generator 1. It shows the energy flow and the data flow between the individual subsystems and components. The core and node is a controller 30 in which all system data are brought together and processed and which controls the system components. It preferably includes a microprocessor or microcontroller 31. The controller 30 receives data from the determination 32 of the speed of the wheel 17 and/or the rotor 4, for example from an acceleration sensor 33, and from the determination 34 of the speed difference between the rotor 4 and the stator 3, for example by evaluating 35 zero crossings of a current phase of the generator voltage. With this data, the recovery of the overturning stator 3 or the load control can be performed. The motor control 36 of the power generator 1, for example an EC motor driver 37, can be used to control the rotor 4 of the power generator 1. The output-side voltage stabilizer 38 of the power generator 1 serves to rectify and stabilize the preferably three-phase output voltage of the power generator 1. It includes, for example, a B6 rectifier 39 and a step-up/step-down converter 40.

Mittels der Steuerung 30 wird über die Stromgeneratoransteuerung 36 (z.B. einen EC-Motortreiber 37) die motorische Ansteuerung des Rotors 4 bzw. des Stromgenerators 1 durchgeführt sowie der Ladestrom einer Energiespeicherung 41 beeinflusst. Die Energiespeicherung 41 umfasst beispielsweise ein Akkumulator-Management-System 42 und einen elektrischen Energiespeicher 43, z.B. einen Lithium-Ionen-Akkumulator. An die Energiespeicherung 41 ist eine von dem Stromgenerator 1 mit Strom versorgte elektrische Last 44 angeschlossen, beispielsweise eine LED-Beleuchtung 45. The controller 30 uses the power generator control 36 (eg an EC motor driver 37) to drive the rotor 4 or the power generator 1 by motor and influence the charging current of an energy storage device 41 . The energy storage 41 includes, for example, a battery management system 42 and an electrical energy store 43, such as a lithium-ion battery. An electrical load 44 supplied with power by the power generator 1, for example LED lighting 45, is connected to the energy storage device 41.

Alle dargestellten Komponenten oder eine Auswahl davon können auf einer gemeinsamen Elektronikplatine angeordnet sein.All of the components shown or a selection thereof can be arranged on a common electronic circuit board.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 202018000319 U1 [0008]DE 202018000319 U1 [0008]
  • US 2014/0043839 A1 [0008]US 2014/0043839 A1 [0008]
  • DE 202018000629 U1 [0009, 0055]DE 202018000629 U1 [0009, 0055]

Claims (18)

Elektromagnetischer Stromgenerator (1), der einen drehbar gelagerten Stator (3) mit einem exzentrischen Massenschwerpunkt (21) und einen relativ zu dem Stator (3) drehbaren Rotor (4) aufweist, und der derart an einem Rad (17) eines mittels des Rades (17) bewegbaren Objektes montierbar ist, dass sich beim Drehen des Rades (17) der Rotor (4) relativ zu dem Stator (3) dreht und dadurch der Stromgenerator (1) in einem Generatormodus Strom erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromgenerator (1) folgendes umfasst: - Ein erstes Mittel, das zum Erkennen, ob sich der Stator (3) überschlägt, ausgebildet ist, umfassend - ein Mittel zum Bestimmen der Drehzahl des Rades (17) und/oder des Rotors (4), - ein Mittel zum Bestimmen der Differenzdrehzahl des Rotors (4) gegenüber dem Stator (3), - ein Mittel zum Vergleichen der bestimmten Drehzahl des Rades (17) und/oder des Rotors (4) und der bestimmten Differenzdrehzahl des Rotors (4) gegenüber dem Stator (3), und - ein Mittel zum Erkennen des Überschlagens des Stators (3) daraus, dass die bestimmte Drehzahl des Rades (17) und/oder des Rotors (4) um mehr als einen insbesondere benutzerdefinierten ersten Schwellenwert von der bestimmten Differenzdrehzahl des Rotors (4) gegenüber dem Stator (3) abweicht, - und ein zweites Mittel, das dazu ausgebildet ist, für den Fall, dass von dem ersten Mittel ein Überschlagen des Stators (3) erkannt wird, das Überschlagen des Stators (3) zu beenden, indem der Rotor (4) derart mit Strom beaufschlagt wird, dass der Stator (3) hierdurch beschleunigt wird.Electromagnetic current generator (1), which has a rotatably mounted stator (3) with an eccentric center of mass (21) and a rotor (4) which can be rotated relative to the stator (3), and which is mounted on a wheel (17) in this way by means of the wheel (17) movable object can be mounted, that when the wheel (17) turns, the rotor (4) rotates relative to the stator (3) and the power generator (1) thereby generates power in a generator mode, characterized in that the power generator ( 1) comprises: - a first means adapted to detect whether the stator (3) is overturning, comprising - means for determining the rotational speed of the wheel (17) and/or the rotor (4), - a Means for determining the differential speed of the rotor (4) compared to the stator (3), - a means for comparing the determined speed of the wheel (17) and/or the rotor (4) and the determined differential speed of the rotor (4) compared to the stator (3), and - a means of recognizing the over striking the stator (3) because the determined speed of the wheel (17) and/or the rotor (4) deviates by more than a, in particular, user-defined first threshold value from the determined differential speed of the rotor (4) compared to the stator (3), - and a second means which is designed to end the flashing of the stator (3) in the event that the first means detects a flashover of the stator (3) by applying current to the rotor (4) in this way is that the stator (3) is thereby accelerated. Stromgenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, dass der Stromgenerator (1) aus dem Generatormodus, in dem im Rotor (4), insbesondere in Leiterwicklungen des Rotors (4), Strom erzeugt wird, in einen Motormodus umgeschaltet wird, in dem vom Rotor (4), insbesondere von den mit Strom beaufschlagten Leiterwicklungen des Rotors (4), ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugt wird, durch das der sich überschlagende Stator (3) angetrieben und mittels der Stromzuführung zu dem Rotor (4) wieder in eine insbesondere stationäre Arbeitsstellung gebracht wird.power generator after claim 1 , characterized by a means which is designed to switch the current generator (1) from the generator mode, in which current is generated in the rotor (4), in particular in conductor windings of the rotor (4), to a motor mode in which a rotating electromagnetic field is generated by the rotor (4), in particular by the conductor windings of the rotor (4) to which current is applied, by means of which the overturning stator (3) is driven and, by means of the power supply to the rotor (4), again in a particularly stationary position working position is brought. Stromgenerator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, dass der Rotor (4) im Motormodus derart mit Strom beaufschlagt wird, dass er ein magnetisches Drehfeld erzeugt, das sich mit der bestimmten Drehzahl des Rades (17) und/oder des Rotors (4) oder der bestimmten Differenzdrehzahl des Rotors (4) gegenüber dem Stator (3) dreht.power generator after claim 2 , characterized by a means which is designed to apply current to the rotor (4) in motor mode in such a way that it generates a rotary magnetic field which changes with the specific speed of the wheel (17) and/or the rotor (4 ) or the specific speed difference between the rotor (4) and the stator (3) rotates. Stromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, dass der Rotor (4) insbesondere im Motormodus so lange mit Strom beaufschlagt wird, bis die Drehzahl des Rades (17) und/oder des Rotors (4) um weniger als einen insbesondere benutzerdefinierten zweiten Schwellenwert von der Differenzdrehzahl des Rotors (4) gegenüber dem Stator (3) abweicht.Current generator according to one of the preceding claims, characterized by a means which is designed so that the rotor (4), in particular in motor mode, is supplied with current until the speed of the wheel (17) and/or the rotor (4) is less than a particular user-defined second threshold value of the differential speed of the rotor (4) compared to the stator (3). Stromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, dass der Rotor (4) insbesondere im Motormodus während einer vorgegebenen Zeitdauer mit Strom beaufschlagt wird und der Stromgenerator (1) danach in den Generatormodus zurückgeschaltet wird.Power generator according to one of Claims 1 until 3 , characterized by a means which is designed so that the rotor (4), in particular in the motor mode, is supplied with current for a predetermined period of time and the current generator (1) is then switched back to the generator mode. Stromgenerator nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, dass die vorgegebene Zeitdauer des Motormodus in Abhängigkeit von der bestimmten Drehzahl des Rades (17) und/oder des Rotors (4) und/oder von der Geschwindigkeit (v) des mit dem Rad (17) bewegten Objektes gewählt wird und dabei ein vordefiniertes oder programmiertes Kennfeld verwendet wird, in dem die vorgegebene Zeitdauer des Motormodus in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rades (17) und/oder des Rotors (4) und/oder von der Geschwindigkeit (v) des mit dem Rad (17) bewegten Objektes festgelegt ist.power generator after claim 5 , characterized by a means which is designed so that the predetermined time duration of the motor mode depending on the determined speed of the wheel (17) and / or the rotor (4) and / or the speed (v) of the wheel ( 17) moving object is selected and a predefined or programmed characteristic map is used in which the specified time duration of the motor mode depending on the speed of the wheel (17) and/or the rotor (4) and/or the speed (v) of the wheel (17) moving object is fixed. Stromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, dass nachdem der Rotor (4) mit Strom beaufschlagt wird, insbesondere der Stromgenerator (1) in den Motormodus umgeschaltet wird, eine insbesondere benutzerdefinierte Pausenzeit abgewartet wird und erst nach dem Verstreichen der Pausenzeit der Stromgenerator (1) in den Generatormodus geschaltet und dem Stromgenerator (1) Strom entnommen wird.Power generator according to one of the preceding claims, characterized by a means which is designed so that after the rotor (4) is supplied with current, in particular the power generator (1) is switched to the motor mode, a user-defined pause time is awaited and only after the elapse of the pause time, the power generator (1) is switched to generator mode and power is drawn from the power generator (1). Stromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, dass mindestens einer der Schwellenwerte einen fest vorgegebenen, von Null abweichenden Wert hat, insbesondere zwischen 0,1/s und 20/s, bevorzugt zwischen 0,2/s und 10/s und besonders bevorzugt zwischen 0,5/s und 5/s.Current generator according to one of the preceding claims, characterized by a means which is designed so that at least one of the threshold values has a fixed predetermined value deviating from zero, in particular between 0.1/s and 20/s, preferably between 0.2/s s and 10/s and more preferably between 0.5/s and 5/s. Stromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, dass mindestens einer der Schwellenwerte einen von Null abweichenden Wert hat, der von der Geschwindigkeit (v) des mit dem Rad (17) bewegten Objektes und/oder von der Drehzahl des Rotors (4) und/oder Rades (17) abhängt und aus dieser abgeleitet wird.Current generator according to one of the preceding claims, characterized by a means which is designed to ensure that at least one of the threshold values has a non-zero value which depends on the speed (v) of the object moved by the wheel (17) and/or on the Speed of the rotor (4) and / or wheel (17) depends and is derived from this. Stromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, dass die Drehzahl des Rades (17) und/oder des Rotors (4) auf mindestens eine der folgenden Weisen bestimmt wird: - Verwendung eines Drehzahlsensors, der die Drehzahl misst, - Verwendung eines Beschleunigungssensors, der die Größe der Zentrifugalbeschleunigung oder die Frequenz der Richtungsänderung gegenüber der Schwerkraft misst, - Verwendung eines Magnetfeldsensors, der die Frequenz der Richtungsänderung gegenüber dem Erdmagnetfeld oder gegenüber einem Referenzmagneten misst, - Verwendung eines induktiven Sensors, - Verwendung eines Ultraschallsensors, - Verwendung eines optischen Sensors, - Verwendung eines exzentrisch ausgerichteten Mikrofons zum Erfassen von Abrollgeräuschen des Rades (17).Power generator according to one of the preceding claims, characterized by a means designed to determine the speed of the wheel (17) and/or the rotor (4) in at least one of the following ways: - Use of a speed sensor that detects the speed - using an accelerometer, which measures the magnitude of centrifugal acceleration or the frequency of change of direction with respect to gravity, - using a magnetic field sensor, which measures the frequency of change of direction with respect to the earth's magnetic field or with respect to a reference magnet, - using an inductive sensor, - using a Ultrasonic sensor, - use of an optical sensor, - use of an eccentrically aligned microphone for detecting rolling noise of the wheel (17). Stromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, dass die Differenzdrehzahl des Rotors (4) gegenüber dem Stator (3) auf mindestens eine der folgenden Weisen bestimmt wird: - Bestimmung des zeitlichen Abstandes der Nulldurchgänge des von dem Rotor (4) erzeugten Stromes oder mindestens einer Phase des Stromes, - Verwendung eines Drehzahlsensors, beispielsweise eines Hallsensors, der die Differenzdrehzahl misst.Current generator according to one of the preceding claims, characterized by a means which is designed to determine the differential speed of the rotor (4) relative to the stator (3) in at least one of the following ways: - Determination of the time interval between the zero crossings of the Rotor (4) generated current or at least one phase of the current, - Use of a speed sensor, such as a Hall sensor, which measures the differential speed. Stromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, dass der von dem Stromgenerator (1) abgegebene Strom mittels einer Lastregelung derart geregelt wird, dass er unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes bleibt.Current generator according to one of the preceding claims, characterized by a means which is designed to regulate the current delivered by the current generator (1) by means of load regulation in such a way that it remains below a predetermined limit value. Stromgenerator nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, dass der Grenzwert derart vorgegeben wird, dass im Generatormodus des Stromgenerators (1) die Auslenkung des Stators (3) aus seiner senkrechten Ruhestellung in die Arbeitsstellung weniger als 90°, insbesondere weniger als 60° beträgt.power generator after claim 12 , characterized by means that are designed to specify the limit value in such a way that, in the generator mode of the current generator (1), the deflection of the stator (3) from its vertical rest position into the working position is less than 90°, in particular less than 60° amounts to. Stromgenerator nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch ein Mittel, das zur Durchführung der folgenden Schritte ausgebildet ist: - Einen ersten Schritt zum Bestimmen einer für eine momentane Geschwindigkeit (v) des mit dem Rad (17) bewegten Objektes charakteristischen Drehzahl, aus der abgeleitet werden kann, wie groß die momentan maximal von dem Stromgenerator (1) ohne Lastregelung erzeugbare elektrische Leistung ist, - einen zweiten Schritt, in dem geprüft wird, ob die bestimmte charakteristische Drehzahl größer als eine insbesondere benutzerdefinierte Einschaltschwelle ist, - falls der zweite Schritt positiv beantwortet wird, einen dritten Schritt, in dem dem Stromgenerator (1) eine elektrische Last entnommen wird, und einen vierten Schritt, in dem die charakteristische Drehzahl wieder bestimmt wird, sowie einen fünften Schritt, in dem geprüft wird, ob diese charakteristische Drehzahl kleiner als eine insbesondere benutzerdefinierte Ausschaltschwelle ist, - falls der fünfte Schritt negativ beantwortet wird, einen sechsten Schritt, in dem die Generatorlast, d.h. der von dem Stromgenerator (1) abgegebene Strom, in Abhängigkeit von der charakteristischen Drehzahl geregelt wird, - falls der fünfte Schritt positiv beantwortet wird, einen alternativen sechsten Schritt, in dem die Generatorlast abgeschaltet wird.power generator after claim 12 or 13 , characterized by a means that is designed to carry out the following steps: - A first step for determining a for a momentary speed (v) of the wheel (17) moving object characteristic rotational speed, from which it can be derived how large the is currently the maximum electrical power that can be generated by the power generator (1) without load control, - a second step in which it is checked whether the determined characteristic speed is greater than a particularly user-defined switch-on threshold, - if the answer to the second step is positive, a third step , in which an electrical load is taken from the power generator (1), and a fourth step, in which the characteristic speed is determined again, and a fifth step, in which it is checked whether this characteristic speed is lower than a particularly user-defined switch-off threshold, - if the fifth step is answered negatively, a s next step, in which the generator load, ie the current output by the current generator (1), is controlled as a function of the characteristic speed, - if the fifth step is answered positively, an alternative sixth step, in which the generator load is switched off. Stromgenerator nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, dass als charakteristische Drehzahl die Drehzahl des Rades (17) und/oder des Rotors (4) oder die Differenzdrehzahl des Rotors (4) gegenüber dem Stator (1) bestimmt wird.power generator after Claim 14 , characterized by means which are designed to determine the speed of the wheel (17) and/or the rotor (4) or the speed difference between the rotor (4) and the stator (1) as the characteristic speed. Stromgenerator nach einem der Ansprüche 14 oder 15, gekennzeichnet durch ein Mittel, das dazu ausgebildet ist, dass in dem sechsten Schritt, in dem die Generatorlast, d.h. der von dem Stromgenerator (1) abgegebene Strom, mittels der Lastregelung geregelt wird, die Lastregelung gemäß einer vorgegebenen Charakteristik des Stromgenerators (1) durchgeführt und dabei ein vordefiniertes oder programmiertes Kennfeld verwendet wird, in dem die elektrische Leistung des Stromgenerators (1) im Generatormodus in Abhängigkeit von der charakteristischen Größe oder der Geschwindigkeit (v) des mit dem Rad (17) bewegten Objektes festgelegt ist.Power generator according to one of Claims 14 or 15 , characterized by a means which is designed so that in the sixth step, in which the generator load, ie the current supplied by the power generator (1), is controlled by means of the load control, the load control is carried out according to a predetermined characteristic of the power generator (1) carried out and a predefined or programmed characteristic map is used, in which the electrical power of the current generator (1) in the generator mode is defined as a function of the characteristic variable or the speed (v) of the wheel (17) moving object. Stromgenerator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromgenerator (1) ein Gehäuse (6) aufweist, mit dem er an einem Rad (17) montierbar ist, wobei das Gehäuse (6) vorzugsweise in einen zylindrischen Hohlraum der Nabe (19) des Rades (17) einsetzbar ist und/oder das Gehäuse (6) an das Rad (17) angepasst ist.Power generator (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the power generator (1) has a housing (6) with which it can be mounted on a wheel (17), the housing (6) preferably in a cylindrical cavity of the Hub (19) of the wheel (17) can be used and/or the housing (6) is adapted to the wheel (17). Rad (17), insbesondere für ein Fahrzeug, insbesondere Leichtmetallrad, mit einer Nabe (19), die einen zylindrischen Hohlraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zylindrischen Hohlraum der Nabe (19) ein elektromagnetischer Stromgenerator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist.Wheel (17), in particular for a vehicle, in particular a light metal wheel, with a hub (19) which has a cylindrical cavity, characterized in that in the cylindrical cavity of the hub (19) an electromagnetic current generator (1) is arranged according to one of the preceding claims.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20140043839A1 (en) 2012-08-10 2014-02-13 Kurt W. Bartels Wheel mounted lighting assembly
DE202018000319U1 (en) 2018-01-22 2018-02-23 Abt-System GmbH Vehicle rim with integrated lighting
DE202018000629U1 (en) 2018-02-08 2019-02-15 Ronal Ag Wheel, in particular light-alloy wheel

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