DE3626149A1 - Fahrrad-dynamo - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselstrom-Generator, ins­ besondere Fahrrad-Dynamo, gemäß dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1.

Derartige Generatoren sind allgemein bekannt, wobei beim Fahrrad-Dynamo der Rotor ein Reibrad umfaßt, das unter Kippen des gesamten Dynamos gegen den Reifen des Vorder­ oder Hinterrades eines Fahrrades schwenkbar ist, um dann vom Vorder- oder Hinterrad drehangetrieben zu werden. Der Wirkungsgrad derartiger Dynamos ist bekanntermaßen schlecht und nicht zuletzt bedingt durch die mechanischen Verluste im Wirkbereich Reifen/Reibrad.

Nicht wesentlich besser verhält es sich bei moderneren Walzendynamos.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wechselstrom-Generator ins­ besondere für Fahrräder, zu schaffen, der sich bei ein­ facher, kleinerer bzw. kompakterer Bauweise durch einen bemerkenswert höheren Wirkungsgrad als herkömmliche Genera­ toren auszeichnen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Konstruktion läßt sich so klein bzw. kompakt bauen, daß sie sich in die Nabe eines Fahr­ rades integrieren läßt derart, daß mechanische Reibungs­ verluste vollkommen vermieden werden können. Die Folge ist ein wesentlich höherer Gesamtwirkungsgrad des Generators im Verhältnis zu herkömmlichen Generatoren der hier interes­ sierenden Art.

Des weiteren zeichnet sich der erfindungsgemäße Generator bei entsprechend starker Magnetisierung und großer Anzahl von Nord- und Süd-Polen des Rotors durch ein großes Leistungsvermögen aus, die das Leistungsvermögen herkömm­ licher Generatoren, insbesondere Fahrrad-Dynamos, bei weitem übertrifft.

Die starke Magnetisierung bei extrem einfacher Bauweise läßt sich durch die Maßnahmen nach den Ansprüchen 2 ff. erzielen, wobei sich die Konstruktion nach Anspruch 3 und 5 bei radialer Beabstandung der Nord- und Süd-Pole und Anordnung der Polschuhe des Stators zwischen den radial voneinander beabstandeten Nord- und Südpolen des Rotors zum einen durch minimale magnetische Streuflüsse zwischen benachbarten Nord- und Süd-Polen des Rotors und zum anderen durch einen starken Magnetfluß zwischen den Nord- bzw. Süd-Polen des Rotors einerseits und dem Stator bzw. dessen Polschuhen andererseits auszeichnet.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele eines erfindungs­ gemäß ausgebildeten Fahrrad-Dynamos anhand der beigefüg­ ten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Rotor und Stator eines ersten Ausführungsbei­ spieles eines erfindungsgemäß ausgebildeten Dynamos in schematischer Seitenansicht;

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform des Endabschnitts (Polschuh) des Stators nach Fig. 1 in perspekti­ vischer Ansicht;

Fig. 3 Rotor und Stator eines zweiten Ausführungsbeispie­ les eines erfindungsgemäßen Dynamos in schemati­ scher Seitenansicht;

Fig. 4 Anordnung nach Fig. 3 in Axial- bzw. Stirnansicht;

Fig. 5 den Rotor eines dritten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäß ausgebildeten Dynamos in perspek­ tivischer Explosionsdarstellung;

Fig. 6 Rotor und Stator des dritten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Dynamos unter Verwendung eines Rotors nach Fig. 5, im schematischen Längsschnitt; und

Fig. 7 die Anordnung nach Fig. 6 teilweise im Querschnitt, teilweise in Axial- bzw. Stirnansicht.

Das in Fig. 1 in schematischer Seitenansicht dargestellte Ausführungsbeispiel eines Fahrrad-Dynamos umfaßt einen mit dem rotierenden Teil eines Fahrrads verbundenen Rotor 10 sowie einen gegenüber dem Rotor 10 ortsfest an­ geordneten Stator 11, der bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel aus einem eine Wicklung 12 tragenden Eisen­ oder dgl. -stab 13 besteht. Der so ausgebildete Stator 11 erstreckt sich im montierten Zustand in Richtung eines Durchmessers des Rotors 10. Die freien Enden des Eisen­ stabs 13 sind entsprechend Fig. 2 vorzugsweise abgeflacht bzw. konisch verjüngt ausgebildet, wobei sich die Abfla­ chung etwa parallel zur Rotorachse erstreckt. Dadurch lassen sich störende Streuflüsse beim Wechsel der Zuordnung von Südpol zum Nordpol usf. unterdrücken und dementsprechend die Anzahl der dem Stator 11 zugeordneten Nord- und Süd-Pole des Rotors 10 erhöhen. Die Nord- und Süd-Pole des Rotors 10 sind mit den Bezugs-Buchstaben "N" und "S" gekennzeichnet. Wie bereits angedeutet, um­ faßt der Rotor 10 eine Vielzahl von Nord- und Süd- Polen. Diese sind gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Dauermagnet-Pole, wobei längs des Umfangs jeweils abwechselnd ein Nordpol (N) und Südpol (S) angeordnet ist. Die Magnetisierung der Nord- und Süd-Pole des Rotors 10 erfolgt durch einen Dauermagneten mit großflächigem Nordpol 15 und entsprechend großflächigem Südpol 16. Konkret ist der Dauermagnet 14 als Kreisplatte ausgebildet, deren Längs-Mittelachse mit der Rotorachse zusammenfällt. Die eine Flachseite, hier die dem Stator 11 zugewandte Flachseite der den Dauermagneten 14 bilden­ den Kreisplatte definiert den Nordpol 15. Die gegenüber­ liegende, hier außen liegende Flachseite, bildet den Süd­ pol 16. Mit diesen beiden entgegengesetzten gepolten Flachseiten stehen Flußleitbleche 18, 19 in großflächigem Kontakt, wobei am äußeren Umfangsrand der beiden Fluß­ leitbleche 18, 19 jeweils sich radial erstreckende Lap­ pen ausgebildet sind, die im montierten Zustand jeweils nach derselben Richtung (in Fig. 1 nach rechts) umge­ bogen sind derart, daß sie sich etwa parallel zur Längs­ mittelachse 17 des Dauermagneten 14 bzw. Rotorachse er­ strecken. Die dem Nordpol 15 und Südpol 16 des Dauer­ magneten 14 zugeordneten Lappen bilden die den Nordpol (N) bzw. Südpol (S) definierenden Polschuhe 20 bzw. 21 des Rotors 10, denen der oben beschriebene Stator 11 zugeordnet ist. Der Stator 11 ist innerhalb des durch die Polschuhe 20, 21 definierten Umfangs angeordnet, und zwar derart, daß der Luftspalt zwischen den freien Enden des Eisen- oder dgl. -stabs 13 und den umlaufenden Polschuhen 20, 21 minimal ist. Die die Nordpole (N) und Südpole (S) definierenden Polschuhe 20 bzw. 21 sind in Umfangsrichtung jeweils versetzt zueinander angeordnet derart, daß sie eine gemeinsame Umfangsfläche bilden. Die Anzahl der Pol­ schuhe 20, 21 ist wesentlich größer als die dargestellte Anzahl. Je größer die Anzahl der Dauermagnet-Pole bzw. Polschuhe 20, 21 ist, desto größer ist die Leistung des beschriebenen Dynamos. Die Anzahl der Polschuhe 20, 21 ist letztlich begrenzt durch die mit der Anzahl zunehmen­ den Streuflüsse zwischen benachbarten Nord- und Süd-Polen und die "Auflösung" derselben durch den Stator 11.

Bei den zwei weiteren Ausführungsbeispielen eines erfin­ dungsgemäß ausgebildeten Dynamos kann die Anzahl der Polschuhe zusätzlich erhöht werden aufgrund der radialen Beabstandung zwischen Nord- und Süd-Polschuhen. Dadurch lassen sich störende Streuflüsse zwischen benachbarten Nord- und Süd-Polen ganz erheblich reduzieren, obwohl die Dichte von Nord- und Süd-Polen längs des Umfanges erhöht ist.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 ist der Rotor 10 ebenso aufgebaut wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Der Stator 11 ist ähnlich wie der Rotor 10 ausgebildet. Er umfaßt einen kreisplattenförmigen Eisen­ kern 21, der sich im montierten Zustand parallel zu dem kreisplattenförmigen Dauermagneten 14 erstreckt. Dieser Eisenkern 22 trägt eine Spule 12. Die Anschlüsse der Spule 12 sind mit einem Stromabnehmer, z. B. einer Lichtquelle, verbindbar. An den beiden gegenüberliegenden Flachseiten des Eisenkerns 22 sind Flußleitbleche 23, 24 angeordnet. Diese stehen großflächig mit den Flachseiten des Eisen­ kerns 22 in Kontakt. Am äußeren Umfang der Flußleitbleche sind Polschuhe 25 angeordnet, die im montierten Zustand sich parallel zu den Polschuhen 20, 21 des Rotors 10 bzw. der Rotorachse erstrecken, und zwar unter axialer Überlappung der Polschuhe 20, 21 des Rotors innerhalb des durch diese definierten Umfangs.

Selbstverständlich ist die Anzahl der Polschuhe 20, 21 bzw. 25 größer als in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Nur dann kann auch bei äußerst geringer Drehzahl des Rotors bzw. geringer Geschwindigkeit des zugeordneten Fahrrads dieselbe hohe Wechselstrom-Frequenz erhalten werden, wie sie ein herkömmlicher Fahrrad-Dynamo liefert.

Die beiden genannten Beispiele lassen auch erkennen, daß die Vielzahl der Nord- und Süd-Pole ohne kompliziertes Aufmagnetisierungsverfahren erhalten werden. Die entspre­ chende Magnetisierung wird von einem großflächigen Dauer­ magneten abgeleitet, und zwar über entsprechend gestal­ tete Flußleitbleche. Dadurch läßt sich auf äußerst ein­ fache Weise ein starker Magnetfluß an jedem einzelnen Polschuh erzielen. Dementsprechend eignet sich bei ge­ nügend hoher Anzahl der Nord- und Süd-Pole der beschriebene Generator vorzüglich als Fahrrad-Nabendynamo, der ohne Reibungsverluste betrieben werden kann.

In den Fig. 5 bis 7 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrrad-Dynamos schematisch dar­ gestellt. Der Rotor desselben zeichnet sich durch einen hülsenförmigen Dauermagneten 14′ aus, dessen äußere Mantel­ fläche als Nordpol 15′ und dessen innere Mantelfläche als Südpol 16′ magnetisiert ist. Diese beiden Polflächen des Dauermagneten 14′ stehen in großflächigem Kontakt mit entsprechend hülsenartig geformten Flußleitblechen 18′ bzw. 19′. Flußleitblech 18′ ist der äußeren, den Südpol definierenden Mantelfläche 15′ und das Flußleitblech 19′ der den Südpol definierenden inneren Mantelfläche 16′ des Dauermagneten 14′ zugeordnet. Die hülsenartig ausge­ bildeten Flußleitbleche 18′, 19′ weisen jeweils mäander­ förmig gezahnte Umfangsränder auf, wobei die axial vor­ stehenden "Zähne" jeweils einen Nord- oder Süd-Pol de­ finierenden Polschuh 20′ bzw. 21′ bilden. Die Zuordnung der hülsenartigen Flußleitbleche 18′ und 19′ im mon­ tierten Zustand ist entsprechend den Fig. 6 und 7 derart, daß der Polschuh 20′ bzw. 21′ des einen Flußleitblechs 18′ bzw. 19′ im Bereich der Lücke zwischen zwei benachbarten Polschuhen 21′ bzw. 20′ des anderen Flußleitblechs 19′ bzw. 18′ liegt. Bei dieser Ausführungsform kann die Anzahl der Polschuhe 20′ bzw. 21′ jeweils sehr hoch gewählt werden, da störende Streuflüsse zwischen benachbarten Nord- und Süd-Polen bzw. entsprechend magnetisierten Polschuhen aufgrund der radialen Beabstandung derselben minimal sind. Die Polschuhe 25′ des Stators 11′ ragen in den Bereich zwischen den radial voneinander beabstandeten Nord- bzw. Süd-Polen bzw. entsprechend magnetisierten Polschuhen 20′, 21′ des Rotors 10′ hinein. Der die Wick­ lung 12 tragende Eisenkern des Stators 11′ ist bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 bis 7 mit der Bezugsziffer 26 gekennzeichnet. Dieser weist an seinen beiden axialen Enden jeweils kreisförmige Stirnbleche 27, 28 auf, an deren Umfangsränder sich jeweils radial erstreckende Lappen angeordnet sind, die im montierten Zustand unter Ausbildung der Polschuhe 25′ in den Bereich zwischen den radial voneinander beabstandeten Polschuhen 20′, 21′ des Rotors 10′ hineingebogen sind (s. Fig. 6). Der Magnetfluß über die Dauermagnet-Polschuhe 20′, 21′ und durch den Eisenkern 26 des Stators 11′ hindurch ist in Fig. 6 durch die Pfeile 29 dargestellt, wobei sich bei Drehung des Rotors 10′ gegenüber dem Stator 11′ sich die Richtung des Magnetflusses 29 ständig umkehrt, je nach dem ob die linken oder die rechten jeweils den Nord-Pol definierenden Polschuhe 20′ gegenüber den Polschuhen 25′ des Stators 11′ wirksam sind. Selbstverständlich soll der Luftspalt zwischen den Stator-Polschuhen 25′ und den Rotor-Polschuhen 20′ bzw. 21′ minimal sein, um einen möglichst starken bzw. wirkungsvollen Magnetfluß zwischen diesen Polschuhen zu erreichen.

Wie bereits oben dargelegt, eignen sich die beschriebenen Wechselstrom-Generatoren ausgezeichnet als Naben-Dynamo für Fahrräder. Sie lassen sich einfach und kompakt bauen. Die üblicherweise auftretenden Reibungsverluste werden vermieden. Der Gesamtwirkungsgrad ist dementsprechend hoch. Bei entsprechender Anzahl von rotierenden Nord­ und Süd-Polen läßt sich eine ausreichend hohe Wechsel­ strom-Frequenz erzielen.

Grundsätzlich wäre es auch denkbar, den beschriebenen Rotor als Stator und den beschriebenen Stator als Rotor zu verwenden. In diesem Falle müßte dann jedoch der in der Wicklung 12 induzierte Strom über Schleifkontakte abgenommen werden. Dies ist gegenüber der beschriebenen Ausführungsform aufwendiger und auch mit Verlusten behaftet. Aus diesem Grunde dürfte die beschriebene und beanspruchte Ausführungsform bevorzugt sein. Dennoch soll die letztgenannte Umkehr der Anordnung vom Schutz mit­ umfaßt sein.

Claims (10)

1. Von einem Fahrzeugantrieb antreibbarer Wechselstrom- Generator, insbesondere Fahrrad-Dynamo, mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor mit dem Fahr­ zeugantrieb, insbesondere Rad eines Fahrzeuges, in Wirkverbindung steht,
dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (11; 11′) des Generators mindestens eine Wicklung (12) trägt, deren Anschlüsse mit einer Lichtquelle oder dgl. Stromabnehmer elektrisch ver­ bindbar sind, und daß der Rotor (10; 10′) eine Viel­ zahl von etwa gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Dauermagnet-Pole bzw. entsprechend magnetisierte Polschuhe (20, 21; 20′, 21′) umfaßt, die in Richtung längs des Umfanges ihrer Anordnung abwechselnd als Nord (N)- und Süd (S)-Pol ausgebildet sind.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotor (10; 10′) einen Dauer­ magneten (14; 14′) mit großflächigem Nord (15; 15′)­ und Süd (16, 16′)-Pol umfaßt, von denen die entspre­ chende Magnetisierung auf jeweils eine Vielzahl von sich axial erstreckenden und dem Stator (11; 11′) zugeord­ neten Polschuhen (20, 21; 20′, 21′) abgeleitet ist.

3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die den Nord-Pol definie­ renden Polschuhe (20; 20′) sowie die den Süd-Pol de­ finierenden Polschuhe (21; 21′) jeweils Teil eines Flußleitbleches (18, 19; 18′, 19′) sind, die mit den entsprechenden Polen (15, 16; 15′, 16′) des dem Rotor (10; 10′) zugeordneten Dauermagneten (14; 14′) in Verbindung stehen, wobei die so ausgebildeten Polschuhe (20, 21; 20′, 21′) in Umfangsrichtung des Rotors jeweils versetzt zueinander bzw. in vorbestimmtem Winkelabstand voneinander und gegebenenfalls auch (siehe Fig. 5 bis 7) radial beabstandet voneinander angeordnet sind.

4. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (11) einen sich in Richtung des Durchmessers des Rotors (10) er­ streckenden Eisen- oder dgl. -stab (13) aufweist, der mindestens eine Wicklung (12) trägt und dessen freie Enden vorzugsweise jeweils abgeflacht bzw. konisch verjüngt ausgebildet sind (Fig. 2).

5. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (11; 11′) mindestens ein, vorzugsweise eine Vielzahl von die Polschuhe (20, 21; 20′, 21′) des Rotors (10; 10′) axial überlappenden und gegebenenfalls zwischen den radial voneinander beabstandeten, jeweils Nord­ und Süd-Pole definierenden Polschuhen (20′, 21′) eintretende Flußleitbleche (25; 25′) umfaßt, wobei der Luftspalt zwischen den jeweils Nord- und Süd-Pole definierenden Polschuhen (20, 21; 20′, 21′) des Rotors (10; 10′) einerseits und den den Stator (11; 11,) zugeordneten Flußleitblechen (25; 25′) andererseits minimal ist.

6. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß unter Ausbildung eines Nabendynamos der Rotor (10; 10′) Teil einer rotierend bewegbaren (Fahrrad-)Radnabe und der Stator (11; 11′) achsfester Teil ist.

7. Generator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Rotor (10) zuge­ ordnete Dauermagnet (14) etwa die Form einer kreis­ förmigen Platte besitzt, deren Längsmittelachse (17) mit der Rotor- bzw. Drehachse des Rotors fluchtet, und daß die eine Flachseite (15) der Dauermagnet-Platte als Nord-Pol und die gegenüber­ liegende Flachseite (16) als Süd-Pol magnetisiert ist bzw. umgekehrt.

8. Generator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Rotor (10′) zugeordnete Dauermagnet (14′) die Form einer Hülse besitzt, deren äußere Mantelfläche (15′) als Nord-Pol und deren innere Mantelfläche (16′) als Südpol oder umgekehrt magnetisiert ist.

9. Generator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die die Nord- und Süd-Pole definierenden Polschuhe (20, 21; 20′, 21′) jeweils Teil eines in großflächigem Kontakt mit der ent­ sprechend magnetisierten Seite des Dauermagneten (14; 14′) stehenden Flußleitbleches (18, 19; 18′, 19′) sind.

10. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er als Außenläufer aus­ gebildet ist (s. Fig. 5 bis 7).