DE3703523C1

DE3703523C1 - Electrical power supply device for cycles

Info

Publication number: DE3703523C1
Application number: DE19873703523
Authority: DE
Inventors: Gerd Schlueter; Georg Schroeder; Alfred Struve
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-02-03
Filing date: 1987-02-03
Publication date: 1988-11-10

Abstract

Electrical DC voltage generators, especially dynamos for cycles, are normally alternators which produce energy by means of rotating magnets. Because of the poor efficiency of such generators, the invention provides an improved device, in the case of which stationary magnets (4-7) are used. The polarity of the magnets is aligned parallel to the drive shaft of the generator. A rotor (9, 10) which is in the form of a disc and is mounted on the drive shaft (8) is located between the poles of the magnets. This rotor (9, 10) is constructed in the form of a copper-coated Pertinax disc having distinct conductor tracks. The voltage which is produced is picked off directly via carbon brushes (13, 14) which run on the rotor. The invention is particularly suitable for cycle dynamos or ship generators. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung für Fahrräder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a power supply device for bicycles according to the preamble of claim 1.

Üblicherweise sind Fahrrad-Dynamos als Wechselspannungs generatoren ausgebildet, die eine fest angeordnete Spule aufweisen, in die von drehenden Magneten ein Magnetfeld induziert wird. Diese Dynamos weisen, insbesondere wenn sie mit einer Reibrolle versehen sind, einen sehr schlechten Wirkungsgrad auf. Dies erfordert eine erhöhte aufzubrin gende Leistung des Fahrradfahrers.Bicycle dynamos are usually used as AC voltage Generators formed that a fixed coil have a magnetic field from rotating magnets is induced. These dynamos point, especially if they are equipped with a friction roller, a very bad one Efficiency. This requires an increased temper performance of the cyclist.

Aus der DE-OS 32 08 720 ist eine Stromversorgungseinrich tung für Fahrräder mit einem Wechselspannungsgenerator be kannt, bei dem ein scheibenförmiger Läufer vorgesehen ist, der mehrere in Achsrichtung des Läufers angeordnete Dauer magnete aufweist. Die scheibenförmige Anordnung ist drehbar zwischen zwei gegenüberliegenden Spulen angeordnet. Die Magnete befinden sich in einem nichtmagnetischen Material und sind axial magnetisiert, d. h., die Pole sind in Axialrichtung der Antriebswelle ausge richtet. Das Spulensystem besteht dabei aus einem topf förmigen Eisenrückschluß mit stirnseitigen, radial gegen die Läuferachse gerichteten Polzungen und einer daran ange ordneten Ringspule.DE-OS 32 08 720 is a power supply device device for bicycles with an AC voltage generator knows, in which a disc-shaped rotor is provided, the multiple duration arranged in the axial direction of the rotor has magnets. The disc-shaped arrangement is rotatable arranged between two opposite coils. The Magnets are in a non-magnetic material and are axially magnetized, i.e. i.e., the Poles are out in the axial direction of the drive shaft judges. The coil system consists of a pot shaped iron yoke with front, radially against the rotor axis directed pole tongues and one attached to it arranged ring coil.

Dieser bekannte Fahrraddynamo weist zwar einen besseren Wirkungsgrad auf, jedoch ist der Läufer aufgrund der zu drehenden Magnete konstruktiv kompliziert aufgebaut und relativ schwer. Ferner ist es notwendig, daß aufwendig herzu stellende Spulen vorgesehen sein müssen, um die erzeugte Energie abzuleiten. Da dieser Generator nur für Wechsel strom vorgesehen ist, ist es mit einfachen Mitteln nicht möglich, die erzeugte Spannung für einen Gleichspannungs verbraucher umzusetzen.This well-known bicycle dynamo has a better one Efficiency, however, the rotor is due to the to be rotated Magnets are structurally complex and relative heavy. Furthermore, it is necessary that expensive positioning coils must be provided to the generated Derive energy. Because this generator is only for change Electricity is provided, it is not simple possible, the generated voltage for a DC voltage to implement consumers.

Aus der DE-PS 8 39 062 ist ein Gleichstromkleinstmotor be kannt, bei dem ein scheibenförmiger Läufer und mehrere in Achsrichtung des Läufers angeordnete Dauermagnete vorge sehen sind. Der Läufer ist dabei als isolierender Träger ausgebildet, auf dem relativ aufwendig herzustellende Spulenwicklungen angeordnet sind, deren Enden in Gleitkon takten nahe der Antriebswelle des Motors enden. Es sind keine Angaben über eine Verwendung als Gleichspannungs stromversorgungseinrichtung für Fahrräder gemacht.From DE-PS 8 39 062 a direct current miniature motor be knows, in which a disc-shaped rotor and several in Axial direction of the rotor arranged arranged permanent magnets are seen. The runner acts as an insulating support trained on the relatively expensive to manufacture Coil windings are arranged, the ends of which are in sliding cones clocks close to the drive shaft of the motor. There are no information about use as DC voltage Power supply device made for bicycles.

Aus der DE-AS 11 15 825 ist eine Wicklung für eine elektrische Maschine bekannt, die aus einem Material gebildet ist, das gleichzeitig elektrisch leitend und magnetisch ist. Es kommen daher nur bestimm te Materialien in Betracht, so daß eine einfache Herstel lung nicht gewährleistet ist.From DE-AS 11 15 825 is a winding for one electrical machine known from a material is formed that is simultaneously electrical is conductive and magnetic. Therefore, only certain come te materials into consideration, so that a simple manuf is not guaranteed.

Aus der DE-OS 14 38 269 ist ein Gleichstrommotor mit einem Ankersystem zu entnehmen, dessen Spule aus auf einanderliegenden Schichten eines zickzackartig gefal teten Isolierstoffbandes gebildet ist. Das Isolierstoff band weist dabei aufmetallisierte, über die Faltstellen hinweg durchlaufende Leiter auf, die etwa radial verlaufen.From DE-OS 14 38 269 is a DC motor with an anchor system, the coil from on layers of a zigzag fell Teten insulating tape is formed. The insulating material tape has metallized, over the folds continuous conductors that run approximately radially.

Schließlich zeigt die DE 33 47 495 A1 eine Schaltungs anordnung für Fahrrad-Beleuchtungsanlagen mit einem Dynamo und einer Batterie, bei der die Versorgung der Verbraucher je nach Lastzustand des Dynamos entweder aus dem Dynamo oder aus der Batterie erfolgen kann. Zur Verhinderung eines Rückstroms von der Batterie zum Dynamo ist eine Diode vorgesehen. Die Einrichtung soll ständig in Betrieb gehalten werden und an die Verbraucher des Fahrrades be darfsgerecht Energie abgeben können.Finally, DE 33 47 495 A1 shows a circuit Arrangement for bicycle lighting systems with a dynamo and a battery that powers the consumer depending on the load of the dynamo, either from the dynamo or can be done from the battery. For prevention a return current from the battery to the dynamo is a diode intended. The facility is said to be in constant operation be kept and be to the consumer of the bicycle be able to deliver energy as required.

Der Erfindung liegt, ausgehend von der DE 32 08 720 A1, die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungseinrichtung für Fahrräder oder dergleichen anzugeben, deren Läufer eine geringe Masse hat und die bei einfacher Herstellung einen hohen Wirkungs grad aufweist.The invention is based on DE 32 08 720 A1, based on the task of a power supply device specify for bicycles or the like, the runners a low Has mass and a high impact with simple manufacture degrees.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Er findung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.This task is by the He specified in claim 1 finding solved. Advantageous developments of the invention are specified in subclaims.

Eine erfindungsgemäß aufgebaute Stromversorgungseinrich tung weist einen Gleichspannungsgenerator mit einer drehen den Scheibe auf, die als kupferkaschierter isolierender Träger ausgebildet ist und Leiterbahnen trägt. Ein Teil der Leiterbahnen dient als Kontaktbahn für zu verwenden de Kontaktbürsten. Durch eine geeignete Beschaltung der auf dem Träger angeordneten Leiterbahnen wird ein geschlos sener Stromkreis zwischen den von den Kontaktbürsten berührten Kontakten erreicht. Zur Erhöhung der dem Gene rator zu entnehmenden Energie können mehrere Scheiben parallel angeordnet und miteinander verschaltet werden. Vorzugsweise kann eine doppelseitig kaschierte Pertinax- oder Expoxidharzscheibe verwendet werden.A power supply device constructed according to the invention device has a DC voltage generator with a turn the disc, which is copper-clad insulating Carrier is formed and carries conductor tracks. A part the conductor tracks serves as a contact track for use de contact brushes. By a suitable wiring of the on the carrier arranged conductor tracks is closed circuit between those of the contact brushes touched contacts reached. To increase the genes energy can be drawn from several discs arranged in parallel and interconnected. A double-sided laminated Pertinax or epoxy resin disc can be used.

Die verwendeten Magnete sind in eine scheibenförmige An ordnung eingebettet und liegen fest im Gehäuse. Daraus ergibt sich, daß die drehenden Teile des Generators sehr leicht sind und konstruktiv sehr einfach gehalten werden können.The magnets used are in a disc shape order embedded and are firmly in the housing. Out of it it turns out that the rotating parts of the generator are very are light and structurally very simple can.

Aufgrund des hohen erreichbaren Wirkungsgrades des verwen deten Generators ist es möglich, diesen ständig, z. B. über eine Fahrradnabe, mitlaufen zu lassen, und für den Fall, daß die erzeugte Energie nicht an einen Endverbraucher ab gegeben zu werden braucht, einen an die Kontaktbürsten paral lel anschaltbaren Akkumulator zu laden. Dieser wirkt als Puffer und kann die gespeicherte Energie einerseits direkt an einen Verbraucher abgeben, andererseits erst dann, wenn die von dem Generator erzeugte Spannung zu gering ist.Due to the high achievable efficiency of the use Deten generator, it is possible to constantly, z. B. about a bike hub to run with, and just in case that the energy generated does not depend on an end user needs to be given to the contact brushes in parallel lel connectable accumulator to charge. This acts as Buffer and can store the stored energy directly to a consumer, on the other hand only when the voltage generated by the generator is too low.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert. Die Figuren zeigenThe invention is illustrated below by means of an embodiment explained in more detail. The figures show

Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch einen erfindungs gemäß verwendeten Generator, Fig. 1 is a cross-sectional view through a fiction, used according to the generator

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Anordnung der verwendeten Magnete, Fig. 2 is a plan view of the arrangement of the magnets used,

Fig. 3 eine Leiterbahnansicht, Fig. 3 is a view conductor track,

Fig. 4 eine Schaltung mit dem erfindungsgemäßen Generator. Fig. 4 shows a circuit with the generator according to the invention.

Der in Fig. 1 dargestellte Generator ist in einem Gehäuse 1 angeordnet, bei dem die zum Einbau oder Auseinandernehmen des Generators verwendeten Teile nicht dargestellt sind. Innerhalb des Gehäuses 1 befinden sich zwei in umlaufende Nuten der Gehäusewand eingesetzte Scheiben 2 und 3, die aus nichtmagnetisierbarem Material bestehen. Dies kann insbesondere Kunststoff sein. In den Scheiben 2 und 3 befinden sich parallel zur Antriebswelle gerichtete Ausnehmungen, in die Permanentmagnete 4, 5, 6, 7 eingesetzt sind. Es handelt sich dabei vorzugsweise um Scheibenmagnete, die in Axial richtung polarisiert sind.The generator shown in Fig. 1 is arranged in a housing 1 , in which the parts used to install or disassemble the generator are not shown. Inside the housing 1 there are two disks 2 and 3 inserted into circumferential grooves in the housing wall, which are made of non-magnetizable material. This can be plastic in particular. In the disks 2 and 3 there are recesses directed parallel to the drive shaft, into which permanent magnets 4, 5, 6, 7 are inserted. These are preferably disc magnets which are polarized in the axial direction.

Zwischen den beiden parallel gegeneinander liegenden Schei ben 2 und 3 befindet sich der Träger 9. Da die Magnete der Scheiben 2 und 3 jeweils gegenpolig einander zugeordnet sind, durchdringt z. B. der Magnetfluß zwischen den Magneten 5 und 7 den Träger 9 in der einen Axialrichtung, und der Magnet fluß zwischen den Magneten 4 und 6 den Träger 9 in der anderen Axialrichtung.Between the two mutually parallel discs ben 2 and 3 is the carrier 9th Since the magnets of the discs 2 and 3 are assigned to each other with opposite poles, z. B. the magnetic flux between the magnets 5 and 7, the carrier 9 in one axial direction, and the magnetic flux between the magnets 4 and 6, the carrier 9 in the other axial direction.

Der Träger 9 ist auf einer Welle 8 über einen Flansch 12 befestigt. Die Welle 8 zum Antrieb des Generators ist im Gehäuse 1 gelagert.The carrier 9 is fastened on a shaft 8 via a flange 12 . The shaft 8 for driving the generator is mounted in the housing 1 .

Der Träger 9 besteht aus einer kupferkaschierten Pertinax scheibe, die beidseitig mit einer Kupferschicht in einer bestimmten Leiteranordnung belegt ist. An der Außenkante des Trägers 9 sind die Leiterbahnen 10 und 11 miteinander verbunden. In der Nähe der Welle 8 befinden sich zwei um 180° versetzte oder 4 um 90° versetzte Kontaktbürsten 13 und 14, die auf dem Träger 9 laufen und die erzeugte Ener gie ableiten können. Die Kontaktbürsten 13 und 14 sind da bei fest im Gehäuse oder einer der Scheiben 2 und 3 angeord net und drücken mit einer vorbestimmten Kraft gegen die Kontaktbahn des Trägers 9. The carrier 9 consists of a copper-clad Pertinax disc, which is coated on both sides with a copper layer in a certain conductor arrangement. The conductor tracks 10 and 11 are connected to one another on the outer edge of the carrier 9 . In the vicinity of the shaft 8 there are two 180 ° offset or 4 90 ° offset contact brushes 13 and 14 which run on the carrier 9 and derive the generated energy. The contact brushes 13 and 14 are there in the housing or one of the disks 2 and 3 angeord net and press with a predetermined force against the contact path of the carrier 9th

Bei Drehung des Trägers 9 über die Welle 8 durchqueren die auf dem Träger 9 angeordneten Leiterbahnen 10 und 11 die Magnetfelder zwischen den Magneten 5 und 7 bzw. 4 und 6. Die dabei erzeugte Spannung kann über die Kontaktbürsten 13 und 14 abgeleitet werden, wobei durch die feste Anordnung der Kontaktbürsten und des ständigen Wechsels der jeweils abgetasteten Leiter eine Gleichspannung abgenommen werden kann.When the carrier 9 rotates via the shaft 8 , the conductor tracks 10 and 11 arranged on the carrier 9 cross the magnetic fields between the magnets 5 and 7 or 4 and 6 . The voltage generated in this way can be derived via the contact brushes 13 and 14 , a direct voltage being able to be taken off due to the fixed arrangement of the contact brushes and the constant change of the conductors scanned in each case.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf eine Scheibe 2, in die vier Magnete in wechselnder Polarität eingelassen sind. Die Pol richtung der Magnete ist axial parallel zur Welle 8 aus gerichtet. In einer praktischen Ausführungsform können 10 Magnete verwendet werden. Fig. 2 shows a plan view of a disc 2 , in which four magnets are inserted in alternating polarity. The pole direction of the magnets is directed axially parallel to the shaft 8 . In a practical embodiment, 10 magnets can be used.

Die Leiterbahnen 10 und 11 auf dem Träger 9 sind im wesent lichen schräg radial nach außen gerichtet, wobei sich durch die Beschaltung an der Außenkante des Trägers 9 Schleifen wicklungen ergeben, die von der einen Kontaktbürste zur anderen einen geschlossenen Stromkreis bilden.The conductor tracks 10 and 11 on the carrier 9 are in wesent union obliquely directed radially outwards, with the result of the wiring on the outer edge of the carrier 9 loops which form a closed circuit from one contact brush to the other.

Wie Fig. 3 zeigt, verlaufen die Leiterbahnen schräg radial nach außen und sind mit auf der Rückseite des Trägers ange ordneten Leiterbahnen über die Knoten 95-128 verbunden.As shown in FIG. 3, the conductor tracks run obliquely radially outwards and are connected to conductor tracks arranged on the back of the carrier via the nodes 95-128 .

Bei Aufsicht auf den Träger 9 verlaufen die Leiterbahnen der Rückseite in die entgegengesetzte Richtung geneigt wie die Leiterbahnen der Vorderseite. Am inneren Ende der Leiter bahnen nahe der Antriebswelle sind in Axialrichtung der An triebswelle hintereinander angeordnete Leiterbahnen durch den Träger 9 hindurch miteinander verbunden. Die gesamten Leiter des Trägers 9 bilden daher eine Stromschleife, die nach mehrfachem Umlauf über den Träger zum Beginn der ersten Leiterbahn zurückkehrt. Die Abnahme des Stromes über die Kontaktbürsten erfolgt jeweils über einen Teil der gesamten Leiterlänge.When the carrier 9 is viewed from above, the conductor tracks on the back run inclined in the opposite direction as the conductor tracks on the front. At the inner end of the conductor tracks near the drive shaft are in the axial direction of the drive shaft to successively arranged conductor tracks through the carrier 9 connected to each other. The entire conductors of the carrier 9 therefore form a current loop which returns to the beginning of the first conductor track after multiple circulation over the carrier. The current is drawn off via the contact brushes over part of the total conductor length.

In Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung in vereinfachter Form dargestellt. Ein Generator 15, der erfindungsgemäß aufge baut ist, liegt parallel zu einem Akkumulator 17, der über den Schalter 19 einschaltbar ist. Bei Verwendung des Gene rators 15 an einem Fahrrad kann der Akkumulator 17 ständig aufgeladen werden, solange der Schalter 19 geschlossen ist. Es ist eine übliche Steuerschaltung 21 zur Fest stellung des Ladezustandes des Akkumulators 17 vorhanden, die den Schalter 19 öffnet, sobald die Ladespannung des Akkumulators 17 einen bestimmten Wert überschreitet. Paral lel zum Generator 15 bzw. zum Akkumulator 17 ist der Ver braucher 16, z. B. eine Glühlampe, angeordnet, der über den Schalter 18 einschaltbar ist. Bei geschlossenem Schalter 18 wird dem Akkumulator 17 und dem Generator 15 Strom ent zogen. Wenn der Generator 15 nicht angetrieben wird, wird allein aus dem Akkumulator 17 Strom entnommen. Damit kein Rückstrom über den Generator 15 aus dem Akkumulator 17 fließt, ist eine Sperrdiode 20 vorgesehen.In Fig. 4 a circuit arrangement is shown in simplified form. A generator 15 , which is built up according to the invention, is parallel to an accumulator 17 which can be switched on via the switch 19 . When using the generator 15 on a bicycle, the accumulator 17 can be charged continuously as long as the switch 19 is closed. There is a conventional control circuit 21 for determining the state of charge of the battery 17 , which opens the switch 19 as soon as the charging voltage of the battery 17 exceeds a certain value. Paral lel to the generator 15 or the accumulator 17 is the consumer 16 , z. B. an incandescent lamp, which can be switched on via the switch 18 . When the switch 18 is closed, the accumulator 17 and the generator 15 are ent current. If the generator 15 is not driven, current is drawn from the accumulator 17 alone. A blocking diode 20 is provided so that no reverse current flows out of the accumulator 17 via the generator 15 .

Die dargestellte Schaltung ermöglicht es, daß der Verbrau cher 16 ständig mit Energie versorgt werden kann, unabhän gig davon, ob der Generator 15 läuft. Bei laufendem Genera tor 15 wird der Strom im wesentlichen dem Generator ent nommen, während bei stehendem Generator 15 der Strom dem Akkumulator 17 entnommen wird. Je nach Auslegung des Akku mulators 17 kann, insbesondere bei langsamem Fahren, dem Verbraucher 16 auch dann noch ausreichend Energie zur Verfügung gestellt werden. Ferner kann dem Akkumulator 17 auch bei abgestelltem Fahrrad Energie entnommen werden, was aus Gründen der Verkehrssicherheit besonders vorteilhaft ist.The circuit shown enables the consumer 16 can be continuously supplied with energy, regardless of whether the generator 15 is running. With the generator 15 running, the current is essentially removed from the generator, while the generator 15 is removed from the accumulator 17 when the generator 15 is stopped. Depending on the design of the battery mulator 17 , sufficient energy can still be made available to the consumer 16 , especially when driving slowly. Furthermore, energy can be drawn from the accumulator 17 even when the bicycle is parked, which is particularly advantageous for reasons of traffic safety.

Im Gegensatz zum Stand der Technik kann der erfindungsge mäße Generator ständig angetrieben werden, da nach Auf ladung des Akkumulators 17 bei abgeschaltetem Verbraucher 16 die Steuerschaltung 21 den Schalter 19 öffnet und in soweit keine Belastung mehr am Generator 15 auftritt. So fern der Generator 15 an der Nabe eines Fahrrades angeord net ist, sind auch die erzeugten mechanischen Verluste mi nimal und zu vernachlässigen.In contrast to the prior art, the generator according to the invention can be driven continuously since, after charging the accumulator 17 with the consumer 16 switched off, the control circuit 21 opens the switch 19 and, to the extent that no load occurs on the generator 15 . As far as the generator 15 is net angeord on the hub of a bicycle, the mechanical losses generated are minimal and negligible.

Der erfindungsgemäße Generator kann nicht nur an Fahrrä dern oder Motorrädern verwendet werden, sondern er ist vor teilhaft auch auf Schiffen einsetzbar, z. B. kleineren Segelschiffen. Dort kann der Generator über eine Turbine oder einen Propeller, der im Wasser hängt, angetrieben werden und kann hierdurch einen Akkumulator aufladen, der insbesondere zum Betrieb von Positionslampen dienen kann. The generator according to the invention can not only on bicycles or motorcycles are used, but it is in front partially usable on ships, e.g. B. smaller Sailing ships. There the generator can be operated via a turbine or a propeller hanging in the water and can thereby charge an accumulator that can serve in particular for the operation of position lamps.

LIST OF REFERENCE NUMERALS 1 housing 2 disk 3 disk 4 magnet 5 magnet 6 magnet 7 magnet 8 shaft 9 carrier 10 conductor tracks 11 conductor tracks 12 flange 13 contact brush 14 contact brush 15 generator 16 consumer 17 accumulator 18 switch 19 switch 20 blocking diode 21 control circuit 95-128 nodes

Claims

1. Power supply device for bicycles or the same, with a generator, which has a disk-shaped rotor ( 8-12 ) and several magnetized in the axial direction of the rotor permanent magnets ( 4-7 ), the one with alternating polarity in recesses lying on a circumference Non-magnetic disk ( 2, 3 ) are arranged, characterized in that the generator is designed as a DC voltage generator, that the rotor is a copper-clad insulating carrier ( 9 ) with inclined conductors ( 10 , 11 ), which are connected to one another on the circumferential side of the carrier and close to the drive shaft ( 8 ) through the carrier ( 9 ) and end near the drive shaft ( 8 ) in sliding contact ends such that a washer ( 2, 3 ) is arranged with permanent magnets, whose magnetic flux penetrates the insulating support ( 9 ), and that in circumferential Seal of the insulating carrier offset parallel to the drive shaft paired contact brushes ( 13, 14 ) run on the sliding contacts, which are connected to a parallel connectable accumulator ( 17 ) to which one or more switchable consumers ( 16 ) are connected.

2. Device according to claim 1, characterized in that at least two printed circuit boards are arranged parallel to one another as a carrier, which are glued together, the contact brushes ( 13, 14 ) running on one of the surfaces of the printed circuit boards.

3. Device according to claim 1, characterized in that the magnetic discs on their facing away from the carrier th iron side.

4. Device according to claim 1, characterized in that in the circuit from the generator ( 15 ) to the accumulator ( 17 ) a blocking diode ( 20 ) is provided that the generator is driven during operation of the bicycle even without a connected consumer ( 16 ) and that the battery is switched off automatically after reaching its full charge.