DE4001042A1

DE4001042A1 - Fahrrad-dynamo mit hohem wirkungsgrad

Info

Publication number: DE4001042A1
Application number: DE19904001042
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Volkrodt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-01-16
Filing date: 1990-01-16
Publication date: 1991-07-18

Description

Ein Fahrrad-Dynamo soll die Beleuchtungsanlage eines Fahrrads unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit mit einer nahezu konstanten Spannung versorgen. Bei heutigen solcher Dynamos verwertet man den Effekt, daß mit ansteigender Drehzahl und Frequenz der Dauermagnetfluß durch Wirbelströme und deren Rückwirkungen auf den die Ständerwicklung durchdringenden Fluß ab einer bestimmten Fahrradgeschwindigkeit von z. B. 15 km/h nur noch geringfügig über den Sollwert von 6 V ansteigt. Dieses Verfahren bewirkt einen schlechten Wirkungsgrad des Dynamos in der Größenordnung zwischen 25-35%. Um die für die Beleuchtung erforderlichen etwa 3 Watt zustandezubringen, muß ein Radfahrer bei Nachtfahrt etwa 10 Watt leisten. Das ist ein Drittel des Dauerleistungsvermögens von durchschnittlich konditionierten Menschen. Gelänge es, den Wirkungsgrad eines Fahrrad-Dynamos z. B. auf 80% zu steigern, so reduzierte sich die vom Körper zu erbringende Leistung auf unter 4 Watt und somit etwa ein Achtel des durchschnittlichen Leistungsvermögens. Im harten Konkurrenzkampf zwischen mehreren Herstellern von Fahrrad-Dynamos hat selbstredend der die besseren Umsatzchancen, der Dynamos mit weit besseren Wirkungsgraden, als heute üblich, anzubieten vermag.

Um solche besseren Wirkungsgrade zu erreichen, muß von der bisherigen Bauweise von Fahrrad-Dynamos auf die seit langem in der Industrie bewährten Bauweisen hochwertiger Dauermagnetmaschinen übergegangen werden. Bei diesen steigt aber die Spannung streng proportional mit der Drehzahl und somit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrrads an. Es bedarf daher eines separaten Reglers, der bei höheren Geschwindigkeiten die zu hohe Generatorspannung auf den niedrigeren Spannungssollwert herabregelt.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht nunmehr darin, daß von der bisherigen, wirkungsgradschlechten Bauart von Fahrrad-Dynamos auf bewährte hochwertige Bauarten von Dauermagnetmaschinen übergegangen wird, wobei das Herabregeln der Spannung auf den Sollwert durch mechanische Regler über veränderbaren Luftspalt zwischen Dauermagnetläufer und bewickelten Ständer oder über elektronische Spannungsregler nach dem Prinzip der bereits in der Beleuchtungstechnik bewährten Dimmer eingesetzt wird.

Zur Veranschaulichung der erfinderischen Lösung wird auf beigefügte zeichnerischen Darstellungen von Beispielen verwiesen.

Fig. 1 zeigt den Längsschnitt eines Fahrrad-Dynamos mit Fliehkraftregler,

Fig. 2 den zugehörigen Querschnitt durch die Mitte des Stators,

Fig. 3 das durch Fliehkraftwirkung abgehobene Dauermagnetläufer-Segment,

Fig. 4 einen Dynamo mit doppelseitiger axialer Dauermagneterregung und integrierten Dimmer-Spannungsregler.

In Fig. 1 zeigt 1 das Gehäuse, 2 die Welle und 3 und 4 die Lager eines Fahrrad-Dynamos. Um den feststehenden Stator 5 mit konzentrischen Spulenwicklungen 6 um jeweils einen Zahn 7 dreht sich ein mehrpoliges, in Segmente aufgeteiltes Dauermagnetsystem 8. Die schalenartigen Magnete 9 werden von ferromagnetischen Rückschlüssen 10 getragen. An den Rückschlußsegmenten befinden sich Hebel 11 und 12, die bei 13 und 14 in einem mit der Welle 2 fest verbundenen Lagerbock 15 ausschwenkbar gelagert sind. Bei ansteigender Drehzahl wirken auf diese Segmente Fliehkräfte, die sie nach außen zu ziehen versuchen. Dabei muß die magnetische Kraft im Luftspalt δ und die Zugkraft von Federn 16 überwunden werden. Bei kleiner Fahrgeschwindigkeit und Drehzahl ist der durch den Begrenzerhebel 17 vorgegebene Luftspalt so klein wie technisch möglich, um damit bereits bei kleiner Fahrgeschwindigkeit über einen optimalen Dauermagnetfluß eine zur Fahrradbeleuchtung ausreichende Spannung zu erhalten. Droht bei höherer Geschwindigkeit die Spannung den Sollwert zu überschreiten, so überwinden die Fliehkräfte die Gegenkräfte vom Magnetfluß und Feder, so daß sich der Luftspalt vergrößert. Wir haben es folglich mit einer Spannungsregelung durch Feldschwächung zu tun. Fig. 3 zeigt den Zustand mit maximal möglichen Luftspalt, wobei der mit der Ständerwicklung verknüpfte Fluß z. B. auf ein Drittel reduziert ist und damit bei z. B. 25 km/h Fahrgeschwindigkeit die Spannung auf denselben Wert gehalten wird wie bei 8 km/h. Um solche Regelbedingungen einzuhalten, bedarf es einer Rückstellfeder 16 mit nichtlinearer Charakteristik, was aber kein grundsätzliches Problem ist.

Fig. 4 zeigt die Bauweise eines doppelseitig, mit Dauermagneten axial erregten Generators mit nutenlosen Ringbandkern und im Luftspalt befindlicher Ringwicklung. Diese Bauweise zeichnet sich durch bestmögliche Wirkungsgrade bei geringem Materialeinsatz aus. Mit 18 und 19 sind die beiden mit der Welle mitrotierenden Dauermagnetläufer bezeichnet. 20 ist der von beiden Seiten axial durchflutete Ständer. In ihm wird eine streng drehzahlproportionale Spannung induziert. Deren Herabregeln unabhängig von der Fahrradgeschwindigkeit auf den für die Beleuchtung notwendigen Sollwert übernimmt ein handelsübliches IC-Bauelement, das in Fig. 4 mit 21 gekennzeichnet ist und das nach Abziehen des Kunststoffbodens mit integrierten Klemm-Steckanschluß 22 von außen leicht zugängig ist.

Beide als Beispiele vorgestellte Systeme ermöglichen Wirkungsgrade bis zu 80%.

Claims

1. Fahrrad-Dynamo als Dauermagnetmaschine mit hohem Wirkungsgrad, dadurch gekennzeichnet, daß die normalerweise proportional der Drehzahl ansteigende Spannung eines besseren Dauermagnet-Generators, als es heutige Fahrrad-Dynamos sind, durch mechanische oder elektronische Regler auf die für einen risikolosen Betrieb der Beleuchtungsanlage eines Fahrrads unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit praktisch konstante Spannung herabgeregelt wird.

2. Fahrrad-Dynamo gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Herabregeln der Spannung mittels eines drehzahlproportional arbeitenden Fliehkraftreglers erfolgt, welche den Luftspalt zwischen Ständer und Dauermagnetläufer derart vergrößert, daß der magnetische Fluß umgekehrt proportional zur Drehzahl so reduziert wird, daß eine nahezu konstante Spannung in der Ständerwicklung induziert wird.

3. Fahrrad-Dynamo gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ständerwicklung induzierte Spannung in herkömmlicher Weise proportional der Spannung ansteigt, und das Ausregeln der Wechselspannung nach der Art von integrierten Dimmerschaltungen mit z. B. Zenerdioden-Sollwertvorgabe und z. B. Phasenanschnitt-Steuerung auf den für die Fahrrad-Beleuchtung vorgegebenen Spannungs-Sollwert erfolgt.