DE4229113A1 - Fahrradlichtmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtmaschine zur Stromerzeu­ gung bzw. Elektroenergiebereitstellung für die Versorgung der vorhandenen elektrischen Anlagen an Fahrrädern.

Die bekannten handelsüblichen Lösungen mit Fahrraddynamo, wo die Energieerzeugung unter Ausnutzung des Reibkontaktes zum Laufrad erfolgt, aber auch verschiedene berührungslose Ausführungsformen unter Nutzung des Prinzip des Scheiben­ generators weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Während bei den klassischen Fahrraddynamos die durch den Reibkon­ takt verursachten Nachteile auf der Hand liegen, sind die Ursachen bei den modernen Antriebsprinzipien breiter ge­ fächert. Insbesondere befriedigen diese Lösungen nicht hinsichtlich ihrer zu hohen Verluste durch magnetische Unsymmetrien und den insgesamt zu schlechten Wirkungsgrad.

Darüberhinaus ist als wesentlicher Nachteil anzusehen, daß die modernen Scheibengeneratorlösungen nicht nachträglich an Fahrrädern eingebaut, d. h. beispielsweise gegen die klassischen Fahrraddynamos ausgetauscht werden können, s. DE 35 39 597, DE 37 03 523, EP 04 01 680.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Fahrradgenerator vorzuschlagen, der einen hohen Wirkungsgrad aufweist, bereits bei geringer Geschwindigkeit die für die Energie­ versorgung am Fahrrad erforderliche Spannung zur Verfügung stellt und ohne bauliche Veränderungen am Fahrrad nachge­ rüstet werden kann.

Die erfindungsgemäße Stromversorgeinrichtung für Fahrräder wird ohne konstruktive Veränderung der am Fahrrad vorhandenen Bauteile auf der Achse eines der beiden Laufräder des Fahrrades montiert.

Sie besteht aus einem scheibenförmigen Anker, der ein Spulensystem aufweist und feststehend auf einem Grund- bzw. Montageteil zwischen zwei sich mit dem Laufrad drehenden Dauermagnetscheiben angeordnet ist.

Auf den Dauermagnetscheiben sind konzentrisch verteilt vorzugsweise bogenförmige, axial magnetisierte Segmente so angeordnet, daß jeweils entgegengesetzt magnetisierte Pole aufeinander folgen. Dabei können die Segmente der Dauer­ magnetscheiben auch baulich getrennt ausgeführt sein; sie können beispielsweise aus 2×8 Einzelsegmenten bestehen.

Auf der dem Spulensystem des Ankers abgewandten Seite ist auf beiden Dauermagnetscheiben ein Eisenrückschluß vorhanden.

Das Spulensystem des Ankers besteht aus einer Anzahl gleichartiger vorzugsweise bogenförmiger Einzelspulen, in denen bei Rotation des Läufers (also der Dauermagnetschei­ ben) durch Änderung des das Spulensystem durchströmenden Magnetflusses eine Wechselspannung induziert wird.

Das Spulensystem ist in einem isolierenden Träger, der zumindest teilweise vorzugsweise aus Kunststoff besteht, eingeschlossen.

In einer speziellen Ausführungsform besteht der Anker aus einem Bauteil, das mehrere, vorzugsweise 6 bis 12 hinter­ einander angeordnete, dauerhaft verpreßte Leiterplatten mit aufgebrachten wicklungsartigen Leitungen umfaßt. Aufbau und Verschaltung sind nach der Multilayer-Techno­ logie ausgeführt.

Die ohne Verschleißteile arbeitende Vorrichtung ist in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht. Die sich drehenden Teile sind mit mindestens einem Kugel- bzw. Nadellager auf den feststehenden Teilen gelagert.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung kann den Patent­ ansprüchen entnommen werden.

Die Hauptvorteile der vorgeschlagenen Erfindung bestehen in einer wesentlichen Senkung der Verluste bei der Strom­ erzeugung, in der höheren Sicherheit und Zuverlässigkeit der Lösung sowie in der einfacheren, robusteren Konstruk­ tion.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei­ spiel erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Generator in Schnittdarstellung,

Fig. 2 den scheibenförmigen Anker,

Fig. 3 den mit Dauermagnetscheiben ausgeführten Läufer.

In Fig. 1 ist das auf der Achse (9) aufsitzende Grund- bzw. Montageteil (10) mit aufgebrachtem Generator dargestellt. Der als Fahrradlichtmaschine arbeitende Generator besteht aus dem feststehenden, scheibenförmigen Anker (1) mit Spulensystem (3) und dem drehbar gelagerten Läufer (2). Der Läufer ist aus zwei drehbar (mittels Na­ dellager (11)) gelagerten Dauermagnetscheiben (2) aufge­ baut, die beidseitig dem Anker gegenüberstehen. Auf den Dauermagnetscheiben sind konzentrisch verteilt bogenför­ mige, axial magnetisierte Segmente (5) vorhanden.

Die Magnetsegmente (5) der Dauermagnetscheiben (2) sind in einem Eisenrückschluß (4) eingebettet. Die gesamte Vor­ richtung ist in einem geschlossenen Gehäuse (8) unterge­ bracht, wobei die Dauermagnetscheiben mit diesem Gehäuse eine konstruktive Einheit bilden und über dieses Gehäuse miteinander verbunden sind.

Fig. 2 zeigt den scheibenförmigen Anker (1), in den das Spulensystem (3) integriert ist. Dieses Spulensystem besteht aus acht bogenförmigen Einzelspulen (6), in denen bei Rotation des Läufers (2) eine Wechselspannung indu­ ziert wird. Das Spulensystem ist in einen isolierenden Träger (7), der aus Kunststoff besteht, eingebracht. Für die Spulen (6) selbst werden Flachdrähte eingesetzt; sie sind so verschaltet, daß die jeweils benachbarten Spulen in entgegengesetzter Richtung vom Strom durchflossen werden.

Fig. 3 veranschaulicht den aus zwei miteinander verbun­ denen Dauermagnetscheiben (2) aufgebauten Läufer. Die konzentrisch verteilten bogenförmig ausgeführten acht Magnetsegmente (5) sind dabei so angeordnet, daß jeweils entgegengesetzt magnetisierte Pole aufeinander folgen.

Claims (14)

1. Fahrradlichtmaschine bestehend aus einem feststehenden, scheibenförmigen Anker, der zwischen zwei miteinander verbundenen, drehbar gelagerten Dauermagnetscheiben ange­ ordnet ist, die eine Anzahl axial magnetisierter Segmente aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - auf den dem Anker (1) zugekehrten Seiten der Dauer­ magnetscheiben (2) konzentrisch verteilt die vor­ zugsweise bogenförmigen Segmente (5) so angeordnet sind, daß jeweils entgegengesetzt magnetisierte Pole aufeinander folgen und daß die Dauermagnetscheiben zueinander so angeordnet sind, daß sich jeweils entge­ gengesetzt magnetisierte Segmente gegenüber stehen,
• - auf der vom Anker abgewandten Seite der Dauermagnet­ scheiben (2) ein Eisenrückschluß (4) vorgesehen ist,
• - der gesamte Generator ohne konstruktive Veränderung der am Fahrrad vorhandenen Bauteile auf einer Laufachse (9) des Fahrrades montiert ist,
• - sich der Läufer (2) durch ein in den Zwischenraum zweier benachbarter Speichen eingreifendes Bauteil bei Rotation des Laufrades ständig mitdreht,
• - eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung für die erzeugte Wechselspannung und für fahrdynamische Meßaufgaben, ggf. in Kopplung des Generators mit einem Akkumulator, integriert ist.

2. Fahrradlichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (1) aus gleicharti­ gen, vorzugsweise bogenförmigen, in einer Ebene angeordne­ ten Einzelspulen (6) besteht, wobei die eingesetzten Spu­ lensysteme (3) in einem isolierenden Träger (7), der zu­ mindest teilweise aus Kunststoff besteht, eingeschlossen sind.

3. Fahrradlichtmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerspulen (6) aus Flachdraht aufgebaut und dabei so verschaltet sind, daß benachbarte Spulen in entgegengesetzter Richtung vom Strom durchflossen sind.

4. Fahrradlichtmaschine nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Einzelspulen (6) des scheibenförmigen Ankers (1) und analog die Zahl der Segmente (5) auf den Dauermagnetscheiben (2) vorzugsweise im Bereich 6 bis 12 liegt.

5. Fahrradlichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (1) aus einem Bauteil aufgebaut ist, das mehrere, vorzugsweise 6 bis 12 hintereinander angeordnete, dauerhaft verpreßte Leiter­ platten mit aufgebrachten wicklungsartigen Leiterbahnen in der Art der Multilayer-Technik umfaßt.

6. Fahrradlichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den vom Anker (1) abgewandten Seiten der Dauermagnetscheiben (2) angeordneten Eisenrückschlüsse (4) Teile des Gehäuses (8) bilden, d. h. die Dauermagnetscheiben mit dem Gehäuse eine konstruktive Einheit bilden.

7. Fahrradlichtmaschine nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente der Dauermagnet­ scheiben (2) baulich getrennt ausgeführt sind.

8. Fahrradlichtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Anker (1) auf einem auf der Achse (9) des betreffenden Laufrades aufgeschobenen Grund- bzw. Montageteils (10) befestigt ist, wobei dieses Grund- bzw. Montageteil so geformt ist, daß die sich drehenden Teile des Generators auf diesem Teil (10) über eine geeignete Lagerung aufsitzen.

9. Fahrradlichtmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Grund- bzw. Montageteil (10) im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist, wobei die Wan­ dung, die den feststehenden Anker (1) und den drehbaren Läufer (2) trägt, parallel zur Achse (9) verläuft und einen Montageanschlag aufweist.

10. Fahrradlichtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Effektivwertes der an die Verbraucher abgegebenen Wechselspannung durch einen in Reihe zwischen den Generator und Verbraucher geschalteten elektronischen Schalter durch periodisches, kurzzeitiges Unterbrechen auf einen vorbestimmten Wert begrenzt ist, wobei das Steuersignal für diesen Schalter aus dem Wert der über den Verbrauchern liegenden Spannung erhältlich ist.

11. Fahrradlichtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß unter Einbeziehung des Raddurchmessers die vom auf der Achse (9) montierten Generator erzeugte Frequenz als Signal zur Geschwindig­ keits- und Fahrstreckenmessung auswertbar ist.

12. Fahrradlichtmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine spannungssteuernde Schaltung beispielsweise in der Art eines step-up choppers eingesetzt ist.

13. Fahrradlichtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Bauteile einer vorhandenen Elektronik innerhalb des Gehäuses (8) im nicht rotierenden Teil angeordnet sind.

14. Fahrradlichtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitungen bzw. Lei­ tungen zu den Verbrauchern als unterhalb der Lackoberflä­ che geführte Metallfolien vorbestimmter Breite ausgebildet sind.