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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Stromerzeugungsvorrichtungen für Fahrräder und
insbesondere in einer Fahrradnabe montierte Klauenpoldynamos.
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Ein
Beispiel eines herkömmlichen
Klauenpol-Stromgenerators ist in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung
(Kokai) 8-192784 beschrieben. Bei dem darin beschriebenen Stromgenerator 10 sind
zwei Eisenkernelemente 15 miteinander derart kombiniert,
dass die Polschuhe 15a und 15b, die entlang der
entsprechenden Außenumfänge angeordnet
sind, zueinander benachbart sind. Die mittleren Abschnitte dieser
Eisenkernelemente 15 sind gezogen (wie in 2 der
Anmeldung dargestellt) und die Innenumfangsenden der zwei kombinierten
Eisenkernelemente 15 sind in Kontakt miteinander. Dadurch
wird durch die Innenumfangsabschnitte der im Inneren einer Ringspule 14 befindlichen
Eisenkernelemente ein magnetischer Fluss übertragen, was bewirkt, dass
durch die Wirkung des in dieser induzierten wechselnden Flusses
ein elektrischer Strom durch die Spule 14 fließt.
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Durch
den wechselnden axialen Fluss in den zwei Eisenkernelementen werden
beträchtliche
Wirbelströme
induziert, wenn die Innenumfangsabschnitte der Eisenkernelemente
schmaler gemacht, in Kontakt miteinander gebracht und magnetisch
gekoppelt sind, wie zuvor beschrieben wurde. Ein großer Teil
des erzeugten Stromes wird daher in Form von Kernverlusten verbraucht,
was zu einer verringerten Leistungsabgabe führt.
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Ein
Verbinden der Innenumfangsabschnitte beider Eisenkernelemente mit
separaten Elementen wurde vorgeschlagen, um eine Struktur zu erhalten, die
geringere Kern verluste aufweisen. Bei einer derartigen Struktur
werden jedoch Wirbelströme
im Inneren der Eisenkernelemente und der separaten Elemente induziert,
wodurch der Wirkungsgrad der Stromerzeugung weiter verringert wird.
Im speziellen Fall eines Stromgenerators, bei dem die Antriebsrotation
mit geringer Drehzahl erfolgt, beispielsweise bei einer Stromversorgung
für eine
Fahrradlampe oder einem windgetriebenen Generator zur Verwendung
im Haushalt, wäre
eine Verringerung des Stromerzeugungswirkungsgrades von Nachteil,
insofern als dies einen voluminöseren
Stromgenerator oder eine größere Drehkraft
zur Stromerzeugung erforderlich machen würde.
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Ein
Klauenpoldynamo von dem im Oberbegriff von Anspruch 1 offenbarten
Typ ist aus EP-A-0 591 724 bekannt.
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INHALT DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft einen Klauenpoldynamo gemäß Anspruch 1.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
stellen einen Klauenpoldynamo bereit, welcher aufweist: ein ringförmiges Element
mit einem sich in seiner Umfangsrichtung erstreckenden Magneten
für eine
Rotation um eine Achse; ein erstes Statorjoch mit einem ersten ringförmigen Abschnitt
und einer Mehrzahl von ersten Polschuhen, die sich in Richtung der
Achse und in unmittelbarer Nähe
zum Magneten erstrecken, wobei der erste ringförmige Abschnitt eine Mehrzahl
von ersten Diskontinuitäten
(wie beispielsweise Schlitze) in seiner Umfangsrichtung definiert; ein
zweites Statorjoch mit einem zweiten ringförmigen Abschnitt und einer
Mehrzahl von zweiten Polschuhen, die sich in Richtung der Achse
und in unmittelbarer Nähe
zum Magneten erstrecken, wobei die Mehrzahl von ersten Polschuhen
mit der Mehrzahl von zweiten Polschuhen in Umfangsrichtung der ersten
und zweiten ringförmigen
Abschnitte verschachtelt sind; ein Kernjoch zur magnetischen Kopplung des
ersten Statorjochs und des zweiten Statorjochs und zur Übertragung
eines magnetischen Flusses in Richtung der Achse; und eine um das
Kernjoch herum angeordnete Spule. Die Mehrzahl von Diskontinuitäten unterdrücken die
Wirbelströme
im ersten Statorjoch. Falls gewünscht,
kann das zweite Statorjoch eine ähnliche
Mehrzahl von Diskontinuitäten
in seinem zweiten ringförmigen
Abschnitt aufweisen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet ein Klauenpoldynamo: ein ringförmiges Element
mit einem sich in seiner Umfangsrichtung erstreckenden Magneten
für eine
Rotation um eine Achse; ein erstes Statorjoch mit einem ersten ringförmigen Abschnitt
und einer Mehrzahl von ersten Polschuhen, die sich in Richtung der
Achse und in unmittelbarer Nähe
zum Magneten erstrecken; ein zweites Statorjoch mit einem zweiten
ringförmigen Abschnitt
und einer Mehrzahl von zweiten Polschuhen, die sich in Richtung
der Achse und in unmittelbarer Nähe
zum Magneten erstrecken; wobei die Mehrzahl von ersten Polschuhen
mit der Mehrzahl von zweiten Polschuhen in Umfangsrichtung verschachtelt
sind; ein Kernjoch zur magnetischen Kopplung des ersten Statorjochs
und des zweiten Statorjochs und zur Übertragung eines magnetischen
Flusses in Richtung der Achse; eine um das Kernjoch herum angeordnete
Spule; und ein erstes Trennelement, das zwischen dem ersten Statorjoch und
dem Kernjoch angeordnet ist. Falls gewünscht, kann das erste Trennelement
eine Mehrzahl von Diskontinuitäten
in seiner Umfangsrichtung beinhalten, um Wirbelströme zu unterdrücken. Ein
zweites Trennelement mit oder ohne eine ähnliche Mehrzahl von Diskontinuitäten kann
zwischen dem zweiten Statorjoch und dem Kernjoch angeordnet sein,
um Wirbelströme
weiter zu unterdrücken.
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Bei
noch einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung kann ein Klauenpoldynamo beinhalten: ein ringförmiges Element
mit einem sich in seiner Umfangsrichtung erstreckenden Magneten
für eine Rotation
um eine Achse; ein erstes Statorjoch mit einem ersten ringförmigen Abschnitt
und einer Mehrzahl von ersten Polschuhen, die sich in Richtung der Achse
und in unmittelbarer Nähe
zum Magneten erstrecken; ein zweites Statorjoch mit einem zweiten ringförmigen Abschnitt
und einer Mehrzahl von zweiten Polschuhen, die sich in Richtung
der Achse und in unmittelbarer Nähe
zum Magneten erstrecken, wobei die Mehrzahl von ersten Polschuhen
mit der Mehrzahl von zweiten Polschuhen in Umfangsrichtung verschachtelt
sind; ein Kernjoch zur magnetischen Kopplung des ersten Statorjochs
und des zweiten Statorjochs und zur Übertragung eines magnetischen
Flusses in Richtung der Achse; wobei das Kernjoch eine Mehrzahl
von Teilstücken
beinhaltet, die an unterschiedlichen Positionen in Umfangsrichtung
des Kernjochs angeordnet sind; und eine Spule, die um das Kernjoch
herum angeordnet ist. Die Mehrzahl von Teilstücken im Kernjoch tragen dazu
bei, Wirbelströme
im Kernjoch zu unterdrücken.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein partieller Querschnitt einer speziellen Ausführungsform eines Klauenpoldynamos gemäß der Erfindung;
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2 ist
eine Ansicht entlang Linie II-II von 1;
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3 ist
eine Draufsicht einer speziellen Ausführungsform eines Statorjochs
gemäß der Erfindung;
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4 ist
eine Ansicht entlang Linie IV-IV von 3;
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5 ist
eine Draufsicht spezieller Ausführungsformen
einer Spule und eines Kernjochs gemäß der Erfindung;
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6 ist
eine Ansicht entlang Linie VI-VI von 5;
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7 ist
eine Draufsicht einer speziellen Ausführungsform eines Kernjochteilstückes gemäß der Erfindung;
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8 ist
eine Ansicht entlang Linie VIII-VIII von 7;
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9 ist
eine Draufsicht einer speziellen Ausführungsform einer Trennscheibe
gemäß der Erfindung;
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10 ist
ein explodierter Querschnitt des Statorjochs, des Kernjochs und
der Trennscheiben, die in dem in 1 dargestellten
Dynamo verwendet werden;
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11 ist
ein Querschnitt, der die Beziehung zwischen dem Magneten und den
Klauenpolen des in 1 dargestellten Dynamos zeigen;
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12 ist
eine Draufsicht von alternativen Ausführungsformen eines Spulenkörpers und
eines Kernjochs gemäß der Erfindung;
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13 ist
eine Draufsicht von weiteren alternativen Ausführungsformen eines Spulenkörpers und
eines Kernjoches gemäß der Erfindung;
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14 ist
eine Draufsicht weiterer alternativer Ausführungsformen einer Spule und
eines Kernjochs gemäß der Erfindung;
und
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15 ist
eine Seitenansicht einer speziellen Ausführungsform eines Fahrrades,
das einen in 1 dargestellten Dynamo beinhaltet.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
ein partieller Querschnitt einer speziellen Ausführungsform eines Klauenpoldynamos 1 gemäß der Erfindung, 2 ist
eine Ansicht entlang Linie II-II in 1, und 15 ist
eine Seitenansicht einer speziellen Ausführungsform eines Fahrrades 101,
das den in 1 dargestellten Dynamo 1 beinhaltet.
Fahrrad 101 beinhaltet: einen Rahmen 102 mit Vorderradgabeln 98;
einen Griff 104; eine Antriebseinheit 105, die
aus einer Kette, Pedalen und dergleichen aufgebaut ist; ein Vorderrad 106 mit
Speichen 99; und ein Hinterrad 107. Strom kann
einem Vorderlicht, einem Rücklicht
oder dergleichen durch Integrieren des Nabendynamos 1 in
das Fahrrad 101 zugeführt
werden.
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Der
in 1 dargestellte Nabendynamo ist in die Nabe des
Vorderrades 106 des Fahrrades 101 integriert.
Insbesondere sind die zwei Enden der Nabenachse 20 an der
rechten und der linken Vorderradgabel 98 befestigt und
Speichen 99 sind an den zwei Flanschen 11a und 12a einer
externen Rotorbaugruppe befestigt. Die in 1 dargestellte
Achse O-O ist die Rotationsachse des Vorderrades 106 des Fahrrades
und die externe Rotorbaugruppe dreht sich gemeinsam mit dem Vorderrad 106 um
die Achse O-O.
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Der
Nabendynamo 1 weist eine interne Statorbaugruppe und eine
externe Rotorbaugruppe auf. Die interne Statorbaugruppe (interner
Stator) weist, wie in 1 dargestellt, die Nabenachse 20,
zwei Statorjoche 31 und 32, einen Spulenkörper 41 mit
einer aufgewickelten Spule 40, ein zylindrisches Kernjoch 50 und
zwei Trennscheiben 61 und 62 (siehe 8)
auf, die, wie in 1 dargestellt, integriert sind.
Der interne Stator ist durch die Nabenachse 20 an den Vorderradgabeln 98 befestigt.
Beide Enden der Nabenachse 20 sind an den Vorderradgabeln 98 durch Klemmmuttern 2 oder
Verriegelungsmuttern 3 befestigt, und die Statorjoche 31 und 32,
ein zylindrisches Kernjoch 50 und Trennscheiben 60 und 62 sind
an dieser Nabenachse 20 befestigt. Jedes der die interne
Statorbaugruppe bildenden Elemente wird nachfolgend detailliert
beschrieben.
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Die
externe Rotorbaugruppe (externer Rotor) weist einen ersten Rahmen 11,
einen zweiten Rahmen 12 und einen Deckel 13 auf,
die, wie in 1 dargestellt, integriert sind.
Die integrierte externe Rotorbaugruppe ist an der Nabenachse 20 mit Hilfe
der Lager 21 und 22 drehbar befestigt. Eine Mehrzahl
von Speichen 99 des Vorderrades 106 sind an einem
Flansch 11a, der am Außenumfangsabschnitt
des ersten Rahmens 11 ausgebildet ist, und einem Flansch 12a befestigt,
der am Außenumfangsabschnitt
des zweiten Rahmens 12 ausgebildet ist. Ein Permanentmagnet 14,
der vier Magnete aufweist, die in gleichen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet
sind, ist am Deckel befestigt, wie in 1 dargestellt.
In diesem Permanentmagneten 14 sind N- und S-Pole intermittierend
in gleichen Intervallen ausgebildet und insgesamt sind 28 Pole eines
jeden Typs den Jochen (Polschuhen) 31b und 32b der nachfolgend
beschriebenen Statorjoche 31 und 32 zugewandt
(siehe 11).
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3 ist
eine Draufsicht einer speziellen Ausführungsform der Statorjoche 31 und 32 gemäß der Erfindung,
und 4 ist eine Ansicht entlang Linie IV-IV von 3.
Bei dieser Ausführungsformn
ist das Statorjoch 31/32 aus leicht zerspanbarem
Magnetstahlblech (weichmagnetischem Eisen) hergestellt, das auf
reinem Eisen basiert. Wie in den 3 und 4 dargestellt,
weisen die Statorjoche 31/32 einen Scheibenabschnitt 31a/32a und
Klauen 31b/32b auf. Insbesondere sind 14 Klauen 31b/32b in
gleichen Abständen
in Umfangsrichtung ausgebildet, und diese Klauen erstrecken sich
in Richtung der Achse O-O vom Außenumfangsende des zugehörigen Scheibenabschnittes 31a/32a.
Die Umfangsabmessungen der Zwischenräume zwischen den Klauen 31b/32b sind
etwas größer als
die Umfangsabmessungen der Klauen 31b/32b, so
dass die Klauen 31b und 32b an den beiden montierten
Statorjochen 31/32 in gleichen Intervallen in
Umfangsrichtung positioniert sind und gleiche Zwischenräume zwischen diesen
ausgebildet sind, wie in 11 dargestellt.
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Wie
in 11 dargestellt, ist der Permanentmagnet 14 der
Außenseite
der Klauen 31b und 32b in Radialrichtung zugewandt.
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Wie
in 3 dargestellt, ist der Scheibenabschnitt 31a/32a mit
einem runden Loch 31c, 32c zum Einsetzen der Nabenachse 20 sowie
mit Schlitzen 31d/32d und 31e/32e versehen.
Das runde Loch 31c/32c ist in der Mitte des Scheibenabschnittes 31a/32a ausgebildet.
Die Schlitze 31d/32d erstrecken sich vom runden
Loch 31c/32c zum mittleren Abschnitt zwischen
dem Außenumfangsende
des Scheibenabschnittes 31a/32a und dem runden
Loch 31c/32c in radialer Richtung nach außen. Der
Schlitz 31e/32e erstreckt sich vom runden Loch 31c/32c zum
Außenumfangsende
des Scheibenabschnittes 31a/32a in radialer Richtung
nach außen.
Die sieben Schlitze 31d/32d und ein einziger Schlitz 31e/32e sind
in gleichen Abständen
in Umfangsrichtung angeordnet.
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5 ist
eine Draufsicht von speziellen Ausführungsformen eines Spulenkörpers 41 und
eines Kernjochs 50 gemäß der Erfindung
und 6 ist eine Ansicht entlang Linie VI-VI von 5.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist der Spulenkörper 41 ein
ringförmiges
Harzelement, in dem eine Nut 41 zum Aufwickeln und Halten
der Spule 40 sich um den Außenumfangsabschnitt windet
und eine Kerbe 41b mit einem gestuften Abschnitt, um mit dem
zylindrischen Kernjoch 50 in Eingriff zu kommen, ist am
Außenumfangsabschnitt
ausgebildet. Die zwei Enden der in die Nut 41 gewickelten
Spule 40 werden durch das in 5 dargestellte
Loch 41c sowie durch ein (nicht dargestelltes) Loch herausgeführt, das
sich auf der entgegengesetzten Seite von 5 befindet.
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Das
zylindrische Kernjoch 50 beinhaltet zwölf Teilstück-Baugruppen 51,
die mit der Kerbe 41b der Spule 41 in Eingriff
kommen, um ein Montieren im Inneren dieses Spulenkörpers 41 zu
erzielen. Jede der Teilstück-Baugruppen 51 wird
dadurch erzielt, dass vier Teilstücke, die als rechteckige dünne Bleche
geformt sind, zusammengesetzt werden, wie in den 7 und 8 dargestellt,
wobei eine einzelne Teilstück-Baugruppe 51 drei
Teilstücke 52 und
ein Teilstück 53 aufweist.
Die Teilstücke 52 sind
mit vier Austiefungen 52a und einer einzigen Ausbauchung 52b versehen,
und das Teilstück 53 ist
mit vier runden Löchern 53a versehen.
Die Austiefungen 52a und die Ausbauchung 52b sind
miteinander verbunden, so wie auch die runden Löcher 53a und die Austiefung 52b,
und sind somit zu einer Teilstück-Baugruppe 51 zusammengesetzt
(siehe 8). Jedes der Teilstücke 52 und 53 wird
aus siliziumhaltigen Stahlblechen von einer Dicke von 1 mm oder
weniger gefertigt.
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Ein
Einsetzen derartiger Teilstück-Baugruppen 51 in
die Kerbe 41b des Spulenkörpers 41 in der in 5 dargestellten
Weise ermöglicht,
dass diese zwölf
Teilstück-Baugruppen 51 ein
zylindrisches Kernjoch 50 ausbilden, das mit einem innen
liegenden Freiraum versehen ist, der quadratischen Querschnitt hat
und die Nabenachse 20 aufnimmt. Das zylindrische Kernjoch 50 wird
dadurch erzielt, dass die Teilstücke 52 und 53 parallel
zur Richtung der Achse O-O übereinander
gestapelt werden. Wie in 6 dargestellt, ist die Länge des
zylindrischen Kernjochs 50 in Richtung der Achse O-O größer als
die Länge der
Spule 41 in Richtung der Achse O-O, wodurch eine Situation
erzeugt wird, bei der die zwei Stirnflächen des zylindrischen Kernjochs 50 sich
etwas über die
zwei Stirnflächen
des Spulenkörpers 41 hinaus erstrecken.
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9 ist
eine Draufsicht einer speziellen Ausführungsform einer Trennscheibe 61 oder 62 gemäß der Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform
sind die Trennscheiben 61/62 aus siliziumhaltigen
Stahlblechen hergestellt, welche die gleiche Dicke wie die Teilstücke 52 und 53 aufweisen.
Die Trennscheiben 61/62 sind mit runden Löchern 61b/62b zum
Einführen
der Nabenachse 20 und mit Schlitzen 61c/62c und 61d/62d versehen.
Die runden Löcher 61b/62c sind
in der Mitte ausgebildet und weisen im Wesentlichen den gleichen
Durchmesser wie die runden Löcher 31c/32c der
Statorjoche 31/32 auf. Die Schlitze 61c/62c erstrecken
sich von den runden Löchern 61b/62b zum
Gebiet in der Nähe
der Außenumfangsenden
in radialer Richtung nach außen.
Die Schlitze 61d/62d erstrecken sich von den runden
Löchern 61b/62b zu
den Außenumfangsenden
in radialer Richtung nach außen.
Diese sieben Schlitze 61c/62c und der eine Schlitz 61d/62d sind
in gleichen Abständen
in Umfangsrichtung angeordnet.
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Wie
in 10 dargestellt, sind die Trennscheiben 61/62 zwischen
den Statorjochen 31/32 und dem Spulenkörper 41/dem
zylindrischen Kernjoch 50 in einer Sandwich-Konfiguration positioniert. In
dem in 1 dargestellten zusammengebauten Zustand trennen
die Trennscheiben 61/62 das zylindrische Kernjoch 50 und
die Scheibenabschnitte 31a/32a der Statorjoche 31/32,
während
sie sich in Kontakt mit diesen befinden, derart, dass ein direkter Kontakt
zwischen den beiden verhindert wird. Wenn die siliziumhaltigen Stahlbleche
zusammengesetzt sind, um den magnetischen Fluss aufzunehmen, nehmen
die beiden Statorjoche 31 und 32 einen Zustand
an, bei dem ihre Innenumfangsabschnitte miteinander mit Hilfe des
zylindrischen Kernjochs 50 und den Trennscheiben 61 und 62 magnetisch
gekoppelt sind. Außerdem
sind die Schlitze 61c/62c und 61d/62d schmaler
gestaltet als die Schlitze 31d/32d und 31e/32e der
Statorjoche 31/32, um zu gewährleisten, dass das zylindrische
Kernjoch 50 und die Statorjoche 31/32 mit
größerer Sicherheit
getrennt werden. Ein kleiner Zwischenraum ist zwischen dem Spulenkörper 41 und
den Trennscheiben 61 und 62 vorhanden, da die
beiden Stirnflächen
des zylindrischen Kernjochs 50 sich geringfügig über die beiden
Stirnflächen
des Spulenkörpers 41 hinaus
erstrecken, wie in den 6 und 10 dargestellt.
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Nachfolgend
wird die Erzeugung von Strom durch den Nabendynamo 1 beschrieben.
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Wenn
die Speichen 99 bezüglich
der Vorderradgabeln 98 eines fahrenden Fahrrades 101 rotiert werden,
wird ermöglicht,
dass sich die externe Rotorbaugruppe, die an den Speichen 99 befestigt
ist, auf den an den Vorderradgabeln 98 befestigten Lagern 21 und 22 bezüglich der
inneren Statorbaugruppe dreht. Wenn dies passiert, rotiert der Permanentmagnet 14 um
die Außenseite
der Klauen 31b und 32b der Statorjoche 31 und 32 (siehe 11).
Aufgrund dieser Anordnung empfängt
die eine der Klauen 31b und 32b einen magnetischen
Fluss von einem S- oder N-Pol des Permanentmagneten 14,
während der
andere einen magnetischen Fluss von einem N- bzw. S-Pol erhält. Insbesondere
bewirkt der Permanentmagnet 14, der sich auf der Außenseite
der Klauen 31b und 32b dreht, einen ersten Zustand,
bei dem das Statorjoch 31 als N-Pol wirkt und das Statorjoch 32 als
ein S-Pol wirkt, und einen zweiten Zustand, bei dem das Statorjoch 31 als
ein S-Pol wirkt und das Statorjoch 32 als ein N-Pol wirkt,
um wiederholt aufzutreten, wodurch ein wechselnder magnetischer Fluss
in Richtung der Achse O-O des zylindrischen Kernjochs 50 induziert
wird, mit dem die beiden Joche 31 und 32 magnetisch
gekoppelt sind.
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Ein
Strom wird in der Spule 40 erzeugt und Strom wird durch
den auf der Innenseite der Spule 40 erzeugten wechselnden
magnetischen Fluss erzeugt. Insbesondere wird ein wechselnder magnetischer
Fluss induziert und Strom wird im zylindrischen Kernjoch 50 erzeugt,
das in der Spule 40 angeordnet ist und das die beiden Statorjoche 31 und 32 verbindet.
Jedoch wird während
einer derartigen Stromerzeugung zusätzlich zum wechselnden magnetischen Fluss
ein Wirbelstrom induziert. Ein derartiger Wirbelstrom senkt den
Stromerzeugungswirkungsgrad, jedoch kann dieser Strom beim vorliegenden
Nabendynamo 1 unterdrückt
werden, da die Schlitze 31d/32d und 31e/32e an
den Scheibenabschnitten 31a/32a der Statorjoche 31/32 vorgesehen
sind. Insbesondere wird ein Wirbelstrom in den Scheibenabschnitten 31a/32a in
Umfangsrichtung induziert, jedoch unterbricht das Vorhandensein
der Schlitze 31d/32d und 31e/32e,
die sich von den runden Löchern 61b/62b in radialer
Richtung nach außen
erstrecken, den Hauptpfad des Wirbelstroms, wodurch es für den Strom schwierig
wird, durch die Scheibenabschnitte 31a/32a in
Umfangsrichtung zu fließen.
Der Wirbelstrom wird daher verringert und der Stromerzeugungswirkungsgrad
wird verbessert. Der Wirkungsgrad, mit dem der Wirbelstrom bei dieser
Ausführungsform
verringert wird, ist hoch, da die Schlitze 31d/32d und 31e/32e um
den Innenumfangsteil des Scheibenabschnittes 31a/32a zentriert
sind, der durch starke Wirbelströme
charakterisiert ist. Der Wirbelstrom kann mit sogar noch höherem Wirkungsgrad
verringert werden, da eine Mehrzahl von Schlitzen 31d/32d vorgesehen
sind.
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Versuche
wurden ausgeführt,
um die Leistungsabgabe zu vergleichen, die erzeugt wurde, wenn sich
die externe Rotorbaugruppe und die interne Statorbaugruppe be züglich zueinander
mit 110 U/min drehten, was einem Fall entsprach, bei das Fahrrad 101 mit
einer Geschwindigkeit von 15 km/h fuhr. Es wurde gefunden, dass
die Leistungsabgabe des Nabendynamos 1 um ca. 26% gegenüber der Leistung
zugenommen hatte, die erzeugt wurde, wenn die Schlitze 31d/32d und 31e/32e weggelassen
wurden, und ca. 6% gegenüber
der Leistung, die erzeugt wurde, wenn die Schlitze 31e/32e (jedoch nicht
die Schlitze 31d/32d) ausgebildet waren.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird das Statorjoch 32 aus auf Reineisen basierten Magnetstahlblechen
hergestellt, die leichter maschinell zu bearbeiten sind als kohlenstoffhaltige
Materialien, wodurch erleichtert wird, die gekrümmten Abschnitte des Scheibenabschnittes 31a/32a und
der Klaue 31b/32b zu formen. Dies führt wiederum
zu geringeren Herstellungskosten. Andererseits wird durch eine derartige
Herstellung des Statorjochs 32 aus auf Reineisen basierten
Magnetstahlblechen der elektrischen Widerstand verringert und die
durch einen Wirbelstrom bedingten Eisenverluste vergrößert, jedoch wird,
dadurch dass der Scheibenabschnitt 31a/32a mit
den Schlitzen 31d/32d und 31e/32e bereitgestellt wird,
der Wirbelstrom unterdrückt
und es möglich
gemacht, einen gewünschten
Stromerzeugungswirkungsgrad beizubehalten.
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Außerdem wird
der während
der Stromerzeugung induzierte Wirbelstrom gehemmt und der Stromerzeugungswirkungsgrad
vergrößert, da
eine Trennscheibe 61/62 zwischen dem Statorjoch 31/32 und
dem zylindrischen Kernjoch 50 platziert ist. Insbesondere
wird in den Statorjochen 31/32 und dem zylindrischen
Kernjoch 50 bedingt durch die Erzeugung eines wechselnden
magnetischen Flusses ein Wirbelstrom induziert, da jedoch die Trennscheiben 61/62,
die aus einen hohen Widerstand aufweisenden, siliziumhaltigen Magnetstahlblechen
hergestellt sind, zwischen diese eingelegt sind, ist es möglich, den
Wirbelstrom zu reduzieren, der in dem Gebiet zwischen den Statorjochen 31/32 und
dem zylindrischen Kernjoch 50 induziert wird. Der Wirbelstrom wird
daher reduziert und ein höherer
Stromerzeugungswirkungsgrad wird erzielt. Ebenso wird, dadurch dass
die Trennscheiben 61/62 mit den Schlitzen 61c/62c und 61d/62d versehen
sind, es für
einen Wirbelstrom schwieri ger, durch die Trennscheibe 61/62 zu
fließen.
Der Wirbelstrom wird daher noch weiter verringert, was den Stromerzeugungswirkungsgrad
anhebt.
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Versuche
wurden auch ausgeführt,
um die Leistungsabgabe zu vergleichen, die erzeugt wurde, wenn sich
die externe Rotorbaugruppe und die interne Statorbaugruppe bezüglich zueinander
mit 120 U/min drehten, was einem Fall entsprach, bei das Fahrrad 101 mit
einer Geschwindigkeit von 15 km/h fuhr. Es wurde gefunden, dass
die Leistungsabgabe des Nabendynamos 1 um ca. 6% gegenüber der Leistung
zugenommen hatte, die erzeugt wurde, wenn die Trennscheiben 61 und 62 weggelassen wurden.
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Außerdem wird
der Wirbelstrom unterdrückt und
der Stromerzeugungswirkungsgrad vergrößert, da das zylindrische Kernjoch 50 eine
Mehrzahl von Teilstücken 52 und 53 aufweist.
Insbesondere wird ein Wirbelstrom im zylindrischen Kernjoch 50 durch die
Erzeugung eines wechselnden magnetischen Flusses induziert, jedoch
wird die Größe dieses
Wirbelstroms verringert, da die Teilstücke 52 und 53 an unterschiedlichen
Positionen in Umfangsrichtung platziert sind, und die Gebiete, welche
diese Teilstücke 52 und 53 trennen,
sind derart eingebracht, dass ein in Umfangsrichtung fließender Wirbelstrom
unterbrochen wird. Dies erschwert das Fließen des Wirbelstroms durch
das zylindrische Kernjoch 50 in Umfangsrichtung, verringert
den Wirbelstrom und erhöht den
Stromerzeugungswirkungsgrad. Bei dieser Ausführungsform sind die Teilstücke 52 und 53,
welche das zylindrische Kernjoch 50 aufweisen, aus siliziumhaltigen
Magnetstahlblechen hergestellt, und daher weist das zylindrische
Kernjoch 50 einen höheren elektrischen
Widerstand auf und der im zylindrischen Kernjoch 50 induzierte
Wirbelstrom wird weiter reduziert. Wie zuvor angegeben, ist das
zylindrische Kernjoch 50 aus Teilstück-Baugruppen 51 hergestellt,
die dadurch erzielt werden, dass vorab vier Dünnblechteilstücke 52 und 53 übereinander
angeordnet und integriert werden. Dies erleichtert die Montage und
ermöglicht
eine Verbesserung des Einbaus während
der Endmontage des Nabendynamos 1. Außerdem wird dadurch ein Verschieben
der Teilstücke 52 und 53 zueinander
erschwert, da die Teilstücke 52 mit
Austiefungen 52a und einer Ausbauchung 52b versehen
sind und das Teilstück 53 mit runden
Löchern 53a versehen
ist, und diese werden verwendet, um die Teilstück-Baugruppe 51 auszubilden.
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Versuche
wurden ausgeführt,
um die Leistungsabgabe zu vergleichen, die erzeugt wurde, wenn sich
die externe Rotorbaugruppe und die interne Statorbaugruppe bezüglich zueinander
mit 120 U/min drehten, was einem Fall entsprach, bei das Fahrrad 101 mit
einer Geschwindigkeit von 15 km/h fuhr. Es wurde gefunden, dass
die Leistungsabgabe des Nabendynamos 1 um ca. 33% gegenüber der Leistung
zugenommen hatte, die erzeugt wurde, wenn das zylindrische Kernjoch 50 aus
einem nicht unterteilten zylindrischen magnetischen Weicheisen (auf
Reineisen basierten Magnetstahlblechen) hergestellt wurde.
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Bei
der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform waren die Teilstück-Baugruppen 51,
die eine Mehrzahl von Teilstücken 52 und 53 aufweisen, parallel
zur Richtung der Achse O-O übereinander geschichtet,
um ein zylindrisches Kernjoch 50 zu erzielen, jedoch ist
es ebenfalls möglich,
das zylindrische Kernjoch 50 durch ein zylindrisches Kernjoch 70,
wie beispielsweise das in 12 dargestellte,
zu ersetzen. Beim zylindrischen Kernjoch 70 sind 190 dünne siliziumhaltige
Stahlbleche (Teilstücke) 72 in Umfangsrichtung
fluchtend angeordnet, wie in 12 gezeigt
(zum leichteren Verständnis
ist in 12 eine geringere Anzahl von
Teilstücken
dargestellt). Durch Anordnen von diesen im Inneren eines Spulenkörpers 42 wird
ein mittig angeordneter Freiraum zur Aufnahme einer Nabenachse 20 geliefert.
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Der
Spulenkörper 42 mit
einer aufgewickelten Spule 40 ist mit einem zylindrischen
Freiraum versehen, der in eine Umfangsfläche 42b entlang des Innenumfangs
von diesem derart eingeschlossen ist, dass ein Eingriff mit dem
zylindrischen Kernjoch 70 erzielt wird. Die Außenumfangsfläche des
zylindrischen Kernjochs 70 wird mit der Innenumfangsfläche 42b des
Spulenkörpers 42 in
Eingriff gebracht. Die Spule 40 wird in eine Nut 42a aufgewickelt,
die im Außenumfangsabschnitt
des Spulenkörpers 42 ausgebildet
ist.
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Da
der Nabendynamo der vorliegenden Ausführungsformn sich in radialer
Richtung erstreckende dünne
Bleche 72 aufweist, verhindern die Gebiete, welche benachbarte
dünne Bleche 72 trennen,
dass sich der in Umfangsrichtung verlaufende Fluss der Wirbelströme in Umfangsrichtung
im Inneren des zylindrischen Kernjochs 70 bewegt. Die durch
das zylindrische Kernjoch 70 fließenden Wirbelströme werden daher
gehemmt und der Stromerzeugungswirkungsgrad wird angehoben. Das
Ausmaß,
in welchem der Stromerzeugungswirkungsgrad verbessert wird, ist der
gleiche wie im Fall des zuvor beschriebenen Nabendynamos 1 der
ersten Ausführungsform.
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Bei
der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform waren die aus einer
Mehrzahl von Teilstücken 52 und 53 aufgebauten
Teilstückbaugruppen 51 parallel
zur Richtung der Achse O-O übereinander gestapelt,
um ein zylindrisches Kernjoch 50 zu erzeugen, jedoch ist
es ebenfalls möglich,
das zylindrische Kernjoch 50 durch ein zylindrisches Kernjoch 80 zu ersetzen,
wie beispielsweise das in 13 dargestellte.
Beim zylindrischen Kernjoch 80 sind 16 magnetische Weicheisenblöcke 82 in
Umfangsrichtung fluchtend ausgerichtet, wie in 13 dargestellt. Durch
Anordnen von diesen im Inneren eines Spulenkörpers 42 wird ein
mittig angeordneter Freiraum zur Aufnahme einer Nabenachse 20 geliefert.
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Der
Spulenkörper 42 mit
einer aufgewickelten Spule 40 ist mit einem zylindrischen
Freiraum versehen, der in eine Umfangsfläche 42b entlang des Innenumfangs
von diesem derart eingeschlossen ist, dass ein Eingriff mit dem
zylindrischen Kernjoch 80 erzielt wird. Die Außenumfangsfläche des
zylindrischen Kernjochs 80 wird mit der Innenumfangsfläche 42b des
Spulenkörpers 42 in
Eingriff gebracht. Die Spule 40 wird in eine Nut 42a aufgewickelt,
die im Außenumfangsabschnitt
des Spulenkörpers 42 ausgebildet
ist.
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Beim
Nabendynamo dieser Ausführungsform
erstrecken sich die Gebiete, welche benachbarte Blöcke 82 trennen,
in einer radialen Konfiguration in der in 13 dargestellten
Art und Weise, wodurch verhindert wird, dass der Fluss der Wirbelströme sich
in Umfangsrichtung im Inneren des zylindrischen Kernjochs 80 bewegt.
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Die
durch das zylindrische Kernjoch 80 fließenden Wirbelströme werden
dadurch gehemmt und der Stromerzeugungswirkungsgrad wird erhöht.
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Versuche
wurden ausgeführt,
um die Leistungsabgabe zu vergleichen, die erzeugt wurde, wenn sich
die externe Rotorbaugruppe und die interne Statorbaugruppe bezüglich zueinander
mit 120 U/min drehten, was einem Fall entsprach, bei das Fahrrad 101 mit
einer Geschwindigkeit von 15 km/h fuhr. Es wurde gefunden, dass
die Leistungsabgabe dieses Nabendynamos um ca. 29% gegenüber der Leistung
zugenommen hatte, die erzeugt wurde, wenn das zylindrische Kernjoch 80 aus
ungeteiltem zylindrischen magnetischen Weicheisen (auf Reineisen
basierten magnetischen Stahlblechen) aufgebaut war.
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Bei
der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform waren die Teilstück-Baugruppen 51,
die eine Mehrzahl von Teilstücken 52 und 53 aufweisen, parallel
zur Richtung der Achse O-O übereinander geschichtet,
um ein zylindrisches Kernjoch 50 zu erzielen, jedoch ist
es ebenfalls möglich,
das zylindrische Kernjoch 50 durch ein zylindrisches Kernjoch 90,
wie beispielsweise das in 14 dargestellte,
zu ersetzen. Beim zylindrischen Kernjoch 90 sind ca. 100
magnetische Weicheisenstangen 92, die sich in Umfangsrichtung
der Achse O-O erstrecken, in Umfangsrichtung gebündelt, wie in 14 gezeigt. Durch
Anordnen von diesen im Inneren eines Spulenkörpers 42 wird ein
mittig angeordneter Freiraum zur Aufnahme einer Nabenachse 20 geliefert.
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Der
Spulenkörper 42 mit
einer aufgewickelten Spule 40 ist mit einem zylindrischen
Freiraum versehen, der in eine Umfangsfläche 42b entlang des Innenumfangs
von diesem derart eingeschlossen ist, dass ein Eingriff mit dem
zylindrischen Kernjoch 90 erzielt wird. Die Außenfläche des
zylindrischen Kernjochs 90 wird mit der Innenumfangsfläche 42b des Spulenkörpers 42 in
Eingriff gebracht. Die Spule 40 wird in eine Nut 42a aufgewickelt,
die im Außenumfangsabschnitt
des Spulenkörpers 42 ausgebildet
ist.
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Aufgrund
der Struktur des zylindrischen Joches 90 des Nabendynamos
der vorliegenden Ausführungsform
kann sich ein magnetischer Fluss ohne weiteres in Richtung der Achse
O-O ausbreiten, jedoch wird ein Fließen von Wirbelströmen in Umfangsrichtung
gehemmt. Die durch das zylindrische Kernjoch 90 fließenden Wirbelströme werden
auf diese Weise gehemmt und der Stromerzeugungswirkungsgrad wird
vergrößert.
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Versuche
wurden ausgeführt,
um die Leistungsabgabe zu vergleichen, die erzeugt wurde, wenn sich
die externe Rotorbaugruppe und die interne Statorbaugruppe bezüglich zueinander
mit 120 U/min drehten, was einem Fall entsprach, bei das Fahrrad 101 mit
einer Geschwindigkeit von 15 km/h fuhr, und es wurde gefunden, dass
die Leistungsabgabe dieses Nabendynamos um ca. 18% gegenüber der
Leistung zugenommen hatte, die erzeugt wurde, wenn das zylindrische
Kernjoch 90 aus ungeteiltem zylindrischen magnetischen
Weicheisen (auf Reineisen basierten magnetischen Stahlblechen) aufgebaut
war.
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Auch
wenn zuvor verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben wurden, können weitere Modifikationen
verwendet werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise können
Größe, Form,
Ort und Orientierung der verschiedenen Bauelemente nach Wunsch verändert werden.
Die Funktionen eines einzigen Elementes können durch zwei Elemente ausgeführt werden,
und umgekehrt. Es ist nicht erforderlich, dass in einer speziellen
Ausführungsform
alle Vorteile gleichzeitig vorhanden sind. Somit versteht es sich,
dass der Schutzumfang der Erfindung nicht durch die hier offenbarten
spezifischen Strukturen oder den scheinbaren anfänglichen Fokus auf eine spezielle
Struktur oder Merkmal eingeschränkt
ist, sondern lediglich durch die anliegenden Ansprüche.