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Spannungsregler für Stromerzeuger mit veränderlicher Drehzahl, insbesondere
für Lichtmaschinen von Fahrzeugen Die Lichtmaschinen von Fahrzeugen laufen bekanntlich
entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeuges bzw. der Drehzahl des Antriebsmotors
mit veränderlicher Drehzahl, so daB die abgegebene Klemmenspannung sich in Abhängigkeit
von der Drehzahl ändert. Bei langsamer Fahrt liegt die Spannung unter dem Sollwert,
während bei schneller Fahrt die Spannung überschritten wird. Es ist daher üblich,
die Lichtmaschinen innerhalb eines gewissen Drehzahlbereiches automatisch einzuschalten.
Dagegen muß bei langsamer Fahrt die Batterie den Strom liefern, während die Lichtmaschine
leer mitläuft. Die üblichen Lichtmaschinen arbeiten also auf Batterie und .angeschlossene
Teile mit stets veränderlicher Leistung. Die dadurch bedingte wechselnde Betriebsspannung
wirkt sich besonders dann nachteilig aus, wenn die Maschine ohne Batterie auf die
Beleuchtung arbeitet, wie dies z. B. bei Fahrraddynamos der Fall ist.
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Es bestehen bereits eine Reihe von Vorschlägen, um die Klemmenspannung
von Lichtmaschinen in gewünschten Bereichen konstant zu halten.
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Nach einem dieser Vorschläge erfolgt dies dadurch, daß die Drehzahl
z. B. mit Hilfe eines stufenlosen Getriebes in Verbindung mit einem Fliehkraftregeler
konstant gehalten wird. Dieses Verfahren ist jedoch sehr umständlich und kostspielig.
Nach einem weiteren Vorschlag wird die erzeugte überspannung, falls die Lichtmaschine
bereits bei niedriger Drehzahl eine ausreichende Leistung entwickelt, in einem Widerstand
vernichtet,
was natürlich mit Verlusten - verbunden und ebenfalls
umständlich ist. Die automatische Regelung mittels eines vom Strom der Lichtmaschine
durchflossenen Elektromagneten vorzunehmen, ist praktisch nur bei Gleichstrommaschinen
anwendbar. Eine Regelung der Feldstärke der Pole ist bei Kleinstrommaschinen mit
permanenten Magneten nicht möglich. Schließlich ist die ebenfalls bekannte Vergrößerung
des Luftspaltes durch Verschieben eines konischen Induktors nur bei ortsfesten Maschinen
mit unveränderter Schwerpunktlage anwendbar. Allgemein sind also die vorhandenen
Regelungsmethoden zu umständlich. und in der Ausführung zu kostspielig, so daß sie
für Kleinstromerzeuger nicht in Frage kommen und für diese daher auch nicht üblich
sind.
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Die Erfindung betrifft nun einen Spannungsregler für Stromerzeuger
mit veränderlicher Drehzahl, insbesondere für Lichtmaschinen von Fahrzeugen, bei
dem die Nachteile der bekannten Regelverfahren ausgeschaltet sind.
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Der erfindungsgemäße Spannungsregler wird bei Stromerzeugern verwendet,
die bereits bei der üblichen minimalen Drehzahl die gewünschte volle Leistung abgeben.
Der Regler besteht im wesentlichen aus vom sich drehenden Induktor durch Fliehkraft
gesteuerten magneteisernen Körpern, die bei Überschreitung einer bestimmten Drehzahl
in eine solche Lage zu den Feldmagneten treten, daß sie zwischen diesen eine Feldlinienbrücke
bilden, durch die eine Umleitung eines Teiles des den Induktor durchfließenden magnetischen
Nutzfeldes erfolgt, das Nutzfeld also eine entsprechende Schwächung erfährt.
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Die die Feldlinienbrücke bildenden Körper sind dabei derart angeordnet,
daß sie den zwischen der Brücke und den Feldmagneten bestehenden Luftspalt
um so mehr verringern, je höher die Drehzahl steigt.
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Bei Verwendung eines solchen Reglers wird die Klemmenspannung der
Stromerzeuger in gewählten Drehzahlbereichen unter Vermeidung elektrischer Verluste
konstant gehalten oder sie ändert sich nur in gewünschten Grenzen. Der Regler läßt
sich mit Vorteil bei allen Stromerzeugern, insbesondere bei Kleinstromerzeugern,
anwenden, deren Drehzahl starken Schwankungen unterworfen ist. Die Arbeitsweise
ist sehr einfach und der Materialaufwand, der beanspruchte Raum und das Gewicht
sind gering.
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Durch den erfindungsgemäßen Regler ergeben sich folgende Vorteile.
Bei zwischengeschalteter Batterie wird diese stets mit der richtigen Spannung geladen.
Bei gleichzeitig angeschlossener Beleuchtung ist diese keinen Spannungsschwankungen
entsprechend der Drehzahl der Lichtmaschine und dem Ladezustand der Batterie unterworfen.
Die Batterie kann eine geringere Kapazität besitzen, da sie bereits bei geringer
Fahrgeschwindigkeit ihren vollen Ladestrom erhält. Dadurch wird die Batterie leichter
und in der Anschaffung und Pflege billiger. Bei batterielosen Anlagen, z. B. bei
Fahrraddynamos, ist die Lichtstärke auch bei langsaurer Fahrt gut, während bei schneller
Fahrt ein Durchbrennen der Glühbirnchen durch Überspannung nicht vorkommen kann.
Der Regler ist sowohl bei Gleich= wie bei. Wechselstromerzeugern unter den gleichen
Bedingungen verwendbar.
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In der Zeichnung zeigen die Abb. i bis 5 Stromerzeuger mit verschiedenen
Ausführungen von Spannungsreglern gemäß der Erfindung.
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Der Stromerzeuger gemäß Abb. i mit den Feldmagneten a und dem Induktor
b ist von üblicher Bauart und in Wicklung und Feldstärke derart bemessen, daß er
bei einer den Betriebsverhältnissen entsprechenden minimalen Drehzahl bereits die
normale Spannung liefert.
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Über bzw. zwischen den Feldmagneten liegen auf quer an der Induktorwelle
c angebrachten Magneteisenstäben d in radialer Richtung verschiebbare magneteiserne
Fliehgewichte f, die durch Federn g gegen Anschläge h in einer bestimmten Innenlage
gehalten werden. Bei Überschreitung der minimalen Drehzahl wandern die Fliehgewichte
m
entgegen der Federkraft radial nach außen und nähern sich den Feldmagneten
so weit, daß der Luftspalt zwischen ihnen und den Polen des Feldmagneten so stark
verringert wird, daß über die Gewichte und ihre Führungsstäbe eine Umleitung des
magnetischen Nutzfeldes in Abhängigkeit von der Drehzahl eintritt. Bei steigender
Drehzahl des Stromerzeugers fließt eine wechselnde Anzahl von Feldlinien als totes
Feld über die Magneteisenbrücke; es durchfluten weniger Feldlinien den Induktor,
der jedoch in dem geschwächten Nutzfeld schneller rotiert. Bei richtiger Wahl der
Verhältnisse bleibt die Klemmenspannung des Stromerzeugers in den gewünschten Drehzahlbereichen
konstant oder ändert sich nur in gewünschten Grenzen.
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Die in den Abb. 2 bis 5 gezeigten Regler haben die gleiche Arbeitsweise
und Wirkung. Bei diesen Ausführungen besitzen die Stromerzeuger permanente Magnete
a.
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Gemäß Abb. 2 sind ähnlich wie in Abb. i auf einem magneteisernen Querstab
d der Induktorwelle c unter Federwirkung stehende, radial verschiebbare magneteiserne
Fliehgewichte f vorgesehen, die zwischen den Polenden der Magnetschenkel arbeiten.
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Bei der Ausführung nach Abb. 3 sind die magneteisernen Fliehgewichte
f über den Polenden der Magnetschenkel angebracht. Sie sind an der Induktorwelle
durch Blattfedern i befestigt. Die Blattfedern i sind solcher Art, daß sie bei stillstehendem
Stromerzeuger bzw. bei laufendem Stromerzeuger unterhalb der Mindestdrehzahl die
rechts in der Abbildung dargestellte Lage einnehmen, in welcher der Spalt zwischen
den Fliehgewichten f und den Magneten a so groß ist, daß die Gewichte keine
Wirkung auf den Verlauf der Feldlinien haben. Bei steigender Drehzahl nähern sich
die Fliehgewichte den Polenden und nehmen etwa die links in der Abbildung gezeigte
Lage ein, in der sie eine Umleitung eines Teiles der Feldlinien bewirken.
Bei
der Ausführung nach Abb. 4 sind die Fliehgewichte f ähnlich wie in Abb.3 mittels
Blattfedern i am Induktor b angebracht, jedoch befinden sie sich hier
zwischen den Schenkeln des Magnets a.
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Gemäß Abb. 5 wird die Feldlinienbrücke von einem magneteisernen Körper
f' gebildet, der auf der Welle c des Induktors b axial verschiebbar und mit dieser
durch einen Fliehkraftregler k von üblicher Bauart verbunden ist. Bei der minimalen
Drehzahl des Stromerzeugers bleibt der Körper f' in unwirksamer Lage, während er
bei Überschreiten der Drehzahl mehr oder weniger in den Spalt zwischen den Polenden
des Magnets a tritt und eine entsprechende Umleitung der Feldlinien bewirkt. Bei
dieser Ausführung braucht der die Brücke bildende Körper f', falls er mit dem Regler
k drehbar verbunden ist, nicht zu rotieren. Durch günstige Formgebung der nicht
rotierenden Brücke ist ein sehr guter Feldlinienfluß bedingt. Bei nichtrotierender
Brücke ist ein Ummagnetisieren des Eisens nicht erforderlich, so daß der Regler
elektrisch verlustlos arbeitet.
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Die Regler der Abb.2 bis 5, insbesondere die Anordnung einer massiven
Feldlinienbrücke gemäß Abb. 5, sind auch bei Lichtmaschinen mit elektrischen, Feldmagneten
anwendbar.
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Bei der Wahl der Federcharakteristik des Reglers ist die Zugkraft
der Feldmagnete in Richtung der Feldlinienbrücke zu berücksichtigen. Die innere
und äußere Stellung der Brücke werden, wie gezeigt, durch Anschläge begrenzt.