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Magnetelektrische Kleinmaschine wechselnder Antriebsgeschwindigkeit
Die vorliegende Erfindung bezieht sieh Insbesondere auf Fahrraddynamos, darüber
hinaus je-, doch auf alle magnetelektrischen Kleinmaschinen, die direkt vom Fahrzeug
angetrieben werden und zur Speisung der Lichtanlage des Fahrzeugs dienen.
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Diese Dynamos haben den Nachteil, daß nur bei einer Fahrtgeschwindigkeit
die für die Lampen vorgesehene Betriebsspannung erreicht wird. Bei allen anderen
Fahrtgeschwindigkeiten ist die erzeugte Spannung zu :hoch, und es besteht die Gefahr
eines Durchbrennens der Birnen, oder sie ist zu niedrig, und die Lampen brennen
nur mit unzulänglicher Lichtstärke.
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Zur Behebung dieser den Fahrraddynamos anhaftenden Mängel ist u. a.
der Vorschlag gemacht worden, die Spannungsabgabe der Dynamos dadurch zu regeln,
daß die Feldmagnete gegenüber dem Anker in axialer Richtung verschoben werden. Durch
eine solche axiale Verschiebung läßt sich bei jeder Geschwindigkeit die Spannung
zwischen dem der Ausgangsstellung entsprechenden Höchstwert und der Spannung Null
ändern, die etwa erreicht wird, wenn die Magnete in ihrer ,ganzen Länge aus dem
Anker :heraustreten. Es läßt -sich so jeder Geschwindigkeit ein Verschiebeweg zuordnen,
der einem gewünschten Spannungsverlauf entspricht. Die axiale Verschiebung der Feldmagnete
zum Anker stellt somit ein grundsätzlich einfaches iNIittel zur Spannungsregelung
dar. Bei der praktischen Durchführung dieses Prinzips ergeben sich jedoch folgende
Schwierigkeiten: r. Der Verlauf des Spannungsabfalls über dem Verschiebeweg ist
hinsichtlich der Regelung ungünstig. Im ersten Teil des Verschiebewegs nimmt die
Spannung nur langsam ab, so daß ein großer Teil des zur Verfügung stehenden Regleriveges
nicht
voll ausgenutzt werden 'kann. Der Verlauf der Spannung E über dem Verschiebeweg
s ist in der Kurve A der Abb. i dargestellt. Dieses zu Beginn der Verschiebung nur
schwache Abfallen der induzierten Spannung läßt sich damit erklären, daß bei kleineren
Verschiebungen auch die von dem außerhalb des Ankers liegenden Teile des Dauermagneten
ausgehenden magnetischen Kraftlinien noch zu einem großen Teil zu der Eisenmasse
des Ankers hin abgelenkt werden und so noch zur elektrischen Induktion beitragen.
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2. Die Spannungsregelung durch axiale Verschiebung zwischen Feldmagneten
und Anker hat zwangsläufig zur Folge, daß während des Betriebes entsprechend der
jeweiligen Fahrtgeschwindigkeit mehr oder weniger große Teile des Feldmagneten aus
dem Anker. herausragen. Es ist nun bekannt, daß die magnetische Kraft eines Dauermagneten
sehr schnell nachläßt, wenn seine Pole nicht durch einen Anker miteinander verbunden
sind, der eine Streuung der Kraftlinien weitgehend verhindert. So würden auch bei
dem durch axiale Verschiebung des Feldmagneten geregelten Dynamo die Teile des Dauermagneten,
die infolge der Verschiebung des öfteren nicht vom Anker umschlossen sind, schnell
einen großen Teil ihrer magnetischen Wirkung verlieren. Die Folge wäre ein schnelles
Unbrauchbarwerdendes Dauermagneten und damit des Dynamos.
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Die Behebung -der im vorstehenden angeführten Mängel der durch axiale
Verschiebung des Feldinagneten geregelten Dynamos ist der Gegenstand der vorliegenden
Erfindung. Beide Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß neben dem
Anker ein Eisenring angeordnet ist, der die infolge der Axialverschiebung aus dem
Anker herausragenden Teile des Dauermagneten aufnimmt, so daß eine Streuung der
von diesen Teilen ausgehenden Kraftlinien weitgehend verhindert wird.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist an den in den Abb. 2 und 3 gezeigten
Beispielen schematisch dargestellt.
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In der Abb. 2 ist i der Feldmagnet, der sich in dem die Induktionsspulen
3 tragenden Anker 2 dreht und auf der Antriebswelle 4 verschiebbar angeordnet ist.
Die axiale Verschiebung des Dauermagneten wird in Abhängigkeit von der Drehzahl
der Antriebswelle 4 und damit der Fahrtgeschwindigkeit bewirkt und kann z. B. durch
einen Flielikraftregler erfolgen, wie in der Abb. 2 durch die mittels der Hebel
5 an der Antriebswelle 4 angelenkten Schwungmassen 6 dargestellt, deren Ausschlag
über die Verstellhebel7 eine axiale Verschiebung der Hülse 8 und damit des Dauermagneten
i bewirkt. Der Verstellung entgegen wirkt die Reglerfeder 9, die beispielsweise
als Druckfeder zwischen der Magnetbuchse 8 und einem auf der Antriebswelle 4 festsitzenden
, Stellring io angeordnet ist.
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Neben dem Anker 2 ist nun gemäß der Erfindung ein Eisenring i i angeordnet.
Dieser Ring stellt einen magnetischen Nebenschluß dar, der mit zunehmender Verschiebung
des Dauermagneten in steigendem Maße wirksam wird. Er zieht die von dem aus dem
Anker herausragenden Teil des Dauermagneten ausgehenden Kraftlinien in sich hinein
und verhindert so, daß diese noch zu einem großen Teil den Anker durchsetzen und
zur elektrischen Induktion beitragen können. Hierdurch wird erreicht, das gleich
zu Beginn der Verschiebung ein wirksamer Abfall der induzierten Spannung einsetzt.
In der Abb. i ist der Verlauf der induzierten Spannung in Abhängigkeit von dem Verschiebeweg
s dargestellt, wobei .der Verschiebeweg in Verhältniswerten zur Länge des Dauermagneten
aufgetragen ist, so daß der Werts = i der Verschiebung uni eine volle Länge des
Dauermagneten entspricht, @d. h. dieser ragt in seiner ganzen Länge' aus dem Anker
'heraus. Die Kurve A stellt hierbei den Verlauf der Spannung ohne den erfindungsgemäß
angeordneten Nebenschlußring i i dar. Dieser Spannungsverlauf ist wegen des vor
allem im ersten Teil der Verschiebung nur schwachen Abfalls der Spannung hinsichtlich
der Regelung sehr ungünstig, da er keine wirksame Ausnutzung des Reglerweges gestattet,
die jedoch in Anbetracht der insbesondere bei dem Fahrraddynamo gegebenen räumlichen
Verhältnisse unbedingt erforderlich ist. Die Kurve B stellt demgegenüber den Verlauf
der Spannung über dem Verschiebeweg dar, wie er bei der erfindungsgemäßen Anordnung
des Nebenschlußrings i i gemessen- wurde. Da bei dem Verlauf gemäß der Kurve B von
Beginn der Verschiebung an ein stetiger Spannungsabfall einsetzt, ist eine volle
Ausnutzung -des zur Verfügung stehenden Reglerweges gewährleistet.
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Dadurch, daß auch die aus dem Anker herausragenden Teile des Dauermagneten
i dauernd von einer Eisenmasse umschlossen sind, wird ferner eine schädliche Streuung
der magnetischen Kraftlinien verhindert. Wie schon vorher erwähnt, würde wegen des
mit der Regelung verbundenen zeitweisenHerausragens vonTeilen des Dauermagneten
aus dem Aniker der Dauermagnet und damit der ganze Dynamo schnell seine Wirksamkeit
verlieren und unbrauchbar werden. Der erfindungsgemäß angeordnete Nebenschlußring
ist somit eine unbedingte Notwendigkeit bei der Durchführung der Spannungsregelung
durch axiale Verschiebung zwischen Dauermagnet und Anker.
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Der magnetische Nebenschlußring soll möglichst so breit sein, daß
er auch bei der größten vorgesehenen Verschiebung den Dauermagneten voll umschließt.
Zwischen dem Nebenschlußring und dem Anker ist, wie in der Ab.b.2 dargestellt, zweckmäßig
ein geringer Zwischenraum zu lassen, um ein Absinken derAusgangsspannung zu verhindern.
Der NebenschlÜßring kann auch, wie in der Abb. 3 dargestellt, auf der Welle 4 fest
angeordnet sein, wobei diese Anordnung den Vorteil hat, daß der Luftspalt zwischen
dem Nebenschlußring i i und dem Dauermagneten enger sein kann.
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Ist der Nebenschlußring i i, wie in der Abb. 2 dargestellt, gehäusefest
angeordnet, so ist es zweckmäßig, ihn zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten aus
dünnen Blechen zusammengesetzt auszuführen.
Im Rahmen des Erfindungsgedankens
kann dieser Nehensdhlußring, je nach dem sonstigen Aufbau des Dynamos, in verschiedenartigen
Formen und Abmessungen ausgebildet sein; wesentlich ist jedoch immer, daß er die
.bei der Verschiebung aus dem Anker herausragenden Teile des Dauermagneten möglichst
weitgehend umschLießt und so eine Streuung der von diesen Teilen ausgehenden Kraftlinien
verhindert.