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Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung des magnetischen Kraftflusses
bei elektrischen Generatoren, insbesondere bei Fahrradgeneratoren Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung des- magnetischen
Kraftflusses bei elektrischen Generatoren, insbesondere Fahrradgeneratoren, die
zur Aufrechterhaltung einer konstanten Spannung bei wechselnder Uindrehungsgescliwindigkeit
mit einem oder mehreren von der Fliehkraft und einer dieser entgegenwirkenden Rückführungskraft
beeinflußten magnetischen Nebenschlußorganen versehen sind, welche bei zunehmender
oder abnehmender Umdrehungsgeschwindigkeit einen zunehmenden bzw. alynehinendenAnteil
des IVIagnetflus:ses an den Ankerwicklungen vorlreileiteii. Generatoren dieser Art
haben allgemein eine gerade Anzahl Feldmagnete mit wechselnder Polarität, die gewöhnlich,
besonders bei kleineren Generatoren, aus Dauermagneten bestellen. Hei bisher bekannten
Ausführungen waren gewöhnlich die Magnete auf dem Rotor und i der Anker auf dein
Stator angebracht, während die Nebenschlußorgane mit den Dauermagneten des Rotors
zusammenwirken. Es zeigt sich jedoch, daB, wenn die \ebenschlußorgane bei hohen
Geschwindigkeiten
anfangen, an den Magneten anzuliegen, so daß
diese Magnete kurzgeschlossen werden, sie an den Magneten anhaften und in dieser
Lage bleiben, auch wenn die Um.drehungsiKeschwi.ndigkeit danach wesentlich abnimmt.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind die Nebetischlußorgane mit unmagnetischen
Zwischenlagen, Ilemmstiften od. dgl. versehen worden, um eine direkte Berührung
zwischen den Nebenschlußorganen und den Magneten zu verhindern. Dies ist aber keine
ideale Lösung, weil hierdurch der beinahe vollständige magnetische Kurzschluß bei
hohen Geschwindigkeiten verhindert w i rd.
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Die Erfindung bezweckt u. a., bei hohen Geschwindigkeiten einen vollständigen
magnetischen Kurzschluß ohne die genannten Nachteile zu ermöglichen und gleichzeitig
eine Vereinfachung des Generators zu erzielen. Die Erfindung beruht auf dem Gedanken,
daß die Nebenschlußorgane Wechselfelder statt konstante Felder vorbeischalten sollten,
wodurch das remanente Anhaften zwischen einander berührenden magnetischen Teilen
beseitigt wird. Erfindungsgemäß wird die Ankerwicklung auf einem Anker mit ausgeprägten
Polen angebracht, zwischen denen die Nebenschlußorgane eine magnetische Brücke bilden.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anzuwenden, wenn der Generator mit rotierendem
Anker und stationären Magneten ausgeführt ist. Der Anker sollte sog. ausgeprägte
Pole haben, zwischen denen die Nebenschlußorgane eine oder mehrere magnetische Brücken
bilden. Die Nebenschlußorgane können sich hier bei ihrer Umstellung an Bahnen entlang
bewegen, die annähernd einen rechten Winkel zur Umdrehungsachse bilden oder parallel
mit der genannten Achse sind oder einen spitzen Winkel zur genannten Achse bilden.
Es hat sich gezeigt, daß besonders vorteilhafte Ausführungsformen möglich sind,
wenn die Pole des Ankers mit in axialer Richtung verlängerten Polschuhen versehen
sind, zwisc'hen welchen und der Umdrehungsachse die N'ebenschlußorgane angebracht
sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehende näher beschrieben
unter Hinweis auf die Zeichnungen.
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Fig. i zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. i ; Fig.3 zeigt
einen ähnlichen Schnitt wie Fig.2, aber mit den Teilen in anderen Lagen; Pig. 4
und 5 zeigen zwei Einzelheiten in perspektivischer bzw. Seitenansicht; Fig. 6 :ist
ein schematischer Längsschnitt einer anderen Ausführungsform, während Fig. 7 einen
Querschnitt nach der Linie 7-7 in Fig. 6 darstellt; Fig. 8 ist ein entsprechender
Längsschnitt einer dritten Ausführungsform, während Fig. 9 eine Endansicht, von
der Linie 9-9 in Fig. 8 gesehen, darstellt.
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Bei der in Fig. i bis 5 gezeigten Ausführungsform sind die Feldmagnete
in an sich bekannter Weise angeordnet. Ein Dauermagnet i in Form eines abgestumpften
Kegels mit einer zentralen Ausbohrung 2 induziert konstanten Magnetismus in den
beiden einander gegenüberliegenden Polschuhen 3 und 4 von gewisser Polarität und
den zwischenliegenden Polschuhen 5 und 6 von entgegengesetzter Polarität. Ein Anker
7 ist auf der Achse 8 des Generators befestigt, welche in einem Lager in einer in
der Ausbohrung 2 montierten Lagerbüchse 9 gelagert ist. Der Anker 7 ist mit vier
Armen versehen, und an jedem Arm ist eine _\nkerwicklung io montiert. Diese Ankerwicklungen
sind beispielsweise in Reihe oder gruppenweise parallel zusammengeschaltet, und
der eine elektrische Pol des Ankers ist an der eisernen Masse der Generatorachse
angeschlossen, während der andere Pol durch eine Leitung i i abgeleitet und
durch eine von dem Mantel 12 des Generators isolierte Durchführung an eine Klemmschraube
13 geführt ist. Die Arme des Ankers 7 sind an ihrer einen Achsenseite mit Polschuhen
14 versehen, die in axialer Richtung so weit verlängert sind, daß sie die Reguliervorrichtung
umfassen, die weiter unten beschrieben ist.
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Auf der Achse 8 ist neben den Ankerwicklungen io eine isolierende
Scheibe 15 und ein im Verhältnis zur Achse 8 stationäres _`@ebenschlußorgan 16 aus
weichem Eisen angebracht, das an der Umdrehung des Ankers teilnimmt. Dieses stationäre
Nebenschlußorgan hat die Form einer runden Scheibe, deren Peripherie sich in einem
solchen Abstand von den Polschuhen 14 befindet, daß sie das zwischen dien Polschuhen
1q .des Ankers passierende magnetische Wechselfeld nicht in nennenswertem Grade
beeinflußt. Auf der Achse 8 ist weiter ein Ring oder eine Büchse 17 (vgl. Fig.4)
angeordnet. Zwischen in axialer Richtung verlaufenden Anschlagflächen 18 dieser
Büchse und der Achse 8 sind zwei Blattfedern i9 nahe ihrer Mitte eingesteckt. Die
Federn 19 sind mit einer Aussparung 20 versehen (Feg. 5), deren Endkanten 21 in
entsprechende Ausschnitte 29 der Büchse 17 eingreifen. Die Federn werden hierdurch
sowohl in ihrer Längsrichtung als auch in ihrer Querrichtung festgehalten. Die beiden
umstellbaren Nebenschlußorgane 22 sind mit Ansätzen 23 versehen, unter welche die
Blattfedern i9 greifen. Die Nebenschlußorgane 22 bestehen aus zwei zylinderabschnittförmigen
Teilen aus weichem Eisen, die von den Federn i9 getragen werden.
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In der in Fig. i bis 5 gezeigten Ausführungsform sind drei Nebensclilußorgane
vorgesehen, wovon das Nebenschlußorgan 16, wie erwähnt, auf der Generatorachse 8
fest angebracht ist, während die beiden Nebenschlußorgane22 mit demOrgani6magnetisch
zusammenwirken und relativ zu den Polen 14 des Ankers umstellbar sind, so daß sie
das durch ihn passierende magnetische Wechselfeld beeinflussen können. Es steht
jedoch nichts im Wege, nur ein umstellbares Organ oder ein stationäres und ein bewegliches
oder ein stationäres und mehrere bewegliche oder nur mehrere bewegliche Nebenschlußorgane
usw. vorzusehen.
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Dadurch, daß bei der in Fig. i bis 5 gezeigten Ausführungsform die
Organe 22 an dem stationären Organ 16 entlang gleitbar sind, erhält man eine
zufriedenstellende
magnetische Kupplung zwischen den beiden Organen.
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Die Vorrichtung wirkt in folgender Weise: Wenn die Achse 8 mit kleiner
Geschwindigkeit in Drehung versetzt wird, werden die Nebenschlußorgane 22 von den
Federn i9 in ihren in Fig. 2 gezeigten Lagen festgehalten, wobei der von den festen
Polen 3 bis 6 ausgehende konstante Fluß größtenteils durch die Polschuhe 14 des
.Ankers geht und mit den Ankerwicklungen io verkettet wird, wodurch die induzierte
elektromotorische Kraft einen so hohen Wert erreicht, wie es bei dieser Umdrehungsgeschwindigkeit
möglich ist. Wenn aber die Geschwindigkeit noch weiter zunimmt, so fängt die Fliehkraft
an, auf die Organe 22 einzuwirken, so daß diese in radialer Richtung nach auswärts
sich bewegen und anfangen, einen Teil des magnetischen Wechselflusses an seich zu
ziehen und diesen zu veranlassen, an der Ankerwicklung vorbeizupassieren, so daß
der mit den Ankerwicklungen verkettete Wechselfluß, der für die CCreneratorspannung
entscheidend ist, reduziert wird. Bei einer verhältnismäßig hohen Geschwindligkeit
«-erden die Nebenschlußorgane 22 so weit voneinander verschoben werden, daß sie
mit ihrer Peripherie direkt an den Polschuhen 14 anliegen, so daß diese über die
Organe 22 und 16 kurzgeschlossen werden.
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Da das durch die Teile 14, 22 und 16 passierende Magnetfeld, wie oben
gesagt, ein Wechselfeld ist, haben die Teile keine Neigung aneinanderzuhaften, sondern
sie können durch die Federn i9 leicht in die .Ausgangslage zurückgeführt werden,
wenn die Geschwindigkeit wieder abnimmt. Es zeigt sich in der Praxis, daß es hierdurch
möglich wird, binnen weiten Geschwindigkeitsgrenzen die erzeugte Generatorspannung
beinahe konstant zu halten.
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Bei der in Fig.6 und 7 gezeigten Ausführungsform ist nur ein Nebenschlußorgan
vorgesehen; und zwar in Form einer kreisgebogenen offenen Feder 24, deren eines
Ende 25 an einer viereckigen Büchse 26 auf der Generatorachse 8 befestigt ist. Bei
zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit wird hierbei die Feder 24 entgegen ihrer eigenen
Spannung in radialer Richtung auswärts gegen die axial verlängerten Polschuhe 14
des Ankers geführt, wodurch ein größerer oder kleinerer Teil des magmeti scheu Wechselflusses
durch die Feder an den Ankerwicklungen io vorbeigeleitet wird.
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Bei der in Fig. 8 und g gezeigten Ausführungsform sind vier segmentförmige
Nebenschlußorgane 22 vorgesehen, welche von einer mit vier federnden Armen 27 versehenen
Blattfeder getragen werden. Das Zentrum der Blattfeder ist mittels, einer Mutter
od. dgl. 28 auf der Generatorachse 8 befestigt. Die l@'ebenschlußorgane 22 werden
bei zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit von der Fliehkraft zu immer engerem magnetischem
Zusammenwirken mit den Polen 14 des Ankers gedrückt und leiten dann einen immer
größeren Anteil des totalen magnetischen Wechselflusses an den Ankerwicklungen io
vorbei.
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Es ist oben angenommen, daß der Anker umläuft, während Feldmagnete
stationär sind. Es steht aber nichts im Wege, daß die Feldmagnete umlaufen und der
Anker in Form eines umgebenden Stators angeordnet ist. Auch in diesem Falle wirken
aber die durch die Fliehkraft beeinflußten Nebenflußorgane gemäß der vorliegenden
Erfindung bei ihrer Drehung mit den stationären Polerz des Ankers statt mit den
Feldmagneten zusammen, und es wird das sonst auftretende Anhaften vermieden.