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Spannungsregler für Kleinstromerzeuger mit stark veränderlicher Drehzahl,
insbesondere für Fahrradlichtmaschinen Kleinstromerzeuger, insbesondere Fahrradlichtmaschinen,
wenden je nach der Fahrgeschwindigkeit mit stark veränderlicher Drehzahl angetrieben,
so daß sich die abgegebene Klemmenspannung in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit
ändert. Um das bei hoher Drehzahl eintretende Durchbrennen der Scheinwerferglühbirnen
zu verhindern, sind Spannungsregler bekanntgeworden, welche die elektrische Spannung
in gewünschten Bereichen konstant halten. Solche Spannungsregler weisen beweglich
angeordnete Weicheisenteile auf, die sich bei höherer Drehzahl den Statorpolen der
Maschine nähern, wodurch die Statorpole magnetisch kurzgeschlossen werden. In der
Regel wird zur Bewegung der Weicheisenteile die Fliehkraft benutzt. Bekannte Spannungsregler
sind in ihrem Aufbau verwickelt, und ihr Einbau in Kleinstromerzeuger, insbesondere
Fahrradlichtmaschinen, würde deren Herstellung in unzulässiger Weise verteuern.
Außerdem eignen sich die bekannten Regler nicht für die heute gebräuchlichen Lichtmaschinen,
die einen rotierenden Sternmagneten besitzen, der in einem ortsfesten Stator umläuft.
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Der den Gegenstand der Erfindung bildende Spannungsregler, der besonders
für die zuletzt erwähnte Lichtmaschinenbauart geeignet ist, kennzeichnet sich erfindungsgemäß
durch eine den Statorpolen zugeordnete, axial verschiebbare Weicheisenscheibe, die
entgegen einer Federwirkung mit zunehmender Rotordrehzahl von den Statorpolen magnetisch
angezogen wird. Weitere Erfindungsmerkmale bestehen darin, daß der Durchmesser der
Scheibe kleiner als der Abstand der Statorpolschuhe ist, so @daß die Scheibe zwischen
die genannten
Polschuhe eintreten kann. Durch eine konische Umfangsfläche
der Scheibe ist dafür gesorgt, daß sich der Luftspalt zwischen der Scheibe und den
Statorpolschuhen mit zunehmender Anziehung verringert. Vorzugsweise ist die Weicheisenscheibe
auf einem beispielsweise mit den Statorflächen fest verbundenen Bolzen verschiebbar
angeordnet. Die Weicheisenscheibe kann mit den vorhandenen Statorpolen oder mit
besonderen Pollappen zusammenarbeiten, die an einem besonderen Statorblech ausgebildet
sind und die sich entgegengesetzt zu den den Rotor umgebenden Polschuhen erstrecken.
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Der neue Spannungsregler wird bei Stromerzeugern verwendet, die schon
bei kleinen Drehzahlen die gewünschte Leistung abgeben. Bei größer werdender Drehzahl
wird durch den Regler der induktive Widerstand der Statorwicklung in zunehmendem
Maße vergrößert. Außerdem wird noch ein Teil des Magnetflusses des Sternmagneten
abgelenkt. Nach Erreichung des Sollwertes kann sich die Spannung der Maschine bis
zu den höchsten Drehzahlen nur noch unbedeutend erhöhen, da die größer werdende
Frequenz bei dem durch den Regler vergrößerten induktiven Widerstand der Wicklung
einer Spannungserhöhung entgegenwirkt. Es handelt sich um eine verlustarme Art der
Regelung, weil sie nicht auf Energievernichtung, sondern auf Drosselwirkung beruht.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des selbsttätig arbeitenden
Spannungsreglers bei einer Lichtmaschine dargestellt, von der nur die hier interessierenden
Teile des Rotors und des Stators gezeichnet sind.
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Fig. I zeigt einen senkrechten Mittelschnitt in Ruhestellung oder
bei niederer Drehzahl; Fig. 2 zeigt die gleichen Teile bei hoher Drehzahl. Der Stator
besteht im gezeichneten Beispiel aus den drei Weicheisenblechen I, 2, 3, die nasch
Art eines Kreuzes ausgestanzt sind und bei denen die in Parallelrichtung zur Rotorachse
4 umgebogenen Enden I', 2' die Polschuhe der Lichtmaschine bilden, zwischen denen
der auf der Rotorwelle 4 befestigte Sternmagnet 5 umläuft. Die Armenden 3' des Statorbleches
sind in entgegengesetzter Richtung umgebogen und liegen gleichfalls parallel der
Maschinenachse. Die Kreuzarme aller drei Bleche bilden die Polschäfte, auf denen
die Wicklungen 6 angeordnet sind.
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Im gemeinsamen Zentrum der drei Statorbleche I, 2, 3 bzw. der Polschäfte
ist ein Bolzen 7 befestigt, durch den gleichzeitig die Statorbleche in axialer Richtung
zusammengehalten sind. Der Bolzen 7 liegt in axialer Übereinstimmung mit der Rotorwelle
4. Auf dem Bolzen 7 ist die Weicheisenscheibe 8 des Reglers verschiebbar angeordnet;
sie wird durch eine auf dem Bolzen angeordnete Druckschraubenfeder 9 stets nach
außen bis zur Anlage an einen Anschlag Io am Bolzen 7 gedrückt, wie in Fig. I dargestellt.
Im gezeichneten Beispiel ist der Durchmesser der Scheibe 8 kleiner als der Abstand
der Polschuhe 3' voneinander, so daß die Scheibe zwischen die Polschuhe 3' eintreten
kann. Vorzugsweise ist die Scheibe 8 mit einer konischen Umfangsfläche II versehen,
die so liegt, daß die gedachte Konusspitze im Maschineninnern liegt.
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In den unteren Drehzahlbereichen beeinflußt der Regler das schnelle
Ansteigen der Spannung nicht. Der durch die induzierte Spannung über den Verbraucher
fließende Wechselstrom baut seinerseits in den Spulen 6 ein magnetisches Wechselfeld
auf, dessen Kraftlinien nur schlecht über den Magneten 5 abfließen können, da dessen
Werkstoff eine niedrige Permeabilität hat. Dieses Wechselfeld verstärkt sich mit
zunehmender Drehzahl derart, daß es über die Polschuhe 3' auf die Weicheisenscheibe
8 einwirkt, welche infolgedessen von den Polschuhen 3' unter Zusummendrückung der
Feder 9 angezogen wird. Bei höchster Drehzahl befindet sich die Scheibe 8 ganz innerhalb
der Polschuhe 3', wie in Fig. 2 dargestellt. Bei abnehmender Drehzahl findet durch
die Druckschraubenfeder 9 die entgegengesetzte Verschiebung der Scheibe 8 auf dem
Bolzen Io statt.
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In der Stellung nach Fig. 2 sind die Polschuhe 3' magnetisch kurzgeschlossen,
oder, mit anderen Worten, die Spulen 6 weisen in diesem Fall einen geschlossenen
Eisenkern auf, der ihnen eine weit höhere Induktivität gibt, als dies bei der Ausgangsstellung
nach Fig. I der Fall ist. In der Stellung nach Fig. 2 wird außerdem noch ein Teil
des vom Sternmagneten 5 ausgehenden Flusses über die Scheibe 8 abgeleitet, was sich
ebenfalls günstig auf die Niederhaltung der Spannung bei hohen Drehzahlen auswirkt.
Durch die konische Umfangsfläche II der Scheibe 8 ist erreicht, daß sich der Luftspalt
zwischen der Scheibe 8 und den Polschuhen 3' mit zunehmender Anziehung der Scheibe
8 verringert. Natürlich könnte die Scheibe 8 auch einen größeren Durchmesser besitzen
und mit den Stirnflächen oder den Außenflächen der Polschuhe 3' zusammenarbeiten.