DE9300311U1 - Hub alternator - Google Patents

Hub alternator

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    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J6/00—Arrangement of optical signalling or lighting devices on cycles; Mounting or supporting thereof; Circuits therefor
    • B62J6/06—Arrangement of lighting dynamos or drives therefor
    • B62J6/12—Dynamos arranged in the wheel hub

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Description

DR.-iNG. JüRGKN SCHMIDT- BOGATZKYDR.-iNG. JüRGKN SCHMIDT-BOGATZKY

Patentanwalt
European Patent AttorneyPatent Attorney
European Patent Attorney

Warburgstraße 50
D-2000 Hamburg 36
, -. Telefon (0-40) 44 4610Warburgstrasse 50
D-2000 Hamburg 36
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Anmelder in: Teiefax(0-40)4i0 86 74Applicant in: Fax(0-40)4i0 86 74

Dr. Jochen R. Wangermann
2210 ItzehoeDr. Jochen R. Wangermann
2210 Itzehoe

Unser Zeichen / Our ReferenceOur Reference

G 926257 DEG 926257 EN

Ihr Zeichen / Your ReferenceYour Reference

Bezeichnung:Designation:

NabenlichtmaschineHub alternator

Datum / Date
12.01.1993/tiDate
12.01.1993/ti

Die Erfindung betrifft eine Nabenlichtmaschine zur Montage in einer Nabe eines Laufrades eine Fahrrades, die zwei zum Befestigen von Speichen für die Felgenhalterung dienende Nabenflansche aufweist und drehbar auf eine Achse des Laufrades montiert ist, bei der mittels eines Getriebes ein Rotor/Stator-Induktionssystem zur Stromerzeugung angetrieben und der erzeugte Strom über einen Stromabnahmekontakt abgeführt wird, wobei der Rotor ein Zahnritzel trägt, das mit dem Getriebe in Wirkverbindung steht, das durch Federdruck mittels einer Kupplung mit einer Kupplungsscheibe in Wirkverbindung bringbar ist, die synchron zum Nabenkörper rotiert.The invention relates to a hub generator for installation in a hub of a bicycle wheel, which has two hub flanges for fastening spokes for the rim holder and is rotatably mounted on an axle of the wheel, in which a rotor/stator induction system is driven by means of a gear to generate electricity and the generated electricity is discharged via a current collection contact, wherein the rotor carries a pinion which is operatively connected to the gear, which can be brought into operative connection by spring pressure by means of a clutch with a clutch disk which rotates synchronously with the hub body.

Eine derartige Nabenlichtmaschine ist durch die DE 91 10 953 Ul bekannt. Bei dieser Ausbildung ist der Magnetrotor von einer festen Spulenanordnung umgeben. Eine weitere gattungsgemäße Nabenlichtmaschine ist durch die DE 33 22 038 Al bekannt, bei der ein am Magnetrotor ausgebildetes Ritzel durch den Druck einer Feder mit einem Stirnradgetriebe in Wirkverbindung gebracht werden kann. Dieses Getriebe ist jedoch nur einstufig ausgebildet, so daß bei dieser Nabenlichtmaschine der Rotor- trotz eines nicht geringem Nabendurchmessers - nur etwa das 4-fache der Laufraddrehzahl erreichen kann.Such a hub generator is known from DE 91 10 953 Ul. In this design, the magnet rotor is surrounded by a fixed coil arrangement. Another hub generator of this type is known from DE 33 22 038 Al, in which a pinion formed on the magnet rotor can be brought into operative connection with a spur gear by the pressure of a spring. However, this gear is only designed in one stage, so that in this hub generator the rotor - despite a not insignificant hub diameter - can only reach about 4 times the impeller speed.

G9262572 nO(ireSdnerBank(BLZ20080000)KontO~Nr' l02&u80CJ ' P^«giroa,i.t Ha,r.burg (BLZ 200 100 20) Konto-Nr. 216723-207G9262572 nO(i reSdnerBank(BLZ20080000)Account No. 'l02&u80CJ' P^«giroa,it Ha,r.burg (BLZ 200 100 20) Account No. 216723-207

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannten Nabenlichtmaschinen so zu verbessern, daß bei vereinfachter Bauweise ohne Vergrößerung der Baulänge mehr Raum für die Unterbringung des Rotor/Stator-Induktionssystems erzielt wird.The object of the invention is to improve the known hub generators so that more space is achieved for accommodating the rotor/stator induction system with a simplified design without increasing the overall length.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.According to the invention, the object is achieved by the characterizing features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.

Ziel der Erfindung ist es, für die Stromerzeugung ein Rotor/Stator-Induktionssystem zu verwenden, wie es von konventionellen Fahrrad-Lichtmaschinen bekannt ist. Das setzt voraus, daß der Rotor mit einer vergleichbaren Drehzahl umläuft, die bei ausgeführten und am Markt erhältlichen Systemen bezogen auf ein 28-Zoll-Laufrad mindestens das 19-fache der Laufraddrehzahl beträgt.The aim of the invention is to use a rotor/stator induction system for power generation, as is known from conventional bicycle generators. This requires that the rotor rotates at a comparable speed, which in systems designed and available on the market is at least 19 times the wheel speed based on a 28-inch wheel.

Nach der Erfindung wird die Betriebssicherheit erhöht, weil die Position des Rotor/Stator-Induktionssystems relativ zur Achse im ein- und ausgeschalteten Zustand konstant und eine Verschiebung nicht mehr erforderlich ist. Für die Ein/Aus-Schaltung der integrierten Schaltkupplung müssen nur wenige Teile bewegt werden. Im ausgeschalteten Zustand werden alle Getriebeteile relativ zur Achse stillgesetzt, was zur Schonung des Getriebes und zu einem optimalen Nabenleichtlauf führt. Im eingeschalteten Zustand besteht für das Getriebe ein Überlastungsschutz. Getriebeüberlastung kann im beschleunigten oder verzögerten Betrieb bei abrupten Drehzahländerungen auftreten. Um dann das Getriebe vor Überlastung zu schützen, ist die Schließkraft der Kupplung so dimensioniert, daß nur eine definierte, nicht zur Getriebeüberlastung führende maximale Leistung übertragen werden kann. Da weder für die Ein/Aus-Schaltung noch für die Stromabnahme der Raum der Achse einbezogen ist, läßt sich die Achse als Hohlachse ausführen, die geeignet ist, eine bekannte Schnellspannvorrichtung aufzunehmen. Alternativ ist die Nabenfixierung in der Gabel auch durch Schrauben möglich, für die einAccording to the invention, operational reliability is increased because the position of the rotor/stator induction system relative to the axle is constant in the switched on and off state and a shift is no longer necessary. Only a few parts have to be moved to switch the integrated clutch on/off. When switched off, all gear parts are stopped relative to the axle, which protects the gear and leads to optimal smooth running of the hub. When switched on, the gear is protected against overload. Gear overload can occur in accelerated or decelerated operation with abrupt speed changes. In order to protect the gear from overload, the clutch's closing force is dimensioned so that only a defined maximum power that does not lead to gear overload can be transmitted. Since the space of the axle is not included for the on/off switch or for the current collection, the axle can be designed as a hollow axle, which is suitable for accommodating a known quick-release device. Alternatively, the hub can also be fixed in the fork using screws, for which a

Aufnahmegewinde vorgesehen ist. Für die Stromabnahme ist ein spezieller Stecker vorgesehen, bei dem eine häufige Montage und Demontage nicht zu verminderter Betriebssicherheit führt und der die Möglichkeit bietet, alle elektrischen Leiter zu einem kompakten Kabel zusammenzufassen, das gut gegen Beschädigungen zu schützen ist und auch einen Drehzahlimpuls der Nabe für eine Tachoanzeige enthalten kann.A mounting thread is provided. A special plug is provided for power collection, where frequent assembly and disassembly does not lead to reduced operational safety and which offers the possibility of combining all electrical conductors into a compact cable that is well protected against damage and can also contain a speed pulse from the hub for a speedometer display.

Durch die Verkürzung des Hohlzylinders und die Nutzung eines größeren Durchmessers steht für das Rotor/Stator-Induktionssystem mehr Platz zur Verfügung, wodurch bei gleicher Magnetstärke die Induktion einer größeren Menge elektrischer Energie möglich ist.By shortening the hollow cylinder and using a larger diameter, more space is available for the rotor/stator induction system, which makes it possible to induce a larger amount of electrical energy with the same magnet strength.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel der in der Zeichnung in einer Seitenansicht im Schnitt dargestellten Nabenlichtmaschine näher erläutert.The invention is explained in more detail below using the example of the hub alternator shown in the drawing in a side view in section.

Die Nabenlichtmaschine weist einen Nabenkörper 1 auf, in dem mittels Lagerkörpern 3 2 eine Achse 3 durch an den Randseiten des Nabenkörpers 1 angeordnete Lager 2 gelagert ist. An dem einen Endabschnitt der Nabenlichtmaschine ist ein Stromabnahmekontakt 18 vorgesehen. An dem anderen Endabschnitt der Nabenlichtmaschine befindet sich ein Stellhebel 29 zur Betätigung einer Kupplung 9 zur Inbetriebnahme der Nabenlichtmaschine. The hub generator has a hub body 1 in which an axle 3 is supported by bearing bodies 3 2 through bearings 2 arranged on the edge sides of the hub body 1. A current collection contact 18 is provided on one end section of the hub generator. On the other end section of the hub generator there is an actuating lever 29 for actuating a clutch 9 for starting up the hub generator.

Die Lager 2 sind mittels einer Distanzbuchse 70 in dem Nabenkörper 1 voneinander distanziert, wobei der eine Endabschnitt der Distanzbuchse 70 als Kupplungsscheibe 10 ausgebildet ist und an dem äußeren Käfigring eines der Lager 2 anliegt. Die Kupplung 9 übergreift einen Endabschnitt eines Hohlzylinders 6, der auf einem weiteren Lager 8 gelagert ist und eine Innenverzahnung 27 aufweist, die mit allen Getriebestufen des Getriebes 21 in Wirkeingriff ist. Zwischen dem einen Endabschnitt des Hohlzylinders 6 und der Kupplung 9 ist eine Feder 7 angeordnet, mittels derer die Kupplung 9 an die Kupp-The bearings 2 are spaced apart from one another by means of a spacer bush 70 in the hub body 1, with one end section of the spacer bush 70 being designed as a clutch disk 10 and resting against the outer cage ring of one of the bearings 2. The clutch 9 engages over an end section of a hollow cylinder 6, which is mounted on a further bearing 8 and has an internal toothing 27 that is in operative engagement with all gear stages of the transmission 21. A spring 7 is arranged between one end section of the hollow cylinder 6 and the clutch 9, by means of which the clutch 9 is connected to the clutch.

lungsscheibe 10 gedrückt werden kann. Die Kupplung 9 ist in Umfangsrichtung formschlüssig mit dem Ende des Hohlzylinders 6 verbunden, damit das erforderliche Drehmoment von der Kupplungsscheibe 10 über die Kupplung 9 auf den Hohlzylinder 6 übertragen werden kann. Mittels eines mit dem Stellhebel 29 verbundenen als Stift 41 ausgebildeten Stellglieds kann die Kupplung 9 außer Wirkeingriff von der Kupplungsscheibe 10 gebracht werden.The clutch 9 is connected in a form-fitting manner to the end of the hollow cylinder 6 in the circumferential direction so that the required torque can be transmitted from the clutch disc 10 via the clutch 9 to the hollow cylinder 6. The clutch 9 can be disengaged from the clutch disc 10 by means of an actuator designed as a pin 41 connected to the adjusting lever 29.

Die Ritzelsscheibe 26 der ersten Stirnradstufe des Getriebes 21 ist fest mit der Achse 3 verbunden. Sie trägt ein Ritzel 12, das bewirkt, daß der Planetenträger 11 der zweiten Getriebestufe, die als Planetengetriebe ausgebildet ist, mit erhöhter Drehzahl in Gegenrichtung zum Hohlzylinder angetrieben wird. Der Planetenträger 11 der zweiten Getriebestufe trägt ein weiteres Ritzel 12, das hier als Planetenrad wirkt und treibt ein Sonnenrad 13 der dritten Getriebestufe - wieder als Planetengetriebe - an. Das Sonnenrad 13 ist mit dem Rotor 68 verbunden. Der Rotor 68 ist mittels eines Lagers 69 auf der Achse 3 gelagert. Beispielhaft ist hier der Rotor 68 als Magnetrotor dargestellt, der in einem Weicheisenmantel den Magnetrotor 15 trägt und um eine feste Spulenanordnung 16 rotiert.The pinion disk 26 of the first spur gear stage of the gear 21 is firmly connected to the axle 3. It carries a pinion 12, which causes the planet carrier 11 of the second gear stage, which is designed as a planetary gear, to be driven at an increased speed in the opposite direction to the hollow cylinder. The planet carrier 11 of the second gear stage carries another pinion 12, which acts here as a planetary gear, and drives a sun gear 13 of the third gear stage - again as a planetary gear. The sun gear 13 is connected to the rotor 68. The rotor 68 is mounted on the axle 3 by means of a bearing 69. As an example, the rotor 68 is shown here as a magnetic rotor, which carries the magnetic rotor 15 in a soft iron casing and rotates around a fixed coil arrangement 16.

Das Lager 8 hat für den Hohlzylinder 6 eine reine Führungsaufgabe. Kraftschluß ist nicht erforderlich. Im ausgekuppelten Zustand stehen der Hohlzylinder 6 und der Magnetrotor 15 relativ zur Achse 3 still. Im eingekuppelten Zustand läuft der Hohlzylinder 6 dann mit der Drehzahl des Nabenkörpers 1. Das erreichbare Übersetzungsverhältnis wird bei gleichen Verzahnungsverhältnissen gegenüber der in DE 91 10 953 Ul beschriebenen Nabenlichtmaschine um eins verringert. Die relativ langsamen Planetenträger 11 der Getriebestufen 2 und 3 können mit Gleitlagern auf einer gehärteten und geschliffenen Laufbuchse 71 laufen, die ihrerseits fest auf die Achse 3 aufgepreßt ist. Diese Laufbuchse 71 bewirkt auch einen definierten Abstand des Lagers 8 vom Lager 69. Zweckmäßig ist es,The bearing 8 has a purely guiding function for the hollow cylinder 6. No frictional connection is required. In the disengaged state, the hollow cylinder 6 and the magnet rotor 15 are stationary relative to the axle 3. In the engaged state, the hollow cylinder 6 then runs at the speed of the hub body 1. The achievable gear ratio is reduced by one compared to the hub generator described in DE 91 10 953 Ul with the same gear ratios. The relatively slow planet carriers 11 of gear stages 2 and 3 can run with plain bearings on a hardened and ground bushing 71, which in turn is pressed firmly onto the axle 3. This bushing 71 also ensures a defined distance between the bearing 8 and the bearing 69. It is expedient to

-5-die Lager 8, 69 als Rillenkugellager auszubilden.-5-the bearings 8, 69 are to be designed as deep groove ball bearings.

Claims (11)

-6-SCHUTZANSPRÜCHE-6-CLAIMS FOR PROTECTION 1. Nabenlichtmaschine zur Montage in einer Nabe eines Laufrades eines Fahrrades, die zwei zum Befestigen von Speichen für die Felgenhalterung dienende Nabenflansche aufweist und drehbar auf einer Achse des Laufrades montiert ist, bei der mittels eines Getriebes ein Rotor/Stator-Induktionssystem zur Stromerzeugung angetrieben und der erzeugte Strom über einen Stromabnahmekontakt abgeführt wird, wobei der Rotor ein Zahnritzel trägt, das mit dem Getriebe in Wirkverbindung steht, das durch Federdruck mittels einer Kupplung mit einer Kupplungsscheibe in Wirkverbindung bringbar ist, die synchron zum Nabenkörper rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (21) den Rotor auf eine Drehzahl bringt, die konventionellen Fahrrad-Lichtmaschinen entspricht, daß das Getriebe (21) im ausgeschalteten Zustand vollständig vom Nabenkörper (1) getrennt ist und vollständig relativ zur Achse (3) zur Ruhe kommt und die Ritzelscheibe (26) der ersten Stirnradstufe des Getriebes (21) fest mit der Achse (3) verbunden ist, daß der das Getriebe (21) umgebende Hohlzylinder (6) mit Innenverzahnung alle Getriebestufen übergreift und mittels der Kupplung (9) mit dem Nabenkörper (1) verbindbar ist, und daß die auf die erste Getriebestufe folgenden Getriebestufen als Planetengetriebe (26) ausgebildet sind.1. Hub generator for installation in a hub of a bicycle wheel, which has two hub flanges for fastening spokes for the rim holder and is rotatably mounted on an axle of the wheel, in which a rotor/stator induction system for generating electricity is driven by means of a gear and the generated electricity is discharged via a current collection contact, the rotor carrying a pinion which is operatively connected to the gear, which can be brought into operative connection by spring pressure by means of a clutch with a clutch disk which rotates synchronously with the hub body, characterized in that the gear (21) brings the rotor to a speed which corresponds to conventional bicycle generators, that the gear (21) is completely separated from the hub body (1) in the switched-off state and comes to rest completely relative to the axle (3) and the pinion disk (26) of the first spur gear stage of the gear (21) is firmly connected to the axle (3) is connected, that the hollow cylinder (6) with internal teeth surrounding the gear (21) covers all gear stages and can be connected to the hub body (1) by means of the coupling (9), and that the gear stages following the first gear stage are designed as planetary gears (26). 2. Nabenlichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungskörper der Kupplung (9) einen auf einem Lager (8) angeordneten Abschnitt des Hohlzylinders (6) in radialer Richtung formschlüssig übergreift und daß zwischen dem Kupplungskörper und dem der Kupplung (9) zugewandten Endabschnitt des Hohlzylinders (6) eine Druckfeder (7) angeordnet ist, die so dimensioniert ist, daß die durch die2. Hub generator according to claim 1, characterized in that the coupling body of the coupling (9) form-fittingly engages over a section of the hollow cylinder (6) arranged on a bearing (8) in the radial direction and that a compression spring (7) is arranged between the coupling body and the end section of the hollow cylinder (6) facing the coupling (9), which is dimensioned such that the Anpreßkraft bestimmte übertragbare Leistung der Kupplung (9) auf einen der Getriebesicherheit entsprechenden Wert begrenzt ist.The transferable power of the clutch (9) determined by the contact pressure is limited to a value corresponding to the transmission safety. 3. Nabenlichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Achse (3) eine Spulenanordnung (16) fest angeordnet und von einem Magnetrotor (15) umgeben ist, der auf einem Rotor (68) gehalten ist, der auf einem auf der Achse (3) angeordneten Lager (69) abgestützt ist und mit dem Planetengetriebe (26) in Wirkverbindung steht.3. Hub generator according to claim 1, characterized in that a coil arrangement (16) is fixedly arranged on the axle (3) and is surrounded by a magnet rotor (15) which is held on a rotor (68) which is supported on a bearing (69) arranged on the axle (3) and is operatively connected to the planetary gear (26). 4. Nabenlichtmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Kupplung (9) in Wirkverbindung bringbare Kupplungsscheibe (10) so fest mit dem Nabenkörper (1) verbunden ist, daß das erforderliche Drehmoment ohne Rutschen zwischen Kupplungsscheibe (10) und Nabenkörper (1) übertragen werden kann.4. Hub generator according to claim 1 and 2, characterized in that the clutch disc (10) that can be brought into operative connection with the clutch (9) is so firmly connected to the hub body (1) that the required torque can be transmitted without slipping between the clutch disc (10) and the hub body (1). 5. Nabenlichtmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsscheibe (10) an einer Distanzbuchse (70) angeformt ist, die zwischen den als Hauptlager auf der Achse (3) ausgebildeten Lagern (2) angeordnet ist.5. Hub generator according to claim 4, characterized in that the clutch disc (10) is formed on a spacer bush (70) which is arranged between the bearings (2) designed as main bearings on the axle (3). 6. Nabenlichtmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (2) Rillenkugellager sind, wobei das eine Lager (2) als Festlager und das andere Lager (2) als Loslager ausgebildet ist.6. Hub alternator according to claim 5, characterized in that the bearings (2) are deep groove ball bearings, wherein one bearing (2) is designed as a fixed bearing and the other bearing (2) as a loose bearing. 7. Nabenlichtmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (3) als Hohlachse ausgeführt ist, die zur Aufnahme einer Schnellspann-Vorrichtung geeignet ist und alternativ zur Aufnahme von Schrauben zur Fixierung der Nabe in der Gabel ausgebildet ist.7. Hub generator according to claims 1 to 6, characterized in that the axle (3) is designed as a hollow axle which is suitable for receiving a quick-release device and is alternatively designed for receiving screws for fixing the hub in the fork. 8. Nabenlichtmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalthebel (29) auf einem Lagerkörper (32) der Achse (3) in Umfangsrichtung drehbar angeordnet ist, der über eine Kurvenscheibe Stifte (41) in axialer Richtung verschiebt, die die Kupplung (9) öffnen und schließen.8. Hub generator according to claims 1 to 5, characterized in that a switching lever (29) is arranged on a bearing body (32) of the axle (3) so as to be rotatable in the circumferential direction, which shifts pins (41) in the axial direction via a cam disk, which open and close the clutch (9). 9. Nabenlichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung des Hohlzylinders (6) einen sich über die Getriebestufen erstreckenden gleichen Innendurchmesser aufweist.9. Hub generator according to claim 1, characterized in that the internal toothing of the hollow cylinder (6) has an identical internal diameter extending over the gear stages. 10. Nabenlichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung des Hohlzylinders (6) einen sich von Getriebestufe zu Getriebestufe vergrößernden Innendurchmesser aufweist.10. Hub alternator according to claim 1, characterized in that the internal toothing of the hollow cylinder (6) has an internal diameter that increases from gear stage to gear stage. 11. Nabenlichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (9) an dem Hohlzylinder (6) starr oder formschlüssig axial verschiebbar ausgebildet ist.11. Hub generator according to claim 1, characterized in that the coupling (9) on the hollow cylinder (6) is designed to be rigid or axially displaceable in a form-fitting manner.
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