EP2601092A1

EP2601092A1 - Elektrische maschine an einer scheibenbremsaufnahme

Info

Publication number: EP2601092A1
Application number: EP11739105.2A
Authority: EP
Inventors: Andreas Felsl; Florian Loeffl; Markus Lindstedt
Original assignee: B-Labs AG
Current assignee: B-Labs AG
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2013-06-12
Also published as: WO2012017096A1

Abstract

Offenbart ist eine elektrische Maschine für ein muskelbetriebenes Fahrzeug, vorzugsweise ein Fahrrad, bei dem eine Vielzahl von Permanentmagneten mit einer Radnabe mitdrehen und eine Spule rahmen- oder gabelfest angeordnet ist.

Description

Beschreibung

ELEKTRISCHE MASCHINE AN EINER SCHEIBENBREMSAUFNAHME

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein vorzugsweise muskelbetriebenes Fahrzeug, beispielsweise ein Fahrrad gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

Eine derartige elektrische Maschine ist in der Druckschrift DE 600 15 104 T2 offenbart.

Unter dem Begriff„elektrische Maschine" wird ein Generator/Dynamo verstanden, über den Bewegungsenergie des Fahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt wird. Bei den in der DE 600 15 104 T2 beschriebenen Lösungen dient die elektrische Maschine zur Stromversorgung einer Beleuchtungsanlage. In der Druckschrift wird vorgeschlagen, eine Spule der elektrischen Maschine an einem Teil des Fahrzeugs anzubringen und

zumindest einen Permanentmagneten an einem anderen Fahrzeugteil zu lagern, wobei diese beiden Fahrzeugteile relativ zueinander beweglich sind. Als geeignete

Montagepositionen werden dabei die Speichen eines Rades einerseits und die Gabel, bzw. der Rahmen andererseits oder auch eine Tretkurbel eines Fahrrads einerseits und wiederum der Rahmen des Fahrrads andererseits vorgeschlagen.

Durch die daraus resultierende Relativbewegung zwischen Spule und

Permanentmagneten wird in der Spule eine Spannung induziert, über die die Stromversorgung eines Verbrauchers, im vorliegenden Fall der Beleuchtungsanlage erfolgt.

Prinzipiell kann durch die induzierte Spannung auch ein Energiespeicher, beispielsweise ein Akku aufgeladen werden.

Die Offenbarung der DE 600 15 104 T2 ist eher theoretischer Natur, mit den vorgeschlagenen Montagepositionen lässt sich eine elektrische Maschine mit hinreichendem Wirkungsgrad nicht betreiben. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine eines vorzugsweise muskelbetriebenen Fahrzeugs mit verbessertem Wirkungsgrad zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die elektrische Maschine ist, wie gesagt, vorzugsweise für ein muskelbetriebenes Fahrzeug, beispielsweise ein Fahrrad vorgesehen, um dessen elektrische Verbraucher mit Strom zu versorgen oder einen Akkumulator aufzuladen. Die elektrische Maschine hat eine Spule und einen Permanentmagneten, die zum Induzieren einer Spannung in der Spule relativ zueinander beweglich sind. Erfindungsgemäß sind die Permanentmagneten an einer Radnabe des Fahrzeugs befestigt, während die Spule rahmenfest, d. h. am Fahrzeugrahmen oder an einer Fahrzeuggabel angeordnet ist. Die Rotation der

Permanentmagneten mit der Radnabe wird dann zum Induzieren einer Spannung in der demgegenüber feststehenden Spule ausgenutzt, so dass eine sehr kompakte Lösung bereit gestellt wird. Da die Permanentmagneten relativ dicht zur Drehachse des Rades angeordnet sind, wird das Massenträgheitsmoment dieses Rades durch die

Permanentmagneten nicht beeinträchtigt, so dass der Fahrkomfort oder die Fahrleistung nicht verringert ist.

Bei einer Variante der Erfindung sind eine Vielzahl von Permanentmagneten an einem scheibenförmigen Rotor angeordnet, der drehfest mit der Radnabe verbunden ist. Die Spulen sind dann demgegenüber ortsfest, vorzugsweise an einer Standard- Scheibenbremsaufnahme befestigt. Diese Standard-Scheibenbremsaufnahme kann beispielsweise nach den Normen IS2000 oder PM ausgeführt sein.

Bei einer mit besonders großem Wirkungsgrad arbeitenden Variante sind zwei Spulen oder zwei Spulenanordnungen beidseitig des Rotors aufgenommen. Ein Ausführungsbeispiel sieht vor, die zumindest eine Spule über einen Gelenkarm an der Standard-Bremsaufnahme zu befestigen.

Der Gelenkarm trägt die Spulen oder die Spulenanordnung und ist aus einer

Induktionsstellung in eine Strom losstellung verschwenkbar, in der die Spule bzw. die Spulenanordnung von den Permanentmagneten wegbewegt ist.

Die Verschwenkung des Gelenkarms kann über Anschläge begrenzt sein.

Bevorzugt ist der Rotor an einer Bremsscheibenaufnahme der Radnabe befestigt oder an diese gekoppelt. Auf diese Weise ist ein vorrichtungstechnischer Aufwand für eine drehfeste Verbindung mit der Radnabe gering, da eine ohnehin vorhandene Vorrichtung genutzt wird.

Bei Verwendung von mehreren Spulen ist eine hohe Qualität der erzeugten

Spannung erzielbar, wenn die Spulen in einer Umlaufrichtung der Permanentmagneten aufeinanderfolgend also hintereinander angeordnet sind.

Der Rotor ist kostengünstig zu fertigen und weist ein geringes Gewicht auf, wenn er überwiegend oder vollständig aus Kunststoff besteht. Der Kunststoff ist dabei bevorzugt hochtemperaturbeständig, beispielsweise bis zu 400°C. Diese Eigenschaft ist bei der Verwendung einer Scheibenbremsanlage vorteilhaft, wenn der Rotor nahe der

Bremsscheibe angeordnet ist, die eine Temperatur bis zu 800°C aufweisen kann.

Auf vorrichtungstechnisch einfache Weise sind die Permanentmagneten über eine stoffschlüssige Verbindung am Rotor angeordnet bzw. befestigt. Dabei können die Permanentmagneten insbesondere über eine Klebverbindung am Rotor befestigt sein. Sie können dabei in eine Kunststoffmatrix eingesetzt oder von Kunststoff umgössen sein. Dabei ist es möglich, dass die Permanentmagneten abschnittsweise oder vollständig von Kunststoff überdeckt sind. Alternativ oder ergänzend dazu können die

Permanentmagneten durch Formschluss oder Kraftschluss, beispielsweise durch eine Clipverbindung am Rotor befestigt sein. Wird am Rotor auch eine Bremsscheibe befestigt, ergibt sich ein

vorrichtungstechnischer Vorteil, da zwei Komponenten, der Rotor und die Bremsscheibe, über ein gemeinsames Teil mit der Radnabe verbunden sind. Der Rotor erfüllt dann einerseits die Funktion des Permanentmagnetenträgers und andererseits die Funktion des Bremsscheibenträgers. Die Bremsscheibe ist bevorzugt insbesondere über eine

Schraubverbindung oder über eine Nietverbindung am Rotor befestigt. Zwar ist es auch denkbar, dass der Rotor zusätzlich die Funktion der Bremsscheibe erfüllt, bzw. umgekehrt, jedoch ist eine thermische Entkopplung der Bremsscheibe vom Träger der

Permanentmagneten (Rotor) vorteilhaft, was bei der Zweiteiligkeit von Rotor und

Bremsscheibe besser umzusetzen ist.

Eine besonders vorteilhafte Bauform der zumindest einen Spule ist gegeben, wenn diese sich beidseitig des Rotors oder beidseitig der Permanentmagneten erstreckt, so dass die Spule den umlaufenden Rotor oder die umlaufenden Permanentmagneten zumindest abschnittsweise beidseitig überdeckt. Diese Bauform ermöglicht eine hohe Leistungsdichte der elektrischen Maschine.

Um selbst einen engen, schmalen oder flachen Bauraum ausnutzen zu können, der den Permanentmagneten zur Verfügung steht, sind diese quer zu ihrer Umlaufrichtung bevorzugt flach bauend ausgebildet.

Falls ein Bauraum radial außerhalb des Rotors für eine Anordnung der

Permanentmagneten nicht ausreicht oder aus anderen Gründen nicht nutzbar ist, sind die Permanentmagneten bevorzugt im Wesentlichen seitlich am Rotor, insbesondere an einer Seitenfläche des Rotors, angeordnet. Sie sind dann bevorzugt scheibenförmig bzw. flach bauend ausgebildet, so dass selbst ein enger Bauraum seitlich des Rotors effizient ausnutzbar ist. Um eine hohe Qualität der erzeugten Spannung zu erreichen, stoßen die Permanentmagneten bevorzugt bündig aneinander. Besonders bevorzugt sind die

Permanentmagnete in radialer Richtung von außen nach innern verjüngt. Die Bestückung mit Permanentmagneten kann auf diese Weise besonders dicht erfolgen.

Eine besonders kompakte, stoßunempfindliche und temperaturbeständige Bauform der Permanentmagneten ergibt sich, wenn diese quer zu ihrer Umlaufrichtung zumindest abschnittsweise einen ovalförmigen, kreisförmigen oder polyederförmigen Querschnitt aufweisen. Ganz besonders bevorzugt sind die Permanentmagneten dabei zylindrisch oder etwa parallel zur Umlaufbahn der Permanentmagneten gekrümmt zylindrisch ausgebildet. Aus diesen kompakten Bauformen resultiert vorteilhafter Weise eine hohe Qualität eines magnetischen Flusses.

In einer bevorzugten Variante sind die Permanentmagneten im Wesentlichen an einem Außenumfang des Rotors angeordnet. Besonders bevorzugt sind sie dabei wie vorbeschrieben kompakt ausgebildet.

Drei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von vier teilweise schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine stark schematisierte Teilansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Maschine eines Fahrrads;

Figur 2 die elektrische Maschine gemäß Figur 1 in einer Stromlosstellung;

Figur 3 eine perspektivische Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Maschine eines Fahrrads; und

Figur 4 eine seitliche Teilansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Rotors einer elektrischen Maschine eines Fahrrads.

Die im Folgenden beschriebenen elektrischen Maschinen 1 ; 101 , sowie der Rotor 204 der elektrischen Maschine gemäß Figur 3 sollen an einem muskelbetriebenen oder an einem mit einem elektrischen Hilfsmotor betriebenen Fahrzeug verwendet werden und dienen dazu, elektrische Verbraucher dieses Fahrzeugs, beispielsweise eines Fahrrads, mit Strom zu versorgen oder einen Akku aufzuladen. Die elektrische Maschine 1 oder 101 oder der Rotor 204 wird im Bereich einer Vorderrad- oder Hinterradnabe angeordnet, die mit einer Standard-Scheibenbremsaufnahme 2 bzw. 102 ausgeführt ist. Figur 1 zeigt diesen Bereich eines ersten Ausführungsbeispiels in einer stark schematisierten Darstellung. An der Vorderradnabe ist ein scheibenförmiger Rotor 4 befestigt, der somit mit dem Nabenkörper umläuft. Dieser Rotor 4 ist ähnlich wie eine Bremsscheibe ausgeführt und ist zur Gewichtminimierung mit Ausnehmungen 8 versehen. Am Umfangsbereich des Rotors 4 sind eine Vielzahl von auf einem gemeinsamen

Teilkreis liegenden Permanentmagneten 10, 12, angeordnet, die somit mit dem Rotor 4 auf einer Kreisbahn umlaufen. Am Ausfallende oder an einer Vorderradgabel 3 des Fahrrads ist eine Standard-Scheibenbremsaufnahme 2 befestigt, die beispielsweise nach den Normen IS2000 oder PM ausgeführt ist. Anstelle einer Bremszange trägt diese Standard- Scheibenbremsaufnahme 2 einen schwenkbaren Gelenkarm 13. Am freien Endabschnitt des Gelenkarms 13 ist eine Spule 14 oder eine Spulenanordnung angeordnet. Prinzipiell kann der Gelenkarm 13 auch gabelförmig ausgeführt sein, so dass zwei Spulen beidseitig des Rotors 4 mit Bezug zu den Permanentmagneten 10, 12 ausgerichtet sind. Die

Spule 14 oder die Spulenanordnung ist an eine Steuereinheit angeschlossen, über die die Stromversorgung der elektrischen Verbraucher oder das Aufladen des Akkus gesteuert wird. Bei rollendem Fahrrad dreht der Rotor 4 entsprechend der Drehzahl der Laufräder mit, so dass über die Permanentmagneten 10, 12 an der Spule 14 bzw. der

Spulenanordnung eine Spannung induziert wird. Aufgrund der vorzugsweise beidseitigen Anordnung der Spulen 14 und den in Hinblick auf die Permanentmagnetlagerung optimierten Rotor 4 wird eine sehr einfach zu montierende und aufgebaute Baueinheit für eine elektrische Maschine 1 bereit gestellt, die ohne großen Aufwand an einem Fahrrad zu montieren ist. Dabei kann der Rotor 4 beispielsweise auf einer Bremsscheibenaufnahme einer Radnabe befestigt werden, so dass er mit dem Nabenköper mitdreht. Auf diese Weise sind auch herkömmliche Fahrräder mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine nachrüstbar.

Figur 1 zeigt die Spule 14 oder die Spulenanordnung in ihrer Funktionsstellung. In dem Fall, in dem keine elektrischen Verbraucher angesteuert sind oder der Akku aufgeladen ist, kann die Spule 14 oder die Spulenanordnung in die in Figur 2 dargestellte Stromlosstellung gebracht werden. Dazu wird der Gelenkarm 13 mit Bezug zur

Scheibenbremsaufnahme 2 verschwenkt, so dass der Wirkeingriff zwischen den

Permanentmagneten 10 oder 12 und der Spule 14 bzw. der Spulenanordnung aufgehoben wird. Diese Verschwenkung erfolgt um eine Schwenkachse 16, wobei die Schwenkbewegung über einen Schwenkaktor 18 gesteuert wird, der bei einem Ausführungsbeispiel vom Fahrer betätigt wird oder aber lediglich zur Begrenzung des

Schwenkwinkels dient.

Selbstverständlich kann an Stelle einer Standard-Scheibenbremsaufnahme 2 auch eine andere geeignete Aufnahme für die Spule 14 bzw. die Spulenanordnung gewählt werden.

Figur 3 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines praxisnahen zweiten

Ausführungsbeispiels einer elektrischen Maschine 101 , die direkt in eine Bremsanlage eines Fahrrads integriert ist. Mittig in Figur 3 ist eine Radnabe 120 in Ausfallenden 122 einer Vorderradgabel 103 des Fahrrads eingespannt. An einem in Figur 3 linken

Tauchrohr der Vorderradgabel 103 ist im Bereich eines unteren Endabschnittes eine armartig ausgestaltete Standard-Scheibenbremsaufnahme 102 angeordnet. An dieser ist ein Adapter 124 angesetzt und über Schrauben (nicht dargestellt) befestigt. Der Adapter 124 ist ein Standardteil und dient einer bestimmungsgemäßen Positionierung eines Bremssattels 126 relativ zu einer Bremsscheibe 128. Die Art und Größe des Adapters 124 ist dabei in Abhängigkeit des Durchmessers der Bremsscheibe 128 gewählt. Durch einen Austausch der Bremsscheibe 128 und des Adapters 124 ist eine Anpassung der

Bremsleistung an ein Fahrverhalten, ein Gewicht des Fahrers oder einen Einsatzbereich des Fahrrads ermöglicht.

Zwei Bremssattelfüße 130 (nur einer dargestellt) des Bremssattels 126 sind von Schrauben 132 (nur eine dargestellt) durchsetzt, über die der Bremssattel 126 am Adapter 124 befestigt ist. Am Bremssattel 126 sind beidseitig der Bremsscheibe 128 zwei

Bremszylinder 134 (nur einer dargestellt) angeordnet, die über eine in Figur 3 nur teilweise dargestellte Hydraulikleitung 136 mit Druckmittel beaufschlagbar sind.

Die in Figur 3 gezeigte elektrische Maschine 101 hat ein rahmenfestes, den Rotor 104 beidseitig umgreifendes Spulengehäuse 1 15, in dem zwei Spulen 1 14 aufgenommen und gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung geschützt sind. Die elektrische Maschine hat weiterhin einen Rotor 104, an dem umfänglich verteilt eine Vielzahl Permanentmagneten 1 10, 1 12 angeordnet ist. Die kreiszylindrisch ausgebildeten Permanentmagneten 1 10, 1 12 bestehen aus Vollmaterial und sind jeweils in eine Ausnehmung am Außenumfang des Rotors 104 eingesetzt und darin eingeklebt. Der Rotor 104 ist im Wesentlichen als scheibenförmiger Kreisring ausgebildet.

Das Spulengehäuse 1 15 mit den darin aufgenommenen Spulen 1 14 ist nicht unmittelbar an der Standard-Scheibenbremsaufnahme 102, sondern über zwei Schrauben 138 an einer einstückig mit dem Bremssattel 126 ausgebildeten Montagelasche 140 befestigt. Die Montagelasche 140 ist diesseits einer dem Betrachter zugewandten

Innenfläche 129 der Bremsscheibe 128 angeordnet. Über diese Innenfläche 129 und eine (nicht dargestellte) Einspeichung des Vorderrades ist im Fahrbetrieb ein sich radial zur Drehachse 121 erstreckender Ringraum, im folgenden Innerer Ringraum genannt, begrenzt, der der elektrischen Maschine 101 als Bauraum zur Verfügung steht. Der Innere Ringraum ist dabei in Richtung der Drehachse 121 breiter als ein Äußerer Ringraum, der über eine vom Betrachter abgewandte Außenfläche der Bremsscheibe 128 und eine dazu parallel angeordnete Ebene, die die Standard-Scheibenbremsaufnahme 102 tangiert, begrenzt ist. Aufgrund seiner größeren Breite bietet der Innere Ringraum den Vorteil, dass die in ihm umlaufenden Permanentmagneten 1 10, 1 12 vergleichsweise breit und kompakt ausgestaltet sein können, was im Vergleich zu flächiger ausgestalteten

Permanentmagneten (vgl. dazu 210, 212 des folgenden Ausführungsbeispiels gemäß Figur 4) in einer höheren Qualität des magnetischen Flusses resultiert. Mit dessen höherer Qualität ist vorteilhaft verbunden, dass die für eine bestimmte Leistung der elektrischen Maschine 101 notwendige Magnetmasse kleiner ist. Die Anordnung der Spulen 1 14 bzw. der Permanentmagneten 1 10, 1 12 im Inneren Ringraum trägt somit zu einem geringen Gewicht der elektrischen Maschine 101 und damit des Fahrrads bei. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass die konstruktive Ausgestaltung des Rotors 104 und der

Permanentmagneten 1 10, 1 12 mit zunehmender Größe des zur Verfügung stehenden Bauraums einfacher und kostengünstiger ist und sich ein geringerer Abstand der zu einer von einer Fahrradlängsachse und einer Fahrradhochachse aufgespannten Mittelebene günstig auf ein neutrales Handling des Fahrrads auswirkt. Kompakter ausgebildete

Permanentmagneten sind zudem stoßunempfindlicher und temperaturbeständiger.

Das Spulengehäuse 1 15 der elektrischen Maschine 101 hat eine nutartige

Ausnehmung 1 17, die im Fahrbetrieb von den am Rotor 104 befestigten Permanentmagneten 1 10, 1 12 bei der Drehung des Rades mit einer

Winkelgeschwindigkeit des Rades durchlaufen wird. Eine erste der Spulen 1 14 ist in einem kantigen, in Figur 3 oben angeordneten Abschnitt des Spulengehäuses 1 15, die zweite der beiden Spulen 1 14 in einem in Figur 3 darunter liegenden, verrundeten

Abschnitt des Spulengehäuses 1 15 angeordnet. Die kantige Form des oberen Abschnitts des Spulengehäuses ergibt sich daraus, dass darin neben der oberen Spule 1 14 eine Versorgungselektronik beider Spulen 1 14 aufgenommen ist. Die beiden Spulen 1 14 erstrecken sich sattelartig beidseitig der vorbeschriebenen nutartigen Ausnehmung 1 17, so dass die Permanentmagneten 210, 212 beim Durchlaufen der Ausnehmung 1 17 von den Spulen 1 14 beidseitig berührungslos umgriffen sind. Gegenüber einer einseitigen Anordnung der Spulen ermöglicht dies eine erhöhte Leistungsdichte der elektrischen Maschine 101 .

Parallel zur Hydraulikleitung 136, und damit unter effizienter Ausnutzung des

Bauraums, sind zwei Stromleitungen 146, 148 (nur teilweise dargestellt) angeordnet. Über sie ist der über die elektrische Maschine 101 zu versorgende elektrische Verbraucher oder der aufzuladende Akkumulator mit Strom versorgbar.

Die Bremsscheibe 128 ist über sechs Schrauben (nicht dargestellt) an einer zentralen Aluminium-Halterung 142 befestigt. Neben der Befestigung erfüllen die

Schrauben dabei die Funktion einer thermischen Entkopplung, die notwendig ist, da die Bremsscheibe 128 eine Temperatur bis zu 800°C erreichen kann. Für eine bessere Kühlung und zur Gewichtsreduzierung weist die Bremsscheibe 128 Ausnehmungen 150 auf. Die zentrale Aluminium-Halterung 142 ist an einer Standard-Bremsscheibenhalterung befestigt, die wiederum über Schraubverbindungen fest mit der Radnabe 120 verbunden ist. Auch der Rotor 104 ist an der zentrale Aluminium-Halterung 142 mit mehreren

Schrauben 144 befestigt.

Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Rotors 204 einer elektrischen Maschine eines Fahrrads in einer seitlichen Teilansicht. Dargestellt ist eine Außenseite des Rotors 204 und einer Standard-Bremsscheibe 228, wobei sich eine Radnabe 220 in die Betrachtungsebene hinein nach hinten erstreckt. Auf eine Darstellung der

Vorderradgabel, der Speichen und einer Bremsanlage bzw. des Bremssattels sowie der Standard-Scheibenbremsaufnahme wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Damit verbunden ist, dass auf eine Darstellung der zugehörigen Spule bzw. deren

Spulengehäuse der elektrischen Maschine verzichtet wird.

Der flache, scheibenförmige Rotor 204 trägt an einer dem Betrachter zugewandten Seite eine Vielzahl von Permanentmagneten 210, 212, die, anders als im zweiten

Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3, in einem Äußeren Ringraum angeordnet sind, der über eine Außenfläche 229 des Rotors 204 und eine parallel dazu angeordnete Ebene, die eine Scheibenbremsaufnahme (nicht dargestellt) tangiert, begrenzt ist. Dieser Äußere Ringraum ist in Richtung einer Drehachse der Vorderradnabe 220 verglichen mit dem Inneren Ringraum gemäß Figur 3 schmal. Dies ist der Grund, warum die am Rotor 204 angeordneten und mit ihm umlaufenden Permanentmagneten 210, 212 flach ausgebildet sind. Um den beengten Bauraum des Äußeren Ringraums noch effizienter zu nutzen, trägt der Rotor 204 neben den Permanentmagneten 210, 212 auch die Bremsscheibe 228. Er erfüllt somit eine Doppelfunktion und es entfällt gegenüber den vorherigen

Ausführungsbeispielen, bei denen die Permanentmagneten und die Bremsscheibe jeweils getrennt gehaltert sind, ein Bauteil.

Um die Permanentmagneten 210, 212 von der im Fahrbetrieb heißen Bremsanlage bzw. Bremsscheibe 228 thermisch zu entkoppeln, sind der Rotor 204 und die

Bremsscheibe 228 zweiteilig. Eine feste Verbindung der beiden erfolgt dabei über Niete 256. Bevorzugt weisen die Niete 256 eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf und / oder zwischen der Bremsscheibe 228 und dem Rotor 204 sind im Bereich der Niete 256

Elemente mit schlechter Wärmeleitfähigkeit vorgesehen. Der Rotor 204 besteht aus Aluminium und ist an einer Standard-Sechs-Loch-Aufnahme Radnabe 220 über

Schrauben 252 befestigt.

Die Permanentmagneten 210, 212 sind am Rotor 204 fächerartig um die Nabe 220 herum angeordnet. Dabei stoßen die Permanentmagneten 210, 212 bündig mit ihren Längsseiten aneinander. Um die zur Verfügung stehende Außenfläche 229 möglichst geschlossen mit Permanentmagneten 210, 212 aufzufüllen und so eine möglichst hohe Qualität der erzeugbaren Spannung und eine möglichst hohe Energiedichte zu erreichen, erweist es sich als vorteilhaft, die Permanentmagneten 210, 212 wie dargestellt gegenüber einer Radialrichtung angestellt anzuordnen. Die Trapezform der Permanentmagneten 210, 212 ermöglicht eine möglichst dichte Belegung der Außenfläche 229. Die flächig am Rotor 204 angeordneten Permanentmagneten 210, 212 sind in eine Kunststoffmatrix 254 eingesetzt, sind jedoch auf ihrer dem Betrachter zugewandten Seite nicht mit Kunststoff bedeckt. Alternativ und / oder ergänzend dazu können sie zum Zwecke eines besseren Schutz von der Kunststoffmatrix um- und / oder übergössen sein.

Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen kann eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mehr als eine oder zwei Spulen aufweisen. Je höher dabei eine Anzahl der Spulen ist, desto höher ist eine erreichbare Qualität der erzeugten Spannung und desto höher ist eine Energiedichte. Bevorzugt ist die Anzahl der verwendeten Spulen zwei, drei oder vier. Dabei wird eine aufeinanderfolgende Anordnung der Spulen entlang oder parallel zu einer Umlaufbahn der Permanentmagneten bevorzugt. Je mehr Spulen derart aufeinanderfolgend angeordnet sind, um so höher ist dabei eine erreichbare

Qualität der erzeugten Spannung. Die Verwendung nur einer Spule stellt hingegen eine vorrichtungstechnisch einfache und kostengünstige Lösung, jedoch mit verringerter Energieausbeute und geringerer Qualität der Spannung dar.

Unabhängig von den gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Spule oder können die Spulen direkt an der Scheibenbremsaufnahme oder dem daran befestigten Adapter befestigt sein.

Alternativ oder ergänzend zu den gezeigten Ausführungsbeispielen kann die

Standard-Scheibenbremsaufnahme anstatt an der Gabel an einem anderen Teil eines Rahmens des Fahrrades bzw. des Fahrzeugs befestigt sein.

Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen können die

Permanentmagneten von einer Kunststoffschicht umhüllt sein.

Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen kann der Rotor aus

Kunststoff bestehen oder diesen aufweisen. Dies trifft auch zu, wenn der Rotor wie im dritten Ausführungsbeispiel gezeigt, die Bremsscheibe trägt, und hohen Bremskräften und hohen Temperaturen standhalten muss. Offenbart ist eine elektrische Maschine für ein muskelbetriebenes Fahrzeug, vorzugsweise ein Fahrrad, bei dem eine Vielzahl von Permanentmagneten mit einer Radnabe mitdrehen und eine Spule rahmen- oder gabelfest angeordnet ist.

Bezugszeichenliste

1 ; 101 Elektrische Maschine

2; 102 Standard-Scheibenbremsaufr

3; 103 Vorderradgabel

4; 104; 204 Rotor

6 Nabenachse

8 Ausnehmungen

10; 1 10; 210 Permanentmagnet

12; 1 12; 212 Permanentmagnet

13 Gelenkarm

14; 1 14 Spule

16 Schwenkachse

18 Schwenkaktor

1 15 Spulengehäuse

120; 220 Radnabe

121 Drehachse

22 Ausfallende

124 Adapter

126 Bremssattel

128; 228 Bremsscheibe

129 Innenfläche

130 Bremssattelfuß

132 Schraube

134 Bremszylinder

136 Hydraulikleitung

138 Schraube

40 Montagelasche

142 Zentrale Aluminiumhalterung

144 Schraube

146, 148 Stromleitung

150 Ausnehmung 229 Außenfläche 252 Schraube 254 Kunststoffmatrix 256 Niet

Claims

Patentansprüche

1 . Elektrische Maschine für ein muskelbetriebenes Fahrzeug, vorzugsweise ein

Fahrrad, wobei zumindest eine Spule (14; 1 14) und zumindest ein

Permanentmagnet (10, 12; 1 10, 1 12; 210, 212) zum Induzieren einer Spannung in der Spule (14; 1 14) relativ zueinander bewegt sind, wobei die Spule (14; 1 14) oder der Permanentmagnet (10, 12; 1 10, 1 12; 210, 212) mit einem Rad des Fahrzeugs drehbar und das jeweils andere Bauteil rahmen- oder gabelfest angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (10, 12; 1 10, 1 12; 210, 212) drehfest an einer Radnabe (120; 220) befestigt sind und die zumindest eine Spule (14; 1 14) rahmenfest ist.

2. Maschine nach Patentanspruch 1 , wobei mehrere Permanentmagneten (10, 12;

1 10, 1 12; 210, 212) an einem scheibenförmigen Rotor (4; 104; 204) und die zumindest eine Spule (14; 1 14) an einer Standard-Scheibenbremsaufnahme (2; 102) befestigt ist.

3. Maschine nach Patentanspruch 2, wobei zwei Spulen (14) oder zwei

Spulenanordnungen beidseitig des Rotors (4) angeordnet sind.

4. Maschine nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei die zumindest eine Spule (14) über einen Gelenkarm (13) an der Standard-Scheibenbremsaufnahme (2) befestigt ist, wobei der Gelenkarm (13) aus einer Funktionsstellung in eine

Stromlosstellung verschwenkbar ist, in der die zumindest eine Spule (14) außer Wirkeingriff mit den Permanentmagneten (10, 12) ist.

5. Maschine nach Patentanspruch 4, wobei Endpositionen des Gelenkarms (13) durch Anschläge begrenzt sind.

6. Maschine nach einem der Patentansprüche 2 bis 5, wobei der Rotor (4; 104; 204) an einer Bremsscheibenaufnahme der Radnabe (120; 220) befestigt ist.

7. Maschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Spulen (1 14) in einer Umlaufrichtung der Permanentmagneten (1 10, 1 12)

aufeinanderfolgend angeordnet sind.

8. Maschine nach einem der Patentansprüche 2 bis 7, wobei der Rotor überwiegend oder vollständig aus Kunststoff besteht.

9. Maschine nach einem der Patentansprüche 2 bis 8, wobei die

Permanentmagneten (1 10, 1 12; 210, 212) stoffschlüssig mit dem Rotor (104; 204) verbunden sind.

10. Maschine nach einem der Patentansprüche 2 bis 9, wobei am Rotor (204) eine Bremsscheibe (228) befestigt ist.

1 1 . Maschine nach einem der Patentansprüche 2 bis 10, wobei sich die zumindest eine Spule (1 14) beidseitig des Rotors (104) erstreckt.

12. Maschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die

Permanentmagneten (210, 212) quer zu einer Umlaufrichtung flach bauen.

13. Maschine nach einem der Patentansprüche 2 bis 12, wobei die

Permanentmagneten (210, 212) im Wesentlichen seitlich am Rotor (204) angeordnet sind.

14. Maschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die

Permanentmagneten (1 10, 1 12) quer zu ihrer Umlaufrichtung zumindest abschnittsweise einen oval- oder einen kreis- oder ein polyederförmigen

Querschnitt aufweisen.

15. Maschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die

Permanentmagneten (1 10, 1 12) im Wesentlichen an einem Außenumfangsbereich des Rotors (104) angeordnet sind.