CH235423A - Fahrrad mit Dynamo. - Google Patents

Description

  Fahrrad mit Dynamo.    Gegenstand vorliegender Erfindung ist  ein Fahrrad mit Dynamo.  



  Alle üblichen Fahrradbeleuchtungssysteme  basieren auf dem Prinzip der elektromagneti  schen Induktion.  



  Es ist bekannt, dass bei einer elektrischen  Maschine die in einer Spule induzierte Span  nung, wenn der Streufluss vernachlässigt  wird, einerseits dem Produkt aus der Dreh  zahl pro Minute und der Polpaarzahl, ander  seits dem Produkt aus der Windungszahl der  Spule und dem durch diese Spule gehenden  magnetischen Fluss proportional ist.  



  Für eine gegebene zu induzierende Span  nung und zunächst freier Wahl in konstruk  tiver Hinsicht wird für einen hohen Wert  des Produktes     n    . p (hohe Drehzahl n und  hohe Polzahl p) das Produkt w . 0 (Win  dungszahl w mal Induktionsfluss 0) klein.  Umgekehrt wird bei kleiner Drehzahl und  Polzahl das Produkt w . 0 gross. Im Falle der  bekannten Nabendynamo ist die Drehzahl  identisch mit der Drehzahl des Rades, also    klein. Auf dem verhältnismässig kleinen Um  fang der Nabe lässt sich zudem nur eine ge  ringe Zahl von Polen placieren. Zur Erzie  lung einer     bestimmten        induzierten    Spannung  ist daher ein grosser Wert des     Produktes     w . 0 für die Nabendynamo erforderlich.

   Das  Produkt w . 0 erhöht jedoch das Volumen  und das Gewicht des elektromagnetisch akti  ven Teils der Dynamo,     denn    ein grosser In  duktionsfluss verlangt eine grosse     magneto-          motorische    Kraft bei geringem magnetischem  Widerstand, d. h. ein grosses Volumen an Per  manentmagnetstahl und grosse     Querschnitte     des eisengeschlossenen Kraftlinienweges. Eine  grosse Windungszahl verlangt bei gegebenem  innerem Widerstand der Wicklung grosse  Drahtquerschnitte     und    diese müssen im  Verein mit der hohen Windungszahl einen  grossen Wicklungsquerschnitt haben.

   Dieser  letztere erhöht     wiederum    die Länge des eisen  geschlossenen Kraftlinienweges; d. h. auch  bei Verwendung hochwertigen Materials wer  den Volumen und Gewicht der     Nabendynamo          untragbar    hoch.      Die Nabendynamo hat zusätzlich noch  folgende Nachteile:  1. Infolge der Schmierung der Nabenlager  kann<B>01</B> oder Fett in die Wicklungen eindrin  gen und diese zerstören.  



  2. Der Einbau der heute viel     benützten     Trommelbremse ist wegen Platzmangels nur       erschwert    möglich; ausserdem würde sich die  Wärmeentwicklung der Trommelbremse un  günstig auf die elektrischen Teile der Naben  dynamo auswirken.  



  3. Der nachträgliche Einbau einer Naben  dynamo in ein Fahrrad ist mit grossen Um  trieben verbunden. Es müssen neue     (kürzere)     Speichen verwendet und das Rad muss     neu     zentriert werden.  



  Beim erfindungsgemässen Fahrrad mit  Dynamo werden die Vorteile     einer    Naben  dynamo mit denjenigen der bekannten, am  Velomantel federnd anliegenden Dynamos  vereinigt, deren Nachteile jedoch vermieden.  



  Das erfindungsgemässe Fahrrad zeichnet:  sich dadurch aus, dass an     einem    Rad des  Fahrrades ausserhalb der Nabe ein sich mit  dem Rad drehender, ringförmiger Rotor und  an einem Teil des Fahrradrahmens ein Stator  angeordnet ist.  



  In der beigeordneten Zeichnung sind  führungsbeispiele des Erfindungsgegenstan  des schematisch dargestellt. Es zeigt:  Fig. 1 eine .Seitenansicht eines Teils eures  Fahrrades, das mit einer erfindungsgemässen  Dynamo ausgerüstet ist,  Fig. 2 und 3. Details dieser eisten Aus  führungsform in     perspektivischer    Darstel  lung,  Fig. 4 eine Seitenansicht in grösserem  Massstabe,  Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie A -A  der Fig. 4,  Fig. 6 und 7 Einzelheiten einer andern       Ausführungsform    in einem     teilweisen    Radial  schnitt und einer Abwicklung,  Fig. $ und 9 Einzelheiten einer weiteren  Ausführungsform in entsprechender Darstel  lung,  Fig. 10, 11 und 14 je eine weitere Aus  führungsform im Radialschnitt,    Fig.

   1? eine abgeänderte Ausführungs  form eines Stators in Ansicht und  Fig. 13 Mittel zum Zentrieren des Stators.  Der Rotor besteht bei der Ausführungs  form nach Fig. 1 bis 5 aus einem aus Isolier  material bestehenden Ring 1, in welchen in       regelmässiger    Teilung kleine Dauermagnete  derart eingebettet sind, dass die auf demselben  Kreise     liegenden    Pole aufeinanderfolgender  Magnete verschiedene Polarität aufweisen.  Der Ring 1 ist am Hinterrad eines Fahrrades  an den Speichen konzentrisch zur Radachse  befestigt..  



       Gegenüber    den     freien    Polflächen einer  Anzahl aufeinanderfolgender Dauermagnete  befinden sich die     Polschuhe    von vorzugs  weise aus     lamelliertem    Weicheisenblech     ge-          bildeten    Kernen 3. Diese Kerne tragen eine  oder     mehrere        Spulen        -l,    in deren Leitern beim  Rotieren des Ringes 1     Spannung    induziert  wird.  



  Spulen und zugehörige Kernteile des     Sta-          tors    sind irr eurem staub- und wasserdichten  Gehäuse 5 untergebracht. Zwecks Vermei  dung von Wirbelstromverlusten ist das Ge  häuse, welches die Armaturteile enthält,  zweckmässigerweise aus elektrisch isolieren  dem Pressmaterial verfertigt. Das Schutz  gehäuse ist derart gebogen, dass der Radius  seiner gekrümmten Längsachse gleich dem  Radius des Magnetringes ist. Das Armatur  gehäuse kann auch in an sielt bekannter und  deshalb nicht: dargestellter Weise mittels ver  stellbarer Befestigungsbriden derart, am Rah  men des Fahrrades befestigt wirr. dass eine  Zentrierung möglich ist.  



  Die Magnete könnten mit geeigneten Vor  richtungen in     einem        bestimmten    Radius di  rekt an den.     Speichen    oder an den Felgen be  festigt sein. Es ist ;jedoch besser, die Magnete.  wie es 'heim Beispiel nach den Fig. 1. bis 5  der Fall ist, in     einem        T'rä,ger    von einfachsten       äussern    Formen einzusetzen.

   Der Träger kann       aus        einem.        Pressstoffring        bestellen,    in welchem  die     11lagnete    derart eingebettet sind, dass die  Polflächen.     init    der Ringoberfläche bündig       bezw.    mit einer dünnen     Schutzschicht    über  deckt sind. Der ringförmige Rotor selbst ist      mit zweckmässigen Befestigungsbolzen an  einigen in gleichmässigen Abständen vorhan  denen Speichen zentrisch zur Radachse befe  stigt.  



  Der Ring und die zugehörigen Ankerteile  können in verschiedener Weise ausgebildet  sein.  



  Bei der Ausführungsform nach den Fig. 6  und 7 sind die Magnete 2, die abwechselnd  einen N- bezw. einen S-Pol dem Stator zu  kehren, derart in den Ring aus Isoliermate  rial eingebettet, dass ihre magnetische Achse  parallel zur Radachse ist (achsiale Anord  nung), wobei die Kraftlinienwege über einen  magnetisch leitenden Ring 6, an welchem die  Magnete befestigt sind, im Rotor geschlossen  werden. Es bilden also immer zwei benach  barte Magnete Teile eines magnetischen Krei  ses. Damit der Luftspalt konstant. bleibt, muss  der Ring besonders in achsialer Richtung  exakt gelagert werden.  



  Der Stator weist lamellierte Eisenkerne 3  auf, die je eine Spule 4 tragen. Die Spulen  sind derart miteinander verbunden, dass die in  einem bestimmten Zeitmoment induzierten  Spannungen sich addieren. Die Eisenkerne  und die Spulen der Armatur sind in einem  schützenden Gehäuse 5 untergebracht.  



  Die Ausführungsform nach den Fig. 8  und 9 ist grundsätzlich derjenigen nach den  Fig. 6 und 7 ähnlich; der Unterschied besteht  darin, dass die Magnete mit ihrer magneti  schen Achse bezogen auf das Rad in radialer  Richtung liegen (radiale Anordnung). Wie  derum ist ein Eisenring 6 am Magnetträger  vorhanden und dient für den Schluss der ma  gnetischen Kreise. Der Stator ist ähnlich auf  gebaut wie bei der Ausführungsform nach  den Fig. 6 und 7, jedoch gegenüber seiner  Lage bei dieser Ausführungsform um 90  ge  dreht.  



  Bei den Ausführungsformen nach den  Fig. 6 bis 9 ist es konstruktiv besonders ein  fach, den Stator so zu befestigen, dass er mit  Hilfe einer Schwenkvorrichtung dem Rotor  bis auf den normalen Luftspalt angenähert  (Endlage durch Anschlag festgelegt), oder  auf grösseren Abstand entfernt werden kann    (Fig. 12). Diese Massnahme ist jedoch nicht  unbedingt     nötig,    da die Beleuchtung zweck  mässiger durch     Schliessen    und Unterbrechen  des Stromkreises ein- und ausgeschaltet wird.  In ausgeschaltetem Zustand ist für die Dy  namo nur die sehr geringe     mechanische        Arbeit     zur Deckung der Eisenverluste     aufzubringen.     



  Fig. 5 und 10 zeigen die radiale und  die achsiale Anordnung der Magnetkörper 2,  die ohne Eisenring im Magnetträgerring 1  eingebettet sind. Die Polschuhe 3 des Ankers  greifen über beide     Polflächen    jedes Magneten  2. Jeder magnetische Kreis besitzt also nur  einen Magneten. Diese Anordnung erlaubt  bei gleichen     Grunddimensionen    eine Verdop  pelung der Frequenz. Ein weiterer Vorteil in  konstruktiver Hinsicht besteht darin, dass  sich Zentrierungsfehler nicht in Spannungs  schwankungen auswirken, da die Summe bei  der Luftspalte konstant bleibt. In den Fig. 5  und 10 sind ferner zwei verschiedene  Möglichkeiten der Spulenausbildung darge  stellt.  



  Der Ring 1 kann auch an der Felge ange  bracht sein. Fig. 11 zeigt eine Ausführungs  form, bei welcher die Magnete 2 an der Felge  des Rades befestigt sind; Fig. 11 zeigt auch  die zugehörige Befestigungsweise des Ankers  3, 4. Bei der Ausführungsform nach Fig. 13  ist der Anker mit Hilfe eines Zentrierstückes,  das auf der Radachse sitzt, mit zwei Distanz  stücken auf besonders einfache Weise zen  triert.  



  Eine von den beschriebenen Anordnungen  abweichende Konstruktion könnte folgender  massen ausgeführt sein:  Im     S'tator    sind die Dauermagnete unter  gebracht, die gleichzeitig als     Spulenkerne    die  nen. Der Rotor weist an seinem     Umfang    in       regelmässigen    Abständen lamellierte, u-för  mige     Weicheisenkerne    auf     (Fig.    14), welche  bei der Rotation des Ringes den magnetischen  Kreis des Ankers abwechslungsweise schlie  ssen und öffnen.  



  Am günstigsten in bezug auf Ausnützung  des Magnetmaterials wäre die Verwendung  einer die induzierten     ,Spulen    enthaltenden  Armatur in Form eines geschlossenen Ringes,      welche dem Rotorring gegenüber angeordnet  ist. Die Armatur könnte dann     beispielsweise     so viele Spulenaggregate besitzen, wie der Ro  torring Magnete trägt. .Solche ringförmig ge  schlossene Armaturen sind jedoch     schwierig     am Fahrrad zu befestigen. Es ist daher  zweckmässiger, die Armatur nur über     einen     Bruchteil des Rotors     erstrecken    zu lassen.    Es ist selbstverständlich, dass bezüglich  der Teilung des Magnetringes und der Arma  tur verschiedene Möglichkeiten ausgenützt  werden können.

   Im normalen Fall ist, bezo  gen auf einen bestimmten Teil des Bogens  nach Fig. 6, 7, die Zahl der Magnete doppelt.  so gross     wie    die Zahl der Spulen mit zuge  hörigen Kernen. Bei der Ausführung nach  Fig. 5 ist die Zahl der Magnete zweckmässig  gleich der Zahl der Armaturen. Die Arma  tur kann auch so ausgebildet werden, dass  z. B. die Hälfte der Spulen in einem bestimm  ten Zeitmoment den zugehörigen Magneten  gegenüberstehen, während die zweite Hälfte  genau in den Zwischenräumen der Magnete  angeordnet ist. In diesem Fall kann die Fre  quenz des erzeugten Stromes verdoppelt  werden.  



  Die Wicklung kann aus Kupfer- oder  Aluminiumdraht bestehen. Für die Konstant  haltung der Spannung bei veränderlicher  Drehzahl können mechanische oder elektri  sche Vorrichtungen angeordnet werden. Eine  mechanische Vorrichtung könnte z. B. in der  Weise wirken, dass die mit der Drehzahl zu  nehmende Fliehkraft Gewichte verschiebt,  die derart mit dem Magnetring mechanisch  gekuppelt sind, dass der Luftspalt grösser  wird. Elektrisch kann die Regulierung so  vorgenommen werden, dass in den     Stromkreis     sogenannte Stromstabilisierungs-Einrichtun  gen, z. B. Eisenwasserstoffwiderstände, ein  geschaltet werden. Als     Magnetmaterial    kom  men vorzugsweise     Legierungen    mit möglichst  hoher Koerzitivkraft in Frage.  



  Die Dauermagnete könnten auch in nicht  dargestellter Weise in tangentialer Richtung  in den Ring aus Pressmaterial eingebettet  sein.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Fahrrad mit Dynamo. dadurch gekenn zeichnet, dass an einen i Rad des Fahrrade ausserhalb der labe ein sich mit dein Rad drehender, ringförmiger Rotor und an eurem Teil des Fahrradrahmens ein Stator angeord net ist. UNTERANSPRÜCHE: 1. Fahrrad mit 1) ynamo nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ro tor einen Ring aus Isoliermaterial aufweist, in. welchen Dauermagnete eingebettet sind. 2. Fahrrad. mit Dynamo nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der ring förmige Rotor an den Speichen befestigt ist. 3. Fahrrad mit Dynamo nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Rotor an der Radfelge befestigt ist. 4.

   Fahrrad mit Dynamo nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Sta tor ein wasserdicht geschlossenes Gehäuse aufweist, in welchem die Spulen mit den zu gehörigen Kernen derart angeordnet sind. dass die magnetischen Kreise bei der Rotation des Ringes abwechselnd geöffnet und geschlossen werden. 5. Fahrrad mit Dynamo nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in einen Ring aus isolierendem Pressmaterial eingebetteten Magnete derart im Ring ange ordnet sind, dass die auf demselben Kreise liegenden Pole aufeinanderfolgender Magnete verschiedene Polarität aufweisen. 6.

   Fahrrad mit Dynamo nach Unteran- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete, die abwechselnd einen N- bezw. einen S-Pol (lern Stator zukehren, auf einem magnetisch leitenden Ring befestigt sind, der die magnetischen Kreise schliesst. 7. Fahrrad mit Dynamo nach. P'atentan- spruelr, dadurch gekennzeichnet, dass die Rad felge selbst als 11lagnetträger ausgebildet ist. 8,. Fahrrad mit Dynamo nach Unteran spruch l., dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete aclrsia-i zum Rad angeordnet sind. 9.

   Fahrrad mit Dynamo nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete radial zum Rad angeordnet sind. 10. Fahrrad mit Dynamo nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete tangential zum Rad angeord net sind. 11. Fahrrad mit Dynamo nach Unteran spruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen mit lamellierten Eisenkernen und Pol schuhen in einem wasser- und staubdichten Schutzgehäuse aus Isoliermaterial unterge bracht sind, wobei das Schutzgehäuse derart gebogen ist, dass der Radius seiner gekrümm ten Längsachse gleich dem Radius des Ma gnetringes ist. 12.

   Fahrrad mit Dynamo nach Unteran spruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Armaturgehäuse mit Hilfe verstellbarer Be- festigungsbriden derart am Rahmen des Fahrrades befestigt ist, dass eine Zentrierung möglich ist. 1;3. Fahrrad mit Dynamo nach Unteran spruch 12:, dadurch gekennzeichnet, dass die Armatur ein Zentrierstück aufweist, welches auf der Radachse sitzt und durch Distanz stücke mit der Armatur verbunden ist. 14. Fahrrad mit Dynamo nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt zwischen Stator und Rotor durch eine Schwenkvorrichtung regulierbar ist. 15.

   Fahrrad mit Dynamo nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass mecha nische Vorrichtungen vorgesehen sind, die unter Ausnützung der Fliehkraft die elektri sche .Spannung der Dynamo bei steigender Drehzahl dadurch konstant halten, dass sie bei steigender Drehzahl den Luftspalt ver grössern. 16. Fahrrad mit Dynamo nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Stromkreis stromregulierende Elemente ent halten sind, um den Strom bei steigender Drehzahl konstant zu halten. 17. Fahrrad mit Dynamo nach Unteran spruch 12,, dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe aus dem Schutzgehäuse heraus ragen. 18.

   Fahrrad mit Dynamo nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Armatur Dauermagnete enthält, welche gleichzeitig die Spulenkerne bilden, wobei der Rotorring Kraftlinienbrücken aus lamel- liertem Eisenblech enthält. welche die ma gnetischen Kreise der Statormagnete ab ivechslungsweise öffnen und schliessen.