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.
Bicycle with dynamo. The present invention relates to a bicycle with a dynamo.
All common bicycle lighting systems are based on the principle of electromagnetic induction.
It is known that in an electrical machine the voltage induced in a coil, if the leakage flux is neglected, on the one hand the product of the speed per minute and the number of pole pairs, on the other hand the product of the number of turns of the coil and the one through this coil going magnetic flux is proportional.
For a given voltage to be induced and initially free choice in terms of design, for a high value of the product n. p (high speed n and high number of poles p) the product w. 0 (number of turns w times induction flux 0) small. Conversely, at low speed and number of poles, the product w. 0 large. In the case of the known hub dynamo, the speed is identical to the speed of the wheel, i.e. small. In addition, only a small number of poles can be placed on the relatively small circumference of the hub. A large value of the product w is therefore required to achieve a specific induced voltage. 0 required for the hub dynamo.
The product w. However, 0 increases the volume and weight of the electromagnetically active part of the dynamo, because a large induction flux requires a large magnetomotive force with low magnetic resistance, i.e. H. a large volume of permanent magnet steel and large cross-sections of the iron-closed force line path. For a given internal resistance of the winding, a large number of turns requires large wire cross-sections and these, in combination with the high number of turns, must have a large winding cross-section.
This latter in turn increases the length of the iron closed path of the lines of force; d. H. Even with the use of high-quality materials, the volume and weight of the hub dynamo are prohibitively high. The hub dynamo also has the following disadvantages: 1. As a result of the lubrication of the hub bearings, <B> 01 </B> or grease can penetrate the windings and destroy them.
2. The installation of the drum brake, which is much used today, is difficult because of the lack of space; In addition, the heat generated by the drum brake would have an unfavorable effect on the electrical parts of the hub dynamo.
3. The subsequent installation of a hub dynamo in a bicycle is associated with major drives. New (shorter) spokes have to be used and the wheel has to be re-centered.
In the bicycle with a dynamo according to the invention, the advantages of a hub dynamo are combined with those of the known dynamos that are spring-mounted on the bicycle casing, but their disadvantages are avoided.
The bicycle according to the invention is characterized in that a ring-shaped rotor rotating with the wheel is arranged on a wheel of the bicycle outside the hub, and a stator is arranged on part of the bicycle frame.
In the accompanying drawing, examples of management of the subject matter of the invention are shown schematically. 1 shows a side view of a part of your bicycle that is equipped with a dynamo according to the invention, FIGS. 2 and 3. Details of this embodiment in perspective representation, FIG. 4 a side view on a larger scale, FIG. 5 a section along the line A -A of FIGS. 4, 6 and 7 details of another embodiment in a partial radial section and a development, Fig. $ and 9 details of a further embodiment in corresponding presen- tation, Figs. 10, 11 and 14 each a further embodiment in radial section, Fig.
1? a modified embodiment of a stator in view and FIG. 13 means for centering the stator. In the embodiment according to FIGS. 1 to 5, the rotor consists of a ring 1 made of insulating material, in which small permanent magnets are embedded at regular intervals so that the poles of successive magnets lying on the same circle have different polarity. The ring 1 is attached to the spokes on the rear wheel of a bicycle concentrically to the wheel axle.
Opposite the free pole faces of a number of consecutive permanent magnets are the pole shoes of cores 3 preferably formed from laminated soft iron sheet. These cores carry one or more coils -l, in whose conductors voltage is induced when the ring 1 rotates.
Coils and associated core parts of the stator are housed in your dust-tight and waterproof housing 5. In order to avoid eddy current losses, the housing which contains the fitting parts is expediently made from electrically isolating the pressed material. The protective housing is bent in such a way that the radius of its curved longitudinal axis is equal to the radius of the magnetic ring. The fitting housing can also be in a well-known and therefore not: illustrated manner by means of adjustable fastening clamps in such a way, attached to the frame men of the bicycle tangled. that centering is possible.
The magnets could be directly attached to the with suitable devices in a certain radius. Spokes or be fastened to the rims. It is; however, the magnets are better. as it is the case in the example according to FIGS. 1 to 5, to use in a carrier, ger of the simplest external shapes.
The carrier can consist of a. Order a pressed material ring in which the layers are embedded in such a way that the pole faces. with the ring surface flush or are covered with a thin protective layer. The ring-shaped rotor itself is attached with appropriate fastening bolts on some of those spokes that are centered on the wheel axle at regular intervals.
The ring and the associated anchor parts can be designed in various ways.
In the embodiment according to FIGS. 6 and 7, the magnets 2, which alternately have an N- respectively. To reverse an S-pole of the stator, embedded in the ring of insulating mate rial in such a way that its magnetic axis is parallel to the wheel axis (axial arrangement), the lines of force paths via a magnetically conductive ring 6 to which the magnets are attached Rotor to be closed. So two neighboring magnets always form parts of a magnetic circle. So that the air gap is constant. remains, the ring must be precisely supported, especially in the axial direction.
The stator has laminated iron cores 3, each of which carries a coil 4. The coils are connected to one another in such a way that the voltages induced in a certain instant of time add up. The iron cores and the coils of the armature are housed in a protective housing 5.
The embodiment according to FIGS. 8 and 9 is basically similar to that according to FIGS. 6 and 7; the difference is that the magnets with their magnetic axis are in the radial direction with respect to the wheel (radial arrangement). As in turn, an iron ring 6 is available on the magnet carrier and is used to close the magnetic circles. The stator is constructed similarly to the embodiment of FIGS. 6 and 7, but rotates by 90 ge relative to its position in this embodiment.
In the embodiments according to FIGS. 6 to 9, it is structurally particularly simple to attach the stator so that it is brought closer to the rotor up to the normal air gap with the help of a pivoting device (end position set by a stop), or removed at a greater distance can (Fig. 12). However, this measure is not absolutely necessary, since the lighting is more appropriately switched on and off by closing and interrupting the electrical circuit. When it is switched off, only the very little mechanical work required to cover the iron losses is required for the dynamo.
5 and 10 show the radial and the axial arrangement of the magnet bodies 2, which are embedded in the magnet carrier ring 1 without an iron ring. The pole shoes 3 of the armature grip over both pole faces of each magnet 2. Each magnetic circuit therefore has only one magnet. This arrangement allows the frequency to be doubled with the same basic dimensions. Another advantage in terms of construction is that centering errors do not result in voltage fluctuations, since the sum of the air gap remains constant. 5 and 10 two different possibilities of coil training are also Darge provides.
The ring 1 can also be attached to the rim. Fig. 11 shows an embodiment in which the magnets 2 are attached to the rim of the wheel; Fig. 11 also shows the associated fastening of the armature 3, 4. In the embodiment of FIG. 13, the armature is zen with the help of a centering piece that sits on the wheel axle, pieces with two spacers in a particularly simple manner zen.
A construction deviating from the arrangements described could be designed as follows: In the S'tator, the permanent magnets are placed, which also serve as coil cores. The rotor has lamellated, U-shaped soft iron cores at regular intervals on its circumference (FIG. 14), which alternately open and close the magnetic circuit of the armature when the ring rotates.
The most favorable with regard to the utilization of the magnetic material would be the use of a fitting containing the induced coils in the form of a closed ring which is arranged opposite the rotor ring. The fitting could then, for example, have as many coil units as the Ro torring has magnets. However, such ring-shaped closed fittings are difficult to attach to the bicycle. It is therefore more expedient to have the valve extend only over a fraction of the rotor. It goes without saying that various options can be used with regard to the division of the magnetic ring and the armature.
In the normal case, based on a certain part of the sheet of Fig. 6, 7, the number of magnets is double. as large as the number of coils with associated cores. In the embodiment according to FIG. 5, the number of magnets is expediently equal to the number of fittings. The Arma ture can also be designed so that, for. B. half of the coils face the associated magnets in a certain th time instant, while the second half is arranged exactly in the spaces between the magnets. In this case, the frequency of the electricity generated can be doubled.
The winding can be made of copper or aluminum wire. Mechanical or electrical devices can be used to keep the voltage constant at a variable speed. A mechanical device could e.g. B. act in such a way that the centrifugal force to be increased with the speed moves weights that are mechanically coupled to the magnetic ring in such a way that the air gap becomes larger. Electrically, the regulation can be made so that in the circuit so-called Stromstabilisierungs-Einrichtun conditions, z. B. ferrous hydrogen resistors are switched on. Alloys with the highest possible coercive force are preferably used as the magnet material.
The permanent magnets could also be embedded in a tangential direction in the ring made of pressed material in a manner not shown.