DE29908494U1 - Selbständige Generator-Bremse - Google Patents

Description

Patentanwälte

Haft- &ngr;. Puttkamer

Franziskanerstr. 38

G 49067 C

_M.. , 12. MAI 1999
München,

CHENG, Shui-Jung
5F, No. 9, Alley 24, Lane 68,
Kwang Fu Rd. Sec. I, San Chung
Taipei, Hsiang, Taiwan, China

Selbständige Generator-Bremse

Die vorliegende Erfindung betrifft eine selbständige Generator-Bremse nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine selbständige Generator-Bremse, die für den Einbau in ein Trainingsfahrrad oder ein anderes Gerät einer Vielzahl von Sportgeräten bzw. Sportmaschinen geeignet ist.

Bei Trainingsfahrrädern, die ortsfest angeordnet sind und mit Pedalen betätigt werden, ist es erforderlich, eine "Hemmungseinrichtung" oder eine unter dem Namen "Bremseinrichtung" bekannte Einrichtung vorzusehen, um den Widerstand zu simulieren, der in dem Falle vorherrscht, in dem ein echtes Fahrrad unter Transportbedingungen gefahren wird. Eine typische Brem-

seinrichtung, die integral in einem Trainings- oder Sportfahrrad angeordnet ist, ist beispielsweise in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Sie umfaßt einen magnetischen Metallstator 1 und einen magentischen Metallrotor 2. Beide sind konzentrisch zueinander angeordnet. Der Rotor 2 ist stabil bzw. drehfest auf der Achse 21 des angetriebenen Zahnrades angeordnet, die in ein Aufnahmeteil des Rotors 2 vorsteht. Der den Stator 1 umgebende Rotor 2 weist einen Gußeisenteller bzw. eine Gußeisenscheibe 22 und einen Permanentmagnetring 23 auf, der an der Innenseite 221 der Scheibe 22 befestigt ist. Die Achse 21 des angetriebenen Zahnrads wird durch ein Mittel 3 angetrieben, das beispielsweise ein Riemen oder eine Kette sein kann. Gemäß Figur 6 ist der zuvor erwähnte Stator 1, bei dem es sich beispielsweise um ein kreisförmiges Gußeisenteil handeln kann, vom Rotor 2 durch einen Abstand dl getrennt. Der Stator weist an seinem Umfang eine Ankerspule 11 pro Pol auf, die durch zwei oder drei äquidistante Abstände d2 voneinander getrennt sind. Wenn daher der Rotor 2 sich einmal zu drehen beginnt, wird der Permanentmagnet in der Form eines Solenoids 23, der an der Innenseite 221 der Scheibe 22 befestigt ist, magnetisiert, um einen Wechselstrom (=AC) I zu erzeugen. In der Zwischenzeit dient wegen der Bewegung zwischen jeder Ankerspule 11 und dem Solenoid 2 3 der Permanentmagnet dazu, einen Strom in der Ankerspule 11 zu induzieren. Dieser Strom wirkt mit dem Solenoid 23 zusammen, um eine Bremswirkung (Impedanz oder Widerstand) hervorzurufen.

In der Bremseinrichtung muß dasjenige Element, das Wärme abgibt, bei dem es sich hauptsächlich um die Ankerspule 11 handelt, isoliert werden. Der Isolator ist unvermeidlich in Bezug auf eine Wärmeübertragung undurchlässig. Dies bedeutet, daß als Isolator verwendete Materialien nur schwer höheren Temperaturen widerstehen können. Eine zu hohe Temperatur zerstört daher die Isolationsmaterialien. Die Wärmediffusion stellt daher in diesem Zusammenhang ein großes Problem dar. Die Wärmeausbreitung muß daher durch irgendeine andere Wärme-

verteilungseinrichtung ausgeführt werden. Da die Hauptbremsleistung eines Trainingsfahrrades auf mehrere 100 Watt bemessen werden muß, um ein ausreichendes Bremsmoment realisieren zu können, muß diese Leistung von mehreren 100 Watt zur Einstellung des Bremsmomentes ordnungsgemäß gesteuert werden. Außerdem kann es sich herausstellen, daß bei einer größeren Erhitzung des Leistungsteuerkreises die Wärmediffusion ein schwer zu lösendes Problem darstellt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine selbständige Generator-Bremse zum Einbau bei Trainingsfahrrädern und Trainingsmaschinen zu schaffen, die die oben beschriebenen Probleme der Wärmeverteilung löst.

Diese Aufgabe wird durch eine Generator-Bremse mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelöst.

Allgemein gesagt, weist die erfindungsgemäße Generator-Bremse einen umschlossenen Generator und eine periphere Bremseinrichtung auf, die einen Erregersolenoid umgibt, dem ein gleichgerichteter Wechselstrom zugeführt wird, der bei der Transmissionsdrehung des umschlossenen Generators erzeugt wird.

Der wesentliche Vorteil besteht darin,, daß die vorliegende Generator-Bremse einen umschlossenen zweiten Stator aufweist, auf dem eine gerade Anzahl von Magnetisierungsspulen montiert sind. Ein zweiter Rotor an der Umfangsseite weist einen magnetisch undurchlässigen Bremsring aus einem stark wärmeleitenden Metall an seiner Innenseite auf, um die Bremswirkung an dem Wirbelfluß infolge der magnetischen Felder zu verbessern. Der zweite Rotor dient auch dazu, die vom Generator stimulierte Wärmeenergie, wie auch die Bremswärme (der Energiequelle) schnell zur Bremseinrichtung zu verteilen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die vorliegende Generator-Bremse, in der der Gleichstrom (=DC) zugeführt wird, um die gerade Anzahl der magnetisierenden Spulensätze relativ zum zweiten Stator zu stimulieren, durch eine extern installierte bzw. angeordnete Impuls-Regeleinrichtung geregelt werden kann.

Eine selbständige Generator-Bremse, die alle oben genannten Aufgaben und Vorteile löst bzw. aufweist, besitzt einen Dynamo, der einen ersten Rotor an einem scheibenförmigen Magneten in dem Kern antreibt, wenn der Rotor einmal in Drehung versetzt ist, wird die Ankerspule, die eine gerade Anzahl von Polen innerhalb des ersten Stators am Umfang aufweist, magnetisiert. Sie induziert ein elektromotorisches AC-Potential. Dieses wird mit einem Gleichrichter gleichgerichtet und ausgangsseitig als Gleichspannung DC bereitgestellt. Die Gleichspannung dient zur Anregung entsprechender magnetischer Spulen an dem zweiten Stator einer den Dynamo umgebenden Bremsvorrichtung. Der zweite Stator ist ferner in einem zweiten Rotor an einem Metallbremsring eingeschlossen, der innen festgeklemmt bzw. befestigt ist, so daß dann, wenn der zweite Rotor einmal rotiert und alle Anregungsspulen an dem zweiten Stator magnetisiert werden, die Bewegung unter diesen Teilen einen Wirbelfluß an dem zweiten Rotor induziert. Dadurch wird ein Bremsmoment erzeugt. Dabei wird die durch Magnetisierung induzierte Wärmeleistung und die Bremswärmeleistung schnell verteilt. Die Größe des Ausgangsgleichstromes DC vom Gleichrichter kann durch einen Pulsregulator eingestellt werden.

Im folgenden werden die Erfindungen deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Ansicht einer Generator-Bremse gemäß der Erfindung, die zur Ausführung einer Übung installiert ist;

Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 der Figur 4;

Figur 3 eine Darstellung zur Erläuterung des Einbaues gemäß den Figuren 1 und 2, wobei erkennbar ist, daß der umschlossene Dynamo, wenn er einmal zur Generation magnetisiert ist, einen Gleichstrom AC erzeugt, der durch einen Gleichrichter in einen Gleichstrom DC gleichgerichtet wird, der dazu dient, jede Magnetspule an dem zweiten Stator der am Umfangs angeordneten Bremsvorrichtung zu erregen, die in der Figur 1 homogen dargestellt ist;

Figur 4 eine Ansicht einer bekannten Ausführung einer an einem Trainingsfahrrad installierten magnetischen Impedanz;

Figur 5 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Figur 4 und

Figur 6 einen feldinduzierten Wirbelfluß, der durch einen permanent magnetisierten Solenoid erzeugt wird, der um die Rotorspule einer anderen Polarität in Drehung versetzt wird, teilweise in einem vergrößerten Maßstab.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen selbständigen Generator-Bremse ist in den Figuren 1 bis 3 dargestellt. Sie umfaßt im wesentlichen einen Dynamo 3, einen Gleichrichter 4 und eine Bremsvorrichtung 5. Der Dynamo 3 weist einen ersten Solenoid-Rotor 31 auf, der aus einem Permanentmagneten zusammengesetzt ist, und besitzt einen ersten Stator 32, der den ersten Rotor 31 umschließt. Innerhalb 321 des ersten Stators 32 sind vorstehend eine gerade Anzahl von beispielsweise vier ähnlich beschaffenen inneren Statoren 322 vorgesehen, von denen jeder eine gleiche Bogenlänge besitzt, um eine enge und dichte Umschließung des ersten Rotors 31 zu

ermöglichen. Die Statoren 322 besitzen abwechselnd entgegengesetzte Polaritäten N, S zu den Wicklungen der Ankerspule 323, so daß dann, wenn der erste Rotor 31 rotiert, die N, S Pole der Ankerspule 323 in der richtigen Weise durch den ersten Rotor 31 erregt werden, bei dem es sich im wesentlichen um einen Permanentmagneten handelt. Die dadurch bewirkte Wechselbewegung zwischen beiden Teilen reicht aus, um einen Wechselstrom (AC) in der Ankerspule 323 zu erzeugen. Ein so erzeugter Wechselstrom (AC) wird durch den Gleichrichter 4 gleichgerichtet und der Gleichstrom DC fließt als Ausgang zur Erregung einer geraden Anzahl von Magnetspulen 511 am zweiten Stator 51 der Bremsvorrichtung 5, die dem Dynamo 3 zugeordnet ist und diesen umgibt. Diese gerade Anzahl von Magnetspulen 511, beispielsweise insgesamt 8 Magnetspulen, ähnelt in der Form z.B. dem Buchstaben T und steht von der Außenseite des zweiten Stators 51 vor. Die Magnetspulen 51 werden durch Jocheisen gebildet. Der zweite Stator 51 wird von einem zweiten Rotor 52 umschlossen, der innen (521) magnetisch undurchlässig, jedoch in hohem Maße thermisch leitend ist und einen auf Metall basierenden Bremsring 53 aufweist, der beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium besteht. Wenn der zweite Rotor 52 sich dreht und jede Magnetspule 511 an dem zweiten Stator 51 erregt wird, wird der auf Metall basierende Bremsring 53 wegen der Flußlinien, die durch die Überschneidung mit der Magnetspule 511 erzeugt werden, einen Wirbelfluß induzieren. Dadurch wird eine gute Haltewirkung zwischen beiden Teilen bewirkt. Auf die magnetische Erregung zurückzuführende Wärme und auf die Bremswirkung zurückzuführende Wärme werden durch den Spaltweg zwischen dem Bremsring 53 und dem zweiten Stator 51 schnell verteilt. Dabei besteht eine hohe Wärmeleitung an dem Teil des Bremsringes 53 und wegen der Drehung des zweiten Rotors 52, der aus Gußeisen besteht und eine discoidale Form bzw. die Form einer Scheibe aufweist.

Zur Ausgangsseite des Gleichrichters 4 ist parallel ein Kondensator Cl geschaltet, der unerwünschte Signale auszufiltern

und den ausgangsseitigen Gleichstrom DC stabilisiert, bevor dieser an den Drain-Anschluß D eines Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET) angelegt wird, der als ein Schalter SWl funktioniert, um alle zuvor genannten Magnetspulen 511 zu erregen, wobei ein äußerer Pulsregulator bzw. Pulsmodulator 6 eine wellenförmige Amplitudenmodulation, wie auch eine Frequenzmodulation am Gatter G des Schalters SWl erzeugt bzw. bewirkt, der beispielsweise ein MOSFET sein kann. Die Mehrzahl der Magnetspulen 511 sind in Reihen zur Lastseite des Schalters SWl geschaltet. Beispielsweise sind die genannten Magnetspulen 511 mit dem Source-Anschluß S des MOSFET verbunden. Es wird ein gefordertes Differential erhalten, so daß jede Magnetspule 511 am zweiten Stator 51 der Bremsvorrichtung 5 optimal erregt wird, so daß ein bevorzugtes Wirbelmoment wie auch bevorzugte Bremswirkungen erhalten werden. Der zuvor genannte Rotor 31 weist einen Gewindedorn 311, ein Lager 312, das den Dorn 311 umgibt, um eine Drehung zu ermöglichen, einen Ring 313, der aus Gußeisen besteht und das Lager 312 umgibt, und einen Ring 314 auf Permanentmagnetbasis auf, der den Ring 313 aus Gußeisen umgibt. Am Umfang des Dornes 311 ist hülsenartig eine Buchse 315 angeordnet.

Wenn der Ring 314 auf Permanentmagnetbasis erregt ist, wird der Dynamo 3 bei der Erfindung von allen anderen Erregungsmitteln entlastet. Die Vorsehung des Ringes 314 auf Permanentmagnetbasis, der in dem ersten Rotor 31 zu installieren ist, während die Ankerspule 323 in dem ersten Stator 32 installiert wird, befreit von der Notwendigkeit einen Schleifring und eine Bürste für einen Schleifkontakt zu verwenden. Dadurch werden Nachteile, die auf einen schlechten Kontakt zurückzuführen sind ausgeschlossen. Weil die Ankerspule 323 des Dynamos 3 aus einer einzigen Spule gewickelt ist, wird bei der einzigartigen hervorragenden Ausführung des ersten Stators 32, der das Jocheisen umfaßt, eine Vereinfachung des Aufbaues dieser Ankerspule 323 erreicht.

Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und oben ausführlich erläutert wurden, wird darauf hingewiesen, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen im Rahmen der Schutzansprüche und im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Generator-Bremse mit einem Dynamo 3. Der Drehung des Dynamos 3 folgt ein erster Rotor 31 in Form eines ringförmigen Magneten in dem Kernbereich einer geraden Anzahl von Anklerspulen 323 mit abwechselnden Polaritäten N, S an der Innenseite eines ersten Stators 32. In den Statorspulen 323 wird ein Wechselstrompotential AC induziert, das durch einen Gleichrichter 4 gleichgerichtet wird. Es wird ein Gleichstrom DC erhalten und zur Erregung entsprechender Magnetspulen 511 am zweiten Stator 51 der Bremsvorrichtung 5, die den Dynamo 3 umgibt, verwendet. Der zweite Stator 51 weist innen einen Wärmeverteilungsring 53 aus Metall auf, so daß dann, wenn der zweite Rotor 52 sich einmal dreht und entsprechende Magnetspulen 511 am zweiten Stator erregt sind, die dadurch hervorgerufene Relativbewegung einen Wirbel am zweiten Rotor 52 induziert. Dabei, wird ein Bremsmoment erzeugt, das ausreicht, magnetisch induzierte Wärme, wie auch Bremswärme schnell zu verteilen. Die Größe des vom Gleichrichter 4 ausgesendeten Gleichstromes D.C. kann durch einen Pulsmodulator 6 geregelt werden.

Claims (5)

1. Selbständige Generator-Bremse, gekennzeichnet durch:
einen Dynamo (3) mit einem ringförmigen ersten Rotor (31), der aus einem Permanetmagneten hergestellt ist, und einem ersten Stator (32), der den ersten Rotor (31) umgibt, wobei das Innere des ersten Stators (32) mit einer geraden Anzahl von Statoren (322) ausgerüstet ist, die an den ersten Rotor (31) angrenzen, wobei Ankerspulen (323) zur Bildung abwechselnder N- und S-Polaritäten, wenn sich der erste Rotor (31) dreht, um die zuvor genannte gerade Anzahl der inneren Statoren (322) gewickelt sind und ein Wechselstrompotential als Ergebnis der Überschneidungen der Verläufe bilden,
einen Gleichrichter (4} zum Gleichrichten des vom Dynamo (3) erzeugten Wechselstrompotentials (AC), und
eine Bremsvorrichtung (5) mit einem zweiten Stator (51), der den Dynamo (3) umgibt, einem zweiten Rotor (52), der den zweiten Stator (51) umgibt, wobei sich von der Außenseite des zweiten Stators (51) eine gerade Anzahl von äußeren Statoren (511) vorsteht, um die Magnetspulen (511) gewickelt sind, von denen jede durch den ausgangsseitigen Gleichstrom (DC) vom Gleichrichter (4) erregt wird, wobei in dem zweiten Rotor (52) in der richtigen Lage ein magnetisch dichter, jedoch stark wärmeleitender Metallring (53) befestigt ist, der sich in Antwort auf die Drehung des zweiten Rotors (51) relativ zu den durch die entsprechenden Magnetspulen (511) aktivierten Felder bewegt und daher einen ein Bremsmoment induzierenden Wirbelfluß induziert, wobei das Bremsmoment zu einer gewaltsamen, schnellen Verteilung der magnetisch induzierten Wärme und der Bremswärme führt.

2. Generator-Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (53) durch einen Aluminiumring gebildet ist.

3. Generator-Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (53) ein Kupferring ist.

4. Generator-Bremse nach einem Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stator (32). des Dynamos (3) eine vorstehende Jocheisenstruktur ist.

5. Generator-Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stator (51) eine T- förmige Jocheisenstruktur ist.