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WO2001042079A1 - Elektromagnetische maschine für ein fahrzeug, insbesondere ein fahrrad - Google Patents

Elektromagnetische maschine für ein fahrzeug, insbesondere ein fahrrad Download PDF

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WO2001042079A1
WO2001042079A1 PCT/EP2000/012674 EP0012674W WO0142079A1 WO 2001042079 A1 WO2001042079 A1 WO 2001042079A1 EP 0012674 W EP0012674 W EP 0012674W WO 0142079 A1 WO0142079 A1 WO 0142079A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coils
electromagnetic machine
machine according
coil
coil unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2000/012674
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English (en)
French (fr)
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WO2001042079B1 (de
WO2001042079A8 (de
Inventor
Werner Schüssler
Michael Müller
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2001042079A1 publication Critical patent/WO2001042079A1/de
Publication of WO2001042079B1 publication Critical patent/WO2001042079B1/de
Publication of WO2001042079A8 publication Critical patent/WO2001042079A8/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/04—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/38—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary
    • H02K21/44—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary with armature windings wound upon the magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic machine for a vehicle, in particular for a bicycle, according to the preamble of claim 1.
  • alternators In motor vehicles, alternators are known to be used to generate energy and are driven by a V-belt. These alternators receive a control current to collect the excitation field via collectors so that the voltage remains constant at low or high speeds.
  • this structure is subject to high wear and has losses caused by friction.
  • So-called dynamos are widely used in bicycles, which are attached to bicycle tires, e.g. with a roller head that transmits the rotary movement of the wheel to a generator of the dynamo.
  • the use of such a dynamo requires a considerable amount of extra effort from the cyclist, since the head wheel of the dynamo, which is pressed against the impeller with a strong spring, must also be rotated.
  • Using the dynamo will also wear the tire.
  • bad weather conditions such as rain or snow, where a functioning dynamo is particularly important, it can also happen that the top wheel of the dynamo loses mechanical contact with the tire. This means that the headwheel only slides along the tire instead of turning. This leads to the lighting of the bicycle failing.
  • Hub and roller dynamos are also available on the market. Another problem is that there is no regulation of the output voltage, which therefore fluctuates greatly due to slow or fast rotary movements of the head wheel. This can lead to the power supply of the lighting system becoming so large that individual lamps burn out.
  • the present invention is therefore based on the object of providing an electromagnetic machine for a vehicle, in particular for a bicycle, in which the transmission of the rotary movement between a rotating part, in particular a vehicle wheel, and a stationary part of the machine is improved.
  • the main advantage of the present invention is that the transmission of the rotational movement between a rotating part of a vehicle, in particular a vehicle wheel, and a fixed part of the machine is improved.
  • the machine can act both as a generator and as a motor.
  • the regulation of the output voltage is improved in generator operation and the torque is improved in engine operation.
  • a particular advantage is that a control field for generating a constant voltage can be generated without wear.
  • FIG. 1 shows a coil unit of the electromechanical machine according to the invention
  • FIG. 2 shows the coil unit of FIG. 1 assigned to a ring gear in the open state
  • FIG. 3 shows the coil unit of FIG. 1 assigned to the ring gear in the closed state
  • FIG. 4 is an illustration for explaining the main magnetic flux resulting from the electromagnetic machine according to the invention and the arrangement of the control field coils;
  • FIGS. 5 and 6 representations to explain the weakening or strengthening of the main flow
  • Figure 10 is a plan view of a ring gear of the electromagnetic machine according to the invention.
  • Figure 11 is a side view of the ring gear of the figure
  • FIG. 12 shows an embodiment of the electromagnetic machine according to the invention with several pickups
  • Figure 13 shows a ring gear which is constructed so that the magnetic fluxes are segmented and
  • the present invention relates to a non-contact electromagnetic machine that works on the principle of electromagnetic induction.
  • the machine has at least one coil unit which is fastened to the frame or the like of a vehicle, in particular a bicycle, and at least one magnetically highly conductive yoke ring which has subdivisions and is fastened to a rotating part of the vehicle, in particular to a wheel of a bicycle ,
  • the electromagnetic machine according to the invention consists of a coil unit 1, which is shown in FIG. 1, and a ring gear 3, which is shown, for example, in FIG.
  • the coil unit 1 contains a permanent magnet 5 and induction coils 7, 9 with a core, the permanent magnet 5 being arranged at an angle of 90 ° to the induction coils 7, 9. This angular position ensures that the magnetic stray field of the induction coils 7, 9 is penetrated vertically, so that the resulting flux ⁇ is very small. There is no overlap condition.
  • FIG. 2 shows the coil unit 1 arranged on a yoke ring 3 in the open state, the magnetic flux ⁇ being very small and being determined by air gaps in the magnetic circuit.
  • the air gap which determines the magnetic flux, is relatively large compared to the magnetically highly conductive yoke ring. It opposes the excitation field, which keeps the magnetic flux ⁇ small.
  • the teeth which are arranged in the circumferential direction of the yoke ring 3 and are evenly spaced from one another are designated by 11.
  • the yoke ring 3 is aligned with a pair of teeth 11, 11 to the coils 7, 9 of the coil unit 1 (overlap), which is why the magnetic circuit is closed.
  • the magnetic flux ⁇ is now only determined by the two small air gaps between the teeth 11, 11, which form the said pair of teeth, and the coils 7, 9 of the coil unit 1 serving as a removal unit in generator operation.
  • this excitation field is generated by control field coils 13, 15 which are arranged on the permanent magnet 5.
  • the field of excitation can with appropriate control of the control field coils 13, 15 connected in series with one another, counteract or weaken the excitation field of the permanent magnet 5 or strengthen it when the excitation fields mentioned interact.
  • the excitation field of the control field coils 13, 15 is generated with the help of a control circuit which is explained in more detail later in connection with FIGS. 7 to 9.
  • the field of excitation of the permanent magnet is weakened because the current flow in the control field coils 13 and 15 which are connected in series with one another is regulated by the control circuit so that the field which arises in them acts counter to the field of the permanent magnet.
  • the field of the permanent magnet is designated in FIG. 5 with ⁇ Mag n.
  • the control coil field generated by the control field coils 13 and 15 is ⁇ ⁇ p. designated. Both fields ⁇ agn. and ⁇ Sp together result in a resulting main flux ⁇ res •, which is responsible for the voltage generated in the induction coils 7, 9.
  • the induced voltage is relatively small due to the conditions described.
  • Excitation field ⁇ Sp is the control field coils 13 and 15 is the permanent magnetic field ⁇ Mag n.
  • the resulting main flow ⁇ res. is accordingly larger than that of FIG. 5.
  • the voltage induced in the coils 7, 9 is relatively large.
  • Control circuit 20 is explained below in connection with Figures 7 to 9.
  • the control circuit 20 consists of a comparator 21, and a downstream of this actuator 23.
  • the comparator 21 is supplied with a command variable w by a circuit 25.
  • the voltage X of an induction coil 7, 9 is present at the input of the comparator 21.
  • the current for the control field coils 13, 15 is tapped at the output of the actuator 23.
  • the control current I of the actuator can be set via the reference variable w of the circuit 25.
  • the circuit 25 has the form of a variable resistor. Since the manipulated variable y can have both a positive and a negative value, the actuator 23 should be a push-pull stage which is capable of allowing the current to flow in both directions.
  • the magnetic field and the direction in which it should act are determined on the basis of the direction of flow of the current in the control field coils 13 and 15.
  • the direction of current flow of the actuator 23 will be such that the connected control field coils 13, 15 generate an opposing field and as much as is determined by the value y.
  • the magnetically resulting flux ⁇ re s. is weakened.
  • the induced voltage at the induction coils 7, 9 drops.
  • FIGS. 10 and 11 show the structure of a yoke ring 3.
  • This essentially has the shape of a ring, from which individual teeth 11, which are evenly spaced apart along the circumference of the ring, protrude to one side.
  • the subdivision in the individual segments can be made smaller. This means that the width of the teeth 11 and the spaces between two teeth 11 becomes smaller.
  • the induction coils 7, 9 of the individual coil units 1 can be connected either in series or in parallel. The same applies to the control field coils 13, 15 of the individual coil units 1.
  • the induction coils 7, 9 on the outside are smaller by a factor of 2 than the core cross section a tooth cross-section, since only the magnetic flux of a magnet flows here and not two magnetic fluxes as with the other induction coils 7/9.
  • a mixed parallel or series connection of the induction coils is also conceivable. The same applies to the control field coils.
  • an increase in the induced voltage can be achieved if the toothed ring 3 'is constructed such that individual U-shaped toothed segment pairs 33 are arranged next to one another on a non-magnetic base plate 31 in the circumferential direction, such that the legs of the U in the circumferential direction follow each other and the cross parts connecting the legs are attached to the non-magnetic base plate 31.
  • FIG. 14 shows another embodiment of the
  • Coil unit 71 in which two permanent magnets 51 and 52 are arranged perpendicular to a yoke part 53.
  • the magnetic stray fields of the permanent magnets 51, 52 penetrate the coils 7, 9 with the core horizontally, since the permanent magnets 51, 52 are each arranged coaxially with the axis of the coils 51 and 52, whereas in the coil unit 1 of FIG. 1 the permanent magnet 5 is perpendicular to the axes of the coils 7, 9 is aligned.
  • FIGS. 15 to 17 show an embodiment in which the yoke ring 30 is designed such that it does not cause yoke in the circumferential direction as in FIG. 10 but in the radial direction.
  • the individual yoke teeth 110 are arranged on a carrier part 310 in such a way that they run in the radial direction and have a length which is so great that, according to FIGS. 16 and 17, the coil units 1 and 71 of the yoke teeth 110 at Rotation of the yoke ring 30 can be fully covered.
  • the individual coil units which can be provided in any number, are also aligned radially.
  • the yoke ring 30 is structurally and from the material point of view relatively simple and inexpensive to implement.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Maschine für ein Fahrzeug, insbesondere ein Fahrrad. Es ist wenigstens eine an einem Fahrzeugrahmen des Fahrzeuges zu befestigende spuleneinheit (1; 71) vorgesehen und an einem sich drehenden Teil des Fahrzeuges ist ein zu befestigendes Rückschlussteil (3; 30) angeordnet, das bei seiner Drehung den magnetischen Fluss in der Spuleneinheit (1; 71) wechseln lässt.

Description

Elektromagnetische Maschine für ein Fahrzeug, insbesondere ein Fahrrad
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Maschine für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Fahrrad, nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
Bei Kraftfahrzeugen werden bekannterweise zur Energieerzeugung Lichtmaschinen eingesetzt, die über einen Keilriemen angetrieben werden. Über Kollektoren bekommen diese Lichtmaschinen einen Regelstrom zum Aufbau des Erregerfeldes zugeführt, damit bei niedrigen bzw. hohen Drehzahlen die Spannung konstant bleibt. Dieser Aufbau unterliegt jedoch einem hohen Verschleiß und hat durch Reibung hervorgerufene Verluste.
Bei Fahrrädern sind sogenannte Dynamos weit verbreitet, die am Fahrradreifen, z.B. mit einem Rollenkopf anliegen, der die Drehbewegung des Rades auf einen Generator des Dynamos überträgt. Die Benutzung eines derartigen Dynamos verlangt vom Radfahrer einen erheblichen Mehraufwand an Kraft, da das mit einer starken Feder gegen das Laufrad gepreßte Kopfrad des Dynamos mitgedreht werden muß. Die Benutzung des Dynamos führt außerdem zu einem Verschleiß des Reifens. Bei schlechten Wetterverhältnissen, wie zum Beispiel Regen oder Schnee, bei denen ein funktionierender Dynamo besonders wichtig ist, kann es auch vorkommen, daß das Kopfrad des Dynamos den mechanischen Kontakt zum Reifen verliert. Dies bedeutet, daß das Kopfrad nur noch am Reifen entlangrutscht, anstatt sich zu drehen. Dies führt dazu, daß die Beleuchtung des Fahrrades ausfällt.
Ferner sind auf dem Markt noch Naben- und Walzendynamos verfügbar. Ein weiteres Problem besteht darin, daß hierbei keine Regelung der Ausgangsspannung erfolgt, die daher aufgrund langsamer beziehungsweise schneller Drehbewegungen des Kopfrades stark schwankt. Dies kann dazu führen, daß die Stromversorgung der Lichtanlage so groß wird, daß einzelne Leuchtmittel durchbrennen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Maschine für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Fahrrad, zu schaffen, bei der die Übertragung der Drehbewegung zwischen einem sich drehenden Teil, insbesondere einem Fahrzeugrad, und einem feststehendem Teil der Maschine verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch eine elektromechanische Maschine mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelöst.
Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Übertragung der Drehbewegung zwischen einem sich drehenden Teil eines Fahrzeuges, insbesondere einem Fahrzeugrad, und einem feststehenden Teil der Maschine verbessert ist. Dabei kann die Maschine sowohl als Generator wie auch als Motor wirken. Vorteilhafterweise wird im Generatorbetrieb die Regelung der Ausgangsspannung verbessert und wird bei einem Motorbetrieb das Drehmoment verbessert. Ein besonderer Vorteil besteht auch darin, daß ein Regelfeld zur Erzeugung einer konstanten Spannung verschleißfrei erzeugbar ist.
Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Spuleneinheit der erfindungsgemäßen elektromechanischen Maschine; Figur 2 die einem Zahnkranz zugeordnete Spuleneinheit der Figur 1 im offenen Zustand;
Figur 3 die dem Zahnkranz zugeordnete Spuleneinheit der Figur 1 im geschlossenen Zustand;
Figur 4 eine Darstellung zur Erläuterung des sich bei der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine ergebenden magnetischen Hauptflusses und der Anordnung der Regelfeldspulen;
Figur 5 bzw. 6 Darstellungen zur Erläuterung der Ab- schwächung bzw. Verstärkung des Hauptflusses;
Figuren 7 bis 9 Blockschaltbilder zur Erläuterung der
Regelkreisschaltung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine;
Figur 10 die Aufsicht auf einen Zahnkranz der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine;
Figur 11 eine Seitenansicht des Zahnkranzes der Figur
10;
Figur 12 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine mit mehreren Abnehmern;
Figur 13 einen Zahnkranz, der so aufgebaut ist, daß die magnetischen Flüsse segmentiert werden und
Figuren 14 bis 17 Weiterbildungen der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine berührungslos arbeitende elektromagnetische Maschine, die nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion arbeitet. Die Maschine besitzt mindestens eine Spuleneinheit die am Rahmen oder dergleichen eines Fahrzeuges, insbesondere eines Fahrrades, befestigt ist, und wenigstens einen magnetisch gut leitenden Rückschlußkranz, der Unterteilungen aufweist und an einem sich drehenden Teil des Fahrzeuges, insbesondere an einem Rad eines Fahrrades, befestigt ist.
Erläuterung des Generatorbetriebes:
Die erfindungsgemäße elektromagnetische Maschine besteht aus einer Spuleneinheit 1, die in der Figur 1 dargestellt ist, und aus einem Zahnkranz 3, der beispielsweise in der Figur 2 gezeigt ist. Die Spuleneinheit 1 enthält einen Permanentmagneten 5, und Induktionsspulen 7, 9 mit Kern, wobei der Dauermagnet 5 unter einem Winkel von 90° zu den Induktionsspulen 7, 9 angeordnet ist. Durch diese Winkelstellung wird erreicht, daß das magnetische Streufeld der Induktionsspulen 7, 9 senkrecht durchsetzt wird, so daß der entstehende Fluß φ sehr klein ist. Es besteht kein Überdeckungszustand.
Die Figur 2 zeigt die an einem Rückschlußkranz 3 angeordnete Spuleneinheit 1 im offenen Zustand, wobei der magnetische Fluß φ sehr klein ist und durch Luftspalte im magnetischen Kreislauf bestimmt wird. Im offenen Zustand ist der Luftspalt, der den magnetischen Fluß bestimmt, zu dem magnetisch gut leitenden Rückschlußkranz verhältnismäßig groß. Er setzt dem Erregerfeld einen Widerstand entgegen, wodurch der magnetische Fluß φ klein gehalten wird. Die in der Umfangsrichtung des Rückschlußkranzes 3 angeordneten, voneinander gleichmäßig beabstandeten Zähne sind mit 11 bezeichnet.
In dem in Figur 3 gezeigten geschlossenen Zustand ist der Rückschlußkranz 3 mit einem Zahnpaar 11, 11 zu den Spulen 7, 9 der Spuleneinheit 1 ausgerichtet (Überdeckung) weshalb der magnetische Kreis geschlossen ist. Der magnetische Fluß φ wird jetzt nur noch durch die zwei kleinen Luftspalte zwischen den Zähnen 11, 11, die das genannte Zahnpaar bilden, und den Spulen 7, 9 der im Generatorbetrieb als Abnahmeeinheit dienenden Spuleneinheit 1 bestimmt.
Durch die fortlaufenden Zustandsänderungen wird ebenfalls eine magnetische Flußänderung erreicht. Aufgrund dieser Flußänderung, die auch die Spulen 7, 9 durchsetzt, wird in den Spulen 7, 9 eine Induktion bewirkt, die der magnetischen Kraft entgegenwirkt. Es kann daher an den Spulen 7, 9 eine elektrische Energie abgegriffen werden. Auf Grund großer Drehzahlen oder großer Flußdichten (Induktionsdichte gemessen in Tesla der Dauermagnete) kann die Energieerzeugung stark schwanken. Beide Faktoren sind proportional zur erzeugten Leistung.
Da bei großen Drehzahlen große Spannungen erzeugt werden und umgekehrt kann ein Nachteil für einen an die Spuleneinheit 1 angeschlossenen Verbraucher entstehen. Es wird daher dem magnetischen Kreis ein zusätzliches Erregerfeld zugeschaltet. Dieses Erregerfeld wird gemäß Figur 4 durch Regelfeldspulen 13, 15 erzeugt, die auf dem Permanentmagneten 5 angeordnet sind. Das Erregerfeld kann bei entsprechender Ansteuerung der zueinander in Reihe geschalteten Regelfeldspulen 13, 15 dem Erregerfeld des Permanentmagneten 5 entgegenwirken bzw. dieses abschwachen oder bei Zusammenwirken der genannten Erregerfelder verstarken. Das Erregerfeld der Regelfeldspulen 13, 15 wird mit der Hilfe einer spater im Zusammenhang mit den Figuren 7 bis 9 naher erläuterten Regelkreisschaltung erzeugt.
Gemäß Figur 5 wird eine Schwächung des Erregerfeldes des Dauermagneten erreicht, weil der Stromfluß in den zueinander in Reihe geschalteten Regelfeldspulen 13 und 15 durch die Regelkreisschaltung so geregelt wird, daß das in ihnen entstehende Feld entgegengesetzt zu dem Feld des Dauermagneten wirkt. Das Feld des Dauermagneten ist in der Figur 5 mit φMagn. bezeichnet. Das von den Regelfeldspulen 13 und 15 erzeugte Regelspulenfeld ist mit φΞp. bezeichnet. Beide Felder φagn. und φSp ergeben zusammen einen resultierenden Hauptfluß φres • , der für die erzeugte Spannung in den Induktionsspulen 7, 9 verantwortlich ist. Die induzierte Spannung ist aufgrund der beschriebenen Verhaltnisse relativ klein.
Im Gegensatz dazu wird gemäß Figur 6 der Stromfluß durch die Regelfeldspulen 13 und 15 durch die Regelkreisschaltung so gesteuert, daß das entstehende
Erregerfeld φSp. der Regelfeldspulen 13 und 15 dem Dauermagnetfeld φMagn. gleichgerichtet ist. Der sich ergebende Hauptfluß φres. ist demnach großer wie derjenige der Figur 5. Die in den Spulen 7, 9 induzierte Spannung ist relativ groß.
Die zur Ansteuerung der Regelfeldspulen 13 und 15 dienende
Regelkreisschaltung 20 wird im folgenden im Zusammenhang mit den Figuren 7 bis 9 erläutert. Im wesentlichen besteht die Regelkreisschaltung 20 aus einem Vergleicher 21, und einem diesen nachgeschalteten Stellglied 23. Dem Vergleicher 21 wird von einer Schaltung 25 eine Führungsgröße w zugeführt. Am Eingang des Vergleichers 21 liegt die Spannung X einer Induktionsspule 7, 9 an. Am Ausgang des Stellgliedes 23 wird der Strom für die Regelfeldspulen 13, 15 abgegriffen.
Der Regelstrom I des Stellgliedes kann über die Führungsgröße w der Schaltung 25 eingestellt werden. Beispielsweise weist die Schaltung 25 die Form eines Regelwiderstandes auf. Da die Stellgröße y sowohl einen positiven als auch einen negativen Wert besitzen kann, sollte das Stellglied 23 eine Gegentaktstufe sein, die in der Lage ist, den Strom in beiden Richtungen fließen zu lassen. Auf Grund der Flußrichtung des Stromes in den Regelfeldspulen 13 und 15 werden das Magnetfeld bestimmt und die Richtung in der es wirken soll.
Steigt die Spannung X an der Induktionsspule 7 bzw. 9 infolge einer hohen Drehzahl des Rückschlußkranzes 3 an, so nimmt der Wert y am Ausgang des Vergleichers 21 auf Grund des Vergleiches: y = x - w, einen positiven Zustand (Fig. 8) an. Dieser Zustand bzw. dieser Wert wird aus der Differenz der Größe X (erzeugte Spannung) und der Größe w (Sollspannung) bestimmt, y dient jetzt als Regelgröße mit der das Stellglied 23 gesteuert wird. Im beschriebenen Fall wird die Stromflußrichtung des Stellgliedes 23 so sein, daß die angeschlossenen Regelfeldspulen 13, 15 ein Gegenfeld erzeugen und zwar so stark, wie dies durch den Wert y bestimmt wird. Der magnetisch resultierende Fluß φres. wird geschwächt. Die induzierte Spannung an den Induktionsspulen 7, 9 sinkt.
Fällt im Gegensatz dazu die Spannung an den Induktionsspulen 7, 9 unter die Größe w ab, nimmt der Wert von y einen negativen Zustand (Fig. 9) an. Das Stellglied 23 wird jetzt negativ angesteuert, was zur Folge hat, daß der Stromfluß durch die Regelfeldspulen 13 und 15 im Hinblick auf seine Richtung geändert wird. Das dabei aufgebaute Regelfeld wirkt mit dem Feld des Dauermagneten 5 zusammen, weshalb sich der magnetisch resultierende Fluß φres. vergrößert und die an den Induktionsspulen 7 und 9 induzierte Spannung ansteigt.
Die Figuren 10 und 11 zeigen den Aufbau eines Rückschlußkranzes 3. Im Wesentlichen weist dieser die Form eines Ringes auf, von dem aus einzelne Zähne 11, die entlang des Umfangs des Ringes gleichmäßig voneinander beabstandet sind, zu einer Seite vorstehen. Um eine Frequenzsteigerung ohne Erhöhung der Drehfrequenz des Rückschlußkranzes 3 erreichen zu können, kann die Unterteilung in den einzelnen Segmenten kleiner gemacht werden. Dies bedeutet, daß die Breite der Zähne 11 und der Zwischenräume zwischen zwei Zähnen 11 kleiner wird.
Wenn mehr Leistung benötigt wird, können gemäß der Figur 12 mehrere Spuleneinheiten 1 (Abnahmeeinheiten) zusammengeschaltet werden. Dabei sollte darauf geachtet werden, daß die einzelnen Permanentmagneten 5 mit ihren Polen gleich gesetzt sind, das heißt also das die Südpole zweier benachbarter Magneten und die Nordpole zweier benachbarter Magneten jeweils aneinander liegen, da sonst das entstehende Magnetfeld nicht durch die Induktionsspulen 7, 9 verlaufen würde, sondern nach außen geführt würde. In diesem Fall würden nur die beiden außen sitzenden Induktionsspulen 7, 9 zur Induktion beitragen.
Die Induktionsspulen 7, 9 der einzelnen Spuleneinheiten 1 können entweder in Serie oder parallel geschaltet werden. Das selbe gilt für die Regelfeldspulen 13, 15 der einzelnen Spuleneinheiten 1. Die außen sitzenden Induktionsspulen 7, 9 sind vom Kernquerschnitt her um den Faktor 2 kleiner wie ein Zahnquerschnitt, da hier nur der magnetische Fluß eines Magneten fließt und nicht wie bei den anderen Induktionsspulen 7/9 zwei magnetische Flüsse.
Bei einer Reihenschaltung der Induktionsspulen 7, 9 wird das Magnetfeld der Permanentmagneten 5 sowie das Feld der Regelfeldspulen 13, 15 nach außen gedrückt, weshalb nur die beiden äußeren Induktionsspulen zur elektrischen Induktion beitragen.
Auch eine gemischte Parallel- bzw. Serienschaltung der Induktionsspulen ist denkbar. Dasselbe gilt für die Regelfeldspulen.
Gemäß Figur 13 kann eine Vergrößerung der induzierten Spannung erziehlt werden, wenn der Zahnkranz 3' so aufgebaut wird, daß auf einer unmagnetischen Grundplatte 31 in der Umfangsrichtung einzelne U-förmige Zahnsegmentpaare 33 nebeneinander angeordnet sind, derart, daß die Schenkel des U in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgen und die die Schenkel verbindenden Querteile auf der unmagnetischen Grundplatte 31 befestigt sind. Zwischen jeweils zwei einander zugewandten Zahnsegmentteilen zweier benachbarter Zahnsegmentpaare 33 besteht ein Luftspalt 35. Durch diese Bauart wird erreicht, daß der Flußverlauf schneller unterbrochen wird. Aufgrund dieser schnelleren Unterbrechung wird die Induktionsspannung erhöht. Der magnetische Fluß kann also nicht mehr in andere Pfade übergehen, sondern er wird durch die einzelne Luftspalte 35 in den Zahnsegmentteilen zurückgehalten. Dadurch ergibt sich eine größere Effektivität.
Die Figur 14 zeigt eine andere Ausgestaltung der
Spuleneinheit 71, bei der zwei Permanentmagnete 51 und 52 senkrecht zu einem Jochteil 53 angeordnet sind. Die magnetischen Streufelder der Permantentmagnete 51, 52 durchsetzen die Spulen 7, 9 mit Kern jeweils waagrecht, da die Permanetnmagnete 51, 52 jeweils zur Achse der Spulen 51 bzw. 52 koaxial angeordnet sind, wohingegen bei der Spuleneinheit 1 der Figur 1 der Permanentmagnet 5 senkrecht zu den Achsen der Spulen 7, 9 ausgerichtet ist.
In den Figuren 15 bis 17 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der der Rückschlußkranz 30 so ausgebildet ist, daß er einen Rückschluß nicht wie bei Figur 10 in der Umfangrichtung sondern in radialer Richtung bewirkt. Dies bedeutet, daß die einzelnen Rückschlußzähne 110 an einem Trägerteil 310 so angeordnet sind, daß sie in radialer Richtung verlaufen und eine Länge besitzen, die so groß ist, daß gemäß den Figuren 16 und 17 die Spuleneinheiten 1 bzw. 71 von den Rückschlußzähnen 110 bei Drehung des Rückschlußkranzes 30 voll abgedeckt werden können. Die einzelen Spuleneinheiten, die in beliebiger Zahl vorgesehen werden können, sind ebenfalls radial ausgerichtet. Der Rückschlußkranz 30 ist baulich und vom Material her gesehen relativ einfach und kostengünstig realisierbar.

Claims

Ansprüche
1. Elektromagnetische Maschine für ein Fahrzeug, insbe- sondere ein Fahrrad, gekennzeichnet durch wenigstens eine an einem Fahrzeugrahmen des Fahrzeuges zu befestigende Spuleneinheit (1; 71) und einem an einem sich drehenden Teil des Fahrzeuges zu befestigenden Rückschlußteil (3; 30) , das bei seiner Drehung den magne- tischen Fluß in der Spuleneinheit (1; 71) wechseln läßt.
2. Elektromagnetische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuleneinheit (1) einen stab- förmigen Permanentmagneten (5) aufweist, an dessen Endbereichen jeweils eine Spule (7, 9) mit Kern derart angeordnet ist, daß die Achse der Spule (7, 9) senkrecht zur Längserstreckung des Permanentmagneten (5) verläuft .
3. Elektromagnetische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuleneinheit (71) zwei Permanentmagneten (51, 52) aufweist, die voneinander beabstandet sind und deren eine Enden durch ein Rück- schlußteil (53) überbrückt sind, und daß an den anderen Enden der Permanentmagneten (51, 52) jeweils eine Spule (7, 9) mit Kern derart angeordnet ist, daß die Achsen der Spulen (7, 9) und der Permanentmagneten (51, 52) koaxial zueinander ausgerichtet sind.
4. Elektromagnetische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlußteil
(3) die Form eines Zahnkranzes besitzt, der in Um- fangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandete Zähne (11) aufweist, und daß wenigstens eine Spulen- einheit (1) auf einer achsial versetzten Linie gleichen Umfangs angeordnet ist.
5. Elektromagnetische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei benachbarten Zähnen (11) des Rückschlußteiles (3) gleich dem Abstand zwischen zwei Spulen (7, 9) der Spuleneinheit (1) ist.
6. Elektromagnetische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlußteil (30) in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgend Rückschlußzähne (110) besitzt, die gleichmäßig voneinander beabstandet sind und in radialer Richtung so lang be- messen sind, daß sie die Spulen (7, 9) wenigstens einer radial ausgerichteten Spuleneinheit (1; 71) überdecken können.
7. Elektromagnetische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Dauermagneten (5) der Spuleneinheit (1) wenigstens eine Regelfeldspule (13, 15) angeordnet ist, an die zur Regelung der Induktionsspannung an den Spulen (7, 9) ein dem Magnetfeld des Dauermagneten (5) gleichgerichtetes oder entgegengesetztes Feld anlegbar ist.
8. Elektromagnetische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Permanentmagneten (5) zwei voneinander beabstandete und in Serie geschaltete Re- gelfeldspulen (13, 15) angeordnet sind.
9. Elektromagnetische Maschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelkreisschaltung (20) vorgesehen ist, die einen Vergleicher (21) auf- weist, der eine Differenz zwischen der Spannung an den Spulen (7, 9) und einem Führungswert (w) eines Stell- gliedes (25) entsprechende Stellgröße (y) an einem Stellglied (23 erzeugt, daß in Abhängigkeit von den Vorzeichen der Stellgröße (y) der wenigstens einen Regelfeldspule (13, 15) einen dem magnetischen Fluß des Permanmentmagneten (5) gleichgerichteten oder entgegengesetzten magnetischen Fluß erzeugt.
10. Elektromagnetische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlußteil (3; 30) auf einer unmagnetischen Grundplatte (31) in der Umfangsrichtung einzelne U-förmige Zahnsegmentpaare (33) nebeneinander umfaßt, zwischen denen jeweils ein Luftspalt (35) angeordnet ist.
11. Elektromagnetische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangs- richtung des Rückschlußteiles (3) mehrere Spuleneinheiten (1) hintereinander angeordnet sind, derart, daß die jeweils gleichen Pole der Permanentmagnete (5) ne- beneinander angeordnet sind und daß den außenliegenden Endbereichen der außenliegenden Permanentmagnete (5) jeweils eine Spule (7, 9) zugeordnet ist, deren Kern die Hälfte der Breite eines Zahnes (11) besitzt, und daß zwischen den äußeren Spulen (7, 9) den einander zugewandten Endbereichen zweier benachbarter Permanentmagnete (5) jeweils eine gemeinsame Spule (7/9) mit Kern zugeordnet ist, dessen Breite der Breite eines Zahnes (11) entspricht.
12. Elektromagnetische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (7, 9; 51, 52) in Reihe oder parallel geschaltet sind.
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