DE3835176A1 - Elektromagnetische bremseinrichtung, insbesondere fuer heimsport- oder medizinische trainingsgeraete - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Bremseinrich­ tung, insbesondere für Heimsport- oder medizinische Trainings­ geräte, bestehend aus einer Induktionsbremse mit einem Stator, einem gegenüber diesem drehbaren Rotor und einer Erregerspule sowie aus einem Generator zur netzunabhängigen Stromerzeugung, wobei eine Steuerschaltung vorgesehen ist, die den vom Genera­ tor gelieferten Strom der Erregerspule in dem für die Bremswir­ kung gewünschten Maß zuführt.

Es ist eine elektromagnetische Bremseinrichtung dieser Art be­ kannt (DE-A 36 31 672). Bei dieser Bauart ist ein auf einer Achse festgehaltener Stator von einem zylindrischen Rotor umge­ ben, der eine Generatorwicklung und eine Kurzschlußwicklung trägt. Die Erregerspule der Induktionsbremse ist innerhalb des als Klauenpolrad ausgebildeten Stators angeordnet. Die Stromzu­ führung zu der Generatorwicklung und zu der dort vorgesehenen Kurzschlußwicklung muß bei jener Bauart über Schleifringe er­ folgen. Der Aufwand für die vorzusehenden drei Wicklungen ist überdies erheblich. Vorteilhaft ist allerdings die Möglichkeit, mit solchen Bremseinrichtungen verschleißfrei zu arbeiten und eine genaue Regelung von Leistung und Drehmoment zu ermögli­ chen. Vorteilhaft ist auch die Unabhängigkeit vom Netz.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Bremseinrichtung dieser Art so auszubilden, daß der Aufbau einfacher wird und die Stromzuführung über Schleifringe entfällt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer elektromagnetischen Bremseinrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, daß der Stator der Induktionsbremse und der Stator des Generators fest auf einer gemeinsamen Nabe angeordnet sind, die drehbar auf ei­ ner Achse gelagert aber zur Erfassung des Drehmomentes federnd gegen eine Verdrehung gehalten ist. Durch diese Ausgestaltung, bei der sich die Spulen und die mit Strom zu versorgenden Wick­ lungen auf dem stillstehenden Stator befinden, ist die Strom­ übertragung zur Steuerschaltung ohne Schleifringe möglich. Es ergibt sich dadurch eine verhältnismäßig einfache Ausgestal­ tung, bei der auch eine Kurzschlußspule entfallen kann. An der gemeinsamen Nabe wirkt das Bremsmoment der Induktionsbremse und des Generators.

Vorteilhaft ist es gemäß Anspruch 2, die Nabe durch eine Meß­ einrichtung gegen Verdrehung zu halten, so daß an dieser das gesamte Drehmoment erfaßt, angezeigt und auch zur Steuerung verwendet werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet, von denen die Merk­ male der Unteransprüche 5 und 6 eine platzsparende, gedrängte Bauweise trotz breiter und stabiler Rotorlagerung ermöglichen. Die Ansprüche 15 und 16 umreißen zweckmäßige Möglichkeiten der Anordnung von Induktionsbremse und Generator, die je nach Platzbedarf gewählt werden können.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von zwei Ausführungs­ beispielen dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine elektro­ magnetische Bremseinrichtung gemäß der Erfindung mit axial nebeneinander angeordnetem Generator und In­ duktionsbremsenteil und

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine andere Aus­ führungsform einer elektromagnetischen Bremseinrich­ tung gemäß der Erfindung, bei der Induktionsteil und Generator radial übereinander auf einer Nabe ange­ ordnet sind.

Die in der Fig. 1 gezeigte elektromagnetische Bremseinrichtung besteht aus einer Induktionsbremse (1) mit einem Stator (2) und einer Erregerspule (4), die fest auf einer Nabe (8) angeordnet sind. Fest mit der Nabe (8) verbunden ist auch der Stator (7) eines Generators (5), dessen Spule (11) fest am Stator (7) an­ gebracht ist. Der Erregerteil (15) des Generators (5) besteht aus in nicht näher dargestellter Weise ringförmig angeordneten Permanentmagneten (15), die an einem topfförmigen Rotor (3) an­ geordnet sind, der mit seiner Lagerung (14) drehbar auf einer feststehenden Achse (9) angeordnet ist. Der Rotor (3) weist ei­ nen den Stator (2) der Induktionsbremse (1) koaxial umgreifen­ den Ringteil auf, in dem der Induktionsteil (12) der Induk­ tionsbremse (1) angeordnet ist. Je nach der gewünschten Kenn­ linie kann dieser den Stator (2) koaxial einrahmende Induk­ tionsteil (2) des Rotors (3) völlig glatt ausgebildet sein, oder glatt und am Luftspalt verkupfert bzw. mit einem Kupfer­ bzw. Aluminiumkäfig versehen sein.

Der Rotor (3) weist außerdem Kühlrippen (16) auf und besitzt Belüftungsöffnungen (20) auf der geschlossenen Seite des topf­ förmigen Rotors (3). Die Kühlrippen (16) können so ausgebildet und angeordnet werden, daß sie mit einem berührungslos arbei­ tenden Kontaktgeber zur Drehzahlermittlung dienen können. Bei der dargestellten Ausführungsform allerdings ist der offenen Seite des Rotors (3) eine ringförmige Lochscheibe (18) zugeord­ net, deren Lochreihe mit einer optischen Einrichtung mit einer Lichtquelle (17) zusammenwirkt, die auf einem Abschlußsteg (21) befestigt ist, welcher wiederum fest mit der Nabe (8) verbunden ist. An diesem Steg, der auch als eine mit entsprechenden Öff­ nungen versehene Platte ausgebildet sein kann, ist eine Steuer­ schaltung (6) angebracht, die unabhängig von der jeweiligen Drehzahl des Rotors (3) ab einer bestimmten Minimaldrehzahl durch Stromreglerschaltung (Choppen) den als Sollwert vorge­ wählten Erregerstrom für die Spule (4) zur Verfügung stellt und damit eine Drehmoment- oder Leistungsregelung bewirkt.

Die Nabe (8) ist mit Hilfe zweier Lagerungen (19) drehbar auf der Achse (9) angeordnet. Sie wird jedoch durch eine Meßein­ richtung (10) federnd gegen eine Verdrehung auf der Achse (9) gehalten. Diese Meßeinrichtung (10), die eine übliche Drehmo­ mentmeßeinrichtung sein kann, kann durch diese Ausgestaltung das an der Nabe (8) entstehende Gesamtbremsmoment, das sich aus dem Bremsmoment der Induktionsbremse (1) und aus dem Bremsmo­ ment des Generators (5) ergibt, erfassen. Dieser Wert kann in der Steuerschaltung (6) mit einem vorgegebenen Sollwert vergli­ chen werden und die Erregerspule (4) kann entsprechend beauf­ schlagt werden.

Der Rotor (3) kann in nicht näher dargestellter Weise im Be­ reich seiner Lagerung (14) mit einem Zahnrad (22) versehen wer­ den, das strichpunktiert angedeutet ist. Auf dieses Zahnrad kann beispielsweise die Kette eines Pedalantriebes einwirken, um den Rotor (3) in eine Drehbewegung zu versetzen. Ab einer bestimmten Drehzahl genügt dann die vom Generator (5) erzeugte Spannung zur Beaufschlagung der Erregerspule (4) der Induk­ tionsbremse mit Hilfe der Steuerschaltung (6).

Wie der Fig. 1 ohne weiteres entnommen werden kann, sind alle mit Stromanschlüssen auszurüstenden Teile, wie die Spule (11) des Generators (5) und die Erregerspule (4) der Induktionsbrem­ se (1) feststehend auf der Nabe (8) angeordnet. Die Stromzufüh­ rung kann daher in einfacher Weise ohne Schleifringe vorgenom­ men werden.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt die Nabe (8) eine Ausnehmung (13), in die ein Nabenteil (23) des Rotors (3) her­ einragt. Durch die so geschaffene Überlappung der Nabe (8) für den Stator und der Nabe (23) des Rotors kann die Baulänge trotz einer stabilen und breiten Lagerung des Rotors (3) verkürzt werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung, bei der der Generator (5′) nicht axial neben, sondern radial innerhalb der Induktionsbrem­ se (1′) angeordnet ist. Die Nabe (8′) ist zu diesem Zweck etwa topfförmig ausgebildet und besitzt an ihrem äußeren Rand (8 a) den Stator (2′) mit der Erregerspule (4′) der Induktionsbremse (1′). In dem inneren Nabenteil sitzt der Stator (7′) mit der Generatorspule (11′) und der Erregerteil (15′) für den Genera­ tor (5′) ist an einem Ringteil des Rotors (3′) angeordnet, der zwischen Induktionsbremse (1′) und Generator (5′) hereingreift. Dem Stator (2′) gegenüberliegend ist der Induktionsteil (12′) der Induktionsbremse (1′) angeordnet, der im übrigen in der gleichen Weise ausgebildet sein kann, wie das anhand von Fig. 1 geschildert wurde. Die Nabe (24) des Rotors (3′) grenzt axial an die Nabe (8′) an. Die Lagerung (14′) für den Rotor (3′) ist daher anders als im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ausgebildet. Auch der Rotor (3′) ist mit Kühlrippen (16′) sowie mit einer Lochscheibe (18′) versehen, die mit einer optischen Drehzahl­ meßeinrichtung (17′) ähnlich jener zusammenwirkt, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist eine Steuerschaltung (6′) vorgesehen sowie eine Meßeinrichtung (10), welche die Nabe (8′) gegen eine Verdrehung gegenüber der Achse (9) hält. Die Regelung erfolgt in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Die in Fig. 2 dargestellte Ausfüh­ rungsform kann eine kürzere Baulänge aufweisen, benötigt aller­ dings radial mehr Platz. Sie weist im übrigen, bezüglich der Stromzuführung und des einfachen Aufbaues, die gleichen Vortei­ le wie die Ausführungsform nach Fig. 1 auf.

Claims (16)

1. Elektromagnetische Bremseinrichtung, insbesondere für Heimsport- oder medizinische Trainingsgeräte, bestehend aus ei­ ner Induktionsbremse (1) mit einem Stator (2), einem gegenüber diesem drehbaren Rotor (3) und einer Erregerspule (4) sowie aus einem Generator (5) zur netzunabhängigen Stromerzeugung, wobei eine Steuerschaltung (6) vorgesehen ist, die den vom Generator (5) gelieferten Strom der Erregerspule (4) in dem für die Bremswirkung gewünschten Maß zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2, 2′) der Induktionsbremse (1, 1′) und der Stator (7, 7′) des Generators (5, 5′) fest auf einer gemeinsa­ men Nabe (8, 8′) angeordnet sind, die drehbar auf einer Achse (9) gelagert, aber zur Erfassung des Drehmomentes federnd gegen eine Verdrehung gehalten ist.

2. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Nabe (8, 8′) von einer Meßeinrichtung (10) zur Bremsmomentermittlung gegen Verdrehung gehalten ist.

3. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Erregerspule (4, 4′) der Induktionsbremse (1, 1,) und die Generatorspule (11, 11′) auf dem jeweiligen Statorteil (2,7, 2′,7′) angeordnet sind, die auf der Nabe (8, 8′) sitzen.

4. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Rotor (3, 3′) vorgesehen ist, der mit dem Induktionsteil (12, 12′) der Induktionsbremse (1, 1′) und mit dem Erregerteil (15, 15′) des Generators (5, 5′) verse­ hen ist.

5. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) topfförmig ausgebildet ist und die Nabe (8) mit den darauf angebrachten Statorteilen (2, 7) koaxial umschließt.

6. Bremseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lagerung (14) des Rotors (3) die Nabe (8) teilwei­ se untergreift, die mit einer entsprechenden Ausnehmung (13) auf der der Rotorlagerung (14) zugewandten Seite versehen ist.

7. Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3, 3′) im radial dem Stator (2, 2′) der Induktionsbremse (1, 1′) gegenüberlie­ genden Bereich je nach gewünschter Kennlinie völlig glatt, glatt mit verkupfertem Luftspalt, oder mit einem Kupfer- bzw. Aluminiumkäfig versehen ist.

8. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der dem Rotor (3, 3′) zugeordnete Er­ regerteil des Generators (5) aus ringförmig angeordneten Perma­ nentmagneten (15, 15′) aufgebaut ist.

9. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stator (2) der Induktionsbremse (1) als Mehrfachpol-Stator mit Einzelspulen ausgebildet ist.

10. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stator (2) als Klauenpolstator mit einer Ringspule ausgebildet ist.

11. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stator (7, 7′) des Generators (5, 5′) mit achsparallel oder schräg zur Achse (9) verlaufenden Aufnahmenuten zur Aufnahme der Erregerwicklung (11, 11′) des Generators (5, 5′) versehen ist.

12. Bremseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der übrigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (6, 6′) eine Stromreglerschaltung ist und durch Choppen den als Sollwert vorgewählten Erregerstrom für die Spule (2, 2′) der Induktionsbremse (1, 1′) zur Verfügung stellt.

13. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der Rotor (3, 3′) mit Kühlrippen (16, 16′) versehen ist, die aufgrund ihrer Form und Anzahl eine Drehzahlermittlung durch einen Impulsgeber ermöglichen.

14. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß eine optische Drehzahlermittlungsein­ richtung mit einer Lichtquelle (17, 17′) und einer mit dieser zusammenarbeitenden Lochscheibe (18, 18′) o.dgl. vorgesehen ist.

15. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Statoren (2, 7) der Induktionsbremse (1) und des Generators (5) axial nebeneinander auf der Nabe (8) angeordnet sind.

16. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Statoren (2′,7′) der Induktionsbremse (1′) und des Generators (5′) radial übereinander auf der Nabe (8′) angeord­ net sind.