CN102161195B - 具有用于产生电流的有源的发电机的工具机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有用于产生电流的有源的发电机的工具机。该工具机(1)具有用于产生电流的发电机(3)。所述发电机(3)具有设有线圈(11)的定子(5)和设有磁铁(13)的转子(7)。所述转子(7)能够相对于所述定子(5)运动。在转子(7)与定子(5)之间构造了气隙(9)。所述定子(5)和所述转子(7)具有一种拥有比空气的磁导率值大的磁导率值的材料并且如此布置，从而将所述磁铁(13)的磁力线(17)有针对性地导向所述线圈(11)。如此构成所述定子(5)与所述转子(7)之间的气隙(9)，从而将来自于所述磁铁的磁力线(17)的大部分导送穿过所述定子(5)和所述转子(7)。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有用于产生电流的有源的发电机的工具机。
背景技术
在用电动工具工作时，经常需要辅助器件，用于对工作的实施进行优化。比如通过照明用具来给作业面进行照明这种做法就会是有用的。
比如从DE102006045157A1中公开了一些工具，对于这些工具来说将照明用具集成到工具中。但是，照明用具的能量供应可能是个问题。
发明内容
因此，提供一种得到改进的工具机可以视为本发明的任务，该工具机能够给附加元件进行能量供应。
该任务可以通过本发明的工具机得到解决。根据本发明的工具机具有用于产生电流的发电机，该发电机则具有定子；以及能够相对于所述定子运动的转子；其中，在转子与定子之间构造了气隙；其中，在所述定子上布置了线圈；其中，在所述转子上布置了磁铁；其中，所述定子和所述转子具有一种拥有比空气的磁导率值大的磁导率值的材料并且如此布置，从而将所述磁铁的磁力线有针对性地导向所述线圈；其中，构成所述定子与所述转子之间的气隙，从而将来自于所述磁铁的磁力线的大部分导送穿过所述定子和所述转子，其中，“大部分”在此是磁力线的大于50%，其中，所述气隙的尺寸的大小设计成使得转子和定子刚好还能够相对于彼此进行运动。
下面对按本发明的实施方式的装置的特征、细节和可能的优点进行详细探讨。
按照本发明的第一方面，对具有产生电能或者说电流的发电机的工具机比如手持式工具机进行说明。所述发电机具有设有至少一个线圈比如感应线圈的定子和设有至少一块磁铁比如永久磁铁和/或电磁铁的转子。所述定子和转子具有这样的材料，所述材料具有等于1、大于1并且优选显著大于1（μ﹥﹥1）的磁导率值μ，也就是说所述材料是顺磁的或者说优选是铁磁的材料。这样的材料比如可以是钢、铁、钴、镍以及由这些材料构成的组合。定子和转子可以大部分或者完全由这些材料制成。在转子与定子之间有气隙，该气隙的尺寸设计得如此小，使得转子和定子刚好还能够相对于彼此进行运动。通过使发电机具有拥有较高的磁导率值的材料以及尽可能小的气隙，可以保证，将来自于转子的磁铁的磁力线的大部分有针对性地导向定子的线圈的线匝或者导送穿过所述定子的线圈的线匝。“大部分”在此比如是磁力线的50%，优选70%，还更优选大于90%或者大于99%。
磁力线在此是假想的封闭的线条，所述线条在磁场的每个点中说明磁场或者磁通量的方向和强度。所述气隙可以是转子与定子之间填充空气的空间。定子与转子之间的最大的或者说平均的间距比如可以大约为0.5到2mm。
因而在按本发明的发电机中，有利地将有针对性地导引的磁力线（也就是说磁铁的所谓的强得多的主磁通量）用于运行发电机并且仅仅将小部分（所谓的漏损通量）输出到所述气隙中。这能够以节约成本和空间的方式来提供用于工具机内部的组件比如光源的能源。
这个额外的能源可以不依赖于供电电网来构成，因而不必将额外的用于对电网电流进行整流和变换的元件安装到机器中。这尤其对于手持式工具机来说会是有利的，因为也可以节省重量。此外，所述按本发明的发电机的开关电路可以设计用于以较低的电压（比如小于50V）进行运行，并且由此不受用于电网运行的机器的规定比如绝缘间距的遵守的约束。由此能够在构造设计工具机方面实现更多的自由。
按照一种实施例，转子可以与工具机的从动端以传力连接、形状配合连接和/或摩擦连接的方式进行机械耦合或者构造为所述从动端的一部分或者说集成在所述从动端中。这比如可以通过从动端的既存的部件的改动来进行并且由此在节省成本的情况下得到实现。所述从动端可以是机器的一部分、输出功率并且比如可以是心轴、盘形轮、接纳法兰或者说是工具接纳口、马达轴或者说马达轴的突起。
按照另一种实施例，所述发电机可以具有在电气方面与所述机器的第一电路分开的或者独立于所述机器的第一电路的第二电路。所述第一电路比如连接到供电电网或者说供电蓄电池上。所述第二电路则可以通过发电机的运行产生与第一电路不同的电压。由此比如可以向机器内部的光源供给能量，而不必对电网电压进行变换和整流。由此可以放弃附加组件并且由此可以节省结构空间和巨大的附加成本。
按照另外的实施例，所述工具机可以具有一个或者多个光源。所述光源通过按本发明的发电机供应能量并且比如直接或者通过电气转换器与所述发电机相连接。此外，所述光源可以直接集成到所述机器中或者说布置在所述机器上并且可以是能够在所述机器运行时可能连续地对作业面进行照明的光源。额外的光源比如可以借助于颜色变换或者借助于强度变换来发出光信号并且由此显示转子的当前转速。由此比如可以在过载时用信号表示连续运转（Durchfahren）、超过和/或低于特定的转速并且也可以在关闭机器之后用信号表示转子或者说马达的惯性运动。此外，所述光源比如可以发出闪烁信号。此外，比如额外的光源可以构造为用于对作业面进行标记并且用于导引所述机器的激光光源。
按照另一种实施例，所述工具机具有蓄电器，比如电容器和/或蓄电池。通过所述蓄电器比如可以改进光源的补充照明持续时间和强度。所述蓄电器比如可以集成在所述机器的电子装置中。在所述电子装置中可以使所产生的电压与光源的需求相匹配。
按照另一种实施例，所述定子的线圈或者说多个线圈布置在增强磁通量的磁轭旁边或者说磁轭上。此外，对于转子上的多块用于有针对性地导引磁力线的磁铁来说，所谓的磁导轭铁布置在所述磁铁之间。所述磁导轭铁可以具有比转子的材料高的磁导率。通过这种磁通量增强，也可以在运行转速较低时产生足够的比如用于光源的运行的电压。
按照另一种实施例，所述转子可以实施旋转的或者线性振荡的运动。所述工具机因而比如可以构造为角磨机及直线磨机、螺丝刀、钻机、圆锯或者构造为锯子比如孔锯、月牙形锯、狐尾锯或者精切锯。
附图说明
本发明的其它特征和优点对于本领域的技术人员来说可以从以下对示范性的实施方式所作的说明中在参照附图的情况下看出来，但是所述实施方式不应该解释为对本发明有限制作用。其中：
图1是角磨机的横截面，
图2A和2B是发电机，其中磁力线在气隙中轴向定向，
图3A和3B是具有接纳法兰作为转子的发电机，
图4A、4B和4C是具有盘形轮作为转子的发电机，
图5A、5B、5C和5D是发电机的定子上的不同的线圈变型方案，
图6A和6B是构造为爪极发电机的发电机，
图7A和7B是图6A和6B的爪极发电机的定子的示意图，
图8A和8B是发电机，其中磁力线在气隙中径向定向，
图9A、9B、9C、9D和9E是图8A和8B中的定子的构造为马蹄铁定子的实施方式，
图10A和10B是图8A和8B的定子的另外的实施方式，
图11A、11B、11C、11D、11E、11F、11G和11H是图8A和8B的发电机的另一种实施方式，
图12是孔锯的横截面，
图13A、13B、13C和13D是发电机，其中磁力线在气隙中径向定向，
图14A和14B是转子的永久磁铁的可能的磁化，
图15A和15B是具有马蹄铁定子的发电机的一种实施方式，所述马蹄铁定子具有双重的磁轭，
图16A和16B是具有柱形的线圈的发电机的一种实施方式，
图17A、17B和17C是具有柱形的线圈的发电机的另外的实施例。
所有附图仅仅是按本发明的装置或其组成部分的示意图。尤其间距和尺寸关系在附图中并非按比例尺示出。在不同的附图中，相应的元件用相同的附图标记来表示。
具体实施方式
在图1到11中以角磨机为实施例示出了具有旋转的转子的工具机并且在图12到17中以孔锯为例示出了具有线性振荡的转子的工具机。在图1到7示出的发电机的实施例中磁力线在气隙中轴向定向，并且在图8到17示出的发电机的实施例中磁力线在气隙中径向定向。也就是说，在角磨机的例子中，气隙磁通在图1到7中与发电机的旋转轴线平行并且在图8到12中则垂直于发电机的旋转轴线。
图1示意性地示出了角磨机1的横截面。该角磨机具有常见的组件如马达壳体25、马达27、风扇29、小齿轮31、传动机构壳体33、保护罩35、双端面孔螺母37、心轴39、盘形轮41、轴承法兰43和接纳法兰47。光源15可以照亮作业区域45或者说作业面45。该光源15比如可以集成在轴承法兰43上。对于角磨机1来说，作为转子7比如可以使用盘形轮41、接纳法兰47或者心轴39。
图2示意性地示出了发电机3，其中磁力线17在气隙9中轴向定向。图2A和2B示出了发电机3的稍微不同的视图和截取部分。转子7与角磨机1的从动端49相耦合并且相对于定子5旋转。在定子5上布置了线圈11。该线圈围绕着磁轭23来卷绕。在转子7上有永久磁铁13。在转子7旋转时，在线圈11中感应出电压。磁铁13的磁力线17通过定子5和转子7的具有较高的磁导率值的材料有针对性地导向线圈11。气隙9具有较低的磁导率值也就是大约1，该气隙9的尺寸设计得很小，使得转子7刚好还能够相对于定子5运动。比如所述气隙9也就是定子5与转子7之间的间距可以大约为0.5到2mm。在线圈11中感应出的电压通过电子装置21以及集成在其中的蓄电器19传输给光源15。
图3示意性地示出了具有转子7的发电机3，所述转子7构造为接纳法兰47。图3A和3B示出了发电机3的不同的透视图。在转子7上布置了多块永久磁铁13。这些永久磁铁13通过磁导轭铁50彼此相连接，从而保证有针对性地导引磁力线17。在该实施例中，磁铁13埋入在接纳法兰47中，构造为柱形棒形并且沿轴向方向得到磁化。按照另一种实施方式，可以这样安排，也就是图3所示的磁导轭铁50不存在并且其功能由轴承法兰43（参见图1）所承担。
图4示出了发电机3的一种实施例，该发电机3具有盘形轮41作为转子7。图4A仅仅示出了转子7或者说转子7的一部分。图4B和4C示出了发电机3的不同的透视图。定子5的磁轭23可以如通过有角的示意图示出的一样由各个堆放的板条来实现。比如，为此可以使用电工钢片。在一种这样的设计方案中可以得到实现的是，减少高频损失并且提高定子5的磁导率。此外，由此可以将定子5划分为各个扇形段。作为替代方案，磁轭23可以由实心的材料制成或者可以通过可以传导磁通量的盘形轮41的合适的造型来取代或者说补充。此外，作为替代方案或者补充方案，可以使用混合盘形轮（Hybridtellrad），对于所述混合盘形轮来说为了磁通量的优化额外地集成了合适的材料/组件。
图5示出了不同的线圈变型方案。在此线圈11可以按实施例而在数目、形状和布置方式方面有所区别。比如线圈11可以如在图5A和5C中示出的一样处于磁轭23的实心的芯部上。作为替代方案，线圈11可以如在图5B、5D和图4C中示出的一样处于定子5的“磁极”上。在图5A和5B中，磁轭23由实心的材料制成，而在图5C和5D中则由叠片的材料制成。在所有的实施例中，可以使用叠片的和/或实心的材料。
图6示出了作为所谓的爪极发电机的发电机3的一种实施方式的不同的透视图和截取部分。该发电机3与上面所说明的实施例的区别在于，定子5可以集成在传动机构壳体中并且在内部具有环形的线圈11。图7示出了所述爪极发电机3的定子5的不同的透视图。该爪极定子5具有内磁极51和外磁极53，其中在磁极51、53之间有定子极气隙55。在接纳法兰47旋转时，产生旋转的磁场，该磁场通过内磁极和外磁极51、53和定子气隙55而闭合并且在线圈11中感应出电压。
图8示意性地示出了一种发电机，其中磁力线在气隙中径向定向或者说垂直定向。与图2相类似，图8A示出了发电机3的示意图。图8A与图2的区别首先在于永久磁铁13环形地布置在转子7上。磁铁13围绕着从动端49来布置并且得到径向磁化。具有磁导轭铁50的定子5径向地围绕着转子7来布置。磁铁13比如可以如在图8B中示出的一样作为永久磁铁销（PMS）横向于旋转轴线安装到工具1的从动轴49中。在PMS13的区域中，所述轴可以分级或者说更细。由此可以将所谓的磁短路降低到最低限度，在出现磁短路时磁通量没有所期望的分布。此外，由此可以实现较小的径向的结构体积。此外，在使用由导磁的材料制成的定子5时，尤其在发电机3的转速较小的情况下可以额外地提高获得能量的效率。
图9示意性地示出了马蹄铁形式的定子5的可能的实施方式，该定子5用于在图8中示出的发电机3。图9A到9D示出了具有单一的马蹄铁定子5的发电机3的不同的视图和组件。图9E示出了具有双重的马蹄铁定子5的发电机3。通过所述马蹄铁定子5的对称的结构来提高能效。通过线圈11的比如经由电子装置21实现的相应的连接，可以提高功率。为此，比如可以通过整流器来进行电压累加。定子5在此可以构造为单构件或者多构件的。通过多构件的结构，尤其可以使线圈11的安装变得容易并且由此可以降低生产成本。
如在图10中示出的一样，对于马蹄铁定子5来说，线圈11也可以布置在磁极铁心上。由此可以降低定子5的宽度并且由此也可以减小重量。此外，一种这样的设计方案在制造中更为容易。图10A示出了发电机3的透视图。图10B仅仅示出了具有线圈11的马蹄铁定子5。
图11示意性地示出了图8的发电机3的另一种实施方式。与图9不同的是，发电机3的转子7为提高磁导率而具有两块通过金属销57彼此分开的磁铁13。所述金属销57具有较高的磁导率。通过磁铁13和金属销57的串联，可以降低磁铁体积并且由此节省成本。此外，由此能够实现更为简单的结构形式。图11B到11H示出了将磁铁13和金属销57比如铁磁的销集成到转子7中的替代方案。
图12示意性地示出了构造为孔锯的工具机1的横截面。该孔锯1具有可以线性地上下运动的升降杆59。磁铁13可以与升降杆59一起形成转子7。定子5围绕着升降杆59来布置。光源15在转子7运行时照亮作业面45。所述升降杆59以及布置在其上面的锯片61执行（通过箭头示出的）线性振荡的运动63。
图13示意性地示出了孔锯1的发电机3。图13A示出了发电机3的透视图。在升降杆59上有两块永久磁铁13，这两块永久磁铁13以一定的间距彼此隔开地布置并且被不同地极化。磁铁13构造为环形的。具有线圈11的定子5构造为马蹄铁形状。
图13B到13D示出了发电机3的在升降杆59的线性振荡的运动63的不同阶段中的横截面。在图13B中，永久磁铁13之一处于定子5的区域中。磁力线17从磁铁13出发穿过定子5的磁轭23有针对性地导向线圈11。在图13C中，升降杆59的在磁铁13之间的区域处于定子5的高度上。在图13C的示意图中，不存在磁场并且没有在线圈11中感应出电压。在图13D中，另外的永久磁铁13以磁极的另一种定位处于定子5的区域中。磁通量17与图13B中的磁通量相反。
通过转子7的交替的运动和磁铁13的相反的磁定向，在线圈11中感应出的电压是交替的。磁环13如在图13B和13D中的横截面中示出的一样在侧面变细。也就是说磁铁13在朝定子5定向的侧面中比在远离定子5的侧面中厚。通过磁铁13的侧面变细，减少漏损通量并且磁力线的大部分穿过磁轭23。
如在图14中示出的一样，磁铁13可以横向地或者径向地得到磁化。图14A示出了横向磁化的磁铁13。图14B则示出了径向磁化的磁铁13。
图15示出了具有马蹄铁定子5的发电机的实施方式，所述马蹄铁定子5具有双重的磁轭23。图15A示出了该实施例的透视图。图15B则示出了发电机3的横截面。通过线圈11的串联，可以提高所产生的电压。
图16示出了具有处于定子壳体67中的柱形的线圈11的发电机3。图16A示出了发电机3的俯视图。图16B示出了发电机3的横截面。定子壳体67具有一种拥有良好的磁导率的材料或者说由这样的材料制成。在磁铁13的两个端部有终端环65，所述终端环65将磁通量从磁铁导向定子壳体67。通过终端环65的处于朝向升降杆59的棱边上的斜切的表面（也称为斜边）来减小进入到升降杆59中的磁力线17的数目。此外，由此将磁通量聚束并且由此将其有针对性地导送穿过定子壳体。
感应出的电压可以得到提高，方法是改变转子7上的永久磁铁13的数目并且/或者改变定子5上的线圈11的数目和结构。通过磁铁13的相应的布置和磁化方向，可以在线圈11中感应出交替的电压。转子组件的轴向尺寸以及定子5的轴向尺寸彼此如此协调，从而可以产生最大可能的交替的电压。
在图17A所示的实施方式中，示出了一个线圈11和两块磁铁13。图17B示出了两个线圈11和两块磁铁13。图17C则示出了两个线圈11和一块磁铁13。
最后要说明，如“具有”一样的表述或者类似的表述不应该排除可以设置其它的元件或者步骤。此外要指出，“一”不排除多个。此外，结合不同的实施方式所说明的特征可以任意地彼此相组合。此外要说明，权利要求中的附图标记不应该解释为对权利要求的范围有限制作用。
Claims (14)
1.工具机（1），具有用于产生电流的发电机（3），该发电机（3）则具有
定子（5）；以及
能够相对于所述定子（5）运动的转子（7）；
其中，在转子（7）与定子（5）之间构造了气隙（9）；
其中，在所述定子（5）上布置了线圈（11）；
其中，在所述转子（7）上布置了磁铁（13）；
其中，所述定子（5）和所述转子（7）具有一种拥有比空气的磁导率值大的磁导率值的材料并且如此布置，从而将所述磁铁（13）的磁力线（17）有针对性地导向所述线圈（11）；
其中，构成所述定子（5）与所述转子（7）之间的气隙（9），从而将来自于所述磁铁的磁力线（17）的大部分导送穿过所述定子（5）和所述转子（7），其中，“大部分”在此是磁力线的大于50%，其中，所述气隙的尺寸的大小设计成使得转子和定子刚好还能够相对于彼此进行运动。
2.按权利要求1所述的工具机（1），
其中，所述定子（5）和/或所述转子（7）具有铁磁的材料。
3.按权利要求1和2中任一项所述的工具机（1），
其中，所述转子（7）与所述工具机（1）的从动端（49）相耦合。
4.按权利要求1所述的工具机（1），
其中，所述线圈（11）具有在电气方面与所述工具机（1）的第一电路分开的第二电路。
5.按权利要求1所述的工具机（1），
此外具有光源（15）；
其中，所述光源（15）与所述线圈（11）电连接，从而在所述转子（7）运动时向所述光源（15）供给电能。
6.按权利要求5所述的工具机（1），
其中，所述光源（15）与所述线圈（11）电连接，使得所述光源在所述转子（7）运动时发出光信号；
其中，所述光信号根据所述转子（7）的当前转速而变化。
7.按权利要求5所述的工具机（1），
其中，所述光源（15）是激光光源。
8.按权利要求1所述的工具机（1），
此外具有蓄电器（19）；
其中，所述线圈（11）与所述蓄电器（19）电连接。
9.按权利要求1所述的工具机（1），
其中，在所述线圈（11）上布置了用于增强磁通量的磁轭（23）；
其中，在所述磁铁（13）上布置了磁导轭铁（50）。
10.按权利要求1所述的工具机（1），
其中，所述转子（7）构造用于执行旋转的运动或者线性振荡的运动。
11.按权利要求1所述的工具机（1），
其中，所述工具机（1）构造为角磨机或者构造为锯子。
12.按权利要求1所述的工具机（1），
其中，“大部分”在此是磁力线的大于70%。
13.按权利要求12所述的工具机（1），
其中，“大部分”在此是磁力线的大于90%。
14.按权利要求13所述的工具机（1），
其中，“大部分”在此是磁力线的大于99%。
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