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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schwungrad-Permanentmagnetgenerator.
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Bei
einem herkömmlichen
Schwungrad-Permanentmagnetgenerator wird als ein Rotor ein becherförmiges Schwungrad
eingesetzt, das einen Magneten auf der inneren Oberfläche seiner
Umfangswand aufweist. Wenn sich der Rotor dreht, führt ein Wechselfeld,
das von dem Magnet erzeugt wird, zu Hystereseverlusten und Wirbelstromverlusten
in einem laminierten Kern eines Stators. Die magnetische Kraft und
das Ausmaß der
Unwucht des Rotors selbst rufen eine Schwankung der Drehortskurve hervor.
Die Drehschwankung führt
zu einer Schwankung bezüglich
der Exaktheit der Drehung (der Größe eines Luftspaltes zwischen
dem Stator und dem Rotor) und beeinflusst wesentlich die Energieerzeugungseigenschaften
(Ausgangsleistungseigenschaften).
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Weiterhin
ist der Schwungrad-Permanentmagnetgenerator häufig direkt mit einer Welle
einer Brennkraftmaschine oder dergleichen verbunden, und beeinflusst
die Drehschwankung von der Welle und die Drehschwankung des Generators
selbst negativ die Seite der Welle. Um eine Unwucht (Drehunwucht)
des Rotors zu verringern, wird daher ein Auswuchten (Unwuchtkorrekturbearbeitung)
durchgeführt.
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Weiterhin
ist bei einem Schwungrad-Permanentmagnetgenerator üblicherweise
eine Ventilationsöffnung,
die so groß ist
wie möglich,
vorgesehen, um den Ventilationswirkungsgrad zu erhöhen. Da Herstellungsschwankungen,
unterschiedliche angebrachte Bauteile (mehrere Magneten sind mit
einem Abstand zwischeneinander angebracht) und dergleichen ein gewisses
Ausmaß einer
Drehunwucht hervorrufen, muss eine Auswuchtkorrekturbearbeitung wie
beispielsweise Bohren häufig
in einem späteren Prozess
durchgeführt
werden.
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Um
mit diesem Umständen
fertig zu werden, wird beispielsweise bei dem herkömmlichen
Permanentmagnetgenerator, der ein aus Metallblech hergestelltes
Schwungrad aufweist, die Größe (Fläche) einer
oder mehrerer Ventilationsöffnungen,
die in gleichen Abständen
in dem Bodenwandteil des Schwungrades vorgesehen sind, eingestellt,
um die Drehauswuchtung aufrechtzuerhalten, wie dies im Patentdokument
1 beschrieben ist.
- Patentdokument 1: JP-11-178299 (Absätze 0031
und 0032 sowie 4).
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Seit
einiger Zeit gibt es einen Schwungrad-Permanentmagnetgenerator, der eine hohe
Ausgangsleistung erzeugt. Sein Schwungrad wird durch Guss oder Warmumformen
hergestellt, anstatt des Einsatzes von Metallblech, und ist einstückig mit
einem zentralen Bossenteil des Bodenwandteils ausgebildet. Weiterhin
führt eine
Mehrfachpolung des Kerns und des Magneten (Magnetpols) zu einer
höheren
Frequenz, und wird die Dicke des Generator verkleinert, um die Abmessungen
und das Gewicht zu verringern.
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Daher
ist es erforderlich, das Ausmaß der Drehunwucht
zu minimieren, welches die Steifigkeit der Drehung beeinflusst.
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Wenn
das Schwungrad mittels Guss oder Warmumformen hergestellt wird,
wird jedoch eine Drehunwucht durch eine Schwankung der Dichte (des
spezifischen Gewichts) anstatt einer Schwankung der Abmessungen
hervorgerufen. Daher ist es schwierig, das Ausmaß der Drehunwucht auf das erforderliche
Niveau zu verringern, einfach durch Einstellung der Größe (Fläche) einer
oder mehrerer Ventilationsöffnungen
wie voranstehend geschildert.
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Selbst
wenn man die Bearbeitungsschwankungen und die Unterschiede in Bezug
auf angebrachte Bauteile angeht, um die Genauigkeit zu verbessern,
ist es darüber
hinaus schwierig, vollständig die
Drehunwucht auszuschalten, infolge des Einflusses einer Keilnut,
die im Zentrum des Bossenteils vorgesehen ist.
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Angesichts
des voranstehend geschilderten Zustands beim Stand der Technik besteht
ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Permanentmagnetgenerators,
der ein becherförmiges
Schwungrad aufweist, das einstückig
mit einem Bossenteil durch Guss oder Warmumformen hergestellt wird,
und eine Verbesserung in Bezug auf das Ausmaß der Drehunwucht ermöglicht,
und eine signifikante Verringerung des Ausmaßes der Auswuchtkorrekturbearbeitung
(Bohren), die in einem späteren Prozess
erforderlich ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist ein Permanentmagnetgenerator auf: ein becherförmiges Schwungrad,
das mittels Guss oder Warmumformen hergestellt wird, ein Umfangswandteil
und ein Bodenwandteil aufweist, sowie ein Bossenteil zum Haltern einer
Drehwelle, wobei das Bossenteil einstückig im Zentrum des Bodenwandteils
vorgesehen ist; mehrere Magneten, die auf einer Innenumfangswand
des Umfangswandteils des Schwungrades vorgesehen sind; und eine
Generatorwicklung, die auf einen laminierten Kern gewickelt ist,
der den Magneten zugewandt angeordnet ist. Mehrere Ventilationsöffnungen sind
im Abstand zueinander im Wesentlichen kreisförmig in dem Bodenwandteil des
Schwungrades angeordnet, und eine Keilnut zur Verbindung mit der Drehwelle
ist an einem Teil des Bossenteils vorgesehen. Die Anordnung zumindest
einer der mehreren Ventilationsöffnungen
ist ungleichmäßig ausgebildet, um
das Ausmaß der
Drehunwucht einschließlich
jener der Teilnut zu verringern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist bei dem Permanentmagnetgenerator, der das Schwungrad
und das Bossenteil aufweist, das einstückig mittels Guss oder Warmumformen
hergestellt ist, die Anordnung zumindest einer der mehreren Ventilationsöffnungen
ungleichmäßig, die
in dem Bodenwandteil des Schwungrades angeordnet sind. Daher kann
das Ausmaß der
Drehunwucht einschließlich
jener der in dem Bossenteil vorgesehenen Keilnut verringert werden,
und kann das Ausmaß einer
Auswuchtkorrekturbearbeitung (Bohren) verringert werden, die bei
einem späteren
Prozess erforderlich ist.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
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1 eine
Aufsicht und eine Längsschnittansicht
eines Permanentmagnetgenerators gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Aufsicht auf ein Beispiel für
ein Schwungrad bei Ausführungsform
1;
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3 eine
Aufsicht auf ein anderes Beispiel für ein Schwungrad bei der Ausführungsform
1;
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4 eine
Aufsicht auf ein anderes Beispiel für ein Schwungrad bei der Ausführungsform
1;
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5 eine
Aufsicht und eine Längsschnittansicht
eines anderen Beispiels für
ein Schwungrad bei der Ausführungsform
1;
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6 eine
Aufsicht und eine Längsschnittansicht
eines Beispiels für
ein Schwungrad bei der Ausführungsform
2;
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7 eine
Aufsicht auf ein weiteres Beispiel für ein Schwungrad bei der Ausführungsform
2;
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8 eine
Aufsicht auf ein weiteres Beispiel für ein Schwungrad bei der Ausführungsform
2; und
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9 eine
Aufsicht und eine Längsschnittansicht
eines weiteren Beispiels für
ein Schwungrad bei der Ausführungsform
2.
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Ausführungsform 1
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Nunmehr
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 die
Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 ist
eine Aufsicht und eine Längsschnittansicht
eines Permanentmagnetgenerators gemäß Ausführungsform 1. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet
ein becherförmiges
Schwungrad, das ein Umfangswandteil und ein Bodenwandteil aufweist.
Das Schwungrad ist mittels Guss oder Warmumformen hergestellt. Ein
Bossenteil 1A, in welchem eine Keilnut 1B vorgesehen
ist, ist einstückig
im Zentrum des Bodenwandteils vorgesehen. Die Keilnut 1B dient
zur Verbindung mit einer Drehwelle und als Drehanschlag in Bezug
auf diese einer Brennkraftmaschine oder dergleichen. Die Keilnut 1B ist
im Zentrum des Bossenteils 1A vorgesehen.
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Das
Bezugszeichen 2 bezeichnet mehrere Magneten, die in Umfangsrichtung
auf dem Umfangswandteil des Schwungrades 1 vorgesehen sind.
Das Bezugzeichen 3 bezeichnet einen zylindrischen Herstellungsring,
der an der Innenseite der kreisförmig
angeordneten Magneten 2 angebracht und befestigt ist. Das
Bezugszeichen 4 bezeichnet ein Harz- oder Formmaterial,
das die Räume
an beiden Querseiten der Magneten 2 und die Räume zwischen
den Enden der einzelnen Magneten 2 füllt, und das die Magneten 2 und
den Schutzring 3 an dem Schwungrad 1 befestigt.
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Das
Bezugszeichen 5 bezeichnet mehrere dünne Stahlplatten (mittlere
Platten), die an der Innenseite des Schwungrades einzeln so vorgesehen sind,
dass sie dem Magneten 2 zugewandt sind. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet
Randplatten, die an beiden Seiten in Querrichtung der dünnen Stahlplatten 5 angeordnet
sind. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen laminierten
Kern, der die mehreren dünnen Stahlplatten 5 und
Randplatten 6 aufweist, und am Gehäuse oder dergleichen der Brennkraftmaschine befestigt
ist. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Generatorwicklung,
die auf den laminierten Kern 7 gewickelt ist. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet
ein Isoliermaterial (beispielsweise ein Harzformmaterial oder eine
Pulverbeschichtung auf Epoxygrundlage) zur Sicherstellung der Isolierung
zwischen dem laminierten Kern 7 und der Generatorwicklung 8.
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Das
Schwungrad 1 und die Magneten 2 bilden einen Rotor.
Der laminierte Kern 7 und die Generatorwicklung 8 bilden
einen Stator. Die erzeugte Ausgangsenergie wird von der Generatorwicklung 8 abgenommen.
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Das
Bezugszeichen 101 bezeichnet mehrere Ventilationsöffnungen,
die in dem Bodenwandteil des Schwungrades 1 vorgesehen
sind. Wie in 2 gezeigt, sind die Ventilationsöffnungen 101 im
Wesentlichen entlang eines Kreises im Abstand zueinander angeordnet,
und ist eine Ventilationsöffnung 101A, also
eine der Ventilationsöffnungen,
anders als die anderen Ventilationsöffnungen angeordnet, um das Ausmaß der Drehunwucht
einschließlich
zumindest jener der Keilnut 1B zu verringern.
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Die
Ventilationsöffnung 101A ist
hierbei so angeordnet, dass sie die Positionsabweichung (Gewichtsabweichung)
der normal angeordneten Ventilationsöffnungen 101 und angebrachter
Bauteile ausgleicht, und das Ausmaß der Drehunwucht einschließlich jener
der Keilnut 1B verringert. Die Ventilationsöffnung 101A dient
zur Verringerung des Gewichts, zusätzlich dazu, dass sie Auswuchtung
verbessert (die Anzahl gebohrter Löcher zur Korrektur der Unwucht
verringert) und die Kühleigenschaften verbessert.
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Das
Bezugszeichen 102 bezeichnet ein gebohrtes Teil zur Auswuchtkorrektur,
die nach dem endgültigen
Zusammenbau durchgeführt
wird.
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In
Bezug auf die Art und Weise der ungleichförmigen Anordnung der Ventilationsöffnungen 101 kann
die Ventilationsöffnung 101A,
die ein Teil darstellt, welches der Keilnut 1B zugewandt
ist, unter den mehreren Ventilationsöffnungen 101, die
in dem Bodenwandteil des Schwungrades 1 vorgesehen sind,
näher an
der Keilnut 1B angeordnet sein, wie in 2 gezeigt
ist, oder es kann alternativ der Anordnungsraum (Abstand) einer
Ventilationsöffnung 101B,
die eine der Ventilationsöffnungen
ist, geändert
werden, wie in 3 gezeigt ist.
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Wenn
Drehpositionsdetektorvorsprünge (Triggerpole) 1C zur
Erfassung des Zündzeitpunkts der
Brennkraftmaschine auf der Außenumfangsoberfläche des
Umfangswandteils des Schwungrades 1 vorgesehen sind, wie
in 4 gezeigt ist, können die Anordnung und die
Abmessungen von Ventilationsöffnungen 101C und 101D so
eingestellt werden, dass die Drehauswuchtung gesteuert wird, einschließlich jener
der Drehpositionsdetektorvorsprünge 1C.
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Alternativ
kann, wenn das Schwungrad 1 eingesetzt wird, bei welchen
mehrere Rippen 1D im Wesentlichen in Radialrichtung zwischen
den mehreren Ventilationsöffnungen
vorgesehen sind, um die Drehsteifigkeit zu verbessern, wie in 5 gezeigt,
ein Schrägteil 1E in
einer Ventilationsöffnung 101E vorgesehen
sein, die eine der Ventilationsöffnungen
darstellt, um das Ausmaß der
Drehunwucht einschließlich
jener der Keilnut 1B zu verringern.
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Wie
voranstehend geschildert, weist bei der Ausführungsform 1 der Permanentmagnetgenerator das
becherförmige
Schwungrad 1 auf, das mittels Guss oder Warmumformen hergestellt
ist, welches das Umfangswandteil und das Bodenwandteil aufweist, und
mit dem Bossenteil 1A zum Haltern der Drehwelle versehen
ist, wobei das Bossenteil 1A einstückig im Zentrum des Bodenwandteils
vorgesehen ist. Die mehreren Ventilationsöffnungen 101 sind
im Wesentlichen entlang eines Kreises im Abstand zueinander in dem
Bodenwandteil des Schwungrades 1 angeordnet, und die Keilnut 1B zur
Verbindung mit der Drehwelle ist an einem Teil des Bossenteils 1A vorgesehen.
Die Anordnung zumindest einer der mehreren Ventilationsöffnungen 101 erfolgt
ungleichmäßig (anders
als bei den anderen), um das Ausmaß der Drehunwucht einschließlich jener
der Keilnut 1B zu verringern. Daher kann das Ausmaß der Drehunwucht
einschließlich
jener der Keilnut 1B exakt verkleinert werden.
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Wenn
die Drehauswuchtung des Schwungrades besser wird, wird darüber hinaus
die Anzahl an gebohrten Löchern
für das
Auswuchten bei dem späteren
Prozess verringert, in entsprechendem Ausmaß, und kann daher die Produktivität verbessert werden.
Gleichzeitig wird eine Verringerung der Dicke infolge des Bohrens
eingeschränkt,
und kann die Drehauswuchtung sichergestellt werden, ohne die Drehsteifigkeit
zu verringern.
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In
Bezug auf das Schwungrad, das mittels Guss oder Warmumformen hergestellt
wird, wird nunmehr ein Beispiel für den Vergleich zwischen dem herkömmlichen
Erzeugnis und dem verbesserten Erzeugnis gemäß Ausführungsform 1 beschrieben, bei welchem
das Ausmaß der
Drehunwucht einschließlich
jener der Keilnut verringert ist. Bei dem herkömmlichen Erzeugnis muss, nachdem
eine Auswuchtkorrekturbearbeitung (Bohren) nur auf dem Schwungrad
durchgeführt
wurde, eine weitere Auswuchtkorrekturbearbeitung bei dem Schwungrad
mit den an diesem angebrachten Bauteilen durchgeführt werden.
Daher beträgt
die Gesamtanzahl gebohrter Löcher
annähernd
13 oder 14. Bei dem verbesserten Erzeugnis muss jedoch keine Auswuchtkorrekturbearbeitung
allein bei dem Schwungrad durchgeführt werden, und ist es ausreichend,
die Auswuchtkorrekturbearbeitung bei dem Schwungrad mit an diesem angebrachten
Bauteilen durchzuführen.
Daher kann die Anzahl an gebohrten Löchern auf 1 bis 3 verringert
werden.
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Ausführungsform 2
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Die 6 bis 9 zeigen
einen Fall des Einsatzes eines Schwungrades mit verringerter Dicke,
um die Abmessungen und das Gewicht zu verringern, als Ausführungsform
2. Anstelle von Ventilationsöffnungen
sind mehrere ausgenommene Teile 201 im Wesentlichen entlang
eines Kreises im Abstand zueinander auf der inneren Oberfläche des
Bodenwandteils des Schwungrades 1 angeordnet, und ist die
Form des Anordnungsabstands (Teilungsabstands) zumindest eines der
mehreren ausgenommenen Teile 201 ungleichförmig gewählt, um
das Ausmaß der
Drehunwucht einschließlich
jener der Keilnut 1B zu verringern.
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6 zeigt
ein Beispiel, bei welchem die Form eines ausgenommenen Teils 201A geändert ist,
welches der Keilnut 1B zugewandt ist, also eines der ausgenommenen
Teile. 7 zeigt ein Beispiel, bei welchem der Anordnungsabstand
(Teilungsabstand) eines ausgenommenen Teiles 201B geändert ist,
welches eines der ausgenommenen Teile ist. 8 zeigt
ein Beispiel, bei welchem die Fläche
eines ausgenommenen Teils 201C vergrößert ist, welches eines der
ausgenommenen Teile ist. 9 zeigt ein Beispiel, bei welchem
eine Schrägfläche 1F am Boden
eines ausgenommenen Teils 201D vorgesehen ist, welches
der Keilnut zugewandt ist, und eines der ausgenommenen Teile ist.
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Wie
voranstehend geschildert, weist bei der Ausführungsform 2 der Permanentmagnetgenerator das
becherförmige
Schwungrad 1 auf, das mittels Guss oder Warmumformen hergestellt
ist, welches das Umfangswandteil und das Bodenwandteil aufweist,
und mit dem Bossenteil 1A zum Haltern der Drehwelle versehen
ist, wobei das Bossenteil 1A einstückig im Zentrum des Bodenwandteils
vorgesehen ist. Die ausgenommenen Teile 201 sind im Wesentlichen
entlang eines Kreises im Abstand zueinander auf der Innenoberfläche des
Bodenwandteils des Schwungrades 1 angeordnet, und die Form
oder der Anordnungsabstand (Teilungsabstand) zumindest eines der
mehreren ausgenommenen Teile 201 ist ungleichförmig gewählt, um
das Ausmaß der
Drehunwucht einschließlich
jener der Keilnut 1B zu verringern. Auf diese Weise kann
das Ausmaß der
Drehunwucht einschließlich
jener der Keilnut 1B exakt verringert werden, und kann
die Auswuchtkorrekturbearbeitungszeit (Bohrzeit), die in dem späteren Prozess erforderlich
ist, verkürzt
werden. Es können
im Wesentlichen die gleichen Auswirkungen wie bei der Ausführungsform
1 erzielt werden.
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Durch
Vorsehen der ausgenommenen Teile, welche nicht die Steifigkeit beeinflussen,
wird ermöglicht,
einfach die Ausführungsform
2 in einem Fall einzusetzen, bei welchem die Dicke des Schwungrades weiter
verringert ist, um eine Verringerung der Abmessungen und des Gewichts
zu erzielen, und eine Ventilationsöffnungsbearbeitung nicht erforderlich
ist.