DE102006029546A1

DE102006029546A1 - Vorrichtung zur Umwandlung von kinetischer in elektrische Energie

Info

Publication number: DE102006029546A1
Application number: DE200610029546
Authority: DE
Inventors: Burkhard Huebner
Original assignee: Huebner Burkhard Dipl-Ing (fh)
Current assignee: Huebner Burkhard Dipl-Ing (fh)
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2007-12-27
Also published as: WO2008000314A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von kinetischer in elektrischer Energie, insbesondere zum Einsatz in Transportcontainern, umfassend mindestens einen feststehenden Stator und mindestens einen beweglichen Rotor, wobei im Falle einer Bewegungsänderung der Vorrichtung als Ganzes aufgrund der Masseträgheit des Rotors eine Relativbewegung zwischen Stator und Rotor erfolgt und die in der Relativbewegung enthaltene kinetische Energie des Rotors und/oder des Stators von der Vorrichtung mindestens teilweise in elektrische Energie umwandelbar ist, wobei der Stator mindestens zweiteilig ausgebildet ist, wobei zwischen den Statorteilen (9, 10) ein Luftspalt ist, wobei die Statorteile (9, 10) Permanent-Magnete (12) umfassen, die ein magnetisches Feld im Luftspalt erzeugen, und der Rotor als Pendeltraverse ausgebildet ist, die schwingungsfähig gelagert ist, wobei die Pendeltraverse mindestens zwei starre Pendelarme (4, 5) umfasst, zwischen denen ein Pendelfuß (7) angeordnet ist, wobei der Pendelfuß (7) Spulen trägt und beweglich im Luftspalt zwischen den Statorteilen (9, 10) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von kinetischer in elektrische Energie, insbesondere zum Einsatz in Transportcontainern.
Aus der DE 10 2004 053 923 A1 ist eine Vorrichtung zur Umwandlung von kinetischer in elektrische Energie bekannt, umfassend mindestens einen feststehenden Stator und mindestens einen beweglichen Rotor, wobei im Falle einer Bewegungsänderung der Vorrichtung als Ganzes aufgrund der Masseträgheit des Rotors eine Relativbewegung zwischen Stator und Rotor erfolgt und die in der Relativbewegung enthaltene Energie des Rotors und/oder des Stators von der Vorrichtung mindestens teilweise in elektrische Energie umwandelbar ist, wobei der Rotor als Pendel ausgeführt ist, welches einen Pendelarm und einen Pendelfuß umfasst und an einer Aufhängung schwingbar gelagert ist. Der Pendelarm ist dabei als Faden ausgebildet. Auf dem Pendelfuß sind Permanent-Magneten und auf dem Stator Luftspulen angeordnet.
Aus der GB 2 234 637 A ist eine Vorrichtung zur Umwandlung von kinetischer in elektrische Energie bekannt, wobei der pendelförmige Rotor an einem Kugelgelenk gelagert ist und zwei Pendelfüße aufweist, auf denen jeweils Permanent-Magnete angeordnet sind. Die beiden Pendelfüße bilden einen Luftspalt, so dass bei einer Bewegung des Rotors der Stator mit den Spulen in den Luftspalt eintauchen kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Umwandlung von kinetischer in elektrische Energie zu schaffen, die einen höheren Wirkungsgrad aufweist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu umfasst die Vorrichtung mindestens einen feststehenden Stator und mindestens einen beweglichen Rotor, wobei im Falle einer Bewegungsänderung der Vorrichtung als Ganzes aufgrund der Masseträgheit des Rotors eine Relativbewegung zwischen Stator und Rotor erfolgt, wobei der Stator mindestens zweiteilig ausgebildet ist, wobei zwischen den Statorteilen ein Luftspalt ist, wobei die Statorteile Permanent-Magnete umfassen, die ein magnetisches Feld im Luftspalt erzeugen und der Rotor als Pendeltraverse ausgebildet ist, die schwingungsfähig gelagert ist, wobei die Pendeltraverse mindestens zwei starre Pendelarme umfasst, zwischen denen ein Pendelfuß angeordnet ist, wobei der Pendelfuß Spulen trägt und beweglich im Luftspalt zwischen den Statorteilen angeordnet ist. Durch die starre Zwangsführung des Pendelfußes kann der Luftspalt zwischen den Statorteilen äußerst schmal ausgebildet werden. Dies erlaubt hohe magnetische Feldstärken und somit einen hohen Wirkungsgrad. Da der Pendelfuß von beiden Seiten über die starren Pendelarme gehalten wird, sind auch Durchbiegungen geringer, so dass die einzuhaltenden Toleranzen am Luftspalt geringer sind.
Vorzugsweise ist die Pendeltraverse über ein Kardangelenk gelagert. Der Vorteil eines Kardangelenkes gegenüber einem Kugelgelenk ist die gerichtete Pendelbewegung, die eine bessere Zuordnung von Permanent-Magneten zu den Spulen ermöglicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Pendelfuß aus Kunststoff ausgebildet, in dem die Spulen eingegossen sind, so dass diese gegen Beschädigungen gut geschützt sind. Vorzugsweise finden dabei Glasfaserkunststoffe Anwendung, die eine hohe Festigkeit aufweisen.
Weiter vorzugsweise sind die Ränder des Pendelfußes mit einem nicht-magnetischen Material, beispielsweise einem Metall, verstärkt, um die Biegefestigkeit des Pendelfußes zu erhöhen.
Der Pendelfuß ist vorzugsweise als Kugelkappe ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist die Breite des Luftspaltes zwischen den Statorteilen konstant. Bei der Ausbildung des Pendelfußes als Kugelkappe sind dann die Statorteile entsprechend konvex bzw. konkav ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Permanent-Magnete als Kreissegmente ausgebildet, was eine höhere Packungsdichte und somit Flussdichte ergibt. Dabei sind die Permanent-Magnete an den Oberflächen konvex (oberes Statorteil) oder konkav (unteres Statorteil) gewölbt und bilden in ihrer Gesamtheit jeweils eine Kugelkappe. Vorzugsweise handelt es sich bei den Magneten um Nd-Magnete. Vorzugsweise werden die Permanent-Magnete auf die Statorteile geklebt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Spulendrähte mit einem rechteckförmigen Querschnitt, weiter vorzugsweise quadratischen Querschnitt, ausgebildet, was die Packungsdichte der Spule erhöht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an mindestens einem Pendelarm ein exzentrisches Zusatzgewicht angeordnet, um insbesondere bei vertikalen Stößen eine verstärkte Pendelanregung zu erhalten, wobei das exzentrische Zusatzgewicht eine dynamische Schwerpunktverlagerung bewirkt. Vorzugsweise ist an dem anderen Pendelarm ein Ausgleichsgewicht angeordnet, damit im stationären Zustand das Pendel symmetrisch zu den Statorteilen steht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht auf eine Vorrichtung zur Umwandlung von kinetischer in elektrische Energie und
2 eine schematische Darstellung eines Statorteils mit als Kreissegmente ausgebildeten Permanent-Magneten.
In der 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Umwandlung kinetischer in elektrische Energie in einer Seitenansicht dargestellt. Hierbei umfasst die Vorrichtung 1 einen Rotor, der über ein Kardangelenk 2 beweglich an einem Träger 3 aufgehängt ist. Der Rotor ist als Pendeltraverse ausgebildet und umfasst zwei starre Pendelarme 4, 5, die im Bereich des Kugelgelenks 2 durch eine Querverstrebung 6 miteinander verbunden sind. Die beiden Pendelarme 4, 5 sind des Weiteren mit einem Pendelfuß 7 verbunden, der die Form einer Kugelkappe aufweist. Der Pendelfuß 7 besteht aus einem Kunststoff, in dem Spulen eingegossen bzw. eingespritzt sind, wobei elektrische Zuleitungen von den Spulen aus dem Pendelfuß 7 herumführen. Zur Erhöhung der Biegefestigkeit kann dabei der Pendelfuß 7 an den Randbereichen mit einem starren Material verstärkt werden. An dem Pendelarm 5 ist ferner exzentrisch ein Zusatzgewicht 8 angeordnet, das beispielsweise mittels eines Federstahldrahtes an dem Pendelarm 5 befestigt ist. Zum Gewichtsausgleich ist ein Gewicht 15 unmittelbar an dem Pendelarm 4 befestigt. Der Stator ist zweigeteilt. Das untere Statorteil 9 ist mit dem Träger 3 fest verbunden. An der Oberseite ist das Statorteil 9 konkav gekrümmt. Das obere Statorteil 10 ist fest mit einer Querstrebe 11 des Trägers 3 verbunden. Alternativ kann die Querstrebe 11 durch eine Längsstrebe ersetzt werden, die von oben durch das Kardangelenk 2 geführt ist. Das untere und obere Statorteil 9, 10 sind vorzugsweise als Metallblock ausgebildet, auf die jeweils Permanent-Magnete 12 geklebt sind. An den Kanten des oberen Statorteils 10 sind des Weiteren Anschläge 13, beispielsweise aus Gummi, angeordnet, die eine Beschädigung der Pendelarme 4, 5 durch Anschlagen am Metallblock verhindern. Die dem unteren Statorteil 9 zugewandte Seite des oberen Statorteils 10 ist konvex ausgebildet, so dass sich zwischen dem unteren Statorteil 9 und dem oberen Statorteil 10 ein Luftspalt konstanter Breite einstellt, in dem der Pendelfuß 7 des Rotors schwingen kann. Durch diese Schwingung wird dann in den Spulen des Pendelfußes 7 eine Spannung induziert, die dann über Leitungen 14 einer Gleichrichterschaltung zugeführt werden kann. Die gleichgerichtete Spannung kann dann zur Ladung eines Energiespeichers, wie beispielsweise einem Kondensator, einem Akkumulator und/oder einer Batterie, verwendet werden. Vorzugsweise wird die Energie vom Kondensator in Abhängigkeit von seiner Aufladung in Intervallen über eine Steuerelektronik dem Akkumulator zur Aufladung zugeführt. Diese elektrische Energie steht dann einem elektrischen Verbraucher, wie beispielsweise einem HF-Sender und/oder -Empfänger, zur Verfügung.
In der 2 ist nun eine bevorzugte Ausbildung der Permanent-Magnete 12 dargestellt. Die Permanent-Magnete 12 sind als Kreissegmente ausgebildet, deren Oberflächen konkav oder konvex gewölbt sind, so dass die Permanent-Magnete 12 insgesamt einen kugelkappenförmigen Luftspalt bilden, so dass eine besonders hohe Packungsdichte und damit eine große magnetische Feldstärke erreichbar ist.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrades können gegebenenfalls zwei Vorrichtungen an einem gemeinsamen Träger angeordnet werden, deren Schwingungsebenen um 90° zueinander versetzt sind.

Claims

Vorrichtung zur Umwandlung von kinetischer in elektrische Energie, insbesondere zum Einsatz in Transportcontainern, umfassend mindestens einen feststehenden Stator und mindestens einen beweglichen Rotor, wobei im Falle einer Bewegungsänderung der Vorrichtung als Ganzes aufgrund der Masseträgheit des Rotors eine Relativbewegung zwischen Stator und Rotor erfolgt und die in der Relativbewegung enthaltene kinetische Energie des Rotors und/oder des Stators von der Vorrichtung mindestens teilweise in elektrische Energie umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator mindestens zweiteilig ausgebildet ist, wobei zwischen den Statorteilen (9, 10) ein Luftspalt ist, wobei die Statorteile (9, 10) Permanent-Magnete (12) umfassen, die ein magnetisches Feld im Luftspalt erzeugen, und der Rotor als Pendeltraverse ausgebildet ist, die schwingungsfähig gelagert ist, wobei die Pendeltraverse mindestens zwei starre Pendelarme (4, 5) umfasst, zwischen denen ein Pendelfuß (7) angeordnet ist, wobei der Pendelfuß (7) Spulen trägt und beweglich im Luftspalt zwischen den Statorteilen (9, 10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendeltraverse über ein Kardangelenk (2) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pendelfuß (7) aus Kunststoff besteht, in dem die Spulen eingegossen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder des Pendelfußes (7) mit einem nicht-magnetischen Material verstärkt sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pendelfuß (7) als Kugelkappe ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Luftspaltes zwischen den Statorteilen (9, 10) konstant ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanent-Magnete (12) als Kreissegmente ausgebildet sind, deren Oberfläche konkav oder konvex gewölbt sind, so dass die Gesamtheit der Permanent-Magnete (12) eines Statorteils (9, 10) eine Kugelkappe bildet.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulendrähte einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Pendelarm (5) ein exzentrisches Zusatzgewicht (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem gegenüberliegenden Pendelarm (4) ein Gewicht (15) zum statinären Gewichtsausgleich angeordnet ist.