DE102006049891A1

DE102006049891A1 - Linear generator for use with e.g. diesel engine, has stator movably supported for its movement, and anchor movably supported to its rotation around axis, where relative movement takes place in reversal points between stator and anchor

Info

Publication number: DE102006049891A1
Application number: DE200610049891
Authority: DE
Inventors: Gerd-Peter Schmieder; Ulrich Kappenstein; Oliver Gerundt; Ralf Diekmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2008-05-15

Abstract

The generator (2) has a stator movably supported for its movement, and an anchor (10) movably supported to its rotation around an anchor axis, where the relative movement takes place in the area of reversal points between the stator and the anchor. The stator is arranged on a carriage, which is movably supported at a linear guide. The stator is designed as a stator piston (21), which is lengthwise pivotablysupported in a stator-cylinder chamber (17), and the anchor is designed as an anchor piston (18), which is lengthwise pivotably supported in an anchor-cylinder chamber (16). An independent claim is also included for a method for operating a linear generator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lineargenerator mit einem Stator und einem sich relativ zum Stator linear hin- und herbewegenden Anker, der seine Bewegungsrichtung in jeweils einem Umkehrpunkt ändert.The The invention relates to a linear generator with a stator and a relative to the stator linearly reciprocating anchor, the changes its direction of movement in each case a reversal point.

Stand der TechnikState of the art

Ein derartiger Lineargenerator wird zum Beispiel in Kombination mit einem Freikolbenmotor zur Stromerzeugung genutzt. Der Freikolbenmotor ist in einer Einheit als Ein- oder Doppelkolbenmotor beziehungsweise als Aufbau mit Gegenkolben ausgeführt. Als Freikolbenmotor können zum Beispiel Verbrennungsmotoren wie Ottomotor oder Dieselmotor, aber auch Wärmekraftmaschinen wie zum Beispiel ein Sterling-Motor, verwendet werden. Der Freikolbenmotor ist extrem einfach aufgebaut und besitzt minimal nur ein einziges bewegliches Teil. Der mindestens eine Kolben der Freikolbenmaschine ist mit einem Anker des Lineargenerators verbunden und bewegt diesen Anker relativ zum Stator des Lineargenerators linear hin und her, sodass der Anker eine oszillierende Linearbewegung ausführt. In den beiden Umkehrpunkten der Bewegungsbahn des Ankers hat dieser jedoch einen kinematischen Nulldurchgang, wobei keine magnetischen Feldlinien des Stators geschnitten werden und somit keine Erzeugung von elektrischer Energie möglich ist. Gute Voraussetzungen für einen hohen Gesamtwirkungsgrad des Generators ergeben sich bei einem Betrieb mit einer Schwingfrequenz von über 20000 Schwingungen pro Minute ohne jegliche Getriebeübersetzung. Dabei ist das Betreiben des Generators am optimalen Betriebspunkt vorteilhaft.One Such linear generator is, for example, in combination with used a free piston engine for power generation. The free-piston engine is in one unit as a single or double piston engine respectively designed as a structure with counter-piston. As a free piston engine can for Example combustion engines such as gasoline engine or diesel engine, but also Heat engines such as a Sterling engine. The free-piston engine is extremely simple and minimal has only one moving part. The at least one piston of the free-piston engine is connected to an armature of the linear generator and moves it Anchor linearly back and forth relative to the stator of the linear generator so that the armature performs an oscillating linear motion. In the two reversal points of the trajectory of the anchor has this however, a kinematic zero crossing, with no magnetic Field lines of the stator are cut and thus no generation of electrical energy possible is. Good conditions for a high overall efficiency of the generator result in a Operating at a vibration frequency of over 20,000 vibrations per minute without any gear ratio. The operation of the generator is at the optimal operating point advantageous.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Bei dem erfindungsgemäßen Lineargenerator ist vorgesehen, dass zum Herbeiführen einer im Bereich der Umkehrpunkte erfolgenden Relativbewegung zwischen Stator und Anker:

– Der Stator für seine Bewegung beweglich gelagert ist und/oder
– der Anker zu seiner Rotation um eine Ankerachse drehbar gelagert ist.

In the case of the linear generator according to the invention, it is provided that to bring about a relative movement between stator and armature taking place in the region of the reversal points:

- The stator is movably mounted for his movement and / or
- The armature is rotatably mounted for rotation about an armature axis.

Die bewegliche Lagerung des Stators und/oder die drehbare Lagerung des Ankers zu seiner Rotation um die Ankerachse ermöglicht trotz des Stillstandes des Ankers bezüglich der Hin- und Herbewegung eine Relativbewegung zwischen Stator und Anker, die durch entsprechende Anordnung der magnetischen Strukturen von Stator und Anker für ein Schneiden der magnetischen Feldlinien in den Umkehrpunkten sorgt. Durch die Überlagerung der linearen Hin- und Herbewegung des Ankers mit einer Relativbewegung zwischen Stator und Anker werden Totzeiten für die Erzeugung elektrischer Energie vermieden und der Wirkungsgrad des gesamten Systems verbessert.The movable bearing of the stator and / or the rotatable mounting of the Ankers allowed for its rotation around the anchor axle despite the stoppage of the anchor of the float a relative movement between the stator and Anchor, by appropriate arrangement of the magnetic structures from stator and anchor for one Cutting the magnetic field lines in the turning points ensures. By the overlay the linear reciprocating motion of the anchor with a relative motion between stator and armature are dead times for the generation of electrical Energy is avoided and the efficiency of the entire system improved.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stator auf einem Schlitten angeordnet ist, der an einer Linearführung beweglich gelagert ist. Durch eine derartige Anordnung des Stators auf einem Schlitten kann dieser relativ zum Anker bewegt werden. Nähert sich der Anker seinem Umkehrpunkt und sinkt die Geschwindigkeit des Ankers unter einen Schwellenwert, so wird der Stator – vorzugsweise entgegen der Bewegungsrichtung des Ankers – in Bewegung gesetzt, wodurch sich die Relativgeschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Stator und Anker erhöht.To a development of the invention is provided that the stator is arranged on a carriage which is movably mounted on a linear guide is. By such an arrangement of the stator on a carriage this can be moved relative to the anchor. The anchor approaches its turning point and the speed of the armature drops below a threshold, so will the stator - preferably against the direction of movement of the anchor - set in motion, causing the relative velocity of the relative movement between stator and anchor increased.

Insbesondere ist vorgesehen, dass der Stator als Statorkolben ausgebildet ist, der in einem Stator-Zylinderraum längsverschieblich gelagert ist und dass der Anker als Ankerkolben ausgebildet ist, der in einem Anker-Zylinderraum längsverschieblich gelagert ist, wobei der Stator-Zylinderraum mit dem Anker-Zylinderraum kommunizierend über eine Fluidverbindung in Verbindung steht. Dazu ist der Lineargenerator zum Beispiel als zylinderförmiges Gehäuse ausgebildet, das in seinem Innern einen zylinderförmigen Anker-Zylinderraum aufweist, der radial von einem hohlzylinderförmigen Stator-Zylinderraum mit einem hohlzylinderförmigen Statorkolben umgeben ist. Im Anker-Zylinderraum führt der als Ankerkolben ausgebildete Anker eine Hin- und Herbewegung durch. Ist der Ankerkolben gegenüber der Mantelwand des Anker-Zylinderraums abgedichtet, so baut der Ankerkolben durch Längsverschiebung in einem Teil des Anker-Zylinderraums einen Überdruck und im anderen Teil des Anker-Zylinderraums einen Unterdruck auf. In dem den Anker-Zylinderraum radial umgebenden Stator-Zylinderraum ist der Statorkolben längsverschieblich gelagert angeordnet. Bei einer hinreichenden Abdichtung des Statorkolbens gegenüber der Mantelinnen- und Mantelaußenwand des Stator-Zylinderraums erzeugt der Statorkolben durch eine Hin- und Herbewegung auf einer Seite einen Unterdruck und auf der gegenüberliegenden Seite einen Überdruck. Sind Stator-Zylinderraum und Anker-Zylinderraum zum Beispiel über Leitungen eines Leitungssystems an ihren Kopfenden miteinander verbunden, so stehen Stator-Zylinderraum und Anker-Zylinderraum kommunizierend über eine Fluidverbindung in Verbindung. Die Fluidverbindung ermöglicht einen Druckausgleich zwischen den Teilen des Stator-Zylinderraums und des Anker-Zylinderraums. Durch diesen Druckausgleich kommt es zu einer gegenseitigen Beeinflussung von Statorkolben und Ankerkolben. Da der Ankerkolben durch eine externe Kraft wie zum Beispiel einem Freikolbenmotor hin- und herbewegt wird, bewegt der als Ankerkolben ausgebildete Anker den als Statorkolben ausgebildeten Stator durch die Fluidverbindung im Stator-Zylinderraum hin und her. Dabei können die Bewegungsrichtungen des Stators und des Ankers durch pneumatische und/oder hydraulische Verschaltung mittels Fluidverbindung so gekoppelt sein, dass sich der Stator und der Rotor – zumindest zeitweise – in entgegengesetzter oder gleicher Richtung bewegen.In particular, it is provided that the stator is designed as a stator piston which is mounted longitudinally displaceably in a stator cylinder space and that the armature is designed as an anchor piston which is longitudinally displaceably mounted in an armature cylinder space, wherein the stator cylinder space with the armature cylinder space communicating via a fluid connection is in communication. For this purpose, the linear generator is designed, for example, as a cylindrical housing which has in its interior a cylindrical armature cylinder space which is surrounded radially by a hollow cylindrical stator cylinder chamber with a hollow cylindrical stator piston. In the anchor cylinder chamber designed as an anchor piston armature performs a reciprocating motion. If the armature piston is sealed off from the jacket wall of the armature cylinder space, the armature piston builds up a positive pressure by longitudinal displacement in one part of the armature cylinder space and a negative pressure in the other part of the armature cylinder space. In the armature cylinder chamber radially surrounding stator cylinder space of the stator piston is arranged to be longitudinally displaceable. With a sufficient sealing of the stator piston relative to the shell inner and outer jacket wall of the stator cylinder chamber, the stator piston generates a negative pressure by a reciprocating movement on one side and an overpressure on the opposite side. If stator cylinder space and armature cylinder space are connected to one another, for example via lines of a line system at their head ends, the stator cylinder space and armature cylinder space communicate with each other via a fluid connection. The fluid connection allows pressure equalization between the parts of the stator cylinder space and the armature cylinder space. This pressure equalization causes a mutual influencing of the stator piston and the armature piston. Since the armature piston is reciprocated by an external force such as a free-piston engine, the armature formed as an armature piston moves the stator formed as a stator piston through the fluid connection in the stator cylinder derraum back and forth. In this case, the directions of movement of the stator and the armature can be coupled by pneumatic and / or hydraulic interconnection by fluid connection so that the stator and the rotor - at least temporarily - move in opposite or the same direction.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass in der Fluidverbindung ein Steuerventil angeordnet ist. Wird die Fluidverbindung zum Beispiel über Leitungen mindestens eines Leitungssystems erstellt, so ist in diesem Leitungssystem ein Steuerventil angeordnet, das die Wirkverbindung zwischen dem Ankerkolben und dem Statorkolben durch Öffnen und Schließen steuert.With Advantage is provided that in the fluid connection, a control valve is arranged. If the fluid connection, for example via lines created at least one line system, so is in this line system a control valve arranged that the operative connection between the Anchor piston and the stator piston by opening and closing controls.

Weiterhin ist vorgesehen, dass Statorkolben und Ankerkolben jeweils als Doppelkolben und dass Stator-Zylinderraum und Anker-Zylinderraum jeweils als Doppelzylinderraum ausgebildet sind. Sind Stator-Zylinderraum und Anker- Zylinderraum auf beiden Stirnseiten über eine Fluidverbindung verbunden, so kann die Wirkverbindung zwischen Statorkolben und Ankerkolben über einen Druckausgleich auf beiden Seiten der Kolben erfolgen. Da hierbei beide Stirnflächen der Kolben genutzt werden, sind Statorkolben und Ankerkolben jeweils als Doppelkolben ausgebildet. Die zwei durch den Anker getrennten Teile (Zylinderräume) des Anker-Zylinderraums, sowie die zwei durch den Stator getrennten Teile (Zylinderräume) des Stator-Zylinderraums bilden je einen Doppelzylinderraum.Farther is provided that stator piston and armature piston each as a double piston and that stator cylinder space and armature cylinder space respectively as Double cylinder space are formed. Are stator cylinder space and Anchor cylinder space on both ends over connected a fluid connection, the active compound between Stator pistons and anchor pistons over a pressure equalization on both sides of the piston. Hereby both faces the pistons used are stator pistons and anchor pistons respectively designed as a double piston. The two separated by the anchor Parts (cylinder chambers) the armature cylinder chamber, as well as the two separated by the stator Parts (cylinder chambers) of the stator cylinder space each form a double cylinder space.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Zylinderräume des Doppelzylinderraums des Stators mit zugehörigen Zylinderräumen des Doppelzylinderraums des Ankers jeweils kommunizierend über eine vorzugsweise mit Steuerventil versehene Fluidverbindung in Verbindung stehen.Farther is provided that the cylinder chambers of the double cylinder space of the stator with associated cylinder spaces of the double cylinder space of the armature each communicating via a preferably provided with control valve fluid connection in connection stand.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Ankerachse mit der Linearachse der Hin- und Herbewegung zusammenfällt. Damit erfolgt die Relativbewegung zwischen Stator und Anker in gleicher Richtung wie die lineare Hin- und Herbewegung des Ankers.With Advantage is provided that the anchor axis with the linear axis the float coincides. This is the relative movement between stator and armature in the same direction as the linear and movement of the anchor.

Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass dem Anker für seine Rotation ein Drehlager zugeordnet ist, das in einer Drehrichtung einen Freilauf aufweist. Bei dem so genannten Drehankerprinzip wird die Relativgeschwindigkeit der Relativbewegung zwischen dem Anker und dem Stator im Bereich der Umkehrpunkte dadurch erhöht, dass die lineare Hin- und Herbewegung des Ankers mit einer Drehbewegung des Ankers überlagert wird. Die Wicklungen des Generators müssen dabei so angeordnet sein, dass die Feldlinien in den Wicklungen auch durch die rotatorische Relativbewegung zwischen Stator und Anker eine Spannung induzieren. Wird der Lineargenerator zum Beispiel von einem Freikolbenmotor angetrieben, so wird beispielsweise die gesamte Kolbenbaugruppe des Freikolbenmotors zusätzlich zur Linearbewegung mit der Rotation (Drehbewegung) überlagert.alternative or additionally is provided that the anchor for its rotation is associated with a pivot bearing, in one direction of rotation having a freewheel. In the so-called rotary anchor principle is the relative velocity of the relative movement between the anchor and the stator in the area of the reversal points increased by that the linear reciprocation of the anchor with a rotary motion of the anchor superimposed becomes. The windings of the generator must be arranged so that the field lines in the windings also by the rotational relative movement induce a voltage between stator and armature. Becomes the linear generator For example, driven by a free-piston engine, so for example the entire piston assembly of the free-piston engine in addition to the linear movement superimposed with the rotation (rotational movement).

Weiterhin ist vorgesehen, dass der Anker auf einer Ankerstange mittels des Drehlagers drehbar gelagert ist, wobei der für die Hin- und Herbewegung in einem Linearlager gelagerten Ankerstange ein Gewindetrieb für eine Rotation der Ankerstange um ihre Längsachse zugeordnet ist. Die Rotation wird dabei durch ein Gewindetrieb mit großer Steigung auf der Kolbenstange oder einer Führungsstange erzeugt. Damit die Drehung nur in einer Richtung erfolgt und somit keine Umkehrpunkte der Rotation entstehen, ist der Anker in einer Drehrichtung mit einem Freilauf versehen.Farther is provided that the anchor on an anchor rod by means of Rotary bearing is rotatably mounted, wherein for the reciprocation in a linear bearing mounted anchor rod a screw drive for a rotation of the Anchor rod around its longitudinal axis assigned. The rotation is thereby by a screw drive with greater Slope generated on the piston rod or a guide rod. In order to the rotation takes place only in one direction and thus no turning points arise the rotation, the anchor is in one direction with provided a freewheel.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass der Anker mit einer geschrägten Wicklung versehen ist. Um durch die Rotation permanent eine induzierte Spannung zu induzieren und damit elektrische Energie zu generieren, müssen die Wicklungen durch schräges Wickeln angepasst werden.With Advantage is provided that the anchor with a slanted winding is provided. To permanently induce an induced voltage through the rotation To induce and thus generate electrical energy, the Windings by oblique To be adjusted.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Lineargenerators mit einem Stator und einem sich relativ zum Stator hin- und herbewegenden Anker, der seine Bewegungsrichtung in jeweils einem Umkehrpunkt ändert, insbesondere eines vorstehend erwähnten Lineargenerators. Dabei ist vorgesehen, dass

– der Stator bewegt wird und/oder
– der Anker um eine Ankerachse gedreht wird.

The invention further relates to a method for operating a linear generator with a stator and a relative to the stator reciprocating armature, which changes its direction of movement in each case a reversal point, in particular of an aforementioned linear generator. It is envisaged that

- The stator is moved and / or
- The anchor is rotated about an anchor axis.

Durch die Relativbewegung zwischen Stator und Anker erzeugt der Lineargenerator auch an den Umkehrpunkten der linearen Hin- und Herbewegung des Ankers elektrische Energie durch die zusätzliche Relativbewegung zwischen Stator und Anker. Somit entstehen für die Erzeugung der elektrischen Energie keine Totzeiten und der Wirkungsgrad des Gesamtsystems wird verbessert. Die zusätzliche Relativbewegung zwischen Stator und Anker kann dabei eine Linearbewegung sein, die durch Bewegung des Stators erreicht wird oder eine Rotationsbewegung sein, die durch Rotation des Ankers erreicht wird.By the relative movement between stator and armature is generated by the linear generator also at the reversal points of the linear float Ankers electrical energy through the additional relative movement between Stator and anchor. Thus arise for the generation of electrical Energy no dead times and the efficiency of the overall system is improved. The additional Relative movement between stator and armature can be a linear movement be achieved by movement of the stator or a rotational movement which is achieved by rotation of the anchor.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It demonstrate:

1 zeigt einen Schnitt durch einen Lineargenerator gemäß Stand der Technik, der mit einem Freikolbenmotor direkt gekoppelt ist, 1 shows a section through a linear generator according to the prior art, which is directly coupled to a free-piston engine,

2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Lineargenerator nach einem ersten Ausführungsbeispiel, 2 a section through a linear generator according to the invention according to a first embodiment,

3 die Geschwindigkeitsverläufe eines Ankers und eines Stators des Lineargenerators gemäß 2 und 3 the velocity curves of an armature and a stator of the linear generator according to 2 and

4 einen auf einer Ankerstange drehbar gelagerten Anker eines Lineargenerators nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. 4 a rotatably mounted on an anchor rod armature of a linear generator according to a second embodiment.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) the invention

Die 1 zeigt einen Freikolbenmotor 1 (Freikolbenmaschine), die mit einem Lineargenerator 2 direkt gekoppelt ist. Der Freikolbenmotor 1 ist dabei als Zweizylinder-Zweitaktmotor 3 ausgebildet. Alternativ kann der Freikolbenmotor jedoch auch als Viertakt-Benzinmotor, Dieselmotor oder als Wärmekraftmaschine, wie zum Beispiel ein Sterling-Motor, ausgebildet sein. Der Freikolbenmotor 1 weist zwei Zylinder 4,5 auf, in denen jeweils ein Kolben 6,7 beweglich gelagert ist, wobei die Kolben 6,7 über jeweils eine Ankerstange 8, 9 und einen Anker 10 des Lineargenerators 2 miteinander verbunden sind. Der zylinderförmige Anker 10 ist radial von einem hohlzylinderförmigen Stator 11 des Lineargenerators 2 umgeben.The 1 shows a free-piston engine 1 (Free-piston machine), which with a linear generator 2 is directly coupled. The free-piston engine 1 is there as a two-cylinder two-stroke engine 3 educated. Alternatively, however, the free-piston engine may be formed as a four-stroke gasoline engine, a diesel engine, or a heat engine such as a Sterling engine. The free-piston engine 1 has two cylinders 4 . 5 on, in each of which a piston 6 . 7 is movably mounted, the pistons 6 . 7 each with an anchor rod 8th . 9 and an anchor 10 of the linear generator 2 connected to each other. The cylindrical anchor 10 is radially from a hollow cylindrical stator 11 of the linear generator 2 surround.

Es ergibt sich folgende Funktion des mit dem Freikolbenmotor 1 direkt gekoppelten Lineargenerators 2: Bei laufendem Freikolbenmotor 1 schiebt der wechselseitige Verbrennungsdruck in den Zylindern 4, 5 die Kolben 6, 7 entlang der Längsachse 12 hin und her. Die Kolben 6, 7 sind dabei über Ankerstangen 8, 9 mit dem Anker 10 des Lineargenerators 2 verbunden, der sich im Stator 11 des Lineargenerators 2 hin- und herbewegt. Durch die Hin- und Herbewegung des Ankers 10 im Stator 11 werden zum Beispiel Permanentmagnete relativ zu einer Wicklungsanordnung mit Wicklungen bewegt. Durch die Lorenzkraft wird dabei eine Wechselspannung induziert, die zum Generieren elektrische Energie durch einen entsprechenden Stromfluss generiert werden kann.This results in the following function of the free-piston engine 1 directly coupled linear generator 2 : When the free-piston engine is running 1 pushes the reciprocal combustion pressure in the cylinders 4 . 5 the pistons 6 . 7 along the longitudinal axis 12 back and forth. The pistons 6 . 7 are about anchor rods 8th . 9 with the anchor 10 of the linear generator 2 connected, located in the stator 11 of the linear generator 2 moved back and forth. By the reciprocation of the anchor 10 in the stator 11 For example, permanent magnets are moved relative to a winding assembly with windings. By Lorenzkraft an alternating voltage is thereby induced, which can be generated to generate electrical energy by a corresponding current flow.

Die 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Lineargenerator 2 nach einem ersten Ausführungsbeispiel, der ebenfalls in Kombination mit einem Freikolbenmotor genutzt werden kann. Dazu wird der erfindungsgemäße Lineargenerator 2 mit einem Freikolbenmotor 1 derart gekoppelt, dass der Anker 10 des Lineargenerator 2 über die Ankerstange 8 mit einem Zylinder 4 des Freikolbenmotors verbunden ist. Der Lineargenerator 2 ist dabei zum Beispiel als zylinderförmiges Gehäuse 12 mit einer Mantelfläche 13 und zwei einander gegenüberliegenden Stirnflächen 14, 15 ausgebildet. Im Innern des Gehäuses 12 befindet sich ein zylinderförmiger Anker-Zylinderraum 16, der radial von einem hohlzylinderförmigen Stator-Zylinderraum 17 umgeben ist. Im Anker-Zylinderraum 16 ist der als Ankerkolben 18 ausgebildete Anker 10 über ein Linearlager 19 entlang der Hauptachse 20 des Lineargenerators 2 beziehungsweise des Freikolbenmotors 1 längsverschieblich gelagert. Im hohlzylinderförmigen Stator-Zylinderraum 17 ist der als hohlzylinderförmiger Statorkolben 21 ausgebildete Stator 11 verschieblich gelagert. Dabei ist der Stator 11 so dimensioniert, dass er mit der Außen- und Innenmantelfläche des Stator-Zylinderraumes 17 hinreichend dicht abschließt und eine geringere Länge aufweist als der Stator-Zylinderraum 17. Auch der als Ankerkolben 18 ausgebildete Anker 10 schließt mit der Mantelfläche des Anker-Zylinderraums 16 relativ dicht ab. An den Stirnflächen 14, 15 des Gehäuses 12 sind Anker-Zylinderraum 16 und Stator-Zylinderraum 17 an beiden Enden 24, 25 mittels als Leitungssysteme 22, 23 ausgebildeten Fluidverbindungen 26, 27 verbunden. Jedes der Leitungssysteme 22, 23 weist dabei ein Steuerventil 28, 29 auf. Alternativ ist insbesondere eine mechanische Kopplung von Anker und Stator vorgesehen, bei der eine Übertragung der Bewegung vom Anker mittels einer Mechanikauf den Stator erfolgt. Die Mechanik ist dabei zum Beispiel ein Gestänge.The 2 shows a linear generator according to the invention 2 according to a first embodiment, which can also be used in combination with a free-piston engine. For this purpose, the linear generator according to the invention 2 with a free-piston engine 1 coupled so that the anchor 10 of the linear generator 2 over the anchor rod 8th with a cylinder 4 the free piston engine is connected. The linear generator 2 is for example as a cylindrical housing 12 with a lateral surface 13 and two opposing faces 14 . 15 educated. Inside the case 12 there is a cylindrical anchor cylinder space 16 that extends radially from a hollow cylindrical stator cylinder space 17 is surrounded. In the anchor cylinder room 16 is that as an anchor piston 18 trained anchor 10 via a linear bearing 19 along the main axis 20 of the linear generator 2 or the free-piston engine 1 mounted longitudinally displaceable. In the hollow cylindrical stator cylinder space 17 is the as a hollow cylindrical stator piston 21 trained stator 11 slidably mounted. Here is the stator 11 dimensioned so that it with the outer and inner circumferential surface of the stator cylinder space 17 sufficiently close and has a shorter length than the stator-cylinder chamber 17 , Also as an anchor piston 18 trained anchor 10 closes with the lateral surface of the anchor cylinder space 16 relatively tight. At the end faces 14 . 15 of the housing 12 are anchor cylinder space 16 and stator cylinder space 17 at both ends 24 . 25 by means of piping systems 22 . 23 trained fluid connections 26 . 27 connected. Each of the pipe systems 22 . 23 has a control valve 28 . 29 on. Alternatively, in particular, a mechanical coupling of armature and stator is provided, in which a transmission of the movement from the armature by means of a mechanism takes place on the stator. The mechanism is, for example, a linkage.

Es ergibt sich folgende Funktion des erfindungsgemäßen Lineargenerators 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel: Wird der als Ankerkolben 18 ausgebildete Anker 10 entlang der Hauptachse 20 linear hin- und herbewegt, so durchläuft er eine lineare Bewegungsbahn mit zwei Umkehrpunkten. Durch die lineare Hin- und Herbewegung des Ankers 10 (Doppelpfeil 30) wird in nicht dargestellten Wicklungen des Lineargenerators 2 durch eine Relativbewegung eines Permanentmagnetfelds zu diesen Wicklungen eine Spannung induziert. Dabei kann zum Beispiel der Anker 10 die Permanentmagnete und der Stator 11 die Wicklungen oder der Anker 10 die Wicklungen und der Stator 11 die Permanentmagnete aufweisen. Die verwendeten Permanentmagnet sind zum Beispiel Seltenerden-Permanentmagnete, die bei kompakter Bauweise und ein hohes Magnetfeld erzeugen können. Wird der Anker 10 hin- und herbewegt, so baut er in einem Teil des Anker-Zylinderraums 16 einen Überdruck und im anderen Teil des Anker-Zylinderraums 16 einen Unterdruck auf. Dieser Überbeziehungsweise Unterdruck wird ausgenutzt, um über die Fluidverbindungen 26, 27 mit den Steuerventilen 28, 29 eine Druckdifferenz zwischen den beiden vom Statorkolben 21 getrennten Stator-Zylinderraum 17 aufzubauen. Dies führt dazu, dass sich der Stator 11 bei geöffneten Steuerventilen 28, 29 und hinreichend großer Druckdifferenz entgegen der Bewegungsrichtung des Ankers 10 bewegt (Her- und Hinbewegung – Doppelpfeil 30'). Der Anker-Zylinderraum 16 und der Stator-Zylinderraum 17 sind jeweils als Doppelzylinderraum 31 mit jeweils zwei Teilen ausgebildet.This results in the following function of the linear generator according to the invention 2 according to the first embodiment: The as an anchor piston 18 trained anchor 10 along the main axis 20 linearly reciprocated, it goes through a linear trajectory with two reversal points. Through the linear reciprocation of the anchor 10 (Double arrow 30 ) is in not shown windings of the linear generator 2 induced by a relative movement of a permanent magnetic field to these windings a voltage. It can, for example, the anchor 10 the permanent magnets and the stator 11 the windings or the anchor 10 the windings and the stator 11 have the permanent magnets. The permanent magnets used are, for example, rare earth permanent magnets, which can produce a compact design and a high magnetic field. Becomes the anchor 10 moved back and forth, so he builds in a part of the anchor cylinder space 16 an overpressure and in the other part of the anchor cylinder space 16 a negative pressure. This excess or negative pressure is exploited to flow through the fluid connections 26 . 27 with the control valves 28 . 29 a pressure difference between the two of the stator piston 21 separate stator cylinder space 17 build. This causes the stator 11 with open control valves 28 . 29 and sufficiently large pressure difference against the direction of movement of the armature 10 moved (back and forth movement - double arrow 30 ' ). The anchor cylinder space 16 and the stator cylinder space 17 are each as a double cylinder space 31 each formed with two parts.

Die 3 zeigt ein Diagramm, bei dem die Geschwindigkeitsverläufe 32, 33 des Ankers 10 und des Stators 11 der 2 als Geschwindigkeit v über der Zeit t dargestellt sind. Durch entsprechende Ansteuerung der Steuerventile 28, 29 kann zum Geschwindigkeitsverlauf 32 des Ankerkolbens 18 ein Geschwindigkeitsverlauf 33 des Statorkolbens 21 erzeugt werden. Der Geschwindigkeitsverlauf 33 des Statorkolbens 21 zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich des Umkehrpunkts des Ankers 10 (Nulldurchgang 34) die Geschwindigkeit des Statorkolbens 21 im Wesentlichen entgegen der Geschwindigkeit des Ankerkolbens 18 gerichtet ist und somit im Umkehrpunkt ein Generieren von elektrischer Energie möglich ist.The 3 shows a diagram in which the speed profiles 32 . 33 of the anchor 10 and the stator 11 of the 2 are represented as speed v over time t. By appropriate An control of the control valves 28 . 29 can change the speed 32 of the anchor piston 18 a speed gradient 33 of the stator piston 21 be generated. The speed course 33 of the stator piston 21 is characterized by the fact that in the area of the reversal point of the armature 10 (Zero crossing 34 ) the speed of the stator piston 21 essentially against the speed of the armature piston 18 is directed and thus at the reversal point generating electrical energy is possible.

Die 4 zeigt einen als Drehkolben 35 ausgebildeten Ankerkolben 18 eines erfindungsgemäßen Lineargenerators 2 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, dem ein als unidirektionales Drehlager 36 ausgebildetes Drehlager 37 zugeordnet ist, das in einer Drehrichtung einen Freilauf aufweist. Die Ankerstange 8, 9 ist einem Gewindetrieb 38 zugeordnet, der die Ankerstange um ihre Längsachse (Ankerachse 39) rotieren lässt. Durch das unidirektionale Drehlager 36 wird der als Ankerkolben 18 ausgebildete Anker 10 in einer Rotationsrichtung von der Ankerstange 8, 9 mitgenommen, wobei der Ankerkolben 18 bei der entsprechenden Rückdrehung der Ankerstange 8, 9 durch den Freilauf des unidirektionalen Drehlagers unbeeinflusst bleibt. Dadurch führt der als Ankerkolben 18 ausgebildete Anker 10 zusätzlich zu seiner Hin- und Herbewegung eine unidirektionale Rotation aus. Durch eine entsprechend geschrägte Wicklung (nicht gezeigt) kann die Rotation genutzt werden, um in der Wicklung eine Spannung zu induzieren und elektrische Energie zu generieren. Da die Rotationsbewegung unabhängig von der Hin- und Herbewegung des Ankers 10 ist, generiert der erfindungsgemäße Lineargenerator 2 in den Umkehrpunkten elektrische Energie.The 4 shows one as a rotary piston 35 trained anchor piston 18 a linear generator according to the invention 2 according to a second embodiment, the one as a unidirectional pivot bearing 36 trained pivot bearing 37 is assigned, which has a freewheel in one direction of rotation. The anchor rod 8th . 9 is a screw drive 38 associated with the anchor rod about its longitudinal axis (anchor axis 39 ) can be rotated. Through the unidirectional pivot bearing 36 becomes the anchor piston 18 trained anchor 10 in a direction of rotation of the anchor rod 8th . 9 taken, with the anchor piston 18 at the corresponding reverse rotation of the anchor rod 8th . 9 remains unaffected by the freewheel of the unidirectional pivot bearing. This leads to the anchor piston 18 trained anchor 10 in addition to its reciprocating motion, a unidirectional rotation. By a correspondingly inclined winding (not shown), the rotation can be used to induce a voltage in the winding and to generate electrical energy. Because the rotational movement is independent of the reciprocating motion of the anchor 10 is generated by the linear generator according to the invention 2 in the reversal points electrical energy.

Claims

Linear generator having a stator and a relative to the stator linearly reciprocating armature, which changes its direction of movement in each case a reversal point, characterized in that for bringing about a relative movement between stator and armature in the region of the reversal points: - the stator ( 11 ) is movably mounted for its movement and / or - the anchor ( 10 ) to its rotation about an anchor axis ( 39 ) is rotatably mounted.

Linear generator according to claim 1, characterized in that the stator ( 11 ) is arranged on a carriage which is movably mounted on a linear guide.

Linear generator according to one of the preceding claims, characterized in that the stator ( 11 ) as a stator piston ( 21 ) formed in a stator cylinder space ( 17 ) is mounted longitudinally displaceable and that the anchor ( 10 ) as an anchor piston ( 18 ) is formed in an anchor cylinder space ( 16 ) is mounted longitudinally displaceable, wherein the stator cylinder space ( 17 ) with the anchor cylinder space ( 16 ) communicating via a fluid connection ( 26 . 27 ).

Linear generator according to one of the preceding claims, characterized in that in the fluid connection ( 26 . 27 ) a control valve ( 28 . 29 ) is arranged.

Linear generator according to one of the preceding claims, characterized in that stator pistons ( 21 ) and anchor pistons ( 18 ) each as a double piston and that stator cylinder space ( 17 ) and anchor cylinder space ( 16 ) each as a double cylinder space ( 31 ) are formed.

Linear generator according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder chambers of the double cylinder space ( 31 ) of the stator ( 11 ) with associated cylinder chambers of the double cylinder space ( 31 ) of the anchor ( 10 ) each communicating via a preferably with control valve ( 28 . 29 ) provided fluid connection ( 26 . 27 ) keep in touch.

Linear generator according to one of the preceding claims, characterized in that the armature axis ( 39 ) with the linear axis of the reciprocating motion ( 20 ) coincides.

Linear generator according to one of the preceding claims, characterized in that the armature ( 10 ) for its rotation a pivot bearing ( 37 ), which has a freewheel in one direction of rotation.

Linear generator according to one of the preceding claims, characterized in that the armature ( 10 ) on an anchor rod ( 8th . 9 ) by means of the pivot bearing ( 37 ) is rotatably mounted, wherein for the reciprocating motion in a linear bearing ( 19 ) mounted anchor rod ( 8th . 9 ) a screw drive ( 38 ) for a rotation of the anchor rod ( 8th . 9 ) is associated with its longitudinal axis.

Linear generator according to one of the preceding claims, characterized in that the armature ( 10 ) is provided with a slanted winding.

Method for operating a linear generator having a stator and a relative to the stator linearly reciprocating armature, which changes its direction of movement in each case a reversal point, in particular a linear generator according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that, in order to bring about a relative movement between the stator and the armature in the region of the reversal points: the stator is moved and / or the armature is rotated about an armature axis.