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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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BEREICH DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnet-Generator, der Energie unter der elektromagnetischen Induktionswirkung zwischen Magneten und einer Ankerwicklung basierend auf der Drehbewegung eines Schwungsrads erzeugt.
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
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Bei einem bekannten Magneten-Generator treten aufgrund eines magnetischen Wechselfeldes, das durch Magneten während der Drehbewegung eines Schwungrads erzeugt wird, ein Hystereseverlust und ein Wirbelstrom in einem laminierten Kern auf, und ein Kupferverlust und verschiedene thermische Verluste sind in einer Wicklungsspule vorhanden, die zur Energieerzeugung beiträgt. Der Widerstand der Energieerzeugungsspule wird durch die verschiedenen thermischen Verluste erhöht, was zu dem Problem führt, dass ein Ausgangsstrom verringert wird. In dem Schwungrad (Rotor) des Magnet-Generators sind daher mehrere Lüftungslöcher mit eine großen Fläche in einer napfförmigen Bodenfläche vorgesehen, um eine Kühlleistung (Lüftungseffizienz) und eine Energieerzeugungseffizienz zu verbessern. Es ist auch bekannt, dass der Bodenbereich des Schwungrads mit mehreren Rippen versehen ist, durch die ein erzwungener Luftstrom während der Drehbewegung der Schwungscheibe erzeugt wird, wodurch die Kühlung der Energieerzeugungsspule gefördert wird. (Siehe hierzu
JP 2002-101 630 A ,
JP 2004-324 899 A und
JP 2003-333 801 A .)
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Bei der Herstellung solcher Rippen müssen diese jedoch mittels Einsetzformen einteilig mit dem Schwungrad ausgebildet werden, womit eine Bearbeitung einhergeht, die viele Mannstunden bezüglich einer entsprechenden Harzausbildungsform erfordert, was zu dem Problem führt, dass die Herstellungskosten hoch sind. Zur Lösung dieses Problems wurde vorgeschlagen, dass anstelle der Rippen Vorsprünge, die an der Seite der Energieerzeugungsspule vorstehen, an den Umfangskantenteilen der Lüftungslöcher durch einen plastischen Umformprozess ausgebildet werden, wodurch die Turbulenz von Luftströmen in dem Schwungrad während der Drehbewegung desselben erzeugt wird (siehe hierzu
JP 2005-318 685 A ).
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Bei diesem Schwungrad (Rotor) des bekannten Magnet-Generators, das mit den Vorsprüngen ausgebildet ist, wird eine Kühlleistung verbessert. Jedoch müssen eine Gratbearbeitung und dergleichen durchgeführt werden, um die Vorsprünge an den Umfangskantenteilen der Lüftungslöcher auszubilden, weshalb der Herstellungsprozess der Vorsprünge weiterhin kompliziert ist. Ferner sind eine große Anzahl von Lüftungslöchern mit großer Fläche erforderlich, um die Wärmeerzeugung der Energieerzeugungsspule effizient durch ein Entlüften zu verringern und um die Senkung des Ausgangsstroms zu unterdrücken, und eine Mehrzahl von Schraubenlöchern sind zwischen den Lüftungslöchern vorzusehen, um eine Befestigungskomponente für das Schwungrad (wie beispielsweise eine Einrichtungs-Kupplung) zu montieren, um das Schwungrad (Bodenfläche) zu versteifen.
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Daher wurde die Plattendicke des Schwungrads erhöht, um die Steifheit der Schwungradbodenfläche sicherzustellen. Da die Lüftungslöcher des Schwungrads und seine Schraubenlöcher meist durch eine Schneidbearbeitung ausgebildet werden, war eine lange Bearbeitungsdauer einer dicken Platte erforderlich, und durch die Behandlung von Graten und Kanten nach der Schneidbearbeitung wurden hohe Bearbeitungskosten verursacht.
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Die
DE 602 06 829 T2 offenbart den Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere einen Motor für eine elektrische Maschine, bei welchem die an den Kühlluftöffnungen angebrachten Rippen den Fluss der Kühlluft in die gewünschte Richtung lenken sollen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung soll die zuvor beschriebenen Probleme lösen, und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnet-Generator zu schaffen, bei dem das Lochbasisteil jedes der Lüftungslöcher, die in dem Schwungrad (Rotor) des Magnet-Generators vorgesehen sind, mit einer gratlosen, abgerundeten (durchhängenden) Form ausgebildet ist, wodurch eine Kühleffizienz verbessert und auf eine Nachbehandlung von Graten und Kanten nach der Schneidbearbeitung verzichtet werden kann, so dass die Produktivität stark verbessert werden kann.
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Ein Magnet-Generator gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein napfförmiges Schwungrad, mehrere Magneten und eine Energieerzeugungsspule. Das Schwungrad ist aus einem zylindrischen Bereich und einem Bodenbereich ausgebildet, der mit dem zylindrischen Bereich verbunden ist. Die Magneten sind an einer Innenumfangsfläche des zylindrischen Bereichs des Schwungrads angeordnet. Die Energieerzeugungsspule, die in dem Schwungrad den Magneten gegenüber angeordnet ist, erzeugt Energie unter einer elektromagnetischen Induktionswirkung mit den Magneten. Das Schwungrad umfasst in seinem Bodenbereich mehrere Lüftungslöcher, und eine gratlose, abgerundete Form ist zumindest an einem Lochrand jedes der Lüftungslöcher ausgebildet, wobei das Rundungsmaß größer ist als ein herkömmliches Abfasungsmaß. Nachfolgend ist der Lochrand auch als Lochbasisteil, und die abgerundete Form auch als durchhängende Form bezeichnet.
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Gemäß der Erfindung ist das Lochbasisteil jedes der Mehrzahl von Lüftungslöchern, die in dem napfförmigen Schwungrad (Rotor) vorgesehen sind, mit der durchhängenden Form ausgebildet, weshalb ein Magnet-Generator erzielt werden kann, dessen Kühleffizienz und Energieerzeugungseffizienz verbessert sind. Dank der durchhängenden Form des Lochbasisteils jedes der Lüftungslöcher kann zudem ein Magnet-Generator erzeugt werden, bei dem auf eine Nachbehandlung von Graten und Kanten nach der Schneidbearbeitung verzichtet und eine beträchtliche Verringerung der Kosten erzielt werden kann. Ferner werden die Lüftungslöcher in einem Schmiedebearbeitungsschritt ausgebildet, wodurch ein Magnet-Generator erzielt werden kann, der eine starke Verbesserung in Bezug auf die Produktivität zulässt.
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Die zuvor genannte Aufgabe, die genannten und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden genauen Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Magnet-Generator gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine linke Seitenansicht in der 1;
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3 ist ein Temperaturgraph, der die Vorteile der Erfindung zeigt;
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4 ist eine Ansicht, die eine allgemeine Schmiedetechnik des Stands der Technik zeigt;
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5 ist eine Ansicht, die eine schematische Schmiedetechnik der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine Modifikation bezüglich der durchhängenden Form jedes Lüftungsloches gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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7 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine weitere Modifikation bezüglich der durchhängenden Form jedes Lüftungsloches gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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8 ist eine Querschnittsansicht, die noch eine weitere Modifikation bezüglich der durchhängenden Form jedes Lüftungsloches gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
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9 ist eine Querschnittsansicht, die noch eine weitere Modifikation bezüglich der durchhängenden Form jedes Lüftungsloches gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines Magnet-Generators beschrieben, der die vorliegende Erfindung anwendet.
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1 ist eine vertikale Schnittansicht, die einen Magnet-Generator gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei 2 eine linke Seitenansicht der 1 ist. Der Magnet-Generator umfasst einen Rotor 1, der mit einer Verbrennungsmaschine verbunden ist, und einen Stator 2, der an einem Befestigungselement (nicht gezeigt) gegenüber dem Rotor 1 befestigt ist. Der Rotor 1 umfasst ein napfförmiges Schwungrad 3, das einen zylindrischen Außenumfangsbereich 4, einen Buckelbereich 5 innerhalb des zylindrischen Bereichs 4 und einen Bodenbereich 6 aufweist, der den zylindrischen Bereich 4 und den Buckelbereich 5 miteinander verbindet, wobei das Schwungrad 3 um die Drehachse A-A gedreht wird. Der Buckelbereich 5 ist an eine Drehwelle (nicht gezeigt) befestigt, die drehend durch die Verbrennungsmaschine angetrieben wird.
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Mehrere Permanentmagneten 7 sind an der Innenumfangsfläche des zylindrischen Bereichs 4 des Schwungrads 3 befestigt. Die Mehrzahl von Permanentmagneten 7 ist in vorbestimmten Winkelintervallen gleichmäßig um die Drehachse A-A angeordnet, und die benachbarten Permanentmagneten 7 sind mit entgegen gesetzten Polaritäten magnetisiert, so dass die Permanentmagneten 7 magnetische Felder erzeugen, deren Richtungen sich abwechselnd ändern. Ferner ist ein zylindrischer Schutzring 8 zur Montage der Magneten 7 in engem Kontakt mit den Innenumfangsflächen der entsprechenden Permanentmagnete 7 angeordnet. Harz oder geformte Elemente 9 sind in Räume außerhalb beider Enden jedes Permanentmagneten 7 in der Richtung der Drehachse A-A und in den gegenseitigen Intervallen der entsprechenden Permanentmagneten 7 in der Umfangsrichtung des Schwungrads 3 gepackt.
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Dank der geformten Elemente 9 sind die Mehrzahl von Permanentmagneten 7 und der Schutzring 8 fest an der Innenumfangsfläche des zylindrischen Bereichs 4 des Schwungrads 3 befestigt. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet einen laminierten Kern, der aus mehreren Stahlblechen hergestellt und innerhalb des Schwungrads 3 gegenüber den Permanentmagneten 7 angeordnet ist. Die Bezugsziffer 11 bezeichnet eine Energieerzeugungsspule, die um den laminierten Kern 10 gewickelt ist. Mehrere Lüftungslöcher 12 sind in der Innenseitenfläche des Schwungrads 3 vorgesehen. Mehrere Schraubenlöcher 13 dienen zum Befestigen einer Befestigungskomponente für das Schwungrad (wie beispielsweise eine Kupplung).
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Die Mehrzahl von Lüftungslöchern 12 ist in Umfangsintervallen in dem Bodenbereich 6 des Schwungrads 3 ausgebildet. Das Lochbasisteil jedes Lüftungslochs 12 weist eine durchhängende Form auf. Obwohl ein Herstellungsverfahren für die durchhängende Form nachfolgend beschrieben wird, ist diese durchhängende Form zu einer im Wesentlichen runden Form geformt, die stärker als ein herkömmliches Abfasungsmaß geschnitten ist (C 0,5–1,0).
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3 zeigt einen Temperaturgraph, der experimentell bewiesen hat, dass die durchhängende Form an dem Lochbasisteil jedes Lüftungslochs des Schwungrads ausgebildet ist, wodurch die Absenkung einer Spulensättigungstemperatur und somit die Verbesserung eines Ausgangsstroms erzielt wird. Unter Bezugnahme auf die Figur repräsentiert die Abszissenachse die Antriebsdrehzahl (Umdrehung/Minute) des Magnet-Generators, während die Ordinatenachse links die Temperatur (°C) der Energieerzeugungsspule 11 und rechts den Ausgangsstrom (A) der Energieerzeugungsspule 11 an der rechten Seite repräsentiert. Als ein Vergleichsbeispiel ist die Temperaturkennlinie eines Magnet-Generators als T2 dargestellt, bei dem das Lochbasisteil jedes Lüftungslochs keine durchhängende Form aufweist, und die Energieerzeugungskennlinie desselben ist als G2 dargestellt. Im Übrigen ist die Temperatur die Sättigungstemperatur. Die experimentellen Ergebnisse haben bestätigt, dass, wenn die erste Ausführungsform mit dem Vergleichsbeispiel verglichen wird, die Temperaturkennlinie T1 der Energieerzeugungsspule 11 stark abfällt, und dass dank des Temperaturabfalls auch der Widerstand der Energieerzeugungsspule 11 sinkt, um die Energieerzeugungsmenge G1 zu erhöhen, wodurch eine Energieerzeugungseffizienz verbessert wird.
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Ferner, wie es aus der nachfolgenden Gleichung des Bernoulli-Lehrsatzes betreffend eine Flüssigkeit hervorgeht, wird die Durchgangsflächenänderung jedes Lüftungslochs gleich der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit eines Kühlmediums, so dass die effiziente Aufnahme (Ansaugen) und Abgabe (Auslassen) eines Ventilationsstroms durch die durchhängende Form realisiert werden kann: P + ½ρV2 = konstant
{P: Druck, ρ: Dichte, und V: Strömungsgeschwindigkeit}
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 ein Schmiedeschritt bei der Herstellung jedes Lüftungslochs 12 im Vergleich zum Stand der Technik beschrieben. 4 zeigt die Kombination eines Stempels 20 (männlich) und von Gesenken 22 (weiblich) in einer allgemeinen Schmiedebearbeitungsansicht. Das Schwungrad 3 ist auf den Gesenken 22 angeordnet, und der Stempel 20 wird dazu gebracht, das Schwungrad 3 in Richtung des Pfeils zu durchdringen, wodurch das Lüftungsloch 12 ausgebildet wird. Hierbei fährt die Durchdringungsbewegung in der Richtung vom Stempel 20 zu den Gesenken 22 aufgrund einer Formstruktur fort, und Grate und Kanten X werden an einer Endfläche des Lüftungslochs 12 unweigerlich erzeugt. Zudem entsteht ein geringfügiger Durchhang Y1 an der anderen Endfläche.
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Hingegen zeigt 5 eine grundlegende Formstrukturansicht gemäß der Erfindung. Da ein erster Stempel 20 und ein zweiter Stempel 21 einander gegenüber angeordnet sind, stoßen sie in einem Lüftungslochteil gegeneinander. Daher werden die Kanten X nicht erzeugt, und es kann ein Lüftungsloch 12 hergestellt werden, das große Stanzdurchhänge Y2 und Y3 an beiden seiner Seiten aufweist.
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Wie es zuvor beschrieben wurde, können die Lüftungslöcher gemäß dem Magnet-Generator der Erfindung dank der Anpassung des Schmiedeschrittes mit der durchhängenden Form versehen werden, ohne dass Grate und Kanten entstehen. Entsprechend kann auf eine Nachbearbeitung der Grate und Kanten nach der Stanzbearbeitung verzichtet werden, weshalb eine starke Verbesserung in Bezug auf die Produktivität zu erwarten ist.
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Zweite Ausführungsform
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Die 6 und 7 zeigen Modifikationen der durchhängenden Form jedes Lüftungslochs gemäß der zweiten Ausführungsform. 6 zeigt ein Beispiel, bei dem das Lochbasisteil jedes Lüftungslochs 12 eines Schwungrads 3 an der Seite einer Generatorspule 11 mit einer durchhängenden Form ausgebildet ist, wodurch eine Abgabeeffizienz verbessert wird. Zudem zeigt 7 ein Beispiel, bei dem das Lochbasisteil jedes Lüftungslochs 12 eines Schwungrads 3 an der Außenseite des Schwungrads 3 mit einer durchhängenden Form ausgebildet ist, wodurch die Ansaugeffizienz verbessert wird.
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Wenn ein Magnet-Generator in einer Gasatmosphäre angeordnet ist, steigt allgemein die Temperatur im Inneren des Schwungrads 3 (der Luftdruck sinkt) aufgrund der Wärmeerzeugung der Energieerzeugungsspule 11 an, und Wärme strömt durch die Lüftungslöcher 12 zur Außenseite (eine Seite mit geringer Temperatur). Die Durchgangsfläche jedes der Lüftungslöcher 12 ändert sich (wird kleiner) in Richtung der Außenseite des Schwungrads 3, wie es in 6 gezeigt ist, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit eines Lüftungsstroms, der geradeaus strömt, erhöht wird, so dass eine Kühlleistung stark verbessert wird. Wenn ein erzwungener Kühlstrom von der Außenseite existiert, werden die durchhängenden Formen beider Enden des Lochbasisteils jedes Lüftungslochs verschieden ausgebildet, wie es in 7 gezeigt ist, wodurch die Ansaugeffizienz des Kühlstroms von der Außenseite verbessert werden kann. Es ist unnötig darauf hinzuweisen, dass derartige Formänderungen einfach ausgebildet werden können, indem die Formen der Stempel 20 und 21 und der Gesenke 22 verändert werden.
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Dritte Ausführungsform
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 8 und 9 weitere Modifikationen der durchhängenden Form jedes Lüftungslochs gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. Bei dem in 8 gezeigten Lüftungsloch 12 eines Schwungrads ist ein Durchhang an der Seite einer Drehrichtung (Umfangsrichtung) größer als ein Durchhang an der Seite einer radialen Richtung ausgebildet. Entsprechend kann eine Strömungsgeschwindigkeitsdichte der Drehrichtung verbessert werden, um eine Kühlleistung weiter zu verbessern.
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Hingegen ist bei dem in 9 dargestellten Lüftungsloch 12 eines Schwungrads ein Durchhang an der Seite einer Drehrichtung (Umfangsrichtung) größer als ein Durchhang an der Seite einer radialen Richtung ausgebildet, und die Durchhangrichtung ist mit einem Winkel versehen. Entsprechend wird eine Strömungsgeschwindigkeits-Dichteverteilung in einer Stromlinienform (ähnlich eines Gebläsestroms) erzielt, und eine Kühlleistung wird verbessert.
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Obwohl die durchhängenden Formen der Lochbasisteile der Lüftungslöcher in Anbetracht der Verbesserung der Produktivität (Verringerung der Kosten) beschrieben wurden, als würden sie mit Hilfe einer Schmiedebearbeitung realisiert, können sie auch durch eine Schneidbearbeitung (Endfräsbearbeitung) oder durch eine Abschrägbearbeitung wie beim Stand der Technik realisiert werden, und natürlich wird auch in diesem Fall ein ähnlicher Kühleffekt erzielt.
