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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnet-Generator, der
unter der elektromagnetischen Induktionswirkung von Permanentmagneten
und Magnetspulen bei der Drehung eines Schwungrads Elektrizität
erzeugt.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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In
der Vergangenheit wurde ein Magnet-Generator vorgeschlagen, der
ein napfförmiges Schwungrad, das sich um eine Drehachse
dreht, mehrere Permanentmagneten, die fest an einer Innenumfangswandfläche
des Schwungrads gehalten sind, ein Magnet-Positionierelement, das
aus einem Harz hergestellt und an einer Innenseite des Schwungrads
angeordnet ist, um die Permanentmagneten an dem Schwungrad einteilig
mit diesem zu positionieren und zu befestigen, einen Statorkern, der
an einer Innenseite der Permanentmagneten angeordnet ist und mehrere
Zähne aufweist, die zu einer radialen Außenseite
vorstehen, und eine Magnetspule umfasst, die aus einem Leiter ausgebildet
ist, der um jeden der Zähne gewickelt ist (siehe beispielsweise
ein erstes Patentdokument:
japanische offengelegte
Patentanmeldung Nr. 2003-319586 (Seite 5 und
8)).
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Zudem
wurde ein weiterer Magnet-Generator vorgeschlagen, der ein zylindrisches
Abdeckschutzelement, das an einer Innenseite der Permanentmagneten
angeordnet ist und einen Kragenbereich aufweist, der in eine radiale
Außenrichtung derart gebogen ist, dass er die Permanentmagneten stützt,
sowie ein Schwungrad umfasst, das Eingriffssegmente aufweist, die
an seiner offenen Endfläche ausgebildet sind, um den Kragen
im plastisch umgeformten Zustand zu halten (siehe beispielsweise
ein zweites Patentdokument:
japanische
offengelegte Patentanmeldung Nr. H10-145996 (Seite 4,
2)).
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Bei
dem Magnet-Generator, der in dem zuvor genannten ersten Patentdokument
beschrieben ist, bestand das nachfolgend genannte Problem. Die Bewegung
in der Umfangsrichtung der Permanentmagneten wird durch die Einpassbereiche
beschränkt, die an einer Umfangsseitenfläche des
Schwungrads derart ausgebildet sind, dass sie jeweils zwischen benachbarten
Permanentmagneten vorstehen, wobei sie jedoch keine Funktion dahingehend
aufweisen, die Bewegung in der axialen Richtung der Permanentmagneten
aktiv zu beschränken, so dass die Gefahr besteht, dass
sich die Permanentmagneten zu einer Öffnungsseite des Schwungrads
aufgrund einer Erhöhung des Gewichts der Permanentmagneten
oder eines Anstiegs einer äußeren Last (Maschinenvibration
oder dergleichen) bewegen.
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Auch
bei dem zuvor beschriebenen zweiten Patentdokument besteht das nachfolgende
Problem. Der Kragenbereich ist an einem offenen Endbereich des Abdeckschutzelementes
ausgebildet, und die Eingriffssegmente des Schwungrads sind mit
dem Kragenbereich durch plastische Umformung desselben in Eingriff.
Entsprechend sind die Herstellungskosten hoch, und die Bewegung
der Permanentmagneten in der axialen Richtung kann durch die plastisch
deformierten Eingriffssegmente beschränkt werden, wobei
jedoch die Gefahr besteht, dass die Permanentmagneten zu der Öffnungsseite
des Schwungrads ähnlich wie bei dem zuvor beschriebenen
ersten Patentdokument bewegt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung soll die zuvor beschriebenen Probleme lösen,
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnet-Generator zu
schaffen, der dazu geeignet ist, eine Unterdrückungskraft
zu erhöhen, um eine Bewegung von Permanentmagneten zu einer Öffnungsseite
eines Schwungrads bei einfacher Konstruktion und geringen Kosten
zu unterdrücken.
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Gemäß einem
Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Magnet-Generator,
der aufweist: ein Schwungrad, das sich um eine Drehachse dreht; mehrere
Permanentmagneten, die fest an einer Innenumfangswandfläche
des Schwungrads gehalten sind; ein Magnet-Positionierelement, das
aus einem Harz hergestellt und an einer Innenseite des Schwungsrads
angeordnet ist, um die Permanentmagneten an dem Schwungrad integral
mit diesem zu positionieren und festzuhalten; einen Statorkern, der
an einer Innenseite der Permanentmagneten angeordnet ist und mehrere
Zähne aufweist, die zu einer radialen Außenseite
vorstehen; und Magnetspulen, die jeweils aus einem Leiter ausgebildet
sind, der um die einzelnen Zähne gewickelt ist. Das Schwungrad
umfasst einen Vorsprung oder eine Nut, die an seiner Innenumfangswandfläche
an einer Öffnungsseite desselben ausgebildet ist. Das Magnet-Positionierelement
umfasst ein Element zum Verhindern eines Lösens von Magneten,
das an einer Öffnungsseite des Schwungrads derart ausgebildet
ist, dass es Endflächen der Permanentmagneten bedeckt,
und das Element zum Verhindern eines Lösens von Magneten
umfasst eine Nut oder einen Vorsprung, der derart ausgebildet ist,
dass es mit dem Vorsprung oder der Nut des Schwungrads in Eingriff
kommt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Magnet-Generator,
der ein Schwungrad, das sich um eine Drehachse dreht; mehrere Permanentmagneten,
die fest an einer Innenumfangswandfläche des Schwungrads
gehalten sind; ein Magnet-Positionierelement, das aus einem Harz
hergestellt und an einer Innenseite des Schwungrads derart angeordnet
ist, um die Permanentmagneten an dem Schwungrad integral mit diesem
zu positionieren und festzuhalten; einen Statorkern, der an einer
Innenseite der Permanentmagneten angeordnet ist und mehrere Zähne
aufweist, die zu einer radialen Außenseite vorstehen; und
Magnetspulen umfasst, die jeweils aus einem Leiter ausgebildet sind,
der um die einzelnen Zähne gewickelt ist. Das Schwungrad
hat einen Kragenbereich, der an einem Öffnungsbereich desselben
ausgebildet ist, und das Magnet-Positionierelement umfasst ein Element zum
Verhindern eines Lösens von Magneten, das an einer Öffnungsseite
des Schwungrads derart ausgebildet ist, dass es zwischen Endflächen
der Permanentmagneten und dem Kragenbereich angeordnet ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Magnet-Generator,
umfassend: ein Schwungrad, das sich um eine Drehachse dreht; mehrere
Permanentmagneten, die fest an einer Innenumfangswandfläche
des Schwungrads gehalten sind; ein Magnet-Positionierelement, das aus
einem Harz hergestellt und an einer Innenseite des Schwungrads angeordnet
ist, um die Permanentmagneten an dem Schwungrad integral mit diesem zu
positionieren und festzuhalten; ein zylindrisches Abdeckschutzelement,
das entlang einer Innenwandfläche des Magnet-Positionierelementes
derart angeordnet ist, dass es die Permanentmagneten schützt; einen
Statorkern, der an einer Innenseite der Permanentmagneten angeordnet
ist und mehrere Zähne aufweist, die zu einer radialen Außenseite
vorstehen; und Magnetspulen, die jeweils aus einem Leiter ausgebildet
sind, der um die einzelnen Zähne gewickelt ist. Das Abdeckschutzelement
umfasst einen Kragenbereich, das an seinem Umfangsende an einer Öffnungsseite
des Schwungrads ausgebildet ist. Das Magnet-Positionierelement hat
ein Element zum Verhindern eines Lösens von Magneten, das
an der Öffnungsseite des Schwungrads derart ausgebildet
ist, dass es Endflächen der Permanentmagnete abdeckt, und
der Kragenbereich ist in dem Element zum Verhindern eines Lösens
von Magneten eingebettet.
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Gemäß einem
Magnet-Generator der vorliegenden Erfindung ist es möglich,
eine Unterdrückungskraft zu erhöhen, um eine Bewegung
der Permanentmagneten zu einer Öffnungsseite eines Schwungrads
bei einfacher Konstruktion und bei geringen Kosten zu unterdrücken.
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Die
zuvor genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden Fachleuten anhand der nachfolgenden
genauen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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 Vorderansicht eines Magnet-Generators gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine seitliche Querschnittsansicht eines Rotors des in 1 dargestellten
Magnet-Generators.
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3 ist
eine seitliche Querschnittsansicht einer modifizierten Form des
Rotors des Magnet-Generators gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
eine seitliche Querschnittsansicht, die einen Rotor eines Magnet-Generators
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 ist
eine seitliche Querschnittsansicht, die einen Rotor eines Magnet-Generators
gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
genauer unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
In den einzelnen Figuren sind gleiche oder einander entsprechende
Elemente oder Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern oder Bezugssymbolen
gekennzeichnet.
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Erste Ausführungsform
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 eine Vorderansicht
eines Magnet-Generators gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine
seitliche Querschnittsansicht, die einen Rotor 1 des in 1 dargestellten
Magnet-Generators zeigt.
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Dieser
Magnet-Generator umfasst den Rotor 1, der operativ mit
einer Verbrennungsmaschine verbunden ist, und einen Stator 2,
der an einem Halter (nicht gezeigt) im Inneren des Rotors 1 angeordnet ist.
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Der
Rotor 1 umfasst ein napfförmiges Schwungrad 3,
das einen Nabenbereich 4, der mit einer Drehwelle (nicht
gezeigt) verbunden ist, die drehend durch die Verbrennungsmaschine
angetrieben wird, Permanentmagneten 5, die an einer Innenumfangswandfläche
des Schwungsrads 3 in Intervallen in einer Umfangsrichtung
desselben angeordnet sind, ein Magnetpositionierelement 7,
das aus Harz hergestellt und an einer Innenseite der Permanentmagneten 5 zum
Positionieren und Befestigen der Permanentmagneten 5 integral
mit dem Schwungsrad 3 angeordnet ist, und ein zylindrisches
Abdeckschutzelement 6 umfasst, das aus einem nicht- magnetischen
Material, wie beispielsweise SUS oder dergleichen, hergestellt und
in engem Kontakt mit einer Innenseite jedes Permanentmagneten 5 angeordnet ist.
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Die
einzelnen Permanentmagneten 5, die jeweils eine rechteckige
Parallelepipedon-Form aufweisen und aus einem Magneten aus seltenen
Erden ausgebildet sind, sind derart angeordnet, dass eine Art von
Permanentmagneten 5, die einen N-Pol an einer radialen
Innenseite und einen S-Pol an einer radialen Außenseite
aufweisen, und eine weitere Art von Permanentmagneten 5,
die einen S-Pol an einer radialen Innenseite und einen N-Pol an
einer radialen Außenseite aufweisen, abwechselnd in einer
Umfangsrichtung positioniert sind. Auf diese Weise ist die Mehrzahl
von Permanentmagneten 5 derart polarisiert, dass benachbarte
Permanentmagneten 5 entgegen gesetzte Polaritäten
aufweisen, wodurch in einem Innenraum des Rotors 1 ein
magnetisches Feld erzeugt wird, dessen Richtung sich abwechselnd ändert.
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Das
Schwungrad 3 ist an seiner Umfangsseitenfläche
mit mehreren Einpassbereichen 8 ausgebildet, die zwischen
benachbarten Permanentmagneten 5 vorstehen. Die Bewegung
in der Umfangsrichtung der Permanentmagneten 5 wird durch
diese Einpassbereiche 8 beschränkt.
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Das
Schwungrad 3 umfasst eine Nut 9, die an seiner
Innenumfangswandfläche an seiner Öffnungsseite
derart ausgebildet ist, dass sie sich über den gesamten
Durchmesser desselben entlang seiner Umfangsrichtung erstreckt.
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Das
Magnet-Positionierelement 7 umfasst ein Element 10 zum
Verhindern eines Lösens von Magneten, das integral mit
diesem an der Öffnungsseite des Schwungrads 3 ausgebildet
ist, um die Endflächen der Permanentmagneten 5 abzudecken.
Das Element 10 zum Verhindern eines Lösens von
Magneten umfasst einen teilförmigen Vorsprung 11,
der derart ausgebildet ist, dass er mit der Nut 9 in Eingriff kommt.
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Es
sollte klar sein, dass die Nut und der Vorsprung 11 intermittierend
oder diskontinuierlich in einer Umfangsrichtung ausgebildet sein
können.
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Der
Stator 2 umfasst einen hohlen zylindrischen Statorkern
(nicht gezeigt) und Drei-Phasen-Magnetspulen 12. An dem
Außenumfangsbereich des Statorkerns ist eine Mehrzahl von
Zähnen 13 ausgebildet, die radial in einer radialen
Außenrichtung in gleichmäßigen Umfangsintervallen
vorstehen.
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Der
Statorkern, der eine Mehrzahl von Zähnen 13 aufweist,
die an seinem Außenumfangsbereich ausgebildet sind, ist
aus einem laminierten Eisenkern (nicht gezeigt), der aus mehreren
dünnen, hohlen, magnetischen Stahlplatten in der Form von kaltgewalzten
Stahlplatten, die übereinander in der Richtung der Drehachse
laminiert sind, hergestellt ist, und aus einem Paar von Endplatten
(nicht gezeigt) ausgebildet, die jeweils an gegenüberliegenden
Seitenflächen des laminierten Eisenkerns in engem Kontakt
mit diesen aufeinander angeordnet sind.
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Drei
Durchgangslöcher 14 sind durch die Endplatten
und den laminierten Eisenkern parallel zur Drehachse ausgebildet.
Der laminierte Eisenkern und die Endplatten sind mit Hilfe von Schraubenbolzen
(nicht gezeigt), die durch die Durchgangslöcher 14 eingesetzt
sind, und Muttern (nicht gezeigt), die jeweils auf die Enden der
Schraubenbolzen aufgeschraubt sind, miteinander verbunden.
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Die
Magnetspulen 12 werden ausgebildet, indem Leiter, deren
Oberflächen mit Emaille beschichtet sind, auf die Umfangsseitenflächen
der Zähne 13 des Statorkerns gewickelt werden,
und indem ein Isoliermaterial 15 mit einer epoxidartigen Pulverbeschichtung
auf die Umfangsseitenflächen der Zähne 13 aufgetragen
wird, um welche die Leiter gewickelt sind.
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Die
Verbindungsleitungen 16 der einzelnen Phasen der Magnetspulen 12 erstrecken
sich von dem Statorkern und sind mit ersten Schutzrohren 17 bedeckt.
Die einzelnen Phasenverbindungsleitungen 16 sind jeweils
elektrisch mit Anschlussdrähten 18 verbunden,
die zu dem elektrischen Gerät (nicht gezeigt) in den ersten
Schutzrohren 17 führen. Die Anschlussdrähte 18,
die sich in einer tangentialen Richtung des Stators 2 erstrecken,
sind mit zweiten Schutzrohren 19 bedeckt.
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Bei
dem Magnet-Generator mit der zuvor beschriebenen Konstruktion wird
das Schwungrad 3 zusammen mit einer Drehwelle des Rotors,
die drehend durch die Verbrennungsmaschine angetrieben wird, gedreht,
so dass elektrische Energie in den Magnetspulen 12 durch
die Wechselfelder erzeugt wird, die durch die Permanentmagneten 5 hervorgerufen
werden. Ein Wechselstromausgang, der auf diese Weise erzeugt wird,
wird durch eine nicht dargestellte Verstärkerdiode verstärkt
und Verbrauchern zugeführt, wie beispielsweise einer Batterie,
Scheinwerfern oder dergleichen, die an einem Fahrzeug vorgesehen
sind.
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Bei
dem Magnet-Generator mit der zuvor beschriebenen Konstruktion umfasst
das Magnet-Positionierelement 7 das Element 10 zum
Verhindern eines Lösens von Magneten, das integral mit
diesem an der Öffnungsseite des Schwungrads 3 ausgebildet
ist, um die Endflächen der Permanentmagneten 5 zu
bedecken, und das Element 10 zum Verhindern eines Lösens
von Magneten umfasst einen keilförmigen Vorsprung 11,
der derart ausgebildet ist, dass er in die Nut 9 eingreift.
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Wenn
also eine Kraft in einer axialen Richtung (in einer Richtung des
Pfeils H in 2) auf die Permanentmagneten 5 aufgrund
einer äußeren Last wirkt, wie beispielsweise eine
Maschinenvibration, wird die Kraft hauptsächlich durch
eine Schubspannung geschützt, die in dem Vorsprung 11 erzeugt wird,
so dass die Haltekraft der Permanentmagneten 5, die eine
axiale Bewegung derselben beschränkt, mit Hilfe einer einfachen
Konstruktion und bei geringen Kosten stark verbessert werden kann.
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Vorliegend
sollte klar sein, dass, wie es in 3 gezeigt
ist, das Element 10 zum Verhindern eines Lösens
von Magneten, das die Endflächen der Permanentmagneten 5 bedeckt,
mit einer Nut 21 ausgebildet werden kann, die sich über
dessen gesamten Umfang entlang seiner Umfangsrichtung erstrecken
kann, und ein Vorsprung 20 mit einer konvexen Form, der
in die Nut 21 eingreift, kann an der Innenwandfläche
des Öffnungsbereichs des Schwungsrads 3 ausgebildet
werden.
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Auch
in diesem Fall wird, wenn eine Kraft in einer axialen Richtung (in
einer Richtung des Pfeils B in 3) auf die
Permanentmagneten 5 wirkt, die Kraft hauptsächlich
durch eine Schubspannung gestützt, die in dem Vorsprung 20 erzeugt
wird, so dass die Haltekraft der Permanentmagneten 3, die
der axialen Bewegung derselben entgegenwirkt, mit einer einfachen
Konstruktion und bei geringen Kosten verbessert werden kann.
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Zweite Ausführungsform
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4 ist
eine seitliche Querschnittsansicht, die einen Rotor 30 eines
Magnet-Generators gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Bei
dieser zweiten Ausführungsform umfasst ein Schwungrad 31 einen
Kragenbereich 32, der an einem Öffnungsbereich
desselben derart ausgebildet ist, dass er über dessen gesamten
Umfang entlang einer Umfangsrichtung an einer Innendurchmesserseite
gebogen ist.
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Ein
Magnet-Positionierelement 7 umfasst ein Element 33 zum
Verhindern eines Lösens von Magneten, das integral mit
diesem an der Öffnungsseite des Schwungrads 31 ausgebildet
ist, so dass es zwischen dem Kragenbereich 32 und den Endflächen der
Permanentmagneten 5 angeordnet ist.
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Die
restliche Konstruktion dieser zweiten Ausführungsform ähnelt
derjenigen der ersten Ausführungsform.
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Auch
bei dieser Ausführungsform wird, wenn eine Kraft in einer
axialen Richtung (in einer Richtung des Pfeils C in 4)
auf die Permanentmagneten 5 wirkt, die Kraft hauptsächlich
durch Scherspannungen gestützt, die in dem Kragenbereich 32 erzeugt werden,
so dass die Haltekraft der Permanentmagneten, die der axialen Bewegung
derselben entgegenwirkt, mit einer einfachen Konstruktion und bei geringen
Kosten stark verbessert werden kann.
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Vorliegend
sollte klar sein, dass das Schwungrad 31 aus einem eisenhaltigen
Material hergestellt ist, so dass, wenn die Magneten direkt an dem
Kragenbereich 32 befestigt sind, um ihr Lösen zu
verhindern, eine Magnetkraft von dem Magneten 5 in den
Kragenbereich 32 entweicht, so dass die Leistung der Energieerzeugung
verringert wird. Da jedoch das Element 33 zum Verhindern
eines Lösens der Magneten, das aus einem nicht-magnetischen Harz
hergestellt ist, zwischen dem Kragenbereich 32 und den
Endflächen der Permanentmagneten 5 angeordnet
ist, kann ein magnetischer Spalt zwischen den Magneten 5 und
dem Kragenbereich 32 sichergestellt werden, so dass es
möglich ist, die Verringerung der Leistung der Energieerzeugung
aufgrund des Verlustes der Magnetkraft zu verhindern.
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Dritte Ausführungsform
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5 ist
eine seitliche Querschnittsansicht, die einen Rotor 40 des
Magnet-Generators gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Bei
dieser dritten Ausführungsform umfasst ein Abdeckschutzelement 42 einen
Kragenbereich 43, der an einem Umfangsende desselben an
einer Seite in der Nähe eines Öffnungsbereichs
eines Schwungrads 41 derart ausgebildet ist, dass er in Richtung
einer radialen Außenseite gebogen ist und sich über
dessen gesamten Umfang entlang einer Umfangsrichtung erstreckt.
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Ein
Magnet-Positionierelement 7 umfasst ein Element 44 zum
Verhindern eines Lösens der Magneten, das integral mit
diesem an der Öffnungsseite des Schwungrads 41 derart
ausgebildet ist, dass es die Endflächen der Permanentmagneten 5 bedeckt. Der
Kragenbereich 43 ist in dem Element 44 zum Verhindern
eines Lösens der Magneten eingebettet.
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Die
restliche Konstruktion dieser dritten Ausführungsform ähnelt
derjenigen der ersten Ausführungsform.
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Vorliegend
sollte klar sein, dass der Kragenbereich 43 intermittierend
oder diskontinuierlich in einer Umfangsrichtung ausgebildet sein
kann.
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Auch
bei dieser dritten Ausführungsform wird, wenn eine Kraft
in einer axialen Richtung (in einer Richtung des Pfeils D in 5)
auf die Permanentmagneten 5 wirkt, die Kraft im Wesentlichen durch
den Kragenbereich 43 aufgenommen, so dass die Haltekraft
der Permanentmagneten 5, die der axialen Bewegung derselben
entgegenwirkt, mit einer einfachen Konstruktion bei geringen Kosten
stark verbessert werden kann.
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Zudem
ist der Kragenbereich 43 an einem Umfangsende des Abdeckschutzelementes 42 vorgesehen,
so dass die Festigkeit des zylindrisch geformten Abdeckschutzelementes 42 erhöht
werden kann.
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Während
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurde, sollte Fachleuten klar sein, dass die Erfindung
innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung modifiziert werden kann,
der durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2003-319586 [0002]
- - JP 10-145996 [0003]