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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 offen gelegte Patentanmeldung Nr.
JP 2003-319 586 A (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 offen gelegte Patentanmeldung Nr.
JP H10-145 996 A (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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Aus der
US 6 339 271 B1 geht ein Generator hervor, bei dem sich ein sogenannter Käfig, der um Magneten herum vorgesehen ist, in einzelne Öffnungen des Schwungrades erstreckt.
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Gemäß der
US 4 219 752 A ist ein Magnethalter zur Fixierung desselben umgebogen. Die Gestaltung der
WO 03/088451 A1 ist ähnlich zu derjenigen gemäß
US 6 339 271 B1 . Die
US 2002/0084706 A1 offenbart Merkmale, die unter den Oberbegriff von Anspruch 1 fallen. Die
US 4 795 924 A ,
JP 2005-130 548 A und
JP S59-32 345 A bilden weiteren Stand der Technik.
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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 die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.
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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 nicht unter Anspruch 1 fallenden modifizierten Form des Rotors des Magnet-Generators gemäß der ersten Ausführungsform.
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4 ist eine seitliche Querschnittsansicht, die einen Rotor eines Magnet-Generators gemäß einer zweiten Ausführungsform 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 Vorderarisicht 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 5 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.