-
Die Erfindung betrifft einen Scheibengenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine aus wenigstens zwei erfindungsgemäßen Scheibengeneratoren bestehende Anordnung und die Verwendung eines erfindungsgemäßen Scheibengenerators oder einer erfindungsgemäßen Anordnung.
-
Ein Scheibengenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 200 09 251 U1 bekannt. Der aus dieser Schrift in der
6 bekannte Scheibengenerator weist in Bezug auf eine drehbare Welle ortsfest angeordnete Magnetspulen auf, die mit einem die Magnetspulen radial umgreifenden Trägerelement zusammenwirken, das über die Welle drehbar ist, und an dessen den Magnetspulen zugewandter Innenseite jeweils zwei Magnetelemente angeordnet sind, die mit jeweils einer Magnetspule zusammenwirken. Hierbei ist die Anordnung bzw. die Polarität der Magnetelemente derart, dass an einen Nordpol eines radial inneren Magnetelementes sich ein Südpol eines radial äußeren Magnetelements unmittelbar anschließt. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass sich die Magnetfeldlinien der beiden Magnetelemente verstärken bzw. in der gleichen Richtung verlaufen.
-
Aus der
DE 1 214 315 PS ist weiterhin eine elektrische Maschine bekannt, bei der auf einer gemeinsamen Welle eine Vielzahl von jeweils mehrere Magnetelemente tragenden, scheibenförmigen Trägerelementen angeordnet sind, die mit zwischen den Trägerelementen angeordneten Magnetspulen zusammenwirken.
-
Generatoren werden unter anderem zur Rückgewinnung von Brems- bzw. kinetischer Energie in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mehr und mehr eingesetzt. Hierbei ist es wesentlich, dass die Generatoren zum einen möglichst kompakt und leicht gebaut sind, und zum anderen einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweisen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik, einen Scheibengenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass dieser bei möglichst hohem Wirkungsgrad relativ kompakt und leicht ausgebildet ist sowie beim Bewegen des Trägerelements einen möglichst geringen Rastwiderstand aufweist. Diese Aufgabe wird bei einem Scheibengenerator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Trägerelement für die Magnetelemente scheibenförmig ausgebildet ist, dass die wenigstens zwei Magnetelemente an einander abgewandten Seitenflächen des Trägerelements in einer zueinander fluchtenden Winkellage angeordnet sind, dass jedes der wenigstens zwei Magnetelemente mit jeweils einer separaten Magnetspule zusammenwirkt, und dass auf einander zugewandten bzw. abgewandten Seiten des scheibenförmigen Trägerelements gleichnamige Pole der wenigstens zwei Magnetelemente angeordnet sind.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Scheibengenerators sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
-
Um bei einer bestimmten Baugröße eine möglichst hohe Leistung mittels des Scheibengenerators erzeugen zu können, wird bevorzugt eine konstruktive Ausgestaltung des Scheibengenerators vorgeschlagen, bei der auf dem Trägerelement an jeder der gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils mehrere Magnetelemente angeordnet sind.
-
Ganz besonders kompakt lässt sich der Scheibengenerator dabei ausbilden, wenn die Polarität von einem Magnetelement zum benachbarten Magnetelement an einer Stirnseite des Trägerelements jeweils wechselt und wenn die Magnetelemente vorzugsweise direkt aneinander anschließen.
-
Ganz besonders bevorzugt ist eine konstruktive Ausgestaltung, bei der die Magnetelemente jeweils kreissegmentförmig ausgebildet sind und die Stirnseiten der Magnetspulen vollständig überdecken. Dadurch werden ein besonders kompakter Aufbau sowie ein besonders guter Wirkungsgrad des Scheibengenerators verwirklicht.
-
Um gegenseitige Beeinflussungen der Magnetfelder der an den jeweiligen Stirnseiten des Trägerelements angeordneten Magnetelemente zu verhindern, wird darüber hinaus in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass das Trägerelement in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Welle ein magnetisch isolierendes Trennelement aufweist, das in Überdeckung mit den wenigstens zwei Magnetelementen angeordnet ist.
-
Um den Scheibengenerator mit bestmöglichem Wirkungsgrad betreiben zu können, ist es erforderlich, das Trägerelement mit einer bestimmten Drehzahl anzutreiben bzw. rotieren zu lassen. Daher wird bevorzugt eine Ausführungsform vorgeschlagen, bei der das Trägerelement über ein Übertragungselement angetrieben ist, das zumindest mittelbar mit einem stufenlos verstellbaren Übertragungsgetriebe gekoppelt ist.
-
Die Erfindung umfasst auch eine Anordnung, die aus wenigstens zwei erfindungsgemäßen Scheibengeneratoren besteht. Hierbei ist es vorgesehen, dass die wenigstens zwei Scheibengeneratoren auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Dadurch lässt sich bei relativ kompakter Bauweise einer derartigen Anordnung und unter Verwendung einer relativ geringen Anzahl von Bauelementen eine relativ hohe Leistung der Anordnung ermöglichen, bei der sich im einfachsten Fall die Teilleistungen der einzelnen Scheibengeneratoren addieren.
-
Um die Herstellkosten bzw. den konstruktiven Aufwand bei einer derartigen Anordnung möglichst gering zu halten, und gleichzeitig einen nahezu rastmomentfreien Lauf des Scheibengenerators zu ermöglichen, wird darüber hinaus eine Ausbildung vorgeschlagen, bei der die einzelnen Scheibengeneratoren jeweils gleich ausgebildet sind, wobei die Scheibengeneratoren auf der gemeinsamen Welle in ihrer Drehwinkellage zueinander versetzt angeordnet sind.
-
Bei einer Anordnung, die aus wenigstens zwei erfindungsgemäßen Scheibengeneratoren besteht, bestehen verschiedene Möglichkeiten zur Verschaltung der einzelnen Magnetspulen der Scheibengeneratoren. So kann es vorgesehen sein, dass die Magnetspulen der einzelnen Scheibengeneratoren parallel bzw. in Reihe verschaltet sind.
-
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines erfindungsgemäßem Scheibengenerators bzw. aus einer erfindungsgemäßen Anordnung, bestehend aus wenigstens zwei bestehenden Scheibengeneratoren, bei einem Fahrzeug, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug, zur Energierückgewinnung. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass der Scheibengenerator bzw. die Anordnung bei sehr kompaktem Aufbau einen relativ hohen Wirkungsgrad bei geringem Gewicht aufweist.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
-
Diese zeigt in:
-
1 einen vereinfachten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Scheibengenerator,
-
2 eine Ansicht in Richtung II-II der 1 und
-
3 eine aus mehreren erfindungsgemäßen Scheibengeneratoren zusammengesetzte Anordnung in einer vereinfachten Darstellung.
-
Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
-
In den 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer Scheibengenerator 10 dargestellt. Der Scheibengenerator 10 weist ein im Wesentlichen scheibenförmiges Trägerelement 11 auf, das auf einer Welle 12 drehfest gelagert ist. Die Welle 12 ist mittels zweier, zum Beispiel als Kugellager ausgebildeter Lagerelemente 13, 14, die sich in relativ geringem Abstand zum Trägerelement 11 befinden, in einem Lagergestell 15 des Scheibengenerators 10 gelagert.
-
Das Trägerelement 11 ist aus zwei, in Überdeckung angeordneten Trägerscheiben 17, 18 ausgebildet, die beispielsweise in der Nähe der Welle 12 mittels im Einzelnen nicht näher dargestellter Schraubverbindungen miteinander fest verbunden sind. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass zwischen den beiden Trägerscheiben 17, 18, d. h. senkrecht zur Längsachse 19 der Welle 12, ein magnetisch isolierendes Trennelement 20 angeordnet ist. Die beiden Trägerscheiben 17, 18 bilden auf den einander abgewandten Stirnseiten, die gleichzeitig die Stirnseiten 21, 22 des Trägerelements 11 ausbilden, jeweils eine ringförmige Aufnahme 23, 24 für acht Magnetelemente 25a bis 25h bzw. 26a bis 26h aus.
-
Wie insbesondere aus einer Zusammenschau der 1 und 2 erkennbar ist, sind die Magnetelemente 25a bis 25h und 26a bis 26h jeweils kreissegmentartig ausgebildet und füllen die ringförmigen Aufnahmen 23, 24 des Trägerelements 11 zumindest nahezu vollständig aus. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass jedes der acht Magnetelemente 25a bis 25h und 26a bis 26h jeweils einen Drehwinkelbereich von 45 Grad umfasst. Selbstverständlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, eine andere Anzahl an Magnetelementen 25a bis 25h und 26a bis 26h vorzusehen.
-
Wesentlich ist auch, dass die Magnetelemente 25a bis 25h bzw. 26a bis 26h jeweils gleich groß ausgebildet sind, wobei die jeweiligen Magnetelemente 25a und 26a bis 25h und 26h jeweils in einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse 19 der Welle 12 verläuft, fluchtend zueinander angeordnet sind. Ferner ist insbesondere aus der 1 erkennbar, dass die Anordnung der einzelnen Magnete 25a und 26a bis 25h und 26h derart ist, dass die jeweils zugewandten bzw. abgewandten Stirnseiten der Magnetelemente 25a und 26a bis 25h und 26h jeweils einen gleichnamigen Pol aufweisen, d. h., dass dort jeweils der Südpol oder der Nordpol des jeweiligen Magnetelementes 25a bis 25h bzw. 26a bis 26h angeordnet ist.
-
Wie weiterhin anhand der 2 erkennbar ist, wechselt die Polarität der einzelnen Magnetelemente 25a bis 25h sowie 26a bis 26h an den jeweiligen Stirnseiten 21, 22 von einem Magnetelement 25a bis 25h und 26a bis 26h zum nächsten Magnetelement 25a bis 25h und 26a bis 26h.
-
Vorzugsweise ist jedem der Magnetelemente 25a bis 25h sowie 26a bis 26h jeweils eine separate Magnetspule 28, 29 zugeordnet. Während die acht Magnetspulen 28 den Magnetelementen 25a bis 25h zugeordnet sind, sind die acht Magnetspulen 29 den Magnetelementen 26a bis 26h zugeordnet. Die Magnetspulen 28, 29, sind wie die Magnetelemente 25a bis 25h bzw. 26a bis 26h in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet, wobei die jeweils den Magnetelementen 25a bis 25h und 26a bis 26h zugewandten Stirnseiten der Magnetspulen 28, 29 mit relativ geringem Luftspalt 31, 32 zu den Magnetelementen 25a bis 25h und 26a bis 26h angeordnet sind. Weiterhin weisen die Magnetspulen 28, 29 eine derartige Größe bzw. einen derartigen Durchmesser auf, dass sie von den Magnetelementen 25a bis 25h und 26a bis 26h vollständig überdeckt sind. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, Magnetspulen 28, 29 mit unterschiedlichen Größen einzusetzen.
-
Die Magnetspulen 28, 29 können einen dornartigen Einsatz 33 aufweisen, wie dies in der 1 anhand einer einzelnen Magnetspule 29 dargestellt ist. Der dornartige Einsatz 33 ist auf der dem Trägerelement 11 abgewandten Seite verlängert ausgebildet und innerhalb eines Loches 34 eines Trägerdeckels 35 angeordnet. Der Trägerdeckel 35 ist wiederum mit dem Gestell 15 des Scheibengenerators 11 verbunden. Der dornartige Einsatz 33 dient somit der ortsfesten Befestigung der jeweiligen Magnetspule 28, 29 an dem Scheibengenerator 10.
-
Jede der Magnetspulen 28, 29 weist wenigstens einen Wicklungsdraht auf, der insbesondere in einer Vielzahl von Windungen auf an sich bekannte Art und Weise auf einem Spulenkern der Magnetspule 28, 29 aufgewickelt bzw. aufgespult ist. Vorzugsweise weisen die Magnetspulen 28, 29 jeweils dieselben Wicklungen (Drahtdicke und Anzahl der Windungen) auf, es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, unterschiedliche Wicklungen an den Magnetspulen 28, 29 vorzusehen.
-
In der 1 ist das eine Ende 36 der radial innersten Wicklungslage und das andere Ende 37 der radial äußersten Wicklungslage dargestellt. Die jeweils einen Enden 36 der einzelnen Magnetspulen 28, 29 sind beispielhaft ebenso elektrisch miteinander verbunden, wie die jeweils anderen Enden 37. Die Magnetspulen 28 bilden hierbei einen ersten Stromkreis aus, während die Magnetspulen 29 einen zweiten Stromkreis ausbilden. Es kann vorgesehen sein, die beiden Stromkreise der Magnetspulen 28, 29 entweder parallel oder in Reihe elektrisch zu schalten.
-
Auf der Welle
12 ist auf der dem Trägerelement
11 abgewandten Seite des einen Lagerelements
13 beispielhaft eine Riemenscheibe
38 drehfest angeordnet. Die Riemenscheibe
38 ist mittels eines Zahnriemens
39 oder einem ähnlichem Übertragungsmittel mit einem Antrieb
40 gekoppelt. Der Antrieb
40, der in den Figuren lediglich symbolisch dargestellt ist, kann grundsätzlich beliebiger Art sein. Bevorzugt ist der Antrieb
40 jedoch als Ausgangsseite eines aus der
WO 2008/148750 A1 bekannten, stufenlosen Übersetzungsgetriebes ausgebildet. Mittels eines derartigen Antriebs
40 kann die Welle
12 des Scheibengenerators
10 mit einer gewünschten Drehzahl gedreht werden. Insbesondere ist der Antrieb
40, zusammen mit dem Scheibengenerator
10, Bestandteil einer Energierückgewinnungseinrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Mittels einer derartigen Energierückgewinnungseinrichtung wird beispielsweise die kinetische Energie des Fahrzeugs zumindest mittelbar über den Antrieb
40 und den Scheibengenerator
10 in elektrische Energie umgewandelt, die beispielsweise in einer Batterie zwischengespeichert werden kann, um anschließend, bei Bedarf, über einen Elektromotor auf eine Antriebsachse des Fahrzeugs zu wirken.
-
In der 3 ist eine Anordnung 100, bestehend aus im Ausführungsbeispiel drei erfindungsgemäßen Scheibengeneratoren 10 zur Leistungserhöhung gegenüber einem einzelnen Scheibengenerator 10 vereinfacht dargestellt. Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, dass die Anordnung 100 eine geringere oder eine größere Anzahl an Scheibengeneratoren 10 aufweist. Bevorzugt ist dabei, dass die Scheibengeneratoren 10 jeweils identisch ausgebildet und auf einer gemeinsamen Welle 12a gelagert sind. Die Welle 12a wird, ähnlich wie beim Scheibengenerator 10, mittels des Antriebs 40a gedreht. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass bei identisch ausgebildeten Scheibengeneratoren 10 diese auf der Welle 12a jeweils einen Drehwinkelversatz zueinander aufweisen, um Rastmomente beim Drehen der Welle 12 zu reduzieren. Weiterhin ist erkennbar, dass die jeweiligen Magnetspulen 28 bzw. 29 über jeweils eine gemeinsame Leitung 101, 102 miteinander verbunden sind. Optional kann es vorgesehen sein, dass in den Leitungen 101, 102 Gleichrichterelemente 103, 104 angeordnet sind, die dazu dienen, dass mittels einer derartigen Anordnung 100 Gleichstrom erzeugt wird. Derartige Gleichrichterelemente 103, 104 sind selbstverständlich auch bei einem einzelnen Scheibengenerator 10 entsprechend den 1 und 2 optional möglich.
-
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, andere Schaltungsarten für die Magnetspulen 28, 29 in der Anordnung 100 vorzusehen. Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, bei einer Anordnung 100 die einzelnen Scheibengeneratoren 10 unterschiedlich auszubilden, z. B. mit unterschiedlichem Durchmesser oder einer unterschiedlichen Anzahl von Magnetelementen.
-
Beim Betrieb des Scheibengenerators 10 bzw. der Anordnung 100 wird in an sich bekannter Art und Weise bei einer Drehung der Welle 12, 12a in die ortsfest angeordneten Magnetspulen 28, 29 über die an den Magnetspulen 28, 29 vorbeibewegten Magnetelemente 25a bis 25h und 26a bis 26h eine Spannung in Form einer Wechselspannung induziert. Die ggf. mittels der Gleichrichterelemente 103, 104 in eine Gleichspannung umgewandelte Spannung kann an den jeweiligen Wicklungsenden der Magnetspulen 28, 29 abgegriffen werden und insbesondere zum Laden einer Batterie oder direkt zum Antrieb eines nicht dargestellten Antriebs verwendet werden.
-
Der soweit beschriebene Scheibengenerator 10 bzw. die Anordnung 100 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Scheibengenerator
- 11
- Trägerelement
- 12, 12a
- Welle
- 13
- Lagerelement
- 14
- Lagerelement
- 15
- Lagergestell
- 17
- Trägerscheibe
- 18
- Trägerscheibe
- 19
- Längsachse
- 20
- Trennelement
- 21
- Stirnseite
- 22
- Stirnseite
- 23
- Aufnahme
- 24
- Aufnahme
- 25a–25h
- Magnetelement
- 26a–26h
- Magnetelement
- 28
- Magnetspule
- 29
- Magnetspule
- 31
- Luftspalt
- 32
- Luftspalt
- 33
- Einsatz
- 34
- Loch
- 35
- Trägerdeckel
- 36
- Ende
- 37
- Ende
- 38
- Riemenscheibe
- 39
- Zahnriemen
- 40, 40a
- Antrieb
- 100
- Anordnung
- 101
- Leitung
- 102
- Leitung
- 103
- Gleichrichterelement
- 104
- Gleichrichterelement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 20009251 U1 [0002]
- DE 1214315 [0003]
- WO 2008/148750 A1 [0031]
