DE19857433A1 - Lineargenerator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lineargenerator mit einem magnetisierbaren Stator, der wenigstens eine Spule zum Abgreifen einer induzierten Spannung aufweist und wenigstens einem bewegbaren Aktuator, wobei der Stator Teil eines magnetischen Kreises ist, der durch einen Spalt vom Aktuator getrennt ist und durch die Bewegung des Aktuators in dem Spalt im Anker eine Feldänderung erzeugbar ist, indem dauermagnetische und/oder magnetisierbare Abschnitte des Aktuators in dem Bereich des Spaltes bewegbar sind, und wobei die Bewegung der Abschnitte des Aktuators zwischen zwei Polen des Stators einen Arbeitsbereich bildet. DOLLAR A Es ist vorgesehen, daß ein Auslenken der Abschnitte des Aktuators (14) aus dem Arbeitsbereich durch eine magnetische Kraft verhinderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lineargenerator mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Stand der Technik

Lineargeneratoren, die transversal oszillierende me­ chanische Längsbewegungen in elektrischen Strom um­ wandeln, sind bekannt. Als magnetische Induktions­ quellen werden Permanentmagnete oder Elektromagnete eingesetzt. Zwei Bauformen sind vorherrschend - Be­ wegtmagnet-Lineargenerator und Bewegteisen-Linear­ generator. In beiden Fällen wird prinzipiell durch die transversal oszillierende Längsbewegung eine ma­ gnetische Flußänderung in einem magnetischen Kreis erzeugt. Innerhalb des magnetischen Kreises befindet sich eine Spule, in der eine durch die magnetische Flußänderung induzierte Spannung abgegriffen werden kann. Beispielhaft für einen Bewegtmagnet-Linear­ generator sei hier die US 5,148,066 genannt, in der ein zylinderförmiger Aktuator die oszillierende Längsbewegung durchführt.

Der Lineargenerator besteht aus einem bewegbaren Aktuator, der die transversal oszillierende Längs­ bewegung durchführt, und einen magnetisierbaren Sta­ tor, der ein Teil des magnetischen Kreises ist, der durch einen Spalt unterbrochen ist. Der Aktuator bewegt sich in dem Bereich des Spaltes und besitzt magnetische oder magnetisierbare Abschnitte, die den magnetischen Kreis schließen. Dabei befinden sich die Abschnitte in den Wendepunkten der Oszillationsbewe­ gung jeweils in dem Bereich eines Spaltes, der durch zwei Pole des Stators gebildet wird und definieren damit einen Arbeitsbereich des Aktuators. Nachteilig bei bekannten Lineargeneratoren ist ein Auslenken der Abschnitte des Aktuators aus dem Arbeitsbereich.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Lineargenerator hat den Vorteil, daß das Auslenken der Abschnitte des Aktuators aus dem Arbeitsbereich verhinderbar ist. Dadurch, daß die magnetisierbaren oder magnetischen Abschnitte des Ak­ tuators während des Wendepunktes der Oszillations­ bewegung sich im Bereich des Spaltes befinden und dort durch eine magnetische Kraft gehalten werden, kann in vorteilhafter Weise das Auslenken des Aktua­ tors verhindert werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die einzelnen Bauteile des Stators und des Aktuators radial um die Längs­ achse des Aktuators anzuordnen. In axialer Richtung weisen der Stator und der Aktuator vorteilhafterweise einen schichtweisen Aufbau auf. Der Grundkörper des Stators wird dabei durch axial geschichtete Anker­ bleche gebildet. Je nach Bauform des Lineargenerators besteht der Aktuator entweder aus axial geschichteten Ankerblechen, oder er weist magnetische, magnetisier­ bare und nicht magnetisierbare Abschnitte auf. Kenn­ zeichnend ist, daß sich der Aktuator schichtweise aufbauen läßt, so daß eine Fertigung in einfacher Weise automatisiert werden kann, was zu einer erheb­ lichen Kostenreduktion führt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfin­ dungsgemäßen Lineargenerators ist der Stator eintei­ lig ausgeformt. Bei bekannten Lineargeneratoren ist der Stator zweigeteilt durch die Arbeitsluftspalte und die magnetischen beziehungsweise magnetisierbaren Abschnitte des Aktuators, die zur Verringerung des magnetischen Spannungsabfalls dienen. So kann ein gegebener magnetischer Fluß durch einen geringeren Aufwand an Magnetmaterial beziehungsweise an Elektro­ magneten verwirklicht werden, was zu einer erhebli­ chen Kostenreduktion führt. Ein radial innen angeord­ neter Teil des Stators ist dabei ein magnetischer Rückschluß, der aus Platzgründen häufig keine zusätz­ lichen Bauelemente wie Spulen oder Magnetfelderreger trägt.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er­ geben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispie­ len anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1a und 1b eine schematische Schnittansicht und eine Draufsicht auf einen Lineargenerator;

Fig. 2a und 2b eine schematische Schnittansicht und eine Draufsicht eines weiteren Lineargenera­ tors und

Fig. 2c eine schematische Schrittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Linear­ generators.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1b zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Lineargenerator 10. Der Lineargenerator 10 be­ steht aus einem Stator 12 und einem Aktuator 14. Der Stator 12 ist zweiteilig aufgebaut und weist einen radial außen liegenden Teil 24 sowie einen magneti­ schen Rückschluß 22 auf, wobei die beiden Statorteile durch einen Spalt 26 getrennt sind. Der Aktuator 14 liegt im Spalt 26 und führt eine transversal oszil­ lierende Längsbewegung aus. Alle Bauteile des Linear­ generators 10 sind konzentrisch um die Längsachse 15 des Aktuators 14 angeordnet.

Die Fig. 1a zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A durch den Lineargenerator 10. Das Außenteil 24 des radial geblechten Stators 12 trägt dabei eine ringförmige Spule 16. Die einzelnen Lamellen sind U-förmig ausgebildet. Der Aktuator 14 ist in axialer Richtung mehrschichtig aufgebaut. Er weist Abschnitte auf, die einen Permanentmagneten 18, einen magnetischen Isolator 34 und lamellierte und segmentierte Flußleitelemente 32 aus Trafoblech tragen. Der Isolator 34 ist dabei zwischen den Fluß­ leitelementen 32 und dem Permanentmagneten 18 ange­ ordnet.

Während der Oszillationsbewegung des Aktuators 14 wird der Abschnitt des Permanentmagneten 18 zwischen einem ersten Pol 28 und einem zweiten Pol 30 des Sta­ tors hin- und herbewegt. Befindet sich der Permanent­ magnet 18 in dem Bereich des ersten Pols 28, so be­ findet sich gleichzeitig ein Flußleitelement 32 in dem Bereich des zweiten Pols 30. Auf diese Weise wird ein magnetischer Kreis geschlossen, und die Spule 16 vom maximalen magnetischen Fluß einer gegebenen Polarität durchsetzt. Nach einer weiteren Halb­ schwingung der Oszillation befindet sich der Per­ manentmagnet 18 in dem Bereich des Pols 30 und ein Flußleitelement 32 in dem Bereich des Pols 28. Auf diese Weise wird ein magnetischer Fluß umgekehrter Polarität erzeugt, und bei Oszillation des Aktuators 14 ist auf der Spule 16 eine induzierte Wechsel­ spannung abgreifbar.

Die Bewegung des Permanentmagneten 18 zwischen den beiden Polen 28, 30 bildet einen Arbeitsbereich. Ein Auslenken des Aktuators aus dem Arbeitsbereich wird durch die magnetische Wechselwirkung zwischen magne­ tischen beziehungsweise magnetisierbaren Abschnitten 18, 32 des Aktuators 14 und dem magnetisierbaren Stator 12 verhindert.

Der Aktuator 14 ist vorteilhafterweise in axialer Richtung schichtweise aufgebaut, um störende Wirbel­ ströme zu verhindern. Dieser schichtweise Aufbau ermöglicht es, die Fertigung in einfacher Weise zu automatisieren und führt damit zu einer erheblichen Kostenersparnis bei der Herstellung.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Line­ argenerators 10 nach dem Schwingfeldprinzip ist der Stator 12 einteilig ausgeformt. Die Fig. 2b zeigt eine schematische Draufsicht auf einen solchen Lineargenerator 10. Radial innen angeordnet ist dabei der Aktuator 14, wobei dieser auch als magnetischer Rückschluß fungiert.

Die Fig. 2a und 2c zeigen schematische Schnitt­ ansichten durch einen solchen Lineargenerator 10. Der Stator 12 trägt neben den ringförmigen Anker-Spulen 16 die Magnetfelderregung 20. Die Magnetfelderregung 20 kann durch Permanentmagnete (Fig. 2c) elektrisch erfolgen (Fig. 2a). Bei einer Mehrfachanordnung sind je Strang selbstverständlich Kombinationen beider Erregertypen zur Reduktion des Aufwandes für die Stromversorgung der elektrischen Erregung möglich.

Ein erster Pol 40 beziehungsweise 40a und ein zweiter Pol 42 beziehungsweise 42a bilden ein erstes Polpaar 44 beziehungsweise ein zweites Polpaar 43 des Stators 12. Der Aktuator 14 ist derart ausgestaltet, daß er einen ersten Pol 46 und einen zweiten Pol 48 besitzt, die ein Polpaar 50 bilden. Am Ende einer ersten Halbschwingung der Oszillationsbewegung des Aktuators 14 befindet sich das Polpaar 50 des Aktuators 14 auf der Höhe des ersten Polpaares 44 des Stators 12. Am Ende der zweiten Halbschwingung der Oszillations­ bewegung liegt das Polpaar 50 des Aktuators 14 vor dem Polpaar 43 des Stators 12, so daß innerhalb einer Oszillationsbewegung in insgesamt zwei Spulen 16 durch eine magnetische Flußänderung eine elektrische Spannung erzeugt wird. Da in dem Aktuator 14 der magnetische Rückschluß integriert ist, muß der magne­ tische Fluß in dem Bereich des Spaltes 26 nur einen Arbeitsluftspalt 26 überwinden und wird daher weniger geschwächt als bei mehrteiligen Statoren.

Weiterhin können die Spulen 16 bei den gezeigten An­ ordnungen mit einer Gleichspannung belegt werden, und es kann auf diese Weise der Aktuator 14 aus einer Ruhelage in eine Arbeitslage bewegt werden. Des­ gleichen ist eine oszillatorische Bewegung erreich­ bar, wenn die Anordnung mit Wechselstrom gespeist wird. In einer solchen Arbeitsweise ist der Gegen­ stand der Erfindung ein Linearmotor.

Alle an den Ausführungsbeispielen erläuterten Linear­ generatoren 10 zeigen nur eine Prinzipanordnung, und es sind Mehrfachanordnungen in axialer Richtung mit gleicher oder geringerer Teilung möglich.

Claims (7)

1. Lineargenerator mit einem magnetisierbaren Stator, der wenigstens eine Ankerspule zum Abgreifen einer induzierten Spannung aufweist, und wenigstens einem bewegbaren Aktuator, der vom Stator, ein Teil des magnetischen Kreises, durch einen Arbeitsluftspalt getrennt ist und der durch die Bewegung des Aktuators in eine Feldänderung im Anker erzeugbar ist, indem dauermagnetische und/oder magnetisierbare Abschnitte des Aktuators in dem Bereich des Spaltes bewegbar sind, und wobei die Bewegung der Abschnitte des Aktuators zwischen zwei Polen des Stators einen Arbeitsbereich bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslenken der Abschnitte des Aktuators (14) aus dem Arbeitsbereich durch eine magnetische Kraft verhinderbar ist.

2. Lineargenerator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stator (12) und der Aktuator (14) konzentrisch um eine Längsachse (15) des Aktuators (14) angeordnet sind.

3. Lineargenerator nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeld­ erregung (20) elektrisch und/oder durch Permanent­ magnete erfolgt.

4. Lineargenerator nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (14) dauermagnetische und/oder magnetisierbare Ab­ schnitte (18, 32) aufweist, die durch nicht magneti­ sierbare Abschnitte (34) getrennt werden.

5. Lineargenerator nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stator (12) einteilig ist.

6. Lineargenerator nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stator (12) einen U-förmigen Quer­ schnitt aufweist.

7. Lineargenerator nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Aktuator (14) kammförmig ausgebil­ det ist.