DE202013103759U1 - Non-contact power generator - Google Patents

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Abstract

Berührungsfreier Stromgenerator, mit: mindestens einem Metallelement, das als das eine entsprechende, von einer externen Vorrichtung bewegte Element dient; mindestens einem magnetischen Rotor, der als das andere entsprechende Element dient, das sich relativ zum Metallelement bewegt, berührungsfrei nahe diesem liegt und von der Bewegung relativ zum Metallelement gedreht wird; und mindestens einer Spule, die um den magnetischen Rotor herum angeordnet ist, um magnetische Feldlinien zu schneiden.A non-contact power generator, comprising: at least one metal element serving as the one corresponding element moved by an external device; at least one magnetic rotor serving as the other corresponding member which moves relative to the metal member without contact therewith and is rotated by the movement relative to the metal member; and at least one coil disposed around the magnetic rotor to intersect magnetic field lines.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung.1. Field of the invention.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Stromgenerator und insbesondere einen berührungsfreien Stromgenerator in einer externer Vorrichtung, die ihn stetig drehen kann, um induktiv Strom zu erzeugen.The present invention relates to an electric power generator and, more particularly, to a non-contact power generator in an external device capable of rotating it continuously to inductively generate power.

2. Beschreibung verwandter Technik2. Description of Related Art

Nach der Linke-Hand-Regel von Fleming lassen sich die auf ein leitfähiges Objekt wirkende Kraft, die Richtung des magnetischen Feldes (Nord- zum Südpol) bzw. die Richtung des durch das Objekt fließenden elektrischen Stroms zeigen, indem man den Daumen, den Zeige- und den Mittelfinger rechtwinklig zueinander ausstreckt. die Linke-Hand-Regel von Fleming ist auch als Generatorregel bekannt.According to Fleming's left-hand rule, the force acting on a conductive object, the direction of the magnetic field (north to south pole) or the direction of the electric current flowing through the object can be shown by the thumb, the pointing - and the middle finger extends at right angles to each other. Fleming's left-hand rule is also known as generator rule.

Die 1 zeigt einen typischen Elektromotor 10, der der Linke-Hand-Regel von Fleming entsprechend arbeitet. Zwei magnetische Elemente 11, 12 mit dem Nord- und dem Südpol liegen einander gegenüber; zwischen ihnen befindet sich eine Spule 13. Dreht sich die Spule 13, schneidet sie die vom N- zum S-Pol laufenden Feldlinien, so dass eine elektromotorische Kraft (EMF) entsteht. Nach der Linke-Hand-Regel stellen der Zeigefinger das Magnetfeld M (vom N- zum S-Pol), der Mittelfinger die Richtung des durch das leitfähige Objekt fließenden Stroms und der Daumen die Kraft F dar, die auf das leitfähige Objekt wirkt, wobei die Pfeile (a) und (b) den Stromfluss in den dargestellten Richtungen angeben.The 1 shows a typical electric motor 10 according to the left hand rule of Fleming. Two magnetic elements 11 . 12 with the north and south poles facing each other; between them is a coil 13 , Turns the coil 13 , it cuts the field lines running from the N to the S pole so that an electromotive force (EMF) is produced. According to the left hand rule, the index finger represents the magnetic field M (from the N to the S pole), the middle finger the direction of the current flowing through the conductive object, and the thumb the force F acting on the conductive object the arrows (a) and (b) indicate the flow of current in the directions shown.

In derartigen Elektromotoren wird die Spule 13 von zugehörigen Elementen wie Verzahnungen, Ketten oder Propellern über einen ”direkten Kontakt” gedreht, um einen induzierten Strom zu erzeugen, d. h. der typische Elektromotor 10 muss mit dem Antrieb direkt bzw. ihn berührend verbunden sein. Die Anwendungen eines solchen Elektromotors sind daher stark eingeschränkt.In such electric motors, the coil 13 rotated by associated elements such as gears, chains or propellers via a "direct contact" to generate an induced current, ie the typical electric motor 10 must be directly or touchingly connected to the drive. The applications of such an electric motor are therefore severely limited.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Ein Ziel der vorliegende Erfindung ist ein berührungsfreier Stromgenerator, der induzierten Strom mittels einer berührungsfreien Konstruktion erzeugt, um das Anwendungsfeld zu verbreitern.An object of the present invention is a non-contact power generator that generates induced current by a non-contact design to broaden the field of application.

Um dieses Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, umfasst eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen berührungsfreien Stromgenerators mindestens ein Metallelement, das von einer externen Vorrichtung stetig gedreht wird; weiterhin mindestens einen magnetischen Rotor, der nahe dem Metallelement angeordnet ist, ohne es zu berühren, und von ihm um eine Achse gedreht wird; und schließlich eine auf den Rotor gewickelte Spule. Das Metallelement dreht sich kontinuierlich und dreht dabei den magnetischen Rotor, um die von der Spule ausgehenden Magnetfeldlinien zu schneiden und so induzierten elektrischen Strom für andere Vorrichtungen zu erzeugen.In order to achieve this object of the present invention, an embodiment of a non-contact power generator according to the invention comprises at least one metal element which is continuously rotated by an external device; at least one magnetic rotor disposed near the metal member without touching it and rotated about an axis thereof; and finally a coil wound on the rotor. The metal element continuously rotates, rotating the magnetic rotor to cut the magnetic field lines emanating from the coil to produce induced electrical current for other devices.

Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die externe Vorrichtung ein sich bewegendes Fahrzeug und insbesondere eine Metall-Radfelge, die als dynamisches Metallelement wirkt, oder handelt es sich um Stahlschienen oder -seile, die als ein statisches Metallelement wirken.According to one embodiment of the present invention, the external device is a moving vehicle, and more particularly a metal wheel rim acting as a dynamic metal element, or steel rails or cables acting as a static metal element.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der magnetische Rotor eine Vielzahl miteinander verbundener magnetischer Bleche auf, deren Mittelpunkte übereinander liegen und die Achse aufspannen.According to one embodiment of the invention, the magnetic rotor has a plurality of interconnected magnetic sheets whose centers are superimposed and span the axis.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der berührungsfreie Stromgenerator eine Vielzahl von Teilspulen auf, die in Serie geschaltet sind, um die Spannung zu erhöhen.According to one embodiment of the invention, the non-contact power generator has a plurality of sub-coils connected in series to increase the voltage.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der berührungsfreie Stromgenerator eine Vielzahl von Teilspulen auf, die parallel geschaltet sind, um den Strom zu erhöhen.According to one embodiment of the invention, the non-contact power generator has a plurality of sub-coils, which are connected in parallel to increase the current.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind der magnetische Rotor und die Spule mit einer Schaltungsplatine verdrahtet, um eine Strom verbrauchende Vorrichtung zu speisen.According to an embodiment of the invention, the magnetic rotor and the coil are wired to a circuit board to feed a power consuming device.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung schickt die Schaltungsplatine den Strom über eine stabilisierende Ansteuerschaltung an die Strom verbrauchende Einrichtung.According to one embodiment of the invention, the circuit board sends the power via a stabilizing drive circuit to the power-consuming device.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind der magnetische Rotor und die Spule mit einer Schaltungsplatine verdrahtet und befinden sie sich in einem Gehäuse, das mittels eines Rahmens an der externen Vorrichtung befestigt ist.According to one embodiment of the invention, the magnetic rotor and the coil are wired to a circuit board and are located in a housing which is fixed by means of a frame to the external device.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der externen Vorrichtung um ein hydraulisches Element, das das Metallelement antreibt.According to one embodiment of the invention, the external device is a hydraulic element that drives the metal element.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 zeigt einen typischen Elektromotor, der nach der Linke-Hand-Regel von Fleming arbeitet; 1 shows a typical electric motor that works according to the left-hand rule of Fleming;

2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen berührungsfreien Stromgenerators; 2 shows an embodiment of a non-contact power generator according to the invention;

3 zeigt die Anordnung der 2 im Schnitt; 3 shows the arrangement of 2 on average;

4 zeigt den erfindungsgemäßen berührungsfreien Stromgenerator in der Anwendung auf ein Fahrzeug; und 4 shows the non-contact power generator according to the invention in the application to a vehicle; and

5 zeigt ein Flussdiagramm zur 4. 5 shows a flowchart for 4 ,

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMTHE PREFERRED EMBODIMENT

Die Erfindung wird nun an Hand der folgenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention will now be described in detail with reference to the following embodiment with reference to the drawings.

Wie die 2, 3 zeigen, weist der erfindungsgemäße berührungsfreie Stromgenerator mindestens ein bewegbares Metallelement 20 auf, das in der mit dem Pfeil angedeuteten Richtung von einer Kraft gedreht wird, die eine externe Vorrichtung wie eine Metall-Radfelge eines sich bewegenden Fahrzeugs – bspw. einer Lokomotive, eines Kraftfahrzeugs, eines Motor- oder eines Fahrrads – erzeugt; dieses Metallelement wirkt als ein dynamisches Metallelement 20. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann es sich bei dem Metallelement 20 um ein statisches tragendes Element wie eine Stahlschiene für Züge oder ein Stahlseil für eine Seilbahn handeln, relativ zu dem sich das entsprechende andere Element mit magnetischem Effekt bewegt.As the 2 . 3 show, the inventive non-contact power generator at least one movable metal element 20 which is rotated in the direction indicated by the arrow by a force generating an external device such as a metal wheel rim of a moving vehicle, such as a locomotive, a motor vehicle, an engine or a bicycle; this metal element acts as a dynamic metal element 20 , In another embodiment of the invention, the metal element may be 20 to act as a static supporting element such as a steel rail for trains or a steel cable for a cableway, relative to which the corresponding other element with magnetic effect moves.

Ein magnetischer Rotor 30, der als das entsprechende andere Element wirkt, ist nahe dem bewegbaren Metallelement 20 angeordnet, ohne es zu berühren, und dreht sich stetig um eine Achse. Auf dem magnetischen Rotor 30 befindet sich eine Spule 40; die Spule 40 kann auf ein magnetisch leitfähiges Objekt wie Eisenbleche, Silizium-Stahlbleche oder einen Ferritkern gewickelt sein, um die induzierte Spannung zu steigern.A magnetic rotor 30 acting as the corresponding other element is near the movable metal element 20 arranged without touching it, and turns steadily around an axis. On the magnetic rotor 30 there is a coil 40 ; the sink 40 may be wound on a magnetically conductive object such as iron sheets, silicon steel sheets or a ferrite core to increase the induced voltage.

Wie die 3 zeigt, weist der magnetische Rotor mehrere magnetische Schichten bzw. Lagen 31 auf, die miteinander zusammengefügt sind, um den Rotor 30 auszubilden. Die magnetischen Lagen 31 sind bevorzugt permanentmagnetisch. In dieser Ausführungsform sind die magnetischen Lagen 31 sektorförmig.As the 3 shows, the magnetic rotor has a plurality of magnetic layers 31 on, which are joined together to the rotor 30 train. The magnetic layers 31 are preferably permanent magnetic. In this embodiment, the magnetic layers are 31 sector-shaped.

Wie die 3 zeigt, ist der magnetische Rotor 30 berührungsfrei nahe dem Metallelement 20 angeordnet und von diesem über einen kleinstmöglichen Spalt (c) beabstandet, um eine höchstmögliche Anziehungskraft und höchstmögliche Drehzahl und so den höchstmöglichen induzierten Strom zu erreichen.As the 3 shows is the magnetic rotor 30 non-contact near the metal element 20 arranged and spaced therefrom by a smallest possible gap (c) in order to achieve the highest possible attraction force and highest possible speed and thus the highest possible induced current.

Der magnetische Rotor 30 ist mittig mit einer Welle drehbar verbunden und wird um eine durch den Mittelpunkt verlaufende Achse gedreht. Diese rotierende Anordnung gilt nur erläuternd; die Erfindung ist auf sie nicht beschränkt.The magnetic rotor 30 is centrally connected to a shaft rotatably and is rotated about an axis extending through the center. This rotating arrangement is only illustrative; the invention is not limited to them.

Dreht das Metallelement 20 stetig durch (wie bei einem Fahrzeug im Verkehr), wird der magnetische Rotor 30 stetig mit genommen durch die Anziehungskraft, die zwischen dem Metallelement 20 und dem magnetischen Rotor 30 wirkt, wobei die von der Spule 40 erzeugten magnetischen Feldlinien geschnitten werden und Strom induziert wird. Der magnetische Rotor und die Spulen befinden sich möglicherweise in einem Fahrzeug (Eisenbahnzug oder Seilbahn), das sich relativ zu einem tragenden Element (Stahlschiene oder -seil) bewegt, so dass elektrischer Strom erzeugt wird.Turn the metal element 20 steadily through (as in a vehicle in traffic), the magnetic rotor 30 steadily taken away by the attraction between the metal element 20 and the magnetic rotor 30 works, being the one from the coil 40 generated magnetic field lines are cut and current is induced. The magnetic rotor and coils may be located in a vehicle (railway train or cable car) that moves relative to a load bearing member (steel rail or cable) to generate electrical power.

Die Spannung und der Strom, die entstehen, wenn das magnetische Element 30 die magnetischen Feldlinien schneidet, hängen von folgenden Faktoren ab:

  • a. Der Stärke der magnetischen Kraft aus dem magnetischen Rotor 30, der aus stark magnetischem Werkstoff hergestellt ist, und der Polaritätslänge des N- und des 5-Pols der Magnete.
  • b. Die Länge der aufgewickelten Spule bestimmt die Höhe der elektromotorischen Kraft (Spannung); eine Serienschaltung mehrerer Spulen erhöht daher die Spannung.
  • c. Die Anzahl der geschnittenen magnetischen Feldlinien bestimmt die Höhe des induzierten Stroms, der durch Parallelschaltung mehrerer Spulen verstärkt werde kann.
The voltage and the current that arise when the magnetic element 30 the magnetic field lines intersect depends on the following factors:
  • a. The strength of the magnetic force from the magnetic rotor 30 , which is made of strong magnetic material, and the polarity length of the N- and the 5-pole of the magnets.
  • b. The length of the wound coil determines the magnitude of the electromotive force (voltage); a series connection of several coils therefore increases the voltage.
  • c. The number of cut magnetic field lines determines the height of the induced current, which can be amplified by connecting several coils in parallel.

Die 4 und 5 zeigen eine Metallfelge 51 eines Rads 50, die als bewegbares Metallelement 20 wirkt. Ein Reifen 52 ist auf die Felge 51 aufgezogen, die auf einem Chassis 53 gelagert ist. Der magnetische Rotor 30 und die Spule 40 sind über einen kleinstmöglichen Spalt vom Metallelement 20 beabstandet. Der vom magnetischen Rotor 30 und der Spule 40 erzeugte induzierte Strom fließt auf der Drahtleitung 54 zur Schaltungsplatine 55 und speist dort eine Strom verbrauchende Einrichtung (wie die LED 56). In dieser Ausführungsform befindet die LED 56 sich hinter einer Linse 57. Der gesamte Stromgenerator und die zugehörigen Teile könnten in einem Gehäuse angeordnet und über einen Rahmen 58 am Chassis 53 befestigt sein.The 4 and 5 show a metal rim 51 a wheel 50 acting as a movable metal element 20 acts. A tire 52 is on the rim 51 reared on a chassis 53 is stored. The magnetic rotor 30 and the coil 40 are over a smallest possible gap from the metal element 20 spaced. The from the magnetic rotor 30 and the coil 40 generated induced current flows on the wire line 54 to the circuit board 55 and feeds a power consuming device (like the LED 56 ). In this embodiment, the LED is located 56 behind a lens 57 , The entire power generator and associated parts could be placed in a housing and over a frame 58 on the chassis 53 be attached.

Wird, wie in 5 gezeigt, die Metall-Radfelge 51 vom fahrenden Fahrzeug stetig gedreht, wird über die Anziehungskraft zwischen der Metall-Radfelge 51 und dem magnetischen Rotor letzterer mitgedreht, wobei die magnetischen Feldlinien geschnitten und ein Strom induziert wird. Der induzierte Strom wird über eine Stabilisier- und Treiberschaltung an die LED geschickt.Will, as in 5 shown the metal wheel rim 51 Constantly turned by the moving vehicle, is about the attraction between the metal wheel rim 51 and the magnetic rotor latter rotated, wherein the magnetic field lines are cut and a current is induced. The induced current is sent to the LED via a stabilization and driver circuit.

Obgleich die externe Einrichtung in dieser Ausführungsform ein Fahrzeug ist, ist sie auf ein solches nicht beschränkt. Andere – bspw. hydraulische – Vorrichtungen können ebenfalls als externe Einrichtung dienen, um das Metallelement 20 zu drehen bzw. zu bewegen.Although the external device is a vehicle in this embodiment, it is not limited to one. Other - for example hydraulic - devices can also serve as an external device to the metal element 20 to turn or to move.

Da der erfindungsgemäße Stromgenerator berührungsfrei in diversen Vorrichtungen einsetzbar ist, ist er in vielfältigen Konstruktionen und Geräten anwendbar.Since the current generator according to the invention can be used without contact in various devices, it is applicable in a variety of designs and devices.

Obgleich oben zur Erläuterung bestimmte Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben sind, sind Varianten und Verbesserungen möglich, ohne den Grundgedanken und Umfang der Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist daher ausschließlich als durch die beigefügten Ansprüche definiert aufzufassen.Although particular embodiments of the invention have been described in detail for purposes of illustration, variations and improvements are possible without departing from the spirit and scope of the invention. The invention is, therefore, to be construed solely as defined by the appended claims.

ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNGSUMMARY OF THE REVELATION

Berührungsfreier Stromgenerator mit mindestens einem Metallelement, das von einer Kraft, die von einer externen Einrichtung erzeugt wird, stetig drehbar ist, mit mindestens einem magnetischen Rotor, der berührungsfrei nahe dem Metallelement liegt und von diesem um eine Achse gedreht wird, und mit einer Spule, die den magnetischen Rotor umgibt. Das Metallelement dreht stetig, um den magnetischen Rotor zu drehen, der die von der Spule erzeugten magnetischen Feldlinien schneidet, um induzierten Strom für andere Geräte zu erzeugen.Non-contact power generator having at least one metal element which is continuously rotatable by a force generated by an external device, with at least one magnetic rotor which lies without contact near the metal element and is rotated about an axis thereof, and with a coil, which surrounds the magnetic rotor. The metal element continuously rotates to rotate the magnetic rotor, which cuts the magnetic field lines generated by the coil to produce induced current for other devices.

Claims (14)

Berührungsfreier Stromgenerator, mit: mindestens einem Metallelement, das als das eine entsprechende, von einer externen Vorrichtung bewegte Element dient; mindestens einem magnetischen Rotor, der als das andere entsprechende Element dient, das sich relativ zum Metallelement bewegt, berührungsfrei nahe diesem liegt und von der Bewegung relativ zum Metallelement gedreht wird; und mindestens einer Spule, die um den magnetischen Rotor herum angeordnet ist, um magnetische Feldlinien zu schneiden.Non-contact power generator, with: at least one metal element serving as the one corresponding element moved by an external device; at least one magnetic rotor serving as the other corresponding member which moves relative to the metal member without contact therewith and is rotated by the movement relative to the metal member; and at least one coil disposed around the magnetic rotor to intersect magnetic field lines. Berührungsfreier Stromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Vorrichtung ein Fahrzeug ist.Non-contact power generator according to claim 1, characterized in that the external device is a vehicle. Berührungsfreier Stromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement ein dynamisches Metallteil des Fahrzeugs ist.Non-contact power generator according to claim 1, characterized in that the metal element is a dynamic metal part of the vehicle. Berührungsfreier Stromgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement eine Metall-Radfelge des Fahrzeugs ist.Non-contact power generator according to claim 3, characterized in that the metal element is a metal wheel rim of the vehicle. Berührungsfreier Stromgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement ein statisches tragendes Metallelement des Fahrzeugs ist.Non-contact power generator according to claim 3, characterized in that the metal element is a static supporting metal element of the vehicle. Berührungsfreier Stromgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement eine Stahlschiene für das Fahrzeug ist.Non-contact power generator according to claim 5, characterized in that the metal element is a steel rail for the vehicle. Berührungsfreier Stromgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement ein Stahlseil für das Fahrzeug ist.Non-contact power generator according to claim 5, characterized in that the metal element is a steel cable for the vehicle. Berührungsfreier Stromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Rotor eine Vielzahl magnetischer Lagen aufweist, die zusammengefügt sind und deren Mittelpunkte übereinander liegen, um die Achse aufzuspannen.A non-contact power generator according to claim 1, characterized in that the magnetic rotor comprises a plurality of magnetic layers which are joined together and their centers are superimposed to span the axis. Berührungsfreier Stromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Spulen vorgesehen ist, die in Serie geschaltet sind, um die Spannung zu erhöhen.A non-contact power generator according to claim 1, characterized in that a plurality of coils is provided, which are connected in series to increase the voltage. Berührungsfreier Stromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Spulen vorgesehen ist, die parallel geschaltet sind, um den Strom zu erhöhen.A non-contact power generator according to claim 1, characterized in that a plurality of coils is provided, which are connected in parallel to increase the current. Berührungsfreier Stromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Rotor und die Spule mit einer Schaltungsplatine verdrahtet sind, um eine Strom verbrauchende Einrichtung zu speisen.A non-contact power generator according to claim 1, characterized in that the magnetic rotor and the coil are wired to a circuit board to feed a power-consuming device. Berührungsfreier Stromgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsplatine der Strom verbrauchenden Einrichtung den Strom über eine Stabilisier- und Treiberschaltung zuschickt.A non-contact power generator according to claim 7, characterized in that the circuit board of the power consuming device sends the power through a stabilizing and driving circuit. Berührungsfreier Stromgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Rotor und die Spule mit einer Schaltungsplatine verdrahtet sind, die sich in einem Gehäuse befindet, das über einen Rahmen an der externen Vorrichtung befestigt ist.A non-contact power generator according to claim 7, characterized in that the magnetic rotor and the coil are wired to a circuit board which is located in a housing which is attached via a frame to the external device. Berührungsfreier Stromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Vorrichtung eine hydraulische Vorrichtung ist, die das Metallelement antreibt.Non-contact power generator according to claim 1, characterized in that the external device is a hydraulic device which drives the metal element.
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