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Energiewandler
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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch-mechanischen Energiewandler,
insbesondere zur Umsetzung von Bewegungsenergie in elektrische Energie, mit einem
langgestreckten Bewegungskörper, der in der Bewegungsrichtung hintereinander angeordnete
magnetische Bereiche mit abwechselnd entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung enthält,
denen mindestens ein Magnetkreis mit einem magnetischen Rückschluß und einer Induktionsspule
zugeordnet ist.
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Es ist bekannt, daß durch die Relativbewegung eines elektrischen Leiters
in einem Magnetfeld ein elektrischer Impuls erzeugt werden kann. Eine tastenbetätigte
Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Impulses enthält eine Spule, die einen
Kern aus magnetischem Material umschließt und von einem Magnetfluß durchsetzt wird,
der sich mit der Bewegung des Magneten ändert. Mit dem ergonomischen Antrieb in
Form einer Taste wird ein ferromagnetischer Anker bewegt, der als RUckschluB-kdrper
für den Fluß des Magneten dient, der sich über
den Kern der Spule
schließt. Die ergonomische Bewegung der Taste bewirkt somit über einen mechanischen
Speicher eine sprunghafte Änderung der Induktion in der Spule und damit einen entsprechenden
elektrischen Impuls im Leiter (deutsche Offenlegungsschrift 1 512 469).
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In einer weiteren Ausführungsform eines Energiewandlers zur Umsetzung
von ergonomischer in elektrische Energie ist ein langgestreckter Bewegungskörper
vorgesehen, der in der Bewegungsrichtung hintereinander angeordnete Dauermagneten
mit radialer Magnetisierung und abwechselnd entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung
enthält. Dieser Bewegungskörper ist in einem Ständer angeordnet, der den Bewegungskörper
weitgehend umschließende Polschuhpaare trägt, deren Anzahl und Ausdehnung in der
Längsrichtung gleich den Magnetisierungsperioden auf dem Bewegungskörper ist. Der
Bewegungskörper ist im Ständer in axialer Richtung schwingfähig gelagert. Die Polschuhe
gehören jeweils zu einem magnetischen Rückschluß für die Magneten des Bewegungskörpers.
Der Ständer enthält eine vom Fluß der Magneten des Bewegungskörpers durchsetzte
Spule, deren Magnetfluß sich mit der Schwingbewegung des Bewegungskörpers ändert
und entsprechende elektrische Impulse liefert (deutsche Offenlegungsschrift 17 63
237).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen bekannten Energiewandler
zu verbessern, insbesondere soll der Aufwand für den Wandler vermindert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den beiden
Polen der magnetischen Bereiche des Bewegungskörpers mit diametraler Magnetisierung
jeweils ein Polschuh eines magnetischen Ruckachlusses zugeordnet ist.
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Diese Pol schuhe können jeweils mit dem Magnetkern einer Induktionsspule
versehen sein oder sie können auch
mit einem gemeinsamen magnetischen
Joch verbunden sein, das als Kern für eine gemeinsame Induktionsspule dient.
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Der Energiewandler stellt somit im Prinzip einen Lineargenerator dar,
der auf dem Prinzip der translativen Bewegung von Magneten durch ein System von
Spulen beruht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform mit magnetisch getrennten Magnetkreisen
können Magnetisierungsrichtungen der magnetischen Bereiche sowie die Magnetkreise
selbst in Umfangsrichtung um einen von 1800 abweichenden vorbestimmten Winkel gegeneinander
versetzt sein.
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Dadurch, daß jedem Magneten des Beweglmgskörpers, der als Träger für
die Magneten dient, ein getrennter Magnetkreis mit wenigstens einer, insbesondere
zwei Induktionsspulen zugeordnet ist, kann ein Wandler mit verhältnismäßig geringer
Menge verhältnismäßig große Stromimpulse erzeugen.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen, in deren Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Energiewandlers nach der
Erfindung im Längsschnitt schematisch veranschaulicht ist.
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Einen Querschnitt dieses Wandlers zeigt Figur 2. Eine besondere Ausführungsform
des Energiewandlers ist in Figur 3 perspektivisch dargestellt.
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Nach Figur 1 ist ein langgestreckter Bewegungskörpers 2 in seiner
durch einen nicht näher bezeichneter Doppelpfeil angedeuteten Achsrichtung relativ
zu einem Ständer 4 beweglich gelagert. Der Bewegungskörper 2 dient als Träger für
Magneten 6, 8 und 10, die diametral magnetisiert und mit jeweils abwechselnder Magnetisierungsrichtung
in der Bewegungsrichtung des Bewegungskörpers hintereinander angeordnet ind. Der
Bewegungskörper
2 ist beispielsweise mit einer Taste 12 versehen, die an einem Schaft 14 befestigt
ist, die eine Feder 16 trägt, die als Energiespeicher dient. Der Schaft 14 ist durch
einen Deckel 20 des Ständergehäuses 22 beweglich gelagert. Der Ständer 4 enthält
acht Induktionsspulen, die mit 24 bis 31 bezeichnet sind und die jeweils auf einem
Magnetkern angeordnet sind, der mit einem Polschuh versehen ist. Die Magnetkerne
sind in der Figur mit 34 bis 41 und die Polschuhe mit 44 bis 51 bezeichnet. Das
Gehäuse 22 des Ständers 4 bildet einen gemeinsamen Rückschlußkörper für die Magnete
6, 8 und 10.
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Aus dem Querschnitt der Figur 2 ist die Anordnung des Bewegungskörpers
2 zwischen den Induktionsspulen 24 und 28 zu entnehmen, die in dem eckig ausgeführten
Gehäuse 22 in der Magnetisierungsrichtung des Magneten6 diametral einander gegenüber
angeordnet sind. Die Polschuhe 44 und 48 umschließen die Pole des Magneten 6 mit
einem geringen, in der Figur nicht näher bezeichneten Luftspalt. Die Spulen 24 und
28 können beispielsweise elektrisch in Reihe geschaltet und ihre freien Enden 44
bzw. 45 aus dem Gehäuse 22 des Ständers 4 herausgeführt sein.
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Durch die Anwendung beispielsweise einer ergonomischen Kraft auf die
Taste 12 wird der Bewegungskörper 2 in seiner Achsrichtung derart verschoben, daß
sich der Magnetfluß der Magnete 6, 8 und 10 verlagert zu den Magnetspulen 25 und
29 bzw. 26 und 30 bzw. 27 und 31.
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Zugleich erhalten diese Spulen entsprechend der Magnetisierungsrichtung
in den Magneten 6, 8 und 10 einen magnetischen Fluß mit entgegengesetzter Richtung.
Durch diese plötzliche Flußänderung wird in den Spulen ein elektrischer Impuls erzeugt,
der an den Klemmen 44 und
45 abgenommen werden kann.
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In einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform des Energiewandlers
wird durch einen Druck auf die Taste 12 die Feder 16 gespannt und die Taste in einer
nicht näher bezeichneten Endstellung arretiert. Wird die Arretierung der Taste 12
dann in bekannter Weise gelöst, so entspannt sich die Feder 16 und man erhält eine
entsprechend schnelle Bewegung der Magnete 6 bis 8 von den Magnetkreisen des Ständer
4 jeweils zum folgenden Magnetkreis, Durch die schnelle Bewegung erhält man Impulse
mit entsprechend hoher Stromstärke und steiler Stirnilanke.
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In der Ausführungsform eines Energiewandlers nach Fig. 3 sind die
Magnetisierungsrichtungen jeweils zweier aufeinanderfolgender Magnete, z.B. 6 und
8, um einen vorbestimmten Winkel clr, in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt.
In dieser Ausführungsform sind die einander zugeordneten Spulen, beispielsweise
24 und 28, deren Magnetpole 44 bzw. 48 den Magneten 6 umschließen, mit einem getrennten
Rückschluß versehen, der in der Figur für den ersten Magnetkreis mit 60 bezeichnet
ist.
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Gegenüber den Magnetspulen 24 und 28 des ersten Magnetkreises ist
die Spule 25 des zweiten Magnetkreises um den Winkel ffi versetzt. Der dem zweiten
Magnetkreis zugeordnete Rückschlußkörper 62 ist in der perspektivischen Ansicht
aufgeschnitten dargestellt. Gegenüber diesen Spulen sind die Spulen des folgenden
Magnetkreises wiederum um den Winkel versetzt, was durch die Lage der Spule 26 angedeutet
ist. In der Ausführungsform des Energiewandlers nach Figur 3 bewirkt die Verdrehung
der Magnetkreise eine bessere magnetische Entkopplung der cinzelnen Systeme und
hat somit eine entsprechende Erhöhung des Wirkungsgrades zur Folge.
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Mit der Bewegung beispielsweise des Magneten 6 in den Magnetkreis
62 bleibt sein Fluß, der den Magnetkreis 62 durchsetzt, durch die Winkelverdrehung
zunächst noch verhältnismäßig gering. Sobald sich der Magnet 6 Uberwiegend in diesem
benachbarten Magnetkreis 62 befindet, dreht er sich selbst ruckartig unter die Pol
schuhe dieses Magnetkreises, von denen nur der obere Polschuh 45 in der Figur sichtbar
ist. Diese plötzliche Flußänderung ergibt einen entsprechend höheren Spannungsimpuls
in den zugeordneten Magnetspulen.
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3 Patentansprüche 3 Figuren