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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft: ein Stromerzeugungselement, das Magnetdrähte mit einem großen Barkhausen-Effekt und eine Aufnahmespule umfasst; und ein Stromerzeugungsmodul, einen Drehzahlmesser und einen Stromgenerator, der das Stromerzeugungselement umfasst.
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Hintergrund
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Herkömmlicherweise wurde ein Stromerzeugungselement, das Magnetdrähte mit einem großen Barkhausen-Effekt und eine Aufnahmespule umfasst, verwendet, um eine Drehzahl, d. h. die Anzahl der Umdrehungen eines Motors pro Zeiteinheit, durch Eigenstromerzeugung ohne Batterie zu erkennen oder um eine elektronische Vorrichtung mit elektrischem Strom zu betreiben, der durch Mikrovibration einer Struktur, beispielsweise einer Brücke oder einer Maschine in einer Fabrik, erzeugt wird.
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In dem Stromerzeugungselement, das die Magnetdrähte mit dem großen Barkhausen-Effekt und die Aufnahmespule umfasst, ist die Aufnahmespule um die Magnetdrähte gewickelt. Im Folgenden wird das Stromerzeugungselement, das die Magnetdrähte mit dem großen Barkhausen-Effekt und die Aufnahmespule umfasst, einfach als Stromerzeugungselement bezeichnet. Wenn im Stromerzeugungselement eine bestimmte magnetische Triggerfeldstärke überschritten wird, wird die Magnetisierungsrichtung der Magnetdrähte aufgrund des Einflusses eines externen Magnetfeldes schnell umgekehrt und in der Aufnahmespule wird eine Spannung erzeugt.
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Wenn die in der Aufnahmespule erzeugte Spannung ansteigt, erkennt das Stromerzeugungselement die Rotationsgeschwindigkeit mit höherer Genauigkeit. Außerdem kann das Stromerzeugungselement mit zunehmender Spannung in der Aufnahmespule die elektronische Vorrichtung mit höherer Leistung betreiben. Daher ist es im Stromerzeugungselement erforderlich, die in der Aufnahmespule erzeugte Spannung zu erhöhen.
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Patentliteratur 1 offenbart ein Stromerzeugungselement, bei dem eine Aufnahmespule um mindestens zwei Magnetdrähte gewickelt ist. Bei dem in Patentliteratur 1 offenbarten Stromerzeugungselement ist die Aufnahmespule um eine Vielzahl von Magnetdrähten gewickelt, sodass die in der Aufnahmespule erzeugte Spannung bei Überschreiten der magnetischen Triggerfeldstärke höher ist als die in einem Stromerzeugungselement, das einen einzelnen Magnetdraht umfasst.
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Zitierliste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1: Japanische Übersetzung der internationalen PCT-Anmeldung, offengelegt unter Nr.
2022-519668 -
Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabenstellung der Erfindung
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Jedoch bei dem in der Patentliteratur 1 offenbarten Stromerzeugungselement führen Herstellungsschwankungen der Magnetdrähte zu geringen Schwankungen der magnetischen Triggerfeldstärke der Magnetdrähte oder zu geringen Unterschieden im Magnetfeld, das von einem Magneten auf die Magnetdrähte ausgeübt wird, was dazu führt, dass die Zeitpunkte der Stromerzeugung nicht übereinstimmen, sodass, wenn die Anzahl der Magnetdrähte N ist, die in der Aufnahmespule erzeugte Spannung niedriger ist als das N-fache der Spannung, die erzeugt wird, wenn ein Magnetdraht verwendet wird. Daher ist es erforderlich, ein Stromerzeugungselement zu realisieren, das verhindert, dass die in der Aufnahmespule erzeugte Spannung aufgrund der Herstellungsschwankungen der Magnetdrähte verringert wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das Vorstehende gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Stromerzeugungselement vorzusehen, das verhindert, dass eine in einer Aufnahmespule erzeugte Spannung aufgrund von Herstellungsschwankungen der Magnetdrähte verringert wird.
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Mittel zur Lösung der Aufgabe
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Um das obige Problem zu lösen und das Ziel zu erreichen, umfasst ein Stromerzeugungselement gemäß der vorliegenden Erfindung: eine Vielzahl von Magnetdrähten mit einem großen Barkhausen-Effekt; und eine Aufnahmespule, die um ein Bündel der Vielzahl der Magnetdrähte gewickelt ist. Das Stromerzeugungselement umfasst magnetische Verbinder, die Enden der Vielzahl der Magnetdrähte an beiden Enden der Vielzahl der Magnetdrähte magnetisch verbinden.
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Effekte der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung kann das Stromerzeugungselement vorsehen, das verhindert, dass die in der Aufnahmespule erzeugte Spannung aufgrund von Fertigungsschwankungen der Magnetdrähte verringert wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Stromerzeugungselements gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
- 2 ist eine schematische Darstellung, die einen Effekt veranschaulicht, der durch die magnetische Verbindung der Enden von Magnetdrähten an beiden Enden davon in dem Stromerzeugungselement gemäß der ersten Ausführungsform erzielt wird.
- 3 ist eine schematische Darstellung, die einen Effekt veranschaulicht, der durch die Abdeckung der beiden Enden der Magnetdrähte mit Magnetröhren in dem Stromerzeugungselement gemäß der ersten Ausführungsform erzielt wird.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Stromerzeugungselements gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
- 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Stromerzeugungsmoduls gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
- 6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Drehzahlsensors gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht.
- 7 ist eine Draufsicht, die einen Magneten und ein Stromerzeugungselement veranschaulicht, die in dem Drehzahlsensor gemäß der vierten Ausführungsform umfasst sind.
- 8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Stromgenerators gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulicht.
- 9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Stromerzeugungselements veranschaulicht, das in einem Stator des Stromgenerators gemäß der fünften Ausführungsform enthalten ist.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Nachstehend werden ein Stromerzeugungselement, ein Stromerzeugungsmodul, ein Drehzahldetektor und ein Stromgenerator gemäß den Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
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Erste Ausführungsform.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Stromerzeugungselements gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Ein Stromerzeugungselement 10 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine Vielzahl von Magnetdrähten 11 mit einem großen Barkhausen-Effekt, eine Aufnahmespule 12, die um ein Bündel der Magnetdrähte 11 gewickelt ist, und magnetische Verbinder 13, die an beiden Enden der Magnetdrähte 11 angeordnet sind. Der magnetische Verbinder 13 umfasst ein magnetisches Rohr 131 und eine Harzversiegelung 132, mit der das Innere des magnetischen Rohrs 131 gefüllt ist.
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Der magnetische Draht 11 hat einen magnetostriktiven Effekt und dehnt sich durch Magnetostriktion als Reaktion auf eine Änderung in einem angelegten Magnetfeld aus und zieht sich zusammen.
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Das Magnetrohr 131 ist ein röhrenförmiger Körper, der aus einem weichmagnetischen Material, beispielsweise Eisen, besteht. Die Permeabilität des Magnetrohrs 131 muss lediglich höher sein als die von Luft, ist jedoch vorzugsweise höher als die des Magnetdrahts 11. Das weichmagnetische Material kann ein Stahlmaterial wie SS400 oder S45C, ein magnetisches Edelstahlmaterial wie SUS430 oder SUS440, ein hochpermeables Material wie Permalloy oder Permendur oder dergleichen sein. Je größer der Abstand zwischen den Magnetrohren 131 im Stromerzeugungselement 10 ist, desto größer ist der Magnetisierungsumkehrbereich der Magnetdrähte 11, was zu einer Erhöhung der erzeugten Leistung führt. Daher ist es wünschenswert, dass eines von zwei der Magnetrohre 131 an einem Ende der Magnetdrähte 11 oder an einer Position so nah wie möglich an dem einen Ende angeordnet ist und das andere der zwei Magnetrohre 131 an dem anderen Ende der Magnetdrähte 11 oder an einer Position so nah wie möglich an dem anderen Ende angeordnet ist.
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Die Harzmischung 132 weist eine Härte auf, die die Ausdehnung und Kontraktion der Magnetdrähte 11 aufgrund von Magnetostriktion nicht behindert. Die Harzmischung 132 fixiert die Magnetdrähte 11 in einem Zustand, in dem die Enden der Magnetdrähte 11 mit dem Magnetrohr 131 in Kontakt stehen. Daher sind die Enden der Magnetdrähte 11 magnetisch miteinander verbunden.
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2 ist eine schematische Darstellung, die einen Effekt veranschaulicht, der durch die magnetische Verbindung der Enden der Magnetdrähte an ihren beiden Enden in dem Stromerzeugungselement gemäß der ersten Ausführungsform erzielt wird. 2 zeigt schematisch die Wellenformen der Spannungen, die in der Aufnahmespule 12 erzeugt werden, in einem Fall, in dem die Enden von drei der Magnetdrähte 11 nicht an beiden Enden magnetisch miteinander verbunden sind, und in einem Fall, in dem die Enden magnetisch miteinander verbunden sind. In 2 stellt die vertikale Achse die Spannung dar und die horizontale Achse die verstrichene Zeit ab einer bestimmten Referenzzeit. Außerdem stellen in 2 eine gestrichelte Linie, eine strichpunktierte Linie und eine strichpunktierte-strichpunktierte Linie die Wellenformen der Spannungen in dem Fall dar, in dem die Enden der drei Magnetdrähte 11 an ihren beiden Enden nicht magnetisch miteinander verbunden sind, und eine durchgezogene Linie stellt die Wellenform der Spannung in dem Fall dar, in dem die Enden der drei Magnetdrähte 11 an ihren beiden Enden magnetisch miteinander verbunden sind. Wenn die Enden der drei Magnetdrähte 11 nicht an beiden Enden magnetisch miteinander verbunden sind, führen Herstellungsfehler der Magnetdrähte 11 zu kleinen Schwankungen in der magnetischen Triggerfeldstärke der Magnetdrähte oder zu kleinen Unterschieden in dem Magnetfeld, das von einem Magneten auf die Magnetdrähte ausgeübt wird, was zu Schwankungen im Zeitpunkt der Stromerzeugung der Magnetdrähte 11 führt. Wenn hier die Eigenschaften der drei Magnetdrähte 11 als A, B und C unterschieden werden, erzeugen die drei Magnetdrähte 11, die gerade gebündelt werden, normalerweise Spannungen in der Aufnahmespule 12 zu unterschiedlichen Zeitpunkten. In einem in 2 dargestellten Beispiel sind die Zeitpunkte, zu denen die in der Aufnahmespule 12 durch den Magnetdraht 11 mit der Eigenschaft A erzeugte Spannung maximal ist und die Zeitpunkte, zu denen die in der Aufnahmespule 12 durch den Magnetdraht 11 mit der Eigenschaft C erzeugte Spannung maximal ist, um 10 [µs] versetzt, und die Spannung, die durch Überlagerung der Spannungen erzeugt wird, die in der Aufnahmespule 12 durch die drei Magnetdrähte 11 erzeugt werden, nicht das Dreifache der Spannung ist, die in der Aufnahmespule 12 durch jeden der drei Magnetdrähte 11 erzeugt wird. Andererseits sind in dem Fall, in dem die Enden des Magnetdrahts 11 mit der Eigenschaft A, des Magnetdrahts 11 mit der Eigenschaft B und des Magnetdrahts 11 mit der Eigenschaft C an beiden Enden magnetisch miteinander verbunden sind, wie durch die Wellenform angegeben, die durch die durchgezogene Linie in 2 angegeben ist, 2 dargestellt ist, sind die Zeitpunkte der Stromerzeugung des Magnetdrahts 11 mit der Eigenschaft A, des Magnetdrahts 11 mit der Eigenschaft B und des Magnetdrahts 11 mit der Eigenschaft C so aufeinander abgestimmt, dass in der Aufnahmespule 12 eine hohe Spannung erzeugt wird, im Vergleich zu dem Fall, in dem die drei Magnetdrähte 11 nicht gebündelt sind.
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3 ist eine schematische Darstellung, die einen Effekt veranschaulicht, der durch die Abdeckung der beiden Enden der Magnetdrähte mit den Magnetröhren in dem Stromerzeugungselement gemäß der ersten Ausführungsform erzielt wird. 3 zeigt schematisch die Wellenformen der Messergebnisse der Spannungen, die in der Aufnahmespule 12 erzeugt werden, in einem Fall, in dem die beiden Enden der Magnetdrähte 11 mit den Magnetrohren 131 abgedeckt sind, und in einem Fall, in dem die beiden Enden nicht mit den Magnetrohren 131 abgedeckt sind. In 3 stellt die vertikale Achse die Spannung dar und die horizontale Achse die verstrichene Zeit ab einer bestimmten Referenzzeit. Außerdem stellt in 3 eine strichpunktierte Linie die Wellenform der Spannung in dem Fall dar, in dem die beiden Enden der Magnetdrähte 11 nicht mit den Magnetrohren 131 abgedeckt sind, und eine durchgezogene Linie stellt die Wellenform der Spannung in dem Fall dar, in dem die beiden Enden der Magnetdrähte 11 mit den Magnetrohren 131 abgedeckt sind. Wie in 3 dargestellt, ist die in der Aufnahmespule 12 erzeugte Spannung höher, wenn beide Enden der Magnetdrähte 11 mit den Magnetrohren 131 abgedeckt sind, als wenn beide Enden der Magnetdrähte 11 nicht mit den Magnetrohren 131 abgedeckt sind. Der Grund, warum die in der Aufnahmespule 12 erzeugte Spannung durch die Abdeckung der beiden Enden der Magnetdrähte 11 mit den Magnetrohren 131 erhöht werden kann, wird darin vermutet, dass die Größe des diamagnetischen Feldes durch den Kontakt aller der Vielzahl der Magnetdrähte 11 mit den Magnetrohren 131 verringert wird.
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Darüber hinaus wurde bestätigt, dass die in der Aufnahmespule 12 erzeugte Spannung reduziert wird, wenn die beiden Enden der Magnetdrähte 11 fest fixiert sind. Dies liegt vermutlich daran, dass, wenn die beiden Enden der Magnetdrähte 11, die den magnetostriktiven Effekt aufweisen und sich aufgrund der Magnetostriktion als Reaktion auf eine Änderung des angelegten Magnetfelds ausdehnen und zusammenziehen, fest fixiert sind, die Ausdehnung und Kontraktion der Magnetdrähte 11 behindert wird, so dass eine magnetische Änderung verhindert wird, die Magnetisierungsumkehr nicht leicht erfolgt und die erzeugte Spannung reduziert wird. In dem Element 10, das gemäß der ersten Ausführungsform Strom erzeugt, ist das Innere des Magnetrohrs 131 mit dem Harzversiegelungsmittel 132 gefüllt, und das Harzversiegelungsmittel 132 befindet sich zwischen den Magnetdrähten 11 und dem Magnetrohr 131. Wie oben beschrieben, wird die Ausdehnung und Kontraktion der Magnetdrähte 11 aufgrund von Magnetostriktion durch die Harzversiegelung 132 nicht behindert, da die Harzversiegelung 132 eine Härte aufweist, die die Ausdehnung und Kontraktion der Magnetdrähte 11 aufgrund von Magnetostriktion nicht behindert, sodass eine Verringerung der in der Aufnahmespule 12 erzeugten Spannung unterdrückt werden kann.
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In dem Stromerzeugungselement 10 gemäß der ersten Ausführungsform sind die Enden der Magnetdrähte 11 durch den magnetischen Verbinder 13, der das Magnetrohr 131 und die Harzversiegelung 132 umfasst, magnetisch miteinander verbunden, wodurch es möglich ist, zu unterdrücken, dass die in der Aufnahmespule 12 erzeugte Spannung aufgrund von Herstellungsschwankungen der Magnetdrähte 11 verringert wird.
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Zweite Ausführungsform.
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4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Stromerzeugungselements gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Wie das Stromerzeugungselement 10 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst das Stromerzeugungselement 10 gemäß der zweiten Ausführungsform eine Vielzahl von Magnetdrähten 11, die um das Bündel der Magnetdrähte 11 gewickelte Aufnahmespule 12 und die an beiden Enden der Magnetdrähte 11 angeordneten magnetischen Verbinder 13. Es ist jedoch zu beachten, dass die magnetischen Verbinder 13 Rohre 133 umfassen, die die zugehörigen Enden der Magnetdrähte 11 abdecken, sowie magnetische Harzdichtungen 134, mit denen die Innenseiten der Rohre 133 gefüllt sind. Es ist zu beachten, dass das Rohr 133 aus einem nichtmagnetischen Material bestehen kann. Außerdem sind in dem Stromerzeugungselement 10 gemäß der zweiten Ausführungsform die Vielzahl der Magnetdrähte 11 mit Zwischenraum angeordnet.
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Die magnetische Harzversiegelung 134 ist ein Verbundharzmaterial, in dem magnetisches Pulver als Dispersoid in einem Harz als Dispersionsmedium dispergiert ist. Die magnetische Harzversiegelung 134 weist eine Härte auf, die die Ausdehnung und Kontraktion der Magnetdrähte 11 aufgrund von Magnetostriktion nicht behindert. Die magnetische Harzversiegelung 134 befindet sich zwischen den Magnetdrähten 11 und dem Rohr 133 sowie zwischen den Magnetdrähten 11. Daher sind die Enden der Magnetdrähte 11 durch die magnetische Harzversiegelung 134 magnetisch miteinander verbunden. Da die Magnetdrähte 11 mit Abstand dazwischen angeordnet sind, sind nur deren beide Enden magnetisch miteinander verbunden, und Abschnitte außer den beiden Enden stehen nicht miteinander in Kontakt.
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In dem Stromerzeugungselement 10 gemäß der zweiten Ausführungsform sind die Enden der Magnetdrähte 11 durch den magnetischen Verbinder 13, der das Rohr 133 und den magnetischen Harzversiegler 134 umfasst, magnetisch miteinander verbunden, wodurch es möglich ist, zu unterdrücken, dass die in der Aufnahmespule 12 erzeugte Spannung aufgrund von Herstellungsschwankungen der Magnetdrähte 11 verringert wird.
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Da die Magnetdrähte 11 nicht miteinander in Kontakt stehen und nur die beiden Enden der Magnetdrähte 11 magnetisch verbunden sind, ist außerdem das Seitenverhältnis jedes der Magnetdrähte 11 ähnlich dem im Fall eines Magnetdrahts 11. Daher kann das Stromerzeugungselement 10 gemäß der zweiten Ausführungsform durch Magnetisierungsumkehr unter Verwendung der Vielzahl von Magnetdrähten 11 einen Stromerzeugungseffekt erzielen, während die Größe des diamagnetischen Feldes verringert wird.
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Es ist zu beachten, dass, obwohl die Konfiguration beschrieben wurde, bei der die Enden der Magnetdrähte 11 durch die magnetische Harzversiegelung 134 magnetisch miteinander verbunden sind, die Enden der Magnetdrähte 11 durch ein magnetisches Metallband, das die Enden der Magnetdrähte 11 zusammenführt, magnetisch miteinander verbunden sein können. Zusätzlich kann der magnetische Verbinder 13 gemäß der zweiten Ausführungsform so konfiguriert sein, dass das Magnetrohr 131 und die Harzversiegelung 132 wie in der ersten Ausführungsform umfasst sind und die Magnetdrähte 11 voneinander beabstandet sind und jeweils mit dem Magnetrohr 131 in Kontakt stehen.
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Dritte Ausführungsform.
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5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Stromerzeugungsmoduls gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. Ein Stromerzeugungsmodul 20 gemäß der dritten Ausführungsform umfasst das Stromerzeugungselement 10, einen Magnetisierer 30 und ein Gehäuse 40. Das Stromerzeugungselement 10 umfasst eine Vielzahl von Magnetdrähten 11, die um die Magnetdrähte 11 gewickelte Aufnahmespule 12 und die an beiden Enden der Magnetdrähte 11 angeordneten magnetischen Verbinder 13. Der magnetische Verbinder 13 umfasst das Rohr 133 und ein um die Enden der Magnetdrähte 11 gewickeltes magnetisches Metallband 135. Ein Beispiel für das magnetische Metall, das als Material für das magnetische Metallband 135 verwendet wird, umfasst Permalloy, aber das Material des magnetischen Metallbandes 135 kann ein magnetisches Metall außer Permalloy sein. Die Enden der Magnetdrähte 11, um die das magnetische Metallband 135 gewickelt ist, werden in das Rohr 133 eingeführt. Die Vielzahl der Magnetdrähte 11 ist nebeneinander in einer X-Richtung angeordnet, die eine Richtung senkrecht zu einer Y-Richtung als Längsrichtung ist. Es ist zu beachten, dass eine Richtung, die sowohl zur X-Richtung als auch zur Y-Richtung orthogonal ist, als Z-Richtung definiert ist. Hier ist die Y-Richtung eine erste Richtung und die X-Richtung eine zweite Richtung.
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Der Magnetisierer 30 umfasst einen ersten Magneten 31 und einen zweiten Magneten 32, die in X-Richtung nebeneinander angeordnet sind. Der erste Magnet 31 und der zweite Magnet 32 sind aus Permanentmagneten gebildet. Zwischen dem ersten Magnet 31 und dem zweiten Magnet 32 ist ein Abstandshalter 33 aus einem nichtmagnetischen Material angeordnet. Das nichtmagnetische Material ist eine Substanz mit einer relativen Permeabilität von eins oder weniger.
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Der erste Magnet 31, der zweite Magnet 32 und der Abstandshalter 33 sind integral befestigt, um den Magnetisierer 30 zu bilden. Ein Verfahren zum Befestigen des ersten Magneten 31, des zweiten Magneten 32 und des Abstandshalters 33 umfasst beispielsweise, ist jedoch nicht beschränkt auf, Bonden, integrales Formen, Verschrauben, Befestigen mit einem Befestigungsband und dergleichen.
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In der Magnetisierungseinrichtung 30 können der erste Magnet 31 und der zweite Magnet 32 integral in X-Richtung verschoben werden, während ein bestimmter Abstand dazwischen in X-Richtung beibehalten wird. Es ist zu beachten, dass, wenn der erste Magnet 31 und der zweite Magnet 32 integral in X-Richtung verschoben werden können, während ein bestimmter Abstand dazwischen in X-Richtung beibehalten wird, der Abstandshalter 33 aus Luft bestehen kann.
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Das Gehäuse 40 besteht aus einem nichtmagnetischen Material, genauer gesagt aus einem Harzformkörper. Das Gehäuse 40 umfasst eine Bodenplatte 43 parallel zu einer XY-Ebene, ein Paar Rahmenabschnitte 41, die an beiden Enden in Y-Richtung der Bodenplatte 43 angeordnet sind, und ein Paar Rahmenabschnitte 42, die an beiden Enden in X-Richtung der Bodenplatte 43 angeordnet sind. Der Magnetisierer 30 wird in einer Aussparung 44 gehalten, die von den Rahmenteilen 41 und 42 und der Bodenplatte 43 umgeben ist.
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Eine Breite der Aussparung 44 in X-Richtung, d. h. ein Abstand zwischen den Rahmenteilen 42 in X-Richtung, ist größer als eine Breite des Magnetisierers 30 in X-Richtung. Daher kann der Magnetisierer 30 in der Aussparung 44 in X-Richtung verschoben werden.
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Der Verschiebungsbetrag des Magnetisierers 30 ist doppelt so groß oder größer als der Abstand zwischen dem ersten Magneten 31 und dem zweiten Magneten 32. Außerdem wird eine Bewegung des Magnetisierers 30 in +Z-Richtung durch einen Führungsabschnitt (nicht dargestellt) eingeschränkt, der in Form von Vorsprüngen von den Rahmenteilen 41 und 42 zur Aussparung 44 vorsteht.
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Das Stromerzeugungselement 10 ist in der +Z-Richtung in Bezug auf den Bereich angeordnet, in dem der Magnetisierer 30 verschoben werden kann. 5 zeigt einen Zustand, in dem der erste Magnet 31 dem Stromerzeugungselement 10 zugewandt ist. Wenn der Magnetisierer 30 in einer +X-Richtung verschoben wird, ist der zweite Magnet 32 dem Stromerzeugungselement 10 zugewandt. Das heißt, durch eine lineare Bewegung des Magnetisierers 30 wird der an das Stromerzeugungselement 10 angelegte Magnetpol umgeschaltet. Zum Zeitpunkt des Wechsels vom Zustand, in dem der erste Magnet 31 dem Stromerzeugungselement 10 zugewandt ist, zum Zustand, in dem der zweite Magnet 32 dem Stromerzeugungselement 10 zugewandt ist, wird das an die Magnetdrähte 11 angelegte Magnetfeld umgekehrt und in der Aufnahmespule 12 wird eine Spannung erzeugt. Ähnlich verhält es sich beim Wechsel vom Zustand, in dem der zweite Magnet 32 dem Stromerzeugungselement 10 zugewandt ist, zum Zustand, in dem der erste Magnet 31 dem Stromerzeugungselement 10 zugewandt ist: Das an den Magnetdrähten 11 anliegende Magnetfeld wird umgekehrt und in der Aufnahmespule 12 wird eine Spannung erzeugt.
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In dem Stromerzeugungsmodul 20 gemäß der dritten Ausführungsform sind die Magnetdrähte 11 nebeneinander in X-Richtung angeordnet, so dass der Abstand zwischen jedem der Magnetdrähte 11 und dem Magnetisierer 30 in Z-Richtung gleich ist. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass die Zeitpunkte der Stromerzeugung der Magnetdrähte 11 variieren und die in der Aufnahmespule 12 erzeugte Spannung verringert wird. Es ist zu beachten, dass das Stromerzeugungsmodul 20 unter Verwendung des Stromerzeugungselements 10 gemäß der ersten oder der zweiten Ausführungsform konfiguriert werden kann.
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Das Stromerzeugungsmodul 20 gemäß der dritten Ausführungsform kann verhindern, dass die in der Aufnahmespule 12 erzeugte Spannung aufgrund der Herstellungsschwankungen der Magnetdrähte 11 verringert wird, und kann somit die in der Aufnahmespule 12 erzeugte Spannung erhöhen, wenn der Magnetisierer 30 aufgrund von Vibrationen oder Ähnlichem in X-Richtung verschoben wird.
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Es ist zu beachten, dass der magnetische Verbinder 13 gemäß der dritten Ausführungsform die Konfiguration aufweist, die das Rohr 133 und das magnetische Metallband 135 umfasst, aber eine Konfiguration aufweisen kann, die das magnetische Rohr 131 und die Harzversiegelung 132 wie in der ersten Ausführungsform umfasst, oder eine Konfiguration aufweisen kann, die das Rohr 133 und die magnetische Harzversiegelung 134 wie in der zweiten Ausführungsform umfasst.
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Vierte Ausführungsform.
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6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Drehzahldetektors gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht. Ein Drehzahldetektor 50 gemäß der vierten Ausführungsform ist ein magnetischer Drehzahldetektor, der eine Drehzahl eines rotierenden Körpers auf der Grundlage einer induzierten Spannung erkennt, die gemäß einer Änderung in einem Magnetfeld erzeugt wird. Der Drehzahldetektor 50 erkennt, wie oft sich der rotierende Körper pro Zeiteinheit dreht. Der Rotationsgeschwindigkeitsdetektor 50 umfasst das Stromerzeugungsmodul 20 und einen Prozessor 60. Das Stromerzeugungsmodul 20 umfasst das Stromerzeugungselement 10 gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform und einen Magnetisierer mit einem Magneten 70, der so angeordnet ist, dass er dem Stromerzeugungselement 10 zugewandt ist. Der Magnet 70 ist an einer Welle 21 angebracht und dreht sich mit der Welle 21. Durch eine Drehbewegung des Magnetisierers, der den Magneten 70 umfasst, wird der an das Stromerzeugungselement 10 angelegte Magnetpol umgeschaltet. Das Stromerzeugungselement 10 erzeugt die induzierte Spannung in der Aufnahmespule 12 entsprechend der Änderung des Magnetfelds aufgrund der Drehung des Magneten 70. Ein Signal der in der Aufnahmespule 12 erzeugten Spannung wird in den Prozessor 60 eingegeben.
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Der Prozessor 60 zählt die Anzahl der Impulse der Stromerzeugung auf der Grundlage des Signaleingangs von dem Stromerzeugungselement 10. Der Prozessor 60 erkennt die Drehzahl der Welle 21 durch Zählen der Anzahl der Impulse. Der Prozessor 60 kann unter Verwendung der induzierten Spannung betrieben werden und kann somit die Drehzahl der Welle 21 ohne eine Stromversorgung erkennen.
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Das Stromerzeugungselement 10 ist so angeordnet, dass es dem Magneten 70 in einer Richtung parallel zu einer Drehachse 22 der Welle 21 zugewandt ist. Das Stromerzeugungselement 10 ist einer Fläche des Magneten 70 zugewandt, wobei die Fläche einer an der Welle 21 befestigten Fläche gegenüberliegt. Das Stromerzeugungselement 10 kann so angeordnet sein, dass es der Fläche des Magneten 70 zugewandt ist, wobei die Fläche an der Welle 21 befestigt ist.
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7 ist eine Draufsicht, die den Magneten und das Stromerzeugungselement veranschaulicht, die den Drehzahlsensor gemäß der vierten Ausführungsform umfassen. 7 veranschaulicht den Drehzahlsensor 50, in dem der Magnet 70 und das Stromerzeugungselement 10 in der Richtung parallel zur Drehachse 22 und von der Seite gegenüber der Welle 21 betrachtet werden. Es ist zu beachten, dass der Prozessor 60 in 7 nicht dargestellt ist. Das Stromerzeugungselement 10 ist so angeordnet, dass es dem Magneten 70 in einer Position gegenüberliegt, die von einem Mittelpunkt 71 eines Kreises entfernt ist, der eine planare Form des Magneten 70 ist. Es ist zu beachten, dass der Rotationsgeschwindigkeitsdetektor 50 im Allgemeinen zusammen mit einem Winkeldetektor verwendet wird, der einen Drehwinkel des rotierenden Körpers erkennt. Der Winkeldetektor umfasst eine Scheibe zum optischen Detektieren, in der ein optischer Schlitz ausgebildet ist, eine lichtemittierende Einheit, die Licht erzeugt, und eine Lichtempfangseinheit, die von der lichtemittierenden Einheit emittiertes und durch den optischen Schlitz tretendes Licht erkennt. Die Scheibe ist beispielsweise an einer oberen Oberflächenseite des Magneten 70 an dem rotierenden Körper befestigt. Die lichtemittierende Einheit und die Lichtempfangseinheit sind an Positionen vorgesehen, die dem optischen Schlitz zugewandt sind. In 7 ist der Winkeldetektor nicht dargestellt.
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Der Drehzahlsensor 50 gemäß der vierten Ausführungsform kann verhindern, dass die in der Aufnahmespule 12 erzeugte Spannung aufgrund der Herstellungsschwankungen der Magnetdrähte 11 verringert wird, und kann somit die in der Aufnahmespule 12 durch die Drehung der Welle 21 erzeugte Spannung erhöhen.
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Fünfte Ausführungsform.
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8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Stromgenerators gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulicht. Ein Stromgenerator 100 gemäß der fünften Ausführungsform umfasst einen Rotor 80 und einen Stator 90. Der Rotor 80 umfasst eine Basis 81 mit einer Säulenform und eine Vielzahl von Magneten 82, die auf einer äußeren Umfangsfläche der Basis 81 angeordnet sind. Die Vielzahl der Magnete 82 ist beispielsweise so angeordnet, dass der Magnet 82 mit einem nach außen zeigenden Nordpol und der Magnet 82 mit einem nach außen zeigenden Südpol in Umfangsrichtung der Basis 81 abwechseln. Der Stator 90 umfasst eine Vielzahl von Stromerzeugungselementen 10, die auf einem einzelnen Bogen angeordnet sind, der auf einer zentralen Drehachse 83 des Rotors 80 zentriert ist. Die Vielzahl der Stromerzeugungselemente 10 ist in gleichen Winkelabständen installiert. In der fünften Ausführungsform sind 12 Teile der Stromerzeugungselemente 10 in Abständen von 30 Grad angeordnet.
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9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration des Stromerzeugungselements veranschaulicht, das im Stator des Stromgenerators gemäß der fünften Ausführungsform umfasst ist. Das Stromerzeugungselement 10 umfasst eine Vielzahl von Magnetdrähten 11, die Aufnahmespule 12, die um die Vielzahl von Magnetdrähten 11 gewickelt ist, und die magnetischen Verbinder 13, die an beiden Enden der Magnetdrähte 11 angeordnet sind. Der magnetische Verbinder 13 umfasst das Rohr 133 und die magnetische Harzversiegelung 134, mit der das Innere des Rohrs 133 gefüllt ist. In der fünften Ausführungsform hat das Stromerzeugungselement 10, das den Stator 90 des Stromgenerators 100 umfasst, eine ähnliche Konfiguration wie das Stromerzeugungselement 10 gemäß der zweiten Ausführungsform, aber die Anzahl der Magnetdrähte 11 ist größer als die des Stromerzeugungselements 10 gemäß der zweiten Ausführungsform und liegt typischerweise im Bereich von zwei bis drei Stellen. Die Anzahl der Magnetdrähte 11 kann jedoch einstellig oder vierstellig oder höher sein und ist nicht auf eine bestimmte Zahl beschränkt. Wie beim Stromerzeugungselement 10 gemäß der zweiten Ausführungsform ist die magnetische Harzversiegelung 134 zwischen den Enden der Magnetdrähte 11 vorhanden, so dass die Enden der Magnetdrähte 11 magnetisch miteinander verbunden sind.
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Die Magnete 82 des Rotors 80 sind so magnetisiert, dass sie magnetische Kraftlinien erzeugen, die die Aufnahmespulen 12 durchdringen. Wenn sich der Rotor 80 dreht, werden die Stromerzeugungselemente 10 abwechselnd zwischen einem Zustand, in dem sie dem N-Pol zugewandt sind, und einem Zustand, in dem sie dem S-Pol zugewandt sind, umgeschaltet, so dass in den Aufnahmespulen 12 eine Wechselspannung erzeugt wird.
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In einem allgemeinen Stromgenerator wird häufig ein Eisenkern als magnetisches Material mit hoher Permeabilität in einer Wicklung angeordnet, um in Bezug auf die Drehung der Magnete effizient Strom zu erzeugen. Der Stromgenerator 100 gemäß der fünften Ausführungsform verwendet anstelle des Eisenkerns ein Bündel der Magnetdrähte 11, wodurch eine Spannung erzielt werden kann, die um den Energiebetrag höher ist als die des allgemeinen Stromgenerators, der durch die Magnetdrähte 11 erzeugt wird, die eine Magnetisierungsumkehr durchlaufen.
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Es ist zu beachten, dass hier ein Beispiel beschrieben wurde, bei dem der Stator 90 das Stromerzeugungselement 10 umfasst, das eine ähnliche Struktur wie das Stromerzeugungselement 10 gemäß der zweiten Ausführungsform aufweist, wobei das Stromerzeugungselement 10, das im Stator 90 umfasst ist, jedoch eine ähnliche Struktur wie das Stromerzeugungselement 10 gemäß der ersten Ausführungsform aufweisen kann.
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Die in den obigen Ausführungsformen dargestellten Konfigurationen stellen jeweils lediglich ein Beispiel dar und können daher mit einer anderen bekannten Technik kombiniert oder teilweise weggelassen und/oder modifiziert werden, ohne dass der Umfang der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
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Liste der Bezugszeichen
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- 10
- Stromerzeugungselement;
- 11
- Magnetdraht;
- 12
- Aufnahmespule;
- 13
- magnetischer Verbinder;
- 20
- Stromerzeugungsmodul;
- 21
- Welle;
- 22
- Drehachse;
- 30
- Magnetisierer;
- 31
- erster Magnet;
- 32
- zweiter Magnet;
- 33
- Abstandshalter;
- 40
- Gehäuse;
- 41, 42
- Rahmenteil;
- 43
- Bodenplatte;
- 44
- Aussparung;
- 50
- Drehzahlsensor;
- 60
- Prozessor;
- 70, 82
- Magnet;
- 71
- Mitte;
- 80
- Rotor;
- 81
- Basis;
- 83
- zentrale Drehachse;
- 90
- Stator;
- 100
- Stromgenerator;
- 131
- Magnetrohr;
- 132
- Harzversiegelung;
- 133
- Rohr;
- 134
- magnetische Harzversiegelung;
- 135
- magnetisches Metallband.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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