DE69105414T2 - Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie. - Google Patents

Description

• Vorliegende Erfindung betrifft eine stromerzeugende Vorrichtung mit einem Mikro- Generator, bei der der Rotor des Generators mit einem Motor über Kupplungsmittel verbunden ist, die Winkelversetzungen zwischen diesen beiden Elementen erlauben.
• Derartige Vorrichtungen zur Herstellung elektrischen Stromes sind an sich bekannt. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der US-Patentschrift 4.644.246 beschrieben und dargestellt. Sie werden insbesondere im Uhrenbau angewendet und dienen zum Aufladen von Kondensatoren, welche ihrerseits Mikro-Motoren zum Antrieb der Zeiger speisen.
• Bei den bekannten Vorrichtungen, wie beispielsweise bei der Vorrichtung des erwähnten US-Patentes, ist die Verbindung zwischen dem stromerzeugenden Rotor und seinem Motor durch eine Feder hergestellt, die vom Motor getragen und mit dem Rotor verbunden ist. Da der letztere von der zwischen ihm und dem Stator des Generators wirksamen magnetischen Kraft zwar nicht an der Drehung gehindert, jedoch zumindest zurückgehalten ist, bewirkt die Drehung des Motors zunächst eine Spannung dieser Feder, da er zwischen diesem Motor und dem Rotor angeordnet ist. Sobald die Kraft dieser Feder die magnetische Kraft übersteigt, welche den Rotor zurückhält, "klinkt" letzterer aus und nimmt die Stellung ein, in der die Feder entspannt ist.
• Hieraus ergibt sich, daß der Rotor des Generators schnelle und aufeinander folgende Drehbewegungen ausführt, wobei im Laufe jeder einzelnen Drehbewegung elektrischer Strom produziert wird.
• Der Nachteil derartiger Anordnungen besteht insbesondere darin, daß die Winkelabweichungen zwischen dem Motor und dem Rotor des Generators notwendigerweise begrenzt sind, da ein mechanisches Element (die Feder) zwischen ihnen angeordnet ist. Es ist sogar vorteilhaft, starre Anschlagmittel vorzusehen, die eine zu hohe Spannung der zwischengeordneten Feder verhindert. Da die Vorrichtung für den Uhrenbau vorgesehen ist, ist die zwischen dem Rotor des Generators und dem Motor angeordnete Feder sehr klein und somit schwierig herzustellen, wenig robust und schwierig zu montieren.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteilen abzuhelfen.
• Diese Aufgabe wird mittels der in Anspruch 1 angegebenen Mittel gelöst.
• Es ist darauf hinzuweisen, daß die Verwendung magnetischer Kupplungsmittel an sich bekannt ist.
• So beschreibt die US-Patentschrift 4.249.096 die Verwendung einer magnetischen Kraft, zwischen dem Rotor und dem Stator eines stromerzeugenden Generators, um die Drehbewegung des Rotors zu erleichtern. Die englische Patentanmeldung 2.197.969 beschreibt die Verwendung eines magnetischen Kupplungsmittels zwischen dem Motor einer Uhr und den Uhrzeigern. Die japanische Patentanmeldung 60-13464 beschreibt eine magnetische Kupplung zwischen einem schwingenden Pendel und dem Magneten eines Stromgenerators.
• In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
• Fig. 1 zeigt die Aufsicht auf eine erste Ausführungsform eines im Uhrenbau verwendbaren Stromgenerators, wobei gewisse Teile, um die Klarheit der Darstellung zu verbessern, weggelassen sind.
• Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1.
• Fig. 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie III-III durch die in Fig. 4 dargestellte zweite Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung.
• Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV durch den Gegenstand der Fig. 3.
• Fig. 5 ist ein Schnitt, ähnlich dem der Fig. 4, durch eine dritte Ausführungsform einer stromerzeugenden Vorrichtung, welche ebenfalls im Uhrenbau verwendbar ist.
• Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung zur Erzeugung erlektrischen Stromes weist einen Mikro-Generator mit einem Stator 1 und einem Rotor 2 auf, sowie eine Motorvorrichtung mit einer schwingenden drehbaren Masse 3, welche mit einer halbkreisförmigen Platte 3a versehen ist, die in einem Punkt, der dem Mittelpunkt ihres Durchmessers entspricht, an einer Drehachse 4 befestigt ist.
• Da die Vorrichtung zur Montage auf eine Armbanduhr vorgesehen ist, wird die Achse 4 mit der Mitte des Uhrwerkes dieser Uhr zusammenfallen und die drehbare schwingende Masse wird am Umfang des Uhrwerkes angeordnet sein.
• Der Stator 1 des Mikro-Generators weist eine Ringwicklung 5 auf, welche zwei polare Teile aufweist, die von zwei Kronen 6 und 7 gebildet sind,
• - von denen die erste auf einer der Flächen der Ringwicklung 5 und
• - die andere auf der anderen Fläche der Ringwicklung angebracht ist.
• Diese beiden polaren Teile 6 und 7 haben jeweils einen äußeren ringförmigen Rand 6a bzw. 7a, welcher die Wicklung 5 umgreift. Sie weisen darüberhinaus innere Laschen 6b bzw. 7b auf, welche rechtwicklig umgeschlagen sind und an der Innenfläche der Wicklung 5 anliegen.
• Zwei Scheiben 8 und 9 sind ins Innere der polaren Teile 6 bzw. 7 eingetrieben. Diese Scheiben weisen jeweils ein Lager 10 bzw. 11 auf, welches zur Drehung der Welle 4 dient.
• Der Rotor 2 weist einen Ringmagneten 12 mit axialer Magnetisierung (Pfeile 13 in Fig. 2) auf. Er trägt, auf jeder seiner axialen Flächen, ein Armaturteil 14 bzw. 15, welches von einer Unterlegscheibe mit radialen Armen 14a bzw. 15a gebildet ist, deren Ende bei 14b bzw. 15b rechtwinklig umgeschlagen ist. Diese Armaturteile tragen in ihrer Mitte Lager 16 bzw. 17, durch die frei die Welle 4 verläuft, welche so den Rotor 2 trägt. Die beiden Armaturteile 14 und 15 weisen jeweils eine innere, rechtwinklig umgeschlagene Lasche 14c bzw. 15c auf, welche an der Innenfläche des Permanentringmagneten 12 anliegen, diametral einander gegenüberstehen und deren Aufgabe nachstehend erläutert wird.
• Die das Antriebsorgan des Rotors 2 bildende Welle 4 trägt einen Permanentringmagneten 18, der, wie die Pfeile 19 der Fig. 1 und 2 zeigen, in Durchmesserrichtung magnetisiert ist.
• Befindet sich die Vorrichtung in Ruhe, so ist der Rotor in der einen oder der anderen seiner verschiedenen stabilen Winkelstellungen durch die zwischen ihm und dem Stator wirksame magnetische Kraft gehalten. Der drehbare Permanentmagnet 18 steht dann in einer Winkelstellung, in der seine beiden Pole gegenüber den beiden Laschen 14c und 15c der Armaturteile des Rotors, welche polare Teile bilden, stehen.
• Wenn die schwingende Masse 3, angetrieben durch die Bewegungen, die der Träger der Uhr verursacht, den Magneten 18 dreht, so erhöht sich die zwischen ihm und dem Rotor wirksame Kraft, je mehr er sich dreht. Übersteigt die zwischen diesem Element 18 und dem Rotor wirksame magnetische Kraft die zwischen dem Rotor und dem Stator wirksame Kraft, so "klinkt" der Rotor aus und nimmt rasch die Stellung ein, wo die beiden polare Teile 14c und 15c sich auf dem Durchmesser der Pole des Magneten 18 befinden. Im Verlaufe dieser kurzen, aber schnellen Drehung des Rotors wird ein elektrischer Strom erzeugt, der einem Kondensator zugeführt wird, welcher zur Speisung des elektronischen Kreises (integrierten Schaltkreises) der Uhr dient.
• Da die Verbindung zwischen dem Motor des Mikro-Generators und dem Rotor 2 desselben magnetisch ist, ist darauf hinzuweisen, daß die Winkelversetzungen zwischen dem Magneten und dem Rotor nicht begrenzt sind, so daß, mit welcher Geschwindigkeit auch immer die schwingende Drehmasse 3, entsprechend den Bewegungen des Trägers der Uhr, fortgeschleudert wird, es zu keiner Beschädigung des Mechanismus kommt. Darüberhinaus kann sich die Drehmasse 3 in beliebiger Drehrichtung und beliebig oft drehen, nicht nur ohne daß kein Risiko einer Beschädigung bestände, sondern darüberhinaus unter Antrieb des Rotors des Mikro-Generators, in dem einen oder anderen Sinne und somit unter Stromerzeugung in beiden Fällen.
• Die Ausführungsform der Fig. 3 und 4, wo nur der Rotor des Generators dargestellt ist, unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 im wesentlichen dadurch, daß der Permanentringmagnet 12 des Rotors der ersten Ausführungsform durch einen Satz von acht Parmanentmagneten 20 ersetzt ist, die radial auf einem drehbaren Ringträger 21 angeordnet sind, welcher frei auf einer zentralen Welle 22 montiert ist.
• Diese Welle weist einen Antriebsmagneten 23 auf, der dem Magneten 18 der ersten Ausführungsform entspricht und der radial magnetisiert ist, wie dies der Pfeil 24 der Fig. 3 und 4 zeigt.
• Die Radialmagneten 20 bestehen aus Barren, welche (Pfeile 25 der Fig. 4) in Längsrichtung magnetisiert sind und sich auf ein ringförmiges Armaturteil 26 abstützen, welches aus einem für Magnetfelder sehr durchlässigen Material besteht und im Inneren des Trägers 21 angeordnet ist. Nur einer (20a) der genannten Magnete ist länger als die anderen und erstreckt sich radial, in Richtung zum Mittelpunkt, durch eine Ausnehmung, welche hierzu im Träger 26 vorgesehen ist.
• Es ergibt sich, daß der Permanentmagnet 23 eine Stellung einzunehmen trachtet, in der der Durchmesser, längs dem er magnetisiert ist, sich in die Achse des Magneten 20a, welcher länger als die anderen Magnete ist, einstellt, so daß die Arbeitsweise die gleiche ist wie bei der ersten Ausführungsform:
• Wenn die Drehmasse, die zum Antrieb des nicht dargestellten Ringmagneten 23 dient, diesen in der Lage verändert, um ihn in eine Stellung zu bringen, in der die zwischen ihm und dem Rotor wirkende magnetische Kraft die magnetische Kraft übersteigt, die zwischen dem Rotor und dem nicht dargestellten Stator des Generators wirkt, so "klinkt" der Rotor aus und nimmt plötzlich die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Stellung ein, nachdem er eine Umdrehung durchgeführt hat.
• Es ist darauf hinzuweisen, daß beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 das magnetische Element des Rotors, mit dem der Antriebsmagnet zusammenwirkt, aus zwei Laschen der Armatur des Rotors besteht, welche diametral gegenüberstehen. Man könnte eine Konstruktion ins Auge fassen, bei welcher die Armatur nur eine einzige Lasche aufwiese, oder eine andere Konstruktion mit mehreren, diametral gegenüberstehenden Paaren von Laschen.
• Bei dieser Ausführungsform der Fig. 1 und 2 weist der ringförmige Magnet des Rotors eine axiale Magnetisierung auf, wogegen bei der Ausführungsform der Fig. 3 und 4 der Rotor mehrere als Barren ausgebildete Magnete aufweist, die radial angeordnet sind. Man könnte auch den Fall ins Auge fassen, wo der Magnet des Rotors ringförmig, jedoch mit radialer Magnetisierung und multipolar, wäre.
• Eine derartige Variante ist in Fig. 5 dargestellt, wo die verschiedenen Magnetpole des multipolaren Ringmagneten 27 des Rotors mittels Pfeilen 28 dargestellt sind. Dieser Magnet ist auf einem Träger 29 aufgebracht, der die Form eines gespaltenen Ringes aufweist und aus einem für Magnetfelder sehr durchlässigen Material hergestellt ist. Eine nach innen gerichtete radiale Verlängerung 27a eines der Pole des Magneten 27 greift in den Spalt 30 des Ringes 29 ein. Diese Verlängerung 27a bildet das magnetische Element, mit welchem der ringförmige, den Rotor antreibende Magnet 31 zusammenarbeitet.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Herstellung elektrischen Stroms in Form eines Mikrogenerators, bei der der Rotor des Generators mit einem Motor über Kupplungsmittel verbunden ist, die Winkelversetzungen zwischen diesen beiden Elementen erlauben, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmittel aus einem Permanentmagneten (18; 23; 31) bestehen, der nahe des Rotors (12; 20; 27) angeordnet ist, wobei der Permanentmagnet, durch eine Motorvorrichtung (3) angetrieben, um eine Achse (4, 22) rotiert, die zu der des Rotors koaxial ist, dieser Permanentmagnet (18; 23; 31) weist zumindest ein Paar von Polen auf, die einander bezüglich der Drehachse diametral gegenüberliegen und mit zumindest einem Magnetelement (18; 20; 27), das mit dem Rotor verbunden ist, kooperieren, das Ganze auf eine solche Weise, daß, wenn die Magnetkraft zwischen dem rotierenden Permanentmagneten und dem Rotor des Generators die Magnetkraft, die zwischen dem Rotor und dem Stator desselben wirken, übersteigt, der Rotor durch den Permanentmagneten angezogen wird, bis er, mit einer raschen Drehbewegung, die einen elektrischen Strom erzeugt, wieder in eine Lage gelangt, in der eines seiner magnetischen Elemente mit dem Durchmesser der Pole des Magneten zusammenfällt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Permanentmagnet (18; 23; 31) im Inneren des Rotors (12; 20; 29) des Generators, wobei dieser Rotor ringförmig ist, angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Permanentmagnet (18) bipolar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Elemente des Rotors mit denen der drehbare Permanentmagnet zusammenwirkt, aus Teilen einer Armatur bestehen, die den Rotor aufweist und polare Teile (14, 15; 26; 29) bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor einen Ringmagneten (12) mit axialer Magnetisierung und zwei Armaturteile (14, 15) aufweist, die jeweils aus einer Scheibe bestehen, die auf jeweils einer der Seiten des Ringmagneten aufgebracht sind, jede der Scheiben weist eine Lasche (14c, 15c) auf, die an ihrem Innenrand vorsteht und die zur Innenseite des Ringmagneten (12) umgeschlagen ist, diese beiden Laschen stehen einander gegenüber und bilden die polaren Teile, mit denen der drehbare Permanentmagnet (18) zusammenwirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor mehrere Magnete in Fomrm von Barren (20) aufweist, die radial bezüglich seiner Drehachse auf einem Ringträger (21) angeordnet sind, in dessen Innerem der drehbare Permanentmagnet (23) rotiert, wobei zumindest einer (20a) der Barren (20) länger ist als die anderen, auf die Weise, daß sein inneres Ende, daß das Magnetelement bildet, dem drehbaren Permanentmagnet (23) näher liegt, als die inneren Enden der anderen Barren.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (18; 23; 31) drehbar auf dem Stator (8, 9) des Generators befestigt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (14, 15; 21) des Generators so montiert ist, daß er frei um eine Welle (4; 22) drehbar ist, die den drehbaren Permanentmagneten (18; 23) trägt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Permanentmagnet (18; 23) auf einer Welle (4; 22) befestigt ist, die durch die Motorvorrichtung (3) verdreht wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, die in einer Armbanduhr verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorvorrichtung durch eine oszillierende rotative Masse (3) gebildet ist, die auf der Welle (4) befestigt ist und die, während der Bewegungen, denen die Uhr unterworfen ist, die Drehung dieser Welle bewirkt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor einen multipolaren Ringmagneten (27) mit radialer Magnetisierung aufweist, von dem zumindest einer (27a) der inneren Pole länger ist als die anderen und der so das Magnetelement bildet.