DE20305046U1 - Crank-shaft electrical power generator e.g. for automobile combustion engine, uses permanent magnet as counter-weight for reducing crank-shaft vibrations - Google Patents

Crank-shaft electrical power generator e.g. for automobile combustion engine, uses permanent magnet as counter-weight for reducing crank-shaft vibrations Download PDF

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Abstract

A crank-shaft generator has at least one permanent magnet (16) and at least one conductor loop, in which the permanent magnet is arranged on a rotary crank-shaft and the conductor loop is fixed in the immediate vicinity of the crank-shaft. At least one permanent magnet (16) partly forms counter-weight (20) in order to reduce vibrations of the crank-shaft (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kurbelwellengenerator zur Erzeugung elektrischer Energie mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.The present invention relates to a crankshaft generator for generating electrical energy with the features mentioned in the preamble of claim 1.

In vielen mit Verbrennungsmotoren betriebenen Anlagen wird auch elektrische Energie benötigt. So wird zum Beispiel bei einem Personenkraftwagen eine elektrische Zündspule für den Verbrennungsmotor verwendet. Zur Speisung vorhandener elektrischer Verbraucher kann einerseits eine Batterie verwendet werden; andererseits kann die vom Verbrennungsmotor erzeugte kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden.In many with internal combustion engines electrical systems are also required. So becomes, for example, an electric one in a passenger car ignition coil for the Internal combustion engine used. To supply existing electrical On the one hand, consumers can use a battery; on the other hand the kinetic energy generated by the internal combustion engine can be converted into electrical Energy to be converted.

Dazu ist es bekannt, einen Magneten an einem Schwungrad anzuordnen, wobei in der Nähe des Schwungrades stationär eine oder mehrere Spulen angeordnet sind. Durch das Vorbeibewegen des am Schwungrad angeordneten Magneten an den Spulen wird eine Änderung des Magnetflusses und damit eine Spannung in den Spulen erzeugt. Diese erzeugte Spannung kann in einem Kondensator gespeichert und von einem Transformator zum Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches des Motors hochtransformiert werden. Ein Nachteil der vorbeschriebenen Vorrichtung zur Stromerzeugung besteht im erhöhten Herstellungsaufwand, da der Magnet und ein diametral angeordnetes Gegengewicht in das Schwungrad eingegossen oder anderweitig eingearbeitet werden müssen. Dies verursacht beim Eingießen eine ungleichmäßige Abkühlung des Gussteils und geht mit einem zusätzlichen Zeit- und Arbeitsaufwand einher. Ferner beeinträchtigt die Integration des Magneten in das Schwungrad die Festigkeit desselben.To do this, it is known to be a magnet to be arranged on a flywheel, with a stationary or near the flywheel several coils are arranged. By moving past the flywheel arranged magnets on the coils will change the magnetic flux and thus creates a voltage in the coils. This generated voltage can stored in a capacitor and from a transformer to Ignition of the Air-fuel mixture of the engine can be transformed. On Disadvantage of the device for power generation described above in increased manufacturing costs, because the magnet and a diametrically arranged counterweight in the Flywheel cast in or otherwise incorporated. This caused when pouring an uneven cooling of the Casting and goes with an additional Time and effort involved. Furthermore, the integration of the Magnets in the flywheel the strength of the same.

Zur Überwindung der vorgenannten Nachteile ist aus DE 197 48 271 A1 eine Vorrichtung zur Stromerzeugung mit einem stationär angeordneten Magneten und einer stationär angeordneten Spule bekannt. Ein Schwungrad verfügt über Partitionen unterschiedlicher Permeabilität. Hierdurch wird bei einer Drehbewegung des Schwungrades das durch den vor der Spule angeordneten Magneten ausgeübte Magnetfeld variiert. Durch diese Variation entsteht ein Stromfluss. Zwar ist diese Vorrichtung aufgrund ihrer umlaufenden Partitionen unterschiedlicher Permeabilität dauerhaft elektrisch wirksam; jedoch geht auch diese Vorrichtung mit einem erheblichen Herstellungsaufwand und daher mit einem Kostennachteil einher. Ein weiterer Nachteil ist der erhöhte Platzbedarf, welcher insbesondere im Motorraum moderner Fahrzeuge nicht vernachlässigt werden kann.To overcome the aforementioned disadvantages is out DE 197 48 271 A1 a device for power generation with a stationary magnet and a stationary coil is known. A flywheel has partitions of different permeability. As a result, when the flywheel rotates, the magnetic field exerted by the magnet arranged in front of the coil is varied. This variation creates a current flow. This device is permanently electrically effective due to its revolving partitions of different permeability; however, this device is also associated with a considerable manufacturing outlay and therefore with a cost disadvantage. Another disadvantage is the increased space requirement, which cannot be neglected, especially in the engine compartment of modern vehicles.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie anzugeben, die einerseits einfach herstellbar ist und andererseits wenig Bauraum beansprucht.It is therefore the task of the present Invention to provide an apparatus for generating electrical energy which is easy to manufacture on the one hand and little space on the other claimed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kurbelwellengenerator mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.This object is achieved by a Crankshaft generator with the features characterized in claim 1 solved.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Kurbelwellengenerators besteht in der Einsparung von Bauraum. Dazu bildet mindestens ein Permanentmagnet des Kurbelwellengenerators zumindest teilweise ein Gegengewicht zur Schwingungsreduktion der Kurbelwelle aus. Dabei wird erfindungsgemäß die Tatsache ausgenutzt, dass Kurbelwellen, welche bei Verbrennungsmotoren zur Übertragung der Kolbenbewegung in eine Drehbewegung dienen, in der Regel Massenträgheitsmomenten und damit einhergehenden Schwingungen ausgesetzt sind. Um einen geeigneten Auswuchtgrad der Kurbelwellenschwingungen zu erhalten, werden Ersatzmassen oder Gegengewichte an der Kurbelwelle angebracht. Erfindungsgemäß wird die zumindest teilweise Ausbildung eines solchen Gegengewichtes durch einen Permanentmagneten dazu genutzt, ein veränderliches Magnetfeld zu erzeugen. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, dass die die Gegengewichte ausbildenden Permanentmagnete keinen zusätzlichen Bauraum beanspruchen, da die Gegengewichte zur Schwingungsreduktion der Kurbelwelle ohnehin den für sie nötigen Bauraum in Anspruch nehmen. Mit der entsprechenden Leiterschleife, die bevorzugterweise als Spule ausgebildet ist, wird somit ohne großen Bauaufwand der Kurbelwellengenerator ausgebildet.A particular advantage of the crankshaft generator according to the invention consists in saving installation space. To do this, make at least one Permanent magnet of the crankshaft generator at least partially Counterweight to reduce vibration of the crankshaft. there according to the invention the fact exploited that crankshafts, which are used in internal combustion engines to transmit the Piston movement serve in a rotary movement, usually moments of inertia and are exposed to the associated vibrations. To one to obtain a suitable degree of balancing of the crankshaft vibrations, replacement masses or counterweights are attached to the crankshaft. According to the at least partially form such a counterweight used a permanent magnet to generate a variable magnetic field. It is particularly advantageous that the counterweights permanent magnets do not take up any additional installation space, because the counterweights to reduce the vibration of the crankshaft anyway the for they compel Take up space. With the appropriate conductor loop, which is preferably designed as a coil, is thus without great construction effort the crankshaft generator is formed.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass sich die zur Schwingungsreduktion verwendeten Gegengewichte einer Kurbelwelle üblicherweise dauerhaft in einer Drehbewegung befinden, so dass das durch sie veränderliche Magnetfeld dauerhaft zu einer Stromgewinnung genutzt werden kann. Dazu wird eine Leiterschleife stationär in unmittelbarer Umgebung der Kurbelwelle, vorzugsweise direkt am Kurbelwellengehäuse, angeordnet. Dabei ist es in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen, dass sämtliche, zur Schwingungsreduktion der Kurbelwelle erforderlichen Gegengewichte als Permanentmagnete ausgebildet sind. Hierdurch wird es möglich, besonders viel elektrische Energie für potentielle elektrische Verbraucher zur Verfügung zu stellen. Die entsprechenden Leiterschleifen, welche vorzugsweise als Spulen ausgeführt sind, sind vorzugsweise an der Außenseite des Kurbelgehäuses angeordnet. Dabei ist es vorgesehen, dass einem Permanentmagneten jeweils genau eine Spule zugeordnet ist. Die Enden der jeweiligen Spulen sind elektrisch leitend mit dem jeweiligen Verbraucher, zum Beispiel einer Zündspule, einer elektrischen Ölpumpe, einem elektrischen Heizaggregat und/oder einem elektrischen Motor entweder direkt oder über eine elektrische Schaltung, beispielsweise einen Gleichrichter, verbunden.It is also advantageous that the counterweights used to reduce vibration Crankshaft usually are permanently in a rotational movement, so that's through it variable Magnetic field can be used permanently to generate electricity. For this purpose, a conductor loop becomes stationary in the immediate vicinity the crankshaft, preferably arranged directly on the crankshaft housing. In a particularly preferred embodiment variant, that everyone Counterweights required to reduce the vibration of the crankshaft are designed as permanent magnets. This makes it possible, especially a lot of electrical energy for to provide potential electrical consumers. The corresponding Conductor loops, which are preferably designed as coils, are preferably on the outside of the crankcase arranged. It is provided that one permanent magnet each exactly one coil is assigned. The ends of the respective coils are electrically conductive with the respective consumer, for example an ignition coil, an electric oil pump, an electric heater and / or an electric motor either directly or via an electrical circuit, for example a rectifier, connected.

Weithin ist es in einer bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen, dass nicht benötigte elektrische Energie zwischenzeitlich gespeichert wird. Dazu sind die Enden der jeweiligen Spulen mit einem Mittel zum Speichern elektrischer Energie verbunden.It is widely preferred variant provided that not needed electrical energy is stored in the meantime. To do this the ends of the respective coils with a means for storing electrical Energy connected.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred configurations the invention result from those mentioned in the subclaims Features.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is hereinafter in embodiments based on the associated Drawings closer explained. Show it:

1 in schematischer Schnittdarstellung einen erfindungsgemäßen Kurbelwellengenerator und 1 in a schematic sectional view of a crankshaft generator according to the invention and

2 in schematischer Schnittdarstellung eine Anordnung von Permanentmagneten an einer Kurbelwelle. 2 a schematic sectional view of an arrangement of permanent magnets on a crankshaft.

1 zeigt einen Verbrennungsmotor 12 in schematischer Darstellung. Der Kolben 13 des Verbrennungsmotors 12 ist über die Pleuelstange 14 mit der Kurbelwelle 10 verbunden. Dabei ist die Kurbelwelle 10 in einer geschnittenen Ansicht dargestellt, wobei der Schnitt quer zur Hauptachse der Kurbelwelle 10 verläuft. Über die Kröpfungen der Kurbelwelle 10 werden die hin- und hergehenden Bewegungen des Kolbens 13 unter Zwischenschaltung der Pleuelstange 14 in eine Drehbewegung mit einem Nutzdrehmoment am Kurbelwellenende umgewandelt. 1 shows an internal combustion engine 12 in a schematic representation. The piston 13 of the internal combustion engine 12 is over the connecting rod 14 with the crankshaft 10 connected. Here is the crankshaft 10 shown in a sectional view, the section transverse to the main axis of the crankshaft 10 runs. About the crankshaft crank 10 become the reciprocating movements of the piston 13 with the connecting rod interposed 14 converted into a rotary motion with a useful torque at the crankshaft end.

Im vorliegenden Beispiel – entsprechend 1 – bildet die Kurbelwange 20 das zur Schwingungsreduktion verwendete Gegengewicht aus. Erfindungsgemäß ist an der Kurbelwange 20 ein Permanentmagnet 16 angeordnet, welcher hierdurch aufgrund seines Eigengewichts zumindest teilweise das Gesamtgewicht der Kurbelwange 20 mitbestimmt und somit teilweise das Gegengewicht (beziehungsweise die Ersatzmasse) zur Schwingungsreduktion der Kurbelwelle 10 ausbildet.In the present example - accordingly 1 - forms the crank arm 20 the counterweight used to reduce vibration. According to the invention is on the crank arm 20 a permanent magnet 16 arranged, which hereby at least partially the total weight of the crank arm due to its own weight 20 co-determined and thus partly the counterweight (or the replacement mass) to reduce the vibration of the crankshaft 10 formed.

Bei Betrieb des Verbrennungsmotors 12 wird der Kolben 13 in Bewegung versetzt. Hierdurch wird auch die Kurbelwelle 10 und mit ihr der Permanentmagnet 16 in Bewegung versetzt. Dies führt zu einer periodischen, zeitlichen Veränderung der magnetischen Flussdichte in der am Kurbelwellengehäuse 19 angeordneten Spule 18 als Leiterschleife. Hierdurch wird ein Strom induziert. Dieser Strom wird zum Betrieb einer elektrischen Ölpumpe 22 verwendet. Die elektrische Ölpumpe 22 befördert, angetrieben durch die elektrische Energie des Kurbelwellengenerators 100, bestehend aus dem an der Kurbelwange 20 angeordneten Permanentmagneten 16 und der am Kurbelwellengehäuse 19 angeordneten Spule 18, das im Ölvorratsbehälter 24 befindliche Öl über die Versorgungsleitung 26 zu einem entsprechenden Verbraucher. Dabei wird die Förderleistung der elektrischen Ölpumpe 22 über eine Regeleinheit 21 gesteuert.When operating the internal combustion engine 12 becomes the piston 13 set in motion. This also turns the crankshaft 10 and with it the permanent magnet 16 set in motion. This leads to a periodic, temporal change in the magnetic flux density in the crankshaft housing 19 arranged coil 18 as a conductor loop. This induces a current. This current is used to operate an electric oil pump 22 used. The electric oil pump 22 transported, driven by the electrical energy of the crankshaft generator 100 , consisting of the on the crank arm 20 arranged permanent magnets 16 and the one on the crankcase 19 arranged coil 18 that in the oil reservoir 24 located oil via the supply line 26 to a corresponding consumer. The delivery rate of the electric oil pump 22 via a control unit 21 controlled.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Gegengewichte zur Schwingungsreduktion der Kurbelwelle 10 als Permanentmagneten 16 kann insbesondere Bauraum eingespart werden, da die Integration einer Schwungscheibe mit Partitionen unterschiedlicher Permeabilität vermie den werden kann. Weiterhin wird es vermieden, einen Permanentmagneten 16 in eine Schwungscheibe integrieren zu müssen, was – wie bereits erwähnt – mit einer geringeren Festigkeit und einem erhöhten Herstellungsaufwand einherginge.Due to the inventive design of the counterweights to reduce the vibration of the crankshaft 10 as permanent magnets 16 In particular, installation space can be saved since the integration of a flywheel with partitions of different permeability can be avoided. Furthermore, a permanent magnet is avoided 16 To have to integrate into a flywheel, which - as already mentioned - would be associated with a lower strength and an increased manufacturing effort.

2 zeigt eine Kurbelwelle 10, an welcher erfindungsgemäß Gegengewichte aus Permanentmagneten 16 ausgebildet sind. Auf die Darstellung der entsprechenden Leiterschleifen bzw. Spulen, die jeweils im Bereich neben der Bewegungsbahnen des entsprechenden Permanentmagneten anzuordnen wären, wurde verzichtet. Dabei erhöht sich der Herstellungsaufwand einer Kurbelwelle 10 mit aus Permanentmagneten 16 bestehenden Gegengewichten nicht, da der Arbeitsschritt der Anordnung der Gegengewichte an die Kurbelwelle 10 ohnehin zur Schwingungsreduktion vorgenommen werden muss. Auch ist der Materialaufwand für die Permanentmagneten 16 vernachlässigbar gering. 2 shows a crankshaft 10 on which, according to the invention, counterweights made of permanent magnets 16 are trained. The corresponding conductor loops or coils, which would each have to be arranged in the area next to the movement paths of the corresponding permanent magnet, have been omitted. The manufacturing cost of a crankshaft increases 10 with permanent magnets 16 existing counterweights, since the step of arranging the counterweights on the crankshaft 10 must be done anyway to reduce vibration. Also the cost of materials for the permanent magnets 16 negligible.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der genannten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The invention is limited not on the embodiments shown here. Rather it is possible, by combining and modifying the means and features mentioned further versions to realize without leaving the scope of the invention.

1010
Kurbelwellecrankshaft
1212
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
1313
Kolbenpiston
1414
Pleuelstangeconnecting rod
1616
Permanentmagnetpermanent magnet
1818
SpuleKitchen sink
1919
Kurbelwellengehäusecrankcase
2020
Kurbelwangecrank web
2121
Regel-/SteuereinheitRegulating / control unit
2222
elektrische Ölpumpeelectric oil pump
2424
ÖlvorratsbehälterOil reservoir
2626
Versorgungsleitungsupply line

Claims (15)

Kurbelwellengenerator (100) zur Erzeugung elektrischer Energie für mindestens einen elektrischen Verbraucher mit mindestens einem Permanentmagneten (16) und mindestens einer Leiterschleife, wobei der Permanentmagnet (16) an einer einem Motor (12) zugeordneten, drehbeweglich gelagerten Kurbelwelle und die Leiterschleife stationär in unmittelbarer Umgebung der Kurbelwelle angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Permanentmagnet (16) zumindest teilweise ein Gegengewicht (20) zur Schwingungsreduktion der Kurbelwelle (10) ausbildet.Crankshaft generator ( 100 ) for generating electrical energy for at least one electrical consumer with at least one permanent magnet ( 16 ) and at least one conductor loop, the permanent magnet ( 16 ) on a motor ( 12 ) assigned, rotatably mounted crankshaft and the conductor loop is arranged stationary in the immediate vicinity of the crankshaft, characterized in that at least one permanent magnet ( 16 ) at least partially a counterweight ( 20 ) to reduce the vibration of the crankshaft ( 10 ) trains. Kurbelwellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Permanentmagnet (16) an einem Gegengewicht (20) zur Schwingungsreduktion der Kurbelwelle (10) angeordnet ist.Crankshaft generator according to claim 1, characterized in that at least one permanent magnet ( 16 ) on a counterweight ( 20 ) to reduce the vibration of the crankshaft ( 10 ) is arranged. Kurbelwellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Permanentmagnet (16) vollständig ein Gegengewicht (20) zur Schwingungsreduktion der Kurbelwelle (10) ausbildet.Crankshaft generator according to one of the preceding claims, characterized in that at least one permanent magnet ( 16 ) full always a counterweight ( 20 ) to reduce the vibration of the crankshaft ( 10 ) trains. Kurbelwellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Permanentmagneten (16) jeweils ein Gegengewicht (20) zur Schwingungsreduktion der Kurbelwelle (10) ausbilden.Crankshaft generator according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of permanent magnets ( 16 ) one counterweight each ( 20 ) to reduce the vibration of the crankshaft ( 10 ) train. Kurbelwellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Permanentmagneten (16) jeweils ein Gegengewicht zur Schwingungsreduktion der Kurbelwelle (10) ausbilden.Crankshaft generator according to one of the preceding claims, characterized in that all permanent magnets ( 16 ) a counterweight to reduce the vibration of the crankshaft ( 10 ) train. Kurbelwellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleife direkt am Kurbelwellengehäuse (19) angeordnet ist.Crankshaft generator according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor loop directly on the crankshaft housing ( 19 ) is arranged. Kurbelwellengenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (18) oder Leiterschleife an der Außenseite des Kurbelwellengehäuses (19) angeordnet ist.Crankshaft generator according to claim 6, characterized in that the coil ( 18 ) or conductor loop on the outside of the crankshaft housing ( 19 ) is arranged. Kurbelwellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelwellengenerator (100) mehrere Leiterschleifen aufweist.Crankshaft generator according to one of the preceding claims, characterized in that the crankshaft generator ( 100 ) has several conductor loops. Kurbelwellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem Permanentmagneten (16) jeweils genau eine Leiterschleife zugeordnet ist.Crankshaft generator according to one of the preceding claims, characterized in that a permanent magnet ( 16 ) exactly one conductor loop is assigned to each. Kurbelwellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden mindestens einer Leiterschleife elektrisch leitend mit einem elektrischen Verbraucher verbindbar sind.Crankshaft generator according to one of the preceding Expectations, characterized in that the ends of at least one conductor loop electrically conductive connectable to an electrical consumer are. Kurbelwellengenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Enden der Leiterschleife und mindestens einem Verbraucher ein Gleichrichter angeordnet ist.Crankshaft generator according to claim 10, characterized characterized in that between the ends of the conductor loop and at least one consumer Rectifier is arranged. Kurbelwellengenerator nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Verbraucher eine Zündspule, eine elektrische Ölpumpe (22), ein elektrisches Heizaggregat und/oder ein elektrischer Motor ist.Crankshaft generator according to claim 10 or 11, characterized in that the electrical consumer is an ignition coil, an electric oil pump ( 22 ), an electric heating unit and / or an electric motor. Kurbelwellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden mindestens einer Leiterschleife elektrisch leitend mit einem Mittel zum Speichern elektrischer Energie und/oder einem Regel-/Steuergerät verbunden sind.Crankshaft generator according to one of the preceding Expectations, characterized in that the ends of at least one conductor loop electrically conductive with a means for storing electrical energy and / or a control device are. Kurbelwellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Speichern elektrischer Energie ein Kondensator ist.Crankshaft generator according to one of the preceding Expectations, characterized in that the means for storing electrical Energy is a capacitor. Kurbelwellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleife eine Spule (18) ist.Crankshaft generator according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor loop comprises a coil ( 18 ) is.
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