具有被動發電的發電機的工具機的製作方法

2023-09-23 23:53:05

專利名稱：具有被動發電的發電機的工具機的製作方法
技術領域：
使用工具機作業時經常需要一些輔助機構來優化作業過程，例如通過發光器件來照明工作面。
背景技術：
例如DE 10 2006 045157 Al就公開了將發光器件集成於其中的工具，但是給發光器件供電是問題。

發明內容
本發明的任務在於，提供一種可以由輔助元件供電的改進型工具機。採用本發明獨立權利要求所述的對象，即可解決這一任務。從屬權利要求所述均為本發明的有益實施方式。以下將詳細討論本發明所述裝置的特徵、細節和優點。按照本發明的第一方面，闡述一種工具機，尤其是一種手持工具機，具有用於產生電能或電流的發電機。該發電機具有定子和可以相對於定子運動的轉子，在定子上布置至少一個線圈(例如感應線圈)和至少一個磁鐵(例如永久磁鐵或者電磁鐵)。轉子具有至少一個第一區域和至少一個第二區域。第一區域具有第一導磁率和第一幾何構造。第二區域具有第二導磁率和第二幾何構造。第一和第二導磁率不一樣，並且/或者第一和第二幾何構造不一樣。視轉子的第一或第二區域更靠近定子而定，磁鐵的磁力線可以向不同方向延伸。當轉子相對於定子運動時，轉子的第一和第二區域的位置就會相對於定子連續變化， 這樣就會使得磁通發生變化，並且在定子的線圈中感應出電壓。轉子的第一和第二區域可以構造成轉子中的輪廓，即第一區域相當於轉子中的凸起部分，第二區域相當於凹進部分。可以針對不同的區域選用不同的材料，尤其是具有不同導磁率的材料。利用本發明所述的發電機可以提供工具機內部部件(例如用於照明工作面的光源)所需的電壓或電能，該電能最好獨立於工具機的電網電壓或者蓄電池電壓，這樣就不需要在工具機中附加一些用於進行電流整流和變壓的元件。這對於手持工具機而言尤其有益，因為也可以減輕重量。還可以針對低電壓模式(例如小於50V)設計本發明所述發電機的電路，因此不受電網運行機器規範的約束，例如遵守絕緣距離。這樣就能實現更多的工具機設計自由度。此外本發明所述的發電機優選還可以不含活動的磁鐵。當工具機工作時，只有轉子運動，線圈以及磁鐵均布置在定子上不可以運動。這樣就能很方便地改裝現有的工具機。 此外還能以簡單、節約空間並且成本低廉的方式實現用於新工具機內部部件(例如光源) 的電源。按照本發明的一種實施例，定子和轉子均具有鐵磁材料，也就是這些材料的導磁率μ等於、大於或者最好顯著大於1 (μ >> 1)。這些材料可以是例如鋼、鐵、鈷、鎳或者其組合。定子和轉子可以大部分或者完全由這些材料構成。按照一種實施例，轉子可以與工具機的輸出機構(例如輸出軸)以力結合、形狀配合以及/或者摩擦結合方式機械耦合，或者作為輸出機構的一部分，或者集成在輸出機構之中。例如對輸出機構的現有零件加以改動，就能以節約成本的方式改裝。轉子也可以通過一種粘合劑以材料融合方式與輸出機構連接。輸出機構可以是輸出功率的工具機部件， 例如可以是主軸、冠齒輪、安裝法蘭或刀夾、電機軸或者其凸起部分。按照另一種實施例，發電機可以具有與工具機的第一電路電隔離的第二電路或者獨立的電路。例如第一電路可以連接在電網電源或者蓄電池電源上，第二電路可以通過發電機產生不同於第一電路的電壓，這樣就能給工具機內部光源供電，不必對電網電壓進行變壓和整流，因此不需要採用附加部件，從而能夠節約安裝空間和附加費用。按照其它實施例，工具機可以具有一個或多個光源。通過本發明所述的發電機給光源供電，而且光源與發電機直接連接，或者通過變壓器與其連接。光源還可以直接集成在工具機之中，或者布置在工具機上，並且可以是能夠在工具機工作時連續照明工作面的光源。例如附加光源可以利用顏色變換或者亮度變換輸出光信號，並且可以藉此顯示轉子的當前轉速，例如信號可以閃動，這樣就能發出超過和/或低於一定的轉速(例如當過載時) 以及關機後轉子或電機慣性轉動的信號。還可以將附加光源設計成用於標記工作面並且引導工具機的雷射光源。按照另一種實施例，工具機具有儲電裝置，例如電容和/或蓄電池。例如可以通過儲電裝置改進光源的餘輝時間和亮度。例如可以將儲電裝置集成在工具機的電子裝置之中。可以在電子裝置中調整所產生的電壓，使之適合於光源的需求。按照另一種實施例，將定子的線圈或多個線圈布置在用於加強磁通的軛鐵上。軛鐵可以將磁鐵相互連接，並且/或者將其與線圈電連接。軛鐵可以具有例如比定子殼體材料更高的導磁率，並且有助於定向引導磁力線，從而增強磁通。即使在工作轉速很小的情況下，也能通過這種磁通增強作用生成足以使光源工作的電壓。按照另一種實施例，轉子可以執行旋轉運動或者直線往復運動。例如可以將工具機設計成角磨機和直磨機、電動螺絲刀、電鑽、圓鋸或者鋸，例如線鋸、刀鋸、手鋸或者精切據。


專業人士可從以下實施例說明以及附圖了解本發明的其它特徵和優點，但本發明並非僅限於此。圖1角磨機的橫斷面2工具機的發電機工作原理示意3以安裝法蘭作為轉子的發電機圖4圖3所示定子的可用實施方式圖5以冠齒輪作為轉子的發電機圖6轉子的可用實施方式圖7定子與電磁 線圈的實施方式圖8線鋸的橫斷面圖
圖9具有直線往復式轉子的發電機圖10圖9所示發電機的另一種實施方式所有附圖僅為本發明所述裝置及其組成部分的示意圖，尤其在附圖中並未按照比例反映距離和尺寸關係。不同附圖中相應的元件均有相同的附圖標記。
具體實施例方式圖1 7所示的工具機是配有旋轉轉子的角磨機實施例，圖8 10所示為配有直線往復轉子的線鋸實施例。圖1所示為角磨機1的橫斷面示意圖。角磨機1具有諸如電機殼體25、電機27、 風扇29、小齒輪31、傳動機構殼體33、保護罩35、雙孔螺母37、主軸39、冠齒輪41、軸承法蘭 43和安裝法蘭47之類的常見部件。光源15可以照亮工作區45或工作面45。例如可以將光源15集成在軸承法蘭43上。可以使用例如冠齒輪41、安裝法蘭47或者主軸39作為角磨機1的轉子7。圖2所示為工具機1的發電機3的功能原理示意圖。圖2A和2B所示為發電機3 在轉子7的不同運動階段的橫斷面圖。在定子5上布置了線圈11和兩個不同極性的磁鐵 13。磁鐵13和線圈11均布置在用於強化磁通的軛鐵23上。轉子7相對於定子5的運動63 (箭頭所示)使得線圈11所在的磁場發生變化，從而在線圈11中感應出電壓，例如可通過具有儲電裝置19的電子裝置21將該電壓傳輸給光源15。例如可以用改變磁迴路阻(也稱為磁阻)的方式改變磁場。如圖2A所示，轉子7的第一區域51在定子5的線圈11對面，轉子7的第二區域 53在定子5的磁鐵13對面。在本實施例中，第一區域51和第二區域53具有不同的幾何構造。第一區域51具有朝向定子5的凸起部分。與第一區域51相比，第二區域53則在定子 5對面向後偏置，從而使得第二區域53中定子5和轉子7之間的氣隙9大於第一區域51中的氣隙。當轉子7運動63時，源自於永久磁鐵13的磁通就會發生變化，從而使得磁力線17 發生變化，如圖2所示，並且在線圈中感應出電壓11。轉子7的區域51、53在相同或不同的幾何構造的情況下，可以具有不同導磁率的不同材料。可以用改造工具機1輸出機構49現有部件的方式實現轉子7，例如可以採用帶槽的轉子7。轉子7運動時會使得磁阻發生如下變化當槽51處在磁鐵13對面的位置時， 較大的氣隙9就會引起較高的磁阻；當連接部51處在磁鐵對面的位置時，就會引起較小的磁阻。圖3所示為利用安裝法蘭47作為轉子7的發電機3。圖3A和3B是發電機3的不同透視圖。圖3C和3D是發電機3的橫斷面。連接部51和槽53均布置在安裝法蘭47之中。當磁鐵13處在法蘭47的連接部51對面時，由於磁阻較小，磁通不僅沿切向(圖3C) 傳播，而且也沿徑向(圖3D)傳播，在圖3C和3D中以磁力線17表示。如圖3B所示，可以在朝向主軸39的法蘭47 —側上布置一些附加槽55，這樣就能在轉子7的不同位置中提高磁通的波動，從而能夠在定子5的線圈11中感應出更高的電壓。可以將定子集成在軸承法蘭43之中。圖4所示為圖3所示定子的可用實施方式。如圖4A所示，定子5可以呈環形，並且可以具有多個通過軛鐵23連接的磁鐵13和線圈11。如果沒有足夠的結構空間，或者感應電壓充分，則定子5也可以如圖4B和4C所示由軛鐵部段和線圈11構成，所述軛鐵23可以由實心材料或者板條構成。也可以採用只有一個磁鐵13的定子實施方式，如圖4C所示。圖5A和5B所示為利用冠齒輪3作為轉子7的發電機3的不同透視圖。冠齒輪41 的底面可以配有齒，用於實現轉子7的不同區域51、53。圖6所示為轉子7的可用實施方式。圖6A所示為導磁率高於轉子材料的加強軛鐵50。軛鐵50可以減小磁阻，本質上可以如圖6A所示將其用於作為轉子7。也可以如圖 6B所示，將加強軛鐵50集成在輸出機構49的其它部件(例如冠齒輪41)或者集成在安裝法蘭47之中，從而可以實現所需的磁阻變化。還可以將所需的材料特性直接集成在輸出機構49的部件之中，例如在燒結製作部件時可以同時或者依次處理多種材料。圖7所示為定子5與電磁線圈57的實施方式。圖7A所示為電磁線圈57，具有永久磁鐵13和圍繞鐵芯59纏繞的線圈11。如圖7C所示的發電機3橫斷面圖，電磁線圈57 沿軸向或者垂直於冠齒輪41或安裝法蘭47。磁力線17經由轉子7 (這裡是冠齒輪41)和電磁線圈57的鐵芯59形成閉合迴路。如圖7B所示，可以將電磁線圈57集成在軸承法蘭43之中。也可以將電磁線圈57 集成在附加元件之中，例如電磁線圈支架61。例如可以將線圈11或電磁線圈57串聯，從而使得功率輸出最大化。電磁線圈57的數量和位置可以不同，例如可以將其旋轉對稱布置。圖8所示為線鋸形式的工具機1的橫斷面示意圖。線鋸1具有可以上下直線運動的往復杆65。將定子5圍繞往復杆65布置。光源15在轉子7工作時照亮工作面45。往復杆65和布置在往復杆上的鋸片67執行(箭頭所示的)直線往復運動63。圖9所示為具有執行直線往復運動的轉子7的發電機3的實施方式。圖9A是發電機3的俯視圖。圖9B和9C是轉子7處在不同位置中的發電機3橫斷面圖。帶線圈11和磁鐵13的定子5呈環形圍住往復杆65。此外在定子上還有導磁率優選較高的磁軛盤69。 轉子7由往復杆65和磁軛71構成，該磁軛呈盤形，並且可以與往復杆65—起運動。磁軛 71在圖9所示的實施例中處在定子5下方。如圖9B所示，轉子7處在下方位置，從而使得轉子7的磁軛71遠離定子5，使得磁力線17 (圖中以虛線表示)不會穿過軛鐵71而比較弱。如圖9C所示，轉子7處在上方位置，從而使得磁力線17經過轉子7的磁軛71，因此磁力線17比較強。可以將磁軛71看成是導磁率較高的轉子7的第一區域51。可以將往復杆65的其餘區域看成是導磁率較低的第二區域53。圖10所示為圖9所示發電機3的可選實施方式。圖IOA所示為發電機3的俯視圖。圖IOB所示為圖IOA的局部放大圖。圖10CU0D和IOE所不為轉子7處在不同運動階段的發電機的橫斷面示意圖。圖10中的定子5在磁鐵13上方和下方各有磁軛盤69。在圖 10所示的實施例中，轉子7能以磁軛71完全穿過定子5運動。與圖9所示的實施例相比， 這種方式的優點是不會妨礙往復杆59的運動，並且由於磁力線17的振蕩頻率較高，可以在線圈11中感應出較高的電壓。如圖10所示，最好將轉子7和定子5的部件設計成圓柱形。可以通過磁軛71在轉子7上實現不同幾何構造或者不同導磁率的區域51、53。磁軛71可以由一種導磁率較高的材料構成。還可以將磁軛71作為往復杆59的一部分。通過交替變細的磁軛71的運動63使得磁迴路的磁阻發生變化，從而改變磁通，並且在線圈11 中感應出電壓。可以將轉子7看成是能夠像門閂一樣阻斷磁通傳播路徑的「磁閥」。
最後應注意「具有」或者類似之類的表述並不排除可以採用其它元件或者步驟。 此外還須注意「一個」並不排除多個。此外還可以結合不同的實施方式將所述特徵任意相互組合。此外還須注意相關權利要求中的附圖標記並不限制這些權利要求的範圍。
權利要求
1.工具機(1)，具有用於產生電流的發電機(3)，所述發電機(3)具有 定子(5)；以及轉子(7)，轉子可以相對於定子(5)運動； 在定子(5)上布置線圈(11)和磁鐵(13)；所述轉子(7)具有至少一個第一區域(51)和至少一個第二區域(53)； 所述轉子(7)這樣構造，使得第一和第二區域(51，53)之間的導磁率和/或幾何構造有所不同，因此當轉子(7)相對於定子(5)運動(63)時，線圈(11)中的磁通就會發生變化， 從而感應出電壓。
2.根據權利要求1所述的工具機(1)，定子(5)和/或轉子(7)具有鐵磁材料。
3.根據權利要求1和2中任一項所述的工具機(1)，轉子(7)與工具機(1)的輸出機構(49)耦聯。
4.根據權利要求1 3中任一項所述的工具機(1)，線圈(11)具有與工具機(1)的第一電路電隔離的第二電路。
5.根據權利要求1 4中任一項所述的工具機(1)，還具有光源(15)；其中所述光源 (15)與線圈(11)這樣電連接，從而可在轉子(7)運動時給光源供電。
6.根據權利要求5所述的工具機(1)，所述光源(15)與線圈(11)這樣電連接，從而使光源可在轉子(7)運動時輸出光信號；所述光信號隨轉子(7)的當前轉速變化。
7.根據權利要求5所述的工具機(1)，所述光源(15)是雷射光源。
8.根據權利要求1 7中任一項所述的工具機(1)，還具有儲電裝置(19)；其中線圈 (11)與儲電裝置(19)電連接。
9.根據權利要求1 8中任一項所述的工具機(1)，在線圈(11)上布置用於增強磁通的軛鐵(23)。
10.根據權利要求1 9中任一項所述的工具機(1)，轉子(7)構造成可執行旋轉或者執行直線往復運動。
11.根據權利要求1 10中任一項所述的工具機(1)，所述工具機(1)是角磨機或者鋸。
全文摘要
本發明涉及一種具有被動發電的發電機的工具機，其具有用於產生電流的發電機(3)。發電機(3)具有轉子(7)和定子(5)。在定子(5)上布置線圈(11)和磁鐵(13)。轉子(7)可以相對於定子(5)運動，並且具有第一區域(51)和第二區域(53)。所述轉子(7)這樣構造，使得第一和第二區域(51，53)之間的導磁率和/或幾何構造有所不同，因此當轉子(7)相對於定子(5)運動(63)時，線圈(11)中的磁通就會發生變化，從而感應出電壓。
文檔編號B25F5/00GK102201724SQ20111010546
公開日2011年9月28日 申請日期2011年2月21日 優先權日2010年2月22日
發明者F·埃森魏因, L·肖恩 申請人:羅伯特·博世有限公司