DE102004063010A1

DE102004063010A1 - Einrichtung und Verfahren zur Energieumwandlung

Info

Publication number: DE102004063010A1
Application number: DE200410063010
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr. Müller; Vera MÜLLER; Urs Bühler; Ralf Dr. Otte
Original assignee: GLOBAL SCALING TECHNOLOGIES AG
Current assignee: TECDATA AG, UZWIL, CH
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-13
Also published as: EP1829194A1; JP2008524982A; WO2006066425A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung und Verfahren zur Umwandlung magnetischer Energie in Rotations- und/oder elektrische Energie, bei dem durch Ausnutzung von Abstoßungs- und Abschirmungseffekten rotierender Teile eine Autorotation eines magnetischen Rotors erreicht wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Umwandlung von Energie. Das Verfahren und die Einrichtung ist geeignet zur Umwandlung magnetischer Energie in kinetische oder elektrische Energie.
Das Verfahren und die Einrichtung ist geeignet zur Umwandlung magnetischer Energie von Permanentmagneten technischer Anlagen in Rotationsenergie oder elektrische Energie. Die Erfindung ist in sehr vielen Bereichen der Gesellschaft anwendbar, z.B. in der Energieerzeugung, Verkehrsindustrie, Landwirtschaft, Privatwirtschaft, Bauindustrie oder Schwerindustrie.
Die Erfindung beruht auf der Ausnutzung von magnetischen Abstossungs- und Abschirmungseffekten von rotierbaren Teilsystemen technischer Anlagen und wird in der Beschreibung am Ausführungsbeispiel der magnetischen Rotoreinrichtung, eines hier sog. Magnetrotors oder magnetodynamischen Stromgenerators (MDS), und des Verfahrens näher beschrieben und im Anschluss verallgemeinert.

Es sind zahlreiche magnetische Einrichtungen zur Energieumwandlung bekannt, die die Energie statischer Magnetfelder nutzen, Arbeit umzuwandeln. So beruht die Arbeitsweise jedes Motors auf der Kraftwirkung zwischen magnetischen Feldern [H. Kuchling, Physik, VEB Fachbuchverlag Leipzig, S. 395 ff.].

Dabei erzeugt eine an die sog. Ankerwicklung angelegte Spannung einen Ankerstrom und dieser ein Magnetfeld, das sich mit dem eines Feldmagneten (Permanentmagneten) überlagert. Dadurch entsteht eine Kraftwirkung, die den Rotor in Drehung versetzt. Das erzeugte Drehmoment hängt dabei von der Anzahl der Windungen, dem Ankerstrom, der magnetischen Induktion, der Fläche einer Windung, der Winkelgeschwindigkeit der Spule und der Zeit seit dem Durchlaufen einer Anfangsstellung rechtwinklig zur Richtung des magnetischen Feldes ab.

Gegenwärtig ist allerdings kein Verfahren und keine Einrichtung bekannt, dass die Energie von nur Permanentmagneten nutzen bzw. deren stationäre magnetische Energie in Rotations- oder elektrische Energie umwandeln kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Einrichtungen anzugeben, die zur Energieumwandlung von magnetischer Energie von Permanentmagneten in Rotations- oder elektrische Energie verwendet werden können, um das Gesamtsystem beispielsweise an dafür geeigneten Orten zur Stromerzeugung einzusetzen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein im Anspruch 1 angegebenes Verfahren und eine in Anspruch 5 angegebene Einrichtung zur Energieumwandlung, bei dem mittels einer geeigneten Konstruktion von Permanentmagneten, eines magnetischen Rotors und Stators unter gezielter Ausnutzung von magnetischer Abstossung und magnetischer Abschirmung zwischen Rotor und Stator Bewegungsenergie erzeugt wird, so dass eine Energieumwandlung von magnetischer Energie in elektrische Energie, beispielweise zur Stromerzeugung effizient durchgeführt werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

Die Kraftwirkung zwischen Rotor und Stator und damit die Rotation entstehen durch die Ausnutzung des Grundgesetzes der magnetischen Wirkung, nämlich dass sich gleichnamige magnetische Pole abstossen und ungleichnamige Pole anziehen [Grimsehl: Lehrbuch der Physik, Band II, S. 81 ff., Teubner Verlagsgesellschaft Leipzig, 1955]. Im Unterschied zum Verfahren des herkömmlichen Motors, bei dem die magnetische Kraftwirkung durch die geeignete Wirkung von Elektro- und Permanentmagneten erfolgt, werden hier beim so genannten Magnetrotor nur Permanentmagnete verwendet.

Dabei werden erfindungsgemäss jedoch zusätzliche magnetische Abschirmungen für den Rotor verwendet, um eine störende Überlagerung von Abstossung und Anziehung zwischen Rotor und Stator zu verhindern, um dadurch die gesamte resultierende Kraftwirkung, die auf den Rotor wirkt für eine Rotation auszunutzen.

Bislang konnte die in Permanentmagneten gespeicherte Energie nicht direkt zur Erzeugung elektrischen Stromes genutzt werden. Die Hauptursache liegt darin, dass echte magnetische Monopole nicht hergestellt werden können.

Erfindungsgemäss werden durch geeignete konstruktive Massnahmen (spezielle Konfiguration mehrerer Permanentmagnete und Abschirmung ungleichnamiger Pole durch Mu-Metall) deshalb zwei magnetische Pseudomonopole erzeugt.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Drehungen des Rotors, seine Kreis- bzw. Rotationsfrequenz w, zusätzlich nach der Global Scaling (GS) Theorie optimiert, wobei aber auch andere Optimierungsstrategien aus der Physik rotierender Systeme anwendbar sind.

Global Scaling (GS) eignet sich aber deshalb zur Optimierung, da durch die Wahl geeigneter und nach GS berechenbarer Rotationsfrequenzen des Systems der Wirkungsgrad der Einrichtung und des Verfahrens gegenüber und in Ergänzung mit anderen Optimierungsverfahren nochmals gesteigert werden kann.

Im folgenden wird deshalb die Global Scaling (GS) Theorie eingeführt.

Global Scaling (GS) ist ein eingeführter physikalischer Begriff, der verdeutlicht, dass Häufigkeitsverteilungen physikalischer Grössen wie z.B. Massen, Temperaturen, Gewichte und Frequenzen realer Systeme logarithmisch skaleninvariant sind, siehe [H. Müller, Global Scaling, Special1, Ehlers Verlag 2001]. Die Publikationen von Hartmut Müller im Ehlers-Verlag über Global Scaling werden hierbei ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt dieser Patentanmeldung gerechnet, insbesondere dann wenn die Erfindung nach GS optimiert wird.

Mit Hilfe des GS lassen sich damit diejenigen physikalischen Frequenzwerte, d.h. Schwingungen, berechnen, die von realen Prozessen bevorzugt eingenommen werden.

Diese bevorzugten Werte können durch eine Kettenbruchzerlegung nach L. Euler [Leonard Euler, Über Kettenbrüche,1737], [Leonard Euler, Über Schwingungen einer Saite, 1748] ermittelt werden, denn nach Euler ist bekannt, dass jede reelle Zahl x durch ihren Kettenbruch entsprechend Gleichung (1) dargestellt werden kann: x = n0 + z/(n1 +z/(n2 + z/(n3 + z/(n4 + z/(n5 + ..))))) (1)

Die Grösse z stellt dabei den sog. Teilzähler dar, dessen Wert nach GS für nachfolgende Frequenzanalysen auf den Wert 2 festgelegt wird.

Da die Skaleninvarianz in logarithmischen Massstäben auftritt, werden im GS-Verfahren alle Analysen von zur Basis e logarithmierten Grössen durchgeführt. Damit entsteht Gleichung (2) In x = n0 + 2/(n1 + 2/(n2 + 2/(n3 + 2/(n4 + 2/(n5+ ..))))) (2)

Die jeweiligen Zahlenwerte hängen von den zugrundeliegenden Masseinheiten ab. In GS werden die auszuwertenden Grössen ins Verhältnis zu physikalischen Konstanten y, den sogenannten Eichmassen, gesetzt. Diese Konstanten sind allerdings nur innerhalb einer vorgegebenen Präzision bekannt, weshalb es obere und untere Grenzwerte für diese Konstanten gibt.

Dadurch entsteht die Gleichung (3) als wichtigste Grundgleichung des GS, die durch eine Phasenverschiebungen um φ = 3/2 erweitert werden kann, was für die Erläuterungen der Erfindung aber nicht relevant manchmal jedoch vorteilhaft ist, siehe [H. Müller, Global Scaling, Special1, Ehlers Verlag 2001]: In (x/y) = n0 + 2/(n1 + 2/(n2 + 2/(n3 + 2/(n4 + 2/(n5 + ..))))) (3)

Die ganzzahligen Teilnenner [n₀, n₁, n₂...] müssen aufgrund der Konvergenzbedingung für Kettenbrüche ihrem absoluten Betrag nach stets grösser als der Zähler sein, siehe [O. Perron, Die Lehre von den Kettenbrüchen, Teubner Verlag Leipzig, 1950] und sind stets durch 3 teilbare ganze Zahlen.

Durch Anwendung der Gleichung (3) kann eine vorgegebene physikalische Grösse, z.B. eine Frequenz, wie die Eigenfrequenz eines Systems, nach der GS-Kettenbruchmethode zerlegt und in einen sog. Kettenbruch-Code umgewandelt werden. Dies soll beispielhaft durch eine GS-Kettenbruchbruchzerlegung für eine Frequenz f₀ beschrieben werden.

In GS wird als physikalische Konstante y zur Berechnung von Frequenzen der Wert 1,4254869e24 Hz verwendet, siehe [Absatz Eichmasse in H. Müller, Global Scaling, Special1, Ehlers Verlag 2001].

Nach Gleichung (3) ergibt sich eine Kettenbruchzerlegung und die Berechnung der Teilnenner n₀, n₁, n₂, n₃, n₄ usw. Die Berechnung der Frequenzwerte durch Kettenbrüche nach Gleichung (3) wurde beispielhaft mit dem Werkzeug GSC3000 professional des Institutes für Raum-Energie-Forschung GmbH, Wolfratshausen, durchgeführt und ist in Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. exemplarisch für die Frequenz f₀ = 302 min^–1 dargestellt. Die Rotationsfrequenz 302 min^–1 entspricht dem sogenannten GS-Kettenbruchcode [–54; –30552]. Der Teilnenner n₀ ist –54, der Teilnenner n₁ ist –30552 bzw. n₁ = –29468, je nach Grenzwert der verwendeten Konstante y für die Frequenz, siehe 1.

Da der Teilnenner n₁ in diesem Beispiel (n₁ = –30552) gross und damit der gesamte Quotient ab n₁ verschwindet gering ist, liegt die Frequenz 302 min^–1 in der Nähe des Wertes n₀ (n₀ = –54) und wird deshalb auch als sogenannte GS-Knotenpunkt-Frequenz hoher bzw. höchster Priorität bezeichnet. Weitere GS-Knotenpunktfrequenzen hoher bzw. höchster Priorität nach Gleichung (3) sind beispielsweise rund 15 min^–1 oder 0,75 min^–1. Basierend auf diesen Grundlagen der GS Frequenzanalyse, wird die Erfindung weiter beschrieben.

Der Erfindung hat als ein Ziel, ein Verfahren anzugeben, das unter Ausnutzung von Effekten geeigneter Frequenzen (hier Kreisfrequenzen des Rotors) den Wirkungsgrad technischer Anlagen nochmals steigert, um die Anlage an effizient zur Energieumwandlung bzw. Arbeitsverrichtung einzusetzen.

Spätestens seit Altschullers sog. 3. Gesetz der Abstimmung der Rhythmik der Teile eines Systems, siehe [Altschuller, Genrich Saulowitsch: Erfinden – Wege zur Lösung technischer Probleme, ISBN 3-00-002700-9, 1984], ist bekannt, dass einer der wichtigsten Entwicklungsgesetze technischer Systeme darin beseht, die Rhythmik der Systeme und Teile des Systems bzw. deren Koordinierung immer besser zu gestalten. Dieser Ansatz der verbesserten Rhythmik schwingender oder rotierender Systeme in Verbindung mit der gezielten Erzeugung von Eigenresonanzfrequenzen, die optimaler Weise nach GS analytisch berechnet wurden, ist mit der Erfindung deshalb weiter verfolgt.

Allerdings können zahlreiche rotierende, mechanischen Anlagen mit hier beschriebenen Resonanzoptimierungen verbessert werden.

Die Lösung der Aufgaben wird im weiteren an dem konkreten Ausführungsbeispiel des Magnetrotors anhand einer Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen die
1: Werkzeug GSC 3000 zur GS-Analyse von Frequenzen
2: Aufbau eines Magnetrotors MDS
3: Magnetrotor MDS zur Stromerzeugung über einen Generator G.
Die Energieumwandlung von magnetischer Energie in Rotations- und/oder elektrische Energie werden im Ausführungsbeispiel gelöst durch eine allgemein bekannte Einrichtung eines magnetischen Stators bestehend aus Permanentmagneten, eines magnetischen Rotors auch bestehend aus Permanentmagneten und einer geeigneten Abschirmung des Rotors durch sog. Mu-Materialien, siehe 2.
Die magnetische Schirmwirkung dieser speziellen Materialien, der o.g. Mu-Materialien, z.B. weichen Eisen, ist allgemein bekannt und hängt laut [Grimsehl: Lehrbuch der Physik, Band II, S. 85 ff., Teubner Verlagsgesellschaft Leipzig, 1955] mit der hohen Permeabilität des Materials zusammen. Bringt man beispielsweise in ein magnetisches Feld (des Stators) eine Hohlkugel oder einen Hohlzylinder aus weichen Eisen, so treten die magnetischen Kraftlinien von aussen in das Eisen ein, sie verlaufen dann aber fast vollständig innerhalb der Wandungen des Hohlkörpers, so dass der Innenraum der Hohl kugel oder Hohlzylinders fast vollständig frei von magnetischen Kraftlinien, also magnetischen Kräften bleibt.
Erfindungsgemäss wird das Gesamtsystem des Magnetrotors, im weiteren auch als magnetodynamischer Stromgenerator (MDS) bezeichnet, nun wie folgt konstruiert: Der MDS besteht aus einem magnetischen Statorring (ST) und einem magnetischen Rotor (R), dessen Drehachse (RA) im Mittelpunkt des Statorringes platziert ist, siehe 2.
Der Stator (ST) besteht aus mindestens einer, vorzugsweise zwei oder mehreren Reihen lückenfrei im Kreis angeordneter Permanentmagnete, deren gleichnamige Pole zentralsymmetrisch ausgerichtet sind. Die Permanentmagnete des Stators werden so ausgerichtet, dass sie jeweils mit dem gleichen magnetischen Pol, z. B. ihrem Südpol (S) nach innen und dem anderen Pol, Norden (N), nach aussen zeigen. Auf diese Weise entsteht innerhalb des Stators ein räumlich begrenztes magnetisches Monopol. Der Innendurchmesser des Stators kann beispielsweise 400 mm betragen, wobei NdFeB-Permanentmagnete z. B. der Grösse 20 mal 7 mal 3 mm möglichst lückenlos aneinander gereiht bzw. sogar toroidal-förmige Magnete verwendet werden.
Der Rotor (R) besteht im einfachsten Fall aus einem Permanentmagneten an der Rotorspitze (RS), bei dem ein Pol vollständig durch Mu-Metall (Nickel-Eisen-Legierung), (Mu) in 2, abgedeckt ist und einem nicht magnetisierbaren Rotorarm (RM). Bleche aus Mu-Metall erreichen im Niederfrequenzbereich Abschirmwerte bis zu 100 dB (99,99 %). Die Spitze (RS) des um eine zentrale Achse (RA) drehbaren Rotors wird so hergestellt, dass die Gradienten der Magnetfelder des Stators und des Rotors einen Winkel von 0 < ϕ < π/4 bilden.
Dadurch entsteht eine Abstossungskraft zwischen Rotorspitze (RS), im Ausführungsbeispiel der magnetische Südpol (S), und dem Stator (ST), im Ausführungsbeispiel auch der magnetische Südpol (S), und somit an der nichtmagnetisierbaren Achse (RA) des Rotors ein Drehmoment, dessen Grösse unter anderem von der Stärke (Rema nenz) des magnetischen Monopols des Stators und des Permanentmagneten des Rotors, vom Winkel ϕ und vom Abstand der Rotorspitze zum Stator abhängt.
Starke NdFeB-Permanentmagnete erreichen Remanenzwerte von 1,5 Tesla (15 Kilogauss). Deshalb können sogar kleine NdFeB-Magnete (10 × 10 × 4 mm) Energieprodukte (magnetische Flussdichte B × magnetische Feldstärke H) im Bereich von 300 Kilojoule pro Kubikmeter akkumulieren.
Bei der Realisierung des MDS müssen folgende allgemeine Richtlinien beachtet werden, um die dauerhafte Drehung des Rotors zu gewährleisten:

• Herstellung eines räumlich begrenzten magnetischen Monopols unendlicher Länge durch kreisförmige, möglichst lückenfreie Anordnung mehrerer Permanentmagnete (Stator).
• Herstellung eines magnetischen Pseudomonopols durch geeignete Konfiguration mehrerer Permanentmagnete auf kleinstem Raum und Abschirmung ungleichnamiger Pole durch Mu-Metall (Rotor).
• Platzierung des Pseudomonopols an der Peripherie eines Rotors im Winkel 0 < ϕ < π/4 zum Gradienten des Monopols.

Das Drehmoment wird dadurch erzeugt, dass die Gradienten der Magnetfelder beider Pseudomonopole (Spitze des Rotors und Stator) in einem spitzen Winkel gegeneinander ausgerichtet werden und dadurch immer wieder neu eine Ablenkungskraft F in Drehrichtung entsteht (2).
Durch die Ausprägung der Spitze des Rotors (linksseitig, rechtsseitig) lässt sich beispielsweise die jeweilige Drehrichtung erreichen.
Die Anregung und Rotation des Systems entsteht somit durch geeignete Ausnutzung der Magnetkraft von Permanentmagneten.
Das gesamte System hat eine Aussenwirkung wie ein sog. magnetischer Monopol, da der Stator so konstruiert ist, dass beispielsweise alle Magnete des Stators mit ihren Südpol (S) nach innen zeigen und deshalb alle Nordpole nach aussen.
Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemässe Verfahren, die Einrichtung und die Baugruppen bzw. Einheiten auszugestalten bzw. weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Ansprüche.
Der Wirkungsgrad des Verfahrens und/oder der Einrichtung kann erfindungsgemäss durch Nutzung bestimmter Kreisfrequenzen und Geometrien basierend auf den Berechnungen nach GS erhöht werden:
Die grundlegende Idee der Wirkungsgradverbesserung technischer, im Ausführungsbeispiel rotierender Systeme besteht in der Ausnutzung von Resonanzeffekten bei der Verwendung sog. GS-Frequenzen.
Während Resonanz in der Regel in technischen Systemen vermieden werden soll, um die Stabilität und Haltbarkeit solcher Systeme zu erhöhen, werden derartige Betriebspunkte im Rotationssystem gesucht, die die Rotation in Eigenresonanz f_RES versetzen. Diese Resonanzeffekte führen dazu, dass basierend auf der vorhanden magnetischen Energie der Permanentmagnete eine Rotation mit noch grösserem Drehmoment aufrecht erhalten werden kann, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad der Energieumwandlung von magnetischer Energie in Rotationsenergie erhöht.
Das heisst, die Ausnutzung von Resonanzeffekten insbesondere der Konstruktion von rotierenden Systemen deren Eigenfrequenzen mit den sogenannten Knotenfrequenzen nach Global Scaling zusammenfallen, führen zu einer zusätzlichen Erhöhung des Wirkungsgrades rotierender Systeme.
Nach der GS Theorie existieren insbesondere Frequenzen, sogenannte n0, n1, n2-Frequenzen, die diesen Effekt besonders stark hervorrufen, deshalb wird das Verfahren und die Einrichtung vorzugsweise folgendermassen realisiert.

• Ausgehend von Gleichung (3) werden diejenigen n0,n1,n2-Frequenzen ermittelt, die mit dem technischen System prinzipiell realisierbar sind, beispielsweise 302 min^–1.
• Aus diesem Frequenzen folgt die Bestimmung der Geometrie, d.h. Bestimmung des Innenradius des Stators, des Abstandes der einzelnen Magnete im Stator, die Grösse und das Gewicht des magnetischen Rotors, um den Rotor in die Rotation f_res = n0 zu versetzen.

Erfindungsgemäss wird die Konstruktion des Magnetrotors deshalb vorzugsweise so ausgelegt, dass sowohl die Umlaufgeschwindigkeit der Rotorspitze als auch die Kreisfrequenz des Rotors den Frequenzen hoher n0, n1, n2, ... Priorität entsprechen.
Der erfindungsgemässe Magnetrotor wird wie folgt betrieben:

1. Starten des Rotors durch Lösen der Arretierung des Rotors
2. Durch das Wirken der magnetischen Kräfte F (2) beginnt der Rotor selbständig mit der Rotation, d.h. er geht in Autorotation.
3. Durch die geeignete Geometrie und Gewicht von Rotor und Stator stellt sich vorzugsweise die für den Magnetrotor gewünschte Umdrehungsdrehzahl f_Rotor in unmittelbarer Nähe der Resonanzfrequenz ein, die einer n0, n1, n2-Frequenz nach GS entspricht.
4. Selbständige Arbeitsweise des Rotors durch elektronische Überwachung der Drehzahl und gegebenenfalls magnetische Bremsung des Rotors durch geeignete Massnahmen, wie Veränderung der Abschirmung oder das Aufschalten von Elektromagneten im Stator.
5. Auskopplung der Rotationsenergie der Rotorwelle in elektrische Energie durch die Verwendung von beispielsweise handelsüblichen Generatoren oder direkte Nutzung der Rotationsenergie für geeignete mechanische Anwendungen
6. Stoppen des Rotors durch geeignete Massnahmen, wie magnetische Bremse oder mechanische Arretierung.

Da der erfindungsgemässe Magnetrotors auf der Ausnutzung von Abstossung und auf der Abschirmung magnetischer Felder durch Mu-Materialien beruht, sind zahlreiche andere Ausführungsbeispiele möglich, bei denen die Rotation des Rotors, z.B. sein Drehmoment oder Gleichlauf, verbessert werden kann.
Beispielsweise kann der Innenrotor feststehend gebaut und der Aussenstator in Drehung versetzt werden oder der Rotor kann aus mehreren Armen bestehen, die bei drei Armen beispielsweise um 120 Grad phasenversetzt sind.
Des Weiteren können mehrere Rotoren mit verschieden Längen (Radien) innerhalb eines Statorringes oder auch Rotoren mit verschiedenen Drehrichtungen umgesetzt werden.
Eine nächste Möglichkeit besteht in der Verwendung von zwei oder mehreren übereinander gesetzten gleich grossen Ringen von Permanentmagneten im Stator usw.
Die Rotationsenergie der Welle, die zusammen mit dem Rotorarm RM um die Rotorachse RA dreht des Magnetrotors MDS kann über einen angeschlossenen Generator G in elektrische Energie umgewandelt werden, siehe 3.
Damit ist die Aufgabe einer Energieumwandlung magnetischer Energie in kinetische Energie (Rotationsenergie) technischer Systeme und weiterhin in elektrische Energie erfindungsgemäss gelöst.
Verallgemeinerung der Wirkungsgraderhöhung
Die Idee der Wirkungsgradeerhöhung des Magnetrotors durch Verwendung von GS Frequenzen basierend auf der Ausnutzung von Resonanzeffekten kann für weitere Verfahren und Einrichtungen verallgemeinert werden. In der Tat ist es so, dass basierend auf diesem Konzept mit jedem System, welche eine Energieübertragung oder -umwandlung gewährleistet, beispielsweise hydraulische Anlagen, wie hydraulische Pressen; mechanische Anlagen, wie mechanische Getriebe, gas- bzw.- luftgetriebene Anlagen, wie Wirbelstromkraftwerke, schwingende elektro-mechanische Wandler, wie Piezokristalle, eine deutliche Wirkungsgradeerhöhung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik erreicht werden.
Während bei vielen technischen Einrichtungen Resonanzeffekte vermieden werden sollen, um die Einrichtungen nicht zu beschädigen oder zu zerstören, so werden hier erfindungsgemäss die Eigenresonanzen der schwingenden oder rotierenden Subsysteme der Einrichtung bewusst gewählt und verwendet, um den Wirkungsgrad der Energieübertragung bzw. -umwandlung weiter zu erhöhen und die inneren Verluste, wie beispielsweise Reibungen der Systeme weiter zu minimieren.
Ein weiterer Vorteil entsteht dann, wenn die Systeme so ausgelegt werden, dass die Eigenresonanzen der Subsysteme den nach Gleichung (3) analytisch berechenbaren Knotenpunktfrequenzen hoher Priorität nach Global Scaling entsprechen, da die Resonanzeffekte dadurch insgesamt verstärkt werden.
Die Konstruktion der Einrichtungen muss dabei so gewählt werden, dass die tragenden Teile, z.B. Gehäuse und anderen schützenden Teile gerade dann nicht in Eigenschwingung versetzt werden, wenn die Subsysteme in Eigenresonanz sind, um die Stabilität und Haltbarkeit des Systems zu gewährleisten.
Die gespeicherte magnetische Energie in den Permanentmagneten reicht für einen jahrelangen Betrieb des Magnetrotors aus, da Permanentmagnete in anderen Einrichtungen, wie beispielsweise Generatoren, auch eine sehr hohe Lebensdauer besitzen, denn starke NdFeB-Permanentmagnete erreichen Kerzitivfeldstärken von 2500 Kiloamper pro Meter.
Da die magnetische Energie durch frühere, natürliche physikalische Vorgänge in den Permanentmagneten gespeichert wurde und nun nur die Arbeit zur Erschliessung und Produktion der technischen Magnete aufgewendet werden muss, ist die volkswirtschaftliche Energiebilanz (Energiedifferenz) von abgegebener elektrischer Energie des Rotors zu gesamter aufgewandter Energie für die Erstellung einer Magnetrotormaschine MDS ab einer gewissen Arbeitslaufzeit des Rotors positiv. Deshalb ist das Verfahren und die Einrichtung ein Beitrag zum umweltfreundlichen Einsatz natürlicher (magnetischer) Ressourcen.

Claims

Verfahren zur Umwandlung magnetischer Energie von Permanentmagneten in Rotationsenergie und elektrische Energie, dadurch gekennzeichnet, dass durch Abstossung zwischen Rotorspitze und Stator und durch magnetische Abschirmung des Rotors ein Magnetrotor in Autorotation versetzt wird und eine Drehung mit bestimmten mechanischen Drehmoment erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin die Eigenrotationsfrequenzen des Rotors mit Global Scaling Knotenpunktfrequenzen hoher Priorität zusammenfallen und dadurch der Wirkungsgrad der Gesamtsystems nochmals erhöht wurde.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf dem Wirkungsprinzip eines Magnetrotors beruht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf dem Wirkungsprinzip eines Magnetstators beruht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsenergie des Rotors durch einen angeschlossenen Generator in elektrische Energie umgewandelt wird.
Einrichtung zur Umwandlung von Energie, insbesondere der Umwandlung von magnetischer Energie in kinetische Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Stator (ST), der mindestens eine Reihe kreisförmig angeordneter Permantmagnete enthält und einen drehbaren Rotor mit einem Permanentmagneten an der Rotorspitze aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenrotationsfrequenzen des Rotors mit Global Scaling Knotenpunktfrequenzen hoher Priorität zusammenfallen und dadurch der Wirkungsgrad der Gesamtsystems nochmals erhöht ist.
Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, das der Rotor ein Magnetrotor ist.
Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete des Stators (ST) lückenfrei angeordnet sind und bevorzugt deren Südpole (S) nach innen weisen.
Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pol des Permanentmagneten der Rotorspitze (RS), der den Polen der Permanentmagnete des Stators (ST) gegenüberliegt, die gleiche Polung aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Pol des Permanentmagneten des Rotors vollständig abgeschirmt ist.
Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotorarm (RM) des Rotors aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff besteht.