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Die
Erfindung betrifft einen Impuls-Magnetmotor, bestehend aus einer
Stahl-Schwungscheibe mit beiderseits jeweils im genauen Abstand
zueinander gegenüberliegenden,
2 kreisrunden Ankerscheiben aus ferromagnetischem Material. Denen
gegenüber
befinden sich innerhalb des gleichen Radius in drei gleichen Abständen voneinander
angeordnete Elektromagnete im gleichen Durchmesser der Ankerscheiben.
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Elektromagnete
und die ferromagnetischen Ankerscheiben sind durch Luftspalte voneinander getrennt.
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Aus
der
DE 199 38 148
C2 ist eine derartige Vorrichtung unter dem Titel elektromagnetische
Antriebsvorrichtung des gleichen Erfinders bekannt.
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Die
vorliegende Erfindung weicht weitgehend vom Stand der Technik ab,
weil hier die Funktion bedingt durch Erfahrungswerte aus der erwähnten Antriebsvorrichtung
ein ausreichendes Maß an
neuer Technik geboten wird. So kommen, statt einer Vielzahl, nur
noch 3 Magnete auf einer Seite in Betracht, um den magnetischen
Anzug besser nutzen zu können.
Das erklärt
sich aus der Tatsache, daß statt
24 Stromimpulse pro Umdrehung nur noch 6 Stromimpulse pro Umdrehung
gebraucht werden. Hierdurch kann eine längere Magnetanzugszeit eingestellt
und dadurch höhere
Magnetkräfte
erzielt werden, weil bei kürzeren
Stromimpulsen das Risiko besteht, daß es nicht zur vollen Kraftentwicklung
der Magnete kommen kann.
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Ferner
fallen die Axiallager, welche bislang als Abstandshalter der Luftspalte
dienten, weg. Diese erwiesen sich als untauglich. Hierfür sind in
genauen Abständen
6 Einzelkugeln in Gehäusen
eingebaut, die nicht nur den Luftspalt genauer einhalten, sondern
auch einzeln justierbar sind.
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Die
seitlichen Abschliffe der Rundanker sind geändert, weil diese nunmehr dem
Kräftverhältnis der
Elektromagnete angepaßt
bessere Wirkung zeigen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Impuls-Magnetmotor zu
schaffen, der in der Lage ist, ohne Stromanstieg größere Leistungen
abzugeben um mit hohem Wirkungsgrad zahlreiche Anwendungen zu finden.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die
Unteransprüche
enthalten Weiterbildungen und Ausfertigungen.
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Bei
der Lösung
stehen Elektromagnete und ferromagnetische Ankerscheiben in Abhängigkeit
zu gezielten Stromimpulsen. Diese bringen über elektronische Steuereinheiten
die Schwungscheibe mit den ferromagnetischen Ankerscheiben zum rotieren.
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Ein
Beispiel von 6 Elektromagnete und denen 4 gegenüberliegenden ferromagnetischen
Ankerscheiben – jeweils
3 + 2 auf jeder Seite der Schwungscheibe – wird durch eine Dreiertakt-Impulsschaltung die
Drehung der Schwungscheibe veranlaßt. Die Schaltungen sind so
eingestellt, daß keine Überschneidungen
in der Art entstehen, daß wenn z.B.
der erste Takt noch nicht beendet ist, schon der zweite Takt anläuft. Es
müssen
zwischen den einzelnen Takten Pausen in Millisekunden eingelegt
werden, weil bei Überschneidungen
die Schwungscheibe stehen bleibt.
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Die
Erfindung wird nachstehend bezüglich der 1–12 dargestellten
Ausführungsbeispiele
erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
Schnittzeichnung des Motors mit Elektromagneten und ferromagnetischen
Ankerscheiben sowie einstellbare Einzelkugeln.
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2:
Seitenansicht eines Außengehäuses des
Motors, auf welchem die Elektromagnete angebracht sind.
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3:
Draufsicht auf das Außengehäuse des
Motors mit seitlicher Montageplatte.
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4:
Draufsicht auf der Schwungscheibe mit den Bohrungen zum Anschrauben
der ferromagnetischen Ankerscheiben, der Welle im Schnitt und dem
vorgegebenen Feinschliff am Rand der Schwungscheibe.
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5, 6 und 7:
Skizzen der Arbeitsweise und Zusammenwirken der Elektromagneten
mit den ferromagnetischen Ankerscheiben.
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8:
Elektromagnet mit Spule und Spulenkern und ferromagnetischer Ankerscheibe
nach dem Anzug der Ankerscheibe.
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9:
Elektromagnet mit Spule und Spulenkern und ferromagnetischer Ankerscheibe
vor dem Anzug der Ankerscheibe.
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10:
Ferromagnetische Ankerscheibe mit sichtbarem elypsenförmigen Abschliff.
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11:
Skizze der Magnetkräfte
beim Elektromagnet.
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12 Gesamtansicht
des Impuls-Magnetmotors.
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1 zeigt
den Impuls-Magnetmotor mit Schwungscheibe im Schnitt und daran angeschweißter Welle 13.
An der Schwungscheibe 15 sind zwei sich gegenüberliegende
ferromagnetische Ankerscheiben 10 angebracht, welche an
den Gewinden 10a der Schwungscheibe 15 angeschraubt
sind. Die Außenseiten
der Schwungscheibe 15 sind beidseitig gleichmaßig abgeschliffen 16,
wobei die Oberflächen mit
einem Feinschliff versehen, gehärtet
und für
die Kugeln gerillt sind. Die Außengehäuse 2 des
Motors, siehe auch 2, sind randverstärkt, worin
sich in diesen Verstärkungen
sechs im gleichen Abstand voneinander liegende Öffnungen 3 u. 5,
siehe auch 3, befinden, welche durch Gewinde 4 verbunden sind.
Die Öffnung 3 dient
zur Aufnahme von Kugelgehäusen 8 mit
jeweils einer hervorstehenden Kugel 18. Die Kugelgehäuse 8 liegen
paßgleich
in den Öffnungen 3,
damit diese darin leicht verschoben werden können. Das Verschieben geschieht
durch die Schrauben 8, welche durch die Gewinde 4 geschraubt
auf die Kugelgehäuse 8 treffen
und über
die Kugeln 18 zum Feinschliff 16 führen, um
so die Luftspalte 9a zwischen den Elektromagneten 9 und den
ferromagnetischen Ankerscheiben 10 bis auf kleinste Maße zu justieren.
Die Einstellung wird durch eine Kontersicherungsmutter 7 an
der Schraube 8 gefestigt. In den Außengehäusen sind die Elektromagnete 9 angeschraubt.
Hierfür
sind Bohrungen 12 für die
Magnethalteschrauben vorgesehen.
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Die
Außengehäuse 2 sind
fest mit Halteplatten 1 – hier quadratisch – verbunden.
In diesen Halteplatten sind Kugellager 17 für die Welle 13 eingebaut.
Die Halteplatten 1 werden mit den Außengehäusen 2 fest verschraubt 11.
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2 zeigt
ein Außengehäuse 2 mit
schmalen Längsaussparungen 14.
Diese Aussparungen dienen der Sicht auf die Luftspalte 9a zwischen
den Elektromagneten 9 und den ferromagnetischen Ankerscheiben 10.
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3 zeigt
eine Montageplatte 1, worauf ein Außengehäuse 2 montiert ist.
Ersichtlich sind die Öffnungen 3,
worin die Kugelgehäuse 8 untergebracht werden.
Durch die Bohrung 13a wird die Welle 13 geführt. Die
Bohrung 13a muß einen
größeren Durchmesser
als die Welle 13 haben, da es sich um einen berührungslosen
Wellendurchgang handelt. Gleichmäßig im dreigeteiltem
Abstand sind die Elektromagnete 9 angebracht. Innerhalb
der vier Ecken der Montageplatte 1 sind Bohrungen 19 für den Durchgang von
Haltestangen zur Montage angebracht.
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4 bringt
die Schwungscheibe 15 in der Draufsicht mit der in der
Mitte angeschweißten
Welle 13 und den Bohrungen 12 für die ferromagnetischen Ankerscheiben 10.
Die Ankerscheiben sind auf der Schwungscheibe mit Aluminiumscheiben
unterlegt, um die von den Elektromagneten 9 ausgehende
Magnetkraft nicht auf das aus Stahl gedrehte Schwungrad 15 zu
leiten. Hierfür
kommen für
die Verschraubung der Ankerscheiben nichtmagnetische Schrauben,
z.B. Messingschrauben zur Anwendung.
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5, 6 u. 7 zeigen
den Bewegungsrhythmus des Motors, bei dem 5 Elektromagnet 3 durch
Stromimpuls die ferromagnetische Ankerscheibe 5 angezogen
hat und wird von dieser abgedeckt. Dann bekommt Elektromagnet 2 einen Stromimpuls
und zieht Ankerscheibe 4 an und wird durch diesen abgedeckt.
Dann bekommt Elektromagnet 1 einen Stromimpuls und durch
magnetische Anziehung wird Ankerscheibe 5 angezogen.
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Diese überdeckt
den Elektromagnet 1. Dann zieht 2 wieder 1 an
usw. Es entsteht durch die nacheinander geschaltete Impulsgebung
auf die Elektromagnete ein magnetisches Wanderfeld. Der Luftspalt zwischen
Elektromagneten und ferromagnetischen Ankerscheiben sollte sich
zwischen 0,1 und 0,05 mm bewegen, um die Magnetkraft äußerst nutzbringend anzuwenden.
Es ist darauf zu achten, daß es
zu keinem Kraftschluß zwischen
Elektromagnet und Ankerscheibe kommt, dann wäre der Motor wirkungslos.
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8 zeigt
einen Elektromagneten 19 der Spule 22. Eine ferromagnetische
Ankerscheibe 20 steht mit einem Luftspalt über dem
Elektromagnet. Die Ankerscheibe ist am Rand angeschliffen 21.
Der Grund besteht darin, daß es
nur mit dem Anschliff möglich
ist, den Elektromagneten mit der Ankerscheibe ganz abzudecken. 11 zeigt
die Magnetwirkung des Elektromagneten. Die magnetische Kraft zieht
immer zur Mitte des Magnetkerns 19, was durch die Pfeile 23 ersichtlich
ist. Wenn die Ankerscheibe nicht seitlich angeschliffen ist, wird
diese beim Magnetanzug an der Linie 24 halten, weil hier
schon wieder die Magnetkraft zur Mitte des Elektromagneten zieht.
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Gemäß 10 sollte
der Schliff 21 an der Seite der Ankerscheibe 20 halbrund
sein, um so die äußerste Kraft
des Elektromagneten zu nutzen. Der Schliff erscheint optisch elypsenförmig.
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9 verdeutlicht
den Anzug der Ankerscheibe 20 durch den Elektromagnet 19.
Die Ankerscheibe soll mit dem angeschliffen en Teil über dem Magnetkern,
direkt am inneren Ende der Spule stehen, bevor der Elektromagnet
einen Stromimpuls erhält.
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12 zeigt
den fertigen Motor mit den Montageplatten 1, den Seitengehäusen 2 und 4 mit
den Längsaussparungen 7,
dem Schwungrad 3, der Welle 6 und den Haltestangen 5.
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Die
Funktion des Magnetmotors wird durch Magnetwirkung ausgelöst.
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Aus
den Ergebnissen des Motors ist bekannt, daß bei dieser Form der Nutzbarmachung
der Elektromagnetenergie durch
- 1.die Abschrägung der
Ankerscheiben
- 2.die Luftspalteinstellung
- 3.indirekte Magnetanziehung der Ankerscheiben
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ein
gewisser Prozentsatz an der Primärenergie
verloren geht. Dieser Verlust wird durch die Zusammenfassung mehrerer
Elektromagnete kompensiert, was die rotierende Schwungmasse ausmacht, um
so auch als Fahrzeugantriebe nützlich
zu sein.
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Ein
sparsamer Stromverbrauch wird an diesem Magnetmotor dadurch beobachtet,
daß
- 1. die Elektromagneten eine konstante Magnetkraft
entwickeln. Das heißt,
ob der Motor hoch oder niedrig belastet wird, der Strom bleibt konstant.
Dies trifft auch bei unterschiedlichen Drehzahlen zu.
- 2. die Eigenschaft magnetischer Felder, ihrer Entstehungsursache
entgegen zu wirken. Diese Erscheinung, als In duktion bekannt, bedeutet
im vorliegenden Anwendungsfall folgendes:
An den Klemmen
der Spulen liegt eine Versorgungsspannung U, die einen Stromfluß I in den
Wicklungen der Spulen hervorruft und zur Ausbildung eines magnetischen
Feldes führt.
Dieses magnetische Feld ist zeitlich veränderlich. Das heißt, die
zeitliche Abhängigkeit
des Magnetfeldes ist proportional zu den Stromimpulsen, damit auch
zur Drehzahl. Je schneller die Impulse, desto schneller ändert sich
der zeitliche Verlauf des magnetischen Feldes.
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Das
zeitlich veränderliche
magnetische Feld induziert in den Wicklungen der Spulen einen Strom Iq,
der dem das Magnetfeld erzeugenden Strom entgegenwirkt und an den
Klemmen der Wicklung einen Spannungsabfall Uq hervorruft. Diese
Spannung Uq wirkt der Spannung U entgegen, das heißt, die
angelegte Spannung U verringert sich Uq. Wirksam ist somit die Differenzspannung
Ud = U – Uq.
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Wegen
des Stromverlaufs des Magnetmotors ist die magnetische Kombination
in vorliegender Version gewählt
worden, weil mit verhältnismäßig sehr
geringer Nennleistung hohe Kräfte
entwikkelt werden, die – unbedeutend
der Höhe
der zu bewältigenden
Aufgabe – gleichbleibend
sind. Bei geringer oder sehr hoher Belastung bleibt die Stromaufnahme gleich,
was gegenüber
anderen Elektroantrieben einen überaus
hohen Vorteil hat. Wegen des geringen Stromverbrauchs bietet sich
die Verwendung von Solarstrom an.
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Der
induktionsbedingte Nachstrom kann sowohl in Batterien gespeichert
als auch im Störfall durch
Löschdioten
weggenommen werden.
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Der
Luftspalt zwischen Elektromagneten und Ankerscheiben ergibt sich
durch den festen Sitz der Einzelkugeln 18, die auch zum
justieren des Luftspaltes dienen.
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Für eine zusätzliche
Drehmomentübertragung
ist an einem Seitengehäuse 2,
durch welches die Welle 13 läuft, eine stufenlos steuerbare
elektromagnetische Kupplung mit Erhalt des Luftspaltes mit axialer
Anziehung des Ankers denkbar. Sinn der stufenlos steuerbaren elektromagnetischen
Kupplung ist die steuerbare Drehmomentübertragung, indem das Drehmoment
entsprechend den Erfordernissen abgeleitet werden kann.