Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Antriebskraft
in einer beliebigen Richtung, indem sie die Intertialkraft von innerhalb
der Vorrichtung sich bewegenden Körpern benutzt.The
The invention relates to a device for generating a driving force
in any direction by taking the intertial force from within
the device uses moving bodies.
Eine
häufige
Aufgabenstellung ist die Bewegung von Fahrzeugen. Der meist verbreitete
Arbeitsprinzip ist die Übertragung
der Antriebskraft durch Reibung auf eine Unterlage, wodurch das
Fahrzeug in einer vordefinierten Richtung bewegt wird. Eine andere
Möglichkeit
ist bekannt aus dem Arbeitsprinzip der Reaktivtriebwerke oder beispielsweise
vom Ionenantrieb. Dabei wird durch die Herausbeschleunigung von
Teilchen mit großer
Geschwindigkeit ein Impuls in der anderen Richtung erzeugt. Propeller angetriebenen
Fahrzeugen liegen beide Prinzipien zugrunde. Dabei beschleunigt
der Propeller das herumliegende Medium und als Reaktion wird das
Fahrzeug nach vorn bewegt.A
frequent
Task is the movement of vehicles. The most common
Working principle is the transmission
the driving force by friction on a base, causing the
Vehicle is moved in a predefined direction. Another
possibility
is known from the working principle of the reactive engines or for example
from the ion drive. It is by the acceleration of
Particles with big ones
Speed generates a pulse in the other direction. Propeller driven
Vehicles are based on both principles. Accelerated
the propeller is the surrounding medium and in response that becomes
Vehicle moved forward.
Es
gibt zusätzlich
eine Reihe von Inertialantrieben, welche die Zentripetalkraft zur
Erzeugung eines Antriebs zugrunde legen. Dabei wird eine Excentermasse
um eine Achse rotiert und der Abstand zur Achse wird dynamisch verändert. Das
passiert beispielsweise über
einen verstellbaren Arm wie bei Patent WO9612891. Andere Prinzipien
beruhen auf das bekannte mechanische Prinzip der Auflagerreaktionskraft
bei der Beschleunigung einer Excentermasse. Eine solche Ausführung ist
im Patent US3653269 zu
sehen. Dabei ist es nachteilig, dass nur eine Beschleunigungsrichtung
benutzt wird, so dass mehr als 180° der Umdrehung kein Arbeitsbereich
darstellen. Es ist eine weitere Ausführung nach EP 1607626 bekannt, welche eine weiterentwickelte
Form dieses Prinzips darstellt. Diese Ausführung zeichnet sich durch einen
komplizierten Aufbau und die nachteilige Pendelbewegung der Excentermasse
um die Achse Y, wie auch durch die große Differenz der Zentrifugalkräfte in den
Punkten a, b und c, welche der resultierenden Kraft in Richtung
Z entgegenwirken würden (Maximum
am Punkt c wegen größter Winkelgeschwindigkeit
und keine Zentrifugalkraft bei a und b wegen Stillstand).There are also a number of inertial drives that use the centripetal force to generate a drive. An eccentric mass is rotated around an axis and the distance to the axis is changed dynamically. This happens, for example, via an adjustable arm as in patent WO9612891. Other principles are based on the known mechanical principle of the Auflagerreaktionskraft in the acceleration of a Excentermasse. Such an embodiment is in the patent US3653269 to see. It is disadvantageous that only one direction of acceleration is used, so that more than 180 ° of rotation represent no working area. It is another execution after EP 1607626 which is an advanced form of this principle. This design is characterized by a complicated structure and the adverse pendulum movement of the eccentric mass about the axis Y, as well as by the large difference in the centrifugal forces in the points a, b and c, which would counteract the resulting force in the direction Z (maximum at point c because of maximum angular velocity and no centrifugal force at a and b due to standstill).
Es
sind auch weitere Inertialantriebe bekannt, welche sich wieder durch
einen sehr komplizierten Aufbau auszeichnen und eine Fülle an Gelenke,
Gyroskope und beweglichen Teile besitzen.It
are also known inertial drives, which again through
a very complicated structure and a wealth of joints,
Own gyroscopes and moving parts.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine alternative Vorrichtung
zu schaffen, die sich durch vergleichsweise einfachen Aufbau auszeichnet,
diese Nachteile beseitigt und es erlaubt, eine Antriebskraft durch
die periodische Änderung
der Winkelgeschwindigkeiten von Excentermassen zu erzeugen.Of the
Invention is based on the object, an alternative device
to create, which is characterized by comparatively simple structure,
eliminates these disadvantages and allows a driving force through
the periodic change
to produce the angular velocities of excenter masses.
Die
gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.The
Asked object is achieved by the characterizing in the
Part of claim 1 specified features solved.
Die
Erfindung besteht aus einem Stator, der an dem zu bewegenden Fahrzeug
befestigt wird, und einem Rotorkörper
mit einer Excentermasse, welcher Rotorkörper mit einer Antriebseinrichtung
verbunden ist, die ein Drehmoment erzeugt. Diese Antriebsvorrichtung
kann jeden beliebigen Typ vom Drehmomenterzeuger sein, wie z.B.
ein Elektromotor, ein Verbrennungskraftmotor oder eine Turbine.
Zu den Zwecken des Inertialantriebs bietet sich ein Elektromotor
am besten. Dabei ist weiterhin die Möglichkeit gegeben, dieses Drehmoment
dynamisch zu variieren und deren Richtung auch abhängig von
der Rotorposition zu ändern.
Es wird weiterhin eine Integralbauweise angestrebt, um den Bauraum
zu minimieren, und der Rotorkörper
und der Stator haben die Funktion des Rotors und des Stators eines
Elektromotors.The
Invention consists of a stator attached to the vehicle to be moved
is attached, and a rotor body
with an eccentric mass, which rotor body with a drive device
is connected, which generates a torque. This drive device
may be any type of torque generator, such as e.g.
an electric motor, an internal combustion engine or a turbine.
For the purposes of inertial drive, there is an electric motor
preferably. It is still possible, this torque
vary dynamically and their direction also depends on
to change the rotor position.
It is also aimed at a integral construction, the space
to minimize, and the rotor body
and the stator have the function of the rotor and the stator one
The electric motor.
Als
eine weitere Möglichkeit
empfiehlt sich eine Bauweise mit zwei solchen Grundformen, die in entgegen
gesetzten Richtungen drehen, um die unerwünschten Schwingungen in der
Hauptrichtung X zu unterbieten.When
one more way
We recommend a construction with two such basic shapes, in opposite
set directions turn to the unwanted vibrations in the
Main direction X to undercut.
Möglich ist
es auch, statt eines Drehmoments eine Kraft einzuleiten, welche
Kraft die Excentermasse analog zum Drehmoment positiv oder negativ
beschleunigt und vorzugsweise durch den Massenmittelpunkt des Rotors
durchgeht. Dabei ist der Rotorkörper
so gebaut, dass er ein kleines Rotorsegment eines Elektromotors
darstellt. Dabei wird direkt eine Tangentialkraft am Rotorsegment
erzeugt, welche die Excentermasse positiv oder negativ beschleunigt.
Diese Tangentialkraft kann sowohl an der radialen Umfangsseite des
Rotors generiert werden als auch auf die axiale Stirnseite des Rotors.Is possible
it also, instead of a torque to initiate a force which
Force the Excentermasse analogous to the torque positive or negative
accelerated and preferably through the center of mass of the rotor
passes. Here is the rotor body
built so that it has a small rotor segment of an electric motor
represents. This is directly a tangential force on the rotor segment
generated, which accelerates the Excentermasse positive or negative.
This tangential force can be at both the radial peripheral side of the
Rotor can be generated as well as on the axial end face of the rotor.
Die
Excentermasse kann des Weiteren auch als ein freier Körper gebaut
werden, welcher Körper um
die Achse des Stators kreist und mit dieser Achse nicht fest verbunden
ist. Es wird wieder eine Tangentialkraft durch den Massenmittelpunkt
erzeugt. Die resultierende Fliehkraft sorgt für den ständigen Kontakt des Körpers mit
der Innenkreisfläche
des Stators. Der Körper
kann rotationssymmetrisch gebaut werden, so dass er entlang der
Innenkreisfläche
des Stators abrollt, oder als einen 3-dimensionalen Körper ausgeführt werden,
so dass er entlang der Fläche gleitet
oder über
diese Fläche
infolge magnetischer Wechselwirkung schwebt.The
Excent mass can also be built as a free body
which body will be around
The axis of the stator revolves and not firmly connected to this axis
is. It again becomes a tangential force through the center of mass
generated. The resulting centrifugal force ensures constant contact with the body
the inner circle surface
of the stator. The body
can be built rotationally symmetric, so that he can move along the
Internal circular area
rolling the stator, or running as a 3-dimensional body,
so that it slides along the surface
or over
this area
floated due to magnetic interaction.
Anhand
der Zeichnungen werden einige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
erläutert.
Es zeigt:Based
The drawings are some embodiments of the subject invention
explained.
It shows:
1 eine
Draufsicht des Inertialantriebs während der positiven Beschleunigungsphase. 1 a plan view of the inertial drive during the positive acceleration phase.
2 eine
Draufsicht des Inertialantriebs während der negativen Beschleunigungsphase. 2 a plan view of the inertial drive during the negative acceleration phase.
3 die
Entwicklung der Winkelgeschwindigkeit des Rotors in Abhängigkeit
von derer Position. 3 the evolution of the angular velocity of the rotor as a function of its position.
4 qualitativ
den Drehmoment- und Antriebskraftverlauf von 0° bis 360°. 4 qualitatively the torque and driving force course from 0 ° to 360 °.
5 eine
Draufsicht des Inertialantriebs mit Rotorsegment während der
positiven Beschleunigungsphase. 5 a plan view of the inertial drive with rotor segment during the positive acceleration phase.
6 eine
Draufsicht des Inertialantriebs mit Rotorsegment während der
negativen Beschleunigungsphase. 6 a plan view of the inertial drive with rotor segment during the negative acceleration phase.
7 eine
Kombination zweier Inertialantriebe, deren Rotorsegmente in entgegen
gesetzte Richtungen drehen. 7 a combination of two inertial drives whose rotor segments rotate in opposite directions.
8 eine
Draufsicht des Inertialantriebs mit einem gleitenden Rotorsegment. 8th a plan view of the inertial drive with a sliding rotor segment.
9 eine
Kombination zweier Inertialantriebe aus 7, welche
in entgegen gesetzte Richtungen kreisen. 9 a combination of two inertial drives 7 which revolve in opposite directions.
10 einen
Schnitt durch die Kombination aus 9. 10 a cut through the combination of 9 ,
11 eine
Draufsicht eines Inertialantriebs mit einem rollenden Rotorsegment. 11 a plan view of an inertial drive with a rolling rotor segment.
12 eine
Draufsicht eines Inertialantriebs mit zwei Rollkörpern, die innerhalb eines
Stators in derselben Richtung kreisen. 12 a plan view of an inertial drive with two rolling bodies, which revolve within a stator in the same direction.
13 die
Arbeitsbereiche innerhalb eines Zyklus, so dass die freie Körper gleich
lange Verweilzeiten in den einzelnen Arbeitsbereichen haben. 13 the work areas within a cycle, so that the free bodies have equally long residence times in the individual work areas.
14 eine
Draufsicht eines Inertialantriebs mit drei Rollkörpern. 14 a plan view of an inertial drive with three rolling bodies.
15 einen
segmentierten Stator und die Anfangs- und Endstellung der Rollkörper beim
Hochfahren des Inertialantriebs. 15 a segmented stator and the start and end position of the rolling elements when starting the inertial drive.
16 einen
Regelkreis für
den Inertialantrieb. 16 a control circuit for the inertial drive.
Das
Funktionsprinzip der Vorrichtung wird nachstehend anhand der Zeichnungen
erläutert.The
The principle of operation of the device will be described below with reference to the drawings
explained.
Die
Antriebsfunktion basiert auf die längst bekannte Tatsache, dass
ein drehender Körper
mit exzentrischem Massenmittelpunkt eine Kraft durch die Drehachse
infolge einem Beschleunigungs- oder Bremsvorgang erfährt. Diese
Tatsache ist jedoch in einer neuartigen Ausführung mit zusätzlichen
Eigenschaften so kombiniert, dass ein neuartiger Inertialantrieb
entsteht. Für
den Fall, dass diese Beschleunigungskraft durch den Massenmittelpunkt
des drehenden Körpers
geht und tangential zu seiner Drehachse verläuft, wird dann die Reaktionskraft
auf die Umgebung infolge dieser Beschleunigungskraft als Antriebskraft
benutzt.The
Drive function is based on the long-known fact that
a rotating body
with eccentric center of mass a force through the axis of rotation
experiences as a result of acceleration or braking. These
However, the fact is in a novel design with additional
Properties combined so that a novel inertial drive
arises. For
the case that this acceleration force through the center of mass
of the rotating body
goes and tangential to its axis of rotation runs, then the reaction force
to the environment as a result of this accelerating force as driving force
used.
In
ihrer Grundform aus 1 besteht der Inertialantrieb
aus einem Stator (1), der an dem zu bewegenden Fahrzeug
(nicht dargestellt) befestigt wird, und einem Rotorkörper (2)
mit einem exzentrischen Massenmittelpunkt (3), welcher
Rotorkörper
(2) mit einer Antriebseinrichtung verbunden ist, die ein
Drehmoment erzeugt. Diese Antriebsvorrichtung kann jeder beliebiger
Typ vom Drehmomenterzeuger sein, wie z.B. ein Elektromotor, ein
Verbrennungskraftmotor oder eine Turbine. Zu den Zwecken des Inertialantriebs
bietet sich ein Elektromotor am besten. Dabei ist weiterhin die
Möglichkeit
gegeben, dieses Drehmoment dynamisch zu variieren und deren Richtung abhängig von
der Rotorposition auch zu ändern.
Um die Konstruktion zu vereinfachen und den Bauraum zu minimieren
wird eine Integralbauweise angestrebt. Dabei haben der Rotorkörper (2)
und der Stator (1) die Funktion des Rotors und des Stators
eines Elektromotors. Bei einem konstanten Drehmoment Mo (4)
im Uhrzeigersinn würde
sich der Rotorkörper
mit einer konstanten maximalen Winkelgeschwindigkeit drehen, welches
Drehmoment Mo nur die Trägheitskräfte des
Rotors und die Reibwiderstände überwinden
muss. Dieses konstante Drehmoment ist der Übersichtlichkeit halber in 1 nicht dargestellt.
Während
dieses konstanten Vorgangs erfahren die Achsauflagerpunkte der Drehachse
(4) nur die resultierende Fliehkraft wegen des exzentrischen Massenmittelpunktes
(3). Wenn jedoch ein zusätzliches Drehmoment M_p (5)
in derselben Richtung wie die Drehrichtung (9) überlagert
wird und der Rotorkörper
(2) positiv beschleunigt wird, ergibt sich eine Beschleunigungskraft
F_p (7) durch den Massenmittelpunkt (3) des Rotors
(2), welche eine resultierende gleich große, jedoch
entgegen gerichtete Reaktionskraft F_res_p (8) durch die
Achse (4) hervorruft. Diese Kraft F_res_p (8)
wird über
die Achsauflagerpunkte an dem Stator (1) und weiter an
das Fahrzeug als eine Antriebskraft übertragen. Wenn diese Antriebskraft
F_res_p (8) hauptsächlich
in einer Richtung Y wirken soll, muss dann diese positive Beschleunigungsphase
(innerhalb ϖ = 0 ... 180°)
nur während eines
Abschnittes einer vollen Umdrehung stattfinden, beispielsweise in
einem Winkelsegment α (Alpha),
welcher bei der exemplarischen Ausführung auf 90° gesetzt
wurde. Die Komponente der Kraft F_res_p (8) in Richtung
Y ist abhängig
von der Rotorwinkelposition und kann leicht über den Sinus vom Winkel ϖ (12)
berechnet werden. Um eine Kraft F_res_p (8) mit hohem Wirkungsgrad
in der erwünschten
Richtung Y zu bekommen, empfiehlt sich eine positive Beschleunigungsphase
in einem schmalen und zur Achse X symmetrischen Winkelsegment α (Alpha),
so dass der sin(ϖ) möglichst
nah an 1 bleibt. In diesem Fall zeigt die F_res_p (8) hauptsächlich in
Richtung Y. Bei symmetrischer Alpha = 90° ist die Y-Komponente immer noch F_Y = 0,707·F_res_p.
Um eine Antriebskraft in Richtung Y über einer längeren Zeit zu bekommen, sollte
der Rotorkörper
(2) jedes Mal positiv beschleunigt werden, wenn er den
Winkelsegment α (Alpha)
durchquert. Das würde
jedoch eine zunehmende Erhöhung
der Winkelgeschwindigkeit bedeuten, welche nicht unendlich fortgesetzt
werden kann. Um dieses Effekt zu vermeiden, bietet sich die Einführung einer
negativen Beschleunigungsphase (innerhalb ϖ = 180 ... 360°) (2).
Dabei wird der Rotorkörper
(2) einer negativen Beschleunigung infolge einem zur Drehrichtung entgegen
gesetztem Drehmoment M_n (6) ausgesetzt. Dabei ist M_p
= –M_n.
Auf diese Weise wird wieder eine Reaktionskraft F_res_n (10)
in der Achse hervorgerufen, deren Y-Komponente in derselben Richtung
wie die Y-Komponente der Reaktionskraft F_res_p (8) von
der positiven Beschleunigungsphase zeigt. Auf diese Weise ergibt
sich eine Winkelgeschwindigkeit des Rotors (2) wie aus 3 infolge
eines schwankenden Drehmoments (4). Dabei dreht
sich der Rotorkörper
(2) ursprünglich
mit einer Winkelgeschwindigkeit ϖ'_o infolge eines konstanten Drehmoments
Mo. Beim Erreichen der positiven Beschleunigungsphase wird der Drehmoment
auf Mo + M_p erhöht,
was eine Erhöhung
der Winkelgeschwindigkeit auf ϖ'_end beim Verlassen der positiven Beschleunigungsphase
bedeutet. Danach dreht der Rotorkörper (2) mit konstanter
Winkelgeschwindigkeit ϖ'_end
bis zum Erreichen der negativen Beschleunigungsphase. Das Drehmoment
wird auf den Wert Mo + M_n heruntergesetzt, was eine Verzögerungswirkung
auf den Rotorkörper
(2) hat, bis die Winkelgeschwindigkeit wieder ϖ'_o beim Verlassen der
negativen Beschleunigungsphase erreicht. Dieser zyklische Vorgang
hat die Folge, dass die Achsauflagerung während beider Beschleunigungsphasen
eine Reaktionskraft erfährt,
deren Y-Komponente als Antrieb benutzt werden kann. Zusätzlich wird
die Zentrifugalkraft des rotierenden Massenzentrums überlagert,
welche in den unterschiedlichen Abschnitten unterschiedliche Werte
infolge der sich ändernden
Winkelgeschwindigkeit einnimmt und den gleichen qualitativen Charakter
wie die Winkelgeschwindigkeit aus 3 aufweist.
Wenn die Reaktionskraft infolge der Beschleunigungsvorgänge und die
Zentrifugalkraft addiert werden und nur die Y-Komponente berechnet
wird, ergibt sich der qualitative Antriebskraftverlauf aus 4.
Dafür wurde der
Rotorkörper
als eine Punktmasse simuliert mit m = 0,1 kg, Abstand zur Achse
von r = 0,05 m, ϖ'_o
= 600 min–1 und
ein M_p = –M_n
= 10 Nm. Es ist möglich,
eine Antriebskraft in jeder beliebigen Richtung zu erzeugen, da
nur eine Verstellung der Alpha-Bereiche der positiven und der negativen
Beschleunigungsphase relativ zur Y- oder X-Achse nötig ist.
Des Weiteren ist es auch möglich,
eine sofortige Richtungsänderung
der Antriebskraft um 180° zu
realisieren. Dafür
wird entweder die positive, oder die negative Beschleunigungsphase
nicht eingeschaltet, so dass ein Halbzyklus ausgelassen wird. Danach
wird beim übernächsten Halbzyklus
mit der entsprechenden Beschleunigungsphase weiter verfahren. Wenn beispielsweise
der Rotorkörper
(2) beim n-ten Halbzyklus positiv beschleunigt wird, dann
wird der n + 1-te Halbzyklus ausgelassen und beim n + 2-ten Halbzyklus
wird er negativ beschleunigt. Natürlich ist es auch möglich, beim
n + 1-ten Halbzyklus eine positive Beschleunigungsphase einzuschalten,
dabei würde
sich lediglich die Austrittswinkelgeschwindigkeit ändern. Der
gleiche Effekt der Geschwindigkeitsänderung würde auch auftreten, wenn M_p ≠ –M_n ist.
Dadurch ist es möglich,
eine nach Betrag und Richtung sich ändernde Kraft zu erzeugen,
ohne dass der drehende Körper,
in dem Fall der Rotorkörper
(2), seine Drehrichtung ändern muss.In its basic form 1 If the inertial drive consists of a stator ( 1 ), which is attached to the vehicle to be moved (not shown), and a rotor body ( 2 ) with an eccentric center of mass ( 3 ), which rotor body ( 2 ) is connected to a drive device which generates a torque. This drive device may be any type of torque generator, such as an electric motor, an internal combustion engine, or a turbine. For the purposes of inertial drive, an electric motor is best. It is also possible to vary this torque dynamically and change their direction depending on the rotor position also. In order to simplify the construction and to minimize the installation space, an integral construction is sought. The rotor body ( 2 ) and the stator ( 1 ) the function of the rotor and the stator of an electric motor. At a constant torque Mo ( 4 ) clockwise, the rotor body would rotate at a constant maximum angular velocity, which torque Mo will only have to overcome the inertial forces of the rotor and the frictional resistances. This constant torque is in for clarity 1 not shown. During this constant process, the axle support points of the axis of rotation ( 4 ) only the resulting centrifugal force due to the eccentric center of mass ( 3 ). However, if an additional torque M_p ( 5 ) in the same direction as the direction of rotation ( 9 ) is superimposed and the rotor body ( 2 ) is accelerated positively, an acceleration force F_p ( 7 ) through the center of mass ( 3 ) of the rotor ( 2 ), which has a resulting equal but opposite reaction force F_res_p ( 8th ) through the axis ( 4 ). This force F_res_p ( 8th ) is transmitted via the axle support points on the stator ( 1 ) and further transmitted to the vehicle as a driving force. If this driving force F_res_p ( 8th ) should act primarily in one direction Y, then this positive acceleration phase (within π = 0 ... 180 °) must take place only during a portion of a full revolution, for example in an angular segment α (alpha), which in the exemplary embodiment is at 90 ° was set. The component of force F_res_p ( 8th ) in the direction Y is dependent on the rotor angle position and can easily exceed the sine angle π ( 12 ) be calculated. To a force F_res_p ( 8th ) with high efficiency in the desired direction Y, a positive acceleration phase in a narrow angle segment α (alpha), which is symmetrical to the axis X, is recommended, so that the sin (π) remains as close as possible to 1. In this case, the F_res_p ( 8th ) with symmetrical alpha = 90 °, the Y component is still F_Y = 0.707 · F_res_p. In order to get a driving force in direction Y over a longer time, the rotor body ( 2 ) are positively accelerated each time it traverses the angular segment α (alpha). However, this would mean an increasing increase in angular velocity, which can not be continued indefinitely. To avoid this effect, the introduction of a negative acceleration phase offers itself (within π = 180 ... 360 °) ( 2 ). The rotor body ( 2 ) of a negative acceleration as a result of a torque M_n (counter to the direction of rotation) ( 6 ) exposed. Where M_p = -M_n. In this way, a reaction force F_res_n ( 10 ) in the axis whose Y component is in the same direction as the Y component of the reaction force F_res_p ( 8th ) from the positive acceleration phase. In this way, an angular velocity of the rotor ( 2 ) like out 3 due to a fluctuating torque ( 4 ). The rotor body rotates ( 2 When the positive acceleration phase is reached, the torque is increased to Mo + M_p, which means increasing the angular velocity to π'_end upon exiting the positive acceleration phase. Then the rotor body rotates ( 2 ) with constant angular velocity π'_end until the negative acceleration phase is reached. The torque is reduced to the value Mo + M_n, which has a delay effect on the rotor body ( 2 ) until the angular velocity again reaches π'_o upon exiting the negative acceleration phase. The consequence of this cyclical process is that during both acceleration phases, the axle bearing experiences a reaction force whose Y component can be used as the drive. In addition, the centrifugal force of the rotating mass center is superimposed, which takes different values due to the changing angular velocity in the different sections, and the same qualitative character as the angular velocity 3 having. When the reaction force due to the accelerating operations and the centrifugal force are added and only the Y component is calculated, the qualitative driving force waveform results 4 , For this, the rotor body was simulated as a point mass with m = 0.1 kg, distance to the axis of r = 0.05 m, π'_o = 600 min -1 and an M_p = -M_n = 10 Nm. It is possible to generate a driving force in any direction since only adjustment of the alpha regions of the positive and negative acceleration phases relative to the Y or X axis is necessary. Furthermore, it is also possible to realize an immediate change in direction of the driving force by 180 °. For this, either the positive or the negative acceleration phase is not switched on, so that a half-cycle is omitted. Thereafter, the next half cycle continues with the corresponding acceleration phase. For example, if the rotor body ( 2 ) is positively accelerated at the nth half cycle, then the n + 1th half cycle is skipped and at the n + 2 nd half cycle it is negatively accelerated. Of course, it is also possible to turn on a positive acceleration phase at the n + 1-th half cycle, in which case only the exit angular velocity would change. The same effect of speed change would also occur if M_p ≠ -M_n. This makes it possible to generate a force varying in magnitude and direction, without the rotating body, in the case of the rotor body ( 2 ), must change its direction of rotation.
Eine
weitere vorteilhafte Form ergibt sich aus 5. Dabei
wird der Rotorkörper
(2) als ein Rotorsegment (13) ausgeführt. Auf
diese Weise wird die Rotorantriebskraft nicht mehr über den
gesamten Umfang des Rotors (2) verteilt, sondern konzentriert sich
nur auf einen Abschnitt des Rotorsegments (13). Analog
dazu wird kein Reaktionsdrehmoment auf den Stator (1) induziert,
sondern eine örtliche
Reaktionskraft F_res_p (8) im Bereich der momentanen Position
des Rotorsegments (13). Es wird zusätzlich eine Massenmittelpunktverlagerung
des Rotorsegments (13) so weit wie möglich nach Außen angestrebt,
so dass die Rotorantriebskraft F_p (7) idealisiert durch
diesen Massenmittelpunkt (3) hindurchgeht. Auf diese Weise
bleibt die einzige Achsenbelastung die Zentrifugalkraft infolge
der Drehung der Excentermasse. Die Antriebskraft auf das Fahrzeug summiert
sich wieder aus der örtlichen
Reaktionskraft F_res_p (8) am Stator (1) und die
Zentrifugalkraft durch die Achse (4). Analog zur Ausführung als voller
Rotorkörper
(2) gibt es eine positive (5) und eine
negative Beschleunigungsphase (6). Der
Unterschied ist die Position der Reaktionskräfte F_res_p und F_res_n, wie
auch eine u.U leichtere und kleinere Bauweise. Bei der Ausführung als
Rotorsegment (13) ist zusätzlich die Reaktionskraft am Stator
(1) nur von der induzierten elektromagnetischen Wechselwirkung
zwischen Rotorkörper
(2) und Stator (1) abhängig und nicht von der Rotorsegmentgröße, -masse
oder -hebelarmlänge.
Diese letzten Größen beeinflussen
lediglich die Trägheit
des Rotorsegments (13) und die Endwinkelgeschwindigkeit ϖ'_end, wie auch die
Größe der Zentrifugalkraft.
Dadurch ergibt sich eine leichtere Auslegung der Parameter des Inertialantriebs.Another advantageous form results 5 , The rotor body ( 2 ) as a rotor segment ( 13 ). In this way, the rotor driving force is no longer over the entire circumference of the rotor ( 2 ) but focuses only on a portion of the rotor segment ( 13 ). Similarly, no reaction torque is applied to the stator ( 1 ), but a local reaction force F_res_p ( 8th ) in the region of the instantaneous position of the rotor segment ( 13 ). In addition, a center of mass displacement of the rotor segment ( 13 ) as far as possible, so that the rotor drive force F_p ( 7 ) idealized by this center of mass ( 3 ) goes through. In this way, the only axle load remains the centrifugal force due to the rotation of the eccentric mass. The driving force on the vehicle is again summed up by the local reaction force F_res_p ( 8th ) on the stator ( 1 ) and the centrifugal force through the axis ( 4 ). Analogous to the design as a full rotor body ( 2 ) there is a positive ( 5 ) and a negative acceleration phase ( 6 ). The difference is the position of the reaction forces F_res_p and F_res_n, as well as a possibly lighter and smaller design. In the embodiment as a rotor segment ( 13 ) is the reaction force on the stator ( 1 ) only from the induced electromagnetic interaction between rotor bodies ( 2 ) and stator ( 1 ) and not from the rotor segment size, mass or lever arm length. These last variables only affect the inertia of the rotor segment ( 13 ) and the final angular velocity π'_end, as well as the magnitude of the centrifugal force. This results in an easier interpretation of the parameters of the inertial drive.
Um
die induzierten unerwünschten
Schwingungen in der X-Richtung zu vermeiden, empfiehlt sich eine
Kombination von zwei identischen Inertialantrieben, deren Rotorsegmente 13.1 und 13.2 in entgegen
gesetzten Richtungen drehen (7) und die
Y-Achse als Spiegelungsachse haben. Eine solche Kombination ist
auch möglich
bei der Ausführung als
voller Rotorkörper
(2).In order to avoid the induced unwanted vibrations in the X-direction, a combination of two identical inertial drives, their rotor segments, is recommended 13.1 and 13.2 turn in opposite directions ( 7 ) and the Y axis as the mirror axis. Such a combination is also possible in the embodiment as a full rotor body ( 2 ).
Es
ist auch möglich,
den Rotorsegment (13) von der Achse (4) abzukoppeln
und auf die Statorinnenfläche
gleiten oder rollen zu lassen (8–11).
Diese Gleit- oder Rollfläche
(16) kann natürlich
auch einer zusätzlichen
Einrichtung gehören
und kein Teil des Stators (1) sein. Dabei ist das Funktionsprinzip
der gleiche wie bei dem Segmentrotor (13). Es wird eine
Beschleunigungskraft F_p (7) oder F_n (9) in den
Massenmittelpunkt des gleitenden (14) oder rollenden (15)
Körpers
eingeleitet und eine gleich große
und entgegen gesetzte Reaktionskraft F_res_p (8) oder F_res_n
(10) am Stator (1) induziert, welche wiederum
die Antriebkraft darstellt. Die Zentrifugalkraft des gleitenden
(14) oder rollenden (15) Körpers wird über die Gleit- oder Rollfläche (16)
des Stators (1) oder einer zusätzlichen Einrichtung (nicht
dargestellt) eingeleitet. Dabei ist davon auszugehen, dass der gleitende
(14) oder rollende (15) Körper seine Kreisbahn halten
wird, da die Zentrifugalkraft ihn zu allen Zeiten an die Gleit- oder Rollfläche (16)
presst, solange er entlang der Kreisbahn bewegt wird. Es existieren
zusätzliche
entsprechende Vorrichtungen, der Übersichtlichkeit halber nicht
dargestellt, welche den gleitenden (14) oder rollenden
(15) Körper
in Z-Richtung in Position halten werden. Sie könnten den freien Körper durch
eine Reihe bekannter physikalischen Prinzipien in seiner Kreisbahn
stabilisieren, wie z.B. durch mechanischen Kontakt, elektromagnetische
Wechselwirkung oder ähnliche.
Des Weiteren kann es zwischen der Gleit- oder Rollfläche (16)
und dem gleitenden (14) oder rollenden (15) Körper eine
elektromagnetische Wechselwirkung geben, so dass er kein Kontakt
mir dieser Fläche
(16) aufweist und zu einem Schwebekörper wird, welcher entlang
einer Art „Magnetschwebebahn" fährt.It is also possible to use the rotor segment ( 13 ) from the axis ( 4 ) and let it glide or roll on the inside of the stator ( 8th - 11 ). This sliding or rolling surface ( 16 ) may of course also belong to an additional device and not part of the stator ( 1 ) be. The operating principle is the same as for the segment rotor ( 13 ). An acceleration force F_p ( 7 ) or F_n ( 9 ) into the mass center of the sliding ( 14 ) or rolling ( 15 ) Body and an equal and opposite reaction force F_res_p ( 8th ) or F_res_n ( 10 ) on the stator ( 1 ), which in turn represents the driving force. The centrifugal force of the sliding ( 14 ) or rolling ( 15 ) Body is moved over the sliding or rolling surface ( 16 ) of the stator ( 1 ) or an additional device (not shown) initiated. It can be assumed that the sliding ( 14 ) or rolling ( 15 ) Body will keep its circular path, since the centrifugal force at all times to the sliding or rolling surface ( 16 ) as long as it moves along the circular path. There are additional corresponding devices, for the sake of clarity, not shown, which the sliding ( 14 ) or rolling ( 15 ) Keep body in Z-direction in position. They could stabilize the free body in its orbit by a number of known physical principles, such as mechanical contact, electromagnetic interaction, or the like. Furthermore, it can be between the sliding or rolling surface ( 16 ) and the sliding ( 14 ) or rolling ( 15 ) Body give an electromagnetic interaction so that it does not contact me with this surface ( 16 ) and becomes a floating body, which runs along a kind of "magnetic levitation".
Analog
zum vollen Rotorkörper
(2) und zum Rotorsegment (13) bietet sich eine
Kombination zweier oder mehr Inertialantriebe, welche derart miteinander
kombiniert werden, so dass die unerwünschten Kraftkomponenten in
X-Richtung eliminieren werden. (9 und 10).Analogous to the full rotor body ( 2 ) and the rotor segment ( 13 ) offers a combination of two or more inertial drives, which are combined with each other in such a way that the undesired force components in the X-direction will be eliminated. ( 9 and 10 ).
Sehr
vorteilhaft bei der Ausführung
des Rotors (2) als freier Körper, sei es ein Gleitkörper (14) oder
ein Rollkörper
(15), ist die Kombination zweier solcher Körper (14 o. 15)
innerhalb eines Stators (1) (12). Die
Funktionsweise wird anhand einer Ausführung mit zwei rollenden Körpern (15.1 und 15.2) erläutert. Dabei
werden die rollenden Körper
(15.1 und 15.2) versetzt zueinander positioniert,
so dass zwischen denen genau ein Arbeitsbereich liegt. Arbeitsbereiche
sind der Bereich/Phase konstanter ϖ'_o, die positive Beschleunigungsphase,
der Bereich/Phase konstanter ϖ'_end und die negative Beschleunigungsphase.
Dies würde
passieren, wenn der erste Körper
(15.1) gerade die positive Beschleunigungsphase verlässt, während der
zweite Rollkörper
(15.2) gerade die negative oder positive Beschleunigungsphase
eintritt. (Es wird nebenbei angemerkt, dass diese Funktion der Phasenverschiebung auch
mit zwei Inertialantrieben mit vollem Rotorkörper (2) oder mit
Rotorsegment (13) realisiert werden kann.) Auf diese Weise
wird fast der gesamte Zyklus von 360° für die Erzeugung einer resultierenden
Antriebskraft realisiert, da entweder der erste (15.1) oder
der zweite (15.2) Rollkörper
eine Wechselwirkung mit dem Stator erfährt. Wegen der unterschiedlichen
Winkelgeschwindigkeiten beider Rollkörper in den einzelnen Arbeitsbereichen
variiert jedoch der geometrische und zeitliche Abstand zwischen
denen und es kommt zu dem Phänomen,
dass sich beide Rollkörper
in demselben Arbeitsbereich befinden können, was entweder zu Überlappungen
oder Lücken
bei der Generierung von Reaktionskräften führen kann. Nach der Anfangsstellung
aus 12 würde
eine Überlappung
während
beider Beschleunigungsphasen und eine Lücke bei der Phase konstanter ϖ'_o auftreten. Dieser
Effekt ist jedoch nicht so gravierend, da bei höheren Winkelgeschwindigkeiten die
Differenz zwischen ϖ'_end
und ϖ'_o
wegen der zeitlich kürzeren
Beschleunigungsphase kleiner ist. Dementsprechend würden sich
die Verweilzeiten kaum voneinander unterscheiden. Um diese Nachteile
trotzdem zu vermeiden, werden die Beschleunigungsphasen so verschoben,
dass die Verweilzeiten der Rollkörper
(15.1 und 15.2) in den einzelnen Arbeitsbereichen
gleich groß sind
(13). Dabei ändert
sich der räumliche
Abstand zwischen beiden Rollkörpern
(15.1 und 15.2) mit der Zeit immer noch, es wird
jedoch sichergestellt, dass sie zeitgleich die jeweiligen Bereiche
verlassen oder eintreten. Auf diese Weise wird eine stetige Generierung
einer variierenden Antriebkraft sichergestellt. Die Position der einzelnen
Arbeitsbereiche auf dem Kreis ist abhängig von der mittleren Winkelgeschwindigkeit
und von der Beschleunigungskraft F_p (7) oder F_n (9),
so dass für
jeden Betriebspunkt eine entsprechende Arbeitsbereichkonstellation
existiert. Sie kann analog zu einem Motorkennfeld eines Verbrennungskraftmotors in
der Steuerelektronik gespeichert sein und zur Regelungszwecken abgerufen
werden.Very advantageous in the design of the rotor ( 2 ) as a free body, be it a slider ( 14 ) or a rolling body ( 15 ), is the combination of two such bodies ( 14 O. 15 ) within a stator ( 1 ) ( 12 ). The functionality is based on a model with two rolling bodies ( 15.1 and 15.2 ) explained. The rolling bodies ( 15.1 and 15.2 ) positioned offset to each other so that there is exactly one working area between them. Work areas are the area / phase of constant π'_o, the positive acceleration phase, the area / phase of constant π'_end and the negative acceleration phase. This would happen if the first body ( 15.1 ) just leaves the positive acceleration phase, while the second rolling body ( 15.2 ) just enters the negative or positive acceleration phase. (It should be noted, by the way, that this function of the phase shift is also possible with two inert rotor bodies ( 2 ) or with rotor segment ( 13 ) can be realized.) In this way, almost the entire cycle of 360 ° is realized for the generation of a resultant driving force, since either the first ( 15.1 ) or the second ( 15.2 ) Rolling body undergoes an interaction with the stator. However, because of the different angular velocities of both rolling elements in the individual working areas, the geometric and temporal spacing between them varies and there is the phenomenon that both rolling elements can be in the same working area, which can either lead to overlaps or gaps in the generation of reaction forces. After the starting position off 12 an overlap would occur during both acceleration phases and a gap in the phase of constant π'_o. However, this effect is not so serious because at higher angular velocities the difference between π'_end and π'_o is smaller because of the temporally shorter acceleration phase. Accordingly, the residence times would hardly differ from each other. In order nevertheless to avoid these disadvantages, the acceleration phases are shifted so that the residence times of the rolling bodies ( 15.1 and 15.2 ) are the same size in the individual work areas ( 13 ). This changes the spatial distance between the two rolling bodies ( 15.1 and 15.2 ) with time, but it is ensured that they leave or enter the respective areas at the same time. In this way, a steady generation of a varying drive force is ensured. The position of the individual work areas on the circle depends on the average angular velocity and on the acceleration force F_p ( 7 ) or F_n ( 9 ), so that a corresponding workspace constellation exists for each operating point. It can be stored analogously to a motor map of an internal combustion engine in the control electronics and retrieved for regulatory purposes.
Es
ist des Weiteren möglich,
dass die Verweilzeiten in den Phasen konstanter Winkelgeschwindigkeit
ein Vielfaches der Verweilzeiten in den Beschleunigungsphasen betragen,
bspw. doppelt so hoch (14). Auf diese Weise wird der
Winkel „alpha" kleiner, was sich
auf den Wirkungsgrad positiv auswirkt, da die Y-Komponente der Reaktionskraft von
dem sin(ϖ) abhängt.
In diesem Fall werden drei Rollkörper
(15) so verteilt, dass zu jedem Zeitpunkt nur einer davon
eine Wechselwirkung mit dem Stator (1) erfährt. Dadurch
wird zu allen Zeiten eine Reaktionskraft generiert. Wegen der fast
vollständigen Punktsymmetrie
(Versatz wegen zeitlicher Abstandsänderung) dieser drei Rollkörper (15)
verschwinden die Zentrifugalkräfte
(näherungsweise
gleich groß wegen
gleich große
Massen der Rollkörper
und kleine Differenz zwischen ϖ'_end und ϖ'_o) fast vollkommen. Dieser Effekt beleibt
auch bei einer anderen Anzahl von punktsymmetrischen Rollkörpern erhalten.
Kombiniert mit noch einem Inertialantrieb, der in der entgegen gesetzten
Richtung dreht, werden die unerwünschten
Kräften
in der X-Richtung infolge der Symmetrie zu Y zusätzlich beseitigt und es wird eine
stetige Antriebskraft ausschließlich
in der gewünschten
Richtung generiert. Es sind natürlich
auch andere Konstellationen von „alpha" und Anzahl und Position der Rollkörper (15)
möglich,
wie z.B. zwei punktsymmetrische Rollkörper, vier punktsymmetrische
Rollkörper,
deutlich kleinere „alpha" und viele verteilte
Rollkörper
uvm. Dabei ist anzumerken, dass je kleiner die „alpha" Phase ist, desto kleiner die Differenz
zwischen ϖ'_end
und ϖ'_o
ist. Da diese Differenz mit dem 2. Quadrat in die Differenz der
Zentrifugalkräfte
eingeht, ist sie maßgeblich
für den
Wirkungsgrad, welche bei steigender Differenz der Zentrifugalkräfte abnimmt.
Ursache dafür
ist die entgegen gesetzte Richtung der Zentrifugalkraft relativ
zur elektromagnetischen Reaktionskraft. Dieser Effekt ist so gravierend,
dass ab einem bestimmten Wert der „alpha" (abhängig von den restlichen Parametern
des Systems) die Zentrifugalkraft größer als die magnetische Reaktionskraft
ist und somit die Antriebskraftgenerierung übernimmt. Da laut Berechnungen
der maximale Wirkungsgrad bei einem Antrieb über die Zentrifugalkraft kleiner
ist als bei einem Antrieb nach der oben beschriebenen Methode, wird
eine möglichst kleine „alpha" angestrebt. Bei
Werten zwischen 5° und
10° ist
der Wirkungsgrad über
90%. Um eine gleichmäßige Kraftgenerierung
zu realisieren, erfordert dann eine kleine „alpha"-Beschleunigungsphase mehrere Gleit-(14)
oder Rollkörper
(15).It is also possible that the residence times in the phases of constant angular velocity amount to a multiple of the residence times in the acceleration phases, for example twice as high ( 14 ). In this way, the angle "alpha" becomes smaller, which has a positive effect on the efficiency, since the Y component of the reaction force from which sin (π) depends. In this case, three rolling bodies ( 15 ) so that at any one time only one of them interacts with the stator ( 1 ) learns. As a result, a reaction force is generated at all times. Because of the almost complete point symmetry (offset due to temporal change in distance) of these three rolling bodies ( 15 ) The centrifugal forces (approximately the same size because of equal masses of the rolling elements and small difference between π'_end and π'_o) disappear almost completely. This effect is also obtained with a different number of point-symmetrical rolling bodies. Combined with another inertial drive which rotates in the opposite direction, the undesirable forces in the X direction due to the symmetry to Y are additionally eliminated and a continuous driving force is generated exclusively in the desired direction. There are of course other constellations of "alpha" and number and position of the rolling elements ( 15 ), such as two point-symmetric rolling bodies, four point-symmetric rolling bodies, much smaller "alpha" and many distributed rolling bodies etc. It should be noted that the smaller the "alpha" phase, the smaller the difference between π'_end and π'_o is. Since this difference with the second square is included in the difference of the centrifugal forces, it is decisive for the efficiency, which decreases with increasing difference of the centrifugal forces. The reason for this is the opposite direction of the centrifugal force relative to the electromagnetic reaction force. This effect is so serious that beyond a certain value of the "alpha" (depending on the remaining parameters of the system), the centrifugal force is greater than the magnetic reaction force and thus takes over the driving force generation.For calculations, the maximum efficiency in a drive via the centrifugal force is smaller than in a drive according to the method described above, the smallest possible "alpha" is sought. At values between 5 ° and 10 °, the efficiency is over 90%. In order to realize a uniform force generation, then a small "alpha" acceleration phase requires several sliding ( 14 ) or rolling bodies ( 15 ).
Um
die einzelnen Rollkörper
(15.1 und 15.2) unabhängig voneinander zu regeln,
bietet sich eine Unterteilung des Stators (1) in mehreren
Segmenten (17), welche einzeln gesteuert werden. Diese
Segmente (17) müssen
klein genug sein, damit zwei nebeneinander liegende Rollkörper nicht
vollständig
erfasst werden können
(15). Auf diese Weise wird auch bei ursprünglich nebeneinander
liegenden Rollkörpern
(15.1 und 15.2) (15) eine
autonome Beschleunigung und Bewegung der einzelnen Rollkörper realisiert,
bis sie den gewünschten
räumlichen Abstand
in der Endstellung zueinander erreicht haben. Analog dazu bietet
sich eine autonome Steuerung der einzelnen Rollkörper (15.1 und 15.2)
bei einem nicht segmentierten Stator (1) an. Ausschlaggebend
für die
Auswahl des Steuerungsprinzips ist die Art der Wechselwirkung zwischen
Stator (1) und Rollkörper
(15.1 und 15.2). Bei einer elektromagnetischen
Wechselwirkung und Ausführung
der Rollkörper
(15.1 und 15.2) als magnetische Körper würde sich
beispielsweise eine Segmentierung des Stators (1) anbieten.
Bei einer Ausführung
des Stators (1) als magnetische Einheit und die umkreisende
Körper
(2, 13, 14, 15) als elektromagnetische
Einheiten ist eine Steuerung der umkreisenden Körper (2, 13, 14, 15) notwendig.
Dabei kann die unabhängige
Steuerung durch getrennte oder segmentierte Schleifkontakte stattfinden.
Es ist natürlich
auch eine Ausführung
des Stators (1) und der umkreisenden Körper (2, 13, 14, 15)
als elektrische Einheiten möglich.To the individual rolling bodies ( 15.1 and 15.2 ) independently of one another, a subdivision of the stator ( 1 ) in several segments ( 17 ), which are controlled individually. These segments ( 17 ) must be small enough so that two adjacent rolling elements can not be completely captured ( 15 ). In this way, even with originally adjacent rolling bodies ( 15.1 and 15.2 ) ( 15 ) realized an autonomous acceleration and movement of the individual rolling elements until they have reached the desired spatial distance in the end position to each other. Analogously, an autonomous control of the individual rolling elements ( 15.1 and 15.2 ) at a non-segmented stator ( 1 ) at. Decisive for the selection of the control principle is the type of interaction between stator ( 1 ) and rolling bodies ( 15.1 and 15.2 ). In an electromagnetic interaction and execution of the rolling bodies ( 15.1 and 15.2 ) as a magnetic body would be, for example, a segmentation of the stator ( 1 ) to offer. In one embodiment of the stator ( 1 ) as a magnetic unit and the orbiting bodies ( 2 . 13 . 14 . 15 ) as electromagnetic units is a control of the orbiting bodies ( 2 . 13 . 14 . 15 ) necessary. The independent control can take place by separate or segmented sliding contacts. It is of course also an embodiment of the stator ( 1 ) and the orbiting body ( 2 . 13 . 14 . 15 ) as electrical units possible.
Für den Antrieb
der Rotorsegmente (13), Gleit-(14) oder Rollkörper (15)
nach elektromagnetischer Art bieten sich unterschiedliche Möglichkeiten an.
Für eine
exemplarische Ausführung
werden magnetische Gleitkörper
(14) herangezogen, wobei zusätzlich auf die Möglichkeit
hingewiesen wird, anstatt Gleitkörper
(14) auch Rotorsegmente (13) oder Rollkörper (15)
zu benutzen, welche magnetischer oder elektromagnetischer Art sind.
Die elektromagnetischen Antriebseinheiten können sowohl in axialer Richtung
positioniert werden (16), als auch in radialer (17),
oder auch umschließend
um die Gleitkörper
(14) herum (18), wobei neben einer Kreisform
auch eine rechteckige oder andersförmige möglich ist. Dabei ist die Größe der Antriebskraft
abhängig
von der magnetischen Flussdichte B der Magneten, die Gesamtlänge l des
Stromleiters der Spule, der durch das magnetische Feld durchgeht,
und des elektrischen Stroms I durch diesen Stromleiter.For driving the rotor segments ( 13 ), Sliding ( 14 ) or rolling bodies ( 15 ) According to electromagnetic type, there are different possibilities. For an exemplary embodiment, magnetic sliding bodies ( 14 ), in addition to the possibility is pointed, instead of sliding body ( 14 ) also rotor segments ( 13 ) or rolling bodies ( 15 ), which are magnetic or electromagnetic type. The electromagnetic drive units can be positioned both in the axial direction ( 16 ), as well as in radial ( 17 ), or also enclosing the sliding body ( 14 ) around ( 18 ), whereby in addition to a circular shape and a rectangular or other shaped is possible. The magnitude of the driving force is dependent on the magnetic flux density B of the magnets, the total length l of the conductor of the coil passing through the magnetic field, and the electric current I passing through this conductor.
Um
diese Antriebskraft zu steigern bietet sich vereinfacht entweder
eine größere Wechselwirkungsfläche zwischen
Magneten (19) und Spulen (18), welche eine größere Stromleiterlänge bedeutet, stärkere Magneten
oder einen stärkeren
Strom I durch die Leiter der Spulen (18) an. Da die Dimensionen
bei jeder Ausführung
begrenzt sind und auch die stärksten
Magneten gewisse Grenzen besitzen, kann eine weitere Erhöhung des
Stroms durch die Spulen (18) einen Anstieg der Antriebskraft
bedeuten. Leider ist jede Erhöhung
des Stroms I mit thermischen Verlusten verbunden, welche zu einer
Zerstörung
der Spulen führen
können.
Um diese Erhöhung trotzdem
zu verwirklichen bietet sich der Effekt der Supraleitung an. Dabei
werden die elektromagnetischen Einheiten mit entsprechenden Kühleinheiten verbunden
und soweit gekühlt,
bis der elektrische Widerstand der elektrischen Leiter auf Null
geht. So verringert sich der Energieaufwand deutlich auf Kosten eines
höheren
technologischen Aufwandes und es wird möglich, größere Ströme innerhalb der Spule (18)
und dementsprechend stärkere
Magnetfelder zu generieren. Somit wäre eine Vergrößerung der
Antriebskraft bei gleich bleibenden Abmessungen des Antriebes möglich oder
analog eine Verkleinerung der Abmessungen bei gleich bleibender
Antriebskraft.In order to increase this driving force, either a larger interaction area between magnets (or 19 ) and coils ( 18 ), which means a larger conductor length, stronger magnets or a stronger current I through the conductors of the coils ( 18 ) at. Since the dimensions are limited in each execution and even the strongest magnets have certain limits, a further increase of the current through the coils ( 18 ) mean an increase in the driving force. Unfortunately, any increase in the current I is associated with thermal losses, which can lead to the destruction of the coils. In order to realize this increase nevertheless, the effect of superconductivity lends itself. The electromagnetic units are connected to corresponding cooling units and cooled until the electrical resistance of the electrical conductor goes to zero. Thus, the energy consumption is significantly reduced at the expense of a higher technological effort and it is possible, larger currents within the coil ( 18 ) and generate correspondingly stronger magnetic fields. Thus, an increase in the driving force with the same dimensions of the Drive possible or analog reduction in size with constant driving force.
Des
Weiteren ist es möglich,
eine Bewegungsbahn für
die Gleit-(14) oder Rollkörper (15) zu wählen, die
nicht kreisförmig
ist, sondern eine elliptische Form (20) hat (19)
oder die Form eines verlängerten
Kreises mit geraden Abschnitten (21) wie aus 20.
Andere Trajektorien sind auch möglich, da
sie das Wirkprinzip des Antriebes nicht verändern, sondern nur einen Einfluss
auf die Bewegungsart und die momentanen Zentrifugalkräfte haben.
Außerdem steigt
der Wirkungsgrad bei mehr abgeflachten Segmenten der Bewegungsbahn innerhalb
der Beschleunigungsphasen. Vorteilhaft ist bei solchen Bewegungsbahnen
die kleinere Ausdehnung in Richtung X, so dass der Antrieb schmäler gebaut
werden kann. In diesen Fällen
verliert der Winkel „alpha" seine Bedeutung,
da er anders definiert wird. Es wird nunmehr über die Beschleunigungsstrecke
gerechnet, um die Differenz zwischen ϖ'_end und ϖ'_o zu bestimmen und das vordefinierte
Verhältnis
nicht zu überschreiten.
Dabei ist die Form der Umlenkbahnen (die Bereiche konstanter Geschwindigkeit)
von weniger Bedeutung. Eine irreguläre oder nicht kreisförmige Bewegungsbahn
ist am besten kompatibel mit Rollkörper (15), jedoch
nicht mit Rotorsegmenten (13) und bedingt mit Gleitkörpern (14),
es sei denn, die Gleitkörper
(14) kontaktieren die Gleitfläche (16) nur an zwei
Auflagerpunkte oder verfügen über zusätzliche
gelenkig gelagerte oder elastisch vorgespannte Kontaktelementen,
beispielsweise Rollen oder Gleitflächen.Furthermore, it is possible to provide a trajectory for the sliding ( 14 ) or rolling bodies ( 15 ), which is not circular, but an elliptical shape ( 20 ) Has ( 19 ) or the shape of an elongated circle with straight sections ( 21 ) like out 20 , Other trajectories are also possible, since they do not change the operating principle of the drive, but only have an influence on the type of movement and the current centrifugal forces. In addition, the efficiency increases with more flattened segments of the trajectory within the acceleration phases. It is advantageous in such trajectories, the smaller extent in the direction X, so that the drive can be built narrower. In these cases, the angle "alpha" loses its meaning, because it is defined differently, and now the acceleration distance is calculated to determine the difference between π'_end and π'_o and not to exceed the predefined ratio Shape of the deflector tracks (the areas of constant speed) of less importance An irregular or non-circular trajectory is most compatible with rolling bodies ( 15 ), but not with rotor segments ( 13 ) and due to sliding bodies ( 14 ), unless the sliding bodies ( 14 ) contact the sliding surface ( 16 ) only at two support points or have additional articulated or elastically preloaded contact elements, such as rollers or sliding surfaces.
Für die richtige
Funktion des Inertialantriebs wird ein Sensorsystem für die Positionserfassung
der beweglichen Teile wie z.B. Rotorkörper (2), Rotorsegment
(13), gleitende (14) oder rollende (15)
Körper
benötigt.
Dafür sind
diverse elektromagnetische Sensoren, mechanische Schalter oder optische
Prinzipien wie z.B. Lichtschranken geeignet. Dabei werden die Positionsdaten
ständig
in Echtzeit ausgewertet und mit den Soll-Vorgaben verglichen, um
eventuelle Korrekturen über
die Aktuatorik einzuleiten (21). Ausgehend
von der aktuellen Position des jeweiligen Rotors (2) kann
auch das Drehmoment (5 oder 6) oder die Beschleunigungskraft
F_p (7) oder F_n (9) so moduliert werden, dass
die resultierende Y-Komponente der Reaktionskraft F_res_p (8)
oder F_res_n (10) einen gleich großen Betrag aufweist. Die Größenmodulation
kann auch soweit gehen, dass bei einer Kombination aus zwei doppelten
phasenversetzten Inertialantrieben, die in entgegen gesetzte Richtungen
drehen, über
die autonome Steuerung der vier umkreisenden Körper (2, 13, 14 oder 15)
die Reaktionskräfte
zu allen Zeiten die Zentrifugalkräfte so ausgleichen, dass eine
stetige, zeitlich konstante Antriebskraft generiert wird.For the correct function of the inertial drive, a sensor system for the position detection of the moving parts such as rotor body ( 2 ), Rotor segment ( 13 ), sliding ( 14 ) or rolling ( 15 ) Body needed. Various electromagnetic sensors, mechanical switches or optical principles such as photoelectric sensors are suitable for this purpose. The position data are constantly evaluated in real time and compared with the target specifications to initiate any corrections via the actuators ( 21 ). Starting from the current position of the respective rotor ( 2 ) can also be the torque ( 5 or 6 ) or the acceleration force F_p ( 7 ) or F_n ( 9 ) are modulated so that the resulting Y-component of the reaction force F_res_p ( 8th ) or F_res_n ( 10 ) has an equal amount. The size modulation can also go so far that in a combination of two double phase-shifted inertial drives, which rotate in opposite directions, via the autonomous control of the four orbiting bodies ( 2 . 13 . 14 or 15 ) the reaction forces at all times balance the centrifugal forces so that a steady, constant time driving force is generated.
Der
vorgestellte Inertialantrieb würde
sich bestens für
den Antrieb aller möglichen
Fahrzeuge eignen, da er eine vollkommene Unabhängigkeit von dem umliegenden
Umfeld erlauben würde
und bessere Wirkungsgrade infolge der fehlenden Reibung oder Mediumerwärmung erzielen
würde.
Es ist besonders das Einsatzgebiet als Antrieb für Raumfahrzeuge hervorzuheben,
da für
deren Antrieb nur elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden muss. Somit
wären deutlich
längere
Fahrten durch das All möglich.Of the
presented inertial drive would
Perfect for
the drive of all possible
Vehicles are suitable as it gives complete independence from the surrounding
Environment would allow
and achieve better efficiencies due to the lack of friction or medium heating
would.
It is particularly the application as a drive for spacecraft to emphasize
for this
whose drive only electrical energy must be provided. Consequently
would be clear
longer
Rides through space possible.
-
11
-
Statorstator
-
22
-
Rotorkörperrotor body
-
33
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Massenzentrum/ExcentermasseMass center / Excentermasse
-
44
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Drehachse
Zaxis of rotation
Z
-
55
-
Drehmoment
für positive
Beschleunigungtorque
for positive
acceleration
-
66
-
Drehmoment
für negative
Beschleunigungtorque
for negative
acceleration
-
77
-
Kraft
am Massenzentrum bei positiver Beschleunigungforce
at the center of mass with positive acceleration
-
88th
-
Reaktionskraft
bei positiver Beschleunigungreaction force
with positive acceleration
-
99
-
Kraft
am Massenzentrum bei negativer Beschleunigungforce
at the center of mass with negative acceleration
-
1010
-
Reaktionskraft
bei negativer Beschleunigungreaction force
with negative acceleration
-
1111
-
Drehrichtungdirection of rotation
-
1212
-
Winkel ϖAngle π
-
1313
-
Rotorsegmentrotor segment
-
13.113.1
-
erstes
Rotorsegmentfirst
rotor segment
-
13.213.2
-
zweites
Rotorsegmentsecond
rotor segment
-
1414
-
Gleitkörper/Gleitrotor/SchwebekörperSlider / Gleitrotor / Float
-
14.114.1
-
erster
Gleitkörperfirst
sliding
-
14.214.2
-
zweiter
Gleitkörpersecond
sliding
-
1515
-
Rollkörper/RollrotorRollers / rolling rotor
-
15.115.1
-
erster
Rollkörperfirst
roll body
-
15.215.2
-
zweiter
Rollkörpersecond
roll body
-
15.315.3
-
dritter
Rollkörperthird
roll body
-
1616
-
Gleitfläche/RollflächeSliding / rolling surface
-
1717
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Statorsegmentestator
-
1818
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SpuleKitchen sink
-
1919
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Magnetischer
Gleitkörpermagnetic
sliding
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2020
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Elliptische
Bewegungsbahnelliptical
trajectory
-
2121
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Kreisbahn
mit geraden Abschnittenorbit
with straight sections