DE102009018845A1

DE102009018845A1 - Kraftmaschine, insbesondere Permanent-Magnet-Motor

Info

Publication number: DE102009018845A1
Application number: DE200910018845
Authority: DE
Inventors: Helmut Obieglo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-11-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine, insbesondere Permanent-Magnet-Motor, zum Antrieb von allen möglichen Maschinen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine, insbesondere Permanent-Magnet-Motor, zum Antrieb von allen möglichen Maschinen.
Wichtige, gängige Maschinen werden heute mit Treibstoffen aller Art angetrieben. Diese Treibstoffe müssen für diese Maschinen verfügbar gemacht werden, z. B. Rohölförderung für benzingetriebene Fahrzeuge oder Kohleförderung für Kraftwerke. Hierfür sind komplexe Infrastrukturen erforderlich. Auch der Betrieb dieser mit insbesondere fossilen Energieträgern versorgten Anlagen ist problematisch: Diese verursachen schädliche Abgase inklusive klimarelevanter Schadstoffe. Zusätzlich wird aufgrund der Betriebsweise dieser Maschinen sehr viel Energie als Abwärme nicht nutzbringend in der Atmosphäre bzw. der Umwelt deponiert.
Ziel der Erfindung ist es deshalb, eine Kraftmaschine zu entwerfen, welche nicht nur theoretisch gute Wirkungsgrade erwarten lässt, sondern auch im Vergleich zum Stand der Technik in der praktischen Anwendung sehr vorteilhafte Eigenschaften und Resultate aufweist. Letztere sind insbesondere die ständige Verfügbarkeit von Nutzenergie, die örtliche Ungebundenheit bzw. Einsatzfähigkeit ohne komplexe Infrastruktur, die absolute Umweltverträglichkeit infolge Abgasfreiheit sowie die allerbesten theoretischen und praktischen Wirkungsgrade. Darüber hinaus zeichnet sich die Erfindung auch durch allereinfachsten Aufbau aus. Die Fertigungskosten betragen außerdem nur ein Bruchteil von denen des Standes der Technik. Zudem ist der Betrieb äußerst zuverlässig und die Wartung sehr einfach und sehr kostengünstig. Demzufolge ist die Erfindung ökonomisch bzw. volkswirtschaftlich nützlich und zudem ökologisch sinnvoll.
Bei der Realisierung des erfindungsgemäßen Motors kann dabei im Wesentlichen und nützlich auf konventionelle Technologie zurückgegriffen werden; es sind ggf. nur einige wenige Modifikationen erforderlich, auf die im weiteren Verlauf dieser Schrift auch teilweise im Detail eingegangen wird.
Zunächst wird hier die allgemeine Wirkungsweise der Erfindung beschrieben, mit bekannten Prinzipien. Im weiteren Verlauf werden dann anhand zweier Figurenbeschreibungen detailliertere, bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung beschrieben.
Die Erfindung nutzt insbesondere permanentmagnetische, ferromagnetische und/oder paramagnetische und/oder diamagnetische Materialien, welche in bestimmten geometrischen bzw. kinematischen Anordnungen wechselweise Kräfte aufeinander ausüben und im Endeffekt insbesondere nutzbare Energie an einem sich bewegenden Bauteil liefert.
Da die Maschinen ausschließlich mit derzeit bekannten physikalischen Wirkprinzipien arbeiten, ist es die erfindungsgemäße Anordnung dieser Materialien, welche den gewünschten Nutzeffekt liefern. Diese Anordnungen sind auch insbesondere in den Patentansprüchen detailliert aufgeführt.
Im Wesentlichen wirkt eine erste Anordnung von permanentmagnetischem Material auf eine zweite Anordnung von oben aufgeführten Materialien ein. Da sich diese Anordnungen voneinander unterscheiden können, aber definiert festgelegt sind, ergeben sich gesteuerte Krafteffekte auf insbesondere eine Abtriebswelle der Erfindung. Dabei ist es möglich – durch geeignete konventionelle Lagerungen – die unvermeidlichen Reibungskräfte auf ein Minimum zu reduzieren. Dies macht die Erfindung in ihrer Arbeitsweise sehr effektiv. Theoretisch und auch praktisch lassen sich nahezu beliebige Leistungsbereiche realisieren. Vorteilhaft können dann die zuvor beschriebenen einfachen Anordnungen in mehrfachen Anordnungen als sogenannter Stack zusammengeschaltet sein. Im Wesentlichen besteht die erste Anordnung von permanentmagnetischen. Materialien als ein aktives Bauteil, welches sich in oder über oder gegenüber der zweiten Anordnung von diesen Materialien bewegt und letztere als ein ebenfalls insbesondere aktives Bauteil ausgeführt sein kann.
Das aktive Bauteil kann ein- oder mehrfach ausgeführt sein. Wird im Betrieb der Ort eines korrespondierenden Rotors verändert, so besteht vorteilhaft die Möglichkeit der Drehzahlregelung, also auch der Leistungsregelung.
Wird ein geometrisch bzw. kinematisch kürzester Abstand der permanentmagnetischen. Materialien des aktiven Bauteils zu den anderen Materialien definiert, so ist diese Anordnung charakterisiert durch die relative Stellung der Materialien zueinander, derart, dass ein Bahnverlauf mit relativen Wirklinien der jeweiligen Materialien in einem definierten Winkel untereinander passiert, insbesondere Bahnsegmente bzw. – Achsen im Bereich um 90° zueinander existieren.
Durch diese Wahl des relativen Winkels ergeben sich einerseits anziehende Kraftwirkungen aufeinander, im weiteren Verlauf der relativen Bewegung keine bzw. vernachlässigbare, geringere Gegenkräfte. Im Endeffekt ergibt sich jedenfalls ein relativer und absoluter Kraftüberschuss, welcher über das aktive Bauteil des Permanent-Magnet-Motors insbesondere zu einer dauerhaften Drehbewegung einer Abtriebswelle veranlasst.
Als Material für die permanentmagnetischen Bauteile eignen sich bevorzugt Werkstoffe aus Neodym-Eisen-Bor (Nd-FE-B) Zusammensetzungen.
Auf die Lagerung bzw. Befestigungen der Magneten wird an dieser Stelle nicht weiter eingegangen, da dies Gegenstand der konkreten Berechnung bzw. Ausgestaltung der Konstruktion der Erfindung sein muss. Die regelmäßige, diskontinuierliche Asymmetrie bewirkt zusammen mit einem vorzusehenden Schwungrad an/auf der Welle einen sicheren Betrieb und ein gleichmäßigeres Abtriebsmoment.
Die Anzahl der Materialien im aktiven Bauteil bzw. den Rotoren und/oder den linear geführten Elementen kann unterschiedlich groß sein. Auch können die Materialien der Bauteile ggf. funktionell ausgetauscht bzw. variiert werden.
Diese Versionen der Erfindung werden jetzt als Ausführungsbeispiele bevorzugt anhand der folgenden 1 und 2 beschrieben:
1:
Hier ist ein relativer Bewegungszustand von aktiven und passiven Bauteilen skizzenhaft festgehalten. Auffällig und erfindungsgemäß ist der Winkel γ, den die beiden Achsen 1.1 und 1.2 miteinander bilden. Dies ist qualitativ erfindungsgemäß erforderlich, um die betragsmäßig unterschiedlichen axialen und tangentialen Wirkkräfte zu nutzen. Die Tangentialkräfte wirken zumindest zeitweise entlang der parallelen Linie der Achse 1.1, während die axialen Kräfte entlang der parallelen Linie der Achse 1.2 wirken. Hierdurch ergibt sich im Bewegungsablauf ein positiver Potenzialunterschied, welcher nutzbringend verwendet werden kann.
Mit 1.0 ist ein, in der Regel, ortsfestes Drehzentrum einer umlaufenden Exzentrizität 2 gekennzeichnet. An dieser ist ein pleuelartiges Segment 3 antriebstechnisch verbunden. Letzteres ist hier an einem Kreuzkopf ähnlichem und lineargeführten Bauteil 4 beweglich angebracht. Die Linearführung bildet hier eine zylinderförmige Stange 5 mit dem Kreuzkopf 4. An letzterem starr befestigt ist das permanentmagnetische Material 6, welches hier als räumlicher Rechteckkörper ausgeführt ist. Die bis hier beschriebene Anordnung existiert erfindungsgemäß spiegelsymmetrisch auch auf der anderen Seite der Ebene I an einem Ende des Bauteils 6.
In der Ebene I dreht sich ein insbesondere scheibenförmiges Bauteil 7 um die Achse 1.2. In dieser Variante befinden sich Ausnehmungen 8 derart platziert und geometrisch bzw. konstruktiv ausgeführt, dass diese sich mit (hier nicht näher spezifizierten, aber allgemein bekannten) Mitteln synchronisiert im Wesentlichen 180° bewegen, während sich die Exzentrizität 2 im Wesentlichen um 360° gedreht hat.
2:
Mit 6 ist wiederum das permanentmagnetische Material gekennzeichnet. Es ist mehrfach in der rotierenden, synchronisierten Steuerscheibe 7 integriert. Die Ausnehmungen 8 sind ebenfalls mehrfach in der Steuerscheibe 7 enthalten und dienen dem wechselseitigen definierten Kraftfluss der Permanentmagneten 6 mit dem gewünschten Material (bevorzugt Eisen bzw. Stahl) der Steuerscheibe 7. Die miteinander (und mit 7) synchronisierten, aktiven Drehscheiben 9.1 und 9.2 drehen um die, in der Regel ortsfesten, Drehachsen 10.1 bzw. 10.2. Alle Pfeile zeigen die bevorzugten Bewegungsrichtungen an. Der Winkel γ beträgt hier 90°.
In der hier gezeigten Version arbeiten die Bauteile jeweils in einer Ebene. Denkbar ist jedoch auch eine Anordnung mit mehreren, identischen, ggf. spiegelsymmetrischen Bauteilen im Raum.
Für die hier aufgezeigten beispielhaften Ausführungsvarianten der Erfindung gilt: Die auf „Abstoßung” gepolten Permanentmagneten 6 ziehen sich infolge der Eigenschaften der Steuerscheibe 7 trotzdem zunächst an, bis an einen definierten Bereich – im Wesentlichen 8 -, an dem dann durch die synchronisierten, definierten Bewegungsabläufe tatsächlich eine „Abstoßung” geschieht.
Insgesamt ergibt die Erfindung auf relativ einfache Art und Weise eine sehr effektive, ökonomische und insbesondere ökologische Maßnahme, um zukünftigen Restriktionen im Umweltschutz und Energiebereich entsprechen zu können.

Claims

Kraftmaschine, insbesondere Permanentmagnetmaschine, bestehend aus wenigstens zwei Permanentmagneten 6, die miteinander wechselseitig (Magnet-) Kräfte aufeinander ausüben, somit kraftmäßig in Wechselbeziehung miteinander stehen und auf wenigstens ein weiteres Element 7 Magnetkräfte ausüben und dass das Material dieses Elementes 7 seinerseits durch Magnetkräfte beeinflussbar ist und durch Relativbewegung bzgl. der Magneten 6 seinerseits Einfluß auf die relativen Kräftepotenziale ausgeübt werden, mit Bauelementen, welche wenigstens eine Relativbewegung zueinander ausüben und mit den (mit-) bewegten Permanentmagneten korrespondierende bzw. synchronisierte Bewegungsmuster generieren sowie mit wenigstens einem Bauteil, an dem Nutzenergie abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens zwei synchronisiert bewegte, abstoßende, gegeneinander gepolte Magnete 6 auf wenigstens zwei geometrisch sowie räumlich unterschiedlich angeordneten Bauteilen 4.1 sowie 4.2, bzw. 9.1 sowie 9.2, zeitweise und intervallartig von einem weiteren, auf Magnetfelder reagierendes Material 7 derart geometrisch und magnetisch gesteuert voneinander antriebstechnisch getrennt werden, dass das Material auf die Magnete zunächst eine zeitweise anziehende Wirkung ausübt und die Magnete sodann, gesteuert, infolge konstruktiver Ausgestaltung(en) 8 zeitweise eine einander abstoßende Kraft ausüben und sich dieser Vorgang zyklisch bzw. periodisch dauerhaft wiederholt.
Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Magnetquellen 6 zueinander entweder in axialer Orientierung, in wenigstens einer Ebene spiegelsymmetrisch zueinander, oder in radialer Orientierung, in wenigstens einer Ebene spiegelsymmetrisch sowie scheibenförmig nebeneinander, konstruiert sind.
Kraftmaschine nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Achsen 1.1 und 1.2 durch Verschiebung gegeneinander – zur Leistungsregelung – verstellbar und feststellbar ist.
Kraftmaschine nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe zur Erzeugung einer geradlinigen bzw. linearen und oszillierenden Bewegung der Magneten 6 im Wesentlichen mit Kurbel, Pleuel und Kreuzkopf (mit und/oder ohne Verweilzeit im oberen und/oder unteren Totpunkt) geschieht.
Kraftmaschine nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen aktivem Bauteil 4.1 bzw. 9.1 und Scheibe 7 durch Gegeneinander-Verschiebung – zur Leistungsregelung – verstellbar und feststellbar ist.
Kraftmaschine nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil 7 aus ferromagnetischem- und/oder paramagnetischem- und/oder aus diamagnetischem Material hergestellt ist, während das Bauteil 6 aus permanentmagnetischem Material gefertigt ist, insbesondere aus der Werkstoffkombination Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) besteht.
Kraftmaschine nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrfache Anordnung dieser Bauteile in parallelen Ebenen als Stack ausgeführt ist.
Kraftmaschine nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Abtrieb eine Schwungmasse zum glätten des Drehmomentes ausgeführt ist.
Kraftmaschine nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Maschine ein Generator konstruiert bzw. angeschlossen ist.
Kraftmaschine nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Welle ein Drehzahlregulator bzw. eine Bremse implementiert ist.
Kraftmaschine nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erfindungsgemäße Einheit prinzipiell aus zwei gegeneinander drehender, synchronisierter Scheiben 9.1 und 9.2, jeweils mit Permanentmagneten 6 bestückt, besteht und zwischen diesen eine um 90° verkippte Scheibe 7, insbesondere mit Ausnehmungen 8, synchron dreht.
Kraftmaschine nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement 7 und/oder die aktiven Bauteile 4.1 sowie 4.2 bzw. 9.1 sowie 9.2 durch ein Schrittgetriebe, insbesondere Malteser Bauart, angesteuert ist/sind.
Kraftmaschine nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement 7 statt der Ausnehmungen 8 antriebstechnische Konturanpassungen aufweist (z. B. „Ovalität”).