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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energiegewinnung durch Nutzung der Anziehungs- und Abstoßungskräfte von Permanentmagneten.
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Aus den Offenlegungsschriften
DE 10 2007 027 091 A1 und
DE 10 2010 019 690.8 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energiegewinnung durch Nutzung der Anziehungs- und Abstoßungskraft von Permanentmagneten bekannt. Dazu werden mindestens zwei Statoren und ein Rotor verwendet. Die Statoren bestehen aus Scheiben, mit einer Anzahl kreisförmig eingebrachter Permanentmagneten. Zwischen den Statoren befindet sich ein Rotor mit der gleichen Anzahl und auf demselben Radius befindlichen Permanentmagneten. Die Magnete in den Statorscheiben sind zueinander versetzt angeordnet und stehen zueinander auf Lücke. Wird der Rotor durch Antrieb in Drehbewegung versetzt bewirken die Magnetfelder eine positive und negative Beschleunigung der Drehrichtung des Rotors. Gleichzeitig wirkt wechselseitig ein Kraftimpuls durch die Anziehungskraft der eingebrachten Magnete längs der Achse des Rotors gegen die Lagerung der die Rotorachse der begrenzenden Seitenwände. Um diese Kraftimpulse zur Energiegewinnung nutzen zu können, werden zwischen der Achse und den Seitenwänden Kraftaufnehmer angeordnet. Dies können z. B. piezoelektrische Energieerzeuger, elektromechanische Bauteile oder hydraulische Elemente sein. Die auf die Drehrichtung des Rotors wirkenden negativen und positiven Beschleunigungsmomente durch den Einfluß der Magnetfelder sind gleichgroß, wirken aber zeitlich ungleich. Um den daraus herrührenden Rastmoment zu überwinden bedarf es einer Schwungmasse welche die gegensätzlichen Drehmomente integriert. Der Betrieb der Schwungmasse verschlechtert den Wirkungsgrad. Nachteilig ist weiter der daraus herrührende Materialaufwand und eine anspruchsvolle Lagerung der sich drehenden Teile.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Vorrichtung zur Energiegewinnung so weiter zu entwickeln, dass sich deren Wirkungsgrad erhöht. Diese Aufgabe wird durch eine veränderte Anordnung der Magnete erreicht. Die Magnete in den Statoren stehen nicht versetzt, sondern einander gegenüber. Dieses kann in einer oder mehreren Reihen erfolgen. Entscheidend ist dabei die Ausrichtung der Magnetpole. Die Paarung der Magnetanordnungen besteht erfindungsgemäß darin, dass die Magnete des Rotors der sich zwischen jeweils zwei Statoren befindet, vom ersten Stator abgestoßen und vom zweiten Stator angezogen werden. Hierdurch neutralisieren sich die entgegengesetzt wirkenden Beschleunigungsmomente des Rotors im Drehrichtungssinn durch Abstoßungskraft der einen Seite und der gleich großen Anziehungskraft der anderen Seite. Auf die längs der Achse wirkenden Kräfte hat diese Anordnung zur Folge, dass bei sich gegenüberstehenden Magneten von Rotor und Statoren die Abstoßungskraft des einen Stators und die Anziehungskraft des anderen Stators gegenüber dem Rotor summiert. Die axiale Kraftausübung verdoppelt sich und erfolgt überwiegend nach einer Seite der Achse. Diese Erfindung ermöglicht einen ausgeglichenen Drehmoment der Anordnung und die Reduzierung
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Zur sicheren Lagerung der Achse erhält diese eine Führung in Form einer Aufhängung die axial flexibel ist. Im Ausführungsbeispiel ist dies ein dünnes Blech mit Kugellager, das im Gestell verschraubt, die Achse führt.
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Die Scheiben in denen die Magnete eingebracht sind, sollten zur Vermeidung von Gegenwirkungen durch Wirbelstrom aus elektrisch nichtleitendem Material bestehen.
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Eine Erhöhung der Leistungsdichte und Einsparpotential an Material ist durch Aneinanderreihung von mehreren Rotoren auf einer Achse gegeben. Dabei werden beide Magnetpole in den Statoren genutzt.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die Zeichnung erläutert.
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Die Zeichnungen zeigen:
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1–1c den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Energiegewinnung durch Nutzung der Anziehungs- und Abstoßungskräfte nach dem Stand der Technik in einer schematischen Darstellung.
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2–2d die gegenüber der bekannten Lösung nach 1–1c weiterentwickelte Form durch verbesserte Magnetanordnung.
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3 eine erweiterte Anordnung, die eine größere Leistungsdichte und Materialeinsparung ermöglicht.
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Fig. 1
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Anordnung der Magnete im prinzipiellen Aufbau einer Versuchsanordnung zur Energiegewinnung durch die Nutzung der Anziehungs- und Abstoßungskräfte von Permanentmagnete nach dem Stand der Technik in einer schematischen Darstellung. a und b zeigen die kreisförmige Lage der Magnete c in den Statoren und d den Rotor.
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Fig. 1a und Fig. 1b
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Nach 1a besteht die aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung aus zwei parallel gegenüberstehenden Statoren a und c. Die Statoren bestehen aus Scheiben, in welche die Magnete eingelassen sind. Die Permanentmagnete d, f, i befinden sich alle in der gleichen Polausrichtung (Nord – Süd = weiß – schwarz) und stehen sich kreisförmig gegenüber. Dabei ist die Magnetanordnung des Stators c um den halben Magnetabstand gegenüber der Anordnung des Stator a verdreht. Zwischen den Statoren ist der Rotor b angeordnet. Dessen Magnete stehen auf dem gleichen Teilkreis, mit gleicher Polausrichtung den Anordnungen der Statoren gegenüber. Der Rotor ist starr mit einer Achse verbunden, die von den Kraftaufnehmern e, h radial geführt wird. Die Kraftaufnehmer ihrerseits sind an den Seitenwänden k, k befestigt. Durch die Flexibilität der Kraftaufnehmer ist die Rotorachse g in der Lage neben der Drehbewegung in ihrer Längsrichtung eine axiale Bewegung auszuführen. Die axiale Bewegungs- und Kraftrichtung bedingt sich aus der jeweiligen Magnetstellung und ist durch einen Pfeil gekennzeichnet. Nachteilig bei dieser Anordnung sind die großen negativen und positiven Beschleunigungsmomente der Magnetkräfte auf die Rotation des Rotors.
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Fig. 1c
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In einem Ausschnitt ist mit einem Magneten aus der Rotoranordnung exemplarisch die Wechselwirkung zwischen Rotor- und Statorpaaren dargestellt. Die Polung der Magnete gibt durch weißes Feld den Nordpol und durch schwarzes Feld den Südpol an. Der Magnet des Rotors b wird in dieser Position vom ungleichnamigen Magneten im Stator c angezogen. Die Anziehung erfolgt dabei sowohl in axialer Richtung als auch in vertikaler, d. h. in Drehrichtung des Rotors. Die Anziehungskräfte wirken in den angegeben Pfeilrichtungen. Die Pfeilstärke symbolisiert die dabei wirkende Stärke der Anziehungskraft. Der Vergleich der vertikalen Kräfte der 1c mit der 1d und 1e zeigt unterschiedliche Auswirkung auf die Drehbewegung.
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Fig. 2
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Der gegenüber der bekannten Darstellung nach 1 erfindungsgemäß weiterentwickelte Aufbau besteht in einer veränderten Zu- und Anordnung der Magnete. Die Veränderung besteht darin, dass die kreisförmig angeordneten Magnete in den Statoren nicht versetzt, sondern deckungsgleich angeordnet sind.
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Fig. 2a und Fig. 2b
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Zudem ist die Nord-Süd-Ausrichtung der Magnete eines Stators in Süd-Nord-Ausrichtung gedreht. Dies ist in 2a und 2b dargestellt und wird mit 2c und 2d im Ausschnitt verdeutlicht. Die Art der in den jeweiligen Positionen wirkenden Kräfte sind durch Pfeilrichtungen und -stärken charakterisiert. Dargestellt ist die Aufhängung der Rotorachse. Beim Ausführungsbeispiel ist dies ein dünnes Blech a mit einem mittig angebrachten Kugellager b welches die Achse führt. Diese Führung ermöglicht durch die Flexibilität des Blechs ein axiales Spiel der Achse bei gleichzeitig hoher radialer Stabilität.
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Fig. 2c
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Die gleichnamigen Pole der Magnete in der linken Statorwand a und des Rotors b stoßen einander ab. Dies erfolgt in axialer Richtung zum Druckaufnehmer, sowie in vertikaler Richtung, der Drehbewegung des Rotors entsprechend. Gleichzeitig wirkt auf den Magneten im Rotor b die Anziehungskraft der ungleichnamigen Pole des Magneten im Stator c. Bei exakter Mittelstellung des Rotor b heben sich die gegensätzlich wirkenden Kräfte auf die Drehbewegung bezogen auf. Der Rotor lässt sich gleichförmig zwischen den Statoren drehen und die axial wirkende Kraft gegen den Kraftaufnehmer verdoppelt sich.
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Fig. 2d
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Abgebildet ist das Schema der Kraftwirkung in der Phase, wenn sich die Magnete des Rotors bei der Umdrehung zwischen den Magneten der Statoren befinden. Infolge des größeren Abstands der Magnete zueinander sind die entgegengesetzten Kräfte im Drehrichtungssinn geringer, aber ebenfalls gleichgroß. In axialer Richtung findet in der Mitte der Paarung infolge der Feldlinienverläufe eine Umkehrung der Kraftrichtung statt die auf den Rotor wirkt, d. h. aus der vorherigen Abstoßungskraft wird eine leichte Anziehungskraft zwischen a und b, sowie eine leichte Abstoßungskraft zwischen b und c. Dies ist gleichfalls durch Pfeilstärken charakterisiert.
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Fig. 3
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Diese Abbildung veranschaulicht die Paarungen der Magnetanordnung in Rotoren und Statoren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007027091 A1 [0002]
- DE 102010019690 [0002]
