DE19605730A1 - Permanentmagnetmotor vom Magnetventil-Typ - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Permanentmagnetmotor vom Magnetventil-Typ und insbesondere einen Permanentmagnetmotor, der in einem Gehäuse eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweist, die eine Magnetfeldquelle bilden. Der Motor weist eine Kombination einer nichtmagnetischen Stange und einer magnetisch leitenden Silikon-Stahlplatte als hin- und herbewegbares Element auf, wobei erfindungsgemäß eine Vielzahl von Silikon-Stahlplatten voneinander getrennt in einer Reihe angeordnet und mittels eines nichtmagnetischen Rahmens eingerahmt sind und ein Magnetventil bilden. Eine Steuerung und Bewegung des Magnetventiles relativ zum hin- und herbeweglichen Element ist möglich. Die Ausgangsleistung kann mehr als zehnmal größer sein als die Eingangsleistung.

Bekannte Elektromotoren oder Generatoren verbrauchen im Betrieb oder zur Energieübertragung wie z. B. bei der Stromerzeugung, bei der Verwendung in Automobilen, Flugzeugen, Schiffen usw. einen erheblichen Energieanteil. Bei der Energieerzeugung oder -übertragung kann der Anteil an verbrauchter Energie jedoch bedingt durch Leistungsverluste infolge mechanischer Mängel größenordnungsmäßig 15 bis 50% des Wirkungsgrades betragen.

Das verursacht Energieverluste, Luftverschmutzungen bzw. Beeinträchtigungen der Umgebung usw. und kann folglich die Lebensqualität der Menschen beeinträchtigen. Deshalb besteht heutzutage das Anliegen, eine neue magnetische Energiequelle zu entwickeln, die nicht durch mechanische Probleme bzw. Unvollständigkeiten beeinträchtigt wird, und die keine Verschmutzungen verursacht.

Aus der US-A-4 151 431 ist ein Permanentmagnetmotor bekannt, der magnetische Energie mittels Permanentmagneten erzeugt, wobei die Permanentmagnete insbesondere einen Stator bilden, der ortsfest vorgesehen ist. Ein Rotor weist Magnete auf, die in einer bestimmten Aufeinanderfolge an einer rotierenden Achse angebracht sind. Zur Erzeugung einer dynamischen Energie werden die magnetisch abstoßenden und anziehenden Kräfte ausgenutzt, die durch gleiche und ungleiche Polarität zwischen den Magneten entstehen, wenn sich der Rotor und der Stator relativ zueinander bewegen. Dieser Permanentmagnetmotor wird also durch magnetische Kräfte angetrieben.

Der erfindungsgemäße Permanentmagnetmotor unterscheidet sich von dem oben genannten Permanentmagnetmotor insbesondere dadurch, daß er eine gesteuerte umkehrende, hin- und herbewegliche Vorrichtung verwendet, wobei das Prinzip in Fig. 1 dargestellt ist. Erfindungsgemäß wird ein Permanentmagnet als Magnetfeldquelle und Primärenergiequelle des Permanentmagnetmotors verwendet. Das Magnetventil wird dabei als Manövriervorrichtung mit der Eingangsleistung (P in) verwendet. Die Übertragungsarbeit wird bewirkt durch Vergrößerung der hin- und hergehenden dynamischen Energie, wie sie erhalten wird durch Übertragung der durch das Magnetventil gesteuerten magnetischen Energie. Auf diese Weise kann der Permanentmagnetmotor eine Ausgangsleistung (P out) zur Durchführung einer Arbeit abgeben.

Es wird festgehalten, daß die Ausgangsleistung nicht gleich ist der Eingangsleistung, sondern daß die Ausgangsleistung ca. 20 mal größer ist als die Eingangsleistung, d. h. P out = 20 x P in.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausbildungen des erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotors. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schaltdiagrammdarstellung zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Prinzips,

Fig. 2 eine räumliche Explosionsdarstellung einer Ausbildung des Permanentmagnetmotors,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Permanentmagnetmotors gemäß Fig. 2,

Fig. 4A, B, C, D und E Seitenansichten ähnlich der Fig. 3 zur Verdeutlichung verschiedener Betriebsphasen des Permanentmagnetmotors,

Fig. 5 eine Diagrammdarstellung zur Verdeutlichung der Kräftewirkungen des beweglichen Elementes und des Magnetventiles des Permanentmagnetmotors, und

Fig. 6 eine andere Ausbildung des Permanentmagnetmotors sowie zwei Schnitte durch den Motor entlang den Schnittlinien A-A und B-B.

Die Fig. 2 und 3 zeigen den grundsätzlichen Aufbau des erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotors mit einem Gehäuse, das einen Deckel 10 und einen Gehäusekörper 11 aufweist, sowie mit einem beweglichen Element 20, einem Magnetventil 30 und einer Magneteinheit 40. Das bewegliche Element 20 weist eine nichtmagnetische Stange 21 auf, die mit einer magnetisch leitenden Silikon-Stahlplatte 22 versehen ist. Die Magneteinheit 40 ist durch eine Vielzahl von Permanentmagneten 41 gebildet, die voneinander beabstandet in einer Reihe an einer anderen magnetisch leitenden Silikon-Stahlplatte 42 angebracht sind. Die Silikon-Stahlplatte 42 weist eine rechteckige Grundfläche auf. Die Magneteinheit 40 bildet die primäre Energiequelle des Permanentmagnetmotors. Das Magnetventil 30 ist mit einer Vielzahl von Silikon- Stahlblättern 32 versehen, die voneinander beabstandet in einer Reihe passend angeordnet und mit einem nichtmagnetischen Rahmen 31 eingerahmt sind. Die Silikon-Stahlblätter 32 des Magnetventiles 30 besitzen die gleiche Breite und den gleichen gegenseitigen Abstand wie die Permanentmagnete 41 mit Ausnahme eines mittleren Silikon-Stahlblattes 33, das eine größere Breite besitzt. Wird das Magnetventil 30 relativ zu den Permanentmagneten 41 bewegt, so bildet die eine Hälfte der Silikon-Stahlblätter 32, 33 eine magnetisch leitende Zone, während gleichzeitig die andere Hälfte der Silikon-Stahlblätter eine magnetische Widerstandszone bildet. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist die linke Hälfte die magnetische Widerstandszone, während die rechte Hälfte die magnetisch leitende Zone bildet, wobei das Verhältnis der beiden Arbeitshübe gegeben ist zu:

S1 : S2 = 8 : 1.

Wie bereits erwähnt worden ist, ist die Ausgleichsleistung nicht gleich der Eingangsleistung. Das resultiert insbesondere daraus, daß ein kleiner Betrag der dynamischen Energie der Eingangsleistung (P in) zur Betätigung des Magnetventiles 30 verwendet werden kann. Die Ausgangsleistung (P out) wird durch Übertragung der magnetischen Energie von der Magneteinheit 40 erhalten. Bei einer solchen Übertragung werden die Silikon- Stahlblätter 32, 33 des Magnetventiles 30 relativ zu den Permanentmagneten 41 der Magneteinheit 40 bewegt, um eine Verstärkungswirkung zu erzielen. Das wird insbesondere aus den Fig. 4A, B, C, D und E ersichtlich. Die oben erwähnte magnetische Widerstandszone und die magnetisch leitende Zone werden dadurch gebildet, daß die Silikon-Stahlblätter 32, 33 des Magnetventiles 30 und die magnetisch leitende Silikon­ stahlplatte 22 des beweglichen Elementes 20 magnetisch leitend sind. Wenn die Nordpole und die Südpole der Permanentmagnete 41 wahlweise zu den Silikon-Stahlblättern eng benachbart sind und den besagten Silikon-Stahlblättern 32 eng benachbart gegenüberliegen, wird eine magnetisch leitende Zone auf der rechten Hälfte der Fig. 3 gebildet. An der linken Halbseite der Fig. 3 wird eine magnetische Widerstandszone gebildet. Fig. 4A verdeutlicht einen Ausgangszustand, wobei die linke Hälfte eine magnetische Widerstandszone bildet. Die rechte Hälfte bildet eine magnetisch leitende Zone. Das ergibt sich dadurch, daß die rechte Hälfte der Silikon-Stahlblätter 32, 33 mit der rechten Hälfte der Permanentmagnete 41 fluchtet. Die rechte Hälfte der Silikon-Stahlblätter 32, 33 zieht folglich die magnetisch leitende Silikon-Stahlplatte 22 des beweglichen Elementes 20 an. Wird das Magnetventil 30 nach rechts bewegt, wie in Fig. 4B durch den Pfeil angedeutet ist, wird ein Teil magnetisch leitend und ein anderer Teil magnetisch nichtleitend, d. h. das zuletzt genannte Teil bildet einen magnetischen Widerstand. Ein weiterer Teil wird magnetisch durchlässig, d. h. der Originalzustand des Magnetfeldes wird aufgehoben bzw. geändert. Wird das Magnetventil 30 nach rechts bewegt, bildet sich an der rechten Hälfte gemäß Fig. 4B allmählich eine magnetische Widerstandszone, gleichzeitig wird die linke Hälfte allmählich eine magnetisch leitende Zone mit der Tendenz, die magnetisch leitende Platte 22 am beweglichen Element 20 anzuziehen und nach links zu bewegen. Wird das Magnetventil 30 nach rechts in die Position bewegt, wie sie in den Fig. 4C, D und E gezeichnet ist, wird folglich das bewegliche Element 20 schnell nach links bewegt. Entsprechend wird das bewegliche Element nach rechts bewegt, wenn das Magnetventil 30 nach links bewegt wird. Wiederholtes Hin- und Herbewegen des Magnetventiles 30 ergibt somit eine hin- und hergehende Bewegung des beweglichen Elementes 20. Es ist ersichtlich, daß hierbei die Ausgangsleistung verstärkt wird.

Fig. 5 verdeutlicht die Kräfteverhältnisse zwischen dem beweglichen Element 20 und dem Magnetventil 30. Auf der Abszisse ist die Zeit aufgetragen und auf der Ordinate ist die Antriebskraft aufgetragen, bei der es sich um eine nach vorwärts und nach rückwärts gerichtete Kraft handelt. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß nicht nur der Hub des Magnetventiles 30 sehr kurz ist, sondern daraus ist ferner die Wechselwirkung zwischen der abstoßenden und anziehenden Kraft ersichtlich, die sehr gleichmäßig ist. Wenn das Magnetventil 30 und die Magneteinheit 40 relativ zueinander bewegt werden, ergibt sich eine Dämpfung, so daß die Eingangsleistung (P in) vergleichsweise sehr klein sein kann.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausbildung des erfindungsgemäßen Permanentmagnetmotors mit einem Gehäuse 50, einer Magneteinheit 60, einem Magnetventil 70 und einem beweglichen Element 80. Das Magnetventil 70 weist eine Zylindergestalt auf und ist in zwei gleiche Teile unterteilt. Jedes Teil ist als Silikon-Stahlblatt 71 ausgebildet, die jeweils an eine Seite eines zentralen Stiftes angeschlossen sind. Zwei Spalte sind zwischen den sich gegenüberliegenden Seitenrändern der beiden Silikon- Stahlblätter 71 freigelassen. Die beiden von Silikon- Stahlblättern 71 gebildeten Teile sind vertikal zwischen der Magneteinheit 60 und dem beweglichen Element 80 angebracht und schwingen im Uhrzeigersinn und im entgegengesetzten Uhrzeigersinn um 90°, um den magnetisch leitenden sowie den magnetischen Widerstandseffekt zwischen der Magneteinheit 60 und dem beweglichen Element 80 zu steuern, wie aus Fig. 6 A-A ersichtlich ist. Das bewegliche Element 80 kann also hin- und hergehend bewegt werden, um eine Leistung zu erzeugen. Wenn das linke Silikon-Stahlblatt 71 des Magnetventiles 70 derartig bewegt wird, daß es der Magneteinheit 60 zugewandt ist, wird eine magnetisch leitende Zone erzeugt und das bewegliche Element 80 angezogen. Wird das Magnetventil 70 um 90° gedreht, wie in Fig. 6 B-B dargestellt ist, wird das Silikon-Stahlblatt 71 magnetisch nichtleitend. Das rechte Silikon-Stahlblatt 71 des Magnetventiles 70 wird der Magneteinheit 60 zugewandt und dabei magnetisch leitend, so daß es das bewegliche Element 80 anzieht. Das Magnetventil 70 schwingt kontinuierlich hin und her und bewegt das bewegliche Element 80 entsprechend hin und her, wobei Leistung generiert wird. Das Magnetventil 70 braucht nur um 90° zu schwingen, um das bewegliche Element 80 entsprechend oszillierend zu bewegen, wobei nur eine kleine dynamische Leistung zur Betätigung des Magnetventiles 70 erforderlich ist, um eine sehr große Ausgangsleistung zu erzeugen.

Die nichtmagnetische Zone oder das bewegliche Element können geeignet mit einer dynamischen Einrichtung wie einem Schwungrad kombiniert sein, wobei eine drehende oder linear oszillierende Bewegung eingeleitet werden kann, um eine Leistung auszugeben. Der erfindungsgemäße Permanentmagnetmotor kann als Antrieb für ein elektrisches Generatorsystem dienen. Desgleichen kann er beispielsweise als Antrieb bei einer Drehbank, als Antrieb für ein automatisches Tor, bei einem Luftverdichter oder dergleichen angewandt werden. Auf diese Weise kann eine gewaltige Menge an elektrischer Energie für die Industrie zur Verfügung gestellt werden.

Claims (5)

1. Permanentmagnetmotor vom Magnetventil-Typ mit

• - einer Anzahl Permanentmagnete (41) in einem Gehäuse (10, 11), welche eine Quelle des Magnetismus bilden,
• - eine Kombination einer nichtmagnetischen Stange (21) und einer magnetisch leitenden Silikon-Stahlplatte (22) als hin- und herbewegliches Element (20),
• - eine Vielzahl von Silikon-Stahlblätter (32, 33), die voneinander beabstandet in einer Reihe angeordnet und durch einen nichtmagnetischen Rahmen (31) eingerahmt sind und ein Magnetventil (30) bilden,
• - wobei eine hin- und hergehende Bewegung des Magnetventiles (30) eine Bewegung des hin- und hergehenden Elementes (20) in Bezug auf die Permanentmagnete (41) in der Weise bewirken kann, daß sich magnetisch leitende und magnetisch nicht leitende Effekte derart ergeben, daß das hin- und herbewegliche Element (20) eine Ausgangsleistung erzeugt, gekennzeichnet durch die Merkmale:
  wenn eine Hälfte der Silikon-Stahlblätter (32) des Magnetventils (30) mit Magnetpolen der zugehörigen Permanentmagnete (41) fluchtet, ergibt sich der magnetisch leitende Effekt, so daß das hin- und herbewegliche Element (20) angezogen wird, wenn dann das Magnetventil (30) sich bewegt, um den magnetisch leitenden Zustand zum magnetisch nicht leitenden Zustand zu ändern, während nun die andere Hälfte der Silikon- Stahlblätter (32) mit den anderen Magnetpolen der entsprechenden Permanentmagneten (41) fluchtet, um wieder den magnetisch leitenden Effekt derart zu bewirken, daß das hin- und herbewegliche Element (20) angezogen wird, wobei sich das hin- und herbewegliche Element (20) hin- und herbewegen kann, um einer entsprechenden hin- und hergehenden Bewegung des Magnetventiles (30) zu folgen, die Silikon-Stahlblätter (32) im Magnetventil (30) voneinander passend beabstandet in einer Reihe vorgesehen sind, und ein sehr kleiner Hub des Magnetventiles (30) das bewegliche Element (20) mit einem Hub bewegen kann, der mehrfach größer ist als der Hub des Magnetventiles (30), so daß ein minimaler Betrag dynamischer Energie einer Eingangsleistung zum Betätigen des Magnetventiles (30) verwendet werden kann, um eine große Ausgangsleistung zu erzielen.

2. Permanentmagnetmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (41), die eine Magnetfeldquelle bilden, in einer Reihe voneinander beabstandet angeordnet und an einer magnetisch leitenden rechteckigen Silikon- Stahlplatte (42) befestigt sind.

3. Permanentmagnetmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Silikon-Stahlblätter (32) im Magnetventil (30) die gleiche Breite und voneinander den gleichen Abstand wie die Permanentmagnete (41) mit Ausnahme des in der Mitte vorgesehenen, das von einem breiteren Silikon- Stahlblatt (33) gebildet ist, aufweisen, so daß die eine Hälfte der Silikon-Stahlblätter (32) eine magnetisch leitende Zone und die andere Hälfte der Silikon- Stahlblätter (32) eine magnetisch nichtleitende Widerstandszone bilden, wenn das Magnetventil (30) relativ zu den Permanentmagneten (41) bewegt wird.

4. Permanentmagnetmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetische Stange (21) des beweglichen Elementes (20) mit einer Dynamikvorrichtung eines Schwungrades verbindbar ist, um eine linerare hin- und hergehende Bewegung in eine Drehbewegung mit einer Ausgangsleistung umzuwandeln.

5. Permanentmagnetmotor mit schwingendem Magnetventil, mit

• - einer Permanentmagneteinheit (60) in einem Gehäuse (50), die eine Magnetfeldquelle bildet und ein ortsfestes Element aufweist,
• - einer Kombination einer nichtmagnetischen Stange und einer magnetisch leitenden Silikon-Stahlplatte als ein hin- und herbewegliches Element (80),
• - einem Magnetventil (70), das eine Zylindergestalt besitzt und zwei einander entsprechende, voneinander getrennte Abschnitte aufweist, von welchen jeder Abschnitt von einem Silikon-Stahlblatt (71) gebildet ist, die jeweils an einer Seite eines zentralen Stabes angeschlossen sind, wobei zwei Spalte zwischen den Seitenrändern der beiden Silikon-Stahlblätter (71) freigelassen sind, die beiden von den Silikon- Stahlblättern (71) gebildeten Abschnitte vertikal zwischen der Magneteinheit (60) und dem beweglichen Element (80) angebracht sind und um 90° im Uhrzeigersinn und im entgegengesetzten Uhrzeigersinn schwingen können, um den magnetisch leitenden und den magnetisch nichtleitenden Effekt zwischen der Magneteinheit (60) und dem beweglichen Element (80) zu steuern, so daß sich das bewegliche Element (80) zur Leistungserzeugung hin- und hergehend bewegen kann, gekennzeichnet durch die Merkmale:
  wenn eines der Silikon-Stahlblätter (71) bewegt wird, um der Magneteinheit (60) zugewandt zu sein, wird es magnetisch leitend und zieht das bewegliche Element (80) an, wenn das Magnetventil (70) geschwenkt und um 90° gedreht wird, wird ein Silikon-Stahlblatt (71) magnetisch nichtleitend und das andere Silikon-Stahlblatt (71) wird der Magneteinheit (60) zugewandt und magnetisch leitend, um das bewegliche Element (80) anzuziehen, wobei das Magnetventil (70) kontinuierlich schwingt und sich hin- und herbewegt und Leistung erzeugt, und das Magnetventil (70) nur um 90° zu schwingen braucht, um das bewegliche Element (80) hierbei in eine hin- und hergehende Bewegung zu versetzen, wobei nur eine sehr kleine dynamische Leistung erforderlich ist, um das Magnetventil (70) zu betätigen, um eine große Ausgangsleistung zu erhalten.