DE19850311A1 - Elektrischer Energiekonverter und Verfahren zur Energiekonversion - Google Patents
Elektrischer Energiekonverter und Verfahren zur EnergiekonversionInfo
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- H02N11/008—Alleged electric or magnetic perpetua mobilia
Abstract
Elektrischer Energiekonverter mit einem Impulsgenerator zur Erzeugung eines hochfrequenten Rechtecksignals, das zur Ansteuerung von Leistungsschaltern verwendet wird, die in Reihe geschaltet parallel zu einer externen Gleichspannungsquelle angeordnet sind. Parallel zu der externen Gleichspannungsquelle sind in Reihe geschaltete Kondensatoren angeordnet, wobei der Mittelabgriff zwischen den steuerbaren Leistungsschaltern und den Kondensatoren Primärwicklungen bifilar gewickelter Transformatorspulen zugeführt wird. Der Transformator weist mindestens zwei Transformatorspulen mit bifilaren Entwicklungen auf, die sich entlang einer Linie durch den Mittelpunkt eines Kreises gegenüber stehen. Die Transformatorspulen sind zwischen zwei Metallplatten angeordnet, wobei die eine Metallplatte eine kreisförmige Öffnung aufweist, mit deren Öffnungsrand die Transformatorspulen fluchten. Am Ausgang des Transformators kann eine um den Faktor 2 höhere Leistung entnommen werden. Gemäß dem Verfahren wird mittels der von einer externen Gleichspannungquelle bereit gestellten Energie, diese in eine hochfrequente Spannung und in einen hochfrequenten Strom umgeformt, und anschließend ein hochfrequentes Resonanzfeld in den Wicklungen und zwischen den Spulen eines Transformators erzeugt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Energiekonverter zur
Erzeugung elektrischer Energie aus einer anderen Energieform, insbesondere
der sogenannten Raumenergie sowie ein Verfahren zur Energiekonversion.
Aus der allgemein zugänglichen Literatur über Nicola Tesla ist bekannt, daß
bereits er auf eine alles umgebende Energie hingewiesen hat, die als
Energiequelle angezapft werden kann. Mittlerweile gibt es neuere Entwicklungen
von physikalischen Theorien, die die Möglichkeit erklären, daß die bisher
ungenutzte, praktisch unbegrenzte und daher "erneuerbare" Energiequelle
Raumenergie existiert und genutzt werden kann. Die neuen Theorien von
anerkannten Wissenschaftlern wie Harold Puthoff, Ilya Prigogine, Harold Aspden,
Panos Pappas, Thomas Bearden, u. a., bauen in der Regel auf zentralen
Theorien der Physik auf und sind zu einem großen Teil in klassischen
Physikzeitschriften veröffentlicht, die einen strengen Begutachtungsprozeß
unterliegen, zum Beispiel Physical Review A, B . . . Ein Beispiel für einen solchen
Artikel ist der Aufsatz von Cole, D. C., and Puthoff, H. E. "Extracting Energy And
Heat From The Vacuum", Physical Review E, VOL 48 (1993, pp. 1562 bis 1565).
Eine weitere Entwicklung der physikalischen Theorien findet man in den Büchern
von Prof. Dr.-Ing. Konstantin Meyl, Elektromagnetische Umweltverträglichkeit"
Band 1 und 2, INDEL GmbH, Verlagsabteilung, Villingen-Schwenningen. Des
weiteren gibt es replizierte experimentelle Bestätigungen auch von unabhängigen
Prüfern dafür, daß diese bisher ungenutzte neue Energiequelle mit Hilfe der
Raumenergie-Technik angezapft werden kann. So sind auch bereits US-Patente
für derartige Verfahren und Geräte erteilt, bei denen der gelieferte Energie-Output
(z. B. in Form von elektrischen Strom oder Wärme) größer ist als der zum Betrieb
des Gerätes erforderliche Energie-Input (z. B. in Form elektrischem Strom). In
diesem Fall wird anstatt von einem "Wirkungsgrad größer 1" von einem "Over-
Unitiy-Effect" gesprochen, wobei bei allen diesen Ansätzen und Geräten immer
berücksichtigt wird, daß eine ganz spezifische Energiequelle genutzt wird, ebenso
wie es die herkömmlichen Kraftwerke ebenfalls tun. Es handelt sich hierbei also
genauso wenig um ein "Perpetuum Mobile" wie beispielsweise bei einer
Photovoltaikanlage.
Auch im Internet sind eine Vielzahl von Veröffentlichungen und Hinweise
offenbart. Hierzu wird beispielsweise auf die Geräte- und Erfinderdatenbank des
"Institut For New Energy" in den USA oder die Homepage der "Deutschen
Vereinigung für Schwerkraft-Feld-Energie e. V." in D-53894 Mechernich
verwiesen.
Nach den in den vorstehend erwähnten Büchern von Meyl sowie seinem Aufsatz
"Wechselwirkung der Neutrinos" in NET-Journal Jg. Nr. 3, Heft 1/2, Seiten 14 bis
20 entwickelten Ansätzen, könnte eine Erklärung in der bekannten
Neutrinostrahlung liegen, die seinerzeit bereits von Tesla als unbekannte
Strahlung mit der Bezeichnung "Radiations" angegeben wurde. Die sogenannten
"Over-Unitiy-Geräte" wären danach Neutrinosammler, die in Wechselwirkung mit
den Neutrinos gelangen. Diese Neutrinos verfügen über eine schwingende
Ladung und Masse. Im Mittel ergibt sich keine meßbare Masse und keine
Ladung, da abwechselnd Materie und Antimaterie gebildet wird. Ohne
Wechselwirkung resultiert daraus ein enormes Durchdringungsvermögen. Sie
wechselwirken lediglich mit synchronen Schwingern, die mit ihnen in Resonanz
gehen.
Nach dem aktuellen Stand der Wissenschaft durchdringen Neutrinos die Erde
und treten auch auf der Nachtseite auf. Dabei beträgt die Größenordnung in jeder
Sekunde ca. 66 Milliarden Neutrinos pro cm2. Wäre man in der Lage, alle diese
Neutrinos einzusammeln und zu wandeln, würde die gewonnene Energie
ausreichen, um den Energiebedarf der Weltbevölkerung zu decken. Die
Neutrinos müssen lediglich materialisiert werden, d. h. ihnen muß Masse, Ladung
und die notwendige Ortsfestigkeit gegeben werden. Tesla war dazu grundsätzlich
experimentell mit seinem Patent US 685,957 in der Lage. Im wesentlichen
besteht somit das augenblickliche Problem darin, ein funktionsfähiges Gerät mit
akzeptabler Leistung praktisch zu realisieren, mit dem diese Raumenergie
angezapft werden kann.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit
vorzuschlagen, mit dem ein derartiger Over-Unity-Effekt erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Energiekonverter
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Reihe von
Maßnahmen, die überraschenderweise gefunden wurden. Das Kernstück der
Erfindung ist ein Transformator mit mindestens zwei teilweise bifilar gewickelten
Transformatorspulen auf jeweils ein Metallkern, deren Primärwicklungen parallel
und deren Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet sind. Sogenannte bifilar oder
wirbelförmig gewickelte Transformaterspulen, bei denen die Primär- und
Sekundärwicklung isoliert voneinander gemeinsam um einen Metallkern gewickelt
werden, sind seit Tesla bekannt. Bei dem erfindungsgemäßen Transformator
besteht der Metallkern aus einem geschlossenen Ringkern an den zusätzlich zwei
entfernt der Transformatorwicklungen mit offenen Enden angeformt ist. Damit
erhält der Metallkern in der Seitenansicht die Form des Buchstaben "A" in der
rechteckigen Schreibweise, wie beispielsweise bei optischen Anzeigetafeln. Bei
dem Metallkern kann es sich um übliches Weicheisenmetall oder sonstige
geeignete Kernmaterialien für Transformatoren handeln. Der Kern kann durch
verkleben zweier U-förmiger Metallkerne hergestellt werden, wobei der zweite U-
förmige Metallkern mit seinem Joch beispielsweise über eine Klebeverbindung an
den Stirnseiten der Schenkel des ersten Metallkerns befestigt ist.
Selbstverständlich kann bei einem laminaren Aufbau die Form aus
entsprechendem Blech auch ausgestanzt werden und der Kern einstückig
hergestellt sein. Auf dem von den Stirnseiten der freien Schenkel entfernten Joch
sind die Transformatorwicklungen aufgewickelt.
Der Transformator umfaßt des weiteren die Primär- und die Sekundärwicklungen
der Transformatorspulen, die am Kern beginnend durch eine einen Durchschlag
verhindernde übliche und bekannte Isolierschicht getrennt, teilweise bifilar
gewickelt sind und dann die Sekundärwicklung bis zum Erreichen der
Gesamtwindungszahl allein um die bestehende Wicklungen gewickelt ist. Das
Verhältnis der Windungszahlen zwischen der Primärwicklung und der
Sekundärwicklung kann entsprechend den Anforderungen gewählt werden. Die
Sekundärwicklungen zweier einander zugeordneter Transformatorspulen sind
miteinander verbunden und in Reihe geschaltet. Jeweils zwei, der miteinander
verbundenen Transformatorspulen sind mit ihren freien Schenkelenden einander
zugewandt auf einer Linie durch einen Kreismittelpunkt am Kreisumfang
angeordnet. Abhängig von der zu erzeugenden Energie kann die Anzahl der
Transformatorspulen erhöht werden, wobei jedoch immer Vielfache von zwei
verwendet werden und immer die zwei einander zugehörigen
Transformatorspulen in der vorstehend beschriebenen Art und Weise einander
gegenüber angeordnet sind, so daß sich in der Draufsicht eine sternförmige
Anordnung ergibt. Durch Variation des Abstandes zueinander kann die erzeugte
Energie verbessert oder verschlechtert werden.
Der Energiekonverter umfaßt außerdem einen Impulsgenerator zur Erzeugung
eines ersten hochfrequenten Rechtecksignals und eines zweiten, um die
Pulsbreite verschobenen hochfrequenten Rechtecksignals, wobei die
Rechteckimpulse der beiden Rechtecksignale zueinander derart versetzt sind,
daß der vorangegangene Impuls eindeutig auf Null ist, bevor der nachfolgende
ansteigt. Diese Bedingung ist erforderlich, da andernfalls im Betrieb ein
Kurzschluß entstehen würde. Unter einem hochfrequenten Signal wird im
Rahmen dieser Erfindung eine Frequenz von mindestens 50 kHz verstanden.
Des weiteren umfaßt der erfindungsgemäß ausgestaltete Konverter eine
Leistungsstufe, in der die von einer externen Energiequelle gelieferte
Gleichspannung in eine hochfrequente Wechselspannung umgewandelt und von
dieser den Primärspulen des Transformators zugeführt wird. Die externe
Gleichspannung kann von externen Gleichspannungsenergiespeichern oder vom
Wechselstromnetz mittels Gleichrichter entnommen sein. In der Leistungsstufe
sind mindestens zwei steuerbare Schaltelemente, im nachfolgenden als
Leistungstransistoren bezeichnet, pro Transformatorspule vorgesehen, die
parallel zur externen Energiequelle in Reihe geschaltet sind und mit dem
Mittelabgriff zwischen den Leistungstransistoren mit dem Anschluß der
Primärwicklung verbunden sind. Je nach Leistungsbedarf können weitere
Leistungstransistoren parallel geschaltet sein. Des weiteren sind die
Steueranschlüsse der Leistungstransistoren mit dem Ausgang des
Impulsgenerators verbunden, so daß an diesen das hochfrequente
Rechtecksignal anliegt, wobei an den ersten Leistungstransistor das erste
hochfrequente Rechtecksignal und an den zweiten Leistungstransistor das zweite
Rechtecksignal angelegt ist, so daß die Leistungstransistoren abwechselnd
durchgeschaltet sind. Die Leistungsstufe umfaßt des weiteren mindestens einen
Kondensator pro Leistungstransistor, die parallel zur externen Energiequelle in
Reihe geschaltet sind und mit dem Mittelabgriff zwischen den Kondensatoren mit
dem Anschluß der Primärwicklung verbunden sind. Leistungsabhängig können
anstatt eines Kondensators mehrere Kondensatoren in Reihe geschaltet sein.
Im Betrieb wird somit die von der externen Energiequelle gelieferte Spannung
über die Leistungsstufe hochfrequent getaktet dem Transformator zugeführt.
Dabei wird beim Durchschalten des ersten Leistungstransistors der mit dem
anderen Transistor am einen Anschluß verbunden Kondensator aufgeladen.
Nach dem Umschalten auf den anderen Leistungstransistor wird auch der andere
Kondensator aufgeladen und der zuvor geladene Kondensator gibt seine Energie
an die Transformatorspule ab und hält damit während des Ladevorgangs des
anderen Kondensators die Energiezufuhr zu dem Transformator aufrecht. Dies
geschieht andauernd abwechselnd bei hoher Schaltfrequenz. Am Ausgang des
Transformators entsteht eine hochfrequente Wechselspannung mit Gleichanteil.
Nach Umwandlung durch einen Gleichrichter in eine Gleichspannung wurde
überraschenderweise festgestellt, daß sich am Ausgang eine höhere Spannung
und ein höherer Strom - und damit Leistung - entnehmen läßt, als am Eingang
des Energiekonverters eingespeist und gemessen wurde. Die höhere Leistung
wurde nicht nur durch Messgeräte mit einem bis 800 kHz betreibbaren
Effektivwert-Meßgerät von Fluke sondern auch durch den Betrieb einer der
Ausgangsleistung entsprechenden Lampe experimentell nachgewiesen. Es
wurde dabei festgestellt, daß die Effektivität durch die vorstehend beschriebenen
Merkmale, insbesondere auch der baulichen Ausgestaltung des Transformators
beeinflußt wird. So wird die Leistungsabgabe durch die Anzahl von Transistoren
und Kondensatoren sowie die Ausbildung der Transformatorspulen, durch die
Verwendung von Metallplatten, durch die Anordnung der Transformatorspulen
zwischen den Metallplatten und den Abstand zwischen den Transformatorspulen
beeinflußt. Durch die Anordnung der Transformatorspulen zwischen den
Metallplatten mit einer geschlossenen Seite und einer Öffnung wird beim Betrieb
eine Resonanz erzeugt, die in irgendeiner Form vermutlich mit der Raumenergie
in Wechselwirkung tritt. Bringt man beispielsweise einen nichtmetallischen
Gegenstand durch die Öffnung in den Bereich zwischen den
Transformatorspulen, so verringert sich ebenfalls die Leistung.
Eine genaue Erklärung sowie Berechnungen für das erhaltene Ergebnis liegt bis
jetzt noch nicht vor, könnte jedoch auf der Basis der von Meyl entwickelten
Ansätzen gefunden werden. Tatsache ist jedoch, daß am Ausgang eine
Leistungssteigerung erfolgt und darüber hinaus ein Wärmeentzug in der
Umgebung festgestellt wurde. Gemäß Meyl, Teil 2, Umdruck zum
energietechnischen Seminar, Seite 93 ist der Entzug von Wärmeenergie aus der
Umgebung ein Umstand, der für alle funktionierenden Konverter für Raumenergie
charakteristisch ist. Bereits Tesla hat in seinem vorstehend erwähnten Patent
einen Empfänger für freie Energie vorgeschlagen und gebaut, mit dem er die ihm
unbekannte Energie eingefangen hat. Nach Meyl in den vorstehend genannten
Büchern (insb. Band I, S. 205-207) könnte mit der Wirbeltheorie, in der die
Neutrinos als Ringwirbel erklärt werden, die jeden Augenblick, wie bei
strömungstechnischen Ringwirbeln, ihr Inneres nach außen kehren, die Funktion
der Apperatur von Tesla erklärt werden. War der Ringwirbel zuvor noch
Elektronenwirbel, so zeigt er sich jetzt als Positron; war er negativ, so ist er jetzt
positiv geladen. Anschließend schwingt er wieder zurück. Genauso könnte es
sich auch bei der Erfindung verhaften, indem nämlich durch die permanente
Richtungsumkehr und die Resonanz im Transformator zwischen den
Transformatorspulen, der Transformator alle entsprechend schwingenden
Ringwirbel in der Nähe oder zumindest in dem Bereich zwischen den
Transformatorspulen bei gleichzeitigem Wärmeentzug aus der Umgebung
einsammelt. Wenn der Transformator in der richtigen Resonanzbedingung
schwingt, könnten bei gleicher Phasenlage die entsprechenden Ringwirbel
eingesammelt werden, da diese dann ebenfalls in der Resonanzfrequenz ihre
Polarität wechseln. Eine wissenschaftliche physikalische Erklärung für das
Funktionieren der Erfindung und der Optimierungsparameter dürfte daher auf der
Basis der erwähnten Theorien möglich sein und nicht lange auf sich warten
lassen. Durch weitere Versuche auf der Basis dieser Erfindung werden sich
Gesetzmäßigkeiten finden lassen, die den Aufbau für eine bestimmte Leistung
angeben.
Wenn die Transformatorspulen gemäß einer bevorzugten Ausbildung des
Transformators zwischen den zwei Metallplatten isoliert angeordnet werden,
wobei als Isolationsmaterial entweder Luft oder ein anderes geeignetes
Isoliermaterial, das einen Kurzschluß zwischen den Metallplatten und dem
Metallkern verhindert, verwendet werden kann, so läßt sich eine
Leistungserhöhung gegenüber Platten aus anderen Materialen oder Luft erzielen.
Vorteilhafterweise wird eine weitere Verbesserung durch eine kreisförmige
Öffnung in einer Metallplate mit dem Mittelpunkt über dem Mittelpunkt des
Kreises auf dem die Transformatorspulen angeordnet sind, erzielt.
Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der abzugebenden Leistung erhält man,
wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die kreisförmige Öffnung dem
Kreisumfang entspricht, an dem die Spulen angeordnet sind. Das bedeutet, daß,
wenn die Stirnseiten der Schenkel der Transformaterspulen mit der kreisförmigen
Öffnung fluchten, eine höhere Leistung erzielt wird als wenn dies nicht der Fall ist.
Eine Leistungssteigerung wird auch erreicht, wenn gemäß einer weiteren
bevorzugten Ausbildung des Konverters der Mittelabgriff zwischen den
Leistungstransistoren mit dem kernnahen Anschluß und der Mittelabgriff
zwischen den Kondensatoren mit dem kernfernen Anschluß der Primärspule
verbunden sind.
In einer weiteren, die Leistung steigernden Ausbildung sind die
Sekundärwicklungen am kernfernen Ende miteinander verbunden.
Vorzugsweise weisen die Rechteckimpulsfolgen der beiden den
Steueranschlüssen zugeführten Signale zwischen den Rechteckimpulsen einen
größeren Abstand auf als die Impulsbreite beträgt. Damit wird sicher eine
Überschneidung und somit ein Kurzschluß aufgrund von kurzzeitig gleichzeitig in
Reihe geschalteter Leistungstransistoren vermieden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Übertragung der
hochfrequenten Signale mittels Lichtleitfasern auf optischem Wege. Die
optischen Signale werden vor der Leistungsstufe in einer Treiberstufe in
elektrische Signale umgewandelt und entsprechend verstärkt. Hierzu sind
herkömmliche im Handel erhältliche Bausteine verwendbar, die damit möglichst
nahe an die Leistungsstufe herangebracht werden können, ohne daß lange
Leitungen erforderlich sind. Diese Maßnahme erspart insgesamt eine
Leitungsführung über metallische Kabel im Gehäuse und insbesondere in der
Nähe des Transformators, da in diesen, insbesondere wenn sie noch Schleifen
enthalten, Spannungen induziert werden.
Zur Vereinfachung und besseren Wärmeabfuhr können die Leistungstransistoren
auf einer gemeinsamen Kühlplatte montiert sein, die, wie vorstehend bereits
erwähnt, bei Betrieb durch den Wärmeentzug stark gekühlt wird.
Je nach Bedarf der erforderlichen Spannungsform ist zweckmäßigerweise am
Ausgang des Transformators ein Wechselrichter oder ein Gleichrichter
geschaltet.
Vorzugsweise sind die Transformatorwicklungen (wie bei Teslaspulen üblich) mit
Kupferband hergestellt. Dadurch wird die Wicklungshöhe reduziert und die
Leistungsabgabe gegenüber der Verwendung von Runddrähten verbessert.
Außerdem wird die Aufgabe auch durch das in Anspruch 10 angegebene
Verfahren gelöst. Danach wird mittels der von einer externen
Gleichspannungsquelle bereit gestellten Energie, diese in eine hochfrequente
Spannung und in einen hochfrequenten Strom umgeformt, und anschließend ein
hochfrequentes Resonanzfeld in den Wicklungen und zwischen den Spulen eines
Transformators erzeugt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines detaillierten Ausführungsbeispiels,
ausgelegt für eine bestimmte Leistung, in Verbindung mit den begleitenden
Zeichnungen näher erläutert.
Es stellen dar:
Fig. 1 die bauliche Anordnung der Transformatorspulen zwischen den
Metallplatten des Transformators,
Fig. 2 die Transformatorspule mit Kern in einer Seiten- und Stirnansicht;
Fig. 3 ein Querschnitt durch eine bifilar gewickelte Transformatorwicklung;
Fig. 4 die prinzipielle Schaltungsanordnung eines Energiekonverters mit
einem Transformator mit zwei Transformatorspulen;
Fig. 5 ein Blockschaltbild für die Schaltungsanordnung der einzelnen
Elemente des Energiekonverters gemäß dem Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 die Schaltungsanordnung der elektrischen Komponenten in der
Leistungsstufe des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 sowie die
Beschaltung der Sekundärwicklungen des Transformators;
Fig. 7 ein Pulsdiagramm für die von dem Impulsgenerator erzeugten
Rechteckimpulse;
Fig. 8 ein exemplarischer Schaltplan für die Treiberstufe gemäß dem Aus
führungsbeispiel nach Fig. 5 und
Fig. 9 ein detaillierter Schaltplan für die prinzipielle Beschaltung
innerhalb der Leistungsstufe nach Fig. 5.
Bei dem in nachfolgenden in Verbindung mit den Zeichnungen erläuterten
Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Energiekonverter, der für eine
Leistung von 3000 W ausgelegt ist. Bei einer höheren Leistung können
zusätzliche Transformatorspulen und elektrische Bauelemente hinzugefügt
werden. Eventuell müssen auch die Abmessungen des Transformators gändert
werden.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf den Transformator 1 mit einer teilweise
aufgebrochenen Metallplatte 2 sowie eine Seitenansicht von dem Transformator.
Die Metallplatte 2 besteht aus 2 mm Stahlblech mit den Abmessungen 50 × 50
cm2 und weist eine zentrale kreisförmige Öffnung 3 mit einem Durchmesser von
230 mm auf. Die untere Metallplatte 4 ist geschlossen ohne Öffnung, ebenfalls
aus 2 mm starken Stahlblech hergestellt. Zwischen der unteren Metallplatte 4 und
der oberen Metallplatte 2 sind in dem Ausführungsbeispiel vier
Transformatorspulen 5 bis 8 angeordnet, wobei sich in dem Kern und in den
Metallplatten ein Isoliermaterial (nicht dargestellt), beispielsweise Papier liegt, um
einen Kurzschluß zwischen den Metallplatten und dem Kern zu verhindern. Die
Metallplatten 2, 4 können auch mit Abstand zu den Transformatorspulen 5 bis 8
angeordnet sein. Die Transformatorspulen 5, 6 bzw. 7, 8 stehen sich mit den
Stirnseiten 9 der Schenkel 10 entlang einer durch den Kreismittelpunkt
verlaufenden Linie gegenüber, wobei die Stirnseiten 9 der Schenkel 10 mit der
Kante der Öffnung 3 fluchten. Hier hat sich gezeigt, daß durch diese Anordnung
eine höhere Leistungsentnahme möglich ist, als bei einer größeren Entfernung
der Transformatorspulen 5, 6 bzw. 7, 8 voneinander. Bei der Verwendung von
weiteren Transformatorspulen aufgrund einer höheren Leistungsforderung sind
diese ebenfalls entsprechend entlang dem Rand der Öffnung 3 und gegenüber
sternförmig anzuordnen. Die Transformatorwicklung 11 befindet sich, wie aus der
Figur ersichtlich, auf der der Öffnung 3 abgewandten Seite.
Fig. 2 zeigt den Metallkern 12 mit der Transformatorwicklung 11 in einer Seiten-
und Stirnansicht. Aus der Seitenansicht ist ersichtlich, daß der Transformatorkern
12 aus U-förmigen Kernen 13, 14 zusammengesetzt ist. Die beiden Kerne sind
miteinander verklebt und bilden zusammen in der Seitenansicht die Figur eines A.
Der fordere U-förmige Kern 14 schließt mit seinem Joch 15 den hinteren U-
förmigen Kern 13 magnetisch kurz. Dies war erforderlich, weil keine anderen
Kerne im Handel erhältlich waren. Wesentlich ist die sich ergebende Form des
Metallkernes 12 in Form eines rechteckigen "A". Über das Joch 16 ist die
Transformatorwicklung 11 gewickelt. Nicht dargestellt ist die Herausführung der
Anschlußdrähte in der Wicklung. Die Gesamtschenkellänge des
Transformatorkerns beträgt 9 cm (2 × 4,5 cm) und die Jochlänge außen 8 cm.
Der Kernquerschnitt beträgt 1,8 × 1,8 cm2, daraus ergibt sich eine Schenkellänge
innen von 2,8 cm und eine bewickelbare Jochlänge innen von 4,4 cm.
Fig. 3 zeigt die Transformatorwicklung 11 um das Joch 16 im Schnitt. Dabei
stellt die ausgezogene Linie die Sekundärwicklung 17 und die gestrichelte Linie
die Primärwicklung 18 dar. Wie aus der Figur ersichtlich, sind die Primär- und die
Sekundärwicklung gemeinsam, mit der Sekundärwicklung innen, um den Kern
gewickelt, wobei zwischen den beiden Wicklungen, für den Fachmann
selbstverständlich, übliches Isoliermaterial, beispielsweise Papier gelegt ist (nicht
dargestellt), um einen Spannungsdurchschlag zu vermeiden. In diesem
Ausführungsbeispiel endet die Primärwicklung bei der Hälfte der
Sekundärwicklungen und ist dort für den Anschluß herausgeführt. Sowohl die
innere als auch die äußere Wicklung sind aus einem Kupferband hergestellt,
wobei das Kupferband für die Primärwicklung 18 43 mm breit, 0,2 mm dick und
680 mm lang und das Kupferband für die Sekundärwicklung 43 mm breit, 0,2 mm
dick und 3760 mm lang ist. Es ergeben sich damit sechs Windungen für die
Primärwicklung und 12 Windungen für die Sekundärwicklung. Die kernnahen
Anschlüsse der Primär- und der Sekundärwicklung sind mit 18a bzw. 17a und die
kernfernen mit 18b bzw. 17b bezeichnet.
In Fig. 4 ist die prinzipielle Schaltungsanordnung eines Konverters dargestellt.
An den Eingangsklemmen der Schaltung liegt die Gleichspannung Ue an. Parallel
dazu sind in Reihe geschaltet die zwei steuerbaren Schaltelemente 19 und 20
einerseits und 21 und 22 andererseits. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich
hierbei um Leistungstransistoren vom Typ Recitiefer FA 38 SA 50 A 350 V. Die in
dieser Figur und im Nachfolgenden verwendeten Symbole für die steuerbaren
Schaltelemente beinhalten, daß an dieser Stelle ein oder mehrere parallel
geschaltete Transistoren vorgesehen sein können. Entsprechend verhält es sich
mit den ebenfalls parallel zur Eingangsspannung Ue geschalteten Kondensatoren
23, 24 einerseits und den Kondensatoren 25, 26 andererseits. Auch hier können
anstelle eines Kondensators mehrere Kondensatoren entsprechend der
erforderlichen Leistungsaufnahme in Reihe geschaltet sein. Als Kondensatoren
werden in dem Ausführungsbeispiel Kondensatoren mit 1200 µF, 350 V
verwendet. Der Mittelabgriff zwischen den steuerbaren Schaltelementen 19, 20 ist
mit dem kernnahen Ende 18a der Primärwicklung 18 und der Mittelabgriff
zwischen den Kondensatoren 23, 24 mit dem kernfernen Ende 18b der
Primärwicklung 18 der ersten Trafospule 5 verbunden. Entsprechend verhält es
sich mit dem Mittelabgriff zwischen den steuerbaren Schaltelementen 21, 22 bzw.
zwischen den Kondensatoren 25, 26, die mit der Primärwicklung 18 der
Transformatorspule 6 verbunden sind. Die Sekundärwicklungen 17 sind derart in
Reihe geschaltet, daß die kernfernen Enden 17b miteinander verbunden sind. Am
Ausgang der beiden in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen der Trafospulen
5, 6 liegt die Ausgangsspannung Ua in Form einer hochfrequenten
Wechselspannung mit Gleichanteil an. Diese kann dann je nach Erfordernis
mittels eines herkömmlichen Wechsel- oder Gleichrichters umgewandelt werden.
Die 32 Leistungstransistoren sind alle gemeinsam auf einer nicht dargestellten
Kühlplatte angeordnet.
Die steuerbaren Schaltelemente 20 und 22 werden durch den Impulsgenerator 27
mit einem ersten rechteckigen Impulsfolge mit einer Frequenz von 98 KHz
beaufschlagt, während die steuerbaren Schaltelemente 19, 21 mit einer zweiten
verschobenen Rechteckimpulsfolge, ebenfalls mit 98 KHz, beaufschlagt wird,
derart, daß die Schaltelemente 19, 21 eindeutig immer erst dann öffnen, wenn die
Schaltelemente 20, 22 geschlossen sind, da andernfalls ein Kurzschluß erfolgen
würde. Dies geschieht durch Pulsfolgen, bei denen der Abstand zwischen den
einzelnen Rechteckimpulse größer ist als die Pulsbreite (Fig. 7). Der Unterschied
im Abstand ist von dem Schaltverhalten der verwendeten Leistungstransistoren
abhängig. Bei diesen Schaltvorgängen werden somit die Schaltelemente mit
hoher Frequenz getaktet und entsprechend die Kondensatoren 23 bis 26 geladen
und wieder entladen.
Ausgehend von dieser grundsätzlichen Schaltungsanordnung in Fig. 4 ist in
Fig. 5 ein grobes Blockschaltbild für den Energiekonverter gemäß des
Ausführungsbeispieles dargestellt. Der Impulsgenerator 27, der mit 12 V
Gleichspannung betrieben wird, erzeugt das hochfrequente Rechtecksignal, das
über Lichtleiter 28 zu einer Treiberstufe 29 übertragen wird. Die Treiberstufe 29
wird mit 12 V betrieben und wandelt das optische Signal in ein elektrisches um.
Des weiteren erzeugt sie zwei hochfrequente Rechtecksignale, die, wie bereits
vorstehend erwähnt, um eine halbe Periodendauer verschoben sind. Mittels
dieser Signale, die über die Leitungen 30, 31 zu einer Leistungsstufe 32
übertragen werden, wird in dieser, wie bereits vorstehend beschrieben, die als
Gleichspannung anliegende Eingangsspannung Ue in eine hochfrequente
Spannung und einen hochfrequenten Strom verwandelt und an entsprechende
Transformatorspulen im Transformator 1 angelegt bzw. eingespeist. Im
Ausführungsbeispiel werden, wie in Fig. 1 angegeben, vier Transformatorspulen
verwendet, wodurch sich die in der Fig. 5 gezeigten acht Verbindungsleitungen
zwischen den Leistungsstufe 32 und dem Transformator 1 ergeben. Der Ausgang
des Transformators 1 ist mit einem gängigen Gleichrichter 32, beispielsweise
Brückengleichrichter verbunden, der die Ausgangsspannung Ua als
Gleichspannung zur Verfügung stellt.
In der Fig. 6 ist die Schaltung ähnlich wie in Fig. 4 detaillierter dargestellt. Im
wesentlichen handelt es sich dabei um die Verdopplung der in Fig. 4
dargestellten Schaltelemente 19 bis 22, Kondensatoren 23 bis 26 und der
Wicklungen 17, 18. Eine weitere aufgrund einer höheren Leistung erforderliche
Erhöhung der Schaltelemente und Kondensatoren wäre in entsprechender Art
und Weise auszuführen. Auf der Sekundärseite des Transformators 1 sind die
Sekundärwicklungen der Transformatorspulen 5, 6 in der dargestellten Art und
Weise mit verbundenen kernfernen Anschlüssen in Reihe geschaltet und die
Sekundärwicklungen der Transformatorspulen 7, 8 dazu parallel ebenfalls in
Reihe geschaltet. Die Ausgangsspannung des Transformators 1 wird dem
Gleichrichter 33 zugeführt. In dem Ausführungsbeispiel sind bei jedem der
steuerbaren Schaltelemente 19 bis 22 vier Leistungstransistoren des
angegebenen Typs parallel geschaltet und bei den Kondensatoren 23 bis 26 vier
Kondensatoren dieses Typs in Reihe geschaltet. Damit ergibt sich ein
Gesamtzahl von 32 Leistungstransistoren und 32 Kondensatoren.
In Fig. 7 sind in schematischer Darstellung die Rechteckimpulse der beiden um
eine halbe Periodendauer verschobenen hochfrequenten Steuersignale für die
Schaltelemente 19, 22 als Funktion der Zeit dargestellt. Bei dem
Energiekonverter gemäß des Ausführungsbeispiels wurde der Impulsgenerator
derart eingestellt, daß er ein Rechtecksignal im 80-120 kHz-Bereich,
vorzugsweise 100 kHz, abgibt. In diesem Bereich konnte überhaupt eine
Leistungssteigerung gegenüber der Eingangsleistung bei den verwendeten
Abmessungen erreicht werden, deren Maximum bei ca. 100 kHz lag. Versuche
haben gezeigt, daß bei größeren Abmessungen der Transformatorspulen (Kern
und Wicklungen) Rechtecksignale mit einer höheren Frequenz erforderlich sind,
um eine Leistungssteigerung gegenüber der Eingangsleistung zu erreichen. Hier
sind noch weitere Versuche notwendig, um eine Gesetzmäßigkeit auch im
Hinblick auf die Auslegung bei höheren Leistungsanforderungen zu entwickeln.
Der Vollständigkeit halber ist in der Fig. 8 der Schaltplan der Treiberstufe
dargestellt, die handelsüblich erhältlich ist und mit der die optischen Signale in
elektrische Signale umgewandelt werden. Dazu weist die Schaltung einen
Schmitt-Triger und entsprechende impulsformende elektronische Bauelemente
sowie einen optischen Wandler auf. Dieses fertige Bauteil kann nahe an die zu
steuerenden Leistungstransistoren herangebracht werden, so daß hier keine
langen Leitungswege, die Induktionsströme erzeugen können, erforderlich sind.
Der grundsätzliche Schaltplan der Leistungsstufe ist in Fig. 9 mit nur zwei in
Reihe geschalteten Transistoren 34 und 35 und zwei Kondensatoren 36 und 37
dargestellt, wobei deren Anzahl im Ausführungsbeispiel jeweils vier beträgt. Die
Transistoren sind parallel und die Kondensatoren in Reihe geschaltet. Der
Schaltplan zeigt übliche pulsformende elektrische Bauelemente, wie Dioden 43
und 44, Glättungskondensatoren 38 und 39 sowie Widerstände 40, 41 zur
Abstimmung. Die von der in Fig. 8 eingehenden Impulse der Treiberstufe
werden auf die Schaltung 42 gegeben, die nach erfolgter Pulsformung die
hochfrequente Pulsfolge auf den Steueranschluß des Transistors 34 bzw. 35 bzw.
gleichzeitig auf die jeweils parallel geschalteten, in dieser Figur nicht dargestellten
Transistoren gibt. Der Ausgang wird in bekannter Art und Weise an die
Primärwicklung 18 der entsprechenden Transformatorspule angeschlossen.
Bei einem entsprechend dem Ausführungsbeispiel realisierten Energiekonverter
haben Messungen der Spannung Ue und des Stromes Ie am Eingang und der
Spannung Ua und des Stromes Ia am Ausgang die in der nachfolgenden Tabelle
dargestellten Werte ergeben:
Wie bereits vorstehend erwähnt, handelt es sich bei dem Ausführungsbeispiel um
einen Konverter, der für 3000 W ausgelegt ist. Wie sich durch Vergleich der
Ausgangsleistung Pa zur Eingangsleistung Pe zeigt, beträgt die "Over-Unity" bei
den fünf Meßreihen 1,83; 1,93; 2,11; 2,01; 2,03, d. h. es ist das Doppelte der
zugeführten Energie dem Energiekonverter zu entnehmen. Ein Teil dieser
Energie kann nun als Eingangsenergie wieder in das System eingespeist werden,
so daß ein von einer herkömmlichen (netzabhängigen) Energiequelle unabhängig
arbeitender Konverter zur Energieversorgung bereit steht.
Durch die hochfrequente Ein- und Ausschaltung der steuerbaren Schaltelemente
19 bis 22 werden hochfrequente Spannungen und Ströme erzeugt, die an den
Transformator 1 angelegt werden. Durch die konstruktive Ausgestaltung des
Transformators mit den Transformatorspulen 5 bis 8 und deren Anordnung
zwischen den Metallplatten 2, 4 in Bezug auf die Öffnung 3 bildet sich zwischen
den Metallplatten offensichtlich ein Resonanzfeld aus, das zusätzliche in der
Umgebung vorhandene Energie in das System einspeist, so daß sich am
Ausgang des Transformators eine größere Leistung feststellen läßt, als am
Eingang eingespeist wurde.
Claims (10)
1. Elektrischer Energiekonverter mit
einem Transformator (1) mit mindestens zwei teilweise bifilar gewickelten
Transformatorspulen (5 bis 8) auf jeweils einem Metallkern (12 bis 16), deren
Primärwicklungen (18) parallel und deren Sekundärwicklungen (17) in Reihe
geschaltet sind, wobei
einer Leistungsstufe, in der die von einer externen Energiequelle gelieferte Gleichspannung in eine hochfrequente Spannung umgewandelt und von dieser den Primärspulen (18) des Transformators (1) zugeführt wird, wobei
- 1. der Metallkern (12) aus einem geschlossenen Ringkern besteht, an dem zusätzlich zwei entfernt der Wicklungen (17, 18) Schenkel (10) mit offenen Enden angeformt sind,
- 2. die Primär- und die Sekundärwicklung (18, 17) am Kern (16) beginnend, durch eine einen Durchschlag verhindernde Isolierschicht getrennt, teilweise bifilar gewickelt und dann die Sekundärwicklung (17) bis zum Erreichend der Gesamtwindungszahl allein um die bestehende Wicklungen gewickelt ist,
- 3. jeweils zwei der miteinander verbundenen Transformatorspulen (5, 6; 7, 8) mit ihren freien Schenkelenden einander zugewandt auf einer Linie durch einen Kreismittelpunkt am Kreisumfang angeordnet sind,
einer Leistungsstufe, in der die von einer externen Energiequelle gelieferte Gleichspannung in eine hochfrequente Spannung umgewandelt und von dieser den Primärspulen (18) des Transformators (1) zugeführt wird, wobei
- 1. mindestens zwei steuerbare Schaltelemente (19 bis 22) pro Transformatorspule (5 bis 8) vorgesehen sind, die parallel zur externen Energiequelle in Reihe geschaltet sind und mit dem Mittelabgriff zwischen den Schaltelementen (19, 20 bzw. 21, 22) mit dem einen Anschluß der Primärwicklung (18) verbunden sind,
- 2. die Steueranschlüsse der Schaltelemente (19 bis 22) mit dem Ausgang des Impulsgenerators (27) verbunden sind und an diesen das hochfrequente Rechtecksignal anliegt und die Schaltelemente (19 bis 22) derart taktet, daß die in Reihe geschalteten Schaltelemente (19, 20 bzw. 21, 22) abwechselnd durchgeschaltet sind, und
- 3. mindestens ein Kondensator (23 bis 26) pro Schaltelement (19 bis 22) vorgesehen sind, die parallel zur externen Energiequelle in Reihe geschaltet sind und mit dem Mittelabgriff zwischen den Kondensatoren (23, 24 bzw. 25, 26) mit dem anderen Anschluß der Primärwicklung (18) verbunden sind.
2. Energiekonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Transformatorspulen (5 bis 8) isoliert zwischen zwei Metallplatten (2, 4)
angeordnet sind.
3. Energiekonverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der
Metallplatten (2) einen über dem Kreismittelpunkt angeordnete kreisförmige
Öffnung (3) aufweist.
4. Energiekonverter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
kreisförmige Öffnung (3) dem Kreisumfang entspricht, an dem die Spulen
angeordnet sind.
5. Energiekonverter nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mittelabgriff zwischen den Schaltelementen (19 und 20
bzw. 21 und 22) mit dem kernnahen Anschluß (18a) und der Mittelabgriff
zwischen den Kondensatoren (23 und 24 bzw. 25 und 26) mit dem kernfernen
Anschluß (17b) der Primärspule verbunden sind.
6. Energiekonverter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen der Transformatorspulen (5 und 6
bzw. 7 und 8) mit dem kernfernen Ende 17b miteinander verbunden sind.
7. Energiekonverter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rechteckimpulsfolgen der beiden Signale an den
Steueranschlüssen der Schaltelemente (19 bis 22) zwischen den
Rechteckimpulsen einen größeren Abstand aufweisen, als die Impulsbreite
beträgt.
8. Energiekonverter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Übertragung des hochfrequenten Rechtecksignals
mittels Lichtleitfasern (28) erfolgt und vor der Leistungsstufe (32) eine
Treiberstufe (29) vorgesehen ist, in der die optischen Signale in elektrische
umgewandelt und entsprechend verstärkt werden.
9. Energiekonverter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Transformatorwicklungen (17, 18) mit Kupferband
hergestellt sind.
10. Verfahren zur Konversion elektrischer Energie aus dem Raumenergiefeld, bei
dem mittels der von einer externen Gleichspannungsquelle bereit gestellten
Energie, diese in eine hochfrequente Spannung und in einen hochfrequenten
Strom umgeformt, und anschließend ein hochfrequentes Resonanzfeld in den
Wicklungen und zwischen den Spulen eines Transformators erzeugt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998150311 DE19850311A1 (de) | 1998-11-01 | 1998-11-01 | Elektrischer Energiekonverter und Verfahren zur Energiekonversion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998150311 DE19850311A1 (de) | 1998-11-01 | 1998-11-01 | Elektrischer Energiekonverter und Verfahren zur Energiekonversion |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19850311A1 true DE19850311A1 (de) | 2000-05-04 |
Family
ID=7886320
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998150311 Withdrawn DE19850311A1 (de) | 1998-11-01 | 1998-11-01 | Elektrischer Energiekonverter und Verfahren zur Energiekonversion |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19850311A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022067407A1 (pt) * | 2020-09-29 | 2022-04-07 | Rodrigues Da Cunha Aloysio | Sistema de apoio a distribuição de energia elétrica baseado em biomotogeradores retroalimentados por bobinas de tesla |
-
1998
- 1998-11-01 DE DE1998150311 patent/DE19850311A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2022067407A1 (pt) * | 2020-09-29 | 2022-04-07 | Rodrigues Da Cunha Aloysio | Sistema de apoio a distribuição de energia elétrica baseado em biomotogeradores retroalimentados por bobinas de tesla |
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