DE19901201C2

DE19901201C2 - Unipolarmaschine mit einem Kugellager

Info

Publication number: DE19901201C2
Application number: DE1999101201
Authority: DE
Inventors: Walter Thurner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2019-01-15
Also published as: DE19901201A1

Abstract

Die Unipolarmaschine weist ein Kugellager (1, 5, 6) mit zwei Eigenschaften auf, das einerseits als thermodynamische Antriebswirkung wirkt und andererseits als Stromabnehmer arbeitet. Die Unipolarmaschine (1, 2, 10) erzeugt mit dem beschleunigten Rotor (1) und mit den Erregermagneten (2, 10) elektrische Energie. Diese elektrische Energie wird mit den Lagerkugeln (5) des Kugellagers (1, 5, 6) als Stromabnehmer von dem Rotor (1) abgenommen. Der elektrische Strom, der über die Lagerkugeln (5) fließt, erhitzt die Oberflächen an den Kontaktstellen der Lagerkugel (5), die sich auf der punktförmigen Oberfläche ausdehnen und es kommt zu einer Kolbenwirkung, die eine treibende Kraft ausübt und den Antrieb unterstützt. Der Antrieb ist wahlweise möglich, er kann mechanisch zugeführt als Generator betrieben werden, oder über eine Stromquelle wird elektrische Energie angeklemmt. Bei Zuführung von elektrischer Energie (4) wird im Magnetfeld der Erregermagneten (2, 10) der fließende Strom in der drehenden Lagerschale (1) durch die Lorenzkraft abgedrängt und damit wird durch die Drehbewegung der Lagerschale (1) und die thermodynamische Antriebswirkung des Kugellagers (1, 5, 6) an der drehenden Lagerschale (1) bzw. Rotor ein Drehmoment erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Unipolarmaschine mit einem Kugella ger.

In einem konventionellen Induktionsgenerator wird Elektrizität dadurch erzeugt, daß sich Spule und Magnetfeld relativ zueinan der bewegen. Im Gegensatz zum konventionellen Induktionsgenera tor wird bei der Unipolarmaschine ein Leiter durch ein stehen des Magnetfeld rotiert. Führt man der Unipolarmaschine eine Gleichspannung zu, so bewirkt die Lorenzkraft eine Drehbewegung am Rotor. Bei Bürstenkontakt entsteht bei hohen Drehzahlen auf den großen Rotorradien eine große Reibung, Erhitzung und Brems kraft, was den Einsatz der Unipolarmaschine bis heute hinderte.

Aus der DE-PS 2 10 250 ist eine Vorrichtung zur Abnahme des Stromes vom Umfange schnelllaufender Unipolarmaschinen bekannt. Diese besteht aus am Umfang des Rotors der Maschine mit umlau fenden, kugelgelagerten Laufrollen, die den Kontakt zwischen der Stirnseite des Rotors und eines diesen umgebenden, festste henden Ringes herstellen. Um den Kontakt sicherzustellen, wird vorgeschlagen, den äußeren Ring abzufedern.

Bei der Unipolarmaschine der GB-PS 571 443 wird vorgeschlagen, die Kugellager zur Stromabnahme zu verwenden, um so die Bürsten zu ersetzen. Bevorzugt werden aber separate Kugellager aus Kup fer oder Messing vor geschlagen, die alleine der Stromleitung dienen. Um den Kontakt zu verbessern, wird vorgeschlagen, die Lagerflächen der Kugellager konisch auszuführen und die Kugeln axial mittels Federn an die Lagerflächen anzudrücken.

Aus der DE-PS 7 45 631 ist ein Stromabnehmer für elektrische Ma schinen bekannt. Dieser besteht aus einem Wälzlager, bei dem neben Abstandsrollen Schraubenfedern angeordnet sind, deren Durchmesser größer als der der Abstandsrollen ist. Dadurch soll ein ausreichender Kontaktdruck erzeugt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Unipolarmaschine anzugeben, die zusätzlich zu der durch Induktion umgewandelten Energie ei ne thermodynamischen Effekt nutzt.

Durch die Zusammenführung der Unipolarmaschine und der thermo dynamischen Eigenschaft des Kugellagers sind neue Wege in der Energiewandlung und Gewinnung möglich geworden.

Die Unipolarmaschine hat folgende Vorteile:

- Es gibt keine Polreibung und keine Polgegenkräfte.
- Es sind keine Wicklungen vorhanden, dessen Pole den Erreger magneten entgegenarbeiten (Gegen EMK).
- Kleiner Innenwiderstand.

Vorteile durch das Kugellager:

- Die Unipolarmaschine und das Kugellager lassen sich baulich und elektrisch sehr gut zusammenführen.
- Die Oberflächenausdehnung an den Kontaktstellen der Lagerku geln bewirkt eine Kolbenwirkung und somit eine Antriebs kraft.
- Durch den Einsatz von Kontaktfett gibt es wenig Abrieb und Funkenbildung an den Kontaktstellen.
- Dadurch, daß die Kugel in der Lagerschale stark verkeilt ist, ist der elektrische Widerstand sehr klein und damit ist auch die Erwärmung nicht von Bedeutung.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Seitenschnitt durchs Zentrum der Unipolarma schine mit den möglichen Stromkreisen und mit Ständer- Erregermagneten (10).

Fig. 2 zeigt die Vorderansicht der Unipolarmaschine ohne Stän der-Erregermagneten (10).

Die Unipolarmaschine weist ein Kugellager als Stromabnehmer und thermodynamischem Antrieb auf. Die Unipolarmaschine besteht aus einem rotierenden Rotor 1 und axial angebrachten Erregermagne ten 2, 10. Die Einzelteile der Unipolarmaschine bestehen aus einer drehenden inneren Lagerschale 1, die gleichzeitig der Ro tor 1 der Unipolarmaschine ist, einer stehenden äußeren Lager schale 6, die mit dem Ständer 9 verbunden ist, und aus Lagerku geln 5. Treibt man die Unipolarmaschine mechanisch an, so ent steht durch das Magnetfeld der Erregermagneten 2, 10 im Rotor 1 eine Induktion. Diese durch die Induktion ausgelöste elektri sche Energie fließt über die Lagerkugeln 5, die stehenden La gerschale 6, Verbraucher 3 und Bürsten 7 zurück zum Rotor 1. Die Lagerkugeln 5 der Maschine werden vom Strom durchflossen und erhitzen sich an den Kontaktstellen zwischen den Lagerscha len 1, 6 und den Lagerkugeln 5. Die Erhitzung der Kontaktstel len hat zur Folge, daß sich die punktförmige Oberfläche an den Kontaktstellen so ausdehnt, daß es zu einer Kolbenwirkung kommt. Das Kugellager bewirkt in Verbindung mit dem elektri schen Strom einen thermodynamischen Motor, der die drehende La gerschale 1 antreibt. Die Erregermagnete 2, 10 werden am Stän der 9, an der drehenden Lagerschale 1 oder an beiden befestigt. Bei der Anordnung der Erregermagnete 2 an der drehenden Lager schale 1 rotieren die Erregermagnete 2 mit der Lagerschale 1 mit. Das Magnetfeld der Erregermagnete 2 hingegen bildet ein stehendes Magnetfeld. Der Rotor 1 läuft deshalb durch das ste hende Magnetfeld und erzeugt im Rotor 1 eine Induktion.

Die Antriebswirkung des Kugellagers ist um so größer, je härter die Oberflächen der Kugeln und Lagerschalen 1, 6 sind. Die Aus dehnungen auf der Oberfläche des Materials sind sehr gering und würden sich im Material eindrücken oder einbrennen, wenn es nicht auf harten Widerstand stoßen. Harte Oberflächen und die stark verkeilten Kugeln zwischen den Lagerschalen 1, 6 sind für die Wirkung des Kugellagers als Antriebskraft wichtig.

Wenn anstelle des Verbrauchers 3 eine Stromquelle 4 in den Stromkreis geschaltet wird, so wird der Rotor 1 durch den Stromfluß im Rotor 1 in Verbindung mit der Lorenzkraft und dem Magnetfeld der Erregermagnete 2, 10 in Bewegung gesetzt. Die Unipolarmaschine zusammen mit dem thermodynamischen Antrieb des Kugellagers ergibt eine Antriebskraft mit besonders hohem Wir kungsgrad.

Kugellagermaschine der vorliegenden Erfindung als Generator

Die über die Welle 8 beschleunigte drehende Lagerschale 1 er zeugt zusammen mit dem Magnetfeld der Erregermagnete 2, 10 elektrische Energie. Diese wird mit den Lagerkugeln 5 vom Scheibenrand der drehenden Lagerschale 1 abgenommen. Über die stehende Lagerschale 6, den Verbraucher 3, Bürsten 7 und dem Zentrum der drehenden Lagerschale 1 wird der Stromkreis ge schlossen. Der Strom des geschlossenen Stromkreises bewirkt an den Kontaktstellen der Lagerkugeln 5 durch die Erwärmung eine Ausdehnung, was einer Kolbenbewegung entspricht und die innere Lagerschale 1, die gleichzeitig der Rotor der Unipolarmaschine ist, zusätzlich antreibt.

Kugellagermaschine der vorliegenden Erfindung als Motor

Schließt man im Stromkreis anstelle eines Verbrauchers eine Stromquelle 4, so wird der über die drehende Lagerschale 1 fließende Strom von der Lorenzkraft und dem stehenden Magnet feld der Erregermagnete 2, 10 abgedrängt und die drehende La gerschale 1 in eine Drehbewegung versetzt. Wie beim Generator betrieb unterstützen die Lagerkugeln 5 durch den Stromfluß die Antriebswirkung im Motorbetrieb und verbessern den Wirkungs grad.

Claims

1. Unipolarmaschine zur Verwendung als Motor oder Generator be stehend aus

- mindestens einem Kugellager mit einer feststehenden, elektrisch leitenden, äußeren Lagerschale (6) und einer elektrisch leitenden, inneren Lagerschale (1) sowie elek trisch leitenden Lagerkugeln (5), wobei die innere Lager schale (1) als Rotor der Unipolarmaschine ausgebildet ist,
- mindestens einem unipolarem Magneten (2, 10), der in glei cher Ebene zur inneren Lagerschale (1) angeordnet ist,
- mindestens einem elektrischen Kontaktpunkt im Zentrum der inneren Lagerschale (1) sowie mindestens einem festen Kontaktpunkt an der äußeren Lagerschale (6) für die Zu fuhr/Abnahme des Stromes zum/vom Rotor der Unipolar maschine,

wobei die Lagerkugeln (5) zwischen der äußeren Lagerschale (6) und der inneren Lagerschale (1) stark verkeilt sind und der Strom durch die Lagerkugeln (5) die innere Lager schale (1) thermodynamisch durch Erwärmung und Oberflä chenausdehnung an den Kontaktstellen der Lagerkugeln (5) und Lagerschalen (1, 6) antreibt.

2. Unipolarmaschine nach Anspruch 1, wobei das Kugellager mit Kontaktfett geschmiert wird.

3. Unipolarmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der minde stens eine Magnet (2, 10) entweder als Permanentmagnet oder Elektromagnet ausgebildet ist.

4. Unipolarmaschine nach Anspruch 1 bis 3, wobei der mindestens eine Magnet (2) auf der inneren Lagerschale (1) angeordnet ist.

5. Unipolarmaschine nach Anspruch 1 bis 3, wobei der mindestens eine Magnet (10) am Ständer (9) angeordnet ist.

6. Unipolarmaschine nach Anspruch 1 bis 3, wobei Magnete (2, 10) auf der inneren Lagerschale (1) und zugleich am Ständer (9) angeordnet werden.

7. Unipolarmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die komplette Anordnung aus einem ferromagnetischen Material besteht.

8. Unipolarmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zwei Kugellager auf einer Welle (8) angeordnet sind, an den beiden äußeren Lagerschalen (6) Kontaktpunkte für die Zufuhr/Abnahme des Stromes zu den/von den Roto ren der Unipolarmaschinen vorgesehen sind und der Stromkreis der beiden Unipolarmaschinen über die Welle (8) geschlossen wird.