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Die
Erfindung betrifft eine Stromerzeugungseinrichtung, mit wenigstens
einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator mit kreisförmig um
den Rotor angeordneten Statormagneten ausgerüstet ist.
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Solche
Stromerzeugungseinrichtungen sind vielfältig aus der Praxis bekannt
und üblicherweise als
Elektromotoren ausgestaltet, die Bewegungsenergie von Wasser, Dampf,
Luft etc. in elektrische Energie umwandeln. Das hat sich bewährt, ist
jedoch vom Wirkungsgrad her verbesserungswürdig. Hier setzt die Erfindung
ein.
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Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige
Stromerzeugungseinrichtung so weiterzuentwickeln, dass der Wirkungsgrad deutlich
erhöht
ist.
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Zur
Lösung
dieser technischen Problemstellung ist Gegenstand der Erfindung
eine Stromerzeugungseinrichtung, mit wenigstens einem Stator und einem
Rotor, wobei der Stator mit kreisförmig um den Rotor angeordneten
Statormagneten und/oder magnetischen Statorelementen ausgerüstet ist,
wobei ferner der Rotor zu den Statormagneten korrespondierende Rotormagneten
und/oder magnetische Rotorelemente aufweist, und wobei die Statormagnete und/oder
magnetischen Statorelemente einerseits sowie die Rotormagnete und/oder
magnetischen Rotorelemente andererseits so angeordnet und auslegt sind,
dass der Rotor infolge der sich überlagernden Anziehungs-/Abstoßungskräfte eine
Drehbewegung vollführt.
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Im
Rahmen der Erfindung kommt es also zu einer Wechselwirkung zwischen
einerseits den Statormagneten und/oder magnetischen Statorelementen
und andererseits den Rotormagneten und/oder den magnetischen Rotorelementen.
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Diese
Wechselwirkung ist durch Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen den einzelnen
Magneten untereinander gekennzeichnet. Dabei erfolgt die Anordnung
der Rotormagneten sowie der Statormagnete respektive der magnetischen
Statorelemente und der magnetischen Rotorelemente so, dass sich
ausgangsseitig eine Drehbewegung des Rotors infolge der Magnetkräfte einstellt. – Magnetische
Statorelemente und Rotorelemente bezeichnen dabei Bauteile, die
nicht permanent magnetisch wirken, beispielsweise Elektromagneten.
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Es
hat sich bewährt,
wenn die Statormagnete in ihrer kreisförmigen Anordnung um den Rotor äquidistant
zueinander angeordnet sind, das heißt, gleichbeabstandet zueinander.
Dabei haben sich besonders Winkelabstände im Bereich zwischen 5° und 60°, insbesondere
zwischen 10° und
35°, als
besonders vorteilhaft herausgestellt.
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Damit
die Drehbewegung des Rotors in elektrische Energie umgesetzt werden
kann, weist der Rotor einen angeschlossenen Generator auf. Dieser Generator
mag unmittelbar auf einer Rotorwelle angeordnet sein, lässt sich
aber auch über
ein Transmissionsmittel, beispielsweise einen Antriebsriemen, eine
Kette etc. antreiben.
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Um
den Rotor in Rotation zu versetzen und wenigstens seine Selbsthemmung
zu überwinden, wird
der Rotor angetrieben. Das kann mit Hilfe eines Motors geschehen,
bei dem es sich vorteilhaft um einen elektrischen Motor handelt.
Meistens sind mehrere Motoren für
den Antrieb des Rotors erforderlich, die kreisförmig im Vergleich zum Rotor
angeordnet sein können.
Die vorerwähnten
Motoren mögen
mit Zahnrädern
in eine Verzahnung eines Antriebsrades des Rotors eingreifen. Dieses
Antriebsrad des Rotors findet sich außenumfangseitig einer Antriebsscheibe, an
welche die Rotorwelle angeschlossen ist.
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Dabei
findet sich die Antriebsscheibe eingangsseitig der Rotorwelle, wohingegen
der stromerzeugende Generator ausgangsseitig der Rotorwelle platziert
ist. Zwischen der Antriebsscheibe und einer Abtriebsscheibe durchgreift
die Rotorwelle den bereits angesprochenen Stator, welcher in der
Art eines Zylindermantels die Rotorwelle umschließt. Der
Zylindermantel bzw. Statormantel mag aus einem nichtmagnetischen
Material gefertigt sein, um eine Beeinflussung der Magnetfeldlinien
auszuschließen,
die von den Statormagneten ausgehen, welche im Stator angeordnet
sind.
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Tatsächlich handelt
es sich bei den Statormagneten üblicherweise
um Permanentmagnete, die in Ausnehmungen im nichtmagnetischen Statormantel
verankert sind. Vergleichbar mag die Rotorwelle aufgebaut sein,
welche ebenfalls vorteilhaft aus einem nichtmagnetischen Material
gefertigt ist und Aufnahmen für
die darin platzierten und ebenfalls als Permanentmagneten ausgeführten Rotormagnete aufweist.
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Im
Querschnitt ist der Statormantel hohlzylindrisch gestaltet und verfügt über eine
Hohlbohrung, durch welche die Rotorwelle mit ihren Rotormagneten
oder magnetisierbaren Rotorelementen geführt ist. Jeweils endseitig
der Rotorwelle finden sich Axialauskragungen, um Axialbewegungen
der Rotorwelle gegenüber
dem Stator zu verhindern. Diese Axialauskragungen führen dazu,
dass der Rotor im Querschnitt eine I-förmige bzw. doppel-T-förmige Gestalt
aufweist. Bei den fraglichen Auskragungen bzw. Axialauskragungen
mag es sich vorteilhaft um einerseits die Antriebsscheibe für den Antrieb
mit Hilfe des einen oder der mehreren Elektromotoren handeln und
andererseits die Abtriebsscheibe, welche mit dem bereits angesprochenen
ausgangsseitigen Generator kämmt
und/oder ein Transmissionsmittel, beispielsweise einen Transmissionsriemen,
zum Antrieb des betreffenden Generator trägt.
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Zur
Stromversorgung des Motors zum Antrieb des Rotors mag eine übliche Stromquelle
dienen, beispielsweise in Gestalt einer Batterie. Außerdem versteht
es sich, dass zwischen der Batterie und dem Motor respektive Elektromotor
zum Antrieb des Rotors gegebenenfalls ein Regler zwischengeschaltet
ist, um eine Anpassung der Spannung und/oder Stromstärke seitens
der Stromquelle an den oder die Elektromotoren vorzunehmen. Die
vorerwähnte Stromquelle
mag zumindest teilweise mit Hilfe der vom ausgangsseitigen Generator
erzeugten elektrischen Energie gespeist werden. Es ist aber auch denkbar,
dass der eine Motor bzw. Elektromotor oder die mehreren Elektromotoren
direkt mit Hilfe der vom Generator erzeugten elektrischen Energie
versorgt werden.
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Im
Ergebnis wird eine Stromerzeugungseinrichtung zur Verfügung gestellt,
die durch einen bisher nicht beobachteten Wirkungsgrad überzeugt
und zudem besonders kompakt aufgebaut ist. Tatsächlich beeinflusst die Anordnung
der Rotormagnete und Statormagnete bzw. der magnetisierbaren Statormagnete
und der magnetisierbaren Rotorelemente zueinander die Ausgangsleistung
des Generators beträchtlich,
wobei sich eine äquidistante
Anordnung der Statormagnete in den angegebenen Winkelabständen als
besonders vorteilhaft herausgestellt hat. Außerdem empfiehlt die Erfindung,
mit mehreren konzentrischen Kreisen an Statormagneten zu arbeiten,
die beabstandet zueinander im Vergleich zur zentralen Rotorwelle
in dem den Zylindermantel bildenden nichtmagnetischen Material des
Stators angeordnet sind. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu
sehen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher
erläutert;
es zeigen:
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1 die
Stromerzeugungseinrichtung in einer Übersicht,
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2 einen
Schnitt durch den Gegenstand nach 1 und
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3 eine
Detailansicht des Stators.
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In
der 1 ist eine Stromerzeugungseinrichtung dargestellt,
die mit wenigstens einem Stator 1a, 1b und einem
Rotor 2 ausgerüstet
ist. Der Stator 1a, 1b ist vorliegend zwei- bzw.
dreigeteilt. Er setzt sich aus einem äußeren Stator 1a und
zwei inneren Statoren 1b zusammen, die jeweils ortsfest
angeordnet sind. Darüber
hinaus verfügt
der Stator 1 über kreisförmig um
den Rotor 2 angeordnete Statormagnete 3, bei welchen
es sich um Permanentmagnete handelt.
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Anhand
der 3 erkennt man, dass mehrere konzentrische Kreise
an Statormagneten 3 realisiert sind, und zwar im Ausführungsbeispiel
insgesamt drei Kreise im im Vergleich zu einer zentral angeordneten
Rotorwelle 4 des Rotors 2, was selbstverständlich nicht
einschränkend
zu verstehen ist. Die Statormagneten 3 sind jeweils in
einem Zylindermantel bzw. Statormantel 5a, 5b platziert.
Dabei verfügt
der äußere Stator 1a über den äußeren Statormantel 5a,
wohingegen der innere Stator 1b den inneren Statormantel 5b aufweist.
Die Zylindermäntel 5a, 5b des
Sators 1a, 1b sind jeweils aus einem nichtmagnetisierbaren
Material gefertigt, beispielsweise aus Messing oder Edelstahl, wohingegen
die Statormagnete 3 als Permanentmagnete aus beispielsweise
Neodym hergestellt sind.
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Zu
den Statormagneten 3 des Stators 1a, 1b korrespondieren
Rotormagnete 6, die im Ausführungsbeispiel ebenfalls als
Permanentmagnete aus Neodym hergestellt sind. Wie die Statormagnete 3, werden
die Rotormagnete 6 in Ausnehmungen aufgenommen, und zwar
vorliegend in der ebenfalls aus nichtmagnetischem Material gefertigten
Rotorwelle bzw. einer Rotorscheibe 4a. Dagegen finden sich
die Ausnehmungen zur Aufnahme der Statormagnete 3 in den
ebenfalls nichtmagnetischen Zylindermänteln 5a, 5b des
Stators 1a, 1b.
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Anstelle
der Rotormagneten 6 können grundsätzlich auch
magnetisierbare Rotorelemente zum Einsatz kommen. Das gilt prinzipiell
auch für
die Statormagnete 3. Dabei ist insgesamt die Auslegung so
gewählt
und getroffen, dass die Statormagnete 3 einerseits und
die Rotormagnete 6 andererseits so angeordnet sind, dass
der Rotor 2 bzw. dessen Rotorwelle 4 infolge der
sich überlagernden
Anziehungs-/Abstoßungskräfte der
Statormagneten 3 und Rotormagneten 6 eine Drehbewegung
vollführt.
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Damit
der Rotor 2 bzw. die Rotorwelle 4 zu Beginn der
Drehbewegung eine etwaige Selbsthemmung überwindet, sind mehrere Motoren 7 eingangsseitig
der Rotorwelle 4 an diese angeschlossen. Tatsächlich handelt
es sich bei den Motoren 7 um Elektromotoren, die mit einer
eingangsseitig der Rotorwelle 4 vorgesehenen Antriebsscheibe 4a kämmen bzw.
in eine dort realisierte Außenverzahnung
mit einer eigenen Verzahnung eingreifen.
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Mit
Hilfe eines lediglich angedeuteten Generators 8 wird nun
aufgrund der Drehbewegung der Rotorwelle 4 elektrischer
Strom erzeugt. Dazu mag der Generator 8 unmittelbar mit
der Rotorwelle 4 oder auch der Antriebsscheibe 4a kämmen oder
ist über ein
nicht dargestelltes Transmissionsmittel mit der Rotorwelle 4 bzw.
der Antriebsscheibe 4a verbunden.
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Anhand
der Schnittdarstellung in 2 erkennt
man, dass die Antriebsscheibe 4a der Rotorwelle 4 das
Axialspiel der Rotorwelle 4 insgesamt gegenüber dem äußeren Zylindermantel 5a begrenzt. Das
gilt auch im Hinblick auf den inneren Zylindermantel 5b des
inneren Stators 1b. Tatsächlich sind an dieser Stelle
jeweils Hohlbohrungen 9a, 9b realisiert. Zum einen
eine Hohlbohrung 9b zwischen der Rotorwelle 4 und
dem inneren Zylindermantel bzw. Statormantel 1b und zum
anderen eine weitere Hohlbohrung 9a zwischen der Antriebsscheibe 4a und dem äußeren Zylindermantel
bzw. Statormantel 5a.
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Auf
diese Weise werden etwaige Axailbewegungen der Rotorwelle 4 verhindert.
Dabei formt die Rotorwelle 4 in Verbindung mit der Antriebsscheibe 4a im
Querschnitt ein I bzw. besitzt eine doppel-T-förmige Gestalt.
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Für die Stromversorgung
des Motors bzw. der mehreren Elektromotoren 7 sorgt eine
Stromquelle 10, bei welcher es sich um eine Batterie handeln
mag. Zusätzlich
zu dieser Stromquelle 10 ist ein nachgeschalteter Regler 11 realisiert,
welcher für
die Aufbereitung von Strom und Spannung der seitens der Stromquelle 10 zur
Verfügung
gestellten elektrischen Energie sorgt. Die Stromquelle 10 mag
ihrerseits mit Hilfe des Generators 8 mit elektrischem Strom
versorgt werden, wie eine Verbindungsleitung andeutet. Grundsätzlich kann
der Generator 8 aber auch direkt die einzelnen Elektromotoren 7 mit
Strom versorgen, sobald der Rotor 2 bzw. dessen Rotorwelle 4 rotiert
und folgerichtig der Generator 8 Strom erzeugt.
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Es
hat sich gezeigt, dass die dargestellte Stromerzeugungseinrichtung über einen
besonders hohen Wirkungsgrad verfügt. Denn die sich gegenseitig
anziehenden und abstoßenden
Statormagneten 3 und Rotormagneten 6 unterstützen eine
Drehbewegung der Rotorwelle 4, die zunächst initiativ von einem oder
mehreren Elektromotoren 7 zur Überwindung der Selbsthemmung
in Gang gesetzt wird. Eine weitere Drehbewegung der Rotorwelle 4 mag
dann über äußere Kräfte, beispielsweise
Windkraft, Wasserkraft, Dampfkraft etc. erfolgen. Hierin sind die
wesentlichen Vorteile zu sehen.