DE202011106968U1

DE202011106968U1 - Magnet rotor system

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Publication number: DE202011106968U1
Application number: DE201120106968
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2012-02-28
Anticipated expiration: 2021-10-20

Abstract

Einrichtung zur berührungsfreien Kraftverstärkung sowie zur Umwandlung magnetischer Energie von Permanentmagneten in kinetische oder elektrische Energie und zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische mit Hilfe von Magnetfeldern.Device for non-contact force amplification and for converting magnetic energy from permanent magnets into kinetic or electrical energy and for converting mechanical energy into electrical energy with the aid of magnetic fields.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur berührungsfreien Kraftverstärkung. Die Einrichtung ist geeignet zur berührungsfreien Kraftverstärkung sowie zur Umwandlung magnetischer Energie in kinetische oder elektrische Energie und zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische mit Hilfe von Magnetfeldern.The invention relates to a device for non-contact power amplification. The device is suitable for non-contact power amplification and for the conversion of magnetic energy into kinetic or electrical energy and for the conversion of mechanical energy into electrical by means of magnetic fields.

Die Einrichtung ist geeignet zur Umwandlung magnetischer Energie von Permanentmagneten technischer Anlagen in Rotationsenergie oder elektrische Energie mit kraftverstärkendem Effekt. Die Erfindung ist in vielen Bereichen der Gesellschaft anwendbar, zum Beispiel in der Energieerzeugung und in der Verkehrsindustrie.The device is suitable for converting magnetic energy from permanent magnets of technical equipment into rotational energy or electrical energy with force-enhancing effect. The invention is applicable in many areas of society, for example in power generation and in the transportation industry.

Die Erfindung beruht auf der Ausnutzung von magnetischen Abstossungs- und Anziehungseffekten von rotierbaren Teilsystemen technischer Anlagen und wird in der Beschreibung am Ausführungsbeispiel der Kraftübertragung über rotierende Magnetfelder näher beschrieben und im Anschluss verallgemeinert.The invention is based on the utilization of magnetic repulsion and attraction effects of rotatable subsystems of technical systems and is described in detail in the description of the embodiment of the power transmission via rotating magnetic fields and generalized in the following.

Es sind zahlreiche Einrichtungen zur Kraftübertragung und Energiewandlung über rotierende Magnetfelder bekannt, die die Energie statischer Magnetfelder nutzen, Arbeit zu verrichten. So beruht die Arbeitsweise jedes Elektromotors auf der Kraftwirkung zwischen Magnetfeldern [ Tipler P. A. Physics for Scientists and Engineers. New York, 1991, p. 438 ff ].There are numerous devices for power transmission and energy conversion via rotating magnetic fields known that use the energy of static magnetic fields to do work. Thus, the operation of each electric motor is based on the force effect between magnetic fields [ Tipler PA Physics for Scientists and Engineers. New York, 1991, p. 438 ff ].

Dabei erzeugt eine an die Ankerwicklung angelegte elektrische Spannung einen Ankerstrom und dieser ein Magnetfeld, das sich mit dem eines Feldmagneten (Permanentmagneten) überlagert. Dadurch entsteht eine Kraftwirkung, die den Rotor in Drehung versetzt. Das erzeugte Drehmoment hängt von der Anzahl der Windungen, dem Ankerstrom, der magnetischen Induktion, der Fläche einer Windung, der Winkelgeschwindigkeit der Spule und der Zeit seit dem Durchlaufen einer Anfangsstellung rechtwinklig zur Richtung des magnetischen Feldes ab.In this case, an electrical voltage applied to the armature winding generates an armature current and this magnetic field superimposed on that of a field magnet (permanent magnet). This creates a force that sets the rotor in rotation. The torque generated depends on the number of turns, the armature current, the magnetic induction, the area of a turn, the angular velocity of the coil, and the time since passing through an initial position perpendicular to the direction of the magnetic field.

Gegenwärtig ist jedoch keine Einrichtung bekannt, das die Energie nur von rotierenden Permanentmagneten zur Energiewandlung und Kraftverstärkung nutzt.At present, however, no device is known that uses the energy only of rotating permanent magnets for energy conversion and power amplification.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtungen anzugeben, die zur Energieumwandlung von magnetischer Energie von Permanentmagneten in Rotations- oder kinetische Energie verwendet werden können, um einen kraftverstärkenden Effekt zu erzielen und die Einrichtung zur Stromerzeugung einzusetzen.The invention has for its object to provide a device that can be used for energy conversion of magnetic energy from permanent magnets in rotational or kinetic energy to achieve a force-enhancing effect and use the device for power generation.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zur Energieumwandlung und Kraftverstärkung, bei dem mittels einer geeigneten Konstruktion von Permanentmagneten, zweier magnetischer Rotoren unter gezielter Ausnutzung von magnetischer Abstossung und magnetischer Anziehung zwischen den Permanentmagneten beiden Rotoren Bewegungsenergie erzeugt wird, so dass eine Energieumwandlung von magnetischer Energie in mechanische Energie effizient durchgeführt werden kann.This object is achieved by a device for energy conversion and power amplification, in which by means of a suitable design of permanent magnets, two magnetic rotors under targeted utilization of magnetic repulsion and magnetic attraction between the permanent magnets of both rotors kinetic energy is generated, so that an energy conversion of magnetic energy mechanical energy can be efficiently performed.

Die Kraftwirkung zwischen den beiden Rotoren entsteht durch die Ausnutzung des Grundgesetzes der magnetischen Wirkung, nämlich dass sich gleichnamige magnetische Pole abstossen und ungleichnamige anziehen [ Tipler P. A. Physics for Scientists and Engineers. New York, 1991, p. 438 ff ]. Im Unterschied zum Verfahren des herkömmlichen Elektromotors, bei dem die magnetische Kraftwirkung durch Elektro- und Permanentmagnete erzeugt wird, werden erfindungsgemäß nur Permanentmagnete verwendet.The force effect between the two rotors arises from the utilization of the basic law of the magnetic effect, namely that repelled the same magnetic poles and attract unlike names [ Tipler PA Physics for Scientists and Engineers. New York, 1991, p. 438 ff ]. In contrast to the method of the conventional electric motor, in which the magnetic force is generated by electric and permanent magnets, only permanent magnets are used according to the invention.

Die Erfindung hat das Ziel, ein Einrichtung anzugeben, das unter Ausnutzung von Resonanzeffekten, die bei den Kreisfrequenzen der beiden Rotoren auftreten, den Wirkungsgrad technischer Anlagen zu steigert, um die Einrichtung der Energieumwandlung und Kraftverstärkung effizient einzusetzen.The object of the invention is to provide a device which, by utilizing resonance effects occurring at the angular frequencies of the two rotors, increases the efficiency of technical installations in order to efficiently use the device of energy conversion and power amplification.

Die Lösung der Aufgabe wird im weiteren am konkreten Ausführungsbeispiel des Magnetrotorsystems (MRS) anhand einer Zeichnung beschrieben.The solution of the problem will be described below with reference to a concrete drawing on the specific embodiment of the magnetic rotor system (MRS).

Die Energieumwandlung von magnetischer Energie in mechanische Rotations- und/oder elektrische Energie wird im Ausführungsbeispiel gelöst durch eine Einrichtung bestehend aus einem rotierenden Permanentmagneten (antreibender Rotor) und einer Scheibe, an deren Peripherie weitere Permanentmagnete angeordnet sind (angetriebener Rotor).The energy conversion of magnetic energy into mechanical rotational and / or electrical energy is achieved in the exemplary embodiment by a device consisting of a rotating permanent magnet (driving rotor) and a disk on the periphery of which further permanent magnets are arranged (driven rotor).

Erfindungsgemäß wird das Magnetrotorsystem (MRS) wie folgt konstruiert:
Das MRS besteht aus einer horizontal drehbar gelagerten Scheibe, an deren Peripherie in gleichen Abständen voneinander Permanentmagnete befestigt sind (angetriebener Rotor) und aus einem räumlich getrennt angeordneten einzelnen drehbar gelagerten Permanentmagneten (antreibender Rotor).According to the invention, the magnetic rotor system (MRS) is constructed as follows:
The MRS consists of a horizontally rotatably mounted disc, at the periphery of which are fixed at equal distances from each other permanent magnets (driven rotor) and from a spatially separated individually rotatably mounted permanent magnet (driving rotor).

Die kugelgelagerte vertikale Drehachse der Scheibe des angetriebenen Rotors befindet sich im Mittelpunkt der Scheibe. Die magnetischen Pole der Permanentmagnete an der Peripherie der Scheibe des angetriebenen Rotors sind horizontal ausgerichtet und dabei so angeordnet, dass die magnetischen Pole unmittelbar benachbarter Magneten relativ zueinander um einen Winkel von 90 Grad horizontal gedreht sind. Somit sind die Pole jedes vierten Magneten horizontal gleich ausgerichtet. Aus dieser Anordnung folgt, dass die Anzahl der Permanentmagneten an der Peripherie des angetriebenen Rotors durch 4 teilbar sein muss. Im Ausführungsbeispiel wurden 32 Permanentmagnete vom Typ NdFeB an der Peripherie der Scheibe des angetriebenen Rotors plaziert.The ball-bearing vertical axis of rotation of the disc of the driven rotor is located in the center of the disc. The magnetic poles of the permanent magnets at the periphery of the driven rotor disk are horizontally aligned while being arranged so that the magnetic poles of immediately adjacent magnets are horizontal relative to each other through an angle of 90 degrees are turned. Thus, the poles of each fourth magnet are aligned horizontally the same. It follows from this arrangement that the number of permanent magnets at the periphery of the driven rotor must be divisible by 4. In the embodiment, 32 NdFeB type permanent magnets were placed on the periphery of the driven rotor disk.

Die magnetischen Pole des Permanentmagneten des antreibenden Rotors sind ebenfalls horizontal ausgerichtet. Die Drehungen des antreibenden Rotors müssen so erfolgen, dass eine optimale Kraftübertragung zwischen dem Magnetfeld des Permanentmagneten des antreibenden Rotors und den Magnetfeldern der Permanentmagneten des angetriebenen Rotors stattfindet. Erfindungsgemäß wird dies durch die Steuerung der Rotationsfrequenz des antreibenden Rotors erreicht.The magnetic poles of the permanent magnet of the driving rotor are also aligned horizontally. The rotations of the driving rotor must be such that optimum transfer of force takes place between the magnetic field of the permanent magnet of the driving rotor and the magnetic fields of the permanent magnet of the driven rotor. According to the invention this is achieved by controlling the rotational frequency of the driving rotor.

Im Ausführungsbeispiel wird die Drehung des antreibenden Rotors durch einen Gleichstrom-Elektromotor erzeugt, auf dessen Antriebswelle der Permanentmagnet des antreibenden Rotors befestigt ist.In the embodiment, the rotation of the driving rotor is generated by a DC electric motor, on the drive shaft of which the permanent magnet of the driving rotor is fixed.

Der antreibende Rotor wird nun in geringer Entfernung vom angetriebenen Rotor plaziert. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Entfernung zwischen dem Permanentmagneten des antreibenden Rotors und den Permanentmagneten an der Peripherie des angetriebenen Rotors 3 bis 5 Zentimeter. Dabei muss der Permanentmagnet des antreibenden Rotors in einer horizontalen Ebene mit den Permanentmagneten des angetriebenen Rotors plaziert werden.The driving rotor is now placed at a short distance from the driven rotor. In the embodiment, the distance between the permanent magnet of the driving rotor and the permanent magnet at the periphery of the driven rotor is 3 to 5 centimeters. In this case, the permanent magnet of the driving rotor must be placed in a horizontal plane with the permanent magnets of the driven rotor.

Nun bringt man den antreibenden Rotor in Rotation, was im Ausführungsbeispiel durch langsam zunehmende Stromzufuhr auf den Gleichstrom-Elektromotor des antreibenden Rotors erreicht wird.Now brings the driving rotor in rotation, which is achieved in the embodiment by slowly increasing power to the DC electric motor of the driving rotor.

Bedingt durch die Kräfte der magnetisches Anziehung bzw. Abstoßung, die zwischen dem Permanentmagneten des antreibenden Rotors und den Permanentmagneten des angetriebenen Rotors entstehen, versetzt der antreibenden Rotor nun auch den angetriebenen Rotor in eine Drehbewegung. Auf diese Weise wird die Energie der Drehbewegung des antreibenden Rotors über die Magnetfelder der Permanentmagneten auf den angetriebenen Rotor übertragen, der dadurch in eine Drehbewegung versetzt wird.Due to the forces of magnetic attraction or repulsion that arise between the permanent magnet of the driving rotor and the permanent magnet of the driven rotor, the driving rotor now also puts the driven rotor in a rotary motion. In this way, the energy of the rotational movement of the driving rotor is transmitted via the magnetic fields of the permanent magnets to the driven rotor, which is thereby set in a rotational movement.

Im Ausführungsbeispiel sind die magnetischen Pole der 32 Permanentmagnete an der Peripherie des angetriebenen Rotors relativ zueinander um einen Winkel von 90 Grad gedreht, so dass die Pole jedes vierten Magneten gleich ausgerichtet sind. Somit ist der Wirkungsgrad der Kraftübertragung vom sich drehenden Magneten des antreibenden Rotors auf die Permanentmagneten des angetriebenen Rotors maximal, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Rotation des antreibenden Rotors 32/4 = 8 mal höher ist als die Winkelgeschwindigkeit der Rotation des angetriebenen Rotors.In the embodiment, the magnetic poles of the 32 permanent magnets are rotated at the periphery of the driven rotor relative to each other by an angle of 90 degrees, so that the poles of each fourth magnet are aligned the same. Thus, the transmission efficiency of the rotating magnet of the driving rotor to the permanent magnets of the driven rotor is maximum when the angular speed of rotation of the driving rotor 32/4 = 8 times higher than the angular speed of rotation of the driven rotor.

Aufgrund dessen, dass sich der angetriebene Rotor 8 mal langsamer dreht als der antreibende Rotor, wird nicht nur eine Kraftübertragung vom sich drehenden Magneten des antreibenden Rotors auf die Permanentmagneten des angetriebenen Rotors erreicht, sondern auch eine Kraftverstärkung. Der Wert der Kraftverstärkung ergibt sich aus der Anzahl der Permanentmagnete an der Peripherie des angetriebenen Rotors nach dem Hebelgesetz unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades der Kraftübertragung über die Magnetfelder der Permanentmagnete.Due to the fact that the driven rotor rotates 8 times slower than the driving rotor, not only a force transmission from the rotating magnet of the driving rotor to the permanent magnets of the driven rotor is achieved, but also a force amplification. The value of the power gain results from the number of permanent magnets on the periphery of the driven rotor according to the law of levers, taking into account the efficiency of the power transmission via the magnetic fields of the permanent magnets.

Im Unterschied zu einer magnetischen Kupplung [ EP 1801420 ] wird im MRS erfindungsgemäß der antreibende Rotor nur mit einem Permanentmagneten bestückt, wodurch die Kraftverstärkung Maximalwerte erreicht.Unlike a magnetic coupling [ EP 1801420 ] is in the MRS invention, the driving rotor equipped only with a permanent magnet, whereby the power gain reaches maximum values.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des MRS:Advantageous embodiments of the MRS:

Ausstattung des angetriebenen Rotors mit mehreren, horizontal übereinander gestapelten Scheiben mit jeweils 32 oder mehr Permanentmagneten pro Scheibe bei gleichzeitiger Platzierung mehrerer vertikal übereinander angeordneter Permanentmagneten auf der Drehachse des antreibenden Rotors. Betrieb von zwei oder mehreren angetriebenen Rotoren durch einen antreibenden Rotor. Stromerzeugung durch Platzierung von Induktionsspulen an der Peripherie des angetriebenen Rotors.Equipment of the driven rotor with a plurality of horizontally stacked discs each having 32 or more permanent magnets per disc with simultaneous placement of a plurality of vertically superposed permanent magnets on the axis of rotation of the driving rotor. Operation of two or more driven rotors by a driving rotor. Power generation by placement of induction coils on the periphery of the driven rotor.

Mögliche Anwendungen des MRS:Possible applications of the MRS:

1. Kraftverstärkung von Windkraftanlagen:1. Power amplification of wind turbines:

Nutzung des kraftverstärkenden Effektes des MRS durch Montage des Propellers einer Windkraftanlage auf der Drehachse des antreibenden Rotors und die Montage des Stromabnehmers an der Peripherie des angetriebenen Rotors.Use of the force-enhancing effect of the MRS by mounting the propeller of a wind turbine on the axis of rotation of the driving rotor and the mounting of the current collector on the periphery of the driven rotor.

2. Kraftverstärkung von Magnetschwebebahnen:2. Force amplification of maglev trains:

Nutzung des kraftverstärkenden Effektes des MRS durch die Verlegung von Permanentmagneten im Gleisbett der Magnetschwebebahn und die Montage des Permanentmagneten des antreibenden Rotors auf der Drehachse des Antriebes der Magnetschwebebahn.Use of the force-enhancing effect of the MRS by the laying of permanent magnets in the track bed of the maglev and the mounting of the permanent magnet of the driving rotor on the axis of rotation of the drive of the maglev train.

3. Kraftverstärkung von Elektromotoren:3. Force amplification of electric motors:

Nutzung des kraftverstärkenden Effektes des MRS durch die Montage der Drehachse eines Elektromotors auf der Drehachse des antreibenden Rotors und die Montage der Drehachse eines zweiten Elektromotors auf der Drehachse des angetriebenen Rotors.Using the force-enhancing effect of the MRS by mounting the axis of rotation of an electric motor on the axis of rotation of the driving rotor and the assembly of the axis of rotation of a second Electric motor on the axis of rotation of the driven rotor.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1801420 [0022]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Tipler PA Physics for Scientists and Engineers. New York, 1991, p. 438 ff. [0004]
Tipler PA Physics for Scientists and Engineers. New York, 1991, p. 438 ff. [0009]

Claims

Device for non-contact power amplification and for the conversion of magnetic energy from permanent magnets into kinetic or electrical energy and for the conversion of mechanical energy into electrical by means of magnetic fields.

Device utilizing resonance effects occurring at the angular frequencies of the rotors of the magnet-rotor system to increase the efficiency of technical equipment to efficiently use the means of energy conversion and power amplification.

Device for non-contact power amplification, in which the driving rotor is equipped only with a permanent magnet, whereby the power gain reaches maximum values.

Device in which the magnetic poles of the 32 permanent magnets are arranged at the periphery of the driven rotor rotated relative to each other by an angle of 90 degrees, so that the poles of each fourth magnet are aligned the same.

Means with equipment of the driven rotor with a plurality of horizontally stacked discs each having 32 or more permanent magnets per disc with simultaneous placement of a plurality of vertically superposed permanent magnets on the axis of rotation of the driving rotor.

Device for generating electricity by placing induction coils on the periphery of the driven rotor.