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Die Erfindung betrifft eine Energieerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie.
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Eine bekannte Energieerzeugungsvorrichtung ist beispielsweise in der
WO 2010/054608 offenbart. Diese bekannte Energieerzeugungsvorrichtung weist eine Vielzahl von Permanentmagneten auf, die ringförmig angeordnet sind. Die Permanentmagneten sind untereinander fest verbunden und auf einer Kreisbahn beweglich angeordnet. Um die Permanentmagnete herum sind eine Vielzahl von elektrischen Antriebsspulen sowie eine Vielzahl von elektrischen Generatorspulen angeordnet. Die bekannte Energieerzeugungsvorrichtung kann als Elektromotor betrieben werden, wobei in diesem Fall in den elektrischen Antriebsspulen Magnetfelder induziert werden, die die Permanentmagnete beschleunigen. Da die Permanentmagnete fest miteinander verbunden sind, kann über diese beispielsweise eine Antriebswelle oder eine Antriebsachse beschleunigt werden. Die bekannte Energieerzeugungsvorrichtung kann ebenso als Generator betrieben werden. In diesem Fall wird eine mechanische Energie in Form einer Drehbewegung der Permanentmagnete durch die elektrischen Generatorspulen in elektrische Energie umgewandelt. In diesem Fall wird durch die Bewegung der Permanentmagnete ein Induktionsstrom in den Generatorspulen generiert.
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Die bekannte Energieerzeugungsvorrichtung weist den Nachteil auf, dass die kreisförmig angeordneten Permanentmagnete frei beweglich angeordnet sind und lediglich die elektrischen Antriebsspulen sowie die elektrischen Generatorspulen ortsfest angebracht sind. Eine Befestigung der Energieerzeugungsvorrichtung ist deshalb schwierig, da eine Befestigung über die ortsfest angebrachten elektrischen Antriebsspulen bzw. Generatorspulen erfolgen muss, um eine freie Bewegung der Permanentmagnete weiterhin zu ermöglichen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Energieerzeugungsvorrichtung bereitzustellen, die die im Stand der Technik vorhandenen Nachteile überwindet.
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Hierzu wird eine Energieerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie vorgeschlagen, die einen hohlen Ring aufweist. Innerhalb des hohlen Rings ist eine Vielzahl von Magneten zueinander ortsfest angeordnet. Die Energieerzeugungsvorrichtung weist ferner mindestens eine elektrische Antriebsspule auf, wobei die mindestens eine elektrische Antriebsspule auf dem hohlen Ring angeordnet ist. Die mindestens eine elektrische Antriebsspule ist ausgelegt, die im hohlen Ring befindlichen Magnete zu beschleunigen. Die Energieerzeugungsvorrichtung weist ferner mindestens eine elektrische Generatorspule auf, welche ebenfalls auf dem hohlen Ring angeordnet ist. Die mindestens eine elektrische Generatorspule ist ausgelegt, durch eine Bewegung eines der Magneten im hohlen Ring einen Induktionsstrom zu erzeugen. Die Magnete, die innerhalb des hohlen Rings zueinander ortsfest angeordnet sind, sind innerhalb des hohlen Rings entlang einer Kreisbahn beweglich angeordnet. Schließlich sind die mindestens eine Antriebsspule sowie die mindestens eine Generatorspule fest mit dem hohlen Ring verbunden.
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Im Unterschied zu einer bekannten Energieerzeugungsvorrichtung, wie aus der
WO 2010/054608 bekannt, weist die erfindungsgemäße Energieerzeugungsvorrichtung einen feststehenden hohlen Ring auf. Der feststehende hohle Ring ist fest mit der Antriebsspule sowie der Generatorspule verbunden. Bei der erfindungsgemäßen Energieerzeugungsvorrichtung sind nunmehr lediglich die Magnete innerhalb des hohlen Rings beweglich angeordnet.
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Die Magnete innerhalb des Rings können optimal innerhalb des hohlen Rings angeordnet werden, um eine reibungsarme Bewegung der Magnete innerhalb des hohlen Rings zu gewährleisten. Darüber hinaus kann der hohle Ring selbst auf einfache Art und Weise gelagert werden, da weder der hohle Ring noch die Antriebsspule noch die Generatorspule beweglich angeordnet sind.
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So ist beispielsweise denkbar, den hohlen Ring fest mit einem Energieverbraucher wie beispielsweise einem Elektromotor zu verbinden, um die von der Energieerzeugungsvorrichtung erzeugte elektrische Energie direkt weiter verwenden zu können. Genauso ist denkbar, eine Energiespeichervorrichtung, vorzugsweise einen Akkumulator, elektrisch mit den Generatorspulen der Energieerzeugungsvorrichtung zu verbinden. Hierdurch wird ermöglicht, dass der Induktionsstrom, der in den Generatorspulen generiert wird, direkt in die Energiespeichervorrichtung geleitet wird und dort für eine weitere Verwendung gespeichert werden kann.
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Vorzugsweise weist die Energieerzeugungsvorrichtung weiterhin eine Batterie oder einen Akkumulator auf, die/der als Pufferspeicher dient. Die mindestens eine Antriebsspule kann von der Batterie bzw. von dem Akkumulator mit Energie versorgt werden, sodass im Inneren bzw. um die Antriebsspule herum ein Magnetfeld aufgebaut wird. Auf diese Weise können die im hohlen Ring angeordneten Magnete beschleunigt werden.
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Hierbei können die Magnete innerhalb des hohlen Rings von der mindestens einen Antriebsspule elektromagnetisch angezogen werden oder aber elektromagnetisch abgestoßen werden (auch: abgeschossen werden). Hierzu wird das Magnetfeld, welches in der mindestens einen Antriebsspule erzeugt wird, so ausgerichtet, dass entweder der magnetische Südpol des Magnetfelds der Antriebsspule einem magnetischen Südpol des Magnetfelds des Magneten im hohlen Ring zugewandt ist, und der Magnet hierdurch abgestoßen wird. Entsprechend kann die mindestens eine Antriebsspule derart mit elektrischer Energie versorgt werden, dass das in der Antriebsspule entstehende Magnetfeld so ausgerichtet ist, dass der magnetische Nordpol einem magnetischen Nordpol des Magnets im hohlen Ring zugewandt ist. Hierdurch wird ebenfalls der Magnet im hohlen Ring abgestoßen. Genauso ist denkbar, dass der magnetische Südpol des Magnetfelds der Antriebsspule dem magnetischem Nordpol des Magneten im hohlen Ring oder der magnetische Nordpol des Magnetfelds der Antriebsspule dem magnetischem Südpol des Magneten im hohlen Ring zugeordnet ist, und hierdurch der Magnet im hohlen Ring von dem Magnetfeld der Antriebsspule angezogen wird.
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Darüber hinaus ist denkbar, dass die Antriebsspulen derart mit elektrischer Energie versorgt werden, dass die Magnete im hohlen Ring zeitweise von dem Magnetfeld der Antriebsspule angezogen werden und zeitweise von dem Magnetfeld der Magnetspule abgestoßen werden. Hierbei ist beispielsweise denkbar, dass das Magnetfeld in der Antriebsspule derart ausgebildet ist, dass ein Magnet im hohlen Ring zunächst angezogen wird und nach dem Durchgang des Magneten durch die Antriebsspule das Magnetfeld der Antriebsspule so ausgebildet wird, dass der Magnet nunmehr abgestoßen wird.
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Insgesamt sind die mindestens eine Antriebsspule sowie die im hohlen Ring vorhandenen Magnete derart angeordnet und derart ausgebildet, dass die Magnete im hohlen Ring in eine kreisförmige Bewegung innerhalb des Rings versetzt werden können.
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Die mindestens eine Generatorspule wiederum ist ebenfalls auf dem hohlen Ring befestigt und ist dazu ausgelegt, beim Durchgang der im hohlen Ring angeordneten Magnete einen Induktionsstrom zu erzeugen. Der Induktionsstrom kann – wie oben beschrieben – einem elektrischen Speichermedium zugeführt werden und später weiterverwendet werden. Ebenso ist denkbar, dass der Induktionsstrom direkt genutzt wird, um einen elektrischen Verbraucher mit Energie zu versorgen. Ebenso ist denkbar, dass der Induktionsstrom, der von der Generatorspule generiert wird dem Pufferspeicher zugeführt wird, der zur Erzeugung des Magnetfelds in der mindestens einen Antriebsspule verwendet wird.
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Vorzugweise wird die mindestens eine Antriebsspule so angesteuert, dass ein Magnet, der von der Antriebsspule beschleunigt werden soll, nur unmittelbar angrenzend zur Antriebsspule beschleunigt wird. Dies bedeutet, dass das Magnetfeld in der Antriebsspule den Magneten im hohlen Ring nur dann anzieht oder abstößt, wenn der Magnet in der Nähe der Antriebsspule auf der Kreisbahn angeordnet ist. Durch eine kurzzeitige Generierung des entsprechenden Magnetfelds in der Antriebsspule kann der Magnet im hohlen Ring so innerhalb eines sehr kurzen Zeitfensters stark beschleunigt werden, wodurch der Magnet mit hoher Geschwindigkeit die gesamte Kreisbahn innerhalb des hohlen Rings durchläuft.
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Gleichzeitig kann die mindestens Generatorspule an einer beliebigen Position auf dem hohlen Ring angeordnet sein und die Energie des Magneten mittels eines Induktionsstroms in elektrische Energie umzuwandeln.
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Die Magnete im holen Ring sind vorzugsweise vollständig von dem hohlen Ring umgeben. In jedem Fall sind die Magnete miteinander verbunden, so dass die Magnete als Einheit innerhalb des hohlen Rings bewegt werden. Die mindestens eine Antriebsspule sowie die mindestens eine Generatorspule umgeben bzw. umschließen den hohlen Ring vorzugsweise vollständig. Hierbei sind die mindestens eine Antriebsspule sowie die mindestens eine Generatorspule beispielsweise durch Wicklungen eines leitfähigen Materials, vorzugsweise Kupfer, gebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Magnete, die innerhalb des hohlen Rings angeordnet sind, über Hebelarme mit einer Welle fest verbunden, wobei die Welle drehbar gelagert ist. Hierdurch kann eine Beschleunigung der Magnete im hohlen Ring durch die mindestens eine Antriebsspule in eine mechanische Drehung der Welle umgewandelt werden. Ebenso kann eine mechanische Drehung der Welle durch die Magnete und die durch die mindestens eine Generatorspule in einen Induktionsstrom umgewandelt werden. In diesem Fall ist der hohle Ring sowie die mindestens eine Antriebs- und Generatorspule bauartbedingt modifiziert. Genauer ist der hohle Ring sowie die mindestens eine Antriebs- und Generatorspule in dem Fall, dass die Magnete über Hebelarme mit einer Welle verbunden sind, U-förmig bzw. mit einem Schlitz versehen. Die Hebelarme, die mit den Magneten verbunden sind, verlaufen durch den Schlitz.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die Magnete als Dauermagnete ausgebildet.
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Die Magnete im hohlen Ring weisen dadurch ein dauerhaftes Magnetfeld auf und die Magnete können durch die Generierung eines Magnetfelds in der mindestens einen Antriebsspule beschleunigt werden. Alternativ ist denkbar, dass die Magnete als Elektromagnete ausgebildet sind und lediglich bei Bedarf mit Strom versorgt werden. Die Elektromagnete werden in diesem Fall dann mit Strom versorgt, wenn sie durch die mindestens eine Antriebsspule beschleunigt werden sollen oder wenn durch die mindestens eine Generatorspule ein Induktionsstrom erzeugt werden soll.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die Magnete als Neodym-Dauermagnete ausgebildet.
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Diese Magnete sind besonders leistungsstark und gleichzeitig klein dimensionierbar, wobei sie in diesem Fall trotzdem ein ausreichend starkes Magnetfeld erzeugen.
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Durch die Anordnung einer Vielzahl von Magneten innerhalb des Rings kann eine gleichförmige Drehung der Magnete auf der kreisförmigen Bahn innerhalb des Rings erzielt werden. Es kann in diesem Fall eine ähnliche Anzahl Antriebsspulen vorgesehen sein oder eine Anzahl von Antriebsspulen vorgesehen sein, die in passender Relation zur Anzahl der Magnete ausgebildet sind.
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Ebenso ist natürlich denkbar, dass die Anzahl der Generatorspulen der Anzahl der Antriebsspulen entspricht oder nur eine Generatorspule und eine Antriebsspule oder aber eine Vielzahl von Antriebsspulen und eine Generatorspule oder eine Vielzahl von Generatorspulen und eine Antriebsspule vorgesehen ist/sind.
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Das Vorsehen von einer Vielzahl von Magneten ermöglicht, dass die Magnete in der direkten Nähe der mindestens einen Antriebsspule beschleunigt werden können und ansonsten die gesamte Kreisbahn durchlaufen und auf dieser Kreisbahn durch die mindestens eine Generatorspule ein Induktionsstrom erzeugt werden kann. Vorzugsweise sind die Magnete innerhalb des hohlen Rings gleichmäßig, d.h. bzgl. zueinander mit dem gleichen Mittelpunktswinkel bzgl. des hohlen Rings, auf der Kreisbahn angeordnet.
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Der Mittelpunktswinkel bzgl. des hohlen Rings soll so verstanden werden, dass dieser Winkel einen Winkel bezeichnen, der durch die Verbindungslinie eines Magneten zum Mittelpunkt der kreisförmigen Bahn und eine zweite Verbindungslinie eines angrenzenden zweiten Magneten zum Mittelpunkt der kreisförmigen Bahn aufgespannt wird.
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Durch die Anordnung einer Vielzahl von Magneten innerhalb des hohlen Rings und einer gleichmäßigen Anordnung der Magnete innerhalb des hohlen Rings kann durch die mindestens eine Antriebsspule eine gleichmäßige Beschleunigung der Magnete innerhalb des hohlen Rings erzielt werden. Gleichzeitig kann die mindestens eine Generatorspule an einem beliebigen Ort auf dem hohlen Ring platziert werden und die Energie der Magnete, vorzugsweise die kinetische Energie der Magnete, in einen Induktionsstrom umwandeln.
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Der von den Generatorspulen generierte Induktionsstrom liegt als Wechselstrom vor. Der Wechselstrom kann natürlich durch einen Gleichrichter in einen Gleichstrom umgewandelt werden. In diesem Fall weist die Energieerzeugungsvorrichtung mindestens einen Gleichrichter auf, der elektrisch mit der mindestens einen Generatorspule verbunden ist. Natürlich können auch mehrere Gleichrichter vorgesehen sein, wobei die Gleichrichter elektrisch mit entsprechenden Generatorspulen verbunden sind. Vorzugsweise sind die Gleichrichter weiter mit einem Akkumulator verbunden, sodass die von den Generatorspulen erzeugte elektrische Energie in dem Akkumulator gespeichert werden kann. Natürlich ist auch denkbar mehrere Akkumulatoren zu verwenden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der hohle Ring als Teflonring ausgebildet.
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Durch die Ausbildung des hohlen Rings als Teflonring wird erreicht, dass die Reibung zwischen dem hohlen Ring und den Magneten, die innerhalb des hohlen Rings angeordnet sind, minimiert wird. Somit werden Reibungsverluste bei der Rotation der Magnete innerhalb des hohlen Rings reduziert bzw. vermieden. Natürlich ist auch denkbar, dass der hohle Ring nicht vollständig aus Teflon ausgebildet ist, sondern lediglich der den Magneten zugeordnete Teil des hohlen Rings mit Teflon beschichtet ist oder aus Teflon besteht. Auch ist denkbar, dass der hohle Ring aus einem andern Material als Teflon ausgebildet ist, solange dieses Material es ermöglicht, Reibungsverluste bei der Rotation der Magnete innerhalb des hohlen Rings zu reduzieren bzw. zu vermeiden. Auch der hohle Ring aus einem beliebigen Material gefertigt werden und lediglich der den Magneten zugeordnete Teil des hohlen Rings mit einem Material beschichtet ist, dass es ermöglicht, Reibungsverluste bei der Rotation der Magnete innerhalb des hohlen Rings zu reduzieren bzw. zu vermeiden.
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Im Nachfolgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen näher beschrieben.
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1 zeigt eine illustrative Darstellung einer erfindungsgemäßen Energieerzeugungsvorrichtung;
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2 zeigt einen Querschnitt durch eine Antriebsspule, einen hohlen Ring sowie einen Magneten der Energieerzeugungsvorrichtung mit dem Magneten in einer ersten Position; und
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3 zeigt einen Querschnitt durch eine Antriebsspule, einen hohlen Ring sowie einen Magneten der Energieerzeugungsvorrichtung mit dem Magneten in einer zweiten Position.
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1 zeigt die Energieerzeugungsvorrichtung 10. Die Energieerzeugungsvorrichtung 10 weist einen hohlen Ring 1 auf, wobei der hohle Ring 1 kreisförmig angeordnet ist.
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Innerhalb des hohlen Rings 1, wie in den 2 und 3 dargestellt, sind eine Vielzahl von Magneten 2 angeordnet. Die Magnete 2 sind vorzugsweise als Dauermagnete ausgebildet.
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Die Magnete 2 sind zueinander ortsfest innerhalb des hohlen Rings 1 angeordnet, sodass die Magnete 2 innerhalb des hohlen Rings 1 auf einer Kreisbahn rotieren können, wobei der hohle Ring 1 vorzugsweise geschlossen ist.
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Auf und um dem/den hohlen Ring 1 ist mindestens eine Antriebsspule 3 angeordnet. Die Antriebsspule 3 ist fest mit dem hohlen Ring 1 verbunden.
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Weiterhin ist auf und um dem/den hohlen Ring 1 mindestens eine Generatorspule 4 vorgesehen, wobei die Generatorspule 4 ebenfalls fest mit dem hohlen Ring 1 verbunden ist.
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Die Magneten 2 sind daher vom hohlen Ring 1 umschlossen und können sich innerhalb des hohlen Rings 1 bewegen. Die Magnete 2 sind lediglich zueinander ortsfest angeordnet, sodass sich die Magnete 2 nicht relativ zueinander bewegen können.
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Alternativ können die Magnete 2 durch Hebelarme mit einer Welle verbunden sein, sodass die Magnete 2 innerhalb des hohlen Rings 1 eine Drehbewegung um die Welle herum ausführen können. In diesem Fall ist der hohle Ring 1 nicht vollständig geschlossen ausgebildet sondern mit einem Schlitz ausgebildet, durch den die Hebelarme verlaufen. Ebenso weist die mindestens eine Antriebsspule 3 sowie Generatorspule 4 einen Schlitz auf, durch den die Hebelarme verlaufen.
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Die mindestens eine Antriebsspule 3 ist elektrisch mit einer elektrischen Energiequelle verbunden. Die elektrische Energiequelle kann beispielsweise als Batterie oder Akkumulator 5 ausgebildet sein. Ebenso kann die mindestens eine Antriebsspule direkt mit einer elektrischen Netzspannung betrieben werden.
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Durch die mindestens eine Antriebsspule kann ein Magnetfeld innerhalb der Antriebsspule erzeugt werden, wenn der mindestens einen Antriebsspule elektrische Energie durch den Akkumulator 5 zugeführt wird. Zusätzlich kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, um die Zufuhr von elektrischer Energie zu der mindestens einen Antriebsspulte 3 zu steuern.
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Das in der mindestens einen Antriebsspule erzeugte Magnetfeld kann genutzt werden, um mindestens einen der Magnete 2 zu beschleunigen. Hierdurch wird die Vielzahl von Magneten 2 innerhalb des hohlen Rings auf eine Bewegung innerhalb des hohlen Rings gezwungen. Mit anderen Worten werden die Magnete 2 innerhalb des hohlen Rings 1 beschleunigt, indem in der mindestens einen Antriebsspule 2 ein Magnetfeld erzeugt wird. Das Magnetfeld innerhalb der mindestens einen Antriebsspule 3 ist hierbei so zu den Magnetfeldern der Magnete 2 ausgerichtet, dass die Magnete 2, die unmittelbar in der Nähe der mindestens einen Antriebsspule 3 angeordnet sind, beschleunigt werden.
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Die Rotationsbewegung der Magnete 2 innerhalb des hohlen Rings 1 kann durch die mindestens eine Generatorspule 4 genutzt werden, um einen Induktionsstrom zu erzeugen. In diesem Fall wird beim Durchgang der Magnete 2 durch die Generatorspule, die um den hohlen Ring 1 angeordnet ist (ebenso wie die Antriebsspule 3) ein Induktionsstrom erzeugt, der genutzt werden kann, um einen elektrischen Energieverbraucher zu betreiben oder eine Batterie bzw. einen Akkumulator aufzuladen.
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Hierbei kann die Rotationsbewegung der Magnete 2 innerhalb des hohlen Rings 1 genutzt werden, die durch die mindestens eine Antriebsspule 3 hervorgerufen wurde. Ebenso ist denkbar, dass die Magnete 2 durch die Welle, mit der die Magnete 2 jeweils verbunden sind eine Drehbewegung der Welle auf die Magneten 2 innerhalb des hohlen Rings 1 übertragen wird und die kinetische Energie der Magnete 2 innerhalb des hohlen Rings 1 in einen Induktionsstrom umgesetzt wird, der von der mindestens einen Generatorspule 4 erzeugt wird. Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sondern ergibt sich aus einer Zusammenschau aller hierin offenbarter Merkmale.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hohler Ring
- 2
- Magnet
- 3
- Antriebsspule
- 4
- Generatorspule
- 5
- Akkumulator
- 10
- Energieerzeugungsvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/054608 [0002, 0006]
