DE2614450A1

DE2614450A1 - Elektrische maschine

Info

Publication number: DE2614450A1
Application number: DE19762614450
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Jacke & Co KG GmbH
Current assignee: Jacke & Co KG GmbH
Priority date: 1976-04-03
Filing date: 1976-04-03
Publication date: 1977-10-13

Description

Elektrische Maschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine zur Erzeugung einer periodischen, mechanischen Bewegung mittels Dauermagneten.
Die Verwendung von Dauermagneten in umlaufenden elektrischen Maschinen ist hinreichend bekannt. Entweder wird mit Hilfe der Dauermagnete ein stationäres Magnetfeld erzeugt, in welchem sich auf einem Läufer angeordnete stromdurchflossene Leiter bewegen. Dieses Prinzip ähnelt demjenigen der Gleichstrom-Nebenschlußmaschine. In anderen Fällen ist der Läufer als Permanentmagnet ausgebildet, der in einem Stator sitzt, längs dessen Umfangs ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird.
Hierbei ist der Läufer bestrebt, synchron mit der Drehfeldfrequenz umzulaufen, womit hier das Prinzip Synchronmaschine gegeben ist.
Der Erfindung liegt dagegen der Gedanke zugrunde, die aufeinander einwirkenden Magnetfelder sämtlich durch Dauermagnete zu erzeugen. Da somit anstelle der sonst üblichen stromdurchflossenen Leiter, die in Reakticn mit einem ^-lagnetfeld stehen, ein Dauermagnet tritt, muß dafür Sorge getragen werden, daß durch eine fortlaufende magnetische Umpolung eine in mechanische Bewegung umsetzbare Kraft aufrecht erhalten wird. Hierzu kann man sich die Erkenntnisse über die Ummagnetisierung von Permanentmagneten zunutze machen. Bekanntlich kann man einen Dauermagneten umpolen, indem man ihn auf eine elektrische Wicklung aufbringt und diese mit einer elektrischen Durchflutung beaufschlagt, die im magnetischen Fluß entgegengerechtet ist. Dabei tritt nach Überwindung der Koerzitivkraft, die dem entmagnetisierten Zustand entspricht, ein in seiner Richtung umgekehrter remanenter Magnetismus ein, der sich in seiner Größe einerseits nach den Materialeigenschaften und andererseits nach der aufgebrachten elektrischen Durchflutung richtet.
Dabei ist besonders wichtig, daß diese elektrische Durchflutung nur kurzzeitig aufgebracht werden muß, denn nach Beendigung der Ummagnetisierung bzw. Umpolung der Magnetrichtung kann der Magnetisierungsstrom abgeschaltet werden, ohne daß die erzeugte Magnetkraft davon noch beeinflußtwird. Man hat festgestellt, daß in den in einzelne Diepole zerlegbaren Bezirken eines solchen Permanentmagneten eine spontane Magnetisierung eintritt und somit die zeitlich Dauer des Magnetisierungsstroms nicht von ausschlaggebender Bedeutung ist. Man benötigt deshalb zur jeweiligen Ummagnetisierung nur einen kurzzeitigen Stromimpuls, dessen zeitliche Dauer theoretisch soweit verkürzt werden kann, daß man die angestrebte Ummagnetisierung nahezu energielos bewerkstelligen kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die weitgehend energiefreie Umpolung von Dauermagneten für die Gewinnung mechanischer Arbeit aus den eigentlichen Magnetkräften zu nutzen.
Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Maschine der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß im Magnetfeld eines oder mehrerer Dauermagnete ein oder mehrere weitere Dauermagnete beweglich an--geordnet sind und die beweglichen Dauermagnete durch eine periodische elektrische Umpolung der Magnetpole der stationären und/ oder der beweglichen Dauermagnete von einer in ihrer Richtung entsprechend periodisch wechselnden Magnetkraft beaufschlagt sind.
Einerseits könnte man die Umpolung der Dauermagnete durch sogenannte Erregermagnete bewirken, vorteilhafter ist es jedoch, wenn zur elektrischen Umpolung der Magnetpole auf den Dauermagneten elektrische Wicklungen angeordnet sind, auf die jeweils ein der magnetischen Flußrichtung entgegenwirkender Stromimpuls aufgeschaltet wird.
Um eine fortlaufende Bewegung zu erreichen ist es von Vorteil, wenn die Wicklungen der Dauermagnete an einen oder mehrere Impulsgeneratoren angeschlossen sind, die in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung der beweglichen Dauermagnete gesteuert sind.
Dabei kann man der Maschine von außen her durch entsprechende Vorgabe eines Steuerimpulses eine Bewegung aufzwingen, oder man kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Impulsgeneratoren unmittelbar von den beweglichen Dauermagneten steuern lassen.
Um eine für die Spontanmagnetisierung einerseits ausreichende und andererseits jedoch darüber nicht hinausgehende elektrische Energie zur Verfügung zu stellen, ist es von Vorteil; wenn den Impulsgeneratoren Impulsverstärker für die Stärke und/oder die Dauer der Stromimpulse nachgeschaltet sind. Der jeweilige Impulsgenerator oder Impulsverstärker besitzt somit insbesondere ein Zeitglied, über das die Umpulsdauer optimal kurzgehalten werden kann.
In vorteilhafter Ausführung nach der Erfindung sind ein oder mehrere der beweglichen Dauermagnete auf einer Geradführung hin-und herbeweglich angeordnet und dazu koaxial an den Enden der Geradführung die stationären Dauermagnete.
In anderer vorteilhafter Ausführung nach der Erfindung sind ein oder mehrere Dauermagnete drehbeweglich gelagert und längs ihrer Kreisbahn die stationären Dauermagnete angeordnet.
In weiterer vorteilhafter erfindungsgemäßer Ausführung sind ein oder mehrere der beweglichen Dauermagnete linear beweglich längs der entsprechend bahnförmig aneinandergereihten stationären Dauermagnete angeordnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Maschine mit linear hin- und herbeweglichem Dauermagneten und Fig. 2 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Maschine mit drehbeweglichem Dauermagneten.
Im einzelnen erkennt man in Fig. 1 zwei stationär angeordnete Dauermagnete 1 und 3. Beide tragen je eine Ummagnetisierungswicklung 2 und 4. Zwischen den beiden Dauermagneten 1 und 3 ist beweglich ein weiterer Dauermagnet 5 angeordnet, der auf einer Geradführung 6 gelagert ist. Er ist somit in Richtung der Pfeile A und B geradlinig hin- und herbeweglich. Nimmt man an, daß sich der Südpol des Dauermagneten 5 auf der in Richtung des Pfeils A liegenden Seite befindet, und einerseits der Dauermagnet 1 derart magnetisiert ist, daß sich sein Nordpol auf der dem Dauermagneten 5 zugewandten Seite befindet, während der zweite stationäre Dauermagnet 3 mit seinem Nordpol in Richtung auf den beweglichen Dauermagneten 5 weist, dann bewegt sich der Dauermagnet 5 in Richtung des Pfeils A auf den ersten stationären Dauermagneten 1 zu. Die Bewegungsrichtung des Dauermagneten 5 kehrt sich um, sobald die Magnetisierungsrichtung der beiden stationären Dauermagnete 1 und 3 umgepolt wird. Wenn nämlich der linke Dauermagnet 1 mit seinem Südpol in Richtung des beweglichen Dauermagneten 5 zeigt und ebenso der Südpol des zweiten stationären Dauermagneten 3 zum Dauermagneten 5 hin liegt, dann bewegt sich dieser letztere Dauermagnet 5 in Richtung des Pfeiles B, da seine Magnetisierungsrichtung unverändert bleibt.
Um die gewünschte Ummagnetisierung der Dauermagnete 1 und 3 zu bewirken, müssen die Ummagnetisierungswicklungen 2 und 4 kurzzeitig erregt werden. Erreicht der Dauermagnet 5 bei seiner Bewegung in Richtung des Pfeiles A einen in der Nähe des Dauermagneten 1 angeordneten Taster 7, wird dadurch ein Impulsgenerator 8 angesteuert, der über einen Impulsverstärker 9 die Ummagnetisierungswicklungen 2 und 4 mit einem einzigen Stromimpuls versorgt. Dieser Stromimpuls ist hinsichtlich seiner Amplitude und Dauer derart bemessen, daß eine vollständige Ummagnetisierung der Dauermagnete 1 und 3 erreicht wird. Für das Eintreten der Spontanmegnetisierung ist vor allem die Impuls stärke bedeutsam, die Impulsdauer kann dagegen sehr klein gehalten werden.
Bewegt sich der Dauermagnet 5 in Richtung des Pfeiles B erreicht er in der Nähe des zweiten stationären Dauermagneten 3 einen weiteren Endtaster 10, der wiederum einen Impulsgeber 11 ansteuert, welcher über einen Verstärker 12 einen Stromimpuls auf die beiden Ummagnetisierungswicklungen 2 und 4 gibt, der dem zuvor erzeugten Stromimpuls durch den Impulsgenerator 8 entgegengerichtet ist. Damit werden die Dauermagnete 1 und 3 wieder umgepolt.
An dem hin- und herbewegten Dauermagneten 5 kann nun eine mechanische Arbeit abgegriffen werden, die von der aufgebrachten elektrischen Energie zur Ummagnetisierung der beiden Dauermagnete 1 und 3 unabhängig ist.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 soll lediglich das erfindungsgemäße Prinzip veranschaulichen. Anstelle der stationären Dauermagnete 1 und 3 kann auch jeweils der bewegliche Dauermagnet 5 umgepolt werden, sofern man ihn mit einer entsprechenden Ummagnetisierungswicklung versieht. Auch können die Impulsgeber und -verstärker zusammengefaßt werden, sofern nur dafür gesorgt ist, daß jeweils die Stromrichtung in den Ummagnetisierungsspulen umgekehrt wird.
Bei einer drehenden Maschine könnte man die Umkehr dieser Stromrichtung durch einen Stromwender bewerkstelligen, der sich zusammen mit dem Läufer dreht. Das grundsätzlich Prinzip einer solchen Maschine ist in Fig. 2 wiedergegeben. Hier sitzen auf einem nicht näher dargestellten Gestell 15 Dauermagnete 13 mit Ummagnetisierungswicklungen 14, die für den zeichnerisch festgehaltenen Augenblick eine magnetische Polung entsprechend der dargestellten Südpole S und Nordpole N besitzen. Ein weiterer Dauermagnet 16 ist auf einer Achse 17 als Läufer angeordnet und ist entsprechend seiner Polung bestrebt, sich im Sinne der beiden Pfeile um die Achse 17 zu drehen. Sobald er mit einem seiner Pole einen entsprechend ungleichnamigen Pol an einem der Dauermagnete 13 erreicht, muß über die jeweilige Ummagnetisierungswicklung 14 die Polung des betreffenden Dauermagneten 13 umgekehrt werden. Damit stehen sich dann zwei gleichnamige Pole mit abstoßender Wirkung gegenüber.
Das erfindungsgemäße Prinzip kann ebenso auf einem sogenannten Linearmotor übertragen werden, wenn man auch hier eine solche Umpolung des Dauermagnete vorsieht, daß auf den bzw. die beweglichen Dauermagnete eine fortlaufende Kraft ausgeübt wird.

Claims

Patentansprüche ( 1.))Elektrische Maschine zur Erzeugung einer periodischen, j mechanischen Bewegung mittels Dauermagneten, dadurch gekennzeichnet, daß im Magnetfeld eines oder mehrerer Dauermagnete ein oder mehrere weitere Dauermagnete beweglich angeordnet sind und die beweglichen Dauermagnete durch eine periodische elektrische Umpolung der Magnetpole der stationären und/oder der beweglichen Dauermagnete von einer in ihrer Richtung entsprechend periodisch wechselnden Magnetkraft beaufschlagt sind.
2.) Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektrischen Umpolung der Magnetpole auf den Dauermagneten elektrische-Wicklungen angeordnet sind, auf die jeweils ein der magnetischen Flußrichtung entgegenwirkender Stromimpuls aufgeschaltet wird.
3.) Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen der Dauermagnete an einen oder mehrere Impulsgeneratoren angeschlossen sind, die in Abhängigkzeit von der jeweiligen Stellung der beweglichen Dauermagnete gesteuert sind.
4.) Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsgeneratoren unmittelbar von den beweglichen Dauermagneten gesteuert sind.
5.) Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Impulsgeneratoren Impulsverstäker für die Stärke und/oder die Dauer der Stromimpulse nachgeschaltet sind.
6.) Elektrische maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere der beweglichen Dauermagnete auf einer Geradführung hin- und herbeweglich angeordnet sind und die stationären Dauermagnete dazu koaxial an den Enden der Geradführung angeordnet sind.
7.) Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere der beweglichen Dauermagnete drehbeweglich gelagert und längs ihrer Kreisbahn die stationären Dauermagnete angeordnet sind.
8.) Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere der beweglichen Dauermagnete linear beweglich längs der entsprechend bahnförmig aneinandergereihten stationären Dauermagnete angeordnet sind.