DE2624810A1 - Elektromotor - Google Patents

Elektromotor

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DE2624810A1
DE2624810A1 DE19762624810 DE2624810A DE2624810A1 DE 2624810 A1 DE2624810 A1 DE 2624810A1 DE 19762624810 DE19762624810 DE 19762624810 DE 2624810 A DE2624810 A DE 2624810A DE 2624810 A1 DE2624810 A1 DE 2624810A1
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Keith E Kenyon
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K25/00DC interrupter motors or generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/18Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with coil systems moving upon intermittent or reversed energisation thereof by interaction with a fixed field system, e.g. permanent magnets

Description

  • §Elektromotort Bei einem Elektromotor wird durch Verwendung von hochintensiven permanenten Magnetfeldern, aus Barium- oder Strontium-Fern.tkeramischen Magneten Samarium-Kobalt und anderen Permanentmagneten aus Materialien mit hoher magnetischer Koerzitivkraft eine mechanische Aus gangs energie aus dem Anker in Überschuß zu dem elektrischen Energieeingang zu dem Anker erhalten, wobei ein eisenloser Anker mit Leitern mit kritischen Abständen in Richtung der Ankerbewegung und Ankerleiterlängen, die bezttglich ihren Abständen groß sind, verwendet werden und der Strom durch diese Spulen an kritischen Zwisohenpollagen umgeschaltet wird Die Erfindung betrifft Elektromotoren und insbesondere Elektromotoren mit Dauermagnetfeldern, Trotz der großen Fortschritte, die auf dem Gebiet der Atomphysik und physikalischen Chemie während der letzten 15 Jahre erreicht sind, war der Fortschritt in dem Erkennen der Natur von Magnetismus gering. Vielleicht der bezeichnende Vorteil auf dem Gebiet des Magnetismus während der letzten 20 Jahre war die Entwicklung von nicht teuren keramischen Magneten mit hoher Eoerzitivkraft, welche Dauermagnetfelder hoher Plußdichte erzeugen konnten. Diese Magnete sind mit solchen Materialien wie Barium oder Strontium lackiert, um es zu ermöglichen, die hohen Plußdichten und nun verfügbare Koerzitivkräfte zu erzielen, Jedoch ist der Zweck der vorliegenden Erfindung nicht die Weiterentwicklung des Verfahrens zum Herstellen von Magneten hoher Flußdichte, sondern vielmehr die Anwendung in einer Art und Weise, mit welcher Elektromotoren mit hohem Wirkungsgrad hergestellt werden können.
  • Die Ergebnisse der durchgeführten Versuche dbertrafen die Erwartungen. Die herkömmliche Formel, welche lehrt, daß die Kraft an einem Leiter In einem Magnetfeld proportional dem Strom in dem Leiter mal der Länge des Leiters mal der Stärke des Dauermagnetfeldes ist, wird von der Formel ersetzt, die anzeigt, daß die Geschwindigkeit eines Strom tragenden Leiters in einem Dauermagnetfeldes mal der Länge des Leiters in dem Beld ist. Wenn somit die Kraft eines Strom tragenden Leiters in einem Magnetfeld durch Verstärken des Magnetfeldes erhöht wird, wird die Geschwindigkeit dieses Leiters in dem Feld entsprechend reduziert. Hersteller von Keramikmagneten wie beispielsweise Allan Bradley lehren in ihren Anzeigen, daß in Permanentmagnetmotoren durch Erhöhen der Anzalil von Ankerwindungen (unter Einhaltung der gleichen Drahtgröße) die Leerlaufgeschwindigkeit mit keiner Änderung des Kurzschlußdrehmomentes herabgesetzt wird. Ein Herabsetzen der Anzahl der Windungen erhöht die Leerlaufgeschwindigkeit. Durch einfaches Vergrößern des Drahtdurchmessers ohne Andern der Zahl der Windungen in der Ankerspule kann das Kurzschlußdrehmoment des Motors ohne Änderung der Leerlaufgeschwindigkeit erhöht werden. Durch Ausdehnen dieser Analyse wUrde man zum Schluß kommen, daß die Maximalgeschwindigkeit, die in einem Gleichstrom-Dauermagnetmotor erzielbar ist, eine untere Grenze erreichen wUrde (8berschreiten der Geschwindigkeit von 0) unabhängig davon, wie groß der Dauermagnet ausgebildet ist (in iusdrtioken der Feldstärke)c Das Eurzschlußdrehmoment oder die Last steigt auf einen sehr hohen Wert entsprechend an, wenn sich die GeschwIndigkeit ihrer unteren Grenze näherte Dieses Phänomen stellt eine theoretische Begrenzung in dem Wert von Permanentmagnetmotoren dar auf Grund der Begrenzung der Motorgeschwindigkeit, die mit einem gegebenen Kurzschlußdrehmoment oder einer Betriebslast erzielbar ist.
  • Ein Gegenstand per Erfindung besteht darin, bei einem Dauermagnetmotor die obigen Nachteile zu überwinden, Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist bei einem Permanentmagnet-Elektromotor die Erzielung von elektromechanischen Umwandlungsleistungen bzwo Wirkungsgraden, die bislang als nicht erzielbar erachtet wurden.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Permanentmagnet-Elektromotor mit größeren mechanischem Ausgang auf seinem Anker, als elektrischer Energieeingang zu diesem Anker vorhanden ist.
  • Bei der Erläuterung von Permanentmagnetmotoren, wie sie beispielsweise in der US-PS 3 610 974 beschrieben sind, wurde bestimmt, daß bei einem Hochmagnetkraftfeld die Geschwindigkeit eines Leiters, welcher Strom fuhrt, die vorhersagbare Maximalgeschwindigkeit mittels herkömmlicher Formeln überschreitet.
  • Wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird, ist die Zeitlänge, während welcher der Leiter die vorbestimmte Maximalgeschwindigkeit unter Verwendung herkömmlicher Formeln über steigt, ausreichend lang, um ihn praktisch (und in manchen Fällen wünschenswert) zu machen, indem genaue Schaltung- und Kommutation bzwo Stromwendung angewandt wird (die heutzutage mittels elektronischer Eomponenten wie beispielsweise Licht emittierender Dioden und Licht aktiviertem Silizium gesteuerten Gleichrichter erzielbar sind), um Strom in die Ankerspulen während kontinuierlichem Motorbetriebes einzufiüiren, und zwar lediglich während des Abschnittes der Strom-Geschwindigkeitskurve für jede Ankerspule, in welchem die Geschwindigkeit der Spule die maximal vorhersagbare Geschwindigkeit für einen gegebenen Strom tibersteigt, wobei herkömmliche Pormeln angewandt werden. Bei anderen Ausbildungen kann der Strom angeschaltet bleiben, muß jedoch genau an einem präzisen Wendepolpunkt umgeschaltet werden, und bestimmte andere Kriterien wie beispielsweise Ankerleiter, Trennung bzw.Abstand messen eingehalten werden, um einen Hyperwirkungsgrad zu erzielen.
  • Jede Zahl von Anwendungen für diese überschüssige Energie kommt in Frage, die theoretisch aus der Ableitung von einem System möglich ist, welches einen Motor gemaß Erfindung und einen Gleichstromgenerator kombiniert0 Beispielsweise könnte die überschüssige Elektrizität verwendet werden, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu elektrolysieren und der Wasserstoff könnte zum kUnstlichen Herstellen von Kohlenwasserstoffmaterialien verwendet werden, die später als Kraftstoff verbrannt werden können, oder der Wasserstoff selbst könnte als Kraftstoff zum Ableiten mechanischer Energie verwendet werden0 Die vorliegende Erfindung wird hinsichtlich ihres Aufbaus und Betriebsweise zusammen mit weiteren Gegenständen und Vorteilen an AusführungsbeisPielen anhand der beigefügten Zeichnung näher nachfolgend erläuterte In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 teilweise schematisch, teilweise perspektivisch und teilweise in Blockform ein Diagramm, welches die Grundprinzipien einer Ausfuhrungsform ein es hyperwirksamen Elektromotors gemäß Erfindung zeigt, Fig. 2 ein Diagramm, das während eines Versuches mit einem Teil der Konstruktion nach Fig. 1 hergestellt ist, Fig. 3 eine teilweise weggeschnittene Endansicht, wobei die Lage des Ankers und der Feldelemente in einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt sind, welche eine Drehbewegung direkt erzeugt, Figo 4 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 nach Fig. 3 der Ausführungsform gemäß Erfindung, wobei die Beziehung bestimmter Elemente gezeigt ist, Fig. 5 schematisch verschiedene mögliche Leitermuster für die Verwendung in dem Anker gemäß Erfindung, Fig. 6 ein Schaltdiagramm, wobei eine Umschaltmethode für den Motor gemäss Erfindung gezeigt ist, Fig. Fig. 7 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform,in welcher der magnetische Fluß von beiden Seiten eines Dauermagnetfeldes zur Erzeugung der Ankerdrehung verwendet wird, Fig. 8 eine Schnittansicht längs der Linie 8-8 in Fig. 7, Fig. 9 eine Ansicht einer anderen AusfUhrungsform gemäß Erfindung, Fig.1o eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 9, Fig11 eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform gemäß Erfindung, Fig.12 teilweise in Blockform eine Anwendungsmöglichkeit eines hyperwirksamen Motors gemäß Erfindung.
  • In Fig. 1 besteht ein Magnet lo aus einer Reihe von Keramikmagneten 11, 12, 13, die mit mäßig hohen Flußdichten in der Größenordnung von 3800 Gauss an der Oberfläche der Magneten und ungefähr 13oo Linien pro cm2 in dem Bereich der sich bewegenden Spulen magnetisiert sind, die in den nachfolgend beschriebenen Versuchen verwendet wurden, Wie aus Fig0 1 ersichtlich ist, stoßen gegenüberliegende Pole wie an der Verbindungsstelle 14 und 16 mit einem sich ergebenden erhöhten Dichtefeld I13t? in der angezeigten Richtung für die Verbindungsstelle 14 aneinander, wobei ein entsprechender Vektor der entgegengesetzten Richtung darstellend für die Plußdichte an der Verbindungsstelle 16 ist. Eine Ankerspule 18 hat Eingangsverbindungen 20 und 22, die nach Anlegen einer Spannung zweckmässiger Polarität einen Strom in Richtung R erzeugen, Die Ankerspule 18 erfährt eine Kraft in der Richtung Ptt bei der angedeuteten Richtung des Stromes und des Magnetfeldes0 Eine Gleichstromenergiequelle 24 hat einen Anschluß 26, der mit einem Kollektorstab 28 gekoppelt ist, wobei der andere Anschluß 30 über einen durch Licht aktivierten Silizium-gesteuerten Gleichrichter (LASCR) 32 mit einem Kollektorstab 34 gekoppelt ist und verbunden ist. Eine Lichtquelle 36, die eine Licht emittierende Diode oder eine herkömmliche Lichtquelle sein kann, ist an 6 er der Gleichstromenergiequelle 24 angeschlossen und emittiert einen Lichtstrahl 38, der zu einem Punkt fokussiert ist, der von der Seite 40 der Ankerspule 18 geschnitten wird, wenn diese Spule die Verbindungsstelle 14 erreicht. Die Seite 40 der Spule 18 trägt ein nicht gezeigtes reflektierendes Material, welches, wenn es von dem Strahl 38 getroffen wird, diesen Strahl zu dem LASCR 52 reflektiert, wodurch verursacht wird, daß der LASCR leitend wird und den Schaltkreis von dem Anschluß 30 der Gleichstromenergiequelle 24 zum Kollektorstab 34 vervollständigt. Durch Orientierung der Lichtquelle 36 kann der genaue Punkt, an welchem der Kreis von der Gleichstromenergiequelle 24 zum Kollektorstab 34 vervollständigt wird, gesteuert werden0 Somit wird trotz der Tatsache, daß die Anschlüsse 20 und 22 der Ankerspule 18 in Kontakt mit den Kollektorstäben 28 bzw. 34 sind, der Strom nicht in die Ankerspule 18 fliessen, wenn und so lange wie der Lichtstrahl 38 von der Seite 40 zum LASER reflektiert wird.
  • Die Ankerspule 18 ist mechanisch mit einer Ankerspule 42 über Stangen 44 und 46 und entsprechende Stangen, nicht gezeigt, an der gegenüberliegenden Seite der Konstruktion gekoppelt.
  • Die Anschlüsse 48 und 50 der Ankerspule 42 sind Gleitkontakte, welche mit Kollektorstäben 52 und 54 und nachfolgenden Kollektorstäben in Verbindung kommen können0 Eine Lichtquelle 56, die ihre Betriebs energie von der Energiequelle 24 über Leiter 60 und 62 empfangen kann, und der zweite LASOR 58 vervollständigen den Kreis zum Kollektorstab 54 von dem Anschluß 26 der Gleichstromenergiequelle 24, wenn die Ankerspule 42 die Verbindungsstelle 16 erreicht hat, so daß ein Stromfluß in dem Anker 42 in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung des Stromes i" in der Ankerspule 18 ermöglicht wird, wobei die entgegengesetzte Stromrichtung erforderlich ist, weil die Ankerspule 42 sich einer Verbindungsstelle 16 ZWischen zwei Südpolen nähert, wo die Richtung des B-Vektors von der Richtung des IIBtI an der Verbindungsstelle 14 umgekehrt wird. Die Lichtquelle 56 und der LASOR 58 steuern genau die Zeit, während welcher Strom in der Ankerspule 42 fliessen kann.
  • Diese Zeit ist so gewählt, daß sie identisch mit der Zeit ist, während welcher sich die Ankerspule mit größerer als vorhergesagter Geschwindigkeit bei einem gegebenen Strom bewegt0 Dieser Zustand wird nachfolgend in Verbindung mit Fig0 2 beschrieben0 Die in Figo 2 gezeigten Daten wurden unter Verwendung der folgenden Anordnung abgeleitet. Magnetabschnitte 11 und 12 nur aus Bariumferrit-Keramikmagneten, wurden vertikal orientiert, wobei ihre Nordpole aneinanderliegen, wobei der schnitt 11 über dem Abschnitt 12 und die Ankerspule 18 um den Abschnitt 12 gegen ihr unteres Ende an dem Anfang des Versuches vorgesehen waren, Die Abschnitte 11 und 12 wurden aus Platten wie beispielsweise die Platte 15 in Fig. 1 aus Bariumferrit-Keramlkmagneten hergestellt, wobei das Material dieser Magneten von ihrem Hersteller, Indiana General, als Ceramic 5 bezeichnet wird0 Die Richtung der Magnetisierung war über die Dicke der Platten so, wie dies durch Pfeile 17 angezeigt ist0 Selbstverständlich waren die Platten in Jedem Abschnitt 11 und 12 gestapelt, wobei ihre Felder innerhalb der entsprechenden Abschnitte unterstützend wirkten. Die Ankerspule 18 wurde aus Kupferdraht gewunden, hatte einen Widerstand von 16 Ohm und ein Gewicht von 2,4 kg /5,3 pfund)0 Bei dem aiifänglichen Test wurde ein Schalten oder Umpolen nicht versucht, sondern die Spannung wurde direkt von der Gleichstromenergiequelle 24 zu den Anschlüssen 20 und 22 der Ankerspule 18 zugeführt0 Die Gleichstromenergiequelle erzeugte 32 Volt Gleichstrom, Die Geschwindigkeit der Ankerspule 18 wurde mit Hilfe einer 8 mm-Filmkamera mit 50 Bildern pro sec, bestimmt. Die Stromkurve nach Fig. 2 wurde automatisch auf einem Aufzeichner mit einer Aufzeichnungsgeschwindigkeit von 125 mm/sec0aufge tragen0 An der oberen Grenze des Schemas nach Figo 2 ist der von der Spule durchwanderte Abstand gezeigt, gemessen in 1,6 mm - Stufen für jede 1/15 Sekunde der Spulenbewegung. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, verblieb der durch die Spule 18 während dieses Versuches fliessende Strom relativ konstant während einer Periode "t", die 50 Millisekunden Dauer überschritt und während welcher Zeitperiode der Strom ungefähr 0,4 Ampere gemittelt betrlg. Wie angedeutet ist, betrug die während dieser Bewegung erzeugte Kraft 2,4 kg (5,3 pound), welche notwendig war, um die Schwerkraft des Ankers 18 zu überwinden, den die Magnete 11 und 12 vertikal ausgerichtet sind.
  • Der Spannungsabfall an dem A er 18 betrug 32 Volt, und be dem durchschnittlichen Eingangs Strom von 0,4 Ampère war die durchschnittliche Eingangs energie während dieses Stufenabschnittes der Kurve nach Fig. 2 12,8 Watt. Dieser relative Stufenabschnitt der Kurve trat ein, wenn sich der Anker 18 über die Verbindungsstelle 14 bewegte. Die maximale Geschwindigkeit, die ebenfalls über der Verbindungsstelle 14 eintrat, betrug o,76 m pro Sekunde. Die mechanische Energie wird von dem Produkt der Kraft und der Geschwindigkeit dargestellt, welche bei Verwendung von o,76 m pro Sekunde als Geschwindigkeit und 2,4 kg als Kraft eine mechanische Energie von 13,25 llfoot-pounds" pro Sekunde ergibt0 Um die "foot-pounds" pro Sekunde in Watt umzuwandeln, ist der Faktor 1,356 woraus sich ein in Watt ausgedrückter Energieausgang von 179967 ergibt0 Es wurden Versuchsdaten abgeleitet, indem Elektronenoszilloskopen verwendet wurden. Diese Daten bestätigen die E.rebnisse der Aufzeichnung nach Fig. 2.
  • Es ist wesentlich, um einen maximalen Wirkungsgrad (insbesondere bei dieser Ausführungsform) zu gewäfrrleisten, daß der in dem Anker 18 und anderen Ankerspulen wie beispielsweise Ankerspule 42 fließende Strom "i" in seiner Dauer auf die Zeit beschränkt wird, wenn der zugeordnete Anker sich bei seiner Maximalgeschwindigkeit, während eines Minimalstromes bewegt, beispielsweise während der Zeit "t" in Fig. 2. In diesem Fall heißt das, daß der Strom "i" in dem Anker 18 lediglich von der Zeit fließen soilte, wenn die vordere Fläche 41 des Ankers 18 mit der Verbindungsstelle 14 ausgerichtet ist, bis die nicht gezeigte rückwärtige Fläche 43 des Ankers 18 mit der Verbindungsstelle 14 ausgerichtet ist. Deshalb ist die Schaitwirkung der Lichtquelle 36 in Kombination mit LASCR 32 und der Lichtquelle 56 in Kombination mit dem LASCR 58 so wesentlich0 Die Kollektorstäbe 28, 34, 52 und 54 können etwas länger als die Breite der Ankerspulen 18 und 42 sein, weil die durch Licht aktivierten Schaltkreise die Zeit, während der der Strom in den Ankerspulen fließt, auf die Zeit beschränken, in welcher die Ankerspulen in der Nähe der hochintensiven Magnetfelder an den Verbindungsstellen 14 und 16 nach Fig. 2 sind. Ein Optimieren der Kupfermenge oder anderer Strom führender leitender Materialien innerhalb des Flußfeldes an der Verbindungsstelle und Herabsetzen des Spaltes zwischen den Ankerspulen und dem Magneten auf ein Minimum während den "Strom-an"-Perioden sind ebenfalls wünschenswert. Somit kann ein maximaler Wirkungsgrad für den Motor erzielt werden, Die Wirksamkeit dieser Ausführungsform mit optimaler Geometrie ist proportional zu BA, wobei V B die Elußstarke des Feldes des Dauermagneten, A der Querschnittsbereich des wirksamen Flußbereiches, und V das Volumen des Strom führenden Leiters in dem wirksamen Flußbereich ist.
  • Jedes magnetische Material hat eine charakteristische maximale FlußdichteO Für Ceramic 5 ist sie ungefähr 3800 Gauss. Um den gesamten wirksamen Fluß zu erhöhen, ist es erforderlich, das Volumen des verwendeten Materials zu erhöhen,(beispielsweise durch Stapeln des Materials in unterstützender Weise), und den Bereich des wirksamen Flußbereiches zu optimieren.
  • Wenn dann weitere Wirksamkeit wünschenswert ist, ohne die Masse des verwendeten Magnetmaterials zu erhöhen, muß das Volumen des Strom führenden Leiters in dem wirksamen Flußbereich reduziert werden. Wenn dieses Leitervolumen reduziert wird, wird der Fluß durch den verbleibenden Leiter erhöht, und eine größere Zusammenwirkung zwischen dem von dem Strom führenden Leiter erzeugten Fluß und dem Fluß aus dem Dauermagnet tritt ein, Theoretisch sollte, wenn sich das wirksame "B" erhöht, die Geschwindigkeit des Strom führenden Leiters in direktes Proportion abnehmen, Versuchsergebnisse zeigen jedoch das Gegenteil. Wenn das Produkt BA sehr groß ist, so überschreitet die Geschwindigkeit des Strom führenden Leiters die theorem tische Geschwindigkeit um ein Vielfaches, so daß eine herkömmliche Wirksamskeitgleichung nicht für eine solche Ausbildung und einen derartig Parametersatz anwendbar ist0 Es können verschiedene Anordnungen, die anders als die nach Fig. 1 sind, verwendet werden, um das gewünschte Schalten zu erzielen. Beispielsweise kann zwischen der vorderen Fläche 41 des Ankers 18 der rückwärtigen Fläche des Ankers 42 längs dem Dauermagneten 1o ein Plastikstreifen getragen sein, und dieses Plastikmaterial kann mit Ausnahme der dazu benachbarten Abschnitte und des Ausmaßes der Länge der Ankerspulen 18 und 42 opak sein. Bei einer solchen Ausbildung kann eine Lichtquelle wie beispielsweise eine Licht emittierende Diode oder eine herkömmliche Lichtquelle an einer Seite des Plastikmaterials angeordnet sein7 und ein photo empfindlicher Schalter wie beispielsweise eine Photodiode oder ein LASCR kann an der anderen Seite des Plastikmaterials in einer Lage angeordnet E3XL19 um von der Lichtquelle bestrahlt zu werden, der transparente Abschnitt des Kunststoffes sich zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfindlichen Schalter bewegt, um ein Fließen vor Strom von der Energiequelle 24 zu der besonderen Ankerspule zu erlauben, welche sich der Verbindungsstelle hoher Flußdichte wie beisielsweise der Verbindungsstelle 14 nach Fig, 1 nähert.
  • Um Reibungsverluste zu reduzieren, können die Längen der Kollektorstäbe 52, 54, 28 und 34 begrenzt werden, da die Gleitkontakte 48, 50, 20 und 22 nur während solcher Zeitperioden in Kontakt mit den Kollektorstäben sein müssen, die sich auf die charakteristischen Perioden optimaler Stromgeschwindigkeit beziehen, die von der Ankerspule wie 18 und 42 ausgewiesen sind.
  • Bei den Versuchen, die unter Verwendung der Teile der Ausrüstung nach Pig. 1 beschrieben sind, war die Ankerspule 18 38,1 mm in ihrer Dimension parallel zum Dauermagneten lot Während der optimalen Betriebsperiode t, die in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben ist, bewegte sich die Ankerspule 18 im Ausmaß von 38,1 mm. Demzufolge bewegte sich die Spule im tbermaß ihrer eigenen Länge in der Zeitperiode zwischen ihrem Einschalten und Ausschalten, und es ergibt sich kein Verlust des Antriebes oder der Bewegung beim Schalten zwischen aufeinanderfolgenden Ankerspulen in einem Motor gemäss Erfindung.
  • Es ist lediglich notwendig, eine der Spulen vorzusehen, welche der Ankerspule 18 folgt, ebenfalls von ungefähr von 38,1 mm und in einer Lage, so daß der Strom dadurch angeschaltet wird, wenn der Strom durch die Spule 18 abgeschaltet wird0 Dies ist die Ausbildung nach Figo 1, wobei die Ankerspule 42 von der Verbindungsstelle 16 durch Trennen der Änkerspule 18 von der Verbindungsstelle 14 plus der Dimension der Ankerspule 18 (oder Spule 42) parallel zum Magneten 1o in Abstand angeordnet ist. Diese Ausbildung erzeugt eine fortlaufende geradlinige Bewegung. Es sei hervorgehoben, daß es zwecks Vermeidens von toten Zonen während des Startens des Motors gemäss Pigo 1 wünschenswert ist, daß viele Ankerspulen wie die Spulen 18 und 42 eng bezüglich zueinander in Abstand angeordnet sind, wobei entsprechende Kollektorstäbe eng längs der Bewegungslinie der Gleitkontakte in Abstand angeordnet sind, die den Ankerspulen zugeordnet sind, um Strom zuzuführen0 Bei einem Motor, welcher die Prinzipien nach Fig. 1 umfaßt, mit einer Vielzahl von Ankerspulen wie beispielsweise die Spule 18, sind die statistischen Möglichkeiten des Motors auf einem Totpunkt beim Starten bemerkenswert reduziert und ergeben keine praktischen Probleme. Dies trifft insbesondere zu, wenn der Anker 18 oder der Anker 42 einen Eisenmantel oder eine Abdeckung enthält. Der Ausgang kann von dem Motor nach Fig. 1 über einen Koppler 45 genommen werden, der starr mit den Ankerspulen 18 und 42 mittels Stangen 47 bzw. 49 verbunden ist.
  • Es ist weiter erkennbar, daß der geradlinige Motor nach Fig.1 gekrümmt ausgebildet sein kann, indem als Magnetabsohnitte 11, 12 und 13 Elemente verwendet werden, die mit einem gemeinsamen Krümmungsradius und einer gemeinsamen Mitte gekrümmt sind, anstatt daß sie gerade sind, wie dies in rig. 2 gezeigt ist.
  • tinte solche gekrümmte Ausführungsform ist in Fig. 9 gezeigt.
  • Bürstenlose und andere hoch entwickelte Umschaltschemen können in Verbindung mit dieser Erfindung verwendet werden, so lang ein genaues Schalten der Ströme in die Ankerspulen erzielt wird. Ein bürstenloses Umschalten wird ganz einfach, wenn die Ankerspulen wie 18 und 42 fest bleiben, während sich die Dauermagnete bewegen. Der Nachteil einer solchen "2nnen-Aussen"-Ausbildung ist die große Masse und folgliche Trägheit der keramischen Magneten während des Starten, Selbstverständlich wird die meiste Energie, die verwendet wird, um einen solchen Rotor auf seine Geschwindigkeit zu bringen, in der Form eines Winkeldrehmomentes gespeichert. Die Vorteile liegen in der vollständigen Freiheit von Reibungskräften und der Genauigkeit der Umschaltzeit, die erzielbar ist plus der Tatsache, daß ein stationäres Schalten das Unterbrechen von hochinduktiven Strömen in den atabilsten Teil des EiM-Felaes erleichtert, um höchste Wirkungsgrade zu gewährleisten. Es ist absolute Notwendigkeit, in dem stabilen Bereich des PM-Feldes und nicht nahe des Null-Abschnittes dieses Feldes zu schalten, wie dies bei herkömmlichen Motoren der Fall ist.
  • Für eine Schwingbewegung sollte der Abstand der Ankerspulen 18 und 42 so sein, daß wenn die Ankerspule 18 die Verbindungsstelle 14 erreicht, die Ankerspule 42 die Verbindungsstelle 16 erreicht und die zu den Ankerspulen 18 bzw. 42 fliessenden Ströme gleichzeitig durch mechanisch oder elektrisch betätigte Schalter umgeschaltet werden, wodurch eine Stromumkehr bei einer Frequenz entsprechend der natlirlichen Schwingfrequenz erzeugt wird, die von der Masse, Stromgröße, Flußdichte, Spulenwiderstand und Reibfaktoren in dem System bestimmt ist0 Eine Schwingbewegung der Anker 18 und 42 kann auch erzielt werden, indem Wechselstromspannungen an die Gleitanschltisæe 48, 50 und 20 und 22 angelegt wird, wobei ein Schalten und Umpolen eliminiert wird. Die Ankerspulen 18 und 42 werden dann um die Verbindungsstellen 14 und 16 mit einem Wirkungsgrad ossillieren! der proportional zu B2 ist, wobei wiederum angezeigt wird, daß mit Dauermagneten wie 11, 12 und 13, welche adäquate Flußdichten erzeugen, eine hyperwirksame Motorarbeit erzielt werden kann0 Insbesondere zeigt eine mathematische Analyse des Motors gemäß Erfindung, welcher nach dem Schwingprinzip arbeitet, daß ideal der Wirkungsgrad eines solchen Motors ausgedrückt werden kann durch die Gleichung: Wirksamkeit w m (Bs)2/M2w R, wobei m = Masse der Aussenkraft, B Flußdichte, s = C-esamtlange des Ankerleiters in dem Feld B, M = Gesamtmasse, die bewegt wird, # = Schwimgfrequenz x 2 #und R = Widerstand der Ankerspule ist.
  • Diese Gleichung lehrt, daß die Masse der Ankerspule oder der Spulen gering gehalten werden sollte (M-m), daß die Frequenz der Schwingungen gering gehalten werden sollte, und daß Wärmeverluste in R (sich ergebend aus Maximallänge des Leiters s im Feld B) überbrückt werden können, indem B auf Niveaus angehoben wird, die gemäß Erfindung vorgeschlagen werden und daß die Hyperwirksamkeiten erzielt werden, die erwartet und beschrieben sind.
  • Eine Schwingbewegung kann in eine Drehbewegung mit Hilfe bekannter Einrichtungen wie beispielsweise durch Antreiben einer Kurbelwelle umgewandelt werden, und eine Drehlast kann von dem Ausgang der Kurbelwelle angetrieben werden0 In Fig. 3 umfaßt der Motor 70 einen Mantel 71, der aus einem magnetischen Material oder aus einem nichtmagnetischen Material wie beispielsweise Aluminium sein kann, das eine mechanische Pestigkeit ergibt, jedoch gering im Gewicht ist.
  • Der Motormantel bei dem erfindungsgemässen Motor braucht nicht als Teil des Magnetkreises zu wirken. Äußere Magneten 72, 73, 74 und die verbleibenden äußeren Magneten, nicht gezeigt, werden mittels einer zweckmässigen und bekannten Einrichtung von dem Mantel 71 getragen. Die Magneten 72, 73 und 74 können aus Platten aus keramischen magnetischen Materialien wie beispielsweise Barium oder Strontium-Ferritmaterialien zusammengesetzt sein und zwar mit einer maximalen Dicke von 25,4 mmo Diese Platten werden in der Richtung ihrer Dicke magnetisiert, wie dies in Verbindung mit Fig. 1 erläutert ist0 Die Platten werden so gestapelt, daß ihre Nord- und Südpole aneinander anstossen, wie dies in Fig0 3 gezeigt ist, wobei die Flächen 85, 87 und89 der aufeinanderfolgenden Magnetanordnungen, welche an dem Mantel 71 anliegen, abwechselnd Nord- und Südpolaritäten aufweisen0 Ein Ziel des Stapelns der Platten in einer unterstützenden Weise besteht darin, die Flußdichte in dem Spalt 75 auf ein Maximum zu bringen, durch welchen sich die Ankerspulen bewegen.
  • Innere Magnete 76, 77 und 78 können ebenfalls aus verschiedenen Platten aus keramischen Magneten zusammengesetzt sein, wie dies gezeigt ist, wobei Jeder Magnet von dem Kern 79 gestützt ist, der aus dem gleichen Material wie der Mantel 71 sein kann.
  • Da die äußeren Magneten wie 72, 73, 7a und die inneren Magneten wie 76, 77 und 78 in der bevorzugten Ausfübrungsform bezüglich zueinander aneinander anliegen oder angrenzen (zwecks optimaler mechanischer Festigkeit und Motorleistung) und entgegengesetzte magnetische Polarisation in Bezug auf die angrenzenden Magneten aufweisen, werden die Magnetkreise für Jeden Magneten vervollständigt, und es ist weder in dem Mantel 71 noch in dem Kern 79 ein Aussenmaterial niedrigen magnetischen Widerstandes wie beispielsweise Weicheisen erforderlich. Materialien geringen Gewichtes wie beispielsweise Aluminium können verwendet werden, um das Motorgewicht zu reduzieren, ein wesentlicher Faktor bei bewegbaren oder tragbaren Anordnungen des erfindungsgemässen Motors.
  • Der Anker 80 ist ebenfalls im bevorzugten Ausführungsbeispiel eisenlos und umfaßt eine Reihe von Leiter, die in einer der zwei möglichen Anordnungen angeordnet sind, welche in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben sind0 Die Ankerleitungen werden von einer Trommel 82 wie durch Zementieren oder von einer Einrichtung getragen; wenn Mehrfachschichten von Leitern verwendet werden, wie dies in Fig0 3 gezeigt ist, sind auf einanderfolgende Schichten durch Zementieren oder einem 3indemittel beispielsweise miteinander befestigt.
  • Bei Betrachtung der Xeiterausbildung nach Fig. 5 in Verbindung mit der Ausftihrungsform nach Fig. 3 ist es wesentlich, daß die Endabschnitte 84 in der Ausbildung 86 und die Endabschnitte 88 in der Ausbildung 9o (und die nachfolgenden EndabschnitteQ nicht gezeigt, in Jeder Ankerausbildung) von einer solchen Länge und Lage sind, daß die zugeordneten aktiven Leiterabschnitte 92, 94 96 und 98; und loo, 102, 104 und 106 (und die zugeordneten aktiven Leiterabschnitte, nicht gezeigt9 der aufeinanderfolgenden Endabschnitte in Jeder Ankerausbildtang) mit nachfolgenden maximalen Flußabschnitten wie 108, 110; 112, 114g und 116 und 118 fluchten, Diese maximalen Flußabschnitte entsprechen den gegenüberliegenden Verbindungsstellen der nachfolgenden aneinander anliegenden Dauermagneten im äußeren Magnetring 120 bzwo inneren Magnetring 1220 Aktive Leiter wie 92, 94, 96 und 98 in der Leiterausbildung 86 nach Fig, 5 und aktive Leiter 100, 102 und 104 in der Anordnung 9o nach Fig. 5 sind so ausgebildet, da die Zusammenwirkung zwischen dem Magnetfluß durch diese Leiter und dem Fluß zwischen dem äußeren Magnetring 120 und dem inneren Magnetring 122 die Drehbewegung der Welle 130 in Figo 3 verursacht. Bei der kernlosen Ausbildung nach Figo 5 steuert die Lenztsche Regel die Leiterbewegung und somit den Motorbetrieb.
  • Endabschnitte 84 und 88 nach Fig0 5 tragen nicht zu dem Energieausgang aus der Welle 13o bei0 Um die Wirksamkeit des Motors nach Fig. 3 zu optimieren, sollte die Abmessung der aktiven Leiter in der Richtung der Leiterbewegung minimal sein0 Dieses Kriterium würde den Wunsch der Verwendung von leitenden Bändern anstatt von herkömmlichem Draht kreisförmigen Querschnittes für die Leiter nach Fig. 5 anzeigens Dieses Ziel besteht darin, den OhmtschenW.iderstand der Ankerwindung niedrig zu halten, während der Stromfluß (und der dadurch erzeugte Magnetfluß) in einem sehr engen Bereich konzentriert wird0 Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, weist ein Elektromotor gemäss Erfindung eine Länge auf, die länger als bei einem herkömmlichen Motor mit dem gleichen Energieausgang ist0 Durch Herabsetzung der Abmessung der Ankeraktiven Beiter in Drehrichtung auf ein Minimum kann ein sehr hoher Betriebswirkungsgrad erzielt werden, Jedoch muß zwecks Erreichen eines Energieausgangsniveaus, das akzeptabel ist, die aktive Länge des stromführenden Leiters entsprechend vergrößert werden. Die aktive Länge ist selbstverständlich die Länge des Leiters, die parallel zur Achse der Motorwelle(und zu den angrenzenden Flächen nachfolgender Magneten in den äußeren und inneren Ringen 122 und 120) angeordnet ist.
  • In Fig0 5 zeigt die Ausbildung 86 eine Serpentinenanordnung der Ankerleiter. Die Ausbildung 9o zeigt eine alternative Anordnung, in welcher benachbarte Spulen verwendet sind, die Je Mehrfachwindungen aufweisen können, wobei aufeinanderfolgende Spulen in entgegengesetzte Richtungen gewickelt sind, doho eine im Uhrzeigerdrehsinn, die nächste gegen den Uhrzeigerdrehsinn, so daß an der gemeinsamen Grenze, beispielsweise an der Grenze zwischen den Leitern 1o2 und 104 die Richtung des Stromflusses in den benachbarten Leitern der gleiche ist, so daß ein zusätzlicher Fluß geschaffen ist0 Um den Energieausgang aus dem Motor nach Figo 3 zu erhöhen, sind mehrfach geschichtete Lagen der serpentinenförmig angeordneten Leiter anwendbar, wie sie in der Ausbildung 86 nach Fig. 5 gezeigt sind0 Dieses Konzept ist in Fig0 6 gezeigt0 Es ist kritisch, daß für die hohen Verhältnisse von Ausgangszu Eingangs energie gemäss Erfindung die Länge der Endabschnitte 84 bzw. 88 so sind, daß die aktiven Leiter, denen sie zugeordnet sind, in den maximalen Flußbereichen (wie bei 1c8, 11o; 112, 114; 116, 118) gleichzeitig und genau angeordnet sind. Demzufolge müssen die Endabschnitte 84 und 88 um die Mitte der Welle 130 Winkel einschalten, die im wesentlichen identisch mit den Winkeln sind, die von einer Linie eingeschlossen sind, die zwischen den Mitten der nachfolgenden maximalen Plußbereiche wie beispielsweise zwischen den Bereichen 1o8 und 112 gezogen isto Während die Magnete 72, 73 und 74 und die Magnete 76, 77 und 78 so gezeigt sind, daß sie einanderstossen, ist notwendigenfalls ein Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Magneten tolerierbar0 Ein übermässiger Abstand wird jedoch einen übermässigen magnetischen Widerstand in dem magnetischen Schaltkreis hervorrufen und die Hyperwirkungsgrade, die mit der Erfindung ezielbar sind, nicht verwirklichene Unter Bezugnahme auf Fig. 4 tragen die Elemente, die in Fig. 3 und 4 erscheinen, die gleichen entsprechenden BezeichnungenO Die Trommel 82 stützt dabei die Ankerwindung 80.
  • Die Trommel 82 umfaßt Endflansche 123 und 135, die Lagerbuchsen oder Hülsen 126 bzwo 136 aufweisen, die drehbar an festen Wellen 132 bzwo 130 getragen sind. Die Lagerbuchsen oder Hülsen 126 und 136 erlauben eine Rotation der Ankerspule 80 durch den Spalt 75 zwischen den inneren und äußeren Magnetringen 120 und 122. Ein Zahnrad 156 ist an der Hülse 126 befestigt und dreht sich damit, um ein Ausgangszahnrad 158 und eine Ausgangswelle 160 anzutreiben, die zwecks Rotation in der Hülse 162 gelagert ist. Eine Umpolvorrichtung innerhalb des Kommutators 124 kann von der Welle 160 angetrieben werden0 Leitungen 138 und 140 von der Ankerwindung 80 treten in dem Kommutator zwecks abwechselnden Anschlusses an die Eingangsenergieanschlüsse 146 und 148 ein0 Der Kommutator 124 kann eine von verschiedenen Formen annehmeine Insbesondere kann die Umschaltmethode, wie sie in Fig0 6 gezeigt ist, verwendet werden0 In Fig0 4 ist die relative Länge und Lage von bestimmten der in Pig. 3 diskutierten Elemente gezeigt0 Der äußere Magnet 73 und sein gegenüberliegender äußerer Magnet 1 2o können laminiert sein, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, um hohe Flußdichten zu erzielen Das Ausmaß der aktiven Elemente oder Leiter der Armaturwindung 80 ist ebenfalls von Interesses Ein Boden 134 kann vorgesehen sein, um den Motor 70 zu stützend Ein kritischer und auffallender Parameter bei dem hyperwirksamen Motor gemäss Erfindung ist die Steuerung der Umschaltung des elektrischen Stromes durch die Ankerspule oder die Spulen0 Insbesondere tritt ein Schalten des Stromes ein, wenn die aktiven Leiter mit den Mitten der maximalen Flußbereiche ausgerichtet sind. Herkömmliche und bekannte Motoren vermeiden auf Jeden Fall ein Schalten an einem solchen Punkt hohen Flusses wegen vieler Faktoren, insbesondere wegen Funkenbildung und Bürstenzerstörung. Erfindungsgemäss verursacht die Kontinuität jeder Ankerwindung, d.h. nur ein Stromeingangs- und ein Stromausgangspunkt für alle aktiven Leiter, wobei sie in Reihe geschaltet sind, einen relativ hohen Reihenwiderstand, der die Stromniveaus reduziert und eine Funkenbildung unterdrückt0 Auf Grund der Tatsache, daß der erfindungsgemässe Motor keinen Eisenmantel erfordert, um den magnetischen Kreis zu vervollständigen, kann der äußere Mantel 71 aus einem transparenten Material wie beispielsweise Kunststoff hergestellt sein, so daß die Bürstenzustände zu jeder Zeit ohne Auseinanderbauens des Motors beobachtet werden könnenO In Fig. 6 ist ein Umschaltverfahren für mehrere serpentinenförmige Ankerleiterausbildungen gezeigt. Zwei Windungen 400 und 402 sind schematisch gezeigt, Die Windung 402 ist um ttatt Grad (gemessen um die Motorachse 70) von der Windung 400 versetzte Die Windung 400 hat zwei zugeordnete Kommutatorelemente 404 und 4060 Der Windung 4o2 sind zwei Kommutatorelemente 408 und 410 zugeordnet.
  • Jedes der Kommutatorelemente wird synchron mit der Trommel 82 des Motors 70 angetrieben0 Die Trommel 82 trägt dabei die Ankerwindungen 400 und 4020 Das Kollektorelement 404 hat leitende Segmente wie beispielsweise die Segmente 411 bis 4180 In der Praxis ist die Anzahl der Segmente gleich der Anzahl der Pole, die ihrerseits gleich der Hälfte der Zahl der aktiven Leiterelemente wie beispielsweise der Elemente 92, 94, 96 und 98; und ioo, 102, 104 und 106 in Fig. 5 ist0 Ähnlicherweise hat das Kollektorelement 406 leitende Segmente 419 bis 426o Die Segmente des Elementes 404 mit ungeraden Zahlen sind elektrisch über einen Verbindungsring 428 verbunden, Die Segmente des Elementes 404 mit geraden Zahlen sind über den Verbindungsring 430 miteinander verbunden0 Der Ring 428 ist seinerseits mit einem Ende 432 der Windung 400 verbunden0 Der Ring 43o ist seinerseits mit dem verbleibenden Ende 434 der Windung 400 verbunden0 Die Segmente des Elementes 406 mit ungeraden Zahlen sind elektrisch über den Verbindungsring 436 miteinander verbunden0 Der Ring 436 ist seinerseits mit dem Ende 434 der Armaturwindung 400 verbunden0 Die Segmente mit geraden Zahlen des Elementes 406 sind über den Verbindungsring 438 miteinander verbunden, der seinerseits mit dem Ende 432 der Armaturwindung 400 verbunden ist.
  • Die Ankerwindung 402 ist um a' Grad bezüglich der Windung 400 versetzt (um die Achse der Trommel 82 in Fig. 3) o Demzufolge werden die Elemente 408 und 410, die von gleicher Größe und Ausbildung wie die Elemente 404 und 406 sind und an der gleichen Antriebswelle 440 angeordnet sind, welche innerhalb des Kommutators 124 enthalten sein kann, mit ihren entsprechenden leitenden Segmenten so gestützt, daß sie um zea Grad bezüglich den entsprechenden Segmenten an dem Element 404 und 406 versetzt sind. Durch diese Einrichtung wird der Strom zur Windung 402 lediglich dann umgekehrt,- wenn deren aktive Elemente mit den maximalen Flußbereichen im Spalt 75 ausgerichtet sind. Die Verbindungsringe 442 und 444 des Elementes 408 und die Verb indungsringe 446 und 448 des Elementes 410 verbinden Segmente mit gleichen und ungeraden Zahlen ihrer entsprechenden Elemente, wie dies entsprechende Ringe an den Elementen 404 und 406 turn0 Die Ankerwindung 402 ist ihrerseits mit solchen Windungen verbunden, wie dies gezeigt ist, zum Zwecke des Umschaltens des Stromes durch die Windung 402 in der gleichen Weise, wie der Strom durch die Windung 400 umgeschaltet war, Jedoch mit Phasendifferenz von eaW Grad0 Die Bürsten 450, 452, -454 und 456 führen den Betriebsstrom und die Spannung mit den angezeigten Polaritäten zu den Elementen 404 4o6, 408 bzwo 410.
  • Die Abmessung solcher Bürsten in Richtung der Elementrotation ist minimal gehalten, um ein genaues und zeitliches Umschalten zu schaffen. Um diese reduzierte Abmessung auszugleichen, ist die Abmessung der Bürsten in einer Richtung parallel zu der Wellenachse 440 grösser ausgeführt als bei herkömmlichen Bürsten, so daß die Stromdichte und eine Funkenbildung und Verschleiß reduziert werden.
  • Wenn zusätzliche serpentinenartige Windungen wie die Windungen 400 und 402 vorgesehen sind, um die Ausgangs energie aus dem Motor 70 zu erhöhen, muß eine jede solche Windung zugeordnet ein Paar Kommutatorelemente aufweisen, die von der Welle 440 gestützt und angetrieben werden, wobei ein jedes solches Paar winkeXssig bezüglich der Elemente 404 und 406 um einen Betrag versetzt sind, der der Versetzung der zusätzlichen Windung bezüglich der Windung 4oo entspricht.
  • In Fig. 7 und 8 ist eine Ausführungsform gemäss Erfindung gezeigt, in welcher magnetischer Fluß von beiden Seiten der Dauermagneten, welche das Dauermagnetfeld bilden, beim Betrieb des Motors verwendet wird. In Fig. 7 weist die Ankertrommel 500 äußere und innere Zylinder 502 bzwO 504 auf. Die Trommel 500 kann aus einem nichtmagnetischen Material wie beispielsweise Aluminium oder Kunststoff hergestellt sein. hnlich braucht das Außengehäuse 506 nicht aus einem Material geringen magnetischen Widerstandes sein und kann aus einem leichtgewichtigen Metall oder Kunststoff hergestellt sein, Das Fehlen der Notwendigkeit an Materialien geringen magnetischen Widerstandes in diesen Ausführungsformen ergibt sich aus der Anordnung der Magnete in jedem Satz und in benachbarten Sätzen, wie dies deutlicher in Fig. 8 gesehen werden kann0 Gegenüberliegende Pole sind in Berührung (oder in enger Nähe) zueinander angeordnet, so daß die magnetischen Kreise für jeden der. Magnete 508, 510, 512, 514, 516 und 518 nach Fig0 8 vervollständigt sind. Die anfängliche Reaktion von einem die Ausbildung nach Fig. 8 Betrachtenden ist, daß alle Magnet wege vervollständigt sind und daß kein Fluß in den Räumen 520 und 522 zum Zusammenwirken mit den Strom tragenden Leitern 524 bzw0 526 erscheinen wurden Tatsächliche Versuche haben jedoch gezeigt, daß diese Fakten das Gegenteil darstellen0 In den Abschn +ten der Räume 520 und 522 in Ausrichtung mit den magnetischen Zwischenflächen 528, 530, 532 und 534 wird ein bemerkenswerter I?auermagnetfluß gefunden, mit dem der Fluß vor den Strom tragenden Leitern 524 und 526 zusammenwirken kann. Tatsächlich kommt der größere Teil der magnetischen Antriebskraft, welche die Rotation der Welle 536 verursacht, aus dem Dauermagnetfeld - nicht aus dem durch Strom erzeugten Mag:net£)uB um die Leiter 524 und 5260 Die Leiter 524 und 526 sind in Übereinstimmung mit der Ausbildung 9c nach Fig. 5 angeordnet, können jedoch in lCbereinstimmung mit dieser Ausbildung 86 nach dieser Figur angeordnet sein.
  • Die Umschaltung des Stromes zu den Leitern 524 wird durch Kollektorelemente 538 und 540 bewirkt, die den Elementen 404 und 406 nach Big. 6 entsprechen und in einer ähnlichen Weise arbeiteno Die Elemente 542 und 544 arbeiten in ähnlicher Funktion in einer ähnlichen Weise für die Leiter 526.
  • Magnetpaare 508, 510; 512, 514; und 516, 518 (und nachfolgende Paare, nicht gezeigt) werden mit einer Einrichtung wie beispielsweise Zementieren zusammengehalten0 Jedes Paar hat eine stützende Öffnung 546, welche Innengewinde zur Aufnahme von stützenden Bolzen 548 aufweisen kann. Die Magnetpaare werden von dem Endabschnitt 55o des äußeren Gehäuses 506 von diesen Stützbolzen 548 getragen. Die Welle 536 ist drehbar im Lager 552 gelagert, das seinerseits von dem Endabschnitt 550 getragen isto Das verbleibende Ende der Welle 536 wird in einer Endkappe 554 über ein Lager 556 getragen0 Wenn Endklappen schrauben 558 entfernt sind, kann der gesamte Rotationsabschnitt des Motors 560 entfernt werden. Die Magnetpaare und Bürsten 562, 564, 566 und 568 (die schematisch in Fig. 7 gezeigt sind) verbleiben mit dem äußeren Gehäuse 5060 Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 können die das Dauermagnetfeld bildenden Dauermagnete laminiert oder eine Zusammensetzung sein, um hohe Flußdichten in den Arbeitsspalten 570 und 572 zu erzielen, In dem Motor gemäss Erfindung ist, Je höher die Flußdichte in dem Betriebsspalt ist, um so größer, Je grösser das Verhältnis von mechanischer Ausgangs energie zu elektrischer Eingangs energie ist. Jedoch hat sich eine Magnetoberflächen-Flußdichte von 3800 Gauss als geeignet erwiesen, um einen hyperwirksamen Betrieb zu gewährleisteno Es ist wesentlich, daß das Stromschalten an den Anker-aktiven Leitern genau dann eintritt, wenn diese Leiter mit den maximalen Flußbereichen nahe den Zwischenflächen benachbarter Dauermagnete in dem Motorfeld fluchten. Es ist weiter wesentlich bei den Ausführungsformen nach Figo 3 und 7 daß die benachbarten oder angrenzenden Magnete in dem Feld entgegengesetzte Polaritäten an ihren Zwischenflächen aufweisen0 Derartige Motoren können mit Wechselstrom betrieben werden, in welchen Fällen die Kommutatoren weggelassen werden0 Wie in Verbindung mit Fig. 2 und 9 beschrieben ist, können die stromfahrenden Leiter (in diesem Pall die Leiter 524 und 526) stationär gehalten werden, und die Magnete 508, 510, 512, 514, 516 und 518 und die verbleibenden zylindrisch angeordneten Magnete können von der Welle 536 getragen werden, um sich damit zu drehen.
  • In Fig. 9 haben die Dauermagnete 170, 172, 174 und 176 gleiche Pole, welche aneinanderstossen, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Pall ist. Die Magnete sind mechanisch miteinander an ihren Anstoß stellen wie durch ein Klebemittel oder eine andere mechanische Einrichtung verbunden, so daß die aneinanderstoss enden, bogenförmig ausgebildeten Dauermagnete einen kompletten Ring oder Kreis bilden0 Der Aussenumfang dieses Ringes hat Rippen oder Zähne wie ein Ringzahnrad, und diese Zähne arbeiten mit den Zähnen der Zahnräder 178, 180, 182 und 184 zusammen Die Zahnradteile 178 und 182 wirken primär als mechanische Fuhnungsglieder für den Ring, der von den Dauermagneten gebildet ist. Das Zahnradteil 184 wirkt als Hauptstützteil für den magnetischen Ring, und das Zahnradteil 180 wirkt als Zahnrad, das die Ausgangswelle 186 antreibt, wie dies deutlicher in Fig. 1o gesehen werden kann0 Die Spulen 188, 19o, 192 und 194 sind in fester Lage von Armen 196, 198, 200 und 202 getragen, die ihrerseits von einer Stütze 204 von dem Boden 206 getragen sind. Eine Stützplatte 208 schafft ein Stützen der Welle 186, die dem Zahnrad 180 zugeordnet ist und der anderen ?ellen, die den verbleibenden Zahnrädern zugeordnet sind, wie dies in Fig. 1o gezeigt ist0 Es sei hervorgehoben, daß die winkelmässige Verschiebung zwischen den aufeinanderfolgenden festen Spulen der winkelmässigen Trennung der Anschlagpunkte zwischen aufeinanderfolgenden keramischen oder anderen Dauermagneten entspricht, so daß, wenn sich der von den Magneten 170, 172, 174 und 176 gebildete Dauermagnetrlng dreht, sich die Punkte oder 13erriche des Anstossens gleichzeitig unter den entsprechenden festen Spulen bewegen, Das heißt, daß die Kraft, welche die Drehbewegung in diesem Motor erzeugt, in einer Reihe von Bürsten, entsprechend den Zeit perioden auftritt, wenn sich die Anstoßbereiche unter den entsprechenden festen Spulen bewegen.
  • In Fig. 10 ist die Welle 210 für das Zahnrad 184 mit einem Ende in einem Lager 211 und mit ihrem anderen Ende in einem Lager 214 gelagert, wobei letzteres Lager in dem Stützglied 216 angeordnet ist, das von dem Boden 206 fest gestützt wird. Das Zahnrad 178 wird von einer Welle 214 von dem Stützglied 208 über ein Lager 216 getragen, welches eine Rotation sowohl der Welle 214 als auch des Zahnrades 178 erlaubt, Wie erläutert ist, ist die Welle 186 mit dem zugeordneten Zahnrad 180 drehbar in einem Lager 218 in dem Stützglied 208 gestützt. Jedoch tritt eine Erstreckung der Welle 186 in ein Kollektor- und geschwindigkeitsherabsetzungselement 220 ein, an dessen Ausgang sich eine Welle 222 befindet, die mit einer Last gekoppelt werden kannO Wie in il?igo 1o gezeigt ist, erstrecken sich Leitungen von den verschiedenen festen Spulen zu dem Geschwindigkeitsherabsetzungs- und Kollektorglied 22ovo ia aufeinanderfolgende anstossende Abschnitte in dem Magnetring entgegengesetzte magnetische Polarität aufweisen, ist es notwendig, die Richtung des Stromflusses in den verschiedenen festen Spulen in dem Augenblick zu schalten, wenn sich die aneinander anstossenden Bereiche unter den festen Spulen bewegen. Wenn beispielsweise die Nordpol der aneinanderstossenden bogenförmigen Glieder 170 und 172 aneinanderliegen, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist und wenn die Richtung der Bewegung der bogenförmigen Glieder in Uhrzeigerdrehsinn ist, wie dies gezeigt ist, würde der durch die Leitungen 224 und 226 fliessende Strom Spannungen von den Energieeingangsanschlüssen 228 und 23o einer solchen Polarität aufbringen, um in der Spule 190 eine Stromflußrichtung zu erzeugen, die einen magnetischen Südpol ergeben würde, der an dem Ende der Spule 19o erzeugt wird und die Bezugsziffer 232 trägt. Wegen der nichtgleitenden Beziehung zwischen den Zähnen des Magnetringes und den Zähnen am Zahnrad 1 8o und mit bekannter und vorbestimmter Beziehung zwischen den Durchmessern des Magnetringes und des Zahnrades 180 kann die Stromschaltzeit zu jeder der festen Spule mit Hilfe eines Impulses synchronisiert werden, der im Kommutator 220 von der Rotation der Welle 186 abgeleitet ist. Da alle festen Spulen gleichzeitig geschaltet werden und es lediglich eine Tatsache des aufeinanderfolgenden Änderns der Stromrichtung in jeder Spule ist, können die elektronischen Schaltkreise in dem Umschaltprozeß sehr einfach sein und können einfach Flip-Flop-Schaltungen umfassen, die von der sich drehenden Welle und abwechselnden Schalten des SRC synchronisiert sind, welcher jeder Spule der Reihe nach Spannungen entgegengesetzter Polarität zuführt. Somit kann eine kontinuierliche Drehbewegung des magnetischen Ringes aus den Elementen 170, 172, 174 und 176 erzielt werden, und eine Drehausgangswelle 222 kann verwendet werden, um eine gewünschte Last anzutreiben.
  • In Fig. 11 sind die dort gezeigten Prinzipien im Grund gleich denen nach Fig. 5 und 6 mit der Ausnahme, daß doppelte Sätze von Dauermagneten, welche innere und äußere magnetische Ringe oder Zylinder bilden, verwendet werden. Insbesondere ist nach Fig. 11 das Außengehäuse 250 aus Weicheisen drehbar von Ständern 252 und 254 mit Hilfe von Lagern 256 bzw. 258 getragen, Das Gehäuse 250 trägt Dauermagnete wie die Magnete 260 und 262 in fester Beziehung zum Gehäuse 2000 Die Ausbildung dieser Dauermagneten kann ähnlich der Ausbildung nach Fig0 3 sein0 Ankerspulen 264 und 266, die eine Ausbildung entsprechend der Ankerspulenausbildungen nach Fig. 3 und 4 haben können, werden in fester Beziehung bezüglich den Stützen 252 und 254 mit Hilfe von Stützgliedern 268, 270, 272 und 274 gestützt0 Die Glieder 268 und 270 können hohl sein, um dadurch den Durchgang der Spulenleiter wie die Leiter 276, 278, 280 und 282 zu erlauben. Ein innerer Kern 284, der hohl sein kann, um die Masse der Drehglieder des Systems zu reduzieren, stützt die Dauermagneten 286, 288 und die Dauermagneten an dem inneren Zylinder oder Ring, welcher eine Ausbildung entsprechend der Ausbildung des inneren Rings nach Bigo 3 aufweisen kann, Der Innenkern 284 ist aus Weicheisen und kann an den Wellenteilen 290 und 292 geschweißt oder auf andere Weise befestigt sein, die mit Hilfe von Lagern 294 und 296 von festen Gliedern 274 und 268 und den Stützen 254 und 252 gestützt werden0 Das Gehäuse 250 trägt an seinem Umfang ein Zahnrad 298.
  • Dieses Zahnrad arbeitet mit einem Zahnradgehäuse 300 zusammen Das Zahnradgehäuse 3oo ist mit einer Welle 302 gekoppelt, die zwecks Rotation im Lager 304 gestützt ist, welches von der Stütze 306 getragen ist. Die Welle 302 ist mit dem Zahnradgehäuse Doo und mit einem zweiten Zahnrad 308 gekoppelt, welches so angeordnet ist, daß es mit dem Antriebszahnrad 31o zusammenwirkt. Das Antriebszahnrad 310 ist seinerseits mit der Welle 290 befestigt.
  • Das Wellenteil 292 erstreckt sich in den Kommutator 312 und steuert das Schalten der Eingangsspannung von den Anschlüssen 314 und 316 zu den Leitern 280, 282, 276 und 278, so daß die Stromrichtung und die Zeit des Stromflusses eine optimale Wirksamkeit in dem Motor erzeugt, welcher die beschriebenen Elemente umfaßte Selbstverständlich müssen die Größen des Zabnrades 298, der Zahnräder im Getriebekasten 3oo, des Ausgangssahnrades 3o8 und des Antriebszahnrades 31o so gewählt werden, daß die durch die Rotation der äußeren und inneren Magnetringe oder Zylinder des Motors erzeugte Energie optimal ist.
  • Der eisenlose Anker und die magnetische Zwischenfläche entgegengesetzter Polarität der Ausführungsformen nach Figo 3, 4, 5, 6, 7 können in den Ausführungsformen nach Figo 9, 10 und 11 angewandt werden Somit kann überall ein nichtmagne:iisches Material verwendet werden0 In Figo 12 ist eine besonders praktische und wichtige Anwendung eines hyperwirksamen Elektromotors gemäss Erfindung gezeigt.
  • In Fig. 12 wird ein erfindungsgemässer Motor 600 verwendet, um eine Kühleinrichtung 602 über eine Welle 604 anzutreiben.
  • Die Energie für den hyperwirksamen Motor 600 wird von einer Gleichstromquelle 60g genommen, die schematisch als eine Batterie dargestellt ist0 Diese Anwendung ist insbesondere wichtig, wenn tragbare oder bewegbare Kühleinheiten anzutreiben sind, wie beispielsweise bei Kühl-LKW's oder ContainernO Eine hohe Wirksamkeit des Elektromotores ist wesentlich, um eine maximale Kühlzahl aus einer gegebenen Batterie-Energiequelle zu gewährleisten.
  • Während besondere Ausführungsformen gemäß Erfindung gezeigt und beschrieben sind, sei hervorgehoben, daß für den Fachmann Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne sich dabei vom Kern der Erfindung zu entfernen.
  • A:asprüche Leerseite

Claims (1)

  1. Ansprüche i,!Elektromotor, gekennzeichnet durch eine ein Magnetfeld erzeugende Einrichtung zum Erzeugen eines maximalen Fluß es (B) über einen Bereich (A), durch einen Anker, welcher wenigstens eine elektrisch leitende Windung des Volumens (V1) aufweist, welche in den Bereich (A) dieses maximalen Fluß es (B) bewegbar ist, durch eine Einrichtung, welche diese ein Magnetfeld erzeugende Einrichtung und diese Windung einschließt, um in dem Motor einen elektrisch-mechanischen Wirkungsgrad annähernd proportional dem Produkt BA zu erzeugen, und durch eine Einrichtung zum Einfuhren eines elektrischen Stromes in diese eine Windung lediglich dann, wenn diese eine Windung sich in dem Bereich (A) des maximalen Fluß es (B) befindet 20 Elektromotor, gekennzeichnet durch einen Mantel aus nichtmagnetischem Material, durch eine Dauermagnetfeld-Anordnung, welche eine Vielzahl von Dauermagneten einschließt, die nacheinander von diesem Mantel getragen sind, wobei entgegengesetzte Pole der aufeinanderfolgenden Magneten zueinander gewandt sind, um maximale Flußbereiche zu bilden, durch wenigstens eine Ankerwindung, die von dem Mantel zwecks Bewegung durch diese maximalen Flußbereiche gestützt ist, wobei diese Ankerwindung aktive Leiterabschnitte und Endabschnitte einschließt, durch eine Anschlußeinrichtung zum Zuführen von Betriebsstrom zu dieser wenigstens einer Ankerwindung und durch eine Stromumschalteinrichtung, welche zwischen der Anschluß einrichtung und der genannten einen Ankerwindung gekoppelt ist, um den Betriebsstrom nur dann umzuschalten, wenn sich die aktiven Leiterabschnitte in den maximalen Flußbereichen befinden, 30 Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel zylindrisch ist, daß die Dauermagneten wenigstens einen Dauermagnetseldring bilden, und daß die genannte Ankerwindung von diesem Mantel zwecks Rotation durch die maximalen Flußbereiche dieses Ringes gestützt ist.
    4o Elektromotor, gekennzeichnet durch Eingangsanschlüsse für elektrische Energie, durch eine Ausgangseinrichtung für mechanische Energie und durch eine elektromechanische Energieumwandlungseinrichtung, die zwischen den Eingangsans chlüss en und der Ausgangs einrichtung gekoppelt ist, um an dieser Ausgangseinrichtung mechanische Energie zu erzeugen, welche die elektrische Energie übertrifEt, welche an den Eingangsanschlüssen angelegt ist.
    5. Elektromotor, gekennzeichnet durch einen eine Achse aufweisenden zylindrischen Mantel aus nichtmagnetischem Material, einen ersten Satz Elektromagnetspulen mit aktiven Abschnitten und Endabschnitten, die von dem Mantel um diese Achse in einem ersten Radius getragen sind, wobei die aktiven Abschnitte im wesentlichen parallel zu der Achse angeordnet sind, einen zweiten Satz Elektromagnetspulen mit aktiven Abschnitten und Endabschnitten, die von dem Mantel um diese Achse in einem zweiten Radius getragen sind, welcher kleiner als der erste Radius ist und wobei die aktiven Abschnitte im wesentlichen parallel zu dieser Achse angeordnet sind, so daß zwischen dem ersten und dem zweiten Satz der Spulen ein zylindrischer Raum gebildet ist, eine Vielzahl von Dauermagueten, welche je Länge Briten- und Dickenabmessungen aufweisen, wobei diese Dauermagneten in diesem Raum zwischen dem ersten Satz und dem zweiten Satz der Elektromagnetspulen angeordnet sind, wobei die Längenabmessungen der Magnete im wesentlichen parallel zu den aktiven Abschnitten der Elektromagnetspulen verlaufen und diese Dauermngnete von dem Mantel zwecks relativer Drehbewegung zwischen diesen Permanentmagneten und den Sätzen der Elektromagnetspulen um diese Achse des Mantels gestützt werden, und wobei diese Dickenabmessung eines jeden der Dauermagnete geringer als der radiale Bereich dieses Raumes zwischen dem ersten Satz und dem zweiten Satz der Elektromagnetspulen ist, wobei diese Dauermagneten bezüglich dieser Achse radial polarisiert sind und benachbarte Magnete in entgegengesetztem Sinn gepolt sind, um Zwischenflächen zu bilden, durch eine Stromzuführeinrichtung zum Anlegen von Betriebsstrom an den Motor und durch eine Umschalteinrichtung, welche zwischen der Stromzufübreinrichtung und den Sätzen der Elektromagnetspulen gekoppelt ist, um die Stromflußrichtung durch jeden Satz der Spulen zu schalten, wenn deren aktive Seiten im wesentlichen mit entsprechenden Zwischenflächen zwischen benachbarten Dauermagneten fluchtens 50 Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sätze der Elektromagnetspulen sich drehen und daß diese Dauermagneten stationär sind0 7o Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sätze der Elektromagnetspulen stationär sind und daß sich die Da7lermagneten drehen,
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