DE3201099A1 - Magnetischer drehmomentgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Magnetkraftquellen und insbesondere einen magnetischen Drehmomentgenerator unter Verwendung einer Einrichtung zur steuerbaren Koordination benachbarter Magnetfelder, um eine ausreichende magnetostatische Kraft zur Durchführung von Arbeitsvorgängen zu erzeugen.

Kraftquellen , wie z.B. Motoren und Generatoren, werden derzeit nach üblichen Methoden und Normen, die seit IQ . vielen Jahren in Gebrauch sind, entworfen und hergestellt. Diese Konstruktionen und Methoden erfordern üblicherweise Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Arbeit durch Verwendung von Elementen wie Feldpolen, Ankern, Kondensatoren und Bürsten.

In einigen Fällen, wenn extrem kleine Ausgangsleistungen erforderlich waren, wurden Magnetkräfte in Vorrichtungen wie Mischern angewandt. Diese Vorrichtungen sind jedoch zur Erzeugung einer ausreichenden Kraft völlig ungeeignet, um unter Bedingungen zu arbeiten, die eine erhebliche

Belastung der Kraftquelle erfordern, wie dies -in Pumpen, beim Fahrzeugantrieb oder anderen mechanischen und hydraulischen Maschinen der Fall ist, wenn die Kraftquelle stets stark belastet wird. Derartige übliche 2b Vorrichtungen haben außerdem, obwohl sie die natürlichen Magnetkräfte ausnutzen, elektromechanische oder elektromagnetische Einrichtungen in Kombination damit.

Eine Verbesserung der Hauptkraftquellen unter Ausnutzung der natürlichen Magnetkraft kann die Kosten derartiger Quellen leicht verringern und diese haltbarer, langlebig und kompakter machen, indem die gesteuerte "Verzerrung" bzw. Beeinflussung der Magnetkraftlinien durchgeführt wird, so daß sich eine erhebliche Differenz der Magnetflußdichte ergibt, und die bekannten Regeln der magnetischen Anziehung und Abstoßung angewandt werden, um eine größere mechanische Vorschiebung durchzuführen.

Es wurde bereits verschiedentlich versucht, eine gesteuerte Beeinflussung von Magnetkraftlinien unter Verwendung von Permanentmagneten durchzuführen, die nahe beieinander angeordnet und mechanisch oder elektromechanisch betätigt werden, um einen bestimmten Magnetflußverlauf zu erhalten, der geeignet ist, eine mechanische Verschiebung zwischen den Magneten durchzuführen. Ein derartiger Vorschlag ist in der US-PS 1 724 446 beschrieben. Hiernach wird intermittierend ein Nebenschluß in das Magnetfeld zweier Magnete eingebracht, die dicht nebeneinander angeordnet sind, um ein anziehendes Magnetfeld zu erzeugen, und dann zurückgezogen, um ein abstoßendes Magnetfeld zu erzeugen, so daß einer der Magnete vom anderen angezogen und abgestoßen wird.

Es ergaben sich jedoch bei üblichen Vorrichtungen Schwierigkeiten, die weitgehend auf die Tatsache zurückzuführen sind, daß Einrichtungen erforderlich waren, um den Nebenschluß mechanisch in zeitlich genau bestimmten .Intervallen in den Magnetfluß einzubringen und daraus zu entfernen, da sonst Wirkungsgrad und Verwendbarkeit der Vorrichtung als Kraftquelle ungeeignet waren. In bestimmten Fällen arbeiten solche Nebenschlußbetätigungseinrichtungen elektromechanisch, was eine externe elektrische Quelle erfordert. Derartige Einrichtungen, wie sie bei üblichen Magnetkraftquellen erforderlich sind, .stellen relativ komplizierte Elemente dar, die zusätzliche Leistung und kritische Programmierungseinrichtungen erfordern, so daß nicht gesagt werden kann, daß diese Einrichtungen nur unter der Ausnutzung der natürlichen Magnetkräfte arbeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Magnetkraftgenerator zu erzeugen, der in der Lage ist, eine Last mit konstanter Geschwindigkeit über eine längere Zeitperiode bei einem Minimum an Zusatzeinrichtungen anzutreiben.

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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 bzw. den Ansprüchen 7 und 8 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Erfindung wird somit ein Magnetkraftgenerator geschaffen, der die Schwierigkeiten beseitigt, die bei üblichen Generatoren auftreten, und zwar durch eine Einrichtung, die ein konzentriertes Magnetfeld längs beweglicher abwechselnder Stellen auf einer Kreisbahn eines rotierenden entsprechenden Magnetfeldes erzeugt, um eine Wechselwirkung mit dem Magnetfeld vom Permanentmagneten zu bewirken, so daß die gegenseitige Anziehung und Abstoßung der Magnetfelder in eine mechanische Bewegung umgewandelt werden kann.

Der magnetische Drehmomentgenerator hat eine bewegliche Einrichtung, die ein oder zwei Permanentleistungs- bzw. Rotormagnete trägt, die abstandsgleich angeordnet sind und von denen jeder ein konstantes Magnetfeld erzeugt. Außerdem ist eine Einrichtung vorgesehen, um an einer Drehscheibe die Leistungsmagnete auf einer Kreisbahn beweglich zu befestigen, so daß das entsprechende Magnetfeld jedes der Magnete der Kreisbahn folgt. In der Kreisbahn des Magnetfeldes der Leistungsmagnete ist ein Trigger- bzw. Stator-Permanentmagnet angeordnet, dessen Magnetfeld in der Bahn' des Magnetfeldes der Leistungsmagnete liegt. Der Triggermagnet dreht sich bzw. bewegt sich in der einen und dann in der anderen Richtung hin und her, so daß abwechselnde Pole seines Magnetfeldes ihre Lage konstant ändern und der Triggermagnet den benachbarten Leistungsmagneten abwechselnd anzieht· und abstößt. Eine Zeitsteuereinrichtung bewegt den Triggermagneten wahlweise, so daß eine konstante Bewegung der die Leistungsmagnete tragenden Scheibe erzeugt wird'. Mit

der Scheibe bzw. deren Drehhalterung kann eine Energieabnahmeeinrichtung verbunden sein, so daß eine Nutzlast betrieben werden kann.

Es ist somit möglich, Magnetkräfte in eine mechanische Bewegung umzuwandeln, indem eine sich drehende bzw. bewegende Magneteinrichtung wahlweise die positiven und negativen Bereiche eines Magnetfeldes Icings Giner Kreisbahn mehrerer Permanentmagnete anordnet ,- die sich durch das Magnetfeld bewegen, so daß an bestimmten Stellen das sich drehende bzw. bewegende Magnetfeld so reagiert, daß ein anziehendes Magnetfeld, gefolgt von einem abstoßenden Magnetfeld zum Antrieb der sich bewegenden Magneteinrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit erzeugt wird.

Es kann somit eine mechanische Bewegung zwischen nebeneinander angeordneten Magneten erzeugt werden, und die relative Bewegung zwischen den Permanentmagneten wird in Abhängigkeit von einer zeitgesteuerten Bewegung des einen Magneten erreicht.

Es werden somit ein Stator- und ein Rotor-Permanentmagnet verwendet, um eine Drehbewegung zwischen diesen Magneten, deren Polstücke einander gegenüberliegen, ebenso wie eine Bewegungsbeziehung zu erreichen.

Mit dem Generator kann ein ausreichend großes Drehmoment erzeugt werden, um bei relativ hoher Belastung Arbeitsvorgänge durchführen zu können.

Die Herstellung des Generators ist wirtschaftlich, und er hat eine minimale Anzahl von Bauteilen, da Permanentmagnete und andere auf dem Markt leicht verfügbare "° Materialien verwendet werden.

Mit dem Generator kann sowohl eine geradlinige als auch

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eine Drehbewegung erzeugt werden. Diese Bewegung wird zwischen nahe beieinander angeordneten mechanischen Teilen erzeugt. Hierzu wird das Magnetfeld eines Satzes c von Magneten gegenüber dem eines anderen Magneten so

betätigt, daß die Lage des Feldes an bestimmten Stellen gegenüber dem anderen Feld eine magnetostatische Antriebskraft erzeugt. Die elektromagnetische Kraft wird zu nur einem geringen zeitlichen Prozentsatz im jQ Vergleich zu Elektromotoren angewandt, deren Strom ständig fließt:.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht des magnetischen Drehmomentgenerators,

Fig. 2A bis H eine typische magnetische Anziehungs- und Abstoßfolge zur relativen Bewegung der Magnete

des Generators der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt des Generators in Fig. 1 unter

Verwendung mehrerer Triggermagnete, 25

Fig. 4 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform und

Fig. 5 einen Querschnitt einer Nutzeinrichtung. 30

Der magnetische Drehmomentgenerator 10 in Fig. 1 hat eine Drehscheibe 11, die auf einer Welle 12 sitzt, die über ein Lager 14 an einem Aufbau 13 drehbar gelagert r, ist. Am Rand der Scheibe 11 befinden sich zwei Magnete 15 und 16, die Nord- und Südpole aufweisen, so daß um die Magnete ein Magnetfeld herrscht. Wenn sich die Scheibe dreht, bewegen sich die Magnete auf einer Kreisbahn und damit auch die durch das Magnetfeld

IQ hervorgerufene magnetische Induktion. Auf der Kreisbahn, die die Magnete 15 und 16 beschreiben, sind zwei Magnete 17 und 18 vorgesehen, die koaxial zueinander angeordnet und durch ein Befestigungselement 20 verbunden sind, so daß sie als Einheit arbeiten. Die Magnete 17 und 18 sind in einem Lager 21 gehalten, das eine Schwingung bzw. Drehung der beiden Magnete an einem Halteaufbau 22 ermöglicht. Unmittelbar unter dem Magneten 18 und koaxial zu diesem befindet sich ein Elektromagnet 23 mit Spulen, die mit einer Energiequelle 24 verbunden sind. Der Elektromagnet 23 ist an einer Halterung 25 beweglich befestigt, so daß er entsprechend der Bewegung hin- und herschwingen kann, die er von der Welle 12 über Kegelräder 26 und 27, die eine Welle 28 drehen, Kegelräder 29 und 30, die den Elektromagneten 23 drehen, übernimmt. Eine Zeitsteuereinrichtung 31 ist mit dem Kreis des Elektromagneten verbunden, um dessen Spulen zu den richtigen Zeitpunkten zu erregen.

Die Erregung der Spulen des Elektromagneten 23 erzeugt eine magnetische Induktion im Bereich der Pole des Permanentmagneten 18. Entsprechend den Recjeln des Magnetismus bezüglich gleicher und ungleicher Pole drehen sich die Magnete 17 und 18 daher im Lager 21. Die beiden Magnete 17 und 18 führen daher bezüglich des Elektromagneten eine Nachlaufbewegung aus und sind so angeordnet, daß ihre Bewegung den Magneten 15 beeinflußt, wenn ihre Magnetfelder aufeinandertreffen. Das

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Magnetfeld des Magneten 16 wird auch von den Magnetpolen des Magneten 17 beeinflußt.

Es ist ersichtlich, daß die magnetischen Kräfte auf sehr kurzen Strecken von den Polen aus wirksam sind, und daß diese Kräfte nahe den Polen sehr stark sind und mit dem Abstand von den Polen rasch abnehmen. Die Reichweite hängt von der Art des Materials und der

IQ Stärke und Form des Magneten ab. Bringt man die beiden Magnete 17 und 15 bzw. 16 in geringen Abstand, dann kann eine kontinuierliche Bewegung zwischen den beiden Magneten festgestellt werden,'wenn die Anziehungsund Abstoßkräfte abwechselnd und kontinuierlich umgeschaltet werden. Im vorliegenden Beispiel können die beiden Magnete an der Scheibe als Leistungsmagnete bezeichnet werden. Jeder Leistungsmagnet befindet sich in der gleichen relativen Lage bezüglich des Magneten 17, so daß die Orientierung der positiven und negativen Pole bezüglich des Systems ungeändert bleibt. Der Magnet 17 ist jedoch in geringem Abstand gegenüber dem Leistungsmagneten angeordnet und kann für das System als der Triggermagnet bezeichnet werden, der von den Spulen 2 3 intermittierend gedreht wird. Da die Pole des Triggermagneten ihre Lage konstant ändern, wirkt der Triggermagnet zum Teil anziehend und zum- Teil abstoßend.

Die Fig. 2A bis II zeigen eine Annäherungs folge des Leistungsmagneten 15 an den Triggermagneten 17, der vom Elektromagneten 23 intermittierend gedreht wird. Wenn sich der Elektromagnet 15 so annähert, daß seine Feldstärke von der des Triggermagneten 17 beeinflußt wird, ergibt sich entsprechend den.üblichen Regeln des Magnetismus eine, Reaktion. Im vorliegenden Falle wird, wie Fig. 2A zeigt, der Lcistungsmagnet 15 gegenüber dem Triggermagneten 17 um eine Strecke versetzt, so daß

ungleiche Pole einander gegenüberliegen. Dor Loistungκ-magnet 15 beginnt dann seine Bewegungsbahn, angezogen vom stationären Triggermagneten 17.

In Fig. 2B setzt der Leistungsmagnet 15 seine Bahn fort, angetrieben durch die Anziehung des Triggermagneten 17. Es ist wichtig , daß zwischen den Magneten ein Abstand besteht, so daß keine mechanische gegenseitige Beeinflussung auftritt. Wenn sich die Magnete berühren können, hört die Bewegung auf.

Fig. 2C zeigt, daß, wenn der Leistungsmagnet 15 den Triggermagneten 17 nahezu ganz bedeckt, der Triggermagnet 17 sich durch den Elektromagneten 23 rasch um 180° zu drehen beginnt.

In Fig. 2D hat sich der Triggermagnet 17 um 90° gedreht, wenn der Leistungsmagnet den Triggermagneten überdeckt.

Diese Stellung wird als Nullpunkt bezeichnet, da die Lage der einander gegenüberliegenden Pole keine Abstoßung oder Anziehung bewirkt. Der Leistungsmagnet 15 läuft aufgrund seiner Trägheit weiter und durchläuft den Nullpunkt.

Fig. 2E zeigt, daß, während der Leistungsmagnet 15 die Überdeckungsphase zu verlassen beginnt, die Drehung des Triggermagneten 17 sehr rasch beginnt, so daß gleiche Pole einander gegenüberliegen und eine Abstoßung bewirken.

Wenn, wie Fig. 2F zeigt, der Leistungsmagnet 15 die Uberdeckungsphase etwas verlassen hat, hat der Triggermagnet 17 eine Drehung von 180° durchgeführt und hält an. Es liegen einander nun gleiche Pole mit nahezu voller Kraft gegenüber und es tritt eine starke Abstoßung auf.

In Fig. 2G setzt der Leistungsmagnet 15 unter dem Einfluß der rasch abnehmenden abstoßenden Wirkung des

Triggermagneten seine Bewegung fort. Eine kontinuierliche Bewegung wird dadurch erreicht, daß der Leistungsmagnet durch einen weiteren Triggerimpuls in geringem Abstand abgestoßen wird.

In Fig. 2H ist der Leistungsmagnet 15 völlig frei vom Einfluß des Triggermagneten 17 und läuft aufgrund der Trägheitskräfte weiter.

Dadurch, daß man die beiden Leistungsmagnete 15 und 16 an der kreisförmigen Scheibe 11 gegenüber einem einzigen Triggermagneten 17 anordnet, kann das oben erläuterte Prinzip bewiesen werden. Erfolgreiche Versuche wurden durchgeführt, die zeigten, daß eine Kreisbewegung aus magnetischer Energie erhalten werden kann.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsoform, bei der die zuvor erläuterten Prinzipien zur Anwendung gelangen.

Diese Ausführungsform hat eine Drehscheibe 35 mit sechs Permanentmagneten 36 bis 41 unter der Scheibe. An der Scheibe 35 sind fünf stationäre Permanentmagnete 42 bis 46 befestigt. Durch Verwendung mehrerer Magnete für die stationären Triggermagnete und die sich drehenden

²^ Leistungsmagnete wird zusätzliche Leistung und damit ein erhebliches Drehmoment erzeugt. Die Pole der verschiedenen Magneten sind mit S und N bezeichnet, es geltend die normalen Regeln des Magnetismus.

°® Fig. 4 zeigt eine detailliertere Ausführungsform 50, bei der eine Scheibe 51 auf einer Welle 52 durch die zuvor beschriebenen Magnetfeldwechselwirkungen zwischen Leistungsmagneten 53, 54 und Triggermagneten 55, 56 drehbar ist. An Stelle der elektromagnetischen Einrichtung zum Drehen der Triggermagnete hat die Ausführungsform in Fig. 4 eine mechanische Einrichtung in Form von Maltesergetrieben, die in Getriebekasten 57 und 58 angeordnet sind. Die Maltesergetriebe sind mit der

Welle 52 gekoppelt, um an ihren entgegengesetzten Enden die Triggermagnete 55 und 56 über Zahnräder 59, 60 anzutreiben.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform in Form einer Kolbenmaschine, bei der durch Ausnutzung von Magnetenergie im Gegensatz zu der kreisförmigen Bewegung der vorherigen Ausführungsformen eine geradlinige Bewegung aufrechterhal-

IQ ten wird. Die Kolbenmaschine 60' hat eine ZeitsteuereinrichtungöO, die mit zwei Triggerpermanentmagneten 6 2 und 63 verbunden ist, die in Zylindern 64 und 65 drehbar angeordnet sind. Stationäre bzw. sich nicht drehende Leistungsmagnete 66 und 67 sind an einer Kurbelwelle 68 über Verbindungsstangen 69 und 70 befestigt. Ein Getriebe oder eine andere mechanische Einrichtung 71 verbindet die Zeitsteuereinrichtung mit den Triggermagneten 62 und 63. Wenn die Triggermagnete gedreht werden, werden bezüglich der Leistungsmagnete abstoßende und anziehende Magnetkräfte erzeugt, so daß während der Anzugsphase der Leistungsmagnet 66 gegen den Triggermagneten 62 gezogen wird, während, wenn der Triggormacjnet G) abgestoßen wird, sich der Leistungsmagnet 67 vom Triggermagneten 6 3 entfernt, so daß die Kurbelwelle 68 gedreht wird.

Claims (11)

1. WILLIAM C. MAYFIELD 17070/17070Α

   4945 Alhama Drive Vg/BCh

   Woodland Hills, Calif. 91364
   U.S.A.

   Magnetischer Drehmomentgenerator

   PATENTANSPRÜCHE 20

   M.) Magnetischer Drehmomentgenerator, gekennzeichnet durch eine bewegliche Einrichtung (11), eine Permanentmagneteinrichtung (15, 16) an der Bewegliehen Einrichtung, und eine magnetische Triggereinrichtung (17) nahe der Permanentmagneteinrichtung, deren Magnetfeld mit dem der Permanentmagneteinrichtung in Wechselwirkung steht, um die bewegliche Einrichtung unter dem Einfluß der magnetostatischen Kräfte zwischen den Feldern der Permanentmagneteinrichtung und der Triggereinrichtung zu bewegen.
2. 2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggereinrichtung ein Permanentmagnet (17) ist, dessen Magnetfeld direkt in der Magnetfeldbahn der Permanentmagneteinrichtung (15,

   16) liegt, während die bewegliche Einrichtung (11) unter dem Einfluß der in Wechselwirkung befindlichen Felder steht.
3. 3. Generator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Zeitsteuereinrichtung (31), die mit der Triggereinrichtung (17) verbunden ist, um die Polarität deren Magnetfeld bezüglich dem der Perma-

   2Q nentmagneteinrichtung (15, 16) zu ändern.
4. 4. Generator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Elektromagneten (23) in der Triggereinrichtung (17), der direkt einen Permanent-5 magneten betreibt.
5. 5. Generator nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Zwischenpermanentmagneten (18), der zwischen dem Elektromagneten (23) und der Triggereinrichtung (17) angeordnet ist, um die Steuerung dos Elektromagneten auf den Permanentmagneten zu übertriigen.
6. 6. Generator nach Anspruch 5, dadurch g e kennzeichnet, daß die bewegliche Einrichtung (11) eine Drehscheibe ist, und daß die Permanentmagnete (15, 16) an der Drehscheibe (11) angeordnet sind und eine sich auf einer Kreisbahn bewegende Magnetkraft erzeugen.
7. 7. Magnetischer Drehmomentgenerator, gekennzeichnet durch eine bewegliche Einrichtung zur Bewegung auf einer bestimmten Bahn, einen permanenten Leistun<jsmagneten, der an der beweglichen Einrichtung

   3i.) befest-igt ist, so daß sich das Magnetfeld in der vorbestimmten Bahn bewegt, eine Permanentmagnet-Triggereinrichtung, deren Magnetfeld in der vorbestimmten Bahn liegen

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   kann, um mit dem Magnetfeld des Leistungsmagneten in

   Wechselwirkung zu treten, und eine Zeitsteuereinrichtung, die mit dem Triggermagneten verbunden ist, um diesen zu p- drehen, so daß ein Magnetfeld die bewegliche Einrichtung kontinuierlich längs ihrer vorbestimmten Bahn antreibt.
8. 8. Magnetischer Drehmomentgenerator, gekennzeichnet durch einen Rotor-Permanentmagneten, dessen Magnetfeld auf einer bestimmten Bahn beweglich ist, einen Stator-Permanentmagneten, dessen Magnetfeld in der bestimmten Bahn liegt, um mit dem Feld des Rotormagneten in Wechselwirkung zu treten, und eine Triggereinrichtung, die mit dem Statormagheten gekuppelt 5 ist, um den Statormagneten zur aufeinanderfolgenden Umkehr der Polaritäten seines Magnetfeldes bezüglich des Rotormagneten zu drehen, so daß sich der Rotormagnet kontinuierlich und konstant längs der bestimmten Bahn bewegt.
9. 9. Generator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggereinrichtung einen Elektromagneten aufweist, dessen Feld auf den Statormagneten einwirken kann, und eine Zeitsteuereinrichtung, die mit dem Elektromagneten zur aufeinanderfolgenden Erregung des Elektromagneten verbunden ist.
10. 10. Generator nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine gerade Anzahl von Rotormagneten und eine ungerade Anzahl von Triggermagneten.
11. 11. Generator nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch wenigstens sechs Rotormuqneton und wenigstens fünf Statormagneten.