DE3403769A1

DE3403769A1 - Device for energy conversion

Info

Publication number: DE3403769A1
Application number: DE19843403769
Authority: DE
Inventors: Peter J. 4330 Mülheim Reckwitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-02-03
Filing date: 1984-02-03
Publication date: 1985-08-08

Abstract

A device is used for converting mechanical energy into electrical energy, whose rotor is constructed as a sphere and is supported virtually without friction via a permanent magnet which is mounted on the housing, which also holds the stator. This spherical rotor is supplied with the necessary mechanical energy via a drive which is driven using cost-effective energy, automatic balancing and precise bearing resulting from the bearing on the permanent magnet. In addition, the friction-wheel drive ensures that, once oscillation-free operation has been set, it remains ensured as a result of suitable regulation and automatic balancing. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen The invention relates to a device for forming

von mechanischer in elektrische Energie insbesondere mit einem Stator mit Hauptpolen, Wendepolen und Wicklung sowie dem schwingungsfrei gelagerten Rotor.from mechanical to electrical energy, in particular with a stator with main poles, reversing poles and winding as well as the vibration-free mounted rotor.

Als Energieumformer werden elektrische Maschinen eingesetzt, die auf der Basis elektromagnetischer Prozesse arbeiten. Dabei wird entweder elektrische Energie in mechanische umgeformt, wobei die elektrische Maschine als Motor arbeitet oder die Energieflußrichtung ist umgekehrt, wobei die elektrische Maschine ein Generator ist. Derartige Maschinen können in der Regel sowohl als Generator als auch als Motor arbeiten. Bei derartigen Vorrichtungen dreht sich ein auf einer Welle gelagerter Rotor in einem Stator mit Hauptpolen, Wendepolen und entsprechenden Wicklungen, wobei der Rotor, um einen schwinyngsfreien Lauf zu sichern, mit all seinen Elementen dynamisch ausgewuchtet werden muß. Electrical machines are used as energy converters, which work on the basis of electromagnetic processes. It is either electrical Energy converted into mechanical, with the electrical machine working as a motor or the direction of energy flow is reversed, with the electrical machine being a generator is. Such machines can usually be used both as a generator and as a motor work. In such devices, a rotates mounted on a shaft Rotor in a stator with main poles, reversing poles and corresponding windings, the rotor, in order to ensure vibration-free running, with all its elements must be dynamically balanced.

Als Lager werden fast ausschließlich Wälzlager verwendet, wobei wegen des gleichmäßigen Luftspaltes auf eine genaue Fluchtung der Lagerstellen geachtet werden muß. Nachteilig bei all diesen Vorrichtungen, die als Gleichstrommaschinen, Asynchronmaschinen, Synchronmaschinen oder Transformatoren ausgelegt werden können, ist, daß ihre Leistung nicht unwesentlich durch die Lagerung beeinträchtigt wird. Abgesehen von der notwendig aufwendigen Lagerung ist ein nicht unbeträchtlicher Reibungsverlust bei derartigen Lagerungen nicht zu vermeiden. Hierdurch und durch andere Faktoren tritt ein Leistungsverlust bei entsprechender Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie auf.Rolling bearings are used almost exclusively as bearings, although due to due to the uniform air gap, ensure that the bearings are precisely aligned must become. A disadvantage of all these devices, which are used as DC machines, Asynchronous machines, synchronous machines or transformers can be designed, is that their performance is not insignificantly affected by storage. Apart from the necessary elaborate storage, it is not inconsiderable Loss of friction cannot be avoided with such bearings. Through this and through Other factors, a loss of performance occurs with a corresponding conversion of mechanical into electrical energy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst reibungsfrei arbeitenden Energieumformer zu schaffen. The invention is based on the object of providing as friction-free a system as possible to create working energy converter.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rotor kugelförmig und der Stator den Rotor schalenförmig umfassend ausgebildet sind, wobei der Rotor einen Permanentmagneten freischwebend und über einen annähernd berührungsfreien Antrieb drehbar gelagert ist. The object is achieved according to the invention in that the rotor is spherical and the stator cup-shaped the rotor are comprehensively trained, whereby the rotor has a permanent magnet floating freely and over an approximately non-contacting one Drive is rotatably mounted.

Aufgrund dieser Lagerung ist der Rotor annähernd reibungsfrei gehalten, so daß die vom Antrieb übertragene mechanische Energie annähernd verlustfrei auf den Rotor übertragen wird. Über den Rotor wird dann die mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt, wobei sich der kugelförmige Rotor automatisch von selbst auswuchtet. Der Rotor schwebt praktisch in dem Spalt zwischen dem schalenförmigen Stator und wird dabei über den Permanentmagneten gehalten. Aufgrund dieser reibungsarmen Lagerung kann der Rotor mit hohen Umdrehungen, sich selbst auswuchtend bewegt werden, wobei eine hohe elektrische Energieausbeute erreicht wird. Due to this bearing, the rotor is kept almost frictionless, so that the mechanical energy transmitted by the drive is almost loss-free the rotor is transmitted. The mechanical energy is then converted into electrical energy via the rotor Energy converted, whereby the spherical rotor automatically balances itself. The rotor practically floats in the gap between the bowl-shaped stator and is held by the permanent magnet. Because of this low-friction storage the rotor can be moved at high revolutions, self-balancing, whereby a high electrical energy yield is achieved.

Eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß der Rotor eine Kugel ist und daß der Permanentmagnet die Form eines Zylinders aufweist. Die reine Kugelform bietet die Sicherheit, daß der Rotor sich unabhängig von der Umdrehungszahl selbst auswuchtet und damit jeweils in der optimalen Position bleibt, wobei der Permanentmagnet in seiner Form sicherstellt, daß jeweils die freischwebende Lagerung gesichert ist. Der Durchmesser des Zylinders sollte dabei nicht zu groß gewählt werden, weil eine möglichst punktmäßige Einleitung der Feldlinien erreicht werden soll. An expedient embodiment of the invention provides that the rotor is a sphere and that the permanent magnet has the shape of a cylinder. the pure spherical shape offers the security that the rotor is independent of the number of revolutions balances itself and thus remains in the optimal position, whereby the Permanent magnet in its shape ensures that each free-floating bearing is secured. The diameter of the cylinder should not be too large because the field lines are introduced as punctually as possible target.

Zur weiteren Verringerung der Reibung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Rotor eine polierte Oberfläche aufweist. Hierdurch wird die noch verbleibende Reibung zwischen Rotor und Permanentmagnet weiter erheblich reduziert. Dabei stellt sich erstaunlicherweise heraus, daß auch bei geringen Drehzahlen die geringen Reibungsverluste zu verzeichnen sind. To further reduce friction, the invention provides that the rotor has a polished surface. This will remove the remaining Friction between rotor and permanent magnet is further reduced considerably. It represents surprisingly, it turns out that the low friction losses even at low speeds are recorded.

Zweckmäßigerweise ist der Rotor aus Einzelblechen geschichtet, die nahtfrei miteinander verbunden sind. Damit kommt ein derartiger Rotor denen üblicher Läufer von Elektromotoren gleich, ohne daß die günstige Lagerung dadurch verloren geht. Auch hierbei wird das Schneiden der Feldlinien quasi selbstregulierend sichergestellt, da sich der kugelförmige Rotor nicht an einem bestimmten Punkt an den Permanentmagneten anlehnt, sondern diesen Verbindungspunkt bzw. Berührungspunkt fortwechselnd ändert. The rotor is expediently layered from individual sheets that are seamlessly connected to each other. This makes such a rotor more common The same runners for electric motors without losing the favorable storage goes. Here, too, the cutting of the field lines is ensured in a more or less self-regulating manner, because the spherical rotor is not attached to the permanent magnet at a certain point leans, but changes this connection point or contact point alternately.

Zur Verringerung des Berührungsbereiches und zur günstigen Einleitung der Feldlinien des Permanentmagneten ist es von Vorteil, den Permanentmagneten eine konvex gebogene Berührungsfläche aufweisen zu lassen. To reduce the contact area and to facilitate introduction of the field lines of the permanent magnet, it is advantageous to give the permanent magnet a to have convex curved contact surface.

Eine optimale Lagerung des kugelförmigen Rotors wird dann erreicht, wenn, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Kraft des Permanentmagneten und das Gewicht des Rotors aufeinander abgestimmt sind, so daß der Rotor annähernd schwebend gelagert ist. Bei einem zu starken Permanentmagneten würde die Anziehungskraft zu groß und damit die Reibung zu hoch werden, so daß nur eine entsprechende Abstimmung zwischen Permanentmagnet und Rotor die gewünschte annähernd reibungsfreie Lagerung erbringt. An optimal storage of the spherical rotor is then achieved, if, as proposed according to the invention, the force of the permanent magnet and the Weight of the rotor are coordinated so that the rotor is approximately floating is stored. If the permanent magnet is too strong, the force of attraction would increase large and thus the friction will be too high, so that only an appropriate vote between the permanent magnet and the rotor, the required almost frictionless mounting he brings.

Der kugelförmige Rotor kann auf verschiedene Art und Weise in Drehung versetzt und gehalten werden. Dabei ist nach einer Ausführung der Erfindung vorgesehen, daß der Antrieb als seitlich am Rotor anliegendes Reibrad ausgebildet ist. Dieses Reibrad wiederum sitzt auf einer Welle und wird so angetrieben, daß der kugelförmige Rotor in die notwendige Umdrehung versetzt wird. Über den Reibradantrieb ist sichergestellt, daß sich der Rotor jeweils selbst in die richtige Position stellt bzw. daß eine Unwucht nicht auftreten kann. The spherical rotor can rotate in various ways be moved and held. It is provided according to one embodiment of the invention, that the drive is designed as a friction wheel resting laterally on the rotor. This The friction wheel, in turn, sits on a shaft and is driven so that the spherical Rotor is set in the necessary rotation. The friction wheel drive ensures that that the rotor is in each case itself in the correct position or that a Imbalance cannot occur.

Dabei ist es zweckmäßig, das Reibrad als durch den Stator hindurchgreifende Scheibe auszubilden, die von einem außerhalb des Stators angeordneten Antrieb beeinflußt ist. Durch diese Anordnung des Reibrades erfolgt gleichzeitig eine Art Justierung bzw. die automatische Justierung des kugelförmigen Rotors ist so auf einfache Art und Weise gesichert, wobei das Durchtreten der Scheibe durch den Stator unschädlich ist.It is expedient for the friction wheel to extend through the stator Form the disc from an outside of the stator arranged Drive is affected. This arrangement of the friction wheel takes place simultaneously is a kind of adjustment or the automatic adjustment of the spherical rotor so secured in a simple manner, with the passage of the disc through the stator is harmless.

Der Antrieb des kugelförmigen Rotors kann wie erwähnt auf verschiedene Art und Weise erreicht und sichergestellt werden. Zweckmäßig ist es, wenn der Antrieb mit billiger Energie versorgt wird, vorzugsweise mit Abfallenergie oder annähernd kostenlos zur Verfügung stehender Energie. So ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Antrieb ein lichtkollektorbetriebener schnellaufender Motor ist. Die benötigte Energie fällt auf diese Art und Weise preisgünstig an, wobei die verhältnismäßig hohe Verlustquote außer Betracht bleiben kann. The drive of the spherical rotor can, as mentioned, be different Way to be achieved and ensured. It is useful if the drive is supplied with cheap energy, preferably waste energy or approximate energy available free of charge. So it is provided according to the invention that the drive is a light collector operated high-speed motor. The one needed In this way, energy is obtained inexpensively, with the proportionate high loss rate can be disregarded.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein Energieumformer mit hoher Wirtschaftlichkeit geschaffen ist, der aufgrund einer annähernd reibungsfreien Lagerung und darüberhinaus der Eigenjustierung vorteilhaft zu betreiben ist. Bei entsprechender Bemessung und Auslegung ist es möglich, wesentlich mehr Energie zu gewinnen, als für den Antrieb benötigt wird. The invention is particularly characterized in that an energy converter is created with high economic efficiency, due to an almost frictionless Storage and, moreover, the self-adjustment is to be operated advantageously. at Appropriate dimensioning and design, it is possible to add significantly more energy gain than is needed for propulsion.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt des Energieumformers und Fig. 2 einen Querschnitt. Further details and advantages of the subject matter of the invention result from the following description of the accompanying drawing, in which a preferred Embodiment shown with the necessary details and parts is. 1 shows a side view, partially in section, of the energy converter and Fig. 2 is a cross section.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Stator 1 handelt es sich im Aufbau um einen bei Gleichstrommaschinen üblichen Stator. The stator 1 shown in Fig. 1 is in structure a stator commonly used in DC machines.

Allerdings hat der Stator hier eine Schalenform, d.h. er weist entsprechend gebogene Hauptpole 2 und Wendepole 3 auf, die jeweils mit Wicklungen 4 bzw. 6 versehen sind.However, the stator has a shell shape here, i.e. it points accordingly curved main poles 2 and reversing poles 3, each provided with windings 4 and 6, respectively are.

Auch die Pol schuhe 5 sind entsprechend gebogen ausgeführt und in einem kugelförmigen Gehäuse 7 gehalten.The pole shoes 5 are designed accordingly curved and in a spherical housing 7 held.

Das Gehäuse 7 wiederum ist einem Ständer 8 mit Kragarm 9 zugeordnet oder steht auf Füßen 13, die sich auf dem Untergrund abstützen. Das Gehäuse 7 ist wie erläutert kugelförmig, wobei der Kragarm 9 bzw. die entsprechenden das Gehäuse 7 einfassenden Teile entsprechend kreisförmig ausgebildet sind. Mit dem Ständer bzw. Kragarm 8, 9 zugeordnet sind Permanentmagneten lo, 11, die so im Gehäuse 7 bzw. zwischen den Teilen des Stators 1 angeordnet sind, daß der kugelförmige Rotor 15 punktförmig an die Berührungsfläche 12 der Permanentmagneten lo, 11 anschließt. Die Oberfläche 16 des Rotors 15 ist poliert, um möglichst wenig Reibung zwischen Permanentmagnet lo, 11 und Rotor 15 zu erzeugen. The housing 7 in turn is assigned to a stand 8 with a cantilever arm 9 or stands on feet 13, which are supported on the ground. The housing 7 is spherical as explained, the cantilever arm 9 or the corresponding the housing 7 enclosing parts are correspondingly circular. With the stand or cantilever arm 8, 9 are assigned permanent magnets lo, 11, which are so in the housing 7 or are arranged between the parts of the stator 1 that the spherical rotor 15 punctiformly adjoins the contact surface 12 of the permanent magnets lo, 11. The surface 16 of the rotor 15 is polished to minimize friction between Permanent magnet lo, 11 and rotor 15 to generate.

Statt der Permanentmagneten lo, 11 können auch andere geeignete Magneteinrichtungen vorgesehen sein, über die der Rotor 15, der als Kugel ausgebildet ist, annähernd schwebend gelagert ist. Der Permanentmagnet oder die entsprechende Halte- und Lagervorrichtung sind so bemessen und ausgelegt, daß der kugelförmige Rotor annähernd schwebend in der dargestellten Position zwischen den schalenförmigen Statorteilen gehalten ist. Instead of the permanent magnets 10, 11, other suitable magnet devices can also be used be provided over which the rotor 15, which is designed as a ball, approximately is floating. The permanent magnet or the corresponding holding and storage device are dimensioned and designed so that the spherical rotor is approximately floating in the position shown is held between the shell-shaped stator parts.

Als Antrieb 18 für den Rotor 15 dient ein Reibrad 19, das auf einer Welle 20 gelagert ist, die von einem hier nicht näher bezeichneten Motor oder einer ähnlichen Einrichtung in Drehung versetzt wird. Über das Reibrad 19 wird der kugelförmige Rotor 15 in Drehung versetzt, wobei aufgrund der geschilderten Lagerung am Permanentmagneten lo, 11 unabhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit eine automatische Auswuchtung und damit schwingungsfreie Lagerung sichergestellt ist. As a drive 18 for the rotor 15, a friction wheel 19 is used, which is on a Shaft 20 is supported by an unspecified motor or a similar device is set in rotation. About the friction wheel 19 is the spherical Rotor 15 set in rotation, due to the described storage an automatic on the permanent magnet lo, 11 regardless of the speed of rotation Balancing and thus vibration-free storage is ensured.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Schnitt durch den Stator 1 und Rotor 15 im Bereich des Antriebes 18. Dabei wird deutlich, daß das Reibrad 19 des Antriebes 18 durch den Stator 1 hindurchgreifend angeordnet ist und auf die Oberfläche des Rotors 15 einwirkt. Dieser Rotor 15 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus den dicht aneinandergefügten und miteinander verbundenen Einzelblechen 22, 23, 24. Oberhalb davon liegt der Permanentmagnet lo, 11, der hier zur Verdeutlichung mit angezeigt ist. Der Durchmesser des Permanentmagneten lo, 11 kann kleiner als dargestellt sein, wenn nur die Magnetkräfte so bemessen sind und so auf den Rotor 15 einwirken, daß dieser in der geschilderten schwebenden Lagerung gehalten ist. 2 shows a plan view of a section through the stator 1 and rotor 15 in the area of the drive 18. It becomes clear that the friction wheel 19 of the drive 18 is arranged to extend through the stator 1 and on the Surface of the rotor 15 acts. This rotor 15 consists in the illustrated embodiment from the tightly joined and interconnected individual sheets 22, 23, 24. Above this is the permanent magnet lo, 11, which is shown here for clarity is displayed with. The diameter of the permanent magnet lo, 11 can be smaller than be shown if only the magnetic forces are so dimensioned and so on the rotor 15 act that this is held in the floating storage described.

Claims

Device for energy conversion claims device for Conversion of mechanical into electrical energy, especially with a stator Main poles, end poles and winding as well as the vibration-free mounted rotor, thereby characterized in that the rotor (15) is spherical and the stator (1) the rotor is shell-shaped are designed comprehensively, the rotor via a permanent magnet (lo, 11) freely floating and rotatably mounted via an almost contact-free drive (18) is.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the rotor (15) is a sphere and that the permanent magnet (lo, 11) has the shape of a cylinder having.

3. Apparatus according to claim 1 and claim 2, d a d u r c h g e It is not noted that the rotor (15) has a polished surface (16).

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the rotor (15) is layered from individual sheets that are seamlessly connected to one another.

5. Apparatus according to claim 1 and claim 2, characterized g e k e n It should be noted that the permanent magnet (lo, 11) has a convexly curved contact surface (12).

6. The device according to claim 1, characterized g e k e n n z e i c h n e t that the force of the permanent magnet (lo, 11) and the weight of the rotor (15) are coordinated so that the rotor is mounted approximately floating.

7. The device according to claim 1, characterized g e k e n n z e i c h n e t that the drive (18) is designed as a friction wheel (19) resting laterally on the rotor (15) is.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the friction wheel (19) is designed as a disc extending through the stator (1), which is from a drive (18) arranged outside the stator is influenced.

9. Apparatus according to claim 7, characterized in that the drive (18) is a light collector powered high speed motor.