DE3640235A1

DE3640235A1 - Ferromagnetic energy converter

Info

Publication number: DE3640235A1
Application number: DE19863640235
Authority: DE
Inventors: Horst Von Heyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-11-25
Filing date: 1986-11-25
Publication date: 1988-05-26

Abstract

A ferromagnetic energy converter supplies electrical energy to a load circuit by means of electronic reversal.

Description

Die Erfindung betrifft einen ferromagnetischen Energieumwandler.The invention relates to a ferromagnetic energy converter.

Aufgabe der Erfindung ist, magnetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.The object of the invention is to convert magnetic energy into electrical energy.

Die Erfindung wird anhand von zwei Schemazeichnungen erläutert.The invention is explained using two schematic drawings.

Schemazeichnung I stellt einen Energie-Umwandler folgenden Aufbaus dar:Scheme I represents an energy converter following Structure:

Der Magnetkreis des Dauermagneten "PM" ist durch das Joch "J" ständig geschlossen. Auf den Schenkeln des Joches befinden sich zwei Spulen, "S 1" und "S 2", die mit der Gleichstromquelle "A", einem Akkumulator, verbunden sind. Die Stromzufuhr zu den Spulen S 1 und S 2 ist jedoch durch die Thyristoren T 1 und T 2 gesperrt.The magnetic circuit of the permanent magnet "PM" is constantly closed by the yoke "J" . On the legs of the yoke there are two coils, "S 1 " and "S 2 ", which are connected to the direct current source "A" , an accumulator. The power supply to the coils S 1 and S 2 is blocked by the thyristors T 1 and T 2 .

Abhängig von der Leistung des Dauermagneten und der magnetischen Permeabilität des Jochmaterials, sind die Jochschenkel, auf denen sich die Spulen befinden, so dimensioniert, daß sie zwischen 25% und 35% des Querschnittes des Dauermagneten haben. Depending on the performance of the permanent magnet and the magnetic one Permeability of the yoke material, the yoke legs, on which the coils are so dimensioned that they between 25% and 35% of the cross section of the permanent magnet to have.

Solange die Thyristoren T 1 und T 2 nicht gezündet sind, strömt durch jeden Jochschenkel 50% des magnetischen Flusses des Dauermagneten. Da die Jochschenkel jedoch einen entsprechend kleineren Querschnitt als der Dauermagnet haben, ist die Flußdichte "B" in beiden Schenkeln größer.As long as the thyristors T 1 and T 2 are not fired, 50% of the magnetic flux of the permanent magnet flows through each yoke leg. However, since the yoke legs have a correspondingly smaller cross section than the permanent magnet, the flux density "B" is greater in both legs.

Way of working

Aus dem hochfrequenten Steuerstromkreis WB werden zunächst Thyristor T 1, T 5 und T 4 gleichzeitig gezündet.Thyristor T 1 , T 5 and T 4 are initially ignited simultaneously from the high-frequency control circuit WB .

Der Thyristor T 1 gibt jetzt den Strom aus dem Akkumulator A zur Spule S 1 frei, die so angeordnet ist, daß sie durch Wicklungs- und Stromrichtung dem magnetischen Fluß in diesem Schenkel ent gegenwirkt. Sie hat in diesem Augenblick die Funktion einer Sperrspule.The thyristor T 1 now releases the current from the accumulator A to the coil S 1 , which is arranged so that it counteracts the magnetic flux ent in this leg by winding and current direction. It has the function of a locking coil at this moment.

Thyristor T 5 schließt gleichzeitig den Stromkreis des Kondensators C 1 mit dem Laststromkreis L.Thyristor T 5 simultaneously closes the circuit of the capacitor C 1 with the load circuit L.

Thyristor T 4 schließt gleichzeitig den Stromkreis der Induktions spule S 2 über den Kondensator C 2 und Gleichrichterdiode V 4.Thyristor T 4 simultaneously closes the circuit of the induction coil S 2 via the capacitor C 2 and rectifier diode V 4 .

Dadurch, daß der Magnetfluß im Schenkel der Spule S 1 durch diese Spule gesperrt ist, verlagert sich der gesamte Magnetfluß des Dauermagneten auf den Schenkel der Spule S 2. Durch diesen Vorgang entsteht in der Spule S 2 ein Induktionsstrom, der über Thyristor T 4 und Gleichrichterdiode V 4 an den Kondensator C 2 abgegeben wird.Because the magnetic flux in the leg of the coil S 1 is blocked by this coil, the entire magnetic flux of the permanent magnet is shifted to the leg of the coil S 2 . This process creates an induction current in the coil S 2 , which is emitted to the capacitor C 2 via thyristor T 4 and rectifier diode V 4 .

Werden jetzt die Thyristoren T 2, T 6 und T 3 durch den Steuerstrom aus WR gezündet und die Thyristoren T 1, T 5 und T 4 gleichzeitig gelöscht, so verlagert sich wieder der Magnetfluß des Dauermagneten vom Schenkel der Spule S 2 auf den Schenkel der Spule S 1. Der in der Spule S 1 entstehende Induktionsstrom wird über Thyristor T 3 und Gleichrichterdiode V 2 an den Kondensator C 1 abgegeben. Gleichzeitig wird dann der im Kondensator C 2 gespeicherte Strom über Thyristor T 6 an den Laststromkreis abgegeben.If the thyristors T 2 , T 6 and T 3 are now ignited by the control current from WR and the thyristors T 1 , T 5 and T 4 are simultaneously extinguished, the magnetic flux of the permanent magnet shifts again from the leg of the coil S 2 to the leg of the Coil S 1 . The induction current generated in the coil S 1 is delivered to the capacitor C 1 via thyristor T 3 and rectifier diode V 2 . At the same time, the current stored in capacitor C 2 is then delivered to the load circuit via thyristor T 6 .

Durch das wechselseitige Zünden der Thyristoren T 1, T 5 und T 4 sowie Thyristoren T 2, T 6 und T 3 entsteht wechselseitig in den Spulen S 1 und S 2 jeweils ein Induktionsstrom. Due to the mutual ignition of the thyristors T 1 , T 5 and T 4 and thyristors T 2 , T 6 and T 3 , an induction current is generated alternately in the coils S 1 and S 2 .

Der für die Sperrung des Magnetflusses in den Jochschenkeln benötigte Sperrstrom entspricht etwa 50% der Dauermagnet- Energie. Da der Induktionsstrom der dem jeweiligen Sperrvor gang entsprechenden Induktionsspule nicht in einen Wirkwider stand, sondern in einem Kondensator entladen wird, wird der "Transformatoreneffekt" umgangen und es bleibt der Sperrstrom annähernd gleich, während die Menge der induzierten elektrischen Energie direkt von der Frequenz mit der das System angesteuert wird, abhängt. Außerdem wird durch diese Anordnung erreicht, daß die Induktion in den jeweiligen Spulen ausschließlich durch die magnetische Energie des Dauermagneten erzeugt wird.The one for blocking the magnetic flux in the yoke legs required reverse current corresponds to about 50% of the permanent magnet Energy. Since the induction current of the respective blocking device Corresponding induction coil not in a resistance stood, but is discharged in a capacitor, the "Transformer effect" bypassed and the reverse current remains approximately the same, while the amount of electrical induced Energy directly from the frequency with which the system is controlled will depend. In addition, this arrangement achieves that the induction in the respective coils exclusively is generated by the magnetic energy of the permanent magnet.

Schemazeichnung II stellt einen ferromagnetischen Umwandler dar, der in seiner Arbeitsweise dem gleichen Grundprinzip des unter Schemazeichnung I beschriebenen Umwandlers entspricht. Der Unter schied besteht darin, daß dieser Konverter mit zwei von den In duktionsspulen S 1 und S 2 elektrisch getrennten Sperrspulen Sp 1 und Sp 2 ausgerüstet ist. Die Induktionsspulen S 1 und S 2 sind bei dieser Ausführung über den Sperrspulen angeordnet. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß der Dauermagnet PM ebenfalls mit einer Induktionsspule versehen ist.Scheme drawing II represents a ferromagnetic converter, which works in the same basic principle of the converter described under scheme I. The difference is that this converter is equipped with two of the induction coils S 1 and S 2 electrically isolated lock-up coils Sp 1 and Sp 2 . In this embodiment, the induction coils S 1 and S 2 are arranged over the blocking coils. Another difference is that the permanent magnet PM is also provided with an induction coil.

Way of working

Durch den Steuerstrom aus WR wird Thyristor T 1, T 4 und T 5 gleich zeitig gezündet.Thyristor T 1 , T 4 and T 5 are ignited simultaneously by the control current from WR .

Aus der Gleichstromquelle A wird so die Sperrspule Sp 1 über Thyristor T 1 unter Strom gesetzt und ein dem magnetischen Fluß des Schenkels der Spule S 1 entgegengesetztes Magnetfeld aufgebaut. Der gesamte magnetische Fluß des Dauermagneten PM verlagert sich so auf den Schenkel der Spule S 2. Dadurch wird in der Spule S 2 ein Induktionsstrom erzeugt, der über die Gleichrichterdioden V 6 und V 4 an den Kondensator C 2 abgegeben wird. Gleichzeitig wird durch den Abbau des im Schenkel der Spule S 1 befindlichen Magnetfeldes in der Induktionsspule S 1 ein Gegeninduktionsstrom erzeugt, der über die Gleichrichterdioden V 1 und V 7 an den Kondensator C 3 abgegeben wird.The blocking coil Sp 1 is thus energized via the thyristor T 1 from the direct current source A and a magnetic field opposite to the magnetic flux of the leg of the coil S 1 is built up. The entire magnetic flux of the permanent magnet PM is thus shifted to the leg of the coil S 2 . As a result, an induction current is generated in the coil S 2 , which is delivered to the capacitor C 2 via the rectifier diodes V 6 and V 4 . At the same time, the degradation of the magnetic field located in the leg of the coil S 1 in the induction coil S 1 generates a counter-induction current which is delivered to the capacitor C 3 via the rectifier diodes V 1 and V 7 .

Über Thyristor T 5 wird die (nach einem Aufladevorgang) in Konden sator C 1 gespeicherte elektrische Ladung an den Laststromkreis L abgegeben.About thyristor T 5 (after a charging process) in capacitor C 1 stored electrical charge is delivered to the load circuit L.

Thyristor T 4 gibt gleichzeitig die Ladung aus Kondensator C 4 an die Dauermagnetspule Sm ab. Durch den aus Kondensator C 4 abgegebenen Stromimpuls wird das Magnetfeld des Dauermagneten PM unterstützt.Thyristor T 4 simultaneously releases the charge from capacitor C 4 to the permanent magnet coil Sm . The magnetic field of the permanent magnet PM is supported by the current pulse emitted from capacitor C 4 .

Wird jetzt Thyristor T 2, T 3 und T 6 gezündet und Thyristor T 1, T 4 und T 5 gelöscht, so verlagert sich der Magnetfluß von dem Schenkel der Spule S 2 auf den Schenkel der Spule S 1. Der dadurch entstehende Induktionsstrom wird über Gleichrichterdioden V 5 und V 3 an den Kondensator C 1 abgegeben. Der in der Spule S 2 durch die Sperrung und den Zusammenbruch des Magnetflusses in diesem Schenkel entstehende Gegeninduktionsstrom wird über Gleichrichterdiode V 2 und V 8 an den Kondensator C 4 abgegeben.If thyristor T 2 , T 3 and T 6 is now ignited and thyristor T 1 , T 4 and T 5 are extinguished, the magnetic flux shifts from the leg of the coil S 2 to the leg of the coil S 1 . The resulting induction current is delivered to the capacitor C 1 via rectifier diodes V 5 and V 3 . The counterinduction current which arises in the coil S 2 due to the blocking and collapse of the magnetic flux in this leg is delivered to the capacitor C 4 via rectifier diodes V 2 and V 8 .

Über Thyristor T 6 wird gleichzeitig die in Kondensator C 2 ge speicherte elektrische Ladung an den Laststromkreis L abgegeben. Dieser Vorgang wiederholt sich wechselseitig und wird in den Spulen S 1 und S 2 eine der Freuqenz des Steuerkreises WR abhängige elektrische Ladung erzeugt, die über die Kondensatoren C 1 und C 2 an den Laststromkreis L gelangt.Via thyristor T 6 , the electrical charge stored in capacitor C 2 is simultaneously delivered to the load circuit L. This process is repeated alternately and an electrical charge dependent on the frequency of the control circuit WR is generated in the coils S 1 and S 2 and reaches the load circuit L via the capacitors C 1 and C 2 .

Durch die elektrische Trennung von Sperrspulen und Induktions spulen kann der Umwandler in höheren Frequenzbereichen betrieben werden, weil durch entsprechend geringere Windungzahlen in den Spulen S 1 nd S 2 die Ausgangsspannung des Konverters herabgesetzt werden kann. Auch wird dadurch der innere Widerstand der Spulen S 1 und S 2 herabgesetzt.Due to the electrical separation of blocking coils and induction coils, the converter can be operated in higher frequency ranges, because the output voltage of the converter can be reduced by correspondingly lower number of turns in the coils S 1 and S 2 . This also reduces the internal resistance of the coils S 1 and S 2 .

Es ist auch möglich, die Thyristoren T 5 und T 6 aus dem Steuerkreis WR herauszulösen und durch einen z. B. der normalen Netzfrequenz von 50 Hz entsprechenden Pulsgeber anzusteuern. Die Kapazität der Kondensatoren C 1 und C 2 muß dann der Ausgangsleistung des Umwandlers angepaßt werden.It is also possible to detach the thyristors T 5 and T 6 from the control circuit WR and by a z. B. to control the normal mains frequency of 50 Hz corresponding pulse generator. The capacitance of the capacitors C 1 and C 2 must then be adapted to the output power of the converter.

Aus konstruktiven Gründen kann der Dauermagnet abweichend von der Darstellung zwischen den Jochschenkeln auch von außen an die Schenkel herangeführt werden. For design reasons, the permanent magnet can deviate from the illustration between the yoke legs can also be brought from the outside to the legs.

Der Energieentnahme aus einem ferromagnetischen Umwandler, wie er oben beschrieben wurde, sind jedoch Grenzen gesetzt. Die mit ansteigender Frequenz abnehmende magnetische Permeabilität des ferromagnetischen Jochmaterials bestimmt diese Grenzen. Es ist daher von großer Wichtigkeit, daß das ferromagnetische Material und der verwendete Dauermagnet von möglichst hoher Güte sind.The extraction of energy from a ferromagnetic converter, such as however, there are limits. With increasing frequency decreasing magnetic permeability of the Ferromagnetic yoke material determines these limits. It is therefore of great importance that the ferromagnetic material and the permanent magnet used is of the highest possible quality.

Die hier beschriebene Arbeitsweise eines ferromagnetischen Energie- Umwandlers ermöglicht es, mit einem annähernd konstant bleibenden Primärenergie Aufwand ein Mehrfaches an Sekundärenergie zu gewinnen. Da ein Teil der Sekundärenergie für die Aufrechterhaltung der elektrischen Primärenergiequelle (Akkumulator) verwendet werden kann, ist ein derartiger Energieumwandler selbsttragend.The mode of operation of a ferromagnetic energy described here Converter makes it possible with a constant Primary energy effort to gain a multiple of secondary energy. Because part of the secondary energy for maintaining the electrical primary energy source (accumulator) can be used can, such an energy converter is self-supporting.

Claims

Ferromagnetic energy converter, characterized by

- a permanent magnet of high performance,
a two-sided ferromagnetic yoke with high magnetic permeability, over which the magnetic flux emanating from the permanent magnet is closed,
one coil each on opposite legs of the yoke,
- an electronic control with which the coil can alternately be switched via thyristors and rectifiers as a blocking coil for the magnetic flux in the associated leg of the yoke and as an induction coil in the other leg of the yoke, a load resistor being alternately supplied with energy by the induction coil,
- And with a battery connected to the controller, which supplies the blocking energy for the blocking coil.