DE3824257C2

DE3824257C2 -

Info

Publication number: DE3824257C2
Application number: DE3824257A
Authority: DE
Inventors: Johannes 1000 Berlin De Keller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-07-14
Filing date: 1988-07-14
Publication date: 1990-10-31
Also published as: DE3824257A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearmagnetantrieb mit einem Hubanker, der auf beiden Stirnseiten über eine Kolbenstange mit einem Hubkolben verbunden und über eine bestimmte Strecke hin- und herbewegbar ist, wobei der Hubanker längs der Strecke durch Magnetfelder beeinflußbar ist.

Ein derartiger Linearmagnetantrieb ist aus der DE-OS 25 19 912 bekannt.

Linearmagnetantriebe der genannten Art sind insbesondere zum Antrieb einer Turbine gedacht, wie sie z. B. aus dem Patent DE 28 47 672 C2 hervorgeht. Auch sind Linearmagnet antriebe aufgrund ihrer Umweltfreundlichkeit für Fahr zeugantriebe von wichtiger Bedeutung. Als problematisch erweist sich jedoch bei dem Einsatz bekannter Linearmagnet antriebe, daß bei einer Richtungsumkehr Verzögerung und Beschleunigung der Massenkräfte zeitlich bedingt sind und daß nur eine verhältnismäßig geringe Folge der Hin- und Herbewegungen des Hubankers erzielbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearmagnet antrieb der eingangs erwähnten Art, insbesondere für den Einsatz mit einer Turbine so weiterzuentwickeln, daß unter Berücksichtigung eines hohen Wirkungsgrades bei der Um wandlung elektrischer in mechanische Energie dem Dauer magnet auf einfache Weise eine zufriedenstellende Anfangs geschwindigkeit erteilt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hubanker von einem Dauermagneten gebildet ist, der fest in der Mitte der Hubstange befestigt ist, daß längs der Bewegungsstrecke des Dauermagneten ortsfeste Elektromagnete gleicher Polarität im gleichen Abstand voneinander und radial um die Längsachse der Kolbenstange angeordnet sowie über ein Joch mit den Böden von mit einer Turbine verbindbaren, die Hubkolben aufnehmenden Ladezylindern jeweils an den Stirnseiten des Jochs verbunden sind, wobei die Hubkolben jeweils mit einem Tauchkolben ver sehen sind, von denen jeweils in einem einseitig offenen, mit dem zugeordneten Ladezylinder verbundenen Tauch zylinder eine die Anfangsgeschwindigkeit des Dauermagneten einleitende Pufferung erzeugbar ist, und daß am Dauer magneten Strombrücken befestigt sind, die mit ortsfesten Schaltleisten zusammenwirken und so die Spulen der Elektro magnete abwechselnd mit Strom versorgen.

Der erfindungsgemäße Linearmagnetantrieb erweist sich ins besondere dadurch als vorteilhaft, daß dem den Hubanker bildenden Dauermagneten eine verhältnismäßig hohe Anfangs geschwindigkeit auf einfache Weise erteilt wird, wobei ein verhältnismäßig hoher Wirkungsgrad bei der Umwandlung elektrischer in mechanische Energie gegeben ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Linearmagnetantrieb ist in geeigneter Weise die Überwindung des Totpunktes des Hubankers durch Pufferung zur Unterstützung der Anfangs geschwindigkeit des Dauermagneten gegeben.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Linearmagnet antriebs wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen ist

Abb. 1 eine Querschnittsansicht der Ausführungsform des Linearmagnetantriebs,

Abb. 2 eine Querschnittsansicht des Dauermagneten und der längs dessen Bewegungsstrecke angeordneten ortsfesten Elektromagneten des Linearmagnetantriebes,

Abb. 3 eine Ansicht des Dauermagneten, die dessen Verschalt möglichkeit mit den Spulen der Elektromagnete wieder gibt,

Abb. 4 eine Darstellung des Magnetfeldes zwischen einer Spule eines Elektromagneten und dem Dauermagneten mit Joch und Nebenkern,

Abb. 5 eine Darstellung des Magnetfeldes zwischen zwei Elektromagnetspulen gleicher Polarität und dem Dauermagneten mit Nebenkern,

Abb. 6 eine Darstellung des Magnetfeldes zwischen einer Spule eines Elektromagneten und dem Dauermagneten mit zwei Nebenkernen,

Abb. 7 eine Darstellung gemäß Fig. 5, jedoch nach Umpolung und Richtungsänderung des Magnetfeldes, und

Abb. 8 eine Darstellung des Magnetfeldes zwischen zwei Elektromagnetspulen gleicher Polarität und dem Dauermagneten mit zwei Nebenkernen.

Wie aus den Abb. 1 und 2 hervorgeht, weist der Linearmagnet antrieb einen Dauermagneten 1 als Hubanker auf, der fest in der Mitte einer Hubstange befestigt ist, an deren Enden Hubkolben 16 befestigt sind, die wiederum jeweils mit einem Tauchkolben 16′ versehen sind. Der Dauermagnet 1 ist über eine bestimmte Strecke hin- und herbewegbar. Längs der Bewegungsstrecke des Dauermagneten 1 sind ortsfeste Elektro magnete 2, 3, 4, 5 gleicher Polarität im gleichen Abstand voneinander und radial um die Längsachse der Kolbenstange angeordnet sowie über ein Joch 6 mit den Böden von mit einer Turbine verbindbaren, die Hubkolben 16 aufnehmenden Lade zylindern jeweils an den Stirnseiten des Joches 6 verbunden. Der Dauermagnet 1 ist zylindrisch, kann jedoch auch eine andere Form aufweisen. Die Tauchkolben 16′ an den Enden der Hubkolben 16 tauchen jeweils in einen einseitig offenen, mit dem zugeordneten Ladezylinder verbundenen Tauchzylinder 17 und erzeugen jeweils eine die Anfangsgeschwindigkeit des Dauermagneten 1 einleitende Pufferung. Ein verstellbarer Kompressionskopf 18 jedes Tauchzylinders 17 kann je nach der Größe der Fliehkraft der Masse angepaßt werden, die durch die Schaltung der Spulen der Elektromagnete 2, 3, 4, 5 veränderlich sein kann.

Am Dauermagneten 1 sind, wie Abb. 3 zeigt, Strombrücken 9, 13 befestigt, die mit ortsfesten Schaltleisten 7, 8, 10, 11, 12 zusammenwirken und so die Spulen der Elektromagnete 2, 3, 4, 5 abwechselnd mit Strom versorgen. Die Strombrücken 9 und 13 weisen Kohleschleifkontakte auf und sind von einer Halterung 15 mit Isolationsteilen 14 am Dauermagneten 1 gehalten. Über die ortsfesten Schaltleisten 7 und 8 sind Haftkontakte 19, 20′, ein Leerkontakt 20 eines Relais ansteuerbar, wobei bei einem Rücklauf der Leerkontakt 20 zum Haftkontakt und der Haftkontakt 20′ zum Leerkontakt wird.

Zur Umpolung der ortsfesten Elektromagnete 2, 3, 4, 5 werden deren Spulen durch die ortsfesten Schaltleisten 10, 11, 12 mit Strom versorgt, wobei die Schaltleiste 10 durch die Relaisschaltung einmal an Plus, das andere Mal an Minus gelegt wird und die zugeordneten Kontakte am Relais von Minus zu Plus und von Plus zu Minus umgeschaltet werden.

Die Abb. 1, 3 und 4 zeigen den Dauermagneten 1 in seiner Ausgangsstellung A-B der Hubbewegung, von deren Beginn an sich der Pufferungsdruck P aufbaut.

In den Abb. 4 bis 8 sind die Elektromagnete, deren Spulen mit Strom versorgt werden, mit ihren Spulen dargestellt, während die Elektromagnete, die nicht mit Strom versorgt sind, lediglich durch ihren Kern dargestellt sind, wobei der Luftspalt im Verhältnis vergrößert wiedergegeben ist.

Wie Abb. 4 verdeutlich, ist bei der Polanordnung des Dauermagneten 1 und dem Zusammenwirken der ortsfesten Schaltleiste 12 mit der Spule des Elektromagneten 2 gemäß Abb. 3 für die radial angeordnete Gruppe der Elektro magneten 2 ein Nordpol gegeben. Da die magnetischen Feld linien vom Nordpol zum Südpol verlaufen, herrscht eine durch den Pfeil 21 angezeigte Zugkraft zwischen dem den Nordpol darstellenden Elektromagneten 2 und dem Südpol des Dauermagneten 1. Der mit dem Joch 6 verbundene Kern des Elektromagneten 3 wird zum Südpol, der auf den Nordpol des Dauermagneten 1 eine Zugkraft gemäß Pfeil 21 ausübt, wobei zwischen dem von dem Elektromagneten 2 gebildeten Nordpol und dem Nordpol des Dauermagneten 1 eine diese voneinander abstoßende Kraft (Pfeil 22) gebildet wird und der von den radialen Feldlinien umgebene Dauermagnet 1 sich linear in Richtung des Pfeils P bewegt.

Abb. 5 gibt die Stellung C des Dauermagneten 1 gemäß den Abb. 1 und 3 wieder, wobei die Spulen der Elektro magnete 2 und 3 mit Strom versorgt sind und jeweils einen Nordpol bilden. Zwischen den Elektromagneten 2 und dem Dauermagneten 1 wirkt nach wie vor die Zugkraft gemäß Pfeil 21, wobei eine zusätzliche Zugkraft (Pfeil 21) durch die zwischen dem von den Elektromagneten 3 gebildeten Nordpol und dem Südpol des Dauermagneten 1 verlaufenden Feldlinien hinzukommt. Die Elektromagneten 2 und 3 werden durch eine Kraft (Pfeil 22) voneinander abgestoßen, die sich mit der durch den Pfeil 23 dargestellten Kraft über lagert und ein verstärktes Feld bildet, wobei weiterhin zwischen dem von den Elektromagneten 3 gebildeten Nordpol und dem Nordpol des Dauermagneten 1 eine die beiden Nordpole voneinander abstoßende Kraft (Pfeil 22) gegeben ist. Der mit dem Joch 6 verbundene Kern der Elektromagneten 4 wird zum Südpol und die zwischen diesem und dem Nordpol des Dauermagneten 1 verlaufenden Feldlinien sorgen für eine Zugkraft gemäß dem Pfeil 21. Zwischen dem Nordpol des Dauermagneten 1 und dem von dem Elektromagneten 3 gebildeten Nordpol tritt ferner eine abstoßende Kraft (Pfeil 22) auf. Die lineare Bewegung des Dauermagneten 1 in Richtung des Pfeils P ist weiterhin gegeben.

Abb. 6 zeigt die Stellung D des Dauermagneten 1 gemäß den Abb. 1 und 3, wobei die Spulen der Elektromagneten 3 weiterhin mit Strom versorgt sind und einen Nordpol bilden, wobei das zwischen diesem und dem Südpol des Dauermagneten 1 verlaufende Feld eine Schubkraft (Pfeil 21) ausübt, während zwischen den vom Elektromagneten 3 zum Südpol des Dauer magneten 1 verlaufenden Feldlinien und dem Nordpol des Dauermagneten 1 sowie zwischen dem Kern der Elektromagneten 2, die einen Südpol bilden, und dem Südpol des Dauermagneten 1 eine abstoßende Kraft und zwischen dem Nordpol des Dauer magneten 1 und dem mit dem Joch 6 verbundenen Kern der Elektromagneten 4, die einen Südpol bilden, eine Zugkraft (Pfeil 21) gegeben sind. Die radial angeordneten Elektro magneten (Abb. 2) jeder Gruppe der Elektromagneten 2, 3, 4 wirken so zusammen, daß ein überlagerter Feldlinienwulst zur Wirkung kommt.

Abb. 7 zeigt die Stellung E des Dauermagneten 1 gemäß den Abb. 1 und 3, wobei nach Umpolung der Spulen der Elektromagneten 2, 3, 4, 5 im Vergleich zur Polung gemäß Abb. 4 und einen in Richtung des Pfeils P im Vergleich zur Abb. 4 entgegengesetzt wirkenden Pufferungsdruck der Rückhub des Dauermagneten 1 eingeleitet ist. Zwischen den Elektromagneten 5, die einen Südpol bilden, und dem Nordpol des Dauermagneten 1, sowie zwischen den Elektro magneten 4, die einen Nordpol bilden, und dem Südpol des Dauermagneten 1 herrscht jeweils eine Zugkraft gemäß Pfeil 21, während gleichzeitig zwischen dem von den Elektro magneten 5 gebildeten Südpol und dem Südpol des Dauer magneten 1 eine abstoßende Kraft gemäß Pfeil 22 gegeben ist.

Abb. 8 zeigt die Stellung F des Dauermagneten gemäß den Abb. 1 und 3 während des Rücklaufes des Dauermagneten 1, wobei die Elektromagneten so mit Strom versorgt sind, daß die Elektromagneten 4 und 3 Südpole bilden, wobei die von diesen zum Nordpol des Dauermagneten 1 verlaufenden Feldlinien eine Zugkraft gemäß Pfeil 21 bewirken, während zwischen diesen Südpolen sowie zwischen dem Südpol des Dauermagneten 1 und den Elektromagneten 3 abstoßende Kräfte gemäß Pfeil 22 gegeben sind, deren Überlagerung eine gemäß dem Pfeil 23 ausgerichtete Kaft ergibt, die die Rücklaufbewegung des Dauermagneten 1 in Richtung des Pfeils P unterstützt. Das zwischen dem Südpol des Dauer magneten 1 und dem Elektromagneten 2, der einen Nordpol bildet, verlaufende Feld übt eine Zugkraft gemäß Pfeil 21 aus, die ebenfalls zur linearen Bewegung des Dauermagneten 1 in Richtung des Pfeils P beiträgt.

Da die ortsfesten Elektromagnete 2, 3, 4, 5 gleicher Polarität längs der Bewegungsstrecke des Dauermagneten 1 im gleichen Abstand voneinander und radial um die Längs achse der Kolbenstange angeordnet sind, entsteht jeweils entsprechend der Schaltvorgänge ein starkes Magnetfeld um den Dauermagneten 1 herum. Zur Leistungsminderung können sowohl die in Längsrichtung der Bewegungsstrecke des Dauermagneten 1 im gleichen Abstand voneinander ange ordneten ortsfesten Elektromagnetgruppen als auch die in einer radialen Ebene vorgesehenen Elektromagnete einer Gruppe verschieden hintereinander geschaltet werden.

Claims

Linearmagnetantrieb mit einem Hubanker, der auf beiden Stirnseiten über eine Kolbenstange mit einem Hubkolben verbunden und über eine bestimmte Strecke hin- und her bewegbar ist, wobei der Hubanker längs der Strecke durch Magnetfelder beeinflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubanker von einem Dauermagneten (1) gebildet ist, der fest in der Mitte der Hubstange befestigt ist, daß längs der Bewegungsstrecke des Dauermagneten (1) ortsfeste Elektromagnete (2, 3, 4, 5) gleicher Polarität im gleichen Abstand voneinander und radial um die Längsachse der Kolben stange angeordnet sowie über ein Joch (6) mit den Böden von mit einer Turbine verbindbaren, die Hubkolben (16) auf nehmende Ladezylindern jeweils an den Stirnseiten des Jochs (6) verbunden sind, wobei die Hubkolben (16) jeweils mit einem Tauchkolben (16′) versehen sind, von denen jeweils in einem einseitig offenen, mit dem zugeordneten Ladezylinder verbundenen Tauchzylinder (17) eine die Anfangsgeschwindigkeit des Dauermagneten (1) einleitende Pufferung erzeugbar ist, und daß am Dauermagneten (1) Strombrücken (9, 13) befestigt sind, die mit ortsfesten Schaltleisten (7, 8, 10, 11, 12) zusammenwirken und so die Spulen der Elektromagnete (2, 3, 4, 5) abwechselnd mit Strom versorgen.