DE3931611A1 - Permanentmagnetischer rotationskraftverstaerker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationskraftverstärker mit permanent­ magnetischen Funktionselementen, der durch motorische oder muskel­ kraftmäßige Anlaßkräfte erzeugte Drehmomente und Drehzahlen mittels speziell ausgerichteter und fokusierter permanentmagnetischer Kraft­ felder bei Reduzierung der Antriebskräfte aufrecht erhält und damit eine Antriebsenergie-Einsparung von Maschinen und von Muskelkraft angetriebener Vorrichtungen vorzugsweise von Fahrrädern erreicht.

Bei einem derartigen permanentmagnetischen Rotationskraftverstärker ist eine reibungslose Verstärkung der Energie einer rotierenden Schwungmasse zur Überwindung mechanischer Trägheitsmomente in der Antriebstechnik erforderlich, wobei die für ein Drehmoment erforder­ liche Antriebsleistung nach Erreichung des Drehmomentes bei gleich­ laufender Drehzahl so wirksam reduziert wird, daß das Drehmoment und die Drehzahl bei einer wesentlich geringeren Antriebsleistung erhalten bleibt und somit eine wirksame Energie-Einsparung erreicht wird.

Nach dem Stand der Technik ist bekannt, daß zur Lösung von Rotations­ verstärkungsaufgaben in der Antriebstechnik Masseschwungscheiben sowie numerisch gesteuerte elektromechanische Antriebssysteme, die beliebig viele elektromagnetische Einzelmodule mit kleinem Drehmoment planetenförmig um ein Sonnenrad angeordnet ausweisen, Anwendung finden. Die Anwendungsmöglichkeiten erheben dabei keinen Anspruch auf Voll­ ständigkeit.

Als Kritik des Standes der Technik ist festzustellen, daß Masse­ schwungscheiben zur Rotationsverstärkung dynamischer Systeme ihrer eigenen Beschränkung unterliegen, da das Trägheitsmoment der Systeme bekanntlich der Rotationsenergie entgegenwirkt. Eine relevante zeit­ abhängige Rotationsverstärkung ist dabei nur mit Schwungscheiben er­ reichbar, die eine relativ große Masse und damit große Gewichte und Abmessungen bedingen.

Elektromechanische Antriebssysteme vermeiden die Nachteile solcher Masseschwungscheiben, sie bedingen jedoch eine aufwendige Konstruk­ tion und damit höhere Kosten. Zudem sind sie für muskelkraftmäßige Antriebssysteme nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Rotationskraftverstärkungssysteme zu beheben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der permanent­ magnetische Rotationskraftverstärker mit fokusierten richtungsbeding­ ten Kraftfeldern, deren Kräfte repulsieren, arbeitet, wobei die kon­ struktive Gestaltung und die Anordnung der Permanentmagnete nur gerin­ ge magnetische Wirbelstromverluste im dynamischen Streufeld eines Repulsionssystems verursachen. Diese Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, daß der erfindungsgemäße permanentmagnetische Rotationskraftverstärker keiner zusätzlichen Steuerenergie bedarf und unter Erreichung einer wirksamen Antriebsenergie-Einsparung unter Vermeidung einer aufwen­ digen Konstruktion, eines großen Gewichtes und großer Abmessungen sowohl in Maschinenantriebssystemen als auch in von Muskelkraft angetriebenen Vorrichtungen vorzugsweise von Fahrrädern einsetzbar ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch repulsierende Magnetkräfte eine Rotationskraftverstärkung von Schwungmassen reibungslos erreicht wird, wobei die Antriebslei­ stung sowohl von maschinellen als auch von durch Muskelkraft betriebenen Antriebssystemen zur Aufrechterhaltung der Drehmomente und der Dreh­ zahlen so reduziert wird, daß eine Antriebsenergie-Einsparung resul­ tiert. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere weiter darin, daß zur Rotationskraftverstärkung von Schwungmassen auf­ wendige Konstruktionen und zusätzliche Steuerenergien vermieden werden, Wartungen entfallen und Nachrüstungen von Maschinen und z. B. von Fahrrädern möglich sind, wodurch der Stand der Technik verbessert wird und infolge eines einfachen Aufwandes wirtschaftliche Vorteile für die Antriebstechnik ausgewiesen werden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Nennung signifikanter Erfindungsmerkmale werden in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8 und Fig. 9 zeigen schematisch den Aufbau und die Funktionsweise des erfindungs­ gemäßen permanentmagnetischen Rotationskraftverstärkers für einen maschinellen Antrieb.

Fig. 1 zeigt als Antriebseinheit einen auf einen Motorträger (4), der auf einer Stahlgrundplatte (5) montiert ist, einen Drehstrom-Asynchronmotor, dessen getrennte Wicklungen einen Anlaßmotor mit hoher Leistung (1) und einen Rotationsmotor mit einer geringen Leistung (2) mit einer gemeinsamen Motorachse (10) darstellen. Der Antrieb eines Maschinensystems erfolgt über eine bekannte permanent­ magnetische Antriebskupplung, die einerseits antriebsseitig aus einem auf der Motorachse (10) montierten Magnetrad (11), das mit gegenpo­ ligen Permanentmagneten (12) und (13) bestückt ist, besteht und abtriebs­ seitig ein mit der Achse des Rotationskraftverstärkers (17) fest ver­ bundenes Magnetrad (16) aufweist, das mit ebenfalls gegenpoligen Per­ manentmagneten (14) und (15) bestückt ist. Ergänzend und zugehörig zur Fig. 1 zeigt Fig. 3 die Anordnung der Permanentmagnete auf den Mag­ neträdern (11) und (16) welche die Wirkungsweise einer bekannten per­ manentmagnetischen Antriebskupplung ausweisen. Auf dem antriebssei­ tigen Magnetrad (11) wirken wechselseitig angeordnet die positiv pola­ risierten Permanentmagnete (12) auf die auf dem abtriebsseitigen Magnet­ rad (16) wechselseitig angeordneten negativ polarisierten Permanent­ magnete (14) mit ihren Kraftfeldern. Die gleiche Wirkungsweise erfolgt durch die wechselseitige Anordnung der negativ polarisierten Permanent­ magnete (13) des Magnetrades (11) auf die wechselseitige Anordnung der positiv polarisierten Permanentmagnete (15) des Magnetrades (16). Wird gemäß den in der zugehörigen Fig. 2 dargestellten Schaltbild der Anlaßmotor mit hoher Leistung (1) durch die Stellung A des Umschalters (38) mit dem Netzanschluß 220 V 50 Hz verbunden und damit eingeschaltet, wird über die Achse (17) der permanentmagnetische Rotationskraft­ verstärker zur Erreichung seines erforderlichen Drehmomentes und seiner Drehzahl angetrieben. Würde im Stillstand des Systems nicht der Anlaß­ motor mit hoher Leistung (1) sondern der Rotationsmotor mit geringer Leistung (2) durch die Schaltstellung B des Umschalters (38) eingeschal­ tet, bliebe der Antrieb des Rotationskraftverstärkers infolge des zu geringen Drehmomentes des Rotationsmotors mit geringer Leistung (2) aus. Hat der noch später beschriebene Rotationskraftverstärker durch den Anlaßmotor mit hoher Leistung (1), eingeschaltet durch die Schalt­ stellung A des Umschalters (38) seine erforderliche Drehzahl und sein volles Drehmoment erreicht, wird die Drehzahl und das Drehmoment durch Abschalten des Anlaßmotors mit hoher Leistung (1) und durch Einschal­ ten des Rotationsmotors mit geringer Leistung (2) über die Schaltstel­ lung B des Umschalters (38) voll erhalten. Maßgeblich für Aufrechter­ haltung von Drehzahl und Drehmoment durch eine wesentlich geringere Antriebsleistung ist die noch später näher beschriebene Wirkungsweise des erfindungsgemäßen permanentmagnetischen Rotationskraftverstärkers. Zur Verdeutlichung der erreichten wirksamen Antriebsenergie-Einsparung soll folgendes Beispiel anhand eines Demonstrationsmodelles dienen:

Zur Erlangung des nötigen Drehmomentes von 100% und einer Drehzahl von 1000 U/min erfordert der Rotationskraftverstärker einen Antrieb, den der Anlaßmotor mit hoher Leistung (1) mit 165 W bei einer Stromaufnahme von 750 mA bei einer Spannung von 220 V 50 Hz ausweist. Zur Aufrechter­ haltung des vollen Drehmomentes und der vollen Drehzahl benötigt der Rotationskraftverstärker nur noch einen Antrieb, den der Rotations­ motor mit geringer Leistung (2) mit 33 W bei einer Stromaufnahme von 150 mA bei einer Netzspannung von 220 V 50 Hz ausweist. Demnach beträgt die Anlaßleistung 100% und die Rotationsleistung für die Aufrechter­ haltung von Drehzahl und Drehmoment nur 20%, was einer Antriebsenergie- Einsparung von 80% entspricht. Die Antriebsenergie wird weiter redu­ ziert, wenn in Schaltstellung B des Umschalters (38) der Antrieb über den Rotationsmotor mit geringer Leistung (2) erfolgt, da gleichzeitig ein Tachogenerator (3), der von der Achse (17) angetrieben wird und über einen Generatorträger (6) mit der Stahlgrundplatte (5) des Rotationskraftverstärkers verbunden ist, einen Gleichstrom erzeugt, der über einen elektronischen AC Wandler als Wechselstrom einer separaten und vom Motorsystem getrennten nicht näher bezeichneten Statorwicklung des Rotationsmotors mit geringer Leistung (2) zuge­ führt wird, was einer zusätzlichen Antriebsenergie-Einsparung entspricht. In Schaltstellung C des Umschalters (38) wird der Rotationsmotor mit geringer Leistung (2) kurzfristig zum Stillstand und somit der perma­ nentmagnetische Rotationskraftverstärker mittels der Wirkung der bekann­ ten permanentmagnetischen Antriebskupplung sanft gebremst. Die Brems­ wirkung erfolgt bekannterweise durch Anlegen einer Gleichspannung über einen Gleichrichter (33) an die Ständerwicklung des Rotationsmotors (2). Statt der Bremsung in Schaltstellung C des Umschalters (38) kann auch der permanentmagnetische Rotationskraftverstärker langsam dadurch abgebremst werden, wenn der Rotationsmotor (2) abgeschaltet und dafür kurzzeitig der Anlaßmotor (1) so eingeschaltet wird, daß dieser durch eine bekannte nicht näher beschriebene Schaltung seine Laufrichtung ändert, wodurch die Magneträder (11) und (16) der permanentmagneti­ schen Kupplung entgegenlaufen und damit die rotierenden Kraftfelder der Permanentmagnete (12), (13), (14) und (15) gegenläufig aufeinander wirken.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen permanentmagnetischen Rotati­ onskraftverstärkers beruht auf einer repulsierenden Wechselwirkung permanentmagnetischer Kraftfelder, welche dynamisch so fokusiert auf­ einander wirken, daß magnetische Wirbelstromverluste weitgehendst ausgeschaltet werden und so die Funktionsweise der Verstärkung nicht beeinträchtigen. Fig. 8 zeigt schematisch dazu die verwendeten Perma­ nentmagnete mit radial verlaufender Magnetisierung wobei die positive Polarisation (41) der negativen Polarisation (42) kraftfeldmäßig fokusiert gegenübersteht. Fig. 9 zeigt im Schnitt A-A schematisch den Aufbau der topfförmigen Permanentmagnete mit zentralem Magnetkern, wobei die positive Polarisation (41) über einen Luftspalt von der negativen Polarisation (42) so ummantelt wird, daß nach außen eine Fokusierung innerhalb der Repulsionsdynamik der Kraftfelder erreicht wird, die für die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Rotationskraft­ verstärkers maßgeblich signifiziert.

Der nach Fig. 1 dargestellte über eine auf Kugellagern (18) drehende Achse (17) angetriebene permanentmagnetische Rotationskraftverstärker ist mit seinen Funktionselementen als Maschineneinheit auf einer Stahl­ grundplatte (5) aufgebaut. Fest mit der sich drehenden Achse (17) ist eine Rotations-Schwungscheibe (21) und ein Magnetrad (27) als Rotor des Systems verbunden. Auf der stählernen Rotations-Schwungscheibe (21) sind fest verbunden die Permanentmagnete (22) mit positiver Polarisa­ tion (4) auf der einen Seite und die Permanentmagnete (23) mit negati­ ver Polarisation (42) als Rotationsmasse versetzt so angeordnet, daß sie durch Kraftschluß ihrer ungleichen Pole über die ferromagnetische Rotations-Schwungscheibe (21) rotierende in sich geschlossene Magnet­ einheiten bilden. Auf einer Magnetplatte (19) aus Stahl, die auf einer Stahl-Trägerplatte (7) mittels einer Fixier-Justierschraube (26) ver­ stellbar montiert ist, sind die Permanentmagnete (20) mit positiver Polarisation (41) so versetzt fixiert, daß ihre positiven Magnetpole den rotierenden positiven Polen der Permanentmagnete (22) auf der Rotations-Schwungscheibe (21) statisch gegenüberstehen und den Stator des Systems darstellen. Auf einer Magnetplatte (25) aus Stahl, die auf einer Stahl-Trägerplatte (8) mittels einer Fixier-Justierschraube (26) verstellbar montiert ist, sind die Permanentmagnete (24) mit negativer Polarisation (42) so versetzt fixiert, daß ihre negativen Magnetpole den rotierenden negativen Polen der Permanentmagnete (23) auf der Rotations-Schwungscheibe (21) statisch gegenüberstehen. Der magnetische Kraftlinienschluß zwischen den statisch angeordneten Per­ manentmagneten (20) und (24) erfolgt über die Magnetplatten (19) und (25) sowie über die Stahl-Trägerplatten (7) und (8), die beide mit der Stahlgrundplatte (5) verbunden den permanentmagnetischen Stator gegenüber dem Rotor des Systems darstellt.

Die dynamische Wirkungsweise der Permanentmagnete (22) und (23) der Rotations-Schwungscheibe (21) auf die statischen Kraftlinienfelder der Permanentmagnete (20) und (24) der Stahl-Trägerplatten (7) und (8) beruht auf einer Repulsionsdynamik gleicher Polarisationen unter Nutzung der Abstoßung gleichpoliger Magnetflächen zur Erzeugung einer Rotationskraftverstärkung des Systems. Integrierender Bestandteil der Erfindung sind dabei die dynamischen Kraftfeldverläufe der radial magnetisierten Permanentmagnete nach Fig. 8 und Fig. 9, die sich im Mantel-Luftspalt zwischen der positiven Polarisation (41) und der negativen Polarisation (42) so konzentrisch ausbilden, daß auf der Stirnfläche der Permanentmagnete ein fokusiertes Magnetfeld entsteht. Bewegt sich ein Permanentmagnet (22) mit seiner positiv polarisierten Stirnfläche (41) auf einen feststehenden Permanentmagnet (20) mit eben­ falls positiv polarisierten Stirnfläche (41), so stoßen sich zu Be­ ginn zuerst die Magnet-Ummantelungen mit gleicher negativer Polari­ sation (42) und im Rotationsverlauf dann die Magnetkerne mit gleicher positiver Polarisation (41) repulsierend ab wobei während des dyna­ mischen Vorganges infolge der Fokusierung der permanentmagnetischen Kraftfelder Wirbelstromverluste weitgehendst vermieden werden. In der gleichen Drehrichtung der Rotations-Schwungscheibe (21) stoßen sich die gleichen Pole mit negativer Polarisation (42) der rotieren­ den Permanentmagnete (23) von den statisch fixierten Permanentmagneten (24) ab.

Integrierender Bestandteil der erfindungsgemäßen Rotationskraftver­ stärkung vorzugsweise im Hinblick auf die Wirkung der Repulsionsdyna­ mik ist eine in Fig. 4 schematisch dargestellte versetzte Winkelstel­ lung der Permanentmagnete und somit eine Verschiebung der magnetischen Kraftfelder von Stator und Rotor des Systems. Auf der ferromagneti­ schen Rotations-Schwungscheibe (21), die verbunden mit der Achse (17) den Rotor des Systems darstellt, sind winkelgleich die Permanentmag­ nete (22) und (23) so angeordnet, daß die linke Seite der Rotations- Schwungscheibe (21) eine positive Polarisation der Permanentmagnete (22) und ihre rechte Seite eine negative Polarisation der Permanent­ magnete (23) aufweist, wobei die somit gegenpolig auf der Rotations- Schwungscheibe (21) fest montierten Permanentmagnete (22) und (23) jeweils für sich eine in sich geschlossene permanentmagnetische Ein­ heit aufweisen. Auf den Magnetplatten (19) und (25), die fest mit den Stahl-Trägerplatten (7) und (8) über die Stahlgrundplatte (5) verbun­ den den Stator des Systems darstellen, sind winkelversetzt die Perma­ nentmagnete (20) und (24) so angeordnet, daß die Magnetplatte (19) eine positive Polarisation (41) und die Magnetplatte (25) eine nega­ tive Polarisation (42) aufweist, wobei die somit gegenpolig auf den Magnetplatten (19) und (25) fest montierten Permanentmagnete (20) und (24) über die Stahl-Trägerplatten (7) und (8) verbunden über die Stahl­ grundplatte (5) jeweils für sich eine in sich geschlossene permanent­ magnetische Einheit aufweisen. Mittels einer Fixier-Justierverschrau­ bung (26), die in Form eines Gewinderohres mit Sechskantmuttern eine freie Durchführung der rotierenden Achse (17) erlaubt, sind die Magnet­ platten (19) und (25) auf den Stahl-Trägerplatten (7) und (8) so ver­ stellbar und fixierbar, daß eine gegenseitige Winkelverstellung der Permanentmagnete (20) und (24) möglich ist. Durch eine derartige Win­ kelverstellung erfolgt erfindungsgemäß eine Verschiebung der repulsiv wirkenden magnetischen Kraftfelder der Statoreinheit auf die Rotorein­ heit des Systems derart, daß sich die Kraftfelder der feststehenden Permanentmagnete (20) mit ihrer positiven Polarisation (41) mit den Kraftfeldern der rotierenden Permanentmagnete (22) mit ihrer positi­ ven Polarisation (41) und die Kraftfelder der feststehenden Permanent­ magnete (24) mit ihrer negativen Polarisation (42) mit den Kraftfeldern der rotierenden Permanentmagnete (23) mit ihrer negativen Polarisation (42) überschneiden. Wird nun nach Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 4 der Rotor des permanentmagnetischen Rotationskraftverstärkers durch den Anlaßmotor mit hoher Leistung (1) so in Umlauf versetzt, daß durch die Anlaßener­ gie des Motors das Trägheitsmoment der Rotor-Schwungmasse überwunden wird, tritt die repulsive Einwirkung der Magnetfelder von Rotor und Stator auf Grund ihrer Überschneidungen dynamisch in Funktion wobei Drehmoment und Winkelbeschleunigung des Rotors als Schwungmasse zur Aufrechterhaltung von Drehzahl und Drehmoment des Systems nur noch einer geringen Antriebsenergie durch den Rotationsmotor mit geringerer Leistung (2) bedürfen. Auf diesem Prinzip beruht die Funktionsweise des erfindungsgemäßen permanentmagnetischen Rotationskraftverstärkers, die durch weitere Details unterstützt und verstärkt sowie stabilisiert wird:

Fig. 1 und Fig. 5 zeigen schematisch den Aufbau und die Funktionsweise einer Systemeinheit zur Verstärkung der Repulsionsdynamik, die aus einem mit der Achse (17) festverbundenen Magnetrad (27), das mit den Permanentmagneten (28) und (29) bestückt ist einerseits und anderer­ seits aus einem horizontalen Ablenk-Permanentmagnet (30), der mittels einer Justierspindel (3) mit einem Justiergriff (32), die in einem mit der Stahlgrundplatte (5) verbundenen Stahl-Justierstück (9) gela­ gert ist, abstandsmäßig verstellt werden kann, besteht. Die mit dem Magnetrad (27) kreisförmig rotierenden Permanentmagnete (28) mit posi­ tiver Polarisation (41) und Permanentmagnete (29) mit negativer Pola­ risation (42) überschneiden mit ihren wechselnden Kraftlinienfeldern während der dynamischen Funktion des Rotationskraftverstärkers das Kraftlinienfeld des fixierten horizontalen Ablenk-Permanentmagneten (30), der eine positive Polarisation aufweist, wodurch bei jeder Dre­ hung des über die Achse (17) mit dem Rotor verbundenen Magnetrades (27) die Permanentmagnete (28) vom Ablenk-Permanentmagnet (30) abgestoßen und die Permanentmagnete (29) so angezogen werden, daß infolge ihrer winkelversetzten Anordnung zu den Permanentmagneten (22) und (23) die Drehbewegung der Rotations-Schwungscheibe (21) kraftmäßig verstärkt wird. Die Kraftflußüberschneidung der Permanentmagnete (28), (29) und (30) mit gleicher und ungleicher Polung ist dabei durch Änderung der Luftspalte zum Feld des horizontalen Ablenk-Permanentmagneten (3) variabel dadurch möglich, daß der Permanentmagnet (30) durch die Verstellung der Justierspindel (31) mittels des Justiergriffes (32) abstandsmäßig zu den rotierenden Permanentmagneten (28) und (29) variabel fixiert werden kann, wodurch eine optimale Rückwirkung zur Repulsionsdynamik des Rotationskraftverstärkers erreichbar wird. Fig. 1, Fig. 6 und Fig. 7 zeigen schematisch den Aufbau und die Funktions­ weise einer Systemeinheit zur Erzeugung einer magnetischen Asymetrie mittels axialer Ablenkung der radialen Magnetfelder des Rotors durch einen winkelverstellbaren vertikalen Ablenk-Permanentmagnet (33), welche die Repulsionsdynamik des erfindungsgemäßen Rotationskraftver­ stärkers zusätzlich unterstützt. Der vertikale Ablenk-Permanentmagnet (33) mit positiver Polarisation (41) ist festmontiert auf einer Schwenk­ halterung (34), die mittels einer Einstellschraube (35) auf der Magnet­ platte (19) verbunden durch eine Fixiermutter (36) halbkreismäßig zum Rotor und zum Stator so verstellt werden kann, daß das positiv polarisierte Kraftfeld des Ablenk-Permanentmagnetes (33) vertikal auf die rotierenden radialen Kraftfelder der Permanentmagnete (22) und (23) des Rotors und vertikal auf die fixierten radialen Kraftfelder der Permanentmagnete (20) und (24) des Stators des Rotationskraftver­ stärkers einwirkt. Durch diese Einwirkung, die durch Winkelverstellung der Schwenkhalterung (34) optimiert werden kann, wird eine asymetrische Ablenkung der Magnetfelder des Rotors zu den Magnetfeldern des Stators erreicht, welche die Repulsionsdynamik des Systems zusätzlich unter­ stützt.

Das gesamte beschriebene Permanentmagnetsystem bezieht sich in seiner Wirkung auf eine intermittierende Rotationskraftverstärkung der Rotor- Schwungmasse des zur Antriebsenergie-Einsparung dienenden Rotations­ kraftverstärkers.

Fig. 10, Fig. 11, Fig. 12, Fig. 13, Fig. 14, Fig. 8 und Fig. 9 zeigen schematisch den Aufbau und die Funktionsweise des erfindungsgemäßen permanentmagnetischen Rotationskraftverstärkers für eine von Muskel­ kraft angetriebene Vorrichtung vorzugsweise in Form eines Fahrrades, basierend auf der Wirkungsweise einer reibungslosen Rotationskraft­ verstärkung von Schwungmassen durch repulsierende permanentmagneti­ sche Kraftfelder zur Aufrechterhaltung der Drehmomente und Drehzahlen mit dem Resultat einer wirksamen Antriebsenergie-Einsparung.

Das Hinterrad (44) und das Vorderrad (45) eines Fahrrades (43) ist mit Permanentmagneten (46), die zwischen den Speichen fest montiert sind, so bestückt, daß sie als Einheiten des Systems den Rotor des Rotationskraftverstärkers darstellen. Die Montage der rotierenden Permanentmagnete (46) auf beiden Seiten des Hinterrades (44) und des Vorderrades (45) durch die Abstände der Fahrradspeichen bildet dabei zusammenhängende magnetische Funktionseinheiten bei denen die Magnete (46) in der Radmitte gegenpolig so wirken, daß ihre Stirnflächen eine positive Polarisation (41) auf der einen Seite und auf der ande­ ren Seite eine negative Polarisation (42) aufweisen. Das hintere Schutz­ blech (48) und das vordere Schutzblech (49) des Fahrrades (43) ist mit feststehenden Permanentmagneten (47) so bestückt, daß sie als Ein­ heiten des Systems den Stator des Rotationskraftverstärkers darstellen. Die Montage der feststehenden Permanentmagnete (47) auf der Innenseite der stählernen Schutzbleche (48) und (49) bildet dabei zusammenhängen­ de magnetische Funktionseinheiten bei denen die Magnete (47) über die ferromagnetischen Schutzbleche (48) und (49) gegenpolig so wirken, daß ihre Stirnflächen auf der einen Seite eine positive Polarisation (41) und auf der anderen Seite eine negative Polarisation (42) so aufweisen, daß sich die positiv polarisierten Stirnflächen (41) der feststehenden Permanentmagnete (47) den positiv polarisierten Stirnflächen (41) der rotierenden Permanentmagnete (46) und sich die negativ polarisierten Stirnflächen (42) der feststehenden Permanentmagnete (47) den negativ polarisierten Stirnflächen (42) der rotierenden Permanentmagnete (46) über einen Luftspalt gegenüberstehen. Da sich die gegenüberstehenden Magnetpole des Rotors und des Stators mit ihrer gleichen Polarisation abstoßen, bedarf es zur Überwindung der Trägheitsmomente der Schwung­ massen des Fahrrades (43) und zu dessen Beschleunigung eine bekann­ te Antriebsenergie durch Muskelkraft. Durch die reibungslose Repul­ sion der gleichpoligen Kraftfelder der rotierenden Permanentmagnete (46) und der gleichpoligen Kraftfelder der feststehenden Permanent­ magnete (47) kommt eine dynamische Rotationskraftverstärkung der Rotor- Schwungmasse des Fahrrades (43) so zustande, daß die durch Muskelkraft angetriebenen erreichten Drehmomente und Drehzahlen aufrecht erhalten werden und somit zur Aufrechterhaltung der Repulsionsdynamik die Antriebsenergie wirksam reduziert werden kann. Die Größenordnung dieser Energie-Einsparung hängt naturgemäß vom Gefälle und von der Steigung der Fahrbahn ab, die Funktionsweise des erfindungsgemäßen permanentmagnetischen Rotationskraftverstärkers entlastet die antriebs­ energetische Muskelkraft und wirkt damit Ermüdungen entgegen.

Eine weitere funktionelle Verbesserung des Rotationskraftverstärkers wird nach Fig. 12 durch eine ungleiche winkelversetzte Anordnung der rotierenden Permanentmagnete (46) auf dem Vorderrad (45) des Fahrrades (43) erreicht, wodurch eine Asymetrie und damit eine Unwucht im Ablauf der Repulsionsdynamik so entsteht, daß diese zusätzlich unterstützt wird.

Erklärung und Aufstellung der Zeichnungsbezugsnummern und der Zeichnungsbezugszeichen

1 =  Anlaßmotor mit hoher Leistung
2 =  Rotationsmotor mit geringer Leistung
3 =  Tachogenerator
4 =  Motorträger
5 =  Stahlgrundplatte
6 =  Generatorträger
7 =  Stahl-Trägerplatte
8 =  Stahl-Trägerplatte
9 =  Stahl-Justierstück
10 =  Motorachse
11 =  Magnetrad
12 =  Permanentmagnete
13 =  Permanentmagnete
14 =  Permanentmagnete
15 =  Permanentmagnete
16 =  Magnetrad
17 =  Achse des Rotationskraftverstärkers
18 =  Kugellager
19 =  Magnetplatte
20 =  Permanentmagnete
21 =  Rotations-Schwungscheibe
22 =  Permanentmagnete
23 =  Permanentmagnete
24 =  Permanentmagnete
25 =  Magnetplatte
26 =  Fixier-Justierverschraubung
27 =  Magnetrad
28 =  Permanentmagnete
29 =  Permanentmagnete
30 =  horizontaler-Ablenk-Permanentmagnet
31 =  Justierspindel
32 =  Justiergriff
33 =  vertikaler-Ablenk-Permanentmagnet
34 =  Schwenkhalterung
35 =  Einstellschraube
36 =  Fixiermutter
37 =  Netzanschluß 220 V 50 Hz
38 =  Umschalter
39 =  Gleichrichter
40 =  AC-Wandler
41 =  positive Polarisation
42 =  negative Polarisation
43 =  Fahrrad
44 =  Hinterrad
45 =  Vorderrad
46 =  rotierende Permanentmagnete
47 =  feststehende Permanentmagnete
48 =  hinteres Schutzblech
49 =  vorderes Schutzblech
A =  Schaltstellung für Anlaßmotor
B =  Schaltstellung für Rotationsmotor
C =  Schaltstellung für Motorbremse

Claims (11)

1. Permanentmagnetischer Rotationskraftverstärker zur reibungslosen Verstärkung der Rotationsenergie von Schwungmassen mit Überwin­ dung mechanischer Trägheitsmomente, dadurch gekennzeichnet, daß mittels permanentmagnetischer Funktionselemente die nach einer erreichten konstanten Drehzahl mit konstantem Drehmoment noch erforderliche Antriebsleistung von Maschinen und von durch Muskel­ kraft angetriebenen Vorrichtungen vorzugsweise von Fahrrädern mittels rotierender fokusierter Magnetkraftfelder so reduziert wird, daß Drehmoment und Drehzahl mit einer wesentlich gerin­ geren Antriebsleistung erhalten bleiben und damit eine wirksame Energie-Einsparung erreicht wird.

2. Permanentmagnetischer Rotationskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Funktionselemente eine Vielzahl von Permanentmagneten so angeordnet ist, daß sich die gleichen Polarisationen der Permanentmagnete abstoßen und somit eine dynamische repulsierende Wechselwirkung ihrer Kraftfelder er­ reicht wird, wobei sich die Repulsion einerseits auf die Kraft­ felder der auf dem Stator angeordneten und andererseits auf die Kraftfelder der auf dem Rotor des permanentmagnetischen Rotati­ onskraftverstärkers angeordneten Permanentmagnete bezieht.

3. Permanentmagnetischer Rotationskraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Permanentmagnete des Stators als auch des Rotors in sich geschlossene Magnetsysteme sind, wobei über ferromagnetische Montageträgereinheiten die ungleichen Magnetpole fest und kraftfeldschlüssig verbunden sind.

4. Permanentmagnetischer Rotationskraftverstärker nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete eine radial verlaufende Magnetisierung aufweisen und in flacher Topf­ form mit zentralem Magnetkern so ausgebildet sind, daß ihre positive Polarisation über einen Luftspalt von der negativen Polarisation ummantelt wird und dadurch nach außen eine Foku­ sierung der permanentmagnetischen Kraftlinienfelder auftritt, die für die dynamische Wirkungsweise des permanentmagnetischen Rotationskraftverstärkers zur weitgehendster Vermeidung magne­ tischer Wirbelstromverluste verantwortlich zeichnet.

5. Permanentmagnetischer Rotationskraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetplatten des Stators mittels einer Fixier-Justierverschraubung gegenseitig so verstell­ bar sind, daß sich ihre darauf montierten Permanentmagnete winkelversetzt fixieren lassen und statisch gleichpolig mit re­ pulsierender Wirkung den rotierenden Permanentmagneten der Rota­ tions-Schwungscheibe des Rotors zur dynamischen Erzeugung der Rotationskraftverstärkung des Systems mit einer Verschiebung der magnetischen Kraftfelder von Stator und Rotor gegenüberstehen.

6. Permanentmagnetischer Rotationskraftverstärker nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Repulsions­ dynamik unter Nutzung der Abstoßung gleichpoliger Magnetflächen zur Erzeugung der Rotationskraftverstärkung der Rotorschwungmasse des Systems auf dynamischen fokusierten Kraftfeldverläufen der radial magnetisierten Permanentmagnete beruht, wobei sich bei jeder Umdrehung des Rotors infolge ihrer konstruktiven Ausbil­ dung zu Beginn die negativ polarisierten, im Verlauf die positiv polarisierten und zum Ende die negativ polarisierten Oberflächen der Permanentmagnete kraftfeldmäßig gegenseitig so schneiden, daß bei der dynamischen Repulsion die Rotation der Schwungmasse mit Unterstützung eines leistungsreduzierten Antriebes einschließlich Drehzahl und Drehmoment erhalten bleibt und magnetische Wirbelstromverluste vermieden werden.

7. Permanentmagnetischer Rotationskraftverstärker nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Anlauf des Rotors durch eine zur Überwindung des Trägheitsmomentes seiner Schwungmasse bedingte hohe Antriebsleistung durch die dynamische Repulsion der permanentmagnetischen Kraftfelder von Stator und Rotor das Drehmoment und die Winkelbeschleunigung des Rotors zur Aufrecht­ erhaltung von Drehzahl und Drehmoment des Systems nur noch einer geringeren Antriebsleistung bedarf, was eine bedeutende Antriebs­ energie-Einsparung bewirkt.

8. Permanentmagnetischer Rotationskraftverstärker nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Systemeinheit, bestehend aus einem mit dem Rotor gleichzeitig rotierenden Magnetrad be­ stückt mit unterschiedlich polarisierten Permanentmagneten und aus einem axial verstellbaren fixierten Permanentmagnet, zur Verstärkung der Repulsionsdynamik dient, wobei winkelverstellt zu den Permanentmagneten des Stators und des Rotors über einen einstellbaren Luftspalt wechselweise sich die Kraftfelder des Magnetrades dynamisch mit dem Kraftfeld des fixierten Permanent­ magnetes abstoßend und anziehend so schneiden, daß eine Bewegung auch in den Zwischenräumen der versetzt angeordneten Permanent­ magnete des Stators und des Rotors verstärkend stattfindet.

9. Permanentmagnetischer Rotationskraftverstärker nach Anspruch 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Systemeinheit, bestehend aus einem vertikal winkelverstellbaren Ablenkpermanentmagnet mit radial auf die rotierenden Kraftfelder der Rotormagnete wirkenden fokusierten Kraftfeld, die Repulsionsdynamik zusätz­ lich dergestalt unterstützt, daß eine asymetrische Ablenkung der dynamischen Magnetfelder des Rotors zu den Magnetfeldern des Stators erreicht wird und somit eine pulsweise Überbrückung der äußeren Magnetfeldradien erfolgt.

10. Permanentmagnetischer Rotationskraftverstärker nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rotations­ kraftverstärkung von Schwungmassen durch Muskelkraft angetriebe­ ner Vorrichtungen vorzugsweise von Fahrrädern durch die Repul­ sionsdynamik von Permanentmagneten erfolgt, wobei die Magnet­ bestückung des Hinterrades und des Vorderrades eines Fahrrades den Rotor und die Magnetbestückung auf der Innenseite der zuge­ hörigen Schutzbleche den Stator des Systems bilden.

11. Permanentmagnetischer Rotationskraftverstärker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine ungleiche winkelversetzte Anordnung der rotierenden Permanentmagnete auf dem Vorderrad oder wahlweise auf dem Hinterrad eines Fahrrades eine Unwucht bewirkende Asymetrie der Repulsionsdynamik erreicht wird, die eine Rotationskraftverstärkung der Schwungmassen unterstützt.