DE4000592A1 - Dauermagnetenergie-wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dauermagnetenergie-Wandler.

Es sind bereits Dauermagnetenergie-Wandler bekannt, die mecha­ nische Energie in elektrische Energie umwandeln.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dauermagnetenergie-Wandler anzugeben, der auf eine neue und verbesserte Art magnetische Energie in elektrische Energie umwandelt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale ge­ löst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der erfindungsgemäße Dauermagnetenergie-Wandler enthält wenigstens ein magnetisierbares Medium, das vorzugs­ weise aus Eisen besteht und eine Säulenform oder Quader­ form mit zwei stirnseitigen Enden aufweisen kann, eine Dauermagneteinrichtung, die wenigstens aus einem Dauer­ magneten besteht, und eine Antriebseinrichtung, die takt­ weise eine Relativbewegung zwischen der Dauermagnetein­ richtung und einem zugeordneten Ende des magnetisierbaren Mediums hervorruft, derart, daß sich die Dauermagnetein­ richtung einem oder beiden stirnseitigen Enden des mag­ netisierbaren Mediums bis auf einen kurzen Abstand nähert und wieder von dem oder den Enden entfernt wird, so daß taktweise ein Magnetfeld aufgebaut und wieder abgebaut und in der auf dem magnetisierbaren Medium sitzenden Spule eine Spannung induziert wird. Dabei ist vorteil­ hafterweise die Anordnung so getroffen, daß das wenig­ stens eine magnetisierbare Medium feststehend gehalten ist, während die Dauermagneteinrichtung taktweise von der Antriebseinrichtung bewegt wird. Grundsätzlich liegt es jedoch im Rahmen der Erfindung, daß die Anordnung umge­ kehrt getroffen wird, d. h., daß die Dauermagneteinrich­ tung feststehend gehalten und das wanigstens eine mag­ netisierbare Medium von der Antriebseinrichtung beweg­ bar ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Dauermagneteinrichtung wenigstens ein Paar Dauermagneten aufweist, wobei die beiden Dauermagneten gleichzeitig den beiden Enden des magnetisierbaren Me­ diums angenähert und wieder von diesen entfernt werden und die beiden Dauermagneten dabei mit demselben Pol, d. h. übereinstimmend mit dem Südpol oder mit dem Nordpol, den Enden des magnetisierbaren Mediums zugewandt sind. Hierbei werden die beiden Dauermagneten synchron bis auf einen kurzen Zwischenraum den beiden Enden des mag­ netisierbaren Mediums angenähert und wieder von diesen entfernt, wobei taktweise ein Magnetfeld aufgebaut wird, das in der Spule eine Gleichspannung induziert.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die beiden Dauermagneten derart an einem Schwungrad befestigt sein, daß sie sich an derselben Umfangsposition des Schwungrades seitlich gegenüberliegen, wobei das Schwung­ rad von der Antriebseinheit, beispielsweise einem Elektro­ motor, gedreht wird, und die beiden Dauermagneten an den beiden Enden des magnetischen Mediums vorbei geführt werden.

Wenn nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung mehrere derartige Paare von Dauermagneten gleichmäßig über den Umfang des Schwungrades verteilt angeordnet sind, kann eine vorbestimmte Spannungsfrequenz mit einer geringeren Drehzahl des Schwungrades erzeugt werden, als wenn nur ein Dauermagnetpaar angeordnet ist. Es liegt im Rahmen der Erfindung, mehrere magnetische Medien mit jeweils zugehöriger Spule dem Rand des Schwungrades gegenüber­ liegend anzuordnen, um gleichzeitig in diesen mehreren Spulen eine Spannung zu induzieren.

Nach einem alternativen Vorschlag der Erfindung kann die Relativbewegung zwischen den Dauermagneten und dem magnetisierbaren Medium durch einen Kurbeltrieb hervorgerufen werden. Hierzu wird vorgeschlagen, daß die beiden Dauermagneten über jeweils eine Kurbelstange exzentrisch an einer von der Antriebseinheit drehbaren Kurbelscheibe angelenkt und mittels Führungseinrichtungen so geführt sind, daß die Dauermagneten bei einer Umdrehung der Kurbelscheibe eine gegenläufige lineare Hin- und Her­ bewegung ausführen, wobei das magnetisierbare Medium zwi­ schen den Dauermagneten - mit diesen auf einer geraden Linie liegend - angeordnet ist. Als Führungseinrichtungen können beispielsweise Führungsschienen vorgesehen sein, zwischen denen oder auf denen die Dauermagneten verschieblich sitzen.

In weiterer Ausgestaltung dieser Ausführungsform können die Anlenkpunkte der Kurbelstange um 180° zueinander ver­ setzt sein, wobei die beiden Kurbelstangen eine solche Längendifferenz haben sollten, daß der minimale Abstand zwischen den beiden Dauermagneten etwas größer als die Länge des dazwischen angeordneten magnetisierbaren Mediums ist, so daß sich die Dauermagneten den zugeordneten Stirn­ seiten des magnetisierbaren Mediums bis auf einen kurzen Zwischenraum nähern können, um das Magnetfeld zum Zwecke der Induzierung einer Gleichspannung aufzubauen.

Während nach dem vorstehend beschriebenen ersten Gesichts­ punkt der Erfindung zwei Dauermagneten gleichzeitig den Enden eines magnetisierbaren Mediums taktweise ange­ nähert werden, wobei die beiden Dauermagneten mit dem­ selben Pol den Enden des magnetisierbaren Mediums zuge­ wandt sind, so daß ein homogenes Magnetfeld um das magne­ tisierbare Medium entsteht, können nach einem alterna­ tiven Gesichtspunkt der Erfindung zwei Dauermagneten nacheinander dem jeweils zugeordneten Ende des magneti­ sierbaren Mediums angenähert und wieder von diesem ent­ fernt werden, wobei hier allerdings die Dauermagneten mit unterschiedlichen Polen den Enden des magnetisierbaren Mediums zugewandt sind. Hierbei entsteht ein Magnetfeld in dem magnetisierbaren Medium, das in der zugehörigen Spule eine Wechselspannung induziert.

Die Anordnung kann in vorteilhafter Weise so getroffen werden, daß die beiden Dauermagneten in Umfangsrichtung zueinander versetzt an einem Schwungrad befestigt sind, das von der Antriebseinheit gedreht wird. Wenn hierbei die Dauermagneten an unterschiedlichen Enden des magne­ tisierbaren Medium vorbeigeführt werden, ist es zweck­ mäßig, die Dauermagneten an jeweils einer Seite des Schwungrades zu befestigen. Auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung können mehrere Paare von zueinander ver­ setzt angeordneten Dauermagneten vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Schwungrades verteilt angeordnet sein, wobei zwischen allen Dauermagneten derselbe Umfangsabstand eingehalten sein kann.

Es besteht auch die Möglichkeit, die beiden Dauermag­ neten über jeweils eine Kurbelstange exzentrisch an einer von der Antriebseinheit drehbaren Kurbelscheibe anzulenken und mittels Führungseinrichtungen so zu führen, daß die beiden Dauermagneten bei einer Um­ drehung der Kurbelscheibe eine gleichläufige Hin- und Herbewegung ausführen, wobei das magnetisierbare Medium wiederum zwischen den Dauermagneten so angeordnet ist, daß seine stirnseitigen Enden den Dauermagneten gegen­ überliegen. Infolge der gleichläufigen Hin- und Herbe­ wegung wird bei Drehung der Kurbelscheibe jeweils ein Dauermagnet dem zugeordneten Ende des magnetisierbaren Mediums angenähert, während sich gleichzeitig der andere Dauermagnet von dem ihm zugeordneten Ende des magneti­ sierbaren Mediums entfernt so daß ein wechselndes Mag­ netfeld in dem magnetisierbaren Medium aufgebaut wird, das die Wechselspannung hervorruft.

Zweckmäßigerweise stimmen die Anlenkpunkte der Kurbel­ stangen an der Kurbelscheibe in Winkelstellung und Ab­ stand vom Drehpunkt der Kurbelscheibe miteinander über­ ein, wobei die Gelenkverbindungen vorteilhafterweise auf den gegenüberliegenden Seiten der Kurbelscheibe angeordnet werden sollten. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung haben die beiden Kurbelstangen eine Längen­ differenz, die etwas größer als die Summe der Länge des magnetischen Mediums, d. h. des Abstandes zwischen dessen beiden Enden, und der doppelten Exzentrizität der Anlenk­ punkte ist. Beim weitesten Vorschub der Kurbelstangen in Richtung des magnetisierbaren Mediums liegt dabei der an der kurzen Kurbelstange befestigte Dauermagnet kurz vor der zugeordneten Stirnfläche des magnetisier­ baren Mediums, während in der am weitesten zurückgezogenen Position der an der langen Kurbelstange befestigte Dauer­ magnet kurz vor der ihm zugeordneten Stirnfläche des Mediums positioniert ist.

Damit die Dauermagneten in der Weise von den Kurbel­ stangen geführt werden können, daß sie den Stirnflächen des magnetisierbaren Mediums gegenüberliegen, werden die Kurbelstangen entsprechend gebogen, um eine fluchtgerechte Führung der Dauermagneten zu ermöglichen.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden nach­ folgend mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen auf rein schematisch Weise:

Fig. 1 das erste erfindungsgemäße Prinzip, nach dem zwei Dauermagneten mit demselben Pol gleichzeitig einem magnetisierbaren Medium angenähert und wieder von diesem entfernt werden;

Fig. 2 das zweite erfindungsgemäße Prinzip, nach dem zwei Dauermagneten mit unterschied­ lichen Polen nacheinander einem magnetisier­ baren Medium angenähert und wieder von diesem entfernt werden,

Fig. 3 eine erste Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Dauermagnetenergie-Wandlers;

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform des Dauermagnet­ energie-Wandlers;

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform des Dauermagnet­ energie-Wandlers und

Fig. 6 eine vierte Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt auf rein schematische Weise ein stabförmiges Eisenjoch 1, auf das eine Spule 2 gewickelt ist. Das magnetisierbare Medium 1 ist stationär gehalten.

Zwei Dauermagneten 3, 4 werden entweder gegenläufig in Richtung der Pfeile A bewegt, um sich gleichzeitig takt­ weise den Enden 5, 6 des Mediums 1 anzunähern und sich wieder von diesen zu entfernen, oder sie werden gleich­ läufig entlang der Pfeile B im kurzen Abstand an den Enden 5, 6 vorbeigeführt. Hierbei sind die beiden Dauer­ magneten 3, 4 mit ihrem Nordpol den Enden 5, 6 zugewandt und erzeugen taktweise ein Magnetfeld, das eine Gleich­ spannung in der Spule 2 induziert.

Fig. 2 zeigt das andere erfindungsgemäße Prinzip, nach dem zwei Dauermagneten 7, 8 nacheinander den Enden 5, 6 des magnetisierbaren Mediums 1 angenähert (und wieder entfernt) werden. Hierzu werden die beiden Dauermagneten 7, 8 entweder gleichläufig in Richtung der Pfeile C hin- und herbewegt, d. h. gleichzeitig nach links oder rechts in Fig. 2, oder in zeitlicher Aufeinanderfolge entlang der Pfeile D an dem jeweils zugeordneten Ende 5, 6 vor­ beigeführt. Während der Dauermagnet 7 mit seinem Nordpol dem Ende 5 des magnetisierbaren Mediums 1 zugewandt ist, weist der Dauermagnet 8 mit seinem Südpol zu dem Ende 6 hin. Die taktweise Annäherung des Dauermagneten 7 und - nachfolgend - des Dauermagneten 8 ruft ein ständig wechselndes Magnetfeld in dem magnetisierbaren Medium 1 hervor, wodurch in der Spule 2 eine Wechselspannung induziert wird.

Fig. 3 zeigt einen Dauermagnetenergie-Wandler mit einem Schwungrad 9, an dem mittels L-förmig abgewinkelter Arme 10 zwei Magnetpaare 3, 4 befestigt sind. Zwei magnetisierbare Media 1 sind jeweils mit einer Spule 2 versehen und stationär einander gegenüberliegend ange­ ordnet.

Das Schwungrad 9 ist fest mit der Antriebswelle 11 eines Motors 12 verbunden, der das Schwungrad 9 mit konstanter Umlaufgeschwindigkeit dreht. Die Dauermagneten 3, 4 sind jeweils mit ihrem Nordpol den Enden des mag­ netisierbaren Mediums 1 zugewandt und bauen taktweise ein Magnetfeld auf, das in den Spulen 2 eine Gleich­ spannung induziert.

Fig. 4 zeigt einen Kurbeltrieb zum Bewegen der Dauer­ magneten 3, 4. Der Kurbeltrieb besteht aus einer Kurbel­ scheibe 13, die wiederum mittels eines nicht dargestellten Motors drehbar ist. Der Dauermagnet 3 ist mittels einer kurzen Kurbelstange 14 bei 15 exzentrisch an der Kurbel­ scheibe 13 angelenkt, während der Dauermagnet 4 mittels einer gestrichelt dargestellten, längeren Kurbelstange 16 auf der anderen Seite der Kurbelscheibe 13 bei 17 an­ gelenkt ist. Die Anlenkpunkte 15, 17 sind um 180° auf der Kurbelscheibe 13 versetzt.

Das magnetisierbare Medium 1, auf dem wiederum die Spule 2 sitzt, ist auf einer gemeinsamen Achse mit den Dauer­ magneten 3, 4 angeordnet, deren entsprechende Bewegungs­ richtung durch lediglich schematisch angedeutete Führungen 18 festgelegt ist.

In dem in Fig. 4 dargestellten Zustand sind die Dauer­ mgneten 3, 4 den Enden 5, 6 des magnetisierbaren Mediums 1 am weitesten angenähert, um ein Magnetfeld aufzubauen, das eine Gleichspannung in der Spule 2 induziert. Bei Drehung der Kurbelscheibe 13 um 180° wird der Dauer­ magnet 3 nach links zurückgezogen, während der Dauer­ magnet 4 gleichzeitig nach rechts vorgeschoben wird, so daß das Magnetfeld in dem magnetisierbaren Medium 1 zusammenfällt.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung ähnlich Fig. 3 in einer Seitenansicht, wobei schematisch angedeutet ist, daß das Schwungrad 9 von einem Gestell 19 gehalten ist. Fig. 5 zeigt ebenso wie Fig. 6 einen Dauermagnetenergie- Wandler, der nach dem in Fig. 2 dargestellten Prinzip arbeitet. Hierbei sind Paare von Dauermagneten 7, 8 an dem Schwungrad 9 befestigt, die mit unterschiedlichen Polen dem nicht dargestellten magnetisierbaren Medium 1 bzw. dessen Enden 5, 6 zugewandt sind. Die Dauermag­ neten 7, 8 sind in Umfangsrichtung des Schwungrades 9 versetzt angeordnet, damit sie nacheinander an dem zu­ geordneten Ende 5, 6 des magnetisierbaren Mediums 1 vorbeigeführt werden, wenn das Schwungrad 9 in Drehung versetzt wird.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Kurbeltrieb fallen die Anlenkpunkte der kurzen Kurbelstange 14 des Dauermag­ neten 7 und der langen Kurbelstange 16 des Dauermagneten 8 bei 20 lagemäßig zusammen, so daß die Dauermagneten 7, 8 bei Drehung der Kurbelscheibe 13 synchron hin und her (nach links und nach rechts) bewegt. Hierbei wird wieder ein taktweise wechselndes Magnetfeld in dem magnetisierbaren Medium 1 und damit eine Wechselspannung in der Spule 2 erzeugt. Es versteht sich, daß die Kurbelstangen 14, 16 an den Magneten 7, 8 sowie 3, 4 angelenkt sind, damit die Dauermagneten eine lineare Hin- und Herbewegung aus­ führen können.

Claims (16)

1. Dauermagnetenergie-Wandler, gekennzeichnet durch wenigstens ein magnetisierbares Medium (1), auf das eine Spule (2) gewickelt ist und das zwei Enden (5, 6) aufweist, eine Dauermagneteinrichtung (3, 4; 7, 8) und eine Antriebseinrichtung (12), die taktweise eine Relativbewegung zwischen der Dauermagneteinrich­ tung und einem zugeordneten Ende (5, 6) des magnetisier­ baren Mediums (1) hervorruft, so daß in der Spule (2) eine Spannung induziert wird.

2. Dauermagnetenergie-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine magne­ tisierbare Medium (1) feststehend gehalten ist, während die Dauermagneteinrichtung (3, 4; 7, 8) von der Antriebs­ einrichtung (12) bewegbar ist.

3. Dauermagnetenergie-Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagneteinrichtung wenigstens ein Paar Dauermagneten (3, 4) aufweist, wobei die beiden Dauermagneten gleichzeitig den beiden Enden (5, 6) des magnetisierbaren Mediums (1) angenähert und wieder von diesen entfernt werden und die beiden Dauer­ magneten mit demselben Pol den Enden des magnetisierbaren Mediums zugewandt sind.

4. Dauermagnetenergie-Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dauermagneten (3, 4) an derselben Umfangsposition eines Schwungrades (9) be­ festigt sind, das von der Antriebseinheit (12) drehbar ist, wobei die Dauermagneten an beiden Enden (5, 6) des magnetisierbaren Mediums (1) vorbeigeführt werden.

5. Dauermagnetenergie-Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Paare von Dauer­ magneten (3, 4) gleichmäßig über den Umfang des Schwung­ rades (9) verteilt angeordnet sind.

6. Dauermagnetenergie-Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dauermagneten (3, 4) über jeweils eine Kurbelstange (14, 16) exzen­ trisch an einer von der Antriebseinheit drehbaren Kurbel­ scheibe (13) angelenkt und mittels Führungseinrichtungen (18) so geführt sind, daß sie bei einer Umdrehung der Kurbelscheibe (13) eine gegenläufige lineare Hin- und Herbewegung ausführen, wobei das magnetisierbare Medium (1) zwischen den Dauermagneten (3, 4) angeordnet ist.

7. Dauermagnetenergie-Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlenkpunkte (15, 17) der Kurbelstangen (14, 16) um 180° zueinander versetzt sind und daß die beiden Kurbelstangen eine solche Längendifferenz aufweisen, daß der minimale Abstand zwischen den beiden Dauermagneten (3, 4) etwas größer als die Länge des magnetisierbaren Mediums (1) ist.

8. Dauermagnetenergie-Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagneteinrichtung wenigstens ein Paar Dauermagneten (7, 8) aufweist, dessen beide Dauermagneten nacheinander dem jeweils zugeordneten Ende (5, 6) des magnetisierbaren Mediums (1) angenähert und wieder von diesem entfernt werden, wobei die Dauermagneten mit unterschiedlichen Polen den Enden (5, 6) des magnetisierbaren Mediums (1) zu­ gewandt sind.

9. Dauermagnetenergie-Wandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dauermagneten (7, 8) in Umfangsrichtung zueinander versetzt an einem Schwungrad (9) befestigt sind, das von der Antriebsein­ heit (12) drehbar ist.

10. Dauermagnetenergie-Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagneten (7, 8) an unterschiedlichen Enden (5, 6) des magnetisierbaren Mediums (1) vorbeigeführt werden.

11. Dauermagnetenergie-Wandler nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Paare von zuein­ ander versetzt angeordneten Dauermagneten (7, 8) gleich­ mäßig über den Umfang des Schwungrades (9) verteilt an­ geordnet sind.

12. Dauermagnetenergie-Wandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dauermagneten (7, 8) über jeweils eine Kurbelstange (14, 16) exzen­ trisch an einer von der Antriebseinheit drehbaren Kurbel­ scheibe (13) angelenkt und mittels Führungseinrichtungen so geführt sind, daß sie bei einer Umdrehung der Kurbel­ scheibe (13) eine gleichläufige Hin- und Herbewegung ausführen, wobei das magnetisierbare Medium (1) zwischen den Dauermagneten (7, 8) angeordnet ist.

13. Dauermagnetenergie-Wandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlenkpunkte (20) der Kurbelstangen (14, 16) an der Kurbelscheibe (13) in der Lage miteinander übereinstimmen und daß die beiden Kurbelstangen eine Längendifferenz aufweisen, die etwas größer als die Summe der Länge des magnetisierbaren Mediums (1) und der doppelten Exzentrizität der Anlenk­ punkte (20) ist.

14. Dauermagnetenergie-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisierbare Medium (1) aus Eisen besteht.

15. Dauermagnetenergie-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisierbare Medium eine geradlinige Form hat.

16. Dauermagnetenergie-Wandler nach einem der Ansprüche 4, 5, 9, 10, 11, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagneten (3, 4; 7, 8) an L-förmigen Armen (10) befestigt sind.