DE69402718T2 - Elektrostatischer motor mit hohem wirkungsgrad - Google Patents

Elektrostatischer motor mit hohem wirkungsgrad

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  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
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  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrostatischen Motor, der in der Lage ist, mit sehr hoher Leistung zu arbeiten. Dieser Motor kann auf zahlreichen Gebieten zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel für den Antrieb jeglicher Art von Fahrzeugen, zum Beispiel von Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen, Zügen usw.. Er kann auch in Zentralen für die Erzeugung von Energie verwendet werden. Der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung berührt somit alle Gebiete, in denen eine Energieversorgung erforderlich ist.
  • Das Arbeitsprinzip dieser Art von Motoren basiert auf einer speziellen Verwendung der klassischen elektromagnetischen Kräfte.
  • Die Prinzipien der Energie- und Impulserhaltung gelten nur für geschlossene Systeme, in welchen die im Spiel befindlichen Kräfte dem 3. Newtonschen Prinzip gehorchen, daß actio gleich reactio ist. Hieraus folgt die Möglichkeit von offenen Systemen, wenn die im Spiel befindlichen Kräfte nicht dem 3. Newtonschen Prinzip gehorchen, wie dies bei der elektromagnetischen Lorentz-Kraft der Fall ist, weil in der Gleichung dieser Kraft ein magnetischer Term enthalten ist.
  • Hieraus folgt, daß ein Paar von geladenen Teilchen, die miteinander in Wechselwirkung stehen, in der Lage sein muß, sich ohne von außen wirkende Kraft spontan in Bewegung zu setzen. In gleicher Weise muß ein mit Hochspannung geladener Kondensator in der Lage sein, sich selbst in Bewegung setzen zu können. Zahlreiche Experimente, die mit Kondensatoren durchgeführt wurden, haben dieses Phänomen nachgewiesen.
  • Insbesondere beschreibt das englische Patent Nr.300 311, das 1928 für T.T. BROWN erteilt wurde, einen Linearmotor bzw. einen Rotationsmotor, der dieses Prinzip nutzt. T.T. BROWN schreibt dies jedoch einem Anti-Gravitations-Effekt zu, der sich aus der einfachen Polarisation der Kondensatoren ergibt, während jedoch die entwickelte Kraft tatsächlich lediglich aus dem Spiel der klassischen elektromagnetischen Kräfte resultiert.
  • Bei einer Ausführungsform eines Motors, die in der oben erwähnten Druckschrift beschrieben wird, sind die Kondensatoren in Form von leitfähigen Platten radial um eine Achse in regelmäßiger und gleichförmiger Weise angeordnet Diese Anordnung ermöglicht es jedoch nicht, einen maximalen Effekt der entwickelten Kraft zu erzeugen. Tatsächlich ergibt sich bei einer homogenen Verteilung der Kondensatoren, wie sie von BROWN vorgesehen wird, daß für drei aufeinander folgende beliebige Platten, die -, +,-, geladen Sind, sich die im Spiel befindlichen Kräfte nahezu vollständig kompensieren.
  • Darüber hinaus existiert bei dem Motor von Brown keine Einrichtung, die es ermöglicht, die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors zu steuern bzw. zu regeln.
  • Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, einen Motor zu schaffen, der dieses elektromagnetische Phänomen in optimaler Weise nützt und bei dem die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors ausgezeichnet steuerbar ist.
  • Um dies zu erreichen, hat die vorliegende Erfindung einen elektrostatischen Motor zum Gegenstand, der einen Rotor umfaßt, der von einer Gruppe von Kondensatoren gebildet wird, wobei diese Kondensatoren von Metallplatten gebildet werden, die radial um eine Rotationsachse angeordnet und in ein dielektrisches Material eingebettet sind, wobei die Hälfte der Platten mit dem positiven Pol eines Hochspannungsgenerators verbunden ist, während die andere Hälfte der Platten mit dem negativen Pol des Hochspannungsgenerators verbunden ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Metallplatten, die radial angeordnet sind, um die Rotationsachse herum Winkelabstände aufweisen, die nicht konstant sind. Die Summe der elektromagnetischen Kräfte, die durch die von den Kondensatoren erzeugten Felder induziert werden, resultiert somit in einer von Null verschiedenen Komponente.
  • Vorteilhafterweise ist der Rotor von einem Stator umgeben, der von einer elektrischen Wicklung gebildet wird, die eine mit der Rotationsachse des Rotors zusammenfallende Symmetrieachse besitzt, wobei die Wicklung von einem Strom mit umkehrbarer Richtung durchflossen wird.
  • Vorzugsweise sind die Metallplatten paarweise in Platten mit entgegengesetzter Spannung aufgeteilt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform besitzen die Metallplatten eine konstante Dicke, wobei jedes Paar von einer Schicht aus dielektrischem Material getrennt wird, die einen im wesentlichen konischen Querschnitt aufweist.
  • Alternativ hierzu besitzen die Metallplatten einen im wesentlichen konischen Querschnitt und ist jedes Paar von einer Schicht aus dielektrischem Material mit konstanter Dicke getrennt.
  • Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei in nicht einschränkender Weise Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert werden.
  • In der Zeichnung zeigen:
  • Fig.1 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Rotors eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • Fig.2 eine Querschnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Motors gemäß der Erfindung und
  • Fig.3 eine Querschnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Motors gemäß der Erfindung.
  • In Fig.1 ist ein zylindrischer Rotor 1 dargestellt, der eine Rotationsachse 3 besitzt, die von einer Muffe 4 aus isolierendem Material umgeben ist. Die isolierende Muffe 4 nimmt eine Vielzahl von Metallplatten 2, 2' auf, die längs der Rotationsachse 3 radial angeordnet sind. Die Hälfte der Platten 2 ist mit dem positiven Pol eines (nicht dargestellten) Hochspannungsgenerators verbunden, während die andere Hälfte 2' mit dem negativen Pol des gleichen Generators verbunden ist. Die Verbindung der verschiedenen Platten 2, die mit dem positiven Pol des Generators verbunden sind, erfolgt mit Hilfe einer leitfähigen Platte 5, die das eine Ende des Zylinders bildet, und an der die positiv geladenen Platten befestigt sind. Somit ist die Platte 5 mit dem positiven Pol des Hochspannungsgenerators verbunden. In entsprechender Weise sind die Platten 2' vermittels einer Endplatte 5' negativ geladen, wie dies in Fig.1 gezeigt ist. Die Platten 2 und 2' sind alternierend um die Rotationsachse 3 in der Weise angeordnet, daß eine Gruppe von Kondensatoren gebildet wird.
  • Die Hochspannungsversorgung der Kondensatoren des Rotors kann auf zwei verschiedene Arten erfolgen: Entweder durch Gleitkontakte, die an jeder der Platten 5 und 5' angeordnet sind, oder durch zwei Entlader, die von den beweglichen Metallplatten der Platten 5, 5' und von feststehenden Metallplatten gebildet werden, die mit der Hochspannungsquelle verbunden sind und den Platten gegenüber liegen. Der Abstand zwischen jeder der feststehenden und beweglichen Metallplatten, die den Entlader bilden, wird in der Weise gewählt, daß ein Kurzschluß erzeugt wird, der es ermöglicht, die Kondensatoren des Rotors zu laden.
  • Gemäß der Erfindung sind die verschiedenen Platten 2 und 2' paarweise angeordnet. Eine Platte 2', die negativ geladen ist, besitzt einen größeren Winkelabstand von der positiven geladenen Platte 2 des benachbarten Kondensators als von der positiv geladenen Platte 2, mit der sie einen Kondensator bildet. Die Platten sind in nicht homogener Weise paarweise angeordnet und der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Platten ist somit nicht konstant. Dieses Merkmal ist wesentlich, da es die Erzielung einer globalen Komponente der durch die Gesamtheit der Kondensatoren entwickelten Kraft ermöglicht, die von Null verschieden ist.
  • Die verschiedenen Platten 2 und 2' sind andererseits in ein dielektrisches Material 6 eingebettet, das zur Aufgabe hat, den betrachteten Effekt zu verstärken, eine gute Festigkeit des Rotors sicherzustellen und die Gefahr zu vermindern, daß es zu einem Durchschlag bei den mit Hochspannung versorgten Kondensatoren kommt.
  • Die Fig.2 und 3 zeigen zwei Varianten von Ausführungsformen eines Motors. Bei der Ausführungsform aus Fig.2 haben die Platten 2, 2' eine konstante Dicke und sind folglich durch eine Lage aus dielektrischem Material getrennt, die eine im Querschnitt konische Form besitzt. Die Abmessung ("Dicke") der konischen, dielektrischen Schicht ist ebenfalls von einem Plattenpaar zum anderen verschieden.
  • Bei der Ausführungsform in Fig. 3 besitzen die Platten 2, 2' einen konischen Querschnitt derart, daß die dielektrischen Schichten, die die Platten voneinander trennen, eine konstante Dicke besetzen.
  • Der mit Platten konstanter Dicke ausgerüstete Motor (Fig. 2) ist sehr einfach zu realisieren, da die verwendeten Platten im Handel zur Verfügung stehen, was die Herstellungskosten des Motors beträchtlich vermindert. Umkehrt ist der mit Platten mit konischem Querschnitt ausgestattete Motor (Fig.3) schwieriger herzustellen, wegen der besonderen Geometrie der Platten, die speziell gegossen oder extrudiert werden müssen.
  • Diese letztgenannte Ausführungsform liefert jedoch bessere Ergebnisse, so daß sie vorzuziehen ist. Die Leistung ist höher weil die Dicke der Schicht aus dielektrischem Material konstant und sehr gering gehalten wird. Die durch derartige Kondensatoren erzeugte Kraft ist aufgrund ihrer umgekehrt proportionalen Relation zum Abstand beträchtlich, der die Platten des Kondensators voneinander trennt.
  • Der Rotor ist auch von einem Stator 7 umgeben, bei dem es sich um eine elektrische Spule bzw. Wicklung handelt, die von einem Strom durchflossen wird und deren Symmetrieachse mit der Rotationsachse 3 des Rotors zusammenfällt. Die Verwendung dieser Wicklung 7 dient dazu, die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 1 zu steuern. Tatsächlich erfahren die Elektronen, die in den Metallplatten 2 und 2' einer Zentrifugalkraft unterworfen sind, entsprechend dem Richtungssinn des Stroms in der Wicklung eine ergänzende Kraft, woraus sich ergibt, daß sich die Wirkung dieser Elektronen je nach dem Richtungssinn des Stroms zu dem betrachteten Effekt hinzufügt oder von ihm abzieht.
  • Eine näherungsweise Untersuchung der zwischen zwei Platten erzeugten Kraft gibt eine Einschätzung dieser Kraft gemäß der Formel:
  • FG = 2N²q²(U.V)R/(c²R³)
  • wobei N die Anzahl der betroffenen geladenen Teilchen, U die Ionengeschwindigkeit im Raum, V die Relativgeschwindigkeit der Elektronen bezüglich der Ionen und R = ri - rc der Abstand zwischen den Elektronen und Ionen einer jeden Platte eines Kondensators ist. Die oben wiedergegebene Formel impliziert, daß die erzeugte Kraft FG in einer von den negativen Ladungen zu den positiven Ladungen weisenden Richtung gerichtet ist.
  • Aus der obigen Formel ergibt sich, daß man an die Gesamtheit der Kondensatoren eine Hochspannung von mehr als 50 kV anlegen muß, um den Rotor in Bewegung zu setzen und eine akzeptable Geschwindigkeit zu erhalten. Eine durch Experimente bestätigte theoretische Untersuchung zeigt, daß dieser Motor bei einer angelegten konstanten Spannung aus den folgenden Gründen eine beträchtliche Geschwindigkeit erreichen kann:
  • - die Zentrifugalkraft und die Zusatzkraft, die von der elektrischen Wicklung stammt, steigern in Abhängigkeit von der Zeit die Anzahl von Elektronen (und infolge hiervon die Anzahl der Ionen), die am Effekt der erzeugten Kraft teilhaben, die somit in Abhängigkeit von der Zeit wächst, und
  • - die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors nähert sich der Geschwindigkeit U der Ionen im Raum, was die erzeugte Kraft verstärkt.

Claims (6)

1. Elektrostatischer Motor, der einen Rotor (2, 3, 4, 5, 6) umfaßt, der von einer Gruppe von Kondensatoren gebildet wird, die von radial um eine Rotationsachse (3) angeordneten und in ein dielektrisches Material (6) eingebetteten, metallischen Platten (2, 2') gebildet werden, wobei die eine Hälfte der Platten (2) mit dem positiven Pol eines Hochspannungsgenerators und die andere Hälfte der Platten (2') mit dem negativen Pol des Hochspannungsgenerators verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die radial angeordneten metallischen Platten (2, 2') um die Rotationsachse (3) herum Winkelabstände aufweisen, die nicht konstant sind.
2. Elektrostatischer Motor nach Anspruch I, bei dem der Rotor (2, 3, 4, 5, 6) von einem Stator (7) umgeben ist, der von einer elektrischen Wicklung gebildet wird, die eine Symmetrieachse aufweist, die mit der Rotationsachse (3) des Rotors zusammenfällt, wobei die elektrische Wicklung (7) von einem Strom mit umkehrbarer Richtung durchflossen wird.
3. Elektrostatischer Motor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die vom Generator angelegte Hochspannung größer als 50 kV ist.
4. Elektrostatischer Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die metallischen Platten (2, 2') paarweise in Platten mit entgegengesetzter Spannung aufgeteilt sind.
5. Elektrostatischer Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die metallischen Platten (2, 2') eine konstante Dicke aufweisen, wobei jedes Paar von einer Schicht aus dielektrischem Material (6) mit im wesentlichen konischem Querschnitt getrennt ist.
6. Elektrostatischer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die metallischen Platten (2, 2') einen im wesentlichen konischen Querschnitt besitzen und jedes Paar von einer Schicht aus dielektrischem Material (6) mit konstanter Dicke getrennt ist.
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