EP1676353A1 - Field force machine - Google Patents

Field force machine

Info

Publication number
EP1676353A1
EP1676353A1 EP04764052A EP04764052A EP1676353A1 EP 1676353 A1 EP1676353 A1 EP 1676353A1 EP 04764052 A EP04764052 A EP 04764052A EP 04764052 A EP04764052 A EP 04764052A EP 1676353 A1 EP1676353 A1 EP 1676353A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
field
magnetic
force
machine according
modulator
Prior art date
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Pending
Application number
EP04764052A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Heinz Volker Wenz
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1676353A1 publication Critical patent/EP1676353A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K53/00Alleged dynamo-electric perpetua mobilia
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • H02K99/10Generators

Definitions

  • the invention of the field force machine relates to potential fields and swirl fields or dipole fields, in particular to magnetic, electrical, thermal and gravitational fields and contains five groups of inventions which are interconnected so that they implement a general inventive idea.
  • the first invention relates to field force generators as a counterpart to the heat engine.
  • field force generators an elastic force field works controlled by a field modulator; the work is created by relaxing the previously tensioned field like a spring. This irreversible cycle process takes place in the p, V diagram with 4 cycles.
  • the field force generator can alternatively be constructed as a right or left cycle process machine.
  • the second invention relates to field semiconductor modulators. These are components that do not conduct, control, amplify, switch, or modulate electron currents, but fields (magnetic field, electric field, etc.)
  • the third invention relates to field force motors that are supplied with electrical energy.
  • the electrical energy is converted into force field surges by magnesians or electresers, which can be used as work.
  • the fourth invention of the connecting rod length variator is a new, highly efficient force-torque converter and can be used for motors, pumps, compressors and others
  • the FKG is designed depending on the intended use. For example, a FKG is used as a gas turbine replacement on high and constant
  • the shock wave field force motor is a highly dynamic, fundamentally new electric motor, because it is not the tangential force but the normal force that is implemented.
  • Longitudinal machines are reciprocating piston machines because they derive their effect from the creation of a large air gap between the PM's.
  • Transversal machines are only for shifting the PM - in relation to each other with a constant air gap - not like the generation of a large longitudinal air gap in reciprocating piston machines.
  • Types a) Rotary piston field force machine Radial "stroke", machine has no “dead centers”, movement conversion not necessary, no free mass forces (all can be compensated).
  • b) three-phase field force machine (Fig. 2 a, b, c) rotating field, similar to three-phase machine - axial and radial disc design
  • traveling field field machine Fig. 1.2 a, b, c) linear machine, linear oscillating or linear motion with traveling field Transversal FK vs.
  • the kinematic function in the operation of the FKM thus corresponds to a reciprocating piston machine that can be implemented in different types (see ff.).
  • the transverse FKM differs in that the repulsive ones
  • Magnets are always at the same longitudinal air gap distance, but the transverse repulsion-force-displacement characteristic is used in the tangential direction of the magnetic surfaces.
  • the FM also moves transversely in the kinematic version, but perpendicular to the transverse movement of the PM's, i.e. always in the same
  • transversal machines can be implemented as traveling field FKMs (translation machines) and rotating field FMs (rotating machines) - see FKM types.
  • a PS can also be used here to bridge the air gap with a large field flow.
  • the Fe / dkraftmaschine is on the one hand a counterpart to the heat engine (both generate a force or energy in a circular process in the p, V diagram, which can be converted into a torque by the crankshaft) and on the other hand to the dynamo principle of Michael Faraday (electric current becomes generated by moving an electrical conductor in a magnetic field), but with the essential difference that in the first case fuel (gasoline / gas etc.) and in the second case mechanical energy (torque, force) are supplied from the outside, etc.
  • the field batteries are installed as permanent magnets (PM / PE / SM) and are only supplied once from the outside - the system limit is therefore in front of the magnets.
  • the driving, force-generating permanent energy field (field force of the magnetic field battery) is in the overall system of the machine (initially comparable to a very long-lasting electrical charge of a battery or very long-lasting fuel rods of a NPP).
  • the field batteries no longer need to be replaced / replaced due to their special properties. Any kind of additional energy supply from the outside is therefore not necessary for field batteries in their practically unlimited lifetime.
  • Cars, planes, trains, ships, bikes, computers, pacemakers, energy "sources” in your own home or power plants, etc.) can be replaced so that there is no need to refuel or recharge during the lifetime of the system.
  • the FKG delivers the following result in the energy balance:
  • the field force generator consists of 3 parts: 2 field batteries FB and one
  • the field batteries can be magnets (permanent magnets PM or superconducting magnets SM) with control of the effect of the magnetic field or permanent electrets PE with control of the effect of the electrical field.
  • the principle of the field force generator according to the invention can also be applied to non-permanent potential and vortex fields.
  • the principle of the field force generator can be applied analogously to all types and dipole fields of potential fields, swirl fields and dipole fields.
  • the field generator can therefore also be based on the following principles: a) heat field engine, FM is a ditherm plus two heat field sources (thermal), as a thermal capacitor u./o. b) Realize gravitational field force machine, FM is a digravitum, plus two gravitational field sources (gravitum), as a gravitational capacitor.
  • the field force generator will be explained using the example of controlling the effect of the magnetic field in PMs.
  • the field force generator as an energy “source” (magnet PM / SM or electret PE) generates in the case of the PM from magnetic field energy permanent ferromagnetic fields with the help of a field modulator / FM mechanical energy.
  • the FM is a thin, magnetically switchable ferro layer with a toggle switch function that acts as an active FM for magnetic fields or electret fields between the conductive or blocking / isolating states and, if necessary, with a reinforcing effect.
  • new magnetically acting M-diodes and M-transistors are also used as M-bipolar or M-field-effect transistors as field modulators, and M-thyristors, M-GTO-thyristors, M-thyristor diodes, M in power magnetronics -Triac and M-IGBT, introduced.
  • the Feidkraftgenerator acts like a magnetic capacitor with the same name (antiparallel) of the magnetizations on the magnetic pole surfaces and a dimagnetic in between for mutual magnetic isolation and the establishment of a balance between repulsion PM and attraction FM.
  • inductance in the magnetic system
  • the electrifications in the ferro / ferrielectric are from
  • the field effect in the capacitor can also be controlled in the case of non-permanent fields and also in other types of potential and vortex fields.
  • ⁇ r is in the denominator, as is ⁇ r in the magnetic force law, ie the force between two charges / magnetizations is in dielectric / dimagnetic medium smaller. This is a case analogous to the electrical / magnetic capacitor with constant charge / magnetization; with dielectric / dimagnetic between the plates / magnetic plates, voltage U or ⁇ and field strength E or H decrease.
  • An FKG anti-condenser principle consists of:
  • Two diamagnetic plates are in equilibrium with no FM in between and are only repelled when there is a repelling FM-PM in between.
  • anode there is an anode ./. Between the magnetrodes (electrodes). M-cathode the dimagnetic.
  • a diagram can show the voltage-capacitance ranges of the magnetic FM capacitor types. - Ferro / ferri metal foil and dimagnetic foil
  • Two 2 field batteries permanent magnets with repulsive (or also attractive) orientation (antiparallel) repel each other with great force.
  • the decisive factor in field battery / magnet design is the ratio of force to dead weight, which has to be optimized by the kinetic energy of the moved
  • the force-displacement characteristic in the normal direction determines the work W that can be generated in a p, V diagram in an irreversible cycle.
  • a particularly advantageous magnet design is achieved through a sandwich arrangement.
  • a field battery we refer to magnets or electrets or superconducting magnets arranged in xyz or in a triangular network (Fig. 10).
  • the PM's or PE's or SM's can be interconnected to form PM / PE / SM field batteries in order to achieve a cumulative high force with relative to maintain low weight.
  • the KraüANeg function of the longitudinal force-displacement characteristic is to be designed according to the oscillation stroke and the required torque development (e.g. flat pole face, concave surface, cone, plunger magnet, etc.)
  • the FM field modulator is operated using a kinematic or stationary principle.
  • Kinematic FM The kinematic FM can be built passively and / or actively; it switches between matter in the field (FM conductive) to air / gas / vacuum in the field (non-conductive).
  • the active version uses the effect of attractive auxiliary fields to a) support the attraction or b) with an attractive effect to reduce the thickness of the FM c) to compensate for attractive / repulsive eddy current effects or magnetic transverse effects.
  • Stationary FM The stationary FM can only be implemented as an active FM with various alternative operating principles.
  • the field modulator is a dimagnetic. 1 FM between 2 PM acts like a magnetic capacitor with the essential feature of creating an equilibrium state by introducing the magnetic capacitance. A field modulator between the two magnets can therefore switch the repulsion of the PMs on or off (only the effect of the field, i.e. the energy in the space between the magnets).
  • a pole piece (PS) with anisotropic ferro / ferrimagnetic material can be used.
  • This anisotropic material between the magnets preferably conducts in the normal direction, so that the repulsion is reduced only very slightly. Also note a certain magnetic shape anisotropy that the
  • the field modulator and pole piece can be made in a kinematic (unsteady) or stationary version.
  • the "translucency" for magnetic flux quanta is switched between “open and” closed “without the FM or PS having to be moved.
  • the FM / PS is moved in an oscillating position.
  • the FM or PS can be arranged as an inline FM (between the magnets) and as an outline FM (outside the magnets).
  • the field effect control of the FM can be done with conductivity modulation or with channel cross-section modulation through a field across the channel.
  • FM lock open air, gas, vacuum between the PM,
  • FM closed soft magnetic material plus possibly static / dynamic auxiliary fields as active FM (Fig. 11).
  • the kinematic FM can carry components of the active FM to compensate for certain negative induction force effects (Fig. 12).
  • Stationary FM Dynamic change in conductivity (permeability or
  • the stationary FM always remains in its position in the middle (plane of symmetry) between the PMs.
  • This FM type can only be built as an active switch / amplifier, since it changes in its stationary effect and is not shifted kinematically in its position.
  • Variants a) can be used with or without induced eddy currents with lamination (permeability layer + anti-eddy current structure) (Fig. 1S) and open / closed shield housing geometry
  • the field modulator (FM - conductive) acts like a barrier / "insulator" for a magnetic field, just like in one
  • M transistor field quantum valve
  • the permeability ⁇ of the soft magnetic alloy determines the thickness s of the FM between the PM's (magnetic conductivity ⁇ - o ⁇ r ) due to very high permeability.
  • the very different "shielding" effect in a geometrically open or closed housing determines the degree of mutual shielding of the repelling PM's - each PM can have its own housing, which are coupled by the FM (Fig. 16). Bern. : In closed geometry, eddy currents are induced depending on the frequency, which lead to an increase in repulsion, but only if stray fields enter the housing, see ff. Chapter Field modulator.
  • the FM lets the permanently stored potential field energy of the PM's through its action (force effect as field quantum flux) or blocks it (similar to a camera shutter for photons from the sun).
  • the field modulator made of very good magnetically conductive soft magnetic material with a corresponding thickness s has an attractive effect on the PM's, the stronger the thicker - the large repulsion of the PM's becomes the equilibrium state with increasing thickness, and then further increasing thickness from the equilibrium state with the FM, into a strong one
  • the PM's cannot normally maintain a stable equilibrium unless the FM is positioned symmetrically to the PM's and the PM's are not are mechanically coupled via gears or crankshaft so that they cannot approach one side (unstable balance) without moving the other PM at the same time. From a certain thickness s etc., the balance tilts into a strong one
  • the thickness s, shape, material, internal structure, etc. of the FM thus regulate the equilibrium state of the mechanically symmetrically coupled PM's by means of a non-linear tilting function. This is the basic principle of a passive FM.
  • FM for example in the permeability induction curve, or in the temperature * induction * curve (switching the effect from ferromagnetic to paramagnetic at Curie temperature Tc), from "transparent” - "OPEN” (non-conductive ), according to ⁇
  • the SM can also be switched from superconducting to normal conducting by a temperature gradient.
  • Her kinematic FM moves in the transverse direction preferably on an equipotential surface, i.e. across the magnetic preferred direction of the PM fields and across the longitudinal direction of the (generally inhomogeneous) force fields in the equilibrium state at TDC. Potential energy would be required or gained with longitudinal movement of the FM, so that with kinematic-oscillating FM - due to the equilibrium state PM-FM-PM and high magnetic conductivity in the FM - very little energy is consumed ⁇ ratio longitudinal force-distance -Integral (PM work) to transverse force-displacement integral (FM work). ⁇ The work difference is very large (Fig. 19) and falls in favor of
  • FM movement with E ⁇ O ays, sequence You can move transversely almost without power via FM (also note ferrimagnetic material without induced eddy currents; in the case of electrical conductors, the Lorentz force is prevented by an anti-eddy current principle).
  • the FM only switches the effect of the force field, i.e. the
  • the magnetic preferred direction can be improved, for example, by means of sheet metal with a soft magnetic orientation or by a material with strong crystal anisotropy, for example with a hexagonal structure.
  • the FM can therefore a magn.
  • Preferential direction in the direction of the magnetic field lines i.e. from the PM + pole to the PM pole of one and the same PM.
  • the force-displacement characteristic (work) differs depending on whether the FM movement takes place parallel in the field and pole direction or perpendicular to it, i.e. on an equipotential surface, and whether the sheet is grain-oriented or not (usually the grain direction is parallel to the rolling direction ) (Fig. 20).
  • Active field modulator is supplemented passive FM fundamental principle is an active FM principle regardless of whether a kinematic or stationary FM used ⁇ .
  • the decisive factor is that static and / or dynamic forces have to be compensated for - if they occur in a disturbing manner, which generally means the induced Lorentz forces, but also magnetically transverse forces if they occur during the movement of the FM.
  • An active FM can also be used to reduce the FM thickness, since the soft magnetic FM St ⁇ ff has a reinforcing effect in an FM coil.
  • Basic principle of FM static balance with soft magnetic material with FM thickness
  • anti-eddy current principles can be applied ( ⁇ point 3).
  • Dynamic compensation of the negative force (repulsion) from eddy current, magnetic reversal and spin relaxation effects a) dynamically adapted, kinematically moving, attracting soft magnetic lamellae, change the FM thickness s dynamically with frequency b) by magnetic attracting Preload with constant auxiliary PM constant field c) through dynamically variable attractive active auxiliary fields with soft magnetic core, see ff. 4.
  • Electrodynamic field FM as a replacement for the soft magnetic FM with thickness s (worst efficiency, since no reinforcement by soft magnetic material). All variants are fully controllable from the states "transparent" with ⁇ x «1 to
  • the PS works the other way round like the FM:
  • the "pole piece” (PS) consists of several flux guide pieces.
  • FIGS. And texts show that, due to the construction by FM flow diversion, an attraction principle with an attracting soft magnetic counter PM instead of a repelling counter PM can also be realized according to the invention.
  • the magnetic field is led out by the highly conductive, switchable FMs, which are in balance between attraction (FM) and repulsion (PM's), so that the soft magnetic piston closes the magnetic circuit: principle of attraction by 2 FM's.
  • FM attraction
  • PM's repulsion
  • Consequence The FM's conduct the magnetic flux without physical Contact (very small air gap) to the piston crown / yoke; the air gap is much smaller than the FM thickness.
  • CLOSED means: ferromagnetic attractive exchange interaction (spin coupling) effective ( ⁇ FM switched on).
  • River quanta are not diverted in their flow, i.e. they act as a repulsive field in the direction of the anti-parallel oriented counter-PM, i.e. FM with a non-shielding effect.
  • "OPEN” means: Ferro- / ferrimagnetic attractive exchange interaction (spin couplings) ineffective ( ⁇ FM switched off).
  • the invention includes a system based on various FM principles.
  • the compensation or elimination of induced eddy currents with anti-Lorentz force and anti-Lenz force are guaranteed by special designs and working principles.
  • the inventions apply to ferromagnetic, ferrimagnetic and analogously to ferroelectric and ferrielectric materials.
  • Ferrimagnetic substances have a very high spec. elec. Resistance, however the energy density is much lower than with ferromagnetic materials.
  • the ferro-dielectric materials PE
  • PM ferromagnetic materials
  • Ratio of transverse x characteristic to transverse y characteristic for translation of the FM vertical vs. parallel to the field lines.
  • field lines lie in the direction of the displacement ⁇ force in the direction of the field vector + ⁇ -, when shifting perpendicular to the field lines, the field lines / field vectors are cut transversely - + almost forceless displacement, similar to the homogeneous field, here on an equipotential surface.
  • a magnet matrix
  • the FM acts like a PE with a sign of the same name (attractive) or like a non-magnetized plate
  • the functional principles of the M-FM are based on that of
  • the field modulator is a dimagnetic or dielectric for fields and not for electrons, creating an equilibrium state.
  • ferrimagnetic substances contain hardly any electrons and are therefore practically non-conductive.
  • the core principle of the FKG can be better understood - without eddy current influences.
  • the magnetic-transverse force effect (attraction of the FM) must also be compensated for in the case of transverse movement parallel to the preferred magnetic direction of the PM field; with vertical movement (on the equipotential surface) this is hardly necessary.
  • Ferrimagnetic material with very high spec. el. resistance are used, which allows practically no induced eddy currents and therefore practically no Lorentz forces even at high frequencies. Only when using metallic magnetic field conductors in operation with
  • a dynamic FM must compensate for this frequency-dependent counterforce in a frequency-dependent manner, or move the conduction electrons out of the magnetic field's field of influence so that a dynamic equilibrium is created.
  • the PM piston When adjusting the FM thickness s to increase the attraction of the FM as compensation against eddy current repulsion, care must be taken that the TDC point shifts. Therefore, the PM piston must be readjusted by a) kink-connecting rod or b) integrated control on the connecting rod length variator with - ⁇ H.
  • the Lorenz force effects arise when: a) in the closed state of the FM due to the PM movement UT- ⁇ OT, b) when the FM moves with transverse cutting of the longitudinal field lines between the PM's.
  • FM "OPEN" 5 magnetic flux in e.g. Air (magn. Isolator) ⁇ high field strength between the PM's, small capacity
  • FM “CLOSE” magnetic flux in the FM (magnetic conductor). ⁇ small field strength between the PM's, high capacity
  • the shielding factor of the housing drops with increasing frequency. in contrast to completely closed umbrellas (closed geometry) where it increases exponentially.
  • the shielding factor means the field of repulsion of the housing due to induced eddy currents in the shielding layer.
  • the passive FM has no active longitudinally attractive auxiliary fields / forces other than itself; preferably with ferrites (Fig. 28).
  • the passive FM can be supplemented with an active FM in order to compensate repulsive eddy current forces etc. or to make the FM thinner in thickness so that the PMs can come closer together.
  • the active auxiliary fields must also in connection with the
  • Outline FM (Fig.29.2) Passive permanent magnet FM or active E magnet FM.
  • Comb FM may have more attraction because more soft magnetic material comes into effect and the PMs can still get very close (contact ⁇ 100% power yield).
  • the operating point A3 of the magnetization characteristic for soft magnetic material with geometry-dependent magnetization factor N at - (BH) m a ⁇ is decisive, analogous to the demagnetization factor for permanent magnets.
  • the working point A 3 of the soft magnetic FM plate is at - (BH) max . 2.3 Active FM
  • A. ⁇ Auxiliary magnetic fields Active FMs to actively enhance the effect with an auxiliary magnetic field. 1. Longitudinal direction Thinner FM layer with the consequence of a higher repulsive effect at PM position in the normal equilibrium distance ⁇ strengthening of the attraction by an attractive auxiliary field. 2. Transversal direction attraction by the PM's on ferro- / ferrimagnetic material with magnetic field parallel to the FM movement ⁇ reinforcement of the repulsion as compensation of the transverse attraction by repulsive auxiliary field.
  • Longitudinal force compensation Repelling eddy current forces (Lenz rule) when FM closed and movement PM UT ⁇ OT.
  • the active FM consists of the fact that it can control the strength of its longitudinal attraction in order to maintain the balance dynamically (despite eddy current repulsion due to the conduction electrons in the FM). 2.
  • Transversal force compensation Also the transverse effect of the repulsion by eddy currents (braking effect); can be controlled dynamically.
  • the compensation can be implemented e.g. B. by active magnetic auxiliary fields (Fig. 30)
  • the magnetization can be bistable because then the field force is maintained without constant external energy supply during the movement of the PMs from UT to OT.
  • Structure eg coil
  • the magnetization is carried out by a single jump (Z loop), which results in a high voltage pulse.
  • the active FM can be coupled (and / or) with: a) the kinematic-passive FM, in order to be able to change effects / compensations dynamically. b) soft magnetic double-room shielding housing (magnetic shunt, open / closed geometry in time) without kinematic movement.
  • Conductivity ⁇ ⁇ min / Bmax min.
  • Conductivity, or ⁇ i / B m in min.
  • Anisotropy FM Change magnetic preferred direction a) Change crystal anisotropy / change grain orientation b) Stress-induced anisotropy - reverse magnetostriction mech. Voltage changes permeability (Villar effect)
  • Hard Magn. Induction FM magnetic toggle switch, or transient magnetic voltage ⁇ variable remanence B f
  • Induction current FM induced eddy current "On” / "Off” generated in e.g. AL / Cu layer
  • Limit frequency FM switching by operating below / above the limit frequency
  • ParaFerro- / Ferri-FM Ferro- / Ferri-front migration Coupling layer or barrier layer travels through the FM, but without temperature change ⁇ actively change atomic distance
  • M-tunnel FM switching magnetic tunnel current
  • Magnetic voltage ⁇ tunneling / tunneling not possible S m l m
  • the field of the anti-parallel PM's is strongly deformed in the FM due to the high conductivity of the substance in relation to the flux density B (FIG. 32). This has an impact on the spin moments of the domains (Weiss districts) from statistically distributed / disordered / paramagnetic effects in directional order with regard to the antiparallel PM field lines in FM (high
  • Fig. 33 General principles of the field modulator Modulation of the ferro- / ferrimagnetic static field by: A) Kinematic switch with passive and / or active element; passive: blocks the PM field, active: counterforce (compensation) due to an attracting magnetic field. B) Bistable Tc permeability switch due to temperature difference at the Curie point (Tc).
  • Temperature T c removes the spin coupling: FM switches from “ferromagnetic” to “paramagnetic” effect by changing the temperature to T c .
  • the FM can be built up using layer technology with integrated Peltier elements.
  • the layers are very thin so that you can quickly switch between the ferro-para-ferro state. Switching temperature Tc ⁇ 30 ° C. The saturation induction with these materials is not very high (B & 0.5 T).
  • Counter magnets can be dispensed with (weight saving).
  • the principles as already described for kinematic FM can also be applied here.
  • the shielding effect repulsive effect in the case of alternating fields (increase in the shielding factor due to induced eddy currents) must be observed.
  • Ferro- / ferrimagnetic materials can also be used here, depending on the desired effect.
  • the shading takes place by longitudinal displacement of the PM's u ⁇ s ZUF plane of symmetry of the F with the same " lowering of the " local ⁇ effective flux density (strong decrease in the permeability-induction curve with increasing distance ⁇ s from the magnetic surface).
  • Pulse magnetization for high modulation B max (optimal: bistable magnetic field switch), note pulse permeability
  • a) Structure (e.g. coil) with pulse magnetization: Unipolar (one-sided) pulse magnetization with field strength stroke ⁇ fi and induction stroke ⁇ B (magnetization current only flows in one direction in one compared to the period very short time span pulse duration).
  • Pulse wire FM structure (eg integrated or external coil) with pulse wire - magnetization is carried out by a single jump (Z-loop), which results in a high voltage pulse.
  • Generation of high-energy current pulses - Pulse compression technology using magnetic switches - Rectangular loop material, preferably amorphous metals due to low dynamic magnetization losses
  • the spontaneously magnetized domains must be activated by active barrier layers - amorphous substances have no crystal grains but domains, because the barrier layer acts directly on the atomic layers without grain boundaries.
  • the FM switching processes should be bistable, since external energy can then be saved during the PM movement.
  • Magnetic / electrical tunnel effect field modulators (B / D field)
  • the elementary electric charge of the electron e (tunnel current) corresponds to the magnetic flux or current ⁇ in the case of the magnetic tunnel FM.
  • SIS Superconductor-insulator-superconductor contact
  • magnetic fields or electrical ones are used, but not as auxiliary fields to increase the attractive effect or to compensate for negative forces etc., but as a general basic principle for switching the FM:
  • the magnetic field or the applied magnetic voltage controls the transparency of the FM layer for the magnetic flux quanta, analogous to the electric field with electric voltage and electric flux quanta.
  • Fabric structure a) Superconducting fabric of the FM structure (with open geometry) without kinematic movement. b) Thin FM insulator layer Magnetic energy gap and M-type conductor current (flux quanta)
  • the energy gap is temperature dependent.
  • MGE Magnetic direct current effect
  • the magnetic tunnel current of flux quantum pairs through the SmlmSm contact is strongly dependent on the magnetic field: Because the field does not pass through the S m layer, it can be assumed that the B lies in the Im insulating layer. Whenever the magnetic flux ⁇ m through the magnetic insulating layer is an integral multiple of the magnetic flux quantum, the magnetic tunnel current of the flux quanta goes through zero.
  • Suprale ⁇ ter-FM Magnetic / electrical supra-field modulators (B- / D-field) S m lmS m -contact with magnets or electrets and thick I-layer: ⁇ magnetic S m l m Sm-contact for magnetic flux quanta. M. ⁇ electrical S e l e S e contact for electrical flux quanta ⁇ e .
  • Eddy currents only occur if there are conduction electrons in the material, i.e. if the spec. el. resistance is small; e.g. it is high for ferrites, which is why practically no vortex currents can be generated in ferrites.
  • Eddy currents arise especially in electrically conductive massive metals through an alternating magnetic field a) the PM's approach the closed FM ⁇ Lenz rule from UT ⁇ OT), or b) by moving a metal in a magnetic field: the FM moves transversely in the state of equilibrium PM's - with field effects neutralizing each other in the plane of symmetry of the PM's PM-FM-PM - the FM moves transversely either parallel or perpendicular to the field lines.
  • the FM disc In order to effectively reduce the eddy current in the FM, slots are made in the FM disc perpendicular to the FM movement, i.e. perpendicular to the eddy current.
  • the FM disc is made up of soft magnetic layers (lamella sheets) that are arranged parallel to the FM movement and slit with an offset.
  • the soft magnetic layers with different permeability can be optimized so that the FM thickness s is minimized (thin FM layer).
  • the slots or separating layers in the laminations interrupt the path of the eddy currents, which therefore can hardly be formed.
  • a large cross-section in the FM disc offers only little resistance to the eddy currents.
  • Alternative eddy current separation structure a) Dense spherical packing made of soft magnetic domains, embedded in an electrical insulation layer - like a powder metallurgical substance. b) Cubic microstructure, produced by sputtering, vapor deposition, galvanically or mechanically separated by laser beam, etc.
  • an electrically highly conductive layer can be used, particularly in the case of the two-room shielding housings.
  • the electrical anti-eddy current principle starts with the eddy currents, i.e. on the free negative charges in the metallic conductor, i.e. the line electrons.
  • the FM is positioned within an electrical field.
  • the electrical field is generated by a high-voltage source or, if it is sufficient from the level of the voltage, by a permanent field of a ferroelectric substance (electret) for charge separation.
  • Influence creates a neutral zone in the central area that is free of electrical charges, the conduction electrons (electron gas). This neutral area is penetrated by the magnetic fields of the anti-parallel oriented PM's. Since there are no conduction electrons in this B field, a longitudinal force (attraction / repulsion) according to the Lenz rule can hardly occur, especially when the PMs are oriented in a parallel and not in an antiparallel spin position. Since positive charge means "stationary ion grid without conduction electrons", the PM could also be positioned in the area of the positive charge - there are no eddy currents due to the lack of conduction electrons in this area, because the eddy current is created by the movement of electrons. The conduction electrons sit on the outer surface of the FM or the lamination plates in the negative area.
  • the size of the amount of electricity affected depends on the strength of the influential field as well as the shape and size of the FM.
  • the influenced electrons collect in a) a metallic funnel with a tip, so that they are continuously grounded with a knife edge opposite the tip - along the oscillation path of the FM - grounded by contactless transfer with complete charge separation, or in a Leiden bottle as a high-voltage capacitor for energy storage, or in a capacitor - depending on the height of the span.
  • a metallic funnel with a tip so that they are continuously grounded with a knife edge opposite the tip - along the oscillation path of the FM - grounded by contactless transfer with complete charge separation, or in a Leiden bottle as a high-voltage capacitor for energy storage, or in a capacitor - depending on the height of the span.
  • a funnel there is a boundary surface of the FM parallel to the direction of oscillation, then instead of one, many needles or many knives can be used to transfer the charge (parallel connection).
  • the line electrons can hardly generate eddy currents with an induced magnetic field when moving the FM, since they are firstly in a funnel in which the acceleration path is narrowed (without a funnel with a parallel boundary plane, the line electrons can accelerate and decelerate freely in the metal secondly, they are largely removed from the track by means of charge separation.
  • the inhomogeneous field so that the two force vectors of the Lorentz force on the circular current, i.e. the greater force at the front and the smaller force at the end of the FM are the same ⁇ symmetry, i.e. braking and acceleration cancel each other out.
  • This means a field characteristic in the transverse direction stronger field outside than inside.
  • ⁇ FM rotation instead of oscillation due to asymmetrical profile.
  • the web thickness of the lamella sheets can also be designed as a profile in such a way that the eddy currents braking locally in the web at the front edge of the web - due to a wedge profile - are relatively much smaller than the now more strongly accelerating eddy currents at the thicker wedge end of the web because the eddy currents can develop more strongly in voluminously more conductive material.
  • the profile and thus the thickness function regulates the ratio of braking to acceleration force.
  • - ⁇ FM rotation instead of oscillation, due to asymmetrical profile.
  • the construction in relation to the eddy current ring corresponds to a rectangular gradient conductor loop in which the opposite sides (front - end) of this rectangular loop form a pair of current elements with opposite current directions - the eddy currents must be equal when compensating for equilibrium.
  • the effect of the compensation construction is as if the conductor loop were moved in a homogeneous field (without a field gradient): the force effects of the eddy current branches are equally strong - despite the vector potential difference.
  • the construction of the conductor loop with the above anti-eddy current principle can also be applied at an angle 9 to the z axis, for example also in the normal direction; a different vector potential function B r (&) with a different potential difference (voltage) for the front and end must be taken into account.
  • Anti-Lenz principle normal force equilibrium In eddy conductor loops lying one behind the other, induced eddy current rings are created in the same direction of rotation, which can also be compensated. In the conductor loops (FM sheets) arranged one after the other in the normal direction, the direction of the induced eddy currents and their magnetic fields, which counteract the cause of induction, is the same, therefore the following variants according to the invention can be used to compensate them: 1. Oppositely directed currents with positive charge: a) Negative charge carriers in the outer or inner conductor loop and b) positive charge carrier type in the inner or outer conductor loop. The positive currents arise from positive charge or positive charge carriers. Variants with positive charge carriers ( ⁇ unipolar currents) 2.
  • a magnetic shield dimagnetic can be used between the negative and positive conductor loops, so that only the compensation effect, relative to the inducing primary magnetic field, which determines the direction of the induced currents and Lenz forces generated, comes into effect.
  • Direction-dependent shielding can also be used in the event that only the field direction PM ⁇ conductor loops, but not the reverse field direction conductor loops ⁇ PM, is desired for induction and current transport, because these generate the bilge forces.
  • the parallel conductors can be designed as a conductor loop: a) current return branch outside the primary magnetic field, or b) shielding of the induced magnetic field of the current return branch inside the primary field region, for example with soft ferrites.
  • Negative and positive conductor loops (L) Compensation of negative swirl field with positive swirl field in relation to the PM field.
  • Magnetic direction-dependent shielding (A) / translucency between the conductor loops and the PM a) Magnetic field semiconductor diode layer between PM and negative (N e ) and / or positive (P ⁇ ) conductor loop. Flow quanta only from PM towards conductor loops ⁇ induced fields in L do not affect the PM. ( ⁇ Magnetronics and) b) Magnetic mirror with periodic magnetic refractive index modulation between PM and L. c) Magnetic resonator (magnetic interferometer) with magnetically coherent flow between PM and L (the magnetic mirror surfaces must match the curvature of the magnetic field, ie the curved wavefronts of the magnetic beam B r (.9) must be exactly matched).
  • a ring voltage is induced with an eddy current ring in the loop due to the temporally changing and inhomogeneous B field, which again an instinctively inhomogeneous on the branches of the loop with different B-amount Magnetic field generated with a magnetic moment.
  • the direction of B is the direction of the magnetic flux. If the magnetic field lines are inclined at an angle ⁇ to the surface normal, only the flux density perpendicular to the surface B cos ⁇ is decisive.
  • the force F on a current-carrying conductor of length I in a magnetic field B acts perpendicular to the surface that is spanned by the vectors I and B.
  • the Lorentz force is maximum when v and B are perpendicular to each other and zero when the charge carriers move in the direction of the magnetic field.
  • 0 °
  • the field lines of the current-carrying conductor which run in the mathematically negative sense, overlap with the field lines of the magnet running from the north to the south pole.
  • the resulting field has a field line ver // c /? Insert on the left and a field line / er ⁇ / n / wng / on the right.
  • a force acts on the conductor in the direction of the dilution (to the right) (Lorentz force). With field lines circulating in a positive sense, the field thinning occurs on the left side; in this case the Lorentz force acts to the left.
  • the conductor loop can preferably be composed of many parallel individual
  • these aforementioned principles can be applied analogously to all fields that are inhomogeneous in the transverse and normal directions.
  • a potential field as an X field
  • a transverse profile is also available for a vortex field (e.g. radial speed or force change, see Lorentz force, Coriolis force, etc.)
  • Consequence formation of vortices by electromagnetic friction on the atoms, ions, molecules, with the consequence of an X or Z profile.
  • Vortex field (eddy current ring I) drives the PM-Feid flow / field flow ⁇ (the flux quanta ⁇ o) the circulation constantly.
  • Z a potential field or potential flow there, i.e. in such a way.
  • Z 2 ⁇ rv.
  • the field strength (E, D, H, B) alternatively described as acceleration (such as the gravitational field strength g) and the
  • Vortex field An inhomogeneous field (e.g. flow or magnetic field etc.) always contains vortices, because the rotation begins where the potential (e.g. velocity potential v or magnetic potential B r (3), etc.) is transverse to its own direction changes. So for: cross-force profile or cross-magnetic field profile or cross-speed profile, or generalized cross-X or
  • a transverse profile is also available for a vortex field (e.g. radial speed or force change * see Lorentz force, Coriolis force, etc.)
  • Vortex field (eddy current ring I) drives the PM field flow / field flow ⁇ (the flux quanta ⁇ o) the circulation constantly.
  • the circulation is Z- ⁇ v ds ⁇ O.
  • Z a potential field or potential flow there, i.e. in such a way.
  • Z 2 ⁇ rrv.
  • the field strength (E, D, H, B) alternatively described as acceleration (such as the gravitational field strength g) and the
  • a laminar boundary layer first forms in the front part of the field streamlined body. In this area the flow quanta are accelerated. With further field flow along the FKM field body, the field Flow pressure, so that due to the now beginning deceleration of the flowing river quanta, a field vortex formation begins.
  • a laminar boundary layer creates a turbulent field flow (laminar lower layer, turbulent upper layer).
  • This force FA (direction of the convex side) is opposed to the Lorentz force F (direction of the concave side) if the direction of circulation of the field flow is oriented in the same sense as the direction of circulation of the magnetic field:
  • F direction of the concave side
  • On the concave side we get: -FA, ⁇ ⁇ ⁇ V ⁇ p FA can be used to compensate for F L.
  • the repelling Lenz force of the magnetic field induced in the conductor can also be exerted on the inducing one by a circulation of the field flow opposing the magnetic induction circulation Magnetic field of the PM can be compensated; in this case the convex side of the field body points towards the Lorentz force.
  • the direction of "circulation" of the field flow is determined by the direction of the convex side to the magnetic field flux ⁇ .
  • Electromagnetic wing The elongated teardrop shape of the field-body profile ("wing") greatly reduces the field inflow resistance ⁇ At the same time, however, the curvature of the field body with the sharp rear edge hinders the field vortex of the pair of field vortexes running "to the left” considerably more than the other and compels him to tear it down. The right field vortex gets stuck and overlaps the incoming potential flow. Exactly the same effect occurs in other inhomogeneous potential and vortex fields.
  • Step 5 increase electrical resistance
  • E-Influence is complemented by B-Influence; the electrons or the charges must be on the same side
  • the B field neutralizes itself in the plane of symmetry; on the FM surfaces facing PM, the charge is reversely influenced (different in the direction of the B field).
  • E-Influence is complemented by B-Influence; the electrons or the charges must be on the same side
  • the magnetostatic field drives the charge with the force F q generated by the induction voltage Ejnd when the conductor moves to the right and to the center (see reverse flow direction of the B field of the respective magnetic poles) if it is not prevented by sheet metal insulation.
  • the electrostatic field also drives the electrons to the center (see arrangement of the E-plus poles), so that they concentrate on the right at the E-minus pole (if they are not prevented by the longitudinal laminated sheet separation with an insulation layer), then the charge transfer in in the middle.
  • Crossed electrical and magnetic influence (Fig. 41). 1.
  • the electrostatic Fe ⁇ d drives the charge down before the conductor moves and outside the B field in the web; the webs are separated by slots (power interruption) - there is an influence and a neutral zone. 2.
  • the B field can therefore - when the conductor moves - the e-charge with the force F q generated by the induction voltage E ir , d no longer towards the center (see reverse flow direction of the B field of the respective magnetic poles) and not after drive to the right if, apart from the neutral zone (generated by the E field), the charge carriers are prevented from doing so by a longitudinal separation of the lamella plates with an insulation layer (FIG. 42). The charge is then separated at the bottom of the E positive pole.
  • Variant a Flow of the electrons to the right to the E-positive pole is not possible due to the isolating separating layers, i.e.
  • Variant b If electrons are still present, they can only drift to the right with F q (induced influenza) if a through-connection in the sense of a conductor of length I has been made. These could then be removed in the middle of the FM by a charge transfer (FM is positively charged).
  • FM opens or closes ⁇ movement of the FM with its conductors. Magnetic field constant over time (stationary), position of the FM unsteady.
  • the influenced charge is understood as charge separation and transferred in a superimposed influential E field by means of a tip; the leader should be positively charged.
  • the FM sheet creates the transverse conductive flow between the poles of the anti-parallel PMs.
  • the transversal, thin (against eddy currents) FM sheets additionally (along with the thin sheet thickness and, if necessary, correction / crystal orientation, shape anisotropy) have a longitudinal anti-eddy current structure (gaps in the sheet metal lamellae).
  • the sheet metal combs (with gaps), which are layered alternately in the transverse direction, are functionally relevant. Ie the metal combs covering one another and in the projection the anti-eddy current columns, which in turn are vertical to the sheet metal plane, that is to say have an anti-eddy current column structure in the longitudinal direction, to be determined constructively.
  • the magnetically effective gap is smaller than the geometric one (flow not between the ground end faces of the central webs, but via a parallel path through the air)
  • the shape of the sheet determines the magnetization characteristic, for alloys with a preferred magnetic direction special shapes or layers are required (U and ED sheets with a broadened base)
  • the sheet metal orientations are exclusively parallel to the longitudinal direction, that is to say parallel to the flow to be bridged in the air gap and thus perpendicular to the eddy currents; the PS only cover the pole-to-pole connection between the different, anti-parallel, repulsive PM's.
  • the crystal isotropy / grain orientation and the magnetic very shape anisotropy are functionally relevant.
  • Transversal work compensation 7 isr.h ⁇ n negative work in the PM field plus positive work in the compensator field - ⁇ W f ⁇ O ⁇
  • the case of FM "closing" in the PM near field at OT does not occur.
  • the following compensation variants can be realized by coils with a reinforcing core.
  • the negative work required to operate the coil for generating the excitation field H a is required. Due to the reinforcing effect of the ferro core with high permeability on
  • K-transverse force-displacement characteristic can be set exactly like the PM-transverse force-displacement characteristic, as well as dynamically controlled in intensity and deactivated in the 3rd cycle.
  • Longitudinal field coil compensator The compensation can be carried out by two coils in an anti-parallel longitudinal arrangement (because of the symmetrical transverse component F t (s)) like the working magnets (PM's), the coils being formed by ferro field amplifiers (core).
  • the mass of the compensator is not accelerated / decelerated during the working magnet movement ⁇ lower magnet piston weight and less loss of kinetic energy.
  • the PM compensator With a stationary longitudinally acting PM compensator, the PM compensator remains at OT in the FM plane.
  • a longitudinal PM compensator With FM "Close" in UT, a longitudinal PM compensator generates a longitudinally repulsive force (NZ stands transversely to it) and transversely attractive force -F t (s) when the field is not deactivated.
  • NZ stands transversely to it
  • -F t transversely attractive force
  • Non-stationary, transversely acting PM compensator In the case of non-stationary, transversely acting PM compensator, this is oscillated with the working PMs in the respective magnet position, so that in the 3rd cycle with FM "closing" hardly any transverse and longitudinal loss forces (-F t ( s) ⁇ -W t or -F ⁇ (s) ⁇ -W ⁇ ) can act:
  • the compensator foot area on the FM is in the direction of the neutral zone NZ in the longitudinal direction of the PM movement. Therefore: compensator field with a short range and great force (NZ - neutral zone).
  • Variant C Bistable magnets (switching cores) Activate / deactivate compensation field by current pulse on magnetic switching core a) semi-hard magnetic materials b) pulse magnetization c) amorphous alloys with a rectangular loop
  • Transverse movement correspond to the PS (functionally adapted compensation field strength).
  • S-Pole is used 1/2 offset to compensate for 1/2 N-Pole.
  • Flux density amplitudes B are covariant and are not opposite or not identical ⁇ force-displacement characteristic oriented in the same direction, otherwise asymmetry in the momentary compensation during the FM movement.
  • This magnetic form has the advantage over the round disc magnet that a preferred magnetic direction can be set in which the FM moves either parallel or perpendicular to the field / field lines.
  • the FM / PS is thus switched in the potential field (parallel to the field lines in the x direction) or perpendicular to it on an equipotential surface (in the y direction) - the transverse forces are very different.
  • the U-shaped magnet as opposed to the circular disk magnet in which the field lines are polar un 'is not oriented orthogonally.
  • 1.2.1 FM has an optimized thickness that creates a balance between the repelling PMs, so that the path 2 UT ⁇ OT with closed FM without work W
  • the force-displacement characteristic is - due to the longitudinal FM distance - strongly asymmetrical at the PM edge: the work Wtn is not in balance with W t - ⁇ 2 consequence: toggle switch effect; the steeper the force-displacement function at the PM edge, the better the non-linearity of the switching effect.
  • This toggle switching effect is only available with a rectangular magnet, with a round magnet a sine function is part of the switching function, since the FM is opened / closed in a circular arc and in the direction of the field.
  • Fig. 64 Conical form fit
  • F ⁇ (h) surface curvature / shape a) analytically defined surface shape (45 °, V W-shape, ball, etc.) to increase the load-bearing component b) due to the magnetic refractive index, the field lines are placed in the normal direction with a suitable surface shape
  • F 2 ( h) grain orientation with inhomogeneous field generated: focus, flux concentration outside the pole face
  • the FM becomes thinner and shorter in length because an external stray field is only weakly present (is almost prevented by the flux plates (FP) as a conclusion).
  • Consequence attraction of the PMs before the FM in the 4th bar.
  • transverse force-displacement characteristic intersects the transverse axis at a large angle ⁇ no equilibrium when the FM moves transversely.
  • 2nd solution Power amplifier 2nd as 1, but additionally with a very steep increase in power over a very short distance only at the edge of the PM when the FM is in the open-closed position ⁇ very fast, non-linear open-close oscillation of the FM is possible. Consequence: non-linear switching function despite equilibrium over a long distance along the transverse path when opening the FM.
  • the PM edge as an anti-transverse force function determines the transverse force-displacement characteristic of the FM (compensation if necessary with integration of a non-linear switching function).
  • F / (B 2 ) -A / 2 ⁇ o instead of area difference at the PM edge, B variation and / or r-strip in FPs 3.4 iniine compensator variants
  • 1-dl ⁇ l ds differential current conductor (PM) piece generates field dH or ⁇ H, dB or ⁇ B through the substance. This field can be broken down into components parallel and perpendicular to the axis ⁇ Biot-Savart law.
  • pole shoes have the task of bridging the air gap that results from pulling out the field modulator in order to significantly increase the magnetic force a) between 2 pole shoes, one coupled to the PM, or b) by means of 1 pole shoe, coupled to the FM , 1.
  • Magnetic anisotropy can be used in different ways, here two cases:
  • Crystal anisotropy (orientation dependence of the polarization with respect to the crystal axis)
  • the ansisotropy field strength H A is the field strength to turn the magnetization from the easy preferred direction in the direction of the hardest magnetizability.
  • the tangential flux density component depends on the field strength. From a certain field strength, the axial and radial components are the same size. In the cases mentioned, pole shoe disks occur in which the magnetic flux (MV) preferably runs in the axial direction of the PS disk and transversely thereto the PS disk is difficult to magnetize, with the result that the tangential leakage flux is also minimized.
  • Anisotropic PS interface / air gap (Fig. 74) Combination of anisotropy with demagnetization factor
  • the direction-dependent anisotropy conductivity and the demagnetization factor N can be used cumulatively in the design of the PS and FM as a field modulator switch
  • the PS is not a one-piece plate, but must:
  • Solution 1 Be composed of many "long” and thin square bars in a tight grid packing (like a checkerboard pattern); the length of the rod corresponds to the thickness of the pole piece, the cross-sectional dimension of the rod should be selected so that N ⁇ O goes in the longitudinal direction of the rod.
  • Advantage Reduction of the eddy currents to rod eddy currents if these are insulated by a dielectric layer.
  • Solution 2 Many parallel axial stripes (lines).
  • Solution 3 Cut the disk from the tape core, tape made of thin film with an anisotropic material.
  • Shape anisotropy cases (as a replacement model for crystal, magnetic field induced and
  • the pole pieces can be constructed as in the principle of a multi-channel plate.
  • the PS plates can be designed as "single", "chevron” or as a Z-stack. Effectiveness of the PS and FB / S
  • M-field modulator design Stationary FM
  • the M-FET can only be switched on and off by means of a transverse field, without kinematic shifting of the FM r " 15. 2.
  • Kinematic FM With kinematic FM it makes sense to have a low conductivity in the direction of movement (due to attraction by the PM's) and perpendicular to it 20 (with an anisotropic field) the high conductivity and constant flux density (apart from the compensation function), so that here the function of the FM in all areas lies at the working point A 3 / point B2.
  • Field modulator as M-transistor switch 25 M-transistors as switches have two switching states: They work in the magn.
  • the controlling auxiliary field H a2 acts maximally and with the least energy expenditure, so that the FM can become even thinner than that passive FM variant (without active auxiliary field).
  • the force must be different ( ⁇ comparison of magnet systems Fig. 83).
  • the component decomposition of the field line / field strength / flux density / force of the vector potential is carried out in B r B $ with a polar angle (FIG. 84).
  • the component is defined in the orthogonal coordinate system along the y axis.
  • the compensation field is also effective in the longitudinal stroke direction, note neutral zone NZ.
  • Amplifier cascade (Fig. 89, 90, 91) Item Designation / function
  • PM Permanent magnet
  • PE permanent electret
  • SM super conductor magnet
  • Demagnetization factor N 1 (thin plate) with coercive field of equal strength due to anti-parallel PM
  • Demagnetization factor N 1 (thin plate) with coercive field of equal strength due to an parallel parallel PM 1.3 Rectangular disc magnet (AP) (Fig. 94)
  • Demagnetization factor N 1 (thin plate) with equally strong coercive field due to antiparatielen PM
  • R m mean radius R a outer radius
  • Diagonal system (Fig. 107) a) Orthogonal field flow b) Diagonal field flow ⁇ larger pole spacing ⁇ large stroke
  • Variant A pole shoes not split in the middle (Fig. 113)
  • Variant B split PS (dimensions a, b see magnetic shape anisotropy with N (Flg. 11) 2.
  • Magnetization factor / demagnetization factor N Because of N, the magnetic properties of soft magnetic materials are shape-dependent: an FM long (rod) is easier to magnetize in the longitudinal direction than transverse to it, an FM short (thin plate) is tangential than perpendicular to the plane of the plate.
  • Coil arrangement core K at current I. FM states: 1. Neutral "off '0-N OPEN
  • Coil "on” NN pole reversed ON coil ⁇ gain a) Disadvantage: coil takes up space for multilayer PM ⁇ ⁇ F, large coil radius (-t formula), -. b) Advantage: space for many small coils, small I, smaller r ( ⁇ formula) ⁇ high effect at - ⁇ l. Switch point A 3 (Fig. 122)
  • Type 4b Induction field strength FM ⁇ Z b ⁇ small switching energy
  • the field force generator FKG can also be used as a "solid-state" machine, i.e. without moving parts, for the inductive generation of primary current: a) from a rapidly changing magnetic field (magnetostatic field in front of the FM - modulated by a stationary-active field modulator.
  • the basis of the unsteady magnetic field is the magnetostatic DC field modulated by the FM from the stationary potential field of a permanent magnet, or b) from a rapidly changing electret field (electrostatic field in front of the FM - modulated by a stationary active field modulator.
  • the basis of the unsteady electric field is the electrostatic constant field modulated by the FM from the stationary potential field of a person anent electrets, or c) as a) from a stationary Gieich field of a superconducting magnet, which is modulated by the stationary FM ⁇ unsteady magnetic field,
  • Fixed PMs can also be realized as solid-state FKG, stationary PM with a tightening PM piston, or repulsive PM piston.
  • Solid-state FKG variants Fixed PM's or PE's (Fig. 126)
  • Ratio of longitudinal to transverse force-displacement characteristic is still V> -1, despite the asymmetrical FM position
  • PM .. _ permanent magnet (SM, PE) Fe ferro- / ferrimagnetic G interface / transition Note: Adaptation to B 2 , H a2 for optimal switching / amplifier effect
  • PS pole shoe conduct FM-PS conductivity modulation / switching
  • the FM can be used as: 1. Kinematic FM a) passive (conductivity modulation) b) active (conductivity modulation and / or channel cross-section modulation) 2. stationary FM a) conductivity modulation analogue, eg M-BT b) channel cross-section modulation analogue M- FET are trained.
  • Kinematic FM a) passive (conductivity modulation) b) active (conductivity modulation and / or channel cross-section modulation) 2.
  • stationary FM a) conductivity modulation analogue, eg M-BT b) channel cross-section modulation analogue M- FET are trained.
  • shock waves are self-reflecting because of a) the coupled spin moments with spontaneously magnetized domains or b) the coupled magnetic PM moments; generated from the surface ring currents (longitudinal waves, possibly coupled with transverse waves with shear, bending and torsion).
  • kinematic FM In the case of kinematic FM, the thin FM layer is replaced by air, gas / vacuum when switching to "OPEN"; the interaction does not take place through the FM substance (kinematic FM).
  • a field force generator has various advantages.
  • the FM is opened, an imbalance arises from the rejection without FM attraction and it it creates positive work and entropy.
  • TDC top dead center
  • UT bottom dead center
  • the FM is closed so that the PM piston can move back from UT to OT without repulsion on a path W a 2 as part of a cycle.
  • the work W a is generated in a dissipative system, ie positive work with route W from ⁇ (OT ⁇ UT), no work with route W ab2 (UT ⁇ OT), ie
  • the work W 2u ⁇ " Open in OT and W ZU2 -" Closed "in UT is very small.
  • the kinematic FM can preferably be on a magnetic equipotential surface (perpendicular to the field) instead of parallel in the
  • the energy balance is thus garW from ⁇ - ⁇ W 2u ⁇ , where ⁇ W 2U ⁇ - because of the movement on an equipotential surface and because of the compensation of the work, very small.
  • the field force generator uses the conversion of permanent magnetic field energy between the magnets by switching the field effect - so the potential energy of the permanent magnets is converted into kinetic energy.
  • 2nd cycle work cycle with magnetic repulsive force F,)
  • PMi and PM 2 move from OT (90 ° KW) m towards UT (180 ° KW) and deliver work W 2 to the crankshaft.
  • WiFM A uf JF (s t ) ⁇ s
  • WIP S Z U JF (st) ⁇ s
  • work can also be compensated for
  • the position of the two magnets PMi and PM 2 must be fixed at the moment ( ⁇ connecting rod length variator) while the field modulator is in position
  • V ratio Note: FM or PS compensation in the cycle.
  • the 4 bars of the working game are:
  • the work space is largest when the PM is in UT and smallest when it is in OT.
  • Total field displacement V H It results from the sum of the displacements of the individual magnetic cylinders of an FK generator / motor.
  • the pressure curve of a force field is determined by the force-displacement characteristic of the magnets (Fig. 134):
  • the pressure curve during combustion has its maximum pressure at the highest temperature between 6 ° and 12 ° crankshaft after TDC (Fig. 135):
  • the area in the diagram (Fig. 136) with the corners 1-2-3-4 represents the work gained during a work cycle.
  • the increased time can be increased by increasing the compression ratio.
  • the work gained could be greater if the FM did not close in point 4, but only after the field had reached
  • Output pressure in point 5 has relaxed (magnets should have a stroke h ⁇ ⁇ ). In practice, however, this is not possible because the extension of the field expansion is connected with the increase in the stroke (long stroke motor). The area 1-4-5 thus results in the lost work.
  • Compression space FM air gap d or interface G between the pole pieces PS
  • Working cycle can be done with a piezo-electric indicator on the
  • the FK generators are equipped with adjustable opening / closing cams.
  • the opening and closing angles of the FM can be changed by a certain adjustment angle (variable timing: if necessary, open the FM later or close it earlier).
  • the control angles of the individual FK generators differ from each other, so that there is a separate control diagram for each FK generator. As a rule, the higher the angle from the opening to the closing of the FM, the larger the angle
  • Magnetic cylinder numbering FM opening sequences
  • Magnetic cylinder numbering The designation of the individual magnetic cylinders of a (combustion)
  • Magnet cylinders of an FK generator follow one another.
  • FM open
  • FM opening distance 360 ° KW / number of cylinders
  • field semiconductor modulators belong to the field of
  • Magnetronics complements the field force generator ("generation of energy") because the technology of the magnetronics components reduces energy consumption.
  • a field force generator, field force motor and connecting rod length variator can be integrated on a chip.
  • Magnetronics is a completely new technology and discipline in electromagnetic R&D, production, marketing and application. Since fields cause forces and the field flows are directed, separated, regulated, amplified or switched etc., all field semiconductor components belong to "field force machines" according to the invention, even if the field forces / flows of the field sources are primarily not for generating work, but only for modulation,
  • the M-conductors, M-semiconductors and M-insulators are divided into magnetics and dimagnetics, whereby all crystalline and amorphous substances belong to the Ferro group (including Ferri): Fe, Co, Ni and the lathanoids Gd, Tb, Dy, Ho, he.
  • the decisive factor for ferromagnetism is the relative atomic distance - regardless of whether it is crystalline or amorphous substances.
  • Ferromagnetism therefore also shows substances such as MnCu 2 AI, Cu 2 MnSn, MnBi.
  • Magnetons and quanta magnetrons
  • a) Magnetic flux quanta ⁇ o as energy field quanta of magn. Field ( quantum, are also called photons).
  • Magnetic semiconductors are e.g. Cobalt and or dysprosium, which are linked to foreign atoms, e.g. Co + Ni or Co + Fe, are doped.
  • the co-semiconductor crystal behaves analogously to the electrical case, e.g. Silicon: The bonds between the valence electrons (3d) are undisturbed, only the foreign atoms and an external magnetic field as well as heat bring the decisive behavior.
  • M-components such as M-diodes, M-transistors and M-thyristors etc. for the Lefstungsmagn ⁇ etronik (e.g.
  • Magnetronics / magnetic field semiconductor devices & M / E semiconductor field modulators open up new areas of application:
  • Conduction band now magnetic flux quanta in magn. Conduction band used.
  • magnetrons coupled to the electrons and electron holes.
  • a base crystal e.g. Cobalt or dysprosium can be used.
  • the highly pure co-crystal can be doped with nickel, for example.
  • a Dy crystal can also be doped, for example, with holmium or with erebium.
  • Consequence Magnetically negative semiconductor N m .
  • co-crystal is doped with Fe.
  • Dy crystal doped with terbium or gadolinium.
  • magnetically positive semiconductor P m The doping of, for example, cobalt or dimagnetic eg Fe0 2 or CoO 4 with lathanoids is possible.
  • Magnetons ( ⁇ " ) or with magnetron holes based on magneton holes (UB + ), analogous to the electronic principle with N e and P e , are created in the magnetic system N m or P semiconductors.
  • Magnetic semiconductor components or electrical field semiconductor devices
  • Magnetic components are e.g. M diodes, M bipolar transistors
  • M-BT M-field effect transistors
  • M-thyristors M-thyristors
  • Circuits are converted analogously into magnetic circuits (magn. Voltage, magn. Flux).
  • Magnetic bipolar transistors are switched at the operating point.
  • M-BT and M-FET can also be designed as magnetic amplifiers.
  • magn Field across the channel
  • the flow control (conductivity or cross-sectional modulation) takes place in a magnetically conductive material.
  • Magnetronics replaces the magnetically conductive material with magnetically semiconducting material.
  • Magnetic semi-conductor field modulators can be used in the field force generator.
  • the magnetic circle is the space in which the magnetic field as a whole spreads.
  • the quantities of magnetic flux ⁇ and flooding ⁇ which are characteristic of the magnetic circuit are closely related and correspond to the conditions in the electrical circuit.
  • the magnetons (M ⁇ ) and magneton holes (M + ) in the M semiconductor do not migrate (they are stationary in the atomic lattice on the inner unfilled ones
  • E-insulators E-insulators M-insulators - M-insulators in a magnetic field in an electric field
  • Field conductivity Field conductivity.
  • Non-conductor ⁇ r always ⁇ 1, Xe 0 ⁇ r always ⁇ 1, ⁇ m 0 ( ⁇ 4-302, 12-70) - diaelectric substances (repulsion) - diamagnetic substances (repulsion) ⁇ r ⁇ 1, Xm ⁇ 0
  • Electron missing in the atom hole from outer shells ( ⁇ valence / conduction electron hole) (acts like positive charge e + )
  • M particles - Bohr's magneton ⁇ e ⁇ (for e-) and ⁇ s + (for e + ) Magneton number unit of measurement for the sum of the local elementary magnets (the electron spin moments) ⁇ number of magnetically active electrons of the magnetically uncompensated inner electron shell per atom. These are only a necessary but not a sufficient prerequisite for ferromagnetism (saturation polarization).
  • Magnetic semiconductor components eg M diode, M -Transistor, M-Thyristor, and M-semiconductor field modulator

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Abstract

The invention relates to a field force machine (FKM) consisting of a plurality of functional units having different functional mechanisms and ranges of applications. Said functional units include a field force generator (FKG) consisting of field batteries (FB), e.g. two permanent magnets (PM) in an antiparallel position, and a field modulator (FM). Said field force generator uses the field modulator to produce mechanical work in the cycle of the machine, said modulator controlling the field of the field batteries, between the state of equilibrium and the state of non-equilibrium. According to the invention, the field force generator (FKG) refers to the basic principle of a magnetic capacitor and the magnetic capacitance control thereof. As, with field force generators, the energy is permanently generated in an emission-free manner from the field batteries, controlled by the very small quantity of energy of the field force modulator, analogous to the control of an electronic transistor, said field force machine system can universally change the energy infrastructure in a sustained manner.

Description

FELDKRAFTMASCHINE Beschreibung der Erfindung FIELD ENGINE Description of the Invention
Ä. Technisches Gebiet, auf das sich die Erfindung beziehtÄ. Technical field to which the invention relates
Die Erfindung der Feldkraftmaschine (FKM) bezieht sich auf Potentialfelder und Wirbelfelder bzw. Dipolfelder, im speziellen auf magnetische, elektrische, thermische und gravitative Felder und enthält fünf Gruppen von Erfindungen, die untereinander verbunden sind, so dass sie eine allgemeine erfinderische Idee verwirklichen.The invention of the field force machine (FKM) relates to potential fields and swirl fields or dipole fields, in particular to magnetic, electrical, thermal and gravitational fields and contains five groups of inventions which are interconnected so that they implement a general inventive idea.
1. Feldkraftgeneratoren (FKG)1. Field force generators (FKG)
2. Feld- Halbleitermodulatoren2. Field semiconductor modulators
3. Feldkraftmotoren (FKE)3. Field force motors (FKE)
4. Pleuellängen-Variatoren (PV) 5. Magneto-elektrisches Feldkraft-System4. Conrod length variators (PV) 5. Magneto-electric field force system
Die 1. Erfindung bezieht sich auf auf Feldkraftgeneratoren als Gegenstück zur Wärmekraftmaschine. In Feldkraftgeneratoren arbeitet ein elastisches Kraftfeld gesteuert durch einen Feldmodulator; die Arbeit entsteht durch Enspannung des zuvor gespannten Feldes analog einer Feder. Dieser irreversible Kreis-Prozeß erfolgt im p, V-Diagramm mit 4 Takten.The first invention relates to field force generators as a counterpart to the heat engine. In field force generators, an elastic force field works controlled by a field modulator; the work is created by relaxing the previously tensioned field like a spring. This irreversible cycle process takes place in the p, V diagram with 4 cycles.
Der Feldkraftgenerator kann alternativ als Rechts- oder Links-Kreisprozess - Maschine konstruiert werden. Die 2. Erfindung betrifft Feld-Halbleitermodulatoren. Dies sind Bauelemente, die keine Elektronenströme leiten, steuern, verstärken, schalten, modulieren, sondern Felder (magnetisches Feld, elektrisches Feld etc.)The field force generator can alternatively be constructed as a right or left cycle process machine. The second invention relates to field semiconductor modulators. These are components that do not conduct, control, amplify, switch, or modulate electron currents, but fields (magnetic field, electric field, etc.)
Die 3. Erfindung bezieht sich auf Feldkraftmotoren, die mit elektrischer Energie versorgt werden.The third invention relates to field force motors that are supplied with electrical energy.
Die elektrische Energie wird durch Magneser bzw. Elektreser in Kraftfeldstöße umgesetzt, die als Arbeit genutzt werden kann.The electrical energy is converted into force field surges by magnesians or electresers, which can be used as work.
Die 4. Erfindung der Pleuellängen-Variatör, ist ein neuer hocheffizienter Kraft- Drehmoment-Wandler und kann für Motoren, Pumpen, Verdichter sowie andereThe fourth invention of the connecting rod length variator is a new, highly efficient force-torque converter and can be used for motors, pumps, compressors and others
Systeme eingesetzt werden.Systems are used.
B. Einschlägiger Stand der TechnikB. Relevant prior art
Der einschlägige Stand der Technik ist in der ausgewählten Literatur am Ende der Patentanmeldung benannt.The relevant prior art is named in the selected literature at the end of the patent application.
C. Zu lösende technische Aufgabe Anwendung der FeldkraftmaschineC. Technical problem to be solved Application of the field machine
Die Auslegung des FKG erfolgt je nach Verwendungszweck. Z. B. wird ein FKG als Gasturbinenersatz auf hohe und konstanteThe FKG is designed depending on the intended use. For example, a FKG is used as a gas turbine replacement on high and constant
Drehzahl und nicht auf wechselndes Drehmoment ausgelegt. Z.B. bei Verwendung als Antrieb in einem Schiff, oder Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom, ist eine konstante Drehzahl mit großem Drehmoment gefordert. Z.B. bei Verwendung als Direktantrieb für einen Automotor sind ein wechselndes Drehmoment, Elastizität und wechselnde Drehzahl und kurzes Ansprechverhalten (hohe Dynamik) gefordert. Hier bietet sich die zweite Erfindung, der Stoßwellen-Feldkraft-Motor (FKE) als hochdynamischer fundamental neuer E-Motor an, weil nicht die Tangentialkraft, sondern die Normalkraft umgesetzt wird.Speed and not designed for changing torque. For example, when used as a drive in a ship or a generator to generate electrical current, a constant speed with high torque is required. Eg when used as a direct drive for a car engine are a changing torque, elasticity and changing speed and short response (high dynamics) required. Here the second invention, the shock wave field force motor (FKE), is a highly dynamic, fundamentally new electric motor, because it is not the tangential force but the normal force that is implemented.
FKM-TypenFKM types
1. Longitudinal-Maschinen1. Longitudinal machines
Longitudinal-Maschinen sind Hubkolben-Maschinen, da sie ihre Wirkung aus der Erzeugung eines großen Luftspaltes zwischen den PM's beziehen.Longitudinal machines are reciprocating piston machines because they derive their effect from the creation of a large air gap between the PM's.
Typen (Fig. 1.1 - 1.2): a) Hubkolben-Feldkraftmaschine Zwischen Totpunkten OT→UT→OT ungleichförmige Bewegung, d.h: beschleunigte und verzögerte in Bewegung bzw. schwingende Massen (Oszillationen). b) Freikolben-Feldkraftmaschine (linear oszillierend, nutzt kinetische Energie für die Gegenfeld-Verdichtung) c) Orbitalkolben-Feldkraftmaschine Huboszillation = Drehoszillation, dadurch ist keine Kurbelschleife notwendig → wenig drehende Teile Auch Transversal-Maschinen lassen sich als Hubkolben-Maschinen bauen; hierbei ist die oszillierende Transversalbewegung die "Hubbewegung".Types (Fig. 1.1 - 1.2): a) Reciprocating piston field machine Between dead center TDC → TDC → OT non-uniform motion, i.e. accelerated and decelerated motion or oscillating masses (oscillations). b) Free-piston field force machine (linearly oscillating, uses kinetic energy for opposing field compression) c) Orbital piston field force machine Stroke oscillation = rotary oscillation, therefore no crank loop is necessary → little rotating parts Transversal machines can also be built as reciprocating piston machines; here the oscillating transverse movement is the "stroke movement".
Longitudinalkraft-Maschinen (Fig. 1.1 a,b) 1.1 Hubkolben-FKM Bern.: Wanderfeld-FKM Linear-Oszillation mit Quer-/Tangentialkraft; sehr langer Hub möglich: FM-Bewegung in y-Achse (Fig. 1.2 a,b,c). Unterarten: Taumeischeiben-FKM Exzenter-FKM 2. Transversal-MaschinenLongitudinal force machines (Fig. 1.1 a, b) 1.1 Piston FKM Bern .: Wanderfeld FKM linear oscillation with lateral / tangential force; very long stroke possible: FM movement in the y-axis (Fig. 1.2 a, b, c). Subspecies: Taumeischeiben-FKM Exzenter-FKM 2. Transversal machines
Transversalmaschinen sind nur für eine Verschiebung der PM - gegeneinander bei konstantem Luftspalt gedacht - also nicht wie bei der Erzeugung eines großen longitudinalen Luftspaltes bei Hubkolbenmaschinen. Typen a) Kreiskolben-Feldkraftmaschine Radialer "Hub", Maschine hat keine "Totpunkte", Bewegungsumformung nicht notwendig, keine freien Massenkräfte (lassen sich alle ausgleichen). b) Drehfeld-Feldkraftmaschine (Fig. 2 a, b,c) Umlauf-Feld, ähnlich Drehstrom-Maschine - axiale und radiale Scheiben-Bauart c) Wanderfeld-Feidkraftmaschine (Fig. 1.2 a, b, c) Linear-Maschine, linear oszillierend oder lineare Bewegung mit Wanderfeld Transversal-FK vs. Longitudinal-FKßH In der longitudinal arbeitenden FKM wird die longitudinale (Normalrichtung auf den Polflächen) befindliche Kraft-Weg-Kennlinie benutzt -der Hub ist variabel, je nach Polflächenform (Ebene, Konus, Tauchsystem) etc. (Fig. 3).Transversal machines are only for shifting the PM - in relation to each other with a constant air gap - not like the generation of a large longitudinal air gap in reciprocating piston machines. Types a) Rotary piston field force machine Radial "stroke", machine has no "dead centers", movement conversion not necessary, no free mass forces (all can be compensated). b) three-phase field force machine (Fig. 2 a, b, c) rotating field, similar to three-phase machine - axial and radial disc design c) traveling field field machine (Fig. 1.2 a, b, c) linear machine, linear oscillating or linear motion with traveling field Transversal FK vs. Longitudinal-FKßH In the longitudinally working FKM the longitudinal (normal direction on the pole faces) force-displacement characteristic curve is used - the stroke is variable, depending on the pole face shape (plane, cone, diving system) etc. (Fig. 3).
Die kinematische Funktion im Betrieb der FKM entspricht also einer Hubkolbenmaschine, die in verschiedenen Typen (siehe ff.) realisiert werden kann. Die transversale FKM unterscheidet sich insofern, als sich die abstoßendenThe kinematic function in the operation of the FKM thus corresponds to a reciprocating piston machine that can be implemented in different types (see ff.). The transverse FKM differs in that the repulsive ones
Magnete immer im gleichen longitudinal-Luftspalt-Abstand befinden, aber die transversale Abstoßungs-Kraft-Weg-Kennlinie in Tangentialrichtung der Magnetflächen genutzt wird. Der FM bewegt sich in der kinematischen Version ebenfalls transversal, aber senkrecht zu der Transversal-Bewegung der PM's, d.h. immer in gleicherMagnets are always at the same longitudinal air gap distance, but the transverse repulsion-force-displacement characteristic is used in the tangential direction of the magnetic surfaces. The FM also moves transversely in the kinematic version, but perpendicular to the transverse movement of the PM's, i.e. always in the same
Pol-Richtung (nicht von + →-).Pole direction (not from + → -).
Mit diesem Prinzip lassen sich Transversal-Maschinen als Wanderfeld-FKM's (Translations-Maschinen) und Drehfeld-FM's (Rotations-Maschinen) realisieren - siehe FKM-Typen.With this principle, transversal machines can be implemented as traveling field FKMs (translation machines) and rotating field FMs (rotating machines) - see FKM types.
Beim Verschieben des FM muß auf den Gleichgewichtszustand geachtet werden, so daß sich keine asymmetrischen Anziehungskräfte auf den FM ergeben. Auch hier kann ein PS verwendet werden, um den Luftspalt mit großem Feldfluß überbrücken zu können.When moving the FM, attention must be paid to the state of equilibrium so that there are no asymmetrical attractive forces on the FM. A PS can also be used here to bridge the air gap with a large field flow.
Scaiierung (in Nano-, Mikro-, Makro-, Groß-Technologie) Alle vorgenannten verschiedenen Betriebsbedingungen lassen sich durch das vom Verwendungszweck abhängige Bauprinzip in jeder Scalierungsstufe lösen - das Funktionsprinzip der FKM bleibt dabei gleich.Scaying (in nano, micro, macro, large-scale technology) All of the various operating conditions mentioned above can be solved in every scaling level by the design principle, which is dependent on the intended use - the functional principle of the FKM remains the same.
Paradigmenwechselparadigm shift
Die Fe/dkraftmaschine ist einerseits ein Pendant zur Wärmekraftmaschine (beide erzeugen eine Kraft bzw. Energie im Kreisprozeß im p, V-Diagramm die durch die Kurbelwelle in ein Drehmoment umgeformt werden kann) und andererseits zum Dynamo-Prinzip von Michael Faraday (elektrischer Strom wird erzeugt durch Bewegung eines elektrischen Leiters in einem Magnetfeld), jedoch mit dem wesentlichen Unterschied, dass im ersten Fall Treibstoff (Benzin/Gas etc.) und im zweiten Fall mechanische Energie (Drehmoment, Kraft) von aussen zugeführt werden uss.The Fe / dkraftmaschine is on the one hand a counterpart to the heat engine (both generate a force or energy in a circular process in the p, V diagram, which can be converted into a torque by the crankshaft) and on the other hand to the dynamo principle of Michael Faraday (electric current becomes generated by moving an electrical conductor in a magnetic field), but with the essential difference that in the first case fuel (gasoline / gas etc.) and in the second case mechanical energy (torque, force) are supplied from the outside, etc.
Beim FKG werden die Feldbatterien als Permanentmagnete (PM / PE / SM) nur einmal von außen zugeführt eingebaut - die Systemgrenze befindet sich also vor den Magneten. Jedoch befindet sich das antreibende, Kraft erzeugende permanente Energiefeld (Feldkraft der Magnet-Feldbatterie) im Gesamtsystem der Maschine (zunächst vergleichbar mit einer eine sehr lange Zeit haltenden elektrischen Ladung einer Batterie oder sehr lang haltende Brennstäbe eines KKW). Im Unterschied zu Kernbrennstäben müssen die Feldbatterien, wegen ihrer besonderen Eigenschaften, nicht mehr ausgetauscht / erneuert werden. Eine irgendwie geartete weitere Energiezufuhr von außen ist also bei Feldbatterien in ihrer praktisch unbegrenzten Lebenszeit nicht notwendig. Die Feldkraftmaschine als nicht-klassische feldquanten-dynamische Maschine führt deshalb zu einem Paradigmenwechsel: Vom Primat der Materie (Teilchen = Elektronen-Fluß im Leiter, Kernenergie mit Neutronen-Fluß, fossile Brennstoffe etc.) zum Primat des Energiefeldes (Feldquanten-Fluß mit Schaltung des Austausch-Feldes).With the FKG, the field batteries are installed as permanent magnets (PM / PE / SM) and are only supplied once from the outside - the system limit is therefore in front of the magnets. However, the driving, force-generating permanent energy field (field force of the magnetic field battery) is in the overall system of the machine (initially comparable to a very long-lasting electrical charge of a battery or very long-lasting fuel rods of a NPP). In contrast to nuclear fuel rods, the field batteries no longer need to be replaced / replaced due to their special properties. Any kind of additional energy supply from the outside is therefore not necessary for field batteries in their practically unlimited lifetime. The field force machine as a non-classical field quantum dynamic machine therefore leads to a paradigm shift: from the primacy of matter (particles = electron flow in the conductor, nuclear energy with neutron flow, fossil fuels etc.) to the primacy of the energy field (field quantum flow with switching) of the exchange field).
Heute: Verbrauch von Materie (Benzin, Brennelemente etc.). Fundamental neu: aktive Nutzung von Energiefeldern.Today: consumption of matter (gasoline, fuel elements, etc.). Fundamentally new: active use of energy fields.
Fortschitt / Nutzen Jede Art von Verbrennungs- / Elektro-Motor / Gas-Turbine / Batterie (beiProgress / benefits Any type of combustion / electric motor / gas turbine / battery (at
Autos, Flugzeugen, Eisenbahnen, Schiffen, Bikes, Computern, Herzschrittmachern, Energie-"Quelle" im Eigenheim bzw. Kraftwerke, etc.) kann ersetzt werden, so dass in der Lebenszeit des Systems nicht nachgetankt bzw. nachgeladen werden muss.Cars, planes, trains, ships, bikes, computers, pacemakers, energy "sources" in your own home or power plants, etc.) can be replaced so that there is no need to refuel or recharge during the lifetime of the system.
Der FKG liefert in der Energiebilanz folgendes Ergebnis:The FKG delivers the following result in the energy balance:
1. Heutige Generatoren und Motoren nutzen die Tangentialkraft an der Oberfläche. FKG und FKE hingegen nutzen in der Longitudinal-Maschine die Normalkraft (senkrecht zur Oberfläche): dadurch entsteht eine erhebliche Kraft-/Drehmomentsteigerung.1. Today's generators and motors use the tangential force on the surface. FKG and FKE, on the other hand, use the normal force (perpendicular to the surface) in the longitudinal machine: this creates a considerable increase in force / torque.
2. Der hohe Wirkungsgrad entsteht durch das longitudinal-zu-transversal Kraft-Weg-Verhältnis, d.h. Kraft-Weg der Feldbatterie-Arbeit Wab in Normalenrichtung zu Kraft-Weg des Feldmodulators in Transversalrichtung Arbeit W2U (FM = fast kraftlos schaltbar).2. The high efficiency arises from the longitudinal-to-transverse force-displacement ratio, ie force-displacement of the field battery work W from in the normal direction to force-displacement of the field modulator in the transverse direction work W 2U (FM = almost powerlessly switchable).
3. Der Felddruck p und die daraus entstehende Kraft F entlang des Hubes h (Weg in Normalenrichtung) im Volumen V = Arbeit im p, V-Diagramm, wird durch die Erfindung des Pleuellängen-Variators mit Kurbelwelle und einem Hebelarm bei φ = 90° KW, statt wie bei der klassischen Kurbelschleife bei φ = 0°-12° KW, eingeleitet - so entsteht- wegen der höheren Effizienz des Translations-Rotations-Wandlers (Pleuellängen-Variator) - ein wesentlich höheres Drehmoment und und eine höhere Leistung der Maschine. 3. The field pressure p and the resulting force F along the stroke h (path in the normal direction) in volume V = work in the p, V diagram, is through the invention of the connecting rod length variator with crankshaft and a lever arm at φ = 90 ° KW, instead of as with the classic crank loop at φ = 0 ° -12 ° KW, - because of the higher efficiency of the translation-rotation converter (connecting rod length variator) - a significantly higher torque and and a higher power of the machine is created ,
1. Feldkraffcgeneratoren (FKG1. Field force generators (FKG
A. Darstellung der Erfindung !. Grundprinzip/Aufbau Der Feldkraftgenerator besteht aus 3 Teilen: 2 Feldbatterien FB und einA. Presentation of the invention! Basic principle / structure The field force generator consists of 3 parts: 2 field batteries FB and one
Feldmodulator FM. Die Feldbatterien können Magnete (Permanent-Magnete PM oder Supraleitermagnete SM) mit Steuerung der Wirkung des Magnetfeldes oder Permanent-Elektrete PE mit Steuerung der Wirkung des elektrischen Feldes sein. Das erfindungsgemäße Prinzip des Feldkraftgenerators kann auch bei nicht permanenten Potenzial-, Wirbelfeldern angewendet werden. DasFM field modulator. The field batteries can be magnets (permanent magnets PM or superconducting magnets SM) with control of the effect of the magnetic field or permanent electrets PE with control of the effect of the electrical field. The principle of the field force generator according to the invention can also be applied to non-permanent potential and vortex fields. The
Prinzip des Feldkraftgenerators ist analog auf alle Arten und Dipolfeldern von Potenzialfeldern, Wirbelfeldern und Dipolfeldern anwendbar.The principle of the field force generator can be applied analogously to all types and dipole fields of potential fields, swirl fields and dipole fields.
Der Feldgenerator läßt sich demnach auch in den Prinzipien a) Wärmefeld-Kraftmaschine, FM ist ein Dithermikum, plus zwei Wärmefeldquellen (Thermikum), als thermischer Kondensator u./o. b) Gravitationsfeld-Kraftmaschine, FM ist ein Digravitum, plus zwei Gravitationsfeldquellen (Gravitum), als gravitativer Kondensator realisieren.The field generator can therefore also be based on the following principles: a) heat field engine, FM is a ditherm plus two heat field sources (thermal), as a thermal capacitor u./o. b) Realize gravitational field force machine, FM is a digravitum, plus two gravitational field sources (gravitum), as a gravitational capacitor.
Die Arbeit ist in diesen Feldern (Wärmefeld u./o. Gravitationsfeld) wegabhängig. Bei entsprechender konstruktiver Gestaltung lassen sich auch Feldsenken verwenden.The work in these fields (heat field and / or gravitational field) is path-dependent. With appropriate structural design, field sinks can also be used.
Der Feldkraftgenerator soll am Beispiel der Steuerung der Wirkung des Magnetfeldes bei PM's erläutert werden.The field force generator will be explained using the example of controlling the effect of the magnetic field in PMs.
Der Feldkraft-Generator als Energie-"Quelle" (Magnet PM/SM oder Elektret PE) erzeugt im Falle des PM aus magnetischer Feldenergie permanenter ferromagnetischer Felder mit Hilfe eines Feldmodulators / FM mechanische Energie. Der FM ist eine dünne magnetisch schaltbar Ferro-Schicht mit Kippschalter-Funktion, die zwischen den Zuständen leitend- oder sperrend / isolierend und ggf. mit Verstärkungswirkung als aktiver FM für Magnetfelder oder Elektretfelder wirkt.The field force generator as an energy "source" (magnet PM / SM or electret PE) generates in the case of the PM from magnetic field energy permanent ferromagnetic fields with the help of a field modulator / FM mechanical energy. The FM is a thin, magnetically switchable ferro layer with a toggle switch function that acts as an active FM for magnetic fields or electret fields between the conductive or blocking / isolating states and, if necessary, with a reinforcing effect.
Bei der vorliegenden Erfindung werden als Feldmodulator auch neue magnetisch wirkende M-Dioden und M-Transistoren als M-Bipolar- bzw. M-Feldeffekt-Transistoren, sowie bei der Leistungsmagnetronik M-Thyristoren, M-GTO-Thyristoren, M-Thyristordioden, M-Triac und M-IGBT, eingeführt.In the present invention, new magnetically acting M-diodes and M-transistors are also used as M-bipolar or M-field-effect transistors as field modulators, and M-thyristors, M-GTO-thyristors, M-thyristor diodes, M in power magnetronics -Triac and M-IGBT, introduced.
Zweck: Schaltung / Verstärkung von Magnetfeldern, gleiches gilt für für Elektretfelder.Purpose: switching / amplification of magnetic fields, the same applies to electret fields.
Der FM, bei Impulsausgleich 2 FM-Teile, sind schwingende magnetostatische Massen mit negativer (anziehender) magnetostatischer Feldwechselwirkung (phänomenologisch wie quantenhafte Gitterschwingungen) und übermitteln eine anziehende Austauschwechselwirkung zwischen den antiparallelen "Leitungs"-PM's übermitteln. Die PM's verhalten sich in diesem Gleichgewichtszustand wie "gebundene" Cooper-Paare im Grund-Zustand mit E=0. II. Magnetische/elektrische KondensatorenThe FM, with pulse compensation 2 FM parts, are oscillating magnetostatic masses with negative (attractive) magnetostatic field interaction (phenomenologically like quantum-like lattice vibrations) and transmit an attractive exchange interaction between the antiparallel "line"-PM's. In this equilibrium state the PM's behave like "bound" Cooper pairs in the basic state with E = 0. II. Magnetic / electrical capacitors
1. Definition, Dimagnetikum / Magnetikum, Dielektrikum / Elektrikum1. Definition, dimagnetic / magnetic, dielectric / electrical
Dimagnetikum (μτ ~1 >1) = nicht leitend (di = durch) Magnetikum (μr → max) = leitendDimagnetic (μ τ ~ 1> 1) = non-conductive (di = through) Magnetic (μ r → max) = conductive
Dielektrikum (εr ~1 1) = nicht leitend (di = durch) Elektrikum (εr → max) = leitendDielectric (ε r ~ 1 1) = not conductive (di = through) Electrical (ε r → max) = conductive
2. Modell Der Feidkraftgenerator wirkt wie ein magnetischer Kondensator mit gleichnamigen Vorzeichen (antiparallel) der Magnetisierungen auf den Magnet- Polflächen und einem dazwischen befindlichen Dimagnetikum zur gegenseitigen magnetischen Isolation und Herstellung des Gleichgewichtes zwischen Abstoßung PM's und Anziehung FM. Zur Verdeutlichung sprechen wir dabei nicht von "Induktivität" im magnetischen System, sonden von "magnetischer Kapazität", da die Kraftwirkung zwischen den Magnet-Polflächen als magnetischer Kondensator mit dazwischen befindlichem Dimagnetikum (= Feldmodulator) erklärt werden soll.2. Model The Feidkraftgenerator acts like a magnetic capacitor with the same name (antiparallel) of the magnetizations on the magnetic pole surfaces and a dimagnetic in between for mutual magnetic isolation and the establishment of a balance between repulsion PM and attraction FM. For clarification, we do not speak of "inductance" in the magnetic system, but of "magnetic capacitance", since the force effect between the magnetic pole faces is to be explained as a magnetic capacitor with a dimagnetic (= field modulator) in between.
Analoges Prinzip elektronischer KondensatorAnalog principle of electronic capacitor
Im elektrischen Feld werden die Elektrisierungen im Ferro-/Ferrielektrikum vonIn the electrical field, the electrifications in the ferro / ferrielectric are from
Elektreten erzeugt. Dimagnetikum = Feidmodulator a) transversal kinematisch passiv oder aktiv b) stationär passiv oder aktivElectrets generated. Dimagnetikum = Feidmodulator a) transversely kinematic passive or active b) stationary passive or active
Die Steuerung der Feldwirkung im Kondensator kann eriϊndungsgemäß auch bei nicht-permanenten Feldern und auch bei anderen Potential- und Wirbelfeldarten erfolgen.According to the invention, the field effect in the capacitor can also be controlled in the case of non-permanent fields and also in other types of potential and vortex fields.
3. M-/E-Kondensator-Funktion3. M / E capacitor function
Füllt man den Raum zwischen den magnetischen Leitern ("Quelle" = Magnete) eines magnetischen Kondensator mit einem magnetischen Isolierstoff (Dimagnetikum oder dimagnetisches Medium mit Permeabilitätn), dann erhöht sich die magnetische Kapazität Cm. Wird ein Dimagnetikum in den Zwischenraum hineingeschoben, dann sinkt die magnetische Spannungsanzeige des Magnetometers. Gleiches Prinzip gilt analog für das Dielektrikum mit der Kapazität Cό undIf the space between the magnetic conductors ("source" = magnets) of a magnetic capacitor is filled with a magnetic insulating material (dimagnetic or dimagnetic medium with permeability), the magnetic capacitance C m increases . If a dimagnetic is pushed into the space, the magnetometer's magnetic voltage display drops. The same principle applies analogously to the dielectric with the capacitance Cό and
Permittivität ε.Permittivity ε.
4. Kondensator - Funktion4. Capacitor function
Es besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen einem magnetischen Kondensator ohne oder mit Dimagnetikum bei 1. konstanter magn. Spannung und einem Kondensator bei 2. konstanter Magnetisierung:There is an essential difference between a magnetic capacitor without or with a dimagnetic at a constant magn. Voltage and a capacitor with 2nd constant magnetization:
Kraft zwischen zwei MagnetisierungenForce between two magnetizations
Beim Coulombschen Gesetz steht εr im Nenner, so auch μr beim magnetischen Kraft-Gesetz, d.h. die Kraft zwischen zwei Ladungen/Magnetisierungen ist im dielektrischen/dimagnetischen Medium kleiner. Das ist ein Fall analog zum elektrischen/magnetischen Kondensator mit konstanter Ladung/Magnetisierung; mit Dielektrikum/Dimagnetikum zwischen den Platten/Magnet-Platten werden Spannung U bzw Θ und Feldstärke E bzw. H kleiner.In Coulomb's law, ε r is in the denominator, as is μ r in the magnetic force law, ie the force between two charges / magnetizations is in dielectric / dimagnetic medium smaller. This is a case analogous to the electrical / magnetic capacitor with constant charge / magnetization; with dielectric / dimagnetic between the plates / magnetic plates, voltage U or Θ and field strength E or H decrease.
Ob die Energiedichte im Medium größer oder kleiner ist als im Vakuum, hängt von den Randbedingungen ab: In Fällen, die analog zum "Kondensator mit konstanter Spannung" sind, bleibt H bzw. E konstant und we bzw. wm ist proportional zu εr bzw. μ{. In Fällen analog zum "Kondensator mit konstanter Ladung/Magnetisierung" (Typ FKG) ist sowohl E bzw. H als auch wθ bzw. wm proportional zu 1/εr bzw. 1lμr.Whether the energy density in the medium is greater or less than in a vacuum depends on the boundary conditions: In cases that are analogous to the "capacitor with constant voltage", H or E remains constant and w e or w m is proportional to ε r or μ { . In cases analogous to the "capacitor with constant charge / magnetization" (type FKG), E and H as well as w θ and w m are proportional to 1 / ε r and 1lμ r .
Das Grundprinzip des FKG ist demnach:The basic principle of the FKG is therefore:
1. Die Wirkung eines magnetischen Kondensators mit Dimagnetikum zwischen ""derTMägnet-Platten und1. The effect of a magnetic capacitor with a dimagnetic between "" the plates and
2. Die Herstellung eines Gleichgewichtes zwischen der Abstoßung der antiparallel angeordneten Magnet-Platten PM's (positive Energie) und der Anziehung durch das Dimagnetikum FM (magnetische Kapazität als negative Energie). Die Variante anziehende Magnet-Platten und ein FM in der Mitte mit abstoßender Wirkung ist mit diamagnetischem FM-Stoff möglich. Hierzu gehören: Edelmetalle lonenkristalle, Van-der Waals-Kristalle kovalente Kristalle, Molekülkristalle Typ-Il-Supraleiter Typ-I-Supraleiter2. The establishment of a balance between the repulsion of the antiparallel arranged magnetic plates PM's (positive energy) and the attraction by the dimagnetic FM (magnetic capacity as negative energy). The variant magnetic plates and an FM in the middle with repulsive effect is possible with diamagnetic FM material. These include: precious metals ion crystals, Van der Waals crystals covalent crystals, molecular crystals type II superconductor type I superconductor
Ein FKG-Anti-Kondensator-Prinzip besteht darin:An FKG anti-condenser principle consists of:
1. zwei dimagnetische Platten befinden sich im Gleichgewicht ohne FM dazwischen und werden erst angezogen, wenn ein anziehender FM-PM dazwischen ist.1. Two dimagnetic plates are in equilibrium with no FM in between and are only attracted when there is an attractive FM-PM in between.
2. zwei diamagnetische Platten befinden sich im Gleichgewicht ohne FM dazwischen und werden erst abgestoßen, wenn ein abstoßender FM-PM dazwischen ist.2. Two diamagnetic plates are in equilibrium with no FM in between and are only repelled when there is a repelling FM-PM in between.
5. Magnetische Kondensator-Typen5. Magnetic capacitor types
Erfindungsgemäß befindet sich zwischen den Magnetroden (Elektroden) M-Anode ./. M-Kathode das Dimagnetikum. Ein Diagramm kann die Spannungs- Kapazitäts-Bereiche der magnetischen FM-Kondensatortypen zeigen. - Ferro-/ferri-Metallfolie und DimagnetikumsfolieAccording to the invention, there is an anode ./. Between the magnetrodes (electrodes). M-cathode the dimagnetic. A diagram can show the voltage-capacitance ranges of the magnetic FM capacitor types. - Ferro / ferri metal foil and dimagnetic foil
- metallisierte Ferro-Zferri-Dimagnetikumsfolie- Metallized ferro-Zferri dimagnetic film
- Magnetrolyt- Magnetrolyte
- Sinter-Dimagnetikum - Ferro-/Ferri Keramik Klasse I: niedrige Dimagnetizitätskonstante μ, Klasse II: hohe Dimagnetizitätskonstante μr Klasse III: sehr hohe Dimagnetizitätskonstante μr Ais Ausgangsmaterial wird eine ferro/ferrimagnetische Scheibe verwendet, die durch Reduktions- und Oxidationsprozesse magnetische Halbleitersperrschichten bildet, die wie ein Dimagnetikum wirken → spannungsabhängige Kapazitätswerte Herstellung als Vielschicht-Kondensatoren → hohe Volumenkapazität - Einstellbare Kondensatoren - Drehkondensator - Luft-/Ferro-/Ferri-Keramik-Trimmer - integrierter magnetischer Kondensator - Kapazitätsdioden - FM-Blockkondensator, - FM-Drehkondensator Alle Kondensatoren sind erfindungsgemäß in magnetischem (Magnet) oder elektrischem (Elektret) Prinzip realisierbar. in. Vvirkprinzip FKG-System 1. Feldkraftgenerator (FKG) Es werden bei der Erkärung des Wirkprinzips der Einfachheit halber in der weiteren Beschreibung die Begriffe auf ferro-/ferrimagnetische Stoffe und Wirkungen bezogen, obwohl die Wirkungsprinzipien der ferro-/ferrelektrisch weichen und harten Stoffen phänomenologisch gleich sind und sich der- Sintered dimagnetic - Ferro- / Ferri ceramics Class I: low dimagneticity constant μ, Class II: high dimagneticity constant μ r Class III: very high dimagneticity constant μ r Ais as the starting material, a ferro / ferrimagnetic disc is used, which by means of reduction and oxidation processes magnetic semiconductor barrier layers forms that act like a dimagnetic → voltage-dependent capacitance values Manufactured as multilayer capacitors → high volume capacitance - adjustable capacitors - variable capacitor - air / ferro / ferri ceramic trimmer - integrated magnetic capacitor - variable capacitance diodes - FM block capacitor, - FM variable capacitor According to the invention, all capacitors can be implemented using the magnetic (magnet) or electrical (electret) principle. in. Vvirkprinzip FKG-System 1. Field force generator (FKG) For the sake of simplicity, the terms refer to ferro- / ferrimagnetic substances and effects in explaining the principle of operation, although the principles of action of the ferro- / ferrelectrically soft and hard substances are used in the further description are phenomenologically the same and the
- Patentanspruch auch auf diese phänomenologisch symmetrischen Wirkungsprinzipien bezieht (vgl. Hysterese) Dies gilt auch für den Supraleitermagneten als SM-Ersatz. Der Feldmodulator mit der Dicke s ist in der Version A) in der Mitte zwischen den sich longitudinal abstoßenden Magneten (Fig. 4), in der Version „Inline-FM" Der FM kann auch je 1/2 geteilt sein (Impulserhaltung, kürzere Verschlußzeit). Feldkraft 1/2 für Abstoßung, 1/2 für PM-FM-Anziehung B) außerhalb der sich dabei bis auf d→0 näher als bei A) kommenden Magnete (ohne dazwischenliegenden FM mit Dicke s) angeordnet (Fig. 5), Outline-FM und stellt bei geeigneter Dicke s ein Gleichgewicht durch Anziehung zwischen den sich abstoßenden antiparallel orientierten Magneten her, weil der weichmagnetische Stoff stark anziehend, entsprechend der Permeabilität, (negative Energie = anziehend, positive Energie = abstoßend) auf die beiden Magnete wirkt. Wird der kinematische Feldmodulator transversal parallel zur PM-Fläche (Taπgentialrichtung) verschoben und aus dem Wirkungsbereich der PM's entfernt, so wird geringere Arbeit benötigt (→ transversale Kraft-Weg-Kennlinie, transversale Anziehung des FM von den PM's wird kompensiert), als die longitudinale Arbeit bei Abstoßung der PM's (→ longitudinale Kraft-Weg-Kennlinie senkrecht zur PM-Fläche (in Normaienrichtung)), weil im günstigsten Fall ein Feld mit magnetischer Vorzugsrichtung quer zur FM-Bewegung, d.h. auf einer Äquipotentialfläche (potentielle Energie bleibt gleich), geschnitten wird (Fig. 6). Feldlinien quer schneiden auf Äquipotentialfläche → keine Arbeit, keine potentielle Energie. Bern.: Bei inhomogenem Feld in x-Richtung kann der FM sich senkrecht dazu in y-Richtung auf einer Äquipotentialfläche ohne Arbeitsaufwand bewegen. Ft wegen nicht streng homogenem Feld. Der Feldkraftgenerator wechselt vom Zustand des Gleichgewichtes zwischen- Patent claim also relates to these phenomenologically symmetrical principles of action (cf. hysteresis). This also applies to the superconducting magnet as an SM replacement. The field modulator with the thickness s is in version A) in the middle between the longitudinally repelling magnets (Fig. 4), in the version "Inline-FM". The FM can also be split 1/2 (pulse maintenance, shorter shutter speed Field force 1/2 for repulsion, 1/2 for PM-FM attraction B) is arranged outside the magnets that come closer to d (0) than d) (without FM in between with thickness s) (Fig. 5) , Outline-FM and with a suitable thickness s creates an equilibrium by attraction between the repulsive antiparallel oriented magnets, because the soft magnetic material has a strong attraction according to the permeability (negative energy = attractive, positive energy = repellent) on the two magnets If the kinematic field modulator is moved transversely parallel to the PM surface (potential direction) and removed from the area of action of the PM, less work is required (→ transversal force-displacement characteristic, transversely le attraction of the FM from the PM's is compensated) than the longitudinal work when repelling the PM's (→ longitudinal force-displacement characteristic perpendicular to the PM surface (in the normal direction)), because in the best case a field with a magnetic preferential direction transverse to the FM Movement, ie on an equipotential surface (potential energy remains the same), is cut (Fig. 6). Cutting field lines across the equipotential surface → no work, none potential energy. Bern .: If the field is inhomogeneous in the x direction, the FM can move perpendicular to it in the y direction on an equipotential surface without any work. F t due to not strictly homogeneous field. The field force generator changes between the state of equilibrium
"PM-Abstoßung und FM-Anziehung" in den Nicht-Gleichgewichts-Zustand (Kippfunktion = nichtlineare Kippschwingung). Dabei erhalten beide PM einen elastischen Feld-Stoß (Impuls) in longitudinaler Richtung und bewegen sich deshalb von der OT-Position der Kurbelwelle zu einer UT-Position in der der FM wieder geschlossen wird und bei FM = "Zu" ein erneutes magnetisches"PM repulsion and FM attraction" in the non-equilibrium state (tilt function = non-linear tilt vibration). Both PMs receive an elastic field shock (pulse) in the longitudinal direction and therefore move from the TDC position of the crankshaft to a TDC position in which the FM is closed again and a new magnetic one when FM = "Closed"
Gleichgewicht herstellt, so dass die PM's in die OT-Position ohne Gegenkraft (Abstoßung) zurück bewegt werden können (Fig. 7). Die Bewegung zwischen den Gleichgewichts-Zuständen bei OT und UT-Position erfolgen dynamisch oszillierend und bei verschiedenenEstablishes equilibrium so that the PM's can be moved back to the TDC position without any counterforce (repulsion) (FIG. 7). The movement between the equilibrium states at OT and UT position is dynamically oscillating and at different ones
Drehzahlen (Frequenzen, parametrisch angeregt durch den FM).Speeds (frequencies, parametrically stimulated by the FM).
Durch die transversal kinematisch oszillierende Bewegung des FM-Verschlußes (von transparent/ Luft = "AUF" nach intransparent = weichmagnetischer Stoff im Feld = "ZU") oszillieren die Magnete, wobei a) eine Rückstellkraft, z.B. durch die Schwungmasse einer Schwungscheibe (mit Schwingungsdämpfer dämpft auch die Feld-Stöße in den Takten und Beschleunigungen /Verzögerungen bei OT/UT)) auf einer Kurbeiwelle, bewegt die Magnete in die Ausgangsposition (OT= oberer Totpunkt = 0°KW) zurück (Kreisprozeß, Leerhub), oder b) zwei weitere weitere Magnete mit je einem FM in der UT-Position (UT = unterer Totpunkt = 180° KW), die Rückstellung Richtung OT durch Abstoßung bewirken, während der 1. FM geschlossen ist, also keine abstoßende Kraft zwischen den Magneten bei OT besteht (Fig. 8).Due to the transversely kinematic oscillating movement of the FM lock (from transparent / air = "OPEN" to intransparent = soft magnetic material in the field = "CLOSED") the magnets oscillate, whereby a) a restoring force, e.g. due to the flywheel mass of a flywheel (with vibration damper also dampens the field shocks in the cycles and accelerations / decelerations at OT / UT) on a crank shaft, the magnets move back to the starting position (OT = top dead center = 0 ° KW) (cycle process , Idle stroke), or b) two further magnets, each with an FM in the UT position (UT = bottom dead center = 180 ° KW), which reset to TDC by repulsion while the 1st FM is closed, i.e. no repulsive ones There is force between the magnets at TDC (Fig. 8).
Der oszillierende Feld-Stoß, als Impuls auf die Pleuels übertragen, wird bei OT (und ggf. UT = Nutzung von Hub -h) als Nutzarbeit verwendet. Z.B. elastischer Feld-Stoß → Druck auf die PM-Fläche mit Bewegung imThe oscillating field impact, transmitted as an impulse to the connecting rods, is used as useful work at OT (and possibly UT = use of stroke-h). For example, elastic field impact → pressure on the PM surface with movement in the
Volumen V → Kraft zur Bewegung einer Spule im Magnetfeld als E-Wanderfeld-Linear-Generator, oder umgewandelt in ein Drehmoment mittels Pleuellängen-Variatoren und Kurbelwelle (Fig. 9). 2. Magnet- / Elektret-FeidbatterieVolume V → force for moving a coil in the magnetic field as an E-traveling field linear generator, or converted into a torque using connecting rod length variators and a crankshaft (Fig. 9). 2. Magnet / electret field battery
Feldbatterie - / Magnetdesign (PM)Field battery / magnet design (PM)
Zwei 2 Feldbatterien = Permanentmagnete in abstoßender (oder auch anziehender Wirkung) orientiert (antiparallel) stoßen sich mit großer Kraft ab. Entscheidend ist beim Feldbatterie- / Magnetdesign das Verhältnis von Kraft zu Eigengewicht, das zu optimieren ist, um die kinetische Energie der bewegtenTwo 2 field batteries = permanent magnets with repulsive (or also attractive) orientation (antiparallel) repel each other with great force. The decisive factor in field battery / magnet design is the ratio of force to dead weight, which has to be optimized by the kinetic energy of the moved
Magnete klein und ihre Kraft groß zu erhalten. Hierbei bestimmt die Kraft-Weg-Kennlinie in Normalenrichtung die Arbeit W, die in einem p,V- Diagramm im irreversiblen Kreisprozeß erzeugt werden kann. Ein besonders vorteilhaftes Magnet-Design wird durch eine Sandwich- Anordnung erreicht. Als Feldbatterie bezeichnen wir in x-y-z oder im Dreiecksnetz angeordnete Magnete bzw. Elektrete bzw. Supraleitermagnete (Fig. 10) Die PM's bzw. PE's oder SM's können zu PM- / PE- / SM-Feldbatterien zusammengeschaltet werden, um eine kumulativ hohe Kraft bei relativ niedrigem Eigengewicht zu erhalten.Keep magnets small and powerful. The force-displacement characteristic in the normal direction determines the work W that can be generated in a p, V diagram in an irreversible cycle. A particularly advantageous magnet design is achieved through a sandwich arrangement. As a field battery we refer to magnets or electrets or superconducting magnets arranged in xyz or in a triangular network (Fig. 10). The PM's or PE's or SM's can be interconnected to form PM / PE / SM field batteries in order to achieve a cumulative high force with relative to maintain low weight.
Die PM bzw. PE sind auszulegen nach einem Optimum von Haftkraft zu Eigengewicht unter Repulsionsbedingung, so dass keine Entmagnetisierung stattfindet (beachte Entmagnetisierungsfaktor N=1 bei (BH)max). → Minimierung der kinetischen Energie.The PM or PE are to be designed according to an optimum of adhesive force to own weight under repulsion conditions so that no demagnetization takes place (note demagnetization factor N = 1 for (BH) m ax ). → Minimization of the kinetic energy.
Die longitudinale Kraft-Weg-Kennlinie ist entsprechend dem Oszillations-Hub und der geforderten Drehmomententfaltung in ihrer KraüANeg-Funktion zu gestalten (z.B. ebene Polfläche, konkave Fläche, Konus, Tauchmagnet, etc.)The KraüANeg function of the longitudinal force-displacement characteristic is to be designed according to the oscillation stroke and the required torque development (e.g. flat pole face, concave surface, cone, plunger magnet, etc.)
3. Feldmodulator (FM)3. Field modulator (FM)
Feldmodulator GrundprinzipienField modulator basic principles
Der Feldmodulator FM wird mit kinematischem oder stationärem Prinzip betrieben. 1. Kinematischer FM: Der kinematische FM kann passiv und/oder aktiv gebaut werden; er schaltet zwischen Materie im Feld (FM leitend) nach Luft/Gas/Vakuum im Feld (nicht leitend). Die aktive Version nutzt die Wirkung von anziehenden Hilfsfeldern zur a) Unterstützung der Anziehung oder b) mit anziehender Wirkung zur Reduktion der Dicke des FM c) zur Kompensation von anziehenden/ abstoßenden Wirbelstrom-Wirkungen bzw. magnetischen Transversaleffekten 2. Stationärer FM: Der stationäre FM ist nur als aktiver FM mit verschiedenen alternativen Wirkprinzipien realisierbar.The FM field modulator is operated using a kinematic or stationary principle. 1. Kinematic FM: The kinematic FM can be built passively and / or actively; it switches between matter in the field (FM conductive) to air / gas / vacuum in the field (non-conductive). The active version uses the effect of attractive auxiliary fields to a) support the attraction or b) with an attractive effect to reduce the thickness of the FM c) to compensate for attractive / repulsive eddy current effects or magnetic transverse effects 2. Stationary FM: The stationary FM can only be implemented as an active FM with various alternative operating principles.
Feldmodulator - ArtenField modulator types
Der Feldmodulator ist ein Dimagnetikum. 1 FM zwischen 2 PM wirkt wie ein magnetischer Kondensator mit dem wesentlichen Merkmal der Erzeugung eines Gleichgewichts-Zustandes durch Einbringen der magnetischen Kapazität. Ein Feldmodulator zwischen den beiden Magneten kann deshalb die Abstoßung der PM's an- oder abschalten (nur die Wirkung des Feldes, d.h. der Energie im Raum zwischen den Magneten). Der FM hat den Zustand "Auf oder "Zu". Bei diesem Schaltvorgang wird der FM von "nicht leitend" == "Auf, z.B. Luft zwischen den Magneten, nach "leitend" = "Zu" = ferromagnetischer Stoff zwischen den Magneten, geschaltet. Durch den ferromagnetischen Stoff im Spalt zwischen den Magneten wird die magnetische Kapazität so erhöht, dass ein Gleichgewichts-Zustand zwischen Abstoßung der PM's und Anziehung des ferromagnetischen Stoffes (FM-Dimagnetikum) eintritt: Bei FM = "Zu" befinden sich die 3 Elemente im statischen und dynamischen (Wirbelströme) Gleichgewichts-Zustand .The field modulator is a dimagnetic. 1 FM between 2 PM acts like a magnetic capacitor with the essential feature of creating an equilibrium state by introducing the magnetic capacitance. A field modulator between the two magnets can therefore switch the repulsion of the PMs on or off (only the effect of the field, i.e. the energy in the space between the magnets). The FM has the state "open or" closed ". In this switching process, the FM is switched from" not conductive "==" open, e.g. Air between the magnets, switched to "conductive" = "closed" = ferromagnetic material between the magnets. The ferromagnetic material in the gap between the magnets increases the magnetic capacity so that an equilibrium occurs between the repulsion of the PM's and the attraction of the ferromagnetic material (FM dimagnetic): With FM = "closed" the 3 elements are in the static and dynamic (eddy currents) equilibrium state.
Es ist noch auf den Arbeitspunkt bei maximaler Leitfähigkeit ( maχ bei Bopt) des ferro-/ferrimagnetischen Stoffs im Magnetfeld zu achten; im Arbeitspunkt der Flußdichte-Feldstärke-Kennlinie ist die Schaltwirkung optimal und führt zu einem dünnen Feldmodulator, der bei Stellung "Auf zu einem sehr kleinen Luftspalt führt. Zu beachten ist eine bestimmte magnetische Formanisotropie, die die Leitwirkung in tangentialer Richtung maximiert (Sperrwirkung in Normalenrichtung).Attention must also be paid to the operating point at maximum conductivity ( ma χ at B op t) of the ferromagnetic / ferrimagnetic substance in the magnetic field; at the operating point of the flux density-field strength characteristic, the switching effect is optimal and leads to a thin field modulator, which leads to a very small air gap when set to "open". Note a certain magnetic shape anisotropy that maximizes the directivity in the tangential direction (blocking effect in the normal direction).
Um den Luftspalt und damit den Kraft=Weg=Verlust zu verhindern, kann ein Polschuh (PS) mit anisotropen ferro-/ferrimagnetischen Material eingesetzt werden. Dieses anisotrope Material zwischen den Magneten leitet vorzugsweise in Nermalenrichtung, so daß die Abstoßung nur ganz gering gemindert wird. Zu beachten ist auch eine bestimmte magnetische Formanisotropie, die dieTo prevent the air gap and thus the force = path = loss, a pole piece (PS) with anisotropic ferro / ferrimagnetic material can be used. This anisotropic material between the magnets preferably conducts in the normal direction, so that the repulsion is reduced only very slightly. Also note a certain magnetic shape anisotropy that the
Leitung in Normalenrichtung maximiert (Sperrwirkung in Tangentialrichtung).Line maximized in the normal direction (blocking effect in the tangential direction).
Der Feldmodulator und Polschuh können in kinematischer (instationärer) oder stationärer Version angefertigt werden. Beim stationären FM bzw. PS wird die "Transluzenz" für magnetische Flußquanten zwischen "Auf und "Zu" geschaltet, ohne dass der FM bzw. PS bewegt werden muß. Bei der kinematischen Variante wird der FM/PS in seiner Lage oszillierend bewegt.The field modulator and pole piece can be made in a kinematic (unsteady) or stationary version. In the case of the stationary FM or PS, the "translucency" for magnetic flux quanta is switched between "open and" closed "without the FM or PS having to be moved. In the kinematic variant, the FM / PS is moved in an oscillating position.
Der FM bzw. PS kann als Inline-FM (zwischen den Magneten) und als Outline-FM (außerhalb der Magnete) angeordnet werden. Der ZustandwechselThe FM or PS can be arranged as an inline FM (between the magnets) and as an outline FM (outside the magnets). The change of state
Gleichgewicht/Nicht-Gleichgewicht bleibt davon unberührt.Balance / non-balance remains unaffected.
Die Feldwirkungs-Steuerung des FM kann mit Leitfähigkeitsmodulation oder mit Kanalquerschnittsmodulatiαn durch ein Feld quer zum Kanal erfolgen.The field effect control of the FM can be done with conductivity modulation or with channel cross-section modulation through a field across the channel.
3.1 Unterscheidung zwischen kinematischen und stationären FM Kjtϊθmaϋseher FM: tranversale Bewegung / Oszillation mit transversaler Magnetischer Anziehungs-, induktive Wirbelstrom- (magn. Abstoßung), sowie Wärme-Kompensation, falls diese auftreten. Bei Ferriten entstehen so gut wie keine Wirbelströme, weil diese einen sehr hohen spez. elekt. Widerstand haben.3.1 Differentiation between kinematic and stationary FM Kjtϊθmaϋseher FM: transversal movement / oscillation with transverse magnetic attraction, inductive eddy current (magnetic repulsion), as well as heat compensation, if these occur. There are almost no eddy currents in ferrites because they have a very high spec. Electr. To have resistance.
FM-Verschluß offen = Luft, Gas, Vakuum zwischen den PM,FM lock open = air, gas, vacuum between the PM,
FM geschlossen = weichmagnetischer Stoff plus ggf. statische / dynamische Hilfs-Felder als aktiver FM (Fig. 11).FM closed = soft magnetic material plus possibly static / dynamic auxiliary fields as active FM (Fig. 11).
-Ft wegen PM (transversal schwach anziehend) und wegen Wirbelstromkräfte (schwach bremsend) bei Oszillation des FM = Dämpfung der Schwingung, Lorentzkräfte hemmen die Bewegung auch wenn sich das B-Feld zeitlich ändert (PM-Oszillation). Wirbelstromverlustleistung proportional der Blechdicke →-:s. Beachte bei hohen Frequenzen Skin-Effekt.-F t due to PM (transversely weakly attractive) and due to eddy current forces (weakly braking) when the FM oscillates = damping of the vibration, Lorentz forces inhibit the movement even if the B field changes over time (PM oscillation). Eddy current power loss proportional to the sheet thickness → -: s. Note the skin effect at high frequencies.
→ Aktiver FM mit dynamischem Kompensations-System→ Active FM with dynamic compensation system
(Anti-Wirbelstrom-System)(Anti-eddy current system)
Transversalkraft-Kompensation. Der kinematische FM kann Komponenten des aktiven FM tragen, um gewisse negative tnduktions-Kraftwirkungen zu kompensieren (Fig. 12).Transverse force compensation. The kinematic FM can carry components of the active FM to compensate for certain negative induction force effects (Fig. 12).
Stationärer FM: Dynamische Änderung der Leitfähigkeit (Permeabilität bzw.Stationary FM: Dynamic change in conductivity (permeability or
Permittivität) ggf. plus dynamische Hilfs-Felder (Anziehungs-Basis verstärken +Permittivity) if necessary plus dynamic auxiliary fields (strengthening attraction base +
Wirbelstrom- Abstoßungs-Kompensation). Der stationäre FM verbleibt immer in seiner Position in der Mitte (Symmetrieebene) zwischen den PM's. Dieser FM-Typ kann nur als aktiver Schalter/Verstärker gebaut werden, da er in der Änderung seiner stationären Wirkung geschaltet und nicht in seiner Position transversal kinematisch verschoben wird.Eddy current repulsion compensation). The stationary FM always remains in its position in the middle (plane of symmetry) between the PMs. This FM type can only be built as an active switch / amplifier, since it changes in its stationary effect and is not shifted kinematically in its position.
Stationärer FM: "Zu" = "Isolator'VSperrschicht = hohe Permeabilitätszahl μτ>1 - Ferro-/Ferrimagnetismus "AUF" « transparent = niedrige Permeabilitätszahl μr «1 = hoher Paramagnetismus (Fig. 13).Stationary FM: "Zu" = "Isolator'VSperrschicht = high permeability μ τ > 1 - ferro- / ferrimagnetism" OPEN "« transparent = low permeability μ r «1 = high paramagnetism (Fig. 13).
Übersicht FM-Typen a) Leitend / nicht leitender FM (ParaFerro/Ferri-FM etc.) c) M-Transistoreffekt mit magnetischem Halbleiter-FM. b) M-TühneleffekTvön Flußquanten dürcrf den geschlossenen FM (Fig. 14).Overview of FM types a) Conductive / non-conductive FM (ParaFerro / Ferri-FM etc.) c) M-transistor effect with magnetic semiconductor FM. b) M-TühneleffekTvön flux quanta for the closed FM (Fig. 14).
Die Varianten a) können ohne oder wegen induzierter Wirbelströme mit Lamellierung (Permeabilität-Schicht + Anti-Wirbelstrom-Struktur) (BildlS) und offener/geschlossener Abschirmgehäuse-Geometrie verwendet werdenVariants a) can be used with or without induced eddy currents with lamination (permeability layer + anti-eddy current structure) (Fig. 1S) and open / closed shield housing geometry
(doppelräumiges Abschirmgehäuse mit je einem PM).(double-room shielding housing with one PM each).
3.2 Passiver Feldmodulator3.2 Passive field modulator
Der FM stellt in seiner Grundstellung (intransparent = "Zu") das notwendige Gleichgewicht zwischen Anziehung durch den FM und Abstoßung durch dieIn its basic position (non-transparent = "closed") the FM provides the necessary balance between attraction by the FM and repulsion by the
PM's her (alle transversalen Kräfte sind Null).PM's ago (all transverse forces are zero).
Wirbelstrom-, Hystereseverluste und Spinrelaxation treten nur bei dynamischer Oszillation der PM's und bei elektrisch leitendem Stoff, bei hohen Frequenzen nur in der Oberfläche des FM, auf. Jede Flächenseite des FM ist zum jeweiligenEddy current losses, hysteresis losses and spin relaxation only occur with dynamic oscillation of the PM's and with electrically conductive material, at high frequencies only in the surface of the FM. Each face of the FM is related to the respective one
PM gerichtet, da die Fläche nicht genau in der Symmetrieebene liegt (der FM hat die Dicke s). Die im FM negativ wirkenden induzuierten Lorentz-Kräfte werden dynamisch kompensiert. Außerden sind die beiden PM's in der antiparallelen rückläufigenPM directed because the surface is not exactly in the plane of symmetry (the FM has the thickness s). The induced Lorentz forces acting negatively in FM are dynamically compensated. In addition, the two PM's are in reverse antiparallel
Gleichgewichts-Position (passiver FM geschlossen) orientiert, in der sich die Felddiffusionswirkungen im FM, bei Bewegung der PM's hin zum geschlossenen FM im FM, wegen der gegenseitig neutralisierenden abstoßenden Wirkung der PM-Felder (Lorentz-Kraft aufgrund des kompensierten Induktionsstromes = induziertes magnetische MomentEquilibrium position (passive FM closed) oriented in which the field diffusion effects in the FM, when the PMs move towards the closed FM in the FM, because of the mutually neutralizing repulsive effect of the PM fields (Lorentz force due to the compensated induction current = induced magnetic moment
(Lenz'sche Regel) = null) in der Mitte des FM (wegen der gegenläufigen Drehrichtung der Wirbelströme) aufheben. Sie heben sich jedoch nicht an der Oberfläche des FM -wegen der Entfernung Δs von der Mitte (Symmetrieebene) des FM zum PM - auf. Auch die Ummagnetisierung des FM tritt in der Mitte des FM nicht ein, weil sich die Feldwirkungen in der Mitte des FM gegenseitig aufheben (Gleichgewichts-Zustand). Dynamische Kompensation der induzierten Lorentz-Kraft bei elektrisch leitendem FM-Stoff und magnetische Vorspannung(Lenz's rule) = zero) in the middle of the FM (because of the opposite direction of rotation of the eddy currents). However, they do not cancel each other out on the surface of the FM because of the distance Δs from the center (plane of symmetry) of the FM to the PM. The magnetic reversal of the FM does not occur in the middle of the FM either, because the field effects cancel each other out in the middle of the FM (state of equilibrium). Dynamic compensation of the induced Lorentz force with electrically conductive FM material and magnetic bias
Alle auftretenden dynamischen Effekte an der Oberfläche des FM (im Ergebnis abstoßende Kräfte bei Annäherung der PM's an den FM (FM = geschlossen) (-» Lenzsche Regel)) werden dynamisch kompensiert durch einen aktiven FM, oder durch eine magnetisch anziehende "Vorspannung", die erst bei höheren Frequenzen zum "statischen" Ersatz-Gleichgewicht kommt, weil bei Stillstand ein aktiv anziehendes FM-Hilfs-Feld die fehlende Anziehung kompensiert. Damit wird der statische Gleichgewichtszustand in höhere Frequenzen verlagert und der FM kann in der Dicke s dünner werden, was zur Folge hat, dass die PM's dynamisch einander näher kommen können und damit die abstoßende Kraft beim Stoß (FM = AUF) viel größer ist (beachte Kraft-Weg-Kennlinie). Im statischen Zustand ist bei magnetischer Vorspannung, ohne eingeschaltetes Hilfsfeld, die Abstoßung größer als das Gleichgewicht, womit die PM's einen gewissen neuen, größerenAll dynamic effects that occur on the surface of the FM (as a result repulsive forces when the PMs approach the FM (FM = closed) (- »Lenz's rule)) are compensated dynamically by an active FM, or by a magnetically attractive" preload ", which only comes to a "static" substitute equilibrium at higher frequencies because an actively attracting FM auxiliary field compensates for the lack of attraction at a standstill. This shifts the static state of equilibrium to higher frequencies and the FM can become thinner in thickness s, which means that the PM's can dynamically come closer to each other and the repulsive force during impact (FM = OPEN) is much greater (note force-displacement curve). In the static state, with magnetic bias, without an auxiliary field switched on, the repulsion is greater than the equilibrium, giving the PMs a certain new, larger one
Gleichgewichts-Abstand, verrückt um Δs einnehmen, der nicht der FM-Dicke s entspricht.Take equilibrium distance, crazy by Δs, which does not correspond to the FM thickness s.
Der Feldmodulator wirkt in geschlossenem Zustand (FM - leitend) für ein Magnetfeld wie eine Sperrschicht / "Isolator", genau so wie in einemWhen closed, the field modulator (FM - conductive) acts like a barrier / "insulator" for a magnetic field, just like in one
M-Transistor (= Feldquantenventil), wenn die Basis gesperrt geschaltet ist, oder der Kanalquerschnitt durch das angelegte Gate-Feld für Feldquantenfluß = null ist). Die Permeabilität μ der weichmagnetischen Legierung bestimmt die Dicke s des FM zwischen den PM's (magnetische Leitfähigkeit μ- oμr) durch sehr hohe Permeabilität.M transistor (= field quantum valve) when the base is switched off or the channel cross section through the applied gate field for field quantum flow = zero). The permeability μ of the soft magnetic alloy determines the thickness s of the FM between the PM's (magnetic conductivity μ- oμ r ) due to very high permeability.
Die sehr unterschiedlich "abschirmende" Wirkung in einem geometrisch offenen oder geschlossenen Gehäuse (magnetischer Nebenschluß) bestimmt den Grad der gegenseitigen Abschirmung der sich abstoßenden PM's -jeder PM kann sein eigenes Gehäuse haben, die durch den FM gekoppelt sind (Fig. 16). Bern . : In geschlossener Geometrie werden frequenzabhängig Wirbelströme induziert, die zur Erhöhung der Abstoßung führen, aber nur dann, wenn Streufelder in das Gehäuse gelangen, siehe ff. Kapitel Feldmodulator.The very different "shielding" effect in a geometrically open or closed housing (magnetic shunt) determines the degree of mutual shielding of the repelling PM's - each PM can have its own housing, which are coupled by the FM (Fig. 16). Bern. : In closed geometry, eddy currents are induced depending on the frequency, which lead to an increase in repulsion, but only if stray fields enter the housing, see ff. Chapter Field modulator.
Der FM läßt die permanent gespeicherte potentielle Feldenergie der PM's in ihrer Wirkung (Kraftwirkung als Feldquantenfluß) durch oder sperrt diese (ähnlich einem Kameraverschluss für Photonen von der Sonne).The FM lets the permanently stored potential field energy of the PM's through its action (force effect as field quantum flux) or blocks it (similar to a camera shutter for photons from the sun).
Der Feldmodulator aus sehr gut magnetisch leitendem weichmagnetischem Stoff mit entsprechender Dicke s hat eine anziehende Wirkung auf die PM's, die umso stärker ist, je dickerer ist - damit wird die zunächst große Abstoßung der PM's mit zunehmender Dicke zum Gleichgewichts-Zustand, und dann bei weiter zunehmender Dicke vom Gleichgewichts-Zustand mit dem FM, in eine starkeThe field modulator made of very good magnetically conductive soft magnetic material with a corresponding thickness s has an attractive effect on the PM's, the stronger the thicker - the large repulsion of the PM's becomes the equilibrium state with increasing thickness, and then further increasing thickness from the equilibrium state with the FM, into a strong one
Anziehung in der Kraft-Weg-Kennline gewandelt.Attraction changed in the force-displacement characteristic.
Die PM's können normalerweise keine stabile Gleichgewichtslage einnehmen, wenn nicht der FM symmetrisch zu den PM's positioniert ist und die PM's nicht mechanisch über Zahnräder oder Kurbelwelle gekoppelt sind, so dass sie sich nicht einseitig nähern können (labiles Gleichgewicht), ohne den anderen PM gleichzeitig mit zu verrücken. Ab einer bestimmten Dicke s etc. kippt das Gleichgewicht in eine starkeThe PM's cannot normally maintain a stable equilibrium unless the FM is positioned symmetrically to the PM's and the PM's are not are mechanically coupled via gears or crankshaft so that they cannot approach one side (unstable balance) without moving the other PM at the same time. From a certain thickness s etc., the balance tilts into a strong one
Anziehung durch die PM's. Umgekehrt wird die Anziehung vergrößert, wenn die Dicke s kleiner als im Gleichgewichts-Zustand ist (Fig. 17a - c).Attraction by the PM's. Conversely, the attraction is increased if the thickness s is smaller than in the state of equilibrium (FIGS. 17a-c).
Die Dicke s, Form, Stoff, innere Struktur, etc. des FM regelt so den Gleichgewichts-Zustand der mechanisch symmetrisch gekoppelten PM's durch eine nichtlineare Kippfunktion ein. Dies ist das Grundprinzip eines passiven FM.The thickness s, shape, material, internal structure, etc. of the FM thus regulate the equilibrium state of the mechanically symmetrically coupled PM's by means of a non-linear tilting function. This is the basic principle of a passive FM.
Entscheidend ist die hohe Permeabilität (magn. Leitfähikeit), Aussteuerung bei ("max Bo t und entsprechender Legierung sowie die anisotrope Kristallstruktur; ebenso die Änderung von μ bei andereFBIechd/c/ce und Lamellenfom?.Decisively high permeability (magn Leitfähikeit.) Modulation at ( "max B o t and a corresponding alloy, and the anisotropic crystal structure, as well as the change of μ with andereFBIechd / c / ce and Lamellenfom ?.
Es gibt noch ein aktives Grundprinzip in dem der FM, z.B. in der PermeabilitäWnduktionsKurve, oder in der Temperatur*lnduktion*Kurve (Schaltung der Wirkung von ferromagnetisch nach paramagnetisch bei Curie-Temperatur Tc), von "transparent" - "AUF" (nicht leitend), nach →There is also an active basic principle in which the FM, for example in the permeability induction curve, or in the temperature * induction * curve (switching the effect from ferromagnetic to paramagnetic at Curie temperature Tc), from "transparent" - "OPEN" (non-conductive ), according to →
"intransparen = "ZU" (leitend), geschaltet wird"intransparen =" ZU "(conductive), is switched
Sinngemäß gilt das auch für ferrimagnetische und ferro-/ ferrielektrische Stoffe (Fig. 18a - e). Auch der SM kann durch einen Temperaturgradienten von supraleitend in normalleitend geschaltet werden.This also applies analogously to ferrimagnetic and ferro / ferrielectric materials (Fig. 18a - e). The SM can also be switched from superconducting to normal conducting by a temperature gradient.
Energiebilanz zwischen longitudinaler zu transversaler Kraft-Weg-Kennlinie Her kinematische FM bewegt sich in transversaler Richtung vorzugsweise auf einer Äquipotentialfläche, also querzur magnetischen Vorzugsrichtung der PM- Felder und quer zur Longitudinalrichtung der (im allgemeinen inhomogenen) Kraftfelder im Gleichgewichtszustand bei OT. Bei longitudinaler Bewegung des FM würde potentielle Energie benötigt bzw. gewonnen, so dass bei kinematisch-osziSiierendem FM - bedingt durch den Gleichgewichtszustand PM-FM-PM und hohe magnetische Leitfähigkeit im FM - sehr wenig Energie verbraucht wird, →- Verhältnis longitudinales Kraft-Weg-Integral (PM-Arbeit) zu transversalem Kraft-Weg-Integral (FM-Arbeit). → Die Arbeitsdifferenz ist sehr groß (Fig. 19) und fällt zugunsten derEnergy balance between longitudinal to transverse force-displacement characteristic Her kinematic FM moves in the transverse direction preferably on an equipotential surface, i.e. across the magnetic preferred direction of the PM fields and across the longitudinal direction of the (generally inhomogeneous) force fields in the equilibrium state at TDC. Potential energy would be required or gained with longitudinal movement of the FM, so that with kinematic-oscillating FM - due to the equilibrium state PM-FM-PM and high magnetic conductivity in the FM - very little energy is consumed → ratio longitudinal force-distance -Integral (PM work) to transverse force-displacement integral (FM work). → The work difference is very large (Fig. 19) and falls in favor of
FM-Bewegyng mit E→O ays, Folge; Per FM kann fast kraftlos transversal bewegt werden (beachte auch ferrimagnetischer Stoff ohne induzierte Wirbelströme; bei elektrischen Leitern wird durch ein Anti-Wirbelstrom- Prinzi die Lorentz-Kraft unterbunden). Der FM schaltet nur die Wirkung des Kraftfeldes, d.h. derFM movement with E → O ays, sequence; You can move transversely almost without power via FM (also note ferrimagnetic material without induced eddy currents; in the case of electrical conductors, the Lorentz force is prevented by an anti-eddy current principle). The FM only switches the effect of the force field, i.e. the
Austauschwechselwirkung = der spontanen Magnetisierung / Polarisation bzw. der Spinmömeήte oder Momente der SM's. Die Verbesserung der magnetischen Vorzugsrichtung kann z.B. durch weichmagnetisch komorientiertes Blech oder durch einen Stoff mit starker Kristallanisotropie, z.B. mit hexagonaler Struktur, erfolgen. Der FM kann deshalb eine magn. Vorzugsrichtung in Richtung der Magnetfeldlinien haben, also vom PM+Pol zum PM-Pol eines und desselben PM. Die Kraft-Weg-Kennlinie (Arbeit) ist unterschiedlich, je nachdem ob die FM-Bewegung parallel im Feld und Polrichtung oder senkrecht dazu, also auf einer Äquipotentialfläche, stattfindet und ob das Blech kömorientiert ist öder nicht (üblicherweise ist die Kornrichtung parallel zur Walzrichtung) (Fig. 20). 3.3 Aktiver Feldmodulator Ergänzt wird das passive FM-Grundprinzip durch ein aktives FM-Prinzip und zwar unabhängig davon, ob ein kinematischer oder stationärer FM benutzt ~ wird. Entscheident ist, dass statische und/oder dynamische Kräfte kompensiert werden müssen - wenn sie störend auftreten, womit im allgemeinen die induzierten Lorentz-Kräfte gemeint sind, aber auch magnetisch transversale Kräfte, wenn sie bei der Bewegung des FM auftreten. Auch kann ein aktiver FM benutzt werden, um die FM-Dicke reduzieren zu können, da der weichmagnetische FM-Stσff in einer FM-Spule verstärkend wirkt. 1. Grundprinzip des FM = statisches Gleichgewicht mit weichmagnetischem Stoff mit FM-Dicke |s| etc., zunächst ferrimagnetischer Stoff, weil dieser so gut wie keine induzierten Wirbelströme zuläßt. Wird zur Optimierung auf metallische Stoffe übergegangen, so können Anti-Wirbelstrom-Prinzipien angewendet werden (→Pkt. 3). 2. Wirkungskompensation der Abstoßungskraft bei dünnerer FM-Dicke s a) durch statisch anziehendes Hilfs-PM-Gleichfeld mit verstärkend wirkendem magnetischen Kippschalter, siehe ff. b) durch aktiv dynamisch anziehendes Hilfs-Feld mit verstärkend wirkendem weichmagnetischen Kern, siehe ff. c) durch Anziehung verstärkende, statt schaltende Funktionen, z.B. mit einem verstärkenden M-Transistor-Effekt. 3. Dynamische Wirkungskompensation der negativen Kraft (Abstoßung) aus Wirbelstrom-, Ummagnetisierungs- und Spin-Relaxations-Effekten: a) dynamisch angepaßte, kinematisch bewegte, anziehende weichmagnetische Lamellen, ändern die FM-Dicke s dynamisch mit der Frequenz b) durch magnetische anziehende Vorspannung mit konstantem Hilfs-PM-Gleichfeld c) durch dynamisch variable anziehende aktive Hilfs-Felder mit weichmagnetischem Kern, siehe ff. 4. Elektrodynamischer Feld-FM als Ersatz für den weichmagnetischen FM mit Dicke s (schlechtester Wirkungsgrad, da keine Verstärkung durch weichmagnetischen Stoff) Alle Varianten sind voll regelbar von den Zuständen "transparent" mit μx «1 bisExchange interaction = the spontaneous magnetization / polarization or the spinning moment or moments of the SM's. The magnetic preferred direction can be improved, for example, by means of sheet metal with a soft magnetic orientation or by a material with strong crystal anisotropy, for example with a hexagonal structure. The FM can therefore a magn. Preferential direction in the direction of the magnetic field lines, i.e. from the PM + pole to the PM pole of one and the same PM. The force-displacement characteristic (work) differs depending on whether the FM movement takes place parallel in the field and pole direction or perpendicular to it, i.e. on an equipotential surface, and whether the sheet is grain-oriented or not (usually the grain direction is parallel to the rolling direction ) (Fig. 20). 3.3 Active field modulator is supplemented passive FM fundamental principle is an active FM principle regardless of whether a kinematic or stationary FM used ~. The decisive factor is that static and / or dynamic forces have to be compensated for - if they occur in a disturbing manner, which generally means the induced Lorentz forces, but also magnetically transverse forces if they occur during the movement of the FM. An active FM can also be used to reduce the FM thickness, since the soft magnetic FM Stσff has a reinforcing effect in an FM coil. 1. Basic principle of FM = static balance with soft magnetic material with FM thickness | s | etc., initially ferrimagnetic material, because this hardly allows any induced eddy currents. If the transition to metallic materials is used for optimization, anti-eddy current principles can be applied (→ point 3). 2. Effect compensation of the repulsive force with a thinner FM thickness sa) by means of a statically attracting auxiliary PM constant field with a reinforcing magnetic toggle switch, see ff. B) by an actively dynamically attracting auxiliary field with a reinforcing soft magnetic core, see ff. C) by Attraction reinforcing, instead of switching functions, for example with an amplifying M-transistor effect. 3. Dynamic compensation of the negative force (repulsion) from eddy current, magnetic reversal and spin relaxation effects: a) dynamically adapted, kinematically moving, attracting soft magnetic lamellae, change the FM thickness s dynamically with frequency b) by magnetic attracting Preload with constant auxiliary PM constant field c) through dynamically variable attractive active auxiliary fields with soft magnetic core, see ff. 4. Electrodynamic field FM as a replacement for the soft magnetic FM with thickness s (worst efficiency, since no reinforcement by soft magnetic material). All variants are fully controllable from the states "transparent" with μ x «1 to
"intransparent" mit μrmaχ/Bopt-"non-transparent" with μ rma χ / B opt-
4. Polschuhe zur Überbrückung des Luftspaltes bei kinematischem FM4. Pole shoes for bridging the air gap in kinematic FM
Als Option zur Übertragung der Feldkraft ohne FM-Luftspalt (→ Kraftfeldschluß) kann erfindungsgemäß wie folgt verfahren werden:As an option for transmitting the field force without an FM air gap (→ force field closure), the following can be carried out according to the invention:
Über einen PS wird im offenen Zustand des FM eine Fluß-Brücke durch einen oder zwei Polschuh(e), (je nach Konstruktionsvariante), zwischen den sich abstoßenden PM's hergestellt. Wird der FM geöffnet, also transversal verschöben, söentsteht ein Luftspälf mi der Dicke d=s+2Δd, und in diesem Luftspalt entsteht ein großer Abfall der magnetischen Kraft in der Kraft-Weg-Kennlinie. Dieser Kraftabfall wird durch transversal, simultan mit der FM-Bewegung, nachfolgendem(n) Polschuh(e) mit hoher, stark anisotroper Leitfähigkeit in longitudinaler Richtung z.B. a) Co hexagonale Kristallanisotropie in 00.1 »Richtung, oder b) kornorientiert, oder c) Ei-/Bikristall,When the FM is open, a PS is used to create a river bridge through one or two pole pieces (depending on the design variant) between the repelling PMs. If the FM is opened, i.e. moved transversely, an air gap with the thickness d = s + 2Δd is created, and a large drop in the magnetic force in the force-displacement characteristic curve arises in this air gap. This drop in force is caused by transverse, simultaneous with the FM movement, subsequent pole shoe (s) with high, strongly anisotropic conductivity in the longitudinal direction e.g. a) Co hexagonal crystal anisotropy in 00.1 »direction, or b) grain-oriented, or c) egg / bicrystal,
Unter Ausnutzung der Föfmäriisόtröpie, ausgeglichen - und damit das Feld durch gerichtet Flußleitung übertragen (Fig. 21).Taking advantage of the Föfmäriisόtröpie, balanced - and thus the field transmitted by directed river line (Fig. 21).
Im Grunde wirkt der PS umgekehrt wie der FM:Basically, the PS works the other way round like the FM:
Bei seiner Anwesenheit besteht hohe Leitfähigkeit in Richtung des Gegen-PM (entgegengerichtet wie der FM mit hoher Leitfähigkeit in transversaler Richtung). Der "Polschuh" (PS) besteht aus mehreren Flußleit-Übertrager-Stücken. Die Flußleit-Stücke stellen den Fluß in Normalenrichtung zwischen den einzelnen Polen der verschiedenen sich abstoßenden Magnete her, so daß die ursprüngliche Kraft der PM im Abstand h=0 mit fast 100% übertragen werden kann. Es bestehen ggf. nur noch die 2 Luftspatt-Lücken Δd, die als Spalt zur mechanisch reibungsfreien Bewegung des FM/FP/FS dienen, wenn nicht eine Keil-Funktioή benutzt wird (→KonstruktionVarianten).If it is present, there is high conductivity in the direction of the counter-PM (opposite to the FM with high conductivity in the transverse direction). The "pole piece" (PS) consists of several flux guide pieces. The flux guide pieces establish the flow in the normal direction between the individual poles of the various repelling magnets, so that the original force of the PM can be transmitted at a distance of h = 0 with almost 100%. If necessary, there are only the 2 air gap gaps Δd, which serve as a gap for the mechanically frictionless movement of the FM / FP / FS, unless a wedge function-is used (→ construction variants).
5. PM-rCθιben und PM's Im Magneikre mit Anziehung5. PM-rCθιben and PM's in the Magneikre with attraction
Erfindungsgemäß wurden die FKG-Konstruktionen im Abstoßungs-Prinzip erklärt. Die Fig. und Texte (Fig. 22) zeigen, dass, konstruktionsbedingt durch FM-Flußumleitung, erfindungsgemäß auch ein Anziehungs-Prinzip mit anziehendem weichmagnetischem Gegen-PM, statt mit abstoßendem Gegen-PM, realisiert werden kann. Das Magnetfeld wird durch die hochleitfähigen, im Gleichgewicht von Anziehung (FM) und Abstoßung (PM's) stehenden und schaltbaren FM's, herausgeführt, so daß der weichmagnetische Kolben den Magnetkreis schließt: Prinzip Anziehung durch 2 FM's.Folge: Die FM's leiten den Magnetfluß ohne physikalische Berührung (sehr kleiner Luftspalt) zum Kolbenboden/Joch; der Luftspalt ist sehr viel kleiner als die FM-Dicke. Im Gegensatz zu innen liegenden FM's (Inline-FM) mit Direktabstoßung und Kraftverlust -wegen der FM-Dicke = Luftspalt -wird bei dieser Lösung die maximale Kraft über den Magnetkreis zum Kolbenboden geleitet (über die FM-Flußleitstücke).Die bewegte Masse ist viel kleiner als bei den vorhergehenden Lösungen, da die Magnete als Stator fungieren, nur die FM's und der Kolben (Anziehung) bewegen sich oszillierend. Problem: Tangentiale Trennkraft am Kolbenboden: Verringert sich simultan mit der Trennung der PM's (der Feldbatterie FB) durch die FM's.According to the invention, the FKG constructions were explained using the repulsion principle. The FIGS. And texts (FIG. 22) show that, due to the construction by FM flow diversion, an attraction principle with an attracting soft magnetic counter PM instead of a repelling counter PM can also be realized according to the invention. The magnetic field is led out by the highly conductive, switchable FMs, which are in balance between attraction (FM) and repulsion (PM's), so that the soft magnetic piston closes the magnetic circuit: principle of attraction by 2 FM's. Consequence: The FM's conduct the magnetic flux without physical Contact (very small air gap) to the piston crown / yoke; the air gap is much smaller than the FM thickness. In contrast to internal FMs (Inline-FM) with direct repulsion and loss of power - because of the FM thickness = air gap - the maximum force with this solution is via the magnetic circuit to the piston crown The moving mass is much smaller than in the previous solutions, since the magnets act as a stator, only the FM's and the piston (attraction) move oscillating. Problem: Tangential separating force on the piston crown: Reduces simultaneously with the separation of the PM's (the field battery FB) by the FM's.
6. Schalt-Zustände des FM6. Switching states of the FM
"ZU" = gesperrtfisoliert" /intransparent = magn. leitender FM: Physikalisch = magnetische Flußquanten können den FM wegen hoher Leitfähigkeit μ=μoμτ (aufgrund hoher Permeabilität) des FM in Normalenrichtung"ZU" = lock-insulated "/ non-transparent = magnetic conductive FM: Physically = magnetic flux quanta can the FM due to high conductivity μ = μoμ τ (due to high permeability) of the FM in the normal direction
(Longitudinalrichtung) nicht durchqueren, sie werden in ihrem Fluß in Tangentialrichtung (Transversalrichtung) umgelenkt/umgeleitet nach außen, d.h. FM mit abschirmender Wirkung. "ZU" bedeutet: Ferromagnetische anziehende Austauschwechselwirkung (Spinkopplungeri) wirksam (→ FM eingeschaltet).(Longitudinal direction) do not cross, they are diverted in their flow in the tangential direction (transverse direction) / diverted to the outside, i.e. FM with shielding effect. "CLOSED" means: ferromagnetic attractive exchange interaction (spin coupling) effective (→ FM switched on).
"AUF" = geöffnetfnichtisoliert" /transparent = magn. nicht leitender FM: physikalisch = magnetische Flußquanten können den stationären FM wegen sehr schlechter Leitfähigkeit (niedrige Permeabilität μτ*1) des FM, bzw. beim kinematischen FM Luft/Gas/Vakuum, das Raumgebiet durchqueren. Die"OPEN" = open non-insulated "/ transparent = magnetic non-conductive FM: physically = magnetic flux quanta can the stationary FM because of very poor conductivity (low permeability μ τ * 1) of the FM, or with the kinematic FM air / gas / vacuum, the Traverse the area
Flußquanten werden in ihrem Fluß nicht umgelenkt umgeleitet, d.h. sie wirken als abstoßendes Feld in Richtung des antiparallel orientierten Gegen-PM, d.h FM mit nicht abschirmender Wirkung. "AUF" bedeutet: Ferro-/ferrimagnetische anziehende Austauschwechselwirkung (Spinkopplungen) unwirksam (→ FM ausgeschaltet).River quanta are not diverted in their flow, i.e. they act as a repulsive field in the direction of the anti-parallel oriented counter-PM, i.e. FM with a non-shielding effect. "OPEN" means: Ferro- / ferrimagnetic attractive exchange interaction (spin couplings) ineffective (→ FM switched off).
Aus den Feldkraft-Stößen durch öffnen des FM entstehen longitudinale elastische Stoßwellen aus magnetostatischen Sub-Feldquanten und daraus zuerst eine mechanische Primär-Kraft entlang des Weges in Normalenrichtung (Longitudinal-Maschine) oder des Weges in TransversalrichtungFrom the field force shocks by opening the FM, longitudinal elastic shock waves from magnetostatic sub-field quanta are created and from this a mechanical primary force along the path in the normal direction (longitudinal machine) or the path in the transverse direction
(Transversal-Maschine) bzw. ein Primär-Drehmoment bezüglich des Winkels(Transverse machine) or a primary torque with respect to the angle
(Rotations-Maschine).(Rotary machine).
Aus dieser Kraft/Drehmoment kann elektrischer Strom mit einem E-Generator gewonnen und/oder ein Antriebsmoment direkt genutzt werden.From this force / torque, electrical current can be obtained with an e-generator and / or a drive torque can be used directly.
Die Erfindung beinhaltet eine Systematik über verschiedenen FM-Prinzipien. Die Kompensation bzw. Eliminierung von induzierten Wirbelströmen mit Anti-Lorentz-Kraft und Anti-Lenz-Kraft sind durch besondere Konstruktionen und Wirkprinzipien gewährleistet.The invention includes a system based on various FM principles. The compensation or elimination of induced eddy currents with anti-Lorentz force and anti-Lenz force are guaranteed by special designs and working principles.
IV. Wirkprinzip & Design Magnete / ElektreteIV. Principle of operation & design magnets / electrets
Offener Permanant-Magnetkreis /-Elektretkreis / Supraleiter-MagnetkreisOpen permanent magnetic circuit / electric circuit / superconductor magnetic circuit
1. Design Permanent-Magnet (PM), Permanent-Elektret (PE)1. Design permanent magnet (PM), permanent electret (PE)
Die Erfindungen gelten für ferromagnetische, ferrimagnetische und analog für ferroelektrische und ferrielektrische Stoffe.The inventions apply to ferromagnetic, ferrimagnetic and analogously to ferroelectric and ferrielectric materials.
Ferrimagnetische Stoffe haben einen sehr hohen spez. elektr. Widerstand, allerdings ist die Energiedichte wesentlich niedriger als bei ferromagnetischen Stoffen. Bei den nachfolgenden Festlegungen sind die ferro-Zferrielektrischen Stoffe (PE) in den Wirkprinzipien analog den ferromagnetischen Stoffen (PM) auslegbar. Das Design hängt von verschiedenen Parametern in nachfolgender Rangfolge ab:Ferrimagnetic substances have a very high spec. elec. Resistance, however the energy density is much lower than with ferromagnetic materials. In the following stipulations, the ferro-dielectric materials (PE) can be interpreted in the same way as the ferromagnetic materials (PM). The design depends on various parameters in the following order:
1. Magnetwerkstoff 2. Charakteristik, Kennlinien des PM-Typ: Entmagnetisierungskurve, Induktion Bf, maximales Energieprodukt (BH) ax, Koerzitivfeldstärke HC bei T, Curie-Temperatur T0, Arbeitspunkt auf der Entmagnetisierungskurve mit Entmagnetisierungsfaktor N=1. 3. Design der Form des PM und Orientierung der Feldvektoren, z.B. runder Magnet vs. Zeilenmagnet.1. Magnetic material 2. Characteristics, characteristics of the PM type: demagnetization curve, induction B f , maximum energy product (BH) ax, coercive field strength H C at T, Curie temperature T 0 , operating point on the demagnetization curve with demagnetization factor N = 1. 3. Design of the shape of the PM and orientation of the field vectors, eg round magnet vs. Lines magnet.
4. Geometrische Dimensionierung mit Optimum von Haftkraft zu Eigengewicht V=H/G.4. Geometric dimensioning with optimum adhesive force to own weight V = H / G.
5. Longitudinale / transversale Kraft-Weg-Kennlinie funktional gestalten.5. Functionally design the longitudinal / transverse force-displacement characteristic.
6. Verhältnis transversale x-Kennlinie zu transversale y-Kennlinie für Translation des FM: senkrecht vs. parallel zu den Feldlinien. Bei Verschiebung parallel zu den Feldlinien liegen Feldlinien in Richtung der Verschiebung → Kraft in Richtung Feldvektor + → -, bei Verschiebung senkrecht zu den Feldlinien werden die Feldlinien / Feldvektoren quer geschnitten -+ fast kraftlose Verschiebung, ähnlich wie im homogenen Feld, hier auf Äquipotentialfläche.6. Ratio of transverse x characteristic to transverse y characteristic for translation of the FM: vertical vs. parallel to the field lines. When moving parallel to the field lines, field lines lie in the direction of the displacement → force in the direction of the field vector + → -, when shifting perpendicular to the field lines, the field lines / field vectors are cut transversely - + almost forceless displacement, similar to the homogeneous field, here on an equipotential surface.
2. Kraft Gewicht-Optimierung des PM2. Force weight optimization of the PM
2.1 Gesamt Haftkraft und Struktur der Permaneπt-Feldbatterie (FB) Die FB kann durch Aneinanderreihung vieler Zellen-Magnete zu einer MagneMSruppe und mehrere Magnet-Gruppen zu einer Magnet=Matrix (z.B. Dreiecks-Netz, wie bei einem Supraleiter = dichteste Packung mit im Winkel dazu kinematisch oszillierenden FM, oder in x-y-Richtung mit orthogonaler FM-Oszil!ätiön) in einer Ebene Und danach zu in einem Käskädefiäufbäü (Schichtenaufbau in z-Richtung) mit vielen solchen Magnet-Matrizen zu einer Magnet-Batterie zusammengesetzt werden. So erhalten wir eine sehr große optimierte Kraft auf kleinem Raum mit kleinem Gewicht. Die Addition der Haftkraft solcher PM-Pakete erbringt wesentlich mehr Haftkraft als ein gleich schwerer einzelner PM.2.1 Total adhesive force and structure of the permanent field battery (FB) The FB can be arranged by lining up many cell magnets to form a magnetic group and several magnet groups to form a magnet = matrix (e.g. triangular network, as with a superconductor = closest packing with an angle also kinematically oscillating FM, or in the xy-direction with orthogonal FM-Oszil! ätiön) in one plane and then in a Käskädefiaufbäü (layer structure in the z-direction) with many such magnetic matrices to a magnetic battery. So we get a very large optimized force in a small space with a small weight. The addition of the adhesive force of such PM packages results in significantly more adhesive force than an equally heavy individual PM.
V. Wirkprinzip & Design Feldmodulator 1. Feldmodulator-Prinzspier. (M-FM)V. Principle of operation & design of field modulator 1. Field modulator Prinzspier. (M-FM)
Allgemeine PrinzipienGeneral principles
Für die magnetische Feldmodulator-Steuerung unterscheiden wir:We distinguish between the magnetic field modulator control:
- magnetische Feld-Leiter (Leitfähigkeit = hohes μ=μoμ{, beachte Aussteuerung in Permeabilität-Induktion-Kennlinie mit μmax - Bopt). - magnetische Feld-Nichtleiter (μt≥1 ( Luft, Vakuum, paramagnetische Stoffe, ferromagnetische Stoffe, etc.) = magnetische Isolatoren - Dimagnetika (dia - durch).- magnetic field conductor (conductivity = high μ = μoμ { , note modulation in permeability-induction characteristic with μ max - B opt ). - magnetic field non-conductor (μ t ≥1 (air, vacuum, paramagnetic substances, ferromagnetic substances, etc.) = magnetic insulators - dimagnetics (dia - through).
- magnetische Feld-Halbleiter.- magnetic field semiconductors.
Vorgenannte Systematik gilt für ferro- und ferrimagnetisch weiche Stoffe. Wirkung bei ungleichnamigen PM-Polen des magnetischen Kondensator: Wird ein Dimagnetikum in ein magnetisches Feld gebracht, so nimmt die magnetische Feldstärke gegenüber der des Vakuums auf den μrten Teil ab, während die magnetische Kapazität durch das einbringen des Dimagnetikums auf das μrfache steigt.The above system applies to ferro- and ferrimagnetic soft materials. Effect in ungleichnamigen PM-poles of the magnetic capacitor: If a Dimagnetikum placed in a magnetic field, the magnetic field strength decreases from that of the vacuum to the μ r th, while the magnetic capacitance contribute by the Dimagnetikums the μ r times increases.
Bei gleichnamigen PM-Polen:For PM Poles of the same name:
Bei Einbringen des dimagnetischen FM → Feldstärke sinkt (Spannung wird verringer) = Abstoßung wird kleiner, Kapazität steigt. Der FM wirkt in Richtung jedes PM wie ein PM mit ungleichnamigem Vorzeichen (anziehend), bzw. wie eine unmagnetisierte PlatteWhen the dimagnetic FM → field strength is reduced (voltage is reduced) = repulsion becomes smaller, capacity increases. The FM acts in the direction of each PM like a PM with an opposite sign (attractive), or like a non-magnetized plate
Im elektrischen Feld (Elektrete) gilt für die FeldleituπgIn the electric field (electrets) applies to the field line
- elektrische Feld-Leiter (Leitfähigkeit = hohes ε=εoεr, beachte Aussteuerung in Permittivität-Verschiebungsdichte-Kennlinie mit εmax - Dopt.- electrical field conductors (conductivity = high ε = εoε r , note modulation in permittivity-displacement density characteristic with ε max - D op t.
- elektrische Feld-Nichtleiter (εr≥1 ( Luft, Vakuum, ferroelektrische Stoffe, Keramik (HDK), etc) = elektrische Isolatoren = Dielektrika (dia = durch).- Electrical field non-conductor (ε r ≥1 (air, vacuum, ferroelectric materials, ceramic (HDK), etc) = electrical insulators = dielectrics (dia = through).
- elektrische Feld-Halbleiter- electrical field semiconductors
Vorgenannte Systematik gilt für ferro- und ferrielektrisch weiche Stoffe.The aforementioned system applies to ferro- and ferrielectric soft materials.
Wirkung bei ungleichnamigen PE-Polen des elektrischen Kondensators: Wird ein Dielektrikum in ein elektrisches Feld gebracht, so nimmt die elektrische Feldstärke gegenüber der des Vakuums auf den εrten Teil ab (Spannung wird verringert), während die elektrische Kapazität durch das einbringen des Dielektrikums auf das εrfache steigt.Effect in ungleichnamigen PE-poles of the electrical capacitor: If a dielectric placed in an electric field, the electric field strength decreases from that of the vacuum to the ε r th from (voltage decreases), while the electric capacity contribute by the dielectric increases ε r times.
Bei gleichnamigen PE-Polen:For PE poles of the same name:
Bei Einbringen des dielektrischen FM → Feldstärke sinkt (Spannung wird verringert) = Abstoßung wird kleiner, Kapazität steigt. Der FM wirkt in Richtung jedes PE wie ein PE mit ungleichnamigem Vorzeichen (anziehend), bzw. wie eine unmagnetisierte PlatteWhen the dielectric FM → field strength is introduced (voltage is reduced) = repulsion becomes smaller, capacitance increases. In the direction of each PE, the FM acts like a PE with a sign of the same name (attractive) or like a non-magnetized plate
M-Feldmoduiator und E-FMM-field modulator and E-FM
M-FM = ferro-/ferrimagnetischer Feldmodulator (Gegensatz: ferro-/ferrielektrischer Feldmodulator = E-FM mit ferroelektrischen Stoffen). Die Funktionsprinzipien des M-FM sind auf die desM-FM = ferro- / ferrimagnetic field modulator (contrast: ferro- / ferrielectric field modulator = E-FM with ferroelectric substances). The functional principles of the M-FM are based on that of
E-FM phänomenologisch übertragbar.E-FM phenomenologically transferable.
Grundprinzip aller Feldmodulatoren ist die Schaltung oder Verstärkung bzw.The basic principle of all field modulators is switching or amplification or
Reduktion der Permeabilität/Permittivität im Spalt zwischen den PM's/SM's, d.h. von leitend nach nicht leitend bzw. "Zu" → "Auf oder umgekehrt. Die Kapazität wird bei Einbringen des FM zwischen die gleichnamigen, sich abstoßendenReduction of the permeability / permittivity in the gap between the PM's / SM 's , ie from conductive to non-conductive or "closed" → "open or vice versa. When the FM is introduced, the capacitance is between the repulsive ones of the same name
PM-Pole, vergrößert, wobei die Feldstärke sinkt, bei öffnen des FM ist diePM pole, enlarged, the field strength decreases, when the FM is opened, the
Wirkung umgekehrt.Reverse effect.
Der Feldmodulator ist ein Dimagnetikum oder Dielektrikum für Felder und nicht für Elektronen, wobei ein Gleichgewichtszustand hergestellt wird.The field modulator is a dimagnetic or dielectric for fields and not for electrons, creating an equilibrium state.
Nachfolgend wird die Wirkung anhand von magnetischen Feldern erklärt. OptimierungThe effect is explained below using magnetic fields. optimization
Insbesondere ist daran zu denken, dass ferrimagnetische Stoffe kaum Elektronen enthalten und deshalb so gut wie nichtleitend sind. In diesem Fall kann das Kernprinzip des FKG - ohne Wirbelstromeinflüsse - besser verstanden werden.In particular, it should be borne in mind that ferrimagnetic substances contain hardly any electrons and are therefore practically non-conductive. In this case, the core principle of the FKG can be better understood - without eddy current influences.
Bei Verwendung metallisch magnetischer Feld-Leiter sind Elektronen im FM vorhanden (die freien Leitungselektronen sind die Ursache für die Wirbelströme), die erfindungsgemäß durch geeignete technische Lösungen, als Optimierung des Kernprinzips ohne Elektronen im FM in ihrer Wirkung kompensiert, reduziert oder beseitigt werden.When using metallic magnetic field conductors, electrons are present in the FM (the free conduction electrons are the cause of the eddy currents), which according to the invention are compensated for, reduced or eliminated by suitable technical solutions, as an optimization of the core principle without electrons in the FM.
Es muss auch noch die magnetisch-transversale Kraftwirkung (Anziehung des FM) bei transversaler Bewegung parallel zur magnetischen Vorzugsrichtung des PM-Feldes kompensiert werden; bei senkrechter Bewegung (auf der Äquipotentialfläche) ist das kaum notwendig.The magnetic-transverse force effect (attraction of the FM) must also be compensated for in the case of transverse movement parallel to the preferred magnetic direction of the PM field; with vertical movement (on the equipotential surface) this is hardly necessary.
Dynamisches vs. statisches longitudinales Gleichgewicht eines metallischen FMDynamic vs. static longitudinal equilibrium of a metallic FM
All diese Feldmodulator-Typen folgen einem dynamischen Prinzip:All of these field modulator types follow a dynamic principle:
Im statischen Gleichgewichts-Zustand im Gleichfeld der Magnete erfolgt keine dynamische Gegenkraft (Lorentz-Kraft). In der Grundversion des FM kann einIn the static equilibrium state in the DC field of the magnets there is no dynamic counterforce (Lorentz force). In the basic version of the FM, a
Ferrimagnetischer Stoff mit sehr hohem spez. el. Widerstand benutzt werden, der auch bei hohen Frequenzen so gut wie keine induzierten Wirbelströme und deshalb praktisch keine Lorentz-Kräfte zuläßt. Erst bei Verwendung metallisch magnetischer Feld-Leiter im Betrieb mitFerrimagnetic material with very high spec. el. resistance are used, which allows practically no induced eddy currents and therefore practically no Lorentz forces even at high frequencies. Only when using metallic magnetic field conductors in operation with
Frequenz f erfolgt eine Gegenkraft aus Wirbelstömen und Spinrelaxation: Verzögerungseffekt durch Feiddiffusion: Bei hoher Feldänderungsgeschwindigkeit werden im weichmagnetischen FM-Materiat des magnetischen Kreises, aufgrund der anwesenden Leitungselektronen im FM, Induktionsströme verursacht, die ihrer Ursache (Feldaufbau und -abbau) entgegenwirkenAt frequency f there is a counterforce from eddy currents and spin relaxation: Delay effect through field diffusion: At high field change speeds, induction currents are caused in the soft magnetic FM material of the magnetic circuit due to the presence of conduction electrons in the FM, which counteract their cause (field build-up and breakdown)
(Lenzsche Regel)). Diese Gegenkraft vermindert das zuvor statische Gleichgewicht mit steigender Frequenz(Lenz's rule)). This counterforce reduces the static balance with increasing frequency
(und schnellen Schaltvorgängen des FM), deshalb muss ein dynamischer FM diese frequenzabhängige Gegenkraft frequenzabhängig kompensieren, oder die Leitungselektronen durch Influenz aus dem Wirkungsbereich des Magnetfeldes verschieben, so dass ein dynamische Gleichgewicht entsteht.(and fast switching operations of the FM), so a dynamic FM must compensate for this frequency-dependent counterforce in a frequency-dependent manner, or move the conduction electrons out of the magnetic field's field of influence so that a dynamic equilibrium is created.
Bern.: Wechselfelder:Bern .: Alternating fields:
Der Schirmfaktor des Gehäuses fällt bei Schirmen mit Öffnungen (offene Geometrie) mit steigender Frequenz ab. Im Gegensatz zu vollständig geschlossenen Schirmen (geschlossene Geometrie) bei denen er exponentiell ansteigt. Der Schirmfaktor bedeutet Abstoßungsfeld des Gehäuses wegen induzierter Wirbelströme in der Abschirmungsschicht. -→ Geschlossene Geometrie des Gehäuses verwenden. Variable FM-Dicke (Fig. 23)In the case of screens with openings (open geometry), the shielding factor of the housing drops with increasing frequency. In contrast to completely closed umbrellas (closed geometry) where it increases exponentially. The shielding factor means the field of repulsion of the housing due to induced eddy currents in the shielding layer. - → Use closed housing geometry. Variable FM thickness (Fig. 23)
Bei der Anpassung der FM-Dicke s zur Steigerung der Anziehung des FM als Kompensation gegen Wirbetstrom-Abstoßung ist darauf zu achten, daß sich der OT-Punkt verschiebt. Deshalb muß der PM-Kolben durch ein a) Knick-Pleuel oder b) integrierte Steuerung beim Pleuellängen-Variator nachgeregelt werden mit -ΔH. Alternative: Negative magn. Vorspannung (für f= 100 - 300 Hz) mit-ΔH. Dynamische Nachführung der anziehenden Kraft bei Hub hmin → hmax (Fig. 24).When adjusting the FM thickness s to increase the attraction of the FM as compensation against eddy current repulsion, care must be taken that the TDC point shifts. Therefore, the PM piston must be readjusted by a) kink-connecting rod or b) integrated control on the connecting rod length variator with -ΔH. Alternative: Negative magn. Preload (for f = 100 - 300 Hz) with -ΔH. Dynamic tracking of the attracting force at stroke h m i n → h max (Fig. 24).
Die Lorenz-Kraftwirkungen entstehen bei: a) im geschlossenen Zustand des FM wegen der PM-Bewegung UT-→OT, b) bei Bewegung des FM mit transversalem Schneiden der longitudinalen Feldlinien zwischen den PM's.The Lorenz force effects arise when: a) in the closed state of the FM due to the PM movement UT- → OT, b) when the FM moves with transverse cutting of the longitudinal field lines between the PM's.
Dynamisches vs. statisches transversales Gleichgewicht des FM (Fig. 25 a,b)Dynamic vs. static transverse equilibrium of the FM (Fig. 25 a, b)
Die Kompensation der auftretenden transversal-statisch magnetischen Anziehung der PM's auch bei sehr langsamer FM-Bewegung in parallelem PM-Feld, wie auch die dynamischen Lorentz-Kräfte - bedingt durch Wirbelströme - bei transversal höherer Bewegungsgeschwindigkeitdes kinematischen FM, wird erfindungsgemäß ebenso gelöst.The compensation of the occurring transverse-static magnetic attraction of the PM ' s even with very slow FM movement in a parallel PM field, as well as the dynamic Lorentz forces - due to eddy currents - with a transversely higher movement speed of the kinematic FM, are also solved according to the invention.
Kompensation transversaler dynamischer Kräfte: a) Anziehung durch PM: Fι=konst, F=/(r) Fι= Anziehung durch PM b) Bremseffekt durch Wirbelströme sowohl -F2 als auch +F2. Fι= Anziehung durch PM F2 Compensation of transverse dynamic forces: a) attraction by PM: Fι = const, F = / (r) Fι = attraction by PM b) braking effect by eddy currents both -F2 and + F 2 . Fι = attraction by PM F 2
Beachte abstoßende + anziehende Kräfte neutralisieren auch Anziehung +Note repulsive + attractive forces also neutralize attraction +
Wirbelströme in der geometrischen Mitte des FM.Eddy currents in the geometric center of the FM.
2. fiismatischer Feldmodulätor (mit / ohne Lameliierung)2nd fiismatic field modulator (with / without lamination)
Kinematischer Verschluß (FM-Platte bewegt sich in verschiedene Stellungen)Kinematic lock (FM plate moves in different positions)
(Fig. 26):(Fig. 26):
FM "AUF" 5= magnetischer Fluß in z.B. Luft (magn. Isolator) → hohe Feldstärke zwischen den PM's, kleine KapazitätFM "OPEN" 5 = magnetic flux in e.g. Air (magn. Isolator) → high field strength between the PM's, small capacity
FM "ZU" = magnetischer Fluß im FM (magn. Leiter). → kleine Feldstärke zwischen den PM's, hohe KapazitätFM "CLOSE" = magnetic flux in the FM (magnetic conductor). → small field strength between the PM's, high capacity
2.1 Geometrie des Abschirmgehäuses Bern. : Wechselfelder:2.1 Geometry of the shielding housing Bern. : Alternating fields:
Der Schirmfaktor des Gehäuses fällt bei Schirmen mit Öffnungen (offene Geometrie) mit steigender Frequenz ab. im Gegensatz zu vollständig geschlossenen Schirmen (geschlossene Geometrie) bei denen er exponentiell ansteigt. Der Schirmfaktor bedeutet Abstoßungsfeld des Gehäuses wegen induzierter Wirbelströme in der Abschirmungsschicht.In the case of screens with openings (open geometry), the shielding factor of the housing drops with increasing frequency. in contrast to completely closed umbrellas (closed geometry) where it increases exponentially. The shielding factor means the field of repulsion of the housing due to induced eddy currents in the shielding layer.
→ Geschlossene Geometrie des Gehäuses verwenden, d.h. der Geometrieeffekt ist ggf. größer als der Werkstoffeffekt.→ Use the closed geometry of the housing, i.e. the geometric effect may be greater than the material effect.
Offene Geometrie : 1. FM als Platte mit Dicke s=Open geometry: 1. FM as plate with thickness s =
Geschlossene Geometrie:Closed geometry:
2. FM als Deckel (Platte mit Dicke s) eines doppelräumigen Abschirmgehäuses (in jedem Raum ein PM) (= im Takt geschlossene / offene Geometrie) (Fig. 27), Varianten wie zuvor genannt. 2.2 Passive und aktive Enline- und Outline-FM's2. FM as cover (plate with thickness s) of a double-room shielding housing (in each room a PM) (= closed / open geometry in time) (Fig. 27), variants as mentioned before. 2.2 Passive and active enline and outline FM's
Der passive FM hat keine aktiven longitudinal anziehenden Hilfsfelder/Anziehungskräfte, außer sich selbst; vorzugsweise bei Ferriten (Fig. 28).The passive FM has no active longitudinally attractive auxiliary fields / forces other than itself; preferably with ferrites (Fig. 28).
Der passive FM kann mit einem aktiven FM ergänzt werden, um abstoßende Wirbelstrom-Kräfte etc. zu kompensieren bzw. um den FM in der Dicke dünner gestalten zu können, so daß die PM's dichter zusammenkommen können. Die aktiven Hilfsfelder müssen auch im Zusammenhang mit demThe passive FM can be supplemented with an active FM in order to compensate repulsive eddy current forces etc. or to make the FM thinner in thickness so that the PMs can come closer together. The active auxiliary fields must also in connection with the
Energieverbrauch des aktiven FM betrachtet werden, womit der Wirkungsgrad beeinflußt wird.Energy consumption of the active FM are considered, which affects the efficiency.
Feldmodulator-Arten (Fig. 29): Ihline-FM (Fig. 29.1):Field modulator types (Fig. 29): Ihline-FM (Fig. 29.1):
Optimierung s durch Verstärkung der Anziehung → «;s Fig. 29.1 d): Varianten a) Weichmagnetischer Kern, Verstärkungswirkung mit geringem Spulenstrom am Arbeitspunkt A3 der B-H-Kennlinie, oder Spule kann flache Spirale sein, um sie sehr klein zu machen (Spule geätzt auf Ferro-Substrat). b) Hartmagnetischer Kern: Magnetisierung / Entmagnetisierung c) Halbharter magn. Kern bistabil schaltbar = binär schaltbarer Dauermagnet durch Magnetisierungs-/Demagnetisierungs-Impuls.Optimization s by increasing the attraction → «; s Fig. 29.1 d): Variants a) Soft magnetic core, reinforcing effect with low coil current at the operating point A 3 of the BH characteristic, or coil can be a flat spiral to make it very small (coil etched on ferro substrate). b) Hard magnetic core: magnetization / demagnetization c) Semi-hard magn. Core bistable switchable = binary switchable permanent magnet by magnetizing / demagnetizing pulse.
Fig. 29.1 e): Varianten a) Äußerer Permanent-Magnet mit Flußleitstücken b) Äußere Spule (Energie darf Gesamtbilanz nicht aufzehren). Verstärkung durch Kern am Arbeitspunkt A3. c) Hartmagnetischer Kern: Magnetisierung / Entmagnetisierung d) Halbhart magn. Kern bistabil schaltbar = binär schaltbarer Dauermagnet durch Magnetisierungs-/Demagnetisierungs-Impuls.Fig. 29.1 e): Variants a) Outer permanent magnet with flux guide b) Outer coil (energy must not consume the total balance). Reinforcement by core at working point A 3 . c) Hard magnetic core: magnetization / demagnetization d) Semi-hard magn. Core bistable switchable = binary switchable permanent magnet by magnetizing / demagnetizing pulse.
Beachte Masse des FM mit Spule etc. → höhere kinetische Energie. Fig. 29.1 f): → geringe kinetische Energie, da die Spulen/Permanentmagnete nicht mitbewegt werden müssen. Felderzeugungs-Varianten wie zuvor beschrieben.Note mass of FM with coil etc. → higher kinetic energy. Fig. 29.1 f): → low kinetic energy, since the coils / permanent magnets do not have to be moved. Field generation variants as previously described.
Outline-FM (Fig. 29.2) Passive Permanent-Magnete-FM oder aktive E-Magnete-FM.Outline FM (Fig.29.2) Passive permanent magnet FM or active E magnet FM.
Gleichgewicht nicht durch Ferro-Anziehung, sondern passive/aktive Felder. Wegen der 45°-Stellung der Flächen besteht Longitudinalfeld- und Transversalfeld-Modulation. Fig. 29.2 e): Kamm-FMBalance not through ferro attraction, but passive / active fields. Because of the 45 ° position of the surfaces there is longitudinal field and transverse field modulation. Fig.29.2 e): Comb FM
Kamm-FM hat ggf. mehr Anziehung, weil mehr weichmagnetisches Material zur Wirkung kommt und dabei die PM's trotzdem sich ganz nahe kommen können (Kontakt → 100% Kraftausbeute).Comb FM may have more attraction because more soft magnetic material comes into effect and the PMs can still get very close (contact → 100% power yield).
FM-Bewegung Richtung x- bzw. z-Richtung, je nach Feldlinienrichtung (parallel 0. senkrecht). 2.2.1 Weichmagnetischer StoffFM movement in the x or z direction, depending on the field line direction (parallel 0. vertical). 2.2.1 Soft magnetic material
Neu: FM mit negativer magnetischer Energie -(BH)max = Anziehung /Wagnetfs/eπvngskennlinie von weichmagnetischen Stoffen → negatives Energieprodukt: -(B(+H))maχ als negative magnetische Feld-Energie (-W), da weichmagnetischer Stoff anziehend imNew: FM with negative magnetic energy - (BH) max = attraction / magnetic / characteristic curve of soft magnetic materials → negative energy product: - (B (+ H)) ma χ as negative magnetic field energy (-W), because soft magnetic material attracts in the
Gleichgewicht gegen die sich abstoßenden Magnete mit positiver magnetischer Feld-Energie (+W) und positivem Energieprodukt (B(-H))max.Balance against the repelling magnets with positive magnetic field energy (+ W) and positive energy product (B (-H)) max .
Magnetische Formanisotropie Entscheidend ist der Arbeitspunkt A3 der Magnetisierungskennlinie bei weichmagnetischem Stoff mit geometrieabhängigem Magnetisierungsfaktor N bei -(BH)maχ, analog Entmagnetisierungsfaktor bei Permanentmagneten. Der Arbeitspunkt A3 der weichmagnetischen FM-Platte ist bei -(BH)max. 2.3 Aktiver FMMagnetic shape anisotropy The operating point A3 of the magnetization characteristic for soft magnetic material with geometry-dependent magnetization factor N at - (BH) m aχ is decisive, analogous to the demagnetization factor for permanent magnets. The working point A 3 of the soft magnetic FM plate is at - (BH) max . 2.3 Active FM
Erfindungsgemäß gibt es mehrere Arten von aktiven FM's mit folgenden Fallunterscheidungen:According to the invention, there are several types of active FM's with the following case distinctions:
I. Aktive FM's, um den FM in seiner grundsätzlichen FM-Primäwirkung zu schalten/verstärken.I. Active FM's to switch / amplify the FM in its basic FM primary effect.
II. Aktive FM's, um den FM mit anziehenden Ko-Feldern, zur Unterstützung von anziehenden FM-Kräften, zu verstärken. A. → magnetische Hilfsfelder Aktive FMs, um mit einem magnetisch Hilfsfeld die Wirkung aktiv zu verstärken. 1. Longitudinale Richtung Dünnere FM-Schicht mit der Folge einer höheren Abstoßungswirkung bei PM-Position im normalen Gleichgewichtsabstand → Verstärkung der Anziehung durch anziehendes Hilfsfeld. 2. Transversale Richtung Anziehung durch die PM's auf ferro-/ferrimagnetisches Material bei Magnetfeld parallel zur FM-Bewegung → Verstärkung der Abstoßung als Kompensation der transversalen Anziehung durch abstoßendes Hilfsfeld.II. Active FM's to reinforce the FM with attractive co-fields to support attractive FM forces. A. → Auxiliary magnetic fields Active FMs to actively enhance the effect with an auxiliary magnetic field. 1. Longitudinal direction Thinner FM layer with the consequence of a higher repulsive effect at PM position in the normal equilibrium distance → strengthening of the attraction by an attractive auxiliary field. 2. Transversal direction attraction by the PM's on ferro- / ferrimagnetic material with magnetic field parallel to the FM movement → reinforcement of the repulsion as compensation of the transverse attraction by repulsive auxiliary field.
III. Aktive FM's, um den FM mit Anti-Feldern zur Kompensation von induzierten Kräften zu unterstützen. A. → Leitungselektronen im FM nicht vorhanden (ferrimagnetische Stoffe): keine Kompensation, da spez. elektr. Widerstand sehr hoch. = FM-Grundprinzip. B. → mechanische Anti-Wirbelstrom-Prinzipien Leitungselektronen vorhanden, aber mit mechanischen Anti-Wirbelstrom-Prinzipien induzierte Ströme und Kräfte minimieren. = Optimierung 1. Art. C. → elektrische Anti-Wirbelstrom-Prinzipien Leitungselektronen vorhanden, aber mit elektrischen Influenz-Prinzipien Leitungseiektronen außerhalb des magnetischen Feldwirkungsbereiches bringen. = Optimierung 2. Art. D. → magnetische Anti-Wirbelstrom-Prinzipien Leitungselektronen vorhanden im magnetischen Feldwirkungsbereich → aktiver Feldmodulator mit aktiven magnetischen Anti-Feldern. = Optimierung 3. Art. 1. Longitudinal-Kraft-Kompeπsation Abstoßenden Wirbelstrom-Kräfte (Lenz-Regel), wenn FM geschlossen und Bewegung PM UT → OT. Der aktive FM besteht darin, daß er seine ongitudinal anziehende Wirkung in der Stärke steuern/regeln kann, um so das Gleichgewicht (trotz Wirbelstrom-Abstoßung aufgrund der Leitungselektronen im FM) dynamisch erhalten zu können. 2. Transversal-Kraft-Kompensation Auch die transversale Wirkung der Abstoßung durch Wirbelströme (Bremseffekt); kann dynamisch gesteuert werden.III. Active FM's to support the FM with anti-fields to compensate for induced forces. A. → Line electrons not present in the FM (ferrimagnetic substances): no compensation, since spec. elec. Resistance very high. = FM basic principle. B. → Mechanical anti-eddy current principles There are conduction electrons, but minimize currents and forces induced with mechanical anti-eddy current principles. = Optimization 1st Art. C. → electrical anti-eddy current principles of conduction electrons available, but with electrical influence principles bring conduction electrons outside the magnetic field range. = Optimization 2. Art. D. → Magnetic anti-eddy current principles. Conduction electrons present in the magnetic field effect range → active field modulator with active magnetic anti-fields. = Optimization 3. Art. 1. Longitudinal force compensation Repelling eddy current forces (Lenz rule) when FM closed and movement PM UT → OT. The active FM consists of the fact that it can control the strength of its longitudinal attraction in order to maintain the balance dynamically (despite eddy current repulsion due to the conduction electrons in the FM). 2. Transversal force compensation Also the transverse effect of the repulsion by eddy currents (braking effect); can be controlled dynamically.
Die Kompensation kann realisiert werden z. B. durch aktive magnetische Hilfsfelder (Fig. 30)The compensation can be implemented e.g. B. by active magnetic auxiliary fields (Fig. 30)
Magnetisiert erzeugen 2 in der Symmetrieebene des FKG aneinanderliegende FM je ein anziehendes Gegenfeld (antiparallel anziehend) zur Erzeugung des Gleichgewichtes oder zur Kompensation von statischen/dynamischen Gegenkräften gegenüber dem jeweils abstoßenden Magneten = "ZU". "AUF" = ohne Magnetisierung.Magnetized, 2 FMs lying next to each other in the plane of symmetry of the FKG create an opposing field (antiparallel attracting) to create the equilibrium or to compensate for static / dynamic opposing forces compared to the repelling magnet = "CLOSED". "OPEN" = without magnetization.
Die Magnetisierung kann bistabit sein, weil dann die Feldkraft ohne dauernde äußere Energiezufuhr bei der Bewegung der PM's von UT bis OT erhalten bleibt. Varianten zur aktiven Feld-Erzeugung / Gegenfeld-Kompensation a) Struktur (z.B. Spule) mit Impulsmagnetisierung Unipolare (einseitige) Impulsmagnetisierung mit Feldstärkehub Δfi und Induktionshub ΔB (Magnetisierungsstrom fließt nur in eine Richtung in einer gegenüber der Periodendauer sehr kurzen Zeitspanne = Impulsdauer). b) Struktur (z.B. Spule) mit Impulsdraht Die Ummagnetisierung erfolgt durch einen einzigen Sprung (Z-Schleife), der einen hohen Spannungsimpuls zur Folge hat. c) Erzeugung energiereicher Stromimpulse - Pulskompressionstechnik unter Verwendung magnetischer Schalter - Stoff mit Rechteckschleife, vorzugsweise amorphe Metalle, wegen geringer dynamischer Ummagnetisierungsverluste d) Beachte bei hoher Aussteuerung: Absinken des Schirmfaktors im passiven FM mit steilem Abfall in Permeabilität-Induktion-Kurve, wenn das Material in die Sättigung gerät. e) Eine Hochfeldspule wirkt wie eine Luftspule ohne Verstärkung durch den weichmagnetischen Kern.The magnetization can be bistable because then the field force is maintained without constant external energy supply during the movement of the PMs from UT to OT. Variants for active field generation / opposing field compensation a) Structure (e.g. coil) with pulse magnetization Unipolar (one-sided) pulse magnetization with field strength stroke Δfi and induction stroke ΔB (magnetization current only flows in one direction in a very short period of time compared to the period = pulse duration). b) Structure (eg coil) with pulse wire The magnetization is carried out by a single jump (Z loop), which results in a high voltage pulse. c) Generation of high-energy current pulses - pulse compression technology using magnetic switches - fabric with a rectangular loop, preferably amorphous metals, due to low dynamic magnetic reversal losses d) Note at high modulation: the shielding factor drops in passive FM with a steep drop in permeability-induction curve when the material saturates. e) A high field coil acts like an air coil without reinforcement by the soft magnetic core.
Kopplung aktiver FM mit kinematischem FMCoupling active FM with kinematic FM
Der aktive FM kann gekoppelt werden (und/oder) mit: a) dem kinematisch-passiven FM, um Wirkungen / Kompensationen dynamisch verändern zu können. b) weichmagnetischem doppelräumigem Abschirmgehäuse (magnetischer Nebenschluß, im Takt offene/geschlossene Geometrie) ohne kinematische Bewegung. The active FM can be coupled (and / or) with: a) the kinematic-passive FM, in order to be able to change effects / compensations dynamically. b) soft magnetic double-room shielding housing (magnetic shunt, open / closed geometry in time) without kinematic movement.
3. Stationärer Feldmodulator (mitohne Lameflierung Feldmodulator-Systematik Übersicht aktive FM-Varianten3. Stationary field modulator (with no Lameflierung field modulator system overview of active FM variants
1. Permeabilität-Flußdichte-FM = μmax/Bopt = max. Leitfähigkeit → μmin/Bmax = min. Leitfähigkeit, oder μi/Bmin = min. Leitfähigkeit, oder Flußdichteänderung: - Abstand FM in Normalrichtung zur Magnetfläche ändern PM → Δs → ±ΔB - etc.1. Permeability-flux density-FM = μ max / B opt = max. Conductivity → μmin / Bmax = min. Conductivity, or μi / B m in = min. Conductivity or flux density change: - Change the distance FM in the normal direction to the magnetic surface PM → Δs → ± ΔB - etc.
2. ThermoMag-FM Schalten der Curie-/Neel-Temperatur . Fe/ro-/Ferri-magnetisch Ferro-/Ferri-elektrisch →Magnetisierung "einfrieren"2. ThermoMag-FM switching the Curie / Neel temperature. Fe / ro- / Ferri-magnetic Ferro- / Ferri-electrical → magnetization "freeze"
3. Anisotropie-FM Magnetische Vorzugsrichtung ändern a) Kristallanisotropie ändern / Kornorientierung ändern b) Spannungsinduzierte Anisotropie - umgekehrte Magnetostriktion mech. Spannung ändert Permeabilität (Villareffekt)3. Anisotropy FM Change magnetic preferred direction a) Change crystal anisotropy / change grain orientation b) Stress-induced anisotropy - reverse magnetostriction mech. Voltage changes permeability (Villar effect)
4. Weichmagn. Induktions-FM - + ΔB — B0pt - Bmax Bmin Impulsmagnetisierung mit Pulskompression (UT→OT) Verstärkung durch den Kern4. Soft mag. Induction FM - + ΔB - B 0 pt - Bmax B m in pulse magnetization with pulse compression (UT → OT) amplification by the core
5. Hartmagn. Induktions-FM = Magnetische Kippschalter, oder instationäre magn.Spannung→ variable Remanenz Bf 5. Hard Magn. Induction FM = magnetic toggle switch, or transient magnetic voltage → variable remanence B f
6. Induktionsstrom-FM = Induzierter Wirbelstrom "An"/" Aus" erzeugt in z.B. AL-/Cu-Schicht6. Induction current FM = induced eddy current "On" / "Off" generated in e.g. AL / Cu layer
7. Grenzfrequenz-FM = Schaltung durch Betrieb unter/über der Grenzfrequenz7. Limit frequency FM = switching by operating below / above the limit frequency
8. Spinresonanz-FM - Klappen der Spinrichtung (Ferro-/Ferrimagnetische Resonanz)8. Spin resonance FM - flap of the spin direction (ferro- / ferrimagnetic resonance)
9. ParaFerro-/Ferri-FM = Ferro-/Ferri-Front-Wanderung Kopplungsschicht bzw. Sperrschicht wandert durch den FM, jedoch ohne Temperaturänderung → Atomabstand aktiv ändern9. ParaFerro- / Ferri-FM = Ferro- / Ferri-front migration Coupling layer or barrier layer travels through the FM, but without temperature change → actively change atomic distance
10. M-Halbleiter-FM - Magnetronen- / Magnetronen-Löcher- Wanderung (→ Magnetronik) → Schaltung /Verstärkung / Triggerung M-Bipolar-Transistor, oder M-Feldeffekt-Transistor10. M-semiconductor FM - magnetron / magnetron hole migration (→ magnetronics) → Switching / amplification / triggering M bipolar transistor, or M field effect transistor
11. M-Tunnel-FM = Schaltung magnetischer Tunnelstrom Magnetische Spannung → tunneln / tunneln nicht möglich = SmlmSm-Kondensator magn. Tunnelstrom mit dünner I-Schicht = Dimagetikum = FM, magnetische Spannung → durchleitend / gesperrt11. M-tunnel FM = switching magnetic tunnel current Magnetic voltage → tunneling / tunneling not possible = S m l m S m capacitor magn. Tunnel current with thin I-layer = Dimagetic = FM, magnetic voltage → conducting / blocked
T2. Supraleiter HTSL (Typ 3)-FM = Sch ltung normalleitend/supraleitend → Temperaturänderung = SmlmSm-Kondensator magn. Strom mit dicker I-Schicht = Dimagetikum = FM, magnetische Spannung → durchleitend / gesperrt HTSL Typ 3 hat Hysterese. T2. Superconductor HTSL (type 3) -FM = circuit normal / superconducting → temperature change = S m l m S m capacitor magn. Current with thick I-layer = Dimagetic = FM, magnetic voltage → conducting / blocked HTSL type 3 has hysteresis.
Generelles Wirkprinzip des stationären FM Die magnetische Leitfähigkeit μ-μQμr bzw. elektrische Leitfähigkeit ε=εoεr wirkt wegen der negativen Feldenergie immer anziehend vermittelnd auf die Magnete bzw. Elektrete, so dass mit einem Feidmodulator - bei gegebener Permeabilität bzw. Permittivität - der Spalt Kanal zwischen den PM's/PE's von μ bzw. εr =1 → max. und umgekehrt geschaltet und/oder verstärkt/abgeschwächt werden kann (Fig. 31).General principle of operation of the stationary FM The magnetic conductivity μ-μ Q μ r or electrical conductivity ε = εoε r always has an attractive mediating effect on the magnets or electrets due to the negative field energy, so that with a Feid modulator - for a given permeability or permittivity - the gap channel between the PM's / PE's of μ or ε r = 1 → max. and reversed and / or amplified / weakened (Fig. 31).
Ab-/Anschalten des Ferro-/Ferrimagnetismus Im magnetischen Fall laufen alle Stoff-Wirkprinzipien darauf hinaus, dass dieSwitching the ferro- / ferrimagnetism on and off In the magnetic case, all substance-active principles boil down to the fact that
Spinkopplung bzw. die Austauschwechselwirkung der unkompensierten inneren Elektronenschalen im Falle der Transparenz aufgehoben wird (- Abschalten des Ferro-/Ferrimagnetismus), und umgekehrt: Bei eingeschaltetem Ferro-/Ferrimagnetismus können die Flußquanten den FM nicht passieren:Spin coupling or the exchange interaction of the uncompensated inner electron shells is canceled in the case of transparency (- switching off the ferro / ferrimagnetism), and vice versa: When the ferro / ferrimagnetism is switched on, the flux quanta cannot pass the FM:
Das Feld der antiparallelen PM's wird, wegen hoher Leitfähigkeit des Stoffs in Relation zur Flußdichte B, im FM stark deformiert (Fig. 32). Dies hat Auswirkungen auf die Spinmomente der Domänen (Weisssche Bezirke) von statistisch verteilt / ungeordnet / paramagnetischer Wirkung in richtungsgeordnet bezüglich der antiparallelen PM-Feldlinien im FM (hoheThe field of the anti-parallel PM's is strongly deformed in the FM due to the high conductivity of the substance in relation to the flux density B (FIG. 32). This has an impact on the spin moments of the domains (Weiss districts) from statistically distributed / disordered / paramagnetic effects in directional order with regard to the antiparallel PM field lines in FM (high
Leitfähigkeit), so als hätte man.die Curie- bzw. Neel-Temperatur unterschritten. Beachte: Es gibt bezüglich der Curie- bzw. Neel-Temperatur auch Stoffe mit umgekehrter Wirkung. Beachte ImpuispermeabilitätConductivity), as if you had . the Curie or Neel temperature fell below. Note: There are also substances with the opposite effect regarding the Curie or Neel temperature. Note impulse permeability
"Auf wegen μr«1 (paramagnetisch) "Zu" wegen a) aktive Spule schaltet zwischen mit μmax - Bopt → μτ~1 - Bmaκ , oder b) zur anderen Seite der Kennlinie mit μ-, - B=0, Gleichgewicht plus variable Kompensation c) Bistabil: Halbhart magnetischer Kern = Schaltung von konstanten Feldern"Open because of μ r « 1 (paramagnetic) "Close" because of a) active coil switches between with μ max - B op t → μ τ ~ 1 - B maκ , or b) to the other side of the characteristic with μ-, - B = 0, balance plus variable compensation c) Bistable: semi-hard magnetic core = switching of constant fields
FM als Feld-Schalter (Fig. 33)FM as field switch (Fig. 33)
Stationär-aktive dünne Sperrschicht bei Normaltemperatur mit den FM-Typen: 1. Leitend-nicht leitend-FM, Schalten bezüglich B-H-Kennlinie 2. ThermoMag-FM: Schalten der Curie- bzw. Neel-Temperatur 3. Grenzfrequenz-Feld-Schalter 4. Magnetoelastischer Feld-Schalter 5. ParaFerro-/Ferri-FM Schalten der Austauschwechselwirkung mit einer atomaren Sperrschicht Bewegung der Spinkopplung durch den Kristall 6. M-Halbleiter-FM, Schalten mit M-Feld-Transistoreffekt 7. Tunneleffekt-FM, Flußquanten durchtunneln den FMStationary active thin barrier layer at normal temperature with the FM types: 1. Conductive-non-conductive FM, switching with respect to BH characteristic 2. ThermoMag-FM: Switching the Curie or Neel temperature 3. Limit frequency field switch 4 Magnetoelastic field switch 5. ParaFerro- / Ferri-FM switching the exchange interaction with an atomic junction Movement of the spin coupling through the crystal 6. M-semiconductor FM, switching with M-field transistor effect 7. Tunnel effect FM, flux quanta tunnel through the FM
Fig. 33: Allgemeine Prinzipien des Feldmoduiators Modulation des ferro-/ferrimagnetisch statischen Feldes durch: A) Kinematischer Schalter mit Passiv- und/oder Aktivelement; passiv: sperrt das PM-Feld, aktiv: Gegenkraft (Kompensation) durch anziehendes Magnetfeld. B) Bistabiler Tc-Permeabilitäts-Schalter durch Temperaturdifferenz am Curiepunkt (Tc).Fig. 33: General principles of the field modulator Modulation of the ferro- / ferrimagnetic static field by: A) Kinematic switch with passive and / or active element; passive: blocks the PM field, active: counterforce (compensation) due to an attracting magnetic field. B) Bistable Tc permeability switch due to temperature difference at the Curie point (Tc).
C) Grenzfrequenz-Schalter: Transparenz durch überschreiten der Grenzfrequenz. D) Magnetoelastischer Feld-SchalterC) Cut-off frequency switch: transparency by exceeding the cut-off frequency. D) Magnetoelastic field switch
Fig. 33 b 1):Fig. 33 b 1):
B-T-Kennlinie = Induktion-Temperatur-KurveB-T characteristic = induction-temperature curve
Temperatur Tc hebt die Spinkopplung auf: FM schaltet von "ferromagnetische" in "paramagnetische" Wirkung um durch Temperaturänderung auf Tc.Temperature T c removes the spin coupling: FM switches from "ferromagnetic" to "paramagnetic" effect by changing the temperature to T c .
Auch variable Einstellung möglich (Kompensatorfunktion).Variable setting also possible (compensator function).
Fig. 33 b 2):Fig. 33 b 2):
Wenn die Curietemperatur schnell geschaltet werden soll, so geht das elektrisch Mit Peltierelemeήteh7die sowohl Wärme wie Kälte liefern oder durchIf the Curie temperature is to be switched quickly, this is done electrically with Peltier elements that deliver both heat and cold or through
Laserstrahlen - Wärme mit anschließendem Abkühlen und "Einfrieren" eines anderen magnetischen Zustandes.Laser beams - heat with subsequent cooling and "freezing" another magnetic state.
Der FM kann in Layertechnik mit integrierten Peltierelementen aufgebaut werden.The FM can be built up using layer technology with integrated Peltier elements.
Die Schichten sind sehr dünn, so daß schnell zwischen Ferro-Para-Ferro-Zustand umgeschaltet werden kann. Schalttemperatur Tc~ 30° C. Die Sättigungsinduktion bei diesen Werkstoffen ist nicht sehr hoch (B& 0,5 T).The layers are very thin so that you can quickly switch between the ferro-para-ferro state. Switching temperature Tc ~ 30 ° C. The saturation induction with these materials is not very high (B & 0.5 T).
Fig.33 b 3):Fig. 33 b 3):
-F = Anziehung des ferromagnetischen Kolbens bei FM-Tc"Auf . Es kann bei dieser Konstruktion auf einen abstoßenden antiparallelen-F = attraction of the ferromagnetic piston at FM-Tc "Auf. With this construction it can be a repulsive antiparallel
Gegenmagneten verzichtet werden (Gewichtsersparnis).Counter magnets can be dispensed with (weight saving).
Fig. 33 c):Fig. 33 c):
FM-Steuerung durch Frequenz größer als Grenzfrequenz des Stoffs → Änderung der Permeabilität. Der FM wird entsprechend des Motortaktes geschaltet:FM control by frequency greater than the cutoff frequency of the substance → change in permeability. The FM is switched according to the motor cycle:
1. Bei OT = "An" → FM paramagnetisch → transparent für PM-Feld aufgrund höherer Frequenz als Grenzfrequenz des nun dynamisierten (instationären) PM-Gleichfeldes.1. With OT = "On" → FM paramagnetic → transparent for PM field due to higher frequency than the limit frequency of the now dynamic (unsteady) PM constant field.
Die Permeabilität aller magnetischen Werkstoffe zeigt oberhalb einer bestimmten Frequenz einen deutlichen Abfall → Grenzfrequenz. Ursache:The permeability of all magnetic materials shows a clear drop → cutoff frequency above a certain frequency. Root cause:
Wirbelströme und Spinrelaxation.Eddy currents and spin relaxation.
2. Bei UT = "Aus" → FM ferromagnetisch → gesperrt. PM-Kolben kann sich im Gleichgewichtszustand in Richtung OT zurück bewegen PM Permanent-Magnet2. With UT = "Off" → FM ferromagnetic → blocked. PM piston can move back towards TDC when in equilibrium. PM permanent magnet
FM Feldmodulator FM FrequenzmodulatorFM field modulator FM frequency modulator
Bei diesen FM-Versionen kommt es besonders auf den Energieverbrauch an, da der FM permanent zwischen den antiparallelen PM's in seinerWith these FM versions, energy consumption is particularly important, since the FM is permanently between the anti-parallel PM's in its
Wirkung an - und abgeschaltet wird. Geometrie und Form des FM-ΘehäusesEffect is switched on and off. Geometry and shape of the FM housing
Die Prinzipien, wie schon beim kinematischen FM (offene/geschlossene Abschirm-Geometrie) beschrieben.werden hier ebenso anwendbar. Die Abschirmwirkung = Abstoßungswirkung bei Wechselfeldern (Erhöhung des Schirmfaktors infolge induzierter Wirbelströme) ist zu beachten.The principles as already described for kinematic FM (open / closed shielding geometry) can also be applied here. The shielding effect = repulsive effect in the case of alternating fields (increase in the shielding factor due to induced eddy currents) must be observed.
Auch hier können Ferro-/ferrimagnetische Stoffe eingesetzt werden, je nach gewünschtem Effekt. Die einzelnen Möglichkeiten zur Flußsteuerung in der FM-Schicht gemäßFerro- / ferrimagnetic materials can also be used here, depending on the desired effect. The individual possibilities for flow control in the FM layer according to
Systematik werden nun erfindungsgemäß erklärt:Systematics are now explained according to the invention:
1. Permeabilität-Flußdichte-FM1. Permeability-flux density-FM
Die Schattung erfolgt durch longitudinale Verschiebung der PM's u Δs ZUF Symmetrieebene des F mit der olge"der Erniedrigung der "örtlich ~ wirksamen Flußdichte (starker Abfall in der Permeabilität-Induktion-Kurve mit zunehmendem Abstand Δs von der Magnetffäche).The shading takes place by longitudinal displacement of the PM's u Δs ZUF plane of symmetry of the F with the same " lowering of the " local ~ effective flux density (strong decrease in the permeability-induction curve with increasing distance Δs from the magnetic surface).
Damit wird der Wirkungspunkt auf der Permeabilität-Induktions-Kennline verschoben und der stationäre FM schaltet zwischen "Zu" bei Δs = 0 und "Auf bei Δs - Δs, womit sich die Permeabilität stark ändertThis shifts the point of action on the permeability-induction characteristic and the stationary FM switches between "closed" at Δs = 0 and "open at Δs - Δs, which greatly changes the permeability
(FM: Intransparent→ transparent) (Fig. 34).(FM: non-transparent → transparent) (Fig. 34).
Δs → -ΔB: Bmax Bopt → Bmax , oder Bopt -→ Bmin -→Bopt, je nach Richtung auf der Permeabilität-Flußdichte Kennlinie.Δs → -ΔB: Bmax B op t → B max , or B op t - → B min - → B opt , depending on the direction on the permeability-flux density characteristic.
2. ThermoMag-FM2. ThermoMag-FM
- Ausnutzung der stark nichtlinearen Induktion-Temperatur-Kurve- Utilization of the strongly non-linear induction-temperature curve
- FM Verschluß schalten. Prinzip Ferro-/Ferrimagnetisch/-elektrisch: 1. AUF: durch Erwärmung bis in die Nähe oder über die Curie- bzw. Neel-Temperatur (= paramagnetisch » transparent = AUF) 2. Neutralisation (μr*1) oder Ummagnetisierung unter Wirkung eines - konstanten vormagnetisierenden Feldes oder - durch tmpulsmagnetisierung, beachte Impulspermeabilität 3. ZU: "Einfrieren" des ummagnetisierten Zustandes → Magnetisierungsrichtung = anziehend gegenüber Magnet; durch Abkühlen unter Tc bzw. TN= ferro~/ferrimagnetisch =* "ZU" → nichtlinearer FM-Schalter.- Switch the FM lock. Principle ferro- / ferrimagnetic / -electrical: 1. OPEN: by heating up close or above the Curie or Neel temperature (= paramagnetic »transparent = OPEN) 2. Neutralization (μ r * 1) or magnetic reversal under effect a - constant pre-magnetic field or - due to pulse magnetization, note pulse permeability 3. CLOSE: "freezing" the magnetized state → direction of magnetization = attractive to magnet; by cooling under Tc or TN = ferro ~ / ferrimagnetic = * "CLOSE" → non-linear FM switch.
3. Anisotropie-FM3. Anisotropy FM
1. Kristallorientierung / Kornorientierungs-Umschalter: transversale oder longitudinale Kristall- / Kornorientierung = Flußorientierung = magnetische Vorzugsrichtung schaltbar1. Crystal orientation / grain orientation switch: transverse or longitudinal crystal / grain orientation = flux orientation = magnetic preferred direction switchable
2. Villareffekt: Änderung der Permeabilität durch mechanische Beanspruchung (Umgekehrte Magnetostriktion) schalten. 3. Magnetische Vorspannung: Spannungsanisotropie durch statische/dynamische Zugspannung einbringen →magnetische Vorzugsrichtung parallel zur Zugspannung im FM-Blech. Die Zugspannung kann im FM durch eine Vorspannung, z.B. durch Magnetfeldtemperung, erfolgen.2. Villar effect: change the permeability due to mechanical stress (reverse magnetostriction). 3. Magnetic preload: Introduce stress anisotropy through static / dynamic tensile stress → magnetic preferential direction parallel to the tensile stress in the FM sheet. The tensile stress in the FM can be achieved by prestressing, for example by magnetic field tempering.
4. Weichmagnetischer Induktions-FM4. Soft magnetic induction FM
Ausnutzung hoher Aussteuerung: Absinken des Leitfaktors (statt Schirmfaktors) im FM mit steilem Abfall in Permeabilität-Induktion-Kurve, wenn das Material in die Sättigung gerät, oder wenn B-H→O, d.h. μmax →μ\.Utilization of high modulation: lowering of the master factor (instead of screen factor) in FM with a steep drop in the permeability-induction curve when the material saturates, or when BH → O, ie μ max → μ \ .
Es erfolgt keine mechanische Verschiebung der PM's um Δs, sondern eineThere is no mechanical displacement of the PM's by Δs, but one
- Impulsmagnetisierung für hohe Aussteuerung B max (optimal: bistabiier Magnetfeldschalter), beachte Impulspermeabilität a) Struktur (z.B. Spule) mit Impulsmagnetisierung: Unipolare (einseitige) Impulsmagnetisierung mit Feldstärkehub Δfi und Induktionshub Δ B (Magnetisierungsstrom fließt nur in eine Richtung in einer gegenüber der Periodendauer sehr kurzen Zeitspanne = Impulsdauer). b) Impulsdraht: FM-Struktur (z.B. integrierte oder außenliegende Spule) mit Impulsdraht - Ummagnetisierung erfolgt durch einen einzigen Sprung (Z-Schleife), der einen hohen Spannungsimpuls zur Folge hat. c) Erzeugung energiereicher Stromimpulse: - Pulskompressionstechnik unter Verwendung magnetischer Schalter - Stoff mit Rechteckschleife, vorzugsweise amorphe Metalle wegen geringer dynamischer Ummagnetisierungsveriusten d) Konventionelle Hochfeldspule- Pulse magnetization for high modulation B max (optimal: bistable magnetic field switch), note pulse permeability a) Structure (e.g. coil) with pulse magnetization: Unipolar (one-sided) pulse magnetization with field strength stroke Δfi and induction stroke Δ B (magnetization current only flows in one direction in one compared to the period very short time span = pulse duration). b) Pulse wire: FM structure (eg integrated or external coil) with pulse wire - magnetization is carried out by a single jump (Z-loop), which results in a high voltage pulse. c) Generation of high-energy current pulses: - Pulse compression technology using magnetic switches - Rectangular loop material, preferably amorphous metals due to low dynamic magnetization losses d) Conventional high field coil
5. Hardmagnetischer Induktions-FM5. Hard magnetic induction FM
- Hartmagnetischer Stoff hat unmagnetisiert Permeabilität μt»1 (!) = transparent = FM "AUF". Magnetisiert erzeugen 2 in der Symmetrieebene des FKG aneinanderliegende antiparallel angeordnete magnetisierte FM-Platten je ein anziehendes Gegenfeld zur Erzeugung des Gleichgewichtes gegenüber dem jeweilig Abstoßenden Magneten → FM = ZU.- Hard magnetic material has unmagnetized permeability μ t »1 (!) = Transparent = FM" OPEN ". Magnetized 2 antiparallel arranged magnetized FM plates in the plane of symmetry of the FKG each create an attractive opposing field to create the equilibrium with the repelling magnet → FM = CLOSED.
- Impulsmagnetisierung a) Struktur (z.B. Spule) mit Impulsmagnetisierung Unipolare (einseitige) Impulsmagnetisierung mit Feldstärkehub ΔÖ und Induktionshub Δ B (Magnetisierungsstrom fließt nur in eine Richtung in einer gegenüber der Periodendauer sehr kurzen Zeitspanne = Impulsdauer). b) Impulsdraht FM-Struktur (z.B. integrierte oder außenliegende Spule) mit Impulsdraht - Ummagnetisierung erfolgt durch einen einzigen Sprung (Z-Schleife), der einen hohen Spannungsimpuls zur Folge hat. c) Erzeugung energiereicher Stromimpulse - Pulskompressionstechnik unter Verwendung magnetischer Schalter - Stoff mit Rechteckschleife, vorzugsweise amorphe Metalle wegen geringer dynamischer Ummagnetisierungsveriusten- pulse magnetization a) Structure (eg coil) with pulse magnetization Unipolar (one-sided) pulse magnetization with field strength stroke ΔÖ and induction stroke Δ B (magnetization current only flows in one direction in a very short period of time compared to the period = pulse duration). b) Pulse wire FM structure (eg integrated or external coil) with pulse wire - magnetic reversal takes place through a single jump (Z loop), which results in a high voltage pulse. c) Generation of high-energy current pulses - pulse compression technology using magnetic switches - fabric with a rectangular loop, preferably amorphous metals because of low dynamic magnetization losses
6. Induktionsstrom-FM6. Induction current FM
Induzierung eines Stromes / Stromimpulses in einem leitenden Teil → Wirbelstrom → 1. Abstoßung beim Einschalten 2. Anziehung beim Ausschschalten Der Stromfluß in den Ringen muß so orientiert sein, daß die Feldwirkung auf die PM's im geschlossenen Zustand anziehend wirkt. 7. Grenzfrequenz-FMInduction of a current / current pulse in a conductive part → eddy current → 1. repulsion when switching on 2. attraction when switching off The current flow in the rings must be oriented in such a way that the field effect has an attractive effect on the PM's when closed. 7. Cut-off frequency FM
Bei Überschreiten der Grenzfrequenz fällt die Permeabilität sprunghaft. Beachte die Konstruktionsangaben zu Grenzfrequenz bei "Wechselfelder".When the limit frequency is exceeded, the permeability drops suddenly. Note the design information on cut-off frequency for "alternating fields".
Periodische Vorgänge - Wirbelströme (Wirbelstrom-Grenzfrequenz)Periodic processes - eddy currents (eddy current cut-off frequency)
- Spinrelaxation (gyromagnetische Grenzfrequenz, Ursache: Dämpfung des Elektronenspins, beachte asymmetrische Dämpfung)- Spin relaxation (gyromagnetic cut-off frequency, cause: damping of the electron spin, note asymmetrical damping)
Ein-Ausschalt-Vorgänge - Wirbelstrom-Zeitkonstante (wie schnell dringt nach Anlegen des Feldes (des Stromimpulses) die Induktion bzw. der Fluß (konstante Permeabilität vorausgesetzt) in das Blech ein?On-off processes - eddy current time constant (how quickly does induction or flow (assuming constant permeability) penetrate into the sheet after applying the field (current pulse)?
8. Spinresonanz-FM FM-Schaltvorgang: Spinmomente in der Richtung des Feldes / der Feldlinien8. Spin resonance FM FM switching process: spin moments in the direction of the field / field lines
(AUF) oder senkrecht zum Fluß (ZU) ändern / umklappen.Change (UP) or perpendicular to the river (CLOSE).
- Überlagerung durch starkes äußeres Gleichfeld: → ferro-/ferrimagnetische Resonanz- Superimposition by strong external constant field: → ferro- / ferrimagnetic resonance
- Spinresonanz-FM = Spin-Richtungs-Schalter: Spins klappen um (→ Spinwellen) Spinresonanz (Präzessionsfrequenz der Spins stimmt mit äußerem Wechselfed überein) → Verluste steigen durch Energieabsorption stark an 9. ParaFerro-/Ferri-FBfl- Spin resonance FM = spin direction switch: spins flip (→ spin waves) spin resonance (precession frequency of the spins matches the external alternating spring) → losses increase sharply due to energy absorption 9. ParaFerro / Ferri FBfl
Die ferro-Zferrimagnetischen Atome sind alleine paramagnetisch. Erst ab einer Schicht von ca. 6 Atomlagen bildet sich durch die Austauschwechselwirkung = Überlagerung der unkompensierten inneren Elektronenschalen Ferro-/ferrimagnetismus wie im Festkörper aus.The ferro-Zferrimagnetic atoms alone are paramagnetic. Only from a layer of approx. 6 atomic layers does the exchange interaction = superposition of the uncompensated inner electron shells cause ferro / ferrimagnetism as in the solid.
→Bindung = Kopplung.→ Binding = coupling.
Eine schaltbare Leit-/Sperrschicht sorgt dafür, dass sich Ferro-Zferrmagnetismus = Kopplung (innere Elektronenschalen-Austauschwechselwirkung) von außen gesteuert ausbildet oder gesperrt wird, bzw. die Lei Sperrschicht in ihrer Lage durch den Kristall weiterbewegt wird oder die Kristallstruktur paramagnetisch bleibt.A switchable conductive / barrier layer ensures that ferro-magnetic interference = coupling (inner electron shell exchange interaction) is formed or blocked from outside, or that the Lei barrier layer is moved in its position by the crystal or the crystal structure remains paramagnetic.
FM transparent = paramagnetisch = keine Leitfähigkeit = keine Kopplung = "AUF":FM transparent = paramagnetic = no conductivity = no coupling = "OPEN":
-+ Flußquanten durchqueren die Sperrschicht.- + river quanta cross the barrier layer.
FM intransparent = ferro-/ferrimagnetisch = hohe Leitfähigkeit - Kopplung vorhanden = "ZU": → Flußquanten können die Sperrschicht nicht durchqueren, sie werden umgeleitet.FM non-transparent = ferro- / ferrimagnetic = high conductivity - coupling present = "CLOSE": → flux quanta cannot cross the barrier layer, they are diverted.
Bei kristallinen Stoffen müssen die spontan magnetisierten Domänen durch aktive Sperrschichten mitgeschaltet werden - amorphe Stoffe haben keine Kristallkörner aber Domänen, da wirkt die Sperrschicht ohne Korngrenzen direkt bei den Atomlagen.In the case of crystalline substances, the spontaneously magnetized domains must be activated by active barrier layers - amorphous substances have no crystal grains but domains, because the barrier layer acts directly on the atomic layers without grain boundaries.
Die FM-Schaltvorgänge sollten bistabil sein, da dann äußere Energiezufuhr während der PM-Bewegung gespart werden kann.The FM switching processes should be bistable, since external energy can then be saved during the PM movement.
10. M-Feld-Halbleitermodulatoren (→ Magnetronik)10. M-field semiconductor modulators (→ magnetronics)
11. Tunnel-FM11. Tunnel FM
Magnetische / elektrische Tunne!effekt=Fe!dmodu!atoren (B- / D-Feld) Das Tunneln von magnetischen Flußquanten (statt beschleunigte Elektronen) durch eine sehr dünne magnetische FM-Sperr-/!solierschicht "lm" erfolgt erfindungsgemäß aufgrund einer magnetischen Spannung Θ und Energielücke E=0. Die elektrische Elementarladung des Elektrons e (Tunnelstrom) entspricht im Falle des magnetischen Tunnel-FM dem magnetischem Fluß bzw. Strom Φ.Magnetic / electrical tunnel effect = field modulators (B / D field) The tunneling of magnetic flux quanta (instead of accelerated electrons) through a very thin magnetic FM barrier / insulation layer "l m " takes place according to the invention on the basis of a magnetic voltage Θ and energy gap E = 0. The elementary electric charge of the electron e (tunnel current) corresponds to the magnetic flux or current Φ in the case of the magnetic tunnel FM.
Supraleiter-lsolator-Supraleiter-Kontakt (SIS) SIS-Kontakt mit Magnetfeldquanten oder Elektretfeldquanten und sehr dünner Isolierschicht "lm" bzw. "Ie": → magnetischer SMlSwi-Kontakt für magnetische Flußquanten ΦM.Superconductor-insulator-superconductor contact (SIS) SIS contact with magnetic field quanta or electret field quanta and very thin insulating layer "l m " or "I e ": → magnetic SMlSwi contact for magnetic flux quanta ΦM.
→ elektrischer SelSE-Kontakt elektrische Flußquanten ΦE FM-Schalfunktion analog: a) μ-B Funktion oder ε-D Funktion bei Sprungtemperatur Tc b) μ-B Funktion oder ε-D Funktion zwischen Normaltemperatur T und Tc Steuerung des Tunneleffektes→ electrical SelS E contact electrical flux quanta ΦE FM switching function analog: a) μ-B function or ε-D function at step temperature Tc b) μ-B function or ε-D function between normal temperature T and T c Control of the tunnel effect
In dieser aktiven Version des FM werden magnetische Felder bzw. elektrische benutzt, aber nicht als Hilfsfelder zur Verstärkung der anziehenden Wirkung oder zur Kompensation von negativen Kräften etc., sondern als generelles Grundprinzip zur Schaltung des FM: Das Magnetfeld bzw. die angelegte magnetische Spannung steuert die Transparenz der FM- Schicht für die magnetischen Flußquanten, analog zum elektrischen Feld mit elektrischer Spannung und elektrischen Flußquanten.In this active version of the FM, magnetic fields or electrical ones are used, but not as auxiliary fields to increase the attractive effect or to compensate for negative forces etc., but as a general basic principle for switching the FM: The magnetic field or the applied magnetic voltage controls the transparency of the FM layer for the magnetic flux quanta, analogous to the electric field with electric voltage and electric flux quanta.
Zur Herstellung des schaltbaren Tunneleffektes gibt es verschieden Varianten. Stoff-Struktur: a) Supraleitender Stoff der FM-Struktur (mit offener Geometrie) ohne kinematische Bewegung. b) Dünne FM-Isolatorschicht Magnetische Energielücke und M-Süpraleiter-Tunπelstrom (Flußquanten)There are different variants for producing the switchable tunnel effect. Fabric structure: a) Superconducting fabric of the FM structure (with open geometry) without kinematic movement. b) Thin FM insulator layer Magnetic energy gap and M-type conductor current (flux quanta)
Zwei magnetisch leitende Metalle sind voneinander getrennt durch eine so dünne magnetische Isolierschicht "lm" (FM-Dimagnetikum), daß die durch Anlegen einer magnetischen Spannung beschleunigten Flußquanten durch diese magnetische Isolierschicht hindurchtunneln können. Für normaiteitende magnetische leitende Metalle findet man den erwarteten steilen Anstieg des magnetischen Tunnelstroms = Flußquanten mit angelegter magnetischer Spannung. Ist eines der magnetisch leitenden Metalle magnetisch supraleitend, so beobachtet man unterhalb einer Spannung Θo einen deutlich geringeren magnetischen Tunnelstrom = Flußquantenstrom, weil nur der normatieitende Anteil der Magnetronen (M) für den magnetischen Tunnelstrom zur Verfügung steht. Der Wert MΘo ist die auf ein Magnetron entfallende Energie, die bei der Bildung des Magnetronen-Paares = Spinmoment - Kopplung) frei wird. Die Paar-Bildungsenergie für das doppelt magnetisierte (geladene) Magnetronen-Paar, die "Energielücke", ist ΔE = 2MΘo. (Das Elektron e wurde durch das Magnetron M ersetzt)Two magnetically conductive metals are separated from each other by such a thin magnetic insulating layer "l m " (FM dimagnetic) that the quanta of flux accelerated by the application of a magnetic voltage can tunnel through this magnetic insulating layer. The expected steep rise in the magnetic tunnel current = flux quanta with applied magnetic voltage is found for norma-conducting magnetic conductive metals. If one of the magnetically conductive metals is magnetically superconducting, then a significantly lower magnetic tunnel current = flux quantum current is observed below a voltage Θo, because only the normative portion of the magnetrons (M) is available for the magnetic tunnel current. The value MΘo is the energy due to a magnetron, which is released when the pair of magnetrons = spin moment - coupling) is released. The pair formation energy for the double magnetized (charged) pair of magnetrons, the "energy gap", is ΔE = 2MΘo. (The electron e was replaced by the magnetron M)
Die Energielücke ist temperaturabhängig.The energy gap is temperature dependent.
Magnetischer SIS-KontaktMagnetic SIS contact
Wenn die beiden durch eine magnetische Isolierschicht "lm" (FM-Dimagnetikum) getrennten magnetisch leitenden Metalle aus demselben magnetisch leitendenIf the two magnetically conductive metals separated by a magnetic insulating layer "l m " (FM dimagnetic) made of the same magnetically conductive
Supraleiter bestehen, die Temperatur T unterhalb Tc liegt und die magnetische Isolierschicht dünn genug ist (< 1 nm), dann ist das ein magnetischer SmlmSm-Kontakt (SupraleiterMagnet-lsolator-SupraleiterMagnet), durch den auch magnetische Flußquanten-Paare hindurchtunneln können = Spiπmoment-Kopplungen (→ vgl. magn. Oberflächenpolarisation durchSuperconductors exist, the temperature T is below Tc and the magnetic insulating layer is thin enough (<1 nm), then this is a magnetic S m l m S m contact (superconductor-magnet-insulator-superconductor-magnet), through which magnetic flux-quantum pairs are also created can tunnel through = torque couplings (→ see magnetic surface polarization through
Transfer).Transfer).
Magnetischer Gleichstrom-Effekt (MGE)Magnetic direct current effect (MGE)
MGE entsteht, wenn dem magnetischen Element (SmlmSm-Kontakt) ein schwacher magnetischer Gleichstrom aufgeprägt wird. Unterhalb einer kritischen magnetischen "Stromstärke" (= induzierte Spannung) Φc erzeugt der magnetische "Supraleiterstrom" Φs im M-Element keine magnetische Potentialdifferenz, d.h. es tunneln magnetische Fluß-Paare = Spinmoment-Kopplungen ohne die Hilfe eines magnetischen Feldes durch die magnetische Isolierschicht = Dimagnetikum. Erst oberhalb Φ0 brechen die Fluß-Paar in der magnetischen Isolierschicht zu Einzel-Flußquanten auf = Entkopplung der Bindung, und es ensteht ein magnetischer Spannungsabfall. Der magnetische Tunnelstrom von Flußquanten-Paaren durch den SmlmSm-Kontakt ist stark magnetfeldabhängig: Weil das Feld nicht durch die Sm-Schicht hindurchgeht, kann angenommen werden, daß das B in der Im-Isolierscbicht liegt. Immer wenn der magnetische Fluß Φm durch die magnetische Isolierschicht ein ganzzahliges Vielfaches des magnetischen Fiußquantums beträgt, geht der magnetische Tunnelstrom der Flußquanten durch null. Magnetischer Wechselstrom Effekt (MWE) MWE als Ergebnis einer quantenmechanischen Interferenz ergibt, daß das ~ " Anlegen einer magnetischen Gleichspannung Θ8 an den SmlmSm-Kontakt zu einem dieser magnetischen Spannung proportionalen hochfrequenten magnetischen Wechselstrom (von Flußquanten) Φss,max sin(2π f t) mit f=(2M/h) Θs führt. Der Effekt funktioniert auch umgekehrt: Wird ein hochfrequenter magnetischer Wechserstrom Φ der Frequenz f dem SmlmSm-Kontakt aufgeprägt, dann treten in der Θ (Φm)-Kennlinie Stufen konstanter magnetischer Spannung der Größe nΘs (n = ganze Zahl) auf.MGE occurs when a weak direct magnetic current is impressed on the magnetic element (S m l m S m contact). Below a critical magnetic "current strength" (= induced voltage) Φ c , the magnetic "superconductor current" Φ s does not generate a magnetic potential difference in the M element, ie magnetic flux pairs = spin moment couplings tunnel without the help of a magnetic field through the magnetic Insulating layer = dimagnetic. Only break above Φ 0 Flux pair in the magnetic insulating layer to single flux quanta = decoupling of the bond, and there is a magnetic voltage drop. The magnetic tunnel current of flux quantum pairs through the SmlmSm contact is strongly dependent on the magnetic field: Because the field does not pass through the S m layer, it can be assumed that the B lies in the Im insulating layer. Whenever the magnetic flux Φ m through the magnetic insulating layer is an integral multiple of the magnetic flux quantum, the magnetic tunnel current of the flux quanta goes through zero. Magnetic alternating current effect (MWE) MWE as a result of a quantum mechanical interference shows that the ~ " application of a magnetic direct voltage Θ 8 to the S m l m S m contact to a high frequency magnetic alternating current (of flux quanta) dieser s = proportional to this magnetic voltage Φ s , max sin (2π ft) with f = (2M / h) Θ s . The effect also works the other way round: If a high-frequency alternating magnetic current Φ of frequency f is impressed on the S m l m S m contact, then the Θ (Φ m ) characteristic step of constant magnetic voltage of size nΘ s (n = integer).
12. Supraleϊter-FM Magnetische / elektrische Supra-Feldmodulatoren (B- / D-Feld) SmlmSm-Kontakt mit Magneten oder Elektreten und dicker I-Schicht: → magnetischer SmlmSm-Kontakt für magnetische Flußquanten Φm. → elektrischer SeleSe-Kontakt für elektrische Flußquanten Φe. - Supra-Leiter (S-Leiter) - Supra-Nichtleiter (S-Isolator) - Supra-Halbleiter (S-Halbleiter) (mit "gebundenen" Elektronen-Paare, Elektronen-Loch-Paare) FM-Schalfunktion analog: a) μ-B Funktion oder ε-D Funktion bei Sprungtemperatur Tc b) μ-B Funktion oder ε-D Funktion bei zwischen Normaltemperatur T und Tc 13. Temperaturkompensation / Gleichgewichtssteuerung Der weichmagnetische Stoff und seine Magnetisierungskurve mit dem Arbeitspunkt A3 des FM mit Magnetisierungsfaktor N=1 bei -(BH)maχ, wie auch der hartmagnetische Stoff mit seiner Entmagnetisierungskurve mit dem Arbeitspunkt des PM mit Entmagnetisierungsfaktor N=1 bei +(BH)max. unterliegen der Induktion-Temperatur-Funktion, siehe B-T-Kurve: Die Kurve (Magnetisierung / Entmagnetisierung) und die damit zusammenhängende erzeugte Feldkraft ändert sich mit der Temperatur, so daß: a) eine Temperaturkompensation / -regelung der Maschine, und/oder b) Temperaturkompensation von Dauermagneten c) eine Hubvatiation mit Δh zur Steuerung des Gleichgewichts-Zustandes bei Temperaturänderung (Feldkraftänderung = Gleichgewichtszustands-Änderung) notwendig ist, um die Betriebswerte und Funktion konstant zu halten zu können. Desweiteren kann diese Variation Δh benutzt werden, um Δs zur Steuerung der Flußdichte B im Permeabilität-Flußdichte-FM nutzen zu können: "AUF" = Bmax mit r*1 → B0Pt bei μmax = "ZU", oder "ZU" = Bop, mit μmax → B-H = 0 mit w = "AUF"12. Supraleϊter-FM Magnetic / electrical supra-field modulators (B- / D-field) S m lmS m -contact with magnets or electrets and thick I-layer: → magnetic S m l m Sm-contact for magnetic flux quanta. M. → electrical S e l e S e contact for electrical flux quanta Φ e . - Supra-conductor (S-conductor) - Supra-non-conductor (S-insulator) - Supra-semiconductor (S-semiconductor) (with "bound" electron pairs, electron-hole pairs) FM switching function analog: a) μ -B function or ε-D function at step temperature Tc b) μ-B function or ε-D function at between normal temperature T and Tc 13. Temperature compensation / balance control The soft magnetic material and its magnetization curve with the working point A 3 of the FM with magnetization factor N = 1 at - (BH) ma χ, as well as the hard magnetic material with its demagnetization curve with the operating point of the PM with demagnetization factor N = 1 at + (BH) m ax. are subject to the induction temperature function, see BT curve: the curve (magnetization / demagnetization) and the associated field force changes with the temperature, so that: a) temperature compensation / control of the machine, and / or b) Temperature compensation of permanent magnets c) a stroke variation with Δh is necessary to control the state of equilibrium when the temperature changes (change in field force = change in state of equilibrium) to be able to keep the operating values and function constant. Furthermore, this variation Δh can be used to use Δs to control the flux density B in the permeability-flux density FM: "OPEN" = B max with r * 1 → B 0P t at μ max = "CLOSE", or "CLOSE""= B op , with μ max → BH = 0 with w =" OPEN "
4. Anti-Wirbelstrom-Prinzipien4. Anti-eddy current principles
4.1 Wirbelströme im FM und Abschirmgehäuse4.1 Eddy currents in the FM and shielding housing
Wirbelströme treten nur auf, wenn Leitungselektronen im Stoff vorhanden sind, d.h., wenn der spez. el. Widerstand klein ist; z.B. bei Ferriten ist er hoch, deshalb sind in Ferriten praktisch keine Wtrbelströme erzeugbar.Eddy currents only occur if there are conduction electrons in the material, i.e. if the spec. el. resistance is small; e.g. it is high for ferrites, which is why practically no vortex currents can be generated in ferrites.
Wirbelströme entstehen besonders in el. leitenden massiven Metallen durch ein magnetisches Wechselfeld a) die PM's nähern sich von UT→OT dem geschlossenem FM → Lenzsche Regel), oder b) durch Bewegung eines Metalls in einem Magnetfeld: der FM bewegt sich transversal im Gleichgewichtszustand der PM's - bei insgesamt sich gegenseitig in der Symmetrieebene der PM's neutralisierenden Feldwirkungen PM-FM-PM - der FM bewegt sich transversal entweder parallel oder senkrecht zu den Feldlinien.Eddy currents arise especially in electrically conductive massive metals through an alternating magnetic field a) the PM's approach the closed FM → Lenz rule from UT → OT), or b) by moving a metal in a magnetic field: the FM moves transversely in the state of equilibrium PM's - with field effects neutralizing each other in the plane of symmetry of the PM's PM-FM-PM - the FM moves transversely either parallel or perpendicular to the field lines.
Das Bewegen der FM-Scheibe transversal im Feld der PM's, oder bei stationärem FM die Bewegung der PM's relativ zum ortsfesten FM, induziert im FM eine Spannung, die einen großen Strom (Kurzschlußstrom) im FM verursacht, weil bei einer FM-Scheibe in einem Stück (solid) wie eine in sich geschlossene Leiterschleife wirkt.Moving the FM disk transversely in the field of the PM's, or in the case of a stationary FM the movement of the PM's relative to the stationary FM, induces a voltage in the FM which causes a large current (short-circuit current) in the FM, because with an FM disk in one Piece (solid) looks like a self-contained conductor loop.
4.2 Mechanische Anti-Wirbelstrom-Prinzipien4.2 Mechanical anti-eddy current principles
Um den Wirbelstrom wirksam im FM zu vermindern, werden Schlitze in der FM-Scheibe senkrecht zur FM-Bewegung angebracht, d.h. senkrecht zum Wirbelstrom. Damit das B-Feld nicht durchgreift, wird die FM-Scheibe aus weichmagnetischen Schichten (Lamelleblechen), die parallel zur FM-Bewegung angeordnet und versetzt geschlitzt sind, aufgebaut. Zur Herstellung des Gleichgewichtes zwischen den anziehenden FM-Schichten mit den abstoßenden PM's, können die weichmagnetischen Schichten mit verschiedener Permeabilität so optimiert werden, daß die FM-Dicke s minimiert wird (dünne FM-Schicht).In order to effectively reduce the eddy current in the FM, slots are made in the FM disc perpendicular to the FM movement, i.e. perpendicular to the eddy current. To ensure that the B field does not penetrate, the FM disc is made up of soft magnetic layers (lamella sheets) that are arranged parallel to the FM movement and slit with an offset. To establish the balance between the attracting FM layers with the repulsive PM's, the soft magnetic layers with different permeability can be optimized so that the FM thickness s is minimized (thin FM layer).
So entsteht eine räumliche Matrix aus in der FM-Ebene elektrisch isolierten Blechen (Schichten = Lamellen) aus verschiedenen weichmagπetisch abgestuften Stoffen: longitudinal gegenseitig el. isolierte Schichten.This creates a spatial matrix of sheet metal (layers = lamellas) electrically insulated in the FM plane from various soft-magically graded materials: longitudinally mutually electrically isolated layers.
Option: longitudinaler Luftspalt zwischen jeder Schicht wegen der Multiplikation der Abschirmwirkuπg der Einzelabschirmungen /Einzelschichten.Option: longitudinal air gap between each layer due to the multiplication of the shielding effect of the individual shields / individual layers.
Die Schlitze bzw. Trennschichten in den Lamellierungen unterbrechen den Weg der Wirbelströme, die sich daher kaum ausbilden können. Ein großer Querschnitt in der FM-Scheibe setzt den Wirbelströmen nur einen geringen Widerstand entgegen. Bei senkrecht zur FM-Bewegung (in den lameliierten dünnen, gegeneinander isolierten Schichten) integrierten Trennfugen (= Schlitze), finden die Wirbelströme einen hohen Widerstand vor, weil ihr Stromweg vielfach unterbrochen wird.The slots or separating layers in the laminations interrupt the path of the eddy currents, which therefore can hardly be formed. A large cross-section in the FM disc offers only little resistance to the eddy currents. With separation joints (= slits) integrated perpendicular to the FM movement (in the laminated thin, mutually insulated layers), the eddy currents find a high resistance because their current path is often interrupted.
Sehr viele Unterbrechnungen steigern den Effekt also erheblich, der Spalt muß in seiner Breite den zu erwartenden Wirbelströmen angepasst werden.A large number of interruptions increase the effect considerably, the width of the gap must be adapted to the eddy currents to be expected.
4.3 Mechanische Anti-Wirbelstrom FM-Struktur Die Schlitze müssen senkrecht (= longitudinale Richtung) zur FM-Bewegung, innerhalb der FM-Schichten angebracht sein (Fig. 35).4.3 Mechanical anti-eddy current FM structure The slots must be made perpendicular (= longitudinal direction) to the FM movement, within the FM layers (Fig. 35).
Dynamische Orientierung der Trennfugen (Fig. 36)Dynamic orientation of the parting lines (Fig. 36)
Da die PM's nicht in der anziehenden Position (gegenpolig), sondern in der abstoßenden Position (gleichpolig = antiparalle!) angeordnet" sind, sind dieAs the PM's not (for a pin) in the catching position, but in repelling position (equipolar = antiparallel!) Are "arranged are the
Feldlinien, wenn sie nicht homogenisiert werden können, stark inhomogen gekrümmt. Aus diesem Grund kann zur optimalen FM-Wirkung die Richtung der Trennungen in der Lamellierung dynamisch den sich bei PM-Bewegung dyna- misch ändernden Feldlinienvektoren angepaßt werden.Field lines, if they cannot be homogenized, are strongly inhomogeneously curved. For this reason, the direction of the separations in the lamination can be dynamically adapted to the field line vectors, which change dynamically during the PM movement, for the optimum FM effect.
Orientierung in der magnetischen Vorzugsrichtung Technisch einfacher ist eine Lösung, in der die longitudinalen Schlitze senkrecht in den Schichten der Lamellierungs-Bleche, unveränderbar angebracht sind und dabei die Vorzugsrichtung der PM-Magnetisierung beachtetWird (Fluß zwischen den Polen eines und desselben PM).Orientation in the preferred magnetic direction A solution is technically simpler, in which the longitudinal slots are fixed vertically in the layers of the laminating sheets, unchangeable and the preferred direction of the PM magnetization is observed (flux between the poles of one and the same PM).
D.h., Richtung der Schlitze parallel oder senkrecht (Äquipotentialfläche) zu den Feldlinien, je nach relativer Bewegung der Schlitze zu den Feldlinien, bestimmt die erfϊndunbsgemäße Wirkung. Alternative Wirbelstrom-Trenn-Struktur a) Dichte Kugelpackung aus weichmagnetischen Domänen, eingebettet in eine elektrische Isolationsschicht - wie ein pulvermetallurgischer Stoff. b) Kubische Mikrostruktur, hergestellt durch Sputtern, Aufdampfen, galvanisch oder mechanisch durch Laserstrahl getrennt, etc.In other words, the direction of the slots parallel or perpendicular (equipotential surface) to the field lines, depending on the relative movement of the slots to the field lines, determines the effect according to the invention. Alternative eddy current separation structure a) Dense spherical packing made of soft magnetic domains, embedded in an electrical insulation layer - like a powder metallurgical substance. b) Cubic microstructure, produced by sputtering, vapor deposition, galvanically or mechanically separated by laser beam, etc.
Diese Strukturen können die Volumen-Wirbelströme in der dicken FM-Scheibe zu Teilchen-Wirbelströmen umformen und damit die Wirbelstrom-Abstoßung, -Erwärmung, und -Verluste stark vermindern.These structures can convert the volume eddy currents in the thick FM disk into particle eddy currents and thus greatly reduce the eddy current repulsion, heating, and losses.
4.4 Abschirmwirkung im doppe'räu igen Λ U__I_:_„ . S.... nU9 illlllI"V7CIIOU364.4 Shielding effect in double ä U__I _: _ „. S .... nU9 illlllI "V7CIIOU36
Wird die FKM bei Hochfrequenz betrieben, so kann z.B. zusätzlich eine elektrisch hochleitende Schicht verwendet werden, insbesondere bei den doppelräumigen Abschirmgehäusen.If the FKM is operated at high frequency, e.g. In addition, an electrically highly conductive layer can be used, particularly in the case of the two-room shielding housings.
In dieser Abschirmung entstehen Wirbelströme, deren Magnetfeld dem abzuschirmenden Wechselfeld immer entgegengesetzt ist. Durch das Abschirmblech kann deshalb kein Störfeld (EMV) nach außen dringen, ebensowenig kann ein magnetisches Wechsεlfeld von außen die Spule / das System im Inneren beeinflussen. 4.5 Elektrische Anti-Wirbelstrom-PrinzipienEddy currents arise in this shield, the magnetic field of which is always opposite to the alternating field to be shielded. Therefore, no interference field (EMC) can penetrate to the outside through the shielding plate, nor can a magnetic alternating field influence the coil / system inside from the outside. 4.5 Electric anti-eddy current principles
4.5.1 Ziel4.5.1 Goal
Das elektrische Anti-Wirbelstrom-Prinzip setzt bei der Entstehung der Wirbelströme an, d.h. an den freien negativen Ladungen im metallischen Leiter, also den Leitungselektronen. Diese Prinzipien können zusätzlich zu den mechanischen Prinzipien angewendet werden.The electrical anti-eddy current principle starts with the eddy currents, i.e. on the free negative charges in the metallic conductor, i.e. the line electrons. These principles can be applied in addition to the mechanical principles.
4.5.2 Elektrische Anti-Wirbelstrom-Konstruktion 4.5.2.1 Kinematischer FM Beim kinematischen FM müssen zwei Kräfte eliminiert werden: a) Longitudinale Kräfte, die durch die Lenz-Regel entstehen, b) bremsende transversale Kräfte, die durch die transversale FM-Oszillation entstehen, vornehmlich bei OT-Stellung, wenn die PM's dicht beieinander sind und der FM geöffnet wird.4.5.2 Electrical anti-eddy current construction 4.5.2.1 Kinematic FM Two forces have to be eliminated in the kinematic FM: a) longitudinal forces which arise from the Lenz rule, b) braking transverse forces which arise from the transverse FM oscillation , especially in the TDC position, when the PM's are close together and the FM is opened.
Beide Kräfte entstehen durch Kreis- bzw. Wirbelströme, deren Ursache die Bewegung der negativen Elektronen im positiven lonengitter ist. Die elektrische Eliminierung der Ursache = "Anti-Wirbelstrom" basiert zunächst auf Entfernung der Elektronen aus dem Wirkungsraum der Permanentmagnet- Felder im FM.Both forces arise from circular or eddy currents, the cause of which is the movement of the negative electrons in the positive ion lattice. The electrical elimination of the cause = "anti-eddy current" is initially based on the removal of the electrons from the effective area of the permanent magnet fields in the FM.
4.5.2.1.2 Konstruktion des kinematischen FM mit elektrischem Anti-Wirbelstrom-Prinzip (Fig. 37) 1. Schritt: Elektrische Isolation des FM4.5.2.1.2 Construction of the kinematic FM with electrical anti-eddy current principle (Fig. 37) 1st step: Electrical insulation of the FM
Der FM wird, je nach Bauart (1 FM, oder wegen Impulserhaltung 2 FM) zur Übertragung der Oszillation, mit elektrisch isolierenden Stäben mechanisch befestigt. Dadurch können keine Leitungselektronen zum FM nachfließen. 2. Schritt: Influenz durch LadungstrennungDepending on the type (1 FM, or 2 FM due to the conservation of impulses) to transmit the oscillation, the FM is mechanically fastened with electrically insulating rods. This means that no conduction electrons can flow to the FM. Step 2: Influence through charge separation
-→ Reduktion der Lenz-Kraft (Ursache: Lorenz-Kraft)- → Reduction of the Lenz force (cause: Lorenz force)
Der FM wird innerhalb eines elektrischen Feldes positioniert. Das elektrische Feld durch eine Hochspannungsquelle oder, wenn es von der Höhe der Spannung her ausreicht, durch ein permanentes Feld eines ferroelektrischen Stoffes (Elektret) zur Ladungstrennung erzeugt.The FM is positioned within an electrical field. The electrical field is generated by a high-voltage source or, if it is sufficient from the level of the voltage, by a permanent field of a ferroelectric substance (electret) for charge separation.
Durch Influenz entsteht im mitteleren Bereich eine neutrale Zone, die frei von elektrischen Ladungen, den Leitungselektronen (Elektronen-Gas), ist. Dieses neutrale Gebiet wird von den Magnetfeldern der antiparaliel orientierten PM's durchsetzt. Da dieses B-Feld keine Leitungselektronen vorfindet, kann eine longitudinale Kraft (Anziehung/Abstoßung) gemäß Lenz-Regel kaum auftreten, insbesondere auch dann, wenn die PM's in paralleler und nicht in antiparalleler Spinstellung orientiert sind. Da positive Ladung "ortsfestes lonengitter ohne Leitungselektronen" bedeutet, könnte der PM auch im Gebiet der positiven Ladung positioniert sein - es entstehen keine Wirbelströme wegen der in diesem Gebiet fehlenden Leitungselektronen, denn der Wirbelstrom entsteht durch Bewegung von Elektronen. Die Leitungselektronen sitzen auf der äußeren Oberfläche des FM bzw. der Lamellierungsbleche im negativen Gebiet.Influence creates a neutral zone in the central area that is free of electrical charges, the conduction electrons (electron gas). This neutral area is penetrated by the magnetic fields of the anti-parallel oriented PM's. Since there are no conduction electrons in this B field, a longitudinal force (attraction / repulsion) according to the Lenz rule can hardly occur, especially when the PMs are oriented in a parallel and not in an antiparallel spin position. Since positive charge means "stationary ion grid without conduction electrons", the PM could also be positioned in the area of the positive charge - there are no eddy currents due to the lack of conduction electrons in this area, because the eddy current is created by the movement of electrons. The conduction electrons sit on the outer surface of the FM or the lamination plates in the negative area.
Die Größe der influenzierten Elektrizitätsmengen hängt von der Stärke des influenzierenden Feldes als auch von der Form und Größe des FM ab.The size of the amount of electricity affected depends on the strength of the influential field as well as the shape and size of the FM.
3. Schritt: LadungsüberführungStep 3: cargo transfer
Erfindungsgemäß wird dafür gesorgt, daß sich die influenzierten Elektronen in einem a) metallischen Trichter mit einer Spitze sammeln, so daß sie mit einer der Spitze gegenüberliegenden Messerschneide - entlang der Oszillationsstrecke des FM - ständig durch kontaktlose Überführung mit vollständiger Ladungstrennung geerdet abgeleitet werden, oder in einer Leidener Flasche als Hochspannungskondensator zur Energiespeicherung, oder in einem Kondensator - je nach Spähnungshöhe - gespeichert werden können. b) Wenn statt eines Trichters eine der Oszillationsrichtung parallele Begrenzungsfläche des FM existiert, so kann man statt eine, viele Nadeln oder viele Messer zur Ladungsüberführung benutzen (Parallelschaltung).According to the invention, it is ensured that the influenced electrons collect in a) a metallic funnel with a tip, so that they are continuously grounded with a knife edge opposite the tip - along the oscillation path of the FM - grounded by contactless transfer with complete charge separation, or in a Leiden bottle as a high-voltage capacitor for energy storage, or in a capacitor - depending on the height of the span. b) If instead of a funnel there is a boundary surface of the FM parallel to the direction of oscillation, then instead of one, many needles or many knives can be used to transfer the charge (parallel connection).
Insgesamt erreicht man so eine positive Ladung des FM, d.h. nur noch das ortsfeste lonengitter des FM mit positiver Ladung ist übrig und erzeugt praktisch keine Wirbelströme im B-Feld, wenn die Anzahl der Leitungselektronen minimiert ist. Je nach Höhe des positiven Potentials sind entsprechend viele Leitungseiektronen überführt (→ Ergiebigkeit der Ladungstrennung).Overall, a positive charge of the FM is achieved, i.e. only the fixed ion grid of the FM with a positive charge is left and generates practically no eddy currents in the B field if the number of conduction electrons is minimized. Depending on the level of the positive potential, a corresponding number of line electrons are transferred (→ efficiency of charge separation).
Desweiteren können im Fall a) die Leitungselektronen bei der Bewegung des FM kaum Wirbelströme mit induziertem Magnetfeld erzeugen, da sie erstens sich in einem Trichter befinden, in dem die Beschleunigungsstrecke eingeengt ist (ohne Trichter bei paralleler Begrenzungsebene können die Leitungselektronen frei im Metall beschleunigt und abgebremst werden) und zweitens werden sie ja durch Ladungstrennung weitgehend aus der Beschieunigungsstrecke entfernt.Furthermore, in case a) the line electrons can hardly generate eddy currents with an induced magnetic field when moving the FM, since they are firstly in a funnel in which the acceleration path is narrowed (without a funnel with a parallel boundary plane, the line electrons can accelerate and decelerate freely in the metal secondly, they are largely removed from the track by means of charge separation.
4. Schritt: Transversale Bremskraft = Beschleunigungskraft (Fig. 38) 4.1 Als ersten Schritt können wir das inhomogene Feld so gestalten, daß die beiden Kraftvektoren der Lorentz-Kraft auf dem Kreisstrom, d.h. der größeren Kraft an der Front und der kleineren Kraft am Ende des FM, gleich sind → Symmetrie, also Bremsung und Beschleunigung sich gegenseitig aufheben. Dies bedeutet eine Feld-Kennlinie in transversaler Richtung = außen stärkeres Feld als innen. →Rotation des FM statt Oszillation, wegen asymmetrischem Profil.Step 4: Transverse braking force = acceleration force (Fig. 38) 4.1 As a first step, we can design the inhomogeneous field so that the two force vectors of the Lorentz force on the circular current, i.e. the greater force at the front and the smaller force at the end of the FM are the same → symmetry, i.e. braking and acceleration cancel each other out. This means a field characteristic in the transverse direction = stronger field outside than inside. → FM rotation instead of oscillation due to asymmetrical profile.
4.2 Ein zweiter Schritt ist durch die transversale Zunahme der Materialbreite der durch die longitudinale Spalte getrennten Lamellenbleche mit Rest als Stege (zur Unterbrechung der Stromwirbel) in den gegenseitig isolierten dünnen La eüenblechen gegeben: So entsteht in einem schmalen Steg bei der Bremsstetle ein relativ kleiner "großer" Wirbelstrom mit relativ kleiner Bremskraft und am transversalen Ende des FM (= Anfang des PM-Feldes) der relativ große "kleine" Wirbelstrom mit entsprechend relativ großer Beschleunigungskraft, so daß sich beide Kräfte - die nun relativ kleinere Bremskraft mit der relativ größeren Beschleunigungskraft - gegenseitig aufheben können (Symmetrie → im Gleichgewicht stehen). Option: →Rotation des FM statt Oszillation, wegen asymmetrischem Profi!. 4.3 Auch die Stegdicke der Lammellenbleche kann als ein Profil derart ausgebildet werden, daß die im Steg lokal bremsenden Wirbelströme an der Vorderkante des Stegs - aufgrund eines Keilprofiles - relativ viel kleiner sind, als die nun relativ stärker beschleunigenden Wirbelströme am dickeren Keilende des Stegs, weil sich in voluminös mehr leitendem Material die Wirbelströme stärker ausbilden können. Die Profil- und damit die Dickenfunktion regelt das Verhältnis von Brems- zu Beschleunigungskraft. Option: -→Rotation des FM statt Oszillation, wegen asymmetrischem Profil. 4.4 " Insgesamt werden die Bleche mit den "Schlitzen so isoliert ineinander verschränkt geschichtet, daß nur kleine Lücken für das B-Feld der PM's entstehen können - anders als die versetze Lösung, bei der der FM (wegen der versetzten Schlitze) doppelt so dick würde. 4.5 Anti-Wirbelstrom-Konstruktion4.2 A second step is given by the transversal increase in the material width of the lamella plates separated by the longitudinal column with the rest as webs (to interrupt the current eddy) in the mutually insulated thin lamella plates: this results in a relatively small "web" in the brake section large "eddy current with a relatively small braking force and at the transverse end of the FM (= beginning of the PM field) the relatively large" small "eddy current with a correspondingly large acceleration force, so that both forces - which are now relative smaller braking force with the relatively greater acceleration force - can cancel each other out (symmetry → in balance). Option: → Rotation of the FM instead of oscillation, because of the asymmetrical professional !. 4.3 The web thickness of the lamella sheets can also be designed as a profile in such a way that the eddy currents braking locally in the web at the front edge of the web - due to a wedge profile - are relatively much smaller than the now more strongly accelerating eddy currents at the thicker wedge end of the web because the eddy currents can develop more strongly in voluminously more conductive material. The profile and thus the thickness function regulates the ratio of braking to acceleration force. Option: - → FM rotation instead of oscillation, due to asymmetrical profile. 4.4 " Overall, the sheets with the " slits are interleaved in such an insulated manner that only small gaps can arise for the B-field of the PM's - unlike the offset solution, in which the FM (because of the offset slots) would be twice as thick , 4.5 Anti-eddy current construction
4.5.1 Anti-Lorentz-Prinzip: Tangential-/Radialkräfte-Gleichgewicht mit Rechteck- Gradienten-Leiterschleife In transversal inhomogenen Feldern entstehen verschiedene Kräfte an der Front und am Ende des induzierten Wirbelstromr/r?gs in einem FM-Leiter, wenn dieser sich tangential und relativ zum PM-Feld bewegt. Beachte antiparallel orientierte PM's: daraus resultieren entgegengesetzt gerichtete Wirbelstromringe im zum jeweiligen PM orientierten FM-Blech. In einem homogenen Feld tritt kein Unterschied der Kräfte zwischen Front und Ende auf, weil das Magnetfeld keinen Gradienten besitzt. Bei inhomogenen Feldern ist der Feldgradient für die konstruktive Auslegung zur Kompensation mit verschiedenen Leiter-Querschnitte (Stege) und spez. elektr. Widerstand an Front und Ende des FM maßgebend. Erfindungsgemäß kann z.B. an der Frontseite des Wirbelstromrings ein dünnes geschlitztes Blech mit hohem spez. elektr. Widerstand (→ kleine Volumen-Wirbelströme) und am Ende ein dickes geschlitztes Bleche mit niedrigem spez. elektr. Widerstand (→ große Volumen-Wirbelströme) angeordnet sein. Durch diese Konstruktion wird die bremsende durch die beschleunigende Wirbelstromkomponente kompensiert. Die Konstruktion in Relation zum Wirbelstrom ring entspricht erfindungsgemäß einer rechteckigen Gradienten-Leiterschleife in dem die gegenüberliegenden Seiten (Front - Ende) dieser Rechteckschleife ein Paar von Stromelementen mit entgegengesetzten Stromrichtungen bilden - die Wirbelströme müssen bei Kompensation zum Gleichgewicht gleich sein.die verschiedenen Leiterquerschnitte (Front/Ende) (Elektronenmenge im Volumen) und die verschiedenen spez. elekt. Leitfähigkeiten sollen in ihrer kompensierenden Stromwirkung dem tangentialen Feldgradienten entsprechen, d.h. der tangentialen Vektor-Potentialdifferenz (magnetische Spannung Θι2=Um12). Um auch im Einzelsteg diese Gleichgewichtsbedingung zu erhalten, muß dieser als keilförmiger Einzelsteg mit Wirbelstromr/ngp (= Toms mit zwei asymmetrischen Leiter-Ästen: Front-Ende) konstruiert sein (keilförmige Einzelsteg-Leiter-Querschnittsfläche), so daß die bremsenden und beschleunigenden Kräfte in der Einzelsteg-Unterschleife gleich sind. Die Wirkung der Kompensations-Konstruktion ist so, als würde die Leiterschleife in einem homogenen Feld (ohne Feld-Gradient) bewegt: Die Kraft-Wirkungen der Wirbelstromäste sind gleich stark - trotz Vektor-Potentialdifferenz. Die Konstruktion der Leiterschleife mit obigen Anti-Wirbelstrom-Prinzip kann auch unter dem Winkel 9 zurz-Achse angewendet werden, z.B. auch in Normalenrichtung; dabei ist eine andere Vektor-Potentialfunktion Br(& ) mit einem anderen Potentialunterschied (Spannung) für Front und Ende zu berücksichtigen.4.5.1 Anti-Lorentz Principle: Tangential / Radial Force Equilibrium with Rectangular Gradient Conductor Loop In transversely inhomogeneous fields, various forces arise at the front and at the end of the induced eddy current r / r? Rs in an FM conductor when it is moved tangentially and relative to the PM field. Note PMs oriented in anti-parallel: this results in oppositely directed eddy current rings in the FM sheet oriented to the respective PM. In a homogeneous field there is no difference in the forces between the front and the end because the magnetic field has no gradient. In the case of inhomogeneous fields, the field gradient for the structural design for compensation with different conductor cross-sections (webs) and spec. elec. Resistance at the front and end of the FM is decisive. According to the invention, for example on the front of the eddy current ring, a thin slotted sheet with a high spec. elec. Resistance (→ small volume eddy currents) and at the end a thick slotted sheet with low spec. elec. Resistance (→ large volume eddy currents) must be arranged. This construction compensates the braking by the accelerating eddy current component. According to the invention, the construction in relation to the eddy current ring corresponds to a rectangular gradient conductor loop in which the opposite sides (front - end) of this rectangular loop form a pair of current elements with opposite current directions - the eddy currents must be equal when compensating for equilibrium. The different conductor cross sections (front / End) (amount of electrons in volume) and the various spec. Electr. Conductivities should correspond to the tangential field gradient in their compensating current effect, ie the tangential vector potential difference (magnetic voltage Θι 2 = U m12 ). In order to maintain this equilibrium condition in the single bridge, it must be constructed as a wedge-shaped single bridge with eddy current / ngp (= toms with two asymmetrical conductor branches: front end) (wedge-shaped single bridge conductor cross-sectional area) so that the braking and accelerating forces are the same in the single bridge lower loop. The effect of the compensation construction is as if the conductor loop were moved in a homogeneous field (without a field gradient): the force effects of the eddy current branches are equally strong - despite the vector potential difference. The construction of the conductor loop with the above anti-eddy current principle can also be applied at an angle 9 to the z axis, for example also in the normal direction; a different vector potential function B r (&) with a different potential difference (voltage) for the front and end must be taken into account.
4.5.2 Anti-Lenz-Prinzip: Normalkräfte-Gleichgewicht In hintereinander liegenden Leiterschleifen entstehen in der gleichen Umlaufrichtung induzierte Wirbelstromringe, die auch kompensiert werden können. In den in der Normalenrichtung hintereinander angeordneten Leiterschleifen (FM-Bleche) ist die Richtung der induzierten Wirbelströme und ihrer Magnetfelder, die der Induktionsursache entgegenwirken, gleich, deshalb können zu ihrer Kompensation nachfolgende erfindungsgemäße Varianten eingesetzt werden: 1. Entgegengesetzt gerichtete Ströme mit positiver Ladung: a) In äußerer oder innerer Leiterschleife negative Ladungsträger und b) in innerer oder äußerer Leiterschleife positive Ladungsträgerart. Die positiven Ströme entstehen durch positive Ladung bzw. positive Ladungsträger. Varianten mit positiven Ladungsträgern (→ unipolare Ströme) 2. Unipolare Ströme in Flüssigkeiten. a) Kolloidale Lösungen: positive oder negative Teilchen. Die kolloidalen Teilchen sind entweder positiv oder negativ geladen; Die entgegengesetzt gleichen Ladungen befinden sich dann im angrenzenden Wasser. Wenn ein Nichtleiter (Nichtelektrolyt) vorhanden ist, so lädt sich der Stoff mit der höheren Dielektrizitätskonstante positiv auf. b) Abstoßende Kraft in Richtung abnehmender Feldstärke, Teilchen hat kleinere Dielektrizitätskonstante als die Umgebung; Teilchen hat kleinere Permittivität als das Vakuum. c) Es können auch elektronische Halbleiter verwendet werden. Nβ-Leiterschleife (negative Elektronenleitung) und Pe- eiterschleife (positive Löcherleitung) → Unipolar-Halbleiterschieifen.4.5.2 Anti-Lenz principle: normal force equilibrium In eddy conductor loops lying one behind the other, induced eddy current rings are created in the same direction of rotation, which can also be compensated. In the conductor loops (FM sheets) arranged one after the other in the normal direction, the direction of the induced eddy currents and their magnetic fields, which counteract the cause of induction, is the same, therefore the following variants according to the invention can be used to compensate them: 1. Oppositely directed currents with positive charge: a) Negative charge carriers in the outer or inner conductor loop and b) positive charge carrier type in the inner or outer conductor loop. The positive currents arise from positive charge or positive charge carriers. Variants with positive charge carriers (→ unipolar currents) 2. Unipolar currents in liquids. a) Colloidal solutions: positive or negative particles. The colloidal particles are either positively or negatively charged; The opposite charges are then in the adjacent water. If a non-conductor (non-electrolyte) is present, the substance with the higher dielectric constant charges positively. b) Repulsive force in the direction of decreasing field strength, particle has smaller dielectric constant than the environment; Particle has lower permittivity than the vacuum. c) Electronic semiconductors can also be used. Nβ conductor loop (negative electron line) and P e conductor loop (positive hole line) → unipolar semiconductor loops.
Die Elektronen leitende Leiterschleife im Magnetfeld zu drehen / ver- schieben kostet Arbeit; diese kann durch die o.g. Prinzipien simultan kompensiert werden.Rotating / shifting the electron-conducting conductor loop in the magnetic field costs work; this can be done through the above Principles are compensated simultaneously.
Abschirmung zwischen negativen und positiver» Leltersch'eifen:Shielding between negative and positive »loops:
Falls die gegenseitige Beeinflussung (Interferenz) des Pe- bzw. Ne-Leiterschleifen-Ströms - und damit die gegenseitige Kompensation der links- bzw. rechtsdrehenden induzierten Wirbelstromringe - durch das jeweils entgegengesetzt orientierte induzierte Magnetfeld des anderen Leiterstroms verhindert werden soll (beachte gegenseitigen Abstand der Leiterwegen Br(« ) der Leiterschleife), kann eine magnetische Abschirmung (magn. Isolation = Dimagnetikum) zwischen den negativen und positiven Leiterschleifen eingesetzt werden, so daQ> nur die Kompensationswirkung, relativ zum induzierenden Primärmagnetfeld, das die Richtung der induzierten Ströme und Lenz-Kräfte erzeugt, zur Wirkung kommt. Durch diese Konstruktion werden Ströme in der Pe- und Ne-Leiterschleife induziert (was bei einem Generator/Motor erwünscht ist), aber die Lenz-Kräfte in Normalenrichtung von den Leitern zum PM werden kompensiert, denn in diesem Fall wird die Richtung PM zum Leiter zur Induzierung und Richtung des Stromtransports benötigt. Richtungsabhängige Abschirmung:If the mutual influence (interference) of the P e or N e conductor loop current - and thus the mutual compensation of the left or right rotating induced eddy current rings - is to be prevented by the oppositely oriented induced magnetic field of the other conductor current (note mutual Distance of the conductor paths Br («) of the conductor loop), a magnetic shield (magnetic insulation = dimagnetic) can be used between the negative and positive conductor loops, so that only the compensation effect, relative to the inducing primary magnetic field, which determines the direction of the induced currents and Lenz forces generated, comes into effect. This construction induces currents in the P e and Ne conductor loops (which is desirable with a generator / motor), but the normal Lenz forces from the conductors to the PM are compensated, because in this case the direction PM becomes Conductor needed for induction and direction of electricity transport. Directional shielding:
Es kann auch eine richtungsabhängige Abschirmung angewendet werden für den Fall, daß zur Induktion und Stromtransport nur die Feidrichtung PM → Leiterschleifen , aber nicht die umgekehrte Feldrichtung Leiterschleifen → PM erwünscht ist, weil diese die Lenzkräfte erzeugen.Direction-dependent shielding can also be used in the event that only the field direction PM → conductor loops, but not the reverse field direction conductor loops → PM, is desired for induction and current transport, because these generate the bilge forces.
Erfindungsgemäße Lösungen 1. Eigenkompensation paralleler Leiter Lineares Leiterstück (Steg im Feldmodulator) Die mechanische Bewegung eines linearen Leiterstücks, senkrecht zu seiner Länge, mit der Geschwindigkeit vι führt zu einer Kraft Fq auf die Ladungsträger, die gleichbedeutend mit dem Auftreten einer induzierten elektrischen Feldstärke E m ist.Solutions according to the invention 1. Self-compensation of parallel conductors Linear conductor section (bridge in the field modulator) The mechanical movement of a linear conductor section, perpendicular to its length, with the speed v leads to a force F q on the charge carriers, which is synonymous with the occurrence of an induced electric field strength E damn.
Es gibt zwei verschiedene Wirkungen der Lorentz-Kraft auf Leitungselektronen:There are two different effects of the Lorentz force on conduction electrons:
Bei gleichgerichteten Strömen in Leitern erfolgt eine Schwächung des Feldes zwischen den Leitern, so daß die Rückwirkung des induzierten Magnetfeldes zum Primärmagnetfeld - entsprechend der Leitfähigkeit und Querschnitt des Leiters - neutralisiert wird. Die parallelen Leiter können als Leiterschleife ausgebildet werden: a) Stromrücklauf-Ast außerhalb des Primärmagnetfeldes, oder b) Abschirmung des induzierten Magnetfeldes des Stromrücklauf- Astes innerhalb des Primärfeldgebietes, z.B. mit Weichferriten. In the case of rectified currents in conductors, the field between the conductors is weakened, so that the reaction of the induced magnetic field to the primary magnetic field is neutralized in accordance with the conductivity and cross section of the conductor. The parallel conductors can be designed as a conductor loop: a) current return branch outside the primary magnetic field, or b) shielding of the induced magnetic field of the current return branch inside the primary field region, for example with soft ferrites.
2. Negative und positive Leiterschleifen (L) Kompensation von negativem Wirbelfeld mit positivem Wirbelfeld in Relation zum PM-Feld. 3. Magnetische Äbschirrriuhg (A) zwischen den Leiterschleifeh (L) Gegenseitige Beeinflussung: Beachte Abstand zwischen den I aitsrschleifen. Beachte konstruktive Festlegung des a) Entmagnetisierungsfaktors (Länge zu Breite = Formanisotropie) und/oder b) der Kristallanisotropie und andere Anisotropien in der Abschirmungs-Schicht, um den Fluß zu leiten oder zu sperren (→ Konstruktion siehe lsotropie-/Anisotopie-FM und -PS). 4. Magnetisch richtungsabhängige Abschirmung (A)/Transluzenz zwischen den Leiterschleifen und dem PM a) Magnetische Feld-Halbleiter-Dioden-Schicht zwischen PM und negativer (Ne) und/oder positiver (Pθ) Leiterschleife. Flußquanten nur von PM Richtung Leiterschleifen → induzierte Felder in L wirken nicht zurück auf den PM. (→ Magnetronik und) b) Magnetischer Spiegel mit periodisch magnetischer Brechungsindexmodulation zwischen PM und L. c) Magnetischer Resonator (magnetische Interferometer) mit magnetisch kohärentem Fluß zwischen PM und L (die magnetischen Spiegeloberflächen müssen der Krümmung des Magnetfeldes, d.h. den gekrümmten Wellenfronten des Magnetstrahles Br(.9) genau angepaßt sein).2. Negative and positive conductor loops (L) Compensation of negative swirl field with positive swirl field in relation to the PM field. 3. Magnetic deflection ring (A) between the conductor loops (L) Mutual influence: Note the distance between the loop loops. Note constructive determination of the a) demagnetization factor (length to width = shape anisotropy) and / or b) the crystal anisotropy and other anisotropies in the shielding layer in order to direct or block the flow (→ construction see isotropic / anisotopic FM and - PS). 4. Magnetic direction-dependent shielding (A) / translucency between the conductor loops and the PM a) Magnetic field semiconductor diode layer between PM and negative (N e ) and / or positive (P θ ) conductor loop. Flow quanta only from PM towards conductor loops → induced fields in L do not affect the PM. (→ Magnetronics and) b) Magnetic mirror with periodic magnetic refractive index modulation between PM and L. c) Magnetic resonator (magnetic interferometer) with magnetically coherent flow between PM and L (the magnetic mirror surfaces must match the curvature of the magnetic field, ie the curved wavefronts of the magnetic beam B r (.9) must be exactly matched).
5. Magnetische Kompensation a) Bei Geschwindikeit v der Leiterschleife Richtung weg vom Magnetpol → magn. Anziehung zwischen L und PM. - Kompensation durch magnetisch positive Energie/Kapazität (Diamagnetikum) → Abstoßung. Beachte den Unterschied: Magnetikum (= magn. Leiter) beseitigt die Anziehung, Dimagnetikum (magn. Nichtleiter = Isolator) dagegen nicht, Diamagnetikum bewirkt eine Abstoßung. - Kompensation durch abstoßendes "Antifeld". b) Bei Geschwindikeit v der Leiterschleife Richtung Magnetpol → magn. Abstoßung zwischen L und PM. - Kompensation durch magnetisch negative Energie/Kapazität (Dimagnetikum) → Anziehung. - Kompensation durch anziehendes "Antifeld". Die Kompensation der Arbeit kann auch nacheinander (seriell) vorgenommen werden, indem jeweils nur eine Leiterart aktiv ist und bewegt wird - die Summe der Arbeit WN + Wp ist gleich null. Durch die o.g. Prinzipien ist der Bau von Elektrogeneratoren und5. Magnetic compensation a) At speed v of the conductor loop, direction away from the magnetic pole → magn. Attraction between L and PM. - Compensation through magnetically positive energy / capacity (diamagnetic) → repulsion. Note the difference: Magnetic (= magnetic conductor) eliminates the attraction, dimagnetic (magnetic non-conductor = insulator) does not, diamagnetic causes repulsion. - Compensation through repulsive "anti-field". b) At speed v of the conductor loop towards the magnetic pole → magn. Repulsion between L and PM. - Compensation through magnetic negative energy / capacity (dimagnetic) → attraction. - Compensation through attractive "anti-field". The work can also be compensated one after the other (serially) by only one type of conductor being active and moving - the sum of the work W N + Wp is zero. The construction of electrical generators and
Motoren mit höherem Wirkungsgrad möglich.Motors with higher efficiency possible.
Leiterschleifen Anti-Lenz-PrinzipConductor grinding anti-bilge principle
FM-Blech als Leiterschleife: Bei einer z.B. rechteck-förmig geschlossenen Leiterschleife, die parallel zum B-Feld liegt (α=90°), würden bei einer linearen Bewegung der Schleife senkrecht zu einem homogenen B-Feld die Induktionsspannung erten E-Felder bei der Integration über die Schleife null ergeben. Bleibt die Schleife in ihrer Lage stationär, z.B. unter Winkel α=90° oderFM sheet as a conductor loop: With a e.g. Rectangular closed conductor loop, which is parallel to the B-field (α = 90 °), would result in the induction voltage erten E-fields when integrating via the loop with a linear movement of the loop perpendicular to a homogeneous B-field. If the loop remains stationary in its position, e.g. at angle α = 90 ° or
45°, wird also nicht gedreht, und der Magnet mit seinem inhomogenen Feld bewegt sich relativ zur Leiterschleife, so tritt folgende Wirkung ein: Es wird eine Ringspannung induziert mit einem Wirbelstromring in der Schleife aufgrund des sich zeitlich ändernden und inhomogenen B-Feldes, welches wiederum auf den Ästen der Schleife bei verschiedenem B-Betrag ein instatinnärss inhomogenes Magnetfeld mit magnetischem Moment erzeugt.45 °, is therefore not rotated, and the magnet with its inhomogeneous field moves relative to the conductor loop, the following effect occurs: A ring voltage is induced with an eddy current ring in the loop due to the temporally changing and inhomogeneous B field, which again an instinctively inhomogeneous on the branches of the loop with different B-amount Magnetic field generated with a magnetic moment.
Wirbeistromring mit Kompensation der Kräfte bei Front und Ende der LeiterschleifeEddy current ring with compensation of the forces at the front and end of the conductor loop
Stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld: Die Richtung von B ist die Richtung des magnetischen Flußes. Sind die magnetischen Feldlinien unter einem Winkel α zur Flächennormalen geneigt, so ist nur die Flußdichte senkrecht zur Fläche B cos α maßgebend .Current-carrying conductor in the magnetic field: The direction of B is the direction of the magnetic flux. If the magnetic field lines are inclined at an angle α to the surface normal, only the flux density perpendicular to the surface B cos α is decisive.
Die Kraft F auf einen stromdurchflossenen Leiter der Länge I in einem Magnetfeld B wirkt senkrecht zur Fläche, die von den Vektoren I und B aufgespannt wird.The force F on a current-carrying conductor of length I in a magnetic field B acts perpendicular to the surface that is spanned by the vectors I and B.
Die Lorentz-Kraft ist maximal, wenn v und B senkrecht zueinander stehen und null, wenn sich die Ladungsträger in Richtung des magnetischen Feldes bewegen. Bei einer Leiterschleife unter Winkel α=0° hat das zur Folge, daß die gegenüberliegenden Kräfte entgegengesetzt radial nach außen wirken (= Abstoßung mit Verstärkung des Feldes innerhalb der Leiterschleife); bei einem Winkel der Leiterschleife unter α=45° sind die Kraftvektoren entgegengesetzt unter α=45° gerichtet. Die im mathematisch negativen Sinne umlaufenden Feldlinien des stromdurchflossenen Leiters überlagern sich mit den vom Nord- zum Südpol laufenden Feldlinien des Magneten.The Lorentz force is maximum when v and B are perpendicular to each other and zero when the charge carriers move in the direction of the magnetic field. In the case of a conductor loop at an angle α = 0 °, the result is that the opposing forces act in the opposite direction radially outwards (= repulsion with reinforcement of the field within the conductor loop); at an angle of the conductor loop at α = 45 °, the force vectors are directed in the opposite direction at α = 45 °. The field lines of the current-carrying conductor, which run in the mathematically negative sense, overlap with the field lines of the magnet running from the north to the south pole.
Das resultierende Feld hat in diesem Fall eine Feldlinienver//c/?fü?g auf der linken und eine Feldliniem/erαϊ/n/wng/ auf der rechten Seite. Auf den Leiter wird eine Kraft in Richtung der Fe\dverdünnung (nach rechts) wirksam (Lorentz-Kraft). Bei in positivem Sinne umlaufenden Feldlinien entsteht die Feldverdünnung auf der linken Seite; die Lorentz-Kraft wirkt in diesem Fall nach links.In this case, the resulting field has a field line ver // c /? Insert on the left and a field line / erαϊ / n / wng / on the right. A force acts on the conductor in the direction of the dilution (to the right) (Lorentz force). With field lines circulating in a positive sense, the field thinning occurs on the left side; in this case the Lorentz force acts to the left.
Durch den induzierten Stromfluß in der Leiterschleife (Wirbelstromring) entsteht ein magnetischer Nord- und Südpol, dessen Polstärke Φ bei Leiterschleifenlage zu B im Winkel α=0° maximal und bei α=90° null ist. Die Front- und End- Äste der Leiterschleife unter α=45° können in ihrerQuerschnittsfläche und/oder spez: elektr. Widerstand so variiert werden, daß die entgegengesetzten Kräfte der Front-/End-Ästen sich kompensieren.The induced current flow in the conductor loop (eddy current ring) creates a magnetic north and south pole, the pole strength Φ of which is maximum at an angle α = 0 ° when the conductor loop is at B and zero at α = 90 °. The front and end branches of the conductor loop at α = 45 ° can have a cross-sectional area and / or specific: electr. Resistance can be varied so that the opposing forces of the front / end branches compensate.
Durch die Leiterschleifenlage bei α= 45° wird auch eine Wirbeistromring-Komponente mit Stromtransport I und Umlaufsinn parallel zum B-Feld erzeugt. Die Komponenten der Lorentz-Kräfte auf den Ästen dieses zu B schrägen Wirbelstromrings liegen auf dem jeweiligen Potentialniveau und können mit den Kompensations-Prinzipien der Änderung des FronWEnd-Leiterquerschnitts (mehr Elektronen → größerer Strom) und/oder der spez. elektr. Leitfähigkeit und/oder mit einem regelbaren Spannungs-/Stromventil das Gleichgewicht herbeiführen, so daß in Normalenrichtung Fι-F2=0 beträgt.Due to the conductor loop position at α = 45 °, a vortex current ring component with current transport I and sense of rotation is also generated parallel to the B field. The components of the Lorentz forces on the branches of this eddy current ring which is inclined to B lie at the respective potential level and can be modified using the compensation principles of changing the FronWEnd conductor cross-section (more electrons → larger current) and / or the spec. elec. Conductivity and / or bring about the equilibrium with an adjustable voltage / current valve, so that Fι-F 2 = 0 in the normal direction.
Bei Geschwindigkeit v der Leiterschleife Richtung magnetischer Nordpol (Normalenrichtung), oder Magnet mit v Richtung Leiterschleife, liegt in derAt speed v of the conductor loop in the direction of the magnetic north pole (normal direction), or magnet with v direction in the conductor loop, lies in the
Schnittebene zur Leiterschleife die in tangentialer Richtung bremsende Frontkraftkomponente F2 auf Potentialniveau B2 und die beschleunigende Endkraftkomponente Fi auf Potentialniveau Bi. Die Leiterschleife kann vorzugsweise aus vielen parallelen einzel-Section plane to the conductor loop, the front force component F 2 braking in the tangential direction at potential level B 2 and the accelerating final force component Fi at potential level Bi. The conductor loop can preferably be composed of many parallel individual
Leiterschleifen, schräg zum B-Feld (α= 45°) bestehen.Conductor loops exist at an angle to the B field (α = 45 °).
Folge: Keine Lenz-Kräfte in Normalenrichtung trotz Lorentz-Kräfte. Durch die Kompensations-Konstruktion der Leiterschleifen-Äste sind dies quasi wechselwirkungsfreie Wirbelstromringe.Consequence: No Lenz forces in the normal direction despite Lorentz forces. Due to the compensation construction of the conductor loop branches, these are quasi interaction-free eddy current rings.
Man kann noch weiter gehen und im inhomogenen Feld die beschleunigende Kraft Fi am Wirbelstromring-Ende so verstärken, daß sie größer ist als die bremsende Kraft F2 an der Wirbelstromfront.You can go even further and amplify the accelerating force Fi at the end of the eddy current ring in the inhomogeneous field so that it is greater than the braking force F 2 at the front of the eddy current.
Verallgemeinerung der PrinzipienGeneralization of the principles
Diese vorgenannten Prinzipien lassen sich erfindungsgemäß analog auf alle in Transversal- und Normalrichtung inhomogene Felder anwenden. Wir bezeichen verallgemeinert ein Potentialfeld als X-Feld und ein Wirbelfeld als Z-Feld (Z=Zirkulation), weil die Gesetzmäßigkeiten der Potentialtheorie und Wirbeltheorie analog auf alle konkreten Feldarten anwendbar sind.According to the invention, these aforementioned principles can be applied analogously to all fields that are inhomogeneous in the transverse and normal directions. We generally refer to a potential field as an X field and a vortex field as a Z field (Z = circulation) because the laws of the Potential theory and vortex theory can be applied analogously to all concrete field types.
Entstehung eines Wirbelfeides Ein inhomogenes Feld (z.B. Strömung oder Magnetfeld etc.) enthält immer Wirbel, denn die Rotation beginntdort, wo sich das Potential (z.B. Geschwindigkeitspotential v, oder magnetisches Potential Br(« ), etc. ) quer zu seiner eigenen Richtung ändert. Also bei: Quer-Kraftprofil oder Quer-Magnetfeldprofil oder Quer-Geschwindigkeitsprofil, oder verallgemeinert Quer-X- bzw.Formation of a vortex field An inhomogeneous field (e.g. flow or magnetic field etc.) always contains vortices, because the rotation begins where the potential (e.g. velocity potential v or magnetic potential B r («), etc.) changes transversely to its own direction , So for: cross-force profile or cross-magnetic field profile or cross-speed profile, or generalized cross-X or
Z-Feldprofil; sein Gradient bestimmt die zum Verschieben nötige Kraft. Auch bei einem Wirbelfeld ist ein Quer-Profil vorhanden (z.B. radiale Geschwindigkeits- oder Kraftänderung, vgl. Lorentzkraft, Corioliskraft, etc.)Z-field profile; its gradient determines the force required to move it. A transverse profile is also available for a vortex field (e.g. radial speed or force change, see Lorentz force, Coriolis force, etc.)
An einer Grenzschicht entsteht immer Reibung, auch beim elektrischen oder magnetischen etc. Feld. Folge: Entstehung von Wirbeln durch elektromagnetische Reibung an den Atomen, Ionen, Molekülen, mit der Folge eines X- bzw. Z-Profils.Friction always occurs at a boundary layer, even with an electrical or magnetic etc. field. Consequence: formation of vortices by electromagnetic friction on the atoms, ions, molecules, with the consequence of an X or Z profile.
Wirbelstromring, Zirkulationsbegriff, Magnetisches WirbelfeldEddy current ring, circulation concept, magnetic vortex field
Rings um ein magn. Wirbelfeld (Wirbelstromring I) treibt die PM- Feid-Strömuπg/Feld-Fiuß Φ (die Flußquanten Φo) die Zirkulation ständig an. Für einen solchen Weg ist die Zirkulation Z= v-ds≠0. Anders auf einem geschlossenen Weg, der den Wirbel nicht umschließt. Dort herrscht ein Potentialfeld oder Potentialströmung, d.h. auf einem solchen Weg ist Z=0. Ein kreisförmiger Weg um ein rotationssymmetrischen Wirbel liefert Z=2πrv. Die Bedeutung des Zirkulationsbegriffs liegt vor allem darin, daß er dieAround a magn. Vortex field (eddy current ring I) drives the PM-Feid flow / field flow Φ (the flux quanta Φo) the circulation constantly. For such a path, the circulation is Z = v-ds ≠ 0. Different on a closed path that does not enclose the vortex. There is a potential field or potential flow there, i.e. in such a way, Z = 0. A circular path around a rotationally symmetrical vortex gives Z = 2πrv. The meaning of the concept of circulation lies mainly in the fact that it
Kräfte gwerzur Strömungs-/Feldrichtung beschreibt, die den dynamische Auftrieb ergeben.Forces gwerzur describes the flow / field direction, which result in the dynamic buoyancy.
Es wird z.B. die Feldstärke (E, D, H, B) alternativ als Beschleunigung (so wie die Gravitationsfeldstärke g) beschrieben und dieFor example the field strength (E, D, H, B) alternatively described as acceleration (such as the gravitational field strength g) and the
Strömung dieser elektromagnetischen Felder erfolgt mit Lichtgeschwindigkeit bzw. Phasengeschwindigkeit, bzw. Gruppengeschwindigkeit. Die Auftriebskraft FA wirkt bei gleichgerichteter Zirkulation entgegen derThese electromagnetic fields flow at the speed of light or phase speed or group speed. The buoyancy force FA counteracts the circulation in the same direction
Lorentz-Kraft F .Lorentz force F.
Vgl. Umströmung eines rotierenden elektrisch leitenden Zylinders mit magnetischem Wirbelfeld um einen elektrischem Wirbelstromring mit magn. Magnuseffekt. Potentialtheorie und Wirbeltheorie analog auf alle konkreten Feldarten anwendbar sind.See flow around a rotating electrically conductive cylinder with magnetic vortex field around an electric eddy current ring with magn. Magnus Effect. Potential theory and vortex theory can be applied analogously to all concrete field types.
Entstehung eines Wirbelfeldes Ein inhomogenes Feld (z.B. Strömung oder Magnetfeld etc.) enthält immer Wirbel, denn die Rotation beginnt dort, wo sich das Potential (z.B. Geschwindigkeitspotential v, oder magnetisches Potential Br(3), etc. ) quer zu seiner eigenen Richtung ändert. Also bei: Quer-Kraftprofil oder Quer-Magnetfeldprofil oder Quer-Geschwindigkeitsprofil, oder verallgemeinert Quer-X- bzw.Creation of a vortex field An inhomogeneous field (e.g. flow or magnetic field etc.) always contains vortices, because the rotation begins where the potential (e.g. velocity potential v or magnetic potential B r (3), etc.) is transverse to its own direction changes. So for: cross-force profile or cross-magnetic field profile or cross-speed profile, or generalized cross-X or
Z-Feldprofil; sein Gradient bestimmt die zum Verschieben nötige Kraft. Auch bei einem Wirbelfeld ist ein Quer-Profil vorhanden (z.B. radiale Geschwindigkeits- oder Kraftänderung* vgl. Lorentzkraft, Corioliskraft, etc.)Z-field profile; its gradient determines the force required to move it. A transverse profile is also available for a vortex field (e.g. radial speed or force change * see Lorentz force, Coriolis force, etc.)
An einer Grenzschicht entsteht immer Reibung, auch beim elektrischen oder magnetischen etc. Feld. Folge: Entstehung von Wirbeln durch elektromagnetische Reibung an den Atomen, Ionen, Molekülen, mit der Folge eines X- bzw. Z-Profiis.Friction always occurs at a boundary layer, even with an electrical or magnetic etc. field. Consequence: formation of vortices by electromagnetic friction on the atoms, ions, molecules, with the consequence of an X or Z professional.
Wirbelstromring, Zirkulationsbegriff, Magnetisches WirbelfeldEddy current ring, circulation concept, magnetic vortex field
Rings um ein magn. Wirbelfeld (Wirbelstromring I) treibt die PM- Feld-Strömung/Feld-Fluß Φ (die Flußquanten Φo) die Zirkulation ständig an. Für einen solchen Weg ist die Zirkulation Z-§ v ds≠O. Anders auf einem geschlossenen Weg, der den Wirbel nicht umschließt. Dort herrscht ein Potentialfeld oder Potentialströmung, d.h. auf einem solchen Weg ist Z=0. Ein kreisförmiger Weg um ein rotationssymmetrischen Wirbel liefert Z=2τrrv. Die Bedeutung des Zirkulationsbegriffs liegt vor allem darin, daß er dieAround a magn. Vortex field (eddy current ring I) drives the PM field flow / field flow Φ (the flux quanta Φo) the circulation constantly. For such a path, the circulation is Z-§ v ds ≠ O. Different on a closed path that does not enclose the vortex. There is a potential field or potential flow there, i.e. in such a way, Z = 0. A circular path around a rotationally symmetrical vortex gives Z = 2τrrv. The meaning of the concept of circulation lies mainly in the fact that it
Kräfte quer zur Strömungs-/Feldrichtung beschreibt, die den dynamische Auftrieb ergeben.Describes forces transverse to the flow / field direction that result in dynamic lift.
Es wird z.B. die Feldstärke (E, D, H, B) alternativ als Beschleunigung (so wie die Gravitationsfeldstärke g) beschrieben und dieFor example the field strength (E, D, H, B) alternatively described as acceleration (such as the gravitational field strength g) and the
Strömung dieser elektromagnetischen Felder erfolgt mit Lichtgeschwindigkeit bzw. Phasengeschwindigkeit, bzw. Gruppengeschwindigkeit. Die Auftriebskraft FA wirkt bei gleichgerichteter Zirkulation entgegen derThese electromagnetic fields flow at the speed of light or phase speed or group speed. The buoyancy force FA counteracts the circulation in the same direction
Lorentz-Kraft FL.Lorentz force FL.
Vgl. Umströmung eines rotierenden elektrisch leitenden Zylinders mit magnetischem Wirbelfeld um einen elektrischem Wirbelstromring mit magn. Magnuseffekt. Laminare homogene - turbulente/inhomogene Feld-Strömung/Feld-Fluß Φ Definition Kräfte: Reibungswiderstandskraft FR Druckwiderstandskraft FD Gesamte Widerstandskraft FWSF +FD Fw nimmt quadratisch mit der Feld-Strömungsgeschwindigkeit / Feld-Flußgeschwindigkeit zu. Nach einer bestimmten "Lauflänge" entlang eines elektromagnetischen Körpers wird die Feld-Grenzschicht turbulent. Der Umschlagpunkt hängt von der Form der elektromagnetischen Körpervorderkante, aber auch von der Rauigkeit der Oberfläche ab. " Feld-Strάmliriienkörper Die Geometrie eines Feld-Stromlinienkörpers hat die Besonderheit, daß der Druckabfall entlang des Feld-Körpers so langsam stattfindet, daß keine Feld-Wirbel auftreten können. → Ausbildung eines elektromagnetischen Feld-Stromlinienkörpers. Beachte Grenzschicht D, innerhalb der die Feld-Strömungsgeschwindigkeit von v=0 auf den vollen Wert ansteigt. Es bildet sich im vorderen Teil des Feld-Stromlinienkörpers zunächst eine laminare Grenzschicht aus. In diesem Bereich werden die Flußquanten beschleunigt. Bei weiterer Feld-Strömung entlang des FKM-Feldkörpers nimmt der Feld-Strömungsdruck zu, so daß wegen der jetzt beginnenden Verzögerung der strömenden Flußquanten eine Feld-Wirbelbildung einsetzt. Es entsteht aus einer laminaren Grenzschicht eine turbulente Feld-Strömung (laminare Unterschicht, turbulente Oberschicht). Kraft am durch Feld-Fluß umströmten Feld-Körper (Leiter mit Wirbelfeld) Treten bei der Feld-Umströmung von Körpern auf der konvexen Seite höhere Feld-Strömungsgeschwindigkeiten als auf der gegenüberliegenden konkaven Seite auf, so hat dies zur Folge (analog Bernoulli-Gleichung), daß an der konvexen Seite ein Feld- Unterdruckgebiet und an der konkaven Seite ein Feld-Überdruckgebiet entsteht. Aus diesem Grund wird eine dynamische Kraft FA quer zur Feld-Strömungsrichtung und in Richtung der konvexen Seite wirksam, die analog zur Druckkraft FD formuliert wird. Diese Kraft FA (Richtung konvexe Seite) ist der Lorentz-Kraft F (Richtung konkave Seite) entgegengelichtet, wenn die Zirkulationsrichtung der Feldströmung im gleichen Sinne orientiert ist wie die Zirkulationsrichtung des Magnetfeldes: Auf der konvexen Seite ergibt sich: +FA, → → p Auf der konkaven Seite ergibt sich: -FA, ^ → ^V → p Mit FA kann FL kompensiert werden. Auch kann durch eine der magnetischen Induktionszirkulation entgegengerichtete Zirkulation der Feld-Strömung die abstoßende Lenz-Kraft des im Leiter induzierten Magnetfeldes auf das induzierende Magnetfeld des PM kompensiert werden; in diesem Fall zeigt die konvexe Seite des Feldkörpers Richtung Lorentz-Kraft. Die Kraft wirkt in Richtung Unterdruckgebiet (Feldverdünnung) = höhere Strömungsgeschwindigkeit; gegenüberliegend ist das Überdruckgebiet. Beachte Profil (Feld-Strömungskörper mit FA=0, "Auftriebs"-Körper mit FA≠0). "Auftriebs"-kraft FA und Widerstandskraft Fw ergeben vektoriell addiert die resultierende Kraft F0=FA+FW- Die Richtung der "Zirkulation" der Feld-Strömung wird durch die Richtung der konvexen Seite zum Magnetfeldfluß Φ bestimmt. "Elektromagnetischer Flügel" Die langgezogene Tropfenform des Feld-Körperprofils ("Flügel") setzt den Feld-Anströmwiderstand stark herab^Gleichzeitig aber behindert die Wölbung des Feld-Körpers mit der scharfen Hinterkante den "links herum" laufenden Feldwirbel des Feld-Wirbelpaares erheblich stärker als den anderen und nötigt ihn zum Abreißen. Der Rechts Feldwirbel bleibt hängen und überlagert sich der anströmenden Potentialströmung. Genau der gleiche Effekt entsteht in anderen inhomogenen Potential- und Wirbelfeldern.See flow around a rotating electrically conductive cylinder with magnetic vortex field around an electric eddy current ring with magn. Magnus Effect. Laminar homogeneous - turbulent / inhomogeneous field flow / field flow Φ Definition of forces: frictional resistance F R pressure resistance FD total resistance FW S F + FD F w increases quadratically with the field flow velocity / field flow velocity. After a certain "run length" along an electromagnetic body, the field boundary layer becomes turbulent. The point of change depends on the shape of the front edge of the body, but also on the roughness of the surface. " Field streamline body The geometry of a field streamline body has the peculiarity that the pressure drop along the field body takes place so slowly that no field vortices can occur. → Formation of an electromagnetic field streamline body. Note boundary layer D, within which the field Flow velocity increases from v = 0 to the full value. A laminar boundary layer first forms in the front part of the field streamlined body. In this area the flow quanta are accelerated. With further field flow along the FKM field body, the field Flow pressure, so that due to the now beginning deceleration of the flowing river quanta, a field vortex formation begins. A laminar boundary layer creates a turbulent field flow (laminar lower layer, turbulent upper layer). Force on the field body flowed by field flow (conductor with vortex field) Occurs in the field flow around bodies on de If the convex side has higher field flow velocities than on the opposite concave side, this has the result (analogous to Bernoulli's equation) that a field negative pressure area is created on the convex side and a field positive pressure area is created on the concave side. For this reason, a dynamic force FA acts transversely to the field flow direction and in the direction of the convex side, which is formulated analogously to the pressure force FD. This force FA (direction of the convex side) is opposed to the Lorentz force F (direction of the concave side) if the direction of circulation of the field flow is oriented in the same sense as the direction of circulation of the magnetic field: On the convex side we get: + F A , → → p On the concave side we get: -FA, ^ → ^ V → p FA can be used to compensate for F L. The repelling Lenz force of the magnetic field induced in the conductor can also be exerted on the inducing one by a circulation of the field flow opposing the magnetic induction circulation Magnetic field of the PM can be compensated; in this case the convex side of the field body points towards the Lorentz force. The force acts in the direction of the negative pressure area (field thinning) = higher flow speed; the overpressure area is opposite. Note profile (field flow body with F A = 0, "buoyancy" body with F A ≠ 0). "Buoyancy" force F A and resistance force F w add up vectorially the resulting force F 0 = F A + FW- The direction of "circulation" of the field flow is determined by the direction of the convex side to the magnetic field flux Φ. "Electromagnetic wing" The elongated teardrop shape of the field-body profile ("wing") greatly reduces the field inflow resistance ^ At the same time, however, the curvature of the field body with the sharp rear edge hinders the field vortex of the pair of field vortexes running "to the left" considerably more than the other and compels him to tear it down. The right field vortex gets stuck and overlaps the incoming potential flow. Exactly the same effect occurs in other inhomogeneous potential and vortex fields.
5. Schritt: Elektrischen Widerstand erhöhenStep 5: increase electrical resistance
Im Betrieb wird der FM wärmer, so daß sich der spez. elektr. Widerstand beim FM-Metall erhöht (bei FM-M-Halbleitern umgekehrt)In operation, the FM becomes warmer, so that the spec. elec. Resistance in FM metal increased (vice versa in FM-M semiconductors)
→ kleinere Wirbelströme → kleinere Lorentz-Kräfte.→ smaller eddy currents → smaller Lorentz forces.
Optionenoptions
Die anderen Effekte, wie Magnetoresistenz, Druckabhängigkeit des Widerstandes und elektrische- Wärmeleitfähigkeit können sinnvoll kombiniert werden - wenn es geht, immer im Prinzip der Gleichgewichtskompensation.The other effects, such as magnetoresistance, pressure dependency of the resistance and electrical thermal conductivity can be combined sensibly - if possible, always in the principle of equilibrium compensation.
4.5.2.2 Stationärer FM4.5.2.2 Stationary FM
Für den stationären FM gelten alle Schritte 1.-4.4 (jedoch ohne 4.1-4.3) und 5. Nur die longitudinalen Lorentz-Kräfte, die bei der Lenz-Regel entstehen, sind zu minimieren/eliminieren; tangentiale Lorentz-Brems- und Beschleunigungskräfte treten wegen der fehlenden transversalen Bewegung des FM nicht auf. Auch die in 3. genannte Beschleunigung/Verzögerung der Elektronen bei Oszillation des stationären FM fällt weg. Im Falle des magnetischen M-Halbleiter ist der umgekehrt temperaturabhängige Widerstand zu beachten.All steps 1.-4.4 (but without 4.1-4.3) and 5. apply to the stationary FM. Only the longitudinal Lorentz forces that arise with the Lenz rule are to be minimized / eliminated; Tangential Lorentz braking and acceleration forces do not occur due to the missing transverse movement of the FM. The acceleration / deceleration of the electrons when the stationary FM oscillates is also eliminated. In the case of the magnetic M-semiconductor, the opposite temperature-dependent resistance must be taken into account.
4.5.2.3 Konstruktion des kinematischen FM mit magnetischem Anti- Wirbelstrom-Prinzip (Fig. 39)4.5.2.3 Construction of the kinematic FM with magnetic anti-eddy current principle (Fig. 39)
→ Ladungsverschiebung durch Induktion: Die Existenz einer Induktionsfeldstärke längs eines bewegten Leiterstücks, das nicht Teil eines Stromkreises ist, führt zu Ladungsverschiebungen (Influenz) bis zur Kompensation der Iπduktrσnsfeldstärke. In einem Metallstück resultiert daraus ein "Elektronenüberschuß" auf der einen und ein "Elektronenmangel" auf der anderen Seite. → Induktionsfeldstärke längs des sich bewegenden FM → Transversal-! nfluenz. Die elektrische (Ursache E-Feld) und magnetische Influenz (Ursache Induktion) kann bei richtiger Orientierung der Pole und Bewegungsrichtung des FM zusammengelegt werden, sodaß die Wirkungen sich verktoriell addieren. Kinematischer FM: Influenz durch Induktionsstärke längs eines bewegten Leiters→ Charge shift through induction: The existence of an induction field strength along a moving conductor section, which is not part of a circuit, leads to charge shifts (influence) up to the compensation of the inductor field strength. In a piece of metal, this results in an "excess of electrons" on one side and a "lack of electrons" on the other. → Induction field strength along the moving FM → Transversal! nfluenz. The electrical (cause E-field) and magnetic influence (cause induction) can be combined if the poles are oriented correctly and the direction of movement of the FM so that the effects add up in a vectorial manner. Kinematic FM: Influence due to induction strength along a moving conductor
= FM.= FM.
Bei FM-Oszillation kehrt sich die Influenzierung um, wenn die Bewegungsrichtung sich umkehrt; bei Kreisbewegung des FM mit Geschwindigkeit v ist immer die gleiche Richtung vorhanden, in der das B-Feld geschnitten wird.With FM oscillation, the influence is reversed if the direction of movement is reversed; with circular motion of the FM at speed v, the same direction is always present in which the B field is cut.
- PM-Magnetfeld von vorn nach hinten mit parallel orientiertem Spinmoment der PM's.- PM magnetic field from front to back with parallel oriented spin moment of the PM's.
- Bei antiparallelen Spinmomenten der PM's neutralisiert sich das B-Feld in der Symmetrieebene; auf den PM zugewandten FM-Oberflächen ist die Ladung umgekehrt influenziert (Richtung B-Feld anders)?- With antiparallel spin moments of the PM's, the B field neutralizes itself in the plane of symmetry; on the FM surfaces facing PM is the charge reversely influenced (different direction B field)?
- Bei richtiger Orientierung ergänzen sich die E-Influenz mit B-Influenz; die Elektronen bzw. die Ladungen müssen auf derselben Seite sein- With correct orientation, E-Influence is complemented by B-Influence; the electrons or the charges must be on the same side
Kinematischer FM: Influenz durch Induktionsstärke längs eines bewegten Leiters = FM. Bei FM-Oszillation kehrt sich die Influenzierung um, wenn dieKinematic FM: Influence due to induction strength along a moving conductor = FM. With FM oscillation, the inflation reverses when the
Bewegungsrichtung sich umkehrt; bei Kreisbewegung des FM mit Geschwindigkeit v ist immer die gleiche Richtung vorhanden, in der das B-Feld geschnitten wird.Direction of movement reverses; with circular motion of the FM at speed v, the same direction is always present in which the B field is cut.
- PM-Magnetfeld von vorn nach hinten mit parallel orientiertem Spinmoment der PM's.- PM magnetic field from front to back with parallel oriented spin moment of the PM's.
- Bei antiparallelen Spinmomenten der PM's neutralisiert sich das B-Feld in der Symmetrieebene; auf den PM zugewandten FM-Oberflächen ist die Ladung umgekehrt influenziert (Richtung B-Feld anders).- With antiparallel spin moments of the PM's, the B field neutralizes itself in the plane of symmetry; on the FM surfaces facing PM, the charge is reversely influenced (different in the direction of the B field).
- Bei richtiger Orientierung ergänzen sich die E-Influenz mit B-Influenz; die Elektronen bzw. die Ladungen müssen auf derselben Seite sein- With correct orientation, E-Influence is complemented by B-Influence; the electrons or the charges must be on the same side
4.5.2.4 Kombinierte Elektrische und magnetische Anti-Lorentz- Kraft-Prinzipien4.5.2.4 Combined Electrical and Magnetic Anti-Lorentz Force Principles
Es gibt zwei Prinzipien: a) Magnetische und elektrische Influenz gleichgerichtet orientiert (Fig.40). 1. Das magnetostatische Feld treibt die Ladung mit der durch die Induktionsspannung Ejnd erzeugten Kraft Fq bei Bewegung des Leiters nach rechts und zur Mitte (siehe umgekehrte Flußrichtung des B-Feldes der jeweiligen Magnetpole), wenn sie nicht durch Blech-Isolation gehindert wird. 2. Das elektrostatische Feld treibt die Elektronen ebenfalls zur Mitte (siehe Anordnung der E-Pluspole), sodaß sie sich rechts am E-Minuspol konzentrieren (wenn sie nicht gehindert werden durch die longitudinale lamellierte Blechtrennung mit einer Isolationsschicht), sodann kann die Ladungsüberführung in der Mitte erfolgen. Das B-Feld kann in den Lamellen-Blechen transversal, senkrecht zur FM-Bewegung, und durch überlappte Flußübergänge zwischen den Stegen auch transversal, waagrecht = parallel zur FM-Bewegung, fließen. b) Elektrische und magnetische Influenz gekreuzt orientiert (Fig.41). 1. Das elektrostatische Fe\d treibt die Ladung schon vor der Bewegung des Leiters und außerhalb des B-Feldes im Steg nach unten; die Stege sind durch Schlitze getrennt (Stromunterbrechung) - es entsteht Influenz und eine neutrale Zone. 2. Das B-Feld kann deshalb - bei Bewegung des Leiters - die e-Ladung mit der durch die Induktionsspannung Eir,d erzeugten Kraft Fq nicht mehr zur Mitte (siehe umgekehrte Flußrichtung des B-Feldes der jeweiligen Magnetpole) und nicht nach rechts treiben, wenn die Ladungsträger, außer durch die neutrale Zone (erzeugt durch das E-Feld), durch eine longitudianale Trennung der Lamellenbleche mit Isolationsschicht daran gehindert werden (Fig. 42). Die Ladungstrennung erfolgt dann unten am E-Pluspol. Variante a: Fluß der Elektronen nach rechts zum E-Pluspol aufgrund der isolierenden Trennschichten nicht möglich, d.h. Bewegung der Elektronen nach rechts verhindert, sodaß sich die Lorentz-Kraft Fq, aufgrund des fehlenden Elektroneniußes im Leiter nach rechts (Bewegung der Elektronen im Leiter nicht möglich, weil die Ladung vorher aus diesem Gebiet entfernt wurde) erst gar nicht einstellen kann. Fq ist aber lokal in den isolierten Lamellen-Blechen vorhanden, wenn die Elektronen noch dort sind.There are two principles: a) Magnetic and electrical influence oriented in the same direction (Fig. 40). 1. The magnetostatic field drives the charge with the force F q generated by the induction voltage Ejnd when the conductor moves to the right and to the center (see reverse flow direction of the B field of the respective magnetic poles) if it is not prevented by sheet metal insulation. 2. The electrostatic field also drives the electrons to the center (see arrangement of the E-plus poles), so that they concentrate on the right at the E-minus pole (if they are not prevented by the longitudinal laminated sheet separation with an insulation layer), then the charge transfer in in the middle. The B field can flow transversely, perpendicular to the FM movement, and also transversely, horizontally = parallel to the FM movement, due to overlapped flow transitions between the webs. b) Crossed electrical and magnetic influence (Fig. 41). 1. The electrostatic Fe \ d drives the charge down before the conductor moves and outside the B field in the web; the webs are separated by slots (power interruption) - there is an influence and a neutral zone. 2. The B field can therefore - when the conductor moves - the e-charge with the force F q generated by the induction voltage E ir , d no longer towards the center (see reverse flow direction of the B field of the respective magnetic poles) and not after drive to the right if, apart from the neutral zone (generated by the E field), the charge carriers are prevented from doing so by a longitudinal separation of the lamella plates with an insulation layer (FIG. 42). The charge is then separated at the bottom of the E positive pole. Variant a: Flow of the electrons to the right to the E-positive pole is not possible due to the isolating separating layers, i.e. movement of the electrons to the right is prevented, so that the Lorentz force F q , due to the lack of electron emission in the conductor, moves to the right (movement of the electrons in the conductor not possible because the load was removed from this area beforehand). However, F q is locally present in the isolated lamella sheets when the electrons are still there.
Variante b: Sollten noch Elektronen vorhanden sein, so können diese nur mit Fq nach rechts driften (induzierte Influenz), wenn eine Durchkontaktierung im Sinne eines Leiters der Länge I erfolgt ist. Diese könnten dann in der Mitte des FM durch eine Ladungsübertragung entfernt werden (FM ist positiv geladen).Variant b: If electrons are still present, they can only drift to the right with F q (induced influenza) if a through-connection in the sense of a conductor of length I has been made. These could then be removed in the middle of the FM by a charge transfer (FM is positively charged).
Das B-Feld kann in den Lamellen-Blechen transversal, senkrecht zur FM-Bewegung, und durch überlappte Flußübergänge zwischen den Stegen auch transversal, waagrecht = parallel zur FM-Bewegung, fließen. Alle Prinzipien können auch bei longitundinaler Bewegungsrichtung der PM konstruktiv umgesetzt werden, wenn Lorentz-Kräfte auftreten.The B field can flow transversely, perpendicular to the FM movement, and also transversely, horizontally = parallel to the FM movement, due to overlapped flow transitions between the webs. All principles can also be implemented constructively with the PM's longitundinal direction of movement when Lorentz forces occur.
4.5.2.5 Zusammenfassung4.5.2.5 Summary
4.5.2.5.1 Kräfte bei bewegten Magneten und ruhendem FM Magnetfeld nicht zeitlich konstant (instationär), Lage des FM stationär.4.5.2.5.1 Forces with moving magnets and stationary FM magnetic field not constant over time (unsteady), position of the FM stationary.
FM ■ "Auf bei OT:FM ■ "Open at OT:
Wenn die PM's sich vom offenen FM entfernen, können keine Lorentz-Kräfte entstehen. FM a »zu" bei UT:If the PM's move away from the open FM, no Lorentz forces can arise. FM a » zu" at UT:
Wenn sich die PM's dem geschlossenen FM annähern (→ Gleichgewichtszustand), entstehen abstoßende Kräfte durch die in der PM-nahen FM-Front-Oberfläche induzierten Wirbelströme; in der Symmetrieebene des FM sind sie null, da sich die Ströme durch die antiparallelen PM's entgegengesetzt neutralisieren. FM = "Zu" bei OT:When the PM's approach the closed FM (→ equilibrium state), repulsive forces arise due to the eddy currents induced in the PM-near FM front surface; in the plane of symmetry of the FM they are zero, since the currents through the antiparallel PM's neutralize each other. FM = "closed" for OT:
Wenn sich die PM's vom geschlossenen FM entfernen, so entstehen anziehende Kräfte in der Front-Oberfläche des FM. Kommt nur vor, wenn die Maschine gebremst werden soll, dann ist der FM geschlossen bei Bewegung der PMs von OT-+UT.If the PM's move away from the closed FM, attractive forces arise in the front surface of the FM. If the machine only needs to be braked, the FM is closed when the PMs of OT- + UT move.
4.5.2.5.2 Kräfte bei bewegtem FM (bewegter Leiter)4.5.2.5.2 Forces with moving FM (moving conductor)
PM's in OT, FM öffnet oder schließt → Bewegung des FM mit seinen Leitern. Magnetfeld zeitlich konstant (stationär), Lage des FM instationär.PM's in OT, FM opens or closes → movement of the FM with its conductors. Magnetic field constant over time (stationary), position of the FM unsteady.
B-Feld, Leiter im FM und Leiter-/FM-Bewegung sind drei aufeinander senkrecht stehende Größen.B-field, conductor in FM and conductor / FM movement are three mutually perpendicular variables.
Bewegung des Leitungselektrons mit Ladung q entweder elektrisch, bewirkt durch ein E-Feld, entlang des Leiters oder mechanisch durch dessen Parällelverschieburig.Movement of the conduction electron with charge q either electrical, caused by an E-field, along the conductor or mechanically displaceable by its parallel.
1. Kraft Fi auf einen stromdurchflossenen Leiter1. Force Fi on a current-carrying conductor
Die (elektrische) Bewegung mit Ladungstransport-Geschwindigkeit vq im Feld B führt zu einer (mechanischen) Kraft Fi in transversaler Richtung auf den Leiter.The (electrical) movement with charge transport speed v q in field B leads to a (mechanical) force Fi in the transverse direction on the conductor.
2. Kraft Fq auf Leitungselektronen2. Force F q on conduction electrons
Die mechanische Bewegung des Leiters, senkrecht zu seiner Länge, mit der Geschwindigkeit V| führt zu einer Kraft Fq auf die Ladungsträger, die gleichbedeutend mit einer induzierten elektrischen Feldstärke EM ist: Fq ~ q Ejπ (- Lorentz-Kraft auf Leitungselektronen)The mechanical movement of the conductor, perpendicular to its length, at the speed V | leads to a force F q on the charge carriers, which is equivalent to an induced electric field strength EM: F q ~ q Ejπ (- Lorentz force on conduction electrons)
Die Induktionsfeldstärke längs des bewegten Leiterstücks, das nicht Teil eines Stromkreises ist, führt zu Ladungsverschiebung (Influenz) bis zur Kompensation der Induktionsfeldstärke. Im FM-Leiter resultiert daraus ein "Elektronenüberschuß" (= Elektronenanhäufung) auf der einen und ein "Elektronenmangel" auf der anderen Seite = Influenz.The induction field strength along the moving conductor section, which is not part of a circuit, leads to a charge shift (influence) up to the compensation of the induction field strength. In the FM conductor, this results in an "electron excess" (= electron accumulation) on one side and an "electron deficiency" on the other side = influenza.
Die influenzierte Ladung wird als Ladungstrennung verstanden und in einem überlagerten influenzierenden E-Feld mittels einer Spitze überführt; der Leiter soll positiv geladen sein.The influenced charge is understood as charge separation and transferred in a superimposed influential E field by means of a tip; the leader should be positively charged.
5. FM-Schichtenaufbau / Lamellierung FM-Struktur5. FM layer structure / lamination FM structure
Im Gegensatz zur PS-Struktur stellt das FM-Blech den transversalen leitenden Fluß zwischen den Polen der antiparallel angeordneten PM's her. Die transversalen, dünnen (gegen Wirbelströme) FM-Bleche erhalten zusätzlich (außer der dünnen Blechdicke und ggf. Korπorieπtieruπg / Kristallorientierung, Formanisotropie) eine longitudinale Anti-Wirbelstrom-Struktur (Spalte in den Blechlamellen).In contrast to the PS structure, the FM sheet creates the transverse conductive flow between the poles of the anti-parallel PMs. The transversal, thin (against eddy currents) FM sheets additionally (along with the thin sheet thickness and, if necessary, correction / crystal orientation, shape anisotropy) have a longitudinal anti-eddy current structure (gaps in the sheet metal lamellae).
FM für kinematisch-passiven Einsatz (Transversalbewegung)FM for passive kinematic use (transverse movement)
Es sind die wechselsinnig in transversaler Richtung geschichteten Blech-Kämme (mit Spalten) funktionsrelevant. D.h. die übereinander und in der Projektion die Anti-Wirbelstrom-Spalten abdeckenden Blech-Kämme, die ihrerseits senkrecht zur Blechebene, also in longitudinaler Richtung eine Anti-Wirbelstrom Spalten-Struktur besitzen, konstruktiv festzulegen.The sheet metal combs (with gaps), which are layered alternately in the transverse direction, are functionally relevant. Ie the metal combs covering one another and in the projection the anti-eddy current columns, which in turn are vertical to the sheet metal plane, that is to say have an anti-eddy current column structure in the longitudinal direction, to be determined constructively.
Die Spalten-Struktur in den übereinander liegenden Blech-Kämmen muß in der nächsten darüber liegenden Blechebene so verschoben sein, daß kein magnetischer Fluß, ohne Überdeckung (Abschirmung) der Spalte der darunter befindlichen Blech-Kämme, den FM longitudinal direkt durchqueren kann: Die Überlappungslänge für transversalen Fluß muß konstruktiv berücksichtigt werden.The column structure in the sheet metal combs lying one above the other must be shifted in the next sheet metal layer above it in such a way that no magnetic flux, without covering (shielding) the column of the sheet metal combs below, can traverse the FM longitudinally directly: the overlap length for transverse flow must be considered constructively.
Für optimale Abschirmwirkung kann es notwendig sein, das FM-Material am Einsatzort (in situ) durch ein Wechselfeld abnehmender Amplitude zu entmagnetisieren (wenn der FM in Offen-Stellung steht). Lamellierung der FM-ScheibeFor optimal shielding, it may be necessary to demagnetize the FM material at the place of use (in situ) by means of an alternating field of decreasing amplitude (when the FM is in the open position). Lamination of the FM disc
Schichtung (Fig.43)Layering (Fig. 43)
Übereinander versetzte Blechlamellen, Spalten müssen verdeckt sein. Beachte Überlappungslänge mit transversalem Fluß. Bänder und Dicken unter 0,05 mm können zu Folienpakete verarbeitet werden. Danach lassen sich durch Funkenerosion Formteile schneiden.Sheet metal slats offset one above the other, gaps must be covered. Note length of overlap with transverse flow. Tapes and thicknesses below 0.05 mm can be processed into film packages. Thereafter, molded parts can be cut by spark erosion.
- mechanisch-elektrische Unterdrückung von Wirbelströmen- Mechanical-electrical suppression of eddy currents
- Lamellenflächen senkrecht zu den Wirbelströmen anordnen- Arrange slat surfaces perpendicular to the eddy currents
- isolierende elektrische Oxidschicht zwischen den Lamellen- insulating electrical oxide layer between the fins
- plangeschliffene Stirnflächen, kleine Luftspalte zwischen den Blechen - wesentlich geringerer magnetischer Widerstand durch wechselsinnig geschichtete FM-Bleche (große Flächenberührung, Scherung: Luftspalt zwischen zwei FM-Blechebenen). Mindestabstand der Schichtung: a) = Dicke der Isolationsschicht, b) Trennschicht in longitudinaler Richtung wegen Mehrfachabschirmung (es multiplizieren sich die Einzelabschirmungen) Überlappungslänge bei der Schichtung beachten- Flat ground end faces, small air gaps between the sheets - Much lower magnetic resistance due to alternately layered FM sheets (large surface contact, shear: air gap between two FM sheet levels). Minimum spacing of the layering: a) = thickness of the insulation layer, b) separation layer in the longitudinal direction due to multiple shielding (the individual shields multiply) Note the overlap length when layering
- von einer bestimmten Luftspaltlänge an ist der magnetisch wirksame Spalt kleiner als der geometrische (Fluß nicht zwischen den geschliffenen Stirnflächen der Mittelstege, sondern über Parallelweg durch die Luft)- From a certain air gap length, the magnetically effective gap is smaller than the geometric one (flow not between the ground end faces of the central webs, but via a parallel path through the air)
- Blechform bestimmt die Magnetisierungskennlinie, bei Legierungen mit magnetischer Vorzugsrichtung sind besondere Formen oder Schichtweisen erforderlich (U- und ED-Bleche mit verbreiterter Basis)- The shape of the sheet determines the magnetization characteristic, for alloys with a preferred magnetic direction special shapes or layers are required (U and ED sheets with a broadened base)
- magnetische Brechung der Feldlinien an Grenzflächen nutzen (magn. Brechungsindex)- Use magnetic refraction of the field lines at interfaces (magnetic refractive index)
- beachte geneigte Scherung der Hysterese- note inclined shear of the hysteresis
PS-StrukturPS structure
In den Polschuhen sind die Blechorientierungen ausschließlich parallel zur longitudinalen Richtung, also parallel zum zu überbrückenden Fluß im Luttspalt und damit senkrecht zu den Wirbelströmen; die PS überdecken nur die Pol-zu-Pol Verbindung zwischen den verschiedenen, antiparallelen, sich abstoßenden PM's. Bei den Polschuhen ist die Kristalianisotropie / Kornorientierung und die magnetischesehr Formanisotropie funktionsrelevant. 6. Transversalkraft-KompensationIn the pole pieces, the sheet metal orientations are exclusively parallel to the longitudinal direction, that is to say parallel to the flow to be bridged in the air gap and thus perpendicular to the eddy currents; the PS only cover the pole-to-pole connection between the different, anti-parallel, repulsive PM's. For the pole pieces, the crystal isotropy / grain orientation and the magnetic very shape anisotropy are functionally relevant. 6. Transverse force compensation
Ziel: FM- / PS- Arbeits-Kompensation im Gleichgewichts-Zustand bei OT. Transversal-Arbeits-Kompensation 7 isr.hΩn negativer Arbeit im PM-Feld plus positive Arbeit im Kompensator-Feld -ΣWf→O → |-Wt(PM)|+|+Wt(K)| →O → μm-+∞ bei OT Ferromagnetischer Stoff wird transversal ins Magnetfeld (PM's) hineingezogen.Goal: FM / PS work compensation in equilibrium at OT. Transversal work compensation 7 isr.hΩn negative work in the PM field plus positive work in the compensator field -ΣW f → O → | -W t (PM) | + | + W t ( K ) | → O → μ m - + ∞ at OT Ferromagnetic material is drawn transversely into the magnetic field (PM's).
Die Arbeit ist negativ = Verlust (-Wteu), wenn er aus dem PM-Feld herausgezogen wird (FM = Öffnen in Takt 1). Der Fall FM "Schließen" im PM-Nahfeld bei OT kommt nicht vor. Die Arbeit ist positiv (+Wab), wenn der FM in das Feld hineingezogen wird (FM = Schließen in Takt 3). Dieser starkeThe work is negative = loss (-W teu ) when it is pulled out of the PM field (FM = opening in bar 1). The case of FM "closing" in the PM near field at OT does not occur. The work is positive (+ W down ) when the FM is pulled into the field (FM = closing in bar 3). This strong one
Kc pensations-Fall tritt aber bei OT nicht auf, weil der Schließvorgang imKc pensations case does not occur at OT because the closing process in
3. Takt nur mit ganz geringem transversalem Kraftfeld stattfindet (die PM's sind zum FM im Fernfeld mit Hub-Abstand h/2). -- - - -3rd cycle only takes place with a very small transverse force field (the PM's are to the FM in the far field with stroke distance h / 2). - - - -
Zusammen = FM Öffnen im PM-Feld + FM Kompensieren im Kompensatorfeld - in der Systemeinheit PM's + K - kompensieren sich die bewegungsrichtungsabhängigen Teil-Arbeiten, wenn ein Gleichgewicht zwischen beiden Anteilen hergestellt wird. -Wt(PM)+Wt(K) → 0, deshalb r\m→°° bei OTTogether = FM opening in the PM field + FM compensation in the compensator field - in the PM's + K system unit - the movement-dependent partial work compensates itself if a balance is struck between the two parts. -W t (P M) + Wt (K) → 0, therefore r \ m → °° at OT
Dies ist nur möglich, wenn im 1. Takt ein transversales Gleichgewicht hergestellt und im 3. Takt keine transversale negative Arbeit beim FM-Sch!ießvorgang notwendig ist. Da das Kraftfeld der PM's im 3. Takt bezüglich FM ein Fernfeld ist, wird beim Schließvorgang positive Arbeit gewonnen, die man, wegen ihrer Kleinheit, kaum zur Kompensation der negativen Arbeit beim Öffnen des FM im 1. Takt heranziehen kann; formal wird sie jedoch berücksichtigt.This is only possible if a transversal equilibrium is established in the 1st bar and no transverse negative work in the FM shooting process is necessary in the 3rd bar. Since the force field of the PM's in the 3rd cycle with respect to FM is a far field, positive work is gained during the closing process, which, due to its small size, can hardly be used to compensate for the negative work when opening the FM in the 1st cycle; however, it is formally taken into account.
Allgemeine Kraftkomponenten auf FM-/PS-Bewegung 1. Ziel: 1. Magnetische Kraft (transversale Anziehung FM/PS durch PM)General force components on FM / PS movement 1. Goal: 1. Magnetic force (transverse attraction FM / PS by PM)
2. Ziel: Reduktions-/Kompensatioπs-Optfm eπ/πg: [2. Elektrische Kraft (Lorentz-Kraft, Bremswirkung), Kompensation durch Anti-Wirbelstrom-SystemJ [λ Gravitationskraft (Masse Beschleunigung), Kompensation durch Gegengewicht-Beschleunigung] [4. Mechanische Kraft (Reibung), Reduktion durch Magnet Luftlager, entscheidend ist Viskosität] [5. Thermo-Kraft] 1. Variante A: Stationär-aktive Kompensation von -Ft(s) = -Wt 2. Goal: Reduction / compensation optfm eπ / πg: [2. Electrical force (Lorentz force, braking effect), compensation by anti-eddy current systemJ [λ gravitational force (mass acceleration), compensation by counterweight acceleration] [4. Mechanical force (friction), reduction by magnet air bearing, viscosity is decisive] [5. Thermo-Kraft] 1. Variant A: Stationary active compensation of -F t (s) = -W t
Spule mit verstärkendem KernCoil with reinforcing core
Die nachfolgenden Kompensations-Varianten können durch Spulen mit verstärkendem Kern realisiert werden. Allerdings wird dabei die negative Arbeit zum Betrieb der Spule für die Erzeugung des Erregerfeldes Ha benötigt. Durch die verstärkende Wirkung des Ferro-Kerns mit hoher Permeabilität amThe following compensation variants can be realized by coils with a reinforcing core. However, the negative work required to operate the coil for generating the excitation field H a is required. Due to the reinforcing effect of the ferro core with high permeability on
Arbeitspunkt A3, ist der Energieverbrauch - relativ zur notwendigen Kraftkompensation im Vergleich zur Spule ohne Kern - sehr gering. Vorteil: K-Transversal-Kraft-Weg-Kennlinie kann genau so eingestellt werden wie die PM-Transversal-Kraft-Weg-Kennlinie, sowie dynamisch in der Intensität gesteuert und auch im 3. Takt deaktiviert werden. . Longitudinalfeld-Spulen-Kompensator Die Kompensation kann durch zwei Spulen in antiparaileler longitudinaler Anordnung (wegen symmetrischer Transversai-Komponente Ft(s)) wie die Arbeitsmagnete (PM's) erfolgen, wobei die Spulen durch Ferro-Feld- Verstärker (Kern) ausgebildet sind. Hierbei ist der Arbeitspunkt/ Verstärkungspunkt mit M bei A3=B2-Ha2 mit der Amplitudenpermeabilität μamax = Tangentenpunkt an der Magnetisierungskurve, zu beachten (Stoffauswahl mit hoher Verstärkung = Arbeitspunkt A3 bei amax): Durch diesen Zusammenhang wird der Kompensations-Energieaufwand wegen großer Feldverstärkung sehr klein (Fig.44). 2. Transversalfeld-Spulen-Kompensator (Fig. 45) Vorteile stationäres SystemWorking point A 3 , the energy consumption - relative to the necessary force compensation compared to the coil without core - is very low. Advantage: K-transverse force-displacement characteristic can be set exactly like the PM-transverse force-displacement characteristic, as well as dynamically controlled in intensity and deactivated in the 3rd cycle. , Longitudinal field coil compensator The compensation can be carried out by two coils in an anti-parallel longitudinal arrangement (because of the symmetrical transverse component F t (s)) like the working magnets (PM's), the coils being formed by ferro field amplifiers (core). The working point / amplification point with M at A 3 = B2-H a2 with the amplitude permeability μamax = tangent point on the magnetization curve must be observed (choice of material with high amplification = working point A 3 at a max): The compensation energy expenditure becomes due to this connection very small due to large field gain (Fig. 44). 2. Transversal field coil compensator (Fig. 45) Advantages of a stationary system
Masse des Kompensators wird nicht mitbeschleunigt/verzögert bei der Arbeitsmagnetbewegung → geringeres Magnet-Kolbengewicht und geringere Verluste an kinetischer Energie.The mass of the compensator is not accelerated / decelerated during the working magnet movement → lower magnet piston weight and less loss of kinetic energy.
2. Variante B: Instationär-passive Kompensation von -Ft(s) = -Wt 2. Variant B: Transient-passive compensation of -F t (s) = -W t
2.1 Mitbewegung des Kompensators K in longitudinaler Richtung (Fig.46)2.1 Movement of the compensator K in the longitudinal direction (Fig. 46)
Wirkung der neutralen Zone: PM-Kompensator-Feld mit kurzerEffect of the neutral zone: PM compensator field with a short
Reichweite in der NZ verwenden → K-Einflußfeld = K-Femfeld-Wirkung auf FM inUse range in the NZ → K-influence field = K-femfeld effect on FM in
UT.UT.
2.2 U-Profil-Kompensator mit Rotation um α=90° im 2. Takt2.2 U-profile compensator with rotation by α = 90 ° in the 2nd cycle
Bei diesem Prinzip wird die Richtung der Feldlinien eines Kompensator- Permanentmagneten (KM) relativ im Takt zur Richtung der Arbeits-Magnete (AM) genutzt (Fig. 47, 48).With this principle, the direction of the field lines of a compensator permanent magnet (KM) is used in time with the direction of the working magnet (AM) (Fig. 47, 48).
Insbesondere wird der KM im 2. Takt = Arbeitshub, bzw. im 4. Takt = Leerhub, um α=90°gedreht, so dass eine Differenz der Arbeit beim FM Öffnen (= Kompensation im 1. Takt) zu FM Schließen (= Rückstellung FM mit geringer FM-Arbeit) entsteht. Die Rotation des KM um α=90° erfodert keine magn. Arbeit, wenn der FM eine magn. isotrope Stoff-Struktur besitzt (Wrot=0).In particular, the KM is rotated by α = 90 ° in the 2nd cycle = working stroke, or in the 4th cycle = idle stroke, so that there is a difference in the work when opening the FM (= compensation in the 1st cycle) to closing the FM (= reset FM with little FM work) arises. The rotation of the KM by α = 90 ° does not require a magn. Work when the FM a magn. Has isotropic substance structure (W rot = 0).
Es entsteht geringe Arbeit bei Rotation des KM, wenn der FM eine anisotrope Stoff-Struktur besitzt, da der FM während der Drehung des KM im KM-Feid verbleibt und nicht transversal verschoben wird. Der FM hat ggf. eine magnetische Vorzugsrichtung im Stoff des FM = Kornorientierung bzw. Kristall-Anisotropie.There is little work when rotating the KM if the FM has an anisotropic material structure, since the FM remains in the KM field during the rotation of the KM and is not moved transversely. The FM may have a magnetic preferred direction in the material of the FM = grain orientation or crystal anisotropy.
Beachte: 1. Feld-Orientierung PM senkrecht zur FM-Bewegung (1. Takt) 2. Korn-Orientierung des FM ggf. senkrecht zur FM-Bewegung 3. Kristall-Anisotropie des FM (z.B. Fe-kubisch raumzentrierte Elementarzelle, oder Co-hexagonale Elementarzelle mit extrem verschiedener magnetischer Vorzugsrichtung (parallel zur Achse = leichte Richtung, oder senkrecht zur Achse = schwere Richtung), oder Dy2Feι4B, oder Spinell-Struktur bei Ferriten 4. Magnetfeldinduzierte Anisotropien (Magnetfeldtemperung) = Option für FM Funktion: 1. Takt: FM Öffnen mit Kompensation der Arbeit ∑Wt= - t(PM)+Wt(KM)=0. (Fig. 47) 2. Takt: Kompensator KM drehen um α=90°, beachte ggf. FM-Kornorientierung/Kristall-Anisotropie (Fig.48) 3. Takt: FM fast ohne magn. Arbeit im PM-Fernfeld Schließen -Wt →O 4. Takt: Kompensator um α=-90° zurück drehen in Ausgangslage wie bei Takt 1 1. Takt FM Öffnen (Fig. 47) AM Arbeits-Magnete KM Kompensator-Magnete MV Magnetische Vorzugsrichtung MVI PM-Feldlinien AM MVt FM- ornorientierung MVT FM-Kristallanisotropie MVt FM-Magnetfeldinduzierte Anisotropie α Rotations-/Schaltwinkel KM Bern.: FM-Öffnung parallel zur Richtung der KM-Feldlinien bei KM-Grundstellung α=0°. 2. Takt (Arbeitstakt) →Kompensator Rotation α=90° (Fig. 48) → neue Orientierung der KM-Feldlinien → kleine transversale Kraftwirkung → Differenz der Arbeit senkrecht zur parallelen FM-Bewegung im KM-Feld Bern, zur Verschiebung der KM alternativ zur Rotation: Bei Verschiebung der KM nach außerhalb der FM-Position entsteht Arbeit, da dieser Vorgang einem FM-Öffnen gleich käme. → KM-Rotation um α=90°: FM verläßt nicht den Wirkungsbereich der KM-Feldlinien → magn. Arbeit bei isotropem FM: Wroι=0 3. Takt FM Schließen FM-Schließbewegung senkrecht zu KM-Feldlinien (nach Drehung um α=90° im 2. Takt)Note: 1. Field orientation PM perpendicular to the FM movement (1st cycle) 2. Grain orientation of the FM, possibly perpendicular to the FM movement 3. Crystal anisotropy of the FM (eg Fe-cubic body-centered unit cell, or co- hexagonal unit cell with extremely different magnetic preferred direction (parallel to the axis = easy direction, or perpendicular to the axis = difficult direction), or Dy 2 Feι 4 B, or spinel structure for ferrites 4. Magnetic field-induced anisotropies (magnetic field tempering) = option for FM Function: 1st cycle: FM opening with compensation of work ∑W t = - t ( PM ) + Wt (KM) = 0. (Fig. 47) 2nd cycle: compensator KM turn by α = 90 °, note FM grain orientation / crystal anisotropy if necessary (Fig. 48) 3rd cycle: FM almost without magn. Work in the PM far field Close -W t → O 4th cycle: Turn the compensator back α = -90 ° in the starting position as in cycle 1, 1st cycle FM opening (Fig. 47) AM working magnet KM compensating magnet MV magnetic Preferred direction MVI PM field lines AM MVt FM ornate orientation MVT FM crystal anisotropy MVt FM magnetic field-induced anisotropy α rotation / switching angle KM Bern .: FM opening parallel to the direction of the KM field lines with KM basic position α = 0 °. 2nd cycle (work cycle) → compensator rotation α = 90 ° (Fig. 48) → new orientation of the KM field lines → small transverse force effect → difference of the work perpendicular to the parallel FM movement in the KM field Bern, alternatively for shifting the KM for rotation: If the KM is moved outside the FM position, work is created because this process would be equivalent to opening the FM. → KM rotation by α = 90 °: FM does not leave the effective range of the KM field lines → magn. Work with isotropic FM: W ro ι = 0 3rd cycle FM closing FM closing movement perpendicular to KM field lines (after rotation by α = 90 ° in the 2nd cycle)
2.3 Bemerkung zur stationären / instationärer Kompensator Stationär longitudinal orientierter PM-Kompansator2.3 Comment on the stationary / transient compensator Stationary longitudinally oriented PM compensator
Bei stationär longitudinal wirkendem PM-Kompensator bleibt der PM-Kompensator in der FM-Ebene bei OT.With a stationary longitudinally acting PM compensator, the PM compensator remains at OT in the FM plane.
→ Bei FM "Schließen" in UT erzeugt ein longitudinaler PM-Kompensator bei nicht-deaktiviertem Feld eine longitudinal abstoßende Kraft (NZ steht quer dazu) und transversal anziehende Kraft -Ft(s). → Kompensation bei OT FM-Öffnen und Verluste bei UT FM-Schließen.→ With FM "Close" in UT, a longitudinal PM compensator generates a longitudinally repulsive force (NZ stands transversely to it) and transversely attractive force -F t (s) when the field is not deactivated. → Compensation for OT FM opening and losses for UT FM closing.
Instationär transversal wirkender PM-Kompensator Bei instationär transversal wirkendem PM-Kompensator wird dieser mit den Arbeits-PM's oszillierend mitbewegt in die jeweilige Magnet-Position, so dass im 3. Takt bei FM "Schließen" kaum transversale und longitudinale Verlustkräfte (-Ft(s) → -Wt bzw. -Fι(s) → -Wι) wirken können: Das Kompensator-Einfußfeld auf den FM steht mit Richtung der neutralen Zone NZ in longitudinaler Richtung der PM-Bewegung. Deshalb: Kompensatorfeld mit kurzer Reichweite und großer Kraft (NZ - neutrale Zone). Nachteil: Zusätzlich Magnet-Kolbenmasse → höheres Gewicht mit Verlust durch zusätzliche kinetische Energie.Non-stationary, transversely acting PM compensator In the case of non-stationary, transversely acting PM compensator, this is oscillated with the working PMs in the respective magnet position, so that in the 3rd cycle with FM "closing" hardly any transverse and longitudinal loss forces (-F t ( s) → -W t or -Fι (s) → -Wι) can act: The compensator foot area on the FM is in the direction of the neutral zone NZ in the longitudinal direction of the PM movement. Therefore: compensator field with a short range and great force (NZ - neutral zone). Disadvantage: Additional magnetic piston mass → higher weight with loss due to additional kinetic energy.
3. Variante C: Bistabile Magnete (Schaltkerne) Kompensationsfeld aktivieren/deaktivieren durch Stromimpuls auf magnetischem Schaltkern a) halbharte magnetische Werkstoffe b) Impulsmagnetisierung c) amorphe Legierungen mit Rechteckschleife3. Variant C: Bistable magnets (switching cores) Activate / deactivate compensation field by current pulse on magnetic switching core a) semi-hard magnetic materials b) pulse magnetization c) amorphous alloys with a rectangular loop
4. Variante D: Kompensation der Polschuhe (PS) in verschiedenen Takten 1. Takt: +Wt(PSι,2) = PS Schließen wird kompensiert durch -Wt(PS1ι2) = PS Öffnen in 3. Takt → Kompensation im Zyklus ohne Trennung Nahfeld-ZFernfeld-Wirkung wie beim FM, denn die 2 PS sind immer am jeweiligen PM lokalisiert (Fig.49).4. Variant D: Compensation of the pole pieces (PS) in different cycles, 1st cycle: + W t (PSι, 2 ) = PS closing is compensated by -W t (PS 1ι2 ) = PS opening in 3rd cycle → compensation in the cycle without separation near-field-far-field effect as with FM, because the 2 PS are always located on the respective PM (Fig. 49).
Die Variante mit 1 PS in der Symmetrieebene und Mitbewegung mit dem FM wird nachfolgend beschrieben (→Wirkprinzip Polschuhe und Feldmodulator).The variant with 1 PS in the plane of symmetry and movement with the FM is described below (→ operating principle of pole pieces and field modulator).
5. PS Longitudϊnalkraft-Kompensation5. PS longitudinal force compensation
Konstruktion gegen zu starke Anziehung der PS's durch PM's. Beispiel mit Kompensations-Magnet (KM) (Fig. 50): Kompensations-Varianten a) Permanent-Magnet b) Elektromagnet mit verstärkendem Kern (mit Zusatzenergie) c) Federkraft Die Kompensations-Kraft-Weg-Kennlinie muß dem PM beiConstruction against excessive attraction of the PS's by PM's. Example with compensation magnet (KM) (Fig. 50): Compensation variants a) Permanent magnet b) Electromagnet with reinforcing core (with additional energy) c) Spring force The compensation force-displacement characteristic must be with the PM
Transversalbewegung der PS entsprechen (funktional angepaßte Kompensationsfeldstärke).Transverse movement correspond to the PS (functionally adapted compensation field strength).
6. Prinzipien zur Transversalarbeit-Kompensation 6.1 Im Potentialfeld, serielle Kompensation (Fig. 51)6. Principles for transverse work compensation 6.1 In the potential field, serial compensation (Fig. 51)
Reihenfolge bei FM Translation: Arbeit W=F-s: Zuerst +F → +Wn, dann -F -→ -W-ι2 → W-ι=0 Kompensation seriell: +Wn im Gleichgewicht mit - ι2 Potentialfeld W Weg 1 = W Weg 2 ΣWι=+Wn-Wι2 = 0 seriell ( ΣW1=+^W11-^W12 = +W1) 6.2 Simultan-Kompensation o = 45° (Fig. 52) +Ft→ und-Ft immer gleichzeitig im Eingriff +Ft→+Wn mit -Ft→-Wι2 → Wι=0 FM-Bewegung mit α-45° +W11 im Gleichgewicht mit -W12 Sequence with FM Translation: Work W = Fs: First + F → + Wn, then -F - → -W-ι 2 → W-ι = 0 Serial compensation: + Wn in equilibrium with - ι 2 potential field W path 1 = W Path 2 ΣWι = + Wn-Wι 2 = 0 serial (ΣW 1 = + ^ W 11 - ^ W 12 = + W 1 ) 6.2 Simultaneous compensation o = 45 ° (Fig. 52) + F t → and-F t always engaged simultaneously + F t → + Wn with -F t → -Wι 2 → Wι = 0 FM movement with α-45 ° + W 11 in equilibrium with -W 12
ΣWι= +Wn -W1 =0 simultanΣWι = + Wn -W 1 = 0 simultaneously
6.3. Auf Äquipotentialfläche (Fig. 53) 6.3. On the equipotential surface (Fig. 53)
6.4. Im Potentialfeld simultan-Kcmpensaticn (Fig. 54) 6.4.1 Mechanische Kopplung zweier paralleler FM's Simultan FM1-FM2 → W ι-WΪ2 6.4. In the potential field simultaneous-Kcmpensaticn (Fig. 54) 6.4.1 Mechanical coupling of two parallel FM's Simultaneous FM1-FM 2 → W ι-WΪ 2
Seriell ΣW1ι=+W1n-W112-0 ΣW12=+W121-W122=0Serial ΣW1ι = + W1n-W1 12 -0 ΣW1 2 = + W1 21 -W1 22 = 0
6.5 Auf Äquipotentalfläche (Fig. 55) 6.5.1 Mechanische Kopplung zweier paralleler FM's6.5 On the equipotential surface (Fig. 55) 6.5.1 Mechanical coupling of two parallel FMs
FM-Bewegung senkrecht zum FeldFM movement perpendicular to the field
7. Transversal-PM-Kompensation7. Transversal PM compensation
FM-Bewegung parallel zu den Feldlinien im Potentialfeld. 7.1. Zwei FM's in symmetrischer Anordnung (Fig. 56)FM movement parallel to the field lines in the potential field. 7.1. Two FM's in a symmetrical arrangement (Fig. 56)
Ggf. mit luftspaltüberbrückender Polschuhen Richtung y z-Achse = longitudinal / Normalrichtung x-Achse = transversal / Tangentialrichtung 1. Gleichgewicht in z-Richtung APM Arbeits-Permanent-Magnete = abstoßend +z →+Fz=+Fι FM Feldmodulator = anziehend -z -→-Fz=-Fι G Gleichgewicht in z-Richtung - +F|PM-FIFM 2. Gleichgewicht in x-Richtung FMi Feldmodulator = transversal anziehend -x → -FtFMi FM2 Feldmodulator = transversal anziehend +x → +FtFM2 KPMi FMrKompensations-PM = abstoßend +x → +F«<PMI KPM2 FM2-Kompensations-PM = abstoßend -x → -Ft pwi2 G Gleichgewicht in x-Richtung FMι=-FtFM+Ft«PMPossibly. with air gap bridging pole shoes direction y z-axis = longitudinal / normal direction x-axis = transversal / tangential direction 1. equilibrium in z-direction APM working permanent magnets = repulsive + z → + F z = + Fι FM field modulator = attractive -z - → -F z = -Fι G equilibrium in z direction - + F | PM -FIFM 2nd equilibrium in the x-direction FMi field modulator = transverse attracting -x → -Ft FM i FM 2 field modulator = transverse attracting + x → + Ft FM2 KPMi FMrKompensations-PM = repulsive + x → + F «<PMI KPM 2 FM 2 compensation PM = repulsive -x → -F t pwi2 G equilibrium in the x direction FMι = -FtFM + Ft «PM
Folgerungconclusion
In der Feldberechnung müssen alle 5 Komponenten im Gleichgewicht sein bei Pos. FM="Zu". → Symmetrisches Feld-System (Prinzip Makro-Supraleiter+Supertransistor) 7.2 Ein FM mit gekoppeltem PS (Fig. 57) FM-Bewegung parallel zum PM-Feld. 1. Gleichgewicht in z-Richtung APM Arbeits-Permanent-Magnet = FM Feldmodulator = G Gleichgewicht in z-Richtung = 2. Gleichgewicht in x-Richtung FM Feldmodulator - transversal abstoßend/anziehend ±x -→ ±FX = ±Ft KPM FM-Kompensations-PM = abstoßend +x → Bern.: +Fx-Komponente = gewonnenen Arbeit +Wn - Fx-Komponente = zu kompensierende Arbeit - W12 durch +Wι2KPM. G Gleichgewicht in x-Richtung bezüglich -Wι2-Komponente: Die +Wn-Komponente kann zu der Summe Σ-Wi addiert werden, dann ist das Gleichgewicht in der Arbeit mit Überschuß In the field calculation, all 5 components must be in balance with item FM = "closed". → symmetrical field system (principle of macro superconductor + super transistor) 7.2 An FM with a coupled PS (Fig. 57) FM movement parallel to the PM field. 1. Balance in the z-direction APM working permanent magnet = FM field modulator = G balance in the z-direction = 2. Equilibrium in the x-direction FM field modulator - transversely repelling / attracting ± x - → ± F X = ± F t KPM FM compensation PM = repelling + x → Bern .: + F x component = work gained + Wn - Fx component = work to be compensated - W 12 by + Wι 2KPM . G Equilibrium in the x direction with respect to -Wι 2 component: The + Wn component can be added to the sum Σ-Wi, then the equilibrium is in working with excess
Folgerungconclusion
In der Feldberechnung müssen alle 4 Komponenten im Gleichgewicht sein bei Pos. FM = "Zu".In the field calculation, all 4 components must be in balance with item FM = "closed".
→ Asymmetrisches Feld-System. Optimum bei Überschreiten des Gleichgewichts: Wir gewinnen Arbeit Wn.→ Asymmetric field system. Optimal if the equilibrium is exceeded: We gain work Wn.
7.3 KPM-FM-Anschluß7.3 KPM-FM connection
Beachte: Magnetische Formanisotropie (Entmagnetisierungsfaktor N) im FM plus Kristall-Ansisotropie im FM (Fig. 58).Note: Magnetic shape anisotropy (demagnetization factor N) in FM plus crystal anisotropy in FM (Fig. 58).
8. Simultan-Kompensation Wt 8. Simultaneous compensation W t
8.1 Flach-PM mit versetzten Polschuhen (Fig. 59)8.1 Flat PM with offset pole pieces (Fig. 59)
FM-Bewegung parallel zum Magnetfeld. Kompensation in zwei BereichenFM movement parallel to the magnetic field. Compensation in two areas
S-Pol wird je zu 1/2 versetzt zur Kompensation bei je 1/2 N-Pol genutzt.S-Pole is used 1/2 offset to compensate for 1/2 N-Pole.
ΣW-x=+Wιι-Wι2=0ΣW- x = + Wιι-Wι 2 = 0
ΣW+x=+Wn-Wι2=0 OptionΣW + x = + Wn-Wι 2 = 0 option
Feldvektor der KPM um 180° drehen, so daß die Induktionsamplituden =Turn the field vector of the KPM by 180 ° so that the induction amplitudes
Flußdichteamplituden B kovariant sind und nicht entgegengesetzt bzw. nicht identisch sind → in gleiche Richtung orientierte Kraft-Weg-Kennlinie, sonst Asymmetrie bei der Momentan-Kompensation bei der FM-Bewegung.Flux density amplitudes B are covariant and are not opposite or not identical → force-displacement characteristic oriented in the same direction, otherwise asymmetry in the momentary compensation during the FM movement.
8.2 Sandwich-PM mit versetzten Polschuhen (Fig. 60) 9. Iniine-Kompensator 1. Quadrat-ZRechteck-Magnet-FM-System8.2 Sandwich PM with offset pole pieces (Fig. 60) 9. Iniine compensator 1. Square Z rectangle magnet FM system
1.1 Quadrat-/Rechteck- ag net-System1.1 square / rectangle ag net system
Die weitere Erklärung erfolgt zunächst an einem Quadrat-/ oder Rechteck-Magneten, bei dem die Polflächen in longitudinale RichtungThe further explanation is first made on a square or rectangular magnet with the pole faces in the longitudinal direction
(z-Richtung) zeigen.point (z direction).
Diese Magnetform hat gegenüber dem runden Scheiben-Magneten den Vorteil, dass eine magnetische Vorzugsrichtung eingestellt werden kann, bei der sich der FM entweder parallel oder senkrecht zum Feld / Feldlinien bewegt. Somit schaltet bewegt man den FM/PS im Potentialfeid (parallel zu den Feldlinien in x-Richtung) oder senkrecht dazu auf einer Äquipotentialfläche (in y-Richtung) - die Transversalkräfte sind dabei ganz verschieden. Gleiches gilt für den U-Profil-Magneten im Gegensatz zum runden Scheibenmagneten, bei dem die Feldlinien polar un ' nicht orthogonal orientiert sind.This magnetic form has the advantage over the round disc magnet that a preferred magnetic direction can be set in which the FM moves either parallel or perpendicular to the field / field lines. The FM / PS is thus switched in the potential field (parallel to the field lines in the x direction) or perpendicular to it on an equipotential surface (in the y direction) - the transverse forces are very different. The same applies for the U-shaped magnet as opposed to the circular disk magnet in which the field lines are polar un 'is not oriented orthogonally.
1.2 Feldmodulator1.2 field modulator
1.2.1 FM hat eine optimierte Dicke, bei der Gleichgewicht zwischen den sich abstoßenden PM's entsteht, sodaß der Weg 2 UT→OT bei geschlossenem FM ohne Arbeit W|2 erfolgen kann.1.2.1 FM has an optimized thickness that creates a balance between the repelling PMs, so that the path 2 UT → OT with closed FM without work W | 2 can be done.
Optimierungsprozeß a) Wird das Gleichgewicht nicht genau eingestellt, z.B. so, daß die PM's in einem longitudinalen Abstand von ca. 1 mm vor dem FM vom FM bereits angezogen werden, so folgt, daß dieser Anziehungsbetrag dann bei FM "Auf in der Bewegung OT→UT bei der Abstoßung als Betrag fehlt (= Minderung der Arbeit Wn auf Weg 1). b) Andererseits hat diese Abstands-Einstellung des FM zur Folge, daß bei der transversalen Verschiebung des FM parallel in Feldrichtung auf relativ großer transversaler Strecke bis fast zum PM-Rand nahezu ein Gleichgewicht besteht: Kraft-Weg-Kennlinie erst positiv (Abstoßung) , dann parallel zur x-Richtung (neutral), dann stark negativ. Deshalb kann der FM auf einer kleinen Wegstrecke am Rand des PM fast die gesamte Kraft schalten. Die Kraft-Weg-Kennlinie ist - bedingt durch den longitudinalen FM-Abstand - am PM-Rand stark asymmetrisch: die Arbeit Wtn ist nicht im Gleichgewicht mit Wt2 Folge: Kippschalter-Effekt; je steiler die Kraft-Weg-Funktion am PM-Rand, um so besser die Nichtlinearität des Schalt-Effekts. Dieser Kippschalt-Effekt ist nur bei rechteckigem Magneten vorhanden, bei rundem Magneten ist eine Sinusfunktion Teil der Schaltfunktion, da der FM über einen Kreisbogen und in Feldrichtung geöffnet/geschlossen wird. c) Wird der FM-Abstand bis zum Gleichgewicht PM-FM-PM eingestellt, so besteht keine so starke Asymmetrie in der Kraft-Weg-Kennlinie des FM. Soll also kein expliziter Kipp-Effekt (= Kraftverstärker) genutzt werden, so muß die Asymmetrie der Kraft-Weg-Kennlinie, wie schon dargelegt, durch das Gleichgewicht-zwischen den Arbeits-Komponenten ΣW1=+Wtn-Wtι2=0 durch einen magnetischen transversal wirkenden Kompensator hergestellt werden. 1.2.2 Der FM darf transversal nicht zu weit in Richtung x verschoben werden. Es reicht die Verschiebung bis zum Wendepunkt der Kraft-Weg-Kennlinie: wenn diese wieder von negativen Werten auf null geht. Dieser Wendepunkt bestimmt auch die Abmessung des FM bei großem Streufeld, da bei kleinerem FM das äußere Streufeld aostoßendwirkt und diese Komponente soll ja gerade Null sein (der FM muß deshalb etwas dicker sein mit größerer Anziehung, um diese Komponente zu kompensieren, bzw. der FM muß außerdem die richtige Abmessung in transversaler Richtung aufweisen). 1.3 Polschuhe (PS)Optimization process a) If the equilibrium is not precisely adjusted, for example, so that the PM's are already attracted to the FM at a longitudinal distance of approx. 1 mm in front of the FM, it follows that this amount of attraction then occurs with FM "Open in the movement OT → UT is missing as an amount at repulsion (= reduction of work Wn on path 1.) b) On the other hand, this distance setting of the FM has the consequence that when the FM is moved transversely parallel in the field direction over a relatively large transverse distance almost to the PM - There is almost a balance at the edge: force-displacement characteristic first positive (repulsion), then parallel to the x-direction (neutral), then strongly negative, which is why the FM can switch almost all of the force over a short distance on the edge of the PM. The force-displacement characteristic is - due to the longitudinal FM distance - strongly asymmetrical at the PM edge: the work Wtn is not in balance with W t2 consequence: toggle switch effect; the steeper the force-displacement function at the PM edge, the better the non-linearity of the switching effect. This toggle switching effect is only available with a rectangular magnet, with a round magnet a sine function is part of the switching function, since the FM is opened / closed in a circular arc and in the direction of the field. c) If the FM distance is set to the equilibrium PM-FM-PM, there is no such strong asymmetry in the force-displacement characteristic of the FM. So if no explicit tipping effect (= power amplifier) is to be used, the asymmetry of the force-displacement characteristic curve must, as already explained, through the balance between the working components ArbeitsW1 = + W t nW t ι 2 = 0 a magnetic transverse compensator can be made. 1.2.2 The FM must not be transversely shifted too far in the x direction. The shift is sufficient to the point of inflection of the force-displacement characteristic: when it goes from negative values to zero again. This turning point also determines the dimensions of the FM with a large stray field, since with a smaller FM the outer stray field has an impact effect and this component should just be zero (the FM must therefore be somewhat thicker with greater attraction in order to compensate for this component, or the FM must also have the correct dimension in the transverse direction). 1.3 Pole shoes (PS)
Prinzip mit 2 PolschuhenPrinciple with 2 pole shoes
Die transversal beweglichen und longitudinal im Takt mitschwingendenThe transversely movable and longitudinally oscillating in time
Polschuhe (je PM 1 PS) bewirken eine Erhöhung der KraftPole shoes (PM 1 PS each) increase the force
(Luftspaltüberbrückung) mit größerer longitudinaler Arbeit WA = H. PS "Zu" wird mit PS "Auf" in der transversalen Arbeit kompensiert.(Air gap bridging) with larger longitudinal work W A = H. PS "closed" is compensated with PS "open" in the transverse work.
(Fig. 61 Haftkräfte, Fig. 62: Elastische PS, Fig. 63: Keil-Formschluß,(Fig. 61 Adhesive forces, Fig. 62: Elastic PS, Fig. 63: Wedge positive lock,
Fig. 64: Konus-Formschluß)Fig. 64: Conical form fit)
Haftkräfte (Fig.61)Adhesive forces (Fig. 61)
Kraft F im Abstand h bei großer Distanz = Kraft-Weg-Funktion F0(h) = 0 mm = ebene PolflächeForce F at a distance h at a large distance = force-displacement function F 0 (h) = 0 mm = flat pole face
Fι(h) = Oberflächertkrummung/-form a) analytisch definierte Oberflächenform (45°, V W-Form, Kugel, etc.) zur Erhöhung des Traganteils b) aufgrund des magnetischen Brechungsindexes werden die Feldlinien bei geeigneter Oberflächenform in Normalenrichtung gestellt F2(h) = Kornorientierung mit inhomogenem Feld erzeugt: Fokus, Flußkonzentration außerhalb der Polfläche F3(h) = Hohe Haftkraft und Wirkung auf Distanz bei großem Abstand der Magnetpole (letztes Mittel: erhöht Eigengewicht des PM, reduziert H/G=Ratio V) Distanz: h0 = 0 mm; ht = 0,05 - 0,1 mm; h2 = WP Wendepunkt; h3 = 1,0 D; h4 = 1,3 D; h5 = 1,5D D = Durchmesser oder Diagonale des Magnet-SystemsFι (h) = surface curvature / shape a) analytically defined surface shape (45 °, V W-shape, ball, etc.) to increase the load-bearing component b) due to the magnetic refractive index, the field lines are placed in the normal direction with a suitable surface shape F 2 ( h) = grain orientation with inhomogeneous field generated: focus, flux concentration outside the pole face F 3 (h) = high adhesive force and distance effect with a large distance between the magnetic poles (last resort: increased dead weight of the PM, reduced H / G = ratio V) distance : h 0 = 0 mm; h t = 0.05-0.1 mm; h 2 = WP turning point; h 3 = 1.0 D; h 4 = 1.3 D; h 5 = 1.5D D = diameter or diagonal of the magnet system
Prinzip mit 1 PolschuhPrinciple with 1 pole shoe
Durch Anwendung der Kristailanisotropie und magnetischer Formanisotropie wird nur noch 1 PS benötigt der zusammen mit dem FM und nicht mit den PM's gekoppelt ist.By using the crystal anisotropy and magnetic shape anisotropy, only 1 HP is needed, which is coupled with the FM and not with the PM's.
2. U-/Sandwich- agnet-System2. U / sandwich agnet system
2.1 Das U-/Sandwich-System hat folgende Vorteile2.1 The U / sandwich system has the following advantages
- So gut wie kein äußeres Streufeld, d.h. scharfe Feldabgrenzung, da Feld zwischen den Sandwich-Schenkeln wirkt, kaum äußere abstoßende Komponente.- Almost no external stray field, i.e. sharp field delimitation, since field acts between the sandwich legs, hardly any external repulsive component.
- Kraft ca. Faktor 18 höher als offenes Magnet-System ohne Rückschluß- Force approx. Factor 18 higher than open magnet system without inference
- U- bzw. Sandwich-Magnet hat ausgeprägte magnetische Vorzugsrichtung zwischen den Schenkeln = Flußplatten FP (Rückschluß). Bei Verschiebung des FM nicht in Feldrichtung, sondern senkrecht dazu, d.h. in- U or sandwich magnet has a pronounced magnetic preferred direction between the legs = flux plates FP (inference). When moving the FM not in the direction of the field, but perpendicular to it, i.e. in
U-/Sandwich-Profil-Richturlg geht die Verschiebungs-Kraft gegen Null. Es gibt am PM-Rand keinen Schalteffekt wie bei der Verschiebung in Richtung der magnetischen Vorzugsrichtung (Rand der Stromschleife). 2.2 System-DesignU / sandwich profile direction, the displacement force goes to zero. There is no switching effect at the PM edge as with the shift in the direction of the preferred magnetic direction (edge of the current loop). 2.2 System design
Der FM wird dünner und in der Länge kürzer, da ein äußeres Streufeld nur schwach vorhanden ist (wird durch die Flußplatten (FP) als Rückschluß so gut wie verhindert).The FM becomes thinner and shorter in length because an external stray field is only weakly present (is almost prevented by the flux plates (FP) as a conclusion).
Der FM wird so angepaßt, daß der longitudinale Gleichgewichtszustand bei PM-FM-PM (mit E=0 als Energielücke) hergestellt wird. Es besteht eine Kraft-Fehl-Komponente im Luftspalt zwischen FM und PM, siehe Kraft-Weg-Kennline.The FM is adjusted in such a way that the longitudinal equilibrium state of PM-FM-PM (with E = 0 as the energy gap) is established. There is a force-missing component in the air gap between FM and PM, see force-displacement characteristic.
Das Gleichgewicht im Hub -hι (UT→OT), d.h. weder positive noch negative Kraftkomponente kurz vor dem PM, ist auch deshalb wichtig, weil die Kraft zur Erzeugung der Arbeit maximiert werden muss, um diese über den Pleuellängen-Variator bei 90° KW bei maximalem Hebelarm einleiten zu können.The balance in the stroke -hι (UT → OT), i.e. neither positive nor negative force component shortly before the PM is also important because the force for generating the work must be maximized in order to be able to initiate it via the connecting rod variator at 90 ° KW with the maximum lever arm.
→ Arbeit und Energiebilanz FKM, Gleichraumprozess (p-,V-Diagramm) → Weg UT→OT ohne Krafterhöhung/Krafterniedrigung Sandwich-Aufbau: FP-PM-FP-P -FP-P -FP, quadratisches oder rechteckiges System→ Work and energy balance FKM, constant space process (p-, V-diagram) → Path UT → OT without increasing / reducing the force Sandwich construction: FP-PM-FP-P -FP-P -FP, square or rectangular system
3. Inline-FM-Kompensator 3.1 Ausgangsbedingungen3. Inline FM compensator 3.1 Initial conditions
1. Gleichgewichts-Strecke in der transversalen FM-Kraft-Weg-Kennlinie mit großer Asymmetrie/Nichtlinearität am PM-Rand mit FM-Kipp-/Schalt-Effekt Deshalb kann der FKG auch als Kraftverstärker verwendet werden.1. Equilibrium path in the transverse FM force-displacement characteristic with great asymmetry / non-linearity at the PM edge with FM tilt / switch effect. Therefore, the FKG can also be used as a power amplifier.
Folge: Anziehung der PMs schon vor dem FM im 4. Takt.Consequence: attraction of the PMs before the FM in the 4th bar.
2. Gleichgewicht bei den PM's mit dem FM in OT.2. Balance in the PM's with the FM in OT.
Folge: transversale Kraft-Weg-Kennlinie schneidet die transversale Achse in großem Winkel → kein Gleichgewicht bei transversaler Bewegung des FM.Consequence: transverse force-displacement characteristic intersects the transverse axis at a large angle → no equilibrium when the FM moves transversely.
3. Es wird Gleichgewicht bei den PM's im 4. Takt bis zum Luftspaltabstand PM-FM und Gleichgewicht bei der transversalen FM-Bewegung eingestellt. 1. Lösung: Flächenrand-Variation 1. Die transversale Kraft-Weg-Kennlinie wird als Anti-Transversalkraft-Funktion in den PM-Flächenrand übertragen (= positive Arbeits-Fläche durch negative PM-Flächendifferenz und negative Arbeits-Fläche durch positive PM-Flächendifferenz kompensiert F=B2-A 2μo)- Folge: Die induzierte Kraft im FM ändert sich in transversaler Richtung mit der sich ändernden Fläche = dem Rand des PM bei transversaler Bewegung des FM so, dass die Gesamtarbeit W-izu über das Gleichgewicht zwischen den Komponenten Wm und W kompensiert wird. 2. Lösung: Kraftverstärker 2. wie 1 , jedoch zusätzlich mit sehr steilem Kraftanstieg auf sehr kurzem Weg nur am Rand des PM bei Auf-Zu-Stellung des FM → sehr schnelle, nichtlieare Auf-Zu-Oszillation des FM möglich. Folge: Nichtlineare Schaltfunktion trotz Gleichgewicht auf großer Strecke entlang des transversalen Weges beim Öffnen des FM.3. Balance is set for the PM's in the 4th cycle up to the air gap distance PM-FM and balance for the transverse FM movement. 1. Solution: Surface edge variation 1. The transverse force-displacement characteristic is transferred to the PM surface edge as an anti-transverse force function (= positive working surface due to negative PM surface difference and negative working surface due to positive PM surface difference compensated F = B 2 -A 2μo) - consequence: The induced force in the FM changes in the transverse direction with the changing area = the edge of the PM with transverse movement of the FM so that the total work W-izu on the balance between the Components Wm and W is compensated. 2nd solution: Power amplifier 2nd as 1, but additionally with a very steep increase in power over a very short distance only at the edge of the PM when the FM is in the open-closed position → very fast, non-linear open-close oscillation of the FM is possible. Consequence: non-linear switching function despite equilibrium over a long distance along the transverse path when opening the FM.
4. Ergebnis: Der PM-Rand als Anti-Transversalkraft-Funktion bestimmt die transversale Kraft-Weg-Kennlinie des FM (Kompensation ggf. mit Intergration einer nichtlinearen Schalt-Funktion).4. Result: The PM edge as an anti-transverse force function determines the transverse force-displacement characteristic of the FM (compensation if necessary with integration of a non-linear switching function).
3.2 FM-Bewegung a) FM-Bewegung parallel zur magn. Vorzugsrichtung. b) FM-Bewegung senkrecht zur magn. Vorzugsrichtung. "" 3.2 FM movement a) FM movement parallel to the magn. Preferred direction. b) FM movement perpendicular to the magn. Preferred direction. ""
3.3 PM-Sandwich-System (= -Zelle → "Power-Cell") Mit anisotroper magn. Vorzugsrichtung im FM (Fig. 65) Sandwich-System "Power-Cell" (Fig. 65) F=(B2/2μ0) A; beachte B2 am Arbeitspunkt A3 MV magnetische Vorzugsrichtung3.3 PM sandwich system (= cell → "power cell") With anisotropic magn. Preferred direction in FM (Fig. 65) "Power Cell" sandwich system (Fig. 65) F = (B 2 / 2μ 0 ) A; note B 2 at the working point A 3 MV preferred magnetic direction
FM FeidmodulatorFM field modulator
PM Permanent-MagnetPM permanent magnet
AM Arbeits-Magnet-systemAM working magnet system
FP FlußplattenFP river plates
Dicke SFP-1S bei 1 Pol SFP-1S thickness at 1 pole
Hub h,= 10,0-1,3 2=18,3 → h,=20 mm Option: anisotroper FM (kornorientiert, Kristallanisotropie, Magnetfeld-Temperung, etc.) = magnetische Vorzugsrichtung im FM-Stoff Feldlinien, wenn FM in Kontakt oder ganz nahe « zusätzliche Feldlinien bei FM-Abstand hι G Grenzfläche, Abstand d*0,05 mmStroke h, = 10.0-1.3 2 = 18.3 → h, = 20 mm Option: anisotropic FM (grain-oriented, crystal anisotropy, magnetic field annealing, etc.) = magnetic preferred direction in the FM material field lines, if FM in Contact or very close «additional field lines at FM distance hι G interface, distance d * 0.05 mm
Alternative Anti-Transversalkraft-Funktion: F=/(B2)-A/2μo statt Flächendifferenz am PM-Rand, B-Variation und/oder r-Streifen in FPs 3.4 Iniine-Kompensator-VariantenAlternative anti-transverse force function: F = / (B 2 ) -A / 2μo instead of area difference at the PM edge, B variation and / or r-strip in FPs 3.4 iniine compensator variants
Differenzielle Variation von (A, μa, ήa)→/(FI,t) mit Verstärkung oder Abschwächung.Differential variation of (A, μa, ή a ) → / (FI, t) with amplification or attenuation.
3.4.1 → Anti-Transversalkraft-Kompensator Prinzipien (Fig. 66. 1-3)) Longitudinale Kraft F| senkrecht zur Fläche hat im Feld auch transversale3.4.1 → Anti-Transversal Force Compensator Principles (Fig. 66. 1-3)) Longitudinal Force F | perpendicular to the surface also has transverse ones in the field
Kraftkomponente Ft, die die Kompensation bewirken soll. F (B2/2 0) A Nachfolgende Prinzipien können kumuliert werden; sie sind parallel und/oder senkrecht zur magn. Vorzugsrichtung der PM's anwendbar. 1. Flächen-Funktion /(A) →Variation der Austrittsfläche (Fig.66.1 a, b) HA K, Ki Konstante = B2/2μ0 A=/aΔs; a=/(s) B-Φ/A=magn. Fluß/FlächeForce component Ft that is to effect the compensation. F (B 2/2 0 ) A The following principles can be combined; they are parallel and / or perpendicular to the magn. Preferred direction of the PM's applicable. 1. Area function / (A) → variation of the exit area (Fig. 66.1 a, b) HA K, Ki constant = B 2 / 2μ 0 A = / aΔs; a = / (s) B-Φ / A = magn. River / area
2. Permeabilitäts-Funktion /(μa) → Amplitudenpermeabilität variieren (Fig.66.2^ Fp(/(μa)-K3)2-K2 = B2-A/2μ0 K2 Konstante = A/2μ0 K3 Konstante μo-Ha μ absolute Permeabilität μ=B/H μτ relative Permeabilität = Permeabilitätszahl Stoff = μr=μ/μ0, ( £* a). _ .„. μa Amplitudenpermeabilität μa am Arbeitspunkt A3 bei einer bestimmten Aussteuerung μ^ l ft)-1/μ0 Differenzielle Werte (→O) im Austausch zu Differenz-Werte (endliche Werte im Computer) Bdr→BΔs differenzielles bzw. Differenz-Flußdichtestück μadr→μaΔs differenzielles bzw, Differenz- Amplitudenpermeabilitäts-Stück Änderung von μa am Arbeitspunkt A3 entlang des Weges s → Änderungs des Stoffes mit anderer Leitfähigkeit μa an A3 2. Permeability function / (μ a ) → vary the amplitude permeability (Fig. 66.2 ^ Fp (/ (μ a ) -K 3 ) 2 -K 2 = B 2 -A / 2μ 0 K2 constant = A / 2μ 0 K 3 _ "constant microhm-H a μ absolute permeability μ = B / H μ τ relative permeability = permeability material = ĩr = μ / μ 0, (£ * a)... μ a amplitude permeability μ a certain at the operating point a 3 at a Modulation μ ^ l ft) -1 / μ 0 Differential values (→ O) in exchange for difference values (finite values in the computer) Bdr → BΔs differential or difference flux density piece μ a dr → μ a Δs differential or differential Amplitude permeability piece Change of μ a at the working point A 3 along the path s → change of the material with a different conductivity μ a at A 3
3. PM-Feldstärke-Funktion /(fta) → Feldstärkeamplitude variieren (Fig.66.3) PM Spule mit Funktion fia(s) Fr(/(fia)-K4)2-K2 K Konstante A/2μ0 B Amplitudenflußdichte ήa Amplitudenfeldstärke äußeres Spulenfeld (PM-Feld) K4 Konstante μs0 = konstanter Stoff-Arbeitspunkt I di→l-Δs differenzielles bzw. Differenz-Stromleiter-Stück ήadι→6aΔι differenzielles bzw, Differenz-Feldstärkeamplituden-Stück3.PM field strength function / (ft a ) → field strength amplitude vary (Fig. 66.3) PM coil with function fia (s) Fr (/ (fi a ) -K 4 ) 2 -K 2 K constant A / 2μ 0 B Amplitude flux density ήa amplitude field strength outer coil field (PM field) K 4 constant μ s0 = constant material operating point I di → l-Δs differential or differential current conductor piece ή a dι → 6 a Δι differential or difference field strength amplitudes -Piece
3.4.2 Beispiele mit Scheiben-PM (Fig. 67)3.4.2 Examples with disc PM (Fig. 67)
Variation von Ö (einer Spule) oderl? (eines PM), Fläche A'(PS), Amplitudenpermeabilität (magn. Amplitudenleitfähigkeit) μa und von Polschuhstoff S(PS)Variation of Ö (one coil) orl? (of a PM), area A '(PS), amplitude permeability (magn. amplitude conductivity) μ a and of pole shoe material S (PS)
→ /(K) = Kompensationsfunktion. As(FM)= f(B)→ / (K) = compensation function. As (FM) = f (B)
3.4.3 Rekuperation → kinetische Kompensation Energie-Rückgewinnung: Bewegungsenergie (kin. Energie) wird beim Bremsen oder "äußerer" Energiezufuhr im FM-Kreis zurückgewonnen (Fig. 68).3.4.3 Recuperation → kinetic compensation Energy recovery: kinetic energy (kin. Energy) is recovered when braking or "external" energy supply in the FM circuit (Fig. 68).
+W Beschleunigung FM durch äußere Energiezufuhr -W Bremsen des FM Außer potentieller Energie [+W- (- W)→0J wird kinetische Energie im FM-Antrieb umgesetzt.+ W acceleration FM by external energy supply -W braking of the FM In addition to potential energy [+ W- (- W) → 0J, kinetic energy is converted in the FM drive.
3.4.4 Beispiele mit Sandwich-System 3.4.4.1 FM-Bewegung senkrecht zu den Feldlinien (Fig. 69)3.4.4 Examples with sandwich system 3.4.4.1 FM movement perpendicular to the field lines (Fig. 69)
→ Kompensation senkrecht zu den Feldlinien/Kraftfeld (y-Richtung) s Weg→ Compensation perpendicular to the field lines / force field (y direction) s path
A Fläche /(A) Flächenfuπktion a Breite a=/(s) μa Amplitudenpermeabilität am Arbeitspunkt A3 bei Stoff S /"a= (s) → Stoff-Anisotropie fta Feldstärkeamplitude äußeres Feld der Spule bzw. des PM (B ) entlang de Weges s → ήa=/(s)A area / (A) area function a width a = / (s) μ a amplitude permeability at the working point A 3 with fabric S / "a = (s) → fabric anisotropy fta field strength amplitude along the outer field of the coil or PM (B) de way s → ή a = / (s)
B Amplitudenflußdichte.-beachte B2=Arbeitspunkt A3 — MV magnetische Vorzugsrichtung (Feld-Vorzugsrichtung)B Amplitude flux density - note B 2 = operating point A 3 - MV magnetic preferred direction (preferred field direction)
F| longitudinale Kraft (in Normairichtung = Fn)F | longitudinal force (in normal direction = F n )
Ft transversale Kraft (in Tangentialrichtung = Ft) hier senkrecht zur Kraftfeld-Vorzugsrichtung bzw. BF t transverse force (in tangential direction = Ft) here perpendicular to the preferred force field direction or B
FF/(B,,A), Ft=/(Bt,A)FF / (B ,, A), F t = / (B t , A)
3.4.4.2 FM-Bewegung parallel zu den Feldlinien (Fig. 70)3.4.4.2 FM movement parallel to the field lines (Fig. 70)
→ Kompensation parallel zu den Feldlinien/Kraftfeld (x-Richtung)→ compensation parallel to the field lines / force field (x-direction)
Variation:Variation:
ΔA Änderung der Austrittsfläche Δμa Änderung der Amplitudenpermeabilität in FPΔA change in exit area Δμ a change in amplitude permeability in FP
ΔÖa Änderung der Feldstärkeamplitude äußeres Feld der Spule / PM ( B )ΔÖ a change in the field strength amplitude outer field of the coil / PM (B)
MV magnetische VorzugsrichtungMV preferred magnetic direction
1-dl→l ds differenzielles Stromleiter (PM)-Stück erzeugt Feld dH bzw. ΔH, dB bzw. ΔB durch den Stoff. Dieses Feld kann in Komponenten parallel und senkrecht zur Achse zerlegt werden → Biot-Savart-Gesetz.1-dl → l ds differential current conductor (PM) piece generates field dH or ΔH, dB or ΔB through the substance. This field can be broken down into components parallel and perpendicular to the axis → Biot-Savart law.
3.4.5 Transversalkraft-Kompensation durch PM-Zellen-Anordnung (Fig.71) 1. Basis-PM-System (Zelle = Sandwich oder U-Profil) B FeldKnie, magnetische Flußdichte3.4.5 Transversal force compensation through PM cell arrangement (Fig. 71) 1. Basic PM system (cell = sandwich or U-profile) B field knee, magnetic flux density
B=Φ/A=magn. Fluß/Fläche Φ Gesamtzahl magn. Feldlinien des PM oder der SpuleB = Φ / A = magn. River / area Φ total magn. Field lines of the PM or the coil
3.4.6 Erzeugung anisotropes Magnetfeld (Fig. 72) MV magn. Vorzugsrichtung: ovale Zylinderspule mit Abschirmung3.4.6 Generation of anisotropic magnetic field (Fig. 72) MV magn. Preferred direction: oval solenoid with shield
7. Flussleit-Wirkprinzip Polschuhe (PS) und Feldmoduiator (FM)7. Flux control principle of action pole shoes (PS) and field modulator (FM)
Die Polschuhe haben die Aufgabe den Luftspalt, der durch das Herausziehen des Feldmodulators entsteht, zu überbrücken, um dadurch die magnetische Kraft a) zwischen 2 Polschuhen, je einer gekoppelt am PM, oder b) mittels 1 Polschuh, gekoppelt mit dem FM wesentlich zu erhöhen. 1. Polschuhe mit ferro agnetisc isotropem StoffThe pole shoes have the task of bridging the air gap that results from pulling out the field modulator in order to significantly increase the magnetic force a) between 2 pole shoes, one coupled to the PM, or b) by means of 1 pole shoe, coupled to the FM , 1. Pole shoes with ferro agnetisc isotropic fabric
Nachfolgend sind 3 Magnetfluß-Modelle dargestellt (Fig. 73) a) Ferromagnetische Scheibe mit Spule (= 1 Körper) → Magetisierung durch die Spule wird als magnetische Feldenergie an die Enden der Scheibe transportiert (Entmagnetisierungsfaktor N→O) und dort entstehen Magnetpole. b) Magnet in Kontakt mit 2 ferromagnetischen Scheiben (PS) (= 1 Körper mit 3 Zonen) → Magnetisierung durch den Magneten wird als magnetische Feldenergie über die Kontaktflächen/Grenzflächen (G) an die Enden der Scheiben nur bei N→O transportiert; bei dünnen Scheiben mit N→1 tritt das Feld tangential aus der PS-Scheibe. c) Magnet mit Luftspalt zwischen zwei ferromagnetischen Scheiben (PS) (= 3 Körper) → Magnetisierung durch den Magneten wird als magnetische Energie nicht an die Enden der Scheiben (PS) transportiert, da diese - wegen des Luftspaltes d (Grenzfläche) und N →1 - wie Abschirmungen und nicht wie Leiter wirken, (beachte magnetischen Berechnungsindex)3 magnetic flux models are shown below (Fig. 73) a) Ferromagnetic disk with coil (= 1 body) → magnetization by the coil is transported as magnetic field energy to the ends of the disk (demagnetization factor N → O) and magnetic poles are created there. b) Magnet in contact with 2 ferromagnetic disks (PS) (= 1 body with 3 zones) → Magnetization by the magnet is transported as magnetic field energy via the contact surfaces / interfaces (G) to the ends of the disks only at N → O; in the case of thin panes with N → 1, the field emerges tangentially from the PS disk. c) Magnet with an air gap between two ferromagnetic disks (PS) (= 3 bodies) → Magnetization by the magnet is not transported as magnetic energy to the ends of the disks (PS), because these - because of the air gap d (interface) and N → 1 - how shields act and not how conductors work (note magnetic calculation index)
2. Polschuhe mit anisotropem Stoff (magnetische Vorzugsrichtung (MV)2. Pole shoes with anisotropic material (magnetic preferred direction (MV)
Um den magnetischen Fluß im PS primär nur axial leiten und um das tangential austretende Streufeld reduzieren zu können, kann außer der Steuerung desIn order to conduct the magnetic flux in the PS primarily only axially and to be able to reduce the tangentially emerging stray field, in addition to controlling the
Entmagnetisierungsfakton? anisotropes Material verwendet werden. Die magnetische Anisotropie kann in verschiedenen Arten genutzt werden, hier zwei Fälle:Entmagnetisierungsfakton? anisotropic material can be used. Magnetic anisotropy can be used in different ways, here two cases:
1. Kristailanisotropie (Orientierungsabhängigkeit der Polarisation in Bezug auf die Kristallachse)1. Crystal anisotropy (orientation dependence of the polarization with respect to the crystal axis)
2. Magnetfeldinduzierte uniaxiale Anisotropien Ku 2. Magnetic field-induced uniaxial anisotropies K u
3. Spannungsind uzierte Anisotropien3. Stress-induced anisotropies
Kristallanisotropie bei PSCrystal anisotropy in PS
Die Ansisotropiefeldstärke HA ist die Feldstärke, um die Magnetisierung aus der leichten Vorzugsrichtung in die Richtung der schwersten Magnetisierbarkeit zu drehen.The ansisotropy field strength H A is the field strength to turn the magnetization from the easy preferred direction in the direction of the hardest magnetizability.
Bei der Auswahl des anisotrop wirkenden Stoffes und bei der Berechnung muß darauf geachtet werden, dass die tangentiale Flußdichte-Komponente von der Feldstärke abhängt ab einer bestimmten Feldstärke sind axiale und radiale Komponente gleich groß.ln den genannten Fällen entstehen Polschuh-Scheiben, in denen der magnetische Fluß (MV) in der axialen Richtung der PS-Scheibe bevorzugt verläuft und quer dazu ist die PS-Scheibe schwer magnetisierbar mit der Folge, dass auch der tangentiale Streufluß minimiert wird. Anisotrope PS Grenzfläche /-Luftspalt (Fig. 74) Kombination Anisotropie mit EntmagnetisierungsfaktorWhen selecting the anisotropically active substance and when calculating, it must be ensured that the tangential flux density component depends on the field strength. From a certain field strength, the axial and radial components are the same size. In the cases mentioned, pole shoe disks occur in which the magnetic flux (MV) preferably runs in the axial direction of the PS disk and transversely thereto the PS disk is difficult to magnetize, with the result that the tangential leakage flux is also minimized. Anisotropic PS interface / air gap (Fig. 74) Combination of anisotropy with demagnetization factor
Aufgrund der zuvor geschilderten Funktions eise kann die richtungsabhängige Anisotropie-Leitfähigkeit und der Entmagnetisierungsfaktor N kumulativ bei der Konstruktion des PS und FM als Feldmodulator-Schalter genutzt werdenDue to the previously described functional ice, the direction-dependent anisotropy conductivity and the demagnetization factor N can be used cumulatively in the design of the PS and FM as a field modulator switch
Feldmodulator-Schalter (Fig.75)Field modulator switch (Fig. 75)
Schalten: Fluß Longitudinal/axial von * → Φ=0 Kristallanisotropie etc. und/oder magn. Formanisotropie Beispiel: a) Cobalt-Kristall (anisotrop) Co-Hexagonal-ElementarzeHe a und c: Gitterkonstanten μ richtungsabhängige Permeabilität x, μy → μz b) isotrop CoFe N→0/N→1 c) Magnetische Formanisotropie N Richtungs- und ortsabhängiger EntmagnetisierungsfaktorSwitching: Flow longitudinal / axial from * → Φ = 0 crystal anisotropy etc. and / or magn. Shape anisotropy Example: a) Cobalt crystal (anisotropic) Co-hexagonal elemental resins He a and c: lattice constants μ direction-dependent permeability x, μ y → μ z b) isotropic CoFe N → 0 / N → 1 c) Magnetic shape anisotropy N direction and location-dependent demagnetization factor
Aussteuerung mit Werte im "Knick" Arbeitspunkt A3 mit B2, H^ Bern.: Co hat größere Differenz in der Magnetisierung zwischen den Achsen alsControl with values in the "kink" operating point A 3 with B 2 , H ^ Bern .: Co has a greater difference in magnetization between the axes than
Fe bzw. Ni.Fe or Ni.
3. Entmagnetisierungsfaktor und Luftspalteinfluß 3.1 Entmagnetisierungsfaktor N Ein langer Stab läßt sich leichter in Längsrichtung (N=0) mägnetisieren als quer dazu (N=0,5), eine Platte leichter tangential (N=0) als senkrecht zur Plattenebene (N=1). → Magnetische Formanisotropie.3. Demagnetization factor and air gap influence 3.1 Demagnetization factor N A long rod is easier to magnetize in the longitudinal direction (N = 0) than transversely to it (N = 0.5), a plate is more tangential (N = 0) than perpendicular to the plane of the plate (N = 1 ). → Magnetic shape anisotropy.
Folge für die Konstruktion des Polschuhs: Der PS ist nicht eine Platte aus einem Stück, sondern muß:Consequence for the construction of the pole piece: The PS is not a one-piece plate, but must:
Lösung 1: Aus vielen "langen" und dünnen quadratischen Stäben in dichter Gitterpackung zusammengesetzt sein (wie ein Schachbrett-Muster); die Länge des Stabes entspricht der Dicke des Polschuhs, die Querschnittsabmessung des Stabes ist so zu wählen, daß in Längsrichtung des Stabes N→O geht. Vorteil: Reduktion der Wirbelströme auf Stäbchen-Wirbelströme, wenn diese durch eine Dielektrische Schicht isoliert sind.Solution 1: Be composed of many "long" and thin square bars in a tight grid packing (like a checkerboard pattern); the length of the rod corresponds to the thickness of the pole piece, the cross-sectional dimension of the rod should be selected so that N → O goes in the longitudinal direction of the rod. Advantage: Reduction of the eddy currents to rod eddy currents if these are insulated by a dielectric layer.
Lösung 2: Viele parallele axiale Streifen (Zeilen).Solution 2: Many parallel axial stripes (lines).
Lösung 3: Scheibe von Bandkern abgeschnitten, Band aus dünner Folie mit entsprechend anisotropem Stoff hergestellt.Solution 3: Cut the disk from the tape core, tape made of thin film with an anisotropic material.
3.2 Scherung Die Scherung beschreibt den Zusammenhang zwischen Entmagnetisierungsfaktor N, Luftspaltlänge l =d und der mittleren Stoffweglänge ls. Magnetische Kennlinien sind scherungsabhängig: Hystereseschleife, Neukurve, alle Permeabilitätsgrößen, Remanenz und Scheinleistung, Koerzitivfeldstärke, Sättigungspolarisation und Verluste (auf konstante Induktion bezogen). → Konstruktion der Scherungslinie mit 4. Feldmodulator FM: Entmagnetisierung N → Magnetisierung M - Schalter Wenn man den FM als dünne Platte einsetzt, so erfolgt durch die magnetische Formanisotropie mit Entmagnetisierung N→1 senkrecht T Plattenebene und N→O in Plattenebene ein Abschirmeffekt zwischen den Permanentmagneten. Option: FM aus vielen dünnen parallelen Platten aufgebaut → Verstärkung der3.2 Shear The shear describes the relationship between the demagnetization factor N, air gap length l = d and the mean material path length ls. Magnetic characteristics are shear-dependent: hysteresis loop, new curve, all permeability values, remanence and apparent power, coercive field strength, saturation polarization and losses (based on constant induction). → Construction of the shear line with 4. FM field modulator: demagnetization N → magnetization M switch If the FM is used as a thin plate, the magnetic shape anisotropy with demagnetization N → 1 perpendicular T plate plane and N → O in the plate plane results in a shielding effect between the permanent magnets. Option: FM made up of many thin parallel plates → reinforcement of the
Abschirmwirkung plus Anti-Wirbelstrom-Wirkung.Shielding effect plus anti-eddy current effect.
Umgekehrt bewirkt eine FM-Struktur aus vielen dünnen Blechen in axialer Richtung (Blechung) mit N→O eine axiale Leitung des Magnetfeldes. In diesen Blechen kann eine Kristallanisotopie in axialer Blechrichtung dieConversely, an FM structure made of many thin sheets in the axial direction (sheet metal) with N → O leads to an axial conduction of the magnetic field. A crystal anisotope in the axial direction of the sheet can be found in these sheets
Leitwirkung erhöhen, so dass das tangentiale Streufeld minimiert wird.Increase the conductivity so that the tangential stray field is minimized.
Der Feldmodulator schaltet, je nach Blechungsrichtung, zwischen Sperren N→1 und Durchläse = Leiten N→O als magn. Formanisotropie- und Kristailanisotropϊe-Schälter.The field modulator switches, depending on the direction of the sheet metal, between blocks N → 1 and pass-through = routing N → O as magn. Shape anisotropy and crystal anisotropy peelers.
Die Folge für die FKG-Konstruktion ist: Statt zwei Polschuhe (je PM einer) kann von einem sperrenden FM zu einem leitenden FM geschaltet werden - bedingt durch den Wechsel des magnetischen Formanisotropie-Wertes in axialer Richtung von N→1 → 0 sowie der Kristall-Ansiotropie etc..The consequence for the FKG construction is: Instead of two pole pieces (one for each PM), it is possible to switch from a blocking FM to a conductive FM - due to the change in the magnetic shape anisotropy value in the axial direction from N → 1 → 0 and the crystal Aniotropia etc.
Zustände im Kanal (Fig. 76) Formanisotropie-Ersatzmodell (Fig. 77)States in the channel (Fig. 76) Shape anisotropy replacement model (Fig. 77)
Elektrische Isolierschicht SiO Magnetische Isolierschicht CoOElectrical insulation layer SiO Magnetic insulation layer CoO
Achsverhältnis der Platten a/b »1 für axial magnetisierten Stab N→O a/b «1 für magnetisierung senkrecht zu Plattenebene (dünne Platte) N→1 a/b = 1 Kugel oder Würfel N=1/3Axis ratio of the plates a / b »1 for axially magnetized rod N → O a / b« 1 for magnetization perpendicular to the plane of the plate (thin plate) N → 1 a / b = 1 ball or cube N = 1/3
Beispiel a= 0,5 mm b=0,05 mm a/b=10 →N=0,02 HS=-N M Für beliebige Magnetisierungsrichtungen verallgemeinert und vektoriell niedergeschrieben →N wäre ein Tensor, der die Vektoren M und H miteinander verknüpft.Example a = 0.5 mm b = 0.05 mm a / b = 10 → N = 0.02 H S = -NM Generalized and written down vectorially for any magnetization direction → N would be a tensor that combines the vectors M and H with each other ,
Formanisotropie-Fälle (Als Ersatzmodell für Kristall-, Magnetfeldinduzierte undShape anisotropy cases (as a replacement model for crystal, magnetic field induced and
Snannungs-Anisotropie ist die Formanisotropie verwendbar)Strain anisotropy, shape anisotropy can be used)
1. FM/PS-Bewegung senkrecht zum Feld (Fig. 78) 2. FM/PS-Bewegung parallel zum Feld (Fig. 79)1. FM / PS movement perpendicular to the field (Fig. 78) 2. FM / PS movement parallel to the field (Fig. 79)
Die Polschuhe können wie im Prinzip einer Vielkanalplatte konstruiert sein. Das Verhältnis Länge zu Breite der magn. Formanisotropie (= Länge-zu-Breite- Quotient) kann im Bereich 40-100 liegen (vgl. Rotationsellipsoid). Die PS-Platten können als „Single", „chevron" oder als Z-stack ausgebildet werden. Wirksamkeit des PS und FB/SThe pole pieces can be constructed as in the principle of a multi-channel plate. The ratio length to width of the magn. Shape anisotropy (= length-to-width quotient) can be in the range 40-100 (see rotation ellipsoid). The PS plates can be designed as "single", "chevron" or as a Z-stack. Effectiveness of the PS and FB / S
Für die Wirksamkeit des PS und FM ist es notwendig, dass diese Bauteile in einem über die Eintrittsfiäche konstanten Magnetfeld mit der konstanten Amlitudenfeldstärke Öa2 mit B2 am Arbeitspunkt A3 betrieben werden. An diesem Arbeitspunkt ist die größte Leitfähigkeit μrmaκ des ausgewähltenFor the effectiveness of the PS and FM, it is necessary that these components are operated in a magnetic field that is constant over the entrance surface and has a constant amulity field strength Öa 2 with B 2 at the working point A3. At this operating point the greatest conductivity is μ rmaκ of the selected one
Stoffes vorhanden. Schalter S → Schaltzustände = FM-KippstufeFabric available. Switch S → switching states = FM flip-flop
8. Flussmodulation-/ Flussverstärkung Ferromagnetischer Stoff im magnetischen Feld (Fig.80) 1. Magnetisierungskurve (B x H) Magn. Fluß Φ=B-A (Fluß Φ entspricht magnetischer Strom lm). Magn. Spannung Θ-H-l (elektr. Durchflutung Θ = magn. Spannung Um>. Arbeitspunkt A bzw. A3 (B-H)max für weichmagn. Stoffe S (bei Transistor mit H-Feld quer zum Kanal).8. Flow modulation / flux amplification of ferromagnetic material in the magnetic field (Fig. 80) 1. Magnetization curve (W x H) Magn. Flux Φ = BA (flux Φ corresponds to magnetic current l m ). Magn. Voltage Θ-Hl (electrical flooding Θ = magn. Voltage U m >. Working point A or A 3 (BH) max for soft magnetic substances S (with transistor with H field across the channel).
2. Verlauf der Permeabilitätszahl μr Magn. Leitfähigkeit μ=μoμr, a Permeabilitätsamplitude; gilt sinngemäß für ferroelektrische Stoffe (haben eine Hysterese) im elektrischen Feld mit: a) Elektrisierungskurve (D x E) b) Verlauf der Permittivitätszahl εr 2. Course of the permeability number μ r Magn. Conductivity μ = μoμ r , a permeability amplitude; applies analogously to ferroelectric substances (have a hysteresis) in the electrical field with: a) electrification curve (D x E) b) curve of the permittivity number ε r
Ferromagnetischer Stoff als Schalter S Verstärker (Fig.81, 82) → Sehaltzustände = FM-KippstufeFerromagnetic material as switch S amplifier (Fig. 81, 82) → visual states = FM flip-flop
Parameterparameter
M Magnetisierung (Erregung/Aufmagnetisierung) [A/crn] B magn. Flußdichte, Bs bei Sättigung [T] Ha äußeres Spulenfeld, magn. Feldstärke [A/cm] o magn. Feldkonstante 1 ,256- 10"4 Tcm/A μa AmplitudenpermeabilitätM magnetization (excitation / magnetization) [A / crn] B magn. Flux density, B s at saturation [T] H a outer coil field, magn. Field strength [A / cm] o magn. Field constant 1, 256-10 "4 Tcm / A μ a amplitude permeability
B=μo(Ha+M) M=B/μ0 -Ha μa=1/μo Blk,B, ή AmlitudenwerteB = μo (H a + M) M = B / μ 0 -H a μ a = 1 / μo Blk, B, ή amlitude values
Modulationsartenmodulation types
1. Leitfähigkeitsmodulation1. Conductivity modulation
Die Leitfähigkeit kann auf verschiedene Weise geändert werden: a) Temperaturänderung (Ferromagnetismus → Paramagnetismus) b) Änderung der Magnetisierungsträger-Konzentration im M-Halbleiter c) Schalten zwischen FM im Kanal μr=max (Fluß = nicht leitend im Kanal S-D → "Zu" = Gleichgewicht zwischen den PM's) nach FM außerhalb des Kanals, d.h. Luft/Vakuum im Kanal μr≥ 1 (Fluß im Kanal S-D →'Αuf ' = Abstoßung der PM's).The conductivity can be changed in different ways: a) temperature change (ferromagnetism → paramagnetism) b) change in the magnetization carrier concentration in the M-semiconductor c) switching between FM in channel μr = max (flux = non-conductive in channel SD → "closed" = Equilibrium between the PM's) according to FM outside the channel, ie air / vacuum in the channel μ r ≥ 1 (flow in the channel SD → 'Αuf' = repulsion of the PM's).
2. Querschnittsmodulation2. Cross-sectional modulation
Ein Magnetisches Feld quer zum PM-Fluß-Kanal steuert den magnetischen Fluß/Strom zwischen Source und Drain. M-Feldmodulator-Design 1. Stationärer FM Zur optimalen Auslegung des Feldmodulators sollte bei der stationären 5 Variante die magnetische Vorzugsachse (= Anisotropie-Achse) des FM in transversaler Richtung wirken und dabei die Flußdrehte B konstant sein, d.h. es ändert sich ggf. die Querschnittsfläche A am Ort mit Ad(x,y,z) bzw. AΔ(x,y,z). Dadurch ist gewährleistet, dass der FM im leitenden Zustand "Auf bei Punkt A3 immer bei B2 mit H^ betrieben wird, also bei optimaler Wirkung mit max. 10 Leitfähigkeit in transversaler Richtung. Magnetische Halbleiterbauelemente, (Magnetronik): M-Bipolar-Transistor M-BT und M-Feldeffekt-Transistor M-FET. Die Auf-Zu-Schaltung kann beim M-FET nur durch ein Quer-Feld, ohne kinematische Verschiebung des FMr vorgenommen "15 werden. 2. Kinematischer FM Beim kinematischen FM ist es sinnvoll in der Bewegungsrichtung eine geringe Leitfähigkeit (wegen Anziehung durch die PM's) und senkrecht dazu 20 (bei anisotropem Feld) die hohe Leitfähigkeit und konstante Flußdichte zu haben (abgesehen von der Kompensationsfunktion), so dass auch hier die Funktion des FM in allen Bereichen beim Arbeitspunkt A3 / Punkt B2 liegt. Feldmodulator als M-Transistor Schalter 25 M-Transistoren als Schalter haben zwei Schaltzustände: Sie arbeiten in der magn. Sättigung (magn. leitend Arbeitspunkt A3 = "Ein" (B2=Boptbei HS2 und μmax) oder sind gesperrt (magn. nichtleitend '- magnetisch transparent ( r=1) Punkt A1 = "Aus" (B5 = Bmax bei Ha5= Hamax), (beachte Sättigungsbereich = Übersteuerung Bereich Bo bei Hao bis B3 bei Ha , Beginn Ü-Bereich = 30 Sättigungsanfang bei Punkt A2 auf der Arbeitsgerade. Feldmodulator als M-Transistor Verstärker Ein kleiner magn. Basisstrom/-fluß ΦB verursacht beim M-Transistor einen großen magn. Kollektorstrom/-fluß Φc. Dies nennt man 35 Magnetstrom/-fluß-Verstärkung (VΦ). Ein M-Transistor kann auch als magnetischer Spannungsverstärker (V©) und Leistungsverstärker (Vp) betrieben werden. FM-Steuerung "Auf/Zu" durch magn. HilfsfeldA magnetic field across the PM flux channel controls the magnetic flux / current between the source and drain. M-field modulator design 1. Stationary FM For the optimal design of the field modulator, the magnetic preferred axis (= anisotropy axis) of the FM should act in the transverse direction with the stationary 5 variant and the flux rotation B should be constant, i.e. the flux may change Cross-sectional area A at the location with Ad (x, y, z) or AΔ (x, y, z). This ensures that the FM in the conductive state "open at point A 3 is always operated at B 2 with H ^, ie with optimal effect with a maximum of 10 conductivity in the transverse direction. Magnetic semiconductor components, (magnetronics): M-bipolar- Transistor M-BT and M-field effect transistor M-FET. The M-FET can only be switched on and off by means of a transverse field, without kinematic shifting of the FM r " 15. 2. Kinematic FM With kinematic FM it makes sense to have a low conductivity in the direction of movement (due to attraction by the PM's) and perpendicular to it 20 (with an anisotropic field) the high conductivity and constant flux density (apart from the compensation function), so that here the function of the FM in all areas lies at the working point A 3 / point B2. Field modulator as M-transistor switch 25 M-transistors as switches have two switching states: They work in the magn. Saturation (magn. Conductive working point A 3 = "on" (B 2 = B opt at H S2 and μ max ) or are blocked (magn. Non-conductive ' - magnetically transparent (r = 1) point A1 = "off" (B 5 = B max at H a5 = H amax ), (note saturation range = overdrive range Bo at H a o to B 3 at H a , start of over-range = 30 start of saturation at point A 2 on the working line. Field modulator as M-transistor amplifier A small magnetic base current / flux ΦB causes a large magnetic collector current / flux Φc in the M transistor, which is called 35 magnetic current / flux amplification (V Φ ). An M transistor can also be used as a magnetic voltage amplifier (V © ) and power amplifier (Vp) are operated FM control "open / close" by magnetic auxiliary field
40 Bei entsprechender Werkstoffwahl (S) und Feldstärkeamplitude H32 Induktionsamplitude B2 mit μmax am Arbeitspunkt A3 mit maximaler Verstärkung der Magnetisierung M, wirkt das steuernde Hilfsfeld Ha2 maximal und mit kleinstem Energieaufwand, so dass der FM noch dünner werden kann als die passive FM-Variante (ohne aktives Hilfsfeld).40 With a suitable choice of material (S) and field strength amplitude H 32 induction amplitude B 2 with μ max at operating point A 3 with maximum amplification of the magnetization M, the controlling auxiliary field H a2 acts maximally and with the least energy expenditure, so that the FM can become even thinner than that passive FM variant (without active auxiliary field).
45 Feldvektoren / Fiussvariation / Feldrichtung Bei einem polaren Feld, wie es durch einen runden Scheibenmagneten entsteht, sind alle Feldlinien am Umkehrpunkt des Feldes (Mittelpunkt) in radialer Richtung orientiert, so dass die transversale Verschiebung des FM 50 durch dieses inhomogene, in jeder Richtung gleiche Feld, bezüglich der aufzuwendenden Kraft beeinflusst wird: Es entsteht eine Zug- und nach Überschreiten des PM-Mittelpunktes eine D ck-Kraft auf den FM, und zwar unabhäbg davon, von welcher tangentialen Richtung der FM zum Mittelpunkt bewegt wird.45 field vectors / flow variation / field direction In a polar field, as created by a round disk magnet, all field lines at the reversal point of the field (center point) are oriented in the radial direction, so that the transverse displacement of the FM 50 by this inhomogeneous, the same in every direction Field related to force to be exerted is influenced: There is a tensile force and after the PM center is exceeded a D ck force on the FM, regardless of the tangential direction from which the FM is moved to the center.
Bei einem U-Profil-Magneten oder Sandwich-PM ist das nicht so, denn das Feld ist nicht polar orientiert, sondern in x-/y-Achse verschieden: Wird der FM parallel zu den Feldvektoren verschoben, also zwischen den U-Schenkeln, so besteht das o.g. Problem. Wird der FM senkrecht dazu, also in U-Profil-Richtung, verschoben, so schneidet der FM die Feldvektoren und dieThis is not the case with a U-profile magnet or sandwich PM, because the field is not polar, but different in the x / y axis: If the FM is moved parallel to the field vectors, i.e. between the U legs, so there is the above Problem. If the FM is moved perpendicular to it, i.e. in the U-profile direction, the FM intersects the field vectors and the
Kraft muss eine andere sein (→ Vergleich Magnet-Systeme Fig. 83).The force must be different (→ comparison of magnet systems Fig. 83).
Die Komponentenzerlegung der Feldlinie/Feldstärke/Flußdichte/Kraft des Vektorpotentials erfolgt in Br B$ mit Polarwinkel (Fig. 84). Bei einem U- oder Sandwich-Magneten erfolgt die Kompönehteήzef legung im orthogonalen Koordinatensystem entlang der Achse y.The component decomposition of the field line / field strength / flux density / force of the vector potential is carried out in B r B $ with a polar angle (FIG. 84). In the case of a U or sandwich magnet, the component is defined in the orthogonal coordinate system along the y axis.
Bern: Die Feldlinie ist im Vakuum gezeichnet. Bei Stoff im Feld wirkt der Maxwellsche Spannungs-Tensor an der Oberfläche in Punkt P (magn. Brechungsindex, die Feldlinie wird zum Lot hin gebrochen). Durch dieBern: The field line is drawn in a vacuum. In the case of material in the field, Maxwell's stress tensor acts on the surface at point P (magnetic refractive index, the field line is broken to the plumb line). Through the
Abweichung vom Lot auf die Stoff-Fläche (FM) ergeben sich Tangentialkräfte. FM-Materialgrenze = μ-Sprung. IDeviation from perpendicular to the fabric surface (FM) results in tangential forces. FM material limit = μ jump. I
Achtung: Kompensationsfeld wirkt auch in longitudinaler Hubrichtung hι, beachte neutrale Zone NZ.Attention: The compensation field is also effective in the longitudinal stroke direction, note neutral zone NZ.
Lösung auch mit Induktionsspule möglich.Solution also possible with induction coil.
Vorgang: 1. Takt: Feld Ha anschalten bei FM Öffnen (bei OT) → Kompensation Feld Ha nach FM öffnen abschalten 3. Takt Bei FM Schließen (bei UT) kein Einflußfeld Ha = ungestörtes Gleichgewicht PM-FM-PM Spule ggf. mit Energie-Rückgewinnung bei FM "Schließen" in 3. TaktProcess: 1st cycle: switch on field H a when FM opens (at OT) → compensation switch off field H a after FM open 3rd cycle at FM close (at UT) no influence field H a = undisturbed balance PM-FM-PM coil if necessary with energy recovery at FM "Close" in 3rd cycle
9. Feldverstärkung am Arbeitspunkt A3 Kennlinie für Verstärkungsfaktor (Fig. 85) A3 Arbeitspunkt -(BΗ)max (negative Energie) = maximales Energieprodukt = Gütekennzeichen für weichmagnetische Stoffe. S Magnetisierungskurve Stoff W Wendepunkt W1 W Anfang W2 Tangente μa max an B-Ha-Kennlinie W3 Ende9. Field amplification at operating point A 3 characteristic curve for amplification factor (Fig. 85) A 3 operating point - (BΗ) max (negative energy) = maximum energy product = quality indicator for soft magnetic substances. S Magnetization curve fabric W turning point W 1 W beginning W 2 tangent μ a max at BH a characteristic W 3 end
Zylinderspule (Fig. 86) I Spulenlänge = lm = mittlere Feldlinienlänge N Windungszahl I Stromstärke r mittlerer Spulenradius Ha äußeres Spulenfeld H Spulenmitte (x=l/2) H=(N/l)M/V4r2+ P → Optimum finden U- 4r2 + P H Spulenende H=0,5-(N/I)-H/V4r2+I2 → Optimum finden l/V4r2 +Cylinder coil (Fig. 86) I coil length = l m = average field line length N number of turns I current r average coil radius H a outer coil field H coil center (x = l / 2) H = (N / l) M / V4r 2 + P → find optimum U- 4r 2 + PH coil end H = 0.5- (N / I) -H / V4r 2 + I 2 → Find optimum l / V4r 2 +
Kern K verstärkt äußeres Spulenfeld Has sehr geringer Energieeinsatz mit Strom I bei Has wegen V äquvalent bei äußerem PM-Feld HaPM. |Has| = IHaPWll → Geringer Strom I neutralisiert starkes PM-Feld H3 M bzw. auchCore K reinforces outer coil field H a s very low energy consumption with current I at H a s due to equivalence with outer PM field H aP M. | H a s | = IHaPWll → Low current I neutralizes strong PM field H 3 M or too
Wirbelstromfeld bei vergleichbar kleiner Spule und kleinem Strom (→ Kompensator)Eddy current field with a comparably small coil and small current (→ compensator)
Beachte n-StufenVerstärkung 1. Stufe Spulenkern mit μa (?) 2. Stufe Polschuhe mit μa (z.B. CoFe) 3. Stufe KonzentratorNote n-level reinforcement 1st stage coil core with μ a (?) 2nd stage pole shoes with μ a (e.g. CoFe) 3rd stage concentrator
Spezifisches Leitfähigkeits-Eigengewicht Spulenwickiung: AI bei oszillierenden/sich bewegenden Spulen Cu bei ruhenden Spulen wegen spezifischem Verhältnis Leitfähigkeit-EigengewichtSpecific conductivity own weight Coil winding: AI for oscillating / moving coils Cu for stationary coils due to specific ratio of conductivity to own weight
Leitfähigkeit p20, Dichte p AI p20=0,02825, Dichte p=2,7 kg/dm3 Cu p2_=0,01754, Dichte p=8,9δ kg/dm3 Conductivity p 20 , density p AI p 20 = 0.02825, density p = 2.7 kg / dm 3 Cu p 2 _ = 0.01754, density p = 8.9δ kg / dm 3
Dichteverhältnis VP=9,96/2J=3,32 Spezifisches Verhältnis Leitfähigkeit-Eigengewicht V Cu 0,01754-3,32=0,0582328 » AI p200,02825 → Verhältnis V=0,0582328/0,02825 V=2,0613Density ratio V P = 9.96 / 2J = 3.32 Specific ratio conductivity-own weight V Cu 0.01754-3.32 = 0.0582328 »AI p 20 0.02825 → ratio V = 0.0582328 / 0.02825 V = 2.0613
Permanentmagnet mit verstärkendem Kern und Hülle (Fig. 87) Hystereseschleifenform für weich- und hartmagnetische Stoffe (Fig. 88)Permanent magnet with reinforcing core and sleeve (Fig. 87) Hysteresis loop shape for soft and hard magnetic materials (Fig. 88)
Verstärker-Kaskade (Fig. 89, 90, 91) Pos. Bezeichnung/FunktionAmplifier cascade (Fig. 89, 90, 91) Item Designation / function
1. Permanentmagnet (PM), Permanetelektret (PE) Supraieitermagnet (SM) Option: Ring-PM mit Verstärker-Mantel innen/außen oder1. Permanent magnet (PM), permanent electret (PE), super conductor magnet (SM) Option: Ring PM with amplifier jacket inside / outside or
2. Spule mit verstärkendem Kern (Ha2, B2), Bandkern, oder2. Coil with reinforcing core (H a2 , B 2 ), ribbon core, or
3. Spule ohne Kern mit Feidstärkeamplitude Ha.3. Coil without a core with a field strength amplitude H a .
4. Divergenz/Dizentration/Divergator bei N-Pol = starkes Feld verdünnen Gegeben: BPM-A, Prozeß: statt Feldkonzentration → Felddizentration Flußdichte B A reduzieren von Fläche -<A→ -A' mit BpM(A)→B'PM(A') (äquivalent Spulenfeld Ha), d.h. von HapM→H'a2 M, passend zur B-Ha-Kenniinie des Werkstoffs mit S(μa) = Verschiebung von ^Ha, >B2→ HBz, <BZ. Die Feidstärkeamplitude Hfl verändert sich mit B auf der Kennlinie S. Konvergenz/Konzentration/Konzentrator bei S-Pol: umgekehrte Funktionsweise wie bei N-Pol. 5. Flußdichte B2 verstärken durch Ha2 mit Stoff S(μa). Bandkern mit verschiedenen Stoffen S (radiale 3-Schichten, Funktion: ^r=- μa → H= μa, mit fallendem B(r) = radiusabhängiges μa 4. Divergence / dicentration / divergator with N-Pol = dilute strong field Given: B PM -A, process: instead of field concentration → field decentration, flux density BA reduce area - <A → -A 'with Bp M (A) → B' PM (A ') (equivalent to coil field H a ), ie from H a p M → H'a 2 M, matching the B-Ha characteristic of the material with S (μ a ) = displacement of ^ H a ,> B 2 → H B z, <B Z. The field strength amplitude H fl changes with B on the characteristic curve S. Convergence / concentration / concentrator with S-Pol: reverse function as with N-Pol. 5. Increase flux density B 2 with H a2 with substance S (μ a ). Band core with different substances S (radial 3 layers, function: ^ r = - μ a → H = μ a , with falling B (r) = radius-dependent μ a
6. Kaskade mit Stufen-Verstärkung je Einheit Pos. 4.-5.6. Cascade with step reinforcement per unit pos. 4.-5.
7. Feldkonzentration von -<B2-A→;>-B2-A' durch Flächenverkleinerung A'→A → Flußdichte ist Werkstoff (S) mit höherem B-Ha-Level angepaßt. Die Feidstärkeamplitude Ha verändert sich mit B auf der Kennlinie S. Konvergenz/Konzentration/Konzentrator7. Field concentration of - <B 2 -A →;> - B 2 -A 'by reducing the area A' → A → flux density, material (S) with a higher BH a level is adapted. The field strength amplitude H a changes with B on the characteristic curve S. convergence / concentration / concentrator
8. Polschuh auf höchstem Flußdichte-Level des Werkstoffs. Ausgangsgrößen F= B2A 2 α Variable A Ergebis: B2 auf S mit Haz M=Baμo - Ha 8. Pole shoe at the highest flux density level of the material. Output variables F = B 2 A 2 α variable A Result: B 2 on S with H a z M = Baμo - H a
Sandwich-Verstärker (V) (Fig. 89) Sandwich-Abschwächer (A) (Fig. 90)Sandwich amplifier (V) (Fig. 89) Sandwich attenuator (A) (Fig. 90)
Anpassung an B2, HS2 (Fig. 91)Adaptation to B 2 , H S 2 (Fig. 91)
10. PM-/PE-Feld-Design PM-Feld-Design10. PM / PE panel design PM panel design
1. Permanent-Magnet (PM)1. Permanent magnet (PM)
1.1 Runder Scheibenmagnet (AP) (Fig. 92) d Luftspalt1.1 Round disc magnet (AP) (Fig. 92) d air gap
H Haftmagnet (d=0) G EigengewichtH holding magnet (d = 0) G dead weight
D Maximierung S Minimierung lm mittlere Feldlinienlänge → Optimierung H/GD Maximization S Minimization l m mean field line length → optimization H / G
Entmagnetisierungsfaktor N=1 (dünne Platte) mit gleichstarkem Koerzitivfeid durch antiparallelen PMDemagnetization factor N = 1 (thin plate) with coercive field of equal strength due to anti-parallel PM
1.2 Quadratischer Scheibenmagnet (AP) (Fig. 93) Variante A: quadratisch α=0°1.2 Square disc magnet (AP) (Fig. 93) Variant A: square α = 0 °
Variante B: Rhombus α=45° a=b Optimum (Maximum) s Minimierung → Optimierung H/GVariant B: Rhombus α = 45 ° a = b optimum (maximum) s minimization → optimization H / G
Entmagnetisierungsfaktor N=1 (dünne Platte) mit gleichstarkem Koerzitivfeid durch aπtiparallelen PM 1.3 Rechteckiger Scheibenmagnet (AP) (Fig. 94)Demagnetization factor N = 1 (thin plate) with coercive field of equal strength due to an parallel parallel PM 1.3 Rectangular disc magnet (AP) (Fig. 94)
Variante A: α=0° Variante B: Rhombus α=45° a Maximierung b Minimierung s MinimierungVariant A: α = 0 ° Variant B: Rhombus α = 45 ° a maximization b minimization s minimization
→ Optimierung H/G→ Optimization H / G
Entmagnetisierungsfaktor N=1 (dünne Platte) mit gleichstarkem Koerzitivfeid durch antiparatielen PMDemagnetization factor N = 1 (thin plate) with equally strong coercive field due to antiparatielen PM
1.4 Rotationsellipsoid (RE) (Fig. 95, 96)1.4 Rotational ellipsoid (RE) (Fig. 95, 96)
RE längs der Rotationsachse homogen magnetisiertRE magnetized homogeneously along the axis of rotation
N beschreibt die magnetsiche Formanisotropie Entmagnetisierungsfaktor -1 bei a b=0 a polare Halbachse = Rotationsachse (parallel magnetisierte Richtung) b — äquatoriale HalbachseN describes the magnetic shape anisotropy demagnetization factor -1 at a b = 0 a polar semiaxis = axis of rotation (parallel magnetized direction) b - equatorial semiaxis
→ Gewichtsreduktion von RE gegenüber dünne Platte und gleiche→ Weight reduction of RE compared to thin plate and the same
Magnetisierung (homogen magnetisiert).Magnetization (homogeneously magnetized).
1.5 U-Magnet (Fig. 97)1.5 U magnet (Fig. 97)
Magnetisierung in UmfangsrichtungMagnetization in the circumferential direction
Vorteil: Beide Pole ohne Rückschluß auf derselben Seite → Gewichtsreduktion SpuleAdvantage: Both poles without inference on the same side → weight reduction coil
Θ Elektrische Durchflutung lm mittlere FeldlinienlängeΘ Electrical flooding l m mean field line length
I StromstärkeI current
N Windungszahl H magnetische Feldstärke = Θ/Im = I N/lm N number of turns H magnetic field strength = Θ / I m = I N / l m
Parameterparameter
Rι innerer RadiusRι inner radius
Rm mittlerer Radius Ra äußerer RadiusR m mean radius R a outer radius
L MaximierungL maximization
Dm 2Rm (Polabstand → Felddurchgriff Richtung z z Richtung h (Hub) = WirkungsbereichD m 2R m (pole spacing → field penetration direction zz direction h (stroke) = effective range
M Mantel für Streufeld s = 0, 1 mm, μa = 400.000M jacket for stray field s = 0.1 mm, μ a = 400,000
→ Optimierung H/G→ Optimization H / G
Entmagnetisierungsfaktor N=1 mit gleichstarkem Koerzitivfeid durch antiparallelen PMDemagnetization factor N = 1 with coercive field of equal strength due to anti-parallel PM
2. PM-Sandwich (Multi-Layer) (Fig. 98) Vorteile: a) höhere Haftkraft / Flußdichte b) größere Packuπgsdichte c) Magnetkronen-Design, Alternativen: 1. höhere Kraft 2. steilere Feldlinien 3. homogenes Feld Maximierung: Höhere Kraft F (Fig.99) a) Sandwich-Konstruktion mit kleinerer Fläche A b) Magnet-Krone 1, 2., 3., = analytische Flächenfo ?/-größe 4. = magn. Brechungsindex für Felddurchgriff Richtung z → inhomogenes Feld homogenisieren → steilere Feldlinien c) Fläche verkleinern auf A2 Parameter F Kraft [N] B magnetische Flußdichte [T] A Fläche [cm2] = (2 A1,), (A2=1/2A1→2-F) μ0 magnetische Feldkonstante = 1 ,256- 10"4 Tcm/A F = B2-A 2 0 3. Hubvergrößerung Ohne Erhöhung des Eigengewichtes durch Drehung der Magnetkonfiguration ohne Flächenveränderung, d.h. A bleibt bei der Drehung im Betrag gleich. 3.1 Variante A (Fig. 100, 101) Hu h h 1 ,0 - 1,3; max 1,4-e Parallelverschiebung gilt auch für U-Magnet etc. Parallelverschiebung unter Winkel α, gilt auch für U-Magnet etc. Achtung: N-Pol an S-Pol vorbei → Abstoßung → Anziehung hmaxV2 -e = 1,4142-e 3.2 Variante B (Fig. 102, 103) 3.3 Variante C (Fig, 104)2. PM sandwich (multi-layer) (Fig. 98) Advantages: a) higher adhesive force / flux density b) larger packing density c) magnetic crown design, alternatives: 1. higher force 2. steeper field lines 3. homogeneous field Maximization: Higher force F (Fig. 99) a) Sandwich construction with a smaller area A b) Magnetic crown 1, 2, 3, = analytical area size / size 4 = magn. Refractive index for field penetration direction z → homogenize inhomogeneous field → steeper field lines c) reduce area to A 2 parameter F force [N] B magnetic flux density [T] A area [cm 2 ] = (2 A 1 ,), (A 2 = 1 / 2A 1 → 2-F) μ 0 magnetic field constant = 1, 256-10 "4 Tcm / AF = B 2 -A 2 0 3. Stroke increase Without increasing the dead weight by rotating the magnet configuration without changing the area, ie A remains with the rotation 3.1 Variant A (Fig. 100, 101) Hu hh 1, 0 - 1.3; max 1.4-e parallel displacement also applies to U-magnet etc. Parallel displacement at angle α also applies to U-magnet etc. Caution: N-pole past S-pole → repulsion → attraction h max V2 -e = 1.4142-e 3.2 variant B (Fig. 102, 103) 3.3 variant C (Fig. 104)
3.4 Variante D (Transversal-System) (Fig. 105) Modifikation der Kraft-Weg-Keπniinϊe durch, Feld-Design 1. Orthogonal-System (Fig. 105 a,b,c, Fig. 106 a, b, c) a) Orthogonal-Feld b) Winkel α-Fe!d c) Tauchsystem → steilerer Gradient d) längs c2) quer3.4 Variant D (transversal system) (Fig. 105) Modification of the force-displacement characteristics by, field design 1. Orthogonal system (Fig. 105 a, b, c, Fig. 106 a, b, c) a ) Orthogonal field b) Angle α-Fe! Dc) Immersion system → steeper gradient d) along c2) across
2. Diagonal-System (Fig. 107) a) Orthogonal-Feldfluß b) Diagonal-Feldfluß →größerer Polabstand → großer Hub2. Diagonal system (Fig. 107) a) Orthogonal field flow b) Diagonal field flow → larger pole spacing → large stroke
Vorteile: - Sandwich, schmale Konstruktion - Große Kraft F| plus große (Diagonal-) Poldistanz → große Feld-Tiefenwirkung (Durchgriff) → großer Hub h, → kurzer Schaltweg Je höher die Koerzitivfeldstärke des PP, um so geringer seine LängeAdvantages: - Sandwich, narrow construction - Great strength F | plus large (diagonal) pole distance → large field depth effect (penetration) → large stroke h, → short switching distance The higher the coercive field strength of the PP, the smaller its length
3. Orthogonal-Diagonal-System (Fig. 108) 1. PM = Stator 2. Isotrope Anker mit N→O in longitudinaler Richtung3. Orthogonal-diagonal system (Fig. 108) 1. PM = stator 2. Isotropic armature with N → O in the longitudinal direction
3. Anisotroper Anker N→O + Kristallanisotropie etc. zur Vermeidung des - tangentialen Streuflußes3. Anisotropic anchor N → O + crystal anisotropy etc. to avoid the tangential leakage flux
4. Beachte notwendig hohen spez. elektrischen Widerstand wegen im PM-Feld oszillierender Anker → Anti-Wirbelstrom-Maßnahmen Krafterzeugungs-Prinzipien mit Maximierung der Feldkraft Abstoßung 2er PM's (N~N) Anziehung 2er PM's (N=»S) Anziehung Fe=*PM Abstoßung-Anziehung PM-AI-Ring mit Induktion Magnet-AI-Ring mit induzierten Wirbelströmen und Lenz-Regel4. Note the high spec. electrical resistance due to armature oscillating in the PM field → anti-eddy current measures Force generation principles with maximization of the field force Repulsion of 2 PM's (N ~ N) attraction 2 PM's (N = »S) attraction F e = * PM repulsion attraction PM-AI ring with induction Magnet-AI ring with induced eddy currents and Lenz -Rule
FM-DesignFM Design
1. FKG mit Inline-FM (Fig. 110, 111) 1.1 Arbeitsspiel im Kreisprozeß (→ p,V-Diagramm)1. FKG with Inline-FM (Fig. 110, 111) 1.1 Working cycle in a cycle (→ p, V diagram)
1.2 Flußsteuerung kinematisch1.2 Kinematic flow control
Beachte magnetische Formanisotropie für FM und PS 1.2.1 FKG mit FM ohne Pόtechühe (PS) (Fig. 112) d Kraftminderung durch Luftspalt d. G Grenzschicht ÜbergangNote the magnetic shape anisotropy for FM and PS 1.2.1 FKG with FM without Pόtechuhe (PS) (Fig. 112) d Force reduction due to air gap d. G boundary layer transition
1.2.2 FKM mit FM und Polschuhe (PS) Polschuhe überbrücken den Luftspalt → höhere abstoßende Kraft F|1.2.2 FKM with FM and pole shoes (PS) pole shoes bridge the air gap → higher repulsive force F |
Variante A: mittig nicht geteilte Polschuhe (Fig. 113) Variante B: geteilte PS (Maße a, b siehe magnetische Formanisotropie mit N (Flg. 11 ) 2. FKG mit Outline-FMVariant A: pole shoes not split in the middle (Fig. 113) Variant B: split PS (dimensions a, b see magnetic shape anisotropy with N (Flg. 11) 2. FKG with outline FM
Feldmodulator (Anziehungs-Gleichgewicht) + Polschuhe (PS) mitField modulator (attraction balance) + pole shoes (PS) with
Flußumleitung in einem Bauteil. (Fig. 115)Flow diversion in one component. (Fig. 115)
PS: Polschuhe in B2, Ha2 angepaßt (Arbeitspunkt A3 in B-H-Kennlinie) Magn. Formanisotropie (Fig. 116)PS: Pole shoes in B 2 , H a2 adjusted (working point A 3 in BH characteristic) Magn. Shape anisotropy (Fig. 116)
Magnetisierungsfaktor/ Entmagnetisierungsfaktor N: Wegen N sind die magnetischen Eigenschaften von weichmagnetischen Stoffen formabhängig: Ein in s langer FM (Stab) läßt sich leichter in Längsrichtung magnetisieren als quer dazu, ein in s kurzer FM (dünne Platte) leichter tangential als senkrecht zur Plattenebene.Magnetization factor / demagnetization factor N: Because of N, the magnetic properties of soft magnetic materials are shape-dependent: an FM long (rod) is easier to magnetize in the longitudinal direction than transverse to it, an FM short (thin plate) is tangential than perpendicular to the plane of the plate.
3. FKG Transversal-System Variante A: Inline FM (Fig. 117) Variante B: Outline FM (Fig. 118) Zu Takt 4.: Beachte Drehmoment auf FM.3. FKG transversal system Variant A: Inline FM (Fig. 117) Variant B: Outline FM (Fig. 118) At cycle 4 .: Pay attention to torque on FM.
Vermeidung: Variabler FM → Überlappung der PM → variable Fläche des FM, abhängig vom Hub h (alternativ Sandwich wechselseitig und versetzt). (Fig.117)Avoidance: Variable FM → overlap of the PM → variable area of the FM, depending on the stroke h (alternatively sandwich alternating and offset). (Fig.117)
4. Aktiver Feldmodulator (Fig. 113, 120, 121, 122, 123, 124, 125) Vergleiche: In FM-Systematik Pos. 4 weichmagnetischer Induktions-FM a) Spule mit variabler /dynamischer Magnetisierung b) Impulsmagnetisierung mit Pulskompressionstechnik bei Ha, B2, μa FM-Zustände:4. Active field modulator (Fig. 113, 120, 121, 122, 123, 124, 125) Compare: In FM systematic item 4 soft magnetic induction FM a) coil with variable / dynamic magnetization b) pulse magnetization with pulse compression technology at Ha, B2, μ a FM states:
1. Anziehung N-0/0-S=inaktiv1. Attraction N-0/0-S = inactive
2. Starke Anziehung N-S/N-S=ZU2. Strong attraction N-S / N-S = ZU
3. Starke Abstoßung N-N/S-S=AUF3. Strong repulsion N-N / S-S = OPEN
3. Outline-FM (Fig. 121)3. Outline FM (Fig. 121)
Spulenanordnung Kern K bei Strom I. FM-Zustände: 1. Neutral "off' 0-N=AUFCoil arrangement core K at current I. FM states: 1. Neutral "off '0-N = OPEN
2. Spule "on" S-N=ZU2. Coil "on" S-N = CLOSE
3. Spule "on" N-N =AUF Spule umgepolt → Verstärkung a) Nachteil: Spule nimmt Platz für Multilayer-PM weg → ΣF, großer Spulenradius (-t-Formel), - . b) Vorteil: Platz für viele kleine Spulen, klein I, kleiner r (→ Formel) → hohe Wirkung bei -<l. Schaltpunkt A3 (Fig. 122)3. Coil "on" NN = pole reversed ON coil → gain a) Disadvantage: coil takes up space for multilayer PM → ΣF, large coil radius (-t formula), -. b) Advantage: space for many small coils, small I, smaller r (→ formula) → high effect at - <l. Switch point A 3 (Fig. 122)
Weichmagnetischer Induktion-Feldstärke FM (in FM-Systematik Typ 4b)Soft magnetic induction field strength FM (in FM system type 4b)
Prinzip Transistor, jedoch ohne Halbleitermaterial Schaltung des Arbejtspunktes A3 Typ 4a: Permeabilität-Induktion FM → Za → große Schaltenergie nax. Bo t Mr=1 , Bmaχ (= Sättigung Bs)Principle of transistor, but without semiconductor material Switching of working point A 3 type 4a: permeability induction FM → Z a → high switching energy nax. Bo t Mr = 1, B ma χ (= saturation B s )
Typ 4b: Induktion-Feldstärke FM → Zb → kleine Schaltenergie Type 4b: Induction field strength FM → Z b → small switching energy
Schaltzustände Zb:Switching states Z b :
1. "AUF" = Flußquanten-Durchiaß (Φ) bei Ha2 mit B2 (M verstärkt) 2. "ZU" = Flußquanten-Sperrung bei angelegter Gegen-Feldstärkeamplitude -Ha2 (Koerzitivfeldstärke) -Ha2; B2 → Hao, Bo (→ M=min bzw. 0 beim ersten Mal (→ 2-74: weichmagnetische Hystereseschleife)1. "OPEN" = flux quantum pass-through (bei) at H a2 with B 2 (M reinforced) 2. "CLOSE" = flux quantum blocking with applied counter-field strength amplitude -H a2 (coercive field strength) -H a2 ; B 2 → H a o, Bo (→ M = min or 0 the first time (→ 2-74: soft magnetic hysteresis loop)
A3 Arbeitspunkt -(BH)max (- = negative Energie = Anziehung) - max. negatives Energieprodukt weichmagn. Stoff = Gütekennzeichen für weichmagnetische StoffeA 3 working point - (BH) max (- = negative energy = attraction) - max. negative energy product soft mag. Fabric = quality mark for soft magnetic fabrics
S Magnetisierungs-Kennlinie Stoff SS Magnetization characteristic curve fabric S
Schalt-ProzessSwitching process
1. Reduktion Steuerenergie l→Ha2 1. Reduction of control energy l → H a2
2. Erhöhung der Feidkraft Schaltung über Kanalquerschnitt-Modulation durch magn. Feld quer zum Kanal analog mag. Feldeffekt-Transistor M-FET. (Fig. 124, 125) FM kinematisch oder stationär, a) Mit jeweils einem Querfeld (Gate) b) Mit jeweils zwei Querfeldern (Gate)2. Increase in enemy strength Switching via channel cross-section modulation by magn. Analog field across the channel. Field effect transistor M-FET. (Fig. 124, 125) FM kinematic or stationary, a) With one transverse field (gate) b) With two transverse fields (gate)
11. Solid-state FKM-Generator (FKG)11.Solid-state FKM generator (FKG)
= Elektrodynamisches Prinzip (ohne bewegte Teile) → Lorentz-Kraft auf bewegte Ladungsträger oder stromführende Leiter (F « 1/40 von Elektromagnetischem Prinzip - Anziehung eines Fe-Ankers = bewegtes Teil)= Electrodynamic principle (without moving parts) → Lorentz force on moving charge carriers or live conductors (F «1/40 of the electromagnetic principle - attraction of an Fe armature = moving part)
Solid-state MaschineSolid state machine
Der Feldkraftgenerator FKG kann auch als "Solid-state" Maschine, d.h. ohne bewegte Teile, zur induktiven Erzeugung von Primärstrom ausgebildet werden: a) aus sich zeitlich schnell veränderndem Magnetfeld (magnetostatisches Feld vor dem FM - moduliert durch einen stationär-aktiven Feldmodulatoή. Basis des instationären magnetischen Feldes ist das durch den FM modulierte magnetostatische Gleichfeld aus dem stationären Potentialfeld eines Permaneπt-Magneten, oder b) aus sich zeitlich schnell veränderndem Elektretfeld (elektrostatisches Feld vor dem FM - moduliert durch einen stationär-aktiven Feldmodulatoή. Basis des instationären elektrischen Feldes ist das durch den FM modulierte elektrostatische Gleichfeld aus dem stationären Potentialfeld eines Per anent-Elektreten, oder c) wie a) aus einem stationären Gieichfeld eines Supraleitermagneten, das durch den stationären FM moduliert wird → instationäres Magnetfeld,The field force generator FKG can also be used as a "solid-state" machine, i.e. without moving parts, for the inductive generation of primary current: a) from a rapidly changing magnetic field (magnetostatic field in front of the FM - modulated by a stationary-active field modulator. The basis of the unsteady magnetic field is the magnetostatic DC field modulated by the FM from the stationary potential field of a permanent magnet, or b) from a rapidly changing electret field (electrostatic field in front of the FM - modulated by a stationary active field modulator. The basis of the unsteady electric field is the electrostatic constant field modulated by the FM from the stationary potential field of a person anent electrets, or c) as a) from a stationary Gieich field of a superconducting magnet, which is modulated by the stationary FM → unsteady magnetic field,
Ortsfeste PM'sFixed PM's
Ortsfeste PM's lassen sich auch als Solid-State FKG, ortsfester PM mit anziehendem PM-Kolben, oder abstoßendem PM-Kolben realisieren. 1. Solid-state FKG-Varianten: Ortsfeste PM's oder PE's (Fig. 126)Fixed PMs can also be realized as solid-state FKG, stationary PM with a tightening PM piston, or repulsive PM piston. 1. Solid-state FKG variants: Fixed PM's or PE's (Fig. 126)
Fig.126 a: Solid State ortsfestFig. 126 a: Solid state stationary
Stationärer FM oder kinematischer FMStationary FM or kinematic FM
Zeitlich sich änderndesChanging over time
Magnetfeld induziert elektrisches Feld → elektr. StromMagnetic field induces electric field → electr. electricity
Fig.126 b: Anziehung Kolben KFig. 122 b: Piston K attraction
Stationärer oder kinematischer FMStationary or kinematic FM
K Kolben - weichmagnetischer StoffK piston - soft magnetic material
Fig.126 c: Abstoßung PM1 ortsfest, PM2 - KolbenFig. 126 c: Repulsion PM 1 stationary, PM 2 piston
Bern.: Longitudinale Kraft-Weg-Kennlinie bei OT im Gleichgewicht, bei UT istBern .: Longitudinal force-displacement curve in equilibrium at OT, at UT
Verhältnis longitudinale zu transversale Kraft-Weg-Kennlinie immer noch V>-1, trotz asymmetrischer FM-Position Beachte Pleuellängen-Variator: Bei OT: FM Offen ohne K-Bewegung → in Gleichgewichts-PositionRatio of longitudinal to transverse force-displacement characteristic is still V> -1, despite the asymmetrical FM position Note the connecting rod length variator: With OT: FM open without K movement → in equilibrium position
Bei UT: FM Schließen ohne K-Bewegung → FM in asymetrischer PositionWith UT: FM closing without K movement → FM in asymmetrical position
2. Einzelspuien-Generator (Fig. 127, 128) Zu Outline FM/PS Schaltwirkung / Flußleitung/Flußumleitung »Haupfluß Φ Weg A a) FM hohe Quer-Leitfähigkeit FM = "ZU", beachte Kristallanisotropie und magnetische Formanisotropie oder »Nebenfluß Φ Weg B durch PS geschaltet (Flußumlenkung) b) PS hohe Längs-Leitfähigkeit PS = "AUF", beachte Kristallanisotropie und magnetische Formanisotropie FM Feldmodulator = Fluß sperren PS Polschuh = Fluß leiten2. Single coil generator (Fig. 127, 128) To Outline FM / PS switching action / flow conduction / flow diversion »main flow Φ path A a) FM high cross-conductivity FM =" CLOSE ", note crystal anisotropy and magnetic shape anisotropy or» secondary flow Φ path B switched by PS (flow deflection) b) PS high longitudinal conductivity PS = "OPEN", note crystal anisotropy and magnetic shape anisotropy FM field modulator = block flow PS pole shoe = guide flow
S Spule, alternativ auf beiden Schenkeln → mehr Windungen FS Flußleitstücke = 2 SchenkelS coil, alternatively on both legs → more turns FS flux guide pieces = 2 legs
PM .. _ Permanentmagnet (SM, PE) Fe Ferro-/Ferrimagnetikum G Grenzfläche / Übergang Beachte: Anpassung an B2, Ha2 für optimale Schalt-/VerstärkerwirkungPM .. _ permanent magnet (SM, PE) Fe ferro- / ferrimagnetic G interface / transition Note: Adaptation to B 2 , H a2 for optimal switching / amplifier effect
3. Doppeispulen-Generator (Fig. 129)3.Double coil generator (Fig. 129)
PM Permanentmagnet (SM, PE)PM permanent magnet (SM, PE)
S Spule / SolenoidS coil / solenoid
G Grenzfläche K Konzentrator → max. Verstärkung B2, Ha2 am Arbeitspunkt A3 G interface K concentrator → max. Gain B 2 , H a2 at operating point A 3
FM Feidmodulator =SperrenFM Feidmodulator = lock
PS Polschuh = Leiten FM-PS-Leitfähigkeitsmodulation/-schalteπPS pole shoe = conduct FM-PS conductivity modulation / switching
"AUF" = 0 = hoher Widerstand in FM → Fluß Φ Weg A"OPEN" = 0 = high resistance in FM → flux Φ path A
"ZU" = 1 = hohe Leitfähigkeit in PS → Fluß Φ Weg B Fe Fβrro-/Ferrimagnetikum"ZU" = 1 = high conductivity in PS → flux Φ path B Fe ferromagnetic / ferrimagnetic
FS Der Vorteil der 2 Flußleitstücke (2 Schenkel) besteht darin, daß man viel mehr Windungen unterbringen kann, als in einer gleichwertigen ferrofreien Spule.FS The advantage of the 2 flux guide pieces (2 legs) is that you can accommodate many more turns than in an equivalent ferrofree coil.
4. Feldmodulator-Typen Der FM kann als: 1. kinematischer FM a) passiv (Leitfähigkeitsmodulation) b) aktiv (Leitfähigkeitsmodulation u./o. Kanalquerschnittsmodulation) 2. stationärer FM a) Leitfähigkeitsmodulation analog z.B. M-BT b) Kanalquerschnittsmodulation analog M-FET ausgebildet werden. B. Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung Feidkraftgenerafor (FKG)4. Field modulator types The FM can be used as: 1. Kinematic FM a) passive (conductivity modulation) b) active (conductivity modulation and / or channel cross-section modulation) 2. stationary FM a) conductivity modulation analogue, eg M-BT b) channel cross-section modulation analogue M- FET are trained. B. Advantageous Effects of the Feidkraftgenerafor (FKG) Invention
Magnetostatisch-dynamischer Oszillationskreis-Prozeß Die Maschine arbeitet in einem Kreisprozeß mit magnetostatisch-dynamisch oszillierenden Zuständen von reversibel→irreversibel→reversibel (insgesamt = irreversibler Kreisprozeß). Das Wirkprinzip des FKG entspricht wegen der verschiedenen FM-Sperrschichtarten einer verallgemeinerten "Supertransistor-Maschine" und ist auch eine makroskopische Analogie zu einem Supraleiter mit Energielücke (FM→E=0) nach folgendem Prinzip:Magnetostatic-dynamic oscillation cycle process The machine works in a cycle process with magnetostatic-dynamic oscillating states from reversible → irreversible → reversible (overall = irreversible cycle process). The operating principle of the FKG corresponds to a generalized "super transistor machine" due to the different types of FM barrier layers and is also a macroscopic analogy to a superconductor with an energy gap (FM → E = 0) according to the following principle:
Die Maschine erzeugt Arbeit/Energie/Entropie auf Basis der magnetischen Vektorpotential-Loπgitudinal-Stoßwellen (nichtlineare elastische Kraftfeld- Stoßwellen = Solitoneπ aus Flußquanten) der_sich in Normalenrichtung (bei Longitudinal-Maschine) abstoßenden PM's.The machine generates work / energy / entropy on the basis of the magnetic vector potential longitudinal shock waves (nonlinear elastic force field shock waves = solitons from flux quanta) of PMs repelling themselves in the normal direction (in the longitudinal machine).
Wegen der Oszillation der PM's, zwischen den Zuständen Erzeugung Energie - Rücklauf im Gleichgewichtszustand, sind diese Stoßwellen selbstreflektierend wegen a) der gekoppelten Spinmomente mit spontan magnetisierten Domänen bzw. b) den gekoppelten magnetischen PM-Momenten; erzeugt aus den Oberflächen-Ringströmen (Longitudinalwellen ggf. gekoppelt mit Transversalwellen mit Scherung, Biegung u. Torsion).Because of the oscillation of the PM's, between the energy generation - return states in the equilibrium state, these shock waves are self-reflecting because of a) the coupled spin moments with spontaneously magnetized domains or b) the coupled magnetic PM moments; generated from the surface ring currents (longitudinal waves, possibly coupled with transverse waves with shear, bending and torsion).
Antiparallele KopplungAnti-parallel coupling
Die anfiparallele Kopplung zweier abstoßender PM's (PM-Paar) erfolgt über die elastische Deformation des magnetostatischen Feldes durch den vermittelnd anziehenden FM. Die vermittelnd magnetische anziehende Austauschwechselwirkung durch einen FM verzerrt das lokale magnetostatischeThe initially parallel coupling of two repulsive PM's (PM pair) takes place via the elastic deformation of the magnetostatic field by the mediatingly attracting FM. The mediating magnetic attractive exchange interaction by an FM distorts the local magnetostatic
Feld zwischen den antiparallelen PM's→ Deformationsenergie → Freisetzung wie bei einer gespannten Feder bei FM "AUF". Der FM kompensiert die sich abstoßenden antiparallelen magnetostatischen Momente der PM's durch Anziehung = negative Energie im FM (Austauschkräfte = Überlappung der Magnetfelder zwischen den drei/vier magnetischen Elementen: 2PM's +1 oder 2Field between the antiparallel PM's → deformation energy → release like with a tensioned spring with FM "OPEN". The FM compensates the repelling antiparallel magnetostatic moments of the PM's by attraction = negative energy in the FM (exchange forces = overlap of the magnetic fields between the three / four magnetic elements: 2 PM's +1 or 2
FM's).FM's).
Bei kinematischem FM wird die dünne FM-Schicht beim Schaltvorgang nach "AUF" durch Luft Gas/Vakum ersetzt; die Wechselwirkung erfolgt nicht durch den FM-Stoff (kinematischer FM).In the case of kinematic FM, the thin FM layer is replaced by air, gas / vacuum when switching to "OPEN"; the interaction does not take place through the FM substance (kinematic FM).
Die vorgenannte Funktionsweise gilt sinngemäß auch für Supraleitermagnete SM's sowie PE's mit elektrostatischem Feld mit ferroelektrischem FM. Erzeugung von ArbeitThe above-mentioned mode of operation also applies mutatis mutandis to superconducting magnets SM's and PE's with an electrostatic field with ferroelectric FM. Creation of work
Ein erfindungsgemäßer Feldkraftgenerator weist verschiedene Vorteile auf. In der Position "Zu" des FM befinden sich die 2 Permanentmagnete (abstoßend) und 1 Feldmodulator (anziehend), und damit die Maschine, im Gleichgewichtszustand mit der Energie E=0. Wird der FM geöffnet, so entsteht ein Ungleichgewicht durch die Abstoßung ohne FM-Anziehung und es wird positive Arbeit und Entropie erzeugt. Hierbei bewegt sich, zum Beispiel bei einer FKG-Hubkolben aschine, der PM-Kolben vom oberen Totpunkt (OT) zum unterem Totpunkt (UT) (= Weg Wabι) der Kurbelwelle. Bei UT wird der FM geschlossen, so daß sich der PM-Kolben von UT nach OT ohne Abstoßung auf einem Weg Wa 2 als Teil eines Kreisprozeßes zurückbewegen kann. Die Arbeit Wa wird in einem dissipativen System erzeugt, d.h. positive Arbeit bei Weg Wabι (OT→UT), keine Arbeit bei Weg Wab2 (UT→OT), d.h.A field force generator according to the invention has various advantages. In the "closed" position of the FM there are 2 permanent magnets (repelling) and 1 field modulator (attracting), and thus the machine, in equilibrium with the energy E = 0. If the FM is opened, an imbalance arises from the rejection without FM attraction and it it creates positive work and entropy. In this case, for example in the case of an FKG reciprocating piston machine, the PM piston moves from the top dead center (TDC) to the bottom dead center (UT) (= path W from ι) of the crankshaft. At UT the FM is closed so that the PM piston can move back from UT to OT without repulsion on a path W a 2 as part of a cycle. The work W a is generated in a dissipative system, ie positive work with route W from ι (OT → UT), no work with route W ab2 (UT → OT), ie
∑Wab=Wabl+Wab2≠0. Bei einem Potential-Feld (konservatives System) ist die Summe der Arbeit ΣWab=Wabι+Wab2=0.∑Wa b = W abl + Wa b2 ≠ 0. In the case of a potential field (conservative system) the sum of the work is ΣW ab = W ab ι + W ab2 = 0.
Die durch den Feldmodulator zugeführte Arbeit W2uι = "Auf in OT und WZU2 - "Zu" in UT ist sehr klein. Der kinematische FM kann vorzugsweise auf einer magnetischen Äquipotentialfläche (senkrecht zum Feld), statt parallel imThe work W 2u ι = " Open in OT and W ZU2 -" Closed "in UT is very small. The kinematic FM can preferably be on a magnetic equipotential surface (perpendicular to the field) instead of parallel in the
Potential-Feld bewegt werden. Bei auftretender negativer Arbeit Wzu kann diese durch Kompensation eliminiert werden.Potential field to be moved. If the exterior becomes negative work this can be eliminated by compensating W.
Die Energiebilanz ist somit ΣWabι-ΣW2uι, wobei ΣW2Uι - wegen der Bewegung auf einer Äquipotentialfläche und wegen der Kompensation der Arbeit, sehr klein.The energy balance is thus kleinW from ι-ΣW 2u ι, where ΣW 2U ι - because of the movement on an equipotential surface and because of the compensation of the work, very small.
Der Feldkraftgenerator nutzt die Umwandlung von permanenter magnetischer Feldenergie zwischen den Magneten durch Schaltung der Feld-Wirkung - so wird die potentielle Energie der Permanentmagnete in kinetische Energie umgewandelt.The field force generator uses the conversion of permanent magnetic field energy between the magnets by switching the field effect - so the potential energy of the permanent magnets is converted into kinetic energy.
Diese kann als Antriebsenergie genutzt oder einem Elektrogenerator zur Erzeugung elektrischer Primärenergie zugeleitet werden.This can be used as drive energy or fed to an electric generator to generate primary electrical energy.
Zyklus-Energiebilanz (1 Arbeitsspiel = 360° KW) / Wirkungsgrad (Kraftverstärkung)Cycle energy balance (1 work cycle = 360 ° KW) / efficiency (power boost)
1. Arbeitsprozeß1. Work process
Erfindungsgemäße Anwendung des Pleuellängen-Variators mit Kurbeltrieb mit der Folge der Krafteinleitung bei 90° KW statt klassisch bei 0° KW. 1 Arbeitsspiel = 360° KW, d.h. Hub h - KW-Radius bis Hubzapfen HZ. Arbeitsprozeß (Fig. 130) I. Takt (Kraftaufbau) P i und PM2 stationär in OT-Position (90° KW) im Abstand der FM-Dicke s. PM's und FM im Gleichgewichtszustand. Energie im Grundzustand E=0. 1. Feldmodulator "Auf = PM-Kraftaufbau 1. Stufe Wi Arbeitsaufnahme FM "Öffnen" WIFMA = JF(St)Δs (W= negativ, weil CoFe ins Feld hineingezogen wird) 2. Polschuhe PS "Zu" zur Überbrückung des Luftspaltes d und damit Erhöhung der Feldkraft Fi = Kraftaufbau 2. Stufe. Wi Arbeitsaufnahme PS "Schließen" WιPSzu = JF(st)Δs (+Wι= positiv = W-Gewinn, weil Ferromagn. Stoff ins Feld hineingezogen wird.) 2. Takt (Arbeitstakt mit magn. abstoßender Kraft F,)) PMi und PM2 bewegen sich von OT (90° KW) m Richtung UT (180° KW) und geben Arbeit W2 an die Kurbelwelle ab. W2 Arbeitsabgabe PM "Hub" W2PM+h = J*F(Sι)Δs Energie Zustand E=positiv, es entsteht magnetische Arbeit und Entropie. 3. Takt (Kraftabbau) PMt und PM2 stationär in UT-Position (180° KW) im Abstand Hub hι. PM's End-Zustand. Energie im Zustand E= positiv. 1. Polschuhe PS "Auf zur Erzeugung des Luftspaltes für den FM und damit Reduktion der Feldkraft F| = Kraftabbau 1. Stufe W-i Arbeitsaufnahme PS "Öffnen" W-ipsAuf = JF(st)Δs (-W-t- negativ = W-Gewinn, weil Ferromagn. Stoff ins Feld hineingezogen wird.) 2. Feldmodulator "Zu" mit Reduktion der Feldkraft Fι→0 » Kraftabbau 2.Stufe Wi Arbeitsaufnahme FM "Schließen" WIFMZU = JF(St)Δs (+Wι=positiv, weil Ferromagn. Stoff ins Feld hineingezogen wird.) 4. Takt (Rück-/Leerhub ohne magn. abstoßende Gegenkraft Ft) PMi, PM2 bewegen sich von UT (180° KW) in Richtung OT (270° KW) und geben dabei keine Arbeit W2 an die Kurbelwelle ab; Rückbewegung bedeutet geringe Arbeitsaufnahme zur Rückstellung ohne magn. abstoßende Gegenkraft. W2 Arbeitsauf name PM "Hub" W2PM-h = / F(S[)Δs → 0 Energie Zustand E→O, es entsteht keine magn. Arbeit und keine Entropie.Application of the connecting rod length variator according to the invention with a crank mechanism, with the result of the introduction of force at 90 ° KW instead of classic at 0 ° KW. 1 working cycle = 360 ° KW, ie stroke h - KW radius to crank pin HZ. Working process (Fig. 130) I. cycle (power build-up) P i and PM 2 stationary in TDC position (90 ° KW) at a distance of the FM thickness s. PM's and FM in equilibrium. Energy in the basic state E = 0. 1. Field modulator "Open = PM force buildup 1st stage Wi start work FM" Open "WIFMA = JF (St) Δs (W = negative, because CoFe is drawn into the field) 2. Pole shoes PS" Close "to bridge the air gap d and thus an increase in the field force Fi = power build-up 2nd stage. Wi start work PS "close" Wι PS z u = JF (s t ) Δs (+ Wι = positive = W gain, because ferromagnetic material is drawn into the field.) 2nd cycle (work cycle with magnetic repulsive force F,)) PMi and PM 2 move from OT (90 ° KW) m towards UT (180 ° KW) and deliver work W 2 to the crankshaft. W 2 work charge PM "stroke" W 2 PM + h = J * F (Sι) Δs energy state E = positive, it creates magnetic work and entropy. 3rd cycle (power reduction) PMt and PM 2 stationary in UT position (180 ° KW) at a distance stroke hι. PM's end state. Energy in state E = positive. 1. Pole shoes PS "Open to generate the air gap for the FM and thus reduce the field force F | = Force reduction 1st stage Wi Work PS" Open "W-ips A u f = JF (st) Δs (-W- t - negative = W gain, because ferromagnetic material is drawn into the field.) 2nd field modulator "closed" with reduction of field force Fι → 0 »power reduction 2nd stage Wi work start FM" close "WIFMZU = JF (St) Δs (+ Wι = positive because ferromagnetic material is drawn into the field.) 4th cycle (return / idle stroke without magnetic repulsive counterforce F t ) PMi, PM 2 move from UT (180 ° KW) towards OT (270 ° KW) and do not give any work W 2 to the crankshaft, return movement means low work input for resetting without magnetic repulsive counterforce W 2 work name PM "stroke" W 2PM - h = / F (S [) Δs → 0 energy state E → O , there is no magnetic work and no entropy.
2. Zyklus Arbeits-Ergebnis I. Takt (Kraftaufbau)2nd cycle work result 1st cycle (strength build-up)
WiFMAuf = JF(st)Δs, Arbeit kann zusätzlich kompensiert werden WIPSZU = JF(st)Δs, Arbeit kann zusätzlich kompensiert werdenWiFM A uf = JF (s t ) Δs, work can also be compensated for WIP S Z U = JF (st) Δs, work can also be compensated for
2. Takt (Arbeitstakt mit magn. abstoßender Kraft Fi) 2nd cycle (work cycle with magnetic repulsive force Fi)
3. Takt (Kraftabbau) -tPSAuf = JF(st)Δs, Arbeit kann zusätzlich kompensiert werden IFMZU = JF(st)Δs, Arbeit kann zusätzlich kompensiert werden magn. abstoßender Gegenkraft Fi) b i f3rd cycle (power reduction) -tP SA u f = JF (s t ) Δs, work can be additionally compensated IFMZ U = JF (st) Δs, work can also be compensated magn. repulsive counterforce Fi) bif
ΣWi = W-iFMAuf + IPSZU + iPSAuf + WiFMZu Summe Arbeitsabgabe ΣWi = W-iFMAuf + IPSZU + iPSAuf + WiFMZu total labor tax
Magnetischer Arbeits-Wirkungsgrad ηm=ΣW2/ΣW1 → ηm^1 3. Randbedingung für die ArbeitsintegraleMagnetic working efficiency η m = ΣW 2 / ΣW 1 → η m ^ 1 3. Boundary condition for the work integrals
Randbedingungen für die Berechnung der Arbeitsintegrale im Arbeits-Zyklus (Takt 1-4):Boundary conditions for the calculation of the work integrals in the work cycle (cycle 1-4):
Die beiden Magnete PMi und PM2 müssen in ihrer Lage momentan ortsfest fixiert sein (→ Pleuellängen-Variator) während der Feldmodulator in StellungThe position of the two magnets PMi and PM 2 must be fixed at the moment (→ connecting rod length variator) while the field modulator is in position
"AUF" herausgezogen wird. (Das System PM-FM-PS darf in diesem Zustand in seiner Bewegung nicht dem freien Spiel der Kräfte zwischen den PM's unterliegen wie bei einer normalen Kurbelwelle ohne Pleuellängen-Variator). Die beiden PMs müssen im Gleichgewichtszustand des Systems sein, während der FM herausgezogen und der/die Polschuh(e) hineingeschoben wird/werden."UP" is pulled out. (In this state, the PM-FM-PS system must not be subject to the free play of the forces between the PM's in its movement as with a normal crankshaft without a connecting rod length variator). The two PMs must be in system equilibrium while the FM is being pulled out and the pole piece (s) are being pushed in.
Sie müssen momentan ortsfest fixiert sein (Oberer Totpunkt OT genau so wie beim Unteren Totpunkt UT bei 180° KW). Die Kraft-Weg-Kennlinien der PM's bzw. des FM bzw. PS sind deshalb - bis auf die Streufeldeinwirkungen - magnetisch entkoppelt durch die mechanische Fixierung der PM's (bedingt durch die neue Pleuellärigen-Variator- Konstruktion). Insofern beinflussen sich dieThey must currently be fixed in place (top dead center OT just like bottom dead center UT at 180 ° KW). The force-displacement characteristics of the PM's or the FM or PS are therefore magnetically decoupled - apart from the effects of stray field - through the mechanical fixation of the PM's (due to the new connecting rod variator design). In this respect, they influence each other
Arbeitsintegrale Arbeitsaufnahme Wi (durch den FM bzw. PS) und Arbeitsabgabe W2 (durch die PM's) so gut wie gar nicht. Dies hat erhebliche Folgen für den Wirkungsgrad ηm-W2/Wι= 1. 4. Wirkungsgrad (Fig. 131, 132)Work-integrated work start Wi (through the FM or PS) and work tax W 2 (through the PM's) hardly at all. This has considerable consequences for the efficiency η m -W 2 / Wι = 1. 4. Efficiency (Fig. 131, 132)
Formeln Arbeit, Wirkungsgrad UT Wi = JFr(s)Δβ [Nm] = Wab =W2Formulas work, efficiency UT Wi = JFr (s) Δβ [Nm] = W ab = W 2
2 FM symmetrisch mit Impulsausgleich oder Rι Wt= Wi ■ JFf(s)Δs asymmetrisch 1 FM Rr R2 FM symmetrical with pulse compensation or Rι W t = Wi ■ JFf (s) Δs asymmetrical 1 FM Rr R
Wt = /Ft-(s)Δs [Nm] = Wzu =Wι-/Ft (s) ΔsWt = / F t - (s) Δs [Nm] = W zu = Wι- / F t (s) Δs
ηm = V = Wi Wt = Wab WZu = Wa Wi * ηm ηm »η m = V = Wi W t = W from W Z u = Wa Wi * η m η m »
V = Verhältnis Beachte: FM- bzw. PS - Kompensation im Zyklus.V = ratio Note: FM or PS compensation in the cycle.
Zusammenfassung der erfindungsgemäßen Funktion des FK-Generators 1. ArbeitsweiseSummary of the Function of the FK Generator According to the Invention 1. Operation
PM = Permanentmagnet, FM = Feldmodulator, PS = PόlschuhePM = permanent magnet, FM = field modulator, PS = filling shoes
Die 4 Takte des Arbeitsspieles sind:The 4 bars of the working game are:
1. Takt - FM Öffnen = Druckaufbau (OT 0° - OT 90° KW) + PS = "Zu"1st cycle - FM open = pressure build-up (OT 0 ° - OT 90 ° KW) + PS = "closed"
2. Takt - Arbeiten (OT 90° - UT 180° KW) → Arbeit / Entropie positiv2nd cycle - work (OT 90 ° - UT 180 ° KW) → work / entropy positive
3. Takt - FM Schließen = Druckabbau (UT 180° - UT 270° KW) + PS "Auf - 4. Takt - Leerhub / Kühlen → Gleichgewicht mit E = 0 (UT' 270° - OT 0° KW) Ein Arbeitsspiel läuft mit Pleuellängen-Variator in 1 Kurbelwellenumdrehung ab = 360° KW (statt 720°3rd cycle - FM closing = pressure reduction (UT 180 ° - UT 270 ° KW) + PS "Up - 4th cycle - idle stroke / cooling → balance with E = 0 (UT '270 ° - OT 0 ° KW) A working cycle runs with a connecting rod length variator in 1 crankshaft revolution = 360 ° KW (instead of 720 °
KW wie bei einem Ottomotor). Der Hub ist hierbei = Kurbelwellenradius und nicht Kurbelwellendurchmesser (klassische Kurbelschleife), weil die PM bei OT bzw. UT, den Totpunkten, ruhen, bis sich die KW von 0° auf 90° KW = OT bzw. 180° nach 270° = UT weitergedreht hat, um die Kraft jeweils mit Hebelarm bei 90° KW oder 270° KW übertragen zu können.KW as with a gasoline engine). The stroke is = crankshaft radius and not crankshaft diameter (classic crank loop) because the PM rests at TDC or UT, the dead center, until the KW changes from 0 ° to 90 ° KW = TDC or 180 ° to 270 ° = UT has continued to be able to transmit the force with a lever arm at 90 ° KW or 270 ° KW.
2. Verdichtungsverhältnis Arbeitsraum2. Compression ratio working space
Er ist der vom Magnet-Zylinder und 2 Magneten umschlossene Raum. Seine Größe ändert sich während eines Hubes gemäß der o.g. Takte. Der Arbeitsraum ist am größten, wenn sich die PM in UT, und am kleinsten, wenn sie sich in OT befinden.It is the space enclosed by the magnet cylinder and 2 magnets. Its size changes during a stroke according to the above. Bars. The work space is largest when the PM is in UT and smallest when it is in OT.
Feld-Verdichtungsraum Vc Field compression space V c
Die Größe des Verdichtungsraumes Vc = Luftspalt d bei FM oderThe size of the compression space V c = air gap d with FM or
Grenzfläche G bei PS ist der kleinste Arbeitsraum. Feld-Hubraum Vh Interface G at PS is the smallest work area. Field displacement V h
Er ist der Raum zwischen den beiden Totpunkten OT und UT des Magnet-Kolbens.It is the space between the two dead centers OT and UT of the magnetic piston.
Feld-Gesamthubraum VH Er ergibt sieh aus der Summe der Hubräume der einzelnen Magnet-Zylinder eines FK-Generators/Motors.Total field displacement V H It results from the sum of the displacements of the individual magnetic cylinders of an FK generator / motor.
Vergleicht man den Raum zwischen den Magnet-Kolben vordem Verdichten durch den FM bzw. PS (Hubraum Vh + Verdichtungsraum Vc) mit dem Raum zwischen den Magnet-Kolben nach dem Verdichten des Feldes (Verdichtungsraum V0), so erhält man das Verdichtungsverhältnis ε (Fig. 133) ε = (Vc + Vh)Λ/0 Je höher das Verdichtungsverhältnis, desto besser ist die Ausnutzung der Feldenergie und damit der Wirkungsgrad des FKG/FKM. Mit zunehmendem Verdichtungsverhältnis steigt die Quantenfeldtemperatur TQ des Feldes an.If you compare the space between the magnetic pistons before compression by the FM or PS (displacement V h + compression space V c ) with the space between the magnetic pistons after compression of the field (compression space V 0 ), you get the compression ratio ε (Fig. 133) ε = (V c + V h ) Λ / 0 The higher the compression ratio, the better the use of the field energy and thus the efficiency of the FKG / FKM. The quantum field temperature T Q of the field increases with increasing compression ratio.
Geometrisches VerdichtungsverhältnisGeometric compression ratio
Bei durch Felder aufgeladenen FKG/FKE ist die Verdichtung geringer, da das Feld bereits hochverdichtet in den Magnet-Zylinder gelangt.With FKG / FKE charged by fields, the compression is lower, since the field already reaches the magnet cylinder with high compression.
1. Gesetz (Feld-Analogon zu Gas-Gesetz von Boyle-Mariotte) Durch die Auf- und Abbewegung der Magnet-Kolben PMi und PM2 im Zylinder ändert sich mit dem Volumen auch der Felddruck p und die Quantenfeld- Temperatur TQ des Feldes. Entgegen dem Gesetz von Boyle-Mariotte für Wärmekraftmaschinen gilt bei1st law (field analogue to Boyle-Mariotte's gas law) The upward and downward movement of the magnetic pistons PMi and PM 2 in the cylinder also changes with the volume, the field pressure p and the quantum field temperature TQ of the field. Contrary to Boyle-Mariotte's law for heat engines applies to
Feldkraftmaschinen, dass sich bei gleichbleibender Quantenfeldtemperatur TQ, Volumen und Druck im Zylinder mit der Kraft-Weg-Kennlinie der Magnete ändern. Es gilt folgende Gesetzmäßigkeit: Das Produkt aus Felddruck und Volumen ist eine Funktion der Kraft-Weg-Kenntiπie der beteiligten Magnete.Field force machines that change at the same quantum field temperature TQ, volume and pressure in the cylinder with the force-displacement characteristic of the magnets. The following law applies: The product of field pressure and volume is a function of the force-displacement knowledge of the magnets involved.
2. Gesetz (Feld-Analogon zu Gas-Gesetz von Gay-Lussac) Unter Einbeziehung der Quantenfeldtemperatur TQ in das Verhältnis von2. Law (field analogue to Gas-Law by Gay-Lussac) including the quantum field temperature TQ in the ratio of
Volumen und Druck gilt folgende Gesetzmäßigkeit: Wird ein Feld bei gleichbleibendem Druck u 1 K erwärmt, so dehnt es sich um den 1/T0 Teil seines Volumens aus. 3. DruckverlaufThe following law applies to volume and pressure: If a field is heated at a constant pressure u 1 K, it expands by 1 / T 0 part of its volume. 3. Pressure curve
Der Druckverlauf eines Kraftfeldes wird durch die Kraft-Weg-Kennlinie der Magnete bestimmt (Fig. 134):The pressure curve of a force field is determined by the force-displacement characteristic of the magnets (Fig. 134):
Der Druckverlauf bei einer Verbrennung hat seinen maximalen Druck bei höchster Temperatur zwischen 6° - 12° Kurbelwelle nach OT (Fig. 135):The pressure curve during combustion has its maximum pressure at the highest temperature between 6 ° and 12 ° crankshaft after TDC (Fig. 135):
ErgebnisResult
Durch den Vergleich beider Kennlinie (KraftfeldA erbrennung) wird klar, warum neben der Krafteinleitung bei 90° KW mit viel größerem Hebelarm (ca. Faktor 4 gegenüber klassischer Kurbelschleife) eine neue Kurbelschleife mit Pleuellängen-Variator notwendig ist: Bei klassischer Kurbelschleife würde derBy comparing the two characteristics (force field generation), it becomes clear why, in addition to the application of force at 90 ° KW with a much larger lever arm (approx. Factor 4 compared to a classic crank loop), a new crank loop with a connecting rod length variator is necessary: With a classic crank loop, this would be the case
Kolben schon nach OT in Richtung UT weglaufen und der kinematische FM müßte in dieser kurzen Zeit bei OT sehr schnell herausgezogen werden; das ist bei der KW mit Pleuellängen-Variator nicht so: Der Magnet-Kolben PMi bleibt in der OT-Position ganz nah am anderen Magnet-Kolben PM2 (also bei maximalem Druck bzw. Kraft), bis die Kurbelwelle die Position OT bei 90° KW erreicht hat.Pistons already run away towards TDC after TDC and the kinematic FM would have to be pulled out very quickly in TDC; this is not the case with the KW with connecting rod variator: the PMi magnetic piston remains in the TDC position very close to the other PM 2 magnetic piston (i.e. at maximum pressure or force) until the crankshaft reaches TDC at 90 ° KW has reached.
4. p-V-Arbeitsdiagramm4. p-V working diagram
Die Beziehungen zwischen Felddruck p, Feldvolumen V und Quantenfeld-Temperatur TQ von Feldern lassen sich für ein Arbeitsspiel derThe relationships between field pressure p, field volume V and quantum field temperature T Q of fields can be worked for
Feldkraftmaschine in ein Druck-Volumen-Diagramm (p-V-Diagramm) übertragen.Transfer the field machine to a pressure-volume diagram (p-V diagram).
Es entsteht dabei ein ideales Diagramm, in dem sich an den jeweiligen Umkehrpunkten der Magnet-Kolben in UT und OT während des Feld-Expansionsvorganges und des Rücklaufvorganges das Volumen nicht ändert, d.h. konstant bleibt.This creates an ideal diagram in which the volume does not change at the respective reversal points of the magnetic pistons in UT and OT during the field expansion process and the return process, i.e. remains constant.
Gleichraum-Prozess (Feldexpansion mit Druckaufbau):Equal space process (field expansion with pressure build-up):
Die sehr schnelle Feldexpansion durch das Öffnen des FM läuft bei konstantem Volumen ab (Feldmodulator bei OT Öffnen bei konstantemThe very fast field expansion by opening the FM takes place at a constant volume (field modulator when TDC opens at a constant volume
Volumen bis sich die Kurbelwelle von 0° KW nach 90° KW gedreht hat). Bedingungen bei Gleichraumprozess mit Feldexpansion (Fig. 136):Volume until the crankshaft has turned from 0 ° KW to 90 ° KW). Conditions in the same space process with field expansion (Fig. 136):
- Der Zylinder enthält nur Frischfeld und kein Restfeld aus dem vorhergehenden Arbeitstakt - Vollständige Energieumsetzung des Feldes- The cylinder contains only fresh field and no residual field from the previous work cycle - Complete energy conversion of the field
- Verlustfreier Feld-Ladungswechsel- Lossless field charge changes
- Kein Quantenfeld-Wärmeübergang am Zylinder- No quantum field heat transfer on the cylinder
- Konstantes Volumen während des Druckaufbau- (FM bei OT Öffnen) und Druckabbau- (FM bei UT Schließen) Vorganges - Der Druckaufbau-Raum muß Felddicht sein Prozessabtauf 1 → 2 Gleichgewicht = Leerhub ohne Felddruck (FM geschlossen) =- Constant volume during the pressure build-up (FM when TDC opening) and pressure reduction (FM at TDC closing) process - The pressure build-up space must be field-tight Process on 1 → 2 equilibrium = idle stroke without field pressure (FM closed) =
Bewegung von UT→OT, keine Quantenfeld-Wärmezufuhr (Isentrope) 2 → 3 Felddruck Aufbau = Öffnen des FM → Drucksteigerung bei konstanten Volumen (Isochore) * Feldenergiezufuhr, d.h. der Magnet-Kolben verharrt für die kurze Zeit des Druckaufbaus in OT während sich die KW von 0° nach 90° dreht = OT→OT (Quantenfeld-Wärmezufuhr)Movement from UT → OT, no quantum field heat supply (isentrope) 2 → 3 field pressure build-up = opening of the FM → pressure increase with constant volume (isochore) * field energy supply, i.e. the magnetic piston remains in TDC for a short period of pressure build-up while the KW rotates from 0 ° to 90 ° = TDC → TDC (quantum field heat supply)
3 → 4 Arbeiten (Entspannen des Felddrucks). Das unter hohem Druck stehende Feld dehnt sich aus und bewegt den Magnet-Kolben von3 → 4 working (relaxing the field pressure). The high pressure field expands and moves the magnetic piston from
OT' → UT, das Ausgangsvolumen ist wieder erreicht. Keine Quantenfeld-AbfuhrOT '→ UT, the initial volume has been reached again. No quantum field removal
4 → 1 Felddruck Abbau = Schließen des FM. Der Vorgang erfolgt bei konstantem Volumen in UT-Positiorϊ, während die KW von 180° nach4 → 1 field pressure reduction = closing of the FM. The process takes place at constant volume in UT-Positiorϊ, while the KW of 180 ° after
270° dreht =UT→UT. Durch Quantenfeld-Abfuhr (= Kühlen) sinkt der Felddruck ab bis im Punkt 1 der Ausgangs-Felddruck wieder erreicht ist. Energiegewinn, Energieverlust270 ° turns = UT → UT. Due to quantum field removal (= cooling), the field pressure drops until the initial field pressure is reached again in point 1. Energy gain, energy loss
Die im Diagramm (Fig. 136) entstandene Fläche mit den Ecken 1-2-3-4 gibt die während eines Arbeitsspieles gewonnene Arbeit wieder. Durch Eriiöhung des Verdichtungsverhältnisses lässt sich die gewonnene Aώeit vergrößern. Die gewonnene Arbeit könnte größer sein, wenn der FM nicht schon in Punkt 4 schließen würde, sondern erst nachdem sich das Feld bis zumThe area in the diagram (Fig. 136) with the corners 1-2-3-4 represents the work gained during a work cycle. The increased time can be increased by increasing the compression ratio. The work gained could be greater if the FM did not close in point 4, but only after the field had reached
Ausgangsdruck im Punkt 5 entspannt hat (Magnete müßten einen Hub h→∞ haben). Dies ist in der Praxis jedoch nicht möglich, da die Verlängerung der Feld-Expansion mit der Vergrößerung des Hubes verbunden ist (Langhubmotor). Somit ergibt die Fläche 1-4-5 die verlorene Arbeit wieder.Output pressure in point 5 has relaxed (magnets should have a stroke h → ∞). In practice, however, this is not possible because the extension of the field expansion is connected with the increase in the stroke (long stroke motor). The area 1-4-5 thus results in the lost work.
Verdichtungsverhältnis = (Hubraum +Verdichtungsraum)/Verdichtungsraum ε = (Vc+Vh)/Vc Compression ratio = (displacement + compression space) / compression space ε = (V c + V h ) / V c
Verdichtungsraum = FM-Luftspalt d oder Grenzfläche G zwischen den Polschuhen PSCompression space = FM air gap d or interface G between the pole pieces PS
Tatsächliches p-V-DiagrammActual p-V diagram
In Wirklichkeit läuft der Gleichraumprozess nicht so ideal ab, da dieIn reality, the equal space process is not as ideal as that
Bedingungen nicht eingehalten werden können. Der Druckverlauf während der 2 Hübe (2 Magnet-Kolben + 2 FM) einesConditions can not be met. The pressure curve during the 2 strokes (2 magnetic pistons + 2 FM) one
Arbeitsspieles lässt sich mit einem piezo-elektrischen Indikator auf demWorking cycle can be done with a piezo-electric indicator on the
Versuchsstand am laufenden FK-Generator/-Motor aufnehmen und als Kurve auf dem Bildschirm sichtbar machen. Dabei sind deutlich die Unterschiede zum idealen p-V-Diagramm zu erkennen (Fig. 136).Record the trainer on the running FK generator / motor and make it visible as a curve on the screen. The differences from the ideal p-V diagram can be clearly seen (Fig. 136).
5. Steuerdiagramm5. Tax chart
Trägt man die Öffnungs- und Schließzeiten des FM in Grad derIf you open the opening and closing times of the FM in degrees of
Kurbelwellenumdrehungen auf, so erhält man das Steuerdiagramm (Fig. 137). a) Symmetrisches Steuerdiagramm → Detail b) Asymmetrisches Steuerdiagramm → Detail Es gibt einen Überblick über die Steuerwinkel des FM. Der Öffnungs- (0°-90° KW) und Schließwinkel (180°-270° KW) des FM ist immer konstant - jedoch wird der FM innerhalb dieses Winkelsegmentes nicht immer ganz geöffnet (variable Feldkraft) und die Form der Steuerungsnocken ist ebenso variabel (Öffnungs- / Schließ-Profil /Crankshaft revolutions, you get the control diagram (Fig. 137). a) Symmetrical control diagram → detail b) Asymmetrical control diagram → detail It gives an overview of the head angles of the FM. The opening (0 ° -90 ° KW) and closing angle (180 ° -270 ° KW) of the FM is always constant - however, the FM is not always fully opened within this angle segment (variable field force) and the shape of the control cams is also variable (Opening / closing profile /
-Geschwindigkeit) und werden durch Versuche für jeden Bautyp so festgelegt, dass der FK-Generator die bestmögliche Leistung abgibt. Da dies über den gesamten Drehzahlbereich nicht möglich ist, werden die FK-Generatoren mit verstellbaren Öffπungs-/Schließnocken ausgerüstet. Die Öffnungs- und Schließwinkel des FM können um einen bestimmten Verstellwinkel verändert werden (variable Steuerzeiten: ggf. FM später öffnen bzw. früher schließen). Die Steuerwinkel der einzelnen FK-Generatoren weichen voneinander ab, so dass es für jeden FK-Generator ein eigenes Steuerdiagramm gibt. In der Regel sind die Winkel vom Öffnen bis zum Schließen des FM um so größer, je höher die-Speed) and are determined by tests for each type of construction so that the FK generator delivers the best possible performance. Since this is not possible over the entire speed range, the FK generators are equipped with adjustable opening / closing cams. The opening and closing angles of the FM can be changed by a certain adjustment angle (variable timing: if necessary, open the FM later or close it earlier). The control angles of the individual FK generators differ from each other, so that there is a separate control diagram for each FK generator. As a rule, the higher the angle from the opening to the closing of the FM, the larger the angle
Betriebsdrehzahl des Motors ist.Engine operating speed.
6. Magnet-Zylindernummerierung, FM-Öffnungsfolgen 6.1 Magnet-Zylindernummerierung. Die Bezeichnung der einzelnen Magnet-Zylinder eines (Verbrennungs-)6. Magnetic cylinder numbering, FM opening sequences 6.1 Magnetic cylinder numbering. The designation of the individual magnetic cylinders of a (combustion)
Generators/Motors ist genormt. Die Zählung der Magnet-Zylinder beginnt bei der Seite, die der Kraftabgabeseite gegenüberliegt. Bei V-, VR- und bei Boxermotoren beginnt man mit der linken Magnet-Zylinderreihe und zählt jede Reihe durch (Fig. 138).Generators / Motors is standardized. The counting of the magnet cylinders begins on the side opposite the power output side. With V, VR and boxer engines you start with the left row of magnetic cylinders and count each row (Fig. 138).
6.2 FM-Öffnungsfolge und Öffnungsabstand bei Mehrzylinder-FK-Generatoren (Fig. 139)6.2 FM opening sequence and opening distance for multi-cylinder FK generators (Fig. 139)
FM-Öffnungsfolge Sie gibt an, in welcher Reihenfolge die Arbeitstakte der einzelnenFM opening sequence It indicates the order in which the work cycles of the individual
Magnet-Zylinder eines FK-Generators aufeinander folgen.Magnet cylinders of an FK generator follow one another.
FM-ÖffnungsabstandFM-opening distance
Er gibt an, in welchem Abstand in Grad Kurbelwinkel die Arbeitstakte bzw. die FM-Öffnungen der einzelnen Magnet-Zylinder aufeinander folgen. Bei einemIt specifies the distance in degrees of crank angle between the work cycles or the FM openings of the individual magnet cylinders. At a
FK-Einzylinder-Generator wird nur eine FM-Öffnung (FM = Auf) auf 1 Kurbelwellenumdrehung benötigt, der FM-Öffnungsabstand beträgt somit 360° KW (Zündabstand bei einem 4-Takt Verbrennungsmotor 720° KW). FM-Öffnungsabstand= 360° KW/Zylinderzahl Je mehr Magnet-Zylinder vorhanden sind, desto kleiner wird derFK single-cylinder generator requires only one FM opening (FM = open) per 1 crankshaft revolution, the FM opening distance is therefore 360 ° KW (ignition distance for a 4-stroke combustion engine 720 ° KW). FM opening distance = 360 ° KW / number of cylinders The more magnetic cylinders there are, the smaller it becomes
FM-Öffnungsabstand, der Generatorlauf wird ruhiger und das abgegebene Drehmoment gleichmäßiger. Der FM-Öffnungsabstand ergibt sich durch die entsprechende Magnet-Zylinderanordnung und die dazu passende Lage der Kurbelkröpfungen 2. Feld-Halbleitermo ulatorenFM opening distance, the generator run becomes quieter and the torque output more even. The FM opening distance results from the corresponding magnet-cylinder arrangement and the appropriate position of the crank crank 2. Field semiconductor mulators
1. Technisches Gebiet auf das sich die Erfindung bezieht. Feld-Halbleitermodulatoren gehören erfindungsgemäß zum Fachgebiet der1. Technical field to which the invention relates. According to the invention, field semiconductor modulators belong to the field of
Magnetronik.Magnetronics.
Die Magnetronik ergänzt den Feldkraftgenerator ("Erzeugung von Energie"), weil durch die Technologie der Magnetronik-Bauelemente der Energieverbrauch gesenkt wird. Ein Feldkraftgenerator, Feldkraftmotor und Pleuellängen-Variator kann auf einem Chip mit integriert sein.Magnetronics complements the field force generator ("generation of energy") because the technology of the magnetronics components reduces energy consumption. A field force generator, field force motor and connecting rod length variator can be integrated on a chip.
Magnetische/elektrische Feld-Halbleiter-Bauelemente und Anwendung des Prinzips M-/E-Dioden, M-/E-Transistoren, M-/E-Thyristoren, M-/E-IGBT auf den M-/E- Halbleiter-Feldmodulator (FM) :Magnetic / electrical field semiconductor components and application of the principle of M / E diodes, M / E transistors, M / E thyristors, M / E IGBT to the M / E semiconductor field modulator ( FM):
Die Magnetronik ist eine völlig neue Technologie und Disziplin in der elektromagnetischen F&E, Produktion, Vermarktung und Anwendung. Da Felder Kräfte verursachen und die Feldflüsse gerichtet, getrennt, geregelt, verstärkt oder geschaltet etc. werden, gehören alle Feld-Halbleiter-Bauelemente erfindungsgemäß zu „Feldkraftmaschrnen", auch wenn die Feldkräfte/Flüsse der Feldquellen primär nicht zur Erzeugung von Arbeit, sondern nur zur Modulation,Magnetronics is a completely new technology and discipline in electromagnetic R&D, production, marketing and application. Since fields cause forces and the field flows are directed, separated, regulated, amplified or switched etc., all field semiconductor components belong to "field force machines" according to the invention, even if the field forces / flows of the field sources are primarily not for generating work, but only for modulation,
Verstärkung, Schaltung, Richtung, etc. des Primärfeldes eines Feldkreises genutzt werden!Gain, switching, direction, etc. of the primary field of a field circuit can be used!
Gegenüberstellung der Technologien Majoritäts-Teilchen: Elektronen Majoritäts-Teilchen: MagnetronenComparison of the technologies majority particles: electrons majority particles: magnetrons
= Ladungsträger = Magnetisierungsträger= Charge carrier = magnetization carrier
Elektrotechnik MagnetrotechnikElectrical engineering Magnetic engineering
Elektronik Magnetronik Teilchen und QuantenElectronics magnetronics particles and quanta
In der bisherigen Elektrotechnik und Elektronik fließen als Ladungsträger im Leitungsband Elektronen und Elektronen-Löcher als elektrischer Strom. Dieser Stromfluß erzeugt große Wärme, wenn die Ladungsträger mit den Gitteratomen des Leiters/Hatbleiterkristalls zusammenstoßen, was auch einen großen Energieverlus t mit sich bringt.In previous electrical engineering and electronics, electrons and electron holes flow as electrical current as charge carriers in the conduction band. This current flow generates great heat when the charge carriers collide with the lattice atoms of the conductor / hat conductor crystal, which also entails a large loss of energy.
Die M-Leiter, M-Halbleiter und M-Isolatoren werden in Magnetika und Dimagnetika unterteilt, wobei alle kristallinen und amorphen Stoffe zur Ferro-Gruppe (incl. Ferri) gehören: Fe, Co, Ni und die Lathanoide Gd, Tb, Dy, Ho, Er. Entscheidend für den Ferromagnetismus ist der relative Atomabstand - unabhängig davon, ob es sich um kristalline oder amorphe Stoffe handelt.The M-conductors, M-semiconductors and M-insulators are divided into magnetics and dimagnetics, whereby all crystalline and amorphous substances belong to the Ferro group (including Ferri): Fe, Co, Ni and the lathanoids Gd, Tb, Dy, Ho, he. The decisive factor for ferromagnetism is the relative atomic distance - regardless of whether it is crystalline or amorphous substances.
Ferromagnetismus zeigen deshalb auch Stoffe wie MnCu2AI, Cu2MnSn, MnBi.Ferromagnetism therefore also shows substances such as MnCu 2 AI, Cu 2 MnSn, MnBi.
In der Magnetronik sind folgende Teilchen z.B. Magnetonen und Quanten (= magn. Feldquanten = Magnetronen) wirksam: a) Magnetische Flußquanten Φo als Energie-Feldquanten des magn. Feldes (= Quanten, werden auch als Photonen bezeichnet). b) Magnetonen sind örtlich im Atom fixierte Spinmomente der Elektronen, zumeist auf der 3d-Schale; hieraus folgt die Bohrsche Magnetonenza/?/ais die nach aussen wirksamen Spinmomente des Atoms (andere magn. Momente, z.B. Bahn und Kernmoment, sind vernachlässigbar). Es gibt auch Magnetonen-Löcher = fehlende Spinmomente, sie verhalten sich wie positive magnetische Teilchen im See der negativen Magnetonen. c) Magnetronen = Bindungen und Magnetronen-Löcher = Bindungs-Lücken, letztere verhalten sich wie positive Quanten und fließen als magnetischer Strom lm oder Fluß Φ durch den Festkörper.The following particles are effective in magnetronics, for example magnetons and quanta (= magn. Field quanta = magnetrons): a) Magnetic flux quanta Φo as energy field quanta of magn. Field (= quantum, are also called photons). b) Magnetons are spin moments of the electrons fixed locally in the atom, mostly on the 3d shell; from this follows Bohr's Magnetonenza /? / ais the outwardly effective spin moments of the atom (other magnetic moments, eg orbit and nuclear moment, are negligible). There are also magneton holes = missing spin moments, they behave like positive magnetic particles in the lake of negative magnetons. c) Magnetrons = bonds and magnetron holes = bond gaps, the latter behave like positive quanta and flow as a magnetic current l m or flux Φ through the solid.
M-HalbleiterM-Semiconductors
Magnetische Halbleiter sind z.B. Kobalt und oder Dysprosium, die mit Fremd- atomen, z.B. Co + Ni oder Co + Fe, dotiert werden. Der Co-Halbleiterkristall verhält sich analog wie im elektrischen Fall z.B. das Silizium: Die Bindungen zwischen den Valenz-Elektronen (3d) sind ungestört, erst die Fremdatome und ein äußeres Magnetfeld sowie Wärme bringen das entscheidende Verhalten. Mit diesen M-Halbleitern können dann M-Bauelemente wie M-Dioden, M-Transistoren und M-Thyristoren etc. für die Lefstungsmagπetronik (z.B.Magnetic semiconductors are e.g. Cobalt and or dysprosium, which are linked to foreign atoms, e.g. Co + Ni or Co + Fe, are doped. The co-semiconductor crystal behaves analogously to the electrical case, e.g. Silicon: The bonds between the valence electrons (3d) are undisturbed, only the foreign atoms and an external magnetic field as well as heat bring the decisive behavior. With these M-semiconductors, M-components such as M-diodes, M-transistors and M-thyristors etc. for the Lefstungsmagnπetronik (e.g.
M-IGTB) mit analogem Verhalten gebaut werden.M-IGTB) with analog behavior.
B. Einschlägiger Stand der Technik / zu lösende technische AufgabeB. Relevant state of the art / technical problem to be solved
Die Magnetronik / magnetische Feld-Halbleiterbausteine & M-/E-Halbleiter- Feldmodulatoren ermöglichen neue Anwendungsbereiche:Magnetronics / magnetic field semiconductor devices & M / E semiconductor field modulators open up new areas of application:
Eriϊndungsgemäß werden statt Elektronenleitung im elektr. Leitungsband jetzt magnetische Flußquanten im magn. Leitungsband genutzt. Insofern gibt es analog der Elektronen und Elektronen-Löcher jetzt Magnetronen (Kopplungen) und Magnetronen-Löcher (Kopplungs-Löcher) im magnetischen Leitungsband.According to the invention, instead of electron conduction in the electr. Conduction band now magnetic flux quanta in magn. Conduction band used. In this respect, there are now magnetrons (couplings) and magnetron holes (coupling holes) in the magnetic conduction band analogous to the electrons and electron holes.
C. Darstellung der Erfindung 1. Übersicht FunktionsweiseC. Presentation of the Invention 1. Overview of Operation
Magnetische Halbleiter, magnetische StörstellenleitungMagnetic semiconductors, magnetic impurity lines
Das magnetisch halbleitende Material wird durch Dotierung eines Dimagnetikum = ferro-/ferrimagnetischer Feld-Nichtleiter (bzw. Dielektrikum ferro-/ferrieiektrischer Feld-Nichtleiter) erreicht. Als Basiskristall kann z.B. Kobalt oder Dysprosium verwendet werden.The magnetically semiconducting material is achieved by doping a dimagnetic = ferro / ferrimagnetic field non-conductor (or dielectric ferro / ferrieelectric field non-conductor). As a base crystal e.g. Cobalt or dysprosium can be used.
Nm-HalbleiterNm semiconductor
Der hochreine Co-Kristall kann z.B. mit Nickel dotiert werden. Es kann auch ein Dy-Kristall z.B. mit Holmium oder mit Erebium dotiert werden. Folge: Magnetisch negativer Halbleiter Nm.The highly pure co-crystal can be doped with nickel, for example. A Dy crystal can also be doped, for example, with holmium or with erebium. Consequence: Magnetically negative semiconductor N m .
Pm-HalbleiterP m semiconductor
Oder Co-Kristall wird mit Fe dotiert. Oder Dy-Kristall dotiert mit Terbium bzw. Gadolinium. Folge: Magnetisch positiver Halbleiters Pm. Auch die Dotierung von z.B. Kobalt oder Dimagnetikum z.B. Fe02 oder CoO4 mit Lathanoiden ist möglich. Durch die magnetische Störstellenleitung mit Magnetronen auf der Basis vonOr co-crystal is doped with Fe. Or Dy crystal doped with terbium or gadolinium. Result: magnetically positive semiconductor P m . The doping of, for example, cobalt or dimagnetic eg Fe0 2 or CoO 4 with lathanoids is possible. The magnetic interference line with magnetrons based on
Magnetonen (μβ") oder mit Magnetronen-Löcher auf der Basis von Magnetonen-Löcher (UB+) entstehen, analog zum elektronischen Prinzip mit Ne und Pe, im magnetischen System Nm- bzw. P -Halbleiter. Magnetische Halbleiterbausteine (bzw. elektrische Feld-Halbleiterbausteine)Magnetons (μβ " ) or with magnetron holes based on magneton holes (UB + ), analogous to the electronic principle with N e and P e , are created in the magnetic system N m or P semiconductors. Magnetic semiconductor components (or electrical field semiconductor devices)
Magnetische Bauelemente sind z.B. M-Dioden, M-Bipolar-TransistorenMagnetic components are e.g. M diodes, M bipolar transistors
(M-BT), M-Feldeffekt-Transistoren (M-FET), M-Thyristoren, und auch(M-BT), M-field effect transistors (M-FET), M-thyristors, and also
M-IGBT, etc.M-IGBT, etc.
Ihr Aufbau ist analog der elektronischen Halbleiterbauelemente mit dem Unterschied, daß die Wirkungsweise auf der Basis magnetischer FlußquantenTheir structure is analogous to the electronic semiconductor components with the difference that the mode of operation is based on magnetic flux quanta
(bzw. elektrischer Flussquanten) aufgebaut ist. Auch können alle elektronischen(or electrical flux quanta) is built up. All can also be electronic
Schaltungen analog in magnetische Schaltungen (magn. Spannung, magn. Fluß) umgeformt werden.Circuits are converted analogously into magnetic circuits (magn. Voltage, magn. Flux).
Magnetische Bipolar-Transistoren werden am Arbeitspunkt geschaltet. M-BT und M-FET sind auch als magnetische Verstärker auslegbar.Magnetic bipolar transistors are switched at the operating point. M-BT and M-FET can also be designed as magnetic amplifiers.
Magnetische Halbleiter-Feldmodulatoren für FKGMagnetic semiconductor field modulators for FKG
Es gibt magnetische Feld-Leiter, magnetische Feld-Halbleiter und magnetische Feld-Nichtleiter/-lsolatoren (Dimagnetika) (gilt auch im elektrischen Feld mit Dielektrika). Das Kernprinzip des Feldmodulators ist die Steuerung der Leitung der Flußquanten durch a) eine Sperrschicht - Leitfähigkeitsmodulation (M-BT), oder b) der Steuerung des Flußes durch ein magn. Feld quer zum Kanal (M-FET) = Kanalquerschnittsmodulation.There are magnetic field conductors, magnetic field semiconductors and magnetic field non-conductors / insulators (dimagnetics) (also applies in the electric field with dielectrics). The core principle of the field modulator is the control of the conduction of the flux quanta by a) a junction - conductivity modulation (M-BT), or b) the control of the flux by a magn. Field across the channel (M-FET) = channel cross-section modulation.
Beide Prinzipien (Leitfähigkeitsmodulation und Kanalquerschnittsmσdulation) können kombiniert werden im M-IGBT-Feldmoduiator.Both principles (conductivity modulation and channel cross-section modulation) can be combined in the M-IGBT field modulator.
Im normalen Feldmodulator erfolgt die Flußsteuerung (Leitfähigkeits- oder Querschnittsmodulation) in einem magnetisch leitenden Material. In derIn the normal field modulator, the flow control (conductivity or cross-sectional modulation) takes place in a magnetically conductive material. In the
Magnetronik wird das magnetisch leitende durch magnetisch halbleitendes Material ersetzt.Magnetronics replaces the magnetically conductive material with magnetically semiconducting material.
Magnetische Halbieiter-Feldmodulatoren können im Feldkraftgenerator eingesetzt werden.Magnetic semi-conductor field modulators can be used in the field force generator.
2 Flußieitung / Flußvariation / Flußsteuerung 2.1. Wesentliche Größen2 Flow line / flow variation / flow control 2.1. Essential sizes
Elektronisches System Magnetronisches System 1. Elektrische Ladung « Magn. Ladung → Magnetisierung Verschiebungsfluß magnetischer Fluß Q*j"l(t) dt [As] Φ=B A [Vs]Electronic system Magnetronic system 1. Electric charge «Magn. Charge → magnetization displacement flux magnetic flux Q * j " l (t) dt [As] Φ = BA [Vs]
2. Verschiebungsdichte « Magn. Flußdichte (Induktion) D-ε-E [As/m2] B- -HrVs/m2] 3. Elektrische Stromstärke - Magn. Fluß(stärke) 'e s=Uo Re [A] (lm=) Φ=Θo Rm [Vs] 4. Elektrische Spannung ~ Magnetische Spannung Ue= -JE(s) ds [V] (Um=) Θ=JΗ(l) dl [A]2. Shift density «Magn. Flux density (induction) D-ε-E [As / m 2 ] B- -HrVs / m 2 ] 3. Electrical current - Magn. Flux (strength) 'e s = Uo R e [A] (l m =) Φ = Θo Rm [Vs] 4. Electrical voltage ~ Magnetic voltage U e = -JE (s) ds [ V] (U m =) Θ = JΗ (l) dl [A]
5. Elektrischer Widerstand « Magnetischer Widerstand eines eines homogenen Drahtes homogenen Magnetkernes5. Electrical resistance «Magnetic resistance of a homogeneous magnetic core
Analogien zwischen elektrischem und magnetischem Kreis Analogies between electrical and magnetic circuits
Ohmsches Gesetz des magnetischen Kreises: Als magnetischer Kreis wird der Raum bezeichnet, in welchem sich das magnetische Feld in seiner Gesamtheit ausbreitet. Die für den magnetischen Kreis charakteristischen Größen magnetischer Fluß Φ und Durchflutung Θ stehen in engem Zusammenhang, der den Verhältnissen im elektrischen Stromkreis entspricht.Ohm's law of the magnetic circuit: The magnetic circle is the space in which the magnetic field as a whole spreads. The quantities of magnetic flux Φ and flooding Θ which are characteristic of the magnetic circuit are closely related and correspond to the conditions in the electrical circuit.
Im magnetischen Kreis eines magnetischen Leiters/Halbleiters werden Elektronen/Elektronen-Löcher durch magnetische Teilchen = Magnetonen/Magnetonen und Löcher und ihre Makros (Domänen etc.) sowie Fluß-Quanten - Magnetronen (M_) (s Bindungen) / Magnetronen-Löcher (M+)In the magnetic circuit of a magnetic conductor / semiconductor, electron / electron holes are created by magnetic particles = magnetons / magnetons and holes and their macros (domains etc.) as well as flux quanta - magnetrons (M _ ) ( s bonds) / magnetron holes ( M + )
(= Bindungslücken), den Austauschwechselwirkungs-Quanten (→Austauschintegral) zwischen den magn. Systemen ersetzt.(= Bond gaps), the exchange interaction quanta (→ exchange integral) between the magn. Systems replaced.
Die Magnetonen (M~) und Magnetonen-Löcher (M+) im M-Halbleiter wandern nicht (sie sind im Atomgitter ortsfest auf den inneren unaufgefülltenThe magnetons (M ~ ) and magneton holes (M + ) in the M semiconductor do not migrate (they are stationary in the atomic lattice on the inner unfilled ones
Schalen (FeCoNi 3d4s, Lathanoide 4f5d6s) lokalisiert (beachte thermische Schwingungen), nur die Flussquanten = Magnetronen / Flußquanten-Löcher = Magnetronen-Löcher, breiten sich mit PhasenGruppengeschwindigkeit im Festkörper aus, wenn die (spontane) Polaristion und Kopplung (Bindung) = Austauschwechselwirkung hergestellt wird und sie treten nach außen, wenn eine hierarchische Kette der gerichteten Bindungen besteht (bei Kristallen Polarisation der Kristallkörner (Weissche Bezirke)). Shells (FeCoNi 3d4s, Lathanoide 4f5d6s) localized (note thermal vibrations), only the flux quanta = magnetrons / flux quantum holes = magnetron holes, spread with phase group velocity in the solid if the (spontaneous) polarization and coupling (binding) = exchange interaction is produced and they come out when there is a hierarchical chain of directed bonds (in the case of crystals polarization of the crystal grains (Weissche districts)).
2.2. Klassifikation ferromagnetischer M-Isolatoren, M-Halbleiter, M-Leiter2.2. Classification of ferromagnetic M isolators, M semiconductors, M conductors
Magnetische Feld-Leitfähigkeit (Flußquanten) μr-μo, Permeabilitätszahl μr. Elektrisches System (Flußquanten) Magnetisches System (Flußquant)Magnetic field conductivity (flux quanta) μ r -μo, permeability number μ r . Electrical system (flux quanta) Magnetic system (flux quantum)
E-Nichtlβiter = E-Isolatoren M-Nichtleiter - M-Isolatoren im im elektrischen Feld magnetischen FeldE-insulators = E-insulators M-insulators - M-insulators in a magnetic field in an electric field
"In Nichtleitern (Isolatoren) sind die Im magn. Nichtleiter (magn. Isolator) Ladungsträger nicht frei beweglich. sind die Magnetisierungsträger Deshalb ist auch das Innere eines (Magnetronen = Flußquanten) nicht Nichtleiters im elektrischen Feld nicht frei beweglich. Deshalb ist auch das feldfrei. Das Feld greift gleichsam Innere eines magn. Nichtleiters im durch den Isolator hindurch magn. Feld nicht feldfrei. Das Feld → Dielektrika. greift gleichsam durch den magn. Isolator hindurch → Dimagnetika."In non-conductors (isolators) the Im. Non-conductors (magn. Isolator) charge carriers are not free to move. The magnetization carriers are therefore the inside of a (magnetron = flux quanta) non-conductor is not free to move in the electric field. That is why it is also field-free The field, as it were, penetrates the interior of a magnetic non-conductor in the magnetic field through the insulator, and the field → dielectrics, as it were, extends through the magnetic insulator → dimagnetics.
Elektrischer Kondensator =* Magnetischer KondensatorElectrical capacitor = * Magnetic capacitor
"Wird ein Dielektrikum in ein Wird ein Dimagnetikum in ein elektrisches Feld gebracht, so nimmt magnetisches Feld gebracht, so nimmt die elektrische Feldstärke gegenüber die magnetische Feldstärke gegenüber der des Vakuums auf den εrten Teil der des Vakuums auf den μrten Teil ab, während die Kapazität Ce durch ab, während die magn. Kapazität Cm das einbringen des Dielektrikums durch das Einbringen des Dimagneti- auf das εrfache steigt." kums auf das μrfache steigt. εr = Permittivitätszahl oder relative r = Permeabilitätszahl oder relative"If a dielectric in a If a Dimagnetikum placed in an electric field, so does a magnetic field brought, so the electric field strength increases the vacuum to the ε r th part of the vacuum to the μ r th off with respect to the opposite magnetic field strength , while the capacitance C e decreases, while the magnetic capacitance C m increases the introduction of the dielectric by the introduction of the dimagneti by ε r . " cumulative increases r . ε r = permittivity number or relative r = permeability number or relative
Dielektrizitätszahl (dimensionslos) Dimagnetizitätszahl (dimensionslos)Dielectric number (dimensionless) Dimagneticity number (dimensionless)
Wert εr stets ≥ 1. Wert μr stets ≥ 1. ε = Permittivität = εo-εr = elektrische μ = Permeabilität = μ μr = magn.Value ε r always ≥ 1. Value μ r always ≥ 1. ε = permittivity = εo-ε r = electrical μ = permeability = μ μ r = magn.
Feld-Leitfähigkeit. Feld-Leitfähigkeit.Field conductivity. Field conductivity.
Faktor χe=elektrische Suszeptibilität Faktor χm=magn. SuszeptibilitätFactor χe = electrical susceptibility factor χ m = magn. susceptibility
Xe=(ε 1) Xm=( r-1)Xe = (ε 1) Xm = (r-1)
Für Dielektrika ist ε, 1 und deshalb Für Dimagnetika ist μr> und χβ>-0. Für Vakuum εH=1 bzw. χβ=0. deshalb χm 0. Für Vakuum μr \ εr=Ds/Do =ε/εo bzw. χm=0. μ sB^Boμr=μ/μoFor dielectrics ε, 1 and therefore for dimagnetics μ r > and χ β > -0. For vacuum εH = 1 or χ β = 0. therefore χ m 0. For vacuum μr \ εr = Ds / Do = ε / εo or χ m = 0. μ s B ^ Boμ r = μ / μo
- Dielektrika = elektr. Nichtleiter - Dimagnetika - magn. Nichtleiter εr stets ≥ 1, Xe 0 μr stets ≥ 1, χm 0 (→4-302, 12-70) - diaelektrische Stoffe (Abstoßung) - diamagnetische Stoffe (Abstoßung) μr^1 , Xm^0- dielectrics = electr. Non-conductor - Dimagnetika - magn. Non-conductor ε r always ≥ 1, Xe 0 μ r always ≥ 1, χ m 0 (→ 4-302, 12-70) - diaelectric substances (repulsion) - diamagnetic substances (repulsion) μr ^ 1, Xm ^ 0
- paraelektrische Stoffe (Anziehung) - paramagnetische Stoffe (Anziehung) r 1, Xe 0 / 1. Xm 0- Paraelectric substances (attraction) - Paramagnetic substances (attraction) r 1, X e 0 / 1. Xm 0
- antiferroelektrisch (neutral) - antiferromagnetisch (neutral) εr= , Xe= 0 - unelektrisch /"r=1, Xm= 0 = unmagnetisch- antiferroelectric (neutral) - antiferromagnetic (neutral) εr =, Xe = 0 - unelectric / "r = 1, Xm = 0 = non-magnetic
- ferroelektrische Stoffe (Anziehung) - ferromagn. Stoffe (Anziehung) εr»1, Xe^0 Mr^^ Xm^O- ferroelectric materials (attraction) - ferromagn. Substances (attraction) ε r »1, Xe ^ 0 Mr ^^ Xm ^ O
- ferrielektrische Stoffe (Anziehung) - ferrimagnetische Stoffe (Anziehung) E/M-Systematik Leitfähigkeit Werkstoffe Permittivitätszahl Permeabilitätszahl Geordnet nach steigender magnetischer Feld-Leitfähigkeit/Permeabilität- ferrielectric materials (attraction) - ferrimagnetic materials (attraction) E / M systematics conductivity materials permittivity number permeability number Ordered by increasing magnetic field conductivity / permeability
1. Dielektrika εr Dimagnetika (μr → w) Jeder Isolator ist letztlich ein schlechter Leiter, beachte dielektrische bzw. dimagnetische Verluste δ (bei >εr bzw. >μt →>δ0, bei - εr bzw. <μr → - δ0).1.Dielectrics ε r Dimagnetika (μ r → w) Each insulator is ultimately a bad conductor, note dielectric or dimagnetic losses δ (with> ε r or> μ t →> δ 0 , with - ε r or <μ r → - δ 0 ).
1.1 Antiferroelektrisch Antiferromagnetisch r=1 unelektrisch μr^l uπmagnetisch Cr, FeO2l C0O4, NiO t.2 Ferroelektrisch Ferro agnetisch εr= ≥1 ... 106 μf= ≥1 ... 106 stark elektrisch stark magnetisch Fe, Co, Ni, Gd, Tb, » Dy.Ho, Er t Paraffin 2,2 NdFeB (hart)1,05 1.1 Antiferroelectric Antiferromagnetic r = 1 unelectric μr ^ l uπmagnetisch Cr, FeO 2l C0O4, NiO t.2 Ferroelectric Ferro agnetisch εr = ≥1 ... 10 6 μf = ≥1 ... 10 6 strong electrical strong magnetic Fe, Co, Ni, Gd, Tb, »Dy.Ho, Er t paraffin 2.2 NdFeB (hard) 1.05
^ m Wasser 81^ m water 81
r Keramik (NDK - Typ-I-K) 10-200 AINiCo450 3 ßτ Keramik (HDK = Typ-Il-K) 700-104 FeCoVCr IO i Ferroelektrische Typ-Ill-Kond.- εr Scheibe (z.B. Bariumtitanat), die 3%SiFe 6-103 ^ ε r ceramic (NDK - Type-IK) 10-200 AINiCo450 3 ßτ ceramic (HDK = Type-Il-K) 700-10 4 FeCoVCr IO i Ferroelectric type Ill cond. - ε r disc (e.g. barium titanate), the 3% SiFe 6-10 3
t durch Reduktions- und Oxidations- Fe rein 1,5-103 Re prozesse Halbleitersperrschichten CoFe 1-103 Rm bildet, die wie ein Dielektrikum Mumetall 5-104 wirken (spannungsabhängige Ce) amorph CoFe 1, 5- 105 > μ t due to reduction and oxidation Fe pure 1.5-10 3 re-processes Semiconductor barrier layers CoFe 1-10 3 Rm, which act like a dielectric Mumetall 5-10 4 (voltage-dependent C e ) amorphous CoFe 1, 5- 10 5
1.3 Ferrielektrisch Ferrimagnetisch εr= 3 ... 103 μf= 3 ... 103 stark elektrisch stark magnetisch E-Ferrite M-Ferrite: (→ 12-73) n(MeO) M(Fe2O3 Ferrite (hart) 1,3 Ferrite (weich)1-103 1.3 Ferrielectric Ferrimagnetic ε r = 3 ... 10 3 μf = 3 ... 10 3 strong electrical strong magnetic E ferrites M ferrites: (→ 12-73) n (MeO) M (Fe 2 O 3 ferrites (hard ) 1.3 ferrites (soft) 1-10 3
2. Diaelektrisch Diamagnetisch εr-<1 Abstoßung vom μ <\ Abstoßung vom elektrischen Feld Magnetfeld Cu, Si, Bi, Pb, H2O2. Diaelectric diamagnetic ε r - <1 repulsion from μ <\ repulsion from the electric field magnetic field Cu, Si, Bi, Pb, H 2 O
3. Paraelektrisch Paramagnetisch εr 1 Anziehung vom μr>1 Anziehung vom elektrischen Feld M-Feid: AI, Pt, Ta, Luft 2.3 Magnetische Halbleiter3. Paraelectric Paramagnetic ε r 1 attraction from μ r > 1 attraction from the electric field M-Feid: AI, Pt, Ta, air 2.3 Magnetic semiconductors
2.3.1 Grundlagen und Grundbegriffe der magnetischen Halbleiter2.3.1 Fundamentals and basic terms of magnetic semiconductors
E-Teilchen - Elektron e" Elektrische Elementarladung als Vaienz-/LeitungseiektronE-particle - electron e " Electrical elementary charge as a Vaien- / conduction electron
E-Teilchen - Defektelektron Im Atom fehlendes Elektron = Loch von äußeren Schalen (→Valenz-/Leitungselektronen-Loch) (wirkt wie positive Ladung e+)E-particles - defect electron Electron missing in the atom = hole from outer shells (→ valence / conduction electron hole) (acts like positive charge e + )
E-Quant - Elektronen-Bindung bzw. Elektronen-BindungslückeE-Quant - electron bond or electron bond gap
E-Teilchen - Bewegung/Leitung der Elektronen bzw. der Elektronen-LöcherE-particles - movement / conduction of electrons or electron holes
M-Teilchen - Bohrsches Magneton μe~ (bei e-) und μs+ (bei e+) Magnetonenzahl = Maßeinheit für Summe der lokalen Elementarmagnete (den Elektronen-Spinmomenten) → Zahl der magnetisch wirksamen Elektronen der magnetisch unkompensierten inneren Elektronenschale je Atom. Diese sind nur eine notwendige, aber nicht hinreichende Voraussetzung für den Ferromagnetismus (Sättigungspolarisation).M particles - Bohr's magneton μe ~ (for e-) and μs + (for e + ) Magneton number = unit of measurement for the sum of the local elementary magnets (the electron spin moments) → number of magnetically active electrons of the magnetically uncompensated inner electron shell per atom. These are only a necessary but not a sufficient prerequisite for ferromagnetism (saturation polarization).
M-Quant - Magnetron M" bei μβ~ = Kopplung (Bindung) zwischen zwei Spinmomenten = Elementar- Maßeinheit (Feld-Quanten) und quantifizierbar →Flußquant ΦQ.M-Quant - Magnetron M " at μβ ~ = coupling (binding) between two spin moments = elementary unit of measurement (field quanta) and quantifiable → flux quantum ΦQ.
M-Quant - Magnetron-Loch M+ - Defektmagnetron bei μe* Fehlende Kopplung zwischen zwei SpinmomentenM-Quant - Magnetron hole M + - Defect magnetron at μe * Missing coupling between two spin moments
M-Quanten - Bewegung/Leitung M", M+ Im magnetischen Halbleiter werden statt Elektronen und Elektronen-Löchern magnetische Bindungen = magnetische Kopplungen (Magnetronen) und magnetische Löcher (Magnetronen-Löcher) bewegt. → Magnetische Halbleiterbauelemente, z.B. M-Diode, M-Transistor, M-Thyristor, und M-Halbleiter-FeldmodulatorM quanta - movement / line M " , M + In magnetic semiconductors instead of electrons and electron holes, magnetic bonds = magnetic couplings (magnetrons) and magnetic holes (magnetron holes) are moved. → Magnetic semiconductor components, eg M diode, M -Transistor, M-Thyristor, and M-semiconductor field modulator
M-Teilchen - Atom-Magneton Aμβ" und Atom-Magneton-Loch Aμs+ Summe = Anzahl der Spinmomente μβ im Atom (nicht Bindungen)M particles - atom magneton Aμβ " and atom magneton hole Aμs + sum = number of spin moments μβ in the atom (not bonds)
M-Quanten - Atom-Magnetron AM" Bindung der Summe der Spinmomente - Kopplung über Austauschwechseiwirkung zum relativen Atomabstand (→Bethe-Slater-Kurve) (-Kraftwirkung durch Überlappung der Elektronenschalen und damit verbundener Austausch von Elektronen unter benachbarten Atome bzw. Ionen). Koppiungskrätte bewirken, daß sich Atommagnete parallel stellen einzelnen Atome. Die Kopplung/ Bindung/ Austauschwechselwirkung ist die hinreichende Voraussetzung für Ferromagnetismus. Das Magnetron ist in der Magnetronik ein Kopρlungs"trägeι" = Ferro-Magnetisierungs-Grappe. Beachte Spinstellung und Kopplung bei Femmagnetismus. M-Quanten - Atom-Magnetron-Loch AM* = fehlender Kopplungs-/ Bindungs- "träger" = Defekt-Atom-Magnetron - Defekt-Spinmoment-Kopplung-Gruppe 2.3.2 Magnetische Feld-Leitfähigkeit von FestkörpernM-quantum - atomic magnetron AM " binding of the sum of the spin moments - coupling via exchange interaction to the relative atomic distance (→ Bethe-Slater curve) (-effect of force by overlapping the electron shells and the associated exchange of electrons among neighboring atoms or ions). Coupling forces cause atomic magnets to stand in parallel individual atoms. The coupling / binding / exchange interaction is the sufficient prerequisite for ferromagnetism. In magnetronics, the magnetron is a coupling "sluggish" = ferro-magnetization grapple. Note spin position and coupling with femagnetism. M-quantum - atom-magnetron hole AM * = missing coupling / binding "carrier" = defect-atom-magnetron - defect-spin-moment coupling group 2.3.2 Magnetic field conductivity of solids
Zahl und Magnetronen-Beweglichkeit (Beweglichkeit der Austauschwechselwirkung) und spontan magnetisierte Domänen in den verschiedenen Stoffen, bestimmen ihre spezifische Eignung zur Leitung des Magnetstromes (Magnetronen * Flußquanten).Number and magnetron mobility (mobility of the exchange interaction) and spontaneously magnetized domains in the different substances determine their specific suitability for conducting the magnetic current (magnetrons * flux quanta).
M-Leϊter (μ≥ 1 →max) M-HaJbleiter M-Nichtleiter = M-Isolatoren (μ≥ 1 )M conductor (μ≥ 1 → max) M conductor conductor M non-conductor = M isolators (μ≥ 1)
Ferromagnefikum Kobalt + FA FerromagnetikumFerromagnefic cobalt + FA ferromagnetic
Ferrimagnetikum Dysprosium + FA Ferrimagnetikum = Wirtskristalle Antiferromagnetikum μ=1 FA = FremdatomeFerrimagnetic dysprosium + FA ferrimagnetic = host crystals antiferromagnetic μ = 1 FA = foreign atoms
Magnetische Metalle, magnetische Isolatoren, magnetische Halbleiter Magnetische Leiter (→ Magnetikum)Magnetic metals, magnetic insulators, magnetic semiconductors Magnetic conductors (→ Magnetikum)
In magnetischen Metallen (Ferromagnetismus) ist die Zahl der gebundenen magnetischen Flußträger (Elektronen-Spinmoment-Kopplung der inneren unkompensierten Schalen = Elementar-Magnetron) groß, die Magnetronen-Beweglichkeit (Verschiebung / Drehung von Spinmoment- Kopplungs-Gruppe = Domänen) ist jedoch verschieden, je nach hart- (schwer) oder weich-magnetisch (leicht).In magnetic metals (ferromagnetism) the number of bound magnetic flux carriers (electron spin moment coupling of the inner uncompensated shells = elementary magnetron) is large, but the magnetron mobility (shift / rotation of spin moment coupling group = domains) is different , depending on hard (heavy) or soft magnetic (light).
Magnetische Isolatoren (→ Dimagnetikum) In magnetischen Isolatoren (→Paramagnetismus) ist die Zahl der durch Austauschwechselwirkung gebundenen Spinkopplungen = Magnetronen / Magnetronen-Löcher praktisch Null (Fe-Einzelato = paramagnetisch) und dementsprechend die magnetische Leitfähigkeit wegen fehlenderMagnetic isolators (→ dimagnetic) In magnetic isolators (→ paramagnetism) the number of spin couplings bound by exchange interaction = magnetrons / magnetron holes is practically zero (Fe single atom = paramagnetic) and accordingly the magnetic conductivity due to lack
Spinmoment-Kopplungen (= Magnetronen) verschwindend klein. Der Zustand der Nicht-Leitfähigkeit tritt auch bei Überschreitung der Curie-Temperatur ein, beachte μ-T-Kennlinie. Magnetische HalbleiterSpin moment couplings (= magnetrons) are vanishingly small. The state of non-conductivity also occurs when the Curie temperature is exceeded, note the μ-T characteristic. Magnetic semiconductors
Die magnetische Leitfähigkeit von magnetischen Halbleitern liegt zwischen den von magnetischen Metallen und magnetischen Isolatoren, sie ist stark abhängig vom Druck (beeinflußt Beweglichkeit der magn. Flußö"äger= Magnetronen), Temperatur (Zahl und Beweglichkeit der Magnetronen, äußere Feldeinstrahlung (Zahl der Magnetronen), und zugeführtenThe magnetic conductivity of magnetic semiconductors lies between that of magnetic metals and magnetic insulators, it is strongly dependent on the pressure (influences the mobility of the magn. Flux = = magnetrons), temperature (number and mobility of the magnetrons, external field radiation (number of magnetrons) , and fed
Fremdstoffen (Zahl und Art der Fremd-Magnetronen/-M-Löcher). Dotierung mit Fremdatomen (FA)Foreign substances (number and type of foreign magnetrons / M holes). Doping with foreign atoms (FA)
Durch Dotieren (kontrollierter Einbau von magnetisch wirksamen Fremdstoffen) läßt sich die magnetische Leitfähigkeit von magnetischen Halbleitern definiert und lokalisiert einstellen. Dies ist auch die Grundlage eines magnetischen Feld-Halbleiter-Feldmodulators als Bauelement des FKG.The magnetic conductivity of magnetic semiconductors can be defined and localized by doping (controlled incorporation of magnetically effective foreign substances). This is also the basis of a magnetic field semiconductor field modulator as a component of the FKG.
2.3.3 Spezifischer magnetischer Widerstand/Leitfähigkeit2.3.3 Specific magnetic resistance / conductivity
Magnetische Leitfähigkeit Permeabilität μ=μrμo:Magnetic conductivity permeability μ = μ r μo:
Wie der Ohmsche Widerstand Rθ ist auch der magn. Widerstand Rm proportional zur Länge des magn. Leiters (lm = mittlere Länge) und umgekehrt proportional zurLike the ohmic resistance R θ , the magn. Resistance R m proportional to the length of the magn. Conductor (l m = average length) and inversely proportional to
Querschnittsfläche wirksam.Cross-sectional area effective.
Der spezifische magnetische Widerstand von magn. Halbleitern liegt zwischen dem magn. Leiter und dem von magn. Nichtleitern. Er ist stark von der Dotierung mit Fremdatomen, der Temperatur wie dem Magnetfeldeinfall HThe specific magnetic resistance of magn. Semiconductors lies between the magn. Head and that of magn. Dielectrics. It is strongly dependent on the doping with foreign atoms, the temperature and the magnetic field incidence H.
(= elektromagnetische Welle mit Poyntingvektor S=E x H, Komponente H wirksam) abhängig.(= electromagnetic wave with Poynting vector S = E x H, component H effective) dependent.
Spezifischer magn. Widerstand pm=1/μ [pm=A Wb mm /m] magn. Leitfähigkeit/Permeabilität μ=1/pm = μoμr = B/H magn. Widerstand Rm=(1/μ) l/A = Θ/Φ [A/Wb=A/Vs=1/Ωs]Specific magn. Resistance p m = 1 / μ [p m = A Wb mm / m] magn. Conductivity / permeability μ = 1 / pm = μoμ r = B / H magn. Resistance R m = (1 / μ) l / A = Θ / Φ [A / Wb = A / Vs = 1 / Ωs]
Bohrsche MagnetonenBohr magnetons
Bohrsche Magnetonen → magn. wirksame Elektronen je Atom (= Magne- tonenzahl je Atom) bewirken die Magnetisierung, wandern aber nicht 1): Magnetisches Moment "Das Bahnmoment trägt zum Magnetismus des Atoms praktisch nichts bei, sondern nur das Spinmoment des Elektrons. Die Einheit dieses Moments heißt Bohrsches Magneton. Die ferromagnetischen Elemente haben im Mittel je Atom eine charakteristische Zahl von n Magnetonen (μβ"). Diese kann mit Hilfe der Neutronenbeugung experimentell bestimmt werden. Daraus kann die Sättigungspolarisation Js und Sättigungsmagnetisierung Ms berechnet werden. Bohrsches Magneton, die Göße ist pm=9,2742-10~24 A-m2. Mit Feldkonstante μo multipliziert erhält man μB "=1,1654-10"29 s-m. Element n Eisen -2,218 (negativ wegen e" von e") Kobalt -1,714 Nickel -0,604 Das magnetische Moment hat die Dimension A-m2, die Magnetisierung als magn. Moment je Volumeneinheit die Dimension A-m2/m =A/m (gleiche Einheit wie die Feldstärke).Bohr magnetons → magn. Effective electrons per atom (= number of magnets per atom) cause magnetization, but do not migrate 1): Magnetic moment "The orbital moment contributes practically nothing to the magnetism of the atom, but only the spin moment of the electron. The unit of this moment is called Bohr's magneton On average, the ferromagnetic elements have a characteristic number of n magnetons (μβ " ) per atom. This can be determined experimentally using neutron diffraction. The saturation polarization J s and saturation magnetization M s can be calculated from this. Bohr magnet, the size is p m = 9.2742-10 ~ 24 on the 2nd Multiplied by the field constant μo you get μ B " = 1.1654-10 " 29 nm. Element n iron -2.218 (negative because of e " von e " ) cobalt -1.714 nickel -0.604 The magnetic moment has the dimension Am 2 , the magnetization as magn. Moment per volume unit the dimension Am 2 / m = A / m (same unit as the field strength).
Makro-Magnetonen a) In kristallinen Stoffen: Kristallkörner (Makros) mit ihren gerichteten Atom-Momenten = spontan gerichtet über magn. Kopplungs-/Bindungkräfte der Atome (Spinmoment-Kopplung/Bindung). Permeabilität abhängig von Kristallenergie, Magnetostriktion, Strukturparameter wie Kristallkorngröße, Zahl und Art der Gitterfehler und Fremdkörper, innere Spannungen u.a. b) In amorphen Stoffen: Atom-Momente sind direkt wirksam. Permeabilität abhängi von lokalen Anisotropie sowie durch die durch Magnetostriktion bedingten Spannungen neben Oberflächeήrauigkeit. Makros in Legierungen « Weisssche Bezirke a) Im kristallinen Stoff: Weisssche Bezirke (Bezirk spontaner Spinausrichtung (= Korn = Kristallit)= Vorzugsrichtung der Atommagnete (Magnetonen) durch Kräfte zwischen der spontanen Magnetisierung und dem Kristallgitter = magn. Anisotropiekräfte = Kristallanisotropie) hängen allein von den Kopplungs-/Bindungskräften zwischen den Atomen ab ohne Mitwirkung eines äußeren Magnetfeldes. → Bei Einkristallen sind keine Komgrenzen vorhanden und die Elementarzellen (EZ) liegen parallel zueinander. Eine Elementarzelle ist das kleinste Volumen, durch dessen identische dreidimensionale Wiederholung das Kristallgitter aufgebaut ist. → Korn = Kristallit - Weissscher Bezirk = magn. Vorzugsrichtung → Makro-Einheit der Elektron-Momente/Atom/Atomlayer/Elementarzelle/ Kristall. Prozesse: 1. Verschiebung + 2. Drehung. b) Im amorphen Stoff (hat keine geordnete Raumgitter, d.h. keine Kristallkörner und keine Korngrenzen): Weisssche Bezirke hängen allein, von Kopρlungs-/Bindungskräften zwischen den Atomen ab ohne Mitwirkung eines äußeren Magnetfeldes. Eine bestimmte Ordnung besteht nur im Nahbereich. Modell: Metallatome sind in dichten Kugelpackungen angeordnet (Tetraeder-Kugelhaufen (Cluster)); Ordnungsgrad und Symmetrie sind nicht so hoch und Packung nicht so dicht und raumerfüllend, dass ein Kristall entstehen könnte. → Makro-Einheit der Elektron-Momente/Atom/Atomlayer/Elementarzelle (= Kugelpackung). Prozesse: fast nur Drehprozesse, da keine Anisotropiekonstante vorhanden ist. Spinkopplung benachbarter Atome → Kopplungskräfte, Abstand der AtomeMacro magnetons a) In crystalline substances: crystal grains (macros) with their directed atomic moments = spontaneously directed via magn. Coupling / binding forces of the atoms (spin moment coupling / binding). Permeability depends on crystal energy, magnetostriction, structural parameters such as crystal grain size, number and type of lattice defects and foreign bodies, internal stresses and others b) In amorphous substances: atomic moments are directly effective. Permeability depends on local anisotropy and the stresses caused by magnetostriction in addition to surface roughness. Macros in alloys «Weiss districts a) In crystalline matter: Weiss districts (region of spontaneous spin alignment (= grain = crystallite) = preferred direction of the atomic magnets (magnetons) due to forces between the spontaneous magnetization and the crystal lattice = magnetic anisotropy forces = crystal anisotropy) depend solely on the coupling / binding forces between the atoms without the participation of an external magnetic field. → There are no comm boundaries for single crystals and the unit cells (EZ) are parallel to each other. An elementary cell is the smallest volume, through whose identical three-dimensional repetition the crystal lattice is built. → grain = crystallite - Weissscher district = magn. Preferred direction → Macro unit of the electron moments / atom / atom layer / unit cell / crystal. Processes: 1st shift + 2nd rotation. b) In the amorphous material (has no ordered spatial lattice, ie no crystal grains and no grain boundaries): Weiss's districts depend solely on coupling / binding forces between the atoms without the participation of an external magnetic field. A certain order exists only in the close range. Model: Metal atoms are arranged in dense spherical packing (tetrahedral globular cluster (cluster)); Order and symmetry are not so high and packing is not so dense and space-filling that a crystal could arise. → Macro unit of the electron moments / atom / atom layer / unit cell (= sphere packing). Processes: almost only turning processes since there is no anisotropy constant. Spin coupling of neighboring atoms → coupling forces, distance of the atoms
→ Austauschwechselwirkung (Bethe-Slater-Kurve) → Ferromagnetismus → Weisssche Bezirke primär durch Kopplungskräfte magnetisiert (in kristallinen und amorphen Stoffen) (Synonym: Kopplung = Bindung). Flußquanten-Makros = Magnetronen-Makros→ exchange interaction (Bethe-Slater curve) → ferromagnetism → Weiss districts primarily magnetized by coupling forces (in crystalline and amorphous substances) (synonym: coupling = bond). Flow quantum macros = magnetron macros
Die magn. Energie der Magnetonen ist im Raum zwischen den Magnetonen durch Magnetronen lokalisiert und breitet sich durch Flußguanfen Φ0 (= Magnetronen) aus, Die Magnetronen bilden durch Austauschwechselwirkung Makros, die wiederum Magnetronen-Makros bilden - entsprechend der hierarchischenThe magn. Energy of the magnetons is localized in the space between the magnetons by magnetrons and spreads through river guan Φ 0 (= magnetrons). The magnetrons form macros through exchange interaction, which in turn form magnetron macros - according to the hierarchical one
Ordnung im ferro-/ferrimagnetischen Festkörper. Je höher die magnetische Leitfähigkeit, um so besser die (Makro-) Magnetronen-Beweglichkeit = Ausbreitung der Flußquanten (Quantenmakros entsprechend der hierarchichen Ordnung der Makros Atome, Layer/Cluster, Einkristalle, Kristallite, ... ). Bei magnetischen Teilchen = Magnetonen-Makros: Verschiebungs- und Dreh-Prozesse. Sehr hohe Beweglichkeit /Ausbreitung der Magnetronen-Makros (Atome, Atomlayer, Elemetarzelle, EinkristaH/Kristallite) bei magnetischer Flüssigkeit (vgl. lonentransport).Order in the ferro- / ferrimagnetic solid. The higher the magnetic conductivity, the better the (macro) magnetron mobility = spread of the flux quanta (quantum macros according to the hierarchical order of the macros atoms, layers / clusters, single crystals, crystallites, ...). For magnetic particles = magneton macros: Shifting and turning processes. Very high mobility / spreading of the magnetron macros (atoms, atom layers, element cell, single crystal / crystallites) with magnetic liquid (see ion transport).
Systemetik magnetischer Teilchen und QuantenSystemetics of magnetic particles and quanta
A. Schema Magnetronisches System Struktur gemäß Festkörper-HierarchieA. Scheme of magnetronic system structure according to solid-state hierarchy
Parallele Spinausrichtung in: 1) Elektronen-Spinmoment = Bohrsches Magneton = μs±=Pm±-μo. → Magnetron 1 = Flußquant.Parallel spin alignment in: 1) Electron spin moment = Bohr magneton = μs ± = Pm ± -μo. → Magnetron 1 = flux quantum.
2) Aton Ion-Magneton * Bohrsche Magnetonenzahl → Atom-Magnetron AM* = Flußquant. Magnetisches Jon lm* bei Aμe*.2) Aton ion magneton * Bohr magneton number → Atom magnetron AM * = flux quantum. Magnetic Jon l m * at Aμe *.
3) Atom- lon-Elementarzelle kristallin/amorph3) Crystalline / amorphous atom-ion unit cell
4) Atom-Layer4) Atom layer
5) Weϊssscher Bezirk (kristallin oder amorph) 6) Festkörper aus n Weissschen Bezirken5) Weϊssscher district (crystalline or amorphous) 6) Solid from n Weiss districts
B. StrukturdetailsB. Structural details
1. Negative Elementar-Magnetisierung = Magneton = μβ~ (Ursache negative Elektron-Ladung e" → negatives Spinmoment μB ~) = negatives Moment eines Elektrons (=μB ~) = Valenz-Magneton1. Negative elementary magnetization = magneton = μβ ~ (cause negative electron charge e " → negative spin moment μ B ~ ) = negative moment of an electron (= μ B ~ ) = valence magneton
1.1 Magneton-Loch (fehlendes Magneton =μe+)1.1 Magneton hole (missing magneton = μe + )
(Ursache positive Elektron-Ladung e+oder fehlende Ladung → positives Spinmoment μe+) = positives Moment eines Magnetons (→ positive Elementar-Magnetisierung)(Cause positive electron charge e + or missing charge → positive spin moment μe + ) = positive moment of a magneton (→ positive elementary magnetization)
= äquivalent fehlende Magnetisierung/magn. Moment = Valenz-Magneton-Loch= equivalent lack of magnetization / magn. Moment = valence magneton hole
1.2 Magnetronen (M")/Magnetronen-Loch (M+)1.2 Magnetrons (M " ) / Magnetrons Hole (M + )
Negative bzw. positive Elementar-Flußquanten sind die FeldrelationenZ-quanten = Magnetronen/Magnetronen-LöeherThe field relations Z-quanta = magnetrons / magnetrons-solvers are negative or positive elementary flux quanta
= magnetische Energie im Raum zwischen den Magnetonen bzw. Magnetonen-Löchern . → Leitungs-Magnetron/-Magnetroπ-Loch 2. Negative Magnetisierung Atom= magnetic energy in the space between the magnetons or magneton holes. → Line magnetron / Magnetroπ hole 2. Negative magnetization atom
= Atom-Magneton AμB n-μ_f = negatives Moment des Atoms= Atom magneton Aμ B n-μ_f = negative moment of the atom
2.1 Positive Magnetisierung Atom = Atom-Magneton-Loch Aμs+=n -μe+ 2.1 Positive magnetization atom = atom magneton hole Aμs + = n -μe +
= positives Moment des Atoms = äquivalent fehlende Atom-Magnetisierung 2.2 Atom-Magnetronen (AM") / Atom-Magnetronen-Löcher (AM+) - Negative bzw. positive AM-Fluδquanten= positive moment of the atom = equivalent lack of atom magnetization 2.2 Atom Magnetrons (AM " ) / Atom Magnetron Holes (AM + ) - Negative or positive AM flux quanta
= magnetische Energie im Raum zwischen den Atom-Magnetonen/A-Magnetonen-Löchern.= magnetic energy in the space between the atom magnetons / A magneton holes.
2.3 Magnetisch negative oder positive Ionen Im*2.3 Magnetically negative or positive ions Im *
2.3.1 Magnetisch positives Ion2.3.1 Magnetically positive ion
Im allgemeinen sind nur aus Elektronen-Spinmomeπteπ erzeugteIn general, only spin electrons are generated
Magnetonen (μe~) und Magnetonen-Löcher (verhalten sich wie positive Magnetroen (μB +), sowie ihre zugehörigen Magnetronen (Bindungen) undMagnetons (μe ~ ) and magneton holes (behave like positive magnetroes (μ B + ), as well as their associated magnetrons (bonds) and
Magnetronen-Löcher (Bindungslücken), letztere verhalten sich auch wie positive Magnetronen), vorhanden.Magnetron holes (bond gaps), the latter also behave like positive magnetrons).
Wenn 1 AM" als Leitungsmagnetron Aμs" verläßt, fehlt eine BindungIf 1 AM leaves " as line magnetron Aμs " , a bond is missing
→ daraus entsteht ein magnetisch positives Ion (lm +) Tm + = magn. positives Ion: Fehlen einem Atom Magnetronen (Bindungen), ist es magnetisch positiv magnetisiert, es entsteht ein Nm -Feld-Halbleiter.→ this creates a magnetically positive ion (l m + ) T m + = magn. positive ion: If an atom lacks magnetrons (bonds), it is magnetically positively magnetized and an N m field semiconductor is formed.
2.3.2 Magnetisch negatives Ion2.3.2 Magnetically negative ion
Wenn 1 AM" als Leitungsmagnetron bei AμB " fehlt, hinterläßt es eine Bindungslücke,If 1 AM " is missing as a line magnetron at Aμ B " , it leaves a gap in the bond,
→ daraus entsteht ein magnetisch neagtives Ion (lm ") lm " - magn. negatives Ion: Hat das Atom mehr Magnetronen-Löcher, ist es magn. negativ magnetisiert, es entsteht ein Pm-Feld-Halbleiter. 2.3.4 Beachte bei magnetischen Ionen:→ this creates a magnetically negative ion (l m " ) l m " - magn. negative ion: If the atom has more magnetron holes, it is magn. negatively magnetized, a P m field semiconductor is formed. 2.3.4 Note with magnetic ions:
Bei elektrischen Ionen le ist das Atom dann absolut elektrisch neutral, wenn dieIn the case of electrical ions l e , the atom is absolutely electrically neutral if the
Elektronenzahl gleich der Protonenzahl im Kern ist.Electron number is equal to the proton number in the nucleus.
Idealer M-Isolator = magnetisch neutralIdeal M isolator = magnetically neutral
Bei magnetischen Ionen lm ist das Atom magnetisch absolut neutral, wenn die Bohrsche Magnetonenzahl in der Elektronenhülle = null ist = magnetischesWith magnetic ions l m , the atom is absolutely magnetically neutral if the Bohr number of magnetons in the electron shell = zero = magnetic
Null-Niveau der Spinmomente der Elektronenhülle = idealer M - Isolator. Das System ist nicht logisch gleich dem elektrischen System, d.h. den magnetischen Momenten der Protonen im Kern; die Kemmomente sind viel schwächer als die Spinmomente und tragen fast nichts zur Magnetisierung bei.Zero level of the spin moments of the electron shell = ideal M isolator. The system is not logically the same as the electrical system, i.e. the magnetic moments of the protons in the nucleus; the clamping moments are much weaker than the spin moments and contribute almost nothing to the magnetization.
Es gibt im magnetischen System zwei Niveaus: a) Das absolute Niveau mit absolut negativen oder positiven Spinmomenten (Fe, Co, Ni hat negatives Aμβ", weil von negativen Elektronen kommend und im Überschuß (im zeitlichen Mittel parallele zu antiparallelen Momente). b) Das relative Niveau: Wenn Aμe" des Atoms im Vergleich zum umgebenden Halbleiter-Atom (z.B. Co) negativ oder positiv ist (→ magn. Störstellenleitung), so dass in Bezug zum Aμβ" des Kristalls das Bohrsche Magneton der Fremdatome kleiner (→lm + z.B. Fe zu Co →Pm-Leiter) oder größer ist (→lm " z.B. Ni zu Co → Nm-Leiter).There are two levels in the magnetic system: a) The absolute level with absolutely negative or positive spin moments (Fe, Co, Ni has negative Aμβ " , because coming from negative electrons and in excess (on average, parallel to antiparallel moments). B) The relative level: If Aμe "of the atom is negative or positive in comparison to the surrounding semiconductor atom (eg Co) (→ magnetic impurity line), so that in relation to the Aμβ " of the crystal the Bohr magneton of the foreign atoms is smaller (→ l m + eg Fe to Co → P m conductor) or larger (→ l m " eg Ni to Co → N m conductor).
Die Magnetisierungs- bzw. Bindungsbasis ist das magnetische Kristall-Gitter (im elektrischen Falle ist die Elektronenpaar-Bindung des - elektrischen Kristall-Gitters die Basis). Bei sehr niedrigen Temperaturen sind e-Halbleifer elektrische Nichtleiter =Dielektrikum. Bei M-Halbleitern hängt die Leitfähigkeit (Austauschwechselwirkung aufgrundThe magnetization or bond base is the magnetic crystal lattice (in the electrical case, the electron pair bond of the - electrical crystal lattice is the base). At very low temperatures, e-semi-conductors are electrical non-conductors = dielectric. With M semiconductors, the conductivity depends (exchange interaction due to
Kopplung der Spinmomente mit relativem Atomabstand) ebenso von derCoupling of the spin moments with relative atomic distance) also from the
Temperatur ab, analog der Nichtleitfähigkeit im e-Halbleiter bei <T, → Dimagne- tikum (Fig. 140 und 141).Temperature ab, analogous to the non-conductivity in the e-semiconductor at <T, → dimension (Fig. 140 and 141).
Durch ein spezielles Stoff-Design kann man diese Nicht-Leitfähigkeit bei tiefen Temperaturen umkehren. (Fig. 141)A special fabric design can reverse this non-conductivity at low temperatures. (Fig. 141)
Durch Anhebung der Temperatur wird, analog wie im e-Halbleiter, die magn.By increasing the temperature, the magn.
Leitfähigkeit erhöht, dadurch werden Bindungen hergestellt → es entstehen frei beweglich Leitungsmagnetronen (Bindungen = M-Kopplungen zwischen den Atomen).Conductivity increased, this creates bonds → free-moving line magnetrons are created (bonds = M couplings between the atoms).
Beim M-Halbleiter sind die Magnetonenpaar-Bindung = Magnetronen; dieIn the case of the M semiconductor, the magneton pair bond = magnetrons; the
Atome werden dadurch mit der magnetischen Komponente zusammengehalten.Atoms are held together with the magnetic component.
3. Aton Ion-ElementarzeHe kristallin/amorph3. Aton ion elementary crystals crystalline / amorphous
Kristallines Metall: Atomordnung = streng periodische Anordnung in Raumgitter = Elementarzelle (verschiedene Konfigurationen) Elementarzelle = Ordnung mit Raumgitter. m Gitterpunkte des Raumgitters mit Atom-Elementarmagnete, Kopplung durch Austauschwechselwirkung (<=> Atomabstände) benachbarter Spins → n wirksame Elementarmagnete < m Gitter-Atome Beachte Elementarzellen-Magneton und Magnetron Amorphes Metall: Atomordnung = regellos angeordnet Elementarzelle = Ordnung nur im Nahbereich verschiedene Konfigurationen: = Tetraeder oder Ikosaeder mit je m Eck-Atomen S Tetraeder oder S Ikosaeder bilden einen Kugelhaufen/Cluster m Eckpunkte mit Atom-Elementarmagneten, Kopplung durch Austauschwechselwirkung (<=* Atomabstände) benachbarter Spins → n wirksame Elementarmagnete < m Eck-Atome Beachte Elementarzellen-Magneton und MagnetronCrystalline metal: atomic order = strictly periodic arrangement in space lattice = unit cell (different configurations) unit cell = order with space lattice. m lattice points of the space lattice with atomic elementary magnets, coupling through exchange interaction (<=> atomic distances) of neighboring spins → n effective elementary magnets <m lattice atoms Note unit cell magneton and magnetron amorphous metal: atomic order = randomly arranged unit cell = order only in the close range different configurations : = Tetrahedron or icosahedron with m corner atoms each S tetrahedron or S icosahedron form a globular cluster / cluster m corner points with atomic elementary magnets, coupling through exchange interaction (<= * atomic distances) of neighboring spins → n effective elementary magnets <m corner atoms Note unit cells -Magneton and Magnetron
4. Atom-Layer4. Atom layer
→ Ferromagnetismus-Elementarzelle (FEZ)→ Ferromagnetism unit cell (FEZ)
Ursache = S Elementarzellen (Raumgitter oder Cluster) → ALμB ±= s-n-μs*- FEZ Min. S = 6 Schichten (S) = Beginn des Ferromagnetismus.Cause = S unit cells (space lattice or cluster) → ALμ B ± = sn-μs * - FEZ min. S = 6 layers (S) = beginning of ferromagnetism.
Beachte bei kristallinen Stoffen: Ordnung isotrop oder Richtungsordnung (anisotrop) mit bestimmter magn. Vorzugsrichtung (Magnetfeldglühung, etc.)Note with crystalline substances: order isotropic or directional order (anisotropic) with certain magn. Preferred direction (magnetic field annealing, etc.)
4.1 Atom-Layer-Magneton = negative Atom-Layer-Magnetisierung ALμs" 4.1 atom-layer magneton = negative atom-layer magnetization ALμs "
= negatives Moment eines Atomlayers= negative moment of an atomic layer
4.2 Atom-Layer-Magnetoπ-Lσch = ALμs+ = positives Moment eines Atomlayes 4.3 → ALM" Magnetron und ALM+ Magnetron-Loch = Äustauschwechselwirkung der FEZ4.2 Atom-Layer-Magnetoπ-Lσch = ALμs + = positive moment of an atomic layer 4.3 → ALM " Magnetron and ALM + Magnetron hole = exchange interaction of the FEZ
Negative bzw. positive AL±/AC±-Flußquanten sind die Feldrelationen/-quanten = magnetische Energie im Raum zwischen den ALM" bzw. ALM+-Löchern.Negative or positive AL ± / AC ± flux quanta are the field relations / quanta = magnetic energy in the space between the ALM " or ALM + holes.
Die ALM* treten wegen des Beginns des Ferromagnetismus ab der 6. Schicht als ALM±-Flußquanten nach außen und ermöglichen die Ferro-Magnetisierung der Kristalle und damit die Weissschen Bezirke. 5. Weissscher Bezirk (kristallin oder amorph)Because of the beginning of ferromagnetism, the ALM * emerge from the 6th layer as ALM ± flow quanta and enable the ferro-magnetization of the crystals and thus the Weiss districts. 5. Weiss district (crystalline or amorphous)
→ einheitliche Spinrichtung im Weisssche Bezirk (Marko-Spinmoment)→ uniform spin direction in the Weiss district (Marko spin moment)
Kristallin: Einkristall/Kristallkom (Kristallit) aus FEZCrystalline: Single crystal / Kristallkom (crystallite) from FEZ
Kristallkörner - Kristallite (bestehen aus über größere Bereiche regelmäßigCrystal grains - crystallites (consist of regularly over larger areas
(streng periodisch) angeordneten Raumgittern Amorph: regellose Anordnung direkt aus den FEZ(strictly periodic) arranged space grids Amorphous: random arrangement directly from the FEZ
6. Festkörper aus n Weissschen Bezirken → Makro-Spinmoment s Permanant-Magnet (PM) 2.3.4 M-Halbleiterkristall6. Solid from n Weiss districts → Macro spin moment s Permanent magnet (PM) 2.3.4 M semiconductor crystal
Magnetische Leitfähigkeit von magnetischen HalbleiternMagnetic conductivity of magnetic semiconductors
Die genaue Kenntnis der magnetronischen statt elektronischen Struktur der Festkörper ist notwendig. M-Leiter Typen-KlassifizierungA precise knowledge of the magnetronic rather than electronic structure of the solid is necessary. M-conductor type classification
M-Nichtleiter: μr ≥ 1 bis ^104, z.B. auch hartmagn. Stoffe mit r« 1,06M non-conductor: μ r ≥ 1 to ^ 10 4 , e.g. also hard magnetic. Fabrics with r «1.06
M-Halbleiter: μr 104 bis > 105 M-semiconductor: μ r 10 4 to> 10 5
M-Leiter: μr 105 bis 106 Temperaturabhängige M-HalbleiterM-conductor: μ r 10 5 to 10 6 temperature-dependent M-semiconductors
M-Halbleiter sind bei a) tiefen Temperaturen M-Nichtleiter und bilden freie Magnetronen bei Normaltemperatur (= gesteigerte magn. Leitfähigkeit) b) M-Halbleitermit umgekehrter Temperatur-Leitfähigkeits-Funktiσn lassen sich in umgekehrter Funktion im Tieftemperaturbereich verwenden.M semiconductors are M nonconductors at a) low temperatures and form free magnetrons at normal temperature (= increased magnetic conductivity) b) M semiconductors with reversed temperature conductivity functions can be used in reverse function in the low temperature range.
Entgegen den elektrischen Halbleitern sind magnetische Halbleiter bei sehr tiefen Temperaturen auch magnetische Leiter, wenn man sie so designed (Stoffdesign)! M-Halbleiter → analoges Verhalten wie elektronische e-Halbleiter;Contrary to the electrical semiconductors, magnetic semiconductors are also magnetic conductors at very low temperatures if you design them like this (fabric design)! M-semiconductors → analog behavior like electronic e-semiconductors;
→ Verhalten wie Anti-M-Halbleiter.→ Behavior like anti-M semiconductor.
Die Leitfähigkeit des magn. relativen M-Isolators läßt sich durch Zusetzen von M- Fremdstoffen/M-Fremdatomen bei (M-Halbleiter Dotieren, bei M-Leiter Legieren) oder durch äußere Einflüsse, z.B. durch magnetische Felder, stark beeinflussen.The conductivity of the magn. relative M-insulators can be added by adding M-foreign substances / M-foreign atoms in (M-semiconductor doping, in M-conductor alloys) or by external influences, e.g. influenced strongly by magnetic fields.
Als Basismaterial wird ein relativ magnetischer "Nichtleiter" = M-Isolator, z.B. Cobalt oder Dysprosium (etc.) als M-"lsolator"-Atom, ohne freie magnetische Spinmoment-Kopplung, d.h. ohne freie Leitungsmagnetronen, d.h. a) bei T Tc oder b) bei sehr tiefer Temperatur (→ μ-T-Kennlinie) verwendet Magnetische Eigenleitung Durch Wärmezufuhr oder magn. Feldeinwirkung werden auch in undotierten M-"lsolatoren" freie magnetische Magnetronen (= Flußträger = Magnetisierungsträger) erzeugt: Spinmoment-Spinmoment-Loch-Paare (μ& → M+), die zu einer Eigenleitfähigkeit des M-"lsolators" führen (→ μ-T-Kennlinie).The base material used is a relatively magnetic "non-conductor" = M insulator, for example cobalt or dysprosium (etc.) as an M "insulator" atom, without free magnetic spin moment coupling, ie without free line magnetrons, ie a) at T Tc or b) used at a very low temperature (→ μ-T characteristic) Magnetic self-conduction by supplying heat or magn. Field effects are also generated in undoped M- "insulators" free magnetic magnetrons (= flux carriers = magnetization carriers): spin moment-spin moment-hole pairs (μ & → M + ), which lead to an intrinsic conductivity of the M- "insulator" (→ μ- T characteristic).
Ferromagnetische Makro-Quanten ALM" und ALM+ der Atom-LayerFerromagnetic macro quanta ALM " and ALM + of the atomic layer
Spinmoment-KopplungZ-Bindung = nicht das Spinmoment alleine (= M-Teilchen), sondern die Spinmoment-Kopplung über Austausch- Wechselwirkung aufgrund des relativen Atomabstandes führt zuSpin moment couplingZ-bond = not the spin moment alone (= M-particles), but the spin moment coupling via exchange interaction due to the relative atomic distance leads to
Ferromagnetismus, d.h. M-Makro-Quanten. Diese ferromagnetischen M-Makro- Quanten sind die eigentlichen Magnetronen, denn diese bewirken bei der Temperatur T erst die magnetische Leitfähigkeit; wenn die Bindung nicht da ist, dann besteht auch kein magnetischer Strom/Fluß von Magnetronen bzw. Magnetronen-Löchern (beachte auch die magn. Wirkung de> Atommagnete in der Elementarzelle),Ferromagnetism, i.e. M macro-quantum. These ferromagnetic M-macro quanta are the actual magnetrons, because they only cause magnetic conductivity at temperature T; if the bond is not there, then there is no magnetic current / flow from magnetrons or magnetron holes (also note the magnetic effect of the> atom magnets in the unit cell),
Nm-Dotierung m-Dotierung: Einbau von Fremdatomen mit einer freien magnetischen Spinmoment-Kopplung, d.h. das Atom muß ein magnetisches Spinmoment mehr haben als das M-"lsolator"-Atom. Jedes eingebaute M-Fremdatom liefert also ein freies, "negatives" Spinmoment und zugehörige BindungN m doping m doping: incorporation of foreign atoms with a free magnetic spin moment coupling, ie the atom must have one magnetic spin moment more than the M "isolator" atom. Each built-in M foreign atom thus provides a free, "negative" spin moment and the associated bond
(= magnetische Nm-Kopplung). Der M-"lsolator" wird magnetisch Nra-Ieitend. Pm-Dotierung(= magnetic N m coupling). The M "insulator" becomes magnetically N ra -conducting. Pm-doping
Pm-Dotierung: Einbau von Fremdatomen mit einer fehlenden Spinmomet-Kopplung, d.h. das eingebaute Fremdatom erzeugt magnetische Kopplungslücken ("positiv" magnetische "Löcher" = Magnetronen-Löcher), denn zur vollständigen Kopplung mit dem Nachbaratom über Austauschwechselwirkung fehlt dem Fremdatom ein "positives" Spinmoment und zugehörige Pm-Bindung.P m doping: incorporation of foreign atoms with a missing spin-moment coupling, ie the built-in foreign atom creates magnetic coupling gaps ("positive" magnetic "holes" = magnetron holes), because the foreign atom lacks a complete coupling with the neighboring atom via exchange interaction " positive "spin moment and associated P m bond.
Diese Bindungslücke heißt magnetisches Loch oder Defekt-Magnetron. M-Löcher sind im M-"lsσlatσr" beweglich. In einem magnetischen Feld wandern sie in entgegengesetzte Richtung wie die Magnetronen-Kopplungen. M-Löcher verhalten sich wie freie positive M-Kopplungeπ. Jedes eingebauteThis bond gap is called a magnetic hole or defect magnetron. M holes are movable in the M "lsσlatσr". In a magnetic field, they move in the opposite direction to the magnetron couplings. M holes behave like free positive M couplings. Any built-in
M-Fremdatom liefert also ein freies, positiv magnetisiertes Defekt-Magnetron (magnetisches Loch). Der magnetische "Isolator" wird magnetisch Pm-Ieitend.M foreign atom thus provides a free, positively magnetized defect magnetron (magnetic hole). The magnetic "insulator" becomes magnetic P m -conducting.
PmNm-Übergang / Grenzbereich im magnetischen Halbleiter Der Grenzbereich zwischen einer Pm-Ieitenden Zone und einerPmN m transition / boundary area in magnetic semiconductors The boundary area between a P m -conducting zone and a
Nm-Ieitenden Zone im selben M-Halbleiterkristall wird PmNm-Übergang genannt.The Nm-conducting zone in the same M semiconductor crystal is called the P m N m transition.
PmNm-Übergang ohne äußere magnetische Spannung Im Pm-Gebiet sind sehr viele magnetische Löcher (O), im Nm-Gebiet extrem wenige; im Nm-Gebiet sind sehr viele Magnetronen (•), im Pm-Gebiet extrem wenige. Dem Konzentrationsgefälle folgend diffundieren magnetische Magnetronen (Flußquanten = Magnetisierungsträger) ins jeweils andere Gebiet (magnetische Diffussionsströme/-flüsse). Durch den Verlust an magnetischen Löchern (Kopplungs-/Bindungs-Lücken) magneti isiert sich das Pm-Gebiet magnetisch negativ auf; durch den Verlust an magnetischen Kopplungen/Bindungen magnetisiert sich das Nm-Gebiet magnetisch positiv auf.PmNm transition without external magnetic tension There are many magnetic holes (O) in the Pm area, extremely few in the Nm area; there are a lot of magnetrons (•) in the Nm area, extremely few in the P m area. Following the concentration gradient, magnetic magnetrons (flux quanta = magnetization carriers) diffuse into the other area (magnetic diffusion currents / flows). Due to the loss of magnetic holes (coupling / binding gaps) the P m region magnetizes itself magnetically negatively; due to the loss of magnetic couplings / bonds, the Nm area magnetises itself magnetically positively.
Dadurch bildet sich zwischen Pm- und Nffl-Gebiet eine magnetische Spannung aus (Diffusionsspannung), die der magnetischenThis creates a magnetic voltage (diffusion voltage) between the P m and N ffl regions , that of the magnetic
(Kopplungs-/Bindungs-)Träger Wanderung (= Magnetronenwanderung) entgegenwirkt.(Coupling / binding) carrier migration (= magnetron migration) counteracts.
Der Ausgleich von magnetischen Löchern (= Magnetronen-Löcher) und magnetischen Kopplungen (= Magnetronen) kommt hierdurch zum Stillstand. Ergebnis: Am PmNm-Übergang entsteht eine an beweglichenThe compensation of magnetic holes (= magnetron holes) and magnetic couplings (= magnetrons) comes to a standstill. Result: At the P m N m transition there is a moving one
Kopplungenfträgern) verarmte, magnetisch schlecht leitende Zone, die Raummagnetisierungszone oder Sperrschicht, in ihr herrscht ein starkes magnetisches Feld. PmNm-Übergang mit äußerer magnetischer Spannung (Fig. 142)Coupling carriers) depleted, magnetically poorly conductive zone, the spatial magnetization zone or barrier layer, there is a strong magnetic field in it. P m N m transition with external magnetic tension (Fig. 142)
Sperrfall (1) : Magnetischer Minuspol (S) am Pm-Gebiet und magnetischer Pluspol (N) am Nm-Gebiet verbreitert die magnetische Raummagnetisierungszone: Infolgedessen ist der magnetische Stromfluß gesperrt bis auf einen geringen Rest (M-Sperrstrom/-fluß), der von den Minorität-Magnetisierungs- trägem herrührt.Blocking case (1): Magnetic negative pole (S) at the P m area and magnetic positive pole (N) at the Nm area widens the magnetic space magnetization zone: As a result, the magnetic current flow is blocked except for a small remainder (M blocking current / flow), which comes from the minority magnetization carriers.
Durchlassfall (2): Magnetischer Pluspol (N) am Pm-Gebiet und magn. Minuspol (S) am Nm-Gebiet baut die Sperrschicht ab. (Kopplungen-/Bindungen-) Magnetisierungs-Träger (= Magnetronen) überschwemmen den PmNm-Übergang, und es fließt ein großer magnetischerPassage case (2): Magnetic positive pole (N) at the P m area and magn. The negative pole (S) at the Nm area breaks down the barrier layer. (Coupling / binding) magnetization carriers (= magnetrons) flood the P m N m transition, and a large magnetic flux flows
Strom/Fluß in Durchlassrichtung.Current / flow in the forward direction.
M-Durchbruchsspaπnung: Magnetische Spannung in Sperrichtung, von der ab eine geringe magnetische Spannungserhöhung einen steilen Anstieg des magnetischen Sperrstroms (-flußes hervorruft.M breakdown voltage: magnetic voltage in the reverse direction, from which a slight increase in magnetic voltage causes a steep increase in the magnetic reverse current (flux).
Ursache: Herauslösen gebundener Magnetronen aus dem Kristallgitter in der Raummagnetisierungszone infolge hoher M-Feldstärke oder infolge von Stößen beschleunigter Magnetronen, die andere Magnetronen aus ihren Bindungen der inneren Elektronenschalen schlagen (es entstehen magnetische Löcher (Bindungslücken), weil koppelnde Spinmomente fehlen), was zu lawinenartiger (Kopplungs-/Bindungs-) Magnetisierungs-Träger-Vermehrung (= Magnetronenvermehrung) führt (magnetischer Lawinendurchbruch). 2.3.5 Atomarer AufbauCause: Detaching bound magnetrons from the crystal lattice in the spatial magnetization zone as a result of high M field strength or as a result of impacts of accelerated magnetrons that knock other magnetrons out of their bonds in the inner electron shells (magnetic holes (bond gaps) because there are no coupling spin moments), which leads to Avalanche-like (coupling / binding) magnetization carrier propagation (= magnetron augmentation) leads (magnetic avalanche breakthrough). 2.3.5 Atomic structure
M-Halbleiter bilden ein Kristallgitter. Je zwei M-Halbleiter - Atome haben n gemeinsame Spinmomentpaare (= Magnetonen durch ungesättigte Elektronenbesetzung), die durch Kopplungskräfte der Spinmomente ab sechs Atomlagen/Layer (bei Kristallen) bei T- Tc ein Ferromagnetikum bilden.M semiconductors form a crystal lattice. Two M-semiconductor atoms have n common pairs of spin moments (= magnetons due to unsaturated electrons), which form a ferromagnetic material at T-Tc due to the coupling forces of the spin moments from six atomic layers / layers (for crystals).
Bohrsche Magnetonen-Zahl n je Atom = AμB ~:Bohr magneton number n per atom = Aμ B ~ :
Fe je Fe-Atom von sechs 3d-Elektronen im zeitlichen Mittel -4,1 parallel und -1,9 antiparallel gerichtet, so dass -2,218 als wirksam nach aussen übrigbleiben, deshalb Aμβ" Co = -1,714 je Atom wirksam nach aussen (negativ wegen μB " von e") Ni = -0,604 je Atom wirksam nach aussen "Fe per Fe atom of six 3d electrons averaged -4.1 in parallel and -1.9 in antiparallel direction, so that -2.218 remain effective outside, therefore Aμβ " Co = -1.714 per atom effective to the outside (negative because of μ B " of e " ) Ni = -0.604 per atom effective to the outside "
→ Elektronen-Spinmoment-Bindung durch Austauschwechseiwirkung mit den Spinmomenten der Nachbaratome.→ Electron spin moment binding through exchange interaction with the spin moments of the neighboring atoms.
Die M-Elementhalbleiter haben z.B. bei Kobalt 3d7 Vaieπz-Magnetonen (= Spinmomente ), die mit Magnetonen der Nachbaratome im zeitlichen Mittel bei T<Tc zum großen Teil keine magn. Magnetronenpaarbindungen (Kopplungen durch Austauschwechselwirkung) eingehen, weil dieser große Teil der Elektronenschalen im Atom schon aufgefüllt ist.The M-element semiconductors have e.g. in the case of cobalt 3d7 Vaieπz magnetons (= spin moments) which, with the magnetons of the neighboring atoms, largely do not have a magn. Magnetron pair bonds (couplings through exchange interaction) enter because this large part of the electron shells in the atom is already filled.
Die unaufgefüllten Elektronenschalen/-Orbitale, d.h. die nach aussen durch Magnetroneπvwrfcsamen Magnetonen Aμβ" (vgl. wirksame Bohrsche Magnetonen), können Kopplungen bilden und erzeugen dadurch die spontane Magnetisierung.The unfilled electron shells / orbitals, ie the magnetons Aμβ " (cf. effective Bohr magnetons) externally by magnetron magnets, can form couplings and thereby generate the spontaneous magnetization.
Atommomente sind bei Temperatur T -Tc ungekσppelt, das Eiπzelato ist paramagnetisch.Atomic moments are uncapped at temperature T -Tc, the individual is paramagnetic.
Durch gerichtete Energiezufuhr (H-Feld) können einzelne "freie" Magnetonen ausgerichtet (polarisiert) und bei T- Tc gekoppelt werden mit derBy directed energy supply (H-field) single "free" magnetons can be aligned (polarized) and coupled with the T-Tc
Folge, daß diese "freien", im Einzelatom ungesättigten, nun nach außen gerichtet wirksamen Magnetonen, im Kristall die gekoppelte und gerichtete kohärente Überlagerung, durch funktionsabhängige Addition der Magnetronen (M-Influenzfunktion im Stoff) mit den "freien" Magnetronen der Nachbar-Atommomente, bewirken.Consequence that these "free", in the single atom unsaturated, now outwardly effective magnetons, in the crystal the coupled and directed coherent superposition, by function-dependent addition of the magnetrons (M influence function in the substance) with the "free" magnetrons of the neighboring atomic moments , cause.
Im magnetischen Bändermodell entspricht dieser Polarisations-, Koppel-/Bindung und Überlagerungs-Vorgang (betrifft in der Hierarchie auch die Kristallite) der Anhebung von Magnetronen vom M-Valenzband (MVB = unpolarisiert, ungekoppelt, nicht überlagert, nicht im Fernfeld addierteIn the magnetic band model, this polarization, coupling / binding and superposition process (in the hierarchy also affects the crystallites) corresponds to the elevation of magnetrons from the M valence band (MVB = unpolarized, uncoupled, not superimposed, not added in the far field
Magnetronen → nicht leitend) in das M-Leitungsband (MLB = Leitungsband = Permeabilitätsband = polarisiert, gekoppelt, überlagert, im Fernfeld addierte Magnetronen → leitend). Die Anhebung ins magnetische Leitungsband entsteht a) durch Absenkung der Temperatur T^Tc, oder b) Anhebung der Temperatur ins M-Leitungsbereich mit T-^Tc, d.h. das M-Leitungsband ist temperaturabhängig. Hat das Atom überschussige nach aussen wirksame magnetischeMagnetrons → non-conductive) into the M-conduction band (MLB = conduction band = permeability band = polarized, coupled, superimposed, magnetrons added → far) in the far field). The increase in the magnetic conduction band arises a) by lowering the temperature T ^ Tc, or b) raising the temperature in the M line range with T- ^ Tc, i.e. the M conduction band is temperature-dependent. Does the atom have excess externally effective magnetic
Momente, so ist es magnetisch negativ ( analog wie ein elektrisch negativ geladenes Ion) → magnetisch negatives Ion = lm ~.Moments, it is magnetically negative (analogous to an electrically negatively charged ion) → magnetically negative ion = l m ~ .
Fehlende magnetische Momente (Mangel) bedeutet analog magnetisch positives Ion = lm +. Die fehlenden wirksamen Magnetonen werdenMissing magnetic moments (lack) analogously means magnetically positive ion = l m + . The missing effective magnetons will be
Defektmagnetonen oder Magnetonen-Löcher genannt. Sie verhalten sich im See der negativen Magnetonen wie positive magnetische Teilchen (Positron-Magneton). Gleiches gilt für die magnetische Austauschwechselwirkung durch Magnetronen und Magnetronen-Löcher als magnetische Flußquanten / Flußquanten-Löcher (Defekt-Flußquanten) 2.3.8 Magnetische EigenleitungDefect magnetons or magneton holes called. They behave in the lake of negative magnetons like positive magnetic particles (positron magneton). The same applies to the magnetic exchange interaction by magnetrons and magnetron holes as magnetic flux quanta / flux quantum holes (defect flux quanta) 2.3.8 Magnetic self-conduction
Unterhalb der Curietemperatur besteht magnetische Leitfähigkeit (hohe Permeabilität) beim M-Halbleiter. Unterhalb dieser Temperatur Tc sind die Magnetisierungsträger = Flußquanten Φo = Leitungsmagnetronen1) frei beweglich, d.h. sie können sich ausbreiten, überlagern und kohärent addieren2), wenn sich die Atommagnete (spontan) parallel stellen, d.h. im Nah- und Fernfeld polarisiert und durch Austauschwechselwirkung gerichtet gekoppelt sind und dadurch ein Leitungsband bilden. 1): Im elektrischen Fall Elektronen = Ladungsträger = Leitungselektronen im Leitungsband.Below the Curie temperature there is magnetic conductivity (high permeability) in the M-semiconductor. Below this temperature Tc, the magnetization carriers = flux quanta Φo = line magnetrons 1) are free to move, i.e. they can spread, overlap and add coherently 2) if the atomic magnets (spontaneously) are parallel, i.e. polarize in the near and far fields and through exchange interaction directionally coupled and thereby form a conduction band. 1): In the electrical case electrons = charge carriers = conduction electrons in the conduction band.
2): Kohärenz: Überlagert man Wellena, b), zwischen denen eine feste Phasenbeziehung besteht, dann addieren sich deren Amplituden vorzeichengerecht (→ESR). a) Kohärente Überlagerung kohärent = (Aι+A2)2 b) Inkohärente Überlagerung inkohärent = At2+A2 =lι+l2 - Örtliche Kohärenz - Zeitliche Kohärenz: Kohärenzzeit, Kohärenzlänge2): Coherence: If waves a, b ) are superimposed, between which there is a fixed phase relationship, then their amplitudes add up according to the sign (→ ESR). a) Coherent overlay coherent = (Aι + A 2 ) 2 b) Incoherent overlay incoherent = At 2 + A 2 = lι + l 2 - local coherence - temporal coherence: coherence time, coherence length
Magnetischer KreisMagnetic circle
Ist der Feldquerschnitt A gegeben und wird dieser rechtwinklig vom Fluß Φ durchsetzt, dann ergibt sich die magn. Flußdichte B=Φ/A. Besonders beim Durchsetzen von Luftzwischenräumen kommt es dazu, dass ein Teil derIf the field cross-section A is given and this is penetrated at right angles by the river Φ, then the magn. Flux density B = Φ / A. Especially when there are air gaps, part of the
Feldlinien außerhalb des Feldquerschnitts A verläuft. Der dadurch entstehende Streufluß Φs vermindert den Gesamtfluß ΦQ und für den Nutzfluß gilt Streugrad bzw. Streufaktor O=ΦG/ΦN (Fig. 143). → Scherung der Magnetisierungskurve, Flußdichte / M-Stromdichte bei gegebener Durchflutung / M-Spannung.Field lines outside field cross section A runs. The resulting stray flux Φs reduces the total flow ΦQ and applies to the useful flow Scattering degree or scattering factor O = ΦG / ΦN (Fig. 143). → Shear the magnetization curve, flux density / M current density for a given flow / M voltage.
Beachte im Folgenden: a) die technische Stromrichtung (lm) Φ = + → - Magnetronen M" fließen vom N-Pol → S-Pol Magnetronen-Löcher M+ fließen vom S-Pol → N-Pol b) Physiklisches Verhalten (lm) Φ = - → + Magnetronen M" fließen vom S-Pol → N-Pol. Magnetronen-Löcher M+fließen vom N-Pol → S-PolNote in the following: a) the technical direction of current (l m ) Φ = + → - magnetrons M " flow from the N-pole → S-pole magnetron holes M + flow from the S-pole → N-pole b) physical behavior (l m ) Φ = - → + magnetrons M " flow from the S pole → N pole. Magnetron holes M + flow from the N pole → S pole
Leϊtungs-Vorgang = Transport/Ausbreitung der magn. Energie Eine am M-Halbleiter bzw. M-Leiter angelegte magn. Spannung (Θ) - und damit ein magnetisches Feld - treibt die (spontan) polarisierten negativen Magnetronen-Feldquanten M" (bei physikalischer Richtung) vom Minus-Pol (S=") zum Plus-Pol (N=+), mit funktionaler Addition von M" am Plus-Pol; bei technischer Stromrichtung umgekehrter Fluß (Fig. 144). Magnetisierung (= kohärente Addition der Atom-/Elektron-Momente) aufgrund der parallelen Atommagnete, die sich durch die Kopplungskräfte (ggf. durch Einfluß eines äußeren magn. Feldes) parallel stellen. Bei spontaner Magnetisierung sind alle Ätommagnete im Weissschen Bezirk parallel ohne Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes. Äußeres Feld = Kopplungsfeld = Σ atomarer Momente. Magnetisch funktionale Influenz Magn. funktionale Influenz als Funktion der Flußdichte mit Bi < Ba (perfektemagh. Influenz, wie im elektrischen Fall an der Oberfläche, nur bei Meißner-Ochsenfeld-Effekt (Supraleiterströme an der Oberfläche schirmen B-Feld perfekt ab). Im Bereich des N-Poles (-+) sind die negativen Magnetronen M" - entsprechend der Feldstärke - lokalisiert (siehe Fluß S=*N im Inneren des Ferromagnetikums) und über eine Funktion additiv wirksam (siehe auch: a) neutrale Zone im PM bzw. b) bei abstoßendem Feld Zone im FM. Fluß: M"s (mit Magnetronen-S-Komponente des Moments =s) wird vom Nord-Pol NB+ angezogen (und die MN-Komponente des Momentes im Nord-Pol-Bereich abgestoßen), die Momente sind entsprechend im Feld und lokal am Pol orientiert polarisiert. "Sobald sich die magnetisch Tiegätive Energie (= Magnetronen der negativen Magnetonen) in Richtung Pluspol (N) (aufgrund der Verschiebung / Verdrehung der magn. Dipole (atomare Bezirkspolarisation) durch ein äußeres Feld) ausbreitet (die negative Magnetisierung = negative Atommomente), addieren sich in einem funktionalen Magπetisierungszusammeπhang die Momente der einzelnen Atome (d.h. die Energie der negativen Magnetronen im Nah- und Fernfeld (→ magn. funktionale Influenz) innerhalb der Bezirkspoiarisation bzw. Kristallit-Polarisation) und hinterlassen eine magnetische Energie-Lücke, ein magnetisches Loch, d.h. die Magnetisierung (= Magnetronen = Energiequanten) breitet sich von der Atombindung der Magnetonen heraus aus - sonst entsteht keine Addition der Magnetronen (der Quanten-Momente) an anderer Stelle im M-Halbleiter und auch keine magn. funktionale Influenz am N-Ende bzw. S-Ende des M-Halbleiters. Die M-Löcher tragen ebenfalls zur magn. Stronr Flußleitung bei. Ein Magnetron M" aus einer benachbarten Bindung kann ein solches Magnetron-Loch M+(Bindungslücke) energetisch durc Austauschwechselwirkung ausfüllen. An der Stelle, wo es (das Magnetron) vorher war, entsteht wieder ein Magnetron-Loch. Die magn. Energie (Magnetronen) ist im Raum zwischen den Magnetonen lokalisiert. Dieser Vorgang wiederholt sich laufend. Das M-Loch (M+SN) wandert (breitet sich durch den ganzen Körper (M-Halbleiterkristall) vom Nordpol (N=+) zum Südpol (S=") aus. Koppiungs-ZBindungskräfte Kopplungskräfte bewirken, dass sich die Atommagnete parallel stellen → Kraftwirkung durch Überlappung der Elektronenbahnen (Elektronen-Orbitale) und dem damit verbundenen Austausch der Elektronen unter benachbarten Atomen bzw Ionen. Ursache Stoffmagnetismus Diamagnetismus: abgeschlossene Elektronenschalen Paramagnetismus: unaufgefüllte Elektronenschalen Ferromagnetismus: unaufgefüllte innere Elektronenschalen Antifenomagnetismus: unaufgefüllte innere Elektronenschalen, sehr kleine Atomabstände Ferrimagnetismus: unaufgefüllte innere Elektronenschalen, Spinellstruktur ErgebnisLeϊtungs process = transport / expansion of the magn. Energy A magn. Applied to the M semiconductor or M conductor. Voltage (Θ) - and thus a magnetic field - drives the (spontaneously) polarized negative magnetron field quanta M " (with physical direction) from the minus pole (S = " ) to the plus pole (N = + ), with functional addition of M " on the plus pole; reverse flow with technical current direction (Fig. 144). Magnetization (= coherent addition of the atom / electron moments) due to the parallel atom magnets, which are caused by the coupling forces (possibly due to the influence of an external magn In the case of spontaneous magnetization, all the atomic magnets in the Weiss region are parallel without the influence of an external magnetic field, external field = coupling field = Σ atomic moments. Magnetic functional influence Magn. Functional influence as a function of the flux density with Bi <B a (perfect magnetic influence, as in the electrical case on the surface, only with the Meissner-Ochsenfeld effect (superconductor currents on the surface shield the B field perfectly) In the area of the N pole (- +) the negative magnetrons M "are localized according to the field strength (see flow S = * N inside the ferromagnet) and are additively effective via a function (see also: a) neutral zone in the PM or b) with repulsive field zone in the FM. Flow: M "s (with magnetron S component of the moment = s ) is attracted by the north pole N B + (and the M N component of the moment in the north pole region repelled), the moments are polarized accordingly in the field and locally at the pole. " As soon as the magnetically active energy (= magnetrons of the negative magnetons) spreads in the direction of the positive pole (N) (due to the shift / rotation of the magnetic dipoles (atomic district polarization) by an external field) (the negative magnetization = negative atomic moments), add up the moments of the individual atoms (ie the energy of the negative magnetrons in the near and far field (→ magn. functional influence) within the district polarization or crystallite polarization) and leave a magnetic energy gap, a magnetic hole, in a functional magnetization context ie the magnetization (= magnetrons = energy quanta) spreads out from the atomic bond of the magnetons - otherwise there is no addition of the magnetrons (the quantum moments) elsewhere in the M-semiconductor and also no magnetic functional influence at the N-end or The S-end of the M-semiconductor The M-holes also contribute to the Stronr flux conduction on M " from a neighboring bond, such a magnetron hole M + (bond gap) can be filled energetically through an exchange interaction. At the point where it was (the magnetron), a magnetron hole is created again. The magn. Energy (magnetrons) is located in the space between the magnetons. This process is repeated continuously. The M-hole (M + SN ) migrates (spreads through the whole body (M-semiconductor crystal) from the north pole (N = + ) to the south pole (S = " ). Coupling-Z binding forces Coupling forces cause the atomic magnets to stand in parallel → Force effect due to the overlap of the electron orbits (electron orbitals) and the associated exchange of electrons among neighboring atoms or ions. Cause material magnetism diamagnetism: closed electron shells Paramagnetism: unfilled electron shells Ferromagnetism: unfilled inner electron shells Antifenomagnetism: unfilled inner electron shells, very small atomic distances Ferrimagnetism: unfilled inner electron shells, spinel structure Result
Für die Magnetronik werden im Raum ausbreitenden/wandernde Magnetisierungen = Magnetonen (== magnetische Energiequanten) als negative Leitungsmagnetronen (M"SN) bzw. Leitungsmagnetronen-Löcher (M+NS), analog so wie im elektrischen Fall wandernde Elektronen und Elektronen-Löcher benötigt. Die Ausbreitung der Magnetronen erfolgt inFor magnetronics, magnetizations that spread / migrate in space = magnetons (== magnetic energy quanta) are required as negative line magnetrons (M "SN ) or line magnetron holes (M + NS ), analogously to electrons and electron holes that migrate in the electrical case The magnetrons spread in
Phasen-/Gruppengeschwindigkeit.Phase / group velocity.
Magnetronen M"SN = Ausbreitung und Addition der magn. Momente = Energie-Fluß/-Strom Φ Richtung positivem Pol (N=+). Basis: Magneton mit negativem Moment μe", weil von negativerMagnetrons M "SN = propagation and addition of the magn. Moments = energy flow / current Φ direction positive pole (N = +). Basis: magneton with negative moment μe " because of negative
Elementar-Ladung stammend.Elemental charge.
Magnetron-Loch M*NS (= Defekt-Magnetron)Magnetron hole M * NS (= defect magnetron)
Im Bereich des S-Poles (=-) sind die positiven Magnetronen M+ - entsprechend der Feldstärke - lokalisiert (siehe Fluß N=*S im Inneren des Ferromagnetikums) und funktional additiv wirksamIn the area of the S-pole (= -) the positive magnetrons M + - according to the field strength - are localized (see flux N = * S inside the ferromagnetic) and are functionally additive
→ magn. funktionale Influenz:→ magn. functional influenza:
Energie-Fluß/-Strom Φ: M+ mit N=π- Komponente wird von S=- angezogen und M+ abgestoßen, die Momente SN bzw. NS sind entsprechend im Feld orientiert/polarisiertEnergy flow / current Φ: M + with N = π component is attracted by S = - and M + is repelled, the moments SN and NS are oriented / polarized accordingly in the field
Definitionsbasis: Magneton-Loch mit positivem Moment μβ+, weil von positiver Elemetar-Ladung bzw. fehlender ElementarladungBasis of definition: Magneton hole with positive moment μβ + because of positive elementary charge or missing elementary charge
(Elektronen-Loch → Spinmoment-Loch) stammend. Es gibt in der Magnetronik also zwei magnetische Makro-"Teilchen"(μB~, μβ+) =(Electron hole → spin moment hole). So there are two magnetic macro "particles" (μB ~ , μβ + ) in magnetronics =
Magnetonen bzw. Magnetronen-Löcher mit ihren jeweils vorzeichenorientierten magnetischen Quanten Magnetronen M~ und Magnetronen-Löcher M*. (Symbol „m" ist schon durch die Masse besetzt.) Durch eine angelegte magn. Spannung breiten sich im KörperMagnetons or magnetron holes with their respective sign-oriented magnetic quanta magnetrons M ~ and magnetron holes M *. (The symbol "m" is already occupied by the mass.) An applied magnetic tension spreads in the body
(M-Halbleiterkristall) die Leitungs-Magnetronen M" vom Minus-Pol (S) zum Plus-Pol (N) und die Magnetronen-Löcher M+ vom Plus-Pol (N) zum Minus-Pol (S) aus. Freie Magnetronen und Magnetronen-Löcher können immer nur paarweise auftreten, so gilt für die Dichte der Magnetronen und Magnetronen-Löcher m=Pm (M semiconductor crystal) the line magnetrons M " from the minus pole (S) to the plus pole (N) and the magnetron holes M + from the plus pole (N) to the minus pole (S). Free magnetrons and magnetron holes can only ever occur in pairs, so for the density of the magnetrons and magnetron holes m = P m
Der magnetische Gesamtstrom (= Gesamtfluß Φ) aus den Momenten läßt sich als Summe aus einem Magnetronen-Strom/-Fluß und Magnetronen-Löcher-Strom/-Fluß bilden, analog wie im elektronischen Fall beim Elektronen- zw. Elektronen-Löcher-Strom. In der Magnetronik besteht der Strom/Fluß aus Feldquanten Φ0, den magn. Energiequanten, d.h. den Magnetronen /M-Löcher im Raum zwischen den Magnetonen / M-Löchern.The total magnetic current (= total flux Φ) from the moments can be calculated as the sum of a magnetron current / flux and Form magnetron-hole current / flow, analogous to the electronic case with electron or electron-hole current. In magnetronics, the current / flow consists of field quanta Φ 0 , the magn. Energy quanta, ie the magnetrons / M-holes in the space between the magnetons / M-holes.
2.3.7 Magnetische Störstellenleitung2.3.7 Magnetic fault line
Fügt man einer Schmelze eines reinen ferromagnetischen Halbleiterkristalls (= kein reines Dimagnetikum bzw. reiner M-Isolator, weil M-Halbieiter in der Leitfähigkeit bei Normaltemperatur zwischen M-Isolator und M-Leiter) einen ganz geringen ferromagnetischen Fremdstoffanteil zu (dotieren), so steigt die magnetische Feld-Leitfähigkeit μ (der Flußquanten) stark an.Adding a melt of a pure ferromagnetic semiconductor crystal (= no pure dimagnetic or pure M-insulator, because M-semi-conductors in conductivity at normal temperature between M-insulator and M-conductor) to add a very small amount of ferromagnetic foreign matter increases the magnetic field conductivity μ (of the flux quanta) strongly.
Basis: z.B. a) Co, oder b) Dy. Stoffdesign bei tiefer Temperatur M-Nichtleiter. Bzw. umgekehr: Bei Jc wird die Spinkopplung aufgehoben; μ\ hat einen stark werkstoffabhängigen Verlauf → Temperaturabhängigkeit derBasis: e.g. a) Co, or b) Dy. Fabric design at low temperature M non-conductor. Respectively. vice versa: At J c the spin coupling is released; μ \ has a strongly material-dependent course → temperature dependence of the
Permeabilität; Sättigungspolarisation Js folgt relativ zur universellen Funktion.Permeability; Saturation polarization J s follows relative to the universal function.
Nm-LeiterN m -directors
Beispiel: M-Kristallbasis 7-wertiges Co mit 8-wertigem Ni dotiert = magnetisch höherwertige Fremdatome (bezüglich Co-Niveau) in magn. niedri er wertigen M-Halbleiter dotieren: Z.B. Co 3d74s2 = 9 Elektronen plus Ni Sd^s2 = 10 Elektronen → Elektronen-Differenz auf 3d-Schale = + 1 Ni-Elektron - +1 Ni-Magneton = +1 Ni-Magnetron. Definition: Magnetonen = magnetische Teilchen mit Vorzeichen derExample: M-crystal base 7-valent Co doped with 8-valent Ni = magnetically higher-value foreign atoms (with regard to Co-level) in magn. doping lower M-semiconductors: eg Co 3d 7 4s 2 = 9 electrons plus Ni Sd ^ s 2 = 10 electrons → electron difference on 3d shell = + 1 Ni electron - +1 Ni magneton = +1 Ni magnetron. Definition: magnetons = magnetic particles with sign of
Ladung, Magnetronen - magn. Feldquanten = Flußquanten mit gleichem Vorzeichen. Jedes Magneton/Magnetron hat 1 "Quasi-Dipol" (N - +Pof. S - -Pol) - Spinmoment. Beachte Anzahl und Differenz der im zeitlichen Mittel x parallel und y antiparallel gerichteten Elektronen mit ihren Momenten auf der 3d-Schale/Orbital (und bei der Elementarzelle (Raumgitter / Tetraeder/Ikosaeder)) Die Bohrsche Magnetonen-Differenz auf der 3d-Schale beträgt:Charge, magnetrons - magn. Field quanta = river quanta with the same sign. Each magneton / magnetron has 1 "quasi-dipole" (N - + Pof. S - -Pol) spin moment. Note the number and difference of the electrons directed in time x parallel and y antiparallel with their moments on the 3d shell / orbital (and in the unit cell (space lattice / tetrahedron / icosahedron)) The Bohr magneton difference on the 3d shell is:
Co 1 ,714 - Ni 0,604 = +1,11, also etwas mehr, als die Elektronenzahl-Differenz, d.h. auch +1,1 Magnetronen.Co 1, 714 - Ni 0.604 = +1.11, i.e. slightly more than the electron number difference, i.e. also +1.1 magnetrons.
Dotierung auch aus der Lathanoide-Ferro-Reihe Gd, Tb, Dy, Ho, Er, z.B. Dy 4f105d°6s2 plus Ho 4f115d°6s2 Doping also from the lathanoid ferro series Gd, Tb, Dy, Ho, Er, e.g. Dy 4f 10 5d ° 6s 2 plus Ho 4f 11 5d ° 6s 2
→ Elektronen-Differenz auf 4f-Schale - + 1 Ho-Elektron oder mit größerem Wertigkeitsunterschied: Dy 4f105dδ6s2 plus E 4f1z5d°6s2 → Elektronen-Differenz auf 4f-Schale = + 2 Er-Elektronen.→ Electron difference on 4f shell - + 1 Ho electron or with a larger difference in valency: Dy 4f 10 5d δ 6s 2 plus E 4f 1z 5d ° 6s 2 → Electron difference on 4f shell = + 2 Er electrons.
Jedes magnetisch höherwertige Störatom (Ni in Co dotiert) bringt Magnetonen (Elektronen mit deren Spinmomenten) der unaufgefüllten inneren Elektronenschalen mit, die keine magnetische Bindung mit den nächsten Atomnachbarn eingehen können, weil sie überzählig im Basis-Kristall sind. Dotteratome bringen eine M-Bindung in den -Halbleiterkristail (z.B. Co) ein, d.h. negative Magnetronen sind Bindungen.Each magnetically higher-quality interfering atom (Ni doped in Co) brings magnetons (electrons with their spin moments) of the unfilled inner electron shells, which cannot form a magnetic bond with the nearest atomic neighbors because they are redundant in the base crystal. Yolk atoms introduce an M bond into the semiconductor crystal (eg Co), ie negative magnetrons are bonds.
Dieses "freie" Magneton (« negatives Spinmoment des negativen Elektrons) kann durch geringe gerichtete Energiezufuhr (H-Feld) von seinem Atom (3d-Orbital) nicht als Teilchen abgetrennt, aber in seiner Spinrichtung = Energierichtung ausgerichtet (polarisiert) werden, damit sich die Feldenergie der Magnetronen in der Bindungsrichtung ausbreitet und im Fernfeld funktional addieren kann. Die Magnetonen sind im Atom fixiert, da sie auf der inneren Schale lokalisiert sind (nicht dispositiv wie bei Valenzelektronen auf der äußeren Schale, die das Atom über das e-Leitungsband wechseln können (Teilchen-Transport)). Bei den Magnetonen besteht ein Quantentransport (= Flußquanten); d.h. das Prinzip des M-Halbleiters beruht auf dem Transport von gerichteten magnetischen Energie-Feldquanten.This "free" magneton («negative spin moment of the negative electron) cannot be separated from its atom (3d orbital) as a particle by low directional energy supply (H field), but can be aligned (polarized) in its spin direction = energy direction, so that the field energy of the magnetrons spreads in the bond direction and can add functionally in the far field. The magnetons are fixed in the atom because they are localized on the inner shell (not dispositiv as with valence electrons on the outer shell, which can change the atom via the e-conduction band (particle transport)). The magnetons have a quantum transport (= flux quanta); i.e. the principle of the M-semiconductor is based on the transport of directional magnetic energy field quanta.
In diesem Fall beruht die magnetische Leitung vorwiegend auf dem Transport der Feldenergie der negativen Magnetronen (« Quanten der negativen Spinmomente der Elektronen = Majoritätsträger), d.h. den Fiußquanten und nicht auf dem Transport der im Atom fixierten Elektronen. Der M-Halbleiter wird deshalb Nm-Feld-Ieitend. Diese "frei" ausbreitbare negative Feldenergie des Leitungs-Magnetrons bildet ein magnetisch positives Ni-Ion = M-Ni-lon+. Die Feldenergie = Magnetronen der gebundenen Magnetonen, breiten sich mit Phasen- Gruppengeschwindikeit im Festkörper aus. Nm-Feld-Leiter enthalten "freie" Magnetronen (Leitungs-Magnetronen) als Magnetisierungsträger « Quanten der negativen Spinmomente der Elektronen.In this case the magnetic conduction is mainly based on the transport of the field energy of the negative magnetrons ("quantum of the negative spin moments of the electrons = majority carrier), ie the foot quanta and not on the transport of the electrons fixed in the atom. The M semiconductor therefore becomes N m field conductive. This "freely" spreadable negative field energy of the line magnetron forms a magnetically positive Ni-Ion = M-Ni-lon + . The field energy = magnetrons of the bound magnetons, propagate in the solid with phase group speed. N m field conductors contain "free" magnetrons (line magnetrons) as magnetization carriers «quanta of the negative spin moments of the electrons.
→ Magnetisierung durch Bindung und Polarisation der Magnetronen.→ Magnetization through binding and polarization of the magnetrons.
Pm-LeiterP m conductor
Beispiel: M-Kristallbasis 7-wertiges Co mit 6-wertigem Fe dotiert: Das magnetisch 7-wertige Kobalt als M-Halbleiterkristall kann aber auch mitExample: M-crystal base 7-valent Co doped with 6-valent Fe: The magnetically 7-valent cobalt as M-semiconductor crystal can also be used
6-wertigem Fremdatom dotiert werden, z.B.:6-valent foreign atom can be doped, e.g .:
Co 3d74s2 plus Fe 3d64s2 → Elektronen-Differenz 3d = -1 Fe-Elektron = -1 Magneton = -1 Magnetron Beachte Anzahl und Differenz der im zeitlichen Mittel x parallelen und y antiparallel gerichteten Elektronen auf der 3d-Schale/Orbital.Co 3d 7 4s 2 plus Fe 3d 6 4s 2 → electron difference 3d = -1 Fe electron = -1 magneton = -1 magnetron Note the number and difference of the electrons on the 3d shell that are x parallel in parallel and y antiparallel in direction / orbital.
Die Bohrsche Magnetonen-Differenz beträgt C -1,714 + Fe 2,218 = -0,504, d.h. auch -0,504 Magnetronen (Feld-Quanten).The Bohr magneton difference is C -1.714 + Fe 2.218 = -0.504, i.e. also -0.504 magnetrons (field quanta).
Oder auch Dy 4f105d°6s2 plus Tb 4f95d°6s2 → Elektonen-Differenz 4f = - 1 Tb-ElektronOr also Dy 4f 10 5d ° 6s 2 plus Tb 4f 9 5d ° 6s 2 → electron difference 4f = - 1 Tb electron
= -1 Magneton - -1 Magnetron oder sie werden mit größerem magn. Wertigkeitsunterschied dotiert:= -1 magneton - -1 magnetron or they are with a larger magn. Value difference endowed:
Dy 4f105d°6s2 plus Gd 4f75d16s2 → Elektronen-Differenz aufDy 4f 10 5d ° 6s 2 plus Gd 4f 7 5d 1 6s 2 → electron difference
4f=-3 plus 5d=+1 = -2 Dy-Elektronen = -2 Magnetonen = -2 Magnetronen.4f = -3 plus 5d = + 1 = -2 Dy electrons = -2 magnetons = -2 magnetrons.
Für die vollständige magnetisch positive Bindung fehlt ein Magneton (Elektron mit Spinmoment). Dotieratome bringen eine M-Bindungs-Lücke in den M-Halbleitekristall (z.B. Co) ein, d.h. positive Magnetronen sind Bindungslücken. Diese "frei" ausbreitbare positive Feldenergie des Magnetons bildet ein magnetisch positives Loch. Aus dem Eisenatom wird ein magnetisch negatives Ion = M-Fe-Ion". Ein mit 6-wertigen Fremdatomen dotiertes 7-wertigen Kobalt-Kristall nennt man Pm-Feld-Leiter. Bereits durch geringe gerichtete Energie∑ufuhr (H-Feld), kann dieses lokaleA magneton (electron with spin moment) is missing for the complete magnetic positive bond. Doping atoms introduce an M-bond gap into the M-semiconductor crystal (eg Co), ie positive magnetrons are bond gaps. This "freely" spreadable positive field energy of the magneton forms a magnetically positive hole. The iron atom becomes a magnetically negative ion = M-Fe ion " . A 7-valent cobalt crystal doped with 6-valent foreign atoms is called a P m -field conductor. Already due to low directional energy supply (H-field) , this can be local
M-Loch (μe+) von einem Magneton (μs") eines Nachbaratoms durch Kopplung (Austauschwechselwirkung) energetisch mit Magnetronen ausgefüllt werden. Die magnetische Feld-Leitung beruht also vonwiegend auf der Ausbreitung der positiven Feldenergie als Magnetronen-Löcher, ausgehend von den magn. positiven Magnetonen-Löchern (= positive Elektronen Spinmomente von e+, oder von fehlenden Spinmomenten von e", die sich wie positive magnetische Teilchen verhalten), man spricht deshalb von Pm-Feld-Leitung.M-hole (μe + ) of a magneton (μs " ) of a neighboring atom is filled with energy by coupling (exchange interaction) with magnetrons. The magnetic field conduction is therefore based mainly on the spread of the positive field energy as magnetron holes, starting from the magn . positive magneton holes (= positive electrons spin moments of e + , or of missing spin moments of e " , which behave like positive magnetic particles), one therefore speaks of P m field conduction.
Pm-Feld-Leiter enthalten "frei" ausbrettbare positive Magnetronen-Löcher-Feldenergie (Bindungs/Kopplungs-Lücken) = Defektmagnetronen als Magnetisierungsträger. ErgebnisP m field conductors contain positive magnetron hole field energy (binding / coupling gaps) which can be "freely" flattened out = defect magnetrons as magnetization carriers. Result
Die durch Dotieren entstandenen Pm- und Nm-Feld-Leiter bleiben weiterhin nach außen magnetisch neutral.The P m and N m field conductors created by doping remain magnetically neutral to the outside.
Die magnetische Feld-Leitfähigkeit im dotierten M-Halbleiter nimmt nur solange zu, bis alle Fremdatome beim Nm-Feld-Leiter ihre überzähligeThe magnetic field conductivity in the doped M semiconductor only increases until all foreign atoms in the N m field conductor have their surplus
Magnetronen-Feldenergie durch Kopplung/Bindung energetisch abgegeben haben, bzw. im Pm-Feld-Leiter von ihrem Nachbaratom je ein Magnetron-Loch als magn. Feldenergie durch Nicht-Kopplung/Bindungslücke energetisch aufgenommen haben.Have released magnetron field energy energetically through coupling / binding, or in the P m field conductor of each neighboring atom a magnetron hole as magn. Field energy absorbed energetically through non-coupling / bond gap.
Magnetronen sind negative Bindungen, Magnetronen-Löcher sind positive Bindungs-Lücken.Magnetrons are negative bonds, magnetron holes are positive bond gaps.
2.3.8 PmNm-Ubergang Bringt man einen Pm-Feld-Leiter und einen Nm-Feld-Leiter zusammen, entsteht an der Berührungsstelle ein PmNm-Übergang (Fig. 145). Beispiel PmNm-Übergang (Fig. 145) Co = M-Halbleiter Dotierung mit Fremdatomen Ni oder Fe. Nm-Feld-Leiter: Co 7-wertig + Ni 8-wertig dotiert. Magnetronen = Magnetisierungsträger2.3.8 P m N m transition If a P m field conductor and an N m field conductor are brought together, a P m N m transition is created at the point of contact (Fig. 145). Example P m N m transition (FIG. 145) Co = M semiconductor doping with foreign atoms Ni or Fe. N m field conductor: Co 7-valued + Ni 8-valued doped. Magnetrons = magnetization carriers
Pm-Feld-Leiter: Co 7-wertig + Fe 6-wertig dotiert Magnetronen-Löcher = MagnetisierungsträgerP m field conductor: Co 7-valued + Fe 6-valued doped magnetron holes = magnetization carriers
An der Grenze vom Pm- zum Nm-Feld-Leiter dringen ohne angelegte magn. Spannung Θ (=Um), nur durch die Wärmebewegung, Magnetronen vomAt the border from P m - to the N m field conductor penetrate without the magn. Voltage Θ (= U m ), only due to the thermal movement, magnetrons from
Nm-Feld-Leiter in den Pm-Feld-Leiter ein und rekombinieren (wiedervereinigen) dort mit den Magnetronen-Löchern (Feld-Löcher). Umgekehrt diffundieren M-Löcher des Pm-Feld-Leiters in den Nm-Feld-Leiter und verbinden sich dort mit den freien Magnetronen (→magn. Oberflächenpolarisation). Beiderseits der Grenze verarmt der M-Halbleiterkristail (z.B. Co) an freien Magnetisierungsträgern:Nm field conductor into the P m field conductor and recombine (reunite) there with the magnetron holes (field holes). Conversely, M holes of the P m field conductor diffuse into the N m field conductor and connect there with the free magnetrons (→ magnetic surface polarization). On both sides of the border, the M-semiconductor cocktail (eg Co) becomes poor on free magnetization carriers:
Die Grenzschicht wirkt wie ein magn. Isolator (μr≥1) und bildet eine M-Sperrschicht (Fig. 146).The boundary layer acts like a magn. Insulator (μ r ≥1) and forms an M barrier layer (Fig. 146).
Am PmNm-Übergang von M-Halbleitem entsteht eine M-Sperrschicht (→ neutrale Zone wie bei Nordpol-Südpol-Übergang einesAt the P m N m junction of M semiconductors, an M barrier layer is created (→ neutral zone like one at the north pole-south pole junction)
Permanent-Magneten).Permanent magnets).
Fehlen jedoch in der Grenzschicht Leitungs-Magnetronen und M-Löcher, üben die Magnetisierungen der ortsgebundenen M-Ionen ihren Einfuß aus: Das Nm-Grenzgebiet ist magnetisch positiv (Ion lm + mit Basis μB +), dasHowever, if there are no line magnetrons and M holes in the boundary layer, the magnetizations of the fixed M ions exert their influence: The Nm boundary region is magnetically positive (ion l m + with base μ B + )
Pm-Grenzgebiet magnetisch negativ aufmagnetisiert (Ion lm " mit Basis μβ").P m border area magnetically negatively magnetized (ion l m " with base μβ " ).
Diese Raummagnetisierungszonen (elektr. Raumladungen Q → M) beenden die weitere magnetische Diffussion: Die magn. negative Pm-Grenzschicht zieht die diffundierenden M-Löcher und die magn. positive Nm-Grenzschicht die eingedrungenen Magnetronen zurück. Die Magnetisierungen in der ca. 1μm dicken Grenzschicht verursachen eine magn. Diffusionsspannung (Θoiff) am PmNm-Übergang. Durch Anlegen einer äußeren magn. Spannung (Θ) kann der PmNm-Übergang in Sperrrichtung oder in Durchiassrichtung für magn. Fluß Φ (Flußquanten) betrieben werden (Fig. 147).These spatial magnetization zones (electrical space charges Q → M) end the further magnetic diffusion: the magn. negative P m boundary layer pulls the diffusing M holes and the magn. positive N m boundary layer the penetrated magnetrons back. The magnetizations in the approx. 1μm thick boundary layer cause a magn. Diffusion voltage (Θoi ff ) at the PmNm transition. By creating an outer magn. Voltage (Θ) can be the P m Nm transition in the blocking direction or in the passage direction for magn. River Φ (river quanta) are operated (Fig. 147).
Der PmNm-Übergang wirkt wie ein magn. Kondensator. Die Sperrschicht (μr ≥1) besitzt eine magn. Kapazität Cm (Sperrschicht-Kapazität). → Magnetischer Kondensator: Feldstärke sinkt, Kapazität steigt, dabei sind die Kraftwirkungen des Feldes zu beachten: Erfindung Feldgenerator → Optimum =The PmNm transition acts like a magn. Capacitor. The barrier layer (μ r ≥1) has a magn. Capacitance C m (junction capacitance). → Magnetic capacitor: field strength decreases, capacitance increases, the force effects of the field have to be taken into account: Invention field generator → Optimum =
Gleichgewichtszustand mit Energielücke E=0.Equilibrium state with energy gap E = 0.
2.3.9 Magnetischer Durchbruch des PmNm-Übergangs2.3.9 Magnetic breakthrough of the P m N m transition
2.3.9.1 Magnetische Analogie zum Zehner-Effekt In Sperrrichtung kann es zu einem Durchbruch kommen. Infolge großer magn.2.3.9.1 Magnetic analogy to the tens effect A breakthrough can occur in the reverse direction. As a result of large magn.
Feldstärke im Inneren des Übergangs werden Magnetronen aus dem magn.Field strength inside the transition are magnetrons from the magn.
Valenzband des Pm-Materials waagrecht über die verbotene Zone ins magn.Valence band of the P m material horizontally across the forbidden zone into the magn.
Leitungsband des Nm-Materials gezogen (tunneln). Dieser Effekt tritt bei stark dotierten magn. Dioden auf und kann dort bei wenigen Ampere magnetischer Sperrspannung einsetzen. (Fig. 148).Conduction band of the N m material pulled (tunneling). This effect occurs with heavily doped magn. Diodes on and can use magnetic reverse voltage at a few amperes. (Fig. 148).
2.3.9.2 Magnetische Lawinenmultiplikation im PmNm-Übergang2.3.9.2 Magnetic avalanche multiplication in the PmNm transition
Dieser Mechanismus führt zum Durchbruch. Ein Magnetron bewegt sich bei großer magn. Feldstärke so schnell, daß es bei einem Zusammenstoß mit dem Gitter einen Teil seiner Energie abgeben und ein neues freiesThis mechanism leads to a breakthrough. A magnetron moves at a large magn. Field strength so fast that in the event of a collision with the grid, some of its energy is released and a new free one
"Magnetronen"-"Magnetronen-Loch"-Paar erzeugen kann. Diese Magnetisierungsträger werden in gleicher Weise beschleunigt und können ihrerseits neue frei Paare schaffen, so daß der Magnetstrom/-fluß lawinenartig anwächst (Fig. 149). 4. M-Feld-Haihleiterbaulefemente (Magnetic Semiconductor Elements)"Magnetrons" - "Magnetron hole" pair can generate. These magnetization carriers are accelerated in the same way and can in turn create new free pairs, so that the magnet current / flux increases like an avalanche (FIG. 149). 4. M-field semiconductor components (Magnetic Semiconductor Elements)
4.1. M-Typen Ein PmNm-Übergang führt zu M-Dioden, zwei PmNm-Übergänge führen zu4.1. M types A P m N m transition leads to M diodes, two P m N m transitions lead to
M-Transistoren, drei und mehr Übergänge zu M-Thyristoren.M-transistors, three and more transitions to M-thyristors.
Funktionen von M-Halbleiter-Bauelementen (→ Feldmodulatoren) M-Diode: Eine M-Halbleiterdiode leitet, wenn man sie in Durchlassrichtung polt, und sie sperrt den magnetischen Strom/Fluß, wenn sie entgegengesetzt gepolt ist.Functions of M-semiconductor components (→ field modulators) M-diode: An M-semiconductor diode conducts if it is polarized in the forward direction, and it blocks the magnetic current / flow if it is polarized in the opposite direction.
M-Transistor: M-Transistoren sind versin ende aktive oder schaltbare M-Halbleiterbauelemente, man kann sie in bipolare M-BT und unipolare M-Transistoren M-FET einteilen.M-transistor: M-transistors are active or switchable M-semiconductor components, they can be divided into bipolar M-BT and unipolar M-transistors M-FET.
M-Thyristor: M-Thyristoren (Oberbegriff) sind magnetisch schaltbare Bauelemente, mit vier aufeinander folgenden M-Halbleiterzonen wechselnder M-Leitungsart: PmNmPmNm Der M-Thyristor wirkt wie eine M-Diode, sobald M-Gatestrom fließt.M-thyristor: M-thyristors (generic term) are magnetically switchable components, with four successive M-semiconductor zones of alternating M-line types: P m N m P m Nm The M-thyristor acts like an M-diode as soon as the M-gate current flows ,
Durch magnetische Signale getriggert wirken sie wie Kippschalter (Sperr-/Durchlass-Zustand).Triggered by magnetic signals, they act like toggle switches (blocking / pass state).
4.2 M-Dioden M-Ha!bleiterbauelement mit einem PmNm-Übergang. Das spezifische4.2 M-Diodes M-Ha! Conductor component with a P m N m transition. The specific
Verhalten wird durch den jeweiligen Verlauf der Dotierungskonzentration im Kristall bestimmt (Fig. 150).Behavior is determined by the respective course of the doping concentration in the crystal (Fig. 150).
M-Gleichrichterdiode Sie wirkt wie ein Magnetstromventil und ist deshalb das geeignete Bauelement zur Gleichrichtung von magnetischen Wechselströmen. Der Magnetstrom/-fluß in Sperrichtung (M-Sperrstrom/-fluß) kann etwa 107 mal kleiner sein als sein M-Duτchlassstrom/-fluß. Er wächst mit steigender Temperatur stark an. M-Gleichrichter für hohe M-SpannungenM rectifier diode It acts like a solenoid valve and is therefore the suitable component for rectifying alternating magnetic currents. The reverse magnetic current / flow (M reverse current / flow) can be about 10 7 times smaller than its M-Duτchlassstrom / -fluß. It grows strongly with increasing temperature. M rectifier for high M voltages
Hohe magnetische Sperrspannung erfordert, dass mindestens eine M-Zone niedrige magnetische Leitfähigkeit hat (hoher magnetischer Widerstand in Durchlassrichtuπg und damit zu starke Erwärmung). Durch Einschalten einer sehr schwach dotierten Zone (lm) zwischen hoch dotierten Pm- und Nm-Zonen entsteht ein PmlmNm-Gleichrichter, der hohe magnetische Sperrspannung, aber niedrigen magnetischen Durchlasswiderstand hat: → magnetische Leitfähigkeitsmodulation.High magnetic reverse voltage requires that at least one M zone has low magnetic conductivity (high magnetic resistance in the forward direction and thus excessive heating). By switching on a very lightly doped zone (l m ) between highly doped P m and N m zones, a P m lmNm rectifier is created, which has high magnetic blocking voltage but low magnetic on resistance: → magnetic conductivity modulation.
M-Schaltdiode Vorzugsweise für rasches Umschalten von niedriger magnetischer ImpedanzM switching diode Preferably for quick switching from low magnetic impedance
(magn. Scheinwiderstand = Vektorsumme der M-Einzelwiderstände) und umgekehrt. Die Schaltzeit wird durch zusätzliche Diffussion von Stoffen, die die Rekombination von Magnetronen und M-Löchern begünstigen, verkürzt. M-Z-Diode(magn. impedance = vector sum of the M individual resistors) and vice versa. The switching time is shortened by additional diffusion of substances that favor the recombination of magnetrons and M-holes. MZ-diode
Magnetische Halbleiterdiode, bei der im Fall wachsender magnetischer Spannung in Rückwärtsrichtung von einer bestimmten magnetischen Spannung ab ein steiler Anstieg des magnetischen Stroms/Flusses infolge magnetischen Lawinendurchbruchs eintritt. M-Z-Dioden werden für Dauerbetrieb in diesem Bereich konstruiert.Magnetic semiconductor diode, in which, in the case of increasing magnetic voltage in the reverse direction from a certain magnetic voltage, the magnetic current / flux rises steeply as a result of magnetic avalanche breakdown. M-Z diodes are designed for continuous operation in this area.
M-KapazitätsdiodeM-capacitance diode
Die magnetische Raumladungszone am PmNm-Übergang wirkt wie ein magnetischer Kondensator. Ein Dimagnetikum ist das vonThe magnetic space charge zone at the P m N m junction acts like a magnetic capacitor. A dimagnetic is that of
Magnetisierungsträgern "entblößte" magnetische Halbleitermaterial. Erhöhung der angelegten magn. Spannung verbreitert die M-Sperrschicht und verkleinert die M-Kapazität; magnetische Spannungserniedrigung vergrößert die magnetische M-Kapazität.Magnetization carriers "bared" magnetic semiconductor material. Increase the magn. Voltage widens the M junction and reduces the M capacitance; Magnetic voltage reduction increases the magnetic M capacitance.
M-AbsorptionsdiodeM-absorbing diode
M-Halbleiterdiode, bei der der M-Sperrschichtabsorptionseffekt ausgenutzt wird. Am PmNm-Übergang liegt magnetischer Sperrspannung. Einfallender magnetischer Fluß löst Magnetronen aus den M-Bindungen. Es entstehen dadurch zusätzlich freie Magnetronen und Magnetronen-Löcher. Sie erhöhen den magnetischen Sperrstrom/Fluß proportional zum Einfall des magnetischen Flußes.M semiconductor diode, in which the M junction absorption effect is used. There is a magnetic reverse voltage at the P m N m junction. Incoming magnetic flux releases magnetrons from the M bonds. This creates additional free magnetrons and magnetron holes. They increase the magnetic reverse current / flux in proportion to the incidence of the magnetic flux.
Zu M-Dioden (Fig. 150) 1) Intensität Magnetische Feld-Energie, die je Zeiteinheit eine Fläche dA senkrecht durchsetzt, also Quotient aus Leistung P und Fläche. Intensität l= P/A Magnetische Feldenergie im Volumen V Wm=1/2 (H -B)V, Leistung P=dWrfl/dt Magnetische Feldenergiedichte wm=Wm/VFor M diodes (Fig. 150) 1) Intensity Magnetic field energy that penetrates a surface dA vertically per unit of time, i.e. the quotient of power P and surface. Intensity l = P / A Magnetic field energy in the volume VW m = 1/2 (H -B) V, power P = dW rfl / dt Magnetic field energy density w m = W m / V
2) M-Emission In der Nähe des Übergangs rekombinieren die Magnetronen mit den M-Löchern und geben dabei Energie von der Größenordnung Eg ab. Bei den M-„Strahleή" der Rekombination wird diese Energie in Form von Flußquanten der Energie hf*Eg ausgesandt. Dies bedeutet, daß eine MED näherungsweise ein monochromatisches M-Feld aussendet, dessen Wellenlänge λg von der Breite der verbotenen Zone Eg abhängt. Die Emission erfolgt mit der Intensität I.2) M emission In the vicinity of the transition, the magnetrons recombine with the M holes, releasing energy of the order of magnitude E g . In the M “rays” of the recombination, this energy is emitted in the form of flow quanta of the energy hf * E g . This means that a MED approximately emits a monochromatic M field, the wavelength λ g of which is the width of the prohibited zone E g The emission occurs with the intensity I.
3) ESP: Elektronenspinresonanz3) ESP: electron spin resonance
4.3 M-Transistoren 4.3.1 Funktionsprinzip M-Transistoren sind verstärkende (aktive) magnetische Halbleiterbauelemente.4.3 M-transistors 4.3.1 Principle of operation M-transistors are reinforcing (active) magnetic semiconductor components.
Sie werden unterteilt in a) bipolare (Magnetonen + Magnetronen und Magnetonen-Löcher + Magnetronen-Löcher) und b) unipolare (Magnetonen + Magnetronen oder Magnetonen-Löcher + Magnetronen-Löcher) Magnetfeld-Transistoren . M-Transistor-Arten (Fig. 151), Aufbau und Eigenschaften von M-Transistoren (Fig. 152)They are divided into a) bipolar (magnetons + magnetrons and magneton holes + magnetron holes) and b) unipolar (magnetons + magnetrons or magneton holes + magnetron holes) magnetic field transistors. M transistor types (Fig. 151), structure and properties of M transistors (Fig. 152)
Der M-IGTB ist eine Kombination aus einem bipolaren und unipolaren M-Transistor.The M-IGTB is a combination of a bipolar and unipolar M transistor.
M-Verstärkung (Stom, Spannung, Leistung) / M-Schaltung (des Transistors (Transistoreffekt = Kopplungs-/Bindungseffekt) und Transistor-FM (FM = Transistoreffekt zwischen zwei PM's) Zwei eng benachbarte magnetische PmNm-Übergänge führen zum magnetischen Transistoreffekt und zu M-Bauelementen(M-Feldmodulatoren), die magnetische Signale verstärken oder als magnetische Schalter wirken. Es gibt bipolare M-BT und unipolare M-FET Transistoren, die in ihremM-gain (current, voltage, power) / M-circuit (of the transistor (transistor effect = coupling / binding effect) and transistor FM (FM = transistor effect between two PM's) Two closely adjacent magnetic P m N m transitions lead to magnetic Transistor effect and M-components (M-field modulators), which amplify magnetic signals or act as magnetic switches.There are bipolar M-BT and unipolar M-FET transistors, which in their
Funktioπsprinzip auch als M-Feldmodulator in der FK eingesetzt werden können.Functional principle can also be used as an M field modulator in the FK.
Verstärkung / Schaltung magnetischer Ströme/Flüsse (Φ) und Spannung (Θ) mit magnetisch dotierten Grenzschichten (FM-Basis) (PmNm-, PmNmPm-, NmPmNm-Amplification / switching of magnetic currents / fluxes (Φ) and voltage (Θ) with magnetically doped boundary layers (FM basis) (P m N m -, PmN m Pm-, N m PmN m -
FM-Übergänge). Gesperrter Pm m-Übergang (Basis-Kollektor (Nm)) durchFM transitions). Blocked P mm transition (basic collector (N m )) by
Injektion von magnetischen Flußträgern Φ (Magnetronen = Kopplung durch magn. Spinmomente dotieren) magnetisch leitfähig machen (Leitfähigkeit -Make injection of magnetic flux carriers Φ (magnetrons = coupling by magnetic spin moments doping) magnetically conductive (conductivity -
Permeabilität μ-μo μr; magn. Widerstand Rm-1/μ.) → Diffussion von magnetischen Fluß-/Stomquanten Φ0 Permeability μ-μo μr; magn. Resistance R m -1 / μ.) → diffusion of magnetic flux / current quanta Φ 0
(Kopplungen/Bindungen) durch die Sperrschicht.(Couplings / bonds) through the barrier layer.
Modulationsvariante 1 (auch für FM): → LeitfähigkeitsmodulationModulation variant 1 (also for FM): → conductivity modulation
In einem P NmPm -Transistor sind es magnetische Magnetronen-Löcher (Φo-Mangel, Kopplungs-Löcher), die vom magnetischen Emitter (Pm) in die dünne FM-Basisschicht gelangen, von hier durch magnetische Diffusion in das Gebiet des gesperrten PmNm-Übergangs kommen und dort durch das magnetische Feld zum magnetischen Kollektor (Nm) angzσgen werden. M-Sperrschicht ist die magnetische Basis für den a) Übergang zwischen parallelen Spins, FKG-Symbol H=») = Steuerung der Anziehung, oder b) Übergang zwischen antiparallelen Spins, FKG-Symbol: H<=) = Steuerung der Abstoßung.In a PN m P m transistor, there are magnetic magnetron holes (Φo deficiency, coupling holes) that get from the magnetic emitter (P m ) into the thin FM base layer, from here through magnetic diffusion into the area of the blocked P m N m transition come and are attracted there by the magnetic field to the magnetic collector (N m ). M-barrier layer is the magnetic basis for the a) transition between parallel spins, FKG symbol H = ») = control of attraction, or b) transition between antiparallel spins, FKG symbol: H <=) = control of repulsion.
Magnetfeld im PMMagnetic field in the PM
Magnetischer Strom/Fluß Φ ist zeitlich konstant (deshalb auch hier Gruhdzustand mit E=0) und beträgt ein ganzzahliges Vielfaches vom magnetischen Fluß-/Stromquant Φrj.Magnetic current / flux Φ is constant over time (therefore here also the state of early grief with E = 0) and is an integer multiple of the magnetic flux / current quantum Φrj.
M-Transistor als VerstärkerM transistor as an amplifier
Ein kleiner magn. Basisstrom/-fluß ΦB verursacht beim M-Transistor einen großen magn. Kollektorstrom/-fluß Φc. Dies nennt man Magnetstrom/-fluß-Verstärkung (Vφ). Ein M-Transistor kann auch als magnetischer Spannungsverstärker (VΘ) und Leistungsverstärker (Vp)betrieben werden.A little magn. Base current / flow ΦB causes a large magn with the M transistor. Collector current / flow Φc. This is called magnetic current / flux gain (Vφ). An M transistor can also be operated as a magnetic voltage amplifier (V Θ ) and power amplifier (Vp).
M-Transistor als Schalter → M-Feldmodulator M-Transistoren als Schalter haben zwei Schaltzustände: Sie arbeiten in der magn. Sättigung (magn. leitend Arbeitspunkt A3 = "Ein" (Bs-Bo t bei H32 und μmax) oder sind gesperrt (magn. nichtleitend = magnetisch transparent (μr=1) Punkt Ai = "Aus" (B5 = Bmax bei Ha5= Hamax), (beachte Sättigungsbereich = Übersteuerung Bereich Bo bei Hao bis B3 bei Ha3, Beginn Ü-Bereich = Sättigungsanfang bei Punkt A2 auf der Arbeitsgeraden.M-transistor as a switch → M-field modulator M-transistors as a switch have two switching states: They work in the magn. Saturation (magn. Conductive working point A 3 = "On" (Bs-Bo t with H 32 and μmax) or blocked (magn. Non-conductive = magnetically transparent (μr = 1) point Ai = "Off" (B 5 = Bmax at H a5 = H amax ), (note saturation range = overdrive range Bo at H a o to B 3 at H a 3, beginning of Ü range = beginning of saturation at point A 2 on the working straight.
Ferromagnetischer Stoff im magn. Feld. M-Schalter S → magn. Schaltzustände = FM-Kippstufe (Fig. 81).Ferromagnetic material in the magn. Field. M switch S → magn. Switching states = FM flip-flop (Fig. 81).
Magnetfeld-Spemchfung gepolt. Im magnetischen NmPmN -Transistor steuern positive Magnetronen-Löcher Magnetic field polarity polarized. Positive magnetron holes control in the magnetic N m PmN transistor
(Kopplungsträger-Lücken) des M-Basisstromes/flusses die x-fache Menge von negativen Magnetronen (Kopplungsträgern), die vom M-Emitter zum M-Kollektor fießen (Fig. 153). Wirkungsweise erklärt für NmPmNm-Transistor(Coupling carrier gaps) of the M base current / flow x times the amount of negative magnetrons (coupling carriers) that flow from the M emitter to the M collector (FIG. 153). Mode of operation explained for N m P m N m transistor
Der M-Emitter-Basis-Übergang (M-EB) wird in magnetischer Durchlassrichtung gepolt. Dadurch werden Magnetronen in die Basiszone injiziert (Fig. 154). Der M-Basis-Kollektor-Übergang (M-BC) wird in Sperrichtung gepolt.The M-emitter-base junction (M-EB) is polarized in the magnetic forward direction. This injects magnetrons into the base zone (Fig. 154). The M-base collector transition (M-BC) is polarized in the reverse direction.
Dadurch bildet sich eine magnetische Raumladungszone mit starkem magnetischem Feld aus. Eine merkliche magnetische Kopplung/Bindung (= M-Transistoreffekt) tritt ein, wenn die beiden PmNm-Übergänge sehr nahe beieinander liegen (im Kobalt « 10 μ ).This creates a magnetic space charge zone with a strong magnetic field. A noticeable magnetic coupling / bond (= M transistor effect) occurs when the two P m Nm transitions are very close to each other (in the cobalt «10 μ).
Dann diffundieren die bei M-EB injizierten Magnetronen durch die M-Basis zum M-Kollektor. Sobald sie in die Reichweite des magnetischen Feldes von M-BC kommen, werden sie ins M-Kollektorfeld hinein beschleunigt und fließen als M-Kollektorstrom weiter. Das Konzentrationsgefälle in der M-Basis bleibt also bestehen und damit auch die Ursache für weitereThen the magnetrons injected at M-EB diffuse through the M base to the M collector. As soon as they come within range of the M-BC magnetic field, they are accelerated into the M collector field and continue to flow as M collector current. The concentration gradient in the M base remains and therefore the cause of others
Magnetronenwanderungen vom M-Emitter zum M-Kollektor. Es wandern 99% und mehr aller vom M-Emitter ausgehenden Magnetronen in die magnetische Raumladungszone und werden zum M-KolIektorstrom/-fluß. Die wenigen fehlenden Magnetronen sind beim Durchwandern der M-P-dotierten M-Basis in die dort befindlichen Magnetronenlücken geraten. Sofern nichts anderes geschieht, magnetisieren sie die M-Basis negativ auf, und durch Abstoßungskräfte würde binnen kürzester Zeit (ca. 50 ns) das Nachfließen weiterer Magnetronen überhaupt verhindert. Ein kleiner M-Basisstrom/-fluß aus positiven Magnetträgern (Magnetronen-Löcher) kompensiert beim M-Transistor diese negative Magnetisierung ganz oder teilweise.Magnetron migration from the M emitter to the M collector. 99% and more of all magnetrons emanating from the M emitter migrate into the magnetic space charge zone and become the M column current / flow. The few missing magnetrons got into the magnetron gaps when the MP-doped M base was traversed. Unless otherwise happens, they magnetize the M base negatively, and repulsive forces would prevent further magnetrons from flowing in within a very short time (approx. 50 ns). A small M base current / flow from positive magnetic carriers (magnetron holes) compensates for this negative magnetization in whole or in part in the M transistor.
Kleine Änderungen im magnetischen Basisstrom/-fluß bewirken somit große Änderungen im magnetischen Emitter-Kollektor-Strom/-fluß. Der NmPmNm -Transistor ist ein bipolares magnetsfrom-/flußgesteuertes, verstärkendes magnetisches Halbleiterbauelement.Small changes in the base magnetic current / flux thus cause large changes in the magnetic emitter-collector current / flow. The NmP m N m transistor is a bipolar magnetfrom- / flux-controlled, amplifying magnetic semiconductor component.
Im bipolaren M-Transistor steuert der magn. Basisstrom luß B den Kollektorstrom/-fluß Φc. Für die Steuerung ist nur eine geringe magnetische Leistung nötig.In the bipolar M transistor, the magn. Base current let B the collector current / flow Φ c . Only a low magnetic power is required for the control.
Ein M-Transistor wir als magn. Verstärker oder als magn. Schalter benutzt.An M transistor is called a magn. Amplifier or as magn. Switch used.
Kristall-Isotropie / Anisotropie Es ist die Isotropie oder Anisotropie des Kristalls zu beachten - insbesondere in der Basis, wenn die Flußquanten tangential abfließen sollen (z.B. bei Co ist eine gute Leitfähigkeit in der hexagonalen Achse, eine schlechte senkrecht dazu vorhanden). Die Basis kann beim M-BT deshalb isotrop sein mit Würfeltextur (x-, y-, z,-Achse = < Q0>- gleiche Permeabilität); in der Pm- bzw. Nm-Schicht Co-dotiert.Crystal isotropy / anisotropy The isotropy or anisotropy of the crystal must be taken into account - especially in the base, if the flux quanta are to flow off tangentially (e.g. with Co there is good conductivity in the hexagonal axis, bad one perpendicular to it). The basis of the M-BT can therefore be isotropic with cube texture (x, y, z, axis = <Q0> - same permeability); Co-doped in the P m or Nm layer.
Zu beachten ist wegen der magnetischen Vorzugsrichtung/Leitfähigkeit: a) Kristall-Anisotropie b) Magnfeld induzierte Anisotropie c) Spannungsinduzierte Anisotropie d) Magn. Formanisotropie der BasisDue to the preferred magnetic direction / conductivity, note the following: a) crystal anisotropy b) magnetic field-induced anisotropy c) voltage-induced anisotropy d) magnetic shape anisotropy of the base
Es ist auch anisotrope elektrische Leitfähigkeit → Entelektrisierung zu beachten.Anisotropic electrical conductivity → de-electrification must also be observed.
Dotierungsstärkedoping level
Die Emitterzone ist bei bipolaren M-Transistor magnetisch stark dotiert, die Kollektorzone etwas weniger. Die außerordentlich dünne Basisschicht (wenige μm dick) enthält nur eine geringe Zahl M-Fremdatome.The emitter zone of bipolar M transistors is heavily doped magnetically, the collector zone a little less. The extremely thin base layer (a few μm thick) contains only a small number of M foreign atoms.
Vorzugsrichtung M-Strom/Fluß im M-BTPreferred direction M-current / flow in the M-BT
Bei Anwendung des Doppeldiffusionsverfahrens ist die Dotierung im Emitter am höchsten und im Kollektor am niedrigsten. Diese Verhältnisse bewirken auch die Vorzugsrichtung für den Funktionsmechanismus (normaleWhen using the double diffusion method, the doping is highest in the emitter and lowest in the collector. These conditions also result in the preferred direction for the functional mechanism (normal
Betriebsrichtung). In umgekehrter Richtung (Inversbetrieb) sind die magnetischen Eigenschaften deutlich schlechter.Operating direction). In the opposite direction (reverse operation), the magnetic properties are significantly poorer.
Je nach Anwendung werden bipolare M-Transistoren eingeteilt: - M-Verstärkertransistoren - M-Schalttransistoren BetriebszuständeDepending on the application, bipolar M transistors are classified: - M amplifier transistors - M switching transistors operating conditions
Entsprechend der magn. Polarität der beiden magn. Diodenspannungen ΘBE und ΘBC unterscheidet man vier Betriebszustände des M-Bipolar-Transistors. Tabelle Betriebszustände des M-NPN-Transistors ΘBE ΘBC Betriebszustand Anwendung >0 -<0 aktiv normal M-Verstärker 0 ^0 aktiv invers <0 <Q gesperrt Schalter ("Aus") 0 ^0 übersteuert Schalter ("Ein")According to the magn. Polarity of the two magn. Diode voltages ΘBE and ΘBC are divided into four operating states of the M-bipolar transistor. Table of operating states of the M-NPN transistor ΘBE ΘBC Operating state application> 0 - <0 active normal M-amplifier 0 ^ 0 active inverse <0 <Q disabled switch ("Off") 0 ^ 0 overridden switch ("On")
Im Inversbetrieb (ΘBE 0, ΘBC^O) wird der M-Transistor entgegen der Vorzugsrichtung seines optimierten Aufbaus betrieben. Die entstehenden magn. Stron Flußverstärkungsfaktoren sind dann erheblich schlechter. Der Bereich der Obersteuerung wird auch als Sättigungsbereich bezeichnet. DerIn inverse mode (Θ B E 0, ΘBC ^ O) the M transistor is operated against the preferred direction of its optimized design. The resulting magn. Stron flux gain factors are then significantly worse. The area of oversteer is also called the saturation area. The
Magn. Ausgangsstrom/-fuß kann nicht mehr durch den magn. EingangsstromAfluß gesteuert werden. Beim PmNmPm -Transistor sind alle magn. Spannungs- und StroπWFlußrichtungen umzukehren. → Beachte B-Ha- und B-μrKenniinie für magnetische Verstärkungsfaktoren (Flußverstärkung) (Fig. 80, 81).Magn. Output current / foot can no longer through the magn. Input current flow can be controlled. The P m N m P m transistor are all magn. Reverse voltage and current flow directions. → Note BH a - and B-μ r characteristic for magnetic amplification factors (flux amplification) (Fig. 80, 81).
B [TJ = AusgangsstromVAusgangsflußdichte B=μ0 (Ha+M)B [TJ = output current V output flux density B = μ 0 (H a + M)
Ha [A/cm] = Eingangs-Feldstärkeamplitude, äußeres Spulenfeld M (A/cm] = Magnetisierung M=B/μo -Ha (Erregung / Auf magnetisierung, beachte -Ha) μr, μa = Permeabilitätszahl, PermeabilitätsamplitudeHa [A / cm] = input field strength amplitude, outer coil field M (A / cm] = magnetization M = B / μo -H a (excitation / magnetization, note -H a ) μ r , μ a = permeability number, permeability amplitude
4.3 M-Feldeffekt-Transistor (M-FET) 4.3.1 Übersicht Funktionsprinzip4.3 M-field effect transistor (M-FET) 4.3.1 Overview of the functional principle
Bei diesem Typ wird der Magnetstrom/-fluß in einem magnetisch leitenden Kanal im Wesentlichen durch ein magnetisches Feld quer zum Kanal gesteuert, das durch eine über eine magnetische Steuermagnetrode angelegte magnetische Spannung entsteht. Im Gegensatz zum bibolaren M-Transistor arbeiten M-Feldeffekt-Transistoren nur mit Magnetträgern einer Sorte (Magnetronen oder Magnetronen Löcher), daher auch die Bezeichnung M-Unipolartransistoren. Sie unterscheiden sich in a) M-Sperrschicht-Feldeffekt-Transistoren (M-SFET) b) M-Isolierschicht-Feldeffekt-Transistoren (M-IFET)In this type, the magnetic current / flux in a magnetically conductive channel is essentially controlled by a magnetic field across the channel, which is generated by a magnetic voltage applied via a magnetic control magnet electrode. In contrast to the bibolar M transistor, M field effect transistors only work with magnetic carriers of one type (magnetrons or magnetron holes), hence the name M unipolar transistors. They differ in a) M junction field effect transistors (M-SFET) b) M insulating layer field effect transistors (M-IFET)
Wirkungsweise Sperrschicht M-Feldeffekt-Transistor (M-SFET) (Erklärt für Nm-Kanal-Typ) (NmMOS: Fig. 155)Mode of operation junction M field effect transistor (M-SFET) (explained for N m channel type) (N m MOS: Fig. 155)
An den Enden eines Nm -leitenden Kristalls liegt M-Gleichspannung. Magnetronen fließen von M-Source zu M-Drain. Die Breite des Kanals wird mit zwei seitlich eindiffundierten Pm -Zonen und der an diesen anliegenden negativen M-Spannung bestimmt. Erhöht man die negative M-Gate-Spannung, dehnen sich die M-Raummagnetisierungszonen stärker in den Kanal hinein aus und schnüren die Magnetstrom(fluß)bahnen ein. Die magnetische Spannung an der Steuermagnetrode G steuert somit den Magnetstrom/-fluß zwischen M-Source S und M-Drain D. Für die Funktion des M-SFET sind nur Magnetträger einer Polarität notwendig (Magnetronen oder Magnetronen-Löcher). Die Steuerung des Magnetstromes/'flußes erfolgt nahezu leistungslos. Der Sperrschicht M-SFET ist also ein unipolares magnetspaππi/ngsgesteuertes Bauelement. Wirkungsweise eines Isolierschicht M-Feldeffekt-Transistors (M-IFET)There is M DC voltage at the ends of an N m -conducting crystal. Magnetrons flow from M source to M drain. The width of the channel is determined with two P m zones diffused into the side and the negative M voltage applied to them. If the negative M-gate voltage is increased, the M-space magnetization zones expand more into the channel and constrict the magnetic current (flux) pathways. The magnetic voltage at the control magnetrode G thus controls the magnetic current / flow between M-Source S and M-Drain D. For the function of the M-SFET, only magnetic carriers of one polarity are necessary (magnetrons or magnetron holes). The control of the solenoid current / 'territoryc is almost without power. The barrier layer M-SFET is therefore a unipolar magnetically controlled component. Mode of operation of an insulating layer M-field effect transistor (M-IFET)
(Erklärung für Pm-Kanal-Anreicherungs-Typ) (PmMOS: Fig. 156) M-IFET = PmMOS -Transistor: Schichtenanordnung: Magnetic Metal-Magnetic Oxide-Semiconductor. Bern: Beim elektronischen MOS: Oxidschichten isolieren elektrisch(Explanation for P m channel enhancement type) (P m MOS: Fig. 156) M-IFET = P m MOS transistor: Layer arrangement: Magnetic Metal-Magnetic Oxide-Semiconductor. Bern: With electronic MOS: oxide layers electrically isolate
(O mit εr = 1 = unelektrisch); beim M-MOS sind es magnetische Oxidschichten aus magnetischen Isolatoren (O mit μr = 1 = unmagnetisch).(O with ε r = 1 = non-electrical); in the M-MOS there are magnetic oxide layers made of magnetic insulators (O with μ r = 1 = non-magnetic).
Ohne magnetische Spannung an der Gate-Magπetroden fließt zwischen M-Source und M-Drain kein magnetischer Strom/Fluß: die M-PmNm-Übergänge sperren. Durch eine magnetisch negative Spannung am M-Gate werden im Nm-Gebiet unter dieser Magnetrode die Magnetronen in das Kristallinnere verdrängt und Magnetronen Löcher - die ja als Minoritätsmagnetisierungsträger auch im Nm-Kobalt immer vorhanden sind - an die Oberfläche gezogen. Es entsteht immer eine schmale Pm-Ieitende Schicht unter der Oberfläche; ein Pm-Kanai.Without magnetic voltage at the gate magnet electrodes, no magnetic current / flow flows between the M source and the M drain: the MP m N m junctions block. A magnetically negative voltage at the M-Gate in the Nm area under the magnetrode displaces the magnetrons into the crystal interior and pulls magnetron holes - which are always present as minority magnetization carriers in the N m cobalt - to the surface. There is always a narrow P m -conducting layer under the surface; a pm Kanai.
Zwischen den beiden Gebieten (M-Source und M-Drain) kann jetzt magnetischer Strom/Fluß Φ fließen. Er besteht nur aus Magnetronen Löchern. Da die magnetische Gate-Spannung über eine magnetisch isolierende Oxidschicht wirkt, fließt kein magnetischer Strom/Fluß im Steuerkreis: DieMagnetic current / flux Φ can now flow between the two areas (M-Source and M-Drain). It consists only of magnetron holes. Since the magnetic gate voltage acts through a magnetically insulating oxide layer, no magnetic current flows in the control circuit: The
Steuerung erfolgt nahezu leistungslos.Control takes place almost without power.
Der M-IFET-Transϊstor ist ein unipolares, magnetspanm/no/sgesteuertes Bauelement.The M-IFET Transϊstor is a unipolar, magnetically controlled / no / s controlled component.
ErgebnisResult
Im M-Feldeffekt-Transistor steuert ein magnetisches Feld quer zumIn the M-field effect transistor, a magnetic field controls across
Kanal den magnetischen Widerstand der Source-Drain-Strecke. in M-Feldeffekt-Transistoren steuert die magnetischeChannel the magnetic resistance of the source-drain path. in M field effect transistors controls the magnetic
Gate-Source-Spannung praktisch leistungslos den magnetischen Drainstrom/-fluß.Gate-source voltage practically without power the magnetic drain current / flow.
Bei der magnetischen Gate-Source-Spannung null fließt in einem selbstleitenden M-Feldeffekt-Transistor schon ein magnetischerAt the magnetic gate-source voltage zero, a magnetic already flows in a self-conducting M-field effect transistor
Drainstrom/-fluß, während bei einem selbstsperrenden M-FET der magnetische Drainstrom/-fluß null ist.Drain current / flow, whereas in a self-blocking M-FET the magnetic drain current / flow is zero.
IG: magnetic Isolated Gate - isoliertes Tor, M-Isolierschicht-FET. Die magn. Gate-Isolierung erreicht einen extrem hohen magnetischenIG: magnetic isolated gate - insulated gate, M insulating layer FET. The magn. Gate insulation achieves extremely high magnetic
Eingangswiderstand, der unabhängig von der Höhe und Polarität der magnetischen Gatespannung ist.Input resistance that is independent of the magnitude and polarity of the magnetic gate voltage.
Ist bei M-IG-FET ohne M-Gate-Source-Spannung ein magnetisch leitfähigerIs a magnetically conductive one with M-IG-FET without M-Gate-Source voltage
Kanal vorhanden, spricht man von magnetisch selbstleitenden M-FET. Selbstsperrende M-FET besitzen ohne magnetische Gate-Spannung noch keinen magnetisch leitfähigen Kanal. Dieser entsteht erst durch eine geeignet gepolte magnetische Gate-Source-Spannung. Anreicherungs-M-IG-FET sind selbstsperrend. 5 Verarmungs-M-IG-FET sind selbstleitend. Es gibt noch, PmMOS, NmMOS -Transistoren, (CmMOS: Fig. 157) und DmMOS mit BCD-Mischprozess (Bipolar/CmMOS/DmMOS).0 Aufbau von M-Isolierschicht-FET (Fig. 158, 159, 160, 161 ) 1. Pm-Kanal (Fig. 158, 159) Der Pm selbstleitend, bzw. Nm selbstsperrend kann auch mit: a) Source-Source = N-N-Polung oder b) Drain-Drain = S-S-Polung betrieben werden.5 Folge: Abstoßung und nicht Fluß im Kanal bei Schaltung auf "leitend" → Gleichgewicht, wenn keine Abstoßung besteht = Kanal nicht leitend Gate mit anderer Polung notwendig: - ΘG = S-Pol (-) bei N-N-Polung +ΘG = N-Pol (+) bei S-S-Polung, d.h. der gleichnamigen Polung der Source-0 oder Drain-Strecke 2. Nm-Kanal (Fig. 160, 161) Der Nm selbstsperrend, bzw. Pm selbstleitend kann auch mit: a) Source-Source = N-N-Polung oder5 b) Drain-Drain - S-S-Polung betrieben werden. Folger Abstoßung und nicht Fluß im Kanal bei Schaltung auf "leitend" → Gleichgewicht, wenn keine Abstoßung besteht = Kanal nicht leitend Gate mit anderer Polung notwendig:0 +ΘG = S-Pol (-) bei N-N-Polung -ΘG = N-Pol (+) bei S-S-Polung, d.h. bei der gleichnamigen Polung der Source- oder Drain-StreckeChannel available, one speaks of magnetically self-conducting M-FET. Self-locking M-FETs still have no magnetic gate voltage no magnetically conductive channel. This only arises from a suitably polarized magnetic gate-source voltage. Enrichment M-IG-FET are self-locking. 5 Depletion M-IG-FET are self-conducting. There are also P m MOS, N m MOS transistors, (C m MOS: Fig. 157) and DmMOS with a BCD mixing process (bipolar / C m MOS / D m MOS). 0 Structure of M insulating layer FET ( Fig. 158, 159, 160, 161) 1. P m channel (Fig. 158, 159) The P m self-conducting or N m self-blocking can also be used with: a) source-source = NN polarity or b) drain -Drain = SS polarity to be operated. 5 Consequence: repulsion and not flow in the channel when switching to "conductive" → equilibrium, if there is no repulsion = channel non-conductive gate with different polarity necessary: - ΘG = S-pole (-) with NN polarity + ΘG = N-pole (+) with SS polarity, ie the polarity of the same name of the source-0 or drain path 2. N m channel (Fig. 160, 161) The N m self-locking or P m self-conducting can also be operated with: a) Source-Source = NN polarity or 5 b) Drain-Drain - SS polarity. Follower repulsion and no flow in the channel when switching to "conductive" → equilibrium if there is no repulsion = channel not conductive gate with different polarity necessary: 0 + ΘG = S-pole (-) with NN-polarity -ΘG = N-pole (+) with SS polarity, ie with the same polarity of the source or drain path
4.3.2.3 M-Feldeffekt-Transistoren ohne M-Unijunktion-TransistorenS 4.4 Leistungsmagnetronik Die Leistungsmagnetronik befasst sich mit MagnetstromZ-flußversorgungen, M-Antriebssteueruπgen und der M-Haustechnik. M-Halbleiterbauelemente sind: M-Diode, M-Thyristor, M-GTO-Thyristor, M-Triac, M-IGTB. 4.4.1 M-Thyristor Drei aufeinanderfolgende PmNm -Übergänge führen zum magnetischen Thyristoreffekt und zu magnetischen Bauelementen.5 M-Thyristoren sind demnach magnetisch schaltbare Bauelemente mit z.B. einer Co- oder Dy-Scheibe, die vier aufeinander folgende M-Halbleiterzonen enthält, wobei sich Pm- und Nm-Zonen abwechseln: PmN PmNm (Fig. 163). Die M-Anode ist mit dem Metallgehäuse magnetisch leitend verbunden. Im Betrieb kann also magn. Spannung am M-Thyristorgehäuse anliegen. M-Thyristoren - durch magnetische Signale getriggert- wirken wie M-Kippschalte . Die Benennnung "magnetischer Thyristor" wird als Oberbegriff für alle Arten von magnetischen Bauelementen benutzt, die von einem Sperrzustand in einen Durchlasszustand (oder umgekehrt) umgeschaltet werden können.4.3.2.3 M field effect transistors without M unijunction transistors S 4.4 Power magnetronics Power magnetronics deals with magnetic current Z-flux supplies, M drive controls and M house technology. M-semiconductor components are: M-diode, M-thyristor, M-GTO-thyristor, M-triac, M-IGTB. 4.4.1 M thyristor Three consecutive P m N m transitions lead to the magnetic thyristor effect and to magnetic components. 5 M thyristors are therefore magnetically switchable components with, for example, a Co or Dy disk that contains four successive M semiconductor zones , where P m and N m zones alternate: PmN PmN m (Fig. 163). The M anode is connected to the metal housing in a magnetically conductive manner. In operation, magn. Apply voltage to the M thyristor housing. M thyristors - triggered by magnetic signals - act like M toggle switches. The term "magnetic thyristor" is used as a generic term for all types of magnetic components that can be switched from a blocking state to a forward state (or vice versa).
M-Thyristoren lassen sich in Pm-Gate-Thyristoren und Nm-Gate-Thyristoren einteilen. Beim Pm-Gate-Thyristor ist die äußere Pm-Schicht die M-Anode, die äußere Nm-Schicht die M-Katode und die innere Pm-Schicht das Gate.M thyristors can be divided into P m gate thyristors and N m gate thyristors. In the P m gate thyristor, the outer P m layer is the M anode, the outer N m layer is the M cathode and the inner P m layer is the gate.
Funktionsweisefunctionality
Der Gatestrom/-fluß ΦG überflutet den inneren Pm-Feld-Leiter (Fig. 164 a) so stark, dass die in der Mitte liegende M-Sperrschicht abgebaut wird. Die verbleibenden PmNm-Übergänge sind je nach Richtung der magn. Anschlussspannung zwischen M-Anode und M-Katode entweder beide inThe gate current / flux ΦG floods the inner P m field conductor (Fig. 164 a) so strongly that the M-barrier layer in the middle is broken down. The remaining P m N m transitions are depending on the direction of the magn. Connection voltage between M anode and M cathode either both in
Durchlassrichtung oder in Sperrichtung geschaltet und wirken dann wie der PmNm-Übergang einer M-Halbleiterdiode (Fig. 164 b). Der M-Thyristor wirkt wie eine M-Diode, sobald magn. Gatestrom/-fluß fließt. Die magn. Durchlassspannung ΘF und die zum Zünden erforderliche magn. Gatespannung ΘGK liegen im gleichem Bereich (Fig. 164 c).Forward or reverse direction and then act like the PmNm junction of an M semiconductor diode (Fig. 164 b). The M thyristor acts like an M diode as soon as magn. Gate current / flow flows. The magn. Forward voltage ΘF and the magn. Gate voltage Θ GK are in the same range (Fig. 164 c).
Beim M-Thyristor sind im Inneren drei M-Sperrschichten wirksam. Liegt zwischen M-Anode und M-Katode eine magn. Spannung, so ist mindestens eine dieser M-Schichten in Sperrrichtung gepolt. Die Richtung der magn. Spannung, bei der im M-Thyristor nur ein PmNm -Übergang in Sperrrichtung gepolt ist, nennt man Vorwärtsrichtung. Die Richtung, bei der zwei M-Sperrschichten in Sperrrichtung geschaltet sind, heißt Rückwärtsrichtung.With the M thyristor, three M barrier layers are effective inside. If there is a magn between the M anode and M cathode. Voltage, at least one of these M layers is polarized in the reverse direction. The direction of the magn. Voltage at which only one P m N m junction is polarized in the reverse direction in the M thyristor is called the forward direction. The direction in which two M barrier layers are switched in the reverse direction is called the reverse direction.
Verwendung M-Thyristoren kann man als M-Gleichrichter oder als kontaktloseM thyristors can be used as M rectifiers or as contactless ones
M-Schalter verwenden (z.B. als M-Feldmodulator).Use the M switch (e.g. as an M field modulator).
4.4.2 M-GTO-Thyristor4.4.2 M-GTO thyristor
Übliche M-Thyristoren können durch den M-Gatestrom/-fluß nicht gelöscht werden. Das Löschen ist jedoch bei M-GTO-Thyristoren (abschaltbareUsual M-thyristors cannot be extinguished by the M-gate current / flow. The extinguishing is however with M-GTO thyristors (can be switched off
M-Thyristoren: gate-turn-off) über das Gate möglich. Zum Zünden und zum Löschen wird der M-GTO-Thyristor mit M-Impulsen wechselnder magnetischer Polarität angesteuert. 4.4.3 M-ThyristordiodenM-thyristors: gate-turn-off) possible via the gate. The M-GTO thyristor is controlled with M pulses of alternating magnetic polarity for ignition and extinguishing. 4.4.3 M thyristor diodes
M-Thyristoren ohne M-Steueranschluß nennt man nach der Zahl ihrer M-Schichten M-Dreischichtdiode, M-Vierschichtdiode, M-Fünfschichtdiode.M thyristors without an M control connection are called M three-layer diodes, M four-layer diodes and M five-layer diodes according to the number of their M layers.
M-Dreischichtdiode (M-Diac) (M-Diac: Diode und alternating current = M-Wechselstrom)M three-layer diode (M diac) (M diac: diode and alternating current = M alternating current)
Die M-Dreischichtdiode enthält ein z.B. Kobaltplättchen (oder Dy) mit den Schichten M-PNP (Fig. 165). Beim Überschreiten der M-Schaltspannung wird der M-Diac unabhängig von der Polarität magn. leitend. Beim Unterschreiten der M-Haltespannung sperrt der M-Diac. M-Vierschichtdiod@The M three-layer diode contains, for example, a cobalt plate (or Dy) with the layers M-PNP (FIG. 165). When the M switching voltage is exceeded, the M diac becomes magn regardless of the polarity. conductive. If the M holding voltage is undershot, the M-Diac locks. M-Vierschichtdiod @
Die M-Vierschichtdiode hat die M-Schichtenfoige Pm mPmN . Magn. leitend wird sie durch eine M-Schaltspannung, die ähnlich wie bei einem M-Thyristor die M-Vierschichtdiode zündet.The M four-layer diode has the M layer structure Pm mPmN. It becomes magnetically conductive through an M switching voltage which, similar to an M thyristor, ignites the M four-layer diode.
Man verwendet die M-Vierschichtdioden z.B. in M-Kippgeneratoren, als M-Impulsformer oder als magnetische Schalter (→ Feldmodulator).The M four-layer diodes are used e.g. in M-tipping generators, as M-pulse formers or as magnetic switches (→ field modulator).
M-Fünfschichtdiode Bei der M-Fünfschichtdiode ist die M-Schichtenfolge PmNmPmNmPm-M five-layer diode With the M five-layer diode, the M layer sequence PmN m P m N m Pm-
Unabhängig von der Richtung der angelegten M-Spannung schaltet die M-Fünfschichtdiode bei Erreichen der M-Zündspannung in den magn. leitenden Zustand. ErgebnisRegardless of the direction of the applied M voltage, the M five-layer diode switches to the magn when the M ignition voltage is reached. conductive state. Result
M-Thyristordioden werden z.B. zur Erzeugung von M-Spannungsimpulsen und damit zum Zünden von M-Thyristoren und M-Triacs verwendet. Zu diesem Zweck schaltet man sie vor das Gate des betreffenden M-Bauelements. 4.4.4 M-TriacM thyristor diodes are e.g. used to generate M voltage pulses and thus to ignite M thyristors and M triacs. For this purpose, they are switched in front of the gate of the relevant M component. 4.4.4 M-triac
(M-Triac: Triode und alternating current = M-Wechselstrom/-fluß) Zum Steuern von M-Wechselstrom/-fluß kann man rückwärts sperrende M-Thyristordioden in Gegenparallelschaltung verwenden, z.B. einen Pm-Gate-Thyristor und einen Nm-Gate-Thyristor (Fig. 166 a)(M-triac: triode and alternating current = M alternating current / flow) To control M alternating current / flow, reverse-blocking M thyristor diodes can be used in parallel, for example a P m gate thyristor and an N m - Gate thyristor (Fig. 166 a)
Rückt man den Aufbau beider M-Thyristoren zusammen (Fig. 166 a), so erhält man ein M-Halbleiterbauelement, welches das Verhalten der Gegenparallelschaltung hat, aber nur eine Steuermagnetrode (Fig. 166 b und 166 c) benötigt.If the structure of both M-thyristors is moved together (Fig. 166 a), an M-semiconductor component is obtained which has the behavior of the counter-parallel connection, but only requires a control magnetrode (Fig. 166 b and 166 c).
Ein beliebig gepolter M-lmpuls zwischen Steuermagnetrode und benachbarter Magnetrode schaltet einen der beiden M-Thyristoren unabhängig von der Richtung der M-Spannung im M-Laststrom/-flußkreis in den magn. leitenden Zustand. Die beiden Richtungen schaltbarer (bidirektionale) M-Thyristortriode nennt man M-Triac. ,An arbitrarily polarized M pulse between the control magnetrode and the adjacent magnetrode switches one of the two M thyristors into the magn regardless of the direction of the M voltage in the M load current / flow circuit. conductive state. The two directions switchable (bidirectional) M thyristor triode are called M triac. .
Verwendunguse
Der M-Triac wird für hohe magn. Spannungen und M-Ströme/Flüsse verwendet. Er lässt sich als Stellglied für M-Wechselstromverbraucher (z.B. in M-Dimmern) und als magnetronisches Schütz verwenden.The M-Triac is designed for high magn. Voltages and M-currents / rivers used. It can be used as an actuator for M AC consumers (e.g. in M dimmers) and as a magnetronic contactor.
4.4.5 M-IGBT (Magnetic Insulatded Gate Bipolar Transistor)4.4.5 M-IGBT (Magnetic Insulated Gate Bipolar Transistor)
M-IGTB's sind magnetronische Halbleiterbauelemente, die in der Leistungsmagnetronik als magnetronische Schalter verwendet werden. Der M-IGTB vereinigt die wesentlichen Vorteile des M-FET (leistungsloseM-IGTB's are magnetronic semiconductor components that are used as magnetronic switches in power magnetronics. The M-IGTB combines the main advantages of the M-FET (powerless
Ansteuerung) und des bipolaren M-Transistors (gutes Durchlassverhalten für magn. Ströme/Flüsse).Control) and the bipolar M-transistor (good pass behavior for magnetic currents / flows).
Der M-IGBT ist also ein ideales Bauelement für den Feldmodulator der FKM (hoher Wirkungsgrad, starke magn. Ströme/Flüsse schalten). Aufbau der M-Halbleiterstruktur Der Aufbau des M-IGBT ist ähnlich dem eines Leistungs-M-ET, (z.B. M-MOSFET). Er unterscheidet sich durch ein unter dem Nm-Substrat liegendes Pm-Material, das den Kollektoranschluss V des M-IGBT bildet (Fig. 167).The M-IGBT is therefore an ideal component for the field modulator of the FKM (high efficiency, strong magn. Currents / flows switch). Structure of the M-semiconductor structure The structure of the M-IGBT is similar to that of a power M-ET, (eg M-MOSFET). It differs by a P m material lying under the N m substrate, which forms the collector connection V of the M-IGBT (Fig. 167).
Beim M-IGBT steuert ein M-Feldeffekttransistor einen bipolaren M-Transistor an. (Fig. 168). Wie beim M-MOSFET besteht ein M-IGBT aus vielen parallel geschalteten Elementen mit einem gemeinsamen Kollektor. Der M-IGBT hat drei M-Anschlüsse. Die M-Steuerung des M-Bauelements erfolgt über die Gate-Emitter-Strecke G-E. Der M-Laststrom/-fluß Φc fließt über die Kollektor-Emitter-Strecke C-E.In the M-IGBT, an M-field effect transistor drives a bipolar M-transistor. (Fig. 168). As with the M-MOSFET, an M-IGBT consists of many elements connected in parallel with a common collector. The M-IGBT has three M connectors. M control of the M component takes place via the gate-emitter path GE. The M load current / flow Φ c flows over the collector-emitter path CE.
Schaltverhalten des M-IGBT Die Ansteuerung erfolgt durch Anlegen einer positiven magn. SpannungSwitching behavior of the M-IGBT The control takes place by applying a positive magn. tension
GE) an das Gate. Die Kollektor-Emitter-Strecke schaltet erst bei Überschreiten der magn. Gate-Emitter-Schleusenspannung durch. Im magn. leitenden Zustand der C-E-Strecke befindet sich der M-IGBT im Bereich der magn. Sättigung, d.h., die magn. Kollektor-Emitter-Spannung sinkt auf die magn. Sättigungsspannung Θcεsat-GE ) to the gate. The collector-emitter path only switches when the magn. Gate-emitter lock voltage through. In the magn. conductive state of the CE route, the M-IGBT is in the area of the magn. Saturation, that is, the magn. Collector-emitter voltage drops to the magn. Saturation voltage Θcεsat-
Ergebnis und Eigenschaften des M-IGBTResult and properties of the M-IGBT
• M-IGBT haben wie bipolare M-Transistoren einen kleinen magn. Durchlasswiderstand. « Die magn. Durchlassverfuste gegenüber vergleichbaren FETs sind deshalb gering.• Like bipolar M transistors, M-IGBTs have a small magn. State resistance. «The magn. Pass loss compared to comparable FETs is therefore low.
• Die Ansteuerung des M-IGBT erfolgt wie beim M-FET fast leistungslos.• As with the M-FET, the M-IGBT is controlled almost without power.
• Der M-IGBT ist in Rückwärtsrichtung nur begrenzt sperrfähig, so dass bei Bedarf M-Freilaufdiodenbeschaltung mit kurzen Abschaltzeiten (z.B. M-FRED-Dioden (Fast Recovery Epitaxial Diode = Freilaufdiode) aufgebaut sind.• The M-IGBT can only be blocked to a limited extent in the reverse direction, so that M free-wheeling diode circuits with short switch-off times (e.g. M-FRED diodes (Fast Recovery Epitaxial Diode) are built up if necessary.
Einsatz des M-IGBTUse of the M-IGBT
M-IGBTs werden im magn. Hochleistungsbereich für hohe magn. Sperrspannungen eingesetzt und können hohe magn. Durchlassströme schalten.M-IGBTs are used in magn. High performance range for high magn. Reverse voltages used and can high magn. Switch forward currents.
Sie können mit Schaltfrequenzen bis zu 300 kHz in magn. Schaltnetzteile und in unterbrechungsfreien MagnetstromA-flußversorgungen (z.B. M-Feldmodulator in Solid-State FKM), betrieben werden. M-IGBTs können als diskrete M-Einzelbauelemente, als M-Module (Baugruppe) sowie als M-Arrays (Anordnungen) hergestellt werden.You can use switching frequencies up to 300 kHz in magn. Switching power supplies and in uninterruptible magnetic current A-flux supplies (e.g. M-field modulator in solid-state FKM). M-IGBTs can be manufactured as discrete M individual components, as M modules (assembly) and as M arrays (arrangements).
4.5. Ergebnis /Ausblick4.5. Result / Outlook
4.5.1 E-Halbleiter-Bauelemente (E-Dioden, E-Transistoren, E-Thyristoren)4.5.1 E-semiconductor components (E-diodes, E-transistors, E-thyristors)
Die Magnetronik ist sinngemäß und phänomenologisch auch auf Ferroelektrizität übertragbar; hier basieren die Kopplungsträger nicht auf Spinmomenten, sondern auf Oberflächenladungen der Kristalle, die die elektrisch spontane Polarisation in den Domänen bewirken.Magnetronics can be applied analogously and phenomenologically to ferroelectricity; here the coupling carriers are not based on spin moments, but on surface charges of the crystals, which cause the electrically spontaneous polarization in the domains.
Auch diese ferroelektrischen Bauelemente können als E-Feldmodulator ausgebildet werden. Entscheidend ist: Es fließen keine Elektronen, sondern D-Flußquanten Φo (Basis Oberflächenladungen der Kristalle mit Fluß Φ), d.h. statt der magnetischen Flußdichte B mit magn. Feldstärke H besteht die elektrische Verschiebungsdichte D mit elektrischer Feldstärke E.These ferroelectric components can also be designed as an E-field modulator. The crucial point is: there are no electrons flowing, but D-flux quanta Φo (based on surface charges of the crystals with flux Φ), ie instead of the magnetic flux density B with magn. Field strength H is the electrical displacement density D with electrical field strength E.
4.5.2 Supra-Halbieiter Der Supraleiter hingegen ist ein elektrisches System und benutzt4.5.2 Supra semi-conductor The superconductor, however, is an electrical system and used
"Cooper-Paare" als "gebundene" Leitungselektronen. Die hierzu passenden "Cooper-Loch-Paare" entstehen durch fehlende "Cooper-Paare" in einem Supra-Ηalbleiter". Ein Supra-'Ηalbleiter" ist aus einem Nichtleiter-Kristall mit dotierten Supraleiterstoff-Fremdatomen (Cooper-Paar → SNm-leitend oder Defekt-Cooper-Paar → SPm-leitend) aufgebaut und kann so als Supraleiter Semiconductor Bauelement eingesetzt werden (SM-BT und SM-FET), auch um als SM-Feldmodulator ausgebildet zu werden. Das Atom muß ein antiparalleles Elektronen-Paar zuviel = Elektronen-Paar"Cooper pairs" as "bound" conduction electrons. The matching "Cooper-hole pairs" result from the lack of "Cooper pairs" in a supra-semiconductor. A supra-semiconductor is made of a non-conductor crystal with doped superconductor foreign atoms (Cooper pair → SN m - conductive or defect-Cooper pair → SP m -conducting) and can thus be used as a superconductor semiconductor component (SM-BT and SM-FET), also to be designed as an SM field modulator. The atom must have one antiparallel electron pair too many = electron pair
(SNm) oder zu wenig haben = Elektronen-Loch-Paar (SPm). Daraus entstehen die "gebundenen" Leitungselektronen-Paare oder Löcher-Paare im M-Supra-Halbleiter. Es sind auch elektrische E-Supraleiter und elektrische Supra-Halbleiter(SN m ) or have too little = electron-hole pair (SP m ). This results in the "bound" pairs of conduction electrons or pairs of holes in the M-Supra semiconductor. They are also electrical e-superconductors and electrical super-semiconductors
(SE-Typ) herstellbar, die mit einem D-Feld statt M-Feld arbeiten (→ Supramagnetische Ströme/flüsse).(SE type) can be produced that work with a D field instead of an M field (→ supramagnetic currents).
4.6. Weitere Anwendung Magnetronik Die magnetischen und elektrischen Feld-M/E-Halbleiter können auch als4.6. Further application magnetronics The magnetic and electrical field M / E semiconductors can also be used as
Semiconductor Bauelemente in magnetischen oder elektrischen Feld-Schaltkreisen, z.B. Computer-Chips und in Nano-Struktur (wegen fehlender Erhitzung durch Elektronentransport in den Leiterbahnen), mit Feld-Strömen/Flüsse und Signalausbreitung in Phasen-/Gruppengeschindigkeit statt Elektronen-Strömen (Triften der e" in den Leiterbahnen), hergestellt und genutzt werden.Semiconductor components in magnetic or electrical field circuits, e.g. computer chips and in nano structure (due to the lack of heating due to electron transport in the conductor tracks), with field currents / flows and signal propagation in phase / group speed instead of electron currents (drifting the e " in the conductor tracks), manufactured and used.
Auch Supra-Feld-Halbleiter können als Bauelemente in magnetischen oder elektrischen Feld-Schaltkreisen genutzt werden. 5. M-/E- Feld-HalbleitermodulatorenSupra-field semiconductors can also be used as components in magnetic or electrical field circuits. 5. M / E field semiconductor modulators
5.1. M-BT Inline-Feldmodulator5.1. M-BT inline field modulator
5.1.1 M-BT = magnetischer Bipolar Transistor5.1.1 M-BT = magnetic bipolar transistor
• Leitfähigkeitssteuerung. • Magnetsfro/n/-f/-vßgesteuertes, verstärkendes oder schaltendes Bauelement• Conductivity control. • Magnet-free / n / -f / -vss controlled, amplifying or switching component
• Bipolar = zwei verschiedene Magnetisierungträger: Magnetronen Nm und M-Löcher Pm. 3 Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit μoμr- Zonen: Emitter E Dotierung hoch → μoμr max. = hohe Zahl FA Basis B Dotierung wenig → μoμr geringe = Zahl FA Kollektor C Dotierung niedrig → μ0μr min. = niedrige Zahl FA• Bipolar = two different magnetization carriers: magnetrons N m and M holes P m . 3 zones of different conductivity μoμ r - zones: emitter E doping high → μoμ r max. = high number of FA basis B doping little → μoμ r low = number of FA collector C doping low → μ 0 μ r min. = low number FA
• Die Verhältnisse der magn. Leitfähigkeit im E bzw. C bewirken auch die Vorzugsrichtung für den Funktionsmechanismus (normale Betriebsrichtung). In umgekehrter Betriebsrichtung (Inversbetrieb) sind die magn. Eigenschaften deutlich schlechter. • M-Transistoreffekt = Kopplung, wenn EB- und BC-Übergänge sehr nahe beieinander liegen.• The ratios of the magn. Conductivity in the E or C also result in the preferred direction for the functional mechanism (normal operating direction). In the opposite direction (inverse operation) the magn. Properties significantly worse. • M-transistor effect = coupling when EB and BC junctions are very close to each other.
• Polung der Übergänge: EB-Zone - Durchlassrichtung → Injizierung von Magnetisierungsträgern in die Basiszone BC-Zone = Sperrichtung → Raummagnetisierungszone mit starkem magn. Feld.• Polarity of the transitions: EB zone - direction of passage → injection of magnetization carriers into the base zone BC zone = blocking direction → spatial magnetization zone with strong magn. Field.
• Beachte die Anpassung von E, B, C an den Arbeitspunkt in B-Ha-Kennlinie 5.1.2 M-BT Inline-FM-Konstruktion (Fig. 169)• Note the adaptation of E, B, C to the working point in BH a characteristic 5.1.2 M-BT inline FM construction (Fig. 169)
5.2. M-FET Inline-Feldmodulator5.2. M-FET inline field modulator
5.2.1 M-FET = magnetischer Feldeffekt Transistor5.2.1 M-FET = magnetic field effect transistor
• Kanalquerschnittsteuerung. • Unipolar = 1 Magnetisierungsträgerart = 1 Zone bestimmter Leitfähigkeit μoμr, Nm (Magnetronen) oderPm (M-Löcher), z.B. dotierter Co-Einkristall.• Channel cross-section control. • Unipolar = 1 type of magnetization carrier = 1 zone of specific conductivity μoμ r , N m (magnetrons) or P m (M holes), eg doped Co single crystal.
• Magnetspannungsgesteuertes, verstärkendes oder schaltendes Bauelement. Im M-FET steuert ein magn. Feld quer zum Kanal den magn. Widerstand der Source-Drain-Strecke. • Die magn. Gate-Source-Spannung steuert praktisch leistungslos den Drainstrom/-fluß.• Magnetic voltage controlled, amplifying or switching component. In the M-FET, a magn. Field across the channel the magn. Resistance of the source-drain path. • The magn. Gate-source voltage controls the drain current / flow practically without power.
5.2.2 M-Sperrschicht-FET5.2.2 M-junction FET
• Gate G = Steuermagnetrode: Steuerung des magn. Stromes/Flusses durch eine magn. Spannung (beachte Arbeitspunkte in B-H-Kennlinie) Gate: Bei Erhöhung der negativen magn. Spannung dehnen sich die Raummagnetisierungszonen stärker in den Kanal (N=+ → S=-) hinein aus und schnüren die magn. Strom/Flußbahnen ein.• Gate G = control magnetrode: control of the magn. Current / flow through a magn. Voltage (note operating points in B-H characteristic curve) Gate: When increasing the negative magn. Tension, the spatial magnetization zones expand more into the channel (N = + → S = -) and tie the magn. Electricity / river trains.
• Source = Quelle (N-Pol) • Drain = Senke (S-Pol)• Source = source (N-pole) • Drain = sink (S-pole)
• Im leitfähigen Kanal fließt ohne angelegte magn. Spannung an G ein Magnetstrom/-fluß zwischen Source und Drain.• The conductive channel flows without a magn. Voltage at G is a magnetic current / flux between source and drain.
5.3 M-Isolierschicht-IG-FET (M-MOS-FET) • IG Gate-Isolierung5.3 M-insulation layer IG-FET (M-MOS-FET) • IG gate insulation
• Die CöO-lsolierschicht hat eine relative Permeabilität von ca. μr = 3,84• The CöO insulation layer has a relative permeability of approx. Μ r = 3.84
• Selbstieitender M-FET (Verarmungstyp) Magn. Feld der Gatespannung verdrängt bewegliche Magnetisierungsträger aus der Kanalzone, die dadurch an Magnetronen bzw. M-Löchern verarmt. Bei der magn. Gate-Source-Spannung null fließt schon ein Drain-Strom/Fluß: Die Übergänge sind offen.• Self-conducting M-FET (depletion type) Magn. Field of the gate voltage displaces movable magnetization carriers from the channel zone, which thereby depletes them at magnetrons or M-holes. At the magn. Gate-source voltage zero, a drain current already flows: the transitions are open.
• Selbstsperrender FET (Anreicherungstyp) Bei der magn. Gate-Source-Spannung null fließt kein Drain-Strom/Fluß: Die Übergänge sind gesperrt. Beachte bei N-Kanal FET Polung der Gate-Source-Spannung mit positivem Pol: Das M-Feld zieht die freien Magnetronen an die Oberfläche des Kristalls → es entsteht ein leitfähiger Pfad beweglicher Magnetronen zwischen S und Dr ein Nm-Kanal. Vergrößern der magn. Gatespannung reichert die Magnetisierungsträger im Kanal an. 5.4 M-IG-FET inline FM-Konstruktion (Fig. 170)• Self-locking FET (enrichment type) With the magn. Gate-source voltage zero, no drain current flows: the transitions are blocked. Note the N-channel FET polarity of the gate-source voltage with a positive pole: The M field pulls the free magnetrons to the surface of the crystal → a conductive path of movable magnetrons is created between S and D r an N m channel. Magnify the magn. Gate voltage enriches the magnetization carriers in the channel. 5.4 M-IG-FET inline FM construction (Fig. 170)
5.5 M-IGBT Iniine-Fθidmodufator 5.5.1 M-IGBT - magnetischer Insulated Gate Bipolar Transistor5.5 M-IGBT Iniine-Fθidmodufator 5.5.1 M-IGBT - magnetic insulated gate bipolar transistor
• M-IGBT = Vereinigung von MBT (gutes Durchlassverhalten) mit M-FET (leistungslose Ansteuerung).• M-IGBT = combination of MBT (good transmission behavior) with M-FET (powerless control).
• Kleiner magn. Durchlasswiderstand.• Small magn. State resistance.
• Ansteuerung fast leistungslos. • M-IGBT in Rückwärtsrichtung nur begrenzt sperrfähig (Ein M-Freilaufdioden).• Control almost without power. • M-IGBT can only be blocked to a limited extent in the reverse direction (one M freewheeling diode).
• Anschlüsse: Emitter E, Collektor C, Gate G, Steuerung über G-E-Strecke, magn. Laststrom luß Φc über C-E-Strecke.• Connections: emitter E, collector C, gate G, control via G-E path, magn. Load current flows Φc over the C-E section.
• Beachte Arbeitspunkt in B-Ha-Kennlinie.• Note the operating point in BH a characteristic.
M-IGBT Inline FM-Konstruktion (Fig. 171)M-IGBT Inline FM construction (Fig. 171)
D. Vorteilhafte Wirkung der ErfindungD. Advantageous effect of the invention
Erfindungsgemäß weist die Magnetronik / magn. Feld-Halbleiterbauelemente & M-/E-Halbleiter-Feldmodulatoren verschiedene Vorteile auf. Da die Magnetronen und Magnetronen-Löcher nicht mit den positiven lonenrümpfen kollidieren, wird auch keine Wärme im üblichen Sinne erzeugt. Wegen der fehlenden Wärmeerzeugung sind die magnetronischenAccording to the invention, the magnetronics / magn. Field semiconductor components & M / E semiconductor field modulators have various advantages. Since the magnetrons and magnetron holes do not collide with the positive ion cores, no heat is generated in the usual sense. Because of the lack of heat generation, the magnetronic ones
Bauelemente in Mikro- sowie Nanostruktur herstellbar. Der Transport der Flußquanten (Magnetronen / Magnetronen-Löcher) erfolgt mit Phasen-/ Gruppengeschwindigkeit im magnetischen Halbleiter. AnwendungComponents can be produced in micro and nano structures. The flux quanta (magnetron / magnetron holes) are transported at phase / group speed in the magnetic semiconductor. application
Phasen-ZGruppengeschwindigkeitPhase ZGruppengeschwindigkeit
Skalierung: Nano im Volumen 109 mal kleiner als Mikro plus den Vorteil der kurzen Wege bezüglich der Signal-Verarbeitungszeit (ca. Faktor 100 schneller, z.B. im NanoComputer. Hinzu kommt, dass die magnetronischen Bauelemente keinen äußeren elektrischen Strom benötigen, weil: a) Eine Feldkraftmaschine in Mikro- oder Nanostruktur als Stromgenerator mit auf dem Chip plaziert werden kann, um eine notwendige elektrische Energieversorgung zu gewährleisten, z.B. für magnetfelderzeugende aktiv modulierbare Spulen etc. b) die Magnetronik an sich keinen elektrischen Strom verbraucht. Es sei noch darauf hingewiesen, dass die gesamte Magnetrotechnik und Magnetronik auch im elektrischen Feld mit Bausteinen aus Ferroelektrika angewendet werden kann (hier sind Oberflächenladungen die Polarisatoren). Ansonsten können alle elektrischen E- Feld-Halbleiterbauelemente analog den magnetischen aufgebaut werden (→ elektrische Hysteresephysik). Desweiteren wird der Supraleitende M-/E-Halbleiter erfindungsgemäß beschrieben . C. Beschreibung eines Weges zur Ausführung der Erfindung des FeldkraftgeneratorsScaling: Nano in volume 10 9 times smaller than micro plus the advantage of short distances in terms of signal processing time (approx. Factor 100 faster, e.g. in the NanoComputer. In addition, the magnetronic components do not require any external electrical current because: a) A field machine in micro or nanostructure can be placed as a current generator on the chip in order to ensure the necessary electrical energy supply, for example for actively modulating coils that generate magnetic fields, etc. b) the magnetronics does not itself consume any electrical current. It should also be pointed out that the entire magnetic engineering and magnetronics can also be used in the electrical field with components made of ferroelectrics (here surface charges are the polarizers). Otherwise, all electrical E-field semiconductor components can be constructed analogously to the magnetic ones (→ electrical hysteresis physics). Furthermore, the superconducting M / E semiconductor is described according to the invention. C. Description of a way to carry out the invention of the field force generator
1. Feldkraftgenerator (Beispiel FKG mit 1 PM-Paar und 2 symetrisch kinematische FM's)1. Field force generator (example FKG with 1 PM pair and 2 symmetrical kinematic FM's)
1.1 Fig. 172 a - e: FKG-Maschinen-Konstruktion1.1 Fig. 172 a - e: FKG machine construction
Beispiel Drehmomentumwandlung per Freilaufkupplung a) Vertikal-Längs-Schnitt (Fig. 1 2 a) und b) Aufsicht (Fig. 172 b)Example of torque conversion using a one-way clutch a) Vertical longitudinal section (Fig. 1 2 a) and b) Top view (Fig. 172 b)
Es wird das Grundprinzip einer Feldkraftmaschine, Typ Feldkraftgenerator (FKG), gegliedert in ein Power-Gehäuse-Modul und Kurbel-Gehäuse-Modul, gezeigt. Die Feldkraftmaschine befindet sich bei geschlossenem Feldmodulator (FM) im Gleichgewichtszustand und in OT-Position eines Kraft-Drehmoment- Wandlers und einer Kurbelwelle. Der Kraft-Drehmoment-Wandler ist im gezeigten Beispiel eine nur in einer Drehrichtung kraftumwandelnde Freilaufkupplung und kein Pleuellängen-Variator-System, mit dem besonderen Vorteil, daß die Freilaufkupplung die Kraft in derThe basic principle of a field force machine, type field force generator (FKG), divided into a power housing module and crank housing module, is shown. When the field modulator (FM) is closed, the field force machine is in equilibrium and in the TDC position of a force-torque converter and a crankshaft. The force-torque converter is in the example shown a one-way force-converting one-way clutch and not a connecting rod length variator system, with the particular advantage that the one-way clutch is the force in the
Kraft-Weg-Kennlinie der Feldbatterien (FB) vom Maximum der Kraft an umwandeln kann.Force-displacement characteristic of field batteries (FB) can convert from the maximum force.
Ein Starter-Einwellen-Motor-Generator (MG) startet die Rotationsbewegung und Energieauskopplung des Feldkraftgenerators (FKG).A starter single-shaft motor generator (MG) starts the rotational movement and energy extraction of the field force generator (FKG).
Die Feldbatterien (FB1 und FB2), in ihrer Feldkraftwirkung gesteuert durch einen über einen Elektromotor angetriebenen Feldmoduiator (FM), treiben, im Öffnungs-Takt des Feldmodulators (FM), unter Krafteinleitung +F, und richtungsgeführt in einer Trennwand zum Kurbel-Gehäuse-Modul, je einThe field batteries (FB1 and FB2), controlled in their field force effect by a field modulator (FM) driven by an electric motor, drive in the opening cycle of the field modulator (FM), with force application + F, and directional in a partition to the crankcase Module, one each
Gelenk mit zwei Schubstangen, die FK-Schubstange unter Last +F, an.Articulation with two push rods, the FK push rod under load + F.
Die Schubstange (FK) leitet die Kraft +F in OT-Stellung über ein Drehgelenk im Schnittpunkt 45° nach OT auf dem Freilaufkupplungs-Drehkreis ein. Dieses Drehgelenk bewegt sich unter Last auf demThe push rod (FK) introduces the force + F in TDC position via a swivel joint at the intersection 45 ° to TDC on the one-way clutch turning circle. This swivel moves on the load
Freilaufkupplungs-Drehkreis mit einem Hubwinkel von 90° von OT nach UT, um mit dem, über Klemmkörper geklemmten Translations-Rotations-Wandler Typ "Freilaufkupplung" (FK), die Kraft in ein Drehmoment auf der Kurbelwelle umzuwandeln.Freewheel clutch turning circle with a stroke angle of 90 ° from TDC to TDC in order to convert the force into torque on the crankshaft using the translational-rotation converter type "FK".
Die zweite Schubstange (P), gekoppelt über den Hubzapfen der Kurbelwelle auf dem Kurbelkreis der Kurbelwelle, bewegt diesen Hubzapfen im Arbeitstakt, unter Drehung der Kurbelwelle, von OT = 0° KW nach UT = 180° KW.The second push rod (P), coupled via the crank pin of the crankshaft on the crank circle of the crankshaft, moves this crank pin in the work cycle, with rotation of the crankshaft, from TDC = 0 ° KW to TDC = 180 ° KW.
Nach Überschreiten der UT-Position der Kurbelwelle drückt die Schubstange "Pleuel" (P) im Leerhub ohne Last, wegen der zuvor auf die Schwungscheibe (S) übertragenen kinetischen Energie, den Kurbelzapfen von der UT- zur OT-Position. Dadurch wird die Freilaufkupplung, ohne Klemmung der Klemmkörper, in die Ausgangslage zurückgedreht. Die Freilaufkupplung oszilliert also im Arbeits- und Leerhub mit 90°, während die Kurbelwelle eine volle Umdrehung ausführt, um den Feldkraftgenerator (FKG) in die Ausgangslage zur Einleitung eines neuen Arbeitstaktes mit +F zurückzustellen.After exceeding the UT position of the crankshaft, the connecting rod "connecting rod" (P) pushes the crank pin from the UT to the TDC position without load due to the kinetic energy previously transferred to the flywheel (S). As a result, the one-way clutch is rotated back into the starting position without clamping the clamping bodies. The one-way clutch So oscillates in the work and idle stroke at 90 °, while the crankshaft makes one full revolution to reset the field force generator (FKG) to the starting position for initiating a new work cycle with + F.
Beide Schubstangen-Paare sind auf der Kurbelwelle um 180° phasenversetzt. Dadurch kann die Feldbatterie (FB1) als Magnet-Kolben K1 die Arbeitskraftraft +F bei OT = 0° KW in der 180° KW-Position, und die Feldbatterie (FB2) als Magnet-Kolben K2 gleichzeitig die Arbeitskraft +F bei OT = 0° KW in der um um 180° phasenversetzten 0° KW-Position, über denBoth pairs of push rods are 180 ° out of phase on the crankshaft. This enables the field battery (FB1) as magnetic piston K1 to have the worker penalty + F at OT = 0 ° KW in the 180 ° KW position, and the field battery (FB2) as magnetic piston K2 can also have the worker force + F at OT = 0 ° KW in the 180 ° phase-shifted 0 ° KW position, above the
Kraft-Drehmoment-Wandler mit Kurbelwellen-Rückstellung, einleiten. c) Prinzip symmetrische FM-Anordnung (Fig. 172 c) mit Feldmodulator-Ansicht, - Schnitt un Zahnstangen-Antrieb in Aufsicht Der kinematische Feldmodulator (FM) ist, wegen des Impulsausgleiches und kürzerer Schaltzeit (kürzerer Weg), in symmetrischer Bauweise ausgeführt (FM1 und FM2). Die Öffnung und Schließung erfolgt über gegenläufige Zahnstangen (Zahnstange), die über ein Ritzel angetrieben werden. Zur Unterbrechung der Wirbelströme ist die Feldmodulatorplatte in Streifen mit den Nummern 1-5 unterteilt.Initiate force-torque converter with crankshaft reset. c) Principle of a symmetrical FM arrangement (Fig. 172 c) with field modulator view, section and rack and pinion drive under supervision The kinematic field modulator (FM) is designed in a symmetrical design due to the pulse compensation and shorter switching time (shorter path) ( FM1 and FM2). The opening and closing takes place via counter-rotating racks (rack) which are driven by a pinion. To interrupt the eddy currents, the field modulator plate is divided into strips with the numbers 1-5.
Der Feldmodulator (FM) bewegt sich auf einer Äquipotentialfläche senkrecht zu den Feldlinien der Feldbatterien (FB), also senkrecht zur magnetischen Vorzugsrichtung, die als U-Magnete ausgebildet sind. Die Nordpole sind mit (+) und die Südpole mit (-) bezeichnet. d) Detail FM Schaltmechanismus (Fig. 172 d)The field modulator (FM) moves on an equipotential surface perpendicular to the field lines of the field batteries (FB), ie perpendicular to the preferred magnetic direction, which are designed as U-magnets. The north poles are marked with (+) and the south poles with (-). d) Detail of FM switching mechanism (Fig. 172 d)
In der Ansicht, Aufsicht und im Schnitt A-A wird alternativ gezeigt, wie die transversale Feldmodulatorbewegung durch einen 2-Gelenk-Hebelmechanismus, eingeleitet durch die Drehbewegung einerThe view, top view and section A-A alternatively show how the transverse field modulator movement is initiated by a 2-joint lever mechanism, initiated by the rotary movement of a
Welle und angeschlossenem Elektromotor, realisiert wird. e) Vertikal-Schnitt FM (Fig. 172 d)Shaft and connected electric motor. e) Vertical section FM (Fig. 172 d)
Eine weitere Alternative, gezeigt in einer Ansicht, Aufsicht und Schnitt, zeigt die transversale Feldmodulatorbewegung, realisiert durch eine direkteAnother alternative, shown in a view, top view and section, shows the transverse field modulator movement, realized by a direct one
Kopplung mit einem Drehstrom-Linearmotor, der die Oszillation zwischen "Auf-" und *'Zu-"Stellung herbeiführt.Coupling with a three-phase linear motor, which causes the oscillation between "open" and * 'closed "position.
Der Unterschied zwischen den Antriebs-Alternativen "gegenläufige Zahnstangen", "2-Gelenk-Hebeimechanismus " und Drehstrom-Linearmotor, liegt im Verschleiß und in der Höhe des Auwandes an kinetischer Energie, d.h. der Antriebsenergie für den Feldmodulator (FM).The difference between the drive alternatives "counter-rotating racks", "2-joint lifting mechanism" and three-phase linear motor lies in the wear and the amount of kinetic energy, i.e. the drive energy for the field modulator (FM).
Die FKM-Steuerung, Blockschaltbild (Fig. 173) Die FKM-Steuerung, Blockschaltbild (Fig. 173) zeigt , wie das BeispielThe FKM control, block diagram (Fig. 173) The FKM control, block diagram (Fig. 173) shows how the example
Feldkraftmotor gesteuert und messtechnisch kontrolliert wird.Field motor controlled and metrologically controlled.
Feldbatterien (multible PM's) (Fig. 174)Field batteries (multible PM's) (Fig. 174)
Mit der Anordnung multipler Feldbatterien wird eine kovariante Krafteinleitung gezeigt, d.h. der parallelen Einleitung der Kraft +F durch einen zweiten, simultan arbeitenden, Magnet-Kolbensat∑, der im "Leerhub" außerdem die Rückstellung des ersten Magnet-Kolbensatzes von der UT- nach OT-Position durch eine Gegenoszillation bewirkt. So werden beide Hub-Wege der Kurbelwelle mit der Kraft +F belegt.With the arrangement of multiple field batteries, a covariant introduction of force is shown, ie the parallel introduction of the force + F through a second, simultaneously working, magnetic piston set, which also causes the "magnetic stroke" to reset the first set of magnetic pistons from the bottom to top position by counter-oscillation. For example, both stroke paths of the crankshaft are assigned the force + F.
1.2 FKM-Steuerung1.2 FKM control
FKM-Steuerung, Blockschaltbild. (Fig. 173)FKM control, block diagram. (Fig. 173)
A. SteuerungA. Control
1.0 Power 1.1 On/Off Schalter + Lampe1.0 Power 1.1 On / Off switch + lamp
1.2 Sicherung1.2 Backup
1.3 Starter a) Scheibenläufer-Motor oder b) Drehstrom-Synchron-Permananent-Motor mit hoher Polzahl (max. Drehmoment), nmax 15.000 min"1, hat höchsten Wirkungsgrad1.3 Starter a) disc rotor motor or b) three-phase synchronous permanent motor with a high number of poles (max. Torque), n max 15,000 min "1 , has the highest efficiency
1.4 Betriebszeit (t) Quarzoszillator1.4 Operating time (t) quartz oscillator
1.5 Ladezustand Batterie (V)1.5 Battery charge status (V)
Lithium Ion oder Lithium Polymer BatterieLithium ion or lithium polymer battery
Reglerlampe: Drehstrom Klauenpolgenerator 14V, (bis 1600 W, 120A)Controller lamp: three-phase claw pole generator 14V, (up to 1600 W, 120A)
1.6 Kühlung Power-Cube (temperaturgeregelt) a) Außenkühlung mit Ventilator oder b) Innenkühlung mit Peltier-Element (Strom aus Überschuß der FKM) 2.0 Feldmodulator: FM-Regler für elektr. Ansteuerung1.6 Cooling Power-Cube (temperature controlled) a) external cooling with fan or b) internal cooling with Peltier element (electricity from excess of the FKM) 2.0 field modulator: FM controller for electr. control
2.1 Auf/Zu2.1 Open / Close
100% - „Auf bei OT = KW 0° 0% = „Zuα bei UT = KW 180° Regler A1 = % „Auf bei/nach OT = KW 0° - φ° A2 = immer „Zu" bei UT = KW 180 °100% - "open at OT = KW 0 ° 0% =" close α at UT = KW 180 ° controller A1 =% "open at / after OT = KW 0 ° - φ ° A2 = always" closed "at UT = KW 180 °
2.2 Verschlußgeschwindigkeit (t) Regler für Spulen-Strom (Impuls I) → Öffnungs-/Schließ-Zeit des FM bei 0° bzw. φ° nach OT2.2 Shutter speed (t) Controller for coil current (pulse I) → opening / closing time of the FM at 0 ° or φ ° after TDC
2.3 Verschlußzeitpunkt KW φ° nach OT2.3 Closure time KW φ ° after OT
Regler B = Spät-Verschluß (0° KW bis + φ° KW nach OT)Controller B = late closure (0 ° KW to + φ ° KW after OT)
3.0 Leistungsregelung Schalter schaltet manuell in Betriebsweise 1. oder 2.:3.0 Power control switch switches manually in operating mode 1 or 2:
1. Bei Drehzahl- und Beschleunigungs-Regelung FKM in Betriebskurve mit max. Wirkungsgrad betreiben. 2. Bei Beschleunigung: FKM mit max. Leistung betreiben; wenn die Batterie fast entladen ist, dann umschalten auf Betriebszustand 1.) mit max. Wirkungsgrad zum Wiederaufladen der Batterie.1. With speed and acceleration control FKM in operating curve with max. Operate efficiency. 2. With acceleration: FKM with max. Operate performance; if the battery is almost empty, then switch to operating state 1.) with max. Efficiency for recharging the battery.
B. MeßgeräteB. Measuring devices
Mit Ausgängen für Vielkanalsch reiber/OszillographWith outputs for multi-channel recorders / oscillographs
1.0 Mechanik Feldmodulator: Kraft, Weg, Zeit1.0 Mechanics field modulator: force, path, time
1.1 Feldmodulator (FM)1.1 Field modulator (FM)
1.1.1 Position OT für "Auf bei KW = 0°-φ° nach OT: Kraft auf FM (N), Weg (mm, →% „Auf) offen, Zeit (s) (gemäß Impuls) Sensoren: Kraftmessung mit Federkörper oder induktiv Differenzialspulensensor: Weg Piezoelektrischer Sensor: Kraft, Druck, Schockwellen Piezoelektrischer Beschleunigungssensor: Beschleunigung Tauchmagnetsensor Geschwindigkeit1.1.1 TDC position for "open at KW = 0 ° -φ ° after TDC: force on FM (N), travel (mm, →%" open) open, time (s) (according to impulse) sensors: force measurement with spring body or inductive differential coil sensor: displacement Piezoelectric sensor: force, pressure, shock waves Piezoelectric acceleration sensor: acceleration immersion magnetic sensor speed
1.1.2 Position UT für "Zu" bei KW = 180 ° : Kraft auf FM (N), Weg (mm), Zeit (s) Sensoren: Kraftmessung mit Federkörper oder induktiv Differenzialspulensensor: Weg Piezoelektrischer Sensor: Kraft, Druck, Schockwellen Piezoelektrischer Beschleunigungssensor: Beschleunigung Tauchmagnetsensor: Geschwindigkeit 1.2 Spät-Verstellung, FM-Verschiußzeitpunkt Verstellung FM-Verschluß (KW <p° nach OT)1.1.2 Position UT for "closed" at KW = 180 °: force on FM (N), path (mm), time (s) sensors: force measurement with spring body or inductive differential coil sensor: path Piezoelectric sensor: force, pressure, shock waves Piezoelectric Acceleration sensor: acceleration immersion magnetic sensor: speed 1.2 late adjustment, FM shutter timing, FM shutter adjustment (KW <p ° after TDC)
1.3 Pleuel (P)1.3 connecting rod (P)
1.3.1 Kraft auf FB1 -Pleuel (N), Position OT: Abstoßung OT→UT, Weg (mm), Zeit (s), Sensoren: Kraftmessung mit Federkörper oder induktiv Differenzialspulensensor: Weg Piezoelektrischer Sensor: Kraft, Druck, Schockwellen Piezoelektrischer Beschleunigungssensor: Beschleunigung Tauchmagnetsensor: Geschwindigkeit 1.3.2 Kraft auf FB2-Pleuel (N), Position UT: kraftlos UT→OT, Weg (mm), Zeit (s), Sensoren: Kraftmessung mit Federkörper oder induktiv Differenzialspulensensor: Weg Piezoelektrischer Sensor: Kraft, Druck, Schockwellen Piezoelektrischer Beschleunigungssensor: Beschleunigung Tauchmagnetsensor: Geschwindigkeit 2.0 Elektrik Feldmodulator1.3.1 Force on FB1 connecting rod (N), position OT: repulsion OT → UT, distance (mm), time (s), sensors: force measurement with spring body or inductive differential coil sensor: path Piezoelectric sensor: force, pressure, shock waves Piezoelectric acceleration sensor : Acceleration of the submersible magnetic sensor: Speed 1.3.2 Force on FB2 connecting rod (N), position UT: no force UT → OT, travel (mm), time (s), sensors: force measurement with spring body or inductive differential coil sensor: travel Piezoelectric sensor: force, pressure, shock waves Piezoelectric acceleration sensor: acceleration submersible magnetic sensor: speed 2.0 electrical field modulator
2.1 Eingang-FM (Spulen-Strom I, -Spannung V, -Leistung W)2.1 Input FM (coil current I, voltage V, power W)
2.2 FM nichtlineare Strom-Impulskurve (I) (für Verschlußgeschwindigkeit)2.2 FM nonlinear current pulse curve (I) (for shutter speed)
2.3 Magnetfeld: Magnetfeldsensor2.3 Magnetic field: magnetic field sensor
2.3 Temperatur (T) FM, Silicium-Temperatur-Fühler 2.4 Temperatur FB1, FB2, Silicium-Temperatur-Fühler2.3 Temperature (T) FM, silicon temperature sensor 2.4 Temperature FB1, FB2, silicon temperature sensor
3.0 Feldkraftmaschine FKM3.0 FKM field machine
3.1 Drehzahl (n), Tachogenerator3.1 speed (s), tachometer generator
3.2 Drehmoment (Nm) 3.3 mech. Leistung (W)3.2 Torque (Nm) 3.3 mech. Power (W)
3.4 elektrische Daten:3.4 electrical data:
3.4.1 FM-Eingang (l,V,W)3.4.1 FM input (l, V, W)
3.4.2 FKM-Ausgang (l,V,W)3.4.2 FKM output (l, V, W)
3.4.3 Differenz FKM-FM (l,V,W) → Wirkungsgrad 3.4.4 Wirkungsgrad %3.4.3 difference FKM-FM (l, V, W) → efficiency 3.4.4 efficiency%
3.5 Temperatur im Power-Cube, Silicium-Temperatur-Fühler3.5 Temperature in the power cube, silicon temperature sensor
3.6 Option: Kühlung elektrisch mit Peltierelement aus Überschußenergie, statt Ventilator-Belüftung3.6 Option: Cooling electrically with Peltier element from excess energy, instead of fan ventilation
3.7 Temperatur am Widerstand = Verbraucher (Ausgang FKM), Silicium-Temperatur-Fühler3.7 Resistor temperature = consumer (FKM output), silicon temperature sensor
2. Feldbatterie (multibie PM's) (Fig.174) Multiple PMs und Oszillation OT-»UT/UT→OT2. Field battery (multibie PM's) (Fig. 174) Multiple PMs and oscillation OT- »UT / UT → OT
3. Feldkraftmotor Elektrischer Feldkraft-Motor (FKE-Impulskonverter)3. Field force motor Electric field force motor (FKE pulse converter)
A. Technisches Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht Im Gegensatz zum magnetischen Feldkraft-Generator benötigt derA. Technical field to which the invention relates In contrast to the magnetic field force generator, the
Feldkraft-Motor elektrische Energie, die zunächst aus dem Feldkraft- Generator gewonnen werden kann (in Pufferbatterie zwischengespeichert). Der FKE kann seine elektrische Energie auch von einer anderen elektrischen "Quelle" beziehen.Field force motor electrical energy that can initially be obtained from the field force generator (temporarily stored in a buffer battery). The FKE can also obtain its electrical energy from another electrical "source".
Im Feldkraft-Motor wird kein FM benötigt, dafür werden aber Magneser bzw. Elektreser eriϊndungsgemäß eingesetzt. B. Zu lösende technische AufgabeNo FM is required in the field force motor, but magnesians or electres are used according to the invention. B. Technical problem to be solved
Gegenstand der Erfindung des Felfkraftmotors ist die Erzeugung von Magnet- feldem durch Magneser (gilt analog für Elektreser mit elektrischen Feldern).The invention of the field force motor is the generation of magnetic fields by magnesians (applies analogously to electric readers with electric fields).
Der Feldkraftmotor kann z.B. als Elektro-Hubkolbenmotor ausgebildet werden. Im Gegensatz zum FKG wird kein FM/PS benutzt, sondern die elektrische Primärenergie dient zur Speisung von Erregerspulen mit speziellen Verstärker-Kernen, die ein abstoßendes (oder anziehendes) Feld erzeugen.The field motor can e.g. be designed as an electric reciprocating piston engine. In contrast to the FKG, no FM / PS is used, but the electrical primary energy is used to feed excitation coils with special amplifier cores, which generate a repulsive (or attractive) field.
Die Spule, mit am Arbeitspunkt des Materials abgestimmtem und verstärkendem passiven Kern-Material oder Hohlraumresonator mit aktivem Wirtskristall, wird Magneser bzw. Elektreser genannt.The coil, with a passive core material or cavity resonator with an active host crystal that is matched and reinforced at the working point of the material, is called a magnesian or electreser.
C. Darstellung der ErfindungC. Presentation of the invention
Eriϊndungsgemäß ist das Wirkprinzip der Magneser-Maschine = Magneser-Motor bzw. Elektreser-Maschine = Elektreser-Motor nachfolgend erklärt : 1. Spule mit verstärkendem Kern Eine Maschine mit sehr hoher Magnetfeldverstärkung am Arbeitspunkt eines hochleitfähigen ferromagnetischen Stoffs (hohe Leitfähigkeit → hohe Verstärkung der Magnetisierung).Durch Impulsmagnetisierung mit Pulskompressionstechnik am Arbeitspunkt erfolgt die Magnetisierung. Dieser hoch nichtlineare, durch den Stoff am Arbeitspunkt magnetisch verstärkte Feld-Impuls,ermöglicht es, dass in dieser Maschine, eine nichtlineare Feldkraft-Stoßwelle (diese wird wie das Klopfen im Verbrennungsmotor, bedingt durch die Verbrennungsfront mit Schallgeschwindigkeit, kontrolliert) erzeugt wird.According to the invention, the operating principle of the magnesian machine = magnesian motor or electreser machine = electreser motor is explained below: 1. Coil with a reinforcing core A machine with a very high magnetic field gain at the operating point of a highly conductive ferromagnetic material (high conductivity → high strengthening of the magnetization The magnetization takes place through pulse magnetization with pulse compression technology at the operating point. This highly non-linear field impulse, which is magnetically reinforced by the material at the working point, enables a non-linear field force shock wave to be generated in this machine (this is controlled like knocking in the combustion engine due to the combustion front at the speed of sound).
2. Aktiver Festkörper-Magneser / Festkörper-Elektreser Als Analogie zu einer "Laser-Maschine" (Licht-Stoß / Impuls = Lichtblitz, gepumpt im Lasermaterial durch Licht), wobei die Magnetfeldverstärkung kohärent im dotierten magnetischen Wirtskristall stattfindet. Hierbei findet ein magnetischer (bzw. elektrischer bei Elektreser) Pumpvorgang (parametrische Erregung / Verstärkung mit Pumpfrequenz) mit Pulskompressionstechnik (analog einem Laser) statt. So entsteht ein magnetischer "Blitz", magnetisch gepumpt im Magnesermaterial.2. Active solid-state magnet / solid-state electrometer As an analogy to a "laser machine" (light pulse / pulse = light flash, pumped in the laser material by light), the magnetic field amplification taking place coherently in the doped magnetic host crystal. Here, a magnetic (or electrical for electricians) pumping process (parametric excitation / amplification with pump frequency) with pulse compression technology (analogous to a laser) takes place. This creates a magnetic "lightning", magnetically pumped in the magnesium material.
3. Magneserdiode, Elektreserdiode3. Magnesian diode, electrodes diode
Wirkprinzip Magneser / Elektreser 1. Spule mit verstärkendem Kern Die magnetische Wirkung ist um so größer, je goßer die Durchflutung Θ und je kleiner die mittlere Spulenlänge ist (mittlere Feldlinienlänge). Die Erfindung wird durch die 1. und /oder 2. Optimierung erklärt. I. OptimierungMagnesian / Electresian principle of operation 1. Coil with reinforcing core The greater the magnetic flux, the greater the flow Θ and the smaller the mean coil length (mean field line length). The invention is explained by the 1st and / or 2nd optimization. I. Optimization
Optimierung des Maximums der magnetischen Wirkung zwischen Maximierung von Θ=I*N bei Minimierung von Lm.Optimization of the maximum of the magnetic effect between maximizing Θ = I * N while minimizing L m .
Folge: Viele kleine Spulen in einer x-y-Matrix oder Dreiecks-Netz und in z-Kaskade angeordnet ergeben viel mehr magnetische Wirkung als eine großeConsequence: Many small coils in an x-y matrix or triangular network and arranged in z-cascade result in much more magnetic effect than a large one
Spule mit großem lm.Coil with large l m .
Ein Magnet hat eine um so größere Kraftwirkung, je dichter die magnetischen Feldlinien sind, also je größer der magnetische Fluß und je kleiner die Fläche ist, die von ihm durchsetzt wird.A magnet has a greater effect of force, the denser the magnetic field lines are, that is, the larger the magnetic flux and the smaller the area through which it passes.
2. Optimierung2. Optimization
Maximierung des magnetischen Flußes mit Minimierung der Fläche. Folge: Viele kleine Spulen in einer x-y-Matrix oder Dreiecks-Netz und in z-Kaskade angeordnet ergeben viel mehr magn. Kraftwirkung als eine großeMaximizing the magnetic flux with minimizing the area. Result: Many small coils in an x-y matrix or triangular network and arranged in z-cascade result in much more magn. Effect of force as a great
Spule mit großem A.Large A. coil
Spule mit Kern als magnetischer VerstärkerCoil with core as a magnetic amplifier
Der Kern ist bei maximaler Aussteuerung magnetisch gesättigt; ab der Sättigung tritt keine Verstärkung mehr ein. Erfmdungsgemäß wird der höchsteThe core is magnetically saturated at maximum modulation; from saturation onwards, there is no amplification. According to the invention, the highest
Verstärkungsfaktor beim Arbeitspunkt A3maχ) in optimierten Kernen und Spulen verwendet, weil dann der Energieeinsatz am geringsten und die Verstärkung am höchsten ist. Die o.g. Optimierungskriterien sind für den Wirkungsgrad des Feldkraft-Motors ausschlaggebend. Weitere Optimierungskriterien a) Beim weichmagnetischen Stoff ist der Entmagnetisierungsfaktor N=1 mit - (BH)max (negative Energie) zu beachten. Der Kern ist zuerst zu optimieren, danach die Spule. b) Ebenso wie beim PM wird bei der Optimierung das Optimum von Haftkraft zu Gewicht des Magneten (hier mit Kern + Spule + Rückschluß, je nach Design) angewendet (das optimierte Verhältnis V=H/G). c) Auch die transversale Kraft-Weg-Kenπlinie ist für Transversal-Maschinen maßgebend. d) Der Kern kann lameliiert werden (mit Oxid-Isolationsschichten gegen Wirbelstrom-Verluste), bei Ein-, und Bikristallen sind diese entlang der magn. Vorzugsrichtung zu teilen. Es ist die Kristall-Anisotropie etc. zu beachten, ggf. können kornorientierte Bleche verwendet werden. e) Es sind hochpermeable Stoffe zu verwenden Bei der Optimierung ist zu beachten: Vom höchsten μmax aller ' Legierungen ausgehen und die dazugehörende Induktion Bo t [Tj anwenden, das ist der höchste Verstärkungsfaktor. Dies ergibt vielejcleine Magneser in einer Matrix und Kaskadenanordnung (Magneser-Batterie) . Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Einkristallen, die zu - Lamellenpaketen (wegen Wirbelströmen + Spinrelaxation) zusammengesetzt werden. f) Auf die Impulspermeabilität und Induktionshub bei kleinem ή ist zu achten. g) Auf die geometriebedingte Eigenresonanz des Kerns ist zu achten (Ummagnetisierungs-Verluste) .Gain factor at the operating point A 3ma χ) is used in optimized cores and coils, because then the energy input is lowest and the gain is highest. The above optimization criteria are decisive for the efficiency of the field force motor. Further optimization criteria a) For the soft magnetic material the demagnetization factor N = 1 with - (BH) max (negative energy) has to be considered. The core must be optimized first, then the coil. b) As with the PM, the optimum of adhesive force to weight of the magnet (here with core + coil + yoke, depending on the design) is used for the optimization (the optimized ratio V = H / G). c) The transverse force-displacement characteristic is also decisive for transverse machines. d) The core can be laminated (with oxide insulation layers against eddy current losses), with single and bicrystals these are along the magn. Preferred direction to share. The crystal anisotropy etc. must be taken into account; grain-oriented sheets can be used if necessary. e) There are high-permeability materials to use when optimizing Note: From the highest μ max out all 'alloys and the associated induction B o t [Tj apply, which is the highest gain. This results in many magnesia in a matrix and cascade arrangement (magnesia battery). It is particularly advantageous to use single crystals which are put together to form lamella packets (due to eddy currents + spin relaxation). f) Pay attention to the pulse permeability and induction stroke with a small ή. g) Attention must be paid to the geometry-related natural resonance of the core (magnetic reversal losses).
Induktion durch Impulsmagnetisierung + Pulskompression Bei Feldänderung erhält man beim Ein- und Ausschalten (Impulsmagnetisierung + Pulskompression) im Magneser ein sich sehr schnell änderndes Magnetfeld (deshalb werden in einer 2. Spule/Ieitenter Induktionsring hohe Spannungen induziert) und damit eine große Änderung des magnetischenInduction by pulse magnetization + pulse compression If the field changes, switching on and off (pulse magnetization + pulse compression) in the Magnesian gives you a very quickly changing magnetic field (therefore high voltages are induced in a second coil / conductive induction ring) and thus a large change in the magnetic field
Flusses.River.
Magneser / Elektreser mit leitendem Verstärker-KernMagnesian / electric meter with conductive amplifier core
Folge: Verstärkungswirkung durch den beiAz abgestimmten ferro-/ ferrimagnetischen Kern.Consequence: reinforcing effect through the ferro / ferrimagnetic core coordinated at Az.
Diese Einheit von optimierter Spule und genau abgestimmten verstärkendem Kern, nennen wir Magneser bzw. bei ferro-/ferrielektrischem Stoff Elektreser, weil er durch Impulsmagnetisierung (Impulselektrisierung) mit Pulskompression mit hohen zeitlich verdichteten Stromimpulsen (nichtsinusförmiger Strom/Spannung), im Takt des Motors, gespeist aus der Feldkraftmaschine über ggf. eine Pufferbatterie, am Arbeitspunkt A3 des Materials, verstärkt und gepulst, betrieben wird.This unit of optimized coil and precisely coordinated reinforcing core is what we call Magnesian or, in the case of ferro- / ferrielectric material, electreser because it uses pulse magnetization (pulse electrification) with pulse compression with high temporally compressed current pulses (non-sinusoidal current / voltage), in time with the motor, fed from the field machine via possibly a backup battery, at the working point A3 of the material, amplified and pulsed , operated.
2. Aktiver Festkörper-Magneser- / Elektreser Holraumresonator mit dotiertem Wirtskern als magnetisch induzierte2. Active solid-state magnet / electrometer cavity resonator with doped host core as magnetically induced
Emissions-PumpeEmission pump
Prinzip magnetischer Festkörper-Magneser / -ElektreserPrinciple of magnetic solid-state magneses / electric readers
Erfindungsgemäß besteht eine Analogie zum Laser darin, daß beim Magneser magnetisch aktives Material magnetisch gepumpt wird.According to the invention, an analogy to the laser is that magnetically active material is magnetically pumped in the Magnesian.
Der aktive Feld-Festkörper-Magneser, beim elektrisch aktiven Feld-Festkörper- Elektreser, kann in verschiedenen Wirtskristalllen realisiert werden. Das Prinzip besteht in einem Verstärker-Kern (Wirtskristall plus dotierte magnetisch/elektrisch aktive Atome) und induzierte / oder stimulierte magnetische/elektrische Emission (s aktiver Magneser/Elektreser)The active field-solid-state magnet, in the case of the electrically active field-solid-state electrometer, can be implemented in different host crystals. The principle consists of an amplifier core (host crystal plus doped magnetic / electrically active atoms) and induced / or stimulated magnetic / electrical emission ( s active magnesia / electrometer)
Am Arbeitspunkt eines magn. aktiv ferro- /ferrimagnetischen Kerns, wird dieser Mittels magnetischem Pumpeffekt durch einen starken magn. Hohlraumresonator zu einer kräftigen stimulierten magnetischen Emission gezwungen. Die kohärente magnetische Verstärkung basiert auf einer magnetischen Besetzungsinversion. Als aktiv magnetisches Material kann ein Wirtskristall mit dotierten Ferroatomen dienen, z.B. Dotierung (ca. 1%) mit Neodym, Dysprosium, Erbium, Holmium etc. Bei den Lathanoiden werden die retativ tief innen liegenden magnetischen Energiezustände, die sogenannte 4f-Schale, sukzessive mitAt the working point of a magn. active ferro- / ferrimagnetic core, this is by means of magnetic pump effect through a strong magn. Cavity forced to vigorously stimulated magnetic emission. The coherent magnetic gain is based on a magnetic population inversion. A host crystal with doped ferro-domes can serve as the active magnetic material, e.g. Doping (approx. 1%) with neodymium, dysprosium, erbium, holmium etc. In the case of the lathanoids, the magnetic states of energy, the so-called 4f shell, which lie deep inside, are gradually removed
Elektronen-Spinmomenten gefüllt. Die Spinmomente der äußeren Elektronenhülle, die die magnetischen Bindungszustände im Kristall bestimmen (Austauschintegral) stören die 4f-Schalen nur geringfügig. Die 4f-Schalen besitzen deshalb- scharfe magnetische Energiezustände, die sich hervorragend zur Erzeugung von festfrequenter Magneserstrahlung eignen. Die Oszillationsfrequenz, die an die Absorption angepaßt sein muß, ist abzustimmen an das aktive Material. Ein HF-Feld B' regt die Übergänge in den beiden Richtungen an: Absorptionen, bei denen der Spin in einen energetisch höheren Zustand klappt, und erzwungene Emissionen, bei denen er in einen tieferen klappt. Die ersten entziehen dem HF-Feld Energie, die zweiten führen ihm welche zu. Die Übergänge hängen vom Besetzungsgrad und Anfangszustand ab. Alternativ zum magn./elektr. Hohlraumresonator kann eine effizienteElectron spin moments filled. The spin moments of the outer electron shell, which determine the magnetic bond states in the crystal (exchange integral), only slightly disturb the 4f shells. The 4f shells therefore have sharp magnetic energy states that are ideal for generating fixed-frequency magnesia radiation. The oscillation frequency, which must be adapted to the absorption, must be matched to the active material. An HF field B ' stimulates the transitions in the two directions: absorptions, in which the spin folds into an energetically higher state, and forced emissions, with which it folds into a lower one. The first extract energy from the HF field, the second supply it with energy. The transitions depend on the degree of occupation and the initial state. As an alternative to magn./electr. Cavity can be efficient
Hochleistungs-Magneserdiode / Elektreserdiode den Pumpvorgang (magnetische Anregung erzeugt die magnetische Inversion) vornehmen. Das vorgenannte Prinzip funktioniert analog auch bei ferro-/ferrielektrischenHigh-performance Magneserdiode / Elektreserdiode the pumping process (magnetic excitation generates the magnetic inversion). The above principle works analogously with ferro / ferrielectric
Systemen; hierbei ist nicht der Spin, sondern die Oberflächenladung auf dem Kristall für den Elektreser maßgebend.systems; it is not the spin, but the surface charge on the crystal that is decisive for the electrician.
Induzierte oder stimulierte magnetische / elektrische Emission von FlußquantenInduced or stimulated magnetic / electrical emission of flux quanta
Beispiel am magnetischen Flußquant (analog für elektr. Flußquant).Example of the magnetic flux quantum (analog for electrical flux quantum).
Ein Flußquant der Energie Spinmoment von einem hohen magn. Spinmoment-Energieniveau E2 auf ein tieferes magn.A flow quantum of energy Spin moment from a high magn. Spin moment energy level E 2 to a lower magn.
Spinmoment-Energieniveau Ei stimulieren (Übergangsrate) → M-Emission.Spin moment energy level stimulate egg (transition rate) → M emission.
Ein Flußquant der betreffenden magn. Energie kann aber auch absorbiert werden und damit ein Spinmoment vom tieferen magn. Energiezustand Ei auf den höheren E2 heben (Übergangsrate) → M-Absorption.A flux quantum of the magn. Energy can also be absorbed and thus a spin moment from the lower magn. Raise energy state Ei to the higher E 2 (transition rate) → M absorption.
Um eine kräftige stimulierte magnetische Emission zu erhalten, muß eine magnetische Besetzungsinversion, d.h. N2 Nι vorliegen; die magn.In order to obtain a strongly stimulated magnetic emission, there must be a magnetic inversion, ie N 2 Nι; the magn.
Besetzungsinversion wird durch magnetisches Pumpen mit Hilfe eines starken magnJelektr. Holraumresonators erzwungen.Occupation inversion is achieved by magnetic pumping using a strong magnJelectr. Cavity resonator forced.
Das Prinzip der M-Emission / M-Absorption kann auch auf M-Makros (Spinmoment-Kollektiv) , wie Elementarzelle, Einkristall, Korn mit ihrer spontanenThe principle of M emission / M absorption can also be applied to M macros (spin moment collective), such as unit cell, single crystal, grain with their spontaneous
Ausrichtung (Spinmoment-Makro) - analog eines einzelnen Elektron-Spinmomentes - im Festkörper angewendet werden.Alignment (spin moment macro) - analogous to a single electron spin moment - can be used in the solid.
Resonator - magnetischer Interferometer Der Magneser kann mit aktivem magnetischen Material, bei Elektreser elektrisch aktiviertem Material eingesetzt in einen magn. Resonator mit zwei magn. Spiegeln, versehen werden. In diesem magn. Resonator baut sich eine stehende magn. Welle auf (magn. Flußquanten), die sich in longitudinaler Richtung bewegen, durchqueren immer wieder das magnetisch aktive Material und werden magnetisch kohärent verstand:, während solche magn. Wellen, die denResonator - magnetic interferometer The magnesia can be used with active magnetic material, with electres electrically activated material used in a magn. Resonator with two magn. Mirror, be provided. In this magn. Resonator builds a standing magn. Waves on (magnetic flux quanta) that move in the longitudinal direction repeatedly cross the magnetically active material and become magnetically coherent: while such magn. Waves that the
Weg schräg zur Längsachse nehmen, sehr schnell das magn. aktive Material verlassen und nicht weiter verstärkt werden (beachte Kristall-Ansiotropie). Bei der Bündelung / Verstärkung beachte man die magn. Brechung, die für diesen Effekt mit verantwortlich ist. Der magn. Spiegel Si hat eine magn. Reflexion von 100%, während derTake the path diagonally to the longitudinal axis, very quickly the magn. leave active material and are no longer amplified (note crystal ansiotropy). When bundling / strengthening, note the magn. Refraction, which is responsible for this effect. The magn. Mirror Si has a magn. 100% reflection during the
Auskopplungsspiegel S2 eine geringe magn. Transmission aufweist. Dadurch wird ständig ein Bruchteil der Flußquanten ausgekoppelt.Decoupling mirror S 2 a low magn. Transmission has. As a result, a fraction of the flux quanta is continuously coupled out.
Der Magneser bzw. Elektreser arbeitet im Impulsbetrieb.The magnesian or electric meter works in impulse mode.
Resonatorgüteresonator
Während des magn. Pumpvorgangs wird die Resonatorgüte Q künstlich niedrig gehalten, so dass der Magneser nicht anschwingt und eine hohe magn.During the magn. Pumping the resonator quality Q is kept artificially low, so that the Magneser does not swing and a high magn.
Besetzungsinversion aufgebaut wird. Erhöht man nun zu einem bestimmten Zeitpunkt die Güte (Güteschalter), so entlädt sich die ganze im magn.Cast inversion is built. If you increase the quality at a certain point in time (quality switch), the whole thing is discharged in the magn.
Resonator gespeicherte magnetische Energie in einem kurzen, leistungsstarkenResonator stored magnetic energy in a short, powerful
Magnetpuls.Magnetic pulse.
Folge: magnetisch hohe Monochromasie und damit zusammenhängend räumliche und zeitliche Kohärenz. Güteschalter: magnetische bzw. elektrische Zellen im Resonator eingebaut.Result: magnetically high monochromaticity and the associated spatial and temporal coherence. Q-switch: magnetic or electrical cells built into the resonator.
Magnetische / elektrische Güteschaltung (Qm-/Qβ-Switching)Magnetic / electrical Q-switching (Q m - / Q β switching)
Im Magneser- bzw. Elektresermedium kann die Anregungsenergie der magnetischen bzw. elektrischen Inversion gespeichert werden, wenn die Lebens- dauer des oberen Magneserzustandes / Elektreserzustandes nicht zu kurz ist.The excitation energy of the magnetic or electrical inversion can be stored in the magnesian or electres medium if the service life of the upper magnesian state / electreser state is not too short.
Innerhalb der Zerfallszeit des oberen Zustandes kann man magnetische bzw. elektrische Feld-Energie in das magnetische / elektrische Medium mit einem DauerstrichmagneserAelektreser pumpen, wenn man gleichzeitig die Magneser-/Elektreserosziliation unterdrückt. Dazu wird ein Güteschalter verwendet, der den Gütefaktor des Magneser-/Elektreserresonators stark reduziert. Es wird für kurze Zeit eine magnetische bzw. elektrische Feld- Verstärkung aufgebaut, die die gesättigte magnetische bzw. elektrische Verstärkung des Dauerstrichbetriebs weit übersteigt. Bei Öffnung des Güteschalters führt diese große Verstärkung kurzzeitig zur Emission eines magnetischen bzw. elektrischen Riesenimpulses.Within the disintegration time of the upper state, magnetic or electrical field energy can be pumped into the magnetic / electrical medium with a continuous wave magnifier if the magnesia / electroserosiliation is suppressed at the same time. A Q-switch is used for this, which greatly reduces the quality factor of the magnetic / electric resonator. A magnetic or electrical field gain is built up for a short time, which far exceeds the saturated magnetic or electrical gain of continuous wave operation. When the Q-switch is opened, this large gain briefly leads to the emission of a magnetic or electrical giant pulse.
Höchstleistungs-Magneser / ElektreserHigh performance magnesia / electric meter
Durch geeignete magnetische bzw. elektrische Verstärker kann die magnetische bzw. elektrische Feld-Energie angehoben werden. Um zu extrem hohen Leistungen zu gelangen, müssen die magnetischen bzw. elektrischenThe magnetic or electrical field energy can be increased by suitable magnetic or electrical amplifiers. In order to achieve extremely high performance, the magnetic or electrical
Feld-Pulse während des Verstärkungsprozesses zunächst künstlich verlängert werden (wegen der extremen Leistungsdichte im Verstärkermedium). Nach der Verstärkung werden die magnetischen bzw. elektrischen Feld-Pulse einfach wieder komprimiert und stehen dann mit ihrer extremen Leistung im Kurzzeit-Magneser bzw. -Elektreser zur Verfügung.Field pulses are initially artificially extended during the amplification process (due to the extreme power density in the amplifier medium). After the amplification, the magnetic or electrical field pulses are simply compressed again and are then available with their extreme power in the short-term magnesia or electric readers.
Magnetisch aktives MaterialMagnetically active material
Z.B. Neodym im Wirtskristall mit Dotierung (Ny wie gefrorenes Gas unabhängiger Atome); Wirtskristall muß hervorragende magn. Qualität besitzen und große Wärmeleitfähigkeit → Abwärme.For example, Neodymium in the host crystal with doping (Ny like frozen gas of independent atoms); Host crystal must have excellent magn. Have quality and great thermal conductivity → waste heat.
Magnetischer Spiegel Z.B. mit periodischer magnetischer Brechungsindex-Modulation. 3. Magneserdiode, (Halbleiter-Magneser) Elektreserdiode (Halbleiter-Elektreser)Magnetic mirror Eg with periodic magnetic refractive index modulation. 3. Magneserdiode, (semiconductor magneser) electreser diode (semiconductor electreser)
Die Größe der magnetischen bzw. elektrischen Bandlücke ist eine Eigenschaft des magnetischen bzw. elektrischen Halbleitermaterials. Die magnetische Inversion kann man durch Injektion von MagnetisierungsträgernThe size of the magnetic or electrical band gap is a property of the magnetic or electrical semiconductor material. The magnetic inversion can be done by injection of magnetization carriers
(Magnetronen und Magnetronen-Löcher auf der Basis von Magnetonen (μB ~) und(Magnetrons and magnetron holes based on magnetons (μ B ~ ) and
Magnetonen-Löchern (μB +)) in einem magnetischen Halbleiter mit PmNm-Über- gängen erzielen.Achieve magneton holes (μ B + )) in a magnetic semiconductor with P m N m transitions.
Die Magnetonen-Löcher sind positive magnetisierte, unbesetzte Elektronen-Spinzustände (μB +) und können im Übergangsbereich mit einemThe magneton holes are positive magnetized, unoccupied electron spin states (μ B + ) and can be combined with a
Magneton-Spinzustand (μs~) unter Emission eines Photons (Magnetron)Magneton spin state (μs ~ ) with emission of a photon (magnetron)
"rekombinieren"."Recombine".
Vorwärtesbetrieb von PmNm-Übergängen im magnetischen Halbleiter:Forward operation of P m N m transitions in magnetic semiconductors:
Im Bereich des Übergangs treffen Magnetronen im magnetischen Leitungsband und Magnetronen-Löcher (siehe Magnetronik) aufeinander und können unterIn the area of the transition, magnetrons meet in the magnetic conduction band and magnetron holes (see magnetronics) and can be found under
Emission von magnetischer Strahlung (Magnetronen) rekombinieren.Recombine emission of magnetic radiation (magnetrons).
Die Magneser- bzw. Elektreserdioden sind in Mikro- (Mikromagnetronik) und Nanostrukturen (Nanomagnetronik) herstellbar. M- bzw. E-Halbleitersystem: Spaltflächen eines M- bzw. E-Kristalls formen dieThe magnesia or electrodes diodes can be manufactured in micro (micromagnetronics) and nanostructures (nanomagnetronics). M or E semiconductor system: gap areas of an M or E crystal form the
Endspiegel des magn. Stehwellenresonators. Die aktive PmNmPm -Zone + Schichtenfolge sind nur wenige μm dick. M-Resonatorlänge L < 1 mm.End mirror of the magn. Stehwellenresonators. The active P m N m Pm zone + layer sequence are only a few μm thick. M resonator length L <1 mm.
Anwendung: Kleinmaschinen etc., NanostrukturenApplication: small machines etc., nanostructures
Wirkprinzip Feldkraft-Motor 1. Zwei-Magneser-PrinzipOperating principle of field force motor 1. Two-magnesian principle
Es werden nun zwei Magneser bzw. Elektreser in abstoßender (oder anziehender) Position (antiparallel in Repulsion) longitudinal gegenüberstehen, beweglich auf einer Achse montiert (Fig. 175).There are now two magneses or electres in the repelling (or attracting) position (antiparallel in repulsion) facing each other, movably mounted on an axis (Fig. 175).
Im Gegensatz zum Feldkraftgenerator befindet sich kein Feldmodulator dazwischen - die Magneser berühren sich fast - so wird die extreme abstoßende Impuls-Feldkraft an den Polen direkt nutzbar, ohne daß ein Luftspalt den Fluß mindert.In contrast to the field force generator, there is no field modulator in between - the Magnesians almost touch each other - so the extremely repulsive impulse field force at the poles can be used directly without an air gap reducing the flow.
Nur die Polform kann z.B. konkav oder über den magnetischen Brechungsindex gestaltet werden (homogenisiertes Feld) oder es wird eine Helmholz-Spulen-Anordnung gewählt, um die abstoßende bzw. bei Umpolung anziehende Feldkraft gleichmäßig auf die Polflächen übertragen zu könnenOnly the pole shape can e.g. be designed concave or via the magnetic refractive index (homogenized field) or a Helmholz coil arrangement is selected in order to be able to transmit the repulsive or field force which is attractive in the event of polarity reversal to the pole faces
(= Anpassung an Arbeitspunkt A3 und Vermeidung überhöhter mechanischer Spannungsspitzen im Werkstoff).(= Adaptation to working point A3 and avoidance of excessive mechanical stress peaks in the material).
Man kann je einen Primär-Magneser bei UT mit einem zweiten Magneser kombinieren, um die oszillierende Bewegung jeweils auch mit Abstoßung beiYou can combine a primary magnesia at UT with a second magnesia to reduce the oscillating movement
UT und Abstoßung bei OT zu kombinieren, so wird auch der negative Hub -h genutzt (Fig. 176). a) Abstoßung, b) Anziehung -F, c) Abstσßung (umgepolt), d) Anziehung -FTo combine UT and repulsion at OT, the negative stroke -h is also used (Fig. 176). a) repulsion, b) attraction -F, c) repulsion (reversed), d) attraction -F
Bemerkung: 1) Ohne Impulsausgleich: ein Magneser ist stationär und ein Magneser oszilliert. 2.) Mit Impulsausgleich: Zwei Magneser oszillieren.Comment: 1) Without pulse compensation: a magnesian is stationary and a magnesian oscillates. 2.) With pulse compensation: two Magnesians oscillate.
Es kann ein stationärer Magneser (Stator) und ein beweglicher/oszillierender Magneser (Läufer) als Kolben (hier sind keine Gleichgewichts-Zustände mit FM wie beim FKG zu realisieren) verwendet werden, so dass die abstoßenden Kräfte bei OT und die abstoßenden Kräfte bei UT in der Maschine genutzt werden können (Boxer-Motor).A stationary magnesian (stator) and a movable / oscillating magnesian (rotor) can be used as pistons (here no equilibrium states can be achieved with FM as with the FKG), so that the repulsive forces at TDC and the repulsive forces at UT can be used in the machine (boxer engine).
Es sind aber auch zwei gegenläufige bewegliche Magneser wegen des Impulsausgleiches möglich.However, two opposing moving magnesians are also possible because of the pulse compensation.
Es kann auch eine Tauchspulen-Konstruktion verwendet werden, denn diese hat in bezug auf den Hub eine bessere Kraft-Weg-Kennlinie, die demA plunger coil construction can also be used because this has a better force-displacement characteristic with respect to the stroke, which the
Drehwinkel mit Drehmomentverlauf an der Kurbelwelle besser angepaßt werden kann (Fig. 177).Angle of rotation with torque curve on the crankshaft can be better adapted (Fig. 177).
Auch kann das PM-Transversal-Prinzip als Hubkolben-Maschine verwendet werden (Fig. 178), in diesem Fall bleibt der Luftspalt konstant.The PM transverse principle can also be used as a reciprocating piston machine (Fig. 178), in which case the air gap remains constant.
Technische InformationenTechnical information
Wegen der schnell oszillierenden bewegten Massen kann zur Reduktion der kinetischen Energie die Luft-Spule z. B. aus Aluminium statt Kupfer verwendet werden - das Leistungsgewicht des Magnesers ist dann (wegen des Dichte- und spez. elektr. Widerstands-Verhältnises) fast einen Faktor 2 besser.Because of the rapidly oscillating moving masses, the air coil can be used to reduce the kinetic energy. B. made of aluminum instead of copper - the power-to-weight ratio of the magnesium is then (because of the density and specific electrical resistance ratio) almost a factor of 2 better.
Ebenso erhöht eine Luft- bzw. Wasserkühlung etc. die Leistung und senkt die Joule'schen Verluste.Air or water cooling etc. also increases performance and reduces Joule losses.
Bei Elektresern wird statt der Spule ein Piattenpaar zur Erzeugung des elektrischen Feld-Impulses verwendet.In electrical readers, a pair of plates is used instead of the coil to generate the electrical field pulse.
2. Ein Magneser- und ein Induktor- Prinzip Ein Magneser ist mit längerem ferro-ferrimagnetischem Kern stationär (Stator) positioniert und erzeugt in einem auf diesem Kern beweglichen AL-Induktor (AL-Ring oder Sekundärspule als Induktions-Kolben = Läufer) einen starken Wirbelstrom: Die Änderung des Spulenstroms beim Einschalten induziert im AL-Ring einen Strom, dessen Magnetfeld dem Feld der Spule entgegengerichtet ist (Lenzsche Regel). Der Ring wird abgestoßen.2. A magnesian and an inductor principle A magnesian with a longer ferro-ferrimagnetic core is positioned stationary (stator) and generates a strong one in an AL inductor (AL ring or secondary coil as induction piston = rotor) which is movable on this core Eddy current: The change in the coil current when switched on induces a current in the AL ring, the magnetic field of which is opposite to the field of the coil (Lenz's rule). The ring is pushed off.
Beim Ausschalten haben beide Felder die gleiche Richtung. Der Ring wird angezogen. Wir benutzen diesen AL-Ring als Kolben, so dass die abstoßende Kraft bei OT und die anziehende Kraft bei UT in der Maschine verwendet werden kann (Fig. 179).When switched off, both fields have the same direction. The ring is put on. We use this AL-ring as a piston so that the repulsive force at TDC and the attractive force at TDC can be used in the machine (Fig. 179).
Trotzdem kann die Maschine auch mit einem bei UT positionierten zweiten Magneser verwendet werden (Nutzung von +F bei -h), so dass die Abstoßung beim Einschalten des zweiten Magnesers die Anziehung des Primär-Magnesers ergänzt (Addition der Kräfte / Stpßwellen) (Fig. 180). M = Magneser, I = Induktor, a) M1 2 stationär, I oszillierendNevertheless, the machine can also be used with a second Magneser positioned at UT (use of + F at -h), so that the rejection when the second Magneser is switched on complements the attraction of the primary Magneser (addition of forces / shock waves) (Fig. 180). M = Magnesian, I = inductor, a) M 1 2 stationary, I oscillating
Es sind aber auch zwei gegenläufige bewegliche Läufer (Magneser /AI-Ring) wegen des Impulsausgleiches möglich.However, two counter-rotating moveable runners (Magnesian / AI ring) are also possible due to the pulse compensation.
Alternativenalternatives
Wie beim reinen Magneser Betrieb (ohne Induktor) kann ein Tauchsputen-Induktor-Prinzip für eine andere Kraft-Weg-Kennlinie oder ein Transversal-Induktor-Prinzip mit transversaler Hubbewegung verwendet werden.As with pure Magnesian operation (without inductor), a plunger inductor principle can be used for another force-displacement characteristic or a transverse inductor principle with a transverse stroke movement.
3. Leistungsabtrieb3. Power output
Der Abtrieb für die Leistung erfolgt beim Feldkraftgenerator wie folgt: a) Direkte Erzeugung von Primärenergie über Wanderwellen-Synchron- Generator (Linearmaschine) b) über Translation-Rotation-Wandler an: -.. - . . _ -. ... - Drehstrom-Synchron-Generator oder - das Drehmoment direkt als Maschinenantrieb.The output for the power takes place in the field force generator as follows: a) Direct generation of primary energy via traveling wave synchronous generator (linear machine) b) via translation-rotation converter to: - .. - . , _ - . ... - three-phase synchronous generator or - the torque directly as a machine drive.
Bei der Umsetzung der Arbeit ist der Pleuellängen-Variator einzusetzen - er ermöglicht eine direkte und unmittelbare Umsetzung der abstoßenden Stoßwellen-Feldkraft bei OT (ggf. auch bei UT - je nach Konstruktion) mit einem maximalen Hebelarm bei φ-90α KW statt wie bisher bei klassischer Kurbelwelle im Verbrennungsmotor mit φ - 6" bis 12" KW, je nach pmax. D. Vorteilhafte Wirkung der ErfindungThe connecting rod length variator is to be used for the implementation of the work - it enables a direct and immediate implementation of the repulsive shock wave field force at TDC (possibly also at TDC - depending on the design) with a maximum lever arm at φ-90 α KW instead of as before with classic crankshaft in internal combustion engines with φ - 6 "to 12" KW, depending on p max . D. Advantageous effect of the invention
Erfindungsgemäße Feldkraftmotoren mit Magnesem/Elektresem weisen verschiedene Vorteile auf. Erzeugung der Arbeit des FeldkraftmotorsField force motors with magneses / electreses according to the invention have various advantages. Generation of the work of the field motor
Im Gegensatz zum FKG wird beim FKE zur Erzeugung der abstoßenden (bzw. anziehenden) Feldkräfte ein Erregersystem (Spule mit Kern = Magneser, oder aktiver Festkörper-Magneser oder Halbleiter-Magneser) statt permanenter Felder benutzt. Analog kann der Elektreser (Basis elektrisches Feld) mit seinen verschiedenen Prinzipien angewendet werden.In contrast to the FKG, the FKE uses an excitation system (coil with core = magnesia, or active solid-state magnesia or semiconductor magnesia) instead of permanent fields to generate the repulsive (or attractive) field forces. Analogously, the electric meter (basic electric field) can be used with its various principles.
Wahlweise kann anstatt eines Gegen-Magnesers ein Induktor eingesetzt werden, in dem der starke magnetische Puls des Magnesers einen induzierten Wirbestrom mit abstoßendem Feld im Induktor erzeugt. Der Vorteil dieses Motortyps besteht darin, daß mit geringer äußererInstead of a counter-magnet, an inductor can optionally be used, in which the strong magnetic pulse of the magnet generates an induced eddy current with a repulsive field in the inductor. The advantage of this type of engine is that it has less external
Energiezufuhr eine abgestimmte und sehr hohe Verstärkungswirkung einerseits und andererseits durch die Feldkräfte in Normalenrichtung eine wesentlich höhere Effizienz entsteht, als dies bei tangential wirkenden Motoren möglich wäre, obwohl tangential arbeitende Feldkraftmaschinen ebenso zum Erfindungsanspruch gehören (Drehfeldkraftmaschinen (FKG, FKE).Energy supply a coordinated and very high reinforcing effect on the one hand and on the other hand the field forces in the normal direction result in a much higher efficiency than would be possible with tangentially acting motors, although tangential field machines are also part of the claim to the invention (rotary field machines (FKG, FKE).
Beide Maschinentypen FKG und FKE haben als Hubkolbenmaschinen dehalb eine ganz andere Kraft-/Drehmoment- und Leistungsentfaltung als klassische rotierende elektromagnetische Maschinen. Demzufolge entwickeln sie eine wesentlich verbesserte Dynamik bei Verwendung als Antriebsaggregat, und die Energie der Feldbatterie ist im Falle des FKG permanent vorhanden. Insofern wird durch den Feldkraftgenerator im Sinne einer Quelle Energie "erzeugt", weil permanente magnetische Feldenergie in mechanische Energie umgewandelt wird.Both machine types FKG and FKE as reciprocating piston machines therefore have a completely different power / torque and power development than classic rotating electromagnetic machines. As a result, they develop a significantly improved dynamic when used as a drive unit, and the energy of the field battery is permanently available in the case of the FKG. In this respect, energy is "generated" by the field force generator in the sense of a source, because permanent magnetic field energy is converted into mechanical energy.
Folge der hohen bis extremen Verstärkung ist, daß die Maschine eine hohe bis sehr hohe Dynamik, Momentankraft und Momentandrehmoment abgeben kann. Im Gegensatz zu konventionellen elektrischen Antriebs-Maschinen (Motoren) beseitigt sie also die allseits bekannte Beschleunigungsträgheit klassischer Elektromotoren (siehe z.B. Autos).As a result of the high to extreme amplification, the machine can deliver high to very high dynamics, instantaneous force and instantaneous torque. In contrast to conventional electric drive machines (motors), it eliminates the well-known acceleration inertia of classic electric motors (see e.g. cars).
4. Pleuellängen-Variator (PV)4. Conrod length variator (PV)
A. Technisches Gebiet, auf das sich die Erfindung beziehtA. Technical field to which the invention relates
Die Erfindung bezieht sich auf Kraft-Drehmoment-Wandler, die eine Linearbewegung in eine Rotationsbewegung mit wesentlich höherer Effizienz vornehmen.The invention relates to force-torque converters that perform a linear movement in a rotational movement with significantly higher efficiency.
B. Einschlägiger Stand der TechnikB. Relevant prior art
Bei der klassischen Kurbelwelle (Kraft-Drehmoment-Wandler) wird die Arbeit bei maximalem Verbrennungsdruck eines Hubkolben-Verbrennungsmotors (siehe p, V-Diagramm) bei ca. 6-12° KW eingeleitet. Der Hebelarm zur Erzeugung des maximalen Drehmomentes bei maximalemWith the classic crankshaft (force-torque converter), work is initiated at maximum combustion pressure of a reciprocating piston internal combustion engine (see p, V diagram) at approx. 6-12 ° KW. The lever arm for generating the maximum torque at maximum
Druck ist also relativ klein.So pressure is relatively small.
C. Zu lösende technische Aufgabe Gegenstand der Erfindung ist ein Pleuellängen-Variator, der die Kraft beiC. Technical problem to be solved The subject matter of the invention is a connecting rod length variator which applies the force
90°Kurbelwelle einleitet und in ein Drehmoment umsetzt.90 ° crankshaft initiates and converted into a torque.
D. Darstellung der Erfindung Da die Kraft im Abstand null zwischen den Magneten am höchsten ist und diese Kraft außerdem mit einem größeren Hebelarm bei 90° KW umgesetzt werden soll, wurde ein Pleuellängen Variatαr in 4 Varianten erfunden. Grundsätzlich bleibt der Kolben in OT- bzw. UT-Position stehen bis sich der Hubzapfen der Kurbelwelle von 0° (OT) nach 90° (OT') KW bzw. von 180° (UT) nach 270° (UT) KW gedreht hat - die Höhendifferenz wird durch denD. Representation of the Invention Since the force is greatest at zero distance between the magnets and this force is also to be implemented with a larger lever arm at 90 ° KW, a connecting rod length variator was invented in 4 variants. Basically, the piston remains in TDC or UT position until the crank pin of the crankshaft has rotated from 0 ° (TDC) to 90 ° (TDC ') KW or from 180 ° (TDC) to 270 ° (TDC) KW - the height difference is determined by the
Pleuellängen-Variator ausgeglichen.Connecting rod variator balanced.
Kurbeltrieb mit Hebelarm bei φ = 90° KW: der Pleuellängen-VariatorCrank drive with lever arm at φ = 90 ° KW: the connecting rod length variator
Bei der Feldkraftmaschine besteht ein grundsätzlicher Bedarf für eine andere Lösung als der klassische Kurbeltrieb, weil die Kraft-Weg-Kennlinie bei OT sehr stark abfällt (magnetisches Verktorpotential in Normalenrichtung an den Polflächen, ähnlich Coulomb-Potential), wenn sie nicht durch eine geeignete Polflächenform oder Tauchsystem etc. in der Kraft-Weg-Kennlinie flacher ge- staltet wird - sie beginnt in ihrem Kraft-Maximum jedoch immer bei OT und nicht 6-12° KW nach OT, wie das Druck-Maximum eines Otto- oder Diesel-Motors.With the field force machine there is a basic need for a different solution than the classic crank drive, because the force-travel characteristic curve drops very strongly at TDC (magnetic vector potential in the normal direction at the pole faces, similar to the Coulomb potential) if it is not by a suitable pole face shape or diving system etc. in the force-displacement characteristic is designed - its maximum force always starts at TDC and not 6-12 ° KW after TDC, like the pressure maximum of a petrol or diesel engine.
Ziel der Erfindung des Pleuellängen-Variators ist die Einleitung der Impulskraft bei φ=90° KW und die Einführung einer Ruhephase für denThe aim of the invention of the connecting rod length variator is to initiate the impulse force at φ = 90 ° KW and to introduce a rest phase for the
PM-Kolben bei OT φ=0°-90° KW, während sich die Kurbelwelle bis φ=90° KW weiterdreht. So gewinnt man Zeit (der/die PM-Kolben bewegt/en sich nicht), um den Feldmodulator kinematisch langsamer aus der Gleichgewichtsposition heraus zu schalten, und um den Felddruck aufbauen zu können (Auf-Position bei OT = Ungleichgewicht der PM's), oder bei der stationären Lösung das entsprechende Feld im FM bei OT zu deaktivieren (→ Abstoßung der PM's).PM piston at TDC φ = 0 ° -90 ° KW, while the crankshaft continues to rotate up to φ = 90 ° KW. So you gain time (the PM piston (s) are not moving) to switch the field modulator kinematically slower out of the equilibrium position and to be able to build up the field pressure (open position at OT = imbalance of the PM's), or for the stationary solution, deactivate the corresponding field in the FM at OT (→ rejection of the PM's).
Gleiches Prinzip gilt für die UT-Position, in der der kinematische FM wieder in die Zu-Position bewegt wird, damit die PM-Kolben bei ihrem Weg in die OT-Position sich nicht abstoßen (Gleichgewichts-Zustand).The same principle applies to the UT position, in which the kinematic FM is moved back to the closed position, so that the PM pistons do not repel each other on their way to the TDC position (state of equilibrium).
Auch die aktiven stationären FM's haben das zeitverzögernde Problem des Feldkraftaufbaus mit maximalem Druck, so dass die Totzeit der PM's in φ = 0 - 90° KW genutzt werden kann.The active stationary FMs also have the time-delaying problem of building up field forces with maximum pressure, so that the dead time of the PMs can be used in φ = 0 - 90 ° KW.
Lösungsvarianten mit Pleuellängen-Variator (PV):Solution variants with connecting rod variator (PV):
1. Höhenfunktion MKZ u. ΔVHZ relativ zur KW-Achse mit Nockenscheibe NS und Stößel auf KW a) explizite Lösung b) implizite Lösung1. Height function MKZ u. ΔVHZ relative to the KW axis with cam disc NS and tappet on KW a) explicit solution b) implicit solution
2. Höhenfunktion ΔVHZ relativ zur KW-HZ-Achse mit Nockenscheibe NS und Stößel auf KW-HZ = implizite Lösung (Variator-System rotiert mit)2. Height function ΔVHZ relative to the KW-HZ axis with cam disc NS and tappet on KW-HZ = implicit solution (variator system rotates with)
3. Ausgleichsgetriebe 2 Variator-Pleuelstangen, je eine für K1 und K2, ca 180° versetzte HZ (Δφ). 4. Ausgleichs-Kurvenscheibe ortsfest 1 Variator-Pleuel für K1 und K2 mit seperatem Hubteiler mit 1/2 H K1 und 1/2 H K2.3. Differential gear 2 variator connecting rods, one each for K1 and K2, approximately 180 ° offset HZ (Δφ). 4. Compensating cam disc, stationary 1 variator connecting rod for K1 and K2 with separate stroke divider with 1/2 H K1 and 1/2 H K2.
Funktion des PV 1. Kinematisches Prinzip / Aufgabe des PVFunction of the PV 1. Kinematic principle / task of the PV
Der Pleuellängen-Variator (PV) hat die Aufgabe den Kolben, zwischen der UT-Position ψ=0° KW und der Position OT' ψ=90° KW, in seiner Lage konstant zu halten, während sich die Kurbelwelle weiterdreht. Die gleiche o.g. kinematische Funktion des PV wird zwischen UT ψ=180° KW und UT'=270° KW realisiert.The connecting rod length variator (PV) has the task of keeping the piston in its position constant between the UT position ψ = 0 ° KW and the position OT 'ψ = 90 ° KW while the crankshaft continues to rotate. The same above Kinematic function of the PV is realized between UT ψ = 180 ° KW and UT '= 270 ° KW.
Die Verlängerungs-/Verkürzungsfunktion des PV wird durch ein variables oberes Pleuel Pi mit ΔPi erreicht = 2. Kurbeltrieb. Die Pleuel-Längen-Steuerung synchron und phasenbezogen zur Kurbelwellen- drehung kann nach verschiedenen Prinzipien erfolgen, die nachfolgend beschrieben werden. 2. Konstruktion ΔP1 -Pleuel-Längenvariation 2.1 J=ünktionsabschnitt Verlängern / Verkürzen In Funktionsabschnitt Verlängern / Verkürzen erfolgt dann keine ^Kraftübertragung, wenn der FM "ZU" ist → Entlastung für ΔPi-Variator. Bei sinusförmigem FM2-Öffnen und gleichzeitigem FM-Schließen des F i überwiegt die Krafteinleitung auf Pi bzw. ΔP Variator nach 1/2J FM-Bewegung.The extension / shortening function of the PV is achieved by a variable upper connecting rod Pi with ΔPi = 2nd crank drive. The connecting rod length control synchronous and phase-related to the crankshaft Rotation can be done according to various principles, which are described below. 2. Construction of the ΔP 1 connecting rod length variation 2.1 J = function section lengthening / shortening In the function section lengthening / shortening there is no ^ power transmission when the FM is "CLOSED" → relief for ΔPi variator. In the case of sinusoidal FM 2 opening and simultaneous FM closing of the F i, the force application to Pi or ΔP variator predominates after 1 / 2J FM movement.
Der kinematische FM könnte natürlich auch mit einem Nocken anderer Funktion bewegt werden (sogar Öffnen und Schließen verschieden) oder mechanisch entkoppelt und mit einem Linearmotor kurz vor φ=90° bzw. φ*270° sehr schnell bewegt werden, wenn keine Totzeit da wäre (bei φ=0°) (beachte kinetische Energie, PM-Anziehungs- und Wirbelstromkräfte) - in der Zeitspanne davor wäre der ΔPi -Variator ohne Krafteinieitung. 2.2 ΔPrLängenvariation Die ΔPi-Längenvariation soll, wegen großer Längen- bzw. Kurvenscheiben-Differenz (je 1/2 ΔPi), auf der Kurvenscheibe minimiert werden - entscheidend ist das Übersetzungsverhältnis des Pi '-Längenvariators →statt NS auf KW → NS auf HZ. 2.3 Gegenbewegung Magnetkolben K2 Beim 2-ten Kolben ist die Bewegung von ΔPi2 entgegengesetzt (ΔPi verlängert, ΔPi2 verkürzt), da sich der Hubzapfen HZ auf der gegenüberliegenden KW-Position befindet. 2.4 Krafteinieitung Entscheidend ist die Position OTi' (Krafteinleitung +F) und UT Krafteinleitung -F. Die Pleuellänge ΔPi ist bei Pos. (3) («Wendepunkt φ=180°) voll ausgestreckt, der MKZ hat durch die Verkürzung zwischen φ=180°→φ=270° den tiefsten Punkt erreicht = UTι\ so dass sich der Hub aus der Länge ΔPi ergibt d.h. aus der MKZ-Position. 2.5 Phasenversetzter Magnetkolben K2 Der Kolben K2 ist im Steuerdiagramm um 180° phasenversetzt, d.h. er befindet sich in Pos. (4), wenn Ki sich in Pos. (2) befindet, beide haben in dieser Position Kraft +F durch die Feldbatterie der PM's. 3. ΔPi-Steuerdiagramm 3.1 Explizite Lösung (Fig. 181, 182, 183) Der PV besteht aus oberem Pleuel Pi und und unterem Pleuel P2. Der PV ist ein 2. Kurbeltrieb im oberen Kolbenzapfen (OKZ) und integriert in den oberen Pleuel Pi, er bewirkt den phasenrichtigen Längenausgleich ΔPi zur Kurbelwellenposition. 3.2 Implizite Lösung (Fig. 184) Die implizite Lösung hat ein Gelenk weniger als die explizite Lösung. Der PV ist ein 2. Kurbeltrieb im oberen Kolbenzapfen (OKZ), integriert in den oberen Pleuel Pi, er bewirkt den phasenrichtigen Längenausgleich ΔP zur Kurbelwellenposition.The kinematic FM could of course also be moved with a cam with a different function (even opening and closing differently) or mechanically decoupled and moved very quickly with a linear motor just before φ = 90 ° or φ * 270 ° if there was no dead time ( at φ = 0 °) (note kinetic energy, PM attraction and eddy current forces) - in the period before that the ΔPi variator would be without force application. 2.2 ΔPr length variation The ΔPi length variation on the cam plate should be minimized due to the large length or cam disc difference (1/2 ΔPi each) - the decisive factor is the gear ratio of the Pi 'length variator → instead of NS on KW → NS on HZ. 2.3 Counter-movement of magnetic piston K2 With the 2nd piston, the movement of ΔPi 2 is opposite (ΔPi extended, ΔPi 2 shortened), since the crank pin HZ is in the opposite KW position. 2.4 Force application The position OTi '(force application + F) and UT force application -F are decisive. The connecting rod length ΔPi is fully extended at item (3) («turning point φ = 180 °), the MKZ has reached the lowest point by shortening between φ = 180 ° → φ = 270 ° = UTι \ so that the stroke is extended the length ΔPi results from the MKZ position. 2.5 Phase-shifted magnetic piston K2 The piston K 2 is phase-shifted by 180 ° in the control diagram, ie it is in position (4) when Ki is in position (2), both have force + F in this position due to the field battery PM's. 3. ΔPi control diagram 3.1 Explicit solution (Fig. 181, 182, 183) The PV consists of upper connecting rod Pi and lower connecting rod P 2 . The PV is a 2nd crank drive in the upper piston pin (OKZ) and integrated in the upper connecting rod Pi, it effects the correct phase length compensation ΔPi to the crankshaft position. 3.2 Implicit solution (Fig. 184) The implicit solution has one joint less than the explicit solution. The PV is a second crank mechanism in the upper piston pin (OKZ), integrated in the upper connecting rod Pi, it effects the correct phase length compensation ΔP to the crankshaft position.
Der PV besteht aus Pleuel Pi und P2, wobei der OKZ nun in den Hubzapfen (HZ) der Kurbelwelle integriert wurde (ein Gelenk weniger → kürzere Geamtbaulänge mit niedrigerem Schwerpunkt des Generators/Motors). 3.3 Hubzapfen-PositionThe PV consists of connecting rods Pi and P 2 , whereby the OKZ has now been integrated into the crank pin (HZ) of the crankshaft (one joint less → shorter overall length with a lower center of gravity of the generator / engine). 3.3 Crank pin position
(Fig. 185) zeigt die kinematische Situation mit PV für Kolben K1(Fig. 185) shows the kinematic situation with PV for piston K1
(Fig. 186) zeigt die kinematische Situation mit PV für Kolben K2(Fig. 186) shows the kinematic situation with PV for piston K2
Das Kinematik-Diagramm zeigt, daß, wenn der HZ-K2 180° gegenüber von K1The kinematic diagram shows that when the HZ-K2 is 180 ° opposite K1
(ψ = 90° -Δφ) steht, Δφ für K2 ein - trägt, weil vonder gespiegelten Position OT2 φ = 0° (= UT! * bei K1 φ = 180°) ΔPt verlängert wird.(ψ = 90 ° -Δφ) stands, Δφ for K2 - enters because from the mirrored position OT 2 φ = 0 ° (= UT ! * with K1 φ = 180 °) ΔP t is extended.
Um mit K1 im Hub symmetrisch zu sein, und K1-K2 gegenläufig oszillieren zu lasse, muß das K2-System Total gespiegelt werden (rote Zeichnung), womit Δφ bei φ = 90° ein + als Vorzeichen erhält. Folge: Die Phasen für Hub, Verlängerung/Verkürzung verändern sich gegnüber K1.In order to be symmetrical in the stroke with K1 and to allow K1-K2 to oscillate in opposite directions, the K2 system must be totally mirrored (red drawing), giving Δφ a + as a sign at φ = 90 °. Consequence: The phases for stroke, extension / shortening change compared to K1.
3.4 ΔPi-Steuerdiagramm mit symmetrischer Krafteinleitung Arbeit + F und Leerhub - F als Arbeitshub. (Fig.187)3.4 ΔPi control diagram with symmetrical introduction of force work + F and idle stroke - F as work stroke. (Fig.187)
4. Pleuel-Längen-Steuerung4. Conrod length control
4.1 Prinzip A = Höhenfunktion MKZ u. ΔVHZ relativ zur KW-Achse (Fig. 188)4.1 Principle A = height function MKZ u. ΔVHZ relative to the KW axis (Fig. 188)
Konstruktion mit Nockenscheibe NS und Stößel auf Kurbelwelle KW.Construction with NS cam disc and tappet on KW crankshaft.
Steuerung des mittleren Kolbenzapfens MKZ und Variator-Hubzapfens VHZ durch eine relativ zur Kurbelwelle mitrotierende KurvenscheibeControl of the center piston pin MKZ and variator crank pin VHZ by a cam disc that rotates relative to the crankshaft
= Nockenscheibe NS. Der Stößel ist mit dem PV verbunden, siehe Zeichnung= NS cam disc. The plunger is connected to the PV, see drawing
"Mechanischer Aufbau" (Fig. 182). Nachteil: sehr spitze Kurvenfunktion mit"Mechanical structure" (Fig. 182). Disadvantage: very sharp curve function
Abroll-Problem zum Rollradius RNR bei konkavem Nockenscheiben-Punkt.Rolling problem with the roll radius RNR at a concave cam disc point.
Venwendung für: a) explizites Prinzip b) implizites Prinzip.Use for: a) explicit principle b) implicit principle.
Zeichnungen Prinzip A: Kurvenscheiben-Konstruktion für K1 und K2 (Fig. 188).Drawings Principle A: Cam plate construction for K1 and K2 (Fig. 188).
4.2 Prinzip B = Höhenfunktion ΔVHZ relativ zur KW-HZ-Achse Kurvenscheiben-Konstruktion (Fig. 189)4.2 Principle B = height function ΔVHZ relative to the KW-HZ axis cam plate construction (Fig. 189)
Schnitt durch KW und PV (Fig. 190) Ansicht KW und PV (Fig. 191)Section through KW and PV (Fig. 190) View KW and PV (Fig. 191)
Konstruktion mit Nockenscheibe NS und Stößelauf KW-HZ = implizites Prinzip (P-Variator-System rotiert mit).Construction with cam disc NS and tappet KW-HZ = implicit principle (P-variator system rotates with).
Durch diese Variante werden sehr spitze konκave Punkte auf der Nockenscheibe vermieden und die auf dem HZ mitrotierende Nockenscheibe ist geometrisch kleiner, weil nicht sσeine große Hubdifferenz zur Steuerung des PV realisiert sein muß, wie bei Prinzip A. Der Stößel ist demnach mit dem Pleuel immer in seiner Winkel-Richtung, jedoch nicht in seiner Höhenlage, verbunden; auf dem Pleuel P2 ist eine Gleitvorrichtung zur Führung und relativen Bewegung des Stößels angebracht. 4.3 Prinzip C = AusgleichsgetriebeThis variant avoids very sharp concave points on the cam disk and the cam disk that also rotates on the HZ is geometrically smaller, because it is not necessary to realize a large stroke difference for controlling the PV, as with principle A. The tappet is therefore always connected to the connecting rod in its angular direction, but not in its height; a sliding device for guiding and relative movement of the tappet is attached to the connecting rod P 2 . 4.3 Principle C = differential gear
Prinzip C: Ausgleichsgetriebe, Übersicht (Fig. 192) Ausiegerarm und Elemente-Bezeichnungen (Fig. 193) Prinzip Ci Kurbeltrieb, Prinzip C2 Exzentertrieb (Fig. 194) Konstruktion mit 2 Variator-Pleuelstangen, je eine für K1 und K2, ca 180° versetzte HZ (Δφ).Principle C: differential, overview (Fig. 192) ejector arm and element designations (Fig. 193) principle Ci crank drive, principle C 2 eccentric drive (Fig. 194) construction with 2 variator connecting rods, one for K1 and K2, approx. 180 ° offset HZ (Δφ).
Der Hubzapfen HZi wurde über einen Ausleger in seiner Winkel-Lage und einer Radiendifferenz eines Zahnrades mit r= /2 ΔP (r=1/2 Höhendifferenz zwischen Ist- und Sollbogen des HZ3 bei ortsfestem PZThe crank pin HZi was positioned using a bracket in its angular position and a radius difference of a gearwheel with r = / 2 ΔP (r = 1/2 height difference between the actual and target bends of the HZ3 with a stationary PZ
→ Pleuel-Längenvariation) versetzt und mit einem lokalen und mitrotierenden PV-Kurbeltrieb oder Exzentertrieb versehen, dessen Steuerung mit diesem Zahnrad - gekoppelt mit Außenrad Za und/oder Innenrad Z\, je nach Steuerungsfunktion - erfolgt (= Ausgleichsgetriebe).→ connecting rod length variation) and provided with a local and co-rotating PV crank drive or eccentric drive, the control of which is carried out with this gearwheel - coupled with outer wheel Z a and / or inner wheel Z \ , depending on the control function (= differential gear).
D.H. die Achse des PV wurde in die neue Lage des Kurbelwellen-Hubzapfens HZ2 integriert, statt wie bei Prinzip A und B extern positioniert.DH the axis of the PV was integrated into the new position of the crankshaft crank pin HZ 2 , instead of being positioned externally as in principle A and B.
Folge: Der HZ3 des Pleuels bewegt sich nun auf einem Ausgleichsbogen = Soll-Bogen (Radius mit Zentrum in PZ als relativ und momentan ortsfesterConsequence: the connecting rod HZ 3 now moves on a compensation curve = target curve (radius with center in PZ as relative and currently stationary)
Punkt des PZ) um HZ2) statt auf dem Ist-Bogen des HZ1. Folge: Der Pleuelzapfen PZ ist während der KW-Drehung von φ=0° bis φ=90° KW in seiner Lage konstant arretiert mit der Folge, dass der Kolben während der KW-Drehung seine OT-Position nicht verändert; gleiches gilt für die UT-Position. Damit keine PZ-Bewegung entsteht,muß jedoch eine Klemmuπg (z.B. magnetisch) des Hubes während dieser Phase erfolgen, so dass HZ3 auch dem Soll-Bogen folgt.Point of PZ) around HZ 2) instead of on the actual arc of HZ1. Consequence: The connecting rod journal PZ is constantly locked in its position during the KW rotation from φ = 0 ° to φ = 90 ° KW with the consequence that the piston does not change its TDC position during the KW rotation; the same applies to the UT position. So that no PZ movement occurs, the stroke must be clamped (eg magnetically) during this phase, so that HZ 3 also follows the desired arc.
Prinzip C1: P-Variator-Kurbeltrieb Prinzip C2: P-Variator-ExzentertriebPrinciple C 1 : P-variator crank mechanism Principle C 2 : P-variator eccentric drive
Oszillation ΔP: 0→ΔPmax Oscillation ΔP: 0 → ΔP max
1. Bewegung HZ2 auf Sollbogen 2. Eliminierung von ΔP a) Kurbeltrieb mit Zahnrad Übersetzung i=4:1 b) Exzentertrieb mit Zahnrad Übersetzung 1=4:1 Übersetzung i: HZ bewegt sich um φ=45° →VP dreht sich um α=180° → i= 4:1 → VP gleicht Ist HZ1 nach Soll-Bogen mit HZ3 aus1. Movement HZ 2 on nominal curve 2. Elimination of ΔP a) Crank mechanism with gear ratio i = 4: 1 b) Eccentric drive with gear ratio 1 = 4: 1 ratio i: HZ moves by φ = 45 ° → VP turns α = 180 ° → i = 4: 1 → VP equalizes HZ 1 according to target curve with HZ 3
3. Zahnrad Kopplung a) Außenrad Za 360° → bei UT→UT kein Ausgleich mit HZ3 b) Akzeptanz der Unter-Oszillation des Hubes zwischen UT→UT' → wenn keine Kraft F von Kolben K, dann o.k., → nur Za c) Außenrad Za und Innenrad Z, je 180° geteilt → Ausgleich bei UT→UT → Drehrichtungsumkehr d) Planetengetriebe P an Planetenrad, Za fest/Ausgleichsrad 1/2ΔP UT→UT', Zj= Kurbelwellenrad Zp Planetenrad3. Gear coupling a) Outer wheel Z a 360 ° → with UT → UT no compensation with HZ 3 b) Acceptance of the sub-oscillation of the stroke between UT → UT '→ if there is no force F from piston K, then ok, → only Z a c) outer wheel Z a and inner wheel Z, each divided by 180 ° → compensation at UT → UT → Reversal of direction of rotation d) Planetary gear P on planet gear, Z a fixed / differential gear 1 / 2ΔP UT → UT ', Zj = crankshaft gear Z p planet gear
4. Klemmung (z.B. magnetisch) S der H-Bewegung in PZ ohne Zahnräder4. Clamping (e.g. magnetic) S of the H movement in PZ without gears
4.1 → keine Höhenbewegung OT→OT', aber Drehbewegung von P um ß.4.1 → no vertical movement OT → OT ', but rotary movement of P by ß.
4.2 OT'→OT → dann Freigabe der Klemmung S (=Stop), Hub H ausführen bis UT. 4.3 UT→UT' →Klemmung "Ein", P schwingt um ß zurück und HZ3 stellt sich frei ein, weil Länge H von P fest. 4.4 UT'→OT → -H Bewegung wie bei 4.24.2 OT '→ OT → then release clamping S (= stop), carry out stroke H up to UT. 4.3 UT → UT '→ clamping "on", P swings back by ß and HZ 3 is free because length H of P is fixed. 4.4 UT '→ OT → -H movement as in 4.2
4.4 Prinzip D = Ausgleichs-Kurvenscheibe ortefest (Fig. 195) Konstruktion mit 1 Variator-Pleuel für K1 und K2 mit seperatem Hubteiler mit 1/24.4 Principle D = compensating cam fixed (Fig. 195) Construction with 1 variator connecting rod for K1 and K2 with separate stroke divider with 1/2
H K1 und 1/2 H K2.H K1 and 1/2 H K2.
Die Kurvenscheibe KS ist eine ortsfeste KS mit Außen- und Innen KS, in deren Führungsbahn mit Soll-Bogen sich eine Kurvenrolle als variabler HZ1 - gekoppelt über einen schwingenden Ausleger verbunden mit dem HubzapfenThe cam disc KS is a stationary KS with outer and inner KS, in the guideway of which there is a cam roller as a variable HZ 1 - coupled via a swinging boom connected to the crank pin
HZ der KW - mit dem mit HZ1 gekoppelten Pleuel P - so bewegt, dass sich die Pleuellängen-Variation - relativ zur Kurbelwellen-Position - auf dem Soll-Bogen ergibt. Auf der Innen-KS sind scharfe Wendepunkte vorhanden, die durch einenHZ the KW - with the connecting rod P coupled with HZ1 - moves in such a way that the connecting rod length variation - relative to the crankshaft position - results on the target elbow. There are sharp turning points on the inner KS, which are indicated by a
Materialauftrag auf der Innenbahn mit der Dicke d zu einem zur Außenbahn äquidistanten Krümmungsradius umgeformt werden kann, so dass sich eine weniger nichtlineare Abrollung und Verschleiß ergeben. Der Radius der Kurvenrolle ergibt die äquidistanten Führungsbahnen mit entsprechender Beschleunigungsfunktion.Material application on the inner web with the thickness d can be formed into a radius of curvature equidistant from the outer web, so that there is less non-linear unwinding and wear. The radius of the cam roller results in the equidistant guideways with the corresponding acceleration function.
Erweiterte Erfindungs-Anwendung des Pleuellängen-Variators auf Hubkolben-Verbrennungs- Maschinen, Kompressoren, Pumpen und andere Kraft-Drehmoment-WandlerExtended invention application of the connecting rod length variator on reciprocating piston combustion machines, compressors, pumps and other force-torque converters
1. Klassische Hubkolben-Maschinen1. Classic reciprocating piston machines
Klassische Hubkolben-Motoren arbeiten mit 4 Takten: Ansaugen - Verdichten - Verbrennen - Ausstoßen. Hierbei werden seit Beginn der Motoren-Entwicklung im klassischen Hubkolben-Motor keine neuen kinematisch Prinzipien angewendet (außerClassic reciprocating engines work with 4 strokes: intake - compression - combustion - exhaust. Since the beginning of engine development in the classic reciprocating engine, no new kinematic principles have been applied (except
Kreiskolben-Motor). Ergänzt wurde das Motorprinzip durch Turbolader / Kompressor, Luftkühler, Intercooler, Ventilsteuerung und Hubsteuerung zur Verdichtungsanpassung gemäß Momentanbetriebszustand der Maschine. b) Die 8-Ta t-Maschine mit Pleuellängen-Variator: 8-Takt- Motor / Kompressor / PumpeRotary piston engine). The engine principle was supplemented by a turbocharger / compressor, air cooler, intercooler, valve control and stroke control for adjusting the compression according to the current operating state of the machine. b) The 8-day machine with connecting rod length variator: 8-stroke engine / compressor / pump
Leistungserhöhung / Verbrauchsreduktion Faktor ca. 4-8 Vorteile gegenüber klasssischem Hubkolben-Motor: ca. 4-faches Drehmoment / Leistung oder entsprechende Reduktion des Verbrauchs gegenüber einer vergleichbaren klassischen Hubkolben-Maschine.Performance increase / consumption reduction factor approx. 4-8 advantages over classic reciprocating piston engine: approx. 4-fold torque / output or corresponding reduction in consumption compared to a comparable classic reciprocating piston machine.
2.1 Neues kinematisches Prinzip2.1 New kinematic principle
Der 8-Takt-Motor / Kompressor / Pumpe arbeitet erfindungsgemäß nach dem neuen kinematischen Prinzip, dem Pleuellängen-Variator, das beimAccording to the invention, the 8-stroke engine / compressor / pump works according to the new kinematic principle, the connecting rod length variator, which is used in the
Hubkolben-Verbrennungsmotor (Benzin, Diesel, Gas) sowohl das Drehmoment wie auch die Leistung um den Faktor ca. 4 erhöhen kann.Reciprocating combustion engine (petrol, diesel, gas) can increase both the torque and the power by a factor of approx. 4.
2.2 Erhöhung der thermischen Wirkung 2.2.1 Thermischer Wirkungsgrad2.2 Increasing the thermal effect 2.2.1 Thermal efficiency
Hinzu kommt mit dieser neuen Konstruktion auch die Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades durch je 2 weitere Abkühlphasen beim Ansaugen/Verdichten und Ausstoßen. Nebeneffekt: die thermische Belastung nach dem Verbrennen ist geringer.In addition, with this new design there is also an increase in thermal efficiency through two additional cooling phases during suction / compression and ejection. Side effect: the thermal load after burning is lower.
2.2.2 Bessere Gemischbildung2.2.2 Better mixture formation
Desweiteren ist eine wesentlich bessere Gemischbildung automatisch in den zusätzlichen Takten aufgrund einer neuartigen zeitlichen Steuerung des gesamten Arbeitsprozesses vorhanden, was ebenso zur Leistungserhöhung führt.Furthermore, a significantly better mixture formation is automatically present in the additional cycles due to a new timing of the entire work process, which also leads to an increase in performance.
2.2.3 Bessere Verbrennung2.2.3 Better combustion
Die Kinematik des Pleuellängen-Variators erlaubt weiterhin eine bessere Verbrennung ohne Entspannung des Gases im Arbeitstakt, was ebenso zur Erhöhung der Leistung führt.The kinematics of the connecting rod length variator also allow better combustion without gas expansion in the work cycle, which also leads to an increase in performance.
2.2.4 Weitere Effekte und vorteilhafte Wirkungen der Erfindung2.2.4 Other effects and advantageous effects of the invention
Die Erfindung des Pleuellängen-Variators erlaubt auch a) mehr Leistung auf kleinerem Raum mit vollständigem Massenausgleich (Schwingungsarm). Zuzüglich wirkt auch b) beim Leerhub ein Arbeitstakt und c) die zulässige Höchstdrehzahl ist größer (wegen anderer Frühzündungs-Regelung). Auch ist d) die Füllung höher, wenn ein Lader mit dem Pleuellängen-Variator und 8-Takt-Prinzip verwendet wird.The invention of the connecting rod length variator also allows a) more power in a smaller space with full mass balancing (low vibration). In addition, b) a work cycle is effective during idle stroke and c) the permissible maximum speed is higher (due to different pre-ignition control). The filling is also higher if a loader with the connecting rod length variator and 8-stroke principle is used.
3. Ergebnis der Erfindung3. Result of the invention
Sowohl die ökonomischen wie auch die ökologischen Auswirkungen sind für den Verbraucher beträchtlich - Leistungserhöhung oder Verbrauchsreduktion um den Faktor ca. 4-8 gegenüber heutigen Verbrennungsmotoren. Dies ist volkswirtschaftlich wie auch beim Treibhauseffekt (Cθ2-Ausstoß) von zusätzlicher Bedeutung.Both the economic and the ecological effects are considerable for the consumer - performance increase or consumption reduction by a factor of about 4-8 compared to today's internal combustion engines. This is of additional economic importance, as is the greenhouse effect (CO 2 emissions).
Diese neuen Pleuellängen-Variator-Prinzipien lassen sich für Motoren, Kompressoren, Pumpen und andere Kraft-Drehmoment-Wandlern anwenden. E. Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung Ein erfindungsgemäßer Pleuellängen-Variator weist verschiedene Vorteile auf. Die Folge der Erfindung des PV ist, daß die Kraft und Arbeit (W=JF-s) bei SOK/V Einleitung ein wesentlich größeres Drehmoment ergibt (M=F-r) und damit auch die Leistung (P=M ω) der Maschine analog erhöht. Es geht um die Umsetzung der Arbeit, d.h. der Weg s (Hub h) muß erhalten bleiben, wodurch der Hubzapfen einen Radius r=s (statt klassisch r=s-0,5) haben muß, denn es wird beim PV nur 1/2 der Strecke OT-UT, bedingt durch die Einleitung bei 90° (OT') KW, genutzt. Wenn also die Arbeit im p, V-Diagramm (W=JF s) gleich bleibt, aber die Umsetzung über den Kraft-Drehmoment-Wandler mit integriertem PV ein größeres Drehmoment ergibt, so ist die Effizienz der Arbeits- bzw. Energieumsetzung entsprechend dem Wandlungsverhältnisses erheblich größer als in der klassischen Kurbelwelle. Die Konstruktion des Pleuellängen-Variators ist so gewählt, dass auch der negative Hub (-h) bei UT mit einer Schub-Kraft belegt werden kann (Kraft: +F bei +h = 90° bis 180° KW und -F bei -h = 180° bis 270° KW). Bewegungszeit und kinetische Energie des FM bei Pleuellängen-Variator Die Verlagerung des OT nach OT' bei φ' bewirkt zusätzlich, dass in dieser Anpassungszeit des Pleuels (Pleuelverkürzung ab φ 270 ° bis 90 ° KW) durch den Pleuellängen-Variator, der PM-Kolben in der Position OT ruht, bis die Kurbelschleife bei φ' (max. 90° KW) angekommen ist. In dieser Ruhezeit kann der FM transversal wesentlich langsamer als bei der Bewegung in der normalen Kurbelschleife bei OT herausgefahren/hineingefahren werden (in "AUF'-Stellung oder umgekehrt in "ZU"-Stellung), womit viel kinetische Energie, wegen der geringeren Beschleunigung Verzögerung beim FM, eingespart wird. Diese Verweil-Zeit beginnt schon bei KW φ=0°, da die PM-Kolben ruhen und die KW sich in dieser Zeit bis KW φ=90° weiterdreht und der Pleuel dabei um ΔPi verlängert wird. Bei Verwendung der stationären FM kann die Schaltzeit erheblich verlängert werden - bei klassischer Kurbelschleife bewegt sich der Kolben schon von OT nach Unten, obwohl die maximale Kraft noch nicht erreicht ist. Folgende Pleuellängen-Variator-Varianten sind Erfindungsanspruch: Prinzip A: Höhenfunktion MKZ und ΔVHZ relativ zur KW-Achse Prinzip B: Höhenfunktion ΔVHZ relativ zur KW-HZ-Achse Prinzip C: Ausgleichsgetriebe Prinzip D: Ausgleichs-Kurvenscheibe ortsfest Der Pleuellängen-Variator läßt sich auch in Hubkolben- Verbrennungsmaschinen und anderen Maschinen, in denen die Translation effizient in Rotation gewandelt werden soll, einsetzen: Als effizienter Kraft-Dreh- moment-Wandler. 5. Magneto-elektrische Feldkraft-Masc me (FKM)These new connecting rod length variator principles can be used for engines, compressors, pumps and other force-torque converters. E. Advantageous Effects of the Invention A connecting rod length variator according to the invention has various advantages. The consequence of the invention of the PV is that the power and work (W = JF-s) with SOK / V initiation results in a significantly higher torque (M = Fr) and thus also increases the power (P = M ω) of the machine , It is about the implementation of the work, ie the path s (stroke h) must be retained, which means that the crank pin must have a radius r = s (instead of classic r = s-0.5), because only 1 / 2 of the route OT-UT, due to the discharge at 90 ° (OT ') KW, used. So if the work in the p, V diagram (W = JF s) remains the same, but the implementation via the force-torque converter with integrated PV results in a higher torque, the efficiency of the work or energy conversion is in accordance with the conversion ratio considerably larger than in the classic crankshaft. The conrod length variator is designed so that even the negative stroke (-h) at UT can be given a thrust force (force: + F at + h = 90 ° to 180 ° KW and -F at -h = 180 ° to 270 ° KW). Movement time and kinetic energy of the FM with a connecting rod length variator The shifting from TDC to TDC 'at φ' additionally causes the connecting rod to shorten during this time (connecting rod shortening from φ 270 ° to 90 ° KW) by the connecting rod length variator, the PM piston in the TDC position until the crank loop has reached φ '(max. 90 ° KW). During this rest period, the FM can be moved out / in transversely much slower than when moving in the normal crank loop at TDC (in the "OPEN" position or vice versa in the "CLOSED" position), which means a lot of kinetic energy, due to the lower acceleration deceleration with FM, this dwell time starts at KW φ = 0 °, since the PM pistons are at rest and the KW rotates further until KW φ = 90 ° and the connecting rod is extended by ΔPi The switching time of the stationary FM can be extended considerably - with a classic crank loop the piston already moves from TDC to the bottom, although the maximum force has not yet been reached. The following connecting rod length variator variants are claimed by the invention: Principle A: Height function MKZ and ΔVHZ relative to KW axis principle B: height function ΔVHZ relative to the KW HZ axis principle C: differential gear principle D: differential cam plate fixed The connecting rod length variator Can also be used in reciprocating internal combustion engines and other machines in which the translation is to be efficiently converted into rotation: as an efficient force-torque converter. 5. Magneto-electric field force masc me (FKM)
Die FKM Systemkonfiguration stellt die beiden zuvor genannten FKM- Sub-Systeme und Wirkprinzipien Feldkraft-Generator ggf. mit Halbleiter Feldmodulator und Feldkraft-Motor ggf. mit Pleuellängen-Variator-Prinzip in einen miteinander abgestimmten Funktionszusammenhang, so dass ein komplett neuartiges Antriebsaggregat gegeben ist: die Erfindung der Feldkraftmaschine.The FKM system configuration puts the two previously mentioned FKM sub-systems and operating principles of field force generator, possibly with a semiconductor field modulator and field force motor, possibly with a connecting rod length variator principle, in a coordinated functional relationship, so that a completely new drive unit is provided: the invention of the field machine.
Wirkprinzip 1. Feldkraft-Generator (FKG)Principle of action 1st field force generator (FKG)
Wie in den vorangegangenen Beschreibungen dargelegt, erzeugt die Feldkraftmaschine als Feldkraft-Generator FKG über magnetische (Magnet) oder elektrische (Elektret) Gleichgewichts-Ungleichgewichts-Gleichgewichts- Zustände mit einem Feldmodulator zuerst mechanische Energie (Kraft bzw. Drehmoment), welche dann zur Erzeugung von Primärstrom genutzt werden kann (oszillierende Wanderwellen-Linearmaschine, Drehstrom-Maschine etc.). Die FKG-Solid-state-Lösung benötigt keine beweglichen Teile und kann direkt auf induktivem Weg Primärstrom erzeugen, wenn der stationäre FM "AUF" und "ZU" geschaltet wird → Erzeugung des Stroms durch Induktion aus sich zeitlich schnell - durch den FM-Schaltvorgang - veränderndem Magnetfeld (stationärerAs set forth in the previous descriptions, the field machine as a field force generator FKG generates magnetic energy (force or torque) via magnetic (magnet) or electrical (electret) equilibrium-imbalance-equilibrium states with a field modulator, which is then used to generate Primary current can be used (oscillating traveling wave linear machine, three-phase machine, etc.). The FKG solid-state solution does not require any moving parts and can generate primary current directly by induction if the stationary FM is switched "OPEN" and "CLOSED" → generation of the current by induction itself quickly in time - through the FM switching process - changing magnetic field (stationary
Feldmodulator, FM-Typen → FM-Systematik; M-Halbleiter-FM ) (Fig. 196).Field modulator, FM types → FM system; M-semiconductor FM) (Fig. 196).
2. Feldkraft-Motor (FKE)2.Field force motor (FKE)
Der Feldkraft-Motor benötigt äußere elektrische Primärenergie, die mit Verstärkern im Magneser bzw. Elektreser vervielfacht wird.The field force motor requires external electrical primary energy, which is multiplied by amplifiers in the Magneser or Elektreser.
Dieser Verstärkungseffekt ist enorm, so dass eine neue hochdynamisch elektrische Maschine, die - aufgrund des Riesenimpulses - eine große Kraft oder ein großes Drehmoment abgibt, erfindungsgemäß gegeben ist. Feldkraftmaschinen-SystemThis amplification effect is enormous, so that a new, highly dynamic electrical machine which - due to the giant impulse - emits a large force or a large torque is given according to the invention. Field force machine system
Durch geeignete Kopplung von Feldkraft-Generator mit Feldkraft-Motor entsteht ein neues autonomes Antriebssystem: Die Feldkraftmaschine als neue Energiequelle bzw. Antriebssystem (Fig. 197). A new autonomous drive system is created by a suitable coupling of the field force generator and the field force motor: The field force machine as a new energy source or drive system (Fig. 197).
Bezügszeichen. Symbole für FeidkraftmaschmenBezügszeichen. Symbols for enemy power machmas
1. FKM-Systeme1. FKM systems
FKM Feldkraftmaschine Wirkung durch 2 Permanent-Magnete oder 2 Permanent-Elektrete und durch einen FeldmodulatorFKM field force machine Effect by 2 permanent magnets or 2 permanent electrets and by a field modulator
FKG Feldkraft-GeneratorFKG field force generator
M-FKM Magnetische Feldkraftmaschine (Basis PM)M-FKM magnetic field machine (based on PM)
E-FKM Elektrische Feldkraftmaschine (Basis PE) WKM WärmekraftmaschineE-FKM Electric field machine (based on PE) WKM heat engine
FM FeldmodulatorFM field modulator
PM Permanent-Magnet (magnetisch harter ferro-/ferrimagnetischer Stoff)PM permanent magnet (magnetically hard ferro- / ferrimagnetic material)
PE Permanent-Elektret (elektrisch harter ferro-/ferrielektrischer Stoff) PS Permanent-Supraleiter-MagnetPE permanent electret (electrically hard ferro / ferrielectric material) PS permanent superconductor magnet
FB Feldbatterie (multiple Anordnung von Elementar-Magneten / -Elektreten (Knopfzelle) in x-y-Matrix und z-KaskadeFB field battery (multiple arrangement of elementary magnets / electrets (button cell) in x-y matrix and z cascade
M-FB Magneto-FeldbatterieM-FB magneto field battery
E-FB Elektro-Feldbatterie FS FlußleitstückeE-FB electric field battery FS flux guide
FP FlußplatteFP river plate
PS PolschuhPS pole piece
EG Elektro-GeneratorEG electric generator
EB Elektro-Batterie MB Magneto-BatterieEB electric battery MB magneto battery
FKE Feldkraft-MotorFKE field force motor
M-FKE Magneto Feldkraft-MotorM-FKE Magneto field force motor
E-FKE Elektro Feldkraft-MotorE-FKE electric field force motor
FQT Feldquanten-Transistor ET Elektronen-TransistorFQT field quantum transistor ET electron transistor
SL SupraleiterSL superconductor
SM Supraleiter-MagnetSM superconductor magnet
2. FKM-Parameter I Strom2. FKM parameter I current
F KraftF force
M DrehmomentM torque
A PolflächeA pole face
B magnetische Induktion (magnetische Flußdichte) H magnetische FeldstärkeB magnetic induction (magnetic flux density) H magnetic field strength
J magnetische Polarisation (Beitrag der Materie zur Flußdichte) μo Permeabilitätskonstante (magnetische Feldkonstante) μr Permeabilitätszahl μ Permeabilität d Luftspaltlänge s FM-DickeJ magnetic polarization (contribution of matter to the flux density) μo permeability constant (magnetic field constant) μ r permeability number μ permeability d air gap length s FM thickness
Tc Curie-TemperaturT c Curie temperature
OT oberer Totpunkt KurbelwelleTDC top dead center crankshaft
UT unterer Totpunkt Kurbelwelle KW Kurbelwelle φ Kurbelwellenwinkel h HubBottom dead center crankshaft KW crankshaft φ crankshaft angle h stroke
Bezugszeichen, Symbole für Pleuellängen-VariatorenReference symbols, symbols for connecting rod length variators
Elementeelements
KW KurbelwelleKW crankshaft
WZ Wellenzapfen HZ HubzapfenWZ crank pin HZ crank pin
K1 Kolben 1K1 piston 1
K2 Kolben 2K2 piston 2
PZ Pleuelzapfen OKZ Oberer KolbenzapfenPZ connecting rod pin OKZ Upper piston pin
MKZ Mittlerer KolbenzapfenMKZ Middle piston pin
UKZ Unterer KolbenzapfenUKZ lower piston pin
P PleuelP connecting rods
Pi Oberes Pleuel P2 Unteres PleuelPi upper connecting rod P 2 lower connecting rod
VW VariatorwelleVW variator shaft
P1 -K1 (I) Pleuel P1 von Kolben 1 , Seite 1P1 -K1 (I) connecting rod P1 from piston 1, side 1
P2-K1 (I) Pleuel P1 von Kolben 1 , Seite 1P2-K1 (I) connecting rod P1 of piston 1, side 1
P1-K2(l) Pleuel P1 von Kolben 2, Seite 1 P2-K2(l) Pleuel P1 von Kolben 2, Seite 1P1-K2 (l) connecting rod P1 from piston 2, side 1 P2-K2 (l) connecting rod P1 from piston 2, side 1
P1-K1(ll) Pleuel P1 von Kolben 1, Seite 2P1-K1 (ll) connecting rod P1 from piston 1, side 2
P2-K1 (II) Pleuel P1 von Kolben 1 , Seite 2P2-K1 (II) connecting rod P1 from piston 1, side 2
P1-K2(ll) Pleuel P1 von Kolben 2, Seite 2P1-K2 (ll) connecting rod P1 from piston 2, side 2
P2-K2(ll) Pleuel P1 von Kolben 2, Seite 2P2-K2 (ll) connecting rod P1 from piston 2, side 2
KS KurvenscheibeKS cam
NS NockenscheibeNS cam disc
NS-K Nockenscheibe KolbenNS-K cam disc pistons
NS-FM Nockenscheibe Feldmodulator NR NockenrolleNS-FM cam disc field modulator NR cam roller
S StößelS pestle
S-K1(l) Stößel K1 Seite lS-K1 (l) plunger K1 side l
S-K2(l) Stößel K2 Seite lS-K2 (l) ram K2 side l
S-K1(ll) Stößel K1 Seite II S-K2(II) Stößel K2 Seite IIS-K1 (ll) plunger K1 side II S-K2 (II) plunger K2 side II
S-FM(I) Stößel Feldmodulator Seite IS-FM (I) plunger field modulator side I
S-FM(II) Stößel Feldmodulator Seite IIS-FM (II) plunger field modulator page II
K1-V(l) Kolben 1, ΔPi-Längen-Variator, Seite I K2-V(l) Kolben 2, ΔPi-Längen-Variator, Seite IK1-V (l) piston 1, ΔPi length variator, side I K2-V (l) piston 2, ΔPi length variator, side I
VWZ VariatorzapfenVWZ variator pin
VHZ Variator-HubzapfenVHZ variator crank pin
VPZ Variator-Pleuelzapfen ParameterVPZ variator connecting rod journals parameter
CL-V Centerline Pleuellängen-VariatorCL-V Centerline connecting rod length variator
CL-KW Centerline KurbelwelleCL-KW Centerline crankshaft
ΔPi Pleuel-LängendifferenzΔPi connecting rod length difference
ΔPrK1(l) Differenz Pleuellänge Kolben 1 , Seite IΔPrK1 (l) Difference connecting rod length piston 1, side I
ΔPι-K2(l) Differenz Pleuellänge Kolben 2, Seite I φ KurbelwelienwinkelΔPι-K2 (l) Difference connecting rod length piston 2, side I φ crank shaft angle
Δφ asymmetrische HZ-Differenz ΔPi ≠ H bei φ=270° KWΔφ asymmetrical HZ difference ΔPi ≠ H at φ = 270 ° KW
OT Oberer Totpunkt bei φ=0° KWTDC top dead center at φ = 0 ° KW
OT' Oberer Totpunkt bei φ=90° KWOT 'top dead center at φ = 90 ° KW
OTi' Oberer Totpunkt K1 bei φ=90° KW, symmetrische Konstruktion bei ΔP^HOTi 'top dead center K1 at φ = 90 ° KW, symmetrical construction at ΔP ^ H
OTi' OT für K1 bei φ=90°-Δφ für K1 , asymmetrische Konstruktion bei ΔPι=HOTi 'OT for K1 at φ = 90 ° -Δφ for K1, asymmetrical construction at ΔPι = H
UT Unterer Totpunkt bei φ=180° KWUT bottom dead center at φ = 180 ° KW
UT' Unterer Totpunkt bei φ=270° KWUT 'bottom dead center at φ = 270 ° KW
UTV UT für K1 bei φ=270°+Δφ für K1, asymmetrisch, weil H≠ΔPi (→ΔPι=H, dann symmetrisch)UTV UT for K1 at φ = 270 ° + Δφ for K1, asymmetrical because H ≠ ΔPi (→ ΔPι = H, then symmetrical)
UTi' UT für K1 bei φ=270°+Δφ für K1 , symmetrische Konstruktion bei H=ΔPιUTi 'UT for K1 at φ = 270 ° + Δφ for K1, symmetrical construction at H = ΔPι
H HubH stroke
Rv Radius VW-MKZ = 1/2ΔP! (=1/2Rκw)Rv radius VW-MKZ = 1 / 2ΔP! (= 1 / 2Rκw)
RKW Radius KW-HZRKW Radius KW-HZ
+F Kraft bei +H+ F force at + H
-F Kraft bei -H-F force at -H
V NiveauV level
Bezugszeichen, Symbole für Konstruktion Pleueüängen-Variation und HubReference symbols, symbols for construction of connecting rod length variation and stroke
Ausgangs-DatenOutput data
0FB Durchmesser Feldbatterie = Magnet0FB diameter field battery = magnet
Heff Hub effektiv H/D Hubverhältnis Hub H zu Bohrung D (Kurzhuber 0,9...0,7 - Langhuber >-1 → 1,1...1,3) RKW Radius KW-HZH eff effective stroke H / D stroke ratio stroke H to bore D (short stroke 0.9 ... 0.7 - long stroke> -1 → 1.1 ... 1.3) RKW radius KW-HZ
P2 =λ-Rκw λ =l/r; r=Kurbelradius, l=Pleuelstangenlänge, variables λ=3,0-4,5 (→Vogel Fachbuch, Die Meisterprüfung im KfZ-Handwerk) Pleuel-Dreieck PZ-HZ- Kvv W Mitte Kurbelwelle a =Rκw b Differenz Mκw-PZ bei φ=90° KW bei (OT ) c Pleuellänge P2=λ-RκwP 2 = λ-Rκw λ = l / r; r = crank radius, l = connecting rod length, variable λ = 3.0-4.5 (→ Vogel technical book, the master craftsman examination) Connecting rod triangle PZ-HZ- K vv W middle crankshaft a = Rκw b difference Mκw-PZ at φ = 90 ° KW at (OT) c connecting rod length P2 = λ-Rκw
Verlängerung Verkürzung Pi um ΔPiExtension shortening Pi by ΔPi
ΔRKW =c-bΔRKW = c-b
ΔPT =R w+ΔRκwΔP T = R w + ΔRκw
Hubstroke
H = RKW- ΔRKWH = RKW- ΔRKW
H« =1/2H Hub bei zwei gegenläufigen Kolben, je Kolben / von Mitte FBH «= 1 / 2H stroke with two opposing pistons, each piston / from center FB
ΔH Höhendifferenz bei -ΔφΔH height difference at -Δφ
ΔH Höhendifferenz bei +ΔφΔH height difference at + Δφ
Hub/BohrungHub / bore
H/D Grenzgeschwindigkeit vmax Grenzgeschwindigkeit =H f (Vmax = 16 m/s bei Kurzhuber mit H/D=0,9-0,7) f Frequenz n DrehzahlH / D limit speed v m ax limit speed = H f (Vmax = 16 m / s for Kurzhuber with H / D = 0.9-0.7) f frequency n speed
Prinzipien A, B, C, D des Pleuellängen-VariatorsPrinciples A, B, C, D of the connecting rod length variator
Prinzip A: Höhenfunktion MKZ u. VHZ relativ zur KW-AchsePrinciple A: height function MKZ u. VHZ relative to the KW axis
RNS Radius NockenscheibeRNS radius cam disc
ΔMKZ Höhen-Funktion (Niveau VMKZ)ΔMKZ height function (level VMKZ)
ΔVHZ Höhen-Funktion Variator-Hubzapfen (Niveau WHZ)ΔVHZ height function variator crank pin (level WHZ)
ΔR-NS Funktion Radiusänderung Nockenscheibe (Rollkurve)ΔR-NS function radius change cam disc (roll curve)
RNR Radius Nockenrolle s Dicke Feldmodulator d LuftspaltRNR radius cam roller s thickness field modulator d air gap
Prinzip B: Höhenfunktion ΔVHZ relativ zur KE-HZ-Achse keine neuen Elemente und ParameterPrinciple B: Height function ΔVHZ relative to the KE-HZ axis no new elements and parameters
Prinzip C: Ausgleichsgetriebe ElementePrinciple C: differential gear elements
A Ausleger, starrA boom, rigid
HZ Ursprungs-KW-Hubzapfen bei φ-0° HZi Konstuktions-HZ, Schnittpunkt Rp mit RHZ original KW crank pin at φ-0 ° HZi construction HZ, intersection Rp with R
HZ2 neuer KW-Hubzapfen am Ausleger AHZ 2 new KW crank pin on boom A
HZ3 rotierender Hubzapfen mit Pleuel verbunden → Bewegung auf Sollbogen durch Abrollen des Zahnrades Zp auf Za P Pleuel VP Variator-PleuelHZ 3 rotating crank pin connected to the connecting rod → Movement on the nominal curve by rolling the gearwheel Z p onto the Z a P connecting rod VP variator connecting rod
PZ PleuelzapfenPZ connecting rod pin
PZ' Pleuelzapfen bei UTPZ 'connecting rod journal at UT
--a Außenzahnrad--a external gear
Zi Innenzahnrad (Kurbelwellenrad)Zi internal gear (crankshaft gear)
ZP Planeten-ZahnradZP planet gear
E ExzenterE eccentric
Parameterparameter
Bi HZ-lst-BogenBi HZ-actual sheet
B2 HZ-Soll-BogenB 2 HZ target sheet
B3 HZ3-lst-BogenB 3 HZ 3 -stst-Bogen
B4 HZ3-Soll-BogenB 4 HZ 3 target sheet
ΔP Pleuellängen-Variation i ÜbersetzungsverhältnisΔP connecting rod length variation i gear ratio
VPα Drehwinkel Variator-Pleuel mit HZ3 ß Pleuel-Winkel zwischen neuer Position VOT φ=0° und VOT' φ=90 °VPα Angle of rotation variator conrod with HZ 3 ß conrod angle between new position VOT φ = 0 ° and VOT 'φ = 90 °
Y Winkel des Variator-Pleuel =45° bei φ= -45°, +45°, +135°, 225°Y Angle of the variator connecting rod = 45 ° at φ = -45 °, + 45 °, + 135 °, 225 °
<PHZ KW-Winkel des HZ<PHZ KW angle of the HZ
RP Radius Pleuelbogen = cRP radius of connecting rod bend = c
R'KW MKW ZU Schnittpunkt Radius Rp mit Parallele a zur Centerline a = Radius RKW. Position HZ3 = Schnittpunkt R'KW mit RP R'KW MKW ZU intersection radius Rp with parallel line a to centerline a = radius RKW. Position HZ3 = intersection R'KW with R P
b berechnen: c = RP d = Rκw+b-c g = Rκw+b e Exzentrizitätcalculate b: c = R P d = Rκw + bc g = Rκw + be eccentricity
S Klemmung (Stop)S clamping (stop)
Prinzip D: Ausgleichs-Kurvenbscheibe ortsfestPrinciple D: Compensating cam disc fixed
A Ausleger mit Gelenk in HZA bracket with joint in HZ
KS ortsfeste KurvenscheibeKS fixed cam
KR KurvenrolleKR cam roller
WP Wendepunkt auf innerer Kurve d Materialauftrag zur Ausbildung eines Radius am WendepunktWP turning point on inner curve d material application to form a radius at the turning point
Bi HZi-Soll-Bogen (obere Bahn +H)Bi HZi target sheet (upper track + H)
B2 HZi-Soll-Bogen (untere Bahn -H) Ausgewählte LiteraturB2 HZi target curve (lower path -H) Selected literature
Literatur FeldkraftmaschineLiterature field machine
1. Gerthsen Physik, D. Meschede, A21 , Berlin; Heidelberg; New York: Springer, 20021. Gerthsen Physik, D. Meschede, A21, Berlin; Heidelberg; New York: Springer, 2002
2. R. Boll, Weichmagnetische Werkstoffe, A4, Berlin; München: Siemens-Aktiengesellschaft [Abt. Verl.], 19902. R. Boll, Soft Magnetic Materials, A4, Berlin; Munich: Siemens-Aktiengesellschaft [Dept. Ed.], 1990
3. Bergmann Schaefer, Band 2, Elektromagnetismus, W. Raith, A8, Berlin; New York: de Gruyter, 1999 4. E. Hering, R. Martin, M. Strohrer, Physik für Ingenieure, A8, Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Hongkong; London; Mailand; Paris; Tokyo: Spinger, 2002 5. D. Spickermann, Werkstoffe der Elektrotechnik und Elektronik, Weil der Stadt: J. Schlembach, 2002 6. Fachkunde Elektrotechnik, Europa Lehrmittel, A23, 42781 Haan-Gruiten: Verlag Europa Lehrmittel, 20023. Bergmann Schaefer, Volume 2, Electromagnetism, W. Raith, A8, Berlin; New York: de Gruyter, 1999 4. E. Hering, R. Martin, M. Strohrer, Physik für Ingenieure, A8, Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Hong Kong; London; Milan; Paris; Tokyo: Spinger, 2002 5. D. Spickermann, materials for electrical engineering and electronics, Weil der Stadt: J. Schlembach, 2002 6. Specialist in electrical engineering, Europe teaching materials, A23, 42781 Haan-Gruiten: Verlag Europa Lehrmittel, 2002
7. Tabellenbuch Elektrotechnik, Europa Lehrmittel, A18, 42781 Haan-Gruiten: Verlag Europa Lehrmittel, 20017. Electrical engineering table book, Europa Lehrmittel, A18, 42781 Haan-Gruiten: Verlag Europa Lehrmittel, 2001
8. Brechmann, ... , Elektrotechnik-Tabellen, Westermann-Verlag 9. Stöcker, Taschenbuch der Physik8. Brechmann, ..., electrical engineering tables, Westermann publishing house 9. Stöcker, paperback of physics
10. dtv-Atlas Physik, Band 110. dtv-Atlas Physik, Volume 1
11. Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, A24 Braunschweig/Wiesbaden: Friedr. Vieweg & Sohn, April 200211. Bosch, automotive paperback, A24 Braunschweig / Wiesbaden: Friedr. Vieweg & Sohn, April 2002
12. H. Lindner, H. Bauer, C. Lehmann, Taschenbuch der Elektrotechnik und Elektronik, A7, Fachbuchverlag Leipzig, München; Wien 199912. H. Lindner, H. Bauer, C. Lehmann, paperback in electrical engineering and electronics, A7, specialist book publisher Leipzig, Munich; Vienna 1999
13. K. Schwister u.a„ Taschenbuch der Chemie, A2, Fachbuchverlag Leipzig, München; Wien 199913. K. Schwister and others “Taschenbuch der Chemie, A2, Fachbuchverlag Leipzig, Munich; Vienna 1999
14. Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, A27, Verlag Europa Lehrmittel, Haan-Gruiten 2001 15. Braun, E. , Elektromagnete. In: Kohlrausch, F.: Praktische Physik, Bd.2, 23A, Stg. B.G. Teubner 1985 (→Polschuhe, Bitterspulen)14. Specialist in automotive engineering, A27, Verlag Europa Lehrmittel, Haan-Gruiten 2001 15. Braun, E., Elektromagnete. In: Kohlrausch, F .: Practical Physics, Vol. 2, 23A, Stg. B. G. Teubner 1985 (→ pole shoes, bitter coils)
Literatur Beispiel Feldkraftmaschine 1. Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, Europa Lehrmittel (1-571): Generatoren, Drehstromgenerator, Klauenpolläufer 1600W, 14V, 120A, beachte Verlustwärme (1-253): Schwingungsdämpfer für Kurbelwelle (1-255 Zweimassenschwungrad 2. Jörg Hoffmann, Taschenbuch der Messtechnik, A3 (2-233): Messen von Kräften (2-235): Induktive, kapazitive und DMS-Kraftmessaufnehmer Prinzip der Kraftmessung mit Federkörper. Aus der Verformung, die über Weg- oder Dehnungsmessaufnehmer erfasst wir, kann die einwirkende Kraft ermittelt werden.Literature Example field machine 1. Technical knowledge automotive technology, Europe teaching material (1-571): generators, three-phase generator, claw pole rotor 1600W, 14V, 120A, note heat loss (1-253): vibration damper for crankshaft (1-255 dual mass flywheel 2. Jörg Hoffmann, paperback of Measurement technology, A3 (2-233): Measuring forces (2-235): Inductive, capacitive and strain gauge force transducers Principle of force measurement with spring body The deformation that is measured via displacement or strain transducers can be used to determine the acting force ,
3. Vieweg, Handbuch Kraftfahrzeugtechnik (3-111): Lithium-Batterien (1-106): Elektroantriebe, umrichtergespeister Asynchronmotor (3-107): Drehstrommotor: Synchron-Permanentmotor mit hoher Polzahl und höchstem Wirkungsgrad, nm8X 15.000 1/min3. Vieweg, manual automotive engineering (3-111): lithium batteries (1-106): electric drives, converter-fed asynchronous motor (3-107): three-phase motor: synchronous permanent motor with a high number of poles and highest efficiency, n m8X 15,000 1 / min
(3-133): Kurbeltrieb, Pleuelstangenverhältnis(3-133): crank mechanism, connecting rod ratio
(3-180-181): Hubkolbentrieb mit variabler Verdichtung (Hub) (3-180-181): Reciprocating drive with variable compression (stroke)

Claims

PatentansprücheErster unabhängiger Patentanspruch:Feldkraftmaschine bestehend aus Feidkraftgenerator (FKG) First independent claim: Field machine consisting of a field force generator (FKG)
1. Feldkraftmaschine (FKM), bestehend aus einem oder zwei Kraftfeldkreisen als ein Raum in dem sich ein Feld in seiner Gesamtheit ausbreitet, alternativ mit magnetischen oder elektrischen oder thermischen oder gravitativen Potentialfeld oder Wirbelfeld oder Dipolfeld erzeugenden Feldbatterie(n) (FB) in antiparalleler (abstoßendes Kraftfeld) oder paralleler (anziehendes Kraftfeld) Polorientierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldkraftmaschine (FKM) als ein Feidkraftgenerator (FKG), aus kinematischem oder stationärem Feldmodulator (FM), der sich zwischen den Feldbatterie(n) (FB) befindet, besteht. Der Feldmodulator (FM) moduliert den Feldfluß/-strom (Φ) und die FeldspannungAdurchflutung (Θ) als Wirkung eines Feld-Kondensators zwischen abstoßender(n) Feldbatterie(n) (FB) und anziehendem Feldmodulator (FM) oder anziehender(n) Feldbatterie(n) (FB) mit abstoßendem Feldmodulator (FM). Die Feldmodulation erfolgt ganz oder teilweise von Fluß leitend nach Fluß nichtleitend durch Kapazitätsvariation. Die Zuführung der Feldmodulator-Arbeit Wzu moduliert durch Schalten und/oder Verstärken deshalb die Feldkraft (abstoßend oder anziehend) in den Arbeitstakten der Feldkraftmaschine, oszillierend zwischen Gleichgewichts- und Nichtgleichgewichts-Zustand. Deshalb entsteht im Nichtgleichgewichts-Zustand der Feldbatterie(n) (FB) mit Stellung Feldmodulator (FM) "Auf aus der Feldkraft F und dem Arbeitsweg Wi (= Arbeitshub h) zwischen der OT- und UT-Position die Arbeit Wab, während die Feldbatterten (FB) im Leerhubweg W2 im Gleichgewichtszustand ohne Gegenkraft zurück bewegt werden. Die Kraft kann über einen Kraft-Drehmoment-Wandler, vorzugsweise ein Pleuellängen-Variator (PLV), in ein Drehmoment M bzw. Leistung P gewandelt werden. Die Arbeit der Feldkraftmaschine (FKM), Typ Feidkraftgenerator (FKG), läuft in 4 Takten in einem irreversiblen Kreisprozeß (p.V-Diagramm) ab. Auch kann der Feidkraftgenerator, als eine Solid-State-Anordnung - ohne bewegte Teile - mit einer Feldbatterie (FB) und zwei Feldmoduiatoren (FM), angeordnet in einem Kraftfeldkreis mit Induktionsspule, zur elektrischen Energieauskopplung, hergestellt werden. Durch die Modulierung des Feldes im Solid-state-Feldkraftkreis mit dem Feldmodulator (FM), entsteht ein zeitlich sich änderndes Feld und damit in der im Feldkraftkreis integrierten Spule durch Induktion elektrische Energie.1.Field force machine (FKM), consisting of one or two force field circles as a space in which one field spreads in its entirety, alternatively with magnetic or electrical or thermal or gravitational potential field or vortex field or dipole field generating field battery (s) (FB) in antiparallel (repulsive force field) or parallel (attractive force field) pole orientation, characterized in that the field force machine (FKM) as a field force generator (FKG), made of kinematic or stationary field modulator (FM), which is located between the field battery (s) (FB), consists. The field modulator (FM) modulates the field flow / current (Φ) and the field voltage flooding (Θ) as the effect of a field capacitor between the repelling field battery (s) (FB) and the attracting field modulator (FM) or the attracting field battery (s) (n) (FB) with repulsive field modulator (FM). The field modulation takes place in whole or in part from flux-conducting to flux-non-conducting by varying capacities. The supply of the field modulator work W to be modulated by switching and / or strengthening therefore the field force (repulsive or attractive) in the work cycles of the field machine, oscillating between the equilibrium and non-equilibrium state. Therefore, the field battery (ies) (FB) with position field modulator (FM) "to from the field force F and the working path Wi (= stroke h) between the TDC and BDC position arises in the non-equilibrium state of the work W, while the Field batteries (FB) are moved back in the equilibrium state without counterforce in the idle stroke path W 2. The force can be converted into a torque M or power P via a force-torque converter, preferably a connecting rod length variator (PLV) Field force machine (FKM), type Feidkraftgenerator (FKG), runs in 4 cycles in an irreversible cycle (pV-diagram) .The field force generator can also be used as a solid-state arrangement - without moving parts - with a field battery (FB) and two field modulators (FM), arranged in a force field circuit with an induction coil, for electrical energy extraction, are produced by modulating the field in the solid-state field force circuit with the field modulator (FM) I changing field and thus in the coil integrated in the field force circuit by induction electrical energy.
FKG-Prinzip 2. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feidkraftgenerator (FKG) als Links- oder Rechtskreisprozess- Maschine betrieben werden kann. FKG principle 2. Field force machine according to claim 1, characterized in that the field force generator (FKG) can be operated as a left-hand or right-hand cycle process machine.
3. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das System Feldbatterie-Feldmodulator-Feldbatterie (FB-FM-FB) als Kondensator für die Steuerung/Verstärkung/Abschwächung/Speicherung von Feldern wirkt, vorzugsweise werden magnetische oder elektrische Felder verwendet. Möglich sind auch aber auch thermische Felder mit Thermokraft oder gravitatives Felder mit Graviatationskraft3. Field engine according to claim 1, characterized in that the system field battery field modulator field battery (FB-FM-FB) acts as a capacitor for the control / amplification / attenuation / storage of fields, preferably magnetic or electric fields are used. Thermal fields with thermal force or gravitational fields with gravitational force are also possible
4. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldmodulator (FM) im magnetischen Kondensator-Feld als Dimagnetikum oder Diamagnetikum, im elektrischen Kondensator-Feld als Dielektrikum oder Diaelektrikum, im thermischen Kondensator-Feld als Dithermikum oder Diathermikum und im gravitativen Kondensator-Feld als Digravitum oder Diagravitum, wirkt. 4. Field machine according to claim 3, characterized in that the field modulator (FM) in the magnetic capacitor field as a dimagnetic or diamagnetic, in the electrical capacitor field as a dielectric or diaelectric, in the thermal capacitor field as a dither or diathermic and in the gravitational capacitor Field as digravitum or diagravitum, acts.
5. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein bezüglich der Kraftfelder umgekehrt wirkendes Kondensator-System als ein Anti-Kondensator-Prinzip verwendet wird.5. Field force machine according to claim 4, characterized in that a capacitor system acting in reverse with respect to the force fields is used as an anti-capacitor principle.
6. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ferro-/Ferrimagnetische oder Ferro-/Ferrielektrische Feld-Kondensatoren als feste flüssige konstante oder einstellbare Bauelemente, analog zu elektronischen Kondensator-Bauelementen, je nach Höhe der Permeabilität bzw. Permittivität, wirken. 6. Field force machine according to claim 3, characterized in that ferro / ferrimagnetic or ferro / ferrielectric field capacitors act as solid liquid constant or adjustable components, analogous to electronic capacitor components, depending on the level of permeability or permittivity.
7. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der kinematische Feldmodulator (FM) und/oder Polschuh (PS) entweder im Potentialfeld parallel zu den Feldlinien der Feldbatterie(h) (FB) oder senkrecht zu den Feldlinien auf einer Äquipotentialfläche transversal bewegt werden kann, wobei ein simultanes oder serielles Gleichgewicht der transversalen Arbeit W2U durch Kompensation der transversalen statischen und/oder dynamischen Feldkräfte erreicht wird.7. Field machine according to claim 1, characterized in that the kinematic field modulator (FM) and / or pole piece (PS) are moved transversely either in the potential field parallel to the field lines of the field battery (h) (FB) or perpendicular to the field lines on an equipotential surface can, whereby a simultaneous or serial equilibrium of the transverse work W 2U is achieved by compensating for the transverse static and / or dynamic field forces.
8. Feidkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der kinematische Feldmodulator (FM) in passiver oder aktiver Version gestaltet werden kann, wobei die aktive Version ein in der Normal- und/oder Transversalrichtung dynamisch in der Verstärkungswirkung regelbare oder bistabil schaltbare Hilfsfelder nutzt, damit die Fetdkräfte eines passiven Feldmodulators (FM) und/oder die Kompensation von frequenzabhängigen Wirbelstromkräften mit der Überlagerung durch die Hilfsfelder verstärkt oder abgeschwächt werden können.8. Feidkraftmaschine according to claim 1, characterized in that the kinematic field modulator (FM) can be designed in a passive or active version, the active version uses a dynamic in the normal and / or transverse direction in the gain effect adjustable or bistable switchable auxiliary fields, so that the field forces of a passive field modulator (FM) and / or the compensation of frequency-dependent eddy current forces can be strengthened or weakened with the overlay by the auxiliary fields.
9. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Feldbatterie(n) (FB) als erstes FB-Antriebssatz-Kolben-Paar (K1), in Takt 4 im Gleichgewichts-Zustand bei geschlossenem Feldmodulator (FM),in die Ausgangsposition zurückgeführt werden durch eine Felder oder durch eine Kurbelwelle mit Pleuellängen-Variator (PV) und Schwungscheibe oder durch eine Kugelumlaufspindel mit Feder und Freilaufkupplung, oder durch Schubstangen mit Freilaufkupplung, oder durch ein im Arbeitstakt 2 auf der Kurbelwelle (KW) um 180° KW versetztes zweites FB-Antriebssatz-Kolben-Paar (K2), oder durch andere Rückführungssysteme.9. Field machine according to claim 1, characterized in that the field battery (s) (FB) as the first FB drive set-piston pair (K1), in cycle 4 in the equilibrium state with the field modulator (FM) closed, returned to the starting position are by a fields or by a crankshaft with connecting rod length variator (PV) and flywheel or by a ball screw with spring and free-wheel clutch, or by push rods with free-wheel clutch, or by a second one offset by 180 ° KW in work cycle 2 on the crankshaft (KW) FB drive kit piston pair (K2), or by others Recirculation systems.
Feldbatterien (FB)Field batteries (FB)
10. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Feldbatterie(n) (FB) zur Erzeugung einer hohen Feldkraft z.B. in einer 3D-Sandwich-Konstruktion im x-y-z-Netz (d.h. durch Aneinanderreihung vieler Zellen mit Zeilen und Spalten zu einer oder mehreren Gruppen in einer Matrix und danach mit Schichtenaufbau in z-Richtung) oder bei runden Zellen-Feldbatterien (FB) im Dreiecksnetz und Schichtenaufbau in z-Richtung angeordnet ist (sind).10. Field force machine according to claim 1, characterized in that the field battery (s) (FB) for generating a high field force e.g. in a 3D sandwich construction in the xyz network (i.e. by lining up many cells with rows and columns to form one or more groups in a matrix and then building up layers in the z direction) or with round cell field batteries (FB) in a triangular network and Layer structure is (are) arranged in the z direction.
11. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Feldbatterie(n) (FB) vorzugsweise bei magnetischem Feld aus Permanent-Magnet(en) (PM), hergestellt aus Ferro-/Ferimagnetika, oder Supraleiter-Magnet(en) (SM) oder bei elektrischem Feld aus Permanent-Elektret(en) (PE), hergestellt aus Ferro-/Ferrielektrika, besteht (bestehen).11. Field force machine according to claim 1, characterized in that the field battery (s) (FB) preferably in a magnetic field from permanent magnet (s) (PM), made of ferro / ferimagnetics, or superconductor magnet (s) (SM ) or in the case of an electrical field from permanent electret (s) (PE), made from ferro / ferrielectrics.
12. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Permanent-Magnete (PM) oder Permanent-Elektrete (PE) zur Reduktion der kinetischen Energie in ihrem Haftkraft-zu-Eigengewicht Verhältnis unter Repulsionsbedingung so optimiert werden, daß keine Entmagnetisierung bzw. Entelektrisierung bei Luftspaltenfluß/Scherung und bei vorgegebener Arbeitstemperatur T stattfinden kann.12. Field machine according to claim 11, characterized in that the permanent magnets (PM) or permanent electrets (PE) to reduce the kinetic energy in their adhesive force-to-own weight ratio under repulsion conditions are optimized so that no demagnetization or de-electrification at air gap flow / shear and at a given working temperature T.
13. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die in Normairichtung wirkende Kraft-Weg-Kennlinie der Permanent-Magnete(PM), Supraleiter-Magnete (SM) oder Permanent-Elektrete (PE) in ihrem Profil durch spezielles Feld-Design (Polformgebung, Konvergenzzentrums-Vorverlagerung mit Korπorientierung bei Magnetisierung/Elektrisierung, Polstrukturierung, Konus- und Tauchsystem),gestaltet werden kann, um eine bestimmte Kraft- und Drehmomententfaltung und/oder Hubvergrößerung zu erreichen.13. Field force machine according to claim 11, characterized in that the force-displacement characteristic curve acting in the normal direction of the permanent magnets (PM), superconductor magnets (SM) or permanent electrets (PE) in their profile through a special field design ( Pole shaping, convergence center advance with Korπorientierung in magnetization / electrification, pole structuring, cone and immersion system), can be designed to achieve a certain force and torque deployment and / or stroke increase.
Feldmodulator (FM)Field modulator (FM)
14. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Feldmodulator (FM) zur Modulation der Feldwirkung zwischen den Feldbatterie(n) (FB) und dem Feldmodulator (FM), d.h. dem Feld-Kondensator, von den Zuständen Gleichgewicht - Nichtgleichgewicht - Gleichgewicht, als Inline-Feldmodulator innerhalb oder als Outline-Feldmodulator außerhalb der Stoffgrenzen und Pole der Feldbatterien (FB) positioniert sein kann. 14. Field force machine according to claim 1, characterized in that the field modulator (FM) for modulating the field effect between the field battery (s) (FB) and the field modulator (FM), i.e. the field capacitor, from the states equilibrium - non-equilibrium - equilibrium, can be positioned as an inline field modulator inside or as an outline field modulator outside the substance limits and poles of the field batteries (FB).
15. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldmodulator (FM) durch Leitfähigkeits-Modulation und/oder Kanalquerschnitts-Modulation mit einem Feld quer zur Flußrichtung des Kraftfeldes der Feldbatterie(n) (FB) den Feidfluß bzw. die Feldspannung und damit das Gleichgewicht/Nichtgleichgewicht steuert. 15. Field force machine according to claim 1, characterized in that the field modulator (FM) by conductivity modulation and / or channel cross-section modulation with a field transverse to the flow direction of the force field of the field battery (s) (FB) the Feidfluss or the field voltage and thus controls the balance / non-equilibrium.
16. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Feidmodulator (FM) und/oder Polschuh (PS) aus isotropen und/oder anisotropen atomar/molekular und/oder mikroskopisch/makroskopisch parallel oder senkrecht zur Feldrichtung orientierten Schichten mit Berücksichtigung der Formanisotropie aufgebaut ist und in technisch vorgegebenen Richtungen aus differenziell und funktional verschiedenem Feld leitendem, Feld nicht leitendem oder Feld halbleitendem, Stoff besteht.16. Field machine according to claim 1, characterized in that the field modulator (FM) and / or pole shoe (PS) is composed of isotropic and / or anisotropic atomic / molecular and / or microscopic / macroscopic layers oriented parallel or perpendicular to the field direction, taking into account the shape anisotropy is and in technically predetermined directions consists of differentially and functionally different field conductive, field non-conductive or field semiconducting material.
17. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Leitfähigkeits-Flußdichte-Feldmodulator (FM) mit gegebener Leitfähigkeits-Flußdichte-Kennline eines in der Hystereseschleifenform weichen Werkstoffs durch örtlich wirksame Flußdichteänderung von maximaler Stoff-Leitfähigkeit am Arbeitspunkt (A3) über andere flußdichteabhängige Leitfähigkeits-Wirkungspunkte den Feldfluß der Feldbatterie(n) (FB) von leitend nach nicht leitend moduliert.17. Field machine according to claim 1, characterized in that a conductivity flux density field modulator (FM) with a given conductivity-flux density characteristic of a soft material in the hysteresis loop shape by locally effective flux density change of maximum material conductivity at the working point (A 3 ) over others flux density-dependent conductivity action points modulate the field flow of the field battery (s) (FB) from conductive to non-conductive.
18. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Flußdichte-Feldstärke-Feldmodulator (FM) mit gegebener Flußdichte-Feldstärke-Kennline eines in der Hysteresschleifenform weichen Werkstoffs durch örtlich wirksame Feldstärkeänderung von maximaler Stoff-Leitfähigkeit am Arbeitspunkt (A3) über andere feldstärkeabhängige Leitfähigkeits-Wirkungspunkte den Feldfluß der Feldbatterie(n) (FB) von leitend nach nicht leitend moduliert.18. Field force machine according to claim 1, characterized in that a flux density field strength field modulator (FM) with a given flux density field strength characteristic of a soft material in the hysteresis loop shape by locally effective field strength change of maximum material conductivity at the working point (A 3 ) over others Field strength-dependent conductivity effects modulate the field flow of the field battery (s) (FB) from conductive to non-conductive.
19. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Flußdichte-Temperatur-Feldmodulator (FM) mit gegebener Flußdichte-Temperatur-Kennline eines in der Hysteresschleifenform weichen Werkstoffs durch örtlich wirksame Temperaturänderung von maximaler Stoff-Leitfähigkeit am Arbeitspunkt (A3) über andere temperaturabhängige Leitfähigkeits-Wirkungspunkte den Feldfluß der Feldbatterie(n) (FB) von leitend nach nicht leitend moduliert. 19. Field force machine according to claim 1, characterized in that a flux density-temperature field modulator (FM) with a given flux density-temperature characteristic of a soft material in the hysteresis loop shape by locally effective temperature change of maximum material conductivity at the working point (A3) over other temperature-dependent Conductivity effects modulate the field flow of the field battery (s) (FB) from conductive to non-conductive.
20. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Anisotropie-Feldmodulator (FM) mit gegebener Leitfähigkeit-Richtung- Kennline eines kristallinen, in der Hysteresschleifenform weichen Werkstoffs durch örtlich wirksame Richtungsänderung der Feld-Vorzugsrichtung der Kristalle von maximaler Stoff-Leitfähigkeit am Arbeitspunkt (A3) über andere richtungsabhängige Leitfähigkeits- Wirkungspunkte den Feldfluß der Feldbatterie(n) (FB) von leitend nach nicht leitend moduliert.20. Field machine according to claim 1, characterized in that an anisotropy field modulator (FM) with a given conductivity-directional characteristic of a crystalline, in the hysteresis loop soft material by locally effective change in direction of the preferred field direction of the crystals of maximum material conductivity at the working point (A 3 ) modulates the field flow of the field battery (s) (FB) from conductive to non-conductive via other direction-dependent conductivity action points.
21. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Anisotropie-Feldmodulator (FM) mit gegebener Leitfähigkeit- Beanspruchung-Kennline eines in der Hystereseschleifenform weichen Werkstoffs durch örtlich wirksame mechanische Beanspruchungsänderung von maximaler Stoff-Leitfähigkeit am Arbeitspunkt (A3) über andere beanspruchungsabhängige Leitfähigkeits-Wirkungspunkte den Feldfluß der Feldbatterie(n) (FB) von leitend nach nicht leitend moduliert.21. Field machine according to claim 1, characterized in that an anisotropy field modulator (FM) with a given conductivity-stress characteristic of a soft material in the hysteresis loop shape by locally effective mechanical stress change of maximum material conductivity at the working point (A 3 ) over other stress-dependent Conductivity action points the field flow of the field battery (s) (FB) from conductive to non-conductive modulated.
22. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein permanenter Induktions-Feldmodulator (FM) mit gegebener Flußdichte-Feldstärke-Kennlinie eines in der Hystereseschleifenform harten Werkstoffs durch örtlich wirksame remanente Flußdichteänderung von maximaler remanenter Flußdichte über andere Flußdichte-Wirkungspunkte auf der Hysterese nach minimaler bzw. negativer remanenter Flußdichte den Feldfluß der Feldbatterie(n) (FB) durch das remanente Feld vom Gleichgewicht zum Ungleichgewicht zwischen Feldbatterie(n) (FB) und dem aktiven Induktions-Feldmodulator (FM) variabel moduliert.22. Field force machine according to claim 1, characterized in that a permanent induction field modulator (FM) with a given flux density-field strength characteristic of a hard material in the hysteresis loop shape by locally effective remanent flux density change from maximum remanent flux density to other flux density action points according to the hysteresis minimal or negative remanent flux density variably modulates the field flow of the field battery (s) (FB) through the remanent field from the equilibrium to the imbalance between the field battery (s) (FB) and the active induction field modulator (FM).
23. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Induktionsstrom-Feldmodulator (FM) mit gegebener elektrischer Leitfähigkeit-Induktion-Kennline eines elektrisch hochleitenden Werkstoffs durch Erzeugung von Wirbelströmen den Feldfluß der Feldbatterie(n) (FB) durch die variabel induzierten Feldkräfte vom Gleichgewicht zum Ungleichgewicht zwischen Feldbatterie(n) (FB) und dem aktiven Induktionsstrom-Feldmodulator (FM) moduliert.23. Field force machine according to claim 1, characterized in that an induction current field modulator (FM) with a given electrical conductivity-induction characteristic of an electrically highly conductive material by generating eddy currents, the field flow of the field battery (s) (FB) by the variably induced field forces from Balance to imbalance between field battery (s) (FB) and the active induction current field modulator (FM) modulated.
24. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Grenzfrequenz-Leitfähigkeits-Feldmodulator (FM) mit gegebener Leitfähigkeits-Grenzfrequenz-Kennline eines in der Hystereseschleifenform weichen Werkstoffs durch örtlich wirksame Grenzfrequenzänderung von maximaler Stoff-Leitfähigkeit am Arbeitspunkt (A3) über andere grenzfrequenzabhängige Leitfähigkeits-Wirkungspunkte den Feldfluß der Feldbatterie(n) (FB) von leitend nach nicht leitend moduliert.24. Field force machine according to claim 1, characterized in that a cut-off frequency conductivity field modulator (FM) with a given conductivity cut-off frequency characteristic of a soft material in the hysteresis loop shape by locally effective cut-off frequency change of maximum material conductivity at the working point (A 3 ) over others limit frequency-dependent conductivity action points modulate the field flow of the field battery (s) (FB) from conductive to non-conductive.
25. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Spinresonanz-Feldflußrichtung-Feldmodulator (FM) mit gegebener Spinresonanz-Feldflußrichtung-Kennline eines in der Hystereseschleifenform weichen Werkstoffs durch örtlich wirksame hochfrequent angeregte Spinrichtungsänderung von maximaler Stoff-Leitfähigkeit mit paralleler Spinstellung nach minimaler Leitfähigkeit mit antiparalleler Spinstellung umklappt, um den Feldfluß der Feldbatterie(n) (FB) durch den Spin-Richtungs-Schalter von leitend nach nicht leitend zu modulieren.25. Field force machine according to claim 1, characterized in that a spin resonance field flow direction field modulator (FM) with a given spin resonance field flow direction characteristic of a soft material in the hysteresis loop shape by locally active high-frequency excited spin direction change of maximum material conductivity with parallel spin position after minimal conductivity flipped with antiparallel spin position to modulate the field flow of the field battery (s) (FB) through the spin direction switch from conductive to non-conductive.
26. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Atomabstand-Leitfähigkeits-Feldmodulator (FM) mit gegebener Atomabstand-Leitfähigkeits-Kennlinie eines in der Hystereseschleifenform weichen oder harten Werkstoffs durch örtlich wirksame geometrisch definierte Atomabstandsänderung von maximaler Stoff-Leitfähigkeit am Arbeitspunkt (A3) über andere atomabstandsabhängige Leitfähigkeits-Wirkungspunkte den Feldfluß der Feldbatterie(n) (FB) von leitend nach nicht leitend moduliert. 26. Field force machine according to claim 1, characterized in that an atomic spacing conductivity field modulator (FM) with a given atomic spacing-conductivity characteristic of a soft or hard material in the hysteresis loop shape by locally effective geometrically defined atomic spacing change of maximum material conductivity at the working point (A3 ) modulates the field flow of the field battery (s) (FB) from conductive to non-conductive via other atomic distance-dependent conductivity action points.
27. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tunneleffekt-Feldmodulator (FM) mit einer sehr dünnen magnetischen Feldmodulator-Isolierschicht (lm), einem Dimagnetikum, zwischen zwei magnetischen Supraleitern mit gegebener magnetischer Tunnelspannung-Leitfähigkeit-Kennlinie und örtlich wirksamer magnetischer Energielücke durch Anlegen einer magnetischen Tunnelspannung beschleunigte magnetische Flußquanten durch diese Feldmodulator-Isolierschicht (lm) hindurchtunneln läßt und damit den magnetischen Feldfluß der supraleitenden Feldbatterien (SM-FB) tunnelspannungsabhäng von leitend nach nichtleitend moduliert.27. Field machine according to claim 1, characterized in that a tunnel effect field modulator (FM) with a very thin magnetic field modulator insulating layer (l m ), a dimagnetic, between two magnetic superconductors with a given magnetic tunnel voltage-conductivity characteristic and locally effective magnetic energy gap by applying a magnetic tunnel voltage accelerated magnetic flux quanta through them Field modulator insulating layer (l m ) can tunnel through and thus modulates the magnetic field flux of the superconducting field batteries (SM-FB) depending on the tunnel voltage from conductive to non-conductive.
28. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetischer Supraleiter-Isolierschicht-Supraleiter-Kontakt (SmlmSm-Kontakt) vorliegt, wenn die beiden magnetischen Supraleiter aus demselben magnetisch leitenden Supraleiter bestehen und deshalb magnetische Flußquanten-Paare hindurchtunneln können.28. Field machine according to claim 27, characterized in that a magnetic superconductor insulating layer superconductor contact (S m lmS m contact) is present when the two magnetic superconductors consist of the same magnetically conductive superconductor and can therefore tunnel through magnetic flux quantum pairs.
29. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetischer Gleichstromeffekt (MGE) entsteht, wenn einem S l Sm- ontakt ein schwacher magnetischer Gleichstrom/-fluß aufgeprägt wird, sodaß unterhalb einer kritischen magnetischen . Strom-/Flußstärke, d.h. ohne magnetische Potentialdifferenz, magnetische Fluß-Paare als Spinmoment-Kopplungen durch die Im-Schicht tunneln und oberhalb der kritischen magnetischen Stron /Flußstärke der Feldfluß zwischen den Supraleiter-Magnet-Feldbatterien (SM-FB) gesperrt ist.29. Field force machine according to claim 28, characterized in that a magnetic direct current effect (MGE) arises when a weak magnetic direct current / flux is impressed on an S l Sm contact so that it is below a critical magnetic one. Current / flux strength, i.e. without magnetic potential difference, tunneling magnetic flux pairs as spin moment couplings through the Im layer and above the critical magnetic current / flux strength the field flux between the superconducting magnetic field batteries (SM-FB) is blocked.
30. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetischer Wechselstromeffekt (MWE) durch eine quantenmechanische Interferenz entsteht, wenn mit Anlegen einer magnetischen Gleichspannung an den SmlmSm-Kontakt ein dieser magnetischen Gleichspannung proportional hochfrequenter magnetischer Wechselstrom aus Flußquanten entsteht, mit der Eigenschaft, daß dieses Prinzip auch bei umgekehrter Aufprägung funktioniert.30. Field force machine according to claim 28, characterized in that a magnetic alternating current effect (MWE) arises from a quantum mechanical interference if, when a magnetic direct voltage is applied to the SmlmSm contact, a magnetic alternating current proportional to this magnetic direct voltage is produced from flux quanta, with the property that this principle also works with reverse imprinting.
31. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Supraleiter-Feldmodulator (FM) als S lmSm-Kontakt mit dicker magnetischer Isolierschicht lm oder als SelsSe-Kontakt mit dicker elektrischer Isolierschicht ie, aufgebaut aus Supra-Leiter und/oder Supra-Nichtleiter und/oder Supra-Halbleiter, die Modulierung des Feldflußes bei Sprungtemperatur Tc oder zwischen Normaltemperatur T und Sprungtemperatur Tc ausführt.31. Field machine according to claim 1, characterized in that a superconductor field modulator (FM) as a S l m S m contact with a thick magnetic insulating layer l m or as a S e lsS e contact with a thick electrical insulating layer i e , constructed from Supra -Leaders and / or super-non-conductors and / or super-semiconductors, the modulation of the field flux at step temperature Tc or between normal temperature T and step temperature Tc.
32. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der beim Schalten des Feldmodulators (FM) entstehende Spalt zwischen den Feldbatterie(n) (FB) vorzugsweise durch einen oder zwei Polschuh(e) (PS) überbrückt wird, so dass der Kraft- bzw. der - Arbeitsverlust Wa in der Kraft-Weg-Kennlinie der Feldbatterie(n) (FB) minimiert wird. 32. Field force machine according to claim 1, characterized in that the gap which arises when the field modulator (FM) is switched between the field battery (s) (FB) is preferably bridged by one or two pole shoes (e) (PS), so that the force or the - work loss W a in the force-displacement characteristic of the field battery (s) (FB) is minimized.
33. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldmodulator (FM) und/oder die Polschuh(e) (PS) aus isotropen und/oder anisotropem Stoff bestehen und zur optimalen Feld-Leitung lamelliert sind, so daß der Feldfluß in den Lamellenblechen unter Ausnutzung einer starken Kristallanisotropie und/oder großen Formanisotropie bezüglich der Geometrie der Lamellenbleche vorzugsweise, je nach Richtung der Lamellenbleche, primär in die Normal- oder Transversalrichtung geleitet und dabei die Rückwirkung auf das/die Kraftfeld(er) der Feldbatterie(n) (FB) wegen der Kristall- und Formanisotropie minimiert wird.33. Field force machine according to claim 32, characterized in that the field modulator (FM) and / or the pole shoe (s) (PS) consist of isotropic and / or anisotropic material and are laminated for optimal field conduction, so that the field flow in the Lamella sheets using a strong crystal anisotropy and / or large shape anisotropy with respect to the geometry of the lamella sheets preferably, depending on the direction of the lamella sheets, are primarily directed in the normal or transverse direction and thereby the reaction to the force field (s) of the field battery (s) ( FB) is minimized because of the crystal and shape anisotropy.
Kompensation negativer FeldkräfteCompensation for negative field forces
34. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturkompensation zur Regelung des Gleichgewichts- Zustandes zwischen den Feldbatterien (FB) und dem Feldmodulator (FM) durch eine äußere Temperaturregelung der Feldkraftmaschine, z.B. durch "heat pipes" mit Peltier-Batterien etc., und/oder durch eine direkte Temperaturkompensation der Feldbatterien (FB) durch den Verlauf der Flußdichte-Temperatur-Kennlinie eines Kompensatorsystems und/oder durch eine Hubvariation mit Δh, die Anpassung des Arbeitspunktes des Systems Feldbatterie(n) (FB) und Feldmodulator (FM) bei Temperaturänderung vornimmt.34. field machine according to claim 1, characterized in that a temperature compensation for controlling the equilibrium state between the field batteries (FB) and the field modulator (FM) by an external temperature control of the field machine, e.g. by "heat pipes" with Peltier batteries etc., and / or by a direct temperature compensation of the field batteries (FB) by the course of the flux density-temperature characteristic of a compensator system and / or by a stroke variation with Δh, the adjustment of the operating point of the system Field battery (s) (FB) and field modulator (FM) when the temperature changes.
35. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bei einem elektrisch leitenden Feldmodulator-Stoff ein mechanischer und/oder elektrischer und/oder magnetischer Anti-Wirbeistrom- Kompensator die im Feldmodulator (FM) frequenzabhängig induzierten und deshalb funktional negativ wirkenden Feldkräfte kompensiert oder praktisch beseitigt.35. Field force machine according to claim 1, characterized in that in an electrically conductive field modulator substance, a mechanical and / or electrical and / or magnetic anti-vortex current compensator which in the field modulator (FM) frequency-induced and therefore functionally negative acting field forces compensated or practical eliminated.
36. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 33 und 35, dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanischer Anti-Wirbelstrom-Kompensator aus parallel zur Feldmodulatorbewegung orientierten elektrisch gegenseitig isolierten dünnen Lamellenblechen mit senkrecht zur Feldmodulatorbewegung und zu den Wirbelströmen in die Lamellenbleche integrierten Schlitzen in Bezug zur Feldflußrichtung zwischen den Polen der Feldbatterien (FB) besteht, der alternativ aus gegenseitig elektrisch isolierter dichter weichmagnetischer Kugelpackung oder einer kubische MikroStruktur mit Umformung der Volumen-Wirbelströme in Teilchen-Wirbelströme bestehen kann.36. Field force machine according to claim 33 and 35, characterized in that a mechanical anti-eddy current compensator from parallel mutually oriented electrically mutually insulated thin lamella sheets with perpendicular to the field modulator movement and to the eddy currents in the lamella sheets integrated slots with respect to the field flow direction between the poles the field batteries (FB), which can alternatively consist of mutually electrically insulated, dense, soft magnetic spherical packing or a cubic microstructure with transformation of the volume eddy currents into particle eddy currents.
37. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Anti-Wirbelstrom-Kompensator durch elektrische Ladungstrennung mit Entfernung der Elektronen aus dem Wirkungsraum der Felder der Feldbatterien (FB) dadurch entsteht, daß der Feldmodulator (FM) elektrisch isoliert und innerhalb eines elektrischen Feldes positioniert ist, sodaß durch elektrische Influenz ein mittlerer Bereich als neutrale Zone entsteht, der von den Magnetfeldern der Feldbatterien (FB) ohne Erzeugung von Wirbelströmen durchsetzt wird. 37. Field force machine according to claim 35, characterized in that an electrical anti-eddy current compensator is created by electrical charge separation with removal of the electrons from the effective area of the fields of the field batteries (FB) in that the field modulator (FM) is electrically isolated and within an electrical Field is positioned so that a central area is created as a neutral zone by electrical influence, which is penetrated by the magnetic fields of the field batteries (FB) without generating eddy currents.
38. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die influenzierten Ladungsträger innerhalb zwei gegenüberliegend mit dem Feldmodulator (FM) fest verbundenen metallischen Trichtern mit Spitze konzentriert gesammelt und über eine elektrisch hoch leitfähige Schneide entlang der Oszillationsstrecke des Feldmodulators (FM) durch kontaktlose Überführung geerdet abgeleitet werden oder in einem Eneigiespeicher, z.B. Leidener Flasche oder Kondensator, gespeichert zur Verfügung stehen.38. Field force machine according to claim 37, characterized in that the influenced charge carriers are concentrated within two metallic funnels with a tip firmly connected to the field modulator (FM) and are grounded via an electrically highly conductive cutting edge along the oscillation path of the field modulator (FM) by contactless transfer be derived or in an energy store, e.g. Leiden bottle or condenser, stored are available.
39. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß bei transversaler Bewegung des kinematischen Feldmodulators (FM) das inhomogene Feld der Feldbatterie(n) (FB) transversal in seinem Gradienten-Profil so gestaltet wird, daß die beiden Kraftvektoren der Lorentz-Kraft auf dem Kreisstrom, d.h. die bremsende Kraft an der Front und die beschleunigende Kraft am Ende des Feldmodulators (FM), gleich groß sind.39. field force machine according to claim 35, characterized in that with transverse movement of the kinematic field modulator (FM) the inhomogeneous field of the field battery (s) (FB) is designed transversely in its gradient profile so that the two force vectors of the Lorentz force the circulating current, ie the braking force at the front and the accelerating force at the end of the field modulator (FM) are the same.
40. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 36 und 39, dadurch gekennzeichnet, daß im transversal inhomogenen Feld die transversale Zunahme der Materialbreite der Einzel-Stege in den Lamellenblechen so gestaltet wird, daß eine schmale Stegbreite an der Feldmodulator-Front mit kleiner bremsender Kraftkomponente stegweise in eine breite Stegbreite am Feldmodulator-Ende übergeht, die mit großer beschleunigender Kraftkomponente das Gleichgewicht zwischen den Kraftkomponenten herstellt.40. field machine according to claim 36 and 39, characterized in that in the transversely inhomogeneous field, the transverse increase in the material width of the individual webs in the lamellar plates is designed such that a narrow web width on the front of the field modulator with a small braking force component in a wide web Bridge width at the end of the field modulator passes, which creates the balance between the force components with a large accelerating force component.
41. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 36 und 39, dadurch gekennzeichnet, daß im transversal inhomogenen Feld das transversale Keilprofil bzw. die Funktion der Zunahme der Stegdicke der Einzel-Stege in den Lamellenblechen so gestaltet wird, daß die im Einzeisteg an der Vorderkante des Keilprofils bremsende Kraftkomponente viel kleiner ist als die beschleunigende Kraftkomponente am dicken Ende des Keilprofils, womit die vordere und die hintere Volumenstrom- Kraftkomponenten im Gleichgewicht stehen.41. Field machine according to claim 36 and 39, characterized in that in the transversely inhomogeneous field, the transverse wedge profile or the function of increasing the web thickness of the individual webs in the lamellar plates is designed so that the braking component in the single web at the front edge of the wedge profile is much smaller than the accelerating force component at the thick end of the wedge profile, with which the front and rear volume flow force components are in balance.
42. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 35 und 36, dadurch gekennzeichnet, daß im transversal inhomogenen Feld ein Lamellenblech und/oder die Stege des Lamellenblechs als Rechteck-Gradienten-Leiterschleife mit an Front und Ende verschiedenen Leiterquerschπitten und/oder spez. elekt. Widerstand ausgebildet sind und deshalb mit den zugehörigen Front- und End-Kraftkomponenten des induzierten Wirbelstromrings als Paar von Stromelementen mit entgegengesetzten Stromrichtungen das Gleichgewicht herstellen.42. Field machine according to claim 35 and 36, characterized in that in the transversely inhomogeneous field, a lamella sheet and / or the webs of the lamella sheet as a rectangular gradient conductor loop with different conductor cross sections at the front and end and / or spec. Electr. Resistance are formed and therefore balance with the associated front and end force components of the induced eddy current ring as a pair of current elements with opposite current directions.
43. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 35 und 42, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Feldmodulator (FM) integrierter Anti-Lenz-Kraft- Kompensator aus einer zweiten Leiterschleife mit entgegengesetzt gerichteten unipolaren Strörnen aus positiven Ladungen und magnetischer Abschirmung zwischen den negativen und positiven Leiferschleifen besteht, so daß die Lenz-Kraft der negativen induzierten Ströme durch die der positiven kompensiert wird.43. Field force machine according to claim 35 and 42, characterized in that an integrated in the field modulator (FM) anti-bilge force compensator from a second conductor loop with oppositely directed unipolar currents from positive charges and magnetic shielding between the negative and positive Leiferschleifen exists so that the Lenz force of the negative induced currents is compensated by that of the positive.
44. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 35 und 42, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Feldmodulator (FM) integrierter Anti-Lenz-Kraft- Kompensator aus einer Leiterschleife mit im Feld-Wirkungsbereich der Feldbatterie(n) (FB) parallelen Leitern mit gleichgerichteten Strömen besteht und deshalb die Schwächung des Feldes zwischen den gleichgerichteten Strömen die Rückwirkung des induzierten Magnetfeldes auf das Primärfeld der Feldbatterien (FB) mindert bzw. verhindert.44. Field force machine according to claim 35 and 42, characterized in that an integrated in the field modulator (FM) anti-bilge force compensator consists of a conductor loop with in the field-effective range of the field battery (s) (FB) parallel conductors with rectified currents and therefore the weakening of the field between the rectified currents reduces or prevents the reaction of the induced magnetic field on the primary field of the field batteries (FB).
45. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 35 und 42, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Feldmodulator (FM) integrierter Anti-Lenz-Kraft- Kompensator aus einer magnetisch asymmetrisch richtungsabhängigen Abschirmung (Permeabilitäts-Tensor einseitig besetzt) oder aus einer Feld-Halbleiterdiode besteht, die zwischen Feldmodulator (FM) und Feldbatterie(n) (FB) positioniert ist, so daß eine Rückwirkung des induzierten Feldes am Arbeitspunkt des Abschirmungsstoffs unmöglich ist.45. field force machine according to claim 35 and 42, characterized in that an integrated in the field modulator (FM) anti-bilge force compensator from a magnetically asymmetrical direction-dependent shield (permeability tensor occupied on one side) or from a field semiconductor diode, which consists between Field modulator (FM) and field battery (s) (FB) is positioned so that a reaction of the induced field at the working point of the shielding substance is impossible.
46. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 35 und 42, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Feldmodulator (FM) integrierter Anti-Lenz-Kraft- Kompensator aus einer bewegungsrichtungabhängigen Anti-Feld-Wirkung besteht, die durch magnetische Kompensation mit einem Dimagnetikum (anziehend) und/oder Diamagnetikum (abstoßend) das bewegungsrichtungsabhängige Gleichgewicht herstellt.46. Field force machine according to claim 35 and 42, characterized in that an integrated in the field modulator (FM) anti-bilge force compensator consists of a movement-dependent anti-field effect, which by magnetic compensation with a dimagnetic (attractive) and / or Diamagnetic (repulsive) creates the movement-dependent equilibrium.
47. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 35 und 42, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Feldmodulator (FM) integrierter Anti-Lenz-Kraft- Kompensator aus einer Leiterschleife unter einem Winkel von 45° zur Flächennormale der Feldbatterie(n) (FB) besteht, die auf verschiedenen Potentialniveaus liegende Leiterschleifenäste mit unterschiedlichen Querschnittsflächen und/oder spez. elektr. Widerstand in den Front- und End-Leiterschleifenästen. besitzt und deshalb bei Auftreten eines induzierten Wirbelstromrings im inhomogenen Feld mit entgegengesetzt gerichteten schwach bremsenden Front- und stark beschleunigenden Endkraftvektoren die Lenzkraft durch Eigenkompensation verhindert. 47. field force machine according to claim 35 and 42, characterized in that an integrated in the field modulator (FM) anti-bilge force compensator consists of a conductor loop at an angle of 45 ° to the surface normal of the field battery (s) (FB), which on conductor loop branches with different cross-sectional areas and / or spec. elec. Resistance in the front and end conductor loop branches. and therefore, when an induced eddy current ring occurs in the inhomogeneous field with oppositely directed weakly braking front and strongly accelerating end force vectors, the bilge force is prevented by self-compensation.
48. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1, 35, 36, 37, 38, dadurch gekennzeichnet, daß alternativ im Aπti-Lorentz-Kompensator des elektrisch leitenden Feldmodulators (FM) und/oder Pohlschuhs (PS) elektrische und magnetische Anti-Lorentz-Prinzipien so kombiniert werden, daß die auftretende elektrische Influenz und die magnetische Influenz gleichgerichtet (Fig. 40) oder gekreuzt orientiert (Fig. 41) ist.48. field machine according to claim 1, 35, 36, 37, 38, characterized in that alternatively in the Aπti-Lorentz compensator of the electrically conductive field modulator (FM) and / or Pohlschuhs (PS) combines electrical and magnetic anti-Lorentz principles be that the occurring electrical and magnetic influence is rectified (Fig. 40) or crossed (Fig. 41).
49. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie eines tropfenförmigen Feld-Stromlinienkörpers so ausgebildet ist, daß der Feld-Druckabfall der Feldumströmung entlang des Feld-Stromlinienkörpers so langsam stattfindet, daß keine Feldwirbel auftreten können.49. Field force machine according to claim 35, characterized in that the geometry of a drop-shaped field streamlined body is designed so that the field pressure drop of the flow around the field along the field streamlined body takes place so slowly that none Field eddies can occur.
50. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 und 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie eines tropfenförmigen Feldkörperprofils so gekrümmt ist, daß eine konvexe und konkave Seite entsteht und deshalb bei einer Feldumströmung/Feldumfluß Φ eine Feld-Zirkulation um das Feldkörperprofil entsteht, die auf der konvexen Seite höhere Feld-Strömungsgeschwindigkeiten als auf der gegenüberliegenden konkaven Seite erzeugt mit der Folge, daß auf der konvexen Seite ein Feld-Überdruckgebiet und auf der konkaven Seite ein Feld-Unterdruckgebiet entsteht, so daß eine dynamische Feldkraft FA wirksam wird, die der Lorentz-Kraft F in Richtung konkave Seite entgegengerichtet ist, wenn die Feld-Zirkulationsrichtung der Feldumströmung/Feldumfluß im gleichen Sinne orientiert ist wie die Feld-Zirkulationsrichtung des induzierten Magnetfeldes, so daß mit entsprechender FA feldströmungstechnisch F kompensiert wird. Zeigt die konvexe Seite des Feldkörperprofils in Richtung FL, ist also die Feld-Zirkulation der Feldumströmung/Feldumfluß der Feld-Zirkulation des induzierten Magnetfeldes entgegengerichtet, so wird die abstoßende Lenz-Kraft des im Feldkörperprofil induzierten Magnetfeldes auf das Primärfeld der Feldbatterie(n) (FB) kompensiert. Vorgenannte Wirkprinzipien sind analog zu einem rotierenden elektrisch leitenden Zylinder technisch anzuwenden. 50th field force machine according to claim 1 and 35, characterized in that the geometry of a drop-shaped field body profile is curved so that a convex and concave side arises and therefore with a field flow / field flow Φ a field circulation around the field body profile, which arises on the convex Generates higher field flow velocities than on the opposite concave side, with the result that a field overpressure area is created on the convex side and a field underpressure area is created on the concave side, so that a dynamic field force FA is effective which corresponds to the Lorentz force F is directed in the direction of the concave side if the field circulation direction of the flow around the field / flow around the field is oriented in the same sense as the field circulation direction of the induced magnetic field, so that F is compensated for with field flow technology using the appropriate FA. If the convex side of the field body profile points in the direction of FL, i.e. if the field circulation of the field flow / field flow is opposed to the field circulation of the induced magnetic field, the repulsive Lenz force of the magnetic field induced in the field body profile is applied to the primary field of the field battery (s) ( FB) compensated. The aforementioned operating principles are to be applied technically analogous to a rotating electrically conductive cylinder.
51. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die TransversalkrafV-arbeit beim kinematischen Feldmodulator (FM) und/oder Polschuh(e) (PS) in einem Transversal-Kompensator kompensiert wird, um ein Gleichgewicht der Kräfte F und/oder der Arbeit Wzu zu erhalten.51. Field force machine according to claim 1, characterized in that the transverse force work in the kinematic field modulator (FM) and / or pole shoe (s) (PS) is compensated in a transverse compensator in order to balance the forces F and / or the work W to obtain.
52. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 51 , dadurch gekennzeichnet, daß eine stationär-aktive Kompensation durch eine Spule mit am Arbeitspunkt A3 des Werkstoffs verstärkendem Kern als Longitudinalfeld- oder Transversalfeld-Spulen-Kompensator mit einer an die Transversal-Kraft-Weg-Kennlinie der Feldbatterie(n) (FB) genau angepaßten Transversal-Kraft-Weg-Kennlinie des Kompensators mit dynamischer, frequenzabhängiger Intensitäts-Steuerung, erfolgt.52. Field force machine according to claim 51, characterized in that a stationary active compensation by a coil with a reinforcing core at the working point A 3 of the material as a longitudinal field or transverse field coil compensator with a to the transverse force-displacement characteristic of the field battery (n) (FB) precisely adapted transverse force-displacement characteristic of the compensator with dynamic, frequency-dependent intensity control.
53. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß eine stationär-passive Kompensation durch die Alternativen Mitbewegung des passiven Kompensators in longitudinaler Richtung unter Nutzung der Neutralen Zone (NZ - Fig. 46) oder U-Profil-Kompensation mit Rotation der Vorzugsrichtung der Feldlinien des passiven Kompensators um α=90° relativ zum Maschinen-Takt zur Richtung der Feldbatterien (FB) (Fig. 47, 48), erfolgt.53. Field machine according to claim 51, characterized in that a stationary-passive compensation by the alternative co-movement of the passive compensator in the longitudinal direction using the neutral zone (NZ - Fig. 46) or U-profile compensation with rotation of the preferred direction of the field lines of the passive compensator by α = 90 ° relative to the machine cycle to the direction of the field batteries (FB) (Fig. 47, 48).
54. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 51 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation durch aktivierende/deaktivierende Stromimpulse auf bistabile Magnete (Schaltkerne) realisiert wird. 54. field machine according to claim 51, characterized in that the compensation is realized by activating / deactivating current pulses on bistable magnets (switching cores).
55. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 51 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation der Polschuhe (PS) in verschiedenen Takten durch Eigenkompensation relativ zum Maschinen-Takt erfolgt (Fig. 49), ggf. durch Kompensation der Longitudinalkraft der einzelnen Feldbatterie (FB) auf den einzelnen Polschuh (PS) durch Kompensationsmagnete (KM - Fig. 50).55. Field force machine according to claim 51, characterized in that the compensation of the pole shoes (PS) is carried out in various cycles by self-compensation relative to the machine cycle (Fig. 49), possibly by compensation of the longitudinal force of the individual field battery (FB) on the individual Pole shoe (PS) through compensation magnets (KM - Fig. 50).
56. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 51 , dadurch gekennzeichnet, daß die Transversalarbeit-Kompensation entweder im Potentialfeld durch serielle Kompensation parallel zu den Feldlinien (Fig. 51), oder simultane Kompensation unter α=45° zu den Feldlinien (Fig. 52), oder durch simultane Kompensation auf einer Äquipotentialfläche senkrecht zu den Feldlinien (Fig. 53), oder simultane Kompensation durch mechanische Kopplung zweier entgegengesetzt parallel zu den Feldlinien zu bewegende Feldmodulatoren (FM) (Fig. 54), oder simultane Kompensation durch mechanische Kopplung zweier entgegengesetzt senkrecht zu den Feldlinien zu bewegende Feldmodulatoren (FM) (Fig. 55) als Feldmodulator-Eigenkompensation erfolgt.56. field machine according to claim 51, characterized in that the transverse work compensation either in the potential field by serial compensation parallel to the field lines (Fig. 51), or simultaneous compensation at α = 45 ° to the field lines (Fig. 52), or by simultaneous compensation on an equipotential surface perpendicular to the field lines (Fig. 53), or simultaneous compensation by mechanical coupling of two field modulators (FM) to be moved parallel to the field lines (Fig. 54), or simultaneous compensation by mechanical coupling two opposite to the vertical Field lines to be moved are field modulators (FM) (Fig. 55) as field modulator self-compensation.
57. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 51 , dadurch gekennzeichnet, daß die Transversal-Kompensation mit Feldmodulator-Bewegung zweier symmetrischer Feldmodulatoren (FM - Fig. 56) mit jeweils einem Kompensatormagnet (KPM) parallel zu den Feldlinien oder alternativ mit einem Feldmodulator (FM) mit gekoppeltem Polschuh (PS - Fig. 57), mit den Varianten der verschiedenen Kompensatormagnet- Feldmodulator-Anschlüssen (KPM-FM - Fig. 58), erfolgt.57. field force machine according to claim 51, characterized in that the transverse compensation with field modulator movement of two symmetrical field modulators (FM - Fig. 56) each with a compensator magnet (KPM) parallel to the field lines or alternatively with a field modulator (FM) with coupled Polschuh (PS - Fig. 57), with the variants of the different compensator magnetic field modulator connections (KPM-FM - Fig. 58).
58. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 51 , dadurch gekennzeichnet, daß eine simultane Kompensation der Tangentialarbeit Wt durch Flach-Permanentmagnete (PM) mit versetzten Polschuhen, die als gekreuzte Kompensatormagnete (KPM! und KPM2) den Fluß je zur Hälfte leiten (Fig. 59), oder als ein Sandwich-Permanentmagnet-System mit halbierten und versetzten Polschuhen (PS - Fig. 60), die den Fluß konzentrieren und auf die Austritts-Fläche Ai am Norpol und Eintritts-Fläche A2 am Südpol leiten, erfolgt.58. Field force machine according to claim 51, characterized in that a simultaneous compensation of the tangential work W t by flat permanent magnets (PM) with offset pole pieces, which as half compensator magnets (KPM ! And KPM 2 ) each guide the flow in half (Fig. 59 ), or as a sandwich permanent magnet system with halved and offset pole pieces (PS - Fig. 60), which concentrate the flow and lead to the exit area Ai at the nor pole and entry area A 2 at the south pole.
59. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 51 , dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise bei einer rechteckigen Feldbatterie (FB) mit magnetischer Vorzugsrichtung und stark asymmetrischer, d.h. nichtlinearer transversaler Kraft-Weg-Kennlinie parallel zu den Feldliπien/Vorzugsrichtung und transversaler Bewegung des Feldmodulators (FM) im Potentialfeld in der Richtung parallel zu den Feldlinien ein Kippschalter-Effekt eintritt, so daß das System Feldbatterien (FB) mit Feldmodulator (FM) als Kraftverstärker und nicht als Kompensator wirkt.59. Field force machine according to claim 51, characterized in that preferably in a rectangular field battery (FB) with magnetic preferential direction and highly asymmetrical, i.e. non-linear transverse force-displacement characteristic parallel to the field lines / preferred direction and transverse movement of the field modulator (FM) in the potential field in the direction parallel to the field lines, a toggle switch effect occurs, so that the system field batteries (FB) with field modulator (FM) as Power amplifier and does not act as a compensator.
60. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 51 , dadurch.gekennzeichnet, daß ein Anti-Transversalkraft-Kompensator, als Inline-Kompensator mit differenzieller und funktionaler Verstärkung/Abschwächung der feldkraftbestimmenden Größen, entweder durch Variation der Feld-Aus- und -Eintrittstrittsfläche der Flußplatten (FP) (/(A) - Fig. 66.1 a, b), und/oder durch Variation der Amplitudenpermeabiiität (f(ßa) - Fig. 66.2) in den Flußplatten (FP), und/oder durch Variation der Feidstärkeamplitude bei der Magnetisierung des Permanentmagneten (PM) (/(Ha) - Fig. 63.3) mit der Folge einer transversalen Flußdichte-Funktion, die Funktion der Longitudinalkraft F| entlang der transversalen Richtung und damit im Kraftfeld auch die davon abhängige transversale Kraftkomponente Ft(FB) festlegt, um damit die Kompensation der auf den Feldmodulator (FM) bei seiner Bewegung wirkenden Transversalkraft Ft(FM) zur Herstellung eines Gleichgewichtes, als Eigenkompensation des Systems Feldbatterien (FB) mit Feldmodulator (FM), mit Anwendung der Feldmodulatorbewegung parallel odersenkrecht zur Feld-Vorzugsrichtung der Feldbatterien (FB), technisch umzusetzen.60. Field machine according to claim 51, characterized . characterized in that an anti-transverse force compensator, as an in-line compensator with differential and functional reinforcement / attenuation of the field force-determining variables, either by varying the field exit and entry tread surface of the river plates (FP) (/ (A) - Fig. 66.1 a, b), and / or by varying the amplitude permeability (f (ßa) - Fig. 66.2) in the flux plates (FP), and / or by varying the field strength amplitude when magnetizing the permanent magnet (PM) (/ (H a ) - Fig. 63.3) with the consequence of a transverse flux density function, the function of the longitudinal force F | along the transverse direction and thus in the force field and its dependent transverse force component F t (FB) determines to allow the compensation of the forces acting on the field modulator (FM) during its movement transverse force F t (FM) for the manufacture of a balance, as self-compensation of the Systems field batteries (FB) with field modulator (FM), using the field modulator movement in parallel or perpendicular to the preferred field direction of the field batteries (FB), technically implement.
61. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines anisotropen Magnetfeldes im Permanentmagneten eine U-förmig lange Zyiinderspule verwendet wird, die im Bereich der U-Umlenkungen abgeschirmt ist, so daß mit deren Wicklung in z-Richtung (Zylinderachse = Polachse S-N - Fig. 72.2) ein homogenes Feld, in x-Richtung eine magnetische Vorzugsrichtung und in y-Richtung, also senkrecht zur magnetischen Vorzugsrichtung, eine variable Feidstärkeamplitude (/(Ha) - Fig. 72.1) durch variable Wicklung und Leiterquerschnitte zur Gradienten-Magnetisierung realisiert werden kann, wobei zusätzlich, durch die Abwandlung der zylindrischen Form in S-N-Richtung (Fig. 72. 3 a-e), eine Modifikation der Kraft-Weg-Kennlinie mit vorverlagertem Konvergenzzentrum des Feldes, durch die im Feld bei der Magnetisierung ausgerichtete Anordnung der Kornorientierung, erreicht wird.61. Field machine according to claim 60, characterized in that a U-shaped long cylindrical coil is used to generate an anisotropic magnetic field in the permanent magnet, which is shielded in the region of the U deflections, so that its winding in the z direction (cylinder axis = polar axis SN - Fig. 72.2) a homogeneous field, a magnetic preferred direction in the x-direction and a variable amplitude of amplitude in the y-direction, i.e. perpendicular to the magnetic preferred direction (/ (Ha) - Fig. 72.1) through variable winding and conductor cross-sections for the gradient Magnetization can be realized, whereby in addition, through the modification of the cylindrical shape in the SN direction (Fig. 72. 3 ae), a modification of the force-displacement characteristic curve with the convergence center of the field in front, through the arrangement aligned in the field during magnetization the grain orientation is achieved.
62. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Rekuperation, als kinetische Rückgewinnung der Bewegungsenergie des Feldmodulators (FM), beim Bremsen oder bei Energiezufuhr, im FM-Kreis zur Kompensation der Öffnungsarbeit WAuf mit der Schließarbeit Wzu des Feldmodulators (FM), als weitere Komponente zur Optimierung des Gleichgewichtes in der Gesamtarbeit Wzu, genutzt wird.62. Field machine according to claim 1, characterized in that the recuperation, as kinetic recovery of the kinetic energy of the field modulator (FM), when braking or when supplying energy, in the FM circuit to compensate for the opening work W A u f with the closing work Wz u of the field modulator (FM), is used as an additional component to optimize the balance in the total work W to.
63. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Polschuhe zur Maximierung der Nutzkraft in der Kraft-Weg-Kennlinie durch mechanische Reduktion des Mikro-Luftspaltes zwischen den Polschuheπ und den Feldbatterien (FB) durch eine elastische Aufhängung (Fig. 62) oder durch einen Keil-Formschluß (Fig. 63) oder durch einen Konus-Formschluß (Fig. 64) ausgebildet sind. Zweiter unabhängiger Patentanspruch: Feldkraftmaschine, bestehend aus Feld-Halbleitermodulatoren63. Field force machine according to claim 1, characterized in that the pole shoe or shoes to maximize the useful force in the force-displacement characteristic curve by mechanical reduction of the micro-air gap between the pole shoes π and the field batteries (FB) by an elastic suspension (Fig. 62 ) or by a wedge form fit (Fig. 63) or by a cone form fit (Fig. 64). Second independent claim: field machine, consisting of field semiconductor modulators
64. Feldkraftmaschine bestehend aus hochreinen Stoffen mit Feld relativ nichtleitendem Ferro- oder Ferri-Verhalten (Feld-Isolatoren (I)), und in geringer Konzentration Fremd-Stoffe (Feld-Dotieratome) mit Feld leitendem Ferro- oder Ferri-Verhalten, als Pendant zu den Elektronen (N) und/oder Defektelektronen (P) leitenden Halbleiterkristallen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feld-Halbleitermodulator im Feldkraftkreis der Feldbatterie(n) (FB) eines FKG, durch relativ nichtleitende magnetische Feld- oder elektrische Feld- oder thermische Feld- oder gravitative Feld-Kristalle und kontrollierten Einbau von Feld wirksamen relativ feldleitenden Fremdatomen (Dotieratomen) entsteht. Dies bewirkt eine bipolare (P und N) oder unipolare (P oder N) Feld-Halbleitung in diesem Feld-Halbleiterkristall, die durch die Dotierung und äußere Feld- und/oder Temperatur-Einflüsse, gemäß einem Feld-Bändermodell, in einem Feldquanten-Leitungsband definiert und lokalisiert eingestellt werden kann. Dadurch entsteht eine Feld-Eigenleitung des Feld-Halbleiterkristalls, die bei Intergration in einen Feldkraftkreis, d.h. mit angelegter Feld-Spannung, eine Feld-Störstellenleitung bildet. In dieser Feld-Störstellenleitung werden die Fluß-/Feldquanten, entsprechend ihrer Polarität, mit funktionaler Addition und Influenz, zum jeweils entgegengesetzten Pol getrieben. Diese P- oder N-Feld-Halbleiterkristalle können einzeln, oder durch Kombination mit anderen P- oder N-Feld- Halbleiterkristallen, analog der elektronischen Halbleiterbauelemente, ein Feld-Halbleiterbauelement bilden. Entsprechend seinem Funktionsmechanismus und seinem strukturellen Aufbau wird das Feld-Halbleitermodulator-Bauelement zur Steuerung des Flußes der Feldquanten des Feldkraftkreises, entweder durch gleichrichten etc. mittels Feld-Halbleiterdioden, oder durch schalten, verstärken, triggern, oder modulieren etc. (Feld-Strom/-Fluß, -Spannung, -Leistung) mittels Feld-Leitfähigkeitsmodulation durch eine Feld-Sperrschicht (Basis) in einem Feld-Bipolar-Transistor (BT), und/oder mittels Kanalquerschnittsmodulation durch ein Gate mit einem Feld quer zum Flußkanal in einem Feld-Feldeffekt-Transistor (FET), hergestellt. Weitere komplexere Kombinationen bilden Feld-Leistungsbauelemente, wie Feld-Thyristor, Feld-GTO-Thyristor, Feld-Thyristordioden, Feld-Triac und Feld-IGBT. Erfindungsgemäß sind alle vorgenannten Feld-Halbleitermodulatoren, die sich im Kondensatorfeid eines Feldkraftkreises befinden, wegen der angelegten Feld-Spannung des Feldkraftkreises und der dadurch erzeugten Feldkräfte, relativ zur eingebrachten Kapazität, als Makro-, Mikro- oder Nano-Feldkraftmaschinen definiert und herstellbar.64. Field force machine consisting of high-purity substances with a field of relatively non-conductive ferro or ferri behavior (field insulators (I)), and in low concentration foreign substances (field doping atoms) with field conductive ferro or ferri behavior as a counterpart to the electrons (N) and / or defect electrons (P) conducting semiconductor crystals, characterized in that a field semiconductor modulator in the field force circuit of the field battery (s) (FB) of an FKG, by relatively non-conductive magnetic field or electrical field or thermal field - or gravitational field crystals and the controlled incorporation of field-effective, relatively field-conducting foreign atoms (doping atoms). This results in a bipolar (P and N) or unipolar (P or N) field semiconducting in this field semiconductor crystal, which by doping and external field and / or temperature influences, in accordance with a field band model, in a field quantum The conduction band can be defined and localized. This creates a field self-conduction of the field semiconductor crystal, which when integrated into a field force circuit, i.e. with applied field voltage, forms a field fault line. In this field-impurity line, the flux / field quanta are driven to the opposite pole in accordance with their polarity, with functional addition and influence. These P- or N-field semiconductor crystals can form a field-semiconductor component individually or by combination with other P- or N-field semiconductor crystals, analogously to the electronic semiconductor components. According to its functional mechanism and its structural design, the field semiconductor modulator component for controlling the flow of the field quanta of the field force circuit, either by rectifying etc. using field semiconductor diodes, or by switching, amplifying, triggering or modulating etc. (field current / Flux, voltage, power) by means of field conductivity modulation through a field junction (base) in a field bipolar transistor (BT), and / or by means of channel cross-sectional modulation through a gate with a field transverse to the flow channel in a field. Field effect transistor (FET). Field power components, such as field thyristor, field GTO thyristor, field thyristor diodes, field triac and field IGBT, form further complex combinations. According to the invention, all of the aforementioned field semiconductor modulators, which are located in the capacitor field of a field force circuit, are defined and can be produced as macro, micro or nano field force machines because of the applied field voltage of the field force circuit and the field forces generated thereby, relative to the introduced capacity.
65. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß bei magnetischen Feld-Halbleitermodulatoren kristalline isotrope oder anisotrope Stoffe mit ferro- oder ferrimagnetischem und bei elektrischen Feld-Halbleitern kristalline isotrope oder anisotrope Stoffe mit ferro- oder ferrielektrischern Verhalten verwendet werden, die in Dimagnetika (M-Feld-Isolatoren) oder Magnetika (M-Feld-Leiter) bzw. Dielektrika (E-Feid-Isolatoren) oder Elektrika (E-Feld-Leiter) zur technischen Handhabung nach ihrer Leitfähigkeit in Relation zur Temperatur klassifiziert sind.65. Field machine according to claim 64, characterized in that in magnetic field semiconductor modulators crystalline isotropic or anisotropic substances with ferro- or ferrimagnetic and in electrical field semiconductors crystalline isotropic or anisotropic substances with ferro- or ferrielectric behavior, which are used in dimagnetics (M-field insulators) or magnets (M-field conductors) or dielectrics (E-Feid insulators) or electrics (E-field conductors) for technical handling are classified according to their conductivity in relation to temperature.
66. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren im magnetronischen System die magnetischen Teilchen, bei negativer Magnetisierung (N) durch ein negatives Eiektronen-Spiπmoment als Magneton μs~, bei positiver Magnetisierung (P) durch ein fehlendes Elektron-Spinmoment als Magneton-Loch μs* (Defektmagneton), im Atom und Kristallgitter fixiert sind und die Feldquanten, bei negativer Magnetisierung (N) durch Kopplung/Bindung zwischen zwei Spinmomenten als Magnetron M", bei positiver Magnetisierung (P) durch fehlende Kopplung/Bindungslücke zwischen zwei Spinmomenten als Magnetron-Loch M+, als notwendige Voraussetzung zur Flußleitung durch Flußquanten (Photonen) fungieren. 66. Field force machine according to claim 65, characterized in that with field semiconductor modulators in the magnetronic system, the magnetic particles, with negative magnetization (N) by a negative electron moment as a magneton μs ~ , with positive magnetization (P) by a missing electron Spin moment as magneton hole μs * (defect magneton), are fixed in the atom and crystal lattice and the field quanta, with negative magnetization (N) by coupling / bonding between two spin moments as magnetron M " , with positive magnetization (P) by lack of coupling / bond gap act as a magnetron hole M + between two spin moments, as a necessary prerequisite for flux conduction through flux quanta (photons).
67. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren ein magnetisches Makro-Teilchen als Atom-Magneton Aμβ" durch die im zeitlichen Mittel parallele zu antiparallele Spinmomente entstehende Summe der Magnetonenzahl und ein Atom-Mageton-Loch Aμs* durch die im zeitlichen Mittel parallele zu antiparallele Spinmomente entstehende Summe der fehlenden Magnetonenzahl bestimmt ist und die zugehörigen Atom-Magnetronen AM" bzw. Atom-Magnetronen- Löcher AM+durch Austauschwechselwirkung mit den Nachbaratomen die hinreichende Voraussetzung für die Flußleitung ergeben.67. Field force machine according to claim 66, characterized in that in field semiconductor modulators, a magnetic macro particle as an atom magneton Aμβ " due to the sum of the number of magnetons and an atom-mageton hole Aμs * resulting from the mean time parallel to antiparallel spin moments the sum of the missing number of magnetons, which is parallel to antiparallel spin moments, is determined on average, and the associated atomic magnetrons AM " or atomic magnetron holes AM +, through exchange interaction with the neighboring atoms, provide the sufficient prerequisite for the flux conduction.
68. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren in einem magnetischen System drei Arten von magnetischen Bezugs-Niveaus für Magnetronenpaar-Bindungen in der Weise festgelegt sind, daß die im zeitlichen Mittel parallele zu antiparallele Momente als absolut magnetisch negatives oder positives Bezugs-Niveau eines Atoms benutzt wird, oder das relative Bezugs-Niveau der Magnetronenpaar-Bindungen des Atom-/Kristallgitters, wenn Aμβ" der Dotieratome relativ zum A _j- der umgebenden Gitteratome negativ oder positiv ist, so daß in Bezug zu den Aμs~ der umgebenden Gitteratomen das kμ& der Dotieratome kleiner oder größer ist als das der Gitteratome, oder das Bezugs-Niveau eines Dimagnetikums mit einem magnetischen Null-Niveau (magn. Isolator mit r=1), analog des Siliziums im elektronischen Halbleiterkristall.68. Field force machine according to claim 67, characterized in that in the case of field semiconductor modulators in a magnetic system, three types of magnetic reference levels for magnetron pair bonds are defined in such a way that the mean time parallel to antiparallel moments as absolutely magnetically negative or positive reference level of an atom is used, or the relative reference level of the magnetron pair bonds of the atomic / crystal lattice if Aμβ "of the doping atoms is negative or positive relative to the A _j- of the surrounding lattice atoms, so that in relation to the Aμs ~ of the surrounding lattice atoms the kμ & of the doping atoms is smaller or larger than that of the lattice atoms, or the reference level of a dimagnetic with a magnetic zero level (magn. isolator with r = 1), analogous to the silicon in the electronic semiconductor crystal.
69. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 67 und 68, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren magnetische Ionen als Makro-Teilchen mit Magnetronenpaar-Bindungen im magnetischen Kristallgitter und Nm- oder Pm-Feld-Halbleiter dadurch realisiert werden, daß diese wie nachfolgend wirken: Nm-Leiter: Wenn ein relatives oder absolutes Dimagnetikum mit vollständiger Magnetronenpaar-Bindung mit einem um z.B. 1 Magnetron magnetisch höherwertigen Atom dotiert wird, so entsteht ein magnetisch positives Ion lm + und ein magnetischer Nm-Feld-Halbleiter dadurch, daß 1 AM" als Leitungsmagnetron A^B" verläßt und dadurch ein positiv magnetisierteε Ion hinterläßt. Pm-Leiter: Wenn ein relatives oder absolutes Dimagnetikum mit einem um z.B. 1 Magnetron magnetisch niederwertigen Atom dotiert wird, so fehlt für die vollständige Magnetronenpaar-Bindung ein Magnetron und es entsteht ein magnetisch negatives Ion lm " und ein magnetischer Pm-Feld-Halbleiter dadurch, daß 1 AM" als Leitungsmagnetron bei Aμs~ fehlt; dadurch hinterläßt es ein positives magnetisches Loch.69. Field machine according to claim 67 and 68, characterized in that magnetic field ions are implemented as field particles with magnetron pair bonds in the magnetic crystal lattice and N m - or P m field semiconductors in field semiconductor modulators in that they act as follows : Nm conductor: If a relative or absolute dimagnetic with a complete pair of magnetrons is doped with an atom that is magnetically higher by 1 magnetron, for example, a magnetically positive ion l m + and a magnetic N m field semiconductor are formed by the fact that 1 AM " as a line magnetron A ^ B " and thereby leaves a positively magnetized ion. Pm conductor: If a relative or absolute dimagnetic is doped with an atom that is magnetically low by 1 magnetron, for example, a magnetron is missing for the complete pairing of magnetrons and a magnetically negative ion l m " and a magnetic Pm field semiconductor are produced in that 1 AM " is missing as a line magnetron at Aμs ~ ; this leaves a positive magnetic hole.
70. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 67, 68, 69, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren eine streng periodische AtonWIon-Anordnung im isotropen oder anisotropen Raumgitter eine magnetische Elementarzelle mit n Gitterpunkten des Raumgitters bildet, in denen die Atom-Magnete in den Gitterpunkten angeordnet sind und deshalb die Magnetronenpaar-Bindung über bestimmte, abstandsabhängige Austauschwechselwirkung mit den benachbarten Spins, n wirksame Elementarmagnete mit m Gitter-Atomen als Elementarzellen-Magnetonen und -Magnetronen bilden, die für die gerichtete Flußleitung und Höhe der Leitfähigkeit notwendig sind, und insbesonder beim Aufbau von nano-kristallinen Feld-Hafbleiterbauelementen geometrisch bestimmt angeordnet werden.70. field force machine according to claim 67, 68, 69, characterized in that in field semiconductor modulators a strictly periodic AtonWIon arrangement in the isotropic or anisotropic space lattice forms a magnetic unit cell with n lattice points of the space lattice, in which the atom magnets are arranged in the lattice points are and therefore form the magnetron pair bond via certain, distance-dependent exchange interaction with the neighboring spins, n effective elementary magnets with m lattice atoms as unit cell magnetons and magnetrons, which are necessary for directional flux conduction and level of conductivity, and in particular during construction of nano-crystalline field Hafbleitbauelemente be arranged geometrically determined.
71. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren ein magnetischer Atom-/lon-Layer eine Ferro-/Ferri-Elementarzelle (FEZ) bildet, die bei einer Anzahl von S Elementarzellen-Schichten den Ferro-/Ferrimagnetismus temperaturabhängig ermöglicht und damit als magnetischer negativer Makro-Atom-/lon-Layer AL β~ mit ALM" Makro-Magnetonen bzw. magnetisch positivem Makro-Atom-/Ion-Layer-Loch AL^B* mit ALM* Makro-Magnetronen-Löcher, die Basis für die magnetische Bezirksstruktur (Domänen) bildet, die als makroskopisch spontane Poiarisations-Einheit einen Fetd-Halbleiterkristall bildet. 71. Field force machine according to claim 70, characterized in that in field semiconductor modulators a magnetic atom / ion layer forms a ferro / ferri unit cell (FEZ) which, with a number of S unit cell layers, the ferro / ferrimagnetism is temperature-dependent enables and thus as a magnetic negative macro atom / lon layer AL β ~ with ALM " macro magnetons or magnetically positive macro atom / ion layer hole AL ^ B * with ALM * macro magnetron holes, forms the basis for the magnetic district structure (domains), which forms a Fetd semiconductor crystal as a macroscopically spontaneous polarization unit.
72. Feikraftmaschine gemäß Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren ein PmNm-Übergang als Grenzbereich zwischen einer Pm-Ieitenden Zone und einer Nm-Ieitenden Zone im selben magnetischen Halbleiterkristall hergestellt wird, die ohne (Fig. 146) oder mit (Fig. 147) äußerer magnetischer Spannung hergestellt wird und im Fall mit äußerer Spannung einen Sperrfall (1 - Fig. 142) und Durchlassfall (2 - Fig. 142) zur technischen Nutzung ergibt.72. Feikraftmaschine according to claim 69, characterized in that in field semiconductor modulators a P m N m junction is produced as the boundary area between a P m -conducting zone and an N m -conducting zone in the same magnetic semiconductor crystal, which without (Fig. 146) or with (Fig. 147) external magnetic tension and in the case of external tension results in a blocking case (1-142) and passage case (2-142) for technical use.
73. Feldkraftmaschnie gemäß Anspruch 64 und 65, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren magnetische Feld-Halbleiterkristalle aus Dimagnetika durch Dotierung mit Magnetika-Fremdatomen bzw. elektrische Feld-Halbleiter aus Dielektrika durch Dotierung mit Elektrika-Fremdatomen, analog der Herstellungsverfahren elektronischer Halbleiterbauelemente, produziert werden. 73. Feldkraftmaschnie according to claim 64 and 65, characterized in that in field semiconductor modulators magnetic field semiconductor crystals made of dimagnetics by doping with magnetic foreign atoms or electric field semiconductors made of dielectrics can be produced by doping with foreign electrons, analogous to the production processes of electronic semiconductor components.
74. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 64 und 65 ff., dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren, in analogem Funktionsmechanismus und Aufbau wie elektronische Halbleiterbauelemente, als magnetronische Feld-Halbleiterbauelemente durch eine Kombination mit verschieden stark dotierten Feld-Halbleiterkristallen, in den Varianten magnetische Dioden (M-Dioden - Fig. 150), magnetische Bipolar- (M-BT) und Unipolar- (M-FET) Transistoren (M-Transistoren - Fig. 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 159, 160, 161, 162), und in Anwendungen der Leistungsmagnetronik als magnetischer Tyristor (M-Thyristor - Fig. 163, 164 a-c, 165), als M-GTO-Thyristor, M-Thyristordioden, M-Diac, M-Vier-und Fünfschichtdiode, magnetischer Triac (M-Triac - Fig. 166 a-c) und magnetischer IGBT als Kombination eines M-FET zur Steuerung eines M-BT (M-IGTB - Fig. 167, 168) mit hohem Wirkungsgrad und Schaltung starker Ströme/Flüsse, hergestellt und eingesetzt werden.74. Field force machine according to claim 64 and 65 ff., Characterized in that in field semiconductor modulators, in an analog function mechanism and structure as electronic semiconductor components, as magnetronic field semiconductor components by a combination with differently doped field semiconductor crystals, in the variants magnetic diodes (M diodes - Fig. 150), magnetic bipolar (M-BT) and unipolar (M-FET) transistors (M transistors - Fig. 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 159, 160, 161, 162), and in applications of power magnetronics as a magnetic tyristor (M-thyristor - Fig. 163, 164 ac, 165), as M-GTO thyristor, M-thyristor diodes, M-diac, M-four and five-layer diode, magnetic triac (M-triac - Fig. 166 ac) and magnetic IGBT as a combination of an M-FET for controlling an M-BT (M-IGTB - Fig. 167, 168) with high efficiency and switching of high currents / Rivers that are made and used.
75. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren die Schaltung oder Verstärkung magnetischer Ströme/Flüsse in der Vorzugsrichtung die für den Funktionsmechanismus (normale Betriebsrichtung) entscheidende maximale Wirkung und im inversbetrieb, also Betrieb entgegen der Vorzugsrichtung, die minimale Wirkung eintritt.75. Field force machine according to claim 73, characterized in that in field semiconductor modulators the switching or amplification of magnetic currents / fluxes in the preferred direction is the maximum effect which is decisive for the functional mechanism (normal operating direction) and in inverse operation, that is to say operation against the preferred direction, the minimum effect entry.
76. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren ein M-Bipolar-Transistor (M-BT) ein magnetstrom/-flußgesteuertes Feld-Halbleiterbauelement ist, bei dem kleine Änderungen im magnetischen Basisstrom/-fluß große Änderungen im magnetischen Emitter-Kollektor-Strom/-fluß bewirken, und daß ein M-Feldeffekt-Transistor (M-FET) ein unipolares magnetspannungsgesteuertes Feld-Halbleiterbauelement ist, bei dem ein magnetisches Feld quer zum Kanal, den magnetischen Widerstand der Source-Drain-Strecke praktisch leistungslos steuert, und bei einem M-IGBT ein M-FET (fast ieistungslose Ansteuerung) einen M-BT (gutes Durchlassverhalten), wegen des kleinen Durchlasswiderstandes, fast leistungslos ansteuert, sodaß starke magnetische Ströme/Flüsse fast leistungslos gesteuert werden können.76. Field force machine according to claim 73, characterized in that in field semiconductor modulators an M-bipolar transistor (M-BT) is a magnetic current / flow controlled field semiconductor component in which small changes in the magnetic base current / flow are large changes in the magnetic Emitter-collector current / flow cause, and that an M-field effect transistor (M-FET) is a unipolar magnetic voltage controlled field semiconductor device in which a magnetic field across the channel, the magnetic resistance of the source-drain path practically controls without power, and with an M-IGBT an M-FET (almost no power control) controls an M-BT (good transmission behavior), due to the low forward resistance, almost power-free, so that strong magnetic currents / fluxes can be controlled almost without power.
77. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 64, 65, 66 und 76, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren deren Feldstrom/-fluß-Feldspannungs-Kennlinie bzw. Flußdichte-Feldstärke- Kennlinie (Φm=lm, Bm bzw. Θm=Um, Hm), analog des Ausgangskennlinenfeldes für elektronische Halbleiterbauelemente, die stabilen Schaltzustände an den Arbeitspunkten Aι="Aus" mit sehr großem Widerstand, A2= Sättigungsanfang bei M-BT oder Abschnürgrenze bei M-FET, und A3= "Ein" mit maximaler Leitfähigkeit, auf der Arbeitsgeraden zur Schaltung oder Verstärkung definiert und damit die Arbeitsspunkte stabilisiert werden können.77. field force machine according to claim 64, 65, 66 and 76, characterized in that in field semiconductor modulators whose field current / flux field voltage characteristic or flux density field strength characteristic (Φm = l m , B m or Θ m = U m , H m ), analogous to the output characteristic field for electronic semiconductor components, the stable switching states at the operating points Aι = "off" with very high resistance, A 2 = start of saturation with M-BT or pinch-off limit with M-FET, and A3 = "on "with maximum Conductivity, on which work straight lines are defined for switching or amplification and thus the work points can be stabilized.
78. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren alle Feld-Halbleiterbauelemente mit analogem Funktionsmechanismus und Aufbau auch als elektrische Feld-Halbleitermodulatoren, z.B. als E-BT, E-FET, E-IGBT, hergestellt und eingesetzt werden, wobei durch die Ferro-/Ferrielektrizität die Oberflächenladungen der Kristalle, statt der magn. Spinmomente, die elektrisch spontane Polarisation bewirken und dadurch das Ausgangskennlinienfeld definieren.78. Field force machine according to claim 73, characterized in that in field semiconductor modulators all field semiconductor components with an analog function mechanism and structure also as electrical field semiconductor modulators, e.g. as E-BT, E-FET, E-IGBT, are produced and used, the surface charges of the crystals instead of the magn. Spin moments that cause spontaneous electrical polarization and thereby define the output characteristic field.
79. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß ein Supra-Halbleitermodulator als elektrisch unipolares oder bipolares System, mit Elektronen-Paaren (Cooper-Paaren) als gebundene Leitungselektronen-Paare (Nc) und/oder Elektronen-Loch-Paare als fehlende Leitungselektronen-Paare (Pc) dadurch entsteht, daß ein supraleitender Nichtleiter-Kristall durch supraleitende Fremdatome mit einem höherwertigen oder niederwertigen antiparallelen Elektronen-Paar in geringer Konzentration dotiert wird, d.h. ein Cooper-Paar zuviel oder zu wenig hat, und daraus die "gebundenen" Leitungs-Elektronen-Paare oder -Löcher-Paare entstehen. Und daß mit diesem Supra-Halbleiterkristall im Funktionsmechanismus zu normalleitenden Halbleiterbausteinen analoge Supra-Halbleiter-Dioden, Supra-Halbleiter-BT, -FET, -IGBT, etc. und supraleitende Schaltungen in einem Supra-Feldkraftkreis hergestellt werden können.79. field machine according to claim 64, characterized in that a supra-semiconductor modulator as an electrically unipolar or bipolar system, with electron pairs (Cooper pairs) as bound conduction electron pairs (Nc) and / or electron-hole pairs as missing conduction electrons -Pairs (Pc) results from the fact that a superconducting non-conductor crystal is doped by superconducting foreign atoms with a higher or lower-order antiparallel electron pair in a low concentration, ie a Cooper pair has too much or too little, and the "bound" conduction electron pairs or hole pairs result from this. And that with this super-semiconductor crystal in the functional mechanism of normal-conducting semiconductor components, analog super-semiconductor diodes, super-semiconductor BT, -FET, -IGBT, etc. and superconducting circuits can be produced in a super-field force circuit.
80. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 73 und 79, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren und Supra-Halbleitermodulatoren jede Art von Schaltungen durch M-Feid-Halbleitermodulatoren oder E-Feld-Halbleitermodulatoren oder Supra-Halbleitermodulatoren hergestellt werden kann.80. field machine according to claim 73 and 79, characterized in that in field semiconductor modulators and super semiconductor modulators, any type of circuit can be produced by M-Feid semiconductor modulators or E-field semiconductor modulators or supra semiconductor modulators.
81. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 73 bis 80, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feld-Halbleitermodulatoren die Konstruktion eines M-BT/E-BT (Fig. 169), oder eines M-FET/E-FET (Fig. 170), oder eines M-IGBT/E-IGBT (Fig. 171), hergestellt in Makro-, Mikro- oder Nano-Struktur, als Feldmodulator (FM) und/oder Polschuh (PS), das Feld der Feldbatterie(n) (FB) im Feidkraftgenerator (FKG) moduliert.81. field force machine according to claim 73 to 80, characterized in that in field semiconductor modulators the construction of an M-BT / E-BT (Fig. 169), or an M-FET / E-FET (Fig. 170), or one M-IGBT / E-IGBT (Fig. 171), manufactured in macro, micro or nano structure, as a field modulator (FM) and / or pole shoe (PS), the field of field battery (s) (FB) in the field force generator (FKG) modulated.
Dritter unabhängiger Patentanspruch: Feldkraftmaschine aus Feldkraftmotor (FKE)Third independent claim: field machine made from field motor (FKE)
82. Feldkraftmaschine bestehend aus Erregerspulen oder Erregerplatten und Induktoren, sowie aus Kernen mit elektrisch oder magnetisch leitenden oder halbieitenden Stoffen mit Ferro-/Ferri-Verhalten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldkraftmotor (FKE), gespeist mit äußerer elektrischer Primärenergie, im Feldkraftmotortakt dynamisch geregelte und mit variabler Zeitdauer gesteuerte, abstoßende oder anziehende, magnetische Feldkraftstöße in Magnesern, oder elektrische Feldkraftstöße in Elektresern, erzeugt, die über ein Zwei-Magneser/-Elektreser-Prinzip oder ein Ein-Magneser/-Elektreser- induktor-Prinzip, entsprechend der Kraft-Weg-Kennlinie der erzeugten Felder, umgesetzt in ein p,V-Diagramm, in mechanische Arbeit umgewandelt werden.82. Field force machine consisting of excitation coils or excitation plates and inductors, as well as cores with electrically or magnetically conductive or semi-conductive substances with ferro / ferri behavior, characterized in that a field force motor (FKE), fed with external electrical primary energy, regulated dynamically in the field motor cycle and controlled with variable duration, repulsive or attractive, magnetic field impulses in magnesia, or electrical field force impulses in electres, generated by a two-magnesia / -lectreser principle or a one-magneses / -lectreser-inductor principle, according to the force-displacement characteristic of the generated fields, implemented in a p, V diagram, converted into mechanical work.
83. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 82, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Feldkraftmotor (FKE) aus einem System mit zwei Magnesern, orientiert in antiparalleler oder paralleler Kraftfeld-Kopplung, besteht und jeder Magneser aus einer optimierten Erregerspule und einem optimierten Kern besteht und das System zur Erregung durch Impulsmagnetisierung mit Pulskompressionstechnik betrieben wird.83. field machine according to claim 82, characterized in that the electric field motor (FKE) consists of a system with two magnesia, oriented in antiparallel or parallel force field coupling, and each magnesia consists of an optimized excitation coil and an optimized core and the system for Excitation by pulse magnetization is operated with pulse compression technology.
84. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 82 und 83, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule in einer ersten optimierten magnetischen Wirkung um so größer ist, je größer die Durchflutung und je kleiner die mittlere Spulenlänge (mittlere Feldlinienlänge) ist, und dadurch viele kurze Spulen mehr magnetische Wirkung ergeben als eine lange, und in einer zweiten Optimierung eine um so größere Kraftwirkung erzeugt wird, je dichter die magnetischen Feldlinien sind, d.h. je größer der magnetische Fluß und je kleiner die Fläche ist, die von ihm durchsetzt wird, und dadurch viele kleine Spulen mit kleiner Fläche eine höhere magnetisch Kraftwirkung ergeben als eine Spule mit großer Fläche.84. field force machine according to claim 82 and 83, characterized in that the excitation coil is larger in a first optimized magnetic effect, the greater the flow and the smaller the average coil length (average field line length), and thereby many short coils more magnetic effect result as a long, and in a second optimization a greater force effect is generated, the closer the magnetic field lines are, ie the greater the magnetic flux and the smaller the area through which it passes, and as a result many small coils with a small area produce a higher magnetic force than a coil with a large area.
85. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 82 und 83, dadurch gekennzeichnet, daß der optimierte Kern eine um so höhere magnetische Verstärkung aufweist, je höher die Leitffähigkeit am Arbeitspunkt A3 (-(BH)maχ), bei gleichzeitiger Maximierung der Flußdichte und Minimierung der Feldstärke, in der Flußdichte-Feldstärke-Kennlinie ist, d.h. daß zur maximalen Wirkung dieses Magneser-Typs nur Stoffe mit der höchsten Leitfähigkeit mit gleichzeitig höchster Flußdichte und niedrigster Feldstärke den höchsten Verstärkungsfaktor ergeben.85. Field force machine according to claim 82 and 83, characterized in that the optimized core has a higher magnetic gain, the higher the conductivity at the working point A 3 (- (BH) ma χ), while maximizing the flux density and minimizing the field strength , is in the flux density-field strength characteristic curve, ie that for the maximum effect of this Magnesian type only substances with the highest conductivity with the highest flux density and lowest field strength result in the highest gain factor.
86. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 82, 83, 84 und 85, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Optimierung des Magnesers zur Erzeugung des niedrigsten Energieverbrauchs, durch Maximierung des Verhältnisses von Kraft zu Eigengewicht der Erregerspule, Kern und Rückschluß, mit einem Kern aus elektrisch isolierten Lamellenblechen, vorzugsweise aus kornorientiertem und/oder anisotropem Stoff, oder aus einem Kern mit Ein-/Bikristallen und Teilung in Lamellen entlang der magn. Vorzugsachse, sowie der Optimierung der geometriebedingten Eigenresonanz des Kerns mit Minimierung der Ummagnetisierungsverluste, erfolgt.86. Field machine according to claim 82, 83, 84 and 85, characterized in that the further optimization of the magnesium to generate the lowest energy consumption, by maximizing the ratio of force to weight of the excitation coil, core and yoke, with a core made of electrically insulated lamella sheets , preferably from grain-oriented and / or anisotropic material, or from a core with single / bicrystals and division into lamellae along the magn. Preferred axis, as well as the optimization of the geometry-related natural resonance of the core with minimization of magnetic reversal losses.
87. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 82, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Feldkraftmotor (FKE) aus einem System mit zwei Festkörper-Magnesern, orientiert in antiparalleler oder paralleler Kraftfeld-Kopplung, besteht und jeder Festkörper-Magneser aus einem starken magnetischen Hohraumresonator mit magnetisch aktivem Wirtskristall, in hervorrragender magnetischer Qualität und großer Wärmeleitfähigkeit, als Verstärkerkern mit dotierten magnetisch aktiven Fremdatomen, aufgebaut ist, und durch Pumpen, d.h. durch parametrische Erregung / Verstärkung in der Pumpfrequenz mit Pulskompressionstechnik, über eine magnetische Besetzungsinversion im Magnesermaterial, eine starke induzierte oder stimulierte magnetisch kohärente Emission erzwungen wird, in der die Spins in einen energetisch tieferen Zustand klappen, so daß der erzeugte Feldkraftstoß der Festkörper-Magneser im FKE die Nutzarbeit erzeugt.87. Field force machine according to claim 82, characterized in that the electric field motor (FKE) consists of a system with two solid-state magnets, oriented in antiparallel or parallel force field coupling, and each solid-state magnet from a strong magnetic cavity resonator with a magnetically active host crystal, of excellent magnetic quality and high thermal conductivity, as an amplifier core with doped magnetically active foreign atoms, and by pumps, i.e. by parametric excitation / amplification in the pump frequency with pulse compression technology, via a magnetic inversion inversion in Magnetic material, a strong induced or stimulated magnetically coherent emission is forced, in which the spins flap to an energetically lower state, so that the field force shock generated by the solid-state magnesium in the FKE generates the useful work.
88. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 87, dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörper-Magnesermaterial in einen magnetischen Resonator mit zwei magnetischen Spiegeln, dem magn. Spiegel Si mit 100% Reflexion und dem Auskoppelspiegel S2 mit geringerer magn. Transmission, realisiert durch magnetische Brechungsindexmodulation, eingesetzt wird, so daß sich darin eine stehende magnetische Welle aus magnetischen Flußquanten aufbaut, die sich in der Längsachse bewegt und immer wieder das magnetisch aktive Material durchquert und dabei kohärent verstärkt wird, wobei solche Wellen, die den Weg schräg zur Längsachse nehmen, sehr schnell das magn. aktive Material verlassen und nicht weiter verstäkt werden.88. Field machine according to claim 87, characterized in that the solid-state magnesium material in a magnetic resonator with two magnetic mirrors, the magn. Si mirror with 100% reflection and the decoupling mirror S 2 with lower magn. Transmission, realized by magnetic refractive index modulation, is used so that a standing magnetic wave of magnetic flux quanta builds up in it, which moves in the longitudinal axis and repeatedly crosses the magnetically active material and is thereby coherently amplified, such waves being the path take it at an angle to the longitudinal axis, very quickly the magn. leave active material and not be further reinforced.
89. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 88, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatorgüte während des magn. Pumpvorgangs künstlich niedrig gehalten wird, so dass der Festkörper-Magneser nicht anschwingt und eine hohe magnetische Besetzungsinversion aufgebaut wird, und wird die Güte des Güteschalter (Qm-Switching), der aus Zellen bestehend im Resonator eingebaut ist, zu einem bestimmten Zeitpunkt erhöht, so entlädt sich die gespeicherte magnetische Anregungsenergie in einem kurzen, leistungsstarken magnetischen Riesenimpuls.89. field force machine according to claim 88, characterized in that the resonator quality during the magn. Pumping process is artificially kept low, so that the solid-state magnet does not swing and a high magnetic occupation inversion is built up, and the quality of the Q switch (Q m -switching), which is made up of cells in the resonator, is increased at a certain point in time, the stored magnetic excitation energy is discharged in a short, powerful magnetic giant pulse.
90. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 88 und 89, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verstärkung die magnetische Energie angehoben wird, in dem die magnetischen Feldpulse während des Verstärkungsprozesses zunächst, wegen der extremen Leistungsdichte im Verstärkermedium, künstlich verlängert werden, so dass nach der Verstärkung die magnetischen Pulse wieder komprimiert werden und dann mit ihrer extremen Leistung im Kurzzeit-Festkörper-Magneser zur Verfügung stehen und danach ausgekoppelt werden.90. Field machine according to claim 88 and 89, characterized in that the magnetic energy is increased by amplification in which the magnetic field pulses during the amplification process are first artificially lengthened because of the extreme power density in the amplifier medium, so that after the amplification, the magnetic pulses be compressed again and then available with their extreme performance in the short-term solid-state magnesia and then decoupled.
91. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 82 und 88, dadurch gekennzeichnet, daß, alternativ zum magnetischen Hohlraumresonätor, zur Erzeugung des Pumpvorgangs eine effiziente Hochleistungs-Magneserdiode eingesetzt wird.91. Field machine according to claim 82 and 88, characterized in that, as an alternative to the magnetic cavity resonator, an efficient high-performance magnesium diode is used to generate the pumping process.
92. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 91 , dadurch gekennzeichnet, daß die Magneserdiode durch einen magnetischen Halbleiter entsteht, der die Größe der magnetischen Bandlücke vorgibt, wobei die magnetische Inversion durch Injektion von Magnetisierungsträgern (Magnetonen μB ~ und Magnetonen-Löcher μB +) in diesem magnetischen Halbleiter mit PmNm-Übergang erzielt wird - die Magnetonen-Löcher sind positiv magnetisierte, unbesetzte Elektronen-Spinzustände und können im Vorwärtsbetrieb von PmNm-Übergängen mit einem Magneton-Spinzustand unter Emission eines Photons (Magnetron) "rekombinieren".92. Field machine according to claim 91, characterized in that the magnesium diode is formed by a magnetic semiconductor which specifies the size of the magnetic band gap, the magnetic inversion by injection of magnetization carriers (Magnetons μ B ~ and magneton holes μ B + ) is achieved in this magnetic semiconductor with a P m N m transition - the magneton holes are positively magnetized, unoccupied electron spin states and can be used in the forward operation of PmNm transitions with a magneton "Recombine" spin state with emission of a photon (magnetron).
93. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 82, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldkraftmotor (FKE) aus einem Magneser / Feststoffmagneser / Diodenmagneser und der Gegenkolben aus anziehendem Ferro-/Ferrimagnetischem Stoff besteht.93. Field force machine according to claim 82, characterized in that a field force motor (FKE) consists of a magnesia / solids magnet / diode magnet and the counter-piston consists of attractive ferro / ferrimagnetic material.
94. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 82 ff., dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldkraftmotor (FKE) aus einem Magneser / Feststoff-Magneser / Diodenmagneser und der Gegenkolben aus einem Induktor aus elektrisch hoch leitendem und leichtem Werkstoff, z.B. Aluminium, oder aus einer Sekundärspule, besteht, so dass beim Ein- und Ausschalten des Feldes ein sich sehr schnell änderndes Erregerfeld entsteht, das im Induktor einen starken Wirbelstrom erzeugt, der beim Einschalten des Feldes in OT-Position der Kurbelwelle eine Abstoßung (Magnetfeld ist dem Erregerspulengfeld entgegengerichtet) und beim Ausschalten des Feldes in UT-Position eine Anziehung (Magnetfeld ist dem Erregerspulenfeid gleichgerichtet) bewirkt. 94. Field machine according to claim 82 ff., Characterized in that a field motor (FKE) from a magnesia / solids magnesia / diode magnet and the counter-piston from an inductor made of electrically highly conductive and light material, e.g. Aluminum, or a secondary coil, is made so that when the field is switched on and off, a very rapidly changing excitation field is created which generates a strong eddy current in the inductor, which is a repulsion (magnetic field) when the field is switched on in the TDC position of the crankshaft opposite to the excitation coil field) and an attraction when the field is switched off in the UT position (magnetic field is aligned with the excitation coil field).
95. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 82, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldkraftmotor (FKE) mit analogem Funtionsmechanismus wie bei einem Magneser-System, aus Elektreser-System-Komponenten mit Erregerplatten und Kernen aus Ferro-/Ferrielektrischem Stoff aufgebaut ist.95. Field force machine according to claim 82, characterized in that a field force motor (FKE) with an analog function mechanism as in a Magnesian system, is constructed from electrometer system components with excitation plates and cores made of ferro- / ferrielectric material.
96. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 82, 87, 91 , 95, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldkraftmotor (FKE) mit seinem primär oder sekundär Feld erzeugenden Komponenten so angeordnet wird, daß zum Impulsausgleich zwei gegenläufige Läufer, oder ohne lmpuisausgleich, ein ortsfester Stator und ein oszillierender bzw. beweglicher Läufer, als Feldkraftmaschinen-Typ in Longitudinal- oder Transversalmaschinen-Bauweise hergestellt und betrieben wird.96. Field force machine according to claim 82, 87, 91, 95, characterized in that a field force motor (FKE) with its primary or secondary field generating components is arranged so that two counter-rotating rotors, or without impulse compensation, a stationary stator and one for pulse compensation oscillating or moving rotor, as a field machine type in longitudinal or transverse machine construction is manufactured and operated.
97. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 82 und 95, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldkraftmotor (FKE) als Arbeitsmaschine zum Arbeits- und Leistungsabtrieb mit direkter translativer/rotativer Feldkraft-Nutzung oder über einen Kraft-Drehmoment-Wandler, vorzugsweise bei Longitudinalmaschinen mit einem erfindungsgemäß im Kurbeltrieb integrierten Pleuellängen-Variator (PLV), gebaut und betrieben wird.97. field machine according to claim 82 and 95, characterized in that a field motor (FKE) as a working machine for work and power output with direct translative / rotary field force use or via a force-torque converter, preferably in longitudinal machines with an inventive crank drive integrated connecting rod variator (PLV), is built and operated.
Vierter unabhängiger Patentanspruch: Feldkraftmaschine und Pleuellängen-Variator (PLV)Fourth independent claim: field machine and connecting rod length variator (PLV)
98. Feldkraftmaschine bestehend aus einem Kraft-Drehmoment-Wandler in Form einer Kurbelschleife mit den Elementen Kurbelwelle, Pleuel und Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pleuellängen-Variator (PLV) als variables Pleuel die Höhendifferenz des Kurbelwellenhubzapfens (HZ) der Kurbelwelle (KW) zum Kolbenzapfen (KZ) von der OT-Position bei 0° KW nach OT-Position bei 90° KW und von der UT-Position bei 180 ° KW nach UT bei 270 ° KW derart während der Kurbeiwellenumdrehung ausgleicht, daß das Pleuel (P) um die Höhendifferenz (ΔVHZ) bzw. Längendifferenz (ΔP in diesen Phasen verlängert bzw. verkürzt wird, so dass der Kolben (K) in der OT- bzw. UT-Position ruht, bis der Kurbelwellenhubzapfen (HZ) die 90° KW- bzw. 270° KW-Position erreicht hat, wodurch die Kraft bei maximalem Hebelarm in den Positionen ab 90° KW bzw. ab 270° KW (ΔP1 -Steuerdiagramm explizite Lösung - Fig. 181, mechanischer Aufbau - Fig. 182, KW-Kinematik Pleuellängen Variation - Fig. 183, ΔP1 -Steuerdiagramm implizite Lösung - Fig. 184, PV für Kolben K1 - Fig. 185, PV für Kolben K2 - Fig. 186, ΔP1 Steuerdiagramm mit symmetrischer Krafteinleitung +F und -F des K1 - Fig 187) eingeleitet wird.98. field machine consisting of a force-torque converter in the form of a crank loop with the elements crankshaft, connecting rod and Piston, characterized in that a connecting rod length variator (PLV) as a variable connecting rod, the height difference of the crankshaft lifting pin (HZ) of the crankshaft (KW) to the piston pin (KZ) from the TDC position at 0 ° KW to TDC position at 90 ° KW and from the UT position at 180 ° KW to UT at 270 ° KW so that the connecting rod (P) is lengthened or shortened by the height difference (ΔVHZ) or length difference (ΔP in these phases, so that the piston (K) rests in the TDC or UT position until the crankshaft lifting pin (HZ) has reached the 90 ° KW or 270 ° KW position, which means that the force at maximum lever arm in the positions from 90 ° KW or from 270 ° KW (ΔP1 control diagram explicit solution - Fig. 181, mechanical structure - Fig. 182, KW kinematics connecting rod length variation - Fig. 183, ΔP1 control diagram implicit solution - Fig. 184, PV for piston K1 - Fig 185, PV for pistons K2 - Fig. 186, ΔP1 control diagram with symmetrical K raft introduction + F and -F of K1 - Fig 187) is initiated.
99. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 98, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pleuellängen-Variator in den Varianten A. "Höhenfunktion MKZ und ΔVHZ relativ zur KW-Achse", B. "Höhenfunktion ΔVHZ relativ zur KW-HZ-Achse", oder C. "Ausgleichsgetriebe", oder D. "Ausgleichs-Kurvenscheibe ortsfest", den Höhen- bzw. Längenausgleich vornimmt.99. Field machine according to claim 98, characterized in that a connecting rod length variator in the variants A. "Height function MKZ and ΔVHZ relative to the KW axis", B. "Height function ΔVHZ relative to the KW-HZ axis", or C. " Differential gear ", or D." Fixed cam disc ", which carries out height or length compensation.
100. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 98, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuellängen-Variator (PLV) Variante A (Fig. 188) mit dem Prinzip "Höhenfunktion MKZ und ΔVHZ relativ zur KW-Achse", mit einem 2. Kurbeltrieb (PV) im oberen Kolbenzapfen (OKZ) versehen ist, und zum Höhen- bzw. Längenausgleich ein Stößel (S) mit Nockenroile (NR) auf einer Nockenscheibe (NS), die auf der Kurbelwelle (KW) mitdrehend befestigt ist und zur Steuerung des mittleren Kolbenzapfens (MKZ) im PV benutzt wird. Ein explizites Prinzip (Fig. 181) besteht aus einem oberen Pleuel (Pi) und aus einem unteren Pleuel (P2), wobei der PV über den OKZ in den Pleuel Pi integriert ist. Ein implizites Prinzip (Fig. 184) hat ein Gelenk weniger als das explizite Prinzip und dadurch kann das System wesentlich kürzer gebaut werden, was einem tief liegenden Schwerpunkt entgegenkommt.100. field machine according to claim 98, characterized in that the connecting rod length variator (PLV) variant A (Fig. 188) with the principle "height function MKZ and ΔVHZ relative to the KW axis", with a second crank mechanism (PV) in the upper Piston pin (OKZ) is provided, and for height or length compensation a tappet (S) with cam rollers (NR) on a cam disc (NS), which is attached to the crankshaft (KW) and to control the middle piston pin (MKZ) is used in the PV. An explicit principle (Fig. 181) consists of an upper connecting rod (Pi) and a lower connecting rod (P 2 ), whereby the PV is integrated into the connecting rod Pi via the OKZ. An implicit principle (Fig. 184) has one joint less than the explicit principle and as a result the system can be built much shorter, which accommodates a lower center of gravity.
101. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 98, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuellängen-Variator (PLV) Variante B (Fig. 189, 190, 191) mit dem Prinzip "Höhenfunktion ΔVHZ relativ zur KW-Achse", mit einem 2. Kurbeltrieb (PV) im oberen Kolbenzapfen (OKZ) versehen ist, wobei zum Höhen- bzw. Längenausgleich ein Stößel (S) mit Nockenrolle (NR) in Kontakt zur Nockenscheibe (NS) mittels einer Gleitführung auf dem Schaft des Pleuel P2 drehbar verbunden ist, wobei die Nockenscheibe (NS) auf dem Kurbelwellenhubzapfen (HZ) befestigt ist. 101. field machine according to claim 98, characterized in that the connecting rod length variator (PLV) variant B (Fig. 189, 190, 191) with the principle "height function ΔVHZ relative to the KW axis", with a second crank mechanism (PV) is provided in the upper piston pin (OKZ), whereby a plunger (S) with cam roller (NR) in contact with the cam disc (NS) is rotatably connected by means of a sliding guide on the shaft of the connecting rod P 2 for height and length compensation, the cam disc (NS) is attached to the crankshaft crank pin (HZ).
102. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 98, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuellängen-Variator (PLV) Variante C (Fig. 192, 193, 194) mit dem Prinzip "Ausgleichsgetriebe", den Höhen- bzw. Längenausgleich wie folgt vornimmt: Der Kurbelwellenhubzapfen (HZ wird versetzt über einen Auslegerarm in seiner Winkel-Lage und einer Radiendifferenz eines Planeten-Zahnrades (Zp) mit r=1/2ΔP (r=1/2 Höhendifferenz zwischen Ist- und Soll-Bogen des Hubzapfens HZ3 bei momentan ortsfestem Pleuelzapfen (PZ), d.h einer Übersetzung des Radsatzes von i=4:1), und mit einem lokalen, mitrotierenden PV-Kurbeltrieb oder Exzentertrieb versehen wird, dessen Steuerung mit diesem Planeten-Zahnrad (Zp) - wegen der Drehrichtungsumkehr - gekoppelt mit Außenrad (Zg) und/oder Innenrad (Zj), je nach Steuerfunktion, erfolgt. Die Achse des PV wird in die neue Lage des Kurbelwellenhubzapfenz (HZ2) integriert; So bewegt sich der Kurbelwellenhubzapfen HZ3 des Pleuel auf einem Ausgleichsbogen = Soll-Bogen (Radius mit Zentrum in PZ als relativ und momentan ortsfester Punkt des PZ) um HZ2, statt auf dem Ist-Bogen des HZ1. Der Pleuelzapfen (PZ) ist während der Kurbelwellendrehung von 0° KW nach 90° KW in seiner Lage konstant über eine schaltbare Klemmung S (Stop) arretiert, so dass der Kolben während der Kurbelwellendrehung seine OT-Position nicht verändert; gleiches Prinzip gilt für die UT-Position von 180° KW nach 270° KW. Damit keine Bewegung des Pleuelzapfens (PZ) entsteht, muß die Klemmung des Hubes während dieser Phase bestehen, so dass der Kurbelwellenhubzapfen HZ3 auch dem Soll-Bogen folgt.102. field machine according to claim 98, characterized in that the connecting rod length variator (PLV) variant C (Fig. 192, 193, 194) with the principle "differential gear", the height or length compensation as follows: the crankshaft lifting pin (HZ is offset via a cantilever arm in its angular position and a radius difference of a planetary gearwheel (Z p ) with r = 1 / 2ΔP (r = 1/2 height difference between the actual and target bends of the crank pin HZ 3 with the connecting rod pin currently stationary) ( PZ), ie a ratio of the wheel set of i = 4: 1), and is provided with a local, co-rotating PV crank drive or eccentric drive, the control of which with this planetary gear (Zp) - due to the reversal of direction of rotation - coupled with an outer wheel (Zg The axis of the PV is integrated in the new position of the crankshaft lifting pin (HZ 2 ), so that the crankshaft lifting pin HZ 3 of the connecting rod moves on a compensating bend = target bend (radius with center in PZ as relative and currently fixed point of PZ) around HZ 2 instead of on the actual arc of HZ1. The connecting rod pin (PZ) is locked in its position constantly during the crankshaft rotation from 0 ° KW to 90 ° KW via a switchable clamp S (stop), so that the piston does not change its TDC position during the crankshaft rotation; the same principle applies to the UT position from 180 ° KW to 270 ° KW. So that there is no movement of the connecting rod pin (PZ), the stroke must be clamped during this phase so that the crankshaft pin HZ3 also follows the desired curve.
103. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 98, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuellängen-Variator (PLV) Variante D (Fig. 195) mit dem Prinzip "Ausgleichskurvenscheibe ortsfest", den Höhen- bzw. Längenausgleich als Konstruktion mit einem Variator-Pleuel für den Kolben (K1 ) und für Kolben (K2) mit separatem Hubteiler 1/2H K1 und 1/2 H K2, wie folgt vornimmt: Die Kurvenscheibe (KS) ist eine ortsfeste Kurvenscheibe mit Außen- und Innen-Kurvenscheibe, in deren Führungsbahn mit Soll-Bogen sich eine Kurvenrolle (KR) als variabler Hubzapfen HZ1 - gekoppelt über einen schwingenden Auslegerarm (A) verbunden mit dem Hubzapfen HZ der Kurbelwelle - mit dem mit HZ! gekoppelten Pleuel (P) so bewegt, dass sich die Pleuellängen-Variation, relativ zur Kurbelwellen-Position, auf dem Soll-Bogen ergibt. Die auf der Innenbahn entstehenden scharfen Wendepunkte werden durch einen Materialauftrag auf der Innenbahn mit der Dicke d zu einem zur Außenbahn äquidistanten Krümmungsradius umgeformt, so dass sich eine weniger scharfe Abrollung und Verschleiß ergeben. Der Radius der Kurvenrolle (KR) ergibt die äquidistanten Führungsbahnen mit entsprechender Beschleunigungsfunktion.103. Field force machine according to claim 98, characterized in that the connecting rod length variator (PLV) variant D (Fig. 195) with the principle "compensating cam fixed", the height and length compensation as a construction with a variator connecting rod for the piston ( K1) and for pistons (K2) with separate stroke divider 1 / 2H K1 and 1/2 H K2, as follows: The cam plate (KS) is a fixed cam plate with an outer and inner cam plate, in the guideway of which with a set curve a cam roller (KR) as a variable crank pin HZ 1 - coupled via a swinging cantilever arm (A) connected to the crank pin HZ of the crankshaft - with the one with HZ ! coupled connecting rod (P) moves so that the connecting rod length variation, relative to the crankshaft position, results on the target curve. The sharp turning points that arise on the inner track are formed by applying material on the inner track with the thickness d to a radius of curvature that is equidistant from the outer track, so that there is less sharp rolling and wear. The radius of the cam roller (KR) results in the equidistant guideways with the corresponding acceleration function.
104. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 98, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuellängen-Variator (PLV) in seinen verschiedenen Varianten als neues kinematisches Wandlerprinzip zur effizenten (höheres Drehmoment und Leistung aufgrund des größeren Hebelarms) Umwandlung linearer in rotative Bewegung bei Kurbelschleifen für Verbrennungsmotoren, Kompressoren, Pumpen und anderen Kraft-Drehmoment-Wandlern eingesetzt werden kann104. field machine according to claim 98, characterized in that the connecting rod length variator (PLV) in its various variants as a new kinematic converter principle for efficient (higher Torque and power due to the larger lever arm) Conversion from linear to rotary motion can be used in crank loops for internal combustion engines, compressors, pumps and other force-torque converters
Fünfter unabhängiger Patentanspruch:Fifth independent claim:
Magneto-elektrisches Feldkraft-SystemMagneto-electric field force system
105. Feldkraftmaschine bestehend aus Elektrogenerator, Ladungsregler, Pufferbatterie, Kupplungen, Wärmetauscher, Abschirmungen Verbraucher etc. dadurch gekennzeichnet, daß ein Magneto-elektrisches Feldkraft-System durch die Kombination der FKM-Sybsysteme Feidkraftgenerator (FKG), auch als FKG-Solid-state-Version, Feld-Halbleitermodulatoren, Feldkraftmotor (FKE), und/oder bei Translations-Rotationswandlung ein Pleuellängen-Variator-System, einen miteinander abgestimmten Funktionszusammenhang in der Weise ergeben, daß ein komplett neues autonomes Antriebssystem/-aggregat und/oder Energiequelle und/oder Energiepumpe (im Linkskreisprozeß) entsteht (Fig. 197).105. Field force machine consisting of an electric generator, charge regulator, backup battery, couplings, heat exchangers, shielding consumers, etc., characterized in that a magneto-electric field force system through the combination of the FKM syb systems field force generator (FKG), also as a FKG solid state Version, field semiconductor modulators, field force motor (FKE), and / or in the case of translation-rotation conversion, a connecting rod length variator system, a coordinated functional relationship result in such a way that a completely new autonomous drive system / unit and / or energy source and / or Energy pump (in the left-hand cycle process) is created (Fig. 197).
106. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 105, dadurch gekennzeichnet, daß der Feidkraftgenerator und/oder der Feldkraftmotor (FKE) in der Maschinenart einer Longitudinal-Maschine, vorzugsweise ausgebildet als Hubkolben-, Freikolben-, Orbitalkolben-, Transversal-Hubkolben- Maschine, oder als Transversal-Maschine mit konstantem Arbeitsluftspalt zwischen den Feldbatterien (FB), vorzugsweise ausgebildet als Kreiskolben-, Drehfeld- oder Wanderfeld-Maschinen, sowie als FKG-Solid-state Feidkraftgenerator ohne bewegliche Komponenten (ausgenommen Feldmodulator) hergestelllt wird.106. Field machine according to claim 105, characterized in that the field force generator and / or the field motor (FKE) in the machine type of a longitudinal machine, preferably designed as a reciprocating, free piston, orbital piston, transverse reciprocating machine, or as a transverse -Machine with constant working air gap between the field batteries (FB), preferably designed as a rotary piston, rotating field or traveling field machine, and as a FKG solid-state field force generator without moving components (except field modulator) is manufactured.
107. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 105 und 106, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Feldkraftmaschine in Teilen und im Ganzen in der Scalierung Makro-, Mikro-, und Nano-Technologie erfolgt.107. Field machine according to claims 105 and 106, characterized in that the production of the field machine takes place in parts and in total in the scaling macro, micro and nano technology.
108. Feldkraftmaschine gemäß Anspruch 105, 106 und 107, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz und die Anwendung bzw. Verwendung unbeschränkt ist, d.h. auf der Erde, im Wasser, in der Luft und im Raum. Und daß die Feldkraftmaschiene ohne Einschränkung des Verwendungszwecks in mobilen Systemen, z.B. zum Antrieb von Autos, Eisenbahnen, Schiffen, Motorrädern, Flugzeugen, Robotern, etc. und in stationären Systemen, z.B. im Haus für die Erzeugung von Wärme, Kälte, Förderung von Wasser, etc., sowie in der Industrie zum Antrieb von Maschinen und/oder zur Erzeugung von elektrischer Energie, eingesetzt werden kann. 108. Field machine according to claim 105, 106 and 107, characterized in that the use and application or use is unlimited, i.e. on earth, in water, in the air and in space. And that the field machine without restriction of the use in mobile systems, e.g. for driving cars, trains, ships, motorcycles, airplanes, robots, etc. and in stationary systems, e.g. in the house for the generation of heat, cold, conveying water, etc., as well as in industry for driving machines and / or for generating electrical energy.
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