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Die Erfindung betrifft einen Magnetmotor.
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Zum Thema „Magnetmotor” gibt es eine Vielzahl unterschiedliche Entwicklungs-Ansätze wie bspw. die „Liste der Deutschen Raumenergieförderung” zeigt.
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Bspw. offenbart die
DE 37 51 215 T2 eine magnetisch rotierende Anordnung mit einem drehbar gelagerten ersten Läufer und einem drehbar gelagerten zweiten Läufer, der dem ersten Läufer gegenüber angeordnet ist. Diese bekannte Anordnung weist zwei miteinander kämmende Zahnräder auf dem ersten und dem zweiten Läufer auf, um die Zahnräder in entgegengesetzte Drehrichtungen zu drehen. Magnetische Elemente sind in regelmäßigen Abständen am Umfang des ersten und des zweiten Läufers angeordnet. Die Anzahl der auf dem ersten Läufer angeordneten magnetischen Elemente ist gleich der Anzahl der magnetischen Elemente auf dem zweiten Läufer. Jedes magnetische Element des ersten Läufers bildet mit einem entsprechenden magnetischen Element des zweiten Läufers ein Paar, sie bewegen sich so, dass ihre gleichpoligen Magnetpole aufeinander zu und voneinander weg laufen, wenn der erste und der zweite Läufer gedreht werden. Mindestens ein Paar der magnetischen Elemente ist mit einer Magnetkraft-Umschalteinrichtung versehen.
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Die
DE 694 07 250 T2 beschreibt eine magnetische Rotationsvorrichtung mit einem Rotor, der Permanentmagnete aufweist, die derartig angeordnet sind, dass eine Vielzahl von Magnetpolen der einen Polarität entlang einer äußeren Umfangsfläche und eine Vielzahl von Magnetpolen der anderen Polarität entlang einer inneren Umfangsfläche des Rotors verteilt sind. Eine elektromagnetische Einrichtung ist dem Rotor zugewandt, sie erzeugt ein Magnetfeld, das dem Magnetfeld des Rotors zugewandt ist und dieses abstößt. Eine Detektoreinrichtung erfasst die jeweilige Drehstellung des Rotors, um die elektromagnetische Einrichtung synchron mit der Rotordrehung zu erregen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach ausgebildeten Magnetmotor zu schaffen, der ohne externe Komponenten wie eine Magnetkraft-Umschalteinrichtung, eine Detektoreinrichtung o. dgl. auskommt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1, d. h. gelöst durch einen Magnetmotor mit einem Paar Statormagneten, die voneinander beabstandet vorgesehen sind und zwischen welchen ein Ankermagnet oszillierend beweglich geführt vorgesehen ist, und mit einem Magnetfeldabschirmenden Abschirmelement, das durch die oszillierende Bewegung des Ankermagneten selbst mittels einer Antriebseinrichtung gesteuert abwechselnd im Magnetfeld zwischen dem einen Statormagneten und dem Ankermagneten und dem anderen Statormagneten und dem Ankermagneten angeordnet wird, wobei das Abschirmelement sich im Magnetfeld zwischen dem jeweiligen Statormagneten und dem Ankermagnet befindet, wenn der Ankermagnet sich in der Nähe des jeweiligen Statormagneten befindet und in diesem Magnetfeld verbleibt, bis der Ankermagnet sich dem anderen Statormagneten annähert, und umgekehrt.
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Bei den Statormagneten und dem Ankermagneten handelt es sich vorzugsweise um Permanentmagnete. Die Statormagneten und der Ankermagnet können bspw. stabförmig ausgebildet sein. Desgleichen ist es bspw. möglich, dass die Statormagneten und/oder der Ankermagnet als Hufeisen-Magnete oder beliebig anders geformt sind.
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Bei der oszillierenden geführten Bewegung des Ankermagneten kann es sich um eine linear oszillierende Bewegung, um eine Pendelbewegung u. s. w. handeln.
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Beim erfindungsgemäßen Magnetmotor erfolgt die Steuerung der Bewegung des Abschirmelementes in das Magnetfeld zwischen dem jeweiligen Statormagneten und dem Ankermagnet durch die Bewegung des Ankermagneten selbst, so dass der Magnetmotor ein in sich geschlossenes System zur Generierung einer oszillierenden Bewegung durch die Magnetkräfte zwischen den Statormagneten und dem Ankermagnet bildet. Dabei können die Statormagete und der Ankermagnet in ihrer Magnetpol-Ausrichtung in Reihe orientiert sein, d. h. die Statormagnete und der Ankermagnet können in einer abwechselnden Polaritäts-Reihe N/S-N/S-N/S orientiert sein, so dass sich abwechselnd jeweils Anziehungskräfte ergeben. Desgleichen ist es auch möglich, keine Anziehungskräfte sondern Abstoßungskräfte auszunutzen, d. h. die Statormagnete und den Ankermagnet in einer gegenpoligen Reihe zu positionieren: N/S-S/N-N/S.
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Das Magnetfeld-abschirmende Abschirmelement besteht bspw. aus Mu-Metall. Hierbei handelt es sich um eine weichmagnetische Nickel-Eisen-Legierung hoher Permeabilität, wie sie z. B. zur Abschirmung statischer magnetischer Störfelder zur Anwendung gelangt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Magnetmotor erfolgt die Steuerung des Abschirmelementes in der Nachbarschaft des jeweiligen Statormagneten, d. h. dem jeweiligen Statormagneten zugeordnet, vorzugsweise durch Elektro-Induktion mittels des Ankermagneten. Eine andere Möglichkeit besteht bspw. darin, die Steuerung des Abschirmelementes durch mechanische Komponenten wie Zahnstangen, Ritzel, Hebel, Kniehebel, Exzenterscheiben, Nocken, o. dgl. zu bewirken, um den Ankermagneten geeignet mit dem Abschirmelement zu verbinden.
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Erfolgt die Steuerung des Abschirmelementes durch Elektro-Induktion, so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn in der Nachbarschaft des jeweiligen Statormagneten eine mit dem oszillierenden Ankermagneten jeweils temporär, d. h. kurzzeitig zusammenwirkende Induktionsspule vorgesehen ist, die mit der Antriebseinrichtung für das Abschirmelement zusammengeschaltet ist. Damit die elektrische Induktion nur in jeweils der einen Bewegungsrichtung des oszillierenden Ankermagneten wirksam ist, ist die jeweilige Induktionsspule vorzugsweise über eine Gleichrichtereinrichtung mit der Antriebseinrichtung zusammengeschaltet.
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Zweckmäßig kann es bei dem erfindungsgemäßen Magnetmotor sein, wenn der Ankermagnet entlang einer Linearführung oszillierend geführt wird. Bei der Linearführung kann es bspw. um eine Rollenführung mit Lagerrollen o. dgl. handeln.
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Die oszillierende Bewegung des Ankermagneten kann durch Anschlagorgane definiert begrenzt sein. Die Anschlagorgane sind vorzugsweise den Statormagneten zugeordnet in deren Nachbarschaft vorgesehen. Bei den Anschlagorganen handelt es sich bspw. um Hartgummielemente.
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Bei dem erfindungsgemäßen Magnetmotor kann das Abschirmelement eine halbzylindrische, kopfstehende Schalenwandung aufweisen, die um eine mittig zwischen den beiden Statormagneten vorgesehene Achse hin und her verschwenkbar ist. Das Abschirmelement kann jedoch auch eine zylindrische Schalenwandung aufweisen, die mit einem Magnetfeld-durchlässigen Fenster ausgebildet ist.
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Die mit den Induktionsspulen zusammengeschaltete Antriebseinrichtung für das Abschirmelement kann einen elektrischen Antriebsmotor, piezoelektrische Aktuatoren o. dgl. aufweisen. Unabhängig von der speziellen Ausbildung der Antriebseinrichtung wird diese – wie bereits ausgeführt worden ist – durch die oszillierende Bewegung des Ankermagneten und die in den Induktionsspulen induzierte elektrische Spannung aktiviert.
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Um die Bewegung der Abschirmeinrichtung in das Magnetfeld zwischen dem jeweiligen Statormagneten und dem an diesen angenäherten Ankermagneten definiert zu begrenzen, d. h. die Abschirmeinrichtung abwechselnd in dem jeweiligen Magnetfeld genau definiert temporär zu positionieren, ist es zweckmäßig, wenn jedem Statormagneten ein Endanschlag für die Abschirmeinrichtung zugeordnet ist.
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Um die Antriebseinrichtung für das Abschirmelement energisch klein dimensionieren zu können, um die Gravitation der Abschirmeinrichtung in ihrer jeweiligen abschirmenden Schwenk-Endposition mehr oder weniger zu kompensieren, kann es zweckmäßig sein, wenn der Abschirmeinrichtung eine Gewichts-Kompensationseinrichtung zugeordnet ist. Die Gewichts-Kompensationseinrichtung kompensiert die Gravitationskraft der Abschirmeinrichtung in deren jeweiliger, gegen die Lotrechte unsymmetrische Endposition im Magnetfeld zwischen dem jeweiligen Statormagneten und dem zu diesem benachbarten Ankermagneten, so dass die Antriebsenergie zur Umstellung der Abschirmeinrichtung zwischen dem einen und dem anderen Statormagneten und dem jeweils an diesen angenäherten Ankermagneten klein dimensioniert sein kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Magnetmotor kann die Bewegung des Ankermagneten bspw. zur Energiegewinnung genutzt werden. Zu diesem Zwecke kann dem Ankermagneten eine mechanische Abtriebseinrichtung zugeordnet sein. Bei der Abtriebseinrichtung kann es sich bspw. um einen Kurbeltrieb o. dgl. handeln. Desgleichen ist es möglich, die Bewegung der Abschirmeinrichtung zur Energiegewinnung auszunutzen, d. h. die Abschirmeinrichtung mit einer mechanischen Abtriebseinrichtung zu kombinieren. Noch eine andere Möglichkeit besteht darin, den erfindungsgemäßen Magnetmotor als elektrischen Generator zu verwenden, indem bspw. dem Ankermagneten mindestens eine Generator-Induktionsspule zugeordnet ist. Auch diesbezüglich gilt, dass auch die Abschirmeinrichtung mit mindestens einer Generator-Induktionsspule kombiniert sein kann, um durch die Bewegung der Abschirmeinrichtung elektrische Energie zu generieren.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden schematischen Zeichnungen, wobei es sich versteht, dass die Erfindung nicht durch die Zeichnungen beschränkt sondern durch die Ansprüche definiert ist.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausbildung des Magnetmotors,
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2 eine Diagrammdarstellung des Funktionszusammenhanges zwischen dem Weg „x” des oszillierenden Ankermagnetes sowie der hin und her gehenden Schwenkbewegung der Abschirmeinrichtung und der Zeit „t”, zur Verdeutlichung des Zusammenhanges der Bewegung des Ankermagneten und der hierdurch zwangsgesteuerten Bewegung der Abschirmeinrichtung,
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3 eine schematische Darstellung insbesondere zur Verdeutlichung von piezoelektrischen Aktuatoren für die gesteuerte Bewegung der Abschirmeinrichtung,
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4 eine der 3 ähnliche Prinzipdarstellung zur Verdeutlichung insbesondere von Gewichts-Kompensatoren einer Gewichts-Kompensationseinrichtung für die Abschirmeinrichtung,
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5 eine Prinzipdarstellung zur Verdeutlichung des Magnetmotors zur Realisierung insbesondere eines elektrischen Generators, und
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6 eine der 5 ähnliche Prinzipdarstellung zur Verdeutlichung des Magnetmotors zur Transformation einer linear oszillierenden Bewegung des Ankermagneten in eine Rotationsbewegung.
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1 zeigt schematisch eine Ausbildung des Magnetmotors 10, der ein Paar Statormagnete 12, 13 aufweist, die voneinander beabstandet sind. Zwischen den beiden Statormagneten 12, 13 ist ein Ankermagnet 14 linear oszillierend, geführt vorgesehen. Die linear oszillierende Beweglichkeit des Ankermagneten ist durch den Doppelpfeil 16 angedeutet.
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Der Ankermagnet 14 weist eine Länge auf, die definiert kleiner ist als der Abstand zwischen den beiden Statormagneten 12, 13.
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Zur linear oszillierenden Führung des Ankermagneten 14 dienen bspw. Rollen 18 einer Rollenführung, die sich gegenüber liegen können und zwischen welchen der Ankermagnet 14 spielfrei geführt wird. In der Zeichnung ist nur eine Rollen-Reihe dargestellt.
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Der Magnetmotor 10 weist ein Magnetfeld-abschirmendes Abschirmelement 20 auf. Das Abschirmelement 20 ist durch die oszillierende Bewegung des Ankermagneten 14 mittels einer Antriebseinrichtung 22 gesteuert abwechselnd im Magnetfeld 24 zwischen dem Statormagneten 12 und dem daran angenäherten Ankermagnet 14 und dem Magnetfeld 25 zwischen dem anderen Statormagneten 13 und dem an diesen angenäherten Ankermagneten 14 angeordnet. In 1 ist das Abschirmelement 20 im Magnetfeld 24 gezeichnet, so dass der Ankermagnet 14 in dieser Position des Abschirmelementes 20 nicht länger von dem Statormagneten 12 angezogen wird. Vielmehr erfolgt nun eine Anziehung des Ankermagneten 14 durch den Statormagneten 13, so dass der Ankermagnet 14 sich zum Statormagneten 13 hin bewegt. Kurz bevor der Ankermagnet 14 den Statormagneten 13 erreicht, wird das Abschirmelement 20 mittels der durch den Ankermagneten 14 gesteuerten Antriebseinrichtung 22 vor den Statormagneten 13 bewegt, so dass nun der Ankermagnet 14 nicht länger vom Statormagneten 13 angezogen wird, sondern wieder von dem Statormagneten 12. Diese oszillierende, d. h. hin und her gehende Bewegung sowohl des Ankermagneten 14 als auch des Abschirmelementes 20 wiederholen sich. Es ist folglich zeitlich unbeschränkt eine linear oszillierende Bewegung des Ankermagneten 14 zwischen den beiden Statormagneten 12, 13 möglich, wie sie durch den Doppelpfeil 16 angedeutete ist.
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Das Abschirmelement 20 ist bspw. als halbzylindrische, kopfstehende Schalenwandung 26 ausgebildet, die um eine Achse 28 hin und her verschwenkbar ist, die mittig zwischen den beiden Statormagneten 12, 13 vorgesehen ist. Die hin und her gehende Schwenkbewegung des Abschirmelementes 26 ist durch den bogenförmigen Doppelpfeil 30 verdeutlicht.
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Die Steuerung des Abschirmelementes 20 zu seiner hin und her gehenden Schwenkbewegung 30 erfolgt bspw. durch Elektroinduktion mittels des linear oszillierenden Ankermagneten 14. Zu diesem Zwecke ist in der Nachbarschaft des jeweiligen Statormagneten 12, 13 eine Induktionsspule 32 vorgesehen, die mit dem Ankermagneten 14 abwechselnd temporär zusammenwirken. Die Induktionsspulen 32 sind mit der Antreibseinrichtung 22 für das Abschirmelement 20 zusammengeschaltet. Das ist durch die Pfeillinien 34 angedeutet. Damit die elektrische Induktion des Ankermagneten 14 in den Induktionsspulen 32 jeweils nur in einer Richtung seiner Oszillations-Bewegung wirksam wird, ist die jeweilige Induktionsspule 32 über eine Gleichrichtereinrichtung 36 mit der Antriebseinrichtung zusammengeschaltet.
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Die oszillierende Bewegung des Ankermagneten 14 kann durch Anschlagorgane 38 definiert begrenzt sein. Dem Abschirmelement 20 ist zweckmäßigerweise in der Nachbarschaft des jeweiligen Statormagneten 12, 13 ein Endanschlag 40 zugeordnet. Durch die beiden Endanschläge 40 wird die Schwenkbewegung des Abschirmelementes 20 um seine Achse 28 definiert begrenzt.
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Die Antriebseinrichtung 22 für das Abschirmelement 20 kann einen von den Induktionsspulen 32 gespeisten Elektromotor aufweisen. Desgleichen ist es bspw. möglich, dass die Antriebseinrichtung 22 piezoelektrische Aktuatoren 42, 43 aufweist. Solche piezoelektrische Aktuatoren 42, 43 sind in 3 schematisch angedeutet. Die piezoelektrischen Aktuatoren 42, 43 sind in Bezug zur Achse 28 des Abschirmelementes 20 derartig positioniert, dass in der einen Endposition des Abschirmelementes 20 der piezoelektrische Aktuator 42 und in der anderen Endposition des Abschirmelementes 20 der andere piezoelektrische Aktuator 43 wirksam wird.
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Gleiche Einzelheiten sind in 3 mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, wie in 1, so dass es sich erübrigt, in Verbindung mit 3 alle Einzelheiten noch einmal detailliert zu beschreiben.
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Damit abwechselnd der eine und der andere piezoelektrische Aktuator 42, 43 wirksam werden kann, steht vom Abschirmelement 20 bspw. eine Lasche 44 radial weg, die mit der Achse 18 fluchtet und eine Symmetrielinie bzw. -ebene des Abschirmelementes 20 bildet.
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Um die Antriebseinrichtung 22 relativ klein dimensionieren zu können, kann es zweckmäßig sein, wenn dem Abschirmelement 20 eine Gewichts-Kompensationseinrichtung 46 (siehe 4) zugeordnet ist. Die Gewichts-Kompensationseinrichtung weist bspw. Federelemente 48, 49 auf, die z. B. von Schraubendruckfedern gebildet sind, die mit der vom Abschirmelement 20 symmetrisch radial wegstehenden Lasche 44 in der einen bzw. in der anderen Endposition des Abschirmelementes 20 zusammenwirken, so dass sich der in 4 auf der linken Seite im Magnetfeld 24 befindliche Teilabschnitt des Abschirmelementes 20, d. h. das entsprechende Teilgewicht des Abschirmelementes 20, das ein Drehmoment im umgekehrten Uhrzeigersinn um die Achse 28 bewirken würde, durch das mechanisch gespannte Federelement 48 zumindest annährend kompensiert wird. Gleiches gilt für die andere Endposition des Abschirmelementes 20 mittels des Federelementes 49.
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Gleiche Einzelheiten sind auch in 4 mit denselben Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet, so dass es sich erübrigt in Verbindung mit 4 alle Einzelheiten noch einmal detailliert zu beschreiben.
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2 verdeutlicht durch die hin und her gehende Wellenlinie 50 die linear oszillierende Bewegung x = x(t) des Ankermagneten 14, wobei die dünnen strichlierten Linien 52 durch die Umkehrpunkte des oszillierenden Ankermagneten 14, d. h. durch die Anschlagorgane 38, definiert sind. Die Rechteck-Linie 54 verdeutlicht schematisch, abstrakt die Bewegung x = x(t) des Abschirmelementes 20. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass das Abschirmelement 20 bis zum Zeitpunkt t1 im Magnetfeld 24 zwischen dem Statormagneten 12 und dem an diesen angenäherten Ankermagneten 14 verbleibt, während der Ankermagnet 14 sich bis zum Ort x1 nach rechts bewegt hat. Zum Zeitpunkt t1 schwenkt das Abschirmelement 20 durch die Bewegung des Ankermagneten 14 definiert gesteuert um die Achse 28 im Uhrzeigersinn in das Magnetfeld 25 zwischen dem Statormagneten 13 und dem an diesen angenäherten Ankermagneten 14. Der Ankermagnet 14 bewegt sich dann wieder in Richtung zum Statormagneten 12 zurück, weil der Statormagnet 13 durch das Abschirmelement 20 nun nicht mehr wirksam werden kann. Das Abschirmelement 20 verbleibt im Magnetfeld 25 bis zum Zeitpunkt t2. Befindet sich dann der Ankermagnet 14 an der Stelle x2, so wird das Abschirmelement 20 mittels der Antriebseinrichtung definitiv zwangsgesteuert wieder in das Magnetfeld 24 geschwenkt. Diese aufeinander folgenden abgestimmten Bewegungen des Ankermagneten 14 und des Abschirmelementes 20 wiederholen sich, wie die 2 schematisch andeutet, wobei die Schwenkbewegung des Abschirmelementes 20 als horizontale Linien, d. h. quasi zeitlos, schematisch dargestellt ist. Selbstverständlich müssten die horizontalen Linien ebenfalls schräg geneigt gezeichnet werden, um den zeitlichen Verlauf exakt darzustellen. Insofern bildet die 2 nur eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des oszillierenden Bewegungsablaufes des Ankermagneten 14 und des hierdurch gesteuerten gleichsam impulsartigen Bewegungsablaufes des Abschirmelementes 20.
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5 zeigt schematisch den Ankermagneten 14 zugeordnete Generator-Induktionsspulen 56, in welche eine elektrische Spannung induziert wird, wenn sich der Ankermagnet 14 zwischen den beiden Statormagneten 12, 13 linear oszillierend hin und her bewegt. Weitere Einzelheiten des Magnetmotors 10 sind in 5 nicht gezeichnet; vielmehr wird diesbezüglich beispielhaft auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1 verwiesen.
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6 verdeutlicht eine mechanische Abtriebseinrichtung 58, die mit dem linear oszillierenden Ankermagneten 14 verbunden ist. Auch in 6 sind weitere Einzelheiten des Magnetmotors 10 nicht dargestellt; vielmehr wird auch diesbezüglich beispielhaft auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1 Bezug genommen. Die mechanische Abtriebseinrichtung 58 ist bspw. als Kurbeltrieb 60 gestaltet, der einerseits mit dem Ankermagneten 14 und andererseits mit einer Abtriebswelle 62 verbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Magnetmotor
- 12
- Statormagnet (von 10)
- 13
- Statormagnet (von 10)
- 14
- Ankermagnet (von 10 zwischen 12 und 13)
- 16
- Doppelpfeil/oszillierende Bewegung (von 14)
- 18
- Rollen (für 14)
- 20
- Abschirmelement (von 10 zwischen 12, 13 und 14)
- 22
- Antriebseinrichtung (für 20)
- 24
- Magnetfeld (zwischen 12 und 14)
- 25
- Magnetfeld (zwischen 13 und 14)
- 26
- Schalenwandung (von 20)
- 28
- Achse (von 26)
- 30
- bogenförmiger Doppelpfeil (um 28)
- 32
- Induktionsspule (von 10 für 22)
- 34
- Verbindung (zwischen 32 und 22)
- 36
- Gleichrichtereinrichtung (in 34)
- 38
- Anschlagorgan (für 14 bei 12, 13)
- 40
- Endanschlag (für 20)
- 42
- piezoelektrischer Aktuator (von 22 für 20)
- 43
- piezoelektrischer Aktuator (von 22 für 20)
- 44
- Lasche (an 20 für 42, 46)
- 46
- Gewichts-Kompensationseinrichtung (für 20)
- 48
- Federelement (von 46)
- 50
- Kurvenlinie (von 14)
- 52
- strichlierte Linie (durch 38)
- 54
- Kurvenlinie (von 20)
- 56
- Generator-Induktionsspule (von 10)
- 58
- mechanische Abtriebseinrichtung (von 10)
- 60
- Kurbeltrieb (von 58)
- 62
- Abtriebswelle (von 60)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3751215 T2 [0003]
- DE 69407250 T2 [0004]