DE102010009486A1

DE102010009486A1 - Doppelscheiben Magnetgenerator mit Rechteckkurvenform der Ausgangsspannung

Info

Publication number: DE102010009486A1
Application number: DE102010009486A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Meyer Heide Fr
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-01
Anticipated expiration: 2030-02-27
Also published as: DE102010009486B4

Abstract

Die bisherige Konstruktionen der Generatoren beruhen auf alten Prinzipien wo in den Statoren aus laminierten Eisenblech die Spulen eingeführt sind. Dadurch werden große Verluste durch Ummagnetisierungen verursacht. Die Zielsetzung war, einen neuen Generator zu bauen um einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen. Das wurde durch eine besondere Bauweise mit Hilfe von sehr starken Neodymmagneten erreicht, indem ein enger Spalt zwischen den axial magnetisierten Magneten (1) 1, gebildet wird. In dem Spalt sind die vertikal gewickelte flache Statorspulen (12) platziert, die sich dadurch in extrem homogenem Magnetfeld befinden. Das Magnetsystem, gebildet aus Doppelscheiben die getrennt durch Flussleitmittel (3) die axial magnetisierten Magnete (1) tragen, generiert die energiereichere Viereckkurvenform, die für den höheren Wirkungsgrad entscheidend ist. Gleichzeitig wird die zusätzliche Kühlung der Statorspulen durch die Luftkanäle (5) in der hohlen Welle (4), 1 gewährleistet. Anwendungsgebiet ist sehr breit, bei allen mobilen Fahrzeugen, wo die Akkus oder die Batterien geladen werden sollen und in den Windenergieanlagen. Damit kann entscheidend der Verbrauch von Treibstoffen verringert werden. Wenn das Trägermaterial (2) aus Reineisen oder Kobaltlegierung durch entsprechend magnetisierte Neodymmagnete ersetzt wird und damit die Flussleitfähigkeit verbessert werden kann, können Wirkungsgrade von mehr als 90% erreicht werden. Das bereits hergestellte Modell des Generators bestätigt diese Aussage.

Description

Die bisherigen Entwicklungen im Generatorbau scheinen in der alten Technik stecken geblieben zu sein. Alle bisher gebaute Generatoren können nur niedrige Wirkungsgrade erreichen. Die meisten Generatoren benötigen eine Erregerspannung. In den Statoren sind die Spulen in den laminierten Eisenblech-Paketen eingeführt, was einen schlechten Leistungsfaktor verursacht. Es entstehen immer Feld und Ummagnetisierungsverluste. Die altbekannte „Lichtmaschine” in unseren Pkws, die mit dem erwähnten Prinzip arbeitet, erreicht lediglich knappe 50% Wirkungsgrad. Das verursacht einen höheren Benzin- bzw. Dieselverbrauch. Diese bewährte alte Technik kann man daher nicht mehr als leistungsfähig bezeichnen. Es gibt einige Hersteller, die Generatoren mit permanenten Magnetrotoren anbieten, der Leistungsfaktor ist aber sehr niedrig und deswegen gibt es keinen Anbieter, der die Frage nach dem Wirkungsgrad beantworten will. Die Fragen danach bleiben unbeantwortet. Weil auch bei diesen Herstellern die Statorspulen sich in den Eisenblech-Paketen befinden, die sehr gut bekante Verluste verursachen. In der heutigen Entwicklung der Hybrid-Fahrzeuge gibt es die kombinierten Generatoren mit der Funktion des Starters für den Verbrennungsmotor. Daher liegt auch hier der Leistungsfaktor des Generators sehr niedrig, weil die verlustreiche Statoren aus Eisenblech hergestellt sind.
Das Ziel der neuen Erfindung war, einen leistungsfähigeren Generator zu bauen, ohne den vorher erwähnten Verluste in den Statoren. Der neue Doppelscheiben-Magnetgenerator braucht zunächst keine fremde Erregerspannung. Durch besondere Konstruktion des Neodym Magnetsystems wird ein enger Luftspalt gewährleistet, in dem sich die flache Statorspulen befinden. Dadurch können sehr viel höhere Leistungsfaktoren erreicht werden, da die flache Statorspulen keine Eisenkerne besitzen und somit keine Verluste durch Ummagnetisierungen entstehen können. Durch weitere Verbesserung in der neuen Konstruktion der gegenseitigen Statorspulen die um einen gewissen Grad versetzt sind, wird ferner eine energiereichere Rechteckkurve der Wechselspannung generiert, die nach dem gleichrichten eine waagerechte Linie der Gleichspannung, ohne hoch kapazitive Kondensatoren auf dem Oszilloskop anzeigt. Es wird daher keine gepulste Gleichspannung generiert, sondern saubere Gleichspannung ohne Spannungsverluste, die durch die Sinusspannungskurve verursacht wurden. Es wird weiter eine ausreichende Kühlung der Statorspulen durch besondere Konstruktion der Luftkanäle gewährleistet, ohne den üblichen Lüfter verwenden zu müssen. Wenn das Material Reineisen oder Kobaltlegierung durch Neodym Magnete vollständig ersetzt wird, wird der Wirkungsgrad automatisch noch weiter gesteigert, über 90% Wirkungsgrad ist daher möglich. Die Doppelscheiben des Magnetgenerators können mehrstufig auf der Welle des Generators nebeneinander aufgereiht werden und damit eine Drehstromquelle bilden. Das ist vor allem für große Leistungen entscheidend.
Das Anwendungsgebiet für den neune Doppelscheiben Magnetgenerator mit Rechteckspannungskurvenform ist sehr groß. Die Autoindustrie kann endlich den erhöhten Wirkungsgrad der neuen Konstruktion für die Ladung der Akkus verwenden, was ja enorm zur Energieeinsparung führen wird. Der Verbrauch von Benzin und Diesel und anderen Treibstoffmittel verringert sich durch effizientere Ladungen der Batterien oder Akkus.
Natürlich kann der neue Magnetgenerator auch in den Windanlagen verwendet werden, da er durch seinen hohen Wirkungsgrad gegenüber den alten Generatoren mit Eisenblech Statoren, die große Verluste verursachten, einfach effizienter ist und damit Vorteile bringt.
Der neue Generator kann auch wegen der großen Effizienz auch für die Schwungradmasse-Speicher verwendet werden. Selbstverständlich kann der Doppelscheiben Magnetgenerator für alle mobile Fahrzeuge auf Land, Wasser und in der Luft eingesetzt werden, überall wo Bewegung in elektrische Energie umgewandelt werden soll.
1 zeigt das komplette Neodymmagnet-System, bestehend aus Welle (4) auf der sich Scheiben (2) aus Reineisen, Kobaltlegierung oder Neodym Material befinden, die als Träger der Magnete (1) dienen. Zwischen den beiden Metallscheiben (2) befindet sich ein Flussleitmittel (3) aus Reineisen, Kobaltlegierung oder Neodymmagneten bestimmter Länge, welcher einen Luftspalt zwischen den beiden Magnetscheiben (2) ermöglicht. Je enger der Luftspalt, desto höher wird die Induktion in den vertikal gewickelten flachen Statorspulen (12), abhängig von der Stärke des Feldes der Magneten (1). Die hohle Welle (4), gelagert in den Kugellagern (10) hat eine Bohrung (5) die als Luftkanal dient, der zu den weiteren vertikalen und horizontalen Kanälen (5) in dem Flussleitmittel (3) führt, deren Luftausgänge sich in direkter Nähe der Statorspulen (12) befinden. Durch die Drehung des Magnetrotors werden die Luftmoleküle durch die Fliehkraft von der Mitte der Welle (4) weiter über die vertikalen und horizontalen Luftkanäle (5) im Flussleitmittel (3), Richtung Peripherie des Fliehkraft-Schutzrings (9) ausgetrieben. Vor der Lufteintrittsöffnung in der Welle (4) ist ein Luftfilter (6) mit einem Dauermagnetring (7) angebracht, der einen möglichen Eintritt von Schmutz und eisenhaltigen Partikel verhindern soll. Die Statorspulen (12) haben keinen eisenhaltigen Kern, sondern einen Kern (11) aus gut Wärmeleitenden, nicht magnetischen und metallischen Material wie z. B. Keramik, das für die Wärmeabführung dient. Nummer (8) zeigt die Ausgangsklemmen des Generators. Die äußere Eisenscheiben (15) dienen als Flächen für die Bohrungen nach dem Wuchten.
2 zeigt den Statorspulenträger (14) aus speziellem Kunststoff, in dem die vier Spulen mit einem Wärmeleitenden Klebstoff eingeklebt sind. Die Spulenausgänge (13) können in Serie oder parallel geschaltet werden.
3 zeigt eine Hälfte des Rotors des Doppelscheiben Magnetgenerators, als vierpoliger Magnetrotor, die Neodymmagnetsegmente (1) sind ohne Distanz nebeneinander mit denn axial unterschiedlich magnetisierten Polen angeordnet. Damit haben die Magnetsegmente größere Flächen, die zu einer höheren Leistung des Generators beitragen. Die Doppelscheiben Magnetrotore können zwei oder mehrpolig sein. An der Peripherie der Magnetscheiben befindet sich ein antimagnetischer Metallring (9), welcher als Fliehkraftschutzsicherung dient. Alle Teile sind mit einer speziellen Elektropaste eingegossen und verbunden.
4 zeigt eine Darstellung eines mehrphasigen Generators, dessen Doppel-Magnetscheiben nebeneinander auf der Welle (4) aufgereiht sind. Die Doppell-Magnetscheiben Paare sind jeweils um 120 Grad versetzt, damit eine Drehstromspannung generiert werden kann. Die Statorspulen können in Stern oder Dreieck geschaltet werden.
5 zeigt eine Möglichkeit eines vierpoligen Magnetrotors, wo die Magnetsegmente (1) auf den Trägerscheiben (2) mit gewissen Abständen nebeneinander befestigt sind. Dadurch kann anstatt einer Rechteck-Kurvenform eine Trapezform der Spannung generiert werden.
6 und 7. zeigen zwei spezielle dreipolige Statorspulen (12A) und (12B), die drei in Serie geschaltete Spulen darstellen. Durch die neue Wickeltechnik kann man auf die normale Spulenverbindungen verzichten, die Herstellung wird billiger. Die Statorspulen (12A) sind gegenseitig in dem Statorspulen-Träger (14) eingelassen, die zweiten Statorspulen (12B) sind um 90 Grad gegenüber den ersten Spulen (12A) versetzt. Damit kann die vollkommen gerade Linie der gleichgerichteter Spannung (Auf dem Oszilloskop) erreicht werden.
8 zeigt einen sechspoligen Magnetrotor, die 9 einen zweipoligen Magnetrotor für die dreipolige neue Statorspulenform 6 und 7,(12A) und (12B).
9 zeigt weiter das Flussleitmittel (1C) in der Mitte des Rotors, welcher aus zwei axial unterschiedlich magnetisierten Neodymmagneten, zusammen verklebt ist. Dadurch verbessert sich Flussleitfähigkeit des gesamten Magnetsystems.
10 zeigt die verbesserte Konstruktion des Magnetrotors, wo das Flussleitmittel-Material aus Reineisen oder Kobaltlegierung vollständig mit entsprechend magnetisierten Neodymmagneten ersetzt wurden. Dadurch lassen sich noch höhere Leistungsfaktore erzielen, weil das Neodymmaterial besser den Magnetfeldfluss leitet als Reineisen oder Kobaltlegierung. Die diametral magnetisierten Halbringe aus Neodymmaterial (1B) dienen als Träger der weiteren axial magnetisierten Halbringe aus zwei Neodymmagneten (1A). Das mittlere Flussleitmittel (1C) besteht aus axial unterschiedlich magnetisierten Halbringen die verklebt sind. Die Ummantelung (14) der mittleren Halbringe (1C) ist aus Reineisen oder Kobaltlegierung hergestellt. Somit kann im Luftspalt zwischen den Neodymmagneten (1A) ein äußerst homogenes Magnetfeld erzielt werden.
11 zeigt vier Statorspulen, die gegenseitig in einem Statorspulenträger (14) eingelassen Die zwei andere Spulen (12B), die sich auf der anderen Seite des Trägers befinden, sind um 90 Grad versetzt und mit den ersten verklebt.

Claims

Doppelscheiben Magnetgenerator, bestehend aus zwei oder mehreren Scheiben aus Reineisen oder Kobaltlegierung (2), welche die Träger der Magnetsegmente (1) bilden und dadurch gekennzeichnet sind, dass sie einen Luftspalt für die Statorspulen (12) bilden, gewährleistet durch Flussleitmittel (3), 1
Doppelscheiben Magnetgenerator, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben aus Reineisen, Kobaltlegierung (2) mit den Scheiben aus diametral magnetisierten Neodymmagneten 10, (1B) ersetzt sind.
Doppelscheiben Magnetgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussmittel-Halbringe aus Neodymmagneten 10, (1C) axial unterschiedlich magnetisiert und miteinander verklebt sind.
Doppelscheiben Magnetgenerator, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorspulen (12, 12A und 12B) aus isolierten dünnen Kupferband, mehrlagig parallel vertikal gewickelt sind, um einen gewünschten Querschnitt zu erreichen.
Doppelscheiben Magnetgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenflächen der Statorspulen (12, 12A und 12B) annähernd gleich große Flächen haben, wie die Flächen der Magnetsegmente (1, 1A).
Doppelscheiben Magnetgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstatt der Sinuskurve, eine energiereichere Rechteckspannungskurve generiert wird.
Doppelscheiben Magnetgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorspulen-Träger aus Kunststoff (14) die Spulenpaare (12A, 12B) tragen, die gegenseitig miteinander durch Isolierung getrennt und zusammen geklebt sind. Ihre Winkelversetzung beträgt 90 Grad.
Doppelscheiben Magnetgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Kühlung der Statorspulen gewährleistet wird, indem die Welle (4), 1 eine Bohrung (5) besitzt, die einen Luftkanal bildet, welcher zu weiteren vertikalen und horizontalen Bohrungen (5) in dem Flussleitmittel (3) 1 führt, deren Luftausgänge sich in unmittelbarer Nähe der Statorspulenkörper (12) befinden.
Doppelscheiben Magnetgenerator, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Magnetsegmente (1) auf den Trägerscheiben (2) nebeneinander ohne Distanzen befestigt sind.
Doppelscheiben Magnetgenerator, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Eingang der hohlen Welle (4), 1, sich ein Filterbehälter (6) mit einem Dauermagnetring (7) befindet, um den Eintritt von Schmutz- und eisenhaltigen Partikeln zu verhindern.
Doppelscheiben Magnetgenerator, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppel-Magnetscheibenpaare mit axial magnetisierten Magnetsegmenten (1), 4 nebeneinander auf der Welle (4) befestigt und gegeneinander um 120 Grad versetzt sind, damit Drehstromspannung generiert werden kann.
Doppelscheiben Magnetgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorspulen anstatt metallhaltiger Kerne, Kerne aus nichtmetallischen und nichtmagnetischen Material hergestellt sind, deren Oberfläche besonders behandelt ist, um die Oberfläche zu vergrößern.
Doppelscheiben Magnetgenerator, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Peripherie der Magnetsegmente (1) 1, 3, und 10, sich die Fliehkraftschutzringe aus nichtmagnetischen Material (9) befinden.
Doppelscheiben Magnetgenerator, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleeblattform der dreipoligen Spule 6 und 7, 3 einzelne Spulen nebeneinander angeordnet darstellt, die miteinander in Serie geschaltet sind.