DE102012020458A1 - Device for energy transformation for heating metallic base element of container, has support that is provided two permanent magnets which are arranged with respect to each other, and coupled and rotatably supported with drive - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energietransformation durch Erwärmung eines Basiselementes aus einem Metall, bei dem ein Träger für Permanentmagnete benachbart zum Basiselement angeordnet ist und mindestens zwei Permanentmagnete aufweist, die mit relativ zueinander unterschiedlichen Polaritäten auf dem Träger angeordnet sind und bei der eine Relativbewegung zwischen dem Träger und dem Basiselement vorgebbar ist.The invention relates to a device for energy transformation by heating a base element made of a metal, in which a carrier for permanent magnets is arranged adjacent to the base element and has at least two permanent magnets which are arranged with relatively different polarities on the carrier and in which a relative movement between the Carrier and the base element can be specified.
Derartige Vorrichtungen sind in einer Ausführungsform als sogenannte Wirbelstrombremsen bekannt. Ein abzubremsendes Objekt ist hier mit einer rotationsfähigen Scheibe gekoppelt, die zwischen stationär angeordneten Permanentmagneten rotiert. Aufgrund einer Wechselwirkung zwischen induzierten Wirbelströmen und den Magnetfeldern der Permanentmagneten wird die kinetische Energie in Wärmeenergie umgesetzt und hieraus das betreffende Objekt abgebremst.Such devices are known in one embodiment as so-called eddy current brakes. An object to be braked is here coupled to a rotatable disk which rotates between stationary permanent magnets. Due to an interaction between induced eddy currents and the magnetic fields of the permanent magnets, the kinetic energy is converted into heat energy and from this the object in question is decelerated.
Ebenfalls ist es bereits bekannt, metallische Scheiben zwischen stationär angeordneten Permanentmagneten rotieren zu lassen und durch die zyklischen Wechsel in der Beaufschlagung durch die Magnetfelder Wirbelströme zu generieren, die die betreffenden Scheiben erhitzen. Die hierbei freigesetzte Wärmeenergie kann zur Erhitzung eines Fluides, beispielsweise von Wasser, dienen.Likewise, it is already known to rotate metallic disks between stationarily arranged permanent magnets and to generate eddy currents by the cyclical changes in the application of the magnetic fields, which heat the respective disks. The heat energy released in this case can be used to heat a fluid, for example water.
Derartige Heizeinrichtungen werden beispielsweise in der
Die Effektivität bei der Energietransformation sowie ein einfacher Betrieb sind bei den bekannten Vorrichtungen nicht in ausreichender Weise möglich.The efficiency of the energy transformation as well as a simple operation are not sufficiently possible in the known devices.
Insbesondere erweisen sich im Zusammenhang mit der Beheizung von Fluiden durch rotierende Scheiben die erforderlichen Wellenabdichtungen als aufwendig.In particular, in connection with the heating of fluids by rotating disks, the required shaft seals prove to be expensive.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, dass mit einem hohen Wirkungsgrad und bei einem einfachen Grundaufbau die Energietransformation durchführbar ist.Object of the present invention is to construct a device of the aforementioned type such that the energy transformation is feasible with a high efficiency and a simple basic structure.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Träger rotationsfähig gelagert und mit einem Antrieb gekoppelt ist.This object is achieved in that the carrier is mounted rotatably and coupled to a drive.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines rotationsfähigen Trägers für die Permanentmagneten ist es möglich, das Basiselement stationär anzuordnen. Hierdurch werden aufwendige Abdichtungen vermieden und sowohl hinsichtlich der Gestaltung des Trägers als auch hinsichtlich der Anordnung der Permanentmagnete sowie der vorgesehenen Drehzahlen besteht ein weiter Spielraum zur Anpassung an gegebene Randbedingungen.The inventive use of a rotatable support for the permanent magnets, it is possible to arrange the base element stationary. As a result, expensive seals are avoided and both in terms of the design of the carrier as well as in terms of the arrangement of the permanent magnets and the speeds provided there is a lot of scope for adaptation to given boundary conditions.
Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung besteht somit in einer magnetisch induzierten Wirbelstromheizung. Ein Antrieb kann beispielsweise unter Verwendung eines Elektromotors erfolgen. Der Träger für die Permanentmagneten ist vorzugsweise als eine rotationsfähig gelagerte Scheibe zu realisieren.The basic principle of the present invention thus consists in a magnetically induced eddy current heating. A drive can be done using an electric motor, for example. The carrier for the permanent magnets is preferably to be realized as a rotatably mounted disc.
Im Bereich der Gebäudebeheizung kann eine Verwendung beispielsweise zur Anhebung einer Rücklauftemperatur oder zur Speichernachladung erfolgen.In the field of building heating, use can be made, for example, to increase a return temperature or to recharge the storage.
Ein weiteres Anwendungsgebiet besteht im Bereich von Elektroöfen für Küchenanwendungen. Bekannt sind hier sogenannte Induktionskochfelder, bei denen im metallischen Boden der Kochgefäße Wirbelströme erzeugt werden. Die sich ändernden Magnetfelder werden durch stationär angeordnete Spulen erzeugt, die geeignet angesteuert werden. Nebenwirkungen derartiger Kochfelder durch ungewollte Ausbreitungen von elektromagnetischen Feldern sind derzeit noch weitgehend unerforscht. Bei einer Erzeugung von veränderlichen Magnetfeldern durch die Rotation eines mit Permanentmagneten bestückten Trägers werden unerwünschte elektromagnetische Strahlungen vollständig vermieden, von den Permanentmagneten erzeugte Magnetfelder lassen sich richtungsabhängig sehr wirksam abschirmen.Another field of application is in the field of electric ovens for kitchen applications. Here are known so-called induction cooktops in which eddy currents are generated in the metallic bottom of the cooking vessels. The changing magnetic fields are generated by stationary arranged coils, which are suitably controlled. Side effects of such hobs by unwanted propagation of electromagnetic fields are still largely unexplored. When variable magnetic fields are generated by the rotation of a carrier fitted with permanent magnets, unwanted electromagnetic radiation is completely avoided; magnetic fields generated by the permanent magnets can be very effectively shielded depending on the direction.
Eine leichte und gleichzeitig stabile Konstruktion wird dadurch bereitgestellt, dass der Träger plattenartig ausgebildet ist.A lightweight and stable construction is provided by the fact that the carrier is plate-like.
Eine effektive Energietransformation wird dadurch unterstützt, dass sich die Permanentmagnete mit ihren Längsachsen im Wesentlichen quer zu einer vom Träger aufgespannten Ebene erstrecken.An effective energy transformation is supported by the fact that the permanent magnets extend with their longitudinal axes substantially transversely to a plane spanned by the carrier.
Gemäß einer typischen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Basiselement als Boden eines Behälters ausgebildet ist.According to a typical embodiment, it is provided that the base element is designed as the bottom of a container.
Eine zweckmäßige Materialauswahl besteht darin, dass die Permanentmagnete aus einem Neodym-Material ausgebildet sind.A suitable choice of material is that the permanent magnets are formed of a neodymium material.
Ein hoher Wirkungsgrad wird auch dadurch unterstützt, dass das Basiselement im Bereich seiner dem Träger zugewandten Oberfläche eben ausgebildet ist.A high efficiency is also supported by the fact that the base element is flat in the region of its surface facing the carrier.
Eine vorteilhafte Frequenz für die Magnetfeldänderungen wird dadurch erreicht, dass der Träger eine Drehzahl im Bereich von 400 bis 3.000 Umdrehungen pro Minute aufweist.An advantageous frequency for the magnetic field changes is achieved in that the carrier has a speed in the range of 400 to 3000 revolutions per minute.
Unerwünschte Ausbreitungen des Magnetfeldes können dadurch vermieden werden, dass der Träger mindestens bereichsweise magnetisch abgeschirmt angeordnet ist. Unwanted propagation of the magnetic field can be avoided by arranging the carrier at least partially magnetically shielded.
Beeinträchtigungen der Permanentmagnete können dadurch vermieden werden, dass der Behälter eine Betriebstemperatur von maximal 80° Celsius aufweist.Impairment of the permanent magnets can be avoided, that the container has an operating temperature of 80 ° Celsius maximum.
Eine gleichmäßige Erwärmung des Basiselementes wird dadurch unterstützt, dass das Basiselement seitlich den Träger überkragt.A uniform heating of the base element is supported by the fact that the base element laterally overhangs the carrier.
Das metallische Material des Basiselementes ist induktiv erwärmbar. Das Material kann nicht magnetisch ausgebildet sein. Beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium. Grundsätzlich sind aber auch magnetisierbare Metalle verwendbar, zum Beispiel Edelstahl.The metallic material of the base element can be heated inductively. The material can not be magnetically formed. For example, made of copper or aluminum. In principle, however, magnetizable metals are also usable, for example stainless steel.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawings, embodiments of the invention are shown schematically. Show it:
Gemäß der Ausführungsform in
In lotrechter Richtung unterhalb des Basiselementes (
Gemäß der Anordnung in
Gemäß der Ausführungsform in
Als Material für die Permanentmagnete (
Als Betriebstemperatur für den Behälter (
Der Behälter (
Vorzugsweise besitzt das Basiselement (
Der Träger (
Bevorzugt überkragt das Basiselement (
Eine konkrete konstruktive Realisierung erfolgt in Abhängigkeit von den gegebenen Randbedingungen. Insbesondere kann ein Motor (
Der Antrieb des Motors (
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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