DE69917732T2 - Generator - Google Patents

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Generatoren und insbesondere auf einen Generator, der die Generatoreffektivität maximieren kann.
• Hintergrundstechnik
• Der Generator ist eine Maschine, die mechanische Energie, die von Quellen verschiedener Arten von Energie wie physikalische, chemische und nukleare Energie erhalten wird, zum Beispiel in elektrische Energie umwandelt. Generatoren auf der Grundlage linearer Bewegung sind kürzlich entwickelt worden, während die meisten Generatoren als Drehtypgeneratoren aufgebaut sind. Die Erzeugung von elektromotorischer Kraft durch elektromagnetische Induktion ist ein gemeinsames Prinzip für Generatoren unabhängig von ihrer Größe, oder ob der Generator ein Wechselstrom- oder Gleichstromgenerator ist.
• Der Generator benötigt einen starken Magnet wie einen Permanentmagnet und Elektromagnet zum Erzeugen eines Magnetfeldes als auch einen Leiter zum Erzeugen der elektromotorischen Kraft, und der Generator ist aufgebaut zum Ermöglichen, daß eines von ihnen relativ zu dem anderen drehen kann. In Abhängigkeit davon, ob sich der Magnet oder der Leiter dreht, können Generatoren in Drehfeldgeneratoren, bei denen sich das Magnetfeld dreht, und in Dreharmaturgeneratoren, bei denen sich der Leiter dreht, klassifiziert werden.
• Obwohl der Permanentmagnet zum Erzeugen des Magnetfeldes benutzt werden kann, wird allgemein der Elektromagnet verwendet, der aus einer Magnetfeldspule, die um einen Kern gewickelt ist, gebildet ist, so daß Gleichstrom dadurch fließen kann. Selbst wenn ein starker Magnet zum Verstärken der Drehzahl benutzt wird, ist gewöhnlich die von einem Leiter erzeugte elektromotorische Kraft nicht so groß. Somit wird in einem allgemein verwendeten System eine große Zahl von Leitern in dem Generator verwendet, und die elektromotorischen Kräfte, die von den entsprechenden Leitern erzeugt werden, werden seriell aufaddiert zum Erzielen einer hohen elektrischen Leistung.
• Wie oben erörtert ist, erzeugt ein normaler Generator Elektrizität durch mechanisches Drehen eines Magneten (oder eines Permanentmagneten) oder eines Leiters (Elektromagnet, elektrisch reagierende Spule und ähnliches), während zu dieser Zeit durch Magnetinduktion (elektromagnetische Induktion) erzeugter Umkehrstrom, der durch die Spule fließt, eine Magnetkraft verursacht, die den Rotor so zieht, daß der Rotor selbst der unnötigen Last unterworfen wird, die mindestens das Zweifache der elektrischen Leistungsproduktion erreicht.
• 6 stellt dar, daß die Last, wie oben erörtert ist, auf einen Rotor in einem oben erwähnten Drehfeldgenerator ausgeübt wird.
• Bezug nehmend auf 6 ist ein Permanentmagnetzug 104 um eine Drehachse 106 so angeordnet, daß N-Pole und S-Pole abwechselnd auf der äußeren Umfangsoberfläche des Zuges angeordnet sind. An einem bestimmten Abstand nach außen von dem äußeren Umfang des Permanentmagnetzuges 104 ist ein Magnetinduktionskern 100 angeordnet, und eine Spule 102 ist um den Magnetinduktionskern 100 gewickelt.
• Wenn sich der Permanentmagnetzug 104 dreht, ändert sich das in der Spule durch den Permanentmagnetzug 104 erzeugte Magnetfeld zum Verursachen von induziertem Strom, der durch die Spule 102 fließt. Dieser induzierte Strom ermöglicht der Spule 102, ein Magnetfeld 110 zu erzeugen, das eine abstoßende Kraft verursacht, die auf den Permanentmagnetzug 104 in die Richtung ausgeübt wird, die die Drehung des Magnetzuges stört.
• Bei dem in 6 gezeigten Beispiel ist der S-Pol des Magnetfeldes 110 dem Permanentmagnetzug 104 zugewandt. Der S-Pol des Permanentmagnetzuges 104 nähert sich der Spule 102 wegen der Drehung des Permanentmagnetzuges 104, was in der oben beschriebenen abstoßenden Kraft resultiert.
• Die vorliegende Erfindung ist auf einen Generator nach Anspruch 1 gerichtet.
• Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1 ist eine Querschnittsansicht eines Drehfeldgenerators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der eine Anordnung eines Permanentmagneten, von Magnetinduktionskernen und Spulen darstellt.
• 2 ist eine schematische Teilansicht, die eine Magnetanordnung des Permanentmagnetrotors und eine Anordnung von einer von magnetisch reagierenden Spulen, die um diesen Rotor in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet sind, darstellt.
• 3 stellt einen Aufbau der magnetisch reagierenden Spulen und Kernen in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
• 4 ist eine vergrößerte Draufsicht von magnetisch empfindlichen Kernen und Spulenabschnitten des Generators der vorliegenden Erfindung, die den da durchfließenden Magnetfluß darstellt.
• 5 ist eine auseinandergezogene Ansicht um eine Zentralachse, die die Verbindung der Magnetfeldspulen zeigt, die entsprechend um Tertiärkerne gewickelt sind, die den Permanentmagnetrotor in 1 gemäß der vorliegenden Erfindung umgeben.
• 6 stellt Erzeugung der Sekundärlast in einem herkömmlichen Generator dar.
• Beste Arten des Ausführens der Erfindung
• Der Aufbau und Betrieb des Generators gemäß der vorliegenden Erfindung werden hier geeignet in Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.
• 1 stellt einen Querschnittsaufbau des Generators der Erfindung senkrecht zu einer Drehachse 3 dar.
• 2 zeigt teilweise einen Querschnittsaufbau des Generators parallel zu der Drehachse 3. Genauer, in 2 ist nur einer von acht Sätzen von Magnetinduktionsprimärkernen 4 und 4', die um die Drehachse 3 angeordnet sind, wie unten beschrieben wird, repräsentativ gezeigt.
• Bezug nehmend auf 1 und 2 wird der Aufbau des Generators nun beschrieben. Permanentmagnetzüge 2 und 2' in Ringform sind an einer entsprechenden linken und rechten Umlaufbahn 1 und 1' angebracht und befestigt, die relativ zu der Drehachse 3 mit einem bestimmten Abstand dazwischen vorgesehen sind. Die Permanentmagnetzüge 2 und 2' sind an der linken bzw. rechten Umlaufbahn 1 und 1' derart befestigt, daß die Polaritäten auf der äußeren Umfangsoberfläche eines jeden Magnetzuges relativ zu der Drehachse abwechselnd N-Pole und S-Pole sind. Die Permanentmagnetzüge sind um die Achse drehbar. Weiterhin sind die zugewandten Polaritäten eines entsprechenden Permanentmagnetzuges 2 und Permanentzuges 2' relativ zu der Richtung der Drehachse 3 so angeordnet, daß sie entgegengesetzt sind.
• Wie in 2 gezeigt ist, sind die Drehachse 3 und ein Gehäuse 9 durch ein Lager 10 an einem bestimmten Abstand von den Permanentmagnetzügen 2 und 2' verbunden.
• An einem vorbestimmten Abstand von den Permanentmagnetzügen 2 und 2' sind die Magnetinduktionsprimärkerne 4 und 4' mit den entsprechend daherum gewickelten Spulen an dem Gehäuse 9 befestigt.
• Zusätzlich sind Magnetinduktionssekundärkerne 5 und 5' jeweils mit zwei Koppellöchern 6 und 6', die darin gebildet sind, aufgebaut durch Stapeln und Verbinden einer Mehrzahl von dünnen Kernen, die an den Permanentinduktionsprimärkernen 4 bzw. 4' angebracht und befestigt sind, und die Sekundärkerne sind an dem Gehäuse 9 angebracht und befestigt.
• Magnetinduktionstertiärkerne 8 und 8' sind entsprechend in die Koppellöcher 6 und 6' der Magnetinduktionssekundärkerne 5 und 5' so eingeführt, daß sie die Magnetinduktionssekundärkerne 5 und 5' miteinander koppeln.
• Reaktionsspulen 7 und 7' sind in zueinander entgegengesetzte Richtungen um die entsprechenden Magnetinduktionskerne 8 und 8' gewickelt.
• 3 stellt einen Aufbau dar, der aus den Magnetinduktionssekundärkernen 5 und 5', den Magnetinduktionskernen 8 und 8' und den Reaktionsspulen 7 und 7' gebildet ist, wie er in der Richtung senkrecht zu der Drehachse 3 gesehen wird.
• Wie oben erläutert wurde, sind die Richtungen der Wicklungen der Reaktionsspulen 7 und 7' entsprechend zueinander entgegengesetzt um die Magnetinduktionskerne 8 und 8' herum, die die Magnetinduktionssekundärkerne 5 und 5' koppeln.
• Bei dem in Zusammenhang mit 1 bis 3 gezeigten Aufbau drehen sich, wenn sich die Drehachse 3 des Generators dreht, die Permanentmagnetzüge 2 und 2' entsprechend zum Erzeugen von magnetisch empfindlichen Strömen (Elektromagnetisch induzierte Ströme) in den Reaktionsspulen 7 und 7', und der so erzeugte Strom kann zur Benutzung herausgezogen werden.
• Wie in 3 gezeigt ist, sind die Spulen um die Magnetinduktionskerne 8 bzw. 8' in die entgegengesetzten Richtungen in dem Generator der vorliegenden Erfindung gewickelt, und die Richtungen der durch den Fluß der induzierten Ströme erzeugten Magnetfelder sind derart angeordnet, daß der N-Pol und S-Pol abwechselnd um die Drehachse 3 auftreten.
• 4 stellt Magnetfelder dar, die in einem Satz von Magnetinduktionssekundärkernen 5 und 5', Magnetinduktionskernen 8 und 8' und Reaktionsspulen 7 und 7' induziert sind.
• Weiterhin sind die Permanentmagnetzüge 2 und 2' des Rotors so angeordnet, daß sie zueinander auf der linken und rechten Seite entgegengesetzte Pole aufweisen, wie in 2 gezeigt ist, so daß der Fluß des Magnetflusses dargestellt wird. Jeder Rotor weist abwechselnd angeordnete Magnete auf, zum Beispiel sind acht Pole zum Verstärken der Generatoreffektivität vorgesehen.
• Eine detailliertere Beschreibung des Betriebsprinzips wird nun gegeben. Wenn sich der Rotor in 1 einmal dreht, liefern die S- und N-Pole der Permanentmagnete 2 und 2', die an dem Umfang des Rotors angebracht sind, aufeinanderfolgend Magnetfelder an die obigen Induktionsprimärkerne 4, und das Magnetfeld wird folglich in einem Pfad von einer Umlaufbahn des Rotors entlang des Induktionsprimärkerns 4, des Induktionssekundärkerns 5, des Induktionstertiärkerns 6, des Induktionssekundärkerns 5', des Induktionsprimärkerns 4' zu der anderen Umlaufbahn des Rotors geliefert, wie in 2 gezeigt ist.
• Folglich fließt Strom in den Spulen, die durch dieses elektrische Feld beeinflußt sind, zum Erzeugen von elektrischer Leistung.
• 5 stellt eine Art der Verbindung der Magnetreaktionsspulen 7 und 7' dar, die um die Magnetinduktionstertiärkerne 8 und 8' mit acht Polen gewickelt sind.
• Bezug nehmend auf 5 ist gemäß einem Verfahren des Verbindens der Magnetreaktionsspulen 7 und 7' eine Leitung 1a1 der Reaktionsspule 7' (eine herausgezogene Leitung des Drahtes, der um den ersten Magnetinduktionskern 8 gespult ist) mit einer Leitung 1a2' (eine herausgezogene Leitung des Drahtes, der um einen zweiten Magnetinduktionskern 8 gespult ist) verbunden, und dann ist eine Leitung 1a2 (die andere herausgezogene Leitung des Drahtes, der um den zweiten Magnetinduktionskern 8 gespult ist) mit einer Leitung 1a3' verbunden, und folgend sind Leitungen 1a und 1a' aufeinanderfolgend in Zickzackweise verbunden zum Ermöglichen, daß Strom fließt. weiter ist die Reaktionsspule 7 so angeordnet, daß Leitungen, die durch 1b1 dargestellt sind, in Zickzackweise so verbunden sind, daß Leitungen 1b und 1b' aufeinanderfolgend verbunden sind. Auf diese Weise sind Leitungen 1b, 1b' und Leitungen 1a und 1a' der entsprechenden Magnetreaktionsspulen 7 und 7' verbunden. Als Ganzes sind insgesamt vier elektrische Drähte zur Benutzung herausgezogen.
• Obwohl die Zahl der Pole des Rotors als 8 in der obigen Beschreibung beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf solch einen Aufbau begrenzt, und die Erfindung kann ihre Wirkung zeigen, wenn eine kleinere oder größere Zahl von Polen angewendet wird.
• Obwohl der Magnet des Rotors als Permanentmagnet in dem obigen Aufbau beschrieben ist, ist die Erfindung nicht auf solch einen Fall begrenzt, und der Magnet des Rotors kann zum Beispiel ein Elektromagnet sein.
• Zusätzlich kann, obwohl die Beschreibung oben auf den Aufbau eines Drehfeldgenerators angewendet ist, der Generator vom Dreharmaturtyp sein.

Claims (4)

1. Generator mit: einer Drehwelle (3); einem ersten Ring von Magneten (2) mit N- und S-Polen, die aufeinanderfolgend auf einem äußeren Umfang eines ersten Drehkreises (1) um die Drehwelle (3) angeordnet sind; einem zweiten Ring von Magneten (2') mit Magneten, die aufeinanderfolgend auf einem äußeren Umfang eines zweiten Drehkreises (1') um die Drehwelle (3) angeordnet sind, wobei der zweite Drehkreis (1') an einem vorbestimmen Abstand von dem ersten Drehkreis (1) angeordnet ist und die Polaritäten der Magnete des zweiten Ringes von Magneten (2') axial ausgerichtete Magnete des ersten Ringes (2) und des zweiten Ringes (2') entgegengesetzte Polaritäten aufweisen; einer ersten Mehrzahl von ersten Primärkernen für Magnetinduktion (4), die entlang einer ersten äußeren Umfangsoberfläche des ersten Ringes von Magneten (2) an einem vorbestimmten Abstand von der ersten äußeren Umfangsoberfläche befestigt sind; einer ersten Mehrzahl von zweiten Primärkernen für Magnetinduktion (4'), die entlang einer zweiten äußeren Umfangsoberfläche des zweiten Ringes von Magneten (2') an einem vorbestimmten Abstand von der zweiten äußeren Umfangsoberfläche befestigt sind; einer Mehrzahl von Paaren von Verbindungskernen für Magnetinduktion (8, 8'), wobei jedes Paar einen ersten Verbindungskern für Magnetinduktion (8) und einen zweiten Verbindungskern für Magnetinduktion (8') enthält, zum Bilden eines geschlossenen Magnetkreises zwischen axial ausgerichteten ersten und zweiten Primärkernen für Magnetinduktion (4, 4'); ersten Reaktionsspulen (7), die um die entsprechenden ersten Verbindungskerne für Magnetinduktion (8) gewickelt sind; zweiten Reaktionsspulen (7'), die um die entsprechenden zweiten Verbindungskerne für Magnetinduktion (8') gewickelt sind, wobei die Richtung der Wicklung der zweiten entsprechenden Spulen (7') entgegengesetzt zu der der ersten entsprechenden Spulen (7) ist; einer ersten Mehrzahl von Sekundärkernen für Magnetinduktion (5), von denen jeder auf einem entsprechenden radialen äußeren Umfang des ersten und des zweiten Primärkernes für Magnetinduktion (8, 8') vorgesehen ist und jeder ein erstes und ein zweites Verbindungsloch (6, 6') aufweist; und einer ersten Mehrzahl von zweiten Sekundärkernen für Magnetinduktion (5'), von denen jeder auf einem entsprechenden radialen äußeren Umfang des ersten und des zweiten Primärkernes für Magnetinduktion (8, 8') vorgesehen ist und jeder ein drittes und ein viertes Verbindungsloch (6, 6') aufweist, worin der erste Verbindungskern für Magnetinduktion (8) in das erste und dritte Verbindungsloch (6, 6') zum Verbinden des ersten und des zweiten Sekundärkernes für Magnetinduktion (5, 5') eingeführt ist und der zweite Verbindungskern für Magnetinduktion (8') in das zweite und vierte Verbindungsloch (6, 6') zum Verbinden des ersten und des zweiten Sekundärkernes für Magnetinduktion (5, 5') eingeführt ist.
2. Generator nach Anspruch 1, bei dem der erste Ring von Magneten (2) einen Permanentmagnetzug enthält, der entlang des äußeren Umfanges des ersten Drehkreises (1) angeordnet ist, und der zweite Ring von Magneten (2') einen Permanentmagnetzug enthält, der entlang des äußeren Umfanges des zweiten Drehkreises (1') angeordnet ist.
3. Generator nach Anspruch 2, bei dem die erste Mehrzahl von ersten Reaktionsspulen (7), die in Drehrichtung um die Drehachse (3) angeordnet sind, in Zick-Zack-Form verbunden sind und die erste Mehrzahl von zweiten Reaktionsspulen (7'), die in Drehrichtung um die Drehachse (3) angeordnet sind, in Zick-Zack-Form verbunden sind.
4. Generator nach Anspruch 2, bei dem acht der ersten Reaktionsspulen (7), die in Drehrichtung um die Drehwelle (3) angeordnet sind, in Zick-Zack-Form verbunden sind; und acht der zweiten Reaktionsspulen (7'), die in Drehrichtung um die Drehwelle (3) angeordnet sind, in Zick-Zack-Form verbunden sind.