EP0091971A1 - Anlage zum Betreiben von Teilen und zugehörige Teile - Google Patents

Abstract

In Weiterentwicklung der Anmeldung EP 80104701.0 betrifft die Übertragung von Antrieb und/oder Lenkung durch elektromagnetische Streufelder auf drehbare Permanentmagnete die Verwendung von Stäben statt Spulen als elektrische Leiter, von denen die elektromagnetischen Felder ausgehen. Damit wird der anwendbare Frequenzbereich höher erstreckt. Es wird möglich mit einem Leiterdraht pro Straßenstück zu arbeiten. Die höheren Frequenzen gestatten höhere Leistungsübertragungen oder die Verwendung geringer Ströme.

Als Untersetzungen sind zwei «Planetgetriebe» beschrieben, bei denen der Empfangsmagnet als Planet im Getriebe rotieren kann.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anlage mit ortsfesten, beweglichen und fahrenden Teilen, die von genügender , elektromagnetisch erzeugter Feldstärke erreicht werden, um Antriebe und/oder Steuerungen zu bewirken.
• Solche Streufeld-Lenkungen und -Antriebe mittels synchron rotierender Permanent-Magnet-Wellen sind in meiner Anmeldung EP 80 104 701.0 beschrieben. Sie sind kontaktlos. Ihre Frequenzen liegen bei wenigen Hertz bis zu einigen tausend, die durch Transistor-Frequenz-Generatoren stetig veränderlich erzeugt werden, mit vorzugsweise automatisch geregeltem Frequenzanstiegs-Gradienten.
• Die Synchron-Drehzahlen, die beim direkten Abwälzen vom Permanent- Magnet-Rollen auf der Bahn zu praktisch unverwendbar hohen Geschwindigkeiten führen könnten werden vorteilhafterweise untersetzt. Dadurch ergeben sich bekanntlich höhere Drehmomente oder weniger Bedarf an Amperewindungen und im Quadrat weniger Leistungsbedarf.
• Zur Untersetzung imBereich von etwa 1:100 sind vorzüglich die in Fig. 6 und 7 gezeigten Planetumlauf-Getriebe geeignet,wobei der Antriebsmagnet als Planetrad umlaufen kann, also ohne Leistungseinfürung durch Welle von außen. Das Getriebegehäuse kann zugleich Schutz und Rad sein. Erfindungsgemäß sind zur Erzeugung des Elektro-Magnetfeldes nicht
• nur "Spulen" mit vielen Windungen und damit höherer Selbstinduktion sondern im Gegenteil Wicklungen minimaler Selbstinduktion vorzusehen also " Stäbe " wie es im Elektromaschinenbau und Großtrafobau heißt wobei sogar die Wickelköpfe entfallen, wie nachstehend beschrieben oder 1/2 Windung, 1 oder 1 1/2 Windungen, jedenfalls wenige Windungen. Die Leiterformen und Anordnungen sind beliebig, es können sogar vorhandene 220-Volt-Leitungen genutzt werden ohne Kontaktgefahr. Deren Streufeld genügt vollauf zum Betreiben.
• Ganz wesentlich verbilligend ist bei Entfall der " Wickelköpfe " die. Möglichkeit flachere Autostraßen in zusammensteckbaren Elementen zu verwenden. Ebenso verbilligend ist die Anwendung von 1-2 Stäben statt der "Wicklungen" aus lackierten Leitern, nun z.B. 2mm Alu-Draht ohne Isolation, in die Plastik-Bahnelemente gesteckt oder frei angeordnet.
• Als Beispiel diene das Gleis einer Modell-Eisenbahn z.B. Spur N. Hier zeigt sich Fortschritt und Verbilligung ganz prägnant durch den Entfall jeglicher Wicklung. Als das Elektro-Magnetfeld verteilende Anordnung wird eine oder 2 Schienen benutzt, die oben " Stäbe " benannt waren. Mit einem Aufwand von 0,30 DM läuft ein Wagen mit 3,35 Km/h bei 50 Hz z.B. So wenig kostet der Magnet.
• Hierbei wird durch eine Schiene 4 Amp. bei 0,5 Volt für 10 Meter Bahnlänge geleitet ( 2 Watt ). Der übliche Eisenbahnbetrieb wird nicht gestört. Durch die 2.Schiene kann man eine andere Frequenz leiten für einen 3.Zug. Dabei ist sinnvollerweise eine geringe Abschirmung des Magnetrotors gegen die andere Feldverteilung der anderen Schiene vorzunehmen, wenn vollständiger entkoppelt wird. Auch können oei z.B. gleicher Frequenz in beiden Schienen diese so gespeist werden, daß die Ströme in gleicher Richtung oder in entgegengesetzter Richtung fließen, wobei sich Felder gemäß Fig.4 und 5. ergeben. Deren horizontale(Fig.4.) oder vertikale (Fig.5) Hauptkomponenten können nur Rotore mit vertikaler(Fig.4) oder horizontaler (Fig.5) antreiben oder beide die Permanent-Magnet-Rotore mit einer Drehachse in Fahrt = Stabrichtung.
• Für Steuerfunktionen durch zusätzliche Verwendung von Gleichstromanteilen ergeben sich wegen der Polaritäten doppelt soviele Steuermöglichkeiten.
• Für eine Autostraße gilt das gleiche. Ein oder zwei Stäbe werden rechts oder links der Fahrbahn angeordnet oder auch mehrere dazwischen bzw. unmittelbar daneben für andere Frequenzkreise. Mit Vorzug dienen hier Aluminiumdrähte z.B.2 mm Durchmesser, vernickelt, auf der einen Seite eines Bahnelements angespitzt, auf der anderen Seite mit geschlitztem Röhrchen versehen um ein anderes angespitztes Drahtende aufzunehmen. Auf die Verbilligung dicker statt lackierter dünner Drähte sei hingewiesen. Natürlich bedarf es keiner Plastikstraßenelemente, man kann Drähte oder zusam.:iensteckbare Drahtstücke zu beliebigen Bahnen geformt auf oder unter den Tisch legen, in die Erde eingraben oder im Schwimmbecken versenden. Bei letzteren ist die geringe Betriebsspannung oft von Vorteil.
• Es bedarf für den Betrieb keiner geschloßenen Bahn, eben nur des Feldes. Die"Leiter" könnnen auch als "Leitplanken", Zäune, Oberleitungen, Telefonleitungen kaschiert sein. Bei Verwendung vorhandene:: Autobahnarten hierzu werden die Leiter in der Bahnfläche störungsfrei benutzt wie bei der Eisenbahn beschrieben. Es wird erinnert, daß diese Antriebe für kleinste Fahrzeuge geeignet sind.
• Der ganz wesentliche Vorteil dieser Anmeldung zeigt sich in der geringen Selbstinduktion von " Stäben ". Bei den höheren Frequenzen dieser Anwendung müßten Kompensations-Kondensatoren, zudem mit der Frequenz umschaltbar angewendet werden.
• Bei Spulen mit vielen Windungen gegebenen Leitervolumens bringen Änderungen der Windungszahl und des Querschnitts nicht viel, da die Zeitkonstante gleich bleibt, und damit der cos α.
• Genügend Amperewindungen lassen sich dagegen durch einen " Stab " mit mehr Ampere erzielen, die bekanntlich nicht die Selbstinduktion direkt beeinflussen.
• Die Drehmomente derartiger Antriebe sind von 0 an im ganzen Frequenzbereich konstant. Die übertragbare Leistung steigt proportional der Drehzahl. Das ist bekannt, sei aber Wiederholt.
• Zwecks Anlauf in die gewünschten Richtungen wird ein sehr kleines Magnetstückchen vorgesehen, welches den Permanent-Magnet-Rotor im Stillstand in einer Lage hält, daß die Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Feldrichtung durch den Leiter in etwa ist.
• Zur Bestimmung der Drehrichtung ist darm im Anlauf eine geringe Gleichstromkomponente zu verwenden, die den Rotor etwas aus seiner Null-Lage stellt. Nur in dieser Richtung kann der Rotor dann anlaufen.
• Die Seite 1, Zeile 16 erwähnten Untersetzungsgetriebe mit den Permanentmagnetrotoren, entweder im Gehäuse oder in Fig.7 gestrichel elt gezeichnet mit Antrieb eines Zahn- oder Reibrades an Stelle des Magnetrotors N-S im Inneren können natürlich auch ortsfest und gegehenenfalls mit einer eigenen Wicklung versehen als Getriebemotore Verwendung finden.
• Sonst soll der Planet-Antrieb mit Reibrad, Zahnrad oder Magnetverzahnung bewerkstelligt werden, was am Prinzip jedoch nicnts ändert.
• Fig. 1 zeigt unter a eine Seite einer Spiel-Autostraβe mit ein-
  
  Draht, z.b. Alu 2 Ø yernickelt unter b mit einem Plachband, wie in der Auto-Electricals Stecker für hohe Stromstärken üblich.
• Fig. 2 zeigt in Schnitt, unter a ein Endröhrchen, auf den Alu-draht aufgebrachr, Verlötet, in den der angespitzte Stecker-Draht, darunter gezeichret, eingeführt werden kann, wieder lösbar. Sie zeigt unter b das Flachband, welches, wie in der Auto-Elektrik üblich, in einer, darunter gezeichneten Doppelkontakt-Steckbuchse Kontakt macht, wieder lösbar.
• Fig.3 zeigt das Magnetfeld um 2 Drähte, die gleichsinnig von einem Strom einer Frequenz ohne Phasenverschiebung gegeneinander, durchflassen werden. Ein Magnet-Rotor, der davon angetrieben werden kann und seine Drehachse sind eingezeichnet.
• Fig.4 zeigt entsprechendes, wenn die Ströme entgegengesetzt sind.
• Fig.5 zeigt schematisch die Abschirmung eines Leiter-Feldes gegen den Permanent-Magne-Rotor durch ferritisches/ferromagnetisches Material gegen das Feld des anderen Leiters.
• Fig.6 die Untersetzung durch ein Planet-Umlauf-Getriebe vermittels in demselben umlaufenden Magnet, der durch ein äueres Peldauf synchroner Drehzahl mit demselben läuft. Der Magnet hat den Durchmesser δ. Auf einer Seite trägt z.B. ein auf der durch das Durchmesserverhältnis δ zu d die Untersetzung bestimmt. Der Magnetrotor ist mit N-S bezeichnet. Das Gehäuseteil 2 und die Lagerungdurch den feststehenden Pügel 3, des Getriebeteils 4 sind mit dem Fahrzeug feststeherd verbunden, wohingegen sich der Getriebeteil 4 zugleich als Rad des Fahrzeugs mit verminderter Drehzahl, z.B. im Verhältnis 1:100 dreht.
• Fig.7 zeigt eine eigentliche Planet-Funktion, wobei die Masse des mit hoher Drehzahl umlaufenden (Planet)-Magnets, durch die Gegenmasse G ausgeglichen ist. Für den Andruck eines Reibgetriebes wird durch Anordnung gesorgt, die nicht Gegenstand der Anmeldung ist. Da auch statt des Reib-Antriebs der Untersetzung eine Verzahnung oder ein " Magnetzahn "- Antrieb vorgesehen sein kann, entfällt die nähere Beschreibung. Natürlich kann auch durch die gepunktete Welle 5, die Leistung von rechts eingeleitet werden, wenn der Magnet-Potor außerhalb ist und statt des Läufers N-S ein anderer Planet vorgesehen.

Claims (4)

1.Anlage zum Betreiben ortsfester, beweglicher und fahrender Teile und die zugehörigen Teile, insbesondere Anlage zum Betreiben von Spielsachen und Spielfahrzeuge, wobei die Antriebsleistung durch ein von der Anlage erzeugtes elektromagnetisches Feld kontaktlos auf mindestens einen, als Empfangsorgan dienenden, sich unter Feldeinfluß drehenden Permanentmagnet des Teiles übertragen wird, der rad- oder wellenförmig ist, im Rad- oder Wellendurchmesser magnetisiert ist, daß das durch . die Anlage erzeugte Magnetfeld eine senkrechte Komponente zur Drehachse des bzw.der Permanentmagnete aufweist und daß diese Anlage mit einer oder mehreren Wicklungen zur Erzeugung und Verteilung eines Wechselmagnetfeldes zwecks Beförderung des Teiles und/oder eines Gleichmagnetfeldes zwecks Steuerung des Teiles und von Vorgängen in ihm versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß :

die Wicklung aus beliebigen Leiterformen und Anordnungen besteht, z.B. aus " Stab " oder " Stäben " ohne Wickelkopf oder aus einer halben, einer, einundeinhalb oder allgemein wenigen Windungen bzw. Teilen von Windungen aus Draht-oder Profilleitern in Form von evtl. zusammensteckbaren Geraden, Bogen, Kreisen und sonstigen Bahnkonfigurationen.

2.Nach Anspruch 1, Anlage dadurch gekennzeichnet, daß eine Schiene oder mehrere einer Eisenbahnanlage bzw. Leitereinlagen einer üblichen Autobahn dazu aenutzt werden, als " Leiter " den Strom zu führen, dessen elektromagnetisches Feld zum Betreieb gebraucht wird.

3.Nach Anspruch 1 + 2 dadurch gekennzeichnet, daß zwecks eindeutiger Anlaufrichtung ein Magnet in Nähe des Permanentrotors vorgesehen wird, der ihn im Stillstand mit seiner Kagnetisierungs richtung etwa senkrecht zu den Feldlinien der Stäbe stellt und daß eine entsprechende Vorspannung mit einem Gleichstromanteil im Versorgungsfeld eine Drehung von z.B. 45° zwecks Anlaufs in dieser Richtung programmiert.

4.Nach Anspruch 1-2dadurch gekennzeichnet, daß der Effekt nach Anspruch 3 allein durch eine entsprechende Gleichstrommagnetisierung bewirkt wird.

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