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Dokumentenidentifikation DE102005023927A1 16.05.2007
Titel Elektroantrieb für Kraftfahrzeuge
Anmelder Imris, Pavel, Dr., 17268 Boitzenburger Land, DE
Erfinder Imris, Pavel, Dr., 17268 Boitzenburger Land, DE
DE-Anmeldedatum 24.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005023927
Offenlegungstag 16.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.05.2007
IPC-Hauptklasse B60K 1/00(2006.01)A, F, I, 20070222, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02N 11/00(2006.01)A, L, I, 20070222, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Elektroantrieb für Kraftfahrzeuge, der als ein Aggregat ausgebildet ist, in dem ein Elektromotor 30 mit Scheinleistung kVA betrieben wird, und daß der Elektromotor 30 in Zusammenwirkung mit einem elektrischen Generator 31 und einem Erreger 32 die Scheinleistung kVA in mechanische Wirkleistung kW umwandelt, die zum Antrieb von Kraftfahrzeugen genutzt wird. Das Verhältnis der abgegebenen mechanischen Leistung zur aufgenommenen elektrischen Scheinleistung liegt hauptsächlich bei großen Elektromotoren weit über 93%.

Beschreibung[de]

Der Elektroantrieb für Kraftfahrzeuge ist ein Aggregat, der aus einem neuartigen Elektromotor, aus einem elektrischen Generator und aus einem Anlasser mit Akkumulator besteht. Der neuartige Elektromotor ist in der DE-OS 103 27 221 A1 2005.01.05 sowie in dem DE-GM 203 09 336 U1 und in der europäischen Patentanmeldung EP 1 489 722 A1 beschrieben.

Die erste Neuheit des Elektromotors liegt in der Vorrichtung, die nach den Ansprüchen 3 und 4 in der genannten Offenlegungsschrift wie folgt definiert ist: "Daß die Magnetkernsegmente mit einer Mehrzahl von Polen (S-N) versehen sind und an denen mindestens eine Wicklung aus Bandkondensator angeordnet ist". Dies bedeutet, der Elektromotor hat keine Drahtwicklungen, sondern alle Wicklungen sind aus Bandkondensator, der um alle Magnetpole des Rotors und des Stators gewickelt ist. Der Bandkondensator ist in der DE-OS 199 27 355 A1 als neuartiger Transformator beschrieben. Gemäß der DE-OS 199 27 355 A1 wird das Magnetfeld des Transformators durch Ladungs-Entladungsstrom des Bandkondensators erzeugt.

Die zweite Neuheit des neuartigen Elektromotors liegt in dem Verfahren und zwar, daß der Elektromotor mit wattlosem Strom betrieben wird. Der wattlose Strom, auch Scheinleistung genannt, fließt durch den Bandkondensator in alle Motorwicklungen, wodurch in dem Spalt zwischen Stator und Rotor das treibende Magnetfeld erzeugt wird. Gemäß der physikalischen Grundlage wird der Elektromotor mit beliebiger Nennleistung in Voltampere betrieben. Das geschieht beim Leistungsfaktor cos &phgr;, der gleich Null ist. Der Bandkondensator ist um einen Magnetpol des Elektromotors gewickelt und die Anschlußinduktivität ist sehr niedrig. Die Kapazität ist sehr hoch und der magnetische Strom ist Blindstrom Isin &agr;, d.h., der Leistungsfaktor cos &phgr; ist gleich Null. Gemäß dem Biot-Savartschen Gesetz erzeugt jeder elektrische Strom in einer Spule magnetische Feldstärke. Das geschieht auch in dem Bandkondensator, der im physikalischen Prinzip ein Kondensator ist, dessen elektrische Anschlüsse an beiden Enden des Bandes angeschlossen sind.

Mit den genannten Parametern stellt der Bandkondensator enorme neuartige physikalische Eigenschaften dar, die wiederum enorm wichtige wirtschaftliche Bedeutung haben. Die wirtschaftlichen Vorteile sind erkennbar, sobald man verstanden hat, daß der wattlose elektrische Strom von Scheinleistung kVA in mechanische Wirkleistung kW umgewandelt wird. Im wahren Sinne ist der Elektromotor ein Umwandler von Scheinleistung in Wirkleistung. Bis zur Veröffentlichung des Bandkondensators gemäß der DE-OS 199 27 355 A1 unter dem Titel "Transformator" war der obengenannte physikalische Effekt nicht bekannt. Ferner waren bis zur Veröffentlichung des neuartigen Elektromotors gemäß DE-GM 203 09 336 U1, der mit dem Bandkondensator betrieden wird, auch die enormen wirtschaftlichen Vorteile nicht bekannt. Bis zur Veröffentlichung der obengenannten Schriften war ein solcher Elektromotor im Stand der Technik unbekannt.

Gemäß dem Stand der Technik haben alle Elektromotoren, die mit Drahtwicklungen betrieben werden, nicht die physikalisch-technische Fähigkeit, Scheinleistung kVA in mechanische Wirkleistung kW umzuwandeln. Diese physikalisch-technische Fähigkeit besitzt jedoch der neuartige Elektromotor, dessen gesamte Wicklungen aus Bandkondensator an den Magnetpolen angeordnet sind. Das ist der wirtschaftliche Vorteil des oben zitierten Elektromotors, der in einem wirtschaftlich nutzbaren Aggregat eingegliedert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektroantrieb für Kraftfahrzeuge zu schaffen, der als ein Aggregat aus mehreren Komponenten zusammengestellt wird, wobei die Hauptkomponente ein Elektromotor ist, der in der DE-OS 103 27 221 A1 2005.01.05 beschrieben wurde und zusätzlich aus einem elektrischen Generator und einem Anlasser mit Akkumulator besteht. Die Aufgabe ist mit einem Aggregat der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen. Mit diesem erfindungsgemäßen Elektroantrieb für Kraftfahrzeuge kann man elektrische Scheinleistung kVA als Leistungsaufnahme in mechanische Wirkleistung kW als Leistungsabgabe umwandeln und damit die globale Energieindustrie auf einem neuen physikalischen Grundsatz aufbauen. Zusätzlich werden die globale Energieindustrie und Wirtschaft dadurch mit sauberer Energie versorgt und die Umweltverschmutzung reduziert.

Der hier beschriebene neuartige Elektroantrieb für Kraftfahrzeuge wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Er zeigt schematisch

1 Ein Teil des Elektromotors im Querschnitt mit dem Winkel zwischen der magnetischen Achse des Rotors und des Stators.

2 in Seitenansicht und im Blockschema der Elektroantrieb für Kraftfahrzeuge als einen Aggregat, der aus einem Elektromotor, einem elektrischen Generator sowie aus Erreger und Anlasser und zwei Motoren, die an Kraftfahrzeugrädern angeordnet sind, besteht.

Die hier aufgeführten Symbole bis Symbol 28 sind die gleichen wie in der zitierten Offenlegungsschrift DE-OS 103 27 221 A1 2005 01.05. Die Symbole 29 bis 40 sind lediglich hier in 1 und 2 aufgeführt.

Das Beispiel in 1 zeigt den Winkel &agr; zwischen der magnetischen Achse des Drehfeldes 2 und der magnetischen Achse des Rotors 5. Die resultierende magnetische Kraft, nach dem Prinzip "Gleichartige Magnetpole stoßen sich ab", wirkt am Rotor 4. Die Drehrichtung des Rotors ist mit Pfeil 16 gekennzeichnet. Bei einem solchen Bauformat des Elektromotors steuert das Steuergerät 21, 2 den Wechselstrom im Stator so, daß nur gleichartige Magnetpole N-N, S-S gegeneinander wirken. 1 veranschaulicht, der Rotorpol 5 verläßt gerade die magnetische Achse, die mit dem Symbol &agr; 0 gekannzeichnet ist. In Position &agr; 0,5 ist das Magnetfeld des Stators 2 ausgeschaltet. In Position &agr; 1 ist das Magnetfeld des Stators 2 wieder eingeschaltet und zwar wieder so, daß gleichartige Magnetpole N-N, S-S gegeneinander wirken. Dieses Schalten-Ausschalten erfolgt durch das Steuergerät 21. In der oben zitierten Offenlegungsschrift ist jenes Bauformat des Elektromotors im Abschnitt 0033 beschrieben. Die Bandkondensatorwicklungen 6 des Stators 2 und die Bandkondensatorwicklungen 7 des Rotors 5 sind elektrisch so eingeschaltet, daß das Magnetfeld des Stators gegen das Magnetfeld des Rotors gerichtet ist. Dies gilt für jede halbe Periode des Wechselstromes.

Es ist von besonderer Wichtigkeit, daß man die physikalische Grundlage, welche in 1 veranschaulicht ist, gut versteht. Es sind die Bandkondensatoren 5 und 6, die diese Neuheit des Elektromotors ausmachen.

Durch die Wicklungen 6 am Stator und durch die Wicklungen am Rotor 5 fließt Wechselstrom, der mit Gleichung [1] definiert ist:

I
= maximaler Strom, der durch den Bandkondensator fließt
V
= Spannung
&pgr;
= Ludolfsche Zahl
Hz
= Frequenz
C
= Kapazität

Der kapazitive Widerstand XC für hohe Frequenzen und große Kapazität ist sehr klein und wird mittels Gleichung [2] definiert:

Es muß betont werden, dieser kapazitive Widerstand XC entzieht dem Stromkreis keine Energie. Es handelt sich um einem wattlosen Strom, der auch Blindstrom genannt wird und gemäß Gleichung [1] durch den Bandkondensator fließt.

Nach dem Biot-Savartschen Gesetz erzielt der mittels Gleichung [1] definierte Strom magnetische Feldstärke. Gleichung [3] definiert diese Feldstärke H:

I
= Strom definiert in Gleichung 1
N
= Windungszahl der Spule 5 oder 6
l
= Länge der Spule

Im technischen Sinne ist die magnetische Feldstärke ein Produkt der bekannten Stromwindungszahl I·N.

An den Anschlußklemmen der Spulen 5 und 6 wird Spannung angelegt. Bei Betrieb des Elektromotors bleibt diese Spannung unverändert und mit dem Kondensatorstrom wird die Scheinleistung erzeugt. In Tabelle 1 sind numerische Daten des Bandkondensatorstromes mit dem Symbol A gekennzeichnet bei verschiedener Kapazität C und bei verschiedenen Frequenzen Hz aufgeführt. Die Anschlußspannung für alle Daten in Tabelle 1 beträgt 220 V. Die Phasenverschiebung zwischen dem Strom, der durch Bandkondensator 5 und 6 fließt und der Anschlußspannung beträgt 90°, das bedeutet, der Leistungsfaktor cos &phgr; = 0 und, daß die Bandkondensatorspulen 5, 6 mit Scheinleistung betrieben werden. Dies geschieht entsprechend der bekannten physikalischen Regel: "Im rein kapazitiven Widerstand eilt der Strom der Spannung um eine Viertelperiode voraus".

Gemäß dem Biot-Savartschen Gesetz und gemäß der Erfindung wird die Scheinleistung in Wirkleistung umgewandelt. Die mechanische Wirkleistung kW wird an die Motorwelle 29 übertragen. Tabelle 2 zeigt numerische Daten dieser Umwandlung, zuerst für den Elektromotor mit zwei Bandkondensatoren 5, 6 wie dargestellt im Beispiel in 1. Ferner zeigt Tabelle 2 Daten für den Elektromotor mit achtundvierzig Bandkondensatoren. Ein derartiges Bauformat des Elektromotors hat an jedem Rotorsegment sechs Spulen in einer Reihe. Das ist in 4 der zitierten Offenlegungsschrift veranschaulicht. An jedem Segment des Stators sind ebenfalls sechs Bandkondensatoren angeordnet. 4 veranschaulicht auch diese Schaltung. Tabelle 2 zeigt alle relevanten Meßdaten, wobei das Verhältnis der abgegebenen mechanischen Wirkleistung kW zur aufgenommenen elektrischen Scheinleistung kVA der wichtigste Parameter ist.

Selbsverständlich kann der neuartige Elektromotor auch mit ungleichartigen Magnetpolen betrieben werden und zwar, wenn zwischen Winkel &agr; 0,5 bis &agr; 1 in 1 die Bandkondensatoren 5 und 6 dementsprechend elektrisch angeschlossen werden. Beim Winkel &agr; 0,5 ist der Leistungsfaktor cos &phgr; = 0,02 und beim Winkel &agr; 1 ist cos &phgr; = 0,30.

Die hier beschriebene physikalische Neuheit kann man dann wirtschaftlich nutzen, wenn der Elektromotor zusammen mit Hilfsmaschinen in einem Aggregat angeschlossen ist. 2 zeigt ein Beispiel, in dem der Elektromotor 30 mittels einer Welle 29 mit einem elektrischen Generator 31 und einem Erreger 32 für Feldmagnete sowie mit einem Anlasser 33 betrieben wird. Der elektrische Generator 31 ist im Stand der Technik wohlbekannt und dessen Wicklungen bestehen aus Kupferdraht. Die Nennleistung VA des elektrischen Generators 31 muß der Scheinleistung des Elektromotors 30 entsprechen. Durch den elektrischen Anschluß 20 und 17 fließt der Blindstrom in den Rotor des Elektromotors 30. Ferner fließt der Blindstrom durch Leitung 20 und Steuergerät 21 in den Stator des Elektromotors 30. Über den elektrischen Anschluß 35 liefert der Erreger 33 Strom für die Feldmagnete im Generator 31. Der Erregerstrom kann auch nach dem Siemensschaltkreis für den Erreger erzeugt werden. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, liefert der bekannte Anlasser 33 mit Kupplung 34 und Batterie 40 die Startenergie für den gesamten Aggregat. Über die elektrischen Anschlüsse 36 und 37 sowie 38 liefert der Generator 31 die elektrische Leistung für die Elektromotoren B und D, die an den Rädern des Kraftfahrzeuges angeordnet sind. Mittels Anschluß 39 kann man weitere Elektromotoren betreiben. Die mechanische Wirkleistung wird mit Belastung an der Welle 29 gemessen.

Der Aggregat in 2 ist überall dort anwendbar, wo elektrische Energie zu nutzen ist. Zum Beispiel ist ein Aggregat zwischen 20 kW und 60 kW im Privathaushalt von enormer wirtschaftlicher Bedeutung. Ein Aggregat mit 1.000 kW und mehr, im Bereich von Megawatt, ist in der Industrie einsetzbar und verbessert die wirtschaftliche Bilanz eines jeden Betriebes auf dieser Welt. Gemäß der Erfindung handelt es sich um einen wirtschaftlichen Energieumwandler, der völlig saubere Energie liefert, was für das Weltklima von enormer Bedeutung ist.


Anspruch[de]
Ein Elektroantrieb für Kraftfahrzeuge, der aus einem Elektromotor mit einer Mehrzahl von Magnetpolen und Bandkondensatorwicklungen und aus einem Rotor mit einer Mehrzahl von Magnetpolen und Bandkondensatorwicklungenbesteht, dadurch gekennzeichnet, daß an der verlängerten Elektromotorwelle (29) mindestens ein elektrischer Generator (31) und mindestens ein Erreger (32) für Feldmagnete und ein abkoppelbarer Anlasser (33) angeordnet sind. Elektroantrieb für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor des Elektromotors (30) über die elektrischen Anschlüsse (20) und (17) mit dem elektrischen Generator (30) verbunden und der Stator des Elektromotors (30) durch den elektrischen Anschluß (20) mit dem elektrischen Generator (31) verbunden ist. Elektroantrieb für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlasser (33) mit Batterie (40) mittels der abkoppelbaren Kupplung (34) an der Aggregatgesamtwelle (29) angeordnet ist. Elektroantrieb für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß durch den elektrischen Anschluß (36) oder (37) mindestens ein Elektroantriebsmotor (B) verbunden und an den Rädern eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Elektroantrieb für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß durch den elektrischen Anschluß (39) jedes energienutzende Gerät angeschlossen werden kann.






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