Schwimmender Gleichstrommotor - Raumschiffkonzept des Projekt

DER SCHWIMMENDE
GLEICHSTROMMOTOR
Zusammenfassung
Zur Unterstützung der benötigten ausdauernden
und wartungsfreien elektrischen Antriebe des
Proejekt
Innovation zur Langlebigkeit
elektrischer Motoren
Spaceship
wurde
ein
Elektromotor
entworfen, der ohne mechanische Abnutzung und
auf einfachsten elektronischen Komonenten basiert.
Auf Gund der Einfachheit des Antriebes wurde dieser
nicht Patentrechtlich geschützt. Dem Gedanken der
allgemeinen
Wissenschaftsförderung
folgend
können alle Informationen über diese Lagerung- und
Antriebsart frei aus der Projekt Spaceship Webseite
heruntergeladen
und
für
eigene
nicht
profitbasierten Zwecke verwendet werden.
Der
Motor
stellt
ein
einfaches
elektrisches
Wechselfeld in seinem Inneren bereit, das den eine
fortlaufenden Antrieb einer Motorwelle genutzt
wird.
Zusätzlich
verwendet
dieser
eine
auf
magnetischen und hydraulischen Kräften basierende
Lagerung.
Da
in
der
vorliegenden
Version
keine
Starthilfeeinrichtungen vorhanden sind, kann der
Motor in beiden Drehrichtungen betrieben werden.
Die jeweilige Drehrichtung wird nach Anlaufen durch
die Schwungmasse des Lagerungsfluides weiter
Prototyp des 'Schwimmenden Gleichstrommotors'
fortgeführt.
Zielgruppe des Produktes
Dieses Produkt richtet sich in erster Linie an private
Forschungsinteressierte.
Ferner dürfte das Patent auch für staatliche oder
lokale wissenschaftliche Instituionen interessant
sein, für welche sich der Einsatz des Motors auf
Grund
seiner
möglichen
Langlebigkeit
Wartungsfreiheit anbietet.
Aktuelle Bestandteile
Zu diesem Motor wurden entwickelt:
- Prototyp
Mobil: +49 8165 9 82 25 82
E-Mail: [email protected]
Homepage: www.Projekt-Spaceship.de
- Konstruktionspläne
und
Schwimmender Gleichstrommotor
gewickelte Motorstator komplett vergossen sein.
Auch die Lagermagnete arbeiten verschleißfrei
Vorteile des schwimmenden
Gleichstrommotors
verdeckt unter einer Kunststoffschicht.
Neben der beschriebenen Wandlung elektrischer
Energie in eine mechanische Drehbewegung wurde
bei der Konstruktion vor allem auf Wartungsfreiheit
und Langlebigkeit geachtet.
Als Betriebsstoff wird zusätzlich zum Betriebsstrom
lediglich Wasser benötigt, welches für die Lagerung
des Motors benötigt wird. Hierfür sind an den
Lagergehäusen Überlaufschwellen vorgesehen, die
das benötigte Flüssigkeitsniveau automatisch halten.
Die Lagerungsflüssigkeit wird über Leitungen in
tropfendem
Zufluss
Lagerbehälter
absteigend
geleitet
und
durch
ersetzt
alle
dadurch
verdunstete Anteile.
Ein besonderer Aspekt der Erfindung ist die
Verwendung
von
Achsschwimmern
und
zentrierenden Magneten, welche eine berührungs-
Gekapselter Stator
und verschleißfreie Lagerung bieten, die ohne
elektronische
Bestandteile
auskommt.
Die elektronischen Bauteile bestehend aus zwei
Leistungstransistoren, zwei Folienkondensatoren
sowie zwei Widerständen wurden basierend auf
Vorversuchen ausgewählt, um deren mögliche
Langlebigkeit
sicherzustellen.
ist
entsprechend
Einsatzdauer
lange
Hydromagnetische Lagerung des Prototyps
Alleinig das Füllniveau der Lagergehäuse regelt das
Zusammenspiel
aller
Lagerungs-
komponenten.
Da alle Bestandteile vollständig gekapselt oder
vergossen werden können, ist eine korrosive
Reaktion
mit
ausgeschlossen.
dem
So
eingesetzten
kann
Wasser
beispielsweise
optimalen
Umgebungsbedingungen
Komponenten möglich.
magnetische
Unter
der
2
dadurch
eine
aller
Schwimmender Gleichstrommotor
Die vorliegende Modellzeichnung entspricht in
ihrem Maßstab einem 6 V Kleinmotor, welcher mit
Aktueller Entwicklungsstand
und Ausblick
einem Gewicht von ca. 200 g und einem Gehäusedurchmesser von 7 cm eine mögliche verkleinerte
Form darstellt.
Zum Motor
besteht ein Prototyp, der
die
Funktionsweise veranschaulicht. Ferner wurden alle
Funktionen in möglichst kompakter Form in diesen
integriert,
welcher
die
mechanische
Leistungsfähigkeit des Systems demonstriert.
Die
aus
den
Erfahrungen
Vorversuchen
wurden
resultierenden
ferner
in
einen
Konstruktionsplan eingearbeitet, der ein mögliches
Produktionsmodell
darstellt.
Hierbei
wurde
zusätzlich darauf geachtet, die Produktionskosten
niedrig zu halten, denn die Gehäuseteile lassen sich
leicht im Kunststoffspritzgussverfahren herstellen.
Weitere
Komponenten
wie
Neodymmagnete,
Schaltung der Antriebselektronik
elektronische Bauteile sowie einen Statorkern aus
Edelstahl können als fertige Bestandteile in großer
Die ausgeführten Forschungen zur Elektronik
Stückzahl extern erworben werden.
betrachteten die einfachst mögliche Schaltung, die
Diese finale Konstruktion ist als ganzes skalierbar,
einen abwechselnden Strom auf jeweils zwei Spulen
sodass beliebig große Motoren gebaut werden
des Stators gibt, welche ein wechselndes Magnetfeld
können,
um den Rotormageneten erzeugen.
indem
die
Komponenten
in
entsprechender Größe ausgelegt werden.
Konstruktionsmodell eines Gleichstrommotors mit
hydromagnetischer Lagerung
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Schwimmender Gleichstrommotor
Verwendungszwecke mit gleicher andauernder
Belastung verwendbar.
Allgemeine Betriebsbedingungen
Zuführung von Lagerungsflüssgkeit
Verwendung der elektronischen Schaltung
Da die Lagerflüssigkeit sich durch Verdunstung oder
Der Betrieb der eletronischen Schaltung ist generell
ggf.
unkompliziert
die
fortlaufend zu ersetzen. Dabei ist die Einhaltung des
Bausteine
Flüssigkeitsspiegels entscheidend, der die radialen
und
Betriebsbedingungen
es
müssen
der
lediglich
einzelnen
Überlaufen
reduzieren
kann,
ist
diese
eingehalten werden.
Zentriermagnete in Position hält.
Jedoch wird beim Aufbau der Schaltung empfohlen
Sofern die lokale Installation dies zulässt, ist ein
genau auf die Belegung der Anschlüsse der IRF40
kontinuierlicher Zulauf der Flüssigkeit vorzusehen.
Leistungstransistoren zu achten, da diese bei
Da der Flüssigkeitsverlust in der Regel gering ausfällt,
falscher Beschaltung schnell zerstört werden
kann hier ein tropfender Zulauf ausreichend sein.
können.
Überschüssige
Auch
die
Kondensatoren,
welche
Lagerflüssgkeit
wird
nach
idealerweise als Folienkondensatoren ausgeüfhrt
Durchlaufen der beiden Lagerungskammern nach
werden, unterliegen bei zu geringer Spannung
unten abgegeben.
erhöhter
Beanspruchung,
da
die
Schaltgeschwindigkeit mit sinkender Spannung
Vertikale
Ausrichtung
des
zunimmt.
Gravitationsverhältnisse
Die zwei Drehpotentiale wurden eingefügt, um bei
Die Flüssigkeitslagerung des Motors benötigt eine
testweise geänderten Spannungen die idealen
vertikale
Wechselrythmus des Magnetfeldes einzustellen. Bei
Lagerflüssigkeit gleichmässig in den Lagerbehältern
einem Motor, der fest zu einem Zweck konstruiert
verteilen kann, und so einen vertikalen Auftrieb der
wird, können diese ggf. entfallen und nur der Wert
Lagerschwimmer sicherstellt.
der beiden Festwiderstände ist entsprechend
Basierend auf den aktuellen Forschungen zur
anzupassen.
diagonalen hydromagnetischen Lagerung wäre eine
Achsausrichtung,
Motors
sodass
sich
und
die
Anordnung der Motorachse mit 45° Neigung generell
denkbar.
Wechselrythmus des Magnetfeldes
Der
erforderliche
Stromumschaltung
Wechselrythmus
und
damit
der
der
Drehgeschwindigkeit des Motors ist anzupassen an
die Dimensionierung der magnetohydraulischen
Lager, dem Rotorgewicht sowie der geplanten
Motorlast.
Ein idealer Wechselrythmus ist gegeben, wenn der
Rotor eine halbe Umdrehung bis zum Wechsel des
Magnetfeldes erreichen kann.
Ist der Wechselrythmus zu hoch oder zu gering, wird
der fortlaufende Antrieb gestört oder auch
unterbrochen.
Durch diese Eigenschaft ist der schwimmende
Gleichstrommotor in dieser Form idealerweise für
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Schwimmender Gleichstrommotor
einen langfristigen Einsatz an entlegenen Orten
Nutzen des Produktes
sowie in der Raumfahrt besonders geeignet.
In Kombination mit einem Lebenserhaltungssystem
kann
der
schwimmende
Dauereinsatz in Natur, Forschung und Raumfahrt
mechanische
Da die hydromagnetische Lagerung des Produktes
beispielsweise die Luftventilation.
keiner Abnutzung unterliegt und keine laufende
Nicht zuletzt ist der Motor dadurch auch für die
Schmierung und Wartung benötigt wird, ist diese für
Forschungswelche
im
Aufgaben
Gleichstrommotor
und
übernehmen,
Raumfahrtindustrie
Rahmen
einer
wie
nutzbar,
repräsentativen
Beteiligung in diesem Bereich durchaus interessant
ist.
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Schwimmender Gleichstrommotor
Technische Daten
Messdaten 6 V Prototyp
- Spannung:
- Stromaufnahme im Leerlauf:
6 V
0,13 A
- Drehzahl:
87 UpM
- Höhe:
78 mm
- Durchmesser:
70 mm
- Gewicht Rotor:
20 g
- Gewicht Stator (ohne Flüssigkeit):
175 g
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