ARRANGEMENT FOR OPERATING PARTS AND ACCESSORIES

Abstract: 1. System for driving moving parts along a track or roadway, in particular a system for driving model or toy vehicles on which the driving power is transmitted contactlessly by the magnetic field generated by the system to at least one permanent magnet serving as a receiver on the moving vehicle, and rotated by the effect of the field, the magnet being magnetized perpendicularly to the rotating shaft so that the magnetic field generated by the system produces a component perpendicular to the rotating shaft of the permanent magnet and that this system is equipped with one or more conductor arrangements tp produce an alternating magnetic field for the purpose of driving the part and, if desired, a steady magnetic field for controlling the part and its internal operations, distinguished in particular by : a field generating arrangement which consists of at least a single rod conductor which follows the route of travel or acts as a rail for a rail vehicle.

Description: Anlage zum Betreiben von Teilen uzid zugehörige Teile 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 seiner Anmeldung EP 80 104 701.0 beschrieben. Sie sind kontaktlos. Ihre Frequenzen liegen bei wenigen Hertz bis zu einigen tausend, die durch Transistor-Prequenz-Genera- toren 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 Ampèrewindungen 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 Seibstinduktion sondern im Gegenteil Wicklungen minimaler Selbstinduktion vorzusehen also " Stäbe " wie es im Elektromaschinenbau und Grosstrafooau heisst wobei sogar die Wickelköpfe entfallen, wie nachstehend beschrieben oder 1/2 Windung, 1 oder 1 1/2 Windungen, jedenfalls wenige Windungen. Die teiterformen und .inordnungen sind beliebig, es können sogar vorhandene 220-Voslt-Leitungen genutzt werden ohne Kontaktgefahr. Deren Streufeld genügt vollauf zum Betreiben. Ganz wesentlich verbilligend ist bei Entfall der " Wickelköpfe " die Möglichkeit flachere hutostrassen in zusammensteckbaren Elementen zu verwenden. Ebenso verbilligend ist die Anwendung von 1-2 Stäben statt der Wicklungen" aus lackierten Leitern, nun z.B. 2mm hlu-Draht ohne Isolation, in die Plastik-Bahnelemente gesteckt oder frei angeordnet. Als Beispiel diene das Gleis einer Modell-Eisenbahn z.B. SpurN. Hier zeigt sich Fortschritt und Verbilligung ganz prägnant durch den Entfall jeglicher Wicklung; Als das ElektrolMagnetfeld verteilende Anordnung wird eine oder ? 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 Piagnet. 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 will. 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 (Eig.5) Hauptkomponenten köru,en nur Rotore mit vertikaler(Fig.4) oder horizontaler (Fig.5) antreiben oder beide die Permanent-FIagnet-Rotore mit einer D r e h a c h s e 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, vernichelt, auf der einen Seite eines Bahnelements angespitzt, auf der anderen Seite mit geschlitztem Röhrchen versehen um ein anderes angespitztes Drahtende aufzunehmen. Auf die Verbilllgung dicker statt lackierter dünner Drähte sei hingewiesen. Natürlich bedarf es keiner Plastik Strassenelemente, man kann Drähte oder zusam.ensteckbare Drahtstücke zu beliebigen Bahnen geformt auf oder unter den Tisch legen, in die Erde eingraben oder im Schwisrbecken versehen. Bei letzteren ist die geringe Betriebsspannung oft von Vorteil. Es bedarf für den Betrieb keiner geschlossenen Bahn, eben nur des Feldes. Die"Leiter" können auch als "Leitplanken", Zäune, Ober leistungen, Telefonleitungen kaschiert sein. Bei Verwendung vorhandene:: Autobahnarten hierzu werden die Leiter in der Bannfläche 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 mussten Kompensations-#ondensatoren, 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 com 9 Genügend Ampèrewindungen lassen sich dagegen d°ch einen " Stab mit mehr Ampere erzielen, die bekanntlich nicht die Selbstinduktion direkt beeinflussen. Die Drehmomente derartiger Antriebe sind von 0 an im ganzen Frequen#bereich konstant. Die übertragbare Leistung steigt proportional der Drehzahl. Das ist bekannt, sei aber Wiederholt, Zwecks Anlauf in d-ie gewünschten Richtungen wird ein sehr kleines Magnetstückchen vorgesehen, welches den Permanent-lBagnet-Rotor im Stillstand in einer Lage hält, dass die Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Feldrichtung durch den Leiter in etwa ist. Zur Bestim;sung der Drehrichtung ist damit im Anlauf eine geringe Gleichstromkomponente zu verwenden, die den Rotor etwas aus seiner Null-Lage stellt. Nur in dieser Richtung kann der Rotor danri 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 gegehenenfalis mit einer eigenen Wicklung versehen als Getriebemotore Verwendung finden. Sonst soll der Planet-Antrieb mit Reibrad, Zahnrad oder Magnetverzahnung bewerkstelligt werden, wäs am Prinzip jedoch nicnts andere. Fig.1 zeigt unter a eine Seite einer Spiel-Autostrasse mit ein elegtem Draht, z.B. Alu 2 # vernickelt unter b mit einer Flachband, wie in der Auto-Elektrik als Stecker für hohe Stromstärken üblich. Fig.2 zeigt im Schnitt, unter a ein Endröhrchen, auf dem Alu-Draht aufgebracht, verlötet, in den der angespitzte Stecker-Draht, darunter gezeichnet, eingeführt werden kann, wieder lösbar. Sie zeit unter b das Flachband, welc:nes, 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, durchflossen 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-Magnat-Rotor durch ferritisches/ferromagneti sches MaterialFgegen des Feld des anderen Leiters. Fig.6 zeigt die Untersetzung durch ein Planet-Umlauf-Getriebe vermittels in demselben umlaufenden Magnet, der durch ein äusseres Feldauf synchroner Drehzahl mit demselben läuft. Der Magnet hat den Durchmesser #. Auf einer Seite trägt z.B. ein Belag1auf, der durch des Durchmesserverhältnis # zu d die Untersetzung bestimmt. Der Magnetrotor ist mit N-S bezeichnet. Das Gehäuseteil 2 und die Lagerung,durch den feststehenden Bügel 3,des Getriebeteils 4 sind mit dem Fahrzeug feststehend verbunden, wohingegen sich der Getriebeteil 4 zugleich cls Rad des Fahrzeug mit verminderter Drehzahl, z.B. im Verhält nis 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 Reib getriebes wird durch Anordnung gesorgt, die nicht Gegenstand der Anmeldung ist. Da auch statt des Reib-Antriebs der Unter setzung eine Verzahnung oder ein " Magnetzahn "- Antrieb vor gesehen sein kann, entfällt die nähere Beschreibung . Natürlich kann auch durch die gepunktete Welle 5, die Leistung von rechts eingeleitet werden, wenn der Magnet-Rotor ausser halb ist und statt des Läufers N-S ein anderer Planet vorge sehen.

Claims: Patentansprüche : 1.Anlage zum Betreiben ortsfester, beweglicher und fahrender Teile und die zugehörigen Teile, insbesondere Anlage zum Betreiben von Spielsachen und Spielfahrzeuge, wobei die Antriebs leistung 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 aufwei#t 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 genutzt werden, als " Leiter " den Strom zu füheen, dessen elektromagnetisches Feld zum Betreiben gebraucht wird. 3.Nach Anspruch 1 + 2 dadurch gekennzeichnet, dass zwecks eindeu tiger Anlaufrichtung ein Magnet in Nähe des Permanentrotors vorgesehen wird, der ihn im Stillstand mit seiner Magnetisierungs richtung etwa senkrecht zu den Feldlinien der Stäbe stellt und dass eine entsprechende Vorspannung mit einem Gleichstromanteil im Versorgungsfeld eine Drehung von z.B. 4F zwecks Anlaufs in dieser Richtung programniert. 4.Nach Anspruch 1+2dadurch gekennzeichnet, dass der Effekt nach Anspruch 3 allein durch eine entsprechende Gleichstrommagneti siebung bewirkt wird.

Inventors: KAISER, HELMUT, DIPL.-ING., KAISER, THOMAS
Applicants: KAISER, HELMUT, DIPL.-ING., KAISER, THOMAS
Application year: 1982
Main classification: A63H18
IPC codes: A63H18