FLYWHEEL ENERGY ACCUMULATOR

Abstract: 1. A flywheel energy accumulator, in particular for a motor vehicle, in which a rotatable flywheel mounted on a vertical shaft (9) on the one hand can be detachably coupled to a driving device and on the other hand cooperates with a driven device, and a flywheel mounting is provided which comprises ball or roller bearings (13) for the radial mounting, and in which an axial magnetic mounting of a magnetic ring structure (6) rotatable with the shaft (9) is provided on a further horizontal magnetic ring structure (2) arranged concentrically thereto, characterized in that the flywheel is formed by the rotatable magnetic ring structure (6) and a spacer member (8) disposed between the latter and the shaft (9), the internal diameter of the magnetic ring structure (2) is distinctly larger than the external diameter of the rotatable magnetic ring structure (6), and both magnetic ring structures are magnetized in opposite directions, the rotatable magnetic ring structure (6) being arranged suspended with a substantial portion of its height above the horizontal magnetic ring structure (2).

Description: Titel: Schwungrad-Energiespeicher Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Schwungrad.-Energiespeicher* bei dem ein auf einer vertikalen Welle sitzendes drehbares Schwungrad einerseits mit einer Antriebseinrichtung lesbar kuppelbar ist und andererseits. mit einer Abtriebseinrichtung zusammenwirkt und eine Lagerung des Schwungrades vorgesehen ist. Ein bekannter (Zeitung ¯Die Welt" vom 5.4.1980) Schwungrad-Energiespeicher dieser Art ist im Antrieb eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Ein Elektromotor versetzt das Schwungrad in hochtourige Drehung, das mit seiner Bewegungseliergie einen elektrischen Generator treibt. Wenn das schwere Schwungrad fest auf der Welle sitzt und diese beiderends gelagert ist, so hat das untere Lager das Gewicht des Schwungrades aufzunehmen. Da die Reibungsverluste entsprechend hoch sind, geht ein grosser Teil der Bewegungsenergie des Schwungrades durch Reibungswärme verloren. Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schwungrad-#nergiespeicher der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Ausnutzungsgrad der gespeicherten Bewegungsenergie verbessert ist, indem die Lagerung des Schwungrades durch Minderung der Reibungsverluste mit einfachen Mitteln verbessert ist. Die Erfindung ist, diese Aufgabe ldsend, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad als Magnetringgebilde und zwischen diesem und der Welle befindliches DistanzstUck ausgebildet ist und eine magnetische Lagerung des drehbaren Magnetringgebildes an einem dazu konzentrisch angeordneten-.eiteren liegenden Magnetringgebilde vorgesehen ist. Das Schwungrad schwebt sozusagen gegenUber dem weiterEn Magnetringgebilde und die mechan4Fche Lagerung hat im wesentlichen nur noch radiale Kräfte raufzunehmen, da sie bezüglich nach unten gerichteter Kräfte entlastet ist. Durch die Anwendung der magnetischen Lagerung kann sich das Schwungrad, wenn es mit einer bestimmten zugeführten Energie in Rotdion versetzt ist, viel länger drehen, als wenn es nur mechanisch gelagert ist. Die Bauweise ist einfach, weil das Schwungrad selbst Teil der magnetischen Lagerung bildet und das drehbare Magnetringgebilde der Lagerung darstellt. Der erfindungsgemässe Schwungrad-Energiespeicher ist in der Regel bei einem Antrieb, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, vorgesehen und weist ein schweres Schwungrad auf. Das Schwungrad ist z.B. auf der Welle drehbar, die unbeweglich angeordnet ist, oder es sitzt auf der Welle fest, die beiderends drehbar gelagert ist. Wesentlich für die Erfindung ist die magnetische Lagerung des Schwungrades und dessen Ausbildung als Magnetringgebilde. Die Magnetringgebilde können Elektromagnete aufweisen, weisen aber der Einfachheit halber in der Regel Permanentmagnete auf. Das Distanzstück des Schwungrades ist in der Regel aus einem Werkstoff, der nicht magnetisch und nichtmagnetisierbar ist, z.B. Kunststoff oder wegen des Gewichtes Messing. Besonders zweckmässig und vorteilhaft ist es, wenn die radiale Abmessung des Distanzstückes gleich oder grösser als die radiale Abmessung des drehbaren Magnetringgebildes ist. Das Distanzstück ist also nicht nur eine Art Nabe, mit der das Magnetringgebilde auf der Welle sitzt, sondern vom Radius des Schwungrades herjgesehen ein erheblicher Teil des Schwungrades. Das Magnetringgebilde stellt in Kranz des Schwungrades dar. Die Erfindung befasst.#sich auch mit einer magnetischen Lagerung, die an sich ganz allgemei##n verwendbar ist, aber speziell für die Anwendung bei dem edindungsgemässen Schwungrad-Rnergiespei- cher geeignet ist. Hierbei sind u.a. lange Laufdauer, grosse Tragfähigkeit des Magnetfeldes und geringer Platzbedarf erwünscht. Das Entstehen von Wirbelfeldern und Störströmen in dem Magnetringgebilde soll soweit als möglich vermieden sein. Besonders zweckmässig und vorteilhaft ist es, wenn eine magnetische Lagerung angewendet ist, bei der die Magnetringgebilde einander gleichnamige Pole zukehren und das drehbare Magnetringgebilde mit einem wesentlichen Anteil seiner Höhe oberhalb des liegenden Magnetringgebildes schwebend angeordnet ist. Bei dieser Bauweise sind Laufdauer und Tragkraft verbessert, obzwar die übereinanderanordnung mit erhöhtem Raumb#Brf verbunden ist. Je schwerer das drehbare Magnetringgebilde ist, desto tiefer taucht es in das liegende Magnetringgebilde ein. Besonders zweckmässig und vorteilhzft ist es auch, wenn der In nendurchmesser des liegenden Magnetringgebildes deutlich grösser ist-alssder AuBendurchmesser des drehbaren Magnetringgebildes und beide Magnetringgebilde in radialer Richtung magnetisiert die Pole an den Innen- und Aussenmantelflächen aufweisen. Bei dieser Lagerung sind Tragkraft und Laufdauer weiter verbessert. Das Schwungrad schwebt überhalb der Höhlung des liegenden Mag netringgebildes und ist durch Abstossung der beiden Magnetfelder getragen. Besonders zweckmässig und vorteilhaft ist es sodann, wenn die Magnetringgebilde mit Wetheistnringen versehen sind, die als Ringreifen ausgebildet sind, von denen einer am Aussenumfang des drehbaren und ein anderer am Innenumfang des liegenden Mag ntringgebildes angeordnet ind. Die Weicheisenringe, die bei magnetischen Lagerungen die' Magnetfelder im Hinblis:k auf grösse re Tragkraft günstig beeinflussen, sind in einer S.'r den vor liegenden Anwendungsfall zweckmässigen Weise angeor:tnet. Besonders zweckmässig und vorteilhaft ist es weitetnin, wenn je- des Magnetringgebilde von einer Ringkette von einzelnen block artigen Magneten gebildet ist. Diese blockartigen Magnete sind in der Herstellung relativ einfa & und preiswert und das Magne tisieren grosser Magnetringe entfällt. Besonders zweckmässig und vorteilhaft ist es sodann1 wenn die axiale und/oder radiale Abmessung des liegenden Perman.ntmag- netringgebildes grosser ist als die des drehbaren Pexinanent- magnetringgebildes. Auch hierdurch sind die Tragkraft und die Laufdauer verbessert. Besonders zweckmässig und vorteilhaft ist es noch, wenn die La- gerung ein Kugel- oder Rollenlager eatweiat, dessen KEflg von nichtmagnetischem Material gebildet ..i6t. Diese Kugel- oder Rollenlager, deren Käfig z,B, aus Kunststoff besteht, werden von den Magnetfeldern der Magnetringgebilde nicht beeinflusst, was letztlich die Laufdauer erhöht. In der Zeichnung ist 6dhematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht eines Schwungrad-Energiespeichers und Fig. 2 einen Schnitt gemäss Linie II-II in Fig. 1. Der Schwungrad-Energiespeicher gemäss Zeichnung gehört in nicht näher gezeigter Weise zu einem Kraftfahrzeug-Antrieb und ist mit einer Antriebseinrichtung,;.3. einem Motor kuppelbar, um das Schwungrad in hohe Drehzahl zu bringen und mit Rotationsenergie aufzuladen. Nach Beendigung des Aufladevorganges wird die Antriebseinrichtung abgekuppelt. Durch die Drehung des Schwungrades wird eine Abtriebseinrichtung in Gang gesetzt bzw. gehalten, die z.B. ein elektrischer Generator ist, der eine Batterie speist, die an einen Elektromotor angeschlossen ist. Bei dem Schwungrad-Energiespeicher liegt auf einer Bodenplatte 1 ein grösseres Magnetringgebilde 2, das aus blockartigen, läng- lichen Permanentmagneten 3 zusammengesetzt ist, deren Längserstreckung vertikal verläuft. Die Permanentmagnete 3 sind z.B. dicht an dicht angeordnet, können aber zur Not auch auf Abstand voneinander angeordnet sein. Jeder Permanentmagnet 3 ist so magnetisiert, dass radial innen der Nordpol N und radial aussen der Südpol S angeordnet ist. Die Permanentmagnete 3 liegen innen an einem rdhrstückarigen Weicheisenring 4 an, dessen Höhe der vertikalen Länge der Permanentmagnete 3 entspricht. Aussen sind die Magnete von einer Halterung 5 umfasst. Oberhalb der Höhlung des liegenden Magnetringgebildes 2 schwebt ein kleineres, drehbares Magnetringgebilde 6, das nicht oder nur geringfügig in die Höhlung eintaucht. Die radiale Abmessung des Spaltes bzw. Abstandes 7 zwischen den beiden Magnetringgebilden richtet sich nach den jeweiligen Gegebenheiten und ist hier so gewählt, dass sie kleiner ist als der Aussenradius des drehbaren Magnetringgebildes 6. Das Magnetringgebilde 6 sitzt auf einem mittigen Distanzstück 8 und bildet zusammen mit diesem ein Schwung aus rad. Das Distanzstück 8 ist kreisrund, besteht#einem nichtmagnetisierbaren Material, z.B. aus Kunststoff und stellt das Innenstück eines Rades dar. Das Schwungrad kw. das Distanzstück 7 sitzt fest auf einer Welle 9 aus nichtmagnetisierbarem Material. Das kleinere Magnetringgebilde 6 ist aus kleineren, blockartigen,länglichen Pemanentmagneten 10 zusammengesetzt, deren Längserstreckung vertikal verläuft. Die'Permanentmagnete 10 sind z.B. dicht an dicht angeordnet kEnnen aber auch auf Abstand voneinander angeordnet sein. Jeder Permanentmagnet 10 ist so magnetisiert, dass radial aussen der Nordpol N und radial innen der Südpol S angeordnet tst. Die Permanentmagnete 10 liegen aussen an einem rohrstUckartigen Weicheisenring 14 an. dessen H8he der vertikalen Länge der Permanentmagnete 10 entspricht. Oberhalb des drehbaren .Magnetringgebildes 6 erstreckt sich ein Querbalken 12. Die Welle 9 ist in dem Querbalken und in der Bodenplatte 1 jeweils mittels eines Lagers 13 gelagert, das einen Kunststoffkäfig aufweist und primär radiale Kräfte aufzunehmen hat. Zwischen jedem Permanentmagnet 10 und dem Distanzstück 8 ist ein Blechplättchen bzw. eine Platine vorgesehen, das bzw. die den Permanentmagnet abschirmt und die Bildung von Wirbelfeldern verhindert. Der Haltering 5 hat nur die Wirkung einer Halterung und kann auch durch eine Drahtwindung ersetzt sein. Der Zutritt von Magnetismus zu den Lagern der Welle 9 wird verhindert, indem die Welle und/oder das Distanzstück aus einem nichtmagne tisierharen Material, z.B. Messing besteht.

Claims: Patentansprüche 1. Schwungrad-Energiespeicher, bei dem ein auf einer vertikalen Welle sitzendes drehbares Schwungrad einerseits mit einer Antriebseinrichtung lösbar kuppelbar ist und andererseits mit einer Abtriebseinrichtung zusammenwirkt und eine Lage- rung des Schwungrades vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad als Magnetringgebilde (6) und zwischen diesem und der Welle (9) befindliches Distanzstück (8) aus gebildet ist und eine magnetische Lagerung des drehbaren Magnetringgebildes (o) an einem dazu konzentrisch angeord neten weiteren liegenden Magnetringgebilde (2) vorgesehen ist. 2. Schwungrad-Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch Rekenn- zeichnet, dass die radiale Abmessung des Distanzstückes (8) gleich der oder grösser als die radiale Abmessung des dreh baren Magnetringgebildes (63.rist. 3. Schwungrad-Energiespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Rekennzeichnet, dass die Magnetringgebilde (2, 6) einander gleichnamige Pole (N, S) zukehren und das drehbare Magnet ringgebilde (6) mit einem wesentlichen Anteil seiner Höhe oberhalb des liegenden Magnetringgebildes (2) schiebend ange ordnet ist. 4. Schwungrad-Energiespeicher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des liegenden Mag nettinggebildes (2) deutlich grösser ist als der Aussendurchmee ser des drehbaren Magnetringgebildes (6) und beide Magnet ringgebilde in radialer Richtung magnetisiert die Pole (N, S) an den Innen- und Aussenmantelflächen ausweisen 5. Schwungrad-Energiespeicher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetringgebilde (2, 6) mit Weich eisenringen (4, 11) versehen sind, die als Ringreifen ausge bildet sind, von denen einer am Aussenumfang des drehbaren und ein anderer am Innenumfang des liegenden Magnethingge- bildes (2, 6) angeordnet ist. 6. Schwungrad-Energiespeicher nach Anspruch 3, 4 oder 5, da durch gekennzeichnet, dass Jedes Magnetringgebilde (2, 6) von einer Ringkette von einzelnen blockartigen Magneten (3, i0) gebildet ist. 7. Schwungrad-Energiespeicher nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichm# dass die axiale Abmessung des liegen den Permanentmagnetringgebildes (2) grösser ist als die des drehbaren Permanentmagnetringgebildes (6). 8. Sch##ungrad-Energiespeicher nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Abmessung des lie genden Permanentmagnetringgebildes (2) grösser ist als die des drehbaren Permanentmagnetringgebildes (6). 9. Schwungrad-Energiespeicher nach einem der vorhergehenden An sprUche, dadurch gekennzelchnet, dass die Lagerung ein Kugel oder Rollenlager (13) aufweist, dessen Käfig von nichtmag netischem Material gebildet ist. Neuer Patentanspruch 1 1. Schwungrad-Energiespeicher, bei dem ein auf einer vertikalen Welle sitzendes drehbares Schwungrad einerseits mit einer Antriebseinrichtung lösbar kuppelbar ist und andererseits mit einer Abtriebs einrichtung zusammenwirkt und eine Lagerung des Schwungrades vorgesehen ist, die zur radialen La garung Kugel- oder Rollenlager aufweist und bei der eine axiale magnetische Lagerung eines mit der Welle drehbaren Ringgebildes an einem dazu konzen trisch angeordneten weiteren liegenden Magnetring gebilde vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad von dem drehbaren Magnetringgebilde (6) und einem zwischen diesem und der Welle befind lichen Distanzstück (8) gebildet ist. (Es folgen die ursprünglichen Ansprüche 2 bis 9.)

Inventors: SCHELLER, WILHELM G.
Applicants: SCHELLER, WILHELM G.
Application year: 1984
Main classification: F16F15
IPC codes: B60K6, F16C39, F16F15