AT505594A2

AT505594A2 - Magnetisch gelagerter segmentantrieb

Info

Publication number: AT505594A2
Application number: AT0098606A
Authority: AT
Inventors: Siegfried Silber; Wolfgang Amrhein
Original assignee: Johannes Kepler Uni Linz I Fue
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2009-02-15
Also published as: WO2007140504A1; AT505594A3; EP2027641A1; WO2007140504A8

Description

Magnetisch gelagerter Segmentantrieb

Die Erfindung betrifft einen kombinierten elektromagnetischen Antrieb und eine berührungsfreie Lagerung von Rotoren von rotierenden Antrieben bzw. von Läufern bei Linearaktoren. Insbesondere ist der Antrieb für Lüfter und Gebläse mit besonderen Anfofderungen an die Laufruhe sowie einer sehr langen geforderten Lebensdauer geeignet Ein weiterer Einsatzbereich sind Motoren, die aufgrund der Applikation einen sehr großen Durchmesser und gleichzeitig eine kurze Baulänge aufweisen. Lüfter zur Kühlung von elektronischen Schaltungen, wie zum Beispiel CPU Lüfter, Lüfter für Netzteile in Workstations und für Telekom Anwendungen, die zur Zeit Stand der Technik sind, weisen zum Teil eklatante Mängel in der Lebensdauer und in der Lärmentwicklung auf. Speziell in verschmutzter Umgebung können sich Staubteilchen an der Laufradoberfläche sowie in den Lagerstellen anlagem und sowohl zu einer beträchtlichen Erhöhung der Unwucht als auch zum Verschleiß der Lager führen. Diese Effekte wirken sich insbesondere negativ auf die GeräuschentwickLung und die Lebensdauer der Lüfter aus. Speziell für sicherheitsrelevante Anwendungen besteht zunehmend der Bedarf an Lüftern mit sehr hoher Lebensdauer bei sehr geringer Läimbelastung.

Im Bereich der elektrischen Antriebstechnik ist der Trend zu Antriebsmotoren mit immer größeren Durchmessern zu verzeichnen, beispielsweise bei Direktantrieben. Vielfach besteht dabei zusätzlich die Forderung, dass die axiale Baulänge sehr kurz ausgeführt werden muss. Die Lagerung solcher Rotoren ist technisch aufwendig aufgrund der geforderten Lagergeometrie. Zusätzlich erfordern manche Applikationen ein sehr präzises Positionieren des Rotors und gleichzeitig höchste Beschleunigungswerte. Diese Anforderungen können bei der Verwendung von Kugellagern zu erhöhtem Verschleiß sowie einer verkürzten Lebensdatier führen.

Das durch die Erfindung zu lösende technische Problem besteht in der Erhöhung der Lebensdauer sowie der Reduktion der Läxmemission eines scheibenförmigen Antriebs. Die Erhöhung der Lebensdauer wird in der vorliegenden Erfindung durch eine berührungsfreie magnetische Lagerung des Rotors erreicht. Damit tritt an keiner Stelle eine mechanische Reibung oder ein lebensdaueimindemder Verschleiß auf. Die Lebensdauer des Antriebs ist somit ausschließlich durch die elektronischen Komponenten des Systems vorgegeben und kann in der Folge auf beliebige Werte erhöht werden.

Bei Lüftern zur Kühlung von elektronischen Komponenten haben sich aufgrund des erforderlichen Volumenstromes bzw. Druckbedarfes axiale oder halbaxiale Laufradbaufonnen durchgesetzt. Dabei kommen hauptsächlich Gehäuse mit einer 1 08/06 '06 DO 16:21 [SE/EM NR 5962] 08 Jun 2006 15:25

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• · · · * · • ♦ quadratischen Grundfläche zum Einsatz. Da bislang überwiegend Außenläufermotoren, die im Zentrum des Flügelrades angeordnet sind, Verwendung finden, ist der Bauraum in den vier Ecken des Gehäuses meist ungenützt.

Bei Direktantrieben mit einem sehr großen Durchmesser ist es häufig kostenmäßig von Vorteil, den Stator nicht aus einem Stück aufzubaucn, sondern als einzelne Segmente auszuführen. Die Anzahl der Segmente, die voneinander magnetisch getrennt sein können, richtet sich nach der Applikation und der zur Verfügung gestellten elektronischen Ansteuerung, ist allerdings grundsätzlich beliebig. hi der Figur 1 ist eine mögliche Ausführungsform des magnetgelagerten Rotationsantriebcs mit vier in den Ecken angeordneten Antriebs- und Lagereinheiten dargestellt. Der Rotor (11) ist, für den Fall eines beriihrungsfirei magnetisch gelagerten Lüfters, aus dem Flügelrad (25), einem ferromagnetischen Rückschlussring (12) und am Umfang angeordneten Permanentmagneten (13) aufgebaut. Die Permanentmagnete sind je nach der Anforderung geeignet zu magnetisieren. Eine mögliche Ausführung der Permanentmagnete kann dabei so erfolgen, dass jeweils ein Segment radial (111) oder diametral (112) von innen nach außen oder von außen nach innen, oder aber auch in tangentialer Richtung (113) magnetisiert ist, wie in der Figur 11 gezeigt. Durch die beschriebenen Anordnungen der Permanentmagnete bilden sich magnetische Polpaare aus. Weitere Magnetisienragsarten sind in den Figuren 13 (normale Magnetisierung 114) sowie 16 (axiale Magnetisierung 115) gezeigt.

In den vier Ecken des in Figur 1 gezeigten Rotationsantriebes sind verteilte Statorsegmenie (14) so angeordnet, dass sich zwischen den am Rotor befestigten Permanentmagneten und den Statorsegmenten ein derart großer Luftspalt (1) einstellt, dass während des Betriebes ein berührungsfreies Drehen des Rotors ermöglicht wird. Die Statorsegmente überdecken je nach Ausführung des Rotors nur einen Teil des geometrischen Umfanges (19). Dabei kann die Überdeckung von einem Bruchteil einer Polteilung bis mehrere Polteilungen betragen.

Im Fall eines magnetisch gelagerten Linearantriebes, bestehend aus dem Aktor (130) und dem Stator (131), dargestellt in Figur 13, nehmen die Statorsegmente nur einen Teil (132) der gesamten Statorlänge ein. Für diesen Fall kann die Funktion der Stator- und Aktorsegmente vertauscht werden.

Die Anzahl der Statorsegmente und auch deren Verteilung am Umfang ist beliebig, wodurch eine ganz gezielte Beeinflussung der Kraft und Drehmomenterzeugung möglich wird.

Eine weitere mögliche Ausfiihrungsform eines berührungsfrei magnetisch gelagerten Segmentantriebes ist in der Figur 12 in Form eines Schwenkantriebes dargestellt. Wie auch bei dem Linearantrieb können die Statorsegmente (14) fest und der Rotor (11) beweglich sein, oder aber der Rotor wird in der Bewegungsfreiheit eingeschränkt und die Statorsegmente sind beweglich. 2 08/06 '06 DO 16:21 [SE/EM NR 5962] 08 Jun 2006 15:39 HP LOSERJET FOX +49 732 2468 9719 S. 2 ·· • ·

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Die geometrische Ausformung der Statorsegmente ist grundsätzlich beliebig, erfolgt jedoch so, dass Spulen angebracht werden können. Als Werkstoff für die Statorsegmente wird häufig ein ferromagnetisches Material verwendet, grundsätzlich ist jedoch auch der Einsatz von magnetisch nicht leitf&higen Materialien denkbar. Zweckmäßigerweise weiden die Statorsegmente auf einem nicht-ferromagnetischen Träger (Rahmen oder Gehäuse) (4), häufig aus Kunststoff ausgefUhrt, montiert. Weiters ist zur einfachen Integration der Statorsegmente in das mechanische Design eine Ausführung denkbar, bei der einzelne, oder aber auch mehrere Statorsegmente mit magnetisch leitfähigen Materialien Ober Stege (18) miteinander verbunden sind, wobei die Abstände der Statorscgmente zueinander mindestens eine halbe Polteilung betragen.

Die Gestaltung der Statorsegmente ist in Verbindung mit der Permanentmagnet-Anordnung so zu wählen, dass durch eine geeignete Bewicklung ein Dreh- oder Wechselfeldmotor entsteht.

Auf den Statorsegmenten sind Wicklungssysteme, die entweder aus einer gleichen oder einer unterschiedlichen Anzahl von Teilspulen (lSa bis 15h) bestehen, angebracht Die Verteilung der Spulen auf die Statorsegmente ist beliebig, muss jedoch so erfolgen, dass Kraftkomponenten in tangentialer Richtung (3a) und normaler Richtung (3b) auf die Oberfläche (2) des Rotors so gebildet werden, dass unabhängig voneinander ein mittleres Drehmoment und mittlere Kräfte in zwei unterschiedlichen radialen Richtungen in der Ebene normal zur Rotordrehachse, entstehen. Für den Betrieb des Lüfters ist es allerdings nicht erforderlich, dass für jede Rotorstellung beliebige Kräfte in radialer Richtung und unabhängig davon ein Drehmoment einstellbar ist. Vielmehr können Spulenanordnungen, die bei bestimmten Rotorwinkeln keine unabhängigen Kräfte ermöglichen, oder kein Drehmoment erzeugen können, für einen lagerlosen Betrieb zulässig sein. Selbst einzelne unbewickelte Statorsegmente sind grundsätzlich möglich, sofern ein mittleres Drehmoment und mittlere Kräfte einstellbar sind.

Die Ausführung der Spulen bzw. Wicklungen ist durch die geometrische Ausführung der Statorsegmente vorgegeben. Meist ist es sinnvoll, die Statorsegmcnte so zu gestalten, dass die Spulen in Nuten liegen (23) und um einen (z.B. 15a) oder mehrere Zähne (22) (z.B. Spule 15h), mit gleichen Zahnbreiten (5a und 5b) oder aber ungleichen Zahnbreiten (6a und 6b), konzentriert oder verteilt gewickelt werden, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Eine nutlose Wicklung (141), die an der Oberfläche eines glatten Staiorsegmentes (142) aufgebracht ist, kann der Figur 14 entnommen werden. Eine sehr einfache Ausführung von Statorsegmenten, welche nur aus einem ferromagnetischen Schenkel (151) oder einem Zahn bestehen, die gegebenenfalls über ferromagnetische Stege (18) miteinander verbunden sind, zeigt die Figur 15.

Zur Erfassung der Rotorposition in den beiden radialen Richtungen dienen Positionssensoren (16) und Winkelsensoren (17). Die Anzahl der Sensoren ist so zu wählen, dass zwei von- 3 08/06 '06 DO 16:36 [SE/EM NR 5963] □Θ Jun 2006 15:39 HP LASERJET FAX +49 732 2469 9719 S. 3 ·· einander unabhängige Wege in der Ebene normal zur Rotordrehachse und der Drehwinkel des Rotors gemessen werden können. Diese Sensoren können jedoch zum Teil oder völlig entfallen, wom aus den elektrischen bzw. magnetischen Kreisen eine rechnerische Bestimmung der Rotorlage möglich ist.

In der Figur 2 ist beispielhaft eine mögliche - sehr kostengünstige - Ausführung eines Wicklungssystems dargestellt Auf jedem Statorsegment ist nur eine konzentrierte Spule (21a bis 21d) angebracht, die gleichzeitig zur Erzeugung des Drehmoments und der Kräfte zur magnetischen Lagerung genutzt wird. Eine gezielte Steuerung der Kräfte und des Drehmoments erfolgt in dieser Anordnung durch die Ansteuerung der einzelnen Spulen mit unterschiedlichen elektrischen Strömen.

Die Figur 3 zeigt eine Ausführung eines Wicklungssystems bei dem auf jedem Statorsegment jeweils drei unabhängige Spulen untergebracht sind. Jeweils eine Spule ist zur Erzeugung von einem Drehmoment (31a) und von Kräften, zwecks magnetischer Lagerung, in zwei unterschiedlichen Richtungen (31b und 31c) vorgesehen. Zur Vereinfachung der elektronischen Ansteuerung ist es möglich, die jeweiligen Spulen elektrisch zu verschalten. In der in Fig. 3 gezeigten Polkonfiguration lassen sich die vier Drehmomentspulen 31a so in Serie schalten, dass sich die Drehmomente addieren.

Zur vollständigen berübrungslosen Lagerung des Flügelrades ist es nötig, alle Freiheitsgrade zu stabilisieren. Dabei weiden drei Freiheitsgrade (Bewegungen in der Ebene normal zur Drehachse des Flügelrades und die Drehbewegung um die Drehachse), wie bereite beschrieben, aktiv mit Hilfe von elektromagnetischen Kräften stabilisiert, die Bewegungsmöglichkeit des Flügelrades entlang der Drehachse und die beiden Kipprichtungen werden passiv stabilisiert. In der Figur 4 ist die passive Stabilisierung entlang der Flügelraddrehachse dargestellt. Die Auslenkung in axialer Richtung bewirkt durch die Maxweilkräfte zwischen den ferromagnetischen Statorsegmenten (14) und den Permanentmagneten (13) resultierende rückstellende Kräfte (43), die der Auslenkung entgegenwirken und das Flügelrad stabilisieren. In der Fig. S ist die passive Stabilisierung in Kipprichtung dargestellt Ebenso wie bei der axialen Stabilisierung wirken Maxweilkräfte, die bei einer Verkippung des Flügelrades ein stabilisierendes Kräftepaar (51) bilden. Für spezielle Anwendungen kann es erforderlich sein, die passive Stabilisierung dahingehend zu verbessern, dass zusätzliche berührungsfreie Dämpfungselemente in den Aufbau integriert werden, um ungewünschte Schwingungsneigungen in axialer Richtung und in Kipprichtung zu vermeiden. Ein solches Dämpfungselement besteht beispielsweise aus einer elektrisch leitfähigen Platte (42), die am Flügelrad befestigt ist Mit Hilfe von Permanentmagneten (41), die fest mit dem Gehäuse verbunden sind, werden bei einer Bewegung des Flügelrades in axialer oder in Kipprichtung Wirbelströme in der leitfähigen Platte induziert, die wiederum mit dem magnetischen Feld Kräfte entgegen der Bewegungsrichtung ausbilden und somit ungewünschte Schwingungen dämpfen. Bei einer anderen möglichen Ausführungsform des 4 08/06 '06 DO 16:36 [SE/EH NR 5963] G8 Jun 2006 15:39 «

HP LASERJET FAX +49 732 246Θ 9719 S. 4 Dämpfungselementes sind die Permanentmagnete mit dem Flügelrad verbunden und die elektrisch leitfähige Platte ist fest am Gehäuse befestigt.

Die Steifigkeit der passiven Stabilisierung nimmt mit dem Quadrat der Flussdichte im Luftspalt zwischen den Permanentmagneten und den ferromagnetischen Statorsegmenten zu. Zur Erzeugung hoher Kräfte und hoher Steifigkeiten ist es zweckmäßig, die Flussdichte so hoch als möglich zu wählen. Eine Erhöhung der Flussdichte wird, durch einen Flusskonzentrator (61) aus ferromagnetischem Material, wie in Fig. 6 im Schnitt dargestellt, erreicht. Die Flussdichte des Permanentmagneten (13) wird durch die Verjüngung des Querschnittes des Flusskonzentrators erhöht, sodass sich im Luftspalt zwischen dem Flusskonzentrator und den Statorsegmenten (14) die gewünschte Flussdichte einstellt. Die geometrische Ausbildung des Querschnittes des Flusskonzentratars ist zweckmäßiger Weise so zu wählen, dass das ferromagnetische Material in der Mitte eines Magnetsegmentes an der Sättigungsgrenze betrieben wird. Bei einer Ausfehrung des Flusskonzentrators (61) als Ring, wie in Fig 7 dargestellt, wird das ferromagnetische Material des Flusskonzcntrators an den Polwechseln (Bereich 71) sehr stark in Sättigung getrieben, sodass nur ein geringer Flussanteil durch den Konzentrator kurzgeschlossen wind. Bei der geometrischen Auslegung des ferromagnetischen Rückschlussringes (12) ist insbesondere an den Polwechseln magnetische Sättigung zu vermeiden.

Eine weitere günstige Ausführungsform zur Konzentration der Flussdichte ist in der Figur 8 daigestellt. Der magnetische Fluss des Permanentmagneten (13), der bei dieser Ausführung am gesamten Umfang entweder von innen nach außen oder aber von außen nach innen magnetisiert ist, wird mit Hilfe des inneren Flussleitstückes (81) und des äußeren Flussleitstückes (82) gesammelt. Beide Flussleitstücke sind so geformt, dass in benachbarten Wickelsegmenten jeweils entweder das innere (81) oder das äußere Flussleitstück (82) den magnetischen Fluss in radiale Richtung umleitet. Durch diese geometrische Ausformung kommen Winkelsegmente mit unterschiedlicher magnetischer Polarität nebeneinander zu liegen, welche in der Folge die magnetischen Polpaare ausbilden. Als Werkstoff für die Flussleitstücke ist ferromagnetisches Material mit hoher Sättigungsflussdichte empfehlenswert.

Eine alternative Ausführung zwecks Konzentration der Flussdichte, gezeigt in der Figur 16, kann auch so erfolgen, dass der Fluss eines axial magnetisierten (115) Permanentmagnetrings mittels ferromagnetischen Flussleitstücken an der Oberseite (81) und Unterseite (82) in radialer Richtung gesammelt wird. Die Flussleitstücke an der Ober- und Unterseite sind so geformt, dass wiederum eine radiale Flussverteilung mit unterschiedlicher Polarität entsteht.

Als weitere zweckmäßige Möglichkeit zur Erhöhung der axialen Steifigkeit und der Steifigkeit in Kipprichtung, können ferromagnetische Statorsegmente (91) oder aber auch permanentmagnetische Statorsegmente (92) zwischen den Statorsegmenten eingefügt werden, wie in der Figur 9 dargestellt. Diese ferro- bzw. pcrmancntraagnetischen Statorsegmente sind 5 08/06 '06 DO 16:36 [SE/EM NR 5963] λ 08 Jun 2006 15:40

HP LASERJET FAX +49 732 2468 9719 S. 5 ♦ · ·· • · · « · » · · * · » · · · · • · · · ··· ··· ·· * · · · · ·· ·♦ so auszuformen, dass die Drehmoment- und Lagerkrafterzeugung nicht gestürt werden. Insbesondere ist darauf zu achten, dass keine zusätzlichen störenden Rastmomente entstehen. Günstig ist eine geometrische Ausführung der ferromagnetischen Teile der Gestalt, dass Rastmomente, die sich aufgrund der Statorsegmente ergeben, kompensiert werden.

Eine andere vorteilhafte Ausführung zur passiven Stabilisierung des Rotors in radialer Richtung ist in der Figur 17 dargestellt. Bei dieser Anordnung werden jeweils ein axial magnetisierter Permanentmagnet (171) am Stator und ein weiterer axial magnetisierter Permanentmagnet am Rotor befestigt. Der magnetische Fluss der Permanentmagneten, der gegebenenfalls durch ferromagnetische Flussleitstücke (172a und 172b) geführt wird, bewirkt abstoßende Kräfte, die zur magnetischen Lagerung des Rotors in radialer Richtung herangezogen werden können. Die destabilisierende Wirkung dieser Anordnung in axialer Richtung muss durch eine geeignete magnetische Axiallagerung aufgehoben werden.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist das Fehlen jeglicher mechanischer Lagerstelle, wodurch die Übertragung von Körperschall vom Lüfterrad auf das Gehäuse praktisch vollkommen vermieden wird. Selbst vorhandene Unwuchten sind mit Hilfe von regelungstechnischen Methoden während des Betriebes des Lüfters automatisch kompensierbar. Aus dem vorhandenen Orbit (Abweichung von der Sollposition) ist die exakte Lage der Hauptträgheitsachse des Lüfterrades unter Zuhilfenahme von fundamentalen Kenngrößen der Strecke berechenbar. Wird das Lüfterrad nicht um die geometrische Achse gedreht, sondern um die Haupttrfigheitsachse, ist ein vollkommen kräftefreier Betrieb möglich. Da die Kompensation der Unwucht auch während des Betriebes möglich ist, kann selbst bei starker Verschmutzung der Flügel ein vibrationsfreier Betrieb gewährleistet werden.

Von der Lärmemission bietet die erfindungsgemäße Lösung bei der Anwendung als Lüfter oder Pumpe einen entscheidenden Vorteil gegenüber Systemen mit mechanischen Lagern, da der Gas- oder Flüssigkeitsstrom keinerlei Stege oder Verbindungselemente zwischen dem Gehäuse und dem Mittelpunkt des Laufrades passieren oder überstreichen muss.

Die in der Erfindung vorgeschlagene technische Lösung bietet auch den Vorteil, dass Bewegungen des Lüfterrades in radialer Richtung möglich sind. Mit einer Auslenkung des Rotors in eine Richtung kann an der Stelle, an der sich der mechanische Spalt zwischen Laufrad und Statorsegment verringert, angelagerter Staub oder eine Verunreinigung gezielt entfernt werden. Staub, der sich an der Laufradoberfläche ansammelt, kann mit Vibration „abgeschüttelt“ werden.

Wird die erfindungsgemäße Lösung als Direktantrieb oder als Linearantrieb ausgeführt, ist ein Transport oder eine gezielte Bewegung von festen Gegenständen oder Gütern möglich. Der 6 08/06 '06 DO 16:36 [SE/EM NR 5963] * 08 Jun 2006 15:41 ♦

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Rotor ist für diesen Fall mit einer entsprechenden Aufnahme- oder Aufspannvoirichtung auszustatten.

Eine hinsichtlich der Kosten der elektronischen Ansteuerung zweckmäßige Lösung ist die bifilare Ausführung der Spulen bzw. Wicklungen. Fig. 10 zeigt beispielhaft eine bifilare Spule mit der erforderlichen Ansteuerschaltung, um magnetische Flüsse in zwei unterschiedliche Richtungen einzuprägen. Zu diesem Zweck ist ein Spulenende mit dem anderen Spulen anlang mit der Versorgungs- oder Zwischenkreisspannung Vqc verbunden. Der verbleibende Spulenanfang und das Spulenende werden jeweils mit einem elektronischen Schalter (102a und 102b) in der Form eines Transistors, IGBTs, MOSFETs usw. sowie gegebenenfalls einer Freilaufdiode mit der Schaltungsmasse GND verbunden. Bei manchen Halbleitern, wie zum Beispiel beim MOSFET, ist die Diode bereits durch die Struktur vorgegeben, sodass eventuell auf eine zusätzliche Freilaufdiode verzichtet werden kann. Durch abwechselndes Einschalten der Schalter kann aufgrund des unterschiedlichen W icklungssinnes der Teil spulen ein magnetisches Wechselfeld erzeugt werden. 7 08/06 ’06 DO 16:36 [SE/EH NR 5963]

Claims

0Θ Jun 200Β 1S:5G HP LASERJET FRX +49 732 2468 9719 S.12 ^ • · • · • · • · • · • • · • • · • · • · • · • · • · • · • · • · • · · • · • · ·· • • • * · e n • • ··· Patentansprüche 1. Elektromagnetischer Antrieb für rotatorische, lineare oder kurvenförmige Bewegungen bestehend aus einem Stator und einem Rotor bzw. für lineare oder kurvenförmige Bewegungen einem translatorischen Aktor sowie aus zusätzlichen Komponenten, wie einer elektrischen Signal- und Leistungselektronik für die Steuerung bzw. Regelung der Antriebsbewegung sowie der elektromagnetischen Lagerung des RotoTS bzw. des Aktors in mindestens einem Freiheitsgrad und, sofern keine elektrische Lageauswertung Uber die Statorwicklungen erfolgt, aus Sensoren zur Erfassung der Rotor- bzw. Aktorlage, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Antrieb zur magnetischen. Lagerung und zum Antrieb mindestens ein elektromagnetisches Statorsegment (14) aufweist, das bei einem magnetgelagerten Rotationsantrieb nur über einen Teil (19) des geometrischen Umfanges reicht bzw. bei einem magnetgelagerten Linear- oder Kurvenantrieb nur einen Teil (132) der gesamten Statorlänge einnimmt und über mindestens einen Spalt (1) in magnetischer Kopplung mit dem Rotor (11) oder dem Aktor (130) steht
2. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geeignet bestromten elektromagnetischen Statorsegmente (14) auf den Flächen (2) des Rotors bzw. des Aktors in einer oder mehreren Richtungen, insbesondere in tangentialer und/oder normaler Richtung, Kraftkomponenten (3a, 3b) erzeugen, die zu auf den Rotor bzw. den Aktor wirkenden Momenten und/oder Kräften führen, mit denen die Position und/oder die Bewegung des Rotors oder des Aktors gesteuert bzw. geregelt werden kann.
3. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei elektromagnetische Statorsegmente (14) über mindestens ein nicht-ferromagnetisches Bauteil oder Material (4) verbunden sind.
4. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei elektromagnetische Statorsegmente über mindestens ein ferromagnetisches Bauteil oder Material (18) miteinander verbunden sind und die Abstände der Statorsegmente zueinander mindestens eine halbe Polteilung des Stators oder des Rotors bzw. des Aktors betragen.
5. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein elektromagnetisches Statorsegment mindestens eine elektrische Spule (15) trägt. 8 08/06 '06 DO 16:49 [SE/EM NR 5964] 0Θ Jun 2006 15:56 HP LASERJET FRX +49 732 2468 9719 S. 13
6. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Spule für die Funktion der magnetischen Lagerung des Rotors bzw. des Aktors einen Strom (31b, 31c) zur Regelung der magnetischen Lageiicräfte, insbesondere von radialen Lagerkräften, oder der Rotor- bzw. Aktorposition führt.
7. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Spule für die Funktion des Antriebes einen Strom (31a) zur Steuerung bzw. Regelung des Rotordrehmomentes, der Rotorwinkelbeschleunigung, der Rotorwinkelgeschwindigkeit oder des Rotordrehwinkels bzw. der Aktorzugkraft, der Aktorbeschleunigung, der Aktorgeschwindigkc it oder des Aktorweges führt.
8. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Spule sowohl Stromkomponenten (21a bis 21d) zur Funktion der magnetischen Lagerung als auch überlagerte Stromkomponenten zur Funktion des Antriebes führt.
9. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der voxangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den beslromten Spulen der einzelnen elektromagnetischen Statorsegmente gebildeten Wicklungen im Spalt und dessen Umgebung Wechselfelder, Wanderfelder, Drehfelder oder Wechselfelder mit überlagerten Wander- oder Drehfeldem aufbauen.
10. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein elektromagnetisches Statorsegment durch eine nutenlose Wicklung (141) bestehend aus mindestens einer Spule gebildet wird.
11. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein elektromagnetisches Statorsegment durch einen ferromagnetischen Schenkel (151) gebildet wird.
12. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein elektromagnetisches Statorsegment sich aus ferromagnetischen Zähnen (22) und Nuten (23) zusammensetzt, von denen mindestens ein ferromagnetischer Zahn mit mindestens einer Spule bewickelt ist.
13. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Zähne eines Statorsegments gleiche Zahnbreiten (Sa, Sb) aufweisen. 9 08/06 '06 DO 16:49 [SE/EH NR 5964] 08 Jun 2006 15:57 HP LASERJET FAX +49 732 2468 9719 S. 14 • · » • e · #· ·#* ·* • ·· • · · • · # • ··· · • · · • ·· • · ♦ ·· · ♦ · · · • *· «*· • · • · ··· ··
14. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprache, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahne eines Statorsegments zumindest zum Teil ungleiche Zahnbreiten (6a, 6b) aufweisen.
15. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprache, dadurch gekennzeichnet, dass zwei aufeinander felgende Statorsegmente bezüglich ihres Abstandes so zueinander angeordnet sind, dass sie um eine oder mehrere Polteilungen des Stators oder des Rotors bzw. Aktors versetzt sind.
16. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzdehnet, dass zwei aufeinander folgende Statorsegmente bezüglich ihres Abstandes so zueinander angeordnet sind, dass sie einen Bruchteil einer oder mehrerer Polteilungen des Stators oder des Rotors bzw. Aktors versetzt sind.
17. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangs- oder Längsrichtung des Stators mittig oder axial versetzt zwischen den elektromagnetischen Stator Segmenten mindestens ein ferromagnetisches Statorsegment (91) angebracht ist, das die passive Lagerung des Rotors bzw. Aktors in mindestens einem Freiheitsgrad unterstützt
18. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangs- oder Längsrichtung des Stators mittig oder axial versetzt zwischen den elektromagnetischen Statorsegmenten mindestens ein permanentmagnetisches Statorsegment (92) angebracht ist, das die passive Lagerung des Rotors bzw. Aktors in mindestens einem Freiheitsgrad unterstützt.
19. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Statorsegmente erwirkten Kraftkomponenten auf den Rotor bzw. den Aktor gemeinsam eine Stabilisierung der Rotor- bzw. Aktorposition und eine Antriebskraft bzw. eine Antriebsbewegung bewirken, wobei die Steuerung bzw. Regelung hierfür über eine entsprechende Bestromung der elektromagnetischen Statorsegmente »folgt.
20. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekwmzeichuet, dass die elektromagnetischen, ferromagnetischen oder permanentmagnetischen Statorsegmente an mindestens einem nichtferromagnetischem Träger (4), insbesondere auf einem Kunststoffkläger oder metallischen Träger angebracht sind. 10 08/06 '06 DO 16:49 [SE/EM NR 5964] 0Θ Jun 2006 15:57 HP LRSERJET FRX +49 732 2468 9719 S. 15 ^ ·· ·· ·· « • · · ·· • · ··· · • · · · · • · · · · ·· «· ··
21. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor bzw. der Aktor als Permanentmagnetrotor bzw. Peimanentmagnetaktor ausgeführt ist.
22. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei mindestens einem Magneten um einen oberflächenmontierten Magneten handelt.
23. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Magnet in ferromagnetisches oder nichtferromagnetisches Material eingebettet ist.
24. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnetrotor mit mindestens einem in radialer oder radialen Richtung(en) (111) magnetisierten Permanentmagneten bestückt ist
25. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnetrotor mit mindestens einem in diametraler oder diametralen Richtung(en) (112) magnetisierten Permanentmagneten bestückt ist.
26. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnetrotor bzw. -aktor mit mindestens einem in tangentialer oder tangentialen Richtung(en) (113) magnetisierten Permanentmagneten bestückt ist.
27. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnetrotor bzw. -aktor mit mindestens einem in axialer oder axialen Richtung(en) (115) magnetisierten Permanentmagneten bestückt ist.
28. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestem einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnetrotor bzw. -aktor mit mindestens einem in zur Bewegung normaler oder normalen Richtung(en) (114) magnetisierten Permanentmagneten bestückt ist.
29. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestem einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung des Flusses im Rotor Über mindestem ein ferromagnetisches Leitstück (12) für die Flussführung erfolgt. 11 08/06 '06 DO 16:49 [SE/EM NR 5964]
30. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprache, dadurch gekennzeichnet» dass die Erhöhung der Flussdichte im Späh zwischen Stator und Rotor Ober mindestens ein ferromagnetisches Leitstück (61) als Flusskonzentrator erfolgt.
31. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnetrotor bzw. -aktor mindestens ein gezahntes ferromagnetisches Leitstück (81,82) aufweist.
32. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pennanentmagnetrotor bzw. -aktor mindestens ein klauenfßrmiges ferromagnetisches Leitstück (81,82) aufweist
33. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch mindestens ein ferromagnetisches Flussleitstück (12, 61, 81, 82) der pennanentmagnetische Fluss in eine oder mehrere Richtungen umgelenkt wird, die nicht mit der Magnetisienmgsrichtimg des/der Permanentenmagneten übereinstimmen.
34. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor bzw. Aktor als Reluktanzrotor bzw. Reluktanzaktor mit abwechselnd ferromagnetischen Zähnen und Nuten ausgeführt ist.
35. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor bzw. Aktor als asynchroner Kurzschlussläufer ausgeführt ist.
36. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Stator oder Rotor bzw. Aktor direkt oder in deren Umgebung mindestens ein elektrisch leitfähiges Werkstück (42) so angebracht ist, dass hei einer Bewegung des Rotors bzw. Aktors infolge der Durchdringung des leitfShigen Werkstücks mit zeitlich oder räumlich veränderlichen magnetischen Feldern mechanische Schwingungen des Rotors bzw. Aktors gedämpft werden.
37. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Statorsegmente in den Eckbereichen eines Lüftersgehäuses (4) oder einer anderen Antriebseinheit insbesondere mit eckförmigem Querschnitt angebracht sind.
38. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, 12 08/06 '06 DO 16:49 [SE/EM NS 5964] 0Θ Jun 2006 15:58 HP LASERJET FAX +49 732 24G8 9719 Λ % ·· S. 17 ·· «· ·· tt t • ·* • · ·· • • • • • · • • • • • • • • • M ··· • · dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor in seiner Form so ausgebildet ist oder über mindestens ein entsprechendes Bauteil, insbesondere ein Flügelrad (25) verfügt, dass er zur Forderung bzw. Bewegung von beliebigen Teilen, insbesondere von Gasen oder flüssigen Medien geeignet ist.
39. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad magnetisch so gelagert ist, dass der Gasoder FlUssigkeitsstrom an keiner Stelle Stege zur Fixierung der Antriebseinheit oder mechanische Verbindungselemente passieren oder überstreichen muss.
40. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor als Außen-, Innen·, Hohl- oder Scheibenläufer ausgefühlt ist.
41. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wuchtung des Rotors während des Betriebes über die magnetische Lagerung insbesondere durch eine elektrisch gesteuerte Verschiebung der Rotordrehachse auf die Massenträgheitsachse erfolgt.
42. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rotoroberflflche haltende Teile, Partikel oder Flüssigkeiten durch Vibration des Rotors, insbesondere in radialer Richtung, entfernt wird.
43. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung der magnetischen Lagerung im Stator und im Rotor mindestens eine Vorrichtung zur passiven Lagerung, insbesondere der axialen oder radialen Lagerung, so angebracht ist, dass gegenüberstehende permanent-magnetische Lagereinheiten bestehend aus mindestens einem Permanentmagneten (171) oder aus mindestens einem Permanentmagneten und mindestens einem ferromagnetischen Flussleitstück (172a, 172b) magnetische Kräfte entwickeln, die zur Stabilisierung des Rotors beitragen.
44. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Spulen eines Statorsegments nur in einer Stromrichtung betrieben werden.
45. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da» mindestens ein Spulenpaar eines Statorsegments, das mindestens einen Zahn einschließt, bifilar gewickelt ist. 13 08/06 '06 DO 16:49 [SE/EM NR 5964] 4 □8 Jun 2006 15:59 Ψ HP LOSERJET FOX +49 732 2468 9719 S. 18 4

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46. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der varangegangenen Ansprache, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen eines Spulenpaares gegensinnig (101) mit elektronischen Schaltern (102a, 102b) verbunden sind.
47. Elektromagnetischer Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der folgenden Baugruppen, die da sind elektrische Signalelektronik, Leistungselektronik, Sensoren und Sensorelektronik, in den Stator integriert sind. 14 08/06 '06 DO 16:49 [SE/EM NR 5964]