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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ringmagneteinheit und einen Elektromotor mit einer Ringmagneteinheit. Spezifischer bezieht sich die Erfindung auf eine Ringmagneteinheit umfassend eine Vielzahl bzw. mehrere Magnetsegmente und eine Vielzahl bzw. mehrere Magnetfelder.
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Bei Bürstenmotoren bzw. Wechselstrommotoren (Brushed-Motoren) werden für gewöhnlich einzelne Ferritmagnete oder Ringmagnete mit niedrigem Grad, wie z. B. Kunststoffgebundene Neodym-Magnete verwendet und bei bürstenlosen Motoren (Brushless-Motoren) wird für gewöhnlich ein Rotor verwendet, der mit Ringmagnete mit niedrigem Grad verbaut ist. Ein Beispiel eines Ringmagnets aufweisend eine polygonale Außengestalt ist in der U.S. Patentanmeldung
US 2010/102662 A1 offenbart. Außerdem wurden Versuche unternommen, Elektromotoren aufzubauen, bei denen Magnetsegmente angeordnet werden, um eine ringförmige Gestalt aufzubauen, wobei Abstände bzw. Lücken zumindest teilweise in den Magnetsegmenten in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Die deutsche Patentanmeldung
DE 3 521 005 A1 offenbart einen Motor aufweisend vier Segmente, die in gemeinsamen Angrenzpaaren angeordnet sind, wobei zwischen diesen Paaren Lücken bzw. Abstände angeordnet sind.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es einen höchst effizienten Magnetkreis in einer einfachen und kostengünstigen Weise zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es die Leistung von Elektromotoren zu steigern bzw. zu erhöhen ohne ihre Länge zu vergrößern, während das Rastmoment (Cogging) in einer einfachen und kostengünstigen Weise reduziert wird.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Ringmagneteinheit für einen Elektromotor bereitgestellt umfassend einen Ringmagnethalter und zumindest zwei Magnetsegmente, welche an dem Magnethalter fixiert sind/werden, jeder von den zumindest zwei Magnetsegmenten ist in einer Umfangsrichtung des Magnethalters angeordnet. Das jeweilige eine Magnetsegment weist eine erste Fläche, welche an eine Fläche des Magnethalters angrenzt, und eine zweite Fläche, welche die gegenüberliegende Fläche der ersten Fläche ist, auf und beide Seitenflächen der ersten Fläche und der zweiten Fläche sind in den Richtungen, welche die Radialrichtung des Magnethalters kreuzen bzw. queren, mit den gleichen Winkeln abgeschrägt bzw. angeschrägt, derart, dass die zumindest zwei Magnetsegmente gekennzeichnet sind, dadurch dass ein Paar von den benachbarten zwei Magnetsegmenten ein Magnetsegment umfasst, dessen Umfangslänge der ersten Fläche gleich zu oder länger als die Umfangslänge der zweiten Fläche ist und das andere Magnetsegment, dessen Umfangslänge der ersten Fläche gleich zu oder kürzer als die Umfangslänge der zweiten Fläche ist.
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Der kreisförmige Magnethalter kann ein Motorgehäuse oder einen Innenrotor eines Innenrotormotors ausbilden oder anderweitig kann der kreisförmige Magnethalter auch einen Außenrotor eines Außenrotormotors ausbilden. Wenn der kreisförmige Magnethalter ein Motorgehäuse oder ein Außenrotor eines Außenrotormotors ist, sind die zumindest zwei Magnetsegmente an eine Innenumfangsfläche des kreisförmigen Magnethalters fixiert. Außerdem, wenn der kreisförmige Magnethalter ein Innenrotor eines Innenrotormotors ist, sind die zumindest zwei Magnetsegmente an eine Außenumfangsfläche des kreisförmigen Magnethalters fixiert.
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Diese Anordnung ermöglicht den effektiven Polwinkel (d. h. die Umfangslänge von jeder magnetischen Polsektion bzw. Polabschnitt) zu erhöhen, wobei die Leistung des Elektromotors erhöht wird, während die gleiche Motorlänge beibehalten wird, da keine großen Lücken bzw. Abstände zwischen den Magnetsegmenten, wie diese in dem Stand der Technik existieren, vorhanden sind. Diese Magnetgeometrie kann die einfachste Magnetfixierung erzielen. Wenn ein Ringmagnet an ein Motorgehäuse fixiert wird, wird der Ringmagnet in der Axialrichtung des Motorgehäuses eingesetzt. Um den Ringmagnet zu fixieren, werden Klebemittel bzw. Klebestoffe an der Außenfläche des Ringmagnets verteilt und diese Klebemittel bzw. Klebestoffe werden zum Zeitpunkt des Einsetzens in das Gehäuse vorgenommen, da die Umfangslänge des Gehäuses und des Ringmagnetes fast die gleichen sind. Daher ist ein sicheres Fixieren eines Ringmagnets in ein Gehäuse schwierig. Jedoch kann diese Erfindung die Vorgehensweise erreichen, dass jedes Magnetsegment in einer Radialrichtung eingesetzt wird und eine Ringmagneteinheit festlegen, die sicher an das Gehäuse fixiert wird. Dies kann in der Weise erreicht werden, dass das letzte Magnetsegment dessen Umfangslänge der ersten Fläche gleich zu oder kürzer als die Umfangslänge der zweiten Fläche ist in der Radialrichtung eingesetzt wird, nachdem alle anderen Magnetsegmente in der Radialrichtung eingesetzt worden sind.
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Nach einem Aspekt der Erfindung grenzen die Seitenflächen von den benachbarten zwei Magnetsegmente in der Umfangsrichtung aneinander an. Ein kleiner Abstand bzw. eine kleine Lücke zwischen den benachbarten zwei Magnetsegmenten kann ebenfalls gestattet werden. Solch ein Abstand bzw. Lücke wird manchmal bereitgestellt, aufgrund von Herstellungstoleranzen der Magnetsegmente, wobei eine engste Lücke bzw. engster Abstand bevorzugt ist.
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Nach einem Aspekt der Erfindung weisen beide abgeschrägte bzw. angeschrägte Seitenflächen zumindest jeweils einen gestuften Abschnitt auf.
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Nach einem Aspekt der Erfindung sind zumindest ein Feld von einem magnetischen Nordpol und zumindest ein Feld von einem magnetischen Südpol in der Umfangsrichtung nacheinander an der Ringmagneteinheit angeordnet.
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Nach einem Aspekt der Erfindung sind jeweils das zumindest eine Feld des magnetischen Nordpols und das zumindest eine Feld des magnetischen Südpols jeweils an der Ringmagneteinheit über mehrere Magnetsegmente (2 oder 3 Magnetsegmente) angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht es den effektiven Polwinkel (d. h. die Umfangslänge von jeder magnetischen Polsektion) ungeachtet der Umfangslänge von jedem Magnetsegment zu erhöhen, wobei die Leistung des Elektromotors erhöht wird, während die gleiche Motorlänge beibehalten wird. Außerdem kann dies flexible magnetische Feldanordnungen ermöglichen, ohne Beachtung der Geometrie der Magnetsegmente, durch Magnetisieren der Ringmagneteinheit in der gewünschten Weise, nachdem die Ringmagneteinheit in dem Gehäuse festgelegt wurde.
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Nach einem Aspekt der Erfindung ist die Umfangslänge des zumindest einen Feldes des magnetischen Nordpols und des zumindest einen Feldes des magnetischen Südpols von der Umfangslänge anderer Felder unterschiedlich. Eine von den flexiblen magnetischen Feldanordnungen wird durch unterschiedliche Umfangslängen der magnetischen Felder erreicht. Diese Anordnung kann das Rastmoment (Cogging) reduzieren, wenn die Längen der magnetischen Felder derart angeordnet sind, und kann auch als Rotationsdetektion verwendet werden, wo unregelmäßige Drehmomentwelligkeiten etc. erkannt werden, wann auch immer der Motor, beispielsweise in 360 Grad, dreht.
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Nach einem Aspekt der Erfindung umfasst das zumindest eine Feld des magnetischen Nordpols zumindest zwei Felder und das zumindest eine Feld des magnetischen Südpols umfasst zumindest zwei Felder und die Umfangslänge von dem zumindest einen Abstand bzw. Lücke zwischen dem benachbarten Feld des magnetischen Nordpols und einem Feld des magnetischen Südpols sind von der Umfangslänge der anderen Abstände bzw. Lücken unterschiedlich. Eine weitere flexible magnetische Feldanordnung wird durch die unterschiedlichen Umfangslängen der magnetischen Felder erreicht. Diese Anordnung kann ebenfalls das Rastmoment (Cogging) reduzieren, wenn die Längen der magnetischen Felder derart angeordnet sind, und kann als Rotationsdetektion verwendet werden, bei der unregelmäßige Drehmomentwelligkeiten etc. erkannt bzw. detektiert werden, wann auch immer ein Motor, beispielsweise in 360 Grad, dreht.
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Nach einem Aspekt der Erfindung umfasst das zumindest eine Feld des magnetischen Nordpols und das zumindest eine Feld des magnetischen Südpols schräge magnetische Felder bzw. Magnetfelder. Diese Anordnung kann das Rastmoment (Cogging) ebenfalls reduzieren.
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Nach einem Aspekt der Erfindung sind die schrägen Magnetfelder in einer V-Gestalt oder C-Gestalt ausgebildet.
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Die Vorteile der Erfindung der vorliegenden Offenbarung können wie folgt zusammengefasst werden:
- a) Der effektive Polwinkel kann erhöht werden.
- b) Die Leistung des Elektromotors kann erhöht werden unter Aufrechterhaltung der gleichen Motorlänge. Dies ist besonders relevant für Elektromotoren aufweisend eine Konstruktion mit diskreten Ferritmagneten.
- c) Die Ringmagneteinheit kann leicht eingesetzt werden und sicher an dem Magnethalter fixiert werden.
- d) Das Rastmoment (Cogging) des Elektromotors kann reduziert werden, sowie die Geräusche.
- e) Unregelmäßige Anordnungen der Magnetfelder können für die Rotationsdetektion verwendet werden.
- f) Es gibt keine Grenze für die erreichbaren Schrägwinkel (Skew-Winkel) für Rotoren oder Statoren mit einem geringen Verhältnis von Länge zu Durchmesser.
- g) Ein Elektromotor umfassend vier Magnete und Pole ist nicht auf einen Winkel zwischen der Mitte der Magnetpole von 90 Grad beschränkt.
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Zusammenfassung der Figuren
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Die Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es soll verstanden werden, dass die Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung, die in den Figuren beschrieben werden, lediglich Beispiele sind und nicht den Schutzumfang der Ansprüche auf irgendeine Art und Weise einschränken. Die Erfindung ist durch die Ansprüche und ihre Äquivalente definiert. Es soll verstanden werden, dass die Merkmale von einem Aspekt oder Ausführungsform der Erfindung mit einem Merkmal eines unterschiedlichen Aspekts oder Aspekte von anderen Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden können. Diese Erfindung wird verständlicher unter Bezugnahme zu den folgenden detaillierten Beschreibungen von einigen Beispielen, als ein Teil der Offenbarung, unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen, bei welchen:
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1A ist eine Querschnittsansicht einer Ringmagneteinheit nach der ersten Ausführungsform;
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1B ist eine Querschnittsansicht einer Ringmagneteinheit eines weiteren Aspekts der ersten Ausführungsform;
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2 ist eine Querschnittsansicht einer Ringmagneteinheit eines weiteren Aspektes der ersten Ausführungsform;
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3A ist eine Flachansicht einer Ringmagneteinheit umfassend eine Vielzahl von schrägen Magnetfeldern;
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3B ist eine Flachansicht einer Ringmagneteinheit umfassend eine Vielzahl von schrägen Magnetfeldern mit einem Abstand zwischen benachbarten zwei Magnetfeldern;
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3C ist eine Flachansicht einer Ringmagneteinheit umfassend eine Vielzahl von schrägen Magnetfeldern in einer V-Gestalt;
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3D ist eine Flachansicht einer Ringmagneteinheit umfassend eine Vielzahl von schrägen Magnetfeldern in einer C-Gestalt mit einem Abstand zwischen benachbarten zwei Magnetfeldern; und
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3E ist eine Flachansicht einer Ringmagneteinheit umfassend eine Vielzahl von senkrechten Magnetfeldern.
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Detaillierte Beschreibung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend vollständig unter Verwendung von Beispielen zum Zwecke der Offenbarung beschrieben ohne die Offenbarung durch die Beispiele zu beschränken. Die Beispiele stellen unterschiedliche Aspekte der vorliegenden Erfindung dar. Um die vorliegende technische Lehre zu implementieren ist es nicht notwendig all diese Aspekte kombiniert zu implementieren. Vielmehr wird ein Fachmann diese Aspekte die sinnvoll und für die entsprechende Anwendung und Implementation notwendig erscheinen auswählen und kombinieren.
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1A zeigt eine Querschnittsansicht einer Ringmagneteinheit 10 nach einer ersten Ausführungsform. Die Ringmagneteinheit 10 umfasst einen kreisförmigen Magnethalter 1 und zumindest zwei Magnetsegmente 2, 3. 1A zeigt ein Paar von einem ersten Magnetsegment 2 und ein Paar von einem zweiten Magnetsegment 3, jedoch ist die vorliegende Erfindung auf diese Ausgestaltung nicht beschränkt. 1A zeigt, dass das Paar von ersten Magnetsegmenten 2 an den Magnethalter 1 fixiert ist und in einer Umfangsrichtung des Magnethalters 1 angeordnet ist. Das jeweilige Magnetsegment weist eine erste Fläche 4, die an eine Fläche des Magnethalters 1 angrenzt bzw. anschlägt bzw. anliegt, und eine zweite Fläche 5, welche die gegenüberliegende Fläche der ersten Fläche 4 ist, auf, und beide Seitenflächen 6 der ersten Fläche 4 und der zweiten Fläche 5 sind in den Richtungen, welche die Radialrichtung des Magnethalters 1 kreuzen bzw. queren bzw. durchqueren in den gleichen Winkeln X abgeschrägt bzw. angeschrägt. Die Magnetsegmente 2, 3 sind dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangslänge der ersten Fläche 4 des ersten Magnetsegments 2 gleich zu oder länger als die Umfangslänge der zweiten Fläche 5 ist, und dass die Umfangslänge der ersten Fläche 4 des zweiten Magnetsegments 3 gleich zu oder kürzer als die Umfangslänge der zweiten Fläche 5 ist.
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1A zeigt ein Beispiel, in welchem die Umfangslänge der ersten Fläche 4 des ersten Magnetsegments 2 gleich zu der Umfangslänge der zweiten Fläche 5 und die Umfangslänge der ersten Fläche 4 des zweiten Magnetsegments 3 gleich zu der Umfangslänge der zweiten Fläche 5 ist. 1B zeigt ein Beispiel, in welchem die Umfangslänge der ersten Fläche 4 des ersten Magnetsegments 2 länger als die Umfangslänge der zweiten Fläche 5 ist und die Umfangslänge der ersten Fläche 4 des zweiten Magnetsegments 3 kürzer als die Umfangslänge der zweiten Fläche 5 ist.
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Beispielsweise kann der kreisförmige Magnethalter 1 ein Motorgehäuse oder ein Innenrotor eines Innenrotormotors sein oder anderweitig kann der kreisförmige Magnethalter 1 auch einen Außenrotor eines Außenrotormotors ausbilden. Wenn der kreisförmige Magnethalter 1 ein Motorgehäuse oder ein Außenrotor eines Außenrotormotors ist, sind die zumindest zwei Magnetsegmente 2, 3 an einer Innenumfangsfläche des kreisförmigen Magnethalters 1 fixiert. Außerdem, wenn der kreisförmige Magnethalter 1 ein Innenrotor eines Innenrotormotors ist, sind die zumindest zwei Magnetsegmente 2, 3 an eine Außenumfangsfläche des kreisförmigen Magnethalters 1 fixiert.
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In dieser Ausführungsform werden vier Magnetsegmente 2, 3 verwendet, jedoch sind auch mehr als vier und eine gerade Anzahl an Magnetsegmente erlaubt. Wenn der Radius des kreisförmigen Magnethalters 1 größer wird, arbeitet eine Ringmagneteinheit 10 mit mehr als vier Magnetsegmenten 2, 3 weiterhin effektiv.
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Ein vollständiger oder teilweiser Abstand oder offener Raum zwischen benachbarten zwei Magnetsegmenten ist ebenfalls erlaubt. In diesem Fall wird die Toleranz der Magnetsegmente 2, 3 und des Magnethalters 1 aufgenommen. Jedoch ist ein engerer oder kleinerer Abstand oder offener Raum besser und wenn die Seitenflächen 6 der benachbarten zwei Magnetsegmente 2, 3 aneinander in dem Umfangsabstand, wie in 1A zu sehen ist, angrenzen bzw. anliegen kann ein Strom in der effizientesten Weise fließen.
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Wie in 2 zu sehen ist, können die abgeschrägten bzw. angeschrägten beiden Seitenflächen 6 jeweils zumindest einen gestuften bzw. abgestuften Abschnitt aufweisen.
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Wie in 3A zu sehen ist, sind das zumindest eine Feld eines magnetischen Nordpols 11 und das zumindest eine Feld eines magnetischen Südpols 12 in der Umfangsrichtung nacheinander bzw. hintereinander an der Ringmagneteinheit 10 angeordnet. Diese Magnetfelder sind ausgebildet durch spezifische Werkzeuge die Magnetfelder an den Magnetsegmenten magnetisieren. Dieser Magnetisierungsprozess kann entweder vor oder nachdem die Magnetsegmente 2, 3 an den Magnethalter 1 befestigt bzw. fixiert sind, ausgeführt werden.
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Das zumindest eine Feld des magnetischen Nordpols 11 und das zumindest eine Feld des magnetischen Südpols 12 sind jeweils an der Ringmagneteinheit 10, mehrere Magnetsegmente überlappend, angeordnet. In diesem Fall können die Magnetfelder präzise an den vordefinierten Plätzen der Ringmagneteinheit 10 ausgebildet werden, ungeachtet der Ausgestaltung, Positionen und Toleranzen der Magnetsegmente 2, 3. Außerdem ermöglicht diese Anordnung den effektiven Polwinkel (d. h. die Umfangslänge von jeder magnetischen Polsektion zu erhöhen), da alle von den Innenumfangsflächen (im Fall, dass die Ringmagneteinheit 10 an das Motorgehäuse fixiert ist/wird) vollständig als Magnetfelder verwendet werden, wobei die Leistung des Elektromotors erhöht wird, während die gleiche Motorlänge beibehalten wird. Diese Anordnung kann eine leichte und kostengünstige Weise erlauben, um einen effizienten Magnetkreislauf bereitzustellen.
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Benachbarte zwei Magnetfelder können einander angrenzen bzw. anliegen. Jedoch können Abstände 13 (siehe 3B) zwischen benachbarten zwei Magnetfeldern 11, 12 angeordnet sein/werden.
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Die Umfangslänge von dem zumindest einem Feld des magnetischen Nordpols 11 und dem zumindest einem Feld des magnetischen Südpols 12 kann gleich sein, kann jedoch auch von der Umfangslänge der anderen Felder unterschiedlich sein. Außerdem umfasst das zumindest eine Feld des magnetischen Nordpols zumindest zwei Felder und das zumindest eine Feld des magnetischen Südpols umfasst zumindest zwei Felder und die Umfangslänge von zumindest einem Abstand bzw. Lücke 13 zwischen dem benachbarten Feld des magnetischen Nordpols 11 und dem Feld des magnetischen Südpols 12 kann gleich sein, kann jedoch auch von der Umfangslänge der anderen Abstände bzw. Lücken 13 unterschiedlich sein. Diese unregelmäßige Anordnung kann für die Rotationsdetektion bzw. Rotationserkennung verwendet werden.
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Wie auch in 3A zu sehen ist, umfasst das zumindest eine Feld des magnetischen Nordpols 11 und das zumindest eine Feld des magnetischen Südpols 12 schräge Magnetfelder. Die 3C und 3D zeigen weitere Beispiele von schrägen Magnetfeldern, bei welchen die schrägen Magnetfelder in einer V-Gestalt (3C) oder C-Gestalt (3D) ausgebildet sind. In dem Fall, in welchem die Ringmagneteinheit an ein Motorgehäuse fixiert ist/wird, aufgrund der schrägen Magnetfelder, wird das Rastmoment (Cogging) eines Motors reduziert, da ein Innenrotor eines Motors sich von einem magnetischen Pol zu einem weiteren magnetischen Pol in einer schrittweisen Art bewegen kann. Die Schrägwinkel und Formen bzw. Gestalten können wie benötigt und/oder gewünscht variiert werden.
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Wie in 3E zu sehen ist, sind das zumindest eine Feld eines magnetischen Nordpols 11 und das zumindest eine Feld eines magnetischen Südpols 12 in der Umfangsrichtung hintereinander an der Ringmagneteinheit angeordnet. Wie in 3E zu sehen ist, kann das zumindest eine Feld des magnetischen Nordpols 11 und das zumindest eine Feld des magnetischen Südpols 12 auch senkrechte Magnetfelder umfassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- kreisförmiger Magnethalter
- 2
- erstes Magnetsegment
- 3
- zweites Magnetsegment
- 4
- erste Fläche
- 5
- zweite Fläche
- 6
- Seitenfläche
- 10
- Ringmagneteinheit
- 11
- Feld eines magnetischen Nordpols
- 12
- Feld eines magnetischen Südpols
- 13
- Abstand bzw. Lücke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/102662 A1 [0002]
- DE 3521005 A1 [0002]
