DE102023100217B3

DE102023100217B3 - Elektromagnet, verfahren zum betreiben eines elektromagneten und verfahren zum bilden eines elektromagneten

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Publication number: DE102023100217B3
Application number: DE102023100217.1A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-01-05
Filing date: 2023-01-05
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2043-01-06

Abstract

Ein Elektromagnet (100), umfassend:
ein röhrenförmiges Geflecht (110), das durch eine Vielzahl von verflochtenen Strängen gebildet ist, wobei mehr als einer der Stränge elektrisch leitfähig ist; und
zumindest ein Anschlusspaar (121, 122), das mit den elektrisch leitfähigen Strängen gekoppelt ist und ausgebildet ist, einen jeweiligen elektrischen Strom durch die elektrisch leitfähigen Stränge zu leiten,
wobei die elektrisch leitfähigen Stränge ausgebildet sind, einen jeweiligen Beitrag zu einem Magnetfeld des Elektromagneten (100) zu erzeugen, wenn das zumindest eine Anschlusspaar (121, 122) den jeweiligen elektrischen Strom durch die elektrisch leitfähigen Stränge leitet,
wobei Stromrichtungen des jeweiligen elektrischen Stroms, der durch elektrisch leitfähige Stränge fließt, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht (110) umschlossenen Raum entlang der gleichen Umfangsrichtung erstrecken, gleich sind, und wobei Stromrichtungen des jeweiligen elektrischen Stroms, der durch elektrisch leitfähige Stränge fließt, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht (110) umschlossenen Raum entlang entgegengesetzter Umfangsrichtungen erstrecken, einander entgegengesetzt sind, und wobei die elektrischen Ströme entlang der gleichen Umfangsrichtung durch alle elektrisch leitfähigen Stränge fließen.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft geflochtene Elektromagnete. Genauer gesagt beziehen sich Beispiele auf einen Elektromagneten, ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromagneten und ein Verfahren zum Bilden eines Elektromagneten.
Hintergrund
Elektromagnete werden in verschiedenen Anwendungen wie beispielsweise Motoren, Robotern oder in der medizinischen Bildgebung eingesetzt. Elektromagnete erzeugen, wie der Name schon sagt, ein Magnetfeld mit variabler Stärke, wenn ein elektrischer Strom angelegt wird. Ein Elektromagnet wird üblicherweise aus zwei Hauptkomponenten gebildet: Ein Kern aus einem magnetisierbaren Material und eine leitfähige Struktur, die den Kern ganz oder teilweise umhüllt. Das Arbeitsprinzip eines Elektromagneten ist einfach: Wenn tangentiale elektrische Ströme zu der Oberfläche des Kerns in der leitfähigen Struktur erzeugt werden, induzieren sie ein Magnetfeld innerhalb des Volumens des Kerns. Dieses induzierte Magnetfeld kann wiederum das Kernmaterial magnetisieren, was seine magnetischen Domänen ausrichtet und so zu einem insgesamt stärkeren Magnetfeld führt.
Traditionell wurde die leitfähige Struktur durch die Verwendung von Draht- oder Platten-(Spiral-) Wicklungen implementiert. Insbesondere werden Elektromagnete herkömmlich durch die Verwendung von Draht- oder Blechwicklungen von leitfähigem Material um einen Magnetkern erzeugt. Die Verwendung von Drahtwicklungen wird bei den meisten Anwendungen aufgrund der niedrigeren Kosten und der einfacheren Produktion sowohl derselben selbst als auch des Elektromagneten verwendet, während Blechwicklungen aus leitfähigem Material meist in experimentellen Supermagneten wie beispielsweise dem Bitter-Elektromagneten verwendet werden.
Bei herkömmlichen Elektromagneten werden die leitfähigen Strukturen durch die Verwendung von Spiralen vollständig im Uhrzeigersinn oder vollständig gegen den Uhrzeigersinn implementiert. Dieser Ansatz ist mit einer Vielzahl von Nachteilen verbunden. So ist zum Beispiel für jeden Draht die Spannung durch die Wicklung homogen und muss an den Drahtanschlüssen beibehalten werden, da es ansonsten zu einem Abwickeln kommen kann. Bei den meisten Anwendungen sind Klebe-, Binde- oder Ummantelungs- (encasing) Elemente erforderlich, um die Form der Wicklung zu erhalten, was die Kosten und den Entwurfsaufwand erhöht. Um eine Multimaterialwicklung zu erzeugen, müssen parallele Drähte verwendet werden, die die elektrischen Eigenschaften des Elektromagneten verändern. Ferner kommt es zu Abwicklung, Verformung und Stromabbruch, sollte der Draht reißen. Außerdem ist zu beachten, dass Wicklungen, auch parallele, nicht robust gegenüber Schnitten sind. Wenn ein Riss auftritt, wird die Spannung in der gesamten Wicklung aufgehoben und das Produkt wickelt sich ab. Ferner sind reguläre Elektromagnete anfällig für elektromagnetisches Rauschen aus der Umgebung.
Druckschrift CN 109102986 A betrifft eine HochTemperaturSupraleiter (HTS)-Spule, die aus einem Kabel, das aus mehreren Strängen leitender HTS-Bandkonduktoren besteht, gewickelt wird. Die HTS-Bandkonduktoren werden entlang der Länge des Kabels mit einem unterschiedlichen Neigungswinkel zu einem oder mehreren anderen Strängen spiralförmig gewickelt und über und untereinander entlang der Länge des Kabels geflochten.
Druckschrift DE 10005917 C1 betriff eine Spule, die aus Wicklungen einer ersten elektrischen Leitung und Wicklungen mindestens einer weiteren elektrischen Leitung besteht. Die elektrischen Leitungen sind an ihren Enden miteinander verbunden. Die einzelnen Wicklungen der ersten elektrischen Leitung und der weiteren elektrischen Leitung sind entlang des Umfangs des Spulenkörpers gegeneinander versetzt. Nach jeder Wicklung bildet jede Leitung eine Umlenkstelle, an der sie sich selbst durchläuft, über die benachbarten Leitungen geführt wird und parallel zu den anderen Leitungen um den Spulenkörper gewickelt wird. Die Wicklungen der verschiedenen Leitungen folgen in axialer Richtung des Spulenkörpers in einer vorbestimmten Abfolge abwechselnd aufeinander.
Es besteht ein Bedarf für verbesserte Elektromagnete.
Zusammenfassung
Der Bedarf wird durch einen Elektromagneten, ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromagneten und ein Verfahren zum Bilden eines Elektromagneten gemäß den unabhängigen Ansprüchen erfüllt. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen, in der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung einen Elektromagneten bereit. Der Elektromagnet umfasst ein röhrenförmiges Geflecht, das durch eine Vielzahl von verflochtenen Strängen gebildet ist. Mehr als einer der Stränge ist elektrisch leitfähig. Der Elektromagnet umfasst ferner zumindest ein Anschlusspaar, das mit den elektrisch leitfähigen Strängen gekoppelt ist und ausgebildet ist, einen jeweiligen elektrischen Strom durch die elektrisch leitfähigen Stränge zu leiten. Die elektrisch leitfähigen Stränge sind ausgebildet, einen jeweiligen (positiven, intensivierenden, verstärkenden) Beitrag zu einem Magnetfeld des Elektromagneten zu erzeugen (veranlassen), wenn das zumindest eine Anschlusspaar den jeweiligen elektrischen Strom durch die elektrisch leitfähigen Stränge leitet. Stromrichtungen des jeweiligen elektrischen Stroms, der durch elektrisch leitfähige Stränge fließt, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum entlang der gleichen Umfangsrichtung erstrecken, sind gleich. Stromrichtungen des jeweiligen elektrischen Stroms, der durch elektrisch leitfähige Stränge fließt, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum entlang entgegengesetzter Umfangsrichtungen erstrecken, sind einander entgegengesetzt. Die elektrischen Ströme fließen entlang der gleichen Umfangsrichtung durch alle elektrisch leitfähigen Stränge.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromagneten gemäß der vorliegenden Offenbarung bereit. Das Verfahren umfasst ein Leiten eines jeweiligen elektrischen Stroms durch die elektrisch leitfähigen Stränge über das zumindest eine Anschlusspaar, um die elektrisch leitfähigen Stränge zu veranlassen, ein Magnetfeld zu erzeugen, während der jeweilige elektrische Strom durch die elektrisch leitfähigen Stränge fließt.
Der vorgeschlagene Magnet verwendet ein leitfähiges Geflecht anstelle klassischer leitfähiger Wicklungen für die Erzeugung der tangentialen Ströme zu dem Kern des Elektromagneten. Die verflochtenen Stränge erstrecken sich jeweils von einem ersten Ende des röhrenförmigen Geflechts zu einem gegenüberliegenden zweiten Ende des röhrenförmigen Geflechts entlang einer Längsrichtung des röhrenförmigen Geflechts. Ferner erstrecken sich die verflochtenen Stränge in Umfangsrichtung um einen von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum. Das Verflechten der Stränge erzeugt mechanische Verbindungen, die Spannungen zu allen an der jeweiligen Verbindung beteiligten Stränge umleiten. Dementsprechend muss die Spannung nicht in allen Strängen aufrechterhalten werden, sondern nur in einer Teilmenge. Da Flechten eine Form des periodischen Verknüpfens ist, wirken die Spannungen im gesamten Material des röhrenförmigen Geflechts den Auflösungsrichtungen entgegen. Dementsprechend bleibt die Form des röhrenförmigen Geflechts auch bei einem Fehlen von zusätzlichen Klebe- oder Bindeelementen erhalten. Im Falle eines Strangrisses wird nur die Spannung zwischen zwei Verflechtungspunkten freigegeben. Aufgrund der verbleibenden Spannungen bleibt das röhrenförmige Geflecht insgesamt erhalten. Ferner können je nach Bedarf Stränge aus leitfähigen und nicht leitfähigen Materialien in das röhrenförmige Geflecht integriert werden. Die vorstehenden Vorteile zusammenfassend stellt der vorgeschlagene Elektromagnet eine verbesserte Robustheit und eine höhere Entwurfsflexibilität bereit als herkömmliche Elektromagnete. Durch das Bereitstellen von mehr als einem elektrisch leitfähigen Strang können mehrere Beiträge zu dem Magnetfeld erzeugt werden. Dies kann es ferner ermöglichen, das Magnetfeld zu formen (einzustellen), indem die Parameter des Stroms/der Ströme, der/die durch die Vielzahl der elektrisch leitfähigen Stränge geleitet wird/werden, richtig eingestellt werden. So können zum Beispiel alle verflochtenen Stränge elektrisch leitfähig sein. Bei anderen Beispielen können mehr als 25 %, 50 % oder 75 % der verflochtenen Stränge elektrisch leitfähig sein. Anders ausgedrückt können einer oder mehrere der verflochtenen Stränge aus nicht leitfähigem Material hergestellt sein (z. B. abhängig von der gewünschten/Ziel-Anwendung). Durch Auswählen der Stromrichtung des jeweiligen elektrischen Stroms basierend auf der Umfangserstreckung des jeweiligen elektrisch leitfähigen Strangs kann sichergestellt werden, dass die Ströme entlang der gleichen Umfangsrichtung durch alle elektrisch leitfähigen Stränge fließen. Bei der obigen Konfiguration können alle Ströme z. B. entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum durch den jeweiligen elektrisch leitfähigen Strang fließen.
Gemäß einigen Beispielen umfasst der Elektromagnet ferner einen Magnetkern, der aus magnetisierbarem Material hergestellt ist, um eine Stärke des Magnetfeldes zu erhöhen. Der Magnetkern erstreckt sich entlang der Längsrichtung des röhrenförmigen Geflechts, und wobei das röhrenförmige Geflecht zumindest einen Teil des Magnetkerns (z. B. einen festen Kern) umschließt. Wenn das zumindest eine Anschlusspaar den jeweiligen elektrischen Strom durch elektrisch leitfähigen Stränge leitet, werden an der Oberfläche des umschlossenen Magnetkerns tangentiale Ströme verursacht. Da das Material des Magnetkerns magnetisierbar ist, wird die Stärke des Magnetfeldes erhöht.
Bei alternativen Beispielen umschließt das röhrenförmige Geflecht einen Luftkern. Anders ausgedrückt umschließt das röhrenförmige Geflecht keinen festen Magnetkern. Da das röhrenförmige Geflecht seine Form beibehält, ist kein fester Magnetkern erforderlich, um die Form des Elektromagneten zu erhalten. Da der Luftkern nicht gesättigt wird, eignet sich der vorgeschlagene Elektromagnet mit Luftkern z.B. für Anwendungen, die hohe Stärken des Magnetfeldes erfordern. Ferner stellt der Luftkern andere Vorteile wie beispielsweise ein Weglassen von Kernverlusten oder einen hohen Q-Faktor bereit.
Bei weiteren alternativen Beispielen ist ein von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossener Raum ein Vakuum. Für verschiedene Anwendungen müssen Elektromagnete im Vakuum arbeiten. Da das röhrenförmige Geflecht seine Form beibehält, ist kein fester Magnetkern erforderlich, um die Form des Elektromagneten zu erhalten. Dementsprechend ist der vorgeschlagene Elektromagnet mit Vakuumkern für solche Anwendungen geeignet.
Gemäß einigen Beispielen ist zumindest einer der verflochtenen Stränge aus magnetisierbarem Material hergestellt, um eine Stärke des Magnetfeldes zu erhöhen. Wie bereits erwähnt, bietet das röhrenförmige Geflecht eine hohe Entwurfsflexibilität, da unterschiedliche Materialien für die Stränge des Geflechts verwendet werden können. Die Verwendung eines oder mehrerer verflochtener Stränge, die aus magnetisierbarem Material hergestellt sind, ermöglicht es, die Stärke des durch das elektromagnetische Feld erzeugten Magnetfeldes mit oder ohne die Verwendung eines zusätzlichen Magnetkerns zu erhöhen. Dadurch wird eine grö-ßere Entwurfsfreiheit erreicht.
Gemäß einigen Beispielen erstrecken sich die elektrisch leitfähigen Stränge um einen von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum entlang der gleichen Umfangsrichtung. So können beispielsweise alle elektrisch leitfähigen Stränge entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum verlaufen. In dieser Konfiguration kann/können Strom/Ströme entlang der gleichen Stromrichtung durch die elektrisch leitfähigen Stränge geleitet werden. Alle elektrisch leitfähigen Stränge können z. B. mit einem einzelnen Anschlusspaar gekoppelt sein.
Bei alternativen Beispielen erstrecken sich einer oder mehrere der elektrisch leitfähigen Stränge um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum entlang einer ersten Umfangsrichtung, und wobei sich einer oder mehrere der elektrisch leitfähigen Stränge um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum entlang einer zweiten Umfangsrichtung entgegengesetzt zu der Umfangsrichtung erstrecken. Zum Beispiel verlaufen einer oder mehrere der elektrisch leitfähigen Stränge im Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum, während die anderen elektrisch leitfähigen Stränge gegen den Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum verlaufen. In dieser Konfiguration kann/können Strom/Ströme entlang der entgegengesetzten Stromrichtungen durch die zwei Sätze von elektrisch leitfähigen Strängen geleitet werden.
Bei einigen Beispielen sind Enden von zumindest einem Paar von elektrisch leitfähigen Strängen, die entgegengesetzte Umfangsrichtungen aufweisen, miteinander gekoppelt. Das Koppeln von elektrisch leitfähigen Strängen, die entgegengesetzte Umfangsrichtungen aufweisen, kann ein serielles Koppeln der elektrisch leitfähigen Stränge ermöglichen. Dementsprechend müssen nicht alle Stränge separat mit einem Anschlusspaar gekoppelt werden.
Gemäß einigen Beispielen umfasst der Elektromagnet mehr als ein Anschlusspaar, wobei unterschiedliche der elektrisch leitfähigen Stränge mit unterschiedlichen von den mehr als einen Anschlusspaar gekoppelt sind. Die Verwendung einer Vielzahl von Anschlusspaaren ermöglicht es, unterschiedliche Ströme durch unterschiedliche elektrisch leitfähige Stränge zu leiten. Dadurch kann das elektromagnetische Feld durch Auswählen geeigneter Ströme mit z.B. angepassten Stromstärken oder Phasen geformt werden.
Bei einigen Beispielen ist einer von den elektrisch leitfähigen Strängen ein zweites röhrenförmiges Geflecht, das aus einer Vielzahl von verflochtenen zweiten Strängen gebildet ist, und wobei zumindest einer der zweiten Stränge elektrisch leitfähig ist. Anders ausgedrückt kann der Elektromagnet eine rekursive oder fraktale Struktur aufweisen, bei der ein oder mehrere elektrisch leitfähige Stränge, die in dem röhrenförmigen Geflecht des Elektromagneten verwendet werden, selbst ein röhrenförmiges Geflecht sind. Dies kann es ermöglichen, die Entwurfsflexibilität des Elektromagneten weiter zu erhöhen oder Elektromagnete aus bestehenden Elektromagneten mit größerem/r Durchmesser oder Länge zu konstruieren, ohne die Herstellungsausrüstung anpassen zu müssen.
Gemäß einigen Beispielen ist zumindest einer der Stränge hohl und der Elektromagnet umfasst ferner einen Einlass und einen Auslass für Kühlfluid. Der zumindest eine hohle Strang ist mit dem Einlass und dem Auslass für Kühlfluid gekoppelt. Das Bereitstellen eines oder mehrerer Stränge für Kühlfluid kann es ermöglichen, den Elektromagneten abzukühlen und somit ein (Über-)Erhitzen des Elektromagneten zu verhindern. Die aktive Kühlung verbessert die thermische Stabilität und erhöht den elektrischen Strom, der durch das Geflecht angelegt werden kann, wodurch die Erzeugung homogener Magnetfelder gefördert wird.
Bei einigen Beispielen ist zumindest einer der Stränge ein Verstärkungsstrang, der eine höhere Steifigkeit als die anderen Stränge des röhrenförmigen Geflechts aufweist. Die Verwendung eines oder mehrerer Verstärkungsstränge ermöglicht es, die Stabilität des Geflechts weiter zu verbessern.
Gemäß einigen Beispielen umfasst der Elektromagnet ferner zumindest ein weiteres röhrenförmiges Geflecht, das durch eine jeweilige weitere Vielzahl von verflochtenen Strängen gebildet ist. Das zumindest eine weitere röhrenförmige Geflecht ist derart gebildet, dass es das röhrenförmige Geflecht zumindest teilweise entlang einer Längsrichtung des röhrenförmigen Geflechts (des Elektromagneten) umschließt. Zumindest einer der jeweiligen Stränge des zumindest einen weiteren röhrenförmigen Geflechts ist elektrisch leitfähig und ausgebildet, einen jeweiligen Beitrag zu dem Magnetfeld zu erzeugen, wenn das zumindest eine Anschlusspaar den jeweiligen elektrischen Strom durch den zumindest einen elektrisch leitfähigen Strang leitet. Anders ausgedrückt können für den Elektromagneten zwei oder mehr geflochtene Schichten verwendet werden. Die Verwendung mehrerer verschachtelter röhrenförmiger Geflechte ermöglicht es, die Stärke zu erhöhen und die Form des elektromagnetischen Feldes anzupassen und somit die Entwurfsflexibilität des Elektromagneten zu erhöhen.
Bei einigen Beispielen sind zwei oder mehr Geflechte des röhrenförmigen Geflechts und des zumindest einen weiteren röhrenförmigen Geflechts miteinander verflochten. Anders ausgedrückt können zumindest einige der geflochtenen Schichten miteinander verflochten sein. Dies ermöglicht eine weitere Erhöhung der Stabilität des Geflechts.
Bei alternativen Beispielen sind das röhrenförmige Geflecht und das zumindest eine weitere röhrenförmige Geflecht nicht miteinander verflochten. Anders ausgedrückt sind die geflochtenen Schichten möglicherweise nicht miteinander verflochten. Dies ermöglicht es, die einzelnen geflochtenen Schichten leichter zu bilden und zu trennen. Dementsprechend können sowohl die Herstellung als auch die Wartung oder Reparatur des Elektromagneten erleichtert werden.
Gemäß einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Bilden eines Elektromagneten bereit. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines röhrenförmigen Geflechts, das durch eine Vielzahl von verflochtenen Strängen gebildet ist, wobei mehr als einer der Stränge elektrisch leitfähig ist. Ferner umfasst das Verfahren ein Bereitstellen von zumindest einem Anschlusspaar, das ausgebildet ist, einen elektrischen Strom zu leiten. Zusätzlich umfasst das Verfahren ein Koppeln von Enden der elektrisch leitfähigen Stränge, derart, dass Stromrichtungen des jeweiligen elektrischen Stroms, der durch elektrisch leitfähige Stränge fließt, die sich um einen von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum entlang der gleichen Umfangsrichtung erstrecken, gleich sind, und dass Stromrichtungen des jeweiligen elektrischen Stroms, der durch elektrisch leitfähige Stränge fließt, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum entlang entgegengesetzter Umfangsrichtungen erstrecken, einander entgegengesetzt sind. Die elektrischen Ströme fließen entlang der gleichen Umfangsrichtung durch alle elektrisch leitfähigen Stränge. Das Verfahren ermöglicht ein Bereitstellen eines Elektromagneten mit verbesserter Robustheit und höherer Entwurfsflexibilität als herkömmliche Elektromagnete. Ferner stellt das Verfahren sicher, dass sich die Ströme entlang der gleichen Umfangsrichtung durch alle elektrisch leitfähigen Stränge bewegen. Zum Beispiel können alle Ströme z. B. entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum durch den jeweiligen elektrisch leitfähigen Strang fließen.
Bei einigen Beispielen umfasst das Koppeln der Enden der elektrisch leitfähigen Stränge ein Koppeln von Enden von zumindest einem Paar von elektrisch leitfähigen Strängen, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum entlang entgegengesetzter Umfangsrichtungen zueinander erstrecken. Das Koppeln von elektrisch leitfähigen Strängen, die entgegengesetzte Umfangsrichtungen aufweisen, kann ein serielles Koppeln der elektrisch leitfähigen Stränge ermöglichen. Dementsprechend muss nicht jeder Strang separat mit einem Anschlusspaar gekoppelt werden.
Gemäß einigen Beispielen umfasst das Koppeln der Enden der elektrisch leitfähigen Stränge ein Koppeln von Enden von zumindest einem Teil der elektrisch leitfähigen Stränge mit dem zumindest einen Anschlusspaar.
Kurze Beschreibung der Figuren
Nachfolgend werden einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren ausschließlich beispielhaft und Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen gilt:

1 bis 14 zeigen verschiedene beispielhafte Elektromagnete;
15 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Elektromagneten; und
16 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Bilden eines Elektromagneten.

Detaillierte Beschreibung
Einige Beispiele werden nun detaillierter Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben.
Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente und/oder Merkmale, die identisch oder in modifizierter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen. In den Figuren können ferner die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B, sowie A und B, sofern nicht im Einzelfall ausdrücklich anders definiert. Als alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen kann „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“ verwendet werden. Das gilt entsprechend für Kombinationen aus mehr als zwei Elementen.
Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“, verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch mehrere Elemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion nachfolgend als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei Gebrauch das Vorliegen der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben beschreiben, dabei aber nicht das Vorliegen oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben ausschließen.
1 stellt schematisch einen Elektromagneten 100 dar. Der Elektromagnet 100 umfasst ein röhrenförmiges Geflecht 110, das durch eine Vielzahl von verflochtenen Strängen 111,..., 116 gebildet ist. Bei dem Beispiel von 1 wird das röhrenförmige Geflecht 110 durch Flechten von sechs Strängen 111, ..., 116 gebildet. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung nicht derart begrenzt ist. Weitere Beispiele unter Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von verflochtenen Strängen werden später Bezug nehmend auf 4, 5 und 6 beschrieben.
Zumindest einer der Stränge 111, ..., 116 ist elektrisch leitfähig. Beispielsweise kann einer der Stränge 111, ..., 116, die Hälfte der Stränge 111, ..., 116 oder alle Stränge 111, ..., 116 elektrisch leitfähig sein. Der eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Stränge können z. B. jeweils einen Strang aus flexiblem, elektrisch leitfähigem Material umfassen, der mit elektrisch isolierendem Material umschlossen (eingekapselt, beschichtet) ist. Die Stränge können beispielsweise elektrische Kabel, Magnetdraht oder Lackdraht (ein Kupfer- oder Aluminiumdraht, der mit einer dünnen Schicht aus Isoliermaterial wie beispielsweise Polymer beschichtet ist) sein. Im Allgemeinen kann das Material des einen oder der mehreren elektrisch leitfähigen Stränge eine hohe Duktilität und Leitfähigkeit aufweisen. Getemperte Metalle können von Vorteil sein, da sie besser performen. Es können jedoch auch andere Materialien wie beispielsweise Silber, Gold, Messing oder irgendeine Kombination der obigen verwendet werden. Für einen elektrisch leitfähigen Strang können sowohl Legierungen als auch geflochtene Konstruktionen verwendet werden. Auch Kohlenstoff-Nanoröhren können für einen elektrisch leitfähigen Strang verwendet werden.
Das röhrenförmige Geflecht 110 wird durch periodisches Verknüpfen der Vielzahl von Strängen 111, ..., 116 gebildet, derart, dass die einzelnen Stränge helixartige Kurven aufweisen. Das heißt, die verflochtenen Stränge 111, ..., 116 erstrecken sich jeweils von einem ersten Ende des röhrenförmigen Geflechts 110 (z.B. dem oberen Ende in 1) zu einem gegenüberliegenden zweiten Ende des röhrenförmigen Geflechts 110 (z.B. dem unteren Ende in 1) entlang einer Längsrichtung des röhrenförmigen Geflechts 110 (z.B. der vertikalen Richtung in 1). Die verflochtenen Stränge erstrecken sich ferner in Umfangsrichtung um einen Raum, der von dem röhrenförmigen Geflecht 110 umschlossen wird (von der gleichen Seite aus gesehen entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn).
Der Elektromagnet 100 umfasst ferner zumindest ein Anschlusspaar 121, 122. Bei dem Beispiel von 1 ist genau ein Anschlusspaar 121, 122 dargestellt. Es ist jedoch zu beachten, dass der Elektromagnet 100 bei anderen Beispielen mehr als ein Anschlusspaar umfassen kann. Das zumindest eine Anschlusspaar 121, 122 dient zum Koppeln des Elektromagneten mit einer oder mehreren Leistungsversorgungen. Anders ausgedrückt ist/sind das zumindest eine Anschlusspaar 121, 122 koppelbar mit (ist/sind ausgebildet, um gekoppelt zu werden mit) einer oder mehreren Leistungsversorgungen zum Versorgen des Elektromagneten 100 mit einem oder mehreren (Versorgungs-)Strömen. Ein Anschluss jedes Anschlusspaares dient als Eingangsanschluss für den jeweiligen elektrischen Strom und der andere Anschluss jedes Anschlusspaares dient als Ausgangsanschluss für den jeweiligen elektrischen Strom. Das zumindest eine Anschlusspaar 121, 122 ist mit dem zumindest einen elektrisch leitfähigen Strang gekoppelt und ausgebildet, einen jeweiligen elektrischen Strom durch den zumindest einen elektrisch leitfähigen Strang zu leiten. Zum Beispiel können alle elektrisch leitfähigen Stränge des Elektromagneten 100 mit dem Anschlusspaar 121, 122 gekoppelt sein. Bei anderen Beispielen können verschiedene der elektrisch leitfähigen Stränge des Elektromagneten 100 mit verschiedenen Anschlüssen gekoppelt sein, derart, dass verschiedene Ströme durch die elektrisch leitfähigen Stränge geleitet werden können.
Der zumindest eine elektrisch leitfähige Strang ist ausgebildet, einen jeweiligen (positiven, intensivierenden, verstärkenden) Beitrag zu einem Magnetfeld des Elektromagneten 100 zu erzeugen (veranlassen), wenn das zumindest eine Anschlusspaar 121, 122 den jeweiligen elektrischen Strom durch den zumindest einen elektrisch leitfähigen Strang leitet. Jede von dem zumindest einen elektrisch leitfähigen Strang ist eine Struktur, in der ein tangentialer oder halbtangentialer elektrischer Strom fließen kann, um ein koaxiales Magnetfeld in dem von dem röhrenförmigen Geflecht 110 umschlossenen Raum zu erzeugen. Der vorgeschlagene Magnet verwendet ein leitfähiges Geflecht anstelle der klassischen leitfähigen Wicklungen. Der Elektromagnet 100 ist in Funktion und elektromagnetischen Eigenschaften äquivalent zu herkömmlichen Elektromagneten, stellt aber Kostenvorteile, erhöhte Robustheit, größere Entwurfsfreiheit und reduzierten Produktionsaufwand bereit. Insbesondere erzeugt das Verflechten der Stränge 111, ..., 116 mechanische Verbindungen, die Spannungen zu allen an der jeweiligen Verbindung beteiligten Strängen umleiten. Dementsprechend muss die Spannung nicht in allen Strängen 111, ..., 116 aufrechterhalten werden, sondern nur in einer Teilmenge. Da Flechten eine Form des periodischen Verknüpfens ist, wirken die Spannungen im gesamten Material des röhrenförmigen Geflechts 100 den Auflösungsrichtungen entgegen. Dementsprechend bleibt die Form des röhrenförmigen Geflechts 110 auch bei einem Fehlen von zusätzlichen Klebe- oder Bindeelementen erhalten. Im Falle eines Strangrisses wird nur die Spannung zwischen zwei Verflechtungspunkten freigegeben. Aufgrund der verbleibenden Spannungen bleibt das röhrenförmige Geflecht 110 insgesamt erhalten. Ferner können je nach Bedarf Stränge aus leitfähigen und nicht leitfähigen Materialien in das röhrenförmige Geflecht integriert werden.
Der Elektromagnet 100 umfasst zusätzlich einen Magnetkern 130, der aus magnetisierbarem Material hergestellt ist, um eine Stärke des Magnetfeldes zu erhöhen. Der Magnetkern 130 erstreckt sich entlang der Längsrichtung des röhrenförmigen Geflechts 110 derart, dass das röhrenförmige Geflecht 110 zumindest einen Teil des Magnetkerns 130 umschließt. Zum Beispiel kann das röhrenförmige Geflecht 110 den Magnetkern 130 entlang der Längsrichtung des röhrenförmigen Geflechts 110 vollständig umschließen, wie in 1 dargestellt. Bei anderen Beispielen kann das röhrenförmige Geflecht 110 den Magnetkern 130 entlang der Längsrichtung des röhrenförmigen Geflechts 110 nur teilweise umschließen (d.h. der Magnetkern 130 kann aus einem oder beiden Enden des röhrenförmigen Geflechts 110 herausragen). Wenn das zumindest eine Anschlusspaar 121, 122 den jeweiligen elektrischen Strom durch den zumindest einen elektrisch leitfähigen Strang leitet, verursacht das röhrenförmige Geflecht 110 tangentiale Ströme an der Oberfläche des Magnetkerns 130. Da das Material des Magnetkerns 130 magnetisierbar ist, wird die Stärke des Magnetfeldes erhöht. Der feste Magnetkern 130 kann z. B. eines oder mehrere von Weicheisen, laminiertem Siliziumstahl, Eisen-Silizium-Legierungen, komplexeren Legierungen wie Metglas, Metallpulvern und Keramiken umfassen (aus denselben gebildet sein). Der Magnetkern 130 kann auch ein niedrig magnetisierbares Material wie ein elastisches Material wie beispielsweise Gummi oder Federstahl umfassen (aus demselben gebildet sein).
Es ist jedoch zu beachten, dass der Magnetkern 130 optional ist. 2 zeigt einen weiteren Elektromagneten 200, umfassend einen Luftkern 140 anstelle des Magnetkerns 130. 3 zeigt ferner einen weiteren Elektromagneten 300, bei dem der von dem röhrenförmigen Geflecht 110 umschlossene Raum ein Vakuum ist. Einige der verflochtenen Stränge sind aus magnetisierbarem Material hergestellt, um eine Stärke des Magnetfeldes bei den Beispielen von 2 und 3 zu erhöhen. Bei dem Beispiel von 2 sind die Stränge 111, 113 und 116 aus magnetisierbarem Material hergestellt, während die Stränge 113 und 114 bei dem Beispiel von 3 aus magnetisierbarem Material hergestellt sind. Im Allgemeinen kann zumindest einer der verflochtenen Stränge 111, ..., 116 aus magnetisierbarem Material hergestellt sein, um eine Stärke des Magnetfeldes zu erhöhen. Auch bei dem Beispiel von 1 können einer oder mehrere der verflochtenen Stränge 111, ..., 116 aus magnetisierbarem Material hergestellt sein, um eine Stärke des Magnetfeldes zu erhöhen.
Wie in der obigen Beschreibung von 2 und 3 angezeigt, können leitfähige oder nicht leitfähige Materialien leicht in den Entwurf des röhrenförmigen Geflechts 110 integriert werden, abhängig von der gewünschten Verwendung (Zielanwendung) des Elektromagneten. So können beispielsweise ein oder mehrere Stränge aus magnetisierbarem Material in das röhrenförmige Geflecht 110 integriert werden, um eine Stärke des Magnetfeldes zu erhöhen. Beispielsweise kann einer der verflochtenen Stränge 111, ..., 116 ein Verstärkungsstrang sein, der eine höhere Steifigkeit aufweist als die anderen Stränge des röhrenförmigen Geflechts 110, um die Robustheit des Elektromagneten zu erhöhen.
In ähnlicher Weise kann einer der verflochtenen Stränge 111, ..., 116 hohl sein und mit einem Einlass und einem Auslass des Elektromagneten für Kühlfluid (z. B. Wasser) gekoppelt sein. Dies wird in 3 weiter veranschaulicht, in der der Strang 115 hohl ist und mit dem Einlass 141 und dem Auslass 142 für Kühlfluid gekoppelt ist. Der Einlass 141 dient zum Koppeln mit einer Kühlfluid-Quelle, die das Kühlfluid bereitstellt, und der Auslass 142 dient zum Koppeln mit einem Kühlfluid-Abfluss. Anders ausgedrückt ist der Einlass 141 mit der Kühlfluid-Quelle koppelbar (ausgebildet, mit derselben gekoppelt zu werden) und der Auslass 142 ist mit dem Kühlfluid-Abfluss koppelbar (bausgebildet, mit demselben gekoppelt zu werden). Das Bereitstellen eines oder mehrerer Stränge für Kühlfluid kann es ermöglichen, den Elektromagneten 300 abzukühlen und somit eine (Über-)Erhitzen des Elektromagneten 300 zu verhindern. Die aktive Kühlung verbessert die thermische Stabilität und erhöht den elektrischen Strom, der durch das Geflecht 110 angelegt werden kann, wodurch die Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes gefördert wird.
Es ist zu beachten, dass einer der elektrisch leitfähigen Stränge bei den Beispielen von 1 bis 3 z.B. ein zweites röhrenförmiges Geflecht sein kann, das aus einer Vielzahl von verflochtenen zweiten Stränge gebildet ist, wobei zumindest einer der zweiten Stränge elektrisch leitfähig ist. Anders ausgedrückt kann das röhrenförmige Geflecht 110 eine rekursive oder fraktale Struktur aufweisen, bei der ein oder mehrere elektrisch leitfähige Stränge, die in dem röhrenförmigen Geflecht 110 verwendet werden, selbst ein röhrenförmiges Geflecht sind. Dies kann es ermöglichen, die Entwurfsflexibilität des jeweiligen Elektromagneten weiter zu erhöhen.
Für das röhrenförmige Geflecht können verschiedene Flechtmuster verwendet werden. Die in 1 bis 3 dargestellten röhrenförmigen Geflechte 110 weisen ein Maypole-Geflecht auf. Das Maypole-Geflecht erzeugt einen Satz von Strängen im Uhrzeigersinn und einen Satz von Strängen gegen den Uhrzeigersinn (die im Wesentlichen eine spiralförmige Form aufweisen), die sich innerhalb von sich selbst miteinander verflechten, wobei die Stränge an Ort und Stelle verknüpft werden. 4 zeigt beispielhaft ein röhrenförmiges Geflecht 400 mit einem Diamantgeflecht, das eine Variante des Maypole-Geflechts ist, bei der jeweils nur ein Strang mit einem einzelnen Strang verflochten wird. 5 zeigt beispielhaft ein röhrenförmiges Geflecht 500 mit einem regelmäßigen Geflecht, das eine Variante des Maypole-Geflechts ist, bei der jeweils ein Strang mit zwei Strängen verflochten wird. 6 zeigt beispielhaft ein röhrenförmiges Geflecht 600 mit einem Herkules-Geflecht, das eine Variante des Maypole-Geflechts ist, bei der jeweils ein Strang mit drei Strängen verflochten wird. Bei anderen Beispielen kann ein röhrenförmiges Geflecht mit einem Kumihimo-Geflecht verwendet werden. Diese Art von Geflecht hat den Vorteil, dass die Stränge im Wesentlichen konzentrische Spiralen bilden, die alle in die gleiche Richtung (z. B. im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) rotieren. Es können jedoch auch andere Flechtmuster verwendet werden. Im Allgemeinen können alle Flechtmuster verwendet werden, da sie alle (im Wesentlichen) spiralförmige, periodische Muster im Hinblick auf eine Achse erzeugen. Ferner erzeugen alle Flechtmuster auch eine Verknüpfung in der resultierenden Konstruktion, wodurch das röhrenförmige Geflecht vor mechanischen Störungen geschützt wird.
Auch die Anzahl der für das röhrenförmige Geflecht verwendeten Stränge ist im Allgemeinen nicht begrenzt. Dies ist in 7, 8 und 9 weiter dargestellt. Der obere Teil von 7 bis 9 zeigt eine perspektivische Ansicht des jeweiligen Elektromagneten, der untere Teil zeigt eine Draufsicht des jeweiligen Elektromagneten. 7 zeigt einen Elektromagneten 700 mit einem röhrenförmigen Geflecht 710, das aus vier verflochtenen Strängen hergestellt ist. 8 zeigt einen weiteren Elektromagneten 800 mit einem röhrenförmigen Geflecht 810, das aus sechs verflochtenen Strängen hergestellt ist. 9 zeigt einen weiteren Elektromagneten 900 mit einem röhrenförmigen Geflecht 910, das aus acht verflochtenen Strängen hergestellt ist. Die Anzahl der elektrisch leitfähigen Stränge unter den vielfachen Strängen des röhrenförmigen Geflechts kann gemäß der Zielanwendung für den Elektromagneten ausgewählt werden. Die Erhöhung der Anzahl der in dem röhrenförmigen Geflecht verwendeten Stränge vergrößert die Bandbreite der praktikablen Kopplungsmuster und ermöglicht somit eine größere Entwurfsfreiheit.
Bei den vorangehend beschriebenen Beispielen umfasst der jeweilige Elektromagnet genau ein röhrenförmiges Geflecht, d.h. eine geflochtene Schicht. Gemäß Beispielen der vorliegenden Offenbarung kann der Elektromagnet zwei oder mehr geflochtene Schichten umfassen. 10 zeigt einen weiteren Elektromagneten 1000, umfassend ein erstes röhrenförmiges Geflecht 1010-1 wie vorangehend beschrieben und ein zweites röhrenförmiges Geflecht 1010-2. Das zweite röhrenförmige Geflecht 1010-2 wird analog zu dem ersten röhrenförmigen Geflecht 1010-1 durch eine jeweilige weitere Vielzahl von verflochtenen Strängen gebildet. Zumindest einer der Stränge des zweiten röhrenförmigen Geflechts 1010-2 ist elektrisch leitfähig. Das zumindest eine Anschlusspaar (nicht dargestellt) des Elektromagneten 1000 ist mit dem zumindest einen elektrisch leitfähigen Strang des zweiten röhrenförmigen Geflechts 1010-2 gekoppelt und ausgebildet, einen jeweiligen elektrischen Strom durch den zumindest einen elektrisch leitfähigen Strang zu leiten. Dementsprechend ist der zumindest eine elektrisch leitfähige Strang des zweiten röhrenförmigen Geflechts 1010-2 ausgebildet, einen jeweiligen (positiven, intensivierenden, verstärkenden) Beitrag zu dem Magnetfeld zu erzeugen, wenn das zumindest eine Anschlusspaar (in 10 nicht dargestellt) den jeweiligen elektrischen Strom durch den zumindest einen elektrisch leitfähigen Strang des zweiten röhrenförmigen Geflechts 1010-2 leitet. Anders ausgedrückt wird das zweite röhrenförmige Geflecht 1010-2 analog zu dem ersten röhrenförmigen Geflecht 1010-1 gebildet.
Das zweite röhrenförmige Geflecht 1010-2 ist derart gebildet, dass es das erste röhrenförmige Geflecht 1010-1 zumindest teilweise entlang der Längsrichtung umschließt. Zum Beispiel kann das zweite röhrenförmige Geflecht 1010-2 das erste röhrenförmige Geflecht 1010-1 entlang der Längsrichtung des ersten röhrenförmigen Geflechts 1010-1 vollständig umschließen, wie in 10 dargestellt. Bei anderen Beispielen kann das zweite röhrenförmige Geflecht 1010-2 entlang der Längsrichtung des ersten röhrenförmigen Geflechts 1010-1 nur teilweise umschließen (z.B. kann das erste röhrenförmige Geflecht 1010-1 aus einem oder beiden Enden des zweiten röhrenförmigen Geflechts 1010-2 herausragen).
11 zeigt einen weiteren Elektromagneten 1100, umfassend ein erstes röhrenförmiges Geflecht 1110-1, ein zweites röhrenförmiges Geflecht 1110-2 und ein drittes röhrenförmiges Geflecht 1110-3. Die röhrenförmigen Geflechte 1110-1, 1110-2 und 1110-3 werden wie vorangehend beschrieben gebildet. Das zweite röhrenförmige Geflecht 1010-2 ist derart gebildet, dass es das erste röhrenförmige Geflecht 1010-1 zumindest teilweise entlang der Längsrichtung des ersten röhrenförmigen Geflechts 1010-1 umschließt. Analog dazu ist das dritte röhrenförmige Geflecht 1010-3 derart gebildet, dass es das zweite röhrenförmige Geflecht 1010-2 zumindest teilweise entlang der Längsrichtung des zweiten röhrenförmigen Geflechts 1010-2 umschließt. Wie in 11 dargestellt, können sich die röhrenförmigen Geflechte 1110-1, 1110-2 und 1110-3 entlang der Längsrichtung des Elektromagneten 1100 vollständig gegenseitig umschließen. Bei anderen Beispielen umschließen sich möglicherweise eines oder mehrere der röhrenförmigen Geflechte 1110-1, 1110-2 und 1110-3 gegenseitig nur teilweise entlang der Längsrichtung.
Die Verwendung mehrerer verschachtelter röhrenförmiger Geflechte ermöglicht es, die Stärke zu erhöhen und die Form des elektromagnetischen Feldes anzupassen und somit die Entwurfsflexibilität des Elektromagneten zu erhöhen.
Zwei oder mehr der in 10 und 11 dargestellten röhrenförmigen Geflechte können miteinander verflochten werden, um die Stabilität des Elektromagneten zu erhöhen. Bei alternativen Beispielen sind die in 10 und 11 dargestellten röhrenförmigen Geflechte nicht miteinander verflochten. Dies ermöglicht es, die einzelnen geflochtenen Schichten leichter zu bilden und zu trennen. Dementsprechend können sowohl die Herstellung als auch die Wartung oder Reparatur des Elektromagneten erleichtert werden.
Das Koppeln der elektrisch leitfähigen Stränge kann, wie vorangehend beschrieben, vielfältig sein. Im Folgenden werden drei Beispiele mit Bezug auf 12, 13 und 14 beschrieben. Der linke Teil jeder der 12 bis 14 zeigt eine Unteransicht des jeweiligen Elektromagneten, der rechte Teil zeigt eine Draufsicht des jeweiligen Elektromagneten. Bei diesen Beispielen ist die Kopplung von der Oberseite des jeweiligen Elektromagneten betrachtet derart, dass die Stromflüsse durch die elektrisch leitfähigen Stränge gegen den Uhrzeigersinn um den von dem jeweiligen röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum sind. Von der Oberseite des jeweiligen Elektromagneten betrachtet wird dementsprechend durch den jeweiligen Elektromagneten ein positives Magnetfeld in der aus der Ebene herauskommenden Achse erhalten.
12 zeigt einen Elektromagneten 1200 mit einem röhrenförmigen Geflecht 1210, das aus sechs elektrisch leitfähigen Strängen 1211,..., 1216 hergestellt ist. Bei dem Beispiel von 12 sind alle Stränge elektrisch leitfähig. Von der Unterseite betrachtet erstrecken sich die drei Stränge 1211, 1213 und 1215 gegen den Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht 1210 umschlossenen Raum, und die Stränge 1212, 1214 und 1216 erstrecken sich im Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht 1210 umschlossenen Raum. Anders ausgedrückt umfasst das röhrenförmige Geflecht 1210 elektrisch leitfähige Stränge, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht 1210 umschlossenen Raum entlang entgegengesetzter Umfangsrichtungen erstrecken.
Die unteren Enden der Stränge 1212 und 1213 sind miteinander gekoppelt. Analog dazu sind die unteren Enden der Stränge 1214 und 1215 miteinander gekoppelt. Die oberen Enden der Stränge 1211 und 1212 sind miteinander gekoppelt. Analog dazu sind die oberen Enden der Stränge 1213 und 1214 sowie die oberen Enden der Stränge 1215 und 1216 miteinander gekoppelt.
Das untere Ende des Strangs 1211 ist mit einem ersten Anschluss 1221 des Anschlusspaares 1221, 1222 gekoppelt. Der erste Anschluss 1221 dient als Eingangsanschluss für den Strom. Das untere Ende des Strangs 1216 ist mit dem zweiten Anschluss 1222 des Anschlusspaares 1221, 1222 gekoppelt. Der zweite Anschluss 1222 dient als Ausgangsanschluss für den Strom.
Das Beispiel von 12 ist eine beispielhafte serielle Kopplung der Stränge, um zu bewirken, dass die Stromflüsse durch die elektrisch leitfähigen Stränge 1211, ..., 1216 von der Oberseite des Elektromagneten 1200 betrachtet gegen den Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht 1210 umschlossenen Raum sind. Aufgrund der seriellen Kopplung sind die Stromrichtungen des elektrischen Stroms, der durch die elektrisch leitfähigen Stränge 1211, ..., 1216 fließt, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht 1210 umschlossenen Raum entlang entgegengesetzter Umfangsrichtungen erstrecken, entgegengesetzt zueinander.
Bei dem Beispiel von 12 wird nur ein (Eingang-/Ausgang-) Anschlusspaar benötigt, und somit ist der Entwurfsaufwand für den Elektromagneten 1200 gering.
13 zeigt einen Elektromagneten 1300 mit einem röhrenförmigen Geflecht 1310, das aus sechs elektrisch leitfähigen Strängen 1311,..., 1316 hergestellt ist. Bei dem Beispiel von 13 sind alle Stränge elektrisch leitfähig. Von der Unterseite betrachtet erstrecken sich die drei Stränge 1311, 1313 und 1315 gegen den Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht 1310 umschlossenen Raum, und die Stränge 1312, 1314 und 1316 erstrecken sich im Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht 1310 umschlossenen Raum. Anders ausgedrückt umfasst das röhrenförmige Geflecht 1310 elektrisch leitfähige Stränge, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht 1310 umschlossenen Raum entlang entgegengesetzter Umfangsrichtungen erstrecken.
Die unteren Enden der Stränge 1311, 1313 und 1315 sind mit einem jeweiligen Anschluss 1321, 1325 und 1329 gekoppelt. Die oberen Enden von 1311, 1313 und 1315 sind mit einem jeweiligen Anschluss 1322, 1326 und 1330 gekoppelt. Die Anschlüsse 1321 und 1322 bilden ein Anschlusspaar. Analog dazu bilden die Anschlüsse 1325 und 1326 ein Anschlusspaar, ebenso wie die Anschlüsse 1329 und 1330. Die Anschlüsse 1321, 1325 und 1329 dienen als Eingangsanschluss für einen jeweiligen Strom. Die Anschlüsse 1322, 1326 und 1330 dienen als Ausgangsanschluss für den jeweiligen Strom.
Die oberen Enden von 1312, 1314 und 1316 sind mit einem jeweiligen Anschluss 1323, 1327 und 1331 gekoppelt. Die unteren Enden der Stränge 1312, 1314 und 1316 sind mit einem jeweiligen Anschluss 1324, 1328 und 1332 gekoppelt. Die Anschlüsse 1323 und 1324 bilden ein Anschlusspaar. Analog dazu bilden die Anschlüsse 1327 und 1328 ein Anschlusspaar, ebenso wie die Anschlüsse 1331 und 1332. Die Anschlüsse 1323, 1327 und 1331 dienen als Eingangsanschluss für einen jeweiligen Strom. Die Anschlüsse 1324, 1328 und 1332 dienen als Ausgangsanschluss für den jeweiligen Strom.
Bei dem Beispiel von 13 sind verschiedene elektrisch leitfähige Stränge 1311, ..., 1316 mit verschiedenen Anschlusspaaren gekoppelt. Die Ströme fließen von dem jeweiligen Eingangsanschluss zu dem jeweiligen Ausgangsanschluss jedes Anschlusspaares. Das Beispiel von 13 ist eine beispielhafte parallele Kopplung der Stränge, um zu bewirken, dass die Stromflüsse durch die elektrisch leitfähigen Stränge 1311, ..., 1316 von der Oberseite des Elektromagneten 1300 betrachtet gegen den Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht 1310 umschlossenen Raum sind.
Bei dem Beispiel von 13 werden sechs (Eingang-/Ausgang-) Anschlusspaare verwendet. Im Vergleich zu dem Elektromagneten 1200 weist der Elektromagnet 1300 einen reduzierten elektrischen Widerstand und eine erhöhte Robustheit gegen Strangriss auf.
14 zeigt einen Elektromagneten 1400 mit einem röhrenförmigen Geflecht 1410, das aus sechs elektrisch leitfähigen Strängen 1411,..., 1416 hergestellt ist. Bei dem Beispiel von 14 sind alle Stränge elektrisch leitfähig. Von der Unterseite betrachtet erstrecken sich die drei Stränge 1411, 1413 und 1415 gegen den Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht 1410 umschlossenen Raum, und die Stränge 1412, 1314 und 1416 erstrecken sich im Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht 1410 umschlossenen Raum. Anders ausgedrückt umfasst das röhrenförmige Geflecht 1410 elektrisch leitfähige Stränge, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht 1410 umschlossenen Raum entlang entgegengesetzter Umfangsrichtungen erstrecken.
Die unteren Enden der Stränge 1412 und 1413 sind miteinander gekoppelt. Analog dazu sind die unteren Enden der Stränge 1414 und 1415 miteinander gekoppelt. Die oberen Enden der Stränge 1411 und 1412 sind miteinander gekoppelt. Analog dazu sind die oberen Enden der Stränge 1415 und 1416 miteinander gekoppelt.
Die unteren Enden der Stränge 1411 und 1416 sind mit einem jeweiligen Anschluss 1421 und 1423 gekoppelt. Die oberen Enden von 1412 und 1414 sind mit einem jeweiligen Anschluss 1422 und 1424 gekoppelt. Die Anschlüsse 1421 und 1422 bilden ein Anschlusspaar. Analog dazu bilden die Anschlüsse 1423 und 1424 ein Anschlusspaar. Die Anschlüsse 1421 und 1423 dienen als Eingangsanschluss für einen jeweiligen Strom. Die Anschlüsse 1422 und 1424 dienen als Ausgangsanschluss für den jeweiligen Strom.
Bei dem Beispiel von 14 sind auch verschiedene der elektrisch leitfähigen Stränge 1411 und 1416 mit verschiedenen Anschlusspaaren gekoppelt. Die Ströme fließen von dem jeweiligen Eingangsanschluss zu dem jeweiligen Ausgangsanschluss jedes Anschlusspaares. Das Beispiel von 14 ist eine beispielhafte hybride seriell-parallele Kopplung der Stränge, um zu bewirken, dass die Stromflüsse durch die elektrisch leitfähigen Stränge 1411, ..., 1416 von der Oberseite des Elektromagneten 1400 betrachtet gegen den Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht 1410 umschlossenen Raum sind.
Der Elektromagnet 1400 ist ein Kompromiss zwischen den Elektromagneten 1200 und 1300. Der Elektromagnet 1400 weist im Vergleich zu dem Elektromagneten 1200 einen reduzierten elektrischen Widerstand und eine erhöhte Robustheit gegen Strangriss auf. Ferner weist der Elektromagnet 1400 im Vergleich zu dem Elektromagneten 1300 einen reduzierten Entwurfsaufwand (Komplexität) auf.
Die Abmessungen der oben beschriebenen Elektromagnete können einen großen Bereich abdecken. Die Abmessungen der oben beschriebenen Elektromagnete können z.B. gemäß der Zielanwendung für den jeweiligen Elektromagneten ausgewählt werden. Für einen Mehrzweck-Elektromotor können beispielsweise Kupferlackdraht(e) mit einem Durchmesser von 0,3 mm für den/die elektrisch leitfähige(n) Strang/Stränge des röhrenförmigen Geflechts und ein Magnetkern in Form eines extrudierten Kreisabschnitts mit einem Volumen im Bereich von 125 mm³ verwendet werden. Unter Berücksichtigung von Anwendungen wie beispielsweise Plasmafusionsreaktoren kann das röhrenförmige Geflecht jedoch einen Innendurchmesser von mehreren Metern (z. B. 4 bis 5 Meter) aufweisen. Im Allgemeinen sind die Abmessungen der verschiedenen Teile des Elektromagneten nicht beschränkt.
Jeder der vorangehend beschriebenen Elektromagnete kann als eine Struktur verstanden werden, bei der ein elektrisches Leitermaterial auf einen Magnetkern (kann ein Luft- oder Vakuumkern sein) gelegt wird, in dem ein tangentialer oder halbtangentialer elektrischer Strom fließen kann, der zu einem koaxialen Magnetfeld innerhalb des Kerns führt. Der resultierende Elektromagnet ist in Funktion und elektromagnetischen Eigenschaften äquivalent zu herkömmlichen Elektromagneten, jedoch mit zusätzlichen Vorteilen im Hinblick auf Kosten, Robustheit, Entwurfsfreiheit und Produktionsaufwand.
Zur weiteren Veranschaulichung der vorgeschlagenen Elektromagnetarchitektur zeigt 15 ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1500 zum Betreiben eines Elektromagneten gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren 1500 umfasst ein Leiten eines jeweiligen elektrischen Stroms durch den zumindest einen elektrisch leitfähigen Strang über das zumindest eine Anschlusspaar, um den zumindest einen elektrisch leitfähigen Strang zu veranlassen, ein Magnetfeld zu erzeugen, während der jeweilige elektrische Strom durch den zumindest einen elektrisch leitfähigen Strang fließt.
Das Verfahren 1500 ermöglicht ein Erzeugen eines Magnetfeldes mit einem Elektromagneten, der eine verbesserte Robustheit und höhere Entwurfsflexibilität als herkömmliche Elektromagnete bereitstellt.
Weitere Einzelheiten und Aspekte des Verfahrens 1500 sind in Verbindung mit der vorgeschlagenen Technik oder einem oder mehreren, vorangehend beschriebenen Beispielen (z. B. 1 bis 14) erläutert. Das Verfahren 1500 kann ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten der vorgeschlagenen Technik oder einem oder mehreren der vorangehend beschriebenen Beispiele entsprechen.
16 zeigt ein Flussdiagramm eines anderen Verfahrens 1600 zum Bilden eines Elektromagneten, wie er hierin bereitgestellt ist. Das Verfahren 1600 umfasst ein Bereitstellen 1602 eines röhrenförmigen Geflechts, das durch eine Vielzahl von verflochtenen Strängen gebildet ist, wobei mehr als einer der Stränge elektrisch leitfähig ist. Ferner umfasst das Verfahren 1600 ein Bereitstellen 1604 von zumindest einem Anschlusspaar, das ausgebildet ist, einen elektrischen Strom zu leiten. Zusätzlich umfasst das Verfahren 1600 ein Koppeln 1606 von Enden der elektrisch leitfähigen Stränge, derart, dass Stromrichtungen des jeweiligen elektrischen Stroms, der durch elektrisch leitfähige Stränge fließt, die sich um einen von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum entlang der gleichen Umfangsrichtung erstrecken, gleich sind, und dass Stromrichtungen des jeweiligen elektrischen Stroms, der durch elektrisch leitfähige Stränge fließt, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum entlang entgegengesetzter Umfangsrichtungen erstrecken, einander entgegengesetzt sind.
Das Verfahren 1600 ermöglicht ein Bereitstellen eines Elektromagneten mit verbesserter Robustheit und höherer Entwurfsflexibilität als herkömmliche Elektromagnete. Ferner stellt das Verfahren 1600 sicher, dass sich die Ströme entlang der gleichen Umfangsrichtung durch alle elektrisch leitfähigen Stränge bewegen. Zum Beispiel können alle Ströme z. B. entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum durch den jeweiligen elektrisch leitfähigen Strang fließen.
Weitere Einzelheiten und Aspekte des Verfahrens 1600 sind in Verbindung mit der vorgeschlagenen Technik oder einem oder mehreren, vorangehend beschriebenen Beispielen (z. B. 1 bis 14) erläutert. Das Verfahren 1600 kann ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten der vorgeschlagenen Technik oder einem oder mehreren der vorangehend beschriebenen Beispiele entsprechen.
Zum Beispiel kann das Koppeln 1606 der Enden der elektrisch leitfähigen Stränge ein Koppeln von Enden von zumindest einem Paar von elektrisch leitfähigen Strängen, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum entlang entgegengesetzter Umfangsrichtungen zueinander erstrecken, umfassen. Das Koppeln von elektrisch leitfähigen Strängen, die entgegengesetzte Umfangsrichtungen aufweisen, kann ein serielles Koppeln der elektrisch leitfähigen Stränge ermöglichen. Dementsprechend muss nicht jeder Strang separat mit einem Anschlusspaar gekoppelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Koppeln 1606 der Enden der elektrisch leitfähigen Stränge ein Koppeln von Enden von zumindest einem Teil der elektrisch leitfähigen Stränge mit dem zumindest einen Anschlusspaar umfassen.
Die Beispiele der vorliegenden Offenbarung stellen ein neues Verfahren zum Implementieren der leitfähigen Schichten eines Elektromagneten dar, bei dem mehrere Materialien integriert werden können, um die elektromagnetischen Eigenschaften zu modifizieren, indem die Materialien im Gegensatz zum Stand der Technik zusammen in die geflochtenen Schichten verflochten werden.
Einige Beispiele der vorliegenden Offenbarung stellen ein rekursives oder fraktales Verfahren zur Herstellung von Elektromagneten bereit, bei dem der leitfähige Draht, der in dem Geflecht der leitfähigen Struktur des Elektromagneten verwendet wird, selbst ein geflochtener Elektromagnet sein kann.
Ferner stellen einige Beispiele ein neues Verfahren bereit, um die Enden der Geflechtdrähte abhängig von dem Flechtmuster und den verwendeten Materialien zu verbinden. Die Enden der geflochtenen Schichten müssen auf eine Weise miteinander verbunden werden, dass zur Betriebszeit eine Gesamtbewegung von Ladungen im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn erzeugt wird. Das Verbindungsmuster ermöglicht auch eine schnelle Änderung der Robustheit vs. den Leistungsanforderungen des Elektromagneten, ohne dass sein Entwurf nach der Produktion geändert wird. Der folgende Absatz stellt ein Beispiel bereit.
Die Beispiele der vorliegenden Offenbarung ermöglichen es, falls der Kern eine unregelmäßige Form aufweist, die geflochtenen Schichten an die Form anzupassen, während die aufgewickelten Schichten bei geringer Spannung rutschen.
Die Aspekte und Merkmale, die im Zusammenhang mit einem bestimmten der vorherigen Beispiele beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der weiteren Beispiele kombiniert werden, um ein identisches oder ähnliches Merkmal dieses weiteren Beispiels zu ersetzen oder um die Merkmale in das weitere Beispiel zusätzlich einzuführen.
Es versteht sich ferner, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als zwingend in der beschriebenen Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht im Einzelfall explizit angegeben oder aus technischen Gründen erforderlich ist. Daher wird durch die vorhergehende Beschreibung die Ausführung mehrerer Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt. Ferner kann bei weiteren Beispielen ein einzelner Schritt, eine einzelne Funktion, ein einzelner Prozess oder eine einzelne Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen umfassen und/oder in dieselben aufgebrochen werden.
Falls einige Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung oder einem System beschrieben wurden, sind diese Aspekte auch als eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens zu verstehen. Zum Beispiel kann ein Block, eine Vorrichtung oder ein funktionaler Aspekt der Vorrichtung oder des Systems einem Merkmal, wie beispielsweise einem Verfahrensschritt, des entsprechenden Verfahrens entsprechen. Entsprechend sind Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch als eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks, eines entsprechenden Elements, einer Eigenschaft oder eines funktionalen Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung oder eines entsprechenden Systems zu verstehen.

Claims

Ein Elektromagnet (100), umfassend: ein röhrenförmiges Geflecht (110), das durch eine Vielzahl von verflochtenen Strängen gebildet ist, wobei mehr als einer der Stränge elektrisch leitfähig ist; und zumindest ein Anschlusspaar (121, 122), das mit den elektrisch leitfähigen Strängen gekoppelt ist und ausgebildet ist, einen jeweiligen elektrischen Strom durch die elektrisch leitfähigen Stränge zu leiten, wobei die elektrisch leitfähigen Stränge ausgebildet sind, einen jeweiligen Beitrag zu einem Magnetfeld des Elektromagneten (100) zu erzeugen, wenn das zumindest eine Anschlusspaar (121, 122) den jeweiligen elektrischen Strom durch die elektrisch leitfähigen Stränge leitet, wobei Stromrichtungen des jeweiligen elektrischen Stroms, der durch elektrisch leitfähige Stränge fließt, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht (110) umschlossenen Raum entlang der gleichen Umfangsrichtung erstrecken, gleich sind, und wobei Stromrichtungen des jeweiligen elektrischen Stroms, der durch elektrisch leitfähige Stränge fließt, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht (110) umschlossenen Raum entlang entgegengesetzter Umfangsrichtungen erstrecken, einander entgegengesetzt sind, und wobei die elektrischen Ströme entlang der gleichen Umfangsrichtung durch alle elektrisch leitfähigen Stränge fließen.
Der Elektromagnet (100) gemäß Anspruch 1, ferner umfassend einen Magnetkern (130), der aus magnetisierbarem Material hergestellt ist, um eine Stärke des Magnetfeldes zu erhöhen, wobei sich der Magnetkern (130) entlang der Längsrichtung des röhrenförmigen Geflechts (110) erstreckt und wobei das röhrenförmige Geflecht (110) zumindest einen Teil des Magnetkerns (130) umschließt.
Der Elektromagnet (100) gemäß Anspruch 1, wobei das röhrenförmige Geflecht (110) einen Luftkern umschließt.
Der Elektromagnet (100) gemäß Anspruch 1, wobei ein von dem röhrenförmigen Geflecht (110) umschlossener Raum ein Vakuum ist.
Der Elektromagnet (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei zumindest einer der verflochtenen Stränge aus magnetisierbarem Material hergestellt ist, um eine Stärke des Magnetfeldes zu erhöhen.
Der Elektromagnet (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich die elektrisch leitfähigen Stränge um einen von dem röhrenförmigen Geflecht (110) umschlossenen Raum entlang der gleichen Umfangsrichtung erstrecken.
Der Elektromagnet (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich einer oder mehrere der elektrisch leitfähigen Stränge um den von dem röhrenförmigen Geflecht (110) umschlossenen Raum entlang einer ersten Umfangsrichtung erstrecken, und wobei sich einer oder mehrere der elektrisch leitfähigen Stränge um den von dem röhrenförmigen Geflecht (110) umschlossenen Raum entlang einer zweiten Umfangsrichtung entgegengesetzt zu der Umfangsrichtung erstrecken.
Der Elektromagnet (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Enden von zumindest einem Paar von elektrisch leitfähigen Strängen, die entgegengesetzte Umfangsrichtungen aufweisen, miteinander gekoppelt sind.
Der Elektromagnet (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Elektromagnet (100) mehr als ein Anschlusspaar umfasst und wobei unterschiedliche der elektrisch leitfähigen Stränge mit unterschiedlichen von dem mehr als einen Anschlusspaar gekoppelt sind.
Der Elektromagnet (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei einer der elektrisch leitfähigen Stränge ein zweites röhrenförmiges Geflecht ist, das durch eine Vielzahl von verflochtenen zweiten Strängen gebildet ist, und wobei zumindest einer der zweiten Stränge elektrisch leitfähig ist.
Der Elektromagnet (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest einer der Stränge hohl ist, wobei der Elektromagnet (100) ferner einen Einlass (141) und einen Auslass (142) für Kühlfluid umfasst, und wobei der zumindest eine hohle Strang mit dem Einlass (141) und dem Auslass (142) für Kühlfluid gekoppelt ist.
Der Elektromagnet (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zumindest einer der Stränge ein Verstärkungsstrang ist, der eine höhere Steifigkeit als die anderen Stränge des röhrenförmigen Geflechts (110) aufweist.
Der Elektromagnet (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner umfassend: zumindest ein weiteres röhrenförmiges Geflecht (1010-2, 1110-2, 1110-3), das durch eine jeweilige weitere Vielzahl von verflochtenen Strängen gebildet ist, wobei das zumindest eine weitere röhrenförmige Geflecht (1010-2, 1110-2, 1110-3) derart gebildet ist, dass es das röhrenförmige Geflecht (110) zumindest teilweise entlang der Längsrichtung umschließt, wobei zumindest einer der jeweiligen Stränge des zumindest einen weiteren röhrenförmigen Geflechts (1010-2, 1110-2, 1110-3) elektrisch leitfähig ist und ausgebildet ist, einen jeweiligen Beitrag zu dem Magnetfeld zu erzeugen, wenn das zumindest eine Anschlusspaar den jeweiligen elektrischen Strom durch den zumindest einen elektrisch leitfähigen Strang leitet.
Der Elektromagnet (100) gemäß Anspruch 13, wobei zwei oder mehr Geflechte des röhrenförmigen Geflechts (110) und des zumindest einen weiteren röhrenförmigen Geflechts (1010-2, 1110-2, 1110-3) miteinander verflochten sind.
Der Elektromagnet (100) gemäß Anspruch 13, wobei das röhrenförmige Geflecht (110) und das zumindest eine weitere röhrenförmige Geflecht (1010-2, 1110-2, 1110-3) nicht miteinander verflochten sind.
Ein Verfahren (1500) zum Betreiben eines Elektromagneten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, das Verfahren umfassend: Leiten (1502) eines jeweiligen elektrischen Stroms durch die elektrisch leitfähige Stränge über das zumindest eine Anschlusspaar, um die elektrisch leitfähigen Stränge zu veranlassen, ein Magnetfeld zu erzeugen, während der jeweilige elektrische Strom durch die elektrisch leitfähigen Stränge geleitet wird.
Ein Verfahren (1600) zum Bilden eines Elektromagneten, das Verfahren umfassend: Bereitstellen (1602) eines röhrenförmigen Geflechts, das durch eine Vielzahl von verflochtenen Strängen gebildet ist, wobei mehr als einer der Stränge elektrisch leitfähig ist; Bereitstellen (1604) von zumindest einem Anschlusspaar, das ausgebildet ist, einen elektrischen Strom zu leiten; und Koppeln (1606) von Enden der elektrisch leitfähigen Stränge, derart, dass Stromrichtungen des jeweiligen elektrischen Stroms, der durch elektrisch leitfähige Stränge fließt, die sich um einen von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum entlang der gleichen Umfangsrichtung erstrecken, gleich sind, und dass Stromrichtungen des jeweiligen elektrischen Stroms, der durch elektrisch leitfähige Stränge fließt, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum entlang entgegengesetzter Umfangsrichtungen erstrecken, einander entgegengesetzt sind, wobei die elektrischen Ströme entlang der gleichen Umfangsrichtung durch alle elektrisch leitfähigen Stränge fließen.
Das Verfahren (1600) gemäß Anspruch 17, wobei das Koppeln (1606) der Enden der elektrisch leitfähigen Stränge ein Koppeln von Enden von zumindest einem Paar von elektrisch leitfähigen Strängen umfasst, die sich um den von dem röhrenförmigen Geflecht umschlossenen Raum entlang entgegengesetzter Umfangsrichtungen zueinander erstrecken.