DE10334962A1

DE10334962A1 - Rotativer Elektromagnet

Info

Publication number: DE10334962A1
Application number: DE2003134962
Authority: DE
Inventors: Stephane Vanier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-03-03
Also published as: EP1654738A1; WO2005013289A1; DE112004000044D2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, mit einem Durchgangsbereich, den elektrisch geladene Teilchen durchlaufen können, wobei ein durchlaufendes elektrisches Teilchen derart beeinflußt wird, daß die Trajektorie des durchlaufenden elektrisch geladenen Teilchens spiralförmig ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes.
Es ist bekannt, mittels Dauermagneten oder Elektromagneten Magnetfelder zu erzeugen und diese Magneten um eine Achse zu drehen, die senkrecht zu der Achse liegt, die die beiden Pole des Magneten verbindet. Somit erfolgt mit jeder Drehung des Magneten ein Polwechsel. Derartig rotierende Magnete werden in Generatoren verwendet, um elektrischen Strom zu erzeugen. Durch den mit jeder Drehung des Magneten auftretenden Polwechsel ändert der induzierte elektrische Strom jedesmal seine Richtung, d. h., es wird Wechselstrom erzeugt.
Außerdem ist bekannt, elektrisch geladene Teilchen wie Elektronen, Protonen oder Ionen mittels Magnetfelder zu beschleunigen und zu einem Strahl zu fokussieren.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes bereitzustellen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes weist einen Durchgangsbereich auf, den elektrisch geladene Teilchen durchlaufen können, wobei ein durchlaufendes elektrisch geladenes Teilchen derart beeinflußt wird, daß die Trajektorie des durchlaufenden elektrisch geladenen Teilchens spiralförmig ausgebildet ist. Somit kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein spiralförmig ausgebildeter Strahl elektrisch geladener Teilchen, wie beispielsweise Elektronen erzeugt werden. Hierzu wird der Eingangsseite des Durchgangsbereiches der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein linienförmiger Strahl elektrisch geladener Teilchen zugeführt, die durch das im Durchgangsbereich wirkende Magnetfeld derart beeinflußt werden, daß der Strahl beim Austritt aus dem Durchgangsbereich spiralförmig ausgebildet ist. Durch diese spiralförmige Ausbildung des Strahles, der aus elektrisch geladenen Teilchen besteht, wird ein zusätzliches Magnetfeld außerhalb des Durchgangsbereichs erzeugt. Somit ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, Magnetfelder erzeugende Kreisströme in ein von der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgetrennten Bereich, beispielsweise in ein zu bearbeitendes Werkstück oder in zu behandelndes Gewebe, einzubringen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Vorrichtung Mittel zur Erzeugung einer Drehung des Magnetfeldes aufweist. Somit wird eine Drehung des Magnetfeldes im Durchgangsbereich erzeugt, so daß aufgrund der Lorenz'schen Kraftwirkung ein den Durchgangsbereich durchlaufendes elektrisch geladenes Teilchen auf eine spiralförmig verlaufende Trajektorie gezwungen wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Achse der Drehung im wesentlichen parallel zu einer Polachse liegt, die die Pole des Magnetfeldes direkt verbindet. Somit wird eine Vorrichtung bereitgestellt, bei der die Drehung des Magnetfeldes nicht mit einem Polwechsel verbunden ist. Dabei sind die Achse und Polachse vorzugsweise bis zu 5°, jedoch höchstens bis 45° gegeneinander gedreht angeordnet. Daher führt das drehende Magnetfeld zu einem Teilchenstrahl, dessen Strömungsrichtung sich nicht entsprechend einem Polwechsel umkehrt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Achse und die Polachse zusammenfallen, so daß das sich drehende Magnetfeld rotationssymmetrisch ausgebildet ist und es durch die Drehung des Magnetfeldes zu keinen Schwankungen des Magnetfelds kommt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Magnetfeld durch wenigstens einen Elektromagneten erzeugt wird. So können im Vergleich zu Dauermagneten wesentlich stärkere Magnetfelder erzeugt werden und es ist möglich, bei Bedarf die Stärke des Magnetfeldes zeitlich zu variieren.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß durch den Elektromagneten ein Gleich-, Wechsel- oder pulsierender elektrischer Strom fließt, so daß sowohl die Polarität als auch die Stärke des Magnetfeldes variiert werden können.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der wenigstens eine Elektromagnet drehbar gelagert ist, so daß die Drehung des Magnetfeldes durch eine Drehung des Elektromagneten erzeugt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß ein Antrieb vorgesehen ist, um den wenigstens einen Elektromagneten in Drehung zu versetzen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der wenigstens eine Elektromagnet aus einem Leiter gebildet ist, der in einem Mittelabschnitt ringförmig ausgebildet ist, wobei ein erster Endabschnitt des Leiters radial nach innen gerichtet abgeknickt ist und ein zweiter Endabschnitt des Leiters radial nach außen abgeknickt ist. Wird der Leiter von einem elektrischen Strom durchflossen, bildet sich in dem Mittelabschnitt ein Magnetfeld aus, dessen Polachse die beiden Pole des Magnetfeldes direkt verbindet, wobei die Polachse durch den Mittel punkt des Mittelabschnitts verläuft.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Leiter wenigstens abschnittsweise, insbesondere am ersten und zweiten Endabschnitt spiralförmig gewickelt ist, so daß an den beiden abgeknickten Endabschnitten ein Magnetfeld austritt, dessen Pole die beiden Endabschnitte bilden.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Antrieb eine Mehrzahl von Antriebsmagneten umfaßt. Die Antriebsmagneten erzeugen ein Magnetfeld, das mit dem Magnetfeld zusammenwirkt, das von den beiden abgeknickten Endabschnitten des spiralförmig gewickelten Leiterabschnitts erzeugt wird.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die Antriebsmagnete ringförmig angeordnet sind, wobei die Pole der Antriebsmagneten jeweils radial nach innen bzw. radial nach außen gerichtet sind, so daß die Antriebsmagnete den wenigstens einen Elektromagneten mantelförmig umschließen und im Inneren dieses ringförmig ausgebildeten Mantels der wenigstens eine Elektromagnet drehbar angeordnet ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Antriebsmagnete einzeln ansteuerbar sind, so daß durch zeitlich versetzte Ansteuerung der einzelnen Antriebsmagnete es möglich ist, ein sich drehendes äußeres Magnetfeld zu erzeugen, das mit dem Magnetfeld zusammenwirkt, das mit dem Magnetfeld an den beiden abgeknickten Endabschnitten des spiralförmig gewickelten Leiters zusammenwirkt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Antriebsmagnete ringförmig an Scheibenelementen angeordnet sind und eine Mehrzahl von Scheibenelementen übereinanderliegend angeordnet sind, so daß die übereinander angeordneten Scheibenelemente einen Zylinder bilden, dessen Höhe der Höhe der übereinander angeordneten Elek tromagnete entspricht.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Scheibenelemente unterschiedliche Durchmesser aufweisen, so daß es möglich ist, einen Zylinder aus übereinander angeordneten Scheibenelementen zu bilden, der in der Mitte eine Einschnürung aufweist.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

1 – ein Ringelement,

2 – einen Elektromagneten, bestehend aus übereinander gestapelten Ringelementen,

3 – einen Antrieb in Explosionsdarstellung und

4 – eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Es wird auf die 1 und 2 Bezug genommen. Die Ringelemente 14 weisen einen nahezu kreisförmig gebogenen Mittelabschnitt 22 auf und jeweils einen ersten Endabschnitt 10, der radial nach außen abgeknickt ist und einen zweiten Endabschnitt 12, der radial nach innen abgeknickt ist. An dem ersten Endabschnitt 10 und dem zweiten Endabschnitt 12 weisen die Ringelemente 14 einen Leiterabschnitt auf, der spiralförmig gewickelt ist, während der Leiterabschnitt im Mittelabschnitt 22 keine spiralförmige Wicklung aufweist.

Wird ein Ringelement 14 von einem elektrischen Strom durchflossen, bildet sich durch die kreisförmige Ausgestaltung des Leiterabschnitts am Mittelabschnitt 22 ohne spiralförmige Wicklung ein Magnetfeld aus, des sen ellipsenförmige Feldlinien durch das Innere des Ringelementes 14 verlaufen. Damit bildet ein Ringelement 14 einen Elektromagneten, dessen Polachse die beiden Pole des Magnetfeldes direkt verbindet und durch das Innere des Ringelementes 14 verläuft, wobei sich die Polachse durch den Mittelpunkt des kreisförmig gebogenen Mittelabschnitts 22 des Ringelementes 14 erstreckt.

An dem ersten Endabschnitt 10 und zweiten Endabschnitt 12 hingegen erzeugt der durch den spiralförmig gewickelten Leiterabschnitt fließende elektrische Strom ein aus den abgeknickten Endabschnitten 10 und 12 austretendes Magnetfeld, so daß die beiden abgeknickten Endabschnitte 10 und 12 zwei Pole eines Magnetfeldes bilden.

Es werden mehrere Ringelemente 14 leicht versetzt übereinander angeordnet, wobei ein Verbindungsleiter schleifenförmig von einem untersten Ringelement 14 zu dem darüberliegend angeordneten zweiten Ringelement 14 geführt wird, so daß eine Gruppe von Ringelementen 14 in Reihe miteinander verbunden sind. Der Innenraum dieser Ringelemente 14 bildet den Durchgangsbereich 8, den elektrisch geladene Teilchen wie beispielsweise Elektronen, Protonen oder Ionen durchlaufen können.

Das an den abgeknickten Endabschnitten 10 und 12 austretende Magnetfeld ermöglicht es, die Gruppe von Ringelementen 14, die den Elektromagneten 2 bilden, mittels eines rotierenden äußeren Magnetfeldes in Drehung zu versetzen.

Es wird auf 3 Bezug genommen.

Der Antrieb 4 besteht aus einer Mehrzahl von Scheibenelementen 6, die übereinander angeordnet sind und einen Zylinder 18 bilden, der den aus Ringelementen 14 gebildeten Elektromagneten 2 (siehe 2) in seinem Inneren aufnimmt.

An den Scheibenelementen 6 sind Antriebsmagnete 16 angeordnet, bei denen es sich um Elektromagnete handelt und deren Pole radial nach innen bzw. radial nach außen gerichtet sind. Die Antriebsmagnete 16 können einzelnen angesteuert werden oder es sind mehrere Antriebsmagnete 16 auf verschiedenen Scheibenelementen 6 miteinander verschaltet, so daß es durch Ansteuerung der Antriebsmagnete 16 möglich ist, ein sich drehendes Magnetfeld im Inneren der übereinander gestapelten Scheibenelemente 6 zu erzeugen.

Es wird auf 4 Bezug genommen.

Die Scheibenelemente 6 sind übereinander gestapelt angeordnet und bilden den Zylinder 18, der in der Mitte eine Einschnürung 20 aufweist. Die Scheibenelemente 6 sind umlaufend mit Antriebselementen 16 versehen, die jeweils um einen bestimmten Winkel versetzt zueinander übereinanderliegend angeordnet sind.

Im Inneren des Zylinders 18 ist der Elektromagnet 2 angeordnet, der aus einer Gruppe von übereinander gestapelten Ringelementen 14 gebildet und drehbar gelagert ist.

Zur Erzeugung eines drehenden Magnetfeldes wird an den Elektromagneten 2 eine Spannung angelegt, so daß durch den spiralförmig gewickelten Leiterabschnitt ein elektrischer Strom fließt und an den nach außen und innen abgeknickten Endabschnitten 10 und 12 ein Magnetfeld austritt.

Zugleich werden die Antriebsmagnete 16 unter Spannung gesetzt, so daß sich ein in das Innere des Zylinders 18 erstreckendes Magnetfeld ausbildet. Dabei werden die Antriebsmagnete 16 jeweils entsprechend ihrer Winkelstellung nacheinander unter Spannung gesetzt, so daß sich ein drehendes Magnetfeld im Inneren des Zylinders 18 ausbildet. Dieses sich drehende Magnetfeld im Inneren des Zylinders 18 wirkt mit dem Magnetfeld zusammen, das aus den Ringelementen 14 des Elektromagneten an den nach außen abgeknickten Endabschnitten 12 austritt, so daß das sich drehende Magnetfeld, das von den Antriebsmagneten 16 erzeugt wird, die abgeknickten Endabschnitte 12 der Ringelemente 14 des Elektromagneten 2 mitnimmt und so den Elektromagneten 2 insgesamt in Drehung versetzt. Durch die Drehung des Elektromagneten 2 wird gleichzeitig bewirkt, daß das sich innerhalb des Durchgangsbereichs 8 ausbildende Magnetfeld um die Längsachse des Zylinders 18 dreht, die der Polachse entspricht. Somit wird ein sich um seine Polachse drehendes Magnetfeld bereitgestellt, mit denen elektrisch geladene Teilchen eine spiralförmige Trajektorie aufgezwungen werden kann.

2: Elektromagnet
4: Antrieb
6: Scheibenelement
8: Durchgangsbereich
10: erster Endabschnitt
12: zweiter Endabschnitt
14: Ringelement
16: Antriebsmagnet
18: Zylinder
20: Einschnürung
22: Mittelabschnitt

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, mit einem Durchgangsbereich, den elektrisch geladene Teilchen durchlaufen können, wobei ein durchlaufendes elektrisch geladenes Teilchen derart beeinflußt wird, daß die Trajektorie des durchlaufenden elektrisch geladenen Teilchens spiralförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung einer Drehung des Magnetfeldes vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Achse der Drehung und eine Polachse gegeneinander um bis zu 45° verdreht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Drehung im wesentlichen parallel zu einer Polachse liegt, die die Pole des Magnetfeldes direkt verbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse und die Polachse zusammenfallen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld durch wenigstens einen Elektromagneten (2) erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch den wenigstens einen Elektromagneten (2) ein Gleich-, Wechsel- oder pulsierender elektrischer Strom fließt.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Elektromagnet (2) drehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antrieb (4) vorgesehen ist, um den wenigstens einen Elektromagneten (2) in Drehung zu versetzen.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Elektromagnet (2) aus einem Leiter gebildet ist, der in einem Mittelabschnitt (22) ringförmig ausgebildet ist, wobei ein erster Endabschnitt (10) des Leiters radial nach außen gerichtet abgeknickt ist und ein zweiter Endabschnitt (12) des Leiters radial nach innen abgeknickt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter wenigstens abschnittsweise, insbesondere am ersten und zweiten Endabschnitt (10, 12), spiralförmig gewickelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (4) eine Mehrzahl von Antriebsmagneten (16) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmagneten (16) ringförmig angeordnet sind, wobei die Pole der Antriebsmagneten (16) je weils radial nach innen bzw. radial nach außen gerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmagnete (16) einzeln ansteuerbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmagnete (16) ringförmig an Scheibenelementen (6) angeordnet sind und eine Mehrzahl von Scheibenelementen (6) übereinander liegend angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenelemente (6) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander gestapelten Scheibenelemente (6) einen Zylinder (18) bilden, der eine Einschnürung (20) aufweist.