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Die
Erfindung betrifft ein Permanentmagnetisierungssystem zur Erzeugung
eines homogenen, gerichteten Dauermagnetfeldes innerhalb eines Magnetisierraumes.
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Der
EP 0 161 832 B1 ist
ein aus Segmenten aufgebauter, justierbarer Ringmagnet, der sich
entlang einer magnetischen Achse senkrecht zu der Ebene des durch
ihn gebildeten Ringes erstreckt, zu entnehmen. Der Magnet erzeugt
dabei ein vorgewähltes magnetisches Feld innerhalb des
Innenraumes. Aus einer Mehrzahl innerer Magnetsegmente, die jeder
für sich aus einem permanentmagnetischen Material gebildet
sind, wird eine Vorzugsrichtung der Magnetisierung in einer vorbestimmten
Orientierung ausgebildet. Eine Einstellung der Feldstärke
innerhalb des Magnetringes ist nicht möglich.
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Ein
Permanentmagnetisierungsystem zur Erzeugung homogener Felder und
Verfahren zu seiner Magnetisierung betrifft die
DE 42 27 503 A1 . Dabei wird
ein Ring, Rohr oder kugelförmiges Dauermagnetsystem mit örtlich
variierender Vorzugsrichtung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
in seinem Inneren ausgebildet. Es ist dabei vorgesehen, dass das
Magnetsystem entweder einteilig aus Dauermagnetmaterial aufgebaut
ist oder nur aus wenigen Segmenten besteht, wobei die Vorzugsrichtung
jedoch auch innerhalb der Segmente örtlich variiert. Die
Magnetisierung erfolgt dabei durch Einbringen einer zylinder- bzw.
kugelförmigen Magnetisierungsvorrichtung in den Körper,
die in ihrem Inneren ein homogenes Magnetfeld erzeugt.
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Magnetsysteme
zur Erzeugung homogener Magnetfelder sind auch der
DE 10 2007 031 745 A1 sowie
der
US 2004/01
047 94 A1 zu entnehmen.
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Eine
Dauermagnetanordnung zur Erzeugung eines definierten variablen Magnetfeldes
mit einem sehr aufwendigen Aufbau offenbart die
DE 43 29 960 A1 . Dabei sind
die Dauermagnete der Dauermagnetanordnung jeweils einzeln um ihre
Mittelachse parallel zu der gemeinsamen Systemmittelachse drehbar
gelagert. Die Verdrehung aller Dauermagnete ist so synchronisiert,
dass sich benachbarte Dauermagnete im Gegensinn zur Veränderung
der Stärke des Multipolfeldes oder im Gleichsinn zur Veränderung
der Richtung des Multipolfeldes im Innenraum zueinander verdrehen.
Dabei liegen die Mittelachsen der Dauermagnete parallel zu der Systemmittelachse.
Durch eine derartige Anordnung lassen sich bei einer solchen Dauermagnetanordnung
die Felder von Dauermagneten gleicher Form und Größe mit
einem einfachen Aufbau der Anordnung leicht kompensieren.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Permanentmagnetisierungssystem
zu schaffen, das eine hohe Flusskonzentration zur Magnetisierung von
Dauermagneten aufweist, ohne dass das Permanentmagnetisierungssystem
dafür geschichtete Bleche aufweist. Alternativ dazu soll
die Feldstärke veränderbar sein. Für
beide Ausführungen des Permanentmagnetisierungssystems
gilt, dass eine hohe Leistung dieses Systems gefordert wird. Neben
einem einfachen Aufbau, der keine oder nur geringe Verschleißteile
aufweist, soll das Permanentmagnetisierungssystem zur Magnetisierung
von unterschiedlichen Permanentmagneten einsetzbar sein.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Ansprüche 1 und 2
gelöst. Die Unteransprüche geben dabei eine weitere
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens
wieder.
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Die
Lehre der Erfindung betrifft zum einen ein Permanentmagnetisierungssystem
zur Erzeugung eines homogenen gerichteten Dauermagnetfeldes innerhalb
eines zentralen Magnetisierungsraumes, wobei das Permanentmagnetisierungssystem im
Wesentlichen aus einem äußeren geschlossenen Dauermagnetsystem
und einem inneren in sich geschlossenen Dauermagnetsystem besteht.
Die einzelnen Magnetsysteme bestehen dabei aus einer Vielzahl von
Einzelmagneten, die eine unterschiedliche Magnetisierung erfahren
haben, um so einen gerichteten magnetischen Fluss zu erzeugen. Zur
Erzeugung des gerichteten Dauermagnetfeldes sind vorzugsweise Flussleitstücke
aus einem magnetisch weichen Material vorhanden, die an ihren Enden,
d. h. zu einem Magnetisierraum gerichtet auswechselbare Polschuhe
aufweisen. Da in diesem Bereich ein sehr starker magnetischer Fluss
vorhanden ist, ist es notwendig, dass Auswechseln der Polschuhe
dahingehend zu erleichtern, dass diese mit einer Kugelführung
versehen sind. Die Kugeln dieser Kugelführung können
im Wesentlichen aus einem nichtmagnetischen Edelstahl oder einem,
die Belastung aushaltenden Kunststoff bestehen.
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An
den Polschuhen und somit innerhalb der Flussleitstücke
entstehen zwei gegeneinander gerichtete Magnetpole, nämlich
Nord und Süd. Das Entstehen der Pole wird durch ein Inneres
Dauermagnetsystem und ein um dieses innere Dauermagnetsystem platzierte Äußere
geschlossene Dauermagnetsystem erzeugt. Bei dem inneren Dauermagnetsystem
handelt es sich um Dauermagnete, die kleine geometrische Abmessungen
aufweisen. Diese Dauermagnete sind vorzugsweise diametral magnetisiert und
im äußeren Bereich der Flussleitstücke
geschichtet angeordnet, so dass quasi eine kreisrunde Form entsteht.
Dieses bedeutet, dass einzelne Magnetsegmente vorhanden sind, die
auch außer der quaderförmigen Form schräge
Formen annehmen. Eine solche Anordnung hat die Aufgabe den gerichteten
magnetischen Fluss ganz gezielt zu den Polen des Magnetisierraumes
zu lenken.
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Umgeben
wird das innere Dauermagnetsystem von einem äußeren
Dauermagnetsystem, dass sich ebenfalls seitlich an die Flussleitstücke
anlegt und doch gleichzeitig auch das innere Magnetsystem mit umschließt.
Dabei bilden die inneren und die äußeren Dauermagnete
insgesamt ein in sich geschlossenes Magnetsystem, welches das Ziel
verfolgt den magnetischen Fluss gezielt zu leiten und zu erhöhen. Bei
dem äußeren Dauermagnetsystem handelt es sich
um einzelne Magnetsegmente, die quasi eine Unterteilung des Kreises
in einzelne Sektoren durchführen. Dabei sind die einzelnen
Segmente so angeordnet und gleichzeitig magnetisiert, dass ein gezielter
magnetisierter Fluss mit einer hohen magnetischen Remanenzfeldstärke
und einer starken Koerzitivkraft zu den Flussleitstücken
gerichtet erzeugt wird. Dieses bedeutet, dass die einzelnen Dauermagnetsegmente
unterschiedliche Größen aufweisen und auch unterschiedliche
Magnetisierungsrichtungen beinhalten. Ein Dauermagnetsegment oder
-system wird vorzugsweise aus einzelnen Dauermagneten gebildet.
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In
einer zweiten weiteren bevorzugten Ausführungsform kann
das Permanentmagnetisierungssystem auch in seiner Flusskonzentration
innerhalb der Flussleitstücke und der Polschuhe mit seiner
magnetischen Feldstärke veränderbar gestaltet
werden. Hierzu ist, um den bereits vor beschriebenen Teil eines
Permanentmagnetsystems herum ein weiteres Magnetsystem angeordnet,
das allerdings in seiner Position zu dem inneren Magnetsystem relativ
verändert werden kann. Bei dem äußeren
Magnetsystem, welches einer Ortsveränderung zugeführt
werden kann, wird die Veränderung dadurch erzielt, dass quasi
in einem Ring angeordnet einzelne Magnetsegmente in Gruppen zusammengeführt
sind, die quasi den Ring entstehen lassen. Dabei sind die einzelnen
Magnetsegmente innerhalb eines Teiles ihres Umfanges nochmals unterteilt,
so dass quasi eine Unterteilung nach festen Winkelgraden erfolgt.
Durch diese Unterteilung der einzelnen Magnetsegmente wird eine Kostenreduzierung
erzielt, da innerhalb der Magnetsegmente kleinere Magnete verwendet
werden können. Diese einzelnen Magnete innerhalb eines
Magnetsegmentes sind entsprechend so angeordnet, dass sie innerhalb
eines Magnetsegmentes eine gleiche Magnetisierungsrichtung aufweisen,
jedoch ist diese in jedem der Magnetsegmente quasi unterschiedlich
nur bei gegenüberstehenden Magnetsegmenten ist diese Anordnung
und auch die Magnetisierungsrichtung gleich. Durch eine derartige Anordnung
ergibt sich ein Permanentmagnetisierungssystem, das in dem inneren
Bereich mit den Flussleitstücken vorzugsweise quasi eine
achteckige Form aufweist und bei dem darum platzierten äußeren
Magnetsystem vorzugsweise eine sechzehneckige Form gewählt
wurde. Die Wahl der Formen sowohl für das innere und äußere
Magnetsystem wird aus Kostengründen gewählt worden,
denn so lassen sich immer zwei Magnetsegmente mit gleicher Anordnung
von Einzelmagneten und mit deren Einzelmagnetisierungsrichtung kostengünstig
herstellen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1:
Eine Draufsicht auf ein Permanentmagnetisierungssystem mit nichtveränderbarer
Feldstärke;
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2:
wie 1, jedoch mit Angabe der Magnetisierungsrichtung
der einzelnen Permanentmagnete innerhalb von Magnetsegmenten;
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3:
eine Ausschnittdarstellung eines inneren Magnetsystems mit Ausschnittweise
dargestellten Flussleitstücken;
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4:
ein Permanentmagnetisierungssystem mit veränderbarer Feldstärke
mit einem Magnetisierungsraum;
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5:
wie 4, jedoch mit Angabe der Magnetisierungsrichtung
der einzelnen Dauermagnete innerhalb der Magnetsysteme;
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6:
wie 5, jedoch in einer um 180° gedrehten äußeren
Anordnung des Magnetringes gegenüber dem Magnetisierungsraum.
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In
der 1 wird ist ein Permanentmagnetisierungssystem 1 zur
Magnetisierung von Dauermagneten innerhalb eines Magnetisierungsraumes 4 in der
Draufsicht dargestellt. Bei diesem Permanentmagnetsystem handelt 4 es
sich um ein äußeres Magnetsystem 50,
das ein inneres Magnetsystem 33 einschließt bzw.
umschließt und sich gleichzeitig an zwei gegenüberliegenden
Flussstücken 3 mit Polschuhen 2, die
zum Magnetisierungsraum 4 gerichtet sind, anfügt.
In der Darstellung der 1 weist das äußere Magnetsystem 50 einen äußeren
Umfang 5 auf, der in etwa eine achteckige Form aufweist,
wobei die äußere Form grundsätzlich beliebig
ist. Durch diese Aufteilung wird zu einer Zentralachse 51,
die in der Mitte der Flussstücke 3 und der Polschuhe 2 gedanklich
angeordnet ist, zu beiden Seiten geometrisch gleich ausgebildete
Magnetsysteme 6, 10, 11, 12, 13, sowohl
des äußeren Magnetsystems 50 als auch
des inneren Magnetsystems 33 vorhanden. So sind direkt an
den Flussstücken 3 Magnetsysteme 10, 11 und 6, 15 angeordnet
sowie an den Enden der Flussstücke 3 Einzelmagnetsegmente 28 und 29.
Hieran fügen sich weitere Einzelmagnetsegmente 7, 8, 9 und 5, 12, 13 auf
jeder Seite an.
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Dadurch,
dass der äußere Umfang 5 quasi in acht
Segmente aufgeteilt worden ist, werden weitere Magnetsegmente unter
vorzugsweise gleichen festen Winkeln angeordnet. Dieser Winkel beträgt
vorzugsweise 30°, er kann jedoch auch eine andere Gradzahl
einnehmen. So sind neben den Magnetsystemen 6, 10, 11, 15 weitere
Gruppen von Magnetsystemen 7, 8, 9, 12, 13 und 14 vorhanden.
Auch diese innerhalb eines Winkels von 30° zu der Mitte
des Magnetisierungsraumes 4 ausgerichteten Magnetsystemen 7, 8, 9, 12, 13, 14 sind
aus Einzelmagneten hergestellt, die eine unterschiedliche Magnetisierungsrichtung
aufweisen, wie es noch aus der 2 deutlich
hervorgeht und beschrieben wird.
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Seitlich
des Magnetisierraumes 4 ist das innere Magnetsystem 33 angeordnet,
welches auch aus einzelnen Zentralsystemen 15, 17, 18, 19 20, 21, 22, 23, 24, 25 und 26 besteht.
Dieses innere zentrale Magnetsystem 33 ist aus geometrisch
kleineren Permanentmagneten gebildet worden, die teilweise unter
einem bestimmten Winkel, teilweise aber auch parallel zu dem Magnetisierraum 4 angeordnet
sind.
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Die 2 zeigt
die gleiche Anordnung wie die 1 der Permanentmagnetisierungssystem 1, jedoch
sind hier die in den einzelnen Einzelmagneten bzw. in den Magnetsystemen
durchgeführten Magnetisierungsrichtungen durch Pfeile dargestellt
worden. Dabei bedeutet beispielsweise die Pfeilspitze einen Nordpol
und das Ende des Pfeils einen Südpol. Wie aus der 2,
dessen Offenbarungsgehalt voll mit einbezogen wird, deutlich gesehen
werden kann, wird durch die Anordnung der unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen
innerhalb der einzelnen Magnetsysteme beispielsweise 7, 8, 9, 12, 13, 14 ein
gerichteter magnetischer Fluss zu den Flussleitstücken 3 durchgeführt.
Somit entsteht innerhalb des Magnetisierungsraumes 4 eine
erhöhte magnetische Feldstärke, die einen Wert
von mehreren Tesla annehmen kann.
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Auch
durch die 3 wird noch einmal deutlich
gemacht, dass das innere Magnetsystem 33 aus Einzelmagneten
besteht, die entsprechend der Anordnung der 3 sich um
den Bereich des Magnetisierraumes 4 mit den Endbereichen
der Flussstücke 3 platziert. Durch diese Ausgestaltung
von relativ kleinen Einzelmagneten im Verhältnis zu dem äußeren
Magnetsystem 50 der 2 wird eine
Kostenreduzierung vorgenommen, wobei gleichzeitig eine Anhebung
der Feldstärke mit einhergeht.
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Die
in diesen Systemen verwendeten Permanentmagnete, und auch in den
noch zu beschreibenden, handelt es sich vorzugsweise um Dauermagnete,
die eine hohe Magnetkraft aufweisen.
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Wie 3 ferner
zeigt, sind die einzelnen Magnetsysteme 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 eng
um den Magnetisierraum 4 platziert. Auch dieses hilft den
magnetischen Fluss entsprechend in Verbindung mit dem äußeren
Magnetsystem 50 gezielt in die Flussstücke 3 zu
lenken.
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Die 4 zeigt
in einer Draufsicht ein Permanentmagnetsystem 32, welches
die Möglichkeit einer Einstellung der magnetischen Feldstärke
innerhalb des Magnetisierraumes 4 zulässt. Dabei
ist der Aufbau des Permanentmagnetsystems 32 gleichwertig
mit dem bereits beschriebenen System der 1 bis 3.
Hinzugekommen ist ein äußeres Magnetsystem 31,
das sich um das Magnetsystem 50 platziert. Dabei ist das äußere
Magnetsystem 31 in seiner relativen Position gegenüber
dem Magnetsystem 50 durch Verdrehen veränderbar.
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Auch
das äußere Magnetsystem 31 besteht aus
einzelnen Magnetsegmenten 34 bis 49. Die Magnetisierung
dieser Magnetsegmente 34 bis 49, die, wie schon
die vor beschriebenen Magnetsegmente, aus Einzelmagneten bestehen,
kann der 5 entnommen werden. Auch hier
sind wieder entsprechend der Pfeilmarkierung die Magnetisierungsrichtungen
angegeben worden. Das veränderbare sowohl die Magnete dieses
Segmentes um einen bestimmten Winkelgrad verändert worden
und somit auch die Magnetisierungspolarität. Aus der 5 wird
deutlich, dass beispielsweise innerhalb des Magnetisierraumes 4 das
obere Flussleitstück 3 im Bereich des Magnetsegmentes 41 einen
Südpol aufweist und im um 180° weiter angeordneten
Magnetsegment 34 ein Nordpol vorhanden ist. Dieses deckt sich
mit den Magnetisierungsrichtungen des Magnetsystems 31.
In dieser Stellung wird die höchste Feldstärke
innerhalb des Magnetisierraums 4 erzeugt. Würde
eine Drehung des äußeren Magnetsystems 31 um
180° gegenüber dem Magnetsystem 50 erfolgen,
so würde, wie es die 6 darstellt,
es zu einer Aufhebung der magnetischen Felder innerhalb der Flussleitstücke 3 kommen.
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Durch
die extremen Positionen der 5 und der 6 wird
deutlich, dass durch das relative Verdrehen des äußeren
Magnetsystems 31 gegenüber dem Magnetsystem 50 eine
Veränderung innerhalb der Flussleitstücke 3 des
magnetischen Flusses erreicht werden kann. Es versteht sich, dass
diese Feldstärkenänderung automatisch, beispielsweise auch
durch ein Programm realisiert werden kann.
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Dadurch,
dass die einzelnen Magnetsysteme 6 bis 29 und 34 bis 49 aus
Einzelmagneten zusammengesetzt werden, kann neben einer einfacheren
Magnetisierung auch das Zusammensetzen der Magnetsysteme einfacher
vonstatten gehen. Ferner ist es möglich, die einzelnen
Magnetsysteme 31, 32, 33 und 50 aus
unterschiedlichen Magnetwerkstoffen herzustellen. Vorzugsweise wird
das Magnetsystem 33 aus Neodym-Eisen-Bor verwendet, wobei
die Magnetsysteme 31 und 50 aus Barium-Eisen-Oxyd
hergestellt werden.
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Das
Auswechseln der Polschuhe 2 wird dadurch erleichtert, wenn
durch Verdrehen des äußeren Magnetsystems 50 die
Feldstärke auf „0” eingestellt wird.
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- 1
- Permanentmagnetisierungssystem
- 2
- Polschuh
- 3
- Flussleitstück
- 4
- Magnetisierraum
- 5
- äußerer
Umfang
- 6
- Magnetsystem
- 7
- Magnetsystem
- 8
- Magnetsystem
- 9
- Magnetsystem
- 10
- Magnetsystem
- 11
- Magnetsystem
- 12
- Magnetsystem
- 13
- Magnetsystem
- 14
- Magnetsystem
- 15
- Magnetsystem
- 16
- Zentralsystem
- 17
- Zentralsystem
- 18
- Zentralsystem
- 19
- Zentralsystem
- 20
- Zentralsystem
- 21
- Zentralsystem
- 22
- Zentralsystem
- 23
- Zentralsystem
- 24
- Zentralsystem
- 25
- Zentralsystem
- 26
- Zentralsystem
- 27
- Zentralsystem
- 28
- Magnetsegment
- 29
- Magnetsegment
- 31
- äußeres
Magnetsystem
- 32
- inneres
Magnetsystem
- 33
- Zentralmagnetsystem
- 34
- Magnetsystem
- 35
- Magnetsystem
- 36
- Magnetsystem
- 37
- Magnetsystem
- 38
- Magnetsystem
- 39
- Magnetsystem
- 40
- Magnetsystem
- 41
- Magnetsystem
- 42
- Magnetsystem
- 43
- Magnetsystem
- 44
- Magnetsystem
- 45
- Magnetsystem
- 46
- Magnetsystem
- 47
- Magnetsystem
- 48
- Magnetsystem
- 49
- Magnetsystem
- 50
- äußeres
Magnetsystem
- 51
- zentrale
Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0161832
B1 [0002]
- - DE 4227503 A1 [0003]
- - DE 102007031745 A1 [0004]
- - US 2004/0104794 A1 [0004]
- - DE 4329960 A1 [0005]