DE202017000584U1 - Electric machine - Google Patents
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Abstract
Elektrische Maschine mit mindestens einem Stator und mindestens einem mit dem Stator zusammenwirkenden Läufer, wobei der Stator und/oder der Läufer eine Anordnung von mehreren Hauptmagneteinrichtungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptmagneteinrichtungen sich zu einer ersten Seite hin verjüngen, wobei die erste Seite bei an dem Läufer angeordneten Hauptmagneteinrichtungen die dem Stator zugewandte Seite ist und/oder bei am Stator angeordneten Hauptmagneteinrichtungen die dem Läufer zugewandte Seite ist.An electric machine having at least one stator and at least one rotor interacting with the stator, wherein the stator and / or the rotor comprises an arrangement of a plurality of main magnetic devices, characterized in that the main magnetic devices taper towards a first side, wherein the first side at The rotor arranged main magnet means is the side facing the stator and / or arranged at the stator main magnet means is the side facing the rotor.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.The present invention relates to an electrical machine according to the preamble of
Derartige herkömmliche elektrische Maschinen werden als Elektromotor zur Erzeugung einer Bewegung oder als Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet. Häufig werden derartige elektrische Maschinen als rotatorische Maschinen ausgebildet, bei denen der Läufer somit als Rotor ausgebildet ist, der in einem ringförmigen Stator oder ringförmig um einen Stator angeordnet ist.Such conventional electric machines are used as an electric motor for generating a movement or as a generator for generating electrical energy. Frequently, such electrical machines are designed as rotary machines, in which the rotor is thus formed as a rotor which is arranged in an annular stator or annularly around a stator.
An dem Stator und/oder dem Läufer sind dabei Magneteinrichtungen angeordnet, über die der Läufer in Bewegung versetzt werden kann.At the stator and / or the rotor magnetic devices are arranged, via which the rotor can be set in motion.
Die häufigste Ausgestaltung derartiger Elektromaschinen weist Elektromagnete am Stator auf, die mit einem ferromagnetischen Läufer zusammenwirken. Die Elektromagneten des Stators sind dabei in einer Reihe kreisförmig um den Läufer angeordnet. Durch abwechselnde Betätigung der Elektromagneten wird ein fortlaufendes Magnetfeld erzeugt, das den Läufer antreibt.The most common embodiment of such electric machines has electromagnets on the stator, which cooperate with a ferromagnetic rotor. The electromagnets of the stator are arranged in a row in a circle around the rotor. By alternating actuation of the electromagnets, a continuous magnetic field is generated, which drives the rotor.
Die an dem Stator angeordneten Elektromagnete sind aus Spulen gebildet, die einen ferromagnetischen Kern umgeben.The electromagnets arranged on the stator are formed from coils which surround a ferromagnetic core.
Bei der Optimierung der vorbekannten elektrischen Maschinen sind unter anderem zwei Ansätze möglich, einerseits die notwendige elektrische Energie für die Bereitstellung des magnetischen Feldes zum Antrieb des Läufers und/oder im Materialeinsatz für den Elektromagneten zu verringern.In the optimization of the known electrical machines, two approaches are possible, on the one hand to reduce the necessary electrical energy for the provision of the magnetic field for driving the rotor and / or in the material used for the electromagnet.
Daher wurde in
Bei einer Anordnung von Magneten in einem Halbach-Array wird erreicht, dass bei einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Magneten das magnetische Feld sich an einer Seite nahezu auslöscht und an der gegenüberliegenden Seite dadurch verstärkt ist. Bei dem beschriebenen sogenannten Halbach-Array Motor besteht somit der Vorteil, dass nur jeweils dem Stator bzw. Läufer zugewandten Seite des Magnetfelds aus dem Magneten heraustritt und auf den gegenüberliegenden Seiten das Magnetfeld nahezu vollständig ausgelöscht ist. Dadurch werden Verluste im magnetischen Fluss vermieden. Dies hat zur Folge, dass zur Bereitstellung eines in einem herkömmlichen Motor vergleichbaren Magnetfeldes weniger elektrische Energie notwendig ist oder Elektromagneten mit einer geringeren Anzahl von Wicklungen eingesetzt werden können.With an arrangement of magnets in a Halbach array it is achieved that, in the case of a multiplicity of magnets arranged next to one another, the magnetic field almost extinguishes on one side and is thereby reinforced on the opposite side. In the described so-called Halbach array motor thus has the advantage that only each of the stator or rotor side facing the magnetic field emerges from the magnet and on the opposite sides of the magnetic field is almost completely extinguished. This avoids losses in the magnetic flux. As a result, to provide a comparable magnetic field in a conventional motor, less electric power is required or electromagnets having a smaller number of windings can be used.
Es ist jedoch ein angestrebtes Ziel, die herkömmlichen Motoren, insbesondere den Halbach-Array Motor, weiter zu verbessern.However, it is a desired goal to further improve the conventional motors, in particular the Halbach array motor.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, vorzugsweise einen Halbach-Array Motor, zu schaffen, der hinsichtlich des Materialeinsatzes und/oder des Energieeinsatzes verbessert ist.It is therefore the object of the present invention to provide an electric machine according to the preamble of
Die Erfindung ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.The invention is defined by the features of
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit mindestens einem Stator und mindestens einem mit dem Stator zusammenwirkenden Läufer, wobei der Stator und/oder der Läufer eine Anordnung von mehreren Hauptmagneteinrichtungen aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptmagneteinrichtungen sich zu einer ersten Seite hin verjüngen, wobei die erste Seite bei an dem Läufer angeordneten Hauptmagneteinrichtungen die dem Stator zugewandte Seite ist und/oder bei am Stator angeordneten Hauptmagneteinrichtungen die dem Läufer zugewandte Seite ist.The electric machine according to the invention with at least one stator and at least one rotor interacting with the stator, wherein the stator and / or the rotor has an arrangement of a plurality of main magnetic devices, characterized in that the main magnetic devices taper towards a first side, wherein the first Side is arranged on the rotor main magnet means the side facing the stator and / or arranged on the stator main magnet means is the side facing the rotor.
Mit anderen Worten: Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist vorgesehen, dass Hauptmagneteinrichtungen, die an dem Stator angeordnet sind, sich in Richtung zu dem Läufer hin verjüngen bzw. Hauptmagneteinrichtungen, die am Läufer angeordnet sind, sich zu dem Stator hin verjüngen.In other words, in the electric machine according to the invention, it is provided that main magnetic devices which are arranged on the stator, tapering in the direction of the rotor or main magnetic devices which are arranged on the rotor, tapering towards the stator.
Es hat sich herausgestellt, dass der von derartig geformten Hauptmagneteinrichtungen erzeugte magnetische Fluss im Vergleich zu herkömmlichen Hauptmagneteinrichtungen, die bei elektrischen Maschinen eingesetzt sind und die eine Quaderform aufweisen, deutlich stärker ist. Entsprechende Simulationen haben ergeben, dass bei derart geformten Hauptmagneteinrichtungen sich in Hauptmagneteinrichtungen das Magnetfeld an mindestens einer Linie (der sog. Magnetfeldkonzentrationslinie) ausgerichtet konzentriert, die in Richtung zu der Verjüngung hin verläuft. Der von einer derart geformten Hauptmagneteinrichtung hervorgerufene magnetische Fluss ist somit im Vergleich zu Magneteinrichtungen anderer Formen stärker, so dass mit geringem Materialeinsatz oder Energieeinsatz ein vergleichbares Magnetfeld gebildet werden kann.It has been found that the magnetic flux generated by such shaped main magnetic devices is significantly stronger as compared with conventional main magnetic devices used in electric machines and having a cuboid shape. Corresponding simulations have shown that with main magnetic devices formed in this way, in magnetic main devices, the magnetic field concentrates on at least one line (the so-called magnetic field concentration line) oriented in the direction towards the taper. The magnetic flux produced by such a shaped main magnetic device is thus stronger in comparison to magnetic devices of other shapes, so that a comparable magnetic field can be formed with a low use of material or energy input.
Die elektrische Maschine kann ein Motor oder ein Generator sein. Der Läufer kann als Rotor ausgebildet sein, wobei der Rotor ein Innenläufer oder ein Außenläufer sein kann, d.h. dass der Rotor innerhalb eines Stators oder einen Stator umgebend angeordnet sein kann. Die elektrische Maschine kann auch ein linearer Motor oder Generator sein, bei dem der Stator langgestreckt ausgebildet ist und der Läufer eine lineare Bewegung ausführt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine mehrere Statoren und/oder Läufer aufweist.The electric machine may be a motor or a generator. The rotor may be formed as a rotor, wherein the rotor is an internal rotor or a External rotor can be, that is, that the rotor can be arranged within a stator or a stator surrounding. The electric machine may also be a linear motor or generator in which the stator is elongated and the rotor performs a linear movement. It can also be provided that the electric machine has a plurality of stators and / or runners.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine kann beispielsweise als „schwebender“ Motor in sogenannter Flachbauweise verwirklicht werden. Hierbei ist der Rotor als flache, eine Welle umgebende Scheibe ausgestaltet und zwei scheibenförmige Statoren sind oberhalb und unterhalb der Scheibe des Rotors angeordnet. Die Statoren weisen die Hauptmagneteinrichtungen auf und bilden jeweils ein Magnetfeld, das einerseits den Rotor antreibt und andererseits den Rotor in axialer und radialer Richtung stabilisiert, so dass eine berührungslose Lagerung erfolgen kann.The electric machine according to the invention can be realized for example as a "floating" engine in so-called flat construction. In this case, the rotor is configured as a flat disk surrounding a shaft, and two disk-shaped stators are arranged above and below the disk of the rotor. The stators have the main magnetic devices and each form a magnetic field, on the one hand drives the rotor and on the other hand stabilizes the rotor in the axial and radial directions, so that a non-contact storage can take place.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Hauptmagneteinrichtung jeweils eine Form mit jeweils mindestens zwei Oberflächenabschnitten aufweist, die sich zu der ersten Seite hin verjüngen, wobei die mindestens zwei Oberflächenabschnitte kongruent zueinander sind. Die Hauptmagneteinrichtung weist somit mindestens zwei gleiche Oberflächenabschnitte auf, die zu einer Seite hin schmaler werden. Unter Oberflächenabschnitte werden hierbei Teile der Oberfläche einer Hauptmagneteinrichtung verstanden, die zumindest zur Bildung eines Teils der verjüngenden Form durch eine Kante in der Oberfläche begrenzt sind. Es hat sich herausgestellt, dass derart geformte Hauptmagneteinrichtungen in besonders vorteilhafter Weise den magnetischen Fluss und somit das Magnetfeld verstärken, da besonders ausgeprägte Magnetfeldkonzentrationslinien vorhanden sind.It is preferably provided that the main magnetic device each have a shape with in each case at least two surface sections, which taper towards the first side, wherein the at least two surface sections are congruent to each other. The main magnetic device thus has at least two identical surface portions, which become narrower towards one side. Here, surface sections are understood as meaning parts of the surface of a main magnetic device which are delimited by an edge in the surface at least to form part of the tapered shape. It has been found that such shaped main magnetic devices in a particularly advantageous manner enhance the magnetic flux and thus the magnetic field, since particularly pronounced magnetic field concentration lines are present.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Form der Hauptmagneteinrichtungen die Form eines Tetraeders, eines Doppeltetraeders, einer Pyramide, einer Doppelpyramide, eines Oloids, eines Oktaeders, eines Keils, eines Tetraederstumpfes, eines Doppeltetraederstumpfes, eines Pyramidenstumpfes, eines Doppelpyramidenstumpfes, eines Oloidstumpfes, eines Oktaederabschnitts oder eines Obelisk aufweist. Insbesondere die sogenannten platonischen Körper oder Abschnitte hiervon haben sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. Unter Abschnitt eines Körpers wird eine Scheibe eines Körpers verstanden, beispielsweise wird unter Oktaederabschnitt ein Oktaeder verstanden, bei dem zwei sich gegenüberliegende Ecken abgeschnitten sind. Unter einem Stumpf einer Form wird die Grundform verstanden, bei der an einer Seite ein Teil abgeschnitten ist. Unter Obelisk wird ein Keilstumpf, d.h. ein abgeschnittener Keil, verstanden. Vorzugsweise weist die Hauptmagneteinrichtung die Form einer russischen Pyramide auf. Grundsätzlich kann die Hauptmagneteinrichtung eine beliebige Pyramidenform aufweisen, beispielsweise mit einer quadratischen Grundfläche, oder auch einem anderen Polygon als Grundfläche. Eine mögliche Grundfläche ist rechteckig, vorzugsweise mit einem Seitenverhältnis nach dem „Goldenen Schnitt“, ausgebildet Die Form der Hauptmagneteinrichtungen kann auch eine Kuppelform, beispielsweise eine Dreieckskuppelform, aufweisen. Auch kann vorgesehen sein, dass Oberflächenabschnitte, insbesondere die zwei kongruenten Oberflächenabschnitte, gewölbt sind, wie beispielsweise bei einem Oloid. Auch können die Formen der Hauptmagneteinrichtung ein Reuleaux-Tetraeder sein.Preferably, it is provided that the shape of the main magnetic means in the form of a tetrahedron, a double tetrahedron, a pyramid, a double pyramid, an oloid, an octahedron, a wedge, a tetrahedral stump, a double truncated tetrahedron, a truncated pyramid, a Doppelpyramidenstumpfes, a Oloidstumpfes, an octahedron or an obelisk. In particular, the so-called platonic bodies or portions thereof have been found to be particularly advantageous. A section of a body is understood to mean a disk of a body, for example an octahedron section is understood to mean an octahedron in which two opposite corners are cut off. A stump of a mold is understood to mean the basic shape in which a part is cut off on one side. Under Obelisk, a wedge stump, i. a truncated wedge, understood. Preferably, the main magnetic device has the shape of a Russian pyramid. In principle, the main magnetic device can have any pyramidal shape, for example with a square base surface, or even another polygon as the base surface. A possible base area is rectangular, preferably with a "golden section" aspect ratio. The shape of the main magnetic devices may also have a dome shape, for example a triangular dome shape. It can also be provided that surface sections, in particular the two congruent surface sections, are arched, as for example in the case of an oloid. Also, the shapes of the main magnetic means may be a Reuleaux tetrahedron.
Bei einer Ausführungsform, bei der keine zwei kongruenten Oberflächenabschnitte vorgesehen sind, kann die Hauptmagneteinrichtung die Form eines Kegels, eines Kegelstumpfes, eines Rotationsparaboloiden und eines entsprechenden Stumpfes, eines Rotationshyperboloiden oder eines entsprechenden Stumpfes, eines Stumpfes eines Rotationshyperboloiden, eines Ellipsenkegels oder eines Ellipsenkegelstumpfes, eines Sphäroiden oder eines Stumpfes hiervon, eines Bizylinders oder eines Trizylinders (Steinmetzkörper) sein.In an embodiment in which no two congruent surface portions are provided, the main magnet means may be in the shape of a cone, a truncated cone, a paraboloid of revolution and a corresponding stump, a hyperboloid of revolution or a corresponding stump, a stump of a hyperboloid of revolution, an ellipse cone or an elliptical cone stump, Spheroids or a stump of this, a biz cylinder or a tricylinder (stonemason) be.
Die Hauptmagneteinrichtungen können jeweils auch eine aus mehreren der zuvor genannten Formen zusammengesetzte Form aufweisen. Beispielsweise können die Hauptmagneteinrichtungen eine aus mehreren Pyramidenstümpfen oder Kegelstümpfen zusammengesetzte Form aufweisen, bei der mehrere Pyramidenstümpfe bzw. Kegelstümpfe übereinandergesetzt sind. Es wird somit eine Art Tannenbaumform gebildet, wobei sich die verjüngende Form durch den obersten Pyramidenstumpf bzw. Kegelstumpf ergibt. Mit anderen Worten, die sich verjüngende Form der Hauptmagneteinrichtungen muss nicht zwangsläufig eine sich kontinuierlich verjüngende Form sein. Die Form kann auch Stufen und/oder Abschnitte mit unverändertem Querschnitt aufweisen. Die Form kann auch eine aus mehreren Doppelpyramidenstümpfen zusammengesetzte Form sein.Each of the main magnetic devices may also have a shape composed of a plurality of the aforementioned shapes. For example, the main magnetic devices may have a shape composed of a plurality of truncated pyramids or truncated cones, in which a plurality of truncated pyramids or truncated cones are stacked on top of one another. It is thus formed a kind of Christmas tree shape, wherein the tapered shape results through the topmost truncated pyramid or truncated cone. In other words, the tapered shape of the main magnetic devices does not necessarily have to be a continuously tapered shape. The mold may also have steps and / or sections of unaltered cross-section. The shape may also be a composite of several Doppelpyramidenstümpfen shape.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Hauptmagneteinrichtungen jeweils einen Mantel aus einem aus einem magnetisch leitenden Material, insbesondere einem ferromagnetischen Material, und/oder elektrischen Strom leitenden Material aufweisen, der die Hauptmagneteinrichtungen teilweise bedeckt. Ein derartiger Mantel hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da über den Mantel eine Verstärkung des magnetischen Flusses und somit des Magnetfelds erreicht werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der magnetische Fluss eine Hauptmagneteinrichtung an den von dem Mantel bedeckten Flächen nicht verlassen kann sondern über den Mantel rückgeleitet wird.It is preferably provided that the main magnetic devices each have a jacket made of a material comprising a magnetically conductive material, in particular a ferromagnetic material, and / or electrical current, which partially covers the main magnetic devices. Such a jacket has been found to be particularly advantageous, since over the jacket, an amplification of the magnetic flux and thus the magnetic field can be achieved. This is achieved by virtue of the fact that the magnetic flux can not leave a main magnetic device on the surfaces covered by the jacket but is returned via the jacket.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Mantel eine zweite Seite der Hauptmagneteinrichtungen vorzugsweise vollständig bedeckt, wobei die zweite Seite bei an dem Läufer angeordneten Hauptmagneteinrichtungen die von dem Stator abgewandte Seite der Hauptmagneteinrichtungen ist und/oder bei am Stator angeordneten Hauptmagneteinrichtungen die von dem Läufer abgewandte Seite der Hauptmagneteinrichtungen ist. Somit kann ein Austritt des magnetischen Flusses an der zweiten Seite der Hauptmagneteinrichtungen nahezu vollständig verhindert werden, so dass auf der ersten Seite der Hauptmagneteinrichtungen ein wesentlich stärkerer magnetischer Fluss und somit ein stärkeres Magnetfeld erzeugbar ist. Bei Hauptmagneteinrichtungen, die eine Pyramiden-, Doppelpyramidenstumpf- oder Pyramidenstumpfform aufweisen kann beispielsweise nur die Grundfläche mit dem Mantel bedeckt sein. In this case, it can be provided that the jacket preferably completely covers a second side of the main magnetic devices, the second side being the side of the main magnetic devices facing away from the stator and / or the main magnetic devices facing away from the rotor facing the main magnetic devices facing away from the stator the main magnetic means is. Thus, leakage of the magnetic flux on the second side of the main magnetic devices can be almost completely prevented, so that a much stronger magnetic flux and thus a stronger magnetic field can be generated on the first side of the main magnetic devices. In the case of main magnetic devices which have a pyramidal, double-pyramidal or truncated pyramidal shape, for example, only the base area can be covered with the jacket.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Mantel die erste Seite der Hauptmagneteinrichtungen teilweise bedeckt und ein Endbereich unbedeckt vom Mantel verbleibt, wobei der Endbereich bei an dem Läufer angeordneten Hauptmagneteinrichtungen dem Stator zugewandt ist und/oder bei am Stator angeordneten Hauptmagneteinrichtungen dem Läufer zugewandt ist. Der unbedeckte Endbereich ermöglicht ein Austritt des Magnetfeld an der ersten Seite in die gewünschte Richtung. Die von dem Mantel bedeckten Flächen können einen Austritt des magnetischen Flusses verhindern, so dass eine Art Konzentration des magnetischen Flusses auf den unbedeckten Endbereich erfolgt und an diesem ein vielfach verstärkter magnetischer Fluss austreten kann. Der Endbereich kann beispielsweise nur die obere Fläche einer Hauptmagneteinrichtung sein, wenn diese eine Stumpfform aufweist, oder es kann die Spitze sein, wobei der Endbereich hierbei sich beispielsweise maximal über 10% der Höhe der Hauptmagneteinrichtung erstreckt.It is preferably provided that the jacket partially covers the first side of the main magnetic devices and that an end region remains uncovered by the jacket, wherein the end region faces the stator when the main magnetic devices are arranged on the rotor and / or faces the rotor when the main magnetic devices are arranged on the stator. The uncovered end region allows leakage of the magnetic field on the first side in the desired direction. The surfaces covered by the cladding can prevent the leakage of the magnetic flux, so that a kind of concentration of the magnetic flux takes place on the uncovered end region and at which a multiply amplified magnetic flux can emerge. For example, the end portion may be only the upper surface of a main magnet device if it has a truncated shape, or it may be the tip, the end portion extending beyond, for example, more than 10% of the height of the main magnet device.
Es kann auch vorsehen sein, dass der Mantel nur einen Teilbereich der Hauptmagneteinrichtung bedeckt, wobei sich der Teilbereich sowohl auf die erste als auch auf die zweite Seite erstreckt, jedoch diese nicht vollkommen bedeckt. Beispielsweise kann eine Hälfte der Hauptmagneteinrichtung von dem Mantel bedeckt sein, wobei sich der dadurch ergebende Rand des Mantels von der zweiten in Richtung der ersten Seite erstreckt. Auf diese Weise können asymmetrische Magnetfelder erzeugt werden. Bei einer Form der Hauptmagneteinrichtung mit einer Grundfläche kann sich der Mantel bis über einen Teil oder die gesamte Grundfläche erstrecken. Auch besteht die Möglichkeit, dass nur eine Mantelfläche der Form der Hauptmagneteinrichtung ganz oder teilweise mit dem Mantel bedeckt ist.It may also be provided that the cladding covers only a portion of the main magnet device, the subregion extending to both the first and second sides, but not completely covering them. For example, one-half of the main magnet assembly may be covered by the shell, with the resulting edge of the shell extending from the second toward the first side. In this way, asymmetric magnetic fields can be generated. In a form of the main magnetic device with a base surface, the jacket may extend over part or all of the base surface. It is also possible that only a lateral surface of the shape of the main magnetic device is completely or partially covered with the jacket.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hauptmagneteinrichtungen zur Bildung eines Netzwerks magnetisch leitend miteinander verbunden sind. Durch die magnetisch leitende Verbindung der Hauptmagneteinrichtungen kann eine Verstärkung des magnetischen Flusses und somit des magnetischen Feldes erzeugt werden.In a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the main magnetic devices are connected to form a network magnetically conductive. By the magnetically conductive connection of the main magnetic devices, an amplification of the magnetic flux and thus of the magnetic field can be generated.
Zur Bildung des Netzwerkes kann die Anordnung der Hauptmagneteinrichtungen in eine Längsrichtung erstreckend zur Bildung eines Linearmotors oder -generators sein, ringförmig zur Bildung einer rotatorischen Maschine, schachbrettartig, spiralförmig, kreuzförmiger oder sphärisch.To form the network, the array of main magnetic devices may be longitudinally extending to form a linear motor or generator, annular to form a rotary machine, checkerboard, spiral, cruciform, or spherical.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die verbundenen Hauptmagneteinrichtungen ein Halbach-Array bilden. Eine derartige Anordnung ist von besonderem Vorteil, da sich die magnetischen Flüsse an einer Seite der Hauptmagneteinrichtungen, nämlich an der von der ersten Seite abgewandten Seite der Hauptmagneteinrichtungen nahezu vollständig auslöschen und somit auf der ersten Seite der Hauptmagneteinrichtungen ein wesentlich stärkerer magnetischer Fluss und somit ein stärkeres Magnetfeld erzeugbar ist.It is preferably provided that the connected main magnetic devices form a Halbach array. Such an arrangement is of particular advantage, since the magnetic fluxes on one side of the main magnetic devices, namely on the side facing away from the first side of the main magnetic devices almost completely extinguish and thus on the first side of the main magnetic devices a much stronger magnetic flux and thus a stronger Magnetic field is generated.
Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die von der jeweils ersten Seite abgewandten Endabschnitte der Hauptmagneteinrichtungen miteinander verbunden sind. Die Endabschnitte befinden sich somit an der zweiten Seite der Hauptmagneteinrichtungen.For this purpose, it is preferably provided that the end sections of the main magnetic devices facing away from the respective first side are connected to one another. The end portions are thus on the second side of the main magnetic devices.
Die Verbindung zweier Hauptmagneteinrichtungen kann beispielsweise aus einem magnetisch leitenden Material, insbesondere einem ferromagnetischen Material, bestehen und eine Zylinderform aufweisen. Die Zylinderform kann beispielsweise einen rautenförmigen oder hexagonalen Querschnitt aufweisen. Der hexagonale Querschnitt kann dabei gleichmäßig oder auch ungleichmäßig, beispielsweise mit vier gleichlangen Seiten und zwei kürzeren, sich gegenüberliegenden Seiten sein. Derartige Verbindungen haben sich als sehr gute magnetische Leiter erwiesen.The connection of two main magnetic devices may for example consist of a magnetically conductive material, in particular a ferromagnetic material, and have a cylindrical shape. The cylindrical shape may, for example, have a diamond-shaped or hexagonal cross-section. The hexagonal cross section may be even or uneven, for example, with four equal sides and two shorter, opposite sides. Such compounds have proven to be very good magnetic conductors.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindung zwischen zwei Hauptmagneteinrichtungen über mindestens eine Verbindungsmagneteinrichtung erfolgt. Mit anderen Worten: Die magnetische Verbindung zwischen zwei Hauptmagneteinrichtungen erfolgt über eine Verbindungsmagneteinrichtung, die ebenfalls einen magnetischen Fluss und somit ein magnetisches Feld erzeugen kann. Es hat sich herausgestellt, dass hierdurch das von den Hauptmagneteinrichtungen erzeugte magnetische Feld in vorteilhafter Weise verstärkt werden kann.In a preferred exemplary embodiment of the invention, it is provided that the connection between two main magnet devices takes place via at least one connecting magnet device. In other words, the magnetic connection between two main magnetic devices takes place via a connecting magnet device, which can likewise generate a magnetic flux and thus a magnetic field. It has been found that in this way the magnetic field generated by the main magnetic devices can be advantageously amplified.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Verbindungsmagneteinrichtung sich jeweils zu den Hauptmagneteinrichtungen hin, die sie verbindet, verjüngt. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer derartigen Ausgestaltung der Verbindungsmagneteinrichtungen sich in den Verbindungsmagneteinrichtungen Magnetfeldkonzentrationslinien ausbilden, die sich von einem verjüngenden Abschnitt der Verbindungsmagneteinrichtung zu dem anderen verjüngenden Abschnitt erstrecken und somit von einer Hauptmagneteinrichtung zu der anderen. Dadurch ist die magnetisch leitende Verbindung zwischen den Hauptmagneteinrichtungen besonders vorteilhaft. Alternativ können die Verbindungsmagneteinrichtungen auch zylinderförmige, beispielsweise kreiszylindrisch oder in Prismenform mit beispielsweise einer viereckigen Grundfläche, ausgebildet sein. Die mindestens eine Verbindungsmagneteinrichtung kann auch eine Zylinderform mit rautenförmigen oder hexagonalen Querschnitt aufweisen. Der hexagonale Querschnitt kann dabei gleichmäßig oder auch ungleichmäßig, beispielsweise mit vier gleichlangen Seiten und zwei kürzeren, sich gegenüberliegenden Seiten sein. Derartige Verbindungsmagneteinrichtungen haben sich als vorteilhaft für die Weiterleitung des magnetischen Flusses erwiesen. In this case, it can be provided that the at least one connecting magnet device tapers in each case toward the main magnet devices which connects them. It has been found that, in such a configuration of the connection magnet devices, magnetic field concentration lines are formed in the connection magnet devices, extending from a tapered portion of the connection magnet means to the other tapered portion, and thus from one main magnet device to the other. As a result, the magnetically conductive connection between the main magnetic devices is particularly advantageous. Alternatively, the connection magnet devices can also be cylindrical, for example circular-cylindrical or in prismatic form with, for example, a quadrangular base area. The at least one connecting magnet device can also have a cylindrical shape with a rhombic or hexagonal cross section. The hexagonal cross section may be even or uneven, for example, with four equal sides and two shorter, opposite sides. Such connection magnet devices have proven to be advantageous for the transmission of the magnetic flux.
Die Verbindungsmagneteinrichtungen können insbesondere symmetrisch, vorzugsweise punktsymmetrisch, ausgebildet sein. Die Verbindungsmagneteinrichtungen weisen vorzugsweise die Form eines platonischen Körpers oder eines Abschnitts eines platonischen Körpers auf. Vorzugsweise weisen die Verbindungsmagneteinrichtungen jeweils die Form eines Oloids, eines Oktaeders, einer Doppelpyramide, eines Doppeltetraeders oder einer Doppelpyramide oder Abschnitte eines dieser Körper auf.The connection magnet devices can in particular be designed symmetrically, preferably point-symmetrically. The connection magnet devices preferably have the shape of a platonic body or a portion of a platonic body. Preferably, the connection magnet devices each have the shape of an oloid, an octahedron, a double pyramid, a double tetrahedron or a double pyramid, or portions of one of these bodies.
Zwei benachbarte Hauptmagneteinrichtungen können auch über mehrere Verbindungsmagneteinrichtungen verbunden sein, wobei die Verbindungsmagneteinrichtungen parallel zueinander oder in Reihe angeordnet sind. Beispielsweise können die Verbindungsmagneteinrichtungen die Form mehrerer aneinandergereihter Oktaederabschnitte aufweisen. Es können hierbei sogar mehrere Hundert oder mehrere Tausend Oktaederabschnitte aneinander gereiht werden. Derartige Verbindungsmagnet-einrichtungen haben sich als vorteilhaft für die Weiterleitung des magnetischen Flusses erwiesen.Two adjacent main magnetic devices may also be connected via a plurality of connection magnet devices, wherein the connection magnet devices are arranged parallel to each other or in series. By way of example, the connection magnet devices may be in the form of a plurality of octahedron sections arranged side by side. In this case, even several hundred or several thousand octahedral sections can be lined up. Such connecting magnet devices have proven to be advantageous for the transmission of the magnetic flux.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Verbindungsmagneteinrichtung oder die mehreren Verbindungsmagneteinrichtungen jeweils eine Ummantelung aus einem magnetisch leitenden Material, insbesondere einem ferromagnetischen Material, und/oder elektrischen Strom leitenden Material aufweist bzw. aufweisen. Die Ummantelung der Verbindungsmagneteinrichtungen ist vergleichbar mit dem Mantel der Hauptmagneteinrichtungen. Über die Ummantelung wird erreicht, dass der magnetische Fluss eine Verbindungsmagneteinrichtungen an den von der Ummantelung bedeckten Flächen nicht verlassen kann sondern über die Ummantelung rückgeleitet wird, so dass der magnetische Fluss mit geringen Verlusten geleitet werden kann.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one connecting magnet device or the plurality of connecting magnet devices each comprise or have a sheathing made of a magnetically conductive material, in particular a ferromagnetic material, and / or electrically conductive material. The sheath of the connection magnet devices is comparable to the sheath of the main magnet devices. By means of the jacket it is achieved that the magnetic flux can not leave a connecting magnet device on the surfaces covered by the jacket, but is returned via the jacket, so that the magnetic flux can be conducted with low losses.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Ummantelung die zweite Seite der mindestens eine Verbindungsmagneteinrichtung bzw. der mehreren Verbindungsmagneteinrichtungen bedeckt, wobei die zweite Seite bei an dem Läufer angeordneten Hauptmagneteinrichtungen die von dem Stator abgewandte Seite der Verbindungsmagneteinrichtung bzw. Verbindungsmagneteinrichtungen ist und/oder bei am Stator angeordneten Hauptmagneteinrichtungen die von dem Läufer abgewandte Seite der Verbindungsmagneteinrichtung bzw. Verbindungsmagneteinrichtungen ist. Durch eine derartige Ausgestaltung der Ummantelung wird ein Austritt des magnetischen Flusses an der von dem Stator bzw. Läufer abgewandten Seite der Verbindungsmagneteinrichtung verhindert, wohingegen auf der dem Stator bzw. Läufer zugewandten Seite, auf der ein Magnetfeld erzeugt werden soll, ein Austritt des magnetischen Flusses aus dem Verbindungsmagneteinrichtung zumindest zum Teil gestattet wird. Die Ummantelung kann somit - vergleichbar mit dem Mantel der Hauptmagneteinrichtung - nur einen Teilbereich der Verbindungsmagneteinrichtung bedecken, beispielsweise Teile einer Mantelfläche der Verbindungsmagneteinrichtung.It can be provided that the sheath covers the second side of the at least one connecting magnet device or the plurality of connecting magnet devices, wherein the second side is the side facing away from the stator side of the connecting magnet device or connecting magnet devices and / or at the stator arranged main magnet means is the side facing away from the rotor side of the connecting magnet means or connecting magnet means. By such a design of the sheath leakage of the magnetic flux is prevented at the side facing away from the stator or rotor side of the connecting magnet means, whereas on the stator or rotor side facing on which a magnetic field is to be generated, an exit of the magnetic flux is allowed at least in part from the connecting magnet device. The sheath can thus - comparable to the sheath of the main magnetic device - cover only a portion of the connecting magnet device, for example, parts of a lateral surface of the connecting magnet device.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ummantelung die erste Seite der mindestens eine Verbindungsmagneteinrichtung bzw. der mehreren Verbindungsmagneteinrichtungen angeordnet ist, wobei die erste Seite bei an dem Läufer angeordneten Hauptmagneteinrichtungen die dem Stator zugewandte Seite der Verbindungsmagneteinrichtung bzw. Verbindungsmagneteinrichtungen ist und/oder bei am Stator angeordneten Hauptmagneteinrichtungen die dem Läufer zugewandte Seite der Verbindungsmagneteinrichtung bzw. Verbindungsmagneteinrichtungen ist. Der magnetische Fluss kann somit auch auf der dem Stator bzw. Läufer zugewandten Seite der Verbindungsmagneteinrichtung nicht austreten und ein Austritt ist weitestgehend nur an den Hauptmagneteinrichtungen gestattet.It can also be provided that the sheathing is arranged on the first side of the at least one connecting magnet device or the plurality of connecting magnet devices, the first side being the stator-facing side of the connecting magnet device or connecting magnet devices in the case of the main magnet devices arranged on the rotor Stator arranged main magnetic means is the rotor-facing side of the connecting magnet means or connecting magnet means. The magnetic flux can thus not escape on the stator or rotor side facing the connecting magnet means and an exit is largely permitted only at the main magnetic devices.
Die Verbindungsmagneteinrichtungen können als Permanentmagnete oder als Elektropermanentmagnete ausgebildet sein. Alternativ können die Verbindungsmagneteinrichtungen auch als Elektromagnete ausgebildet sein. Dabei können die Verbindungsmagneteinrichtungen jeweils aus einer oder mehreren Spulen gebildet sein. Es hat sich herausgestellt, dass beispielsweise zwei separat ansteuerbare Spulen, die übereinander liegend an Verbindungsmagneteinrichtungen angeordnet sind, einen besonders starken magnetischen Fluss erzeugen können.The connection magnet devices can be designed as permanent magnets or as electropermanent magnets. Alternatively, the connection magnet devices can also be designed as electromagnets. In this case, the connection magnet devices can each be formed from one or more coils. It has been found that, for example, two separately controllable coils lying on top of each other Connection magnet means are arranged, can generate a particularly strong magnetic flux.
Es kann vorgesehen sein, dass die Elektromagnete der Verbindungsmagneteinrichtungen jeweils einen Kern aufweisen, der beispielsweise ferromagnetisch ist. Kerne, insbesondere ferromagnetische Kerne, können den magnetischen Fluss, der durch die Elektromagnete erzeugt wird, besonders verstärken.It may be provided that the electromagnets of the connecting magnet devices each have a core, which is ferromagnetic, for example. Cores, especially ferromagnetic cores, can particularly enhance the magnetic flux generated by the electromagnets.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Kern der Verbindungsmagneteinrichtung eine an die geometrische Form der Verbindungsmagneteinrichtung angepasste Form aufweist. Der Kern kann beispielsweise eine Form aufweisen, die teilweise der Form der Verbindungsmagneteinrichtung entspricht. Beispielsweise kann der Kern eine Oktaederform aufweisen, wohingegen die durch die Spulen gebildete Form der Verbindungsmagneteinrichtung die Form eines Abschnitts eines Oktaeders bildet, da die Wicklungen der Spule nur bis zur Spitze der Oktaeder des Kerns erfolgen und die Spulen keine spitz zulaufenden Wicklungen bilden, da diese dann ohne Kern wären.It can be provided that the core of the connecting magnet device has a shape adapted to the geometric shape of the connecting magnet device. For example, the core may have a shape that partially corresponds to the shape of the connection magnet device. For example, the core may have an octahedron shape, whereas the shape of the bonding magnet formed by the coils may be in the shape of a portion of an octahedron, since the windings of the coil are only to the top of the octahedron of the core and the coils do not form tapered windings then without core would be.
Die Ummantelung kann bei einer Ausbildung der Verbindungsmagneteinrichtung mit Permanentmagneten oder Elektropermanentmagneten direkt auf deren Aussenseite, bei der Ausbildung als Elektromagneten direkt auf die Spulen aufgebracht werden.The sheath can be applied directly to the outside of the coil in a design of the connecting magnet device with permanent magnets or electro-permanent magnet, in the training as an electromagnet.
Die Erfindung kann ferner in vorteilhafter Weise vorsehen, dass eine Verbindungsmagneteinrichtung über Verbindungselemente mit den Hauptmagneteinrichtungen verbunden ist. Die Verbindungselemente sind dabei vorzugsweise magnetisch leitend ausgebildet. Die Verbindungselemente können ferromagnetisch sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Verbindungselemente jeweils mit den Kernen der Verbindungsmagneteinrichtungen verbunden sind. Bei einer Hauptmagneteinrichtung, die als Elektromagnet mit Kern ausgebildet ist, können die Verbindungselemente ebenfalls mit dem Kern der Hauptmagneteinrichtung verbunden sein.The invention may also provide, in an advantageous manner, that a connecting magnet device is connected to the main magnet devices via connecting elements. The connecting elements are preferably formed magnetically conductive. The connecting elements can be ferromagnetic. It can be provided that the connecting elements are respectively connected to the cores of the connecting magnet devices. In a main magnetic device, which is designed as a solenoid with core, the connecting elements may also be connected to the core of the main magnetic device.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hauptmagneteinrichtungen alle die gleiche Form aufweisen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Hauptmagneteinrichtungen unterschiedliche Formen aufweisen, wodurch die Form des erzeugten Magnetfeldes beeinflusst werden kann.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the main magnetic devices all have the same shape. Of course, it is also possible that the main magnetic devices have different shapes, whereby the shape of the generated magnetic field can be influenced.
Die Erfindung kann in vorteilhafter Weise vorsehen, dass die Hauptmagneteinrichtungen an dem Stator angeordnet und Permanentmagnete oder Elektropermanentmagnete sind, wobei der Läufer eine Anordnung aus Elektromagneten oder Elektropermanentmagneten aufweist oder dass die Hauptmagneteinrichtungen an dem Läufer angeordnet und Permanentmagnete oder Elektropermanentmagnete sind, wobei der Stator eine Anordnung aus Elektromagneten oder Elektropermanentmagneten aufweist. Dabei kann die Anordnung aus Elektromagneten oder Elektropermanentmagneten an dem Stator bzw. Läufer ebenfalls Hauptmagneteinrichtungen bilden.The invention may advantageously provide that the main magnetic means are arranged on the stator and are permanent magnets or electro-permanent magnets, wherein the rotor comprises an arrangement of electromagnets or electropermanent magnets or that the main magnetic means are arranged on the rotor and are permanent magnets or electro-permanent magnets, the stator having an arrangement comprising electromagnets or electro-permanent magnets. The arrangement of electromagnets or electro-permanent magnets on the stator or rotor can also form main magnetic devices.
Bei einer Ausführungsform, bei der die Hauptmagneteinrichtungen und die Verbindungsmagneteinrichtung als Permanentmagnete ausgebildet sind, können die Verbindungselemente ebenfalls als Permanentmagnete ausgebildet sein.In an embodiment in which the main magnet devices and the connecting magnet device are designed as permanent magnets, the connecting elements can likewise be designed as permanent magnets.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Hauptmagneteinrichtungen Elektromagneten sind. Bei einer Ausgestaltung der Hauptmagneteinrichtungen als Elektromagneten oder Elektropermanentmagneten kann auch vorgesehen sein, dass der mit den Hauptmagneteinrichtungen zusammenwirkende Gegenpart von Läufer bzw. Stator aus diamagnetischem Material besteht und somit erst das durch die Hauptmagneteinrichtungen erzeugte magnetische Feld, das in das diamagnetische Material induziert wird, eine magnetische Wirkung zum Antrieb des Läufers erzeugt.Alternatively it can be provided that the main magnetic devices are electromagnets. In one embodiment of the main magnetic devices as electromagnets or electropermanent magnets can also be provided that the cooperating with the main magnetic devices counterpart of rotor or stator consists of diamagnetic material and thus only the magnetic field generated by the main magnetic devices, which is induced in the diamagnetic material, a generates magnetic effect to drive the rotor.
Der Einsatz von Elektropermanentmagneten hat sich bei elektronischen Maschinen, die langsamere Bewegungen erzeugen oder in die langsamere Bewegungen eingespeist werden, als vorteilhaft erwiesen.The use of electro-permanent magnets has been found to be advantageous in electronic machines that produce slower motions or are fed into slower motions.
Die Elektromagneten können jeweils aus einer oder mehreren Spulen gebildet sein. Einzelne Abschnitte der Spulen können hierbei beispielsweise zumindest teilweise die mindestens zwei Oberflächenabschnitte bilden. Die Elektromagneten können beispielsweise jeweils einen Kern aufweisen, der vorzugsweise ferromagnetisch ist.The electromagnets can each be formed from one or more coils. For example, individual sections of the coils can at least partially form the at least two surface sections. The electromagnets may for example each have a core, which is preferably ferromagnetic.
Die Ausgestaltung der Hauptmagneteinrichtungen als Elektromagneten kann somit in vergleichbarer Form in vergleichbaren Vorteilen erfolgen wie bei den Verbindungsmagneteinrichtungen.The design of the main magnetic devices as electromagnets can thus be carried out in comparable form in comparable advantages as in the connection magnet devices.
Vorzugsweise weist der Kern eine an die geometrische Form der Hauptmagneteinrichtung angepasste Form auf. Der Kern kann zumindest teilweise die gleiche geometrische Form aufweisen. Bei einer Pyramidenform des Kerns besitzt beispielsweise die Hauptmagneteinrichtung die Form eines Pyramidenstumpfes, da die Spule lediglich bis zur Spitze des Kerns den Kern umgibt und somit die Spulen keine eigene Spitze bilden.Preferably, the core has a shape adapted to the geometric shape of the main magnetic device. The core may at least partially have the same geometric shape. In a pyramidal shape of the core, for example, the main magnetic device has the shape of a truncated pyramid, since the coil surrounds the core only to the top of the core and thus the coils do not form their own tip.
Insbesondere bei Hauptmagneteinrichtungen und/oder Verbindungsmagneteinrichtungen, die die Form einer Pyramide, einer russischen Pyramide, eines Oloids, eines Tetraeders oder eines Stumpfes dieser Formen aufweisen, hat sich herausgestellt, dass ein Magnetfeldkonzentrationspunkt vorliegt, in dem sich die Magnetfeldkonzentrationslinien treffen. Es hat sich ferner herausgestellt, dass die Anordnung von diamagnetischem oder paramagnetischem Material in dem Magnetfeldkonzentrationspunkt eine Verstärkung des Magnetflusses hervorruft. Die Erfindung kann daher vorsehen, dass in den Magnetfeldkonzentrationspunkten der Hauptmagneteinrichtungen und/oder der Verbindungsmagneteinrichtungen diamagnetisches oder paramagnetisches Material angeordnet ist. Das diamagnetische oder paramagnetische Material kann beispielsweise als kleiner Körper in den Kern oder den Magneten eingebracht werden und beispielsweise die gleiche Form wie die Hauptmagneteinrichtungen bzw. der Kern der Hauptmagneteinrichtung aufweisen. Auch kann das diamagnetische Material beispielsweise eine Kugelform aufweisen.Particularly in the case of main magnet devices and / or connection magnet devices, which are the Form of a pyramid, a Russian pyramid, an oloid, a tetrahedron or a stump of these forms, it has been found that there is a magnetic field concentration point in which meet the magnetic field concentration lines. It has also been found that the arrangement of diamagnetic or paramagnetic material in the magnetic field concentration point causes amplification of the magnetic flux. The invention can therefore provide that diamagnetic or paramagnetic material is arranged in the magnetic field concentration points of the main magnet devices and / or the connecting magnet devices. The diamagnetic or paramagnetic material may for example be introduced as a small body in the core or the magnet and, for example, have the same shape as the main magnetic means or the core of the main magnetic means. Also, the diamagnetic material may for example have a spherical shape.
Die Anordnung des diamagnetischen oder paramagnetischen Materials in dem Magnetfeldkonzentrationspunkt einer Hauptmagneteinrichtung hat auch unabhängige erfinderische Bedeutung, d.h. dass eine derartige Magneteinrichtung auch losgelöst von der Erfindung der elektrischen Maschine verwirklichbar ist. Es sind somit auch Magneteinrichtungen, beispielsweise Elektromagnete oder Elektropermanentmagnete, verwirklichbar, die die zuvor genannte Form der Hauptmagneteinrichtungen aufweisen, wobei in dem gebildeten Magnetfeldkonzentrationspunkt diamagnetisches oder paramagnetisches Material angeordnet ist. Derartige Magneteinrichtungen sind in einer Vielzahl von Anwendungen einsetzbar, beispielsweise als Haftmagnete, Hubmagnete, Magnete zur Separation o.ä..The arrangement of the diamagnetic or paramagnetic material in the magnetic field concentration point of a main magnetic device also has independent inventive significance, i. that such a magnetic device can also be realized detached from the invention of the electric machine. Magnetic devices, for example electromagnets or electro-permanent magnets, which have the abovementioned shape of the main magnetic devices, can therefore also be realized, wherein diamagnetic or paramagnetic material is arranged in the magnetic field concentration point formed. Such magnetic devices can be used in a variety of applications, for example as holding magnets, solenoids, magnets for separation or the like.
Bei Magneteinrichtungen aus Permanentmagneten die die Form einer Pyramide, einer russischen Pyramide, eines Oloids, eines Tetraeders oder eines Stumpfes dieser Formen aufweisen, kann vorgesehen sein, dass in dem Magnetfeldkonzentrationspunkt ein Körper angeordnet ist, der aus einem Permanentmagneten bestehen, der eine höhere Güte (stärke Magnetisierung) als der den Körper umgebende Permanentmagnet aufweist. Auch hierdurch kann auf einfache Art und Weise eine Verstärkung des Magnetflusses der Magneteinrichtung erreicht werden.Magnetic devices made of permanent magnets in the form of a pyramid, a Russian pyramid, an oloid, a tetrahedron or a stump of these forms, it can be provided that in the magnetic field concentration point, a body is arranged, consisting of a permanent magnet, the higher quality ( strength magnetization) than the permanent magnet surrounding the body. This also makes it possible to easily increase the magnetic flux of the magnetic device.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine kann auch vorgesehen sein, dass der Läufer schwebend gelagert ist, d.h. dass der Läufer über das von dem Stator erzeugte Magnetfeld berührungslos gelagert ist. Dadurch werden Reibungsverluste aufgrund von Roll- oder Gleitlagern, die üblicherweise für die Lagerung eines Läufers eingesetzt werden, vermieden. Dabei kann eine elektrodynamische Lagerung verwendet werden, in der beispielsweise an dem Stator eine Anordnung von mehreren Hauptmagneteinrichtungen ausgebildet ist und die Hauptmagneteinrichtungen sich zu einer ersten, dem Läufer zugewandten Seite hin verjüngen. Die Hauptmagneteinrichtungen können hierbei die Hauptmagneteinrichtungen der elektrischen Maschine sein oder separate Hauptmagneteinrichtungen. Der Läufer kann zumindest einen Abschnitt aus einem elektrisch leitenden, nichtmagnetischen Material, beispielsweise einem diamagnetischen oder paramagnetischen Material, aufweisen, der mit dem durch die Hauptmagneteinrichtungen gebildeten Magnetfeld zusammenwirkt. Das Magnetfeld induziert in den sich bewegenden Läufer Wirbelströme, wodurch Magnetkräfte zur Lagerung des Läufers erzeugt werden. Die Hauptmagneteinrichtungen bei einer derartigen Lagerung können insbesondere Permanentmagnete oder Elektropermanentmagnete, die vorzugsweise in der zuvor beschriebenen Weise als Halbach-Array angeordnet sind, sein. Eine derartige dynamische Lagerung kann eine rotatorische Lagerung oder eine Linearlagerung sein. Grundsätzlich kann die Anordnung auch umgekehrt sein, so dass der Stator zumindest einen Abschnitt aus einem elektrisch leitenden, nichtmagnetischen Material, beispielsweise einem diamagnetischen oder paramagnetischen Material, aufweist und der Läufer die Hauptmagneteinrichtungen aufweist.In the electric machine according to the invention can also be provided that the rotor is levitated, i. that the rotor is mounted without contact via the magnetic field generated by the stator. As a result, friction losses due to rolling or plain bearings, which are usually used for the storage of a rotor avoided. In this case, an electrodynamic bearing can be used in which, for example, an arrangement of a plurality of main magnetic devices is formed on the stator and the main magnetic devices taper towards a first side facing the rotor. The main magnetic devices may be the main magnetic devices of the electric machine or separate main magnetic devices. The rotor may comprise at least a portion of an electrically conductive, non-magnetic material, for example a diamagnetic or paramagnetic material, which cooperates with the magnetic field formed by the main magnetic means. The magnetic field induces eddy currents in the moving rotor causing magnetic forces to support the rotor. The main magnetic devices in such a storage, in particular permanent magnets or electro-permanent magnets, which are preferably arranged in the manner described above as a Halbach array. Such a dynamic storage may be a rotary bearing or a linear bearing. In principle, the arrangement can also be reversed, so that the stator has at least one section of an electrically conductive, non-magnetic material, for example a diamagnetic or paramagnetic material, and the rotor has the main magnetic devices.
Die Verwendung der erfinderischen Anordnung der Hauptmagneteinrichtungen, insbesondere in der zuvor beschriebenen Weise in einer Anordnung als Halbach-Array mit Verbindungsmagneteinrichtungen, für elektrodynamische Lagerungen hat auch eigenständige erfinderische Bedeutung und ist somit auch unabhängig von der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine verwirklichbar.The use of the inventive arrangement of the main magnetic devices, in particular in the manner described above in an arrangement as a Halbach array with connecting magnet means for electrodynamic bearings also has independent inventive meaning and is therefore independent of the electrical machine according to the invention feasible.
Die Ausgestaltung einer Magneteinrichtung, beispielsweise einem Permanentmagneten, einem Elektropermanentmagneten oder einen Elektromagneten, die sich zu einer Seite hin verjüngt und die einen Mantel aus einem magnetisch leitenden Material, insbesondere einem ferromagnetischen Material, und/oder elektrischen Strom leitenden Material aufweisen, der die Magneteinrichtung teilweise bedeckt, hat auch eigenständige erfinderische Bedeutung und ist somit auch unabhängig von der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine verwirklichbar. Ein derartiger Mantel hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da über den Mantel eine Verstärkung des magnetischen Flusses und somit des Magnetfelds erreicht werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der magnetische Fluss eine Magneteinrichtung an den von dem Mantel bedeckten Flächen nicht verlassen kann sondern über den Mantel rückgeleitet wird.The embodiment of a magnetic device, such as a permanent magnet, a Elektropermanentmagneten or an electromagnet, which tapers to one side and having a sheath of a magnetically conductive material, in particular a ferromagnetic material, and / or electric current conductive material, the magnetic device partially covered, also has independent inventive importance and is thus independent of the electrical machine according to the invention feasible. Such a jacket has been found to be particularly advantageous, since over the jacket, an amplification of the magnetic flux and thus the magnetic field can be achieved. This is achieved in that the magnetic flux can not leave a magnetic device on the surfaces covered by the jacket, but is returned via the jacket.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Mantel eine Seite der Magneteinrichtung vorzugsweise vollständig bedeckt. Somit kann ein Austritt des magnetischen Flusses an dieser Seite der Hauptmagneteinrichtungen nahezu vollständig verhindert werden, so dass auf einer anderen, unbedeckten Seite der Magneteinrichtung ein wesentlich stärkerer magnetischer Fluss und somit ein stärkeres Magnetfeld erzeugbar ist. Die Magneteinrichtung kann grundsätzlich die zuvor in Bezug auf die Hauptmagneteinrichtungen beschriebenen Formen besitzen. Bei einer Magneteinrichtung, die eine Pyramiden- oder Pyramidenstumpfform aufweist, kann beispielsweise nur die Grundfläche mit dem Mantel bedeckt sein. Es kann auch nur einen Teilbereich der Magneteinrichtung von dem Mantel bedeckt sein, so dass ein asymmetrisches Magnetfeld erzeugbar ist.It can be provided that the jacket preferably completely covers one side of the magnetic device. Thus, an exit of the magnetic flux on this side of the main magnetic devices are almost completely prevented, so that on a different, uncovered side of the magnetic device, a much stronger magnetic flux and thus a stronger magnetic field can be generated. The magnet device may basically have the shapes previously described with respect to the main magnet devices. In a magnetic device having a pyramid or truncated pyramid shape, for example, only the base surface may be covered with the jacket. It may be covered by the jacket only a portion of the magnetic device, so that an asymmetric magnetic field can be generated.
Der Mantel kann die Magneteinrichtung auch nahezu vollständig bedecken, wobei lediglich ein Ausschnitt unbedeckt bleibt, durch den ein der magnetische Fluss austreten kann. Der Mantel der Magneteinrichtung besitzt die zuvor in Bezug auf den Mantel der Hauptmagneteinrichtungen beschriebenen Wirkungen und Vorteile.The jacket can cover the magnetic device almost completely, leaving only a section uncovered, through which a magnetic flux can escape. The jacket of the magnetic device has the effects and advantages previously described with respect to the cladding of the main magnetic devices.
Eine Ausgestaltung einer Verbindungeinrichtung, beispielsweise einer Verbindungsmagneteinrichtung, zur Leitung von magnetischen Flüssen mit einer Ummantelung aus einem magnetisch leitenden Material, insbesondere einem ferromagnetischen Material, und/oder elektrischen Strom leitenden Material hat auch eigenständige erfinderische Bedeutung und ist somit auch unabhängig von der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine verwirklichbar. Beispielsweise kann die Verbindungseinrichtung aus einem magnetisch leitenden Material, insbesondere einem ferromagnetischen Material, bestehen.An embodiment of a connecting device, for example a connecting magnet device, for conducting magnetic fluxes with a sheath of a magnetically conductive material, in particular a ferromagnetic material, and / or electric current conducting material also has independent inventive significance and is therefore independent of the electric machine according to the invention realizable. For example, the connecting device may consist of a magnetically conductive material, in particular a ferromagnetic material.
Die Verbindungseinrichtung kann eine Zylinderform aufweisen. Die Zylinderform kann beispielsweise einen rautenförmigen oder hexagonalen Querschnitt aufweisen. Derartige Verbindungen haben sich als sehr gute magnetische Leiter erwiesen. Beispielsweise kann Verbindungeinrichtung die als Verbindungsmagneteinrichtungen ausgebildet ist und beispielsweise als Permanentmagnet, Elektropermanentmagnet oder als Elektromagnet ausgebildet ist, die Form mehrerer aneinander gereihter Oktaederabschnitte, die jeweils komplett mit der Ummantelung bedeckt sind, aufweisen. Derartige Verbindungsmagneteinrichtungen haben sich als vorteilhaft für die Weiterleitung eines magnetischen Flusses erwiesen. Die Ummantelung der Verbindungeinrichtung besitzt die zuvor in Bezug auf die Ummantelung der Verbindungsmagneteinrichtungen der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine beschriebenen Wirkungen und Vorteile.The connecting device may have a cylindrical shape. The cylindrical shape may, for example, have a diamond-shaped or hexagonal cross-section. Such compounds have proven to be very good magnetic conductors. For example, connecting device which is designed as a connecting magnet means and, for example, is designed as a permanent magnet, permanent magnet or electro-magnetic, the shape of several juxtaposed octahedral sections, which are each completely covered with the sheath have. Such connection magnet devices have proven to be advantageous for the transmission of a magnetic flux. The sheath of the connecting device has the effects and advantages described above with respect to the sheath of the connecting magnet devices of the electric machine according to the invention.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine weist pyramidenstumpfförmige Hauptmagneteinrichtungen, die als Elektromagnete mit pyramidenförmigen Kernen ausgebildet sind. Die Verbindungsmagneteinrichtungen weisen die Form eines Abschnitts eines Oktaeders auf und sind ebenfalls als Elektromagnete ausgebildet. Sie weisen vorzugsweise einen oktaederförmigen Kern auf. Zwei benachbarte Hauptmagneteinrichtungen sind jeweils über zwei oder drei Verbindungsmagneteinrichtungen miteinander verbunden, so dass eine parallele Verbindung entsteht. Dabei sind vorzugsweise die Verbindungsmagneteinrichtungen jeweils mit Ecken der Hauptmagneteinrichtungen, vorzugsweise jeweils über Verbindungselemente verbunden. Vorzugsweise verbinden hierbei die Verbindungselemente die Kerne der Hauptmagneteinrichtungen und Verbindungsmagneteinrichtungen.A preferred embodiment of the electric machine according to the invention comprises truncated pyramidal main magnetic devices, which are designed as electromagnets with pyramidal cores. The connection magnet devices have the shape of a portion of an octahedron and are also formed as electromagnets. They preferably have an octahedral core. Two adjacent main magnetic devices are connected to each other via two or three connecting magnet devices, so that a parallel connection is formed. In this case, the connecting magnet devices are preferably each connected to corners of the main magnet devices, preferably in each case via connecting elements. In this case, the connecting elements preferably connect the cores of the main magnet devices and connecting magnet devices.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine bietet den Vorteil, dass die Hauptmagneteinrichtungen und/oder die Verbindungsmagneteinrichtungen aufgrund ihrer speziellen Form im Vergleich zu herkömmlichen quaderförmigen Magneteinrichtungen ein wesentlich stärkeres Magnetfeld erzeugen können. Dies hat zur Folge, dass zur Erzeugung einer im Vergleich zum Stand der Technik gleichen Magnetstärke weniger Energie notwendig ist und/oder Elektromagneten mit einer geringeren Anzahl von Windungen verwendet werden können. Bei dem Einsatz von Permanentmagneten können im Vergleich zum Stand der Technik kleinere Permanentmagnete verwendet werden, so dass eine Gewichtsreduzierung erfolgen kann.The electrical machine according to the invention has the advantage that the main magnet devices and / or the connection magnet devices can generate a much stronger magnetic field due to their special shape in comparison to conventional cuboid magnet devices. As a result, less energy is needed to produce a magnetic strength equal to that of the prior art, and / or electromagnets having a smaller number of turns can be used. When using permanent magnets smaller permanent magnets can be used in comparison to the prior art, so that a weight reduction can take place.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, -
2 eine schematische perspektivische Darstellung einer Anordnung von Hauptmagneteinrichtungen und Verbindungsmagneteinrichtungen für ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, -
3A eine zweite Anordnung von Hauptmagneteinrichtungen und Verbindungsmagneteinrichtungen für ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, -
3B die Ausgestaltung der Kerne der Hauptmagneteinrichtungen und Verbindungsmagneteinrichtungen gemäß3A , -
4A eine Anordnung von Hauptmagneteinrichtungen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, -
4B die Ausgestaltung der Kerne der Hauptmagneteinrichtung nach4A , -
5a eine schematische Einzeldarstellung einer Hauptmagneteinrichtung, -
5b eine Ausgestaltung des Kerns der Hauptmagneteinrichtung der5a . -
6 eine schematische Schnittdarstellung einer Hauptmagneteinrichtung mit Mantel, -
7a schematische Schnittdarstellungen von und 7b Verbindungmagneteinrichtung mit Mantel und -
8 eine schematische Schnittdarstellungen eine Verbindungseinrichtung zur Leitung von magnetischen Fluss
-
1 a schematic sectional view of an embodiment of an electrical machine according to the invention, -
2 a schematic perspective view of an arrangement of main magnetic devices and connecting magnetic devices for an embodiment of the electrical machine according to the invention, -
3A a second arrangement of main magnetic devices and connecting magnet devices for a further embodiment of an electrical machine according to the invention, -
3B the configuration of the cores of the main magnetic devices and connecting magnetic devices according to3A . -
4A an arrangement of main magnetic devices of a further embodiment of an electrical machine according to the invention, -
4B the design of the cores of the main magnetic device according to4A . -
5a a schematic single representation of a main magnetic device, -
5b an embodiment of the core of the main magnetic device of5a , -
6 a schematic sectional view of a main magnetic device with jacket, -
7a schematic sectional views of and 7b connecting magnet device with sheath and -
8th a schematic sectional view of a connecting device for conducting magnetic flux
In
Die elektrische Maschine weist einen Stator
Der Läufer
Der Stator
An dem Läufer
Die Hauptmagneteinrichtungen
Die Hauptmagneteinrichtungen
Es hat sich herausgestellt, dass durch die verjüngte Ausgestaltung der Hauptmagneteinrichtungen
In
Die Hauptmagneteinrichtungen
Die Hauptmagneteinrichtungen
Die Verbindungsmagneteinrichtungen
Die Verbindungselemente
Bei dem in
Die spezielle Form der Verbindungsmagneteinrichtung
Die Verbindungsmagneteinrichtungen
Grundsätzlich ist auch die Ausgestaltung der Hauptmagneteinrichtung
In
Das in
Die Verbindungsmagneteinrichtungen
Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Ausgestaltung der Hauptmagneteinrichtung
In
Die Kerne
Die Verbindungselemente
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Hauptmagneteinrichtung
In
Es hat sich herausgestellt, dass die Anordnung der Hauptmagneteinrichtungen 5 und Verbindungsmagneteinrichtungen
Die in den
In
In
Die in den
In den
Die in den
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: AWAS AG, CH Free format text: FORMER OWNER: AWAS GMBH BAYERN, 82041 OBERHACHING, DE Owner name: TOPCU, MURAT, DE Free format text: FORMER OWNER: AWAS GMBH BAYERN, 82041 OBERHACHING, DE Owner name: AWAS FEE GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: AWAS GMBH BAYERN, 82041 OBERHACHING, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: DOMPATENT VON KREISLER SELTING WERNER - PARTNE, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: TOPCU, MURAT, DE Free format text: FORMER OWNERS: AWAS AG, SALENSTEIN, CH; AWAS GMBH BAYERN, 82041 OBERHACHING, DE Owner name: AWAS AG, CH Free format text: FORMER OWNERS: AWAS AG, SALENSTEIN, CH; AWAS GMBH BAYERN, 82041 OBERHACHING, DE Owner name: AWAS FEE GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: AWAS AG, SALENSTEIN, CH; AWAS GMBH BAYERN, 82041 OBERHACHING, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: DOMPATENT VON KREISLER SELTING WERNER - PARTNE, DE |
|
R207 | Utility model specification | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: TOPCU, MURAT, DE Free format text: FORMER OWNERS: AWAS AG, SALENSTEIN, CH; AWAS FEE GMBH, 57234 WILNSDORF, DE Owner name: AWAS FEE GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: AWAS AG, SALENSTEIN, CH; AWAS FEE GMBH, 57234 WILNSDORF, DE Owner name: AWAS AG, CH Free format text: FORMER OWNERS: AWAS AG, SALENSTEIN, CH; AWAS FEE GMBH, 57234 WILNSDORF, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: DOMPATENT VON KREISLER SELTING WERNER - PARTNE, DE |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |