WO2009019001A2 - Device having an arrangement of magnets - Google Patents

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WO2009019001A2
WO2009019001A2 PCT/EP2008/006459 EP2008006459W WO2009019001A2 WO 2009019001 A2 WO2009019001 A2 WO 2009019001A2 EP 2008006459 W EP2008006459 W EP 2008006459W WO 2009019001 A2 WO2009019001 A2 WO 2009019001A2
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Muammer Yildiz
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Muammer Yildiz
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/0408Passive magnetic bearings
    • F16C32/0423Passive magnetic bearings with permanent magnets on both parts repelling each other
    • F16C32/0425Passive magnetic bearings with permanent magnets on both parts repelling each other for radial load mainly
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K53/00Alleged dynamo-electric perpetua mobilia
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N15/00Holding or levitation devices using magnetic attraction or repulsion, not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a device for generating an alternating magnetic field, which interacts with a stationary magnetic field.
  • the invention has for its object to provide an improved device for generating an alternating magnetic field, which interacts with a stationary magnetic field to create.
  • a device having a rotor and a stator arranged coaxially with a rotatably mounted shaft, the rotor having one or more first magnet sequences and the stator having one or more second magnet sequences, the one or more first magnet sequences respectively two or more arranged on a lateral surface of a coaxial to the shaft oriented first circular cylinder dipole magnets whose dipole axes with a tangent to the circumference of the lateral surface through a point at which the dipole axes pierce each of the lateral surface, each include an angle of inclination, which in a range of 14 degrees to 90 degrees, and the one or more second magnetic sequences each comprise two or more arranged on a lateral surface of a coaxial to the shaft second circular cylinder dipole magnets whose dipole axes with a tangent to the circumference of the lateral surface through a point at which the dipole axes each the M pierced surface, each having a tilt angle which is in a range
  • each of the dipole magnets of the rotor and the stator may have an individual tilt angle
  • each individual tilt angle is to be in a range of 14 degrees to 90 degrees, which includes the case where two or more dipole magnets have the same tilt angle
  • each magnet sequence of the rotor and the stator can have an individual pitch angle
  • the only limitation of the individual pitch angle is that it ranges from 10 degrees to 80 degrees or from 280 degrees to 350 degrees This includes the case where two or more magnet sequences have the same slope angle, for example, it is also possible that all magnet sequences of the rotor and / or the stator have the same slope angle.
  • a device having an inner stator arranged coaxially with a rotatably mounted shaft, a rotor arranged coaxially with the shaft and an outer stator arranged coaxially with the shaft, wherein the rotor is at least in relation to the inner stator partially radially disposed further out and fixedly connected to the shaft and the outer stator is disposed at least partially radially outward with respect to the rotor, wherein the inner stator has two or more arranged on a lateral surface of a circular cylinder dipole magnets which are uniform over the circular cylinder circumference are distributed and axially offset relative to each other with respect to a shaft axis of the shaft, that results in a stepped arrangement of the dipole magnets on the lateral surface of the circular cylinder and axially overlap adjacent dipole magnets with respect
  • the magnetic fields formed by the special arrangement of the dipole magnets of the rotor and of the stator or of the stators cause the rotor to be kept free-floating.
  • the devices according to the invention thus act as a magnetic bearing.
  • the magnetic field generated by the special arrangement of the dipole magnets of the rotor and the stator or the stators upon rotation of the rotor which allows a largely lossless rotational movement of the rotor relative to the stator or the stators. This can be exploited for a variety of technical applications, for example, for a particularly low-friction storage of a preferably fast-rotating shaft.
  • the shaft runs in one axis, the so-called shaft axis, and is rotatable about this axis.
  • the shaft is preferably designed as a straight circular cylinder, wherein the axis of rotation of the circular cylinder forms the shaft axis.
  • adjacent dipole magnets within the first and / or second magnet sequences have the same polarity. It is also possible that adjacent dipole magnets have a different polarity within the first and / or second magnet sequences.
  • the polarity of the two or more dipole magnets within one or more magnet sequences is the same. In terms of the wave axis, this means that the north poles of all dipole magnets within one or more magnet sequences either point to or face away from the shaft axis. Said one or more magnetic sequences are magnetic sequences of the one or more first magnetic sequences and / or magnetic sequences of the one or more second magnetic sequences. It is also possible that the polarity of all the dipole magnets of the rotor and the stator, respectively, is the same, i.e. that the north poles of all the dipole magnets of the rotor and the stator are either facing or facing away from the shaft axis. The polarity of a dipole magnet is understood to mean the orientation of the magnetic north and south poles of the dipole magnet.
  • the polarity is two or more
  • the dipole axes of the dipole magnets are parallel to the plane perpendicular to the shaft axis.
  • the spacing of adjacent dipole magnets of the two or more dipole magnets is constant within one or more magnet sequences.
  • Said one or more magnetic sequences are magnetic sequences of the one or more first magnetic sequences and / or magnetic sequences of the one or more second magnetic sequences.
  • the spacing of adjacent dipole magnets within the one or more first magnet sequences of the rotor and / or the stator is constant.
  • the spacing of adjacent dipole magnets of the two or more dipole magnets within the one or more first magnet sequences it is possible for the spacing of adjacent dipole magnets of the two or more dipole magnets within the one or more first magnet sequences to be different from the spacing of adjacent dipole magnets of the two or more dipole magnets within the one or more second magnet sequences.
  • the spacing of adjacent dipole magnets of the two or more dipole magnets within the one or more first magnetic sequences coincides with the spacing of adjacent dipole magnets of the two or more dipole magnets within the one or more second magnetic sequences.
  • angle of inclination of the dipole axes within the one or more first magnet sequences and / or the one or more second magnet sequences is constant.
  • this constant inclination angle is in a range of 14 degrees to 90 degrees.
  • the pitch angle of a magnet sequence indicates the intersection angle between a tangent tangent to a curve formed by the two or more dipole magnets within the magnet sequence and a plane perpendicular to the shaft axis.
  • the pitch angle of a magnet sequence may change in the course of the magnet sequence.
  • the pitch angle of a magnetic sequence is constant, comparable to the slope of a Thread. In the case of a constant pitch angle, the two or more dipole magnets of the magnet sequence lie on a straight line during a development.
  • the one or more first magnet sequences have the same pitch angle, called the first pitch angle. Furthermore, it is preferred if the one or more second magnet sequences have the same pitch angle, called the second pitch angle.
  • the angle of attack between a first magnetic sequence and a second magnetic sequence in a development of the first and second magnetic sequences the intersection angle between a first tangent that touches a curve formed by the two or more dipole magnets within the first magnetic sequence, and a second tangent, a through the two or more dipole magnets within the second magnet sequence touched curve contacts.
  • the angle of attack may change in the course of the magnetic sequences.
  • the angle of attack between a first magnet sequence and a second magnet sequence is constant.
  • the respective pitch angle of the first magnet sequence and the second magnet sequence is constant.
  • the one or more first magnetic sequences have the same first pitch angle and the one or more second magnetic sequences have the same second pitch angle.
  • two or more first magnetic sequences begin at a first plane perpendicular to the shaft axis and terminate at a second plane perpendicular to the shaft axis.
  • two or more second magnet sequences start at a first plane arranged perpendicular to the shaft axis and terminate at a second plane arranged perpendicular to the shaft axis. It is possible for all the magnet sequences of the rotor and / or the stator to begin at a first end face of the rotor or stator oriented transversely to the shaft axis and terminate at a second end face of the rotor or stator oriented transversely to the shaft axis.
  • the one or more first magnet sequences and / or the one or more second magnet sequences are arranged such that groups of two or more magnet sequences form.
  • a group of two or more magnetic sequences is characterized in that the distance of the magnetic sequences to one another is smaller than the distance to magnetic sequences which do not belong to the group.
  • an air gap between the rotor and the stator has a gap width of 0.1 mm to 50 mm. It is particularly preferred if the gap width has a value of 1 mm to 5 mm.
  • the rotor and the stator in the plane arranged perpendicular to the shaft axis have a substantially circular cross-section.
  • substantially circular states that the cross-section does not fulfill the geometrically perfect circular shape due to the manufacturing tolerances, but comes close to it.
  • the lateral surface of the first circular cylinder is rewritten to the outer circumference of the rotor and / or inscribed the inner circumference of the rotor.
  • the former that the circumferential surface of the first circular cylinder is rewritten to the outer circumference of the rotor, refers to the case that the rotor is arranged at least partially radially further in relation to the stator.
  • the latter that the lateral surface of the first circular cylinder is inscribed on the inner circumference of the rotor, refers to the case that the rotor is arranged at least partially radially further outward with respect to the stator.
  • the lateral surface of the second circular cylinder is rewritten to the outer circumference of the stator or inscribed on the inner circumference of the stator.
  • the former that the circumferential surface of the second circular cylinder is rewritten to the outer circumference of the stator, refers to the case that the rotor is arranged at least partially radially outward with respect to the stator.
  • the latter that the lateral surface of the second circular cylinder is inscribed in the inner circumference of the stator, refers to the case that the rotor is arranged at least partially radially further in relation to the stator.
  • the dipole magnets of the rotor or of the stator are each arranged on the lateral surface of the first circular cylinder or of the second circular cylinder such that the lateral surface of the first circular cylinder or of the second circular cylinder respectively touches the dipole magnets of the rotor or of the stator non-cuttingly ,
  • the term "non-cutting touched” states that the respective lateral surface touches the dipole magnets but does not intersect their volume, which means that the respective lateral surface exclusively touches the dipole magnets, ie touches them on the surface.
  • the rotor and / or the stator comprises a support body of non-magnetic material with recesses for receiving the dipole magnets.
  • the support body serves to hold the dipole magnets at a defined position.
  • the dipole magnets are fixed in recesses of the support body provided for this purpose.
  • the stator is formed as an inner stator
  • the rotor is disposed at least partially radially further outward relative to the stator formed as an inner stator and fixedly connected to the shaft
  • the device has an outer stator coaxial with the shaft which is disposed at least partially radially outward with respect to the rotor.
  • the dipole magnets of the one or more second magnet sequences are uniformly distributed over the circumference of the second circular cylinder and offset axially relative to each other with respect to the shaft axis such that a stepped arrangement of the dipole magnets results on the lateral surface of the second circular cylinder and adjacent one another Axially partially overlap dipole magnets with respect to the shaft axis.
  • the rotor k has first magnetic sequences, k being an integer greater than or equal to four, and the two or more dipole magnets of the k first magnetic sequences being formed to have two or more on the
  • the dipole magnets of a row lie in a plane perpendicular to the shaft axis, and the Dipole magnets adjacent rows are alternately offset from each other so that they form a uniform zigzag pattern over the circumference of the circular cylinder axially to the shaft axis.
  • the outer stator on two or more arranged on one of the lateral surface of a third circular cylinder dipole magnets, which are distributed uniformly on the lateral surface.
  • the magnets of the inner stator, the rotor and the outer stator at least partially overlap.
  • a partial overlap of two magnets is satisfied when there is a plane perpendicular to the shaft passing through each of the two magnets.
  • a complete coverage of two magnets is then spoken of when for each point of one of the two magnets there is a plane perpendicular to the shaft passing through each of the two magnets.
  • a partial overlap of three magnets is satisfied when there is a plane perpendicular to the shaft passing through each of the three magnets.
  • a complete coverage of three magnets is then spoken of when for each point of two of the three magnets there is a plane perpendicular to the shaft passing through each of the three magnets. It can be defined a degree of coverage: at a coverage of 0% two / three magnets do not overlap, at a coverage of 100% cover two / three magnets completely.
  • the inner stator and the rotor are arranged immovable axially to the shaft axis and the magnets of the inner stator and the rotor completely overlap.
  • the outer stator is arranged axially movable relative to the shaft axis, so that the
  • Covering degree of the magnets of the outer stator and the magnets of the rotor can be continuously changed in a range of 0% to 100%.
  • the three imaginary hollow cylinders lie radially one above the other at least in a section of the longitudinal axis. This portion of the longitudinal axis thus forms the longitudinal axis of the imaginary cylinder cavity whose Longitudinal axis coaxial with the shaft.
  • the magnets of the three components are two of the three imaginary hollow cylinder always radially above or below the third of the three imaginary hollow cylinder.
  • the rotor is in the form of a drum or cup, i. it has a hollow cylinder with an annular cross-section or a pipe section, whose one end face is covered by a coaxial circular disk.
  • the rotor In the center of the disc, the rotor has a bore through which the shaft axis passes.
  • the disc may additionally carry a ring which serves to connect the rotor to the shaft, e.g. by means of a screw connection passing through a radial bore in the ring.
  • the rotor is immovably connected to the shaft, that is, the relative position of the rotor with respect to the shaft remains unchanged upon rotation of the shaft during normal operation of the device.
  • the threaded fastener connecting the rotor to the shaft can be released, e.g. for maintenance, cleaning, replacement of defective parts, etc.
  • the hollow cylinder of the rotor surrounds the lateral surface of the cylindrical inner stator to form an annular air gap between the rotor and the inner stator.
  • the circular disc which covers one end face of the rotor-hollow cylinder has two or more dipole magnets which are arranged on a circumference with respect to the center of the circular disc.
  • the magnetic dipole axis of the dipole magnets is parallel to the shaft axis.
  • a magnetic dipole axis, or dipole axis for short, of a dipole magnet is understood to mean a straight line connecting the south pole and the north pole of the dipole magnet.
  • the dipole magnets are evenly distributed on the circumference.
  • the outer stator surrounds the rotor in the form of a hollow cylinder or a circular tube.
  • the outer stator it is possible for the outer stator to be in the form of a hollow cylinder or circular tube whose central axis coincides with the central axis of the rotor.
  • the hollow cylinder of the outer stator surrounds the lateral surface of the hollow cylindrical rotor to form an annular air gap between the outer stator and the rotor.
  • the preferably rod-shaped dipole magnets of the outer stator are arranged in the form of one or more rings along the circumference of the outer stator.
  • Each of the rings formed by the dipole magnets lies in a plane which is perpendicular to the shaft axis.
  • the dipole magnets forming a ring are mutually separated by webs of non-magnetic material. Between the individual rings formed from the dipole magnets run annular webs of non-magnetic material along the circumference of the outer stator.
  • the inner sides of the dipole magnets which are oriented toward the shaft axis preferably lie on a lateral surface of a circular hollow cylinder. It is preferable that the dipole magnet rings are distributed uniformly over the entire height of the outer stator.
  • the inner stator and the outer stator are fixedly arranged.
  • the inner stator and outer stator may be non-rotatably mounted on a mechanical housing for receiving the device by means of fasteners and / or guide means.
  • the shaft does not penetrate the inner stator, but is merely connected to the rotor.
  • the rotor is through the Magnetic fields of the device held in suspension. Therefore, an additional mechanical storage of the rotor by means of a bearing is not necessary.
  • the shaft is formed in this case by a pin which is arranged on the outside of the circular disk on the front side of the rotor projecting on the rotor.
  • the shaft extends over the entire length of the device.
  • the shaft extends along the central axis of the inner stator and serves as an additional mechanical guide element of the rotor.
  • the inner stator preferably has a bearing, for example a rolling bearing, in which the shaft is rotatably mounted.
  • the rotor and the outer stator each consist of two halves.
  • these halves are each formed symmetrically, with respect to a plane of symmetry which is perpendicular to the shaft axis.
  • this plane of symmetry also penetrates the inner stator, which in this way is split into halves of equal length.
  • Symmetrieebene is arranged a fastening device by means of which the inner stator is immovably fixed to the mechanical housing.
  • this fastening device separates the two halves of the rotor and the two halves of the outer stator to form air gaps. It is also possible that the two halves of the outer stator are displaceable with respect to the shaft axis.
  • the two halves of the outer stator are displaceable symmetrically to the plane of symmetry so that the degree of overlap of the magnets of the rotor is steplessly adjustable by the magnets of the outer stator in a range of zero percent to one hundred percent.
  • This is e.g. feasible by means of a threaded shaft with two opposing threads on which the two halves of the outer stator are arranged in the opposite threaded portions. Depending on a direction of rotation of the threaded shaft, the two halves of the outer stator move toward or away from each other.
  • An angle ⁇ is defined as the angle between the dipole axis of a dipole magnet of the inner stator and a tangent to the circumference of the inner stator, the tangent passing through a point on the circumference in which the Dipole axis penetrates the perimeter.
  • An angle ⁇ is defined as the angle between the dipole axis of a dipole magnet of the rotor and a tangent to the circumference of the rotor, the tangent passing through a point on the circumference in which the dipole axis penetrates the circumference.
  • An angle Y is defined as the angle between the dipole axis of a dipole magnet of the outer stator and a tangent to the circumference of the outer stator, the tangent passing through a point on the circumference in which the dipole axis penetrates the circumference.
  • the angles ⁇ , ⁇ and y lie in a value range of 14 ° ⁇ , ⁇ , y ⁇ 90 °. It is possible that the dipole axis of a dipole magnet extends in a plane perpendicular to the wave axis, which corresponds to an angle ⁇ , ⁇ , Y of 90 °.
  • the angle ⁇ corresponds to the angle of inclination.
  • the angle ⁇ corresponds to the angle of inclination.
  • the dipole magnets of the inner stator and / or of the outer stator have a rectangular or trapezoidal cross section perpendicular to the shaft axis in a sectional plane. Furthermore, it is particularly advantageous if the dipole magnets of the rotor in a sectional plane perpendicular to the magnetic dipole axis of the dipole magnets have a point-symmetrical, preferably a circular, cross-section. However, other non-point symmetric cross sections are possible, e.g. trapezoidal, triangular, or irregular shaped cross sections.
  • the dipole magnets of the inner stator and / or of the outer stator have the greatest extent parallel to the shaft axis.
  • the extent parallel to the dipole axis is smaller than the extent parallel to the shaft axis.
  • all dipole magnets of the inner stator have the same external shape, ie the same geometry.
  • all dipole magnets of the outer stator have the same external shape, ie the same geometry.
  • all the dipole magnets of the rotor have the same external shape, ie the same geometry.
  • With outer shape or geometry only the outer dimensions are meant; the magnetic orientation, ie the position of the magnetic north pole and the magnetic south pole, is independent of this and can vary individually from magnet to magnet.
  • the magnets of the inner stator, of the rotor and of the outer stator are respectively oriented identically so that they repel each other in an angular position of the rotor.
  • the north pole points outward
  • the south pole points outward
  • the south pole points outward
  • the south pole points outward
  • the south pole points outward
  • the south pole points outward
  • the south pole points outward
  • the south pole points outward
  • Fig. 1a, 1b cross sections of a stator with a magnetic sequence
  • Fig. 2a, 2b are cross sections of stators with multiple magnetic sequences
  • Fig. 4 developments of lateral surfaces of a stator and a rotor
  • Fig. 5a - 5c is a side view and cross sections of a stator
  • FIGS. 6a - 6f are views, a longitudinal section and cross sections of a rotor;
  • FIGS. 7a-7d are views and a cross section of a stator;
  • FIGS. 8a-8d are views and a cross-section of a stator
  • 9a-9h are diagrams for illustrating the pitch angle
  • Fig. 10 is a diagram for illustrating the relationship between
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a device according to the invention with a rotor and two stators
  • FIG. 12b shows a schematic representation of the inner stator of the device according to FIG. 11, perpendicular to the shaft axis;
  • Fig. 13 is a development of the magnet assembly on the inner stator of the apparatus of Fig. 11;
  • FIG. 14 shows a section through the inner stator of the device according to FIG. 11, along the line A-A indicated in FIG. 12b;
  • 15a is a view of the fastening device of the device of Figure 11, perpendicular to the shaft axis ..;
  • FIG. 15b shows a view of the fastening device of the device according to FIG. 11, in the direction of the shaft axis;
  • Fig. 16 is an oblique view of the rotor of the apparatus of Fig. 11;
  • Fig. 17a is a schematic view of the inner stator and rotor of the apparatus of Fig. 11;
  • Fig. 17b is a diagram of possible tilt angles of the dipole magnets of the rotor of the apparatus of Fig. 11;
  • Fig. 18a is a development of the magnet arrangement of the rotor of the apparatus of Fig. 11, along the direction X-Y indicated in Fig. 16;
  • FIG. 18b shows a detailed view of the development according to FIG. 18a;
  • 19a shows a longitudinal section through a mechanical housing for receiving the device according to FIG. 11;
  • FIG. 19b shows a section through the outer stator of the device according to FIG. 11, perpendicular to the shaft axis;
  • Fig. 20 is an oblique view of the outer stator and the mechanical
  • 21 is a diagram of the magnet arrangement on the stators and the rotor of the device according to FIG. 11, shown as a section along the
  • Fig. 22 is a diagram of the magnet arrangement on the stators and the rotor of
  • Fig. 23a is a schematic representation of a dipole magnet of the outer stator of the apparatus of Fig. 11;
  • Fig. 23b is a schematic representation of a dipole magnet of the inner stator of the device of Fig. 11;
  • FIG. 23 c is a schematic representation of a dipole magnet of the rotor of the device according to FIG. 11.
  • FIG. FIG. 1 a shows a cross section of a stator 2, wherein the sectional plane is orthogonal to the shaft axis 50.
  • the stator 2 has a circular cross-section.
  • the stator 2 comprises a magnet sequence of dipole magnets 8.
  • the magnetic dipole axis 80 of one of these dipole magnets 8 lies in the sectional plane.
  • the dipole magnet 8 is arranged on a lateral surface M2 of a coaxial with the shaft axis 50 oriented first circular cylinder.
  • a tangent 81 extending in the sectional plane is laid, which contacts the lateral surface M2 at the point at which the dipole axis 80 penetrates the lateral surface.
  • the angle between the dipole axis 80 and the tangent 81 is the angle of inclination a, which is 90 degrees in the present example.
  • Fig.1b shows a detail of Fig. 1a.
  • the dipole magnet 8 touches the dashed circumferential surface M2 in the contact points P1, P2.
  • the drawn with a solid line circumference U of the stator 2 follows the plane
  • Fig. 2a shows a cross section of a stator 2 with a first and a second magnetic sequence.
  • the stator 2 comprises two dipole magnets 8, which are arranged side by side.
  • the magnetic dipole axes 80 of the two dipole magnets 8 lie in the sectional plane and run parallel.
  • the left-hand dipole magnet 8 is part of the first magnet sequence of the stator 2
  • the right-hand dipole magnet 8 is a component of the second magnet sequence of the stator 2.
  • FIG. 2b shows a cross-section of a stator 2 with a first and a second magnet sequence.
  • the stator 2 comprises two dipole magnets 8, which are arranged side by side.
  • the magnetic dipole axes 80 of the two dipole magnets 8 lie in the sectional plane, intersect the shaft axis 50 and enclose an angle ⁇ .
  • the left-hand dipole magnet 8 is part of the first magnet sequence of the stator 2
  • the right-hand dipole magnet 8 is a component of the second magnet sequence of the stator 2.
  • Fig. 3a shows a development of a lateral surface M2 of a cylindrical stator with a magnetic sequence F2.
  • the orientation of the lateral surface M2 is indicated the shaft 5 and the shaft axis 50 defined.
  • the magnet sequence F2 starts at the left side of the lateral surface M2 and ends at the right side of the lateral surface M2.
  • the dipole magnets 8 of the magnet sequence F2 lie on a straight line.
  • the arrangement of the magnet sequence F2 on the lateral surface M2 is defined by a pitch angle b of the straight line.
  • the pitch angle b corresponds to the intersection angle between the straight line of the magnet sequence F2 and a plane perpendicular to the shaft axis 50.
  • Fig. 3b shows - corresponding to Fig. 3a - a development of a lateral surface M2 of a cylindrical stator with a magnetic sequence F2.
  • FIG. 4 shows a development of a lateral surface M2 of a stator with magnet sequences F2 and a development of a lateral surface M1 of a rotor associated with the stator with magnet sequences F1.
  • the dipole magnets of the magnetic sequences F1, F2 lie in each case on straight lines.
  • the stator associated with the straight line and the rotor associated with the line divorced at an angle of c.
  • FIG. 5 a shows a plan view of a stator 2.
  • the stator 2 has the shape of a cylinder whose axis of rotation lies in the image plane and coincides with the shaft axis 50.
  • the stator has eight magnet sequences F2.
  • a support body of the stator 2 surrounds the pole faces of cylindrical dipole magnets 7 of the magnet sequences F2, which are located in recesses of the support body.
  • FIG. 5b shows a cross section of the stator 2 illustrated in FIG. 5a along a sectional plane AA, as shown in FIG. 5a.
  • recesses 22 distributed uniformly over the circumference of the stator 2 can be seen for the dipole magnets.
  • Each of the visible recesses 22 is assigned to a separate magnet sequence F2.
  • the radius R2 of the cylindrical stator 2 is 45 mm in the present embodiment.
  • the depth T22 of the cylindrical recesses 22 in the present embodiment is 22.22 mm, for example, its diameter D22 has a value of 10 mm.
  • FIG. 5c shows a cross section of the stator 2 illustrated in FIG. 5a along a sectional plane B-B, as shown in FIG. 5a.
  • the recesses are rotated by an angle ⁇ around the shaft axis 50.
  • adjacent dipole magnets 8 are therefore rotated relative to one another with respect to the shaft axis 50 by an angle ⁇ .
  • the angle ⁇ 12 degrees.
  • Fig. 6a shows a plan view of a rotor 1.
  • the rotor 1 has the shape of a hollow cylinder with a height H.
  • the height H is e.g. 235 mm.
  • the wall of the rotor 1 has the through holes penetrating the wall, which serve as recesses 15 for receiving the dipole magnets.
  • the magnetic sequences of the rotor 1 start at a distance E from the end face of the rotor 1 and end at the distance E from the opposite end face of the rotor 1. In the present embodiment, the distance E is 35 mm.
  • the diameter D15 of the cylindrical recesses 15 is e.g. 10 mm.
  • Each recess 15 is assigned a holding device for fixing the dipole magnets 7 inserted in the recesses 15.
  • the holding device consists of a threaded hole 150 and a threaded pin, which is screwed into the threaded hole and serves to fix the dipole magnet 7.
  • Fig. 6b shows a view of links of the rotor 1 shown in Fig. 6a.
  • the outer diameter D1A of the rotor 1 is for example 143 mm, its inner diameter D1 I, for example, 93 mm.
  • the rotor 1 has threaded holes M6 distributed uniformly circumferentially on its front face and attached at a distance DM6 from the outer circumference.
  • the distance DM6 is eg 10 mm.
  • These threaded holes M6 serve to cover on the front side of the rotor 1 fasten, over which the rotor 1 is connected to the shaft 5.
  • the rotor 1 On each end face, the rotor 1 has a circumferential groove 16 whose outer diameter D16 is 97 mm, for example. This groove 16 receives a corresponding circular projection of the lid.
  • FIG. 6c shows a three-dimensional view of the rotor 1 shown in FIG. 6a.
  • FIG. 6d shows a longitudinal section of the rotor 1 shown in FIG. 6a along the sectional plane A-A indicated in FIG. 6a.
  • the depth TM6 of the bores M6 mounted in the end faces has a value of e.g. 20 mm up.
  • the depth T16 of the peripheral grooves 16 arranged at the end faces is e.g. 2 mm, its width B16 has a value of e.g. 2 mm.
  • threaded holes 150 can be seen in different recesses, which open into the recesses 15.
  • Adjacent recesses 15 of a magnet sequence have, in the direction of the shaft axis 50, a distance DF1 which is e.g. 11 mm.
  • FIG. 6e shows a cross section of the rotor 1 shown in FIG. 6a along the sectional plane B-B indicated in FIG. 6d.
  • recesses 15 distributed uniformly over the circumference of the rotor 1 can be seen for the dipole magnets.
  • Each of the visible in section recesses 15 is associated with a separate magnetic sequence F1.
  • the recess 15 of a magnetic sequence F1 is rotated by the angle ⁇ 1 with respect to the recess 15 of an adjacent magnetic sequence F1.
  • the angle ⁇ 20 degrees.
  • FIG. 6f shows a cross section of the rotor 1 shown in FIG. 6a along the sectional plane CC indicated in FIG. 6d.
  • the recesses 15 are rotated by an angle ⁇ 1 about the shaft axis 50.
  • adjacent dipole magnets 8 are thus rotated relative to the shaft axis 50 by an angle .DELTA.1 against each other.
  • the angle ⁇ 1 12 degrees.
  • 7a shows a plan view of a stator 2 with group-like magnet sequences F2.
  • Three magnet sequences F2 each form a group G.
  • FIG. 7b shows a view of links of the stator 2 shown in FIG. 7a.
  • FIG. 7c shows a cross section of the stator 2 shown in FIG. 7a along the sectional plane A-A indicated in FIG. 7a.
  • the recesses 22 for receiving the cylindrical dipole magnets 8 are formed so that the longitudinal center axes of the recesses 22, which are associated with the G forming a group G magnet sequences F2 and are arranged in a direction perpendicular to the shaft axis 50 cutting plane, parallel to the cutting plane and each other are parallel.
  • the straight lines running in the sectional plane, which intersect the shaft axis 50 and pass through the points in which the longitudinal center axes of the recesses 22 pierce a cylinder circumscribed around the circumference of the stator 2, enclose an angle bei in adjacent recesses of a group of magnet sequences.
  • the angle ⁇ has a value of 14.24 degrees.
  • the outer edges of immediately adjacent recesses 22 have a minimum distance 23, e.g. 1 mm can be.
  • FIG. 7d shows a three-dimensional view of the stator 2 shown in FIG. 7a.
  • FIG. 8a shows a plan view of a stator 2 with group-like magnet sequences F2.
  • Three magnet sequences F2 each form a group G.
  • the magnet sequences F2 forming a group G are at a greater distance from each other.
  • FIG. 8b shows a view of links of the stator 2 shown in FIG. 8a.
  • FIG. 8c shows a cross section of the stator 2 shown in FIG. 8a along the sectional plane AA indicated in FIG. 8a.
  • the recesses 22 for receiving the cylindrical dipole magnets 8 are formed so that the longitudinal center axes of the recesses 22, which form a group G forming magnet sequences F2 are assigned and are arranged in a direction perpendicular to the shaft axis 50 extending cutting plane, parallel to the cutting plane and enclose an angle ⁇ 1 with each other.
  • the angle ⁇ 1 has a value of 28 degrees.
  • Immediate neighbors within the recesses 22 associated with the same group G are separated by a web of the support body of the stator 22.
  • the web has a width J on the circumference of the stator 2, as sketched in FIG. 8c.
  • the width J has a value of 11, 94 mm.
  • the longitudinal center axes of the recesses 22, which are assigned to different groups G, include at least one angle ⁇ 2 with each other.
  • the angle ⁇ 2 has a value of 64 degrees.
  • FIG. 8d shows a three-dimensional view of the stator 2 shown in FIG. 8a.
  • FIG. 9a to 9h each show a development of the lateral surface M1, M2 of a rotor 1 or stator 2.
  • a magnet sequence is symbolized by an arrow.
  • the direction of the arrow defines a direction of a magnetic sequence.
  • a direction of a magnetic sequence is important when the magnetic flux dipole magnets have a characteristic polarity sequence that is directional. For example, it may be important to the present invention whether a magnet sequence with three dipole magnets has the polarity SNN or the polarity NNS.
  • the orientation of the lateral surface M1, M2 is defined by the indication of the shaft axis 50.
  • Fig. 10 is an illustration of the relationship between magnetic sequences F1 and rows of magnets 701 to 707 of a rotor 1.
  • Fig. 10 shows a lateral surface M1 of a coaxial with a shaft 5 oriented first circular cylinder Z1.
  • the rotor 1 is arranged coaxially with the shaft 5.
  • the rotor 1 comprises twenty-eight dipole magnets 7, which are arranged on the lateral surface M1.
  • the dipole magnets 7 of the rotor 1 are arranged in four magnetic sequences F1, each with seven dipole magnets 7.
  • the four magnetic sequences F1 are numbered with the subscript numbers 1 to 4 as F1i to FI 4 .
  • the dipole magnets 7 of the magnetic sequences F1 i to FI 4 are arranged or formed such that they form seven rows 701 to 707 running on the lateral surface M1, each with four dipole magnets 7 uniformly distributed on the circumference of the first circular cylinder Z1.
  • the dipole magnets 7 of a row 701 to 707 lie in a plane perpendicular to the shaft axis 50 of the shaft 5 extending plane.
  • the dipole magnets 7 adjacent rows are alternately offset from each other so that they form a uniform zigzag pattern axially of the shaft axis 50 over the circumference of the circular cylinder Z1.
  • the uniform zigzag pattern forming the dipole magnets 7 of the adjacent rows 703 and 704 is indicated by a bold line in FIG.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a device according to the invention which has an inner stator 2, a rotor 1 and an outer stator 3, which are arranged coaxially to a shaft axis 50 of a rotatable rod-shaped shaft 5.
  • the cylindrical inner stator 2 has at its two ends in each case a circular disk-shaped end cap 13, each with a ball bearing 11. By means of these ball bearings 11, the inner stator 2 is mounted coaxially on the shaft 5.
  • the shaft is made in a typical embodiment of non-magnetic material, such as plastic, and has a diameter of 10 to 40 mm and a length of 100 to 400 mm.
  • the inner stator 2 has an inner stator core 12 and arranged thereon along the lateral surface of the inner stator 2 magnets 8.
  • the inner stator 2 is fixedly connected by means of screw connections 10 to a fastening device 4, which is arranged in a mechanical housing for receiving the device (not shown), and is held stationary in this way.
  • the rotor 1 consisting of two mirror-image rotor drums, each with a pipe section and a circular disk, is immovably connected by means of screw 10 with the shaft 5.
  • Each of the rotor drums has magnets 7. These are dipole magnets 7 whose magnetic dipole axes extend in planes perpendicular to the shaft 5.
  • Each of the rotor drums is separated by a hollow cylindrical air gap from the inside of the rotor drums arranged inside the inner stator 2 and by an annular air gap of the mounting plate 4, which represents a plane of symmetry with respect to the two rotor drums of the rotor 1.
  • the annular air gap and the hollow cylindrical air gap each have a width of 3 to 50 mm.
  • Dipole magnets 700 are likewise arranged in the circular disks on the end faces of the rotor drums.
  • the mass of the rotor 1 and the associated shaft 5 is distributed rotationally symmetrical, so that no rotation occurs in a rotation about the shaft axis 50.
  • the outer stator 3 consists of two separate annular halves
  • each with frame 9 magnets 6 and fastening parts for fixing the magnets 6.
  • Each of the frame consists of a hollow cylinder, on whose two end faces in each case an annular disc is arranged. In this way, each of the stator rings is covered on its outer circumferential surface and on its two end sides of one of the frame 9 and the shaft axis 50 out without frame, ie open. Within the frame 9 are located between the fastening parts, the magnets 6.
  • Each of the two stator each one of the two rotor drums of the rotor 1 is assigned.
  • Each of the stator rings is separated from the rotor drums of the rotor 1 arranged radially inside the stator rings by an annular air gap having a width of 3 to 50 mm.
  • the magnets 6 arranged on the inside of the stator rings and those on the outside the rotor 1 arranged magnets 8 are therefore directly opposite, separated only by the annular air gap.
  • Each of the stator rings can be moved parallel to the shaft axis 50. This means that the relative position of the outer stator 3 and thus the overlap of the rotor 1 by the outer stator during operation of the device can be changed and adjusted.
  • the magnets 6, 7, 8 are dipole magnets.
  • the dipole magnets 6, 7, 8 are permanent magnets, e.g. consisting of the materials SmCo and / or NdFeB formed.
  • one or more of the dipole magnets 6, 7, 8 are designed as electromagnets.
  • the magnetic flux density of the magnets 6, 7, 8 is preferably in a range of 0.4 to 1.4 Tesla.
  • the frame is preferably made of non-magnetic material, e.g. Aluminum, manufactured and has a wall thickness of 2 to 10 mm.
  • Figure 12a shows an inner stator core 12 of the inner stator 2 made of non-magnetic material (e.g., aluminum, copper).
  • the core 12 has a circular cylinder 120 on the surface of which ridges 121 in the form of a crown are arranged.
  • Each of the ribs 121 extends along the center axis of the circular cylinder 120 from the bottom surface of the cylinder 120 to the top surface thereof.
  • the ribs 121 extend radially with respect to the central axis of the circular cylinder 120 and are distributed uniformly over the circumference of the cylinder. In this way, between the individual ribs 121 furrows or grooves 122.
  • the circular cylinder 120 has along its central axis a circular bore for receiving the shaft 5. Both in the base and in the top surface of the cylinder 120 is in each case a disc-shaped recess, in each of which one of the ball bearings 11 is partially arranged.
  • the diameter of the stator core 12 is 50 to 500 mm, its height 100 to 300 mm.
  • the width of the ribs 121 is ⁇ 100 mm and about 20 percent of the width of the grooves 122.
  • Figure 12b shows a schematic representation of the inner stator 2.
  • the inner stator 2 includes the inner stator core 12, the magnets 8 and the end caps 13.
  • the same length magnets 8, whose length dimension is smaller than that of the stator core 12 is selected, are in the the lateral surface of the circular cylinder 120 inserted along extending grooves 122.
  • the arrangement of the magnets 8 is such that a first magnet 8-1 is inserted flush with the base of the cylinder 120, and the remaining magnets 8 with axial offset V with respect to the shaft axis 50 are arranged so that there is a uniform stair pattern on the outer surface of the inner stator 2.
  • the axial offset V is equally divided over the length of the inner stator 2, that a last magnet 8-10 terminates at its end face with the top surface of the cylinder 120.
  • W whose length is equal to (ni) times the offset V when n indicates the number of magnets 8.
  • the end caps 13 have a diameter of 50 to 500 mm and a height of 5 to 20 mm.
  • a typical length of the magnets 8, measured in the direction of the shaft axis 50, is 100 mm.
  • the axial offset V is variable, depending on the number of magnets. In a typical arrangement, V is about 5 percent of the length of the magnets 8.
  • the dimensions of the magnets 8 and the inner stator core 12 are coordinated so that the inner stator 2 has a substantially uniform lateral surface.
  • Figure 13 shows a development of the lateral surface of the inner stator 2.
  • ten magnets 8 are arranged, each having the same geometry. The magnets are measured in the direction of the shaft axis 50 shorter than the lateral surface.
  • a first magnet 8-1 is flush with the base surface 125 of the inner stator core 12 with one of its end faces on the lateral surface arranged.
  • the remaining nine magnets 8 are now arranged in the direction of the shaft axis 50 in a uniform offset V so that the last magnet 8-10 is flush with its right front side flush with the top surface 126 of the inner stator core 12. In this way, the stepped arrangement of the magnets 8 shown in FIG. 13 results.
  • FIG. 14 shows a section through the inner stator 2, along the sectional plane A-A indicated in FIG. 12b.
  • the inner stator core 12 has a hollow cylinder 120, along the central axis of the shaft 5 extends and extend along the lateral surface along the ribs 121.
  • the hollow cylinder 120 has a diameter of 100 mm and a length of 170 mm.
  • magnets 8 are used, which have a trapezoidal cross-section in the sectional plane A-A.
  • the dipole magnets 8 are arranged so that their magnetic dipole axis 80 extends within the illustrated sectional plane A-A.
  • Figure 15a shows the fastening device 4 in a view perpendicular to
  • the fastening device 4 has an inner hollow cylinder 40 with a smaller radius and an outer mounting ring 41 with a larger radius.
  • the inner hollow cylinder 40 and the outer fixing ring 41 are fixedly connected to each other.
  • the hollow cylinder 40 serves to receive and fix the inner stator 2 by means of screw connections 10.
  • the fixing ring 41 is fixedly connected to a mechanical housing (not shown) for receiving the device.
  • the fastening ring disk 41 has screw connections 10 on its outer circumference.
  • Figure 15b shows the fastening device 4 in a view in the direction of the shaft axis 50.
  • the mounting ring 41 has on its periphery four screw 10 for attachment to the mechanical housing, the hollow cylinder 40 has over its circumference a plurality of screw 10 for attachment of the inner stator 2.
  • Figure 16 shows a view of the rotor 1, which is arranged immovably on the shaft 5 by means of screw 10.
  • the rotor 1 consists of two rotor drums arranged separately from each other, in whose lateral surface circular bores are mounted, which serve to receive the magnets 7.
  • the rotor 1 is made of non-magnetic material (eg Al, Cu). The distance between the rotor drums is 15 mm.
  • the rotor drums have an outer diameter of 165 mm, a height of 70 mm and a wall thickness of 26 mm.
  • Each of the rotor drums has an annular disk-shaped top surface 102 in which two or more dipole magnets 700 uniformly distributed on a circumference with respect to the center of the top surface 102 are arranged.
  • the magnetic dipole axis of these dipole magnets 700 runs parallel to the shaft axis 50.
  • FIG. 17 a shows a schematic view of one of the rotor drums of the rotor 1 and the inner stator 2, the view being perpendicular to the shaft axis 50.
  • the rotor 1 is immovably connected to the shaft 5 by means of screw 10.
  • the shaft 5 is rotatably supported in the inner stator 2 by means of a ball bearing.
  • the rotor 1 surrounds the inner stator 2 drum or bell-shaped.
  • the hollow cylinder 101 of the rotor 1 is separated from the inner stator 2 by an annular air gap G1 ,
  • the hollow cylinder 101 of the rotor 1 has holes in which magnets 7 are inserted.
  • the top surface 102 of the rotor 1 also has holes in which magnets 700 are used.
  • FIG. 17b shows a schematic representation of the possible orientations of the dipole magnets 7 of the rotor 1, in a viewing direction parallel to the shaft axis 50.
  • the magnetic dipole axis 70 of the rotor magnets 7 extends in a plane which is perpendicular to the shaft axis 50, ie within the image plane.
  • the angle ⁇ between the magnetic dipole axis 70 and a tangent 71 to the outer circumference of the hollow cylinder 101 of the rotor 1 through the point at which the Dipole axis 70 penetrates the outer circumference of the hollow cylinder 101 may have values of 14 ° to 90 °.
  • FIG. 18a shows a development of the lateral surfaces of the two drum halves of the rotor 1 along the direction X-Y indicated in FIG.
  • FIG. 18a shows the left drum half on the left and the right drum half on the right, which are symmetrical to one another.
  • the development extends along the direction XY, as indicated in FIG.
  • Arranged in planes perpendicular to the shaft axis 50 are rows 701 to 708 of magnets 7.
  • Each of the rows 701 to 708 is slightly offset from an adjacent row so that a zigzag arrangement of the magnets 7 results in the direction of the shaft axis 50.
  • FIG. 18b shows an enlarged detail of the development of the magnets 7 shown in FIG. 18a.
  • the centers of the magnets 7 within the rows 705, 706 are at a constant distance f from one another.
  • the distance between two adjacent rows 705, 706 is chosen so large that the arrangement shown in FIG. 18b results in a constant magnet spacing d.
  • Two magnets 7051, 7052 in the row 705 are arranged with respect to an associated magnet 7061 in the adjacent row 706 such that the centers of the three magnets 7051, 7052, 7061 are an isosceles triangle with legs of length d and a third side (FIG. Base) of length f.
  • This relationship applies to all magnets 7 in all rows 701 to 708.
  • the magnets 7 may not only have a circular cross-section as shown, but also other shapes such as square or hexagonal.
  • the distance d is in a range of about 3 mm to 50 mm. Particularly preferred is a distance of 5 mm.
  • the distance f is in a range of about 10 mm to 70 mm.
  • the mechanical housing comprises the fastening device 4 for receiving the inner stator 2, guide means 19 for guiding the displaceable halves of the outer stator 3, and a by means of a crank rotatable transmission shaft 14 for Displacement of the halves of the outer stator 3 with respect to the rotor or inner stator.
  • the transmission shaft 14 has two threaded rods, which have mutually opposite threads (right and left-hand thread). Thereby, the two halves of the outer stator 3 can be moved uniformly or apart in a symmetrical opposite manner.
  • Guide means 19 sit on the gear shaft 14 and are thus moved outward or inward with respect to the attachment means 4.
  • the frame 9 of the outer stator 3 are fixedly connected to the guide means 19.
  • the mechanical housing has a height of 400 to 600 mm, a width of 400 mm, and a depth of 530 mm.
  • FIG. 19b shows a section through the outer stator 3, wherein the sectional plane is perpendicular to the shaft axis 50.
  • the outer stator 3 has annularly arranged non-magnetic fastening parts 18, between which magnets 6 are arranged. For reasons of clarity, only some of the magnets 6 are shown by way of example. It is clear to the person skilled in the art that the magnets 6 are arranged over the entire circumference of the outer stator 3.
  • the magnets 6 and the non-magnetic fastening parts 18 are dimensioned so that they in the assembled state, a hollow cylinder whose central axis extends in the direction of the shaft axis 50 result.
  • the magnetic dipole axes 60 of the magnets 6 lie in planes that run perpendicular to the shaft axis 50.
  • An angle y between the magnetic dipole axis 60 and a tangent 61 to the outer periphery of the hollow cylindrical outer stator 3 through the point where the magnetic dipole axis 60 pierces the outer periphery is in a range of 14 ° to 90 °.
  • the outer stator 3 is connected to the guide means 19, which are in turn mounted on mounting columns 20 slidably.
  • Figure 20 shows an oblique view of the mechanical housing for receiving the device.
  • the mechanical housing has on both end faces in each case a housing plate 21 a, 21 b, which are connected to each other by four mounting pillars 20.
  • the mounting plate 4 In the median plane between the two housing plates 21a, 21b is the mounting plate 4 for receiving the inner stator 2.
  • the housing plates 21a, 21b In the Center points of the housing plates 21a, 21b are each a bore for the passage of the shaft 5.
  • the guide means 19 on which the halves of the outer stator 3 are fixed, slidably disposed.
  • the threaded shaft 14 extends to the symmetrical
  • Figure 21 is a diagram showing the relative arrangement of the magnets 6 of the outer stator 3, the magnets 7 of the rotor 1 and the magnets 8 of the inner stator 2 in a preferred embodiment.
  • the arrangement relates to a constellation in which the two halves of the outer stator 3 are shifted as far as possible to each other. In this constellation, a complete overlap of the three magnetic levels described results.
  • the north pole of the dipole magnets 6, 7, 8 is indicated by the letter N, the south pole by the letter S.
  • the air gap G1 between the outer circumference of the inner stator 2 and the inner circumference of the rotor 1, and the air gap G2 between the outer circumference of the rotor 1 and the inner periphery of the outer stator 3 can be selected in any range with a width of 3 to 50 mm.
  • FIG. 22 shows a schematic arrangement of the three magnetic planes 6, 7, 8 in a sectional plane BB perpendicular to the shaft axis 50, as indicated in FIG.
  • the magnets 6 have a trapezoidal cross-section in the sectional plane BB, ie perpendicular to the shaft axis 50.
  • Each of the two rotor halves has four rows of sixteen magnets 7 each, which have a circular cross-section in a sectional plane perpendicular to their magnetic dipole axis.
  • the outer stator 3 has on each of its two halves eighteen magnets 6, which are distributed uniformly over the circumference of each of the two stator halves.
  • the magnets 6 have a trapezoidal cross-section in the sectional plane BB.
  • FIG. 22 shows a preferred orientation of the dipole magnets 6, 7, 8.
  • the north pole of the dipole magnets 6, 7, 8 is indicated by the letter N, the south pole by the letter S.
  • the ratio of the number of magnets 8 of the inner stator 2, the number of rows of magnets on the two rotor drums of the rotor 1 and the number of magnets 6 on the two stator halves of the outer stator 3 is preferably selected as indicated in Table I.
  • FIG. 23 shows particularly advantageous dimensions of the magnets used.
  • FIG. 23a shows a preferred dimension of a magnet 6 of the outer stator 3.
  • the magnet 6 has a length of 75 mm in the direction of the shaft axis 50, the height of the trapezoidal cross section is 50 mm.
  • the baseline of the trapezoid has a length of 25 mm and the base line opposite side has a length of 20 mm.
  • FIG. 23b shows a preferred dimension of a magnet 8 of the inner stator 2.
  • the magnet 8 has a length of 100 mm in the direction of the shaft axis 50, the height of the trapezoidal cross section is 25 mm.
  • the baseline of the Trapezes have a length of 25 mm and the base line opposite side has a length of 10 mm.
  • Figure 23c shows a preferred embodiment of a magnet 7 of the rotor 1.
  • the magnet 7 has a circular cylindrical geometry, wherein the magnetic dipole axis 70 coincides with the central or longitudinal axis of the circular cylinder.
  • the cylinder has a height of 20 mm and a diameter of 20 mm.
  • the specified length specifications can vary in a range of plus / minus 50 percent. However, embodiments are also conceivable in which the dimensions of the magnets are outside this range.
  • F1 first magnet sequences F2 second magnet sequences

Abstract

The invention relates to a device having an arrangement of magnets for generating an alternating magnetic field that interacts with a stationary magnetic field. The device comprises a rotor (1) and a stator (2) disposed coaxially to a rotatably mounted shaft (5). The rotor (1) comprises one or more first magnet sequences and the stator (2) one or more second magnet sequences. The first and second magnet sequences each comprise two or more dipole magnets, the arrangement and orientation of which may vary.

Description

Vorrichtung mit einer Anordnung von Magneten Device with an array of magnets
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Generierung eines magnetischen Wechselfeldes, welches mit einem ortsfesten magnetischen Feld interagiert.The invention relates to a device for generating an alternating magnetic field, which interacts with a stationary magnetic field.
Die Interaktion eines ortsfesten magnetischen Feldes und eines magnetischen Wechselfeldes wird bereits seit längerem, beispielsweise im Bereich von bürstenlosen Gleichstrommotoren und Magnetschwebebahnen, ausgenutzt.The interaction of a stationary magnetic field and an alternating magnetic field has been used for some time, for example in the field of brushless DC motors and magnetic levitation trains.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Generierung eines magnetischen Wechselfeldes, welches mit einem ortsfesten magnetischen Feld interagiert, zu schaffen.The invention has for its object to provide an improved device for generating an alternating magnetic field, which interacts with a stationary magnetic field to create.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit einem Rotor und einem Stator gelöst, die koaxial zu einer drehbar gelagerten Welle angeordnet sind, wobei der Rotor eine oder mehr erste Magnetfolgen und der Stator eine oder mehr zweite Magnetfolgen aufweist, wobei die eine oder mehr ersten Magnetfolgen jeweils zwei oder mehr auf einer Mantelfläche eines koaxial zur Welle orientierten ersten Kreiszylinders angeordnete Dipolmagnete umfassen, deren Dipolachsen mit einer Tangente an den Umfang der Mantelfläche durch einen Punkt, an dem die Dipolachsen jeweils die Mantelfläche durchstoßen, jeweils einen Neigungswinkel einschließen, der in einem Bereich von 14 Grad bis 90 Grad liegt, und die eine oder mehr zweiten Magnetfolgen jeweils zwei oder mehr auf einer Mantelfläche eines koaxial zur Welle orientierten zweiten Kreiszylinders angeordnete Dipolmagnete umfassen, deren Dipolachsen mit einer Tangente an den Umfang der Mantelfläche durch einen Punkt, an dem die Dipolachsen jeweils die Mantelfläche durchstoßen, jeweils einen Neigungswinkel einschließen, der in einem Bereich von 14 Grad bis 90 Grad liegt, wobei die eine oder mehr ersten Magnetfolgen und die eine oder mehr zweiten Magnetfolgen in Bezug auf eine senkrecht zu einer Wellenachse der Welle angeordnete Ebene jeweils einen Steigungswinkel aufweisen, der in einem Bereich von 10 Grad bis 80 Grad oder von 280 Grad bis 350 Grad liegt, und wobei die eine oder mehr ersten Magnetfolgen und die eine oder mehr zweiten Magnetfolgen einen Anstellwinkel einschließen, der in einem Bereich von 0 Grad bis 90 Grad liegt.This object is achieved by a device having a rotor and a stator arranged coaxially with a rotatably mounted shaft, the rotor having one or more first magnet sequences and the stator having one or more second magnet sequences, the one or more first magnet sequences respectively two or more arranged on a lateral surface of a coaxial to the shaft oriented first circular cylinder dipole magnets whose dipole axes with a tangent to the circumference of the lateral surface through a point at which the dipole axes pierce each of the lateral surface, each include an angle of inclination, which in a range of 14 degrees to 90 degrees, and the one or more second magnetic sequences each comprise two or more arranged on a lateral surface of a coaxial to the shaft second circular cylinder dipole magnets whose dipole axes with a tangent to the circumference of the lateral surface through a point at which the dipole axes each the M pierced surface, each having a tilt angle which is in a range of 14 degrees to 90 degrees, wherein the one or more first magnetic sequences and the one or more second magnetic sequences with respect to a plane arranged perpendicular to a shaft axis of the shaft each have a pitch angle which is in a range of 10 degrees to 80 degrees or from 280 degrees to 350 degrees, and wherein the one or more first magnetic sequences and the one or more second magnetic sequences include an angle of attack which is in a range of 0 degrees to 90 degrees.
Die oben genannten Formulierungen „deren Dipolachsen mit einer Tangente an den Umfang der Mantelfläche durch einen Punkt, an dem die Dipolachsen jeweils die Mantelfläche durchstoßen, jeweils einen Neigungswinkel einschließen, der in einem Bereich von 14 Grad bis 90 Grad liegt" sind so zu verstehen, dass jeder der Dipolmagnete des Rotors und des Stators einen individuellen Neigungswinkel aufweisen kann. Die einzige Beschränkung des jeweiligen individuellen Neigungswinkels ist, dass er in einem Bereich von 14 Grad bis 90 Grad liegt. Dies umfasst den Fall, dass zwei oder mehr Dipolmagnete denselben Neigungswinkel aufweisen. So ist es z.B. auch möglich, dass alle Dipolmagnete des Rotors und/oder des Stators denselben Neigungswinkel aufweisen.The abovementioned formulations "whose dipole axes with a tangent to the circumference of the lateral surface through a point at which the dipole axes pierce the lateral surface in each case include an inclination angle which lies in a range of 14 degrees to 90 degrees" are to be understood as meaning each of the dipole magnets of the rotor and the stator may have an individual tilt angle The only limitation of each individual tilt angle is to be in a range of 14 degrees to 90 degrees, which includes the case where two or more dipole magnets have the same tilt angle For example, it is also possible that all dipole magnets of the rotor and / or the stator have the same angle of inclination.
Die oben genannte Formulierung „wobei die eine oder mehr ersten Magnetfolgen und die eine oder mehr zweiten Magnetfolgen in Bezug auf eine senkrecht zu einer Wellenachse der Welle angeordnete Ebene jeweils einen Steigungswinkel aufweisen, der in einem Bereich von 10 Grad bis 80 Grad oder von 280 Grad bis 350 Grad liegt" ist so zu verstehen, dass jede Magnetfolge des Rotors und des Stators einen individuellen Steigungswinkel aufweisen kann. Die einzige Beschränkung des jeweiligen individuellen Steigungswinkels ist, dass er in einem Bereich von 10 Grad bis 80 Grad oder von 280 Grad bis 350 Grad liegt. Dies umfasst den Fall, dass zwei oder mehr Magnetfolgen denselben Steigungswinkel aufweisen. So ist es z.B. auch möglich, dass alle Magnetfolgen des Rotors und/oder des Stators denselben Steigungswinkel aufweisen.The above formulation "wherein the one or more first magnetic sequences and the one or more second magnetic sequences each have a pitch angle in a range of 10 degrees to 80 degrees or 280 degrees with respect to a plane perpendicular to a shaft axis of the shaft to 350 degrees "is understood to mean that each magnet sequence of the rotor and the stator can have an individual pitch angle The only limitation of the individual pitch angle is that it ranges from 10 degrees to 80 degrees or from 280 degrees to 350 degrees This includes the case where two or more magnet sequences have the same slope angle, for example, it is also possible that all magnet sequences of the rotor and / or the stator have the same slope angle.
In dem Fall, dass zwei Magnetfolgen auf dem Rotor und/oder dem Stator unterschiedliche Steigungswinkel aufweisen, sind auch die diesen Magnetfolgen zugeordneten Anstellwinkel unterschiedlich. Darüber hinaus wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung mit einem koaxial zu einer drehbar gelagerten Welle angeordneten inneren Stator, einem koaxial zu der Welle angeordneten Rotor und einem koaxial zu der Welle angeordneten äußeren Stator, wobei der Rotor in Bezug auf den inneren Stator zumindest teilweise radial weiter außen angeordnet und fest mit der Welle verbunden ist und der äußere Stator in Bezug auf den Rotor zumindest teilweise radial weiter außen angeordnet ist, wobei der innere Stator zwei oder mehr auf einer Mantelfläche eines Kreiszylinders angeordnete Dipolmagnete aufweist, die gleichmäßig über den Kreiszylinderumfang verteilt sind und in Bezug auf eine Wellenachse der Welle axial gegeneinander so versetzt sind, dass sich auf der Mantelfläche des Kreiszylinders eine treppenförmige Anordnung der Dipolmagnete ergibt und sich benachbarte Dipolmagnete in Bezug auf die Wellenachse axial teilweise überdecken, wobei der Rotor zwei oder mehr auf einer Mantelfläche eines Kreiszylinders verlaufende Reihen mit jeweils vier oder mehr gleichmäßig auf dem Kreiszylinderumfang verteilten Dipolmagneten aufweist, wobei die Dipolmagnete einer Reihe in einer senkrecht zur Wellenachse verlaufenden Ebene liegen und die Dipolmagnete benachbarter Reihen gegeneinander abwechselnd so versetzt sind, dass sie axial zur Wellenachse ein über den Kreiszylinderumfang gleichmäßiges zickzackförmiges Muster bilden, und wobei der äußere Stator zwei oder mehr auf einer Mantelfläche eines Kreiszylinders angeordnete Dipolmagnete aufweist, die gleichmäßig auf der Mantelfläche verteilt sind.In the case where two magnet sequences on the rotor and / or the stator have different pitch angles, the pitch angles associated with these magnet sequences are also different. Moreover, the above-mentioned object is achieved by a device having an inner stator arranged coaxially with a rotatably mounted shaft, a rotor arranged coaxially with the shaft and an outer stator arranged coaxially with the shaft, wherein the rotor is at least in relation to the inner stator partially radially disposed further out and fixedly connected to the shaft and the outer stator is disposed at least partially radially outward with respect to the rotor, wherein the inner stator has two or more arranged on a lateral surface of a circular cylinder dipole magnets which are uniform over the circular cylinder circumference are distributed and axially offset relative to each other with respect to a shaft axis of the shaft, that results in a stepped arrangement of the dipole magnets on the lateral surface of the circular cylinder and axially overlap adjacent dipole magnets with respect to the shaft axis axially, wherein the rotor two or more On a lateral surface of a circular cylinder extending rows each having four or more evenly distributed on the circular cylinder circumference dipole magnet, wherein the dipole magnets of a row lie in a plane perpendicular to the shaft axis and the dipole magnets of adjacent rows are mutually offset alternately so that they are axially to the shaft axis Form over the circular cylinder circumference uniform zigzag pattern, and wherein the outer stator has two or more disposed on a lateral surface of a circular cylinder dipole magnets, which are distributed uniformly on the lateral surface.
Die durch die spezielle Anordnung der Dipolmagnete des Rotors und des Stators bzw. der Statoren ausgebildeten Magnetfelder bewirken, dass der Rotor frei schwebend gehalten wird. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen wirkt so als ein Magnetlager. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch die spezielle Anordnung der Dipolmagnete des Rotors und des Stators bzw. der Statoren bei Drehung des Rotors ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird, das eine weitgehend verlustfreie Drehbewegung des Rotors relativ zu dem Stator bzw. den Statoren erlaubt. Dies kann für eine Vielzahl von technischen Anwendungen ausgenutzt werden, beispielsweise für eine besonders reibungsarme Lagerung einer sich vorzugsweise schnell drehenden Welle. In der folgenden Beschreibung werden mathematische, insbesondere geometrische Begriffe, z.B. parallel, senkrecht, Ebene, Zylinder, Winkel, etc. verwendet, die sich in technische Zeichnungen eintragen lassen, aber in der Praxis aufgrund der herstellungsbedingten Toleranzen nie vollkommen erfüllt werden können. Für den Fachmann ist es daher klar, dass diese Beschreibung nur als Idealbeschreibung anzusehen ist. Die Beschreibung schließt aber stillschweigend auch ähnliche Vorrichtungen mit allgemein üblichen Toleranzen mit ein.The magnetic fields formed by the special arrangement of the dipole magnets of the rotor and of the stator or of the stators cause the rotor to be kept free-floating. The devices according to the invention thus act as a magnetic bearing. Surprisingly, it has been found that the magnetic field generated by the special arrangement of the dipole magnets of the rotor and the stator or the stators upon rotation of the rotor, which allows a largely lossless rotational movement of the rotor relative to the stator or the stators. This can be exploited for a variety of technical applications, for example, for a particularly low-friction storage of a preferably fast-rotating shaft. In the following description mathematical, in particular geometric terms, eg parallel, vertical, plane, cylinder, angle, etc., are used, which can be entered in technical drawings, but can never be fully met in practice due to the manufacturing tolerances. It is therefore clear to the person skilled in the art that this description is only to be regarded as an ideal description. The description implicitly includes similar devices with generally accepted tolerances.
Die Welle verläuft in einer Achse, der sog. Wellenachse, und ist um diese Achse drehbar. Die Welle ist vorzugsweise als gerader Kreiszylinder ausgebildet, wobei die Rotationsachse des Kreiszylinders die Wellenachse bildet.The shaft runs in one axis, the so-called shaft axis, and is rotatable about this axis. The shaft is preferably designed as a straight circular cylinder, wherein the axis of rotation of the circular cylinder forms the shaft axis.
Es ist möglich, dass innerhalb der ersten und/oder zweiten Magnetfolgen benachbarte Dipolmagnete die gleiche Polarität aufweisen. Es ist auch möglich, dass innerhalb der ersten und/oder zweiten Magnetfolgen benachbarte Dipolmagnete eine unterschiedliche Polarität aufweisen.It is possible that adjacent dipole magnets within the first and / or second magnet sequences have the same polarity. It is also possible that adjacent dipole magnets have a different polarity within the first and / or second magnet sequences.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Polarität der zwei oder mehr Dipolmagnete innerhalb einer oder mehrerer Magnetfolgen gleich. In Bezug auf die Wellenachse bedeutet das, dass die Nordpole aller Dipolmagnete innerhalb einer oder mehrerer Magnetfolgen entweder zu der Wellenachse zeigen oder davon abgewandt sind. Besagte eine oder mehrere Magnetfolgen sind Magnetfolgen der ein oder mehr ersten Magnetfolgen und/oder Magnetfolgen der ein oder mehr zweiten Magnetfolgen. Es ist auch möglich, dass die Polarität aller Dipolmagnete des Rotors bzw. des Stators gleich ist, d.h., dass die Nordpole aller Dipolmagnete des Rotors bzw. des Stators entweder zu der Wellenachse zeigen oder davon abgewandt sind. Unter Polarität eines Dipolmagnets wird die Orientierung des magnetischen Nord- und Südpols des Dipolmagnets verstanden.In a preferred embodiment, the polarity of the two or more dipole magnets within one or more magnet sequences is the same. In terms of the wave axis, this means that the north poles of all dipole magnets within one or more magnet sequences either point to or face away from the shaft axis. Said one or more magnetic sequences are magnetic sequences of the one or more first magnetic sequences and / or magnetic sequences of the one or more second magnetic sequences. It is also possible that the polarity of all the dipole magnets of the rotor and the stator, respectively, is the same, i.e. that the north poles of all the dipole magnets of the rotor and the stator are either facing or facing away from the shaft axis. The polarity of a dipole magnet is understood to mean the orientation of the magnetic north and south poles of the dipole magnet.
In einer anderen bevorzugten Ausführung ist die Polarität der zwei oder mehrIn another preferred embodiment, the polarity is two or more
Dipolmagnete einer Magnetfolge abwechselnd. Es ist möglich, dass innerhalb einer Magnetfolge benachbarte Dipolmagnete eine unterschiedliche Polarität aufweisen. In diesem Fall zeigen aufeinanderfolgende Dipolmagnete einer Magnetfolge beispielsweise die Abfolge ...SNSN... (N = Nordpol; S = Südpol). Es ist auch möglich, dass der Wechsel der Polarität unregelmäßig ist, so dass sich beispielsweise die Abfolge ...NNSNNS... ergibt.Dipole magnets of a magnetic sequence alternately. It is possible that adjacent dipole magnets within a magnet sequence have a different polarity. In this case, successive dipole magnets of a magnet sequence, for example, show the sequence ... SNSN ... (N = north pole, S = south pole). It is also possible, that the change of polarity is irregular, so that, for example, the sequence ... NNSNNS ... results.
Vorzugsweise verlaufen die Dipolachsen der Dipolmagnete parallel zu der senkrecht zu der Wellenachse angeordneten Ebene.Preferably, the dipole axes of the dipole magnets are parallel to the plane perpendicular to the shaft axis.
Vorzugsweise ist der Abstand benachbarter Dipolmagnete der zwei oder mehr Dipolmagnete innerhalb einer oder mehrerer Magnetfolgen konstant. Besagte eine oder mehrere Magnetfolgen sind Magnetfolgen der ein oder mehr ersten Magnetfolgen und/oder Magnetfolgen der ein oder mehr zweiten Magnetfolgen.Preferably, the spacing of adjacent dipole magnets of the two or more dipole magnets is constant within one or more magnet sequences. Said one or more magnetic sequences are magnetic sequences of the one or more first magnetic sequences and / or magnetic sequences of the one or more second magnetic sequences.
Es ist möglich, dass der Abstand benachbarter Dipolmagnete innerhalb der einen oder mehr ersten Magnetfolgen des Rotors und/oder des Stators konstant ist. In diesem Fall ist es möglich, dass sich der Abstand benachbarter Dipolmagnete der zwei oder mehr Dipolmagnete innerhalb der einen oder mehr ersten Magnetfolgen von dem Abstand benachbarter Dipolmagnete der zwei oder mehr Dipolmagnete innerhalb der einen oder mehr zweiten Magnetfolgen unterscheidet. Es ist auch möglich, dass der Abstand benachbarter Dipolmagnete der zwei oder mehr Dipolmagnete innerhalb der einen oder mehr ersten Magnetfolgen mit dem Abstand benachbarter Dipolmagnete der zwei oder mehr Dipolmagnete innerhalb der einen oder mehr zweiten Magnetfolgen übereinstimmt.It is possible that the spacing of adjacent dipole magnets within the one or more first magnet sequences of the rotor and / or the stator is constant. In this case, it is possible for the spacing of adjacent dipole magnets of the two or more dipole magnets within the one or more first magnet sequences to be different from the spacing of adjacent dipole magnets of the two or more dipole magnets within the one or more second magnet sequences. It is also possible that the spacing of adjacent dipole magnets of the two or more dipole magnets within the one or more first magnetic sequences coincides with the spacing of adjacent dipole magnets of the two or more dipole magnets within the one or more second magnetic sequences.
Es ist auch möglich, dass der Neigungswinkel der Dipolachsen innerhalb der einen oder mehr ersten Magnetfolgen und/oder der einen oder mehr zweiten Magnetfolgen konstant ist. Vorzugsweise liegt dieser konstante Neigungswinkel in einem Bereich von 14 Grad bis 90 Grad.It is also possible that the angle of inclination of the dipole axes within the one or more first magnet sequences and / or the one or more second magnet sequences is constant. Preferably, this constant inclination angle is in a range of 14 degrees to 90 degrees.
Der Steigungswinkel einer Magnetfolge gibt den Schnittwinkel zwischen einer Tangente, die eine durch die zwei oder mehr Dipolmagnete innerhalb der Magnetfolge gebildete Kurve berührt, und einer senkrecht zur Wellenachse verlaufenden Ebene an. Im allgemeinen Fall kann sich der Steigungswinkel einer Magnetfolge im Verlauf der Magnetfolge ändern. In einer bevorzugten Ausführung ist der Steigungswinkel einer Magnetfolge konstant, vergleichbar mit der Steigung eines Gewindes. In dem Fall eines konstanten Steigungswinkels liegen die zwei oder mehr Dipolmagnete der Magnetfolge bei einer Abwicklung auf einer Geraden.The pitch angle of a magnet sequence indicates the intersection angle between a tangent tangent to a curve formed by the two or more dipole magnets within the magnet sequence and a plane perpendicular to the shaft axis. In the general case, the pitch angle of a magnet sequence may change in the course of the magnet sequence. In a preferred embodiment, the pitch angle of a magnetic sequence is constant, comparable to the slope of a Thread. In the case of a constant pitch angle, the two or more dipole magnets of the magnet sequence lie on a straight line during a development.
Es ist bevorzugt, wenn die eine oder mehr ersten Magnetfolgen denselben Steigungswinkel, erster Steigungswinkel genannt, aufweisen. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die eine oder mehr zweiten Magnetfolgen denselben Steigungswinkel, zweiter Steigungswinkel genannt, aufweisen.It is preferred if the one or more first magnet sequences have the same pitch angle, called the first pitch angle. Furthermore, it is preferred if the one or more second magnet sequences have the same pitch angle, called the second pitch angle.
Der Anstellwinkel zwischen einer ersten Magnetfolge und einer zweiten Magnetfolge gibt bei einer Abwicklung der ersten und zweiten Magnetfolgen den Schnittwinkel zwischen einer ersten Tangente, die eine durch die zwei oder mehr Dipolmagnete innerhalb der ersten Magnetfolge gebildete Kurve berührt, und einer zweiten Tangente, die eine durch die zwei oder mehr Dipolmagnete innerhalb der zweiten Magnetfolge gebildete Kurve berührt, an. Im allgemeinen Fall kann sich der Anstellwinkel im Verlauf der Magnetfolgen ändern.The angle of attack between a first magnetic sequence and a second magnetic sequence in a development of the first and second magnetic sequences, the intersection angle between a first tangent that touches a curve formed by the two or more dipole magnets within the first magnetic sequence, and a second tangent, a through the two or more dipole magnets within the second magnet sequence touched curve contacts. In the general case, the angle of attack may change in the course of the magnetic sequences.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Anstellwinkel zwischen einer ersten Magnetfolge und einer zweiten Magnetfolge konstant. In diesem Fall ist der jeweilige Steigungswinkel der ersten Magnetfolge und der zweiten Magnetfolge konstant.In a preferred embodiment, the angle of attack between a first magnet sequence and a second magnet sequence is constant. In this case, the respective pitch angle of the first magnet sequence and the second magnet sequence is constant.
In einer besonders bevorzugten Ausführung existiert für alle ersten und zweiten Magnetfolgen ein einziger, konstanter Anstellwinkel. In diesem Fall weisen die eine oder mehr ersten Magnetfolgen denselben ersten Steigungswinkel auf und die eine oder mehr zweiten Magnetfolgen weisen denselben zweiten Steigungswinkel auf.In a particularly preferred embodiment, there is a single, constant angle of attack for all first and second magnet sequences. In this case, the one or more first magnetic sequences have the same first pitch angle and the one or more second magnetic sequences have the same second pitch angle.
In einer bevorzugten Ausführung beginnen zwei oder mehr erste Magnetfolgen an einer ersten senkrecht zu der Wellenachse angeordneten Ebene und enden an einer zweiten senkrecht zu der Wellenachse angeordneten Ebene. In gleicher weise ist es möglich, dass zwei oder mehr zweite Magnetfolgen an einer ersten senkrecht zu der Wellenachse angeordneten Ebene beginnen und an einer zweiten senkrecht zu der Wellenachse angeordneten Ebene enden. Es ist möglich, dass alle Magnetfolgen des Rotors und/oder des Stators an einer ersten quer zur Wellenachse orientierten Stirnfläche des Rotors bzw. des Stators beginnen und an einer zweiten quer zur Wellenachse orientierten Stirnfläche des Rotors bzw. des Stators enden. Vorzugsweise sind die eine oder mehr ersten Magnetfolgen und/oder die eine oder mehr zweiten Magnetfolgen so angeordnet, dass sich Gruppen von zwei oder mehr Magnetfolgen ausbilden. Eine Gruppe von zwei oder mehr Magnetfolgen zeichnet sich dadurch aus, dass der Abstand der Magnetfolgen zueinander geringer ist als der Abstand zu Magnetfolgen, die nicht zu der Gruppe gehören.In a preferred embodiment, two or more first magnetic sequences begin at a first plane perpendicular to the shaft axis and terminate at a second plane perpendicular to the shaft axis. In the same way, it is possible that two or more second magnet sequences start at a first plane arranged perpendicular to the shaft axis and terminate at a second plane arranged perpendicular to the shaft axis. It is possible for all the magnet sequences of the rotor and / or the stator to begin at a first end face of the rotor or stator oriented transversely to the shaft axis and terminate at a second end face of the rotor or stator oriented transversely to the shaft axis. Preferably, the one or more first magnet sequences and / or the one or more second magnet sequences are arranged such that groups of two or more magnet sequences form. A group of two or more magnetic sequences is characterized in that the distance of the magnetic sequences to one another is smaller than the distance to magnetic sequences which do not belong to the group.
In einer bevorzugten Ausführung weist ein Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator eine Spaltbreite von 0,1 mm bis 50 mm auf. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Spaltbreite einen Wert von 1 mm bis 5 mm aufweist.In a preferred embodiment, an air gap between the rotor and the stator has a gap width of 0.1 mm to 50 mm. It is particularly preferred if the gap width has a value of 1 mm to 5 mm.
In einer bevorzugten Ausführung weisen der Rotor und der Stator in der senkrecht zu der Wellenachse angeordneten Ebene einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Mit dem Begriff „im wesentlichen kreisförmig" wird ausgesagt, dass der Querschnitt aufgrund der herstellungsbedingten Toleranzen die geometrisch vollkommene Kreisform nicht erfüllt, ihr aber nahe kommt.In a preferred embodiment, the rotor and the stator in the plane arranged perpendicular to the shaft axis have a substantially circular cross-section. The term "substantially circular" states that the cross-section does not fulfill the geometrically perfect circular shape due to the manufacturing tolerances, but comes close to it.
Vorzugsweise ist die Mantelfläche des ersten Kreiszylinders dem Außenumfang des Rotors umbeschrieben und/oder dem Innenumfang des Rotors einbeschrieben. Ersteres, dass die Mantelfläche des ersten Kreiszylinders dem Außenumfang des Rotors umbeschrieben ist, bezieht sich auf den Fall, dass der Rotor in Bezug auf den Stator zumindest teilweise radial weiter innen angeordnet ist. Letzteres, dass die Mantelfläche des ersten Kreiszylinders dem Innenumfang des Rotors einbeschrieben ist, bezieht sich auf den Fall, dass der Rotor in Bezug auf den Stator zumindest teilweise radial weiter außen angeordnet ist.Preferably, the lateral surface of the first circular cylinder is rewritten to the outer circumference of the rotor and / or inscribed the inner circumference of the rotor. The former, that the circumferential surface of the first circular cylinder is rewritten to the outer circumference of the rotor, refers to the case that the rotor is arranged at least partially radially further in relation to the stator. The latter, that the lateral surface of the first circular cylinder is inscribed on the inner circumference of the rotor, refers to the case that the rotor is arranged at least partially radially further outward with respect to the stator.
Vorzugsweise ist die Mantelfläche des zweiten Kreiszylinders dem Außenumfang des Stators umbeschrieben oder dem Innenumfang des Stators einbeschrieben. Ersteres, dass die Mantelfläche des zweiten Kreiszylinders dem Außenumfang des Stators umbeschrieben ist, bezieht sich auf den Fall, dass der Rotor in Bezug auf den Stator zumindest teilweise radial weiter außen angeordnet ist. Letzteres, dass die Mantelfläche des zweiten Kreiszylinders dem Innenumfang des Stators einbeschrieben ist, bezieht sich auf den Fall, dass der Rotor in Bezug auf den Stator zumindest teilweise radial weiter innen angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführung sind die Dipolmagnete des Rotors bzw. des Stators jeweils so auf der Mantelfläche des ersten Kreiszylinders bzw. des zweiten Kreiszylinders angeordnet, dass die Mantelfläche des ersten Kreiszylinders bzw. des zweiten Kreiszylinders die Dipolmagnete des Rotors bzw. des Stators jeweils nichtschneidend berührt. Mit dem Begriff „nicht-schneidend berührt" wird ausgesagt, dass die jeweilige Mantelfläche die Dipolmagnete berührt, aber ihr Volumen nicht schneidet. Das bedeutet, dass die jeweilige Mantelfläche die Dipolmagnete ausschließlich tangiert, d.h. oberflächlich berührt.Preferably, the lateral surface of the second circular cylinder is rewritten to the outer circumference of the stator or inscribed on the inner circumference of the stator. The former, that the circumferential surface of the second circular cylinder is rewritten to the outer circumference of the stator, refers to the case that the rotor is arranged at least partially radially outward with respect to the stator. The latter, that the lateral surface of the second circular cylinder is inscribed in the inner circumference of the stator, refers to the case that the rotor is arranged at least partially radially further in relation to the stator. In a preferred embodiment, the dipole magnets of the rotor or of the stator are each arranged on the lateral surface of the first circular cylinder or of the second circular cylinder such that the lateral surface of the first circular cylinder or of the second circular cylinder respectively touches the dipole magnets of the rotor or of the stator non-cuttingly , The term "non-cutting touched" states that the respective lateral surface touches the dipole magnets but does not intersect their volume, which means that the respective lateral surface exclusively touches the dipole magnets, ie touches them on the surface.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Rotor und/oder der Stator einen Stützkörper aus nicht-magnetischem Material mit Ausnehmungen zur Aufnahme der Dipolmagnete umfasst. Der Stützkörper dient dazu, die Dipolmagnete an einer definierten Position zu halten. Die Dipolmagnete sind in dazu vorgesehenen Ausnehmungen des Stützkörpers fixiert.It is particularly advantageous if the rotor and / or the stator comprises a support body of non-magnetic material with recesses for receiving the dipole magnets. The support body serves to hold the dipole magnets at a defined position. The dipole magnets are fixed in recesses of the support body provided for this purpose.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Stator als innerer Stator ausgebildet, der Rotor ist in Bezug auf den als inneren Stator ausgebildeten Stator zumindest teilweise radial weiter außen angeordnet und fest mit der Welle verbunden, und die Vorrichtung weist einen koaxial zu der Welle angeordneten äußeren Stator auf, der in Bezug auf den Rotor zumindest teilweise radial weiter außen angeordnet ist. Außerdem sind bei dieser bevorzugten Ausführung die Dipolmagnete der ein oder mehr zweiten Magnetfolgen gleichmäßig über den Umfang des zweiten Kreiszylinders verteilt und in Bezug auf die Wellenachse axial gegeneinander so versetzt, dass sich auf der Mantelfläche des zweiten Kreiszylinders eine treppenförmige Anordnung der Dipolmagnete ergibt und sich benachbarte Dipolmagnete in Bezug auf die Wellenachse axial teilweise überdecken. Zudem weist bei dieser bevorzugten Ausführung der Rotor k erste Magnetfolgen auf, wobei k eine ganze Zahl größer oder gleich vier ist, und die zwei oder mehr Dipolmagnete der k ersten Magnetfolgen so ausgebildet sind, dass sie zwei oder mehr auf derIn a preferred embodiment, the stator is formed as an inner stator, the rotor is disposed at least partially radially further outward relative to the stator formed as an inner stator and fixedly connected to the shaft, and the device has an outer stator coaxial with the shaft which is disposed at least partially radially outward with respect to the rotor. In addition, in this preferred embodiment, the dipole magnets of the one or more second magnet sequences are uniformly distributed over the circumference of the second circular cylinder and offset axially relative to each other with respect to the shaft axis such that a stepped arrangement of the dipole magnets results on the lateral surface of the second circular cylinder and adjacent one another Axially partially overlap dipole magnets with respect to the shaft axis. In addition, in this preferred embodiment, the rotor k has first magnetic sequences, k being an integer greater than or equal to four, and the two or more dipole magnets of the k first magnetic sequences being formed to have two or more on the
Mantelfläche des ersten Kreiszylinders verlaufende Reihen mit jeweils k gleichmäßig auf dem Umfang des ersten Kreiszylinders verteilten Dipolmagneten ausbilden. Darüber hinaus liegen bei dieser bevorzugten Ausführung die Dipolmagnete einer Reihe in einer senkrecht zur Wellenachse verlaufenden Ebene, und die Dipolmagnete benachbarter Reihen sind gegeneinander abwechselnd so versetzt, dass sie axial zur Wellenachse ein über den Kreiszylinderumfang gleichmäßiges zickzackförmiges Muster bilden. Dazu weist bei dieser bevorzugten Ausführung der äußere Stator zwei oder mehr auf einer der Mantelfläche eines dritten Kreiszylinders angeordnete Dipolmagnete auf, die gleichmäßig auf der Mantelfläche verteilt sind.Form lateral surface of the first circular cylinder extending rows each with k evenly distributed on the circumference of the first circular cylinder dipole magnets. Moreover, in this preferred embodiment, the dipole magnets of a row lie in a plane perpendicular to the shaft axis, and the Dipole magnets adjacent rows are alternately offset from each other so that they form a uniform zigzag pattern over the circumference of the circular cylinder axially to the shaft axis. For this purpose, in this preferred embodiment, the outer stator on two or more arranged on one of the lateral surface of a third circular cylinder dipole magnets, which are distributed uniformly on the lateral surface.
In einer bevorzugten Ausführung überdecken sich die Magnete des inneren Stators, des Rotors und des äußeren Stators zumindest teilweise. Eine teilweise Überdeckung zweier Magnete ist dann erfüllt, wenn eine senkrecht zur Welle verlaufende Ebene existiert, die durch jeden der zwei Magnete verläuft. Von einer vollständigen Überdeckung zweier Magnete wird dann gesprochen, wenn für jeden Punkt eines der zwei Magnete eine senkrecht zur Welle verlaufende Ebene existiert, die durch jeden der zwei Magnete verläuft. Eine teilweise Überdeckung dreier Magnete ist dann erfüllt, wenn eine senkrecht zur Welle verlaufende Ebene existiert, die durch jeden der drei Magnete verläuft. Von einer vollständigen Überdeckung dreier Magnete wird dann gesprochen, wenn für jeden Punkt von zweien der drei Magnete eine senkrecht zur Welle verlaufende Ebene existiert, die durch jeden der drei Magnete verläuft. Es kann ein Überdeckungsgrad definiert werden: bei einem Überdeckungsgrad von 0 % überdecken sich zwei/drei Magnete nicht, bei einem Überdeckungsgrad von 100 % überdecken sich zwei/drei Magnete vollständig.In a preferred embodiment, the magnets of the inner stator, the rotor and the outer stator at least partially overlap. A partial overlap of two magnets is satisfied when there is a plane perpendicular to the shaft passing through each of the two magnets. A complete coverage of two magnets is then spoken of when for each point of one of the two magnets there is a plane perpendicular to the shaft passing through each of the two magnets. A partial overlap of three magnets is satisfied when there is a plane perpendicular to the shaft passing through each of the three magnets. A complete coverage of three magnets is then spoken of when for each point of two of the three magnets there is a plane perpendicular to the shaft passing through each of the three magnets. It can be defined a degree of coverage: at a coverage of 0% two / three magnets do not overlap, at a coverage of 100% cover two / three magnets completely.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Vorrichtung sind der innere Stator und der Rotor axial zur Wellenachse unveränderlich angeordnet und die Magnete des inneren Stators und des Rotors überdecken sich vollständig. Darüber hinaus ist der äußere Stator axial zur Wellenachse beweglich angeordnet, so dass derIn a particularly preferred embodiment of the device, the inner stator and the rotor are arranged immovable axially to the shaft axis and the magnets of the inner stator and the rotor completely overlap. In addition, the outer stator is arranged axially movable relative to the shaft axis, so that the
Überdeckungsgrad der Magnete des äußeren Stators und der Magnete des Rotors kontinuierlich in einem Bereich von 0 % bis 100 % verändert werden kann.Covering degree of the magnets of the outer stator and the magnets of the rotor can be continuously changed in a range of 0% to 100%.
Die Magnete des inneren Stators, des Rotors und des äußeren Stators definieren je einen gedachten Hohlzylinder mit gemeinsamer Längsachse (= die Wellenachse), innerhalb dessen Wandung die Magnete angeordnet sind. Im Falle einer teilweisen Überdeckung der drei Magnete liegen die drei gedachten Hohlzylinder mindestens in einem Abschnitt der Längsachse radial übereinander. Dieser Abschnitt der Längsachse bildet damit die Längsachse des gedachten Zylinderhohlraums, dessen Längsachse koaxial zur Welle verläuft. Im Falle einer vollständigen Überdeckung der Magnete der drei Bauelemente (= innerer Stator, Rotor und äußerer Stator) liegen zwei der drei gedachten Hohlzylinder stets radial über oder unter des dritten der drei gedachten Hohlzylinder.The magnets of the inner stator, of the rotor and of the outer stator each define an imaginary hollow cylinder with a common longitudinal axis (= the shaft axis), within whose wall the magnets are arranged. In the case of a partial overlap of the three magnets, the three imaginary hollow cylinders lie radially one above the other at least in a section of the longitudinal axis. This portion of the longitudinal axis thus forms the longitudinal axis of the imaginary cylinder cavity whose Longitudinal axis coaxial with the shaft. In the case of complete coverage of the magnets of the three components (= inner stator, rotor and outer stator) are two of the three imaginary hollow cylinder always radially above or below the third of the three imaginary hollow cylinder.
Vorzugsweise hat der Rotor die Form einer Trommel oder eines Bechers, d.h. er weist einen Hohlzylinder mit ringförmigen Querschnitt bzw. ein Rohrstück auf, dessen eine Stirnseite durch eine koaxiale Kreisscheibe abgedeckt ist. In der Mitte der Kreisscheibe weist der Rotor eine Bohrung auf, durch die die Wellenachse verläuft. Die Kreisscheibe kann zusätzlich einen Ring tragen, der zur Verbindung des Rotors mit der Welle dient, z.B. mittels einer Schraubverbindung, die durch eine radiale Bohrung in dem Ring verläuft. Der Rotor ist mit der Welle unbeweglich verbunden, d.h., die relative Stellung des Rotors in Bezug auf die Welle bleibt bei einer Rotation der Welle während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Vorrichtung unverändert. Gleichwohl kann die Schraubbefestigung, die den Rotor mit der Welle verbindet, gelöst werden, z.B. zur Wartung, Reinigung, Austausch defekter Teile, etc. Der Hohlzylinder des Rotors umgibt die Mantelfläche des zylinderförmigen inneren Stators unter Ausbildung eines ringförmigen Luftspalts zwischen dem Rotor und dem inneren Stator.Preferably, the rotor is in the form of a drum or cup, i. it has a hollow cylinder with an annular cross-section or a pipe section, whose one end face is covered by a coaxial circular disk. In the center of the disc, the rotor has a bore through which the shaft axis passes. The disc may additionally carry a ring which serves to connect the rotor to the shaft, e.g. by means of a screw connection passing through a radial bore in the ring. The rotor is immovably connected to the shaft, that is, the relative position of the rotor with respect to the shaft remains unchanged upon rotation of the shaft during normal operation of the device. However, the threaded fastener connecting the rotor to the shaft can be released, e.g. for maintenance, cleaning, replacement of defective parts, etc. The hollow cylinder of the rotor surrounds the lateral surface of the cylindrical inner stator to form an annular air gap between the rotor and the inner stator.
Es ist auch möglich, dass die Kreisscheibe, die eine Stirnseite des Rotor- Hohlzylinders abdeckt, zwei oder mehr Dipolmagnete aufweist, die auf einem Kreisumfang in Bezug auf den Mittelpunkt der Kreisscheibe angeordnet sind. Die magnetische Dipolachse der Dipolmagnete verläuft parallel zu der Wellenachse. Unter einer magnetischen Dipolachse, oder kurz: Dipolachse, eines Dipolmagneten wird eine Gerade verstanden, die den Südpol und den Nordpol des Dipolmagnets verbindet. Vorzugsweise sind die Dipolmagnete gleichmäßig auf dem Kreisumfang verteilt.It is also possible that the circular disc which covers one end face of the rotor-hollow cylinder has two or more dipole magnets which are arranged on a circumference with respect to the center of the circular disc. The magnetic dipole axis of the dipole magnets is parallel to the shaft axis. A magnetic dipole axis, or dipole axis for short, of a dipole magnet is understood to mean a straight line connecting the south pole and the north pole of the dipole magnet. Preferably, the dipole magnets are evenly distributed on the circumference.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der äußere Stator hohlzylinderförmig oder kreisrohrförmig den Rotor umgibt. Es ist zum Beispiel möglich, dass der äußere Stator die Form eines Hohlzylinders bzw. Kreisrohrs aufweist, dessen Mittelachse mit der Mittelachse des Rotors zusammenfällt. Der Hohlzylinder des äußeren Stators umgibt die Mantelfläche des hohlzylinderförmigen Rotors unter Ausbildung eines ringförmigen Luftspalts zwischen dem äußeren Stator und dem Rotor.It is particularly advantageous if the outer stator surrounds the rotor in the form of a hollow cylinder or a circular tube. For example, it is possible for the outer stator to be in the form of a hollow cylinder or circular tube whose central axis coincides with the central axis of the rotor. The hollow cylinder of the outer stator surrounds the lateral surface of the hollow cylindrical rotor to form an annular air gap between the outer stator and the rotor.
Bei einer bevorzugten Ausführung weisen die Dipolmagnete des äußeren Stators eine stabförmige Geometrie auf und verlaufen mit ihrer Stab- bzw. Längsachse parallel zur Längsachse des Kreisrohrs, d.h. parallel zur Achse der Welle (= Wellenachse). Es ist bevorzugt, wenn sich die Dipolmagnete des äußeren Stators im wesentlichen über die gesamte Länge des in Form eines Kreisrohrs ausgebildeten äußeren Stators erstrecken. „Im wesentlichen" kann bedeuten, dass der äußere Stator an seinen Stirnseiten noch einen Rand oder eine Deckelscheibe aufweist, an denen die Dipolmagnete enden. Die magnetischen Dipolachsen der Dipolmagnete des äußeren Stators liegen vorzugsweise in einer Ebene, die rechtwinklig zu der Längsachse der Dipolmagnete verläuft.In a preferred embodiment, the dipole magnets of the outer stator have a rod-shaped geometry and run with their rod or longitudinal axis parallel to the longitudinal axis of the circular tube, i. parallel to the axis of the shaft (= shaft axis). It is preferred that the dipole magnets of the outer stator extend substantially the entire length of the outer stator in the form of a circular tube. "Substantially" may mean that the outer stator still has at its front sides a rim or a cover disk on which the dipole magnets end, The magnetic dipole axes of the dipole magnets of the outer stator preferably lie in a plane which is perpendicular to the longitudinal axis of the dipole magnets ,
Es ist auch möglich, dass die vorzugsweise stabförmigen Dipolmagnete des äußeren Stators in Form von ein oder mehr Ringen entlang des Umfangs des äußeren Stators angeordnet sind. Jeder der aus den Dipolmagneten gebildeten Ringe liegt in einer Ebene, die senkrecht zur Wellenachse verläuft. Die einen Ring bildenden Dipolmagnete sind untereinander durch Stege aus nicht-magnetischem Material voneinander getrennt. Zwischen den einzelnen aus den Dipolmagneten gebildeten Ringen verlaufen entlang des Umfangs des äußeren Stators ringförmige Stege aus nicht-magnetischem Material. Vorzugsweise liegen die zur Wellenachse hin orientierten Innenseiten der Dipolmagnete auf einer Mantelfläche eines kreisförmigen Hohlzylinders. Es ist bevorzugt, dass die Dipolmagnet-Ringe gleichmäßig über die gesamte Höhe des äußeren Stators verteilt sind.It is also possible that the preferably rod-shaped dipole magnets of the outer stator are arranged in the form of one or more rings along the circumference of the outer stator. Each of the rings formed by the dipole magnets lies in a plane which is perpendicular to the shaft axis. The dipole magnets forming a ring are mutually separated by webs of non-magnetic material. Between the individual rings formed from the dipole magnets run annular webs of non-magnetic material along the circumference of the outer stator. The inner sides of the dipole magnets which are oriented toward the shaft axis preferably lie on a lateral surface of a circular hollow cylinder. It is preferable that the dipole magnet rings are distributed uniformly over the entire height of the outer stator.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind der innere Stator und der äußere Stator feststehend angeordnet. Der innere Stator und der äußere Stator können mithilfe von Befestigungseinrichtungen und/oder Führungseinrichtungen nicht- drehbar an einem mechanischen Gehäuse zur Aufnahme der Vorrichtung angeordnet sein.In a preferred embodiment of the invention, the inner stator and the outer stator are fixedly arranged. The inner stator and outer stator may be non-rotatably mounted on a mechanical housing for receiving the device by means of fasteners and / or guide means.
In einer bevorzugten Ausführung durchdringt die Welle den inneren Stator nicht, sondern ist lediglich mit dem Rotor verbunden. Der Rotor wird durch die Magnetfelder der Vorrichtung in Schwebe gehalten. Daher ist eine zusätzliche mechanische Lagerung des Rotors mittels eines Lagers nicht notwendig. Die Welle wird in diesem Fall durch einen Zapfen gebildet, der nach außen von der Kreisscheibe an der Stirnseite des Rotors abstehend am Rotor angeordnet ist. In einer alternativen Ausführung der Vorrichtung erstreckt sich die Welle über die gesamte Länge der Vorrichtung. Dabei verläuft die Welle entlang der Mittelachse des inneren Stators und dient als zusätzliches mechanisches Führungselement des Rotors. In diesem Fall weist der innere Stator vorzugsweise ein Lager, z.B. ein Wälzlager, auf, in dem die Welle drehbar gelagert ist.In a preferred embodiment, the shaft does not penetrate the inner stator, but is merely connected to the rotor. The rotor is through the Magnetic fields of the device held in suspension. Therefore, an additional mechanical storage of the rotor by means of a bearing is not necessary. The shaft is formed in this case by a pin which is arranged on the outside of the circular disk on the front side of the rotor projecting on the rotor. In an alternative embodiment of the device, the shaft extends over the entire length of the device. In this case, the shaft extends along the central axis of the inner stator and serves as an additional mechanical guide element of the rotor. In this case, the inner stator preferably has a bearing, for example a rolling bearing, in which the shaft is rotatably mounted.
Es ist auch möglich, dass der Rotor und der äußere Stator jeweils aus zwei Hälften bestehen. Vorzugsweise sind diese Hälften jeweils symmetrisch ausgebildet, und zwar bezüglich einer Symmetrieebene, die senkrecht zur Wellenachse verläuft. Diese Symmetrieebene durchdringt gleichzeitig auch den inneren Stator, der auf diese Weise in zwei gleich lange gedachte Hälften aufgespaltet wird. Im Bereich derIt is also possible that the rotor and the outer stator each consist of two halves. Preferably, these halves are each formed symmetrically, with respect to a plane of symmetry which is perpendicular to the shaft axis. At the same time, this plane of symmetry also penetrates the inner stator, which in this way is split into halves of equal length. Around
Symmetrieebene ist eine Befestigungseinrichtung angeordnet, mittels der der innere Stator an dem mechanischen Gehäuse unbeweglich befestigt ist. Vorzugsweise trennt diese Befestigungseinrichtung die beiden Hälften des Rotors und die beiden Hälften des äußeren Stators unter Ausbildung von Luftspalten. Es ist auch möglich, dass die beiden Hälften des äußeren Stators bezüglich der Wellenachse verschiebbar sind.Symmetrieebene is arranged a fastening device by means of which the inner stator is immovably fixed to the mechanical housing. Preferably, this fastening device separates the two halves of the rotor and the two halves of the outer stator to form air gaps. It is also possible that the two halves of the outer stator are displaceable with respect to the shaft axis.
In einer bevorzugten Ausführung sind die beiden Hälften des äußeren Stators symmetrisch zur Symmetrieebene so verschiebbar, dass der Überdeckungsgrad der Magnete des Rotors durch die Magnete des äußeren Stators stufenlos in einem Bereich von null Prozent bis einhundert Prozent verstellbar ist. Das ist z.B. realisierbar mittels einer Gewindewelle mit zwei gegenläufigen Gewinden, an der die beiden Hälften des äußeren Stators in den gegenläufigen Gewindebereichen angeordnet sind. Je nach einer Drehrichtung der Gewindewelle bewegen sich die beiden Hälften des äußeren Stators aufeinander zu oder voneinander weg.In a preferred embodiment, the two halves of the outer stator are displaceable symmetrically to the plane of symmetry so that the degree of overlap of the magnets of the rotor is steplessly adjustable by the magnets of the outer stator in a range of zero percent to one hundred percent. This is e.g. feasible by means of a threaded shaft with two opposing threads on which the two halves of the outer stator are arranged in the opposite threaded portions. Depending on a direction of rotation of the threaded shaft, the two halves of the outer stator move toward or away from each other.
Ein Winkel α sei definiert als der Winkel zwischen der Dipolachse eines Dipolmagnets des inneren Stators und einer Tangente an den Umfang des inneren Stators, wobei die Tangente durch einen Punkt auf dem Umfang läuft, in dem die Dipolachse den Umfang durchdringt. Ein Winkel ß sei definiert als der Winkel zwischen der Dipolachse eines Dipolmagnets des Rotors und einer Tangente an den Umfang des Rotors, wobei die Tangente durch einen Punkt auf dem Umfang läuft, in dem die Dipolachse den Umfang durchdringt. Ein Winkel Y sei definiert als der Winkel zwischen der Dipolachse eines Dipolmagnets des äußeren Stators und einer Tangente an den Umfang des äußeren Stators, wobei die Tangente durch einen Punkt auf dem Umfang läuft, in dem die Dipolachse den Umfang durchdringt. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung liegen die Winkel α, ß und y in einem Wertebereich von 14° < α, ß, y ≤ 90°. Es ist möglich, dass die Dipolachse eines Dipolmagnets in einer Ebene senkrecht zur Wellenachse verläuft, was einem Winkel α, ß, Y von 90° entspricht.An angle α is defined as the angle between the dipole axis of a dipole magnet of the inner stator and a tangent to the circumference of the inner stator, the tangent passing through a point on the circumference in which the Dipole axis penetrates the perimeter. An angle β is defined as the angle between the dipole axis of a dipole magnet of the rotor and a tangent to the circumference of the rotor, the tangent passing through a point on the circumference in which the dipole axis penetrates the circumference. An angle Y is defined as the angle between the dipole axis of a dipole magnet of the outer stator and a tangent to the circumference of the outer stator, the tangent passing through a point on the circumference in which the dipole axis penetrates the circumference. In a preferred embodiment of the invention, the angles α, β and y lie in a value range of 14 ° <α, β, y ≤ 90 °. It is possible that the dipole axis of a dipole magnet extends in a plane perpendicular to the wave axis, which corresponds to an angle α, β, Y of 90 °.
In dem Fall, dass besagte Tangente an den Umfang des inneren Stators parallel zu der Tangente an den Umfang der Mantelfläche des zweiten Kreiszylinders verläuft, entspricht der Winkel α dem Neigungswinkel. In dem Fall, dass besagte Tangente an den Umfang des Rotors parallel zu der Tangente an den Umfang der Mantelfläche des ersten Kreiszylinders verläuft, entspricht der Winkel ß dem Neigungswinkel.In the case that said tangent to the circumference of the inner stator is parallel to the tangent to the circumference of the lateral surface of the second circular cylinder, the angle α corresponds to the angle of inclination. In the case that said tangent to the circumference of the rotor runs parallel to the tangent to the circumference of the lateral surface of the first circular cylinder, the angle β corresponds to the angle of inclination.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Dipolmagnete des inneren Stators und/oder des äußeren Stators in einer Schnittebene senkrecht zur Wellenachse einen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die Dipolmagnete des Rotors in einer Schnittebene senkrecht zur magnetischen Dipolachse der Dipolmagnete einen punktsymmetrischen, vorzugsweise einen kreisrunden, Querschnitt aufweisen. Es sind aber auch andere, nicht-punktsymmetrische Querschnitte möglich, z.B. trapezförmige, dreieckige, oder unregelmäßig geformte Querschnitte.It is particularly advantageous if the dipole magnets of the inner stator and / or of the outer stator have a rectangular or trapezoidal cross section perpendicular to the shaft axis in a sectional plane. Furthermore, it is particularly advantageous if the dipole magnets of the rotor in a sectional plane perpendicular to the magnetic dipole axis of the dipole magnets have a point-symmetrical, preferably a circular, cross-section. However, other non-point symmetric cross sections are possible, e.g. trapezoidal, triangular, or irregular shaped cross sections.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung weisen die Dipolmagnete des inneren Stators und/oder des äußeren Stators parallel zur Wellenachse die größte Ausdehnung auf. Das bedeutet, dass die Dipolmagnete des inneren Stators und/oder des äußeren Stators eine stabförmiges Geometrie aufweisen. Die Ausdehnung parallel zur Dipolachse ist kleiner als die Ausdehnung parallel zur Wellenachse. Es ist möglich, dass alle Dipolmagnete des inneren Stators eine gleiche äußere Form, d.h. die gleiche Geometrie, aufweisen. Es ist auch möglich, dass alle Dipolmagnete des äußeren Stators eine gleiche äußere Form, d.h. die gleiche Geometrie, aufweisen. Es ist auch möglich, dass alle Dipolmagnete des Rotors eine gleiche äußere Form, d.h. die gleiche Geometrie, aufweisen. Mit äußerer Form bzw. Geometrie sind lediglich die äußeren Abmessungen gemeint; die magnetische Orientierung, d.h. die Lage des magnetischen Nordpols und des magnetischen Südpols, ist davon unabhängig und kann individuell von Magnet zu Magnet variieren.In a further preferred embodiment, the dipole magnets of the inner stator and / or of the outer stator have the greatest extent parallel to the shaft axis. This means that the dipole magnets of the inner stator and / or the outer stator have a rod-shaped geometry. The extent parallel to the dipole axis is smaller than the extent parallel to the shaft axis. It is possible that all dipole magnets of the inner stator have the same external shape, ie the same geometry. It is also possible that all dipole magnets of the outer stator have the same external shape, ie the same geometry. It is also possible that all the dipole magnets of the rotor have the same external shape, ie the same geometry. With outer shape or geometry, only the outer dimensions are meant; the magnetic orientation, ie the position of the magnetic north pole and the magnetic south pole, is independent of this and can vary individually from magnet to magnet.
In einer bevorzugten Magnetanordnung der Vorrichtung sind die Magnete des inneren Stators, des Rotors und des äußeren Stators jeweils gleich orientiert, so dass sie sich in jeder Winkellage des Rotors abstoßen. Zum Beispiel weist bei allen Dipolmagneten auf dem inneren Stator der Nordpol nach außen, bei allen Dipolmagneten auf dem Rotor der Nordpol nach innen und der Südpol nach außen, und bei allen Dipolmagneten auf dem äußeren Stator der Südpol nach innen.In a preferred magnet arrangement of the device, the magnets of the inner stator, of the rotor and of the outer stator are respectively oriented identically so that they repel each other in an angular position of the rotor. For example, for all dipole magnets on the inner stator, the north pole points outward, for all dipole magnets on the rotor the north pole inwards and the south pole outward, and for all dipole magnets on the outside stator the south pole inwards.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen anhand der Zeichnungen.Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the following description of several embodiments of inventive devices with reference to the drawings.
Es zeigenShow it
Fig. 1a, 1 b Querschnitte eines Stators mit einer Magnetfolge;Fig. 1a, 1b cross sections of a stator with a magnetic sequence;
Fig. 2a, 2b Querschnitte von Statoren mit Mehrfach-Magnetfolgen;Fig. 2a, 2b are cross sections of stators with multiple magnetic sequences;
Fig. 3a, 3b Abwicklungen von Mantelflächen von Statoren;3a, 3b developments of lateral surfaces of stators;
Fig. 4 Abwicklungen von Mantelflächen eines Stators und eines Rotors;Fig. 4 developments of lateral surfaces of a stator and a rotor;
Fig. 5a - 5c eine Seitenansicht und Querschnitte eines Stators;Fig. 5a - 5c is a side view and cross sections of a stator;
Fig. 6a - 6f Ansichten, einen Längsschnitt und Querschnitte eines Rotors; Fig. 7a - 7d Ansichten und einen Querschnitt eines Stators;6a - 6f are views, a longitudinal section and cross sections of a rotor; FIGS. 7a-7d are views and a cross section of a stator;
Fig. 8a - 8d Ansichten und einen Querschnitt eines Stators;8a-8d are views and a cross-section of a stator;
Fig. 9a - 9h Schemata zur Veranschaulichung des Steigungswinkels;9a-9h are diagrams for illustrating the pitch angle;
Fig. 10 ein Schema zur Veranschaulichung der Beziehung zwischenFig. 10 is a diagram for illustrating the relationship between
Magnetfolgen und Magnetreihen des Rotors;Magnet sequences and magnet series of the rotor;
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Rotor und zwei Statoren;11 shows a schematic representation of a device according to the invention with a rotor and two stators;
Fig. 12a eine Schrägansicht des inneren Stators der Vorrichtung nach Fig. 11 ohne Magnete (= Statorkern);FIG. 12a shows an oblique view of the inner stator of the device according to FIG. 11 without magnets (= stator core); FIG.
Fig. 12b eine schematische Darstellung des inneren Stators der Vorrichtung nach Fig. 11 , senkrecht zur Wellenachse;FIG. 12b shows a schematic representation of the inner stator of the device according to FIG. 11, perpendicular to the shaft axis; FIG.
Fig. 13 eine Abwicklung der Magnetanordnung auf dem inneren Stator der Vorrichtung nach Fig. 11 ;Fig. 13 is a development of the magnet assembly on the inner stator of the apparatus of Fig. 11;
Fig. 14 ein Schnitt durch den inneren Stator der Vorrichtung nach Fig. 11 , entlang der in Fig. 12b angegebenen Linie A-A;FIG. 14 shows a section through the inner stator of the device according to FIG. 11, along the line A-A indicated in FIG. 12b;
Fig. 15a eine Ansicht der Befestigungseinrichtung der Vorrichtung nach Fig. 11 , senkrecht zur Wellenachse;15a is a view of the fastening device of the device of Figure 11, perpendicular to the shaft axis ..;
Fig. 15b eine Ansicht der Befestigungseinrichtung der Vorrichtung nach Fig. 11 , in Richtung der Wellenachse;FIG. 15b shows a view of the fastening device of the device according to FIG. 11, in the direction of the shaft axis; FIG.
Fig. 16 eine Schrägansicht des Rotors der Vorrichtung nach Fig. 11;Fig. 16 is an oblique view of the rotor of the apparatus of Fig. 11;
Fig. 17a eine schematische Ansicht des inneren Stators und des Rotors der Vorrichtung nach Fig. 11; Fig. 17b ein Schema möglicher Neigungswinkel der Dipolmagnete des Rotors der Vorrichtung nach Fig. 11 ;Fig. 17a is a schematic view of the inner stator and rotor of the apparatus of Fig. 11; Fig. 17b is a diagram of possible tilt angles of the dipole magnets of the rotor of the apparatus of Fig. 11;
Fig. 18a eine Abwicklung der Magnetanordnung des Rotors der Vorrichtung nach Fig. 11 , entlang der in Fig. 16 angegebenen Richtung X-Y;Fig. 18a is a development of the magnet arrangement of the rotor of the apparatus of Fig. 11, along the direction X-Y indicated in Fig. 16;
Fig. 18b eine Detailansicht der Abwicklung gemäß Fig. 18a;FIG. 18b shows a detailed view of the development according to FIG. 18a; FIG.
Fig. 19a einen Längsschnitt durch ein mechanisches Gehäuse zur Aufnahme der Vorrichtung nach Fig. 11 ;19a shows a longitudinal section through a mechanical housing for receiving the device according to FIG. 11;
Fig. 19b einen Schnitt durch den äußeren Stator der Vorrichtung nach Fig. 11 , senkrecht zur Wellenachse;FIG. 19b shows a section through the outer stator of the device according to FIG. 11, perpendicular to the shaft axis; FIG.
Fig. 20 eine Schrägansicht des äußeren Stators und des mechanischenFig. 20 is an oblique view of the outer stator and the mechanical
Gehäuses zur Aufnahme der Vorrichtung nach Fig. 11 ;Housing for receiving the device of FIG. 11;
Fig. 21 ein Schema der Magnetanordnung auf den Statoren und dem Rotor der Vorrichtung nach Fig. 11 , dargestellt als Schnitt entlang der21 is a diagram of the magnet arrangement on the stators and the rotor of the device according to FIG. 11, shown as a section along the
Wellenachse;Shaft axis;
Fig. 22 ein Schema der Magnetanordnung auf den Statoren und dem Rotor derFig. 22 is a diagram of the magnet arrangement on the stators and the rotor of
Vorrichtung nach Fig. 11 , dargestellt als Schnitt entlang der in Fig. 11 angegebenen Linie B-B;Apparatus according to Fig. 11, shown in section along the line B-B indicated in Fig. 11;
Fig. 23a eine schematische Darstellung eines Dipolmagnets des äußeren Stators der Vorrichtung nach Fig. 11 ;Fig. 23a is a schematic representation of a dipole magnet of the outer stator of the apparatus of Fig. 11;
Fig. 23b eine schematische Darstellung eines Dipolmagnets des inneren Stators der Vorrichtung nach Fig. 11 ; undFig. 23b is a schematic representation of a dipole magnet of the inner stator of the device of Fig. 11; and
Fig. 23c eine schematische Darstellung eines Dipolmagnets des Rotors der Vorrichtung nach Fig. 11. Fig. 1a zeigt einen Querschnitt eines Stators 2, wobei die Schnittebene orthogonal zu der Wellenachse 50 verläuft. Der Stator 2 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Der Stator 2 umfasst eine Magnetfolge von Dipolmagneten 8. Die magnetische Dipolachse 80 eines dieser Dipolmagnete 8 liegt in der Schnittebene. Der Dipolmagnet 8 ist auf einer Mantelfläche M2 eines koaxial zur Wellenachse 50 orientierten ersten Kreiszylinders angeordnet. An die Mantelfläche M2 ist eine in der Schnittebene verlaufende Tangente 81 gelegt, die die Mantelfläche M2 an dem Punkt berührt, an dem die Dipolachse 80 die Mantelfläche durchstößt. Der Winkel zwischen der Dipolachse 80 und der Tangente 81 ist der Neigungswinkel a, der im vorliegenden Beispiel 90 Grad beträgt.FIG. 23 c is a schematic representation of a dipole magnet of the rotor of the device according to FIG. 11. FIG. FIG. 1 a shows a cross section of a stator 2, wherein the sectional plane is orthogonal to the shaft axis 50. The stator 2 has a circular cross-section. The stator 2 comprises a magnet sequence of dipole magnets 8. The magnetic dipole axis 80 of one of these dipole magnets 8 lies in the sectional plane. The dipole magnet 8 is arranged on a lateral surface M2 of a coaxial with the shaft axis 50 oriented first circular cylinder. On the lateral surface M2, a tangent 81 extending in the sectional plane is laid, which contacts the lateral surface M2 at the point at which the dipole axis 80 penetrates the lateral surface. The angle between the dipole axis 80 and the tangent 81 is the angle of inclination a, which is 90 degrees in the present example.
Fig.1 b zeigt ein Detail von Fig. 1a. Der Dipolmagnet 8 berührt die gestrichelt gezeichnete Mantelfläche M2 in den Berührungspunkten P1 , P2. Der mit einer durchgehenden Linie gezeichnete Umfang U des Stators 2 folgt der ebenenFig.1b shows a detail of Fig. 1a. The dipole magnet 8 touches the dashed circumferential surface M2 in the contact points P1, P2. The drawn with a solid line circumference U of the stator 2 follows the plane
Stirnfläche des Dipolmagneten 8 und weicht daher im Bereich des Dipolmagneten 8 von der zylindrischen Mantelfläche M2 ab.End face of the dipole magnet 8 and therefore deviates in the region of the dipole magnet 8 from the cylindrical surface M2.
Fig. 2a zeigt einen Querschnitt eines Stators 2 mit einer ersten und einer zweiten Magnetfolge. Der Stator 2 umfasst zwei Dipolmagnete 8, die nebeneinander angeordnet sind. Die magnetischen Dipolachsen 80 der zwei Dipolmagnete 8 liegen in der Schnittebene und verlaufen parallel. Der linke Dipolmagnet 8 ist Bestandteil der ersten Magnetfolge des Stators 2, der rechte Dipolmagnet 8 ist Bestandteil der zweiten Magnetfolge des Stators 2.Fig. 2a shows a cross section of a stator 2 with a first and a second magnetic sequence. The stator 2 comprises two dipole magnets 8, which are arranged side by side. The magnetic dipole axes 80 of the two dipole magnets 8 lie in the sectional plane and run parallel. The left-hand dipole magnet 8 is part of the first magnet sequence of the stator 2, the right-hand dipole magnet 8 is a component of the second magnet sequence of the stator 2.
Fig. 2b zeigt einen Querschnitt eines Stators 2 mit einer ersten und einer zweiten Magnetfolge. Der Stator 2 umfasst zwei Dipolmagnete 8, die nebeneinander angeordnet sind. Die magnetischen Dipolachsen 80 der zwei Dipolmagnete 8 liegen in der Schnittebene, schneiden die Wellenachse 50 und schließen einen Winkel λ ein. Der linke Dipolmagnet 8 ist Bestandteil der ersten Magnetfolge des Stators 2, der rechte Dipolmagnet 8 ist Bestandteil der zweiten Magnetfolge des Stators 2.FIG. 2b shows a cross-section of a stator 2 with a first and a second magnet sequence. The stator 2 comprises two dipole magnets 8, which are arranged side by side. The magnetic dipole axes 80 of the two dipole magnets 8 lie in the sectional plane, intersect the shaft axis 50 and enclose an angle λ. The left-hand dipole magnet 8 is part of the first magnet sequence of the stator 2, the right-hand dipole magnet 8 is a component of the second magnet sequence of the stator 2.
Fig. 3a zeigt eine Abwicklung einer Mantelfläche M2 eines zylinderförmigen Stators mit einer Magnetfolge F2. Die Orientierung der Mantelfläche M2 ist durch die Angabe der Welle 5 und der Wellenachse 50 definiert. Die Magnetfolge F2 beginnt an der linken Seite der Mantelfläche M2 und endet an der rechten Seite der Mantelfläche M2. Die Dipolmagnete 8 der Magnetfolge F2 liegen auf einer Gerade. Die Anordnung der Magnetfolge F2 auf der Mantelfläche M2 ist durch einen Steigungswinkel b der Gerade definiert. Der Steigungswinkel b entspricht dem Schnittwinkel zwischen der Gerade der Magnetfolge F2 und einer senkrecht zur Wellenachse 50 verlaufenden Ebene. Die Magnetfolge F2 beschreibt in ihrem Verlauf entlang der Wellenachse 50 eine ganze Windung (= 360 Grad) um die Wellenachse 50.Fig. 3a shows a development of a lateral surface M2 of a cylindrical stator with a magnetic sequence F2. The orientation of the lateral surface M2 is indicated the shaft 5 and the shaft axis 50 defined. The magnet sequence F2 starts at the left side of the lateral surface M2 and ends at the right side of the lateral surface M2. The dipole magnets 8 of the magnet sequence F2 lie on a straight line. The arrangement of the magnet sequence F2 on the lateral surface M2 is defined by a pitch angle b of the straight line. The pitch angle b corresponds to the intersection angle between the straight line of the magnet sequence F2 and a plane perpendicular to the shaft axis 50. The magnet sequence F2 describes in its course along the shaft axis 50 a whole turn (= 360 degrees) about the shaft axis 50.
Fig. 3b zeigt - entsprechend Fig. 3a - eine Abwicklung einer Mantelfläche M2 eines zylinderförmigen Stators mit einer Magnetfolge F2. Im Vergleich zu der in Fig. 3a gezeigten Magnetfolge ist der Steigungswinkel b der in Fig. 3b gezeigten Magnetfolge F2 größer. Daher beschreibt die Magnetfolge F2 in ihrem Verlauf entlang der Wellenachse 50 lediglich eine halbe Windung (= 180 Grad) um die Wellenachse 50.Fig. 3b shows - corresponding to Fig. 3a - a development of a lateral surface M2 of a cylindrical stator with a magnetic sequence F2. In comparison with the magnet sequence shown in FIG. 3a, the pitch angle b of the magnet sequence F2 shown in FIG. 3b is greater. Therefore, the magnet sequence F2 describes in its course along the shaft axis 50 only half a turn (= 180 degrees) about the shaft axis 50th
Fig. 4 zeigt eine Abwicklung einer Mantelfläche M2 eines Stators mit Magnetfolgen F2 und eine Abwicklung einer Mantelfläche M1 eines dem Stator zugeordneten Rotors mit Magnetfolgen F1. Die Dipolmagnete der Magnetfolgen F1 , F2 liegen jeweils auf Geraden. Die dem Stator zugeordneten Geraden und die dem Rotor zugeordneten Geraden scheiden sich unter einem Anstellwinkel c.FIG. 4 shows a development of a lateral surface M2 of a stator with magnet sequences F2 and a development of a lateral surface M1 of a rotor associated with the stator with magnet sequences F1. The dipole magnets of the magnetic sequences F1, F2 lie in each case on straight lines. The stator associated with the straight line and the rotor associated with the line divorced at an angle of c.
Fig. 5a zeigt eine Draufsicht eines Stators 2. Der Stator 2 hat die Form eines Zylinders, dessen Rotationsachse in der Bildebene liegt und mit der Wellenachse 50 zusammenfällt. Der Stator weist acht Magnetfolgen F2 auf. Ein Stützkörper des Stators 2 umgibt die Polflächen von zylinderförmigen Dipolmagneten 7 der Magnetfolgen F2, die sich in Ausnehmungen des Stützkörpers befinden.FIG. 5 a shows a plan view of a stator 2. The stator 2 has the shape of a cylinder whose axis of rotation lies in the image plane and coincides with the shaft axis 50. The stator has eight magnet sequences F2. A support body of the stator 2 surrounds the pole faces of cylindrical dipole magnets 7 of the magnet sequences F2, which are located in recesses of the support body.
Fig. 5b zeigt einen Querschnitt des in Fig. 5a dargestellten Stators 2 entlang einer Schnittebene A-A, wie in Fig. 5a dargestellt. Im Schnitt sind gleichmäßig über den Umfang des Stators 2 verteilte Ausnehmungen 22 für die Dipolmagnete zu erkennen. Jede der im Schnitt sichtbaren Ausnehmungen 22 ist einer separaten Magnetfolge F2 zugeordnet. Bezogen auf die Wellenachse des Stators 2 ist die Ausnehmung 22 einer Magnetfolge F2 um den Winkel δ gegenüber der Ausnehmung 22 einer benachbarten Magnetfolge F2 gedreht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel δ = 45 Grad. Der Radius R2 des zylinderförmigen Stators 2 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 45 mm. Die Tiefe T22 der zylinderförmigen Ausnehmungen 22 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 22,22 mm, ihr Durchmesser D22 hat z.B. einen Wert von 10 mm.FIG. 5b shows a cross section of the stator 2 illustrated in FIG. 5a along a sectional plane AA, as shown in FIG. 5a. On average, recesses 22 distributed uniformly over the circumference of the stator 2 can be seen for the dipole magnets. Each of the visible recesses 22 is assigned to a separate magnet sequence F2. Relative to the shaft axis of the stator 2, the recess 22 of a magnet sequence F2 is at an angle δ with respect to the recess 22 of a rotated adjacent magnetic sequence F2. In the present embodiment, the angle δ = 45 degrees. The radius R2 of the cylindrical stator 2 is 45 mm in the present embodiment. The depth T22 of the cylindrical recesses 22 in the present embodiment is 22.22 mm, for example, its diameter D22 has a value of 10 mm.
Fig. 5c zeigt einen Querschnitt des in Fig. 5a dargestellten Stators 2 entlang einer Schnittebene B-B, wie in Fig. 5a dargestellt. Gegenüber dem in Fig. 5b dargestellten Schnitt sind die Ausnehmungen um einen Winkel Δ um die Wellenachse 50 verdreht. Innerhalb einer Magnetfolge F2 sind benachbarte Dipolmagnete 8 also in Bezug auf die Wellenachse 50 um einen Winkel Δ gegeneinander verdreht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel Δ = 12 Grad.FIG. 5c shows a cross section of the stator 2 illustrated in FIG. 5a along a sectional plane B-B, as shown in FIG. 5a. Compared to the section shown in Fig. 5b, the recesses are rotated by an angle Δ around the shaft axis 50. Within a magnetic sequence F2, adjacent dipole magnets 8 are therefore rotated relative to one another with respect to the shaft axis 50 by an angle Δ. In the present embodiment, the angle Δ = 12 degrees.
Fig. 6a zeigt eine Draufsicht eines Rotors 1. Der Rotor 1 hat die Form eines Hohlzylinders mit einer Höhe H. Die Höhe H beträgt z.B. 235 mm. Die Wand des Rotors 1 weist die Wand durchdringende Durchgangslöcher auf, die als Ausnehmungen 15 zur Aufnahme der Dipolmagnete dienen. Die Magnetfolgen des Rotors 1 beginnen in einem Abstand E von der Stirnseite des Rotors 1 und enden in dem Abstand E von der gegenüberliegenden Stirnseite des Rotors 1. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand E 35 mm. Der Durchmesser D15 der zylinderförmigen Ausnehmungen 15 beträgt z.B. 10 mm. Jeder Ausnehmung 15 ist eine Halteeinrichtung zur Fixierung der in die Ausnehmungen 15 eingesetzten Dipolmagneten 7 zugeordnet. Die Halteeinrichtung besteht aus einem Gewindeloch 150 und einem Gewindestift, der in das Gewindeloch eingedreht wird und zur Fixierung des Dipolmagneten 7 dient.Fig. 6a shows a plan view of a rotor 1. The rotor 1 has the shape of a hollow cylinder with a height H. The height H is e.g. 235 mm. The wall of the rotor 1 has the through holes penetrating the wall, which serve as recesses 15 for receiving the dipole magnets. The magnetic sequences of the rotor 1 start at a distance E from the end face of the rotor 1 and end at the distance E from the opposite end face of the rotor 1. In the present embodiment, the distance E is 35 mm. The diameter D15 of the cylindrical recesses 15 is e.g. 10 mm. Each recess 15 is assigned a holding device for fixing the dipole magnets 7 inserted in the recesses 15. The holding device consists of a threaded hole 150 and a threaded pin, which is screwed into the threaded hole and serves to fix the dipole magnet 7.
Fig. 6b zeigt eine Ansicht von Links des in Fig. 6a dargestellten Rotors 1. Der Außendurchmesser D1A des Rotors 1 beträgt z.B. 143 mm, sein Innendurchmesser D1 I z.B. 93 mm. Der Rotor 1 weist an seiner Stirnseite gleichmäßig über den Umfang verteilte Gewindelöcher M6 auf, die in einem Abstand DM6 von dem Außenumfang angebracht sind. Die Gewindelöcher M6 können beispielsweise ein metrisches ISO- Gewinde mit einem Nenndurchmesser M6 aufweisen (ISO = Internationale Organisation für Normung). Der Abstand DM6 beträgt z.B. 10 mm. Diese Gewindelöcher M6 dienen dazu, einen Deckel auf der Stirnseite des Rotors 1 zu befestigen, über den der Rotor 1 mit der Welle 5 verbunden ist. An jeder Stirnseite weist der Rotor 1 eine umlaufende Nut 16 auf, deren Außendurchmesser D16 z.B. 97 mm beträgt. Diese Nut 16 nimmt einen entsprechenden kreisförmigen Vorsprung des Deckels auf.Fig. 6b shows a view of links of the rotor 1 shown in Fig. 6a. The outer diameter D1A of the rotor 1 is for example 143 mm, its inner diameter D1 I, for example, 93 mm. The rotor 1 has threaded holes M6 distributed uniformly circumferentially on its front face and attached at a distance DM6 from the outer circumference. The threaded holes M6 may, for example, have an ISO metric thread with a nominal diameter M6 (ISO = International Organization for Standardization). The distance DM6 is eg 10 mm. These threaded holes M6 serve to cover on the front side of the rotor 1 fasten, over which the rotor 1 is connected to the shaft 5. On each end face, the rotor 1 has a circumferential groove 16 whose outer diameter D16 is 97 mm, for example. This groove 16 receives a corresponding circular projection of the lid.
Fig. 6c zeigt eine dreidimensionale Ansicht des in Fig. 6a dargestellten Rotors 1.FIG. 6c shows a three-dimensional view of the rotor 1 shown in FIG. 6a.
Fig. 6d zeigt einen Längsschnitt des in Fig. 6a dargestellten Rotors 1 entlang der in Fig. 6a angegebenen Schnittebene A-A. Die Tiefe TM6 der in den Stirnseiten angebrachten Bohrlöcher M6 weist einen Wert von z.B. 20 mm auf. Die Tiefe T16 der an den Stirnseiten angeordneten, umlaufenden Nuten 16 beträgt z.B. 2 mm, ihre Breite B16 hat einen Wert von z.B. 2 mm. In Fig. 6d sind in verschiedenen Ausnehmungen 15 Gewindelöcher 150 zu erkennen, die in die Ausnehmungen 15 münden. Benachbarte Ausnehmungen 15 einer Magnetfolge weisen in Richtung der Wellenachse 50 einen Abstand DF1 auf, der z.B. 11 mm beträgt.6d shows a longitudinal section of the rotor 1 shown in FIG. 6a along the sectional plane A-A indicated in FIG. 6a. The depth TM6 of the bores M6 mounted in the end faces has a value of e.g. 20 mm up. The depth T16 of the peripheral grooves 16 arranged at the end faces is e.g. 2 mm, its width B16 has a value of e.g. 2 mm. In Fig. 6d 15 threaded holes 150 can be seen in different recesses, which open into the recesses 15. Adjacent recesses 15 of a magnet sequence have, in the direction of the shaft axis 50, a distance DF1 which is e.g. 11 mm.
Fig. 6e zeigt einen Querschnitt des in Fig. 6a dargestellten Rotors 1 entlang der in Fig. 6d angegebenen Schnittebene B-B. Im Schnitt sind gleichmäßig über den Umfang des Rotors 1 verteilte Ausnehmungen 15 für die Dipolmagnete zu erkennen. Jede der im Schnitt sichtbaren Ausnehmungen 15 ist einer separaten Magnetfolge F1 zugeordnet. Bezogen auf die Wellenachse 50 des Rotors 1 ist die Ausnehmung 15 einer Magnetfolge F1 um den Winkel δ1 gegenüber der Ausnehmung 15 einer benachbarten Magnetfolge F1 gedreht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel δ = 20 Grad. Eine Dipolachse einer ersten Ausnehmung 15 und eine Mittellängsachse eines Gewindelochs 150, das in eine der ersten Ausnehmung 15 benachbarte Ausnehmung 15 mündet, schließen einen Winkel δ2 ein, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel 25 Grad beträgt.FIG. 6e shows a cross section of the rotor 1 shown in FIG. 6a along the sectional plane B-B indicated in FIG. 6d. On average, recesses 15 distributed uniformly over the circumference of the rotor 1 can be seen for the dipole magnets. Each of the visible in section recesses 15 is associated with a separate magnetic sequence F1. Relative to the shaft axis 50 of the rotor 1, the recess 15 of a magnetic sequence F1 is rotated by the angle δ1 with respect to the recess 15 of an adjacent magnetic sequence F1. In the present embodiment, the angle δ = 20 degrees. A dipole axis of a first recess 15 and a central longitudinal axis of a threaded hole 150, which opens into a recess 15 adjacent to the first recess 15, enclose an angle δ2, which in the present exemplary embodiment is 25 degrees.
Fig. 6f zeigt einen Querschnitt des in Fig. 6a dargestellten Rotors 1 entlang der in Fig. 6d angegebenen Schnittebene C-C. Gegenüber dem in Fig. 6e dargestellten Schnitt sind die Ausnehmungen 15 um einen Winkel Δ1 um die Wellenachse 50 verdreht. Innerhalb einer Magnetfolge F1 sind benachbarte Dipolmagnete 8 also in Bezug auf die Wellenachse 50 um einen Winkel Δ1 gegeneinander verdreht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel Δ1 = 12 Grad. Fig. 7a zeigt eine Draufsicht eines Stators 2 mit gruppenartig angeordneten Magnetfolgen F2. Drei Magnetfolgen F2 bilden jeweils eine Gruppe G.FIG. 6f shows a cross section of the rotor 1 shown in FIG. 6a along the sectional plane CC indicated in FIG. 6d. Compared to the section shown in Fig. 6e, the recesses 15 are rotated by an angle Δ1 about the shaft axis 50. Within a magnetic sequence F1 adjacent dipole magnets 8 are thus rotated relative to the shaft axis 50 by an angle .DELTA.1 against each other. In the present embodiment, the angle Δ1 = 12 degrees. 7a shows a plan view of a stator 2 with group-like magnet sequences F2. Three magnet sequences F2 each form a group G.
Fig. 7b zeigt eine Ansicht von Links des in Fig. 7a gezeigten Stators 2.FIG. 7b shows a view of links of the stator 2 shown in FIG. 7a.
Fig. 7c zeigt einen Querschnitt des in Fig. 7a gezeigten Stators 2 entlang der in Fig. 7a angegebenen Schnittebene A-A. Die Ausnehmungen 22 zur Aufnahme der zylinderförmigen Dipolmagnete 8 sind so ausgebildet, dass die Längsmittelachsen der Ausnehmungen 22, die den eine Gruppe G bildenden Magnetfolgen F2 zugeordnet sind und in einer senkrecht zu der Wellenachse 50 verlaufenden Schnittebene angeordnet sind, parallel zu der Schnittebene verlaufen und zueinander parallel sind. Die in der Schnittebene verlaufenden Geraden, die die Wellenachse 50 schneiden und durch die Punkte laufen, in denen die Längsmittelachsen der Ausnehmungen 22 einen dem Umfang des Stators 2 umschriebenen Zylinder durchstoßen, schließen bei nebeneinanderliegenden Ausnehmungen einer Gruppe von Magnetfolgen einen Winkel ξ ein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Winkel ξ einen Wert von 14,24 Grad. Die Außenkanten unmittelbar benachbarter Ausnehmungen 22 weisen einen minimalen Abstand 23 auf, der z.B. 1 mm betragen kann.FIG. 7c shows a cross section of the stator 2 shown in FIG. 7a along the sectional plane A-A indicated in FIG. 7a. The recesses 22 for receiving the cylindrical dipole magnets 8 are formed so that the longitudinal center axes of the recesses 22, which are associated with the G forming a group G magnet sequences F2 and are arranged in a direction perpendicular to the shaft axis 50 cutting plane, parallel to the cutting plane and each other are parallel. The straight lines running in the sectional plane, which intersect the shaft axis 50 and pass through the points in which the longitudinal center axes of the recesses 22 pierce a cylinder circumscribed around the circumference of the stator 2, enclose an angle bei in adjacent recesses of a group of magnet sequences. In the present embodiment, the angle ξ has a value of 14.24 degrees. The outer edges of immediately adjacent recesses 22 have a minimum distance 23, e.g. 1 mm can be.
Fig. 7d zeigt eine dreidimensionale Ansicht des in Fig. 7a dargestellten Stators 2.FIG. 7d shows a three-dimensional view of the stator 2 shown in FIG. 7a.
Fig. 8a zeigt eine Draufsicht eines Stators 2 mit gruppenartig angeordneten Magnetfolgen F2. Drei Magnetfolgen F2 bilden jeweils eine Gruppe G. Im Vergleich zu dem in Fig. 7a gezeigten Stator 2 weisen bei dem in Fig. 8a gezeigten Stator 2 die eine Gruppe G bildenden Magnetfolgen F2 einen größeren Abstand voneinander auf.8a shows a plan view of a stator 2 with group-like magnet sequences F2. Three magnet sequences F2 each form a group G. Compared to the stator 2 shown in FIG. 7a, in the stator 2 shown in FIG. 8a, the magnet sequences F2 forming a group G are at a greater distance from each other.
Fig. 8b zeigt eine Ansicht von Links des in Fig. 8a gezeigten Stators 2.FIG. 8b shows a view of links of the stator 2 shown in FIG. 8a.
Fig. 8c zeigt einen Querschnitt des in Fig. 8a gezeigten Stators 2 entlang der in Fig. 8a angegebenen Schnittebene A-A. Die Ausnehmungen 22 zur Aufnahme der zylinderförmigen Dipolmagnete 8 sind so ausgebildet, dass die Längsmittelachsen der Ausnehmungen 22, die den eine Gruppe G bildenden Magnetfolgen F2 zugeordnet sind und in einer senkrecht zu der Wellenachse 50 verlaufenden Schnittebene angeordnet sind, parallel zu der Schnittebene verlaufen und miteinander einen Winkel φ1 einschließen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Winkel φ1 einen Wert von 28 Grad. Unmittelbare Nachbarn innerhalb der Ausnehmungen 22 ,die derselben Gruppe G zugeordnet sind, sind durch einen Steg des Stützkörpers des Stators 22 voneinander getrennt. Der Steg weist auf dem Umfang des Stators 2 eine Breite J auf, wie in Fig. 8c skizziert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Breite J einen Wert von 11 ,94 mm.FIG. 8c shows a cross section of the stator 2 shown in FIG. 8a along the sectional plane AA indicated in FIG. 8a. The recesses 22 for receiving the cylindrical dipole magnets 8 are formed so that the longitudinal center axes of the recesses 22, which form a group G forming magnet sequences F2 are assigned and are arranged in a direction perpendicular to the shaft axis 50 extending cutting plane, parallel to the cutting plane and enclose an angle φ1 with each other. In the present embodiment, the angle φ1 has a value of 28 degrees. Immediate neighbors within the recesses 22 associated with the same group G are separated by a web of the support body of the stator 22. The web has a width J on the circumference of the stator 2, as sketched in FIG. 8c. In the present embodiment, the width J has a value of 11, 94 mm.
Die Längsmittelachsen der Ausnehmungen 22, die verschiedenen Gruppen G zugeordnet sind, schließen miteinander mindestens einen Winkel φ2 ein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Winkel φ2 einen Wert von 64 Grad.The longitudinal center axes of the recesses 22, which are assigned to different groups G, include at least one angle φ2 with each other. In the present embodiment, the angle φ2 has a value of 64 degrees.
Fig. 8d zeigt eine dreidimensionale Ansicht des in Fig. 8a dargestellten Stators 2.FIG. 8d shows a three-dimensional view of the stator 2 shown in FIG. 8a.
Fig. 9a bis 9h zeigen jeweils eine Abwicklung der Mantelfläche M1 , M2 eines Rotors 1 bzw. Stators 2. Eine Magnetfolge ist durch einen Pfeil symbolisiert. Durch die Pfeilrichtung wird eine Richtung einer Magnetfolge definiert. Eine Richtung einer Magnetfolge ist von Bedeutung, wenn die Dipolmagnete der Magnetfolge eine charakteristische Polaritätsabfolge aufweisen, die richtungsabhängig ist. Zum Beispiel kann es für die vorliegende Erfindung von Bedeutung sein, ob eine Magnetfolge mit drei Dipolmagneten die Polarität SNN oder die Polarität NNS aufweist. Die Orientierung der Mantelfläche M1 , M2 ist durch die Angabe der Wellenachse 50 definiert.9a to 9h each show a development of the lateral surface M1, M2 of a rotor 1 or stator 2. A magnet sequence is symbolized by an arrow. The direction of the arrow defines a direction of a magnetic sequence. A direction of a magnetic sequence is important when the magnetic flux dipole magnets have a characteristic polarity sequence that is directional. For example, it may be important to the present invention whether a magnet sequence with three dipole magnets has the polarity SNN or the polarity NNS. The orientation of the lateral surface M1, M2 is defined by the indication of the shaft axis 50.
Fig. 9a zeigt einen Steigungswinkel von b = 10 Grad einer Magnetfolge, die an der linken Seite der Mantelfläche beginnt. Fig. 9b zeigt einen Steigungswinkel von b = 80 Grad einer Magnetfolge, die an der linken Seite der Mantelfläche beginnt. Fig. 9c zeigt einen Steigungswinkel von b = 280 Grad einer Magnetfolge, die an der rechten Seite der Mantelfläche beginnt. Fig. 9d zeigt einen Steigungswinkel von b = 350 Grad einer Magnetfolge, die an der rechten Seite der Mantelfläche beginnt. Fig. 9e zeigt einen Steigungswinkel von b = 10 Grad einer Magnetfolge, die an der linken Seite der Mantelfläche beginnt. Fig. 9f zeigt einen Steigungswinkel von b = 80 Grad einer Magnetfolge, die an der linken Seite der Mantelfläche beginnt. Fig. 9g zeigt einen Steigungswinkel von b = 280 Grad einer Magnetfolge, die an der rechten Seite der Mantelfläche beginnt. Fig. 9h zeigt einen Steigungswinkel von b = 350 Grad einer Magnetfolge, die an der rechten Seite der Mantelfläche beginnt.Fig. 9a shows a pitch angle of b = 10 degrees of a magnetic sequence that starts at the left side of the lateral surface. Fig. 9b shows a pitch angle of b = 80 degrees of a magnetic sequence starting at the left side of the lateral surface. Fig. 9c shows a helix angle of b = 280 degrees of a magnetic sequence starting at the right side of the lateral surface. Fig. 9d shows a pitch angle of b = 350 degrees of a magnetic sequence starting at the right side of the lateral surface. Fig. 9e shows a helix angle of b = 10 degrees of a magnetic sequence starting at the left side of the lateral surface. Fig. 9f shows a pitch angle of b = 80 degrees Magnetic sequence that begins at the left side of the lateral surface. Fig. 9g shows a helix angle of b = 280 degrees of a magnetic sequence which starts at the right side of the lateral surface. Fig. 9h shows a helix angle of b = 350 degrees of a magnetic sequence starting at the right side of the lateral surface.
Fig. 10 dient der Veranschaulichung der Beziehung zwischen Magnetfolgen F1 und Magnetreihen 701 bis 707 eines Rotors 1. Fig. 10 zeigt eine Mantelfläche M1 eines koaxial zur einer Welle 5 orientierten ersten Kreiszylinders Z1. Der Rotor 1 ist koaxial zu der Welle 5 angeordnet. Der Rotor 1 umfasst achtundzwanzig Dipolmagnete 7, die auf der Mantelfläche M1 angeordnet sind.Fig. 10 is an illustration of the relationship between magnetic sequences F1 and rows of magnets 701 to 707 of a rotor 1. Fig. 10 shows a lateral surface M1 of a coaxial with a shaft 5 oriented first circular cylinder Z1. The rotor 1 is arranged coaxially with the shaft 5. The rotor 1 comprises twenty-eight dipole magnets 7, which are arranged on the lateral surface M1.
Die Dipolmagnete 7 des Rotors 1 sind in vier Magnetfolgen F1 mit jeweils sieben Dipolmagneten 7 angeordnet. Zur besseren Unterscheidung sind die vier Magnetfolgen F1 mit den tiefgestellten Zahlen 1 bis 4 als F1i bis FI4 durchnummeriert. Die Dipolmagnete 7 der Magnetfolgen F1 i bis FI4 sind so angeordnet bzw. ausgebildet, dass sie sieben auf der Mantelfläche M1 verlaufende Reihen 701 bis 707 mit jeweils vier gleichmäßig auf dem Umfang des ersten Kreiszylinders Z1 verteilten Dipolmagneten 7 ausbilden. Die Dipolmagnete 7 einer Reihe 701 bis 707 liegen in einer senkrecht zur Wellennachse 50 der Welle 5 verlaufenden Ebene. Die Dipolmagnete 7 benachbarter Reihen sind gegeneinander abwechselnd so versetzt, dass sie axial zur Wellenachse 50 ein über den Umfang des Kreiszylinders Z1 gleichmäßiges zickzackförmiges Muster bilden. Als Beispiel ist das gleichmäßige zickzackförmige Muster, das die Dipolmagnete 7 der benachbarten Reihen 703 und 704 ausbilden, in Fig. 10 mit einer fetten Linie angedeutet.The dipole magnets 7 of the rotor 1 are arranged in four magnetic sequences F1, each with seven dipole magnets 7. For better distinction, the four magnetic sequences F1 are numbered with the subscript numbers 1 to 4 as F1i to FI 4 . The dipole magnets 7 of the magnetic sequences F1 i to FI 4 are arranged or formed such that they form seven rows 701 to 707 running on the lateral surface M1, each with four dipole magnets 7 uniformly distributed on the circumference of the first circular cylinder Z1. The dipole magnets 7 of a row 701 to 707 lie in a plane perpendicular to the shaft axis 50 of the shaft 5 extending plane. The dipole magnets 7 adjacent rows are alternately offset from each other so that they form a uniform zigzag pattern axially of the shaft axis 50 over the circumference of the circular cylinder Z1. By way of example, the uniform zigzag pattern forming the dipole magnets 7 of the adjacent rows 703 and 704 is indicated by a bold line in FIG.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die einen inneren Stator 2, einen Rotor 1 und einen äußeren Stator 3 aufweist, die koaxial zu einer Wellenachse 50 einer drehbaren, stabförmigen Welle 5 angeordnet sind. Der zylinderförmige innere Stator 2 weist an seinen beiden Enden jeweils eine kreisscheibenförmige Endkappe 13 mit jeweils einem Kugellager 11 auf. Mittels dieser Kugellager 11 ist der innere Stator 2 koaxial auf der Welle 5 gelagert. Die Welle ist in einer typischen Ausführung aus nicht-magnetischem Material, z.B. Kunststoff, gefertigt und weist einen Durchmesser von 10 bis 40 mm und eine Länge von 100 bis 400 mm auf. Der innere Stator 2 weist einen inneren Statorkern 12 und darauf entlang der Mantelfläche des inneren Stators 2 angeordnete Magnete 8 auf. Der innere Stator 2 ist mittels Schraubverbindungen 10 mit einer Befestigungseinrichtung 4, die in einem mechanischen Gehäuse zur Aufnahme der Vorrichtung (nicht dargestellt) angeordnet ist, fest verbunden und wird auf diese Weise feststehend gehalten.11 shows a schematic representation of a device according to the invention which has an inner stator 2, a rotor 1 and an outer stator 3, which are arranged coaxially to a shaft axis 50 of a rotatable rod-shaped shaft 5. The cylindrical inner stator 2 has at its two ends in each case a circular disk-shaped end cap 13, each with a ball bearing 11. By means of these ball bearings 11, the inner stator 2 is mounted coaxially on the shaft 5. The shaft is made in a typical embodiment of non-magnetic material, such as plastic, and has a diameter of 10 to 40 mm and a length of 100 to 400 mm. The inner stator 2 has an inner stator core 12 and arranged thereon along the lateral surface of the inner stator 2 magnets 8. The inner stator 2 is fixedly connected by means of screw connections 10 to a fastening device 4, which is arranged in a mechanical housing for receiving the device (not shown), and is held stationary in this way.
Der Rotor 1 , bestehend aus zwei spiegelbildlich aufgebauten Rotortrommeln mit jeweils einem Rohrabschnitt und einer Kreisscheibe, ist mittels Schraubverbindungen 10 unbeweglich mit der Welle 5 verbunden. Jede der Rotortrommeln weist Magnete 7 auf. Dabei handelt es sich um Dipolmagnete 7, deren magnetische Dipolachsen in zu der Welle 5 senkrecht angeordneten Ebenen verlaufen. Jede der Rotortrommeln ist durch einen hohlzylinderförmigen Luftspalt von dem radial innerhalb der Rotortrommeln angeordneten inneren Stator 2 und durch einen ringförmigen Luftspalt von der Befestigungsscheibe 4 getrennt, die eine Symmetrieebene in Bezug auf die beiden Rotortrommeln des Rotors 1 darstellt. In einer typischen Ausführung weisen der ringförmige Luftspalt und der hohlzylinderförmigen Luftspalt jeweils eine Breite von 3 bis 50 mm auf. In den Kreisscheiben an den Stirnseiten der Rotortrommeln sind ebenfalls Dipolmagnete 700 angeordnet.The rotor 1, consisting of two mirror-image rotor drums, each with a pipe section and a circular disk, is immovably connected by means of screw 10 with the shaft 5. Each of the rotor drums has magnets 7. These are dipole magnets 7 whose magnetic dipole axes extend in planes perpendicular to the shaft 5. Each of the rotor drums is separated by a hollow cylindrical air gap from the inside of the rotor drums arranged inside the inner stator 2 and by an annular air gap of the mounting plate 4, which represents a plane of symmetry with respect to the two rotor drums of the rotor 1. In a typical embodiment, the annular air gap and the hollow cylindrical air gap each have a width of 3 to 50 mm. Dipole magnets 700 are likewise arranged in the circular disks on the end faces of the rotor drums.
Die Masse des Rotors 1 und der damit verbundenen Welle 5 ist rotationssymmetrisch verteilt, so dass bei einer Rotation um die Wellenachse 50 keine Unwucht auftritt.The mass of the rotor 1 and the associated shaft 5 is distributed rotationally symmetrical, so that no rotation occurs in a rotation about the shaft axis 50.
Der äußere Stator 3 besteht aus zwei getrennten ringförmigen HälftenThe outer stator 3 consists of two separate annular halves
(= Statorringe), jeweils mit Rahmen 9, Magneten 6 und Befestigungsteilen zur Befestigung der Magnete 6. Jeder der Rahmen besteht aus einem Hohlzylinder, an dessen beiden Stirnseiten jeweils eine Ringscheibe angeordnet ist. Auf diese Weise ist jeder der Statorringe an seiner äußeren Mantelfläche und an seinen beiden Stirnseiten von einem der Rahmen 9 bedeckt und zur Wellenachse 50 hin ohne Rahmen, d.h. offen. Innerhalb der Rahmen 9 befinden sich zwischen den Befestigungsteilen die Magnete 6. Jedem der beiden Statorringe ist jeweils eine der beiden Rotortrommeln des Rotors 1 zugeordnet. Jeder der Statorringe ist durch einen ringförmigen Luftspalt mit einer Breite von 3 bis 50 mm von den radial innerhalb der Statorringe angeordneten Rotortrommeln des Rotors 1 getrennt. Die an der Innenseite der Statorringe angeordneten Magnete 6 und die an der Außenseite des Rotors 1 angeordneten Magnete 8 liegen sich also direkt gegenüber, nur durch den ringförmigen Luftspalt voneinander getrennt. Jeder der Statorringe kann parallel zur Wellenachse 50 verschoben werden. Das bedeutet, dass die relative Stellung des äußeren Stators 3 und damit die Überdeckung des Rotors 1 durch den äußeren Stator während des Betriebs der Vorrichtung verändert und angepasst werden kann.(= Stator rings), each with frame 9, magnets 6 and fastening parts for fixing the magnets 6. Each of the frame consists of a hollow cylinder, on whose two end faces in each case an annular disc is arranged. In this way, each of the stator rings is covered on its outer circumferential surface and on its two end sides of one of the frame 9 and the shaft axis 50 out without frame, ie open. Within the frame 9 are located between the fastening parts, the magnets 6. Each of the two stator each one of the two rotor drums of the rotor 1 is assigned. Each of the stator rings is separated from the rotor drums of the rotor 1 arranged radially inside the stator rings by an annular air gap having a width of 3 to 50 mm. The magnets 6 arranged on the inside of the stator rings and those on the outside the rotor 1 arranged magnets 8 are therefore directly opposite, separated only by the annular air gap. Each of the stator rings can be moved parallel to the shaft axis 50. This means that the relative position of the outer stator 3 and thus the overlap of the rotor 1 by the outer stator during operation of the device can be changed and adjusted.
Bei den Magneten 6, 7, 8 handelt es sich um Dipolmagnete. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Dipolmagnete 6, 7, 8 als Permanentmagnete, z.B. bestehend aus den Materialen SmCo und/oder NdFeB, ausgebildet. Es ist allerdings auch möglich, dass einer oder mehrere der Dipolmagnete 6, 7, 8 als Elektromagnete ausgebildet sind. Die magnetische Flussdichte der Magnete 6, 7, 8 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,4 bis 1 ,4 Tesla.The magnets 6, 7, 8 are dipole magnets. In a preferred embodiment, the dipole magnets 6, 7, 8 are permanent magnets, e.g. consisting of the materials SmCo and / or NdFeB formed. However, it is also possible that one or more of the dipole magnets 6, 7, 8 are designed as electromagnets. The magnetic flux density of the magnets 6, 7, 8 is preferably in a range of 0.4 to 1.4 Tesla.
Der Rahmen ist vorzugsweise aus nicht-magnetischem Material, z.B. Aluminium, gefertigt und weist eine Wandstärke von 2 bis 10 mm auf.The frame is preferably made of non-magnetic material, e.g. Aluminum, manufactured and has a wall thickness of 2 to 10 mm.
Figur 12a zeigt einen aus nicht-magnetischem Material (z.B. Aluminium, Kupfer) bestehenden inneren Statorkern 12 des inneren Stators 2. Der Kern 12 weist einen Kreiszylinder 120 auf, auf dessen Mantelfläche Stege bzw. Rippen 121 in Form eines Strahlenkranzes angeordnet sind. Jede der Rippen 121 erstreckt sich längs der Mittelachse des Kreiszylinders 120 von der Grundfläche des Zylinders 120 bis zu dessen Deckfläche. Die Rippen 121 verlaufen in Bezug auf die Mittelachse des Kreiszylinders 120 radial und sind gleichmäßig über den Zylinderumfang verteilt. Auf diese Weise entstehen zwischen den einzelnen Rippen 121 Furchen bzw. Nuten 122. Der Kreiszylinder 120 weist längs seiner Mittelachse eine kreisrunde Bohrung zur Aufnahme der Welle 5 auf. Sowohl in der Grundfläche als auch in der Deckfläche des Zylinders 120 befindet sich jeweils eine scheibenförmige Aussparung, in der jeweils eines der Kugellager 11 teilweise angeordnet ist.Figure 12a shows an inner stator core 12 of the inner stator 2 made of non-magnetic material (e.g., aluminum, copper). The core 12 has a circular cylinder 120 on the surface of which ridges 121 in the form of a crown are arranged. Each of the ribs 121 extends along the center axis of the circular cylinder 120 from the bottom surface of the cylinder 120 to the top surface thereof. The ribs 121 extend radially with respect to the central axis of the circular cylinder 120 and are distributed uniformly over the circumference of the cylinder. In this way, between the individual ribs 121 furrows or grooves 122. The circular cylinder 120 has along its central axis a circular bore for receiving the shaft 5. Both in the base and in the top surface of the cylinder 120 is in each case a disc-shaped recess, in each of which one of the ball bearings 11 is partially arranged.
Der Durchmesser des Statorkerns 12 beträgt 50 bis 500 mm, seine Höhe 100 bis 300 mm. Die Breite der Rippen 121 beträgt ≤ 100 mm und ca. 20 Prozent der Breite der Nuten 122. Figur 12b zeigt eine schematische Darstellung des inneren Stators 2. Der innere Stator 2 umfasst den inneren Statorkern 12, die Magnete 8 und die Endkappen 13. Die gleich langen Magnete 8, deren Längenabmessung geringer als die des Statorkerns 12 gewählt ist, sind in die an der Mantelfläche des Kreiszylinders 120 entlang verlaufenden Nuten 122 eingelegt. Über den Zylinder-Umfang des inneren Stators 2 betrachtet ist die Anordnung der Magnete 8 so, dass ein erster Magnet 8-1 bündig mit der Grundfläche des Zylinders 120 abschließend eingelegt ist, und die restlichen Magnete 8 mit axialem Versatz V in Bezug auf die Wellenachse 50 so angeordnet sind, dass sich auf der Mantelfläche des inneren Stators 2 ein gleichmäßiges Treppenmuster ergibt. Der axiale Versatz V ist gleichmäßig so über die Länge des inneren Stators 2 aufgeteilt, dass ein letzter Magnet 8-10 an seiner Stirnseite mit der Deckfläche des Zylinders 120 abschließt. Beim Übergang von dem letzten Magnet 8-10 zu dem ersten Magnet 8-1 existiert eine große Stufe W, deren Länge dem (n-i)-fachen des Versatzes V entspricht, wenn n die Anzahl der Magnete 8 angibt. Sowohl auf der Deckfläche als auch auf der Grundfläche des Zylinders 120 weist der innere Stator 2 jeweils eine scheibenförmige Endkappe 13 auf, in deren Mittelachse sich jeweils eines der Kugellager 11 befindet.The diameter of the stator core 12 is 50 to 500 mm, its height 100 to 300 mm. The width of the ribs 121 is ≦ 100 mm and about 20 percent of the width of the grooves 122. Figure 12b shows a schematic representation of the inner stator 2. The inner stator 2 includes the inner stator core 12, the magnets 8 and the end caps 13. The same length magnets 8, whose length dimension is smaller than that of the stator core 12 is selected, are in the the lateral surface of the circular cylinder 120 inserted along extending grooves 122. Viewed over the cylinder circumference of the inner stator 2, the arrangement of the magnets 8 is such that a first magnet 8-1 is inserted flush with the base of the cylinder 120, and the remaining magnets 8 with axial offset V with respect to the shaft axis 50 are arranged so that there is a uniform stair pattern on the outer surface of the inner stator 2. The axial offset V is equally divided over the length of the inner stator 2, that a last magnet 8-10 terminates at its end face with the top surface of the cylinder 120. In the transition from the last magnet 8-10 to the first magnet 8-1, there exists a large step W whose length is equal to (ni) times the offset V when n indicates the number of magnets 8. Both on the top surface and on the base of the cylinder 120, the inner stator 2 each have a disc-shaped end cap 13, in whose central axis in each case one of the ball bearings 11 is located.
Die Endkappen 13 weisen einen Durchmesser von 50 bis 500 mm und eine Höhe von 5 bis 20 mm auf. Eine typische Länge der Magnete 8, gemessen in Richtung der Wellenachse 50, beträgt 100 mm. Der axiale Versatz V ist variabel, je nach der Anzahl der Magnete. In einer typischen Anordnung beträgt V ca. 5 Prozent der Länge der Magnete 8.The end caps 13 have a diameter of 50 to 500 mm and a height of 5 to 20 mm. A typical length of the magnets 8, measured in the direction of the shaft axis 50, is 100 mm. The axial offset V is variable, depending on the number of magnets. In a typical arrangement, V is about 5 percent of the length of the magnets 8.
Zwischen den Magneten 8 verlaufen die Außenseiten der Rippen 121 des inneren Statorkerns 12. Die Abmessungen der Magnete 8 und des inneren Statorkerns 12 sind so aufeinander abgestimmt, dass der innere Stator 2 eine im wesentlichen gleichmäßige Mantelfläche aufweist.Between the magnets 8 extend the outer sides of the ribs 121 of the inner stator core 12. The dimensions of the magnets 8 and the inner stator core 12 are coordinated so that the inner stator 2 has a substantially uniform lateral surface.
Figur 13 zeigt eine Abwicklung der Mantelfläche des inneren Stators 2. Auf der Mantelfläche sind zehn Magnete 8 angeordnet, die jeweils die gleiche Geometrie aufweisen. Die Magnete sind in Richtung der Wellenachse 50 gemessen kürzer als die Mantelfläche. Ein erster Magnet 8-1 ist mit einer seiner Stirnflächen bündig mit der Grundfläche 125 des inneren Statorkerns 12 abschließend auf der Mantelfläche angeordnet. Die restlichen neun Magnete 8 sind nun in Richtung der Wellenachse 50 in gleichmäßigem Versatz V so angeordnet, dass der letzte Magnet 8-10 mit seiner rechten Stirnseite bündig mit der Deckfläche 126 des inneren Statorkerns 12 abschließt. Auf diese Weise ergibt sich die in Figur 13 dargestellte treppenförmige Anordnung der Magnete 8.Figure 13 shows a development of the lateral surface of the inner stator 2. On the lateral surface ten magnets 8 are arranged, each having the same geometry. The magnets are measured in the direction of the shaft axis 50 shorter than the lateral surface. A first magnet 8-1 is flush with the base surface 125 of the inner stator core 12 with one of its end faces on the lateral surface arranged. The remaining nine magnets 8 are now arranged in the direction of the shaft axis 50 in a uniform offset V so that the last magnet 8-10 is flush with its right front side flush with the top surface 126 of the inner stator core 12. In this way, the stepped arrangement of the magnets 8 shown in FIG. 13 results.
Figur 14 zeigt einen Schnitt durch den inneren Stator 2, entlang der in der Figur 12b angegebenen Schnittebene A-A. Der innere Statorkern 12 weist einen Hohlzylinder 120 auf, entlang dessen Mittelachse die Welle 5 verläuft und an dessen Mantelfläche entlang die Rippen 121 verlaufen. Der Hohlzylinder 120 weist einen Durchmesser von 100 mm und eine Länge von 170 mm auf. In den zwischen den Rippen 121 gebildeten Nuten sind Magnete 8 eingesetzt, die in der Schnittebene A-A einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Die Dipolmagnete 8 sind so angeordnet, dass ihre magnetische Dipolachse 80 innerhalb der dargestellten Schnittebene A-A verläuft. Ein Winkel α, gebildet am Schnittpunkt der magnetischen Dipolachse 80 eines Magneten 8 und einer Tangente 81 an den inneren Stator 2 im Bereich des Magneten 8, kann Werte von 14° bis 90° aufweisen. Im in Figur 14 dargestellten Fall beträgt der Winkel α = 90°.FIG. 14 shows a section through the inner stator 2, along the sectional plane A-A indicated in FIG. 12b. The inner stator core 12 has a hollow cylinder 120, along the central axis of the shaft 5 extends and extend along the lateral surface along the ribs 121. The hollow cylinder 120 has a diameter of 100 mm and a length of 170 mm. In the grooves formed between the ribs 121 magnets 8 are used, which have a trapezoidal cross-section in the sectional plane A-A. The dipole magnets 8 are arranged so that their magnetic dipole axis 80 extends within the illustrated sectional plane A-A. An angle α, formed at the intersection of the magnetic dipole axis 80 of a magnet 8 and a tangent 81 to the inner stator 2 in the region of the magnet 8, may have values of 14 ° to 90 °. In the case shown in FIG. 14, the angle α = 90 °.
Figur 15a zeigt die Befestigungseinrichtung 4 in einer Ansicht senkrecht zurFigure 15a shows the fastening device 4 in a view perpendicular to
Wellenachse 50. Die Befestigungseinrichtung 4 weist einen inneren Hohlzylinder 40 mit kleinerem Radius und eine äußere Befestigungs-Ringscheibe 41 mit größerem Radius auf. Der innere Hohlzylinder 40 und die äußere Befestigungs-Ringscheibe 41 sind fest miteinander verbunden. Der Hohlzylinder 40 dient der Aufnahme und Befestigung des inneren Stators 2 mit Hilfe von Schraubverbindungen 10. Die Befestigungs-Ringscheibe 41 ist mit einem mechanischen Gehäuse (nicht dargestellt) zur Aufnahme der Vorrichtung fest verbunden. Die Befestigungs- Ringscheibe 41 weist auf ihrem Außenumfang Schraubverbindungen 10 auf.Shaft axis 50. The fastening device 4 has an inner hollow cylinder 40 with a smaller radius and an outer mounting ring 41 with a larger radius. The inner hollow cylinder 40 and the outer fixing ring 41 are fixedly connected to each other. The hollow cylinder 40 serves to receive and fix the inner stator 2 by means of screw connections 10. The fixing ring 41 is fixedly connected to a mechanical housing (not shown) for receiving the device. The fastening ring disk 41 has screw connections 10 on its outer circumference.
Figur 15b zeigt die Befestigungseinrichtung 4 in einer Ansicht in Richtung der Wellenachse 50. Die Befestigungs-Ringscheibe 41 weist auf ihrem Umfang vier Schraubverbindungen 10 zur Befestigung an dem mechanischen Gehäuse auf, der Hohlzylinder 40 weist über seinen Umfang eine Vielzahl von Schraubverbindungen 10 zur Befestigung des inneren Stators 2 auf. Figur 16 zeigt eine Ansicht des Rotors 1 , der auf der Welle 5 mittels Schraubverbindungen 10 unbeweglich angeordnet ist. Der Rotor 1 besteht aus zwei voneinander getrennt angeordneten Rotortrommeln, in deren Mantelfläche kreisförmige Bohrungen angebracht sind, die zur Aufnahme der Magnete 7 dienen. Der Rotor 1 besteht aus nicht magnetischem Material (z.B. AI, Cu). Der Abstand der Rotortrommeln zueinander beträgt 15 mm. Die Rotortrommeln weisen einen äußeren Durchmesser von 165 mm, eine Höhe von 70 mm und eine Wandstärke von 26 mm auf. Jede der Rotortrommeln weist eine ringscheibenförmige Deckfläche 102 auf, in der zwei oder mehr gleichmäßig auf einem Kreisumfang in Bezug auf den Mittelpunkt der Deckfläche 102 verteilte Dipolmagnete 700 angeordnet sind. Die magnetische Dipolachse dieser Dipolmagnete 700 verläuft parallel zu der Wellenachse 50.Figure 15b shows the fastening device 4 in a view in the direction of the shaft axis 50. The mounting ring 41 has on its periphery four screw 10 for attachment to the mechanical housing, the hollow cylinder 40 has over its circumference a plurality of screw 10 for attachment of the inner stator 2. Figure 16 shows a view of the rotor 1, which is arranged immovably on the shaft 5 by means of screw 10. The rotor 1 consists of two rotor drums arranged separately from each other, in whose lateral surface circular bores are mounted, which serve to receive the magnets 7. The rotor 1 is made of non-magnetic material (eg Al, Cu). The distance between the rotor drums is 15 mm. The rotor drums have an outer diameter of 165 mm, a height of 70 mm and a wall thickness of 26 mm. Each of the rotor drums has an annular disk-shaped top surface 102 in which two or more dipole magnets 700 uniformly distributed on a circumference with respect to the center of the top surface 102 are arranged. The magnetic dipole axis of these dipole magnets 700 runs parallel to the shaft axis 50.
Figur 17a zeigt eine schematische Ansicht einer der Rotortrommeln des Rotors 1 und des inneren Stators 2, wobei die Ansicht senkrecht zur Wellenachse 50 ist. Der Rotor 1 ist mit der Welle 5 mittels Schraubverbindungen 10 unbeweglich verbunden. Die Welle 5 ist mittels eines Kugellagers drehbar in dem inneren Stator 2 gelagert. Der Rotor 1 umgibt den inneren Stator 2 trommel- bzw. glockenförmig. Der Rotor 1 weist einen Hohlzylinder 101 auf, der auf einer von dem inneren Stator 2 abgewandten Seite durch die Deckfläche 102 abgeschlossen wird. Da der innere Stator 2 durch die Befestigungseinrichtung 4 fest (= nicht drehbar) gehalten wird, rotiert der Rotor 1 mit seinem Hohlzylinder 101 um den inneren Stator 2. Der Hohlzylinder 101 des Rotors 1 ist von dem inneren Stator 2 durch einen ringförmigen Luftspalt G1 getrennt. Der Hohlzylinder 101 des Rotors 1 weist Bohrungen auf, in die Magnete 7 eingesetzt sind. Die Deckfläche 102 des Rotors 1 weist ebenfalls Bohrungen auf, in die Magnete 700 eingesetzt sind.FIG. 17 a shows a schematic view of one of the rotor drums of the rotor 1 and the inner stator 2, the view being perpendicular to the shaft axis 50. The rotor 1 is immovably connected to the shaft 5 by means of screw 10. The shaft 5 is rotatably supported in the inner stator 2 by means of a ball bearing. The rotor 1 surrounds the inner stator 2 drum or bell-shaped. The rotor 1 has a hollow cylinder 101, which is closed on a side facing away from the inner stator 2 by the top surface 102. Since the inner stator 2 is fixedly held (= non-rotatable) by the fixing device 4, the rotor 1 rotates with its hollow cylinder 101 around the inner stator 2. The hollow cylinder 101 of the rotor 1 is separated from the inner stator 2 by an annular air gap G1 , The hollow cylinder 101 of the rotor 1 has holes in which magnets 7 are inserted. The top surface 102 of the rotor 1 also has holes in which magnets 700 are used.
Fig. 17b zeigt eine schematische Darstellung der möglichen Orientierungen der Dipolmagnete 7 des Rotors 1 , in einer Blickrichtung parallel zu der Wellenachse 50. Die magnetische Dipolachse 70 der Rotor-Magnete 7 verläuft in einer Ebene, die senkrecht zur Wellenachse 50 angeordnet ist, d.h. innerhalb der Abbildungsebene. Der Winkel ß zwischen der magnetischen Dipolachse 70 und einer Tangente 71 an den Außenumfang des Hohlzylinders 101 des Rotors 1 durch den Punkt, an dem die Dipolachse 70 den Außenumfang des Hohlzylinders 101 durchstößt, kann Werte von 14° bis 90° aufweisen.17b shows a schematic representation of the possible orientations of the dipole magnets 7 of the rotor 1, in a viewing direction parallel to the shaft axis 50. The magnetic dipole axis 70 of the rotor magnets 7 extends in a plane which is perpendicular to the shaft axis 50, ie within the image plane. The angle β between the magnetic dipole axis 70 and a tangent 71 to the outer circumference of the hollow cylinder 101 of the rotor 1 through the point at which the Dipole axis 70 penetrates the outer circumference of the hollow cylinder 101 may have values of 14 ° to 90 °.
Figur 18a zeigt eine Abwicklung der Mantelflächen der beiden Trommelhälften des Rotors 1 entlang der in Fig. 16 angegebenen Richtung X-Y. Figur 18a zeigt links die linke Trommelhälfte und rechts die rechte Trommelhälfte, die zueinander symmetrisch ausgebildet sind. Die Abwicklung erstreckt sich entlang der Richtung X- Y, wie in Figur 16 angedeutet. In senkrecht zur Wellenachse 50 angeordneten Ebenen verlaufen Reihen 701 bis 708 von Magneten 7. Jede der Reihen 701 bis 708 ist zu einer benachbarten Reihe etwas versetzt, so dass sich in Richtung der Wellenachse 50 eine zick-zack-förmige Anordnung der Magnete 7 ergibt.FIG. 18a shows a development of the lateral surfaces of the two drum halves of the rotor 1 along the direction X-Y indicated in FIG. FIG. 18a shows the left drum half on the left and the right drum half on the right, which are symmetrical to one another. The development extends along the direction XY, as indicated in FIG. Arranged in planes perpendicular to the shaft axis 50 are rows 701 to 708 of magnets 7. Each of the rows 701 to 708 is slightly offset from an adjacent row so that a zigzag arrangement of the magnets 7 results in the direction of the shaft axis 50.
Figur 18b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der in Figur 18a dargestellten Abwicklung der Magnete 7. Die Mittelpunkte der Magnete 7 innerhalb der Reihen 705, 706 befinden sich in einem konstanten Abstand f voneinander. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Reihen 705, 706 ist so groß gewählt, dass sich die in Figur 18b dargestellte Anordnung mit konstantem Magnetabstand d ergibt. Zwei Magnete 7051 , 7052 in der Reihe 705 sind in Bezug auf einen ihnen zugeordneten Magnet 7061 in der benachbarten Reihe 706 so angeordnet, dass die Mittelpunkte der drei Magnete 7051 , 7052, 7061 ein gleichschenkeliges Dreieck mit Schenkeln der Länge d und einer dritten Seite (Basis) der Länge f aufspannen. Diese Beziehung gilt für alle Magnete 7 in allen Reihen 701 bis 708. Die Magnete 7 können nicht nur, wie dargestellt, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, sondern auch andere Formen, beispielsweise quadratisch oder sechseckig.FIG. 18b shows an enlarged detail of the development of the magnets 7 shown in FIG. 18a. The centers of the magnets 7 within the rows 705, 706 are at a constant distance f from one another. The distance between two adjacent rows 705, 706 is chosen so large that the arrangement shown in FIG. 18b results in a constant magnet spacing d. Two magnets 7051, 7052 in the row 705 are arranged with respect to an associated magnet 7061 in the adjacent row 706 such that the centers of the three magnets 7051, 7052, 7061 are an isosceles triangle with legs of length d and a third side (FIG. Base) of length f. This relationship applies to all magnets 7 in all rows 701 to 708. The magnets 7 may not only have a circular cross-section as shown, but also other shapes such as square or hexagonal.
Der Abstand d liegt in einem Bereich von ca. 3 mm bis 50 mm. Besonders bevorzugt ist ein Abstand von 5 mm. Der Abstand f liegt in einem Bereich von ca. 10 mm bis 70 mm.The distance d is in a range of about 3 mm to 50 mm. Particularly preferred is a distance of 5 mm. The distance f is in a range of about 10 mm to 70 mm.
Figur 19a zeigt einen Längsschnitt durch das mechanische Gehäuse zur Aufnahme der Vorrichtung, d.h. einen Schnitt parallel zur Wellenachse 50. Das mechanische Gehäuse umfasst die Befestigungseinrichtung 4 zur Aufnahme des inneren Stators 2, Führungseinrichtungen 19 zur Führung der verschiebbaren Hälften des äußeren Stators 3, sowie eine mittels einer Kurbel drehbare Getriebewelle 14 zur Verschiebung der Hälften des äußeren Stators 3 in Bezug auf den Rotor bzw. inneren Stator. Die Getriebewelle 14 weist zwei Gewindestangen auf, die zueinander gegenläufige Gewinde (Rechts- und Linksgewinde) aufweisen. Dadurch können die beiden Hälften des äußeren Stators 3 in symmetrischer gegenläufiger Weise gleichmäßig zueinander oder auseinander bewegt werden. Die19a shows a longitudinal section through the mechanical housing for receiving the device, ie a section parallel to the shaft axis 50. The mechanical housing comprises the fastening device 4 for receiving the inner stator 2, guide means 19 for guiding the displaceable halves of the outer stator 3, and a by means of a crank rotatable transmission shaft 14 for Displacement of the halves of the outer stator 3 with respect to the rotor or inner stator. The transmission shaft 14 has two threaded rods, which have mutually opposite threads (right and left-hand thread). Thereby, the two halves of the outer stator 3 can be moved uniformly or apart in a symmetrical opposite manner. The
Führungseinrichtungen 19 sitzen auf der Getriebewelle 14 und werden auf diese Weise in Bezug auf die Befestigungseinrichtung 4 nach außen oder nach innen verfahren. Die Rahmen 9 des äußeren Stators 3 sind mit den Führungseinrichtungen 19 fest verbunden.Guide means 19 sit on the gear shaft 14 and are thus moved outward or inward with respect to the attachment means 4. The frame 9 of the outer stator 3 are fixedly connected to the guide means 19.
Das mechanische Gehäuse weist eine Höhe von 400 bis 600 mm, eine Breite von 400 mm, und eine Tiefe von 530 mm auf.The mechanical housing has a height of 400 to 600 mm, a width of 400 mm, and a depth of 530 mm.
Figur 19b zeigt einen Schnitt durch den äußeren Stator 3, wobei die Schnittebene senkrecht zur Wellenachse 50 verläuft. Der äußere Stator 3 weist ringförmig angeordnet nicht-magnetische Befestigungsteile 18 auf, zwischen denen Magnete 6 angeordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur beispielhaft einige der Magnete 6 dargestellt. Dem Fachmann ist klar, dass die Magnete 6 über den gesamten Umfang des äußeren Stators 3 angeordnet sind. Die Magnete 6 und die nicht magnetischen Befestigungsteile 18 sind so dimensioniert, dass sie im zusammengesetzten Zustand einen Hohlzylinder, dessen Mittelachse in Richtung der Wellenachse 50 verläuft, ergeben. Die magnetischen Dipolachsen 60 der Magnete 6 liegen in Ebenen, die senkrecht zur Wellenachse 50 verlaufen. Ein Winkel y zwischen der magnetischen Dipolachse 60 und einer Tangente 61 an den Außenumfang des hohlzylinderförmigen äußeren Stators 3 durch den Punkt, an dem die magnetischen Dipolachse 60 den Außenumfang durchstößt, liegt in einem Wertebereich von 14° bis 90°. Der äußere Stator 3 ist mit den Führungseinrichtungen 19 verbunden, die ihrerseits auf Befestigungssäulen 20 verschiebbar gelagert sind.FIG. 19b shows a section through the outer stator 3, wherein the sectional plane is perpendicular to the shaft axis 50. The outer stator 3 has annularly arranged non-magnetic fastening parts 18, between which magnets 6 are arranged. For reasons of clarity, only some of the magnets 6 are shown by way of example. It is clear to the person skilled in the art that the magnets 6 are arranged over the entire circumference of the outer stator 3. The magnets 6 and the non-magnetic fastening parts 18 are dimensioned so that they in the assembled state, a hollow cylinder whose central axis extends in the direction of the shaft axis 50 result. The magnetic dipole axes 60 of the magnets 6 lie in planes that run perpendicular to the shaft axis 50. An angle y between the magnetic dipole axis 60 and a tangent 61 to the outer periphery of the hollow cylindrical outer stator 3 through the point where the magnetic dipole axis 60 pierces the outer periphery is in a range of 14 ° to 90 °. The outer stator 3 is connected to the guide means 19, which are in turn mounted on mounting columns 20 slidably.
Figur 20 zeigt eine Schrägansicht des mechanischen Gehäuses zur Aufnahme der Vorrichtung. Das mechanische Gehäuse weist an beiden Stirnseiten je eine Gehäuseplatte 21a, 21b auf, die miteinander durch vier Befestigungssäulen 20 verbunden sind. In der Mittelebene zwischen den beiden Gehäuseplatten 21a, 21 b befindet sich die Befestigungsscheibe 4 zur Aufnahme des inneren Stators 2. In den Mittelpunkten der Gehäuseplatten 21a, 21b befindet sich je eine Bohrung zur Durchführung der Welle 5. Auf den vier Befestigungssäulen 20 sind die Führungseinrichtungen 19, an denen die Hälften des äußeren Stators 3 befestigt sind, verschiebbar angeordnet. Ebenfalls zwischen den beiden Gehäuseplatten 21a und 21 b verläuft die Gewindewelle 14 (nicht dargestellt) zur symmetrischenFigure 20 shows an oblique view of the mechanical housing for receiving the device. The mechanical housing has on both end faces in each case a housing plate 21 a, 21 b, which are connected to each other by four mounting pillars 20. In the median plane between the two housing plates 21a, 21b is the mounting plate 4 for receiving the inner stator 2. In the Center points of the housing plates 21a, 21b are each a bore for the passage of the shaft 5. On the four mounting columns 20, the guide means 19, on which the halves of the outer stator 3 are fixed, slidably disposed. Also between the two housing plates 21a and 21b, the threaded shaft 14 (not shown) extends to the symmetrical
Verschiebung der Führungseinrichtungen 19, und damit der darauf angebrachten Hälften des äußeren Stators 3.Displacement of the guide means 19, and thus the attached halves of the outer stator. 3
Figur 21 zeigt ein Schema, das die relative Anordnung der Magnete 6 des äußeren Stators 3, der Magnete 7 des Rotors 1 und der Magnete 8 des inneren Stators 2 in einer bevorzugten Ausführung wiedergibt. Die Anordnung bezieht sich auf eine Konstellation, bei der die beiden Hälften des äußeren Stators 3 so weit wie möglich zueinander verschoben sind. Bei dieser Konstellation ergibt sich eine vollständige Überdeckung der drei beschriebenen Magnetebenen. Der Nordpol der Dipolmagnete 6, 7, 8 ist mit dem Buchstaben N, der Südpol mit dem Buchstaben S angegeben.Figure 21 is a diagram showing the relative arrangement of the magnets 6 of the outer stator 3, the magnets 7 of the rotor 1 and the magnets 8 of the inner stator 2 in a preferred embodiment. The arrangement relates to a constellation in which the two halves of the outer stator 3 are shifted as far as possible to each other. In this constellation, a complete overlap of the three magnetic levels described results. The north pole of the dipole magnets 6, 7, 8 is indicated by the letter N, the south pole by the letter S.
Der Luftspalt G1 zwischen dem Außenumfang des inneren Stators 2 und dem Innenumfang des Rotors 1 , sowie der Luftspalt G2 zwischen dem Außenumfang des Rotors 1 und dem Innenumfang des äußeren Stators 3 können in einem beliebigen Bereich mit einer Breite von 3 bis 50 mm gewählt werden.The air gap G1 between the outer circumference of the inner stator 2 and the inner circumference of the rotor 1, and the air gap G2 between the outer circumference of the rotor 1 and the inner periphery of the outer stator 3 can be selected in any range with a width of 3 to 50 mm.
Figur 22 zeigt eine schematische Anordnung der drei Magnetebenen 6, 7, 8 in einer Schnittebene B-B senkrecht zur Wellenachse 50, wie in Fig. 11 angegeben. In einer bevorzugten Ausführung befinden sich auf dem inneren Stator 2 gleichmäßig über den Außenumfang des inneren Stators 2 verteilt zehn Magnete 8. Die Magnete 6 weisen in der Schnittebene B-B, d.h. senkrecht zur Wellenachse 50, einen trapezförmigen Querschnitt auf. Jede der beiden Rotorhälften weist je vier Reihen zu je sechzehn Magneten 7 auf, die in einer Schnittebene senkrecht zur ihrer magnetischen Dipolachse einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der äußere Stator 3 weist auf jeder seiner beiden Hälften je achtzehn Magnete 6 auf, die gleichmäßig über den Umfang jeder der beiden Statorhälften verteilt sind. Die Magnete 6 weisen in der Schnittebene B-B einen trapezförmigen Querschnitt auf. In Fig. 22 ist eine bevorzugten Orientierung der Dipolmagnete 6, 7, 8 eingezeichnet. Der Nordpol der Dipolmagnete 6, 7, 8 ist mit dem Buchstaben N, der Südpol mit dem Buchstaben S angegeben.FIG. 22 shows a schematic arrangement of the three magnetic planes 6, 7, 8 in a sectional plane BB perpendicular to the shaft axis 50, as indicated in FIG. In a preferred embodiment, there are ten magnets 8 distributed uniformly over the outer circumference of the inner stator 2 on the inner stator 2. The magnets 6 have a trapezoidal cross-section in the sectional plane BB, ie perpendicular to the shaft axis 50. Each of the two rotor halves has four rows of sixteen magnets 7 each, which have a circular cross-section in a sectional plane perpendicular to their magnetic dipole axis. The outer stator 3 has on each of its two halves eighteen magnets 6, which are distributed uniformly over the circumference of each of the two stator halves. The magnets 6 have a trapezoidal cross-section in the sectional plane BB. FIG. 22 shows a preferred orientation of the dipole magnets 6, 7, 8. The north pole of the dipole magnets 6, 7, 8 is indicated by the letter N, the south pole by the letter S.
Das Verhältnis der Anzahl der Magnete 8 des inneren Stators 2, der Anzahl der Magnetreihen auf den beiden Rotortrommeln des Rotors 1 und der Anzahl der Magnete 6 auf den beiden Statorhälften des äußeren Stators 3 wird bevorzugt wie in Tabelle I angegeben gewählt.The ratio of the number of magnets 8 of the inner stator 2, the number of rows of magnets on the two rotor drums of the rotor 1 and the number of magnets 6 on the two stator halves of the outer stator 3 is preferably selected as indicated in Table I.
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Tabelle ITable I
Figur 23 gibt besonders vorteilhafte Abmessungen der verwendeten Magnete wieder.FIG. 23 shows particularly advantageous dimensions of the magnets used.
Figur 23a zeigt eine bevorzugte Abmessung eines Magneten 6 des äußeren Stators 3. Der Magnet 6 weist in Richtung der Wellenachse 50 eine Länge von 75 mm auf, die Höhe des trapezförmigen Querschnitts beträgt 50 mm. Die Basislinie des Trapezes weist eine Länge von 25 mm und die der Basislinie gegenüberliegende Seite eine Länge von 20 mm auf.FIG. 23a shows a preferred dimension of a magnet 6 of the outer stator 3. The magnet 6 has a length of 75 mm in the direction of the shaft axis 50, the height of the trapezoidal cross section is 50 mm. The baseline of the trapezoid has a length of 25 mm and the base line opposite side has a length of 20 mm.
Figur 23b zeigt eine bevorzugte Abmessung eines Magneten 8 des inneren Stators 2. Der Magnet 8 weist in Richtung der Wellenachse 50 eine Länge von 100 mm auf, die Höhe des trapezförmigen Querschnitts beträgt 25 mm. Die Basislinie des Trapezes weist eine Länge von 25 mm und die der Basislinie gegenüberliegende Seite eine Länge von 10 mm auf.FIG. 23b shows a preferred dimension of a magnet 8 of the inner stator 2. The magnet 8 has a length of 100 mm in the direction of the shaft axis 50, the height of the trapezoidal cross section is 25 mm. The baseline of the Trapezes have a length of 25 mm and the base line opposite side has a length of 10 mm.
Figur 23c zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines Magneten 7 des Rotors 1. Der Magnet 7 weist eine kreiszylinderförmige Geometrie auf, wobei die magnetische Dipol-Achse 70 mit der Mittel- bzw. Längsachse des Kreiszylinders zusammenfällt. Der Zylinder weist eine Höhe von 20 mm und einen Durchmesser von 20 mm auf.Figure 23c shows a preferred embodiment of a magnet 7 of the rotor 1. The magnet 7 has a circular cylindrical geometry, wherein the magnetic dipole axis 70 coincides with the central or longitudinal axis of the circular cylinder. The cylinder has a height of 20 mm and a diameter of 20 mm.
Bezüglich der Abmessungen der Magnete ist festzuhalten, dass bei anderen vorteilhaften Ausführungen die angegebenen Längenangaben in einem Bereich von plus/minus 50 Prozent variieren können. Es sind allerdings auch Ausführungen denkbar, bei denen die Abmessungen der Magnete außerhalb dieses Bereich liegen. With regard to the dimensions of the magnets, it should be noted that in other advantageous embodiments, the specified length specifications can vary in a range of plus / minus 50 percent. However, embodiments are also conceivable in which the dimensions of the magnets are outside this range.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Rotor1 rotor
2 Stator, innerer Stator2 stator, inner stator
3 äußerer Stator3 outer stator
4 Befestigungseinrichtung, -scheibe4 fastening device, disc
5 Welle5 wave
6 Dipolmagnete des äußeren Stators 36 dipole magnets of the outer stator 3
7 Dipolmagnete des Rotors 17 dipole magnets of the rotor 1
8 Dipolmagnete des (inneren) Stators 28 dipole magnets of the (inner) stator 2
9 Rahmen9 frames
10 Schraubverbindung10 screw connection
11 Kugellager11 ball bearings
12 Kern des inneren Stators 2 (= innerer Statorkern)12 core of the inner stator 2 (= inner stator core)
13 Endkappe13 end cap
14 Getriebewelle14 gear shaft
15 Ausnehmungen des Rotors 115 recesses of the rotor 1
16 Nut16 groove
18 Befestigungsteile18 mounting parts
19 Führungseinrichtung19 guide device
20 Befestigungssäulen20 mounting pillars
21a, 21 b Gehäuseplatten21a, 21b housing plates
22 Ausnehmungen des Stators 222 recesses of the stator 2
23 Abstand der Ausnehmungen 2223 distance of the recesses 22
40 Hohlzylinder40 hollow cylinders
41 Befestigungs-Ringscheibe41 fixing washer
50 Wellenachse50 shaft axis
51 Ebene, senkrecht zur Wellenachse 5051 plane, perpendicular to the shaft axis 50
60 magnetische Dipolachsen der Dipolmagnete 660 magnetic dipole axes of the dipole magnets 6
61 Tangente61 tangent
70 magnetische Dipolachsen der Dipolmagnete 770 magnetic dipole axes of the dipole magnets 7
71 Tangente71 tangent
80 magnetische Dipolachsen der Dipolmagnete 880 magnetic dipole axes of the dipole magnets 8
81 Tangente 101 Hohlzylinder des Rotors 181 tangent 101 hollow cylinder of the rotor 1
102 Deckfläche des Rotors 1102 top surface of the rotor 1
120 Kreiszylinder des inneren Statorkerns 12120 circular cylinder of the inner stator core 12
121 Rippen des inneren Statorkerns 12 122 Nuten des inneren Statorkerns 12121 Ribs of the Inner Stator Core 12 122 Grooves of the Inner Stator Core 12
125 Grundfläche des inneren Statorkerns 12125 Base area of the inner stator core 12
126 Deckfläche des inneren Statorkerns 12 150 Gewindeloch126 Top surface of the inner stator core 12 150 Thread hole
511 erste Ebene, senkrecht zu der Wellenachse 50 angeordnet 512 zweite Ebene, senkrecht zu der Wellenachse 50 angeordnet511 first plane, perpendicular to the shaft axis 50 arranged 512 second plane, arranged perpendicular to the shaft axis 50
700 Dipolmagnete700 dipole magnets
701 - 708 Reihen von Magneten 7701 - 708 rows of magnets 7
a Neigungswinkel b Steigungswinkel b1 erster Steigungswinkel b2 zweiter Steigungswinkela inclination angle b gradient angle b1 first gradient angle b2 second gradient angle
B16 Breite der Nut 16 c Anstellwinkel d AbstandB16 width of the groove 16 c angle of attack d distance
D1A äußerer Durchmesser des Rotors 1D1A outer diameter of the rotor 1
D11 innerer Durchmesser des Rotors 1D11 inner diameter of the rotor 1
DM6 AbstandDM6 distance
D15 Durchmesser der Ausnehmungen 15 D16 Außendurchmesser der Nut 16D15 diameter of the recesses 15 D16 outer diameter of the groove 16
D22 AbstandD22 distance
E Abstand f AbstandE distance f distance
F1 erste Magnetfolgen F2 zweite MagnetfolgenF1 first magnet sequences F2 second magnet sequences
G Gruppe von ersten Magnetfolgen F1 bzw. zweiten Magnetfolgen F2G group of first magnetic sequences F1 and second magnetic sequences F2
G1 LuftspaltG1 air gap
G2 LuftspaltG2 air gap
H Höhe J Breite k Anzahl der ersten Magnetfolgen F1H height J width k number of first magnetic sequences F1
M1 Mantelfläche des ersten Kreiszylinders Z1M1 lateral surface of the first circular cylinder Z1
M2 Mantelfläche des ersten Kreiszylinders Z2M2 lateral surface of the first circular cylinder Z2
M3 Mantelfläche des ersten Kreiszylinders Z3M3 lateral surface of the first circular cylinder Z3
M6 GewindelochM6 threaded hole
N NordpolNorth pole
P1, P2 BerührungspunkteP1, P2 points of contact
R2 RadiusR2 radius
S SüdpolS south pole
TM6 Tiefe des Gewindelochs M6TM6 depth of threaded hole M6
T16 Tiefe der Nut 16T16 depth of the groove 16
T22 TiefeT22 depth
U UmfangU circumference
V VersatzV offset
Z1 erster KreiszylinderZ1 first circular cylinder
Z2 zweiter KreiszylinderZ2 second circular cylinder
Z3 dritter Kreiszylinder α, ß,γ,δ,δ1,δ2,Δ,Δ1,λ,ξ,φ Winkel Z3 third circular cylinder α, ß, γ, δ, δ1, δ2, Δ, Δ1, λ, ξ, φ angle

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung mit einem Rotor (1) und einem Stator (2), die koaxial zu einer drehbar gelagerten Welle (5) angeordnet sind, wobei der Rotor (1) eine oder mehr erste Magnetfolgen (F1) und der Stator (2) eine oder mehr zweite Magnetfolgen (F2) aufweist, wobei die eine oder mehr ersten Magnetfolgen (F1) jeweils zwei oder mehr auf einer Mantelfläche (M1) eines koaxial zur Welle (5) orientierten ersten1. Device having a rotor (1) and a stator (2) which are arranged coaxially to a rotatably mounted shaft (5), wherein the rotor (1) one or more first magnetic sequences (F1) and the stator (2) a or more second magnetic sequences (F2), wherein the one or more first magnetic sequences (F1) each two or more on a lateral surface (M1) of a coaxial with the shaft (5) oriented first
Kreiszylinders (Z1) angeordnete Dipolmagnete (7) umfassen, deren Dipolachsen (70) mit einer Tangente (71) an den Umfang der Mantelfläche (M 1 ) durch einen Punkt, an dem die Dipolachsen (70) jeweils die Mantelfläche (M1) durchstoßen, jeweils einen Neigungswinkel (a) einschließen, der in einem Bereich von 14 Grad bis 90 Grad liegt, und die eine oder mehr zweiten Magnetfolgen (F2) jeweils zwei oder mehr auf einer Mantelfläche (M2) eines koaxial zur Welle (5) orientierten zweiten Kreiszylinders (Z2) angeordnete Dipolmagnete (8) umfassen, deren Dipolachsen (80) mit einer Tangente (81) an den Umfang der Mantelfläche (M2) durch einen Punkt, an dem die Dipolachsen (80) jeweils die Mantelfläche (M2) durchstoßen, jeweils einen Neigungswinkel (a) einschließen, der in einem Bereich von 14 Grad bis 90 Grad liegt, wobei die eine oder mehr ersten Magnetfolgen (F1 ) und die eine oder mehr zweiten Magnetfolgen (F2) in Bezug auf eine senkrecht zu einer Wellenachse (50) der Welle (5) angeordnete Ebene (51) jeweils einen Steigungswinkel (b) aufweisen, der in einem Bereich von 10 Grad bis 80 Grad oder von 280 Grad bis 350 Grad liegt, und wobei die eine oder mehr ersten Magnetfolgen (F1) und die eine oder mehr zweiten Magnetfolgen (F2) einen Anstellwinkel (c) einschließen, der in einem Bereich von 0 Grad bis 90 Grad liegt.Circular cylinder (Z1) arranged dipole magnets (7), whose dipole axes (70) with a tangent (71) to the circumference of the lateral surface (M 1) through a point at which the dipole axes (70) each pierce the lateral surface (M1), each include an inclination angle (a) which is in a range of 14 degrees to 90 degrees, and the one or more second magnetic sequences (F2) each two or more on a lateral surface (M2) of a coaxial with the shaft (5) oriented second circular cylinder (Z2) arranged dipole magnets (8) whose dipole axes (80) with a tangent (81) to the circumference of the lateral surface (M2) through a point at which the dipole axes (80) pierce each of the lateral surface (M2), one in each case Incident angle (a) which is in a range of 14 degrees to 90 degrees, wherein the one or more first magnetic sequences (F1) and the one or more second magnetic sequences (F2) with respect to a perpendicular to a shaft axis (50) of Shaft (5) arranged e plane (51) each have a pitch angle (b) which is in a range of 10 degrees to 80 degrees or 280 degrees to 350 degrees, and wherein the one or more first magnetic sequences (F1) and the one or more second magnetic sequences (F2) include an angle of incidence (c) that is in a range of 0 degrees to 90 degrees.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d ad u rch geken nzeich net, dass innerhalb der ersten und/oder zweiten Magnetfolgen (F1, F2) benachbarte Dipolmagnete die gleiche Polarität aufweisen.2. A device according to claim 1, characterized in that adjacent dipole magnets within the first and / or second magnet sequences (F1, F2) have the same polarity.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dad u rch geken nzeich net, dass innerhalb der ersten und/oder zweiten Magnetfolgen (F1, F2) benachbarte Dipolmagnete eine unterschiedliche Polarität aufweisen.3. Apparatus according to claim 1, dad u rch geken nzeich net that within the first and / or second magnetic sequences (F1, F2) adjacent dipole magnets have a different polarity.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass die Dipolachsen (70, 80) parallel zu der senkrecht zu der Wellenachse (50) angeordneten Ebene (51) verlaufen.4. Device according to one of the preceding claims, dad u rch geken nzeich net that the dipole axes (70, 80) parallel to the perpendicular to the shaft axis (50) arranged plane (51) extend.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch ge ken nzeich net, dass der Abstand (d) benachbarter Dipolmagnete der zwei oder mehr Dipolmagnete (7, 8) innerhalb dereinen oder mehr ersten Magnetfolgen (F1) und/oder der einen oder mehr zweiten Magnetfolgen (F2) konstant ist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the distance (d) of adjacent dipole magnets of the two or more dipole magnets (7, 8) within the one or more first magnetic sequences (F1) and / or the one or more more second magnetic sequences (F2) is constant.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass sich der Abstand (d1) benachbarter Dipolmagnete der zwei oder mehr Dipolmagnete (7) innerhalb der einen oder mehr ersten Magnetfolgen (F1) von dem Abstand (d2) benachbarter Dipolmagnete der zwei oder mehr Dipolmagnete (8) innerhalb der einen oder mehr zweiten Magnetfolgen (F2) unterscheidet.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the distance (d1) of adjacent dipole magnets of the two or more dipole magnets (7) within the one or more first magnetic sequences (F1) of the distance (d2) of adjacent Dipole magnet of the two or more dipole magnets (8) within the one or more second magnetic sequences (F2) is different.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeichnet, dass der Neigungswinkel (a) innerhalb der einen oder mehr ersten Magnetfolgen (F1) und/oder der einen oder mehr zweiten Magnetfolgen (F2) konstant ist.7. Device according to one of the preceding claims, dad u rch geken called, the inclination angle (a) is constant within the one or more first magnet sequences (F1) and / or the one or more second magnet sequences (F2).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d ad u rch geken nzeich net, dass der Neigungswinkel (a) in einem Bereich von 14 Grad bis 90 Grad liegt.8. Apparatus according to claim 7, further characterized in that the angle of inclination (a) is in a range of 14 degrees to 90 degrees.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch geken nzeich n et, dass die eine oder mehr ersten Magnetfolgen (F1) einen identischen ersten Steigungswinkel (b1) aufweisen und/oder die eine oder mehr zweiten Magnetfolgen (F2) einen identischen zweiten Steigungswinkel (b2) aufweisen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the one or more first magnet sequences (F1) have an identical first pitch angle (b1) and / or the one or more second magnet sequences (F2) have an identical one second pitch angle (b2).
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch geken n zeich net, dass zwei oder mehr erste Magnetfolgen (F1) und/oder zwei oder mehr zweite Magnetfolgen (F2) an einer ersten senkrecht zu der Wellenachse (50) angeordneten Ebene (511) beginnen und an einer zweiten senkrecht zu der Wellenachse (50) angeordneten Ebene (512) enden.10. The device according to claim 1, wherein two or more first magnet sequences and / or two or more second magnet sequences follow a first plane perpendicular to the shaft axis (511) and terminate at a second plane (512) perpendicular to the shaft axis (50).
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass die eine oder mehr ersten Magnetfolgen (F1) und/oder die eine oder mehr zweiten Magnetfolgen (F2) so angeordnet sind, dass sich Gruppen von zwei oder mehr Magnetfolgen ausbilden.11. The device according to claim 1, wherein the one or more first magnet sequences and / or the one or more second magnet sequences are arranged such that groups of two or more magnet sequences follow form.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch geken nzeich net, dass ein Luftspalt (G1) zwischen dem Rotor (1) und dem Stator (2) eine12. Device according to one of the preceding claims, d ad u rch geken net nzeich that an air gap (G1) between the rotor (1) and the stator (2) a
Spaltbreite von 0,1 mm bis 50 mm, vorzugsweise von 1 mm bis 5 mm, aufweist.Slit width of 0.1 mm to 50 mm, preferably from 1 mm to 5 mm.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeichnet, dass der Rotor (1) und der Stator (2) in der senkrecht zu der Wellenachse (50) angeordneten Ebene (51) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.13. Device according to one of the preceding claims, dad u rch geken called, in that the rotor (1) and the stator (2) have a substantially circular cross section in the plane (51) arranged perpendicular to the shaft axis (50).
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass die Mantelfläche (M 1) des ersten Kreiszylinders (Z1) dem Außenumfang des Rotors (1) umbeschrieben oder dem Innenumfang des Rotors (1) einbeschrieben ist.14. Device according to one of the preceding claims, dad u rch geken nzeich net that the lateral surface (M 1) of the first circular cylinder (Z1) the outer circumference of the rotor (1) rewritten or the inner circumference of the rotor (1) is inscribed.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch geken nzeich net, dass die Mantelfläche (M2) des zweiten Kreiszylinders (Z2) dem Außenumfang des Stators (2) umbeschrieben oder dem Innenumfang des Stators (2) einbeschrieben ist.15. Device according to one of the preceding claims, d ad u rch geken net nzeich that the lateral surface (M2) of the second circular cylinder (Z2) the outer circumference of the stator (2) rewritten or the inner circumference of the stator (2) inscribed.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch geken nzeichnet, dass die Mantelfläche (M1, M2) des ersten Kreiszylinders (Z1) bzw. des zweiten Kreiszylinders (Z2) die Dipolmagnete (7, 8) des Rotors (1) bzw. des Stators (2) jeweils nicht-schneidend berührt.16. Device according to one of the preceding claims, d ad u rch geken nzeichnet that the lateral surface (M1, M2) of the first circular cylinder (Z1) and the second circular cylinder (Z2), the dipole magnets (7, 8) of the rotor (1) or the stator (2) each non-cutting touched.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch ge ken nzeich net, dass der Rotor (1) und/oder der Stator (2) einen Stützkörper (12, 101, 102) aus nicht-magnetischem Material mit Ausnehmungen (15, 22) zur Aufnahme der Dipolmagnete (7, 8) umfasst.17. Device according to one of the preceding claims, d ad u rch ge ken nzeich net that the rotor (1) and / or the stator (2) has a support body (12, 101, 102) made of non-magnetic material with recesses (15 , 22) for receiving the dipole magnets (7, 8).
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadu rch geken nzeichnet, dass der Rotor (1) in Bezug auf den als inneren Stator ausgebildeten Stator (2) zumindest teilweise radial weiter außen angeordnet und fest mit der Welle (5) verbunden ist und die Vorrichtung einen koaxial zu der Welle (5) angeordneten äußeren Stator (3) aufweist, der in Bezug auf den Rotor (1 ) zumindest teilweise radial weiter außen angeordnet ist, wobei die Dipolmagnete (8) der ein oder mehr zweiten Magnetfolgen (F2) gleichmäßig über den Umfang des zweiten Kreiszylinders (Z2) verteilt sind und in Bezug auf die Wellenachse (50) axial gegeneinander so versetzt sind, dass sich auf der Mantelfläche (M2) des zweiten Kreiszylinders (Z2) eine treppenförmige Anordnung der Dipolmagnete (8) ergibt und sich benachbarte Dipolmagnete (8) in Bezug auf die Wellenachse (50) axial teilweise überdecken, wobei der Rotor (1) k erste Magnetfolgen (F 1) aufweist, wobei k eine ganze Zahl größer oder gleich vier ist, und die zwei oder mehr Dipolmagnete (7) der k ersten Magnetfolgen (F1) so ausgebildet sind, dass sie zwei oder mehr auf der Mantelfläche (M1 ) des ersten Kreiszylinders (Z1) verlaufende Reihen (701 bis 708) mit jeweils k gleichmäßig auf dem Umfang des ersten Kreiszylinders (Z1) verteilten Dipolmagneten (7) ausbilden, wobei die Dipolmagnete (7) einer Reihe (701 bis 708) in einer senkrecht zur Wellenachse (50) verlaufenden Ebene liegen und die Dipolmagnete (7) benachbarter Reihen gegeneinander abwechselnd so versetzt sind, dass sie axial zur Wellenachse (50) ein über den Kreiszylinderumfang gleichmäßiges zickzackförmiges Muster bilden, und wobei der äußere Stator (3) zwei oder mehr auf einer Mantelfläche (M3) eines dritten Kreiszylinders (Z3) angeordnete Dipolmagnete (6) aufweist, die gleichmäßig auf der Mantelfläche (M3) verteilt sind.18. Device according to one of the preceding claims, dadu rch geken nzeichnet that the rotor (1) with respect to the stator formed as an inner stator (2) at least partially disposed radially further out and fixed to the shaft (5) and the Device arranged coaxially with the shaft (5) outer stator (3) disposed at least partially radially further outward with respect to the rotor (1), the dipole magnets (8) distributing the one or more second magnet sequences (F2) evenly over the circumference of the second circular cylinder (Z2) are axially offset relative to one another in relation to the shaft axis (50) such that a stepped arrangement of the dipole magnets (8) results on the lateral surface (M2) of the second circular cylinder (Z2) and adjacent dipole magnets (8) with respect to Axially overlapping the shaft axis (50), wherein the rotor (1) has k first magnetic sequences (F 1), k being an integer greater than or equal to four, and the two or more dipole magnets (7) of the k first magnetic sequences (F1) are formed so that they two or more on the lateral surface (M1) of the first circular cylinder (Z1) extending rows (701 to 708) with k evenly distributed on the circumference of the first circular cylinder (Z1) dipole magnet (7) ild, wherein the dipole magnets (7) of a row (701 to 708) lie in a direction perpendicular to the shaft axis (50) extending plane and the dipole magnets (7) of adjacent rows are alternately offset from each other so that they are axially to the shaft axis (50) via a the circular cylinder circumference form a uniform zigzag pattern, and wherein the outer stator (3) has two or more on a lateral surface (M3) of a third circular cylinder (Z3) arranged dipole magnets (6), which are evenly distributed on the lateral surface (M3).
19. Vorrichtung mit einem koaxial zu einer drehbar gelagerten Welle (5) angeordneten inneren Stator (2), einem koaxial zu der Welle (5) angeordneten Rotor (1 ) und einem koaxial zu der Welle (5) angeordneten äußeren Stator (3), wobei der Rotor (1) in Bezug auf den inneren Stator (2) zumindest teilweise radial weiter außen angeordnet und fest mit der Welle (5) verbunden ist und der äußere Stator (3) in Bezug auf den Rotor (1) zumindest teilweise radial weiter außen angeordnet ist, wobei der innere Stator (2) zwei oder mehr auf einer Mantelfläche eines19. Device having a coaxial with a rotatably mounted shaft (5) arranged inner stator (2), a coaxial with the shaft (5) arranged rotor (1) and a coaxial with the shaft (5) arranged outer stator (3), wherein the rotor (1) is disposed at least partially radially further outward with respect to the inner stator (2) and fixedly connected to the shaft (5) and the outer stator (3) at least partially radially further with respect to the rotor (1) is arranged outside, wherein the inner stator (2) two or more on a lateral surface of a
Kreiszylinders angeordnete Dipolmagnete (8) aufweist, die gleichmäßig über den Kreiszylinderumfang verteilt sind und in Bezug auf eine Wellenachse (50) der Welle (5) axial gegeneinander so versetzt sind, dass sich auf der Mantelfläche des Kreiszylinders eine treppenförmige Anordnung der Dipolmagnete (8) ergibt und sich benachbarte Dipolmagnete (8) in Bezug auf die Wellenachse (50) axial teilweise überdecken, wobei der Rotor (1) zwei oder mehr auf einer Mantelfläche eines Kreiszylinders verlaufende Reihen (701 bis 708) mit jeweils vier oder mehr gleichmäßig auf dem Kreiszylinderumfang verteilten Dipolmagneten (7) aufweist, wobei dieCircular cylinder arranged dipole magnets (8), which are distributed uniformly over the circular cylinder circumference and are axially offset with respect to a shaft axis (50) of the shaft (5) against each other so that on the lateral surface of the circular cylinder a stepped arrangement of the Dipole magnets (8) results and adjacent axial dipole magnets (8) with respect to the shaft axis (50) partially overlap, wherein the rotor (1) two or more on a lateral surface of a circular cylinder extending rows (701 to 708) each having four or more uniformly distributed on the circular cylinder circumference dipole magnet (7), wherein the
Dipolmagnete (7) einer Reihe (701 bis 708) in einer senkrecht zur Wellenachse (50) verlaufenden Ebene liegen und die Dipolmagnete (7) benachbarter Reihen gegeneinander abwechselnd so versetzt sind, dass sie axial zur Wellenachse (50) ein über den Kreiszylinderumfang gleichmäßiges zickzackförmiges Muster bilden, und wobei der äußere Stator (3) zwei oder mehr auf einer Mantelfläche eines Kreiszylinders angeordnete Dipolmagnete (6) aufweist, die gleichmäßig auf der Mantelfläche verteilt sind.Dipole magnets (7) of a row (701 to 708) in a direction perpendicular to the shaft axis (50) extending plane and the dipole magnets (7) of adjacent rows are alternately offset from each other so that they axially to the shaft axis (50) over the circular cylindrical circumference uniform zigzag Forming pattern, and wherein the outer stator (3) has two or more arranged on a lateral surface of a circular cylinder dipole magnets (6), which are distributed uniformly on the lateral surface.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dad u rch geken nzeich net, dass sich Magnete (6, 7, 8) des inneren Stators (2), des Rotors (1) und des äußeren Stators (3) zumindest teilweise radial zur Wellenachse (50) überdecken, insbesondere innerhalb eines gedachten Zylinderhohlraums, dessen Längsachse koaxial zur Wellenachse (50) verläuft, angeordnet sind.20. Device according to claim 18 or 19, characterized in that magnets (6, 7, 8) of the inner stator (2), the rotor (1) and the outer stator (3) are at least partially radial to the shaft axis (50) cover, in particular within an imaginary cylinder cavity whose longitudinal axis is coaxial with the shaft axis (50), are arranged.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dad u rch geken nzeich net, dass der Rotor (1) trommeiförmig so ausgebildet ist, dass er den inneren Stator (2) kreisrohrförmig umgibt und an einem oder beiden Enden des kreisrohrförmigen Abschnitts (101) des Rotors (1) eine Deckfläche (102) aufweist, durch deren Mittelpunkt die Wellenachse (50) verläuft.21. Device according to claim 18, characterized in that the rotor (1) is drum-shaped so as to surround the inner stator (2) in a circular tube and at one or both ends of the circular tubular portion (101 ) of the rotor (1) has a top surface (102) through whose center the shaft axis (50) extends.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, d ad u rch geken nzeich n et, dass in der Deckfläche (102) zwei oder mehr gleichmäßig auf einem Kreisumfang in Bezug auf den Mittelpunkt der Deckfläche (102) verteilte Dipolmagnete (700), deren Dipolachse parallel zu der Wellenachse (50) verläuft, angeordnet sind. 22. Device according to claim 21, characterized in that in the top surface (102) two or more dipole magnets (700) distributed uniformly on a circumference with respect to the center of the top surface (102) have their dipole axis parallel to the shaft axis (50) extends, are arranged.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dad u rch geken nzeich net, dass äußere Stator (3) kreisrohrförmig den Rotor (1) umgibt.23. Device according to one of claims 18 to 22, dad u rch geken net nets that outer stator (3) circular tube surrounds the rotor (1).
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, d ad u rch ge ken nzeich net, dass die Dipolmagnete (6) des äußeren Stators (3) parallel zur Längsachse des kreisrohrförmigen Abschnitts des äußeren Stators (3) verlaufen und sich im wesentlichen über die gesamte Länge des kreisrohrförmigen Abschnitts des äußeren Stators (3) erstrecken.24. Device according to claim 23, characterized in that the dipole magnets (6) of the outer stator (3) extend parallel to the longitudinal axis of the circular tubular portion of the outer stator (3) and extend substantially over the entire length of the outer stator circular tubular portion of the outer stator (3) extend.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dad u rch geken nzeich net, dass der innere Stator (2) und der äußere Stator (3) zueinander in fester Lage angeordnet sind und der innere Stator (2) ein Lager (11) aufweist, in dem die Welle (5) mit dem daran befestigten Rotor (1) drehbar gelagert ist.25. Device according to claim 18, characterized in that the inner stator (2) and the outer stator (3) are arranged in fixed position relative to one another and the inner stator (2) has a bearing (11). in which the shaft (5) is rotatably mounted with the rotor (1) attached thereto.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, d ad u rch ge ken nzeich net, dass der Rotor (1) und der äußere Stator (3) jeweils aus zwei Hälften, die bezüglich einer senkrecht zur Wellenachse (50) verlaufenden, den inneren Stator (2) in zwei gleichlange Hälften teilenden Symmetrieebene symmetrisch ausgebildet sind, bestehen, wobei die beiden Hälften des Rotors (1) und die beiden Hälften des äußeren Stators (3) durch eine zumindest teilweise in der26. Device according to one of claims 18 to 25, d ad u rch ge ken nzeich net that the rotor (1) and the outer stator (3) each consist of two halves, with respect to a perpendicular to the shaft axis (50) extending, the inner stator (2) are formed symmetrically in two equal-length halves symmetrical plane consist, wherein the two halves of the rotor (1) and the two halves of the outer stator (3) by an at least partially in the
Symmetrieebene angeordnete, dem inneren Stator (2) zur Befestigung dienende Befestigungseinrichtung (4) voneinander getrennt sind.Symmetrieebene arranged, the inner stator (2) for fastening serving fastening means (4) are separated from each other.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, d ad u rch geke n nzeich net, dass die beiden Hälften des äußeren Stators (3) axial zur Welle (5) und symmetrisch zur Symmetrieebene so verschiebbar sind, dass ein Überdeckungsgrad der Dipolmagnete (7) des Rotors (1) durch die Dipolmagnete (6) des äußeren Stators (3) stufenlos in einem Bereich zwischen null Prozent und einhundert Prozent verstellbar ist.27. Device according to claim 26, characterized in that the two halves of the outer stator (3) are displaceable axially relative to the shaft (5) and symmetrically to the plane of symmetry such that a degree of overlap of the dipole magnets (7) of the rotor (1) through the Dipole magnets (6) of the outer stator (3) is infinitely adjustable in a range between zero percent and one hundred percent.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 27, d ad u rch geken nzeich net, dass die magnetische Dipolachse (60, 70, 80) eines Dipolmagnets (6, 7, 8) des inneren Stators (2) und/oder des Rotors (1) und/oder des äußeren Stators (3) mit einer Tangente (61 , 71 , 81) an den Statorumfang und/oder den Rotorumfang im Bereich des Dipolmagnets (6, 7, 8) einen Winkel (α, ß, Y) bilden, der in einem Bereich zwischen 14 Grad und 90 Grad liegt.28. Device according to claim 18, characterized in that the magnetic dipole axis (60, 70, 80) of a dipole magnet (6, 7, 8) of the inner stator (2) and / or of the rotor (1) and / or the outer stator (3) with a tangent (61, 71, 81) to the stator circumference and / or the rotor circumference in the region of the dipole magnet (6, 7, 8) an angle (α, ß, Y) form, which lies in a range between 14 degrees and 90 degrees.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 28, d ad u rch geken nzeich net, dass die Dipolmagnete (6, 8) des inneren Stators (2) und/oder des äußeren Stators (3) bei einem Schnitt senkrecht zur Wellenachse (50) einen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen.29. Device according to claim 18, characterized in that the dipole magnets (6, 8) of the inner stator (2) and / or of the outer stator (3) in a section perpendicular to the shaft axis (50 ) have a rectangular or trapezoidal cross-section.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dad u rch geken nzeich net, dass die Dipolmagnete (7) des Rotors (1) bei einem Schnitt senkrecht zur magnetischen Dipolachse (70) der Dipolmagnete (7) einen punktsymmetrischen, vorzugsweise einen kreisrunden, Querschnitt aufweisen.30. The device according to claim 18, wherein the dipole magnets (7) of the rotor (1) have a point-symmetrical, preferably a circular, section perpendicular to the magnetic dipole axis (70) of the dipole magnets (7) , Cross-section.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 30, d ad u rch geken nzeich net, dass die Dipolmagnete (6, 8) des inneren Stators (2) und/oder des äußeren Stators (3) in Richtung der Wellenachse (50) eine größere Ausdehnung als in den dazu rechtwinkligen Richtungen aufweisen.31. Device according to claim 18, characterized in that the dipole magnets (6, 8) of the inner stator (2) and / or the outer stator (3) in the direction of the shaft axis (50) have a greater extent than in the directions perpendicular thereto.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 31, dad u rch geken nzeich net, dass die magnetischen Dipolachsen (60, 70, 80) der Dipolmagnete (6, 7, 8) des inneren Stators (2) und/oder des äußeren Stators (3) und/oder des Rotors (1) in senkrecht zur Wellenachse (50) verlaufenden Ebenen liegen. 32. Device according to one of claims 18 to 31, characterized in that the magnetic dipole axes (60, 70, 80) of the dipole magnets (6, 7, 8) of the inner stator (2) and / or of the outer stator (3) and / or the rotor (1) lie in planes perpendicular to the shaft axis (50).
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 32, dad u rch geken nzeich net, dass die Dipolmagnete (6, 7, 8) des inneren Stators (2) und/oder des äußeren Stators (3) und/oder des Rotors (1) jeweils eine gleiche äußere Form aufweisen. 33. The device according to claim 18, wherein the dipole magnets (6, 7, 8) of the inner stator (2) and / or of the outer stator (3) and / or of the rotor (1 ) each have a same outer shape.
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