AT515114B1 - Magnetvorrichtung umfassend Statoren und Translatoren - Google Patents

Abstract

Magnetvorrichtung umfassend zumindest einen Stator (1) und einen Translator (2), wobei der Stator (1) und der Translator (2) jeweils zumindest einen einzelnen Magneten mit Polenden umfassen und der Translator (2) entlang einer Bewegungsachse (3) in eine Bewegungsrichtung (4) bewegbar ist, wobei die Wirkungslinien (5) der als Stator (1) und als Translator (2) ausgebildeten Magnete und die geometrischen Verlängerungslinien (6) der Wirkungslinien (5) als geometrische Strahlen, welche sich von dem Polende des Einzelmagneten als geometrische Tangente zu der Wirkungslinie (5) am Polende erstrecken, eine geschlossene geometrische Form bilden, sodass der Magnetfluss zwischen den Magneten gebündelt ist, wobei Wirkungslinien (5) und Verlängerungslinien (6) sich in einer die Bewegungsachse (3) umfassende Schnittebene (11) durch die Magnetvorrichtung erstrecken.

Description

Beschreibung [0001] Diese Erfindung betrifft eine Magnetvorrichtung umfassend zumindest einen Stator und einen Translator, wobei der Stator und der Translator jeweils zumindest einen einzelnen Magneten mit Polenden umfassen und der Translator entlang einer Bewegungsachse in eine Bewegungsrichtung bewegbar ist.

[0002] Ein Magnetantrieb nach dem Stand der Technik umfasst zumindest einen Stator und einen Translator, wobei die Wechselwirkung der Magnete durch den Magnetfluss zwischen den zueinander benachbarten, zugeordneten Flächen der Magnete bestimmt ist. WO2013034339 lehrt, dass auch eine Wechselwirkung zwischen den Magneten über alle Flächen erfolgt.

[0003] Aufbauend auf dem Wissen aus WO2013034339 stellt sich der Fachmann die Aufgabe, jene Magnetflüsse, die nicht zwischen den benachbarten, einander zugeordneten Flächen auftreten, zu bündeln, um so den Wirkungsgrad einer Magnetvorrichtung zu erhöhen.

[0004] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Wirkungslinien der als Stator und als Translator ausgebildeten Magnete im Bereich dieser Magnete und die geometrischen Verlängerungslinien der Wirkungslinien als geometrische Strahlen, welche sich von dem Polende des Einzelmagneten als geometrische Tangente zu der Wirkungslinie am Polende erstrecken, eine geschlossene geometrische Form bilden, sodass der Magnetfluss zwischen den Magneten gebündelt ist, wobei Wirkungslinien und Verlängerungslinien sich in einer die Bewegungsachse umfassende Schnittebene durch die Magnetvorrichtung erstrecken.

[0005] Die die Bewegungsachse umfassende Schnittebene verläuft durch die Magnetvorrichtung.

[0006] Die erfindungsgemäße Magnetvorrichtung kann sich in einer Ebene erstrecken. Eine sich in einer Ebene erstreckende Magnetvorrichtung kann beispielsweise eine zweidimensionale Magnetvorrichtung sein. Die Schnittebene durch die Magnetvorrichtung erstreckt sich in diesem ersten Fall in der Ebene der erfindungsgemäßen Magnetvorrichtung.

[0007] Die erfindungsgemäße Magnetvorrichtung kann auch ein dreidimensionaler Körper sein. Die Schnittebene schneidet in diesem zweiten Fall die Magnetvorrichtung in der Bewegungsachse und weist eine beliebige Orientierung zu der Bewegungsachse auf. Die Bewegungsachse kann eine Symmetrieachse der Magnetvorrichtung ausbilden.

[0008] Ein Magnet kann eine polygonale Form aufweisen, an dessen Ende die Pole des Magneten ausgebildet sind. Die Wirkungslinie erstreckt sich zwischen den Polen, wobei die Richtung der Wirkungslinie am Pol durch die Tangente definiert ist. Die geometrische Verlängerungslinie ist im Rahmen dieser Erfindung als ein zu der Tangente paralleler Strahl definiert.

[0009] Bei der erfindungsgemäßen Magnetvorrichtung sind die Wirkungslinien so ausgebildet, dass die Wirkungslinien und die Verlängerungslinien eine geschlossene Form bilden.

[0010] Im Falle einer Magnetvorrichtung mit einem linear beweglichen Translator kann die Summe der Drehmomente, welche durch die Interaktionskräfte F und die Beabstandung dieser Kräfte von der Bewegungsachse gebildet werden, Null sein.

[0011] Der Translator kann auch eine polygonale Bewegungsachse aufweisen. Die Summe der Drehmomente, welche durch die Interaktionskräfte F und die Beabstandung dieser Kräfte von der Bewegungsachse gebildet werden, kann Null sein.

[0012] Obige Offenbarung der Erfindung schließt nicht aus, dass anwendungsspezifisch die Summe der Drehmomente ungleich Null sein kann.

[0013] In Ergänzung zu den oben beschriebenen Maßnahmen zur Bündelung des Magnetflusses kann die erfindungsgemäße Magnetvorrichtung Magnetabschirmungselemente umfassen, welche benachbart zu dem sich zwischen den Magneten ergebenden Spalt angeordnet sind.

[0014] Die Bewegungsachse kann für Teilbereiche der Magnetvorrichtung die Symmetrieachse der Magnetvorrichtung sein. Bei einer zweidimensionalen Magnetvorrichtung kann die Bewegungsachse die Spiegelachse, bei einer dreidimensionalen Magnetvorrichtung die Rotationsachse sein.

[0015] Figur 1 zeigt eine mögliche erste Ausführungsform einer erfindungsgemä ßen zweidimensionalen Magnetvorrichtung umfassend einen Stator und einen Translator.

[0016] Figur 2 zeigt eine mögliche zweite Ausführungsform einer erfindungsgemä ßen zweidimensionalen Magnetvorrichtung, welche einen Stator und zwei Translatoren umfasst.

[0017] Figur 3 zeigt eine mögliche dritte Ausführungsform der zweidimensionalen erfindungsgemäßen Magnetvorrichtung, welche zwei Translatoren und einen Stator umfasst.

[0018] Figur 4 und Figur 5 zeigen eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen dreidimensionalen Magnetvorrichtung, welche zwei Translatoren und einen Stator umfasst.

[0019] In den Figuren kennzeichnen die folgenden Bezugszeichen die nachstehenden Elemente: r Anstand Stator Translator F Interaktionskraft +/- Polarität 1 Stator 2 Translator 3 Bewegungsachse 4 Bewegungsrichtung 5 Wirkungslinie 6 geometrische Verlängerungslinien 7 Magnetabschirmungselement 8 Spalt 9 Magnete 10 Schnittpunkt 11 Wickelung 12 Schnittebene [0020] Die Figuren dienen ausschließlich der Verdeutlichung der hier offenbarten Erfindung. Die Figuren sind keinesfalls einschränkend auf den Gegenstand der Erfindung zu interpretieren.

[0021] Figur 1 zeigt eine mögliche erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Magnetvorrichtung. Die Magnetvorrichtung umfasst einen flächig ausgebildeten Stator 1 und einen flächig ausgebildeten Translator 2, wobei der Stator 1 und der Translator 2 jeweils einen Magneten 9 mit Polenden umfassen. Figur 1 zeigt somit eine zweidimensionale Magnetvorrichtung, wobei die Schnittebene 12 in der Betrachtungsebene der Figur 1 liegt.

[0022] Es ist in Figur 1 die Polung +/- der Magnete 9 eingetragen, welche nach der gängigen Lehre zu wählen ist, sodass eine Bewegung des Translators 2 relativ zum Stator 1 durch die Interaktionskräfte F hervorgerufen werden kann. Um eine Bewegung des Translators 1 in die in Figur 1 eingetragene Bewegungsrichtung 4 und in eine hierzu entgegengesetzte Bewegungsrichtung (in Figur 1 nicht dargestellt) durchführen zu können, führt der Fachmann die Magnete 9 als Elektromagnete aus. Die Polarität von Elektromagneten ist schaltbar.

[0023] Die Magnete 9 weisen bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform eine polygonale Segmentform auf. Die Magnete 9 haben im Wesentlichen die Form von Bogensegmenten. Die Zentren der Bogensegmente sind benachbart zueinander angeordnet. Die Zentren der Bogensegmente sind auf der Bewegungsachse 3, welche Bewegungsachse 3 auch die Symmetrieachse der Magnetvorrichtung bildet. Die Wirkungslinie 5 der Magnete 9 weist - unter Verweis auf die gängige Lehre - die Form eines Bogensegmentes auf. In Figur 1 ist die Bogensegmentform der Magnete 9 und die Kreissegmentform der Wirkungslinien 5 durch deckungsgleiche Linien dargestellt.

[0024] Die geometrischen Verlängerungslinien 6 sind geometrische Strahlen, welche sich von dem Polende des Magneten 9 als Verlängerungslinien der magnetischen Wirkungslinien 5 erstrecken. Die Verlängerungslinien 6 sind geometrische Tangenten zu der Wirkungslinie 5 am Polende.

[0025] Die geometrischen Verlängerungen 6 schneiden einander in einem Schnittpunkt 10 beziehungsweise sind bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform deckungsgleich. Die geometrische Verlängerung 6 einer Wirkungslinie 5 eines Magneten ist - in Einklang mit der Lehre der Geometrie - gleich orientiert wie die Wirkungslinie 5 im Endbereich des Magneten. Da bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform die Wirkungslinien 6 die Form eines Kreissegmentes aufweisen, ist die geometrische Verlängerung 6 parallel zu einer Tangente zu der Wirkungslinie 5 an einem Endpunkt des Magneten orientiert.

[0026] Die Wirkungslinien 5 und die geometrischen Verlängerungen 6 der Wirkungslinien 5 der Magnetvorrichtung bilden unabhängig von dem Abstand r des Translators zum Stator eine geschlossene geometrische Form. Der Magnetfluss zwischen den Magneten 9 des Stators 1 und den Magneten 9 des Translators 2 sind somit gebündelt.

[0027] Die Summe der durch Drehmomente, welche durch die Interaktionskräfte F und die Beabstandung dieser Kräfte von der Bewegungsachse 3 gebildet werden, ist Null. Die Bewegungsachse 3 erfährt keine Drehmomentenbelastung aufgrund der Interaktionskräfte F, deren Wirkungslinie von der Bewegungsachse 3 beabstandet sind.

[0028] Zur Verstärkung des Effektes des Bündelns des Magnetstromes zwischen den Magneten 9 sind Magnetabschirmungselemente 7 benachbart zu dem sich zwischen den Magneten ergebenden Spalt 8 angeordnet.

[0029] Figur 2 zeigt eine mögliche zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zweidimensionalen Magnetvorrichtung. Die Magnetvorrichtung umfasst einen Stator 1 und zwei Translatoren 2. Die Translatoren 2 sind entlang der Bewegungsachse 3 in der Bewegungsrichtung 4 bewegbar. Es erstreckt sich somit die die Bewegungsachse 3 umfassende Schnittebene 12 in der Betrachtungsebene der Figur 2. Die Schnittebene 12 verläuft somit durch die Magnetvorrichtung.

[0030] Aufbauend auf dem in Figur 2 dargestellten Prinzip kann der Fachmann einer Magnetvorrichtung mit n Statoren 1 und n+1 Translatoren 2, aber auch n Translatoren 1 und n+1 Statoren 2 ableiten.

[0031] Die Wirkungslinien 5 und die in gleicher Richtung zu diesen orientierten geometrischen Verlängerungslinien 6 bilden eine geschlossene geometrische Form. Die Verlängerungslinien 6 schneiden einander in einem Schnittpunkt 10; bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform sind die einander schneidenden Verlängerungslinien 6 wiederum deckungsgleich.

[0032] Die Magneten 9 des Stators 1 sind als flächige Rechtecke ausgebildet. Die Magneten 9 des Stators sind Elektromagnete. Figur 2 umfasst eine schematische Darstellung der Wickelung 11.

[0033] Die Magneten 9 der Translatoren 2 sind als flächige Bogensegmente ausgebildet, wobei die Zentren der Bogensegmente benachbart zu den Statoren angeordnet sind, sodass die Bogensegmente zueinander konkave Flächen bilden. Die Magneten 9 der Translatoren 2 sind als Permanentmagnete ausgebildet.

[0034] Aufgrund dieser Anordnung sind die Magnetflüsse zwischen den Magneten 9 des Stators 1 und der Translatoren 2 gebündelt.

[0035] Zur Verstärkung der Bündelung sind Abschirmungselemente 7 benachbart zum Spalt 8 angeordnet.

[0036] Ein Versetzen der Magnete 9 der Statoren nach außen, sodass die benachbarten Wirkungslinien 5 und/oder die Verlängerungen keinen Schnittpunkt 10 aufweisen, würde eine schlechtere Ausführungsform zu der erfindungsgemäßen Magnetvorrichtung darstellen.

[0037] Figur 3 zeigt eine mögliche dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zweidimensionalen Magnetvorrichtung, welche zu der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform ähnlich ist. Die Magnetvorrichtung umfasst wiederum einen Stator 1 und zwei Translatoren 2. Der Stator 1 und die Translatoren 2 sind flächig ausgebildet, weshalb es sich bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform um eine zweidimensionale Magnetvorrichtung handelt. Die durch die Magnetvorrichtung verlaufende Schnittebene 12, welche auch die Bewegungsachse 3 umfasst, erstreckt sich in der Bildebene der Figur 3.

[0038] Im Unterschied zu der zweiten Ausführungsform weisen hier die Translatoren 2 eine polygonale Form auf. Die Wirkung der dritten Ausführungsform ist geringer als die der zweiten Ausführungsform, da bei der dritten Ausführungsform die Interaktionskräfte F zu der Bewegungsrichtung 4 einen Winkel aufweisen.

[0039] Die Wirkungslinie 5 der Magnete 9 der Translatoren 2 ist in Figur 3 deckungsgleich mit dem Translator 2 gezeichnet.

[0040] Die Verlängerungen 6 verlaufen parallel zu der Wirkungslinie 5 der Magneten 9, da die Magnete 9 stabförmig ausgebildet sind. Die Verlängerungen 6 schneiden einander im Schnittpunkt 10, sodass Verlängerungen 6 und Wirkungslinien 5 eine geschlossene Form ergeben. Diese geschlossene Form bewirkt wiederum die Bündelung der Magnetflüsse. Die Translatoren 2 sind als Permanentmagnete ausgebildet. Die Statoren 1 sind als Elektromagnete ausgebildet, wobei in Figur 3 die Wickelung schematisch dargestellt ist.

[0041] Figur 4 zeigt einen Grundriss einer dreidimensionalen Magnetvorrichtung; Figur 5 zeigt das dazugehörende Schnittbild.

[0042] Die Magnetvorrichtung umfasst einen Stator 1 und zwei zum Stator 1 seitlich angeordnete Translatoren 2. Der Stator 1 umfasst - wie anhand von Figur 5 deutlich erkennbar - zwei Rotationskörper in Form von Hohlzylindern mit unterschiedlichen Durchmessern, deren Rotationsachse mit der Bewegungsachse 3 zusammenfällt. Die Translatoren 2 sind als Torrus ausgebildet, dessen Rotationsachse ebenso mit der Bewegungsachse 3 zusammenfällt. Die Translatoren sind entlang der Bewegungsachse 3 in der Bewegungsrichtung 4 beweglich gelagert.

[0043] Die Translatoren 2 sind als Permanentmagnete, der Stator 1 als ein Elektromagnet ausgebildet. Es ist in Figur 4 schematisch die Wickelung des als Elektromagnet ausgebildeten Stators 1 eingetragen; aus Gründen der Übersichtlichkeit ist diese Wickelung 11 in Figur 5 nicht eingetragen. Die Wickelung 11 erstreckt sich im Wesentlichen zwischen den Rotationskörpern des Stators 1. Unter Verweis auf die gängige Lehre ist eine Bewegung der Translatoren 2 relativ zum Stator 1 durch ein Schalten des Stators 1 hervorrufbar. Es ist die Polung der Magnete 9 in Figur 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingetragen; der Fachmann wählt diese nach der gängige Lehre oder in Anlehnung an die Figuren 1 bis 3.

[0044] Die Wirkungslinien 5 und die Verlängerungslinien 6 der als Stator 1 und als Translator 2 ausgebildeten Magnete 9, welche Wirkungslinien 5 sich in einer die Bewegungsachse 3 umfassende Schnittebene 11 durch die Magnetvorrichtung erstrecken, bilden eine geschlossene geometrische Form. Die Schnittpunkte (Bezugszeichen 10) sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in Figur 4 eingetragen. Der Magnetfluss zwischen den Magneten ist durch diese Anordnung und Ausbildung der Magnete gebündelt.

[0045] Die durch die Magnete 9 hervorgerufenen Kräfte F bewirken eine Bewegung der Translatoren 2 entlang der Bewegungsachse 3. Die Summe der aus den Kräften F und der Beab-standung der jeweiligen Kraft F zu der Bewegungsachse gebildeten Drehmomente ist Null.

[0046] Figur 5 zeigte eine Schnittebene 12, welche auch in Figur 4 eingetragen ist. Die erfin-dungsgemäße Magnetvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass weitere Schnittebenen 11' durch die dreidimensionale Magnetvorrichtung gebildet werden können, wobei in jeder beliebigen Schnittebene 11,11' die Wirkungslinien 5 und deren Verlängerungslinien 6 eine geschlossene Form bilden.

[0047] Es sind in Figur 4 und Figur 5 der äußere Durchmesser a und der innere Durchmesser b der Magnete 9 eingetrachen.

Claims (4)

1. Patentansprüche 1. Magnetvorrichtung umfassend zumindest einen Stator (1) und einen Translator (2), wobei der Stator (1) und der Translator (2) jeweils zumindest einen einzelnen Magneten mit Polenden umfassen und der Translator (2) entlang einer Bewegungsachse (3) in eine Bewegungsrichtung (4) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkungslinien (5) der als Stator (1) und als Translator (2) ausgebildeten Magnete und die geometrischen Verlängerungslinien (6) der Wirkungslinien (5) als geometrische Strahlen, welche sich von dem Polende des Einzelmagneten als geometrische Tangente zu der Wirkungslinie (5) am Polende erstrecken, eine geschlossene geometrische Form bilden, sodass der Magnetfluss zwischen den Magneten gebündelt ist, wobei Wirkungslinien (5) und Verlängerungslinien (6) sich in einer die Bewegungsachse (3) umfassende Schnittebene (11) durch die Magnetvorrichtung erstrecken.
2. 2. Magnetvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Drehmomente, welche durch die Interaktionskräfte F und die Beabstan-dung dieser Kräfte von der Bewegungsachse (3) gebildet werden, Null ist.
3. 3. Magnetvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass Magnetabschirmungselemente (7) benachbart zu dem sich zwischen den Magneten ergebenden Spalt (8) angeordnet sind.
4. 4. Magnetvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsachse (3) die Symmetrieachse der Magnetvorrichtung ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen