WO2021092636A1

WO2021092636A1 - Electromagnetic machine

Info

Publication number: WO2021092636A1
Application number: PCT/AT2019/060384
Authority: WO
Inventors: Raja RADOSAVLJEVIC
Original assignee: Schmidt, Hagen
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2021-05-20

Abstract

The electromagnetic machine (1) provides a first electromagnetic excitation signal (Rf1) at a first frequency (f1) and a second electromagnetic excitation signal (Rf2) at a second frequency (f2), the first frequency (f1) and the second frequency (f2) being in a radio frequency range or in the microwave range and differing from each other. The excitation signals (Rf1, Rf2) are fed to stationary emitting elements (6, 7). A movable part (8) is arranged relative to the first emitting element (6) and the second emitting element (7) to form an air gap (9). The emitting elements (6, 7) emit the excitation signals (Rf1, Rf2) in near-field operation to the movable part. The movable part (8) comprises mixer elements (10) which receive the excitation signals (Rf1, Rf2) and mix them with each other so that a mixed signal (Mfdiff) is formed with the differential frequency (fdiff) from the first frequency (f1) and the second frequency (f2) and is coupled into an electrically conductive element (11) of the movable part (8), as a result of which a Lorentz force is induced.

Description

Elektromagnetische Maschine Electromagnetic machine

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Maschine. The invention relates to an electromagnetic machine.

Elektromagnetische Maschinen wandeln elektromagnetische Energie in kinetische Energie um, wenn sie als Elektroantriebe betrieben werden, bzw. wandeln kinetische Energie in elektromagnetische Energie um, wenn sie als Generatoren betrieben werden. Elektromagnetische Maschinen weisen im Vergleich zu Verbrennungskraftmaschinen einen hohen Wirkungsgrad auf. Diesen Vorteil erkauft man sich jedoch durch eine relativ große Masse des Eisenkerns (Dynamoblech, Materialien aus seltenen Erden) und die aufwendigen Lagerungsmaßnahmen des Rotors. Bei derzeitigen Elektroantrieben kann deshalb ab einem gewissen Leistungsbereich nicht mehr auf aktive Flüssigkühlung des Rotors verzichtet werden. Electromagnetic machines convert electromagnetic energy into kinetic energy when operated as electric drives, or convert kinetic energy into electromagnetic energy when operated as generators. Electromagnetic machines have a high degree of efficiency compared to internal combustion engines. This advantage is bought at the price of a relatively large mass of the iron core (dynamo sheet, materials made from rare earths) and the complex storage measures for the rotor. With current electric drives, active liquid cooling of the rotor can no longer be dispensed with from a certain power range.

Es besteht daher nach wie vor das Bedürfnis nach elektromagnetischen Maschinen, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Maschine ohne die geschilderten Nachteile des Standes der Technik bereitzustellen. Insbesondere sollen die Masse und das Volumen der zu verbauenden Materialien sowie die Hitzeentwicklung im Betrieb gegenüber bekannten Maschinen drastisch reduziert werden. There is therefore still a need for electromagnetic machines that overcome the disadvantages of the prior art. The present invention is based on the object of providing an electromagnetic machine without the described disadvantages of the prior art. In particular, the mass and volume of the materials to be installed and the heat generated during operation should be drastically reduced compared to known machines.

Die erfmdungsgemäße elektromagnetische Maschine beruht auf einem völlig neuen Prinzip der elektromagnetischen Energieumsetzung, indem als elektromagnetische Erregersignale hochfrequente Signale verwendet werden. Die elektromagnetische Maschine zeichnet sich dadurch unter anderem durch ein lineares Verhalten und eine hohe Stabilität des Frequenzspektrums aus. Dieses führt zu einer wesentlichen Reduktion der Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) sowie zu einer wesentlichen Reduktion von akustischen Störgeräuschen im Vergleich zu den bekannten Elektroantrieben. Da die erfmdungsgemäße elektromagnetische Maschine keine Eisenkerne benötigt, wodurch auch die mit Eisenkernen verbundenen Hystereseverluste entfallen, ist der Wirkungsgrad wesentlich höher und die Wärmebildung wird stark reduziert. Bei der erfmdungsgemäßen elektromagnetischen Maschine ist eine Skalierbarkeit der Leistung von einigen W bis in den MW Bereich gegeben. Die erfmdungsgemäße elektromagnetische Maschine zeichnet sich nämlich durch eine progressive Gewichtsabnahme und eine überproportional steigende Leistung sowie ein steigendes „power to weight ratio“, in kW/kg Motorgewicht gemessen, aus, das oberhalb der momentan am Markt befindlichen Systeme liegt. Durch die hochfrequente Energieumsetzung bei der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine entstehen auch keine Vibrationen. The electromagnetic machine according to the invention is based on a completely new principle of electromagnetic energy conversion in that high-frequency signals are used as electromagnetic excitation signals. The electromagnetic machine is characterized among other things by a linear behavior and a high stability of the frequency spectrum. This leads to a significant reduction in the requirements for electromagnetic compatibility (EMC) and a significant reduction in acoustic noise compared to the known electric drives. Since the electromagnetic machine according to the invention does not require any iron cores, which also eliminates the hysteresis losses associated with iron cores, the efficiency is significantly higher and the heat generation is greatly reduced. In the electromagnetic machine according to the invention, the power can be scaled from a few W to the MW range. The electromagnetic machine according to the invention is characterized by a progressive weight loss and a disproportionately increasing power as well as an increasing "power to weight ratio", measured in kW / kg motor weight, that is above the systems currently on the market. Due to the high-frequency energy conversion in the electromagnetic machine according to the invention, there are also no vibrations.

Die erfmdungsgemäße elektromagnetische Maschine umfasst eine erste Erregersignalquelle, die ein erstes elektromagnetisches Erregersignal mit einer ersten Frequenz bereitstellt, eine zweite Erregersignal quelle, die ein zweites elektromagnetisches Erregersignal mit einer zweiten Frequenz bereitstellt, wobei die erste Frequenz und die zweite Frequenz in einem Radiofrequenz -Bereich oder im Mikrowellenbereich liegen und sich voneinander unterscheiden, ein erstes feststehendes Ab strahlelement, das mit der ersten Erregersignal quelle verbunden ist und dem das von der ersten Erregersignalquelle bereitgestellte erste Erregersignal zugeführt wird, ein zweites feststehendes Abstrahlelement, das mit der zweiten Erregersignalquelle verbunden ist und dem das von der zweiten Erregersignalquelle bereitgestellte zweite Erregersignal zugeführt wird, ein relativ zum ersten Ab Strahlelement und zum zweiten Abstrahlelement jeweils in einem Abstand angeordneter und beweglicher Teil, wodurch zwischen dem beweglichen Teil und den Abstrahlelementen Luftspalte gebildet sind, wobei die Abstände so gewählt sind, dass die Abstrahlelemente die ihnen zugeführten Erregersignale durch die Luftspalte im Nahfeldbetrieb zu dem beweglichen Teil abstrahlen und sich die Erregersignale im beweglichen Teil überlagern, wobei der bewegliche Teil Mischerelemente aufweist, die die Erregersignale empfangen und miteinander mischen, sodass ein Mischsignal mit der Differenzfrequenz aus der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz gebildet wird, wobei der bewegliche Teil zumindest ein elektrisch leitendes Element aufweist, in das die Mischerelemente das Mischsignal mit der Differenzfrequenz aus der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz einkoppeln und dadurch eine Lorentz -Kraft induzieren. The electromagnetic machine according to the invention comprises a first excitation signal source that provides a first electromagnetic excitation signal with a first frequency, a second excitation signal source that provides a second electromagnetic excitation signal with a second frequency, the first frequency and the second frequency in a radio frequency range or lie in the microwave range and differ from one another, a first fixed emitting element which is connected to the first excitation signal source and to which the first excitation signal provided by the first excitation signal source is fed, a second fixed emitting element which is connected to the second excitation signal source and to which the from the second excitation signal source provided second excitation signal is supplied, a relative to the first Ab radiation element and the second radiation element each arranged at a distance and movable part, whereby between the movable part and the radiating elements air gaps are formed, the distances are selected so that the radiating elements radiate the excitation signals supplied to them through the air gaps in near-field operation to the movable part and the excitation signals are superimposed in the movable part, the movable part having mixer elements that receive the excitation signals and mix them with one another, so that a mixed signal is formed with the difference frequency from the first frequency and the second frequency, wherein the movable part has at least one electrically conductive element, in which the mixer elements the mixed signal with the difference frequency from the first frequency and the couple in the second frequency and thereby induce a Lorentz force.

Die erfmdungsgemäße elektromagnetische Maschine ist in einem äußerst breiten Frequenzbereich der Erregersignale einsetzbar, der bis zu 300 GHz reicht, wobei für einen einfacheren Aufbau eine maximale Frequenz von 30 GHz bevorzugt ist. Die minimale Frequenz der Erregersignale ist nicht spezifisch eingeschränkt, die Vorteile der Erfindung kommen aber vor allem ab einer Frequenz von 10 kHz, bevorzugt ab 100 kHz zur Geltung. Praktisch muss nicht von einer einzigen Ausführungsform der Erfindung der gesamte Frequenzbereich abgedeckt werden, sondern es werden je nach Ausführungsform nur Teilbereiche davon abgedeckt werden, wie unten noch näher erläutert wird. The electromagnetic machine according to the invention can be used in an extremely wide frequency range of the excitation signals, which extends up to 300 GHz, a maximum frequency of 30 GHz being preferred for a simpler structure. The minimum frequency of the excitation signals is not specifically restricted, but the advantages of the invention come into play above all from a frequency of 10 kHz, preferably from 100 kHz. In practice, the whole of a single embodiment of the invention does not have to be Frequency range are covered, but depending on the embodiment, only parts of it will be covered, as will be explained in more detail below.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das zumindest eine elektrisch leitende Element des beweglichen Teils als in Bewegungsrichtung des beweglichen Teils angeordnete Schicht aus einem elektrisch leitfähigen, nicht permanentmagnetischen Material ausgebildet. Dabei kann das elektrisch leitfähige, nicht permanentmagnetische Material eine Trägerschicht für die Mischerelemente bilden, wobei die Trägerschicht vorzugsweise scheiben-, ring- oder plattenförmig ausgebildet ist, und wobei vorzugsweise die Mischerelemente zwischen zwei Träger schichten angeordnet sind. Alternativ dazu kann das zumindest eine elektrisch leitende Element auf einem elektrisch nichtleitenden Träger ausgebildet sein, der dem beweglichen Teil die erforderliche Festigkeit verleiht. Bevorzugt ist das elektrisch leitfähige, nicht permanentmagnetische Material aus einem Metall oder einer Metalllegierung, vorzugsweise Stahl, Kupfer oder Aluminium, oder einem organischen Material, vorzugsweise einer Kohlenstoffverbindung, beispielsweise Graphen, ausgewählt. In a preferred embodiment of the invention, the at least one electrically conductive element of the movable part is designed as a layer arranged in the direction of movement of the movable part and made of an electrically conductive, non-permanent magnetic material. The electrically conductive, non-permanent magnetic material can form a carrier layer for the mixer elements, the carrier layer preferably being disc-shaped, ring-shaped or plate-shaped, and the mixer elements preferably being arranged between two carrier layers. Alternatively, the at least one electrically conductive element can be formed on an electrically non-conductive carrier, which gives the movable part the required strength. The electrically conductive, non-permanent magnetic material is preferably selected from a metal or a metal alloy, preferably steel, copper or aluminum, or an organic material, preferably a carbon compound, for example graphene.

Es ist bevorzugt, die Abstrahlelemente so auszulegen, dass die Abstrahlung eines Magnetfelds vorherrscht. Weiters ist es für die Wirkung und den Aufbau der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine vorteilhaft, wenn die Erregersignale harmonische Signale, vorzugsweise sinusförmige Signale sind. It is preferred to design the radiating elements in such a way that the radiation of a magnetic field prevails. Furthermore, it is advantageous for the effect and the structure of the electromagnetic machine according to the invention if the excitation signals are harmonic signals, preferably sinusoidal signals.

Die erfindungsgemäße elektromagnetische Maschine ist sowohl als Motor als auch als Generator betreibbar. Weiters ist sie als Kurzzeit-Energiespeicher betreibbar. The electromagnetic machine according to the invention can be operated both as a motor and as a generator. It can also be operated as a short-term energy store.

Diese universellen Betriebsarten ermöglichen eine Vielzahl an Anwendungen der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine. These universal operating modes enable a large number of applications for the electromagnetic machine according to the invention.

Insbesondere ist eine Verwendung der erfindungsgemäßen elektromagnetische Maschine als Ersatz für herkömmliche Antriebsstränge (Motor, Getriebe) von Fahrzeugen, Booten und Flugzeugen vorgesehen. Erfindungsgemäß ergibt sich dann ein Antriebs sträng umfassend einen Energiespeicher, die mit dem Energiespeicher verbundene erfindungsgemäße elektromagnetische Maschine, deren beweglicher Teil direkt oder über eine Übersetzung auf ein Antriebselement wirkt. In particular, use of the electromagnetic machine according to the invention is intended as a replacement for conventional drive trains (motor, gearbox) of vehicles, boats and aircraft. According to the invention, a drive train then results comprising an energy store, the electromagnetic machine according to the invention connected to the energy store, the movable part of which acts directly or via a translation on a drive element.

Insbesondere für Anwendungen der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine, bei denen Erregersignale im GHz -Frequenzbereich zum Einsatz kommen, ist es bevorzugt, wenn die Abstrahlelemente in Hohlraumresonatoren ausgebildet sind. In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Hohlraumresonatoren bei Generatorbetrieb der elektromagnetischen Maschine als Kurzzeit-Energiespeicher für elektromagnetische Energie ausgestaltet. Die solcherart in den Hohlraumresonatoren gespeicherte elektromagnetische Energie kann bei Umschalten der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine in den Motorbetrieb zum Antrieb der Vorrichtung verwendet werden, mit der der bewegliche Teil der elektromagnetischen Maschine verbunden ist. In particular for applications of the electromagnetic machine according to the invention in which excitation signals in the GHz frequency range are used, it is preferred if the radiating elements are formed in cavity resonators. In one embodiment of the invention, when the electromagnetic machine is operating as a generator, the cavity resonators are designed as short-term energy stores for electromagnetic energy. The electromagnetic energy stored in this way in the cavity resonators can be used when the electromagnetic machine according to the invention is switched to motor operation to drive the device to which the movable part of the electromagnetic machine is connected.

Je höher die Frequenz der Erregersignale ist, desto kleiner können die Hohlraumresonatoren ausgebildet sein. Dies schafft wiederum die Möglichkeit eine größere Zahl von Hohlraumresonatoren an oder um den beweglichen Teil der elektromagnetischen Maschine zu positionieren, um ihn anzutreiben. Bei hinreichend hohen Frequenzen der Erregersignale können die Hohlraumresonatoren so klein ausgeführt sein, dass sie in den Bremssattel von Bremsscheiben von Fahrzeugen integriert werden können. The higher the frequency of the excitation signals, the smaller the cavity resonators can be. This in turn creates the possibility of a larger number of cavity resonators on or around the moving part of the electromagnetic machine in order to drive it. If the excitation signal frequencies are sufficiently high, the cavity resonators can be made so small that they can be integrated into the brake caliper of the brake disks of vehicles.

Insbesondere für Anwendungen der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine, bei denen Erregersignale unterhalb des GHz-Frequenzbereichs, z.B. in einem Frequenzbereich von 30 kHz bis 600 kHz, zum Einsatz kommen, können die Abstrahlelemente als Flachspulen ausgebildet sein. In particular for applications of the electromagnetic machine according to the invention in which excitation signals below the GHz frequency range, e.g. in a frequency range from 30 kHz to 600 kHz, are used, the radiating elements can be designed as flat coils.

Die Multiplikation der Erregersignale gestaltet sich einfach, wenn die Mischerelemente nichtlineare Mischerelemente sind. Bevorzugt sind Halbleiterelemente als Mischerelemente, die entweder als diskrete Elemente oder in einem Halbleiter-Wafer, beispielsweise wabenförmig, aufgebaut sind. Besonders bevorzugt sind diese Mischerelemente ausgewählt aus Hochfrequenz-Mischerdioden, insbesondere GaAs-Mischerdioden, oder aus HEMT Elementen oder aus IMP ATT-Di öden. Der Begriff "HEMT" bedeutet "high electron- mobility transistor", als Diode geschaltet. Der Begriff "IMPATT-Diode" bedeutet "impact ionisation avalanche transit time" Diode. The multiplication of the excitation signals is simple if the mixer elements are non-linear mixer elements. Semiconductor elements are preferred as mixer elements which are constructed either as discrete elements or in a semiconductor wafer, for example in a honeycomb shape. These mixer elements are particularly preferably selected from high-frequency mixer diodes, in particular GaAs mixer diodes, or from HEMT elements or from IMP ATT diodes. The term "HEMT" means "high electron mobility transistor", connected as a diode. The term "IMPATT diode" means "impact ionization avalanche transit time" diode.

In einer grundsätzlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine ist der bewegliche Teil für eine Drehbewegung ausgebildet und vorzugsweise axial oder radial gelagert. Eine solche Ausführungsform kann erfindungsgemäß für Windkraftanlagen im Generatorbetrieb oder für Wasserspeicherkraftwerke im Generatorbetrieb Verwendung finden. Wenn der bewegliche Teil ringförmig ausgestaltet ist, ist die Verwendung als Antrieb und Generator für Vortex-Impeller vorgesehen, die keine axiale Aufhängung haben, sondern bei denen in der Mitte ein "Loch" ausgebildet ist. Weitere Verwendungszwecke sind Antrieb und regenerative Bremsen im Automobil- und Schienenfahrzeugbereich sowie in der Luftfahrt. In a basic embodiment of the electromagnetic machine according to the invention, the movable part is designed for a rotary movement and is preferably mounted axially or radially. Such an embodiment can be used according to the invention for wind power plants in generator mode or for water storage power plants in generator mode. If the movable part is designed in the form of a ring, it is intended to be used as a drive and generator for vortex impellers which have no axial suspension but instead have a "hole" formed in the middle. Further It is used for propulsion and regenerative brakes in the automotive and rail vehicle sectors as well as in aviation.

In einer alternativen grundsätzlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine ist der bewegliche Teil für eine Linearbewegung ausgebildet und vorzugsweise linear oder punktuell gelagert. Eine solche Ausführungsform kann erfindungsgemäß für Thrust Vector Control bei Raketen und Düsenflugzeugen Verwendung finden. In an alternative basic embodiment of the electromagnetic machine according to the invention, the movable part is designed for a linear movement and is preferably supported linearly or at certain points. Such an embodiment can be used according to the invention for thrust vector control in rockets and jet aircraft.

Die erfindungsgemäße elektromagnetische Maschine ist in einer Ausführungsform als Einphasensystem ausgebildet, bei dem das erste Abstrahlelement und das zweite Abstrahlelement einander gegenüberliegend angeordnet sind und der bewegliche Teil zwischen dem ersten Abstrahlelement und dem zweiten Ab strahl elem ent angeordnet ist. The electromagnetic machine according to the invention is designed in one embodiment as a single-phase system in which the first radiating element and the second radiating element are arranged opposite one another and the movable part is arranged between the first radiating element and the second radiating element.

Alternativ dazu ist die Ausbildung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine als Mehrphasensystem vorgesehen, wobei zusätzlich zum ersten Abstrahlelement und zweiten Abstrahl element zumindest ein weiteres Abstrahl element vorgesehen ist, und jedem Abstrahlelement in einem zyklischen Muster abwechselnd Erregersignale mit zwei verschiedenen Frequenzen zuführbar sind, wobei das zyklische Muster so ausgebildet ist, dass zu einem jeden Zeitpunkt zumindest einem Abstrahl element ein Erregersignal mit der ersten Frequenz zugeführt wird und zumindest einem anderen Abstrahlelement ein Erregersignal mit der zweiten Frequenz zugeführt wird, wobei die Abstrahlelemente geometrisch entlang des Bewegungspfads des beweglichen Teils gegeneinander versetzt sind. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Erregersignale zueinander phasenversetzt. Alternatively, the electromagnetic machine according to the invention is designed as a multiphase system, with at least one further radiating element being provided in addition to the first radiating element and the second radiating element, and excitation signals with two different frequencies being fed alternately to each radiating element in a cyclic pattern, the cyclic pattern is designed so that at any time at least one emitting element is supplied with an excitation signal at the first frequency and at least one other emitting element is supplied with an excitation signal with the second frequency, the radiating elements being geometrically offset from one another along the movement path of the movable part. In one embodiment of the invention, the excitation signals are out of phase with one another.

Bevorzugt sind die Abstrahlelemente abwechselnd einander gegenüberliegend angeordnet und der bewegliche Teil ist zwischen den gegenüberliegenden Abstrahlelementen angeordnet. Alternativ dazu sieht die Erfindung aber auch die Anordnung aller Abstrahlelemente auf einer Seite des beweglichen Teils vor. The radiating elements are preferably arranged alternately opposite one another and the movable part is arranged between the opposing radiating elements. As an alternative to this, however, the invention also provides for all radiating elements to be arranged on one side of the movable part.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings. In the drawings show:

Fig. 1 ein lineares zeitinvariantes (LTI) System in der Laplace Domäne; 1 shows a linear time-invariant (LTI) system in the Laplace domain;

Fig. 2 ein lineares zeitinvariantes System mit einer vorgeschalteten Multiplikationsstufe für harmonische Eingangssignale in der komplexen Domäne; Fig. 3 ein Diagramm der Leistungsspektral dichte PSD über der Frequenz f bei Multiplikation zweier harmonischer Eingangs Signale und Tiefpassfilterung der Ausgangssignale; 2 shows a linear time-invariant system with an upstream multiplication stage for harmonic input signals in the complex domain; 3 shows a diagram of the power spectral density PSD over the frequency f when two harmonic input signals are multiplied and the output signals are low-pass filtered;

Fig. 4 den Poynting Vektor S im Nahfeld im Fall einer Ohm'schen Last; 4 shows the Poynting vector S in the near field in the case of an ohmic load;

Fig. 5 den Poynting Vektor S im Nahfeld im Fall von Leerlauf und nicht-ohmschen Lasten; Fig. 6 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Asynchronmaschine; 5 shows the Poynting vector S in the near field in the case of no-load and non-ohmic loads; 6 shows an equivalent circuit diagram of an asynchronous machine;

Fig. 7 die Signalmischung mittels Mischerdioden auf einem Wafer; 7 shows the signal mixing by means of mixer diodes on a wafer;

Fig. 8 eine schematische Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine als Einphasensystem; 8 shows a schematic embodiment of the electromagnetic machine according to the invention as a single-phase system;

Fig. 9 eine weitere schematische Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine als Dreiphasensystem; 9 shows a further schematic embodiment of the electromagnetic machine according to the invention as a three-phase system;

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine; 10 shows a further embodiment of the electromagnetic machine according to the invention;

Fig. 11 ein Zeitdiagramm der Zuführung der hochfrequenten Erregersignale zu den Abstrahlelementen einer Dreiphasen-Ausführung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine; und 11 shows a time diagram of the supply of the high-frequency excitation signals to the radiating elements of a three-phase embodiment of the electromagnetic machine according to the invention; and

Fig. 12 einen Vorschlag für die Befestigung einer erfindungsgemäßen dreiphasigen elektromagnetischen Maschine an einem Fahrzeugteil. 12 shows a proposal for fastening a three-phase electromagnetic machine according to the invention to a vehicle part.

Zur Erklärung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine kann man von einem linearen zeitinvarianten (LTI) System, z.B. einem elektrischen Verstärker, ausgehen. Ein System heißt dann linear, wenn jede Summe von beliebig vielen Eingangssignalen zu einer dazu proportionalen Summe von Ausgangssignalen führt. Es gilt daher das Superpositionsprinzip. Ein System ist zeitinvariant, wenn sich für jede Zeitverschiebung des Eingangssignals die gleiche Zeitverschiebung des Ausgangssignals des Systems ergibt. Zeitinvariante Systeme reagieren also unabhängig vom Startzeitpunkt der Anregung auf gleiche Eingangs Signale mit gleichen Ausgangssignalen. Bezogen auf das Erklärungsmodell des elektrischen Verstärkers, ausgeführt als verstärkungsgeregelter Verstärker (gain controlled amplifier), ist ein solches System in Fig. 1 in der Laplace Domäne dargestellt, mit:

To explain the mode of operation of the electromagnetic machine according to the invention, one can start from a linear time-invariant (LTI) system, for example an electrical amplifier. A system is called linear if every sum of any number of input signals leads to a proportional sum of output signals. The superposition principle therefore applies. A system is time-invariant if there is the same time shift in the output signal of the system for every time shift in the input signal. Time-invariant systems therefore react to the same input signals with the same output signals regardless of the starting time of the excitation. With reference to the explanatory model of the electrical amplifier, designed as a gain-controlled amplifier, such a system is shown in FIG. 1 in the Laplace domain, with:

H(s) Übertragungsfunktion h(t) Impulsantwort in der Zeitdomäne u(s) Eingangs- bzw. Anregungssignal in der Laplace Domäne y(s) Ausgangssignal in der Laplace Domäne c Verstärkungsregelsignal H (s) transfer function h (t) impulse response in the time domain u (s) input or excitation signal in the Laplace domain y (s) output signal in the Laplace domain c Gain control signal

Wenn man das Verstärkungsregel signal c als ein weiteres Eingangssignal c = c(s) behandelt, so ergibt sich als Signalausgang:

If the gain control signal c is treated as a further input signal c = c (s), the result is as a signal output:

Im (hier zutreffenden) Spezialfall einer harmonischen Anregung kann man aus der Laplace Domäne in die komplexe Domäne wechseln, d.h. s →j ω. In the special case of harmonic excitation (applicable here), one can switch from the Laplace domain to the complex domain, i.e. s → j ω.

Schließt man den allgemeinen Eingang u und den Verstärkungsregel eingang c an harmonische Wellengeneratoren, z.B. Sinuswellengeneratoren an, so ergibt sich:

If you connect the general input u and the gain control input c to harmonic wave generators, e.g. sine wave generators, the result is:

Superposition auf LTI- Systeme angewandt führt zu der in Fig. 2 dargestellten Systemstruktur mit einer Multiplikationsstufe M. Superposition applied to LTI systems leads to the system structure shown in FIG. 2 with a multiplication level M.

Die Multiplikation zweier Signale ist mathematisch gesehen eine nichtlineare Operation und wird in der Literatur auch als Mischen von Signalen bezeichnet. Zur physikalischen Realisierung der Multiplikation zweier Signale werden somit Multiplikatoren bzw. Mischerelemente benötigt, die beispielsweise auf Materialien mit intrinsischen nichtlinearen Eigenschaften basieren. Beim multiplikativen Mischen zweier Signale, z.B. RF (Radio Frequency) Signale oder Mikrowellen, mit den Frequenzen f1 bzw. f2 entsteht ein erstes Mischsignal mit der Frequenz f1 + f1 und ein zweites Mischsignal mit der Frequenz f1 - f2. Wird das Ausgangssignal des Mischers mit einem Tiefpassfilter gefiltert, dessen Grenzfrequenz unter den Frequenzen f1 und f2 liegt, so erhält man als resultierendes Ausgangssignal nur das zweite Mischsignal mit der Frequenz f1-f2, wie im Diagramm von Fig. 3 schematisch dargestellt ist, das die Leistungsspektraldichte PSD über der Frequenz f zeigt. Dabei sind die Signale mit den Frequenzen f1, f2 und f1+f2 strichliert dargestellt, weil sie vom Tiefpassfilter LP ausgefiltert werden, und das resultierende Mischsignal mit der Frequenz f1-f2 ist mit einer vollen Linie dargestellt. Dieses resultierende Mischsignal f1-f2 wird erfindungsgemäß zur Erzeugung eines Antriebsmoments der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine verwendet. Erfmdungsgemäß ist vorgesehen, für die Übertragung der hochfrequenten Erregersignale, insbesondere im RF -Bereich bis in den GHz Bereich (Mikrowellen), von einem feststehenden Teil (Stator) der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine zu einem beweglichen Teil (Linearbewegung, Rotation) die Energieübertragung durch Abstrahlung zu nutzen. Aufgrund des sehr geringen Abstands, d.h. eines sehr kleinen Luftspalts, zwischen dem feststehenden Teil und dem beweglichen Teil der elektromagnetischen Maschine relativ zur Wellenlänge λ der Erregersignale findet diese Abstrahlung im Nahfeld statt. Man kann also den feststehenden Teil, von dem die Erregersignale abgestrahlt werden, als im Nahfeld betriebene Sendeantenne ansehen. Der Begriff Nahfeld bezeichnet im engen Sinn das reaktive Nahfeld, das ist der Bereich in unmittelbarer Nähe zur Antenne. Daran schließt sich das Übergangsfeld (auch als Fresnel-Region oder strahlendes Nahfeld bezeichnet) an, das in der Literatur manchmal auch dem Nahfeld im weiteren Sinn zugeordnet wird. An das Übergangsfeld schließt sich das Femfeld an. Die Begriffe Nahfeld, Übergangsfeld und Fernfeld sind in der Literatur nicht einheitlich definiert und werden zum Teil auch in Abhängigkeit davon definiert, ob es sich um lange Antennen oder kurze Antennen handelt. Im Kontext der vorliegenden Erfindung wird das Nahfeld als der Bereich zwischen der Antenne und einem Abstand d = λ / 2π angesehen. Die Eigenschaften einer elektromagnetischen Welle werden im Nahfeld mit dem Abstand d durch Polynome d^-n hoher Ordnung n beschrieben. Im Fernfeld, bei großem Abstand von der Antenne, kann die Beschreibung auf den Term erster Ordnung 1/d reduziert werden, der alle anderen Terme dominiert. Zur Beschreibung des Übergangsfelds kann man sich auf die Polynome erster (1/d) und zweiter (d^-2) Ordnung beschränken, da die Polynome höherer Ordnung einen vergleichsweise sehr geringen Beitrag liefern. From a mathematical point of view, the multiplication of two signals is a non-linear operation and is also referred to in the literature as mixing of signals. For the physical realization of the multiplication of two signals, multipliers or mixer elements are therefore required, which are based, for example, on materials with intrinsic non-linear properties. With the multiplicative mixing of two signals, for example RF (radio frequency) signals or microwaves, with the frequencies f1 or f2, a first mixed signal with the frequency f1 + f1 and a second mixed signal with the frequency f1 - f2 are produced. If the output signal of the mixer is filtered with a low-pass filter whose cut-off frequency is below the frequencies f1 and f2, only the second mixed signal with the frequency f1-f2 is obtained as the resulting output signal, as is shown schematically in the diagram of FIG Shows power spectral density PSD versus frequency f. The signals with the frequencies f1, f2 and f1 + f2 are shown with broken lines because they are filtered out by the low-pass filter LP, and the resulting mixed signal with the frequency f1-f2 is shown with a full line. This resulting mixed signal f1-f2 is used according to the invention to generate a drive torque for the electromagnetic machine according to the invention. According to the invention, it is provided for the transmission of high-frequency excitation signals, in particular in the RF range up to the GHz range (microwaves), from a stationary part (stator) of the electromagnetic machine according to the invention to a moving part (linear movement, rotation) to transmit energy by radiation use. Due to the very small distance, ie a very small air gap, between the fixed part and the movable part of the electromagnetic machine relative to the wavelength λ of the excitation signals, this radiation takes place in the near field. The stationary part from which the excitation signals are emitted can therefore be viewed as a transmitting antenna operated in the near field. The term near field in a narrow sense describes the reactive near field, that is the area in the immediate vicinity of the antenna. This is followed by the transition field (also known as the Fresnel region or radiating near field), which in the literature is sometimes also assigned to the near field in the broader sense. The far field connects to the transition field. The terms near field, transition field and far field are not uniformly defined in the literature and are also partly defined depending on whether long antennas or short antennas are involved. In the context of the present invention, the near field is viewed as the area between the antenna and a distance d = λ / 2π. The properties of an electromagnetic wave in the near field with the distance d are described by polynomials d ^{-n of} high order n. In the far field, at a large distance from the antenna, the description can be reduced to the first order term 1 / d, which dominates all other terms. To describe the transition field, one can restrict oneself to the first (1 / d) and second (d ^-2 ) order polynomials, since the higher order polynomials make a comparatively very small contribution.

Das Nahfeld einer Antenne zeichnet sich prinzipiell dadurch aus, dass keine Abstrahlung der elektromagnetischen Wellen erfolgt, sondern zwischen der Antenne und der Umgebung im Nahfeld lediglich Blindleistung pendelt und die Energie gespeichert wird. Anders gesagt, ist das vektorielle Produkt zwischen der elektrischen Feldstärke E und der magnetischen Feldstärke H gleich null. Energie kann jedoch im Nahfeld mittels induktiver oder kapazitiver Kopplung übertragen werden und genau diesen Effekt benutzt die vorliegende Erfindung, um trotz der vorherrschenden Nahfeldverhältnisse eine Energieübertragung auf den bewegten Teil der elektromagnetischen Maschine zu bewerkstelligen. Die Energieübertragung erfolgt bei induktiv gekoppelten Systemen im Nahfeld fast ausschließlich durch das H-Feld, welches stromdurchflossene Leiter umgibt, und Spannungen und Ströme in benachbarten Leitern induziert. Die freie Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle ist im Nahfeld einer Antenne noch nicht gegeben, und das E- Feld ist im Vergleich zum H-Feld sehr schwach. Hinzu kommt eine Phasenverschiebung zwischen der elektrischen Feldstärke E und der magnetischen Feldstärke H, sodass sich eine komplexe Wellenimpedanz ausbildet und durch die elektromagnetische Welle größtenteils Blindleistung übertragen wird. The near field of an antenna is basically characterized by the fact that there is no emission of electromagnetic waves, but only reactive power oscillates between the antenna and the environment in the near field and the energy is stored. In other words, the vector product between the electric field strength E and the magnetic field strength H is zero. However, energy can be transmitted in the near field by means of inductive or capacitive coupling, and it is precisely this effect that the present invention uses to achieve energy transmission to the moving part of the electromagnetic machine despite the prevailing near field conditions. In inductively coupled systems in the near field, energy is transferred almost exclusively through the H-field, which surrounds current-carrying conductors and induces voltages and currents in neighboring conductors. The free propagation of an electromagnetic wave is not yet given in the near field of an antenna, and the E-field is very weak compared to the H-field. There is also a phase shift between the electric field strength E and the magnetic field strength H, so that a complex wave impedance is formed and largely reactive power is transmitted by the electromagnetic wave.

Die Verhältnisse der Feldstärke im Nahfeld hängen davon ab, ob es sich um primär elektrische oder primär magnetische Antennen handelt. Eine elektrische Antenne erzeugt im Nahfeld eine hohe elektrische Feldstärke E, die in guter Näherung in dritter Potenz (-60 dB/Dekade) mit der Entfernung abnimmt. Die schwächere magnetische Feldstärke nimmt im Nahfeld quadratisch (-40 dB/Dekade) mit der Entfernung ab. Eine magnetische Antenne erzeugt im Nahfeld eine hohe magnetische Feldstärke, die in guter Näherung in dritter Potenz (-60 dB/Dekade) mit der Entfernung abnimmt. Die dabei schwächere elektrische Feldstärke nimmt quadratisch (-40 dB/Dekade) mit der Entfernung ab. Im Fernfeld nehmen bei freier Wellenausbreitung sowohl die magnetische Feldstärke H als auch die elektrische Feldstärke E mit der Entfernung (-20 dB/Dekade) ab. The conditions of the field strength in the near field depend on whether the antennas are primarily electrical or primarily magnetic. An electrical antenna generates a high electrical field strength E in the near field, which, as a good approximation, decreases to the power of three (-60 dB / decade) with distance. The weaker magnetic field strength in the near field decreases quadratically (-40 dB / decade) with distance. A magnetic antenna generates a high magnetic field strength in the near field, which, as a good approximation, decreases to the third power (-60 dB / decade) with distance. The weaker electric field strength decreases quadratically (-40 dB / decade) with distance. In the far field, with free wave propagation, both the magnetic field strength H and the electric field strength E decrease with distance (-20 dB / decade).

Man kann gemäß der Friis-Übertragungsgleichung die an einer Empfangsantenne RX empfangene Leistung P(RX) als Funktion einer Sendeantenne TX ausdrücken, wobei diese Gleichung auch den Antennengewinn der Empfangs- und der Sendeantenne berücksichtigt. Aus der empfangenen Leistung P_(RX) lassen sich die Werte für die elektrische Feldstärke E und die magnetische Feldstärke H ableiten. Man erhält im Nahfeld die folgenden Gleichungen für das elektrische Feld:

und das magnetische Feld:

mit k ... Wellenzahl, wobei gilt: k = 2 / l ... Wellenlänge d ... Abstand zwischen Sendeantenne TX und Empfangsantenne RX According to the Friis transmission equation, the power P (RX) received at a receiving antenna RX can be expressed as a function of a transmitting antenna TX, this equation also taking into account the antenna gain of the receiving and transmitting antennas. The values for the electric field strength E and the magnetic field strength H can be derived from the received power P _(RX). The following equations for the electric field are obtained in the near field:

and the magnetic field:

with k ... wave number, where: k = 2 / l ... wavelength d ... distance between transmitting antenna TX and receiving antenna RX

Wie sich aus den obigen Formeln ergibt, ist im Nahfeld der anfängliche Antennengewinn sowohl für die elektrische Feldstärke E als auch die magnetische Feldstärke H höher als im Fernfeld. Im Folgenden werden die Zusammenhänge zwischen der elektrischen Feldstärke E, der magnetischen Feldstärke H und der Leistung anhand des Poynting Vektor näher erläutert. Der Poynting Vektor S zeigt in die Raumrichtung des Energieflusses. Er berechnet sich als das Kreuzprodukt aus elektrischer Feldstärke E und magnetischer Feldstärke H: As can be seen from the above formulas, the initial antenna gain in the near field is higher for both the electric field strength E and the magnetic field strength H than in the far field. In the following, the relationships between the electric field strength E, the magnetic field strength H and the power are explained in more detail using the Poynting vector. The Poynting vector S points in the spatial direction of the energy flow. It is calculated as the cross product of the electric field strength E and the magnetic field strength H:

S = E x H S = E x H

Im Fall eines quasistationären Feldes lautet die Poynting Gleichung in komplexer Ausdrucksweise:

In the case of a quasi-stationary field, the Poynting equation reads in complex terms:

Unter Anwendung der Maxwell Gleichungen für den quasi stationären Fall

und das Gauß^' sehe Integral erhält man:

wobei S der Poynting Vektor bzw. die komplexe Leistung ist, die durch die Grenze G hindurchtritt und in den Raum W eintritt. Using the Maxwell equations for the quasi-stationary case

and the ^Gauss's see integral one gets:

where S is the Poynting vector or the complex power that passes through the boundary G and enters the space W.

Im Nahfeld spannen die Vektoren des elektrischen und magnetischen Felds keine Fläche auf und der Poynting Vektor S bleibt null:

In the near field, the vectors of the electric and magnetic fields do not span any surface and the Poynting vector S remains zero:

Das heißt, dass der Raum nicht energiedurchflutet wird. Dieses Phänomen führt zu einer elektrischen oder magnetischen Kopplung, die mit Kondensatoren oder Spulen realisiert werden kann. Wenn jedoch eine Leistungsübertragung stattfinden soll, muss das Fließen eines elektrischen Stroms im Fall einer kapazitiven (d.h. elektrischen) Kopplung bzw. eine Spannungsinduktion im Fall einer induktiven (d.h. magnetischen) Kopplung stattfmden. Dadurch werden der elektrische Feldvektor E bzw. der magnetische Feldvektor H solcherart umgelenkt, dass sie eine Fläche aufspannen, die den Poynting Vektor in einen Wert ungleich null transformiert. Fig. 4 zeigt den resultierenden Poynting Vektor S im Fall einer Ohm'schen Last, und Fig. 5 zeigt das Verhalten des Poynting Vektors S im Fall von Leerlauf und nicht-ohmschen Lasten. This means that the room is not flooded with energy. This phenomenon leads to an electrical or magnetic coupling, which can be realized with capacitors or coils. However, if a power transfer is to take place, the flow of an electric current in the case of a capacitive (ie electrical) coupling or a Voltage induction in the case of an inductive (ie magnetic) coupling takes place. As a result, the electric field vector E or the magnetic field vector H are deflected in such a way that they span an area which transforms the Poynting vector into a value not equal to zero. FIG. 4 shows the resulting Poynting vector S in the case of an ohmic load, and FIG. 5 shows the behavior of the Poynting vector S in the case of no-load and non-ohmic loads.

Als nächstes wird erläutert, wie durch die Übertragung der Erregersignale durch Abstrahlung auf den bewegten Teil der elektromagnetischen Maschine die Umwandlung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie des bewegten Teils der elektromagnetischen Maschine erzielt wird. It will next be explained how the conversion of electrical energy into kinetic energy of the moving part of the electromagnetic machine is achieved by transmitting the excitation signals by radiation onto the moving part of the electromagnetic machine.

Gemäß den oben erhaltenen Resultaten aus den Nahfeld-Berechnungen lässt sich ein physikalisches Verhalten der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine erkennen, das im Wesentlichen mit dem eines gewöhnlichen Transformators übereinstimmt. Der wesentliche Unterschied zu einem gewöhnlichen Transformator liegt jedoch darin, dass es nicht notwendig ist, das Magnetfeld durch schwere und großvolumige Eisenkerne zu leiten. Stattdessen wird gemäß der vorliegenden Erfindung elegant von der im Wesentlichen verlustfreien Abstrahlung des magnetischen Felds im hochfrequenten Bereich Gebrauch gemacht. Aufgrund der Energieübertragung durch abgestrahlte Leistung im Nahfeld kann der Luftspalt zwischen dem feststehenden und dem bewegten Teil der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine vorteilhaft genutzt werden. Die sogenannte Nahfeldbedingung: d = λ / 2π kann für sehr hohe Frequenzen bis in eine Größenordnung von über 250 GHz erfüllt werden, bei einem angenommenen Luftspalt von 2 mm. According to the results obtained above from the near-field calculations, a physical behavior of the electromagnetic machine according to the invention can be recognized which essentially corresponds to that of a conventional transformer. The main difference to a normal transformer, however, is that it is not necessary to conduct the magnetic field through heavy and large-volume iron cores. Instead, the present invention makes elegant use of the essentially loss-free radiation of the magnetic field in the high-frequency range. Due to the energy transfer through radiated power in the near field, the air gap between the stationary and the moving part of the electromagnetic machine according to the invention can be used advantageously. The so-called near-field condition: d = λ / 2π can be fulfilled for very high frequencies up to an order of magnitude of over 250 GHz, with an assumed air gap of 2 mm.

Das bedeutet, dass die magnetische Feldstärke H für den Antrieb der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine genutzt werden kann. Für eine praktische Anwendbarkeit als Motor sollte die zur Verfügung stehende magnetische Feldstärke H verstärkt werden. Das kann einerseits erfolgen, indem die Amplitude der Erregersignale erhöht wird. Als Alternative zur Erhöhung der Amplituden ist gemäß der Erfindung vorgesehen, geeignete Hochfrequenz-Abstrahlelemente (Antennenelemente) zu verwenden. Insbesondere sieht die Erfindung die Verwendung von Hohlraumresonatoren vor, die für Erreger Signale im GHz- Bereich bestens geeignet sind. Der Hohlraumresonator wird dabei in einem Mode betrieben, bei dem nur das magnetische Feld austritt, das mit einer Gegenelektrode am bewegten Teil der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine gekoppelt wird. In einigen Ausführungsformen der Erfindung sind die Hochfrequenz- Abstrahlelemente an gegenüberliegenden Seiten des bewegten Teils angeordnet. Bei Verwendung von Hohlraumresonatoren werden diese so angeordnet, dass sie einander überlappen, um die weiter unten beschriebenen Signalmischbedingungen zu erfüllen, wobei das Ausmaß der Überlappung keinen Einfluss auf die Funktionsfähigkeit der erfmdungsgemäßen elektromagnetischen Maschine hat, solange die H-Felder einander kreuzen und überlagern. Als alternative Hochfrequenz-Abstrahlelemente, insbesondere für Frequenzen unterhalb des GHz -Bereichs, sind Flachspulen vorgesehen. This means that the magnetic field strength H can be used to drive the electromagnetic machine according to the invention. For practical use as a motor, the available magnetic field strength H should be increased. On the one hand, this can be done by increasing the amplitude of the excitation signals. As an alternative to increasing the amplitudes, it is provided according to the invention to use suitable high-frequency radiating elements (antenna elements). In particular, the invention provides for the use of cavity resonators which are ideally suited for excitation signals in the GHz range. The cavity resonator is operated in a mode in which only the magnetic field emerges, the one with a counter electrode on the moving part the electromagnetic machine according to the invention is coupled. In some embodiments of the invention, the high-frequency radiating elements are arranged on opposite sides of the moving part. When using cavity resonators, these are arranged so that they overlap each other in order to meet the signal mixing conditions described below, the extent of the overlap having no influence on the functionality of the electromagnetic machine according to the invention as long as the H-fields cross and superimpose one another. Flat coils are provided as alternative high-frequency radiating elements, in particular for frequencies below the GHz range.

Als weitere Maßnahme zur Verstärkung der für den Antrieb des bewegten Teils der elektromagnetischen Maschine zur Verfügung stehenden magnetischen Feldstärke H sieht die Erfindung Maßnahmen vor, um die Frequenz der magnetischen Feldstärke durch Superposition von Erregersignalen in einen für den Rotations- oder Linearantrieb des bewegten Teils der Maschine besser geeigneten niederfrequenten Bereich zu verschieben. Die daraus resultierende, erfmdungsgemäße, auf Frequenztransformation aufbauende elektromagnetische Maschine wird von den Erfindern als "RF Superposition Asynchronmaschine" bezeichnet. As a further measure to increase the magnetic field strength H available to drive the moving part of the electromagnetic machine, the invention provides measures to convert the frequency of the magnetic field strength into a rotational or linear drive of the moving part of the machine by superposing excitation signals better to move suitable low frequency range. The resulting electromagnetic machine according to the invention, based on frequency transformation, is referred to by the inventors as "RF superposition asynchronous machine".

Zur Erläuterung der Funktion der erfmdungsgemäßen "RF Superposition Asynchronmaschine" wird zunächst auf die Theorie herkömmlicher Asynchronmaschinen Bezug genommen, die auf die Arbeiten des Physikers Nikola Tesla zurückgeht. Das Ersatzschaltbild einer einphasigen Asynchronmaschine ist in Fig. 6 dargestellt. Man erkennt, dass dieses Ersatzschaltbild einer einphasigen Asynchronmaschine dem Ersatzschaltbild eines herkömmlichen elektromagnetischen Transformators sehr ähnlich ist. R₁ bezeichnet den ohm'schen Widerstand der Ständerwicklung aufgrund von Kupferwiderstand und Ummagnetisiemngsverlusten, X(_σ1) die Induktivität der Ständerwicklung bei stillstehendem Rotor, X_h den Blindwiderstand der Ständerwicklung bei asynchronem Lauf und C(_δ2)' die Induktivität des still stehenden Rotors. In der Tat ist eine Asynchronmaschine im physikalischen Sinn ein Magnetfeldtransformator, wobei die Leistung einer ohm'schen Last

zugeführt wird, die aus einem elektrischen und einem mechanischen Teil zusammengesetzt ist. Der Widerstand (R₂')/s im Ersatzschaltbild kann geteilt werden in:

wobei der Teil R2' die elektrische Last bezeichnet, und der Teil

die mechanische Last bezeichnet. Die mechanische Last setzt sich aus dem durch die Rotorkonstruktion bedingten elektrischen Widerstand und der relativen Abweichung von der synchronen Rotationsgeschwindigkeit s zusammen, die definiert ist als:

wobei (im Fall eines zweipoligen Asynchronmotors) n₁ die durch die Frequenz fi der Versorgungsspannung Ui festgelegte synchrone Rotationsgeschwindigkeit ist: n₁ = f₁ und n die tatsächliche Rotationsgeschwindigkeit ist. To explain the function of the "RF superposition asynchronous machine" according to the invention, reference is first made to the theory of conventional asynchronous machines, which goes back to the work of the physicist Nikola Tesla. The equivalent circuit diagram of a single-phase asynchronous machine is shown in FIG. It can be seen that this equivalent circuit diagram of a single-phase asynchronous machine is very similar to the equivalent circuit diagram of a conventional electromagnetic transformer. R ₁ denotes the ohmic resistance of the stator winding due to copper resistance and Ummagnetisiemngsverlusten, X ( _σ 1) the inductance of the stator winding with a stationary rotor, X _h the reactance of the stator winding with asynchronous running and C ( _δ2 ) 'the inductance of the stationary rotor . In fact, an asynchronous machine is in the physical sense a magnetic field transformer, with the power of an ohmic load

is supplied, which is composed of an electrical and a mechanical part. The resistance (R ₂ ') / s in the equivalent circuit diagram can be divided into:

where the part R2 'denotes the electrical load, and the part

denotes the mechanical load. The mechanical load is made up of the electrical resistance caused by the rotor construction and the relative deviation from the synchronous rotation speed s, which is defined as:

where (in the case of a two-pole asynchronous motor) n _{1 is} the synchronous rotation speed determined by the frequency fi of the supply voltage Ui: n ₁ = f ₁ and n is the actual rotation speed.

Ein wesentliches Merkmal von Asynchronmaschinen ist, dass beim Betrieb als Motor der Rotor dem Drehfeld des Stators, das im Luftspalt zwischen Stator und Rotor radial gerichtet ist, immer nachläuft und beim Betrieb als Generator der Rotor dem Drehfeld des Stators immer vorausläuft. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei synchroner Drehung der magnetische Fluss durch die Maschen des Käfigs des Rotors konstant ist und daher keine Spannung induziert wird. Das Drehmoment bei synchroner Drehung ist daher null. An essential feature of asynchronous machines is that when operated as a motor, the rotor always follows the rotating field of the stator, which is directed radially in the air gap between stator and rotor, and when operating as a generator, the rotor always leads the rotating field of the stator. This is due to the fact that with synchronous rotation the magnetic flux through the meshes of the cage of the rotor is constant and therefore no voltage is induced. The synchronous rotation torque is therefore zero.

Die Rotation einer Asynchronmaschine wird gemäß der Idee von Nikola Tesla herb ei geführt, indem die Wellengleichungsbedingung:

erfüllt wird, wobei gilt: v = 2 r π n₁ mit r ... Radius des Rotors The rotation of an asynchronous machine is guided according to the idea of Nikola Tesla by adding the wave equation condition:

is fulfilled, where: v = 2 r π n ₁ with r ... radius of the rotor

In der praktischen Umsetzung wird diese Wellengleichungsbedingung durch einen geometrischen Versatz der magnetischen Feldraumvektoren erfüllt, was gleichbedeutend ist mit einer Zeitverschiebung einer Mehrphasenversorgung der Asynchronmaschine. Beispielsweise ist bei einem Dreiphasensystem ein geometrischer Versatz von 120° und eine elektrische Verschiebung von 120° zwischen den Phasen erforderlich. Wendet man die Theorie von Tesla's Asynchronmaschine auf die erfindungsgemäße elektromagnetische Maschine an, so führt der dabei zur Anwendung gelangende Nahfeldansatz zu einer mechanischen Verschiebung der Abstrahlelemente und gleichzeitig zu einem Zwischenphasenversatz der hochfrequenten Erregersignale. Dabei ist jedoch der Umstand zu beachten, dass im Fall von Erregersignalen im RF- oder Mikrowellenbereich die daraus resultierende synchrone Rotationsgeschwindigkeit n₁ extrem hoch und somit praktisch nicht realisierbar wäre. Deshalb sieht die Erfindung auch die Verwendung des oben erläuterten Ansatzes des multiplikativen Mischens zweier hochfrequenter Signale (RF Signale bzw. Mikrowellen) vor, die sich um eine gewünschte synchrone Rotationsgeschwindigkeit n₁ voneinander unterscheiden. Wie oben erklärt wurde, führt die Multiplikation von Signalen mit den Frequenzen f1 bzw. f2 zu einem ersten Mischsignal mit der Frequenz f1 + f1 und zu einem zweiten Mischsignal mit der Frequenz f1 - f2. Wenn nun die Frequenzen f1 und f2 so gewählt werden, dass sie sich genau um die synchrone Rotationsgeschwindigkeit nl unterscheiden, so ist die Frequenz fdiff des zweiten Mischsignals gleich der synchronen Rotationsgeschwindigkeit nl, d.h. es gilt: fdiff = f1 - f2 = nl In the practical implementation, this wave equation condition is fulfilled by a geometric offset of the magnetic field space vectors, which is equivalent to a time shift of a multi-phase supply of the asynchronous machine. For example, a three-phase system requires a geometric offset of 120 ° and an electrical displacement of 120 ° between the phases. If the theory of Tesla's asynchronous machine is applied to the electromagnetic machine according to the invention, the near-field approach used here leads to a mechanical displacement of the radiating elements and, at the same time, to an interphase shift of the high-frequency excitation signals. However, it should be noted that in the case of excitation signals in the RF or microwave range, the resulting synchronous rotation speed n _{1 would be} extremely high and therefore practically impossible to achieve. The invention therefore also provides for the use of the above-explained approach of multiplicative mixing of two high-frequency signals (RF signals or microwaves) which differ from one another _{by a desired synchronous rotation speed n 1.} As explained above, the multiplication of signals with the frequencies f1 or f2 leads to a first mixed signal with the frequency f1 + f1 and a second mixed signal with the frequency f1-f2. If the frequencies f1 and f2 are selected so that they differ by exactly the synchronous rotation speed nl, then the frequency fdiff of the second mixed signal is equal to the synchronous rotation speed nl, ie the following applies: fdiff = f1 - f2 = nl

Das erste Mischsignal mit der Frequenz f1 + f1 sowie die ursprünglichen Signale mit den Frequenzen f1 bzw. f2 werden durch ein Tiefpassfilter unterdrückt, dessen Grenzfrequenz unter den Frequenzen f1 und f2 liegt. The first mixed signal with the frequency f1 + f1 and the original signals with the frequencies f1 and f2 are suppressed by a low-pass filter whose cutoff frequency is below the frequencies f1 and f2.

Zur Realisierung der multiplikativen Mischung von Signalen wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, RF -Mi scherdioden zu verwenden. Insbesondere weisen GaAs (Gallium Arsenid) Dioden eine hervorragende Leistung bei Verwendung für Signale im RF und Mikrowellen Frequenzbereich auf. Sie zeigen bei Hochfrequenz geringe Verluste und sind in der Herstellung billig. Die Mischerdioden bilden Gegenelektroden für die Abstrahlelemente des magnetischen Felds und koppeln induktiv mit dem magnetischen Feld. Die Mischerdioden führen die Superposition der Erregersignale mit den Frequenzen f1 und f2 aus und koppeln das resultierende Mischsignal f1 - f2 in ein elektrisch leitendes Element des bewegten Elements aus. To implement the multiplicative mixing of signals, it is proposed in a preferred embodiment of the invention to use RF -Mi shear diodes. In particular, GaAs (gallium arsenide) diodes have excellent performance when used for signals in the RF and microwave frequency range. They show low losses at high frequency and are cheap to manufacture. The mixer diodes form counter electrodes for the radiation elements of the magnetic field and couple inductively with the magnetic field. The mixer diodes superpose the excitation signals at frequencies f1 and f2 and couple the resulting mixed signal f1-f2 into an electrically conductive element of the moving element.

In Fig. 7 ist ein beweglicher Teil 8 (Rotation in Pfeilrichtung 31) der erfmdungsgemäßen elektromagnetischen Maschine in Ringform dargestellt. Der bewegliche Teil 8 weist zumindest eine leitfähige Schicht als elektrisch leitfähiges Element auf, z.B. eine Kupferschicht, die auf einem Stützelement 13, wie z.B. einem Stahlring, aufgebracht ist. Weiters sind auf diesem bewegten Element 8 eine Vielzahl von Mischerelementen in Form von Mischerdioden 46 (z.B. GaAs-Dioden) auf einem Halbleiter-Wafer 45 angeordnet, der Teil des bewegten Elements 8 ist. Die Anordnung ist bei diesem Ausführungsbeispiel solcherart, dass die Mischerdioden 46 in, z.B. drei, Reihen seriengeschaltet sind und jede Reihe zusätzlich durch Ringe 50, 51, 52, 53 aus elektrisch leitfähigem Material parallelgeschaltet ist. Der äußerste 50 und der innerste 53 Ring aus leitfähigem Material dienen als Radiofrequenz- bzw. Mikrowellen- H-Feld Induktiv-Koppler, die beiden mittleren Ringe 51, 52 aus leitfähigem Material stellen die Kopplungsringe für das sich durch die Signalmischung ergebende Signal mit der Differenzfrequenz dar. Diese Ausführungsform des bewegten Elements 8 bildet auch gleichzeitig ein Tiefpassfilter, das sowohl die beiden ursprünglichen RF-Signale als auch das durch Signalmischung der RF-Signale entstehende RF-Signal mit der Summe der beiden Einzelfrequenzen ausfiltert und nur das Mischsignal mit der Differenz der beiden Einzelfrequenzen durchlässt. Die Wirkung als Tiefpassfilter ergibt sich wie folgt. 7 shows a movable part 8 (rotation in the direction of arrow 31) of the electromagnetic machine according to the invention in the form of a ring. The movable part 8 has at least one conductive layer as an electrically conductive element, for example a copper layer, which is applied to a support element 13, such as a steel ring. Furthermore, a plurality of mixer elements are in the form of this moving element 8 of mixer diodes 46 (for example GaAs diodes) arranged on a semiconductor wafer 45 which is part of the moving element 8. The arrangement in this exemplary embodiment is such that the mixer diodes 46 are connected in series in, for example three, rows and each row is additionally connected in parallel by rings 50, 51, 52, 53 made of electrically conductive material. The outermost 50 and innermost 53 rings made of conductive material serve as radio frequency or microwave H-field inductive couplers, the two middle rings 51, 52 made of conductive material provide the coupling rings for the signal with the difference frequency resulting from the signal mixing This embodiment of the moving element 8 also forms a low-pass filter at the same time, which filters out both the two original RF signals and the RF signal resulting from signal mixing of the RF signals with the sum of the two individual frequencies and only the mixed signal with the difference of the lets through both individual frequencies. The effect as a low-pass filter is as follows.

RF-Signale haben keine relevante Auswirkung auf die erzeugte Kraft aufgrund des Proximity-Effekts. Wenn das RF-H-Feld die leitende Schicht, z.B. eine Kupferschicht, des bewegten Elements passiert, ergibt sich gemäß dem Induktionsgesetz zwar eine induzierte RF-Spannung, aber kein Strom. RF signals have no relevant effect on the force generated due to the proximity effect. If the RF-H field passes the conductive layer, e.g. a copper layer, of the moving element, an induced RF voltage results, according to the law of induction, but no current.

Das Induktionsgesetz lautet:

The law of induction reads:

Daraus folgt die Stromdichte gemäß dem Ohm'sch en Gesetz: From this follows the current density according to Ohm's law:

J=γ.E J = γ.E

Die Stromdichte J fällt gemäß dem Skin-Effekt exponentiell vom Außenradius des ringförmigen bewegten Elements nach innen gemäß der Skin-Tiefe d ab:

wobei Js die Stromdichte an der Oberfläche (d.h. dem Außenumfang) des bewegten Elements ist und d die Tiefe unterhalbe der Oberfläche. Die Skin-Tiefe d errechnet sich somit folgendermaßen:

According to the skin effect, the current density J drops exponentially from the outer radius of the ring-shaped moving element inwards according to the skin depth d:

where Js is the current density at the surface (ie the outer circumference) of the moving element and d is the depth below the surface. The skin depth d is calculated as follows:

Die Region G, die von der Stromdichte J im Falle eines zylindrischen Leiters durchsetzt wird, ist somit gegeben als:

The region G, which is penetrated by the current density J in the case of a cylindrical conductor, is thus given as:

Daher ergibt sich der elektrische Widerstand R(jω ) der leitenden Innenschicht bei hohen Frequenzen als:

Therefore, the electrical resistance R (jω) of the conductive inner layer at high frequencies results as:

Wenn man dieses Ergebnis auf das Einphasenmodell eines Asynchronmotors von Fig. 6 anwendet, so ist der Widerstand (R2') des Schaltbilds von Fig. 6 durch den Widerstand (R_{(jω )}') zu ersetzen. Da R_(jω) im GHz-Bereich ca. 3x10⁴ mal größer als bei Gleichstrom oder Niederfrequenz (z.B. 50 Hz) ist, kann das Einphasenmodell von Fig. 6 als Leerlaufkreis angesehen werden, sodass keine Voraussetzung für die Erzeugung einer Lorentz -Kraft besteht. Der Strom I2 ist daher (nahezu) Null. In der Praxis existiert zwar ein geringer Reststromfluss aufgrund von Streumomenten, der aber durch fachgerechte, von herkömmlichen Induktionsmaschinen bekannte, Auslegung des bewegten Elements weitgehend unterdrückt wird. If this result is applied to the single-phase model of an asynchronous motor from FIG. 6, the resistor (R2 ') in the circuit diagram from FIG. 6 is to be replaced by the resistor (R _(jω) '). Since R _(jω) in the GHz range is approx. 3x10 ⁴ times greater than with direct current or low frequency (e.g. 50 Hz), the single-phase model of FIG. 6 can be viewed as an idle circuit, so that there is no requirement for the generation of a Lorentz force . The current I2 is therefore (almost) zero. In practice, there is a small residual current flow due to stray torques, but this is largely suppressed by a professional design of the moving element known from conventional induction machines.

Durch das in das elektrisch leitende Element eingekoppelte niederfrequente Mischsignal Fdiff = f 1 - f2 (entspricht der gewünschten Synchrondrehfrequenz nl) wird eine Lorentz - Kraft The low-frequency mixed signal Fdiff = f 1 - f2 (corresponds to the desired synchronous rotational frequency n1), which is coupled into the electrically conductive element, creates a Lorentz force

F = I (B x l) erzeugt, mit F ... Lorentz -Kraft B ... magnetische Flussdichte F = I (B x l) generated, with F ... Lorentz force B ... magnetic flux density

I ... elektrischer Strom l ... gerichtete Leiterlänge I ... electric current l ... directed conductor length

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine, die einer Einphasenasynchronmaschine entspricht, ist in Fig. 8 dargestellt. Diese elektromagnetische Maschine 1 weist eine erste Erregersignalquelle 2, die ein erstes elektromagnetisches Erregersignal Rf1 mit einer ersten Frequenz f1 bereitstellt und eine zweite Erregersignalquelle 3 auf, die ein zweites elektromagnetisches Erregersignal Rf2 mit einer zweiten Frequenz f1 bereitstellt. Die beiden Erregersignalquellen 2, 3 können in ein Gerät integriert sein, das z.B. als Signalgenerator mit mehreren Signalausgängen integriert ist. Die Erregersignalquellen 2, 3 erzeugen vorzugsweise harmonische Erregersignale Rf1, Rf2, z.B. sinusförmige Signale. Bei den Erregersignalen Rf1, Rf2 handelt es sich um hochfrequente Signale im Radiofrequenz- (RF) oder Mikrowellenbereich, d.h. um Signale bis in höhere GHz -Frequenzbereiche. Die erste Frequenz f1 des ersten Erregersignals Rf1 unterscheidet sich von der zweiten Frequenz f2 des zweiten Erregersignals Rf2. An embodiment of the electromagnetic machine according to the invention, which corresponds to a single-phase asynchronous machine, is shown in FIG. This electromagnetic Machine 1 has a first excitation signal source 2, which provides a first electromagnetic excitation signal Rf1 with a first frequency f1, and a second excitation signal source 3, which provides a second electromagnetic excitation signal Rf2 with a second frequency f1. The two excitation signal sources 2, 3 can be integrated in a device that is integrated, for example, as a signal generator with several signal outputs. The excitation signal sources 2, 3 preferably generate harmonic excitation signals Rf1, Rf2, for example sinusoidal signals. The excitation signals Rf1, Rf2 are high-frequency signals in the radio frequency (RF) or microwave range, ie signals up to higher GHz frequency ranges. The first frequency f1 of the first excitation signal Rf1 differs from the second frequency f2 of the second excitation signal Rf2.

Weiters umfasst die elektromagnetische Maschine ein erstes Abstrahlelement 6, das mit der ersten Erregersignalquelle 2 über eine Leitung 4, in diesem Ausführungsbeispiel eine Koaxialleitung, und ein Impedanzanpasselement 16 verbunden ist. Dem Abstrahl element 6 wird über die Leitung 4 das von der ersten Erregersignalquelle 2 bereitgestellte erste Erregersignal Rf1 zugeführt. Weiters umfasst die elektromagnetische Maschine ein zweites Abstrahlelement 7, das mit der ersten Erregersignal quelle 3 über eine Leitung 5, in diesem Ausführungsbeispiel eine Koaxialleitung, und ein Impedanzanpasselement 17 verbunden ist. Dem Abstrahlelement 7 wird über die Leitung 5 das von der ersten Erregersignalquelle 3 bereitgestellte erste Erregersignal Rf2 zugeführt. Die beiden feststehenden Ab Strahlelemente 6, 7 wirken in der elektromagnetischen Maschine 1 als Statoren. The electromagnetic machine further comprises a first radiating element 6, which is connected to the first excitation signal source 2 via a line 4, in this exemplary embodiment a coaxial line, and an impedance matching element 16. The first excitation signal Rf1 provided by the first excitation signal source 2 is fed to the radiation element 6 via the line 4. Furthermore, the electromagnetic machine comprises a second radiating element 7, which is connected to the first excitation signal source 3 via a line 5, in this exemplary embodiment a coaxial line, and an impedance matching element 17. The first excitation signal Rf2 provided by the first excitation signal source 3 is fed to the radiating element 7 via the line 5. The two stationary Ab beam elements 6, 7 act in the electromagnetic machine 1 as stators.

Die elektromagnetische Maschine 1 umfasst weiters einen relativ zu den Abstrahlelementen 6, 7 beweglichen Teil 8, der in dieser Ausführungsform als um eine Drehwelle 12 rotierender Rotor ausgebildet ist. In alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann der bewegliche Teil 8 eine lineare (gerade oder gekrümmte) Bewegung ausführen. Der bewegliche Teil ist relativ zum ersten Abstrahlelement 6 und zum zweiten Abstrahlelement 7 in einem Abstand d angeordnet, wodurch zwischen dem beweglichen Teil 8 und den Abstrahlelementen 6, 7 Luftspalte 9 mit einer Breite des Abstands d gebildet sind. Die Abstrahlelemente 6, 7 wirken als Antennen, die die ihnen zugeführten Erregersignale Rf1, Rf2 mit den Stromdichten Jf1, Jf2 zumindest überwiegend als magnetische Felder Hf1 und Hf2 ausstrahlen, wobei die elektromagnetischen Felder Hf1, Hf2 im Wesentlichen normal auf die Drehrichtung des beweglichen Teils 8 und des Luftspalts 9 stehen. Die Abstände d sind so gewählt, dass die Breiten der Luftspalte so gering sind, dass die Abstrahlelemente 6, 7 die ihnen zugeführten Erregersignale Rf1, Rf2 durch die Luftspalte 9 im Nahfeldbetrieb zu dem beweglichen Teil 8 abstrahlen und die Erregersignale Rf1, Rf2 bzw. die von ihnen bewirkten magnetischen Felder Hf1, Hf2 einander im beweglichen Teil 8 überlagern. Der bewegliche Teil 8 weist Mischerelemente 10 auf, die die Erregersignale Rf1, Rf2 bzw. die von ihnen bewirkten magnetischen Felder Hf1, Hf2 empfangen und miteinander mischen, sodass ein Mischsignal Mfdiff mit der Differenzfrequenz fdiff aus der ersten Frequenz f1 und der zweiten Frequenz f2 gebildet wird, d.h. es gilt fdiff = f1 - f2. Die beiden Frequenzen f1 und f2 werden so gewählt, dass die Differenzfrequenz fdiff gleich der gewünschten synchronen Rotationsfrequenz nl des beweglichen Teils 8 der elektromagnetischen Maschine 1 ist, d.h. es gilt: fdiff = f1 - f2 = nl. Wie oben detailliert erklärt worden ist, stellt die Mischung von harmonischen Signalen eine Multiplikation der Signale dar, bei der auch ein weiteres Mischsignal mit der Summendifferenz f 1 + f2 gebildet wird, das jedoch ebenso wie die zu multiplizierenden Signale durch ein Tiefpassfilter unterdrückt wird, dessen Grenzfrequenz unter den Frequenzen f1 und f2 der Erreger Signale Rf1, Rf2 liegt. The electromagnetic machine 1 further comprises a part 8 which is movable relative to the radiating elements 6, 7 and which, in this embodiment, is designed as a rotor rotating about a rotating shaft 12. In alternative embodiments of the invention, the movable part 8 can perform a linear (straight or curved) movement. The movable part is arranged at a distance d relative to the first radiating element 6 and the second radiating element 7, whereby air gaps 9 with a width of the distance d are formed between the movable part 8 and the radiating elements 6, 7. The radiating elements 6, 7 act as antennas which radiate the excitation signals Rf1, Rf2 supplied to them with the current densities Jf1, Jf2 at least predominantly as magnetic fields Hf1 and Hf2, the electromagnetic fields Hf1, Hf2 essentially normal to the direction of rotation of the movable part 8 and the air gap 9 stand. The distances d are chosen so that the widths of the air gaps are so small that the emitting elements 6, 7 emit the excitation signals Rf1, Rf2 fed to them through the air gaps 9 in near-field operation to the movable part 8 and the excitation signals Rf1, Rf2 or the magnetic fields Hf1, Hf2 caused by them are superimposed on one another in the movable part 8. The movable part 8 has mixer elements 10 which receive the excitation signals Rf1, Rf2 or the magnetic fields Hf1, Hf2 caused by them and mix them with one another, so that a mixed signal Mfdiff with the difference frequency fdiff is formed from the first frequency f1 and the second frequency f2 becomes, ie fdiff = f1 - f2 applies. The two frequencies f1 and f2 are chosen so that the difference frequency fdiff is equal to the desired synchronous rotation frequency nl of the movable part 8 of the electromagnetic machine 1, ie the following applies: fdiff = f1 - f2 = nl. As has been explained in detail above, the mixture of harmonic signals represents a multiplication of the signals, in which a further mixed signal with the sum difference f 1 + f2 is formed, which, however, like the signals to be multiplied, is suppressed by a low-pass filter Cutoff frequency is below the frequencies f1 and f2 of the excitation signals Rf1, Rf2.

Der bewegliche Teil 8 weist zumindest ein elektrisch leitendes Element 11 auf, in das die Mischerelemente 10 das Mischsignal Mfdiff mit der Differenzfrequenz fdiff einkoppeln und dadurch eine Lorentz -Kraft induzieren, die wiederum ein Drehmoment auf den beweglichen Teil 8 erzeugt. The movable part 8 has at least one electrically conductive element 11 into which the mixer elements 10 couple the mixed signal Mfdiff with the difference frequency fdiff and thereby induce a Lorentz force, which in turn generates a torque on the movable part 8.

In der vorliegenden Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine ist der bewegliche Teil 8 als Bremsscheibe eines Fahrzeugrads ausgebildet und weist zwei voneinander beabstandete Scheiben aus Stahl auf, die durch Stützelemente 13 miteinander starr verbunden sind. Die Stahlscheiben dienen als die elektrischen Leiter 11, ausgeführt als Schicht aus einem elektrisch leitenden, nicht permanentmagnetischen Material. Aufgrund ihrer Festigkeit dienen die Scheiben aber auch als Trägerschicht für die Mischerelemente 10, die im Raum zwischen den Stahlscheiben angeordnet sind. Es ist bei dieser Ausführungsform der elektromagnetischen Maschine 1 vorgesehen, die Mischerelemente 10 als Halbleitermischerelemente in Form von GaAs-Hochfrequenz- Mischerdioden auszubilden, wobei die Realisierung sowohl in Form von diskreten Elementen als auch als Wafer erfolgen kann. Durch die Anordnung der Mischerelemente 10 zwischen den Stahlscheiben sind sie auch gegen Umwelteinflüsse gut geschützt. In the present embodiment of the electromagnetic machine according to the invention, the movable part 8 is designed as a brake disk of a vehicle wheel and has two spaced-apart steel disks which are rigidly connected to one another by support elements 13. The steel disks serve as the electrical conductors 11, designed as a layer made of an electrically conductive, non-permanent magnetic material. Due to their strength, the disks also serve as a carrier layer for the mixer elements 10, which are arranged in the space between the steel disks. In this embodiment of the electromagnetic machine 1, the mixer elements 10 are designed as semiconductor mixer elements in the form of GaAs high-frequency mixer diodes, which can be implemented both in the form of discrete elements and as wafers. By arranging the mixer elements 10 between the steel disks, they are also well protected against environmental influences.

Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine sind die Abstrahlelemente 6, 7 in Hohlraumresonatoren 14, 15 angeordnet, deren geometrische Formen an die Erregersignale Rf1, Rf2 angepasst sind. Die Hohlraumresonatoren 14, 15 sind bevorzugt aus einem mechanisch widerstandsfähigen Material, z.B. Edelstahl, ausgebildet. Im Hohlraumresonator 14, 15 können Absorbtionselemente 18 zum Absorbieren von Störschwingungen angeordnet sein. In this embodiment of the electromagnetic machine according to the invention, the radiating elements 6, 7 are arranged in cavity resonators 14, 15, the geometric shapes of which are adapted to the excitation signals Rf1, Rf2. The cavity resonators 14, 15 are preferably made of a mechanically resistant material, for example stainless steel. Absorption elements 18 for absorbing spurious vibrations can be arranged in the cavity resonator 14, 15.

Die Hohlraumresonatoren 14, 15 können als Spezialfall eines rechteckigen Wellenleiters angesehen werden, der ein kurzgeschlossenes Rohr bei einem E-Feld-Minimum und einem H-Feld-Maximum des elektromagnetischen Schwingungsmusters eines jeden Modes darstellt. Das elektrisch leitende Element 11 des beweglichen Teils 8 "verschließt" den Hohlraumresonator 14, 15 an seinem offenen Ende, wobei zwischen dem offenen Ende des Hohlraumresonators 14, 15 und dem elektrisch leitenden Element 11 ein Luftspalt 9 ausgebildet ist. Dieser Luftspalt 9 ist aus konstruktiven mechanischen Gründen notwendig, damit sich der bewegliche Teil 8 unter Einhaltung von Bewegungs- und Bauteiltoleranzen frei drehen kann. Solange jedoch der Luftspalt 9 signifikant kleiner ist als eine Wellenlänge des eingespeisten RF-Signals hat er keine Auswirkung auf das elektromagnetische Schwingungsmuster des rechteckigen Wellenleiters bzw. des Hohlraumresonators 14, 15. Man kann sich den Hohlraumresonator in Kombination mit dem elektrisch leitenden Element 11 als kontinuierlichen Wellenleiter ohne jegliche Diskontinuitäten vorstellen. Auf dem elektrisch leitenden Element 11 ist der oben anhand der Fig. 7 beschriebene Halbleiter- Wafer mit dem Mi scher di odennetzwerk angebracht. Diese Elemente bewirken in Kombination den Niederfrequenz-Stromfluss mit der Frequenz Fdiff im elektrisch leitenden Element 11 und damit die Erzeugung der Lorentz -Kraft und folglich des Drehmoments. The cavity resonators 14, 15 can be viewed as a special case of a rectangular waveguide which represents a short-circuited tube at an E-field minimum and an H-field maximum of the electromagnetic oscillation pattern of each mode. The electrically conductive element 11 of the movable part 8 "closes" the cavity resonator 14, 15 at its open end, an air gap 9 being formed between the open end of the cavity resonator 14, 15 and the electrically conductive element 11. This air gap 9 is necessary for structural mechanical reasons so that the movable part 8 can rotate freely while observing movement and component tolerances. However, as long as the air gap 9 is significantly smaller than a wavelength of the RF signal fed in, it has no effect on the electromagnetic oscillation pattern of the rectangular waveguide or of the cavity resonator 14, 15. The cavity resonator can be viewed as continuous in combination with the electrically conductive element 11 Imagine waveguides without any discontinuities. On the electrically conductive element 11 of the semiconductor wafer described above with reference to FIG. 7 is attached to the Mi scher di odennetzwerk. In combination, these elements cause the low-frequency current flow with the frequency Fdiff in the electrically conductive element 11 and thus the generation of the Lorentz force and consequently the torque.

Die erfindungsgemäße elektromagnetische Maschine 1 weist das Verhalten einer Asynchronmaschine auf und ist daher sowohl als Motor als auch als Generator betreibbar.The electromagnetic machine 1 according to the invention has the behavior of an asynchronous machine and can therefore be operated both as a motor and as a generator.

Bei Vorsehen der Abstrahlelemente 6, 7 in den Hohlraumresonatoren 14, 15 kann die elektromagnetische Maschine 1 im Generatorbetrieb auch als äußerst leistungsfähiger Kurzzeit-Energiespeicher dienen, da nicht entnommene Energie im Hohlraumresonator 14,If the radiating elements 6, 7 are provided in the cavity resonators 14, 15, the electromagnetic machine 1 can also serve as an extremely powerful short-term energy store in generator mode, since energy that has not been extracted in the cavity resonator 14,

15 pendelt und die Zufuhr von elektromagnetischer Energie durch den Generatorbetrieb zu einer fast verlustfreien Speicherung dieser Energie im Hohlraumresonator 14, 15 führt. Diese Eigenschaft kann zur Rückgewinnung von Bremsenergie bei Fahrzeugen ausgenützt werden, beispielsweise auch für das im Motorsport als KERS (Kinetic Energy Recovery System) bekannte Energierückgewinnungssystem. 15 oscillates and the supply of electromagnetic energy by the generator operation leads to an almost loss-free storage of this energy in the cavity resonator 14, 15. This property can be used to recover braking energy in vehicles, for example also for the energy recovery system known in motorsport as KERS (Kinetic Energy Recovery System).

Die elektromagnetische Maschine 1 von Fig. 8 ist als Einphasenasynchronmaschine konfiguriert, ist aber nicht auf Einphasensysteme beschränkt. Vielmehr kann die erfindungsgemäße elektromagnetische Maschine auch als Mehrphasensystem konfiguriert sein, wie nachfolgend anhand der Ausführungsform von Fig. 9 schematisch dargestellt ist. Fig. 9 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer dreiphasigen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Maschine 20 mit drei Phasen R, S, T. Wie bei der oben beschriebenen elektromagnetischen Maschine 1 werden auch bei der dreiphasigen elektromagnetischen Maschine 20 von - nicht dargestellten - Erregersignal quellen über Leitungen 21, 22, 23 elektromagnetische Erregersignal Rf1, Sf1, Tf1 und Rf2, Sf2, Tf2 in einem nachfolgend beschriebenen zeitlichen Ablauf zu Abstrahlelementen 24, 25, 26 übertragen, wobei die Abstrahlelemente 24, 25, 26 als Antennen wirken, die die elektromagnetischen Erregersignale (Rf1, Sf1, Tf1; Rf2, Sf2, Tf2) im Nahfeldbetrieb abstrahlen. Die Abstrahlelemente 24, 25, 26 sind in Hohlraumresonatoren 27, 28, 29 angeordnet. Zwischen den Abstrahlelementen 24, 25, 26 ist ein als Rotor ausgebildeter beweglicher Teil 8 angeordnet, der gleich konfiguriert sein kann wie der bewegliche Teil 8 aus Fig. 7 und Fig. 8 und deshalb nicht nochmals erläutert werden muss. Genauer gesagt liegen die Abstrahlelemente 24, 25, 26 einander in Bezug auf den beweglichen Teil 8 abwechselnd gegenüber, d.h. das Abstrahlelement 25 im Hohlraumresonator 28 der Phase S liegt dem Abstrahlelement 24 im Hohlraumresonator 27 gegenüber und das Abstrahlelement 24 im Hohlraumresonator 27 der Phase R liegt dem Ab Strahlelement 26 im Hohlraumresonator 29 gegenüber, wobei die Abstrahlelemente 24, 25, 26 geometrisch entlang des Bewegungspfads, d.h. dem Rotationsweg des beweglichen Teils 8, gegeneinander versetzt sind. Somit liegt der bewegliche Teil 8 zwischen dem Hohlraumresonator 27 der Phase auf der einen Seite und den Hohlraumresonatoren 28, 29 der Phasen S, T auf der anderen Seite. Weiters überlappt der Hohlraumresonator 27 teilweise den Hohlraumresonator 28 und der Hohlraumresonator 28 teilweise den Hohlraumresonator 29. Eine weitere Anforderung bei der mehrphasigen elektromagnetischen Maschine 20 ist, dass die Erregersignale zueinander phasenversetzt sind, und zwar um den Winkel 360° / Phasenanzahl, das heißt bei einem Dreiphasensystem um 120° je Phase. The electromagnetic machine 1 of FIG. 8 is configured as a single-phase asynchronous machine, but is not limited to single-phase systems. Rather, the electromagnetic machine according to the invention can also be configured as a multiphase system, as is shown schematically below with reference to the embodiment of FIG. 9. 9 schematically shows a section of a three-phase electromagnetic machine 20 according to the invention with three phases R, S, T. As with the electromagnetic machine 1 described above, excitation signals (not shown) are also generated in the three-phase electromagnetic machine 20 via lines 21, 22 , 23 transmit electromagnetic excitation signals Rf1, Sf1, Tf1 and Rf2, Sf2, Tf2 to emitting elements 24, 25, 26 in a time sequence described below, the emitting elements 24, 25, 26 acting as antennas that transmit the electromagnetic excitation signals (Rf1, Sf1 , Tf1; Rf2, Sf2, Tf2) in near-field operation. The radiating elements 24, 25, 26 are arranged in cavity resonators 27, 28, 29. A movable part 8 designed as a rotor is arranged between the radiating elements 24, 25, 26, which can be configured in the same way as the movable part 8 from FIGS. 7 and 8 and therefore does not have to be explained again. More precisely, the radiating elements 24, 25, 26 lie alternately opposite one another with respect to the movable part 8, ie the radiating element 25 in the cavity resonator 28 of phase S lies opposite the radiating element 24 in the cavity resonator 27 and the radiating element 24 lies in the cavity resonator 27 of phase R opposite the Ab radiation element 26 in the cavity resonator 29, the radiation elements 24, 25, 26 being geometrically offset from one another along the movement path, ie the rotational path of the movable part 8. Thus, the movable part 8 lies between the cavity resonator 27 of the phase on one side and the cavity resonators 28, 29 of the phases S, T on the other side. Furthermore, the cavity resonator 27 partially overlaps the cavity resonator 28 and the cavity resonator 28 partially overlaps the cavity resonator 29. A further requirement in the polyphase electromagnetic machine 20 is that the excitation signals are phase-shifted from one another, namely by the angle 360 ° / number of phases, that is, for one Three-phase system around 120 ° per phase.

In Fig. 10 ist die dreiphasige elektromagnetische Maschine 20 mit einer Ausführungsform einer Steuerung dargestellt. In dieser Zeichnung erkennt man den beweglichen Teil 8 mit der Drehrichtung 31, den Hohlraumresonatoren 27, 28, 29 und Leitungen 21, 22, 23, um die Erregersignale den in den Hohlraumresonatoren 27, 2829 angeordneten - nicht dargestellten - Abstrahlelementen zuzuführen. Die Erregersignale für die drei Phasen werden von einem Mehrphasen-Signalgenerator 30 erzeugt, der z.B. Sinuswellen mit einer Frequenz von ca. 5 GHz bei einer Impedanz von 50 Ohm erzeugt und eine Leistung von mehreren 10 kW aufweist. Der Mehrphasen-Signalgenerator 30 wird von einer Gleichspannungsquelle 41, z.B. einer Batterie, mit elektrischer Leistung versorgt. Zur Regelung des Mehrphasen- Signalgenerators 30 dient ein Geschwindigkeitssensor 32, der die momentane Drehgeschwindigkeit des beweglichen Teils 8 misst und ein Rückkopplungssignal 33 an einen Verstärker 34 liefert, der als zweites Eingangssignal einIn Fig. 10, the three-phase electromagnetic machine 20 is shown with an embodiment of a controller. This drawing shows the movable part 8 with the direction of rotation 31, the cavity resonators 27, 28, 29 and lines 21, 22, 23 to feed the excitation signals to the radiating elements (not shown) arranged in the cavity resonators 27, 2829. The excitation signals for the three phases are generated by a multiphase signal generator 30 which, for example, generates sine waves with a frequency of approximately 5 GHz at an impedance of 50 ohms and has a power of several 10 kW. The polyphase signal generator 30 is supplied with electrical power from a DC voltage source 41, for example a battery. A speed sensor 32 which measures the instantaneous rotational speed of the movable part 8 and a feedback signal 33 is used to regulate the multiphase signal generator 30 an amplifier 34 provides as a second input signal

Geschwindigkeitseinstellsignal 35 erhält. Das Ausgangssignal des Verstärkers 34 wird einem Regelkompensationsnetzwerk 36 zugeführt, dessen Ausgangssignal an einen Spannungs/Frequenz-Wandler 38 übertragen wird, dessen Ausgangssignal wiederum von einem digitalen Signalprozessor 37 gemäß einem numerischen Algorithmus verarbeitet wird, anschließend in einem Di gital/Analog- Wandler 39 in ein Analogsignal umgeformt, durch ein Hochfrequenz- Anpassnetzwerk 40 geformt und als Regel -Eingangssignal dem Mehrphasen - Signalgenerator 30 zugeführt wird. Speed setting signal 35 receives. The output signal of the amplifier 34 is fed to a control compensation network 36, the output signal of which is transmitted to a voltage / frequency converter 38, the output signal of which is in turn processed by a digital signal processor 37 according to a numerical algorithm, then in a digital / analog converter 39 in an analog signal is converted, shaped by a high-frequency matching network 40 and fed to the polyphase signal generator 30 as a control input signal.

Fig. 11 zeigt ein Zeitdiagramm der Zuführung der hochfrequenten Erregersignale zu den Abstrahl elementen 24, 25, 26 der Dreiphasen-Maschine von Fig. 9 und Fig. 10. Zu einem ersten Zeitpunkt t1 führt der Mehrphasen-Signalgenerator 30 dem Abstrahlelement 24 der Phase R ein elektromagnetische Erregersignal Rf1 mit einer ersten Frequenz f1 zu und dem Abstrahlelement 25 der Phase S ein elektromagnetisches Erregersignal Sf2 mit einer zweiten Frequenz f2 zu. Da die Hohlraumresonatoren 27, 28, 29 teilweise überlappend angeordnet sind, stellt sich die oben beschriebene Signalmischung ein, die zu einem Differenzsignal mit der erwünschten Drehzahl-Frequenz führt. Zu einem zweiten Zeitpunkt t2 führt der Mehrphasen-Signalgenerator 30 dem Abstrahlelement 25 der Phase S ein elektromagnetische Erregersignal Sf1 mit einer ersten Frequenz f1 zu und dem Abstrahlelement 26 der Phase T ein elektromagnetisches Erregersignal Tf2 mit einer zweiten Frequenz f2 zu. Zu einem dritten Zeitpunkt t4 führt der Mehrphasen-Signalgenerator 30 dem Abstrahlelement 26 der Phase T ein elektromagnetische Erregersignal Tf1 mit einer ersten Frequenz f1 zu und dem Abstrahlelement 24 der Phase R ein elektromagnetisches Erregersignal Rf2 mit einer zweiten Frequenz f2 zu. Ein vierter Zeitpunkt t4 entspricht bezüglich der Erregersignalzuführung dem ersten Zeitpunkt tl, d.h. ab dem vierten Zeitpunkt t4 wiederholt sich der Zyklus. Die elektromagnetischen Erregersignale Rf1, Rf2, Sf1, Sf2, Tf1, Tf2 sind pulsweitenmodulierte Signale mit einer Pulsweite von z.B. zwischen 1 ms und 10 ms und werden immer einem Paar benachbarter Phasen zugeführt, z.B. mit einem Tastverhältnis von 1:1 bis 1:5. Die Steuerung des zeitlichen Musters der Erregersignale erfolgt durch den digitalen Signalprozessor 37, in dem das Basisbandsignal generiert wird, und daran anschließend direkte digitale Synthese (DDS), mit der aus den digitalen Signalen des digitalen Signalprozessors 37 analoge Signale erzeugt werden, die mittels phase-locked- loop (PLL) Schaltungen stabil gehalten werden. Es sind DDS -PLL-Schaltungen für alle Erregersignale Rf1, Rf2, Sf1, Sf2, Tf1, Tf2 aller Phasen R, S, T mit beiden Frequenzen f1, f2 vorgesehen, die im Digital/ Analog -Wandler 39 angeordnet sind. Fig. 12 zeigt eine beispielhafte Aufhängung der Hohlraumresonatoren 27, 28, 29 mittels Halteelementen 47, 48, 49 an einem Chassis 50 eines Fahrzeugs, wodurch die Hohlraumresonatoren mit den darin enthaltenen Abstrahlelementen die Funktion eines Stators übernehmen. 11 shows a timing diagram of the supply of the high-frequency excitation signals to the radiating elements 24, 25, 26 of the three-phase machine of FIGS. 9 and 10. At a first point in time t1, the polyphase signal generator 30 leads the radiating element 24 of the R phase an electromagnetic excitation signal Rf1 with a first frequency f1 and an electromagnetic excitation signal Sf2 with a second frequency f2 to the radiation element 25 of phase S. Since the cavity resonators 27, 28, 29 are arranged partially overlapping, the signal mixing described above occurs, which leads to a difference signal with the desired speed frequency. At a second point in time t2, the polyphase signal generator 30 feeds an electromagnetic excitation signal Sf1 with a first frequency f1 to the radiation element 25 of phase S and an electromagnetic excitation signal Tf2 with a second frequency f2 to the radiation element 26 of phase T. At a third point in time t4, the polyphase signal generator 30 feeds an electromagnetic excitation signal Tf1 with a first frequency f1 to the radiation element 26 of phase T and an electromagnetic excitation signal Rf2 with a second frequency f2 to the radiation element 24 of phase R. A fourth point in time t4 corresponds to the first point in time t1 with regard to the supply of excitation signals, ie the cycle repeats itself from the fourth point in time t4. The electromagnetic excitation signals Rf1, Rf2, Sf1, Sf2, Tf1, Tf2 are pulse width modulated signals with a pulse width of e.g. between 1 ms and 10 ms and are always fed to a pair of adjacent phases, e.g. with a duty cycle of 1: 1 to 1: 5. The control of the time pattern of the excitation signals is carried out by the digital signal processor 37, in which the baseband signal is generated, and then direct digital synthesis (DDS), with which analog signals are generated from the digital signals of the digital signal processor 37 that are phase- locked-loop (PLL) circuits are kept stable. There are DDS PLL circuits for all excitation signals Rf1, Rf2, Sf1, Sf2, Tf1, Tf2 of all phases R, S, T with both frequencies f1, f2, which are arranged in the digital / analog converter 39. 12 shows an exemplary suspension of the cavity resonators 27, 28, 29 by means of holding elements 47, 48, 49 on a chassis 50 of a vehicle, as a result of which the cavity resonators with the radiating elements contained therein assume the function of a stator.

Claims

Patentansprüche: Patent claims:

1. Elektromagnetische Maschine (1), gekennzeichnet durch eine erste Erregersignalquelle (2), die ein erstes elektromagnetisches Erregersignal (Rf1) mit einer ersten Frequenz (f1) bereitstellt, eine zweite Erregersignal quelle (3), die ein zweites elektromagnetisches Erregersignal (Rf2) mit einer zweiten Frequenz (f2) bereitstellt, wobei die erste Frequenz (f1) und die zweite Frequenz (f2) in einem Radiofrequenz -Bereich oder im Mikrowellenbereich liegen und sich voneinander unterscheiden, ein erstes feststehendes Abstrahlelement (6), das mit der ersten Erregersignalquelle (2) verbunden ist und dem das von der ersten Erregersignalquelle (2) bereitgestellte erste Erregersignal (Rf1) zugeführt wird, ein zweites feststehendes Abstrahlelement (7), das mit der zweiten Erregersignalquelle (3) verbunden ist und dem das von der zweiten Erregersignalquelle (3) bereitgestellte zweite Erregersignal (Rf2) zugeführt wird, ein relativ zum ersten Ab Strahlelement (6) und zum zweiten Abstrahlelement (7) jeweils in einem Abstand (d) angeordneter und beweglicher Teil (8), wodurch zwischen dem beweglichen Teil (8) und den Abstrahlelementen (6, 7) Luftspalte (9) gebildet sind, wobei die Abstände (d) so gewählt sind, dass die Abstrahlelemente (6, 7) die ihnen zugeführten Erregersignale (Rf1, Rf2) durch die Luftspalte (9) im Nahfeldbetrieb zu dem beweglichen Teil abstrahlen und sich die Erregersignale (Rf1, Rf2) im beweglichen Teil (8) überlagern, wobei der bewegliche Teil (8) Mischerelemente (10) aufweist, die die Erregersignale (Rf1, Rf2) empfangen und miteinander mischen, sodass ein Mischsignal (Mfdiff) mit der Differenzfrequenz (fdiff) aus der ersten Frequenz (f1) und der zweiten Frequenz (f2) gebildet wird, wobei der bewegliche Teil (8) zumindest ein elektrisch leitendes Element (11) aufweist, in das die Mischerelemente (10) das Mischsignal (Mfdiff) mit der Differenzfrequenz (fdiff) aus der ersten Frequenz (f1) und der zweiten Frequenz (f2) einkoppeln und dadurch eine Lorentz -Kraft induzieren. 1. Electromagnetic machine (1), characterized by a first excitation signal source (2), which provides a first electromagnetic excitation signal (Rf1) with a first frequency (f1), a second excitation signal source (3) which generates a second electromagnetic excitation signal (Rf2) with a second frequency (f2), the first frequency (f1) and the second frequency (f2) being in a radio frequency range or in the microwave range and differing from one another, a first fixed radiating element (6) connected to the first excitation signal source (2) and to which the first excitation signal (Rf1) provided by the first excitation signal source (2) is fed, a second fixed radiating element (7) which is connected to the second excitation signal source (3) and to which the second excitation signal source ( 3) provided second excitation signal (Rf2) is supplied, one relative to the first Ab radiating element (6) and to the second radiating element (7 ) each movable part (8) arranged at a distance (d), whereby air gaps (9) are formed between the movable part (8) and the radiating elements (6, 7), the distances (d) being selected such that the radiating elements (6, 7) radiate the excitation signals (Rf1, Rf2) fed to them through the air gaps (9) in near-field operation to the movable part and the excitation signals (Rf1, Rf2) are superimposed in the movable part (8), the movable part (8) mixer elements (10) which receive the excitation signals (Rf1, Rf2) and mix them with one another, so that a mixed signal (Mfdiff) with the difference frequency (fdiff) is formed from the first frequency (f1) and the second frequency (f2) , wherein the movable part (8) has at least one electrically conductive element (11), into which the mixer elements (10) the mixed signal (Mfdiff) with the difference frequency (fdiff) from the first frequency (f1) and the second frequency (f2) couple and thereby a Lorentz force induce.

2. Elektromagnetische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz (f1) und die zweite Frequenz (f2) in einem Frequenzbereich zwischen 10 kHz und 300 GHz, vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen 100 kHz und 30 GHz liegen. 2. Electromagnetic machine according to claim 1, characterized in that the first frequency (f1) and the second frequency (f2) are in a frequency range between 10 kHz and 300 GHz, preferably in a frequency range between 100 kHz and 30 GHz.

3. Elektromagnetische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine elektrisch leitende Element (11) des beweglichen Teils (8) als in Bewegungsrichtung des beweglichen Teils angeordnete Schicht aus einem elektrisch leitfähigen, nicht permanentmagnetischen Material ausgebildet ist. 3. Electromagnetic machine according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one electrically conductive element (11) of the movable part (8) as in Movement direction of the movable part arranged layer is formed from an electrically conductive, non-permanent magnetic material.

4. Elektromagnetische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige, nicht permanentmagnetische Material eine Trägerschicht (13) für die Mischerelemente (10) bildet, wobei die Trägerschicht (13) vorzugsweise scheiben-, ring- oder plattenförmig ausgebildet ist, und wobei vorzugsweise die Mischerelemente (10) zwischen zwei Trägerschichten (13) angeordnet sind. 4. Electromagnetic machine according to claim 3, characterized in that the electrically conductive, non-permanent magnetic material forms a carrier layer (13) for the mixer elements (10), the carrier layer (13) preferably being disc-shaped, ring-shaped or plate-shaped, and wherein the mixer elements (10) are preferably arranged between two carrier layers (13).

5. Elektromagnetische Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige, nicht permanentmagnetische Material ausgewählt ist aus einem Metall oder einer Metalllegierung, vorzugsweise Stahl, Kupfer oder Aluminium, oder einem organischen Material, vorzugsweise einer Kohlenstoffverbindung, beispielsweise Graphen. 5. Electromagnetic machine according to claim 3 or 4, characterized in that the electrically conductive, non-permanent magnetic material is selected from a metal or a metal alloy, preferably steel, copper or aluminum, or an organic material, preferably a carbon compound, for example graphene.

6. Elektromagnetische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlelemente (6, 7, 24, 25, 26) so betreibbar sind, dass die Abstrahlung eines Magnetfelds (Hf1, Hf2) vorherrscht. 6. Electromagnetic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the radiating elements (6, 7, 24, 25, 26) can be operated so that the radiation of a magnetic field (Hf1, Hf2) prevails.

7. Elektromagnetische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregersignale (Rf1, Rf2, Sf1, Sf2, Tf1, Tf2) harmonische Signale, vorzugsweise sinusförmige Signale sind. 7. Electromagnetic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the excitation signals (Rf1, Rf2, Sf1, Sf2, Tf1, Tf2) are harmonic signals, preferably sinusoidal signals.

8. Elektromagnetische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Motor betreibbar ist. 8. Electromagnetic machine according to one of the preceding claims, characterized in that it can be operated as a motor.

9. Elektromagnetische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Generator oder Kurzzeit-Energiespeicher betreibbar ist. 9. Electromagnetic machine according to one of the preceding claims, characterized in that it can be operated as a generator or short-term energy store.

10. Elektromagnetische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlelemente (6, 7, 24, 25, 26) in Hohlraumresonatoren (14, 15; 27, 28, 29) ausgebildet sind. 10. Electromagnetic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the radiating elements (6, 7, 24, 25, 26) are formed in cavity resonators (14, 15; 27, 28, 29).

11. Elektromagnetische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraumresonatoren (14, 15, 24, 25, 26) bei Generatorbetrieb der elektromagnetischen Maschine als Kurzzeit-Energiespeicher für elektromagnetische Energie wirken. 11. Electromagnetic machine according to claim 10, characterized in that the cavity resonators (14, 15, 24, 25, 26) act as a short-term energy store for electromagnetic energy when the electromagnetic machine is operating as a generator.

12. Elektromagnetische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlelemente (6, 7, 24, 25, 26) als Flachspulen ausgebildet sind. 12. Electromagnetic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the radiating elements (6, 7, 24, 25, 26) are designed as flat coils.

13. Elektromagnetische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerelemente (10) nichtlineare Mischerelemente sind. 13. Electromagnetic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the mixer elements (10) are non-linear mixer elements.

14. Elektromagnetische Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerelemente (10) Halbleiterelemente sind, die als diskrete Elemente oder in einem Halbleiter-Wafer, beispielsweise wabenförmig, aufgebaut sind. 14. Electromagnetic machine according to claim 13, characterized in that the mixer elements (10) are semiconductor elements which are constructed as discrete elements or in a semiconductor wafer, for example in the form of a honeycomb.

15. Elektromagnetische Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerelemente (10) ausgewählt sind aus Hochfrequenz-Mischerdioden (46), insbesondere GaAs-Mischerdioden, aus HEMT Elementen oder aus IMP ATT-Di öden. 15. Electromagnetic machine according to claim 14, characterized in that the mixer elements (10) are selected from high-frequency mixer diodes (46), in particular GaAs mixer diodes, from HEMT elements or from IMP ATT diodes.

16. Elektromagnetische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil (8) für eine Drehbewegung ausgebildet und vorzugsweise axial oder radial gelagert ist. 16. Electromagnetic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the movable part (8) is designed for a rotary movement and is preferably mounted axially or radially.

17. Elektromagnetische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil (8) für eine Linearbewegung ausgebildet und vorzugsweise linear oder punktuell gelagert ist. 17. Electromagnetic machine according to one of claims 1 to 15, characterized in that the movable part (8) is designed for a linear movement and is preferably mounted linearly or at certain points.

18. Elektromagnetische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Einphasensystem ausgebildet ist, bei dem das erste Abstrahlelement (6) und das zweite Ab strahl elem ent (7) einander gegenüberliegend angeordnet sind und der bewegliche Teil zwischen dem ersten Abstrahl elem ent (6) und dem zweiten Abstrahlelement (7) angeordnet ist. 18. Electromagnetic machine according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed as a single-phase system in which the first radiating element (6) and the second radiating element (7) are arranged opposite one another and the movable part between the first radiating elem ent (6) and the second radiating element (7) is arranged.

19. Elektromagnetische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Mehrphasensystem ausgebildet ist, wobei zusätzlich zum ersten Abstrahlelement (24) und zweiten Abstrahlelement (25) zumindest ein weiteres Abstrahlelement (26) vorgesehen ist, und jedem Abstrahlelement (24, 25, 26) in einem zyklischen Muster abwechselnd Erregersignale (Rf1, Rf2, Sf1, Sf2, Tf1, Tf2) mit zwei verschiedenen Frequenzen (f1, f2) zuführbar sind, wobei das zyklische Muster so ausgebildet ist, dass zu einem jeden Zeitpunkt (t1, t2, t3) zumindest einem Abstrahlelement ein Erregersignal mit der ersten Frequenz (f1) zugeführt wird und zumindest einem anderen Abstrahlelement ein Erregersignal mit der zweiten Frequenz (f2) zugeführt wird, wobei die Abstrahlelemente (24, 25, 26) geometrisch entlang des Bewegungspfads des beweglichen Teils (8) gegeneinander versetzt sind. 19. Electromagnetic machine according to one of claims 1 to 17, characterized in that it is designed as a multiphase system, with at least one further radiating element (26) being provided in addition to the first radiating element (24) and second radiating element (25), and each radiating element ( 24, 25, 26) in a cyclic pattern alternating excitation signals (Rf1, Rf2, Sf1, Sf2, Tf1, Tf2) with two different frequencies (f1, f2) can be supplied, the cyclic pattern being designed so that at each point in time (t1, t2, t3) at least one radiating element is supplied with an excitation signal with the first frequency (f1) and at least one other An excitation signal with the second frequency (f2) is fed to the radiating element, the radiating elements (24, 25, 26) being geometrically offset from one another along the movement path of the movable part (8).

20. Elektromagnetische Maschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregersignale (Rf1, Rf2, Sf1, Sf2, Tf1, Tf2) zueinander phasenversetzt sind. 20. Electromagnetic machine according to claim 19, characterized in that the excitation signals (Rf1, Rf2, Sf1, Sf2, Tf1, Tf2) are out of phase with one another.

21. Elektromagnetische Maschine nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlelemente (24, 25, 26) abwechselnd einander gegenüberliegend angeordnet sind und der bewegliche Teil zwischen den gegenüberliegenden Abstrahlelementen (24, 25, 26) angeordnet ist. 21. Electromagnetic machine according to claim 19 or 20, characterized in that the radiating elements (24, 25, 26) are arranged alternately opposite one another and the movable part is arranged between the opposing radiating elements (24, 25, 26).