Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Rotor, eine Magnetkupplungsvorrichtung, einem Elektromotor für ein Herzunterstützungssystem, eine Pumpeneinheit für ein Herzunterstützungssystem sowie einem Verfahren zum Herstellen eines Ro- tors.

Herkömmliche Magnetkupplungselemente weisen oftmals Einschränkungen in Bezug auf eine Magnetisierungsdichte auf, die zu einem ungünstigen mag- netischen Kopplungsverhalten führen können und die somit insbesondere in Einsatzszenarien nachteilig sind, in denen lediglich ein geringer Bauraum zur Verfügung steht, wie beispielsweise bei medizinischen Geräten, welche in den Körper eines Patienten implantiert werden sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rotor zu schaffen, der in einer Magnet- kupplungsvorrichtung, in einem Elektromotor für ein Herzunterstützungssys- tem und/oder in einer Pumpeneinheit für ein Herzunterstützungssystem ein- gesetzt werden kann und der auf kleinem Bauraum das Bereitstellen und//oder Übertragen von hohen Drehmomenten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch den in Anspruch 1 angegebenen Rotor gelöst. Vor- teilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprü- chen angegeben.

Der in Anspruch 1 angegebene erfindungsgemäße Rotor eignet sich insbe- sondere für den Einsatz in einem Herzunterstützungssystem. Ein erfindungs- gemäßer Rotor ist aus zumindest vier Schalenelementen zu einem Hohlzylin- der und/oder auf einer Welle zusammengesetzt oder zusammensetzbar, wobei die Schalenelemente abwechselnd in zueinander entgegengerichteten oder orthogonalen Magnetisierungsrichtungen magnetisiert oder magnetisier- bar sind, um einen Magnetkörper mit zumindest vier Magnetpolen zu bilden.

Unter Schalenelementen können vorliegend beispielsweise Permanentmag- nete, ferromagnetische oder magnetisierbare Elemente verstanden werden, die in eine vorbestimmte Magnetisierungsrichtung magnetisiert oder magneti- sierbar sind. Hierbei sind die Schalenelemente beispielsweise vor dem Zu- sammensetzen derselben zur Bildung des Rotors magnetisiert. Ferner können die Schalenelemente derart angeordnet sein, dass benachbarte Schalenele- mente in zueinander entgegengerichteten oder orthogonalen Magnetisie- rungsrichtungen magnetisiert sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine sehr hohe Magnetisie- rungsdichte und somit ein hoher magnetischer Fluss dadurch erreicht werden kann, dass ein Rotor durch die Verwendung von Schalenelementen gebildet werden kann, welche derart angeordnet sind, dass benachbarte Schalenele- mente in zueinander entgegengesetzt ausgerichteten oder orthogonalen Mag- netisierungsrichtungen gepolt sind. Auf diese Weise lässt sich ein hoher mag- netischer Fluss auf der Oberfläche des Rotors sicherstellen, der dann zu ei- nem hohen magnetischen Kraftschluss mit einem dem Rotor gegenüberlie- genden weiteren magnetischen Element genutzt werden kann, sodass bei spielsweise eine Magnetkupplungsvorrichtung mit einer Fähigkeit zur Übertra- gung von hohen Drehmomenten geschaffen werden kann.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass im zusam- mengesetzten Zustand des Rotors ein erstes Schalenelement und ein zweites Schalenelement einander gegenüberliegend angeordnet sind, um ein erstes Polpaar zu bilden, und ein drittes Schalenelement und ein viertes Schalenele- ment einander gegenüberliegend angeordnet sind, um ein zweites Polpaar zu bilden. Dies bietet den Vorteil, dass gegenüberliegende Schalenelemente je ein Polpaar bilden, sodass ein hoher magnetischer Fluss durch den Rotor und über eine Oberfläche des Rotors gebildet werden kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das erste Schalenelement in einer ersten Magnetisierungsrichtung, das zweite Schalen- element in einer zur ersten Magnetisierungsrichtung entgegengesetzten zwei- ten Magnetisierungsrichtung, das dritte Schalenelement in einer zur ersten Magnetisierungsrichtung und zweiten Magnetisierungsrichtung orthogonalen dritten Magnetisierungsrichtung und das vierte Schalenelement in einer zur dritten Magnetisierungsrichtung entgegengesetzten vierten Magnetisierungs- richtung parallel magnetisiert oder magnetisierbar sein. Eine solche Ausfüh- rungsform bietet den Vorteil, dass auf einer Außenoberfläche des Rotors eine sehr hohe magnetische Flussdichte realisiert werden kann, sodass mit einem solchen Rotor eine hohe Drehmomentübertragung ermöglicht wird. Die Aniso- tropie des Materials der Schalenelemente in Bezug auf die Magnetisierung kann somit sehr effizient kompensiert werden.

Eine besonders hohe magnetische Flussdichte weist eine Ausführungsform der Erfindung auf, bei der die Schalenelemente radial magnetisiert oder mag- netisierbar sind. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die magnetischen Flusslinien der Schalenelemente im Wesentlichen senkrecht an einer Außenoberfläche des Rotors austreten, sodass um den Rotor herum ein homogenes, radiales Magnetfeld erzeugt werden kann, welches eine günstige und effiziente Drehmomentübertragung ermöglicht.

Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes der Rotor eine Welle aufweisen, wobei die Welle und der Magnet- körper drehstarr miteinander verbunden oder verbindbar sind. Beispielsweise kann der Magnetkörper auf den die Welle geklebt oder gepresst sein. Eine solche Ausführungsform ermöglicht eine preisgünstige Fierstellung eines mag- netisch sehr wirksamen Rotors. Besonders effizient ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Rotor einen Durchmesser von kleiner 20 mm, insbesondere von kleiner 10 mm, auf- weist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass sich ein solcher Rotor einerseits sehr einfach hersteilen lässt und andererseits gegenüber be- kannten Magnetkupplungselementen oder Rotoren eine sehr hohe Drehmo- mentübertragung ermöglicht.

Eine erfindungsgemäße Magnetkupplungsvorrichtung weist folgende Merk- male auf: einen Rotor gemäß einer hier vorgestellten Variante; und einen weiteren Magnetkörper, der aus zumindest vier weiteren Schalenele- menten zu einem Hohlzylinder zusammengesetzt oder zusammensetzbar ist, wobei die weiteren Schalenelemente in zueinander entgegengerichteten Mag- netisierungsrichtungen magnetisiert oder magnetisierbar sind, um zumindest vier weitere Magnetpole zu bilden, wobei der der Magnetkörper des Rotors und der weitere Magnetkörper ineinander angeordnet oder anordenbar, insbe- sondere zueinander konzentrisch angeordnet oder anordenbar und relativ zu- einander verdrehbar gelagert oder lagerbar sind.

Eine solche Magnetkupplungsvorrichtung ermöglicht, insbesondere auf sehr kleinen Bauräumen eine sehr effiziente Drehmomentübertragung durch die Herstellung einer hohen Flussdichte zwischen dem Rotor und dem weiteren Magnetkörper.

Insbesondere können gemäß einer bevorzugen Ausführungsform der Erfin- dung der Magnetkörper und der weitere Magnetkörper je die gleiche Anzahl an Magnetpolen aufweisen. Hierdurch wird eine besonders effiziente Führung des magnetischen Feldes ermöglicht, was sich in einer hohen Fähigkeit zur Drehmomentübertragung auszeichnet. Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der weitere Magnetkörper aus zumindest vier zusätzlichen Schalenelementen zu dem Hohlkörper zusammengesetzt oder zusammensetzbar sein, wobei im zusam- mengesetzten Zustand des weiteren Magnetkörpers je eines der vier zusätzli- chen Schalenelemente zwischen je zwei der vier weiteren Schalenelemente angeordnet ist, wobei die vier zusätzlichen Schalenelemente je in tangentialer Richtung magnetisiert oder magnetisierbar sind, um beispielsweise ein Halb- ach-Array zu bilden. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, durch die zusätzlichen Schalenelemente, welche je in Tangentialrichtung magnetisiert oder magnetisierbar sind, eine effiziente Führung von magnetischen Linien im weiteren Magnetkörper zu ermöglichen, um möglichst ein Austreten der Magnetfeldlinien aus dem weiteren Magnet- körper zu vermeiden. Auf diese Weise lässt sich ein hoher magnetischer Fluss zwischen dem Rotor und dem als Hohlzylinder ausgeformten weiteren Mag- netkörper sicherstellen, wodurch infolge wieder eine sehr effiziente Drehmo- mentübertragung zwischen dem Rotor und dem weiteren Magnetkörper bzw. dem Hohlkörper ermöglicht wird.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf einen Elektromotor, der einen Rotor nach einer hier vorgestellten Variante und/oder eine Magnetkupplungsvorrichtung gemäß einer hier vorgestellten Variante umfasst. Auch mit einer solchen Aus- führungsform können die vorstehend genannten Vorteile sehr effizient reali siert oder implementiert werden.

Insbesondere erstreckt sich die Erfindung auf eine Pumpeneinheit für ein Her- zunterstützungssystem, wobei die Pumpeneinheit einen Rotor gemäß einer hier vorgestellten Variante und/oder eine Magnetkupplungsvorrichtung gemäß einer hier vorgestellten Variante umfasst. Insbesondere erfordert eine solche Pumpeneinheit für ein Herzunterstützungssystem eine hohe Drehmomen- tübertragung bei einem geringen zur Verfügung stehenden Bauraum, sodass der hier vorgestellte Ansatz besonders günstig in einem solchen Einsatzsze- nario im Patienten verwendet werden kann. Darüber hinaus erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Her- steilen eines Rotors mit den vorstehend angegebenen Merkmalen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

Zusammensetzen von zumindest vier Schalenelementen abwechselnd in zu- einander entgegen gerichteten oder orthogonalen Magnetisierungsrichtungen zu einem Hohlzylinder und/oder auf einer Welle, um einen Magnetkörper mit zumindest vier Magnetpolen zu bilden, um den Rotor herzustellen.

Auch durch eine solche Ausführungsform lassen sich die vorstehend genann- ten Vorteile technisch einfach, kostengünstig und effizient realisieren.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware, beispielsweise in einem Steuergerät, implementiert sein.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entspre- chenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder ei- nem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Aus- geben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufwei- sen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzu- lesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungs- gebundene Daten einiesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einiesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle auf- weisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil ei- nes sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vor- richtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauele- menten bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnitt- steilen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller ne- ben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speicher- medium wie einem Flalbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar- gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 A eine Querschnittdarstellung eines Rotors, der auf einer Welle eines

Motors angeordnet oder aufgeklebt ist;

Fig. 1 B eine Seitenansicht des Rotors, der auf der Welle angeordnet oder aufgeklebt ist; Fig. 2 eine Querschnittdarstellung eines Rotors, der auf einer Welle eines

Motors angeordnet oder aufgeklebt ist, wobei nun durch das Ein- prägen der Magnetfeldlinien ein vierpoliger Magnet als Rotors aus- gebildet wird; Fig. 3A eine Querschnittsdarstellung eines Rotors gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3B eine Seitenansicht des Rotors aus der Fig. 3A, der auf der Welle angeordnet oder aufgeklebt ist;

Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung eines Rotors gemäß einem weiteren

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung einer Magnetkupplungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin- dung mit einem Rotor;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Patienten, dem ein Flerzunter- stützungssystem mit einer Magnetkupplungsvorrichtung oder ei- nem Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im- plantiert ist; und Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Rotors gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vor- liegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestell- ten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzich- tet wird.

Fig. 1A zeigt eine Querschnittdarstellung eines Rotors 100, der auf einer Welle 1 10 eines Motors angeordnet oder aufgeklebt ist. Der Rotor 100 ist hierbei als ein Hohlzylinder ausgebildet. Ferner sind Magnetfeldlinien 120 dargestellt, die auf das oder die magnetisierbaren Elemente des Rotors 100 wirken, um den Rotor zu magnetisieren. Die Magnetfeldlinien, die mit den Bezugszeichen 120 versehen wurden, können hierbei auch als Magnetisierungsrichtungen an den betreffenden Stellen des Rotors 100 verstanden werden.

Fig. 1 B zeigt eine Seitenansicht des Rotors 100, der auf der Welle 1 10 ange- ordnet oder aufgeklebt ist. Der Rotor 100 kann beispielsweise eine Magnet- länge von 10 mm, eine Magnethöhe von 1 mm und/oder einen Wellendurch- messer von 1 mm aufweisen. Beispielsweise kann der Rotor 100 als Kompo- nente einer Magnetkupplung eines Herzunterstützungssystems verwendet werden, um einen zur Verfügung stehenden Bauraum im Körper bzw. in einer Arterie des Patienten möglichst gut auszunutzen.

Bei Magnetkupplungen und Elektromotoren mit sehr kleinen Durchmessern im Bereich kleiner ungefähr 20mm werden Achsen (wie hier in der Fig. 1A und 1 B die Welle 1 10) mit auf der Achse angebrachten Permanentmagneten ver- wendet, den sogenannten Rotoren 100, die darüber hinaus noch weitere kon- struktive Elemente aufweisen können wie z. B. magnetische Rückschlüsse (Joche) zwischen Welle oder auf die Welle aufgepresste Lager. Diese Permanentmagnete werden aufgrund der geforderten bzw. gewünsch- ten Leistungsfähigkeit bevorzugt aus Magnetmaterialien mit sehr hoher Ener- giedichte hergestellt. Ein Merkmal dieser Magnetmaterialien ist die starke Anisotropie der Magnete hinsichtlich der Magnetisierungsrichtung. Dies wird eingesetzt, um das Material bestmöglich auszunutzen in Hinblick auf die er- reichbare Energiedichte im Magneten bzw. um eine möglichst hohe magneti- sche Flussdichte im Magnetkreis der Elektromotoren bzw. Magnetkupplungen zu erzielen.

Die Fertigungsverfahren von Permanentmagneten mit sehr hoher Energie- dichte zeitigen verhältnismäßig große Toleranzen in den Magnetabmaßen. Bei sehr kleinen Magnetmaßen in den Rotoren 100 führt dies zu verhältnismäßig großen Toleranzen in den Bauteilen mit den Magneten. Daher werden die Ro- toren 100 kleiner Motoren bzw. Kupplungen bevorzugt aus hohlzylindrischen Permanentmagneten gefertigt, die direkt auf die unmagnetische oder weich- magnetische Welle aufgeschoben und verklebt werden. Der Erstmagnetisie- rungsvorgang erfolgt bei den geforderten hohen Energiedichten und zweipoli- gen Kupplungen oder Elektromotoren diametral über den ganzen Zylinder, um die Anisotropie des Magnetmaterials optimal zu nutzen, wie dies in der Fig. 1 A abgebildet ist.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittdarstellung eines Rotors 100, der auf einer Welle 1 10 eines Motors angeordnet oder aufgeklebt ist, wobei nun durch das Ein- prägen der Magnetfeldlinien 120 gemäß der Darstellung aus Fig. 2 ein vierpo- liger Magnet als Rotors 100 ausgebildet wird. Es wird somit ein vierpoliges Magnetfeld zur Magnetisierung von hohlzylindrischen Permanentmagneten verwendet. Eine Magnetisierung zur Einprägung von 4 Polen, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist, in solchermaßen anisotrop vorgepressten Magnet-Hohl- zylindern führt zu ungleichmäßigem Magnetfluss in den vorzugsweise ortho- gonalen Magnetisierungsrichtungen. Dies ist für die benannten Komponenten nicht vorteilhaft, da das Magnetmaterial nicht vollständig ausgenutzt wird. Wer- den Magnete ohne Vorzugsrichtung verwendet, kann Prinzip-bedingt nur eine vergleichsweise kleinere Energiedichte erreicht werden und somit ein kleinerer Magnetfluss im Magnetkreis einer Kupplung oder eines Elektromotors. Für hö- here Polzahlen gilt dies entsprechend. Aufgrund der kleinen Rotordurchmes- ser sinkt bei der typischen Auslegungs- und Herstellungsweise das verfügbare Drehmoment bei beiden Komponenten stark ab. Bei Elektromotoren kann so, bei gleichen Randbedingungen (Antriebsspannung und Antriebsstrom) die maximale Drehzahl sehr groß werden. Bei Anwendungen bei denen nicht so sehr hohe Drehzahlen im Vordergrund stehen, bei denen es eher auf ein ho- hes Drehmoment ankommt, lassen sich im Antriebsstrang Getriebe hinzufü- gen, um die mechanische Arbeitsleistung von hohen Drehzahlen und kleinen Momenten hin zu kleineren Drehzahlen und größeren Drehmomenten zu ver- schieben. Dies erfordert mindestens ein weiteres Bauteil und zusätzlichen Bauraum. Bei bestimmten Anwendungen sind beide Auswirkungen uner- wünscht oder schlicht nicht möglich. Bei einem linksventrikulären Herzunter- stützungssystem, das beispielsweise in der Aorta bzw. ganz oder teilweise im linken Ventrikel platziert wird, ist dies der Fall.

Zur Erhöhung der Leistung von solchen Kupplungselementen ist die Ausbil- dung eines größeren Magnetflusses im Magnetkreis zielführend. In vielen An- wendungen ist es sinnvoll dies durch Erzielung eines höheren Drehmoments durchzuführen. Um höhere Drehmomente zu erzielen kann vorteilhafterweise die Anzahl der Polpaare erhöht werden.

Da dies, wie vorab beschrieben, bei geforderten hohen Energiedichten und kleinen Abmessungen mit hohlzylindrischen Magneten nicht oder nur bedingt möglich ist, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hier vorge- schlagen den erforderlichen Magnetfluss mit beispielsweise auch in tangenti- aler Richtung segmentierten Magnetschalen als Schalenelementen zu erzeu- gen, die auf eine Welle oder ein magnetisches Joch geklebt werden können.

Fig. 3A zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Magnetkupplungselementes 300 mit einem Rotor 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei wird der Rotor 100 durch zumindest vier Schalelemente 310a, 31 Ob, 31 Oc und 31 Od gebildet, die zusammengesetzt werden, um einen beispielsweise als Hohlzylinder aufgebauten Magnetkörper 315 zu bilden und/oder um auf der Welle 1 10 drehfest fixiert zu werden. Die Schalenele- mente 310a-d sind derart angeordnet, dass die einzelnen Schalenelemente 310a-d abwechselnd in zueinander entgegengesetzten oder orthogonalen Richtungen magnetisiert oder magnetisierbar sind. Die Schalenelemente 310a, 310b, 310c und 31 Od sind hierzu aus einem hartmagnetischen oder fer- romagnetischen Material gefertigt oder als Permanentmagneten bereits direkt magnetisiert. In der Fig. 3A ist diese Ausrichtung der Magnetisierung durch die schematisch eingezeichneten Magnetfeldlinien 120 dargestellt, die nun den Magnetfeldlinien 120 entsprechen, die durch ein Magnetfeld hervorgerufen werden, welches durch die betreffenden Schalenelemente 310 als Permanent- magnete selbst hervorgerufen werden. Speziell ist in der Fig. 3A zu erkennen, dass das erste Schalenelement 310a derart polarisiert ist, dass die Magnet- feldlinien 120 dieses Schalenelementes 310a nach oben zeigen, wogegen die Magnetfeldlinien 120 des dritten Schalenelementes 310c, welches links an das erste Schalenelement 310a angrenzt, nach rechts zeigen und somit orthogo- nal zu den Magnetfeldlinien 120 des ersten Schalenelementes 310a ausge- richtet sind. Die Magnetfeldlinien 120 des zweiten Schalenelementes 310b, welches unten an das dritte Schalenelement 310c angrenzt, zeigen nach un- ten und somit in eine der Richtung der Magnetfeldlinien 120 des ersten Scha- lenelementes 310a entgegengesetzte Richtung. Die Magnetfeldlinien 120 des vierten Schalenelementes 31 Od, welches rechts an das zweite Schalenele- ment 310a angrenzt, sind nach links gerichtet und somit orthogonal zu den Magnetfeldlinien 120 des ersten und zweiten Schalenelementes 310a bzw. 310b. Die Magnetfeldlinien 120 des vierten Schalenelementes 31 Od weisen in eine der Richtung der Magnetfeldlinien 120 des dritten Schalenelementes 310c entgegengesetzte Richtung. Somit ist in der Fig. 3A ein vierpoliger Rotor 100 dargestellt, der Schalenelemente 310 bzw. Schalenmagnete mit paralleler Magnetisierung aufweist, die auf der Welle 1 10 angeordnet oder befestigt sind. Fig. 3B zeigt eine Seitenansicht des Rotors 100 aus der Fig. 3A, der auf der Welle 1 10 angeordnet oder aufgeklebt ist. Der Rotor 100 kann beispielsweise ebenfalls wieder eine Magnetlänge (Schalenelementlänge) von 10 mm, eine Magnethöhe von 1 mm und/oder einen Wellendurchmesser von 1 mm aufwei- sen. Beispielsweise kann der Rotor 100 als Komponente wie einer Magnet- kupplung eines Flerzunterstützungssystems verwendet werden, um einen zur Verfügung stehenden Bauraum im Körper bzw. in einer Arterie des Patienten möglichst gut auszunutzen.

Bei dem in den Figuren 3A und 3B gezeigten Ansatz werden die Schalenele- mente 310a bis 31 Od, die von Maßen her beispielsweise identische Magnet- schalen sind, bevorzugt parallel magnetisiert, beispielsweise abwechselnd in radial positiver bzw. radial negativer Richtung. Dadurch kann eine vorgege- bene Anisotropie der Magnetschalen bzw. Schalenelemente 310a bis 31 Od optimal ausgenutzt werden, um den Magnetfluss im Magnetkreis zu maximie- ren.

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Magnetkupplungselementes 300 mit einem Rotor 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vor- liegenden Erfindung. Auf diese Weise kann eine radiale Magnetisierung reali- siert werden, bei der jedoch ein geringfügig kleinerer Magnetfluss im Magnet- fluss gegenüber der Magnetisierung entsprechend der Darstellung aus Fig. 3A auftritt, bei gleichen Abmessungen. Bei einer solchen radialen Magnetisierung sind die Magnetfeldlinien 120 radial auf die Welle 1 10 bzw. von der Welle 1 10 weg ausgerichtet, sodass keine parallelen Magnetfeldlinien 120 auftreten, son- dern die Magnetfeldlinien 120 lotrecht von einer Oberfläche der Schalenele- mente 310a bis 31 Od aus- oder eintreten. Eine solche Magnetisierung kann auch technisch einfach hergestellt sein, beispielsweise über einen Kern als Welle 1 10, der zur Magnetisierung der Schalenelemente 31 q0a bis 31 Od ver- wendet wird. In diesem Ausführungsbeispiel verlaufen ferner beispielsweise die Magnetfeldlinien 120 von benachbarten Schalenelementen 310a bis 31 Od in eine entgegengesetzte Richtung, wogegen die Magnetfeldlinien 120 von benachbarten Schalenelementen 310a bis 31 Od entsprechend der Darstellung aus der Fig. 3A orthogonal zueinander ausgerichtet sind.

Die Anzahl der Polpaare eines Rotors 100 bzw. eines Magnetkörpers kann zwei oder größer sein. Durch Verwendung von Magnetmaterialien mit mög- lichst kleiner Korngröße und falls nötig einer Nachbearbeitung, kann der Ver- lust an Magnetmasse, bei gleichen äußeren Maßen der Komponenten bzw. Schalenelementen 310, klein gehalten werden. Die durch die kleinere Magnet- masse aufgrund der Toleranzen, prinzipiell geringere Energiemenge zur Dreh- momentübertragung wird durch die bessere Ausnutzung des Magnetmaterials aufgrund der Nutzung anisotropen Materials mehr als ausgeglichen bei Roto- ren 1 10 mit Polpaarzahlen größer eins.

Fig. 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Magnetkupplungsvorrichtung 500 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Magnetkupplungselement 300 mit einem Rotor 100, wie es bei spielsweise vorstehend beschrieben wurde. In diesem Magnetkupplungsele- ment 300 sind die Schalenelemente 310a bis 31 Od des Rotors 100 entspre- chend der Darstellung aus der Fig. 3A ausgebildet, also mit benachbarten Schalenelementen 310, die orthogonal zueinander ausgerichtete Magnetfeld- linien 120 aufweisen. Ferner umfasst die Magnetkupplungsvorrichtung 500 ei- nen weiteren Magnetkörper 505, der beispielsweise hohlzylindrisch ausge- formt ist und zumindest vier weitere Schalenelemente 510a, 510b, 510c und 51 Od umfasst. Die weiteren Schalenelemente 510a bis 51 Od sind in zueinan- der entgegen gerichteten Magnetisierungsrichtungen entsprechend den Mag- netfeldlinien 120 magnetisiert oder magnetisierbar, um zumindest vier weitere Magnetpole zu bilden. Auch ist der Magnetkörper des Rotors 100 und der wei- tere Magnetkörper 500 ineinander angeordnet oder anordenbar, insbesondere zueinander konzentrisch angeordnet oder anordenbar und relativ zueinander verdrehbar gelagert oder lagerbar. Eine Orientierung der Magnetfeldlinien 120 der weiteren Schalenelemente 510a bis 51 Od kann hierbei der Orientierung der Magnetfeldlinien 120 entsprechend, die die Schalenelemente 310a bis 310d aufweisen. Beispielsweise kann die Orientierung der Magnetisierung der weiteren Schalenelemente 510a bis 510b der Orientierung der Schalenele- mente 310a bis 31 Od gemäß der Darstellung aus der Fig. 3A entsprechen.

Auf diese Weise kann nun eine Magnetkupplungsvorrichtung 500 realisiert werden, die eine sehr effiziente Ausnutzung der Magnetisierung der Materia- lien für den Rotor 100 sowie einen Hohlzylinder als weiteren Magnetkörper 505 ermöglicht und somit eine effiziente Drehmomentübertragung eines Dreh- momentes von der Welle 1 10 auf den Hohlzylinder eröffnet.

Besonders vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansat- zes, der, wie in der Fig. 5 dargestellt, vier zusätzliche Schalenelemente 520a, 520b, 520c und 520d aufweist. Jedes dieser zusätzlichen Schalenelemente 520a, 520b, 520c und 520d ist im zusammengesetzten Zustand des weiteren Magnetkörpers 505 zwischen je zwei der vier zusätzlichen Schalenelemente 510a bis 51 Od angeordnet, wobei die vier zusätzlichen Schalenelemente 520a bis 520d je in tangentialer Richtung magnetisiert oder magnetisierbar sind. Als in tangentialer Richtung magnetisiertes Schalenelement 520a bis 520d kann ein Schalenelement 520a bis 520d betrachtet werden, wenn die Magnetisie- rung bzw. eine durch eine solche Magnetisierung hervorgerufene Magnetfeld- linie 120 dieses Schalenelementes 520a bis 520d in tangential an eine Außen- oberfläche bezüglich eines als Hohlzylinders ausgestalteten weiteren Magnet- körpers 505 ausgerichtet ist. Auch diese Weise ist es nun möglich, einen mag- netischen Fluss im weiteren Magnetkörper 505 zu führen, sodass eine hohe Flussdichte des Magnetfeldes zwischen dem weiteren Magnetkörper 505 und dem Magnetkupplungselement 300 bzw. Rotor 100 erreicht werden kann, was in Folge wieder zu einer effizienten Kopplung des weiteren Magnetkörpers 505 und des Rotors 1 10 bzw. des Magnetkupplungselementes führt. Es wird hier somit auch eine tangential segmentierte, mehrpolige magnetische Achse für miniaturisierte Magnetkupplungen und Elektromotoren vorgestellt, insbeson- dere zum Einsatz in einer Pumpe eines Herzunterstützungssystems. In der Fig. 5 ist somit ein äußerer Magnetring mit derselben Polpaarzahl ge- zeigt, wie im Rotor 100, hier als Ausführung mit Halbach-Array. Der solcher- maßen erhöhte Magnetfluss im Magnetkreis erzeugt mit der höheren Polpaar- zahl prinzipiell ein größeres Drehmoment in den benannten Komponenten im Vergleich mit zweipoligen Rotoren bzw. mehrpoligen Rotoren aus hohlzylind- rischen Magneten. Bei Elektromotoren sollte die Wicklung entsprechend an- gepasst werden, um der höheren Polpaarzahl gerecht zu werden. Bei radialen Magnetkupplungen ist der äußere hohlzylindrische Magnet ebenfalls entspre- chend der Polzahl anzupassen. Der äußere Hohlzylinder kann dabei wahl- weise aus einem Vollzylinder, aus gefügten Magnetschalen, den Magnetscha- len auf dem Rotor 1 10 entsprechend, oder aus einem Halbach-Array beste- hen, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist.

Speziell bei linksventrikulären Herzunterstützungssystemen (LVAD) kann eine solche Rotorausführung vorteilhaft angewandt werden. Es sind aber prinzipiell alle Anwendungen, bei denen eine hohe Leistungsdichte und/oder hohe Dreh- momente gefordert sind, für diese Art der Rotorausführung prädestiniert.

Fig. 6 zeigt eine Darstellung eines Patienten 600, dem ein Herzunterstützungs- system 605 implantiert wurde. Das Herzunterstützungssystem 605 umfasst eine Pumpeinheit 610, die eine Magnetkupplungsvorrichtung 500 zur Kupp- lung eines Elektromotors 620 mit einem Impeller 630 zur Förderung von Blut des Patienten 600 aufweist und wobei die Pumpeinheit 610 beispielsweise in einer Aorta 640 des Patienten 600 implantiert ist.

Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Herstellen eines Rotors gemäß einem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel, wobei das Ver- fahren 700 einen Schritt 710 des Zusammensetzens von zumindest vier Scha- lenelementen abwechselnd in zueinander entgegen gerichteten oder orthogo- nalen Magnetisierungsrichtungen zu einem Hohlzylinder und/oder auf einer Welle umfasst, um einen Magnetkörper mit zumindest vier Magnetpolen zu bilden, um den Rotor herzustellen. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder“ -Verknüpfung zwischen ei- nem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausfüh- rungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal auf- weist.